(57)【要約】【課題】反射防止性能に優れると共に、４２０〜５００ｎｍの青色波長域の光吸収の少ない反射防止膜を形成する。【解決手段】真空蒸着装置を用いて透光性の基材表面に、１．０×１０−４〜１．３×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下でＳｉＯ２膜を形成し、１．４×１０−４〜１．７×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下でＡｌ２Ｏ３膜を形成し、１．７×１０−４〜２．０×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下でＴｉＯ２膜を形成する。そして第１膜目は、装置内の圧力を一旦２×１０−５Ｔｏｒｒ以下とした後、酸素を注入して前記所定圧力として形成する。【選択図】  図１
2005017461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２を主成分とする膜と、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする膜と、ＴｉＯ２を主成分とする膜とを含む反射防止膜を、真空蒸着装置を用いて透光性の基材表面に形成する方法であって、
ＳｉＯ２を主成分とする膜は、１．０×１０−４〜１．３×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で形成し、
Ａｌ２Ｏ３を主成分とする膜は、１．４×１０−４〜１．７×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で形成し、
ＴｉＯ２を主成分とする膜は、１．７×１０−４〜２．０×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で形成し、
第１膜目は、装置内の圧力を一旦２×１０−５Ｔｏｒｒ以下とした後、酸素を注入して前記所定圧力として形成することを特徴とする反射防止膜の形成方法。
【請求項２】
ＳｉＯ２を主成分とする膜、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする膜、ＴｉＯ２を主成分とする膜の少なくとも１つの膜を下記形成速度で形成する請求項１記載の反射防止膜の形成方法。
ＳｉＯ２を主成分とする膜  ：１０Å／ｓ以上
Ａｌ２Ｏ３を主成分とする膜：５Å／ｓ以上
ＴｉＯ２を主成分とする膜  ：４．５Å／ｓ以上
【請求項３】
膜形成時の設定圧力の低いものから順に膜形成を行う請求項１又は２記載の反射防止膜の形成方法。
【請求項４】
ＳｉＯ２を主成分とする膜と、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする膜と、ＴｉＯ２を主成分とする膜とを含む反射防止膜が、真空蒸着装置を用いて透光性の光学素子本体に形成された光学素子であって、
ＳｉＯ２を主成分とする膜は、１．０×１０−４〜１．３×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で形成され、
Ａｌ２Ｏ３を主成分とする膜は、１．４×１０−４〜１．７×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で形成され、
ＴｉＯ２を主成分とする膜は、１．７×１０−４〜２．０×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で形成され、
第１膜目は、装置内の圧力を一旦２×１０−５Ｔｏｒｒ以下とした後、酸素を注入して前記所定圧力として形成されたものであることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
ＳｉＯ２を主成分とする膜、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする膜、ＴｉＯ２を主成分とする膜の少なくとも１つの膜が下記形成速度で形成されたものである請求項４記載の光学素子。
ＳｉＯ２を主成分とする膜  ：１０Å／ｓ以上
Ａｌ２Ｏ３を主成分とする膜：５Å／ｓ以上
ＴｉＯ２を主成分とする膜  ：４．５Å／ｓ以上
【請求項６】
光学素子本体側から順にＳｉＯ２を主成分とする膜、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする膜、ＴｉＯ２を主成分とする膜が形成されている請求項４又は５記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射防止膜の形成方法およびこの方法によって反射防止膜が形成された光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルシネマ用プロジェクタなどの投影光学系はレンズやプリズムなどの複数個の光学素子で構成されている。このような光学素子の多い投影光学系では、反射光によるフレアやゴーストの発生を抑え、且つ透過光量損失による投影像の明るさ欠損を防ぐため、一連の光学素子には反射防止膜が施されている。
【０００３】
また、デジタルシネマ用プロジェクタなどの投影光学系では、現在１０，０００ルーメン程度の明るさが要求されるため、通常の光学部品よりも高い透過率が要求される。そこで、反射率を極限まで小さくすべく種々の反射防止膜がこれまでから提案されている（特許文献１〜６）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１４２０３号公報（特許請求の範囲、図１〜図１１）
【特許文献２】
特開２００２−１４２０４号公報（特許請求の範囲、図４〜図６）
【特許文献３】
特開２００１−７４９０３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】
特開平１０−２０１０２号公報（特許請求の範囲、図１〜図６）
【特許文献５】
特開平１−１３１５０１号公報（特許請求の範囲）
【特許文献６】
特開平２−１２６２０１号公報（特許請求の範囲、第１図、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の反射防止膜は分光反射率特性を専ら重視しているため、反射率を極限まで低下させたものであっても成膜条件如何によってはあまり透過光量が高くない。特に青色波長域は光学素子と反射防止膜の両方で吸収量が多く、透過光量の不足が大きな問題となっていた。
【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、その目的とするところは、優れた反射防止効果を有すると共に、青色波長域（本発明では４２０〜５００ｎｍの波長域をいう）の光吸収の少ない反射防止膜の形成方法およびこの方法で反射防止膜が形成された光学素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ＳｉＯ２を主成分とする膜（以下、単に「ＳｉＯ２膜」と記すことがある）と、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする膜（以下、単に「Ａｌ２Ｏ３膜」と記すことがある）と、ＴｉＯ２を主成分とする膜（以下、単に「ＴｉＯ２膜」と記すことがある）とを含む反射防止膜を、真空蒸着装置を用いて基材表面に形成する方法であって、ＳｉＯ２膜は、１．０×１０−４〜１．３×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で形成し、Ａｌ２Ｏ３膜は、１．４×１０−４〜１．７×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で形成し、ＴｉＯ２膜は、１．７×１０−４〜２．０×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で形成し、第１膜目は、装置内の圧力を一旦２×１０−５Ｔｏｒｒ以下とした後、酸素を注入して前記所定圧力として形成することを特徴とする反射防止膜の形成方法が提供される。
【０００８】
ここで、前記圧力下で形成される蒸着膜の屈折率の低下を抑える観点から、ＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜の少なくとも１つの膜を、ＳｉＯ２膜の場合には１０Å／ｓ以上、Ａｌ２Ｏ３膜の場合には５Å／ｓ以上、ＴｉＯ２膜の場合には４．５Å／ｓ以上の形成速度で形成するのが好ましい。
【０００９】
生産効率などの観点から、膜形成時の設定圧力の低いものから順に膜形成を行うのが望ましい。
【００１０】
また本発明によれば、ＳｉＯ２膜と、Ａｌ２Ｏ３膜と、ＴｉＯ２膜とを含む反射防止膜が、真空蒸着装置を用いて光学素子本体に形成された光学素子であって、ＳｉＯ２膜は、１．０×１０−４〜１．３×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で形成され、Ａｌ２Ｏ３膜は、１．４×１０−４〜１．７×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で形成され、ＴｉＯ２膜は、１．７×１０−４〜２．０×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下で形成され、第１膜目は、装置内の圧力を一旦２×１０−５Ｔｏｒｒ以下とした後、酸素を注入して前記所定圧力として形成されたものであることを特徴とする光学素子が提供される。
【００１１】
ここで、前記圧力下で形成される蒸着膜を所定の屈折率とする観点から、ＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜の少なくとも１つの膜は、ＳｉＯ２膜の場合は１０Å／ｓ以上、Ａｌ２Ｏ３膜の場合は５Å／ｓ以上、ＴｉＯ２膜の場合は４．５Å／ｓ以上の形成速度で形成されたものが好ましい。
【００１２】
生産効率などの観点から、光学素子本体側から順にＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜が形成されているのが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、前記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ＳｉＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜とを含む反射防止膜を、真空蒸着装置を用いて基材表面に形成する場合、酸素ガスを導入して、蒸着時の圧力を通常よりも高くすることによって、反射防止膜における少なくとも青色波長域の光吸収を小さくできるという知見を得て本発明をなすに至った。
【００１４】
このような効果が得られる機構については今のところ定かには解明されていないが、光を吸収しやすいＳｉ元素やＡｌ元素、Ｔｉ元素が、従来よりも多く存在する酸素と結合することによって、これらの元素による光吸収が抑えられるからであろうと推測している。
【００１５】
本発明の反射防止膜の形成方法について以下に詳述する。まず、本発明の形成方法の概略工程を図１に示す。図１は本発明に係る形成方法のフローチャートである。まず、光学素子本体などの基材を真空蒸着装置の真空室の所定位置に取り付ける。また同時に、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などの蒸着材料も真空室の所定位置に配置する。そして、真空室を密閉した後、真空ポンプによって真空室内を２×１０−５Ｔｏｒｒ以下の高真空とする（ステップＳ１）。次に、酸素ガスを真空室に注入して真空室を所定圧力とする（ステップＳ２）。
【００１６】
この所定圧力は蒸着材料の種類によって異なる。ＳｉＯ２膜の場合は１．０×１０−４〜１．３×１０−４Ｔｏｒｒであり、Ａｌ２Ｏ３膜の場合は１．４×１０−４〜１．７×１０−４Ｔｏｒｒであり、ＴｉＯ２膜の場合は１．７×１０−４〜２．０×１０−４Ｔｏｒｒである。真空室の圧力がこれらの圧力範囲の上限値より高い場合は、酸素ガスが膜中に取り込まれ膜の屈折率が低くなり所望の分光特性が得られなくなる。一方、真空室の圧力がこれらの圧力範囲の下限値より低い場合は、膜による青色波長域の光吸収を十分には抑えることができなくなる。より好ましい圧力は、ＳｉＯ２膜の場合は１．１×１０−４〜１．２×１０−４Ｔｏｒｒであり、Ａｌ２Ｏ３膜の場合は１．５×１０−４〜１．６×１０−４Ｔｏｒｒであり、ＴｉＯ２膜の場合は１．８×１０−４〜１．９×１０−４Ｔｏｒｒである。
【００１７】
このような圧力範囲で各膜を形成した場合であっても、通常よりも高い圧力下で蒸着を行っているため、蒸着膜内に気孔が不可避的に存在してしまい蒸着膜の屈折率が低くなることがある。そこで、屈折率の低下を抑えたい蒸着膜についてはその形成速度を従来よりも速くすることが推奨される。これにより、当該蒸着膜の密度が高くなる結果、蒸着膜内の気孔が圧縮され蒸着膜の屈折率の低下が抑えられるのである。形成速度としてはＳｉＯ２膜の場合は１０Å／ｓ以上、Ａｌ２Ｏ３膜の場合は５Å／ｓ以上、ＴｉＯ２膜の場合は４．５Å／ｓ以上とするのが好ましい。このような膜形成速度とするには、例えば電子ビームによって蒸着材料を加熱する場合には、電子ビームに流す電流を制御すればよい。この電流値としては、例えばドーム直径が約７２０ｍｍ、蒸着材料から基板までの距離が５８０〜８２０ｍｍの蒸着装置を用いた場合、上記形成速度にするには、ＳｉＯ２膜の場合は５０〜６０ｍＡ、Ａｌ２Ｏ３膜の場合は１６０〜２２０ｍＡ、ＴｉＯ２膜の場合は１８０〜２６０ｍＡの範囲に調整するのが好ましい。
【００１８】
図１を参照して、前記蒸着条件で蒸着膜を蒸着形成し（ステップＳ５）、膜厚モニターにより所定膜厚となったかどうかを判定し（ステップＳ６）、所定膜厚となったところで蒸着材料を入れた坩堝の上部を開閉自在に移動するシャターを閉じて第１膜目の蒸着を終了する（ステップＳ７）。そして、所定の積層膜構造になったかどうかを判定し（ステップＳ８）、所定の積層数に達していなければ、酸素ガスを注入または真空ポンプを駆動させて所定圧力とし（ステップＳ２）、蒸着材料および蒸着条件を変えて次の蒸着膜を前記と同様にして形成する（ステップＳ３〜Ｓ７）。この一連の処理を繰り返して所定の積層膜構造（ここではｍ層構造）の蒸着膜を形成する（ステップＳ８）。
【００１９】
生産効率の観点からは、蒸着処理時の設定圧力の低いものから順に蒸着膜を形成するのが好ましい。一旦高真空とした後は、順次酸素ガスを注入して真空室の圧力を高めて行けばよく、真空室内の雰囲気を真空ポンプで再度引く必要がないからである。これを前記３つの膜の場合に適用すれば、光学素子本体側から順にＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜とするのがよいことになる。
【００２０】
もちろん広帯域の光反射を防止するために、低屈折率膜および高屈折率膜を基体との間にさらに順次積層させた構造としても構わない。またＳｉＯ２膜やＡｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜の各膜には、本発明の効果を害さない範囲において従来公知の添加物を添加しても構わない。
【００２１】
また光学素子本体と反射防止膜との密着性を一層向上させるために、エネルギー線照射処理や薬品処理などで光学素子本体の表面を表面改質処理してもよい。エネルギー線照射処理としては、コロナ放電処理、プラズマ処理、電子線照射処理、紫外線照射処理などが挙げられる。
【００２２】
反射防止膜を表面に形成する基材の材質としては、ガラス及びプラスチックのいずれであってもよい。プラスチックとしては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリスチレン、非晶質ポリオレフィンなどが挙げられる。またプラスチック基体の成形方法としては特に限定はなく、従来公知の成形方法、例えば注型法、射出成形法、プレス成形法などを用いることができる。
【００２３】
反射防止膜を表面に形成した本発明に係る光学素子の用途としては、例えばレンズやプリズムなどが挙げられる。特に、複数個の光学素子から構成される投影光学系に好適に用いられる。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に述べる。なお、下記実施例は本発明を何ら制限するものではなく、前後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは本発明の技術的範囲に包含される。
【００２５】
（実施例１）
真空蒸着装置を用いて、基材としてのホーヤ社製「ＦＣＤ１」の表面に、基材側から順にＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２を主成分とする膜、ＭｇＦ２膜の４層構造からなる反射防止膜を形成した。反射防止膜の形成方法は次の通りである。
【００２６】
まず、基材を真空室に取り付け、真空室を密閉する。そして、真空ポンプを駆動させて真空室の圧力を２×１０−５Ｔｏｒｒまで一旦下げた後、真空室に酸素ガスを注入して圧力を１．２×１０−４Ｔｏｒｒとし、蒸着材料であるＳｉＯ２を電子ビーム加熱法によって加熱蒸発させて基材に蒸着させた。このときの電子ビームの電流値は５５ｍＡで、ＳｉＯ２膜の形成速度は１３．３Å／ｓであった。基材表面に形成されたＳｉＯ２膜の膜厚が１０８．２ｎｍとなったところで第１膜目の蒸着処理を終了した。次に、酸素ガスを真空室に注入して真空室の圧力を１．５×１０−４Ｔｏｒｒとした後、蒸着材料をＡｌ２Ｏ３として前記と同様に蒸着処理を行った。このときの電子ビームの電流値は２１０ｍＡで、Ａｌ２Ｏ３膜の形成速度は７．２Å／ｓであった。基材表面に形成されたＡｌ２Ｏ３膜の膜厚が７６．１ｎｍとなったところで第２膜目の蒸着処理を終了した。次いで、酸素ガスを真空室に注入して真空室の圧力を１．８×１０−４Ｔｏｒｒに上げた後、蒸着材料をＴｉＯ２を主成分とする材料として前記と同様に蒸着処理を行った。電子ビームの電流値は２００ｍＡで、ＴｉＯ２を主成分とする膜の形成速度は５．３Å／ｓであった。基材表面に形成されたＴｉＯ２膜の膜厚が１２０．２ｎｍとなったところで第３膜目の蒸着処理を終了した。そして最後に、真空ポンプを再び駆動させて真空室の圧力を２×１０−５Ｔｏｒｒに下げた後、酸素ガスを注入することなく、ＭｇＦ２を蒸着材料として前記と同様に蒸着処理を行った。ＭｇＦ２膜の形成速度は９．６Å／ｓであった。基材表面に形成されたＭｇＦ２膜の膜厚が８９．１ｎｍとなったところで第４膜目の蒸着処理を終了した。作製した反射防止膜の概略構成図を図２に示すと共に、上記蒸着条件を表１にまとめて示す。
【００２７】
【表１】
2005017461.tif 000003
【００２８】
このようにして作製した光学素子の分光反射率特性および分光透過率特性を測定した。測定結果を図３及び図４に示す。図３によれば、形成された反射防止膜の反射率は可視光域において０．４％以下と優れたものであり、４２０〜５００ｎｍの青色波長域では０．２％以下と非常に低い値であった。また図４によれば、４２０〜５００ｎｍの青色波長域の平均透過率は９９．６１％と、従来に比べ格段に高い値であった。
【００２９】
（比較例１）
真空蒸着装置を用いて、基材としてのホーヤ社製「ＦＣＤ１」の表面に、基材側から順にＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２を主成分とする膜、ＭｇＦ２膜の４層構造からなる反射防止膜を実施例１と同様にして形成した。蒸着条件を表２に示す。
【００３０】
【表２】
2005017461.tif 000004
【００３１】
このようにして作製した光学素子の分光反射率特性および分光透過率特性を測定した。測定結果を図５及び図６に示す。図５によれば、形成された反射防止膜の反射率は可視光域において０．４％以下と優れたものであった。しかし、図６によれば、４２０〜５００ｎｍの青色波長域の平均透過率は９８．９３％と低い値であった。
【００３２】
（実施例２）
真空蒸着装置を用いて、基材としての「ＳＫ１０」の表面に、実施例１と同様にして、基材側から順にＡｌ２Ｏ３とＬａ２Ｏ３の混合物からなる膜、ＴｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜の３層構造からなる反射防止膜を形成した。ここで、第１膜のＡｌ２Ｏ３とＬａ２Ｏ３の混合物からなる膜の屈折率が低下すると反射防止帯域が狭まるため、この第１膜の形成速度を５．８Å／ｓと通常よりも速くした。その他の蒸着条件を表３に示す。
【００３３】
【表３】
2005017461.tif 000005
【００３４】
このようにして作製した光学素子の分光反射率特性および分光透過率特性を測定した。測定結果を図７及び図８に示す。図７によれば、４００〜４１０ｎｍの青色レーザ波長域において、形成された反射防止膜の反射率は平均０．１％以下と優れたものであり、また図８によれば、４００〜４１０ｎｍの青色レーザ波長域の平均透過率は９９．８９％と、従来に比べ格段に高い値であった。
【００３５】
（比較例２）
実施例２と同様にして真空蒸着装置を用いて、基材としての「ＳＫ１０」の表面に、基材側から順にＡｌ２Ｏ３とＬａ２Ｏ３の混合物からなる膜、ＴｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜の３層構造からなる反射防止膜を形成した。蒸着条件を表４に示す。
【００３６】
【表４】
2005017461.tif 000006
【００３７】
このようにして作製した光学素子の分光反射率特性および分光透過率特性を測定した。測定結果を図９及び図１０に示す。図９によれば、４００〜４１０ｎｍの青色レーザ波長域において、形成された反射防止膜の反射率は平均０．１％以下と実施例２の光学素子と同様に優れたものであった。しかし図１０によれば、４００〜４１０ｎｍの青色レーザ波長域の平均透過率は９９．１０％と低い値であった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係る反射防止膜の形成方法では、真空蒸着装置を用いて基材表面に、１．０×１０−４〜１．３×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下でＳｉＯ２膜を形成し、１．４×１０−４〜１．７×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下でＡｌ２Ｏ３膜を形成し、１．７×１０−４〜２．０×１０−４Ｔｏｒｒの圧力下でＴｉＯ２膜を形成すると共に、第１膜目は、装置内の圧力を一旦２×１０−５Ｔｏｒｒ以下とした後、酸素を注入して前記所定圧力として形成するので、優れた反射防止効果を奏すると共に、４２０〜５００ｎｍの青色波長域の光吸収の少ない反射防止膜を形成できる。
【００３９】
ＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜の少なくとも１つの膜を、ＳｉＯ２膜の場合には１０Å／ｓ以上、Ａｌ２Ｏ３膜の場合には５Å／ｓ以上、ＴｉＯ２膜の場合には４．５Å／ｓ以上の形成速度で形成すると、各膜の屈折率の低下を抑えられる。
【００４０】
また、膜形成時の設定圧力の低いものから順に膜形成を行うと、蒸着処理の途中で真空室内の圧力を下げる操作が不要となり生産効率が向上する。
【００４１】
また本発明に係る光学素子では、前記形成方法で光学素子本体に反射防止膜が形成されているので、優れた反射防止効果を有すると共に、４２０〜５００ｎｍの青色波長域においても従来に比べ格段に高い透過率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反射防止膜の形成方法の一例を示すフローチャート図である。
【図２】実施例１の反射防止膜の概略構成図である。
【図３】実施例１の光学素子の分光反射特性図である。
【図４】実施例１の光学素子の分光透過率特性図である。
【図５】比較例１の光学素子の分光反射特性図である。
【図６】比較例１の光学素子の分光透過率特性図である。
【図７】実施例２の光学素子の分光反射特性図である。
【図８】実施例２の光学素子の分光透過率特性図である。
【図９】比較例２の光学素子の分光反射特性図である。
【図１０】比較例２の光学素子の分光透過率特性図である。
【図１】
2005017461.tif 000007
【図２】
2005017461.tif 000008
【図３】
2005017461.tif 000009
【図４】
2005017461.tif 000010
【図５】
2005017461.tif 000011
【図６】
2005017461.tif 000012
【図７】
2005017461.tif 000013
【図８】
2005017461.tif 000014
【図９】
2005017461.tif 000015
【図１０】
2005017461.tif 000016