JP5173076B2 - 光学部品およびその製造方法 - Google Patents
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Description
また、目の健康に対して、可視光線の青色領域(380〜500nm)はエネルギーが強いため、網膜などの損傷の原因になると言われている。青色光による損傷を「ブルーライトハザード」といい、特に435〜440nm近辺が最も危険であり、この領域の光をカットすることが望ましいと言われている。
また、本発明の光学部品の製造方法によれば、眩しさが低減され、見え易く、疲労、眼病予防にも効果的な光学特性を有した光学部品を提供することが可能となる。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図1は、本発明の光学部品の第一の実施形態を模式的に示す側断面図であり、図1において符号1は眼鏡レンズ用の光学部品である。
この光学部品1は、プラスチック基材2と、プラスチック基材2の凸面上に配設された無機多層膜3とを備えて構成されている。プラスチック基材2の凸面と無機多層膜3との間には、本実施形態では機能性薄膜4が配設されている。この機能性薄膜4は、本実施形態ではプライマー層5とハードコート層6とからなっている。
また、プラスチック基材2は透光性を有していれば透明でなくてもよく、着色されていてもよい。着色されたプラスチック基材2の透過率は、5〜85%であることが好ましい。
プライマー層5は、プラスチック基材2とハードコート層6との密着性を良好にするためのもので、密着層として機能するようになっている。また、光学部品1に対する衝撃を吸収するためのものでもあり、衝撃吸収層としても機能するようになっている。
ハードコート層6は、例えばオルガノシロキサン系ハードコート層からなっている。オルガノシロキサン系ハードコート層は、オルガノシロキサン系樹脂に無機酸化物の微粒子を分散させたものである。無機酸化物としては、例えばルチル型の酸化チタンや、ケイ素、錫、ジルコニウム、及びアンチモンの酸化物が好適に用いられる。また、ハードコート層6として、例えば特公平4−55615号公報に開示されているような、コロイド状シリカ含有の有機ケイ素系樹脂であってもよい。ハードコート層6の厚み(実際の厚み)については、2μm以上4μm以下程度とするのが好ましい。
また、本実施形態において、無機多層膜を構成する高屈折率無機材料と低屈折率無機材料との間に、厚さ20nm以下の誘電体膜又は金属膜を配設してもよい。なお、誘電体膜又は金属膜の厚さは、10nm以下であってもよい。
かかる平均反射率の範囲にあれば、眼鏡レンズとして使用した場合、充分な防眩効果が得られ、かつ良好な視認性を維持することができる。該波長域における平均反射率を10%以上にした場合、かかる眼鏡をかけた者は、眼鏡レンズの特に凹面からの入射光による反射にわずらわしさを感じるようになる。前記平均反射率は3〜10%であることが好ましい。
また、本実施形態においては、多層膜として無機多層膜を用いているが、本発明の効果を損なわない限り、有機多層膜を用いてもよい。
また、高屈折率層7については、前記したように第1層9、第2層10、第3層11の三層構造で形成することなく、上述した反射率についての条件を満たせば、二層、あるいは四層以上で構成することもできる。
この撥水撥油膜12は、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を主成分とするもので、撥液性(撥水性、撥油性)を有するものである。すなわち、この撥水撥油膜12は、光学部品の表面エネルギーを低下させ、水やけ防止、汚れ防止の機能を発揮するとともに、光学部品表面のすべり性能を向上させ、その結果として、耐擦傷性を向上させることができる。
フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物としては、下記一般式(1):
及び下記一般式(2)〜(5):
及び下記一般式(6):
の中から選択される。
一般式(1)〜(5)で示されるフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物としては、ダイキン工業株式会社製オプツール−DSX、オプツール−AES4などを用いることができる。また、一般式(6)示されるフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物としては、信越化学工業株式会社製KY−130、KY−164などを用いることができる。
図2は、本発明の光学部品の第二の実施形態を模式的に示す側断面図であり、図1において符号1’は眼鏡レンズ用の光学部品である。図2において、図1に示した光学部品1と同じ構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。
この光学部品1’は、第一の実施形態の光学部品1の構造に加えて、プラスチック基材2の凹面上に配設された無機多層膜3’を備えて構成されている。プラスチック基材2の凹面と無機多層膜3’との間には、本実施形態では機能性薄膜4が配設されている。この機能性薄膜4は、本実施形態ではプライマー層5とハードコート層6とからなっている。
本実施形態における第1層9’、 第2層10’、 第3層11’に用いられる無機材料としては、第一の実施形態における第1層9、 第2層10、第3層11に用いられる無機材料と同様のものが挙げられる。
高屈折率層7’については、第一の実施形態における高屈折率層7と同様に、三層構造で形成することなく、二層、あるいは四層以上で構成することもできる。
また、本実施形態において、無機多層膜を構成する高屈折率無機材料と低屈折率無機材料との間に、厚さ20nm以下の誘電体膜又は金属膜を配設してもよい。なお、誘電体膜又は金属膜の厚さは、10nm以下であってもよい。
また、本実施形態においては、多層膜として無機多層膜を用いているが、本発明の効果を損なわない限り、有機多層膜を用いてもよい。
本実施形態の製造方法は、プラスチック基材2に対して従来と同様の方法で機能性薄膜4(プライマー層5、ハードコート層6)を形成する工程と、プラスチック基材2を加熱する工程と、加熱によってプラスチック基材2を所定温度(例えば70℃)に調整した後、このプラスチック基材2上に無機多層膜3を形成する工程と、無機多層膜3上に撥水撥油膜12を形成する工程と、を備えてなる。
なお、第1蒸着源35Aとして酸化ジルコニウム(ZrO)からなる蒸着源を用い、第2チャンバ32の内部空間に酸素を導入しながら第1蒸着源35Aにビームを照射し、二酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる高屈折率無機材料層を形成するようにしてもよい。
撥水撥油膜12の形成方法としては、ディッピング法、スピンコート法、スプレー法などの湿式法、あるいは真空蒸着法などの乾式法がある。
湿式法の中では、ディッピング法が一般的であり、よく用いられる。この方法は、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を有機溶剤に溶解した液中に、無機多層膜3まで形成し光学部品を浸漬し、一定条件で引き上げ、乾燥させて成膜する方法である。有機溶剤としては、パーフルオロヘキサン、パーフルオロ−4−メトキシブタン、パーフルオロ−4−エトキシブタン、メタキシレンヘキサフルオライドなどが使用される。
乾式法の中では、真空蒸着法がよく用いられる。この方法は、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を真空槽内で加熱して蒸発させ、撥水撥油膜12を形成する方法である。
また、光学部品の製造方法にあっては、このようなバランスのとれた優れた光学部品を確実に提供することができる。
ウレタン系合成樹脂基板上に、屈折率1.67のシリコン系ハードコート、及び屈折率1.67のプライマーコートを加熱硬化にて施し、以下に示すように真空蒸着法により成膜した。
凸面:レンズを真空槽内に設けられた回転するドームにセットし、真空槽内の温度を70度に加熱し、圧力が1.0×10−3Paになるまで排気し、加速電圧500V、加速電流100mAの条件でArイオンビームクリーニングを60秒間施した後、プラスチック基材側から順次、第1層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.035λ、第2層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.565λ、第3層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.075λ、第4層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.04λ、第5層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.32λ、第6層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.26λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
凹面:凸面と同様の装置、加工雰囲気、前処理後、プラスチック基材側から順次、第1層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.10λ、第2層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.16λ、第3層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.06λ、第4層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.25λ、第5層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.28λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
実施例1における分光特性を図1に示す。
凸面:レンズを真空槽内に設けられた回転するドームにセットし、真空槽内の温度を70度に加熱し、圧力が1.0×10−3Paになるまで排気し、加速電圧500V、加速電流100mAの条件でArイオンビームクリーニングを60秒間施した後、プラスチック基材側から順次、第1層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.07λ、第2層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.59λ、第3層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.06λ、第4層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.04λ、第5層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.3λ、第6層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.265λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
凹面:凸面と同様の装置、加工雰囲気、前処理後、プラスチック基材側から順次、第1層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.10λ、第2層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.16λ、第3層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.06λ、第4層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.25λ、第5層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.28λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
実施例2における分光特性を図2に示す。
凸面:レンズを真空槽内に設けられた回転するドームにセットし、真空槽内の温度を70度に加熱し、圧力が1.0×10−3Paになるまで排気し、加速電圧500V、加速電流100mAの条件でArイオンビームクリーニングを60秒間施した後、プラスチック基材側から順次、第1層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.095λ、第2層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.595λ、第3層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.05λ、第4層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.03λ、第5層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.305λ、第6層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.275λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
凹面:凸面と同様の装置、加工雰囲気、前処理後、プラスチック基材側から順次、第1層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.10λ、第2層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.16λ、第3層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.06λ、第4層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.25λ、第5層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.28λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
実施例3における分光特性を図3に示す。
凸面、凹面:レンズを真空槽内に設けられた回転するドームにセットし、真空槽内の温度を70度に加熱し、圧力が1.0×10−3Paになるまで排気し、加速電圧500V、加速電流100mAの条件でArイオンビームクリーニングを60秒間施した後、プラスチック基材側から順次、第1層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.10λ、第2層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.16λ、第3層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.06λ、第4層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.25λ、第5層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.28λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
比較例1における分光特性を図4に示す。
(装用評価)
実施例に沿って作製した光学部品を装備した眼鏡を装用し、パソコンによるデスクワーク時に装用し、比較例に沿って作製した光学部品を装備した眼鏡との評価を行った。評価時の条件及び、判定項目は以下の通りである。
モニタ人数 :10名
ディスプレイ:17インチ液晶ディスプレイ
作業時間 :1時間/日
装用期間 :1週間
判定項目 :1.眩しさ 2.表示文字等の見え易さ 3.疲労感
実施例1〜3、比較例1の内、各評価項目に最も適していたものを○と評価した。結果を表2に示す。
実施例1〜3、比較例1の内、実施例2が、各評価項目に最も適していたと評価した人数
1.眩しさ :4/10名
2.表示の見え易さ :5/10名
3.疲労感 :6/10名
合成樹脂基板上に、屈折率1.67のシリコン系ハードコートを加熱硬化にて施し、以下に示すように真空蒸着法により成膜した。
≪実験1≫の実施例2と同様の成膜条件にて成膜を行った。
凸面:レンズを真空槽内に設けられた回転するドームにセットし、真空槽内の温度を70度に加熱し、圧力が1.0×10−3Paになるまで排気し、加速電圧500V、加速電流100mAの条件でArイオンビームクリーニングを60秒間施した後、プラスチック基材側から順次、第1層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.155λ、第2層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.045λ、第3層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.5λ、第4層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.335λで積層した。積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
凹面:凸面と同様の装置、加工雰囲気、前処理後、プラスチック基材側から順次、第1層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.10λ、第2層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.16λ、第3層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.06λ、第4層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.25λ、第5層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.28λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
実施例4における分光特性を図5に示す。
≪実験1≫の比較例1と同様の成膜条件にて成膜を行った。
(装用評価)
実施例に沿って作製した光学部品を装備した眼鏡を装用し、パソコンによるデスクワーク時に装用し、比較例に沿って作製した光学部品を装備した眼鏡との評価を行った。評価時の条件及び、判定項目は以下の通りである。
モニタ人数 :20名
ディスプレイ:17インチ液晶ディスプレイ
作業時間 :1時間/日
装用期間 :1週間
判定項目 :1.眩しさ 2.表示文字等の見え易さ 3.疲労感
実施例2、4、比較例1の内、各評価項目に最も適していたものを○と評価した。○と評価したモニタ人数の合計を表4及び図6に示す。
ウレタン系合成樹脂基板上に、屈折率1.67のシリコン系ハードコート、及び屈折率1.67のプライマーコートを加熱硬化にて施し、以下に示すように真空蒸着法により成膜した。
凸面、凹面:レンズを真空槽内に設けられた回転するドームにセットし、真空槽内の温度を70度に加熱し、圧力が1.0×10−3Paになるまで排気し、加速電圧500V、加速電流100mAの条件でArイオンビームクリーニングを60秒間施した後、プラスチック基材側から順次、第1層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.10λ、第2層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.10λ、第3層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.205λ、第4層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.06λ、第5層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.16λ、第6層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.335λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
実施例5における分光特性を図10に示す。
凸面:レンズを真空槽内に設けられた回転するドームにセットし、真空槽内の温度を70度に加熱し、圧力が1.0×10−3Paになるまで排気し、加速電圧500V、加速電流100mAの条件でArイオンビームクリーニングを60秒間施した後、プラスチック基材側から順次、第1層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.125λ、第2層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.095λ、第3層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.21λ、第4層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.07λ、第5層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.14λ、第6層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.35λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
凹面:凸面と同様の装置、加工雰囲気、前処理後、プラスチック基材側から順次、第1層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.105λ、第2層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.095λ、第3層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.23λ、第4層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.07λ、第5層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.14λ、第6層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.33λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
実施例6における凸面の分光特性を図11に示し、凹面の分光特性を図12に示す。
凸面:レンズを真空槽内に設けられた回転するドームにセットし、真空槽内の温度を70度に加熱し、圧力が1.0×10−3Paになるまで排気し、加速電圧500V、加速電流100mAの条件でArイオンビームクリーニングを60秒間施した後、プラスチック基材側から順次、第1層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.135λ、第2層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.085λ、第3層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.20λ、第4層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.055λ、第5層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.19λ、第6層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.35λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
凹面:凸面と同様の装置、加工雰囲気、前処理後、プラスチック基材側から順次、第1層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.11λ、第2層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.09λ、第3層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.22λ、第4層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.06λ、第5層ZrO2(屈折率2.00)を光学的膜厚0.20λ、第6層SiO2(屈折率1.47)を光学的膜厚0.33λで積層した。尚、λは設計の中心波長で500nmとした。
実施例7における凸面の分光特性を図13に示し、凹面の分光特性を図14に示す。
(装用評価)
実施例に沿って作製した光学部品を装備した眼鏡を、パソコンによるデスクワーク時に装用し評価を行った。評価時の条件及び、判定項目は以下の通りである。
モニタ人数 :20名
ディスプレイ:17インチ液晶ディスプレイ
作業時間 :1時間/日
装用期間 :2週間
判定項目 :1.眩しさ 2.表示文字等の見え易さ 3.疲労感
実施例5〜7の内、各評価項目に最も適していたものを○と評価した。○と評価したモニタ人数の合計を表6及び図15に示す。
Claims (14)
- プラスチック基材と、前記プラスチック基材の凸面及び凹面からなる両面の少なくとも凸面上に配設された多層膜とを備えた光学部品であって、
前記多層膜は、400〜500nmの波長範囲における平均反射率が2〜10%であり、前記プラスチック基材の凸面上に配設された多層膜の400〜500nmの波長範囲における平均反射率は、前記プラスチック基材の凹面上に配設された多層膜の400〜500nmの波長範囲における平均反射率よりも大きいことを特徴とする光学部品。 - 前記多層膜は、580〜780nmの波長範囲における反射率が1.5%以下である請求項1に記載の光学部品。
- 前記プラスチック基材の凹面上に380〜780nmの波長範囲における平均反射率が1.5%以下の反射防止膜が配設された請求項1又は2に記載の光学部品。
- 前記プラスチック基材の凸面上に配設された多層膜は、400〜500nmの波長範囲における平均反射率が5〜10%であり、前記プラスチック基材の凹面上に配設された多層膜は、400〜500nmの波長範囲における平均反射率が2〜4%である請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学部品。
- 前記プラスチック基材は、着色され、その透過率が5〜85%である請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学部品。
- 前記プラスチック基材から最も遠い前記多層膜の最外層の上に、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を含む撥水撥油膜を更に備える請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学部品。
- 前記フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物は、下記一般式(1):
及び下記一般式(2)〜(5):
及び下記一般式(6):
の中から選択される1種類以上のフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物である請求項6に記載の光学部品。 - 前記多層膜は、4層以上の多層膜である請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学部品。
- 前記プラスチック基材と前記多層膜との間に、機能性薄膜を備えたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の光学部品。
- 前記多層膜を構成する高屈折率材料と低屈折率材料との間に、厚さ20nm以下の誘電体膜又は金属膜を備えたことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の光学部品。
- 前記高屈折率材料は、二酸化ジルコニウムを含み、前記低屈折率材料は、二酸化珪素を含むことを特徴とする請求項10に記載の光学部品。
- 眼鏡レンズ用である請求項1〜11のいずれか一項に記載の光学部品。
- プラスチック基材と、前記プラスチック基材の凸面及び凹面からなる両面の少なくとも凸面上に配設された多層膜とを備えた光学部品の製造方法であって、
前記プラスチック基材を加熱する工程と、前記加熱によって前記プラスチック基材を所定温度に調整した後、前記プラスチック基材上に前記多層膜を形成する工程を備え、
前記多層膜を形成する工程は、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に複数積層し多層構造の高屈折率層を形成する処理と、前記高屈折率層上に、この高屈折率層より低い屈折率の低屈折率材料からなる低屈折率層を形成する処理と、を有するとともに、
前記多層膜の400〜500nmの波長範囲における平均反射率を2〜10%となるようにし、前記プラスチック基材の凸面上に配設された多層膜の400〜500nmの波長範囲における平均反射率が、前記プラスチック基材の凹面上に配設された多層膜の400〜500nmの波長範囲における平均反射率よりも大きくなるようにすることを特徴とする請求項1〜12のいずれかの一項に記載の光学部品の製造方法。 - 前記多層膜を真空蒸着法を用いて形成する工程を含む請求項13に記載の光学部品の製造方法。
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