JP2007017591A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 結像面に至る光路上に設けられた透光部材の表面抵抗を下げることにより、帯電による埃等の異物の吸着を効果的に防止した光学機器を提供する。
【解決手段】 結像面20に至る光路上に複数の透光部材８が設けられた光学機器であって、少なくとも一つの透光部材８の少なくとも一面に、金属酸化物を含む導電体又は半導電体からなる低表面抵抗膜９が形成されていることを特徴とする光学機器。
【選択図】 図１

Description

本発明は塵や埃等の異物の付着を防止した透光部材を有する光学機器に関する。

光学機器、特に被写体を電子的に取り込んで画像とする撮像装置において、撮像素子面に至る光路上に設けられた透光部材に塵や埃等の異物が付着すると、取り込んだ画像に異物が写りこんでしまうという問題がある。特に透光性の高い物質は強誘導体であることが多く、そのため容易に帯電し、外部から侵入した異物や内部で発生した異物を引き寄せてしまう。

これらの異物が透光部材に付着するのを防止するため、入光面から撮像素子面に至る光路を密閉する防塵構造や、ワイパーや振動ユニットにより異物を機械的に取り除く除塵装置を撮像装置内部に取り付けること等が提案されている。

これらの防塵構造や除塵装置は高価であるのみならず、これらを備えると撮像装置全体の重量が増すという欠点がある。また撮像素子と化学的に結合した異物については除塵装置を用いても取り除くことはできない。他には外部からエアーを吹き付けて埃等の異物を除去する方法も考えられるが、内部の異物を舞い上げてしまい、逆に異物の付着量が増加してしまうという結果になりかねない。

特開2001-339055号（特許文献１）は、図２に示すように、ケーシング11内に固体撮像素子13が設けられており、ケーシング11の開口に、ローパスフィルタ15及び赤外線カットフィルタ16からなる透明板状のカバー部材17が取り付けられ、カバー部材17の固体撮像素子13とは反対側の面に導電膜18が形成されており、ケーシング11内を外気から遮断するようにカバー部材17の周縁部とケーシング11との間が密封された固体撮像装置を開示している。これにより、レンズの交換等で埃や塵等の異物が固体撮像装置内部に侵入したり、シャッタ機構等の撮影機構から磨耗屑が発生したりしても、カバー部材17の表面に異物が付着するのを防ぐことができる。

しかしながら、この固体撮像装置は、固体撮像素子13がケーシング11に嵌め込まれた一体的な構造をしているため、利用範囲が限定されてしまう。またこの固体撮像装置によれば、装置表面に異物の吸い寄せられるのを防ぐことが出来るかもしれないが、近年においては固体撮像装置の前面にさらに透明基板を配置する場合があり、それに異物が付着した場合には固体撮像装置のみに帯電防止効果を施していても無意味である。

またカバー部材17に施す導電膜18としてはクロム，金等からなる金属膜が用いられているが、一般的に金属膜のような導電性の高い膜は可視領域に吸収性を有しており、光学部品に適用可能な程度の高透過率を確保するためには金属膜を薄くする必要がある。また通常金属膜は反射率が高く、高透過率を確保するためには、金属膜の表面にさらに反射防止膜を形成する必要があるが、金属膜が薄いために反射防止膜を形成すると表面抵抗を十分に小さく出来ない。さらに金属膜は、異物に及ぼすファンデルワールス力や電気映像力が金属以外の物質の場合と比べて非常に大きく、また表面の活性も大きいため、異物との化学的な結合が容易に起こり、いったん付着した異物が離脱しづらいという問題がある。

特開2001-339055号公報

従って本発明の目的は、結像面に至る光路上に設けられた透光部材の表面抵抗を下げることにより、帯電による埃等の異物の吸着を効果的に防止した光学機器を提供することである。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、光学機器において、結像面に至る光路上に設けられた透光部材の少なくとも一面に、金属導電体を含む導電体又は半導電体からなる低表面抵抗膜を形成することにより、帯電による埃等の異物の吸着を効果的に防止できることを発見し、本発明に想到した。

すなわち、本発明は以下の手段により達成される。
(1) 結像面に至る光路上に複数の透光部材が設けられた光学機器であって、少なくとも一つの前記透光部材の少なくとも一面に、金属酸化物を含む導電体又は半導電体からなる低表面抵抗膜が形成されていることを特徴とする光学機器。
(2) 上記(1) に記載の光学機器おいて、前記結像面に光学像を電気信号に変換して出力する撮像素子が設けられていることを特徴とする光学機器。
(3) 上記(2) に記載の光学機器おいて、前記透光部材のうちの一つが前記撮像素子の前面に設けられた保護カバーであることを特徴とする光学機器。
(4) 上記(3) に記載の光学機器において、前記低表面抵抗膜が前記保護カバーの前記撮像素子とは反対側の面に形成されていることを特徴とする光学機器。
(5) 上記(1)〜(4) のいずれかに記載の光学機器において、前記金属酸化物が五酸化アンチモン，インジウム酸化錫及びアンチモン酸化錫からなる群から選ばれた少なくとも一種からなることを特徴とする光学機器。
(6) 上記(1)〜(5) のいずれかに記載の光学機器において、前記低表面抵抗膜の表面抵抗が１×10^４〜１×10¹³Ω／□であることを特徴とする光学機器。
(7) 上記(1)〜(6) のいずれかに記載の光学機器において、前記透光部材の少なくとも一面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする光学機器。
(8) 上記(1)〜(7) のいずれかに記載の光学機器において、前記透光部材の少なくとも一面に撥水撥油性膜が形成されていることを特徴とする光学機器。
(9) 上記(8) に記載の光学機器において、前記撥水撥油性膜はフッ素系樹脂であることを特徴とする光学機器。
(10) 上記(8) 又は(9) に記載の光学機器において、前記撥水撥油性膜の膜厚は１〜50 nmであることを特徴とする光学機器。

本発明の光学機器は、結像面に至る光路上に設けられた透光部材の少なくとも一面に低表面抵抗膜が形成されているため、効果的に帯電を防止し、埃等の異物の吸着を防止することができる。

図１は本発明の一実施例であるCCD等の撮像素子を有する光学機器（撮像装置）１を示す。撮像装置１は、撮像素子２と、撮像素子２に至る光路７上に設けられた透光部材８（複数のレンズ3a，3b・・・3n、ローパスフィルタ４、赤外線フィルタ５及び保護カバー６）とを有する。保護カバー６は撮像素子２の前面を密封するように設けられている。撮像素子２の光の入射面を結像面20とし、最外のレンズ3aの光の入射面を入光面30とする。

レンズ3aの入光面30と、レンズ3nの撮像素子２側の面と、ローパスフィルタ４、赤外線フィルタ５及び保護カバー６の入光側の面とに低表面抵抗膜９が形成されている。透光部材８に低表面抵抗膜９を形成することにより、透光部材８の表面抵抗を低減することができ、透光部材８の帯電を防止できる。従って、帯電による埃等の異物の吸着を防止し、また付着したとしても容易に除去することができる。またレンズ3a，3b・・・3nの間は比較的密封されており異物等が入り込むことが少ないうえに、レンズ交換の際にも指で触れることがないため、低表面抵抗膜９を設けなくても埃等の異物の付着は少ない。保護カバー６の撮像素子２側の面についても、保護カバー６と撮像素子２とにより密封されているため同様である。

低表面抵抗膜９は、金属酸化物を含む導電体又は半導電体からなる。金属酸化物としては、透明性を有する導電性酸化物であれば特に限定されないが、五酸化アンチモン（Sb₂O₅），インジウム酸化錫（ITO）又はアンチモン酸化錫（ATO）、又はこれらの組合せが好ましい。

低表面抵抗膜９の膜厚は使用する導電性物質の種類によって異なるが１〜5000 nmが好ましく、10〜3000 nmがより好ましい。膜厚が１ nm未満であると、帯電防止機能を充分に発揮できず、膜厚が5000 nm超であると低表面抵抗膜９の膜厚が不均一になるうえに、透明性及び導電性が損なわれる。

低表面抵抗膜９の表面抵抗は１×10^４〜１×10¹³ Ω／□であるのが好ましく、１×10^５〜１×10¹³Ω／□であるのがより好ましい。表面抵抗が１×10^４ Ω／□未満であると低表面抵抗膜９の透明性が悪く、１×10¹³ Ω／□を超えると、低表面抵抗膜９が静電気を放出するのに時間がかかり、実質的に帯電防止による防塵機能が働かない。

低表面抵抗膜９はゾル−ゲル法等の湿式法により形成するのが好ましい。ゾル−ゲル法によれば、真空プロセスを経ることなく大気中で成膜できるため、成膜コストが安くなる。ゾル−ゲル法で直接成膜するには、ディップコート法、スプレーコート法、スピンコート法、バーコート法、ロールコート法等が用いられる。なお低表面抵抗膜９を形成する方法として、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法や、CVD等の化学蒸着法を用いても良い。

透光部材８の少なくとも一面に反射防止膜が形成されているのが好ましい。反射防止膜は透光部材８の表面に形成しても良いし、低表面抵抗膜９の上にさらに形成しても良い。反射防止膜を形成する材料は特に限定されず、SiO₂、TiO₂、MgF₂、SiN、CeO₂、ZrO₂等を用いることができる。反射防止膜が多層膜の場合、同一の材料による多層膜であっても異なる材料による多層膜であってもよい。例えば、屈折率の異なる複数の膜を適宜組合せることにより、反射防止効率をより高めることが可能である。反射防止膜の形成方法としては、通常使用されるものであれば特に限定されない。

透光部材８の少なくとも一面に撥水撥油性を有する膜を形成するのが好ましい。撥水撥油性膜を設けることにより、反射防止膜の光学的な特性を変えることなく、膜表面を化学的に不活性化することができ、タバコの煙、雨水等の汚れの化学的結合を防ぐことができる。撥水撥油性膜はフッ素系樹脂からなるのが好ましい。フッ素系樹脂は表面摩擦抵抗が小さく、表面を軽く擦るだけで、表面を傷つけることなく汚れを拭き取ることができる。フッ素系樹脂は非結晶性であるのが好ましい。非結晶性のフッ素系樹脂からなる層は優れた透明性を有するうえに、ファンデルワールス力、電気映像力等の粒子を付着させる力が小さく、付着した粒子を容易に除去できると言った特性を有する。非結晶性のフッ素系樹脂の具体例として、シリコーン系のフッ素系樹脂、フルオロオレフィン系の共重合体、含フッ素脂肪族環構造を有する重合体、及びフッ素化アクリレート系の共重合体が挙げられる。

撥水撥油性膜は透光部材８の表面に形成しても良いし、低表面抵抗膜９又は反射防止膜の上に形成しても良いが、反射防止膜の上に形成するのが好ましい。それにより、撥水撥油性を持たせるとともに、反射防止膜を保護するバリアー層として機能することができる。撥水撥油層の膜厚は１〜50 nmが好ましく、５〜50 nmがより好ましい。膜厚が１ nm未満であると、撥水撥油性の機能を充分に発揮できず、その効果の持続性も充分でない。また膜厚が50 nm超であると透光部材８の透明性及び導電性が損なわれるうえに、反射防止膜の光学特性を変えてしまう。撥水撥油性膜の形成方法としては、通常使用されるものであれば特に限定されない。

図１に示す例では低表面抵抗膜９はレンズ3aの入光面30と、レンズ3nの撮像素子２側の面と、ローパスフィルタ４、赤外線フィルタ５及び保護カバー６の入光側の面とに形成されているが、低表面抵抗膜９の形成箇所は透光部材８の表面であれば特に限定されず、その形成箇所は単数でも複数でも良い。低表面抵抗膜９が形成されている箇所が増えれば、光学機器１の防塵効果は高まるが、透明性が損なわれるうえに、製造工程が増える。また図１に示す例ではローパスフィルタ４、赤外線フィルタ５及び保護カバー６が入光側から順に設置されているが、本発明はこれに限定されず、設置される順番は必要に応じて適宜変更することができる。またローパスフィルタ４、赤外線フィルタ５及び保護カバー６の全てが設置されている必要はなく、例えば保護カバー６をローパスフィルタ４で代用しても良い。

図１に示す例は撮像素子を有する撮像装置であるが、本発明の光学機器はこれに限られず、撮像機能を有しない顕微鏡、望遠鏡等でも良い。

本発明を以下の実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。

実施例１
γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン50 gを0.01 N塩酸で加水分解重合させたものにSb₂O₅ゾル［AMT130、日産化学工業（株）製］を50 g加え、さらにエタノールを10 g加えて低表面抵抗膜コート液を作製した。

低表面抵抗膜コート液をデジタルカメラに使用される水晶からなるローパスフィルタにDIP方式で1000 nmコートした後、140℃で１時間加熱し、低表面抵抗膜を形成した。低表面抵抗膜が形成された面の表面抵抗は２×10¹⁰ Ω／□であった。低表面抵抗膜が形成された面にタバコの灰を接触させ持ち上げたときの灰の付着具合、水に対する接触角、全透過率、及び表面に油性マジックで書いた文字をキムワイプで擦ったときの文字の消え具合及び表面の傷の状態を表１に示す。

実施例２
実施例１で作製したローパスフィルタの低表面抵抗膜が形成された面に、SiO₂とTiO₂とを蒸着方式で交互に５層コートし、多層膜からなる反射防止膜を形成した。低表面抵抗膜が形成された面の表面抵抗は８×10¹² Ω／□であった。低表面抵抗膜が形成された面にタバコの灰を接触させ持ち上げたときの灰の付着具合、水に対する接触角、全透過率、及び表面に油性マジックで書いた文字をキムワイプで擦ったときの文字の消え具合及び表面の傷の状態を表１に示す。

実施例３
シリコーン系フッ素樹脂［X71-130、信越化学工業（株）］１gをハイドロフルオロエーテル20 gに添加し、撥水撥油性液を作製した。実施例１で作製したローパスフィルタの低表面抵抗膜が形成された面に、撥水撥油性液を250μLだけ塗布し、室温で24時間乾燥し、撥水撥油性膜を形成した。低表面抵抗膜が形成された面の表面抵抗は２×10¹² Ω／□であった。低表面抵抗膜が形成された面にタバコの灰を接触させ持ち上げたときの灰の付着具合、水に対する接触角、全透過率、及び表面に油性マジックで書いた文字をキムワイプで擦ったときの文字の消え具合及び表面の傷の状態を表１に示す。

実施例４
セラミックからなるタブレットに撥水撥油性液を0.1 mg含浸させ、撥水撥油性含浸タブレットを作製した。実施例２と同様の方法で低表面抵抗膜及び反射防止膜を有するローパスフィルタを作製した後、撥水撥油性含浸タブレットを抵抗加熱により蒸発させ、低表面抵抗膜が形成された面に撥水撥油性膜をコートした。低表面抵抗膜が形成された面の表面抵抗は８×10¹² Ω／□であった。低表面抵抗膜が形成された面にタバコの灰を接触させ持ち上げたときの灰の付着具合、水に対する接触角、全透過率、及び表面に油性マジックで書いた文字をキムワイプで擦ったときの文字の消え具合及び表面の傷の状態を表１に示す。

実施例５
デジタルカメラのズーム用レンズに使用されるBK7からなるガラスレンズにインジウム酸化錫（ITO）からなる低表面抵抗膜をDIP方式でコートした。さらに実施例４と同様の方法で、SiO₂とTiO₂との多層膜からなる反射防止膜及び撥水撥油性膜をコートした。低表面抵抗膜が形成された面の表面抵抗は1×10⁵ Ω／□であった。低表面抵抗膜が形成された面にタバコの灰を接触させ持ち上げたときの灰の付着具合、水に対する接触角、全透過率、及び表面に油性マジックで書いた文字をキムワイプで擦ったときの文字の消え具合及び表面の傷の状態を表１に示す。

比較例１
実施例１で用いたローパスフィルタの両面に、SiO₂とTiO₂とを蒸着方式で交互に５層コートし、多層膜からなる反射防止膜を形成した。反射防止膜が形成された面の表面抵抗は１×10¹⁵ Ω／□であった。反射防止膜が形成された面にタバコの灰を接触させ持ち上げたときの灰の付着具合、水に対する接触角、全透過率、及び表面に油性マジックで書いた文字をキムワイプで擦ったときの文字の消え具合及び表面の傷の状態を表１に示す。

比較例２
実施例５で用いたBK7からなるガラスレンズの両面に、SiO₂とTiO₂とを蒸着方式で交互に５層コートし、多層膜からなる反射防止膜を形成した。反射防止膜が形成された面の表面抵抗は１×10¹⁵ Ω／□であった。反射防止膜が形成されている面にタバコの灰を接触させ持ち上げたときの灰の付着具合、水に対する接触角、全透過率、及び表面に油性マジックで書いた文字をキムワイプで擦ったときの文字の消え具合及び表面の傷の状態を表１に示す。

表１から明らかなように、低表面抵抗膜を有するローパスフィルタ及びガラスレンズは、優れた防塵効果を有し、低表面抵抗膜の上に反射防止膜及び撥水撥油性膜を形成しても、その防塵効果は保持されることが分かった。また反射防止膜及び撥水撥油性膜を形成することによる効果も確認された。

本発明の一実施例による撮像装置を概略的に示す断面図である。 従来の撮像装置を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１・・・撮像装置
２・・・撮像素子
20・・・結像面
3a，3b・・・3n・・・レンズ
30・・・入光面
４・・・ローパスフィルタ
５・・・赤外線フィルタ
６・・・保護カバー
７・・・光路
８・・・透光部材
９・・・低表面抵抗膜

Claims (10)

1. 結像面に至る光路上に複数の透光部材が設けられた光学機器であって、少なくとも一つの前記透光部材の少なくとも一面に、金属酸化物を含む導電体又は半導電体からなる低表面抵抗膜が形成されていることを特徴とする光学機器。
2. 請求項１に記載の光学機器において、前記結像面に光学像を電気信号に変換して出力する撮像素子が設けられていることを特徴とする光学機器。
3. 請求項２に記載の光学機器において、前記透光部材のうちの一つが前記撮像素子の前面に設けられた保護カバーであることを特徴とする光学機器。
4. 請求項３に記載の光学機器において、前記低表面抵抗膜が前記保護カバーの前記撮像素子とは反対側の面に形成されていることを特徴とする光学機器。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光学機器において、前記金属酸化物が五酸化アンチモン，インジウム酸化錫及びアンチモン酸化錫からなる群から選ばれた少なくとも一種からなることを特徴とする光学機器。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の光学機器において、前記低表面抵抗膜の表面抵抗が１×10^４〜１×10¹³Ω／□であることを特徴とする光学機器。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の光学機器において、前記透光部材の少なくとも一面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする光学機器。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の光学機器において、前記透光部材の少なくとも一面に撥水撥油性膜が形成されていることを特徴とする光学機器。
9. 請求項８に記載の光学機器において、前記撥水撥油性膜はフッ素系樹脂であることを特徴とする光学機器。
10. 請求項８又は９に記載の光学機器において、前記撥水撥油性膜の膜厚は１〜50 nmであることを特徴とする光学機器。

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