(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的安価でありながら表面への異物の付着を抑制することができる光学部品を提供する。【解決手段】光学部品１は、透光性を有する基材２と、基材２の入射面及び出射面の少なくとも一方に積層される１又は複数の中間層３と、１又は複数の中間層３の内の最外層に積層され、ダイヤモンドライクカーボンを主成分とする表面層４とを備え、表面層４がフッ素を含有する。【選択図】図１
2019191203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する基材と、
上記基材の入射面及び出射面の少なくとも一方に積層される１又は複数の中間層と、
上記１又は複数の中間層の内の最外層に積層され、ダイヤモンドライクカーボンを主成分とする表面層と
を備え、
上記表面層がフッ素を含有する光学部品。
【請求項２】
上記表面層のフッ素含有率が内面側よりも外面側で大きい請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
上記基材が硫化亜鉛を主成分とする焼結体から形成される請求項１又は請求項２に記載の光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線レンズを有する赤外線レンズユニットと赤外線撮像素子とを備え、赤外線画像を撮影して画像データを生成する赤外線カメラが様々な用途で使用されている。例として、車輌に搭載され、夜間に赤外線カメラにより車輌周辺の撮像を行い、衝突の可能性がある歩行者を検出して運転者に警告を発するナイトビジョンシステムが実用化されている。
【０００３】
車輌に赤外線カメラが搭載される場合、通常、赤外線カメラは、車輌の前面に搭載されるため、保護窓やレンズの表面に泥や砂塵等の異物が付着し、鮮明な画像が得られないという問題が生じ得る。
【０００４】
そこで、赤外線カメラに付着した異物を除去するために、ワイパー装置を設ける技術（特開２０１３−８１０９７号公報参照）、送風装置を設ける技術（特開２０１２−１６８４５７号公報参照）、清掃装置を設ける技術（特開２０１２−３５６５４号公報参照）等が提案されている。
【０００５】
上述のように赤外線カメラに付帯設備を設ける場合、装置のコストが上昇したり、装置の占有スペースが大きくなったりするという不都合がある。
【０００６】
また、赤外線カメラのような光学装置では、保護窓やレンズ等の光学部品をねじを用いて固定することがあり、光学部品の表面に他の部材を回転させつつ擦り付けるようにして圧接する場合がある。
【０００７】
このような構成において、光学部品の表面の摺動性が小さいと、擦り付けられる部材との間の摩擦が大きくなり、光学部品をしっかりと固定できないおそれや、隙間が形成されて気密性が低下するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−８１０９７号公報
【特許文献１】特開２０１２−１６８４５７号公報
【特許文献１】特開２０１２−３５６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、比較的安価でありながら表面への異物の付着を抑制することができ、摺動性に優れる光学部品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る光学部品は、透光性を有する基材と、上記基材の入射面及び出射面の少なくとも一方に積層される１又は複数の中間層と、上記１又は複数の中間層の内の最外層に積層され、ダイヤモンドライクカーボンを主成分とする表面層とを備え、上記表面層がフッ素を含有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様に係る光学部品は、比較的安価でありながら表面への異物の付着を抑制することができ、摺動性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の光学部品の構成を示す模式的断面図である。
【図２】図２は、図１の光学部品を備えるレンズユニットの模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る光学部品は、透光性を有する基材と、上記基材の入射面及び出射面の少なくとも一方に積層される１又は複数の中間層と、上記１又は複数の中間層の内の最外層に積層され、ダイヤモンドライクカーボンを主成分とする表面層とを備え、上記表面層がフッ素を含有する。
【００１４】
当該光学部品は、上記表面層の主成分がダイヤモンドライクカーボンであることにより、耐傷性に優れるため、車輌の前面等に露出して配置することができる。さらに、当該光学部品は、上記表面層がフッ素を含有することにより、表面自由エネルギーが小さく、異物の付着を抑制することができ、摺動性に優れる。
【００１５】
当該光学部品において、上記表面層のフッ素含有率が内面側よりも外面側で大きいことが好ましい。このように、上記表面層のフッ素含有率が内面側よりも外面側で大きいことによって、透光性の低下を抑制しつつ、表面への異物の付着を効果的に抑制し、摺動性を向上することができる。
【００１６】
当該光学部品において、上記基材が硫化亜鉛を主成分とする焼結体から形成されることが好ましい。このように、上記基材が硫化亜鉛を主成分とする焼結体から形成されることによって、当該光学部品の形状を例えば非球面レンズ等の複雑な形状としても、当該光学部品を比較的安価に製造することができる。
【００１７】
ここで、「主成分」とは、最も質量含有率が大きい成分を意味する。
【００１８】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明に係る光学部品の各実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態に係る光学部品１の構成を示す。当該光学部品１は、光、具体的には赤外光を透過させることを目的とする部材であって、例えばレンズ、光学機器の窓材（光線の入射口又は出射口のカバー）等として用いられる。つまり、当該光学部品１は、光学機器の外部に露出する部分に用いられることが企図される。
【００２０】
当該光学部品１は、透光性を有する基材２と、この基材２の入射面又は出射面（通常、当該光学部品１を使用する装置の投光部では出射面、受光部では入射面）に積層される１又は複数の中間層３（図１には１層の場合を例示）と、この中間層３の最外層に積層され、ダイヤモンドライクカーボンを主成分とし、フッ素を含有する表面層４とを備える。
【００２１】
＜基材＞
基材２は、当該光学部品１の光学的機能を実質的に定める部材であって、機械的な構造体でもある。従って、基材２の形状は、例えば光学的機能、機械的強度、光学機器への取り付け構造等の要求に応じて任意に選択される。
【００２２】
基材２の主成分としては、透光性を有するもの、具体的には赤外線を透過率するものであればよく、例えば硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）等の誘電体や、例えばシリコン、ゲルマニウム等の半導体を用いることができる。中でも、基材２の主成分としては、赤外線透過率が比較的大きい硫化亜鉛が好ましい。
【００２３】
基材２が硫化亜鉛を主成分とする場合、化学蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成してもよいが、比較的安価な硫化亜鉛粉末の焼結によって形成することで、製造コストを抑制することができる。つまり、基材２は、硫化亜鉛を主成分とする材料の焼結体であることが好ましい。換言すると、基材２の主成分としては、硫化亜鉛の焼結体が好ましい。
【００２４】
硫化亜鉛の焼結体を主成分とする基材２は、硫化亜鉛粉末を成形する工程と、この成形体を予備焼結する工程と、この予備焼結体を加圧焼結する工程とを備える方法によって形成することができる。
【００２５】
硫化亜鉛の焼結体を形成する硫化亜鉛粉末としては、平均粒径が１μｍ以上３μｍ以下、かつ純度が９５質量％以上であるものを使用することが好ましい。このような硫化亜鉛粉末は、例えば共沈法等の公知の粉末合成法によって得ることができる。なお、「平均粒径」とは、レーザー回折法により測定される粒子径の分布において体積積算値が５０％となる粒子径である。
【００２６】
上記成形工程では、金型を用いたプレス成形によって、最終的に得ようとする光学部品１に準じた概略形状を有する成形体を形成する。上記金型は、例えば超硬合金、工具鋼等の硬質の材料から形成される。また、この成形工程は、例えば一軸加圧プレス機等を用いて行うことができる。
【００２７】
上記予備焼結工程では、成形工程において作製された成形体を、例えば３０Ｐａ以下の真空雰囲気下又は大気圧の窒素ガス等の不活性雰囲気下で加熱する。この予備焼結温度としては、５００℃以上１０００℃以下とすることができ、予備焼結時間（予備焼結温度の保持時間）としては、０．５時間以上１５時間以下とすることができる。この予備焼結工程で得られる予備焼結体は、５５％以上８０％以下の相対密度を有する。
【００２８】
上記加圧焼結工程では、予備焼結体をプレス型で加圧しつつ加熱することにより、所望の形状を有する焼結体（基材２）を得る。具体的には、上記プレス型としては、例えばガラス状カーボンから形成され、鏡面研磨された拘束面（キャビティ）を有する１対の型（上型及び下型）を用いることができる。この加圧焼結温度としては、５５０℃以上１２００℃以下が好ましい。また、焼結圧力としては１０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下が好ましい。また、焼結時間としては、１分以上６０分以下が好ましい。
【００２９】
この加圧焼結工程で得られる焼結体は、そのまま基材２として使用してもよいが、必要に応じて例えば入射面や出射面の研磨等の仕上げ加工を行うことにより基材２として使用してもよい。
【００３０】
＜中間層＞
中間層３は、基材２と後述する表面層４との間に形成される機能層であって、例えば表面層４の密着性向上、使用波長帯における反射防止、基材２の保護などの目的で形成される層である。また、この中間層３は、基材２の赤外光の入出射を阻害しないよう透光性を有する。
【００３１】
中間層３の主成分としては、例えばシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ダイヤモンドライクカーボン、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化ランタン（ＬａＦ３）、フッ化セリウム（ＣｅＦ３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等が挙げられる。
【００３２】
特に、表面層４に隣接する中間層３の主成分としては、比較的密着性及び耐候性に優れるシリコンが好ましい。
【００３３】
各中間層３の平均厚さの下限としては、５ｎｍが好ましく、５０ｎｍがより好ましい。一方、各中間層３の平均厚さの上限としては、２００μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。各中間層３の平均厚さが上記下限に満たない場合、製造誤差が大きくなるおそれがある。逆に、各中間層３の平均厚さが上記上限を超える場合、当該光学部品１の赤外線透過率が不必要に低下するおそれがある。
【００３４】
当該光学部品１は、複数の中間層３を備えることが好ましい。この場合、複数の中間層３のうち少なくとも１の中間層３がダイヤモンドライクカーボンを主成分とすることが好ましい。ダイヤモンドライクカーボンを主成分とする中間層３は、万が一にも表面層４が損傷した場合に、表面層４に替わって基材２を保護する機能を果たすことができる。また、ダイヤモンドライクカーボンを主成分とする中間層３は、密着性に優れるシリコンやゲルマニウムを主成分とする中間層３を介して他の層に積層されることが好ましい。
【００３５】
上記中間層３の主成分とされ得るダイヤモンドライクカーボンは、上述のように、ダイヤモンドの構造であるｓｐ３結合とグラファイトの構造であるｓｐ２結合との両方を有するアモルファス（非晶質）構造の炭素である。
【００３６】
ダイヤモンドライクカーボン以外の材料で形成される中間層３は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の公知の方法により形成することができる。また、ダイヤモンドライクカーボンで形成される中間層３は、例えばプラズマＣＶＤ法、熱フィラメント法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、イオンビーム法等の公知の方法により形成することができる。
【００３７】
＜表面層＞
表面層４は、当該光学部品１の耐傷性を向上、つまり基材２の損傷を防止するための保護層である。また、この表面層４は、基材２の赤外光の入出射を阻害しないよう透光性を有する。
【００３８】
表面層４は、フッ素を含有することにより、表面自由エネルギーが小さくなっている。このため、表面層４は、摺動性に優れると共に、異物が付着しにくい。
【００３９】
表面層４の主成分であるダイヤモンドライクカーボンは、ダイヤモンドの構造であるｓｐ３結合とグラファイトの構造であるｓｐ２結合との両方を有するアモルファス（非晶質）構造の炭素である。
【００４０】
ダイヤモンドライクカーボンは、その中に含まれるｓｐ３結合とｓｐ２結合の比率、構造中の水素原子の比率、構造中の他の元素の有無等によって、多様な物性を有する材料である。一般的に、ダイヤモンドライクカーボンの物性は、ｓｐ３結合の比率が高いほどダイヤモンドに近くなり、ｓｐ２結合の比率が高いほどグラファイトに近くなる。また、ダイヤモンドライクカーボンの物性は、含まれる水素原子の比率が高くなると、高分子に近い特性を示すようになる。
【００４１】
このようなダイヤモンドライクカーボンは、一般的に、ｓｐ３結合、ｓｐ２結合及び水素含有量に基づいて、ｔａ−Ｃ（テトラヘドラルアモルファスカーボン）、ａ−Ｃ（アモルファスカーボン）、ｔａ−Ｃ：Ｈ（水素化テトラヘドラルアモルファスカーボン）及びａ−Ｃ：Ｈ（水素化アモルファスカーボン）に分類することができる。なお、表面層４の主成分とされるダイヤモンドライクカーボンは、中間層３の主成分とされるダイヤモンドライクカーボンと同一でもよく、異なってもよい。
【００４２】
ダイヤモンドライクカーボン中のｓｐ３結合とｓｐ２結合との比は、ＪＩＳ−Ｋ０１３７（２０１０）に準拠したレーザーラマン測定法によって測定されるスペクトルにおけるｓｐ３結合により生じる波数１３３０ｃｍ−１付近のピーク値とｓｐ２結合により生じる波数１５５０ｃｍ−１付近のピーク値との比（以下、ＩＤ／ＩＧ比という）として測定することができる。
【００４３】
表面層４は、その全体に均等にフッ素を含有していてもよいが、その表面側に偏在するようフッ素を含有していることが好ましい。つまり、表面層４のフッ素含有率は、内面側（中間層３に近い領域）よりも外面側で大きくなっていることが好ましい。このように、表面層４のフッ素含有率を外面側で大きくすることによって、表面層４の透光性や耐傷性（硬度）の低下を抑制しつつ、当該光学部品１の表面の摺動性を向上すると共に、当該光学部品１の表面への異物の付着を効果的に抑制することができる。
【００４４】
このフッ素含有率の変化は、表面層４の厚さ方向の位置に応じて、外面側に向かって徐々にフッ素含有率が上昇するようなものであってもよく、階段状にフッ素含有率が変化するものであってもよい。例として、表面層４は、フッ素を含まないダイヤモンドライクカーボンから形成される層と、このフッ素を含まない層の外面に積層され、フッ素を含むダイヤモンドライクカーボンから形成される層とを有する多層構造とされてもよい。
【００４５】
表面層４の最表面におけるフッ素含有率の下限としては、５ａｔｏｍｉｃ％が好ましく、１０ａｔｏｍｉｃ％がより好ましい。一方、表面層４の最表面におけるフッ素含有率の上限としては、５０ａｔｏｍｉｃ％が好ましく、４０ａｔｏｍｉｃ％がより好ましい。表面層４の最表面におけるフッ素含有率が上記下限に満たない場合、表面層４の外面への異物の付着を十分に抑制できないおそれや、表面層４の摺動性が不十分となるおそれがある。逆に、表面層４の最表面におけるフッ素含有率が上記上限を超える場合、表面層４の透光性が不十分となるおそれや、表面層４の耐傷性が不十分となるおそれがある。
【００４６】
表面層４の平均厚さの下限としては、２０ｎｍが好ましく、１００ｎｍがさらに好ましい。一方、表面層４の平均厚さの上限としては、２００μｍが好ましく、１０μｍがさらに好ましい。表面層４の平均厚さが上記下限に満たない場合、表面層４の強度が不十分となるおそれがある。逆に、表面層４の平均厚さが上記上限を超える場合、当該光学部品１の赤外線透過率が不必要に低下するおそれがある。
【００４７】
表面層４の外面側のフッ素含有率を大きくする場合、表面層４のうち、フッ素を１ａｔｏｍｉｃ％以上含有する領域の平均厚さの下限としては、表面層４の平均厚さの３％が好ましく、５％がより好ましい。一方、表面層４のうち、フッ素を１ａｔｏｍｉｃ％以上含有する領域の平均厚さの上限としては、表面層４の平均厚さの５０％が好ましく、４０％がより好ましい。表面層４のうち、フッ素を１ａｔｏｍｉｃ％以上含有する領域の平均厚さが上記下限に満たない場合、均等にフッ素を含有させることができず、表面層４の表面の摺動性十分に向上できないおそれや、異物の付着を十分に抑制できないおそれがある。逆に、表面層４のうち、フッ素を１ａｔｏｍｉｃ％以上含有する領域の平均厚さが上記上限を超える場合、表面層４の耐傷性や透光性が低下するおそれがある。
【００４８】
表面層４は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の公知の方法により形成することができる。
【００４９】
これらの方法でダイヤモンドライクカーボンを生成するための炭素源（炭素を含有する原料）として、フッ素を含有する原料を用いることにより、表面層４にフッ素を含有させることができる。
【００５０】
具体的には、原料ガスとして、例えばメタン、ベンゼン、トルエン等のダイヤモンドライクカーボンを形成するために用いられる周知の炭化水素ガスに、例えばパーフルオロメタン、ヘキサフルオロエタン、ヘキサフルオロベンゼン等のフッ化炭素ガス、例えばトリフルオロベンゼン等のフッ化炭化水素ガスなどを混合したものを用いることによって、ダイヤモンドライクカーボンにフッ素を含有させることができる。
【００５１】
表面層４を形成する際に、原料ガスのフッ素含有量を徐々に増大（フッ素含有ガスの割合を増大）させることで、表面層４のフッ素含有量を外面側に向かって徐々に増大させることができる。
【００５２】
また、表面層４を多層構造とする場合、フッ素を含有しない原料ガスを用いてフッ素を含まない層を形成する工程と、このフッ素を含まない層の外面側にフッ素を含む層を形成する工程とを時間を空けて行ってもよい。
【００５３】
当該光学部品１は、表面層４の主成分がダイヤモンドライクカーボンであることにより、耐傷性に優れるため、車輌の前面等に露出して配置することができる。さらに、当該光学部品１は、表面層４がフッ素を含有することにより、表面自由エネルギーが小さく、摺動性に優れると共に、異物の付着を抑制することができる。また、当該光学部品１は、表面層４が摺動性に優れるので、ワイパー等によって異物を除去することも容易である。
【００５４】
［レンズユニット］
図２に、図１の光学部品１を備えるレンズユニットの一例を示す。このレンズユニットは、光学部品１と、光学部品１を保持する鏡筒５とを備える。
【００５５】
鏡筒５は、筒部６と、この筒部６の先端に取り付けられ、光学部品１の表面層４の外縁部を押圧して筒部６に固定するキャップ部７とを有する。
【００５６】
筒部６は、先端部内側に光学部品１を係止する段差部８を有し、先端部外側に外ねじ９が設けられている。
【００５７】
キャップ部７は、光学部品１との間を封止するＯリング１０と、筒部６の外ねじ９に螺合する内ねじ１１とを有する。
【００５８】
レンズユニットは、キャップ部７を光軸周りに回転させて内ねじ１１を筒部６の外ねじ９に螺合させ、Ｏリング１０を光学部品１の外周部の押圧することで、光学部品１を正確に固定すると共に、鏡筒５と光学部品１との間を気密に封止する。
【００５９】
キャップ部７を締め込む際、光学部品１の表面層４がフッ素を含有し、摺動性に優れることから、Ｏリング１０と光学部品１との摩擦が小さく、Ｏリング１０がいびつに変形したり、破損したりすることがなく光軸方向に均等に圧縮され、鏡筒５と光学部品１との気密性を向上する。
【００６０】
［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００６１】
上記実施形態において説明した光学部品の製造方法は例示であり、本発明の光学部品の製造方法を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の実施形態に係る光学部品は、外部に露出するレンズ、例えば赤外線カメラ用対物レンズ等として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  光学部品
２  基材
３  中間層
４  表面層
５  鏡筒
６  筒部
７  キャップ部
８  段差部
９  外ねじ
１０  Ｏリング
１１  内ねじ
【図１】
2019191203.tif 000003
【図２】
2019191203.tif 000004