(57)【要約】【課題】  耐環境性、特に耐水性に優れた赤外域用反射防止膜を得る。【解決手段】  赤外域用反射防止膜は、８〜１２μｍ帯の赤外線を透過する赤外光学用基板に設けられたもので、基板１上に、ＺｎＳ層２、Ｇｅ層３、ＣｅＦ３層４、ＣｅＯ２層５をこの順に形成することにより得られたものである。基板は、Ｇｅ、ＺｎＳｅ、または８〜１２μｍの赤外域において屈折率２．４〜４のカルコゲナイドガラスを用いる。ＣｅＦ３は比較的耐久性の高い低屈折率材料であり、さらにその上にＣｅＦ３との密着性が高くかつ耐久性の極めて高いＣｅＯ２を保護層として配置したため、全体として耐環境性、特に耐水性に優れた赤外域用反射防止膜が得られる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
８〜１２μｍ帯の赤外線を透過する赤外光学用基板に形成された赤外域用反射防止膜であって、上記基板に設けられたＺｎＳ層、またはＺｎＳとＧｅの交互層と、上記ＺｎＳ層上、またはＺｎＳとＧｅの交互層上に設けられたＣｅＦ３層と、このＣｅＦ３層上に設けられたＣｅＯ２層とを備えたことを特徴とする赤外域用反射防止膜。
【請求項２】
基板が、Ｇｅ、ＺｎＳｅ、または８〜１２μｍの赤外域において屈折率２．４〜４のカルコゲナイドガラスであることを特徴とする請求項１に記載の赤外域用反射防止膜。
【請求項３】
８〜１２μｍ帯の赤外線を透過するレンズ、およびこのレンズに形成された請求項１または請求項２に記載の赤外域用反射防止膜を備えた赤外線レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、８〜１２μｍ帯の赤外線領域の光学部材に用いられる赤外域用反射防止膜、およびこれを設けた赤外線レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レンズや窓に用いられる反射防止膜は、優れた反射防止特性を得るためその最外層に低屈折率材料を配置する必要があり、赤外線カメラなどで使われる８〜１２μｍの赤外域では、上記低屈折率材料として、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＰｂＦ２またはＬａＦ３などの金属フッ化物を用いるが、耐水性や耐磨耗性、耐溶剤性等が十分ではない。
そのため、上記金属フッ化物の上方にＺｎＳ層を配することで高い耐久性を付与しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、上記低屈折率層として耐水性や耐湿性などの耐環境性に優れたＹＦ３を用いたり、ＹＦ３層の上に耐磨耗性強化層としてＹ２Ｏ３を配置することで耐久性の高い膜を付与しているものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−１７５０２号公報（第１頁）
【特許文献２】特開平６−３１３８０２号公報（第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に示す赤外反射防止膜では、フッ化物層とその保護膜として最外層に配置したＺｎＳ層とは必ずしも密着性が高いとはかぎらず、十分な耐久性が得られるとは限らない。
また、ＹＦ３は、確かにＢａＦ２やＬａＦ３に比べて耐水性や耐湿性に優れるが十分とはいえない。特にＧｅとの密着性はそれほど強くはなく、ＹＦ３の下地層にＧｅが配置される場合は比較的短時間の耐水試験や耐湿試験で剥離を生じる。
また、上記特許文献２に示すように、保護層としてのＹ２Ｏ３は、ＹＦ３との組み合せにおいては優れた密着性を示し高い耐磨耗性が得られる。しかしながら耐水性の改善効果は小さく、ＹＦ３やその他のフッ化物層が十分な耐水性・耐湿性を有しないため、Ｙ２Ｏ３層とフッ化物層とを組み合わせたとしても十分な耐水性または耐湿性が得られないという課題がある。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、耐環境性、特に耐水性に優れた赤外域用反射防止膜およびこれを用いた赤外線レンズを得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る第１の赤外域用反射防止膜は、８〜１２μｍ帯の赤外線を透過する赤外光学用基板に形成された赤外域用反射防止膜であって、上記基板に設けられたＺｎＳ層、またはＺｎＳとＧｅの交互層と、上記ＺｎＳ層上、またはＺｎＳとＧｅの交互層上に設けられたＣｅＦ３層と、このＣｅＦ３層上に設けられたＣｅＯ２層とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の第１の赤外域用反射防止膜は、８〜１２μｍ帯の赤外線を透過する赤外光学用基板に形成された赤外域用反射防止膜であって、上記基板に設けられたＺｎＳ層、またはＺｎＳとＧｅの交互層と、上記ＺｎＳ層上、またはＺｎＳとＧｅの交互層上に設けられたＣｅＦ３層と、このＣｅＦ３層上に設けられたＣｅＯ２層とを備えたことを特徴とするもので、耐環境性、特に耐水性に優れた赤外域用反射防止膜を得るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１の赤外域用反射防止膜は、レンズまたは窓となる基板上に、ＺｎＳ層、またはＺｎＳ層とＧｅ層の交互層を配置し、さらに上記ＺｎＳ層上、またはＺｎＳ層とＧｅ層の交互層上に、ＣｅＦ３層を設け、このＣｅＦ３層上にＣｅＯ２層を設けたもので、具体例を下記実施例に示す。
本実施の形態の赤外域用反射防止膜は、ＣｅＦ３が比較的耐久性の高い低屈折率材料であり、さらにその上にＣｅＦ３との密着性が高くかつ耐久性の極めて高いＣｅＯ２を保護層として配置したため、全体として耐環境性、特に耐水性に優れた赤外域用反射防止膜が得られる。
また、上記の赤外域用反射防止膜においては、ＣｅＯ２の膜厚（物理膜厚）を５０ｎｍを越え、５００ｎｍ未満とすることが好ましい。５００ｎｍ以上ではＣｅＯ２の内部引張り応力が高くなり膜にクラックが発生する危険性が増し、５０ｎｍ以下ではＣｅＯ２の保護層としての十分な効果が得られ難くなる。
【０００９】
また、本実施の形態の赤外域用反射防止膜において、レンズや窓となる基板材料として、８〜１２μｍの赤外域で吸収がなく、屈折率が４であるＧｅ、屈折率が２．４であるＺｎＳｅ、または屈折率が２．４〜４のカルコゲナイドガラス｛商品名：ＧＡＳＩＲ１，ＵＭＩＣＯＲＥ（株）製｝、｛商品名：ＧＡＳＩＲ２，ＵＭＩＣＯＲＥ（株）製｝などを用いると、反射防止効果が高く、かつ耐環境性に優れた窓またはレンズが得られる。
【００１０】
本実施の形態の赤外域用の反射防止膜の製造方法は、レンズまたは窓となる基板上にＺｎＳ、またはＺｎＳとＧｅとを交互に蒸着し、この上にＣｅＦ３を蒸着し、さらにＣｅＦ３の上にＣｅＯ２を蒸着する方法で、上記ＺｎＳを蒸着する際には基板温度を１５０℃以下とし、ＣｅＦ３とＣｅＯ２を蒸着する際には基板温度を２５０℃〜４００℃とすることが好ましい。
ＺｎＳを蒸着する際に基板温度を１５０℃以下とすることにより、白濁のない良好な膜となり、ＣｅＦ３とＣｅＯ２を蒸着する際に基板温度を２５０℃〜４００℃とすることにより、緻密な膜が得られ耐久性の高い反射防止膜となる。
なお、本実施の形態の赤外域用反射防止膜においては、光学薄膜と基板との間、または層間に、例えば密着性を改良することを目的として光学的に無関係な薄い層を設けてもよい。
【００１１】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２の赤外線レンズは、８〜１２μｍ帯の赤外線を透過するレンズに、上記実施の形態１の赤外域用反射防止膜を設けることにより得ることができ、上記単レンズを適宜組み合わせることにより赤外線光学用の組レンズを製造する。上記のようにして得られた赤外域用の単レンズまたは組レンズは、上記実施の形態１の反射防止膜を形成しているため、耐環境性に優れ、かつ透過率に優れた単レンズまたは組レンズとなる。
【実施例】
【００１２】
実施例１〜３．
図１は本発明の実施例１〜３の赤外域用反射防止膜の構成図であり、８〜１２μｍ帯の赤外線を透過する赤外光学用基板である、両面を研磨した、Ｇｅ、カルコゲナイドガラス｛商品名：ＧＡＳＩＲ２，ＵＭＩＣＯＲＥ（株）製｝、またはＺｎＳｅ基板１に、真空蒸着法により、表１に記載した光学膜厚（＝屈折率×物理膜厚）で、ＺｎＳ層２、Ｇｅ層３、ＣｅＦ３層４、ＣｅＯ２層５を、図１に示すようにこの順に形成することにより製造することができる。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
ここで、表１に記載した光学膜厚は、基板の屈折率が２．４〜４においては、基板１から第１層目のＺｎＳ２と第２層目のＧｅ３により入射光の中心波長（１０μｍ）の１／４波長膜と等価である２層等価膜を形成し、さらにその上方の第３層目にＣｅＦ３４の１／４波長膜を形成することで良好な反射防止膜が構成できるので、それに基づいて構成した多層膜をコンピュータによる膜厚最適化を実施して最終的に決定したものである。
なお、ＣｅＯ２は保護層としてあらかじめ物理膜厚１００ｎｍを最外層に配置するように膜厚最適化の計算を行っているが、１００ｎｍの厚さは耐環境性の観点から十分な効果が期待される厚さであり、かつ光学的には十分に薄く、反射防止効果への影響はほとんどない。
図２は、本実施例の赤外域用反射防止膜の分光反射率曲線の図であり、線ａ１〜ａ３はそれぞれ実施例１〜実施例３の分光反射率曲線で、赤外域の所定波長領域で実用上充分低い反射率を示すことがわかる。
また、実施例１〜３の反射防止膜を形成したＧｅ基板を水温２３℃の純水中に放置し、剥離までの日数を表２に示す。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
図３は、本実施例の赤外域用反射防止膜の製造に用いた真空蒸着装置の構成図である。
つまり、蒸着用の基板６は基板取り付けドーム７に取り付けられ、蒸着中は均一性を向上させるために回転される。必要な量の蒸着材料８をるつぼに入れ、回転ステージ９に配置し、回転ステージを回すことによって蒸着材料８を電子ビームの当たる位置に移動する。電子銃１０から放出された電子ビームによってるつぼ内の蒸着材料８が加熱されると、蒸発した蒸着材料が蒸着用基板６およびモニタ基板１１の表面に蒸着されて膜となる。この蒸着膜の厚さは、真空容器１２の上方に取り付けられた光学膜厚計１３により、モニタ基板１１の膜厚を蒸着中にモニタし、所望の厚さになったときにシャッタ１４が閉じる。以下同様に、順次異なる層の蒸着膜を所定の厚さだけ形成することによって、本発明の実施例の赤外域用反射防止膜が得られる。
なお、本発明の実施の形態では電子ビームによる真空蒸着法により光学薄膜の形成を行ったが、蒸着原料の加熱には電子ビーム法だけでなく、金属製のるつぼに電流を流して加熱する抵抗加熱法も用いることができる。また、膜厚計としても、反射光の変化や透過光の変化を読み取る光学式だけでなく、水晶振動式の膜厚計を用いてもよい。
以上の装置により、本実施例では、ＺｎＳ層の蒸着時には加熱ヒータ１５により基板温度を１００℃とし、Ｇｅ層、ＣｅＦ３層、ＣｅＯ２層の蒸着時には基板温度を３２５℃として反射防止膜を形成した。
【００１７】
実施例４、５．
図４は、本発明の実施例４、５の赤外域用反射防止膜の構成図であり、両面を研磨した基板１である、カルコゲナイドガラス｛商品名：ＧＡＳＩＲ２，ＵＭＩＣＯＲＥ（株）｝基板またはＺｎＳｅ基板に、実施例１と同様の真空蒸着法により、表３に記載した光学膜厚で、ＺｎＳ層２、ＣｅＦ３層４、ＣｅＯ２層５を、図４に示すようにこの順に形成することにより製造することができる。
【００１８】
【表３】
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【００１９】
ここで、表３に記載した光学膜厚は、基板の屈折率がカルコゲナイドガラスの２．６およびＺｎＳｅの２．４においては、基板から第１層目のＺｎＳにより入射光の中心波長（１０μｍ）の１／４波長膜を形成し、さらにその上方の第２層目にＣｅＦ３の１／４波長膜を形成することで良好な反射防止膜が構成できるので、それに基づいて構成した多層膜をコンピュータによる膜厚最適化を実施して最終的に決定したものである。
第５層目のＣｅＯ２は実施例１〜３と同様に物理膜厚１００ｎｍを最外層に配置するようにした。
図５は、本実施例の赤外域用反射防止膜の分光反射率曲線の図であり、線ａ４、ａ５はそれぞれ実施例４、実施例５の分光反射率曲線で、赤外域の所定波長領域で実用上充分低い反射率を示すことがわかる。
また、本実施例４、５の反射防止膜を形成したＧｅ基板を水温２３℃の純水中に放置し、剥離までの日数を表２に示す。
【００２０】
実施例６、７．
図６は、本発明の実施例６、７の赤外域用反射防止膜の構成図であり、両面を研磨した基板１である、カルコゲナイドガラス｛商品名：ＧＡＳＩＲ２，ＵＭＩＣＯＲＥ（株）製｝基板またはＺｎＳｅ基板に、実施例１と同様の真空蒸着法により、表４に記載した光学膜厚で、Ｇｅ層３、ＺｎＳ層２、Ｇｅ層３、ＣｅＦ３層４、ＣｅＯ２層５を図６に示すようにこの順に形成することにより製造することができる。
【００２１】
【表４】
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【００２２】
ここで、表４に記載した光学膜厚は、基板の屈折率がカルコゲナイドガラスの２．６およびＺｎＳｅの２．４においては、基板から第１層目のＧｅ、第２層目のＺｎＳ、さらに第３層目のＧｅにより入射光の中心波長（１０μｍ）の１／４波長膜と等価である３層等価膜を形成し、さらにその上方の第４層目にＣｅＦ３の１／４波長膜を形成することで良好な反射防止膜が構成できるので、それに基づいて構成した多層膜をコンピュータによる膜厚最適化を実施して最終的に決定したものである。
なお、第５層目のＣｅＯ２は実施例１〜３と同様に物理膜厚１００ｎｍを最外層に配置するようにした。
図７は、本実施例の赤外域用反射防止膜の分光反射率曲線の図であり、線ａ６、ａ７はそれぞれ実施例６、実施例７の分光反射率曲線で、赤外域の所定波長領域で実用上充分低い反射率を示すことがわかる。
また、実施例６、７による反射防止膜を形成したＧｅ基板を水温２３℃の純水中に放置し、剥離までの日数を表２に合わせて示す。
【００２３】
実施例８、９．
実施例１において、最外層であるＣｅＯ２層を、それぞれ物理膜厚で５０ｎｍ、５００ｎｍとした他は、製造法および光学膜厚とも実施例１と同様の方法で赤外域用反射防止膜を形成した。また、これらの反射防止膜を形成したＧｅ基板を水温２４℃の純水中に放置し、剥離までの日数を表２に示す。
【００２４】
実施例１０．
図８は、本発明の実施例１０の赤外線レンズを用いた組レンズの構成図であり、凸レンズに加工したＧｅ製レンズとカルコゲナイドガラス（｛商品名：ＧＡＳＩＲ２，ＵＭＩＣＯＲＥ（株）製｝レンズを用意し、Ｇｅ製レンズについては実施例１と同様の方法で、またカルコゲナイドガラスレンズについては実施例６と同様の方法で、各々赤外域用反射防止膜を形成して２枚の本実施例の赤外線レンズ１６、１７を得、これら２枚の赤外線レンズを、鏡筒１８を用いて組み合わせて、２枚組レンズを作製した。
本実施例の組レンズを相対湿度９５％、温度４０℃に１０日間曝したが、反射防止膜に剥離や曇りなどの発生はなく、レンズ性能の劣化は生じなかった。
【００２５】
比較例１．
実施例１において、最外層であるＣｅＯ２層を省いた他は製造法および光学膜厚とも実施例１と同様の方法で赤外域用反射防止膜を形成した。また、この反射防止膜を形成したＧｅ基板を純水中に放置し、剥離までの日数を表２に示す。
【００２６】
比較例２．
実施例１において、基板からの第３層目をＹＦ３、第４層目をＹ２Ｏ３とし、光学膜厚をそれぞれ２．２９１μｍ、０．１６μｍとした他は、実施例１と同様の方法で赤外域用反射防止膜を形成し、この反射防止膜を形成したＧｅ基板を純水中に放置し、剥離までの日数を表２に示す。
【００２７】
比較例３．
実施例４において、基板からの第２層目をＹＦ３、第３層目をＹ２Ｏ３とし、光学膜厚をそれぞれ２．０５８μｍ、０．１６μｍとした他は、実施例４と同様の方法で赤外域用反射防止膜を形成した。また、この反射防止膜を形成したＧｅ基板を純水中に放置し、剥離までの日数を表２に示す。
【００２８】
以上のように、本発明の実施例の赤外域用反射防止膜は、基板上に設けられたＺｎＳ層上、またはＺｎＳとＧｅの交互層上に、屈折率の低いＣｅＦ３層を配置したため、赤外域の所定波長領域で実用上充分低い反射率を示すことがわかる。
また、表２に示すように、上記ＣｅＦ３層がＺｎＳおよびＧｅとの高い密着性と良好な耐湿性を有し、耐環境性に優れたＣｅＯ２層を最外層に配置し、ＣｅＯ２層とＣｅＦ３層との密着性が高いため、特に、耐水性等の耐環境性に優れることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１〜３の赤外域用反射防止膜の構成図である。
【図２】本発明の実施例１〜３の赤外域用反射防止膜の分光反射率曲線の図である。
【図３】本発明の実施例の赤外域用反射防止膜の製造に用いた真空蒸着装置の構成図である。
【図４】本発明の実施例４、５の赤外域用反射防止膜の構成図である。
【図５】本発明の実施例４、５の赤外域用反射防止膜の分光反射率曲線の図である。
【図６】本発明の実施例６、７の赤外域用反射防止膜の構成図である。
【図７】本実施例６、７の赤外域用反射防止膜の分光反射率曲線の図である。
【図８】本発明の実施例の赤外線レンズを用いた組レンズの構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  基板、２  ＺｎＳ層、３  Ｇｅ層、４  ＣｅＦ３層、５  ＣｅＯ２層、１６  赤外線レンズ、１７  赤外線レンズ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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