专利名称：防反射光学元件和防反射光学元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及在光学元件主体的光学表面上具备防反射结构体的防反射光学元件和该防反射光学元件的制造方法，特别涉及作为防反射结构体而具备抑制入射光反射的微细凹凸结构的防反射光学元件和该防反射光学元件的制造方法。
背景技术：
一直以来使用的是，在透镜等的光学元件的光学表面上具有为了降低表面反射引起的透射光的损失的防反射结构体的防反射光学元件。作为防反射结构体之一而已知有，以短于入射光波长的间隔而规则地排列凸部的微细凹凸结构体(例如参照“专利文献I”和“专利文献2”)。通过在光学元件主体的光学表面上设置这种微细凹凸结构体，能够对较宽的波长范围和较广的光线入射角发挥防反射效果。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2005-157119号专利文献2 :日本特开2010-48896号
发明内容
发明要解决的问题但是,相对于光学兀件主体的光学表面的表面积，上述微细凹凸结构体的表面积极大。因此，存在这样的问题例如在高温高湿环境下长时间保管时，发生水分吸附在微细凹凸结构体上等而破坏微细凹凸结构，从而导致防反射性能降低。另外，微细凹凸结构体具有从光学元件主体的光学表面突出的无数的凸部。为了抑制反射，需要向微细凹凸结构体的深度方向形成平缓的折射率分布。因此，这些凸部一般呈现为顶端比基端细的锥体状的形状。因此，具有微细凹凸结构体的表面容易受到机械损伤，耐擦伤性低的问题。根据以上情况，本发明的目的在于，提供不但能够维持微细凹凸结构体的防反射性能，而且耐高温高湿环境性和耐擦伤性优良的防反射光学元件和该防反射光学元件的制造方法。解决问题的方法因此，本发明人等进行锐意研究的结果是，通过采用以下的防反射光学元件达到了上述目的。本发明的防反射光学元件是，在光学元件主体的光学表面上设置抑制入射光的反射的微细凹凸结构体的防反射光学元件，其特征在于，具有覆盖该微细凹凸结构体的外侧的、由透光性材料形成的覆盖层，以在该覆盖层与该微细凹凸结构体的凹部之间设置了空隙的状态，由该覆盖层覆盖该微细凹凸结构体的凸部顶端。在本发明的防反射光学元件中，优选上述微细凹凸结构体由树脂材料形成，上述微细凹凸结构体的凸部顶端以200nm以下的间距宽度相互邻接。在本发明的防反射光学元件中，优选上述覆盖层的折射率为I. 15以上2. 35以下，更优选为I. 15以上I. 5以下。这里，作为覆盖层的构成的透光性材料，优选使用无机类的透光材料，通过控制成膜条件等而获得具有上述范围内的折射率的覆盖层。具体而言，作为无机类的透光性材料，例如采用SiO2,MgF2,A1203>Nb2O5,Ta2O5,TiO2,La2O3和TiO2的混合物、HfO2, SnO2, ZrO2, ZrO2 和 TiO2 的混合物、Pr6O11 和 TiO2 的混合物、Al2O3 和 La2O3 的混合物、La2O3等，通过对成膜条件等进行控制等而能够形成具有上述范围内的折射率的覆盖层。另外，在本发明的防反射光学元件中，上述覆盖层优选，将上述透光性材料用作成膜材料，并形成为由含有空孔的上述透光性材料构成的多孔性的膜，且折射率比上述透光性材料自身低。例如，在采用物理气相沉积法等的成膜处理中，控制成膜条件使得在残留二次粒子的成长过程中产生的空孔的状态下成膜，从而能够获得具有比作为成膜材料使用的透光性材料自身的折射率、即处于松散状态的透光性材料的折射率低的折射率的覆盖层。即在本发明中，上述覆盖层的折射率比构成该覆盖层的透光性材料的折射率小。 在本发明的防反射光学元件中，优选上述覆盖层的膜厚为5nm以上50nm以下。这里，当该膜厚在覆盖层的折射率为I. 5以上2. 35以下时，上述覆盖层的膜厚优选为5nm以上25nm以下，更加优选为5nm以上IOnm以下。在本发明的防反射光学元件中，上述微细凹凸结构体优选在上述光学元件主体的光学表面上经由单层或多层构成的光学薄膜而得以设置。在本发明的防反射光学元件中，上述覆盖层优选，通过在使光学元件主体进行圆顶旋转或行星旋转的同时，采用物理气相沉积法使透光性材料在上述微细凹凸结构体的凸部顶端上成膜而形成。这里，作为物理气相沉积法，例如可以举出真空蒸镀法、磁控溅射法、离子镀法等。另外，本发明的防反射光学元件，是在光学元件主体的光学表面上设置抑制入射光的反射的微细凹凸结构体的防反射光学元件，其特征在于，上述微细凹凸结构体经由单层或多层构成的光学薄膜设置在上述光学元件主体的光学表面上，并具有覆盖该微细凹凸结构体的外侧的、由透光性材料形成的覆盖层，以在该覆盖层与该微细凹凸的凹部之间设置了空隙的状态，通过该覆盖层覆盖该微细凹凸结构体的凸部顶端。本发明的防反射光学元件的制造方法，是制造上述防反射光学元件的方法，其特征在于，覆盖层通过在使光学元件主体进行圆顶旋转或行星旋转的同时，采用物理气相沉积法使透光性材料在上述微细凹凸结构体的凸部顶端上成膜而形成。作为物理气相沉积法，可以采用上述例示的各种方法等。发明效果采用本发明的防反射光学元件，由于设置有覆盖微细凹凸结构体的凸部顶端的覆盖层，因此能够防止水分吸附在微细凹凸结构体的表面上等，提高防反射光学元件的耐高温高湿环境性。另外，通过覆盖层覆盖微细凹凸结构体的凸部顶端，因此能够保护微细凹凸结构体不受机械损伤，从而提高防反射光学元件的耐擦伤性。另外，采用本发明的防反射光学元件，以在由透光性材料形成的覆盖层与该微细凹凸结构体的凹部之间设置了空隙的状态，以使得该覆盖层覆盖该微细凹凸结构体的凸部顶端的方式，通过覆盖层覆盖微细凹凸结构体的外侧。当覆盖层沿着微细凹凸结构体的表面形状、即凹凸形状，在使得微细凹凸结构体之间无空隙的情况下覆盖全部表面时，会存在覆盖微细凹凸结构体凸部表面的透光性材料反射入射光，而影响微细凹凸结构体的反射抑制功能的情况。但是，像本发明这样，通过覆盖层仅覆盖微细凹凸结构体的凸部顶端，使覆盖层与凹部之间有空隙，从而能够减小与入射光的媒质即空气的折射率的差异，抑制反射。这样，根据本发明，能够提供既能维持微细凹凸结构体的防反射性能，并且耐高温高湿环境性和耐擦伤性优异的防反射光学元件。
图I为表示本发明的防反射光学元件的剖面示意图。图2为用于和本发明的防反射光学元件进行比较的、用于说明覆盖层的形态的的示意图。图3为表示在形成本发明的覆盖层时采用的圆顶旋转型的旋转基板保持台的构成图。 图4为表示在形成本发明的覆盖层时采用的行星旋转型的旋转基板保持台的构成图。图5是表示在实施例I和比较例I中制造的防反射光学元件的膜厚方向上的折射率分布的示意图。图6是表示在实施例I和比较例I中制造的防反射光学元件的、相对于入射光波长的反射率的示意图。图7是表示在实施例2中制造的防反射光学元件的膜厚方向上的折射率分布的示意图。图8是表示在实施例3中制造的防反射光学元件的膜厚方向上的折射率分布的示意图。图9是表示在实施例4中制造的防反射光学元件的膜厚方向上的折射率分布的示意图。图10是表示在实施例2 实施例4中制造的防反射光学元件的、相对于入射光波长的反射率的示意图。图11是表示在实施例5中制造的防反射光学元件的膜厚方向上的折射率分布的示意图。图12是表示在实施例6中制造的防反射光学元件的膜厚方向上的折射率分布的示意图。图13为表不在实施例2、实施例5和实施例6中制造的防反射光学兀件的、相对于入射光波长的反射率。图14是表示在实施例7中制造的防反射光学元件的膜厚方向上的折射率分布的示意图。图15是表示在实施例7中制造的防反射光学元件的、相对于入射光波长的反射率的示意图。图16是表示在实施例8中制造的防反射光学元件的膜厚方向上的折射率分布的示意图。
图17是表示在实施例8中制造的防反射光学元件的、相对于入射光波长的反射率的示意图。图18是表示在实施例9中制造的防反射光学元件的膜厚方向上的折射率分布。图19是表示在比较例2中制造的防反射光学元件的膜厚方向上的折射率分布。图20是表示在实施例9和比较例2中制造的防反射光学元件的、相对于入射光波长的反射率。图21是表示在实施例9和比较例2中制造的防反射光学元件的、相对于入射光波长的反射率。组件代表符号说明 10 :光学元件主体11 :光学表面20:微细凹凸结构体21:凸部22:凹部30 :覆盖层40 :空隙50 :光学薄膜
具体实施例方式以下参照附图，对本发明的防反射光学元件和该防反射光学元件的制造方法的实施方式进行说明。防反射光学兀件首先，参照图I和图2对本实施方式的防反射光学元件I的构成进行说明。图I为表示本实施方式的防反射光学元件I的构成的示意图。如图I所示，本实施方式的防反射光学元件I在光学元件主体10的光学表面11上设置有抑制入射光反射的微细凹凸结构体20。微细凹凸结构体20的外侧被由透光性材料形成的覆盖层30覆盖。在本发明中，其特征在于，以在该覆盖层30与该微细凹凸结构体的凹部22之间设置空隙40 (空气层)的状态，并以该覆盖层30覆盖该微细凹凸结构体20的凸部21的顶端的方式，通过覆盖层30覆盖微细凹凸结构体20的外侧。以下，按照各构成要素分别进行说明。光学元件主体10 :作为在光学表面11上设置有微细凹凸结构体20的光学元件主体10，例如可以举出数字静态摄像机、模拟静态摄像机、各种显微镜等的透镜。但是，光学元件主体10不限于透镜，还可以适用于防反射膜、偏光分离棱镜、色分解棱镜、红外线截止滤光片、浓度滤光片、积分仪等。另外，光学元件主体10可以由玻璃材料形成，也可以由树脂材料形成，形成光学元件主体10的材料没有特别限定。微细凹凸结构体20 :被设置在光学元件主体10的光学表面11上的微细凹凸结构体20，优选以树脂材料形成。采用树脂材料，能够以微细的间距宽度、高精度地形成凹凸结构，并能大量生产品质恒定的防反射结构体。并且可以根据需要使用适当地添加了用以增加各种功能的添加剂(无机氧化物等)的树脂材料。如图I所示，微细凹凸结构体20具有从光学表面11突出的多个(无数)凸部21。微细凹凸结构体20的凸部21，以相互邻接的方式、规则有序地配置。各凸部21呈圆锥状、棱锥状、多棱锥状(也包含各个顶端的一部分被切去的形状)等锥体状形状，并朝微细凹凸结构体20的深度方向形成了平缓的折射率分布。另外，在微细凹凸结构体20中，凸部21顶端的间距宽度p优选为200nm以下。这里，所谓间距宽度P是指，例如相互邻接的凸部21的顶端位置间的距离。其中，间距宽度p可以通过电子显微镜观察进行测定。通过使凸部21的间距宽度p为200nm以下，并通过后述的真空蒸镀法等物理气相沉积法使覆盖层30成膜，从而能够以在覆盖层30与凹部22之间设置空隙40的状态，对微 细凹凸结构体20的外侧进行覆盖。换言之，在通过真空蒸镀法等使覆盖层30成膜时，只要凸部21顶端的间距宽度p为200nm以下，就可以采用本发明特有的成膜方法，不使覆盖层形成材料(透光性材料)填充在凹部22内，而使覆盖层30覆盖在微细凹凸结构体20的外侧。另一方面，当该间距宽度p超过200nm时，通过真空蒸镀法等形成覆盖层30时，在微细凹凸结构体20的凹部22内被覆盖层形成材料填充的可能性增加。当微细凹凸结构体20的凹部22内被覆盖层形成材料填充时，则无法维持在微细凹凸结构体20的深度方向上形成的平缓的折射率分布，会导致微细凹凸结构体20的防反射性能降低。另外，当间距宽度p超过200nm时，不但会发生光散射，导致透射光的损失或杂散光的发生，还会使覆盖层30作为保护膜的功能降低。另外，凸部21的高度h优选为50nm以上250nm以下。这里，“凸部21的高度h”如图I所示，是指从凸部21的基端部到顶端部的距离。凸部21的高度h，可以通过电子显微镜观察获得。通过使凸部21的高度h为50nm以上250nm以下，并使凸部21形成锥体状，从而能够在微细凹凸结构体20的深度方向上形成平缓的折射率分布。由此，能够有效地防止可见光区域的入射光的反射。另一方面，当凸部21的高度h处于上述范围之外时，对于可见光的防反射效果则变得不理想，从而不优选。但是，在本发明中，只要能够发挥所要求的微细凹凸结构体20的防反射效果，则凸部21的高度h没有特别限定。上述范围只是优选范围而已。因此，即使在超出上述范围的情况下，只要能够发挥所要求的微细凹凸结构体20的防反射效果就没问题。覆盖层30 :接着对覆盖层30进行说明。如上所述，在本实施方式的防反射光学元件I中，其特征在于，以在该覆盖层30与该微细凹凸结构体的凹部22之间设置空隙40的状态，并以通过该覆盖层30覆盖该微细凹凸结构体20的凸部21的顶端的方式，使覆盖层30覆盖微细凹凸结构体20的外侧。这里，覆盖层30是兼具作为微细凹凸结构体20的保护膜的功能、以及作为光学薄膜的功能的层。具体而言，通过设置覆盖层30，能够防止微细凹凸结构体20的机械损伤，提高该防反射光学元件I的耐擦伤性，即该覆盖层30发挥作为保护膜的功能。另外，覆盖层30作为光学薄膜，与微细凹凸结构体20成为一体而作为防反射层发挥功能。如上所述，微细凹凸结构体20在其深度方向上具有平缓的折射率分布。使该覆盖层30根据其折射率而形成适当的膜厚，从而能够使防反射层的深度方向上的折射率分布更为接近理想状态，因此优选。并且，通过在微细凹凸结构体20的外侧设置具有后述范围的折射率的该覆盖层30，也能够使防反射层的深度方向上的折射率分布更加接近理想状态。即，在光学元件主体10的光学表面11上，通过设置作为包含有微细凹凸结构体20和空气层的折射率梯度层、以及具有指定折射率的覆盖层30的层叠体的防反射层，从而与仅由微细凹凸结构体20构成防反射层的情况相比，能够使防反射层的深度方向上的折射率分布更加接近理想状态，提高该防反射光学元件I的防反射效果。覆盖层30的折射率优选为I. 15以上2. 35以下。在折射率不足I. 15或超过2. 35的情况下，都难以制造出具有这种折射率的覆盖层30。从该观点出发，形成覆盖层30的透光性材料优选低的折射率，进一步优选为I. 5以下。覆盖层30，优选作为由包含在成膜时产生的空孔的该透光性材料构成的多孔性的膜而形成。采用这种多孔性的膜，能够使该覆盖层的折射率比透光性材料自身的折射率低。即，与用作成膜材料的透光性材料的物质所具有的折射率相比，即与处于松散状态的透光性材料的折射率相比，能够使覆盖层30的折射率更低。例如，在采用真空蒸镀法等物理气相沉积法使透光性材料成膜时，通过以残留在二次粒子的成长过程中产生的空孔的状态下成膜，从而能够获得由该透光性材料构成的多孔性的膜。此时，数nm大小(例如5nm以下)的空孔被分散配置在覆盖层30内。 在覆盖层30中，优选空孔所占的体积率小于70%。这是因为，该体积率为70%以上时，覆盖层30的耐久性降低，且作为保护膜的功能会降低。从该观点出发，在覆盖层30中，进一步优选空孔所占的体积率小于50 %，更加优选小于30 %。另一方面，空孔所占体积率的下限值，可以根据用作成膜材料的透光性材料的折射率、和覆盖层30所要求的折射率来酌情选取适当的值，而没有特别限定。另外，作为透光性材料优选无机类的透光材料。如上所述，覆盖层30是以防止微细凹凸结构体20的机械损伤、提高该防反射光学元件I的耐擦伤性为目的而设置的。与树脂类的透光性材料相比，无机类的透光性材料一般机械強度高，因此作为覆盖层30的形成材料优选无机类的透光性材料。并且如上所述，覆盖层30具有作为光学薄膜的将防反射层的深度方向的折射率分布调整为理想的分布的功能，并是以提高该防反射光学元件I的防反射性能为目的而设置的。与树脂类的透光性材料相比，无机类的透光性材料的材料折射率范围更大，在光学设计中增加了材料选择的自由度，因此作为覆盖层30的形成材料优选无机类的透光性材料。另外，通过后述的物理气相沉积法，采用无机类的透光性材料，以含有空孔的方式成膜，从而与材料自身的折射率相比能够使覆盖层30的折射率更低，因此能够在光学设计上进一步增加材料选择的自由度。作为折射率2. 35以下的无机类的透光性材料，可以举出例如A1203、Nb2O5, Ta2O5,TiO2' La2O3 和 TiO2 的混合物、HfO2、SnO2、ZrO2、ZrO2 和 TiO2 的混合物、Pr6O11 和 TiO2 的混合物、Al2O3和La2O3的混合物、La2O3等。另外，作为折射率I. 5以下的无机类的透光性材料，可以举出SiO2或MgF2等。覆盖层30的膜厚优选为5nm以上50nm以下。当覆盖层30的膜厚不足5nm时，膜厚较薄而无法充分实现作为保护膜的防止微细凹凸结构体20的机械损伤的功能。另一方面，当覆盖层30的膜厚超过50nm时，根据形成覆盖层30的透光性材料的折射率，在覆盖层30中发生入射光的反射，以及入射光的散射等，导致透射光的损失，从而不优选。在防反射性能方面，优选根据覆盖层30的折射率，使覆盖层30的膜厚为适宜的最佳厚度。具体而言，在采用折射率为I. 5以上2. 35以下的透光性材料时，优选覆盖层30的厚度在25nm以下的范围内，更加优选为IOnm以下。这是因为，在该范围内存在满足覆盖层30的折射率的、对防反射性能而言最佳的膜厚。另一方面，当折射率小于I. 5时,在5nm 50nm的范围内，覆盖层30的膜厚可以采用对防反射性能而言最佳的膜厚。光学薄膜50 :优选在光学元件主体10的光学表面11上，设置单层或多层构成的光学薄膜50 (防反射薄膜层)，在该光学薄膜50上设置上述微细凹凸结构体20。由此，能够使该光学薄膜50与微细凹凸结构体20和覆盖层30成为一体，从而作为防反射层发挥功能。这样，使光学元件主体10的光学表面11上设置的防反射层，成为由该光学薄膜50、微细凹凸结构体20、覆盖层30构成的复合层，从而能够使防反射层的深度方向上的折射率分布成为能够发挥防反射性能、并且更加理想的折射率分布。但是，图I中示出了光学薄膜50的位置，并未表示出构成光学薄膜50的层数。这种光学薄膜50，例如可通过各种成膜法，采用MgF2、SiO2, A1203、Nb2O5, Ta2O5, TiO2' La2O3 和 TiO2 的混合物、HfO2、SnO2、ZrO2、ZrO2 和 TiO2 的混合物、Pr6O11 和 TiO2 的混合物、Al2O3和La2O3的混合物、La2O3等而成膜，且膜的层可以是单层或多层积层。但是，构成光学薄膜50的材料不限于此。另外，在发挥防反射性能为前提下，该光学薄膜50的厚度等可以酌情采用适当的值。如上所述，本实施方式的防反射光学元件1，具有覆盖微细凹凸结构体20的凸部21顶端的覆盖层30，因此能够防止水分等吸附在微细凹凸结构体20的表面上，提高防反射光学元件I的耐高温高湿环境性。另外，通过覆盖层30对微细凹凸结构体20的凸部21的顶端进行覆盖，因此能够保护微细凹凸结构体20不受机械损伤，提高防反射光学元件I的耐擦伤性。并且，覆盖层30具有作为光学薄膜的功能，与微细凹凸结构体20配合，能够提高防反射光学元件I的防反射性能。另外，本实施方式的防反射光学元件1，以在由透光性材料形成的覆盖层30与该微细凹凸结构体的凹部22之间设置空隙40的状态，通过覆盖层30覆盖微细凹凸结构体20的外侧。与此相对，例如图2所示，当沿着微细凹凸结构体20的表面形状、即凹凸形状，通过覆盖层30与微细凹凸结构体20之间无空隙40地覆盖全部表面时，由于覆盖微细凹凸结构体20的凸部21表面的透光性材料反射入射光，会影响微细凹凸结构体20的反射抑制功能。但是，如上述实施方式所述，通过覆盖层30仅覆盖微细凹凸结构体20的凸部21的顶端，使覆盖层30与凹部22之间形成空隙40，使透过覆盖层30的入射光对微细凹凸结构体20与入射光的媒质即空气的折射率的差异减小，从而能够抑制反射。这样，采用上述实施方式的防反射光学元件1，不但能够维持微细凹凸结构体20的防反射性能，并且耐高温高湿环境性和耐擦伤性优异。防反射光学元件I的制造方法
接着，参照图3和图4对上述防反射光学元件I的制造方法的一例进行说明。防反射光学元件I的制造方法例如具有如下工序。A)微细凹凸结构体形成工序B)覆盖层形成工序以下对各工序分别进行说明。A)微细凹凸结构体形成工序
微细凹凸结构体形成工序，是在光学元件主体10的光学表面11上附加微细凹凸结构体20的工序。根据形成光学元件主体10的材料，可以采用多种方法。在本发明中，微细凹凸结构形成工序没有特别限定。但是，作为可以高精度地形成更加微细的凹凸结构的方法，在本实施方式中采用，对设置在光学元件主体10的光学表面11上的树脂面(树脂膜或光学表面11)，通过等离子蚀刻形成微细凹凸结构体20的方法。另外，如后所述，在进行等离子蚀刻时，优选在树脂面上形成例如TiO2等的无机氧化物膜的基础上，再实施等离子蚀刻。(I)采用玻璃制的光学元件主体10的情况当光学元件主体10为玻璃制时，采用在光学表面11上具有树脂膜的光学元件主体10。作为构成树脂膜的材料，可以举出PMMA树脂(聚甲基丙烯酸甲酯树脂)、日本ZEON公司制造的ZEONEX(注册商标)树脂、聚碳酸酯树脂、环烯烃树脂、聚醚砜树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、PET树脂、PPG IndustriES公司制造的CR-39树脂(注册商标)(allyldiglycol carbonate)等。另外，树脂膜的厚度优选 300nm 0. 5mm。 对在光学表面11上具有树脂膜的光学元件主体10，采用市售的真空蒸镀装置(例如ARES1510 (Leybold Optics公司制造))，通过电子束蒸涂形成TiO2等的无机氧化物膜。此时，优选以蒸镀速率0. Olnm/s 5nm/s、真空度I X 10_4pa 5X 10_2Pa进行电子束蒸涂。另外，无机氧化物膜的膜厚优选，当通过在电子束蒸涂装置上安装的石英晶体微量天平进行测定时，为0.3nm 2nm左右。并且，作为无机氧化物膜，除了 TiO2膜以外，可以通过上述电子束蒸涂形成SiO2膜、MgF2膜等。其后，在放电电压50V 150V，放电电流20A 60A，基板偏置电压80-150V的范围内进行等离子蚀刻60s 500s。此时，以5sccm 20sccm的流量通过Ar,并以5sccm 50sccm 的流量通过 02。其中，“seem” 是指“standard cc/min、latm(大气压 I. 013hPa)、(TC”。通过以上工序，对树脂膜进行蚀刻，形成凸部21顶端的间距宽度p为50nm 200nm左右、凸部21的高度h为50nm 250nm左右的微细凹凸结构体20。另外，凸部21的形状呈锥体状。(2)采用树脂制的光学元件主体10的情况在树脂制的光学元件主体10的光学表面11上形成微细凹凸结构体20时，首先按照与上述同样的顺序形成微细凹凸结构的表面形状，通过镍电铸制作压模(模具)。制作压模时，首先准备压模制作用的光学元件主体10 (以下成为“压模制作用主体”)。该压模制作用主体,与形成微细凹凸结构的光学元件主体10相同，例如可以采用PMMA树脂制材料。然后，采用与上述同样的方法在该光学表面11上形成微细凹凸结构。此时，可以形成凸部21顶端的间距宽度p为50nm 200nm左右、凸部21的高度h为50nm 250nm左右的微细凹凸结构。在形成了该微细凹凸结构的压模制作用主体的微细凹凸结构体20的表面上，沿着微细凹凸形状，例如以Inm的厚度采用溅射法将金成膜。使用形成了金的薄膜的压模制作用主体，通过镍电铸制作压模。采用以上方式形成的压模，通过压花加工，例如在由PMMA树脂等制成的光学元件主体10的光学表面11上形成微细凹凸结构。B)覆盖层形成工序在本发明中，覆盖层形成工序，只要是能够在覆盖层30与凹部22之间设置空隙40，且以仅覆盖凸部21的顶端的方式在微细凹凸结构体20的外侧形成覆盖层30的方法，就可以采用任何方法。但是，经过本发明人的锐意研究发现采用以下的方法，能够简易地、高精度地形成具有本发明所特有的上述覆盖方式的覆盖层30。以下对该方法进行说明。在本发明中，覆盖层形成工序优选，使在光学表面11上具有微细凹凸结构体20的光学元件主体10进行圆顶旋转或行星旋转，同时采用物理气相沉积法在微细凹凸结构体20的凸部21的顶端使透光性材料成膜。这里，作为物理气相沉积法，可以举出例如真空蒸镀法、磁控溅射法、离子镀法等。构成上述覆盖层30的覆盖层构成材料，如上所述，采用折射率I. 15以上2. 35以 下的透光性材料。另外，如上所述，优选无机类的透光性材料，且可以采用的具体的透光性材料如上所述。作为物理气相沉积法，优选采用例如电子束蒸涂法。在应用电子束蒸涂法时，可以采用例如上述市售的电子束蒸涂装置(例如、APS904(Leybold Optics公司制造))。此时，优选以蒸镀速率0. lnm/s 10nm/s、真空度IX KT4Pa 5X KT2Pa进行电子束蒸涂。在光学表面11上具有微细凹凸结构体20的光学元件主体10的固定中，优选采用图3所示的圆顶旋转型的旋转基板保持台100。如图3所示，在圆顶旋转型的旋转基板保持台100的内侧，将具有微细凹凸结构体20的光学表面11作为成膜面来固定光学元件主体10。然后优选，使该圆顶旋转型的旋转基板保持台100围绕未图示的旋转轴旋转，同时使蒸发的覆盖层形成材料以20度 80度的角度相对于成膜面来与其接触。或者，在圆顶旋转型的旋转基板保持台100上，在将从旋转中心位置到该旋转基板保持台100的外缘的距离作为I的情况下，优选在从旋转中心位置起1/2 I的区域上固定光学元件主体10。此时，更加优选在从旋转中心位置起2/3 I的区域上固定光学元件主体10。通过使蒸发的覆盖层形成材料倾斜地与旋转的微细凹凸结构体20的表面接触，从而避免了覆盖层形成材料填充在凹部22中，能够以在覆盖层30与凹部22之间设置有空隙40的状态，通过覆盖层30仅覆盖凸部21的顶端的方式，使覆盖层30在微细凹凸结构体20的外侧成膜。其中，所谓相对于微细凹凸结构体20的表面的倾斜方向是指，相对于光学元件主体10的光学表面11倾斜的方向(下同)。另外，在成膜覆盖层30时，采用图4所示的行星旋转型的旋转基板保持台110是优选方式。行星旋转型的旋转基板保持台110，具有呈大致圆盘状的公转旋转台(行星基座)111 ;在该公转旋转台111的外周部上、向蒸镀侧突出并且在公转旋转台111的旋转面上，以从外周侧向旋转中心侧倾斜的方式，可旋转地设置的支柱轴112 ;以基板保持面垂直于该支柱轴112的方式安装的行星旋转台(行星)113。并且，行星旋转台113也大致呈圆盘状。当公转旋转台111公转时，通过支柱轴112的旋转使行星旋转台113自转。由此，以微细凹凸结构体20侧作为成膜面的方式，被保持在行星旋转台113上的光学元件主体10，在进行行星旋转的同时与蒸发的覆盖层形成材料接触。由此，微细凹凸结构体20的凹部22内不会被填充覆盖层形成材料，而是能够以在覆盖层30与凹部22之间设置空隙40的状态，通过覆盖层30仅覆盖凸部21的顶端的方式，在微细凹凸结构体20的外侧成膜覆盖层30。其中优选，支柱轴112相对于公转旋转台111以20度 70度的倾斜角度设置。通过使支柱轴112相对于公转旋转台111的倾斜角度处于该范围内，从而能够形成本发明的覆盖层30。以上说明的本实施方式为本发明的一个形态，在不脱离本发明构思的范围内，可以进行适当的变更。另外，以下举出实施例和比较例，对本发明进行更加详细地说明，但是本发明不限于下述实施例。实施例I在实施例I中，采用玻璃制的光学元件主体10，并在光学元件主体10的光学表面11上形成由PMMA树脂制成的微细凹凸结构体20，其后作为无机类的透光性材料使用SiO2,并以覆盖层30覆盖微细凹凸结构体20的外侧。具体而言，按照以下方法制造实施例I的防反射光学兀件。首先，作为光学元件主体10，采用由株式会社OHARA制造的光学玻璃(商品名S-LAH66 (nd = I. 77))制成的玻璃透镜。另外，对在该的玻璃透镜的光学表面11上设置的膜厚0. 2mm的PMMA树脂膜，使用真空蒸镀装置ARES1510 (Leybold Optics)，在PMMA树脂膜的表面上，通过电子束蒸涂，形成石英晶体微量天平进行测定下为I. 25nm的TiO2膜。此时，蒸镀速率为0.03nm/s，腔室内的真空度为lX10_3Pa。接着，以基板偏置电压120V、放电电流50A进行等离子蚀刻约200s(秒)。另外,此时在腔室内分别以14sccm、30sccm流量通过Ar气体、O2气体。通过以上工序,形成凸部21顶端的间距宽度p为50nm 150nm左右、凸部21的高度h为60nm 130nm左右的、由PMMA树脂制成的微细凹凸结构体20。其后，将形成了微细凹凸结构体20的光学表面11作为成膜面，如图3所示，在圆顶旋转型的基板支持保持台上安装该玻璃透镜。然后，通过电子束蒸涂将SiO2成膜至石英晶体微量天平进行测定时下的20nm的厚度。此时，调整玻璃透镜相对于圆顶旋转型的基板支持保持台的安装位置，以使SiO2的蒸气以20度 80度的角度相对于微细凹凸结构体20的表面与其接触。采用以上方式制成了实施例I的防反射光学元件。实施例2在实施例2中，将由株式会社OHARA制造的光学玻璃(商品名S_LAH55(nd =
I.83))制成的玻璃透镜用作光学元件主体10。然后，在光学元件主体10的光学表面11上，按照以下顺序形成由表I所示的4层(第I层 第4层)组成的光学薄膜50之后，在该光学薄膜50上形成由PMMA树脂制成的微细凹凸结构体20。其后，作为无机类的透光性材料将SiO2作为成膜材料，按照下述顺序，以覆盖层30覆盖微细凹凸结构体20的外侧。具体而言，按照下述方法来制造实施例2的防反射光学元件。首先，在作为光学元件主体10的S-LAH55制的玻璃透镜上，采用真空蒸镀法形成Al2O3膜作为第I层。然后，在第I层的表面上，同样地采用真空蒸镀法形成Zr02+Ti02膜。与第I层和第2层同样地，作为第3层形成Al2O3膜，作为第4层形成Zr02+Ti02膜。接着，在第4层的表面上通过旋涂形成PMMA膜。然后，对由光学薄膜50和PMMA膜形成的的玻璃透镜的光学表面11，与实施例I同样地进行等离子蚀刻，所述光学薄膜50是光学元件主体10的光学表面11上形成的、由第I层 第4层组成的光学薄膜50。通过以上工序，形成凸部21顶端的间距宽度p为50nm 150nm左右，凸部21的高度h为50nm 120nm左右的微细凹凸结构体20。其后，将形成了微细凹凸结构体20的光学表面11作为成膜面，如图4所示，在行星旋转型的旋转基板保持台上安装该玻璃透镜。然后，使用真空蒸镀装置ARES1510 (Leybold Optics),通过真空蒸镀将SiO2成膜至石英晶体微量天平进行测定下为20nm的厚度。此时，以支柱轴相对于公转旋转台形成50度的倾斜角度的方式来设定玻璃透、镜相对于行星旋转型的基板支持保持台的安装位置。采用以上方式制成了实施例2的防反
射光学兀件。在以下的表I中示出按照实施例2制造的防反射光学元件的膜构成和膜厚。表I
权利要求
1.ー种防反射光学元件，其是在光学元件主体的光学表面上设置有抑制入射光的反射的微细凹凸结构体的防反射光学元件，其特征在干， 具有覆盖该微细凹凸结构体的外侧的、由透光性材料形成的覆盖层， 以在该覆盖层与该微细凹凸结构体的凹部之间设置了空隙的状态，由该覆盖层覆盖该微细凹凸结构体的凸部顶端。
2.如权利要求I所述的防反射光学元件，其特征在干， 该微细凹凸结构体采用树脂材料形成， 该微细凹凸结构体的凸部顶端，按照200nm以下的间距宽度相互邻接。
3.如权利要求I或2所述的防反射光学元件，其特征在干， 上述覆盖层的折射率为I. 15以上2. 35以下。
4.如权利要求I 3中任一项所述的防反射光学兀件,其特征在于， 上述覆盖层，是将上述透光性材料用作成膜材料，并作为由含有空孔的上述透光性材料构成的多孔性的膜而形成，其折射率比上述透光性材料自身低。
5.如权利要求I 4中任一项所述的防反射光学兀件,其特征在于， 上述覆盖层的膜厚为5nm以上50nm以下。
6.如权利要求I 5中任一项所述的防反射光学兀件,其特征在于， 上述微细凹凸结构体，经由单层或多层构成的光学薄膜设置在上述光学元件主体的光学表面上。
7.如权利要求I 6中任一项所述的防反射光学兀件,其特征在于， 上述覆盖层，通过在使光学元件主体进行圆顶旋转或行星旋转的同时，以物理气相沉积法使透光性材料在上述微细凹凸结构体的凸部顶端上成膜而成。
8.ー种防反射光学元件，其是在光学元件主体的光学表面上设置有抑制入射光的反射的微细凹凸结构体的防反射光学元件，其特征在干， 上述微细凹凸结构体，经由单层或多层构成的光学薄膜设置在上述光学元件主体的光学表面上， 具有覆盖该微细凹凸结构体的外侧的、由透光性材料形成的覆盖层， 以在该覆盖层与该微细凹凸结构体的凹部之间设置了空隙的状态，通过该覆盖层覆盖该微细凹凸结构体的凸部顶端。
9.ー种防反射光学元件的制造方法，其是制造如权利要求I 7中任一项所述的防反射光学元件的方法，其特征在干， 上述覆盖层，通过在使光学元件主体圆顶旋转或行星旋转的同时，以物理气相沉积法使透光性材料在上述微细凹凸结构体的凸部顶端上成膜而成。
全文摘要
本发明的课题在于提供不但能够维持微细凹凸结构体的防反射性能，并且耐高温高湿环境性和耐擦伤性优良的防反射光学元件。为了解决上述课题，采用在光学元件主体(10)的光学表面(11)上设置抑制入射光的反射的微细凹凸结构体(20)的防反射光学元件(1)，其特征在于，具有覆盖微细凹凸结构体(20)的外侧的、由透光性材料形成的覆盖层(30)，并以在该覆盖层(30)与该微细凹凸结构体(20)的凹部(22)之间设置了空隙(40)的状态，由该覆盖层(30)覆盖该微细凹凸结构体(20)的凸部(21)的顶端。
文档编号B32B27/06GK102681044SQ20121006579
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月9日 优先权日2011年3月11日
发明者国定照房, 宫原正明, 涩谷穰 申请人:株式会社腾龙