JP5430133B2 - 眼鏡レンズおよび眼鏡 - Google Patents

Description

本発明は、眼鏡レンズなどの少なくとも一方の面が外界に面する光学物品およびその製造方法に関するものである。

特許文献１には、耐環境性が大きく、透明にすることが可能である被膜を備えた光学物品を提供することが記載されている。そのために、透明樹脂基材上に、ＳｉおよびＴｉのうち少なくとも一方を含み、厚さ方向に向かって屈折率が変化している、ＣＶＤ法により形成された変性層と、ＳｉとＯとを含むＣＶＤ法により形成されたハードコート層とを形成する。ハードコート層の膜厚を、０．４μｍより厚く５μｍより薄くすることが記載されている。

特許文献２には、プラスチック基板の反射率を広範囲にわたって均一に低下させることが記載されている。そのために、プラスチック基板上にハードコート層を形成してプラスチック基板を強度的に保護するに際し、ハードコート層のプラスチック基板と接触する部位での屈折率をプラスチック基板の屈折率と略等しくし、かつハードコート層の屈折率を厚さ方向で連続的ないしは段階的に変化させてハードコート層を形成することが記載されている。
特開平９−１１３７０２号公報 特開平７−５６００２号公報

プラスチック製の光学基材、たとえば、プラスチックレンズは、ガラス製の光学基材の１つであるガラスレンズに比べ軽量で、成形性、加工性、染色性が良く、割れにくく安全性も高い。このため、眼鏡レンズの分野で広く用いられている。１９４０年代にアメリカのＰＰＧ社により開発されたプラスチック材料（ＣＲ−３９）は眼鏡レンズ材料として、諸物性のバランスが優れている。現在に至るまでプラスチック材料（ＣＲ−３９）はプラスチックレンズの材料として長く使用されているが、屈折率が１．５０と低く、マイナス度数のレンズの場合はレンズのコバ厚が厚くなるという欠点がある。また逆にプラスレンズの場合は、中心厚が厚くなってしまうという欠点がある。

プラスチックレンズを薄くする為には、基材の屈折率を上げる必要がある。プラスチック材料の屈折率は、１．５０から１．５６、１．６０、１．６７、１．７０、１．７４、１．７６と高屈折率材料の開発が行なわれ、現在では様々な屈折率のプラスチック製眼鏡レンズが市販されている。

プラスチック製の光学基材は、傷がつきやすいという点を補うために基材の表面に、傷を防止するためのハードコートと称される層（膜）を形成することが多い。ハードコートの膜厚はおよそ１〜５μｍであり、ハードコート層を形成するための典型的な材料は熱硬化型のシリコン系樹脂、ＵＶ硬化型の有機系樹脂である。これら材料の屈折率は、約１．５０〜１．５５程度であり、高屈折率（たとえば１．６０以上）のプラスチック基材上に薄膜を形成すると、屈折率の差および膜厚ムラによる干渉縞が発生する。

この干渉縞は、眼鏡レンズにおいてレンズそのものの光学性能に何ら影響は与えないと言えるが、外観上見苦しさや、映り込みなどの要因となり、商品価値を向上するためには干渉縞を除去したいという要望がある。特に、超高屈折率（たとえば１．７０以上）のプラスチックレンズは、薄く軽量の眼鏡レンズを製造できるという大きなメリットを備えているが、干渉縞はさらに濃くはっきりと見えるようになる。

干渉縞の発生を抑える１つの方法は、ハードコート層に屈折率を調整するための金属酸化物を含有させ、ハードコート層とプラスチックレンズ基材の屈折率を同じ程度にすることである。たとえば、上記の特許文献１および２では、厚さ方向に向かって屈折率を変化させてハードコート層とプラスチック基材とが接触する部分で屈折率差をなくし、または縮小し、反射率を低下させている。さらに、連続的に屈折率を変化させ、表面の屈折率を低くすることにより、反射率を低下させている。この方法では、干渉縞を完全に抑制するためには、基材毎に専用のハードコートを設計し、管理し、施工する必要がある。しかしながら、各屈折率のコーティングを施すためには、それぞれ製造設備が必要であり、製造メーカーの負担は大きい。

また、ハードコート層の本来の目的は、屈折率を基材に合わせることではなく、耐候性、耐擦傷性等の様々な特性を基材に付加する層としての機能を果たすことであるが、高屈折率の層になるにつれ、これらを総合的に満たすのは困難となる。

さらに、ハードコート層上には、反射防止膜が形成される場合が多い。反射防止膜も、ハードコート層の屈折率が違えば、それぞれに専用の反射防止膜を設計する必要がある。したがって、プラスチックレンズの屈折率を高めれば、薄く軽量の眼鏡レンズおよび眼鏡を提供できるというわけではなく、総合的に品質特性を満たすことは困難なことである。

本発明の一態様は、光学基材と、光学基材の表面に積層された少なくとも１層からなる機能層とを有し、機能層の厚みＴμｍが以下の条件を満たす、光学物品である。
６．５ｄｎ＋４．０≦Ｔ≦１００ ・・・（１）
ただし、厚みＴは５μｍより大きく、ｄｎは光学基材と機能層との境界におけるｅ線（５４６ｎｍ）の屈折率差であり、以下の条件を満たす。
０．０６≦ｄｎ≦０．４ ・・・（２）

本発明の光学物品においては、式（２）の範囲で、ハードコート層などの機能層と、光学基材との境界面における屈折率の差を許容し、さらに、機能層を薄膜化する代わりに、式（１）の範囲で厚膜化することにより、干渉縞が現れることを抑制でき、および／または、干渉縞が目に感じられることを抑制できる。式（１）の範囲を下回ると、機能層の膜厚のムラが±３０％程度あると三波長型昼光色蛍光灯相当（Ｆ１０）を光源として光学物品を見たときに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。式（１）の範囲を上回ると、機能層の表面の面精度の維持が難しくなり、成膜の際の乾燥による体積変化などに起因してクラックの発生が予想されるので好ましくない。

機能層の厚みＴは以下の条件を満たすことが望ましい。
１０．４ｄｎ＋４．０≦Ｔ≦１００ ・・・（３）
干渉縞による色差がわずかに感じられる可能性があるが、その程度が小さくなる。

さらに、機能層の厚みＴが以下の条件を満たすことが望ましい。
１８．７ｄｎ＋４．２≦Ｔ≦１００ ・・・（４）
干渉縞による色差がかすかに感じられる程度に改善される。

さらに、機能層の厚みＴが以下の条件を満たすことが望ましい。
２８．７ｄｎ＋４．３≦Ｔ≦１００ ・・・（５）
干渉縞による色差がかすかに感じられる可能性があるが、その程度が小さくなる。

さらに、機能層の厚みＴが以下の条件を満たすことが望ましい。
３５．２ｄｎ＋４．４≦Ｔ≦１００ ・・・（６）
干渉縞による色差はほぼ認められなくなる。

また、機能層の厚みＴは５０μｍ以下であることが望ましい。
機能層の表面の面精度が得やすくなり、干渉縞による色差の感じられる程度を低減できる。

典型的な機能層は、ハードコート層を含むものである。機能層は多層膜であってもよく、たとえば、ハードコート層に加え、ハードコート層と光学基材との間に積層されたプライマー層を含んでもよい。さらに、光学物品は、機能層の上に積層された反射防止膜を有していてもよい。さらに、光学物品は、反射防止膜の上に積層された防汚膜を有していてもよい。

光学基材の典型的なものは、プラスチックレンズ基材であり、たとえば、眼鏡レンズである。

本発明の他の態様の１つは、上記の眼鏡レンズと、眼鏡レンズが装着されたフレームとを有する眼鏡である。

本発明のさらに異なる他の態様の１つは、上記の光学物品であって、外界に面した光学物品を有し、光学物品を通して画像を透視するためのシステムである。このシステムの典型的なものは、テレビ、ディスプレイ、窓などである。

本発明のさらに異なる他の態様の１つは、光学基材の表面に機能層を形成することを有する光学物品の製造方法である。機能層の厚みＴμｍは（１）式の条件を満たす。

本発明のさらに異なる他の態様の１つは、光学基材の表面に機能層を形成することを含む成膜方法である。機能層の厚みＴμｍは（１）式の条件を満たす。

（干渉縞の原因について）
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。

干渉縞の原因の他の１つは、膜厚ムラである。すなわち、基材の表面に、完全に膜厚ムラの無い、均一なコーティングができれば、干渉色として均一な色が観測されるだけであり、虹色のような干渉縞は発生しない。通常は膜厚を薄くすれば、干渉縞の間隔、線幅が広くなり抑制される傾向にある。これは薄い膜であれば、膜厚値の絶対量が小さくなる分、バラツキの幅も小さくなるためであり、従来、干渉縞を抑制するためには膜厚を小さくすることが望ましいとされている。しかしながら、膜厚ムラ、すなわち、膜厚のばらつきは、コーティング方法を工夫しても完全になくすことは難しく、さらに、レンズなどの基材の形状、表面の状態によっても発生する。したがって、膜を薄くしても膜厚のばらつきを完全になくすことはできず、干渉縞が発生する要因になる可能性がある。

干渉縞の原因、特に、干渉縞が顕著に観測できる要因のさらに異なる他の１つは光源である。太陽光のように様々な波長の光を同程度の強度で含む光の場合には、干渉縞は極めて見えにくい。逆に、３波長型蛍光灯のように、特定の波長の光の強度が強い光源の場合は、干渉縞は顕著に見え易くなる。これは３波長の光（通常は青、緑、赤）がそれぞれ、基材上のハードコート（薄膜）によって光の干渉を起こし、強め合ったり、弱めあったりするので、光源の色のバランスがくずれ、特定の色が強く見えるためである。３波長型の蛍光灯は省エネルギーの観点から良く用いられ、一般の家庭やオフィスにおいても汎用されている。

本発明においては、これらの干渉縞の原因をハードコート層などの光学基材の上に形成される層の厚みを、薄くするのではなく、逆に、厚くすることにより解消する。すなわち、膜厚が厚くなると干渉縞の本数が増え、外観上は悪くなるので、膜厚を薄くすることが干渉縞の抑制策として考えられていた。しかしながら、膜厚をさらに厚くすることにより、干渉縞の間隔が人の目で認識できる幅より小さくなるので、干渉縞は見えなくなることを本願の発明者は予想し、以下のシミュレーションによる計算を行い、その効果を確認し、また実際に実験を行った。

（干渉縞の認識に関するシミュレーション）
図１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２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。

次に、ステップ１１において、膜厚Ｔ±ｄＴの範囲で、膜厚の異なる適当な数のサンプリング点を設定し、各サンプリング点における可視光領域の波長の反射率を適当な波長毎に計算する。たとえば、波長３８０〜７８０ｎｍの範囲で１ｎｍずつ（１ｎｍ刻み）の波長の反射率を計算する。サンプリング点は、たとえば、膜厚Ｔを中心に上下に５０点ずつ、合計１０１点を設定する。

ステップ１２において、各波長の反射率と、光源（入射光）９の分光分布Ｓ（λ）から反射光８の色座標Ｃ（ｉ）を計算する。色座標には、たとえば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系の色空間内の座標を使用できる。ステップ１３で、すべてのサンプリング点について上記の作業を繰り返し、膜厚Ｔ±ｄＴの範囲で１０１点の色座標Ｃ（１）〜Ｃ（１０１）を求める。

ステップ１４において、求めた１０１の色座標Ｃ（ｉ）から、平均の色座標Ｃａｖを計算する。ステップ１５において、平均の色座標Ｃａｖから各色座標Ｃ（ｉ）に対して、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系による色差ΔＥ^＊ _ａｂ（ｉ）を計算する。さらに、ステップ１６において、これらの色差ΔＥ^＊ _ａｂ（ｉ）の平均値ｄＥａｖを、中心膜厚Ｔでの干渉縞の程度を評価するための評価値とした。光学物品５の面内に同じ色が多数存在する場合は平均値ｄＥａｖが小さくなり、面内に多数の色が存在する場合は平均値ｄＥａｖが大きくなる。

（評価方法）
色差の平均値ｄＥａｖの評価には、図３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）。

色差ΔＥが１．０以下であれば、色が隣接していない限り、人間には区別できないとされている。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１．０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であり、色差を感じる程度は小さくなると予想でき、さらに有意義な結果であると判断できる（カテゴリー２）。

ＮＢＳ単位の色差ΔＥが０．５以下であれば色差はかす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０．５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、人間がかすかに感じられる程度に収まると予想でき、さらに、有意義な結果であると判断できる（カテゴリー３）。

また、人間の色識別の最小値は０．２、これを最小色差（ＬＰＤ、Least Perceptible Difference）と呼ぶことがある。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０．２以下であれば、光学物品５の表面に干渉縞が現れていたとしても、人間には感じられないと予想でき、さらに、有意義な結果であると判断できる（カテゴリー５）。

さらに、色差ΔＥが最小色差（ＬＰＤ、Least Perceptible Difference）までは到達しなくても、色差ΔＥが０．３以下であれば、実質的には人間の眼では色差を区別することが難しい。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０．３以下であれば、光学物品５の表面に干渉縞が現れていたとしても、人間にはほとんど感じられないと予想でき、有意義な結果であると判断できる（カテゴリー４）。

したがって、シミュレーションにより得られた平均ｄＥａｖは図３に示した範囲をさらに詳細に区分して評価する。すなわち、色差の平均ｄＥａｖが１．５を超えたモデル（光学物品）５は有意義な結果とはいえない。色差の平均ｄＥａｖが１．５以下のモデル（光学物品）５は、干渉縞がわずかに感じられる程度であり、好ましく、色差の平均ｄＥａｖが１．０以下のモデル（光学物品）５は、干渉縞がわずかに感じられる程度が小さくなるので、さらに好ましい。色差の平均ｄＥａｖが０．５以下のモデル（光学物品）５は、干渉縞がかすかに感じられる程度であり、好ましく、色差の平均ｄＥａｖが０．３以下のモデル（光学物品）５は、干渉縞がほぼ感じられないので、さらに好ましい。色差の平均ｄＥａｖが０．２以下のモデル（光学物品）５は、干渉縞があっても人間の目では感じられないので最も好ましい。

（反射率の計算、ステップ１１）
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 ・・・（７）
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。

反射係数Ｒは、以下の式で表わされる。
Ｒ（λ）＝（ｒ１＋ｒ２ｅｘｐ（−２ｉδ））／（１＋ｒ１ｒ２ｅｘｐ（−２ｉδ））
・・・（８）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） ・・・（９）
ただし、ｎ２は基材２の屈折率、ｎ０は空気の屈折率である。

（反射光の計算、ステップ１２）
（８）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４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。

この反射率Ｒ（λ）の値から以下の式により三刺激値（ＸＹＺ）を計算する。このとき使用する光源９の分光分布Ｓ（λ）は、図５に示す３波長域発光形Ｆ１０である。分光分布Ｆ１０を使用する理由は、３波長（３原色）の光の場合に、３つの色のバランスがくずれたときに様々な色を発生し、それが干渉縞の要因になるからである。逆に擬似太陽光Ｄ６５の光源の分光分布を使うと、分光分布Ｄ６５は様々な波長（色）の光を含むため、特定の色は発生しにくく、干渉縞も観察されないことになる。
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 ・・・（１０）
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。

（１０）式により得られるＣＩＥ色座標のＣＩＥＸＹＺは（４．００、４．１３、３．３８）である。

さらに、以下の式より、ＸＹＺからＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系による色座標（Ｌ^＊、ａ^＊、ｂ^＊）を計算する。
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 ・・・（１１）
Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系による色座標は（２４．１１、０．２１、０．１１）となる。

（サンプリング点における計算の繰り返し、ステップ１３）
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。

（平均値の計算、ステップ１４）
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。

（色差の計算、ステップ１５）
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 ・・・（１２）

（色差の平均の計算、ステップ１６）
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。

色差の平均値ｄＥａｖはモデル５のパラメータを変えることにより変わる。パラメータのうち、膜厚ムラ（膜厚差）ｄＴには、平均値ｄＥａｖはそれほど敏感ではなく、±５〜３０％でそれほど大きな差がない。

たとえば、上記のシミュレーションにおいて、膜厚公差のみを変えた場合の結果は以下の通りである。
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

（実施例とシミュレーション結果の対比）
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。

ハードコート層を形成するための塗布液（コーティング液）形成
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。

実施例および比較例の光学物品の製造
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。

［評価１］
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

［評価２］
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。

これらの結果と、シミュレーションにより得られる色差の平均値ｄＥａｖとを図６に示している。この図に示すように、シミュレーションにより得られる色差の平均値ｄＥａｖによる評価と、製造した実施例Ｅ１〜Ｅ４および比較例Ｒ１、Ｒ２との評価とはほぼ一致している。

そして、ハードコート層１の屈折率ｎ１と基材２の屈折率ｎ２との差ｄｎが同じ実施例Ｅ１と比較例Ｒ１、また、実施例Ｅ２と比較例Ｒ２とを比較すると、ハードコート層１の膜厚の大きな実施例Ｅ１およびＥ２の方が干渉縞の発生しない、または、感じられないレンズ５となっている。

さらに、屈折率差ｄｎが０．２５と大きな実施例Ｅ３およびＥ４においても、ハードコート層１の膜厚を厚くすることにより、干渉縞の発生しない、または、感じられないレンズ５となっていることが分かる。

（考察１）
膜厚の厚いハードコート層１をレンズ基材２の上に形成したレンズ５において干渉縞が抑制される理由の１つは以下のように説明できる。厚いハードコート層１をレンズ基材２の上に成膜したレンズ５の反射率の例として、屈折率（ｎ２）１．６７のレンズ基材２の上に厚さＴが３０μｍで屈折率（ｎ１）１．５０の機能膜１を形成したレンズ５の反射率（計算値）を図７に実線で示す。この場合の３波長型蛍光灯を光源９としたときの、反射光８の強度の波長分布は点線のようになる。膜厚Ｔが十分に厚いため可視光領域（３８０〜７８０ｎｍ）の反射率Ｒ（λ）は周期が数ｎｍ程度の細かい波の繰り返しとなる。その結果、反射光８の強度の相対分布は、元の光源９の相対分布Ｓ（λ）とほぼ同じ形を保っている。したがって、多少膜厚が変化して反射率の波形が変化しても、反射率の強度分布（スペクトル）の波長空間における周期は非常に細かいため、反射光８の強度分布は元の光源９の強度分布Ｓ（λ）と同じ形が保持される。このため、膜厚Ｔが変化しても反射光８の色は変化せず、その色は光源９の色に近い。このことは、多少膜厚が変化しても、特定の色が見えにくく、干渉縞が発生しにくいことを意味している。

比較として同じモデル、すなわち、屈折率（ｎ２）１．６７のレンズ基材２の上に厚さＴが３μｍで屈折率（ｎ１）１．５０の機能膜１を形成したレンズ５の反射率（計算値）を図８に実線で示す。反射率Ｒ（λ）はゆるいカーブの波を描いている。このため、反射光８の反射強度分布は各波長の反射率の影響を受け、光源９の分光分布Ｓ（λ）の５５０ｎｍ付近の緑色のピークは大きく減少して、３波長型蛍光灯の３波長の光（青、緑、赤）のバランスがくずれている。その結果、反射光８の色は、元の光源９の色とは違った色になってしまっている。また、膜厚Ｔが変化した場合、反射率Ｒ（λ）の波が左右に変化し、反射光８の３波長の光（青、緑、赤）のピークは、それぞれ単独に大きくなったり、小さくなったりを繰り返し、虹色の干渉縞となって現れるものと考えられる。

（最小膜厚）
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の膜厚を大きく（厚く）することにより、基材２の屈折率ｎ２と機能層１の屈折率ｎ１との間に差ｄｎがあっても、また、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、色差の平均値ｄＥａｖ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の範囲で選択した。

図９は、それらのモデルの中から、上述したカテゴリー１、すなわち、色差の平均値ｄＥａｖが１．５以下になり、色差の平均値ｄＥａｖが１．０以下のカテゴリー２に含まれないモデルＤ１〜Ｄ１０を示している。図１０に、色差の平均値ｄＥａｖが１．５を超え、カテゴリー１にも含まれない参照モデルＲＤ１〜ＲＤ５を示している。

図１１は、カテゴリー２、すなわち、色差の平均値ｄＥａｖが１．０以下になり、色差の平均値ｄＥａｖが０．５以下のカテゴリー３に含まれないモデルＤ１１〜Ｄ２０を示している。

図１２は、カテゴリー３、すなわち、色差の平均値ｄＥａｖが０．５以下になり、色差の平均値ｄＥａｖが０．３以下のカテゴリー４に含まれないモデルＤ２１〜Ｄ３０を示している。

図１３は、カテゴリー４、すなわち、色差の平均値ｄＥａｖが０．３以下になり、色差の平均値ｄＥａｖが０．２以下のカテゴリー５に含まれないモデルＤ３１〜Ｄ４０を示している。

図１４は、カテゴリー５、すなわち、色差の平均値ｄＥａｖが０．２以下に含まれるモデルＤ４１〜Ｄ５０を示している。

図１５は、これらのモデルＤ１〜Ｄ５０およびＲＤ１〜ＲＤ５を、膜と基板との屈折率差ｄｎをＸ座標、膜厚ＴをＹ座標としてプロットしたものである。なお、これらのモデルＤ１〜Ｄ５０、ＲＤ１〜ＲＤ５は発明者らがシミュレーションを行ったごく一部のものにすぎない。上記図９〜図１４に例示したように、シミュレーション結果を各カテゴリーに含まれ、上位のカテゴリーに含まれないという条件を加味してグルーピングし、それらより決定されたカテゴリー１〜５の最小膜厚Ｔ１〜Ｔ５を与える直線を図１５に示している。各カテゴリーの最小膜厚Ｔ１〜Ｔ５（μｍ）は以下の通りである。
カテゴリー１の最小膜厚Ｔ１（μｍ）＝ ６．５ｄｎ＋４．０
カテゴリー２の最小膜厚Ｔ２（μｍ）＝１０．４ｄｎ＋４．０
カテゴリー３の最小膜厚Ｔ３（μｍ）＝１８．７ｄｎ＋４．２
カテゴリー４の最小膜厚Ｔ４（μｍ）＝２８．７ｄｎ＋４．３
カテゴリー５の最小膜厚Ｔ５（μｍ）＝３５．２ｄｎ＋４．４ ・・・（１３）

干渉縞が現れない、あるいは人間が感じられないという点では、機能層１は厚いほどよいことが分かる。しかしながら、カテゴリー５になると人間は識別できないので、それ以上に色差を小さくするための厚みは、干渉縞の発生を抑制するという点では不要である。一方、機能層１の膜厚が増大し過ぎると、材料が無駄になることに加え、製造工程において、成膜後の乾燥による体積変化などに起因してクラックの発生が予想される。また、機能層１を厚くすることにより、厚みのばらつきがあっても干渉縞は現れにくくなるが、機能層の表面の面精度が著しく劣化することは光学物品あるいは光学素子としての性能上好ましくない。

したがって、機能層１の厚みＴは、成膜の乾燥によるクラックの発生の恐れが少ない１００μｍ以下であることが望ましい。この程度の厚みであれば、面精度も確保しやすい。さらに、機能層１の厚みＴが５０μｍ以下であれば、面精度の確保はさらに容易になる。図１４から分かるように、屈折率差ｄｎが０．４程度と非常に大きな場合でも、膜厚は２０μｍ以上あれば干渉縞はほぼ見えない。したがって、機能層１の厚みは、２０μｍ以上であればよい。成膜の際の厚みのばらつきを考慮すると、たとえば、機能層１の厚みＴが２０〜５０μｍであれば、基材２の材質、その上に積層されるハードコート層などの機能層１の材質にほぼ関係なく、干渉縞の発生を抑制できる。

（膜厚の範囲）
以上の結果より、機能層１の厚みＴが以下の（１）式の範囲であれば、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、以下の式の範囲を下回ると、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。
６．５ｄｎ＋４．０≦Ｔ≦１００ ・・・（１）
ただし、厚みＴは５μｍより大きく、光学基材と機能層との境界における屈折率差ｄｎは以下の条件を満たす。
０．０６≦ｄｎ≦０．４ ・・・（２）

さらに、機能層１の厚みＴが以下の（３）式の範囲であれば、カテゴリー２に入り干渉縞による色差がわずかに感じられるが、その程度が小さくなる。
１０．４ｄｎ＋４．０≦Ｔ≦１００ ・・・（３）

さらに、機能層１の厚みＴが以下の（４）式の範囲であれば、カテゴリー３に入り干渉縞による色差がかすかに感じられる程度になる。
１８．７ｄｎ＋４．２≦Ｔ≦１００ ・・・（４）

さらに、機能層１の厚みＴが以下の（５）式の範囲であれば、カテゴリー４に入り干渉縞による色差がかすかに感じられるとしても、その程度はさらに小さくなる。
２８．７ｄｎ＋４．３≦Ｔ≦１００ ・・・（５）

さらに、機能層１の厚みＴが以下の（６）式の範囲であれば、カテゴリー５に入り干渉縞による色差はほぼ感じられなくなる。
３５．２ｄｎ＋４．４≦Ｔ≦１００ ・・・（６）

機能層１の最大厚みＴｍａｘは、上述したように５０μｍであることがさらに好ましい。また、機能層１の最小厚みＴｍｉｎは、５μｍに限らず、６μｍまたは７μｍであってもよい。また、屈折率差ｄｎの範囲は０．０６以上に限らず、０．０７以上、または０．０８以上であってもよい。本発明は、特に屈折率差ｄｎが大きな領域で有効であり、屈折率差ｄｎの範囲は０．１以上であってもよい。また、屈折率差ｄｎの上限は、現在検討されているプラスチックレンズ基材の屈折率ｎ２と、ハードコート層などの機能層を形成するために用いられる樹脂の屈折率ｎ１とを鑑み、０．４程度に限定している。しかしながら、上記において説明したように、屈折率差ｄｎの上限は特になく、０．５０であってよく、さらに、０．６０あるいはそれ以上であってもよい。

このように、上記の光学物品５は、ハードコートなどの機能層１の膜厚Ｔを可視光線の波長（３８０〜７８０ｎｍ）より大きな値、特に、厚みが１０μｍ(１００００ｎｍ)以上と可視光波長よりはるかに大きな値にすることで、干渉縞の発生を抑制している。

このため、上記の範囲の厚みを持った機能層をレンズなどの光学基材の上に成膜することにより、機能層の屈折率と光学基材の屈折率とが異なっても、干渉縞の発生を抑制できる。したがって、レンズ基材などの光学基材が異なっても、基材の上に積層するハードコート層、以下で説明するプライマー層、さらに、その上に設ける反射防止膜、防汚膜（防汚層）も含めたコーティングシステムを共通化できる。このため、いずれの屈折率のレンズ基材、またはその他の光学基材においても、ハードコート層などの製造ラインは１つでよく、その上の反射防止膜の種類も１つでよい。したがって、多種多様な光学基材に対して、極めて簡単な製造ラインを適用し、眼鏡レンズなどの光学物品を製造することが可能であり、製造コストを下げることが可能である。

なお、上記の実施例では、機能層１としてハードコート層の一例を記載しているが、ハードコート層の構成は上記に限定されるものではない。ハードコート層を形成するため樹脂としては、アクリル系樹脂、メラミン系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、アミノ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ビニルアルコール系樹脂、スチレン系樹脂、シリコン系樹脂およびこれらの混合物もしくは共重合体等を挙げることができる。本発明の対象となる機能層を形成する樹脂としては、透明な皮膜を形成できれば特に限定はなく、コーティング剤として用いられる汎用の樹脂が対象になる。しかしながら、機能層１が主に保護膜として機能することを考慮すると、ハードコート層としては、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂がよく、また密着性を持たせる為のプライマー層としてはウレタン系樹脂およびポリエステル系樹脂が好ましい。さらに、ハードコート層は１層に限らず、多層であってもよい。

また、機能層１は、ハードコート層に限らず、少なくとも１層のハードコート層と光学基材２との間に積層された少なくとも１層のプライマー層を含んでも良い。レンズ基材２とハードコート層との密着性を確保するため、および／または、高屈折率レンズ基材の欠点である耐衝撃性の改善を行うためにプライマー層を設けることが可能である。プライマー層を形成するための樹脂としては、アクリル系樹脂、メラミン系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、アミノ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ビニルアルコール系樹脂、スチレン系樹脂、シリコン系樹脂およびこれらの混合物もしくは共重合体等が挙げられる。密着性を持たせるためのプライマー層としてはウレタン系樹脂およびポリエステル系樹脂が良い。

さらに、レンズ基材の屈折率をｎ２、プライマー層の屈折率をｎ３、ハードコート層の屈折率をｎ１としたときに、これらの屈折率は以下の式を満たすことが望ましい。
ｎ２≦ｎ３≦ｎ１ または ｎ２≧ｎ３≧ｎ１ ・・・（１４）
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。

また、ハードコート層などの機能層を、レンズなどの光学基材上に形成する方法としては、公知のコーティング方法のいずれも利用可能である。膜厚をより均一にするためにはスピンコーティングによる方法がより好ましいが、生産性を重視して一度に複数のレンズをコーティングする場合はディッピングによる方法が好ましい。

さらに、機能層１の上に、無機系の反射防止膜を形成したり、さらには有機系の反射防止膜を形成することも可能である。反射防止層は、必要に応じてハードコート層上に形成される薄層である。反射防止層は、例えば、屈折率が１．３〜１．５である低屈折率層と、屈折率が１．８〜２．３である高屈折率層とを交互に積層して形成することができる。層数としては、５層あるいは７層程度が好ましい。

反射防止層を構成する各層に使用される無機物の例としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＴｉＯ、Ｔｉ_２Ｏ_３、Ｔｉ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴａＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＮｂＯ、Ｎｂ_２Ｏ_３、ＮｂＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＣｅＯ_２、ＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＭｇＦ_２、ＷＯ_３などが挙げられる。これらの無機物は単独で用いるかもしくは２種以上を混合して用いる。反射防止層の一例は、低屈折率層をＳｉＯ_２の層とし、高屈折率層をＺｒＯ_２の層としたものである。

反射防止層を形成する方法としては、乾式法、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが挙げられる。真空蒸着法においては、蒸着中にイオンビームを同時に照射するイオンビームアシスト法を用いてもよい。

反射防止層は、湿式法を用いて形成してもよい。例えば、内部空洞を有するシリカ系微粒子（以下、「中空シリカ系微粒子」ともいう）と、有機ケイ素化合物とを含んだ反射防止層形成用のコーティング組成物を、ハードコート層、プライマー層と同様の方法でコーティングして形成することもできる。中空シリカ系微粒子を用いるのは、内部空洞内にシリカよりも屈折率が低い気体または溶媒が包含されることによって、空洞のないシリカ系微粒子に比べてより屈折率が低減し、結果的に、優れた反射防止効果を付与できるからである。中空シリカ系微粒子は、特開２００１−２３３６１１号公報に記載されている方法などで製造することができるが、平均粒子径が１〜１５０ｎｍの範囲にあり、かつ屈折率が１．１６〜１．３９の範囲にあるものを使用することが望ましい。この有機系の反射防止層の層厚は、５０〜１５０ｎｍの範囲が好ましい。この範囲より厚すぎたり薄すぎたりすると、十分な反射防止効果が得られないおそれがある。

さらに、反射防止膜の上に撥水膜、または親水性の防曇膜（防汚膜）を形成することも可能である。防汚層は、光学物品の表面の撥水撥油性能を向上させる目的で、反射防止層の上に、フッ素を含有する有機ケイ素化合物からなる層を形成したものである。フッ素を含有する有機ケイ素化合物としては、例えば、特開２００５−３０１２０８号公報や特開２００６−１２６７８２号公報に記載されている含フッ素シラン化合物を好適に使用することができる。

含フッ素シラン化合物は、有機溶剤に溶解し、所定濃度に調整した撥水処理液（防汚層形成用のコーティング組成物）として用いることが好ましい。防汚層は、この撥水処理液（防汚層形成用のコーティング組成物）を反射防止層上に塗布することにより形成することができる。塗布方法としては、ディッピング法、スピンコート法などを用いることができる。なお、撥水処理液（防汚層形成用のコーティング組成物）を金属ペレットに充填した後、真空蒸着法などの乾式法を用いて、防汚層を形成することも可能である。

防汚層の層厚は、特に限定されないが、０．００１〜０．５μｍが好ましい。より好ましくは０．００１〜０．０３μｍである。防汚層の層厚が薄すぎると撥水撥油効果が乏しくなり、厚すぎると表面がべたつくので好ましくない。また、防汚層の厚さが０．０３μｍより厚くなると反射防止効果が低下する可能性がある。

上記においては、光学物品の例として、眼鏡レンズを主に説明している。上記のように厚いハードコート層を備えたプラスチック製の眼鏡レンズと、眼鏡レンズが装着されたフレームとを有する眼鏡を提供できる。この眼鏡は、室内、オフィスなどにおいて蛍光灯の光に晒されても、眼鏡レンズの表面に干渉縞が現れにくく、外観上見苦しさを防止でき、映り込みなどを抑制できる。このため、商品価値の高い眼鏡を提供できる。

また、光学物品は眼鏡レンズに限定されず、室内、オフィス、工場などの屋内、またはその他の場所において、蛍光灯などの分光分布が白色ではない光に表面が晒される光学物品に対し適用できる。たとえば、少なくとも一方の面が外界に面した光学物品を有し、光学物品を通して画像を透視するためのテレビ、コンピュータディスプレイ、窓などのシステムである。

干渉縞の発生を評価するためのシミュレーションの概略工程を示すフローチャートである。 シミュレーションのモデルを示す図である。 シミュレーションにより得られる色差の平均値を評価する参考資料である。 反射係数の分布の一例を示す図である。 光源の分光分布の一例（Ｆ１０）を示す図である。 実施例および比較例を示す図である。 実施例の反射率の分布の一例を示す図である。 比較例の反射率の分布の一例を示す図である。 色差の平均値ｄＥａｖが１．５以下になるモデルＤ１〜Ｄ１０を示す図である。 色差の平均値ｄＥａｖが１．５を超える参照モデルＲＤ１〜ＲＤ５を示す図である。 色差の平均値ｄＥａｖが１．０以下になるモデルＤ１１〜Ｄ２０を示す図である。 色差の平均値ｄＥａｖが０．５以下になるモデルＤ２１〜Ｄ３０を示す図である。 色差の平均値ｄＥａｖが０．３以下になるモデルＤ３１〜Ｄ４０を示す図である。 色差の平均値ｄＥａｖが０．２以下になるモデルＤ４１〜Ｄ５０を示す図である。 モデルＤ１〜Ｄ５０および参照モデルＲＤ１〜ＲＤ５を、膜と基板との屈折率差ｄｎをＸ座標とし、膜厚ＴをＹ座標としてプロットした図であり、それぞれのカテゴリーの最小膜厚Ｔ１〜Ｔ５を合わせて示す図である。

符号の説明

１ 機能層、 ２ 光学基材、 ５ 光学物品、 ８ 反射光、 ９ 光源

Claims (3)

1. 光学基材と、
   前記光学基材の表面に積層された機能層とを有し、
   前記機能層はハードコート層を含み、
   前記機能層の厚みＴμｍが以下の条件を満たす、眼鏡レンズ。
   ３５．２ｄｎ＋４．４≦Ｔ≦５０
   ただし、厚みＴは５μｍより大きく、ｄｎは前記光学基材と前記機能層との境界における屈折率差であり、以下の条件を満たす。
   ０．０６≦ｄｎ≦０．４
2. 前記厚みＴは、２０μｍ以上である、請求項１に記載の眼鏡レンズ。
3. 請求項１または２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。

Images