ビームスプリッタ
【課題】 Ａｇ層を用いた接合タイプのビームスプリッタにおいて、基材、接着剤からのＡｇ膜への透湿を防ぎ、高温高湿環境下においても所望の透過率、反射率の特性を維持したまま、外観劣化を生じないビームスプリッタを得る。
【解決手段】 Ａｇ層の両側にＡｇ層に接する層としてＡｌ２Ｏ３膜を設けた接合タイプのビームスプリッタにおいて、Ａｇ層に対して接着剤側に、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜である吸湿層、Ａｌ２Ｏ３層からなる透湿防止層からなる保護層を設けたことを特徴とする。
【解決手段】 Ａｇ層の両側にＡｇ層に接する層としてＡｌ２Ｏ３膜を設けた接合タイプのビームスプリッタにおいて、Ａｇ層に対して接着剤側に、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜である吸湿層、Ａｌ２Ｏ３層からなる透湿防止層からなる保護層を設けたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ、複写機、プロジェクタ、ディスプレイ等に用いられる、入射した光を分割するためのビームスプリッタに関するものであり、特には光学特性が良好なＡｇ層を有する光半透膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリズム式ビームスプリッタとしてプリズム同士の界面に光学特性の優れたＡｇ層を含む光半透膜を設けたものが良く知られている。Ａｇ層の両側に複数の誘電体膜からなる下引き層、上引き層を設けた光半透膜を用いることにより、可視域で光量損失、波長依存性の少ない、透過光と反射光の比が略１：１のビームスプリッタを容易に得ることが出来る。
【０００３】
例として特開昭５６−２７１０６（特許文献１）が挙げられる。これは、ガラスプリズム／ＴｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３／Ａｇ／Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２／接着層／ガラスプリズム、の構成とすることにより、反射率・透過率が略等しく、しかもＰ偏光とＳ偏光との差が小さい特性を有した接合タイプのビームスプリッタを開示したものである。
【０００４】
又、例として特開平０６−３３１８１１（特許文献２）が挙げられる。これは、樹脂プリズム／ＳｉＯ２／ＷＯ３／Ａｇ／ＷＯ３／ＳｉＯ２／接合部／樹脂プリズム、の構成とすることにより、所望の反射率・透過率光学特性を得るとともに、耐久性に優れた樹脂製ビームスプリッタを開示したものである。
【０００５】
特許文献２に記載のビームスプリッタは、誘電体膜の蒸着時にＷＯ３やＭｏＯ３等の蒸発温度の低い蒸着材料を用い、樹脂プリズムに接する第１層目にＳｉＯ２膜を使用するものである。このように比較的低温で蒸着可能な蒸着材料を選ぶことにより、樹脂プリズム等の熱に弱い基材に対する成膜時に発生する熱によるダメージを低減し、樹脂プリズムの熱膨張によるクラックの発生、膜剥離等の問題を克服している。
【０００６】
しかしながら、Ａｇは７０℃など低温の加熱で原子の移動・凝集が生じやすく、さらに高湿度の環境下ではイオンマイグレーション現象など顕著な原子の移動や凝集が生じるという化学的性質を持つことが知られている。このような化学的性質によりＡｇ層はクモリなど、光学特性の低下を起こしやすい。
【０００７】
したがって、Ａｇ層を含む光半透膜でビームスプリッタを形成する場合、Ａｇ層のクモリを防止するため、基板を無加熱（室温に近い温度）で光半透膜を成膜する必要が有る。そのために、通常、Ａｇ層に重ねて設けられる層は、Ａｇ層におけるＡｇ原子の移動を抑制するような条件下で成膜する必要がある。
【０００８】
上述のＡｌ２Ｏ３は基板を十分加熱している状況下では、充填率が１００％に近く、十分に緻密な膜を形成することができるものの、基板温度を室温から±２０℃程度の範囲（以下この温度範囲を、無加熱と呼ぶ場合がある）に抑えて成膜すると、充填率が低下しマイクロクラックなど局所的な欠陥が起こることがある。基板温度が十分高いと成膜粒子が基板上で再構成され、充填率の高い緻密な膜になりやすいが、基板温度が低いと再構成効果が薄れ、充填率が落ちる。その結果マイクロクラックなどの局所的な欠陥が起こりえる。
【０００９】
したがって、無加熱で成膜されたＡｌ２Ｏ３層は、基板加熱下で成膜されたＡｌ２Ｏ３層と比べ密度の低い透湿防止性に劣る膜となり、Ａｇ層に対する湿気に対する保護層としての透湿防止機能は充分ではない。
【００１０】
特許文献１による構成の場合、基材としてガラスプリズムを用いるから上記問題が顕在化しないものの、基材として樹脂プリズムを用いると、樹脂特有の問題、即ち、高温高湿環境下で吸湿性を生じるという問題が有り、この吸湿性によりＡｇ層に到達した水分がＡｇ層を劣化させ、接合された光半透膜の光学特性を低下させる。
【００１１】
又、特許文献２の場合、Ａｇ層の両側に設けられるＳｉＯ２、ＷＯ３、ＭＯ３等の下引き層、上引き層は、同様に透湿防止性に劣り、Ａｇ層に対する保護としては充分ではない。接合後、高温高湿環境下では樹脂基材、水分を含む接着剤からの透湿により、Ａｇ層に変色、クモリ、腐食、が発生し易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭５６−２７１０６号公報
【特許文献２】特開平０６−３３１８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
Ａｇは光学特性の優れた材料であるものの、湿気による光学面の外観の劣化など光学特性の低下が生じやすい。
【００１４】
これら外観の劣化は、水分の存在下でのＡｇイオンのマイグレーションと推測され、膜の微小クラック、接合面の微小な付着物等をトリガーとする透湿や硫黄Ｓや塩素Ｃｌによる汚染によって更に加速される。
【００１５】
本発明は、基材、接着剤からのＡｇ層への透湿を防ぎ、高温高湿環境下においても所望の透過率、反射率の特性を維持したまま、外観劣化を抑えたビームスプリッタを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の課題を解決する本発明のビームスプリッタは、
光半透膜を介して接合された少なくとも二つの光学素子からなるビームスプリッタであって、
第一の光学素子と、
前記第一の光学素子側から順に設けられた、Ａｌ２Ｏ３からなる下引き層と、前記下引き層に接して設けられたＡｇ層と、前記Ａｇ層に接して設けられたＡｌ２Ｏ３からなる上引き層と、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜と、Ａｌ２Ｏ３層と、からなる光半透膜と、
接着層と、
第二の光学素子と、
を有するビームスプリッタである。
【００１７】
ここで、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜と、続いて設けられたＡｌ２Ｏ３層が重要で、
Ａｌ２Ｏ３層は透湿防止層として、高温高湿環境下で基材、接着剤からの透湿を防止するための層であり、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜が吸湿層として透湿防止層を透過してきた水分を吸湿する役割を担う。この吸湿層により水分のＡｇ層への到達を更に防止することが出来る。
【００１８】
このように、保護層は、透湿防止層として設けられたＡｌ２Ｏ３層と、吸湿層として設けられたＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜からなる。
【００１９】
保護層は、透湿防止層と吸湿層の交互の組み合わせで形成される複数層であれば良く、水分を多分に含む接着剤を配する接着層に近い層が透湿防止層であることが重要である。
【００２０】
Ａｌ２Ｏ３膜は、低温（１００℃以下）で蒸着形成される膜として、密度が高く表面が緻密なため透湿防止性に優れる。吸湿層としては、吸湿性を示す複数の材料の中で、ＳｉＯ２とＬａ２Ｏ３の複合酸化物膜が、硫黄（Ｓ）、塩素（Ｃｌ）によるＡｇ層の劣化を防止することから有効である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の構成とすることにより、基板、接着剤からのＡｇ層への透湿を防ぎ、高温高湿環境下においても所望の透過率、反射率の特性を維持したまま、外観劣化を低減したビームスプリッタを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のビームスプリッタの膜構成断面を示す模式図である。
【図２】膜材料の高温高湿環境後の吸湿性を示すグラフである。
【図３】実施例１の分光特性を示すグラフである。
【図４】実施例２の分光特性を示すグラフである。
【図５】実施例３の分光特性を示すグラフである。
【図６】比較例１の分光特性を示すグラフである。
【図７】比較例１の環境テスト後の分光特性を示すグラフである。
【図８】比較例３の環境テスト後の分光特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明のビームスプリッタの膜構成断面の模式図を図１に示す。樹脂製のプリズム形状の第一の光学素子１に、真空蒸着法等の成膜法によりＡｇ層を含む光半透膜３を設け、ＵＶ硬化樹脂等の接着層４により他方の樹脂製のプリズム２と接合し、ビームスプリッタを形成した。
【００２４】
樹脂製の基材としては、アクリル、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン等を用いることが出来る。
【００２５】
光半透膜３は電子銃蒸発源、蒸着等を用いて無加熱（＝基板温度が室温から±２０℃の範囲）で形成される。基板側より順次、比較的高い屈折率を有する膜としてＴｉＯ２膜５（可視光に対し屈折率約．２．２）、中間的な屈折率を有する膜としてＡｌ２Ｏ３膜６（可視光に対し屈折率約１．６）からなる下引き層、Ａｇ層よりなる反射層７、Ａｌ２Ｏ３膜８、ＴｉＯ２膜９よりなる上引き層、更に吸湿性を示すＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜１０と緻密な膜質により透湿防止性を示すＡｌ２Ｏ３膜よりなる保護層１１を設ける。
【００２６】
下引き層、上引き層の膜厚は所望の透過率、反射率を得るために適宜決めることが出来る。又、所望の透過率、反射率に応じて下引き層、上引き層の層数を適宜決めることが出来る。
【００２７】
比較的高い屈折率を有する膜としてはＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｌａ２Ｏ３等の材料、又はこれらの混合物から選択することが出来る。中間的な屈折率を有する膜としてＡｌ２Ｏ３膜が好適である。
【００２８】
吸湿性を示す膜としては、ＳｉＯ２、スピネル、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３からなる少なくとも一つの材料を含むことが好ましく、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜が好適である。Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率としては、Ｌａ２Ｏ３が５〜３０ｗｔ％が好ましい。５ｗｔ％より小さい場合は硫黄（Ｓ）、塩素（Ｃｌ）によるＡｇ層の劣化を防止する効果が少なく、３０ｗｔ％より大きい場合は、接合後に高温高湿環境下でクラック、膜浮き等が発生し易くなる。又、膜厚（幾何学的膜厚、ｄ）は２０〜８０ｎｍが好ましい。２０ｎｍより小さい場合は吸湿によるＡｇ層の劣化を防止する効果が少なく、８０ｎｍより大きい場合は所望の分光特性を得るのが難しくなり、密着不良が発生し易くなる。
【００２９】
透湿防止膜としてはＡｌ２Ｏ３膜が好適である。その膜厚（ｄ）は２０〜１００ｎｍが好ましい。２０ｎｍより小さい場合は透湿防止によるＡｇ層の劣化を防止する効果が少なく、１００ｎｍより大きい場合は所望の分光特性を得るのが難しくなり、接合後、高温高湿環境下でクラックを発生し易い。
【００３０】
又、透湿防止層としては膜密度が高いことが好ましく、成膜方法として、イオンプレーティング、イオンビームアシストを付加してもよく、スパッタ法を用いることも出来る。吸湿層としてはＨ２Ｏ分子をとりこみやすい膜密度が低い膜であることが好ましく、通常の蒸着法で形成することが出来る。
【００３１】
接着剤は、シリコン系、エポキシ系、ウレタン系、アクリル系、オレフィン系接着剤等を用い、粘着硬化、２液硬化、紫外線硬化等により接合することが出来る。
【００３２】
Ａｇ層の膜厚は特に限定されないが、良好な光半透膜を得るためには１ｎｍ〜５０ｎｍ程度に設けると良い。
【００３３】
本発明で用いる膜材料の高温高湿環境後の吸湿性を図２に示す。図２の棒グラフは各材料に対応しており、縦軸の左に付した数字は成膜時の真空度、横軸は成膜後の真空中での光学膜厚を１００％としたときの、大気開放後（真／大気）、及び６０℃９０％１００Ｈ後（大気／１００Ｈ）の光学膜厚の増分（Δｎｄ％）を示す。図２において、光学膜厚の増分は水分の吸湿の影響を示す。例えば、真空度５×１０−３Ｐａの室温で成膜されたＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）は、真空から大気開放された時に約７％の光学膜厚の変化を示し、６０℃９０％１００Ｈの高温高湿環境後は更に約５％の光学膜厚の変化を生じる。これはＡｌ２Ｏ３膜の高温高湿環境後の挙動と好対照であり、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜の吸湿性、Ａｌ２Ｏ３膜の非吸湿性を示すものである。ただし無加熱成膜したＡｌ２Ｏ３膜の表面に生じるマイクロクラックなど、局所的な欠陥がＡｌ２Ｏ３膜に生じた場合は、欠陥のあるポイントから透湿が起こりえる。無加熱成膜されたＡｌ２Ｏ３膜が有する、局所的な透湿が起こるものの吸湿性が低いという性質を活用し、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３複合酸化膜とＡｌ２Ｏ３膜とをＡｇ層側から順に互いに隣接して設け、保護層とすることで透湿を防止する。
【００３４】
尚、ＴｉＯ２膜はその中間に位置付けられる。
【００３５】
ビームスプリッタの湿気に対する光学特性の信頼性をさらに高めるために、接着剤側に接する保護層を透湿防止層／吸湿層／透湿防止層の３層以上としたり、又、接着剤側だけでなく基材側にも保護層を設けたりすると、さらにＡｇ層に対する透湿防止効果が高まり有効である。本発明に特徴的な光半透膜を有するビームスプリッタは樹脂プリズムを採用するにあたり特に有効であるが、ガラスプリズムを用いてももちろん良い。
【００３６】
（実施例１）
基板として、アモルファスポリオレフィン樹脂プリズム（ＺＥＯＮＥＸ Ｅ４８Ｒ）を用い、基板側から順にＴｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜の２層からなる下引き層、Ａｇ層、Ａｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜の２層からなる上引き層、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）、Ａｌ２Ｏ３膜の２層からなる保護層を無加熱蒸着法（蒸着法）により設けた。この光半透膜を成膜したプリズムと他方のアモルファスポリオレフィン樹脂プリズムとを紫外線硬化型アクリル系接着剤により接合し、ビームスプリッタを形成した。各成膜時の真空度は、ＴｉＯ２膜は１×１０−２Ｐａ（酸素導入）、Ａｌ２Ｏ３膜は５×１０−３Ｐａ（酸素導入）、Ａｇ層は１×１０−３Ｐａ以下、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜は５×１０−３Ｐａ（酸素導入）とした。保護層のＡｌ２Ｏ３膜は透湿防止層、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜は吸湿層の役割を果たす。Ａｇ層に接するＡｌ２Ｏ３膜も透湿防止層として有効である。
【００３７】
膜構成を表１に、分光特性を図３に示す。Ａｇ層に接するＡｌ２Ｏ３膜の幾何学的厚さは、透湿防止効果、分光特性の観点から３０ｎｍとした。図３の特性図の左縦軸は、透過率（％）、反射率（％）を示し、右縦軸は光量損失（％）を示す。横軸は波長（ｎｍ）を示す。グラフのＴ４５、Ｒ４５、および図中実線で下方に描かれたＡ４５は、それぞれ光半透膜への入射角が４５°のときの透過率、反射率測定値、及び光量損失（ロス）である。以下で説明する他の分光特性のグラフも同様である。
【００３８】
特性としては、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
【００３９】
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動、外観異常が見られず良好であった。環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
（実施例２）
実施例１と同様の成膜条件にて、下引き層、Ａｇ層、上引き層を設け、更にＡｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）、Ａｌ２Ｏ３膜の３層からなる保護層を無加熱蒸着法により設け、ビームスプリッタを形成した。
【００４２】
膜構成を表２、このときの分光特性を図４に示す。特性としては、実施例１と同様、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
【００４３】
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動、外観異常が見られず良好であった。環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
（実施例３）
実施例１と同様の成膜条件にて、プリズム側からＡｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）の保護層を設けてから、下引き層、Ａｇ層、上引き層を設け、更にＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）、Ａｌ２Ｏ３膜の２層からなる保護層を無加熱蒸着法により設け、ビームスプリッタを形成した。
【００４６】
膜構成を表３、このときの分光特性を図５に示す。特性としては、実施例１と同様、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
【００４７】
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動、外観異常が見られず良好であった。環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
（比較例１）
実施例１と同様にして、下引き層、Ａｇ層、上引き層を無加熱蒸着法により設け、ビームスプリッタを形成した。但し、保護層を設けなかった。
【００５０】
膜構成を表４、このときの分光特性を図６に示す。特性としては、実施例１と同様、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動、外観異常が発生し不適であった。テスト後の分光特性を図７に示す。樹脂プリズム、接着剤からの透湿によると思われるＡｇ層の劣化が生じ、反射率、透過率の特性が悪化した。又、図７の実線に示されるように光量損失が平均７％となり増加した。外観異常は、薄茶色の変色、クモリ、少数の数十ミクロン程度の白ポチであった。環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。
【００５１】
【表４】
【００５２】
（比較例２）
実施例１と同様にして、下引き層、Ａｇ層、上引き層、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）の１層からなる保護層を無加熱蒸着法により設け、ビームスプリッタを形成した。膜構成を表５に示す（分光特性の図については、図６と大差ないので省略する）。
【００５３】
特性としては、実施例１と同様、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
【００５４】
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動、外観異常が発生し不適であった（テスト後の分光特性は、図７と大差ないので省略する）。比較例１との結果から、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜は樹脂プリズム、接着剤からの透湿防止には寄与しておらず、比較例１と同様のＡｇ層の劣化を生じたものと推測される。環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。
【００５５】
【表５】
【００５６】
（比較例３）
実施例１と同様にして、下引き層、Ａｇ層、上引き層、Ａｌ２Ｏ３膜の１層からなる保護層を無加熱蒸着法により設け、ビームスプリッタを形成した。膜構成を表６に示す（分光特性の図については、図６と大差ないので省略する）。
【００５７】
特性としては、実施例１と同様、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
【００５８】
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動、外観異常が発生し不適であった。テスト後の分光特性を図８に示す。反射率、透過率の変化は目立たないが、光量損失が平均５％となり増加した。Ａｇ層にはクラック、膜浮き等の欠陥は認められないものの、接着剤側に斑点状の変色、及び数十ミクロン程度の白ポチ（腐食）が少数発生した。
【００５９】
本例においては、実施例１の２層からなる保護層を透湿防止層のＡｌ２Ｏ３膜単層に置き換えた構成であるが、Ａｌ２Ｏ３膜単層の膜厚が比較的厚いにもかかわらず、透湿防止層だけではＡｇ層の劣化を防止するには不十分であることを示している。接着剤に接するＡｌ２Ｏ３膜が均一ではなく、ミクロ的に微細な欠陥（基板に依存する膜成長の場所的な密度変化、吸湿熱膨張によるマイクロクラック等）が有った場合、局所的に透湿が起こり斑点状の変色が発生するものと推測される。又、局所的な透湿により白ポチが発生したものと推測される。実施例１においては、吸湿層による水分の吸収が局所的な透湿を緩和したためＡｇ層の劣化を遅らせたものと思われる。又、吸湿層中のＬａ２Ｏ３がＳ、Ｃｌ等の汚染によるＡｇ層の劣化を抑制したものと思われる。環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。
【００６０】
上記比較例２、比較例３、及び上記の各実施例により保護層としては、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜もしくはＡｌ２Ｏ３層のみでは透湿防止効果は期待できず、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜とＡｌ２Ｏ３層とが共に必要であることがわかる。
【００６１】
【表６】
【００６２】
（比較例４）
実施例１と同様にして、下引き層、Ａｇ層、上引き層、ＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜の２層からなる保護層を無加熱蒸着法により設け、ビームスプリッタを形成した。ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）に換えてＳｉＯ２膜を用いた構成である。膜構成を表７に示す（分光特性の図については、図３と大差ないので省略する）。
【００６３】
特性としては、実施例１と同様、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
【００６４】
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動は無いものの、外観的には実施例に劣るものであった。クラック、浮き等の欠陥、斑点状の変色は認められないものの、数十ミクロン以下の白ポチ（腐食）が極少数発生した。これは、ビームスプリッタ形成時に取り込まれたＳ、Ｃｌ等の汚染によるものであり、汚染物によるＡｇ層の劣化が、透湿による劣化よりも反応が早いためと推測される。
【００６５】
環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。表８において判定の△、〇は実用上問題が無いことを示す。
【００６６】
【表７】
【００６７】
【表８】
【産業上の利用可能性】
【００６８】
Ａｇ層を含む樹脂製ビームスプリッタを光学部品として用いる光学製品に適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 第一の光学素子である成膜側樹脂プリズム
２ 第二の光学素子である接合側樹脂プリズム
３ 光半透膜
４ 接着剤
５、６ 下引き層
７ Ａｇ層である反射層
８、９ 上引き層
１０ ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜からなる吸湿層
１１ Ａｌ２Ｏ３層からなる透湿防止層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ、複写機、プロジェクタ、ディスプレイ等に用いられる、入射した光を分割するためのビームスプリッタに関するものであり、特には光学特性が良好なＡｇ層を有する光半透膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリズム式ビームスプリッタとしてプリズム同士の界面に光学特性の優れたＡｇ層を含む光半透膜を設けたものが良く知られている。Ａｇ層の両側に複数の誘電体膜からなる下引き層、上引き層を設けた光半透膜を用いることにより、可視域で光量損失、波長依存性の少ない、透過光と反射光の比が略１：１のビームスプリッタを容易に得ることが出来る。
【０００３】
例として特開昭５６−２７１０６（特許文献１）が挙げられる。これは、ガラスプリズム／ＴｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３／Ａｇ／Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２／接着層／ガラスプリズム、の構成とすることにより、反射率・透過率が略等しく、しかもＰ偏光とＳ偏光との差が小さい特性を有した接合タイプのビームスプリッタを開示したものである。
【０００４】
又、例として特開平０６−３３１８１１（特許文献２）が挙げられる。これは、樹脂プリズム／ＳｉＯ２／ＷＯ３／Ａｇ／ＷＯ３／ＳｉＯ２／接合部／樹脂プリズム、の構成とすることにより、所望の反射率・透過率光学特性を得るとともに、耐久性に優れた樹脂製ビームスプリッタを開示したものである。
【０００５】
特許文献２に記載のビームスプリッタは、誘電体膜の蒸着時にＷＯ３やＭｏＯ３等の蒸発温度の低い蒸着材料を用い、樹脂プリズムに接する第１層目にＳｉＯ２膜を使用するものである。このように比較的低温で蒸着可能な蒸着材料を選ぶことにより、樹脂プリズム等の熱に弱い基材に対する成膜時に発生する熱によるダメージを低減し、樹脂プリズムの熱膨張によるクラックの発生、膜剥離等の問題を克服している。
【０００６】
しかしながら、Ａｇは７０℃など低温の加熱で原子の移動・凝集が生じやすく、さらに高湿度の環境下ではイオンマイグレーション現象など顕著な原子の移動や凝集が生じるという化学的性質を持つことが知られている。このような化学的性質によりＡｇ層はクモリなど、光学特性の低下を起こしやすい。
【０００７】
したがって、Ａｇ層を含む光半透膜でビームスプリッタを形成する場合、Ａｇ層のクモリを防止するため、基板を無加熱（室温に近い温度）で光半透膜を成膜する必要が有る。そのために、通常、Ａｇ層に重ねて設けられる層は、Ａｇ層におけるＡｇ原子の移動を抑制するような条件下で成膜する必要がある。
【０００８】
上述のＡｌ２Ｏ３は基板を十分加熱している状況下では、充填率が１００％に近く、十分に緻密な膜を形成することができるものの、基板温度を室温から±２０℃程度の範囲（以下この温度範囲を、無加熱と呼ぶ場合がある）に抑えて成膜すると、充填率が低下しマイクロクラックなど局所的な欠陥が起こることがある。基板温度が十分高いと成膜粒子が基板上で再構成され、充填率の高い緻密な膜になりやすいが、基板温度が低いと再構成効果が薄れ、充填率が落ちる。その結果マイクロクラックなどの局所的な欠陥が起こりえる。
【０００９】
したがって、無加熱で成膜されたＡｌ２Ｏ３層は、基板加熱下で成膜されたＡｌ２Ｏ３層と比べ密度の低い透湿防止性に劣る膜となり、Ａｇ層に対する湿気に対する保護層としての透湿防止機能は充分ではない。
【００１０】
特許文献１による構成の場合、基材としてガラスプリズムを用いるから上記問題が顕在化しないものの、基材として樹脂プリズムを用いると、樹脂特有の問題、即ち、高温高湿環境下で吸湿性を生じるという問題が有り、この吸湿性によりＡｇ層に到達した水分がＡｇ層を劣化させ、接合された光半透膜の光学特性を低下させる。
【００１１】
又、特許文献２の場合、Ａｇ層の両側に設けられるＳｉＯ２、ＷＯ３、ＭＯ３等の下引き層、上引き層は、同様に透湿防止性に劣り、Ａｇ層に対する保護としては充分ではない。接合後、高温高湿環境下では樹脂基材、水分を含む接着剤からの透湿により、Ａｇ層に変色、クモリ、腐食、が発生し易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭５６−２７１０６号公報
【特許文献２】特開平０６−３３１８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
Ａｇは光学特性の優れた材料であるものの、湿気による光学面の外観の劣化など光学特性の低下が生じやすい。
【００１４】
これら外観の劣化は、水分の存在下でのＡｇイオンのマイグレーションと推測され、膜の微小クラック、接合面の微小な付着物等をトリガーとする透湿や硫黄Ｓや塩素Ｃｌによる汚染によって更に加速される。
【００１５】
本発明は、基材、接着剤からのＡｇ層への透湿を防ぎ、高温高湿環境下においても所望の透過率、反射率の特性を維持したまま、外観劣化を抑えたビームスプリッタを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の課題を解決する本発明のビームスプリッタは、
光半透膜を介して接合された少なくとも二つの光学素子からなるビームスプリッタであって、
第一の光学素子と、
前記第一の光学素子側から順に設けられた、Ａｌ２Ｏ３からなる下引き層と、前記下引き層に接して設けられたＡｇ層と、前記Ａｇ層に接して設けられたＡｌ２Ｏ３からなる上引き層と、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜と、Ａｌ２Ｏ３層と、からなる光半透膜と、
接着層と、
第二の光学素子と、
を有するビームスプリッタである。
【００１７】
ここで、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜と、続いて設けられたＡｌ２Ｏ３層が重要で、
Ａｌ２Ｏ３層は透湿防止層として、高温高湿環境下で基材、接着剤からの透湿を防止するための層であり、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜が吸湿層として透湿防止層を透過してきた水分を吸湿する役割を担う。この吸湿層により水分のＡｇ層への到達を更に防止することが出来る。
【００１８】
このように、保護層は、透湿防止層として設けられたＡｌ２Ｏ３層と、吸湿層として設けられたＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜からなる。
【００１９】
保護層は、透湿防止層と吸湿層の交互の組み合わせで形成される複数層であれば良く、水分を多分に含む接着剤を配する接着層に近い層が透湿防止層であることが重要である。
【００２０】
Ａｌ２Ｏ３膜は、低温（１００℃以下）で蒸着形成される膜として、密度が高く表面が緻密なため透湿防止性に優れる。吸湿層としては、吸湿性を示す複数の材料の中で、ＳｉＯ２とＬａ２Ｏ３の複合酸化物膜が、硫黄（Ｓ）、塩素（Ｃｌ）によるＡｇ層の劣化を防止することから有効である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の構成とすることにより、基板、接着剤からのＡｇ層への透湿を防ぎ、高温高湿環境下においても所望の透過率、反射率の特性を維持したまま、外観劣化を低減したビームスプリッタを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のビームスプリッタの膜構成断面を示す模式図である。
【図２】膜材料の高温高湿環境後の吸湿性を示すグラフである。
【図３】実施例１の分光特性を示すグラフである。
【図４】実施例２の分光特性を示すグラフである。
【図５】実施例３の分光特性を示すグラフである。
【図６】比較例１の分光特性を示すグラフである。
【図７】比較例１の環境テスト後の分光特性を示すグラフである。
【図８】比較例３の環境テスト後の分光特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明のビームスプリッタの膜構成断面の模式図を図１に示す。樹脂製のプリズム形状の第一の光学素子１に、真空蒸着法等の成膜法によりＡｇ層を含む光半透膜３を設け、ＵＶ硬化樹脂等の接着層４により他方の樹脂製のプリズム２と接合し、ビームスプリッタを形成した。
【００２４】
樹脂製の基材としては、アクリル、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン等を用いることが出来る。
【００２５】
光半透膜３は電子銃蒸発源、蒸着等を用いて無加熱（＝基板温度が室温から±２０℃の範囲）で形成される。基板側より順次、比較的高い屈折率を有する膜としてＴｉＯ２膜５（可視光に対し屈折率約．２．２）、中間的な屈折率を有する膜としてＡｌ２Ｏ３膜６（可視光に対し屈折率約１．６）からなる下引き層、Ａｇ層よりなる反射層７、Ａｌ２Ｏ３膜８、ＴｉＯ２膜９よりなる上引き層、更に吸湿性を示すＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜１０と緻密な膜質により透湿防止性を示すＡｌ２Ｏ３膜よりなる保護層１１を設ける。
【００２６】
下引き層、上引き層の膜厚は所望の透過率、反射率を得るために適宜決めることが出来る。又、所望の透過率、反射率に応じて下引き層、上引き層の層数を適宜決めることが出来る。
【００２７】
比較的高い屈折率を有する膜としてはＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｌａ２Ｏ３等の材料、又はこれらの混合物から選択することが出来る。中間的な屈折率を有する膜としてＡｌ２Ｏ３膜が好適である。
【００２８】
吸湿性を示す膜としては、ＳｉＯ２、スピネル、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３からなる少なくとも一つの材料を含むことが好ましく、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜が好適である。Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率としては、Ｌａ２Ｏ３が５〜３０ｗｔ％が好ましい。５ｗｔ％より小さい場合は硫黄（Ｓ）、塩素（Ｃｌ）によるＡｇ層の劣化を防止する効果が少なく、３０ｗｔ％より大きい場合は、接合後に高温高湿環境下でクラック、膜浮き等が発生し易くなる。又、膜厚（幾何学的膜厚、ｄ）は２０〜８０ｎｍが好ましい。２０ｎｍより小さい場合は吸湿によるＡｇ層の劣化を防止する効果が少なく、８０ｎｍより大きい場合は所望の分光特性を得るのが難しくなり、密着不良が発生し易くなる。
【００２９】
透湿防止膜としてはＡｌ２Ｏ３膜が好適である。その膜厚（ｄ）は２０〜１００ｎｍが好ましい。２０ｎｍより小さい場合は透湿防止によるＡｇ層の劣化を防止する効果が少なく、１００ｎｍより大きい場合は所望の分光特性を得るのが難しくなり、接合後、高温高湿環境下でクラックを発生し易い。
【００３０】
又、透湿防止層としては膜密度が高いことが好ましく、成膜方法として、イオンプレーティング、イオンビームアシストを付加してもよく、スパッタ法を用いることも出来る。吸湿層としてはＨ２Ｏ分子をとりこみやすい膜密度が低い膜であることが好ましく、通常の蒸着法で形成することが出来る。
【００３１】
接着剤は、シリコン系、エポキシ系、ウレタン系、アクリル系、オレフィン系接着剤等を用い、粘着硬化、２液硬化、紫外線硬化等により接合することが出来る。
【００３２】
Ａｇ層の膜厚は特に限定されないが、良好な光半透膜を得るためには１ｎｍ〜５０ｎｍ程度に設けると良い。
【００３３】
本発明で用いる膜材料の高温高湿環境後の吸湿性を図２に示す。図２の棒グラフは各材料に対応しており、縦軸の左に付した数字は成膜時の真空度、横軸は成膜後の真空中での光学膜厚を１００％としたときの、大気開放後（真／大気）、及び６０℃９０％１００Ｈ後（大気／１００Ｈ）の光学膜厚の増分（Δｎｄ％）を示す。図２において、光学膜厚の増分は水分の吸湿の影響を示す。例えば、真空度５×１０−３Ｐａの室温で成膜されたＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）は、真空から大気開放された時に約７％の光学膜厚の変化を示し、６０℃９０％１００Ｈの高温高湿環境後は更に約５％の光学膜厚の変化を生じる。これはＡｌ２Ｏ３膜の高温高湿環境後の挙動と好対照であり、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜の吸湿性、Ａｌ２Ｏ３膜の非吸湿性を示すものである。ただし無加熱成膜したＡｌ２Ｏ３膜の表面に生じるマイクロクラックなど、局所的な欠陥がＡｌ２Ｏ３膜に生じた場合は、欠陥のあるポイントから透湿が起こりえる。無加熱成膜されたＡｌ２Ｏ３膜が有する、局所的な透湿が起こるものの吸湿性が低いという性質を活用し、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３複合酸化膜とＡｌ２Ｏ３膜とをＡｇ層側から順に互いに隣接して設け、保護層とすることで透湿を防止する。
【００３４】
尚、ＴｉＯ２膜はその中間に位置付けられる。
【００３５】
ビームスプリッタの湿気に対する光学特性の信頼性をさらに高めるために、接着剤側に接する保護層を透湿防止層／吸湿層／透湿防止層の３層以上としたり、又、接着剤側だけでなく基材側にも保護層を設けたりすると、さらにＡｇ層に対する透湿防止効果が高まり有効である。本発明に特徴的な光半透膜を有するビームスプリッタは樹脂プリズムを採用するにあたり特に有効であるが、ガラスプリズムを用いてももちろん良い。
【００３６】
（実施例１）
基板として、アモルファスポリオレフィン樹脂プリズム（ＺＥＯＮＥＸ Ｅ４８Ｒ）を用い、基板側から順にＴｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜の２層からなる下引き層、Ａｇ層、Ａｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜の２層からなる上引き層、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）、Ａｌ２Ｏ３膜の２層からなる保護層を無加熱蒸着法（蒸着法）により設けた。この光半透膜を成膜したプリズムと他方のアモルファスポリオレフィン樹脂プリズムとを紫外線硬化型アクリル系接着剤により接合し、ビームスプリッタを形成した。各成膜時の真空度は、ＴｉＯ２膜は１×１０−２Ｐａ（酸素導入）、Ａｌ２Ｏ３膜は５×１０−３Ｐａ（酸素導入）、Ａｇ層は１×１０−３Ｐａ以下、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜は５×１０−３Ｐａ（酸素導入）とした。保護層のＡｌ２Ｏ３膜は透湿防止層、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜は吸湿層の役割を果たす。Ａｇ層に接するＡｌ２Ｏ３膜も透湿防止層として有効である。
【００３７】
膜構成を表１に、分光特性を図３に示す。Ａｇ層に接するＡｌ２Ｏ３膜の幾何学的厚さは、透湿防止効果、分光特性の観点から３０ｎｍとした。図３の特性図の左縦軸は、透過率（％）、反射率（％）を示し、右縦軸は光量損失（％）を示す。横軸は波長（ｎｍ）を示す。グラフのＴ４５、Ｒ４５、および図中実線で下方に描かれたＡ４５は、それぞれ光半透膜への入射角が４５°のときの透過率、反射率測定値、及び光量損失（ロス）である。以下で説明する他の分光特性のグラフも同様である。
【００３８】
特性としては、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
【００３９】
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動、外観異常が見られず良好であった。環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
（実施例２）
実施例１と同様の成膜条件にて、下引き層、Ａｇ層、上引き層を設け、更にＡｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）、Ａｌ２Ｏ３膜の３層からなる保護層を無加熱蒸着法により設け、ビームスプリッタを形成した。
【００４２】
膜構成を表２、このときの分光特性を図４に示す。特性としては、実施例１と同様、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
【００４３】
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動、外観異常が見られず良好であった。環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
（実施例３）
実施例１と同様の成膜条件にて、プリズム側からＡｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）の保護層を設けてから、下引き層、Ａｇ層、上引き層を設け、更にＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）、Ａｌ２Ｏ３膜の２層からなる保護層を無加熱蒸着法により設け、ビームスプリッタを形成した。
【００４６】
膜構成を表３、このときの分光特性を図５に示す。特性としては、実施例１と同様、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
【００４７】
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動、外観異常が見られず良好であった。環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
（比較例１）
実施例１と同様にして、下引き層、Ａｇ層、上引き層を無加熱蒸着法により設け、ビームスプリッタを形成した。但し、保護層を設けなかった。
【００５０】
膜構成を表４、このときの分光特性を図６に示す。特性としては、実施例１と同様、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動、外観異常が発生し不適であった。テスト後の分光特性を図７に示す。樹脂プリズム、接着剤からの透湿によると思われるＡｇ層の劣化が生じ、反射率、透過率の特性が悪化した。又、図７の実線に示されるように光量損失が平均７％となり増加した。外観異常は、薄茶色の変色、クモリ、少数の数十ミクロン程度の白ポチであった。環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。
【００５１】
【表４】
【００５２】
（比較例２）
実施例１と同様にして、下引き層、Ａｇ層、上引き層、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）の１層からなる保護層を無加熱蒸着法により設け、ビームスプリッタを形成した。膜構成を表５に示す（分光特性の図については、図６と大差ないので省略する）。
【００５３】
特性としては、実施例１と同様、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
【００５４】
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動、外観異常が発生し不適であった（テスト後の分光特性は、図７と大差ないので省略する）。比較例１との結果から、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜は樹脂プリズム、接着剤からの透湿防止には寄与しておらず、比較例１と同様のＡｇ層の劣化を生じたものと推測される。環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。
【００５５】
【表５】
【００５６】
（比較例３）
実施例１と同様にして、下引き層、Ａｇ層、上引き層、Ａｌ２Ｏ３膜の１層からなる保護層を無加熱蒸着法により設け、ビームスプリッタを形成した。膜構成を表６に示す（分光特性の図については、図６と大差ないので省略する）。
【００５７】
特性としては、実施例１と同様、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
【００５８】
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動、外観異常が発生し不適であった。テスト後の分光特性を図８に示す。反射率、透過率の変化は目立たないが、光量損失が平均５％となり増加した。Ａｇ層にはクラック、膜浮き等の欠陥は認められないものの、接着剤側に斑点状の変色、及び数十ミクロン程度の白ポチ（腐食）が少数発生した。
【００５９】
本例においては、実施例１の２層からなる保護層を透湿防止層のＡｌ２Ｏ３膜単層に置き換えた構成であるが、Ａｌ２Ｏ３膜単層の膜厚が比較的厚いにもかかわらず、透湿防止層だけではＡｇ層の劣化を防止するには不十分であることを示している。接着剤に接するＡｌ２Ｏ３膜が均一ではなく、ミクロ的に微細な欠陥（基板に依存する膜成長の場所的な密度変化、吸湿熱膨張によるマイクロクラック等）が有った場合、局所的に透湿が起こり斑点状の変色が発生するものと推測される。又、局所的な透湿により白ポチが発生したものと推測される。実施例１においては、吸湿層による水分の吸収が局所的な透湿を緩和したためＡｇ層の劣化を遅らせたものと思われる。又、吸湿層中のＬａ２Ｏ３がＳ、Ｃｌ等の汚染によるＡｇ層の劣化を抑制したものと思われる。環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。
【００６０】
上記比較例２、比較例３、及び上記の各実施例により保護層としては、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜もしくはＡｌ２Ｏ３層のみでは透湿防止効果は期待できず、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜とＡｌ２Ｏ３層とが共に必要であることがわかる。
【００６１】
【表６】
【００６２】
（比較例４）
実施例１と同様にして、下引き層、Ａｇ層、上引き層、ＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜の２層からなる保護層を無加熱蒸着法により設け、ビームスプリッタを形成した。ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３膜（Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率１０ｗｔ％）に換えてＳｉＯ２膜を用いた構成である。膜構成を表７に示す（分光特性の図については、図３と大差ないので省略する）。
【００６３】
特性としては、実施例１と同様、可視域（４００〜７００ｎｍ）における透過率、反射率の比が略等しく波長依存性の少ない良好なものである。又、光量損失（平均３％以下）の少ないビームスプリッタであった。
【００６４】
次に、このビームスプリッタを６０℃、９０％の高温高湿下に１０００Ｈ（時間）放置し環境テストを行った。結果は、特性変動は無いものの、外観的には実施例に劣るものであった。クラック、浮き等の欠陥、斑点状の変色は認められないものの、数十ミクロン以下の白ポチ（腐食）が極少数発生した。これは、ビームスプリッタ形成時に取り込まれたＳ、Ｃｌ等の汚染によるものであり、汚染物によるＡｇ層の劣化が、透湿による劣化よりも反応が早いためと推測される。
【００６５】
環境テストの結果を他の例とともに表８に示す。表８において判定の△、〇は実用上問題が無いことを示す。
【００６６】
【表７】
【００６７】
【表８】
【産業上の利用可能性】
【００６８】
Ａｇ層を含む樹脂製ビームスプリッタを光学部品として用いる光学製品に適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 第一の光学素子である成膜側樹脂プリズム
２ 第二の光学素子である接合側樹脂プリズム
３ 光半透膜
４ 接着剤
５、６ 下引き層
７ Ａｇ層である反射層
８、９ 上引き層
１０ ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜からなる吸湿層
１１ Ａｌ２Ｏ３層からなる透湿防止層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半透膜を介して接合された少なくとも二つの光学素子からなるビームスプリッタであって、
第一の光学素子と、
前記第一の光学素子側から順に設けられた、Ａｌ２Ｏ３からなる下引き層と、前記下引き層に接して設けられたＡｇからなる反射層と、前記反射層に接して設けられたＡｌ２Ｏ３からなる上引き層と、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜と、Ａｌ２Ｏ３層と、からなる光半透膜と、
接着層と、
第二の光学素子と、
を有するビームスプリッタ。
【請求項２】
第一および第二の光学素子が、樹脂性の基材からなることを特徴とする請求項１記載のビームスプリッタ。
【請求項３】
前記上引き層と前記ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜との間にＡｌ２Ｏ３層をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載のビームスプリッタ。
【請求項４】
前記第一の光学素子と前記下引き層との間に、第一の光学素子側から順にＡｌ２Ｏ３層とＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜をさらに設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のビームスプリッタ。
【請求項５】
前記下引き層および前記上引き層は、前記Ａｇからなる反射層に接するＡｌ２Ｏ３層および、そのＡｌ２Ｏ３層に接するＴｉＯ２層からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のビームスプリッタ。
【請求項６】
前記複合酸化物膜の、Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率は、Ｌａ２Ｏ３が５〜３０ｗｔ％であることを特徴とする特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載のビームスプリッタ。
【請求項７】
前記光半透膜は、幾何学的膜厚で、
２０ｎｍ〜３８ｎｍのＡｌ２Ｏ３からなる下引き層と、
１ｎｍ〜５０ｎｍの前記下引き層に接して設けられたＡｇからなる反射層と、
２０ｎｍ〜３８ｎｍの前記反射層に接して設けられたＡｌ２Ｏ３からなる上引き層と、
２０ｎｍ〜８０ｎｍのＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜と、
２０ｎｍ〜１００ｎｍ Ａｌ２Ｏ３層と、
からなることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載のビームスプリッタ。
【請求項８】
波長４００ｎｍ〜７５０ｎｍの光に対して光損失量が平均３％以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載のビームスプリッタ。
【請求項１】
光半透膜を介して接合された少なくとも二つの光学素子からなるビームスプリッタであって、
第一の光学素子と、
前記第一の光学素子側から順に設けられた、Ａｌ２Ｏ３からなる下引き層と、前記下引き層に接して設けられたＡｇからなる反射層と、前記反射層に接して設けられたＡｌ２Ｏ３からなる上引き層と、ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜と、Ａｌ２Ｏ３層と、からなる光半透膜と、
接着層と、
第二の光学素子と、
を有するビームスプリッタ。
【請求項２】
第一および第二の光学素子が、樹脂性の基材からなることを特徴とする請求項１記載のビームスプリッタ。
【請求項３】
前記上引き層と前記ＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜との間にＡｌ２Ｏ３層をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載のビームスプリッタ。
【請求項４】
前記第一の光学素子と前記下引き層との間に、第一の光学素子側から順にＡｌ２Ｏ３層とＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜をさらに設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のビームスプリッタ。
【請求項５】
前記下引き層および前記上引き層は、前記Ａｇからなる反射層に接するＡｌ２Ｏ３層および、そのＡｌ２Ｏ３層に接するＴｉＯ２層からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のビームスプリッタ。
【請求項６】
前記複合酸化物膜の、Ｌａ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する比率は、Ｌａ２Ｏ３が５〜３０ｗｔ％であることを特徴とする特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載のビームスプリッタ。
【請求項７】
前記光半透膜は、幾何学的膜厚で、
２０ｎｍ〜３８ｎｍのＡｌ２Ｏ３からなる下引き層と、
１ｎｍ〜５０ｎｍの前記下引き層に接して設けられたＡｇからなる反射層と、
２０ｎｍ〜３８ｎｍの前記反射層に接して設けられたＡｌ２Ｏ３からなる上引き層と、
２０ｎｍ〜８０ｎｍのＳｉＯ２＋Ｌａ２Ｏ３の複合酸化物膜と、
２０ｎｍ〜１００ｎｍ Ａｌ２Ｏ３層と、
からなることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載のビームスプリッタ。
【請求項８】
波長４００ｎｍ〜７５０ｎｍの光に対して光損失量が平均３％以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載のビームスプリッタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２４２６７４（Ｐ２０１２−２４２６７４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３９０９（Ｐ２０１１−１１３９０９）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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