JPH08240701A - 光学薄膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポリカーボネイトを含有する合成樹脂の基体
に密着性のよい反射防止膜等を設ける。 【構成】 ＴｉＯ膜等のチタン酸化物膜はポリカーボネ
イトを含有する合成樹脂に対してすぐれた密着性を有
し、しかも、有機溶剤や水分を透過し難い性質を有す
る。そこで、ポリカーボネイトを含有する合成樹脂の基
体Ｂ₁ の表面にＴｉＯ膜１１を第１層とする反射防止膜
１０を設ける。各層の薄膜１１〜１６の成膜中基体Ｂ₁
が無加熱であっても、密着性と耐環境性にすぐれた反射
防止膜を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラ、複写機、ファ
クシミリ、レーザビームプリンタ等の光学機器の光学系
に用いられる合成樹脂製光学部品の光学薄膜に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】カメラ、複写機、ファクシミリ、レーザ
ビームプリンタ等の光学機器においては、これらの光学
系にできるだけ多くの合成樹脂製光学部品を用いること
で、部品コストの低減や軽量化、生産性の向上等を促進
する努力がなされている。

【０００３】光学部品がガラス製で、その表面に反射防
止膜等の光学薄膜を設ける場合には、ガラス製の基体
（光学部品）を２００℃以上に加熱して真空蒸着法によ
って単層または複数層の薄膜を成膜するのが一般的であ
り、この方法によって、基体に対する密着性が良好で優
れた光学特性を有し、かつ、高温高湿の環境下において
も密着性や光学特性が劣化するおそれのない良質の光学
薄膜を得ることができる。

【０００４】ところが、合成樹脂製光学部品の場合には
ガラス製のものに比べて軟化温度が低い（略１１０℃以
下）ため、薄膜の成膜中に上記のような高温に加熱する
ことができず、このために、基体（合成樹脂製光学部
品）に対する光学薄膜の密着性が不充分であり、また光
学薄膜の表面硬度も低くて傷つきやすい等の難点が多
く、実用性に乏しいものとなる。

【０００５】低温で成膜した場合の密着性を向上させる
方法としては、合成樹脂との密着性が良好で硬度の高い
ＳｉＯｘ（シリコン酸化物）層を基体に接する第１層と
する反射防止膜（特公昭５３−０００３０６号公報参
照）や、無極性合成樹脂（弗素系プラスチックやオレフ
ィン系プラスチック）の表面にジルコニウム、ニッケ
ル、チタン等の酸化物を主成分とする金属酸化物を積層
したもの（特開平３−２６００５２号公報参照）が開発
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、ＳｉＯｘ層を基体に接する第１層とす
るものは、ポリメチルメタアクリレート（アクリル）製
の基体に対しては有効であるが、基体がポリカーボネイ
ト（ＰＣ）やポリカーボネイトとポリスチレン等の混合
物である場合には、高温高湿の環境下（例えば、温度７
０℃以上で湿度８５％以上）等において密着性が著しく
劣化する。従って、ポリカーボネイトを含む合成樹脂製
光学部品には不適である。

【０００７】また、ジルコニウム、ニッケル等の酸化物
を主成分とする金属酸化物を積層したものは、無極性の
合成樹脂製光学部品のために開発されたものであり、こ
れをそのまま、構造式の中にカルボニル基を有し従って
高い極性を示すポリカーボネイトを含有する合成樹脂製
光学部品に適用することは難しい。

【０００８】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであって、ポリカーボネイトを含
有する合成樹脂の基体に対して高い密着性を有し、耐環
境性も充分である光学薄膜を提供することを目的とする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光学薄膜はポリカーボネイトを含有する基
体に積層された複数層の薄膜からなる多層膜を有し、前
記複数層の薄膜のうちで、前記基体に接する第１層がチ
タン酸化物膜であることを特徴とする。

【００１０】基体の表面から最も遠い最終層が珪素酸化
物膜であるとよい。

【００１１】

【作用】ＴｉＯ膜やＴｉ₂ Ｏ₃ 膜等のチタン酸化物膜
は、特にポリカーボネイトを含有する合成樹脂に対して
優れた密着性を有し、かつ、有機溶剤や水分が浸透し難
い性質を有する。そこで、ポリカーボネイトを含有する
合成樹脂を基体とする反射防止膜やハーフミラー等の光
学薄膜の第１層にチタン酸化物膜を用いることで、基体
に対する密着性が充分であり、しかも高温高湿の環境下
においても密着性が著しく劣化するおそれのない良質の
光学薄膜を実現する。該光学薄膜は、基体を無加熱で成
膜しても充分な密着性や耐環境性を得ることができる。

【００１２】また、光学薄膜の最終層が、硬質で有機溶
剤や水分を透過し難い性質を有する珪素酸化物膜であれ
ば、摩擦等の機械的刺激によって傷つき難いという長所
が付加されるとともに、耐環境性もより一層向上する。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１は第１実施例による光学薄膜である反
射防止膜１０を示すもので、ポリカーボネイトをレンズ
形状に射出成形した基体Ｂ₁ の表面に真空蒸着法によっ
て積層された６層の薄膜からなる多層膜を有し、基体Ｂ
₁ の表面に成膜された第１層は膜厚５ｎｍのチタン酸化
物膜であるＴｉＯ膜１１であり、第２層は膜厚１６６ｎ
ｍのＳｉＯ膜１２、第３層は膜厚１２ｎｍのＴｉＯ膜１
３、第４層は膜厚２１ｎｍのＳｉＯ₂ 膜１４、第５層は
膜厚１０６ｎｍのＴｉＯ膜１５、第６層は膜厚８４ｎｍ
の珪素酸化物膜であるＳｉＯ₂ 膜１６である。

【００１５】各層の薄膜１１〜１６の成膜は、いずれ
も、真空室に酸素ガスを導入して圧力１．３３ｅ〜２Ｐ
ａの真空雰囲気のもとに所定の蒸発源を電子ビーム加熱
法によって加熱して蒸発させ、基体Ｂ₁ は無加熱で行な
われたもので、各層の膜厚制御には単色光による反射率
測光法を採用した。

【００１６】図２は反射防止膜１０の分光反射率を測定
した結果を示すグラフである。このグラフから解るよう
に反射防止膜１０は波長４００〜７００ｎｍの範囲で反
射率が１％以下であり極めてすぐれた光学特性を有す
る。

【００１７】また、温度７０℃湿度８５％の高温高湿耐
久槽に１００時間放置したうえで粘着テープによる密着
性のテストを行なったところ、基体Ｂ₁ との間の密着性
は極めて良好であり、カメラレンズ等の光学部品の反射
防止膜として光学特性および耐環境性の双方が充分であ
ることが判明した。

【００１８】本実施例は、基体の表面に成膜する第１層
がポリカーボネイト製の基体に対して極めて密着性にす
ぐれたＴｉＯ膜であるため、基体を無加熱で成膜しても
充分な密着性を得ることができる。また、ＴｉＯ膜等の
チタン酸化物膜は有機溶剤や水分を透過し難い性質を有
するため、高温高湿の環境下において密着性が劣化する
のを回避できる。

【００１９】さらに、反射防止膜の最終層（第６層）が
ＳｉＯ₂ 膜であるために、水分や有機溶剤が反射防止膜
の内部へ侵入するのを防ぎ、前述のように耐環境性が大
きく向上するものと推察される。

【００２０】加えて、表面層が硬度の高いＳｉＯ₂ 膜で
あるために、摩擦等の外部からの機械的刺激に対して傷
つきにくいという利点を有する。

【００２１】比較のために図３に示す反射防止膜２０を
製作してその分光反射率を測定し、測定結果を図４に示
す。

【００２２】図３の反射防止膜２０は、第１実施例と同
様のポリカーボネイトの基体Ｂ₂ にそれぞれ第１実施例
と同様の真空蒸着法によって成膜された膜厚１７０ｎｍ
のＳｉＯ膜２１からなる第１層と、膜厚１５ｎｍのＴｉ
Ｏ膜２２からなる第２層と、膜厚３０ｎｍのＳｉＯ₂ 膜
２３からなる第３層と、膜厚１２０ｎｍのＴｉＯ膜２４
からなる第４層と、膜厚８７ｎｍのＳｉＯ₂ 膜２５から
なる第５層を有する。

【００２３】この反射防止膜２０は、図４に示すよう
に、波長４００〜７００ｎｍの範囲で反射率が１％以下
であるが、温度７０℃湿度８５％の高温高湿耐久槽に１
００時間放置したうえで粘着テープによる密着性のテス
トを行なったところ、反射防止膜が基体Ｂ₂ から剥離
し、密着性の劣化が確認された。従って、カメラレンズ
等光学部品の反射防止膜として用いるのは好ましくな
い。

【００２４】耐環境試験によって密着性が劣化した理由
は、基体に接触する第１層がＳｉＯ膜であり、基体に対
する密着性がＴｉＯ膜に比べて低いためと推察される。

【００２５】図５は第２実施例による光学薄膜である反
射防止膜３０を示すもので、これは、ポリカーボネイト
をレンズ形状に射出成形した基体Ｂ₃ の表面に真空蒸着
法によって成膜された６層の薄膜からなり、第１層は、
Ｔｉをターゲットとして、Ａｒを０．７Ｐａまで真空室
に導入した後、Ｏ₂ を５ｓｃｃｍの流量で同真空室に導
入し、高周波マグネトロンスパッタ法によって成膜した
膜厚１６ｎｍのチタン酸化物膜３１であり、第２層は、
ＳｉＯ₂ をターゲットとして、Ａｒを０．７Ｐａまで真
空室に導入し、高周波マグネトロンスパッタ法によって
成膜した膜厚２９ｎｍのＳｉＯ₂ 膜３２であり、第３層
は、第１層のチタン酸化物膜３１と同様に成膜された膜
厚５８ｎｍのチタン酸化物膜３３であり、第４層は、第
２層のＳｉＯ₂ 膜３２と同様に成膜されたＳｉＯ₂ 膜３
４であり、第５層は、第１層のチタン酸化物膜３１と同
様に成膜された膜厚４５ｎｍのチタン酸化物膜３５であ
り、第６層は、第２層のＳｉＯ₂ 膜３２と同様に成膜さ
れた膜厚９１ｎｍのＳｉＯ₂ 膜３６である。各層の薄膜
３１〜３６の膜厚は、スパッタレートよりスパッタ時間
を逆算し、時間により制御した。このようにして得られ
た反射防止膜３０の分光反射率を測定した結果を図６に
示す。

【００２６】本実施例による反射防止膜３０は、可視域
全域にわたって反射率が１％以下であり、特に波長４１
０〜６８０ｎｍの範囲では０．５％以下の反射率で極め
て高性能な反射防止膜である。また、温度７０℃湿度８
５％の高温高湿耐久層に１００時間放置したうえで粘着
テープによる密着性のテストを実施したとろこ、基体に
対する密着性は良好であり、カメラやビデオの光学系や
メガネレンズ等の反射防止膜として好適であることが判
明した。

【００２７】図７は第３実施例による光学薄膜であるハ
ーフミラー４０を示すもので、これは、ポリカーボネイ
トとポリスチレンの混合物を平板状に射出成形した基体
Ｂ₄と、その表面に真空蒸着法により積層された５層の
薄膜からなり、第１層は真空室の圧力を１．３３ｅ〜２
Ｐａに制御して１３６ｎｍの膜厚に成膜されたチタン酸
化物膜であるＴｉ₂ Ｏ₃ 膜４１であり、第２層は真空室
の圧力が１．３３ｅ〜２Ｐａになるように酸素ガスを導
入して、７８ｎｍの膜厚に成膜されたＳｉＯ₂膜４２で
あり、第３層は第１層のＴｉ₂ Ｏ₃ 膜４１と同様の方法
で５１ｎｍの膜厚に成膜されたＴｉ₂ Ｏ₃ 膜４３であ
り、第４層は第２層のＳｉＯ₂ 膜４２と同様の方法で８
０ｎｍの膜厚に成膜されたＳｉＯ₂ 膜４４であり、第５
層は第１層のＴｉ₂ Ｏ₃ 膜４１と同様の方法で８９ｎｍ
の膜厚に成膜されたＴｉ₂ Ｏ₃ 膜４５である。

【００２８】各層の薄膜４１〜４５の成膜はいずれも所
定の蒸発源を電子ビーム加熱法によって加熱し、基体Ｂ
₄ は無加熱で行なわれ、また、膜厚制御には単色光によ
る反射率測光法を採用した。このようにして得られた反
射防止膜４０の分光反射率を測定した結果を図８に示
す。

【００２９】本実施例によるハーフミラー４０は、可視
域全域の平均反射率が約５０％であり、温度７０℃湿度
８５％の高温高湿耐久槽に１００時間放置したうえで粘
着テープによる密着性のテストを実施したところ、基体
に対する密着性は良好であり、耐久性にすぐれたハーフ
ミラーであることが判明した。

【００３０】比較のために図９に示すハーフミラー５０
を製作してその分光反射率を測定した。図９のハーフミ
ラー５０は、ポリカーボネイトとポリスチレンの混合物
を平板角形状に射出成形した基体Ｂ₅ と、その表面に真
空蒸着法により成膜された６層の薄膜からなり、第１層
は真空室の圧力が１．３３ｅ〜２Ｐａになるように酸素
ガスを導入して５ｎｍの膜厚に成膜したＳｉＯ膜５１、
第２層は真空室の圧力を１．３３ｅ〜２Ｐａに制御して
１３６ｎｍの膜厚に成膜したＴｉ₂ Ｏ₃ 膜５２、第３層
は真空室の圧力が１．３３ｅ〜２Ｐａになるように酸素
ガスを導入して７５ｎｍの膜厚に成膜したＳｉＯ₂ 膜５
３、第４層は第２層のＴｉ₂ Ｏ₃ 膜５２と同様の方法で
５１ｎｍの膜厚に成膜されたＴｉ₂ Ｏ₃ 膜５４、第５層
は第３層のＳｉＯ₂ 膜５３と同様の方法で８０ｎｍの膜
厚に成膜されたＳｉＯ₂ 膜５５、第６層は第２層のＴｉ
₂ Ｏ₃ 膜５２と同様の方法で８９ｎｍの膜厚に成膜され
たＴｉ₂ Ｏ₃ 膜５６であり、第１層のＳｉＯ膜５１の成
膜は蒸発源を抵抗加熱法で加熱し、残りの薄膜５２〜５
６の成膜はいずれも蒸発源を電子ビーム加熱法によって
加熱することによって行なわれた。

【００３１】また、このようにして得られたハーフミラ
ー５０の分光反射率を測定した結果を図１０に示す。ハ
ーフミラー５０は、可視域全域で平均反射率が５０％と
なるものの、温度７０℃湿度８５％の高温高湿耐久槽に
１００時間放置したうえで、粘着テープによる密着性の
テストを実施したところ、基体から膜が剥離した。これ
は、基体５０に接触する第１層がチタン酸化物に比べて
密着性の低いＳｉＯ膜５１であることに起因すると考え
られる。

【００３２】図１１は第４実施例による光学薄膜である
ハーフミラー６０を示すもので、これは、ポリカーボネ
イトを平板角形状に射出成形した基体Ｂ₆ と、その表面
に真空蒸着法により成膜された６層の薄膜からなり、第
１層は真空室を１．３３ｅ〜２Ｐａの圧力に制御して１
２３ｎｍの膜厚に成膜されたＴｉＯ膜６１、第２層は真
空室の圧力が１．３３ｅ〜２Ｐａになるように酸素ガス
を導入して、８１ｎｍの膜厚に成膜されたＳｉＯｘ膜６
２、第３層は第１層のＴｉＯ膜６１と同様の方法で５４
ｎｍの膜厚に成膜されたＴｉＯ膜６３、第４層は第２層
のＳｉＯｘ膜６２と同様の方法で８６ｎｍの膜厚に成膜
されたＳｉＯｘ膜６４、第５層は第１層のＴｉＯ膜６１
と同様の方法で膜厚５９ｎｍに成膜されたＴｉＯ膜６
５、第６層は第２層のＳｉＯｘ膜６２と同様の方法で５
７ｎｍの膜厚に成膜された珪素酸化物膜であるＳｉＯｘ
膜６６である。

【００３３】各層の薄膜６１〜６６の成膜は所定の蒸発
源を抵抗加熱法によって加熱して行なわれ、また、各層
の膜厚は、単色光による反射率測光法により制御した。
このようにして得られたハーフミラー６０の分光反射率
を測定した結果を図１２に示す。本実施例によるハーフ
ミラー６０は、可視域全域の平均反射率が４５％とな
る。また、温度７０℃湿度８５％の高温高湿耐久槽に１
００時間放置したうえで粘着テープによる密着性のテス
トを実施したところ、基体に対する密着性は良好であっ
た。さらに、メタノールとエーテルの混合液をレンズク
リーニングペーパーに浸して５００ｇの加重をかけて表
面を５０往復擦ったが、ハーフミラーの表面には傷や膜
剥離といった変化も認められず、機械的刺激に対する耐
久性も充分であることが判明した。

【００３４】比較のために本実施例のハーフミラーと同
様のハーフミラーをアクリル基板に形成し、温度７０℃
湿度８５％の高温高湿耐久槽に１００時間放置したうえ
で、粘着テープによる密着性のテストを実施したとこ
ろ、基板より膜が剥離しているのが観察された。アクリ
ル基板に対してはチタン酸化物が良好な密着性を持たな
いためと推察される。

【００３５】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。

【００３６】ポリカーボネイトを含有する合成樹脂の基
体に対して高い密着性を有し、耐環境性も充分であって
しかも安価な反射防止膜やハーフミラー等の光学薄膜を
実現できる。

【００３７】このような合成樹脂製光学部品を用いるこ
とで、各種光学機器の軽量化や低コスト化を大きく促進
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例による反射防止膜の膜構成を示す図
である。

【図２】図１の反射防止膜の分光反射率を測定した結果
を示すグラフである。

【図３】第１実施例の一比較例の膜構成を示す図であ
る。

【図４】図３の反射防止膜の分光反射率を測定した結果
を示すグラフである。

【図５】第２実施例による反射防止膜の膜構成を示す図
である。

【図６】図５の反射防止膜の分光反射率を測定した結果
を示すグラフである。

【図７】第３実施例によるハーフミラーの膜構成を示す
図である。

【図８】図７のハーフミラーの分光反射率を測定した結
果を示すグラフである。

【図９】第３実施例の一比較例の膜構成を示す図であ
る。

【図１０】図９のハーフミラーの分光反射率を測定した
結果を示すグラフである。

【図１１】第４実施例によるハーフミラーの膜構成を示
す図である。

【図１２】図１２のハーフミラーの分光反射率を測定し
た結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１１，１３，１５，２２，２４，６１，６３，６５
ＴｉＯ膜 １２，２１，５１ ＳｉＯ膜 １４，１６，２３，２５，３２，３４，３６，４２，４
４，５３，５５ ＳｉＯ₂ 膜 ３１，３３，３５ チタン酸化物膜 ４１，４３，４５，５２，５４，５６ Ｔｉ₂ Ｏ₃ 膜 ６２，６４，６６ ＳｉＯｘ膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリカーボネイトを含有する基体に積層
   された複数層の薄膜からなる多層膜を有し、前記複数層
   の薄膜のうちで、前記基体に接する第１層がチタン酸化
   物膜であることを特徴とする光学薄膜。
2. 【請求項２】 基体の表面から最も遠い最終層が珪素酸
   化物膜であることを特徴とする請求項１記載の光学薄
   膜。
3. 【請求項３】 多層膜が反射防止膜であることを特徴と
   する請求項１または２記載の光学薄膜。
4. 【請求項４】 多層膜がハーフミラーであることを特徴
   とする請求項１または２記載の光学薄膜。