专利名称：具有抗反射膜的塑料光学器件以及用来使抗反射膜的厚度均一的机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用溅射(喷镀)法将薄膜性能评价高的防反射膜(增透膜)淀积于塑料光学器件表面上的技术，涉及在此塑料光学器件用作塑料光学镜片时用来防止上述抗反射膜出现裂纹的技术，还涉及使溅射法沉积的薄膜厚度均一化的技术。
从轻量和抗震性优越方面考虑，塑料近来常用作镜片材料。在这种塑料镜片的两面则涂有抗反射膜。抗反射膜的设置是用于防止塑料镜片上的表面反射，因为这种表面反射产生时会降低光学系统的光透射率、使增加的光量无助于成像同时会减少图像的反差。这种塑料镜片的抗反射膜通常是由真空蒸镀法形成为单层膜或多层膜。
当前已提出了用溅射法(Sputtering method)由简单的装置于光学透镜如塑料镜片上来形成抗反射膜的高产方法与系统。这种溅射膜的淀积系统配备有溅射膜淀积室，允许通过更换此室中真空容器内的靶来制备不同的薄膜。此溅射系统可在不将塑料镜片暴露于大气的条件下于此镜片表面上淀积多层抗反射膜，且允许同时在此镜片的两侧淀积上上述薄膜。这种溅射膜淀积系统的优点之一是，它能在镜片的两侧上形成均质膜，这是因为它能在镜片的两侧同时成膜而且在两侧上成膜的条件相同。此外，当于镜片的表面上淀积多层膜且这种膜是通过两种具有不同特性的膜料，例如高反射材料和低反射材料经重复和交迭地叠层而成时，则所述溅射膜淀积系统的优点是，它能简捷地形成多层膜并可精确地控制各层的厚度，这是因为此种系统只需要在溅射膜淀积室内准备两个与各种膜料对应的靶并通过更换靶进行溅射。通过精确控制各层的厚度，就能形成薄膜性能评价值高的抗反射膜。
于是，对于利用溅射技术的上述新的成膜方法与系统来为塑料光学器件如塑料镜片制备的抗反射膜时，是能够给出具有新的多层结构和薄膜性能评价值高的高反射膜的。
在评价镜片的薄膜性能时，干涉色(干扰色)是一个重要的评价项目。干涉色是由于白色光的干涉生成的颜色，而在上面形成有多层抗反射膜的塑料镜片情形，当于此镜片表面上涂有具备不同折射率的透明薄膜时，此干涉色则是由干涉造成的反射光的颜色，市售的涂有抗反射膜的透镜的干涉色一般粗分为浅蓝、浅紫与浅绿三种颜色。在上述各颜色中尽管浅绿的干涉色从视觉的生理与美感上都具有优越性，在商业上尤具有重要价值，但迄今未确立起能稳定地给出这种干涉色的技术，这是由于在膜料的选择、膜厚的确定、以及成膜条件，等等，都存在各种技术问题。但是，采用上述的溅射方法则可以解决上述问题。
但在把高折射材料形成为有机物质塑料镜片底料的第一层时，就会带来另外的问题。由于吸收水分(吸收潮气)和来自外部的压力，随着时间的推移致界面处应力的平衡态变化，导致抗反射膜易从界面上开裂。例如当把抗反射膜的第一层是由高折射材料形成的塑料镜片在由颇强的力将塑料镜片挤压装配到镜架内且还使其吸收有水分时，此塑料镜片有时就会从其边缘部分开裂。裂纹的存在降低了镜片的商品价值。为此曾要求采取措施防止产生这类裂纹。
在由当前提出的溅射法于光学透镜上淀积薄膜时，通常是把多片透镜底料(以批为单位)固定于一圆盘支座(基片支座或镜片托盘)上，在转动此支座的同时分批进行薄膜淀积处理。虽然在用溅射法来成膜时膜厚看来能有很好的分布，但当把溅射法用来形成光学透镜的薄膜时，则需要有更精确和更均匀的厚度分布。特别是在用上述溅射法将抗反射膜形成于光学透镜的表面上时，更要求厚度有严格的一致性。当镜片表面上抗反射膜的厚度不一致时，它的反射色改变，这就会使戴用者感到不适，降低了这种镜片的使用价值与商品价值。
此外，作为这种光学透镜的表面，是一面形成为凸面而另一面是形成为凹面的，即都是有曲率的。根据这种利用溅射法于此光学透镜表面上形成抗反射膜的方法，是把此光学透镜水平地放置于上述支座上，并将上、下靶设置成分别面对此光学透镜的各侧，以在同时在此两侧上进行溅射膜淀积。但由于光学透镜的两侧各具有独特的曲率，致使面对光学透镜各面的靶与此面上各部之间的距离不同，从而难以在这些表面上淀积成具有均匀厚度的薄膜。
为此，本发明的目的在于提供这样的塑料光学器件，它所具有的抗反射膜的薄膜性能的评价值很高，同时能通过利用溅射法来制造抗反射膜，且具有新颖的多层结构。
此外，当上述塑料光学器件用作塑料镜片时，它可以配置成于此镜片上稳定地给出浅绿的干涉色，而形成在视觉的生理与美感上都具优越性并有很高商业价值的抗反射膜。
本发明的另一目的在于提供这样的塑料镜片，它所具有的抗反射膜经设置成，当于有机物质的塑料镜片底料上形成多层抗反射膜而淀积高折射材料作为第一层时，能通过改进此塑料底料的表面而防止发生开裂。
本发明的再一目的在于提供一种机构，它能在由溅射法于光学透镜底料的表面上形成薄膜时，使此膜厚的分布均一。
本发明的塑料光学器件是在其塑料底料的至少一个表面上涂有抗反射膜的塑料光学器件。此抗反射膜是这样形成的多层膜于塑料底料的一侧基本上由高折射材料淀积上第一层，而后由低折射材料淀积成第二层，再交迭地叠层上这些高折射材料与低折射材料。使所形成的抗反射膜的主波长(dominant wavelength)范围为480～550nm，色纯度(excitationpurity)范围为10～30％，光反射系数(1 uminous reflectance)为0.7～1.8％，从而能具有浅绿的干涉色(interference color)。由于设计和制造了这种多层抗反射膜得以使塑料光学器件具备浅绿的干涉色，当把上述塑料光学器件用作塑料镜片时，就能获得在视觉生理与美感上优越和商品价值高的镜片。
再有，在本发明的塑料光学器件中，此抗反射膜是这样地形成多层膜的先于塑料底料上基本上由高折射材料形成第一层，继之是低折射材料的第二层，然后交迭地由这些高折射材料与低折射材料叠层；位于此多层膜中间区的低折射材料较厚些，以便获得抗反射膜所需的厚度与耐用性。上述抗反射膜是通过淀积高折射膜的第一层和低折射膜的第二层以及交迭的淀积高折射膜与低折射膜而成。形成此抗反射膜各层的薄膜经适当地控制，使得此薄膜的厚度与质量能满足所需条件。结果可以实现具有优质薄膜性能的抗反射膜。还由于薄膜的设计，所需的抗反射膜能够简捷地制成。此薄膜的性能例如硬度和耐用性，在此抗反射膜用到塑料底料上时，可以通过增加位于中间区域的低折射膜的厚度来提高。
在上述塑料光学器件中，高折射材料最好是用锆(Zr)、钛(Ti)和钽(Ta)或用它们的两或三种组成的合金制成的靶而由溅射法形成的金属氧化物，而低折射材料则是用硅(Si)靶由溅射法形成的金属氧化物。最好要使高折射靶含Si。这样，所形成的高折射膜就含有Si而可以提高这种膜的硬度与耐用性。在形成高折射材料时，最好除高折射率靶外还设置Si靶，通过同时溅射这两种靶而把这种高折射材料形成混合膜。通过使此高折射膜含硅，在此情形下同样能改进膜的硬度和其它类似性质。
在上述的塑料光学器件中，抗反射膜的总厚度为4800～5800，而低折射材料的总厚≥3500。当塑料底料有曲率时，此抗反射膜作为宽带膜形成。这样，通过溅射和改变斜入射造成的干涉色，就能减少在淀积膜时因曲率使厚度分布不同而致干涉色的不均一。最好是把这种塑料底料用作塑料镜片的底料而在其两侧形成多层结构的抗反射膜。尤为最好的是，这种抗反射膜共有10层，且位于中间的第六层处的低折射材料的厚度则增加。
本发明的塑料镜片是前述塑料光学器件的一个例子，而抗反射膜是用溅射法形成于塑料底料上的，它是多层膜，由在此塑料底料的一侧上先由高折射材料淀积第一层，继淀积低折射材料的第二层，然后交迭地叠层这些高折射材料与低折射材料，而另外在此塑料底料上则形成有超薄的SiO(2-x)膜作为预处理层。由于有此作为预处理层的超薄膜设在此多层结构的抗反射膜第一层的高折射率膜和塑料底料之间，此预处理层就可以防止在抗反射膜中出现裂缝。
上述超薄膜的厚度最好为15～50。
上述高折射材料最好是用Zr、Ti与Ta的任何一种或是它们中的两或多个所成合金制成的靶由溅射法形成的金属氧化物，而低折射材料则是由同样用在塑料镜片中的Si靶经溅射法而形成的金属氧化物。
最好是使此高折射材料的靶如同在塑料镜片中那样同样含有Si。这样，所形成的高折射率膜便含有Si而可以改进膜的硬度与耐用性。
在形成高折射材料时于高折射率靶之外再设有Si靶，通过同时在塑料镜片中溅射这两种靶将此高折射材料形成混合膜。这时，由于此高折射率膜同样含有Si，就能改进膜的硬度等性质。这种抗反射膜最好由10层组成，且使位于中间的第六层的低折射材料的厚度与塑料镜片中的情形相同增加。
在用来将抗反射膜淀积到塑料光学器件表面上的溅射系统中，设有用来使抗反射膜厚度均一化的厚度校正机构。此厚度校正机构包括一厚度校正板，用来在由溅射法将薄膜淀积到光学透镜底料的表面上时来校正此薄膜的厚度差。此厚度校正板设在靶与底料支座间的一个优选位置处，借此以减少或分散溅射的粒子对光学透镜底料的直接影响。这样就能减少形成于底料支座上的这批光学透镜底料上薄膜厚度的差，而改进薄膜厚度分布的均一性。
在此溅射系统中，表面上有曲率的多个光学透镜底料依同心圆位置水平地设置于可旋转的圆形盘支座上，其中设有朝向光学透镜底料表面上的靶，各个厚度校正板起到用来控制膜厚差的掩模件作用，设置在各个靶件与支座之间，沿着从支座周边到中心部的方向。这样的布置形式可以使得大量的例如按三个同心圆位置设于底料支座上的光学透镜底料，减少其在不同同心圆上的薄膜厚度差，使膜厚分布均一。应该注意到，起到掩模件作用的厚度校正板是安装在光学透镜材料的上下两侧之一或两者之上的。
所述的靶包括分别面对光学透镜底料两侧的上靶与下靶，而所述掩模件则包括用于凹面的设在上靶与底料支座之间的掩模件和用于凸面的设在下靶与底料支座间的掩模件。在用于凹面的掩模件中，对应于光学透镜底料所在位置的部段沿周边方向的尺寸大于其它部段沿周边方向的尺寸；在用于凸面的掩模件中，对应于光学底料之间边界的部段沿周边方向的尺寸大于其它部段沿周边方向的尺寸。这些掩模件还能干扰粒子从靶中形成的不侵蚀部分逸出。
图1是示明本发明的抗反射膜结构的剖面图；图2概示用于制造抗反射膜的溅射膜淀积系统的结构；图3表明抗反射膜光谱反射曲线；图4是表明具有多层式抗反射膜的塑料镜片结构的剖面图；图5(A)、5(B)与5(C)是剖面图，用来比较预处理过的塑料镜片(A)、预处理层所具厚度超出预定范围的塑料镜片(B)以及未经预处理的塑料镜片(C)；图6概示附设有厚度校正机构的溅射膜淀积系统主要部分的结构；图7是纵剖图，示明在底料支座上的塑料底料的淀积状态以及此底料支座、靶与厚度校正板之间的关系；图8是平面图，示明上部厚度校正板的平面形式；图9是平面图，示明下部厚度校正板的平面形式；图10概示靶的不侵蚀部分。
下面根据
本发明的最佳实施形式。
现以塑料镜片作为塑料光学器件的例子并于此塑料镜片两侧上形成抗反射膜来说明本发明的实施形式。虽然塑料镜片最适用作于其上形成本发明的抗反射膜的光学器件，但本发明并不仅仅局限于此。
图1为示意性剖面图，概示本发明的抗反射膜结构的典型实例，图2为结构图，例示溅射膜淀积系统。此种抗反射膜是形成于镜片的两侧之上，但为便于说明，图1中表明的只是一侧的抗反射膜的剖面结构。具有相似结构的抗反射膜还形成在此镜片的另一侧。
图1所示的塑料底料10是塑料镜片的底料。例如CR-39(二甘醇二烯丙基碳酸酯聚合物，nd=1.499)用作塑料底料10。为了提高塑料底料10的硬度，在其表面上涂有硬膜11。含胶体二氧化硅的有机硅树脂例如用作硬膜11，有关它的详细组成例如已描述于日本专利公报No.平4-55615中。
应知这种塑料镜片的塑料底料通常具有曲率，呈弯曲形状。但为便于说明，图1中是以平片形式来表明它的。当此塑料底料为弯曲形式时，淀积于其上的膜一般便沿此底料表面弯曲。
拟涂布到塑料底料10上的抗反射膜13是形成于硬膜11之上的，因为在本实施形式中硬膜11是涂层在塑料底料10之上的。如图1所示，本发明的实施形式的抗反射膜13例如是作为10层的多层膜形成的。在抗反射膜13中，位于塑料底料10这一侧最低层的膜131是高折射膜。紧接高折射膜131形成的是低折射膜132。然后顺次形成了膜133～140，它们交迭地重复着高折射膜与低折射膜的顺序。结果，第一、三、五、七、九各层的膜131、133、135、137与139是作为高折射膜叠置的，而第二、四、六、八、十各层的膜132、134、136、138与140是作为低折射膜叠置的，这样便形成了具有多层结构的抗反射膜13。第十层的低折射膜140之外是大气。
在本实施形式中，构成上述高折射膜的高折射材料例如是锆的氧化物ZrO2，而构成上述低折射膜的低折射材料例如是Si的氧化物SiO2。除锆之外，还可采用Ti与Ta的氧化物TiO2、Ta2o5等。还可以把来自Zr、Ti和Ta中的两或多个的合金形成的金属氧化物用作高折射材料。这种高、低折射膜是用后述的溅射法制成。为此，制备了高与低折射材料的靶。
高折射膜也可作为含有上述高折射材料与Si的混合膜形成，这种膜的性能例如硬度与耐用性可以通过使其中含有Si得到改进。这样的混合膜例如可用下述两种方法制成。第一种方法是把Si包含在高折射材料的靶中。利用这种靶可由溅射法淀积成含Si的高折射膜。第二种方法是在高折射材料靶之外再设置Si靶，通过同时溅射高折射材料靶和Si靶就可形成这种混合膜。Si靶也可用作低折射材料的靶。
在按上述方式形成的具有多层结构10的抗反射膜13中，各层的高、低折射膜的厚度最好设定如下，其中λ代表500nm(毫微米)。
第一层高折射膜的厚度设定为0.075λ～0.085λ，第二层低折射膜的厚度设定为0.115λ～0.130λ，第三层高折射膜的厚度设定为0.177λ～0.199λ，第四层低折射膜的厚度设定为0.101λ～0.114λ，第五层高折射膜的厚度设定为0.102λ～0.115λ，第六层低折射膜的厚度设定为0.471λ～0.511λ，第七层高折射膜的厚度设定为0.102λ～0.115λ，第八层低折射膜的厚度设定为0.045λ～0.060λ，第九层高折射膜的厚度设定为0.270λ～0.304λ，而第十层高折射膜的厚度设定为0.244λ～0.275λ。在上述各个值之中，各层厚度的最佳值乃是以上各范围中的中心值。
上述抗反射膜13的总厚度最好为4800～5800，而其中低折射膜的总厚最好≥3500以确保此抗反射膜所要求的例如硬度与耐磨性等的耐用性作为膜的粘附性以及其它性质。在本实施形式的情形，位于中间区第六层的低折射膜136的厚度比其它的膜加厚了，以使抗反射膜13获得能满足硬度与耐用性之类要求的厚度。位于这批低折射膜中间的膜也加厚了，目的在于使得这种结构能适合这层膜在应力和其它方面的要求。
应该指出，抗反射膜13中的层数并不限于上述的10层。从这种膜的制备考虑，具多层结构的抗反射膜的层数最好要少一些，但应结合所需的薄膜性能作适当地设定。
如前所述，一般的塑料镜片有曲率而呈弯曲形。在用后述的溅射法于这种弯曲的塑料底料上制备具有图1所示多层结构上的抗反射膜13时，取决于此塑料底料上各部分的曲率，会产生厚度分布的差异，这样就会产生因斜入射造成的干涉色的不均匀以及干涉色的改变。为了减少这种困扰，最好把抗反射膜13设计成为具有宽带特性的膜。
下面参看图2概述用溅射法制备上述抗反射膜13的系统的例子以及制造过程。图2是溅射淀积系统13主要部分的纵剖面图，此系统能同时在塑料底料两侧淀积具有多层结构的抗反射膜13。
此溅射膜淀积系统可以大致分为用来输入拟处理对象的引入室21、用来在塑料底料10两侧交替地淀积高、低反射膜的真空处理室(溅射膜淀积室)22以及预处理室23，这三个室由闸门阀24与25分开。闸门阀24与25按适当的定时开/关以运进/运出处理对象。
经引入室21运入此溅射膜淀积系统的底料支座26通过闸门阀24设定于真空处理室22内。注意，图1中未示出用来运送底料支座26的滑架。底料支座26例如呈盘形，其中形成有大量的底料保持孔26a。用于塑料镜片的塑料底料10即设置于这些孔26a中。由于底料保持孔26a通向上侧与下侧，由这些孔保持的塑料底料10便面对底料支座26的上、下空间。结果就可由溅射法于塑料底料10的两侧上形成上述抗反射膜13。
真空处理室22中的溅射膜淀积过程包括用来淀积金属薄膜的溅射步骤，和将此溅射步骤中淀积的金属薄膜变换为氧化物薄膜的变换步骤。于是，真空处理室22中在构制此系统时设有溅射步骤区22A以及变换步骤区22B。
底料支座26通过在真空处理室22中的上、下支承件27、28支承其中心而取水平配置形式。上、下支承件27、28由未示明的液压缸或类似装置沿垂向驱动，并可由内设的马达转动机构作自由的转动。底料支座26经上、下支承件27、28的转动操作依预定速率转动，将抗反射膜13淀积于塑料底料10上。这样，当设在底料支座26上的多块塑料底料10通过溅射步骤区22A与变换步骤区22B时，塑料底料10便在溅射步骤区22A与变换步骤区22B中分别受到溅射与变换处理。
溅射装置设在溅射步骤区22A中底料支座26的上、下，包括靶31、溅射电极32、溅射电源33、溅射气瓶34与质量流量控制器35。当底料支座26转动而塑料底料10到达上、下靶31之间时，在溅射状态下从靶31发射出的靶物质便淀积到塑料底料10的两侧上而形成这种靶物质的薄膜。此时经质量流量控制器35由溅射气体瓶34引入溅射气体如氩气来调节溅射气氛。
为了于真空处理室22的溅射膜淀积过程中制备上述抗反射膜13，根据上述溅射步骤和后述变换步骤淀积金属氧化物ZrO2作为第一层高折射膜，淀积SiO2作为第二层低折射膜。然后交迭地形成高折射膜ZrO2和低折射膜Sio2直至第10层。在溅射步骤区22A中，淀积各金属氧化物源的金属。在用于淀积第一层高折射膜131的第一溅射步骤中，准备了Zr制成的靶而于塑料底料10的两侧上形成Zr膜。在淀积第二层低折射膜132的溅射步骤中，将上述靶更换为Si制成的另一种靶而在溅射后于塑料底料两侧上形成Si膜。这样，通过将靶更换为高折射材料或低折射材料的，交迭地叠置高、低折射膜便可形成抗反射膜。注意到用来换靶的机构未于图2中示明。
在变换步骤区22B中于底料支座26的上、下设有感应耦合的等离子发生装置。这种感应耦合等离子发生装置包括高频放电室41、高频线圈42、匹配箱43、高频电源44、反应气体瓶45与质量流量控制器46。当底料支座26转动而待处理的塑料底料10到达此上、下感应耦合等离子发生装置之间时，此塑料底料10便暴露于从反应气体瓶45通过质量流量控制器46引入的氧等离子体下，使溅射步骤中淀积的金属(Zr或Si)氧化而变换为氧化物(ZrO2或Sio2)。
如上所述，具有由ZrO2膜(高折射膜)与SiO2膜(低折射膜)组成的多层结构的如图1所示的抗反射膜13，是这样地形成于塑料底料10的两侧上重复溅射步骤与变换步骤，同时在设定成能于真空处理室22中可自由转动的底料支座26上，更换此多块塑料底料10两侧上的靶。
注意在真空处理室22中设有使溅射步骤区22A与变换步骤区22B分开的屏蔽件47。
下面是有关在溅射膜淀积系统的淀积步骤中形成ZrO2膜即高折射膜的条件例子(1)溅射气体氩气(Ar)，按流率380～580cc/min供应；(2)氧化气体氧气(O2)，按流率46～60cc/min供应；(3)薄膜淀积中的真空度8.7×10-3Torr；(4)溅射输出DC功率，按3.3～3.7KW供应；(5)氧化枪输出供应0.4KW的高频(RF)电功率；(6)淀积速率320～360/min。
下面是有关在此溅射膜淀积系统的溅射步骤中用来形成SiO2膜即低折射膜的条件例子(1)溅射气体氩气(Ar)，按流率110～190cc/min供应；(2)氧化气体氧气(O2)，按流率64～70cc/min供应；(3)薄膜淀积中的真空度2.4×10-3Torr；(4)溅射输出DC功率，按5.1～5.3KW供应；
(5)氧化枪输出供应0.4KW高频(RF)电功率；(6)淀积速率340～380/min。
下面是在具有这种抗反射膜13的塑料镜片上所获得的此种抗反射膜于恒温恒湿下在其形成的初始阶段的性能以及其在1个月后的性能。
作为此抗反射膜的性能，由下述方法测量和评价了它的耐磨性、粘附性、耐碱性、耐热性、耐酸性、对人造汗水的稳定性以及干涉色(1)耐磨性进行了钢绒试验。在此试验中，以钢绒#0000摩擦抗反射膜，由视觉判断刮痕程度；(2)粘附性将具有这种抗反射膜的塑料透镜表面按1mm间隔横切为100等分，使赛珞玢带牢牢粘附于其上，然后快速地剥离下此赛珞玢带，检查此多层抗反射膜是否有剥落；(3)耐碱性将具有这种抗反射膜的塑料透镜浸溃于NaOH 10％(重量)的水溶液中1小时，观察此多层抗反射膜表面的浸蚀状态；(4)耐热性将具有这种抗反射膜的塑料透镜置于烤炉内加热1小时，检查此膜是否开裂。加热温度从70℃每次增加5℃，以鉴别造成这种开裂的最有影响的温度；(5)耐酸性将具有这种抗反射膜的塑料透镜浸溃入HCl 10％(重量)和H2SO410％(重量)的水溶液中1小时，观察此多层抗反射膜表面的浸蚀状态；(6)对人造汗水的稳定性将具有这种抗反射膜的塑料透镜浸溃于20℃的人造汗水中24小时，这种汗水含NaCl、Na2S、NH4以及乳酸，观察此多层抗反射膜表面的浸蚀状态；(7)干涉色用视觉观察荧光灯的反射光。
下面是抗反射膜13在其形成后最初阶段根据上述测试与评价的结果(1)对于耐磨性，由于几乎未形成划痕，不存在问题；(2)对于粘附性，前述100个等分都未剥落；(3)对于耐碱性，由于几乎无损伤，无问题；(4)对于耐热性，在75℃时出现裂纹；(5)对于耐酸性，由于未见变化，无问题；
(6)对于人造汗水的稳定性，由于未见变化，无问题；(7)干涉色为绿色的。
下面是抗反射膜13在恒温恒湿环境下1个月后根据上述测试与评价的结果。
(1)对于耐磨性，由于几乎未形成划痕，不存在问题；(2)对于粘附性，前述100个等分都未剥落；(3)对于耐碱性，由于几乎无损伤，无问题；(4)对于耐热性，于60℃出现裂纹；(5)对于耐酸性，由于未见变化，无问题；(6)对于人造汗水的稳定性，由于未见变化，无问题；(7)对于干涉色，由于浅绿的干涉色中未见有变化，无问题。
图3是抗反射膜13的光谱反射率曲线测量的例子。从此光谱反射率曲线中可知，在约420～740nm的宽广波长范围实现了低反射率，即获得了宽带的抗反射膜。特别是在约480～550nm的波长范围有较高的反射率。
此外，上述抗反射膜通过将其主波长范围设定为480～550nm、色纯度为10～30％、光反射率为0.7～1.8％，可获得浅绿干涉色。光反射率与色品一般用来表明反射物体的颜色(在本实施形式中是镜片表面上抗反射膜的干涉色)，而主波长与色纯度则用来单色地表明色品。在此，光反射率表示为物体反射的光通量对入射到此物体上的光通量之比，相当于三色刺激值中的Y值，并由下式给定R=∫380780PλRλVλdλ/∫380780PλVλdλ]]>式中R是光反射率，Pλ是入射光的光谱成分，Vλ是相对发光效率而Rλ是光谱反射率。
此R成为用来识别具有光谱成分Pλ的光在其进入透镜时的表观亮度的判据。
主波长与色纯度是在单色表示下用来表明色品的两个元素。
连接色品图上色品坐标系所表示的一个点与光源两者的这条直线同光谱轨迹的交点所对应的波长，特称作为主波长。
具备图3所示光谱反射率曲线的本实施形式的抗反射膜具有508nm的主波长，22％的色纯度，0.963％的光反射率和浅绿色的干涉色。
虽然在上面说明了由溅射法来形成抗反射膜的方法，但也可由其它的方法如真空蒸发法与CVD法来制造具有前述多层结构的类似的抗反射膜。
此外，具有多层结构的这种抗反射膜在本实施形式中是形成于塑料镜片的两侧上，但这种抗反射膜在另一些塑料光学器件中也可见形成于一侧。
再有，在本实施形式中，此抗反射膜13的第一层是高折射膜131，但此高折射膜并不需严格地作为第一层。例如可在硬膜11与高折射膜131之间设置另一层膜。因此，要是此高折射膜131基本上是抗反射膜13中的第一层时就可以了。这将详述于第二实施形式中。
根据上述的塑料光学器件，所述具有多层结构的抗反射膜例如是用溅射法这样地形成的淀积高折射材料为第一层、低折射材料为第二层，然后在塑料底料两侧都交迭地叠置高折射材料与低折射材料，而在此抗反射膜中间的低折射材料的厚度加大，得以实现膜性能评价高的抗反射膜。此外，由于这种抗反射膜是作为宽带膜形成的，这就能够减少由溅射法淀积中与曲率有关的厚度分布差造成的干涉色的不一致，同时能够减少在塑料底料有曲率时因斜入射造成干涉色的变化。再有，这样可以稳定地获得浅绿色的干涉色而得以制造出在视觉生理与美感上都具有优越性的商业价值高的抗反射膜。
下面参看图4与5说明本发明的第二实施形式。在此实施形式中，将塑料光学器件限于塑料镜片。形成于塑料底料10的表面上的薄膜结构已经改进以防发生裂纹。图4与5中的部件中与图1所示部件实质上相同的附以相同的标号而略去其详细说明。
图4中，标号10指塑料底料，11指硬膜，13指抗反射膜，这三者都与前述实施形式中的相同。抗反射膜13实际上是形成于硬膜11之上。具体地说，在硬膜11与抗反射膜13之间形成有用作预处理层的SiO(2-x)(x=0,1)的超薄膜12。这就是说，在于塑料底料10上形成具有多层结构的抗反射膜13之时，形成作为预处理层的SiO(2-x)超薄膜12。超薄膜12的厚度最好为15～50。通过设置此作为预处理层的超薄膜12，可以适当改变塑料底料10与高折射膜131界面间的应力平衡。结果可以防止因湿度与压力导致抗反射膜13产生裂纹，使塑料镜片保持良好的外观。此外，能够自然地于抗反射膜13和塑料底料10之间保持很高的粘附性。应该注意到，当超薄膜的厚度超过50时，会产生使粘附性变劣的问题。
下面参考图5比较具有上述结构的抗反射膜(A)和具有其它结构的抗反射膜(B)与(C)。具有图5(A)中多层结构的抗反射膜13包括高、低折射膜总共10层。反射膜13的图中左边1至10的序号指的是层数。从第1层高折射膜到第10层低折射膜的各个层的厚度按图5(A)所示分别为0.080λ、0.12λ、0.19λ、0.11λ、0.11λ、0.49λ、0.11λ、0.05λ、0.29λ与0.26λ。这些厚度包括在各个层的前述厚度范围内。此抗反射膜13的上述结构在图5(B)与5(C)的抗反射膜中也都相同。
在图5(A)的布置中，抗反射膜13形成于塑料底料10之上，而后者的表面上则通过具有厚度15的SiO(2-x)超薄膜12涂有硬膜11。这就是说，SiO(2-x)超薄膜12形成为预处理膜。注意，第10层低折射膜的上侧为大气。
在图5(B)的布置形式中，SiO(2-x)超薄膜12a以同样方式作为预处理膜形成在抗反射膜13和表面上有硬膜11涂层的塑料底料10之间。但此超薄膜12a的厚度为80，大于前述的50而不包括在前述范围之内。
在图5(C)的布置形式中，在抗反射膜13和表面上有硬膜11涂层的塑料底料10之间没有形成SiO(2-x)超薄膜。这就是说没有用上述超薄膜进行预处理。此抗反射膜13是直接形成在上面有硬膜11涂层的塑料底料10之上。
以下将说明具有图5(A)、5(B)与5(C)中所示结构的各塑料镜片的薄膜性能的比较结果。为进行此比较，制备了具有图5(A)、5(B)与5(C)所示的各个结构，把它们装配到镜架上，并于湿度90％和温度46℃的恒温恒湿炉内保持24小时。然后检查这些塑料镜片的抗反射膜的粘附性及其外观(有无裂纹发生)。应注意到在评价“粘附性”时是将此塑料镜片表面按1mm间隔横切100等分，强力粘附上赛珞玢带然后迅速撕离再检查此抗反射膜是否有剥落。
结果，具有图5(A)所示结构的塑料镜片的粘附性为100％，未见任何剥落，外观无变化。在具有图5(B)所示结构的塑料镜片中，粘附性为0％，所有的抗反射膜均被剥离，性能极差，但外观无变化。在具有图5(C)所示结构的塑料镜片中，尽管粘附性为100％属良好情形，但在镜片的边缘部分会出现开裂的外观问题。
从上述比较可知，在塑料镜片(塑料底料10)涂有超薄膜12作为预处理膜的抗反射膜13于粘附性和外观方面具有最佳的性能。再有，此抗反射膜13还在耐磨性、耐碱性、耐热性、耐酸性和对人造汗水的稳定性方向表现出良好的性能。这种抗反射膜在光谱反射率曲线上于约420～740nm的广波长范围实现了低的反射率，从而制成了宽带的抗反射膜。具体到约480～550nm，则有较高的反射率。此外，上述超薄膜和抗反射膜通过将主波长设定为480～550nm，色纯度为10～30％而反射率为0.7～1.8％则能提供浅绿的干涉色。
根据上述的塑料镜片，由于在形成第一层为高折射膜的多层抗反射膜时形成了用作预处理层的超薄膜12，就能防止裂纹发生和改进用在塑料片上时的外观，还能通过这一超薄膜和其它的膜层稳定地实现浅绿的干涉色，而制造出视觉生理与美感均优越的商品价值高的塑料镜片。
下面参看图6～10说明本发明的第三实施形式。在这一实施形式中，在前述第二溅射膜淀积系统的装置中，增设有用来提高形成于塑料底料10两侧上薄膜厚度均一性的机构。图6中的与图2所示基本相同的部件将附以相同的标号而略去其详细的重复性说明。应知底料10不限于塑料，例如可以是玻璃。
塑料底料10是具有弯月形的塑料镜片的底料。抗反射膜是淀积于用于塑料镜片的塑料底料10的两侧上。这种抗反射膜是如上所述的多层膜，其中交迭地叠层着高折射膜(例如ZrO2)和低折射膜(例如SiO2)。由于塑料底料10是塑料镜片，它的两侧是有曲率的。具体地说，塑料底料10的一面为凹面而另一面为凸面，并且是水平地设于底料支座26上。在这种状态下，此底料10通常是凹面朝上而凸面朝下。
溅射膜淀积系统的结构与操作与前述的相同。图6所示溅射膜淀积系统的结构特点是在真空处理室22的溅射步骤区22A内设有厚度校正机构。
上述厚度校正机构包括设在溅射步骤区22A中处于各个靶31和底料支座26之间的厚度校正板51和52。需和图6中未示明用于支承厚度校正板51和52的结构。可以采用能利用这种空隙的任何形式的支承结构。从功能上说，厚度校正板是所谓掩模件，用来以所需的形状(覆盖图案)覆盖通过底料支座26的转动作业来到面对靶31中心部分位置的塑料底料10。来自靶31的溅射粒子可以部分地屏蔽，通过把这种起到具有所需覆盖图案掩模件作用的厚度校正板来覆盖若干塑料底料10，就可校正淀积于各个塑料底料10表面上的薄膜厚度而可使此厚度均一化。
下面参考图7至9详细说明此厚度校正板。图7是放大图，用来较具体地说明对设定于底料支座26上的塑料底料10的所取位置形式以及上、下靶31和厚度校正板51、52之间的关系，图8例示平面型厚度校正板51，图9示明平面型厚度校正板52。
图7中，箭头53所示方向是朝向底料支座26转动中心的方向，d1是底料支座26与下部靶31间的距离，d2是塑料底料10与下部靶31间的距离。图中可以清楚看到，有许多塑料底料10设在底料支座26通过接头54形成的底料保持孔26a中，取凹面朝上和凸面向下的形式。塑料底料10取这样的定位是使其最低点来到差不多是在上部、下部靶31之间的居中位置。因此，上述距离d2是确定于下部靶31和塑料底料10下表面的最低点之间。此外，底料支座26与下部靶31间的距离d1则略大于底料支座26与上部靶31的间距。
这多个塑料底料10如图8所示是设在底料支座26中的同心圆周55、56与57之上。本实施形式中用到了三个这样的同心圆。此外，从图8与9可以清楚看到，平面型的上部靶与下部靶最好呈梯形，以短边位于中心侧而以长边位于周边侧。
图8所示的呈平面型的上述厚度校正板51在前述布置形式下是位于上部靶31和设定在底料支座26上的这批塑料底料10之间。此厚度校正板51定位成使其纵向取连接底料支座26的中心部与周边部的直线方向(径向)。在厚度校正板51中，最好使对应于同心圆55～57(设有塑料底料的地方)的器件沿圆周方向的长度大于其它器件沿圆周方向的长度，且使对应于同心圆55～57的器件在厚度校正板51中的长度从周边部分到中央部分逐渐变小。这样，借助可旋转的底料26，来到大致面对上部靶31中央部分的位置的塑料底料10上表面中一预定部分便为厚度校正板51覆盖。结果，淀积到塑料底料10上部表面(凹面)上薄膜的厚度由于受到厚度校正板51屏蔽作用的校正而均一化。应注意到，平面型的厚度校正板51不限于图8所示的形式。
类似地，具有图9所示平面型的上述厚度校正板52设置在下部靶31与底料支座26上的这批塑料底料10之间。厚度校正板52定位成使其纵向取连接底料支座26的中心部与周边部的直线方向，同时最好是使对应于同心圆55～57的中间部段的部分在周边方向的长度(塑料底料间的边界)大于其它部分在周边方向的长度。这样，借助可转动的底料支座26，业已到达大致面对下部靶31中心部的位置处的塑料底料10下部表面(凸面)一预定范围就会为厚度校正板52覆盖。结果，淀积到塑料底料10下部表面(凸面)上的薄膜厚度便均一化。应知平面型厚度校正板52并不只是限于图9所示的这种。
从另一方面考虑，厚度校正板51和52还能用为具有下述作用的掩模件。这就是说，呈梯形的靶31一般配置有特定的磁铁结构(未示明)根据基于溅射的薄膜淀积作用，于此靶的中心部形成一类似于等边三角形的不侵蚀部58。当这种不侵蚀部58在存于靶31之上时，在此不侵蚀部58中淀积于靶面上的反应产物就易发生反常放电。结果使这种反应产物易从此不侵蚀部58作为粒子逸散出而到达塑料底料10的表面。但在上述溅射膜淀积系统中如上所述有厚度校正板51和52设置在底料支座26和上部与下部靶之间，使得厚度校正板能覆盖住面对这两个靶的塑料底料10，它们将干扰从此不侵蚀部58逸出的粒子，阻止这些粒子到达塑料底料10的表面。
上述厚度校正机构在采用溅射法由溅射膜淀积系统将薄膜淀积于光学透镜底料的一侧或两侧上时，能使光学透镜底料表面上的薄膜厚度均一化，实现有利的厚度分布。此外，这种厚度校正板还可干扰从靶的不侵蚀部中逸出的粒子。
本发明适用在塑料光学器件上涂层薄膜性能评价值高的抗反射膜。这种抗反射膜是作为宽带膜形成的，能在塑料底料有曲率时减少因厚度分布不同导致的干涉色不均匀和因斜入射导致的干涉色改变。本发明得以稳定地获得浅绿色的干涉色并可制备成视觉生理和美感均优秀的商品价值高的抗反射膜。在塑料镜片情形，以SiO(2-x)的超薄膜用作预处理层时能防止在抗反射膜上出现裂纹。所述厚度校正机构的厚度校正板则可使由溅射法于塑料底料表面上淀积的薄膜厚度均一化。
权利要求
1．塑料光学器件，在其塑料底料(10)的至少一个表面上涂有抗反射膜(13)，特征在于，所述抗反射膜(13)是这样形成的多层膜；在所述塑料底料的此至少一个表面上基本上由高折射材料淀积上第一层(131)，接着是低折射材料的第二层(132)，然后交迭地叠置上这样的高折射材料与低折射材料，此抗反射膜的主波长范围是480～550nm，色纯度范围为10～30％，光反射率为0.7～1.8％，且具有浅绿色的干扰色。
2．塑料光学器件，在其塑料底料(10)的至少一个表面上涂有抗反射膜(13)，特征在于，所述抗反射膜(13)是这样形成的多层膜在所述底料的此至少一个表面上基本上由高折射材料淀积上第一层(131)，接着是低折射材料的第二层(132)，然后交迭地叠置上这样的高折射材料与低折射材料；而位于此多层膜中间区的上述低折射材料有较大的厚度，以获得所需的硬度与耐用性。
3．权利要求1或2所述的具有抗反射膜的塑料光学器件，特征在于所述高折射材料是用Zr、Ti与Ta中的任何一种或其中的两或多种组成的合金制成的靶由溅射法淀积的金属氧化物，而所述低折射材料则是用Si靶由溅射法淀积的金属氧化物。
4．权利要求3所述的具有抗反射膜的塑料光学器件，特征在于，所述高折射材料的靶含Si。
5．权利要求3所述的具有抗反射膜的塑料光学器件，特征在于，在淀积所述高折射材料时除所述高折射材料靶之外另设有Si靶，用以在同时通过溅射上述两种靶来淀积作为混合膜的高折射材料。
6．权利要求1至3中任一项所述的具有抗反射膜的塑料光学器件，特征在于，所述抗反射膜的总厚度为4800～5800，而所述低折射材料的总厚度≥3500。
7．权利要求1至3中任一项所述的具有抗反射膜的塑料光学器件，特征在于，当所述塑料底料有曲率时，所述抗反射膜是作为宽带膜形成，用以减少在由溅射法淀积膜时与此曲率有关的厚度分布差导致干涉色的不均匀和因斜入射导致干涉色的改变。
8．权利要求1～3和7中任一项所述的具有抗反射膜的塑料光学器件，特征在于，所述塑料底料是塑料镜片的底料，而所述抗反射膜是形成于此塑料底料的两侧之上。
9．权利要求1～3中任一项所述的具有抗反射膜的塑料光学器件，特征在于，所述抗反射膜共由10层构成，而位于中间的第6层(136)的所述低折射材料的厚度则加大。
10．具有抗反射膜的塑料镜片，其中此抗反射膜(13)是用溅射法涂于此镜片的塑料底料(10)之上，特征在于，所述抗反射膜(13)是这样形成的多层膜于所述塑料底料的一侧淀积高折射材料的第一层(131)，继以低折射材料的第二层(132)，再交迭地叠加这些高折射材料与低折射材料；同时将SiO(2-x)的超薄膜作为预处理层淀积于此塑料底料上。
11．权利要求10所述的具有抗反射膜的塑料镜片，特征在于，所述超薄膜(12)的厚度是15～50。
12．权利要求10或11所述的具有抗反射膜的塑料镜片，特征在于，所述高折射材料是用Zr、Ti与Ta中的任何一种或其中的两或多种组成的合金制成的靶由溅射法淀积的金属氧化物，而所述低折射材料则是用Si靶由溅射法淀积的金属氧化物。
13．权利要求12所述的具有抗反射膜的塑料镜片，特征在于，所述高折射材料的靶含Si。
14．权利要求12所述的具有抗反射膜的塑料镜片，特征在于，在沉积所述高折射材料时除所述高折射靶之外另设有Si靶，用以在同时通过溅射上述两种靶来淀积作为混合膜的高折射材料。
15．权利要求10～12所述的具有抗反射膜的塑料镜片，特征在于，所述抗反射膜共由10层组成，而位于中间的第6层(136)的所述低折射材料的厚度则加大。
16．溅射膜淀积的厚度校正机构，此机构用于由溅射法将薄膜淀积到光学透镜底料(10)表面上的薄膜淀积系统，特征在于，它包括用于校正此薄膜厚度差的厚度校正板。
17．权利要求16所述的用于溅射膜淀积系统中的厚度校正机构，特征在于所述光学透镜底料(10)的表面有曲率，而有多个这样的光学透镜底料(10)水平地布置于圆盘支座(26)中若干同心圆上，此支座(26)取水平位置并可转动；所述溅射膜淀积系统包括面对光学透镜底料(10)表面的靶(31)；而所述厚度校正板是用来调节膜厚差的掩模件(51,52)，它们依连接支座的周边部与中央部的方向设置，且位于靶(31)与支座(26)之间。
18．权利要求17所述的用于溅射膜淀积系统中的厚度校正机构，特征在于所述靶(31)包括分别面对光学透镜底料(10)两侧的上靶与下靶；而所述掩模件包括位于上靶(31)和支座(26)之间的用于凹面的掩模件(51)，和位于下靶(31)和支座(26)之间的用于凸面的掩模件(52)。
19．权利要求18所述的用于溅射膜淀积系统中的厚度校正机构，特征在于，在用于凹面的掩膜件(51)中，对应于光学透镜底料10所在位置这些部分沿圆周方向的大小大于其它部分沿圆周方向的大小；而在用于凸面的掩模件(52)中，对应于这些光学透镜底料10之间边界所在位置的那些部分沿圆周方向的大小则大于其它部分沿圆周方向的大小。
20．权利要求17至19中任一项所述的用于溅射膜淀积系统中的厚度校正机构，特征在于，所述掩模件(51,52)能干扰从前述靶件(31)的不侵蚀部分中逸出的粒子。
全文摘要
在其塑料底料(10)的表面上涂有抗反射膜(10)的塑料光学器件中,此抗反射膜是多层膜,由先在此底料(10)的一侧淀积高折射材料的第一层(131)继以低折射材料的第二层再交迭地叠层以这些高、低折射材料而成。光学透镜底料(10)的表面有曲率,有多个这样的底料(10)水平地设置于可沿水平方向转动的圆盘支座(26)上。所用溅射膜淀积系统包括面对底料(10)表面的靶(31)。沿连接支座(26)的周边部与中央部的方向并在靶(31)与支座(26)之间设有起到掩模件作用的膜厚校正板以调节膜厚差。
文档编号G02B1/10GK1226970SQ9880065
公开日1999年8月25日 申请日期1998年5月18日 优先权日1997年5月16日
发明者葭原雅章, 嘉村齐, 神谷肇 申请人:保谷株式会社