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光学薄膜とは(機能と効果) 光学薄膜は多層構造で成膜する事が多いのですが、ここでは、その説明を簡単にするために単層膜の反射防止膜を例に取ります。 光が界面に当たると反射を起こします。例えば、左図の屈折率1. 5のガラス基板に光が入る場合、入射側の界面で4%の光が反射し、さらに射出側界面で約4%を反射する事になります。 つまり、100%の光はガラスを通過すると92%に減衰されて透過し、8%の光が反射するのです。 夜、明るい室内から窓ガラス越しに外を見ると、自分の姿が写るのは、この8%の反射光が見えているのです。 このような現象は、近くにいる美しい女性を窓ガラスの反射を使って眺めるには大変都合が良いのですが、照明系で使用すると光が暗くなりますし、光学系ではゴーストやフレアーの発生原因となったりします。また、光を信号として利用する場合にはノイズや伝送距離が短くなるなどの不都合な点が多々発生してしまうのです。 ここで光学薄膜の登場です。ガラス表面に光の波長よりも薄い膜をつけると、光の挙動を変化させる事が可能となります。 例えば屈折率1. 38のフッ化マグネシウムの膜を約0. 1μmガラスの表面にコーティングすると、表面の反射率はコーティング無しの4%から1. キヤノン：技術のご紹介 | サイエンスラボ レンズコーティング. 41%まで低減されるのです。 左の写真は一枚のガラス板の中央より左半分に薄膜で反射防止コーティングを施したものです。反射が減少して後ろの文字が見えます。 薄膜でこのようなことができるのは、薄膜の表面で反射した光と、薄膜と基板の界面で反射した光が干渉するためです。 この光学薄膜による光の干渉作用を利用する事で、反射を減少させたり、逆に反射を増加させたりする事が可能となり、色々な用途に使えるようになります。 光学薄膜とは(基本膜構成例) 光学薄膜の基本膜構成は下記のようになり、通常は薄膜材料2~3種類を交互に重ね合わせる事で所望の分光特性が得られます。ここでは、基本的な膜設計例を示します。 実際の設計はコンピューターを用い、各層の膜厚を希望の特性に合致するように最適化します。 また、基板や膜の吸収を考慮する必要もあります。 下記で使用した表記は、高屈折材料をH、低屈折材料をLで表し、一般的な表記に従い、光学膜厚の1/4 λの4は省略して表記しています。 【例】 1. 0H → 高屈折材料(例えばTiO2 n=2. 4) 膜厚 1.
05%にまで抑えることができるようになりました。また、特に入射角が大きな光に対しても、従来のコーティングにはない優れた反射防止効果が発揮されることが実証されています。現在、SWCは、主に広角レンズに採用されている曲率が大きいレンズなどに幅広く採用され、防ぐことが難しかった周辺部での反射光によるフレアやゴーストの発生を大幅に抑えています。
0/4 λ を示します。 1. 0L → 低屈折材料(例えばSiO2 n=1. 46) 膜厚 1. 0/4 λ を示します。 基板 / 0. 5L 1. 0H 0. 5L / 空気 が示す構成は を意味します。 単層反射防止膜 基本膜構成例 分光特性図(片面) 2層反射防止膜 3層反射防止膜 UVカットフィルタ 分光特性図(片面) 17層 基本構成は (0. 5H 1. 0L 0. 5H)n です。 グラフ上のリップルを取るには、膜厚をコンピューターにより最適化する必要があります。 IRカットフィルタ 基本構成は (0. 5L)n です。 グラフ上のリップルを取るには、膜厚をコンピューターにより最適化する必要があります。
レーザミラー&レーザウインドウ製品情報へ コーティングとは、薄膜を形成する技術です。光学部品にコーティングすることで、反射率をコントロールできます。金属コーティングと誘電体コーティングに大別できます。 金属コーティングは材料として Al、Au、Cr等が用いられ、材料に応じた反射率特性を有します。ミラーやNDフィルタ(Neutral Density filter)に用いられます。 誘電体コーティングは光の干渉によって反射率や透過率等をコントロールする技術で、使用波長域で光の吸収が極めて少ないTiO 2 、Ta 2 O 5 、Al 2 O 3 、SiO 2 、MgF 2 等の誘電体を用います。レンズの反射防止膜やレーザ用ミラーの他、光学フィルタ等に用いられます。
Encyclopedia of Laser Physics and Technology, RP Photonics, October 2017, このコンテンツはお役に立ちましたか? 評価していただき、ありがとうございました!
レンズにコーティングをするとレンズの表面反射が減少します。表面に余分なコーティングをすれば光が遮られるような気がしますが、実際には光の透過率が高くなっています。これはなぜでしょう?レンズ表面に薄い膜ができると、光は膜表面で一回反射し、さらにレンズ表面で反射することになります。膜表面で反射した光とレンズ表面で反射した光は、膜の厚さだけ位相がずれてしまいます。膜の厚さが光の波長の1/4であれば、その波長の光は膜表面の反射光とレンズ表面の反射光でちょうど打ち消しあうことになります。これによって、光の反射がおさえられるのです。光の干渉現象を利用して、反射を消しているわけです。 多層膜コーティングで透過率は99. 9%に コーティングの材料にはフッ化マグネシウム(MgF 2 )や水晶が用いられます。「真空蒸着」や「スパッタリング」(プラズマによる蒸着技術)によって、レンズの表面にきわめて薄い均一な膜を形成していきます。ただし、実際の光にはさまざまな波長の光が含まれていますから、一層のコーティングだけですべての波長の反射をおさえることはできません。さまざまの波長の光の反射をおさえるには、複数層のコーティングが必要になってきます。これは高級なレンズに用いられるコーティング「多層膜コーティング」と呼ばれています。現在では10層を超えるコーティング技術が開発され、多層膜コーティングをほどこしたキヤノンの高級レンズでは、紫外線から近赤外線まで広範囲な波長域にわたって99. 9%もの光透過率を実現しています。 光を分割するコーティング技術 レンズコーティング技術は光の透過率を上げるためだけでなく、光のフィルターとしても利用されています。波長の短い紫外線だけを反射するようにコーティングしたレンズ(いわゆるUVカットレンズ)は、メガネやサングラスに用いられています。また、特定の波長の光だけ透過させ、他の波長の光は反射してしまうようなコーティングも可能です。ビデオカメラでは光をいったんRGB(レッド・グリーン・ブルー)の三色に分解してから、それぞれ電気信号に変えて画像を生成しています。この光の三色分解にも、RGBの各波長だけを透過させるレンズコーティングが利用されています。 ナノテクノロジーを応用したコーティング技術 レンズコーティングにも最先端の技術が使われるようになってきました。 キヤノンが開発した新たな特殊コーティング技術「SWC(Subwavelength Structure Coating)」では、コーティングの構造材料に酸化アルミニウム(Al 2 O 3 )を利用し、レンズの表面に、高さ220nmという可視光の波長よりも小さいナノサイズのくさび状の構造物を無数に並べることを可能にしました。このナノサイズのコーティングにより、ガラスと空気の間の屈折率を連続的に変化させ、屈折率が大きく異なる境界面をなくすことに成功。反射光の発生をおよそ0.