JP4822786B2 - 反射防止膜及びこれを有する光学部品 - Google Patents
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Description
前記基板の屈折率が1.35〜2.05であり、
前記第1層の屈折率が1.85〜2.45、光学膜厚が0.5〜60 nmであり、
前記第2層の屈折率が1.30〜1.65、光学膜厚が20〜170 nmであり、
前記第3層の屈折率が1.85〜2.45、光学膜厚が0.5〜70 nmであり、
前記第4層の屈折率が1.30〜1.65、光学膜厚が20〜190 nmであり、
前記第5層の屈折率が1.05〜1.30、光学膜厚が100〜150 nmであることを
特徴とする。
前記基板の屈折率が1.35〜2.05であり、
前記第1層の屈折率が1.85〜2.45、光学膜厚が0.5〜60 nmであり、
前記第2層の屈折率が1.30〜1.65、光学膜厚が20〜170 nmであり、
前記第3層の屈折率が1.85〜2.45、光学膜厚が0.5〜70 nmであり、
前記第4層の屈折率が1.30〜1.65、光学膜厚が80〜190 nmであり、
前記第5層の屈折率が1.85〜2.45、光学膜厚が0.5〜30 nmであり、
前記第6層の屈折率が1.05〜1.30、光学膜厚が100〜150 nmであることを
特徴とする。
さらに、本発明の反射防止膜を有する光学部品により、例えば鏡筒レンズ枚数20枚であったとすると、透過率は計算上98%以上となり、きわめて高い透過率を得ることができる。
また、従来の反射防止膜に比べて反射防止効果が極めて高く、屋外で利用される車載カメラ等のフレアやゴースト対策に利用できる。
本発明の反射防止膜は、5層又は6層構成からなる反射防止膜である。
図1は、本発明の第1の反射防止膜を示す断面図である。
反射防止膜1は、所定の屈折率と光学膜厚[屈折率(n)×物理膜厚(d)]を有する第1層から第5層までの薄層を基板3の表面に積層したものである。
屈折率が1.85〜2.45であり光学膜厚が0.5〜60 nmの第1層101、
屈折率が1.30〜1.65であり光学膜厚が20〜170 nmの第2層102、
屈折率が1.85〜2.45であり光学膜厚が0.5〜70 nmの第3層103、
屈折率が1.30〜1.65であり光学膜厚が20〜190 nmの第4層104、及び
屈折率が1.05〜1.30であり光学膜厚が100〜150 nmの第5層105。
なお、屈折率及び光学膜厚は、波長400〜700 nmの光における値である。
図2は、本発明の第2の反射防止膜を示す断面図である。
反射防止膜2は、所定の屈折率と光学膜厚を有する第1層から第6層までの薄層を基板3の表面に積層したものである。
屈折率が1.85〜2.45であり光学膜厚が0.5〜60 nmの第1層201、
屈折率が1.30〜1.65であり光学膜厚が20〜170 nmの第2層202、
屈折率が1.85〜2.45であり光学膜厚が0.5〜70 nmの第3層203、
屈折率が1.30〜1.65であり光学膜厚が80〜190 nmの第4層204、
屈折率が1.85〜2.45であり光学膜厚が0.5〜30 nmの第5層205、及び
屈折率が1.05〜1.30であり光学膜厚が100〜150 nmの第6層206。
なお、屈折率及び光学膜厚は、波長400〜700 nmの光における値である。
本発明の反射防止膜の各層を構成する材料としては、例えば、Al2O3、TiO2、ZrO2、Ta2O5、Nb2O5、CeO2、Yb2O3、HfO2、Nd2O3、Pr6O11、La2O3、Er2O3、CdO、Eu2O3、NiO、Cr2O3、SnO2、Sb2O3、ZnO、ZnS、Sb2S3、CdS、AlN、SiO2、MgF2、AlF3、BaF2、CaF2、LiF、NaF、SrF2、In2O3、Y2O3及びフッ素樹脂が挙げられる。
反射防止膜の各層(反射防止膜を構成する各層)は、いかなる方法で形成されたものであってもよい。例えば、真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、化学蒸着法(CVD)等の気相成膜法(乾式めっき法)、湿式めっき法、ディップコーティング法、超音波ミストコーティング法、スピンコーティング法、スプレーコーティング法及びインクジェットコーティング法により形成することができる。これらの方法は反射防止膜の各層ごとに最適な方法を選んで使用することができる。
基板3としては、レンズ、プリズム、フィルター、光学ファイバー、ブラウン管等が挙げられる。
本発明の第1の反射防止膜の設計例を表1の試料1-1〜8に、これらの試料の5°入射分光反射特性を図3-1〜図3-8に示す。また、本発明の第2の反射防止膜の設計例を表2の試料2-1〜8に、これらの5°入射分光反射特性を図4-1〜図4-8に示す。以上の分光反射特性は光学薄膜計算シミュレーションにより求めた。
図3-1〜図3-8及び図4-1〜図4-8のグラフに示す分光反射特性から、本発明の反射防止膜は、可視波長帯である400〜700 nmの波長帯域300 nmに渡って、0.05%以下の反射率であることがわかった。
S-FPL53(nd=1.43875)平板状ガラス基板にイオンプレーティング法を用いて、基板側から順に、第1層として光学膜厚12.4 nmのTa2O5(nd=2.25)の層、第2層として光学膜厚107.7 nmのSiO2(nd=1.485)の層、第3層として光学膜厚24.1 nmのTa2O5(nd=2.25)の層、及び第4層として光学膜厚174.4 nmのSiO2(nd=1.485)の層を形成した。その後ディップコーティング法を用いて、第5層として光学膜厚131.0 nmの疎水性シリカエアロゲル(nd=1.15)の層を形成し、本発明の反射防止膜を得た。以下にその作製方法について詳細に述べる。
S-FPL53(nd=1.43875)平板状ガラス基板上に、イオンプレーティング法を用いて第1層〜第4層のTa2O5の層及びSiO2の層を形成し試料Aを得た。その成膜条件は以下の通りである。
イオンプレーティング法による層の形成は、バルザース社製イオンプレーティンッグ装置(BAP800)を用いて行った。成膜材料としてTa2O5層はOA100(キャノンオプトロン社製)、SiO2層はSi(キャノンオプトロン社製)を使用し、これらの材料を加速電圧10kVの電子銃にて真空中で溶融することで蒸発成膜した。初期真空度10-3PaでプラズマガンへArガス供給してプラズマガン内圧力を300Paとし、その後真空チェンバー内に酸素ガスを導入して真空チェンバー内圧力を0.1Paに設定し、プラズマガンのアーク電圧65V、アーク電流40Aに設定し成膜した。この時の成膜速度はTa2O5層が30 nm/minで、SiO2層が48 nm/minであった。
第5層の疎水性シリカエアロゲルの層はディップコーティング法を用いて形成した。ディップコーティング法の詳細は以下に述べるとおりである。
テトラエトキシシラン5.21 gと、エタノール4.38 gとを混合した後、塩酸(0.01 N)0.4 gを加えて90分間撹拌した。次いでエタノール44.35 gと、アンモニア水溶液(0.02 N)0.5 gとを添加し、46時間撹拌した後、60℃に昇温して46時間エージングしたところ、湿潤状態のシリカゲルが生成した。溶媒をデカンテーションした後、素早くエタノールを加えて振とうし、デカンテーションすることによりシリカゲルの分散媒をエタノールに置換した。その後、ヘキサンを加えて振とうし、デカンテーションすることによりエタノール分散媒をヘキサンに置換した。
試料Aの上に、有機修飾シリカ含有ゾル1をディップコートし、室温で乾燥させた。その結果、ゲルの収縮及びスプリングバックが起こって空隙率45%の多孔質になった。これを150℃で2時間焼成し、シリカエアロゲルの層を形成し、本発明の反射防止膜を得た。
S-LAL7(nd=1.65160)平板状ガラス基板に高周波スパッタ法を用いて、基板側から順に、第1層として光学膜厚21.3 nmのTa2O5(nd=2.25)の層、第2層として光学膜厚70.6 nmのSiO2(nd=1.485)の層、第3層として光学膜厚34.1 nmのTa2O5(nd=2.25)の層、第4層として光学膜厚152.3 nmのSiO2(nd=1.485)の層、及び第5層として光学膜厚4.9 nmのTa2O5(nd=2.25)の層を形成した。その後ディップコーティング法を用いて、第6層として光学膜厚139.0 nmの疎水性シリカエアロゲル(nd=1.15)の層を形成し、本発明の反射防止膜を得た。以下にその作製方法について詳細に述べる。
S-LAL7(nd=1.65160)平板状ガラス基板上に高周波スパッタ法を用いて、第1層〜第5層のTa2O5の層及びSiO2の層を形成し試料Bを得た。その成膜条件は以下の通りである。
高周波スパッタ法による層の形成は、昭和真空製高周波マグネトロンスパッタ装置(SPH-306C)を用いて行った。成膜材料として、いずれも3N純度のTa2O5ターゲットとSiO2ターゲットを利用した。初期真空度10-3Paにおいて、Arガスを30 sccmで供給し、スパッタ出力はTa2O5を200W、SiO2を500Wで成膜した。この時の成膜速度はTa2O5が30 nm/minで、SiO2が42 nm/minであった。
上記の試料Bに対して、実施例1で行った方法と同様のディップコーティング法を用いて第6層の疎水性シリカエアロゲルの層を形成し、本発明の反射防止膜を得た。
S-LAH58(nd=1.883)平板状ガラス基板に超音波ミストコーティング法を用いて、基板側から順に、第1層として光学膜厚48.0 nmのZrO2(nd=1.93)の層、第2層として光学膜厚22.7 nmのSiO2(nd=1.43)の層、第3層として光学膜厚67.7 nmのZrO2(nd=1.93)の層、第4層として光学膜厚94.3 nmのSiO2(nd=1.43)の層、及び第5層として光学膜厚20.3 nmのZrO2(nd=1.93)の層を形成した。その後ディップコーティング法を用いて、第6層として光学膜厚142.4 nmの疎水性シリカエアロゲル(nd=1.15)の層を形成し、本発明の反射防止膜を得た。以下にその作製方法について詳細に述べる。
S-LAH58(nd=1.883)平板状ガラス基板上に、それぞれ超音波ミストコーティング法を用いて第1層〜第5層のZrO2の層及びSiO2の層を形成した。その成膜条件は以下に述べるとおりである。
テトラブトキシジルコニウムをZrO2換算で3質量%になるように2−ブタノール中に溶解させた後、テトラブトキシジルコニウムと等モルのアセチルアセトンを多座配位有機化合物として添加し2時間攪拌した。得られた溶液に、テトラブトキシジルコニウム100質量%(ZrO2換算)当たり0.1質量%のソルビタンモノオレエートを界面活性剤として加え、酸化ジルコニウム塗布液(以下、「ZrO2塗布液1」という)を作製した。
テトラエトキシシランをSiO2換算で10質量%になるようにエタノール中に溶解させた後、テトラエトキシシランの1.2倍モルの水を1N塩酸として添加した。室温で24時間攪拌した後、テトラエトキシシランの0.2倍モルの水を加え、更に24時間攪拌した。得られた加水分解物溶液に、加水分解物100質量%(SiO2換算)当たり0.1質量%の、ポリオキシエチレンオレイルエーテルを界面活性剤として加え、さらにエタノールを加えて、加水分解物の濃度が3質量%の塗布液(以下、「SiO2塗布液1」という)を作製した。
前述の超音波ミストコーティング装置において、超音波振動素子602として超音波ミスト発生装置(Pyrosol 7901型)を具備する霧化チャンバ603内にZrO2塗布液1を封入し、また塗布チャンバ607内に前記ガラス基板605を設置した。FREQUENCEダイヤルを500、PUSSIANCEダイヤルを550に設定し、ZrO2塗布液1を霧化させ、ミスト609を生成させた。キャリアガス610として窒素ガスを3L/分の送量で霧化チャンバ603内に送給し、ミスト609を塗布チャンバ607に送給した。塗布チャンバ607の温度は23℃、湿度は53%であった。基材605は50℃に加熱し、成膜時間は目標の光学膜厚になるように調節した。
次に、第1層のZrO2膜の塗布に用いた超音波ミストコーティング装置を用いて、ZrO2塗布液1の代わりにSiO2塗布液1を使用し、第1層のZrO2膜を形成済みの試料Cの上に第2層のSiO2膜を塗布した。塗布は、超音波ミスト発生装置のFREQUENCEダイヤル及びPUSSIANCEダイヤルを各々400に設定して、キャリアガスとして窒素ガスを10 L/分の送量で送給して行った。塗布チャンバの温度は23℃、湿度は43%であった。成膜時間は目標の光学膜厚になるように調節した。
第1層及び第2層を形成済みの試料Dの上に、順に第3層のZrO2膜、第4層のSiO2膜、第5層のZrO2膜の形成を行い、試料Eを得た。第3層と第5層の形成は第1層のZrO2膜の形成条件と同様に行い、第4層の形成は第2層のSiO2膜の形成条件と同様に行った。ただし、成膜時間はそれぞれの目標の光学膜厚に従って変更した。
上記の第5層まで塗布済みの試料Eの上に、実施例1で行った方法と同様の方法でディップコーティング法を用いて第6層の疎水性シリカエアロゲルの層を形成し、本発明の反射防止膜を得た。
図5-3のグラフに示す分光反射特性から、本発明の反射防止膜は、可視波長帯である400〜700 nmの波長帯域300 nmに渡って、0.05%以下の反射率であることがわかった。
特開2002-107506号公報を参考に、S-LAL7(nd=1.65160)ガラス基板にAl2O3(nd=1.62)、MgF2(nd=1.38)、SiO2(nd=1.46)、ZrO2+TiO2(nd=2.11)の材料を使用して真空蒸着法により10層膜を形成した。層構成及び光学膜厚を表3に示す。その5°入射分光反射特性を図5-4に示す。
101 第1層
102 第2層
103 第3層
104 第4層
105 第5層
2 第2の反射防止膜
201 第1層
202 第2層
203 第3層
204 第4層
205 第5層
205 第6層
3 基板
601 塗布液
602 超音波素子
603 霧化チャンバ
604 加熱板
605 基材
606 導管
607 塗布チャンバ
608 塗布液供給管
609 ミスト
610 キャリアガス
611 キャリアガス供給管
612 排気孔
Claims (5)
- 基板上に、第1層〜第5層を前記基板側からこの順に積層してなる反射防止膜であって、波長400〜700 nmの光において、
前記基板の屈折率が1.35〜2.05であり、
前記第1層の屈折率が1.85〜2.45、光学膜厚が0.5〜60 nmであり、
前記第2層の屈折率が1.30〜1.65、光学膜厚が20〜170 nmであり、
前記第3層の屈折率が1.85〜2.45、光学膜厚が0.5〜70 nmであり、
前記第4層の屈折率が1.30〜1.65、光学膜厚が20〜190 nmであり、
前記第5層の屈折率が1.05〜1.30、光学膜厚が100〜150 nmであることを
特徴とする反射防止膜。 - 基板上に、第1層〜第6層を前記基板側からこの順に積層してなる反射防止膜であって、波長400〜700 nmの光において、
前記基板の屈折率が1.35〜2.05であり、
前記第1層の屈折率が1.85〜2.45、光学膜厚が0.5〜60 nmであり、
前記第2層の屈折率が1.30〜1.65、光学膜厚が20〜170 nmであり、
前記第3層の屈折率が1.85〜2.45、光学膜厚が0.5〜70 nmであり、
前記第4層の屈折率が1.30〜1.65、光学膜厚が80〜190 nmであり、
前記第5層の屈折率が1.85〜2.45、光学膜厚が0.5〜30 nmであり、
前記第6層の屈折率が1.05〜1.30、光学膜厚が100〜150 nmであることを
特徴とする反射防止膜。 - 請求項1又は2に記載の反射防止膜において、前記屈折率1.85〜2.45の層がTa2O5、TiO2、Nb2O5、ZrO2、HfO2、CeO2、SnO2、In2O3、ZnO及びY2O3からなる群から選ばれた少なくとも1材料からなり、前記屈折率1.30〜1.65の層がMgF2、SiO2、Al2O3及びフッ素樹脂からなる群から選ばれた少なくとも1材料からなり、前記屈折率1.05〜1.30の層がMgF2、SiO2、Al2O3及びフッ素樹脂の群から選ばれた少なくとも1材料からなる多孔質層であることを特徴とする反射防止膜。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の反射防止膜において、可視光の波長帯域300 nmにおける反射率が0.05%以下であることを特徴とする反射防止膜。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の反射防止膜を有することを特徴とする光学部品。
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