JP2023042316A - 光学フィルタ、光学フィルタ部品、殺菌装置、及び光学フィルタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】殺菌処理に有用な紫外線を効率よく透過させつつ、人体に有害な紫外線の透過を抑制することができ、しかも光源からの放出光の有効照射面積を大きくすることができる、光学フィルタを提供する。【解決手段】ガラスにより構成されており、厚みが０．２ｍｍ以下である、透明基材２と、透明基材２上に設けられており、酸化ハフニウムを含む、誘電体多層膜３とを備え、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値が、５０％以上であり、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値が、５％以下である、光学フィルタ１。【選択図】図１
Description
本発明は、特定の波長域の光を選択的に透過させることのできる、光学フィルタ、並びに該光学フィルタを用いた光学フィルタ部品、殺菌装置、及び該光学フィルタの製造方法に関する。
従来、特定の波長域の光を選択的に透過させることのできる光学フィルタが、種々の用途で広く用いられている。このような光学フィルタとしては、誘電体膜を用いたバンドパスフィルタが知られている。
また、近年、ヒト細胞を害することなく、細菌などの殺菌対象生物の細胞内におけるＤＮＡに紫外線を作用させて選択的に不活化する殺菌装置が提案されている。この殺菌装置においては、光源から放出される光のうち、波長１９０ｎｍ～２３０ｎｍの波長域の光を透過させ、かつ上記波長域以外の波長の光をカットすることを目的とし、光学フィルタとしての干渉フィルタが用いられている。
例えば、下記の特許文献１には、光源からの放出光を、光学フィルタを介して照射することにより、処理対象微生物を不活化処理する微生物の不活化処理装置が開示されている。特許文献１において、上記光学フィルタは、光源からの放出光が入射角０°で入射したとき、波長１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下にある紫外線の少なくとも一部、及び波長２３０ｎｍ超２３７ｎｍ以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させるとともに、波長１９０ｎｍ以上２３７ｎｍ以下の波長域以外の紫外線の透過を阻止するものであることが記載されている。
ところで、光学フィルタでは、光源からの放出光の有効照射面積を大きくしようとすると、入射角の大きな放出光を入射させる必要がある。
しかしながら、本発明者らは、特許文献１のような光学フィルタにおいて、入射角の大きな放出光を入射させると、殺菌対象生物の細胞を選択的に不活化させる波長１９０ｎｍ～２３０ｎｍの紫外線透過率が低下し、一方で人体に有害な波長２４０ｎｍ～２８０ｎｍの紫外線透過率が高くなるという課題が生じることを見出した。
従って、従来の光学フィルタでは、光学フィルタに入射する放出光の入射角を小さくする必要があり、有効照射面積を大きくすることが難しいという問題がある。
本発明の目的は、殺菌処理に有用な紫外線を効率よく透過させつつ、人体に有害な紫外線の透過を抑制することができ、しかも光源からの放出光の有効照射面積を大きくすることができる、光学フィルタ、並びに該光学フィルタを用いた光学フィルタ部品、殺菌装置、及び該光学フィルタの製造方法を提供することにある。
本発明に係る光学フィルタは、ガラスにより構成されており、厚みが０．２ｍｍ以下である、透明基材と、前記透明基材上に設けられており、酸化ハフニウムを含む、誘電体多層膜とを備え、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値が、５０％以上であり、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値が、５％以下であることを特徴としている。
本発明において、前記光学フィルタは、前記光学フィルタが湾曲されていない平らな状態と、前記光学フィルタが湾曲された状態との間で相互に変形可能であり、湾曲された状態で用いられることが好ましい。
本発明において、前記光学フィルタは、曲率半径が１００ｍｍ以下となるように湾曲された状態で用いられることが好ましい。
本発明に係る光学フィルタ部品は、本発明に従って構成される光学フィルタと、前記光学フィルタを湾曲させた状態で保持するための保持部とを備えることを特徴としている。
本発明に係る殺菌装置は、処理対象微生物を不活化処理するための殺菌装置であって、放出光の波長が、１９０ｎｍ～２３０ｎｍの波長域に存在する光源と、本発明に従って構成される光学フィルタと、前記光学フィルタを湾曲させた状態で保持するための保持部とを備え、前記光源からの放出光を、前記光学フィルタを介して照射することにより、前記処理対象微生物が不活化処理されるように、前記光源及び前記光学フィルタが配置されていることを特徴としている。
本発明においては、前記光学フィルタが、厚み方向に沿う断面視において、前記光源を中心として同心円状に配置されていることが好ましい。
本発明に係る光学フィルタの製造方法は、本発明に従って構成される光学フィルタの製造方法であって、ガラスにより構成されており、厚みが０．２ｍｍ以下である、透明基材を平らな状態で配置する工程と、前記透明基材における少なくとも一方側の主面上に、前記誘電体多層膜を成膜する工程とを備えることを特徴としている。
本発明によれば、殺菌処理に有用な紫外線を効率よく透過させつつ、人体に有害な紫外線の透過を抑制することができ、しかも光源からの放出光の有効照射面積を大きくすることができる、光学フィルタ、並びに該光学フィルタを用いた光学フィルタ部品、殺菌装置、及び該光学フィルタの製造方法を提供することができる。
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
［光学フィルタ］
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光学フィルタにおいて、湾曲されていない平らな状態を示す模式的正面図である。また、図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る光学フィルタにおいて、湾曲されている状態を示す模式的正面図である。
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光学フィルタにおいて、湾曲されていない平らな状態を示す模式的正面図である。また、図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る光学フィルタにおいて、湾曲されている状態を示す模式的正面図である。
図１（ａ）に示すように、光学フィルタ１は、透明基材２と、誘電体多層膜３とを備える。透明基材２上に、誘電体多層膜３が設けられている。
本実施形態において、透明基材２は、矩形板状の形状を有する。もっとも、透明基材２は、例えば、円板状等の形状を有していてもよく、その形状は特に限定されない。
透明基材２は、ガラスにより構成されている。なかでも、透明基材２は、光学フィルタ１の使用波長域で透明なガラスであることが好ましい。より具体的には、透明基材２は、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける紫外波長域の平均光透過率が８０％以上であることが好ましい。
透明基材２を構成するガラスとしては、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等が挙げられる。石英ガラスは、合成石英ガラスであってもよく、溶融石英ガラスであってもよい。ホウケイ酸ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５５％～７５％、Ａｌ２Ｏ３ １％～１０％、Ｂ２Ｏ３ １０％～３０％、ＣａＯ ０％～５％、ＢａＯ ０％～５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １．０％～１５％を含有することが好ましく、さらには、ＴｉＯ２ ０％～０．００１％、Ｆｅ２Ｏ３ ０％～０．００１％、Ｆ ０．５％～２．０％を含有することがより好ましい。
本実施形態において、透明基材２の厚みは０．２ｍｍ以下であり、薄板状の形状を有している。そのため、光学フィルタ１は、図１（ａ）に示す湾曲されていない平らな状態（平らな形状）と、図１（ｂ）に示す湾曲された状態（湾曲形状）との間で相互に変形させることができる。
透明基材２の厚みは、好ましくは０．２０ｍｍ以下、より好ましくは０．１５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．１０ｍｍ以下である。この場合、湾曲されていない平らな状態と、湾曲された状態との間で、光学フィルタ１をより一層容易に変形させることができる。なお、透明基材２の厚みの下限値は、特に限定されないが、透明基材２の上に誘電体多層膜３をより一層容易に成膜させる観点から、好ましくは２μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上である。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る光学フィルタを示す模式的断面図である。なお、図２は、図１（ａ）に示す平らな状態における光学フィルタ１の模式的断面図である。なお、図２では、説明を容易にするために図１（ａ）と上下方向を反転させている。
図２に示すように、透明基材２は、対向している第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂを有する。透明基材２の第１の主面２ａ上には、フィルタ部としての誘電体多層膜３が設けられている。
誘電体多層膜３は、相対的に屈折率が高い高屈折率膜４と相対的に屈折率が低い低屈折率膜５とを有する、多層膜である。本実施形態では、透明基材２の第１の主面２ａ上に、高屈折率膜４及び低屈折率膜５がこの順に交互に積層されることにより、多層膜が構成されている。
本実施形態において、高屈折率膜４は、酸化ハフニウムにより構成されており、酸化ハフニウムを主成分とする膜である。
また、低屈折率膜５は、酸化ケイ素により構成されており、酸化ケイ素を主成分とする膜である。もっとも、低屈折率膜５は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化スズ、フッ化マグネシウム、又は窒化ケイ素を主成分とする膜であってもよい。これらの低屈折率膜５の材料は、１種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。
なお、本明細書において、主成分とする膜とは、膜中にその材料が５０質量％以上含まれている膜のことをいうものとする。主成分とする膜においては、膜中にその材料が８０質量％以上含まれていることが好ましく、９０質量％以上含まれていることがより好ましい。当然ながら、主成分とする膜は、膜中にその材料を１００質量％含む膜であってもよい。
本実施形態の光学フィルタ１は、このような誘電体多層膜３を備えることにより、光の干渉で特定の波長域の光を選択的に透過させるように設計されたバンドパスフィルタである。具体的には、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値が５０％以上となり、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値が５％以下となるように設計されたバンドパスフィルタである。
なお、本明細書において、分光透過率は、例えば、分光透過率計（日立ハイテクサイエンス社製、品番「ＵＨ４１５０」）を用いて光学フィルタ１全体の分光透過率を測定することにより求めることができる。測定条件としては、例えば、光学フィルタ１の主面１ａ側から測定し、入射角度を０°とし、測定波長を１９０ｎｍ～４００ｎｍとして測定することができる。
本実施形態の特徴は、透明基材２の厚みが０．２ｍｍ以下であり、それによって、光学フィルタ１が、湾曲されていない平らな状態と、湾曲された状態との間で相互に変形可能とされていることにある。また、光学フィルタ１が誘電体多層膜３を備え、光学フィルタ１の波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値が５０％以上であり、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値が５％以下であることにある。
本実施形態の光学フィルタ１は、上記の構成を備えるので、殺菌処理に有用な紫外線を効率よく透過させつつ、人体に有害な紫外線の透過を抑制することができ、しかも光源からの放出光の有効照射面積を大きくすることができる。なお、この点については、後述の殺菌装置の欄で詳細に説明するものとする。
本実施形態においては、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値が、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上である。この場合、皮膚の殺菌処理などの殺菌処理に有用な紫外線をより一層効果的に透過させることができる。なお、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値の上限値は、特に限定されないが、例えば、９５％とすることができる。
また、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値が、好ましくは３％以下、より好ましくは２．５％以下、さらに好ましくは１％以下である。この場合、人体に有害な紫外線の透過をより一層効果的に抑制させることができる。なお、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値の下限値は、特に限定されないが、例えば、０．２％とすることができる。
本実施形態において、高屈折率膜４の総厚みｔＨ（各高屈折率膜４の厚みの合計）は、好ましくは２５０ｎｍ以上、より好ましくは３００ｎｍ以上、さらに好ましくは４００ｎｍ以上、特に好ましくは５００ｎｍ以上であり、好ましくは１０００ｎｍ以下、より好ましくは８００ｎｍ以下、さらに好ましくは７００ｎｍ以下、特に好ましくは６００ｎｍ以下である。高屈折率膜４の総厚みｔＨが上記下限値以上である場合、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値をより一層小さくすることができる。一方、高屈折率膜４の総厚みｔＨが、上記上限値以下である場合、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値をより一層大きくすることができる。
高屈折率膜４の１層当たりの厚みは、特に限定されないが、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上、好ましくは６０ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下である。
低屈折率膜５の総厚みｔＬ（各低屈折率膜５の厚みの合計）は、好ましくは５００ｎｍ以上、より好ましくは６００ｎｍ以上、さらに好ましくは７００ｎｍ以上、特に好ましくは８００ｎｍ以上であり、好ましくは２０００ｎｍ以下、より好ましくは１７００ｎｍ以下、さらに好ましくは１５００ｎｍ以下、特に好ましくは１４００ｎｍ以下である。低屈折率膜５の総厚みｔＬが、上記下限値以上である場合、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値をより一層小さくすることができる。一方、低屈折率膜５の総厚みｔＬが、上記上限値以下である場合、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値をより一層大きくすることができる。
低屈折率膜５の１層当たりの厚みは、特に限定されないが、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上、好ましくは８０ｎｍ以下、より好ましくは６０ｎｍ以下である。
高屈折率膜４の総厚みｔＨと、低屈折率膜５の総厚みｔＬとの比（ｔＨ／ｔＬ）が、好ましくは０．２以上、より好ましくは０．３以上、さらに好ましくは０．４以上、特に好ましくは０．５以上、最も好ましくは０．６以上であり、好ましくは１以下、より好ましくは０．９以下、さらに好ましくは０．８以下、特に好ましくは０．７５以下である。比（ｔＨ／ｔＬ）が、上記下限値以上である場合、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値をより一層大きくすることができる。また、比（ｔＨ／ｔＬ）が、上記上限値以下である場合、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値をより一層小さくすることができる。
誘電体多層膜３の総厚みとしては、特に限定されないが、好ましくは８００ｎｍ以上、より好ましくは１０００ｎｍ以上、さらに好ましくは１１００ｎｍ以上、特に好ましくは１２００ｎｍ以上であり、好ましくは２５００ｎｍ以下、より好ましくは２２００ｎｍ以下、さらに好ましくは２０００ｎｍ以下、特に好ましくは１９００ｎｍ以下である。誘電体多層膜３の総厚みが上記下限値以上である場合、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値をより一層小さくすることができる。一方、誘電体多層膜３の総厚みが上記上限値以下である場合、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値をより一層大きくすることができる。
また、誘電体多層膜３を構成する膜の層数は、好ましくは２０層以上、より好ましくは２５層以上、さらに好ましくは３０層以上、特に好ましくは３５層以上であり、好ましくは１００層以下、より好ましくは８０層以下、さらに好ましくは６０層以下、特に好ましくは４５層以下である。誘電体多層膜３を構成する膜の層数が上記下限値以上である場合、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値をより一層小さくすることができる。また、誘電体多層膜３を構成する膜の層数が上記上限値以下である場合、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値をより一層大きくすることができる。
本実施形態においては、誘電体多層膜３が、酸化ハフニウム結晶を含んでいることが好ましい。より具体的には、誘電体多層膜３を構成する高屈折率膜４が、酸化ハフニウム結晶を含んでいることが好ましく、立方晶系酸化ハフニウム結晶を含んでいることがより好ましい。この場合、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける紫外線の透過をより一層抑制しつつ、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける紫外線の透過性をより一層高めることができる。
なお、本明細書において、立方晶系酸化ハフニウム結晶を含んでいるか否かは、Ｘ線回折測定において、立方晶系酸化ハフニウム結晶に由来する（１，１，１）結晶面による回折ピークが観察されるか否かにより確認することができる。
また、本明細書において、Ｘ線回折測定は、広角Ｘ線回折法によって測定することができる。Ｘ線回折装置としては、例えば、株式会社リガク製、品番「ＳｍａｒｔＬａｂ」を用いることができる。また、線源としては、ＣｕＫα線を用いることができる。なお、Ｘ線回折測定においては、光学フィルタ１全体を主面１ａ側から測定に供するものとする。
本発明においては、Ｘ線回折測定において、立方晶系酸化ハフニウム結晶に由来する（１，１，１）結晶面による回折ピークが、単斜晶系酸化ハフニウム結晶に由来する（－１，１，１）結晶面による回折ピークよりも大きいことが好ましい。この場合、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける紫外線の透過をより一層抑制しつつ、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける紫外線の透過性をより一層高めることができる。
本発明においては、立方晶系酸化ハフニウム結晶に由来する（１，１，１）結晶面による回折ピークのピーク面積強度Ｉｃと、単斜晶系酸化ハフニウム結晶に由来する（－１，１，１）結晶面による回折ピークのピーク面積強度Ｉｍとの比Ｉｃ／Ｉｍが、好ましくは０．１以上、より好ましくは１以上、さらに好ましくは２以上、特に好ましくは２．５以上、最も好ましくは３以上である。比Ｉｃ／Ｉｍが上記下限値以上である場合、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける紫外線の透過をより一層抑制しつつ、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける紫外線の透過性をより一層高めることができる。なお、比Ｉｃ／Ｉｍの上限値は、特に限定されないが、例えば、１００００とすることができる。
なお、本発明においては、透明基材２の第２の主面２ｂ上に、反射防止膜が設けられていてもよい。この場合、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける紫外線の透過性をより一層高めることができる。
反射防止膜としては、特に限定されず、例えば、相対的に屈折率が高い高屈折率膜と相対的に屈折率が低い低屈折率膜とを有する、多層膜を用いることができる。多層膜は、高屈折率膜及び低屈折率膜がこの順に交互に設けられることにより構成されていてもよい。上記高屈折率膜としては、例えば、酸化ハフニウムを主成分とする膜を用いることができる。上記低屈折率膜としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化スズ、フッ化マグネシウム、又は窒化ケイ素等を主成分とする膜が挙げられる。また、上記多層膜を構成する膜の層数は、例えば、４層以上、１００層以下とすることができる。
なお、本発明の効果を阻害しない限りにおいて、透明基材２の第２の主面２ｂ上には、反射防止膜以外の膜が積層されていてもよい。また、本発明の効果を阻害しない限りにおいて、透明基材２の第１の主面２ａ上にも、誘電体多層膜３以外の膜が設けられていてもよい。この場合、透明基材２と、誘電体多層膜３との間に膜が設けられていてもよいし、誘電体多層膜３の上に膜が設けられていてもよい。
以下、光学フィルタ１の製造方法の一例について詳細に説明する。
（光学フィルタの製造方法）
膜付き透明基材形成工程；
まず、透明基材２を用意し、透明基材２を平らな状態で配置する。次に、透明基材２の第１の主面２ａ上に誘電体多層膜３を形成する。それによって、膜付き透明基材を得る。なお、誘電体多層膜３は、透明基材２の第２の主面２ｂ上に形成してもよい。また、誘電体多層膜３は、透明基材２の第１の主面２ａ上及び第２の主面２ｂ上の双方に形成してもよい。
膜付き透明基材形成工程；
まず、透明基材２を用意し、透明基材２を平らな状態で配置する。次に、透明基材２の第１の主面２ａ上に誘電体多層膜３を形成する。それによって、膜付き透明基材を得る。なお、誘電体多層膜３は、透明基材２の第２の主面２ｂ上に形成してもよい。また、誘電体多層膜３は、透明基材２の第１の主面２ａ上及び第２の主面２ｂ上の双方に形成してもよい。
誘電体多層膜３は、透明基材２の第１の主面２ａ上に、高屈折率膜４及び低屈折率膜５をこの順に交互に積層することにより形成することができる。高屈折率膜４及び低屈折率膜５は、それぞれ、スパッタリング法により形成することができる。
高屈折率膜４を成膜するときの基板の温度は、好ましくは３００℃以下、より好ましくは２７０℃以下である。この場合、得られる光学フィルタ１において、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける紫外線の透過をより一層抑制しつつ、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍの範囲の紫外線をより一層効果的に透過させることができる。なお、高屈折率膜４を成膜するときの基板の温度の下限値は、例えば、２０℃とすることができる。
高屈折率膜４の成膜は、例えば、高屈折率膜４を構成する材料のターゲットを用い、キャリアガスとしてのアルゴンガスなどの不活性ガスの流量を５０ｓｃｃｍ～５００ｓｃｃｍとし、印加電力を０．５ｋＷ～４０ｋＷとして行うことができる。
低屈折率膜５の成膜は、例えば、低屈折率膜５を構成する材料のターゲットを用い、キャリアガスとしてのアルゴンガスなどの不活性ガスの流量を５０ｓｃｃｍ～５００ｓｃｃｍとし、印加電力を０．５ｋＷ～４０ｋＷとして行うことができる。
熱処理工程；
次に、得られた膜付き透明基材を加熱処理する。それによって、光学フィルタ１を得ることができる。加熱処理の温度は、例えば、４５０℃以上とすることができる。特に、膜付き透明基材を４５０℃以上の温度で加熱する場合、立方晶系酸化ハフニウム結晶の含有量を相対的に大きくすることができる。そのため、得られる光学フィルタ１において、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける紫外線の透過をより一層抑制しつつ、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける紫外線の透過性をより一層高めることができる。
次に、得られた膜付き透明基材を加熱処理する。それによって、光学フィルタ１を得ることができる。加熱処理の温度は、例えば、４５０℃以上とすることができる。特に、膜付き透明基材を４５０℃以上の温度で加熱する場合、立方晶系酸化ハフニウム結晶の含有量を相対的に大きくすることができる。そのため、得られる光学フィルタ１において、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける紫外線の透過をより一層抑制しつつ、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける紫外線の透過性をより一層高めることができる。
膜付き透明基材における加熱処理の温度は、好ましくは４５０℃以上、より好ましくは５００℃以上、さらに好ましくは５５０℃以上、好ましくは８００℃以下、より好ましくは７５０℃以下である。加熱処理の温度が上記範囲内にある場合、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける紫外線の透過をより一層抑制しつつ、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける紫外線の透過性をより一層高めることができる。
膜付き透明基材における加熱処理の時間は、特に限定されないが、例えば、１０分以上、１２０分以下とすることができる。
なお、本実施形態においては、加熱処理前の膜付き透明基材のＸ線回折測定において、単斜晶系酸化ハフニウム結晶に由来する（－１，１，１）結晶面による回折ピークの強度が小さいことが好ましい。単斜晶系酸化ハフニウム結晶に由来する（－１，１，１）結晶面による回折ピークの強度が、微結晶レベルであることが好ましく、ピーク強度の高さはアモルファスのハローのピーク強度の高さの３倍以内であることがより好ましい。この場合、加熱処理によって、立方晶系酸化ハフニウム結晶に由来する（１，１，１）結晶面による回折ピークのピーク面積強度Ｉｃと、単斜晶系酸化ハフニウム結晶に由来する（－１，１，１）結晶面による回折ピークのピーク面積強度Ｉｍとの比Ｉｃ／Ｉｍをより一層大きくすることができる。そのため、得られる光学フィルタ１において、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける紫外線の透過をより一層抑制しつつ、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける紫外線の透過性をより一層高めることができる。
本実施形態において、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける紫外線の透過率及び波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける紫外線の透過率は、例えば、誘電体多層膜３を構成する膜の総数、膜厚、及び材料や、膜付き透明基材の加熱処理温度により調整することができる。特に、膜付き透明基材の加熱処理温度により、得られる光学フィルタ１において、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける紫外線の透過をより一層抑制しつつ、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける紫外線の透過性をより一層効果的に高めることができる。
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る光学フィルタを示す模式的断面図である。図３に示すように、光学フィルタ２１では、誘電体多層膜２３の最外層２６が、酸化ハフニウムにより構成されている、高屈折率膜４である。その他の点は、第１の実施形態と同様である。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る光学フィルタを示す模式的断面図である。図３に示すように、光学フィルタ２１では、誘電体多層膜２３の最外層２６が、酸化ハフニウムにより構成されている、高屈折率膜４である。その他の点は、第１の実施形態と同様である。
第２の実施形態においても、透明基材２の厚みが０．２ｍｍ以下であり、それによって、光学フィルタ２１が、湾曲されていない平らな状態と、湾曲された状態との間で相互に変形可能とされている。また、光学フィルタ２１は、誘電体多層膜２３を備え、光学フィルタ２１の波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値が５０％以上であり、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値が５％以下である。そのため、光学フィルタ２１では、殺菌処理に有用な紫外線を効率よく透過させつつ、人体に有害な紫外線の透過を抑制することができ、しかも光源からの放出光の有効照射面積を大きくすることができる。
ところで、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍの範囲の紫外線を発光するエキシマランプ等を用いた場合、照射される光により装置部材が劣化し、酸性のガスが発生する場合がある。このガスにより光学フィルタの膜が浸食され、それによって光学特性が変化し、要求特性を満たせない場合がある。
これに対して、光学フィルタ２１のように、誘電体多層膜２３の最外層２６が酸化ハフニウムにより構成されている場合、酸性のガスによる浸食をより一層抑制することができ、光学特性の変化をより一層抑制することができる。
また、最外層２６の厚みは、好ましくは１ｎｍ以上、より好ましくは２ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以下、より好ましくは７ｎｍ以下である。最外層２６の厚みが上記下限値以上である場合、酸性のガスによる浸食をより一層抑制することができ、光学特性の変化をより一層抑制することができる。一方、最外層２６の厚みが上記上限値以下である場合、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける紫外線の透過をより一層抑制しつつ、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける紫外線をより一層効果的に透過させることができる。
［光学フィルタ部品及び殺菌装置］
図４は、本発明の一実施形態に係る殺菌装置を示す模式的断面図である。
図４は、本発明の一実施形態に係る殺菌装置を示す模式的断面図である。
図４に示す殺菌装置３０は、処理対象物を不活化処理するための殺菌装置である。殺菌装置３０は、光源３２と、リフレクター３３と、筐体３４と、光学フィルタ部品３１とを備える。光学フィルタ部品３１は、第１の実施形態の光学フィルタ１と、光学フィルタ１を湾曲させた状態に保持する保持部３５とを備える。
殺菌装置３０では、光学フィルタ１が、湾曲した状態で備えられている。光学フィルタ１の凹面側に誘電体多層膜３が位置し、凸面側に透明基材２が位置している。殺菌装置３０では、光源３２から発せられた放出光が、光学フィルタ１を介して、殺菌対象物Ｐに照射される。なお、光学フィルタ１の凹面側に透明基材２が位置し、凸面側に誘電体多層膜３が位置していてもよく、これらの位置関係は特に限定されない。
筐体３４の内部に、光源３２及びリフレクター３３が配置されている。光源３２は、放出光の波長が１９０ｎｍ～２３０ｎｍの波長域に存在する光源である。リフレクター３３は、光源から放出された光を広範囲に拡散可能である。光源３２は、光学フィルタ１の凹面に対向して配置されている。
光源３２としては、例えば、エキシマランプを用いることができる。エキシマランプとしては、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍの範囲の紫外線を発光するエキシマランプを用いることが好ましい。このようなエキシマランプとしては、例えば、ＫｒＣｌエキシマランプを用いることができる。エキシマランプは、ＫｒＢｒエキシマランプであってもよい。
保持部３５の形状等の構成は特に限定されない。保持部３５は、光学フィルタ１を所定の湾曲形状とした状態で保持可能であればよい。保持部３５の形状としては、例えば、枠状及び箱状が挙げられる。なお、保持部３５は、独立した一部品として構成されるものであってもよく、例えば、筐体３４の一部として備えられていてもよい。保持部３５の材料としては、例えば、アルミニウムを用いることができる。
殺菌装置３０を用いることにより、殺菌対象物Ｐに付着等した処理対象物（微生物及びウイルス等）を不活化処理することができる。殺菌装置３０では、殺菌処理に有用な紫外線を効率よく透過させることができるので、殺菌対象物Ｐに対して、紫外線殺菌を効率よく行うことができる。例えば、紫外線殺菌では、細菌等の微生物の細胞内のＤＮＡに紫外線を作用させて、微生物を選択的に不活化させたり、ウイルスに紫外線を作用させて選択的に不活化させたりすることができる。そのため、上記処理対象物は、微生物又はウイルスであることが好ましく、微生物であることがより好ましい。すなわち、殺菌装置３０は、処理対象微生物又は処理対象ウイルスを不活化処理するために用いられることが好ましく、処理対象微生物を不活化処理するために用いられることがより好ましい。
本実施形態の殺菌装置３０は、光学フィルタ１を備えているので、殺菌処理に有用な紫外線を効率よく透過させつつ、人体に有害な紫外線の透過を抑制することができ、しかも光源３２からの放出光の有効照射面積を大きくすることができる。この点については、以下のように説明することができる。
図５は、従来の殺菌装置を説明するための模式的断面図である。図５に示すように、従来の殺菌装置１００では、光学フィルタ１０１が筐体１０４上に平らな状態で載置されている。従って、光源１０２の上方に位置する光学フィルタ１０１の中央付近では、入射角の小さい放出光が入射される。一方で、光源１０２の斜め上方に位置し、光学フィルタ１０１の中央から離れた部分では、入射角が大きい放出光が入射される。この際、入射角が大きな放出光を入射させると、処理対象物の細胞を選択的に不活化させる波長１９０ｎｍ～２３０ｎｍの紫外線透過率が低下し、一方で人体に有害な波長２４０ｎｍ～２８０ｎｍの紫外線透過率が高くなるという問題があった。なお、入射角は、図５に示すように、光学フィルタ１０１の主面１０１ａに対して垂直な方向を法線方向としたときに、該法線方向に対して傾斜した角度θを意味するものとする。従って、法線方向に沿う方向が、入射角０°となる。
これに対して、本実施形態の殺菌装置３０では、光学フィルタ１が、湾曲した状態で備えられている。そのため、光源３２の上方に位置する光学フィルタ１の中央付近だけでなく、光源３２の斜め上方に位置し、光学フィルタ１の中央から離れた部分においても、入射角θが小さい放射光を入射させることができる。従って、殺菌装置３０によれば、光源３２からの放出光の有効照射面積を大きくした場合においても、殺菌処理に有用な紫外線を効率よく透過させつつ、人体に有害な紫外線の透過を抑制することができる。なお、本実施形態のように、光学フィルタ１が湾曲した状態で備えられている場合、入射角θは、光学フィルタ１が筐体３４上に平らな状態で載置されていると仮定したときに、主面１ａに対して垂直な方向を法線方向とし、該法線方向に対して傾斜した角度を意味するものとする。例えば、図４では、筐体３４や保持部３５の上面（水平面）に対して垂直な方向が法線方向となる。
本実施形態の殺菌装置３０では、図４に示すように、光学フィルタ１が、厚み方向に沿う断面視において、光源３２を中心として同心円状に配置されていることが好ましい。この場合、殺菌処理に有用な紫外線をより一層効率よく透過させつつ、人体に有害な紫外線の透過をより一層抑制することができ、しかも光源３２からの放出光の有効照射面積を大きくすることができる。
また、光学フィルタ１は、曲率半径が１００ｍｍ以下となるように湾曲された状態で用いられることが好ましい。この場合、殺菌処理に有用な紫外線をより一層効率よく透過させつつ、人体に有害な紫外線の透過をより一層抑制することができ、しかも光源３２からの放出光の有効照射面積を大きくすることができる。
光学フィルタ１は、曲率半径が好ましくは１００ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下となるように湾曲された状態で用いられることが好ましい。
また、誘電体多層膜３の透明基材２からの剥離をより一層生じ難くする観点から、光学フィルタ１は、曲率半径が好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上となるように湾曲された状態で用いられることが好ましい。
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
（実施例１）
まず、透明基材として、厚み０．１ｍｍのホウケイ酸ガラス基板（日本電気硝子社製、品番「ＢＵ－４１」、寸法：７０ｍｍ×５２ｍｍ×０．１ｍｍ）を用意した。次に、用意した透明基材の一方側主面上に、スパッタリングにより誘電体多層膜を成膜した。具体的には、まず、キャリアガスとしてアルゴンガスと酸素ガスとを用い、ハフニウムのターゲットをスパッタリングし、透明基材の一方側主面上に酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ２膜）を成膜した。なお、この際、アルゴンガス及び酸素ガスの流量をそれぞれ１００ｓｃｃｍとし、ターゲット印加電力（成膜電力）を４ｋＷとした。次に、キャリアガスとしてアルゴンガスと酸素ガスとを用い、シリコンのターゲットをスパッタリングし、ＨｆＯ２膜の上に酸化ケイ素膜（ＳｉＯ２膜）を成膜した。なお、この際、アルゴンガス及び酸素ガスの流量を１００ｓｃｃｍとし、ターゲット印加電力（成膜電力）を４ｋＷとした。この操作を繰り返すことにより、透明基材の一方側主面上に、ＨｆＯ２膜とＳｉＯ２膜とが、１層ずつ交互に積層された、合計３８層の膜を有する誘電体多層膜を形成し、膜付き透明基材を得た。なお、成膜の間、基板温度は、室温（２０℃）とした。次に、膜付き透明基材を、大気雰囲気下、５００℃の温度で６０分間加熱処理することにより、光学フィルタを得た。
まず、透明基材として、厚み０．１ｍｍのホウケイ酸ガラス基板（日本電気硝子社製、品番「ＢＵ－４１」、寸法：７０ｍｍ×５２ｍｍ×０．１ｍｍ）を用意した。次に、用意した透明基材の一方側主面上に、スパッタリングにより誘電体多層膜を成膜した。具体的には、まず、キャリアガスとしてアルゴンガスと酸素ガスとを用い、ハフニウムのターゲットをスパッタリングし、透明基材の一方側主面上に酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ２膜）を成膜した。なお、この際、アルゴンガス及び酸素ガスの流量をそれぞれ１００ｓｃｃｍとし、ターゲット印加電力（成膜電力）を４ｋＷとした。次に、キャリアガスとしてアルゴンガスと酸素ガスとを用い、シリコンのターゲットをスパッタリングし、ＨｆＯ２膜の上に酸化ケイ素膜（ＳｉＯ２膜）を成膜した。なお、この際、アルゴンガス及び酸素ガスの流量を１００ｓｃｃｍとし、ターゲット印加電力（成膜電力）を４ｋＷとした。この操作を繰り返すことにより、透明基材の一方側主面上に、ＨｆＯ２膜とＳｉＯ２膜とが、１層ずつ交互に積層された、合計３８層の膜を有する誘電体多層膜を形成し、膜付き透明基材を得た。なお、成膜の間、基板温度は、室温（２０℃）とした。次に、膜付き透明基材を、大気雰囲気下、５００℃の温度で６０分間加熱処理することにより、光学フィルタを得た。
なお、誘電体多層膜における各層の厚みは、下記の表１に示す通りである。
（比較例１）
透明基材として、厚み１ｍｍの石英ガラス板（ＵＳＴＲＯＮ社製、品番「ＦＬＨ３１１」、寸法：７０ｍｍ×５２ｍｍ×１ｍｍ）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして光学フィルタを得た。
透明基材として、厚み１ｍｍの石英ガラス板（ＵＳＴＲＯＮ社製、品番「ＦＬＨ３１１」、寸法：７０ｍｍ×５２ｍｍ×１ｍｍ）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして光学フィルタを得た。
［評価］
（分光透過率）
実施例１及び比較例１の光学フィルタについて、分光透過率計（日立ハイテクサイエンス社製、品番「ＵＨ４１５０」）を用いて、分光透過率を測定した。なお、分光透過率の測定に際し、実施例１では、光学フィルタを曲率半径が２４ｍｍとなるように湾曲させてフォルダに設置した。また、比較例１では、光学フィルタを湾曲させずに平らな状態でフォルダに設置した。
（分光透過率）
実施例１及び比較例１の光学フィルタについて、分光透過率計（日立ハイテクサイエンス社製、品番「ＵＨ４１５０」）を用いて、分光透過率を測定した。なお、分光透過率の測定に際し、実施例１では、光学フィルタを曲率半径が２４ｍｍとなるように湾曲させてフォルダに設置した。また、比較例１では、光学フィルタを湾曲させずに平らな状態でフォルダに設置した。
具体的には、入射角（ＡＯＩ）を０°又は４０°とし、測定波長を２００ｎｍ～３２０ｎｍとした。なお、入射角は、サンプルを設置したフォルダを回転させることにより調整した。
図６は、比較例１で得られた光学フィルタの各入射角における透過スペクトルを示す図である。また、図７は、図６の透過スペクトルにおいて、透過率が１０％以下の部分を拡大した透過スペクトルを示す図である。
図６及び図７に示すように、比較例１では、入射角を４０°とした場合に、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値が低下していることがわかる。また、比較例１では、入射角を４０°とした場合に、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値が高くなっていることがわかる。
同様にして、実施例１の光学フィルタについても、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値及び波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値を測定した。
表２から明らかなように、実施例１の光学フィルタでは、比較例１と比較して、入射角を大きくした場合においても、波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値を大きくすることができ、波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値を小さくできていることがわかる。
よって、実施例１の光学フィルタでは、殺菌処理に有用な紫外線を効率よく透過させつつ、人体に有害な紫外線の透過を抑制することができ、しかも光源からの放出光の有効照射面積を大きくすることができることが確認できた。
１，２１…光学フィルタ
１ａ…主面
２…透明基材
２ａ…第１の主面
２ｂ…第２の主面
３，２３…誘電体多層膜
４…高屈折率膜
５…低屈折率膜
２６…最外層
３０…殺菌装置
３１…光学フィルタ部品
３２…光源
３３…リフレクター
３４…筐体
３５…保持部
Ｐ…殺菌対象物
１ａ…主面
２…透明基材
２ａ…第１の主面
２ｂ…第２の主面
３，２３…誘電体多層膜
４…高屈折率膜
５…低屈折率膜
２６…最外層
３０…殺菌装置
３１…光学フィルタ部品
３２…光源
３３…リフレクター
３４…筐体
３５…保持部
Ｐ…殺菌対象物
Claims (7)
- ガラスにより構成されており、厚みが０．２ｍｍ以下である、透明基材と、
前記透明基材上に設けられており、酸化ハフニウムを含む、誘電体多層膜と、
を備え、
波長２２０ｎｍ～２２５ｎｍにおける分光透過率の最小値が、５０％以上であり、
波長２４０ｎｍ～３２０ｎｍにおける分光透過率の最大値が、５％以下である、光学フィルタ。 - 前記光学フィルタは、前記光学フィルタが湾曲されていない平らな状態と、前記光学フィルタが湾曲された状態との間で相互に変形可能であり、
湾曲された状態で用いられる、請求項１に記載の光学フィルタ。 - 前記光学フィルタは、曲率半径が１００ｍｍ以下となるように湾曲された状態で用いられる、請求項２に記載の光学フィルタ。
- 請求項１～３のいずれか１項に記載の光学フィルタと、
前記光学フィルタを湾曲させた状態で保持するための保持部と、
を備える、光学フィルタ部品。 - 処理対象微生物を不活化処理するための殺菌装置であって、
放出光の波長が、１９０ｎｍ～２３０ｎｍの波長域に存在する光源と、
請求項１～３のいずれか１項に記載の光学フィルタと、
前記光学フィルタを湾曲させた状態で保持するための保持部と、
を備え、
前記光源からの放出光を、前記光学フィルタを介して照射することにより、前記処理対象微生物が不活化処理されるように、前記光源及び前記光学フィルタが配置されている、殺菌装置。 - 前記光学フィルタが、厚み方向に沿う断面視において、前記光源を中心として同心円状に配置されている、請求項５に記載の殺菌装置。
- 請求項１～３のいずれか１項に記載の光学フィルタの製造方法であって、
ガラスにより構成されており、厚みが０．２ｍｍ以下である、透明基材を平らな状態で配置する工程と、
前記透明基材における少なくとも一方側の主面上に、前記誘電体多層膜を成膜する工程と、
を備える、光学フィルタの製造方法。
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