JPS6232441B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、合成重合体レンズ、特に高耐摩耗性
の反射防止被覆を有する合成重合体レンズに関連
する。

本発明の背景 ジアリルグリコールカーボネート（例えば商品
名“CR−39”）のようなアリル樹脂又はポリカー
ボネート（例えば商品名“LEXAN”）をベース
とする合成重合体は光学工業において眼鏡レンズ
その他のレンズに広範囲に使用されている。この
重合体レンズは注型成形又は射出成形によつて安
価に製造することができ、このために高価な研摩
作業なしに複雑な表面形状を得ることができるの
で有利である。有機物質、例えばCR−39又は
LEXANで作つたレンズは表面で４ないし５％の
光を反射する。これらの重合体の表面に反射防止
被覆を塗布するとまぶしい光が減少して光の透過
率が増加する。又この種の重合体レンズの表面は
ガラス製レンズに比べるとひつかき傷を受け易
い。反射防止被覆と耐摩耗性被覆は眼鏡レンズ又
は光学器械部品に望ましい組合わせ機能を与え
る。

本発明の分野 本発明は制御された厚さと屈折率とを有する光
学的協力連続層としてのガラス質無機酸化物被覆
及び反射防止被覆を使用することによつて摩耗抵
抗性と反射防止性とが得られる合成重合体眼鏡レ
ンズのような光学部品に関連する。

従来技術の説明 例えばこの技術における従来の発明者（ドイツ
国特許第1204048号）は蒸気凝着でAl₂O₃の薄い
接着層を付着し、次に蒸気凝着で二酸化珪素の保
護層を付着することによつて、合成重合体に耐久
性のあるガラス質透明保護層を良好に付着する問
題を解決しようとした。この種の組成物は実際の
接着には難点があり、本発明は合成熱可塑性重合
体の保護の問題に対して優れた解決を与えるもの
である。

米国特許第3645779号明細書にはガラスの真空
凝着によるジアリルグリコールカーボネート重合
体基質の保護が開示され、この保護層になるガラ
スの膨張係数はガラス中の酸化ホウ素比率を変え
ることによつて合成重合体基質の膨張係数に適合
される。このガラスは主要成分として酸化ホウ
素、二酸化珪素及び５重量％以下のNa₂Oを有す
る。このガラスはプラスチツク基質よりかなり低
い熱膨張係数を有することが発見された。又従来
のジアリルグリコールカーボネート重合体のよう
な被覆レンズは吸湿性で空気中の水分に敏感なた
め、商業的に良好な眼鏡レンズを得るためにはガ
ラスの膨張係数を合成重合体の膨張係数に一致さ
せるだけでは充分でないことが判明した。水が吸
収されると、この重合体と保護層間の結合は弱化
して剥離する。本発明は、基質と被覆の熱膨張係
数を特に一致させることなく、合成重合体眼鏡レ
ンズに優れた耐湿性と密着性とを有するガラス被
覆を付着することによつてこの問題を解決するも
のである。

米国特許第3811753号明細書には、合成重合
体、例えばポリカーボネートで作つた被覆光学部
品としてのレンズが示され、このレンズ表面には
一酸化珪素又は二酸化珪素、更に又はこの両者が
厚さ１μないし10μのガラス質被覆として凝着さ
れる。このガラス質被覆の凝着は普通の蒸着法で
行われる。酸素雰囲気内で一酸化珪素を蒸発して
二酸化珪素を生成する真空蒸着法は米国特許第
3248256号明細書に開示されている。

米国特許第2920002号の再発行特許第26857号明
細書には、酸素富有雰囲気内で二酸化珪素、好適
にはSiO₂とSiの混合物を蒸発することによつて光
を吸収しない二酸化珪素の薄いフイルムを作る方
法が記載されている。

米国特許第3700487号明細書には、ジアリルグ
リコールカーボネートレンズ上に、軽度に架橋し
たポリビニルアルコールの耐摩耗性くもり防止被
覆を施したものが示され、くもり防止被覆の適当
な付着は、カセイアルカリ、例えば水酸化ナトリ
ウム又は水酸化カリウムの水溶液又はアルコール
溶液に最初浸漬して重合体表面を加水分解処理す
ることで得られることが開示されている。

重合体表面被覆に使用される真空被覆技術はま
だ初期段階にあり、無機物表面の被覆に通常使用
される蒸発物質は重合体表面には付着しない。こ
の被覆物質と重合体基質の熱膨張係数の融和性は
非常に重要である。これら熱膨張係数の大きさは
１又は２のオーダーで異なることがしばしばあ
る。界面結合及び熱膨張によつて引起こされる応
力補償に特別な注意を払わなければ多くの場合被
覆にひび割れと剥離を生ずる。重合体基質はある
種の溶媒に溶解するので被覆の耐久性は更に低下
する。又この被覆の多孔性のため溶媒が被覆に浸
透するとはがれ又は剥離の損傷を生ずる。被覆光
学部品を長時間耐候性試験条件に曝露すると、大
気中の水分が被覆を損傷する。従つて重合体表面
に良好に付着された被覆は、光学的機能と物理的
機能が良好で、しかも有害環境、例えば熱衝撃、
苛酷な熱蓄積、湿潤老化及び化学的攻撃に対して
安定であることが必要である。

光反射を減少しかつひつかき傷から重合体表面
を保護する従来の技術には種々の化学溶液による
被覆法があつた。化学的被覆の塗布方法には浸漬
法、噴霧法及び回転塗布法がある。光反射の減少
とひつかき傷に対する保護は充分に有効な程度に
は達していない。被覆用溶液の塗布ではしばしば
種々の欠陥、例えば流れキズ、ほこりとリントの
混在、基質の縁の過剰蓄積、シマ等が残る。この
被覆用溶液は重合体基質を損傷する恐れのある加
熱、紫外線放射等によつて架橋結合、即ち硬化さ
せる必要があつた。化学的被覆の厚さは溶液の粘
度と塗布方法によつて制限された。

本発明の要約 本発明者は第一光学活性層として亜酸化珪素を
含む多層反射防止被覆構造にまで亜酸化珪素被覆
の応用範囲を拡張するものである。即ち、レンズ
基質と該レンズ基質上に蒸着された３層の反射防
止層からなる高耐摩耗性反射防止被覆とが形成さ
れる。前記レンズ基質は、ジアリルグリコールカ
ーボネート又はポリカーボネートからなる群から
選択された合成重合体で形成された合成重合体レ
ンズが使用される。本発明の合成重合体レンズ
は、合成重合体レンズ基質上に蒸着された亜酸化
珪素のガラス質ベース被覆層と、該ベース被覆層
上に蒸着された中間層と、該中間層上に蒸着され
た二酸化珪素の最外層とで構成される。前記ガラ
ス質ベース層は、レンズ基質上に蒸着されかつ式 SiO_x（ｘは１より大きく２より小さい数）で
表される亜酸化珪素で形成され、全厚さにわたり
1/4又は3/4波長厚さを有し、かつ中間層及び最外
層と協力してレンズから反射する全光量を減少す
る反射光を生ずる。上記中間層は、ガラス質ベー
ス層に蒸着された2/4波長厚さを有する二酸化チ
タンからなる。上記最外層は、中間層上に蒸着さ
れた二酸化珪素からなる1/4波長厚さを有する。

本発明レンズの製法 種々の制御要因、例えば酸素分圧、基質温度、
蒸発速度等を制御して蒸発する場合には、一酸化
珪素（SiO）が亜酸化珪素（SiO_x；１＜ｘ＜２）
のフイルムを形成することは公知である。この亜
酸化珪素フイルムの屈折率はSiOの1.90からSiO₂
の1.46の範囲で変わる。本発明によれば、重合体
基質上の多層被覆の第一層として一酸化珪素が蒸
発物質として使用される場合には、凝着亜酸化珪
素フイルムは結合用被覆物質として、又所要の屈
折率ｎが1.48＜ｎ＜1.90の範囲内にあれば、選択
された被覆設計に対して所定の正確な屈折率を有
する第一層として作用する。例えばCR−39及び
LEXANの表面上の反射防止被覆は下記の組合せ
を使用して作られる。

Ａ 二層反射防止被覆……重合体基質、1/4波長
の光学的厚さ（QWOT）の亜酸化珪素（ｎ
1.8）、この上の1/4波長の光学的厚さの二酸化
珪素（ｎ＝1.46）。SiO₂層は大気に対して最外
層になる。フイルムの厚さは可視光線スペクト
ルのほぼ中心波長、例えば520mμと関連して
いる。

Ｂ 三層反射防止被覆……重合体基質、1/4波長
の光学的厚さの亜酸化珪素（ｎ≒1.8）、2/4波
長の光学的厚さの二酸化チタン（TiO₂、ｎ＝
2.40）、１／４波長の光学的厚さの二酸化珪素
（ｎ＝1.46）、大気。中心波長は520mμであ
る。

Ｃ 三層反射防止被覆……亜酸化珪素の第一層が
1/4波長の光学的厚さでなく3/4波長の光学的厚
さであるほかはＢと同じである。

1/16及び1/32波長等の光学的厚さの薄いフイ
ルム設計の概念は光学技術者には公知である。
本発明では、第一層として亜酸化珪素を使用す
るが、他の層はこれと融和する光学的屈折率を
有する物質を使用する。

本発明レンズの製法の第１工程はジアリルグリ
コールカーボネート重合体レンズに対する表面処
理である。成形で作られた熱可塑性重合体レンズ
はこの第１工程を必要としない。前記のジアリル
グリコールカーボネート基質をアリカリ水溶液で
処理することによつて基質表面がヒドロキシル化
され、続いて塗布されるガラス質被覆の固着が良
好に行われる。この処理に続き、酸素雰囲気中で
一酸化珪素を蒸発させ、重合体基質上に一酸化珪
素と混合したSiO₂凝縮物（亜酸化珪素）を正確
な屈折率と厚さに形成することによつて一酸化珪
素と二酸化珪素の混合物のベース被覆を付着させ
る。他の特定物質層はこのベース被覆上に正確な
厚さで付着される。この方法は耐摩耗性のある反
射防止硬質表面で保護された眼鏡レンズの製造に
使用され、この反射防止硬質表面は通常の使用で
水分に曝露することで起こる剥離に抵抗性があ
る。この眼鏡レンズの光学的特性は合成重合体出
発物質の光学的特性に比較して本質的に保持され
る。

本発明の目的は耐摩耗性反射防止光学レンズを
提供することにあり、この製法は添付図面による
好適実施例の詳細な説明から明らかであろう。

実施例の説明 例 （参考例） 二層反射防止被覆……CR−39レンズを71℃で
15時間加熱して乾燥し、10％のNaOH水溶液又は
NaOHアルコール溶液中で20分間加水分解し、次
いでメタノールで湿潤の薄葉紙でふいてから被覆
のため真空室内に装入する。このレンズの表面処
理としてアルカリ、例えば水酸化ナトリウム又は
水酸化カリウムの水溶液中で10℃ないし40℃好適
には室温でヒドロキシル化する。アルコール溶液
も使用できる。アルカリ溶液の濃度は約２ないし
20重量％である。処理時間は約２分ないし１時間
である。ポリカーボネートレンズはベース被覆付
着前に表面処理する必要がない。ヒドロキシル化
処理で得られる耐水度はヒドロキシル化表面と非
ヒドロキシル化表面を有する２種のガラス被覆ジ
アリルグリコールカーボネート表面について比較
すると、これらを71℃で８時間、95％の相対湿度
に曝露した場合、前者即ちヒドロキシル化処理を
行つたもののみ、このガラス被覆がカーボネート
表面に保持された。

真空室を２×10^-6mmHgに排気し、次に基質レ
ンズを70℃に加熱後真空室に入れ、酸素で圧力を
約４×10^-5mmHgまで上昇させる。一酸化珪素を
電子ビーム蒸発源又は通常の電気抵抗蒸発源を使
用して蒸発させる。酸素分圧と蒸発率は生成物の
SiO_xフイルムが1.8の屈折率を有するように調整
される。1/4波長の光学的厚さのSiO_xフイルムが
波長520mμで基質レンズ上に凝着される。干渉
型厚さ監視装置を使用してフイルムの厚さを正し
く測定する。第一層の凝着後、真空室を再び排気
して圧力を10^-6mmHgにする。次にSiO₂を電子ビ
ーム源を使用して蒸発し、SiO₂層を第一層と同
じ光学的厚さに形成する。大気圧に解放する前に
この真空室を蒸発後15分間冷却する。この方法で
被覆されたレンズは第２図に示されかつ上記Ａに
説明したように中心波長（520mμ）で可視光線
スペクトル反射率が表面で4.05％から0.5％以下
に減少した。LEXANレンズをCR−39レンズの代
りに使用する場合には、このレンズを大気中に長
時間曝露することなく射出成形機から真空室に直
接移動することによつて加熱工程と加水分解厚工
程が省略できる。新に成形したLEXANレンズを
大気中に短時間保護物なしで放置するとレンズ表
面はほこり、リント及び油性蒸気によつて容易に
汚染されることがわかつた。

上記二層反射防止被覆の分光光度反射率グラフ
を第２図に示す。

例 本発明の上記B.三層反射防止被覆では、第２層
の1/2波長厚さのTiO₂が1/4波長の光学的厚さの
SiO₂の前に凝着される。上記Ｃの場合には、最
初のSiO_x層が1/4波長の光学的厚さの代わりに3/
４波長の光学的厚さで凝着される以外は被覆組織
がＢと同じである。第３図及び第４図にこれらの
２種の三層反射防止被覆の分光光度反射率グラフ
を示す。第５図は、上記Ｃで説明したCR−39レ
ンズの両面に被覆した三層反射防止被覆の透過率
と反射率を示す。

上記の例に記載されるすべての被覆は、Mil
（米国軍用規格）Ｃ−675A“光学用ガラス部品の
被覆（反射防止）”の反射率条件より優れてい
る。又これらの被覆の耐久性は付着力（セルロー
ステープ）、温度安定性（−29℃ないし＋93℃）、
湿度（相対湿度100％、49℃で24時間）及び硬度
（目のあらい綿布による拭き取り）に関するMil−
Ｍ−13508B規格の試験に合格した。

上記の方法を適用できる合成重合体は、温度範
囲−20℃ないし80℃で光学的性質が有用な重合体
である。これらの合成重合体にはアリル樹脂、例
えばジエチレングリコール、ジアリルカーボネー
トのほかに、熱可塑性樹脂、例えば炭酸と脂肪族
又は芳香族のジオキシ化合物との線状エステルで
あるポリカーボネートがある。ポリカーボネート
の一例は商標“LEXAN”で市販されている樹脂
である。

本発明レンズの製法によれば、ジアリルジエチ
レングリコールカーボネートのアルカリ処理は水
酸化カリウムを使用して行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図及び第１Ｃ図は、それぞれ
例Ａ，Ｂ及びＣの被覆の略図、第２図は例のレ
ンズ両面に被覆した二層反射防止被覆の透過率と
反射率（x5）のブロツト、第３図は例のCR−
39レンズの両面に被覆した三層反射防止被覆の透
過率と反射率（x5）のブロツト、第４図はレン
ズ両面に被覆した三層反射防止被覆を有する例
に関連した未被覆と被覆のポリカーボネートレン
ズの反射率（x5）のブロツト、第５図は例の
Ｃに説明したCR−39レンズの両面に被覆した三
層反射防止被覆の透過率と反射率（x5）のブロ
ツトである。 （注） 上記のブロツト図のデータはGeneral
Electric Hardy Recording
Spectrophotometer，Cat.No.7015E30G102で
常法通り測定して得られたものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レンズ基質と該レンズ基質上に蒸着された３
   層の反射防止層からなる高耐摩耗性反射防止被覆
   とが形成され、前記レンズ基質は、ジアリルグリ
   コールカーボネート又はポリカーボネートからな
   る群から選択された合成重合体で形成された合成
   重合体レンズにおいて、前記高耐摩耗性反射防止
   被覆は、 上記レンズ基質上に蒸着されかつ式 SiO_x
   （ｘは１より大きく２より小さい数）で表される
   亜酸化珪素で形成され、全厚さにわたり1/4又は
   3/4波長厚さを有し、かつ中間層及び最外層と協
   力してレンズから反射する全光量を減少する反射
   光を生ずるガラス質ベース層と、 上記ガラス質ベース層に蒸着された2/4波長厚
   さを有する二酸化チタンからなる中間層と、 上記中間層上に蒸着された二酸化珪素からなる
   1/4波長厚さを有する最外層と、 で構成されることを特徴とする高耐摩耗性反射防
   止被覆を有する合成重合体レンズ。