JP6189612B2 - 反射防止膜を備えた光学部材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
透明薄膜層が、透明基材側からアルミナ層と、アルミナ層よりも低い屈折率を有し、かつアルミナ層に対する水をバリアする水バリア層と、水バリア層よりも低い屈折率を有し、アルミナの水和物を主成分とする平坦層とを順に備えてなり、
水バリア層の厚みが70nm以下であることを特徴とする。
透明基材上に、アルミナ層、水バリア層およびアルミナ層をこの順に反応性スパッタ法により成膜し、
各層が成膜された透明基材を温水処理することを特徴とする。
透明基材上に、アルミナ層、水バリア層およびアルミナ層をこの順に蒸着法により成膜し、
各層が成膜された透明基材を温水処理することを特徴とする。
5nm以上の厚みの水バリア層がある場合には、下層のアルミナ層が水熱処理後でもベーマイト化されずに、水バリア層として機能する。
微細凹凸の周期は数10nm〜数100nmオーダーである。
また、本実施形態において、凸部頂点から隣接する凹部の底部までの平均深さ(凹凸層の膜厚)t2は150nm以下である。
ガラス基板(コーニング社 イーグル2000)にAlをスパッタ法で成膜した後に温水処理として沸騰水に5分間浸漬させて表面にアルミナの水和物を主成分とする微細凹凸層を形成した。
図2および図3に示す通り、表面には微細凹凸層が形成され、基板と凹凸層との間に平坦層が備えられている。
成膜するAlの厚みを変化させ、同様の温水処理を行った場合について、微細凹凸層の厚みおよび平坦層と、Alの成膜厚みとの関係を調べた結果を図4に示す。
そこで、基板側のAl2O3と凹凸層形成用のAl(あるいはAl2O3)との間に、温熱処理時に基板側のAl2O3が水和物(ベーマイト)化しないように、バリア層を備えることとした。このとき、水バリア機能を有する材料として、ここでは、SiO2(シリカ)を用いることとし、Al2O3及びSiO2の膜厚を調整して干渉効果を利用した反射防止構造を備えることとした。
透明基材20の曲面は、レンズの有効光学面としての曲面を切り出した時の曲面の両端の法線がなす角度θが90°を超えるものであることが特に好ましい。
曲面へスパッタ法により透明薄膜層を成膜する場合には、最も薄い膜厚となる最周辺部のシリカ、シリコン酸窒化物、ランタン弗化物、ガリウム酸化物のいずれかからなる層の膜厚が5nm以上であることが好ましく、曲面へ蒸着法により透明薄膜層を成膜する場合には、最も薄い膜厚となる最周辺部のシリカ、シリコン酸窒化物、ランタン弗化物、ガリウム酸化物のいずれかからなる層の膜厚が30nm以上であることが好ましい。
最大φ=62.5°、曲率半径36.4mmの硝材オハラS−LAH58(nd=1.88300)のレンズ曲面にAl2O3/SiO2/膜厚80nm、屈折率nd=1.26のベーマイト層(平坦層)/膜厚150nmの凹凸ベーマイト層(微細凹凸層)の反射防止膜を備えた場合について多層膜計算によるシミュレーションを行った。
基板側のAl2O3の膜厚を10〜200nmで変化させ、水バリア層としてのSiO2の膜厚を10〜100nmで変化させ、450〜700nmの10nmごとの入射光の反射率の総和を調べた。なお、ここで膜厚は、最も膜厚の厚いレンズ中心部での膜厚である。多層膜の計算は薄膜計算ソフト「Essential Macleod」で行った。その結果の一部を図8〜図11に示す。
なお、ここでは、バリア層としてSiO2を用いた場合について検討したが、水バリア層がシリコン酸窒化物、ランタン弗化物、ガリウム酸化物のいずれかからなる層であっても、膜厚が小さい方が良好な性能が得られることに関しては同様の傾向が得られると考えられる。
ECR(電子サイクロトロン共鳴)スパッタ装置にて、最大φ=62.5°、曲率半径36.4mmの硝材オハラS−LAH58(nd=1.88300)のレンズ曲面にAl2O3/SiO2/Al2O3を順次成膜した。このとき、SiおよびAlをターゲットとしてDCスパッタにてO2をアシストしてSiO2およびAl2O3の各層を成膜した。
最上層のAl2O3の膜厚を30nmとして成膜後に沸騰水に5分間浸漬し温水処理を行った。温水処理後に最上層のAl2O3は、膜厚80nm、屈折率nd=1.26のベーマイト層(平坦層)と膜厚150nmの凹凸ベーマイト層(微細凹凸層)となった。なお、ここで膜厚は、最も膜厚の厚いレンズ中心部での膜厚である。
なお、このとき、40nm×cos60°=20nmであり、反射防止膜形成領域全域に亘って20nm以上の厚みがあることが好ましいと言える。
EB(電子ビーム)蒸着装置にて最大φ=62.5°、曲率半径36.4mm、硝材オハラS−LAH58(nd=1.88300)のレンズ曲面にAl2O3/SiO2/Al2O3を順次成膜した。このとき、SiO2及びAl2O3ペレットを蒸着源としてEBガンで電子線照射してSiO2及びAl2O3の各層を成膜した。
高屈折率ガラス基板S−LAH55V(株式会社オハラ)上にアルミナ薄膜70nmを反応性スパッタ法で成膜し、その上に水バリア層としてシリカ5nmを反応性スパッタ法で成膜し、温水処理を行った。温水処理前後のアルミナ層の屈折率を分光エリプソメトリー測定で測定したところ、アルミナ層の屈折率は温水処理前後ともに1.65であった。このことから、シリカは水バリア層として適当であることが明らかになった。
高屈折率ガラス基板S−LAH55V(株式会社オハラ)上にアルミナ薄膜70nmを反応性スパッタ法で成膜し、その上に水バリア層としてシリコン酸窒化物5nmを反応性スパッタ法で成膜し、温水処理を行った。温水処理前後のアルミナ層の屈折率を分光エリプソメトリー測定で測定したところ、アルミナ層の屈折率は温水処理前後ともに1.70であった。このことから、シリコン酸窒化物は水バリア層として適当であることが明らかになった。
高屈折率ガラス基板S−LAH55V(株式会社オハラ)上にアルミナ薄膜70nmを反応性スパッタ法で成膜し、その上に水バリア層としてランタン弗化物層40nmからなる水バリア層を蒸着法で成膜し、温水処理を行った。温水処理前後のアルミナ層の屈折率を分光エリプソメトリー測定で測定したところ、アルミナ層の屈折率は温水処理前後ともに1.65であった。このことから、ランタン弗化物層が水バリア層として適当であることが明らかになった。
高屈折率ガラス基板S−LAH55V(株式会社オハラ)上にアルミナ薄膜70nmを反応性スパッタ法で成膜し、その上に水バリア層としてガリウム酸化物層40nmからなる水バリア層を蒸着法で成膜し、温水処理を行った。温水処理前後のアルミナ層の屈折率を分光エリプソメトリー測定で測定したところ、アルミナ層の屈折率は温水処理前後ともに1.65であった。このことから、ガリウム酸化物層が水バリア層として適当であることが明らかになった。
高屈折率ガラス基板S−LAH55V(株式会社オハラ)上にアルミナ薄膜70nmを反応性スパッタ法で成膜し、温水処理を行った。温水処理前後のアルミナ層の屈折率を分光エリプソメトリー測定で測定したところ、アルミナ層の屈折率は計算できなかった。これは温水処理のためにアルミナ層が連続的に屈折率が変化するベーマイト層に変化したためと考えられ、水バリア層が無いとアルミナ層として好ましい屈折率にならないことが明らかになった。
10、20 透明基材
11、21 Al2O3層
12、22 水バリア層
13、23 アルミナの水和物を主成分とする平坦層
15、25 透明薄膜層
18、28 アルミナの水和物を主成分とする微細凹凸層
19、29 反射防止膜
Claims (11)
- 透明基材の表面に、透明薄膜層、アルミナの水和物を主成分とする透明な微細凹凸層をこの順に備えてなる反射防止膜を備えた光学部材であって、
前記透明薄膜層が、前記基材側からアルミナ層と、該アルミナ層よりも低い屈折率を有し、かつ該アルミナ層に対する水をバリアする水バリア層と、該水バリア層よりも低い屈折率を有し、アルミナの水和物を主成分とする平坦層とを順に備えてなり、
前記水バリア層の厚みが70nm以下であり、
前記水バリア層が、単層もしくは複数の層からなり、そのうち少なくとも一層は、シリコン酸窒化物、ランタン弗化物または前記アルミナ層よりも低い屈折率を有するガリウム酸化物のいずれかからなる層であることを特徴とする光学部材。 - 前記微細凹凸層の厚みが150nm以下であることを特徴とする請求項1記載の光学部材。
- 前記水バリア層の前記シリコン酸窒化物、ランタン弗化物またはガリウム酸化物のいずれかからなる層の厚みが5nm以上であることを特徴とする請求項1または2記載の光学部材。
- 前記水バリア層がスパッタ膜であることを特徴とする請求項3記載の光学部材。
- 前記水バリア層の前記シリコン酸窒化物、ランタン弗化物またはガリウム酸化物のいずれかからなる層の厚みが30nm以上であることを特徴とする請求項1または2記載の光学部材。
- 前記水バリア層の前記シリコン酸窒化物、ランタン弗化物またはガリウム酸化物のいずれかからなる層の厚みが40nm以上であることを特徴とする請求項1または2記載の光学部材。
- 前記水バリア層が蒸着膜であることを特徴とする請求項5または6記載の光学部材。
- 透明基材の表面に、透明薄膜層、アルミナの水和物を主成分とする透明な微細凹凸層をこの順に備えてなる反射防止膜を備えた光学部材の製造方法であって、
前記透明基材上に、アルミナ層、水バリア層およびアルミナ層をこの順に反応性スパッタ法により成膜し、
前記水バリア層は、単層もしくは複数の層からなり、そのうち少なくとも一層は、シリコン酸窒化物、ランタン弗化物またはガリウム酸化物のいずれかからなる層であり、
前記各層が成膜された前記透明基材を温水処理することを特徴とする光学部材の製造方法。 - 前記水バリア層の前記シリコン酸窒化物、ランタン弗化物またはガリウム酸化物のいずれかからなる層の厚みを5nm以上とすることを特徴とする請求項8記載の光学部材の製造方法。
- 透明基材の表面に、透明薄膜層、アルミナの水和物を主成分とする透明な微細凹凸層をこの順に備えてなる反射防止膜を備えた光学部材の製造方法であって、
前記透明基材上に、アルミナ層、水バリア層およびアルミナ層をこの順に蒸着法により成膜し、
前記水バリア層は、単層もしくは複数の層からなり、そのうち少なくとも一層は、シリコン酸窒化物、ランタン弗化物またはガリウム酸化物のいずれかからなる層であり、
前記各層が成膜された前記透明基材を温水処理することを特徴とする光学部材の製造方法。 - 前記水バリア層の前記シリコン酸窒化物、ランタン弗化物またはガリウム酸化物のいずれかからなる層の厚みを30nm以上とすることを特徴とする請求項10記載の光学部材。
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