(57)【要約】      （修正有）【課題】耐候性の高い防汚被膜を有する光学部品を提供する【解決手段】光学部品は、透光部材と、前記透光部材の表面上に、または、前記表面上に形成された機能性被膜上に形成された防汚被膜２３と、を備える。前記防汚被膜を形成する有機フッ素化合物は、前記表面または前記機能性被膜に付着するアンカーと前記アンカーに最も近い炭素−酸素単結合との間に、炭素−フッ素結合を構成する炭素を含む。例えば、前記防汚被膜の厚さが、１０００ｎｍ以下である。好ましくは、前記透光部材が、レンズ本体２１であり、前記透光部材の前記表面が、レンズ面２１１である。【選択図】図１
2019179145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光部材と、
前記透光部材の表面上に、または、前記表面上に形成された機能性被膜上に形成された防汚被膜と、
を備え、
前記防汚被膜を形成する有機フッ素化合物が、前記表面または前記機能性被膜に付着するアンカーと前記アンカーに最も近い炭素−酸素単結合との間に、炭素−フッ素結合を構成する炭素を含む、光学部品。
【請求項２】
前記アンカーが付着する前記表面または前記機能性被膜の表面が、ケイ素を含む、請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
前記有機フッ素化合物が、
【化３】
2019179145.tif 000005
にて示される構造、ただし、Ｒは任意の基であり、ＸはＳｉ（Ｒ１）ｍ（Ｒ２）３−ｍであり、Ｒ１は水酸基または加水分解可能な基であり、Ｒ２は水素原子または炭化水素基であり、ｍは１〜３の整数である、を含む材料を前記透光部材の前記表面上に、または、前記機能性被膜上に付与して形成されたものである、請求項１または２に記載の光学部品。
【請求項４】
前記防汚被膜の厚さが、１０００ｎｍ以下である、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光学部品。
【請求項５】
前記透光部材が、レンズ本体であり、
前記透光部材の前記表面が、レンズ面である、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光学部品。
【請求項６】
屋外にて使用されるレンズユニットに含まれる複数の光学部品のうち、最も外側の部品である、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光学部品。
【請求項７】
請求項６に記載の光学部品を含む複数の光学部品と、
前記複数の光学部品を支持する支持部と、
を備える、レンズユニット。
【請求項８】
ａ）透光部材を準備する工程と、
ｂ）前記透光部材の表面上に、または、前記表面上に形成された機能性被膜上に防汚被膜を形成する工程と、
を備え、
前記防汚被膜を形成する有機フッ素化合物が、前記表面または前記機能性被膜に付着するアンカーと前記アンカーに最も近い炭素−酸素単結合との間に、炭素−フッ素結合を構成する炭素を含む、光学部品の製造方法。
【請求項９】
前記ｂ）工程の前に、前記表面または前記機能性被膜に対してプラズマ処理を施す工程をさらに備える、請求項８に記載の光学部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品、レンズユニットおよび光学部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋外で用いられるカメラのレンズおよび／または透明なカバープレートには、汚れを防止するために防汚被膜が設けられる。特開２０１７−８２６８号公報では、撥水性および高い摩擦耐久性を有する表面処理層を形成することが可能な表面処理剤が開示されており、当該表面処理剤を用いて防汚性を有する膜を光学部材に形成することも提案されている。
【特許文献１】特開２０１７−８２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特開２０１７−８２６８号公報の表面処理層は、耐紫外線性能に劣るため、屋外において防汚性を長期間維持することができない。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、耐候性の高い防汚被膜を有する光学部品を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な光学部品は、透光部材と、前記透光部材の表面上に、または、前記表面上に形成された機能性被膜上に形成された防汚被膜と、を備える。前記防汚被膜を形成する有機フッ素化合物が、前記表面または前記機能性被膜に付着するアンカーと前記アンカーに最も近い炭素−酸素単結合との間に、炭素−フッ素結合を構成する炭素を含む。
【０００６】
本発明は、上記光学部品を含むレンズユニット、および、光学部品の製造方法にも向けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、耐候性の高い防汚被膜を有する光学部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、防汚被膜を有するレンズの一部を示す断面図である。
【図２】図２は、撮像装置の断面図である。
【図３】図３は、防汚被膜を形成する作業の流れを示す図である。
【図４】図４は、耐候性試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の例示的な一の実施形態に用いられる防汚被膜は、有機フッ素化合物により形成される。有機フッ素化合物は、基材に付着するアンカーを含み、アンカーに最も近い炭素−酸素単結合とアンカーとの間に、炭素−フッ素結合を構成する炭素を含む。以下、炭素−酸素単結合を「Ｃ−Ｏ結合」と表し、炭素−フッ素結合を「Ｃ−Ｆ結合」と表す。典型的には、有機フッ素化合物は、アンカーに最も近いＣ−Ｏ結合とアンカーとの間にＣＦ２を含む。好ましい有機フッ素化合物は、鎖状構造を有し、アンカーに最も近いＣ−Ｏ結合は側鎖に存在する。アンカーと、アンカーに最も近いＣ−Ｏ結合のＣとの間の炭素の数は、例えば１〜３である。アンカーと、アンカーに最も近いＣ−Ｆ結合のＣとの間の炭素の数は、例えば１〜３である。有機フッ素化合物の一例は、式（Ｉ）にて示す構造を含む材料を基材に付与して形成されたものである。
【００１０】
【化１】
2019179145.tif 000003
【００１１】
式（Ｉ）において、Ｒは任意の基であり、ＸはＳｉ（Ｒ１）ｍ（Ｒ２）３−ｍであり、Ｒ１は水酸基または加水分解可能な基であり、Ｒ２は水素原子または炭化水素基であり、ｍは１〜３の整数である。Ｘは基材と強固に結合するアンカーとして機能する。換言すると、Ｘはアンカー基である。アンカーは、例えばシリカ等を有する基材と共有結合により強固に結合する。一例では、基材のＳｉとＯとアンカーのＳｉとが、共有結合により（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）構造を形成する。Ｒは、好ましくは〜Ｆ（「〜Ｆ」は、フッ素単分子、または、末端にフッ素を有する官能基を示す。以下同様。）、〜Ｃｌ、〜Ｈである。式（Ｉ）の構造の右側および左側のそれぞれには、例えば、〜Ｆ、〜Ｈが結合する。好ましくは、Ｃ−Ｏ結合が主鎖に存在しない。有機フッ素化合物の分子量は、例えば１０００ｇ／ｍｏｌ以下である。例えば、鎖長は（Ｃ≦８）である。式（Ｉ）にて示す構造を含む材料としては、例えば旭硝子株式会社製の商品名：ＳＵＲＥＣＯ（登録商標）２が利用可能である。
【００１２】
有機フッ素化合物により形成される防汚被膜に紫外線が照射された場合に、Ｃ−Ｏ結合は比較的切断されやすい。仮に、アンカーに最も近いＣ−Ｆ結合を構成するＣとアンカーとの間にＣ−Ｏ結合が存在する場合、Ｃ−Ｏ結合の切断により、当該Ｃ−Ｆ結合を含む部分が基材から切り離され、撥水性が低下する。これに対し、本発明に係る防汚被膜の有機フッ素化合物では、アンカーに最も近いＣ−Ｏ結合とアンカーとの間に、Ｃ−Ｆ結合を構成するＣが含まれる。したがって、当該Ｃ−Ｆ結合を含む部分が基材から切り離されにくく、撥水性が維持される。すなわち、防汚被膜の耐候性が高くなる。また、アンカーに最も近いＣ−Ｏ結合が側鎖に存在することにより、主鎖に存在するＣＦ２が基材から切り離されにくくなり、撥水性がより高く維持される。
【００１３】
図１は、防汚被膜を有するレンズ２０の一部を示す断面図である。レンズ２０は、レンズ本体２１と、反射防止被膜２２と、防汚被膜２３と、を有する。レンズ本体２１は、透光部材である。反射防止被膜２２は、レンズ本体２１のレンズ面２１１上に形成される。レンズ面２１１は、レンズ本体２１の表面のうち、レンズとして機能する部位である。防汚被膜２３は、反射防止被膜２２上に形成される。レンズ２０では、レンズ面２１１上に反射防止被膜２２が存在し、反射防止被膜２２上に防汚被膜２３が存在する。反射防止被膜２２は、防汚被膜２３が形成される基材である。
【００１４】
レンズ本体２１は、例えば、ガラスまたはプラスチックである。反射防止被膜２２は、どのようなものでもよく、例えば、無機材料および／または有機材料の多層膜である。防汚被膜２３は、上述の有機フッ素化合物により形成された膜である。防汚被膜２３と反射防止被膜２２とがアンカーにより結合するために、反射防止被膜２２は、好ましくは、表面に水酸基（ＯＨ基）を有する。より好ましくは、反射防止被膜２２はケイ素原子と水酸基とが結合した構造を有する。反射防止被膜２２の材料としては、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＣ等を挙げることができる。
【００１５】
反射防止被膜２２に代えて、他の機能性被膜が設けられてもよい。他の機能性被膜としては、例えば、多層の被膜の間または被膜と透光部材との間の応力を低減する緩衝被膜、特定の波長の光を遮るフィルタ被膜等を挙げることができる。機能性被膜は、複数種類の機能性被膜要素が積層されてもよい。さらに、機能性被膜を省いてレンズ面２１１上に直接、防汚被膜２３が形成されてもよい。この場合、レンズ本体２１が、防汚被膜２３が形成される基材となる。以上のように、防汚被膜２３は、レンズ面２１１上に、または、レンズ面２１１上に形成された機能性被膜上に形成される。
【００１６】
図２は、レンズ２０を有する撮像装置１の断面図である。撮像装置１は、レンズユニット１１と、撮像素子１２と、回路基板１３と、を含む。レンズユニット１１は、複数のレンズ２００と、絞り３１と、赤外線フィルタ３２と、支持部３３と、を含む。本実施形態では、複数のレンズ２００は、上記レンズ２０である第１レンズ２０と、第２レンズ２１２と、第３レンズ２１３と、第４レンズ２１４と、第５レンズ２１５と、を含む。上述のように「レンズ」は、レンズとして機能する部材、すなわち、レンズ本体のレンズ面上に、必要に応じて所望の機能を有する層が形成されたレンズ部材である。レンズ面上の層は、薄膜である。また、負のパワーを有するレンズを「負レンズ」、正のパワーを有するレンズを「正レンズ」と呼ぶ。複数のレンズ２００は、光軸Ｊ１に沿って配置される。各レンズは光学部品である。
【００１７】
支持部３３は、複数のレンズ２００と、絞り３１と、赤外線フィルタ３２と、を支持するホルダである。支持部３３は、「鏡筒」あるいは「バレル」とも呼ばれる。本実施形態では支持部３３は樹脂製であるが、樹脂製には限定されない。第１レンズ２０、第２レンズ２１２、第３レンズ２１３、絞り３１、第４レンズ２１４、第５レンズ２１５および赤外線フィルタ３２は、光軸Ｊ１に沿って、物体側から像側に向かってこの順に配置される。すなわち、これらの構成要素はこの順で光軸Ｊ１上に位置している。回路基板１３は、赤外線フィルタ３２の像側にて支持部３３に取り付けられる。撮像素子１２は、回路基板１３上に実装される。撮像素子１２は、レンズユニット１１の像側に位置する。レンズユニット１１により、撮像素子１２上に像が形成される。撮像素子１２は２次元イメージセンサである。
【００１８】
第１レンズ２０は、かしめにより支持部３３に固定される。第１レンズ２０と支持部３３との間には、シール部材３４が配置される。シール部材３４は、例えば、Ｏリングである。第１レンズ２０およびシール部材３４により、筒状の支持部３３の物体側の開口が密閉される。第２レンズ２１２、第３レンズ２１３、絞り３１および赤外線フィルタ３２は、支持部３３に圧入されている。第４レンズ２１４と第５レンズ２１５とは、接着剤にて接合された接合レンズとなっている。接合レンズは、支持部３３に圧入されている。「圧入されている」という表現は、「圧入された状態である」と同義である。
【００１９】
レンズユニット１１を含む撮像装置１は、好ましくは屋外にて使用される。第１レンズ２０は、レンズユニット１１に含まれる複数の光学部品のうち、最も外側の部品である。既述の防汚被膜２３は、第１レンズ２０の物体側のレンズ面２１１上に直接的に、または、反射防止被膜２２を介して間接的に形成される。第２レンズ２１２、第３レンズ２１３、第４レンズ２１４および第５レンズ２１５は、ガラスまたはプラスチックにより形成される。第１レンズ２０および第２レンズ２１２は、物体側に凸となる負メニスカスレンズである。第３レンズ２１３は、像側に凸となる負メニスカスレンズである。第４レンズ２１４は、物体側に凸となる負メニスカスレンズである。第５レンズ２１５は、両凸の正レンズである。
【００２０】
既述のように、防汚被膜２３は、高い耐候性および撥水性を有する。屋外用のレンズユニット１１では、防汚被膜２３が最も外側に設けられることにより、好ましい防汚性能を長期間にわたって維持することが可能となる。防汚被膜２３は、耐候性が求められる車載用のレンズユニット１１に特に適している。防汚被膜２３が設けられる光学部品はレンズには限定されず、平板であってもよい。例えば、レンズユニット１１の最も物体側に防護プレートが設けられ、防護プレートにおける平板状の透光部材上に直接的に、または、反射防止被膜を介して間接的に防汚被膜２３が形成される。平板状の透光部材の材料は、上述のレンズ本体２１と同様である。以上のように、防汚被膜２３が、透光部材の表面上に、または、当該表面上に形成された機能性被膜上に形成されることにより、防汚性能が長期間持続する光学部品を得ることができる。防汚被膜２３の付着性の観点では、防汚被膜２３のアンカーが付着する透光部材の表面または機能性被膜の表面は、ケイ素（Ｓｉ）を含むことが好ましい。好ましくは、透光部材の可視光域における光の透過率は９０％以上である。
【００２１】
次に、光学部品の製造について説明する。以下の説明では、レンズの製造について述べるが、レンズ以外の光学部品の製造においても同様である。本明細書では、「レンズ」、「レンズ本体」、「レンズ面」は、それぞれ「光学部品」、「透光部材」、「（透光部材の）表面」と読み替えることが可能である。
【００２２】
図３は、レンズ本体２１のレンズ面２１１上に、または、機能性被膜上に防汚被膜２３を形成する作業の流れを示す図である。まず、透光部材であるレンズ本体が準備される（ステップＳ１１）。レンズ本体のレンズ面には、機能性被膜が予め形成されていてもよい。続いて、最表面であるレンズ面または機能性被膜に対してプラズマ処理が必要に応じて施される（ステップＳ１２）。プラズマ処理により、当該最表面に水酸基等が導入される。
【００２３】
その後、レンズ面または機能性被膜上に透明な防汚被膜が形成される（ステップＳ１３）。防汚被膜の形成は、様々な手法により行われてよい。例えば、式（Ｉ）にて示す構造を含む材料を溶媒に溶解させた溶液が処理剤として準備される。溶媒としては、アルコール、ケトン、エーテル、芳香族炭化水素化合物、脂肪族炭化水素化合物、酢酸エステル等が用いられる。溶媒には、他の材料が加えられてもよい。溶媒も複数種類の溶媒の混合液であってもよい。続いて、処理剤をレンズ面または機能性被膜上に滴下してレンズ本体を回転することにより、処理剤がレンズ面または機能性被膜上に塗布される。レンズ本体を処理剤に浸漬することにより、処理剤がレンズ面に塗布されてもよい。その後、塗布された処理剤は、加熱（例えば、１００℃で１時間保持する。）または放置による溶媒の気化等により固化し、防汚被膜が形成される。
【００２４】
上記処理により耐候性の高い防汚被膜を有するレンズを得ることができる。レンズの適切な特性を確保するには、防汚被膜の厚さは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。耐久性の観点から、防汚被膜の厚さは、１０ｎｍ以上であることが好ましく、３０ｎｍ以上であることがより好ましく、３０ｎｍよりも大きいことがより一層好ましい。レンズの光学性能の観点から、防汚被膜の厚さは、１０００ｎｍ以下であることが好ましく、５００ｎｍ以下であることがより好ましく、７０ｎｍ以下であることがより一層好ましい。
【００２５】
次に、防汚被膜を形成する有機フッ素化合物の他の例について述べる。他の例に係る有機フッ素化合物は、パーフルオロ（アルケニルビニルエーテル）の環化重合により得られる環状パーフルオロポリマーを含む。例えば、有機フッ素化合物は、式（ＩＩ）にて示される繰り返し単位を主に含むポリマーである。有機フッ素化合物の分子量は、例えば１５０，０００〜３００，０００ｇ／ｍｏｌである。
【００２６】
【化２】
2019179145.tif 000004
【００２７】
式（ＩＩ）の構造を含む有機フッ素化合物には、アンカーも含まれる。アンカーとなる官能基（アンカー基）としては、例えば−ＣＯＯＨが挙げられる。一例では、基材にアミノ系シランカップリング剤を予め塗布することにより、末端にＮＨ２を含む官能基（ここでは、「Ｒ’ＮＨ２」と表す。）が基材表面に導入される。そして、当該アンカー基を含む有機フッ素化合物（ここでは、「ＲＣＯＯＨ」と表す。）が、基材表面に付与され、（ＲＣＯＯＨ＋Ｒ’ＮＨ２→ＲＣＯＮＨＲ’＋Ｈ２Ｏ）の反応が生じる。これにより、アンカーが基材と共有結合により強固に結合する。アンカー基は、既述の式（Ｉ）におけるＸ等であってもよい。式（ＩＩ）の構造を含む有機フッ素化合物も、アンカーに最も近いＣ−Ｏ結合とアンカーとの間に、Ｃ−Ｆ結合を構成するＣを含む。これにより、防汚被膜の耐候性が高くなる。好ましくは、式（ＩＩ）の少なくとも１つの繰り返し単位とアンカーとの間にＣ−Ｏ結合が存在しない。より好ましくは、Ｃ−Ｏ結合が主鎖に存在しない。式（ＩＩ）の構造では、紫外線の照射によりＣ−Ｏ結合が切断されても、ＣＦ２が切り離されることはない。その結果、防汚被膜の耐候性がより高くなる。有機フッ素化合物では、高い耐候性および撥水性が得られる範囲において、他の繰り返し単位が含まれてもよい。式（ＩＩ）にて示す構造を含む材料としては、例えば旭硝子株式会社製の商品名：サイトップ（ＣＹＴＯＰ）（登録商標）が利用可能である。
【００２８】
図４は、式（Ｉ）の構造を含む処理剤により形成した防汚被膜（以下、「式（Ｉ）の構造に係る防汚被膜」という。）、および、式（ＩＩ）の構造を含む防汚被膜（以下、「式（ＩＩ）の構造に係る防汚被膜」という。）に対する耐候性試験の結果を示す図である。耐候性試験では、所定強度の紫外線を防汚被膜に対して連続して照射しつつ、防汚被膜における水の接触角の変化を測定した。図４の縦軸は、接触角を示し、横軸は、紫外線照射時間を示す。本試験では、ダイキン工業社製の商品名：オプツール（登録商標）を用いて形成した膜を従来の防汚被膜として、同様に試験を行った。図４中の線Ｌ１は、式（Ｉ）の構造に係る防汚被膜における接触角の変化を示し、線Ｌ２は、式（ＩＩ）の構造に係る防汚被膜における接触角の変化を示し、線Ｌ３は、従来の防汚被膜における接触角の変化を示す。従来の防汚被膜では、紫外線照射時間が長くなるに従って接触角が大幅に小さくなるのに対し、式（Ｉ）の構造に係る防汚被膜、および、式（ＩＩ）の構造に係る防汚被膜では、接触角がおよそ維持される。これにより、式（Ｉ）の構造に係る防汚被膜、および、式（ＩＩ）の構造に係る防汚被膜では、耐候性、主として紫外線耐性が向上することが判る。
【００２９】
上記光学部品およびレンズユニットでは、様々な変形が可能である。
【００３０】
レンズユニット１１におけるレンズの数は任意に決定されてよい。光軸Ｊ１は直線には限定されず、折れ曲がってもよい。支持部３３は、レンズの外周全体を保持する必要はなく、外周の一部を保持してもよい。レンズが別のホルダに保持された状態で支持部３３に支持されてもよい。撮像装置１は、車載以外の目的に用いられてもよい。防汚被膜２３が形成される光学部品およびレンズユニットは、撮像装置１以外に用いられてもよい。
【００３１】
上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る光学部品およびレンズユニットは、車載用のみならず、様々な用途に利用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１１    レンズユニット
２０，２１２〜２１５    レンズ
２１    レンズ本体
２２    反射防止被膜
２３    防汚被膜
３３    支持部
２１１    レンズ面
Ｓ１１〜Ｓ１３    ステップ
【図１】
2019179145.tif 000006
【図２】
2019179145.tif 000007
【図３】
2019179145.tif 000008
【図４】
2019179145.tif 000009