JPH0258002A - 光学レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、メガネ、カメラや光学ディスク駆動装置の光
学ピックアンプ等に使用される光学レンズに関するもの
であり、特に合成樹脂製の光学レンズの反射防止膜の改
良に関するものである。

〔発明の概要］ 本発明は、合成樹脂からなるレンズ体表面に反射防止膜
が形成されてなる光学レンズにおいて、前記反射防止膜
を所定の特性を有した無機材料からなる４層構造とする
ことにより、レンズ体との被着性を高め、残留膜応力を
低減させ光学特性を向上させるとともに、耐摩耗性や化
学耐久性の改善を図ろうとするものである。

〔従来の技術〕

従来、光学系レンズを構成するレンズ体の材料としては
、光学特性や表面強度等、各種の観点から無機ガラスが
使用されてきたが、近年加工の容易性や量産性に優れる
等の特性を有する合成樹脂が無機ガラスに代わってレン
ズ体の材料として広く使用されるようになってきている
。

しかしながら、合成樹脂よりなるレンズ体は、上述の如
く加工の容易性や量産性等には優れるものの、一方では
加工形成したレンズの表面が非常に軟らかいため傷が付
きやすいこと、またレンズ体表面の光の反射率が無機ガ
ラスと同様に高いこと等の問題を残している。

したがって、上記問題点を解決する目的で、合成樹脂よ
りなるレンズ体の表面にも無機ガラスと同様何らかの保
護膜１反射防止膜を形成する必要があるが、この場合無
機ガラスと異なり、様々な困難を伴う。

例えば、合成樹脂上に光学薄膜を蒸着する上で問題とな
るのは、成膜後の膜強度であり、膜の特性としてレンズ
体表面との密着性、耐擦傷性、化学耐久性に優れている
ことが重要である。ところが、合成樹脂よりなるレンズ
体では無機ガラスの場合のように蒸着時にレンズ体を２
００〜３５０°Ｃに加熱することができず、強固な膜が
形成されない。また、レンズ体を加熱することができた
としても５０〜１００°Ｃ程度であり、この場合でもレ
ンズ体内部からのガスの放出が多く、問題の解決とはな
らない。

［発明が解決しようとする課題］ このような状況から、低温での蒸着でも十分な膜強度を
得ることのできる蒸着物質を探し出し合成樹脂製のレン
ズ体に適した反射防止膜の開発が必要があるが、本来の
反射防止膜としての分光特性を満たさなくてはならない
上に、合成樹脂よりなるレンズ体表面を変形させないこ
とも要求されるため、その開発は困難を極めている。

特に、これまで耐擦傷性、化学耐久性１分光特性等につ
いてはある程度改善された設計例が知られているものの
、その多くは合成樹脂という柔らかなレンズ体表面での
膜自体が持つ残留応力までは考慮されていないため、超
高精度レンズでは変形が無視できなくなっている。一般
に、光学ピンクアンプのレンズ等のように、波面精度が
要求されレンズに対する膜応力が問題となる場合には、
反射防止膜がレンズ表面を歪ませる原因となり、使用で
きないものが多い。

そこで本発明は、上述の従来の実情に鑑みて提案された
ものであって、膜強度に優れしかも膜応力の少ない反射
防止膜を開発することを目的とし、これによって耐擦傷
性や化学耐久性ばかりでなく光学特性にも優れた光学レ
ンズを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、上述の目的を達成せんものと鋭意研究の
結果、反射防止膜を所定の特性を有する無機材料の４層
構造とすることが有効であるとの知見を得て本発明を完
成するに至ったもので、合成樹脂からなるレンズ体表面
に、上記合成樹脂との被着性に優れた材料よりなる第１
層と、分光特性を満足する材料よりなる第２層と、耐擦
傷性。

化学耐久性に優れた材料よりなる第３層と、分光特性を
満足する材料よりなる第４層とが順次積層され反射防止
膜とされたことを特徴とするものである。

すなわち、本発明の光学レンズは、第１図に示すように
、合成樹脂よりなるレンズ体（１）の表面に、第１層（
２）、第２層（３）、第３層（４）、第４層（５）から
なる反射防止膜が形成されてなるものである。

本発明において、レンズ体（１）を構成する合成樹脂と
しては、例えばジエチレングリコールビスアリルカーポ
不−ト樹脂をはしめ、ポリメチルメタクリレート、ポリ
スチレン、ポリカーポ第一ト、ポリ塩化ビニル等の各種
合成樹脂が使用可能である。

一方、上記合成樹脂よりなるレンズ体（１）の表面に形
成される４層構造の反射防止膜は、各々固をの特性を有
した無機材料が使用されている。

先ず、レンズ体（１）と直接接する第１層（２）には、
合成樹脂よりなるレンズ体との被着性に非常に優れた材
料が用いられており、これによりレンズ体（１）を加熱
することなく密着性の優れた反射防止膜とすることがで
きる。この第１層（２）の材料としては、例えば５１０
Ｘ（ただし１≦Ｘ≦２）等が使用可能である。このＳｉ
ｎ、は合成樹脂に非常に良好に付着する無機材料であり
、したがって合成樹脂の表面上に直接接触して形成され
る第１層（２）の材料として非常に適切なものである。

ただし、このＳ　ｉ　Ｏ，よりなる第１層（２）は残留
膜応力が非常に強く、合成樹脂よりなるレンズ体（１）
の表面を歪ませる虞れがある。そこで、当該第１層（２
）のＮ厚は３００Å以下とすることが好ましい。本発明
者等の実験によれば、層厚が３００人より大きい場合に
はレンズ体（１）の表面に歪みが生ずるのに対して、３
００Å以下であればレンズ体（］）表面の歪みは問題と
ならないレベルに＋ｍえられることがわかった。なお、
下限については特に制約されるものではな（、僅かであ
っても密着性改善の効果が得られるが、第１層（２）を
設けたことによる効果を期待する点から５０Å以上の層
厚は必要であろう。

次に、上記第１層（２）の上に積層形成される第２層（
３）には、光学レンズの分光特性を満足し且つ残留膜応
力をキャンセルするような特性を存した材料が用いられ
る。この両者の特性を満足し第２層（３）に使用可能な
材料としては、Ｃｅ　ＯｚやＺｒＯ２等が挙げられ、特
にＣｅ　ＯＺは第２層（３）の材料として良好な特性を
発揮する。

これらＣｅＯ２やＺｒＯ□は、前述の第１層（２）（Ｓ
’ｉ０．）や後述の第３１（４）、第４層（５）に対し
て逆向きの応力が働くような応力を有するもので、膜応
力に対する緩衝材としての役割を果たす。また、ＣｅＯ
２やＺｒＯ□は非常にポーラスな膜であり、層厚を厚く
形成した場合にもレンズ体に変形を起こさせることがな
いという特性も有している。

この第２層（３）の層厚は任意であるが、光学レンズの
反射防止膜としての分光特性を満足させる目的を有した
層でもあるため、この点を考慮して層厚を設定すること
が好ましい。

また、前記第２層（３）上に積層形成される第３層（４
）には、合成樹脂よりなるレンズ体の耐擦傷性及び化学
耐久性を向上させる材料が用いられている。この第３層
（４）の材料としては、Ａ　Ｅ　ｚ　Ｏ。

等が好適である。このＡ　Ｑ　２０　ｘは、蒸着物質と
して非常に安定した材料であるとともに、耐擦傷性及び
化学耐久性に優れた無機材料である。しかしながら、こ
のＡ２□０．は残留膜応力がＳｉｎ、と同様に非常に高
くこしかも蒸発温度が高いため合成樹脂よりなるレンズ
体に対する温度負荷が高（レンズ体表面を歪ませる傾向
が強い。したがって、この第３層（４）の層厚は５００
Å以下とすることが好ましい。第３層（４）の層厚を５
００λ以下と薄くすることによって、成膜後の残留膜応
力を抑えることができ、またこの程度の層厚であれば蒸
着に際してのレンズ体の温度上昇を６０°Ｃ以下程度に
抑えることができる。なお、第３１　（４）に関しても
特に層厚の下限は制約されず、非常に薄い層厚であって
も耐擦傷性、化学耐久性の改善が見られるが、実用的な
効果を得るためには１００Å以上とすることが好ましい
。

最後に、最上層に積層される第４層（５）には、光学レ
ンズの反射防止膜としての分光特性を満足する無機材料
が用いられる。この第４Ｎ（５）は先の第２層（３）と
ともに反射防止膜としてａ能を左右するもので、反射防
止膜の分光特性を維持するために設けられるものである
。当該第４層（５）には、例えば５ｉＣ）、（１≦χ≦
２）が使用されるが、通常は化学的に安定なＳｉＯ２と
される。

また、この第４Ｎ（５）の層厚であるが、所望の光学特
性に応して任意に設定することができ、反射防止の意味
から、例えば単一波長での透過率の向上を図るようにす
る場合には、この光学レンズで使用される光の波長をλ
とし、この第４層（５）を構成する材料の屈折率をｎと
して、その層厚ｄはｎｄ＝λ／４なる式より求められる
値に設定することが好ましい。

上述の各層は、真空蒸着、イオンブレーティング、スパ
ッタリング等のＰＶＤ技術により容易に作成することが
できる。

例えば、５ｉＯＸ膜やＳｉ０ｇ膜は、ＳｉＯを蒸発源と
し、酸化状態を雰囲気等でコントロールすることで作成
される。Ａ　ｌ　ｚ　Ｏ３膜やＣｅ　Ｏｚ膜等について
も、これらを蒸発源として前記ＰＶＤ技術によって容易
に作成される。

〔作用〕

本発明の光学レンズにおいて、反射防止膜のうちの第１
層は、合成樹脂よりなるレンズ体に対する被着強度を確
保する役割を果たす。

また、第２層は、他の各層で発生する残留膜応力をキャ
ンセルする機能を存し、レンズ体表面の歪防止の役割を
果たすと同時に、分光特性を確保する役割をも果たす。

同様に、第３層は耐擦傷性、化学耐久性等、レンズ体を
保護する役割を果たし、第４層は反射防止膜としての本
来の特性である光学特性を維持する機能を果たす。

そして、これらを所定の順序で積層することにより、各
層の特性が相乗的に発渾され、合成樹脂性のレンズ体で
要求される緒特性が同時に満足される。

以下、本発明の光学レンズを光学ピックアップ用レンズ
に適用した実施例について説明するが、本発明がこの実
施例に限定されるものではないことはいうまでもない。

１　　　　　　１〜　　　　５ アクリル系合成樹脂からなるレンズ体表面上に、反射防
止膜として第１表に示す無機材料を、第１表に示す層厚
で順次蒸着形成することにより反射防止膜を形成しサン
プルレンズを作製した。

なお、本実施例で形成した反射防止膜は、波長７８０ｎ
ｍの光を透過させる■コートである。したがって、第１
表中に記載した材料の屈折率ｎを考慮した層厚ｄを算出
する基礎となる波長メは７８０ｎｍである。

（以下余白） 〔実施例］ 上述のようにして作製した各サンプルレンズについて、
引っ掻き耐擦傷性、化学耐久性、干渉縞による透過波面
について測定した。なお、化学耐久性は綿棒にイソプロ
ピルアルコールつけ、この綿棒でサンプルレンズの表面
を擦った後の反射防止膜の変化を目視により観察した。

さらに、干渉縞による透過波面は、サンプルレンズの表
面の干渉縞を計器を用いて測定した。これらフ１１定の
結果を第２表に示す。

第２表 上述の結果より明らかなように、４層構造からなる反射
防止膜を形成したサンプルレンズは、耐擦傷性や化学耐
久性、さらには環境試験後における面変形等が全く生ず
ることなく、非常に良好なレンズであり、高精度が要求
される光学ビックアンプ用レンズとして充分機能するこ
とが確認された。

これに対して、比較例レンズはいずれの特性も非常に悪
（、光学ピックアンプ等のように非常に高精度が要求さ
れるレンズとして使用することは不適切である。

また、実施例１で作騙したサンプルレンズの透過率を測
定したところ、第２図実線で示すように波長７８０ｎｍ
の光に対して９９．５％という非常に良好な透過率を示
している。なお、反射防止膜を形成していない合成樹脂
のみからなるレンズ体の透過率についても合わせて破線
で示したが、波長７８０ｎｍの光に対する透過率は約９
３％とあまり良好でなかった。

［発明の効果］ 以上の説明より明らかなように、本発明においては、合
成樹脂よりなるレンズ体の反射防止膜を所定の特性を有
する無機材料よりなる４層構造としているので、膜強度
に優れ膜応力の少ないものとすることができる。

したがって、レンズ体表面が変形することもなく、超高
精度を要求される光学レンズにおいても優れた光学特性
を確保することができる。

また、前記４層構造を有する反射防止膜は、物理的１機
械的にも優れたものであるので、耐＃！！傷性や化学耐
久性にも優れた光学レンズを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した光学レンズの一例を示す概略
断面図である。 第２図は反射防止膜を形成したレンズの透過率の波長依
存性を反射防止膜を形成していないレンズのそれと比較
して示す特性図である。 レンズ体 第１Ｎ ・・第２層 ・第３層 ・第４層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）合成樹脂からなるレンズ体表面に、 上記合成樹脂との被着性に優れた材料よりなる第１層と
   、 分光特性を満足する材料よりなる第２層と、耐擦傷性、
   化学耐久性に優れた材料よりなる第３層と、 分光特性を満足する材料よりなる第４層とが順次積層さ
   れ反射防止膜とされたことを特徴とする光学レンズ。
2. （２）第１層の層厚が３００Å以下であり、第３層の層
   厚が５００Å以下であることを特徴とする請求項１記載
   の光学レンズ。