超低残留反射及び低応力レンズコーティング
光学レンズ又はその他の光学製品に反射防止（ＡＲ）コーティングをコーティングするための方法が提供される。これらのレンズは、低い反射率を有し、ほぼ白色の反射光を発し、かつ低応力ＡＲコーティングを有し、低応力レンズ基材を提供するモールディング工程を使用して製造される光学レンズに理想的に適合する。１の態様において、この方法は特殊なコーティング組成物を使用し、その１つは高屈折率組成物であり、他方は低屈折率組成物である。別の態様においては従来の気相蒸着装置とともに光学モニタを使用する方法が開示されており、それにおいては光学基準レンズを使用し、反射光の特定の光の周波数を測定し、次にこの測定値を用いて所望の光学的なコーティングが達成された時点を決定する。さらに別の態様においては、好ましくは反射光の青色対緑色対赤色の特定の比を使用して、各層の光学的な厚さを計算する。また、各層の光学的な厚さを必要に応じて調整し、低屈折率層／高屈折率層間における引張応力と圧縮応力の差を最小にすることによって、ＡＲコーティングの応力がコントロールされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学レンズ用の低応力、低残留反射多層反射防止コーティングに関し、特に、高屈折率反射防止コーティングを形成するための組成物及び低屈折率反射防止コーティングを形成するための組成物、また好ましくは上記組成物を用い、通常の真空蒸着チャンバを用い、反射防止コーティングの光学的性質をコントロールするために光学モニタを用いる光学レンズの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学技術分野においては、ガラスその他の表面からの光の反射が望ましくなく、視覚的不快感を与えることがよく知られている。反射光は、この種の望ましくない効果の中でも特に、使用者に目の眩む感覚を与え、あるいは像を不鮮明にする。光学レンズの場合には特にこれが問題となり、光学レンズ表面からの光の反射を低減するための組成物及び方法が開発されてきた。
【０００３】
従来技術においては、可視スペクトルの全範囲にわたって残留反射を比較的小さい値に確実に保持することを設計上の主たる目標として、非常に多数の反射防止（ＡＲ）コーティングが提案されている。単層または二層コーティングは顕著な進歩を示したが、依然として望ましいとされるよりも残留反射が多く、従来技術はＡＲ特性の向上を３層以上の層を有するＡＲコーティングに頼っている。
【０００４】
積層された各ＡＲ層の光学的な厚さは、通常、ＡＲ効果が最適化又は最大になるようにコントロールされるが、よく知られているように、層の光学的な厚さは、それぞれの層の実際の厚さ（幾何学的な厚さ）と屈折率の積である。光学的な厚さは、通常、使用されるコーティング用に指定された基準光線の波長の小数倍を用いて記述される。設定波長は、多くの場合、約５１０ナノメートル（ｎｍ）〜５５０ｎｍである。各ＡＲ層の光学的な厚さは、Ｎを屈折率、ｄを層の幾何学的な厚さ、λを基準波長として、次に示す一般式によって定義することができる：
Ｎａｄａ＝ｘλ
この式において、ｘは数で、通常は小数であり、波長に乗じる小数を表し、ａは、コーティングされる層を表す整数であり、低い数ほど眼鏡レンズに近い層を示す。通常、ｘは０．２５であり、１／４波長の光学的な厚さを表す。
【０００５】
今日、当技術分野でよく知られているように、各層の光学的な厚さを調整して、屈折率の異なる基材上において同一の結果を得ることができる。
【０００６】
各ＡＲ層の形成においては、積層された層が、厚さ測定のための光の波長の１／４、すなわちλ／４ごとに干渉の最大値を示す。従って、０．２５の倍数の光学的な厚さを伴うこの現象を利用することによって、従来、光学的なＡＲ層の厚さがその形成の間にコントロールされている。
【０００７】
以下の説明においては、便宜上ポリカーボネートレンズについて述べるが、当業者であれば理解されるとおり、本発明は、ポリウレタン、アクリルガラス、ＣＲ−３９等の他のレンズ材料にも適用できる。ポリカーボネートレンズ内の応力は、複屈折及び光学的な歪みをもたらす。通常の環境下では見えないが、２つの偏光を与えたフィラメントの間にポリカーボネートを配置したときそれが明瞭になり、これが、ガラス、ＣＲ−３９、及びその他のこの種の材料のレンズよりポリカーボネートレンズが光学的に劣るとされる理由の１つである。オプティマ（Ｏｐｔｉｍａ）社によって開発された、新しいポリカーボネートレンズ（商品名レゾリューション（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、登録商標）は、この応力ならびに複屈折がなく、したがって現時点においては、ＡＲコーティングを提供する現行の処理ならびにその内在的な応力が、その種のレンズメーカのより大きな関心事となっている。
【０００８】
さらに、ＡＲコーティングは現状では０．７５％から１．５％までの残留反射の間で変動する残留緑色反射を有する。この緑色は、見かけ上も目障りであり、また人間の目が知覚する緑色光の量を減少させる緑色フィルタとして作用する。フィルタリング効果を伴わない、より低い残留反射が、コーティングのパフォーマンスならびに見た目の両方においてはるかに望ましい。また白色光だけが反射されることが好ましい。
【０００９】
ＡＲコーティングの現行の設計及び製造は、今日の業界で充分に理解されており、残留色は、製造をより簡単かつ安価にしようとする設計の中にあって通常は放置されている。現行の技術では、ＡＲコーティングを形成するために必要な個々の層の物理的な厚さのコントロールにクォーツクリスタルモニタを使用している。現行のコーティング基準は、４層ＨＬＨＬコーティングを必要とし、ここでＨはその固有屈折率で選択される高屈折率の誘電体材料を表し、Ｌも同様にその固有屈折率で選択される低屈折率の誘電体材料を表す。各層は、通常、選択された光学的な１／４波長の高屈折率又は低屈折率の材料からなる。低屈折率材料には、ＳｉＯ２及びＭｇＦ２が含まれる。高屈折率材料には、次の材料：Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｙ、Ｃｅ、及びＹｂの酸化物サブグループが含まれる。これらに限定されるわけではないが、これらの材料は今日もっとも広く使用されている。
【００１０】
今日製造されている多くのＡＲコーティングは、接着層、緩衝層、耐磨耗層、及び疎水性表面層をも含む。これらの層は、消費者の観点からのコーティングのパフォーマンスを向上させるために使用されるが、ＡＲコーティングの光学的品質にはほとんど効果を奏していない。
【００１１】
ＡＲコーティングの形成における別の懸念は、高屈折率及び低屈折率の材料が、ＡＲコーティング膜に圧縮応力及び引張応力を同時にもたらすことである。しかしながら現行の反射防止（ＡＲ）コーティング技術は、コーティング自体に内在する応力の量を考慮していない。これは、今日市場に出ているポリカーボネートレンズ等の現行のレンズが、ＡＲコーティングによって追加的に発生する応力の量が重要でないと見なされるほど多くの応力をすでに有しているためである。このことは、現行の製造技術において使用される層の数の制限が試みられている理由の１つである。概して言えば、シリカ等の低屈折率材料は、高屈折率材料によってもたらされる圧縮応力の約５倍の引張応力を生じる。追加された層によってコーティングが厚くなりすぎた場合には、低屈折率材料と高屈折率材料により生じる応力の差によってＡＲ膜が分離し、レンズから剥離し、さらには逆の光学的効果を生じることもあり得る。
【００１２】
現行の技術が層の数を制限している別の理由に、クォーツクリスタルモニタでは、付与された材料の物理的な厚さしか測定できないことが挙げられる。しかしながらＡＲコーティングは、光学的品質に基づいて設計されており、それは使用されている材料の屈折率に大きく依存する。これらの屈折率は、利用可能なＯ２、コーティング速度、及び蒸着温度等のコーティング条件の変化によってシフトすることになる。コーティング内に残る緑色反射は、正常な製造の間におけるこれらの欠陥を巧みに隠し、非常に広い緑色の可視スペクトル内の高いピークの反射は製造の間にシフトすることがあり、熟練した専門家以外には気付かれないことがある。
【００１３】
残留色を伴わない、すなわち白色のＡＲコーティングを形成するため、及び全体的な残留反射を低くするために、製造者は、通常いくつかのＡＲ層を追加しなければならない。これらの層によってもたらされる厚さの増大により、応力が増大し、ＡＲコーティングの層間剥離の可能性が大きくなるので、レンズ製造者はこれらの競合する問題に対処しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記従来技術の問題及び欠点に鑑みて、光学レンズ又はその他の光学製品上に高屈折率のＡＲコーティングを形成するための組成物を提供することを１つの目的とする。
【００１５】
本発明の別の目的は、光学レンズ又はその他の光学製品上に低屈折率のＡＲコーティングを形成するための組成物を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、上記の組成物を使用したＡＲコーティングを有する光学レンズ又はその他の光学製品の製造方法を提供することである。
【００１７】
また本発明は、光学レンズ又はその他の光学製品上に所望のＡＲ光学コーティングを付与するため、ＡＲコーティングを有する光学レンズの、光学モニタを使用した製造方法を提供することをさらに別の目的とする。
【００１８】
さらに本発明は、低い残留反射を有し、反射光が基本的に白色光であり、かつＡＲコーティングが低い応力を有するＡＲコーティングを、光学レンズ及びその他の光学製品にコーティングするための方法を提供することを別の目的とする。
【００１９】
さらにまた本発明は、本発明の方法を使用して製造される光学レンズ及びその他の光学製品を提供することを別の目的とする。
【００２０】
本発明のその他の目的並びに利点は、部分的には自明となり、また部分的にはこの明細書から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記及びその他の目的及び利点は、当業者においては明らかとなろうが、その第１の態様においては、光学レンズ上に高屈折率のＡＲコーティングを形成するためのセリウム酸化物及びチタンの酸化物の混合物からなる組成物についての本発明の中で達成され、それにおいてはセリウム酸化物がこの組成物中約２５重量％未満である。
【００２２】
本発明の別の態様においては、光学レンズ上に低屈折率のＡＲコーティングを形成するためのシリコン酸化物及びアルミニウム酸化物の混合物からなる組成物が提供され、それにおいてはアルミニウム酸化物がこの組成物中約１０重量％未満である。
【００２３】
本発明のさらに別の態様においては、反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光学レンズの製造方法が提供され、当該方法は次の各工程：
１又は複数の光学レンズ及び光学基準レンズを供給する工程；
それらのレンズ及び光学基準レンズを真空蒸着チャンバ内の同一コーティング面内に配置し、当該真空析出チャンバは光学基準レンズと連絡する光学モニタを有するものである工程；
前記チャンバ内に少なくとも１つの高屈折率ＡＲコーティング組成物源及び少なくとも１つの低屈折率ＡＲコーティング組成物源を供給する工程；
光学モニタによる決定に従い、所望の光学的な厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に高屈折率組成物の層を付与する工程；
光学モニタによる決定に従い、所望の光学的な厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に低屈折率組成物の層を付与する工程；及び、
これらのＡＲを付与する工程を、所望のＡＲコーティングが形成されるまで反復する工程；
を含み、上記において光学モニタは、オン／オフ光線をチャンバ内の光学基準レンズに向けるための手段、基準レンズから反射される光を特定周波数において測定するための手段、この測定値を用いて所望の光学的なコーティングの厚さが達成された時点を決定するための手段を含む。
【００２４】
本発明の別の態様においては、反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光学レンズの製造方法が提供され、当該方法は次の工程：
光学レンズを供給する工程；
レンズを真空蒸着装置の真空チャンバ内に配置する工程；
真空チャンバ内に少なくとも１つの高屈折率ＡＲコーティング組成物源及び少なくとも低屈折率ＡＲコーティング組成物源を提供する工程であって、それにおいては高屈折率材料の１つがセリウム酸化物及びチタン酸化物の混合物からなり、低屈折率材料の１つがＳｉＯ２を含む工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に高屈折率材料を付与する工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に低屈折率材料を付与する工程；及び、
これらの付与工程を、所望の反射防止コーティングが形成されるまで反復する工程を包含する。
【００２５】
本発明の別の態様においては、反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光学レンズの製造方法が提供され、当該方法は次の工程：
光学レンズを供給する工程；
レンズを真空析出装置の真空チャンバ内に配置する工程；
真空チャンバ内に少なくとも１つの高屈折率ＡＲコーティング組成物源及び少なくとも低屈折率ＡＲコーティング組成物源を供給する工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが形成されるまでレンズ上に高屈折率材料の層を付与する工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが形成されるまでレンズ上に低屈折率材料の層を付与する工程；及び、
これらの塗布工程を、所望の反射防止コーティングが形成されるまで反復する工程
を含み、それにおいては、青色光：緑色光：赤色光の割合が実質的に白色反射光を提供するように、反射防止コーティングからの反射光がコントロールされることを条件とする。
【００２６】
本発明のさらに別の態様においては、ＡＲコーティング層の光学的な厚さが、必要に応じて調整され、隣接する層の引張応力と圧縮応力の差を最小にする。
【００２７】
本発明のさらに別の態様においては、上記方法によって製造された光学レンズまたはその他の光学製品が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の特徴は新規で、発明に特徴的な要素は特許請求の範囲に示される。図面は説明のためにのみ用いられ、縮尺通りに描かれてはいない。しかし、発明そのものは、その構成に関しても操作方法に関しても、添付の図面に即した詳細な説明を参酌して理解されるであろう。
【００２９】
図１〜３を参照して本発明の好ましい態様を説明し、図中では発明の同様の特徴を示すのに同様の符号を用いる。発明の特徴は、図において必ずしもその縮尺で表されていない。
【００３０】
出願人は、発生する残留反射とコーティング応力に関してＡＲコーティングのコントロールを可能にする、低屈折率及び高屈折率双方の反射防止コーティング組成物を発明した。これにより、所望のレンズを得るために、必要に応じてＡＲ層の数を大幅に増加させることが可能となる。出願人は、光学的厚さとコーティングされる物質の割合をコントロールするために光学モニタを使用する。光学モニタはレンズと同時にコーティング物質を受ける特殊な試験ガラスを使用する。コーティングを本来の場所で光学的に測定することにより、屈折率のわずかな違いを自動的に修正でき、要求される正確な光学的厚さで層のコーティングを停止することができる。一の層で生じるエラーは次の層の不適合を引き起こしうるので、このことは非常に重要である。この点で、光学モニタは光学的に正確である上に、必要に応じて次の層の多少の修正をすることができる。
【００３１】
出願人の発明の最終的な目的は、望まれない残留着色が少なく、低反射及び低応力で、見栄えのよいコーティングである。
【００３２】
本発明は特定の態様に則して説明されるが、当業者であれば特許請求の範囲に記載された発明の範囲と精神から離れずに変更が可能であることが分かるであろう。ＡＲコーティングは特にポリカーボネートレンズのために開発されたが、この技術は、ガラス、ＣＲ−３９を含む有機及び無機のいかなるレンズ素材、及び１．４０から＞１．９０のインデックスのレンズにも利用可能である。
【００３３】
図１について説明すると、レンズに反射防止コーティングを蒸着する従来の真空チャンバが符号１０で表され、これは符号３０で表される光学モニタを含む。
【００３４】
従来のいずれの真空チャンバも使用可能であるが、代表的な例としては、米国特許第３，６９５，９１０号；第５，０２６，４６９号；及び第５，１２４，０１９号に示されたものが挙げられ、これらの特許は参照により取り込まれる。
【００３５】
真空チャンバは、頂部に透明部分１８を有するチャンバ１１を含む。真空チャンバ内には、コーティング材料１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄをそれぞれ保持するのに用いられる容器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄが配置されている。容器とコーティング材料の数は、レンズ基材に塗布される所望の反射防止コーティングにより異なることが当業者には分かるであろう。
【００３６】
Ｅガン１４は、電子を供給するのに用いられ、容器内の材料を揮発させるために各容器に向けられる。揮発させる材料によって、容器はＥガンの電子が容器と材料に当たる位置へと移動する。材料は蒸発し、チャンバの中に矢印で示すように広がる。基材保持部１５は湾曲し（通常はドーム型）、揮発した材料はすべての基材上に均等に付与される。揮発した材料を均等に付与するために、通常は分配シールドが用いられる。４つの基材が符号１６ａ〜１６ｄで示されている。通常は、７５〜１４０個の基材が１つのドームに配置される。基準基材１７は基材保持部１５の中央部に配置され、基材保持部１５上の基材１６と同じ組成及び同じ速度で、揮発した材料によってコートされる。導入口３２はある種のＡＲ層のために酸化物を形成するのに用いられるＯ２のような気体用に使用される。
【００３７】
作業の際には、所望の容器及びコーティング材料が真空チャンバ内で移動し、Ｅガンの電子が容器と材料に当たる位置に移動し、Ｅガンは容器に電子を当て、コーティング材料を揮発させる。コーティング材料は蒸発し、蒸気が基材保持部１５に保持された基材１６のそれぞれをコーティングする。基準基材１７も同様にコーティングされる。このようなコーティング工程と真空チャンバは従来から用いられ、上記特許に示されているように本技術分野でよく知られている。真空蒸着が好ましいが、スパッタリングのような他の方法も用いられる。
【００３８】
コーティング作業の間、光学モニタを使用するのが好ましく、高密度光線２０が光源１９から発射される。光線２０はライトチョッパー２１を通過し、これは光線のオン・オフを行い、オン／オフ光線２２を提供する。オン／オフ光線のシークエンスは、モニタの終端部の光検知部２９と同調する。光線オフの間、光検知部２９はなお大量の環境光を受けるので、このことは重要である。オフの間に受ける光はノイズとしてプログラムされるので、ライトがオンの時に受ける光から引き算される。これにより測定が想定される光のみを実際に測定することが可能となる。
【００３９】
分断された光２２も焦点レンズ２１ａを通過して高反射率ミラー２３に当てられる。高反射率ミラー２３は、光線を反射光線２４に変え、透明開口部１８に向け、チャンバ内に入射してチャンバ内に配置された基準基材１７に当てる。上記のように、基準基材１７はコーティングされる基材１６と同じ曲線上に配置されている。これにより、実際のＡＲ工程において、基準基材１７はコーティングされる各基材と同じＡＲ材料を受けることができる。
【００４０】
反射ビーム２４が基準基材１７に到達するとき、光の大部分は基準基材を透過する。裏側表面から約５％、表側表面から約５％が反射する。光線はモニターガラスの表裏の表面から反射する光線がわずかに異なる角度で戻るように、小さい入射角度でチャンバに入ることが好ましい。基準基材の表側表面から反射した光線のみが測定されるので、このことは重要である。この表側表面から反射した光線は第２の反射光線２５として示されている。裏側表面からの反射光は図示されていない。
【００４１】
この元の光の５％にあたる表側表面から反射した光線２５は透明部１８を経てチャンバから出て、第２の反射ミラー２６に当たり、光検知器２９に向かう。光線２５は、光検知器２９に到達する前に特定の周波数の光のみを透過させる光線フィルタ２７を通過する。この特定の周波数の光は光線２８として示され、この光線は次に光検知器２９に入射する。
【００４２】
本発明の方法によれば、正確に所望の光周波数を有する光学コーティングが得られる。このため、光学コーティングを設計し形成するために、所望のＡＲコーティングの厚さは特定の光周波数によって設計されなければならない。光フィルタ２７は特定の光周波数のみ透過させるようにＡＲコーティングの設計の際に設計者によって選択される。周波数は通常は４８０〜５３０ｎｍである。
【００４３】
検出器２９へと続く特定の周波数の光は、受光量が測定され、検出器はより正確で読み取り可能な強度に光を増幅する。高解像Ａ／Ｄコンバータとマイクロプロセッサの使用により、検出器は光の変化を０．０１％まで検出可能である。光検出器２９は、光強度のデータを蒸発制御システム３１に送り、ここでその情報を用いて付与される材料の各層の光学的厚さを決定し、所望の光学的厚さのコーティングがレンズ上になされたときに付与される材料の蒸発を停止するタイミングを決定する。光学モニタ３０はコーティング工程の間、光学挙動の変化を読み取り、同時にレンズ表面上の光学挙動の実際の変化を読み取るので、モニタは非常に正確になる。モニタ３０により、また、システムはコーティング工程の間、反射率のシフトの多少の修正を行うことができる。モニタ３０はコーティングの光学挙動に依存し、基材上にコーティングされる材料の物理的厚さには依存しないことに留意すべきである。
【００４４】
ＡＲコーティングの応力も上記のように、設計上ＡＲコーティングの光学的厚さを変化させて層の引張力と圧縮力の差が最低になるようにコントロールすることができる。光学厚さの変化は、通常光学特性に重大な影響を与えないため、０．５λ刻みである。
【００４５】
図２は、レンズ基材上の本発明のＡＲコーティングを示す。全てのコーティングは設計上も実際の製造でも、基材から始まって順に外側へコーティングされる。この基材は応力のないポリカーボネート光学レンズである。このレンズは本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，０４２，７５４号に示された特許製法により形成されたものである。記載する工程はこの特定のレンズについてのものであるが、異なるレンズ材料に対する補正のためのＡＲ層の厚さの修正を行いつつ、反射率が１．４０から１．９又はそれ以上のいかなるレンズ素材に使用することも可能である。全ての厚さの測定は１／４波光学厚み（ＱＷＯＴ）（０．２５λ）である。処方の設計のために用いられ、かつ実際の製造工程で用いられる周波数は４７０〜５８０ｎｍである。ＡＲコーティング層は、コーティングされた光学レンズの反射光中の青色光：緑色光：赤色光の量の割合をコントロールすることにより、ここで論じられたように計算される。青色は３７．１６％、緑色は２８．５７％、赤色は３４．２７％に調整された。計算された光学的厚さは製造上の要求に合わせて変化しうることは理解されるであろう。
【００４６】
図２に示されるレンズの詳細は以下の通りである：
基材５１−反射率約１．５９のポリカーボネートレンズである。
プライマー５２−プライマーは最終ハードコーティングがより容易に密着するように使用される。おおよその厚さは０．５〜１．０ミクロンである。反射率は１．５０である。
ハードコート５３−厚さ３．５〜５．０ミクロンのポリシロキサンベースの熱硬化性素材である。反射率は１．４９である。
Ｌ１…５４−ＳｉＯ２のような低屈折率素材である。厚さは約１．７０〜１．９ＱＷＯＴである。反射率は約１．４５〜１．５である。
Ｈ１…５５−低い応力と大きい反射率を有するように設計された本発明の高屈折率素材である。厚さは約０．１０〜０．２５である。
Ｌ２…５６−Ｌ１と同じ素材である。厚さは約０．１０〜０．２５ＱＷＯＴである。
Ｈ２…５７−Ｈ１と同じ素材である。厚さは約１．００〜１．２５ＱＷＯＴである。
Ｌ３…５８−Ｌ１と同じ素材である。厚さは約０．０１〜０．１ＱＷＯＴである。
Ｈ３…５９−Ｈ１と同じ素材である。厚さは約１．２５〜１．５０ＱＷＯＴである。
Ｍ１…６０−接着力向上及び耐引掻き強度向上に用いられる中間屈折率素材である。厚さは約０．０１〜０．１ＱＷＯＴである。
Ｌ４…６１−Ｌ１と同じ素材である。厚さは約１．７５〜２．００ＱＷＯＴである。
Ｈｙｄｒｏ…６２−なめらかな表面を形成するために外側表面に付与されるポリシロキサンである。レンズを汚れにくくする。厚さ約０．０１〜０．２５ＱＷＯＴである。屈折率は約１．４０〜１．５０である。
【００４７】
このレンズは低応力、低反射率、低残留色を有しており、反射光はほぼ白色であった。最終的なレンズは図３の曲線７０と同様の曲線を有している。
【００４８】
図３は、本発明のＡＲコーティングと現在市販されている通常のＡＲコーティングレンズとの相違を示すグラフである。このグラフは光学的優位性のみ示し、コーティングの応力の減少性能を示してはいない。曲線７０は現在市販されている通常のＡＲコーティングの残留反射を示し、ピーク７０ａは緑色のスペクトルで、従来のレンズの残留緑色反射を示す。極小値７０ｂ及び７０ｃはそれぞれ青色光及び赤色光反射を示す。
【００４９】
上記のように、これは製造工程におけるコーティング厚さのばらつきを隠すので商業的に受け入れ可能である。ピークの反射７０ａ（曲線の最高点）は曲線全体を左右に動かすことによって左右に調整できる。この結果、緑色の残留色は青色寄りや黄色寄りに変わる。加えて、ＡＲコーティング会社は右側の最小値が０．７５％程度の反射率になるように、曲線を回転することができる。その結果、残留反射の総量は顕著に増大する。また、他の結果として、残留色は明確な緑黄色を示すようになる。
【００５０】
曲線７１は、図２のレンズで示された本発明のＡＲコーティングを示す。注目すべきは、総残留反射は従来の曲線７０よりはるかに低い。また、可視スペクトルの両側の赤外及び紫外の領域にさらに（より広く）広がっている。レンズ上の全てのＡＲコーティングは入射光の角度（表面に当たる角度）によって色を変える傾向があるので、このことは重要なファクターである。この明瞭な色の変化は、入射角度が大きくなるにつれて曲線が左に移動することによってもたらされる。曲線全体の幅が小さくなるほど、色が早く変化する。緑色が突然黄色、オレンジ色、赤色に変化するので、これは非常に目立つ。曲線７１ははるかに広い幅を有し、また色がない。入射角が大きくなるにつれ、曲線は左へ移動し始めるが、角度が４５℃のような極端な大きさになるまで色は変化しない。
【００５１】
出願人の発明は、一の側面では、符号７０で示された従来の曲線を符号７１で示された白色光の曲線へと変化させることを目標としている。白色光の曲線７１は白色の反射光を発する色の組み合わせであり、従来の曲線７０で示されるような優勢な緑色反射をもたない。
【００５２】
出願人は、反射防止コーティングからの反射光における青色光：緑色光：赤色光の割合を調整することにより、ほぼ白色光を発する符号７１で示される曲線が得られることを見出した。ある種の光学パラメータを特定することにより光学レンズの薄膜の厚さを計算するのに、コンピュータソフトウエアを用いることが知られている。コンピュータソフトウエアはこの光学パラメータをＡＲコーティングの薄膜厚さを計算して提供するために用いる。例えば、単に青色、緑色及び赤色のレベルを特定することによっては白色光は生じず、曲線７０のような緑色のピークと残留緑色反射を生じるであろう。
【００５３】
白色反射を発するように、反射光における青色ピーク、緑色ピーク及び赤色ピークの割合をコントロールするのが、出願人の発明の重要な特徴である。これら３つの光は白色反射を発するように特定の割合にコントロールされる。通常、色ピークパーセントにおいて、青色ピークは約３４から４０％、好ましくは３６〜３８％、例えば３７％であり、緑色ピークは約２４〜３２％、好ましくは２６〜３０％、例えば２９％であり、赤色ピークは約３０〜３８％、好ましくは３２〜３６％、例えば３４％である。これらの割合が、他の光学的特性、例えば使用される材料の反射率と、光学的厚さの範囲全体にわたる反射率の表と共にコンピュータソフトウエアに入力されると、ソフトウエアは特定の青色、緑色、赤色のピークを得るのに必要なＡＲ層を計算する。標準的なコンピュータソフトウエアプログラムは「Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ＭａｃＬｅｏｄ」（オプティカルコーティングデザインプログラム、著作権：シンフィルムセンター社、１９９５−２００３、バージョン８．６、シンフィルムセンター社発行）である。他の同様の公知のソフトウエアプログラムも上記割合に合うフィルム厚さを計算するために用いることができる。上記割合に合う光学的厚さは、この分野で知られているように手作業で計算することもできる。よく知られている計算方法は米国特許第４，６０９，２６７号に示され、この特許は参照によりここに取り込まれるが、他の光学的厚さの計算方法も使用することができる。
【００５４】
本発明の他の側面では、ＡＲコーティングが低い応力を有することが重要である。高い応力は光学歪みをもたらし、ＡＲコーティングが剥離する可能性があるからである。薄膜に形成されたとき、高屈折率材料と低屈折率物質が異なる応力を有することが見出された。低い応力を有するＡＲコーティングを形成するために、層間の応力の差を最小化するのが本発明の特徴である。
【００５５】
例えば、二酸化ケイ素はコートされたとき、引張応力を与える、典型的な低屈折率物質である。一方、高屈折率物質は、通常、コートされたとき圧縮応力を与える。しかし、通常圧縮応力は低屈折率物質の引張応力より小さい。従って、圧縮応力と引張応力の差が生じ、剥離と光学歪みをもたらし得る。
【００５６】
従って、必要に応じて、引張応力と圧縮応力のバランスをとるように、光学コーティングの隣接する層を調節することが出願人の発明の重要な特徴である。これにはまず、青色光、緑色光、赤色光の所望の反射ピーク（割合）を特定し、各層の光学的厚さを上記のように計算する。コンピュータ計算によりＡＲ層の光学的厚さと数が決定されたら、各層間の応力のバランスをとるために各層の光学的厚さを０．５λづつ変化させる。例えば、低屈折率層が０．２５λの光学的厚さを有し、５の引張応力を与え、隣接する高屈折率層が０．２５λの光学的厚さを有し、圧縮応力が２のみであるならば、高屈折率層の光学的厚さは、先の低屈折率層の引張応力とのバランスをとるために大きくするのが好ましい。この例では、高屈折率層の光学的厚さは、圧縮応力を大きくして低屈折率層の引張応力に近づけるために０．７５λ又は１．２５λに調整されるであろう。一の層と隣接する層の光学的厚さの増加は、コートされたレンズの白色反射に重大な影響を及ぼさない。レンズの光学的厚さは通常０．５λづつ増加するからである。
【００５７】
本発明を特定の好ましい実施態様との関連において説明したが、上記記載に照らして、種々の変形、修正、バリエーションが可能であることは当業者には明らかであろう。従って、特許請求の範囲には、本発明の真実の範囲及び精神に含まれる限り、このような変形、修正、バリエーションも含まれると考える。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】基材にコーティングを蒸着させるのに用いられる従来の真空チャンバとその真空チャンバと連関して用いられる光学モニタとを示す模式図である。
【図２】本発明の組成物と方法を用いて製造された反射防止コーティングを含むレンズを示す図である。
【図３】従来の反射防止コーティングと本発明による反射防止コーティングの、波長に対する反射率（％）を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学レンズ用の低応力、低残留反射多層反射防止コーティングに関し、特に、高屈折率反射防止コーティングを形成するための組成物及び低屈折率反射防止コーティングを形成するための組成物、また好ましくは上記組成物を用い、通常の真空蒸着チャンバを用い、反射防止コーティングの光学的性質をコントロールするために光学モニタを用いる光学レンズの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学技術分野においては、ガラスその他の表面からの光の反射が望ましくなく、視覚的不快感を与えることがよく知られている。反射光は、この種の望ましくない効果の中でも特に、使用者に目の眩む感覚を与え、あるいは像を不鮮明にする。光学レンズの場合には特にこれが問題となり、光学レンズ表面からの光の反射を低減するための組成物及び方法が開発されてきた。
【０００３】
従来技術においては、可視スペクトルの全範囲にわたって残留反射を比較的小さい値に確実に保持することを設計上の主たる目標として、非常に多数の反射防止（ＡＲ）コーティングが提案されている。単層または二層コーティングは顕著な進歩を示したが、依然として望ましいとされるよりも残留反射が多く、従来技術はＡＲ特性の向上を３層以上の層を有するＡＲコーティングに頼っている。
【０００４】
積層された各ＡＲ層の光学的な厚さは、通常、ＡＲ効果が最適化又は最大になるようにコントロールされるが、よく知られているように、層の光学的な厚さは、それぞれの層の実際の厚さ（幾何学的な厚さ）と屈折率の積である。光学的な厚さは、通常、使用されるコーティング用に指定された基準光線の波長の小数倍を用いて記述される。設定波長は、多くの場合、約５１０ナノメートル（ｎｍ）〜５５０ｎｍである。各ＡＲ層の光学的な厚さは、Ｎを屈折率、ｄを層の幾何学的な厚さ、λを基準波長として、次に示す一般式によって定義することができる：
Ｎａｄａ＝ｘλ
この式において、ｘは数で、通常は小数であり、波長に乗じる小数を表し、ａは、コーティングされる層を表す整数であり、低い数ほど眼鏡レンズに近い層を示す。通常、ｘは０．２５であり、１／４波長の光学的な厚さを表す。
【０００５】
今日、当技術分野でよく知られているように、各層の光学的な厚さを調整して、屈折率の異なる基材上において同一の結果を得ることができる。
【０００６】
各ＡＲ層の形成においては、積層された層が、厚さ測定のための光の波長の１／４、すなわちλ／４ごとに干渉の最大値を示す。従って、０．２５の倍数の光学的な厚さを伴うこの現象を利用することによって、従来、光学的なＡＲ層の厚さがその形成の間にコントロールされている。
【０００７】
以下の説明においては、便宜上ポリカーボネートレンズについて述べるが、当業者であれば理解されるとおり、本発明は、ポリウレタン、アクリルガラス、ＣＲ−３９等の他のレンズ材料にも適用できる。ポリカーボネートレンズ内の応力は、複屈折及び光学的な歪みをもたらす。通常の環境下では見えないが、２つの偏光を与えたフィラメントの間にポリカーボネートを配置したときそれが明瞭になり、これが、ガラス、ＣＲ−３９、及びその他のこの種の材料のレンズよりポリカーボネートレンズが光学的に劣るとされる理由の１つである。オプティマ（Ｏｐｔｉｍａ）社によって開発された、新しいポリカーボネートレンズ（商品名レゾリューション（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、登録商標）は、この応力ならびに複屈折がなく、したがって現時点においては、ＡＲコーティングを提供する現行の処理ならびにその内在的な応力が、その種のレンズメーカのより大きな関心事となっている。
【０００８】
さらに、ＡＲコーティングは現状では０．７５％から１．５％までの残留反射の間で変動する残留緑色反射を有する。この緑色は、見かけ上も目障りであり、また人間の目が知覚する緑色光の量を減少させる緑色フィルタとして作用する。フィルタリング効果を伴わない、より低い残留反射が、コーティングのパフォーマンスならびに見た目の両方においてはるかに望ましい。また白色光だけが反射されることが好ましい。
【０００９】
ＡＲコーティングの現行の設計及び製造は、今日の業界で充分に理解されており、残留色は、製造をより簡単かつ安価にしようとする設計の中にあって通常は放置されている。現行の技術では、ＡＲコーティングを形成するために必要な個々の層の物理的な厚さのコントロールにクォーツクリスタルモニタを使用している。現行のコーティング基準は、４層ＨＬＨＬコーティングを必要とし、ここでＨはその固有屈折率で選択される高屈折率の誘電体材料を表し、Ｌも同様にその固有屈折率で選択される低屈折率の誘電体材料を表す。各層は、通常、選択された光学的な１／４波長の高屈折率又は低屈折率の材料からなる。低屈折率材料には、ＳｉＯ２及びＭｇＦ２が含まれる。高屈折率材料には、次の材料：Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｙ、Ｃｅ、及びＹｂの酸化物サブグループが含まれる。これらに限定されるわけではないが、これらの材料は今日もっとも広く使用されている。
【００１０】
今日製造されている多くのＡＲコーティングは、接着層、緩衝層、耐磨耗層、及び疎水性表面層をも含む。これらの層は、消費者の観点からのコーティングのパフォーマンスを向上させるために使用されるが、ＡＲコーティングの光学的品質にはほとんど効果を奏していない。
【００１１】
ＡＲコーティングの形成における別の懸念は、高屈折率及び低屈折率の材料が、ＡＲコーティング膜に圧縮応力及び引張応力を同時にもたらすことである。しかしながら現行の反射防止（ＡＲ）コーティング技術は、コーティング自体に内在する応力の量を考慮していない。これは、今日市場に出ているポリカーボネートレンズ等の現行のレンズが、ＡＲコーティングによって追加的に発生する応力の量が重要でないと見なされるほど多くの応力をすでに有しているためである。このことは、現行の製造技術において使用される層の数の制限が試みられている理由の１つである。概して言えば、シリカ等の低屈折率材料は、高屈折率材料によってもたらされる圧縮応力の約５倍の引張応力を生じる。追加された層によってコーティングが厚くなりすぎた場合には、低屈折率材料と高屈折率材料により生じる応力の差によってＡＲ膜が分離し、レンズから剥離し、さらには逆の光学的効果を生じることもあり得る。
【００１２】
現行の技術が層の数を制限している別の理由に、クォーツクリスタルモニタでは、付与された材料の物理的な厚さしか測定できないことが挙げられる。しかしながらＡＲコーティングは、光学的品質に基づいて設計されており、それは使用されている材料の屈折率に大きく依存する。これらの屈折率は、利用可能なＯ２、コーティング速度、及び蒸着温度等のコーティング条件の変化によってシフトすることになる。コーティング内に残る緑色反射は、正常な製造の間におけるこれらの欠陥を巧みに隠し、非常に広い緑色の可視スペクトル内の高いピークの反射は製造の間にシフトすることがあり、熟練した専門家以外には気付かれないことがある。
【００１３】
残留色を伴わない、すなわち白色のＡＲコーティングを形成するため、及び全体的な残留反射を低くするために、製造者は、通常いくつかのＡＲ層を追加しなければならない。これらの層によってもたらされる厚さの増大により、応力が増大し、ＡＲコーティングの層間剥離の可能性が大きくなるので、レンズ製造者はこれらの競合する問題に対処しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記従来技術の問題及び欠点に鑑みて、光学レンズ又はその他の光学製品上に高屈折率のＡＲコーティングを形成するための組成物を提供することを１つの目的とする。
【００１５】
本発明の別の目的は、光学レンズ又はその他の光学製品上に低屈折率のＡＲコーティングを形成するための組成物を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、上記の組成物を使用したＡＲコーティングを有する光学レンズ又はその他の光学製品の製造方法を提供することである。
【００１７】
また本発明は、光学レンズ又はその他の光学製品上に所望のＡＲ光学コーティングを付与するため、ＡＲコーティングを有する光学レンズの、光学モニタを使用した製造方法を提供することをさらに別の目的とする。
【００１８】
さらに本発明は、低い残留反射を有し、反射光が基本的に白色光であり、かつＡＲコーティングが低い応力を有するＡＲコーティングを、光学レンズ及びその他の光学製品にコーティングするための方法を提供することを別の目的とする。
【００１９】
さらにまた本発明は、本発明の方法を使用して製造される光学レンズ及びその他の光学製品を提供することを別の目的とする。
【００２０】
本発明のその他の目的並びに利点は、部分的には自明となり、また部分的にはこの明細書から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記及びその他の目的及び利点は、当業者においては明らかとなろうが、その第１の態様においては、光学レンズ上に高屈折率のＡＲコーティングを形成するためのセリウム酸化物及びチタンの酸化物の混合物からなる組成物についての本発明の中で達成され、それにおいてはセリウム酸化物がこの組成物中約２５重量％未満である。
【００２２】
本発明の別の態様においては、光学レンズ上に低屈折率のＡＲコーティングを形成するためのシリコン酸化物及びアルミニウム酸化物の混合物からなる組成物が提供され、それにおいてはアルミニウム酸化物がこの組成物中約１０重量％未満である。
【００２３】
本発明のさらに別の態様においては、反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光学レンズの製造方法が提供され、当該方法は次の各工程：
１又は複数の光学レンズ及び光学基準レンズを供給する工程；
それらのレンズ及び光学基準レンズを真空蒸着チャンバ内の同一コーティング面内に配置し、当該真空析出チャンバは光学基準レンズと連絡する光学モニタを有するものである工程；
前記チャンバ内に少なくとも１つの高屈折率ＡＲコーティング組成物源及び少なくとも１つの低屈折率ＡＲコーティング組成物源を供給する工程；
光学モニタによる決定に従い、所望の光学的な厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に高屈折率組成物の層を付与する工程；
光学モニタによる決定に従い、所望の光学的な厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に低屈折率組成物の層を付与する工程；及び、
これらのＡＲを付与する工程を、所望のＡＲコーティングが形成されるまで反復する工程；
を含み、上記において光学モニタは、オン／オフ光線をチャンバ内の光学基準レンズに向けるための手段、基準レンズから反射される光を特定周波数において測定するための手段、この測定値を用いて所望の光学的なコーティングの厚さが達成された時点を決定するための手段を含む。
【００２４】
本発明の別の態様においては、反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光学レンズの製造方法が提供され、当該方法は次の工程：
光学レンズを供給する工程；
レンズを真空蒸着装置の真空チャンバ内に配置する工程；
真空チャンバ内に少なくとも１つの高屈折率ＡＲコーティング組成物源及び少なくとも低屈折率ＡＲコーティング組成物源を提供する工程であって、それにおいては高屈折率材料の１つがセリウム酸化物及びチタン酸化物の混合物からなり、低屈折率材料の１つがＳｉＯ２を含む工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に高屈折率材料を付与する工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に低屈折率材料を付与する工程；及び、
これらの付与工程を、所望の反射防止コーティングが形成されるまで反復する工程を包含する。
【００２５】
本発明の別の態様においては、反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光学レンズの製造方法が提供され、当該方法は次の工程：
光学レンズを供給する工程；
レンズを真空析出装置の真空チャンバ内に配置する工程；
真空チャンバ内に少なくとも１つの高屈折率ＡＲコーティング組成物源及び少なくとも低屈折率ＡＲコーティング組成物源を供給する工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが形成されるまでレンズ上に高屈折率材料の層を付与する工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが形成されるまでレンズ上に低屈折率材料の層を付与する工程；及び、
これらの塗布工程を、所望の反射防止コーティングが形成されるまで反復する工程
を含み、それにおいては、青色光：緑色光：赤色光の割合が実質的に白色反射光を提供するように、反射防止コーティングからの反射光がコントロールされることを条件とする。
【００２６】
本発明のさらに別の態様においては、ＡＲコーティング層の光学的な厚さが、必要に応じて調整され、隣接する層の引張応力と圧縮応力の差を最小にする。
【００２７】
本発明のさらに別の態様においては、上記方法によって製造された光学レンズまたはその他の光学製品が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の特徴は新規で、発明に特徴的な要素は特許請求の範囲に示される。図面は説明のためにのみ用いられ、縮尺通りに描かれてはいない。しかし、発明そのものは、その構成に関しても操作方法に関しても、添付の図面に即した詳細な説明を参酌して理解されるであろう。
【００２９】
図１〜３を参照して本発明の好ましい態様を説明し、図中では発明の同様の特徴を示すのに同様の符号を用いる。発明の特徴は、図において必ずしもその縮尺で表されていない。
【００３０】
出願人は、発生する残留反射とコーティング応力に関してＡＲコーティングのコントロールを可能にする、低屈折率及び高屈折率双方の反射防止コーティング組成物を発明した。これにより、所望のレンズを得るために、必要に応じてＡＲ層の数を大幅に増加させることが可能となる。出願人は、光学的厚さとコーティングされる物質の割合をコントロールするために光学モニタを使用する。光学モニタはレンズと同時にコーティング物質を受ける特殊な試験ガラスを使用する。コーティングを本来の場所で光学的に測定することにより、屈折率のわずかな違いを自動的に修正でき、要求される正確な光学的厚さで層のコーティングを停止することができる。一の層で生じるエラーは次の層の不適合を引き起こしうるので、このことは非常に重要である。この点で、光学モニタは光学的に正確である上に、必要に応じて次の層の多少の修正をすることができる。
【００３１】
出願人の発明の最終的な目的は、望まれない残留着色が少なく、低反射及び低応力で、見栄えのよいコーティングである。
【００３２】
本発明は特定の態様に則して説明されるが、当業者であれば特許請求の範囲に記載された発明の範囲と精神から離れずに変更が可能であることが分かるであろう。ＡＲコーティングは特にポリカーボネートレンズのために開発されたが、この技術は、ガラス、ＣＲ−３９を含む有機及び無機のいかなるレンズ素材、及び１．４０から＞１．９０のインデックスのレンズにも利用可能である。
【００３３】
図１について説明すると、レンズに反射防止コーティングを蒸着する従来の真空チャンバが符号１０で表され、これは符号３０で表される光学モニタを含む。
【００３４】
従来のいずれの真空チャンバも使用可能であるが、代表的な例としては、米国特許第３，６９５，９１０号；第５，０２６，４６９号；及び第５，１２４，０１９号に示されたものが挙げられ、これらの特許は参照により取り込まれる。
【００３５】
真空チャンバは、頂部に透明部分１８を有するチャンバ１１を含む。真空チャンバ内には、コーティング材料１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄをそれぞれ保持するのに用いられる容器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄが配置されている。容器とコーティング材料の数は、レンズ基材に塗布される所望の反射防止コーティングにより異なることが当業者には分かるであろう。
【００３６】
Ｅガン１４は、電子を供給するのに用いられ、容器内の材料を揮発させるために各容器に向けられる。揮発させる材料によって、容器はＥガンの電子が容器と材料に当たる位置へと移動する。材料は蒸発し、チャンバの中に矢印で示すように広がる。基材保持部１５は湾曲し（通常はドーム型）、揮発した材料はすべての基材上に均等に付与される。揮発した材料を均等に付与するために、通常は分配シールドが用いられる。４つの基材が符号１６ａ〜１６ｄで示されている。通常は、７５〜１４０個の基材が１つのドームに配置される。基準基材１７は基材保持部１５の中央部に配置され、基材保持部１５上の基材１６と同じ組成及び同じ速度で、揮発した材料によってコートされる。導入口３２はある種のＡＲ層のために酸化物を形成するのに用いられるＯ２のような気体用に使用される。
【００３７】
作業の際には、所望の容器及びコーティング材料が真空チャンバ内で移動し、Ｅガンの電子が容器と材料に当たる位置に移動し、Ｅガンは容器に電子を当て、コーティング材料を揮発させる。コーティング材料は蒸発し、蒸気が基材保持部１５に保持された基材１６のそれぞれをコーティングする。基準基材１７も同様にコーティングされる。このようなコーティング工程と真空チャンバは従来から用いられ、上記特許に示されているように本技術分野でよく知られている。真空蒸着が好ましいが、スパッタリングのような他の方法も用いられる。
【００３８】
コーティング作業の間、光学モニタを使用するのが好ましく、高密度光線２０が光源１９から発射される。光線２０はライトチョッパー２１を通過し、これは光線のオン・オフを行い、オン／オフ光線２２を提供する。オン／オフ光線のシークエンスは、モニタの終端部の光検知部２９と同調する。光線オフの間、光検知部２９はなお大量の環境光を受けるので、このことは重要である。オフの間に受ける光はノイズとしてプログラムされるので、ライトがオンの時に受ける光から引き算される。これにより測定が想定される光のみを実際に測定することが可能となる。
【００３９】
分断された光２２も焦点レンズ２１ａを通過して高反射率ミラー２３に当てられる。高反射率ミラー２３は、光線を反射光線２４に変え、透明開口部１８に向け、チャンバ内に入射してチャンバ内に配置された基準基材１７に当てる。上記のように、基準基材１７はコーティングされる基材１６と同じ曲線上に配置されている。これにより、実際のＡＲ工程において、基準基材１７はコーティングされる各基材と同じＡＲ材料を受けることができる。
【００４０】
反射ビーム２４が基準基材１７に到達するとき、光の大部分は基準基材を透過する。裏側表面から約５％、表側表面から約５％が反射する。光線はモニターガラスの表裏の表面から反射する光線がわずかに異なる角度で戻るように、小さい入射角度でチャンバに入ることが好ましい。基準基材の表側表面から反射した光線のみが測定されるので、このことは重要である。この表側表面から反射した光線は第２の反射光線２５として示されている。裏側表面からの反射光は図示されていない。
【００４１】
この元の光の５％にあたる表側表面から反射した光線２５は透明部１８を経てチャンバから出て、第２の反射ミラー２６に当たり、光検知器２９に向かう。光線２５は、光検知器２９に到達する前に特定の周波数の光のみを透過させる光線フィルタ２７を通過する。この特定の周波数の光は光線２８として示され、この光線は次に光検知器２９に入射する。
【００４２】
本発明の方法によれば、正確に所望の光周波数を有する光学コーティングが得られる。このため、光学コーティングを設計し形成するために、所望のＡＲコーティングの厚さは特定の光周波数によって設計されなければならない。光フィルタ２７は特定の光周波数のみ透過させるようにＡＲコーティングの設計の際に設計者によって選択される。周波数は通常は４８０〜５３０ｎｍである。
【００４３】
検出器２９へと続く特定の周波数の光は、受光量が測定され、検出器はより正確で読み取り可能な強度に光を増幅する。高解像Ａ／Ｄコンバータとマイクロプロセッサの使用により、検出器は光の変化を０．０１％まで検出可能である。光検出器２９は、光強度のデータを蒸発制御システム３１に送り、ここでその情報を用いて付与される材料の各層の光学的厚さを決定し、所望の光学的厚さのコーティングがレンズ上になされたときに付与される材料の蒸発を停止するタイミングを決定する。光学モニタ３０はコーティング工程の間、光学挙動の変化を読み取り、同時にレンズ表面上の光学挙動の実際の変化を読み取るので、モニタは非常に正確になる。モニタ３０により、また、システムはコーティング工程の間、反射率のシフトの多少の修正を行うことができる。モニタ３０はコーティングの光学挙動に依存し、基材上にコーティングされる材料の物理的厚さには依存しないことに留意すべきである。
【００４４】
ＡＲコーティングの応力も上記のように、設計上ＡＲコーティングの光学的厚さを変化させて層の引張力と圧縮力の差が最低になるようにコントロールすることができる。光学厚さの変化は、通常光学特性に重大な影響を与えないため、０．５λ刻みである。
【００４５】
図２は、レンズ基材上の本発明のＡＲコーティングを示す。全てのコーティングは設計上も実際の製造でも、基材から始まって順に外側へコーティングされる。この基材は応力のないポリカーボネート光学レンズである。このレンズは本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，０４２，７５４号に示された特許製法により形成されたものである。記載する工程はこの特定のレンズについてのものであるが、異なるレンズ材料に対する補正のためのＡＲ層の厚さの修正を行いつつ、反射率が１．４０から１．９又はそれ以上のいかなるレンズ素材に使用することも可能である。全ての厚さの測定は１／４波光学厚み（ＱＷＯＴ）（０．２５λ）である。処方の設計のために用いられ、かつ実際の製造工程で用いられる周波数は４７０〜５８０ｎｍである。ＡＲコーティング層は、コーティングされた光学レンズの反射光中の青色光：緑色光：赤色光の量の割合をコントロールすることにより、ここで論じられたように計算される。青色は３７．１６％、緑色は２８．５７％、赤色は３４．２７％に調整された。計算された光学的厚さは製造上の要求に合わせて変化しうることは理解されるであろう。
【００４６】
図２に示されるレンズの詳細は以下の通りである：
基材５１−反射率約１．５９のポリカーボネートレンズである。
プライマー５２−プライマーは最終ハードコーティングがより容易に密着するように使用される。おおよその厚さは０．５〜１．０ミクロンである。反射率は１．５０である。
ハードコート５３−厚さ３．５〜５．０ミクロンのポリシロキサンベースの熱硬化性素材である。反射率は１．４９である。
Ｌ１…５４−ＳｉＯ２のような低屈折率素材である。厚さは約１．７０〜１．９ＱＷＯＴである。反射率は約１．４５〜１．５である。
Ｈ１…５５−低い応力と大きい反射率を有するように設計された本発明の高屈折率素材である。厚さは約０．１０〜０．２５である。
Ｌ２…５６−Ｌ１と同じ素材である。厚さは約０．１０〜０．２５ＱＷＯＴである。
Ｈ２…５７−Ｈ１と同じ素材である。厚さは約１．００〜１．２５ＱＷＯＴである。
Ｌ３…５８−Ｌ１と同じ素材である。厚さは約０．０１〜０．１ＱＷＯＴである。
Ｈ３…５９−Ｈ１と同じ素材である。厚さは約１．２５〜１．５０ＱＷＯＴである。
Ｍ１…６０−接着力向上及び耐引掻き強度向上に用いられる中間屈折率素材である。厚さは約０．０１〜０．１ＱＷＯＴである。
Ｌ４…６１−Ｌ１と同じ素材である。厚さは約１．７５〜２．００ＱＷＯＴである。
Ｈｙｄｒｏ…６２−なめらかな表面を形成するために外側表面に付与されるポリシロキサンである。レンズを汚れにくくする。厚さ約０．０１〜０．２５ＱＷＯＴである。屈折率は約１．４０〜１．５０である。
【００４７】
このレンズは低応力、低反射率、低残留色を有しており、反射光はほぼ白色であった。最終的なレンズは図３の曲線７０と同様の曲線を有している。
【００４８】
図３は、本発明のＡＲコーティングと現在市販されている通常のＡＲコーティングレンズとの相違を示すグラフである。このグラフは光学的優位性のみ示し、コーティングの応力の減少性能を示してはいない。曲線７０は現在市販されている通常のＡＲコーティングの残留反射を示し、ピーク７０ａは緑色のスペクトルで、従来のレンズの残留緑色反射を示す。極小値７０ｂ及び７０ｃはそれぞれ青色光及び赤色光反射を示す。
【００４９】
上記のように、これは製造工程におけるコーティング厚さのばらつきを隠すので商業的に受け入れ可能である。ピークの反射７０ａ（曲線の最高点）は曲線全体を左右に動かすことによって左右に調整できる。この結果、緑色の残留色は青色寄りや黄色寄りに変わる。加えて、ＡＲコーティング会社は右側の最小値が０．７５％程度の反射率になるように、曲線を回転することができる。その結果、残留反射の総量は顕著に増大する。また、他の結果として、残留色は明確な緑黄色を示すようになる。
【００５０】
曲線７１は、図２のレンズで示された本発明のＡＲコーティングを示す。注目すべきは、総残留反射は従来の曲線７０よりはるかに低い。また、可視スペクトルの両側の赤外及び紫外の領域にさらに（より広く）広がっている。レンズ上の全てのＡＲコーティングは入射光の角度（表面に当たる角度）によって色を変える傾向があるので、このことは重要なファクターである。この明瞭な色の変化は、入射角度が大きくなるにつれて曲線が左に移動することによってもたらされる。曲線全体の幅が小さくなるほど、色が早く変化する。緑色が突然黄色、オレンジ色、赤色に変化するので、これは非常に目立つ。曲線７１ははるかに広い幅を有し、また色がない。入射角が大きくなるにつれ、曲線は左へ移動し始めるが、角度が４５℃のような極端な大きさになるまで色は変化しない。
【００５１】
出願人の発明は、一の側面では、符号７０で示された従来の曲線を符号７１で示された白色光の曲線へと変化させることを目標としている。白色光の曲線７１は白色の反射光を発する色の組み合わせであり、従来の曲線７０で示されるような優勢な緑色反射をもたない。
【００５２】
出願人は、反射防止コーティングからの反射光における青色光：緑色光：赤色光の割合を調整することにより、ほぼ白色光を発する符号７１で示される曲線が得られることを見出した。ある種の光学パラメータを特定することにより光学レンズの薄膜の厚さを計算するのに、コンピュータソフトウエアを用いることが知られている。コンピュータソフトウエアはこの光学パラメータをＡＲコーティングの薄膜厚さを計算して提供するために用いる。例えば、単に青色、緑色及び赤色のレベルを特定することによっては白色光は生じず、曲線７０のような緑色のピークと残留緑色反射を生じるであろう。
【００５３】
白色反射を発するように、反射光における青色ピーク、緑色ピーク及び赤色ピークの割合をコントロールするのが、出願人の発明の重要な特徴である。これら３つの光は白色反射を発するように特定の割合にコントロールされる。通常、色ピークパーセントにおいて、青色ピークは約３４から４０％、好ましくは３６〜３８％、例えば３７％であり、緑色ピークは約２４〜３２％、好ましくは２６〜３０％、例えば２９％であり、赤色ピークは約３０〜３８％、好ましくは３２〜３６％、例えば３４％である。これらの割合が、他の光学的特性、例えば使用される材料の反射率と、光学的厚さの範囲全体にわたる反射率の表と共にコンピュータソフトウエアに入力されると、ソフトウエアは特定の青色、緑色、赤色のピークを得るのに必要なＡＲ層を計算する。標準的なコンピュータソフトウエアプログラムは「Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ＭａｃＬｅｏｄ」（オプティカルコーティングデザインプログラム、著作権：シンフィルムセンター社、１９９５−２００３、バージョン８．６、シンフィルムセンター社発行）である。他の同様の公知のソフトウエアプログラムも上記割合に合うフィルム厚さを計算するために用いることができる。上記割合に合う光学的厚さは、この分野で知られているように手作業で計算することもできる。よく知られている計算方法は米国特許第４，６０９，２６７号に示され、この特許は参照によりここに取り込まれるが、他の光学的厚さの計算方法も使用することができる。
【００５４】
本発明の他の側面では、ＡＲコーティングが低い応力を有することが重要である。高い応力は光学歪みをもたらし、ＡＲコーティングが剥離する可能性があるからである。薄膜に形成されたとき、高屈折率材料と低屈折率物質が異なる応力を有することが見出された。低い応力を有するＡＲコーティングを形成するために、層間の応力の差を最小化するのが本発明の特徴である。
【００５５】
例えば、二酸化ケイ素はコートされたとき、引張応力を与える、典型的な低屈折率物質である。一方、高屈折率物質は、通常、コートされたとき圧縮応力を与える。しかし、通常圧縮応力は低屈折率物質の引張応力より小さい。従って、圧縮応力と引張応力の差が生じ、剥離と光学歪みをもたらし得る。
【００５６】
従って、必要に応じて、引張応力と圧縮応力のバランスをとるように、光学コーティングの隣接する層を調節することが出願人の発明の重要な特徴である。これにはまず、青色光、緑色光、赤色光の所望の反射ピーク（割合）を特定し、各層の光学的厚さを上記のように計算する。コンピュータ計算によりＡＲ層の光学的厚さと数が決定されたら、各層間の応力のバランスをとるために各層の光学的厚さを０．５λづつ変化させる。例えば、低屈折率層が０．２５λの光学的厚さを有し、５の引張応力を与え、隣接する高屈折率層が０．２５λの光学的厚さを有し、圧縮応力が２のみであるならば、高屈折率層の光学的厚さは、先の低屈折率層の引張応力とのバランスをとるために大きくするのが好ましい。この例では、高屈折率層の光学的厚さは、圧縮応力を大きくして低屈折率層の引張応力に近づけるために０．７５λ又は１．２５λに調整されるであろう。一の層と隣接する層の光学的厚さの増加は、コートされたレンズの白色反射に重大な影響を及ぼさない。レンズの光学的厚さは通常０．５λづつ増加するからである。
【００５７】
本発明を特定の好ましい実施態様との関連において説明したが、上記記載に照らして、種々の変形、修正、バリエーションが可能であることは当業者には明らかであろう。従って、特許請求の範囲には、本発明の真実の範囲及び精神に含まれる限り、このような変形、修正、バリエーションも含まれると考える。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】基材にコーティングを蒸着させるのに用いられる従来の真空チャンバとその真空チャンバと連関して用いられる光学モニタとを示す模式図である。
【図２】本発明の組成物と方法を用いて製造された反射防止コーティングを含むレンズを示す図である。
【図３】従来の反射防止コーティングと本発明による反射防止コーティングの、波長に対する反射率（％）を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学レンズ上に高屈折率の反射防止コーティングを形成するための組成物であって、セリウム酸化物及びチタン酸化物の混合物からなり、セリウム酸化物がこの組成物中約２５重量％未満である組成物。
【請求項２】
光学レンズ上に低屈折率の反射防止コーティングを形成するための組成物であって、ケイ素酸化物及びアルミニウム酸化物の混合物からなり、アルミニウム酸化物がこの組成物中約１０重量％未満である組成物。
【請求項３】
反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光学レンズの製造方法であって、次の各工程：
１又は複数の光学レンズ及び光学基準レンズを供給する工程；
それらのレンズ及び光学基準レンズを真空蒸着チャンバ内の同一コーティング面内に配置し、当該真空蒸着チャンバは光学基準レンズと通信する光学モニタを有するものである工程；
前記チャンバ内に少なくとも１つの高屈折率ＡＲコーティング組成物源及び少なくとも１つの低屈折率ＡＲコーティング組成物源を供給する工程；
光学モニタによる決定に従い、所望の光学的厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に高屈折率組成物を付与する工程；
光学モニタによる決定に従い、所望の光学的厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に低屈折率組成物を付与する工程；及び、
これらのＡＲ付与工程を、所望のＡＲコーティングが形成されるまで反復する工程
を含み、前記光学モニタは、オン／オフ光線をチャンバ内の光学基準レンズに当てるための手段、この基準レンズからの反射光を特定周波数において測定するための手段、この測定値を使用して所望の光学的なコーティングの厚さが達成された時点を決定するための手段を含む方法。
【請求項４】
反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光学レンズの製造方法であって、次の各工程を含む製造方法：
光学レンズを供給する工程；
レンズを真空蒸着装置の真空チャンバ内に配置する工程；
真空チャンバ内に少なくとも１つの高屈折率反射防止組成物源及び少なくとも１つの低屈折率反射防止組成物源を提供する工程であって、それにおいては高屈折率材料の１つがセリウム酸化物及びチタン酸化物の混合物からなり、低屈折率材料の１つがＳｉＯ２を含む工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に高屈折率材料を付与する工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に低屈折率材料を付与する工程；及び、
前記付与工程を、所望の反射防止コーティングが形成されるまで反復する工程。
【請求項５】
セリウム酸化物が組成物の約２５重量％未満であることを特徴とする、請求項４の方法。
【請求項６】
アルミニウム酸化物が組成物の約１０重量％未満であることを特徴とする、請求項５の方法。
【請求項７】
反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光学レンズの製造方法であって、次の工程：
光学レンズを供給する工程；
レンズを真空蒸着装置の真空チャンバ内に配置する工程；
真空チャンバ内に少なくとも１つの高屈折率ＡＲコーティング組成物源及び少なくとも１つの低屈折率ＡＲコーティング組成物源を供給する工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが形成されるまでレンズ上に高屈折率材料の層を付与する工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが形成されるまでレンズ上に低屈折率材料の層を付与する工程；及び、
前記付与工程を、所望の反射防止コーティングが形成されるまで反復する工程
を含み、青色光：緑色光：赤色光の割合が実質的に白色反射光を提供するように、反射防止コーティングからの反射光がコントロールされることを条件とする製造方法。
【請求項８】
青色光：緑色光：赤色光の割合が、約３４〜４０％：２４〜３２％：３０〜３８％である、請求項７の方法。
【請求項９】
青色光：緑色光：赤色光の割合が、約３６〜３８％：２６〜３０％：３２〜３６％である、請求項８の方法。
【請求項１０】
層の引張応力と圧縮応力の差を最小にするためにＡＲコーティング層の光学的厚さを調整する工程をさらに含む、請求項７の方法。
【請求項１１】
請求項３の方法により製造された光学製品。
【請求項１２】
請求項４の方法により製造された光学製品。
【請求項１３】
請求項５の方法により製造された光学製品。
【請求項１４】
請求項６の方法により製造された光学製品。
【請求項１５】
請求項７の方法により製造された光学製品。
【請求項１６】
請求項８の方法により製造された光学製品。
【請求項１７】
請求項９の方法により製造された光学製品。
【請求項１８】
請求項１０の方法により製造された光学製品。
【請求項１】
光学レンズ上に高屈折率の反射防止コーティングを形成するための組成物であって、セリウム酸化物及びチタン酸化物の混合物からなり、セリウム酸化物がこの組成物中約２５重量％未満である組成物。
【請求項２】
光学レンズ上に低屈折率の反射防止コーティングを形成するための組成物であって、ケイ素酸化物及びアルミニウム酸化物の混合物からなり、アルミニウム酸化物がこの組成物中約１０重量％未満である組成物。
【請求項３】
反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光学レンズの製造方法であって、次の各工程：
１又は複数の光学レンズ及び光学基準レンズを供給する工程；
それらのレンズ及び光学基準レンズを真空蒸着チャンバ内の同一コーティング面内に配置し、当該真空蒸着チャンバは光学基準レンズと通信する光学モニタを有するものである工程；
前記チャンバ内に少なくとも１つの高屈折率ＡＲコーティング組成物源及び少なくとも１つの低屈折率ＡＲコーティング組成物源を供給する工程；
光学モニタによる決定に従い、所望の光学的厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に高屈折率組成物を付与する工程；
光学モニタによる決定に従い、所望の光学的厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に低屈折率組成物を付与する工程；及び、
これらのＡＲ付与工程を、所望のＡＲコーティングが形成されるまで反復する工程
を含み、前記光学モニタは、オン／オフ光線をチャンバ内の光学基準レンズに当てるための手段、この基準レンズからの反射光を特定周波数において測定するための手段、この測定値を使用して所望の光学的なコーティングの厚さが達成された時点を決定するための手段を含む方法。
【請求項４】
反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光学レンズの製造方法であって、次の各工程を含む製造方法：
光学レンズを供給する工程；
レンズを真空蒸着装置の真空チャンバ内に配置する工程；
真空チャンバ内に少なくとも１つの高屈折率反射防止組成物源及び少なくとも１つの低屈折率反射防止組成物源を提供する工程であって、それにおいては高屈折率材料の１つがセリウム酸化物及びチタン酸化物の混合物からなり、低屈折率材料の１つがＳｉＯ２を含む工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に高屈折率材料を付与する工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが得られるまでレンズ上に低屈折率材料を付与する工程；及び、
前記付与工程を、所望の反射防止コーティングが形成されるまで反復する工程。
【請求項５】
セリウム酸化物が組成物の約２５重量％未満であることを特徴とする、請求項４の方法。
【請求項６】
アルミニウム酸化物が組成物の約１０重量％未満であることを特徴とする、請求項５の方法。
【請求項７】
反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光学レンズの製造方法であって、次の工程：
光学レンズを供給する工程；
レンズを真空蒸着装置の真空チャンバ内に配置する工程；
真空チャンバ内に少なくとも１つの高屈折率ＡＲコーティング組成物源及び少なくとも１つの低屈折率ＡＲコーティング組成物源を供給する工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが形成されるまでレンズ上に高屈折率材料の層を付与する工程；
所望の光学的な厚さのコーティングが形成されるまでレンズ上に低屈折率材料の層を付与する工程；及び、
前記付与工程を、所望の反射防止コーティングが形成されるまで反復する工程
を含み、青色光：緑色光：赤色光の割合が実質的に白色反射光を提供するように、反射防止コーティングからの反射光がコントロールされることを条件とする製造方法。
【請求項８】
青色光：緑色光：赤色光の割合が、約３４〜４０％：２４〜３２％：３０〜３８％である、請求項７の方法。
【請求項９】
青色光：緑色光：赤色光の割合が、約３６〜３８％：２６〜３０％：３２〜３６％である、請求項８の方法。
【請求項１０】
層の引張応力と圧縮応力の差を最小にするためにＡＲコーティング層の光学的厚さを調整する工程をさらに含む、請求項７の方法。
【請求項１１】
請求項３の方法により製造された光学製品。
【請求項１２】
請求項４の方法により製造された光学製品。
【請求項１３】
請求項５の方法により製造された光学製品。
【請求項１４】
請求項６の方法により製造された光学製品。
【請求項１５】
請求項７の方法により製造された光学製品。
【請求項１６】
請求項８の方法により製造された光学製品。
【請求項１７】
請求項９の方法により製造された光学製品。
【請求項１８】
請求項１０の方法により製造された光学製品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００７−５０５３６９（Ｐ２００７−５０５３６９Ａ）
【公表日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３３１６２（Ｐ２００６−５３３１６２）
【出願日】平成１６年５月１８日（２００４．５．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１５４７８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０６９７９
【国際公開日】平成１６年１２月９日（２００４．１２．９）
【出願人】（５９７０５６１６５）オプティマ インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年５月１８日（２００４．５．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１５４７８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０６９７９
【国際公開日】平成１６年１２月９日（２００４．１２．９）
【出願人】（５９７０５６１６５）オプティマ インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]