JP5430132B2 - 眼鏡レンズおよび眼鏡 - Google Patents
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Description
干渉縞の根本的な原因の1つは、屈折率の差である。したがって、干渉縞を無くすためにこれまでは、屈折率を調整するという手法が用いられている。しかしながら、屈折率の波長依存性はほとんどの場合無視されている。すなわち、プラスチック基材の屈折率とハードコート層の屈折率とを近づけたり、ある波長では一致させることは可能である。しかしながら、材料が異なれば光の波長毎の屈折率は異なるので、すべての波長において屈折率を完全に一致させることはほとんど無理である。可視光の波長領域(380〜780nm)における屈折率の分布は、長波長側(780nm側)では通常低く、短波長側(380nm側)では通常高い。典型的な屈折率としてはe線(546nm)の屈折率が用いられ、本明細書においても特に断りがない限り、屈折率はe線での屈折率を示す。したがって、単にe線の屈折率が同じであっても、屈折率の波長依存性があるために、すべての波長において屈折率が完全に一致しているということはほとんどない。したがって、干渉縞が発生する要因となる可能性がある。
R=A+Bcos(2πnT/λ) ・・・(1)
ただし、A、Bは比例定数であり、nは屈折率、Tは膜厚、λは波長である。したがって、k空間(波数空間)で表わすことにより、反射率R(k)は、一定の周期で振動する。
T=λ1・λ2/2・n1・|λ1−λ2| ・・・(2)
ただし、n1は薄膜(ハードコート層)の屈折率である。この式を、以下の条件で展開すると、(3)式が得られる。
λ1>λ2
(1/λ2−1/λ1)=1/(2・n1・T) ・・・(3)
図5に、干渉縞の認識に関するシミュレーションの概略プロセスを示している。ステップ10において、図6に示すような光学物品5、たとえばレンズのモデル(パラメータ)を設定する。パラメータの典型的なものは、光学基材2の屈折率n2、ハードコート層などの透明な機能層1の膜厚T、機能層1の屈折率n1、機能層1の膜厚ムラ(膜厚差)dT、光源9の分光分布S(λ)などである。機能層1は、可視光領域で透過性(透光性)である。また、機能層1の屈折率n1は一定であり、膜厚方向に変化させない。光源の波長分布の一例は、JISZ8719に規定する代表的な蛍光ランプの波長分布である。いくつかの種類の波長分布のうち干渉縞をより強調することを目的として、3波長域発光形F10で規定される相対分光分布を使用できる。干渉縞を発生させるためには、機能層1の膜厚差dTが必須であり、たとえば、ディップコーティングを想定すると中心厚Tに対して±20%あるいは30%程度の膜厚差dTを設定することが望ましい。
色差の平均値dEavの評価には、図7のNBS単位の色差ΔEと人間の視感との相関表を第1の基準として採用した。NBS単位は、米国国家標準局(National Bureau of Standards)が提唱した基準である。NBS単位の色差ΔEが1.5以下であれば色差はわずかに感じられる程度になる。したがって、上記のシミュレーションにより得られた平均値dEavが1.5以下であれば、光学物品5の表面に干渉縞が現れたとしても、人間がわずかに感じられる程度に収まると予想でき、有意義な結果であると判断できる(カテゴリー1)。
各サンプリング点(膜厚)における反射率および反射光の計算方法の一例は以下の通りである。機能層1の表面の反射波と、機能層1を往復して反射される波との位相差2δは、以下の式であらわされる
2δ=(4π/λ)n1Tcosφ ・・・(4)
ただし、n1は機能層1の屈折率、Tは機能層1の厚み、φは光線の入射角である。
R(λ)=(r1+r2exp(−2iδ))/(1+r1r2exp(−2iδ))
・・・(5)ただし、r1およびr2はフレネル係数であり、垂直入射のときは以下の式で表わされる。
r1=(n0−n1)/(n0+n1)
r2=(n1−n2)/(n1+n2) ・・・(6)
ただし、n2は基材2の屈折率、n0は空気の屈折率である。
(5)式から可視光の波長380〜780nmの各波長において1nm単位で反射率を計算する。図8に、基材2の屈折率n2を1.60、機能層1の屈折率n1を1.50、機能層1の膜厚Tを10μmとしたモデル5において求められた反射率R(λ)を示している。
X=KΣ380 780S(λ)・x−(λ)・R(λ)dλ
Y=KΣ380 780S(λ)・y−(λ)・R(λ)dλ
Z=KΣ380 780S(λ)・z−(λ)・R(λ)dλ ・・・(7)
ただし、K=100/Σ380 780S(λ)・y−(λ)dλであり、
x−(λ)、y−(λ)、z−(λ)はXYZ表色系における等色関数である。
L*=116(Y/Yn)1/3−16
ただし、Yn=KΣ380 780S(λ)・y−(λ)・1dλ
K=100/Σ380 780S(λ)・y−(λ)dλ、
a*=500[(X/Xn)1/3−(Y/Yn)1/3]
b*=200[(Y/Yn)1/3−(Z/Zn)1/3]
ただし、Xn=KΣ380 780S(λ)・x−(λ)・1dλ
Zn=KΣ380 780S(λ)・z−(λ)・1dλ ・・・(8)
L*a*b*表色系による色座標は(24.11、0.21、0.11)となる。
このモデルでは、10μmの膜厚Tに対して±30%の膜厚差dTを設定する。したがって、膜厚7〜13μmの間で膜厚のマイナス側で50の膜厚のサンプリングポイントが設定され、膜厚のプラス側で50の膜厚のサンプリングポイントが設定される。それぞれのポイントに対して上記のステップ11および12を繰り返す。たとえば、膜厚7.00μmでステップ11および12を計算し、膜厚7.06μmでステップ11および12を計算し、膜厚7.12μmでステップ11および12を計算する。こうして101個の色座標(L*、a*、b*)を得る。
101個の色座標から平均(中心)の色を計算する。すなわち、L*、a*、b*をそれぞれ平均する。このモデルの平均値は、(23.98、0.0、0.0)である。
以下の式により、L*、a*、b*の平均値と、各サンプリング点(101個)の色座標との色差を計算する。
ΔE*=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2 ・・・(9)
各サンプリング点の色差ΔE*の平均値dEavを求める。このモデルでは、色差の平均値dEavは0.40であった。したがって、干渉縞はかすかに感じる程度となり、ほとんど干渉縞が見られない光学物品5を提供できる。
膜厚公差±5%のモデル
L*、a*、b*の平均値(23.98、0.0、0.0)、dEav 0.27
膜厚公差±10%のモデル
L*、a*、b*の平均値(23.98、0.0、0.0)、dEav 0.31
膜厚公差±15%のモデル
L*、a*、b*の平均値(23.99、0.0、0.0)、dEav 0.33
膜厚公差±20%のモデル
L*、a*、b*の平均値(23.99、0.0、0.0)、dEav 0.33
膜厚公差±25%のモデル
L*、a*、b*の平均値(23.99、0.0、0.0)、dEav 0.36
膜厚公差±30%のモデル
L*、a*、b*の平均値(23.98、0.0、0.0)、dEav 0.40
いくつかの実施例と比較例の光学物品を製造し、干渉縞の見え方をシミュレーションから得られる平均値dEavを用いた評価と比較した。
エポキシ樹脂−シリカハイブリッド(商品名:コンポセランE102(荒川化学))20重量部に酸無水物系硬化剤(商品名:硬化剤液(C2)(荒川化学))4.46重量部を混合、撹拌して配合液(コーティング液)を得た。
上記のコーティング液を所定の厚さになるようにスピンコーターを用いて基板2の上に塗布してハードコート層(機能層)1を成膜し、実施例(E1〜E4)、比較例(R1、R2)の光学物品(眼鏡レンズ)5を製造した。塗布した基板(基材)2は、屈折率1.67のセイコースーパーソブリン用基板(E1、E2、R1)、屈折率1.74のセイコープレステージ用基板(E3、E4、R2)を使用した。次いで、塗布後のレンズ基材を125℃で2時間焼成した。
上記にて製造した眼鏡レンズ5に3波長型蛍光灯を光源として使用して干渉縞の様子を目視で観察した。判定基準は以下の通りである。
◎ 干渉縞が目立たない
○ 干渉縞がわずかに目立つ
△ 干渉縞が目立つ
× 干渉縞がかなり目立つ
上記にて製造した眼鏡レンズ5の反射率を分光反射率計で380〜780nmの範囲で測定し、その実測した反射率からシミュレーションと同様に、光源F10での反射色Lab*を計算した。この操作を基板上の上方から下方のランダムに10点測定を行い、その平均値を求め、平均値から各10点の色差(ΔE)を計算し、その色差の平均値Eabを計算した。
以上より、ハードコート層などの基材2の上に積層される機能層1の反射率R(k)の周期Pkを短く(小さく)することにより、基材2と機能層1との間に屈折率差があっても、機能層1の屈折率n1が一定であっても、さらには、機能層1の厚みにムラ、公差あるいはばらつきがあっても、干渉縞が感じられないレンズ5を提供できることが分かる。このため、そのような効果が得られる最小の膜厚を得るべく、いくつかのモデルに対してシミュレーションを行い、反射率R(k)の周期Pkと色差の平均値dEavとの関係を求めた。これらのモデルは、基材2の屈折率n2の範囲が1.50〜1.90の範囲、機能層1の屈折率n1の範囲が1.50〜1.90の範囲、さらに、基材2と機能層1との境界における屈折率差dnが0.06〜0.40の範囲で選択した。
以上の結果より、機能層1の反射率のk空間における周期Pk(nm−1)が3.66×10−5以下であれば、少なくともカテゴリー1に入り干渉縞による色差がわずかに感じられる程度になる。すなわち、反射率R(k)の周期Pk(nm−1)が3.66×10−5を上回ると、干渉縞による色差がかなり感じられる可能性があり好ましくない。なお、波数kは、波長の逆数(1/λ)である。
n2≦n3≦n1 または n2≧n3≧n1 ・・・(10)
この関係を満たすように材料を選択することで、反射率の最大値と最小値の差を小さくすることができ、反射率の波形はよりフラットな形になるため、干渉縞をさらに抑制することが可能である。屈折率の異なる複数の層を含む機能層においては、内部の層間での反射も考えられるので、反射率の周波数特性は複雑になり、干渉縞が発生する要因も多岐になる。しかしながら、機能層1の全体として上記に開示した膜厚を確保することにより、干渉縞の発生を抑制できる。さらに、機能層を構成する各層の屈折率がレンズ基材などに対する屈折率差と同程度になる場合は、機能層を構成する各層を1つの機能層として上記に開示した条件を当てはめることにより、干渉縞の発生を未然に防止できる。
Claims (8)
- 光学基材と、
前記光学基材の表面に積層された透光性の機能層と、を含み、
前記光学基材と前記機能層との境界における屈折率差は0.06〜0.40の範囲であり、
前記機能層の反射率のk空間における周期Pk(nm−1)が3.66×10−5以下である、眼鏡レンズ。 - 請求項1に記載の眼鏡レンズにおいて、
さらに、前記周期Pkが3.03×10−5以下である、
眼鏡レンズ。 - 請求項2に記載の眼鏡レンズにおいて、
さらに、前記周期Pkが2.08×10−5以下である、
眼鏡レンズ。 - 請求項3に記載の眼鏡レンズにおいて、
さらに、前記周期Pkが1.59×10−5以下である、
眼鏡レンズ。 - 請求項4に記載の眼鏡レンズにおいて、
さらに、前記周期Pkが1.39×10−5以下である、
眼鏡レンズ。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の眼鏡レンズにおいて、
前記周期Pkが2.63×10−6以上である、
眼鏡レンズ。 - 請求項6において、前記周期Pkが5.26×10−6以上である、
眼鏡レンズ。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の眼鏡レンズと、
前記眼鏡レンズが装着されたフレームと、
を含む、眼鏡。
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