JP5883505B2 - 光学素子 - Google Patents
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Description
上記目的達成のために、本願発明者らは、先ず、色ムラの発生要因について検討した。その結果、色ムラの発生は、酸化アルミニウム層が、成膜中または成膜後に水分等を取り込んでしまうことが原因である。このことは、詳細を後述するシフト量(波長シフト、換言すれば、常温時と加熱時の分光特性の変化量)についての検証結果からも明らかと言える。
ここでは、各実施形態について、以下の順序で項分けをして説明を行う。
1.光学素子の全体構成
2.光学薄膜の構成
3.成膜手順
4.実施形態1及び2の効果
5.変形例
先ず、光学素子の全体構成について説明する。
図1に示すように光学素子1は、素子基材である光学素子基材10の光学面5が、光学薄膜20によってコーティングされている。
次に、光学素子1の光学素子基材10の光学面5に形成される光学薄膜20について説明する。
次に、上述した構成の光学薄膜20の成膜手順について説明する。
光学薄膜20は、光学素子1の光学素子基材10の光学面5上に、薄膜成粒子を成膜させることによって形成する。
酸化アルミニウム層21を形成する成膜工程について、詳しく説明する。
本実施形態1の成膜工程では、酸化アルミニウム層21は、イオンビームアシスト蒸着(Ion−beam Assisted Deposition、以下「IAD」と略す)を用いて、10eV以上のイオンエネルギーで膜構成粒子を光学素子基材10の光学面5上に堆積させる成膜処理により形成される。
本実施形態1の成膜工程におけるIADの成膜条件は、以下の通りである。
このような条件で成膜すると、光学素子基材10の光学面5には、10eV以上(具体的には、例えば1000eV程度)のイオンエネルギーで酸化アルミニウム層21の膜構成粒子が堆積される。そのため、光学素子基材10の光学面5上には、均一かつ緻密な膜質の酸化アルミニウム層21が形成される。
光学薄膜係数x = nd×(1/(λ0/4))・・・式(1)
具体的に、実施例1では、以下のような光学薄膜20を形成した。
表1は、実施例1に係る光学薄膜20の膜構成を示している。また、表2は、実施例1に係る光学薄膜20の膜形成条件を示している。
図3は、本発明の実施例1との比較対象となる比較例1についての説明図である。また、図3は、図2に示した内容との比較のため、真空蒸着によって光学素子基材10の光学面5上に構成された酸化アルミニウム層を成膜した場合について、光の波長と反射率との関係の一具体例を示している。
光学素子基材10には、ガラスモールドレンズ用硝種であるM−BACD12(HOYA株式会社製)を用いた。そして、その光学素子基材10の光学面5上には、単層膜からなる光学薄膜を形成した。
表4は、比較例1に係る光学薄膜の膜構成を示している。また、表5は、比較例1に係る光学薄膜の膜形成条件を示している。
つまり、400nm以上700nm以下の波長帯域において、常温時と加熱時での反射率のシフト量ΔRは、その最大値が0.50%を超えるものとなっている。
光学素子の全体構成は、実施形態1と同じである。
第1層の構成については、実施形態1と同じである。
第1層から第8層までの多層膜のうち、第1層である酸化アルミニウム層21に重ねて形成される第2層から第7層までは、低屈折率材料層と高屈折率材料層とが交互に積層された繰り返し構造部となっている。さらに詳しくは、第2層、第4層および第6層が低屈折率材料層22,24及び26となっている。また、第3層、第5層および第7層が高屈折率材料層23,25及び27となっている。低屈折率材料層22,24及び26の形成材料としては、例えば屈折率nが1.45〜1.50である酸化ケイ素を用いることができる。また、高屈折率材料層23,25及び27の形成材料としては、例えば屈折率nが2.00〜2.35である酸化タンタルを用いることができる。
第1層から第8層までの多層膜のうち、外表面の側に位置する第8層は、フッ化マグネシウムによって形成された層28である。なお、第8層は、保護膜としての機能を果たすものであれば、例えば酸化珪素、フッ化アルミニウム、フッ化イットリウム、フッ化ネオジウムのような、他の低屈折率材料によって形成されたものであっても構わない。
次に、上述した構成の光学薄膜20の成膜手順について説明する。
光学薄膜20は、光学素子1の光学素子基材10の光学面5上に、第1層から第8層までを順に成膜する。
第1層成膜工程は、実施形態1と同じであるため、説明を省略する。
第1層成膜工程で酸化アルミニウム層21を成膜した後は、次いで、第2層を成膜する第2層成膜工程、第3層を成膜する第3層成膜工程、第4層を成膜する第4層成膜工程、第5層を成膜する第5層成膜工程、第6層を成膜する第6層成膜工程、第7層を成膜する第7層成膜工程、および、第8層を成膜する第8層成膜工程を順に経る。
図5、図7〜9は、本発明の実施例2〜実施例5についての説明図である。また、図6は、比較例2についての説明図である。
具体的に、実施例2では、表7に示される光学薄膜20を形成した。
表7は、実施例2に係る光学薄膜20の膜構成を示している。また、表8は、実施例2に係る光学薄膜20の膜形成条件を示している。
表10は、比較例2に係る光学薄膜の膜構成を示している。また、表11は、比較例2に係る光学薄膜の膜形成条件を示している。
次に、実施例3〜実施例5について説明する。実施例3〜実施例5においては、実施例2ですでに説明した内容については、説明を省略し、実施例2と相違する内容について記載する。
実施例3〜実施例5において、共通する説明を先に記載する。実施例3〜実施例5においては、実施例1及び2のような加熱処理の結果について示していないが、発明者らは、以下に示す実施例においても色ムラが発生しなかったことから本発明を適用することができると考える。
実施例3では、第1層の酸化アルミニウム層の物理的膜厚dを変更し、第1層に加え、第3層及び第5層を酸化アルミニウム層により構成している。また、膜構成材料として、SiO2を用いず、Ta2O5により第2,4,6層を構成した。
実施例4では、第1層の酸化アルミニウム層を、RF励起型電子銃を用いたIADにより成膜している。また、光学薄膜20の層数を、8層から10層に変更している。
実施例5では、第1層の酸化アルミニウム層21の物理的膜厚dを厚く形成するとともに、光学薄膜20の層数を、8層から10層に変更している。
以上に挙げた実施例1〜5と、比較例1及び2の結果を勘案すると、実施例1〜5におけるAl2O3層21を含む光学薄膜20であれば、Al2O3層21が均一かつ緻密な膜質であるため、光学素子基材10の光学面5をコーティングする場合であっても、色ムラが発生することなく、良好な反射防止機能を実現することが可能となる。
実施形態1及び2で説明した光学薄膜20によれば、以下に述べる効果が得られる。
以上に実施形態1及び2を説明したが、上述した開示内容は、本発明の例示的な実施形態を示すものである。すなわち、本発明の技術的範囲は、上述の例示的な実施形態に限定されるものではない。
式(1)及び表1より、実施例1における光学薄膜係数xの算出例を示す。
1.波長帯域を400nm以上700nm以下と設定し、設定した波長帯域における中心波長λ0を550nmとする。
2.次に、屈折率n及び物理的膜厚dを規定する。実施例1においては、n=1.6745、d=92.91となる。
3.上記1,2において規定した数値を上記式(1)に代入し、光学薄膜係数xの値(x=1.131)を得る。
5…光学面
10…光学素子基材
20…光学薄膜
21…酸化アルミニウム層
22,24,26…低屈折率材料層
23,25,27…高屈折率材料層
n…屈折率
d…物理的膜厚
x…光学薄膜係数
λ0…中心波長
R1…第1の反射率
R2…第2の反射率
ΔR…シフト量。
Claims (4)
- 光学薄膜を備える光学素子であって、
前記光学薄膜は、
酸化アルミニウムを主成分とし、光学的膜厚及び中心波長に基づいて規定される、0.010以上2.00以下の範囲の光学薄膜係数を有する酸化アルミニウム層を備え、
前記酸化アルミニウム層により構成される単層膜であり、
400nm以上700nm以下の光の波長領域の同一波長において、前記酸化アルミニウム層の常温時における第1の光の反射率と、水分を除去可能な所定温度での加熱時における第2の光の反射率とのシフト量の最大値が0.10%以下である、光学素子。 - 前記光学薄膜は、屈折率及び物理的膜厚に基づいて規定され、
前記屈折率は、1.64以上1.70以下の範囲である、
請求項1に記載の光学素子。 - 前記物理的膜厚は、8.0nm以上500.0nm以下の範囲である、
請求項2に記載の光学素子。 - 前記光学素子は、光学素子基材をさらに備え、
前記光学薄膜は前記光学素子基材上に設けられ、
前記光学素子基材は光学ガラスレンズである、
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の光学素子。
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