JP5358300B2 - 反射防止膜を有する光学素子及び医療用光学機器 - Google Patents

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本発明は反射防止膜を有する光学素子に関し、特に高圧高温水蒸気（オートクレーブ）処理に対する優れた耐久性と、可視光に対する透過率を有し、医療用の光学機器に好適な光学素子及び医療用光学機器に関する。
従来から、高温高圧の水蒸気に対して優れた耐久性を有しているために、高温高圧水蒸気処理可能であるとともに、優れた反射防止特性を有する反射防止膜を有する光学素子及び医療用光学機器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２０８５１９号公報
しかしながら、この特許文献１に開示の技術は、行番号００５０に示すように、最外層に酸化ケイ素SiO2を積層しなければ、二酸化ハフニウムHfO2にパーフルオロメチルシラザン等のフッ素化合物を積層した光学素子を形成できず、防汚コートであるフッ素化合物と高屈折率物質との化学的結合が脆弱となり、高温高圧水蒸気滅菌処理後に劣化したと考えられる。
そこで、本出願人は、五酸化二タンタル（Ta2O5）又は二酸化ハフニウム（HfO2）などの高屈折率物質に直接防汚コートであるフッ素化合物を成膜し、五酸化二タンタルや二酸化ハフニウムと、その上に積層されるフッ素化合物のフッ素原子との化学結合を堅固にし、超過酷な高温高圧の水蒸気に対しても防汚性を示すと共に耐久性を持たせ、高温高圧水蒸気滅菌処理可能である光学素子及びその光学素子を有する医療用光学機器を提供することを目的とする。
本発明に係わる光学素子は、上記の課題を解決するため、基板に、五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層と、五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折率層を積層し、その上に光学特性に影響を与えない程度の厚さの防汚コートを積層してなることを特徴とする。
その光学素子は、基板に、五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層と、五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折率層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層を積層し、その上に光学特性に影響を与えない程度の厚さの五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウム及び防汚コートを積層してなることが望ましい。
その光学特性に影響を与えない程度の厚さは、物理膜厚で１ｎｍ〜１０ｎｍであることが望ましい。
また、防汚コートには、パーフルオロメチルシラザン、フルオロアルキルシラン系化合物、パーフルオロヘキサン、パーフルオロポリメチルイソプロピルなどのフッ素化合物をブレンドして用いるのがより望ましい。
以上により、本発明に係る光学素子及び医療用光学機器は、たとえば１３０℃〜１５０℃における飽和水蒸気圧中で２０分間保持する処理を５００回程度施すような超過酷な高温高圧の水蒸気に対しても防汚性を示すと共に耐久性を有する。
図１は本発明の実施例１に係わる光学素子の積層状態を示す説明図である。 図２は図１に示す光学素子の基板にランタン系ガラスの光学特性を示す図である。 図３は本発明の実施例２に係わる光学素子の積層状態を示す説明図である。 図４は図３に示す光学素子の基板に合成石英ガラスを用いたときの光学特性を示す図である。
＜１＞実施例１
実施例１の光学素子１は、基板２に、五酸化二タンタル（Ta2O5）からなる高屈折層３と、酸化ケイ素（SiO2）からなる低屈折率層４と、五酸化二タンタルからなる高屈折率層５を積層し、その上に光学特性に影響を与えない程度の厚さの防汚コート（フッ素化合物）６を積層することにより形成されている。五酸化二タンタルの代わりに、二酸化ハフニウム（HfO2）を積層してもよい。
基板２には、ランタン系ガラスLAH53が材料として用いられている。
五酸化二タンタルからなる高屈折率層５の上に積層されるフッ素化合物の物理膜厚は１nm〜１０nmである。そのフッ素化合物は、パーフルオロメチルシラザン、フルオロアルキルシラン系化合物でもよい。そのほか、パーフルオロヘキサン、パーフルオロポリメチルイソプロピルなどのフッ素化合物を用いることができる。これらの防汚コートに用いるフッ素化合物は、ブレンドして用いるのがより望ましい。
この基板２への成膜方法は、イオンアシスト法、真空蒸着法、スパッタリング法のいずれを用いても良い。
その光学素子１の層構成は、以下に示す表１の通りである。
Figure 0005358300
この光学素子１を高温高圧（１３２℃、２気圧）の条件のもとで２０分間保持した後のこの光学素子１の反射率特性は、図２に示すように、波長４２０ｎｍから波長７３０ｎｍの範囲内で、その反射率が１．５％以下である。
また、１３０℃〜１５０℃における飽和水蒸気圧中で２０分間保持する処理を５００回程度施した場合でも、表面に水滴状フローマークが残らなかった。
五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムと、その上に積層されるフッ素化合物のフッ素原子との化学結合が超過酷な高温高圧の水蒸気に対しても防汚性を示すと共に耐久性を持たせるのではないかと考えられる。
＜２＞実施例２
実施例２の光学素子１は、基板２に、五酸化二タンタル（Ta2O5）からなる高屈折層３と、酸化ケイ素（SiO2）からなる低屈折率層４と、五酸化二タンタルからなる高屈折率層５と酸化ケイ素からなる低屈折率層７とを積層し、その上に光学特性に影響を与えない程度の厚さの五酸化二タンタルからなる高屈折率層８及び防汚コート（フッ素化合物）６を積層することにより形成されている。五酸化二タンタルの代わりに、二酸化ハフニウム（HfO2）を積層してもよい。
基板２には、合成石英ガラスが材料として用いられている。
五酸化二タンタルからなる高屈折率層８の上に積層されるフッ素化合物の物理膜厚は１nm〜１０nmである。そのフッ素化合物は、パーフルオロメチルシラザン、フルオロアルキルシラン系化合物でもよい。そのほか、パーフルオロヘキサン、パーフルオロポリメチルイソプロピルなどのフッ素化合物を用いることができる。これらの防汚コートに用いるフッ素化合物は、ブレンドして用いるのがより望ましい。
この基板２への成膜方法は、イオンアシスト法、真空蒸着法、スパッタリング法のいずれを用いても良い。
その光学素子１の層構成は、以下に示す表２の通りである。
Figure 0005358300
この光学素子１を高温高圧（１３２℃、２気圧）の条件のもとで２０分間保持した後のこの光学素子１の反射率特性は、図４に示すように、波長４４０ｎｍから波長７５０ｎｍの範囲内で、その反射率が１．５％以下である。
また、１３０℃〜１５０℃における飽和水蒸気圧中で２０分間保持する処理を５００回程度施した場合でも、表面に水滴状フローマークが残らなかった。
五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムと、その上に積層されるフッ素化合物のフッ素原子との化学結合が超過酷な高温高圧の水蒸気に対しても防汚性を示すと共に耐久性を持たせるのではないかと考えられる。
この光学素子は、医療用光学機器に利用可能である。
１…光学素子
２…基板
３、５…五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウム
４…二酸化ケイ素
６…フッ素化合物

Claims (5)

  1. ランタン系ガラス基板に、五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層と、五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折率層を積層し、その上に物理膜厚が１ｎｍ〜１０ｎｍの防汚コートを積層し、前記防汚コートは、パーフルオロメチルシラザン、フルオロアルキルシラン系化合物、パーフルオロヘキサン、パーフルオロポリメチルイソプロピル等のフッ素化合物であり、これらのフッ素化合物の複数種類がブレンドされていることを特徴とする光学素子。
  2. ランタン系ガラス基板に、五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層と、五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折率層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層を積層し、その上に物理膜厚が１ｎｍ〜１０ｎｍの五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウム及び防汚コートを積層し、前記防汚コートは、パーフルオロメチルシラザン、フルオロアルキルシラン系化合物、パーフルオロヘキサン、パーフルオロポリメチルイソプロピル等のフッ素化合物であり、これらのフッ素化合物の複数種類がブレンドされていることを特徴とする光学素子。
  3. 合成石英ガラス基板に、五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層と、五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折率層を積層し、その上に物理膜厚が１ｎｍ〜１０ｎｍの防汚コートを積層し、前記防汚コートは、パーフルオロメチルシラザン、フルオロアルキルシラン系化合物、パーフルオロヘキサン、パーフルオロポリメチルイソプロピル等のフッ素化合物であり、これらのフッ素化合物の複数種類がブレンドされていることを特徴とする光学素子。
  4. 合成石英ガラス基板に、五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層と、五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折率層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層を積層し、その上に物理膜厚が１ｎｍ〜１０ｎｍの五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウム及び防汚コートを積層し、前記防汚コートは、パーフルオロメチルシラザン、フルオロアルキルシラン系化合物、パーフルオロヘキサン、パーフルオロポリメチルイソプロピル等のフッ素化合物であり、これらのフッ素化合物の複数種類がブレンドされていることを特徴とする光学素子。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学素子を有することを特徴とする医療用光学機器。
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