JPH0776428B2 - 環境的に安定した光学的被覆を形成する方法 - Google Patents
環境的に安定した光学的被覆を形成する方法Info
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- JPH0776428B2 JPH0776428B2 JP62500693A JP50069387A JPH0776428B2 JP H0776428 B2 JPH0776428 B2 JP H0776428B2 JP 62500693 A JP62500693 A JP 62500693A JP 50069387 A JP50069387 A JP 50069387A JP H0776428 B2 JPH0776428 B2 JP H0776428B2
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
- C23C16/401—Oxides containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
- C23C16/482—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using incoherent light, UV to IR, e.g. lamps
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- Inorganic Chemistry (AREA)
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- Toxicology (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明によれば、光学的被覆は、米国特許第4,371,587
号明細書、および第4,545,646号明細書で説明されたよ
うに光化学蒸気堆積方法によって選択された基体の表面
に形成される。このような光化学蒸気堆積方法によって
形成されたケイ酸鉛の被覆は、光化学蒸気堆積によって
形成された従来の酸化ケイ素（SiOX）物質に比較して水
蒸気に対して安定性が改良されることを発見した。本発
明のケイ酸鉛被覆は米国特許第4,545,646号明細書で説
明された傾斜屈折率光学的フィルタまたは従来の四分の
一波長スタック構造のいずれかを形成するのに使用さ
れ、所望の光学的特性を有し従来得られなかった環境的
に安定したフィルタを提供する。
号明細書、および第4,545,646号明細書で説明されたよ
うに光化学蒸気堆積方法によって選択された基体の表面
に形成される。このような光化学蒸気堆積方法によって
形成されたケイ酸鉛の被覆は、光化学蒸気堆積によって
形成された従来の酸化ケイ素（SiOX）物質に比較して水
蒸気に対して安定性が改良されることを発見した。本発
明のケイ酸鉛被覆は米国特許第4,545,646号明細書で説
明された傾斜屈折率光学的フィルタまたは従来の四分の
一波長スタック構造のいずれかを形成するのに使用さ
れ、所望の光学的特性を有し従来得られなかった環境的
に安定したフィルタを提供する。
このような光学的構造を形成するために、屈折率を大き
く変化させるように比較的屈折率の高い１物質と比較的
屈折率の低い１物質を有する必要がある。低屈折率の物
質としては、二酸化ケイ素が非常に適しており使用する
のに便利である。二酸化ケイ素に代わる他の適切な物質
には以下の特性を有する：（１）最終構造を形成するの
に必要な低屈折率を提供すること：（２）化学的に安定
した化学量論的酸化物であること、：（３）低温光化学
蒸気堆積によって堆積できること：（４）光化学反応で
使用された放射線波長が透過性であること：（５）最後
の光学的構造で作用される放射線の波長に透過性である
こと。
く変化させるように比較的屈折率の高い１物質と比較的
屈折率の低い１物質を有する必要がある。低屈折率の物
質としては、二酸化ケイ素が非常に適しており使用する
のに便利である。二酸化ケイ素に代わる他の適切な物質
には以下の特性を有する：（１）最終構造を形成するの
に必要な低屈折率を提供すること：（２）化学的に安定
した化学量論的酸化物であること、：（３）低温光化学
蒸気堆積によって堆積できること：（４）光化学反応で
使用された放射線波長が透過性であること：（５）最後
の光学的構造で作用される放射線の波長に透過性である
こと。
光学的構造を形成する第２の物質は、1.46の屈折率を有
するSiO2に比較して比較的高い屈折率を与えて、前記光
学的構造を提供するために屈折率の変化が十分にできる
ように選択される。さらに、第２の酸化物は、低温光化
学蒸気堆積によって堆積可能でなければならない。その
ように形成された酸化物は、化学的に安定しSiOXのよう
に酸化物内容物に変化を示さない化学量論的酸化物でな
ければならない。さらに、第２の酸化物は、反応誘発放
射線が反応室に入り、しかも反応室窓に堆積した物質を
通過できるような紫外線範囲に対して透過性でなければ
ならない。さらに、この第２の酸化物は形成された光学
的構造を最後に使用する場合に必要な放射線の波長を透
過しなければならない。
するSiO2に比較して比較的高い屈折率を与えて、前記光
学的構造を提供するために屈折率の変化が十分にできる
ように選択される。さらに、第２の酸化物は、低温光化
学蒸気堆積によって堆積可能でなければならない。その
ように形成された酸化物は、化学的に安定しSiOXのよう
に酸化物内容物に変化を示さない化学量論的酸化物でな
ければならない。さらに、第２の酸化物は、反応誘発放
射線が反応室に入り、しかも反応室窓に堆積した物質を
通過できるような紫外線範囲に対して透過性でなければ
ならない。さらに、この第２の酸化物は形成された光学
的構造を最後に使用する場合に必要な放射線の波長を透
過しなければならない。
ケイ酸鉛はシラン（SiO4）又はジシラン（SiO2H8）のよ
うなケイ素、および原子酸素を形成するために光解離さ
れる亜酸化窒素（N2O）のような選択された酸素含有前
駆物質を含有する第１の気相反応体を提供することによ
って本発明の方法によって形成される。酸素含有前駆物
質の光解離は選択された波長（つまりN2O対する1849
Å）の放射線による直接解離または2537Å放射線を使用
する水銀感知解離によって行われる。他の安定した酸素
含有前駆物質には二酸化窒素（NO2）および選択された
圧力と流速条件下の分子酸素がある。第２の気相反応体
は原子酸素と反応することができ、前記要件に会う対応
する酸化物を形成する。その代わりに、第２の気相反応
体は直接的放射線によってまたは活性ラジカルを形成す
るために水銀感知方法によって解離されついで前記活性
ラジカルは他の反応体と反応し所望の生成物を形成す
る。本発明の好ましい実施例によれば、第２の気相反応
体は鉛を含有し、たとえばテトラエチル鉛でありえる。
第２の気相反応体に適した他の化合物には、二酸化チタ
ンに酸化されるチタニウム エトキサイド、タンタルペ
ントキサイドに酸化されるタンタルエトキサイドまたは
たとえば重金属酸化物に酸化される他の気相反応体があ
る。テトラエチル鉛の場合、第２の反応体は所望の反応
と所望の堆積速度に十分な濃度の反応体を提供する適切
な蒸気圧力を有する液体の形態である。この場合、気相
反応体は窒素またはヘリウムのようなキャリアガスによ
って反応室に導入される。
うなケイ素、および原子酸素を形成するために光解離さ
れる亜酸化窒素（N2O）のような選択された酸素含有前
駆物質を含有する第１の気相反応体を提供することによ
って本発明の方法によって形成される。酸素含有前駆物
質の光解離は選択された波長（つまりN2O対する1849
Å）の放射線による直接解離または2537Å放射線を使用
する水銀感知解離によって行われる。他の安定した酸素
含有前駆物質には二酸化窒素（NO2）および選択された
圧力と流速条件下の分子酸素がある。第２の気相反応体
は原子酸素と反応することができ、前記要件に会う対応
する酸化物を形成する。その代わりに、第２の気相反応
体は直接的放射線によってまたは活性ラジカルを形成す
るために水銀感知方法によって解離されついで前記活性
ラジカルは他の反応体と反応し所望の生成物を形成す
る。本発明の好ましい実施例によれば、第２の気相反応
体は鉛を含有し、たとえばテトラエチル鉛でありえる。
第２の気相反応体に適した他の化合物には、二酸化チタ
ンに酸化されるチタニウム エトキサイド、タンタルペ
ントキサイドに酸化されるタンタルエトキサイドまたは
たとえば重金属酸化物に酸化される他の気相反応体があ
る。テトラエチル鉛の場合、第２の反応体は所望の反応
と所望の堆積速度に十分な濃度の反応体を提供する適切
な蒸気圧力を有する液体の形態である。この場合、気相
反応体は窒素またはヘリウムのようなキャリアガスによ
って反応室に導入される。
本発明は特定の操作理論に限定されないが、以下の式
（１）、（２）、および（３）はケイ酸鉛形成のための
本発明に対して１実施例の提案された反応シーケンスを
示す。原子窒化酸素は酸化窒素の水銀感知解離によって
形成され、次にシランおよびテトラエチル鉛［Pb(E
t)4］と反応してケイ酸鉛を形成する。
（１）、（２）、および（３）はケイ酸鉛形成のための
本発明に対して１実施例の提案された反応シーケンスを
示す。原子窒化酸素は酸化窒素の水銀感知解離によって
形成され、次にシランおよびテトラエチル鉛［Pb(E
t)4］と反応してケイ酸鉛を形成する。
Hg0＋ｈν（2537Å）→Hg＊ （１） （式中、ｈ＝プランク定数、ν＝吸収した放射線の周波
数、 Hg＝グランド状態の水銀、Hg＊＝励起状態の水銀） Hg＊＋N2O→Ｏ＋N2＋Hg （２） SiH4＋Pb(Et)4＋Ｏ →PbO/SiO＋炭化水素 （３） 代わりに、テトラエチル鉛それ自体は、式（４）に示さ
れるようにHg＊によって光解離されラジカルを形成し、
前記ラジカルは反応してケイ酸鉛を形成する。
数、 Hg＝グランド状態の水銀、Hg＊＝励起状態の水銀） Hg＊＋N2O→Ｏ＋N2＋Hg （２） SiH4＋Pb(Et)4＋Ｏ →PbO/SiO＋炭化水素 （３） 代わりに、テトラエチル鉛それ自体は、式（４）に示さ
れるようにHg＊によって光解離されラジカルを形成し、
前記ラジカルは反応してケイ酸鉛を形成する。
Pb(Et)4＋Hg＊ →Pb(Et)3・＋Et＋Hg0 （４） 式（３）に示されるPbO/SiO2は“ケイ酸鉛”と呼ばれる
鉛とケイ酸の混合酸化物である。本発明によれば、ケイ
酸鉛の酸化鉛含有量は所望の光特性と所望の環境的安定
性の両方を提供するために５乃至80モルパーセント、好
ましくは30乃至40モルパーセントの範囲内で選択され
る。30乃至40モルパーセントの酸化鉛含有量を有する好
ましい被覆は約1.65乃至1.71の屈折率を有する。
鉛とケイ酸の混合酸化物である。本発明によれば、ケイ
酸鉛の酸化鉛含有量は所望の光特性と所望の環境的安定
性の両方を提供するために５乃至80モルパーセント、好
ましくは30乃至40モルパーセントの範囲内で選択され
る。30乃至40モルパーセントの酸化鉛含有量を有する好
ましい被覆は約1.65乃至1.71の屈折率を有する。
本発明のケイ酸鉛被覆を形成するために、米国特許第4,
371,587号明細書で説明された方法と装置を使用するこ
とができる。シランとテトラエチル鉛反応体の割合は生
成物中に前記モルパーセントの酸化鉛を有する酸化物を
提供するように選択される予め選択された流速を与える
流速計を使用することによって制御される。テトラエチ
ル鉛は液体エトラエチル鉛のリザーバを通って窒素また
はヘリウムのような不活性基体を通過することによって
反応室に導入される。
371,587号明細書で説明された方法と装置を使用するこ
とができる。シランとテトラエチル鉛反応体の割合は生
成物中に前記モルパーセントの酸化鉛を有する酸化物を
提供するように選択される予め選択された流速を与える
流速計を使用することによって制御される。テトラエチ
ル鉛は液体エトラエチル鉛のリザーバを通って窒素また
はヘリウムのような不活性基体を通過することによって
反応室に導入される。
ケイ酸鉛の層を前述のように本発明によって２つのゲル
マニウム基体の表面にそれぞれ形成した。反応体は0.9
標準立方センチメートル／分（sccm）の流速のシラン、
20℃のテトラエチル鉛を通って2sccmの流速の窒素キャ
リアガスによって導入されたテトラエチル鉛、および50
sccmの流速の窒化酸化物であった。システムの圧力は40
0ミリトルであった。基体の温度は100℃であった。水銀
蒸気ランプからの水銀鋭敏化処理および2537Å放射線を
使用した。堆積の結果は表Ｉに示される。表Ｉに示され
る化学組成物はＸ線によるエネルギー分散分析（EDAX）
によって決定された。フーリエ変換赤外線分光計（FTI
R）をサンプル番号２で行い、得られたデータは、文献
（P.C.LiおよびP.J.Tsang、CVD疎水性ケイ酸鉛フィル
ム”、J.Electrochem.Soc:SOLID STATE SCIENCE AND TE
CHNOLOGY、129巻、1982年１月、165頁−172頁）で説明
されたように300−450℃でテトラエチル鉛およびテトラ
エチルオルソシリケートの熱的化学蒸気堆積によって生
成されたケイ酸鉛フィルムでFTIRデータと同様に決定さ
れた。一般に、赤外線スペクトルはSiO2に対して約105
0、790、および450cm-1でピークを持つ同じ特性の吸収
帯域を示した。フィルム中のPbOの添加によって〜650cm
-1の吸収、1050cm-1帯域の肩、および波数に等しい1080
cm-1帯域（精製SiO2）のシフトが生じた。3200−3600cm
の弱く広いピークは少量の水の存在を示す。別のシリー
ズのこれら試料を使用すると、ケイ酸鉛の鉛含有量が増
加すると水の含有量が一般に減少することが決定され
た。表Ｉに示される1.71の屈折率は、構成酸化物物質か
ら1500℃で形成された通常のケイ酸鉛ガラスから予測さ
れ同じ組成物を有するものより微かに低ことに注意され
たい。この効果は本発明のケイ酸鉛の多孔性の程度を示
し、このようなフィルムが形成されるずっと低い温度に
よって予測できる。
マニウム基体の表面にそれぞれ形成した。反応体は0.9
標準立方センチメートル／分（sccm）の流速のシラン、
20℃のテトラエチル鉛を通って2sccmの流速の窒素キャ
リアガスによって導入されたテトラエチル鉛、および50
sccmの流速の窒化酸化物であった。システムの圧力は40
0ミリトルであった。基体の温度は100℃であった。水銀
蒸気ランプからの水銀鋭敏化処理および2537Å放射線を
使用した。堆積の結果は表Ｉに示される。表Ｉに示され
る化学組成物はＸ線によるエネルギー分散分析（EDAX）
によって決定された。フーリエ変換赤外線分光計（FTI
R）をサンプル番号２で行い、得られたデータは、文献
（P.C.LiおよびP.J.Tsang、CVD疎水性ケイ酸鉛フィル
ム”、J.Electrochem.Soc:SOLID STATE SCIENCE AND TE
CHNOLOGY、129巻、1982年１月、165頁−172頁）で説明
されたように300−450℃でテトラエチル鉛およびテトラ
エチルオルソシリケートの熱的化学蒸気堆積によって生
成されたケイ酸鉛フィルムでFTIRデータと同様に決定さ
れた。一般に、赤外線スペクトルはSiO2に対して約105
0、790、および450cm-1でピークを持つ同じ特性の吸収
帯域を示した。フィルム中のPbOの添加によって〜650cm
-1の吸収、1050cm-1帯域の肩、および波数に等しい1080
cm-1帯域（精製SiO2）のシフトが生じた。3200−3600cm
の弱く広いピークは少量の水の存在を示す。別のシリー
ズのこれら試料を使用すると、ケイ酸鉛の鉛含有量が増
加すると水の含有量が一般に減少することが決定され
た。表Ｉに示される1.71の屈折率は、構成酸化物物質か
ら1500℃で形成された通常のケイ酸鉛ガラスから予測さ
れ同じ組成物を有するものより微かに低ことに注意され
たい。この効果は本発明のケイ酸鉛の多孔性の程度を示
し、このようなフィルムが形成されるずっと低い温度に
よって予測できる。
さらに、表Ｉのデータからは、例１の堆積速度が40分の
全堆積時間に27Å／分であり、例２の堆積速度は210分
の全堆積時間に対して13Å／分のみであることが計算さ
れる。例２の堆積速度のこのようなレベルオフは、反応
室の水晶窓の内部表面の堆積した物質の堆積によるもの
である。これら堆積物は窓を介して反応室に通過しなけ
ればならない反応誘発放射線を吸収する。これら堆積物
は窓を介して反応室に通過する反応誘発放射線を吸収す
る。水晶窓の堆積物のこの問題は、フォンブリン（Fomb
lin）（Motecantini−Edison Company of Italyから市
販されているパーフロロ化ポリエーテル）で水晶窓の内
部面を被覆することによって最少になる。堆積物はフォ
ンブリンフィルムに付着しない。このようなフォンブリ
ン被覆を使用して、ケイ酸鉛は60分の全堆積時間に対し
て、100Å／分の平均堆積速度で本発明によって堆積し
た。
全堆積時間に27Å／分であり、例２の堆積速度は210分
の全堆積時間に対して13Å／分のみであることが計算さ
れる。例２の堆積速度のこのようなレベルオフは、反応
室の水晶窓の内部表面の堆積した物質の堆積によるもの
である。これら堆積物は窓を介して反応室に通過しなけ
ればならない反応誘発放射線を吸収する。これら堆積物
は窓を介して反応室に通過する反応誘発放射線を吸収す
る。水晶窓の堆積物のこの問題は、フォンブリン（Fomb
lin）（Motecantini−Edison Company of Italyから市
販されているパーフロロ化ポリエーテル）で水晶窓の内
部面を被覆することによって最少になる。堆積物はフォ
ンブリンフィルムに付着しない。このようなフォンブリ
ン被覆を使用して、ケイ酸鉛は60分の全堆積時間に対し
て、100Å／分の平均堆積速度で本発明によって堆積し
た。
さらに、フィルムが基体表面全体の均一の鉛含有物でな
いことが決定された。気体マニホールドからのフィルム
の堆積した距離はテトラエチル鉛反応体の空乏によって
気体マニホールド入口近くに堆積した鉛より少ない鉛を
含有した。堆積した物質のこの非均一性は基体が大きい
表面積を有する場合にのみ問題が生じる。このような場
合に、反応体基体流速および圧力のようなシステム変数
の変化は本発明のケイ酸鉛フィルムの均一な組成物を達
成するのに必要である。
いことが決定された。気体マニホールドからのフィルム
の堆積した距離はテトラエチル鉛反応体の空乏によって
気体マニホールド入口近くに堆積した鉛より少ない鉛を
含有した。堆積した物質のこの非均一性は基体が大きい
表面積を有する場合にのみ問題が生じる。このような場
合に、反応体基体流速および圧力のようなシステム変数
の変化は本発明のケイ酸鉛フィルムの均一な組成物を達
成するのに必要である。
傾斜屈折率構造を形成するために、米国特許第4,545,64
6号明細書で説明された方法と装置を使用する。基体は
ガラス、ポリアクリル、ポリカーボネート、またはポリ
アリル物質のような適当な物質より形成される。シラン
およびテトラエチル鉛反応体は、第１の予め定められた
組成物と第１の予め定められた厚さを有する被覆を気体
に堆積するために第１の予め定められた比で与えられ
る。次に、シランおよびテトラエチル鉛の予め定められ
た比は組成と被覆の屈折率に対応する連続変化を生じ、
それによって傾斜屈折率を有する被覆を形成する。次い
で反応体の比の連続的変化は被覆の厚さ全体が所望の屈
折率プロファイルを生じるのに必要な回数繰返される。
被覆の組成は前述のように０乃至80モルパーセントの酸
化鉛を包含するSiO2からケイ酸鉛に変化する。
6号明細書で説明された方法と装置を使用する。基体は
ガラス、ポリアクリル、ポリカーボネート、またはポリ
アリル物質のような適当な物質より形成される。シラン
およびテトラエチル鉛反応体は、第１の予め定められた
組成物と第１の予め定められた厚さを有する被覆を気体
に堆積するために第１の予め定められた比で与えられ
る。次に、シランおよびテトラエチル鉛の予め定められ
た比は組成と被覆の屈折率に対応する連続変化を生じ、
それによって傾斜屈折率を有する被覆を形成する。次い
で反応体の比の連続的変化は被覆の厚さ全体が所望の屈
折率プロファイルを生じるのに必要な回数繰返される。
被覆の組成は前述のように０乃至80モルパーセントの酸
化鉛を包含するSiO2からケイ酸鉛に変化する。
四分の一波長スタックフィルタは予め定められた屈折率
を有する個々の層を形成するような予め定められた方法
でシランおよびテトラエチル鉛反応体の比を変化させる
ことによって本発明によって形成される。たとえば、反
応体の比はシランのみが反応室に導入され二酸化ケイ素
の層が堆積するように変化される。次いで、反応体の比
はシランに加えて予め定められた量のテトラエチル鉛を
導入するように変化され、ケイ酸鉛の層は前述のように
堆積する。工程を繰返しSiO2とケイ酸鉛のスタックされ
た交互の別々の層を有する構造を提供する。各層の組成
の厚さは従来技術で既知のように最終のスタック構造に
予め定められた屈折率と予め定められた光学的特性を与
えるように選択される。
を有する個々の層を形成するような予め定められた方法
でシランおよびテトラエチル鉛反応体の比を変化させる
ことによって本発明によって形成される。たとえば、反
応体の比はシランのみが反応室に導入され二酸化ケイ素
の層が堆積するように変化される。次いで、反応体の比
はシランに加えて予め定められた量のテトラエチル鉛を
導入するように変化され、ケイ酸鉛の層は前述のように
堆積する。工程を繰返しSiO2とケイ酸鉛のスタックされ
た交互の別々の層を有する構造を提供する。各層の組成
の厚さは従来技術で既知のように最終のスタック構造に
予め定められた屈折率と予め定められた光学的特性を与
えるように選択される。
四分の一波長光スタック被覆は前述のように本発明によ
って形成された。スタックは1.46の屈折率を有するSiO2
と1.69の屈折率を有するケイ酸鉛の14の交互の層を包含
する。ケイ酸鉛は約50モルパーセントの酸化鉛を含む。
個々の構造は、第１図の“A"、“P"、または“G"として
示されるアクリル物質、ポリカーボネート物質、または
ガラス物質を含む多数の基板上に形成された。次いで、
構造体を室温（25℃）および50℃で特に100パーセント
の相対湿度の水蒸気にさらした。対照として、いくつか
の構造体を室温で乾燥窒素にさらした。分光光度計と既
知の分析方法を使用して、ピーク波長（つまり最大反射
率が得られる波長）は127日間に亙って多数の点で各サ
ンプルに対して決定した。第１図は、数日間のピーク波
長対時間を示す曲線で得られたデータを示す。第１図の
データは、本発明によって形成された構造が25℃および
50℃で100パーセントの相対湿度にさらしてもピーク波
長で本質的にシフトを示さないことを示す。第１図に示
されたピーク波長の微かな変化は測定方法の誤差制限の
特性内にある。多数の例のピーク波長の分布は、前記の
ように基体の表面に対して堆積物質の堆積速度と屈折率
の非均一性によるものである。光学的構造体で使用する
場合、光学的被覆が静止状態で反射のピーク波長を維持
することは必然的ではないが非常に望ましい。そうでな
ければ、このような構造体の特性は信頼性がなく多数の
応用に不適切である。
って形成された。スタックは1.46の屈折率を有するSiO2
と1.69の屈折率を有するケイ酸鉛の14の交互の層を包含
する。ケイ酸鉛は約50モルパーセントの酸化鉛を含む。
個々の構造は、第１図の“A"、“P"、または“G"として
示されるアクリル物質、ポリカーボネート物質、または
ガラス物質を含む多数の基板上に形成された。次いで、
構造体を室温（25℃）および50℃で特に100パーセント
の相対湿度の水蒸気にさらした。対照として、いくつか
の構造体を室温で乾燥窒素にさらした。分光光度計と既
知の分析方法を使用して、ピーク波長（つまり最大反射
率が得られる波長）は127日間に亙って多数の点で各サ
ンプルに対して決定した。第１図は、数日間のピーク波
長対時間を示す曲線で得られたデータを示す。第１図の
データは、本発明によって形成された構造が25℃および
50℃で100パーセントの相対湿度にさらしてもピーク波
長で本質的にシフトを示さないことを示す。第１図に示
されたピーク波長の微かな変化は測定方法の誤差制限の
特性内にある。多数の例のピーク波長の分布は、前記の
ように基体の表面に対して堆積物質の堆積速度と屈折率
の非均一性によるものである。光学的構造体で使用する
場合、光学的被覆が静止状態で反射のピーク波長を維持
することは必然的ではないが非常に望ましい。そうでな
ければ、このような構造体の特性は信頼性がなく多数の
応用に不適切である。
追加のデータは、25℃および50℃で100パーセントの相
対湿度にさらした場合前記構造体の透過が最少パーセン
トであることを示した。各例の最少透過は127日間に亙
って多数の点で既知の分光光度測定方法によって測定さ
れた。第２図は、数日の最少パーセント透過対時間を示
す曲線で得られたデータを表す。第２図のデータは、本
発明によって形成された構造体が25℃および50℃で100
パーセントの相対湿度にさらにさらした場合に最小透過
には本質的なシフトがないことを示す。第２図に示され
た透過の微かな変化は実験的誤差内である。選択された
波長の光が反射されるまたは透過される回折光素子とし
て使用する場合、レーザ放射線に対する保護フィルタの
高光密度のような必要性に合うように安定したレベルで
パーセント透過を維持することが非常に望ましい。
対湿度にさらした場合前記構造体の透過が最少パーセン
トであることを示した。各例の最少透過は127日間に亙
って多数の点で既知の分光光度測定方法によって測定さ
れた。第２図は、数日の最少パーセント透過対時間を示
す曲線で得られたデータを表す。第２図のデータは、本
発明によって形成された構造体が25℃および50℃で100
パーセントの相対湿度にさらにさらした場合に最小透過
には本質的なシフトがないことを示す。第２図に示され
た透過の微かな変化は実験的誤差内である。選択された
波長の光が反射されるまたは透過される回折光素子とし
て使用する場合、レーザ放射線に対する保護フィルタの
高光密度のような必要性に合うように安定したレベルで
パーセント透過を維持することが非常に望ましい。
スタック構造は、ケイ酸鉛が80モルパーセントの酸化鉛
と20モルパーセントの二酸化ケイ素を含む以外は前述の
ように形成された。これら構造体は100％の相対湿度に
最初にさらしたときに透過性が大きく増加するが、数日
後、ランダムな変動以外には増加は観察されなかった。
透過の初期の変化は問題をではない場合もある。しかし
ながら、PbOの含有量が多いとフィルタとして使用した
場合に構造体の完全な安定性に影響することがある。
と20モルパーセントの二酸化ケイ素を含む以外は前述の
ように形成された。これら構造体は100％の相対湿度に
最初にさらしたときに透過性が大きく増加するが、数日
後、ランダムな変動以外には増加は観察されなかった。
透過の初期の変化は問題をではない場合もある。しかし
ながら、PbOの含有量が多いとフィルタとして使用した
場合に構造体の完全な安定性に影響することがある。
比較のために、第３図は、室温（25℃）で100パーセン
トの相対湿度にさらした場合の従来技術の構造体の不安
定な特性を示すデータを表す。従来技術の構造体はガラ
ス基体上の四分の一波長光学的スタックとして形成さ
れ、SiOXの層と交互のSiO2の層より成る。SiO2およびSi
OXは光化学蒸気堆積によって堆積された。このような２
つの構造体のパーセント透過は分光光度測定方法によっ
て測定された。第３図は、数日の最少パーセントの透過
対時間を示す曲線で得られたデータを表す。第３図のデ
ータは従来技術の構造体が水蒸気に露出された場合の最
少透過の変化、つまり28日間で約35パーセント乃至約50
パーセント変化することを示している。このように、こ
のよう構造対の光学的作用は、数日間に亙って大きく変
化する。第２図および第３図に示されるデータを比較す
ることによって、本発明によって形成された構造体は最
近の既知の従来技術の構造体に比較して環境的安定性が
増大されている。
トの相対湿度にさらした場合の従来技術の構造体の不安
定な特性を示すデータを表す。従来技術の構造体はガラ
ス基体上の四分の一波長光学的スタックとして形成さ
れ、SiOXの層と交互のSiO2の層より成る。SiO2およびSi
OXは光化学蒸気堆積によって堆積された。このような２
つの構造体のパーセント透過は分光光度測定方法によっ
て測定された。第３図は、数日の最少パーセントの透過
対時間を示す曲線で得られたデータを表す。第３図のデ
ータは従来技術の構造体が水蒸気に露出された場合の最
少透過の変化、つまり28日間で約35パーセント乃至約50
パーセント変化することを示している。このように、こ
のよう構造対の光学的作用は、数日間に亙って大きく変
化する。第２図および第３図に示されるデータを比較す
ることによって、本発明によって形成された構造体は最
近の既知の従来技術の構造体に比較して環境的安定性が
増大されている。
本発明による前記スタック構造体の安定性はケイ酸鉛物
質それ自体の特性によるものであるため、このケイ酸鉛
物質から形成された他の構造体は同じ環境的安定性を示
す。特に、本発明によって形成されたケイ酸鉛と協同す
る傾斜屈折率構造は延長された露出期間に亙って水蒸気
に抵抗する。
質それ自体の特性によるものであるため、このケイ酸鉛
物質から形成された他の構造体は同じ環境的安定性を示
す。特に、本発明によって形成されたケイ酸鉛と協同す
る傾斜屈折率構造は延長された露出期間に亙って水蒸気
に抵抗する。
さらに、水蒸気に対する本発明のケイ酸鉛の抵抗性のた
めに、本発明の方法は集積回路または光起電力検出器の
ような基板表面に保護または不動態化被覆を適用するた
めに使用できる。
めに、本発明の方法は集積回路または光起電力検出器の
ような基板表面に保護または不動態化被覆を適用するた
めに使用できる。
さらに、追加の安定性を与えるために、本発明による光
被覆は液体の水から構造体を保護するためにほぼ1000−
5000Åの厚さの二酸化ケイ素の保護キャップ層を設ける
ことができる。二酸化ケイ素キャップ層はケイ酸鉛の堆
積後すぐに既知の光化学蒸気堆積によって、環境に対し
てケイ酸鉛表面を露出せずに堆積される。光化学蒸気堆
積によって堆積できる他の適切な物質は米国特許第4,54
7,395号明細書および米国特許出願第674,619号明細書で
開示された重合体のようなものが使用される。他の既知
の水に対して抵抗性の物質も使用でき、他の方法によっ
て堆積できる。さらに、光化学蒸気堆積によって堆積さ
れた二酸化ケイ素キャップ層は別の方法によって別の保
護物質を堆積する前に被覆を保護するために設けること
ができる。
被覆は液体の水から構造体を保護するためにほぼ1000−
5000Åの厚さの二酸化ケイ素の保護キャップ層を設ける
ことができる。二酸化ケイ素キャップ層はケイ酸鉛の堆
積後すぐに既知の光化学蒸気堆積によって、環境に対し
てケイ酸鉛表面を露出せずに堆積される。光化学蒸気堆
積によって堆積できる他の適切な物質は米国特許第4,54
7,395号明細書および米国特許出願第674,619号明細書で
開示された重合体のようなものが使用される。他の既知
の水に対して抵抗性の物質も使用でき、他の方法によっ
て堆積できる。さらに、光化学蒸気堆積によって堆積さ
れた二酸化ケイ素キャップ層は別の方法によって別の保
護物質を堆積する前に被覆を保護するために設けること
ができる。
このように、本発明によって、高い光学的特性を有し環
境的安定性、特に水蒸気に対して高い安定性を示す光被
覆が提供される。本発明は、米国特許第4,545,646号明
細書の既知の傾斜屈折率構造の利点をすべて有する。さ
らに、本発明は、水蒸気に対して露出したときに安定し
た光学的特性を維持する構造を提供するという利点を有
する。さらに、本発明のケイ酸鉛は低温光化学蒸気堆積
工程（つまり30乃至200℃）によって形成され、このよ
うな工程は、基板に対する熱による損傷を阻止するため
に、プラスチックまたは他の温度感知基板に光被覆を形
成するのに適している。さらに、本発明の方法によって
形成されたケイ酸鉛はプラスチックおよびガラス基板に
よく付着し、湾曲した表面に適合する被覆を形成する。
さらに、本発明の被覆は低光散乱、低吸収（つまりシー
スルーが高い）、および高摩滅抵抗を示す。これら特性
はヘルメットバイザ表示、ヘッドアップ表示、およびレ
ーザから目を保護するバイザおよびゴーグルに特に適し
ている。
境的安定性、特に水蒸気に対して高い安定性を示す光被
覆が提供される。本発明は、米国特許第4,545,646号明
細書の既知の傾斜屈折率構造の利点をすべて有する。さ
らに、本発明は、水蒸気に対して露出したときに安定し
た光学的特性を維持する構造を提供するという利点を有
する。さらに、本発明のケイ酸鉛は低温光化学蒸気堆積
工程（つまり30乃至200℃）によって形成され、このよ
うな工程は、基板に対する熱による損傷を阻止するため
に、プラスチックまたは他の温度感知基板に光被覆を形
成するのに適している。さらに、本発明の方法によって
形成されたケイ酸鉛はプラスチックおよびガラス基板に
よく付着し、湾曲した表面に適合する被覆を形成する。
さらに、本発明の被覆は低光散乱、低吸収（つまりシー
スルーが高い）、および高摩滅抵抗を示す。これら特性
はヘルメットバイザ表示、ヘッドアップ表示、およびレ
ーザから目を保護するバイザおよびゴーグルに特に適し
ている。
本発明は好ましい実施例に関して特に説明されている
が、本発明の請求の範囲と技術的範囲から離れることな
く修正が可能であることは当業者には明らかである。こ
れら修正は本発明の技術的範囲に含まれるものである。
が、本発明の請求の範囲と技術的範囲から離れることな
く修正が可能であることは当業者には明らかである。こ
れら修正は本発明の技術的範囲に含まれるものである。
発明の背景 1.発明の分野 本発明は、光学的被覆を形成する方法、特に光学的フィ
ルタのような反射回折光学的素子の環境的に安定した光
学的被覆を形成する方法に関する。
ルタのような反射回折光学的素子の環境的に安定した光
学的被覆を形成する方法に関する。
2.従来技術の説明 様々な光学的システムでは、望ましくない放射線を取除
き同時に所望の放射線を効果的に透過または反射するフ
ィルタを備えることがしばしば必要である。このような
フィルタおよび被覆は、たとえば、人員、電気光学検出
器、およびヘッドアップ表示システムまたは夜間視界バ
イザのホログラフィックレンズのようなレーザシステム
の光学的ミラーのレーザ放射線から保護するために使用
される。このような目的に現在使用されている光学的フ
ィルタには、吸収フィルタ、反射多重層誘電体フィル
タ、および光ホログラフィック技術によって製造された
回折フィルタがある。しかしながら、光学的フィルタを
提供するこれらアプローチには以下で説明されるような
欠点がある。
き同時に所望の放射線を効果的に透過または反射するフ
ィルタを備えることがしばしば必要である。このような
フィルタおよび被覆は、たとえば、人員、電気光学検出
器、およびヘッドアップ表示システムまたは夜間視界バ
イザのホログラフィックレンズのようなレーザシステム
の光学的ミラーのレーザ放射線から保護するために使用
される。このような目的に現在使用されている光学的フ
ィルタには、吸収フィルタ、反射多重層誘電体フィル
タ、および光ホログラフィック技術によって製造された
回折フィルタがある。しかしながら、光学的フィルタを
提供するこれらアプローチには以下で説明されるような
欠点がある。
吸収フィルタは、たとえば、文献（Handbook of Optic
s、W.G.Driscoll著、McGraw−Hill Book Co.、New Yor
k、1978年、）の第８章（Coatings and Filters、７乃
至32頁）で説明されているように入射するレーザ放射線
の波長で固有の吸収作用を有する吸収染料または物質に
含浸させた物質を有する。このタイプの保護には、吸収
染料のスペクトルの帯域幅が非常に広いために透過され
た放射線の量が受容できないほど低レベルに減少すると
いう重大な欠点がある。さらに、レーザに使用する場
合、レーザ放射線エネルギーが増加すると、放射線は保
護フィルタそれ自体に損傷を与える。
s、W.G.Driscoll著、McGraw−Hill Book Co.、New Yor
k、1978年、）の第８章（Coatings and Filters、７乃
至32頁）で説明されているように入射するレーザ放射線
の波長で固有の吸収作用を有する吸収染料または物質に
含浸させた物質を有する。このタイプの保護には、吸収
染料のスペクトルの帯域幅が非常に広いために透過され
た放射線の量が受容できないほど低レベルに減少すると
いう重大な欠点がある。さらに、レーザに使用する場
合、レーザ放射線エネルギーが増加すると、放射線は保
護フィルタそれ自体に損傷を与える。
反射多重層誘電体フィルタは典型的に、異なる屈折率の
２つの誘電体物質の交互の層からなり、それら層は化学
蒸気堆積、スパッタ、または熱蒸着のような既知の堆積
技術によって基板表面に形成される。各層の光学的な厚
さを反射される放射線の波長の1/4に選択する場合、こ
のような構造は、たとえば米国特許第4,309,075号明細
書および文献（Handbook of Optics）の特に第８章で説
明されたようた“四分の一波長スタック”と呼ばれる。
しかしながら、使用できる物質の組合せは制限され結果
として屈折率変調の選択が制限されるために、このよう
な構造によって行われるスペクトルの帯域幅には制限が
ある。さらに、多重層構造の層の間の階段インターフェ
ースの欠点によって、望ましくない光の散乱が生じる。
さらに、これら欠点は誘電体物質によって放射線が過度
に吸収され、その結果光学的フィルタに熱による損傷を
与える。さらに、多重層誘電体被覆では、電界は高屈折
率の物質と低屈折率の物質の間のインターフェース領域
で最も強い。階段インターフェースで生じるこのように
非常に局部化された電界は温度の最大の増加を生じる。
熱膨脹係数は隣接層の異なる誘電体物質によって異なる
ために、インターフェース領域では熱応力が高くなり、
フィルムの連続層が剥離されることがある。さらに、熱
応力が高いと顕微鏡的な転位が生じ、その結果フィルム
によって望ましくない光散乱が生じる。さらに、蒸着ま
たはスパッタ技術によって形成された通常の多重層構造
の基板の粗さ、ピンホール、および汚染により吸収と散
乱が増加し、局部的熱が発生し、最大反射率が減少し、
放射線の損傷が増加する。最後に、これら多重層被覆は
多重波長で反射率がピークとなり、光透過が減少する。
２つの誘電体物質の交互の層からなり、それら層は化学
蒸気堆積、スパッタ、または熱蒸着のような既知の堆積
技術によって基板表面に形成される。各層の光学的な厚
さを反射される放射線の波長の1/4に選択する場合、こ
のような構造は、たとえば米国特許第4,309,075号明細
書および文献（Handbook of Optics）の特に第８章で説
明されたようた“四分の一波長スタック”と呼ばれる。
しかしながら、使用できる物質の組合せは制限され結果
として屈折率変調の選択が制限されるために、このよう
な構造によって行われるスペクトルの帯域幅には制限が
ある。さらに、多重層構造の層の間の階段インターフェ
ースの欠点によって、望ましくない光の散乱が生じる。
さらに、これら欠点は誘電体物質によって放射線が過度
に吸収され、その結果光学的フィルタに熱による損傷を
与える。さらに、多重層誘電体被覆では、電界は高屈折
率の物質と低屈折率の物質の間のインターフェース領域
で最も強い。階段インターフェースで生じるこのように
非常に局部化された電界は温度の最大の増加を生じる。
熱膨脹係数は隣接層の異なる誘電体物質によって異なる
ために、インターフェース領域では熱応力が高くなり、
フィルムの連続層が剥離されることがある。さらに、熱
応力が高いと顕微鏡的な転位が生じ、その結果フィルム
によって望ましくない光散乱が生じる。さらに、蒸着ま
たはスパッタ技術によって形成された通常の多重層構造
の基板の粗さ、ピンホール、および汚染により吸収と散
乱が増加し、局部的熱が発生し、最大反射率が減少し、
放射線の損傷が増加する。最後に、これら多重層被覆は
多重波長で反射率がピークとなり、光透過が減少する。
回折光学素子は、たとえば、文献（Optical Holograph
y、Collier、Burckhardt、およびLin、Academi Press、
New York、1971年）の第９章（Diffraction from Volum
e Holograms）および第10章（Hologram Recording Mate
rials）、および文献（Handbook of Optical Hologrph
y、Caulfield、Academic Press、New York、1979年）の
第10章（Application Areas）で説明されるように感光
性ゼラチン物質に光ホログラフィの既知の方法を使用し
て製造された。しかしながら、ゼラチン回折素子には環
境的安定性の問題があり、湿度と熱によって劣化しやす
い。この問題を解決するために、ガラスまたはガラス状
被覆のような保護層を使用することができるが、この様
な層によって製造工程が複雑になりユニットのコストが
高くなる。さらに、このようなゼラチンフィルタは、感
光したゼラチンが長波長の露出を感知しないために、可
視光から近赤外線までの波長領域の放射線の使用に制限
される。結果として、赤外線に対するフィルタはゼラチ
ン構造で構成することはできない。さらに、ホログラフ
ィックインターフェースパターンへの露出と次の現像に
よって生じるゼラチンの屈折率変調は正弦構造に近い形
または粗く重畳した多重正弦構造に制限される。さら
に、ゼラチンフィルタの製造には、多くの工程、特に、
温度または震動のような処理変数に敏感で最終の構造の
効率とピーク波長に影響する現像のための多数の湿潤化
学工程が必要である。さらに、熱または放射線による損
傷に対するゼラチンの抵抗は比較的低いために、ゼラチ
ンフィルタは低パワーに制限される。最後に、２つの選
択された波長で放射線を反射するフィルタの製造には、
フィルタの効率を低下される不規則な屈折率プロフィー
ルを生じる２つのホログラフィックパターンにゼラチン
を数回さらす必要である。
y、Collier、Burckhardt、およびLin、Academi Press、
New York、1971年）の第９章（Diffraction from Volum
e Holograms）および第10章（Hologram Recording Mate
rials）、および文献（Handbook of Optical Hologrph
y、Caulfield、Academic Press、New York、1979年）の
第10章（Application Areas）で説明されるように感光
性ゼラチン物質に光ホログラフィの既知の方法を使用し
て製造された。しかしながら、ゼラチン回折素子には環
境的安定性の問題があり、湿度と熱によって劣化しやす
い。この問題を解決するために、ガラスまたはガラス状
被覆のような保護層を使用することができるが、この様
な層によって製造工程が複雑になりユニットのコストが
高くなる。さらに、このようなゼラチンフィルタは、感
光したゼラチンが長波長の露出を感知しないために、可
視光から近赤外線までの波長領域の放射線の使用に制限
される。結果として、赤外線に対するフィルタはゼラチ
ン構造で構成することはできない。さらに、ホログラフ
ィックインターフェースパターンへの露出と次の現像に
よって生じるゼラチンの屈折率変調は正弦構造に近い形
または粗く重畳した多重正弦構造に制限される。さら
に、ゼラチンフィルタの製造には、多くの工程、特に、
温度または震動のような処理変数に敏感で最終の構造の
効率とピーク波長に影響する現像のための多数の湿潤化
学工程が必要である。さらに、熱または放射線による損
傷に対するゼラチンの抵抗は比較的低いために、ゼラチ
ンフィルタは低パワーに制限される。最後に、２つの選
択された波長で放射線を反射するフィルタの製造には、
フィルタの効率を低下される不規則な屈折率プロフィー
ルを生じる２つのホログラフィックパターンにゼラチン
を数回さらす必要である。
効率の高い回折光学素子は、前記の問題の多くを解決す
るために最近改良され、米国特許第4,545,646号明細書
に記載されている。この新しい回折光学素子は傾斜屈折
率物質が堆積した基板を具備し、前記物質は層の厚さの
関数として予め定めたパターンまたはプロファィルの屈
折率に連続傾斜を有する。屈折率のパターンまたはプロ
ファィルは特定の波長または複数の波長の光の反射のよ
うな所望の光学的特性を与えるように選択される。この
傾斜屈折率物質は、選択された物質を製造するために放
射線によって誘発されて相互作用する２以上の選択され
た気相反応体に選択された基板を露出し、選択された堆
積した物質の化学量論的組成の連続傾斜と、層の厚さの
関数としての堆積層の屈折率の予め定めたパターンの対
応する傾斜とを生じるように予め定めた連続シーケンス
で反応体の相対比を変化させることによって形成され
る。たとえば、このような傾斜屈折率物質は組成が屈折
率1.9を有するSiOから屈折率1.45を有するSiO2まで変化
する。Chern氏等の構造と方法は多数の利点を有する。
まず、このような光化学蒸気堆積方法によって形成され
たSiOXはガラスおよびポリカーボネートのようなプラス
チックに優れた接着性を示し、基板表面の形に適合す
る。この特性によってChern氏等は湾曲基板上にヘッド
アップ表示コンビナまたは夜間視界バイザの製造に特に
有用な方法を得た。さらに、光化学蒸気堆積によって形
成されたSiOXを、プラスチック基板の熱による劣化を阻
止するように十分に低い温度（たとえば30乃至200℃）
で堆積させ、レーザから目を保護する装置とヘッドアッ
プ表示装置で軽量プラスチック基板を使用することが可
能となった。さらに、そのように形成されたSiOXは良い
表面形態および低ピンホールまたは損失密度のような優
れた光学的および機械的特性を有し、その結果光の散乱
が減少する。さらにこのような酸化物の欠陥密度が低い
ことでレーザによって放射線が損傷されにくくなる。さ
らに、Chern氏等の連続傾斜屈折率物質は異なる組成物
の別々の層の並列によって生じる透過性の減少、光の散
乱、および熱による損傷のような従来技術の問題がなく
なる。さらに、機械的応力が局部的に集中し電界が集中
するという従来技術の問題がなくなる。さらに、Chern
氏等の物質の組成の傾斜変化はレーザ損傷のしきい値を
増加させ、高いレーザエネルギー束にさらされた時にフ
ィルムの熱の応力を減少させる。最後に、Chern氏等の
方法は狭い帯域幅内の放射線の高い反射を有する装置を
提供し、このようにして信号の透過性が高くなり信号検
出の効率が増強される。
るために最近改良され、米国特許第4,545,646号明細書
に記載されている。この新しい回折光学素子は傾斜屈折
率物質が堆積した基板を具備し、前記物質は層の厚さの
関数として予め定めたパターンまたはプロファィルの屈
折率に連続傾斜を有する。屈折率のパターンまたはプロ
ファィルは特定の波長または複数の波長の光の反射のよ
うな所望の光学的特性を与えるように選択される。この
傾斜屈折率物質は、選択された物質を製造するために放
射線によって誘発されて相互作用する２以上の選択され
た気相反応体に選択された基板を露出し、選択された堆
積した物質の化学量論的組成の連続傾斜と、層の厚さの
関数としての堆積層の屈折率の予め定めたパターンの対
応する傾斜とを生じるように予め定めた連続シーケンス
で反応体の相対比を変化させることによって形成され
る。たとえば、このような傾斜屈折率物質は組成が屈折
率1.9を有するSiOから屈折率1.45を有するSiO2まで変化
する。Chern氏等の構造と方法は多数の利点を有する。
まず、このような光化学蒸気堆積方法によって形成され
たSiOXはガラスおよびポリカーボネートのようなプラス
チックに優れた接着性を示し、基板表面の形に適合す
る。この特性によってChern氏等は湾曲基板上にヘッド
アップ表示コンビナまたは夜間視界バイザの製造に特に
有用な方法を得た。さらに、光化学蒸気堆積によって形
成されたSiOXを、プラスチック基板の熱による劣化を阻
止するように十分に低い温度（たとえば30乃至200℃）
で堆積させ、レーザから目を保護する装置とヘッドアッ
プ表示装置で軽量プラスチック基板を使用することが可
能となった。さらに、そのように形成されたSiOXは良い
表面形態および低ピンホールまたは損失密度のような優
れた光学的および機械的特性を有し、その結果光の散乱
が減少する。さらにこのような酸化物の欠陥密度が低い
ことでレーザによって放射線が損傷されにくくなる。さ
らに、Chern氏等の連続傾斜屈折率物質は異なる組成物
の別々の層の並列によって生じる透過性の減少、光の散
乱、および熱による損傷のような従来技術の問題がなく
なる。さらに、機械的応力が局部的に集中し電界が集中
するという従来技術の問題がなくなる。さらに、Chern
氏等の物質の組成の傾斜変化はレーザ損傷のしきい値を
増加させ、高いレーザエネルギー束にさらされた時にフ
ィルムの熱の応力を減少させる。最後に、Chern氏等の
方法は狭い帯域幅内の放射線の高い反射を有する装置を
提供し、このようにして信号の透過性が高くなり信号検
出の効率が増強される。
Chern氏等の構造は、従来技術の多数の問題を解決し、
多数の利点を与える。しかしながら、最近、光化学蒸気
堆積によって形成された酸化ケイ素（SiOX）物質は長時
間湿気にさらすと安定せず、このような物質から形成さ
れたフィルタは湿気の存在下で反射率が減少することが
見出だされた。酸化ケイ素物質のこのような特性は、特
に反射率が高くピーク波長の許容差が小さいことが望ま
れる場合にこのようなフィルタを非常に制限する。
多数の利点を与える。しかしながら、最近、光化学蒸気
堆積によって形成された酸化ケイ素（SiOX）物質は長時
間湿気にさらすと安定せず、このような物質から形成さ
れたフィルタは湿気の存在下で反射率が減少することが
見出だされた。酸化ケイ素物質のこのような特性は、特
に反射率が高くピーク波長の許容差が小さいことが望ま
れる場合にこのようなフィルタを非常に制限する。
本発明は、光化学蒸気堆積によって形成された酸化ケイ
素物質の環境的不安定性という従来技術の問題を軽減
し、同時にChern氏等の構造と方法の多数の利点を維持
することに関する。
素物質の環境的不安定性という従来技術の問題を軽減
し、同時にChern氏等の構造と方法の多数の利点を維持
することに関する。
発明の概要 本発明の目的は、水蒸気にさらしても安定している新し
い改良された光学的被覆を提供することである。このよ
うな被覆を回折光学素子として使用する場合、前述の従
来技術の回折光学素子の利点のすべてではなくてもほと
んどの利点を有し、しかも前記欠点を解決することが可
能である。
い改良された光学的被覆を提供することである。このよ
うな被覆を回折光学素子として使用する場合、前述の従
来技術の回折光学素子の利点のすべてではなくてもほと
んどの利点を有し、しかも前記欠点を解決することが可
能である。
前述の本発明の目的は、ケイ素を含む第１の気相反応体
と、第２の選択された気相反応体と、および気相反応体
の対応する酸化物を形成するために放射線の誘発によっ
て相互作用することができる酸素含有前駆物質とを提供
することによって達成される。選択された基板を予め定
められた比の第１および第２の選択された気相反応体
と、予め定められた波長の放射線の存在下の選択された
酸素含有前駆物質にさらし、反応を誘発して基板に被覆
を形成する。被覆は、酸化鉛のような第２の気相反応体
から形成された予め定められた比の酸化物を含有する二
酸化ケイ素を含む。被覆は水蒸気にさらされても安定し
た光学的特性を維持する。本発明の１実施例では、傾斜
屈折率光学的素子を時間の関数として連続的で予め定め
られた方法で第１および第２の気相反応体の比を変化さ
せることによって形成し、連続的に傾斜した屈折率を有
する被覆を形成する。本発明の第２の実施例では、四分
の一波長光学的スタック構造を、段階的に気相反応体の
比を変化させることによって形成し、異なる屈折率を有
する被覆の個々の層を形成する。
と、第２の選択された気相反応体と、および気相反応体
の対応する酸化物を形成するために放射線の誘発によっ
て相互作用することができる酸素含有前駆物質とを提供
することによって達成される。選択された基板を予め定
められた比の第１および第２の選択された気相反応体
と、予め定められた波長の放射線の存在下の選択された
酸素含有前駆物質にさらし、反応を誘発して基板に被覆
を形成する。被覆は、酸化鉛のような第２の気相反応体
から形成された予め定められた比の酸化物を含有する二
酸化ケイ素を含む。被覆は水蒸気にさらされても安定し
た光学的特性を維持する。本発明の１実施例では、傾斜
屈折率光学的素子を時間の関数として連続的で予め定め
られた方法で第１および第２の気相反応体の比を変化さ
せることによって形成し、連続的に傾斜した屈折率を有
する被覆を形成する。本発明の第２の実施例では、四分
の一波長光学的スタック構造を、段階的に気相反応体の
比を変化させることによって形成し、異なる屈折率を有
する被覆の個々の層を形成する。
したがって、本発明の別の目的は、前記環境的に安定し
た光学的被覆を形成する方法を提供することである。
た光学的被覆を形成する方法を提供することである。
別の目的は、基体に対する熱による損傷を阻止するため
に低温を使用する前記タイプの方法を提供することであ
る。
に低温を使用する前記タイプの方法を提供することであ
る。
さらに別の目的は、光の散乱が低く、吸収が低く、摩耗
抵抗が高く、基体に対する接着性が良い環境的に安定し
た光学的被覆を提供することである。
抵抗が高く、基体に対する接着性が良い環境的に安定し
た光学的被覆を提供することである。
さらに別の目的は、環境的に安定している回折光学的素
子を提供することである。
子を提供することである。
本発明の前記および他の利点と特性は、添附の図面に示
されるように、本発明の好ましい実施例の特に詳細な説
明から容易に理解されるであろう。
されるように、本発明の好ましい実施例の特に詳細な説
明から容易に理解されるであろう。
図面の簡単な説明 第１図は、水蒸気にさらされたときの本発明によって形
成された様々な被覆に対する反射率のピーク波長の安定
性を示すグラフであり、 第２図は、水蒸気にさらされたときの本発明によって形
成された様々な被覆の光透過性の安定性を示すグラフで
あり、 第３図は、水蒸気にさらされたときの従来の２つの光学
的フィルタで生じた光透過性のシフトを示すグラフであ
る。
成された様々な被覆に対する反射率のピーク波長の安定
性を示すグラフであり、 第２図は、水蒸気にさらされたときの本発明によって形
成された様々な被覆の光透過性の安定性を示すグラフで
あり、 第３図は、水蒸気にさらされたときの従来の２つの光学
的フィルタで生じた光透過性のシフトを示すグラフであ
る。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 5/18 5/20
Claims (12)
- 【請求項１】ａ）基板を設ける工程と、 ｂ）ケイ素を含有する第１の選択された気相反応体と、
化学量論的二酸化ケイ素物質を形成するために選択され
た波長の放射線によって誘発されて反応を行うことがで
きる選択された酸素含有前駆物質とを供給する工程と、 ｃ）水蒸気の吸収に抵抗する選択された化学量論的酸化
物物質を形成するために前記選択された波長の前記放射
線によって誘発されて前記選択された酸素含有前駆物質
と反応することができる第２の選択された気相反応体を
供給する工程と、 ｄ）予め定められた比の前記第１および第２の気相反応
体と、前記基板に被覆を堆積するために前記放射線の存
在下の前記酸素含有前駆物質とに前記基板を露出する工
程とを含み、 前記被覆は予め定められた比の前記選択された酸化物を
含有する二酸化ケイ素を含み、また水蒸気に露出しても
安定した光学的特性を保持する選択された基板の表面に
環境的に安定した光学的被覆を形成する低温光化学蒸気
堆積方法。 - 【請求項２】水銀蒸気の存在下で工程“d"の前記露出を
行い工程“b"および“c"のような前記放射線による前記
誘発による前記反射を感知することを含む請求の範囲第
１項記載の方法。 - 【請求項３】前記第１の気相反応体はシランである請求
の範囲第１項または第２項記載の方法。 - 【請求項４】前記選択された酸素含有前駆物質は、窒化
酸化物、二酸化窒素、および選択された圧力および流速
条件下の分子酸素よりなる群から選択される請求の範囲
第１項または第２項記載の方法。 - 【請求項５】前記第２の気相反応体は、鉛、チタン、お
よびタンタルよりなる群から選択された元素を含む請求
の範囲第１項または第２項記載の方法。 - 【請求項６】前期基板はプラスチックまたは温度に敏感
な物質から形成される請求の範囲第１項または第２項記
載の方法。 - 【請求項７】前記基板は30乃至200℃の範囲内の温度に
保持される請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 - 【請求項８】前記被覆は、ほぼ５乃至80モルパーセント
の酸化鉛とほぼ95乃至20モルパーセントの二酸化ケイ素
を包含する請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 - 【請求項９】ａ）前記第１の選択された気相反応体はシ
ランであり、 ｂ）前記選択された酸素含有前駆物質は窒化酸化物であ
り、 ｃ）前記第２の選択された気相反応体はテトラエチル鉛
であり、 ｄ）前記放射線の前記波長は2537オングストロームであ
り、 ｅ）前記被覆は二酸化ケイ素と酸化鉛の組成物を含む請
求の範囲第２項記載の方法。 - 【請求項１０】ａ）前記シランの流速は0.9標準立法セ
ンチメートル／分（sccm）であり、 ｂ）前記窒化酸化物の流速は50sccmであり、 ｃ）20℃の前記テトラエチル鉛を通る窒素キャリア気体
の流速は2sccmであり、 ｄ）前記被覆はほぼ30モルパーセントの酸化鉛を含む請
求の範囲第９項記載の方法。 - 【請求項１１】ａ）前記反応体の前記予め定められた比
を選択して第１の予め定めた屈折率を有する前記被覆を
堆積させ、 ｂ）前記第１および第２の気相反応体の前記予め定めた
比を連続的に変化させて前記組成物と前記被覆の前記屈
折率を連続的に対応して変化させ前記被覆の傾斜屈折率
を生成し、 ｃ）前記被覆の厚さにわたって予め定められた屈折率の
プロファイルが生じるのに必要な回数工程“b"の前記変
化を繰返す請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項１２】ａ）前記反応体の前記予め定められた比
を選択して前記第１の予め定められた屈折率を有する第
１の層として前記被覆を堆積させ、 ｂ）前記第１および第２の気相反応体の前記予め定めら
れた比を変化させて第２の予め定められた屈折率を有す
る第２の層として前記被覆を堆積させ、 ｃ）前記被覆の予め定められた数の層を生成するために
必要な回数だけ工程“b"の前記変化を繰返す請求の範囲
第１項記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US83189686A | 1986-02-24 | 1986-02-24 | |
| US831,896 | 1986-02-24 | ||
| PCT/US1986/002753 WO1987005055A1 (en) | 1986-02-24 | 1986-12-22 | Process for forming an environmentally stable optical coating and structures formed thereby |
Publications (2)
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