JP3352172B2 - プラスチック製光学部品の光学薄膜およびその成膜方法 - Google Patents

プラスチック製光学部品の光学薄膜およびその成膜方法

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JP3352172B2 JP23744693A JP23744693A JP3352172B2 JP 3352172 B2 JP3352172 B2 JP 3352172B2 JP 23744693 A JP23744693 A JP 23744693A JP 23744693 A JP23744693 A JP 23744693A JP 3352172 B2 JP3352172 B2 JP 3352172B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラスチック製のレン
ズやミラー等の表面反射を防止するための反射防止膜等
のプラスチック製光学部品の光学薄膜およびその成膜方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】プラスチック製のレンズやミラー等の光
学部品は、無機ガラスに比べて軽量化や低コスト化を大
幅に促進できるために近年広く利用されており、このた
めのプラスチック素材も様々なものが開発されている。
無機ガラス製の光学部品と同様にプラスチック製光学部
品も、各種単層膜や各種多層膜からなる反射防止膜等の
光学薄膜を設ける必要がある。無機ガラス製光学部品の
反射防止膜等は真空蒸着法で基体を200℃ないし35
0℃に加熱して成膜されることが多いが、プラスチック
製光学部品は高温に加熱すると熱変形を起こして光学特
性が劣化するおそれがあるため、このような成膜方法を
そのまま適用することはできない。また、真空蒸着法で
基体を加熱することなく反射防止膜や高反射膜等の光学
薄膜を成膜した場合は、膜の密着性や耐摩耗性や耐溶剤
性等の機械的強度や耐久性が不足する。そこで、プラス
チック製光学部品の基体を高温に加熱することなく機械
的強度や耐久性にすぐれた光学薄膜を成膜するために、
様々な工夫がなされており、成膜中の基体の温度を50
℃ないし80℃の間で制御する方法や、RFイオンプレ
ーティング法を採用することが提案され、SiO2 、Z
rO2 ,Al23 等の酸化物を主成分とする反射防止
膜等の場合には、ある程度の効果が確認されている。
【0003】一方、最近では、反射防止膜や高反射膜等
の光学薄膜に低屈折率材料としてMgF2 を用いること
によって反射防止特性等の光学特性を向上させたものが
開発されているが、MgF2 膜は一般に充填率が極めて
低く、前述のように基体を比較的低温に制御したり、イ
オンプレーティング法を採用することで十分な機械的強
度や耐久性を得ることはできない。そこで、MgF2
の充填率を向上させるために、成膜室の真空度を1×1
-6Torr以上の高真空にする方法も開発されている
が(特開平2−298252号公報参照)、基体の表面
の残留水分や不純物の量を低下させることで、密着性が
多少向上するものの、耐摩耗性等については不充分であ
り、1×10-6Torr以上の高真空下でもMgF2
の充填率を大きく改良することはできないことが判明し
た。
【0004】また、プラスチック製光学部品の基体の軟
質性を補うために、基体と反射防止膜や高反射膜等の光
学薄膜の間に珪素酸化物SiOxのアンダーコートを設
けてプラスチック製光学部品の表面の硬度を強化する方
法も開発されている(特開昭53−306号公報参
照)。この方法は光学薄膜の膜厚が小さいときに特に大
きな効果が期待できる。光学薄膜の充填率が高く従って
充分な硬度を有する場合でも、SiOxのアンダーコー
トが無いと密着性等が不足する傾向にある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、前述のように、低屈折率材料としてM
gF2 を用いる反射防止膜等の場合は、基体を高温に加
熱することなしに成膜するとMgF2 の充填率が不足
し、このために、充分な密着性や耐摩耗性や耐溶剤性等
の機械的強度や耐久性を有する光学薄膜を得ることがで
きない。
【0006】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであり、少くとも1層のMgF2
膜を有する光学薄膜であって、無加熱で成膜されても充
分な機械的強度や耐久性を備えているプラスチック製光
学部品の光学薄膜およびその成膜方法を提供することを
目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のプラスチック製光学部品の光学薄膜は、プ
ラスチック製の基体の表面に設けられたSiOx(1≦
x≦2)のアンダーコートと、その上に積層された光学
薄膜からなり、前記光学薄膜が少くとも1層のMgF2
膜を有し、該MgF2 膜がクラスターイオンビーム蒸着
法によって成膜されたものであることを特徴とする。
【0008】また、光学薄膜が反射防止膜であるとよ
い。
【0009】
【作用】光学薄膜が少くとも1層のMgF2 膜を有する
ために光学薄膜の光学特性は大幅に向上し、加えて、基
体が無加熱であっても、MgF2 膜がクラスターイオン
ビーム蒸着法で成膜されているためにその充填率が充分
高く、従って、機械的強度や耐久性が不足するおそれは
ない。さらに、SiOxのアンダーコートを有するため
にプラスチック製の基体の軟質性が補われ、機械的強度
や耐久性にすぐれたプラスチック製光学部品の光学薄膜
の反射防止膜を得ることができる。
【0010】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0011】図1は本発明の成膜方法に用いる成膜装置
の一例を示すもので、これは、排気口1aを有する真空
室1と、その上部に配設されたドーム型の基板ホルダ2
と、それぞれ真空室1の底部に配設されたクラスターイ
オンビーム蒸発源3と、抵抗加熱蒸発源4と、電子銃加
熱蒸発源5からなり、基板ホルダ2は周方向に等間隔で
複数の基板Wを保持し、図示しない回転機構によって回
転される。また、基板ホルダ2の外周縁に近接する位置
に蒸発レートをモニタする水晶モニタ6が配設され、さ
らに基板ホルダ2の回転中心には成膜される薄膜の膜厚
をモニタする光学モニタ7が設けられている。
【0012】(第1実施例)ポリメタクリル酸メチル
(PMMA)で作られたプラスチック製の基体である基
板を基板ホルダ2に保持させ、真空室1を2×10-6
orr以下に減圧したうえで、図示しない雰囲気調整ラ
インから酸素を導入し、抵抗加熱蒸発源4で一酸化珪素
SiOを加熱蒸発させて光学膜厚300nmの珪素酸化
物SiOx(1≦x≦2)のアンダーコートを成膜し
た。次いで、クラスターイオンビーム蒸発源3でフッ化
マグネシウムMgF2 の蒸気を発生させ、クラスターイ
オンビーム蒸着法によって光学膜厚130nmの光学薄
膜であるMgF2 膜を成膜した。上記の成膜工程中、基
板は無加熱(室温)であった。クラスターイオンビーム
蒸着法によるMgF2 膜の成膜条件を、クラスターイオ
ンビーム蒸発源3のるつぼ加熱温度2000℃以下、加
速電圧を2kV以下、イオン化電圧を400V以下、イ
オン化電流を400mA以下、真空室1の真空度を8×
10-6Torr以下に制御し、この範囲内で表1に示す
ように変化させてサンプル1〜5を作成した。
【0013】
【表1】 サンプル1〜5について反射率の分光特性を測定し、波
長500nmと400nmにおける屈折率と吸収率を算
出し、成膜直後と耐久試験後の密着性、耐摩耗性、耐溶
剤性を調べた結果を表2に示す。
【0014】
【表2】 機械的特性評価:○はすべてのサンプルで良品 △は一部サンプルに不良発生 ×はほとんどのサンプルで不良発生 括弧内は温度70℃、湿度85%で、500時間の耐久
試験後の機械的特性評価の結果である。
【0015】この表から、本実施例の反射率はすべての
点で極めてすぐれていることが判る。
【0016】機械的特性評価の方法は以下の通りであっ
た。密着力はセロハンテープを密着させて剥し、膜の剥
離状体を確認した。耐摩耗性はシルボン紙による500
gfの荷重をかけ50往復擦り傷の有無を確認した。耐
溶剤性はシルボン紙にアルコール+エーテル溶剤を含ま
せ500gfの荷重をかけ50往復擦り傷の有無を確認
した。
【0017】また、サンプル2の反射率の分光特性を図
2に示す。他のサンプルもほぼ同様であった。図2か
ら、本実施例の反射防止膜は可視域に置ける反射率が
2.5%以下であり、充分な反射防止特性を備えている
ことが判る。
【0018】(比較例)比較のために、第1実施例と同
様の工程でMgF2 膜の成膜条件の一部を表3に示すよ
うに前述の範囲を越える値に制御してサンプル6〜9を
作成し、また、従来の真空蒸着法によってMgF2 膜を
成膜し、サンプル10を作成した。
【0019】
【表3】 すなわち、サンプル6はイオン化電圧を500V、イオ
ン化電流を450mAとし、サンプル7とサンプル8は
加速電圧をそれぞれ3kV、5kVとし、サンプル9は
加速電圧を5kV、イオン化電流を350mA、真空室
の真空度を9×10-6Torrに制御し、残りの成膜条
件はいずれも第1実施例の各サンプル1〜5とほぼ同様
に制御したものである。
【0020】比較例の各サンプル6〜10について第1
実施例と同様に屈折率と吸収率を算出し、成膜直後と耐
久試験後の密着性、耐摩耗性、耐溶剤性を調べた結果を
表4に示す。
【0021】
【表4】 表4から判るように、加速電圧5kV以下、イオン化電
圧500V以下、イオン化電流500mA以下、真空室
の真空度1×10-5Torr以下であれば、従来例に比
べて吸収や密着性、耐摩耗性、耐溶剤性等がかなり改善
できるが、すべての点で高品質の反射防止膜を得るため
には、クラスターイオンビーム蒸着法の成膜条件を前述
の範囲に限定するのが望ましい。
【0022】本実施例によれば、プラスチック製光学部
品の表面にSiO2 のアンダーコートとMgF2 膜から
なる反射防止膜を製作するに際して、基体が無加熱であ
っても、MgF2 膜の成膜をクラスターイオンビーム蒸
着法によって行うことでその充填率を強化し、反射防止
膜の密着性、耐摩耗性、耐溶剤性等の機械的強度および
耐久性を大幅に向上させることができる。
【0023】(第2実施例)図1の成膜装置を用いて第
1実施例と同様にPMMAの基体である基板にSiOx
のアンダーコートを成膜し、次いで、酸化チタニウムT
iO2 膜とMgF2膜を交互に積層し、光学薄膜である
4層反射防止膜を製作し、これをサンプル11とした。
各MgF2 膜の成膜はクラスターイオンビーム蒸着法に
よって行われ、その成膜条件は表1に示すサンプル2の
成膜条件と同じであり、各TiO2 膜は抵抗加熱蒸発源
4あるいは電子銃加熱蒸発源5を用いて成膜した。アン
ダーコートと、各MgF2 膜と、各TiO2 膜の成膜中
基板は無加熱(室温)であった。また、これと同様の4
層反射防止膜でアンダーコートに一番近いMgF2 膜の
替わりにSiO2 膜を積層したものを製作し、これをサ
ンプル12とした。また、同様の成膜工程で、MgF2
膜を全く含まずその替わりにSiO2 膜を用いた4層反
射防止膜を製作し、これをサンプル13とした。各Si
2 膜の成膜条件はアンダーコートと同様であった。サ
ンプル11〜13のそれぞれのアンダーコートおよび4
層反射防止膜の各層の光学膜厚は表5に示すとおりであ
る。
【0024】
【表5】 図3ないし図5はそれぞれサンプル11ないしサンプル
13の反射率の分光特性を示すグラフであり、これから
判るように、サンプル11およびサンプル12は可視域
での平均反射率が0.2%以下であり、また、密着性、
耐摩耗性、耐溶剤性について前述と同様の方法で調べた
結果はすべて良好であった。サンプル13は密着性、耐
摩耗性、耐溶剤性についてはサンプル11、12と同様
であったが、図5から判るように、サンプル11、12
に比べて反射率が高く、反射防止特性が不充分である。
これは、4層反射防止膜のなかにMgF2 膜を含まない
ことが原因であると考えられる。
【0025】本実施例によれば、プラスチック製光学部
品の表面にSiO2 のアンダーコートとMgF2 膜を含
む多層膜からなる反射防止膜を製作するに際して、プラ
スチック製の基体が無加熱であっても、MgF2 膜の成
膜をクラスターイオンビーム蒸着法によって行うことで
その充填率を強化し、反射防止膜の密着性、耐摩耗性、
耐溶剤性等の機械的強度および耐久性を大幅に向上させ
ることができる。
【0026】なお、SiO2 のアンダーコートの光学膜
厚については、50nm以下であると一般的に機械的強
度が低下し、また、反射防止膜が多層膜であるときは、
アンダーコートの光学膜厚が800nmを越えるとクラ
ックを発生しやすいことが実験により判明している。
【0027】
【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
【0028】すぐれた光学特性を備えており、しかも充
分な機械的強度や耐久性を有するプラスチック製光学部
品の光学薄膜を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例および第2実施例による成膜方法に
用いる成膜装置を説明する説明図である。
【図2】第1実施例のサンプル2の反射率の分光特性を
示すグラフである。
【図3】第2実施例のサンプル11の反射率の分光特性
を示すグラフである。
【図4】第2実施例のサンプル12の反射率の分光特性
を示すグラフである。
【図5】第2実施例のサンプル13の反射率の分光特性
を示すグラフである。
【符号の説明】
1 真空室 2 基板ホルダ 3 クラスターイオンビーム蒸着源 4 抵抗加熱蒸発源 5 電子銃加熱蒸発源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−173002(JP,A) 特開 平3−116101(JP,A) 特開 昭60−98401(JP,A) 特開 昭63−217302(JP,A) 特公 昭54−9592(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 1/10 - 1/12

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラスチック製の基体の表面に設けられ
    たSiOx(1≦x≦2)のアンダーコートと、その上
    に積層された光学薄膜からなり、前記光学薄膜が少くと
    も1層のMgF2 膜を有し、該MgF2 膜がクラスター
    イオンビーム蒸着法によって成膜されたものであること
    を特徴とするプラスチック製光学部品の光学薄膜。
  2. 【請求項2】 光学薄膜が反射防止膜であることを特徴
    とする請求項1記載の光学薄膜。
  3. 【請求項3】 アンダーコートの光学膜厚が50nmな
    いし800nmの範囲内であることを特徴とする請求項
    1ないし2記載のプラスチック製光学部品の光学薄膜。
  4. 【請求項4】 プラスチック製の基体の表面にSiOx
    (1≦x≦2)のアンダーコートを成膜する工程と、成
    膜されたアンダーコートの上に少くとも1層のMgF2
    膜を有する光学薄膜を積層する工程からなり、各工程中
    前記基体が無加熱であるとともに、前記MgF2 膜がク
    ラスターイオンビーム蒸着法によって成膜されることを
    特徴とするプラスチック製光学部品の光学薄膜の成膜方
    法。
  5. 【請求項5】 MgF2 膜の成膜が、クラスターイオン
    ビーム蒸発源のるつぼ加熱温度2000℃以下、加速電
    圧2kV以下、イオン化電圧400V以下、イオン化電
    流400mA以下、真空度8×10-6Torr以下の成
    膜条件で行われることを特徴とする請求項4記載のプラ
    スチック製光学部品の光学薄膜の成膜方法。
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