(57)【要約】【課題】より高い屈折率のレンズにおいても、内面反射を低減させる。【解決手段】酸化チタン及び酸化ニオブの少なくとも一方のナノ粒子とカーボンブラックを含有する光学素子用内面反射防止塗料４を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化チタン及び酸化ニオブの少なくとも一方のナノ粒子とカーボンブラックとを含有することを特徴とする光学素子用内面反射防止塗料。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子用内面反射防止塗料において、前記酸化チタン及び酸化ニオブの少なくとも一方のナノ粒子の含有量が、２０ｗｔ％以上、８０ｗｔ％以下であることを特徴とする光学素子用内面反射防止塗料。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学素子用内面反射防止塗料において、チタンブラックを含有しないことを特徴とする光学素子用内面反射防止塗料。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学素子用内面反射防止塗料が塗布されていることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項４に記載の光学素子において、前記光学素子用内面反射防止塗料が塗布されている面において、１００μｍ角あたりの表面積を面積１００００μｍ２で除した値が１．８以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項５に記載の光学素子において、前記光学素子用内面反射防止塗料が塗布されている面は、加熱軟化されたガラス素材を成形型でプレス成形することによって形成された面であることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子用内面反射防止塗料及びこの塗料が塗布されているレンズ、プリズム等の光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ、プリズム等の光学素子においては、光学素子に入射する光の一部が光学素子の外周面において内面反射し、これがフレア、ゴースト等を発生する原因となっている。内面反射は、光学素子の屈折率が高くなる程多くなるので、特に高屈折率ガラスで形成された光学素子では、上記フレア、ゴースト等の有害光による障害が問題となっている。
【０００３】
この内面反射を防止するにあたっては、光学素子の外周面に内面反射防止塗料を塗布する方法が知られている。この内面反射防止塗料は、カーボンブラックを主顔料にして黒色度をもたらされた塗料が一般的であるが、塗料自体の屈折率は１．５程度と比較的低い。このため、光学素子を構成するガラスの屈折率が上記内面反射防止塗料の屈折率より高い場合は両者の屈折率の差が大きくなり、光学素子と内面反射防止塗料との界面における反射率が高くなる。反射率が高くなることによって内面反射が多くなり、有害光による障害が顕著になる。
【０００４】
特許文献１には、高屈折率のガラスを用いたレンズの内面反射を抑制することができる内面反射防止塗料として、屈折率が１．５以上である酸化ジルコニウムナノ粒子、酸化アルミニウムナノ粒子等の非黒色無機ナノ粒子と黒色顔料を含有したものが記載されている。これにより、屈折率が１．７６のガラスとの組み合わせにおいても内面反射を低減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−８２５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術は、屈折率１．８以上のガラスを用いたレンズにおいては、レンズと内面反射防止塗料の屈折率の差が大きくなってしまい、内部反射の防止効果が低く、フレア、ゴースト等の障害が発生してしまう。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、より高い屈折率のレンズにおいても、内面反射防止効果の高い内面反射防止塗料を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の光学素子用内面反射防止塗料は、酸化チタン及び酸化ニオブの少なくとも一方のナノ粒子とカーボンブラックとを含有することを特徴とする。
【０００９】
前記酸化チタン及び酸化ニオブの少なくとも一方のナノ粒子の含有量は、２０ｗｔ％以上、８０ｗｔ％以下であってもよい。
【００１０】
また、本発明の光学素子用内面反射防止塗料は、チタンブラックを含有しないことが好ましい。
【００１１】
また、本発明の光学素子は、本発明の光学素子用内面反射防止塗料が塗布されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光学素子は、前記光学素子用内面反射防止塗料が塗布されている面において、１００μｍ角あたりの表面積を面積１００００μｍ２で除した値が１．８以下であってもよい。
【００１３】
また、前記光学素子用内面反射防止塗料が塗布されている面は、加熱軟化されたガラス素材を成形型でプレス成形することによって形成された面であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光学素子用内面反射防止塗料によれば、酸化チタン及び酸化ニオブの少なくとも一方のナノ粒子とカーボンブラックとを含むことで、屈折率１．８以上の高屈折率のガラスによって形成された光学素子においても、反射率を抑えることができ、かつ、長期使用も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態の内面反射防止塗料を塗布した光学素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の第一の実施形態の内面反射防止塗料について説明する。
図１は、本発明の実施形態の内面反射防止塗料を塗布した光学素子の断面図である。
光学素子１は、ガラスからなるレンズであり、光学面２と外周面３とから構成されている。外周面３には、内面反射防止塗料４が塗布されている。光学素子１への入射光５は、内面反射防止塗料４との界面において、反射光６と屈折光（図示せず）となり、屈折光は、内面反射防止塗料４に吸収される
【００１７】
内面反射防止塗料４は、非黒色無機ナノ粒子である酸化チタンナノ粒子を含有するトルエン分散液と、黒色顔料であるカーボンブラックと樹脂製分とを含有するシンナー溶液と、黒色顔料であるチタンブラックを含有するトルエン分散液とを混合して、溶媒としてトルエンを加えた液体を原料としている。内面反射防止塗料４は、上記原料を光学素子１の外周面３に塗布した後、加熱硬化されたものである。即ち、内面反射防止塗料４には樹脂中に酸化チタンのナノ粒子が分散され、カーボンブラックとチタンブラックとを含有している。
塗料に使用される樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂及びその変性物、これらの混合物など、一般的に塗料に用いられる樹脂を用いることが出来る。また、これらの樹脂は、硬化剤を添加及び加熱されて硬化(高分子化)し塗料となる。ここでは、硬化する前の樹脂を樹脂成分としている。
【００１８】
酸化チタンは、透明酸化物の中では高屈折率な成分であるため、内面反射防止塗料４に含有されることによって、内面反射防止塗料４を高屈折率化する。高屈折率な透明酸化物の粒子は、酸化チタンのナノ粒子に限らず、例えば酸化ニオブのナノ粒子を採用することができるが、屈折率の高い酸化チタンがより好適である。また、粒子の粒径は５０ｎｍ以下とすることが好ましく、本実施形態の酸化チタンは１５ｎｍの粒径を有している。
【００１９】
カーボンブラックは、内面反射防止塗料４に黒色度をもたらすための成分である。
ここで、酸化チタン、酸化ニオブ共に、光触媒活性を有するため、これらのナノ粒子が紫外線を吸収することによって、周辺の塗料剤を劣化させる機能を有している。本実施形態の内面反射防止塗料４においては、カーボンブラックが紫外線を吸収するため、酸化チタンと酸化ニオブの光触媒活性を抑えることができる。
【００２０】
酸化チタンの含有量は、２０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下が好ましく、３０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下がより好ましい。含有量が、例えば２０ｗｔ％以下のように少ないと、内面反射防止塗料４を高屈折率化することができない。また、含有量が、例えば８０ｗｔ％以上のように多いと、光触媒活性による塗料の劣化を招き、塗料の耐性が悪くなる。即ち、酸化チタンの含有量を上記範囲とすることによって、内面反射防止塗料４の屈折率を高く保ちながら、長期使用による劣化を防止することができる。
【００２１】
また、内面反射防止塗料４は、チタンブラックを含有しない構成とすることが好ましい。これは、チタンブラックはカーボンブラックと比較して紫外線を透過しやすいため、酸化チタン又は酸化ニオブの光触媒活性を充分に抑えられず、内面反射防止塗料４の耐性が不十分となる場合があるためである。即ち、チタンブラックを含有しない構成とすることによって、内面反射防止塗料４の耐性をさらに向上させることができる。
【００２２】
光学素子１の外周面３における内面反射防止塗料４が塗布されている面は、１００μｍ角（一辺が１００μｍの正方形の領域）あたりの表面積を面積１００００μｍ２で除した（割った）値（表面積／面積）が、１．８以下とされている。つまり、１００μｍ角あたりの表面積が１００００μｍ２であった場合、即ち、表面が完全に平ら（鏡面）であった場合は、上記値は１となる。
この値は、外周面３の凹凸の状態を示すものであり、値が大きいほど凹凸が大きいことを示す。また、外周面３の表面に凹凸が存在することは、外周面３（光学素子１）と内面反射防止塗料４との界面が凹凸形状となっていることを意味する。
【００２３】
また、光学素子１は、加熱軟化したガラス素材を成形型でプレス成形することによって形成されている。即ち、内面反射防止塗料４が塗布される外周面３においても、プレス成形によって形成されている。
【００２４】
上記のように、界面の凹凸が１．８以下とされている場合（鏡面に近い場合）、入射する光の反射の散乱が少なくなる。即ち、入射する光の強さの変化が少なく、より強い光が反射されることになり、内面反射防止塗料４の効果がより大きくなる。
具体的には、光学素子１をプレス成形によって形成した場合、界面の凹凸が小さくなるため、内面反射防止塗料４の効果がより発揮される。さらに、光学素子１を製造するための工数を低減することができる。
【００２５】
なお、光学素子１の製造に際しては、光学面２とともに外周面３もプレス成形によって形成したが、これに限ることはなく、従来の芯とり加工を実施して外周面を研磨してもよい。プレス成形によって外周面３を形成した上記実施形態は、光学素子１の製造工数の低減を実現すると共に、外周面３に高屈折率の内面反射防止塗料４を塗布することによって、より低コストで光学素子１を製造することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例及び比較例で用いた内面反射防止塗料４の作製方法、ガラス表面評価方法、塗料評価方法は以下の通りである。
【００２７】
（塗料の作製方法、塗布方法）
［実施例１〜６、比較例１］
（１）カーボンブラック含有溶液（オリジン電気（株）レンズ用黒Ｂ  Ｎｏ．３  ２０ｗｔ％シンナー溶液）
（２）酸化チタン（粒子径１５ｎｍ）含有溶液（ＣＩＫナノテック（株）ＴｉＯ２  １５ｗｔ％トルエン分散液）
（３）チタンブラック含有溶液（三菱マテリアル（株）チタンブラックトルエン分散液）
以上３つの溶液を表１に示した配合比で混合した。
即ち、実施例１〜５においては、（１）カーボンブラック含有溶液と（２）酸化チタン含有溶液を混合した。実施例６は、上記（１）、（２）と（３）チタンブラック含有溶液を混合した。比較例１においては、（１）のみを含有する内面反射防止塗料４とした。
さらに、適宜、溶媒としてトルエンを加えよく攪拌した。酸化チタンの粒子径は１５ｎｍである。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
内面反射防止塗料４を塗布するガラス平板としては以下の４種類のガラス平板を用いた。
＜１＞屈折率１．５１６のガラス平板（（株）オハラ  Ｌ−ＢＳＬ７）
＜２＞屈折率１．６９４のガラス平板（（株）オハラ  Ｌ−ＬＡＬ１３）
＜３＞屈折率１．８０６のガラス平板（（株）オハラ  Ｌ−ＬＡＨ５３）
＜４＞屈折率１．８５１のガラス平板（光ガラス（株）  Ｑ−ＬＡＳＦＨ１８Ｓ）
以上の４種類のガラス平板（３０ｍｍ角、厚み５ｍｍ）上に、バーコータを用いて、２０μｍの厚みとなるように内面反射防止塗料４を塗布し、１１０℃で１時間、加熱硬化させた。
【００３０】
［実施例７、比較例２］
上記（３）屈折率１．８０６のガラス平板の一方の面を、表面積／面積＝２．０となるように研磨加工すると共に、他方の面を鏡面加工した。次いで、研磨加工した面に内面反射防止塗料４を塗布した。内面反射防止塗料４を構成する溶液は表１に示した配合比で混合した。
即ち、実施例７においては、上記（１）、（２）の溶液を混合し、比較例２においては、（１）のみを含有する内面反射防止塗料４とした。これ以外は、実施例２、比較例１と同様とした。
【００３１】
［比較例３］
（４）エポキシ樹脂（三菱化学（株）エピコート８２８）
上記エポキシ樹脂に、上記した（２）酸化チタン含有溶液、及び（３）チタンブラック含有溶液の２つの溶液を表１に示した配合比となるように加えて、よく攪拌した。
【００３２】
次いで、エポキシ樹脂と同量の硬化剤（（株）ＡＤＥＫＡ  アデカハードナーＥＨ５５１ＣＨ）を加えてよく攪拌した後、実施例１と同様にガラス平板（３０ｍｍ角、厚み５ｍｍ）上に、バーコータを用いて、２０μｍの厚みとなるように内面反射防止塗料４を塗布した。
【００３３】
（ガラス表面評価方法）
内面反射防止塗料４を塗布しない状態で、レーザー顕微鏡（オリンパス社  ＬＥＸＴ  ＯＬＳ３５００）を用いて１００μｍ角あたりの表面積を測定した。測定した表面積を面積１００００μｍ２で除した値（表面積／面積）を表２に示した。即ち、実施例１〜６、比較例１，３においては、表面積／面積＝１．０のガラス平板を用い、実施例７及び比較例２においては、表面積／面積＝２．０の面を有するガラス平板を用いた。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
（内面反射防止塗料評価方法）
１．反射率評価
レンズ反射率測定機（オリンパス社  ＵＳＰＭ−ＲＵ）を用いて、可視光の波長を３８０〜７８０ｎｍの範囲で変化させ、ガラス平板／内面反射防止塗料の界面の反射率を測定した。表２には、波長３８０〜７８０ｎｍの平均値を示した。
【００３６】
２．耐性評価
照度２００ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を４時間照射した後、再度反射率を測定した。評価方法は、波長３８０〜７８０ｎｍの反射率の平均値が紫外光の照射前と比較して、０．１％を超えて高くなっていた場合「不可」、０．１％以下、０．０５％以上の変化となっていた場合「可」、０．０５％未満の変化となっていた場合「良」とした。評価結果を表３に示した。
【００３７】
【表３】
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【００３８】
表２から明らかなように、実施例１〜５、即ち、内面反射防止塗料４中に含有される酸化チタンナノ粒子の含有量が、１５ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下である場合は、圧縮率が高いガラス平板（屈折率１．８以上）を用いた実施例は、酸化チタンナノ粒子が含まれていない比較例１と比較して、反射率が低くなっている。特に、実施例２〜５では、酸化チタンナノ粒子の含有量が２０ｗｔ％以上であるため、屈折率をより低く抑えることができている。
即ち、高屈折率のガラス平板を用いたレンズにおいても、内面反射を防止することができる。
【００３９】
表３から明らかなように、実施例５では、酸化チタンナノ粒子の含有量が８０ｗｔ％を超えているため、耐性がやや悪くなっている。これは、酸化チタンナノ粒子が有する光触媒活性による塗料の劣化に起因するものと思われる。
実施例６では、内面反射防止塗料４にチタンブラックが含まれているため、耐性がやや悪くなっている。これは、チタンブラックが紫外線を透過させていることにより、酸化チタンの光触媒活性を抑えられていないためであると思われる。
【００４０】
また、表２から明らかなように、比較例１では、内面反射防止塗料４中に酸化チタンナノ粒子が含まれていないため、特に、屈折率が１．８以上のガラス平板を用いた場合、反射率が高くなってしまう。
【００４１】
また、実施例７及び比較例２は、ガラス平板の一方の面を、表面積／面積＝２．０とし、この面に内面反射防止塗料４を塗布したものである。
実施例７と比較例２とを比較すると、実施例７において、内面反射防止塗料４に酸化チタンナノ粒子を含有させ高屈折率化を施したものの、反射率の低下は著しいものではない。即ち、表面積／面積＝２．０とした凹凸のある界面に内面反射防止塗料４を適用する場合は、凹凸の少ない場合と比較して内面反射防止塗料４の効果は大きくならない。
【００４２】
比較例３では、黒色顔料としてチタンブラックのみを含有し、カーボンブラックを含まない構成としたため、内面反射防止塗料４の耐性が不良となった。即ち、紫外線を４時間照射した後、反射率が０．１％を超えて高くなった。
【符号の説明】
【００４３】
１…光学素子、３…外周面（内面反射防止塗料が塗布されている面）、４…内面反射防止塗料。
【図１】
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