(57)【要約】【課題】フレアやゴーストなどの原因となる有害光の発生を抑制し、かつ外観上も高品位な光学素子を得る。【解決手段】光学素子１の光線有効部２ｂには、酸化アルミニウムを含有する材料から成り、破線で示すように、ピッチが可視光領域又は赤外光領域の使用波長以下の微細凹凸構造４が形成されている。また非光線有効部３には、使用波長において不透明成分を含む樹脂から成る塗膜５が形成され、更にこの塗膜５上には、保護膜６が形成されている。塗膜５、保護膜６は１〜１００μｍ程度の厚さである。この保護膜６を設けたことにより、微細凹凸構造４を形成する際の温水処理においても、実質的に不透明な塗膜５からの有効成分の溶出を防止しているため、内面反射防止の性能が高く、外観も優れた高品位で高性能な光学素子を実現している。【選択図】図１
2010054827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素材の光線有効部の少なくとも一部に平均ピッチが使用波長以下の微細凹凸構造を有する反射防止構造体を具備した光学素子であって、非光線有効部の一部又は全部には使用波長において不透明な塗膜が形成され、該塗膜の上には該塗膜とは成分が異なる保護膜が形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記反射防止構造体はアルミニウム又は酸化アルミニウムを含有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記反射防止構造体は前記平均ピッチが４００ｎｍ以下、平均高さが５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記塗膜は樹脂及び不透明成分を含有し、添加剤、硬化剤のうちの何れか一方又は双方を含有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記不透明成分はコールタール、コールタールピッチ、染料、顔料、不透明微粒子のうち、少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記樹脂はエポキシ系、アクリル系、イミド系、メラミン系、フェノール系、ノボラック系、アルキッド系、マレイン酸系、シリコン系の樹脂のうちの少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項４に記載の光学素子。
【請求項７】
前記保護膜は樹脂単体又は硬化剤入りの樹脂としたことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項８】
前記樹脂はエポキシ系、アクリル系、イミド系、メラミン系、フェノール系、ノボラック系、アルキッド系、マレイン酸系、シリコン系の樹脂のうちの少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項９】
前記保護膜は前記使用波長において透明であることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記保護膜は耐温水処理性を有し、温水処理によって前記不透明な塗膜からの成分の溶出を抑制することを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記使用波長は可視光領域又は赤外光領域であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１つの請求項に記載の光学素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１に記載の光学素子を少なくとも１つ有することを特徴とする光学系。
【請求項１３】
前記光学系は結像光学系であることを特徴とする請求項１２に記載の光学系。
【請求項１４】
前記光学系は観察光学系であることを特徴とする請求項１２に記載の光学系。
【請求項１５】
請求項１３〜１４に記載の光学系を少なくとも１つ有することを特徴とする光学装置。
【請求項１６】
光学素材の非光線有効部に使用波長において不透明な塗膜を形成する工程と、前記塗膜の上に前記塗膜とは成分の異なる保護膜を形成する工程と、光線有効部にアルミニウム又は酸化アルミニウムを含有する膜を形成する工程と、温水に浸漬又は水蒸気に曝すことにより、前記アルミニウム又は酸化アルミニウムを含有する膜の表面に平均ピッチが使用波長以下の微細凹凸構造から成る反射防止構造体を形成する工程とを有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１７】
前記アルミニウム又は酸化アルミニウムを含有する膜は、スピンコート法又はディップコート法又はスプレーコート法により形成することを特徴とする請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１８】
前記温水に浸漬する工程は、温水の温度を６０〜１００℃とし、５分〜２４時間浸漬することを特徴とする請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ面などの光線有効部に、使用波長以下の微細凹凸構造を有する反射防止構造体を具備する光学素子及び該光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レンズなどの光学素子では、フレアやゴーストなどの原因となる有害光の発生を抑制し、高品位で高性能な光学系を得ることを目的として、様々な工夫がなされている。それらは大きく分けて、次の２つに分類することができる。
【０００３】
（１）光線有効部において、入射した光の透過率を向上し、反射率を低減することで有害光の発生を防止する。
【０００４】
（２）非光線有効部において、光の吸収率を向上し、反射率を低減することで有害光の発生を防止する。
【０００５】
従来から（１）の方法として、真空蒸着法やスパッタリング法などにより、誘電体薄膜を一層又は多層に設ける方法が広く利用されている。また近年では、入射角度特性及び波長帯域特性に優れた反射防止手段として、使用波長以下の微細凹凸形状を用いた反射防止構造体が提案されている。
【０００６】
特許文献１では、（１）の方法として次の工程を備えた反射防止構造体が開示されている。
【０００７】
（イ）ガラス基板を洗浄、（ロ）Ａｌ2Ｏ3ゾル塗布液をディップコート法で塗布、乾燥、（ハ）５００℃で１０分間焼成、（ニ）約１００℃の熱水中に約０．５〜２時間程度浸漬、（ホ）約１００℃で１０分間の乾燥、（ヘ）４００℃、１０分程度の焼成。
【０００８】
これらの工程により、花弁状透明アルミナ膜がガラス基板上に形成される。このガラス基板を評価したところ、充分な透視性に優れ、優れた反射低減性を示したとされている。
【０００９】
一方、（２）の方法としては、使用波長において実質的に不透明な塗料を、レンズ側端部などの非光線有効部に塗布する方法が一般的に用いられている。
【００１０】
特許文献２では、コールタール又はコールタールピッチと、ビニルエステル又はアクリロニトリルとの共重合体である塩化ビニリデン系共重合体とを含有する内面反射防止塗料が提案されており、レンズ端面で優れた反射防止特性を実現している。
【００１１】
【特許文献１】特開平９−２０２６４９号公報
【特許文献２】特公昭５８−４９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者らは、レンズ面の光線有効部において高い透過率特性を有し、かつ非光線有効部では高い吸収率特性を有する光学素子を開発するために、検討を続けてきた。そして、その目的を達成するために、光線有効部には使用波長以下の微細凹凸構造として、花弁状透明アルミナ膜を形成した。同時に、レンズ側端部の非光線有効部には、使用波長において実質的に不透明な塗膜として、黒色染料を含有する塗膜を形成することを試みた。
【００１３】
得られた光学素子を評価したところ、光線有効部では高い透過率が得られたものの、非光線有効部での吸収率特性が十分に高められておらず、外観上もレンズ内面から見ると白い斑状のむらが見られ、光学製品としての品位上、好ましいものではなかった。
【００１４】
種々の検討の結果、これは光線有効部に花弁状透明アルミナ膜を形成した際に、荒ずりされたレンズ側端部には光線有効部よりも厚い膜が形成され、その上に内面反射防止塗料が形成されているためと判明した。なお、非光線有効部にも光線有効部と同様の厚さの花弁状透明アルミナ膜が形成されていれば、高い内面反射防止効果が得られることを、本発明者らは知見している。
【００１５】
その対策として、花弁状透明アルミナ膜を形成した後に、レンズ側端部に付着した塗膜を有機溶剤等で拭き取るなどの方法も試みたが、荒ずりされたレンズ側端部の塗膜を完全に除去することは困難であることが分った。また、除去が可能であるとしても、極めて手間と時間を要する作業となるため、工業製品としての生産工程上、好ましいものではない。
【００１６】
このような状況から、初めに非光線有効部に黒色染料を含有する塗膜を形成し、次いで光線有効部に花弁状透明アルミナ膜を形成することを試みた。得られた光学素子を評価したところ、非光線有効部では十分な吸収率特性が得られておらず、外観上も塗膜の変色や色抜け、むらなどが見られ、更には光線有効部も汚染されており、光学製品としての品位上、好ましいものではなかった。
【００１７】
更に種々検討の結果、これは花弁状透明アルミナ膜を形成時に、高温の温水に浸漬する工程において、非光線有効部に設けた実質的に不透明な塗膜から、黒色染料などの成分が溶解したためであることが判明した。
【００１８】
本発明の目的は、光線有効部に使用波長以下の微細凹凸構造を有する反射防止構造体を具備し、かつ非光線有効部での内面反射防止の性能及び外観にも優れた高品位で高性能な光学素子を提供することにある。
【００１９】
また本発明の他の目的は、上述の性能を有する光学素子を製造する光学素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するための本発明に係る光学素子は、光学素材の光線有効部の少なくとも一部に平均ピッチが使用波長以下の微細凹凸構造を有する反射防止構造体を具備した光学素子であって、非光線有効部の一部又は全部には使用波長において不透明な塗膜が形成され、該塗膜の上には該塗膜とは成分が異なる保護膜が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る光学素子の製造方法は、光学素材の非光線有効部に使用波長において不透明な塗膜を形成する工程と、前記塗膜の上に前記塗膜とは成分の異なる保護膜を形成する工程と、光線有効部にアルミニウム又は酸化アルミニウムを含有する膜を形成する工程と、温水に浸漬又は水蒸気に曝すことにより、前記アルミニウム又は酸化アルミニウムを含有する膜の表面に平均ピッチが使用波長以下の微細凹凸構造から成る反射防止構造体を形成する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る光学素子及び該光学素子の製造方法によれば、光線有効部のみならず、非光線有効部でもフレアやゴーストなどの有害光の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は実施例１の光学素子の断面図である。光学素子１は凹メニスカスレンズであり、光線有効部２ｂには、酸化アルミニウムを含有する材料から成り、破線で示すように、ピッチが可視光領域又は赤外光領域の使用波長以下の微細凹凸構造４が形成されている。また非光線有効部３には、使用波長において不透明成分を含む樹脂から成る塗膜５が形成され、更にこの塗膜５上には、保護膜６が形成されている。図１においては、塗膜５、保護膜６共にデフォルメして厚く描いているが、実際には１〜１００μｍ程度の厚さである。
【００２５】
また、保護膜６は塗膜５の端部も含め塗膜５の全部を覆うように形成することが望ましい。この保護膜６を設けたことにより、微細凹凸構造４を形成する際の温水処理においても、実質的に不透明な塗膜５からの有効成分の溶出を防止しているため、内面反射防止の性能が高く、外観も優れた高品位で高性能な光学素子を実現している。
【００２６】
実施例１では、光線有効部の少なくとも一部の光線有効部２ｂのみに微細凹凸構造４を設け、光線有効部２ａには通常の誘電体多層膜から成る反射防止膜を設けたが、本実施例１はこれに限定するものではなく、双方に微細凹凸構造４を設けてもよい。
【００２７】
また光学素子１としては、凹メニスカスレンズの場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、凸メニスカスレンズ、非球面レンズ、自由曲面レンズ、プリズムなどを含む形状の光学素子でもよい。
【実施例２】
【００２８】
図２は実施例２の光学素子の断面図である。光学素子１は両凹レンズであり、光線有効部２ａ、２ｂには酸化アルミニウムを含有する材料から成り使用波長以下の微細凹凸構造４が形成されている。また非光線有効部３には、使用波長において不透明な塗膜５が形成され、更にこの塗膜５上には、保護膜６が形成されている。
【００２９】
実施例２では、光線有効部２ａ、２ｂの両方に微細凹凸構造４を設けたが、これに限定するものではなく、何れか一方を誘電体薄膜から成る反射防止膜としてもよい。また光学素子１として、両凹レンズの場合を示したが、実施例１と同様に多種の形状の光学素子１でもよい。
【実施例３】
【００３０】
図３は実施例３の結像光学系の断面図である。光学系１０は図１に示す凹メニスカスレンズから成る光学素子１を有し、光線有効部２ｂには、酸化アルミニウムを含有する材料から成り、ピッチが使用波長以下の微細凹凸構造４が設けられている。
【００３１】
光学系１０は光学素子１の光線有効部２ｂでの透過率が高く、非光線有効部３での反射率が低いため、フレアやゴーストの原因となる有害光の発生を抑制し、かつ外観も優れた高品位で高性能な結像光学系を実現している。
【００３２】
本実施例３では結像光学系の場合を示したが、これに限定するものではなく、観察光学系であっても支障はない。また、本実施例３の結像光学系は、カメラなどの光学装置に搭載する場合にも好適である。
【実施例４】
【００３３】
図４は実施例４の観察光学系の断面図である。光学系１０は図２に示す両凹レンズから成る光学素子１を有し、光線有効部２ａ、２ｂには酸化アルミニウムを含有する材料から成り、ピッチが波長以下の微細凹凸構造４が設けられている。
【００３４】
光学系１０は光学素子１の光線有効部２ａ、２ｂでの透過率が高く、非光線有効部３での反射率が低いため、フレアやゴーストの原因となる有害光の発生を抑制し、かつ外観も優れた高品位で高性能な観察光学系を実現している。
【００３５】
本実施例では、観察光学系の場合を示したが、これに限定するものではなく、結像光学系に用いることもできる。
【実施例５】
【００３６】
図５は実施例５の光学素子の製造方法の工程図である。始めに、任意の硝材から成る光学素材を純水リンス、アルコールで洗浄した後に、（ａ）に示すように、真空チャック式の回転ステージ２１に載置する。そして、光学素材をゆっくり回転させながら、レンズ外端部の非光線有効部３に、使用波長において実質的に不透明な塗膜５として、黒色染料、添加剤、硬化剤を含有する樹脂を筆２２で塗布し、乾燥する。
【００３７】
本実施例５では、黒色染料を用いたが、これに限定するものではなく、別の色の染料や顔料、不透明微粒子、或いは様々な色の染料、顔料、微粒子などを混合して使用してもよい。また、塗膜５の樹脂としてはエポキシ系、アクリル系、イミド系、メラミン系、フェノール系、ノボラック系、アルキッド系、マレイン酸系、シリコン系の樹脂のうちの少なくとも１つを含有することが望ましい。
【００３８】
次に（ｂ）に示すように、光学素材を回転ステージ２１で、ゆっくり回転させながら、（ａ）で塗布した実質的に不透明な塗膜５の上に、保護膜６となる耐温水処理性に優れた樹脂単体又は硬化剤入りの樹脂を含有する塗布液を筆２３で塗布し、硬化・乾燥させる。なお、この樹脂には塗膜５と同様の材料を使用できる。この保護膜６の樹脂としては、塗膜５と同様のエポキシ系、アクリル系、イミド系、メラミン系、フェノール系、ノボラック系、アルキッド系、マレイン酸系、シリコン系の樹脂のうちの少なくとも１つを含有することが望ましい。
【００３９】
その後に（ｃ）に示すように、光学素材をステージ２１で、光線有効部２に酸化アルミニウムを含有する塗布液をノズル２４から適量滴下し、約３０００ｒｐｍで３０秒間程度回転させ、１００℃以上の温度のオーブンで３０分間以上かけて焼成する。
【００４０】
ここでは、スピン塗工条件を約３０００ｒｐｍで３０秒間程度としたが、本実施例５はこれに限定するものではなく、所望の膜厚を得るために塗工条件を変えてもよい。また、スピンコート法に限らず、ディップコート法、スプレーコート法などを用いてもよい。
【００４１】
次に、（ｄ）に示すように、光学素材を温水処理槽２５を用いて、６０〜１００℃の温水中に５分〜２４時間浸漬し、引き上げた後に乾燥させる。なお、温水に浸す代りに、水蒸気を吹き付けてもよい。
【００４２】
かくすることにより、（ｅ）に示すように、完成した光学素子１は光線有効部２ｂに花弁状透明アルミナ膜から成る微細凹凸構造４が形成され、優れた透過率特性を有する。
【００４３】
また、多数作製したうちの１つを破壊し、光線有効部２ａの表面を上面及び断面からＦＥ―ＳＥＭで観察したところ、平均ピッチ４００ｎｍ以下、平均高さ５０ｎｍ以上の微細凹凸構造４が形成されていることが確認できた。
【００４４】
更に、非光線有効部３には実質的に不透明な塗膜５が劣化することなく形成されており、内面反射防止の性能が高く、外観も優れた高品位で高性能な光学素子を得ることができた。
【００４５】
[比較例１]
図６は実施例５の製造方法と対比するための比較例１における光学素子の製造方法である。始めに任意の硝材から成る光学素材を純水リンス、アルコールで洗浄後に、（ａ）に示すように真空チャック式の回転ステージ２１に載置する。そして、光学素材をゆっくり回転させながら、レンズ外端部の非光線有効部３に、使用波長において実質的に不透明な塗膜として、黒色染料、添加剤、硬化剤を含有する樹脂を筆２２により塗布し、乾燥した。
【００４６】
次に、（ｂ）に示すように、光学素材をステージ２１で、光線有効部２に酸化アルミニウムを含有する塗布液をノズル２４から適量滴下し、約３０００ｒｐｍで３０秒間程度回転させ、１００℃以上の温度のオーブンで３０分間以上かけて焼成した。
【００４７】
続いて、（ｃ）に示すように、光学素材を温水処理槽２５を用いて、６０〜１００℃の温水中に５分〜２４時間浸漬し、引き上げた後に乾燥した。
【００４８】
（ｄ）に示すように、完成した光学素子１の非光線有効部３の実質的に不透明な塗膜５は、温水処理により黒色染料の成分が溶出し、内面反射防止の性能は低下し、外観も変色、色抜け、むらなどが発生していた。
【００４９】
更に、光線有効部２ａ、２ｂの微細凹凸構造４にも、実質的に不透明な塗膜５から溶出した黒色染料の成分が付着して汚染され、光学素子１としての性能、品位上好ましいものではなかった。つまり比較例においては、実施例５の（ｂ）の保護膜６の形成工程を省略したために、上述の不具合が発生したのである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例１の光学素子の断面図である。
【図２】実施例２の光学素子の断面図である。
【図３】実施例３の結像光学系の断面図である。
【図４】実施例４の観察光学系の断面図である。
【図５】実施例５の光学素子の製作方法の工程図である。
【図６】比較例１の光学素子の製作方法の工程図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  光学素子
２、２ａ、２ｂ  光線有効部
３  非光線有効部
４  微細凹凸構造
６  保護膜
１０  光学系
２１  回転ステージ
２２、２３  筆
２４  ノズル
２５  温水処理槽
【図１】
2010054827.tif 000003
【図２】
2010054827.tif 000004
【図３】
2010054827.tif 000005
【図４】
2010054827.tif 000006
【図５】
2010054827.tif 000007
【図６】
2010054827.tif 000008