专利名称：光学元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及环境耐久性改善的光学元件及其制造方法，特别涉及使用磷酸玻璃等 作为玻璃材料时，抑制光学元件的灰雾、变质、改善环境耐久性的光学元件及其制造方法。
背景技术：
近年来，将玻璃透镜等光学玻璃元件模压成型，不对成型面进行研磨而可以直接 使用的直接模压成型法受到关注。在提高低模压成型温度下的加工性时，调节该模压成型法中使用的玻璃材料的组 成以使玻璃化转变温度降低。例如，特别是为了实现低玻璃化转变温度，已知通过将玻璃的 组成体系从石英玻璃变更为磷酸玻璃可以实现成型温度的大幅降低。不过，使用磷酸玻璃时环境耐久性显著下降，对此，即使通过形成防反射膜等光学 功能膜对表面进行保护，有时环境耐久性也不好。另外，不仅限于模压成型用玻璃材料，光学玻璃中还存在优先考虑光学性能而以 磷酸为主成分的磷酸玻璃和在磷酸玻璃中进一步添加有氟的氟磷酸玻璃。这些玻璃由于优 先考虑光学性能，因此在环境耐久性低的状态下使用，但是，该低环境耐久性在实用上成为 大的问题。如上所述，将环境耐久性差的玻璃材料实用化时，以往通过下述方法等进行改善 (1)采用氧化铝等的致密膜作为防反射膜的第一层从而防止水分进入(例如，参考专利文 献1)，或者(2)将无覆膜(未二一卜)透镜的整个面用防反射膜等膜覆盖以消除水分的影 响(例如，参考专利文献2)，或者(3)防反射膜的形成方法不是通过通常的真空蒸镀而是采 用使用IAD(离子束辅助成膜)的真空蒸镀，或者(4)着眼于模压成型品的表面变质层，形 成SiO2膜作为表面变质层上的第一层，以提高玻璃与防反射膜的密合性(例如，参考专利 文献3)。另外，上述现有例(1)和(4)中称为第一层的是与芯玻璃接触的层。另外，上述现 有例(4)中称为表面变质层的是在专利文献3中所述的受到模压成型时的热影响而产生的 变质层。专利文献1 日本特开平9-159803号公报专利文献2 日本特开平2-178601号公报专利文献3 日本特开平1-287501号公报
发明内容
但是，已知⑴的方法中，无论第一层形成多么致密的膜，由于玻璃在带覆膜(二 一卜付t )透镜的侧面露出，因此如果放置在湿度高的环境中，则磷酸成分从侧面溶出并 与带覆膜透镜光学面的表面反应，结果在带覆膜透镜上产生灰雾。另外，在(2)的方法中，由于带覆膜透镜的侧面也由膜覆盖，因此磷酸不溶出从而 具有防止灰雾的效果，但是，由于其采用的是可以一次涂布整个面的浸渍涂布，该方法中使 用的化学品具有溶解玻璃的作用，因此当浸渍环境耐久性差的玻璃材料时，有时玻璃表面
3发生白浊或者玻璃本身溶解而消失，因此能够应用的玻璃材料受到限制。另外，如果想使用通常的蒸镀方法进行(2)这样的整面涂布，则侧面难以进行涂 布，如果仅涂布光学功能面则通常通过表里两次成膜可以完成，但是加上侧面的成膜，成膜 次数大幅增加到约4 6次，并且产生需要特殊的工具或者难以确保光学功能面的防反射 膜的性能等各种问题。另外，(3)的方法对于加强膜的密合性是有效的，但是，由于带覆膜透镜的侧面露 出，因此与(1)的方法同样有时在带覆膜透镜上产生灰雾。另外，IAD方式中装置的价格比 通常的真空蒸镀的情况大幅提高，因此成本上也存在问题。另外，在(4)的方法中，虽然SiO2与氧化铝同样为致密膜，但是，无论第一层形成 多么致密的膜，由于玻璃在带覆膜透镜的侧面露出，因此如果放置在湿度高的环境中，则磷 酸成分从侧面溶出并与带覆膜透镜光学面的表面反应，结果在带覆膜透镜上产生灰雾。另 外，在SiO2的单层膜的情况下，带覆膜透镜上不产生灰雾，但是，作为防反射膜的特性(反 射率)比通常的氟化镁的情况下劣化约2%，因此存在带覆膜透镜性能下降的缺点。如上所述，现有方法中，耐久性差的玻璃材料、特别是磷酸玻璃的环境耐久性还未 提高到完全耐受实用的水平，而且不能充分确保带覆膜透镜的光学特性。本发明的目的在于提供即使是包含环境耐久性差的磷酸玻璃或氟磷酸玻璃的玻 璃制光学元件，在高温高湿下长时间保持时表面也不产生灰雾等劣化、变质的光学元件及 其制造方法。本发明人为了提高使用环境耐久性差的玻璃材料、特别是磷酸玻璃的光学元件的 环境耐久性，对以防反射膜为代表的光学功能膜的形成进行了各种研究，结果发现，在光学 功能膜的最表面层采用与磷酸的反应性低的物质是非常有效的。S卩，本发明的光学元件，涉及以下[1] [4]的光学元件及[5] [9]的制造方法。[1] 一种光学元件，具有包含磷酸玻璃或氟磷酸玻璃的光学玻璃以及在所述光学 玻璃的表面形成的光学功能膜，其中，所述光学功能膜包含以不同材质形成的两层以上的膜，所述光学功能膜的最表面层由与磷酸的反应性低的物质形成。[2]如[1]所述的光学元件，其中，所述光学功能膜的最表面层为氧化物膜。[3]如[2]所述的光学元件，其中，所述氧化物膜包含选自由3102、々1203、103、 La203、HfO2, Ta2O5, TiO2, ZrO2和Nb2O5构成的组中的至少一种材质。[4]如[1] [3]中任一项所述的光学元件，其中，所述光学功能膜的最表面层的 膜厚为5nm以上且450nm以下。[5] 一种光学元件的制造方法，在包含磷酸玻璃或氟磷酸玻璃的光学玻璃的表面 形成光学功能膜，所述光学功能膜通过将以不同材质形成的两层以上的膜依次层叠而形 成，其中，由与磷酸的反应性低的物质形成所述光学功能膜的最表面层。[6]如[5]所述的光学元件的制造方法，其中，通过使用电子枪蒸发源的真空蒸镀 成膜法形成所述光学功能膜。[7]如[6]所述的光学元件的制造方法，其中，通过使用电子枪蒸发源的等离子体 辅助或离子辅助蒸镀成膜法形成所述光学功能膜。
[8]如[5]所述的光学元件的制造方法，其中，通过溅射成膜法形成所述光学功能膜。[9]如[5] [8]中任一项所述的光学元件的制造方法，其中，所述包含磷酸玻璃 或氟磷酸玻璃的光学玻璃，通过将光学玻璃成型材料加热软化并利用成型模具进行模压而 得到。根据本发明的光学元件，以磷酸玻璃或氟磷酸玻璃作为玻璃材料的光学玻璃的表 面上形成的光学功能膜，即使在高温高湿环境中也不受侵蚀，可以有效地抑制灰雾的产生。另外，根据本发明的光学元件的制造方法，可以利用现有的制造方法，廉价地制造 即使在高温高湿环境下也不产生灰雾的环境耐久性改善的光学元件。
图1是本发明的一个实施方式的光学元件的剖视图。
图2是形成本发明的光学功能膜时使用的真空蒸镀装置的概略构成图。
图3是表示现有例1中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图4是表示比较例1中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图5是表示实施例1中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图6是表示实施例2中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图7是表示实施例3中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图8是表示现有例2中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图9是表示实施例4中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图10是表示现有 歹3中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图11是表示实施 歹5中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图12是表示实施 歹6中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图13是表示现有 歹4中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图14是表示实施 歹7中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图15是表示实施 歹8中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图16是表示实施 歹9中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图17是表示实施 歹10中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图18是表示实施 歹11中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图19是表示现有 歹5中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图20是表示实施 歹12中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图21是表示现有 歹6中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图22是表示实施 歹13中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图23是表示现有 歹7中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图24是表示实施 歹14中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图25是表示现有 歹8中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图26是表示实施 歹15中波长与光谱反射率之间的关系的图。
图27是表示实施 歹16中波长与光谱反射率之间的关系的图。
标号说明
1光学元件2芯玻璃3光学功能膜11真空室12加热器13半球形罩14抽真空口15气体导入口16蒸发源17电子枪
具体实施例方式本发明的光学元件，如上所述其特征在于，通过在磷酸玻璃或氟磷酸玻璃制的光 学玻璃的表面上形成光学功能膜而得到。而且，该光学功能膜是通过将以不同材质形成的 两种以上的膜依次层叠而形成的，其特征在于，其最表面层由与磷酸的反应性低的物质构 成。以下，参考附图对本发明进行详细说明。图1是表示本发明的光学元件的一例的概略构成的剖视图。在此，光学元件1包 含芯玻璃2、和在其表面上形成的包含第一层膜3a和和最表面层(第二层膜)3b两层的光 学功能膜3。在此，芯玻璃2包含磷酸玻璃或氟磷酸玻璃，通过作为光学玻璃进行加工而得到。 该芯玻璃2可以通过公知的光学玻璃制造方法得到。光学玻璃(无覆膜透镜)可以通过将 玻璃材料切割、剪圆(丸力)、粗磨(荒f >0 )、中磨(砂力)、细磨(研磨)、定中心磨边 (芯取”)，或者通过模压成型将玻璃材料模压、定中心磨边来得到。另外，作为芯玻璃2的玻璃材料，可以列举例如具有表1 表3所示组成(质 量％)的磷酸玻璃或氟磷酸玻璃。关于这些玻璃材料，一并列出其折射率(nd)、阿贝数 (vd)、玻璃化转变温度(Tg)、屈服温度(At)。表 权利要求
一种光学元件，具有包含磷酸玻璃或氟磷酸玻璃的光学玻璃以及在所述光学玻璃的表面形成的光学功能膜，其中，所述光学功能膜包含以不同材质形成的两层以上的膜，所述光学功能膜的最表面层由与磷酸的反应性低的物质形成。
2.如权利要求1所述的光学元件，其中，所述光学功能膜的最表面层为氧化物膜。
3.如权利要求2所述的光学元件，其中，所述氧化物膜包含选自由Si02、A1203、Y203、 La2O3> HfO2, Ta2O5, TiO2, ZrO2和Nb2O5构成的组中的至少一种材质。
4.如权利要求1至3中任一项所述的光学元件，其中，所述光学功能膜的最表面层的膜 厚为5nm以上且450nm以下。
5.一种光学元件的制造方法，在包含磷酸玻璃或氟磷酸玻璃的光学玻璃的表面形成光 学功能膜，所述光学功能膜通过将以不同材质形成的两层以上的膜依次层叠而形成，其中，由与磷酸的反应性低的物质形成所述光学功能膜的最表面层。
6.如权利要求5所述的光学元件的制造方法，其中，通过使用电子枪蒸发源的真空蒸 镀成膜法形成所述光学功能膜。
7.如权利要求6所述的光学元件的制造方法，其中，通过使用电子枪蒸发源的等离子 体辅助或离子辅助蒸镀成膜法形成所述光学功能膜。
8.如权利要求5所述的光学元件的制造方法，其中，通过溅射成膜法形成所述光学功 能膜。
9.如权利要求5至8中任一项所述的光学元件的制造方法，其中，所述包含磷酸玻璃或 氟磷酸玻璃的光学玻璃，通过将光学玻璃成型材料加热软化并利用成型模具进行模压而得 到。
全文摘要
本发明涉及光学元件，具有包含磷酸玻璃或氟磷酸玻璃的光学玻璃以及在所述光学玻璃的表面形成的光学功能膜，其中，所述光学功能膜包含以不同材质形成的两层以上的膜，所述光学功能膜的最表面层由与磷酸的反应性低的物质形成。
文档编号G02B1/10GK101937109SQ201010218320
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月28日 优先权日2009年6月26日
发明者宫崎直, 高桥通人 申请人:旭硝子株式会社