TW201400850A - 光學元件 - Google Patents
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Abstract
本發明是一種光學元件(1)，是具備光學薄膜(20)。光學薄膜(20)，是具備氧化鋁層(21)，以氧化鋁作為主成分，具有依據光學的膜厚(nd)及中心波長(λ0)被限定的0.010以上2.00以下的範圍的光學薄膜係數(x)，在中心波長頻帶的同一波長中，常溫時的第1反射率(R1)、及加熱時的第2反射率(R2)的偏移量是0.50%以下。
Description
本發明，是有關於光學元件。
光學玻璃透鏡等的光學元件，是為了獲得所期的光學特性，使成為光學面的表面藉由光學薄膜被塗抹(coating)。光學薄膜，近年來已知為單層膜，或是多層膜者，也有使用包含氧化鋁(Al2O3)層的多層構造的光學薄膜(例如專利文獻1參照)。
[專利文獻1]日本特開平9-159803號公報
但是包含氧化鋁層的光學薄膜，是在將光學元件的光學面塗抹的情況時，會在光學元件的表面發生色
不均勻。此色不均勻，是因了光學面的面內的光學薄膜的膜質(膜的曲折率和膜密度等)在局部地成為不均一而發生。色不均勻的發生，即光學薄膜的光學特性(例如反射率和護膜色品質(色味))的不均一性是成為製品成品率下降的要因。因此，對於色不均勻，是期望可事先防止其發生。
本發明的目的，是提供一種光學元件，即使包含氧化鋁層的光學薄膜也不會發生色不均勻的具備均一且緊密的膜質的光學薄膜。
本發明，是為了達成上述目的而設計者。
為了上述目的的達成，本案發明人等，首先，檢討了色不均勻的發生要因。其結果，色不均勻的發生的原因，是氧化鋁層在鍍膜中或在鍍膜後將水分等取入。此原因，從對於詳細後述的偏移量(波長偏移，換言之，常溫時及加熱時的分光特性的變化量)的檢證結果也相同。
且依據這種知識，本案發明人等，進一步反覆專心檢討的結果，而獲得若可以實現均一且緊密的膜質的氧化鋁層的話，是否可防止成為色不均勻的發生要因的水分等的取入的想法。
本發明，是依據由上述的本案發明人等所產生的新的知識及想法者。即，本案發明人等，是依據上述的新的知識及想法，想到了以下所述的課題解決手段。
本發明的一形態的光學元件，是具備光學薄
膜。光學薄膜，是具備氧化鋁層。以氧化鋁作為主成分，具有依據光學的膜厚及中心波長被限定的0.010以上2.00以下的範圍的光學薄膜係數，在中心波長頻帶的同一波長中，常溫時的第1反射率、及加熱時的第2反射率的偏移量是0.50%以下。
依據本發明的話，即使包含氧化鋁層的光學薄膜，也可以獲得不會發生色不均勻的具備均一且緊密的膜質的光學薄膜的光學元件。
1‧‧‧光學元件
5‧‧‧光學面
10‧‧‧光學元件基材
20‧‧‧光學薄膜
21‧‧‧氧化鋁層
22、24、26‧‧‧低曲折率材料層
23、25、27‧‧‧高曲折率材料層
n‧‧‧曲折率
d‧‧‧物理的膜厚
x‧‧‧光學薄膜係數
λ0‧‧‧中心波長
R1‧‧‧第1反射率
R2‧‧‧第2反射率
△R‧‧‧偏移量
[第1圖]顯示本發明的實施例1所適用的光學元件的構成例的主要部分剖面圖。
[第2圖]將本發明的實施例1中的光學薄膜(氧化鋁層)的光的波長及光的反射率的關係的一具體例在二次元座標平面上作圖的說明圖。
[第3圖]對於成為本發明的實施例1的比較對象的比較例1的說明圖。
[第4圖]顯示本發明的實施例2所適用的光學元件的構成例的主要部分剖面圖。
[第5圖]將本發明的實施例2中的光學薄膜的光的波長及光的反射率的關係的一具體例在二次元座標平面上作
圖的說明圖。
[第6圖]對於成為本發明的實施例2的比較對象的比較例2的說明圖。
[第7圖]將本發明的實施例3中的光學薄膜的光的波長及光的反射率的關係的一具體例在二次元座標平面上作圖的說明圖。
[第8圖]將本發明的實施例4中的光學薄膜的光的波長及光的反射率的關係的一具體例在二次元座標平面上作圖的說明圖。
[第9圖]將本發明的實施例5中的光學薄膜的光的波長及光的反射率的關係的一具體例在二次元座標平面上作圖的說明圖。
以下，依據圖面說明本發明的實施例1及2。
在此，對於各實施例，由以下的順序逐項進行說明。
1.光學元件的整體構成
2.光學薄膜的構成
3.鍍膜程序
且對於實施例1及2，共通地如下述說明。
4.實施例1及2的效果
5.變形例
在實施例1中，被構成於光學元件的光學面上的光學薄膜，是由單層膜所構成。且，在後述的實施例
2中，被構成於光學元件的光學面上的光學薄膜，是由多層膜所構成。
且在以下的實施例中，中心波長頻帶，是舉例可視光的波長頻帶的一例，以波長領域400nm以上700nm以下，中心波長λ0為550nm進行說明。且，光學薄膜係數，是以可取得0.010~2.00的範圍者進行說明。又，在有關於波長領域以外的數值的記載中，除非另有規定，「數值~數值」，是包含兩端的值。
首先，說明光學元件的整體構成。
光學元件，是指對於光(特別是可視光)進行任何的光學的處理的元件，具體而言該當於透鏡、稜鏡、鏡子、濾鏡、導光板(管)、繞射元件等的光學裝置(設備)。
第1圖，是顯示本發明所適用的光學元件的構成例的主要部分剖面圖。
如第1圖所示光學元件1，是在元件基材也就是光學元件基材10的光學面5被塗抹光學薄膜20。
光學元件基材10，是由光學玻璃材所構成，在光學元件基材10的表面形成有成為光學面5的球面或是非球面、平面、繞射格子等的光學功能面。且，光學元件基材10的光學玻璃材，可以使用例如：M-TAFD305、
M-LAC130、M-BACD12、M-FDS2、M-FD80、M-TAFD307、M-FCD1、M-FCD500、M-PCD4、M-TAF101、E-FDS1、E-FDS2、TAFD30、TAFD35、TAF1、FCD100、FCD505、BACD5(HOYA股份有限公司製)等。
接著，說明形成於光學元件1的光學元件基材10的光學面5上的光學薄膜20。
光學薄膜20，是具有補助光學元件1的光學作用(光學特性)的功能，具體而言具有減少(防止)透鏡表面中的光的反射的功能。
位於與光學元件基材10的光學面5接觸側的層，是由氧化鋁(氧化鋁(鋁氧粉))所形成的層(以下稱為「氧化鋁層」)21。但是，在本實施例1氧化鋁層21中，是藉著由10eV以上的離子能量堆積膜構成粒子的鍍膜處理而形成。具體而言，使用後述的離子光輔助蒸鍍(Ion-beam Assisted Deposition，以下簡稱為「IAD」)。此氧化鋁層21，是作為光學薄膜20使用的話，對於光的波長及光的反射率的關係，在可將水分除去的預定溫度為止的加熱處理的前後，具有400nm以上700nm以下的波長領域中的光的反射率的變化的最大值是成為0.50%以下的膜構造。
在此，「加熱處理的前」，是指將光學薄膜20加熱之前(即，光學薄膜20是常溫時的情況)，「加熱
處理的後」，是指將光學薄膜20加熱時的加熱時。且，「光的反射率的變化的最大值」，是指在400nm以上700nm以下的波長領域的同一波長中，常溫時的第1反射率R1、及加熱時的第2反射率R2的差的絕對值(以下記載為偏移量△R(=| R1-R2 |))。
且本實施例的較佳態樣，該氧化鋁層21，是在400nm以上700nm以下的波長領域的同一波長中，具有常溫時的第1反射率R1、及加熱時的第2反射率R2的偏移量△R成為0.30%以下的膜構造。又，在以下的說明中，常溫時，是指25℃，加熱時，其中一例，是指加熱至150℃。
且本實施例的態樣，該氧化鋁層21的曲折率n是成為1.64以上1.70以下。又，對於形成氧化鋁層21的鍍膜程序、氧化鋁層21的層構造等，其詳細如後述。
接著，說明上述的構成的光學薄膜20的鍍膜程序。
光學薄膜20，是藉由在光學元件1的光學元件基材10的光學面5上將薄膜成粒子鍍膜而形成。
對於形成氧化鋁層21的鍍膜過程，詳細說明。
在本實施例1的鍍膜過程中，氧化鋁層21，是使用離子光輔助蒸鍍(Ion-beam Assisted Deposition，以下簡稱為「IAD」)，藉著由10eV以上的離子能量將膜構成粒子堆積在光學元件基材10的光學面5上的鍍膜處理而形成。
在此，IAD，是在真空蒸鍍中由離子槍將氣體離子(及中和用的同量的電子)對於被鍍膜物照射，利用其運動能量堆積膜構成粒子的鍍膜處理。依據這種IAD的話，可以加大照射的離子能量，可以獲得均一且緊密的膜質的膜。又，在此，光學薄膜20，是從氧化鋁層1層形成的情況中的「均一且緊密的膜質」，是定義為：對於光的波長及光的反射率的關係，在可將水分除去的預定溫度為止的加熱處理的前後，具有400nm~700nm的波長領域中的光的反射率的變化的最大值是成為0.50%以下的膜構造者。且，光學薄膜20，是從包含氧化鋁層的多層膜形成的情況中的「均一且緊密的膜質」，是定義為：在400nm以上700nm以下的波長領域的同一波長中，具有常溫時的第1反射率R1、及加熱時的第2反射率R2的偏移量△R是成為0.30%的膜構造者。又，具有在此的「均一且緊密的膜質」的膜的話，就不會發生色不均勻。
本實施例1的鍍膜過程中的IAD的鍍膜條件，是如以下。
例如，在IAD使用的離子槍是熱電子激發型
離子槍的情況時，作為鍍膜處理室內的導入氣體是使用氧及氬的混合氣體，並且對於其導入氣體流量，是使氧：0~200SCCM(每分鐘標準立方厘米、Standard Cubic Centimeter per Minutes)及氬：0~200SCCM的至少其中任一方比0SCCM更多。對於離子槍的輸出，是將朝離子槍的燈絲外加的電壓及電流，各別設成燈絲電壓：10~100V、燈絲電流：15~150A。進一步，將朝離子槍的電子的陽極外加的電壓及電流，各別設成電子的陽極電壓：10~500V、電子的陽極電流1~30A。且，鍍膜率，是成為0.01~1.50nm/sec。
在本實施例1中，使用具備熱電子激發型的離子槍的薄膜形成裝置(未圖示)。此熱電子激發型的離子槍，是藉由增加構成離子槍的熱電子發生構件也就是燈絲的根數，由10eV以上的離子能量堆積膜構成粒子，而可以形成均一且緊密的膜質的層。
且例如，在IAD使用的離子槍是高頻(RF)激發型離子槍的情況時，對於離子槍的輸出，是將朝離子槍的加速電極外加的電壓及電流，各別設成加速電壓：10~1500V、加速電流：10~1500mA。又，對於加速電極，是將電極及接地間朝+(正)外加。且，將朝離子槍的抑制器電極外加的電壓及電流，各別設成抑制器電壓：0~1000V、抑制器電流：10~100mA。又，對於抑制器，是將電極及接地間朝-(負)外加。且，其他，是與上述的熱電子離子槍的情況相同條件。
由這種條件鍍膜的話，在光學元件基材10的光學面5中，由10eV以上(具體而言，例如1000eV程度)的離子能量使氧化鋁層21的膜構成粒子被堆積。因此，在光學元件基材10的光學面5上，可形成均一且緊密的膜質的氧化鋁層21。
接著，舉例實施例具體說明本發明的實施例。但是，本發明，當然不限定於以下的實施例。
且構成層的氧化物膜，只要是所期的膜質即可，其組成不特別限定。對於氧化鋁膜的組成，因為包含化學量論組成也就是氧化鋁(Al2O3)者較穩定，在以下的說明中雖記載為Al2O3層，但是不限定於Al2O3，組成為AlxOy的情況，例如即使存在y/x=1~2程度者也可以。對於以下說明的氧化矽膜、氧化鉭膜等的各種氧化物膜也同樣。
且在以下的說明中，層的符號，是從透鏡基板10的光學面5側依序附上。且，各層的曲折率為n，物理的膜厚為d、光學的膜厚為nd、光學薄膜係數為x、中心波長為λ0。又，光學的膜厚nd，是由曲折率n及物理的膜厚d的積表示。
又，光學薄膜係數x，是由次式(1)表示，依據光學的膜厚nd及中心波長λ 0被限定。
光學薄膜係數x=nd×(1/(λ0/4))‧‧‧式(1)
且依據光學的膜厚nd及中心波長λ 0被限定的以氧化鋁為主成分的氧化鋁層的光學薄膜係數x，是被設定於0.010以上2.000以下的範圍。且，中心波長λ0，雖說明為設定在550nm，但是可以設定在500nm、1000nm和2000nm等。且，氧化鋁層的物理的膜厚d，可以設定在8.0nm以上500.0nm以下的範圍。又，在上述式(1)及以下的說明，將中心波長λ0除算的值，雖使用「4」，但是不限於此。例如，「2」和「6」等的整數及可以。
具體而言，在實施例1中，形成了如以下的光學薄膜20。
表1，是顯示實施例1的光學薄膜20的膜構成。且，表2，是顯示實施例1的光學薄膜20的膜形成條件。
光學元件基材10，是使用玻璃塑壓透鏡用硝種的M-TAFD305(HOYA股份有限公司製)。且，在其光學元件基材10的光學面5上，形成了單層構造的光學薄膜20。光學薄膜20，是物理的膜厚92.91nm的Al2O3層21。
Al2O3層21，是為了由90eV的離子能量堆積膜構成粒子，而由如以下的鍍膜條件進行鍍膜處理。即，在將Al2O3層21鍍膜的鍍膜過程中，離子槍是使用熱電子激發型離子槍，將朝電子的陽極外加的電壓及電流，各別設成電子的陽極電壓：90V、電子的陽極電流：15A。且，朝燈絲外加的電壓及電流，各別設成燈絲電壓：55V、燈絲電流：90A。且，鍍膜處理室內的導入氣體是使用氧(O2)及氬(Ar)的混合氣體，O2的氣體流量為35SCCM、Ar的氣體流量為5SCCM。且，將鍍膜處理對象物也就是光學元件基材10的溫度設定為250℃。且，將Al2O3的蒸發速度(鍍膜率)設成為0.10nm/sec。
由如以上的鍍膜條件對於光學薄膜20(藉由氧化鋁層21被構成的單層膜)，測量了光的波長及光的反射率的關係後，獲得第2圖所示的結果。
第2圖，是將實施例1中的光學薄膜20(氧化鋁層21)的光的波長及光的反射率的關係在二次元座標平面上作圖的說明圖。在第2圖中，對於氧化鋁層21，各別將：常溫時、及加熱至可將水分除去的預定溫度的一例也就是150℃為止時的光的波長及光的反射率的關係，在橫軸為光的波長(單位：nm)、縱軸為光的反射率(單位：%)的二次元座標平面上作圖。
又，第2圖，是對於由本實施例1所說明的條件進行IAD而獲得的氧化鋁層21，顯示光的波長及反射率的關係的一具體例。且，在第2圖的一部分放大圖中，反射率R1及R2，是各別顯示預定的同一波長中的常溫時的反射率及加熱時的反射率。
且表3，是在表3的左側5列顯示第2圖中的波長400nm、500nm、600nm、700nm中的(A)常溫時的反射率R1、及(B)加熱時的反射率R2、及偏移量△R(將常溫時的反射率R1及加熱時的反射率R2的差由絕對值顯示者)。且，在表3的右側2列各別顯示第2圖中的波長400nm~700nm的最大偏移量△Rmax及最小偏移量△Rmin、及△Rmax及△Rmin時的波長。
從如第2圖、表3所示的內容也明顯可知，氧化鋁層21，其對於光的波長及反射率的關係的在二次元座標平面上的作圖位置，是在常溫時及加熱時中幾乎無變化。即，各作圖位置是重疊程度地接近，在常溫時及加熱時的反射率的變化是非常小。
第2圖中的常溫時及加熱時的反射率的偏移(變化)量△R，具體而言如以下。
在可視範圍的400nm以上700nm以下的波長頻帶中，反射率的偏移(變化)量△R，是波長為415nm時最大。且，常溫時的反射率R1是6.893%，對於此加熱時的反射率R2是6.951%，其差(常溫時及加熱時的反射率的偏移量△R)是成為0.058%。且，偏移量△R最小，是波長在433nm、665nm及666nm時，偏移量△R是成為0.014%。在這種波長頻帶中，對於其他的波長，偏移量△R也是屬於在最小值0.014%~最大值0.058%的範圍內。即，在400nm以上700nm以下的波長頻帶，偏移量△R是0.058以下，被抑制非常小。
如此，偏移量△R非常小的原因，是氧化鋁層21具有均一且緊密的膜質。
依據第2圖、表3所示的測量結果的話，在至少可視領域的400nm以上700nm以下的波長領域，氧化鋁層21是均一且緊密的膜質，未發生色不均勻。且，實施例1中的光學薄膜20的話，可以在可視領域充分地發揮反射防止功能。又，在實施例1所形成的光學薄膜
20，是由氧化鋁層構成的單層膜，使偏移量△R成為0.10%以下更佳。
第3圖，是對於成為本發明的實施例1的比較對象的比較例1的說明圖。且，第3圖，是為了與如第2圖所示的內容比較，對於將構成在真空蒸鍍的光學元件基材10的光學面5上的氧化鋁層鍍膜的情況，顯示光的波長及反射率的關係的一具體例。
在光學元件基材10中，使用玻璃塑壓透鏡用硝種的M-BACD12(HOYA股份有限公司製)。且，在其光學元件基材10的光學面5上，形成了由單層膜所構成的光學薄膜。
具體而言，在比較例1中，形成了如以下的光學薄膜。
表4，是顯示比較例1的光學薄膜的膜構成。且，表5，是顯示比較例1的光學薄膜的膜形成條件。
光學薄膜，是藉由真空蒸鍍被鍍膜的物理的膜厚84.41nm的Al2O3層。且，Al2O3層，是為了將Al2O3蒸鍍，而由如表5所示的鍍膜條件進行鍍膜處理。即，在Al2O3層的鍍膜過程中，鍍膜處理室內的導入氣體是使用氧(O2)氣體，O2的氣體流量為15SCCM。且，將鍍膜處理對象物也就是光學元件基材10的溫度設定為250℃。且，將Al2O3的蒸發速度(鍍膜率)設成為0.80nm/sec。
由如以上的鍍膜條件對於光學薄膜(由氧化鋁層構成的單層膜)，測量了光的波長及光的反射率的關係後，獲得第3圖所示的結果。
如第3圖所示的光的波長及反射率的關係，由朝二次元座標平面上的作圖位置可知，在常溫時及加熱時是顯著相異。第3圖中的常溫時及加熱時的反射率的偏移(變化)量，具體而言如表6及以下。又，表6，是在表6的左側顯示第3圖中的波長400nm、500nm、600nm、700nm中的(A)常溫時的反射率R1(未圖示)、及(B)加熱時的反射率R2(未圖示)、及偏移量△R(將常溫時的反射率及加熱時的反射率的差由絕對值顯示者)。且，在表6的最右側的列顯示第3圖中的波長400nm~700nm的最大偏移量△Rmax、及△Rmax時的波長。
在可視範圍的400nm以上700nm以下的波長頻帶中，反射率的偏移量△R，是波長為489nm及502nm時最大。波長為489nm時，常溫時的反射率是7.293%，對於此加熱時的反射率是6.786%，其差(常溫時及加熱時的反射率的偏移量△R)是成為0.507%。且，波長為502nm時，常溫時的反射率是7.349%，對於此加熱時的反射率是6.842%，其差(常溫時及加熱時的反射率的偏移量△R)是成為0.507%。
即，在400nm以上700nm以下的波長頻帶，常溫時及加熱時的反射率的偏移量△R，其最大值是成為超過0.50%者。
如此，由真空蒸鍍所產生的氧化鋁層的情況，偏移量△R大的原因，是被形成的氧化鋁層為多孔質，常溫時(即將水分除去用的處理之前)會將水分等取入，但是在其加熱時被取入的水分等會被除去。換言之，偏移量△R的最大值因為超過0.50%，所以這種氧化鋁層，不是均一且緊密的膜質。
將如以上所示的第2、3圖的內容總合考慮的話，400nm以上700nm以下的波長領域中的常溫時及加熱時的反射率的偏移量△R的最大值是0.50%以下(較佳是0.30%以下，更佳是0.10%以下)的話，氧化鋁層21，是均
一且緊密的膜質。
接著，說明實施例2。在實施例2中，如上述，被構成於光學元件基材10的光學面5上的光學薄膜20，是由多層膜所構成。實施例1及實施例2，是包含多數共通部分。因此，在以下的實施例2的說明中，重點說明與實施例1不同的部分。
光學元件的整體構成，是與實施例1相同。
接著，說明形成於第4圖所示的光學元件1的光學元件基材10的光學面5上的光學薄膜20(多層膜)的構成。第4圖，是顯示本發明的實施例2所適用的光學元件1的例的光學元件的構成例的主要部分剖面圖。第4圖所示的光學薄膜20，是具有反射防止膜功能者，光學元件基材10，是光學玻璃透鏡。且，光學薄膜20，是使可獲得反射防止功能的方式由從光學元件基材10的光學面5側依順形成的包含第1層至第8層的8層構造所構成。又，光學薄膜20，是由8層以外的m層(m是2以上的整數)所構成也可以。
對於第1層的構成，是與實施例1相同。
第1層至第8層的多層膜之中，從與第1層也就是氧化鋁層21重疊形成的第2層至第7層，是成為使低曲折率材料層及高曲折率材料層交互地被積層的反覆構造部。進一步詳細的話，第2層、第4層及第6層是成為低曲折率材料層22、24及26。且，第3層，第5層及第7層是成為高曲折率材料層23、25及27。低曲折率材料層22、24及26的形成材料，可以使用例如曲折率n為1.45~1.50的氧化矽。且，高曲折率材料層23、25及27的形成材料，可以使用例如曲折率n為2.00~2.35氧化鉭。
又，在此舉例的反覆構造部的層構造，只是一具體例。例如，對於構成反覆構造部的層數，不是如上述的低曲折率材料層及高曲折率材料層各3層合計為6層，而是各別作成4層合計8層的其他的層構造者也無妨。且，例如，對於低曲折率材料層22、24及26的形成材料，不是如上述的氧化矽，而是使用氧化鋁、氟化鎂、氟化鋁、氟化釔、氟化釹等也無妨。進一步，例如，對於高曲折率材料層23、25及27的形成材料，不是如上述的氧化鉭，而是使用氧化鈦、氧化鈮、氧化鋯、氧化鈀、氧化鋅等也無妨。且，第2層至第8層的各層，是使用將這些的材料由適量的比率混合的混合材料也無妨。
第1層至第8層的多層膜之中，位於外表面的側的第8層，是由氟化鎂形成的層28。又，第8層，是可達成作為保護膜的功能的話，藉由例如氧化矽、氟化鋁、氟化釔、氟化釹的其他的低曲折率材料形成者也無妨。
接著，說明上述的構成的光學薄膜20的鍍膜程序。
光學薄膜20，是在光學元件1的光學元件基材10的光學面5上，從第1層至第8層為止依序鍍膜。
第1層鍍膜過程，因為是與實施例1相同，而省略說明。
由第1層鍍膜過程將氧化鋁層21鍍膜之後，接著，依序經過：將第2層鍍膜的第2層鍍膜過程、將第3層鍍膜的第3層鍍膜過程、將第4層鍍膜的第4層鍍膜過程、將第5層鍍膜的第5層鍍膜過程、將第6層鍍膜的第6層鍍膜過程、將第7層鍍膜的第7層鍍膜過程、將第8層鍍膜的第8層鍍膜過程。
在第2層鍍膜過程~第8層鍍膜過程中，與
上述的實施例1的鍍膜過程的情況同樣，可以由IAD，將第2層~第8層鍍膜。但是，第2層鍍膜過程~第8層鍍膜過程，不一定需要由IAD進行，例如由真空蒸鍍鍍膜也無妨。
又，對於第2層鍍膜過程~第8層鍍膜過程的詳細，因為是利用公知技術進行即可，在此省略其說明。且，在第2層鍍膜過程~第m層鍍膜過程使用IAD的情況時，可以藉由上述的鍍膜條件及以下具體所示的條件進行鍍膜。
藉由依序經過如以上的第1層鍍膜過程~第8層鍍膜過程，將塗抹於光學元件1的光學元件基材10的光學面5上的光學薄膜20鍍膜。
接著，舉例實施例，具體說明本發明的實施例2。但是，本發明，當然不限定於以下的實施例。
第5圖、第7~9圖，是對於本發明的實施例2~實施例5的說明圖。且，第6圖，是對於比較例2的說明圖。
且構成各層的氧化物膜，只要是所期的膜質即可，其組成不特別限定。對於鋁氧化膜的組成，因為是包含化學量論組成的氧化鋁(Al2O3)者較穩定，所以在以下的說明中記載為Al2O3層，但是不限定於Al2O3，組成為AlxOy的情況，例如，即使y/x=1~2程度者存在也可以。對於以下說明的氧化矽膜、氧化鉭膜等的各種氧化物膜也同樣。
具體而言，在實施例2中，形成了如表7所示的光學薄膜20。
表7，是顯示實施例2的光學薄膜20的膜構成。且，表8，是顯示實施例2的光學薄膜20的膜形成條件。
在實施例2中，在光學元件基材10，使用玻璃塑壓透鏡用硝種的M-LAC130(HOYA股份有限公司製)。且，在其光學元件基材10的光學面5上，形成了8層構造的光學薄膜20。即，光學薄膜20中的第1層，是藉由IAD被鍍膜的物理的膜厚10.00nm的Al2O3層21。
第2層~第7層，是使物理的膜厚4.20nm的SiO2層22、物理的膜厚28.44nm的Ta2O5層23、物理的膜厚16.45nm的SiO2層24、物理的膜厚74.71nm的Ta2O5層25、物理的膜厚15.04nm的SiO2層26、物理的膜厚30.86nm的Ta2O5層27依序被積層的反覆構造部。對於構成此反覆構造部的第2層~第7層，也藉由IAD被鍍膜。
成為光學薄膜20的最表面層的第8層，是藉由蒸鍍被製膜的物理的膜厚97.74nm的MgF2層28。
如此，光學薄膜20，是將複數鍍膜材料積層形成的多層膜21~28，多層膜21~28，是包含：由氧化矽形成的氧化矽層22、24、26、及由氧化鉭形成的氧化鉭層23、25、27。
這些多層膜之中，Al2O3層21，是為了由90eV的離子能量堆積膜構成粒子，而由如以下的鍍膜條件進行鍍膜處理。即，在將Al2O3層21鍍膜的第1層鍍膜過程中，離子槍是使用熱電子激發型離子槍，朝電子的陽極外加的電壓及電流，各別設成電子的陽極電壓：90V、電子的陽極電流：18A。且，朝燈絲外加的電壓及電流，各
別設成燈絲電壓：55V、燈絲電流：90A。進一步，鍍膜處理室內的導入氣體是使用O2及Ar的混合氣體，O2的氣體流量為40SCCM、Ar的氣體流量為10SCCM。且，將鍍膜處理對象物也就是光學元件基材10的溫度設定為250℃。且，將Al2O3的蒸發速度(鍍膜率)設成為0.10nm/sec。順便，SiO2的蒸發速度(鍍膜率)是0.30nm/sec、Ta2O5的蒸發速度(鍍膜率)是0.50nm/sec、MgF2的蒸發速度(鍍膜率)是0.80nm/sec。
由如以上的鍍膜條件對於被鍍膜的光學薄膜20，測量了光的波長及光的反射率的關係後，獲得第5圖所示的結果。
第5圖，是將本發明的實施例2中的光學薄膜的光的波長及光的反射率的關係的一具體例在二次元座標平面上作圖的說明圖。又，在第5圖的一部分放大圖中，反射率R1及R2，是各別顯示預定的同一波長中的常溫時的反射率R1及加熱時的反射率R2。且，在以下的說明，將常溫時的反射率R1及加熱時的反射率R2的差的絕對值，作為偏移量△R記載。
且表9，是在表9的左側5列顯示第5圖中的波長400nm、500nm、600nm、700nm中的(A)常溫時的反射率R1、及(B)加熱時的反射率R2、及偏移量△R(將常溫時的反射率R1及加熱時的反射率R2的差由絕對值顯示者)。且，在表9的右側2列各別顯示第5圖中的波長400nm~700nm的最大偏移量△Rmax及最小偏移量△
Rmin、及△Rmax及△Rmin時的波長。
從如第5圖、表9所示的內容也明顯可知，氧化鋁層21，其對於光的波長及反射率的關係的在二次元座標平面上的作圖位置，在常溫時及加熱時是幾乎無變化。即可知，各作圖位置是重疊程度地接近，常溫時及加熱時的反射率R1、R2的偏移量△R是非常小。且可知，在波長400nm以上700nm以下的波長頻帶中，反射率，是0.50%以下具有反射防止功能。
第5圖中的常溫時及加熱時的反射率的偏移量，具體而言如以下。著眼在可視範圍的400nm以上700nm以下的波長頻帶，反射率的偏移量，是波長為400nm時最大。且，常溫時的反射率R1是0.222%，對於此加熱時的反射率R2是0.278%，其差(常溫時及加熱時的反射率的偏移量△R)是成為0.056%。且，偏移量△R最小，是波長為670nm及680nm時，常溫時及加熱時的反射率的差是成為0%。在400nm以上700nm以下的波長頻帶中，對於其他的波長，常溫時及加熱時的反射率的差也屬於在最小值0%~最大值0.056%的範圍內。即，在400nm以上700nm以下的波長頻帶中，常溫時及加熱時的反射率R1、R2的偏移量△R是0.30%以下，氧化鋁層21
是均一且緊密的膜質。在實施例2中的光學薄膜20中，未發生色不均勻。且，可以在可視領域充分地發揮反射防止功能。
具體而言，在比較例2中，形成了具有反射防止功能的如以下的光學薄膜。
表10，是顯示比較例2的光學薄膜的膜構成。且，表11，是顯示比較例2的光學薄膜的膜形成條件。
在此，為了與上述的實施例2比較，說明比較例2。第6圖，是對於成為本發明的實施例2的比較對象的比較例2的說明圖。在比較例2中，使用真空蒸鍍法，且形成了如以下的光學薄膜。
在光學元件1的光學元件基材10中，使用玻璃塑壓透鏡用硝種的M-BACD12(HOYA股份有限公司製)。且，在其光學元件基材10的光學面5上，形成了具有反射防止功能的4層構造的光學薄膜。
即，光學薄膜中的第1層~第4層，是使物理的膜厚59.66nm的Al2O3層、物理的膜厚91.84nm的Al2O3層、物理的膜厚115.58nm的ZrO2+TiO2層、物理的膜厚89.43nm的MgF2層依序被積層的反覆構造部。對於構成此反覆構造部的第1層~第4層，是由以下的條件鍍膜。
將鍍膜處理室內的導入氣體也就是O2的氣體流量，是第1層的Al2O3層及第3層的ZrO2+TiO2層時為15SCCM、第2層的Al2O3層時為13SCCM。且，將鍍膜處理對象物也就是光學元件基材10的溫度設定為250℃。且，Al2O3、ZrO2+TiO2、MgF2的蒸發速度(鍍膜率)，是各別為0.80nm/sec。
第6圖，是顯示由如以上的條件對於鍍膜的光學薄膜測量了光的波長及光的反射率的關係的結果。且，表12，是在表12的左側5列顯示第6圖中的波長400nm、500nm、600nm、700nm中的(A)在常溫時的反射
率R1(第6圖未圖示)、及(B)在加熱時的反射率R2(第6圖未圖示)、及偏移量△R(將常溫時的反射率R1及加熱時的反射率R2的差由絕對值顯示者)。且，在表12的最右列顯示第6圖中的波長400nm~700nm的最大偏移量△Rmax、及△Rmax時的波長。
從如第6圖和表12所示的光的波長及反射率的關係可知，其朝二次元座標平面上的作圖位置，在常溫時及加熱時顯著相異。第6圖中的常溫時及加熱時的反射率的偏移量△R，具體而言如以下。在可視範圍的400nm以上700nm以下的波長頻帶中，反射率的偏移量△R，是波長為400nm時最大。波長為400nm時，常溫時的反射率R1是0.350%，對於此加熱時的反射率R2是0%，其差(偏移量△R)是成為0.350%。即，在400nm以上700nm以下的波長頻帶中，偏移量△R，是其最大值成為超過0.30%的大者，而不能說是均一且緊密的膜質。在比較例2中的光學薄膜20中，可見色不均勻的發生，而不能說在可視領域有充分地發揮反射防止功能。
接著，說明實施例3~實施例5。在實施例3~實施
例5中，對於已經由實施例2說明的內容省略說明，只對於與實施例2相異的內容進行記載。
在實施例3~實施例5，共通的說明是如前述。在實施例3~實施例5中，對於如實施例1及2的加熱處理的結果雖未顯示，但是發明人等，認為在以下所示的實施例因為也未發生色不均勻所以也可以適用本發明。
在實施例3~實施例5中，光學元件基材10，是使用M-LAC130(HOYA股份有限公司製)。且，表13、15、17，是顯示各實施例的光學薄膜20的膜構成。且，表14、16、18，是顯示各實施例的光學薄膜20的膜形成條件。第7圖~第9圖，是將各實施例中的光學薄膜的光的波長及光的反射率的關係的一具體例在二次元座標平面上作圖的說明圖。且，與上述的實施例同樣地，實施例3~實施例5中的光學薄膜20，是具有反射防止功能。又，在各表也是成為反覆者而省略說明。
在實施例3中，將第1層的氧化鋁層的物理的膜厚d變更，除了第1層以外，也將第3層及第5層由氧化鋁層構成。且，膜構成材料，不使用SiO2，而由Ta2O5構成第2、4、6層。
對於由如以上的鍍膜條件鍍膜所獲得的光學薄膜20，測量了光的波長及光的反射率的關係後，獲得第7圖所示的結果。依據第7圖所示的測量結果的話，可知在至少可視領域的400nm以上700nm以下的波長領域中反射率被抑制較低。且，在實施例3中的光學薄膜20中，色不均勻未被確認。
且從此結果可知，氧化鋁層21，不是只有第1層，形成於第3層及第5層也可以，將物理的膜厚d變更也可以。
在實施例4中，將第1層的氧化鋁層，藉由使用RF激發型電子槍的IAD進行鍍膜。且，將光學薄膜20的層
數，從8層變更為10層。
對於由如以上的鍍膜條件鍍膜所獲得的光學薄膜20，測量了光的波長及光的反射率的關係後，獲得第8圖所示的結果。依據圖例所示的測量結果的話，可知在至少可視領域的400nm以上700nm以下的波長領域中
反射率被抑制較低。且，在實施例4中的光學薄膜20中，色不均勻未被確認。
且從此結果可知，氧化鋁層21，是由10eV以上的離子能量堆積膜構成粒子的鍍膜處理的話，高頻放電激發型電子槍也可以。且確認，光學薄膜20的層數，不限定於8層，複數層也可以。
在實施例5中，將第1層的氧化鋁層21的物理的膜厚d厚厚地形成，並且將光學薄膜20的層數，從8層變更為10層。
對於由如以上的鍍膜條件鍍膜所獲得的光學薄膜20，測量了光的波長及光的反射率的關係後，獲得第9圖所示的結果。依據圖例所示的測量結果的話，可知在至少可視領域的400nm以上700nm以下的波長領域中反射率被抑制較低。且，在實施例5中的光學薄膜20中，色不均勻未被確認。
且從此結果可知，氧化鋁層21，是將物理的膜厚d厚厚地形成也可以。
檢討了以上舉例的實施例1~5、及比較例1及2的結果的話，只要是包含實施例1~5中的Al2O3層21的光學薄膜20的話，因為Al2O3層21是均一且緊密的膜質，所以即使將光學元件基材10的光學面5塗抹的情況，也不會發生色不均勻，可實現良好的反射防止功能。
依據由實施例1及2所說明的光學薄膜20的話，可
獲得下述效果。
依據實施例1及2的話，藉著由10eV以上的離子能量堆積膜構成粒子的鍍膜處理也就是IAD形成氧化鋁層21，其氧化鋁層21，是成為具有均一的膜質者。即，氧化鋁層21，是在400nm以上700nm以下的波長領域的同一波長中，具有常溫時的第1反射率R1、及加熱時的第2反射率R2的偏移量△R是成為0.30%以下的膜構造。
因此，實施例1及2中的氧化鋁層21，因為幾乎沒有將水分等取入的餘地，而具有均一且緊密的膜質，所以可以有效防止成為色不均勻的發生要因的水分等的取入。因此，與光學元件基材10的光學面5接觸的方式將氧化鋁層21形成的情況和將氧化鋁層21形成於第2層~第m層的情況，也不會發生成為導致光學元件1的製品成品率下降等要因的色不均勻。因此，可以改正起因於色不均勻的光學面5的面內中的光學特性(例如曲折率n和光透過率)的不均一性。即，依據本實施例，包含氧化鋁層21的光學薄膜，也可以獲得色不均勻不會發生的光學薄膜20。
且依據實施例1及2的話，因為是藉由IAD中的形成使氧化鋁層21成為具有「均一且緊密的膜質」，所以對於其氧化鋁層21的曲折率n，可實現1.64以上1.70以下的較高的曲折率。即，這種較高的曲折率，是因為氧化鋁層21具有均一的膜質的膜構造才可獲得。因此
，藉由實現這種較高的曲折率的氧化鋁層21，也可以迴避成為導致光學元件1的製品成品率下降等要因的色不均勻的發生。
在以上雖說明了實施例1及2，但是上述的揭示內容，只是顯示本發明的例示的實施例者。即，本發明的技術的範圍，不限定於上述的例示的實施例。
在上述的實施例中，在各氧化鋁層21的形成，由10eV以上的離子能量堆積膜構成粒子的鍍膜處理，是舉例進行IAD的情況的例。但是，形成氧化鋁層21用的鍍膜處理，是由10eV以上的離子能量堆積膜構成粒子的話，由例如賤射的IAD以外的手法進行鍍膜處理也無妨。
且在上述的實施例2中，對於構成光學薄膜20的第2層~第m層的各層，是舉例利用IAD形成的情況的例。但是，形成各層用的鍍膜處理，是對於至少氧化鋁層，由10eV以上的離子能量堆積膜構成粒子的鍍膜處理即可，對於其他的層不特別限定。
且在上述的實施例2中，光學薄膜20的鍍膜程序，是舉例從第1層至第8層或第10層為止依序鍍膜的情況的例。但是，光學薄膜20，不是由上述的實施例說明的鍍膜程序形成，而是與光學元件1的光學元件基材10別體形成者也可以。在該情況，與光學元件基材10別
體形成的光學薄膜20，是藉由被貼附在光學元件基材10的光學面5，將光學面5塗抹。
且在上述的實施例1及2中，光學元件是舉例光學玻璃透鏡，在其光學玻璃透鏡的透鏡基材的光學面5上由反射防止膜塗抹的情況的例。但是，光學玻璃透鏡以外的例如球面玻璃透鏡和非球面玻璃透鏡、光學濾鏡、繞射格子等的光學元件，也與上述的實施例的情況同樣地可以適用本發明。
且在上述的實施例1及2中雖說明了，中心波長頻帶是舉例可視光的波長頻帶的一例，波長領域為400nm以上700nm以下(中心波長λ0為550nm)，但是不限於此。例如，中心波長頻帶，是可以設定在200nm以上2000nm以下的範圍內，可視光領域，可以設定在380nm以上780nm以下的範圍，較佳是，可以設定在400nm以上700nm以下的範圍。且，其他，中心波長頻帶，是可以設定在200nm以上380nm以下的範圍(紫外領域)。且，中心波長頻帶，是可以設定在780nm以上2000nm以下的範圍(紅外領域)。又，中心波長λ0，是在所設定的波長頻帶的範圍內可以設定適宜，中心波長頻帶為400nm以上700nm以下的範圍的情況時，將中心波長λ0，設定在550nm較佳。
且使用上述的式(1)，顯示實施例1中的光學薄膜係數x的算出例。
從式(1)及表1，顯示實施例1中的光學薄膜係數x的算出例。
1.波長頻帶設定成400nm以上700nm以下，將所設定的波長頻帶中的中心波長λ0設成550nm。
2.接著，限定曲折率n及物理的膜厚d。在實施例1中，成為n=1.6745、d=92.91。
3.將在上述1、2所限定的數值代入上述式(1)，就可獲得光學薄膜係數x的值(x=1.131)。
且在上述的實施例1及2中，雖說明了光學薄膜20的例，但是不限於此。本案發明，可以適用於抗紅外線濾鏡、抗紫外線濾鏡等的光學薄膜。
且在上述的實施例1中，偏移量△R，雖說明了0.50%以下的例，但是不限於此。偏移量△R，是0.30%以下也可以，且，較佳是，0.20%以下也可以。進一步較佳是，可以將偏移量△R設成0.10%以下，設成0.070%以下也可以。
且在上述的實施例2中，偏移量△R，雖說明了0.30%以下的例，但是不限於此。偏移量△R，是0.20%以下也可以，且，較佳是，0.15%以下也可以。進一步較佳是，可以將偏移量△R設成0.10%以下，設成0.070%以下也可以。
且藉由上述的實施例1的鍍膜條件，對於使在平板狀的玻璃基板10上物理的膜厚成為89nm的方式
鍍膜的氧化鋁層21的膜密度，是使用以下的條件、裝置進行測量。
膜密度，是藉由高分解能拉塞福後方散亂分析法，使用高分解能RBS(盧瑟福背散射光譜法、Rutherford Backscattering Spectrometry)分析裝置(神戸製鋼所股份有限公司製)進行測量。
測量了如此獲得的氧化鋁層21的膜密度的結果，膜密度，是2.93g/cm3。
且在上述的實施例2~5中，雖說明了將氧化鋁層設在第1層的例，但是不限於此。氧化鋁層，可以配置於第2層~第m層的其中任一層。
且在上述的實施例3中，雖說明了將氧化鋁層設在第1、3、5層3層的例，但是不限於此。氧化鋁層，在第2、4層設置2層也可以，即使設置4層以上也可以。且，氧化鋁層，是例如，與第2、3層連續設置也可以。
最後，使用圖等總括本發明的實施例1及2。
本發明的實施例的光學元件1，是如第1圖及第4圖所示，具備光學薄膜20。光學薄膜20，是具備氧化鋁層21，以氧化鋁作為主成分，具有依據光學的膜厚nd及中心波長λ 0被限定的0.010以上2.00以下的範圍的光學薄膜係數，在中心波長頻帶的同一波長中，常溫時的第1反射率R1、及加熱時的第2反射率R2的偏移量△R是0.50%以下。
且較佳是，光學的膜厚，是依據曲折率n及物理的膜厚d被限定，曲折率n，是1.64~1.70的範圍
且進一步，較佳是，物理的膜厚d，是8.0nm以上500.0nm以下的範圍。
且進一步，較佳是，光學薄膜20，是由氧化鋁層21所構成的單層膜，偏移量△R，是0.10%以下。
且進一步，較佳是，光學薄膜20，是將複數鍍膜材料積層形成的多層膜21~28，多層膜21~28，是包含：由氧化矽形成的氧化矽層(22、24、26)、及由氧化鉭形成的氧化鉭層(23、25、27)。
且在別的其他的觀點中可以如以下地理解。本發明的實施例的光學薄膜20，是如第4圖所示，具有多層膜(21~28)被積層的多層構造，配置在光學元件1的元件基材10的光學面5使用，與多層膜(21~28)之中的光學面5接觸側的第1層21，是藉著由10eV以上的離子能量堆積膜構成粒子的鍍膜處理而形成的氧化鋁層21，氧化鋁層21，其對於光的波長及光的反射率的關係，在可將水分除去的預定溫度為止的加熱處理的前後，具有400nm以上700nm以下的波長領域中的光的反射率的變化的最大值是成為0.50%以下的膜構造。
且較佳是，氧化鋁層21，是曲折率n是1.64以上1.70以下。
且進一步，較佳是，多層膜(21~28)，是除了氧化鋁層21以外，具有低曲折率材料層(22、24、及26)
、及高曲折率材料層(23、25、及27)交互地被積層的反覆構造部。
且在別的其他的觀點中可以如以下地理解。本發明的實施例的光學元件1，是如第4圖所示，元件基材10的光學面5是藉由光學薄膜20被塗抹，光學薄膜20，是具有多層膜(21~28)被積層的多層構造，並且與多層膜(21~28)之中的光學面5接觸側的第1層21，是藉著由10eV以上的離子能量堆積膜構成粒子的鍍膜處理而形成的氧化鋁層21，氧化鋁層21，其對於光的波長及光的反射率的關係，在可將水分除去的預定溫度為止的加熱處理的前後，具有400nm以上700nm以下的波長領域中的光的反射率的變化的最大值是成為0.50%以下的膜構造。
且較佳是，光學元件1，是由光學玻璃透鏡所構成。
且在別的其他的觀點中可以如以下地理解。本發明的實施例的光學薄膜20的製造方法，是如第4圖所示，具有多層膜(21~27)被積層的多層構造且配置在光學元件1的元件基材10的光學面5使用的光學薄膜20之製造方法，具備：與多層膜(21~27)之中的光學面5接觸側的第1層21，是將氧化鋁層21，藉著由10eV以上的離子能量堆積膜構成粒子的鍍膜處理而形成的第1層鍍膜過程；由第1層鍍膜過程形成的氧化鋁層21，其對於光的波長及光的反射率的關係，在可將水分除去的預定溫度為止的加熱處理的前後，具有400nm以上700nm以下的波
長領域中的光的反射率的變化的最大值是成為0.50%以下的膜構造。
且在別的其他的觀點中可以如以下地理解。本發明的實施例的光學元件1的製造方法，是如第4圖所示，元件基材10的光學面5是藉由光學薄膜20被塗抹的光學元件1之製造方法，具備將使多層膜(21~28)被積層的具有多層構造的光學薄膜20形成於光學面5的光學薄膜鍍膜過程；光學薄膜鍍膜過程，包含對於與多層膜(21~28)之中的光學面5接觸側的第1層21，將氧化鋁層21藉著由10eV以上的離子能量堆積膜構成粒子的鍍膜處理而形成的第1層鍍膜過程；由第1層鍍膜過程形成的氧化鋁層21，是對於光的波長及光的反射率的關係，在可將水分除去的預定溫度為止的加熱處理的前後，具有400nm以上700nm以下的波長領域中的前述光的反射率的變化的最大值是成為0.50%以下的膜構造。
這次所揭示的實施例的全部的點只是例示，並不是限制用。本發明的範圍，不是由上述的說明所揭示而是由申請專利範圍所揭示，即包含與申請專利範圍均等的意思及範圍內的全部的變更。
1‧‧‧光學元件
5‧‧‧光學面
10‧‧‧光學元件基材
20‧‧‧光學薄膜
21‧‧‧氧化鋁層
Claims (5)
- 一種光學元件，是具備光學薄膜的光學元件，前述光學薄膜，是具備氧化鋁層，以氧化鋁作為主成分，具有依據光學的膜厚及中心波長被限定的0.010以上2.00以下的範圍的光學薄膜係數，在中心波長頻帶的同一波長中，常溫時的第1反射率、及加熱時的第2反射率的偏移量是0.50%以下。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中，前述光學的膜厚，是依據曲折率及物理的膜厚被限定，前述曲折率，是1.64以上1.70以下的範圍。
- 如申請專利範圍第2項所述之光學元件，其中，前述物理的膜厚，是8.0nm以上500.0nm以下的範圍。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之光學元件，其中，前述光學薄膜，是由前述氧化鋁層所構成的單層膜，前述偏移量，是0.10%以下。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之光學元件，其中，前述光學薄膜，是將複數鍍膜材料積層形成的多層膜，前述多層膜，是包含：由氧化矽所形成的氧化矽層、及由氧化鉭所形成的氧化鉭層。
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