JP5770940B2

JP5770940B2 - 光学部品

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Publication number: JP5770940B2
Application number: JP2014526864A
Authority: JP
Inventors: 宏寿高橋; 山本　浩二; 浩二山本; 健志小林; 幸弘堀江
Original assignee: Tokai Optical Co Ltd; Canon Optron Inc
Current assignee: Tokai Optical Co Ltd; Canon Optron Inc
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2033-07-16
Also published as: WO2014017332A1; JPWO2014017332A1

Description

本発明は光学部品に関し、特に、チタン酸化物を成分として含む蒸着材料を光学多層膜の一部に用いた光学部品に関するものである。

一般に、レンズ、プリズム、ミラー、フィルタ等のプラスチック製の光学部品では、静電気が発生しやすく、ゴミや埃などの汚れが光学部品に付着しやすい。汚れが付着した状態で光学部品の拭き上げを行うと、汚れが原因となって部品表面にキズがついてしまう。また、汚れの付着により透過性や反射性が悪くなるなど、光学部品の性能面にも悪影響を及ぼしてしまう。

そこで、従来、光学部品に対する汚れの付着を防ぐために、静電気の発生を抑制（帯電を抑制）することを目的として、光学部品の表面に薄くコーティングされる光学多層膜に導電性薄膜を挿入することが行われている。なお、用途によっては高い透光性を確保することも必要である。その場合、光学部品に帯電防止性を持たせるための薄膜形成に用いる材料としては、高い導電性と高い透光性とを両立可能な材料を用いることが必要となる。そのため、導電性薄膜の材料としては、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＳｎＯ（酸化スズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などが用いられていた。

このような光学薄膜の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＰＬＤ法などが挙げられる。中でも真空蒸着法は、膜材料の変更や膜を付ける基材の変更に同じ装置でも容易に対応可能であるほか、成膜速度が速いため処理時間が短く、他の方法に比べて低コストを実現しやすいといった利点を有することから、光学部品を始め多くの産業分野で用いられている。

チタン酸化物は高屈折率を有する透明薄膜材料の代表的な物質で、レンズのコーティング材料として一般的に蒸着法でも用いられている。なお、アナターゼ型の酸化チタン（ＴｉＯ_２）にニオブ（Ｎｂ）を少量（０．１ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％）ドープさせると、酸化チタン１００％よりも導電性が向上することが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、アナターゼ型結晶構造を有するニオブ含有酸化チタン（Ｎｂ：ＴｉＯ_２）の焼結体を薄膜形成用の材料として用い、これをＰＬＤ法でディスプレイパネル等の基材に蒸着させることにより、透明導電膜として利用することが記載されている。

ＷＯ２００６／０１６６０８公報

アナターゼ型結晶構造を有するニオブ含有酸化チタン（Ｎｂ：ＴｉＯ_２）の膜を用いる場合、導電性を向上させるために、コーティングした薄膜の結晶性を高めることが必要である。そのため、成膜後に再加熱（アニール）を行うことで結晶性を高めることが行われている。しかしながら、プラスチック製の光学部品の場合、成膜後に再加熱を行うと、プラスチックが溶けてしまうため、再加熱による結晶性を高める手法は適用することができないという問題があった。

一方、上述したように、光学部品の表面にコーティングされる光学多層膜に導電性薄膜（ＩＴＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどを材料とする膜）を挿入する方法もあるが、この方法では、蒸着装置の改造が必要になるという問題があった。すなわち、光学多層膜は、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層させて形成されており、通常は２種類の材料（例えば、ＳｉＯ_２とこれより屈折率の高いＴｉＯ_２）から成る２元系の膜構成となっている。これに更にＩＴＯ膜などを挿入すると、３元系の膜構成となり、３元系を扱うために蒸着装置を改造しなければならなくなる。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、成膜後に再加熱を行うといった結晶性を高める手法を適用することなく、かつ、３種類の材料を扱うために蒸着装置を改造することなく、帯電防止効果の高い光学部品を得ることができるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、基体の表面に光学多層膜を蒸着加工して成る光学部品において、光学多層膜のうち高屈折率層の材料を、チタンとニオブとを成分として含む酸素欠損を有する金属酸化物の溶融体（ニオブ含有亜酸化チタンという）で、当該ニオブ含有亜酸化チタンにおける金属元素数と酸素元素数の比率が３：５であり、ニオブのドープ量がチタンに対して２ｍｏｌ％以上１６ｍｏｌ％以下の溶融体により形成し、当該材料を蒸着して形成される薄膜を、結晶性がなく、Ｘ線の入射角度によらず反射波に強度のピークが現れないアモルファス状態としている。すなわち、本発明では、ニオブ含有亜酸化チタンから成る材料を用いて基体の表面に蒸着法で成膜することによって光学部品を構成している。

上記のように構成した本発明によれば、光学多層膜のうち高屈折率層については、チタンに対してニオブが少量ドープされた金属酸化物が用いられているので、チタン１００％の酸化物や他の高屈折率物質を用いる場合よりも導電性が向上し、高い帯電防止性を得ることができる。また、このような性質を有するニオブ含有亜酸化チタンから成る材料を蒸着法で成膜した場合、薄膜は結晶性のないアモルファス状態であるが導電性を有しているため、結晶性を高めるために成膜後に再加熱処理を行う必要がない。さらに、ＩＴＯ等の導電性薄膜を挿入する必要がないので、光学多層膜は低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層させた２元系の膜構成となる。これにより、基体の表面に成膜を行った後に再加熱処理を行うことなく、かつ、３種類の材料を扱うために蒸着装置を改造することなく、帯電防止効果の高い光学部品を得ることができる。

本実施形態による光学部品の構成例を示す図である。本実施形態のニオブ含有亜酸化チタンに対してＸ線回折分析を行った実験結果を示す図である。眼鏡用レンズに関する実施例１および比較例１−１，１−２に係る光学多層膜の膜構成を示す図である。眼鏡用レンズに関する実施例１および比較例１−１，１−２に係る光学多層膜の帯電防止性に関する実験結果を示す図である。眼鏡用レンズに関する実施例１および比較例１−１，１−２に係る光学多層膜の反射率特性に関するシミュレーション結果を示す図である。眼鏡用レンズに関する実施例２および比較例２−１，２−２に係る光学多層膜の膜構成を示す図である。眼鏡用レンズに関する実施例２および比較例２−１，２−２に係る光学多層膜の帯電防止性に関する実験結果を示す図である。眼鏡用レンズに関する実施例２および比較例２−１，２−２に係る光学多層膜の反射率特性に関するシミュレーション結果を示す図である。バンドパスフィルタに関する実施例３に係る光学多層膜の膜構成を示す図である。バンドパスフィルタに関する比較例３に係る光学多層膜の膜構成を示す図である。バンドパスフィルタに関する実施例３および比較例３に係る光学多層膜の帯電防止性に関する実験結果を示す図である。バンドパスフィルタに関する実施例３および比較例３に係る光学多層膜の反射率特性に関するシミュレーション結果を示す図である。ハーフミラーに関する実施例４および比較例４に係る光学多層膜の膜構成を示す図である。ハーフミラーに関する実施例４および比較例４に係る光学多層膜の帯電防止性に関する実験結果を示す図である。ハーフミラーに関する実施例４および比較例４に係る光学多層膜の反射率特性に関するシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による光学部品の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態の光学部品は、基体１１の表面に、ハードコート膜１２、光学多層膜１３および防汚膜１４を、基体１１からこの順で形成している。図１は光学部品の構成例を模擬的に表わしたものであり、基体１１の実際の厚みおよび各膜１２〜１４の実際の厚みを正確な比率で表したものではない。

なお、基体１１の表面とハードコート膜１２との間にプライマー層を形成したり、基体１１の表面とハードコート膜１２との間、ハードコート膜１２と光学多層膜１３の間、あるいは光学多層膜１３と防汚膜１４との間などに中間層を形成したりするなど、膜構成を他のものに変更してもよい。また、基体１１の裏面あるいは表裏両面に、ハードコート膜１２や光学多層膜１３などを形成しても良い。

基体１１の材料（基材）としては、例えば、ポリウレタン樹脂、エピスルフィド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリ４−メチルペンテン−１樹脂、ジエチルグリコールビスアリルカーボネート樹脂などが挙げられる。また、屈折率が高く好適なものとして、例えば、ポリイソシアネート化合物とポリチオールおよび／または含硫黄ポリオールとを付加重合して得られるポリウレタン樹脂を挙げることができる。さらに屈折率が高く好適なものとして、エピスルフィド基とポリチオールおよび／または含硫黄ポリオールとを付加重合して得られるエピスルフィド樹脂を挙げることができる。

ハードコート膜１２は、基体１１にハードコート液を、ディッピング法やスピンコート法、スプレー法などの公知の方法により均一に施して形成する。ハードコート膜１２の材料としては、例えば、無機酸化物微粒子を含むオルガノシロキサン系樹脂を用いる。この場合のハードコート液は、水あるいはアルコール系の溶媒にオルガノシロキサン系樹脂と無機酸化物微粒子ゾルとを分散（混合）させて生成する。

ここで、オルガノシロキサン系樹脂は、アルコキシシランを加水分解し縮合させることで得られるものが好ましい。アルコキシシランの具体例として、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルシリケートを挙げることができる。これらアルコキシシランの加水分解縮合物は、当該アルコキシシラン化合物あるいはそれらの組み合わせを、塩酸などの酸性水溶液で加水分解することにより製造される。

また、無機酸化物微粒子の具体例としては、酸化亜鉛、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化ベリリウム、酸化アンチモン、酸化タングステン、酸化セリウムの各ゾルを単独でまたは２種類以上を混晶化したものを挙げることができる。無機酸化物微粒子の大きさは、ハードコート膜１２の透明性確保の観点から、１〜１００ナノメートル（ｎｍ）であることが好ましく、１〜５０ｎｍであることがより好ましい。また、無機酸化物微粒子の配合量は、ハードコート膜１２における硬さや強靭性の適切な度合いでの確保という観点から、ハードコート成分中４０〜６０ｗｔ％を占めることが好ましい。

なお、ハードコート液には、硬化触媒としてアセチルアセトン金属塩、エチレンジアミン四酢酸金属塩などを添加することができる。さらに必要に応じて、界面活性剤、着色剤、溶媒などを調整のために添加することができる。

ハードコート膜１２の膜厚は、０．５〜４．０マイクロメートル（μｍ）とするのが好ましく、１．０〜３．０μｍとするのがより好ましい。この膜厚の下限については、これより薄いと十分な硬度が得られなくなるという限界値から定まる。一方、上限については、これより厚くするとクラックや脆さが発生するなど、物性に関する問題の生ずる可能性が飛躍的に高まるという限界値から定まる。

光学多層膜１３は、真空蒸着法により、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層させて形成する。低屈折率層を形成する薄膜の材料としては、例えば、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）やＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）などが挙げられる。

一方、高屈折率層を形成する薄膜の材料には、チタンとニオブとを成分として含む酸素欠損を有する金属酸化物（ニオブ含有亜酸化チタン）の溶融体を用いる。溶融体とは、酸素欠損を有する状態でチタンとニオブを溶融した後、それを冷却し、求める粒の大きさ（例えば、３ｍｍ以下）に粉砕して篩がけすることによって形成したものである。

ニオブ含有亜酸化チタンの金属元素（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）と酸素元素（Ｏ）の比率は、例えば３：５である。以下では、これを（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５と表記する。ニオブ含有亜酸化チタンにおけるニオブのドープ量は、チタンに対して２ｍｏｌ％以上１６ｍｏｌ％以下とするのが好ましい。

防汚膜１４は、レンズ表面の撥水撥油性の向上や水ヤケ防止するために形成されるものであり、フッ素系化合物から成る。防汚膜１４は、ディッピング法、スピン法、スプレー法、蒸着法などの公知の方法で形成することができる。

以下、光学多層膜１３において用いるニオブ含有亜酸化チタン（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５の性質について、図面に基づいて説明する。図２は、ニオブ含有亜酸化チタンに対してＸ線回折分析（ＸＲＤ：X-Ray Diffraction分析）を行った実験結果を示す図である。この図２に示す実験では、ニオブ含有亜酸化チタンにおけるニオブのドープ量を異ならせて複数種類の溶融体を形成し、それに対してＸＲＤ分析を行った。ニオブのドープ量は、２ｍｏｌ％から１６ｍｏｌ％まで２ｍｏｌ％刻みで変えてある。

ＸＲＤ分析は、材料に対するＸ線の入射角度を変化させながら、材料からの反射波の強度を測定するものである。この測定により、図２に示すように横軸が入射角度で縦軸に強度をとったグラフが得られる。なお、図２では、ニオブのドープ量を変えて行った各測定結果が重なって見にくくならないように、縦軸の基準値（強度ゼロ）を縦方向にずらして示している。

図２の実験結果から分かるように、どの入射角度のところにも強度のピークが現れていない。これは、ニオブ含有亜酸化チタンを蒸着して生成した薄膜がアモルファス（非晶質）の状態になっていることを示している。

次に、光学多層膜１３の高屈折率層にニオブ含有亜酸化チタンを用いた光学部品の具体的な実施例について説明する。ここでは光学部品の一例として、眼鏡用レンズ、バンドパスフィルタ、ハーフミラーの実施例について説明する。実施例１，２が眼鏡用レンズ、実施例３がバンドパスフィルタ、実施例４がハーフミラーである。

＜実施例１＞
図３は、実施例１に係る眼鏡用レンズを構成する光学多層膜１３の膜構成と、比較例１−１，１−２に係る光学多層膜の膜構成とを示す図である。図３（ａ）が実施例１、図３（ｂ）が比較例１−１、図３（ｃ）が比較例１−２を示している。なお、図３において、（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５はＴＮＯと略記している。

図３（ａ）に示すように、実施例１では、光学多層膜１３の各層を基体１１に近い方から順にＬ１〜Ｌ７層とする。実施例１では、奇数層を低屈折率材料の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）で形成するととともに、偶数層を高屈折率材料のニオブ含有亜酸化チタン（（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５）で形成した。つまり、実施例１の光学多層膜１３は、２元系の膜構成となっている。各層Ｌ１〜Ｌ７における屈折率、物理膜厚、光学膜厚は、図３（ａ）に示す通りである。

また、図３（ｂ）に示すように、比較例１−１では、実施例１と同様に光学多層膜を７つの層Ｌ１〜Ｌ７で形成し、奇数層を低屈折率材料の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、偶数層を高屈折率材料の二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）とした。比較例１−１の光学多層膜も２元系の膜構成となっている。各層Ｌ１〜Ｌ７における屈折率、物理膜厚、光学膜厚は、図３（ｂ）に示す通りである。

また、図３（ｃ）に示すように、比較例１−２では、導電性薄膜としてＩＴＯ膜を更に挿入することにより、光学多層膜を８つの層Ｌ１〜Ｌ８で形成した。具体的には、Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５，Ｌ８の各層を低屈折率材料の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）で形成し、Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６の各層を高屈折率材料の二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）で形成し、Ｌ７の１層を酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で形成した。比較例１−２の光学多層膜は３元系の膜構成となっている。各層Ｌ１〜Ｌ８における屈折率、物理膜厚、光学膜厚は、図３（ｃ）に示す通りである。

図３のように光学多層膜を形成した実施例１および比較例１−１，１−２について、帯電防止性の有無に関する実験を次のように行った。すなわち、不織布（小津産業株式会社製「Pure Leaf」）を用いてレンズ凸面を１キログラム荷重で１０秒間２０往復擦った直後の帯電電位（キロボルト：ｋＶ）を測定するとともに、スチールウール片のレンズ凸面に対する付着の有無を観測した。帯電電位の測定は、静電気測定器（シムコジャパン株式会社製「FMX-003」）により行った。

図４は、この帯電防止性に関する実験結果を示す図である。図４において、比較例１−１に示されるように、ＳｉＯ_２とＺｒＯ_２とから成る２元系の膜構成では、不織布を擦り終わってから３分を経過しても帯電電位の絶対値はゼロに近づかず、スチールウール片はレンズ凸面に付着したままであった。これは、帯電防止性がないことを示している。

一方、比較例１−２の場合は、不織布を擦り終わった直後から帯電電位の絶対値がゼロとなっており、スチールウール片はレンズ凸面に全く付着しなかった。これは、帯電防止性があることを示している。しかしながら、比較例１−２は、ＳｉＯ_２とＺｒＯ_２とＩＴＯとから成る３元系の膜構成のため、蒸着装置の改造が必要という問題が生じる。

これに対して、実施例１の場合は、ＳｉＯ_２と（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５とから成る２元系の膜構成なので、蒸着装置の改造は不要である。しかも、不織布を擦り終わった直後から帯電電位の絶対値はかなり小さくて殆どゼロとなっており、１分を経過した時点で帯電電位はゼロとなっている。そのため、スチールウール片はレンズ凸面に付着しなかった。

このように、光学多層膜１３の薄膜材料としてニオブ含有亜酸化チタンを用いることにより、蒸着した薄膜はアモルファスであるが導電性が向上し、高い帯電防止性を得ることができることが分かった。また、蒸着した薄膜は結晶性のないアモルファス状態であるが導電性を有しているため、結晶性を高めるために成膜後に再加熱（アニール）処理を行う必要もない。

また、図３のように光学多層膜を形成した実施例１および比較例１−１，１−２について、反射率特性に関するシミュレーションを行った。図５は、その反射率特性に関するシミュレーション結果を示す図である。図５に示すように、実施例１および比較例１−１，１−２の何れにおいても、可視域となる波長範囲では反射率が低い値を示している。これにより、実施例１のように高屈折率層に（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５を用いた場合でも、眼鏡用レンズの視認性が低下しないことが分かった。

＜実施例２＞
図６は、実施例２に係る眼鏡用レンズを構成する光学多層膜１３の膜構成と、比較例２−１，２−２に係る光学多層膜の膜構成とを示す図である。図６（ａ）が実施例２、図６（ｂ）が比較例２−１、図６（ｃ）が比較例２−２を示している。なお、図６においても、（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５はＴＮＯと略記している。

図６（ａ）に示すように、実施例２では、光学多層膜１３の各層を基体１１に近い方から順にＬ１〜Ｌ５層とする。実施例２では、奇数層を低屈折率材料の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）で形成するととともに、偶数層を高屈折率材料のニオブ含有亜酸化チタン（（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５）で形成した。つまり、実施例２の光学多層膜１３も、２元系の膜構成となっている。各層Ｌ１〜Ｌ５における屈折率、物理膜厚、光学膜厚は、図６（ａ）に示す通りである。

また、図６（ｂ）に示すように、比較例２−１では、実施例２と同様に光学多層膜を５つの層Ｌ１〜Ｌ５で形成し、奇数層を低屈折率材料の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、偶数層を高屈折率材料の二酸化チタン（ＴｉＯ_２）とした。比較例２の光学多層膜も２元系の膜構成となっている。各層Ｌ１〜Ｌ５における屈折率、物理膜厚、光学膜厚は、図６（ｂ）に示す通りである。

また、図６（ｃ）に示すように、比較例２−２では、実施例２と同様に光学多層膜を５つの層Ｌ１〜Ｌ５で形成し、奇数層を低屈折率材料の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、偶数層を高屈折率材料の二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）とした。比較例２−２の光学多層膜も２元系の膜構成となっている。各層Ｌ１〜Ｌ５における屈折率、物理膜厚、光学膜厚は、図６（ｃ）に示す通りである。

図６のように光学多層膜を形成した実施例２および比較例２−１，２−２について、実施例１と同様の方法により帯電防止性の有無に関する実験を行った。図７は、その帯電防止性に関する実験結果を示す図である。図７において、比較例２−１，２−２に示されるように、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２、あるいはＳｉＯ_２とＺｒＯ_２から成る２元系の膜構成では、不織布を擦り終わってから３分を経過しても帯電電位の絶対値はゼロに近づかず、スチールウール片はレンズ凸面に付着したままであった。これは、帯電防止性がないことを示している。

これに対して、実施例２の場合は、不織布を擦り終わった直後から帯電電位の絶対値はかなり小さくて殆どゼロとなっており、時間が経過するにつれてゼロに近づいている。そのため、スチールウール片はレンズ凸面に付着しなかった。このように、実施例２でも帯電防止性を呈していることが分かった。

また、図６のように光学多層膜を形成した実施例２および比較例２−１，２−２について、反射率特性に関するシミュレーションを行った。図８は、その反射率特性に関するシミュレーション結果を示す図である。図８に示すように、実施例２および比較例２−１，２−２の何れにおいても、可視域となる波長範囲では反射率が低い値を示している。これにより、実施例２のように高屈折率層に（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５を用いた場合でも、眼鏡用レンズの視認性が低下しないことが分かった。

＜実施例３＞
図９は、実施例３に係るバンドパスフィルタを構成する光学多層膜１３の膜構成を示す図である。また、図１０は、比較例３に係る光学多層膜の膜構成を示す図である。なお、図９および図１０においても、（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５はＴＮＯと略記している。

図９に示すように、実施例３では、光学多層膜１３の各層を基体１１に近い方から順にＬ１〜Ｌ３６層とする。実施例３では、奇数層を高屈折率材料のニオブ含有亜酸化チタン（（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５）で形成するととともに、偶数層を低屈折率材料の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）で形成した。つまり、実施例３の光学多層膜１３は、２元系の膜構成となっている。各層Ｌ１〜Ｌ３６における屈折率、物理膜厚、光学膜厚、中心波長は、図９に示す通りである。

また、図１０に示すように、比較例３では、実施例３と同様に光学多層膜を３６個の層Ｌ１〜Ｌ３６で形成し、奇数層を高屈折率材料の二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、偶数層を低屈折率材料の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）とした。比較例３の光学多層膜も２元系の膜構成となっている。各層Ｌ１〜Ｌ３６における屈折率、物理膜厚、光学膜厚、中心波長は、図１０に示す通りである。

図９、図１０のように光学多層膜を形成した実施例３および比較例３について、帯電防止性の有無に関する実験を次のように行った。すなわち、不織布（小津産業株式会社製「Pure Leaf」）を用いて部品表面を１キログラム荷重で１０秒間２０往復擦った後、スチールウール片の部品表面に対する付着の有無を観測した。また、高抵抗率計（三菱化学製「Hiresta-UP」）により部品の表面抵抗値を測定した。印加電圧を５００[Ｖ]、測定保持時間を３０秒として表面抵抗値を測定し、これを３回行って平均値を算出した。

図１１は、この帯電防止性に関する実験結果を示す図である。図１１において、実施例３に示されるように、表面抵抗の平均値は１．７４×１０¹⁰[Ω／□]であり、不織布を擦り終わった直後からスチールウール片は部品表面に付着しなかった。一般に、膜の抵抗値が小さいほど導電性が高くなって帯電防止性が向上し、抵抗値が１０¹¹[Ω／□]以下であればほぼ確実に帯電防止性が得られることが知られている。よって、以上の実験結果は、実施例３が帯電防止性を呈していることを示している。

これに対して、比較例３に示されるように、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２とから成る２元系の膜構成では、スチールウール片は部品表面に付着したままであった。また、表面抵抗の平均値は４．８４×１０¹²[Ω／□]であった。このことは、比較例３は帯電防止性がないことを示している。

また、実施例３および比較例３について、反射率特性に関するシミュレーションを行った。図１２は、その反射率特性に関するシミュレーション結果を示す図である。図１２に示すように、実施例３および比較例３の何れにおいても、所望の波長範囲で反射率が低い値を示している。これにより、実施例３および比較例３の何れの場合も、所望のバンドパスフィルタ特性が得られることが分かった。

＜実施例４＞
図１３は、実施例４に係るハーフミラーを構成する光学多層膜１３の膜構成と、比較例４に係る光学多層膜の膜構成とを示す図である。図１３（ａ）が実施例４、図１３（ｂ）が比較例４を示している。なお、図１３においても、（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５はＴＮＯと略記している。

図１３（ａ）に示すように、実施例４では、光学多層膜１３の各層を基体１１に近い方から順にＬ１〜Ｌ１２層とする。実施例４では、奇数層を高屈折率材料のニオブ含有亜酸化チタン（（Ｔｉ_１−ｘＮｂ_ｘ）_３Ｏ_５）で形成するととともに、偶数層を低屈折率材料の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）で形成した。つまり、実施例４の光学多層膜１３は、２元系の膜構成となっている。各層Ｌ１〜Ｌ１２における屈折率、物理膜厚、光学膜厚、中心波長は、図１３（ａ）に示す通りである。

また、図１３（ｂ）に示すように、比較例４では、実施例４と同様に光学多層膜を１２個の層Ｌ１〜Ｌ１２で形成し、奇数層を高屈折率材料の二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、偶数層を低屈折率材料の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）とした。比較例４の光学多層膜も２元系の膜構成となっている。各層Ｌ１〜Ｌ１２における屈折率、物理膜厚、光学膜厚、中心波長は、図１３（ｂ）に示す通りである。

図１３のように光学多層膜を形成した実施例４および比較例４について、実施例３と同様の方法により帯電防止性の有無に関する実験を行った。図１４は、この帯電防止性に関する実験結果を示す図である。図１４において、比較例４に示されるように、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２とから成る２元系の膜構成では、スチールウール片は部品表面に付着したままであった。また、表面抵抗値は大き過ぎて測定不能であった。これは、比較例４は帯電防止性がないことを示している。

これに対して、実施例４の場合は、表面抵抗の平均値は３．１８×１０¹²[Ω／□]であり、不織布を擦り終わった直後からスチールウール片は部品表面に付着しなかった。表面抵抗値が１０¹¹[Ω／□]以上となっているが、スチールウール片が部品表面に付着しなかったことから、実施例４は帯電防止性を有していることを示している。

また、実施例４および比較例４について、反射率特性に関するシミュレーションを行った。図１５は、その反射率特性に関するシミュレーション結果を示す図である。図１５に示すように、実施例４および比較例４の何れにおいても、殆どの波長範囲では反射率が高い値を示している。これにより、実施例４および比較例４の何れの場合も、ハーフミラーの特性が得られることが分かった。

以上詳しく説明したように、本実施形態では、基体１１の表面に光学多層膜１３を蒸着加工して成る光学部品において、光学多層膜１３のうち高屈折率層の薄膜の材料をニオブ含有亜酸化チタンにより形成した。これにより、ニオブ含有亜酸化チタンを蒸着して形成された薄膜はアモルファス状態となるが高い導電性を有し、高い帯電防止性を得ることができる。また、アモルファスであるため、結晶性を高めるために成膜後に再加熱（アニール）処理を行う必要もない。さらに、ＩＴＯ等の導電性薄膜を挿入する必要がないので、光学多層膜１３は低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層させた２元系の膜構成となる。これにより、高熱に弱い基体１１の表面に成膜を行った後に再加熱を行うことなく、かつ、３種類の材料を扱うために蒸着装置を改造することなく、帯電防止効果の高い光学部品を得ることができる。

なお、上記実施形態では、光学部品の例として眼鏡用レンズ、バンドパスフィルタ、ハーフミラーの３つを挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、眼鏡用以外のレンズ、バンドパスフィルタ以外のフィルタ、ハーフミラー以外のミラー、ビームスプリッタ、プリズム、偏光素子、波長板、遮光板、スリガラスなど、他の光学部品に適用することも可能である。

また、上記実施形態では、光学部品の構成として、図１に示すように基体１１、ハードコート膜１２、光学多層膜１３および防汚膜１４を備える例について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、基体１１と光学多層膜１３は必須の構成として、ハードコート膜１２および防汚膜１４については、上記のような種々の光学部品の用途に合わせて必要なものを用いればよい。

その他、上記実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１１基体
１２ハードコート膜
１３光学多層膜
１４防汚膜

Claims

基体の表面に光学多層膜を蒸着加工して成る光学部品であって、
上記光学多層膜のうち高屈折率層の材料が、チタンとニオブとを成分として含む酸素欠損を有する金属酸化物であるニオブ含有亜酸化チタンの溶融体で、当該ニオブ含有亜酸化チタンにおける金属元素数と酸素元素数の比率が３：５であり、ニオブのドープ量がチタンに対して２ｍｏｌ％以上１６ｍｏｌ％以下の溶融体から成り、
上記材料を蒸着して形成される薄膜を、結晶性がなく、Ｘ線の入射角度によらず反射波に強度のピークが現れないアモルファス状態としたことを特徴とする光学部品。
上記光学多層膜は奇数数の層から成り、上記基体から数えて奇数層が低屈折率材料、偶数層が高屈折率材料から成り、上記偶数層において上記ニオブ含有亜酸化チタンを用いたことを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
上記光学多層膜は偶数数の層から成り、上記基体から数えて奇数層が高屈折率材料、偶数層が低屈折率材料から成り、上記奇数層において上記ニオブ含有亜酸化チタンを用いたことを特徴とする請求項１に記載の光学部品。