JP2006267372A - プラスチック製光学部品、およびこれを用いた光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】軽量、低コスト、大量生産適性等に優れた特性に加え、優れた防湿性能を有し、環境の存在する水分の影響を受けても屈折率等の光学性能の変化が極めて少ないプラスチック製光学部品、および該プラスチック製光学部品を用いた光学ユニットの提供。
【解決手段】少なくとも外気接触面に防湿被膜が形成されたプラスチック製光学部品であって、前記防湿被膜は、下層の無機系被膜と、上層の有機系被膜と、からなる多層膜で構成され、水分の移動に関するシャーウッド数が０．１以上１０以下であることを特徴とするプラスチック製光学部品。
【選択図】なし

Description

本発明は、プラスチック製レンズやプリズム等の光学部品の技術分野に属し、詳しくは吸湿による光学性能の変化がきわめて少ないプラスチック製光学部品に関する。

従来、カメラのレンズやファインダ、コピー機器、プリンタ、プロジェクタ、光通信等に用いられる各種のレンズやプリズム、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、拡大鏡等の光学部品は、その多くがガラスを材料として製造されている。

しかしながら、近年のプラスチック素材やプラスチック成形技術の進歩に伴い、安価な光学部品として原料が安く、軽量で、大量生産適性のあるプラスチックによってレンズやプリズム等の光学部品が製造されるようになって来ている。
ところが、プラスチックは、吸湿によって屈折率等の光学性能が変化してしまうので、高級な一眼レフカメラ用のレンズなどの、高解像度等の高い精度が要求される用途には、依然としてガラスレンズが使用されている。
このような問題点を解決するために、ポリマー構造の設計等により、高い防湿性を有する、すなわち、吸湿性が低いプラスチック素材自体の開発も行われているが、そのコストが高くなってしまい、プラスチックのコストメリットがなくなるという問題がある。

また、防湿性を有するプラスチック製光学部品を得るために、光学部品の成形段階等において疎水性物質を添加したり、光学部品を非透湿性のバリア膜で覆ったり、光学部品の反射防止膜の表面に、撥水撥油処理した反射防止層被覆層を設けたりすることが行われている（特許文献１参照）。また、プラスチック製光学部品の湿度安定性を向上させるために、ゲートカット部のみに吸湿調整膜を形成することも知られている（特許文献２参照）。さらに、光学系に低吸湿性材料からできた光学ブロックを設置して吸湿による性能変化を光学的に補償することも行われている（特許文献３参照）。
しかし、上記従来技術の方法で得られた防湿性プラスチック製光学部品や特許文献１に記載のバリア膜や反射防止層および反射防止層被覆層を持つプラスチック製光学部品は、十分な防湿性を得ることができておらず、吸湿による屈折率等の光学性能の変化を防止することはできないという問題があった。また、特許文献２に記載の技術では、ゲート部分のみに吸湿調整膜を設けても、周囲からの吸湿速度を一定化することは実質的に困難であるという問題があった。さらに、特許文献３に記載の技術では、光学系が複雑になり、コストアップとなるという問題があった。

特開２００２−１４８４０２号公報 特開平１１−１０９１０７号公報 特開２０００−１３７１６６号公報

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決することにあり、プラスチック製光学部品の持つ軽量、低コスト、大量生産適性等に優れた特性に加え、優れた防湿性能を有し、環境に存在する水分の影響を受けても屈折率等の光学性能の変化が極めて少ないプラスチック製光学部品、および該プラスチック製光学部品を用いた光学ユニットを提供することにある。

本発明者らによる特開２００４−３６１７３２号公報には、温度４０℃、相対湿度２０％の雰囲気に３０日間放置した後、温度４０℃、相対湿度９０％の雰囲気で更に３０日間放置したときの吸湿による質量増加が０．１質量％以下という特性を有するプラスチック製光学素子であれば、優れた防湿性を有し、環境に存在する水分の影響を受けても光学特性の変化が極めて少ないことが分かったと記載されている。同公報では、上記の特性を有するプラスチック製光学素子は、プラスチック製光学素子の表面を、下層の無機系被膜と上層の有機系被膜とからなる多層膜で被覆したことにより実現できると記載されている。
本発明者らは、プラスチック製光学部品の吸湿による光学性能の変化について、さらに鋭意研究を重ねた結果、吸湿による光学性能の変化は、光学的に好ましくない屈折率分布やその偏りが光学部品内部に生じることが原因であることを見出した。そして、このような光学的に好ましくない屈折率分布またはその偏りを生じさせないためには、水分の移動に関するシャーウッド数を適切な数値にすることが必要であることを見出し、本発明に到ったものである。

上記の目的を達成するため、本発明は、少なくとも外気接触面に防湿被膜が形成されたプラスチック製光学部品であって、
前記防湿被膜は、下層の無機系被膜と、上層の有機系被膜と、からなる多層膜で構成され、
水分の移動に関するシャーウッド数が０．１以上１０以下であることを特徴とするプラスチック製光学部品を提供する。

本発明のプラスチック製光学部品において、前記無機系被膜を構成する無機材料は、珪素酸化物、珪素窒化物、珪素酸窒化物、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、およびダイアモンドライクカーボンからなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記有機系被膜を構成する有機材料は、アクリル樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。

本発明のプラスチック製光学部品において、前記無機系被膜および前記有機系被膜は、真空成膜により形成されることが好ましい。

また、本発明は、互いにアッベ数が異なる少なくとも２つのレンズを含み、前記レンズの少なくとも１つは、本発明のプラスチック製光学部品である光学ユニットを提供する。
本発明の光学ユニットは、オートフォーカス機構を有することが好ましい。

本発明によれば、軽量、低コスト、生産性等の優れたプラスチック製光学部品の性能を維持したまま、優れた防湿性能を有し、環境に存在する水分の影響を受けても解像度等の光学性能の変化が極めて少ないプラスチック製光学部品を容易に実現でき、提供できるという効果を奏する。

本発明のプラスチック製光学部品をプラスチック製レンズとして使用した場合、環境変化、具体的には、環境中の湿度が変化した場合であっても、レンズ中の屈折率分布に偏りを生じることがなく、レンズ自体の屈折率の変化もゆるやかであり、かつその変化も均一である。レンズ自体の屈折率が均一に変化する場合、吸湿による程度に微小な変化であれば、光学性能への実質的な影響は焦点位置の変化のみに留まり、この変化はオートフォーカス機構を使用することで解消される。

本発明のプラスチック製光学部品を添付の図面に示す好適実施例に基づいて以下に詳細に説明する。
図１は、レンズの形状をした本発明のプラスチック製光学部品の一実施形態を示した概念図であり、図１（ａ）は該光学部品の正面図（光軸方向から見た図）であり、図１（ｂ）は光軸を含む平面で切断した断面図である。
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本発明の光学部品１は、プラスチック製の光学部品本体（ここでは、レンズ）１０と、該光学部品本体１０の少なくとも外気接触面上に形成される防湿被膜２と、で構成される。なお、図１（ａ）および（ｂ）に示す光学部品１では、光学部品本体１０の表面全体に防湿被膜２が形成されている。
以下、本明細書において、光学部品本体とは、レンズ等、公知の光学部品を広く表すものとし、光学部品とは、該光学部品本体の少なくとも外気接触面上に防湿被膜が形成されたものを表す。

図１（ａ）および（ｂ）に示す光学部品本体１０は、一般的なプラスチックレンズの形状であり、光学面を有するレンズ部１０ａと、レンズ部１０ａの外側に設けられたフランジ部１０ｂと、で構成される。図（１）および（ｂ）に示す光学部品１では、レンズ１０ａとフランジ１０ｂとを含めた光学部品本体１０の表面全体に防湿被膜２が形成されている。

図１（ｂ）に示すように、防湿被膜２は、下層の無機系被膜２ａと、上層の有機系被膜２ｂと、からなる多層膜で構成される。
無機系被膜２ａは、主として防湿被膜２の防湿性能を担うバリア膜として作用する。無機系被膜２ａには、十分な透明性を有し、かつ、透湿性が低い、もしくは透湿性を示さないものであれば、無機材料を主成分とする各種の薄膜が利用可能である。
好適な無機材料の一例として、ＳｉＯ_x（０＜ｘ≦２）で表される珪素酸化物、珪素窒化物、珪素酸窒化物、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、およびダイアモンドライクカーボン、ならびにこれらの複合体が挙げられる。金属酸化物の具体例としては、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂ 、ＴｉＯまたはＴｉ₂Ｏ₃のようなチタン酸化物、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、ＣｅＯ₂、ＭｇＯ、Ｙ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＭｇＦ₂、ＷＯ₃、ＩｎとＳｎの混合酸化物が挙げられる。
何れの被膜であっても、無機系被膜２ａは、できるだけ緻密な構造を有し、かつ目的とする波長の光線の吸収が少ない被膜であるのが好ましい。したがって、無機系被膜２ａは、珪素酸化物からなるガラス質膜であるのが特に好ましい。
本発明において、無機系被膜２ａは、上記した無機材料のうち、いずれか１つのみで構成されていてもよく、または上記した２つ以上の無機材料で構成されていてもよい。

無機系被膜２ａの膜厚は特に限定されないが、１０〜２００ｎｍであるのが好ましい。無機系被膜２ａの膜厚が１０ｎｍ未満であると、ピンホールが発生し所望の防湿性能が得られなくなるおそれがある。また、膜厚が１０ｎｍ未満であると、成膜方法によっては、膜厚が不均一になるおそれがある。また、膜厚が１０ｎｍ未満であると、光学部品本体１０の表面粗さが無機系被膜２ａの膜厚よりも大きくなる場合もあり、均一に成膜することが困難である。一方、無機系被膜２ａの膜厚が２００ｎｍ超であると、防湿性という観点からは、その寄与はもはや少ないし、膜厚を厚くすると、成膜時間が長くなるため生産性が低下する、特に乾式成膜法の場合、この傾向が顕著である。また、膜厚が２００ｎｍ超であると、残留応力によりクラックが入りやすくなる。

無機系被膜２ａの形成方法には、特に限定は無く、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマ増進ＣＶＤ、二重周波ＣＶＤ、触媒ＣＶＤ等の各種の乾式成膜法や、ゾル−ゲル法などの各種の湿式成膜法が利用可能であり、形成する無機系被膜２ａの組成や膜厚等に応じて、適宜、選択すればよい。
さらに、ゾル−ゲル法などの湿式成膜法を利用する際における溶液の塗布方法にも、特に限定は無く、ディップコート、スプレーコート、スピンコート等各種の塗布方法が利用可能である。ゾル−ゲル法による場合、無機系被膜は、例えば、アルコキシシラン化合物を加水分解することにより得られるが、市販品では日本ダクロシャムロック社製のソルガード（ＳｏｌＧａｒｄ）^TM等を用いることができる。
但し、真空成膜として実施される乾式成膜法が後述する理由から好ましい。乾式成膜法を用いて成膜する場合、生産性および無機系被膜の密着性を向上させるために、光学部品本体を回転させながら成膜を実施してもよい。例えば、図１の光学部品本体１０に無機系被膜を成膜する場合、図１（ｂ）中の線Ｘ−Ｘ′を中心に回転させながら成膜を実施してもよい。

無機系被膜２ａは、防湿性能に優れているが、硬質であるため、成膜後に擦過等外部からのストレスや、熱等による光学部品本体１０の膨張／収縮により、クラック等の微少な欠陥が生じやすい。また、無機系被膜２ａの成膜時においても、ピンホールやクラック等の微少な欠陥が発生するおそれがある。これら微少な欠陥が発生した場合、無機系被膜２ａの防湿性能が低下する。
本発明では、下層の無機系被膜２ａと、上層の有機系被膜２ｂと、からなる多層膜として防湿被膜２を構成することにより、弾性を有する有機系被膜２ｂが、外部からのストレスに対する耐性や、熱等による光学部品本体の膨張／収縮に対して無機系被膜２ａを保護する保護膜として作用する。これにより、防湿被膜２の強度が十分に確保され、長期にわたって良好な耐湿性を発揮できる。また、無機系被膜２ａの成膜時にピンホールやクラック等の微少な欠陥が発生した場合であっても、この微少な欠陥を有機系被膜２ｂが好適に埋めることができる。結果的に欠陥の無い防湿被膜を形成することができ、無機系被膜２ａの防湿性能を完全に生かした非常に高い防湿性能を発現できる。

有機系被膜２ｂには、十分な透明性を有し、ある程度弾性を有するものであれば、有機材料を主成分とする各種の薄膜が利用可能である。中でも、安価であり、成膜性に優れることから、アクリル樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンおよびこれらの複合体を主成分とする薄膜が好ましい。
本発明において、有機系被膜２ｂは、上記した有機材料のうち、いずれか１つのみで構成されていてもよく、または上記した２つ以上の有機材料で構成されていてもよい。

有機系被膜２ｂの膜厚は特に限定されないが、１００〜２０００ｎｍ（２μｍ）であるのが好ましい。有機系被膜２ｂの膜厚が１００ｎｍ未満であると、保護膜としての作用を十分発揮することができないおそれがある。また、成膜方法によっては、膜厚が不均一になるおそれがある。膜厚が２０００ｎｍ超であると、保護膜としてその寄与はもはや少ないし、膜厚を厚くすると、成膜時間が長くなるため生産性が低下する。特に乾式成膜法の場合、この傾向が顕著である。また、膜厚が極端に厚い場合、形状が設計から大きくはずれることによる光学性能低下や、成膜方法によっては、膜厚が不均一となることにより光学性能低下を引き起こすおそれがある。

さらに、有機系被膜２ｂの光学特性としては、光線透過性が良好で、屈折率が低いことが好ましい。屈折率が低いと入射光の表面反射によるロスが少なく、結果として光線透過率が向上するからである。なお、光学的な設計を適切に行うことで、有機系被膜２ｂに、反射防止、ハードコート等の機能を併せ持たせることも可能である。

有機系被膜２ｂの形成方法には、特に限定は無く、被膜となる樹脂成分を溶解あるいは分散してなる塗料を調製して塗布／乾燥する成膜法などの各種の湿式成膜法や、ポリマー真空中で前駆体を瞬間蒸発（ｆｌａｓｈ ｅｖａｐｏｌａｉｔｏｎ）させた後、プラズマや紫外線照射により該前駆体を重合させる方法や、ＣＶＤなどの各種の乾式成膜法が利用可能であり、形成する被膜の組成や膜厚等に応じて、適宜、選択すればよい。
また、塗料を用いる湿式の成膜法において、塗料の塗布方法には、特に限定はなく、スプレー塗布、刷毛による塗布、ディップコートなど、各種の方法が利用可能である。
但し、真空成膜として実施される乾式成膜法が後述する理由から好ましい。
なお、乾式成膜法を用いる場合、蒸発しやすく、その後、被膜を形成する対象（無機系被膜２ａ）上に凝縮させやすいことから、有機系被膜に用いる有機材料は分子量２００〜４００であることが好ましい。

本発明において、無機系被膜２ａおよび有機系被膜２ｂは、真空成膜により形成することが好ましい。無機系被膜２ａを真空成膜で形成することにより、微少な欠陥のない防湿性能に優れた膜を得ることができる。その後、有機系被膜２ｂの真空成膜で形成することにより、成膜後の無機系被膜２ａに微少な欠陥を生じることなしに、有機系被膜２ｂを形成することができる。このため、無機系被膜２ａを真空成膜した後、真空状態を維持したままで引き続き有機系被膜２ｂを真空成膜することが好ましい。このような手順で成膜すれば、真空引きする回数が１回で済むため生産性に優れている。

本発明において、防湿被膜は、下層の無機系被膜と、上層の有機系被膜と、からなる多層膜であればよく、図１（ｂ）に示す防湿被膜２のように、無機系被膜２ａと、有機系被膜２ｂと、がそれぞれ１層ずつ積層された２層膜に限定されない。したがって、下層が無機系被膜で上層が有機系被膜である関係を満たす限り、無機系被膜−有機系被膜−無機系被膜−有機系被膜の順に積層された４層膜、またはそれ以上の多層膜であってもよい。例えば、４層膜の場合、２つの無機系被膜の間に有機系被膜が存在するため、一方の無機系被膜中でピンホールやクラックといった微少な欠陥が発生した場合であっても、該欠陥が他方の無機系被膜へと成長することが防止される。このため、無機系被膜の合計膜厚が同一の２層膜と、４層膜と、を比較した場合、４層膜のほうが防湿性能に優れたものになると考えられる。また、無機系被膜ごと、および有機系被膜ごとに材料および成膜条件を変えることで、多様な特性を有する防湿被膜を得ることができる。
なお、防湿被膜を４層膜またはそれ以上の多層膜とする場合、各無機系被膜の膜厚、および各有機系被膜の膜厚を上記した範囲とする。

本発明の光学部品１は、下記式で表される水分の移動に関するシャーウッド数が０．１以上１０以下である。
ｋｃ・ｄ／Ｄ
ここで、ｋｃは防湿被膜における水移動係数であり、Ｄは光学部品本体の構成素材における水拡散係数［ｍｍ²／ｓ］である。ｄは光学部品本体の光学方向における長さ［ｍｍ］であり、図１に示すようにプラスチック製レンズ（光学部品本体）１０の場合、レンズ部１０ａの中央部の厚みである。

ここで、ｋｃは、光学部品本体の構成素材と同じ素材で平板サンプルを作成して、この平板サンプルに、防湿被膜を付与した防湿被膜付与サンプルについてＪＩＳ Ｋ７２０９（ＩＳＯ６２に相当）によって吸湿速度を測定し、防湿被膜が付与されていない平板サンプルである防湿被膜未付与サンプルについて吸湿速度を測定し、両者の吸湿速度の差異から求める。
また、光学部品本体の構成素材における水拡散係数Ｄ［ｍｍ²／ｓ］は、光学部品本体の構成素材と同一素材で平板サンプルを作成し、この平板サンプルについてＪＩＳ Ｋ７２０９（ＩＳＯ６２に相当）に記載の方法によって求める。
また、光学部品本体の光学方向における長さｄ（ｍｍ）は、光学部品本体の形状や寸法から正確に求めても良いが、光学部品本体が図１に示すようなプラスチック製レンズ１０の場合には、レンズ部１０ａの中央部の厚みであって良い。

本発明の光学部品は、水分移動に関するシャーウッド数が０．１以上１０以下であることにより、仮に、環境変化により光学部品への吸湿または脱湿があったとしても、光学部品内部に吸水率分布の偏りが生じることがなく、吸水率分布の偏りに起因する屈折率分布の偏りが生じることがない。
本発明の光学部品において、水分移動に関するシャーウッド数はより好ましくは０．１以上５以下であり、０．１以上２以下であることがさらに好ましい。

本発明の光学部品において、水分移動に関するシャーウッド数を０．１以上１０以下とするためには、成膜方法に応じて、無機系被膜および有機系被膜の成膜条件、特に無機系被膜の成膜条件、を適宜選択すればよい。例えば、無機系被膜として硅素酸化物膜をスパッタリングを用いて成膜する場合、ターゲット材として硅素を用い、反応ガスとして酸素を用いて、０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａの成膜圧力で、インピーダンス制御による反応性スパッタリングを実施すればよい。
なお、使用するスパッタリング方法としては、ＲＦスパッタリング、ＤＣパルススパッタリング等の各種のスパッタリング方法が利用可能であるが、高い成膜レートが得られることから、ＤＣパルススパッタリングが好ましい。

上記成膜圧力下でインピーダンス制御を行うための反応ガス量の調整は、公知の手段が各種利用可能であるが、応答性が高く、低い成膜圧力でも、安定して放電電圧を保つことができる等の点で、ピエゾバルブを用いるのが好ましい。

上記成膜圧力下でインピーダンス制御による反応性スパッタリング放電を行う際、放電電圧は特に限定されないが、安定した放電が得られ、かつ現実的な成膜レートが得られることから、４８０Ｖ〜６６０Ｖが好ましく、特に５７０Ｖ〜６３０Ｖが好ましい。

上記成膜圧力下でのインピーダンス制御による反応性スパッタリングは、金属領域と反応性領域との遷移領域（以下、単に「遷移領域」という。）で実施することが好ましい。遷移領域で反応性スパッタリングを実施した場合、反応性領域で実施される通常の反応性スパッタリングに比べて、成膜レートを高めることができるため、生産性を向上させることができる。また、通常の反応性スパッタリングに比べて、反応ガス量が少なくて済むため、成膜圧力を低くすることができる。これは、成膜圧力を上記した範囲に保持するのに好ましい。

また、無機系被膜として、硅素酸化物膜をＣＶＤを用いて成膜する場合、例えば、公知の文献（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａ：Ｖａｃｕｕｍ，Ｓｕｒｆａｃｅｓ，ａｎｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，１９９８，Ｖｏｌｕｍｅ１６，Ｉｓｓｕｅ６，ｐｐ．３１９０−３１９８）の記載に従って、以下の条件で成膜することができる。
ＣＶＤ装置：２．４５ＧＨｚと１３．５６ＭＨｚの二重周波方式プラズマＣＶＤ
成膜圧力：８０ｍＴｏｒｒ
マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）の出力は１５０Ｗとし、ラジオ波（１３．５６ＭＨｚ）の出力は基板とプラズマを出す部分（チョーク）の電位差が１５０Ｖになるように調節する。ＣＶＤ装置のチャンバ内には、Ｃ₆Ｈ₁₈Ｓｉ₂Ｏ:Ｏ₂：Ａｒ＝１：６：３でガスを流す。
ＣＶＤを用いて成膜する場合、膜厚が３０ｎｍ以上になるように成膜することが好ましく、１００ｎｍ以上になるように成膜することがより好ましい。

本発明の光学部品において、防湿被膜は少なくとも外気接触面に形成されていればよく、図１に示した光学部品１のように、光学部品本体１０の表面全体に防湿被膜２を形成することは必須ではない。
図２は、本発明の光学部品の別の実施形態を説明するための概念図であり、レンズの形態をした本発明の光学部品１′は、光学ユニット２０に組み込まれている。図２において、光学ユニット２０は、光軸を含む平面で切断した断面図として示されている。図２に示す光学ユニット２０は、銀塩カメラのレンズ機構や、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話組み込み用小型カメラの撮像モジュールに使用される一般的な光学ユニットの構成である。すなわち、図２の光学ユニット２０は、略円筒状をした鏡筒２２内に、互いにアッベ数が異なる２枚のレンズ１′，２１を組み込み、レンズ押さえ２４で該レンズ１′，２１を固定してなるものである。
また、図２の光学ユニット２０では、レンズ１′およびレンズ２１の間にスペーサ２３が配置されている。

ここで、レンズ２１は、アッベ数が高い、具体的にはアッベ数４５〜６０程度のレンズである。
このようなアッベ数を有するレンズとしては、具体的には、例えばガラス製のレンズや、日本ゼオン社製のゼオネックス（ＺＥＯＮＥＸ）^TMに代表される脂環式ポリオレフィン製のレンズが挙げられる。これらのレンズ材料は、一般に飽和吸湿率が０．０２質量％以下と極めて低いものが知られている。このような吸湿率の低いレンズ材料で作製されたレンズ２１には防湿被膜を形成する必要はない。
一方、レンズ１′は、本発明の光学部品１′であり、レンズ２１と組み合わせて色収差の補正を行うのに相応しいアッベ数、具体的にはアッベ数が２３〜３５程度のプラスチックレンズを光学部品本体１０′とする。

図２に示す光学ユニット２０の構成について、より具体的に説明する。鏡筒２２は中心が一致し、かつ互いに径が異なる３つの円筒状の領域を、径が大きい側から順に、光学ユニット２０の光軸方向に配列させた構成を有している。鏡筒２２の、最も小径の円筒領域の端面には、円環状のリブ部２２ａが内側に突出して形成されている。このリブ部２２ａの内側が光（撮影光等）が入射する開口となる。
鏡筒２２において、最も小径の領域は、レンズ２１を組み込み可能である。すなわち、その内径がレンズ２１の外径と略同一で、レンズ２１の外径よりも若干大きくなっている。また、最も大径の領域は、本発明の光学部品１′を組み込み可能である。すなわち、その内径が本発明の光学部品１′の外径と略同一で、該光学部品１′の外径よりも若干大きくなっている。
レンズ２１は、鏡筒２２の前記リブ部２２ａ側（開口＝光入射側）の最も小径の領域に組み込まれ、リブ部２２ａにフランジ部を当接することにより、光軸方向の位置が決定される。一方、本発明の光学部品１′は、鏡筒２２の最大径の領域に組み込まれる。

スペーサ２３は、両端部にレンズ２１および本発明の光学部品１′と当接する部分を有する略円筒状の部材で、上記したように鏡筒２２内においてレンズ２１および本発明の光学部品１′の間に挿入される。スペーサ２３の光軸方向の長さを選択することにより、レンズ２１および本発明の光学部品１′の光軸方向における相対位置を適正な位置に位置決めすることができる。
また、レンズ２１、本発明の光学部品１′、鏡筒２２、およびスペーサ２３は、共に鏡筒２２にレンズ２１および本発明の光学部品１′を適正に組み込んだ状態で、レンズ２１および本発明の光学部品１′の光軸が一致するように成形されている。

図２に示す光学ユニット２０は、鏡筒２２内に、レンズ２１、スペーサ２３、および本発明の光学部品１′を順次組み込み、レンズ押さえ２４により本発明の光学部品１′をリブ２２ａに向けて押圧する。この状態で接着剤等によってレンズ押さえ２４を鏡筒２２に固定することにより、光学ユニット２０が組み立てられる。

図３（ａ）は、本発明の光学部品１′の正面図（光軸方向から見た図）であり、図３（ｂ）は図１（ｂ）と同方向の断面図である。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、本発明の光学部品１′において、光学部品本体１０′は図１（ａ）および（ｂ）に示した光学部品本体１０と同様に、レンズ部１０′ａとフランジ部１０′ｂとで構成されている。
図２に示す光学ユニット２０において、本発明の光学部品１′は、フランジ部がリブ部２２ａおよびスペーサ２３により挟持されており、この部分は外気と接触しない。したがって、この部分からの吸湿および脱湿はほとんどないと考えられる。
このため、図３（ｂ）に示すように、本発明の光学部品１０′では、光学部品本体１′のレンズ部１０′ａ表面にのみ、防湿被膜２、すなわち、下層の無機系被膜２ａと上層の有機系被膜２ｂとからなる防湿被膜２、が形成されており、フランジ部１０′ｂには防湿被膜２が形成されていない。水分移動に関する光学部品１′のシャーウッド数が１０以下となるのであれば、このような構成であってもよい。防湿被膜の形成の困難性により、フランジ部１０′ｂに形成された防湿被膜は密着性に劣る場合がある。この結果、光学ユニット２０の供用時に、防湿被膜がフランジ部１０′ｂから容易に剥離して、汚染源となるおそれがある。図３（ａ）および（ｂ）に示す光学部品１′では、フランジ部１０′ｂに防湿被膜が形成されていないため、このような問題は生じない。

また、図２に示す構成の光学ユニット２０において、鏡筒２２内が気密に保持されている、または鏡筒２２に存在する開口部が非常に小さく、外部から鏡筒２２への空気の流通が少なくなるように構成されているのであれば、本発明の光学部品本体１０′のレンズ部１０′ａ表面のうち鏡筒２２内に位置する側の表面、すなわち凸面部における吸湿および脱湿の影響は非常に小さいと考えられる。このような場合、該凸面部には防湿被膜２を形成しなくてもよい。
一方、レンズを構成する素材によっては、高アッベ数レンズをなすレンズ２１が吸湿および脱湿による影響を受ける場合もある。このような場合、レンズ２１を本発明の光学部品で構成してもよい。

なお、図３（ａ）および（ｂ）に示す光学部品１′のように、光学部品本体１０′の外気接触面、すなわちレンズ部１０′ａにのみ防湿被膜を形成するには、防湿被膜を形成する際に、フランジ部１０′ｂをマスクする、またはホルダ等で挟持した状態で防湿被膜を形成すればよい。

本発明の光学部品は、環境変化により吸湿または脱湿があったとしても、光学部品本体内部に屈折率分布の偏りが生じることがないため、図２に示すような光学ユニット２０に組み込んで使用されるプラスチック製レンズとして好適である。

本発明は、上記した本発明の光学部品をプラスチック製レンズとして組み込んだ光学ユニットも提供する。すなわち、本発明は、互いにアッベ数が異なる少なくとも２つのレンズを含み、前記レンズの少なくとも１つは、本発明のプラスチック製光学部品である光学ユニットを提供する。したがって、図２は、本発明の光学ユニットの１実施形態を示す図でもある。

但し、本発明の光学ユニットは、互いにアッベ数が異なるレンズを少なくとも２つ含み、そのうち１つのレンズが本発明の光学部品である限り特に限定されず、図２に示す光学ユニット２０とは異なる構成であってもよい。例えば、高解像度用途の光学ユニットでは、複数、例えば３つ以上の結像レンズを組み合わせて使用することで、所望の解像力や精度を達成している。本発明の光学ユニットは、少なくとも１つのレンズが本発明の光学部品である限り、このような３つ以上のレンズを含むものであってもよい。
本発明の光学ユニットが、３つ以上のレンズを含む場合、全てのレンズが互いに異なるアッベ数を有する必要はない。光学ユニットに含まれるレンズのうち少なくとも２つが互いに異なるアッベ数を有しており、全体として色収差が補正されるように光学設計されるのであれば、同程度のアッベ数を有するレンズを２つ以上含んでいてもよい。

銀塩カメラのレンズ機構や、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話組み込み用小型カメラ等の撮像モジュールに使用する場合、本発明の光学ユニットはオートフォーカス機構を有していることが好ましい。
本発明のプラスチック製光学部品は、環境変化により吸湿または脱湿があったとしても、その内部に屈折率分布の偏りを生じることはないが、光学部品全体としての屈折率は環境変化によって徐々に変化する。したがって、該光学部品を用いた光学ユニットは、環境変化によって、その光学特性が変化する。但し、この屈折率の変化は、ゆるやかで、かつ均一である。プラスチック製レンズである光学部品自体の屈折率が均一に変化する場合、吸湿による程度に微小な変化であれば、光学性能への実質的な影響は焦点位置の変化のみに留まり、この変化はオートフォーカス機構を使用することで解消される。したがって、オートフォーカス機構を有する本発明の光学ユニットは、環境変化によって、その光学特性が影響を受けることがなく、優れた光学特性を常に発揮することができる。

銀塩カメラのレンズ機構や、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話組み込み用小型カメラ等の撮像モジュールに使用されるオートフォーカス機構としては、様々な原理および制御手法を用いたものが知られている。本発明の光学ユニットに使用されるオートフォーカス機構は、このような公知のオートフォーカス機構の中でも、光学ユニットを通して得られる画像に基づいて、被写体のピント状態を直接検知し、該ピント状態が適正になるように、光学ユニットを構成するレンズの光軸方向における位置を制御する方法を用いた機構であることが好ましい。

図４は、本発明の光学ユニットと、オートフォーカス機構と、を用いた撮像モジュールの１構成例を示した概念図であり、一般的なデジタルカメラの構成が簡略的に示されている。図４の撮像モジュール５０において、光学ユニット２０′は、互いにアッベ数が異なるレンズを少なくとも２つ含み、そのうち１つのレンズが本発明の光学部品で構成される本発明の光学ユニットである。光学ユニット２０′を通過した画像は、ＣＣＤイメージセンサ５１に取り込まれる。イメージセンサ５１に取り込まれた光学的な画像情報は、電気信号として出力されてＡＦ処理部５２へと送られる。ＡＦ処理部５２はイメージセンサ５１から送られた画像情報に基づいて被写体のピント状態を検知し、アクチュエータ５３に駆動信号を送る。アクチュエータ５３は、ＡＦ処理部５２からの駆動信号に基づいて、適正なピント状態になるように光学ユニット２０′を構成する全てのレンズ、または一部のレンズを光軸方向に前後に移動させる。アクチュエータ５３としては、各種手段が使用可能であり、具体的には、例えばステッピングモータ、リニヤーモータ、圧電素子、電圧屈曲ポリマー等を使用することができる。

本発明の光学部品について、光学ユニットに使用されるプラスチックレンズを例に説明したが、本発明の光学部品はこれに限定されない。本発明の光学部品は、プラスチック製光学部品として公知の構造を広く含む。したがって、図示したレンズ以外の様々な形状や機能を持つレンズ等の光学素子はもちろん、レンズの他にも、例えば、プリズム、光学フィルタ、光学スクリーン、偏向素子、偏光素子、光反射部材、ファインダ、眼鏡、コンタクトレンズ、反射鏡、曲面鏡等の公知の光学素子または光学部品を広く含む。また、カメラ（銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等）などの撮像装置の撮影光学系、複写機やプリンタなどの画像形成装置、プロジェクタ、望遠鏡や双眼鏡や拡大鏡などの各種の光学機器に組み込んで使用される公知の光学素子または光学部品を広く含む。

また、光学部品本体の形成材料にも限定はなく、公知の光学素子や通常の光学部品で利用されている、各種のプラスチック材料（樹脂材料）が利用可能である。一例として、メタクリル樹脂（例えば、ＰＭＭＡ等）、脂環式アクリル樹脂を含むアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂を含むポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル・スチレン（ＡＳ）樹脂、脂環式ポリオレフィン、トリシクロデカン環を含む樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、スチレン・ブタジエンコポリマー、フルオレン基を有するポリエステル等が挙げられる。

光学部品内部に吸水率分布の偏りを発生させないという本発明の光学部品の特徴から、これらのプラスチック材料の中でも、比較的吸水率が高い、具体的には飽和吸水率が０．０２質量％超のプラスチック材料が好ましく、具体的には、メタクリル樹脂、脂環式アクリル樹脂を含むアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂を含むポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、脂環式ポリオレフィン等が挙げられる。上記したように、脂環式ポリオレフィンには、ゼオネックス（ＺＥＯＮＥＸ）^TMのように飽和吸湿率が０．０２質量％以下のものも存在しているが、その一方で、飽和吸湿率が０．０２質量％超のものも存在している。

また、図２に示す光学ユニット２０の光学部品１′として使用する場合、光学部品本体１０′は、高アッベ数、具体的にはアッベ数４５〜６０のレンズ２０と組み合わせて、色収差の補正を行うのに相応しいアッベ数を有することが好ましく、具体的にはアッベ数が２３〜３５程度であることが好ましい。このようなアッベ数を有する材料としては、ポリカーボネート樹脂や芳香族ポリエステル樹脂が好適である。

さらに、光学部品本体の形成方法にも、特に限定はなく、使用するプラスチック材料に応じて、射出成形、射出圧縮形成、圧縮成形等、公知のプラスチックの成形方法が全て利用可能である。
なお、光学部品本体の形状およびサイズ（長さや直径および厚さ）も、特に限定はなく、上記光学部品の用途に応じて適宜選択すればよい。

例えば、図示した光学部品では、光学部品本体１０の表面上に、直接、防湿被膜２を形成しているが、本発明は、これに限定はされず、光学部品本体１０と防湿被膜２との間に、特定の機能を有する機能膜を有していてもよい。また、このような機能膜は、防湿被膜２上に形成してもよい。機能膜の具体例としては、例えば、ハードコート(擦過防止膜)、染色若しくは着色膜、帯電防止膜、撥水膜、防曇膜、酸化防止膜、赤外線遮蔽膜、紫外線遮蔽膜、電極膜、透明導電膜、反射防止膜、耐摩耗性膜、防汚膜、表面平滑膜等を有していてもよい。

以下、本発明に係るプラスチック製光学部品の具体的実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明する。
実施例においては、本発明のプラスチック製光学部品の光学性能を評価するために、図２に示す光学ユニット２０を使用した。図２の光学ユニット２０において、レンズ２１はアッベ数５６のガラス製レンズ（入射側のレンズ部半径６．４ｍｍ、出射側のレンズ部半径４．９ｍｍ、平均厚み２．９ｍｍ）である。光学部品本体１０′は、アッベ数３０のポリカーボネート樹脂製のレンズ（入射側のレンズ部１０′ａ半径９．０ｍｍ、出射側のレンズ部１０′ａ半径７．５ｍｍ、平均厚み２．５ｍｍ）である。
この光学（レンズ）ユニット２０の解像度を、温度２５℃湿度３０％の環境下に１週間放置した後に測定すると、コントラスト５０％のＭＴＦ（変調伝達関数）は、光軸中心で３０本/ ｍｍ、周辺部の平均で２５本/ ｍｍであった。

（実施例１）
本実施例では、図１に示す光学部品１と同様に、ポリカーボネート樹脂製のレンズ（光学部品本体）１０の表面全体に防湿被膜２を形成した。無機系被膜２ａとしては、厚さ約７０ｎｍの硅素酸化物膜をスパッタリング法を用いて真空成膜した。なお、スパッタリングは、具体的には以下の手順で実施した。真空槽内において、ポリカーボネート樹脂製のレンズ１０を硅素ターゲットに対面するように配置した。真空槽内の圧力が４×１０^-4Ｐａになるまで排気した後、放電ガスであるアルゴンガスを真空槽内に導入した。放電ガス導入後、真空槽内の圧力を０．２７Ｐａとし、放電電源から７ｋＷの成膜パワーを供給してプレスパッタを実施した。プレスパッタ開始から５分経過した時点で、反応ガスとして酸素ガスを導入した。酸素ガス導入後、インピーダンス制御により放電電圧を６１０Ｖに制御しつつ、アルゴンガスおよび酸素ガスの供給量を低減して、最終的な成膜圧力を０．０３Ｐａまで下げ、レンズ１０の表面全体に膜厚約７０ｎｍの硅素酸化物膜を成膜した。
続いて、同じ真空槽内において、有機系被膜２ｂとして、膜厚約４００ｎｍのアクリル樹脂膜を乾式成膜法により真空成膜した。なお、アクリル樹脂膜の成膜は具体的には以下の手順で実施した。モノマー前駆体として、ヘキサンジオールアクリレートモノマー（分子量２２６）を温度２８０℃のノズルから噴射して、瞬間蒸発させて、無機系被膜２ａ上に凝縮させた。その後、電子銃から電子線を照射してプラズマ重合させて、膜厚約４００ｎｍのアクリル樹脂膜を成膜して、実施例１の光学部品を得た。

（実施例２）
本実施例では、二重周波ＣＶＤを用いて、ポリカーボネート樹脂製のレンズ（光学部品本体）の表面全体に膜厚１００ｎｍの硅素酸化物膜を成膜して、無機系被膜を形成した。
硅素酸化物の成膜は、公知の文献（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａ：Ｖａｃｕｕｍ，Ｓｕｒｆａｃｅｓ，ａｎｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，１９９８，Ｖｏｌｕｍｅ１６，Ｉｓｓｕｅ６，ｐｐ．３１９０−３１９８）の記載に従って、具体的には以下の手順で実施した。
ＣＶＤ装置：２．４５ＧＨｚと１３．５６ＭＨｚの二重周波方式プラズマＣＶＤ
成膜圧力：８０ｍＴｏｒｒ
マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）の出力は１５０Ｗとし、ラジオ波（１３．５６ＭＨｚ）の出力は基板とプラズマを出す部分（チョーク）の電位差が１５０Ｖになるように調節した。ＣＶＤ装置のチャンバ内には、Ｃ₆Ｈ₁₈Ｓｉ₂Ｏ:Ｏ₂：Ａｒ＝１：６：３でガスを流した。
次に、実施例１と同様の手順で膜厚約４００ｎｍのアクリル樹脂膜を成膜して、有機系被膜を形成して実施例２の光学部品を得た。

（実施例３）
本実施例では、実施例１と同様の手順で、膜厚約７０ｎｍの硅素酸化物膜を真空成膜して無機系被膜を形成した後、ポリメタクリル酸メチル（ＰＯＭ）のブタン溶液（１０ｗｔ％）を８００ｒｐｍで３０ｓｅｃスピンコートして、膜厚約４００ｎｍのメタクリル樹脂膜を成膜して、有機系被膜を形成し、実施例３の光学部品を得た。

（比較例１）
ポリカーボネート樹脂製のレンズに無機系被膜および有機系被膜を形成しなかったものを比較例１とした。

（比較例２）
実施例１と同様の手順でポリカーボネート樹脂製のレンズに膜厚約７０ｎｍの硅素酸化物膜を成膜して無機系被膜を形成し、その後有機系被膜を形成しなかったものを比較例２とした。

（比較例３）
ポリカーボネート製のレンズに無機系被膜を形成することなしに、実施例１と同様の手順で膜厚約４００ｎｍのアクリル樹脂膜を成膜し、有機系被膜のみを形成したものを比較例３とした。

実施例１〜３、および比較例１〜３の光学部品について、以下の手順でシャーウッド数の測定、耐久性試験、および光学性能評価を実施した。

シャーウッド数の測定
シャーウッド数の測定は以下の手順で実施した。
光学部品本体の構成素材と同一のポリカーボネート樹脂で平板サンプル（厚さ１ｍｍ）を作成した。この平板サンプルに、上記と同様の手順で防湿被膜を形成し、防湿被膜形成サンプルを得た。このサンプルについて、ＪＩＳ Ｋ７２０９（ＩＳＯ６２に相当）にしたがって吸湿速度を求めた。すなわち、サンプルを常温真空乾燥機中で１５日以上乾燥させた後、２５℃９５％ＲＨ環境下に置いた。この時の重量変化を経時的に測定して吸湿速度を求めた。同様に、平板サンプルに防湿被膜を形成せずに吸湿速度を測定した。なお、この吸湿速度は比較例１の吸湿速度である。両者の吸湿速度の差異からｋｃ（防湿被膜における水移動係数）を求めた。
また、光学部品本体の構成素材における水拡散係数Ｄ［ｍｍ²／ｓ］は、光学部品本体の構成素材と同一のポリカーボネート樹脂で平板サンプルを作成し、この平板サンプルについて、ＪＩＳ Ｋ７２０９（ＩＳＯ６２に相当）に記載の方法によって求めた。その結果、Ｄは５．０×１０^-6ｍｍ²／ｓであった。
光学部品本体１０（１０′）のレンズ部の中央部の厚みｄは上記したように２．５ｍｍである。これらを用いて、下記式によりシャーウッド数（Ｓｈ）を求めた。
Ｓｈ＝ｋｃ・ｄ／Ｄ
表１に上記手順で得られた吸湿速度、ｋｃおよびＳｈを示した。

耐久性試験
上記で作成した平板サンプルを、２５℃９５％ＲＨに５日間おいた後、２５℃０％ＲＨに５日おく手順を繰り返し、防湿被膜の状態を目視と光学顕微鏡で観察した。また、上記手順が１サイクル終了する度に、吸湿速度を上記と同様の方法で測定した。吸湿速度の測定結果を表２に示した。表２から明らかなように、比較例２の平板サンプルでは、サイクルが終了する度に吸湿速度が増加しており、防湿性能の低下が認められた。なお、比較例２の平板サンプルでは、開始後１２日目に無機系被膜に剥離が生じていることが目視および光学顕微鏡による観察で認められた。

光学性能評価
実施例１〜３、および比較例１〜３の光学部品を５０℃の乾燥機に７日間入れて充分乾燥した後、図２に示す光学ユニット２０に光学部品１′として組み込んだ。同様にガラス製のレンズ（アッベ数５６）をレンズ２１として光学ユニット２０に組み込んだ。その後、レンズの向きと各レンズ間隔を微調整して、それぞれ所定の解像度を得た。次いで、光学ユニット２０を２５℃湿度３０％の環境下に１週間放置した後、相対湿度９０％、温度２５℃の条件に置き、解像度の時間的変化を測定した。解像度測定には、トライオプティックス社製のＭＴＦ測定器を用いた。コントラスト５０％のＭＴＦとして解像度を測定した。周辺部の解像度は、接線（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）方向と、球欠（ｓａｇｉｔａｌ）方向のＭＴＦの平均値で表した。結果を表２に示した。

表２から明らかなように、実施例１〜３では、解像度の測定開始から時間が経過しても、光学ユニットの中心部および周辺部のいずれにおいても、解像度の変化、すなわち低下が極めて少ないことが確認された。
これに対し、比較例１および３では、測定開始から３６時間後には、測定開始時点の解像度に戻るものの、測定開始１２時間後および２４時間後には、光学ユニットの中心部および周辺部のいずれにおいても、解像度が明らかに低下していることが確認された。

図１は、レンズの形状をした本発明のプラスチック製光学部品の一実施形態を示した概念図であり、図１（ａ）は該光学部品の正面図（光軸方向から見た図）であり、図１（ｂ）は光軸を含む平面で切断した断面図である。 図２は、本発明の光学部品を使用した光学ユニットの１実施形態の概略断面図（光軸を含む平面で切断）である。 図３は、図２に示す本発明の光学部品１′の形状を説明するための図であり、図３（ａ）は光学部品１′の正面図（光軸方向から見た図）であり、図３（ｂ）は図２と同方向の断面図である。 図４は、本発明の光学ユニットと、オートフォーカス機構と、を用いた撮像モジュールの１構成例を示した概念図である。

符号の説明

１，１′：光学部品
１０，１０′：光学部品本体
１０ａ，１０′ａ：レンズ部
１０ｂ，１０′ｂ：フランジ部
２：防湿被膜
２ａ：無機系被膜
２ｂ：有機系被膜
２０，２０′：光学ユニット
２１：レンズ
２２：鏡筒
２２ａ：リブ部
２３：スペーサ
２４：レンズ押さえ
５０：撮像モジュール
５１：イメージセンサ
５２：ＡＦ処理部
５３：アクチュエータ

Claims (5)

1. 少なくとも外気接触面に防湿被膜が形成されたプラスチック製光学部品であって、
   前記防湿被膜は、下層の無機系被膜と、上層の有機系被膜と、からなる多層膜で構成され、
   水分の移動に関するシャーウッド数が０．１以上１０以下であることを特徴とするプラスチック製光学部品。
2. 前記無機系被膜は、珪素酸化物、珪素窒化物、珪素酸窒化物、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、およびダイアモンドライクカーボンからなる群から選択される少なくとも１つの無機材料を主成分とし、
   前記有機系被膜は、アクリル樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも１つを主成分とする請求項１に記載のプラスチック製光学部品。
3. 前記無機系被膜および前記有機系被膜は、真空成膜により形成される請求項１または２に記載のプラスチック製光学部品。
4. 互いにアッベ数が異なる少なくとも２つのレンズを含み、前記レンズの少なくとも１つは、請求項１ないし３のいずれかに記載のプラスチック製光学部品である光学ユニット。
5. オートフォーカス機構を有する請求項４に記載の光学ユニット。

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