JPH05150101A

JPH05150101A - 赤外光用光学部品

Info

Publication number: JPH05150101A
Application number: JP4136572A
Authority: JP
Inventors: Tsuguhiro Korenaga; 継博是永; Shinji Uchida; 真司内田; Hideo Kurokawa; 英雄黒川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】極めて優れた信頼性を有しつつ、実用上十分
高い赤外透過性をもつハロゲン化銀を基体とする赤外光
用光学部品を実現する。【構成】ハロゲン化銀を基体とする赤外光用光学部品
において、基体の感光性を防止するために不可欠なＳｂ
₂Ｓ₃膜の実用上の課題である該基体と該Ｓｂ₂Ｓ₃膜との
反応を、両者の間に中間薄膜層を設けることにより抑制
するとともに、Ｓｂ₂Ｓ₃膜の特殊環境下における酸化
を、最表層に化学的に安定な材料膜を構成することによ
って防止するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学デバイスなどに用い
られる、主として赤外光用に用いて有用な光学部品に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、赤外光用の光学デバイスに用いら
れている光学部品は、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、ガリ
ウムヒ素（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコ
ン（Ｓｉ）などの結晶材料から製造され、光学研磨法に
より形成されている。

【０００３】この方法では、ＣＶＤ法などにより製造さ
れた結晶材料に、何段階もの研磨工程を施して光学部品
を形成するため、価格は非常に高価であった。

【０００４】これに対し、より安価な製造方法として、
金属ハロゲン化物からなる赤外光学部材をその融点以下
で加圧成形して作成する方法が有望視されている（例え
ば特開昭５９−２１２８０１号公報参照）。

【０００５】この場合、赤外波長域で透明であり、成形
の容易な金属ハロゲン化物としては、ＡｇＢｒ、ＡｇＣ
ｌなどのハロゲン化銀等が挙げられるが、これらの材料
は、波長約０．４μｍ以下の光が照射されると感光し、
その結果、可視、赤外域波長での光学特性が著しく劣化
してしまうという欠点があった。

【０００６】すなわち、例えば太陽光下に数分間ほど放
置するだけでみるみる感光し、透過率が数％以下になっ
てしまうという実用上極めて大きな問題を有していた。

【０００７】そこで、赤外線工学（１９６３年、近代科
学社出版、Ｐ．１２４）にも記述されている様に、ハロ
ゲン化銀基体上に比較的毒性の低いＳｂ₂Ｓ₃膜をコ−テ
ィングした、すなわち図２０のような構成をとること
で、波長約０．４μｍ以下の光を遮断して感光による基
体の特性劣化を改善しようとする試みがなされてきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うに、ハロゲン化銀の基体上にＳｂ₂Ｓ₃膜をコ−ティン
グした従来構成では、感光による基体の特性劣化を改善
できるものの、周囲の環境によっては、その光透過性の
低下が起こり、実用上大きな問題となることを、我々は
実験により見い出した。

【０００９】すなわち、Ｓｂ₂Ｓ₃膜をコ−ティングした
ハロゲン化銀の基体を高温下に放置した場合には、ハロ
ゲン化銀とＳｂ₂Ｓ₃膜とが反応を起こし光透過率が劣化
する。また、Ｓｂ₂Ｓ₃膜をＳＯ₂ ガスのような特殊雰囲
気下に放置すると、表面が酸化し、光透過率が劣化す
る。

【００１０】このため、Ｓｂ₂Ｓ₃膜をコ−ティングした
ハロゲン化銀の基体は、感光による基体の特性劣化をあ
る程度改善できるものの、長期的にその光透過性を維持
することが極めて困難であり、実用上非常に大きな課題
であった。

【００１１】上記の課題を具体的に詳細に説明する。図
２０は、従来構成の光学部品のサンプルである。

【００１２】Ｓｂ₂Ｓ₃膜の形成は、本願発明の実施例と
の比較を行なうために、本願の実施例で使用したのと同
一の装置、即ち図２に示す装置を用いて行なった。図２
において、ハロゲン化基体としてＡｇＢｒを用い、Ａｇ
Ｂｒ２３を基板ホルダ−２２上に設置するとともに、ル
ツボ２４内に蒸着材料であるＳｂ₂Ｓ₃を設置する。

【００１３】そして、真空槽２１内を排気ポンプ２５に
よって真空にした後、ルツボ２４内のＳｂ₂Ｓ₃を電子銃
２６によって加熱し、蒸発させてＡｇＢｒ２３上にＳｂ
₂Ｓ₃膜を形成させる。なお、基板温度は常温にて成膜を
行った。

【００１４】図２２は、Ｓｂ₂Ｓ₃膜をこのような方法で
ＡｇＢｒ基板の両面に約１.７μｍの膜厚で形成した
後、６０℃、９０％ＲＨの高温高湿試験を１０００時間
おこなった時の透過特性を示すものである。

【００１５】ここで、縦軸が透過率、横軸が波長を示
し、曲線２２１は試験前の透過特性であり、曲線２２２
は試験後の透過特性である。

【００１６】これより高温高湿下に放置することによっ
て、透過特性が約１０％程度と大きく劣化していること
がわかる。

【００１７】透過特性の劣化は、光エネルギ−の伝達効
率の低下を引き起こすだけでなく、基体と薄膜を透過し
てきた光の強度ムラ等の光の品質を劣化させるため、実
用上大きな課題である。

【００１８】なお、ここでは基体としてＡｇＢｒを用い
た例について示したが、ＡｇＣｌ、ＡｇＩ、あるいはこ
れらの固溶体などのハロゲン化銀についても実験を行っ
た結果、ＡｇＢｒと同様に、透過率の劣化を示した。

【００１９】一方、図２３はＡｇＢｒ基板にＳｂ₂Ｓ₃膜
を成膜し、２５℃、２５ｐｐｍ、７５％ＲＨのＳＯ₂ ガ
ス試験を５００時間おこなった結果を示す。

【００２０】曲線２３１は試験前の透過率特性、曲線２
３２は試験後の透過率特性である。これよりＳＯ₂ ガス
に曝すことにより、赤外の透過特性が低下していること
がわかる。

【００２１】ＳＯ₂ ガスは、例えば自動車の排気ガスに
多く含まれるもので、一般の環境下でも存在しているた
め、赤外光用の光学部品としては、このような環境下で
長期にわたって光学部品としての性能を維持することは
極めて重要であるにもかかわらず、従来には、その様な
耐環境性を有するものは得られていなかった。

【００２２】また、図２１に示した様に、Ｓｂ₂Ｓ₃膜を
コ−ティングすることで透過率特性は、基体のみの透過
率特性よりも劣化してしまうという課題を有していた。

【００２３】ここで、基体のみの透過率特性は曲線２１
１で示してあり、基体上にＳｂ₂Ｓ₃膜をコ−ティングし
た場合の総合の透過率特性は曲線２１２で示してある。

【００２４】これは、基体とＳｂ₂Ｓ₃膜との干渉効果に
より生ずるもので原理上なくせないものである。

【００２５】一般に、これら材料は窓材、レンズ等の光
学部品として使用されることが多く、光学部品の表面だ
けでなく、表面と裏面の２つの界面で反射損失が生じ、
更に透過効率が劣化してしまうという重大な課題となっ
ていた。

【００２６】本発明は上記課題に鑑み、信頼性に極めて
優れた赤外光用光学部品を提供するとともに、さらに透
過率特性の良好な赤外光用光学部品を提供することを目
的としている。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の赤外光用光学部品は、ハロゲン化銀からなる
基体とＳｂ₂Ｓ₃からなる薄膜層との間に中間薄膜層を設
けることである。

【００２８】また、基体上にＳｂ₂Ｓ₃からなる薄膜層を
少なくとも１層以上備え、かつ最表面膜がＴｉＯ₂、Ｃ
ｅＦ₃のいずれかからなるという構成を備えることであ
る。

【００２９】

【作用】本発明は上記した構成によってハロゲン化銀か
らなる基体とＳｂ₂Ｓ₃からなる薄膜層の反応を中間薄膜
層の導入によって防ぎ、最表面膜をＴｉＯ₂ 、ＣｅＦ₃
という耐環境性の極めて優れた材料にて形成することで
Ｓｂ₂Ｓ₃の酸化を防止するため、長期的にその赤外透過
性を維持することが可能となる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例の赤外光用光学部品に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００３１】前述の高温高湿試験にて透過率が劣化した
サンプルを分析した結果、Ｓｂ₂Ｓ₃膜中に基板からのＡ
ｇが多く含まれ、これが原因となって光吸収もしくは光
散乱を引き起こし透過率を劣化させているという新しい
事実を見い出した。

【００３２】この事実より、Ｓｂ₂Ｓ₃膜とハロゲン化銀
基体を直接接しない構成にすれば透過率劣化を防止でき
るのではないかと考え、本発明をするに到った。

【００３３】以下、実施例に基づき本願発明を詳細に説
明する。（実施例１）図１は本発明の第１の実施例における赤外
光用光学部品の構成図を示すものである。図１におい
て、１１はハロゲン化銀基体、１２はＢｉＦ₃ 膜、１３
はＳｂ ₂Ｓ₃膜である。

【００３４】ここで、ＢｉＦ₃ 膜１２の膜厚を約４０ｎ
ｍ、Ｓｂ₂Ｓ₃膜１３の膜厚を約１.７μｍとし、基板温
度を常温にて成膜を行った。また、ハロゲン化銀基体と
して、ＡｇＢｒを用いた。作成方法は、図２に示した装
置を用いて行った。

【００３５】図２において、まず、真空槽２１内の基板
ホルダ−２２にＡｇＢｒ基体２３を設置する。基板ホル
ダ−２２としてアルミ製のものを用いると、アルミとＡ
ｇＢｒが反応しＡｇＢｒ基板が劣化してしまうため、例
えばステンレス製のホルダ−を用いる。

【００３６】次にルツボ２４に蒸着材料であるＢｉ
Ｆ₃、Ｓｂ₂Ｓ₃を設定する。そして、排気ポンプ２５に
より真空槽内を約５×１０^-5torrの真空圧にしたのち、
電子銃２６にてルツボ２４内のＢｉＦ₃を加熱する。

【００３７】加熱されたＢｉＦ₃は蒸発し、ＡｇＢｒ上
に成膜され、所定の膜厚になった時点でシャッタ−２７
を閉じて第１層目の成膜を終了する。

【００３８】次に、ルツボ２４内のＳｂ₂Ｓ₃を用いて、
再び同じ操作を行って、第２層目の成膜を完了する。

【００３９】このようにして作成した、ＢｉＦ₃ 膜とＳ
ｂ₂Ｓ₃からなる２層構成の光学部品の耐環境実験結果に
ついて以下に説明する。

【００４０】図３に本実施例を、６０℃、９０％ＲＨの
高温高湿環境下に約１０００時間放置した結果を示す。
曲線３１が試験前の特性であり、曲線３２が試験後の特
性である。

【００４１】これより、ＢｉＦ₃膜をＳｂ₂Ｓ₃膜とＡｇ
Ｂｒの間に形成することによって、透過率の低下が殆ど
ない光学部品が実現できていることがわかる。

【００４２】図２２に示したような、これまでの透過率
が約１０％も劣化していた従来構成と比べ、著しく劣化
度合が改善されていることがわかる。

【００４３】従って、ＡｇＢｒ基体とＳｂ₂Ｓ₃膜層の間
に中間薄膜層としてＢｉＦ₃ 膜を設けることは、赤外光
用光学部品としての耐高温高湿性の向上に極めて有効で
ある。

【００４４】なお、ＢｉＦ₃、Ｓｂ₂Ｓ₃の成膜時の基板
温度を常温の場合について説明したが、約２００℃で成
膜した結果も同様の結果が得られた。

【００４５】図４に、本サンプルを２００℃の高温下に
設置し、光学特性の劣化を調べた結果を示す。曲線４１
は基板に直接Ｓｂ₂Ｓ₃膜を成膜した時の、曲線４２は基
板とＳｂ₂Ｓ₃膜間にＢｉＦ₃ 膜を中間薄膜層として設け
たときの赤外透過特性を示している。

【００４６】この図から、直接Ｓｂ₂Ｓ₃膜を成膜した構
成のものに比べ、中間薄膜層としてＢｉＦ₃ 膜を設けた
構成の方が透過特性が良好であることがわかる。

【００４７】また、中間薄膜層としてＢｉＦ₃ 膜を設け
た構成の試験前の透過率特性を、曲線４３に示す。

【００４８】これより、試験前後において、光学特性は
ほとんど劣化していないことがわかる。

【００４９】これらをオ−ジェ電子分光にて、両者のＳ
ｂ₂Ｓ₃膜中のＡｇの量を分析したところ、中間薄膜層を
導入したものは、導入していないものに比べ、かなりＡ
ｇの量が低減化されていることが確認された。

【００５０】以上の様に、Ｓｂ₂Ｓ₃膜内でのＡｇの量
を、ＢｉＦ₃膜を設けることによってかなり抑制でき、
その結果、透過率劣化を低減化できたといえる。

【００５１】なお、本実施例においては、ＢｉＦ₃膜、
Ｓｂ₂Ｓ₃膜は平面状の基板に形成される場合を示した
が、曲面もしくはレンズ形状基板に形成してもかまわな
い。

【００５２】また、図１は基板１１の片面にのみ膜が形
成された構造について示しているが、両面にコ−ティン
グしてもかまわない。

【００５３】また、本実施例では基体をＡｇＢｒの場合
について説明したが、ＡｇＣｌ、ＡｇＩあるいはこれら
の固溶体であっても同様の効果が得られた。

【００５４】（実施例２）以上、中間薄膜層としてＢｉ
Ｆ₃を用いた例について説明したが、次にＴｉＯ₂膜を用
いた例について説明する。

【００５５】ＴｉＯ₂ 膜は、非常に安定な物質であるた
め有用であると考えられるが、波長約１２μｍ以上にお
いて吸収をもつことが知られている。

【００５６】しかし、十分に薄いＴｉＯ₂膜を中間薄膜
として使用した場合には、吸収による影響もなく光学的
には十分な特性が得られる可能性があると考え、約１０
０ｎｍの膜厚での光学特性を評価した。

【００５７】その結果を図５に示す。図５において、曲
線５１は、Ｓｂ₂Ｓ₃膜と基板の間に中間薄膜層としてＴ
ｉＯ₂膜を用いた本実施例部品の透過率特性を示し、曲
線５２は基板にＳｂ₂Ｓ₃膜を直接成膜した従来構成での
赤外透過特性を示している。

【００５８】これより、両者は数％の範囲内でほとんど
同じであり、ＴｉＯ₂膜の波長約１２μｍ以上の吸収は
光学特性上ほとんど問題なく、極めて有用な材料である
ことが判明した。

【００５９】また、図６にＡｇＢｒ基体にＴｉＯ₂ 膜を
真空蒸着法で、基板温度を常温に設定して、約１００ｎ
ｍの膜厚を成膜したサンプルについて、オ−ジェ電子分
光によりその深さ方向のＡｇについての元素分析をおこ
なった結果を示す。

【００６０】図中、白丸は成膜直後のサンプル、黒丸は
８０℃、９０％ＲＨ〜−４０℃、１０回のヒ−トサイク
ル試験をおこなった後のサンプルの分析結果である。

【００６１】これより、成膜直後も、ヒ−トサイクル試
験後もＡｇの拡散深さは約４０ｎｍ程度で変化しておら
ず、約４０ｎｍ以上の膜厚のＴｉＯ₂ 膜ならばＡｇの拡
散をほぼ阻止できることが判明した。

【００６２】また、本実施例の構成にて６０℃、９０％
ＲＨ、１０００時間の高温高湿試験をおこなった結果、
赤外透過特性の劣化は全く見られなかった。

【００６３】このことから、第１層膜としてＴｉＯ₂ 膜
を約４０ｎｍ以上成膜しておけば、耐高温高湿性能上極
めて効果があるといえる。

【００６４】従って、ＢｉＦ₃膜だけでなくＴｉＯ₂膜も
極めて有用な材料であるといえる。本実施例においては
中間薄膜層をＢｉＦ₃ 膜とＴｉＯ₂膜の場合について説
明したが、他にＣｅＦ₃についても検討したところ、良
好な赤外透過特性を示し、極めて効果があることが判明
した。

【００６５】（表１）に本実施例を含め、検討をおこな
った中間薄膜層の仕様を示す。

【００６６】

【表１】

【００６７】（表１）より、中間薄膜層の材料が、無機
酸化物、無機フッ化物等のハロゲン化基体とＳｂ₂Ｓ₃と
反応しない材料のとき、その膜厚が数十ｎｍ程度あれ
ば、透過率劣化の低減化に効果をもつことがわかる。

【００６８】従って、中間薄膜層として、無機酸化物、
無機フッ化物のような材料を用いることは極めて有用で
あるといえる。

【００６９】また、（表１）より基板温度が常温の場合
だけでなく、２００℃で成膜した場合でも良好な透過率
性能が実現できていることがわかる。

【００７０】このことは、前述の高温試験結果とも対応
しており、温度が非常に高い成膜時の環境下である場合
においても、上記中間薄膜層は、基体のＡｇがＳｂ₂Ｓ₃
膜内に拡散する量を低減化する効果があることを示すも
のである。

【００７１】これは、高温でＳｂ₂Ｓ₃膜もしくはＳｂ₂
Ｓ₃膜の上に別の材料を成膜するような場合に、非常に
有用な点であり、特に高温で成膜しないと十分な特性が
得られないような材料を成膜するさいに、有用であると
いえる。

【００７２】本実施例においてはＳｂ₂Ｓ₃膜の膜厚が約
１．７μｍの場合について説明したが、この膜は波長が
約０．７μｍ〜２５μｍにおいてほぼ透明であるため、
膜厚を変更するだけでこれらの波長範囲で有用な赤外光
用光学部品を実現できることはいうまでもない。

【００７３】また、ここでは、中間薄膜層が１つの材料
からなる単層膜について説明したが、複数の材料からな
る多層膜であっても何ら問題はない。

【００７４】以上の通り、本実施例において、高温・高
湿下での透過特性が従来にくらべて大幅に改善されてい
ることが分かる。

【００７５】（実施例３）次に、本発明の第３の実施例
について説明する。

【００７６】前述したように、ハロゲン化銀基体上にＳ
ｂ₂Ｓ₃膜をコ−ティングしただけの従来構成のものを、
耐ＳＯ₂試験したところ透過率が劣化するという新しい
事実を見いだした。

【００７７】そして、Ｓｂ₂Ｓ₃膜の表面をＸ線光電子分
光およびオ−ジェ電子分光によって分析したところ、Ｓ
ｂ₂Ｓ₃膜の表面は酸化されていて、約数百から数千ｎｍ
の深さをもったＳｂ₂Ｏ₅の層で覆われていることが判明
した。

【００７８】そこで、この事実より、Ｓｂ₂Ｓ₃膜の表面
を異種の材料で覆って、Ｓｂ₂Ｓ₃膜の酸化を防ぐことが
できれば透過率劣化を抑制できるのではないかと考え、
本願発明に到った。

【００７９】図７は本実施例における赤外光学部品の構
成を示す。ここで、７１はシリコン基板であり、第１層
目７２はＳｂ₂Ｓ₃膜、第２層目７３はＴｉＯ₂膜であ
る。このように、従来とは違い、Ｓｂ₂Ｓ₃膜の上をＴｉ
Ｏ₂膜で覆った２層構成となっている。

【００８０】作成方法は第１の実施例と同様に真空蒸着
法にて行った。ここで、Ｓｂ₂Ｓ₃膜の膜厚を約１.７μ
ｍ、ＴｉＯ₂膜の膜厚を約２０ｎｍとして成膜を行っ
た。また、基板温度は常温にて成膜した。

【００８１】図８に、このようにして作成した本実施例
の構成のサンプルと、シリコン基板にＳｂ₂Ｓ₃膜を単層
成膜した従来構成のサンプルを、耐ＳＯ₂ガス試験を実
施した結果を示す。

【００８２】曲線８１は従来構成での赤外透過特性を、
曲線８２は本実施例の構成での試験後の赤外透過特性を
あらわす。これより、本実施例における構成は、ＴｉＯ
₂膜がない従来構成に比べて高い透過率を実現できてい
ることがわかる。

【００８３】これは、従来構成では表面のＳｂ₂Ｓ₃ 膜
が酸化され、特性が劣化してしまうのに対し、表面層に
ＴｉＯ₂膜を付加した本発明の構成では、Ｓｂ₂Ｓ₃ 膜が
ほとんど酸化されない結果、特性が劣化していないため
と考えられる。

【００８４】従って、このような本発明の構成を用いる
ことで、Ｓｂ₂Ｓ₃ 膜の酸化という課題を解決でき、過
酷なＳＯ₂環境下でも光学特性が劣化しない、信頼性の
非常に高い光学部品が実現できていることが解る。

【００８５】従って、表面層にＴｉＯ₂膜を付加するこ
とは極めて有用であるといえる。なお、本実施例では、
基体としてシリコン基板を用いたが、光学部品の基体と
して用いられる材料であれば何でもかまわない。

【００８６】また、曲面、レンズ形状の基体であっても
かまわないのはもちろんのことである。

【００８７】また、本実施例では最表面膜としてＴｉＯ
₂ 膜を用いたが、少なくとも、耐ＳＯ₂、耐酸、耐アル
カリ、耐Ｈ₂Ｓなどの耐環境性能を持つ材料で赤外波長
域で大きな吸収のない材料であればよい。

【００８８】更に、ＣｅＦ₃ についても最表面膜として
検討をおこなったところ、膜厚が約２０ｎｍ程度もしく
はそれ以上あればＳＯ₂ ガス試験後も赤外光用光学部品
としての性能に劣化のないことが確認できた。

【００８９】最表面膜としてＴｉＯ₂ 膜だけでなく、上
記材料も有用であるといえる。さらに、本実施例におい
ては、Ｓｂ₂Ｓ₃膜層に直接、ＴｉＯ₂ 膜が接する場合に
ついて説明したが、Ｓｂ₂Ｓ₃膜とＴｉＯ₂ 膜の間に他の
薄膜層を用いてもかまわない。ＴｉＯ₂ 膜にてＳｂ₂Ｓ₃
膜が酸化するのを防止することができるため、最表面に
ＴｉＯ₂ 膜を用いさえすればよい。

【００９０】（実施例４）次に、本発明の第４の実施例
について説明する。

【００９１】本実施例によれば、Ｓｂ₂Ｓ₃膜をコ−ティ
ングしても透過特性が劣化しないような赤外光用光学部
品が得られる。

【００９２】図９に本実施例における赤外光用光学部品
の構成図を示す。ここで９１はＡｇＢｒよりなる基板、
第１層膜９２はＣｅＦ₃膜、第２層膜９３はＳｂ₂Ｓ₃
膜、第３層膜９４は赤外波長域で透明で屈折率がｎであ
る材料よりなる膜である。成膜はすべて第１の実施例と
同様真空蒸着法を用いた。

【００９３】ＣｅＦ₃膜９２の膜厚は４０ｎｍ、Ｓｂ₂Ｓ
₃膜９３、第３層膜９４の光学的膜厚は中心波長をλと
して、それぞれλ／２、λ／４である。

【００９４】図１０は、本実施例における光学部品の透
過特性を第３層膜の屈折率ｎをパラメータとして示した
ものである。中心波長は１０μｍとし、ＡｇＢｒ基板の
屈折率を２.１７、ＣｅＦ₃の屈折率を２．３、Ｓｂ₂Ｓ₃
膜の屈折率を３.０とした。

【００９５】この図より第３層膜の屈折率ｎを２．２以
下にすれば、その中心波長において反射防止効果が発現
し、ＡｇＢｒ基板の透過率を示す特性１０１よりも高い
透過特性を実現でき、光学部品として極めて有用な性能
を実現できることがわかる。

【００９６】従って、このような屈折率の材料を第３層
目に用いることは極めて有用であるといえる。

【００９７】また、本実施例は、ＣｅＦ₃膜をＡｇＢｒ
基体とＳｂ₂Ｓ₃膜の間に中間薄膜層として導入すること
で、第１の実施例で述べたような優れた耐高温・高湿性
を付与し、且つ反射防止効果を実現したものであるが、
反射防止効果を実現するだけでよいのであれば中間薄膜
層としてＣｅＦ₃膜を用いる必要はない。Ｓｂ₂Ｓ₃膜と
屈折率が２．２以下の材料により反射防止効果を発現で
きる。

【００９８】また、本実施例の中間薄膜層としてＣｅＦ
₃膜について述べたが、無機酸化物、無機フッ化物によ
る膜、あるいはこれらの内の複数の材料よりなる多層膜
であっても同様な効果が得られることはいうまでもな
い。

【００９９】さらに、基体がＡｇＢｒ以外のＡｇＣｌ、
ＡｇＩ、あるいはこれらの固溶体であってもよく、その
形状も問わないことももちろんのことである。

【０１００】次に、屈折率が２.２以下の材料として屈
折率が１.５８であるＣｅＦ₃を第３層膜９４に用いた場
合について説明する。

【０１０１】ここで、ＣｅＦ₃膜を用いた理由は、屈折
率が低いだけでなく、化学的に安定で吸湿性もなく、さ
らに引っかきに対しても強いという、優れた特性を有し
ているためである。

【０１０２】図１１に、その構成図を示す。基板１１１
としてＡｇＢｒを用い、第１層膜１１２としてＣｅＦ₃
膜、第２層膜１１３としてＳｂ₂Ｓ₃膜、第３層膜１１４
としてＣｅＦ₃膜を用いた構成となっている。

【０１０３】作成は第１の実施例と同様に真空蒸着法を
用い、基板温度を２００℃に設定して成膜を行った。ま
た各層の膜厚は、ＣｅＦ₃ 膜１１２の膜厚は４０ｎｍ、
Ｓｂ ₂Ｓ₃膜１１３、ＣｅＦ₃ 膜１１４の光学的膜厚は、
中心波長をλとして、それぞれλ／２、λ／４である。

【０１０４】第１層目のＣｅＦ₃ 膜は、第１の実施例で
述べたＳｂ₂Ｓ₃膜と基板とを直接接触させない働きをす
るもので、第３層目のＣｅＦ₃ 膜は、反射防止性を新た
に発現させるだけでなく、第３の実施例で述べたＳｂ₂
Ｓ₃膜の表面を酸化させない働きをするものである。

【０１０５】図１２は本実施例における赤外光用光学部
品の赤外透過特性をあらわす。このときの中心波長は９
μｍとした。

【０１０６】曲線１２１はＡｇＢｒよりなる基板の特
性、曲線１２２は本実施例の構成の特性を示す。この図
より本実施例では波長が４μｍ〜１１μｍの広い範囲で
反射防止効果により高い透過特性が得られているという
ことがわかる。

【０１０７】従って、極めて高透過率特性を有した光学
部品であるといえる。本実施例の構成にて６０℃、９０
％ＲＨ、１０００時間の高温高湿試験、ＳＯ ₂、Ｈ₂Ｓ、
ＮＨ₃ ガス等の特殊環境下での試験、直射太陽光下１０
００時間での耐光試験を行った。

【０１０８】その結果、いずれにおいてもその赤外透過
特性の低下は全く見られなかった。従って、本実施例の
ものは、高い透過率特性を有しているだけでなく、高い
信頼性も有していることがわかる。

【０１０９】これは、本実施例のものが、反射防止効果
を発現できる条件を満足しているだけでなく、実施例
１、３で述べたように、基体とＳｂ₂Ｓ₃の間に中間薄膜
層を、またＳｂ₂Ｓ₃膜上にＣｅＦ₃を用いた構成となっ
ているために、高い透過率特性を有しながら、かつ、高
い信頼性を有することができるのであり、実用上極めて
有用なものである。

【０１１０】なお、ここでＣｅＦ₃ 膜の成膜時におい
て、基板温度を常温で成膜したときには、基板と薄膜の
付着性が悪く、中心波長１０μｍの場合の膜厚で成膜し
たサンプルをヒ−トサイクル試験を行った結果、薄膜の
一部が基板より剥離してしまった。

【０１１１】従って、基板温度を常温にて成膜したサン
プルは、熱的な変化が激しく起こるような環境下では、
使用が困難であるといえる。

【０１１２】しかし、本実施例に示したように、基板温
度を２００℃程度にまで上げて成膜したサンプルは、同
試験を行っても剥離しなかった。

【０１１３】従って、基板温度を２００℃程度にまで上
げて成膜を行うということは、薄膜の信頼性を高めてい
く上で極めて有用であるといえる。

【０１１４】この時、Ｓｂ₂Ｓ₃膜が直接ＡｇＢｒに接し
たような従来構成で、基板温度を約２００度の高温下で
成膜すると、透過率が劣化する。

【０１１５】しかし、本実施例は、中間薄膜層が介在し
ているため、たとえ成膜時の温度が高温であったとして
も、透過率劣化はほとんどなく、実用上非常に有用であ
るといえる。

【０１１６】以上より、本実施例の光学部品は、優れた
赤外透過特性を有しつつ、耐高温高湿性、耐環境性、耐
光性、付着性等の非常に高い信頼性を有し、ハロゲン化
銀基体よりなることによる高い量産性をも合わせもった
非常に実用性の高い光学部品であるといえる。

【０１１７】なお、本実施例においては、ＣｅＦ₃ 膜の
光学的膜厚をλ／４（中止波長１０μｍのとき膜厚約
１．５μｍ）としたが、実施例３に述べたように約２０
ｎｍ以上あればかまわない。

【０１１８】膜厚が薄いときには赤外領域の反射防止効
果は低減下するが、透過特性を向上できることはいうま
でもない。

【０１１９】（実施例５）次に、屈折率が２.２以下の
低屈折率物質としてＢｉＦ₃膜を用いた本発明の第５の
実施例について説明する。

【０１２０】ＢｉＦ₃膜は反射防止効果を発現できる屈
折率が約１．６５の材料であるだけでなく、また赤外域
でも高い透過性を示すという非常に有用な物質である。

【０１２１】この薄膜を高温高湿試験を行ったところ透
過率特性が劣化するという欠点を見いだした。しかし、
この欠点を克服できれば、高い透過性能を持った赤外光
学部品が実現できる。

【０１２２】図１３は、本実施例における赤外光用光学
部品の構成図を示すものである。ここで１３１はＡｇＢ
ｒよりなる基板、第１層膜１３２はＣｅＦ₃膜、第２層
膜１３３はＳｂ₂Ｓ₃膜、第３層膜１３４はＢｉＦ₃膜、
第４層膜１３５はＣｅＦ₃膜である。

【０１２３】成膜はすべて真空蒸着法で、基板温度を常
温に設定し、ＣｅＦ₃膜１３２の膜厚は４０ｎｍ、Ｓｂ₂
Ｓ₃膜１３３、ＢｉＦ₃ 膜１３４の光学的膜厚は中心波
長をλとして、それぞれλ／２、λ／４、ＣｅＦ₃膜１
３５の膜厚を２０ｎｍとして成膜を行った。

【０１２４】ここで、第４の実施例と相違しているの
は、ＢｉＦ₃ 膜の上にＣｅＦ₃膜が約２０ｎｍの非常に
薄い膜厚でコ−ティングされている点である。ＣｅＦ₃
膜は化学的に非常に安定な物質でもあるので、ＣｅＦ₃
膜をＢｉＦ₃ 膜の上にコ−ティングすることにより、高
い透過性を維持しつつ信頼性を向上できる。

【０１２５】図１４は本実施例における赤外光用光学部
品の赤外透過特性をあらわす。このときの中心波長は８
μｍとした。曲線１４１はＡｇＢｒよりなる基板の透過
率特性、曲線１４２は本実施例の構成の透過率特性を示
す。

【０１２６】この図より本実施例では、波長が約５．５
μｍ〜１２μｍの広い範囲で反射防止効果により高い透
過特性が得られているということがわかる。

【０１２７】本実施例の構成にて、６０℃、９０％Ｒ
Ｈ、１０００時間の高温高湿試験、ＳＯ₂、Ｈ₂Ｓ、ＮＨ
₃ ガス等の特殊環境下での試験、直射太陽光下１０００
時間での耐光試験、あるいはヒ−トサイクルによる付着
性試験のいずれにおいてもその赤外透過特性の低下はほ
とんど見られなかった。第３層膜のＢｉＦ₃ 膜を、最表
面層のＣｅＦ₃膜の保護機能が働いているため信頼性が
向上したと考えられる。

【０１２８】本実施例のような構成をとることによっ
て、ＢｉＦ₃ のような比較的耐久性に弱い材料であって
も、高い透過特性が得られる利点を生かしつつ、耐環境
性などの信頼性を高めることが可能である。

【０１２９】また、更に第３層膜としてＣａＦ₂ （屈折
率１．３１）、ＰｂＦ₂ 膜（屈折率１．６８）について
も検討をおこなった結果、これらについても高い赤外透
過性と信頼性を確認した。

【０１３０】なお、本実施例においては、ハロゲン化銀
基体とＳｂ₂Ｓ₃膜の中間薄膜層をＣｅＦ₃膜としたが、
これを無機酸化物、無機フッ化物による膜、あるいはこ
れらの内の複数の材料よりなる多層膜であってもよい。

【０１３１】また、最表面膜としてＣｅＦ₃膜を用いた
例について説明したが、ＴiＯ₂膜を用いてもかまわな
い。第３層目の薄膜を保護し、かつそれ自体の光学特
性、信頼性に優れた材料であればかまわない。

【０１３２】さらに、基体がＡｇＢｒ以外のＡｇＣｌ、
ＡｇＩ、あるいはこれらの固溶体であってもよく、その
形状も問わないことは実施例１に述べた通りである。

【０１３３】（実施例６）次に、本発明の第６の実施例
について説明する。

【０１３４】図１５に、Ｓｂ₂Ｓ₃膜の膜厚を約１.７μ
ｍにした従来構成での紫外可視域での透過特性を示す。
これより、従来のものにあっては、Ｈｅ−Ｎｅレ−ザ−
波長の６３３ｎｍにおける透過率がほぼゼロであるとと
もに、ハロゲン化基体が感光する波長の光が遮断できて
いることがわかる。

【０１３５】ところで、通常、光学部品の光学系の調整
はＨｅ−Ｎｅレーザーが使用され、その場合、光学部品
の透過率は約１％必要とされている。しかし、従来の構
成では光がほとんど透過しないため、Ｈｅ−Ｎｅレーザ
ーを用いて光学系を調整することが非常に困難である。

【０１３６】そこで、Ｓｂ₂Ｓ₃膜の膜厚を更に薄くすれ
ば、Ｈｅ−Ｎｅレーザー波長での透過率が向上するので
はないかと考え、Ｓｂ₂Ｓ₃膜の膜厚と透過率特性との相
関性を実験により求めた。

【０１３７】その結果を図１６に示す。膜厚約１．０μ
ｍ以下において約１％以上の透過率が得られることが分
かる。

【０１３８】従って、Ｓｂ₂Ｓ₃膜の膜厚を約１μｍ以下
に設定すればＨｅ−Ｎｅレーザー光を透過するため、従
来の光学調整装置がそのまま使用でき、光学部品として
極めて実用的な大きなメリットであるといえる。

【０１３９】しかし、従来の膜構成で単に膜厚を薄くし
ただけでは、赤外域での透過率が薄膜の干渉効果によっ
て更に低下してしまう（１０％以上）。

【０１４０】そのため、Ｈｅ−Ｎｅレ−ザ−光の透過性
と、赤外光の透過性を同時に両方満足することは非常に
困難であった。

【０１４１】本実施例は、このような場合に用いて有用
なものであり、図１７に本実施例の赤外光用光学部品の
構成図を示す。ここで１７１はＡｇＢｒよりなる基板、
第１層膜１７２、第３層膜１７４および第５層膜はＣｅ
Ｆ₃膜、第２層膜１７３、および第４層膜１７５はＳｂ₂
Ｓ₃膜である。

【０１４２】成膜はすべて真空蒸着法で、基板温度が２
００℃にておこない、ＣｅＦ₃ 膜１７２の膜厚は約４０
ｎｍ、中心波長をλとして、Ｓｂ₂Ｓ₃膜１７３および１
７５の光学的膜厚はそれぞれ約λ／１６、ＣｅＦ₃ 膜１
７４の光学的膜厚は約λ／８である。また、ＣｅＦ₃膜
１７６の膜厚は２０ｎｍである。

【０１４３】ここで、第１層目と第５層目のＣｅＦ₃ 膜
は、実施例１、３で述べた様に、特殊環境化での信頼性
を高める働きをするものである。また、第２層、第３
層、第４層は、０.４μｍ以下の光を遮断しつつ、Ｈｅ
Ｎｅの透過性を向上させ、更に、赤外波長域での反射防
止性を発現して透過性を向上させるためのものである。

【０１４４】このように、本実施例での反射防止構成
は、実施例４、５で述べた構成と全く違っており、第２
層と第４層の２カ所にＳｂ₂Ｓ₃膜を分割させるととも
に、その間の第３層に低屈折率物質であるＣｅＦ₃膜を
設けた構成となっている。

【０１４５】検討の結果、実施例４、５で述べた構成で
膜厚を変更しただけでは、上記課題を解決することが困
難で、本実施例のようなＳｂ₂Ｓ₃膜を２分割するととも
に、その間に低屈折率物質を設けた新構成にすれば実現
できることが判明した。

【０１４６】図１８は、このような５層構成の本実施例
の紫外光〜可視光の波長領域における透過特性あらわ
す。なお、中心波長は１０μｍとした。

【０１４７】これより、波長６３３ｎｍでの透過率が約
１０％と極めて高い透過性が実現できていることがわか
る。また、ハロゲン化基体が感光する波長域の光も同時
に遮断できていることがわかる。

【０１４８】検討の結果、Ｓｂ₂Ｓ₃膜の膜厚が約０．４
μｍ以上であればハロゲン化基体が感光する波長の光を
遮断できることが判明した。

【０１４９】これより、波長６３３ｎｍでの透過率が１
％以上で、なおかつハロゲン化銀基体を感光させないた
めには、Ｓｂ₂Ｓ₃膜の膜厚が０.４μｍ以上１．０μｍ
以下である必要があるといえる。

【０１５０】本実施例のＳｂ₂Ｓ₃膜の膜厚は、０．４２
μｍであり、上記条件を満足していることはいうまでも
ない。

【０１５１】また、図１９に本実施例の赤外透過特性を
示す。曲線１９１は、ＡｇＢｒよりなる基板の特性、曲
線１９２は本実施例の構成の特性を示す。この図より本
実施例では、波長が７．５μｍ〜２０μｍ以上の広い範
囲で、反射防止効果が発現し、高い透過特性が得られて
いるということがわかる。

【０１５２】従って、本実施例の構成を用いることによ
り、従来の構成では実現できなかった、波長６３３ｎｍ
での透過性と赤外域での透過性を同時に実現できるた
め、極めて有用な発明といえる。

【０１５３】また、本実施例の構成にて６０℃、９０％
ＲＨ、１０００時間の高温高湿試験、ＳＯ₂、Ｈ₂Ｓ、Ｎ
Ｈ₃ ガス等の特殊環境下での試験、直射太陽光下１００
０時間での耐光試験、あるいはヒ−トサイクル試験を行
った。

【０１５４】その結果、いずれにおいてもその赤外透過
特性の低下は認めることができなかった。この様に、本
実施例のものは、極めて信頼性の高い光学部品であると
いえる。

【０１５５】これは、本実施例が、反射防止効果を発現
させる構成だけでなく、実施例１、３で示した様な、信
頼性をも高める構成であるためである。従って、本実施
例の赤外光用光学部品は、赤外波長域で高い透過特性を
実現できるだけでなく、Ｈｅ−Ｎｅレ−ザ−波長（６３
３ｎｍ）でも高い透過率を示し、かつハロゲン化銀の感
光波長である約０．４μｍ以下の光も遮断すると共に、
各種信頼性試験に対しても、光学特性の劣化がないこと
から、極めて有用なものである。

【０１５６】さらに、本実施例の５層の総膜厚は、本実
施例に示した中心波長１０μｍの場合、従来構成では、
約１.７μｍも必要であったのに対し、本実施例では約
１.２μｍであり、非常に薄い構成で良好な光学特性が
実現できている。

【０１５７】これは実施例４、５でも示した反射防止効
果を発現させる構成と比較しても、非常に薄い膜厚であ
るといえる。

【０１５８】このことは、薄膜を作成する際の時間短縮
につながるだけでなく、材料費節減にもなるため、実用
上きわめて有用であるといえる。

【０１５９】なお、本実施例においては第３層膜をＣｅ
Ｆ₃ 膜を用いた例について説明したが、ＢｉＦ₃、Ｐｂ
Ｆ₂あるいはＣａＦ₂ 膜でもかまわない。赤外波長で透
明で屈折率が比較的低い材料であれば、反射防止効果を
発現できる。

【０１６０】また、本実施例においては、ハロゲン化銀
基体とＳｂ₂Ｓ₃膜の中間薄膜層をＣｅＦ₃ 膜としたが、
これを無機酸化物、無機フッ化物、あるいはこれらの内
の複数の材料よりなる多層膜であってもよいことは、実
施例１に述べたとうりである。

【０１６１】また、本実施例における最表面層のＣｅＦ
₃膜がＴｉＯ₂ 膜であってもよいことは実施例３に述べ
たとうりである。

【０１６２】しかし、本実施例に示したように、第１
層、３層、５層の薄膜材料を同一にすることは、多種類
の材料で構成するよりも、作成上非常に有用であるとい
える。

【０１６３】従って、第１層、第３層、第５層をＣｅＦ
₃膜を用いることは極めて有用であるといえる。

【０１６４】また、本実施例では基体がＡｇＢｒについ
て述べたが、ＡｇＢｒ以外のＡｇＣｌ、ＡｇＩ、あるい
はこれらの固溶体であってもよく、その形状も問わない
ことは実施例１と同様である。

【０１６５】

【発明の効果】以上のように本発明は、ハロゲン化銀か
らなる基体とＳｂ₂Ｓ₃からなる薄膜層との間に中間薄膜
層を設け、最表面膜が耐環境性にすぐれた材料からなる
構成を備えたもので、赤外光領域にて優れた光学特性を
有しつつ、耐高温高湿性、耐環境性、耐光性において、
極めて高い信頼性をもつ赤外光用光学部品を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の赤外光用光学部品の構成図

【図２】本発明の赤外光用光学部品の薄膜を形成する装
置の概略図

【図３】本発明の赤外光用光学部品の信頼性試験結果を
示す光学特性図

【図４】本発明と従来の赤外光用光学部品の信頼性試験
結果を示す光学特性図

【図５】本発明の赤外光用光学部品の光学特性を示す特
性図

【図６】本発明の赤外光学部品の分析図

【図７】本発明の赤外光学部品の概要図

【図８】本発明の赤外光用光学部品の信頼性を示す特性
図

【図９】本発明の赤外光用光学部品の構成図

【図１０】本発明の赤外光用光学部品の赤外透過特性図

【図１１】本発明の赤外光用光学部品の構成図

【図１２】本発明の赤外光用光学部品の赤外透過特性図

【図１３】本発明の赤外光用光学部品の構成図

【図１４】本発明の赤外光用光学部品の赤外透過特性図

【図１５】従来構成での赤外光用光学部品の紫外可視域
での光学特性図

【図１６】膜厚と透過率の関係を示す関係図

【図１７】本発明の赤外光用光学部品の構成図

【図１８】本発明の赤外光用光学部品の紫外〜可視透過
特性図

【図１９】本発明の赤外光用光学部品の赤外透過特性図

【図２０】従来の赤外光用光学部品の構成図

【図２１】従来の赤外光用光学部品の赤外透過特性図

【図２２】従来例における高温高湿試験前後の赤外透過
特性図

【図２３】従来例におけるＳＯ₂ガス試験前後の赤外透
過特性図

【符号の説明】

１１ＡｇＢｒからなる基板１２ＢｉＦ₃膜１３Ｓｂ₂Ｓ₃膜２１真空槽２２基板ホルダ− ２３基板２４ルツボ２５排気ポンプ２６ＥＢ銃２７シャッタ− ７１シリコン基板７２Ｓｂ₂Ｓ₃膜７３ＴｉＯ₂膜９１ＡｇＢｒからなる基板９２ＣｅＦ₃膜９３Ｓｂ₂Ｓ₃膜１１１ＡｇＢｒからなる基板１１２ＣｅＦ₃膜１１３Ｓｂ₂Ｓ₃膜１１４ＣｅＦ₃膜１３１ＡｇＢｒからなる基板１３２ＣｅＦ₃膜１３３Ｓｂ₂Ｓ₃膜１３４ＢｉＦ₃膜１３５ＣｅＦ₃膜１７１ＡｇＢｒからなる基板１７２ＣｅＦ₃膜１７３Ｓｂ₂Ｓ₃膜１７４ＣｅＦ₃膜１７５Ｓｂ₂Ｓ₃膜１７６ＣｅＦ₃膜２０１ハロゲン化銀基体２０２Ｓｂ₂Ｓ₃膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハロゲン化銀からなる基体上に、Ｓｂ₂Ｓ₃
からなる薄膜層を有し、前記基体と前記Ｓｂ₂Ｓ₃からな
る薄膜層との間に中間薄膜層を備えた赤外光用光学部
品。
【請求項２】中間薄膜層が無機酸化物もしくは無機フッ
化物である請求項１記載の赤外光用光学部品。
【請求項３】無機酸化物としてＴｉＯ₂を用いた請求項
２記載の赤外光用光学部品。
【請求項４】無機フッ化物としてＢｉＦ₃、ＣｅＦ₃ を
用いた請求項２記載の赤外光用光学部品。
【請求項５】基体上に、Ｓｂ₂Ｓ₃からなる薄膜層を少な
くとも１層以上備え、かつ最表面膜がＴｉＯ₂もしくは
ＣｅＦ₃からなる赤外光用光学部品。
【請求項６】ハロゲン化銀からなる基体上に、第１層目
としてＣｅＦ₃からなる薄膜層を、第２層目としてＳｂ₂
Ｓ₃からなる薄膜層を、第３層目として赤外波長域で透
明でその屈折率が２．２以下である薄膜層を備えた赤外
光用光学部品。
【請求項７】ハロゲン化銀からなる基体上に、第１層目
としてＣｅＦ₃からなる薄膜層を、第２層目としてＳｂ₂
Ｓ₃からなる薄膜層を、第３層目としてＣｅＦ ₃からなる
薄膜層を備えた赤外光用光学部品。
【請求項８】ハロゲン化銀からなる基体上に、第１層目
としてＣｅＦ₃からなる薄膜層を、第２層目としてＳｂ₂
Ｓ₃からなる薄膜層を、第３層目としてＢｉＦ ₃からなる
薄膜層を、第４層目としてＣｅＦ₃からなる薄膜層を備
えたことを特徴とする赤外光用光学部品。
【請求項９】ハロゲン化銀からなる基体上に、第１層目
としてＣｅＦ₃からなる薄膜層を、第２層目としてＳｂ₂
Ｓ₃からなる薄膜層を、第３層目としてＣｅＦ ₃ からな
る薄膜層を、第４層目としてＳｂ₂Ｓ₃からなる薄膜層
を、第５層目としてＣｅＦ₃からなる薄膜層を備えた赤
外光用光学部品。