(57)【要約】【課題】反射防止層の耐熱性及び硬度を向上した光学物品を提供する。【解決手段】レンズ基材１の表面に低屈折層である第１層３１、第３層３３、第５層３５及び第７層３７と、高屈折層である第２層３２、第４層３４及び第６層３６とが交互に積層される眼鏡レンズあって、高屈折層は五酸化二タンタル（Ｔａ２Ｏ５）から形成され、かつ、屈折率が２．１０〜２．３０であり、圧縮応力が１５０〜２５０ＭＰａである。高屈折層の屈折率を２．１０〜２．３０、圧縮応力を１５０〜２５０ＭＰａにすることで、耐熱性・硬度が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に低屈折層と高屈折層とが交互に積層される光学部品であって、
前記高屈折層は五酸化二タンタルから形成され、かつ、屈折率が２．１０〜２．３０であり、圧縮応力が１５０〜２５０ＭＰａであることを特徴とする光学部品。
【請求項２】
請求項１に記載された光学物品において、前記低屈折層は二酸化ケイ素であり、かつ、屈折率が１．４０〜１．５０であり、圧縮応力が１５０〜２５０ＭＰａである
ことを特徴とする光学部品。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された光学物品は眼鏡レンズであること特徴とする光学部品。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載された光学部品を製造する方法であって、
前記高屈折層の成膜条件はイオンアシスト蒸着方式で、電子銃の電流値が３００〜３５０ｍＡ、イオン銃の電圧値４００〜６００Ｖ、電流値２００〜３５０ｍＡであることを特徴とする光学部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼鏡レンズ、その他の光学物品ならびにその光学物品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼鏡レンズ、その他の光学物品では、基材の表面に反射防止層が設けられているものがある。
従来、レンズ基材の表面にプライマー層を形成し、このプライマー層の上にハードコート層を形成し、このハードコート層の上に反射防止層を形成したプラスチックレンズにおいて、反射防止層を、二酸化ケイ素からなる低屈折層と、二酸化ジルコニア、五酸化二ニオブ、五酸化二タンタルから選ばれる１つの材質からなる高屈折層とを交互に積層して形成したものがある（特許文献１，２）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７４９３８号公報（特許請求の範囲参照）
【特許文献２】特開２００５−２６６６８５号公報（特許請求の範囲参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２で示される従来例は、低屈折層に二酸化珪素が使用され、高屈折層に二酸化チタン、二酸化ジルコニア、五酸化二ニオブ、あるいは五酸化二タンタルが使用されているが、高屈折層を構成する材料の耐熱性は必ずしも満足できるものではなく、熱がかかるとレンズに何らかの不具合が生じることもある。
そして、高屈折層を構成する材料は硬度が十分ではないので、レンズ使用者の乱暴な取り扱いや不注意などにより最表面に傷が生じるおそれもある。
【０００５】
本発明の目的は、反射防止層の耐熱性及び硬度を向上した光学物品及び光学物品の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光学物品は、基材の表面に低屈折層と高屈折層とが交互に積層される光学部品であって、前記高屈折層は五酸化二タンタル（Ｔａ２Ｏ５）から形成され、かつ、屈折率が２．１０〜２．３０であり、圧縮応力が１５０〜２５０ＭＰａであることを特徴とする。
【０００７】
この構成の発明では、高屈折層を構成する五酸化二タンタルの屈折率が２．１０〜２．３０であり、圧縮応力が１５０〜２５０ＭＰａであるため、反射防止層として機能するとともに耐熱性と硬度とが向上する。
つまり、五酸化二タンタルの屈折率を２．１０〜２．３０とするには圧縮応力を１５０〜２５０ＭＰａ以上としなければならない。このように圧縮応力を大きな値とすると、高屈折層の密度が高くなり、硬度が大きなものとなる。そして、基材に熱を加えると膨張するが、基材に設けられた反射防止層の高屈折層に大きな圧縮応力を有する構成とすれば、この圧縮応力と基材の膨張とが釣り合うことになり、光学物品が高温でも耐えることができる。一方、五酸化二タンタルの屈折率を、２．３０を超える値とすると、圧縮応力が大きすぎることになり、反射防止層が黒色膜となる等、反射防止層として機能しなくなる。
【０００８】
本発明では、前記低屈折層は二酸化ケイ素であり、かつ、屈折率が１．４０〜１．５０であり、圧縮応力が１５０〜２５０ＭＰａである構成が好ましい。
この構成の発明では、従来の構成と同じ構成の低屈折層を用いることで、光学物品を容易に製造することができる。
【０００９】
本発明の光学物品は眼鏡レンズであることが好ましい。
この構成の発明では、前述の効果を奏することができる眼鏡レンズを提供することができる。
【００１０】
本発明の光学部品の製造方法は、前記高屈折層の成膜条件はイオンアシスト蒸着方式で、電子銃の電流値が３００〜３５０ｍＡ、イオン銃の電圧値４００〜６００Ｖ、電流値２００〜３５０ｍＡであることを特徴とする。
この構成の発明は、前述の効果を奏する反射防止層を形成するに適した条件であり、この条件によって光学物品を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態の眼鏡レンズの断面図である。
図１において、眼鏡レンズは、レンズ基材１と、このレンズ基材１の表面に設けられたハードコート層２と、このハードコート層２の上に設けられた反射防止層３とを備えて構成されている。
なお、本実施形態では、ハードコート層２を省略してレンズ基材１の上に直接反射防止層３を形成するものでもよく、さらに、レンズ基材１とハードコート層２との密着性を得るために、レンズ基材１とハードコート層２との界面にプライマー層を設けてもよい。そして、反射防止層３の上には、必要に応じて撥水層や防曇性を有する層を形成するものでもよい。
【００１２】
レンズ基材１には、透明なプラスチックであるアクリル樹脂、チオウレタン系樹脂、メタクリル系樹脂、アリル系樹脂、エピスルフィド系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート（ＣＲ−３９）、ポリ塩化ビニル、ハロゲン含有共重合体、イオウ含有共重合体が好適に使用される。
レンズ基材１の屈折率は、酸化チタンを含んだハードコート層２の屈折率と合わせるためには、１．６以上が好ましい。特に、アリルカーボネート系樹脂、アクリレート系樹脂、メタクリレート系樹脂、及びチオウレタン系樹脂が好ましい。
【００１３】
ハードコート層２は、有機材料単体、無機材料単体若しくはそれらの複合材料で形成されるが、硬度が得られる点と屈折率の調整が可能な点とから複合材料が好ましい。
ハードコート層２の屈折率をレンズ基材１の屈折率と同程度に調整することによって、ハードコート層２とレンズ基材１との界面での反射で生じる干渉縞及び透過率の低下を防げる。
具体的には、ハードコート層２を形成するためのハードコート液は、有機ケイ素化合物と、ルチル型の結晶構造の酸化チタンを含有する無機酸化物粒子とを含む。
【００１４】
ルチル型の酸化チタン粒子は、粒径１〜２００μｍであることが好ましい。屈折率の調整の点から、これらの粒子のほかに、粒径１〜２００μｍのケイ素、錫、ジルコニウム、アンチモンの金属酸化物粒子、あるいはこれらの複合酸化物粒子を組み合わせてハードコート層として複合材料を形成するのがよい。
また、無機材料としてチタンを使用する際は、その光活性に起因するハードコート層２及びレンズ基材１の耐光性の低下（具体的には、黄変による透過率の低下や界面の劣化による層はがれの発生）を防ぐために、ルチル型結晶構造を持つチタン酸化物やチタン酸化物の周りを二酸化ケイ素が包む構造の複合酸化物粒子を使用するのが好ましい。ハードコート層２の厚さは、傷つき難さの点から数μｍが好ましい。
【００１５】
反射防止層３は、そのレンズ基材１から対物側に向けて、第１層３１、第２層３２、第３層３３、第４層３４、第５層３５、第６層３６及び第７層３７から構成される。
第１層３１、第３層３３、第５層３５及び第７層３７が二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる低屈折層を構成し、その低屈折層は、その屈折率ｎが１．４０〜１．５０であり、かつ、圧縮応力が１５０〜２５０ＭＰａである。
第２層３２、第４層３４及び第６層３６が五酸化二タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる高屈折層を構成し、その高屈折層は、その屈折率ｎが２．１０〜２．３０であり、圧縮応力が１５０〜２５０ＭＰａである。
なお、本実施形態では、反射防止層３は、必ずしも７層から構成されるものに限定されるものではなく、例えば、第１層３１がレンズ基材側であり、低屈折層と高屈折層とが交互に配置される奇数層から構成されれば、他の層構成であってもよい。例えば、第１層３１、第２層３２、第３層３３、第４層３４及び第５層３５の５層から構成するものでもよい。
【００１６】
反射防止層３のうち少なくとも高屈折層を形成するには、通常のイオンアシスト（ＩＡＤ）電子ビーム蒸着装置が好適に用いられる。
図２は、本実施形態の反射防止層３の製造に用いる蒸着装置１００の模式図である。
図２において、蒸着装置１００は、真空容器１１、排気装置２０、及びガス供給装置３０を備えているいわゆる電子ビーム蒸着装置である。
【００１７】
真空容器１１は、真空容器１１内に蒸着材料がセットされた蒸発源（るつぼ）１２，１３の蒸着材料を加熱溶解（蒸発）する加熱手段１４、レンズ基材１が載置される基材支持台１５、レンズ基材１を加熱するための基材加熱用ヒータ１６、フィラメント１７、及び、導入したガスをイオン化し加速してレンズ基材１に照射するイオン銃１８等を備えている。また、必要に応じて真空容器１１内に残留した水分を除去するためのコールドトラップや、層厚を管理するための装置等が具備される。
【００１８】
蒸発源１２、１３は、蒸着材料がセットされたるつぼであり、真空容器１１の下部に配置されている。着色に用いられる金属は、予め金属酸化物やフッ化物に混ぜられている。
加熱手段１４は、フィラメント１７の発熱によって発生する熱電子を、図示しない電子銃により加速、偏向して、蒸発源１２、１３にセットされた蒸着材料に照射し蒸発させる、いわゆる電子ビーム蒸着が行われる。
【００１９】
基材支持台１５は、所定数のレンズ基材１を載置する支持台であり、蒸発源１２、１３と対向した真空容器１１内の上部に配置されている。基材支持台１５は、レンズ基材１に形成される反射防止層の均一性を確保し、かつ量産性を高めるために回転機構を有するのが好ましい。
【００２０】
基材加熱用ヒータ１６は、例えば赤外線ランプからなり、基材支持台１５の上部に配置されている。基材加熱用ヒータ１６は、レンズ基材１を加熱することによりレンズ基材１のガス出しあるいは水分とばしを行い、レンズ基材１の表面に形成される層の密着性を確保する。
なお、赤外線ランプの他に抵抗加熱ヒータ等を用いることができる。但し、レンズ基材１の材質がプラスチックの場合には、赤外線ランプを用いるのが好ましい。
【００２１】
排気装置２０は、真空容器１１内を高真空に排気する装置であり、ターボ分子ポンプ２１と、真空容器１１内の圧力を一定に保つ圧力調節バルブ２２とを備えている。
ガス供給装置３０は、Ａｒ，Ｎ２，Ｏ２などのガスを内蔵するガスシリンダ３１０と、ガスの流量を制御する流量制御装置３２０とを備えている。ガスシリンダ３１０に内蔵されたガスは、流量制御装置３２０を介して真空容器１１内に導入される。
圧力計５０は、真空容器１１内の圧力を検出する。圧力計５０によって検出された圧力値に基づき、排気装置２０の圧力調節バルブが、図示しない制御部からの制御信号により制御されて、真空容器１１内の圧力が所定の圧力値に保たれる。
【００２２】
前述した真空容器１１内の基材支持台１５に、ハードコート層２の形成されたレンズ基材１が載置され、蒸着装置１００を稼動する。
ここで、高屈折層を構成する第２層３２、第４層３４及び第６層３６を形成するにあたり、その成膜条件は、電子銃の電流値が３００〜３５０ｍＡ、イオン銃の電圧値４００〜６００Ｖ、電流値２００〜３５０ｍＡである。
そして、低屈折層を構成する第１層３１、第３層３３、第５層３５及び第７層３７を形成するためには、前述のイオンアシスト法を用いてもよいが、他の方法、例えば、タングステン等の抵抗体に通電し蒸着材料を溶融／気化する方法（いわゆる、抵抗加熱蒸着）、高エネルギーのレーザー光を蒸発させたい材料に照射する方法等を採用してもよい。
【実施例】
【００２３】
次に、本発明の実施例について説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。［実施例１］
実施例１は、レンズ基材１の上にハードコート層２を形成し、このハードコート層２の上に７層構成の反射防止層３を形成したものである。このうち、低屈折層を屈折率ｎが１．４５であり、かつ、圧縮応力が１７５ＭＰａのＳｉＯ２から形成し、高屈折層を屈折率ｎが２．１５であり、かつ、圧縮応力が２１５ＭＰａのＴａ２Ｏ５から形成するものである。低屈折層を構成する第１層３１の厚さを２５ｎｍとし、第３層３３の厚さを１９５ｎｍとし、第５層３５の厚さを３０ｎｍとし、第７層３７の厚さを１００ｎｍとし、高屈折層を構成する第２層３２の厚さを５ｎｍとし、第４層３４の厚さを２５ｎｍとし、第６層３６の厚さを３５ｎｍとする。
実施例１では、イオンアシスト法で第２層３２、第４層３４及び第６層３６の高屈折層を形成する。このイオンアシスト法は、電子銃電流値が３２５ｍＡであり、イオン銃電圧値が５００Ｖであり、イオン銃電流値が２５０ｍＡという条件で行った。第１層３１、第３層３３、第５層３５及び第７層３７の低屈折層は、電子銃電流値が１００ｍＡとして電子ビーム蒸着法を用いるものの、イオンアシスト法を用いない。
以上の実施例１の実験条件を表１及び表２に示す。
【００２４】
［実施例２］
実施例２は、高屈折層の屈折率ｎと圧縮応力とが実施例１と相違する。つまり、実施例２では、高屈折層を屈折率ｎが２．１１であり、かつ、圧縮応力が１９８ＭＰａのＴａ２Ｏ５から形成するものであり、低屈折層は実施例１と同じ構成である。そして、各層の厚さも実施例１と同じである。
実施例２では実施例１と同様に反射防止層３が形成されるが、実施例１と異なり、高屈折層を形成するためのイオンアシスト法において、電子銃電流値が３００ｍＡである点で相違する。
以上の実施例２の実験条件を表１及び表２に示す。
【００２５】
［実施例３］
実施例３は、高屈折層の屈折率ｎと圧縮応力とが実施例１と相違する。つまり、実施例２では、高屈折層を屈折率ｎが２．２８であり、かつ、圧縮応力が２３９ＭＰａのＴａ２Ｏ５から形成するものであり、低屈折層は実施例１と同じ構成である。そして、各層の厚さも実施例１と同じである。
実施例３では実施例１と同様の条件のイオンアシスト法で反射防止層３が形成される。
以上の実施例３の実験条件を表１及び表２に示す。
【００２６】
［比較例１］
比較例１は、高屈折層を構成する材料が従来と同じ二酸化チタン（ＴｉＯ２）である点で実施例１と相違する。この二酸化チタンの屈折率ｎは２．４であり、かつ、圧縮応力が１２５ＭＰａである。比較例１は低屈折層が実施例１と同じ構成である。そして、各層の厚さも実施例１と同じである。
実施例３では実施例１と同様に反射防止層３が形成される。
実施例３では実施例１と同様に反射防止層３が形成されるが、実施例１と異なり、高屈折層を形成するためのイオンアシスト法において、電子銃電流値が２８０ｍＡである。
以上の実施例３の実験条件を表１及び表２に示す。
【００２７】
［比較例２］
比較例２は、高屈折層の屈折率ｎと圧縮応力とが実施例１と相違する。つまり、比較例２では、高屈折層を屈折率ｎが１．９４であり、かつ、圧縮応力が１０５ＭＰａのＴａ２Ｏ５から形成するものであり、低屈折層は実施例１と同じ構成である。そして、各層の厚さも実施例１と同じである。
実施例２では高屈折層を形成するにあたり、電子銃電流値が３２５ｍＡとして電子ビーム蒸着法を用いるものの、イオンアシスト法を用いることない。
以上の比較例２の実験条件を表１及び表２に示す。
【００２８】
［比較例３］
比較例３は、高屈折層の屈折率ｎと圧縮応力とが実施例１と相違する。つまり、比較例３では、高屈折層を屈折率ｎが２．３７であり、かつ、圧縮応力が２２０ＭＰａのＴａ２Ｏ５から形成するものであり、低屈折層は実施例１と同じ構成である。そして、各層の厚さも実施例１と同じである。
比較例３では実施例１と同様に反射防止層３が形成されるが、実施例１と異なり、高屈折層を形成するためのイオンアシスト法において、電子銃電流値が４５０ｍＡであり、イオン銃電圧値が７５０Ｖであり、イオン銃電流値が３７５ｍＡである点で相違する。
以上の比較例３の実験条件を表１及び表２に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
以上の実施例１〜３及び比較例１〜３について、ＡＲ機能、硬度及び耐熱性の実験を行った。
ＡＲ機能は反射防止層として機能するか否かの試験である。表３において、○はＡＲ機能があることを示し、×はＡＲ機能がないことを示す。
比較例３は反射防止層が黒色膜となり、可視光領域に吸収をもつ膜となったので、ＡＲ機能がない結果となった。それ以外の実施例１〜３及び比較例１〜２は比較例３のような不都合がなく、ＡＲ機能を有する。なお、比較例３はＡＲ機能がないので、硬度及び耐熱性の実験は行っていない。
【００３２】
硬度の実験はベイヤー試験で行った。このベイヤー試験はベイヤー試験機（COLTS Laboratories社製）を用いた耐擦傷試験であり、眼鏡レンズの試験片を５００ｇのメディアで６００回往復させて同時に傷をつけ、この傷のついた眼鏡レンズのヘーズ値を測定し、ベイヤー値Ｒ（Bayer Ratio）を下記の式に基づいて算出する。
Ｒ＝（ＨSTB−ＨSTA）／（ＨSAB−ＨSAA）
ＨSTB：標準レンズ（試験後）のヘーズ値
ＨSTA：標準レンズ（試験前）のヘーズ値
ＨSAB：試験片レンズ（試験後）のヘーズ値
ＨSAA：試験片レンズ（試験前）のヘーズ値
Ｒは値が大きい程、耐擦傷性が良好。
耐熱性の試験は試験片レンズを加熱し、その表面に割れや傷を目視で発見できた場合の温度を耐熱性温度とした。
以上の実験結果を表３に示す。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
以上の表３からわかる通り、ベイヤー試験におけるベイヤー値は、実施例１〜３では、６．８〜１０．８であるのに対して、比較例１〜２では、３．２〜３．５であり、実施例が比較例に比べてベイヤー試験による耐擦傷性が良好である。
そして、耐熱性は、実施例１〜３、比較例２では、７５〜８０℃であるのに対して、比較例１では７０℃であり、耐熱性が低いことがわかる。
以上の通り、反射防止層としての機能を有するとともに、ベイヤー値と耐熱性との双方とも良好な値を示すのは実施例１〜３である。
【００３５】
なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
例えば、反射防止層３の形成方法に制限はなく、電子ビーム蒸着法以外にも、高周波スパッタリング法、直流スパッタリング法、ＣＶＤ法（化学気相成長法）イオンプレーティング法等種々の方法が採用できる。
【００３６】
さらに、前記実施形態では、光学物品を眼鏡レンズとして説明したが、本発明の光学物品は眼鏡レンズ以外、例えば、カメラ用レンズ、顕微鏡レンズを始め各種光学レンズとしてもよく、あるいは、プリズム等の光学素子としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、眼鏡レンズに利用できる他、カメラ用レンズを始め各種光学レンズ等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる眼鏡レンズの断面図。
【図２】反射防止層の製造に用いる蒸着装置の模式図。
【符号の説明】
【００３９】
１…レンズ基材、２…ハードコート層、３…反射防止層、３１…第１層（低屈折率層）、３２…第２層（高屈折率層）、３３…第３層（低屈折率層）、３４…第４層（高屈折率層）、３５…第５層（低屈折率層）、３６…第６層（高屈折率層）、３７…第７層（低屈折率層）
【図１】
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【図２】
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