JP7499568B2 - レンズユニット、光学ユニットおよびレンズに親水膜を形成する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光学部材及び光学ユニットに関する。
特許文献１に記載の広角レンズユニットは、軸に沿って並べられた複数のレンズを備える。前記レンズのうちの最も物体側の第１レンズは、モース硬度６以上の強化ガラスからなる。前記第１レンズには、接触角が２０度以下となる親水コートが設けられている。前記親水コートには、表面抵抗値が１×１０10Ω・ｃｍ以下となるように帯電防止性が付与されている。
しかしながら、特許文献１に記載の広角レンズユニットは、親水コートを払拭した際に親水コートが摩耗して親水性が低下し易い（親水コートの耐払拭性が低い）。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた耐払拭性を有する親水膜を備える光学部材を提供することにある。
本発明の例示的な光学部材は、少なくとも一方の面が凸面である透光性部材と、前記透光性部材の前記凸面を被覆する親水膜とを備える。前記透光性部材の光軸上における前記親水膜の厚さｈcは、前記透光性部材の外周部上における前記親水膜の厚さｈeよりも大きい。
本発明の例示的な光学ユニットは、１又は複数の光学部材を備える。前記１又は複数の光学部材のうち、最も物体側に位置する第１光学部材は、上述の光学部材である。前記第１光学部材の物体側の面は、前記親水膜側の面である。
例示的な本発明は、優れた耐払拭性を有する親水膜を備える光学部材と、上述の光学部材を備える光学ユニットとを提供できる。
以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。図中の寸法、形状及び構成要素間の大小関係は、実際の寸法、形状及び構成要素間の大小関係とは必ずしも同一ではない。特に、図中の親水膜、反射防止膜、透光性部材及び基材の厚さ及び曲率は、実物の親水膜、反射防止膜、透光性部材及び基材の厚さ及び曲率と大きく異なる場合がある。
本明細書において、光学部材の各部位の「厚さ」は、光学部材の光軸方向における長さを示す。「親水膜の厚さｈc」及び「親水膜の厚さｈe」は、走査電子顕微鏡を用い、実施例に記載の方法又はこれに準拠した方法により測定される。
＜第１実施形態：光学部材＞
本発明の第１実施形態に係る光学部材は、少なくとも一方の面が凸面である透光性部材と、透光性部材の上述の凸面を被覆する親水膜とを備える。透光性部材の光軸上における親水膜の厚さｈcは、透光性部材の外周部上における親水膜の厚さｈeよりも大きい。
本発明の第１実施形態に係る光学部材は、少なくとも一方の面が凸面である透光性部材と、透光性部材の上述の凸面を被覆する親水膜とを備える。透光性部材の光軸上における親水膜の厚さｈcは、透光性部材の外周部上における親水膜の厚さｈeよりも大きい。
第１実施形態に係る光学部材は、例えば、１又は複数の光学部材を備える光学ユニット（特に、屋外で使用される光学ユニット）に用いる光学部材として好適である。第１実施形態に係る光学部材は、光学ユニットの備える１又は複数のレンズのうち最も物体側に位置する光学部材（以下、第１光学部材と記載することがある）として特に好適できる。第１実施形態に係る光学部材は、第１光学部材として使用される場合、通常、親水膜側の面を物体側に向けた状態で使用される。具体的には、第１実施形態に係る光学部材は、車両の周囲をモニタするための車載カメラのレンズユニット用レンズとして好適である。
ここで、一般的に、光学ユニットの備える第１光学部材は、少なくとも一方の面が凸面であり、かつ上述の凸面を物体側に向けた状態で使用される。このような第１光学部材は、物体側の面（上述の凸面）に親水膜が形成されていることが望ましい。物体側の面に親水膜が形成されている第１光学部材は、物体側の面に水が付着しても、付着した水が親水膜上に薄く広がり、水滴が形成されない。そのため、物体側の面に親水膜が形成されている第１光学部材は、曇りの発生を抑制できる。また、上述の第１光学部材は、物体側の面に付着した汚れ（例えば、泥及び埃）の除去を目的として、物体側の面をワイパー又は手作業により定期的に払拭される場合がある。そのため、上述の第１光学部材は、払拭されても親水膜の性能が低下しない（優れた耐払拭性を有する）ことが望ましい。
ここで、親水膜は、厚さが増大するに伴って強度が増大する。また、厚い親水膜は、多少摩耗したとしても、下地（透光性部材）が露出し難い。以上から、親水膜は、厚さが増大するに伴って耐払拭性が増大する。但し、親水膜の全体的な厚さ（平均厚さ）を増大させると、光学部材の製造コストが増大し、かつ光学部材の光学性能が低下する傾向がある。第１実施形態に係る光学部材は、親水膜の平均厚さを過度に厚くせずに、親水膜に十分な耐払拭性を発揮させることができる。その理由を以下に説明する。まず、一方の面が凸面である光学部材の上述の凸面を払拭すると、凸面において最も盛り上がっている部位である光軸付近に特に強い力が加わる。一方で、上述の凸面を払拭しても、凸面の外周部付近にはあまり強い力が加わらない。第１実施形態に係る光学部材は、透光性部材の光軸上における親水膜の厚さｈcが、透光性部材の外周部上における親水膜の厚さｈeよりも大きい。即ち、第１実施形態に係る光学部材は、払拭時に強い力が加わる凸面の光軸付近では親水膜が比較的厚く、払拭時にあまり強い力が加わらない凸面の外周部付近では親水膜が比較的薄い。以上から、第１実施形態に係る光学部材は、親水膜が優れた耐払拭性を有しているが、親水膜の平均厚さは過度に大きくない。そのため、第１実施形態に係る光学部材は、上述の光学ユニットの第１光学部材として好適である。
以下、図１を参照して、第１実施形態に係る光学部材１を説明する。図１は、第１実施形態に係る光学部材１の模式図である。光学部材１は、少なくとも一方の面が凸面２ａである透光性部材２と、透光性部材２の凸面２ａを被覆する親水膜３とを備える。透光性部材２は、基材４と、基材４を被覆する反射防止膜５とを備える。透光性部材２の反射防止膜５側の面は、凸面２ａである。
［透光性部材］
透光性部材２は、基材４及び反射防止膜５を有する。但し、後述する変形例に示す通り、第１実施形態に係る光学部材の透光性部材は、単一部材から構成されていてもよい。透光性部材２は透光性を有する。即ち、透光性部材２は光を透過させる。透光性部材２は、透明であってもよく、半透明であってもよい。
透光性部材２は、基材４及び反射防止膜５を有する。但し、後述する変形例に示す通り、第１実施形態に係る光学部材の透光性部材は、単一部材から構成されていてもよい。透光性部材２は透光性を有する。即ち、透光性部材２は光を透過させる。透光性部材２は、透明であってもよく、半透明であってもよい。
透光性部材２は、少なくとも一方の面が凸面２ａである。透光性部材２の凸面２ａとは反対側の面（図示略）は、平面、凸面、及び凹面の何れであってもよい。透光性部材２は、例えば、レンズ（具体的には、例えば、両凸レンズ、平凸レンズ、凸メニスカスレンズ及び凹メニスカスレンズ）としての機能を有する。なお、本明細書において、凸面及び凹面は、球面形状であっても非球面形状であってもよい。
透光性部材２の凸面２ａの曲率半径としては、１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下が好ましい。透光性部材２の曲率半径が１０ｍｍ未満である場合、親水膜３の厚さを調整し難くなる傾向がある。透光性部材２の曲率半径が１５ｍｍ超である場合、光学部材１に所望の画角を付与し難くなる傾向がある。
（基材）
基材４は、例えば、主成分としてガラス又は樹脂を含有する。
基材４は、例えば、主成分としてガラス又は樹脂を含有する。
（反射防止膜）
反射防止膜５は、光の反射を抑制する。具体的には、光学部材１は、反射防止膜５を備えることにより、親水膜３から透光性部材２に進入しようとする光が凸面２ａで反射することを抑制する。
反射防止膜５は、光の反射を抑制する。具体的には、光学部材１は、反射防止膜５を備えることにより、親水膜３から透光性部材２に進入しようとする光が凸面２ａで反射することを抑制する。
反射防止膜５は、一層構造でもよく、多層構造でもよい。反射防止膜５は、例えば、金属又は金属酸化物を含有する。反射防止膜５は、例えば、蒸着膜又はスパッタリング膜である。
反射防止膜５の厚さとしては、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下が好ましい。反射防止膜５の厚さが２００ｎｍ未満の場合、十分な反射防止効果が得られない傾向がある。反射防止膜５の厚さが４００ｎｍ超の場合、光学部材１の生産性が低下する傾向がある。
なお、反射防止膜５は、厚さが一様であることが好ましい。具体的には、反射防止膜５の平均厚さをｈaveとし、反射防止膜５の最大厚さ及び最小厚さの差をｈdifとしたときに、ｈdif／ｈaveが０．１０以下であることが好ましい。なお、反射防止膜５の平均厚さは、走査電子顕微鏡（例えば、日本電子株式会社製「ＪＳＭ－７９００Ｆ」）により測定される。
［親水膜］
親水膜３は、親水性を有する。図１に示す通り、親水膜３は、部位ごとに厚さが異なる。即ち、透光性部材２の光軸ＡＯ上における親水膜３の厚さｈcは、透光性部材２の外周部上における親水膜３の厚さｈeよりも大きい。
親水膜３は、親水性を有する。図１に示す通り、親水膜３は、部位ごとに厚さが異なる。即ち、透光性部材２の光軸ＡＯ上における親水膜３の厚さｈcは、透光性部材２の外周部上における親水膜３の厚さｈeよりも大きい。
光学部材１は、下記式（１）を満たすことが好ましい。光学部材１は、下記式（１）を満たすことで、親水膜３の耐払拭性の高さと、反射率の低さとを両立できる。詳しくは、ｈc／ｈeが１．２以上であることで、親水膜３の耐払拭性がより向上する。ｈc／ｈeは、２．０以上がより好ましい。また、ｈc／ｈeが２０．０以下であることで、光学部材１の反射率が低減する。ｈc／ｈeは、１０．０以下が好ましく、４．０以下がより好ましい。
１．２≦ｈc／ｈe≦２０．０・・・（１）
１．２≦ｈc／ｈe≦２０．０・・・（１）
親水膜３の厚さｈcとしては、５ｎｍ以上４００ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上２６０ｎｍ以下がより好ましく、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が更に好ましく、３０ｎｍ以上７０ｎｍ以下が特に好ましい。親水膜３の厚さｈcが５ｎｍ以上であることで、親水膜３の耐払拭性がより向上する。親水膜３の厚さｈcが可視光の波長以下（４００ｎｍ以下）であることで、光学部材１の反射率が低減する。
親水膜３の厚さｈeとしては、４ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下がより好ましく、１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下が更に好ましい。親水膜３の厚さｈeが４ｎｍ以上であることで、親水膜３の親水性を向上できる。親水膜３の厚さｈeが３００ｎｍ以下であることで、光学部材１の反射率を低減できる。
親水膜３は、透光性部材２の光軸ＡＯ上において最も厚くなっていることが好ましい。このような親水膜３は、平均厚さを抑えつつ、優れた耐払拭性を発揮できる。
親水膜３の厚さは、透光性部材２の光軸ＡＯ上から透光性部材２の外周部上にかけて、漸減していることが好ましい。このような親水膜３を備えることにより、光学部材１は優れた光学特性を発揮できる。具体的には、親水膜３について、Ｙ軸を親水膜３の厚さ、Ｘ軸を透光性部材２の光軸ＡＯからの距離とするグラフを作成する。親水膜３は、このグラフに変曲点が存在しないことが好ましい。また、親水膜３は、上述のグラフが微分可能であることが好ましい。
親水膜３の形状について詳しく説明する。図２に示すグラフＡ～Ｃは、それぞれ、親水膜３の厚さと、透光性部材２の光軸ＡＯからの距離との関係を示す。グラフＡ～Ｃにおいて、親水膜３の厚さｈcは同一である。また、グラフＡ～Ｃにおいて、親水膜３の厚さｈeは同一である。グラフＡでは、親水膜３は、透光性部材２の光軸ＡＯから離れるに伴い、直線的に厚さが減少する。グラフＢでは、親水膜３は、透光性部材２の光軸ＡＯから離れるに伴い、ガウス曲線的に厚さが減少する。グラフＣでは、親水膜３は、透光性部材２の光軸ＡＯから離れるに伴い、放物線的に厚さが減少する。
ここで、透光性部材２の形状（特に凸面２ａの形状）は、用途にあわせて様々な形状から選択される。そのため、親水膜３についても、透光性部材２に対応した適切な形状（例えば、グラフＡ～Ｃで表される形状の何れか）を有することが好ましい。
また、光学部材１の親水膜３を払拭すると、親水膜３の硬度に応じて摩耗が発生する領域が変化する。具体的には、硬度の高い親水膜３を備える光学部材１は、親水膜３を払拭すると、透光性部材２の光軸ＡＯを中心とする比較的狭い範囲のみで親水膜３が摩耗する。そのため、硬度の高い親水膜３は、光軸ＡＯを中心とする比較的狭い範囲のみが厚い形状（例えば、グラフＡで表される形状）を有することが好ましい。一方、硬度の低い親水膜３を備える光学部材１は、親水膜３を払拭すると、透光性部材２の光軸ＡＯを中心とする比較的広い範囲で親水膜３が摩耗する。そのため、硬度の低い親水膜３は、光軸ＡＯ上を中心とする比較的広い範囲が厚い形状（例えば、グラフＢ又はＣで表される形状）を有することが好ましい。
親水膜３の表面の純水に対する静的接触角としては、３０．０°以下が好ましく、２０．０°以下がより好ましく、１０．０°以下が更に好ましい。以下、純水に対する静的接触角を、単に「接触角」と記載することがある。なお、親水膜３の接触角は、温度２３℃±３℃、相対湿度５０％±３％の環境で測定した値である。
親水膜３の成分としては、特に限定されず、公知の成分を用いることができる。親水膜３は、例えば、光触媒粒子と、バインダとを含有する。以下、各成分について説明する。
（光触媒粒子）
光触媒粒子は、光触媒を含有する粒子である。光触媒粒子のうち少なくとも一部は、二次粒子を構成していてもよい。光触媒粒子は、光触媒を含有する限り、光触媒以外の成分を更に含有していてもよい。光触媒以外の成分としては、例えば、電子捕捉効果を有する成分が挙げられる。電子捕捉効果を有する物質としては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、鉄、ニッケル、コバルト、亜鉛及び酸化銅が挙げられる。光触媒粒子における光触媒の含有割合としては、９０質量％以上が好ましく、９９質量％以上がより好ましく、１００質量％が更に好ましい。
光触媒粒子は、光触媒を含有する粒子である。光触媒粒子のうち少なくとも一部は、二次粒子を構成していてもよい。光触媒粒子は、光触媒を含有する限り、光触媒以外の成分を更に含有していてもよい。光触媒以外の成分としては、例えば、電子捕捉効果を有する成分が挙げられる。電子捕捉効果を有する物質としては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、鉄、ニッケル、コバルト、亜鉛及び酸化銅が挙げられる。光触媒粒子における光触媒の含有割合としては、９０質量％以上が好ましく、９９質量％以上がより好ましく、１００質量％が更に好ましい。
光触媒粒子が含有する光触媒としては、例えば、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、リン酸ガリウム、硫化カドミウム、セレン化カドミウム及び三硫化モリブデンが挙げられる。光触媒粒子は、酸化チタンを含有することが好ましい。光触媒粒子が酸化チタンを含有することで、親水膜３の親水性がより向上する。
酸化チタンとしては、例えば、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン及びブルッカイト型酸化チタンが挙げられる。酸化チタンとしては、光触媒活性の観点から、アナターゼ型酸化チタンが好ましい。
光触媒粒子の一次粒子の平均粒径としては、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上１８ｎｍ以下がより好ましい。光触媒粒子の一次粒子の平均粒径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることにより、光学部材１の透光性が向上する。
光触媒粒子の二次粒子の平均粒径としては、１０ｎｍ以上９０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。光触媒粒子の二次粒子の平均粒径が１０ｎｍ以上であることにより、親水膜３の親水性がより向上する。光触媒粒子の二次粒子の平均粒径が９０ｎｍ以下であることにより、親水膜３の透光性が向上する。
（バインダ）
バインダは、無機バインダ及び有機バインダの何れであってもよい。無機バインダとしては、例えば、シリカ及びシリケートが挙げられる。有機バインダとしては、例えば、樹脂が挙げられる。光触媒活性によるバインダの分解を抑制する観点から、バインダとしては、無機バインダが好ましく、シリカ又はシリケートがより好ましい。
バインダは、無機バインダ及び有機バインダの何れであってもよい。無機バインダとしては、例えば、シリカ及びシリケートが挙げられる。有機バインダとしては、例えば、樹脂が挙げられる。光触媒活性によるバインダの分解を抑制する観点から、バインダとしては、無機バインダが好ましく、シリカ又はシリケートがより好ましい。
＜変形例＞
次に、図３を参照して、光学部材１の変形例に係る光学部材１１を説明する。光学部材１１は、一方の面が凸面１２ａである透光性部材１２と、透光性部材１２の凸面１２ａを被覆する親水膜１３とを備える。
次に、図３を参照して、光学部材１の変形例に係る光学部材１１を説明する。光学部材１１は、一方の面が凸面１２ａである透光性部材１２と、透光性部材１２の凸面１２ａを被覆する親水膜１３とを備える。
変形例に係る光学部材１１は、図１の光学部材１と比較し、透光性部材１２が単一部材であるという点のみが相違する。そのため、光学部材１と重複する説明については省略する。光学部材１１の透光性部材１２は、光学部材１の基材４に相当する。光学部材１１は、図１の光学部材１と比較し、反射防止膜５の形成が不要であるため製造コストが低いというメリットを有する。
［その他の変形例］
以上、第１実施形態に係る光学部材について、図面を参照しつつ説明した。しかし、第１実施形態に係る光学部材は、図１の光学部材１、及び図３の光学部材１１に限定されない。
以上、第１実施形態に係る光学部材について、図面を参照しつつ説明した。しかし、第１実施形態に係る光学部材は、図１の光学部材１、及び図３の光学部材１１に限定されない。
具体的には、例えば、親水膜は、単層構造を有することが好ましいが、多層構造を有していてもよい。また、親水膜は、透光性部材の凸面の全面を被覆していることが好ましいが、必ずしも透光性部材の凸面の全面を被覆していなくてもよい。
［光学部材の製造方法］
以下、第１実施形態に係る光学部材の製造方法の一例について説明する。光学部材の製造方法は、少なくとも一方の面が凸面である透光性部材の凸面上に親水膜形成用塗布液を塗布する塗布工程を備える。親水膜形成用塗布液は、例えば、光触媒粒子と、バインダ原料と、溶媒とを含有する。
以下、第１実施形態に係る光学部材の製造方法の一例について説明する。光学部材の製造方法は、少なくとも一方の面が凸面である透光性部材の凸面上に親水膜形成用塗布液を塗布する塗布工程を備える。親水膜形成用塗布液は、例えば、光触媒粒子と、バインダ原料と、溶媒とを含有する。
親水膜形成用塗布液の塗布方法としては、ウェットプロセスが好ましい。ウェットプロセスとしては、例えば、スピンコート法、ロールコート法、バーコート法、ディップコート法、スプレーコート法及びこれらのうち２以上を組み合わせた方法（例えば、ディップスピンコート法）が挙げられる。ウェットプロセスとしては、スピンコート法、ディップコート法又はディップスピンコート法が好ましい。
親水膜形成用塗布液をスピンコート法又はディップスピンコート法で塗布する場合、回転速度としては、５００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下が好ましい。親水膜形成用塗布液の固形分濃度としては、０．１質量％以上１０質量％以下が好ましく、０．２質量％１．０質量％以下がより好ましい。
溶剤としては、水系溶剤が好ましい。水系溶剤は、水及び添加物を含有する。添加物としては、例えば、有機酸、アルコール化合物及びアンモニアが挙げられる。水系溶剤における添加物の含有割合としては、０質量％超２０質量％以下が好ましい。有機酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、コハク酸、クエン酸及びリンゴ酸が挙げられる。アルコール化合物としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ－プロピルアルコール及びブタノールが挙げられる。
塗布工程では、透光性部材の凸面の光軸上に塗布する親水膜形成用塗布液の塗布量を、透光性部材の凸面の外周部上に塗布する親水膜形成用塗布液の塗布量よりも多くする。これにより、上述の親水膜の厚さｈcが厚さｈeよりも大きくなる。以下、塗布工程において塗布量を調整する方法を例示する。但し、塗布工程において塗布量を調整する方法は、以下の方法に限定されない。
図４は、光学部材の製造方法における塗布工程の一例を示す。この塗布工程では、スピンコート法が用いられる。まず、基材２４及び反射防止膜２５を有し、反射防止膜２５側の面が凸面２２ａである透光性部材２２を用意する。次に、透光性部材２２の凸面２２ａに、親水膜形成用塗布液を滴下する。そして、スピンコーターを用い、透光性部材２２を回転させる。透光性部材２２の回転では、透光性部材２２の回転軸ＡＲを、透光性部材２２の光軸ＡＯと一致させる。これにより、透光性部材２２の凸面２２ａ上に親水膜形成用塗布液の液膜Ｘが形成される。ここで、一般的なスピンコート法では、形成される塗膜の厚さが部位ごとに均一になる回転速度で塗布対象を回転させる。一方、光学部材の製造方法では、形成される塗膜の厚さが部位ごとに均一になる回転速度よりも遅い回転速度で透光性部材２２を回転させる。これにより、透光性部材２２上に形成される液膜Ｘは、透光性部材２２の回転軸ＡＲ上が最も厚くなり、回転軸ＡＲから離れるに伴って薄くなる。そのため、液膜Ｘにより形成される親水膜は、厚さｈcが厚さｈeよりも大きくなる。
図５は、光学部材の製造方法における塗布工程の図４とは別の一例を示す。図５の塗布工程は、図４の塗布工程と比較し、透光性部材２２の回転において、透光性部材２２の光軸ＡＯと、透光性部材２２の回転軸ＡＲとを離間させているという点が相違する。これにより、透光性部材２２上に形成される液膜Ｘは、透光性部材２２の光軸ＡＯを中心とする比較的広い領域において厚くなる。透光性部材２２の光軸ＡＯ及び透光性部材２２の回転軸ＡＲの距離Ｌとしては、０ｍｍ超０．５０ｍｍ以下が好ましい。距離Ｌが０．５０ｍｍを超えると、透光性部材２２の回転が不安定となる傾向がある。
図６は、光学部材の製造方法における塗布工程の図４～５とは別の一例を示す。図６の塗布工程では、ディップスピンコート法が用いられる。まず、透光性部材２２を、凸面２２ａを鉛直方向下側にした状態で親水膜形成用塗布液に浸漬する。次に、透光性部材２２を親水膜形成用塗布液から引き上げ、透光性部材２２の凸面２２ａに親水膜形成用塗布液の液膜Ｘを形成させる。そして、透光性部材２２を回転させる。透光性部材２２の回転では、透光性部材２２の回転軸ＡＲを、透光性部材２２の光軸ＡＯと一致させる。この際、液膜Ｘには、重力により、回転軸ＡＲから滴下しようとする力が働く。そのため、液膜Ｘは、透光性部材２２の回転軸ＡＲ上において最も厚くなり、透光性部材２２の回転軸ＡＲから離れるに伴って薄くなる。そのため、液膜Ｘにより形成される親水膜は、上述の厚さｈcが厚さｈeよりも大きくなる。
なお、図６の塗布工程では、図５の塗布工程と同様に、透光性部材２２の光軸ＡＯ及び透光性部材２２の回転軸ＡＲを離間させてもよい。
塗布工程では、塗布後に加熱処理することが好ましい。加熱処理により、親水膜形成用塗布液中の揮発性成分の除去が促進される。加熱条件としては、例えば、処理温度６０℃以上２００℃以下、処理時間１０分以上１０時間以下とすることができる。
なお、光学部材の製造方法は、塗布工程前、透光性部材の表面を処理する表面処理工程を更に備えることが好ましい。表面処理は、例えば、プラズマ処理、電子ビーム処理、コロナ処理及びフレーム処理が挙げられる。プラズマ処理としては、例えば、高周波放電プラズマ処理又は大気圧グロー放電プラズマ処理が挙げられる。これらの表面処理は、複数を組み合わせて用いることもできる。
＜第２実施形態：光学ユニット＞
本発明の第２実施形態に係る光学ユニットは、１又は複数の光学部材を備える。１又は複数の光学部材のうち、最も物体側に位置する第１光学部材は、本発明の第１実施形態に係る光学部材である。第１光学部材の物体側の面は、親水膜側の面である。第２実施形態に係る光学ユニットは、第１実施形態に係る光学部材を第１光学部材として備える。そのため、第２実施形態に係る光学ユニットは、第１光学部材の親水膜を払拭しても、親水膜の親水性が低下し難い。
本発明の第２実施形態に係る光学ユニットは、１又は複数の光学部材を備える。１又は複数の光学部材のうち、最も物体側に位置する第１光学部材は、本発明の第１実施形態に係る光学部材である。第１光学部材の物体側の面は、親水膜側の面である。第２実施形態に係る光学ユニットは、第１実施形態に係る光学部材を第１光学部材として備える。そのため、第２実施形態に係る光学ユニットは、第１光学部材の親水膜を払拭しても、親水膜の親水性が低下し難い。
以下、図７を参照して、第２実施形態に係る光学ユニット１０１を説明する。図７は、第２実施形態に係る光学ユニット１０１の模式図である。光学ユニット１０１は、５個の光学部材と、５個の光学部材を保持する筒状のホルダ１０７とを主に備える。５個の光学部材は、具体的には、物体側から順番に、第１光学部材１０２、第２光学部材１０３、第３光学部材１０４、第４光学部材１０５、及び第５光学部材１０６である。５個の光学部材のうち、最も物体側に位置する第１光学部材１０２は、第１実施形態に係る光学部材である。第１光学部材１０２の物体側の面は、親水膜側の面（凸面）である。第１光学部材１０２の撮像側の面は、凹面である。
以上、第２実施形態に係る光学ユニットについて、図面を参照しつつ説明した。しかし、第２実施形態に係る光学ユニットは、図７の光学ユニット１０１に限定されない。特に、第２実施形態に係る光学ユニットの備える各光学部材の数及び形状については、光学ユニットの用途に応じて適宜変更可能である。
［実施例１］
以下の方法により、実施例１の光学部材を製造した。
以下の方法により、実施例１の光学部材を製造した。
（透光性部材）
基材として、レンズ（ＨＯＹＡ株式会社製「ＴＡＦＤ－５Ｇ」、組成：ガラス、直径１２．９ｍｍ）を用意した。このレンズは、一方の面が凸面（曲率半径１２ｍｍ）、他方の面が凹面（曲率半径３．０７ｍｍ）であった。次に、このレンズの凸面上に反射防止膜（組成：ＳｉＯ2層、ＴｉＯ2層、及びＴａ2Ｏ5層）を形成した。反射防止膜の合計厚さは、約３００ｎｍであった。これにより、一方の面が凸面である透光性部材を得た。次に、透光性部材の凸面（反射防止膜側の面）に表面処理を行った。表面処理としては、プラズマ表面改質装置を用いたプラズマ処理を行った。
基材として、レンズ（ＨＯＹＡ株式会社製「ＴＡＦＤ－５Ｇ」、組成：ガラス、直径１２．９ｍｍ）を用意した。このレンズは、一方の面が凸面（曲率半径１２ｍｍ）、他方の面が凹面（曲率半径３．０７ｍｍ）であった。次に、このレンズの凸面上に反射防止膜（組成：ＳｉＯ2層、ＴｉＯ2層、及びＴａ2Ｏ5層）を形成した。反射防止膜の合計厚さは、約３００ｎｍであった。これにより、一方の面が凸面である透光性部材を得た。次に、透光性部材の凸面（反射防止膜側の面）に表面処理を行った。表面処理としては、プラズマ表面改質装置を用いたプラズマ処理を行った。
（親水膜形成用塗布液）
酸化チタン粒子の水分散体（石原産業株式会社製「ＳＴＳ－０１」、酸化チタン粒子の平均粒径：７ｎｍ、酸化チタン粒子濃度：３０質量％）１ｍＬに、イソプロピルアルコール２９ｍＬを添加し、混合液Ａを得た。次に、酸化チタン粒子及びバインダ原料（シリケートオリゴマー）を含有するコーティング剤（石原産業株式会社製「ＳＴ－Ｋ２１１」、溶媒：水及びエタノール、固形分濃度：０．２質量％）と、混合液Ａとを、質量比１：１で混合し、これを親水膜形成用塗布液とした。
酸化チタン粒子の水分散体（石原産業株式会社製「ＳＴＳ－０１」、酸化チタン粒子の平均粒径：７ｎｍ、酸化チタン粒子濃度：３０質量％）１ｍＬに、イソプロピルアルコール２９ｍＬを添加し、混合液Ａを得た。次に、酸化チタン粒子及びバインダ原料（シリケートオリゴマー）を含有するコーティング剤（石原産業株式会社製「ＳＴ－Ｋ２１１」、溶媒：水及びエタノール、固形分濃度：０．２質量％）と、混合液Ａとを、質量比１：１で混合し、これを親水膜形成用塗布液とした。
上述の透光性部材の凸面に、上述の親水膜形成用塗布液を塗布した。詳しくは、透光性部材の光軸上に親水膜形成用塗布液を４０μＬ滴下した。次に、スピンコーター（ミカサ株式会社製「ＭＳ－Ｂ１００」）を用い、透光性部材を回転速度５０００ｒｐｍで回転させた。この際、透光性部材の回転軸は、透光性部材の光軸と一致させた。塗布後、８０℃、３０分間の加熱処理を行った。これにより、透光性部材の凸面を被覆する親水膜を形成した。
［比較例１］
以下の点を変更した以外は、実施例１と同様の方法により、比較例１の光学部材を製造した。比較例１の光学部材の製造では、親水膜形成用塗布液の塗布において、透光性部材の回転速度を８０００ｒｐｍに変更した。
以下の点を変更した以外は、実施例１と同様の方法により、比較例１の光学部材を製造した。比較例１の光学部材の製造では、親水膜形成用塗布液の塗布において、透光性部材の回転速度を８０００ｒｐｍに変更した。
実施例１及び比較例１の光学部材について、走査電子顕微鏡（日本電子株式会社製ＪＳＭ－７９００Ｆ）を用いて親水膜の厚さを測定した。親水膜の厚さの測定は、透光性部材の光軸上（厚さｈc）と、透光性部材の外周部上（厚さｈe）とで行った。詳しくは、包埋樹脂（Ｓｔｒｕｅｒｓ社製「ＥｐｏＦｉｘ」）を用いて光学部材を包埋した。その後、包埋された光学部材を、研磨機（Ｓｔｒｕｅｒｓ社製「ＬａｂｏＦｏｒｃｅ－１００」）を用いて研磨した。この際、測定対象となる部位（厚さｈc又は厚さｈeが測定できる部位）が露出するように、包埋された光学部材を研磨した。その後、研磨後の光学部材に対して、断面試料作製装置（日本電子株式会社製「ＩＢ－１９５１０ＣＰ」）を用いて断面研磨を実施した。得られた断面試料を上述の走査電子顕微鏡で観察した。そして、透光性部材の光軸から１０μｍ以内の領域において無作為に選択された５箇所で親水膜の厚さを測定し、その平均値Ａを求めた。測定された平均値Ａを、透光性部材の光軸上における親水膜の厚さｈcとした。また、透光性部材の外周部から２０μｍ以内の領域において無作為に選択された５箇所で親水膜の厚さを測定し、その平均値Ｂを求めた。平均値Ｂの測定は、光学部材の外周部のうち無作為に選択された５箇所でそれぞれ測定した。測定された各平均値Ｂの平均値を、透光性部材の外周部上における親水膜の厚さｈeとした。
実施例１の光学部材は、ｈcが４０ｎｍ、ｈeが１６ｎｍであった（ｈc／ｈe＝２．５）。比較例１の光学部材は、ｈcが１６ｎｍ、ｈeが１６ｎｍであった（ｈc／ｈe＝１．０）。
＜評価＞
以下の方法により、各光学部材に対して払拭試験を行い、親水膜の親水性が維持されるか否かを評価した。なお、各測定は、いずれも温度２３℃±３℃、相対湿度５０％±３％の環境下で行った。
以下の方法により、各光学部材に対して払拭試験を行い、親水膜の親水性が維持されるか否かを評価した。なお、各測定は、いずれも温度２３℃±３℃、相対湿度５０％±３％の環境下で行った。
［払拭試験］
まず、各光学部材の親水膜側の面の接触角を測定した。得られた結果を「初期」の接触角とした。接触角の測定は、試料として純水を用い、測定機器として自動接触角計（協和界面科学株式会社製「ＤＭｏ－６０１」）を用いた。なお、本実施例では、以降に行う各接触角の測定についても上述の自動接触角計を用いた。本実施例では、光学部材の接触角は、３０°以下が良好と判定される。
まず、各光学部材の親水膜側の面の接触角を測定した。得られた結果を「初期」の接触角とした。接触角の測定は、試料として純水を用い、測定機器として自動接触角計（協和界面科学株式会社製「ＤＭｏ－６０１」）を用いた。なお、本実施例では、以降に行う各接触角の測定についても上述の自動接触角計を用いた。本実施例では、光学部材の接触角は、３０°以下が良好と判定される。
次に、紙ワイパー（日本製紙クレシア株式会社製「ケイドライ（登録商標）」）を用い、各光学部材の親水膜側の面を１０往復軽くこすった。その後、各光学部材の親水膜側の面の接触角を測定した。得られた結果を「払拭Ａ」の接触角とした。
次に、各光学部材の親水膜側の面に紫外線を１時間照射した後に親水膜側の面の接触角を測定するという操作を合計４回行った。得られた結果を、それぞれ「ＵＶ１ｈ」、「ＵＶ２ｈ」、「ＵＶ３ｈ」及び「ＵＶ４ｈ」の接触角とした。紫外線の照射条件は、波長３５２ｎｍ、放射照度１ｍＷ／ｃｍ2とした。なお、以降に行う紫外線の照射についても、同様の照射条件とした。
次に、紙ワイパー（日本製紙クレシア株式会社製「ケイドライ（登録商標）」）を用い、各光学部材の親水膜側の面を２０往復軽くこすった。その後、各光学部材の親水膜側の面の接触角を測定した。得られた結果を「払拭Ｂ」の接触角とした。
次に、各光学部材の親水膜側の面に紫外線を１時間照射した後に親水膜側の面の接触角を測定するという操作を合計４回行った。得られた結果を、それぞれ「ＵＶ１ｈ」、「ＵＶ２ｈ」、「ＵＶ３ｈ」及び「ＵＶ４ｈ」の接触角とした。
ここで、比較例１の光学部材は、紫外線を合計４時間照射した後でも接触角が３０°超であった。この結果から、比較例１の光学部材は、親水膜が親水性を失った判断した。そのため、比較例１の光学部材に対しては、以降の試験を行わなかった。
次に、紙ワイパー（日本製紙クレシア株式会社製「ケイドライ（登録商標）」）を用い、実施例１の光学部材の親水膜側の面を３０往復軽くこすった。その後、実施例１の光学部材の親水膜側の面の接触角を測定した。得られた結果を「払拭Ｃ」の接触角とした。
次に、実施例１の光学部材の親水膜側の面に紫外線を１時間照射した後に親水膜側の面の接触角を測定するという操作を合計２回行った。その後、実施例１の光学部材の親水膜側の面に紫外線を更に２時間照射した後に、親水膜側の面の接触角を測定した。得られた結果を、それぞれ「ＵＶ１ｈ」、「ＵＶ２ｈ」及び「ＵＶ４ｈ」の接触角とした。その後、実施例１の光学部材の親水膜側の面に紫外線を更に１６時間照射（合計２０時間照射）した後に親水膜側の面の接触角を測定した。得られた結果を、「ＵＶ２０ｈ」の接触角とした。その後、実施例１の光学部材の親水膜側の面に紫外線を更に７６時間照射（合計９６時間照射）した後に親水膜側の面の接触角を測定した。得られた結果を、「ＵＶ９６ｈ」の接触角とした。各測定結果を下記表１及び図８に示す。
表１及び図８に示すように、各光学部材は、払拭処理を行うことで親水膜側の面の接触角が増大した（親水性が低下した）。これは、払拭処理によって親水膜から一部の光触媒粒子が脱離し、かつ親水膜の表面に有機物が付着したためと判断される。
実施例１の光学部材は、払拭処理後にＵＶを照射することで親水膜側の面の接触角が低下した（親水性が回復した）。一方、比較例１の光学部材は、２回目の払拭処理後は、ＵＶを照射しても親水膜側の面の接触角が十分に低下しなかった（親水性が回復しなかった）。以上から、実施例１の光学部材は、比較例１の光学部材と比較し、親水膜が優れた耐払拭性を有していたと判断した。
［親水膜の厚さの検討］
以下、親水膜の適切な厚さを検討するため、更なる試験を行った。詳しくは、光学部材は、親水膜が厚い（特に、厚さｈcが大きい）ほど耐払拭性に優れる。一方、光学部材は、親水膜が極端に厚い場合には光学特性が低下する可能性がある。そこで、光学部材の光学特性（具体的には、反射率）と、親水膜の厚さとの関係を試験した。
以下、親水膜の適切な厚さを検討するため、更なる試験を行った。詳しくは、光学部材は、親水膜が厚い（特に、厚さｈcが大きい）ほど耐払拭性に優れる。一方、光学部材は、親水膜が極端に厚い場合には光学特性が低下する可能性がある。そこで、光学部材の光学特性（具体的には、反射率）と、親水膜の厚さとの関係を試験した。
［参考例１～４］
実施例１の光学部材の製造と同様の方法により、透光性部材を作成し、得られた透光性部材の凸面（反射防止膜側の面）に表面処理を行った。その後、公知のドライプロセス（スパッタリング法）により、透光性部材の凸面を被覆する親水膜（酸化チタン膜）を形成した。これにより、参考例１～４の光学部材を得た。ドライプロセスにより形成した親水膜は、厚さｈe及びｈcが同一であった。形成した親水膜の厚さを下記表２に示す。
実施例１の光学部材の製造と同様の方法により、透光性部材を作成し、得られた透光性部材の凸面（反射防止膜側の面）に表面処理を行った。その後、公知のドライプロセス（スパッタリング法）により、透光性部材の凸面を被覆する親水膜（酸化チタン膜）を形成した。これにより、参考例１～４の光学部材を得た。ドライプロセスにより形成した親水膜は、厚さｈe及びｈcが同一であった。形成した親水膜の厚さを下記表２に示す。
（最大反射率の測定）
参考例１～４の光学部材について、親水膜側の面から入射する波長４５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の入射光に対する最大反射率を測定した。測定には、反射率測定装置（オリンパス株式会社製「ＵＳＰＭ－ＲＵ」）を用い、入射角０度で測定される反射率を測定した。測定では、まず波長３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲における分光反射率のグラフを作成した。分光反射率のグラフに基づいて、波長４５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の入射光に対する最大反射率を求めた。各光学部材の最大反射率を下記表２に示す。
参考例１～４の光学部材について、親水膜側の面から入射する波長４５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の入射光に対する最大反射率を測定した。測定には、反射率測定装置（オリンパス株式会社製「ＵＳＰＭ－ＲＵ」）を用い、入射角０度で測定される反射率を測定した。測定では、まず波長３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲における分光反射率のグラフを作成した。分光反射率のグラフに基づいて、波長４５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の入射光に対する最大反射率を求めた。各光学部材の最大反射率を下記表２に示す。
表２に示す通り、光学部材は、親水膜が厚くなるほど、最大反射率が増大する傾向があった。ここで、光学部材の最大反射率は、反射防止膜の設計によってある程度低減可能であるが、一般的に２０％以下が好ましい。そのため、親水膜の厚さが部位ごとに異なる場合、親水膜には厚さ２６０ｎｍ超の部位が存在しないことが好ましい。以上から、親水膜の厚さｈcとしては、２６０ｎｍ以下が好ましいと判断される。
［親水膜の厚さの検討］
以下、光学部材の製造方法について、更なる検討を行った。詳しくは、図５に例示されるように、塗布工程で透光性部材を回転させる際に、透光性部材の光軸ＡＯと、透光性部材の回転軸ＡＲとを離間させた。そして、得られた光学部材の光学特性（具体的には、反射率）を測定した。これにより、スピンコート法において透光性部材の光軸ＡＯ及び回転軸ＡＲを一致させなかった場合に、光学部材の光学特性に影響が生じるか否かを検討した。
以下、光学部材の製造方法について、更なる検討を行った。詳しくは、図５に例示されるように、塗布工程で透光性部材を回転させる際に、透光性部材の光軸ＡＯと、透光性部材の回転軸ＡＲとを離間させた。そして、得られた光学部材の光学特性（具体的には、反射率）を測定した。これにより、スピンコート法において透光性部材の光軸ＡＯ及び回転軸ＡＲを一致させなかった場合に、光学部材の光学特性に影響が生じるか否かを検討した。
［実施例２～４］
以下の点を変更した以外は、実施例１と同様の方法により、実施例２～４の光学部材を製造した。実施例２～４の光学部材の製造では、親水膜形成用塗布液の塗布において、透光性部材を回転させる際に、透光性部材の回転軸ＡＲと、透光性部材の光軸ＡＯとを離間させた。透光性部材の回転軸ＡＲと、透光性部材の光軸ＡＯとの距離Ｌは、下記表３に示す通りとした。
以下の点を変更した以外は、実施例１と同様の方法により、実施例２～４の光学部材を製造した。実施例２～４の光学部材の製造では、親水膜形成用塗布液の塗布において、透光性部材を回転させる際に、透光性部材の回転軸ＡＲと、透光性部材の光軸ＡＯとを離間させた。透光性部材の回転軸ＡＲと、透光性部材の光軸ＡＯとの距離Ｌは、下記表３に示す通りとした。
（平均反射率の測定）
実施例２～４の光学部材について、親水膜側の面から入射する波長４５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の入射光に対する平均反射率を測定した。測定には、反射率測定装置（オリンパス株式会社製「ＵＳＰＭ－ＲＵ」）を用い、入射角０度で測定される反射率を測定した。測定では、まず波長３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲における分光反射率のグラフを作成した。分光反射率のグラフに基づいて、波長４５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の入射光に対する平均反射率を求めた。各光学部材の平均反射率を下記表３及び図９に示す。
実施例２～４の光学部材について、親水膜側の面から入射する波長４５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の入射光に対する平均反射率を測定した。測定には、反射率測定装置（オリンパス株式会社製「ＵＳＰＭ－ＲＵ」）を用い、入射角０度で測定される反射率を測定した。測定では、まず波長３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲における分光反射率のグラフを作成した。分光反射率のグラフに基づいて、波長４５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の入射光に対する平均反射率を求めた。各光学部材の平均反射率を下記表３及び図９に示す。
表３及び図９に示す通り、距離Ｌを大きくしても平均反射率はほとんど変化しなかった。そのため、スピンコート法において透光性部材の光軸ＡＯ及び回転軸ＡＲを一致させなかった場合に、光学部材の光学特性に与える影響は軽微であった。
但し、距離Ｌを０．５１ｍｍ超にすると、透光性部材の回転が不安定になり、光学部材の製造が困難になる傾向があった。そのため、距離Ｌは、０．５０ｍｍ以内が好ましいと判断した。
本発明は、センサ又は撮影機器用の光学部材又は光学ユニットとして好適である。
１，１１ 光学部材
２，１２，２２ 透光性部材
３，１３ 親水膜
４，２４ 基材
５，２５ 反射防止膜
１０１ 光学ユニット
１０２ 第１光学部材
１０３ 第２光学部材
１０４ 第３光学部材
１０５ 第４光学部材
１０６ 第５光学部材
１０７ ホルダ
ＡＯ 光軸
ＡＲ 回転軸
Ｘ 液膜
２，１２，２２ 透光性部材
３，１３ 親水膜
４，２４ 基材
５，２５ 反射防止膜
１０１ 光学ユニット
１０２ 第１光学部材
１０３ 第２光学部材
１０４ 第３光学部材
１０５ 第４光学部材
１０６ 第５光学部材
１０７ ホルダ
ＡＯ 光軸
ＡＲ 回転軸
Ｘ 液膜
Claims (1)
- レンズに親水膜を形成する方法であって、
光軸を有し、少なくとも一方の面が凸面であるレンズを、前記レンズの回転中心を前記レンズの前記光軸と所定の距離だけ離間させた状態で回転させるステップと、
前記レンズを回転させるステップにおいて前記レンズが回転している間に、前記レンズの前記凸面に親水膜形成用塗布液を塗布するステップと、
前記親水膜形成用塗布液を塗布した前記レンズを加熱して、前記レンズの前記凸面に親水膜を形成するステップと
を包含し、
前記親水膜を形成するステップにおいて、
前記レンズの前記光軸上における前記親水膜の厚さｈｃは、前記レンズの外周部上における前記親水膜の厚さｈｅよりも大きく、
前記親水膜のうち最も厚い部分の厚さは、前記レンズの前記光軸上における前記親水膜の厚さｈｃよりも大きい、レンズに親水膜を形成する方法。
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|---|---|---|---|---|
| JP2004323794A (ja) | 2003-04-28 | 2004-11-18 | Pentax Corp | 防曇性光学部材 |
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| JP2018077260A (ja) | 2015-03-19 | 2018-05-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 親水レンズ |
| JP2018180264A (ja) | 2017-04-12 | 2018-11-15 | マクセル株式会社 | 広角レンズユニットおよび車載カメラ |
| JP2019113735A (ja) | 2017-12-25 | 2019-07-11 | マクセル株式会社 | 膜付きレンズ、レンズユニットおよびカメラモジュール |
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