JP2005156989A

JP2005156989A - 鏡枠

Info

Publication number: JP2005156989A
Application number: JP2003395973A
Authority: JP
Inventors: Michio Shirai; 道雄白井; Kunihisa Koo; 邦寿小尾; Masaru Morooka; 優諸岡; Hisashi Goto; 尚志後藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】鏡枠の内壁面での迷光の反射を抑制し、光学系へ不要な光が入り込まないようにして、ゴースト、フレアなどの発生を抑制できる鏡枠を提供する。
【解決手段】鏡枠１０の内壁面の少なくとも一部に、可視光波長以下の間隔と大きさの微細凹凸構造１１を有し、この微細凹凸構造がアルミニウム陽極酸化膜で形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、カメラ、顕微鏡等の光学装置において、内部にレンズやプリズム等の光学素子を観察光学系や撮像光学系等の光学系として保持するする鏡枠に関する。

カメラ、顕微鏡などの光学装置では、観察や撮像のために光路を構成する光学素子、あるいは光路内に配置される絞り等の部材には、反射防止の処置が施されている。また、これらの光学素子あるいは絞り等を保持する鏡枠においては、光路から外れた迷光が鏡枠内壁面で反射して再び光路内に入ってしまうことにより、ゴーストやフレアが発生するため、鏡枠内壁面は極力光が反射しないように構成されている。

このような技術として、例えば、特許文献１には、レンズ鏡筒ユニット内における反射防止または遮光性の確保のために凹凸を有するマット処理を行う方法、反射防止塗装を行うなどが示されている。
特開平１１-６４７０３号公報

反射防止塗装を行う場合、密着性が悪いと塗装剥がれによる反射防止性の低下やごみの発生が生じ、光学系へ悪影響を与えることとなる。また、塗装厚が数μｍ以上となるため、鏡枠形状が複雑になると、鏡枠の形状精度に対して、問題となり、塗装できない場合もある。また、凹凸を有するマット処理および反射防止塗装では、ある程度表面の反射を防止するが、場合により反射防止性が不足することがある。

本発明は、上記のような従来技術の課題に鑑み、鏡枠の内壁面における迷光の反射を抑制し、光学系へ不要な光が入り込まないようにして、ゴースト、フレアなどの発生を抑制できる鏡枠を提供することを目的とする。

本発明の鏡枠は、鏡枠の内壁面の少なくとも一部に、可視光の波長より小さい間隔と大きさの微細凹凸構造を有することを特徴とする。

また、本発明の鏡枠は、鏡枠の内壁面の少なくとも一部に、可視光の波長より小さい間隔と大きさの微細凹凸構造を有し、この微細凹凸構造がアルミニウム陽極酸化膜で形成されていることを特徴とする。

また、本発明の鏡枠は、樹脂で形成され、鏡枠の内壁面の少なくとも一部に、可視光の波長より小さい間隔と大きさの微細凹凸構造を有し、この微細凹凸構造は、鏡枠の内壁面にアルミニウム薄膜を形成した後、アルミニウム薄膜を陽極酸化されたもので形成されていることを特徴とする。

また、本発明の鏡枠は、鏡枠の内壁面の少なくとも一部に、可視光の波長より小さい間隔と大きさの微細凹凸構造を表面に有するシートを貼り付けたことを特徴とする。

本発明によれば鏡枠の内壁面へ反射防止効果のある微細凹凸構造を形成することで、従来の凹凸マット面よりも鏡枠内面での光反射を抑制して、鏡枠内部での迷光によるゴースト、フレアの発生を抑制した鏡枠ユニットを提供することができる。また、量産に適した成形法や陽極酸化法により微細凹凸構造を形成できるので、生産性に優れた反射防止機能を有する鏡枠を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
本発明の実施形態の説明に先だって、微細凹凸構造による光の反射防止について基本的事項を説明する。
図１は、本発明の鏡枠の内壁面の一部あるいは全面に形成された微細凹凸構造の一形態を例示する断面図である。図２は微細凹凸構造の具体的構造を示している。（a）は微細凹凸構造が略円錐形状突起よりなる例を示す。(b)は微細凹凸構造が略三角錐形状突起よりなる例を示す。(c)は(a)の変形例である。(d)は（a）の他の変形例である。図３は多数の微細孔ｈが規則的に繰り返し配置されている微細凹凸構造の他の例を示す。

図中、Ｈは微細凹凸構造の凸部の底部Ｂと頂部Ｔとの高低差であり、即ち高さを示す。また、Ｐは微細凹凸構造の凸部の頂点Ｔとその隣の凸部の頂点Ｔとの間の間隔である。例えば、微細凹凸構造の構成単位である凹凸部が錐体形で形成される場合は、その錐体形の突起の頂点Ｔとそれの隣の突起の頂点Ｔとの間隔であるピッチに対応するものである。
本発明における微細凹凸構造の大きさについては、微細凹凸構造の構成単位である凸部、即ち突起部の形状が円錐体形状の場合は、その底面の直径Ｒおよび底面から頂点までの高さＨで表されるものであり、また、凸部の形状が角錐体形状の場合は、その底面の対角線の長さＲおよび底面から頂点までの高さＨで表される。なお、図３に示される微細凹凸構造については、ピッチＰ、微細孔ｈの径Ｒと高さＨで表される。

本発明における微細凹凸構造は、その構成単位である円錐状、角錐状等の錐体形状の突起が多数、面上に配されており、これら突起の頂点Ｔが可視光線の波長より小さいピッチ（間隔）Ｐで繰りかえし規則的に配列されて形成された構造を有するものである。また、本発明において微細凹凸周期構造はその構成単位である円錐状、角錐状等の錐体形の突起が多数、面上に配されており、これら突起の頂点Ｔが可視光線の波長以下のピッチ（間隔）Ｐで繰りかえし規則的にかつ、周期的に配列されて形成された構造を有するものである。
本発明における微細凹凸構造および微細凹凸周期構造には、上記の図３に示す構造も含まれる。

可視光の波長より小さいピッチで配列された多数の微細な凹凸が表面に存在すると、その微細な凹凸の底部Ｂでは、微細な凹凸を形成する材料が大部分を占めているため、その部分での屈折率はその材料の特性を持つが、微細凹凸の表面すなわち頂部Ｔに近づくにつれ、微細凹凸を形成する材料の体積占有率が低くなり、代わりに微細凹凸に接している物質（通常は、空気）の占める割合が増加するため、見かけ上、微細凹凸の底部と上部の間で屈折率が連続的に変化している層と同様の効果を持つようになる。光の反射は、異なる屈折率を持つ透明な材料の界面を光が透過する際に、屈折率差があるために生じる。微細凹凸周期構造では、連続的に屈折率変化を与えるため、光反射が防止されるようになる。また、微細凹凸構造は規則的かつ周期的に配列されている方が、良好な反射防止効果が得られるが、ある程度不規則であっても十分な反射防止効果は得られる。

良好な反射防止効果を得るためには、図２に例示されるような微細凹凸は略四角錐、略三角錐、略円錐などの略錐体形状であることが好ましい。また、微細凹凸構造のピッチＰは、対象となる光の波長λより小さく、微細凹凸の高さＨと微細凹凸構造のピッチＰとの比は、０．２〜４とすることが望ましい。本実施形態ではＰ及びＨは夫々１００〜４００nmである。（図１参照）

上記図３に示されるような微細孔ｈが規則的、周期的に配列された微細孔周期構造からなる微細凹凸構造のものでも、反射防止効果が得られる。この場合、この間隔あるいはピッチＰは対象となる光の波長λより小さく、微細孔の深さＨと微細孔の配列ピッチＰとの比は、１以上とすることが望ましい。

ここで光が全反射する条件である臨界角、屈折率と反射防止効果との関係を説明する。
二つの透明な材料の界面で光が全反射する臨界角θｃは下記の式で表される。
θｃ＝ｓｉｎ^−１（ｎ１／ｎ２）但し、ｎ１、ｎ２は、それぞれの透明な材料の屈折率である。
上記のように微細凹凸構造では、屈折率が連続的に変化している層と同等の効果が得られるため、微細凹凸層は微視的な範囲では、ｎ１≒ｎ２となり、非常に大きな臨界角となる。このため、微細凹凸構造では、光の入射角が大きくなっても良好な反射防止効果を得ることができる。

このため、光学設計上予期し得ない迷光が、反射面に対して大きな入射角で照射された場合でも、広い範囲の入射角の光に対して、反射防止効果が得られるようになる。

ここで用いられる微細凹凸構造は、どのような方法を用いて作製してもよい。例えば、半導体による集積回路形成で用いられる微細加工技術を転用して、あるいは、リソグラフィー技術を応用して電子線描画やレーザー干渉法によりレジストパターンを形成した後に、原子線、イオンビームあるいは薬液などによりエッチングするなどの方法で、鏡枠の内壁面の少なくとも一部に直接、微細凹凸構造を形成させることができる。

また、前述のリソグラフィー技術の応用により、型基材に逆の微細凹凸構造を形成させる方法や、ガラスなどの基材に所定の微細凹凸構造を形成させた後、これにニッケル等の金属メッキを行って、メッキ層を剥がして型とする電鋳法により、成形用の型を作製し、これを用いて樹脂製の鏡枠を成形して、所定の位置に微細凹凸構造を形成させる方法がある。また、金属薄膜が形成された鏡枠の内壁面についても同様に、リソグラフィー技術を応用した微細パターンエッチング法が適用できる。

金属薄膜がアルミニウムの場合、陽極酸化法により微細孔周期構造を形成できる。陽極酸化された部分は、アルミニウム（Ａｌ）からアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）へ変化し透明となるため、光反射を抑制できる。

上記のように金属薄膜がアルミニウムの場合、前述のリソグラフィー技術の応用で必要となる電子線描画装置、レーザー干渉露光装置あるいは微細パターンマスクなどの非常に高額な設備類を用いることなく、微細孔周期構造を形成できる。
また、光の波長以下のピッチの無数の微細凹凸が形成されたフィルムを所定の場所に貼り付けて、鏡枠の内壁面に微細凹凸構造を形成することもできる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態をより詳細に説明するが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
実施形態１
図４は、レンズ鏡枠ユニットの外観の斜視図であり、図５は、前記レンズ鏡枠ユニットに内挿される鏡枠の断面図であり、図６は、前記レンズ鏡枠ユニットに内挿される鏡枠を構成する鏡枠部品の斜視図である。
図中、レンズ１２は、レンズ組み込み側の内壁面が内径２０ｍｍ、長さ３０ｍｍである鏡枠１０のレンズ支え部１３に接着固定されている。鏡枠１０の内壁面のレンズ支え部１３以外の部分には微細凹凸が形成されて、微細凹凸構造の微細凹凸部１１となっている。この微細凹凸部１１は、図１に示すような断面形状となる円錐形状突起を有し、そのピッチＰは約２００ｎｍであり、また、凹凸の高さＴは約２００ｎｍであって、以下のように形成したものである。

本実施形態の鏡枠１０は、図６に示すような鏡枠１０を半分にした鏡枠部品１０１を２つ接着剤により貼り合わせて作製されている。鏡枠部品１０１は、ポリカーボネート樹脂（三菱瓦斯化学（株）製ユーピロン（登録商標）ＧＳ２０３０）を射出成形して作製した。このようにして得られた鏡枠部品１０１の微細凹凸部に対応する部分へ黒色染料を含有した光反応硬化樹脂を塗布し、厚さが３μｍとなったその部分にリソグラフィー応用技術により図１に示すような断面形状の微細凹凸とは逆の断面形状を表面にもつガラス型を押し付け、紫外線を照射させ光反応硬化樹脂を硬化させた後、離型して鏡枠部品１０１へ微細凹凸部１１を形成した。その後に鏡枠部品１０１同士の貼り合わせをした。

このようにして作製した鏡枠１０へレンズ１２を組み込み、この鏡枠１０をレンズ鏡枠ユニット１００に内挿するとともにこのレンズ鏡枠ユニットへ光を通し鏡枠内面での反射を目視で観察したところ、鏡枠内壁面での光反射は確認されず、良好な結果を得た。

実施形態２
図７は、実施形態２におけるレンズ鏡枠ユニットの断面である。
本実施形態では、内径２０ｍｍ、長さ３０ｍｍのレンズ支え部２０ａ、２０ｂを２ケ所に有する鏡枠２０をアルミ切削加工により作製し、鏡枠２０の全体にブラックアルマイト処理を施した。この鏡枠２０の内壁面にピッチ１５０ｎｍ、微細凹凸の高さ１５０ｎｍの円錐形状の微細凹凸が形成された微細凹凸表面をもつシートを貼り付けた後、レンズ２１、２２をそれぞれ鏡枠２０へ落とし込み接着により固定してレンズ鏡枠ユニットとした。ここで、微細凹凸表面をもつシートは、微細凹凸とは逆の形状をもつ金属製スタンパー型を用いて、スタンパー型上に黒色染料を含んだ光硬化性樹脂組成物を厚さ１００μｍで塗布した後、光硬化性樹脂側より２５０Ｗ高圧水銀灯により光を照射して硬化させ、前記スタンパー型より離型したものをシートとして用いた。なお、平坦なガラス基板に黒色染料を含んだ光硬化性樹脂組成物を厚さ１００μmで塗布した後にこれにスタンパー型を押しつけ、ガラス基板側より高圧水銀灯で照射して組成物を硬化させ、離型したものをシートとして用いても良い。金属製スタンパー型は、ガラス基板に塗布した感光性樹脂に、レーザー光干渉法により微細凹凸とは逆の形状の凹凸を形成して、これを原型としてメッキ法により得た金属メッキ層を型としたものである。

上記レンズ鏡枠ユニットに、点光源からなる光を通して、目視で鏡枠内面での反射状態を確認したところ、ほとんど内壁面での反射は確認されず、良好な結果であった。

実施形態３
図８は、実施形態３におけるレンズ鏡枠ユニットの断面を示す。
本実施形態では、鏡枠３０は、ポリカーボネート（三菱瓦斯化学（株）製ユーピロン（登録商標）ＧＳ２０３０）を射出成形により作製した。この鏡枠３０はレンズ組み込み側の内壁面が内径２０ｍｍ、長さ４０ｍｍとし、その内壁にスパッタリング法によりアルミニウムを平均膜厚０．５μｍでコーティングした。

アルミニウムコーティングされた鏡枠３０を陽極酸化処理し、アルミニウムコーティング部に図３によって模式的に示されるような微細凹凸を形成した。この微細凹凸は、ピッチ１００ｎｍ、孔径５０ｎｍであった。なお、陽極酸化は、シュウ酸溶液中で電圧４０Ｖの条件で５分間処理を行った。この微細凹凸を有する鏡枠３０の内部のレンズ支え部３０ａにレンズ３１を接着固定してレンズ鏡枠ユニットとした。なお、アルミニュウムの膜厚は、０．０５μｍ〜１μｍ程度にすると鏡枠との密着強度が保たれてよい。

上記レンズ鏡枠ユニットに、点光源からなる光を通して、目視により鏡枠内面における反射状態を確認したところ、ほとんど内壁面での反射は確認されず、良好な結果であった。

本発明における微細凹凸構造の一形態の断面図である。本発明における微細凹凸構造の各種形態例の斜視図で、（a）は微細凹凸構造が略円錐形状突起よりなる例で、(b)は微細凹凸構造が略角錐形状突起よりなる例で、(c)は、上記(a)の変形例で、(d)は、上記(b)の変形例である。本発明に用いられる微細凹凸構造の一例の外観斜視図である。本発明を説明するためのレンズ鏡枠ユニットの斜視図である。本発明の実施形態１のレンズ鏡枠ユニットの断面図である。本発明の実施形態１のレンズ鏡枠ユニットの断面の斜視図である。本発明の実施形態２のレンズ鏡枠ユニットの断面図である。本発明の実施形態３のレンズ鏡枠ユニットの断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０鏡枠
１１、２３微細凹凸部
１２、２１、３１レンズ
１３レンズ支え部
Ａ、Ｂ光学有効範囲部分以外の表面部分
Ｈ高さ
Ｐピッチ
Ｂ底部位置
Ｔ頂部位置

Claims

鏡枠の内壁面の少なくとも一部に、可視光の波長より小さい間隔と大きさの微細凹凸構造を有することを特徴とする鏡枠。
微細凹凸構造がアルミニウム陽極酸化膜で形成されたことを特徴とする請求項1に記載の鏡枠。
前記鏡枠が樹脂からなり、鏡枠の内壁面にアルミニウム薄膜を形成した後、アルミニウム薄膜を陽極酸化したことを特徴とする請求項２に記載の鏡枠。
微細凹凸構造を表面に有するシートを鏡枠の内壁面に貼り付けたことを特徴とする請求項１に記載の鏡枠。