JPH01265202A

JPH01265202A - 光学部品の反射防止膜

Info

Publication number: JPH01265202A
Application number: JP63093192A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ito; 清伊藤
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1989-10-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「技術分野」本発明は、光学部品、特に眼鏡用レンズ、あるいはカメ
ラ等の光学機器に用いられるプラスティックレンズ等の
プラスティック光学部品に通用して好適な、広帯域に低
反射特性を示す多層の反射防＋）−１１Ｑに関する。

［従−末技術およびその問題点」プラスデイック光学部品は、例えば眼鏡レンズにあって
は染色が簡単で軽量であるところから、またカメラ等の
ファインダでは量産性があり低価格であるという理由か
ら、近年多く用いられるようになった。さらに最近では
、成形技術および型製作技術が急速に向上したことから
、コンパクトディスク用非球面レンズ、あるいはカメラ
用撮影レンズにも球面、非球面を問わずプラスティック
レンズが多用されている。このような用途の拡大に伴な
って１反射防止膜はガラスに対するものと同様の広帯域
低反射率が要求されることとなった。従来のような高い
反射率特性をもつもの、あるいはｍ層反射防＋ｈ　１１
５！のような狭帯域にしか反射防止特性を示さないもの
では、その要求に応えることができない。

しかしプラスティックは、低い温度で熱変形する。素材
そのものが水分を含む、表面硬度が低いという、ガラス
とは異なる性質かあり、この性質か広帯域低反射率の反
射防止膜の実現を困難にしている。

例えば、広帯域低反射率を実現するには、多層膜の空気
媒質に隣接する最上層は、屈折率が低い程有利であり、
また耐擦傷性をよくする意味からは硬度の高い膜を必要
とする。このためガラス下地の場合にはＭ３Ｆ２が広く
用いられてきた。しかしＭｇＦ、は高温（３００℃程度
）で下地に蒸着した場合には硬い膜が得られるが、プラ
スティックのように低温蒸着（１００℃以下）を要する
場合には非常に弱い膜しか得られない。このためＭｇＦ
、は、プラスティック光学部品の場合、機器の外部に露
出する部品あるいは眼鏡レンズ等の耐擦傷性を要する部
分の最上層膜として利用することは事実上できなかった
。

この問題を解決するため、ＭｇＦ２の中に少ｌｉｔの５
ｉｎ２を混入させて恭着し、低屈折率性と晶峡度性の両
方の要求を向上させる反射防止１摸が提案されている（
特開昭６０−６４３０１号）。しかしこの反射防１１膜
は、まだ耐擦傷性に問題がある。このため大゛ｉの実施
例において、このＭｇＦ２を主体とした反射防１１−１
漠は最上層の膜としては用いられていない。

最上層の膜としては、低屈折率性については不満足なが
ら、低温蒸着でも高温蒸着のＭｇＦ２と同程度の充填率
の膜が得られ、安定性が高く、表面硬度の高いＳｉＯ□
１摸を用いるのが普通である。

またプラスティックを基板とする蒸着膜は、プラスティ
ックが一般的に水分や未重合上ツマ−を含んでいるため
、真空中での放出ガスが多く、密着性が悪い。この問題
を解決するために、基板の脱ガス処理あるいは強アルカ
リ液中での前処理が提案されている（特開昭５３−４２
７４３号）。また’　５ｉ０２、ＳｉＯ、Ｓｉｎ、ある
いはこれらを主成分とする膜が基板との密着性に優れて
いることにＲ］コし、基板と反射防止膜との間に、これ
らの膜をＭ衝層として用いる提案もまた数多くなされて
いる。

以北の事実は、プラスティック光学部品の反射防止１摸
において、密着性および耐擦傷性に優れたものをｍ独で
得ることは困難であり、これを実現するためには多層反
射防止膜の最上層および最下層に使用する物質を限定せ
ざるを得ないことを示している。さらにこのように最上
層および最下層に特定の物質を使用したとしても、中間
層および基板の性質によっては、反射防止＋ＩＱを広帯
域化、低反射率化するには非常に困難を伴なう。特に低
屈折率基板、例えばアクリル（ｎ・１．４９）、ジエチ
レングリコールビスアリルカーボネート（ｎ−１，５０
）等に、最上層膜としてＳｉｎ、膜を使用すると、５ｉ
０２の屈折率は基板の屈折率との差の小さい１．４５で
あるため、低反射率化は一層困難となる。例えば第３図
は、最上層にＳｉｎ、、最下層にＳｉｎ、またはＳｉＯ
を使用した特開昭６２−１９２８２０号における分光反
射特性（中心波長λ−５１０ｎｍ）を示したものである
が、広帯域化はされているものの、その反射率はおよそ
１．Ｈであり、またもしこの構成で低反射化した場合、
低反射帯域は狭くなり、ガラスの反射防止膜と同しレベ
ルには到底達しない。第３図中に示した＋１２構造およ
び反射率は、同特開昭６２−１９２８２０号の実施例に
よる。

「発明の目的」本発明は、以上の従来のプラスティック光学部品の反射
防止膜についての実情に鑑み、基板との密着性および耐
擦傷性に優れ、かつ広帯域において低反射率特性が得ら
れる多層反射防止膜を得ることを目的とする。

また本発明は、最上層と最下層に、屈折率ｎがｎ・１．
４０〜１．６０程度の物質、例えば５７０２、または５
ｉ０２を１成分とする膜を使用するという制限の下で、
ガラスの反射防止１ｇｔと同等レベルの特性を持つ広帯
域反射防止膜を得ることを目的とする。

「発明のａｇＩＪ本発明は、光学基板上に積層形成する反射防止膜におい
て、空気側より基板側に向がって第１層〜第５層の全５
層の反射防１漠を形成するとともに、これら５層の反射
防１１ユ１摸をそれぞれ基準波長λに対してほぼ０．２
５λの；膜厚とし、さらに屈折率を、第１層の屈折率ｎ、　；　１．４０＜　ｎ、＜　１．５
０第２層の屈折率ｎ２：　１．９５＜ｎ２＜２．２０第
３層の屈折率ｎ３；　ｌ　、８０＜　ｎ、、＜　２．０
５第４層の屈折率ｎ４；　１．４５＜　ｎ４＜　１．５
８第５層の屈折率ｎｓ　；　ｌ　、４０＜　ｎｓ＜　Ｉ
　、５５とし、かつｎ＋＜ｎ２＞ｎ３＞ｎ、＞ｎｓの関
係としたことを特徴としている。

第１層および第５層を低屈折率材料から構成すべき理由
は、既に述べた。すなわち第１層が低屈折率であること
は、広帯域性を得るために不可欠である。また第５層は
、Ｍ衝効果を持つことが必要である。このＭ衝効果は、
密着性だけのことではない。この上に蒸着される膜と基
板との熱膨張差、膜の内部応力等も緩衝しなければ、蒸
着後、膜にクラックを生じたり、耐熱性が悪い等の不具
合を生じる。

この第５層が有効な緩衝作用を持つためにはある程度の
ＩＩＱ　Ｊ！Ｊを必要とする。この膜Ｊゾはその」二に
蒸１１される物質およびその膜ノブによって異なるが、
ごく一般に用いられる金属酸化物の３層反射防市膜の場
合では、少なくとも０．１５〜０．２０μ■以トを必要
とすることか試行錯誤による実験の結果分った。このノ
ゾさの膜を５ｉｎ２またはこれを主成分とする物質（ｎ
−１，４５〜１．６０）で構成すると、可視域における
光学的１摸Ｊゾはおよそ０．５λに相当する。ところか
、この第５層の厚さを０．５λとすると、Ｍａｔ作用は
得られるものの、反射防止作用に悪影響が出る。

そこで本発明は、以上の解析をもとに、この第５層を緩
衝効果だけでなく反射防止を担う層として活用するため
に、多層膜の最小単位の厚さである０、２５＾の層の２
層構造とし、かつその屈折率を若１１異ならせたのであ
る。すなわち第５層と第４層は、以］二の目的のために
、イ）かに異なる屈折率の２層（第４層の屈折率ｎ４：
　Ｉ　、４５＜　ｎ４＜　１．５８、第５層の屈折率ｎ
、；　１．４０＜１ｓ＜　１．５５）からなっている。

この第１層と第４層、第５層は、具体的には、５ｉｎ２
またはこれを主成分とする物質から構成することができ
る。また第４層と第５層については、例えば一方を５ｉ
０２１ｉ、他方を５ｉｎ２を主成分とする膜として構成
することで、その屈折率を若干異ならせることができる
。さらに第１層と第５層は同一材料から構成するのが実
際的である。

なお第１層の屈折率範囲（１，４０＜　ｒ＋＋＜　１．
５０）より第５層の屈折率範囲（１，４０＜　ｎ、＜　
１．５５）を広くしたのは、基板屈折率の変化に特性変
化を生しることなく対応せんがためである。

第２層と第３層は主に分光反射特性の広帯域化と低反射
率化の目的を持つ。プラスティックのような熱変形温度
の低い基板を真空蒸着処理する場合、蒸着時の温度上昇
が問題になる。この温度上昇は主に蒸着物質からの輻射
熱によるものである。そこで低い温度で溶融蒸発する物
質を使用する程、蒸着工程中の基板の熱変形がなく冷却
待ち時間も少なく、生産性および生産される光学部品積
度の維持の両面で有利である。しかし分光反射特性の広
帯域化、低反射率化のために有効な、屈折率が高く、硬
く、密着性の良好な安定したｊ漠が得られるほとんどの
物質は、高い溶融蒸発温度を持っている。これ等の物質
は０．２５λのｌｌ５ｊＪＩに蒸着するとほぼ許容温度
の１００℃に達する、このためこの種の膜を多層膜構成
の中に多数人れたり、厚い膜として入れると、生産性が
悪化し、生産される光学部品積度の維持は困難となり、
また厚すぎればクラックの発生等により生産が不可能と
なるおそれもある。

本発明においては、広帯域化と低屈折率化、および生産
性と精度の維持という、相反する要求を実現するために
、この第２層と第３層のみを高屈折率物質から構成し、
しかもその厚さを通常の多層膜を構成する最小単位の厚
さである０、２５λとした。この高屈折率層が、１層だ
けであると、分光分布特性の広帯域化および低反射率化
ができず、３層以上あると、次の層が蒸着可能温度に達
するまでの冷却待ち時間が複数回必要となって、生産効
率が極めて悪化する。つまり一旦温度が上昇すると、基
板は真空中にあるため温度のド降速度は遅く、複数回の
冷却待ち時間は対応策のない生産Ｆの欠陥となる。最悪
の場合、全ての層の純蒸着時間よりも冷却待ち時間の方
か長いという状態も起こる。

この第２層は、例えばＴａ２Ｏ，、ＺｒＯ２，またはこ
れらを主成分とする他の金属酸化物の混合物質から構成
することができる。また第３層は、ＺｒＯ２゜Ｙｂ２０
．　、またはこれらを主成分とする他の金属酸化物との
混合物質から構成することができる。

以上のように０．２５＾かうなるこれらの全５層の屈折
率についてのｎ　＋　＜　ｎ　２＞　ｎ　３　＞　ｎ　
４　＞　ｎ　５の関係は、第１層および第５．４層から
なる基板隣接層に使用する物質が制限を受け、低温蒸着
が必要なプラスティック基板等の広帯域低反射防止膜を
実現するために必要である。この関係を満足しないと。

前出の第３図の構成のように、広帯域化と低反射率化の
要求を同時に満足させることができない。

なお第１層ないし第５層の光学的膜厚はすべて基準波長
λに対して０．２５λとしているが、これは分光特性を
数片する１１的で、若干変えることができる。すなわち
各層の＋１５には、屈折率分散、すなわち波長によって
屈折率が丸なる性質を持っており、全層を正確に０．２
５＾の１模厚とした場合、＾より短い波長域と長い波長
域では対称性のない分光特性となり、目的とする特性が
得られないことがある。このような屈折率の分散に起因
する分光特性変化を補正する常套手段として、各層の光
学的膜厚を０．２５λから若干ずらすことが従来から行
なわれている。本発明にいう０．２５λの光学的膜厚は
、これらの）摸厚補正を含むものである。

「発明の実施例」以下にプラスティックの代表例として、アクリルおよび
ポリカーボネート基板に対する本発明の実施例を示す。

（第一実施例）第１表に、アクリル基板（ｎ＝１．４９）上に積層形成
した。ＩＡ〜ＩＣの３つの実施例の第１層〜第５層の屈
折率を示す。

第１層と第５層は、いずれも溶融石英による膜とした。

実施例１と３の第１層と第５層のｈｊ１折率は、同一物
質からの膜でありなから異なった値となっている。この
差は、蒸着条件を若干変化させることで得たものである
。すなわち屈折率１．４５は１〜１．５　Ｘ　ｔｏ−’
Ｔｏｒｒの真空中で比較的早い蒸着速度、同１．４２は
６〜７　ｘ　１Ｏ−５Ｔｏｒｒの真空中で通常の蒸着速
度で膜を形成した結果、得られた。

第２層の２．１７．２．＋０．２．０５の各屈折率は１
例えばＴａ２０５　、　ＺｒＯ２、またはこれらを主成
分とする他第１表の金属酸化物の混合物質を蒸着して得られ、第３層は、
ＺｒＯ，、Ｙｂ２０７．またはこれらを主成分とする他
の金属酸化物との混合物質を蒸着して得られる。この第
２層、第３層は、３〜５　Ｘ　１Ｏ−５Ｔｏｒｒの真空
中で蒸着した。

第４層は、５ｉｎ２にＹ２Ｏ３、＾Ｉ２０．などの金属
酸化物を混合した混合物質を蒸着して得られる。この第
４層は１〜２　ｘ　１Ｏ−５Ｔｏｒｒの真空中で蒸着し
た。

これらのＩＡ〜ＩＣの実施例の分光反射特性を第１Ａ図
〜第１Ｃ図に示す（基準波長λ・５１０Ｔｉｌｌ）。第
３図の従来の分光反射特性に比して、本発明による多層
反射防止膜のそれは全体として低反射率であり、しかも
平担な広帯域化した特性を示している。

（実施例２）次にポリカーボネート基板に対する実施例を第２表に示
す。

この第２表に示した２Ａ〜２Ｃの実施例の各層の屈折率
は、第１表の値と若干異なる部分がある。この差は、第
一の実施例の第１層と第５層の場合と同しく、若トの蒸
発条件の変史または添加金属酸化物のｆｉｔの変史によ
って生じさせることかできる。したがってこの第二の実
施例においても、各層を形成する物質は、第一の実施例
と同様の物質を使うことができる。

これらの２Ａ〜２Ｃの実施例の分光反射特性を第２Ａ図
〜第２Ｃ図に示す（基準波長λ−５１０ｎｍ）。この実
施例においても、第一の実施例と同様に、広帯域化、低
反射率化の効果が得られた。

第２表「発明の効果」以トのように本発明の反射防止膜は、全５層の反射防１
に膜の相乗作用により、広帯域性と低反射率性がｊｉ＃
られる。すなわち本発明の反射防止１漠は、広帯域化に
不可欠な低屈折率で耐擦傷性の性質を任する第１層、広
帯域化および低反射率化のために不Ｉ１１欠な高屈折率
の第２層および第３層、および基板との緩衝作用、密着
作用を得るための第４層と第５層とを備え、かつこれら
がいずれも光学膜厚として最小単位の０゜２５λの膜厚
をなしているために、全体として広帯域低反射率の反射
防止膜が得られ、しかもその生産性も高い。本発明は特
に通常広帯域化、低反射率化が実現しにくい低い屈折率
のプラスティック基板に有効であるが、プラスティック
だけでなく、ガラス基板、あるいは温度変化に一感な結
晶基板にも有効に利用でき、その応用範囲は広い。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図および第１Ｃ図は、それぞれ本発明
の反射防止膜の第一実施例における３実施例についての
分光反射特性を示すグラフ、第２Ａ図、第２Ｂ図および
第２Ｃし１は、それぞれ同第二実施例における３実施例
についての分光反射特性を示すグラフ、第３図は従来の
反射防止膜の反射特性例を示すグラフである。特許出願人　　旭光学工業株式会社同代理人　　　　三　浦　邦　夫同　　　笹山み美第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学基板上に積層形成する反射防止膜において、
空気側より基板側に向かって第１層〜第５層の全５層の
反射防止膜を形成するとともに、これら５層の反射防止
膜をそれぞれ基準波長λに対してほぼ０．２５λの膜厚
とし、さらに屈折率を、第１層の屈折率ｎ＿１；１．４
０＜ｎ＿１＜１．５０第２層の屈折率ｎ＿２；１．９５
＜ｎ＿２＜２．２０第３層の屈折率ｎ＿３；１．８０＜
ｎ＿３＜２．０５第４層の屈折率ｎ＿４；１．４５＜ｎ
＿４＜１．５８第５層の屈折率ｎ＿５；１．４０＜ｎ＿
５＜１．５５とし、かつｎ＿１＜ｎ＿２＞ｎ＿３＞ｎ＿４＞ｎ＿５の関係としたことを特徴とする光学部品の反射防止膜。
（２）請求項１において、第１層と第５層は同一物質か
らなっている光学部品の反射防止膜。