(57)【要約】【課題】光学素子の光学特性に影響を与えることなく、光学素子の表面に光触媒活性を有するコーティング膜を形成した光触媒部材、光触媒部材の製造方法および光学装置を提供する。【解決手段】光学素子２と、光学素子の表面２ａに形成されたコーティング膜３と、を備え、コーティング膜３は、分散性酸化チタンを含む光触媒層６を有する。分散性酸化チタンは、ペルオキソ基を含むアナターゼ型酸化チタンおよび水酸基を含むアナターゼ型酸化チタンの少なくとも一方を含むことが好ましい。【選択図】図１
2013169493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子と、
前記光学素子の表面に形成されたコーティング膜と、を備え、
前記コーティング膜は、分散性酸化チタンを含む光触媒層を、有することを特徴とする光触媒部材。
【請求項２】
前記分散性酸化チタンが、ペルオキソ基を含むアナターゼ型酸化チタンおよび水酸基を含むアナターゼ型酸化チタンの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の光触媒部材。
【請求項３】
前記コーティング膜は、前記光学素子の表面に形成されており、酸化チタンで構成され、表面が親水性を有する下地層を、さらに有し、
前記光触媒層は、前記下地層の上に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光触媒部材。
【請求項４】
前記コーティング膜の膜厚が、λ／２ｎの整数倍であることを特徴とする請求項２に記載の光触媒部材。
ただし、λはコーティング膜に入射する光の波長であり、ｎはコーティング膜の屈折率である。
【請求項５】
前記光学素子が、光ピックアップ装置における対物レンズであることを特徴とする請求項２に記載の光触媒部材。
【請求項６】
請求項２に記載の光触媒部材を製造する光触媒部材の製造方法であって、
前記光触媒層を、前記分散性酸化チタンを含む液体を用いて形成したことを特徴とする光触媒部材の製造方法。
【請求項７】
前記液体が、ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体または水酸化チタンを含む液体であることを特徴とする請求項６に記載の光触媒部材の製造方法。
【請求項８】
請求項２に記載の光触媒部材を備えたことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の表面に光触媒活性を有するコーティング膜を形成した光触媒部材、光触媒部材の製造方法および光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ピックアップ装置を構成する対物レンズ等の光学部品への汚れの付着を防止するために、光学部品の表面に、６００ｎｍ付近の波長域に対応できる可視光型の酸化チタン光触媒から成る光触媒物質層を形成し、光触媒活性によるセルフクリーニング機能を持たせることが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０５１１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、可視光型の酸化チタン光触媒として従来知られている酸化チタン粉末は、極めて凝集性が高いため、通常でも凝集した粒子（二次粒子）の直径が数１００ｎｍ以上と大きく、一般的な塗工法である静電スプレー塗工法によりこれを成膜する場合には、ますます凝集が進み、粒径が大きくなる。このため、酸化チタン粉末を用いてレンズの表面に光触媒層を形成したとしても、光触媒層の膜厚が厚くなり、光学素子の透過率が大きく減少すると共に、球面収差、コマ収差等が悪化してしまうという問題があった。また、光ピックアップ装置の対物レンズ表面に酸化チタン粉末で光触媒層を形成すると、凝集した酸化チタン粉末の粒径が光ビームのスポット径（ブルーレイディスクの場合、約５８０ｎｍ（≒１．２２×４０５ｎｍ／０．８５））に対して過大であるため、光ビームの散乱が発生するなどの問題もあった。
【０００５】
本発明は、光学素子の光学特性に影響を与えることなく、光学素子の表面に光触媒活性を有するコーティング膜を形成した光触媒部材、光触媒部材の製造方法および光学装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光触媒部材は、光学素子と、光学素子の表面に形成されたコーティング膜と、を備え、コーティング膜は、分散性酸化チタンを含む光触媒層を、有することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、分散性酸化チタンは、酸化チタン粉末に比べ、粒径が極めて小さいため、光触媒層の膜厚を薄くすることができる。このため、例えばレンズの表面にコーティング膜を形成しても、光学素子の透過率がほとんど減少することがなく、球面収差、コマ収差等にほとんど影響を与えることがない。また、光ピックアップ装置の対物レンズ表面に光触媒層を形成しても、光ビームのスポット径に対して粒径が十分小さいため、光ビームの散乱等が発生することもない。
なお、光学素子としては、光ピックアップ装置、光記録再生装置、プロジェクター等の光学装置における各種のレンズ、プリズム、ミラー等が含まれる。
また、分散性酸化チタンとは、水中に均一に溶解または分散可能な酸化チタンをいう。
【０００８】
この場合、分散性酸化チタンが、ペルオキソ基を含むアナターゼ型酸化チタンおよび水酸基を含むアナターゼ型酸化チタンの少なくとも一方を含むことが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、ペルオキソ基を含むアナターゼ型酸化チタンおよび水酸基を含むアナターゼ型酸化チタンは、波長４０５ｎｍの光に対して光触媒活性を示すため、ブルーレイディスク対応の光ピックアップ装置における光学素子に好適に用いることができる。
【００１０】
この場合、コーティング膜は、光学素子の表面に形成されており、酸化チタンで構成され、表面が親水性を有する下地層を、さらに有し、光触媒層は、下地層の上に形成されていることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、下地層の表面が親水性を有することで、分散性酸化チタンを含む水溶液または水分散液を下地層の上に均一に薄く形成することが、容易となる。また、下地層が酸化チタンで構成されていることで、下地層と分散性酸化チタンを含む光触媒層とを光学的に同一視することができ、光触媒層と下地層との界面における反射等の影響を極力少なくすることができる。
【００１２】
この場合、コーティング膜の膜厚が、λ／２ｎの整数倍であることが好ましい。ただし、λはコーティング膜に入射する光の波長であり、ｎはコーティング膜の屈折率である。
【００１３】
この構成によれば、干渉作用による光学素子の光学特性への影響を最小限にすることができる。
【００１４】
この場合、光学素子が、光ピックアップ装置における対物レンズであることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、対物レンズの光学特性（透過率、コマ収差、球面収差等）に影響を与えることなく、対物レンズの表面に光触媒活性を有するコーティング膜を形成することができるため、これを光ピックアップ装置に搭載した場合に、良好な光学特性を維持しつつ、対物レンズへの汚れ付着に起因する品質低下やエラーの発生等を防止することができる。
【００１６】
本発明の光触媒部材の製造方法は、上記の光触媒部材を製造する光触媒部材の製造方法であって、光触媒層を、分散性酸化チタンを含む液体を用いて形成したことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、分散性酸化チタンを含む液体を用いて光触媒層を形成するため、酸化チタン粉末を用いる場合に比べ、光触媒層を均一に薄く形成することができる。
なお、液体は、分散性酸化チタンが水等に溶解したものであってもよく、分散性酸化チタンが水等に分散したものであってもよい。
【００１８】
この場合、液体が、ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体または水酸化チタンを含む液体であることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体および水酸化チタンを含む液体は、ペルオキソ基を含むアナターゼ型酸化チタンおよび水酸基を含むアナターゼ型酸化チタンの少なくとも一方を含み、ペルオキソ基を含むアナターゼ型酸化チタンおよび水酸基を含むアナターゼ型酸化チタンは、波長４０５ｎｍの光に対して光触媒活性を示すため、ブルーレイディスク対応の光ピックアップ装置における光学素子を好適に製造することができる。
【００２０】
本発明の光学装置は、上記の光触媒部材を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、光学素子の光学特性に影響を与えることなく、光学素子の表面に光触媒活性を有するコーティング膜を形成した光触媒部材を備えたことで、良好な光学特性を維持しつつ、光学素子への汚れ付着に起因する品質低下やエラーの発生等を防止することができる。
なお、光学装置としては、光ピックアップ装置、光記録再生装置、プロジェクター等が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るセルフクリーニングレンズの断面図である。
【図２】セルフクリーニングレンズのセルフクリーニング機能によるメチレンブルーの吸光度変化を示すグラフである。
【図３】ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体を用いて形成した光触媒膜のＦＴ−ＩＲ法による赤外分光スペクトルである。
【図４】水酸化チタンを含む液体を用いて形成した光触媒膜のＦＴ−ＩＲ法による赤外分光スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る光触媒部材について説明する。本実施形態では、光触媒部材として、光ピックアップ装置におけるセルフクリーニングレンズ（対物レンズ）を例示する。この光ピックアップ装置は、光ディクスの記録・再生を行う光記録再生装置に搭載され、セルフクリーニングレンズ（対物レンズ）で集光した光ビームのスポットを光ディスクに照射するためのものである。
【００２４】
図１に示すように、セルフクリーニングレンズ１は、対物レンズ２と、対物レンズの表面２ａ（図外の光ディスクに対向する側の面）に形成されたコーティング膜３とを備えている。セルフクリーニングレンズ１は、その周縁部において、レンズホルダ４に支持されている。
【００２５】
コーティング膜３は、対物レンズの表面２ａに形成された下地層５と、下地層５の上に形成された光触媒層６とを有している。
【００２６】
光触媒層６は、分散性酸化チタンを含んでいる。分散性酸化チタンとしては、ペルオキソ基（ペルオキシド構造）を含むアナターゼ型酸化チタンおよび水酸基を含むアナターゼ型酸化チタンの少なくとも一方を含むことが好ましく、ペルオキソ基を含むアナターゼ型酸化チタンおよび水酸基を含むアナターゼ型酸化チタンは、波長４０５ｎｍの光に対して光触媒活性を示すため、ブルーレイディスク対応の光ピックアップ装置における対物レンズ２に好適に用いることができる。
【００２７】
ペルオキソ基を含むアナターゼ型酸化チタンおよび水酸基を含むアナターゼ型酸化チタンとしては、ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体（水溶液または水分散液）や水酸化チタンを含む液体を用いることができる。
【００２８】
ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルは、特許第２９３８３７６号や特許第３１２２６５８号に開示された製造方法にて作成することができる。具体的には、チタン含有水溶液に過酸化水素水を加えると、ペルオキソチタン錯体が溶解したペルオキソチタン酸水溶液（Ｔｉ2Ｏ5（ＯＨ）n(n-2)-＋ｍＨ2Ｏ、ｎ＞２）が生成され、あるいは、ペルオキソチタン錯体からペルオキソチタン水和物（Ｔｉ2Ｏ5（ＯＨ）2・２Ｈ2Ｏ）の沈殿が生成する。このペルオキソチタン酸水溶液やペルオキソチタン水和物の分散液を７０℃以上の温度に加熱すると、ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルが得られる。
【００２９】
このペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルには、アナターゼ型酸化チタン中に、ペルオキソ基によって修飾または結合された結晶体（過酸化チタン結晶等）や、ペルオキソチタン水和物由来の水酸基を含む結晶体が含まれていて、これによって可視光に対する光触媒活性が大幅に向上している。ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルにおける結晶体（分散性酸化チタン）は、薄い鎌形や円盤形の形状であり、その径は５ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。
【００３０】
このペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体を用いることで、酸化チタン粉末を用いる場合に比べ、光触媒層６を均一に薄く形成することができる。
ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体の市販品としては、サガンコートＴＰＸ−ＨＬ（鯤コーポレーション社製）、バイオミミックＢＭ−ハイコート（バイオミミック社製）等がある。
【００３１】
水酸化チタンを含む液体は、水酸化チタンの製造工程で、過酸化チタンが微量に含まれるため、水酸化チタンを含む液体には、アナターゼ型酸化チタン中に、水酸基を含む結晶体のほか、ペルオキソ基によって修飾または結合された結晶体が含まれる。このため、ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体と同等な光触媒活性を有する。また、この場合も、光触媒層６を均一に薄く形成することができる。
【００３２】
なお、ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体や水酸化チタンを含む液体を下地層５の表面に付与した後は、室温で乾燥させればよいが、必要に応じて、１００〜４００℃の温度での加温処理や、紫外線の照射処理を行うことが好ましい。これにより、光触媒層６と下地層５との密着力や光触媒層６の硬度が向上し、はがれ難い好適な光触媒層６を形成することができる。
また、ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルと水酸化チタンの双方を含む液体を用いてもよい。
【００３３】
下地層５は、酸化チタンで構成され、表面が親水性を有している。下地層５の形成方法としては、まず、対物レンズの表面２ａに、真空蒸着によって酸化チタンの層を形成する。下地層５を構成する酸化チタンとしては、アモルファス型酸化チタンまたはルチル型酸化チタンが好ましい。その後、紫外線を照射することで、その表面に親水性を付与する。
【００３４】
下地層５の表面が親水性を有することで、上記のペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体や水酸化チタンを含む液体を下地層５の上に付与すると、該液体が下地層５の表面上に均一に濡れ拡がるため、光触媒層６を均一に薄く形成することが容易となる。
なお、下地層５の表面の親水性としては、ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体または水酸化チタンを含む液体に対する接触角が１２°以下となることが好ましく、１０°以下となることが更に好ましい。
【００３５】
このようにして形成された下地層５および光触媒層６は、光学的には同一視することができ、下地層５および光触媒層６から成るコーティング膜３の膜厚は、干渉作用による対物レンズ２の光学特性への影響を最小限にすベく、λ／２ｎの整数倍付近の値（λ／２ｎの９０〜１１０％の値が好ましく、９５〜１０５％の値が更に好ましい）とすることが好ましい。なお、λはコーティング膜３に入射する光の波長であり、ｎはコーティング膜３の屈折率である。
【００３６】
具体的には、ブルーレイディスク用の光ピックアップ装置の場合、λ＝４０５ｎｍであり、コーティング膜３（下地層５および光触媒層６）の屈折率が、ｎ＝２．５であるとすると、コーティング膜３の膜厚は、８１ｎｍの整数倍（８１ｎｍ、１６２ｎｍ、２４３ｎｍ、・・・）付近であることが好ましい。もっとも、コーティング膜３があまり厚すぎると、対物レンズ２の透過率が低下し、対物レンズ２の光学特性が悪化することとなり、また、コーティング膜３を厚くするには、下地層５および光触媒層６の原材料費もかさむことから、上記の場合、コーティング膜３の膜厚を８１ｎｍ付近とすることが更に好ましい。
【００３７】
なお、光触媒層６の膜厚は、下地層５の表面に付与するペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体や水酸化チタンを含む液体の液量を変更することで、均一膜となる限界膜厚である２ｎｍから１００ｎｍ以上の範囲で適宜変更可能である。
また、光触媒層６および下地層５の膜厚は、断面を電子顕微鏡で観察することで測定できる。
【００３８】
このように構成されたセルフクリーニングレンズ１は、対物レンズ２の光学特性を損なうことなく、光ディスクの記録・再生を行いながら、光触媒層６の光触媒活性によって、対物レンズの表面２ａに付着した汚れ（有機物）を二酸化炭素と水等に分解消失（セルフクリーニング）させることが可能になる。
なお、セルフクリーニングレンズ１は、対物レンズ２と下地層５の間に、球面収差補正、色収差補正、コマ収差補正、表面反射防止といった目的のコーティングが別途設けられていても構わない。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明の実施例について説明する。まず、対物レンズの表面に、電子ビーム蒸着装置を用いて、厚さ７１ｎｍの酸化チタンの層を形成した。続いて、紫外線を照射し、酸化チタンの層の表面を親水処理して、下地層を形成した。紫外線照射は、３６５ｎｍの紫外線を、１１３０ｍＷ／ｃｍ2の強度で１５分間照射して行った。
【００４０】
続いて、下地層の表面に、マイクロピペットを用いて、ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体であるサガンコートＴＰＸ−ＨＬ（鯤コーポレーション社製）を付与した。これを７５℃で１分間乾燥させ、厚さ５ｎｍの光触媒層を形成した。
【００４１】
このようにして作製したセルフクリーニングレンズについて、分光光度計を用い、波長４０５ｎｍの光に対する透過率を測定したところ、９１％であった。９０％以上の透過率が確保されていれば、球面収差、コマ収差等への影響は測定誤差範囲内となるため、対物レンズの光学特性を損なうものではない。
【００４２】
次に、対物レンズの代わりに７ｍｍ角のガラス板上に、光触媒層の厚さを２０ｎｍとしたこと以外は上記と同様にしてコーティング膜を形成し、セルフクリーニング効果を確認した。
【００４３】
コーティング膜を形成したガラス板を、メチレンブルー（ナカライテスク社製）の１．２５×１０-5ｍｏｌ／Ｌ水溶液中に浸漬した状態で、光触媒層に、４０５ｎｍの青紫色レーザー光を１６７ｍＷ／ｃｍ2にて照射し、６６０ｎｍにおけるメチレンブルーの吸光度変化を測定した。
【００４４】
図２に示すように、吸光度の減少が確認され、ペルオキソ改質アナターゼ型酸化チタンゾルを含む液体を用いて形成された光触媒層が、波長４０５ｎｍの光に対して光触媒活性を有することが確認できた。
【００４５】
また、ガラス板に代えて、オゾンクリーニング処理によって表面に親水性を持たせたシリコンウエハ上に、上記と同様にして光触媒層を形成した後、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）により分析した。なお、フーリエ変換赤外分光光度計として、ＦＴ−ＩＲ６７０（日本分光社製）を用いた。
図３に示すように、３２００〜３２５０ｃｍ-1付近に水酸基由来の吸収ピークが認められ、９００ｃｍ-1付近にペルオキソ基由来の吸収ピークが認められた。
【００４６】
サガンコートＴＰＸ−ＨＬに代えて、水酸化チタンを含む水溶液を用いた以外は、オゾンクリーニング処理によって表面親水性を持たせたシリコンウエハ上に、上記と同様にして光触媒層を形成した後、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）により分析した。
図４に示すように、３２００〜３２５０ｃｍ-1付近に水酸基由来の吸収ピークが認められ、９００ｃｍ-1付近にペルオキソ基由来の吸収ピークが認められた。
【符号の説明】
【００４７】
１：セルフクリーニングレンズ、２：対物レンズ、２ａ：対物レンズの表面、３：コーティング膜、５：下地層、６：光触媒層
【図１】
2013169493.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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