專利名稱：光學(xué)元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境耐久性改善的光學(xué)元件及其制造方法，特別涉及使用磷酸玻璃等 作為玻璃材料時，抑制光學(xué)元件的灰霧、變質(zhì)、改善環(huán)境耐久性的光學(xué)元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，將玻璃透鏡等光學(xué)玻璃元件模壓成型，不對成型面進(jìn)行研磨而可以直接 使用的直接模壓成型法受到關(guān)注。在提高低模壓成型溫度下的加工性時，調(diào)節(jié)該模壓成型法中使用的玻璃材料的組 成以使玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低。例如，特別是為了實(shí)現(xiàn)低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，已知通過將玻璃的 組成體系從石英玻璃變更為磷酸玻璃可以實(shí)現(xiàn)成型溫度的大幅降低。不過，使用磷酸玻璃時環(huán)境耐久性顯著下降，對此，即使通過形成防反射膜等光學(xué) 功能膜對表面進(jìn)行保護(hù)，有時環(huán)境耐久性也不好。另外，不僅限于模壓成型用玻璃材料，光學(xué)玻璃中還存在優(yōu)先考慮光學(xué)性能而以 磷酸為主成分的磷酸玻璃和在磷酸玻璃中進(jìn)一步添加有氟的氟磷酸玻璃。這些玻璃由于優(yōu) 先考慮光學(xué)性能，因此在環(huán)境耐久性低的狀態(tài)下使用，但是，該低環(huán)境耐久性在實(shí)用上成為 大的問題。如上所述，將環(huán)境耐久性差的玻璃材料實(shí)用化時，以往通過下述方法等進(jìn)行改善 (1)采用氧化鋁等的致密膜作為防反射膜的第一層從而防止水分進(jìn)入(例如，參考專利文 獻(xiàn)1)，或者(2)將無覆膜(未二一卜)透鏡的整個面用防反射膜等膜覆蓋以消除水分的影 響(例如，參考專利文獻(xiàn)2)，或者(3)防反射膜的形成方法不是通過通常的真空蒸鍍而是采 用使用IAD(離子束輔助成膜)的真空蒸鍍，或者(4)著眼于模壓成型品的表面變質(zhì)層，形 成SiO2膜作為表面變質(zhì)層上的第一層，以提高玻璃與防反射膜的密合性(例如，參考專利 文獻(xiàn)3)。另外，上述現(xiàn)有例(1)和(4)中稱為第一層的是與芯玻璃接觸的層。另外，上述現(xiàn) 有例(4)中稱為表面變質(zhì)層的是在專利文獻(xiàn)3中所述的受到模壓成型時的熱影響而產(chǎn)生的 變質(zhì)層。專利文獻(xiàn)1 日本特開平9-159803號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開平2-178601號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開平1-287501號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，已知⑴的方法中，無論第一層形成多么致密的膜，由于玻璃在帶覆膜(二 一卜付t )透鏡的側(cè)面露出，因此如果放置在濕度高的環(huán)境中，則磷酸成分從側(cè)面溶出并 與帶覆膜透鏡光學(xué)面的表面反應(yīng)，結(jié)果在帶覆膜透鏡上產(chǎn)生灰霧。另外，在(2)的方法中，由于帶覆膜透鏡的側(cè)面也由膜覆蓋，因此磷酸不溶出從而 具有防止灰霧的效果，但是，由于其采用的是可以一次涂布整個面的浸漬涂布，該方法中使 用的化學(xué)品具有溶解玻璃的作用，因此當(dāng)浸漬環(huán)境耐久性差的玻璃材料時，有時玻璃表面
3發(fā)生白濁或者玻璃本身溶解而消失，因此能夠應(yīng)用的玻璃材料受到限制。另外，如果想使用通常的蒸鍍方法進(jìn)行(2)這樣的整面涂布，則側(cè)面難以進(jìn)行涂 布，如果僅涂布光學(xué)功能面則通常通過表里兩次成膜可以完成，但是加上側(cè)面的成膜，成膜 次數(shù)大幅增加到約4 6次，并且產(chǎn)生需要特殊的工具或者難以確保光學(xué)功能面的防反射 膜的性能等各種問題。另外，(3)的方法對于加強(qiáng)膜的密合性是有效的，但是，由于帶覆膜透鏡的側(cè)面露 出，因此與(1)的方法同樣有時在帶覆膜透鏡上產(chǎn)生灰霧。另外，IAD方式中裝置的價格比 通常的真空蒸鍍的情況大幅提高，因此成本上也存在問題。另外，在(4)的方法中，雖然SiO2與氧化鋁同樣為致密膜，但是，無論第一層形成 多么致密的膜，由于玻璃在帶覆膜透鏡的側(cè)面露出，因此如果放置在濕度高的環(huán)境中，則磷 酸成分從側(cè)面溶出并與帶覆膜透鏡光學(xué)面的表面反應(yīng)，結(jié)果在帶覆膜透鏡上產(chǎn)生灰霧。另 外，在SiO2的單層膜的情況下，帶覆膜透鏡上不產(chǎn)生灰霧，但是，作為防反射膜的特性(反 射率)比通常的氟化鎂的情況下劣化約2%，因此存在帶覆膜透鏡性能下降的缺點(diǎn)。如上所述，現(xiàn)有方法中，耐久性差的玻璃材料、特別是磷酸玻璃的環(huán)境耐久性還未 提高到完全耐受實(shí)用的水平，而且不能充分確保帶覆膜透鏡的光學(xué)特性。本發(fā)明的目的在于提供即使是包含環(huán)境耐久性差的磷酸玻璃或氟磷酸玻璃的玻 璃制光學(xué)元件，在高溫高濕下長時間保持時表面也不產(chǎn)生灰霧等劣化、變質(zhì)的光學(xué)元件及 其制造方法。本發(fā)明人為了提高使用環(huán)境耐久性差的玻璃材料、特別是磷酸玻璃的光學(xué)元件的 環(huán)境耐久性，對以防反射膜為代表的光學(xué)功能膜的形成進(jìn)行了各種研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在光學(xué) 功能膜的最表面層采用與磷酸的反應(yīng)性低的物質(zhì)是非常有效的。S卩，本發(fā)明的光學(xué)元件，涉及以下[1] [4]的光學(xué)元件及[5] [9]的制造方法。[1] 一種光學(xué)元件，具有包含磷酸玻璃或氟磷酸玻璃的光學(xué)玻璃以及在所述光學(xué) 玻璃的表面形成的光學(xué)功能膜，其中，所述光學(xué)功能膜包含以不同材質(zhì)形成的兩層以上的膜，所述光學(xué)功能膜的最表面層由與磷酸的反應(yīng)性低的物質(zhì)形成。[2]如[1]所述的光學(xué)元件，其中，所述光學(xué)功能膜的最表面層為氧化物膜。[3]如[2]所述的光學(xué)元件，其中，所述氧化物膜包含選自由3102、々1203、103、 La203、HfO2, Ta2O5, TiO2, ZrO2和Nb2O5構(gòu)成的組中的至少一種材質(zhì)。[4]如[1] [3]中任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其中，所述光學(xué)功能膜的最表面層的 膜厚為5nm以上且450nm以下。[5] 一種光學(xué)元件的制造方法，在包含磷酸玻璃或氟磷酸玻璃的光學(xué)玻璃的表面 形成光學(xué)功能膜，所述光學(xué)功能膜通過將以不同材質(zhì)形成的兩層以上的膜依次層疊而形 成，其中，由與磷酸的反應(yīng)性低的物質(zhì)形成所述光學(xué)功能膜的最表面層。[6]如[5]所述的光學(xué)元件的制造方法，其中，通過使用電子槍蒸發(fā)源的真空蒸鍍 成膜法形成所述光學(xué)功能膜。[7]如[6]所述的光學(xué)元件的制造方法，其中，通過使用電子槍蒸發(fā)源的等離子體 輔助或離子輔助蒸鍍成膜法形成所述光學(xué)功能膜。
[8]如[5]所述的光學(xué)元件的制造方法，其中，通過濺射成膜法形成所述光學(xué)功能膜。[9]如[5] [8]中任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件的制造方法，其中，所述包含磷酸玻璃 或氟磷酸玻璃的光學(xué)玻璃，通過將光學(xué)玻璃成型材料加熱軟化并利用成型模具進(jìn)行模壓而 得到。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件，以磷酸玻璃或氟磷酸玻璃作為玻璃材料的光學(xué)玻璃的表 面上形成的光學(xué)功能膜，即使在高溫高濕環(huán)境中也不受侵蝕，可以有效地抑制灰霧的產(chǎn)生。另外，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的制造方法，可以利用現(xiàn)有的制造方法，廉價地制造 即使在高溫高濕環(huán)境下也不產(chǎn)生灰霧的環(huán)境耐久性改善的光學(xué)元件。


圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施方式的光學(xué)元件的剖視圖。
圖2是形成本發(fā)明的光學(xué)功能膜時使用的真空蒸鍍裝置的概略構(gòu)成圖。
圖3是表示現(xiàn)有例1中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖4是表示比較例1中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖5是表示實(shí)施例1中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖6是表示實(shí)施例2中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖7是表示實(shí)施例3中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖8是表示現(xiàn)有例2中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖9是表示實(shí)施例4中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖10是表示現(xiàn)有 歹3中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖11是表示實(shí)施 歹5中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖12是表示實(shí)施 歹6中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖13是表示現(xiàn)有 歹4中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖14是表示實(shí)施 歹7中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖15是表示實(shí)施 歹8中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖16是表示實(shí)施 歹9中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖17是表示實(shí)施 歹10中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖18是表示實(shí)施 歹11中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖19是表示現(xiàn)有 歹5中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖20是表示實(shí)施 歹12中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖21是表示現(xiàn)有 歹6中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖22是表示實(shí)施 歹13中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖23是表示現(xiàn)有 歹7中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖24是表示實(shí)施 歹14中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖25是表示現(xiàn)有 歹8中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖26是表示實(shí)施 歹15中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
圖27是表示實(shí)施 歹16中波長與光譜反射率之間的關(guān)系的圖。
標(biāo)號說明
1光學(xué)元件2芯玻璃3光學(xué)功能膜11真空室12加熱器13半球形罩14抽真空口15氣體導(dǎo)入口16蒸發(fā)源17電子槍
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的光學(xué)元件，如上所述其特征在于，通過在磷酸玻璃或氟磷酸玻璃制的光 學(xué)玻璃的表面上形成光學(xué)功能膜而得到。而且，該光學(xué)功能膜是通過將以不同材質(zhì)形成的 兩種以上的膜依次層疊而形成的，其特征在于，其最表面層由與磷酸的反應(yīng)性低的物質(zhì)構(gòu) 成。以下，參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是表示本發(fā)明的光學(xué)元件的一例的概略構(gòu)成的剖視圖。在此，光學(xué)元件1包 含芯玻璃2、和在其表面上形成的包含第一層膜3a和和最表面層(第二層膜)3b兩層的光 學(xué)功能膜3。在此，芯玻璃2包含磷酸玻璃或氟磷酸玻璃，通過作為光學(xué)玻璃進(jìn)行加工而得到。 該芯玻璃2可以通過公知的光學(xué)玻璃制造方法得到。光學(xué)玻璃(無覆膜透鏡)可以通過將 玻璃材料切割、剪圓(丸力)、粗磨(荒f >0 )、中磨(砂力)、細(xì)磨(研磨)、定中心磨邊 (芯取”)，或者通過模壓成型將玻璃材料模壓、定中心磨邊來得到。另外，作為芯玻璃2的玻璃材料，可以列舉例如具有表1 表3所示組成(質(zhì) 量％)的磷酸玻璃或氟磷酸玻璃。關(guān)于這些玻璃材料，一并列出其折射率(nd)、阿貝數(shù) (vd)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、屈服溫度(At)。表 權(quán)利要求
一種光學(xué)元件，具有包含磷酸玻璃或氟磷酸玻璃的光學(xué)玻璃以及在所述光學(xué)玻璃的表面形成的光學(xué)功能膜，其中，所述光學(xué)功能膜包含以不同材質(zhì)形成的兩層以上的膜，所述光學(xué)功能膜的最表面層由與磷酸的反應(yīng)性低的物質(zhì)形成。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中，所述光學(xué)功能膜的最表面層為氧化物膜。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)元件，其中，所述氧化物膜包含選自由Si02、A1203、Y203、 La2O3> HfO2, Ta2O5, TiO2, ZrO2和Nb2O5構(gòu)成的組中的至少一種材質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其中，所述光學(xué)功能膜的最表面層的膜 厚為5nm以上且450nm以下。
5.一種光學(xué)元件的制造方法，在包含磷酸玻璃或氟磷酸玻璃的光學(xué)玻璃的表面形成光 學(xué)功能膜，所述光學(xué)功能膜通過將以不同材質(zhì)形成的兩層以上的膜依次層疊而形成，其中，由與磷酸的反應(yīng)性低的物質(zhì)形成所述光學(xué)功能膜的最表面層。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)元件的制造方法，其中，通過使用電子槍蒸發(fā)源的真空蒸 鍍成膜法形成所述光學(xué)功能膜。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)元件的制造方法，其中，通過使用電子槍蒸發(fā)源的等離子 體輔助或離子輔助蒸鍍成膜法形成所述光學(xué)功能膜。
8.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)元件的制造方法，其中，通過濺射成膜法形成所述光學(xué)功 能膜。
9.如權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件的制造方法，其中，所述包含磷酸玻璃或 氟磷酸玻璃的光學(xué)玻璃，通過將光學(xué)玻璃成型材料加熱軟化并利用成型模具進(jìn)行模壓而得 到。
全文摘要
本發(fā)明涉及光學(xué)元件，具有包含磷酸玻璃或氟磷酸玻璃的光學(xué)玻璃以及在所述光學(xué)玻璃的表面形成的光學(xué)功能膜，其中，所述光學(xué)功能膜包含以不同材質(zhì)形成的兩層以上的膜，所述光學(xué)功能膜的最表面層由與磷酸的反應(yīng)性低的物質(zhì)形成。
文檔編號G02B1/10GK101937109SQ201010218320
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者宮崎直, 高橋通人 申請人:旭硝子株式會社