(57)【要約】【課題】簡単な構成で反射防止機能および防塵機能を備えた光学フィルタおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】光学フィルタは、本体部１０と、本体部１０の一方の面に積層された反射防止・防塵層２０と、本体部１０の他方の面に積層された紫外線防止層と、を備えている。反射防止・防塵層２０の表面には、先端部ほど断面積が徐々に小さくなる円錐形状の凸部２１が複数形成されている。複数の凸部２１は規則的に配列されており、隣り合う凸部２１の先端部２２間の距離Ｄは、塵埃の大きさよりも小さければよく、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子と、
前記光学素子の一方の面に形成され、先端部ほど断面積が徐々に小さくなる複数の凸部を有するとともに、隣り合う凸部の先端部間の距離は１μｍ以下である反射防止・防塵層と、を備える
ことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学フィルタにおいて、
前記反射防止・防塵層は、その表面抵抗が１．０×１０１３Ω／ｃｍ２以下である
ことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学フィルタにおいて、
前記反射防止・防塵層は、フッ素を含有した樹脂で形成される
ことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学フィルタにおいて、
前記光学素子の他方の面に紫外線防止層が形成された
ことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項５】
光学素子の一方の面に反射防止・防塵層が形成され、他方の面に紫外線防止層が形成された光学フィルタの製造方法であって、
前記光学素子の一方の面に紫外線硬化樹脂を塗布し、表面に凹凸形状を有するスタンパを前記紫外線硬化樹脂に押し当てた状態で紫外線を照射して反射防止・防塵層を形成する反射防止・防塵層形成工程と、
前記反射防止・防塵層の形成後に、前記光学素子の他方の面に紫外線防止層を形成する紫外線防止層形成工程と、を備えた
ことを特徴とする光学フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、擬似信号を抑制する光学フィルタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に光学フィルタが用いられている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載の光学フィルタは、２つの水晶板および偏光制御素子としての１／４波長板が積層された３層構造で形成される。
ここで、光学フィルタは、光学像を電気信号に変換する撮像素子の前面に設けられ、光学像の空間周波数が画素の所定ピッチの１／２を超えた場合に発生するモアレ等の擬似信号を抑制し、画質の低下を防止するものである。
このような光学フィルタには反射を抑えるための反射防止層が設けられることが多い。
【０００３】
また、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等には、レンズ交換時に空気中の塵埃が撮像素子の受光面へ付着することがあるため、受光面に防塵機能を付与することが要求されている（例えば、特許文献２）。この特許文献２に記載の撮像素子は、受光面にフッ素を含む化合物を有する材料で形成された防汚性層、およびＩＴＯ等の導電性金属酸化物で形成された帯電防止層を設けることで防塵機能を付与している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−７０３４０号公報
【特許文献２】特開２００７−５９４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学フィルタの片面に反射防止機能および防塵機能を付与するためには、光学フィルタの表面に反射防止層と防塵機能を備えた防塵層とを積層させればよい。また、特許文献２のように、複数の層で構成される反射防止層の一部を防汚性層および帯電防止層とすることもできる。
しかしながら、光学フィルタに複数の層を積層した構造は複雑であるとともに、多段階の処理で積層しなければならず、製造工程が煩雑になってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、簡単な構成で反射防止機能および防塵機能を備えた光学フィルタおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光学フィルタは、光学素子と、前記光学素子の一方の面に形成され、先端部ほど断面積が徐々に小さくなる複数の凸部を有するとともに、隣り合う凸部の先端部間の距離は１μｍ以下である反射防止・防塵層と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明は、光学素子の一方の面に反射防止・防塵層が形成された光学フィルタである。この反射防止・防塵層は、その表面に複数の凸部を有している。凸部の形状は、光学素子の面方向に平行な面で切断した場合の断面積が、凸部の先端部に向かうほど小さくなるように形成されている。また、隣り合う凸部の先端部間の距離は１μｍ以下となるように配列されている。
凸部の断面積が、その先端部に向かうほど小さくなる形状であるため、反射防止・防塵層の界面では誘電率および屈折率が徐々に変化する。これにより、反射防止・防塵層の界面が明確にならないため、入射した光の反射を抑止することができる。
【０００９】
また、隣り合う凸部の先端部間の距離を１μｍ以下としたため、一般に１μｍ以上のサイズである塵埃が凸部間に落ち込むことを防止することができる。すなわち、塵埃は凸部の先端付近より反射防止・防塵層側に存在できないため、反射防止・防塵層の全面との距離が大きくなり、反射防止・防塵層と塵埃との間に働くファンデルワールス力を小さくすることができる。さらに、先端部ほど断面積が小さくなる凸部の先端部における表面積は、反射防止・防塵層の全面の面積に比べて非常に小さいことからもファンデルワールス力が小さいと言える。したがって、反射防止・防塵層は塵埃の吸着力が小さくなり、塵埃の付着を抑制することができる。
このように、光学フィルタは、１層の反射防止・防塵層という簡単な構成で反射防止機能および防塵機能を発揮することができる。
【００１０】
本発明の光学フィルタにおいて、前記反射防止・防塵層は、その表面抵抗が１．０×１０１３Ω／ｃｍ２以下であることが好ましい。
表面抵抗が１．０×１０１３Ω／ｃｍ２を超えると、静電気を放出することが困難となり、一度静電気が溜まると、その静電気で異物を吸着するおそれがある。
一方、本発明によれば、反射防止・防塵層の表面抵抗が１．０×１０１３Ω／ｃｍ２以下であるため、反射防止・防塵層の表面に静電気を溜め込むことがない。したがって、静電気による異物の吸着を防止することができる。
【００１１】
本発明の光学フィルタにおいて、前記反射防止・防塵層は、フッ素を含有した樹脂で形成されることが好ましい。
この発明によれば、フッ素を含有した樹脂は、防汚性を有するため、防塵機能をより発揮させることができる。
【００１２】
本発明の光学フィルタにおいて、前記光学素子の他方の面に紫外線防止層が形成されたことが好ましい。
この発明によれば、光学フィルタは、光学素子の一方の面に反射防止・防塵層、他方の面に紫外線防止層が形成されている。したがって、光学フィルタに反射防止機能、防塵機能および紫外線防止機能を付与することができる。
【００１３】
本発明の光学フィルタの製造方法は、光学素子の一方の面に反射防止・防塵層が形成され、他方の面に紫外線防止層が形成された光学フィルタの製造方法であって、前記光学素子の一方の面に紫外線硬化樹脂を塗布し、表面に凹凸形状を有するスタンパを前記紫外線硬化樹脂に押し当てた状態で紫外線を照射して反射防止・防塵層を形成する反射防止・防塵層形成工程と、前記反射防止・防塵層の形成後に、前記光学素子の他方の面に紫外線防止層を形成する紫外線防止層形成工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明は、光学素子の一方の面に反射防止・防塵層、他方の面に紫外線防止層が形成された光学フィルタの製造方法に関する。この発明では、反射防止・防塵層として使用される紫外線硬化樹脂を光学素子の一方の面に塗布し、凹凸形状が形成された面をもつスタンパを紫外線硬化樹脂に押し当て、光学素子の他方の面から紫外線を照射する。これにより、紫外線硬化樹脂が硬化され、反射防止・防塵層が形成される。そして、反射防止・防塵層が形成された後、光学素子の他方の面に対して紫外線防止層を形成する。
【００１５】
このように、反射防止・防塵層として紫外線硬化樹脂を用いる場合、紫外線防止層を形成する前に光学素子の他方の面から紫外線照射を行うことにより、確実に紫外線硬化樹脂を硬化させることができる。したがって、スタンパとして、紫外線を透過しないニッケルなどの金属製のものを利用することもでき、スタンパの材質選択の制約を少なくできる。
また、反射防止・防塵層を形成した後に紫外線防止層を形成することにより、各層が有する機能を十分に発揮できる光学フィルタを製造することができる。
さらに、反射防止・防塵層は１層で反射防止機能と防塵機能を有するため、反射防止機能と防塵機能を備えた光学フィルタを簡単な工程で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態にかかる光学フィルタの断面図。
【図２】前記実施形態における光学フィルタの表面の拡大斜視図。
【図３】前記実施形態における光学フィルタの表面の拡大断面図。
【図４】前記実施形態における光学フィルタの製造方法を説明する図であり、（Ａ）は光学フィルタに反射防止・防塵層を形成している状態を示し、（Ｂ）光学フィルタに反射防止・防塵層が形成された状態を示し、（Ｃ）は紫外線防止層が形成された状態を示す。
【図５】前記実施形態の変形例を示す斜視図であり、（Ａ）は角錐型、（Ｂ）は砲弾型、（Ｃ）はピラー型を示す。
【図６】前記実施形態の変形例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態にかかる光学フィルタを図面に基づいて説明する。
［光学フィルタの構成］
図１に示すように、光学フィルタ１は、光学素子としての機能を有する本体部１０と、本体部１０の一方の面に積層された反射防止・防塵層２０と、本体部１０の他方の面に積層された紫外線防止層３０と、を備えている。
本体部１０は、１枚の水晶板で平板状に形成され、水晶板の複屈折性を利用して入射光を常光線と異常光線に分離して撮像面に結像させる。
【００１８】
反射防止・防塵層２０は、本体部１０の光入射側に積層され、その表面には、図２に示すように、円錐形状の凸部２１が複数形成されている。
なお、凸部２１は、光学フィルタ１の面方向に平行な面で切断した場合の断面積がその先端部２２に向かって徐々に小さくなる形状である。これは、誘電率および屈折率が反射防止・防塵層２０の面方向における体積占有率に比例するため、図３に示すように、凸部２１の断面積が徐々に変化する形状であることにより、その誘電率および屈折率も徐々に変化する。したがって、反射防止・防塵層２０の界面が明確ではなく、入射した光の反射を抑えることができる。
【００１９】
複数の凸部２１は規則的に配列されており、隣り合う凸部２１の先端部２２間の距離Ｄを２００ｎｍとする。この距離Ｄは、塵埃の大きさよりも小さければよく、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。例えば、デジタルカメラ等の撮像素子の画素ピッチは１μｍ以上で形成されており、１μｍ以下の塵埃であれば映り込みが撮像した画像に大きく影響しない。また、自然界には１μｍ以下の塵埃はほとんど存在しないと考えられている。すなわち、１μｍを超える塵埃の付着を防止すればよい。そこで、凸部２１の先端部２２間の距離Ｄを１μｍ以下とすることにより、先端部２２間に１μｍを超える塵埃が落ち込むことを防止することができ、塵埃の付着を防止することができる。また、距離Ｄが１μｍを越えると、入射光が干渉して、反射などの現象が起こる可能性があるが、本実施形態では距離Ｄが１μｍ以下であるため、このような現象を防止できる。
【００２０】
また、凸部２１の高さＨを３００ｎｍとする。この高さＨは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。凸部２１の高さＨが５０ｎｍ未満または５００ｎｍを超えると、凸部２１を形成することが困難となり、反射防止性を十分に得られない可能性がある。
【００２１】
また、複数の先端部２２で形成される最表面の面積は、反射防止・防塵層２０の全体の面積の１０分の１以下とされている。すなわち、反射防止・防塵層２０の全面に比べて最表面ではファンデルワールス力が小さい。また、凸部２１間の距離Ｄが１μｍ以下であるため、凸部２１間に塵埃が落ち込まない。これによれば、反射防止・防塵層２０と塵埃の距離が大きくなり、反射防止・防塵層２０と塵埃との間に働くファンデルワールス力が小さくなるため、塵埃が反射防止・防塵層２０に付着することを抑制することができる。
ここで、反射防止・防塵層２０と塵埃とに働くファンデルワールス力Ｆについて説明する。ファンデルワールス力Ｆは、以下の式（１）で表される。
Ｆ＝Ａ×ｄ／（１２×Ｚ２）      …（１）
ここで、Ａはハーマーカー定数、ｄは塵埃の直径、Ｚは塵埃と表面との距離である。ハーマーカー定数Ａは、反射防止・防塵層２０および塵埃の誘電率および屈折率が大きいほど大きい値となる。
【００２２】
ファンデルワールス力Ｆを小さくできれば、反射防止・防塵層２０の表面に塵埃が付着することが抑制される。上記の式（１）より、ファンデルワールス力を小さくするためには塵埃と反射防止・防塵層２０との距離Ｚを大きくすればよいことがわかる。先端部２２の面積を小さくし、かつ、塵埃が各先端部２２間に落ち込まないように構成すれば、塵埃は各凸部２１間の空間を介して前記反射防止・防塵層２０表面に対向配置されることになる。従って、塵埃と反射防止・防塵層２０との間に働くファンデルワールス力において、前記式（１）の距離Ｚは凸部２１の高さＨにほぼ等しくなる。このため、塵埃が各凸部２１間に落ち込んでいる場合や、逆に先端部２２の面積が大きくなり、ファンデルワールス力が塵埃と先端部２２との間に働く場合に比べて、本実施形態ではファンデルワールス力を非常に小さくできる。
【００２３】
また、反射防止・防塵層２０は、その表面抵抗が１×１０13Ω／ｃｍ２以下であることが好ましい。表面抵抗が１×１０13Ω／ｃｍ２を超えると、表面から静電気を放出することが困難となるため、たまった静電気により異物を吸着してしまうおそれがある。
なお、表面抵抗の測定は、ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準拠し、（株）三菱化学アナテリック製ハイレスタＵＰＭＣＰ−ＨＴ４５０型を用いて測定することができる。
【００２４】
以上のような反射防止・防塵層２０を構成する樹脂としては、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂が用いられるが、本実施形態では、紫外線硬化性樹脂を用いる。
紫外線硬化性樹脂としては、フッ素系またはアクリル系の樹脂にイオン系の添加物が加えられたものが好ましく、例えば、日東電工（株）製「ＮＴ−０１ＵＶ」の樹脂に、帯電防止剤である三洋化成工業（株）製「ペレスタット」を混合させたものが挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、例えば、日東電工（株）製「ＮＴシリーズ」の樹脂が挙げられる。
【００２５】
紫外線防止層３０は、本体部１０の光出射側に一般的に用いられる方法で積層される。
例えば、複数の薄膜で設計された多層膜を真空蒸着、スパッタリング等で形成することができる。
【００２６】
［光学フィルタの製造方法］
次に、光学フィルタ１の製造方法を説明する。本体部１０に反射防止・防塵層２０を形成するには、一般的なナノインプリント技術を用いることができる。ナノインプリント技術は、金型（スタンパ）に数十ｎｍ〜数百ｎｍの凹凸を刻み込み、この金型に基板に塗布した樹脂材料を押し付けて形状を転写する微細加工技術である。
【００２７】
まず、平板状に形成された水晶板を本体部１０として準備する。そして、図４（Ａ）に示すように、本体部１０の光入射側の面に上述の紫外線硬化性樹脂２０１を塗布し、凸部２１を形成するための凹凸状の表面を有するスタンパ４に押し当てる。
スタンパ４は、ニッケル（Ｎｉ）製の平板状の金型であり、上述の凸部２１と同様の円錐形状の凹部が複数形成されている。
そして、紫外線硬化性樹脂２０１を介して本体部１０をスタンパ４に押し付けた状態で、本体部１０のスタンパ４に押し付けた面とは反対側の面に紫外線を照射する。これにより、紫外線硬化性樹脂が硬化して樹脂表面に複数の凸部２１が形成され、図４（Ｂ）に示すように、反射防止・防塵層２０が形成される。
次に、本体部１０の反射防止・防塵層２０が形成された面とは反対側の面（他方の面）に真空蒸着、あるいはスパッタリングにより紫外線防止性能を備えた紫外線防止層３０を形成する。
【００２８】
［本実施形態の作用効果］
以上のような本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
上記実施形態の光学フィルタ１は、本体部１０の一方の面に複数の凸部２１を有する反射防止・防塵層２０が形成される。凸部２１が円錐形状となっていることにより、凸部２１の断面積はその先端部２２に向かって徐々に小さくなる。これに伴い、誘電率および屈折率は先端部２２に向かって徐々に変化する。
したがって、屈折率が徐々に変化していることにより、空気層と光学フィルタ１との境界（界面）が不明確となり、入射してきた光の反射を抑えることができる。すなわち、反射防止機能に優れている。
【００２９】
また、上記実施形態では、凸部２１の先端部２２間の距離Ｄを２００ｎｍとした。自然界に存在する塵埃は１μｍを超えているものがほとんどであり、距離Ｄが２００ｎｍである凸部２１間に塵埃が落ち込むことがない。したがって、より優れた防塵機能を付与することができる。
さらに、塵埃と反射防止・防塵層２０表面間は、凸部２１の高さだけ離れるため、塵埃と反射防止・防塵層２０の間に働くファンデルワールス力が小さくなり、塵埃の吸着力が小さくなる。すなわち、防塵機能に優れている。
このように、１層の反射防止・防塵層２０を形成するだけで、反射防止機能と防塵機能とを付与することができるため、光学フィルタ１の構成を簡単にすることができる。また、１回の工程で両特性を有する層を形成することができるので、製造工程を簡略化することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００３０】
さらに、反射防止・防塵層２０を形成する樹脂として紫外線硬化性樹脂を用いた。紫外線硬化性樹脂は、紫外線照射により短時間で硬化させることができるため生産性に優れている。
【００３１】
また、上記実施形態では、本体部１０の一方の面に反射防止・防塵層２０を形成した後、他方の面に紫外線防止層３０を形成することとした。
スタンパ４としてＮｉ製の金型を用いているため、スタンパ４側から反射防止・防塵層２０に紫外線を照射することができないが、紫外線防止層３０を形成する前に本体部１０のスタンパ４に接する面とは反対側の面（他方の面）から紫外線を照射することにより、反射防止・防塵層２０として紫外線硬化樹脂を確実に硬化させることができる。
すなわち、上記実施形態では、本体部１０の他方の面に紫外線防止層３０を形成する前に、反射防止・防塵層２０を形成するので、スタンパ４として紫外線を透過しない金属製のものなどを利用でき、スタンパ４の材質選択の制約を少なくできる。
【００３２】
［変形例］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、反射防止・防塵層２０の表面に形成された凸部２１は円錐形状であったが、凸部の断面積が最表面側から本体部１０側に向かって徐々に変化する形状であればこの形状に限られない。例えば、図５（Ａ）に示すような角錐型、図５（Ｂ）に示すような砲弾型、図５（Ｃ）に示すようなピラー型であってもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、反射防止・防塵層２０の表面に形成した凸部２１の先端部２２を尖塔状に形成したが、図６に示すように、円錐形状または角錐形状の凸部５１の先端部５２は曲面状または平面状であってもよい。このような形状であっても、凸部５１の断面積がその先端部５２に向かって徐々に小さくなる形状であるので、反射防止・防塵層５０の界面における誘電率および屈折率が不明確となり、入射した光の反射を抑止することができる。
この場合も隣り合う凸部５１間の距離は、塵埃の大きさよりも小さければよく、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。これによれば、凸部５１の間に塵埃が落ち込むことがないため、より優れた防塵機能を付与することができる。
【００３４】
さらに、上記実施形態では、Ｎｉ製のスタンパを用いて反射防止・防塵層２０を形成したが、石英などの透明材料からなるスタンパを使用してもよい。
これによれば、紫外線を照射する方向に制限はないため、反射防止・防塵層２０と紫外線防止層３０とを形成する順番は特に限定されない。したがって、自由度の高い製造方法を実施することができる。
【００３５】
さらに、上記実施形態では、紫外線硬化性樹脂を用いて反射防止・防塵層２０を形成したが、熱硬化性樹脂を用いてもよい。熱硬化性樹脂としては、上述したものが用いられる。この場合、紫外線照射を行わないため、反射防止・防塵層２０と紫外線防止層３０とを形成する順番は特に限定されない。
熱硬化性樹脂を用いれば、紫外線硬化性樹脂に比べて使用できる樹脂の種類が増えるため、安価な材料を選択することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００３６】
そして、上記実施形態では、光学フィルタ１の本体部１０が１枚の水晶板で形成されているが、光学フィルタとして使用されているものであれば本体部１０として適用することができる。例えば、２枚の水晶板を光学軸が４５度ずれるように配置した、いわゆる４５度分離タイプの光学フィルタ、３枚の水晶板の光学軸がそれぞれ４５度ずれるように配置した、いわゆる４５度交差タイプの光学フィルタ、光学軸を直交させて配置した２枚の水晶板の間に１／４波長板を挿入して構成した、いわゆる垂直付加タイプの光学フィルタなどが挙げられる。
【００３７】
前記実施形態の光学フィルタ１は、紫外線防止層３０を備えていたが、光学フィルタ１の用途などによっては紫外線防止層３０を設けなくてもよい。
また、本発明の光学フィルタ１は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等、従来の光学フィルタが用いられた機器に広く利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１…光学フィルタ、１０…本体部、２０…反射防止・防塵層、３０…紫外線防止層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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