光学部件、其制造方法以及使用其的光学系统的制作方法
【专利说明】光学部件、其制造方法以及使用其的光学系统
[0001]本申请是申请日为2012年2月15日、申请号为201210033810.8、发明名称为“光学部件、其制造方法以及使用其的光学系统”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及减反射光学部件、其制造方法以及使用其的光学系统。进而，本发明涉及适合在可见区至近红外区中获得高水平的减反射性的光学部件和使用该光学部件的光学系统。
【背景技术】
[0003]已知具有其周期等于或小于可见光区域中的波长的微细周期结构的减反射结构体通过形成具有适当的间距和高度的微细周期结构，在宽波长区域内显示优异的减反射性。形成该微细结构的已知方法为，例如，使其粒径等于或小于可见光区域中的波长的细颗粒分散于其中的膜的涂布。
[0004]也已知微细加工法(micromachining method)，其中通过使用微细加工装置(例如电子束描绘装置、激光干涉光刻装置、半导体光刻装置和蚀刻装置)图案化来形成微细周期结构。微细加工法中，可控制微细周期结构的间距和高度。此外，已知可通过微细加工法形成优异的减反射微细周期结构。
[0005]除了上述方法以外，已知通过在基材上使作为铝的氢氧化氧化物的勃姆石的不规则结构(irregular structure)生长来获得减反射效果的方法。该方法中，对通过液相法(溶胶-凝胶法)形成的氧化铝膜进行热水浸渍处理以使该膜的表层变为勃姆石，由此形成片状晶体(plate crystal)膜以得到减反射膜(日本专利申请公开N0.H09-202649)。
[0006]如上所述，寻求显示出优异的减反射性的减反射膜，但常规技术具有以下问题。
[0007]例如，关于表面具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的光学部件，在全反射和强光照射的光入射条件下，有时观察到使光学部件雾化的现象。为了在表面上形成由氧化铝晶体制成的不规则结构，对氧化铝的无定形膜进行水蒸汽处理或者热水浸渍处理。通过该处理形成的由氧化铝晶体制成的不规则结构可能具有某种周期。该周期的不规则结构在全反射的光入射条件下产生雾化(fogging，模糊不清)现象。
【发明内容】
[0008]鉴于现有技术的问题而完成了本发明，并且本发明的目的在于提供能够在全反射的条件下防止雾化现象的同时保持高水平的减反射性的光学部件，并且还提供该光学部件的制造方法和使用该光学部件的光学系统。
[0009]为了解决上述问题，根据本发明，提供光学部件，其包括:中间层；和层叠在该中间层上的氧化铝层，该氧化铝层有具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的表面，其中该中间层包括空隙(void)。
[0010]为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供光学部件的制造方法，该光学部件包括基材、中间层和在该中间层上层叠的氧化铝层，该氧化铝层有具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的表面，该方法包括:在非活性气体气氛中在该基材上沉积蒸镀材料(evaporating material)以形成该中间层；以及在该中间层上形成含有销的膜，并且对该膜进行热水处理以形成在该膜的表面上具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的氧化铝层。
[0011]为了解决上述问题，根据本发明的另一方面，提供光学部件的制造方法，该光学部件包括基材、中间层和在该中间层上层叠的氧化铝层，该氧化铝层有具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的表面，该方法包括:进行在该基材上在相对于该基材的表面倾斜的方向上沉积蒸镀材料的倾斜沉积(oblique deposit1n)以形成该中间层；以及在该中间层上形成含有铝的膜，并且对该膜进行热水处理以形成在该膜的表面上具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的氧化铝层。
[0012]为了解决上述问题，根据本发明，提供使用上述光学部件的光学系统。
[0013]根据本发明，能够提供能够在全反射的条件下防止雾化现象的同时保持高水平的减反射性的光学部件、该光学部件的制造方法和使用该光学部件的光学系统。
[0014]由以下参照附图对例示实施方案的说明，本发明进一步的特点将变得清楚。
【附图说明】
[0015]图1是表示根据本发明的第一实施方案的光学部件的示意图。
[0016]图2是表示根据本发明的第二实施方案的光学部件的示意图。
[0017]图3A表不根据本发明的光学部件中的柱状结构体的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0018]图3B表示根据本发明的光学部件中的柱状结构体的SHM图像。
[0019]图3C表示根据本发明的光学部件中的柱状结构体的SHM图像。
[0020]图4是根据本发明的倾斜沉积的说明图。
[0021]图5A是表示形成根据本发明的片状晶体层的步骤的示意图。
[0022]图5B是表示形成根据本发明的片状晶体层的步骤的示意图。
[0023]图5C是表示形成根据本发明的片状晶体层的步骤的示意图。
[0024]图是表示形成根据本发明的片状晶体层的步骤的示意图。
[0025]图6表示白度指数的测定方法。
[0026]图7是表示沉积角度与白度指数之间的关系的坐标图。
[0027]图8是表示沉积角度与表面粗糙度Ra之间的关系的坐标图。
[0028]图9是表示沉积角度与反射率之间的关系的坐标图。
[0029]图10是表示沉积角度与折射率之间的关系的坐标图。
[0030]图11是表示气体流速(flow rate)与白度指数之间的关系的坐标图。
[0031]图12是表示气体流速与白度指数之间的关系的坐标图。
【具体实施方式】
[0032]现在根据附图对本发明的优选的实施方案详细说明。
[0033](第一实施方案)
[0034]图1是表示根据本发明的第一实施方案的光学部件的示意图。根据本实施方案的光学部件10包括依次层叠的基材1、中间层2和氧化铝层(片状晶体层)3。氧化铝层3有具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的表面。中间层2至少在与氧化铝层3的界面具有空隙。
[0035]根据本发明，通过在中间层2上层叠含有氧化铝的无定形层，然后进行焙烧，或者通过采用气相沉积在中间层2上形成含有铝的无定形层或含有氧化铝的无定形层来形成含有铝的膜。然后，在使该含有铝的膜与水蒸汽或热水接触的热水处理步骤中，通过该无定形层的溶解/再沉淀现象，形成表面具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的氧化铝层3。该成膜工艺中，中间层2中空隙21的存在使为了形成氧化铝层而升高温度时施加于氧化铝层的应力减轻。认为空隙21的存在导致表面具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的氧化铝层的波长区域中的周期性的改善。中间层2具有岛状或柱状结构并且具有晶粒间界(grainboundary)。晶粒间界可从基材I的表面向片状晶体层3连续地存在。中间层2极薄时，柱状结构体的高度可以小并且柱状结构体可以是岛状的薄膜。
[0036](基材)
[0037]根据本发明的光学部件中使用的基材的实例包括玻璃、塑料基材、玻璃镜和塑料镜。
[0038]玻璃的具体实例包括含碱玻璃、无碱玻璃、硅铝酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、钡基玻璃和镧基玻璃。
[0039]塑料基材材料的代表性实例包括:热塑性树脂例如聚酯、三乙酰纤维素、醋酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS树脂、聚苯醚、聚氨酯、聚乙烯和聚氯乙烯的膜和成型品；和由各种热固性树脂例如不饱和聚酯树月旨、酚醛树脂、交联性聚氨酯、交联性丙烯酸系树脂和交联性饱和聚酯树脂得到的交联膜和交联成型品。
[0040]对基材I并无特别限制，并且可以是，例如，用于光学部件例如凹弯月透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、凸弯月透镜、非球面透镜、自由曲面透镜(free-form-surface lens)和棱镜的基材。
[0041](具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的氧化铝层)
[0042]根据本发明的表面具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的氧化铝层3具有减反射功能并且用作减反射膜。
[0043]氧化铝层3的表面为不规则形状。通过使含有铝的膜或含有氧化铝的膜(其为无定形并且也称为“含有铝的膜”)与热水或水蒸汽接触，使含有铝的膜的表层经历解胶作用等，使氧化铝在膜的表层上沉淀和生长以成为片状晶体。本文中使用的“具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的氧化铝层”意味着这样的层，其中通过使含有无定形铝的膜与热水或水蒸汽接触，从而使含有铝的膜的表层经历解胶作用等，使氧化铝在该膜的表层上沉淀和生长以致在该层的表面上形成由片状晶体制成的不规则结构。由氧化铝晶体制成的不规则结构主要包括铝的氧化物、铝的氢氧化物或氧化铝的水合物的晶体。勃姆石是特别优选的晶体。使含有铝的膜3与热水接触的方法的实例包括将膜3浸入热水中和使流动的热水或雾化的热水与含有铝的膜3接触。下述中，将通过使含有铝的膜与热水接触而形成的晶体称为氧化铝晶体、主要组分为氧化铝的片状晶体、含有氧化铝作为组分的片状晶体、片状晶体或氧化铝勃姆石。
[0044]通过溶胶-凝胶法形成含有铝的膜时，作为前体溶胶的材料，可使用Al化合物单独或者A