JP2008097013A - 抗放射構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】特定の波長領域の放射を反射または回折できる構造を提供することによって、人が放射下に曝されることで生じる眼疾患の潜在的なリスクを低減し、かつ色弱患者の色識別能力を調整する。
【解決手段】本発明の抗放射構造は、基材と、基材に隣接する反射層と、反射層に隣接する周期的格子と、を含む。本発明のもう1つの抗放射構造は、基材と、基材に隣接する周期的格子と、を含む。上述の抗放射構造は特定の波長領域の入射光を反射または回折させることができる。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の抗放射構造は、基材と、基材に隣接する反射層と、反射層に隣接する周期的格子と、を含む。本発明のもう1つの抗放射構造は、基材と、基材に隣接する周期的格子と、を含む。上述の抗放射構造は特定の波長領域の入射光を反射または回折させることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は抗放射構造(anti-radiation structure)に関し、特に特定の入射波長を反射または回折できる基材表面の周期的格子(periodic grating)構造に関するものである。
白内障は老人に多い眼疾患の一つである。眼球において、水晶体は瞳孔の後ろに位置する小さな凸レンズ状の構造体であり、眼内に入ってきた光の焦点を合わせて網膜上に映し出す役目を持つ。分布する血管が少ない眼球では放熱能力が低く、長時間紫外光の下に曝されて眼球の温度が過度に高くなると、水晶体に病変が生ずる可能性がある。最もよく見られる病変は水晶体の白濁、つまり、眼疾患としてポピュラーな「白内障」である。
これ以外に、色盲もよく見られる眼疾患の一つである。人の眼が色を見分けられるのは、主に網膜における光受容細胞内の特殊な色素による。各光受容細胞は、赤、青、緑3種類の特殊な色素のうちの1種類をそれぞれ有しており、各種波長を組み合わせることで様々な色が感じられるようになっている。その原理はカメラフィルムの感光粒子に例えることができる。
いわゆる色盲とは色の種類を正確に判断できない、あるいは、特定の色に対して混同を生ずるような色覚異常であり、その発生率は男性の方が女性よりも多く、男性の約8%が色覚異常であるといわれ、女性の方が男性よりも少なく、女性の約0.5%が色覚異常であるといわれているが、ほとんどは比較的軽度の色弱で、色の識別が完全に不可能な全色盲者は約10万人に1人ほどしかいない。
出生後すぐに発生し、かつ、その程度が一生涯変わらない、つまり先天性色盲と呼ばれるところの色盲は伴性遺伝によるものであり、男性に多く、大部分が赤色と緑色をはっきりと見分けられない赤緑色盲で、紫色と青色の区別ができないことを最たる特徴とする。
また、後天性の色盲は、網膜病変または視神経病変、例えば外傷や緑内障などを原因とするもので、ほとんどが黄青色盲であり、黄色と青色をはっきりと見分けることはできないが、紫色と青色は容易に区別できる。上述した赤緑色盲は先天性の眼疾患であり、現在の医学に根本的かつ有効な治療法はない。しかし、大多数の色盲者は色弱であり、色の識別が不可能なわけではなくて、識別の能力が弱いだけである。
よって、発生した白内障に対しては手術による人工水晶体の移植が必要とされるが、手術の効果は人それぞれであるということ、および、色弱は現代人に多い遺伝性眼疾患であること、という事情を考慮すると、抗放射機能を備え、かつ特定色の光波を有効に反射させることができる構造を通して、これら眼部の症状の予防と改善を図る必要がある。
上述の従来技術に鑑みて、本発明の目的は、特定の波長領域の放射光を反射できる構造を提供することによって、放射光下に曝されることで生じる潜在的なリスクを低減し、かつ色弱患者の色識別能力を調整することにある。
上記目的を達成するため、本発明の第一の抗放射構造は、基材と、基材に隣接する反射層と、反射層上に配置されて、入射光を反射する周期的格子と、を含む。
また、前記第一の抗放射構造において、前記基材がガラス、プラスチックまたは有機無機ハイブリッド材料を含むことが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記反射層の屈折率が1.4〜2.0であることが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記周期的格子の屈折率が1.4〜2.0であることが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記反射層と前記周期的格子が一体成形されることが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記反射層と前記周期的格子の屈折率が前記基材の屈折率よりも大きいことが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記入射光が波長200〜400nmの紫外光であることが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記周期的格子のデューティー比が0.2〜0.3、高さが50〜210nmであることが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記反射層の厚さが5〜70nmであることが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記入射光が波長550〜700nmの赤色光であることが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記周期的格子のデューティー比が0.15〜0.8、高さが5〜130nmであることが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記反射層の厚さが50〜180nmであることが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記入射光が波長400〜550nmの青色光であることが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記周期的格子のデューティー比が0.15〜0.8、高さが50〜210nmであることが好ましい。
また、前記第一の抗放射構造において、前記反射層の厚さが10〜120nmであることが好ましい。
本発明の第二の抗放射構造は、基材と、基材に隣接し、入射光を回折させる周期的格子と、を含む。
また、前記第二の抗放射構造において、前記基材がガラス、プラスチックまたは有機無機ハイブリッド材料を含むことが好ましい。
また、前記第二の抗放射構造において、前記周期的格子がガラス、プラスチックまたは有機無機ハイブリッド材料を含むことが好ましい。
また、前記第二の抗放射構造において、前記基材と前記周期的格子の屈折率が1.4〜1.9であることが好ましい。
また、前記第二の抗放射構造において、前記基材と前記周期的格子の屈折率が同じであることが好ましい。
また、前記第二の抗放射構造において、前記基材と前記周期的格子が同じ材料からなることが好ましい。
また、前記第二の抗放射構造において、前記基材と前記周期的格子が一体成形されることが好ましい。
また、前記第二の抗放射構造において、前記入射光が波長200〜400nmの紫外光であることが好ましい。
また、前記第二の抗放射構造において、前記周期的格子のデューティー比が0.1〜0.9、高さが10〜400nm、格子間隔が180〜340nmであることが好ましい。
本発明の抗放射構造は、特定の波長領域の放射を有効に反射または回折させることができるため、これをレンズ、窓またはその他の抗放射装置に応用すれば、眼疾患を予防および改善することができる。
本発明に係る抗放射構造の紫外光、赤色光および青色光に対する反射効果を示すために、本発明に係る抗放射構造の反射率シミュレーションの実施形態を以下に提示する。本発明はレンズ、窓、またはその他の抗放射装置に適用される。このシミュレーションにおいては、パラメータの複雑さを単純化するために、材料分散(material dispersion)は考慮せず、かつ、完全コヒーレンス(perfect coherence)および垂直入射(normal incidence)を備えるものと仮定している。
実施の形態1
図1に示されているものは本発明に係る抗放射構造100の断面図である。該抗放射構造100は、透明基材101と、透明基材101に隣接する反射層103と、反射層103の上に配置され、入射光を反射する周期的格子(periodic grating)105とを含む。周期的格子105は方形であり、繰り返される格子の格子間の距離は、格子間隔Tで表される。
図1に示されているものは本発明に係る抗放射構造100の断面図である。該抗放射構造100は、透明基材101と、透明基材101に隣接する反射層103と、反射層103の上に配置され、入射光を反射する周期的格子(periodic grating)105とを含む。周期的格子105は方形であり、繰り返される格子の格子間の距離は、格子間隔Tで表される。
反射層103に形成される周期的格子105は、以下に述べる方法により得られる。
洗浄後の透明基材101上にスピンコーティング(spin coating)法により、エポキシを1000〜3000Åの膜厚で被膜する。このときのスピンコーティングの回転数は1500〜7000rpm、被膜時間は10〜30秒である。そして、エポキシ被膜は、適切な温度で熱処理をおこなうことにより、高分子化または硬化(curing)される。
続いて、DCスパッタ(DC sputter)、Eガン(E-gun)などの物理的または化学的な手法によって、前記エポキシ上にAl金属薄膜を500〜2000Åの膜厚で被膜する。
さらに、スピンコーティング法により、電子ビーム(E-Beam)レジスト(例えば、EEP520)を、前記Al薄膜上に500〜2000Åの膜厚で被膜する。前記膜厚は、回転数、被膜時間、ベーキング温度(baking temperature)などのプロセスパラメータを制御することにより調整される。
電子ビームリソグラフィ(以下、EBLという)を用いて、前記レジスト上に周期的格子のレジストパターンを形成し、反応性イオンエッチング(以下、RIEという)を伴うエッチングにより、前記周期的格子のレジストパターンをAl薄膜に転写(transfer)する。
前記周期的格子のレジストパターンは、Al薄膜をハードマスク(hard mask)として、O2プラズマ・クリーナー・エッチャー(O2 plasma cleaner etcher)などのRIEを伴うエッチングにより、エポキシをエッチングすることによって転写される。
Alエッチング液を用いて、エポキシ上のAl薄膜を除去し、IPA洗浄を経た後、周期的格子105が得られる。Al薄膜の除去は、RIEを伴うエッチングによってもすることもできる。
透明基材101にはガラス、プラスチックまたは有機無機ハイブリッド材料を用いることができ、本発明の第一の実施形態では、屈折率が1.4〜2.0の基材として入手が容易で応用範囲が広いガラス基材を用いるのが好ましい。反射層103および周期的格子105の屈折率は約1.4〜2.0である。反射層103および周期的格子105の屈折率が、1.4未満であると、スペクトル選択性が良くない傾向があり、屈折率が2.0を超える透明材料はあまりなく、入手が困難なためである。好ましい実施形態において、反射層103および周期的格子105の屈折率は基材の屈折率よりも実質的に大きい。このように、反射層103および周期的格子105の屈折率を基材の屈折率より大きくすることにより、スペクトル選択性に優れる。本発明の第一の実施形態では、反射層103および周期的格子105は同じまたは異なる材料とすることができ、両者を同じ材料とする場合は一体成形を採用してもよい。
白内障防止を目的として、本発明は、波長200〜400nmの紫外光を反射できる抗放射構造100を提供する。その反射層103および周期的格子105の屈折率は、光学原理上、透明基材の屈折率よりも実質的に大きく、1.6〜2.0であると好ましい。反射層103および周期的格子105の屈折率が、1.6未満であると、スペクトル選択性が良くない傾向があり、屈折率が2.0を超える透明材料はあまりなく、入手が困難なためである。周期的格子105のデューティー比(duty cycle)は0.15〜0.8であるのが好ましく、0.2〜0.3であるとより好ましい。また、格子間隔Tは10〜500nmであるのが好ましく、100〜200nmであるとより好ましい。格子間隔Tが10nm未満のものは、製造が困難なためである。高さHは約50〜210nmである。反射層103の厚さdは約5〜70nmである。周期的格子105のデューティー比(duty cycle)、格子間隔T、高さH、および反射層103の厚さが、それぞれ前記の範囲内にあることにより、波長200〜400nmの紫外光を選択的に反射することができる。
赤色弱患者の色識別能力を調整することを目的として、本発明は図2に示すような、他の抗放射構造200を提供する。当該構造は短波長、例えば400〜550nmの光を反射して、色弱患者の眼に見える色をより実際の色(true color)に近付けさせることができる。上記構造における反射層203および周期的格子205の屈折率は、光学原理上、透明基材の屈折率より実質的に大きく、約1.6〜2.0である。反射層203および周期的格子205の屈折率が、1.6未満であると、スペクトル選択性が良くない傾向があり、屈折率が、2.0を超える透明材料はあまりなく、入手が困難であるためである。周期的格子205のデューティー比は約0.15〜0.8であり、0.2〜0.3であると好ましい。また、格子間隔Tは10〜500nmであるのが好ましく、100〜200nmであるとより好ましい。格子間隔Tが10nm未満のものは、製造が困難なためである。高さHは約50〜210nmである。反射層203の厚さdは約10〜120nmである。周期的格子205のデューティー比(duty cycle)、格子間隔T、高さH、および反射層203の厚さが、それぞれ前記の範囲内にあることにより、波長400〜550nmの光を選択的に反射することができる。
青色弱患者の色識別能力を調整することを目的として、本発明は図3に示すような、他の抗放射構造300を提供する。当該構造は長波長、例えば550〜700nmの光を反射して、色弱患者の眼に見える色をより実際の色(true color)に近付けさせることができる。上記構造における反射層303および周期的格子305の屈折率は透明基材の屈折率より実質的に大きく、約1.6〜2.0である。周期的格子305の屈折率が1.6未満であると、スペクトル選択性が良くない傾向があり、周期的格子305の屈折率が2.0を超える透明材料はあまりなく、入手が困難であるためである。周期的格子305のデューティー比は約0.15〜0.8であり、0.25〜0.4であると好ましい。また、格子間隔Tは10〜500nmであるのが好ましく、100〜200nmであるとより好ましい。格子間隔Tが10nm未満のものは、製造が困難なためである。高さHは約5〜130nmである。反射層303の厚さdは約50〜180nmである。周期的格子305のデューティー比(duty cycle)、格子間隔T、高さH、および反射層303の厚さが、それぞれ前記の範囲内にあることにより、波長550〜700nmの光を選択的に反射することができる。
実施の形態2
本発明は、上述したような三層構造以外に、図4に示すように、反射層を必要としない抗放射構造400をも提供する。この抗放射構造400は、透明基材401と、透明基材401に隣接し、入射光を回折させる周期的格子405とを含む。透明基材401にはガラス、プラスチックまたは有機無機ハイブリッド材料を用いることができ、本発明の第二の実施形態では、屈折率が1.4〜2.0の基材として入手が容易で応用範囲が広い入手しやすく、応用も広いという理由から、ガラス基材を用いるのが好ましい。また、周期的格子405にはガラス、プラスチックまたは有機無機ハイブリッド材料を用いることができる。
本発明は、上述したような三層構造以外に、図4に示すように、反射層を必要としない抗放射構造400をも提供する。この抗放射構造400は、透明基材401と、透明基材401に隣接し、入射光を回折させる周期的格子405とを含む。透明基材401にはガラス、プラスチックまたは有機無機ハイブリッド材料を用いることができ、本発明の第二の実施形態では、屈折率が1.4〜2.0の基材として入手が容易で応用範囲が広い入手しやすく、応用も広いという理由から、ガラス基材を用いるのが好ましい。また、周期的格子405にはガラス、プラスチックまたは有機無機ハイブリッド材料を用いることができる。
透明基材401上に形成される周期的格子405は、以下に述べる方法により得られる。洗浄後の透明基材401上にスピンコーティング法により、エポキシを1000〜3000Åの膜厚で被膜する。前記膜厚は、回転数、被膜時間、ベーキング温度などのプロセスパラメータを制御することにより調整される。
その後、EBLを用いて、エポキシ上に周期的格子のレジストパターンを形成し、現像を経た後、周期的格子405が得られる。
本発明の第二の実施形態において、透明基材410と周期的格子405は、基材として屈折率が1.4〜2.0の透明材料であればよいが、実施例ではガラス基材を用いているという理由から、屈折率が同じであることが好ましく、同一または異なる材料とすることができる。透明基材410と周期的格子405の屈折率は、1.4〜1.9であることが好ましい。透明基材410と周期的格子405の屈折率が、1.4未満であると、スペクトル選択性が良くない傾向があり、屈折率が、1.9を超える透明素材はあまりなく、入手が困難なためである。
両者を同一の材料とする場合は一体成形を採用してもよい。波長200〜400nmの紫外光を反射できるよう、抗放射構造400においては周期的格子405のデューティー比を約0.1〜0.9、好ましい格子間隔Tを180〜340nm、高さを約10〜400nmとする。
[シミュレーション1]
表1に示すのは、紫外光反射率シミュレーションに用いた抗放射構造100のデータである。透明基材の屈折率は1.5であり、可変パラメータには、周期的格子105の高さH、反射層103の厚さd、周期的格子105と反射層103の屈折率(このシミュレーションにおいて格子と反射層は同じ材料とする)、デューティー比、および格子周期Tが含まれる。デューティー比は格子の幅Wと格子間隔Tとの比である。比較例1は透明基材101上に反射層103および周期的格子105が備わっていない構成である。つまり、比較例1は反射率シミュレーションを透明基材101単独に対して行ったものである。また、シミュレーションでは、入射光をTE(Transverse electric)偏光の入射光とTM(Transverse magnetic)偏光の入射光とに分けた。図5には、本発明に係る抗放射構造の、各種波長の入射光に対する反射率シミュレーションの結果が示されている。曲線実施例1〜4および曲線比較例1は、表1における実施例1〜4および比較例1の抗放射構造の反射率シミュレーション結果をそれぞれ示したものである。図5を見るとわかるように、波長200〜400nmの紫外光領域において、本発明に係る抗放射構造(実施例1〜4)は透明基材(比較例1)よりも優れた反射率を備えている。とくに、屈折率の高い(1.9)反射層103および周期的格子105を採用した実施例3、4の抗放射構造にあっては、反射率が約8〜14%となっている。
表1に示すのは、紫外光反射率シミュレーションに用いた抗放射構造100のデータである。透明基材の屈折率は1.5であり、可変パラメータには、周期的格子105の高さH、反射層103の厚さd、周期的格子105と反射層103の屈折率(このシミュレーションにおいて格子と反射層は同じ材料とする)、デューティー比、および格子周期Tが含まれる。デューティー比は格子の幅Wと格子間隔Tとの比である。比較例1は透明基材101上に反射層103および周期的格子105が備わっていない構成である。つまり、比較例1は反射率シミュレーションを透明基材101単独に対して行ったものである。また、シミュレーションでは、入射光をTE(Transverse electric)偏光の入射光とTM(Transverse magnetic)偏光の入射光とに分けた。図5には、本発明に係る抗放射構造の、各種波長の入射光に対する反射率シミュレーションの結果が示されている。曲線実施例1〜4および曲線比較例1は、表1における実施例1〜4および比較例1の抗放射構造の反射率シミュレーション結果をそれぞれ示したものである。図5を見るとわかるように、波長200〜400nmの紫外光領域において、本発明に係る抗放射構造(実施例1〜4)は透明基材(比較例1)よりも優れた反射率を備えている。とくに、屈折率の高い(1.9)反射層103および周期的格子105を採用した実施例3、4の抗放射構造にあっては、反射率が約8〜14%となっている。
[シミュレーション2]
表2に示すのは、短波長可視光反射率シミュレーションに用いた抗放射構造200のデータである。透明基材の屈折率は1.5であり、可変パラメータには、周期的格子205の高さH、反射層203の厚さd、周期的格子205と反射層203の屈折率(このシミュレーションにおいて格子と反射層は同じ材料とする)、デューティー比、および格子間隔Tが含まれる。デューティー比は格子の幅Wと格子間隔Tとの比である。比較例2は透明基材201上に反射層203および格子205が備わっていない構成である。つまり、比較例2は反射率シミュレーションを透明基材201単独に対して行ったものである。またシミュレーションでは、入射光をTE(Transverse electric)偏光の入射光とTM(Transverse magnetic)偏光の入射光とに分けた。図6には、本発明に係る抗放射構造の、各種波長の入射光に対する反射率シミュレーション結果が示されている。曲線実施例5〜8および曲線比較例2は、表2における実施例5〜8および比較例2の抗放射構造の反射率のシミュレーション結果をそれぞれ示している。図6を見るとわかるように、波長400〜550nmの短波長領域において、本発明に係る抗放射構造(実施例5〜8)は透明基材(比較例2)よりも優れた反射率を備えている。とくに、屈折率の高い(1.9)反射層203および周期的格子205を採用した実施例7、8の抗放射構造にあっては、反射率が約6〜17%となっている。
表2に示すのは、短波長可視光反射率シミュレーションに用いた抗放射構造200のデータである。透明基材の屈折率は1.5であり、可変パラメータには、周期的格子205の高さH、反射層203の厚さd、周期的格子205と反射層203の屈折率(このシミュレーションにおいて格子と反射層は同じ材料とする)、デューティー比、および格子間隔Tが含まれる。デューティー比は格子の幅Wと格子間隔Tとの比である。比較例2は透明基材201上に反射層203および格子205が備わっていない構成である。つまり、比較例2は反射率シミュレーションを透明基材201単独に対して行ったものである。またシミュレーションでは、入射光をTE(Transverse electric)偏光の入射光とTM(Transverse magnetic)偏光の入射光とに分けた。図6には、本発明に係る抗放射構造の、各種波長の入射光に対する反射率シミュレーション結果が示されている。曲線実施例5〜8および曲線比較例2は、表2における実施例5〜8および比較例2の抗放射構造の反射率のシミュレーション結果をそれぞれ示している。図6を見るとわかるように、波長400〜550nmの短波長領域において、本発明に係る抗放射構造(実施例5〜8)は透明基材(比較例2)よりも優れた反射率を備えている。とくに、屈折率の高い(1.9)反射層203および周期的格子205を採用した実施例7、8の抗放射構造にあっては、反射率が約6〜17%となっている。
表3には、各抗放射構造200のパラメータがそれぞれ示されている。屈折率が1.6、格子の高さが145nm、格子間隔が130nmで、反射層の厚さdが異なる抗放射構造200に対して反射率シミュレーションを行った。図7には、本発明に係る抗放射構造の、各種波長の入射光に対する反射率シミュレーションの結果が示されている。曲線実施例9〜11および曲線比較例3は、表3における実施例9〜11および比較例3の抗放射構造の反射率シミュレーション結果を示している。図7を見るとわかるように、波長400〜550nmの青色領域において、曲線実施例9と曲線実施例11の反射率は約3〜6%と比較的大きい。反射層203の厚さdが100nmよりも大きい、例えば曲線実施例10の場合、その短波長可視光の反射率は透明基材よりもむしろ劣るようになる。
表4には、各抗放射構造200のパラメータがそれぞれ示されている。屈折率が1.9、格子の高さが146nm、格子間隔が130nmで、反射層の厚さdが異なる抗放射構造200に対して反射率シミュレーションを行った。図8には、本発明に係る抗放射構造の、各種波長の入射光に対する反射率シミュレーションの結果が示されている。曲線実施例12〜14および曲線比較例4は、表4における実施例12〜14および比較例4の抗放射構造の反射率シミュレーション結果を示している。図8を見るとわかるように、波長400〜550nmの青色領域において、曲線実施例12と曲線実施例13の反射率は約6〜17%と比較的大きい。そして、反射層が薄くても、例えば曲線実施例14の場合、反射層の厚さdはわずか25nmであるが、その短波長の反射率は依然透明基材よりも高かった。このシミュレーション結果より、屈折率の高い反射層は短波長可視光に対して優れた反射率を備えることがわかった。
[シミュレーション3]
表5に示すのは、長波長可視光反射率シミュレーションに用いた抗放射構造300のデータである。透明基材の屈折率は1.5であり、可変パラメータには、周期的格子305の高さH、反射層303の厚さd、周期的格子305と反射層303の屈折率(このシミュレーションにおいて格子と反射層は同じ材料とする)、デューティー比、および格子間隔Tが含まれる。デューティー比は格子の幅Wと格子間隔Tとの比である。比較例5は、透明基材301上に反射層303および格子305が備わっていない構成である。つまり、比較例5は、反射率シミュレーションを透明基材301単独に対して行ったものである。またシミュレーション実験では、入射光をTE(Transverse electric)偏光の入射光とTM(Transverse magnetic)偏光の入射光とに分けた。図9には、本発明に係る抗放射構造の各種波長の入射光に対する反射率シミュレーション結果が示されている。曲線実施例15〜18および曲線比較例5は、表5における実施例15〜18および比較例5の抗放射構造の反射率のシミュレーション結果をそれぞれ示している。図9を見るとわかるように、波長550〜700nmの長波長領域において、本発明の抗放射構造(実施例15〜18)は透明基材(比較例5)よりも優れた反射率を備えている。特に、屈折率の高い(1.9)反射層303および周期的格子305を採用した実施例17、18の抗放射構造にあっては、反射率が約9〜14%となっている。
表5に示すのは、長波長可視光反射率シミュレーションに用いた抗放射構造300のデータである。透明基材の屈折率は1.5であり、可変パラメータには、周期的格子305の高さH、反射層303の厚さd、周期的格子305と反射層303の屈折率(このシミュレーションにおいて格子と反射層は同じ材料とする)、デューティー比、および格子間隔Tが含まれる。デューティー比は格子の幅Wと格子間隔Tとの比である。比較例5は、透明基材301上に反射層303および格子305が備わっていない構成である。つまり、比較例5は、反射率シミュレーションを透明基材301単独に対して行ったものである。またシミュレーション実験では、入射光をTE(Transverse electric)偏光の入射光とTM(Transverse magnetic)偏光の入射光とに分けた。図9には、本発明に係る抗放射構造の各種波長の入射光に対する反射率シミュレーション結果が示されている。曲線実施例15〜18および曲線比較例5は、表5における実施例15〜18および比較例5の抗放射構造の反射率のシミュレーション結果をそれぞれ示している。図9を見るとわかるように、波長550〜700nmの長波長領域において、本発明の抗放射構造(実施例15〜18)は透明基材(比較例5)よりも優れた反射率を備えている。特に、屈折率の高い(1.9)反射層303および周期的格子305を採用した実施例17、18の抗放射構造にあっては、反射率が約9〜14%となっている。
表6には、各抗放射構造300のパラメータがそれぞれ示されている。屈折率が1.6、格子の高さが70nm、格子間隔が130nmで、反射層の厚さdはそれぞれ異なる上記各抗放射構造300に対して反射率シミュレーションを行った。図10には、本発明に係る抗放射構造の、各種波長の入射光に対する反射率シミュレーションの結果が示されている。曲線実施例19〜21および曲線比較例6は、表6における実施例19〜21および比較例6の抗放射構造の反射率シミュレーション結果をそれぞれ示している。本シミュレーションでは反射層の厚さが3種類あるが、図10を見るとわかるように、波長550〜700nmの赤色領域において、厚さが大きくなるほど反射率は低下している。
表7には、各抗放射構造300のパラメータがそれぞれ示されている。屈折率が1.9、格子の高さが60nm、格子間隔が130nmで、反射層の厚さdが異なる抗放射構造300に対して反射率シミュレーションを行った。図11には、本発明に係る抗放射構造の、各種波長の入射光に対する反射率シミュレーションの結果が示されている。曲線実施例22〜24および曲線比較例7は、表7における実施例22〜24および比較例7の抗放射構造の反射率シミュレーション結果をそれぞれ示している。図11を見るとわかるように、波長550〜700nmの赤色領域において、曲線実施例22と曲線実施例24の反射率は約4〜11%と比較的大きい。反射層303の厚さdが100nmよりも大きい、例えば曲線実施例23の場合、その長波長可視光の反射率は透明基材よりもむしろ劣るようになる。
[シミュレーション4]
図4は、紫外光透過率シミュレーションを行うのに用いた抗放射構造400であり、その可変パラメータには周期的格子405の高さH、透明基材401および周期的格子405の屈折率(このシミュレーション実験では透明基材401と周期的格子405を同じ材料とする)、デューティー比、および格子間隔Tが含まれる。デューティー比は格子の幅Wと格子間隔Tとの比である。シミュレーション実験に用いた入射光はTE(Transverse electric)偏向の光であり、格子の高さHは100nm、抗放射構造400の屈折率は1.4、デューティー比は0.5、格子間隔は286nmである。図12には、各種波長の光に対する抗放射構造400の透過率のシミュレーション結果が示されている。曲線実施例25はゼロ次光透過率であり、曲線実施例26は正負の1次光透過率であり、曲線実施例27は総透過率である。図12より、波長200〜400nmの紫外光領域において、本発明に係る抗放射構造のゼロ次光透過率は比較的低い。シミュレーション1〜3とは異なり、シミュレーション4の原理は回折であって、反射ではない。好ましく設計した格子のデューティー比により、シミュレーション4では、紫外光領域に回折を生じさせて、エネルギーの一部を正負の1次光に伝え、紫外光領域の透過率を低下させることができた。
図4は、紫外光透過率シミュレーションを行うのに用いた抗放射構造400であり、その可変パラメータには周期的格子405の高さH、透明基材401および周期的格子405の屈折率(このシミュレーション実験では透明基材401と周期的格子405を同じ材料とする)、デューティー比、および格子間隔Tが含まれる。デューティー比は格子の幅Wと格子間隔Tとの比である。シミュレーション実験に用いた入射光はTE(Transverse electric)偏向の光であり、格子の高さHは100nm、抗放射構造400の屈折率は1.4、デューティー比は0.5、格子間隔は286nmである。図12には、各種波長の光に対する抗放射構造400の透過率のシミュレーション結果が示されている。曲線実施例25はゼロ次光透過率であり、曲線実施例26は正負の1次光透過率であり、曲線実施例27は総透過率である。図12より、波長200〜400nmの紫外光領域において、本発明に係る抗放射構造のゼロ次光透過率は比較的低い。シミュレーション1〜3とは異なり、シミュレーション4の原理は回折であって、反射ではない。好ましく設計した格子のデューティー比により、シミュレーション4では、紫外光領域に回折を生じさせて、エネルギーの一部を正負の1次光に伝え、紫外光領域の透過率を低下させることができた。
以上、好適な実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定はされないと解されるべきであり、つまり本発明は、(当業者であれば自明であるような)各種変更および均等な形態を含むものである。上に掲げた実施形態は、本発明の原理を説明するための最良の態様を提示すべく選択し記載したものである。即ち、添付の特許請求の範囲は、かかる各種変更および均等な形態が全て包含されるように、最も広い意味に解釈されるべきである。
100、200、300、400 抗放射構造
101、201、301、401 透明基材
103、203、303 反射層
105、205、305、405 周期的格子
101、201、301、401 透明基材
103、203、303 反射層
105、205、305、405 周期的格子
Claims (24)
- 基材と、
前記基材に隣接する反射層と、
前記反射層の上に配置され、入射光を反射する周期的格子と、
を含む抗放射構造。 - 前記基材がガラス、プラスチックまたは有機無機ハイブリッド材料を含む請求項1記載の抗放射構造。
- 前記反射層の屈折率が1.4〜2.0である請求項1記載の抗放射構造。
- 前記周期的格子の屈折率が1.4〜2.0である請求項1記載の抗放射構造。
- 前記反射層と前記周期的格子が一体成形される請求項1記載の抗放射構造。
- 前記反射層と前記周期的格子の屈折率が前記基材の屈折率よりも大きい請求項1記載の抗放射構造。
- 前記入射光が波長200〜400nmの紫外光である請求項1記載の抗放射構造。
- 前記周期的格子のデューティー比が0.2〜0.3、高さが50〜210nmである請求項7記載の抗放射構造。
- 前記反射層の厚さが5〜70nmである請求項7記載の抗放射構造。
- 前記入射光が波長550〜700nmの赤色光である請求項1記載の抗放射構造。
- 前記周期的格子のデューティー比が0.15〜0.8、高さが5〜130nmである請求項10記載の抗放射構造。
- 前記反射層の厚さが50〜180nmである請求項10記載の抗放射構造。
- 前記入射光が波長400〜550nmの青色光である請求項1記載の抗放射構造。
- 前記周期的格子のデューティー比が0.15〜0.8、高さが50〜210nmである請求項13記載の抗放射構造。
- 前記反射層の厚さが10〜120nmである請求項13記載の抗放射構造。
- 基材と、
前記基材に隣接し、入射光を回折させる周期的格子と、
を含む抗放射構造。 - 前記基材がガラス、プラスチックまたは有機無機ハイブリッド材料を含む請求項16記載の抗放射構造。
- 前記周期的格子がガラス、プラスチックまたは有機無機ハイブリッド材料を含む請求項16記載の抗放射構造。
- 前記基材と前記周期的格子の屈折率が1.4〜1.9である請求項16記載の抗放射構造。
- 前記基材と前記周期的格子の屈折率が同じである請求項16記載の抗放射構造。
- 前記基材と前記周期的格子が同じ材料からなる請求項16記載の抗放射構造。
- 前記基材と前記周期的格子が一体成形される請求項16記載の抗放射構造。
- 前記入射光が波長200〜400nmの紫外光である請求項16記載の抗放射構造。
- 前記周期的格子のデューティー比が0.1〜0.9、高さが10〜400nm、格子間隔が180〜340nmである請求項23記載の抗放射構造。
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WO2013118176A1 (ja) * | 2012-02-09 | 2013-08-15 | 株式会社メニコン | 回折型多焦点眼用レンズとその製造方法 |
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