JP2015225305A - 光学製品、カメラレンズ、及びカメラ用フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】充分な反射防止性能を有しながら、より一層高い耐久性能を有する光学製品を提供する。【解決手段】光学製品において、基体の片面又は両面に対して光学多層膜が形成されており、この光学多層膜は、最表層が酸化ケイ素膜となる状態で酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜を交互に積層した、１１層以上の構造を有しており、前記最表層の物理膜厚が３０ｎｍ以上７５ｎｍ以下であって、前記最表層に隣接する層である第１隣接層の物理膜厚が２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、光学多層膜を有する光学製品、カメラレンズ、カメラ用フィルタに関する。

耐裂傷性や充分な硬さといった耐久性を向上したプラスチックレンズとして、下記特許文献１のものが知られている。
特許文献１のレンズは、レンズ基材上のハードコート層表面に、低屈折率膜と高屈折率膜とが交互に積層された反射防止層を備えており、当該低屈折率膜が酸化ケイ素膜（ＳｉＯ_２）であり、当該高屈折率膜が窒化ケイ素膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）であって、合わせて４〜５層となるように積層されている。

特開２００６−２７６１２３号公報

特許文献１の反射防止層は、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜が交互に４〜５層重ねられたものであり、可視光に対する反射防止性や耐久性について更に向上する余地があるものとなっている。
そこで、請求項１に記載の発明は、充分な反射防止性能を有しながら、より一層高い耐久性能を有する光学製品、カメラレンズ、カメラ用フィルタを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光学製品にあって、基体の片面又は両面に対して光学多層膜が形成されており、前記光学多層膜は、最表層が酸化ケイ素膜となる状態で酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜を交互に積層した、１１層以上の構造を有しており、前記最表層の物理膜厚が３０ｎｍ以上７５ｎｍ以下であり、前記最表層に隣接する層である第１隣接層の物理膜厚が２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、上記目的に加え、更に反射防止性能と耐久性能を向上する目的を達成するため、上記発明にあって、前記第１隣接層に隣接する層であって前記最表層ではない層である第２隣接層の物理膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、上記目的に加え、反射防止性能及び耐久性能に優れたカメラレンズを提供する目的を達成するため、カメラレンズにあって、上記発明の光学製品を用い、基体がカメラレンズ基体であることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、上記目的に加え、反射防止性能及び耐久性能に優れたカメラ用フィルタを提供する目的を達成するため、カメラ用フィルタにあって、上記発明の光学製品を用い、基体がカメラ用フィルタ基体であることを特徴とするものである。

本発明によれば、光学防止性能と耐久性能を両立することが可能な光学製品、カメラレンズ、カメラ用フィルタを提供することができる、という効果を奏する。

比較例１−１（６層膜），比較例１−２（７層膜），比較例１−３（８層膜）における、可視領域に係る分光反射率分布を示すグラフである。 比較例１−４（９層膜），比較例１−５（１０層膜），実施例１−１（１１層膜）における、可視領域に係る分光反射率分布を示すグラフである。 実施例１−２（１２層膜），実施例１−３（１３層膜），実施例１−４（１４層膜）における、可視領域に係る分光反射率分布を示すグラフである。 実施例１−５（１５層膜），実施例１−６（１６層膜），実施例１−７（１７層膜），実施例１−８（１８層膜）における、可視領域に係る分光反射率分布を示すグラフである。 実施例１−１〜１−８及び比較例１−１〜１−５の可視領域に係る最大反射率と平均反射率についてのグラフである。 比較例２−１（１１層膜１），実施例２−１（１１層膜２），実施例２−２（１１層膜３），実施例２−３（１１層膜４），実施例２−４（１１層膜５），比較例２−２（１１層膜６）における、可視領域に係る分光反射率分布を示すグラフである。 比較例２−３（１８層膜１），実施例２−５（１８層膜２），実施例２−６（１８層膜３），実施例２−７（１８層膜４），実施例２−８（１８層膜５），比較例２−４（１１層膜６）における、可視領域に係る分光反射率分布を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施の形態の例につき、適宜図面を用いて説明する。尚、本発明の形態は、以下のものに限定されない。

本発明に係る光学製品では、基体の片面あるいは両面に対し、光学多層膜が形成されている。
本発明において、基体はどのような材質であっても良く、好ましくは透光性を有する。基体の材料（基材）の例として、ガラスや樹脂が挙げられる。
又、基体と光学多層膜の間に、ハードコート膜を始めとする中間膜を１枚あるいは複数枚配置しても良いし、光学多層膜の上（空気側）に防汚膜を始めとする表面膜を形成しても良い。

又、本発明において、光学多層膜は、下記の要件を適宜満たす。尚、光学多層膜は、両面に形成される場合、好ましくは何れの膜も下記の要件を満たし、更に好ましくは何れの膜も同一の積層構造となるようにする。
まず、光学多層膜は、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層した合わせて１１層以上の多層構造である。最も表層側（外側，空気側，基体から遠い側）の層、即ち最表層が低屈折率層であり、その隣接層（最表層に隣接する層，第１隣接層）が高屈折率層であり、以下交互に低屈折率層と高屈折率層が配置される。
次に、低屈折率層は、酸化ケイ素を用いて膜状に形成され、高屈折率層は、窒化ケイ素を用いて膜状に形成される。
酸化ケイ素は、好ましくは二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）である。又、窒化ケイ素は、ケイ素と窒素が結合しているものであり、ケイ素と窒素の割合はどのようなものであっても良いが、好ましくはケイ素：窒素＝３：４（Ｓｉ_３Ｎ_４）である。
又、最表層（低屈折率層，酸化ケイ素膜）の物理膜厚が３０ｎｍ（ナノメートル）以上７５ｎｍ以下であり、その隣接層である第１隣接層（高屈折率層，窒化ケイ素膜）の物理膜厚が２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
最表層が７５ｎｍを超え、あるいは第１隣接層の物理膜厚が１０ｎｍを超えると、可視領域（例えば４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）の波長を有する光、即ち可視光に対する最大反射率や平均反射率が不充分となる。具体的には、可視光に対する最大反射率が０．７％以下で、且つ平均反射率が０．６％以下という条件を満たさなくなる。
一方、最表層が３０ｎｍを下回り、あるいは第１隣接層の物理膜厚が２ｎｍを下回ると、硬さを充分に得られず、傷が付き易くなって耐裂傷性が充分でなくなる。
更に、その次の隣接層（第１隣接層に隣接する層であって最表層ではない層である第２隣接層）の物理膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であると好ましい。第２隣接層は、低屈折率層であり、酸化ケイ素膜である。
第２隣接層（最表層を１番目として最表層から数えて３番目の層）の物理膜厚が１０ｎｍを下回ると、硬さを充分に得られず、傷が付き易くなって耐裂傷性が充分でなくなる。
一方、第２隣接層の物理膜厚が５０ｎｍを超えると、可視光に対する最大反射率や平均反射率の更に好ましい低さを得ることができなくなる。
上記の光学多層膜は、好適には真空蒸着法やスパッタ法等により形成される。

上記の光学製品において、好適には基体はカメラレンズ基体やカメラ用フィルタ基体であり、光学製品は、カメラレンズや、その前部に取り付けるカメラレンズフィルタである。
上記の光学製品によれば、優れた耐久性能と可視光に対する優れた反射防止性能を両立することができる。
特に、基体が樹脂である場合には、ガラスに比べて傷付き易いところ、上記の光学多層膜を表面に付与することで、反射を抑制しながら耐裂傷性を良好にすることができ、反射防止機能を付与しつつ耐久性を大幅に向上することができる。
又、基体がガラスである場合、樹脂に比べて屈折率が高く、従って基体そのままの状態では樹脂より光を反射してしまうところ、上記の光学多層膜を付与すれば、光の反射を抑制することができ、特にカメラレンズやカメラレンズフィルタ等では光の反射を充分に防止することが性能を発揮するための前提条件と考えられているところ、上記光学製品ではその条件を満足することが可能となる。
更に、基体がガラスである場合、樹脂に比べて傷付き難いが、上記の光学多層膜を表面に付与することで、更に耐裂傷性を良好にして耐久性をより一層向上することができる。カメラレンズやカメラ用フィルタ等において、屋外用に設計されたものや高級品を中心に、優れた反射防止性が永続するハイレベルの耐久性が求められることがあるところ、上記光学多層膜を有する光学製品では、かような要求に応えることができる。

次いで、上記実施形態に係る本発明の実施例、及び本発明に属さない比較例を説明する。尚、本発明の実施形態は、以下の実施例に限定されない。
互いに同じ複数の基体に対し、各基体の両面においてそれぞれ異なる構造の光学多層膜を形成して、実施例及び比較例を作製した。
主に光学多層膜の層数の変化による特性の違いについて把握するため、実施例１−１〜１−８及び比較例１−１〜１−５を作製した。
主に光学多層膜の最表層やこれに隣接する層の物理膜厚の変化による特性の違いについて把握するため、実施例２−１〜２−８及び比較例２−１〜２−４を作製した。

［実施例１−１〜１−８及び比較例１−１〜１−５］
実施例１−１〜１−８及び比較例１−１〜１−５における基体は何れも、標準的なカメラ用フィルタ基体の態様である、直径７４ミリメートル（ｍｍ）で厚さ２．０ｍｍの透明な白板ガラス製のフラットな円盤であって、屈折率は１．５６である。

更に、この基体の両面に対し、次に説明する光学多層膜を形成した。
光学多層膜は、同じ基体においては両面とも同じ膜構造を有している。
実施例１−１〜１−８及び比較例１−１〜１−５では、次の表１に示すように、基体の各面における光学多層膜の層数が互いに相違し、順に片面で１１層〜１８層及び６〜１０層である。
尚、表１において、最も基体側の層（基体に最も近い層）が層数１の行に対応し、最表層は、比較例１−１〜１−５で順に層数６〜１０の行に対応し、実施例１−１〜１−８で順に層数１１〜１８の行に対応する。又、層数１〜１８の行内の数字は物理膜厚（ｎｍ）を示し、当該数字の右に付した「Ｈ」は高屈折率層（窒化ケイ素膜）であることを、「Ｌ」は低屈折率層（酸化ケイ素膜）であることを示す。

実施例１−１〜１−８及び比較例１−１〜１−５の光学多層膜は何れも、低屈折率層と高屈折率層を交互に蒸着した光学多層膜であって、低屈折率層は酸化ケイ素膜（ＳｉＯ_２）を用いて形成され、高屈折率層は窒化ケイ素膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）を用いて作成される。又、実施例１−１〜１−８及び比較例１−１〜１−５の光学多層膜は何れも、最表層が低屈折率層となっている。
尚、酸化ケイ素膜の屈折率は、実施例１−１〜１−８ないし比較例１−１〜１−５において同じであり、窒化ケイ素膜の屈折率も同様である。
実施例１−１〜１−８ないし比較例１−１〜１−５の光学多層膜は、何れも真空蒸着法により形成した。

図１ないし図４に、実施例１−１〜１−８及び比較例１−１〜１−５の可視領域における反射率分布を示す。又、表１の下部において、可視領域（４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長領域）での分光反射率分布における最大反射率（％）と平均反射率（％）を示す。更に、実施例１−１〜１−８及び比較例１−１〜１−５の当該最大反射率と当該平均反射率についてのグラフを、図５に示す。
これらの図表（特に図５）によれば、層数が１１以上である実施例１−１〜１−８において、可視光に対する最大反射率が０．７％以下で、且つ平均反射率が０．６％以下という条件を満たし、反射が充分に防止される。これに対し、層数が１０以下である比較例１−１〜１−５において、当該条件を満たさず、充分な反射防止性能が得られない。

［実施例２−１〜２−８及び比較例２−１〜２−４］
実施例２−１〜２−８及び比較例２−１〜２−４は、層数の相違や各層の物理膜厚を除き、実施例１−１等と同様に作製した。
実施例２−１〜２−４及び比較例２−１〜２−２は、層数が１１（片面当たり）であり、実施例２−５〜２−８及び比較例２−３〜２−４は、層数が１８である。
実施例２−１〜２−８及び比較例２−１〜２−４に係る層構造等について、表１と同様に成る次の表２に示す。

図６及び図７に、実施例２−１〜２−８及び比較例２−１〜２−４の可視領域における反射率分布を示す。又、表２の下部において、可視領域（４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長領域）での分光反射率分布における最大反射率（％）と平均反射率（％）を示す。
これらの図表によれば、比較例２−２では最表層（層数１１の行）の物理膜厚が７８．１５ｎｍで７５ｎｍを超えており、又最表層に隣接する第１隣接層（層数１０の行）の物理膜厚が１５．００ｎｍで１０ｎｍを超えており、更にその下の隣接層である第２隣接層（層数９の行）の物理膜厚が９．８２ｎｍで１０ｎｍを下回っているので、層数が１１以上であっても、最大反射率や平均反射率が上記条件を満たさない。一方、比較例２−４では最表層（層数１８の行）の物理膜厚が６９．９９ｎｍで３０〜７５ｎｍの範囲に入っているものの、第１隣接層（層数１７の行）の物理膜厚が１５．００ｎｍで１０ｎｍを超えているので、層数が１１以上であっても、可視領域における最大反射率や平均反射率が上記条件を満たさない。
これに対し、実施例２−１〜２−８及び比較例２−１，２−３では層数が何れも１１以上であり、最表層の物理膜厚が３０〜７０ｎｍの範囲内であり、第１隣接層の物理膜厚が２〜１０ｎｍの範囲内であるため、可視領域における最大反射率や平均反射率が上記条件を満たし、充分な反射防止が得られる。

又、実施例２−１〜２−８及び比較例２−１〜２−４について、硬度ないし耐裂傷性に関する試験を、ＪＩＳ規格に係る鉛筆法（ＪＩＳ−Ｋ５６００−５−４）により行った。
即ち、実施例２−１〜２−８及び比較例２−１〜２−４の各表面に対して、各種の硬度を有する鉛筆を所定の押圧力で適用し、目視可能な傷が付着するか否かを調べた。鉛筆の硬度の種類は、７Ｈ，８Ｈ，９Ｈ，１０Ｈとした。
次の表３に、当該試験の結果を示す。尚、「○」は鉛筆の適用によっても傷が見受けられなかったことを示し、「×」は鉛筆の適用部分に傷が発見されたことを示す。

表３によれば、第１隣接層の物理膜厚が１ｎｍで２ｎｍを下回っている比較例２−１，２−３において、硬度７Ｈ〜９Ｈの鉛筆には耐えたものの、硬度１０Ｈの鉛筆により傷が付いてしまった。
これに対し、実施例２−１〜２−８や比較例２−２，２−４では、硬度７Ｈ〜１０Ｈの全ての鉛筆によっても傷が付かず、耐裂傷性が発揮された。

［まとめ等］
実施例１−１〜１−８，２−１〜２−８のように、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜が交互に配されて最表層が酸化ケイ素膜でこれに隣接する第１隣接層が窒化ケイ素膜である光学多層膜にあって、層数が１１以上であり、最表層の物理膜厚が３０ｎｍ以上７５ｎｍ以下の範囲内で、第１隣接層の物理膜厚が２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内であると、可視光に対する最大反射率が０．７％以下で、且つ平均反射率が０．６％以下という条件を満たし、充分な反射防止機能を付与することができる。
又、少なくとも実施例２−１〜２−８のように、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜が交互に配されて最表層が酸化ケイ素膜で第１隣接層が窒化ケイ素膜である光学多層膜にあって、層数が１１以上であり、最表層の物理膜厚が３０ｎｍ以上７５ｎｍ以下の範囲内で、第１隣接層の物理膜厚が２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内であると、１０Ｈの鉛筆によっても傷が付着しない程度に耐久性を高めることができる。
これに対し、比較例１−１〜１−５のように、光学多層膜の層数が１１未満であると、上記条件を満たす程に充分な反射防止機能を付与することができない。
又、比較例２−１〜２−４のように、光学多層膜の層数が１１以上であっても、最表層の物理膜厚が３０ｎｍ以上７５ｎｍ以下の範囲外であるか、第１隣接層の物理膜厚が２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲外であると、充分な反射防止性能あるいは充分な耐久性能を確保できない。
尚、実施例１−１〜１−８，２−１〜２−８のように、第１隣接層に隣接する（最表層ではない）第２隣接層に係る物理膜厚を１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲内とすると、より一層充分な反射防止性能ないし耐久性能を確保することができる。
実施例の光学多層膜は、様々な基体に対して形成することが可能である。例えば、ガラス製や合成樹脂製の眼鏡レンズ基体に形成して、可視光に対する反射防止性能を有しながら耐久性に優れた眼鏡レンズ（度無しを含む）を作製することができる。又、風防基体に対して上記光学多層膜を形成して、実施例と同様の特性を有する時計用風防を作製することができる。更に、カメラレンズ基体に対して上記光学多層膜を付与して、実施例と同様の特性を有するカメラレンズを作製することができる。

Claims (4)

1. 基体の片面又は両面に対して光学多層膜が形成されており、
   前記光学多層膜は、
   最表層が酸化ケイ素膜となる状態で酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜を交互に積層した、１１層以上の構造を有しており、
   前記最表層の物理膜厚が３０ｎｍ以上７５ｎｍ以下であり、
   前記最表層に隣接する層である第１隣接層の物理膜厚が２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である
   ことを特徴とする光学製品。
2. 前記第１隣接層に隣接する層であって前記最表層ではない層である第２隣接層の物理膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学製品。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学製品にあって、基体がカメラレンズ基体である
   ことを特徴とするカメラレンズ。
4. 請求項１又は請求項２に記載の光学製品にあって、基体がカメラ用フィルタ基体である
   ことを特徴とするカメラ用フィルタ。

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