(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック基体の表面に、基体側から順に、密着層、Ａｇを主成分とする反射層、３層以上の透光性誘電体層からなる保護層が形成されてなる光学反射部材であって、
前記保護層の最外層が酸化アルミニウムと酸化ランタンの混合物層であることを特徴とする光学反射部材。
【請求項２】
前記混合物層における、酸化ランタンの混合割合が４０ｍｏｌ％以上である請求項１記載の光学反射部材。
【請求項３】
前記保護層が３層からなり、基体側から順に、酸化アルミニウム層、酸化ケイ素層又は酸化ケイ素と酸化アルミニウムの混合物層、酸化アルミニウムと酸化ランタンの混合物層である請求項１又は２記載の光学反射部材。
【請求項４】
酸化アルミニウム層の層厚が５〜４５ｎｍ、酸化ケイ素層又は酸化ケイ素と酸化アルミニウムの混合物層の層厚が１０〜１００ｎｍ、酸化アルミニウムと酸化ランタンの混合物層の層厚が１５〜１１０ｎｍである請求項３記載の光学反射部材。
【請求項５】
前記密着層が、チタン酸化物層、酸化ランタンと酸化アルミニウムの混合物層、酸化ランタンと酸化チタンの混合物層のいずれかである請求項１〜４のいずれかに記載の光学反射部材。
【請求項６】
前記密着層の層厚が１５〜１７５ｎｍの範囲である請求項１〜５のいずれかに記載の光学反射部材。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の光学反射部材を用いたことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の光学反射部材を用いたことを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学反射部材に関し、より詳細にはＡｇを主成分とする反射層を備えた光学反射部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラやプロジェクタなどの光学機器では光路上に光学反射部材が多く使用されている。これらの光学機器において、明るい画像を得るには反射率を高くする必要があるため、これらの光学機器に使用される光学反射部材には、反射層の材料としてＡｇが広く使用されてきた。
【０００３】
ところが、Ａｇを主成分とする反射層は、可視光域全体で９８％という高い反射率を有する一方、基体への密着性および耐久性に乏しいという問題があった。加えて、近年、光学機器にガラス部材に代わってプラスチック部材が広く使用されるようになっているところ、反射層を形成する基体としてプラスチック部材を用いた場合、前記問題は一層顕著に現れる。
【０００４】
そこで、基体と反射層の間に密着層を形成するとともに、反射層上に５層以上の誘電体層を形成して、前記問題の原因となる水分や硫黄などの反射層への浸入を防止する技術が提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−１８４７０３号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記提案技術によれば、反射層の基体への密着性および耐久性は改善されるものの、誘電体層を多く積層形成しなければならず、生産性が低かった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ａｇを主成分とする反射層をプラスチック基体に形成した光学反射部材において、反射層の密着性および耐久性を高くし、さらに生産性を向上させることにある。
【０００７】
また本発明の目的は、鮮明な画像を長期間にわたって撮影および投影できる撮像装置および投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、プラスチック基体の表面に、基体側から順に、密着層、Ａｇを主成分とする反射層、３層以上の透光性誘電体層からなる保護層が形成されてなる光学反射部材であって、前記保護層の最外層が酸化アルミニウムと酸化ランタンの混合物層であることを特徴とする光学反射部材が提供される。
【０００９】
ここで硫黄などの反射層への浸入を一層防止する観点から、混合物層における酸化ランタンの混合割合を４０ｍｏｌ％以上とするのが好ましい。
【００１０】
また、反射層の基体への密着性および耐久性を低下させることなく光学反射部材の生産性を向上させる観点からは、保護層を３層とし、基体側から順に、酸化アルミニウム層、酸化ケイ素層又は酸化ケイ素と酸化アルミニウムの混合物層、酸化アルミニウムと酸化ランタンの混合物層とするのが好ましい。
【００１１】
反射層の基体への密着性および耐久性を一層向上させる観点から、酸化アルミニウム層の層厚を５〜４５ｎｍ、酸化ケイ素層又は酸化ケイ素と酸化アルミニウムの混合物層の層厚を１０〜１００ｎｍ、酸化アルミニウムと酸化ランタンの混合物層の層厚を１５〜１１０ｎｍとするのが好ましい。
【００１２】
また同様に反射層の基体への密着性および耐久性を上げる観点から、密着層として、チタン酸化物層、酸化ランタンと酸化アルミニウムの混合物層、酸化ランタンと酸化チタンの混合物層のいずれかの層を用いるのが好ましく、密着層の層厚は１５〜１７５ｎｍの範囲が好ましい。
【００１３】
また本発明によれば、前記の光学反射部材を用いたことを特徴とする撮像装置および投影装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る光学反射部材では、基体側から順に、密着層、Ａｇを主成分とする反射層、３層以上の透光性誘電体層からなる保護層を形成し、この保護層の最外層を酸化アルミニウムと酸化ランタンの混合物層としたので、反射層と基体の密着性が高く、基体としてプラスチック材料を用いた場合であっても、反射層の剥離を効果的に防止できる。また高い耐久性が得られる。さらに従来に比べて少ない層数で反射層を保護できるので、生産性が向上する。そしてまた、ペンタミラーや曲面反射ミラーなどような屈曲形状や曲面形状の基体に、蒸着によって層形成する場合であっても、各層が強固に付着するようになる。
【００１５】
混合物層における酸化ランタンの混合割合を４０ｍｏｌ％以上とすると、硫黄などの反射層への浸入を一層防止できる。
【００１６】
また、保護層を３層とし、基体側から順に、酸化アルミニウム層、酸化ケイ素層又は酸化ケイ素と酸化アルミニウムの混合物層、酸化アルミニウムと酸化ランタンの混合物層とすると、反射層の基体への密着性および耐久性を低下させることなく光学反射部材の生産性を向上させることができる。
【００１７】
反射層の基体への密着性および耐久性を一層向上させる観点から、酸化アルミニウム層の層厚を５〜４５ｎｍ、酸化ケイ素層又は酸化ケイ素と酸化アルミニウムの混合物層の層厚を１０〜１００ｎｍ、酸化アルミニウムと酸化ランタンの混合物層の層厚を１５〜１１０ｎｍとするのが好ましい。
【００１８】
密着層として、チタン酸化物層、酸化ランタンと酸化アルミニウムの混合物層、酸化ランタンと酸化チタンの混合物層のいずれかの層を用いると、反射層の基体への密着性および耐久性が向上する。また密着層の層厚を１５〜１７５ｎｍの範囲とすると、反射層の基体への密着性および耐久性が同様に向上する。
【００１９】
また本発明に係る撮像装置および投影装置では前記の光学反射部材を用いるので、長期間にわたって鮮明な画像を撮影および投影できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る光学反射部材の一実施形態を図１に示す。図１の光学反射部材は、プラスチック基体の表面に、密着層としてのチタン酸化物層、Ａｇからなる反射層、保護層として３層の透光性誘電体層すなわち、酸化アルミニウム層・酸化ケイ素層・（酸化アルミニウムと酸化ランタンの混合物層）が基体側からこの順で形成されてなる。
【００２１】
本発明の光学反射部材では、保護層の最外層を酸化アルミニウムと酸化ランタンの混合物層にすることが重要である。これは本発明者が行った下記の実験結果から得られた知見に基づくものである。図２に示す層構成の光学反射部材において、保護層の最外層（検討材料１）を種々変えて評価試験を行った。結果を表１に示す。
【００２２】
なお、各評価項目は次のようにして行ったものである。まず「経時変化」は室内に９６０ｈ（４０日間）放置後、光学反射部材の反射層にクラックや変色、ピンホールがないかどうかを目視によって判定したものである。判定基準は表２に示すとおりである。「冷熱衝撃試験」は、−３０℃の環境下に１時間放置した後、＋７０℃の環境下に１時間放置するのを１サイクルとし、これを１０サイクル行った後、前記と同様に光学反射部材の表面を目視によって判定したものである。次に温度を−４０℃と＋８５℃に変えて同様の試験を行い、光学反射部材の表面を目視によって判定したものである。「硫黄」は、段ボール（硫黄を含んでいる）１ｋｇと光学反射部材をデシケータの中に入れ、８０℃の槽中１６８ｈ放置した後、光学反射部材の表面を目視によって判定したものである。「７０℃×８０％  ５００ｈ」は、温度７０℃・湿度８０％の環境下で５００ｈ放置した後、光学反射部材の表面を目視によって判定したものである。「６０℃×５％  ６００ｈ」は、温度６０℃・湿度５％の環境下で６００ｈ放置した後、光学反射部材の表面を目視によって判定したものである。そして、以上の評価項目を総合して実用化の可否を判定した。
【００２３】
また、実験にあたって光学反射部材の各層の形成は、実験番号１〜１１の光学反射部材では真空蒸着装置を用いて、ポリカーボネート製の基体上に蒸着した。真空度は１×１０-2Ｐａ程度で、層厚は、光学式膜厚計で多重反射干渉法により測定した。また実験番号１２〜１６の光学反射部材は、各層の密度を高くするためＩＡＤ（Ion Assist Deposition）法によって蒸着を行った。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
表１から明らかなように、保護層の最外層に酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物層を用いた場合のみが実用に耐えるものであった。また、材料をより高密度に付着させるＩＡＤ法によって蒸着した場合（実験番号１２〜１６）であっても、最外層が（Ａｌ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3）の混合層以外の場合は環境試験において耐久性に欠けるものであった。
【００２７】
ここでＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合層におけるＬａ2Ｏ3の混合割合は４０ｍｏｌ％以上であるのが好ましい。Ｌａ2Ｏ3の混合割合が４０ｍｏｌ％より少ないと、硫黄試験や冷熱衝撃試験での評価結果がよくない場合がある。この理由は今のところ十分には解明されていないが、Ｌａ2Ｏ3は潮解性を有し空気中の水蒸気を吸収するので、Ａｇ層劣化の１つの原因物質であり水溶性の硫化物がＬａ2Ｏ3が吸収する水に溶解して、Ａｇ層への硫化物の浸入が阻止されるのではないかと推測している。
【００２８】
次に、図３に示すように、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合層の上にさらに層を形成した場合（実験番号１７〜１９）、下記表３に示すように、「硫黄」試験および温度と湿度の環境試験において反射層にクラックや変色、ピンホールが発生した。このことから、実験番号１のように、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合層を保護層の最外層とするのがよいことがわかる。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
本発明の光学反射部材では保護層を３層以上の透光性誘電体層から構成する。かかる発明の構成は下記実験結果に基づくものである。すなわち、図１に示した光学反射部材において、３層目と４層目を形成せずに、２層目のＡｇ層の上に５層目のＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合層を形成するとともに、この混合層の層厚を２倍、１／２倍としたものを、前記と同様にして評価を行った（実験番号２０〜２２）。また、３層目を形成せず、４層目をＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の混合層としたものについても評価を行った（実験番号２３）。評価結果を表４に示す。
【００３１】
【表４】
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【００３２】
表４から理解されるように、Ａｇ層の上に保護層としてＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合層を１層形成した場合は、その層厚を２倍及び１／２倍としても、「６０℃×５％  ５００ｈ」の環境試験において、光学反射部材の反射層にクラックや変色、ピンホールが発生し実用に耐えないものであった。また、Ａｇ層の上に保護層としてＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の混合層とＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合層の２層を形成した場合は、冷熱衝撃試験および硫黄試験、環境試験において、光学反射部材の反射層にクラックや変色、ピンホールが発生し実用に耐えないものであった。
【００３３】
なお、上記実験では保護層が４層以上の場合について実験を行っていないが、最外層であるＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合層とＡｇ層との間に、３層以上の透光性誘電体層を設けて保護層を４層以上としてももちろん構わない。この場合、高屈折率と低屈折率の透光性誘電体層が交互に積層形成されていることが望ましい。
【００３４】
また表５に示すように、図１に示した光学反射部材の層構成において、４層目のＳｉＯ2層を、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の混合層に換えても不具合は生じなかった（実験番号２４）。
【００３５】
【表５】
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【００３６】
次に、図１に示す保護層の各層厚について検討した結果を示す。表６は、図１の光学反射部材における３層目（Ａｌ2Ｏ3層）の層厚を変化させて評価した結果である。光学反射部材の３層目（Ａｌ2Ｏ3層）の層厚を、実験番号１の層厚（１４．５ｎｍ）の１／３倍（４．８ｎｍ）と３倍（４３．４ｎｍ）に変化させたところ、いずれの層厚の場合も、形成された光学反射部材は実使用上問題のないものであった。このことから３層目（Ａｌ2Ｏ3層）の層厚として少なくとも５〜４５ｎｍの範囲が好ましいことがわかる。
【００３７】
【表６】
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【００３８】
次に、図１の光学反射部材における４層目の層厚を変化させて評価した。評価結果を表７に示す。なお、４層目の材料はＳｉＯ2層及びＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の混合層のいずれでもよいことは前述の通りであるので（表５，実験番号２４を参照）、ここでは４層目の材料としてＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の混合層を用い、光学反射部材の４層目の層厚を、実験番号１の層厚（３１．９ｎｍ）の１／３倍（１０．６ｎｍ）と３倍（９５．８ｎｍ）に変化させて評価を行った。
【００３９】
【表７】
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【００４０】
表７から明らかなように、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の混合層の層厚が１０．６ｎｍ、９５．８ｎｍのいずれの場合も、形成された光学反射部材は実使用上問題のないものであった。このことから４層目の層厚として少なくとも１０〜１００ｎｍの範囲が好ましいことがわかる。
【００４１】
続いて、図１の光学反射部材における５層目（Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合層）の層厚を変化させて評価した。具体的には光学反射部材の５層目（Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合層）の層厚を、実験番号１の層厚（５３．３ｎｍ）の１／３倍（１７．８ｎｍ）と２倍（１０６．７ｎｍ）に変化させて評価を行った。評価結果を表８に示す。
【００４２】
【表８】
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【００４３】
表８から明らかなように、いずれの層厚の場合も、形成された光学反射部材は実使用上問題のないものであった。このことから５層目（Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合層）の層厚として少なくとも１５〜１１０ｎｍの範囲が好ましいことがわかる。
【００４４】
次に、図４に示す層構成の光学反射部材における密着層（１層目）について、その材料および層厚について検討を行った。まず密着層の材料（検討材料３）を種々変えて評価試験を行った結果を表９に示す。
【００４５】
【表９】
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【００４６】
表９から理解されるように、密着層の材料としてはＴｉ3Ｏ5の他、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、ＴｉＯ2とＬａ2Ｏ3の混合物、Ｔａ2Ｏ5とＴｉＯ2の混合物のいずれを用いても、形成された光学反射部材は実使用上問題のないものであった。
【００４７】
つぎに密着層の材料としてＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物を用いて、層厚（５６．９ｎｍ、光学的膜厚：０．２５）を基準としてその１／３倍（１８．９ｎｍ）と３倍（１７０．７ｎｍ）に層厚を変化させて評価を行った。評価結果を図１０に示す。
【００４８】
【表１０】
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【００４９】
表１０から明らかなように、いずれの層厚の場合も、形成された光学反射部材は実使用上問題のないものであった。このことから密着層（１層目）の層厚として少なくとも１５〜１７５ｎｍの範囲が好ましいことがわかる。
【００５０】
そして次に、本発明で使用するプラスチック基体の形状による、膜の耐久性及び耐環境性への影響を調べた。すなわち、基体形状が平面の場合には、蒸着時に蒸着物質が基体表面に対して垂直に衝突するが、屈曲形状や曲面形状の場合には、蒸着物質が基体表面に対して垂直方向から所定の角度を持って衝突するため衝突エネルギが分散し、前者に比べ後者の形状の場合には層強度が弱くなることが知られているからである。この実験では、平面形状の基体と、ルーフ形状の基体上に図５に示す層をそれぞれ積層して、前記と同様の評価を行った。結果を表１１に示す。
【００５１】
【表１１】
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【００５２】
表１１から明らかなように、本発明で規定する層構成によれば、ルーフ形状の基体であっても平面形状の基体の場合と同等の耐久性及び耐環境性が得られた。
【００５３】
以上説明した実施形態では、真空蒸着法により本発明に係る光学反射部材を製造していたが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＰＣＶＤ等により製造してももちろん構わない。また本発明で使用するプラスチック基体としては、ポリカーボネートやアクリル樹脂など従来公知のプラスチック材料を使用することができる。したがって本発明に係る光学反射部材は、一眼レフカメラに用いるルーフペンタミラーやプロジェクタに用いる曲面反射ミラーとしても使用できる。
【００５４】
図６に、本発明の光学反射部材をルーフペンタミラーとして用いた一眼レフカメラ（撮影装置）の概略構成図を示す。図６の一眼レフカメラＣには、クイックリターンミラー２の上方に、水平に延在する焦点板３が設けられ、そしてその焦点板３上に結像した被写体像を上下左右正像としてファインダ接眼部４から観察できるように、ルーフペンタミラー１が設けられている。従来は、被写体像を上下左右正像として観察するためにペンタプリズムが用いられていたが、ペンタプリズムミラーは重いため、カメラの軽量化という市場の要請にから近年ではペンタプリズムミラーに換えてルーフペンタミラー１が広く使用されるようになってきた。
【００５５】
このルーフペンタミラー１はプラスチック製の殻状の基体１１を備え、この基体１１は平面ミラー１３が形成される前壁部分をその他の部分から分離して１つの部材１１ｂとして形成し、残る部分をもう１つの部材１１ａとして成形し、それら２つの部材１１ａ，１１ｂを接合して一体化されてなる。ルーフペンタミラー１は従来のペンタプリズムミラーの構成に対応しているため、焦点板３からの入射光を反射するダハミラー１２と、ダハミラー１２で反射された光をさらに反射してファインダ接眼部４へ導く平面ミラー１３とを有する。ダハミラー１２は、部材１１ａの、直角に交わる一対の内向き平面に形成される。一方、平面ミラー１３は部材１１ｂの表面に形成される。そして、部材１１ａと部材１１ｂが接合されることによって、ダハミラー１２と平面ミラー１３が殻状の基体１１の内側に位置するようになり、焦点板３上に結像した被写体像はルーフペンタミラー１を介して上下左右正像としてファインダ接眼部４へ導かれる。本発明で規定する層構成であれば、直角に屈曲している基体１１であっても各層が強固に蒸着され、しかも耐久性および耐環境性に優れるので、本発明の光学反射部材はこのようなルーフペンタミラー１として好適に使用することができる。
【００５６】
また本発明に係る光学反射部材は、プロジェクタに用いる曲面反射ミラーとしても使用できる。図７に、本発明の光学反射部材を曲面反射ミラーとして用いた背面投写型画像投影装置(リアプロジェクター)におけるリアプロジェクション光学系の概略構成図を示す。
【００５７】
図７のリアプロジェクタ光学系は、表示パネルの画像表示面を縮小側のパネル表示面(Ｉ１)として、そのパネル表示面(Ｉ１)の２次元画像をスクリーン面(不図示)上に拡大投影する投影光学系を備えている。表示パネルとしては、例えば、反射型液晶パネル，透過型液晶パネル，ＤＭＤ(Digital Micromirror Device)等の表示素子が用いられる。またパネル表示面(Ｉ１)は、ランプ(不図示)から発せられたのち照明光学系(不図示)を通過した照明光によって照明される。その照明によりパネル表示面(Ｉ１)から出射した投影光は、投影光学系等によってスクリーン面(不図示)に導かれる。投影画像をカラー化する場合には、３枚の表示パネルを用いてクロスダイクロイックプリズム等で色合成する３板式の構成、時分割に画像を表示する単板式の構成、あるいは表示パネル上にマイクロレンズアレイを用いた単板式の構成を採用すればよい。
【００５８】
図７に示す投影光学系は、パネル表示面(Ｉ１)側から順に、第１〜第３ミラー(Ｍ１〜Ｍ３)を備えている。なお、図中の絞り位置(ＳＴ)は仮想絞り面に相当する。第１〜第３ミラー(Ｍ１〜Ｍ３)はすべて曲面反射ミラーであり、それらの反射面はすべて自由曲面から成っている。パネル表示面(Ｉ１)から出射した投影光は、投影光学系を構成している３枚の曲面反射ミラーで反射された後、不図示の平面反射ミラーによって光路が２回折り返されて、不図示のスクリーン面に到達する。
【００５９】
この実施形態においてプロジェクターは光源部という発熱体を有しており、各光学部品は光の透過・反射を行うだけでなく若干の吸収も行うことから、ランプ点灯後にその温度が上昇することになる。そして環境温度も一定ではないことから、リアプロジェクション光学系は温度変化に対しても安定した良好な性能を有することが望まれる。また、反射ミラー等の反射型光学部品の誤差感度は、通常の透過型光学部品の誤差感度よりも倍以上高くなってしまうことが一般に知られている。そこで、曲面反射ミラーの基体として、温度変化に対して比較的変動の少ないガラスがこれまで広く用いられていた。しかし、これらの曲面反射ミラーの中でスクリーン面に最も近い曲面反射ミラーは、光学的なパワーが比較的弱いため誤差感度は小さい。したがって、この曲面反射ミラーに関しては基体としてＰＭＭＡ(polymethyl methacrylate)やＰＣ(polycarbonate)、ポリオレフィン系樹脂等のプラスチック材料を用いることができる。そこでこれらの曲面反射ミラーとして本発明に係る光学反射部材を用いると、基体をガラスからプラスチックにすることによる装置の軽量化とコストダウンの効果が得られるとともに、優れた耐久性および耐環境性が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る光学反射部材の一例を示す概説図である。
【図２】実験における層構成を示す図である。
【図３】実験における層構成を示す図である。
【図４】実験における層構成を示す図である。
【図５】実験における層構成を示す図である。
【図６】本発明の光学反射部材を用いた一眼レフカメラの概説図である。
【図７】本発明の光学反射部材を用いたプロジェクタの概説図である。
【符号の説明】
【００６１】
１    ルーフペンタミラー
１１    基体
１２    ダハミラー
１３    平面ミラー
Ｉ１    パネル表示面
Ｍ１〜Ｍ３    第１〜第３ミラー（曲面反射ミラー）
【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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