JPH0926501A - 反射防止膜を有する合成樹脂光学部品 - Google Patents

反射防止膜を有する合成樹脂光学部品

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JPH0926501A
JPH0926501A JP7174880A JP17488095A JPH0926501A JP H0926501 A JPH0926501 A JP H0926501A JP 7174880 A JP7174880 A JP 7174880A JP 17488095 A JP17488095 A JP 17488095A JP H0926501 A JPH0926501 A JP H0926501A
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JP
Japan
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synthetic resin
antireflection film
refractive index
optical component
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JP7174880A
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Setsuo Tokuhiro
節夫 徳弘
Tatsuo Ota
達男 太田
Tomohito Nakano
智史 中野
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Konica Minolta Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来技術の欠点を排し、表面反射率を低く
し、且つ耐熱環境性に優れ、しかも生産性の高い反射防
止膜を有する合成樹脂基体を用いた光学部品を提供す
る。 【構成】 基準波長をλ0とする時、合成樹脂からなる
基体の上に基体表面から層数を数えて、第1層が酸化シ
リコン膜からなり、最終層がフッ化マグネシウム膜から
なる、各々の層が次の条件を満たす反射防止膜を設け
る。 条件 第1層 0.40λ0≦n11≦0.60λ0 1.45 ≦n1 ≦1.47 最終層 0.24λ0≦nee≦0.26λ0 1.37 ≦ne ≦1.39 但し、λ0 :基準波長 n11:第1
層の光学的膜厚 nee:最終層の光学的膜厚 n1 :第1層の屈
折率 ne :最終層の屈折率

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学系を構成する合成
樹脂基体からなるレンズ等光学部品の改良に係わり、特
に光の表面反射率を低くし、且つ耐環境性を向上させる
ための反射防止膜を有する光学部品の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】レンズ等光学部品の表面での光の反射を
防止する方法としては、真空蒸着法により誘電体皮膜を
形成することがよく行われている。一般的に合成樹脂製
光学部品用の反射防止膜は、特開昭59−204801
号公報に示すように、基体側の第1層と空気側の第3層
にSiO2、中間の第2層に高屈折率材質の薄膜をもつ
ものが知られ、更に特開昭58−60701号公報に示
すように基体側の第1層にSiOXの酸素含有量の高い
薄膜を用い、第2層、第3層をそれぞれ酸素含有量を更
に変化させてSiOY,SiOZ層とした3層構成のもの
が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述のような合成樹脂
基体からなる光学部品の基体上に、3層の誘電体薄膜を
積層する3層コートの場合には、次の点が特に問題にな
る。
【0004】基体表面から数えて第1層に、保護膜とし
て酸化シリコンをコートしてあるが、酸化シリコンの膨
張係数は基体の合成樹脂の膨張係数に較べてかなり小さ
く、又膜厚が80〜150mμと薄いので薄膜蒸着後の
温度変化により両者に起こる歪みの大きさの差により薄
膜層にクラックが起こったり、基体の変化による光学性
能の劣化が起こったりしていた。
【0005】又、従来の3層コートでは、一般のアクリ
ルやポリカーボネート等の基体に対して、広い光波長領
域例えば400nm〜650nmの領域で表面反射を
0.7%以下に低くすることは出来ず、多数の合成樹脂
製レンズを用いたカメラ等の光学系では、反射光量が多
くなり結像光量低下や又レンズ表面の反射光によるゴー
スト像発生等の問題があった。
【0006】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものである。即ち、このような従来技術の欠点を排
し、表面反射率を低くし、且つ耐熱環境性に優れ、しか
も生産性の高い反射防止膜を有する合成樹脂基体を用い
た光学部品を提供することを目的としたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記構
成を採ることによって達成される。
【0008】(1)基準波長をλ0とする時、合成樹脂
からなる基体の上に基体表面から層数を数えて、第1層
が酸化シリコン膜からなり、最終層がフッ化マグネシウ
ム膜からなる、各々の層が次の条件を満たす反射防止膜
を有することを特徴とする反射防止膜を有する合成樹脂
光学部品。
【0009】 但し、λ0 :基準波長 n11:第1層の光学的膜厚 nee:最終層の光学的膜厚 n1 :第1層の屈折率 ne :最終層の屈折率 (2)前記反射防止膜の構成層数を5層とし、各々の層
が次の条件を満たすことを特徴とする前記(1)記載の
反射防止膜を有する合成樹脂光学部品。
【0010】 但し、n22:第2層の光学的膜厚 n33:第3層の光学的膜厚 n44:第4層の光学的膜厚 n55:第5層の光学的膜厚 n2 :第2層の屈折率 n3 :第3層の屈折率 n4 :第4層の屈折率 n5 :第5層の屈折率 (3)前記反射防止膜の基準波長λ0を500〜600
nmとしたことを特徴とする前記(2)記載の反射防止
膜を有する合成樹脂光学部品。
【0011】(4)前記反射防止膜の基準波長λ0を5
00〜550nmとしたことを特徴とする前記(2)記
載の反射防止膜を有する合成樹脂光学部品。
【0012】(5)前記反射防止膜各層の膜厚di(i
=1〜5)を、次の条件を満たすことを特徴とする前記
(2)記載の反射防止膜を有する合成樹脂光学部品。
【0013】 (6)前記第2、第4層の高屈折率材料が、酸化タンタ
ル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸
化プラセオジウムの少なくとも1種類又は、これらの混
合物より成ることを特徴とする前記(2)記載の反射防
止膜を有する合成樹脂光学部品。
【0014】(7)前記高屈折率材料が、酸化タンタル
と酸化チタンの混合物を主成分としたことを特徴とする
前記(6)記載の反射防止膜を有する合成樹脂光学部
品。但し、酸化タンタルと酸化チタンの混合重量比は1
0:1から10:5が好ましい。
【0015】(8)反射防止膜を合成樹脂基体表面に形
成する時、基体の温度を合成樹脂基体の熱変形温度の5
0%から95%の領域の温度に加温しながら形成される
ことを特徴とする反射防止膜を有する合成樹脂光学部
品。
【0016】(9)反射防止膜を合成樹脂基体表面に形
成する時、基体の温度を合成樹脂基体の熱変形温度の8
0%から90%の領域の温度に加温しながら形成される
ことを特徴とする前記(8)記載の反射防止膜を有する
合成樹脂光学部品。
【0017】
【作用】次に本発明の特許請求の範囲に記載されている
各請求項について、その作用を説明する。
【0018】(1)各請求項において、合成樹脂光学部
品の合成樹脂の基体は次の樹脂を使用している。即ち、
ポリカーボネート樹脂、ノボルネン系樹脂(例:日本合
成ゴム製アートン樹脂)、環状オレフィンコポリマー系
樹脂、オレフィン系樹脂(例:日本ゼオン製ゼオネック
ス樹脂)、アクリル系樹脂である。さらに光透過率、樹
脂変形温度が上記樹脂と類似するものも同様に使用可能
である。
【0019】(2)反射防止膜の層構成は次の通りであ
る。
【0020】請求項1による図1において、第1層は酸
化シリコン膜より成り、その光学的膜厚n11、及び屈
折率n1は次の通りである。
【0021】0.40λ0≦n11≦0.60λ0 1.45 ≦n1 ≦1.47 最終層はフッ化マグネシウム膜より成り、その光学的膜
厚nee、及び屈折率neは次の通りである。
【0022】0.24λ0≦nee≦0.26λ0 1.37 ≦ne ≦1.39 第1層に通常n11 =0.2〜0.3λ0より厚目の酸
化シリコン膜を設けることで、反射防止膜の耐熱性及び
基体への密着性が向上した。又最終層を、低屈折率材料
e=1.37〜1.39のフッ化マグネシウムを設け
ることで大巾な反射防止効果が得られた。更に各層を蒸
着する時、基体を一定温度に加熱維持しておく事で、反
射防止コートの耐環境性、特に耐熱性の向上が可能とな
った。
【0023】請求項2による図2に示す5層構成におい
て、基体表面から数えて各層の材料、光学的膜厚、屈折
率を次のようにする。
【0024】
【表1】
【0025】その結果、図2において、次の効果が認め
られた。
【0026】1.第1層に酸化シリコンを用い、光学的
膜厚n11を0.40λ0〜0.60λ0と通常の膜厚よ
り大きくした。(通常は0.20λ0〜0.30λ0) 第1層の膜厚を、上述の如く大きくする事で、コート膜
の耐熱性が向上し、90℃の高温環境においてもコート
クラックの発生は減少傾向を示した。又テープ剥離テス
トによるコートの付着力評価においても、付着力が増加
傾向を示した。
【0027】2.5層構成の各々の層の膜厚を、特許請
求範囲の膜厚より減少又は増加させても波長λ0の反射
率は増加傾向を示す。例えば、λ0=510nmとした
ときの反射率グラフを図3に示す。光学的膜厚を請求範
囲より小さくすると、図3の曲線2の傾向を示し、60
0〜650nm及び400〜500nmの領域で反射率
が増加し、又光学的膜厚を請求範囲より大きくすると、
曲線3の傾向を示し、400〜420nmで反射率が増
加してしまう。
【0028】請求範囲内の光学的膜厚を取ることによ
り、400〜650nmの波長領域で反射率が0.7%
以下となり、又視感度の高い550nm付近の反射率が
0.1%以下と極めて低い良好な状態となる。
【0029】3.各層を蒸着にて形成する時、基体を加
熱し、基体を構成する合成樹脂の熱変形温度の50〜9
5%の温度に維持しながら層形成をすると、反射防止コ
ートの耐熱性は、加熱しない場合に比較して大巾に向上
する。
【0030】特に、熱変形温度の80〜90%と高い温
度で基体を加熱することでその効果は大きく、ポリカー
ボネート樹脂(熱変形温度120℃)を用いたレンズの
反射防止膜は、90℃〜108℃に加熱しながら蒸着す
ることで、85℃環境でもコートクラックが発生せず、
すぐれた耐熱性を示した。
【0031】基体温度を、108℃より高くしながら蒸
着すると、熱変形によって、レンズの面形状が変化し、
一般に光学部品として使用不可能になってしまう。
【0032】
【実施例】
実施例1 基体としては、ポリカーボネート樹脂を用いた射出成形
レンズであって、蒸着を下記の蒸着条件により反射防止
膜を形成した。
【0033】 蒸着条件 ・基体加熱 :100℃ ・蒸着時の酸素導入ガス圧:1.4×10-4Torr (第1〜第5層蒸着時に導入) ・蒸着速度:酸化シリコン・・10Å/sec :高屈折率材料 ・・5Å/sec (酸化タンタル) :フッ化マグネシウム・・5Å/sec ・各層の光学的膜厚(λ0=510nm) 第1層 n11=0.50λ0(n1=1.46,d1≒175nm) 第2層 n22=0.12λ0(n1=2.00,d2≒ 31nm) 第3層 n33=0.04λ0(n3=1.46,d3= 14nm) 第4層 n44=0.25λ0(n4=2.00,d4= 64nm) 第5層 n55=0.25λ0(n5=1.38,d5= 92nm) 但し、各層の屈折率は、屈折率が既知の基体材料の上に
一定膜厚の単層膜を形成し、反射率を測定することで計
算によって求められた。積層時の膜厚制御は、通常の膜
厚制御装置(例:日電アネルバ製IC−6000制御
機)を用いて行われる。所望の膜厚diは、目標とする
光学膜厚を計算で求めた屈折率で割り得られた。
【0034】得られた反射防止膜の特性は、図3の曲線
1に示される。可視領域(400〜650nm)の光に
対して反射率0.7%以下が得られた。特に視感度の高
い510〜590nm波長で反射率0.1%以下が得ら
れている。
【0035】カメラやビデオカメラのプラスチックレン
ズに用いることで、結像光量の低下防止と、レンズ表面
の反射光によって生ずるゴースト像の悪影響が防止可能
となった。又膜付きは、通常のテープ剥離テストで評価
した所、全く剥離が見られず、良好な結果を示した。又
耐環境性テストの為、85℃環境(24時間放置し、そ
の後コートクラックの有り無しを評価)での耐熱テスト
を実施したが、コートクラック等は全く見られず良好で
あった。又基体として、ノボルネン系樹脂、オレフィン
系樹脂、環状オレフィンコポリマー樹脂を用いた時も同
じコートが良好に得られた。
【0036】実施例2 実施例1において、高屈折率材料を酸化チタン及び酸化
セリウムを用いて、他は実施例1と同様な方法で反射防
止コートをポリカーボネート基体上に形成した。
【0037】反射防止特性は図4の曲線4及び図5の曲
線5に示されている。
【0038】図4の曲線4は酸化チタンを使用した場
合、図5の曲線5は酸化セリウムを使用した場合であ
る。
【0039】光学特性は、実施例1と同様に良好な特性
を示した。又膜付き、耐環境性(耐熱性)は、蒸着時の
基体温度を100℃に加熱維持したことで実施例1と同
様に十分実用に耐える特性を示した。
【0040】実施例3 実施例1において、高屈折率材料を酸化タンタルと酸化
チタンの混合材料(重量比5:1)を用いて、他は実施
例1と同様な方法で反射防止コートをポリカーボネート
基体上に形成した。
【0041】反射防止特性は、図3の曲線1とほぼ同様
に、可視領域400〜650nmの光に対して反射率
0.7%以下が得られ、特に視感度の高い510〜59
0nmの波長領域で反射率0.1%以下が得られた。さ
らに耐環境性テストの為85℃環境及びさらに90℃環
境で実施例1と同様な耐熱テストを実施したが、コート
クラック等は見られず実用上良好な性能を示した。
【0042】比較例1 実施例1において、蒸着時の基体温度をポリカーボネー
トの熱変形温度(120℃)の50%未満(60℃)、
例えば何等積極的に基体を加熱しないで蒸着した時、光
学特性は実施例1と同様な性能を示したが、耐熱性は大
巾な低下を示し、85℃放置でコート面に大量のクラッ
クが発生し、実用上問題となった。
【0043】又一方基体を、熱変形温度の95%を越え
る温度、例えば115〜120℃に加熱維持して蒸着し
た時、レンズの面形状精度の劣化が著しく発生してしま
い、実用上不十分であった。
【0044】
【発明の効果】本発明により、可視領域(400〜65
0nm)の光に対して反射率0.7%以下の合成樹脂光
学部品が得られ、特に視感度の高い510〜590nm
波長で反射率0.1%以下の合成樹脂光学部品が得ら
れ、結像光量の低下防止と、レンズ表面の反射光によっ
て生ずるゴースト像の悪影響が防止出来たカメラやビデ
オカメラのプラスチックレンズを得ることが出来る。又
膜付きの剥離も見られず、85℃の耐熱テストでもコー
トクラック等が全く見られず良い結果が得られる反射防
止膜を有する合成樹脂光学部品が提供されることとなっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】反射防止膜の断面図。
【図2】反射防止膜5層の断面図。
【図3】反射防止膜5層の各層厚を変化した時の反射率
を示す図。
【図4】反射防止膜5層の高屈折率材料を酸化チタンと
した時の反射率を示す図。
【図5】反射防止膜5層の高屈折率材料を酸化セリウム
とした時の反射率を示す図。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準波長をλ0とする時、合成樹脂から
    なる基体の上に基体表面から層数を数えて、第1層が酸
    化シリコン膜からなり、最終層がフッ化マグネシウム膜
    からなる、各々の層が次の条件を満たす反射防止膜を有
    することを特徴とする反射防止膜を有する合成樹脂光学
    部品。 但し、λ0 :基準波長 n11:第1層の光学的膜厚 nee:最終層の光学的膜厚 n1 :第1層の屈折率 ne :最終層の屈折率
  2. 【請求項2】 前記反射防止膜の構成層数を5層とし、
    各々の層が次の条件を満たすことを特徴とする請求項1
    記載の反射防止膜を有する合成樹脂光学部品。 但し、n22:第2層の光学的膜厚 n33:第3層の光学的膜厚 n44:第4層の光学的膜厚 n55:第5層の光学的膜厚 n2 :第2層の屈折率 n3 :第3層の屈折率 n4 :第4層の屈折率 n5 :第5層の屈折率
  3. 【請求項3】 前記反射防止膜の基準波長λ0を500
    〜600nmとしたことを特徴とする請求項2記載の反
    射防止膜を有する合成樹脂光学部品。
  4. 【請求項4】 前記反射防止膜の基準波長λ0を500
    〜550nmとしたことを特徴とする請求項2記載の反
    射防止膜を有する合成樹脂光学部品。
  5. 【請求項5】 前記反射防止膜各層の膜厚di(i=1
    〜5)を、次の条件を満たすことを特徴とする請求項2
    記載の反射防止膜を有する合成樹脂光学部品。
  6. 【請求項6】 前記第2、第4層の高屈折率材料が、酸
    化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化セリ
    ウム、酸化プラセオジウムの少なくとも1種類又は、こ
    れらの混合物より成ることを特徴とする請求項2記載の
    反射防止膜を有する合成樹脂光学部品。
  7. 【請求項7】 前記高屈折率材料が、酸化タンタルと酸
    化チタンの混合物を主成分としたことを特徴とする請求
    項6記載の反射防止膜を有する合成樹脂光学部品。
  8. 【請求項8】 反射防止膜を合成樹脂基体表面に形成す
    る時、基体の温度を合成樹脂基体の熱変形温度の50%
    から95%の領域の温度に加温しながら形成されること
    を特徴とする反射防止膜を有する合成樹脂光学部品。
  9. 【請求項9】 反射防止膜を合成樹脂基体表面に形成す
    る時、基体の温度を合成樹脂基体の熱変形温度の80%
    から90%の領域の温度に加温しながら形成されること
    を特徴とする請求項8記載の反射防止膜を有する合成樹
    脂光学部品。
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