JP2000292609A - 反射鏡およびその製造方法 - Google Patents

反射鏡およびその製造方法

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JP2000292609A
JP2000292609A JP11099935A JP9993599A JP2000292609A JP 2000292609 A JP2000292609 A JP 2000292609A JP 11099935 A JP11099935 A JP 11099935A JP 9993599 A JP9993599 A JP 9993599A JP 2000292609 A JP2000292609 A JP 2000292609A
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reflectance
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Koichi Watanabe
幸市 渡辺
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストかつ簡単な技術で、安定して高反射
率が得られ、かつ入射角による反射率の変化が小さい反
射鏡およびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 基板表面に、少なくとも金属薄膜層およ
び誘電体層が順次形成されてなる反射鏡であって、前記
金属薄膜層が、純度９６％以上の銅材料により形成され
る、粒子直径が５０ｎｍ以下の銅粒子からなることを特
徴とする反射鏡である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光を反射する反射
鏡およびその製造方法に関し、詳しくは、シリンドリカ
ルミラー、折り返しミラー、回転多面鏡等に使用し得る
高波長レーザー（波長：６００ｎｍ以上）用反射光学素
子としての反射鏡およびその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】本発明の反射鏡は、レーザービームプリン
タ、レーザー複写機、レーザーファクシミリ等で光ビー
ムを像担持体上に収束させて静電潜像を形成する光学系
で使用することができる。
【０００３】
【従来の技術】従来、シリンドリカルミラー、折り返し
ミラー、回転多面鏡等に使用し得る反射鏡として、アル
ミニウム基体上に保護膜を蒸着したものが知られてい
る。しかし、当該反射鏡では、平均反射率が約８５％で
あって、複写機やレーザービームプリンタなどの高速
化、高画質化を図るために十分な反射率とは言えない。
【０００４】特開昭６０−１９５５０２号公報には、ア
ルミニウム基板上に接着層を介してアルミニウムよりも
反射率が高い反射膜を作製した後、保護膜を蒸着する技
術が記載されている。この反射鏡は、平均反射率が９５
％程度となり、反射率特性としてはかなり良好なものが
得られるようになった。しかしながら、この場合には、
アルミニウム基体に鏡面を作製するための研削加工が必
要であるためコストが高くなってしまう。また、より一
層の反射率の向上が望まれている。
【０００５】近年においては一般に、反射膜上に誘電体
膜を多層設け、各層の膜厚を制御して高反射率を達成し
ている。しかしながら、多層膜にすることで膜厚のコン
トロールが難しく、製造時間もかかりコスト面および技
術面で大きな問題がある。また、入射角により反射率に
ばらつきが生じてしまう場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、低コストかつ簡単な技術で、安定して高反射率が得
られ、かつ入射角による反射率の変化が小さい反射鏡お
よびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の本発
明により達成される。すなわち本発明は、 ＜１＞ 基板表面に、少なくとも金属薄膜層および誘電
体層が順次形成されてなる反射鏡であって、前記金属薄
膜層が、純度９６％以上の銅材料により形成される、粒
子直径が５０ｎｍ以下の銅粒子からなることを特徴とす
る反射鏡である。
【０００８】＜２＞ 前記金属薄膜層の膜厚が、３７５
ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする＜１＞
に記載の反射鏡である。
【０００９】＜３＞ 前記誘電体層の光学膜厚が、入射
光の波長をλとした場合に、（１．８／４）λ以上
（２．０／４）λ以下であることを特徴とする＜１＞ま
たは＜２＞に記載の反射鏡である。
【００１０】＜４＞ 前記基板と前記金属薄膜層との間
に、接着層が形成されてなることを特徴とする＜１＞な
いし＜３＞のいずれか１に記載の反射鏡である。
【００１１】＜５＞ 反射率が、９８％以上であること
を特徴とする＜１＞ないし＜４＞のいずれか１に記載の
反射鏡である。
【００１２】＜６＞ ＜１＞ないし＜５＞のいずれか１
に記載の反射鏡の製造方法であって、前記金属薄膜層お
よび／または誘電体層を、電子ビームを用いた真空蒸着
によって成膜して形成することを特徴とする反射鏡の製
造方法である。
【００１３】＜７＞ ＜１＞ないし＜５＞のいずれか１
に記載の反射鏡の製造方法であって、前記金属薄膜層
を、電子ビームを用いた真空蒸着により、蒸着速度１．
０ｎｍ／ｓ以上で成膜して形成することを特徴とする反
射鏡の製造方法である。
【００１４】本発明は、反射膜としての金属薄膜層の微
細構造に注目して、これを制御することにより高反射率
を達成せんとするものであり、従来技術では、反射膜等
の微細構造に注目して反射率を制御するという考え方は
見当たらない。
【００１５】本発明の反射鏡は、従来の多層構成のもの
に比べその構成が簡単であるため、極めて低コストで製
造することができる。また、形成すべき層が少ないた
め、安定的に高反射率、具体的には９８％以上の高反射
率を達成することができ、入射角による反射率の変化も
小さい。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の反射鏡は、基板表面に、
少なくとも金属薄膜層および誘電体層が順次形成されて
なり、必要に応じて基板と金属薄膜層との間に、接着層
が形成される。以下、本発明の反射鏡について、各構成
要素に分けて説明する。
【００１７】１.基板 本発明において、使用すべき基板としては特に限定され
るものではなく、たとえばアルミニウム、ステンレス、
銅、アルミニウム系合金、鉄系合金等の金属、非晶質ポ
リオレフィン系合成樹脂、ＡＢＳ樹脂（アクリルニトリ
ル−ブタジエン−スチレン）、ＰＣ（ポリカーボネイ
ト）系樹脂、アクリル樹脂等、ポリエステル樹脂、ポリ
スチレン、ポリメチルメタクリレート等の合成樹脂、あ
るいはガラス等の素材のものを使用することができる。
【００１８】２．接着層 本発明においては、基板と後述の金属薄膜層との間に接
着層を設けることが好ましい。接着層を設けることによ
り、基板と金属薄膜層との間の密着性を向上させること
ができ、耐久性に優れた反射鏡を得ることができる。特
に基板として合成樹脂を使用した場合に、当該基板と金
属薄膜層との密着性を確保することが困難であり、接着
層を設けることが有効である。
【００１９】接着層を構成する材料としては、Ｚｒ
Ｏ2、ＴｉＯ2、ＭｇＦ2等が挙げられ、その膜厚として
は、２０〜１００ｎｍ程度とすることが好ましく、より
好ましくは５０〜７０ｎｍ程度である。接着層は、一般
の真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティン
グ法等従来公知の方法により基板表面に形成することが
できる。
【００２０】３．金属薄膜層 本発明において、基板表面、または、基板表面に形成さ
れた接着層の上には、反射膜としての金属薄膜層が形成
される。本発明において、金属薄膜層の材料としては純
度９６％以上の銅材料を用いる。純度９６％未満では、
本発明の目的とするところの高い反射率を確保すること
ができない。銅材料の純度としては、９９％以上である
ことが好ましく、さらに好ましくは９９．５％以上であ
り、より高い反射率を達成するためには純度をより高く
することが望ましい。
【００２１】ただし、９９．９％以上の純度の銅材料を
用いた場合であっても、製造工程における種々の負荷や
環境の影響で銅材料の純度は低下してしまう。したがっ
て、原料として純度の高い銅材料を用いることはもとよ
り、反射鏡の製造時に原料を放置する等純度の低下を招
来させることのないよう、注意を払いことが望ましい。
なお、本発明において銅材料の純度は、反射鏡の製造に
供する直前のものを指す。高純度の銅材料は、例えば純
度９９．９９％の銅原料あるいは試薬等として、容易に
市場より入手することが可能である。
【００２２】本発明における金属薄膜層は、粒子直径５
０ｎｍ以下の銅粒子からなるものであり、その微細構造
としては、図１に模式的に示すように均一な組織となっ
ている。このような微細構造を有する金属薄膜層を設け
ることにより、安定して高反射率が得られ、かつ入射角
による反射率の変化が小さい反射鏡とすることができ
る。
【００２３】銅粒子の直径の上限としては、５０ｎｍ以
下とすることが必須であり、好ましくは３５ｎｍ以下で
ある。一方、銅粒子の直径の下限としては、膜面の均質
性、高反射率の観点からは、小さければ小さいほど好ま
しいが、製造適性より一般的に１０ｎｍ以上であり、よ
り好ましくは２０ｎｍ以上である。
【００２４】また、金属薄膜層の膜厚としては、３７５
ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが好ましい。３７５
ｎｍ未満であるとレーザー光が透過しやすくなり、５０
０ｎｍを超えると反射率が低下してくるため、それぞれ
好ましくない。金属銅薄膜の膜厚として、より好ましく
は４２５ｎｍ以上４７５ｎｍ以下である。
【００２５】以上のような金属薄膜層は、一般の真空蒸
着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等従
来公知の方法を適用し、諸条件を適宜設定することによ
り形成可能であるが、より均一な組織および均一な膜厚
を得るためには電子ビームを用いた真空蒸着によって成
膜して形成することが望ましい。
【００２６】特に電子ビームを用いた真空蒸着の際、蒸
着速度１．０ｎｍ／ｓ以上で成膜することが望ましく、
さらに２．５ｎｍ／ｓ以上で成膜することが望ましい。
一方、あまりに蒸着速度を速めすぎることは、膜厚の正
確な制御、蒸着源の保護、あるいは、安定した蒸着等の
観点より好ましくなく、具体的には６．０ｎｍ／ｓ以下
とすることが好ましく、より好ましくは４．０ｎｍ／ｓ
以下とすることである。
【００２７】図１は、銅粒子の微細構造を示す金属薄膜
層の模式拡大平面図である。図１に示すように、本発明
において形成される金属薄膜層は、微細かつ均一な銅粒
子が緻密に配列した形状となる。なお、図１において
は、説明の容易および図面の簡略化の観点より、銅粒子
が規則的に配列された形状を示したが、本発明において
形成される金属薄膜層は、実際には銅粒子がランダムな
配列を成している。
【００２８】これに対し、図２に示すような銅粒子の微
細構造を示す一般的な金属薄膜層では、５０ｎｍを超え
る大粒径の銅粒子が混在しており、反射率の低下および
ばらつき、入射角による反射率の変化が大きい等の問題
が生ずる。なお、図２においても図１同様金属薄膜層
は、実際には銅粒子がランダムな配列を成している。
【００２９】４．誘電体層 金属薄膜層の上には、低屈折率半導体膜としての誘電体
層（誘電体膜）が形成される。誘電体層を構成する材料
としては、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＳｉＯなどの
透明な誘電体酸化物等が挙げられ、蒸着条件や環境等の
観点より、適宜最適なものを選択すればよい。
【００３０】誘電体層の光学膜厚としては、入射光の波
長をλとした場合に、（１．８／４）λ以上（２．０／
４）λ以下であることが好ましく、より好ましくは
（１．８８／４）λ以上（１．９２／４）λ以下であ
る。光学膜厚を当該範囲に入るように誘電体層を形成す
ると、特に誘電体層を形成する材料としてＳｉＯ2を用
いた場合、入射角が変化しても安定した高い反射率が得
られる。
【００３１】以上のような誘電体層は、一般の真空蒸着
法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等従来
公知の方法を適用し、諸条件を適宜設定することにより
形成可能であるが、均一な組織および均一な膜厚形成の
観点より電子ビームを用いた真空蒸着によって成膜して
形成することが望ましい。
【００３２】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。 ＜実施例１＞基板としての直径３０ｍｍ厚さ１．５ｍｍ
の円盤形状のＢＫ−７製ガラス平板上に膜厚３７５ｎｍ
の銅薄膜を、電子ビームを用いた真空蒸着によって成膜
して金属薄膜層とした。このときの蒸着速度は、１．２
５ｎｍ／ｓであり、また、使用した銅材料は、純度９
９．９９％以上のものを試薬瓶から直接るつぼに入れて
から真空槽に入れ、約１時間かけて常圧から１．０×１
０-3Ｐａまで減圧し、直後に成膜に供した（処理の１バ
ッチ目）。
【００３３】得られた金属薄膜層の微細構造は、直径３
０ｎｍ程度の銅粒子からなる均一組織であった。
【００３４】さらに金属薄膜層の上に、誘電体層とし
て、光学膜厚０．４５λ（波長λ＝７８０ｎｍ）のＳｉ
Ｏ2（屈折率Ｎｄ：１．４５）を、電子ビームを用いた
真空蒸着によって成膜して実施例１の反射鏡を得た。
【００３５】実施例１の反射鏡４個について、入射角１
５°、３０°、４０°および６０°においてそれぞれ反
射率Ｒｓを測定した結果、全て（「反射鏡４個」×「入
射角４水準」）の平均の反射率が９８．０％と高い反射
率を確保することができ、反射率変化幅（１つの反射鏡
における入射角による反射率Ｒｓの差（ｍａｘ−ｍｉ
ｎ）の絶対値、以下同様）の最大は０．８％であり、入
射角による反射率Ｒｓの変化が極めて小さかった。
【００３６】＜実施例２＞実施例１において、１バッチ
目の処理を終えさらにバッチ処理を続け、３バッチ目の
処理を実施例２として、実施例１と同様にして基板上に
金属薄膜層を成膜した。このとき、るつぼ中の銅材料の
純度を測定したところ、９９％であった。得られた金属
薄膜層の微細構造は、直径４０ｎｍ程度の銅粒子からな
る均一組織であった。
【００３７】さらに実施例１と同様にして、金属薄膜層
の上に誘電体層を成膜して実施例２の反射鏡を得た。得
られた実施例２の反射鏡について、実施例１と同様にし
て反射率Ｒｓを測定したところ、平均の反射率は９８．
０％、反射率変化幅は０．８％であった。
【００３８】＜実施例３＞実施例２の処理からさらにバ
ッチ処理を続け、５バッチ目の処理を実施例３として、
実施例１と同様にして基板上に金属薄膜層を成膜した。
このとき、るつぼ中の銅材料の純度を測定したところ、
９６．５％であった。得られた金属薄膜層の微細構造
は、直径５０ｎｍ程度の銅粒子からなる均一組織であっ
た。
【００３９】さらに実施例１と同様にして、金属薄膜層
の上に誘電体層を成膜して実施例３の反射鏡を得た。得
られた実施例３の反射鏡について、実施例１と同様にし
て反射率Ｒｓを測定したところ、平均の反射率は９７．
５％、反射率変化幅は１．０％であった。
【００４０】＜実施例４＞直径３０ｍｍ厚さ１．５ｍｍ
の円盤形状のＢＫ−７製ガラス平板上に膜厚７５ｎｍの
ＺｒＯ2を、電子ビームを用いた真空蒸着によって成膜
して接着層とした。
【００４１】この接着層上に、膜厚５００ｎｍの銅薄膜
を、電子ビームを用いた真空蒸着によって成膜して金属
薄膜層とした。このときの蒸着速度は、１．２５ｎｍ／
ｓであり、また、使用した銅材料は、純度９９．９９％
以上のものを試薬瓶から直接るつぼに入れ、直後に成膜
に供した。得られた金属薄膜層の微細構造は、実施例１
と同様、直径３０ｎｍ程度の銅粒子からなる均一組織で
あった。
【００４２】さらに金属薄膜層の上に、誘電体層とし
て、光学膜厚０．４５λ（波長λ＝７８０ｎｍ）のＳｉ
Ｏ2（屈折率Ｎｄ：１．４５）を、電子ビームを用いた
真空蒸着によって成膜して実施例４の反射鏡を得た。
【００４３】得られた実施例４の反射鏡について、実施
例１と同様にして反射率Ｒｓを測定したところ、平均の
反射率は９８．０％、反射率変化幅は０．８％であっ
た。また、基板と金属薄膜層との間の密着が強固であ
り、カッターで１ｍｍ角の傷を付け、その上にセロハン
テープ（スコッチ製）を貼り、普通に剥がす剥離試験で
は、全く剥がれが発生しなかった。
【００４４】＜比較例１＞基板としての直径３０ｍｍ厚
さ１．５ｍｍの円盤形状のＢＫ−７製ガラス平板上に膜
厚３７５ｎｍの銅薄膜を、電子ビームを用いた真空蒸着
によって成膜して金属薄膜層とした。このときの蒸着速
度は、０．５ｎｍ／ｓであり、また、使用した銅材料
は、純度９９．９９％以上のものを試薬瓶から直接るつ
ぼに入れ、直後に成膜に供した。
【００４５】得られた金属薄膜層の微細構造は、直径３
０ｎｍ程度の銅粒子からなる組織中に１５０〜２００ｎ
ｍの銅の凝集体が分布している状態であった。
【００４６】さらに金属薄膜層の上に、誘電体層とし
て、光学膜厚０．４５λ（波長λ＝７８０ｎｍ）のＳｉ
Ｏ2（屈折率Ｎｄ：１．４５）を、電子ビームを用いた
真空蒸着によって成膜して比較例１の反射鏡を得た。得
られた比較例１の反射鏡について、実施例１と同様にし
て反射率Ｒｓを測定したところ、平均の反射率は９２．
４％、反射率変化幅は３．２％であった。
【００４７】＜比較例２＞基板としての直径３０ｍｍ厚
さ１．５ｍｍの円盤形状のＢＫ−７製ガラス平板上に膜
厚５００ｎｍの銅薄膜を、電子ビームを用いた真空蒸着
によって成膜して金属薄膜層とした。このときの蒸着速
度は、０．５ｎｍ／ｓであり、また、使用した銅材料
は、もともと純度９９％以上であったが、るつぼ中で繰
り返し用いた（前記実施例２および３同様、１０バッチ
目）ために純度が落ちてしまったもの（９２％程度）を
用いた。得られた金属薄膜層の微細構造は、直径５０ｎ
ｍ程度の銅粒子からなる組織中に１５０〜２００ｎｍの
銅の凝集体が分布している状態であった。
【００４８】金属薄膜層の上に、誘電体層として、光学
膜厚０．４５λ（波長λ＝７８０ｎｍ）のＳｉＯ2（屈
折率Ｎｄ：１．４５）を、電子ビームを用いた真空蒸着
によって成膜して比較例２の反射鏡を得た。得られた比
較例２の反射鏡について、実施例１と同様にして反射率
Ｒｓを測定したところ、平均の反射率は８５．３％、反
射率変化幅は７．２％であった。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、基板上に一般的な構成
で反射鏡を作製した場合と比較して、反射率を安定して
高くできるだけでなく、入射角に依存した反射率のばら
つきもより小さくすることができる。このため本発明の
反射鏡は、通常の反射鏡として用いる以上に、コピー、
ファクシミリ、プリンター、バーコードスキャナー等の
走査光学系に用いられる回転多面鏡に採用することによ
って、光学系の設計が容易になるうえ、高い性能を得る
ことが可能にになる。また、本発明の反射鏡は、製造が
極めて容易であり、製造コストを大幅に低減することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の反射鏡における銅粒子の微細構造を
示す金属薄膜層の模式拡大平面図である。
【図２】 一般的な金属薄膜層を有する反射鏡における
銅粒子の微細構造を示す金属薄膜層の模式拡大平面図で
ある。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板表面に、少なくとも金属薄膜層およ
    び誘電体層が順次形成されてなる反射鏡であって、前記
    金属薄膜層が、純度９６％以上の銅材料により形成され
    る、粒子直径が５０ｎｍ以下の銅粒子からなることを特
    徴とする反射鏡。
  2. 【請求項２】 前記金属薄膜層の膜厚が、３７５ｎｍ以
    上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記
    載の反射鏡。
  3. 【請求項３】 前記誘電体層の光学膜厚が、入射光の波
    長をλとした場合に、（１．８／４）λ以上（２．０／
    ４）λ以下であることを特徴とする請求項１または２に
    記載の反射鏡。
  4. 【請求項４】 前記基板と前記金属薄膜層との間に、接
    着層が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし
    ３のいずれか１に記載の反射鏡。
  5. 【請求項５】 反射率が、９８％以上であることを特徴
    とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の反射鏡。
  6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１に記載の
    反射鏡の製造方法であって、前記金属薄膜層および／ま
    たは誘電体層を、電子ビームを用いた真空蒸着によって
    成膜して形成することを特徴とする反射鏡の製造方法。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし５のいずれか１に記載の
    反射鏡の製造方法であって、前記金属薄膜層を、電子ビ
    ームを用いた真空蒸着により、蒸着速度１．０ｎｍ／ｓ
    以上で成膜して形成することを特徴とする反射鏡の製造
    方法。
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