JP3206957B2

JP3206957B2 - 表面反射鏡

Info

Publication number: JP3206957B2
Application number: JP11083192A
Authority: JP
Inventors: 秀雄藤井
Original assignee: 旭光学工業株式会社
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 2001-09-10
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JPH05281405A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラ、望遠鏡、顕微
鏡等の光学製品に使用される表面反射多層膜を有する表
面反射鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】カメラ、望遠鏡、顕微鏡等の光学製品に
使用される表面反射鏡では、反射材料としてアルミニウ
ムが最も良く用いられている。しかしながら、アルミニ
ウムの反射層を基板上に形成しただけでは、耐擦傷性、
耐湿性等の点で不十分であり、この反射層上にケイ素の
酸化物やフッ化マグネシウム等の保護層を形成して上記
問題点を克服していた。また、これらのアルミニウム表
面反射鏡は、単層保護膜であると、アルミニウムの反射
率（可視域で約９１％）以下の反射率しか得られない。
そこで、より高い反射率を得るために、基板上に形成さ
れたアルミニウム反射層の表面に光学的膜厚０．２５λ
₀ （λ₀ は設計主波長）の低屈折率材料からなる第１保
護層を形成し、この低屈折率層上に光学的膜厚０．２５
λ₀ の高屈折率材料からなる第２保護層を設けて反射率
を増加させていた。このような三層の反射膜構造では、
第１保護層の材料として二酸化ケイ素、フッ化マグネシ
ウム等が用いられ、第２保護層材料として酸化チタン、
酸化タンタル、酸化ジルコニウム等が用いられてきた。

【０００３】また、近年超精密金型加工機の出現および
射出成形技術の向上に伴い、樹脂製光学部品が利用され
るようになってきている。特に、ポリカーボネート樹
脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等の
エンジニアリングプラスチックの開発によって、より高
温で使用できる樹脂製光学部品が製造されつつある。と
ころが、このような樹脂を表面反射鏡の基板として用い
上述の反射膜構造を形成した場合、熱膨張および吸湿膨
張によって基板表面に形成した反射膜構造の耐久性が不
十分となるという問題があった。また、第２保護層を構
成する高屈折率材料である酸化チタン、酸化タンタルお
よび酸化ジルコニウムは、３００℃以上の高温で成膜す
れば密度の高い膜となり高い耐久性が得られるが、基板
として樹脂を用いた場合、基板上に形成される膜は１０
０℃以下の温度で成膜しなければならず、十分に密度の
高い保護膜が得られない。

【０００４】そこで従来では、低温でも高密度かつ高強
度の膜を成膜できる酸化アルミニウムを用いて第２保護
層の上に第３保護層を成膜し、例えば図２に示すような
４層の反射膜構造を樹脂基板上に形成していた。即ち、
図２に示されるように、従来の表面反射鏡１１では、樹
脂基板１２上に、アルミニウムからなる反射層１３と、
二酸化ケイ素からなる第１保護層１４と、酸化チタンか
らなる第２保護層１５と、酸化アルミニウムからなる第
３保護層１６とが順次積層されていた。ところが、上記
膜構造では、樹脂基板１２とアルミニウム反射層１３と
の付着力が十分ではなく、粘着テープを用いたテープテ
ストにおいて、基板１２から膜構造が剥離し易いという
問題があった。そこで、このような問題を解決した反射
膜構造を有する表面反射鏡として、例えば図３に示すよ
うな５層の反射膜構造を有する表面反射鏡が提案されて
いる。図示されるように、この表面反射鏡２１では、樹
脂基板２２上に、酸化クロムからなる下地層２３と、ア
ルミニウムからなる反射層２４と、二酸化ケイ素からな
る第１保護層２５と、酸化チタンからなる第２保護層２
６と、酸化アルミニウムからなる第３保護層２７とが順
次積層されていた。このような膜構造では、樹脂基板２
２とアルミニウム反射層２４との付着力は下地層２３に
よって向上し、テープテストにおいても膜構造が剥離す
ることがない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
表面反射鏡２１にあっても、温度６０℃、湿度９０％Ｒ
Ｈの高温高湿雰囲気下に表面反射鏡２１を長時間放置す
ると、樹脂の熱膨張あるいは吸湿膨張によって、樹脂と
膜構造が局部的に剥離する点状欠陥が発生するという問
題があった。この点状欠陥は、表面反射鏡２１を通常雰
囲気に戻すことによって徐々に消滅するが、反射膜構造
の樹脂基板２２への付着性を劣化させる原因となる。

【０００６】本発明者は、このような点状欠陥の原因を
鋭意、追求した結果、以下の現象を判明するに至った。
表面反射鏡、例えば図４に示されるように、樹脂基板３
１に反射膜構造３２を形成した表面反射鏡３３を高温高
湿雰囲気下に放置すると、樹脂基板３１が大きく熱膨張
あるいは吸湿膨張するが、反射膜構造３２はさほど膨張
しない。したがって、表面反射鏡３３は、図５に示すよ
うに、反射膜構造３２方向に凹状に湾曲する。この基板
３１の膨張に起因する湾曲が主な点状欠陥の原因であ
る。また、図６、図７に示すように、樹脂基板３１上に
反射膜、保護膜等の単位膜３５を形成した場合、単位膜
３５には、引張応力あるいは圧縮応力が残留する。そし
て、引張応力が残留すると、図６に示すように、表面反
射鏡３３を単位膜３５側に凹状に湾曲させようとし、圧
縮応力が残留すると、図７に示すように表面反射鏡３３
を基板３１側に凹状に湾曲させようとする。

【０００７】基板上に単位膜を成膜した前後の表面形状
変化測定により、図３に示すような従来の表面反射鏡２
１では、樹脂基板２２上に形成される膜２３〜２７の
内、酸化クロムからなる下地層２３、アルミニウムから
なる反射層２４、酸化チタン、酸化タンタル或は酸化ジ
ルコニウムからなる第２保護層２６および酸化アルミニ
ウムからなる第３保護層２７には引張応力が残留し、二
酸化ケイ素からなる第１保護層２５には圧縮応力が残留
する。したがって、従来の表面反射鏡２１では、反射膜
構造全体が樹脂基板２２に引張応力を及ぼしているので
あり、この表面反射鏡２１は、高温高湿雰囲気下に放置
することによって、基板２２の熱膨張あるいは吸湿膨張
によって容易に反射膜構造方向に凹状に湾曲することと
なる。本発明は、このような現象を把握した上でなされ
たものであり、高温高湿雰囲気下においても樹脂基板と
反射膜構造との間に点状欠陥が発生することがない表面
反射鏡を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る表面反射鏡は、樹脂基板の表面
上に形成された二酸化ケイ素からなる下地層と、前記下
地層上に形成されたアルミニウムからなる反射層と、前
記反射層上に形成された二酸化ケイ素からなる第１保護
層と、前記第１保護層上に形成され、酸化チタン、酸化
タンタルおよび酸化ジルコニウムから選択される少なく
とも一種の材料からなる第２保護層と、前記第２保護層
上に形成された酸化アルミニウムからなる第３保護層と
を有することを特徴とする。

【０００９】本発明では、下地層の材料として、二酸化
クロムの代わりに、二酸化ケイ素を用いている。この二
酸化ケイ素からなる下地層は、樹脂基板に圧縮応力を発
生するのであり、かつ光学反射鏡の光学特性に影響を与
えることなく膜厚を変更することができる。このような
本発明の表面反射鏡では、その光学特性を考慮すること
なく下地層の膜厚を自在に調節することによって、反射
膜構造全体が基板に及ぼす引張応力を低減し、あるいは
圧縮応力に変化させることができ、したがって、高温高
湿雰囲気下でも基板の膨張による影響が緩和されて湾曲
し難く、樹脂基板と反射膜構造との間に点状欠陥が発生
することがない表面反射鏡を提供することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の好ましい一態様を、図１を参
照して具体的に説明する。図１は、本発明に係る表面反
射鏡の一実施例を示す側面図であり、図示されるよう
に、本実施例の表面反射鏡１は、樹脂基板２の表面上に
形成された下地層３と、前記下地層３上に形成された反
射層４と、前記反射層４上に形成された第１保護層５
と、前記第１保護層５上に形成された第２保護層６と、
前記第２保護層６上に形成された第３保護層７とを有し
ている。

【００１１】このような表面反射鏡１の樹脂基板２の材
料としては、ポリカーボネード樹脂、ポリアセタール樹
脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹
脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテ
レフタレート樹脂、ＡＢＳ樹脂等の樹脂材料が特に制限
されることなく用いられる。下地層３は、二酸化ケイ素
からなり、樹脂基板２と反射層４との付着性を向上させ
るとともに、成膜した場合の圧縮応力によって、樹脂基
板２の熱膨張あるいは吸湿膨張の影響を緩和する。この
ような下地層３の膜厚は、選択される樹脂基板２の熱膨
張率および吸湿膨張率、反射膜４および保護層５〜７が
基板２に及ぼす引張応力等に起因する表面反射鏡１を湾
曲させようとする力に応じて適宜選択されるが、通常５
０〜３５０ｎｍ、好ましくは５０〜３００ｎｍである。
反射層４は、アルミニウムからなり、その膜厚は、通常
５０〜２５０ｎｍ、好ましくは１００〜２００ｎｍであ
る。膜厚が５０ｎｍ未満であると、表面反射鏡１がハー
フミラー化するため好ましくない。

【００１２】第１保護層５は、二酸化ケイ素からなり、
可視域での反射増加効果を発揮するための低屈折率層と
して作用し、その膜厚は、通常４２〜１３３ｎｍ、好ま
しくは、７０〜１０５ｎｍである。第２保護層６は、酸
化チタン、酸化タンタルおよび酸化ジルコニウムから選
択される少なくとも一種の材料からなり、可視域での反
射増加効果を発揮するための高屈折率層として作用し、
その膜厚は、通常２４〜８９ｎｍ、好ましくは４５〜７
０ｎｍである。また、第３保護層７は、酸化アルミニウ
ムからなり、耐久性の劣る第２保護層６を保護するため
に形成され、その膜厚は、通常１０〜１１０ｎｍ、好ま
しくは１０〜８０ｎｍである。膜厚が１０ｎｍ未満であ
ると、十分な耐久性を得ることができず、１１０ｎｍを
越えると、第１および第２保護層５，６の組合せによる
反射増加効果を損なうため好ましくない。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る表面
反射鏡によれば、最も外側の第３保護層として酸化アル
ミニウムを用いているため耐擦傷性に優れているばかり
でなく、二酸化ケイ素からなる下地層を用いているた
め、高温高湿雰囲気下に放置した場合に樹脂基板と膜構
造との間に発生する点状欠陥を有効に防止でき、したが
ってカメラ、望遠鏡、顕微鏡、レーザプリンタ、バーコ
ードリーダなどに好適に使用できる表面反射鏡を提供す
ることが可能である。以下、本発明に係る表面反射鏡を
製造実施例によって更に具体的に説明するが、本発明
は、これらの製造実施例によって限定して解釈されるも
のではない。

【００１４】

【製造実施例１〜３】真空蒸着法によって、図１に示す
ように、ポリカーボネート樹脂からなる厚さ２ｍｍの基
板２上に、膜厚５０ｎｍ（製造実施例１）、２００ｎｍ
（製造実施例２）または３５０ｎｍ（製造実施例３）の
二酸化ケイ素からなる下地層３と、膜厚１００ｎｍのア
ルミニウムからなる反射層４と、膜厚５２ｎｍの二酸化
ケイ素からなる第１保護層５と、膜厚３３ｎｍの酸化チ
タンからなる第２保護層６と、膜厚４５ｎｍの酸化アル
ミニウムからなる第３保護層７とを形成して表面反射鏡
１を製造した。

【００１５】

【製造実施例４〜６】真空蒸着法によって、図１に示す
ように、ポリカーボネート樹脂からなる厚さ２ｍｍの基
板２上に、膜厚５０ｎｍ（製造実施例４）、２００ｎｍ
（製造実施例５）または３５０ｎｍ（製造実施例６）の
二酸化ケイ素からなる下地層３と、膜厚１００ｎｍのア
ルミニウムからなる反射層４と、膜厚５２ｎｍの二酸化
ケイ素からなる第１保護層５と、膜厚３６ｎｍの酸化タ
ンタルからなる第２保護層６と、膜厚４５ｎｍの酸化ア
ルミニウムからなる第３保護層７とを形成して表面反射
鏡１を製造した。

【００１６】

【製造実施例７〜９】真空蒸着法によって、図１に示す
ように、ポリカーボネート樹脂からなる厚さ２ｍｍの基
板２上に、膜厚５０ｎｍ（製造実施例７）、２００ｎｍ
（製造実施例８）または３５０ｎｍ（製造実施例９）の
二酸化ケイ素からなる下地層３と、膜厚１００ｎｍのア
ルミニウムからなる反射層４と、膜厚５２ｎｍの二酸化
ケイ素からなる第１保護層５と、膜厚４０ｎｍの酸化ジ
ルコニウムからなる第２保護層６と、膜厚４５ｎｍの酸
化アルミニウムからなる第３保護層７とを形成して表面
反射鏡１を製造した。

【００１７】

【製造比較例１】真空蒸着法によって、図２に示すよう
に、ポリカーボネート樹脂からなる厚さ２ｍｍの基板１
２上に、膜厚１００ｎｍのアルミニウムからなる反射層
１３と、膜厚５２ｎｍの二酸化ケイ素からなる第１保護
層１４と、膜厚３３ｎｍの酸化チタンからなる第２保護
層１５と、膜厚４５ｎｍの酸化アルミニウムからなる第
３保護層１６とを形成して表面反射鏡１１を製造した。

【００１８】

【製造比較例２】真空蒸着法によって、図３に示すよう
に、ポリカーボネート樹脂からなる厚さ２ｍｍの基板２
２上に、膜厚１５ｎｍの酸化クロムからなる下地層２３
と、膜厚１００ｎｍのアルミニウムからなる反射層２４
と、膜厚５２ｎｍの二酸化ケイ素からなる第１保護層２
５と、膜厚３３ｎｍの酸化チタンからなる第２保護層２
６と、膜厚４５ｎｍの酸化アルミニウムからなる第３保
護層２７とを形成して表面反射鏡２１を製造した。

【００１９】

【製造比較例３〜５】真空蒸着法によって、図８に示す
ように、ポリカーボネート樹脂からなる厚さ２ｍｍの基
板４２上に、膜厚２００ｎｍの二酸化ケイ素からなる下
地層４３と、膜厚１００ｎｍのアルミニウムからなる反
射層４４と、膜厚９５ｎｍの二酸化ケイ素からなる第１
保護層４５と、膜厚６５ｎｍの酸化チタン（製造比較例
３）、酸化タンタル（製造比較例４）または酸化ジルコ
ニウム（製造比較例５）からなる第２保護層４６とを形
成して表面反射鏡４１を製造した。上記製造実施例１〜
９と、製造比較例１〜５の表面反射鏡について以下の試
験を実施した。

【００２０】Ａ）耐擦傷試験エーテルとメタノールの混合溶剤を浸したシルボン紙を
用い、約０．５ｋｇ／ｃｍ² の圧力で表面反射鏡表面を
２０往復こすり、傷等の異常がないか観察した。Ｂ）膜付着試験セロハンテープを表面反射鏡に貼着した後、強く引き剥
して表面反射鏡表面に剥離等の異常がないか観察した。Ｃ）耐湿試験温度６０℃、湿度９０％ＲＨの高温槽内に、４８時間放
置して表面反射鏡表面にクラックや点状欠陥等の異常が
ないか観察した。上記試験Ａ）〜Ｃ）の結果を、表１に
示した。なお、表中○は異常が認められなかったことを
示す。

【００２１】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る表面反射鏡の一実施例を示す側面
図である。

【図２】従来の表面反射鏡の反射層構造を示す側面図で
ある。

【図３】従来の表面反射鏡の他の反射層構造を示す側面
図である。

【図４】表面反射鏡の平常状態を示す側面図である。

【図５】表面反射鏡の高温高湿雰囲気下での湾曲状態を
示す側面図である。

【図６】表面反射鏡の引張応力の説明図である。

【図７】表面反射鏡の圧縮応力の説明図である。

【図８】比較例３〜５で製造された表面反射鏡の反射層
構造を示す側面図である。

【符号の説明】

１表面反射鏡２樹脂基板３下地層４反射層５第１保護層６第２保護層７第３保護層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂基板の表面上に形成された二酸化ケ
イ素からなる下地層と、前記下地層上に形成されたアルミニウムからなる反射層
と、前記反射層上に形成された二酸化ケイ素からなる第１保
護層と、前記第１保護層上に形成され、酸化チタン、酸化タンタ
ルおよび酸化ジルコニウムから選択される少なくとも一
種の材料からなる第２保護層と、前記第２保護層上に形成された酸化アルミニウムからな
る第３保護層と、を有することを特徴とする表面反射鏡。
【請求項２】前記下地層の膜厚が５０〜３５０ｎｍで
あり、前記反射層の膜厚が５０〜２５０ｎｍであり、前
記第１保護層の膜厚が４２〜１３３ｎｍであり、前記第
２保護層の膜厚が２４〜８９ｎｍであり、前記第３保護
層の膜厚が１０〜１１０ｎｍであることを特徴とする請
求項１記載の表面反射鏡。