JPH0868902A - 光学的レンズ、薄層をプラスチック支持体上に製造する装置、ならびに不均質な硬化物を有する層を製造する方法、反射防止層を製造する方法および薄層をプラスチック支持体上に塗布する方法 - Google Patents

光学的レンズ、薄層をプラスチック支持体上に製造する装置、ならびに不均質な硬化物を有する層を製造する方法、反射防止層を製造する方法および薄層をプラスチック支持体上に塗布する方法

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JPH0868902A
JPH0868902A JP7212161A JP21216195A JPH0868902A JP H0868902 A JPH0868902 A JP H0868902A JP 7212161 A JP7212161 A JP 7212161A JP 21216195 A JP21216195 A JP 21216195A JP H0868902 A JPH0868902 A JP H0868902A
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plasma
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plastic
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JP7212161A
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Walter Zueltzke
ツュルツケ ヴァルター
Detlef Arhilger
アルヒルガー デトレフ
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Leybold AG
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    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11Anti-reflection coatings
    • G02B1/113Anti-reflection coatings using inorganic layer materials only
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 公知の系の性質を有するが、しかし、その上
ストレスに対して無感覚であり、ひいてはスペクトル挙
動の点で特に安定性でシフトが自由である1つの層系を
得ること。 【解決手段】 透明プラスチック(1)と直接該支持体
上のSiOからの第1の層(2)とからなる光学的レン
ズにおいて、第2の層(3)が1.47の屈折率(λ5
50nm)を有する硼珪酸塩ガラスから形成されてお
り、かつ3μにまで、特に2550nmの厚さを有し、
この場合層(3〜7)は、反射防止作用のためにTiO
2、SiO2、Al23から形成されている。 【効果】 層はスペクトル挙動の点でシフトが自由であ
り、反射防止作用は、常法で達成される低い値に等し
く、熱的安定性および化学的安定性が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、透明なプラスチッ
クと直接該支持体上のSiOからの付着層としての第1
の層とからなる光学的レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】レンズの場合には、一面で光透過性であ
り、他面、反射防止する1つの保護層を備えさせるとい
う問題がしばしば生じる。このことは、カメラレンズな
らびに眼鏡レンズに当てはまる。例えば、眼鏡レンズ
は、適切でない処置の場合には、極端な負荷に晒される
可能性があり、この負荷によりプラスチックレンズの場
合だけでなく、珪酸塩ガラスの場合にも掻き傷が生じ
る。表面損傷に対して重大なことは、一般に、物体が鋭
い端縁を有することにあり、このことにより表面上に圧
力が引き出される。この物体は、例えば鋭い端縁を有す
る砂であることができ、この砂は、クリーニングクロス
(Putztuch)またはボックス(Etui)中に存在するかま
たは粗い織物中に存在する。
【0003】しかし、僅かな重量および高い破壊強さの
性質を個別的な着色可能性と結び付けるので、常にしば
しば珪酸塩ガラスの代わりに使用されるプラスチックガ
ラスは、珪酸塩ガラスと比較して著しく広い表面が機械
的損傷に対して極めて敏感であるという重大な欠点を有
している。
【0004】化学的に緻密な目詰まりで互いに結合した
巨大分子からなる熱硬化性樹脂は、レンズ用プラスチッ
クとして広く普及している。この熱硬化性樹脂は、室温
では多くの場合極めて脆弱である。更に、この熱硬化性
樹脂は、温度安定性であり、溶融不可能であり、不溶性
であり、かつ弱い膨潤可能性であるにすぎない。眼鏡光
学に好ましい熱硬化性樹脂は、CR39であり、これは
ジアリルジエチレングリコールカーボネートである。最
近になって初めて、この眼鏡光学において殆ど専ら使用
されているプラスチックとともに、なお別のプラスチッ
ク、例えばポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポ
リスチロール(PS)およびポリカーボネート(PC)
が現れた。
【0005】プラスチック、殊にCR39からなる眼鏡
レンズは耐引掻性ではないので、このようなレンズは、
通常、硬質ラッカーで被覆されている。しかし、この種
のラッカー塗布過程は、費用がかかり、かつ干渉を阻止
するために均一な厚さとともに支持体材料に適した屈折
値“n”を必要とする。このラッカー塗布過程を省略す
るために、既に支持体を真空被覆装置中で耐摩耗性の石
英層を蒸着することが開始された。引続き、同じ過程に
おいて反射防止系が蒸着された。層の必要とされる高い
包装密度を得るために、支持体を加熱することなしに
(最大の許容される支持体温度=85℃)、層はプラズ
マを用いて蒸着された(PIAD法)。
【0006】この場合使用される材料は、高められた耐
摩耗性および反射防止作用の効果を有する層系を生じ
た。しかし、公知の層系(ドイツ連邦共和国特許第41
28547号明細書)は、スペクトル挙動の点で不安定
であり、かつ反射防止作用は不十分である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、公知の系の性質を有するが、しかし、その上ストレ
スに対して無感覚であり、ひいてはスペクトル挙動の点
で特に安定性でシフトが自由である1つの層系を得るこ
とである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この課題は、第2の層が
1.47の屈折率を有する硼珪酸塩ガラスから形成され
ており、かつ3μにまで、特に2550nmの厚さを有
し、この場合層3〜7は、反射防止作用のためにTiO
2、SiO2、Al23から形成されていることによって
解決される。他の特徴および詳細は、請求項2から10
までのいずれか1項から明らかである。
【0009】本発明の実施例は、図面に図示されてお
り、これについて以下詳細に記載される。
【0010】
【実施例】図1には、プラスチック、例えばCR39か
らなるレンズ支持体1が図示されており、このレンズ支
持体には、極めて薄いSiO層2が備えられており、こ
の層は、20nmまでの原子位置の厚さを有する。この
層2は、本質的に硼珪酸塩ガラスからなる少なくとも5
00nmの厚さを有する保護層3に対して良好な付着力
を生じさせるために使用される。
【0011】図示されているように、直接に施こされた
硼珪酸塩ガラス層は、適度にプラスチック上に付着して
いるにすぎない。所謂、煮沸試験の場合、被覆された支
持体は、周期的に定義された時間の間、例えば水中でN
aCl 5%を含有する煮沸用塩溶液中に浸漬され、か
つその後にそのつど冷水中で冷却される。プラスチック
上に直接に施こされた保護層は、この種の煮沸試験の場
合には、極めて迅速に、例えば5〜10分後に溶解す
る。これに対して、SiO層2が保護層3とプラスチッ
ク支持体との間に配置されており、このSiO層2が同
時のプラズマ衝撃およびイオン衝撃の際に電子ビーム銃
を用いて蒸着される場合には、保護層3の付着力は著し
く高められる。40分間の煮沸試験後であっても、層2
および3に接しての層の溶解は確認することができなか
った。
【0012】厚手の硼珪酸塩ガラス層3を用いた場合に
は、プラスチック支持体1と比較して、耐摩耗性は著し
く改善される。CR39は、例えば約180〜200N
/mm2の硬さを有している。これに対して、中実の硼
珪酸塩ガラスは、100倍の大きさである硬さを有す
る。保護層3の硬さは、プラズマおよび被覆のパラメー
ターに関する極めて広い範囲内で調節することができ
る。
【0013】図2には、硼珪酸塩ガラス層3上に4つの
他の層7〜10の組合せ物が存在するような1つの実施
態様が示されており、この組合せ物は、専ら反射の減少
のために使用され、これらの層は、下方から上方へ向か
ってTiO2、SiO2、TiO2、Al23から構成さ
れている。被覆層6は、SiO2からなり、疎水性層5
は、TMDS(テトラメチルジシロキサン)からなる。
【0014】標準の真空装置20中で、層を電子ビーム
蒸発装置21を用いて蒸着させる。この場合、プラズマ
源22は、真空装置20の中央の底面23上に配置され
ており、かつ電気絶縁支持体ホルダー24の方向に向い
ている。プラズマ源22中で、電子を放出する円筒状L
aB6陰極は、約50mmの直径を有する円筒状陽極2
6によって包囲されている。グロー放電プラズマが発生
し、この場合には、貴ガス、第1にアルゴンが導管28
を介して導入される。
【0015】円筒状の磁石コイル29は、陽極26を包
囲し、かつプラズマを発生させる電子の運動可能性を軸
方向に著しく拡大し、半径方向に著しく減少させること
を生じる。電子は、磁場の力線の周囲を螺旋状に移動
し、それによってプラズマは、被覆室20中に到達す
る。被覆室20の蓋30に接しかつ支持体ホルダー24
の上で、支持体ホルダーの直径よりも大きい内径を有す
るリング状の磁石コイル31が備えられている。このリ
ング状コイル31の磁場および円筒状コイル29の磁場
は、重なり合ってヒーター27の側でエネルギー供給装
置32から供給されるヒーター27の熱によって間接的
に加熱される陰極25からの途中で電子のための案内場
を生じ、ならびにプラズマ源22と支持体ホルダー24
との間で全プラズマのための案内場を生じる。ドーム状
の支持体ホルダー24の前方には、ドーム状のプラズマ
縁部層が生成される。支持体ホルダー24の電位は、プ
ラズマに対して負であるので、イオンは、プラズマ縁部
層から加速され、成長する被膜に衝撃を与え、この被膜
は、それによって緊密化される。イオン源を有する従来
のIAD方法と比較して、この製造方法の本質的な利点
は、支持体ホルダーの全内面と平行になるように構成さ
れているプラズマ縁部層から出発するイオンは、短い距
離に亘って加速される。室の底面から加速が行なわれる
イオン源の場合には、これとは異なる。図3に記載の装
置の場合には、プラズマ縁部層からのイオンは、衝撃お
よびエネルギー損失によって影響を及ぼされない。更
に、プラズマは、プラズマ源22と支持体ホルダー24
との間の全面積に亘って拡がり、したがってイオン源
は、基本的に支持体ホルダー24と同じ範囲を覆ってい
る。格子抽出を有する従来のイオン源を用いた場合に
は、支持体上の殆んどの衝撃面に相当する抽出格子面が
必要とされる。
【0016】反応性ガス、例えばO2、N2は、導管34
を介して室20中に導入される。室20中のプラズマに
基づいて、この反応性ガスはイオン化され、かつ活性化
される。電子ビーム銃21の蒸発された材料35は、同
様にプラズマを支持体ホルダー24から掃引しなければ
ならず、したがってこの材料はイオン化され、かつ活性
化される。
【0017】プラズマ源22は、被覆室20によって電
気的に絶縁されている。従って、供給される放電電圧以
外にプラズマ源22と被覆室20との間になお電位差が
得られる。プラズマ源22は、被覆室20に対して可変
の正電位を受け、支持体ホルダー24は、被覆室20と
殆ど同じ電位で存在する。イオンエネルギーは、正電位
を有する直流源36から供給される陽極管26と、支持
体ホルダー24との間の電位差によって定められる。プ
ラズマ源22の変化する電位は、放電電圧、ガスの部分
的圧力および磁場の強さに依存する。電場の正の“浮動
する”電位によって、電場は発生され、この電場は、電
子をプラズマ源22と支持体ホルダー24との間で反射
する。電子が陽極管26上に衝突しない場合には、この
電子は、陰極電位に接して反射され、再び源から到達さ
れうる。即ち、ガス原子および分子の有効なイオン化部
および励起部を有する振動電子路が得られる。陽極に隣
接する電場を発生させる逆衝撃効果のために、プラズマ
は、支持体ホルダー24の前方でイオンによって支配さ
れている。このことは、支持体ホルダー24の電位で確
認することができ、この電位は、室壁20に対して約3
〜5ボルトである。放電パラメーターは、80Vまでの
放電電圧、70Aの放電電流および5kWのプラズマ出
力である。圧力は、4:1までのO2:Arの比で1×
10-4〜8×10-4ミリバールに達する。プラズマ源の
記載された動作は、プラズマ発生処理を蒸発処理と分離
することを可能にする。
【0018】全ての蒸発可能な出発物質、例えば酸化物
および弗化物は、電子ビーム蒸発装置21中で蒸発させ
ることができる。それというのも、プラズマ源と蒸発源
との間の結合は存在していないからである。
【0019】耐引掻き性の硼珪酸塩層を蒸着させるため
に、粒状物または板状物質を使用することができ、これ
らの物質は、電子ビーム発生装置40を有する電子ビー
ム蒸発装置21中で蒸発される。硼珪酸塩ガラスを蒸発
させるためには、比較的に僅かな蒸発効率が必要とされ
る。破砕され易い物質の場合にも蒸発効率を僅かである
ように維持するために、有利にできるだけ小さい複数の
鉢を備えた多重坩堝(Mehrnapftiegel)が使用され、こ
の場合には、1つの鉢41のみが図示されている。被覆
室20を<2×10-5ミリバールの圧力にポンプにより
吸引した後に、層系を蒸着させる。
【0020】SiO付着層は、約0.1nm/sの速度
で蒸着される。図示されていない電子ビーム蒸発装置絞
りを開放すると同時に、プラズマ源22が接続される。
この場合、プラズマ源22は、約1.5×10-4ミリバ
ールの部分圧の際に純粋なアルゴンを用いて運転され
る。放電流は、約30Vの硼電圧の際に約30Aであ
る。望ましい層厚を達成した後に、プラズマ源22は、
電子ビーム蒸発装置絞りの閉鎖と同時に遮断される。
【0021】その後に、厚手の硼珪酸塩ガラス保護層が
蒸着される。この場合にも、プラズマ源22は、アルゴ
ンを用いて運転される。
【0022】保護層の硬さは、プラズマ放電効率、即ち
電流および電圧、ガス圧および被覆速度に依存する。こ
れらのパラメーターを用いて、層の硬さ勾配は調節され
る。特に僅かな硬さの値は、比較的に高い圧力(約6×
10-4)および高い被覆速度(約5×10nm/s)の
際に僅かなプラズマ効率(<1kW)で達成される。最
も大きい硬さの値は、1.5×10-4の圧力で0.1n
m/sの速度の際に約5kWのプラズマ効率を用いて試
験を実施した場合に達成された。望ましい層厚が達成さ
れた後に、プラズマ源22は、電子ビーム蒸発装置絞り
の閉鎖と同時に遮断される。
【0023】その後に、第1の破砕され易い層TiO2
が蒸着される。また、原理的に、例えば酸化ジルコニウ
ム等のような別の破砕され易い物質を使用することもで
きる。破砕され易い層の場合、プラズマ源22は、同様
に約1.5×10-4ミリバールの圧力で運転される。付
加的に、酸素は、約2×10-4ミリバールの部分圧で導
管34を介して被覆室20中に注入される。注入管28
の場合と同じくプラズマ源中への図示されていない直接
の酸素注入は、同様に可能である。TiO2の蒸着の間
に、プラズマ源は、約5kWの放電効率で運転される。
被覆速度は、約0.2nm/sである。直ぐ次の層Si
2は、原理的に保護層と同様に蒸着され、実際に2×
10-4ミリバールの圧力、約4kWのプラズマ効率およ
び約0.5nm/sの被覆速度で蒸着される。
【0024】次の破砕され易い層は、第1の破砕され易
い層と同様のパラメーターを用いて蒸着される。最後の
SiO2層は、先行するSiO2層と同様に蒸着される。
【0025】物質、例えばSiOまたはSiO2の原
子、分子またはクラスターを発生させるためには、電子
ビーム発生装置の代わりに熱蒸発装置またはスパッター
陰極を使用することもできる。本質的なことは、プラズ
マを電子ビーム銃等とは別の装置中で発生させることだ
けである。プラズマがプラズマ源22中で発生されかつ
塗布すべき小さい粒子が電子ビーム蒸発装置源21中で
発生されることによって、被覆の均一性は特に大きくな
る。更に、被覆パラメーターは、十分に互いに独立に調
節させることができ、このことは、固定勾配を有する層
の製造にとって著しく重要なことである。下縁部が33
で示されている支持体ホルダー24は、軸42により回
転させることができる。この支持体ホルダーは、下側に
数多くの被覆すべきレンズまたは類似物を有することが
できる。更に、支持体ホルダー24は、図示されていな
い蒸発保護部を有することができ、この蒸発保護部は、
絶縁材料の施与の際に支持体ホルダーを絶縁する物質を
用いての支持体ホルダー面の一部の被覆を阻止し、ひい
ては支持キャリヤーによる電荷の流出を可能にする。図
3による装置の他の詳細は、ドイツ連邦共和国特許出願
第P4020158.9号明細書の記載から明らかであ
り、したがって詳細には、記載しない。
【0026】記載された方法によれば、層はシフトが自
由であり、反射防止作用は、常法で達成される低い値に
等しい。
【0027】シフトの自由度は、耐摩耗性層のための石
英(SiO2)をn=1.47(λ550nm)の屈折
率を有する硼珪酸塩ガラスによって代替することにより
達成される。ガラス中に存在する硼素は、層中への水お
よび酸素の侵入を阻止し、したがってこの層は、大気に
接して均一性を維持する。更に、硼珪酸塩ガラス中のス
トレスは、純粋なSiO2層中の場合よりも少なく、こ
のことは、高められた温度安定性を生じる。
【0028】短いプラズマ照射に対する厚手の硼珪酸塩
ガラス層の遮断は、層成長の早期の支障をまねくので、
所謂芽晶から起こる拡散は、阻止される。それによって
達成された僅かな拡散分は、層の透明度を高める。
【0029】この処理で使用される、硼珪酸塩ガラス層
中での他の拡散手段を減少させることは、蒸発の間に微
少量の水を同時に注入することである。このために重要
な触発方法は、目下の処未だなお知られていない。
【0030】
【発明の効果】僅かな光学的損失のために、耐摩耗性ガ
ラス層の層厚を3μmの厚さにまで高めることが可能で
あり、それによって全体系の耐摩耗性は、著しく高めら
れる。
【0031】反射防止作用は、Ti23、SiO2、A
23の物質からなる5つの層系によって達成される。
良好な反射防止作用に必要とされる物質屈折率は、PI
ADにより得られる。
【0032】反射防止系中に存在するSiO2は、硼珪
酸塩ガラスによって代替することができ、それによって
この層系は、スペクトル挙動の点でシフトが自由にな
る。この場合にも、熱的安定性および化学的安定性の改
善を期待することができる。
【0033】付着補助層上までの全ての層は、PIAD
を用いてAPSにより施こされる。支持体は、被覆前に
プラズマ照射に晒され、このプラズマ照射により付着力
は明らかに高められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラスチックレンズ支持体上の2層系構造体を
示す断面図。
【図2】プラスチックレンズ支持体上の8層系構造体を
示す断面図。
【図3】薄層を発生させるプラズマIAD処理方法を実
施するための装置を示す略示断面図。
【符号の説明】
1 レンズ支持体、 2 SiO2層、 3 保護層、
6 被覆層、 7TiO2層、 8 SiO2層、 9
TiO2層、 10 Al23、 21電子ビーム蒸
発装置、 22 プラズマ源、 25 LaB6陰極、
26 円筒状陽極、 28 導管、 29 円筒状磁
石コイル、 31 リング状磁石コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (54)【発明の名称】 光学的レンズ、薄層をプラスチック支持体上に製造する装置、ならびに不均質な硬化物を有する 層を製造する方法、反射防止層を製造する方法および薄層をプラスチック支持体上に塗布する方 法

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明プラスチック(1)と直接該支持体
    上のSiOからの第1の層(2)とからなる光学的レン
    ズにおいて、第2の層(3)が1.47の屈折率(λ5
    50nm)を有する硼珪酸塩ガラスから形成されてお
    り、かつ3μにまで、特に2550nmの厚さを有し、
    この場合層(3〜7)は、反射防止作用のためにTiO
    2、SiO2、Al23から形成されていることを特徴と
    する、光学的レンズ。
  2. 【請求項2】 第1の層(2)が50nmまでの原子位
    置の厚さを有し、第2の層(3)が少なくとも500n
    mの厚さを有する、請求項1記載の光学的レンズ。
  3. 【請求項3】 第3の層(6)がTiO2からなる、請
    求項1記載の光学的レンズ。
  4. 【請求項4】 第2の層(3)上に多層−反射防止系
    (7〜10)が備えられている、請求項1記載の光学的
    レンズ。
  5. 【請求項5】 プラズマを発生させることができる1つ
    の室を有する、薄層をプラスチック支持体上に製造する
    ための装置において、 a)プラスチック支持体に対して1つのプラズマ源(2
    2)を備え; b)プラズマ源(22)とともに少なくとも1つの蒸発
    装置(21)を備え; c)支持体の上方に少なくとも1つのリング状磁石(3
    1)を備えていることを特徴とする、薄層をプラスチッ
    ク支持体上に製造する装置。
  6. 【請求項6】 プラズマ源(22)が円筒状陽極(2
    6)を備え、この円筒状陽極内に電極エミッター(2
    5)が存在し、この円筒状陽極(26)が円筒状コイル
    (29)によって包囲されており、この場合この円筒状
    陽極(26)の内部には、ガス注入管(28)が導入さ
    れている、請求項5記載の装置。
  7. 【請求項7】 プラズマ源(25,26)が真空室(2
    0)によって電気絶縁されている、請求項5または6に
    記載の装置。
  8. 【請求項8】 不均質な硬化物を有する層を製造する方
    法において、プラズマ−被覆装置のパラメーターを変え
    ることを特徴とする、不均質な硬化物を有する層を製造
    する方法。
  9. 【請求項9】 反射防止層を製造する方法において、プ
    ラズマ支持体を有する層を製造することを特徴とする、
    反射防止層を製造する方法。
  10. 【請求項10】 薄層をプラスチック支持体上に塗布す
    る方法において、 a)1つまたはそれ以上のプラスチック支持体を支持体
    ホルダー内に配置し; b)薄層をプラスチック支持体上に形成させる物質を電
    子ビーム蒸発装置(21)または抵抗蒸発装置中で蒸発
    させ; c)蒸発装置(21)中での物質の蒸発と同時にプラズ
    マ源(22)からのプラズマでプラスチック支持体に衝
    撃を加えることを特徴とする、薄層をプラスチック支持
    体上に塗布する方法。
JP7212161A 1994-08-26 1995-08-21 光学的レンズ、薄層をプラスチック支持体上に製造する装置、ならびに不均質な硬化物を有する層を製造する方法、反射防止層を製造する方法および薄層をプラスチック支持体上に塗布する方法 Abandoned JPH0868902A (ja)

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