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JP7560264B2 - Optical layer, optical member and optical device - Google Patents

Optical layer, optical member and optical device Download PDF

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JP7560264B2
JP7560264B2 JP2020064151A JP2020064151A JP7560264B2 JP 7560264 B2 JP7560264 B2 JP 7560264B2 JP 2020064151 A JP2020064151 A JP 2020064151A JP 2020064151 A JP2020064151 A JP 2020064151A JP 7560264 B2 JP7560264 B2 JP 7560264B2
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Description

本発明は、反射防止や、特定の波長領域をカットするために光の干渉条件を利用する光学層、光学層を形成した光学フィルタ、レンズ等の光学部材及び光学部材を透過した光を撮像するカメラ等の光学装置に関する。 The present invention relates to optical layers that utilize the interference conditions of light to prevent reflection or cut off specific wavelength ranges, optical filters that form optical layers, optical members such as lenses, and optical devices such as cameras that capture images of light that has passed through optical members.

従来から、光学フィルタやレンズなどの光学部材には、薄膜の光干渉を利用して反射防止や赤外カットなどの機能をもたせた光学膜が知られている。また、撮像素子を含むカメラなどの光学装置には、これらの光学膜をレンズなどの基板に形成した光学部材が組み込まれており、光学部材によって光学装置内で発生する反射によるゴースト・フレアや、撮像素子に不要な光が入射することによる画質劣化を抑制している。 Conventionally, optical components such as optical filters and lenses have been known to have optical films that utilize the optical interference of thin films to provide functions such as anti-reflection and infrared blocking. Optical devices such as cameras that include image sensors incorporate optical components with these optical films formed on substrates such as lenses, and the optical components suppress ghosts and flares caused by reflections that occur within the optical device, as well as image degradation caused by unnecessary light entering the image sensor.

曲率を有するレンズ基板や合成樹脂基板へ光学膜を形成する場合、原子層堆積法:ALD(Atomic Layer Deposition)を用いることで、形状追従性が良好で、ガスバリア性の高い膜が形成できることが知られている。特許文献1では、光学特性に関する物性値が異なる分子層をALDによって積層し、複合的な光学特性を有する薄膜を作製し、これを更に積層することで光学多層膜を形成する技術が開示されている。 When forming an optical film on a lens substrate or a synthetic resin substrate with a curvature, it is known that the use of atomic layer deposition (ALD) can form a film with good shape conformability and high gas barrier properties. Patent Document 1 discloses a technology in which molecular layers with different physical property values related to optical properties are laminated by ALD to produce a thin film with complex optical properties, and this is further laminated to form an optical multilayer film.

特開2004-176081号公報JP 2004-176081 A

しかしながら、特許文献1に記載の光学多層膜では、薄膜中の応力が大きくなりクラックや剥離が発生する可能性があった。 However, in the optical multilayer film described in Patent Document 1, the stress in the thin film increases, which can lead to cracks and peeling.

上記課題を解決するために、本発明の光学層は、総体としての光学膜厚が所定の波長に対する干渉条件を満たす光学層であって、前記光学層は、前記光学層の屈折率として主に寄与する物理膜厚が4nm以下の第1の薄膜層と、前記第1の薄膜層に隣接して設けられ、前記第1の薄膜層の内部応力に対して、反対の内部応力を有する第2の薄膜層と、を有し、前記第2の薄膜層の光学膜厚は、前記所定の波長に対して光干渉が発現しない光学膜厚であり、前記光学層と前記第1の薄膜層との屈折率差が、±3%以下であり、前記光学層は、所定の膜厚比に従う前記第1の薄膜層と前記第2の薄膜層とのセットの繰りかえしで構成されることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the optical layer of the present invention is an optical layer whose overall optical thickness satisfies an interference condition for a predetermined wavelength, the optical layer comprising: a first thin film layer having a physical thickness of 4 nm or less that mainly contributes to the refractive index of the optical layer; and a second thin film layer disposed adjacent to the first thin film layer and having an internal stress opposite to that of the first thin film layer, the optical thickness of the second thin film layer being an optical thickness at which no optical interference occurs for the predetermined wavelength, a refractive index difference between the optical layer and the first thin film layer being ±3% or less, and the optical layer being configured by a repetition of a set of the first thin film layer and the second thin film layer according to a predetermined thickness ratio.

本発明によると、光学層の屈折率として主に寄与する第1の薄膜層の応力を緩和し、光学膜設計や光学特性に大きな影響を与えることなく、クラックや剥離が発生する可能性を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the stress of the first thin film layer, which mainly contributes to the refractive index of the optical layer, and reduce the possibility of cracks or peeling without significantly affecting the optical film design or optical properties.

本発明に係る光学層及び光学部材の断面図。1 is a cross-sectional view of an optical layer and an optical member according to the present invention. 本発明に係る光学層の構成例Configuration examples of optical layers according to the present invention 本発明に係る光学層の構成例Configuration examples of optical layers according to the present invention 実施例1に係る光学層及び光学部材の断面図1 is a cross-sectional view of an optical layer and an optical member according to Example 1. 実施例2に係る光学層及び光学部材の断面図1 is a cross-sectional view of an optical layer and an optical member according to Example 2. 実施例3に係る光学膜及び光学部材の断面図11 is a cross-sectional view of an optical film and an optical member according to a third embodiment. 実施例4に係る光学膜及び光学部材の断面図1 is a cross-sectional view of an optical film and an optical member according to a fourth embodiment of the present invention; 本発明に係る光学装置Optical device according to the present invention

図を基に本発明の実施形態について説明する。 The embodiment of the present invention will be explained with reference to the figure.

図1に本発明に係る光学層及び光学部材の光軸を通る面で切った断面図を示す。図1(a)の光学層2を部分拡大した図を図1(b)に示す。本発明の光学層2は主に光学層2の屈折率に寄与する主材料薄膜(第1の薄膜層)3と主材料薄膜と相反する応力を持つ分子層(第2の薄膜層)4を積層した構成となっており、光学層は光干渉が発現する膜厚となっている。ここで、分子層4は光の干渉が発現しない膜厚に成膜されており、主材料薄膜3と分子層4との間で光の干渉が発現することはない。本発明の光学部材は、基板上に1層以上の光学層2が形成された構成となっている。 Figure 1 shows a cross-sectional view of the optical layer and optical member of the present invention cut along a plane passing through the optical axis. Figure 1(b) shows a partially enlarged view of the optical layer 2 of Figure 1(a). The optical layer 2 of the present invention is configured by laminating a main material thin film (first thin film layer) 3 that mainly contributes to the refractive index of the optical layer 2 and a molecular layer (second thin film layer) 4 that has a stress opposite to that of the main material thin film, and the optical layer has a thickness that causes optical interference. Here, the molecular layer 4 is formed to a thickness that does not cause optical interference, and optical interference does not occur between the main material thin film 3 and the molecular layer 4. The optical member of the present invention is configured by forming one or more optical layers 2 on a substrate.

なお、図1では、光学層1層で光学部材6としているが、光学層2と屈折率の異なる他の光学層を積層した光学膜としてもよい。ここで、他の光学層は単一の材料からなる層であってもよい。すなわち、本発明における光学膜において、少なくとも1つの光学層が、主材料薄膜(第1の薄膜層)3と主材料薄膜と相反する応力を持つ分子層(第2の薄膜層)4を積層した構成となっている。また、光学膜は同じ材料の組合せからなる複数の光学層を有していてもよいし、異なる材料の組合せからなる光学層を有していてもよい。 In FIG. 1, the optical member 6 is one optical layer, but the optical film may be formed by laminating another optical layer having a different refractive index from the optical layer 2. Here, the other optical layer may be a layer made of a single material. That is, in the optical film of the present invention, at least one optical layer is configured by laminating a main material thin film (first thin film layer) 3 and a molecular layer (second thin film layer) 4 having a stress opposite to that of the main material thin film. In addition, the optical film may have multiple optical layers made of the same combination of materials, or may have optical layers made of different combinations of materials.

(光学層)
光学層2について説明する。本発明の光学層2は、主材料薄膜3と主材料薄膜と相反する応力を有する分子層4からなり、光学的に有意な膜厚を有する。光学的に有意な膜厚とは、対象波長において光干渉が発現する膜厚を指す。光学層2を形成する分子層4は、光干渉が発現しない膜厚に制御されており、ALDによって形成される。光学部材6に反射防止や赤外カットなどの機能を持たせるには、光学層2は、より低屈折率あるいは高屈折率であることが好ましい。例えば、単層でAR機能を持たせる場合、光学層2は極力屈折率が低いことが好ましい。
(Optical Layer)
The optical layer 2 will be described. The optical layer 2 of the present invention is composed of a main material thin film 3 and a molecular layer 4 having a stress opposite to that of the main material thin film, and has an optically significant film thickness. The optically significant film thickness refers to a film thickness at which optical interference occurs at the target wavelength. The molecular layer 4 forming the optical layer 2 is controlled to a film thickness at which optical interference does not occur, and is formed by ALD. In order to provide the optical member 6 with functions such as anti-reflection and infrared cut, it is preferable that the optical layer 2 has a lower or higher refractive index. For example, when providing an AR function with a single layer, it is preferable that the optical layer 2 has a refractive index as low as possible.

また、後述の光学層を含む光学膜では、屈折率差の大きい層を積層すること、つまり低屈折率層と高屈折率層の積層が好ましい。すなわち、低屈折率層又は高屈折率層として光学層を用いるときは、主材料薄膜2の屈折率を著しく高くあるいは低くしないような膜厚で分子層4を設けることが好ましい。このことより、光学層2を形成する主材料薄膜3と分子層4との屈折率は極力近いことが好ましく、例えば0.5以下、更には0.2以下あることがより好ましい。 In addition, in an optical film including an optical layer described below, it is preferable to stack layers with a large difference in refractive index, that is, a stack of a low refractive index layer and a high refractive index layer. In other words, when an optical layer is used as a low refractive index layer or a high refractive index layer, it is preferable to provide the molecular layer 4 with a thickness that does not significantly increase or decrease the refractive index of the main material thin film 2. For this reason, it is preferable that the refractive indexes of the main material thin film 3 and the molecular layer 4 that form the optical layer 2 are as close as possible, for example, 0.5 or less, and more preferably 0.2 or less.

ここで、光学層2の屈折率nは、光学層2の膜厚をD、主材料薄膜3の屈折率と総膜厚をそれぞれnM、ΣdM、分子層4の屈折率と総膜厚をそれぞれnA、ΣdA、とした時、以下の式(1)で示される値とみなすことができる。この時、主材料薄膜3の屈折率と光学層2の屈折率差は式(2)で表される範囲であることが好ましい。主材料薄膜3の屈折率と光学層2の屈折率差が式(2)を満たすレベルの差であれば、光学設計に大きな影響を与えることなく、光学層2の応力を緩和することができる。なお、本発明において屈折率は特に断りが無い限り光波長550nmにおける値である。 Here, the refractive index n of the optical layer 2 can be considered to be a value shown by the following formula (1) when the thickness of the optical layer 2 is D, the refractive index and total thickness of the main material thin film 3 are nM and ΣdM, respectively, and the refractive index and total thickness of the molecular layer 4 are nA and ΣdA, respectively. At this time, it is preferable that the difference in refractive index between the main material thin film 3 and the optical layer 2 is within the range expressed by formula (2). If the difference in refractive index between the main material thin film 3 and the optical layer 2 is at a level that satisfies formula (2), the stress of the optical layer 2 can be alleviated without significantly affecting the optical design. In addition, in the present invention, the refractive index is a value at a light wavelength of 550 nm unless otherwise specified.

Figure 0007560264000001
Figure 0007560264000001

-3% ≦ 100×(n - nM)/nM ≦ 3% (2) -3% ≦ 100×(n - nM)/nM ≦ 3% (2)

分子層4の厚みは、1分子分の厚み、材質にもよるが例えば0.05nm以上であることが好ましい。また、光干渉を発現せず、光学層2の光学特性が、主材料薄膜3の光学特性から大きく離れないように、光学層2中の分子層4が占める膜厚は1/3以下であること、更には1/5以下であることがより好ましい。 The thickness of the molecular layer 4 is the thickness of one molecule, and although it depends on the material, it is preferable that it is, for example, 0.05 nm or more. Furthermore, in order not to exhibit optical interference and so that the optical properties of the optical layer 2 do not deviate significantly from the optical properties of the main material thin film 3, it is more preferable that the film thickness occupied by the molecular layer 4 in the optical layer 2 is 1/3 or less, and even more preferably 1/5 or less.

光学層2は複数の主材料薄膜3及び分子層4から成り、膜厚方向異なる位置に配置された主材料薄膜3のそれぞれの膜厚が同じでもよいし、異なっていてもよく、異なる位置に配置された分子層4のそれぞれの膜厚が同じでもよいし、異なっていてもよい。光学層成膜中の応力を考慮すると、主材料薄膜3に極端に厚い層が無い方が好ましく、少なくとも主材料薄膜3は略均一な膜厚で構成されることがより好ましい。すなわち、光学層2を形成する主材料薄膜3の1層当たりの厚みdMと同じく分子層4の厚みdAの組合せを1セットとしたとき、このセットを光学層が所望の膜厚となるように複数回繰返し成形することが好ましい。このとき、光学層2は、基板1に最初に形成される材料は、主材料薄膜3から形成されていてもよいし、分子層4から形成されていてもよい。 The optical layer 2 is composed of a plurality of main material thin films 3 and molecular layers 4, and the thicknesses of the main material thin films 3 arranged at different positions in the thickness direction may be the same or different, and the thicknesses of the molecular layers 4 arranged at different positions may be the same or different. Considering the stress during the formation of the optical layer, it is preferable that the main material thin film 3 does not have an extremely thick layer, and it is more preferable that at least the main material thin film 3 is composed of a substantially uniform thickness. In other words, when a combination of the thickness dM per layer of the main material thin film 3 forming the optical layer 2 and the thickness dA of the molecular layer 4 is considered as one set, it is preferable to repeatedly mold this set multiple times so that the optical layer has a desired thickness. At this time, the material of the optical layer 2 that is initially formed on the substrate 1 may be formed from the main material thin film 3 or the molecular layer 4.

一方、後述するように、他の光学層あるいは他の光学層と組合せて、光学膜を形成する場合は、光学膜全体や光学層を形成するまでの応力バランスを鑑み、光学層2の主材料薄膜3と分子層4との膜厚バランスを調整してもよい。 On the other hand, as described below, when forming an optical film by combining with other optical layers or other optical layers, the film thickness balance between the main material thin film 3 and the molecular layer 4 of the optical layer 2 may be adjusted in consideration of the stress balance until the entire optical film or optical layers are formed.

例えば、光学層形成前に、主材料薄膜3の膜応力に対して、反対の内部応力を有する他の光学層が形成されている場合、形成する光学層2の主材料薄膜3(圧縮応力)は、図2に示すように直下の光学層若しくは光学層から遠ざかるに従って主材料薄膜3の膜厚が連続的あるいは段階的に薄くなる領域を有していてもよい。 For example, if another optical layer having an opposite internal stress to the film stress of the main material thin film 3 is formed before the optical layer is formed, the main material thin film 3 (compressive stress) of the optical layer 2 to be formed may have a region in which the thickness of the main material thin film 3 becomes thinner continuously or stepwise with increasing distance from the optical layer directly below or from the optical layer, as shown in FIG. 2.

図2(a)に光学層2を部分拡大した図を示し、図2(b)に各層に対応する膜厚を示す。図2(b)の縦軸は、各層までに積層された膜厚を示し、光学層2の最表部にdMnの厚さの主材料薄膜3が成膜されると膜厚がDになる。すなわち、光学層2の成膜初期で、直下の光学層あるいは光学層2の応力を極力緩和するように成膜してもよい。このとき、光学層2を形成する分子層4の厚みは均一でもよいし、主材料薄膜3と同様に直下の光学層若しくは光学層から遠ざかるに従って薄くなってもよいし、反対に光干渉が発現しない範囲で厚くなってもよい。 Figure 2(a) shows a partially enlarged view of the optical layer 2, and Figure 2(b) shows the film thickness corresponding to each layer. The vertical axis of Figure 2(b) shows the film thickness of each layer stacked up to that point, and when the main material thin film 3 with a thickness of dMn is formed on the outermost part of the optical layer 2, the film thickness becomes D. In other words, in the initial stage of film formation of the optical layer 2, the film may be formed so as to relieve the stress of the optical layer or optical layer 2 directly below as much as possible. At this time, the thickness of the molecular layer 4 forming the optical layer 2 may be uniform, or may become thinner as it moves away from the optical layer or optical layer directly below, like the main material thin film 3, or may become thicker as long as optical interference does not occur.

また、直下の光学層若しくは光学層から遠ざかるにつれて、連続的あるいは段階的に膜厚が厚くなる領域を有していてもよい。図3(a)に光学層2の部分拡大した図を示し、図3(b)に各層に対応する膜厚を示す。図3(b)の縦軸は、各層までに積層された膜厚を示し、光学層2の最表部にdMnの厚さの主材料薄膜3が成膜されると光学層2の膜厚がDになる。 Also, there may be a region in which the film thickness increases continuously or stepwise as it moves away from the optical layer directly below or from the optical layer. FIG. 3(a) shows an enlarged view of a portion of the optical layer 2, and FIG. 3(b) shows the film thickness corresponding to each layer. The vertical axis of FIG. 3(b) shows the film thickness of the layers stacked up to each layer, and when a thin film of main material 3 with a thickness of dMn is formed on the outermost part of the optical layer 2, the film thickness of the optical layer 2 becomes D.

図3に示すように、直下の光学層若しくは光学層から遠ざかるに従って主材料薄膜3の膜厚が連続的あるいは段階的に薄くなる領域と厚くなる領域を組合せることで、直下の光学層の応力を光学層の初期で緩和する一方、光学層2の成形後期では主材料薄膜3の持つ応力によって光学層2の応力が急激に大きくならないように形成することができる。 As shown in FIG. 3, by combining regions in which the thickness of the main material thin film 3 decreases continuously or stepwise with increasing distance from the optical layer directly below or from the optical layer, the stress of the optical layer directly below can be alleviated in the early stages of the optical layer, while the stress of the main material thin film 3 in the optical layer 2 does not suddenly increase in the later stages of molding.

本実施例において、光学層2を形成する主材料薄膜3は、例えばMgF、SiO、Al、MgO、HfO、ZrO、LaTi(LaTiO)、Si、Ta、Nb、TiO等、既知の様々な材料を使用することができる。分子層4はALDで成膜可能な既知の材料、MgF、SiO、Al、MgO、HfO、ZrO、Si、Ta、Nb、TiO等を主材料薄膜3に合わせて適宜選択することができる。なお、光学膜として多少の光吸収が許容できるのであれば、分子層4としてAl、Mg、Si、Tiなどの金属原子を用いてもよい。金属原子層は、その酸化・窒化層などと比較し、延性があり応力緩和という観点で好適である。なお、金属化合物層と、分子層と同様な厚みを持つ金属単体の原子層を混在させて形成してもよい。 In this embodiment, the main material thin film 3 forming the optical layer 2 can be made of various known materials such as MgF2 , SiO2 , Al2O3 , MgO, HfO2 , ZrO2 , La2Ti2O7 ( LaTiO3 ) , Si3N4, Ta2O5 , Nb2O5 , TiO2 , etc. The molecular layer 4 can be made of known materials that can be formed by ALD, such as MgF2 , SiO2 , Al2O3 , MgO , HfO2 , ZrO2 , Si3N4 , Ta2O5 , Nb2O5 , TiO2 , etc. , that are appropriately selected according to the main material thin film 3. If some light absorption is acceptable as an optical film, metal atoms such as Al, Mg, Si, and Ti may be used for the molecular layer 4. Metal atomic layers are preferable in terms of ductility and stress relaxation compared to their oxide/nitride layers. A metal compound layer and an atomic layer of a metal element having a thickness similar to that of the molecular layer may be mixed to form the molecular layer.

本発明において、光学層2を形成する主材料薄膜3は既知の成膜手法、例えば真空蒸着、イオンアシスト法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの物理蒸着法、CVD(Chemical Vapor Deposition)、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)、サーマルALD、PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)などの化学蒸着法を用いて形成することができるが、前述の通り、分子層4がALD法で成膜されることを考慮すると、化学蒸着法を選択することが製造プロセス上好ましい。 In the present invention, the main material thin film 3 forming the optical layer 2 can be formed using known film formation techniques, such as physical vapor deposition techniques such as vacuum deposition, ion-assisted deposition, ion plating, and sputtering, and chemical vapor deposition techniques such as CVD (Chemical Vapor Deposition), PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), thermal ALD, and PEALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition). However, as mentioned above, considering that the molecular layer 4 is formed by the ALD method, it is preferable to select the chemical vapor deposition method in terms of the manufacturing process.

(光学膜)
本発明において光学膜とは、少なくとも光学層2を含む複数の層からなる光学的機能を有する膜である。光学機能を有する膜とは、例えばマルチAR膜、赤外カット膜などのカット膜、バンドパス膜、ミラー膜などを指す。これらは屈折率の異なる光学層の光干渉によって所望の分光特性を得ている。
(Optical film)
In the present invention, the optical film is a film having an optical function, which is composed of a plurality of layers including at least the optical layer 2. The film having an optical function refers to, for example, a cut film such as a multi-AR film or an infrared cut film, a bandpass film, a mirror film, etc. These films obtain the desired spectral characteristics by the optical interference of optical layers having different refractive indices.

例えば、マルチAR膜において光学膜を説明する。マルチAR膜では、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層することで、所望の波長領域において低反射を実現している。マルチAR膜の様に光学層を積層する場合、MgF、SiO、Al、MgO、HfO、ZrO、LaTi(LaTiO)、Si、Ta、Nb、TiO等が使用できるが、光学膜全体の応力が極力小さくなるように、低屈折率層と高屈折率層とで互いに異なる方向に応力を持つ材料を選択することが好ましい。例えば、低屈折率材料として圧縮応力を持つSiO、高屈折率材料として引張応力を持つTiOを選択するのが、相反する応力を持ち且つ屈折率差が大きいため好適である。屈折率差が大きいと、所望の分光特性を得るのに必要な積層数(膜厚)を減らすことができ、クラック抑制に寄与する。 For example, the optical film will be described in the case of a multi-AR film. In the multi-AR film, low-refractive index layers and high-refractive index layers are alternately stacked to realize low reflection in a desired wavelength region. When stacking optical layers like a multi-AR film, MgF 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, HfO 2 , ZrO 2 , La 2 Ti 2 O 7 (LaTiO 3 ), Si 3 N 4 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , TiO 2 and the like can be used, but it is preferable to select materials that have stress in different directions for the low-refractive index layer and the high-refractive index layer so that the stress of the entire optical film is as small as possible. For example, it is preferable to select SiO 2 with compressive stress as a low-refractive index material and TiO 2 with tensile stress as a high-refractive index material because they have opposing stresses and have a large refractive index difference. If the refractive index difference is large, the number of layers (film thickness) required to obtain the desired spectral characteristics can be reduced, which contributes to suppressing cracks.

例えば、合成樹脂性レンズを基板として、マルチAR膜を形成する場合、4~12層の構成であることが好ましく、更には6~10層構成であることがより好ましい。マルチAR膜などの積層体は、積層数が増えるほどガスバリア性能が高くなる傾向がある。 For example, when forming a multi-AR film using a synthetic resin lens as a substrate, it is preferable that the film has a structure of 4 to 12 layers, and more preferably a structure of 6 to 10 layers. Multi-AR films and other laminates tend to have higher gas barrier performance as the number of layers increases.

これは、仮に積層体を形成する層に欠陥があっても、積層された層間で同じ領域に欠陥が無ければ合成樹脂基板に酸素や水蒸気などのガスが到達し難くなるためである。すなわち積層数が多い方が、マルチAR膜を形成する層に微小な膜欠陥が生じた場合にも合成樹脂の黄変などの変質を抑制しやすい。一方で、積層数を増やし過ぎると、特に合成樹脂レンズ基板を用いたとき、膜応力によってマルチAR膜にクラックが入りやすくなってしまう。ここでいう積層数とは、光干渉を発現する光学層あるいは光学層の積層数を指す。マルチAR膜の膜厚は、200nm以上600nm以下程度であることが好ましく、250nm以上500nm以下であることが更に好ましい。膜厚が薄すぎると、薄膜の干渉効果による十分な低反射化が難しくなると共にマルチAR膜によるガスバリア効果が小さくなる。反対に、膜厚が厚すぎるとクラックが発生しやすくなる。更には、光学層若しくは光学層は、最表層を除いて80nm以下、更には50nm以下であることが好ましい。各層の膜厚が厚すぎると、その層の応力が大きくなり過ぎ、特に合成樹脂レンズ基板に成膜した場合、クラックや剥離が発生する虞がある。一方、最表層は反射防止のため、対象波長λにおいて光学膜厚が略λ/4となるように形成される。 This is because, even if there is a defect in the layer forming the laminate, if there is no defect in the same region between the laminated layers, gases such as oxygen and water vapor will not easily reach the synthetic resin substrate. In other words, the more the number of layers, the easier it is to suppress deterioration such as yellowing of the synthetic resin even if a minute film defect occurs in the layer forming the multi-AR film. On the other hand, if the number of layers is increased too much, the multi-AR film is more likely to crack due to film stress, especially when a synthetic resin lens substrate is used. The number of layers here refers to the optical layer or the number of layers of optical layers that exhibit optical interference. The film thickness of the multi-AR film is preferably about 200 nm or more and 600 nm or less, and more preferably 250 nm or more and 500 nm or less. If the film thickness is too thin, it becomes difficult to sufficiently reduce reflection due to the interference effect of the thin film, and the gas barrier effect of the multi-AR film becomes small. On the other hand, if the film thickness is too thick, cracks are more likely to occur. Furthermore, it is preferable that the optical layer or optical layer is 80 nm or less, and more preferably 50 nm or less, except for the outermost layer. If each layer is too thick, the stress in that layer will be too great, and there is a risk of cracking or peeling, especially when the layer is formed on a synthetic resin lens substrate. On the other hand, the outermost layer is formed so that its optical thickness is approximately λ/4 at the target wavelength λ in order to prevent reflection.

ここでは、合成樹脂レンズ基板にマルチAR膜を形成する場合の好適な条件を記載したが、光学膜に合わせて適宜好適な条件を選択してもよい。例えば、ガラス製基板(レンズを含む)や曲面を有しない合成樹脂基板などに赤外カット膜の様に光学特性を得るために多積層・膜厚を必要とする光学膜を形成する場合は、クラックが発生しない程度に積層数・膜厚を適宜決定すればよい。 Here, we have described the preferred conditions for forming a multi-AR film on a synthetic resin lens substrate, but suitable conditions may be selected as appropriate for the optical film. For example, when forming an optical film that requires multiple layers and film thickness to obtain optical properties, such as an infrared cut film, on a glass substrate (including lenses) or a synthetic resin substrate that does not have a curved surface, the number of layers and film thickness may be appropriately determined so that cracks do not occur.

(基板)
本発明に係る光学層及び光学膜を基板1に形成して光学部材6とすることができる。基板1としては、例えばガラスや水晶などの無機材料からなる基板や、ポリエステル系、オレフィン系、ポリエーテル系、アクリル系、スチレン系、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PES(ポリエーテルスルホン)系、ポリスルホン系、PEN(ポリエチレンナフタレート)系、PC(ポリカーボネート)系、及びポリイミド系などの様々な合成樹脂基板を使用することができる。更に、有機-無機ハイブリッド材料からなる基板、例えばシルセスキオキサン骨格を有する基板などを用いてもよい。また、必要に応じて基板1としてレンズを用いることもできる。レンズもガラスや合成樹脂など様々な材料を使用できる。合成樹脂性のレンズとしては、成形性や屈折率特性などからオレフィン系、PC系、アクリル系、スチレン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、などが好適に使用できる。その他に芳香族デンドリマー状の多分岐構造を持つ多官能反応性ポリマーなどの熱・光硬化性樹脂を用いてもよい。合成樹脂基板はガラスなどと比較すると、柔軟で軽く、加工性が良いが、熱による変形や変質を起こしやすい。このため、合成樹脂基板としては、高耐熱性(高ガラス転移温度Tg)を有していること、例えばガラス転移温度Tgが120℃以上であることが好ましく、140℃以上であることが更に好ましい。更には吸水による合成樹脂基板の変形を考慮すると、オレフィン系、特にシクロオレフィン系の材料が好適である。また、レンズなどでは高屈折率でアッベ数の小さい材料が求められることがある。この場合は、例えばPC系やフルオレン含有ポリエステル樹脂などが好適に使用できる。
(substrate)
The optical layer and optical film according to the present invention can be formed on a substrate 1 to form an optical member 6. As the substrate 1, for example, a substrate made of an inorganic material such as glass or quartz, or various synthetic resin substrates such as polyester, olefin, polyether, acrylic, styrene, PET (polyethylene terephthalate), PES (polyethersulfone), polysulfone, PEN (polyethylene naphthalate), PC (polycarbonate), and polyimide can be used. Furthermore, a substrate made of an organic-inorganic hybrid material, for example, a substrate having a silsesquioxane skeleton, may be used. Furthermore, a lens can be used as the substrate 1 as necessary. Various materials such as glass and synthetic resin can be used for the lens. As a synthetic resin lens, olefin, PC, acrylic, styrene, polyester, polyurethane, etc. can be suitably used in view of moldability and refractive index characteristics. In addition, a thermo- or photo-curable resin such as a multifunctional reactive polymer having an aromatic dendrimer-like multi-branched structure may be used. A synthetic resin substrate is flexible, light, and has good processability compared to glass, but is prone to deformation and deterioration due to heat. For this reason, the synthetic resin substrate should have high heat resistance (high glass transition temperature Tg), for example, the glass transition temperature Tg is preferably 120° C. or higher, more preferably 140° C. or higher. Furthermore, in consideration of deformation of the synthetic resin substrate due to water absorption, olefin-based, especially cycloolefin-based materials are suitable. In addition, materials with high refractive index and small Abbe number are sometimes required for lenses, etc. In this case, for example, PC-based or fluorene-containing polyester resins can be preferably used.

本発明の光学部材6をレンズとして、例えば車載カメラや監視カメラなど、使用温度範囲が広い用途に搭載する場合は、合成樹脂基材は温度による屈折率変化が小さいことが好ましい。例えば、e線において0℃における屈折率と80℃における屈折率の差が0.8%以下であることが好ましく、0.6%以下であることがより好ましい。また、高温による光学特性変化、すなわち黄変(ΔYI)が小さいことが好ましく、例えば120℃ 1500時間における黄変度(YI:イエローインデックス)と初期YIとの差であるΔYIの値が10以下であることが好ましく、更には8以下であることがより好ましい。なお、合成樹脂基板の透過率は可視光波長(400-700nm)において80%以上であり、120℃1500時間における可視光波長における透過率が60%以上であることが好ましい。 When the optical member 6 of the present invention is used as a lens in applications with a wide operating temperature range, such as in-vehicle cameras and surveillance cameras, it is preferable that the synthetic resin substrate has a small change in refractive index due to temperature. For example, the difference in refractive index at e-line between 0°C and 80°C is preferably 0.8% or less, more preferably 0.6% or less. In addition, it is preferable that the change in optical properties due to high temperatures, i.e., yellowing (ΔYI), is small, and for example, the value of ΔYI, which is the difference between the yellowing index (YI: yellow index) at 120°C for 1500 hours and the initial YI, is preferably 10 or less, and more preferably 8 or less. In addition, the transmittance of the synthetic resin substrate is 80% or more at visible light wavelengths (400-700 nm), and it is preferable that the transmittance at visible light wavelengths at 120°C for 1500 hours is 60% or more.

レンズユニットなどの様に、複数の基板を同一光学装置に使用する場合、収差などの光学特性調整のため、屈折率やアッベ数の異なる複数の基板1を用いることもできる。 When multiple substrates are used in the same optical device, such as a lens unit, multiple substrates 1 with different refractive indices and Abbe numbers can be used to adjust optical properties such as aberration.

基板1を樹脂レンズとする場合は、例えば射出成形法で成形することができる。具体的には、固定側鏡面駒および可動側鏡面駒を突き合わせて形成されるレンズ部や外周部、ゲート部などを含むキャビティに、ゲート部より樹脂材料を充填し、樹脂が固化したら金型を開き、基板を取り出す。最後に、ゲート部を切断する。このような方式で、ガラスでは加工が難しい非球面レンズや高曲率レンズも比較的容易に作製することができる。なお、基板の成形は射出成型法に限らず、射出圧縮成型法や注型重合法など既知の様々な方法を用いることができる。 When the substrate 1 is a resin lens, it can be molded, for example, by injection molding. Specifically, a cavity formed by butting the fixed mirror piece and the movable mirror piece together, which includes the lens section, outer periphery, gate section, etc., is filled with resin material through the gate section, and once the resin has solidified, the mold is opened and the substrate is removed. Finally, the gate section is cut off. With this method, aspheric lenses and high curvature lenses, which are difficult to process using glass, can be made relatively easily. Note that the molding of the substrate is not limited to injection molding, and various other known methods such as injection compression molding and cast polymerization can be used.

合成樹脂基板を用いる場合は、成形による内部応力解放や基板が吸着した水分を除去することを目的に、光学層及び光学膜を形成する前に、アニール処理を行うことが好ましい。アニール処理は、80℃~基板のTg以下程度、好ましくは基板のTgの15℃程度以下の温度で、0.5~24時間程度、より好ましくは1~12時間程度実施するのが好適である。 When using a synthetic resin substrate, it is preferable to perform an annealing treatment before forming the optical layer and optical film in order to release internal stress caused by molding and to remove moisture absorbed by the substrate. The annealing treatment is preferably performed at a temperature of 80°C to the Tg of the substrate, preferably at a temperature of about 15°C below the Tg of the substrate, for about 0.5 to 24 hours, more preferably 1 to 12 hours.

(製造方法)
本実施形態の光学層及び光学膜は例えばALDプロセスによって作製することができる。
(Production method)
The optical layers and optical films of the present embodiment can be fabricated, for example, by an ALD process.

ここでALDについて説明する。ALDはCVDと類似の気相薄膜形成法である。CVDでは反応チャンバー内に2種のプリカーサーを同時に導入し、反応生成物が基板に堆積していくのに対し、ALDは反応チャンバー内に同時に導入するプリカーサーは1種のみで、基板1に吸着したプリカーサー以外は、他のプリカーサーと化学反応することはなく、基板1の表面のみで反応生成物が形成される。このため、ALDは複雑な形状の基板1に対してもコンフォーマルな層を形成することができる。 Now let us explain ALD. ALD is a vapor phase thin film formation method similar to CVD. In CVD, two types of precursors are simultaneously introduced into the reaction chamber, and the reaction products are deposited on the substrate, whereas in ALD, only one type of precursor is simultaneously introduced into the reaction chamber, and the precursors other than the one adsorbed on the substrate 1 do not chemically react with other precursors, and reaction products are formed only on the surface of the substrate 1. For this reason, ALD can form conformal layers even on substrates 1 with complex shapes.

ALDの成膜プロセスに関して説明する。初めに、基板若しくはALD膜を成膜する面に後述の第一のプリカーサーが吸着できるサイト、例えばOH基を設ける。OH基を設けるには、例えばプラズマやUV/Oなどを用いてもよいし、例えば水分子をプリカーサーとして用いて、基板にOH基を吸着させてもよい。次に、形成する分子層3の原料ガスである第一のプリカーサーを基板に化学吸着させる。このとき、化学吸着できるのは基板のOH基が露出している箇所なので、吸着する第一のプリカーサーは基板の形状に関わらず成膜面に単分子層を形成する。次に、成膜面に吸着できなかった余剰の第一のプリカーサー及び第一のプリカーサーが成膜面に吸着する際に生成するガスをパージ(排除)する。 The ALD film formation process will be described. First, a site, for example, an OH group, to which a first precursor described later can be adsorbed is provided on a substrate or a surface on which an ALD film is to be formed. To provide the OH group, for example, plasma or UV/ O3 may be used, or water molecules may be used as a precursor to adsorb the OH group on the substrate. Next, the first precursor, which is a source gas of the molecular layer 3 to be formed, is chemically adsorbed on the substrate. At this time, since the chemical adsorption can be performed on the portion of the substrate where the OH group is exposed, the adsorbed first precursor forms a monolayer on the film formation surface regardless of the shape of the substrate. Next, the excess first precursor that could not be adsorbed on the film formation surface and the gas generated when the first precursor is adsorbed on the film formation surface are purged (removed).

そして成膜面に吸着された第一のプリカーサーを酸化・還元・窒化させる第二のプリカーサー若しくはラジカル・オゾン・プラズマを用いて、金属酸化物、金属、金属窒化物などの分子層を得る。このプロセスを繰り返し所望の膜厚を有する層を形成することができる。なお、各プリカーサー導入時にはキャリアーガスとしてN2やArなどを利用することができる。ALDは成膜面への単分子層の吸着により成膜が進行するため、基板の形状に影響を受けることなく、均一な膜厚で成膜することができ、例えば高曲率や非球面レンズなどへの成膜に好適に用いられる。更に、形成される層は単分子層なので、精密な膜厚制御が可能である。また更に、ALDは物理蒸着などとは異なり、単分子レベルの膜厚であっても層として形成されるため、膜欠陥が少なくガスバリア性の高い層が形成される。このため、基板に合成樹脂を用いる場合には、樹脂の酸化に起因する黄変、水分に起因する膨張や加水分解を抑制する効果が期待できる。 Then, a molecular layer of metal oxide, metal, metal nitride, etc. is obtained by using a second precursor or radical ozone plasma that oxidizes, reduces, and nitrides the first precursor adsorbed on the film formation surface. This process can be repeated to form a layer with a desired thickness. N2, Ar, etc. can be used as a carrier gas when introducing each precursor. Since ALD advances film formation by adsorption of a monomolecular layer to the film formation surface, it is possible to form a film with a uniform thickness without being affected by the shape of the substrate, and is suitable for film formation on, for example, high curvature or aspheric lenses. Furthermore, since the layer formed is a monomolecular layer, precise film thickness control is possible. Furthermore, unlike physical vapor deposition, ALD forms a layer even with a monomolecular level thickness, so a layer with few film defects and high gas barrier properties is formed. Therefore, when a synthetic resin is used for the substrate, it is expected to suppress yellowing due to oxidation of the resin, and expansion and hydrolysis due to moisture.

Al層を用いてALDによる分子層形成プロセスを詳細に説明する。先ず成膜面にプラズマを照射してOH基を設ける。次に第一のプリカーサーとしてTMA(トリメチルアルミ)を成膜チャンバー内に供給する。この時、式(1)若しくは(2)に示す反応が起きる。次に、余剰のTMA及び生成したCHをパージにより排除する。パージには不活性ガス、例えばN2やArなどが好適に用いられる。次に水分子を第二のプリカーサーとし成膜チャンバー内に供給する。この時、式(3)若しくは(4)に示す反応が起きる。更に余剰の水分子及び生成したCHをパージにより排除する。これらの工程を1サイクルとして、所望の膜厚となるようにサイクル数を繰り返す。なお、Alの場合、1サイクルでおよそ1Åの膜厚となる。 The molecular layer formation process by ALD using an Al 2 O 3 layer will be described in detail. First, the deposition surface is irradiated with plasma to provide OH groups. Next, TMA (trimethylaluminum) is supplied into the deposition chamber as a first precursor. At this time, the reaction shown in formula (1) or (2) occurs. Next, excess TMA and generated CH 4 are removed by purging. Inert gases such as N 2 and Ar are preferably used for purging. Next, water molecules are supplied into the deposition chamber as a second precursor. At this time, the reaction shown in formula (3) or (4) occurs. Furthermore, excess water molecules and generated CH 4 are removed by purging. These steps constitute one cycle, and the number of cycles is repeated to obtain a desired film thickness. In the case of Al 2 O 3 , the film thickness is approximately 1 Å in one cycle.

Al(CH + :OH → :O-Al(CH + CH (3)
Al(CH + 2:OH → :O-Al(CH) + 2CH (4)
Al(CH 3 ) 3 + :OH → :O-Al(CH 3 ) 2 + CH 4 (3)
Al(CH 3 ) 3 + 2:OH → :O-Al(CH 3 ) + 2CH 4 (4)

:O-Al(CH + 2HO → :Al-O-Al(OH) + 2CH (5)
:O-Al(CH) + HO → :Al-O-Al(OH) + CH (6)
:O-Al(CH 3 ) 2 + 2H 2 O → :Al-O-Al(OH) 2 + 2CH 4 (5)
:O-Al(CH 3 ) + H 2 O → :Al-O-Al(OH) + CH 4 (6)

上記実施例で説明した主材料SiO、主材料と反対方向の応力を持つ分子層Alからなる光学層2の作製について説明する。初めに、基板を成膜ホルダーにセットし、反応チャンバー内に導入する。反応チャンバー内を真空ポンプで排気すると同時に、基板1をヒーターにて加温する。反応チャンバー内の圧力及び基板温度が所望の値となったら、成膜を開始する。先ず主材料であるSiOを成膜する。SiO層は第一のプリカーサーとしてTDMAS(トリスジメチルアミノシラン)、第二のプリカーサーとして水分子を使用し、上述のAl分子層で説明したのと略同様の成膜プロセスで形成した。この時、1サイクル当たりの膜厚はおよそ0.8Åである。SiO分子層成形サイクルを所望の膜厚形成するために必要なサイクル数繰り返す。 The following describes the preparation of the optical layer 2, which is made of the main material SiO 2 and the molecular layer Al 2 O 3 having a stress in the opposite direction to that of the main material, as described in the above embodiment. First, the substrate is set on the deposition holder and introduced into the reaction chamber. The reaction chamber is evacuated by a vacuum pump, and the substrate 1 is heated by a heater. When the pressure in the reaction chamber and the substrate temperature reach the desired values, deposition begins. First, the main material SiO 2 is deposited. The SiO 2 layer is formed by a deposition process that is substantially the same as that described for the Al 2 O 3 molecular layer, using TDMAS (trisdimethylaminosilane) as the first precursor and water molecules as the second precursor. At this time, the film thickness per cycle is approximately 0.8 Å. The SiO 2 molecular layer forming cycle is repeated for the number of cycles required to form the desired film thickness.

次に、第一のプリカーサーにTMA、第二のプリカーサーに水分子を用いて、上述のプロセスでAlの単分子層を形成する。この時、Alの膜厚が光干渉の発現しない膜厚に収まるようにサイクル数を制限する。Alの分子層を所望のサイクル数繰り返したら、更にSiO層を成形する。この工程を繰り返し、SiOとAlの複合膜が所望の膜厚になるように成膜する。ここで、SiOの第一のプリカーサーとしてTDMASを使用したが、これに限らず他のアミノシランでもよいし、TEOS(テトラエトキシシラン)や四塩化珪素などを用いることもできる。なお、特にSiO分子層形成ではピリジンのような触媒作用のあるガスを第一のプリカーサー、第二のプリカーサーを導入後に反応チャンバー内に導入することで反応を促進することができる。 Next, a monolayer of Al 2 O 3 is formed by the above-mentioned process using TMA as the first precursor and water molecules as the second precursor. At this time, the number of cycles is limited so that the film thickness of Al 2 O 3 falls within a film thickness that does not cause optical interference. After the desired number of cycles of the molecular layer of Al 2 O 3 are repeated, a SiO 2 layer is further formed. This process is repeated to form a composite film of SiO 2 and Al 2 O 3 to a desired film thickness. Here, TDMAS is used as the first precursor of SiO 2 , but it is not limited to this and other aminosilanes may be used, or TEOS (tetraethoxysilane) or silicon tetrachloride may be used. In particular, in the formation of the SiO 2 molecular layer, the reaction can be promoted by introducing a catalytic gas such as pyridine into the reaction chamber after introducing the first precursor and the second precursor.

例えば、マルチAR膜の様に屈折率の異なる光学層を複数層形成した光学膜を得る場合は、前述のSiOとAlからなる光学層2と屈折率の異なる例えばTiO層(高屈折率層)などを設ける。TiOをALDで成膜する際は、例えば第一のプリカーサーにTDMAT(テトラキスジメチルアミノチタン)、第二のプリカーサーに水分子を用いることができる。この場合、上述の1サイクルにつきおよそ0.6Åの膜厚となる。これを所望の膜厚になるように必要なサイクル数繰り返す。TiOの第一のプリカーサーとしては、TDMATに限らず他のアミノチタンや、四塩化チタンなどを用いることができ、必要に応じて反応を促進するための触媒ガスを導入してもよい。 For example, when obtaining an optical film in which multiple optical layers with different refractive indexes are formed, such as a multi-AR film, a TiO2 layer (high refractive index layer) with a different refractive index from the optical layer 2 made of SiO2 and Al2O3 described above is provided. When forming a TiO2 film by ALD, for example, TDMAT (tetrakisdimethylaminotitanium) can be used as the first precursor and water molecules can be used as the second precursor. In this case, the film thickness is approximately 0.6 Å per cycle described above. This is repeated the number of cycles required to obtain the desired film thickness. As the first precursor of TiO2 , other aminotitaniums, titanium tetrachloride, etc. can be used without being limited to TDMAT, and a catalyst gas for promoting the reaction may be introduced as necessary.

TiO層の成膜が終わったら、SiO若しくはSiOとAlからなる低屈折率層を形成する。これを、所望の光学特性を得られるように必要な層数積層する。当然、高屈折率層においても主材料と主材料と反対の応力を持つ分子層を組合せた光学層としてもよい。この場合、例えば主材料をTiO、主材料と反対の応力を持つ分子層をSiとすることができる。なお、Siの分子層成膜にはSiOと同様の第一のプリカーサーを使用することができ、第二のプリカーサーとしてアンモニアガスや窒素ガスを利用することができる。 After the formation of the TiO2 layer, a low refractive index layer made of SiO2 or SiO2 and Al2O3 is formed. The necessary number of layers are laminated to obtain the desired optical characteristics. Of course, the high refractive index layer may also be an optical layer that combines a main material and a molecular layer having a stress opposite to that of the main material. In this case, for example, the main material can be TiO2 , and the molecular layer having a stress opposite to that of the main material can be Si3N4 . In addition, the same first precursor as SiO2 can be used to form the molecular layer of Si3N4 , and ammonia gas or nitrogen gas can be used as the second precursor.

ここまで光学層2の成形にALDを用いる手法を説明したが、CVDとALDを組みわせた成膜プロセスを使用することもできる。例えば、主材料をSiO、分子層をAlとしたとき、主材料であるSiOをCVDで形成し、分子層のAlをALDで成形することができる。分子層であるAlは光干渉が発現しない膜厚に制御する必要がある一方、主材料のSiOに関しては必ずしも分子層レベルで制御する必要はないため、主材料であるSiOをCVDにより成膜することで、ALDプロセスのみで光学層を形成するよりも成膜レートを向上させることができ、生産性が向上する。なお、光学層を含む光学層の積層体である光学膜を形成する際は、特定の光学層において光学層内でCVDとALDを組み合わせてもよいし、例えば低屈折率層の一部の層をALDで成膜し、他の層をCVDで成膜するように、光学層毎に切替えて成膜してもよい。 Although the method of using ALD to form the optical layer 2 has been described so far, a film formation process combining CVD and ALD can also be used. For example, when the main material is SiO 2 and the molecular layer is Al 2 O 3 , the main material SiO 2 can be formed by CVD, and the molecular layer Al 2 O 3 can be formed by ALD. The molecular layer Al 2 O 3 needs to be controlled to a film thickness that does not cause optical interference, while the main material SiO 2 does not necessarily need to be controlled at the molecular layer level. Therefore, by forming the main material SiO 2 by CVD, the film formation rate can be improved compared to forming the optical layer only by the ALD process, and productivity can be improved. Note that, when forming an optical film, which is a laminate of optical layers including an optical layer, CVD and ALD may be combined within the optical layer in a specific optical layer, or the layers may be switched for each optical layer, for example, a part of the low refractive index layer is formed by ALD and the other layers are formed by CVD.

なお、ALDに関してはサーマルALDで説明を行ったが、プラズマにより化学反応を促進するPEALDを用いることもできる。特に基板1として、合成樹脂基板を用いる場合は、PEALDの方が成膜温度を低くできるため好適である。このとき、基板1のプラズマによるダメージを避けるため、例えばプラズマを反応チャンバー外で発生させ、ここで励起したOHラジカルのみが反応チャンバーに到達するようなプロセスであることが好ましい。同じく、CVDでの成膜もPECVDを用いることが、合成樹脂基板に成膜する場合特に好適である。 Although the ALD method has been explained using thermal ALD, PEALD, which uses plasma to promote chemical reactions, can also be used. In particular, when a synthetic resin substrate is used as the substrate 1, PEALD is more suitable because it allows for a lower film formation temperature. In this case, in order to avoid damage to the substrate 1 by the plasma, it is preferable to use a process in which the plasma is generated outside the reaction chamber, for example, and only the excited OH radicals reach the reaction chamber. Similarly, the use of PECVD for CVD film formation is particularly suitable when forming a film on a synthetic resin substrate.

(実施例1)
図4に実施例1に係る光学層及び光学部材の光軸を通る面で切った断面図を示す。図4(a)の光学層2を部分拡大した図を図4(b)に示す。実施例1の光学部材6は、シクロオレフィン系の樹脂レンズを基板1として用い、樹脂レンズ上に1層の光学層2が形成されている。光学層2は主材料薄膜3である圧縮応力を持つSiO薄膜と引張応力を持つAlからなる分子層4から成り、物理膜厚dの主材料薄膜3と物理膜厚dの分子層4とを交互積層し、光学層2は波長λにおいて光学膜厚がλ/4程度となるように物理膜厚Dが決定される。すなわち波長λにおいてAR機能を有する。実施例1では、主材料薄膜3(SiO)及び分子層4(Al)は共にPEALDにて成膜されており、樹脂レンズの端部にも主面と同じ膜厚、つまり略物理膜厚Dの光学層が形成される。ここで、主面とは光学部材6の有効面を指し、例えばレンズの場合、曲率を有する面を指す。
Example 1
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the optical layer and the optical member according to the first embodiment cut by a plane passing through the optical axis. FIG. 4(b) shows a partially enlarged view of the optical layer 2 in FIG. 4(a). The optical member 6 of the first embodiment uses a cycloolefin resin lens as a substrate 1, and one optical layer 2 is formed on the resin lens. The optical layer 2 is composed of a main material thin film 3, which is a SiO 2 thin film having compressive stress, and a molecular layer 4 made of Al 2 O 3 having tensile stress. The main material thin film 3 with a physical thickness d M and the molecular layer 4 with a physical thickness d A are alternately laminated, and the physical thickness D of the optical layer 2 is determined so that the optical thickness is about λ/4 at the wavelength λ. That is, it has an AR function at the wavelength λ. In the first embodiment, the main material thin film 3 (SiO 2 ) and the molecular layer 4 (Al 2 O 3 ) are both formed by PEALD, and an optical layer with the same thickness as the main surface, that is, approximately the physical thickness D, is formed on the end of the resin lens. Here, the main surface refers to the effective surface of the optical member 6, and in the case of a lens, for example, refers to a surface having a curvature.

実施例1では主材料薄膜(SiO)3nm、分子層(Al)0.8nmを1セットとして、これを24セット形成した。SiO及びAlの屈折率はそれぞれ1.46、1.62であり、光学層2の屈折率は式(1)より1.494である。この時、物理膜厚は91.2nmであり、光波長550nmにおいて光学層2の光学膜厚は略λ/4を満たす。 In Example 1, 24 sets were formed, each set consisting of a 3 nm main material thin film ( SiO2 ) and a 0.8 nm molecular layer ( Al2O3 ) . The refractive indices of SiO2 and Al2O3 are 1.46 and 1.62 , respectively, and the refractive index of the optical layer 2 is 1.494 according to formula (1). At this time, the physical film thickness is 91.2 nm, and the optical film thickness of the optical layer 2 at a light wavelength of 550 nm approximately satisfies λ/4.

実施例1では、光学層2は基板1側から主材料薄膜3と分子層4の順で作製しているが、これに限らず、分子層4から先に成膜してもよい。特に分子層4としてAlを用いる場合、基板1との密着性を考慮すると、基板と接する層が分子層4であることがより好ましい。 In the first embodiment, the optical layer 2 is formed in the order of the main material thin film 3 and the molecular layer 4 from the substrate 1 side, but this is not limiting and the molecular layer 4 may be formed first. In particular, when Al2O3 is used as the molecular layer 4, it is more preferable that the layer in contact with the substrate 1 is the molecular layer 4, taking into consideration the adhesion with the substrate 1.

(実施例2)
図5に実施例2に係る光学層及び光学部材の光軸を通る面で切った断面図を示す。図5(a)の光学層2を部分拡大した図を図5(b)に示す。実施例2の光学部材6は、実施例1と同様にシクロオレフィン系レンズを基板1として用い、基板1上に1層の光学層2が形成されている。光学層2は主材料薄膜3である圧縮応力を持つSiO薄膜と引張応力を持つAl分子層4から成り、実施例1と同様に光学層2は波長λにおいて光学膜厚がλ/4程度となるように物理膜厚Dが決定される。ここで、実施例2では、主材料薄膜3はPECVD、分子層4はPEALDで成膜されており、樹脂レンズの主面と端部では物理膜厚が異なる。具体的には、樹脂レンズの主面には主材料薄膜3と分子層4とが物理膜厚Dで形成されている一方、一部主材料薄膜の回り込みがあるものの、端部には、実質的には分子層4の材料のみが成膜され、最も厚い部分の膜厚はΣdAとなる。なお、ここでいう主面の物理膜厚とは、光学部材6の少なくとも光学有効範囲の膜厚であり、例えばレンズの場合、少なくとも曲率を有する領域を指す。
Example 2
FIG. 5 shows a cross-sectional view of the optical layer and the optical member according to the second embodiment cut by a plane passing through the optical axis. FIG. 5(b) shows a partially enlarged view of the optical layer 2 in FIG. 5(a). The optical member 6 of the second embodiment uses a cycloolefin lens as the substrate 1 as in the first embodiment, and one optical layer 2 is formed on the substrate 1. The optical layer 2 is composed of a SiO 2 thin film having compressive stress as the main material thin film 3 and an Al 2 O 3 molecular layer 4 having tensile stress, and the physical thickness D of the optical layer 2 is determined so that the optical thickness is about λ/4 at the wavelength λ as in the first embodiment. Here, in the second embodiment, the main material thin film 3 is formed by PECVD, and the molecular layer 4 is formed by PEALD, and the physical thickness is different between the main surface and the end of the resin lens. Specifically, the main material thin film 3 and the molecular layer 4 are formed on the main surface of the resin lens with a physical thickness D, while the main material thin film is partially wrapped around, and only the material of the molecular layer 4 is substantially formed on the end, and the thickness of the thickest part is ΣdA. The physical thickness of the main surface referred to here is the thickness of at least the optically effective range of the optical member 6, and in the case of a lens, for example, it refers to at least the region having a curvature.

実施例2では主材料薄膜4nm、分子層0.8nmを1セットとして、これを16セット形成した。SiO及びAlの屈折率はそれぞれ1.46、1.62であり、光学層の屈折率は式(1)より1.487である。このとき、物理膜厚は91.2nmであり、光波長550nmにおいて光学層2の光学膜厚は略λ/4を満たす。なお、基板端部の膜厚はおよそ15.2nmとなっている。
実施例2においても、実施例1と同様に、主材料薄膜3と分子層4は、主材料薄膜3から成膜してもよいし、分子層4から成膜してもよく、基板1との相性で適宜最適な条件を選択すればよい。
In Example 2, 16 sets were formed, each set consisting of a 4 nm main material thin film and a 0.8 nm molecular layer. The refractive indices of SiO2 and Al2O3 are 1.46 and 1.62 , respectively, and the refractive index of the optical layer is 1.487 according to formula (1). At this time, the physical film thickness is 91.2 nm, and the optical film thickness of the optical layer 2 at a light wavelength of 550 nm approximately satisfies λ/4. The film thickness at the substrate end is approximately 15.2 nm.
In the second embodiment, as in the first embodiment, the main material thin film 3 and the molecular layer 4 may be formed first from the main material thin film 3, or first from the molecular layer 4, and the optimum conditions may be selected according to compatibility with the substrate 1.

(実施例3)
図6に実施例3に係る光学膜及び光学部材の光軸を通る面で切った断面図を示す。図6(a)の光学膜5を部分拡大した図を図6(b)に示し、光学層2´を部分拡大した図を図6(c)、光学層2を部分拡大した図を図6(d)に示す。光学膜5は、光学層2と光学層2´を交互積層して所定の波長領域に対して干渉条件を満たすように形成された光学多層膜である。
Example 3
Fig. 6 shows a cross-sectional view of the optical film and the optical member according to Example 3, cut along a plane passing through the optical axis. Fig. 6(b) shows a partially enlarged view of the optical film 5 in Fig. 6(a), Fig. 6(c) shows a partially enlarged view of the optical layer 2', and Fig. 6(d) shows a partially enlarged view of the optical layer 2. The optical film 5 is an optical multilayer film formed by alternately laminating the optical layers 2 and 2' so as to satisfy the interference condition for a predetermined wavelength region.

具体的には、実施例3の光学部材6は、基材1にフルオレン構造ポリエステル樹脂からなる樹脂レンズを用い、これに低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層させた光学膜5であるマルチAR膜が形成されている。ここで、実施例3において、低屈折率層と高屈折率層は共に、主材料薄膜3、3´と分子層4、4´から成る光学層2、2´であり、低屈折率層は主材料薄膜3としてSiO、分子層4としてAl、高屈折率材料は主材料薄膜3´としてTiO、分子層4´としてSiをそれぞれ用いている。本実施例では、低屈折率層及び高屈折率層のそれぞれ主材料薄膜と分子膜はPEALDによって成膜されている。すなわち、基板1の主面と端面に形成される光学膜5の物理膜厚は略同様でDとなっている。ここで、主面とは光学部材6の有効面を指し、例えばレンズの場合、曲率を有する面を指す。 Specifically, the optical member 6 of Example 3 uses a resin lens made of a fluorene structure polyester resin as the base material 1, and a multi-AR film is formed as an optical film 5 in which low refractive index layers and high refractive index layers are alternately laminated on the resin lens. Here, in Example 3, the low refractive index layer and the high refractive index layer are both optical layers 2, 2' consisting of main material thin films 3, 3' and molecular layers 4, 4', and the low refractive index layer uses SiO 2 as the main material thin film 3, Al 2 O 3 as the molecular layer 4, and the high refractive index material uses TiO 2 as the main material thin film 3' and Si 3 N 4 as the molecular layer 4'. In this example, the main material thin films and molecular films of the low refractive index layer and the high refractive index layer are formed by PEALD. That is, the physical film thickness of the optical film 5 formed on the main surface and end surface of the substrate 1 is approximately the same and is D. Here, the main surface refers to the effective surface of the optical member 6, and in the case of a lens, for example, it refers to a surface having a curvature.

実施例3では、低屈折率層において主材料薄膜4nm、分子層0.8nmを1セットとして、各低屈折率層において、必要なセット数繰返し成膜した。この時、低屈折率層を形成する主材料薄膜3と分子層4の屈折率はそれぞれ、1.46、1.62であり、式(1)より低屈折率層の屈折率は1.487とみなすことができる。また、高屈折率層は、主材料薄膜4nm、分子層0.5nmを1セットとして、各高屈折率層で必要なセット数繰返し成膜した。この時、高屈折率層を形成する主材料薄膜3´と分子層4´の屈折率はそれぞれ2.40と2.00であり、式(1)より高屈折率層の屈折率は2.356とみなすことができる。 In Example 3, the low refractive index layer was formed by repeating the required number of sets of a main material thin film of 4 nm and a molecular layer of 0.8 nm. At this time, the refractive indexes of the main material thin film 3 and molecular layer 4 forming the low refractive index layer were 1.46 and 1.62, respectively, and the refractive index of the low refractive index layer can be considered to be 1.487 according to formula (1). In addition, the high refractive index layer was formed by repeating the required number of sets of a main material thin film of 4 nm and a molecular layer of 0.5 nm. At this time, the refractive indexes of the main material thin film 3' and molecular layer 4' forming the high refractive index layer were 2.40 and 2.00, respectively, and the refractive index of the high refractive index layer can be considered to be 2.356 according to formula (1).

なお、実施例3では、全ての低屈折率層で屈折率が略同じとなっているが、低屈折率層において各層で屈折率が異なる、つまり主材料薄膜3と分子層4の膜厚比が異なっていてもよいし、特定の低屈折率層が光学層2となっており、他の層は例えばSiO単独からなる層であってもよい。同じく。高屈折率層でも、各層で屈折率(主材料薄膜と分子層の膜厚比)が異なってもよいし、特定の高屈折率層が光学層2´で、他の層は例えばTiO単独からなる層であってもよい。更には、光学膜5を形成する、低屈折率層若しくは高屈折率層のいずれか一方の少なくとも1層若しくは全層が光学層2、2´であってもよい。 In the third embodiment, all the low refractive index layers have substantially the same refractive index, but the refractive index may be different for each layer in the low refractive index layer, that is, the thickness ratio of the main material thin film 3 to the molecular layer 4 may be different, or a specific low refractive index layer may be the optical layer 2, and the other layers may be layers made of, for example, SiO 2 alone. Similarly. In the high refractive index layers, the refractive index (thickness ratio of the main material thin film to the molecular layer) may be different for each layer, or a specific high refractive index layer may be the optical layer 2', and the other layers may be layers made of, for example, TiO 2 alone. Furthermore, at least one layer or all layers of either the low refractive index layer or the high refractive index layer forming the optical film 5 may be the optical layer 2, 2'.

更に、光学膜5中に例えば密着性やガスバリア性を向上させるための機能層を設けていてもよい。機能層とは例えば、Alが挙げられる。Al層を例えば基板1と光学膜5との界面に所望の膜厚成膜してもよいし、光学膜5の中に挿入してもよい。このとき、機能層は光干渉が発現しない、いわゆる分子層レベルの膜厚であってもよいし、光干渉が発現する膜厚であってもよい。光干渉が発現する膜厚で機能層を挿入する場合は、機能層の光干渉も考慮して、光学膜の最適な膜設計を行えばよい。当然、機能層を複数層、例えば、基板1と光学膜5との界面及び光学膜5中に設けてもよい。 Furthermore, a functional layer for improving, for example, adhesion or gas barrier properties may be provided in the optical film 5. Examples of the functional layer include Al 2 O 3. The Al 2 O 3 layer may be formed to a desired thickness at the interface between the substrate 1 and the optical film 5, or may be inserted into the optical film 5. In this case, the functional layer may have a thickness at the so-called molecular layer level where optical interference does not occur, or may have a thickness where optical interference occurs. When inserting a functional layer with a thickness where optical interference occurs, the optical interference of the functional layer may be taken into consideration to perform an optimal film design for the optical film. Of course, a plurality of functional layers may be provided, for example, at the interface between the substrate 1 and the optical film 5 and in the optical film 5.

本実施例では、光学膜5としてマルチAR膜としたが、光学機能としてはこれに限定されるものではない。 In this embodiment, a multi-AR film is used as the optical film 5, but the optical function is not limited to this.

(実施例4)
図7に実施例4に係る光学膜及び光学部材の光軸を通る面で切った断面図を示す。図7(a)の光学層2を部分拡大した図を図7(b)に示し、光学層2´を部分拡大した図を図7(c)、光学層2を部分拡大した図を図7(d)に示す。実施例4の光学部材6は、基材1にフルオレン構造ポリエステル樹脂からなる樹脂レンズを用い、これに低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層させた光学膜5であるマルチAR膜が形成されている。ここで、実施例4において、低屈折率層と高屈折率層は共に、主材料薄膜3、3´と分子層4、4´から成る光学層2、2´であり、低屈折率層は主材料薄膜3としてSiO、分子層4としてAl、高屈折率材料は主材料薄膜3´としてTiO、分子層4´としてSiをそれぞれ用いている。本実施例では、低屈折率層及び高屈折率層のそれぞれ主材料薄膜はPECVD、分子膜はPEALDによって成膜されている。すなわち、基板の主面には物理膜厚D、端面には略ΣdA+ΣdA’の物理膜厚で成膜がなされている。そして、端面は低屈折率層のAl分子層と高屈折率層のSi分子層が交互に積層された構成となっている。ここにおいて、端面に形成されるAl分子層とSi分子層はそれぞれ反対方向の応力を有している。
Example 4
FIG. 7 shows a cross-sectional view of the optical film and the optical member according to the fourth embodiment cut along a plane passing through the optical axis. FIG. 7(b) shows a partially enlarged view of the optical layer 2 in FIG. 7(a), FIG. 7(c) shows a partially enlarged view of the optical layer 2', and FIG. 7(d) shows a partially enlarged view of the optical layer 2. The optical member 6 of the fourth embodiment uses a resin lens made of a fluorene structure polyester resin as the substrate 1, and a multi-AR film is formed thereon, which is an optical film 5 in which low refractive index layers and high refractive index layers are alternately laminated. Here, in the fourth embodiment, the low refractive index layer and the high refractive index layer are both optical layers 2, 2' made of the main material thin film 3, 3' and the molecular layer 4, 4', and the low refractive index layer uses SiO 2 as the main material thin film 3 and Al 2 O 3 as the molecular layer 4, and the high refractive index material uses TiO 2 as the main material thin film 3' and Si 3 N 4 as the molecular layer 4', respectively. In this embodiment, the main material thin film of the low refractive index layer and the high refractive index layer are formed by PECVD, and the molecular film is formed by PEALD. That is, the main surface of the substrate is formed with a physical film thickness D, and the end surface is formed with a physical film thickness of approximately ΣdA+ΣdA'. The end surface is configured by alternately laminating Al 2 O 3 molecular layers of the low refractive index layer and Si 3 N 4 molecular layers of the high refractive index layer. Here, the Al 2 O 3 molecular layers and Si 3 N 4 molecular layers formed on the end surface have stresses in opposite directions.

実施例4では、実施例3と同様に、低屈折率層において主材料薄膜4nm、分子層0.8nmを1セットとして、各低屈折率層で必要なセット数繰返し成膜した。この時、低屈折率層を形成する主材料薄膜3と分子層4の屈折率はそれぞれ、1.46、1.62であり、式(1)より低屈折率層の屈折率は1.487とみなすことができる。また、高屈折率層は、主材料薄膜4nm、分子層0.5nmを1セットとして、各高屈折率層で必要なセット数繰返し成膜した。この時、高屈折率層を形成する主材料薄膜と分子層の屈折率はそれぞれ2.40と2.00であり、式(1)より高屈折率層の屈折率は2.356とみなすことができる。 In Example 4, similarly to Example 3, a set of 4 nm main material thin film and 0.8 nm molecular layer was formed for each low refractive index layer, and the required number of sets were repeated. At this time, the refractive indexes of the main material thin film 3 and molecular layer 4 forming the low refractive index layer were 1.46 and 1.62, respectively, and the refractive index of the low refractive index layer can be considered to be 1.487 from formula (1). In addition, a set of 4 nm main material thin film and 0.5 nm molecular layer was formed for each high refractive index layer, and the required number of sets were repeated. At this time, the refractive indexes of the main material thin film and molecular layer forming the high refractive index layer were 2.40 and 2.00, respectively, and the refractive index of the high refractive index layer can be considered to be 2.356 from formula (1).

実施例3と同様に、低屈折率層において、各層で屈折率(主材料薄膜と分子層の膜厚比)が異なっていてもよいし、一部の低屈折率層のみが光学層2となっていてもよい。また同様に、高屈折率層においても、各層で屈折率(主材料薄膜と分子層の膜厚比)が異なっていてもよいし、一部の低屈折率層のみが光学層2´となっていてもよい。更には、光学膜5を形成する、低屈折率層若しくは高屈折率層のいずれか一方の少なくとも1層若しくは全層が光学層2、2´であってもよい。また、実施例3と同様に適宜Alなどの機能層を任意の膜厚・層数挿入してもよい。 As in Example 3, in the low refractive index layer, each layer may have a different refractive index (film thickness ratio of the main material thin film to the molecular layer), or only some of the low refractive index layers may be optical layers 2. Similarly, in the high refractive index layer, each layer may have a different refractive index (film thickness ratio of the main material thin film to the molecular layer), or only some of the low refractive index layers may be optical layers 2'. Furthermore, at least one layer or all layers of either the low refractive index layer or the high refractive index layer forming the optical film 5 may be optical layers 2, 2'. Also, as in Example 3, a functional layer such as Al 2 O 3 may be inserted with any thickness and number of layers as appropriate.

本実施例では、光学膜5としてマルチAR膜としたが、光学機能としてはこれに限定されるものではない。 In this embodiment, a multi-AR film is used as the optical film 5, but the optical function is not limited to this.

図8は本発明に係る光学装置を示した図である。本発明の光学装置21は、レンズ鏡筒11、レンズ13~16、絞り17からなるレンズユニット20を含み、更に保護フィルタ12、カバーガラス18、撮像素子19からなる。レンズユニットに入射した光は、レンズなどによりCCDやCMOSセンサから成る撮像素子19に集光される。撮像素子19に集光した光は電気信号に変換され、必要に応じて映像化される。ここで、レンズユニット20に搭載されるレンズ13~16の内、少なくとも1つは本実施例で説明した光学部材6が設けられる。すなわち、レンズユニットを構成するレンズの内少なくとも1つのレンズは、基板1上に少なくとも光学層2、2´を含む光学膜5が形成されている。絞り17は、撮像素子19に不要な光が入射するのを防ぐ機能を持ち、各レンズ間に設けてもよいし、レンズ間の一部のみに設けてもよい。 Figure 8 shows an optical device according to the present invention. The optical device 21 of the present invention includes a lens unit 20 consisting of a lens barrel 11, lenses 13 to 16, and an aperture 17, and further comprises a protective filter 12, a cover glass 18, and an image sensor 19. Light incident on the lens unit is focused on the image sensor 19 consisting of a CCD or CMOS sensor by a lens or the like. The light focused on the image sensor 19 is converted into an electrical signal and imaged as necessary. At least one of the lenses 13 to 16 mounted on the lens unit 20 is provided with the optical member 6 described in this embodiment. That is, at least one of the lenses constituting the lens unit has an optical film 5 including at least optical layers 2 and 2' formed on a substrate 1. The aperture 17 has a function of preventing unnecessary light from entering the image sensor 19, and may be provided between each lens, or may be provided only partially between the lenses.

車載カメラや監視カメラなど過酷な温度条件で使用する場合、絞りは金属製基板からなる絞りであることが好ましい。金属製の絞りとしては例えば、金属板を陽極酸化により黒化したものや、金属基板上に光吸収機能を有する膜を蒸着などで形成したものが好適に使用できる。保護フィルタ12はレンズユニット20を紫外線や汚れ、破損から保護するために設けられるフィルタで、例えばUVカット、撥水、撥油、親水、ハードコートなどの機能を有する。更に、保護フィルタ12は、可視領域の一部をカットする機能を有していてもよい。 When used in harsh temperature conditions such as in-vehicle cameras and surveillance cameras, the aperture is preferably made of a metal substrate. Metal apertures that are blackened by anodizing a metal plate or that have a film with light absorbing properties formed on a metal substrate by deposition or the like can be suitably used. The protective filter 12 is a filter provided to protect the lens unit 20 from ultraviolet rays, dirt, and damage, and has functions such as UV protection, water repellency, oil repellency, hydrophilicity, and hard coating. Furthermore, the protective filter 12 may have a function of cutting off part of the visible range.

レンズに合成樹脂材料を使用した場合、黄変により主に可視領域の短波長領域に光吸収が発生することがある。合成樹脂基板の黄変前後で撮像素子19に入射する透過率バラツキを小さく抑えるためには、この領域の光透過を予め制限すればよい。例えば黄変の影響を大きく受ける光波長450nm程度以下の波長をカットすることで効果的に黄変前後の撮像素子19に入射する透過率バラツキを小さくすることができる。このようなカット機能は、例えば低屈折率層と高屈折率層を交互に複数層積層させ、光干渉効果を利用することで設けることができる。なお、保護フィルタ12は必ずしも設ける必要はなく、最も撮像素子19から遠いレンズ13に、保護フィルタ12の機能を持たせてもよい。 When a synthetic resin material is used for the lens, light absorption may occur mainly in the short wavelength region of the visible light range due to yellowing. In order to reduce the variation in the transmittance incident on the imaging element 19 before and after the yellowing of the synthetic resin substrate, the light transmission in this region may be limited in advance. For example, by cutting light wavelengths of about 450 nm or less, which are significantly affected by yellowing, the variation in the transmittance incident on the imaging element 19 before and after yellowing can be effectively reduced. This type of cutting function can be provided, for example, by stacking multiple layers of low refractive index layers and high refractive index layers alternately and utilizing the light interference effect. Note that it is not necessary to provide the protective filter 12, and the function of the protective filter 12 may be provided on the lens 13 that is furthest from the imaging element 19.

カバーガラス18は撮像素子19に異物などが付着するのを防止するために設けられ、一般的な硝材の他に水晶基板なども好適に使用できる。なお、カバーガラス18には近赤外カット機能を設けても良い。撮像素子19に入射した光を映像化する場合、撮像素子19の近赤外領域の感度のため、人の目に見える色合いと差異が出ることがある。このような時は、近赤外領域の光が撮像素子19に入射するのを抑制するために、カバーガラス18に赤外カット膜等を形成すればよい。赤外カット膜は、例えば低屈折率層と高屈折率層を交互に複数層積層させ、光干渉効果を利用することで設けることができる。また、必要に応じてカバーガラス18に近赤外領域に吸収を有する金属イオンなどを練り込んだ赤外吸収ガラスを用いてもよい。 The cover glass 18 is provided to prevent foreign matter from adhering to the imaging element 19, and in addition to general glass materials, a quartz substrate or the like can be suitably used. The cover glass 18 may be provided with a near-infrared cut function. When imaging the light incident on the imaging element 19, the sensitivity of the imaging element 19 in the near-infrared region may cause a difference from the color visible to the human eye. In such a case, an infrared cut film or the like may be formed on the cover glass 18 to prevent light in the near-infrared region from entering the imaging element 19. The infrared cut film can be provided, for example, by laminating multiple layers of low refractive index layers and high refractive index layers alternately and utilizing the light interference effect. In addition, infrared absorbing glass in which metal ions having absorption in the near-infrared region are kneaded into the cover glass 18 as necessary may be used.

合成樹脂基板の黄変を抑制するために、レンズ鏡筒11内を窒素やアルゴンなどの不活性ガスで充填してもよいし、光路にかからないようにレンズ鏡筒11内に鉄などからなる脱酸素剤を配置してもよい。このようにすることで合成樹脂基板が酸素と接触する機会を抑制し、酸化による変色、すなわち黄変を抑制できる。レンズユニット20に搭載されるレンズはガラスレンズや合成樹脂レンズを組み合わせて使用してもよいが、少なくとも合成樹脂レンズは本実施例で示した光学層2、2´を含む光学膜5が形成されていることが好ましい。前述の通り、ALDはガスバリア性の良好な膜が得られる上に、基板1の端部にまでコーティングできるため、合成樹脂レンズに黄変の原因となる酸素が到達し難くなるためである。また、ガラスレンズを使用する場合、レンズユニット20を構成するレンズの内、撮像素子19から最も遠いレンズ13をガラス製レンズとすることが好ましい。撮像素子19から最も遠いレンズが最も酸素及び水蒸気と接しやすいためである。 In order to prevent the synthetic resin substrate from yellowing, the lens barrel 11 may be filled with an inert gas such as nitrogen or argon, or an oxygen scavenger made of iron or the like may be placed inside the lens barrel 11 so as not to be in the optical path. In this way, the synthetic resin substrate is prevented from coming into contact with oxygen, and discoloration due to oxidation, i.e., yellowing, can be prevented. The lenses mounted on the lens unit 20 may be a combination of glass lenses and synthetic resin lenses, but it is preferable that at least the synthetic resin lenses are formed with an optical film 5 including the optical layers 2 and 2' shown in this embodiment. As described above, ALD can obtain a film with good gas barrier properties, and can coat the edge of the substrate 1, so that oxygen, which causes yellowing, is less likely to reach the synthetic resin lens. In addition, when a glass lens is used, it is preferable that the lens 13 farthest from the image sensor 19 among the lenses constituting the lens unit 20 is a glass lens. This is because the lens farthest from the image sensor 19 is most likely to come into contact with oxygen and water vapor.

図8では本発明のレンズユニット20としてレンズ4枚からなる構成を示しているが、レンズの枚数に限定はなく4枚より多くてもよいし、少なくてもよい。なお、図8の光学装置において、光学層2、2´を有する光学膜5が形成されたレンズについて説明したが、レンズに限らず、前述した赤外カット膜やUVカット膜等に本発明の光学層2、2´若しくは光学膜を形成することができる。 In FIG. 8, the lens unit 20 of the present invention is shown as being made up of four lenses, but there is no limit to the number of lenses, and it may be more or less than four. In the optical device of FIG. 8, a lens on which an optical film 5 having optical layers 2, 2' is formed is described, but the optical layers 2, 2' or optical film of the present invention may be formed on the aforementioned infrared cut film, UV cut film, etc., and not limited to lenses.

以上より、本発明によると、膜応力の小さい光学層及びこれを含む光学膜を得ることができる。本発明の光学層又は光学膜を基板に形成することで、クラックの発生しにくい光学部材を提供できる。また、本発明の光学部材を含む光学装置は、耐久性に優れ、例えば車載カメラや監視カメラなど、過酷な環境に曝される用途に特に好適に使用できる。 As described above, according to the present invention, an optical layer with low film stress and an optical film including the same can be obtained. By forming the optical layer or optical film of the present invention on a substrate, an optical member that is less susceptible to cracking can be provided. Furthermore, an optical device including the optical member of the present invention has excellent durability and can be particularly suitably used in applications exposed to harsh environments, such as in-vehicle cameras and surveillance cameras.

1 基板
2、2´ 光学層
3、3´ 主材料薄膜(第1の薄膜層)
4、4´ 分子層(第2の薄膜層)
5 光学膜
6 光学部材

11 レンズ鏡筒
12 保護フィルタ
13~16 レンズ
17 絞り
18 カバーガラス
19 撮像素子
20 レンズユニット
21 光学装置

1 Substrate 2, 2' Optical layer 3, 3' Main material thin film (first thin film layer)
4, 4' molecular layer (second thin film layer)
5 Optical film 6 Optical member

11 Lens barrel 12 Protective filters 13 to 16 Lens 17 Aperture 18 Cover glass 19 Image sensor 20 Lens unit 21 Optical device

Claims (8)

総体としての光学膜厚が所定の波長に対する干渉条件を満たす光学層であって、
前記光学層は、
前記光学層の屈折率として主に寄与する物理膜厚が4nm以下の第1の薄膜層と、
前記第1の薄膜層に隣接して設けられ、前記第1の薄膜層の内部応力に対して、反対の内部応力を有する第2の薄膜層と、を有し、
前記第2の薄膜層の光学膜厚は、前記所定の波長に対して光干渉が発現しない光学膜厚であり、
前記光学層と前記第1の薄膜層との屈折率差が、±3%以下であり、
前記光学層は、所定の膜厚比に従う前記第1の薄膜層と前記第2の薄膜層とのセットの繰りかえしで構成されることを特徴とする光学層。
An optical layer having an overall optical thickness that satisfies an interference condition for a predetermined wavelength,
The optical layer is
a first thin film layer having a physical thickness of 4 nm or less that mainly contributes to the refractive index of the optical layer;
a second thin film layer provided adjacent to the first thin film layer and having an internal stress opposite to that of the first thin film layer;
the optical thickness of the second thin film layer is an optical thickness at which no optical interference occurs at the predetermined wavelength,
a refractive index difference between the optical layer and the first thin film layer is ±3% or less;
The optical layer is characterized in that the optical layer is formed by repeating a set of the first thin film layer and the second thin film layer according to a predetermined film thickness ratio.
前記第2の薄膜層の物理膜厚は0.05nm以上であり、かつ、前記光学層のうち前記第2の薄膜層が占める物理膜厚は1/3以下であることを特徴とする請求項1に記載の光学層。 2. The optical layer according to claim 1, wherein the physical thickness of the second thin film layer is 0.05 nm or more, and the physical thickness of the optical layer occupied by the second thin film layer is 1/3 or less. 前記第1の薄膜層と前記第2の薄膜層との屈折率差が0.5以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の光学層。 The optical layer according to claim 1 or 2, characterized in that the refractive index difference between the first thin film layer and the second thin film layer is 0.5 or less. 前記第2の薄膜層が原子層堆積法(ALD)によって成形されることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の光学層。 The optical layer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the second thin film layer is formed by atomic layer deposition (ALD). 前記第1の薄膜層がSiO、前記第2の薄膜層がAlであることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の光学層。 5. The optical layer according to claim 1, wherein the first thin film layer is made of SiO 2 and the second thin film layer is made of Al 2 O 3 . 基板上に、請求項1~5のいずれか一項に記載の光学層が複数層形成されていることを特徴とする光学部材。 An optical member comprising a substrate and a plurality of optical layers according to any one of claims 1 to 5 formed thereon. 前記基板の端面に、前記第2の薄膜層のみが成膜されたことを特徴とする請求項6に記載の光学部材。 The optical member according to claim 6, characterized in that only the second thin film layer is formed on the end surface of the substrate. 請求項6または7に記載の光学部材と、
前記光学部材を透過した光を撮像する撮像素子と、を備えることを特徴とする光学装置。
The optical member according to claim 6 or 7,
an imaging element that captures an image of light transmitted through the optical member.
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