JPH07119845B2 - 光学部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、反射防止膜を有する光学部品に関し、特に眼
鏡レンズに好適に用いられる。

〔従来の技術〕

ジエチレングリコールビスアリルカーボネート樹脂（一
般にCR-39樹脂と呼ばれている）などのプラスチック基
材の表面の反射防止特性を改善するために、このプラス
チック基材上に反射防止膜を成膜することは良く知られ
ている。このような光学部品として、例えば特開昭56-1
16003号公報には、基材をCR-39樹脂とし、CR-39樹脂上
に、基材側から順に二酸化ケイ素からなる膜厚が3/2λ
の第１層と、二酸化ジルコニウム層と二酸化ケイ素層と
によって構成される２層等価膜からなる合計膜厚が約λ
/4の第２層と、二酸化ジルコニウムからなる膜厚が約λ
/2の第３層と、二酸化ケイ素からなる膜厚が約λ/4の第
４層とを有する反射防止膜を設けた光学部品が開示され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述の特開昭56-116003号公報に開示さ
れている光学部品は、その反射防止膜は充分な耐擦傷
性、密着性を有しているが、第３層に膜厚がλ/2の二酸
化ジルコニウムからなる層を形成していることにより耐
熱性、反射防止効果が不十分であるという問題点があ
り、さらに、例えば眼鏡レンズとして使用する場合には
以下の問題点を有していた。

（１） この反射防止膜を有する眼鏡レンズを例えばセ
ルロースアセテート製眼鏡フレームに枠入れする際に
は、前記眼鏡フレームを加熱し変形させて枠入れを行っ
ている。前記眼鏡フレームを加熱すると前記眼鏡レンズ
も加熱されやすく反射防止膜にクラックが生じやすい。

（２） この反射防止膜を有する眼鏡レンズの視感反射
率は約1.5％であり、ゴースト現象は完全には解消され
ているとは言えない。

従って本発明の目的は、耐擦傷性、密着性等の基本的性
質を満足するだけでなく、基板を透明合成樹脂としたと
きに、従来の反射防止膜よりも耐熱性に優れ、枠入れの
際加熱されてもクラックが生じることがなく、しかも反
射防止効果に優れた光学部品を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上述した目的を達成するためになされたもので
あり、本発明の光学部品は、透明合成樹脂基材の上に、
基材側から順に、二酸化ケイ素からなる第１層；五酸化
タンタル又は三酸化イットリウム層と、二酸化ケイ素層
と、五酸化タンタル又は三酸化イットリウム層とによっ
て構成される３層等価膜からなる第２層；二酸化チタン
と、五酸化タンタル、二酸化ジルコニウム、三酸化イッ
トリウムから選ばれる１種以上の金属酸化物との混合物
からなる第３層；及び二酸化ケイ素からなる第４層を積
層してなることを特徴とするものである。この本発明を
以下、本発明の光学部品（Ａ）という。

また本発明の光学部品は、透明合成樹脂基材の上に、基
材側から順に、二酸化ケイ素からなる第１層；二酸化ケ
イ素層と、五酸化タンタル又は三酸化イットリウム層
と、二酸化ケイ素層とによって構成される３層等価膜か
らなる第２層；二酸化チタンと、五酸化タンタル、二酸
化ジルコニウム、三酸化イットリウムから選ばれる１種
以上の金属酸化物との混合物からなる第３層；及び二酸
化ケイ素からなる第４層を積層してなることを特徴とす
るものである。この本発明を以下、本発明の光学部品
（Ｂ）という。

先ず、本発明の光学部品（Ａ）について説明する。

本発明の光学部品（Ａ）は、透明合成樹脂基材上に、反
射防止効果を担う第１層、第２層、第３層及び第４層を
順次設けてなるものである。反射防止膜は実質的にλ/4
膜−λ/4膜−λ/2膜−λ/4膜を基本膜設計とするのが好
ましい。

先ず第１層は、二酸化ケイ素からなり、前述のλ/4膜−
λ/4膜−λ/2膜−λ/4膜からなる基本膜設計において、
最初のλ/4膜に相当し、その膜厚は実用上0.24λ〜0.26
λの範囲が好ましい。

第１層を構成する物質として二酸化ケイ素を選択した理
由は、二酸化ケイ素の蒸着膜は、他の蒸着膜に比べプラ
スチックとの付着力が強く、また硬度が高いので優れた
耐擦傷性が得られ、しかも膨張係数が大きいプラスチッ
クにも良く耐え、クラックが入りにくいからである。ま
たその膜厚の実用上好ましい範囲を0.24λ〜0.26λとし
た理由は、基材と反射防止膜との密着性と、反射防止膜
の硬度を高め、反射防止膜の耐擦傷性が向上するだけで
なく、後記の第２層、第３層及び第４層の組み合わせか
らなる反射防止膜の反射防止効果を最大限に発揮するこ
とができるからである。

なお、実質的な第１層の屈折率は1.43〜1.47である。

次に、前記の第１層の上に形成される第２層は、第１層
から数えて五酸化タンタル又は三酸化イットリウム層
と、二酸化ケイ素層と、五酸化タンタル又は三酸化イッ
トリウム層の順で構成される３層等価膜である。その膜
厚は実用的には前述した基本膜設計の理由より0.22λ〜
0.28λの範囲が好ましい。第２層を３層等価膜とし構成
する物質と成膜順を前述の如く選択した理由は、以下に
述べる通りである。

（イ） これらの物質からなる３層等価膜にすることに
より、第２層の屈折率を例えば1.65〜1.75に、そして膜
厚を例えば0.22λ〜0.28λとそれぞれ所望の値に調整で
き、この第２層と、第１層、第３層及び第４層との屈折
率及び膜厚の組み合わせによって優れた反射防止効果が
得られる。

（ロ） 前記物質、前記成膜順からなる３層等価膜は耐
擦傷性が高く、かつ前記第１層に対しても、前記第３層
に対しても付着力がある。

次に前記第２層の上に形成される第３層は、二酸化チタ
ンと、五酸化タンタル、二酸化ジルコニウムおよび三酸
化イットリウムから選ばれる１種以上の金属酸化物との
混合物からなり、その膜厚は実用的には0.45λ〜0.55λ
の範囲が好ましい。第３層を構成する物質を前述の如く
選択した理由は、以下に述べる通りである。

（ａ） 二酸化チタンに五酸化タンタル等の金属酸化物
を加えてなる混合物によって形成される層は耐熱性が高
く、かつ前記第２層の３層等価膜に対しても後記第４層
の二酸化ケイ素からなる層に対しても付着力がある（第
２層が耐熱性が弱い場合でも第３層によって、第２層の
耐熱性をカバーすることができる）。

（ｂ） 五酸化タンタル、二酸化ジルコニウム、三酸化
イットリウムは白色の蒸着物質であり蒸着しても第３層
が着色しない。

（ｃ） 二酸化チタンを単独で蒸着する場合に比べ、本
発明の第３層を構成する物質を用いた場合、蒸着の際、
電子ビームを当てたときに蒸着試料の破裂によるルツボ
からの飛び出し（スプラッシング）を防止することがで
きる。

（ｄ） 二酸化チタンの屈折率は2.35〜2.45と高い屈折
率を有する。よって多層反射防止膜において高屈折率膜
として用いた場合、他の第１層、第２層、第４層の屈折
率、膜厚の組み合わせで優れた反射防止効果が得られ
る。

二酸化チタンと、五酸化タンタル等の金属酸化物との混
合モル比は１モル:0.05〜0.1モルが特に好ましい。その
理由は、この範囲内であれば五酸化タンタル等の金属酸
化物を混合しても二酸化チタンのもつ2.35〜2.45の屈折
率を失わないからである。

なお、実用的には第３層の屈折率は2.35〜2.45の範囲
で、膜厚は0.45λ〜0.55λの範囲で用いることが好まし
い。

次に前記の第３層の上に形成される第４層は、二酸化ケ
イ素からなり、前述した膜設計の理由より、その膜厚は
実用的には0.22λ〜0.28λの範囲である。第４層を構成
する物質として、二酸化ケイ素を選択した理由は、以下
に述べる通りである。

二酸化ケイ素は屈折率約1.46の低屈折率物質であ
り、この屈折率の二酸化ケイ素からなる第４層を、中屈
折率の第２層上に設けられた高屈折率の第３層の上に設
けることにより、第１層、第２層、第３層の屈折率、膜
厚の組み合わせで所望の反射防止効果が得られる。

二酸化ケイ素膜は膜強度が強く、かつ二酸化チタン
と五酸化タンタル等の金属酸化物との混合物からなる第
３層に対する付着力が強い。

なお、実用的には第４層の屈折率は1.43〜1.47の範囲で
ある。

上述の如く本発明の光学部品（Ａ）において反射防止効
果を担う層が４層からなるが、４層に限定した理由は以
下の通りである。

（ｉ） 反射防止膜の層数を増していくと、一般に反射
防止域は広くなるが、層数が多い程、製品ごとの反射防
止膜の膜厚の再現性が低下し、干渉色の再現性も悪化す
る。例えば眼鏡レンズの場合、一対で使用するため左右
のレンズの膜厚の誤差が大きくて、干渉色の再現性も悪
化すると、商品価値が低下してしまう。

（ii） 反射防止膜を構成する層の数を増していくと、
一般に反射防止膜にクラックが発生しやすくなるが、４
層からなる本発明の光学部品においてはクラックが発生
しにくい。

（iii） 物質および膜厚を上述の如く設定すれば、４
層でも充分な耐擦傷性を有した反射防止効果が得られ
る。

なお、本発明の光学部品（Ａ）において、二酸化チタン
と、五酸化タンタル等の金属酸化物との混合物を用いる
第３層の成膜方法は、酸素イオンビームを照射しながら
成膜する方法が特に好ましい。その理由は、この方法に
よって、特に耐熱性、硬度が充分な第３層を形成するこ
とができ、また二酸化チタン屈折率が2.40以上にするこ
とが容易にできるからである。この方法における条件
（例えば酸素イオンビーム照射方法、原料の蒸発方法な
ど）は通常採用されている条件の中から適宜選択され
る。

本発明の光学部品（Ａ）において反射防止膜が形成され
る透明合成樹脂基材としては、例えばセルロース系樹
脂、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート単独
重合体又はジエチレングリコールビスアリルカーボネー
トと１種以上の他のモノマーとの共重合体からなる樹
脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポ
リウレタン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂等が挙げられ
る。

これらの透明合成樹脂基材は表面処理を施したものでも
良く、表面処理の具体例としては透明合成樹脂基材上に
有機物（例えば有機物ケイ基化合物）、無機物（例えば
コロイダルシリカ）またはこれらの混合物からなるハー
ドコート膜などの表面処理膜を形成することが挙げられ
る。

次に本発明の光学部品（Ｂ）について説明する。

本発明の光学部品（Ｂ）は、第２層の膜構成が相違する
点でのみ前述の本発明の光学部品（Ａ）と異なる。すな
わち、本発明の光学部品（Ａ）の第２層が五酸化タンタ
ル又は三酸化イットリウム層と、二酸化ケイ素層と、五
酸化タンタル又は三酸化イットリウム層とによって構成
される３層等価膜からなるのに対して、本発明の光学部
品（Ｂ）の第２層は、第１層から数えて二酸化ケイ素層
と、五酸化タンタル又は三酸化イットリウム層と、二酸
化ケイ素層の順で構成される３層等価膜からなる。

その膜厚は実用的には0.22λ〜0.28λの範囲が好まし
い。第２層を３層等価膜とし構成する物質と成膜順を前
記の如く限定した理由は、以下に述べる通りである。

（イ） これらの物質からなる３層等価膜にすることよ
り、第２層の屈折率を例えば1.65〜1.75に、そして膜厚
を例えば0.22λ〜0.28λとそれぞれ所望の値に調整で
き、この第２層と、第１層、第３層及び第４層との屈折
率及び膜厚の組み合わせによって優れた反射防止効果が
得られる。

（ロ） 前述した物質及び成膜順で構成される３層等価
膜は耐擦傷性が高く、かつ前記第１層に対しても、前記
第３層に対しても付着力がある。

なお、本発明の光学部品（Ｂ）の第２層以外の構成は、
前述のように本発明の光学部品（Ａ）と同一であるの
で、その説明は省略する。

本発明の反射防止膜を有する光学部品（Ａ）および
（Ｂ）は、眼鏡レンズほか、カメラ用レンズ、ワードプ
ロセッサーのディスプレイに付設する光学フィルター、
自動車の窓ガラスなどに使用することが可能である。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明
はこれらの実施例に限定されるものではない。

なお実施例および比較例で得られた反射防止膜付き光学
部品は、以下に示す試験方法により、諸物性を測定し
た。

（ａ） 耐擦傷性 ＃0000のスチールウールにより表面を往復回数で10回こ
すって耐擦傷性を次にように判定した。

A:わずかに傷がつく B:多く傷がつく C:膜のはがれが生じる （ｂ） 密着性 JIS−Ｚ−1522に従いゴバン目を10×10個作りセロファ
ン粘着テープにより剥離試験を３回行い、残ったゴバン
目の数を数えた。

（ｃ） 視感透過率、視感反射率 日立製作所製U3410型自記分光光度計を用い、視感透過
率、視感反射率を測定した。

（ｄ） 耐熱性 電気炉内にて90℃で20分間加熱しクラックの発生を調
べ、次のように判定した。

○：クラック発生せず ×：クラック発生 実施例１（光学部品（Ａ）の実施例） 透明合成樹脂基材として、ジエチレングリコールビスア
リルカーボネート重合体系プラスチックレンズ（HOYA
（株）製Hi-LuxII）を用いた。

（ｉ） ハードコート液の調整およびハードコート膜
（nd 1.50）の形成 マグネチックスターラーを備えたガラス製の容器にγ−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン30重量部を加
え、撹拌しながら0.01規定塩酸14重量部を滴下した。滴
下終了後、24時間撹拌を行い加水分解物を得た。つい
で、メタノールコロイダルシリカ（固形分30％、平均粒
子径15ミリミクロン）200重量部、溶媒としてイソプロ
ピルアルコール50重量部、メチルセロソルブ50重量部、
さらに滑剤としてシリコーン系界面活性剤0.1重量部、
硬化剤としてアルミニウムアセチルアセトネート３重量
部を加え、充分に攪拌した後、濾過を行いコーティング
液とした。

前記プラスチックレンズを45℃の５％NaOH水溶液に３分
間浸漬して充分に洗浄を行った後、上記の方法で調整さ
れたコーティング液を用いてディップ法（引き上げ速度
14cm/分）でコーティングを行い、120℃で３時間加熱し
ハードコート膜を形成した。

（反射防止膜の形成） 前記ハードコート膜の上に真空蒸着法（真空度２×10^-5
Torr）により二酸化ケイ素からなる第１層〔屈折率1.4
6、膜厚0.25λ（λは550nmである）〕を形成した。

次に第１層の上に五酸化タンタルからなる層（膜厚0.07
5λ）、二酸化ケイ素からなる層（膜厚0.096λ）、五酸
化タンタルからなる層（膜厚0.075λ）よりなる３層等
価膜である第２層〔屈折率1.70、膜厚0.25λ〕を形成し
た。

次にこの第２層の上に、プラスチックレンズに酸素イオ
ンビームを照射するイオンビームアシスト法により二酸
化チタンと五酸化タンタルとの混合物（混合モル比、二
酸化チタン：五酸化タンタル＝1:0.05）からなる第３層
（屈折率2.43、膜厚0.50λ）を形成した。

次にこの第３層の上に、真空蒸着法（真空度２×10^-5To
rr）により二酸化ケイ素からなる第４層（屈折率1.46、
膜厚0.25λ）を形成して、反射防止膜付きプラスチック
レンズ（以下、反射防止膜付きプラスチックレンズを光
学部品と記す）を得た。

得られた光学部品の試験結果を表−１に示す。同表に示
すように、実施例１で得られた光学部品は、耐擦傷性、
密着性が良好であるだけでなく、耐熱性に優れ、視感反
射率が0.2％と反射防止効果に優れたものであった。な
お、得られた光学部品の410nmから780nmにおける反射率
曲線を第１図に示す。

実施例２（光学部品（Ａ）の実施例） 透明合成樹脂基材として、ポリウレタン系プラスチック
レンズ（HOYA（株）製Hi-LUXEXC）を用いた。

（ｉ） ハードコート液の調整およびハードコート膜
（nd 1.56）の形成 マグネチックスターラーを備えたガラス製の容器にγ−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン60重量部を加
え、攪拌しながら0.01規定塩酸14重量部を滴下した。滴
下終了後、24時間攪拌を行い加水分解物を得た。つい
で、メタノール分散酸化アンチモン微粒子（固形分30
％、平均粒子径15ミリミクロン）200重量部、溶媒とし
てイソプロピルアルコール20重量部、エチルセロソルブ
80重量部、さらに滑剤としてシリコーン系界面活性剤0.
1重量部、硬化剤としてアルミニウムアセチルアセトネ
ート３重量部を加え、充分に攪拌した後、濾過を行いコ
ーティング液とした。

前記プラスチックレンズを45℃の５％NaOH水溶液に３分
間浸漬して充分に洗浄を行った後、上記の方法で調整さ
れたコーティング液を用いてディップ法（引き上げ速度
14cm/分）でコーティングを行い、120℃で３時間加熱し
ハードコート膜を形成した。

さらに実施例１と同様な方法で、表−１に示す膜構成を
有する光学部品を得た。その410nmから780nmまでの反射
率曲線を第２図に示す。また、実施例２で得られた光学
部品の耐熱性、反射防止効果は表−１に示すように耐熱
性に優れ、視感反射率が0.3％と反射防止効果に優れた
ものであった。

実施例３〜８ 表−１示す基板を用い、第１、２、３、４層を表−１に
示す膜構成にした以外は実施例１、２と同様にして光学
部品を得た。

得られた実施例３〜８の光学部品は、表−１に示すよう
に耐擦傷性、密着性、耐熱性において実施例１、２のも
との同様に優れた結果が得られた。また実施例３、５、
７の光学部品は視感反射率0.2％で、反射率曲線図も実
施例１の光学部品の反射率曲線図と同様であった。一方
実施例４、６、８の光学部品は、視感反射率0.3％で、
反射率曲線図も実施例２の光学部品の反射率曲線図と同
様であった。

比較例１ 透明合成樹脂基材として、ジエチレンクリコールビスア
リルカーボネート重合体系プラスチックレンズ（HOYA
（株）製Hi-LuxII）を用いた。このプラスチックレンズ
に、実施例１と同様のハードコート膜を形成し、さらに
特開昭56-116003号公報に記載の反射防止膜と同様に、
二酸化ケイ素からなる第１層（膜厚1.5λ）を設けた
後、二酸化ジルコニウム層（膜厚0.06λ）と二酸化ケイ
素層（膜厚0.08λ）との２層等価膜からなる第２層（合
計膜厚0.14λ）、二酸化ジルコニウムからなる第３層
（膜厚0.5λ）および二酸化ケイ素からなる第４層（膜
厚0.25λ）を順次設けて、本比較例の光学部品を得た。

本比較例で得られた光学部品は、耐擦傷性、密着性は良
好であったが、耐熱性が不充分で、しかも視感反射率が
1.5％と実施例１の光学部品と比べ反射防止効果が劣る
ものであった。なお比較例１で得られた光学部品の410n
mから780nmまでの反射率曲線を第３図に示す。

比較例２ 透明合成樹脂基材として、ポリウレタン系プラスチック
レンズ（HOYA（株）製Hi-LUXEXC）を用いた。このプラ
スチックに、実施例２と同様のハードコート膜を形成
し、さらに表−１に示す膜構成を有する光学部品を得
た。本比較例で得られた光学部品は、耐擦傷性、密着性
は良好であったが、耐熱性が不充分で、しかも視感反射
率が1.5％と実施例３の光学部品と比べ反射防止効果が
劣るものであった。なお比較例４で得られた光学部品の
410nmから780nmまでの反射率曲線を第４図に示す。

〔発明の効果〕 以上詳述したように、本発明の反射防止膜を有する光学
部品は、特に耐熱性が良好で例えばプラスチック製眼鏡
フレームに枠入れする際、光学部品が加熱されてもクラ
ックも発生しにくく、また視感反射率を著るしく低くで
き、優れた反射防止効果を有する。従って、眼鏡レンズ
として用いた場合、クラックが発生しにくく、ゴースト
現象も解消される光学部品を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の光学部品における反射率曲線図、第
２図は実施例２の光学部品における反射率曲線図、第３
図は比較例１の光学部品における反射率曲線図、第４図
は比較例２の光学部品における反射率曲線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−109301（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−29701（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−77001（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明合成樹脂基材の上に、基材側から順
   に、二酸化ケイ素からなる第１層；五酸化タンタル又は
   三酸化イットリウム層と、二酸化ケイ素層と、五酸化タ
   ンタル又は三酸化イットリウム層とによって構成される
   ３層等価膜からなる第２層；二酸化チタンと、五酸化タ
   ンタル、二酸化ジルコニウム、三酸化イットリウムから
   選ばれる１種以上の金属酸化物との混合物からなる第３
   層；及び二酸化ケイ素からなる第４層を積層してなるこ
   とを特徴とする光学部品。
2. 【請求項２】透明合成樹脂基材の上に、基材側から順
   に、二酸化ケイ素からなる第１層；二酸化ケイ素層と、
   五酸化タンタル又は三酸化イットリウム層と、二酸化ケ
   イ素層とによって構成される３層等価膜からなる第２
   層；二酸化チタンと、五酸化タンタル、二酸化ジルコニ
   ウム、三酸化イットリウムから選ばれる１種以上の金属
   酸化物との混合物からなる第３層；及び二酸化ケイ素か
   らなる第４層を積層してなることを特徴とする光学部
   品。
3. 【請求項３】第１層から第４層の光学的膜厚が、設計波
   長をλとしたとき、500〜600nmにおいて、 第１層 0.24λ〜0.26λ 第２層 0.22λ〜0.28λ 第３層 0.45λ〜0.55λ 第４層 0.22λ〜0.28λであり、 屈折率が、 第１層 1.43〜1.47 第２層 1.65〜1.75 第３層 2.35〜2.45 第４層 1.43〜1.47 であることを特徴とする請求項（１）または（２）記載
   の光学部品。
4. 【請求項４】二酸化チタンと、五酸化タンタル、二酸化
   ジルコニウム、三酸化イットリウムから選ばれる１種以
   上の金属酸化物との混合物からなる第３層が、酸素イオ
   ンビームを照射下の蒸着法により成膜されたものである
   ことを特徴とする請求項（１）または（２）に記載の光
   学部品。
5. 【請求項５】透明合成樹脂基材と第１層の間に有機ケイ
   素化合物を含むハードコート膜を設けたことを特徴とす
   る請求項（１）〜（４）のいずれか一項に記載の光学部
   品。
6. 【請求項６】前記光学部品が眼鏡用レンズであることを
   特徴とする請求項（１）〜（５）のいずれか一項に記載
   の光学部品。