JP3034017B2 - 表面高反射鏡 - Google Patents

表面高反射鏡

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カメラ、望遠鏡、顕微鏡等の光学製品に使
用される表面反射多層膜を有する表面高反射鏡に関す
る。
〔従来の技術〕
光学製品に使用される表面高反射鏡の反射材料として
は、一般的には、可視から近赤外の範囲にわたって反射
率が高い銀が使用されている。しかしながら、銀を使用
する場合、単層膜では膜付着性、耐湿性、耐硫化性等の
点で劣るという問題がある。このため銀の単層膜に下地
層と、保護層とを形成した多層膜構成とし、膜付着性、
耐湿性、耐硫化性等を付与している。
例えば第3図に示すように、4層構造として基板1e上
に酸化アルミニウムからなる下地層2eを形成し、下地層
2e上に銀からなる反射層3eを形成し、さらに反射層3e上
に保護層として、酸化アルミニウム層4eと二酸化ケイ素
層5eとを順次形成した例(“Reflectance and durabili
ty of Ag mirrors coated with thin layers of Al2O3
plus reactively deposited silicon oxide,"Appl.Op
t.,14(1975),2639)がある。
また第4図に示すように、6層構造として基板1f上に
銅からなる下地層2fを形成し、下地層2f上に銀からなる
反射層3fを形成し、さらに反射層3f上に保護層として、
酸化アルミニウム層4fと、酸化タンタル層5fと、二酸化
ケイ素層6fと、酸化タンタル層7fとを順次形成した例
(“Progress in the development of a durable silve
r−based high−reflectance coating for astronomica
l teles copes,"Appl.Opt.,24(1985),1164)がある。
上記方法は、いずれも表面高反射鏡の基板としてガラ
スを使用する場合に効果を発揮する。
しかしながら、近年、ポリカーボネート、アクリル樹
脂等のプラスチック成形技術が発達し、またプラスチッ
クはガラスと比較して複雑な形状を簡単に成形できると
いう利点から、光学部材としてその使用範囲は拡大して
いる。例えば、レーザースキャナー等に使用されるポリ
ゴンミラーは、コスト低減と軽量化のためにプラスチッ
ク化が望まれている。
また、カメラに使用されているペンタプリズムもコス
ト低減と軽量化のためにプラスチック化が望まれてお
り、内部中空のペンタ形状成形品に表面反射鏡を形成し
た製品も使用され始めている。しかしながら、基板がポ
リカーボネート、アクリル樹脂等のプラスチックで形成
されている場合は、基板がガラスで形成されている場合
と比較して、上述と同様の膜構成では、膜付着性、耐湿
性、耐硫化性等の点で劣るという問題点がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って、本発明の目的は、基板がポリカーボネート、
アクリル樹脂等のプラスチックで形成されている場合に
おいても、膜付着性、耐湿性、耐硫化性、さらに耐擦傷
性等に優れた表面高反射鏡を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、基板が
ポリカーボネート、アクリル樹脂等のプラスチックで形
成されている場合においても、硫化クロムを下地層とし
て基板と反射層との間に形成すれば基板と反射層との付
着力を強化でき、また銀からなる反射層上に硫化クロム
の保護層(I)を形成すれば、硫黄イオンの反射層への
侵入を防ぐことができ、さらに保護層(I)上に保護層
(II)を形成するとともに、最外表面層として二酸化ケ
イ素からなる保護層(III)を形成すれば、耐湿性とと
もに耐擦傷性が向上することを発見し、本発明に想到し
た。
すなわち、本発明の表面高反射鏡は、 (a)基板表面上に形成された硫化クロムからなる下地
層と、 (b)前記硫化クロム下地層上に形成された銀からなる
反射層と、 (c)前記反射層上に形成された硫化クロムからなる保
護層(I)と、 (d)少なくとも酸化アルミニウム層を含む保護層(I
I)と、 (e)前記保護層(II)上に形成された二酸化ケイ素か
らなる保護層(III)と を有することを特徴とする。
〔実施例〕
第1図は本発明の層構成を有する表面高反射鏡を概略
的に示す。本表面高反射鏡は、6層構造であり、各層は
真空蒸着法、スパッタリング等により形成されている。
本実施例ではポリカーボネート、アクリル樹脂等のプラ
スチックで形成された基板1a上に表面高反射鏡が形成さ
れる場合を示すが、ガラス基板上にも形成し得ることは
勿論である。
基板1a上に硫化クロムからなる下地層2aが形成され、
硫化クロム下地層2a上に銀からなる反射層3aが形成さ
れ、反射層3a上に保護層(I)4aが形成され、さらに保
護層(I)4a上に保護層(II)5a、6aが形成され、また
さらに保護層(II)5a、6a上に保護層(III)7aが形成
されている。
下地層2aは、上記プラスチック材料からなる基板1aと
の付着性が高い硫化クロムにより形成する。硫化クロム
下地層2aの膜厚は10nm以上であり、特に15〜35nmである
のが好ましい。硫化クロム下地層2aの膜厚が10nm未満で
あると、十分な付着力が得られない。
硫化クロム下地層2a上に形成された銀からなる反射層
3aは、45nm以上の膜厚を有するのが好ましく、特に100
〜200nmとするのが好ましい。膜厚が45nm未満である
と、完全な反射とならずにハーフミラー化するので好ま
しくない。
銀からなる反射層3a上に形成された保護層(I)4a
は、硫黄イオンが反射層3aに侵入することを防ぐため
に、硫化クロムにより形成する。保護層(I)4aは、1
〜10nmの膜厚を有するのが好ましく、特に2〜5nmの膜
厚とするのが好ましい。膜厚が10nm超であると、硫化ク
ロムは吸収性を有するため、可視全域で反射率の低下を
生じるため好ましくない。
保護層(I)4a上に形成された保護層(II)は、水分
の侵入を防ぐために少なくとも酸化アルミニウムを含む
透明材料多層膜により形成する。第一の実施例において
は、保護層(II)は酸化アルミニウム層5aと、酸化ジル
コニウム層6aとからなる。酸化ジルコニウム層6aは、保
護層(I)4aを形成する硫化クロムの吸収による短波長
側での反射率低下を抑制して、反射色調をニュートラル
とするためのもので、350〜450nmの波長域における反射
率を増加させる。この目的により保護層(II)5aを形成
する酸化アルミニウム(屈折率=1.63)の膜厚は45〜80
nm、特に50〜65nmが好ましい。また保護層(II)6aを形
成する酸化ジルコニウム(屈折率=1.95)の膜厚は20〜
60nm、特に25〜45nmが好ましい。
保護層(II)5a、6a上の保護層(III)7aは、耐擦傷
性等を強化するために二酸化ケイ素により形成する。保
護層(III)7aは、7〜23nmの膜厚とするのが好まし
く、特に10〜20nmとするのが好ましい。膜暑が7nm未満
であると耐擦傷性等が不十分であり、また膜厚が23nm超
であると保護層(II)5a、6aの反射増加の効果を損なう
ため好ましくない。
なお、前述した保護層(II)の効果を得るためには、
上記例に限定されず、保護層(II)を構成する少なくと
も2つの層の一つが酸化アルミニウムで他が別の保護材
料からなり、かつ基板側の層の屈折率が外側の層の屈折
率より小さくなるような組み合わせの好ましい例も用い
ることができる。このような組み合わせとしては、上記
例の他に、酸化アルミニウム+酸化チタン、及び二酸化
ケイ素+酸化アルミニウムがある。
第二の実施例においては、保護層(II)を構成する2
つの層のうち、基板側の層5aを酸化アルミニウム(屈折
率=1.63)により形成し、外側の層6aを酸化チタン(屈
折率=2.23)により形成する。この場合、酸化アルミニ
ウムの膜厚は45〜80nmであるのが好ましく、特に50〜65
nmであるのが好ましい。また、酸化チタンの膜厚は20〜
60nmであるのが好ましく、特に25〜40nmであるの好まし
い。
また、第三の実施例においては、保護層(II)の2つ
の層のうち、基板側の層5aを二酸化ケイ素(屈折率=1.
43)により形成し、外側の層6aを酸化アルミニウム(屈
折率=1.63)により形成する。この場合、二酸化ケイ素
の膜厚は45〜80nmであるのが好ましく、特に55〜75nmで
あるのが好ましい。また、酸化アルミニウムの膜厚は20
〜60nmであるのが好ましく、特に35〜55nmであるのが好
ましい。
本発明を以下の実施例により、さらに詳細に説明す
る。
実施例1 第1図に示す構成と同じ構成の表面高反射鏡を作成す
るために、まずポリカーボネートからなる基板1a上に、
硫化クロムからなる層を真空蒸着法により膜厚15nmに形
成し、硫化クロム下地層2aとした。この硫化クロム下地
層2a上に反射材料として膜厚100nmの銀からなる反射層3
aを真空蒸着法により形成した。また反射層3a上に膜厚3
nmの硫化クロムからなる保護層(I)4aを真空蒸着法に
より形成した。さらに保護層(I)4a上に、保護層(I
I)として膜厚54nmの酸化アルミニウム層5aと膜厚36nm
の酸化ジルコニウム層6aとを真空蒸着法により順次形成
した。さらに保護層(III)7aとして膜厚15nmの二酸化
ケイ素層を真空蒸着法により形成し、表面高反射鏡を形
成した。
実施例2 第1図に示す構成と同じ構成の表面高反射鏡を作成す
るために、ポリカーボネートからなる基板1a上に硫化ク
ロムからなる層を真空蒸着法により膜厚15nmに形成し、
硫化クロム下地層2aとした。この硫化クロム下地層2a上
に反射材料として膜厚100nmの銀からなる反射層3aを真
空蒸着法により形成した。さらに反射層3a上に膜厚3nm
の硫化クロムからなる保護層(I)4aを形成した。さら
に保護層(I)4a上に保護層(II)として膜厚54nmの酸
化アルミニウム層5aと膜厚31nmの酸化チタン層6aとを真
空蒸着法により順次形成した。またさらに保護層(II
I)7aとして膜厚15nmの二酸化ケイ素層を真空蒸着法に
より形成し、表面高反射鏡を形成した。
実施例3 第1図に示す構成と同じ構成の表面高反射鏡を作成す
るために,ポリカーボネートからなる基板1a上に硫化ク
ロムからなる層を真空蒸着法により膜厚15nmに形成し、
硫化クロム下地層2aとした。この硫化クロム下地層2a上
に反射材料として膜厚100nmの銀からなる反射層3aを真
空蒸着法により形成した。さらに反射層3a上に膜厚3nm
の硫化クロムからなる保護層(I)4aを形成した。さら
に保護層(I)4a上に保護層(II)として膜厚62nmの二
酸化ケイ素5aと膜厚44nmの酸化アルミニウム層6aとを真
空蒸着法により順次形成した。またさらに保護層(II
I)7aとして膜厚15nmの二酸化ケイ素層を真空蒸着法に
より形成し、表面高反射鏡を形成した。
比較例1 第2図に示す構成の表面高反射鏡を作成するために、
ポリカーボネートからなる基板1b上に硫化クロムからな
る層を真空蒸着法により膜厚15nmに形成し、硫化クロム
下地層2bとした。この硫化クロム下地層2b上に反射材料
として膜厚100nmの銀からなる反射層3bを真空蒸着法に
より形成した。さらに反射層3b上に膜厚3nmの硫化クロ
ムからなる保護層(I)4bを形成した。さらに保護層
(I)4b上に保護層(II)として膜厚54nmの酸化アルミ
ニウム層5bと膜厚51nmの酸化ジルコニウム層6bとを順次
形成し、表面高反射鏡を形成した。
比較例2 第2図に示す構成の表面高反射鏡を作成するために、
ポリカーボネートからなる基板1b上に硫化クロムからな
る層を真空蒸着法により膜厚15nmに形成し、硫化クロム
下地層2bとした。この硫化クロム下地層2b上に反射材料
として膜厚100nmの銀からなる反射層3bを真空蒸着法に
より形成した。さらに反射層3b上に膜厚3nmの硫化クロ
ムからなる保護層(I)4bを形成した。さらに保護層
(I)4b上に保護層(II)として膜厚54nmの酸化アルミ
ニウム層5bと膜厚46nmの酸化チタン層6bとを順次形成
し、表面高反射鏡を形成した。
比較例3 第2図に示す構成の表面高反射鏡を作成するために、
ポリカーボネートからなる基板1b上に硫化クロムからな
る層を真空蒸着法により膜厚15nmに形成し、硫化クロム
下地層2bとした。この硫化クロム下地層2b上に反射材料
として膜厚100nmの銀からなる反射層3bを真空蒸着法に
より形成した。さらに反射層3b上に膜厚3nmの硫化クロ
ムからなる保護層(I)4bを形成した。さらに保護層
(I)4b上に保護層(II)として膜厚62nmの二酸化ケイ
素層5bと膜厚59nmの酸化アルミニウム層6bとを順次形成
し、表面高反射鏡を形成した。
上記実施例1〜3及び比較例1〜3の表面高反射鏡
は、それぞれ付着性、耐湿性、耐硫化性等において差が
ない。これは硫化クロム下地層と硫化クロム保護層
(I)と保護層(II)の酸化アルミニウム層の効果によ
るものであることは明瞭であり、各試験結果は省略す
る。
しかしながら、表面高反射鏡表面の耐擦傷性に関して
は異なる。上記実施例1〜3及び比較例1〜3の表面高
反射鏡についての耐擦傷性は、表面高反射鏡表面をレン
ズクリーニングペーパーを用いて往復20回こすり、その
とき発生する傷により評価した。その結果を第1表に示
す。
第1表によれば、本発明の表面高反射鏡(実施例1〜
3)は、優れた耐擦傷性を有することがわかる。
次に、本発明の表面高反射鏡の反射色調を知るために
分光反射率を測定した。実施例1〜3の表面高反射鏡に
ついての5゜の入射光に対する分光反射率を第5図に示
す。さらに第5図の測定結果から求めたCIE(国際照明
委員会)色度座標x、y、主波長、刺激純度、視感反射
率を第2表に示す。
第2表によれば本発明の表面高反射鏡(実施例1〜
3)は視感反射率が96.8%以上で刺激純度が1.87%以下
であることから、反射率が高く、ほぼニュートラルな反
射色調を得ることができたといえる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、本発明の表面高反射鏡において
は、基板と銀からなる反射層との間に硫化クロム下地層
を形成し、反射層上に硫化クロムの保護層(I)を形成
し、さらに少なくとも酸化アルミニウム層を含む保護層
(II)を形成し、さらに最外表面に二酸化ケイ素からな
る保護層(III)を形成している。これらにより、基板
と銀からなる反射層との間の付着力を強化し、また硫黄
イオンの反射層への侵入を防ぎ、また水分の反射層への
侵入を防ぎ、さらに膜表面の耐擦傷性等を高めている。
従って、基板がポリカーボネート、アクリル樹脂等の
プラスチックで形成されている場合においても、膜付着
性、耐湿性、耐硫化性、さらに耐擦傷性等に優れてい
る。
以上においてプラスチック基板に反射鏡を形成する場
合について説明したが、本発明はこれに限定されずガラ
ス基板に形成した場合にも良好な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の表面高反射鏡の層構成を示す断面図で
あり、 第2図は比較例1〜3の表面高反射鏡の層構成を示す断
面図であり、 第3図は従来の表面高反射鏡の層構成を示す断面図であ
り、 第4図は従来の表面高反射鏡の層構成を示す断面図であ
り、 第5図は、実施例1〜3の表面高反射鏡について、5゜
の入射光に対する分光反射率を示すグラフである。 1a……基板 2a……硫化クロム下地層 3a……反射層 4a……保護層(I) 5a、6a……保護層(II) 7a……保護層(III)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面高反射鏡において、 (a)基板表面上に形成された硫化クロムからなる下地
    層と、 (b)前記硫化クロム下地層上に形成された銀からなる
    反射層と、 (c)前記反射層上に形成された硫化クロムからなる保
    護層(I)と、 (d)少なくとも酸化アルミニウム層を含む保護層(I
    I)と、 (e)前記保護層(II)上に形成された二酸化ケイ素か
    らなる保護層(III)と を有することを特徴とする表面高反射鏡。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の表面高反射鏡において、
    前記保護層(II)が少なくとも酸化アルミニウム層と酸
    化ジルコニウム層とを有する透明材料多層膜により形成
    されていることを特徴とする表面高反射鏡。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の表面高反射鏡において、
    前記保護層(II)が少なくとも酸化アルミニウム層と酸
    化チタン層とを有する透明材料多層膜により形成されて
    いることを特徴とする表面高反射鏡。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の表面高反射鏡において、
    前記保護層(II)が少なくとも二酸化ケイ素層と酸化ア
    ルミニウム層とを有する透明材料多層膜により形成され
    ていることを特徴とする表面高反射鏡。
  5. 【請求項5】請求項2に記載の表面高反射鏡において、
    前記硫化クロム下地層が膜厚10nm以上であり、前記銀か
    らなる反射層が膜厚45nm以上であり、前記硫化クロムか
    らなる保護層(I)が膜厚1〜10nmであり、前記保護層
    (II)が膜厚45〜80nmの酸化アルミニウム層と膜厚20〜
    60nmの酸化ジルコニウム層とにより形成されており、前
    記二酸化ケイ素からなる保護層(III)が膜厚7〜23nm
    であることを特徴とする表面高反射鏡。
  6. 【請求項6】請求項3に記載の表面高反射鏡において、
    前記硫化クロム下地層が膜厚10nm以上であり、前記銀か
    らなる反射層が膜厚45nm以上であり、前記硫化クロムか
    らなる保護層(I)が膜厚1〜10nmであり、前記保護層
    (II)が膜厚45〜80nmの酸化アルミニウム層と膜厚20〜
    60nmの酸化チタン層とにより形成されており、前記二酸
    化ケイ素からなる保護層(III)が膜厚7〜23nmである
    ことを特徴とする表面高反射鏡。
  7. 【請求項7】請求項4に記載の表面高反射鏡において、
    前記硫化クロム下地層が膜厚10nm以上であり、前記銀か
    らなる反射層が膜厚45nm以上であり、前記硫化クロムか
    らなる保護層(I)が膜厚1〜10nmであり、前記保護層
    (II)が膜厚45〜80nmの二酸化ケイ素層と膜厚20〜60nm
    の酸化アルミニウム層とにより形成されており、前記二
    酸化ケイ素からなる保護層(II)が膜厚7〜23nmである
    ことを特徴とする表面高反射鏡。
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