JP2011191395A

JP2011191395A - 光学素子

Info

Publication number: JP2011191395A
Application number: JP2010055884A
Authority: JP
Inventors: Hironori Nanba; 裕徳難波; Koichi Kamiyama; 浩一神山
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2011-09-29

Abstract

【課題】高温条件下でも光学機能膜のクラック及び剥離が生じない光学素子を提供する。
【解決手段】樹脂成形され光学面３を有する本体２の光学面３を含む表面に光学機能膜５が形成され、光学機能膜５は、光学面３に対して積層された金属膜または金属化合物膜からなる中間層１０と、最表面を構成する樹脂膜１１とからなると共に、樹脂膜１１と中間層１０により所定の光学特性を有する。また、樹脂膜１１は中間層１０の厚み方向端面を含む表面全体を覆うように形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂成形され光学面を有する本体表面に光学機能膜が形成された光学素子に関し、特に光学機能膜の最表面に樹脂膜を形成した光学素子に関する。

従来、レンズ等の光学面を有する光学素子の表面に、反射防止膜などの光学的な特性を有する光学機能膜を形成する技術が知られている。光学機能膜は、主に金属や金属化合物からなるものが多い。一方、光学面を有する本体を、樹脂成形により形成することも知られている。

樹脂成形された本体に対し、光学機能膜は蒸着やスパッタなどの手法により積層形成される。そして、この積層形成された光学機能膜が、反射防止あるいは反射などの機能を発揮する。このような樹脂成形されてなる本体に光学機能膜を形成した光学素子としては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。

特開平１０−２６８１０７号公報

樹脂材からなる本体に、金属や金属化合物からなる光学機能膜を形成した場合、樹脂材はガラスなどの光学材料に比べて線膨張係数が大きいため、光学素子を基板等に実装する際のリフローの工程など、高温条件下において光学機能膜が本体の変形に追従できず、クラックを生じたり、さらには本体から剥離するなどの問題を生じる可能性がある。

樹脂材に樹脂膜を成膜した場合、屈折率の高い樹脂の屈折率は１.７程度、屈折率の低い樹脂の屈折率は１．３程度のものが存在するが、共に一般的ではなく非常に高価である。また、一般的に使用される範囲における高屈折率の樹脂材（屈折率１.６程度）に、一般的に使用される範囲における低屈折率の樹脂膜（屈折率１.４程度）を形成した場合の反射率は、最も低い状態でも１.５％程度となり、十分な反射防止効果を得ることができない。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、高温条件下でも光学機能膜のクラック及び剥離が生じない光学素子を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る光学素子は、樹脂成形され光学面を有する本体の前記光学面を含む表面に光学機能膜が形成された光学素子において、
前記光学機能膜は、前記光学面に対して積層された金属膜または金属化合物膜からなる中間層と、最表面を構成する樹脂膜とからなると共に、該樹脂膜と中間層により所定の光学特性を有することを特徴として構成されている。

また、本発明に係る光学素子は、前記樹脂膜は前記中間層の厚み方向端面を含む表面全体を覆うように形成されることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係る光学素子は、前記樹脂膜は前記本体の露出する表面全体を覆うように形成されることを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係る光学素子は、前記光学機能膜は反射防止膜または反射膜としての光学特性を有することを特徴として構成されている。

本発明に係る光学素子によれば、光学機能膜は、光学面に対して積層された金属膜または金属化合物膜からなる中間層と、最表面を構成する樹脂膜とからなると共に、樹脂膜と中間層により所定の光学特性を有することにより、高温条件下で樹脂材からなる本体が変形しても、樹脂膜は同様に変形可能であるから、その変形に追従することができ、中間層のクラック発生を抑えることができると共に、仮にクラックが発生したとしても、中間層が剥離することを防止できる。

また、本発明に係る光学素子によれば、樹脂膜は中間層の厚み方向端面を含む表面全体を覆うように形成されることにより、樹脂膜による中間層の保護をより確実にすることができる。

さらに、本発明に係る光学素子によれば、樹脂膜は本体の露出する表面全体を覆うように形成されることにより、ディッピング等の手法により簡単に樹脂膜を形成することができる。

本実施形態における光学素子の概要を表した断面図である。本発明を適用したレンズ面を有する光学素子の断面図である。図２の光学素子の製造工程を表した断面図である。

本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には、本実施形態における光学素子の概要を表した断面図を示している。この図に示すように、光学素子１は、基部材となる本体２が互いに対向する第１光学面３と第２光学面４を備え、第１光学面３と第２光学面４の表面には、それぞれ反射防止膜からなる第１光学機能膜５と第２光学機能膜６が形成されている。

本体２は、光学樹脂材料からなり、樹脂成形の手段によって形成される。その際に、第１光学面３及び第２光学面４も形成される。第１光学面３と第２光学面４は、レンズや回折格子など光学的に機能する面である。

第１光学機能膜５と第２光学機能膜６は、それぞれ複数の層が積層されて形成されており、光学的な機能として反射防止機能を有している。第１光学機能膜５と第２光学機能膜６の膜には、十分な反射防止効果を得ることができるように適当な屈折率を持つ複数の材料が選択され、中間層１０は最表面に樹脂膜１１を形成したときに十分な反射防止効果を得ることができるような構成となるよう形成されている。第１光学機能膜５と第２光学機能膜６は、いずれも同じ構成を有しているものとして、以下第１光学機能膜５について主に説明する。なお、第１光学機能膜５と第２光学機能膜６は、光学的な機能として反射防止機能を有していればよく、必ずしも同じ構成である必要はない。

第１光学機能膜５は、本体２の第１光学面３を含む表面に積層される中間層１０と、最表面を構成する樹脂膜１１とで構成されている。中間層１０は、低屈折率の材料と中屈折率の材料及び高屈折率の材料を多数積層してなり、これらの材料は金属化合物、特にＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、Ｔａ₂Ｏ₅ 、Ａｌ₂ Ｏ₃などの金属酸化物によって構成されている。中間層１０は、蒸着やスパッタなどの手法により、薄い膜を多数成膜することにより形成される。

第１光学機能膜５の最表面を構成する樹脂膜１１は、本体２の光学樹脂材料（屈折率約１．５２）よりやや屈折率の低い（１．４〜１．５）樹脂材料からなり、ディッピングの手法により成膜される。第１光学機能膜５は、このような中間層１０と樹脂膜１１とからなり、中間層１０は最表面に樹脂膜１１を形成した時に反射防止膜として機能するように構成されている。

このように、樹脂膜１１が光学機能膜の最表面を構成して金属化合物からなる中間層１０を覆っていることにより、高温条件下で樹脂材からなる本体２が変形しても、樹脂膜１１は同様に変形可能であるから、その変形に追従することができる。このため、中間層１０のクラック発生を抑えることができ、また仮にクラックが発生したとしても、剥離することを防止できる。

樹脂膜１１は、第１光学機能膜５の最表面と第２光学機能膜６の最表面だけでなく、光学素子１の全面に渡るように形成されている。すなわち、第１光学機能膜５の厚み方向端面と、第２光学機能膜６の厚み方向端面、及び本体２の厚み方向端面にも形成されている。樹脂膜１１が光学機能膜の厚み方向端面も覆うように形成されていることにより、樹脂膜１１による中間層１０の保護がより確実になる。また、光学素子１の全面に形成することで、樹脂膜１１をディッピングなどにより容易に形成することができる。ただし、樹脂膜１１を形成する範囲は、少なくとも光学機能膜の最表面を構成するように中間層１０を覆う範囲であればよい。

次に、実際の光学素子１に本発明を適用したものについて説明する。図２には、本発明を適用したレンズ面を有する光学素子１の断面図を示している。図２の光学素子１は、本体２にいずれもレンズ面からなる第１光学面３と第２光学面４を有している。なお、第１光学面３と第２光学面４の外周縁より外周側の面は、光学的には機能しない領域である。

第１光学面３を含む本体２の面には、反射防止機能を有した光学機能膜５が形成されている。光学機能膜５を構成する中間層１０は、第１光学面３の全面と、その外周縁より外周側の面に渡って成膜形成されている。また、光学機能膜５の最表面を構成する樹脂膜１１は、中間層１０の全面と、その外周縁より外周側の面に渡って成膜形成されている。すなわち、樹脂膜１１は、中間層１０の厚み方向端面を含む表面全体を覆うように形成されている。ただし、樹脂膜１１は、中間層１０の光軸方向を向いた表面のみを覆うように形成されていてもよい。

このような光学素子１を形成する工程について説明する。図３には、図２の光学素子１の製造工程を表した断面図を示している。図３（ａ）に示すように、予めレンズ面からなる第１光学面３と第２光学面４が樹脂成形により形成された本体２に対し、第１光学面３側の面の外周部分の全周に渡って、第１のマスク２０を備えたレンズホルダーに本体２を固定する。

次に、図３（ｂ）に示すように、本体２の第１光学面３を有する面に対して、蒸着またはスパッタの手法により中間層１０を形成する。中間層１０は、本体２の第１光学面３を有する面のうち、第１のマスク２０が形成された領域以外の全面に渡って形成される。

中間層１０を形成したら、図３（ｃ）に示すように、第１のマスク２０を備えたレンズホルダーから本体２を取り出し後、本体２の第１光学面３を有する面の外周部分の全周に渡って、第２のマスク２１を備えたレンズホルダーに本体２を固定する。第２のマスク２１は、内周縁が第１のマスク２０の内周縁よりも外周寄りとなるように形成される。すなわち、第２のマスク２１の内周縁は、中間層１０の外周縁と離隔している。

続いて、本体２の第１光学面３を有する面に対して、ディッピング等の手法により樹脂膜１１を形成する。樹脂膜１１は、中間層１０の厚み方向端面を含む全面と、本体２の第１光学面３を有する面のうち中間層１０の外周縁と第２のマスク２１の内周縁の間の領域に渡って形成される。最後に、第２のマスク２１を備えたレンズホルダーから本体２を取り出せば、図２に示す光学素子１が完成する。

本実施形態では、中間層１０と樹脂膜１１を合わせた光学機能膜が、反射防止機能を有するように構成したが、光学機能膜に反射機能を持たせることもできる。この場合には、中間層１０に所定の積層された金属膜または金属化合物膜を形成し、樹脂膜１１と合わせて反射機能を有する光学機能膜とする。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。

１光学素子
２本体
３第１光学面
４第２光学面
５第１光学機能膜
６第２光学機能膜
１０中間層
１１樹脂膜

Claims

樹脂成形され光学面を有する本体の前記光学面を含む表面に光学機能膜が形成された光学素子において、
前記光学機能膜は、前記光学面に対して積層された金属膜または金属化合物膜からなる中間層と、最表面を構成する樹脂膜とからなると共に、該樹脂膜と中間層により所定の光学特性を有することを特徴とする光学素子。
前記樹脂膜は前記中間層の厚み方向端面を含む表面全体を覆うように形成されることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
前記樹脂膜は前記本体の露出する表面全体を覆うように形成されることを特徴とする請求項２記載の光学素子。
前記光学機能膜は反射防止膜または反射膜としての光学特性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。