JPH03102301A - 反射防止膜の特性評価方法および設計方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学物品の反射防止膜の特性評価方法および設
計方法に関する。更に詳しくは眼鏡レンズ、カメラ用レ
ンズなどの光学用レンズ、ワードプロセンサー、コンピ
ューターの表示画面などに付設する光学フィルター、自
動車の計器カバーなどに有用な反射防止膜の特性評価方
法および設計方法に関するものである。

〔従来の技術］ 反射防止特性のうち、反射防止効果の評価方法には従来
種々の方法が用いられている。例えば単独または複数の
特定波長（５００ｎｍ、５５０ｎｍなど）における分光
反射率で表わしたり、特定波長＆′ｉ１囲（５　４　０
〜５　８　０ｎｍ，　５　０　０〜６　０　０　ｎ．　
ｍなど）における分光反射率で表わして、それらの分光
反射率の測定値が小なるほど反射防止効果が優れている
と評価する例が多い．ガラス、透光性プラスチックなど
の材料を基板として、この表面に反射防止膜を形戒する
と、可視域にわたる分光反射率曲線は一般に平坦ではな
く、放物線、Ｕ字形曲線あるいは更に複雑な曲線となる
ため、反射干渉色が生ずると共に、反射防止効果の定量
的表現が困難になる．このため前記のごとく簡便的な表
現方法を用いる訳であるが、可視域全体にわたる反射防
止効果を表わすものでなく、また定量的評価としては粗
雑な表現方法になってしまう欠点を有していた。反射防
止効果を視覚的に評価する場合には、分光反射率の値の
みでなく、入射光の光源エネルギー強度および観測者の
比視感度が重要な要素となる．これら３要素は特定波長
における値で用いるよりも、むしろ可視域全体にわたる
スペクトル値として用いることが望ましいことは前記分
光反射率の場合と同様である。特開昭５９−１２１００
１号公報には、光源エネルギー強度および明所視比視感
度を用いる反射防止膜の設計方法が開示されている．従
って分光反射率曲線を計算で求める場合に、光源エネル
ギースペクトルおよび明所視比視感度曲線をバラメータ
ーとして考慮する手法については公知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、反射防止効果を表わす前記の簡便的な方
法を用いた場合には、特定波長での分光反射率を低く抑
えることができても、他の波長（とくに比視感度の高い
５１０〜６２０ｎｍ）で分光反射率が低く抑えられてい
なければ反射防止効果は充分なものとならず、可視域全
体にわたって一貫性をもって分光反射率を低く抑えるこ
とは容易ではないなどの問題があった．またλ／４（λ
は設計波長）を５層ないしそれ以上の多層に組合せて可
視域全体を低い反射率に抑える場合には、多数層で膜厚
も厚いため経済性に問題があった。一方、前記公報の方
法においては、明所視比視感度曲線の最大値となる波長
と、測定分光反射率曲線の最小値となる波長とを実質的
に合致させることを特徴とする方法であって、可視域全
体にわたる反射防止効果を定量的に表わす手法とは或り
得ず、さらに光源エネルギー強度および明所視比視感度
を考慮する計算手順が明瞭でない欠点も有していた． 反射防止膜には一般に反射干渉色が伴うことは前述の通
りであるが、この干渉色は重要な反射防止特性であり、
生産における変動が問題とされ、歩留りに影響するケー
スも多い．すなわち加重平均反射率とともに干渉色も一
定の基準を満す品質が要求されるケースが多く、しかも
両者は分光反射率曲線と不可分な関係にあって、片方が
基準を満しても充分とは言えない。干渉色のバラツキの
他に、干渉色自体が観測者にとって快感・不快感を与え
る問題もあって、光学物品の用途によっては干渉色の色
度範囲の限定を要する場合も少くない． したがって、本発明は、前記問題点を解決し干渉色を定
量的に扱う反射防止膜の特性評価方法あるいは設計方法
を提供することを目的とする．〔課題を解決するための
手段〕 本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果
、特定の反射干渉色および特定の加重平均反射率を求め
、これらによって反射防止膜の反射防止特性を定量的に
評価できること、および特定範囲の干渉色を有しかつ特
定の加重平均反射率となるように多層膜の屈折率・光学
的膜厚を設定することにより反射防止膜を設計できるこ
とを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の要旨とするところは、反射防止膜の
反射防止特性の定量的評価方法において、可視波長域全
体にわたる波長の分光反射率を測定し、これを用いてＣ
ＩＥ色度によって表示される反射干渉色（Ａ）および測
定光源の分光エネルギー強度とＣＩＥ標準観測者に対す
る分光比視感度とから可視域全体にわたる加重平均反射
率（Ｂ）とを求め、これら（Ａ）、（Ｂ）によって評価
する反射防止膜の特性評価方法、および前記反射干渉色
が緑色、青色、青紫色、紫色、褐色のうちから選ばれる
干渉色を有し、かつ、加重平均反射率が最小となるよう
に多層膜の屈折率および光学的膜厚を設定する反射防止
膜の設計方法である．以下、本発明を詳細に説明する。

本発明は前記問題点を解決するために、反射防止膜の反
射防止特性の定量的評価方法として以下の方法を提供す
るものである。

すなわち、国際照明委員会（ＣＩＥ１９３１）色度座標
におけるＣＩＥ色度によって表示される反射干渉色（Ａ
）（通常ｘ，ｙ値あるいはｕ，　　Ｖ値で表わされる）
は次色（１）、（２）、（３）で示される．（ＩＥのＸ
ＹＺ表色法によれば、Ｘ，Ｙ，Ｚの３刺戟値に対して、 Ｘ Ｘ＝　　　　　　　　　　　・・・　（１）ｘ＋ｙ＋ｚ Ｙ ？＝Σ　（Ｒ，ＸＰＡ）ｌ　Ａｉ　）　　　・・・　（
５｝Ｚ＝Σ　（Ｒ８　×Ｐ■ｚＡ，）　　・・・　（６
）？こでｉは波長であり３８０〜７８０ｎｍの範囲で適
用される．Ｒ．は分光反射率であり、Ｐ■ＸＡｔＰＡｙ
λ▲，Ｐよ２２１はそれぞれ３刺戟値に対する重価係数
であって、前記ＪＩＳには標準光源に対する重価係数値
が与えられている。

また測定光源の分光エネルギー強度をＳ，ＣＩＥ標準観
測者に対する分光比視感度をＶ（暗所視■３、明所視Ｖ
，）、被測定面の分光反射率測定値をＲとするとき、加
重平均反射率（Ｂ）は暗所視の場合式（７）で、明所視
の場合式（８）で示され、Ｒ１を％単位とするときは％
の単位で表わされる。

ｘ＋ｙ十ｚ またＪＩＳ　　Ｚ８７２７−１９７１には、物体色の測
定方法として重価係数を用いて次色（４）、（５）、（
６）が与えられている。

Ｘ＝Σ　（Ｒｉ　　ｘＰ　２Ｘ，（ｉ　）　　　−　　
（４）ここで暗所視の値を用いる理由は、ＯＡ機器の表
示画面でいわゆる黒バンクの画面に用いるフィルターに
ついて考慮したものである． 上記（Ａ）、（Ｂ）を共に用いて評価する方法を本発明
の特徴としている。

本発明で評価とは、目標とする品質基準に対する合否判
定等を行うことであって、具体的基準は光学物品の用途
によって異り一定ではない。ＶＤＴフィルターの例では
干渉色として青紫色ないしは青色が望まれることが多く
、加重平均反射率は１．５％以下が望ましい。青色の範
囲を示すには、ＣＩＥ色度座標を用いて次式（９）のよ
うに表現することができる。

０．　７　３　ｘ　＋　０．　１　２　＞　Ｙ　＞　１
．　３　３　ｘ　−　０．　０　８　・−（９）眼鏡レ
ンズの例では干渉色として緑色あるいは褐色が望まれる
ことが多く、加重平均反射率は１％以下が望ましい。緑
色の範囲を示すには、同様にして次弐〇〇のように表現
することができる。

−３．４Ｘ＋１．４２＞３Ｆ＞−０．５Ｘ＋０．４８・
・・００）カメラレンズでは更に要求水準は厳しい。

本発明はまた、特定の好ましい干渉色を有し、前記の加
重平均反射率（Ｙ．および／またはＹ．）が最小となる
ように反射防止膜を構或する薄膜の屈折率および光学的
膜厚を決定することにより、多層反射防止膜の設計方法
を提供するものである。

すなわち、３層膜の例を記載する第１図のフロウチャー
トに示す如く、まず基板、高屈折率物質、低屈折率物質
、必要により中間屈折率物質の屈折率をそれぞれ選択し
て入力し、次いで光学的膜厚をλ／４　（これを１００
％として）の１０％刻みで各層とも順次入力して、コン
ピューターで多層膜の理論計算を行なって分光反射率を
算出する。

次にこの分光反射率を用いて干渉色および加重平均反射
率を算出して、目標とする干渉色の範囲に入っているか
、また目標とする加重平均反射率以下になるか否かを判
定させることで、適切な膜構戒をいくつか選択すること
ができる．これら複数の候補群について、その周辺を含
めてλ／４の５％刻みの光学的膜厚で再度理論計算を行
なって、適切な複数の候補群の範囲を絞り込む。最後に
膜形成の制御性、耐久性能の実用評価等を加味して最適
膜構威を決定することが可能となる。なお本発明でλは
設計波長であり、実施例において５５０ｎｍを採用した
．またλ／４の５％刻みとしたのは、蒸着等の薄膜形成
手段を用いた場合に通常制御しうる精度の限界と考えら
れるためであって、より高精度の制御方法が期待できる
場合はλ／４の１％刻み以下で計算することも可能であ
る．しかしながら設計に用いる他の数値の精度を考慮す
れば、λ／４の５％刻みとすることで充分である。

本発明に用いられる反射防止膜は、金属および／または
金属酸化物などの無機物質を、蒸着・イオンブレーティ
ング・スパッタリングなどの公知の方法で形威した薄膜
であってもよく、また低屈折率の高分子物質を溶液にし
て形威した薄膜であってもよい． また反射干渉色および分光反射率は、測定物品の表面に
対して観測する方向または光源光の入射方向により変わ
り得る。好ましくは法線方向であるが、２°視野ないし
ｌＯ″′視野の方向にあっても方向が統一されている限
り実用上支障はない．また比視感度については観測者に
より標準観測者とのズレが生じうるが実用上無視可能で
ある。

本発明の加重平均反射率を求めるための各波長は１ｎｍ
刻みとするのが好ましいが、必ずしも各要素のデータが
ｌｎｍ刻みに揃っているとは限らないので１０ｎｍ刻み
ないしは可視域を大略代表しうる２５ｎｍ刻み等の複数
の特定波長を用いて簡便的に求めることも可能である。

簡便化したために、ｌｎｍ刻みの計算による加重平均反
射率と若干の相異を生ずるが、用いる波長が統一されて
いれば実用上支障はない。なお、これら干渉色の計算に
しても加重平均反射率にしても多量のデータを扱うので
、反射率測定機をパーソナルコンピューター等と接続し
て、短時間にデータ処理を行い、特性判定を行うことが
望ましい。

本発明で反射防止膜の設計に用いる透明多層膜の計算方
法については、公知のいくつかの方法があるが、例えば
「光学技術シリーズ１１　光学薄膜」　（昭和６０年２
月２５日発行　共立出版）の２０２〜２０５ページに示
すプログラムにより各波長毎の分光反射率が求められる
ので、これを用いて干渉色及び加重平均反射率が算出さ
れる。

〔実施例〕

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する
． 実施例１ 協和ガス化学工業■製のパラグラス＠透明板（メタクリ
ル樹脂注型板、板＊２ｖｗ，屈折率Ｎ．＝１．４９）を
基板として、基板に近い側から第１層Ｓｔｙｘ　　（１
　＜　ｘ　＜　２）　、第２層ＺｒＯｚ、第３層ｓｔｏ
ｚを１０−ＳＴｏｒｒ台の真空下で蒸着を行なった．各
層の薄膜の屈折率はそれぞれ、ほぼＮ，＝１．６５、Ｎ
ｚ＝１．８５、Ｎ３＝１．４５であり、光学的膜厚は３
層共ほぼλ／４（ｎｍ）であった。ここでλは設計波長
であり、本実施例では５５０ｎｍとした．この蒸着品を
■日立製作所製３２３型分光光度計を用いて測定し、第
３図に示す分光反射率曲線を得た．第３図においてａは
片面に、ｂは両面に前記３Ｍの蒸着をそれぞれ行なった
ものであり、波ｗＡｃは未蒸着の基板の分光反射率を示
す。Ｊ［ＳＺ　　８７２７−１９７１に示すＣ光源の重
価係数として、３９０〜７００ｎｍの可視域の１０ｎｍ
毎のデータを用いて干渉色を求めると、片面蒸着ではｘ
＝０．３００、ｙ　＝　０．　２　９　２となり、両面
蒸着ではｘ＝０．２１２、７＝０．１９１となる。第２
図に示すＣＩＥ色度座標から、それぞれ白色および青紫
色の範囲に属することがわかる。同様にして加重平均反
射率を求めると、片面蒸着ではＹ３＝４．３８、Ｙｐ＝
４．１６となり、両面蒸着ではＹｓ＝１．７１、Ｙ，＝
０．９９（単位はそれぞれ％）となり、透明基板として
は優れた反射防止効果を示していることがわかる。

実施例２ パラグラスΦスモークカラー板〈メタクリル樹脂注型板
、板厚２問、屈折率Ｎ．＝１．４９、カラー番号５８５
Ｋ）を基板として、実施例１と同様に第１層Ｓｔ．，　
、第２層ＺｒＯ．、第３１Ｍｇｈを真空下で基板の両面
に蒸着を行なった。各層の薄膜の屈折率はそれぞれ、ほ
ぼＮ＋　＝　Ｌ．　６　５、Ｎｔ＝１．８５、Ｎ３＝１
、３５であり、光学的膜厚は３層共ほぼλ／４（ｎｍ）
であった。実施例ｌと同様に測定して第４図に示す分光
反射率曲線を得た。４２０〜７００ｎｍの可視域の１０
ｎｍ毎のデータを用いて干渉色を求めると、ｘ＝０．１
６６、ｙ　＝　０．１２３となり、第２図に示す色度座
標から、青紫色の範囲に属することがわかる。加重平均
反射率を求めると、Ｙ，＝１．１３、Ｙ．＝０．４２と
なり、表示画面用フィルターとして優れた外観性能を示
している。

実施例３ 協和ガス化学工業■製のキョウヮグラスＸＡ＠表面硬化
カラー板（含鉛メタクリル樹脂注型板、仮厚２ｍｒｍｓ
屈折率ＮＯ＝１．５３、カラ一番号ＬＨ５４Ｋ〉を基板
として、実施例１と同様に第１層Ｓｉｎ，ｌ，第２層Ｚ
ｒＯｚｓ第３層Ｓｉｎ．を基板の両面に蒸着を行なった
。各層の薄膜の屈折率はそれぞれ、ほぼＮ＋＝１．６０
、Ｎｚ＝１．８５、Ｎｓ＝１．４５であり、光学的膜厚
はλ／４のそれぞれ９０％、１１０％、１００％であっ
た．この蒸着品を■昭和真空製ＳＯＭ２００型多色式光
学モニターを用いて測定し、第５図に示す反射率曲線お
よびデー夕を得た。これは可視域の１３点の特定波長に
ついて瞬時に測定して得られる簡便的な測定方法であっ
て、生産管理等で多量のデータ処理を要する場合、およ
び表示画面用フィルター等の面積の大きい試料の場合に
は、極めて便利な測定方法である。第５図の右側の反射
率データを処理して、曲線（正確には折れ線）で表示す
ると共に、干渉色としてｘ＝０．１７６、ｙ＝０．１７
３が算出され、第２図に示す色度座標から青色の範囲に
属することがわかる。加重平均反射率はＹ．＝０．７４
、Ｙ．−０．５８であって、優れた反射防止膜が得られ
た。

実施例４ 標準的な透明ガラス（Ｍ或名ＢＫ−７、板厚１１、屈折
率ＮＯ＝１．５２、可視域の分光光線透過率はほぼ９０
％一定）を基板として、実施例１と同様に第１層ＡＩ！
ｚＯ，、第２層Ｔｉｅ，、第３層ＭｇＦ　，を基板の両
面に蒸着する場合の設計方法を示す。各層の薄膜の屈折
率は、単層毎の予備実験から、それぞれＮ，＝１．６３
、Ｎｚ　＝２．１　０，　Ｎ３　＝１．３　８が期待で
きる．この蒸着品の干渉色が緑色であり、かつ、加重平
均反射率がＹ．，Ｙ．ともｌ％以下になる光学的膜厚構
或を求めるシミュレーションを行なった。各層ともλ／
４の１０％刻みで計算を行なった例を第１表に示す。第
１表においてＬｌ．Ｌ２．Ｌ３は、それぞれ第１．２．
３層の屈折率たまは光学的膜１１（λ／４の何％に相当
するか）を示す。またランクについては、Ｙ．，Ｙｐ共
１．５以下１．０超をＢとし、１．０以下をＡとしてお
り、ＯＫの判定については、干渉色が緑色範囲に属して
いることを示す判定機能を持たせたものである。これよ
り、ランクＡでかつＯＫ，またはランクＢでかつＯＫの
膜構成を選択すると、第１層２０〜４０％、第２層１７
０〜１８０％、第３層９０％という組合せ（第１候補群
）が得られ、更に第１層６０〜１００％、第２層１８０
　〜２００　％、第３層９０〜１００％という組合せ（
第２候補群）も得られる。薄膜或形時の変動を考慮する
と第２群の方が許容中が大きく高収率を期待できる。第
２群についてλ／４の５％刻みの計算を行なうと、第１
層６５〜９５％、第２７ｉ！　１　８　０〜２　０　０
％、第３層８５〜９５％に良好な組合せがあることがわ
かり、最適膜構成として、膜厚変動に対する許容巾の大
きい例では第１層８０％、第２層１８０％、第３層９０
％の組合せを、緑色の鮮明さを選ぶ例では第１層７０％
、第２層１８０％、第３層９０％の組合せを選択するこ
とができる。後者の最適膜構戒について第６図に示すシ
ミュレーションを得た。各波長毎のデータを実施例３と
同じくｌ３点の特定波長におけるデータによって入力お
よび出力したが、１３点に限らず増減させることも可能
である。ただし可視波長域全体を大略表わすには１０点
以上の波長を用いることが望ましい。

また、このシミュレーションは両面３Ｎ膜について行な
ったが、片面膜あるいは４層以上の多層膜についても可
能である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の特性評価方法によれば、反射防
止膜の干渉色および反射防止効果の定量的評価が可能と
なるので、生産工程における品質管理の適正化と収率向
上をもたらすことができる。

また本発明の設計方法によれば、多層の反射防止膜の構
或について、極めて多数の組合せ群の中から、いくつか
の複数候補を選択できるので、これら候補に対して膜形
戒の制御性、耐久性能の実用評価等を加味して最適膜構
戒を決定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細説明に用いたフロウチャート、第
２図はＣＩＥ色度座標、第３図は本発明実施例ｌの分光
反射率曲線、第４図は実施例２の分光反射率曲線、第５
図は実施例３０反射防止特性及び反射率曲線、第６図は
実施例４の設計シξユレーション図である。 ａ・・・実施例１の片面蒸着品、ｂ・・・実施例工の両
面蒸着品、Ｃ・・・実施例１の未蒸着基板、ｄ・・・実
施例２、 ｅ・・・実施例３、 ｆ・・・実施例４．

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）反射防止膜の反射防止特性の定量的評価方法にお
   いて、可視波長域全体にわたる波長の分光反射率を測定
   し、これを用いてＣＩＥ色度によって表示される反射干
   渉色（Ａ）および測定光源の分光エネルギー強度とＣＩ
   Ｅ標準観測者に対する分光比視感度とから可視域全体に
   わたる加重平均反射率（Ｂ）とを求め、こられ（Ａ）、
   （Ｂ）によって評価することを特徴とする反射防止膜の
   特性評価方法。
2. （２）可視波長域全体にわたる波長に代えて、可視波長
   域内の特定の複数波長についての、反射率、エネルギー
   強度、比視感度を用いることにより簡便的に求めた反射
   干渉色および加重平均反射率を用いる第１項記載の特性
   評価方法。
3. （３）第１項または第２記載の反射干渉色が、緑色、青
   色、青紫色、紫色、褐色のうちから選ばれる干渉色を有
   し、かつ、加重平均反射率が最小となるように多層膜の
   屈折率および光学的膜厚を設定することを特徴とする反
   射防止膜の設計方法。