JP2011186149A - 光学部品及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板上に形成された光学薄膜の臨界荷重値、すなわち擦傷性を向上させること。
【解決手段】本発明は、基板上に多層の光学薄膜を成膜してなる光学部品であって、
真空蒸着法で形成された少なくとも１層の前記光学薄膜は、臨界荷重値３０ｍＮ以上であることを特徴とする光学部品である。
ここで、臨界荷重値は、ＪＩＳ Ｒ３２５５「ガラスを基板とした薄膜の付着性試験」と呼ばれる規格に準拠した測定方法を用いて評価した値である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学部品及びその製造方法に関するものである。
近年、光学系を安価で大量に生産するために、樹脂製の基板を用いることが多くなっている。樹脂製の基板はガラス製基板に比較して、硬さが柔らかい。樹脂製の基板上に形成された反射防止膜やローパスフィルターなどの光学薄膜は擦傷性に弱いという特徴がある。それ故、光学薄膜の擦傷性や硬さの向上が求められている。
この問題点を解決する試みとして、特許文献１の光学部材が提案されている。光学部材のＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3からなる成膜原料を用いてなる低屈折率層の薄膜において、膜密度を向上させ、眼鏡レンズに通常用いられるハードコート層なしに、耐スクラッチ性に優れた光学部材を提供することである。膜密度を向上させるために、低屈折率層を形成する際にイオンアシスト法を用いている。
特開特開２００９−１９９０２２号公報
特許文献１記載の光学部材は硬さのみの記載であり、擦傷性については言及がない。別言すれば傷が入ってしまうといった問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、本発明は、基板上に形成された光学薄膜の臨界荷重値、すなわち擦傷性を向上させることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光学部品は、基板上に多層の光学薄膜を成膜してなる光学部品であって、
真空蒸着法で形成された少なくとも１層の前記光学薄膜は、臨界荷重値３０ｍＮ以上であることを特徴とする。
ここで、臨界荷重値は、ＪＩＳ Ｒ３２５５「ガラスを基板とした薄膜の付着性試験」に準拠した測定方法を用いて評価した値である。
また、本発明に係る光学部品において、真空蒸着法で形成された反射防止膜中の少なくとも１層の前記光学薄膜が、ナノインデンテーション測定法による測定値においてヤング率３ＧＰａ以上であることが望ましい。
また、本発明に係る光学部品において、前記光学薄膜の臨界荷重値は、前記基板の臨界荷重値に対して７０％以上であることが望ましい。
また、本発明に係る光学部品において、前記光学薄膜のヤング率(硬さ)は、前記基板のヤング率(硬さ)の１０倍以上であることが望ましい。
また、本発明に係る光学部品において、真空蒸着法で形成された少なくとも１層の前記光学薄膜は、プラズマアシスト法により形成されていることが望ましい。
また、本発明に係る光学部品において、前記光学薄膜は多層膜のうちの最外層であることが望ましい。
また、本発明に係る光学部品において、前記基板の材質が樹脂であることが望ましい。
また、本発明に係る光学部品の製造方法によれば、基板上に光学薄膜を成膜する工程を有する光学部品の製造方法であって、
真空蒸着法で形成された少なくとも１層の前記光学薄膜は、臨界荷重値３０ｍＮ以上であることを特徴とする。
ここで、臨界荷重値は、ＪＩＳ Ｒ３２５５「ガラスを基板とした薄膜の付着性試験」に準拠した測定方法を用いて評価した値である。
また、本発明に係る光学部品の製造方法において、真空蒸着法で形成された反射防止膜中の少なくとも１層の前記光学薄膜が、ナノインデンテーション測定法による測定値においてヤング率３ＧＰａ以上であることが望ましい。
また、本発明に係る光学部品の製造方法において、前記光学薄膜の臨界荷重値は、前記基板の臨界荷重値に対して７０％以上であることが望ましい。
また、本発明に係る光学部品の製造方法において、前記光学薄膜の硬さ（ヤング率）は、前記基板の硬さ（ヤング率）の１０倍以上であることが望ましい。
また、本発明に係る光学部品の製造方法において、真空蒸着法で形成された少なくとも１層の前記光学薄膜は、プラズマアシスト法により形成されていることが望ましい。
また、本発明に係る光学部品の製造方法において、前記光学薄膜は多層膜のうちの最外層であることが望ましい。
また、本発明に係る光学部品の製造方法において、前記基板の材質が樹脂であることが望ましい。
本発明によれば、基板上に形成された光学薄膜の臨界荷重値すなわち擦傷性を向上させることができる、という効果を奏する。
ＳｉＯ２成膜時のプラズマアシスト法の制御パラメータである印加出力（単位Ｗ）と臨界荷重値（ｍＮ）との関係を示す図である。 ＳｉＯ２成膜時のプラズマアシスト法の制御パラメータである印加出力（単位Ｗ）とヤング率（ＧＰａ）との関係を示す図である。
以下に、本発明に係る光学部品及び光学部品の製造方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
本発明の光学部品は、基板上に多層の光学薄膜を成膜してなる光学部品である。光学薄膜の例として、例えば、反射防止膜を用いて説明する。そして、多層膜からなる反射防止膜のうち、少なくとも１層は真空蒸着法で形成されている。この少なくとも１層の反射防止膜は、臨界荷重値３０ｍＮ以上である。
ここで、臨界荷重値は、ＪＩＳ Ｒ３２５５「ガラスを基板とした薄膜の付着性試験」に準拠した測定方法を用いて評価した値である。
実施例１に係る光学部品の反射防止膜の構成を表２に掲げる。基板側から順番に、Ｔa2Ｏ5とＳｉＯ２から構成されている。
樹脂製基板の面上に、低屈折率材料としてＳｉＯ２、高屈折率材料としてＴa2Ｏ5を用いて多層からなる光学薄膜として反射防止膜を形成した。この反射防止膜は、基板側の１層目にＴa2Ｏ5を配し、Ｔa2Ｏ5とＳｉＯ２を交互に積層して、合計４層の構成の反射防止膜とした。基板としてポリカーボネート系樹脂を用いた。この反射防止膜では、Ｔa2Ｏ5とＳｉＯ２の成膜中に、プラズマアシスト法として、プラズマ銃を用いてプラズマ照射を行った。
本実施例で用いられる低屈折率材料のＳｉＯ２については、材料の形状は問わない。顆粒状、焼結体のペレットや溶融体のリングでも良い。主成分がＳｉＯ２であれば、Ａｌ２Ｏ３との混合物質を用いても良い。
高屈折率材料については、Ｔａ２Ｏ５に代えてＴｉＯ２やＮｂ２Ｏ５を用いても良い。低屈折率材料と同様に材料の形状は問わない。
基板は、３０ｍｍ×３０ｍｍの厚さ１．５ｍｍの大きさである。基板の大きさは、以下、全ての実施例において同じである。
本実施例の反射防止膜では、多層膜のうち少なくても１層の光学薄膜を成膜中に、プラズマアシスト法として、プラズマ銃を用いてプラズマ照射を行った。
なお、プラズマアシスト法に代えて、イオンアシスト法を用いることもできる。また、プラズマアシスト法及びイオンアシスト法においては、各層を形成する材料に応じて、パラメータ（例えばガス流量、照射時間、印加出力）を制御することが好ましい。
（擦傷性試験の条件）
次に、臨界荷重値の測定について説明する。臨界荷重値は、光学薄膜の擦傷性に対応する値である。表１に、臨界荷重値を測定するときの条件を掲げる。
Figure 2011186149
カンチレバーの先端にダイヤモンド針が設けられている。針の等価質量が極めて小さいため、針が薄膜の上を走査する際に薄膜表面の微小な変化を高感度に捉えられる。針先の振動はカンチレバーを通してカートリッジ内部で電気信号に変換される。
変換構造を持つカートリッジは、直流信号を出力できない。このため、カートリッジを強制的に水平に励振させることによって交流信号を生成する。針の微小振動を感度良く電気信号に変換できる。試験範囲は１ｍＮ〜１Ｎ程度である。
針先の先端径は、５μｍ〜１００μｍの範囲で選択できる。このため、薄膜表面にかける圧力にはかなりの自由度がある。ダイヤモンド圧子の針径は測定試料によって最適な径を選択する。
（硬さ試験の条件）
次に、ヤング率の測定について説明する。ヤング率は、光学薄膜の硬さに対応する値である。硬さを測定するために、インデンテーション試験を行う。インデンテーション試験では、反射防止膜への荷重と、そのときの変位とを測定する。具体的には、高精度な荷重の印加と、それによる変位を高精度に測定する。
特に、ＣＳＭ法、いわゆる連続剛性測定法によれば、一度の押し込み試験で、各押し込み深さでの硬度と弾性率を連続的に計測するこができる。
測定手順を説明する。まず、荷重ＤＣ信号に微小ＡＣ信号を加え、インデンテーション時に力を微小振動させる。そして、荷重振幅、変位応答振幅／位相を時間に対して測定し、各深さでの剛性（スチフネス）を連続的に計測する。圧子形状は、三角錐のバーコビッチダイヤモンド圧子を用いる。押し込み深さは、膜厚の約３０％を目安とした。
（表２）

１層目 ２層目 ３層目 ４層目 ５層目 ６層目 ７層目
実施例１ Ｔａ2Ｏ5 ＳｉＯ２ Ｔａ2Ｏ5 ＳｉＯ２
実施例２ ＳｉＯ２ ＴｉＯ２ ＳｉＯ２ ＴｉＯ２ ＳｉＯ２
実施例３ ＳｉＯ２ ＴｉＯ２ ＳｉＯ２ ＴｉＯ２ ＳｉＯ２ ＴｉＯ２ ＭｇＦ２
実施例４ ＳｉＯ ＳｉＯ２ ＴｉＯ２ ＳｉＯ２ ＴｉＯ２ ＳｉＯ２
（実施例２）
表２に掲げるように、基板側から順番に、ＳｉＯ２とＴｉＯ２から構成されている。
ここで、ＳｉＯ２層の形成にのみプラズマアシスト法を用いて反射防止膜を作製した。
樹脂製基板の面上に、低屈折率材料としてＳｉＯ２、高屈折率材料としてＴｉＯ２を用いて多層からなる光学薄膜として反射防止膜を形成した。この反射防止膜は、基板側の１層目にＳｉＯ２を配し、ＳｉＯ２とＴｉＯ２を交互に積層して、合計５層の構成の反射防止膜とした。この反射防止膜では、ＳｉＯ２の成膜中に、プラズマアシスト法として、プラズマ銃を用いてプラズマ照射を行った。
基板としてシクロオレフィン系樹脂を用いた。
（実施例３）
表２に示すように、７層の膜構成である。基板側から順番に、６層目まで、ＳｉＯ２とＴｉＯ２から構成されている。７層目はＭｇＦ２である。ここで、ＳｉＯ２層とＭｇＦ２層の形成にのみプラズマアシスト法を用いて反射防止膜を作製した。基板としてポリカーボネート系樹脂を用いた。
（実施例４）
表２に示すように、実施例２と同様の膜構成で、密着層としてＳｉＯを一層目として、６層構成の反射防止膜を作成した。この反射防止膜では、ＳｉＯ２の成膜中に、プラズマアシスト法として、プラズマ銃を用いてプラズマ照射を行った。基板としてアクリル系樹脂を用いた。
（比較例１）
実施例１と同様の４層の構成で、蒸着法のみで反射防止膜を形成した。
（比較例２）
実施例２と同様の５層の構成で、蒸着法のみで反射防止膜を形成した。
（比較例３）
実施例３と同様の７層の構成で、蒸着法のみで反射防止膜を形成した。
（比較例４）
実施例４と同様の６層の構成で、蒸着法のみで反射防止膜を形成した。
図１は、ＳｉＯ２成膜時のプラズマアシスト法の制御パラメータである印加出力（単位Ｗ）と臨界荷重値（ｍＮ）との関係を示す図である。図２は、ＳｉＯ２成膜時のプラズマアシスト法の制御パラメータである印加出力（単位Ｗ）とヤング率（ＧＰａ）との関係を示す図である。これらの図から分かるように、プラズマ銃への印加出力と臨界加重、ヤング率は比例関係を示している。すなわち、プラズマアシスト法において、所定のパラメータを制御することで、所望の臨界荷重値、ヤング率の薄膜を形成できる。
また、表３に、各実施例と比較例との臨界荷重値、ヤング率の値を掲げる。
（表３）

名称 臨界荷重値（ｍＮ） ヤング率（ＧＰａ）
シクロオレフィン系樹脂 ５０ ０．２３
ポリカーボネート系樹脂 ４０ ０．２０
アクリル系樹脂 １１０ ０．２６
実施例１ ４０ ４．０
実施例２ ５５ ３．５
実施例３ ５０ ３．５
実施例４ １１０ ３．３
比較例１ ３２ ２．０
比較例２ ３２ ２．０
比較例３ ２７ ２．０
比較例４ ３５ ２．０
実施例１〜４において、反射防止膜の臨界荷重値は、基板の臨界荷重値に対して７０％以上である。
また、反射防止膜のヤング率は、基板のヤング率の１０倍以上である。
さらに、上述の光学薄膜は、多層膜のうちの最外層であることが望ましい。
また、光学薄膜を成膜する際のプラズマアシストのガスの種類は問わない。酸素ガスまたはアルゴンガスとの混合ガスを用いたプラズマアシスト法により形成されていることが望ましい。
本発明によれば、光学薄膜の擦傷性（臨界荷重値）、硬さ（ヤング率）が向上する。その結果、安価で軽量な光学系を構成することができる、という効果を奏する。
以上のように、本発明に光学薄膜は、安価で軽量な光学系に有用である。

Claims (14)

  1. 基板上に多層の光学薄膜を成膜してなる光学部品であって、
    真空蒸着法で形成された少なくとも１層の前記光学薄膜は、臨界荷重値３０ｍＮ以上であることを特徴とする光学部品。
    ここで、臨界荷重値は、ＪＩＳ Ｒ３２５５「ガラスを基板とした薄膜の付着性試験」に準拠した測定方法を用いて評価した値である。
  2. 真空蒸着法で形成された反射防止膜中の少なくとも１層の前記光学薄膜が、ナノインデンテーション測定法による測定値においてヤング率３ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
  3. 前記光学薄膜の臨界荷重値は、前記基板の臨界荷重値に対して７０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学部品。
  4. 前記光学薄膜のヤング率は、前記基板のヤング率の１０倍以上であることを特徴とする請求項３に記載の光学部品。
  5. 真空蒸着法で形成された少なくとも１層の前記光学薄膜は、プラズマアシスト法により形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学部品。
  6. 前記光学薄膜は多層膜のうちの最外層であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学部品。
  7. 前記基板の材質が樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学部品。
  8. 基板上に光学薄膜を成膜する工程を有する光学部品の製造方法であって、
    真空蒸着法で形成された少なくとも１層の前記光学薄膜は、臨界荷重値３０ｍＮ以上であることを特徴とする光学部品の製造方法。
    ここで、臨界荷重値は、ＪＩＳ Ｒ３２５５「ガラスを基板とした薄膜の付着性試験」に準拠した測定方法を用いて評価した値である。
  9. 真空蒸着法で形成された反射防止膜中の少なくとも１層の前記光学薄膜が、ナノインデンテーション測定法による測定値においてヤング率３ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項８に記載の光学部品。
  10. 前記光学薄膜の臨界荷重値は、前記基板の臨界荷重値に対して７０％以上であることを特徴とする請求項８または９に記載の光学部品の製造方法。
  11. 前記光学薄膜の硬さは、前記基板の硬さの１０倍以上であることを特徴とする請求項１０に記載の光学部品の製造方法。
  12. 真空蒸着法で形成された少なくとも１層の前記光学薄膜は、プラズマアシスト法により形成されていることを特徴とする請求項８〜１１に記載の光学部品の製造方法。
  13. 前記光学薄膜は多層膜のうちの最外層であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載の光学部品の製造方法。
  14. 前記基板の材質が樹脂であることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項に記載の光学部品の製造方法。
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