專利名稱：防反射光學元件和防反射光學元件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在光學元件主體的光學表面上具備防反射結構體的防反射光學元件和該防反射光學元件的制造方法，特別涉及作為防反射結構體而具備抑制入射光反射的微細凹凸結構的防反射光學元件和該防反射光學元件的制造方法。
背景技術：
一直以來使用的是，在透鏡等的光學元件的光學表面上具有為了降低表面反射引起的透射光的損失的防反射結構體的防反射光學元件。作為防反射結構體之一而已知有，以短于入射光波長的間隔而規(guī)則地排列凸部的微細凹凸結構體(例如參照“專利文獻I”和“專利文獻2”)。通過在光學元件主體的光學表面上設置這種微細凹凸結構體，能夠對較寬的波長范圍和較廣的光線入射角發(fā)揮防反射效果?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2005-157119號專利文獻2 :日本特開2010-48896號

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的問題但是,相對于光學兀件主體的光學表面的表面積，上述微細凹凸結構體的表面積極大。因此，存在這樣的問題例如在高溫高濕環(huán)境下長時間保管時，發(fā)生水分吸附在微細凹凸結構體上等而破壞微細凹凸結構，從而導致防反射性能降低。另外，微細凹凸結構體具有從光學元件主體的光學表面突出的無數(shù)的凸部。為了抑制反射，需要向微細凹凸結構體的深度方向形成平緩的折射率分布。因此，這些凸部一般呈現(xiàn)為頂端比基端細的錐體狀的形狀。因此，具有微細凹凸結構體的表面容易受到機械損傷，耐擦傷性低的問題。根據(jù)以上情況，本發(fā)明的目的在于，提供不但能夠維持微細凹凸結構體的防反射性能，而且耐高溫高濕環(huán)境性和耐擦傷性優(yōu)良的防反射光學元件和該防反射光學元件的制造方法。解決問題的方法因此，本發(fā)明人等進行銳意研究的結果是，通過采用以下的防反射光學元件達到了上述目的。本發(fā)明的防反射光學元件是，在光學元件主體的光學表面上設置抑制入射光的反射的微細凹凸結構體的防反射光學元件，其特征在于，具有覆蓋該微細凹凸結構體的外側的、由透光性材料形成的覆蓋層，以在該覆蓋層與該微細凹凸結構體的凹部之間設置了空隙的狀態(tài)，由該覆蓋層覆蓋該微細凹凸結構體的凸部頂端。在本發(fā)明的防反射光學元件中，優(yōu)選上述微細凹凸結構體由樹脂材料形成，上述微細凹凸結構體的凸部頂端以200nm以下的間距寬度相互鄰接。在本發(fā)明的防反射光學元件中，優(yōu)選上述覆蓋層的折射率為I. 15以上2. 35以下，更優(yōu)選為I. 15以上I. 5以下。這里，作為覆蓋層的構成的透光性材料，優(yōu)選使用無機類的透光材料，通過控制成膜條件等而獲得具有上述范圍內的折射率的覆蓋層。具體而言，作為無機類的透光性材料，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，通過對成膜條件等進行控制等而能夠形成具有上述范圍內的折射率的覆蓋層。另外，在本發(fā)明的防反射光學元件中，上述覆蓋層優(yōu)選，將上述透光性材料用作成膜材料，并形成為由含有空孔的上述透光性材料構成的多孔性的膜，且折射率比上述透光性材料自身低。例如，在采用物理氣相沉積法等的成膜處理中，控制成膜條件使得在殘留二次粒子的成長過程中產生的空孔的狀態(tài)下成膜，從而能夠獲得具有比作為成膜材料使用的透光性材料自身的折射率、即處于松散狀態(tài)的透光性材料的折射率低的折射率的覆蓋層。即在本發(fā)明中，上述覆蓋層的折射率比構成該覆蓋層的透光性材料的折射率小。 在本發(fā)明的防反射光學元件中，優(yōu)選上述覆蓋層的膜厚為5nm以上50nm以下。這里，當該膜厚在覆蓋層的折射率為I. 5以上2. 35以下時，上述覆蓋層的膜厚優(yōu)選為5nm以上25nm以下，更加優(yōu)選為5nm以上IOnm以下。在本發(fā)明的防反射光學元件中，上述微細凹凸結構體優(yōu)選在上述光學元件主體的光學表面上經由單層或多層構成的光學薄膜而得以設置。在本發(fā)明的防反射光學元件中，上述覆蓋層優(yōu)選，通過在使光學元件主體進行圓頂旋轉或行星旋轉的同時，采用物理氣相沉積法使透光性材料在上述微細凹凸結構體的凸部頂端上成膜而形成。這里，作為物理氣相沉積法，例如可以舉出真空蒸鍍法、磁控濺射法、離子鍍法等。另外，本發(fā)明的防反射光學元件，是在光學元件主體的光學表面上設置抑制入射光的反射的微細凹凸結構體的防反射光學元件，其特征在于，上述微細凹凸結構體經由單層或多層構成的光學薄膜設置在上述光學元件主體的光學表面上，并具有覆蓋該微細凹凸結構體的外側的、由透光性材料形成的覆蓋層，以在該覆蓋層與該微細凹凸的凹部之間設置了空隙的狀態(tài)，通過該覆蓋層覆蓋該微細凹凸結構體的凸部頂端。本發(fā)明的防反射光學元件的制造方法，是制造上述防反射光學元件的方法，其特征在于，覆蓋層通過在使光學元件主體進行圓頂旋轉或行星旋轉的同時，采用物理氣相沉積法使透光性材料在上述微細凹凸結構體的凸部頂端上成膜而形成。作為物理氣相沉積法，可以采用上述例示的各種方法等。發(fā)明效果采用本發(fā)明的防反射光學元件，由于設置有覆蓋微細凹凸結構體的凸部頂端的覆蓋層，因此能夠防止水分吸附在微細凹凸結構體的表面上等，提高防反射光學元件的耐高溫高濕環(huán)境性。另外，通過覆蓋層覆蓋微細凹凸結構體的凸部頂端，因此能夠保護微細凹凸結構體不受機械損傷，從而提高防反射光學元件的耐擦傷性。另外，采用本發(fā)明的防反射光學元件，以在由透光性材料形成的覆蓋層與該微細凹凸結構體的凹部之間設置了空隙的狀態(tài)，以使得該覆蓋層覆蓋該微細凹凸結構體的凸部頂端的方式，通過覆蓋層覆蓋微細凹凸結構體的外側。當覆蓋層沿著微細凹凸結構體的表面形狀、即凹凸形狀，在使得微細凹凸結構體之間無空隙的情況下覆蓋全部表面時，會存在覆蓋微細凹凸結構體凸部表面的透光性材料反射入射光，而影響微細凹凸結構體的反射抑制功能的情況。但是，像本發(fā)明這樣，通過覆蓋層僅覆蓋微細凹凸結構體的凸部頂端，使覆蓋層與凹部之間有空隙，從而能夠減小與入射光的媒質即空氣的折射率的差異，抑制反射。這樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供既能維持微細凹凸結構體的防反射性能，并且耐高溫高濕環(huán)境性和耐擦傷性優(yōu)異的防反射光學元件。


圖I為表示本發(fā)明的防反射光學元件的剖面示意圖。圖2為用于和本發(fā)明的防反射光學元件進行比較的、用于說明覆蓋層的形態(tài)的的示意圖。圖3為表示在形成本發(fā)明的覆蓋層時采用的圓頂旋轉型的旋轉基板保持臺的構成圖。 圖4為表示在形成本發(fā)明的覆蓋層時采用的行星旋轉型的旋轉基板保持臺的構成圖。圖5是表示在實施例I和比較例I中制造的防反射光學元件的膜厚方向上的折射率分布的示意圖。圖6是表示在實施例I和比較例I中制造的防反射光學元件的、相對于入射光波長的反射率的示意圖。圖7是表示在實施例2中制造的防反射光學元件的膜厚方向上的折射率分布的示意圖。圖8是表示在實施例3中制造的防反射光學元件的膜厚方向上的折射率分布的示意圖。圖9是表示在實施例4中制造的防反射光學元件的膜厚方向上的折射率分布的示意圖。圖10是表示在實施例2 實施例4中制造的防反射光學元件的、相對于入射光波長的反射率的示意圖。圖11是表示在實施例5中制造的防反射光學元件的膜厚方向上的折射率分布的示意圖。圖12是表示在實施例6中制造的防反射光學元件的膜厚方向上的折射率分布的示意圖。圖13為表不在實施例2、實施例5和實施例6中制造的防反射光學兀件的、相對于入射光波長的反射率。圖14是表示在實施例7中制造的防反射光學元件的膜厚方向上的折射率分布的示意圖。圖15是表示在實施例7中制造的防反射光學元件的、相對于入射光波長的反射率的示意圖。圖16是表示在實施例8中制造的防反射光學元件的膜厚方向上的折射率分布的示意圖。
圖17是表示在實施例8中制造的防反射光學元件的、相對于入射光波長的反射率的示意圖。圖18是表示在實施例9中制造的防反射光學元件的膜厚方向上的折射率分布。圖19是表示在比較例2中制造的防反射光學元件的膜厚方向上的折射率分布。圖20是表示在實施例9和比較例2中制造的防反射光學元件的、相對于入射光波長的反射率。圖21是表示在實施例9和比較例2中制造的防反射光學元件的、相對于入射光波長的反射率。組件代表符號說明 10 :光學元件主體11 :光學表面20:微細凹凸結構體21:凸部22:凹部30 :覆蓋層40 :空隙50 :光學薄膜
具體實施例方式以下參照附圖，對本發(fā)明的防反射光學元件和該防反射光學元件的制造方法的實施方式進行說明。防反射光學兀件首先，參照圖I和圖2對本實施方式的防反射光學元件I的構成進行說明。圖I為表示本實施方式的防反射光學元件I的構成的示意圖。如圖I所示，本實施方式的防反射光學元件I在光學元件主體10的光學表面11上設置有抑制入射光反射的微細凹凸結構體20。微細凹凸結構體20的外側被由透光性材料形成的覆蓋層30覆蓋。在本發(fā)明中，其特征在于，以在該覆蓋層30與該微細凹凸結構體的凹部22之間設置空隙40 (空氣層)的狀態(tài)，并以該覆蓋層30覆蓋該微細凹凸結構體20的凸部21的頂端的方式，通過覆蓋層30覆蓋微細凹凸結構體20的外側。以下，按照各構成要素分別進行說明。光學元件主體10 :作為在光學表面11上設置有微細凹凸結構體20的光學元件主體10，例如可以舉出數(shù)字靜態(tài)攝像機、模擬靜態(tài)攝像機、各種顯微鏡等的透鏡。但是，光學元件主體10不限于透鏡，還可以適用于防反射膜、偏光分離棱鏡、色分解棱鏡、紅外線截止濾光片、濃度濾光片、積分儀等。另外，光學元件主體10可以由玻璃材料形成，也可以由樹脂材料形成，形成光學元件主體10的材料沒有特別限定。微細凹凸結構體20 :被設置在光學元件主體10的光學表面11上的微細凹凸結構體20，優(yōu)選以樹脂材料形成。采用樹脂材料，能夠以微細的間距寬度、高精度地形成凹凸結構，并能大量生產品質恒定的防反射結構體。并且可以根據(jù)需要使用適當?shù)靥砑恿擞靡栽黾痈鞣N功能的添加劑(無機氧化物等)的樹脂材料。如圖I所示，微細凹凸結構體20具有從光學表面11突出的多個(無數(shù))凸部21。微細凹凸結構體20的凸部21，以相互鄰接的方式、規(guī)則有序地配置。各凸部21呈圓錐狀、棱錐狀、多棱錐狀(也包含各個頂端的一部分被切去的形狀)等錐體狀形狀，并朝微細凹凸結構體20的深度方向形成了平緩的折射率分布。另外，在微細凹凸結構體20中，凸部21頂端的間距寬度p優(yōu)選為200nm以下。這里，所謂間距寬度P是指，例如相互鄰接的凸部21的頂端位置間的距離。其中，間距寬度p可以通過電子顯微鏡觀察進行測定。通過使凸部21的間距寬度p為200nm以下，并通過后述的真空蒸鍍法等物理氣相沉積法使覆蓋層30成膜，從而能夠以在覆蓋層30與凹部22之間設置空隙40的狀態(tài)，對微 細凹凸結構體20的外側進行覆蓋。換言之，在通過真空蒸鍍法等使覆蓋層30成膜時，只要凸部21頂端的間距寬度p為200nm以下，就可以采用本發(fā)明特有的成膜方法，不使覆蓋層形成材料(透光性材料)填充在凹部22內，而使覆蓋層30覆蓋在微細凹凸結構體20的外側。另一方面，當該間距寬度p超過200nm時，通過真空蒸鍍法等形成覆蓋層30時，在微細凹凸結構體20的凹部22內被覆蓋層形成材料填充的可能性增加。當微細凹凸結構體20的凹部22內被覆蓋層形成材料填充時，則無法維持在微細凹凸結構體20的深度方向上形成的平緩的折射率分布，會導致微細凹凸結構體20的防反射性能降低。另外，當間距寬度p超過200nm時，不但會發(fā)生光散射，導致透射光的損失或雜散光的發(fā)生，還會使覆蓋層30作為保護膜的功能降低。另外，凸部21的高度h優(yōu)選為50nm以上250nm以下。這里，“凸部21的高度h”如圖I所示，是指從凸部21的基端部到頂端部的距離。凸部21的高度h，可以通過電子顯微鏡觀察獲得。通過使凸部21的高度h為50nm以上250nm以下，并使凸部21形成錐體狀，從而能夠在微細凹凸結構體20的深度方向上形成平緩的折射率分布。由此，能夠有效地防止可見光區(qū)域的入射光的反射。另一方面，當凸部21的高度h處于上述范圍之外時，對于可見光的防反射效果則變得不理想，從而不優(yōu)選。但是，在本發(fā)明中，只要能夠發(fā)揮所要求的微細凹凸結構體20的防反射效果，則凸部21的高度h沒有特別限定。上述范圍只是優(yōu)選范圍而已。因此，即使在超出上述范圍的情況下，只要能夠發(fā)揮所要求的微細凹凸結構體20的防反射效果就沒問題。覆蓋層30 :接著對覆蓋層30進行說明。如上所述，在本實施方式的防反射光學元件I中，其特征在于，以在該覆蓋層30與該微細凹凸結構體的凹部22之間設置空隙40的狀態(tài)，并以通過該覆蓋層30覆蓋該微細凹凸結構體20的凸部21的頂端的方式，使覆蓋層30覆蓋微細凹凸結構體20的外側。這里，覆蓋層30是兼具作為微細凹凸結構體20的保護膜的功能、以及作為光學薄膜的功能的層。具體而言，通過設置覆蓋層30，能夠防止微細凹凸結構體20的機械損傷，提高該防反射光學元件I的耐擦傷性，即該覆蓋層30發(fā)揮作為保護膜的功能。另外，覆蓋層30作為光學薄膜，與微細凹凸結構體20成為一體而作為防反射層發(fā)揮功能。如上所述，微細凹凸結構體20在其深度方向上具有平緩的折射率分布。使該覆蓋層30根據(jù)其折射率而形成適當?shù)哪ず?，從而能夠使防反射層的深度方向上的折射率分布更為接近理想狀態(tài)，因此優(yōu)選。并且，通過在微細凹凸結構體20的外側設置具有后述范圍的折射率的該覆蓋層30，也能夠使防反射層的深度方向上的折射率分布更加接近理想狀態(tài)。即，在光學元件主體10的光學表面11上，通過設置作為包含有微細凹凸結構體20和空氣層的折射率梯度層、以及具有指定折射率的覆蓋層30的層疊體的防反射層，從而與僅由微細凹凸結構體20構成防反射層的情況相比，能夠使防反射層的深度方向上的折射率分布更加接近理想狀態(tài)，提高該防反射光學元件I的防反射效果。覆蓋層30的折射率優(yōu)選為I. 15以上2. 35以下。在折射率不足I. 15或超過2. 35的情況下，都難以制造出具有這種折射率的覆蓋層30。從該觀點出發(fā)，形成覆蓋層30的透光性材料優(yōu)選低的折射率，進一步優(yōu)選為I. 5以下。覆蓋層30，優(yōu)選作為由包含在成膜時產生的空孔的該透光性材料構成的多孔性的膜而形成。采用這種多孔性的膜，能夠使該覆蓋層的折射率比透光性材料自身的折射率低。即，與用作成膜材料的透光性材料的物質所具有的折射率相比，即與處于松散狀態(tài)的透光性材料的折射率相比，能夠使覆蓋層30的折射率更低。例如，在采用真空蒸鍍法等物理氣相沉積法使透光性材料成膜時，通過以殘留在二次粒子的成長過程中產生的空孔的狀態(tài)下成膜，從而能夠獲得由該透光性材料構成的多孔性的膜。此時，數(shù)nm大小(例如5nm以下)的空孔被分散配置在覆蓋層30內。 在覆蓋層30中，優(yōu)選空孔所占的體積率小于70%。這是因為，該體積率為70%以上時，覆蓋層30的耐久性降低，且作為保護膜的功能會降低。從該觀點出發(fā)，在覆蓋層30中，進一步優(yōu)選空孔所占的體積率小于50 %，更加優(yōu)選小于30 %。另一方面，空孔所占體積率的下限值，可以根據(jù)用作成膜材料的透光性材料的折射率、和覆蓋層30所要求的折射率來酌情選取適當?shù)闹?，而沒有特別限定。另外，作為透光性材料優(yōu)選無機類的透光材料。如上所述，覆蓋層30是以防止微細凹凸結構體20的機械損傷、提高該防反射光學元件I的耐擦傷性為目的而設置的。與樹脂類的透光性材料相比，無機類的透光性材料一般機械強度高，因此作為覆蓋層30的形成材料優(yōu)選無機類的透光性材料。并且如上所述，覆蓋層30具有作為光學薄膜的將防反射層的深度方向的折射率分布調整為理想的分布的功能，并是以提高該防反射光學元件I的防反射性能為目的而設置的。與樹脂類的透光性材料相比，無機類的透光性材料的材料折射率范圍更大，在光學設計中增加了材料選擇的自由度，因此作為覆蓋層30的形成材料優(yōu)選無機類的透光性材料。另外，通過后述的物理氣相沉積法，采用無機類的透光性材料，以含有空孔的方式成膜，從而與材料自身的折射率相比能夠使覆蓋層30的折射率更低，因此能夠在光學設計上進一步增加材料選擇的自由度。作為折射率2. 35以下的無機類的透光性材料，可以舉出例如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，作為折射率I. 5以下的無機類的透光性材料，可以舉出SiO2或MgF2等。覆蓋層30的膜厚優(yōu)選為5nm以上50nm以下。當覆蓋層30的膜厚不足5nm時，膜厚較薄而無法充分實現(xiàn)作為保護膜的防止微細凹凸結構體20的機械損傷的功能。另一方面，當覆蓋層30的膜厚超過50nm時，根據(jù)形成覆蓋層30的透光性材料的折射率，在覆蓋層30中發(fā)生入射光的反射，以及入射光的散射等，導致透射光的損失，從而不優(yōu)選。在防反射性能方面，優(yōu)選根據(jù)覆蓋層30的折射率，使覆蓋層30的膜厚為適宜的最佳厚度。具體而言，在采用折射率為I. 5以上2. 35以下的透光性材料時，優(yōu)選覆蓋層30的厚度在25nm以下的范圍內，更加優(yōu)選為IOnm以下。這是因為，在該范圍內存在滿足覆蓋層30的折射率的、對防反射性能而言最佳的膜厚。另一方面，當折射率小于I. 5時,在5nm 50nm的范圍內，覆蓋層30的膜厚可以采用對防反射性能而言最佳的膜厚。光學薄膜50 :優(yōu)選在光學元件主體10的光學表面11上，設置單層或多層構成的光學薄膜50 (防反射薄膜層)，在該光學薄膜50上設置上述微細凹凸結構體20。由此，能夠使該光學薄膜50與微細凹凸結構體20和覆蓋層30成為一體，從而作為防反射層發(fā)揮功能。這樣，使光學元件主體10的光學表面11上設置的防反射層，成為由該光學薄膜50、微細凹凸結構體20、覆蓋層30構成的復合層，從而能夠使防反射層的深度方向上的折射率分布成為能夠發(fā)揮防反射性能、并且更加理想的折射率分布。但是，圖I中示出了光學薄膜50的位置，并未表示出構成光學薄膜50的層數(shù)。這種光學薄膜50，例如可通過各種成膜法，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，且膜的層可以是單層或多層積層。但是，構成光學薄膜50的材料不限于此。另外，在發(fā)揮防反射性能為前提下，該光學薄膜50的厚度等可以酌情采用適當?shù)闹怠Ｈ缟纤?，本實施方式的防反射光學元件1，具有覆蓋微細凹凸結構體20的凸部21頂端的覆蓋層30，因此能夠防止水分等吸附在微細凹凸結構體20的表面上，提高防反射光學元件I的耐高溫高濕環(huán)境性。另外，通過覆蓋層30對微細凹凸結構體20的凸部21的頂端進行覆蓋，因此能夠保護微細凹凸結構體20不受機械損傷，提高防反射光學元件I的耐擦傷性。并且，覆蓋層30具有作為光學薄膜的功能，與微細凹凸結構體20配合，能夠提高防反射光學元件I的防反射性能。另外，本實施方式的防反射光學元件1，以在由透光性材料形成的覆蓋層30與該微細凹凸結構體的凹部22之間設置空隙40的狀態(tài)，通過覆蓋層30覆蓋微細凹凸結構體20的外側。與此相對，例如圖2所示，當沿著微細凹凸結構體20的表面形狀、即凹凸形狀，通過覆蓋層30與微細凹凸結構體20之間無空隙40地覆蓋全部表面時，由于覆蓋微細凹凸結構體20的凸部21表面的透光性材料反射入射光，會影響微細凹凸結構體20的反射抑制功能。但是，如上述實施方式所述，通過覆蓋層30僅覆蓋微細凹凸結構體20的凸部21的頂端，使覆蓋層30與凹部22之間形成空隙40，使透過覆蓋層30的入射光對微細凹凸結構體20與入射光的媒質即空氣的折射率的差異減小，從而能夠抑制反射。這樣，采用上述實施方式的防反射光學元件1，不但能夠維持微細凹凸結構體20的防反射性能，并且耐高溫高濕環(huán)境性和耐擦傷性優(yōu)異。防反射光學元件I的制造方法
接著，參照圖3和圖4對上述防反射光學元件I的制造方法的一例進行說明。防反射光學元件I的制造方法例如具有如下工序。A)微細凹凸結構體形成工序B)覆蓋層形成工序以下對各工序分別進行說明。A)微細凹凸結構體形成工序
微細凹凸結構體形成工序，是在光學元件主體10的光學表面11上附加微細凹凸結構體20的工序。根據(jù)形成光學元件主體10的材料，可以采用多種方法。在本發(fā)明中，微細凹凸結構形成工序沒有特別限定。但是，作為可以高精度地形成更加微細的凹凸結構的方法，在本實施方式中采用，對設置在光學元件主體10的光學表面11上的樹脂面(樹脂膜或光學表面11)，通過等離子蝕刻形成微細凹凸結構體20的方法。另外，如后所述，在進行等離子蝕刻時，優(yōu)選在樹脂面上形成例如TiO2等的無機氧化物膜的基礎上，再實施等離子蝕刻。(I)采用玻璃制的光學元件主體10的情況當光學元件主體10為玻璃制時，采用在光學表面11上具有樹脂膜的光學元件主體10。作為構成樹脂膜的材料，可以舉出PMMA樹脂(聚甲基丙烯酸甲酯樹脂)、日本ZEON公司制造的ZEONEX(注冊商標)樹脂、聚碳酸酯樹脂、環(huán)烯烴樹脂、聚醚砜樹脂、聚醚酰亞胺樹脂、聚酰胺樹脂、PET樹脂、PPG IndustriES公司制造的CR-39樹脂(注冊商標)(allyldiglycol carbonate)等。另外，樹脂膜的厚度優(yōu)選 300nm 0. 5mm。 對在光學表面11上具有樹脂膜的光學元件主體10，采用市售的真空蒸鍍裝置(例如ARES1510 (Leybold Optics公司制造))，通過電子束蒸涂形成TiO2等的無機氧化物膜。此時，優(yōu)選以蒸鍍速率0. Olnm/s 5nm/s、真空度I X 10_4pa 5X 10_2Pa進行電子束蒸涂。另外，無機氧化物膜的膜厚優(yōu)選，當通過在電子束蒸涂裝置上安裝的石英晶體微量天平進行測定時，為0.3nm 2nm左右。并且，作為無機氧化物膜，除了 TiO2膜以外，可以通過上述電子束蒸涂形成SiO2膜、MgF2膜等。其后，在放電電壓50V 150V，放電電流20A 60A，基板偏置電壓80-150V的范圍內進行等離子蝕刻60s 500s。此時，以5sccm 20sccm的流量通過Ar,并以5sccm 50sccm 的流量通過 02。其中，“seem” 是指“standard cc/min、latm(大氣壓 I. 013hPa)、(TC”。通過以上工序，對樹脂膜進行蝕刻，形成凸部21頂端的間距寬度p為50nm 200nm左右、凸部21的高度h為50nm 250nm左右的微細凹凸結構體20。另外，凸部21的形狀呈錐體狀。(2)采用樹脂制的光學元件主體10的情況在樹脂制的光學元件主體10的光學表面11上形成微細凹凸結構體20時，首先按照與上述同樣的順序形成微細凹凸結構的表面形狀，通過鎳電鑄制作壓模(模具)。制作壓模時，首先準備壓模制作用的光學元件主體10 (以下成為“壓模制作用主體”)。該壓模制作用主體,與形成微細凹凸結構的光學元件主體10相同，例如可以采用PMMA樹脂制材料。然后，采用與上述同樣的方法在該光學表面11上形成微細凹凸結構。此時，可以形成凸部21頂端的間距寬度p為50nm 200nm左右、凸部21的高度h為50nm 250nm左右的微細凹凸結構。在形成了該微細凹凸結構的壓模制作用主體的微細凹凸結構體20的表面上，沿著微細凹凸形狀，例如以Inm的厚度采用濺射法將金成膜。使用形成了金的薄膜的壓模制作用主體，通過鎳電鑄制作壓模。采用以上方式形成的壓模，通過壓花加工，例如在由PMMA樹脂等制成的光學元件主體10的光學表面11上形成微細凹凸結構。B)覆蓋層形成工序在本發(fā)明中，覆蓋層形成工序，只要是能夠在覆蓋層30與凹部22之間設置空隙40，且以僅覆蓋凸部21的頂端的方式在微細凹凸結構體20的外側形成覆蓋層30的方法，就可以采用任何方法。但是，經過本發(fā)明人的銳意研究發(fā)現(xiàn)采用以下的方法，能夠簡易地、高精度地形成具有本發(fā)明所特有的上述覆蓋方式的覆蓋層30。以下對該方法進行說明。在本發(fā)明中，覆蓋層形成工序優(yōu)選，使在光學表面11上具有微細凹凸結構體20的光學元件主體10進行圓頂旋轉或行星旋轉，同時采用物理氣相沉積法在微細凹凸結構體20的凸部21的頂端使透光性材料成膜。這里，作為物理氣相沉積法，可以舉出例如真空蒸鍍法、磁控濺射法、離子鍍法等。構成上述覆蓋層30的覆蓋層構成材料，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，優(yōu)選無機類的透光性材料，且可以采用的具體的透光性材料如上所述。作為物理氣相沉積法，優(yōu)選采用例如電子束蒸涂法。在應用電子束蒸涂法時，可以采用例如上述市售的電子束蒸涂裝置(例如、APS904(Leybold Optics公司制造))。此時，優(yōu)選以蒸鍍速率0. lnm/s 10nm/s、真空度IX KT4Pa 5X KT2Pa進行電子束蒸涂。在光學表面11上具有微細凹凸結構體20的光學元件主體10的固定中，優(yōu)選采用圖3所示的圓頂旋轉型的旋轉基板保持臺100。如圖3所示，在圓頂旋轉型的旋轉基板保持臺100的內側，將具有微細凹凸結構體20的光學表面11作為成膜面來固定光學元件主體10。然后優(yōu)選，使該圓頂旋轉型的旋轉基板保持臺100圍繞未圖示的旋轉軸旋轉，同時使蒸發(fā)的覆蓋層形成材料以20度 80度的角度相對于成膜面來與其接觸?；蛘撸趫A頂旋轉型的旋轉基板保持臺100上，在將從旋轉中心位置到該旋轉基板保持臺100的外緣的距離作為I的情況下，優(yōu)選在從旋轉中心位置起1/2 I的區(qū)域上固定光學元件主體10。此時，更加優(yōu)選在從旋轉中心位置起2/3 I的區(qū)域上固定光學元件主體10。通過使蒸發(fā)的覆蓋層形成材料傾斜地與旋轉的微細凹凸結構體20的表面接觸，從而避免了覆蓋層形成材料填充在凹部22中，能夠以在覆蓋層30與凹部22之間設置有空隙40的狀態(tài)，通過覆蓋層30僅覆蓋凸部21的頂端的方式，使覆蓋層30在微細凹凸結構體20的外側成膜。其中，所謂相對于微細凹凸結構體20的表面的傾斜方向是指，相對于光學元件主體10的光學表面11傾斜的方向(下同)。另外，在成膜覆蓋層30時，采用圖4所示的行星旋轉型的旋轉基板保持臺110是優(yōu)選方式。行星旋轉型的旋轉基板保持臺110，具有呈大致圓盤狀的公轉旋轉臺(行星基座)111 ;在該公轉旋轉臺111的外周部上、向蒸鍍側突出并且在公轉旋轉臺111的旋轉面上，以從外周側向旋轉中心側傾斜的方式，可旋轉地設置的支柱軸112 ;以基板保持面垂直于該支柱軸112的方式安裝的行星旋轉臺(行星)113。并且，行星旋轉臺113也大致呈圓盤狀。當公轉旋轉臺111公轉時，通過支柱軸112的旋轉使行星旋轉臺113自轉。由此，以微細凹凸結構體20側作為成膜面的方式，被保持在行星旋轉臺113上的光學元件主體10，在進行行星旋轉的同時與蒸發(fā)的覆蓋層形成材料接觸。由此，微細凹凸結構體20的凹部22內不會被填充覆蓋層形成材料，而是能夠以在覆蓋層30與凹部22之間設置空隙40的狀態(tài)，通過覆蓋層30僅覆蓋凸部21的頂端的方式，在微細凹凸結構體20的外側成膜覆蓋層30。其中優(yōu)選，支柱軸112相對于公轉旋轉臺111以20度 70度的傾斜角度設置。通過使支柱軸112相對于公轉旋轉臺111的傾斜角度處于該范圍內，從而能夠形成本發(fā)明的覆蓋層30。以上說明的本實施方式為本發(fā)明的一個形態(tài)，在不脫離本發(fā)明構思的范圍內，可以進行適當?shù)淖兏?。另外，以下舉出實施例和比較例，對本發(fā)明進行更加詳細地說明，但是本發(fā)明不限于下述實施例。實施例I在實施例I中，采用玻璃制的光學元件主體10，并在光學元件主體10的光學表面11上形成由PMMA樹脂制成的微細凹凸結構體20，其后作為無機類的透光性材料使用SiO2,并以覆蓋層30覆蓋微細凹凸結構體20的外側。具體而言，按照以下方法制造實施例I的防反射光學兀件。首先，作為光學元件主體10，采用由株式會社OHARA制造的光學玻璃(商品名S-LAH66 (nd = I. 77))制成的玻璃透鏡。另外，對在該的玻璃透鏡的光學表面11上設置的膜厚0. 2mm的PMMA樹脂膜，使用真空蒸鍍裝置ARES1510 (Leybold Optics)，在PMMA樹脂膜的表面上，通過電子束蒸涂，形成石英晶體微量天平進行測定下為I. 25nm的TiO2膜。此時，蒸鍍速率為0.03nm/s，腔室內的真空度為lX10_3Pa。接著，以基板偏置電壓120V、放電電流50A進行等離子蝕刻約200s(秒)。另外,此時在腔室內分別以14sccm、30sccm流量通過Ar氣體、O2氣體。通過以上工序,形成凸部21頂端的間距寬度p為50nm 150nm左右、凸部21的高度h為60nm 130nm左右的、由PMMA樹脂制成的微細凹凸結構體20。其后，將形成了微細凹凸結構體20的光學表面11作為成膜面，如圖3所示，在圓頂旋轉型的基板支持保持臺上安裝該玻璃透鏡。然后，通過電子束蒸涂將SiO2成膜至石英晶體微量天平進行測定時下的20nm的厚度。此時，調整玻璃透鏡相對于圓頂旋轉型的基板支持保持臺的安裝位置，以使SiO2的蒸氣以20度 80度的角度相對于微細凹凸結構體20的表面與其接觸。采用以上方式制成了實施例I的防反射光學元件。實施例2在實施例2中，將由株式會社OHARA制造的光學玻璃(商品名S_LAH55(nd =
I.83))制成的玻璃透鏡用作光學元件主體10。然后，在光學元件主體10的光學表面11上，按照以下順序形成由表I所示的4層(第I層 第4層)組成的光學薄膜50之后，在該光學薄膜50上形成由PMMA樹脂制成的微細凹凸結構體20。其后，作為無機類的透光性材料將SiO2作為成膜材料，按照下述順序，以覆蓋層30覆蓋微細凹凸結構體20的外側。具體而言，按照下述方法來制造實施例2的防反射光學元件。首先，在作為光學元件主體10的S-LAH55制的玻璃透鏡上，采用真空蒸鍍法形成Al2O3膜作為第I層。然后，在第I層的表面上，同樣地采用真空蒸鍍法形成Zr02+Ti02膜。與第I層和第2層同樣地，作為第3層形成Al2O3膜，作為第4層形成Zr02+Ti02膜。接著，在第4層的表面上通過旋涂形成PMMA膜。然后，對由光學薄膜50和PMMA膜形成的的玻璃透鏡的光學表面11，與實施例I同樣地進行等離子蝕刻，所述光學薄膜50是光學元件主體10的光學表面11上形成的、由第I層 第4層組成的光學薄膜50。通過以上工序，形成凸部21頂端的間距寬度p為50nm 150nm左右，凸部21的高度h為50nm 120nm左右的微細凹凸結構體20。其后，將形成了微細凹凸結構體20的光學表面11作為成膜面，如圖4所示，在行星旋轉型的旋轉基板保持臺上安裝該玻璃透鏡。然后，使用真空蒸鍍裝置ARES1510 (Leybold Optics),通過真空蒸鍍將SiO2成膜至石英晶體微量天平進行測定下為20nm的厚度。此時，以支柱軸相對于公轉旋轉臺形成50度的傾斜角度的方式來設定玻璃透、鏡相對于行星旋轉型的基板支持保持臺的安裝位置。采用以上方式制成了實施例2的防反
射光學兀件。在以下的表I中示出按照實施例2制造的防反射光學元件的膜構成和膜厚。表I
權利要求
1.ー種防反射光學元件，其是在光學元件主體的光學表面上設置有抑制入射光的反射的微細凹凸結構體的防反射光學元件，其特征在干， 具有覆蓋該微細凹凸結構體的外側的、由透光性材料形成的覆蓋層， 以在該覆蓋層與該微細凹凸結構體的凹部之間設置了空隙的狀態(tài)，由該覆蓋層覆蓋該微細凹凸結構體的凸部頂端。
2.如權利要求I所述的防反射光學元件，其特征在干， 該微細凹凸結構體采用樹脂材料形成， 該微細凹凸結構體的凸部頂端，按照200nm以下的間距寬度相互鄰接。
3.如權利要求I或2所述的防反射光學元件，其特征在干， 上述覆蓋層的折射率為I. 15以上2. 35以下。
4.如權利要求I 3中任一項所述的防反射光學兀件,其特征在于， 上述覆蓋層，是將上述透光性材料用作成膜材料，并作為由含有空孔的上述透光性材料構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.如權利要求I 4中任一項所述的防反射光學兀件,其特征在于， 上述覆蓋層的膜厚為5nm以上50nm以下。
6.如權利要求I 5中任一項所述的防反射光學兀件,其特征在于， 上述微細凹凸結構體，經由單層或多層構成的光學薄膜設置在上述光學元件主體的光學表面上。
7.如權利要求I 6中任一項所述的防反射光學兀件,其特征在于， 上述覆蓋層，通過在使光學元件主體進行圓頂旋轉或行星旋轉的同時，以物理氣相沉積法使透光性材料在上述微細凹凸結構體的凸部頂端上成膜而成。
8.ー種防反射光學元件，其是在光學元件主體的光學表面上設置有抑制入射光的反射的微細凹凸結構體的防反射光學元件，其特征在干， 上述微細凹凸結構體，經由單層或多層構成的光學薄膜設置在上述光學元件主體的光學表面上， 具有覆蓋該微細凹凸結構體的外側的、由透光性材料形成的覆蓋層， 以在該覆蓋層與該微細凹凸結構體的凹部之間設置了空隙的狀態(tài)，通過該覆蓋層覆蓋該微細凹凸結構體的凸部頂端。
9.ー種防反射光學元件的制造方法，其是制造如權利要求I 7中任一項所述的防反射光學元件的方法，其特征在干， 上述覆蓋層，通過在使光學元件主體圓頂旋轉或行星旋轉的同時，以物理氣相沉積法使透光性材料在上述微細凹凸結構體的凸部頂端上成膜而成。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供不但能夠維持微細凹凸結構體的防反射性能，并且耐高溫高濕環(huán)境性和耐擦傷性優(yōu)良的防反射光學元件。為了解決上述課題，采用在光學元件主體(10)的光學表面(11)上設置抑制入射光的反射的微細凹凸結構體(20)的防反射光學元件(1)，其特征在于，具有覆蓋微細凹凸結構體(20)的外側的、由透光性材料形成的覆蓋層(30)，并以在該覆蓋層(30)與該微細凹凸結構體(20)的凹部(22)之間設置了空隙(40)的狀態(tài)，由該覆蓋層(30)覆蓋該微細凹凸結構體(20)的凸部(21)的頂端。
文檔編號B32B27/06GK102681044SQ20121006579
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權日2011年3月11日
發(fā)明者國定照房, 宮原正明, 澀谷穰 申請人:株式會社騰龍