JP6024119B2 - 防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー及びその製造方法、並びにそれを備えた光学機器 - Google Patents
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[1] 反射面が二次元周期で形成された微細な凹凸を有するアルミニウムにより形成されている防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラーにおいて、前記微細凹凸の周期が使用する光の波長以下であり、前記反射面の三次元平均表面粗さが1〜5nmであることを特徴とする防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー。
[2] 上記[1] に記載の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラーであって、前記微細凹凸がディンプル形状を有することを特徴とする防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー。
[3] 上記[1] 又は[2] に記載の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラーであって、前記微細凹凸の周期が50〜300 nmであることを特徴とする防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー。
[4] 上記[1]〜[3] のいずれかに記載の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラーであって、表面抵抗が1×103Ω/□以下であり、もって帯電防止性を有することを特徴とする防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー。
[5] 上記[1]〜[4] のいずれかに記載の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラーであって、前記アルミニウム層が純度99%以上の高純度アルミニウムからなることを特徴とする防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー。
[6] 上記[1]〜[5] のいずれかに記載の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラーの製造方法において、アルミニウムからなる基材の鏡面加工を施された表面を陽極酸化処理し、前記アルミニウム基材の表面に形成されたポーラスアルミナ層を剥離することにより、反射面に二次元周期で形成された微細な凹凸を設けることを特徴とする防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラーの製造方法。
[7] 上記[1]〜[5] のいずれかに記載の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラーを具備することを特徴とする光学機器。
本発明の一実施例による防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー1は、図1に示すように、反射面11が二次元周期で形成された複数の微細な凹凸12を有するアルミニウム基材10からなる。アルミニウム基材10の反射面11の反対側の面にも二次元周期で形成された微細凹凸12を設けても良い。
[AはHamaker定数(van der Waals 相互作用の大きさを表す量)であり、D1は塵埃粒子径であり、Zは塵埃粒子と反射面11との間の距離であり、kは反射面11の下記式:k=k1 + k2(ただしk1及びk2は各々k1=(1−ν1 2)/E1及びk2=(1−ν2 2)/E2であり、ν1及びν2はミラー表面を構成する物質及び塵埃粒子のPoisson比であり、E1及びE2はそれぞれミラー表面を構成する物質及び塵埃粒子のYoung率である。)により表される係数であり、bは反射面11の三次元平均表面粗さSRaである。]により表すことができる。分子間力Fに影響を与えるパラメータの中で、特にSRaが支配的である。反射面11の三次元平均表面粗さSRaを大きくすることにより、分子間力Fが低減し、塵埃粒子の付着力も低減させることができる。
[ただしε0は真空の誘電率8.85×10-12(F/m)であり、Vcは塵埃粒子と反射面11との接触電位差であり、AはHamaker定数(van der Waals 相互作用の大きさを表す量)であり、kは下記式:k=k1 + k2(ただしk1及びk2は各々k1=(1−ν1 2)/E1及びk2=(1−ν2 2)/E2であり、ν1及びν2は反射面11及び塵埃粒子のPoisson比であり、E1及びE2はそれぞれ反射面11及び塵埃粒子のYoung率である。)により表される係数であり、D1は塵埃粒子径であり、Z0は反射面11と塵埃粒子との間の距離であり、bは反射面11のSRaである。]により表され、化学的なポテンシャルの差により発生する。式(2) から明らかなように、b(反射面11のSRa)を大きくすることにより、接触帯電付着力F1も小さくできる。式(1) 及び(2) 中のHamaker定数Aは屈折率の関数で近似され、屈折率が小さいほど小さくなる。
(ただしXL〜XRは測定面のX座標の範囲であり、YB〜YTは測定面のY座標の範囲であり、S0は測定面がフラットであるとした場合の面積|XR−XL|×|YT−YB|であり、XはX座標であり、YはY座標であり、F(X,Y)は測定点(X,Y)における高さであり、Z0は測定面内の平均高さである。)により表される。
150 nmであるのが好ましく、10〜100 nmであるのがより好ましい。微細凹凸12の平均深さhが5nm未満であると防塵性が不十分であり、平均深さhが150 nm超であると低散乱性及び機械的強度が劣る。微細凹凸12の平均深さはAFM測定やSEMによる形状観察により推定した。
本発明の一実施例による防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー1の製造方法を、図3を用いて以下詳細に説明する。
25 mm×25 mm×5mmのガラス(BK7)基板30の1面を反射面として研削・研磨により光学鏡面を形成した。基板30の光学鏡面に純度99.99%の高純度アルミニウムからなる基材10を真空蒸着により約200 nm成膜し、アルミニウム反射ミラーを作製した。得られたアルミニウム反射ミラーを17℃の0.3 Mシュウ酸電解質に浸漬し、陽極に電圧40Vを40秒間印加し、アルミニウム基材10の表面にポーラスアルミナ層20を形成した。陽極酸化処理の後、1.8 wt%クロム酸及び6wt%リン酸の混酸の溶解液に、60℃で15分浸漬した。それにより、ポーラスアルミナ層20を溶解させ、アルミニウム基材10の微細凹凸12が2次元周期で配置された反射面11を露出させ、もって防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー1(試料1)を作製した。
実施例1と同様の方法で、鏡面研磨したガラス(BK7)基板30の反射面に純度99.99%の高純度アルミニウムからなる基材10を真空蒸着により約100 nm成膜し、比較例1のアルミニウム反射ミラー(試料2)を作製した。
比較例1のアルミニウム反射ミラーの反射面に、さらに真空蒸着により酸化シリコン(SiO)からなる保護膜を140 nm成膜し、比較例2のアルミニウム反射ミラー(試料3)を作製した。
実施例1の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー1の反射面11のSEM写真をそれぞれ図4及び5に示す。反射面11にディンプル状の周期で微細凹凸12が二次元的に配置されていることが分かった。
実施例1、比較例1及び比較例2のアルミニウム反射ミラー(試料1〜3)の反射面に同一条件で強制的にゴミを付与し、各試料1〜3に付着するゴミの数を調べることにより、ゴミの付着性を評価した。
また実施例1、比較例1及び比較例2のアルミニウム反射ミラーの分光反射率を図6に示す。実施例1、比較例1及び比較例2の可視光領域(波長400nm〜700nm)における反射率の平均値を表3に示す。
10・・・アルミニウム基材
11・・・反射面
12・・・微細凹凸
20・・・ポーラスアルミナ層
21・・・セル
21・・・細孔
30・・・基板
40・・・アルミニウム母材
41・・・反射面
Claims (7)
- 反射面が二次元周期で形成された微細な凹凸を有するアルミニウムにより形成されている防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラーにおいて、
前記微細凹凸の周期が使用する光の波長以下であり、
前記反射面の三次元平均表面粗さが1〜5nmであることを特徴とする防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー。 - 前記微細凹凸がディンプル形状を有することを特徴とする請求項1に記載の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー。
- 前記微細凹凸の周期が50〜300 nmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー。
- 表面抵抗が1×103Ω/□以下であり、もって帯電防止性を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー。
- 前記アルミニウム層が純度99%以上の高純度アルミニウムからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラー。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラーの製造方法において、アルミニウムからなる基材の鏡面加工を施された表面を陽極酸化処理し、前記アルミニウム基材の表面に形成されたポーラスアルミナ層を剥離することにより、反射面に二次元周期で形成された微細な凹凸を設けることを特徴とする防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラーの製造方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の防塵性及び低散乱性アルミニウム反射ミラーを具備することを特徴とする光学機器。
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