(57)【要約】【課題】本発明はクリーニング機能を有する反射防止膜を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、基材上に光触媒粒子を含有するバインダーからなる、前記基材を透過する光の波長より短い周期の凹凸を配設した構成とした。  本発明によれば、表面に光触媒粒子が露出して十分なクリーニング機能が得られるとともに、見かけの屈折率が下がり十分な反射防止機能が得られるという効果を奏するものである。  また、本発明の光学部品は、その反射防止効果とクリーニング機能を有し、デジタルカメラやモバイルカメラ等に代表される各種電子機器の撮像素子の用途や、光ピックアップ用のレンズ、そして各種ディスプレイデバイスの用途として有用である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に、光触媒粒子を含有するバインダーからなる、前記基材を透過する光の波長より短い周期の凹凸を配設したことを特徴とする光学部品。
【請求項２】
基材と凹凸の間に、前記凹凸と同じ材料の光触媒粒子を含有するバインダーからなる中間層を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
光触媒粒子が多孔質であることを特徴とする、請求項１に記載の光学部品。
【請求項４】
光触媒粒子が光誘起効果を持つことを特徴とする、請求項１に記載の光学部品。
【請求項５】
光触媒粒子が酸化チタンであることを特徴とする、請求項４に記載の光学部品。
【請求項６】
光触媒粒子を含有するバインダーからなる凹凸の凸部の高さが、透過する光の波長の１／４程度であることを特徴とする、請求項１に記載の光学部品。
【請求項７】
バインダーが無機系の材料であることを特徴とする、請求項１に記載の光学部品。
【請求項８】
基材がレンズであることを特徴とする、請求項１に記載の光学部品。
【請求項９】
レンズの前記レンズ有効面周囲のフランジ部まで、前記レンズを透過する光の波長より短い周期の凹凸を配設したことを特徴とする、請求項８に記載の光学部品。
【請求項１０】
レンズが、波長４０５ｎｍ以下の近紫外光を集光するために用いられることを特徴とする、請求項８に記載の光学部品。
【請求項１１】
基材がディスプレイのパネルであることを特徴とする、請求項１に記載の光学部品。
【請求項１２】
基材上に、光触媒粒子を含有するバインダーを塗布する工程と、前記基材を透過する光の波長より短い周期の凹凸を配設した型により前記バインダーをプレスする工程と、前記バインダーを硬化する工程と、前記型をバインダーから離型する工程と、からなることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１３】
型が紫外線透過材料からなることを特徴とする、請求項１２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１４】
型が石英ガラスからなることを特徴とする、請求項１３に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１５】
バインダーが紫外線硬化型の材料であることを特徴とする、請求項１２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１６】
本体ケースと、この本体ケースに装着されたレンズユニットと、このレンズユニットに対向する前記本体ケース内部分に設けられた撮像素子とを備え、前記レンズユニットの最物側に、請求項１の光学素子を配置した電子機器。
【請求項１７】
レンズユニットに対して紫外光を投光する投光器を設けたことを特徴とする、請求項１６に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射防止機能とクリーニング機能とを備えた光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射防止機能とクリーニング機能とを備えた光学部品は、図４に示されるような構成を有していた。
【０００３】
図４は従来の光学部品の断面図である。
【０００４】
レンズ基板３１上に反射防止膜３２が形成されている。反射防止膜３２は、三層構造であり、レンズ基板３１側から順番に酸化ケイ素（ＳｉＯ2）３３、酸化チタン（ＴｉＯ2）３４、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）３５である。例えばレンズ基板３１を樹脂製とすると、各層の屈折率は、レンズ基板３１が１．５０程度、ＳｉＯ2３３および３５は１．４６、ＴｉＯ2３４は２．３０〜２．６０であり、レンズ基板３１の屈折率に比べてＳｉＯ2３３は小さく、ＴｉＯ2３４は大きい。
【０００５】
レンズ基板３１に比べて、屈折率の大きな材料と小さな材料とを積層させた反射防止膜３２を、レンズ基板３１上に形成すると、それぞれの境界で反射された光が干渉することによって弱められるため、反射防止機能が得られる。例えば、反射防止膜３２の厚さをＬ、屈折率をｎとし、入射光の波長をλとすると、
ｎＬ＝λ／４
が満たされれば反射光は互いに干渉してなくなる。
【０００６】
また、本従来例は反射防止膜３２の中間層にＴｉＯ2３３を用いており、このＴｉＯ2３３は、紫外線を照射すると触媒反応が活性化されて、強力な酸化還元反応を起こし、表面に付着した汚れなどを分解する。したがって、定期的に紫外線を反射防止膜３２に照射することで、表面をクリーニングすることができる。
【０００７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００４−２９４５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の構成では、ＴｉＯ2３４上にＳｉＯ2３５が配設されているため、ＴｉＯ2３４が表面に露出しておらず、十分なクリーニング機能が得られないという問題点を有していた。また、ＳｉＯ2３５の屈折率が高いため、空気との境界での反射率が大きく、表層に配設することができないという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、十分なクリーニング機能を有する反射防止膜を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、特に、基材上に、光触媒粒子を含有するバインダーからなる、前記基材を透過する光の波長より短い周期の凹凸を配設した構成を有していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、表面に光触媒粒子が露出して十分なクリーニング機能が得られるとともに、見かけの屈折率が下がり十分な反射防止機能が得られるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１について図を用いて説明する。
【００１３】
図１（ａ１）は本発明の光学部品１の断面図、図１（ａ２）は本発明の光学部品１の拡大断面図であり、レンズ２上に凸部３が形成されている構成となっている。凸部３の幅をＤ1、高さをｈ1、そして凸部３を配設するピッチをＰ1とした。
【００１４】
レンズ２の材料はガラスまたは樹脂であり、その屈折率は１．５０程度である。また、凸部３はＴｉＯ2粒子４を含有するバインダー５により形成されており、屈折率は２．２０程度である。
【００１５】
凸部３はレンズ２表面にピッチＰ1で等間隔に配設されており、高さｈ1はすべて等しい。ピッチＰ1はレンズ２を透過する光の屈折率よりも短い。例えば、波長４００〜７００ｎｍの可視光を集光するようにレンズ２が設計されている場合には、
Ｐ1≦４００ｎｍ
である。通常光が屈折率１．００の空気媒質から、屈折率２．２０の媒質が表面に配設された屈折率１．５０のレンズ２に入射するとき、屈折率差が大きいため表面で大きな反射が起こる。しかし、屈折率２．２０の媒質が、透過する光の波長以下のピッチＰ1で等間隔に配設されている場合には、触媒と空気とからなる構造物の平均的な屈折率媒質として作用する。例えば、凸部３の幅Ｄ1がピッチＰ1の１／２の場合には、屈折率２．２０の媒質と屈折率１．００の空気の平均屈折率である１．６０の媒質に光が入射するのと同様な振る舞いをする。したがって、構造により屈折率を低下させることができるため、反射率を低下させることが可能である。
【００１６】
屈折率１．５０のレンズ２に中心波長５５０ｎｍの可視光が入射する場合の、最適な一層の反射防止膜は、その屈折率をｎ1、膜厚をＬ1とすると、
ｎ1＝√１．５０
Ｌ1＝（５５０／４）・（１／ｎ1）
の関係を満たす場合である。この条件で反射率は最小となるため、屈折率が１．２２、膜厚が１１３ｎｍの膜を用いることにより、反射率をほぼ０にすることができる。しかし、従来の反射防止膜では、最も低屈折率な材料として用いられてきたのが主にＭｇＦ2であり、その屈折率は１．３８である。したがって、反射率は１．４％程度にしか低減できなかった。対して、本発明の光学部品１では、凸部３の幅Ｄ1をピッチＰ1に対して、
Ｄ1＝０．１８Ｐ1
とすることで、構造によりレンズ２表面の凸部３からなる反射防止構造の屈折率を１．２２とすることができる。例えば、Ｐ1＝４００ｎｍの場合には、Ｄ1＝７２ｎｍとすれば良く、その場合には凸部３の高さｈ1＝１１３ｎｍとすることで、ほぼ０％という非常に反射率の低い光学部品を実現することが可能になる。
【００１７】
ＴｉＯ2粒子４の粒子径については、入射光の散乱を抑制するために、波長の１／１０以下が望ましい。例えば、波長４００〜７００ｎｍの可視光に対しては、４０ｎｍ以下が望ましい。
【００１８】
さらに、本発明により、従来の反射防止膜の表層には用いることができなかった高屈折率のＴｉＯ2を用いることができ、その光触媒作用により、レンズ２表面に紫外線を照射することで、表面の油脂等の有機物からなる汚れを分解し、清浄するクリーニング機能を備えることができる。
【００１９】
また、微粒子のＴｉＯ2を用いることで、通常のＴｉＯ2薄膜よりも表面積を大きくすることができ、有機物からなる汚れの分解能を高めることが可能である。
【００２０】
さらに、ＴｉＯ2粒子４を多孔質とすることで、ＴｉＯ2粒子４そのものの屈折率を下げることができる。
【００２１】
バインダー５は無機系の材料を用いることで、ＴｉＯ2の光触媒作用によるバインダー５成分の分解を抑制することが可能である。
【００２２】
また、ＴｉＯ2は光誘起効果を有するため、レンズ２の表面の凸部３に紫外線を照射することで、親水性を向上させることができる。たとえば、レンズ２を住宅用および車載用等の監視カメラの物側表面に用い、このレンズ２表面に、レンズ２近傍に設置した紫外線投光器により紫外線を照射することで、その光誘起効果により、雨天時の水滴を薄い水の膜に形成を変化させることができ、カメラの画像劣化を抑制することができる。
【００２３】
本発明のレンズ２の表面の凸部３は、レンズ有効面の外側のフランジ部にも配設されている。したがって、レンズ２を保持する鏡枠にレンズ２を接着固定する場合には、凸部３により接着剤の接触面積を大きくすることができるため、接着力を向上させることができる。
【００２４】
なお、本発明では光触媒作用を有する粒子としてＴｉＯ2粒子４を用いたが、本材料に限定するものではなく、種々の光触媒作用を有する材料を用いることができる。
【００２５】
さらに、本実施の形態では、レンズ２上に凸部３を設ける構成について説明したが、本発明は光が透過もしくは反射する材料の反射防止構造として広く用いることが可能であり、例えばテレビやタッチパネル等のディスプレイの反射防止構造として用いることができる。テレビやタッチパネルについては、人間の手指の油脂がパネルの表面に付着し、その部分で外乱光が反射し、画像が汚くなるという課題があるが、本発明の反射防止構造は波長以下という非常に細かいピッチＰ1で凹凸があるため、実際に油脂が付着する部分が少なく、パネル表面での外乱光の反射を抑制することが可能である。
【００２６】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２について図を用いて説明する。
【００２７】
図２（ａ１）は本発明の光学部品６の断面図、図２（ａ２）は本発明の光学部品６の拡大断面図であり、レンズ７上に中間層８を介して凸部９が形成されている構成となっている。中間層８の厚さをｔ2、凸部９の幅をＤ2、高さをｈ2、そして凸部９を配設するピッチをＰ2とした。
【００２８】
レンズ７の材料はガラスまたは樹脂であり、その屈折率は１．５０程度である。また、中間層８および凸部９は共にＴｉＯ2粒子１０を含有するバインダー１１により形成されており、屈折率は２．２０程度である。
【００２９】
凸部９は中間層８上にピッチＰ2で等間隔に配設されており、高さｈ2はすべて等しい。ピッチＰ2はレンズ７を透過する光の屈折率よりも短い。例えば、ブルーレイディスクやＨＤ  ＤＶＤに用いられる波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光を集光するようにレンズ７が設計されている場合には、
Ｐ2≦４０５ｎｍ
である。通常、光が屈折率１．００の空気媒質から、屈折率２．２０の媒質が表面に配設された屈折率１．５０のレンズ７に入射するとき、屈折率差が大きいため表面で大きな反射が起こる。しかし、屈折率２．２０の媒質が、透過する光の波長以下のピッチＰ1で等間隔に配設されている場合には、媒質と空気とからなる構造物の平均的な屈折率媒質として作用する。例えば、凸部９の幅Ｄ2がピッチＰ2の１／２の場合には、屈折率２．２０の媒質と屈折率１．００の空気の平均屈折率である１．６０の媒質に光が入射するのと同様な振る舞いをする。
【００３０】
屈折率１．５０のレンズ７に波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光が入射する場合の、最適な二層の反射防止膜は、中間層８が屈折率２．２０の媒質の場合、中間層の膜厚をＬ2、最表面層の膜の屈折率をｎ3、膜厚をＬ3とすると、
ｎ3＝２．２０／（√１．５０）
Ｌ2＝（４０５／４）・（１／２．２０）
Ｌ3＝（４０５／４）・（１／ｎ3）
の関係を満たす場合である。この条件で反射率が最小となるため、中間層８の膜厚を４６ｎｍとし、最表面層の屈折率を１．８０、膜厚が５６ｎｍの膜を用いることにより、反射率をほぼ０にすることができる。
【００３１】
従来の反射防止膜では、中間層８と最表面層で屈折率が異なるため、それぞれ別の材料を用いる必要があり、製造プロセスの複雑化の要因となっていた。しかし、本発明の光学部品では、中間層８と凸部９に同材料を用いるとともに、凸部９の幅Ｄ2をピッチＰ2に対して、
Ｄ2＝（２／３）・Ｐ2
とすることで、構造により屈折率を１．８０とすることができる。例えば、Ｐ1＝４００ｎｍの場合には、Ｄ1＝２６７ｎｍとすれば良く、その場合には凸部９の高さｈ2＝５６ｎｍとすることで、ほぼ０％という非常に反射率の低い光学部品を実現することが可能になる。
【００３２】
ＴｉＯ2粒子１０の粒子径については、入射光の散乱を抑制するために、波長の１／１０以下が望ましい。例えば、波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光に対しては、４０ｎｍ以下が望ましい。
【００３３】
さらに、本発明により、従来の反射防止膜の表層には用いることができなかった高屈折率のＴｉＯ2を用いることができ、その光触媒作用により、レンズ７表面に紫外線を照射することで、表面の油脂等の有機物からなる汚れを分解し、清浄するクリーニング機能を備えることができる。つまり、波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光の集光に光学部品６を用いる場合は、光触媒作用により常にクリーニングを行いながら使用することができる。
【００３４】
また、反射防止構造を波長以下の周期の凹凸としたことで、レーザ光の照射によるレンズ７の発熱に対して、放熱効果を高めることができる。
【００３５】
本発明のレンズ７の表面の凸部９は、レンズ有効面の外側のフランジ部にも配設されている。したがって、レンズ７を保持する鏡枠にレンズ７を接着固定する場合には、凸部９により接着剤の接触面積を大きくすることができるため、接着力を向上させることができる。
【００３６】
また、微粒子のＴｉＯ2を用いることで、通常のＴｉＯ2薄膜よりも表面積を大きくすることができ、有機物からなる汚れの分解機能を高めることが可能である。
【００３７】
さらに、ＴｉＯ2粒子１０を多孔質とすることで、ＴｉＯ2粒子１０そのものの屈折率を下げることができる。
【００３８】
バインダー１１には無機材料系を用いることで、ＴｉＯ2の光触媒作用によるバインダー１１成分の分解を抑制することが可能である。
【００３９】
なお、本発明では光触媒作用を有する粒子としてＴｉＯ2粒子１０を用いたが、本材料に限定するものではなく、種々の光触媒作用を有する材料を用いることができる。
【００４０】
さらに、本実施の形態では、レンズ７上に中間層８および凸部９を設ける構成について説明したが、本発明は光が透過もしくは反射する材料の反射防止構造として広く用いることが可能であり、例えばテレビやタッチパネル等のディスプレイの反射防止構造として用いることができる。テレビやタッチパネルについては、人間の手指の油脂がパネルの表面に付着し、その部分で外乱光が反射し、画像が汚くなるという課題があるが、本発明の反射防止構造は波長以下という非常に細かいピッチＰ1で凹凸があるため、実際に油脂が付着する部分が少なく、パネル表面での外乱光の反射を抑制することが可能である。
【００４１】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３について図を用いて説明する。
【００４２】
図３は本発明の光学部品の製造方法を示す工程図である。本実施の形態では、被処理基材としてレンズ１２を用い、その表面にクリーニング機能を有する反射防止膜を形成するものである。
【００４３】
まずレンズ１２上に、図３（ａ）に示すようにシリンダー１３からコーティング材１４を塗布する。コーティング材１４はＴｉＯ2粒子１５およびバインダー１６からなる。バインダー１６は紫外線硬化型の有機・無機ハイブリット材料からなり、紫外線照射にいより無機系の材料とすることができるものを用いる。
【００４４】
次に、図３（ｂ）に示すように、表面に凸部１８が形成された金型１７を、コーティング材１４が表面に塗布されたレンズ１２上に押し付ける。図３（ｂ２）は金型１７表面の拡大図である。金型１７は紫外線透過材料が望ましく、例えばＳｉＯ2を用いることができる。凸部１８の高さおよび幅は、実施の形態１および実施の形態２で示した十分な反射防止効果が得られる形状とする。
【００４５】
次いで、図３（ｃ）に示すように、レンズ１２および金型１７間が所定の間隔になるように保持し、その隙間にコーティング材１４が充填されるようにする。図３（ｃ２）はコーティング材１４付近の拡大図である。コーティング材１４は金型１７表面の凸部１８の隙間に充填されると共に、凸部１８の頂部を結ぶ包絡線とレンズ１２の表面間にも所定の間隔ｔ3を設けて、隙間に充填する。ｔ3は実施の形態１に示す反射防止構造ではｔ3＝０であり、実施の形態２に示す反射防止構造では、レンズ１２を透過する光線の波長に応じて最適な値とする。この状態で、紫外線投光器１９により、金型１７を通してコーティング材１４に照射し、バインダー１６を固化し、無機系の材料とする。これにより、レンズ１２表面に中間層２０および凸部２１を形成することができる。
【００４６】
最後に、金型１７からレンズ１２を離型することにより、表面に反射防止構造を形成した光学部品２２を作製することができる。
【００４７】
金型１７表面には、フッ素樹脂やＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）膜等の離型膜を形成することにより、レンズ１２の離型性を高めることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、バインダー１６として紫外線硬化型の材料を用いたが、本材料に限定されるものではなく、例えば熱硬化型の有機・無機ハイブリッド材料等を用いることができる。熱硬化型のバインダー１６を用いた場合には、金型１７は紫外線透過材料に限るものではなく、Ｎｉ、Ｆｅ、ＳＵＳ等の種々の金属材料や、ＷＣ超硬等のセラミック材料を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように本発明の光学部品は、その反射防止効果とクリーニング機能を有し、デジタルカメラやモバイルカメラ等に代表される各種電子機器の撮像素子の用途や、光ピックアップ用のレンズ、そして各種ディスプレイデバイスの用途として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１における光学部品を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態２における光学部品を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態３における光学部品の製造工程図
【図４】従来の光学部品を示す断面図
【符号の説明】
【００５１】
１  光学部品
２  レンズ
３  凸部
４  ＴｉＯ2微粒子
５  バインダー
６  光学部品
７  レンズ
８  中間層
９  凸部
１０  ＴｉＯ2微粒子
１１  バインダー
１２  レンズ
１３  シリンダー
１４  コーティング材
１５  ＴｉＯ2微粒子
１６  バインダー
１７  金型
１８  凸部
１９  紫外線投光器
２０  中間層
２１  凸部
２２  光学部品
３１  レンズ基板
３２  反射防止膜
３３  酸化ケイ素（ＳｉＯ2）
３４  酸化チタン（ＴｉＯ2）
３５  酸化ケイ素（ＳｉＯ2）
【図１】
2007279633.tif 000003
【図２】
2007279633.tif 000004
【図３】
2007279633.tif 000005
【図４】
2007279633.tif 000006