JP5437664B2 - 反射防止膜を有する光学素子、光情報記録/再生装置用ピックアップレンズ及び光情報記録/再生装置 - Google Patents
反射防止膜を有する光学素子、光情報記録/再生装置用ピックアップレンズ及び光情報記録/再生装置 Download PDFInfo
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Description
本発明の光学素子を添付図面を参照して以下詳細に説明するが、勿論本発明は図示の光学素子に限定されるものではない。図1は本発明の光学素子の一例を示す。この光学素子は、凸面11を有するレンズ1と、凸面11に成膜された反射防止膜2とからなる。光学素子の裏面側は凹面12となっている。この例ではレンズ1の凸面11にのみ反射防止膜2が成膜されているが、凸面11及び凹面12に反射防止膜2を成膜しても良い。また回折を生じるように凸面11及び/又は凹面12に輪帯が形成されたものも本発明の範囲内である。なお説明のため、反射防止膜2は実際より厚く図示されている。
レンズ1の表面にメソポーラスシリカ多孔質膜のみからなる反射防止膜2を形成する場合を例にとって、光学素子の製造方法を説明するがそれに限定される訳ではない。
(a-1) アルコキシシラン
アルコキシシランはモノマーでも、オリゴマーでも良い。アルコキシシランモノマーはアルコキシル基を3つ以上有するのが好ましい。アルコキシル基を3つ以上有するアルコキシシランを出発原料とすることにより、優れた均一性を有するメソポーラスシリカ多孔質膜が得られる。アルコキシシランモノマーの具体例としてはメチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラプロポキシシラン、ジエトキシジメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン等が挙げられる。アルコキシシランオリゴマーとしては、上述のモノマーの重縮合物が好ましい。アルコキシシランオリゴマーはアルコキシシランモノマーの加水分解・重縮合により得られる。アルコキシシランオリゴマーの具体例として、一般式RSiO1.5(ただしRは有機官能基を示す。)により表されるシルセスキオキサンが挙げられる。
(i) カチオン性界面活性剤
カチオン性界面活性剤としては、ハロゲン化アルキルトリメチルアンモニウム、ハロゲン化アルキルトリエチルアンモニウム、ハロゲン化ジアルキルジメチルアンモニウム、ハロゲン化アルキルメチルアンモニウム、ハロゲン化アルコキシトリメチルアンモニウム等が挙げられる。ハロゲン化アルキルトリメチルアンモニウムとして、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム、塩化セチルトリメチルアンモニウム、臭化セチルトリメチルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム、塩化ベヘニルトリメチルアンモニウム等が挙げられる。ハロゲン化アルキルトリメチルアンモニウムとして、塩化n-ヘキサデシルトリメチルアンモニウム等が挙げられる。ハロゲン化ジアルキルジメチルアンモニウムとして、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム、塩化ステアリルジメチルベンジルアンモニウム等が挙げられる。ハロゲン化アルキルメチルアンモニウムとして、塩化ドデシルメチルアンモニウム、塩化セチルメチルアンモニウム、塩化ステアリルメチルアンモニウム、塩化ベンジルメチルアンモニウム等が挙げられる。ハロゲン化アルコキシトリメチルアンモニウムとして、塩化オクタデシロキシプロピルトリメチルアンモニウム等が挙げられる。
非イオン性界面活性剤として、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとのブロックコポリマー、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等が挙げられる。エチレンオキシドとプロピレンオキシドとのブロックコポリマーとして、例えば式:RO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)cR(但し、a及びcはそれぞれ10〜120を表し、bは30〜80を表し、Rは水素原子又は炭素数1〜12のアルキル基を表す)で表されるものが挙げられる。このブロックコポリマーの市販品として、例えばPluronic(登録商標、BASF社)が挙げられる。ポリオキシエチレンアルキルエーテルとして、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル等が挙げられる。
(i) 酸性触媒
酸性触媒の例として、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸やギ酸、酢酸等の有機酸が挙げられる。
塩基性触媒の例としてアンモニア、アミン、NaOH及びKOHが挙げられる。好ましいアミンの例としてアルコールアミン及びアルキルアミン(メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、n-ブチルアミン、n-プロピルアミン等)が挙げられる。
溶媒としては、純水を用いる。
(b-1) 酸性条件での加水分解・重縮合
純水に酸性触媒を添加して酸性溶液を調製し、カチオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤の混合溶液を調製した後、アルコキシシランを添加し、加水分解・重縮合する。酸性溶液のpHは約2とするのが好ましい。アルコキシシランのシラノール基の等電点は約pH2であるので、pH2付近では酸性溶液中でシラノール基が安定的に存在する。溶媒/アルコキシシランのモル比は30〜300にするのが好ましい。このモル比を30未満とすると、アルコキシシランの重合度が高くなり過ぎる。一方300超とすると、アルコキシシランの重合度が低くなり過ぎる。
酸性ゾルに、塩基性触媒を添加して溶液を塩基性にし、さらに加水分解・重縮合し、反応を完結させる。これにより平均粒径が200 nm以下のメソポーラスシリカナノ粒子が得られる。溶液のpHは9〜12となるように調整するのが好ましい。
界面活性剤−メソポーラスシリカナノ粒子複合体の溶液(ゾル)をレンズ1の表面にコーティングする。ゾルのコーティング方法として、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、フローコート法、バーコート法、リバースコート法、フレキソ法、印刷法及びこれらを併用する方法等が挙げられる。得られる多孔質膜の厚さは、例えば、スピンコート法におけるレンズ1回転速度やディッピング法における引き上げ速度の調整、塗布液の濃度の調整等により制御することができる。
塗布したゾルから溶媒を揮発させる。塗布膜の乾燥条件は特に制限されない。自然乾燥してもよいし、50〜200℃の温度で15分〜1時間熱処理して乾燥を促進してもよい。
乾燥した膜を焼成してカチオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤を除去することにより、メソポーラスシリカ多孔質膜を形成する。焼成温度は500℃超が好ましく、550℃以上がより好ましい。焼成温度を500℃以下とすると、屈折率が低くなり膜の機械的強度が低下する恐れがある。焼成温度の上限はレンズ1のガラス転移温度が好ましく、レンズ1のガラス転移温度−50℃がより好ましい。焼成温度をレンズ1のガラス転移温度超とすると、レンズ1が変形する。焼成時間は1〜6時間が好ましく、2〜4時間がより好ましい。焼成中にメソポーラスシリカ粒子同士の結合及びメソポーラスシリカ粒子とレンズ1との結合が強くなるので、耐擦傷性、レンズ1に対する密着性、及び機械的強度が向上する。
本発明の光学素子は、レンズ有効径領域内で可視域から赤外域に至る広い波長域の光に対して高い反射防止特性を有する。このような特性を有する光学素子は、例えば光情報記録/再生装置、半導体用露光装置、カメラ、内視鏡、光通信用部品[例えばレーザーダイオード(LD)モジュール、合波器、分波器等]等に使用するレンズとして好適である。光情報記録/再生用媒体[CD、DVD、Blu-ray Disk、HD-DVD等]には種々の波長の光源が使用されるが、本発明の光学素子はいずれに対してもピックアップレンズとして使用できる。本発明の光学素子の形状は用途に応じて適宜選択できる。例えば光情報記録/再生装置のピックアップレンズとして使用する場合、図1に示すような形状とし、内視鏡や光通信用部品に用いる場合、ボール状にする。
pH2の塩酸(0.01N)40 gに、塩化n-ヘキサデシルトリメチルアンモニウム(関東化学株式会社製)1.21 g(0.088 mol/L)、及びブロックコポリマーHO(C2H4O)106-(C3H6O)70-(C2H4O)106H(商品名「Pluronic F127」、Sigma-Aldrich社)1.10 g(0.002 mol/L)を添加し、23℃で1時間撹拌し、テトラエトキシシラン(関東化学株式会社製)4.00 g(0.45 mol/L)を添加し、23℃で3時間撹拌した後、28質量%アンモニア水3.94 g(1.51 mol/L)を添加してpHを11とし、23℃で0.5時間撹拌した。
ボロシリケートクラウンガラス(BK7)からなるレンズ1(レンズの有効径:3mm、S/S0×100:62%、屈折率:1.530)を用いた以外実施例1と同様にして、メソポーラスシリカ多孔質膜を有する反射防止レンズを得た。
電子ビーム式の蒸着源を有する装置を用いて、真空蒸着法により、実施例1と同じLAK14ガラス製レンズ1の凸面11に、物理層厚が132 nmのMgF2層を形成することにより反射防止レンズを作製した。
電子ビーム式の蒸着源を有する装置を用いて、真空蒸着法により、実施例1と同じLAK14ガラス製レンズ1の凸面11に、表1に示す構成になるように、反射防止膜(膜厚の合計:391 nm)を形成することにより反射防止レンズを作製した。
電子ビーム式の蒸着源を有する装置を用いて、真空蒸着法により、実施例2と同じBK7ガラス製レンズ1の凸面11に、物理層厚が114 nmのMgF2層を形成することにより反射防止レンズを作製した。
特開2006-215542号の実施例1と同様にして、実施例2と同じBK7ガラス製レンズ1の表面にMgF2層及びシリカエアロゲル多孔質層からなる反射防止膜を形成することにより反射防止レンズを作製した。
反射防止レンズに波長が405 nmのレーザー光を凸面11から入射させ、透過率を調べた。
1kg/cm2の圧力及び120回/分の速度で不織布(商品名「スピックレンズワイパー」、小津産業株式会社製)により反射防止膜を10回擦る処理を施した後、表面の様子を観察することにより、耐擦傷性を評価した。評価基準は、○:「全く傷が付かなかった」、△:「少し傷が付いたが剥離しなかった」、及び×:「剥離した」である。
反射防止膜の1cm×1cmの領域にセロハンテープを貼付した後、セロハンテープを45度方向に引っ張りながら剥離することにより密着性を評価した。評価基準は、○:「全く剥離しなかった」、及び×:「一部又は全部剥離した」である。
(2) ηは屈折率を表す。
実施例1の反射防止膜について、自動比表面積・細孔分布測定装置「トライスター3000」(株式会社島津製作所)で窒素ガスの等温脱着曲線を求め、これをBJH法で解析して孔径分布曲線(log微分細孔容積分布)を求めた。結果を図5に示す。
11・・・凸面
110・・・中心
12・・・凹面
2・・・反射防止膜
20・・・メソポーラスシリカナノ粒子
20a・・・メソ孔
20b・・・シリカ骨格
Claims (9)
- 有効径領域の投影面積のうち表面傾斜角度が50°以上の部分が10%以上であるレンズと、前記レンズの表面に形成された反射防止膜とを有する光学素子であって、前記反射防止膜はメソポーラスシリカナノ粒子が集合してなるメソポーラスシリカ多孔質膜からなり、窒素吸着法により求めた孔径分布曲線が、2〜10 nmの範囲内の粒子内細孔径によるピークと、5〜200 nmの範囲内の粒子間細孔径によるピークとを有する構造を有することを特徴とする光学素子。
- 請求項1に記載の光学素子において、前記メソポーラスシリカナノ粒子の平均粒径が200 nm以下であることを特徴とする光学素子。
- 請求項1又は2に記載の光学素子において、前記メソポーラスシリカナノ粒子は、メソ孔がヘキサゴナル状に配列した多孔質構造を有することを特徴とする光学素子。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の光学素子において、前記粒子内細孔と前記粒子間細孔との細孔容積比が1/2〜1/1であることを特徴とする光学素子。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の光学素子において、前記メソポーラスシリカ多孔質膜の屈折率が1.10超〜1.35以下であることを特徴とする光学素子。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の光学素子において、前記メソポーラスシリカ多孔質膜の物理膜厚が15〜500 nmであることを特徴とする光学素子。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の光学素子において、前記メソポーラスシリカ多孔質膜の空隙率が25%以上〜75%未満であることを特徴とする光学素子。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の光学素子からなることを特徴とする光情報記録/再生装置用ピックアップレンズ。
- 請求項8に記載のピックアップレンズを具備することを特徴とする光情報記録/再生装置。
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