专利名称：光学部件、其制造方法以及使用其的光学系统的制作方法
技术领域：
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：
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。 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。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溃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No. H09-202649)。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。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溃处理。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
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。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)。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招的膜，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。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 deposition)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。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。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。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。
图I是表示根据本发明的第一实施方案的光学部件的示意图。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。图3A表示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。图3B表示根据本发明的光学部件中的柱状结构体的SEM图像。图3C表示根据本发明的光学部件中的柱状结构体的SEM图像。图4是根据本发明的倾斜沉积的说明图。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。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。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。图是表示形成根据本发明的片状晶体层的步骤的示意图。图6表示白度指数的测定方法。图7是表示沉积角度与白度指数之间的关系的坐标图。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。图9是表示沉积角度与反射率之间的关系的坐标图。图10是表示沉积角度与折射率之间的关系的坐标图。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。图12是表不气体流速与白度指数之间的关系的坐标图。
具体实施例方式
现在根据附图对本发明的优选的实施方案详细说明。(第一实施方案)图I是表不根据本发明的第一实施方案的光学部件的不意图。根据本实施方案的光学部件10包括依次层叠的基材I、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。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。(基材)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。
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。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。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。(具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的氧化铝层)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。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。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A I化合物单独或者Al化合物与选自Zr、Si、Ti、Zn和Mg的化合物中的至少一种的组合。作为该化合物，例如，作为A1203、ZrO2, SiO2, TiO2, ZnO或MgO的材料，可使用其金属醇盐或者其盐化合物例如氯化物和硝酸盐。
从成膜性的观点出发，特别是作为Zr02、SiO2或TiO2的材料，优选使用其金属醇盐。此外，可通过气相沉积形成铝膜或氧化铝膜。将使用前体溶胶形成的膜或通过气相沉积形成的膜称为含有铝的膜、主要组分为氧化铝的膜或主要组分为氧化铝的无定形膜。日本专利申请公开No. 2006-259711和日本专利申请公开No. 2005-275372中记载了通过使含有铝的膜与热水接触来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的方法的实例。(中间层)根据本实施方案的中间层2是在 基材I上设置的具有至少一层的膜。将中间层2层叠在基材I与氧化铝层3之间以与基材I紧密接触，并且具有多个空隙21。优选地，该结构能够使由于含有铝的膜的成膜工艺中产生的热而施加于该膜的应力减轻。根据本发明的中间层2具有多个空隙21，空隙21具有可有效地减轻经历形成氧化铝层中的高温过程而产生的应力的结构。由扫描电子显微镜拍摄的截面图像中也观察到空隙。确认空隙存在的另一方法是包括适当处理例如用于使缺陷明显的处理的观察。更具体地，通过将中间层2浸入适当稀释的HF，将缺陷选择性地蚀刻以能够观察到更微细的空隙。根据本发明的中间层的厚度，从用于减反射功能的光学特性的观点出发并且从减轻由热法施加于膜的应力的观点出发，优选lnm-200nm，更优选2nm-100nm。此外，优选地，中间层具有调节折射率的功能，以致相对于氧化铝层3和基材I的折射率，通过适当地调节中间层的折射率和厚度来使有效光束部的反射率最小。这使得折射率从基材向与空气的界面连续地减小，因此由于与表面具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的氧化铝层的折射率和中间层的折射率的效果的组合，可获得高水平的减反射性。优选地，根据本发明的中间层包括含有SiO2的膜。优选地，中间层的含有SiO2的膜是主要组分为SiO2并且可单独或组合含有氧化物例如TiO2和ZrO2作为附加组分的无定形氧化物膜。中间层中含有的SiO2的含量为10摩尔％以上，优选15摩尔％ -100摩尔％。接下来，对根据本发明的光学部件的制造方法进行说明。根据本发明的制造方法是包括依次层叠的基材、中间层和氧化铝层的光学部件的制造方法，其包括如下两个步骤(I)通过气相沉积在该基材的表面上形成该中间层；和
(2)通过在该中间层上涂布至少含有铝化合物的溶液或者通过采用气相沉积在该中间层上形成含有铝的膜或含有氧化铝的膜来形成膜，然后对该膜进行热水处理以在该膜的表面上形成具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的氧化铝层。(形成中间层的步骤)形成根据本发明的中间层的步骤中，通过在非活性气体气氛中在基材上沉积蒸镀材料来形成空隙。这是因为，真空沉积中的压力上升以增加气相中蒸镀粒子的碰撞概率，因此，由于作用例如减少的离子能量以及减少的在基材上的表面扩散，膜生长在厚度方向上比在与基材的表面平行的方向上进行得程度大。此外，引入气相中的非活性气体原子也进入通过气相沉积形成的膜中，并且使该膜的微结构的密度减小。用至少在与含有铝的膜的界面形成的空隙，可使通过高温工艺形成的含有铝的膜中产生的内部应力减轻。为了形成根据本实施方案的中间层，可适当地使用真空沉积。作为蒸镀源，可使用Si02、Ti02 *Zr02。其蒸镀源可单独使用或者通过适当地混合并调节组成而组合使用。作为气相沉积法，可使用电子束气相沉积、电阻加热等，并且可根据蒸镀材料的状态和蒸镀材料的尺寸例如粉末、颗粒或丸粒状来选择最佳方法。通过气相沉积形成根据本实施方案的中间层的方法中，除了蒸镀材料以外，可使用气体，其包括非活性气体例如Ar、Kr和Xe，氧气，氮气，二氧化碳和水蒸汽。从引入气体的效率的观点出发，优选将气体引入单元在真空装置中设置在蒸镀源与基材之间以致将气体引入蒸镀材料的轨道中。只要将气体引入单元设置在真空沉积装置中，可考虑气体的扩散和基材上的膜质量的均一性来适当地设置气体引入单元。因此，气体 喷射部件可为淋浴喷头的形状。通过用测定真空容器的真空的真空计监视气相沉积过程中的压力并且控制蒸镀材料的气相沉积过程中的真空，可制造中间层。此外，在气相沉积工艺中可附加地使用在时间上或空间上改变气相沉积压力的方法。通过改变气相沉积过程中引入的气体的流速、改变排气电导阀(exhaustconductance valve)的电导或者改变气相沉积速率,可改变要制造的中间层的厚度方向上的内部应力。通过调节蒸镀材料的蒸汽压曲线、气相沉积速率、真空泵的排气能力和排气电导阀的排气速率，可适当地控制真空。通过适当地调节这些控制因子，可使气相中的蒸镀粒子的能量减小，因此，可抑制附着于基材的表面的粒子的能量并且可使膜形成中的表面扩散减速以形成与基材的表面垂直的多个柱形状的中间层。优选地，根据本实施方案的中间层的空隙率为1% -50%。如果空隙率超过50%，膜强度不足并且光学特性容易波动。如下所述确定本实施方案中的空隙率(I)通过椭圆偏光法确定在没有引入非活性气体下通过气相沉积制造的薄膜的折射率η (O)(例如,SiO2膜的情形下,如果Ar = Occ,则折射率为I. 46)，(2)将空隙视为空气并且将折射率η = I用于空隙，(3)通过椭圆偏光法确定通过引入非活性气体而得到的根据本实施方案的中间层的折射率n(Ar = X)，(4)将
(I)、(2)和(3)中确定的折射率用于通过一般的有效介质近似法(EMA)计算空隙率，和(5)将(I)中的空隙率视为0%来计算根据本实施方案的中间层的空隙率。(形成片状晶体层的步骤)图5A- 是表示形成根据本发明的氧化铝层的步骤的示意图。形成氧化铝层的方法包括将其上形成了中间层2的基材I固定到旋转台7上的步骤(a)(图5A)，在该中间层上形成含有铝的膜4的步骤(b)(图5B)，进行焙烧的步骤(c)(图5C)，和然后进行在热水槽中的浸入以使含有铝的膜4与热水接触，由此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的步骤(d)(图OT)。或者，形成该氧化铝层的方法可包括通过气相沉积形成含有铝的膜或含有氧化铝的膜后，进行在热水槽中的浸入以使含有铝的膜4与热水接触，由此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的步骤(d)。(第二实施方案)图2是表示根据本发明的第二实施的光学部件的示意图。相同的附图标记表示与上述第一实施方案中的那些具有相同功能的部件并且省略其详细说明。根据本发明的光学部件10包括依次层叠的基材I、中间层2和氧化铝层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包括相对于基材表面13倾斜的多个柱状结构体11。在多个柱状结构体11之间存在孔隙15。在气相沉积方向14上通过倾斜沉积形成多个柱状结构体11。根据本发明，中间层2是包括多个柱状结构体的结构体，并且从基材表面13到片状晶体层3，在多个柱状结构体11之间存在孔隙15。根据本发明，通过在中间层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上形成含有铝的无定形层或含有氧化铝的无定形层，形成含有铝的膜。然后，在含有铝的膜的热水处理步骤中，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。该成膜工艺中，中间层2中孔隙15的存在可使成膜工艺中升高温度时施加于膜的应力缓和。认为孔隙15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)根据本实施方案的中间层2是在基材I上设置的具有至少一层的膜。将中间层2 层叠在基材I与氧化铝层3之间以与基材I紧密接触，并且具有多个柱状结构体11。优选地，该结构能够使由于氧化铝晶体的成膜工艺中产生的热而施加于该膜的应力减轻。根据本实施方案的中间层2在多个柱状结构体11之间具有孔隙15，并且孔隙15从基材表面13向片状晶体层3连续地存在以致有效地减轻经历用于形成片状晶体的高温工艺而产生的应力。由扫描电子显微镜(SEM)拍摄的截面图像中也观察到孔隙。确认孔隙存在的另一方法是包括适当处理例如用于使缺陷明显的处理的观察。更具体地，通过将中间层2浸入适当稀释的HF，将缺陷选择性地蚀刻以能够观察到更微细的孔隙。观察中间层的表面时，可作为凹陷观察到这样的孔隙。图3A-3C的上图是截面中具有柱状结构体的中间层的表面的SEM图像。由图3A-3C的上图，在根据本发明的中间层的表面上作为孔隙观察到清晰的凹陷(孔状缺陷)。此外，中间层的厚度的变化使得孔隙从基材起始，如在具有非常小的厚度的中间层中看到那样。即使对于厚的中间层，观察中间层的表面时也观察到凹陷，因此可确认从基材向表面存在孔隙。根据本发明的中间层的厚度，从用于减反射功能的光学特性的观点出发并且从减轻由热法施加于膜的应力的观点出发，优选lnm-200nm，更优选2nm-100nm。此外，优选地，中间层具有调节折射率的功能，以致相对于氧化铝层3和基材I的折射率，通过适当地调节中间层的折射率和厚度来使有效光束部的反射率最小。这使得折射率从基材向与空气的界面连续地减小，因此由于与表面具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的氧化铝层的折射率和中间层的折射率的效果的组合，可获得高水平的减反射性。优选地，根据本发明的中间层包括含有SiO2的膜。优选地，中间层的含有SiO2的膜是主要组分为SiO2并且可单独或组合含有氧化物例如TiO2和ZrO2作为附加组分的无定形氧化物膜。中间层中含有的SiO2的含量为10摩尔％以上，优选15摩尔％ -100摩尔％。如图2中所示，多个柱状结构体相对于基材表面在相同的方向上倾斜。基材表面13与柱状结构体的轴12之间形成的倾斜角度α为40° -80°，优选45° -80°。接下来，对根据本实施方案的光学部件的制造方法进行说明。根据本实施方案的光学部件的制造方法是包括依次层叠的基材、中间层和氧化铝层的光学部件的制造方法，其包括如下两个步骤(I)通过倾斜沉积在该基材的表面上形成具有多个柱状结构体的中间层；和(2)通过在该中间层上涂布至少含有铝化合物的溶液或者通过采用气相沉积在该中间层上形成含有铝的膜或含有氧化铝的膜来形成膜，然后对该膜进行热水处理以在该膜的表面上形成具有由氧化铝晶体制成的不规则结构的氧化铝层。(形成中间层的步骤)形成根据本发明的中间层的步骤中，通过倾斜沉积在基材上形成多个柱状结构体。倾斜沉积中，将主要组分为SiO2的蒸镀材料沉积在基材表面上。倾斜沉积中，如图4中所示，将基材的法线17与气相沉积方向14之间形成的角度定义为沉积角度Θ。沉积角度Θ小于80°，优选75°以下。图3A-3C的下图表示通过倾斜沉积，使用SiO2粉末作为蒸镀源在基材上得到的 SiO2膜的截面结构。图3A-3C中，沉积角度Θ为O。时没有观察到形成的中间层的截面中的柱状结构体的倾斜角度α (图3Α)，沉积角度Θ为60°和80°时柱状结构体的倾斜角度α分别为68°和45° (图3Β和3C)。此外，在图3A-3C的下图的截面的SEM照片中观察到孔隙。该孔隙对应于图3A-3C的下图的截面照片中对照来看暗的部分，并且该孔隙存在于看起来白的柱状结构体之间并且从基材表面向柱状结构体的表面存在。图3A-3C中可以看到，随着沉积角度Θ变大，中间层的柱状结构体的从基材表面的倾斜角度α变大。此外，可以看到可用沉积角度来控制孔隙的倾斜。(基材的温度)气相沉积、溅射和CVD中，可通过提高基材的温度来促进前体的表面扩散。优选将基材的温度适当地设定在再蒸发温度的范围内。此外，基材的温度的上升可缓和膜结构并且倾向于使通过倾斜沉积形成的孔隙变窄。只要在适当地调节孔隙的宽度的同时可减轻施加于膜的应力，基材的温度可适当地选择。此外，可考虑基材的耐热性来适当地设定基材的温度。根据本发明的中间层可通过气相生长例如溅射、气相沉积和CVD形成，通过适当地使沉积角度倾斜，在截面结构中形成柱状结构体。作为用于形成根据本发明的中间层的气相沉积或溅射，可使用反应气相沉积、反应溅射等。CVD中，可通过向基材施加偏压来控制由离子化的前体给予基材的动能。这种控制也可促进离子化的前体的表面扩散。通过适当地设定成膜空间的内部压力，可控制各成膜法的等离子体状态并且可控制离子化的前体的动能。通过将这些参数组合，可形成显示优异的表面扩散的均一的膜。气相沉积或溅射中，可通过从不同于蒸镀源16或溅射源的离子源供给的离子束的能量辅助作用来控制前体的动能，并且可促进基材表面上的扩散以形成均一的膜。根据本发明的气相沉积中，将蒸镀源固定地设置。此外，根据本发明，为了防止沉积角度Θ固定保持在0°，可将基材安装于旋转夹具以使其相对于气相沉积方向的轴旋转对称地旋转，此外，在气相沉积中可使基材在公转的同时自转(行星旋转)。只要气相沉积工艺过程中沉积角度没有固定在0°，则没有限制。(形成氧化铝层的步骤)
图5A- 是表示形成根据本发明的氧化铝层的步骤的示意图。形成氧化铝层的方法包括将其上形成了中间层2的基材I固定到旋转台7上的步骤(a)(图5A)，在该中间层上形成含有铝的膜4的步骤(b)(图5B)，进行焙烧的步骤(c)(图5C)，和然后进行在热水槽中的浸入以使主要组分为氧化铝的膜4与热水接触，由此形成主要组分为氧化铝并且表面具有不规则结构的片状晶体层的步骤(d)(图OT)。或者，形成该氧化铝层的方法可包括通过气相沉积形成含有铝的膜或含有氧化铝的膜后，进行在热水槽中的浸入以使含有铝的膜4与热水接触，由此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的步骤(d)。(白度指数的评价)图6表示测定白度指数的简易方法。图中，将作为光源的卤素灯19放置在基材I的背面侧，适当地设定光的强度并且设定照射角度以实现全反射。为了测定白度指数，在基 材表面侧用普通的照相机18拍摄照片。关于拍摄照片的条件，适当地设定和固定曝光条件例如f-stop和快门速度。将拍摄照片后的亮度分布双值化(binarize)，并且将二进制表示(binary representation)的积分定义为白度指数。图7表示上述的光学部件的中间层中通过倾斜沉积制造的柱状结构体的相对于基材的倾斜角度α与沉积角度之间的关系。图7中的箭头表示有效的柱状结构体的倾斜。由SEM截面照片，通过测定从基材表面向表面直线生长的多个结构体的倾斜角度，可计算柱状结构体相对于基材的倾斜角度α。此外，可计算通过统计处理等得到的平均值并且可定义为倾斜角度α。图7表示沉积角度和白度指数两者。如下将白度指数归一化，沉积角度为0°时，白度指数为I。如图中所示，在沉积角度小于80°的范围内，白度指数低达0.8。沉积角度Θ为80°时，白度指数高达O. 94。可以看到，沉积角度Θ小于80°且不为0°时白度指数改善。沉积角度Θ为80。以上时，观察到白度指数的降低。由图8可以看到，使用原子力显微镜(AFM)测定和评价表面粗糙度时，表面粗糙度Ra急剧地降低。可能是因为，沉积角度Θ为80°以上时，表面粗糙度Ra增加以产生氧化铝层3的波长区域中的周期性，因此使由其引起的雾化恶化。根据本发明的光学系统使用上述光学部件。根据本发明的光学系统的具体实例包括照相机用透镜组。(实施例)(实施例I)实施例I中，将真空沉积的倾斜沉积工艺用于形成中间层。参照图5A-OT对该工艺依次进行说明。(I)中间层的气相沉积使用图4中所示的真空装置并且将Si基材固定在基材支架上。基材的温度为150°C。将SiO2粉末用作蒸镀源16，并且通过电子束气相沉积将SiO2气相沉积。将沉积角度Θ设定为60°进行倾斜沉积以得到中间层(倾斜沉积膜)。膜厚为50nm。(2)含有铝的膜的涂布将图5A中所示的装置用于将其上层叠了中间层(倾斜沉积膜)2的基材I安装到真空卡盘旋转台7上。如图5B中所示，滴下适量的含有氧化铝的涂布液5并且以约3，OOOrpm进行旋转约30秒。其中，在约3，OOOrpm和约30秒的条件下进行旋转涂布，但本发明并不限于此。为了获得所需的膜厚，可改变进行旋转涂布的条件。此外，涂布的方法并不限于旋转涂布，也可使用浸涂、喷涂等。(3)焙烧工序然后，在图5C中所示的烘箱8中在100°C以上的温度下进行焙烧至少30分钟。(4)热水处理焙烧后，进行在图中所示的热水处理槽9中的浸入以形成片状晶体膜。热水处理槽9中热水的温度在60°C -IOO0C的范围内。进行热水中的浸入5分钟-24小时。从热水处理槽中提起后，进行干燥。通过上述工序得到的光学部件中，如图2中所示，在基材I和中间层2上形成片状晶体层3作为花瓣状透明氧化铝膜。使用FE-SEM观察以这种方式制造的光学部件的表面和截面。片状晶体层由具有400nm以下的平均间距和50nm以上的平均高度的花瓣状氧化铝膜形成，并且显示优异的反射率特性。光学部件的评价如下所述。(白度指数的评价)如图6中所示，固定实施例I中得到的光学部件以致来自卤素灯的光以全反射的入射角度入射。用照相机对通过该光学部件的光进行摄像，对亮度分布的评价积分进行波长求和，以由此计算白度指数。如下对白度指数进行归一化，沉积角度为0°时，白度指数为
I。结果白度指数为0.8。根据需要也可对基材进行测定和评价并且光学部件的测定值与基材的测定值之间的相对比可定义为白度指数。如图9中所示，根据本发明的光学部件显示低的反射率。(比较例I)比较例I中，将图4中所示的倾斜沉积的沉积角度Θ固定在0°，并且制造作为中间层2的SiO2膜以具有50nm的厚度。沉积角度Θ为O。时，如图3A的下图中所示，在截面结构中没有观察到孔隙。与实施例I同样地测定白度指数并且如图7中所示高达1，其与实施例I的情形中相比恶化。可以看到，本比较例中，如图9中所示获得了低反射率，但通过沉积角度为0°的气相沉积，没有实现本发明的效果。(实施例2)实施例2中，通过气相沉积制造含有铝的膜。与实施例I的情形同样地进行所有其他的步骤。(I)中间层的气相沉积使用图4中所示的真空装置并且将Si基材固定在基材支架上。基材的温度为150°C。将SiO2粉末用作蒸镀源16，并且通过电子束气相沉积将SiO2气相沉积。将沉积角度Θ设定为60°进行倾斜沉积。膜厚为50nm。、
(2)含有铝的膜的制造将基材I固定在真空装置中的基材支架上，其凹表面与蒸镀源相对。基材支架具有在其轴上旋转的功能，并且将旋转速度设定在30rpm。将基材的温度设定为室温。将铝粒料用作蒸镀源。预先通过电子束气相沉积使铝熔融，然后，在适当地调节电子枪的功率的同时通过电子束气相沉积在基材上形成铝膜。形成了具有所需厚度的铝膜后，使真空装置返回到大气，并且将基材I取出。(3)热水处理进行在图中所示的热水处理槽9中的浸入以形成氧化铝膜。热水处理槽9中热水的温度在60°C -IOO0C的范围内。进行热水中的浸入5分钟-24小时。从热水处理槽中提起后，进行干燥。通过上述工序完成的光学部件中，如图2中所示，在基材I和中间层2上形成了氧 化铝膜3，该氧化铝膜3在表面上形成了由氧化铝晶体制成的不规则结构。使用FE-SEM观察以这种方式制造的光学部件的表面和截面。不规则结构由片状氧化铝晶体制成的花瓣状氧化铝膜形成，并且显示优异的反射率特性。(光学部件的评价)(白度指数的评价)与实施例I同样地，评价白度指数。与实施例I同样地，根据本发明的光学部件显示出低反射率。(比较例2)比较例2中，将图4中所示的倾斜沉积的沉积角度固定在0°，并且制造作为中间层2的SiO2膜以具有50nm的厚度。与比较例I同样地，沉积角度Θ为0°时，如图3A的下图中所示，在截面结构中没有观察到晶粒间界。与实施例I和比较例I同样地测定白度指数。白度指数高，其变差。可以看到，本比较例中，获得了低反射率，但在中间层的制造中通过沉积角度为0°的气相沉积没有实现本发明的效果。(实施例3)实施例3中，作为中间层，通过倾斜沉积制造TiO2气相沉积膜。倾斜沉积装置中，与实施例I同样地，预先使TiO2熔融，在气相沉积中，同时引入氧气(图中没有示出引入单元)。图10是表示沉积角度从60°变化到80°时折射率的变化的坐标图。使用SEM观察以这种方式制造的TiO2膜，并且看到柱状结构。进而，与实施例I同样地，层叠氧化铝片状晶体层以制造光学部件。与实施例I同样地评价以这种方式得到的光学部件的白度指数。沉积角度大时，发现白度指数的改善。本实施例中，通过使用具有高折射率的LAH-基材料作为基材，得到了具有令人满意的反射率特性的光学部件。(比较例3)比较例3中，作为中间层，不使用倾斜沉积并且沉积角度为0°来制造TiO2膜。白度指数高于实施例3的光学部件。(实施例4)实施例4中，作为中间层，在引入10-30cc的Ar的同时通过SiO2气相沉积来制造SiO2膜，于是制造减反射膜。与实施例I同样地制造氧化铝层。
与实施例I同样地，对制造的各光学部件测定白度指数。如下将白度指数归一化，Ar的流动速率为O时，白度指数为I。图11表示结果。Ar的流动速率为20-30cc时，白度指数为O. 85-0. 77，确认白度指数得到改善。(比较例4)比较例4中，作为中间层，在气相沉积中没有引入Ar来制造SiO2膜。白度指数为
Io测定的白度指数比实施例4的光学部件高并且变差。(实施例5)本实施例中，作为中间层，在气相沉积中引入10-30cc的Ar的同时使用TiO2气相沉积制造TiO2膜。进而，与实施例I同样地制造氧化铝层。与实施例I同样地，对制造的各光学部件测定白度指数。如下将白度指数归一化，Ar的流动速率为O时，白度指数为I。图12表示结果。Ar的流动速率为15cc时，白度指数为O. 97。因此，白度指数低。确认白度指数得到改善。(比较例5)比较例5中，不同于实施例5，作为中间层，在没有引入Ar下制造TiO2气相沉积膜。白度指数为I。测定的白度指数比实施例5的光学部件高并且变差。根据本发明，光学部件能够长期维持稳定的减反射性，因此能够用于需要减反射功能的光学系统例如透镜。尽管已参照例示实施方案对本发明进行了说明，但应理解本发明并不限于所公开 的例示实施方案。下述权利要求的范围应给予最宽泛的解释以包括所有这样的变形以及等同的结构和功能。
权利要求
1.光学部件，包括 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，其中 该中间层包括空隙。
2.根据权利要求I的光学部件，其中该中间层的空隙率为1%_50%。
3.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，其中 该中间层包括相对于该基材的表面垂直或倾斜的多个柱状结构体，并且 该中间层在该多个柱状结构体之间包括空隙。
4.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以形成该中间层；和 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在该膜的表面上形成氧化铝层，该氧化铝层具有由氧化铝晶体制成的不规则结构。
5.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 进行在相对于该基材的表面倾斜的方向上在该基材上沉积蒸镀材料的倾斜沉积以形成该中间层；和 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在该膜的表面上形成氧化铝层，该氧化铝层具有由氧化铝晶体制成的不规则结构。
6.根据权利要求5的光学部件的制造方法，其中该基材的法线与气相沉积方向之间形成的沉积角度Θ小于80°来进行该倾斜沉积。
7.根据权利要求5的光学部件的制造方法，其中该倾斜沉积包括在该基材的表面上沉积主要组分为SiO2的蒸镀材料。
8.光学系统，其使用根据权利要求I的光学部件。
全文摘要
本发明提供光学部件和该光学部件的制造方法，该光学部件能够在防止全反射条件下的雾化的同时维持高水平的减反射性。该光学部件包括依次层叠的基材；中间层；和氧化铝层，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。该中间层包括相对于基材表面倾斜的多个柱状结构体，并且在该柱状结构体之间包括空隙。光学部件的制造方法包括通过倾斜沉积在基材表面上形成包括多个柱状结构体的中间层；和通过在该中间层上涂布含有铝化合物的溶液来形成膜并且对该膜进行热水处理以在该膜表面上形成氧化铝层，该氧化铝层具有由氧化铝晶体制成的不规则结构。
文档编号G02B1/02GK102645681SQ201210033810
公开日2012年8月22日 申请日期2012年2月15日 优先权日2011年2月15日
发明者槇野宪治, 酒井明 申请人:佳能株式会社