JP2012002895A - 光学部品および塗料 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ鏡筒などの光学部品において、所謂フレアやゴーストなどの不具合の発生を抑制し、画像品質を向上させる。
【解決手段】この光学部品は、光学素子を内部に収容する本体２１を有しており、本体２１の内壁面２１ａが、高分子材料からなる複数の多孔質の微粒子６で被覆されている。これにより、本体２１の内壁面２１ａに入射する光の大部分を微粒子６によって吸収して反射率を減少させ、この内壁面２１ａの光沢度および明度指数を低減することができる。そのため、所謂フレアやゴーストなどの不具合の発生を抑制し、画像コントラストを向上させて画像品質を向上させることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、反射防止を行う塗料およびその塗料により塗装された光学部品、例えば、カメラなどの光学機器に接続されるレンズ鏡筒ユニットを構成するレンズ鏡筒に関するものである。

この種のレンズ鏡筒ユニットは、レンズなどの光学素子と、この光学素子を内部に収容するレンズ鏡筒と、光量を調節する絞り部品と、光学素子を移動させて所望の焦点距離を確保するための移動部材と、レンズ鏡筒をカメラなどの光学機器に固定する固定部材とから構成されている。

このうち、レンズ鏡筒の内壁面は、何らかの反射防止策を施して反射防止面とする必要がある。これは、光学素子を透過してレンズ鏡筒の内部に入射する光のうち、被写体像の形成に寄与しない軸外光がレンズ鏡筒の内壁面で反射した結果、この反射光がレンズ鏡筒の内部で迷光となって撮像素子に到達し、所謂フレアやゴーストなどの不具合を発生させ、画像品質を低下させるという問題に対処するためである。

このような反射防止策の手法としては、従来、レンズ鏡筒の内壁面に対して、光の反射角度を考慮した段差や傾斜（Ｖ溝）を形成したり、梨地加工を施したりする機械加工方法があった。ところが、レンズ鏡筒の内部への入射光は、レンズ鏡筒の内部の部材によって複雑な方向へ反射するため、このような機械加工方法では、反射を十分に低減することが困難であった。

また、反射防止策の別の手法として、レンズ鏡筒の内壁面に黒色塗料や艶消し塗料を塗布して光吸収・散乱部材とし、レンズ鏡筒の内壁面の光沢度を低下させるという科学的皮膜形成方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００３−２７７７２２号公報 特開平１１−６４７０３号公報 特開平５−３４１１６７号公報

しかしながら、特許文献１〜３に開示された科学的皮膜形成方法を用いたとしても、鏡筒内周面に到達した軸外光の正反射光が減るのみであり、鏡筒内周面からの拡散光をも含めた反射光全体はほとんど減少しない。そのため、レンズ鏡筒の内壁面の明度指数はほとんど低下しない。また、この正反射光も、内壁面の光沢度（入射角６０°、受光角６０°における光沢度）を十分なレベル（０．１以下）にまで下げることはできない。したがって、軸外光がレンズ鏡筒の内部で迷光となって撮像素子に到達してしまう恐れが依然として残るため、所謂フレアやゴーストなどの不具合が発生して画像品質の低下につながるという問題は、ほとんど改善されないままである。

すなわち、特許文献１に開示された技術は、光沢度低下を目的に使用されるつや消し剤およびそれを用いた塗料組成物に関するものであり、天然高分子であるセルロース粉末を塗料に配合している。その効果は、従来から使用されている粉末シリカと同程度の光沢度１．５（表１の実施例３）を達成できるに過ぎない。これに対して、レンズ鏡筒のような光学部品で必要とされる光沢度は０．１以下と桁違いに小さいため、特許文献１に開示された技術では、所謂フレアやゴーストなどの不具合の発生を抑えて画像品質を向上させることは期待できない。

また、特許文献２は、微粒子を分散した電着塗料を用いて形成された電着塗装膜に関するものである。ところが、特に微粒子については、第１に、形状は１種類の形状からなっていても複数の種類の形状からなっていてもかまわず、第２に着色については何ら言及されていない。しかも、こうした電着塗装では、微粒子が塗膜に埋もれてしまい、塗膜の表面から突出した状態とはならない。したがって、特許文献２に開示された技術では、所謂フレアやゴーストなどの不具合の発生を抑えて画像品質を向上させることは不可能である。

また、特許文献３は、投射型テレビジョン受信機のレンズ鏡筒の内部の反射防止に関するものであり、レンズ鏡筒の内壁面に、このレンズ鏡筒の屈折率よりも低いフッ素系化合物薄膜を形成することにより、反射防止効果を狙うものである。ところが、この方法では、数％の反射率の低下は見られるものの、レンズ鏡筒のような光学部品で必要とされるレベル、つまり６０°における光沢度０．１以下までは低下させることができない。ここで、光沢度の定義は、屈折率１．５６７のガラス鏡面研磨面に対する反射率を光沢度１００としており、このガラス鏡面の実際の反射率は、６０°入射の場合１０．０１％である。したがって、６０°における光沢度０．１は０．０１％となり、ほとんど無反射に近いものである。そのため、反射防止のみで６０°における光沢度を０．１以下にすることは不可能に近く、６０°における光沢度を０．１以下にするためには、表面拡散させるための表面凹凸が必要となる。以上のことから、特許文献３に開示された技術は、所謂フレアやゴーストなどの不具合の発生を抑えて画像品質を向上させることができるものではない。

本発明は、このような事情に鑑み、塗装された部品の反射散乱光を少なくする塗料と、所謂フレアやゴーストなどの不具合の発生を抑制し、画像コントラストを向上させて画像品質を向上させることが可能な光学部品とを提供することを目的とする。

本発明に係る第１の光学部品は、光学素子（３、４）を内部に収容する本体（２１）を有する光学部品（２）であって、前記本体の内壁面（２１ａ）が、高分子材料からなる複数の多孔質の微粒子（６）で被覆されている光学部品としたことを特徴とする。

また、本発明に係る第１の塗料は、樹脂材料を主成分とする溶液中に、高分子材料からなる複数の多孔質の微粒子（６）を分散した塗料としたことを特徴とする。

なお、ここでは、本発明をわかりやすく説明するため、実施の形態を表す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明が実施の形態に限定されるものでないことは言及するまでもない。

本発明によれば、本発明の塗料により塗装することにより、光学素子を内部に収容する本体の内壁面に入射する光の大部分を微粒子によって吸収して反射率を減少させ、この内壁面の光沢度および明度指数を低減することができる。そのため、所謂フレアやゴーストなどの不具合の発生を抑制し、画像コントラストを向上させて画像品質を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係るレンズ鏡筒を具備するレンズ鏡筒ユニットの要部を示す断面図である。 図１に示すレンズ鏡筒の内壁面の拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

図１および図２は、本発明の実施の形態１に係る図である。この実施の形態１では、光学部品としてレンズ鏡筒２を用い、本体として筒本体２１を用い、光学素子として前群レンズ群３および後群レンズ群４を用い、バインダーとして皮膜形成用樹脂７を用いている。

レンズ鏡筒ユニット１は、図１に示すように、ポリカーボネートからなる略円筒状のレンズ鏡筒２を有しており、レンズ鏡筒２は、円筒状の筒本体２１、円環状の第１レンズ保持部２２、円環状の第２レンズ保持部２３から構成されている。ここで、筒本体２１の内部には、一端部（図１左端部）の近傍に第１レンズ保持部２２が筒本体２１と一体に形成されているとともに、他端部（図１右端部）の近傍に第２レンズ保持部２３が筒本体２１と一体に形成されている。

また、レンズ鏡筒２には、図１に示すように、前群レンズ群３および後群レンズ群４がこれらの光軸を一致させた形で取り付けられている。すなわち、レンズ鏡筒２の第１レンズ保持部２２には、前群レンズ群３がその光軸を筒本体２１の中心に合致させた状態で嵌合している。また、レンズ鏡筒２の第２レンズ保持部２３には、後群レンズ群４がその光軸を筒本体２１の中心に合致させた状態で嵌合している。その結果、前群レンズ群３の光軸と後群レンズ群４の光軸とが一致した状態となっている。

ところで、レンズ鏡筒２の筒本体２１の内壁面２１ａには、図２に示すように、その全面にわたって黒色塗装膜５が形成されている。この黒色塗装膜５は、多数の微粒子６を含む黒色の皮膜形成用樹脂７から構成されている。

ここで、各微粒子６は、孔径０．０２〜０．２５μｍの範囲内の多数の細孔が表面に形成された球状（つまり、多孔質球状）のポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ、屈折率１．４９）から構成されている。これらの微粒子６は、図２に示すように、皮膜形成用樹脂７の表面から突出する形で筒本体２１の内壁面２１ａのほぼ全面を覆っており、その面密度（黒色塗装膜５の厚さ方向に垂直な平面に配置される微粒子６の単位面積当たりの個数）は、概ね２５０〜５０００個／ｍｍ² の範囲内となっている。一方、皮膜形成用樹脂７はアクリルウレタン（屈折率およそ１．５）から構成されている。したがって、各微粒子６と皮膜形成用樹脂７とは、屈折率がほぼ同一となっている。

なお、こうした黒色塗装膜５を筒本体２１の内壁面２１ａに形成するには、種々の方法を採用することができる。例えば、皮膜形成用樹脂７となる塗料中に微粒子６を所定の割合で添加して分散させて黒色着色塗料を調製した後、この黒色着色塗料を筒本体２１の内壁面２１ａにスプレー塗装して乾燥させることにより、黒色塗装膜５を筒本体２１の内壁面２１ａに形成することもできる。このスプレー塗装も含めて一般に塗装の場合、微視的に見ると、一度塗りでは、筒本体２１の内壁面２１ａの全面に微粒子６が並ばない恐れがあるのに対して、二度塗りすると、１層目（下塗り）の微粒子６の隙間を埋める形で筒本体２１の内壁面２１ａの全面に微粒子６が並びやすい点で好ましい。

このように、レンズ鏡筒ユニット１のレンズ鏡筒２においては、筒本体２１の内壁面２１ａに多数の多孔質球状の微粒子６が、筒本体２１の内壁面２１ａのほぼ全面を被覆するように所定の面密度で配置されている。そのため、被写体像の形成に寄与しない軸外光が前群レンズ群３や後群レンズ群４を透過してレンズ鏡筒２の内部に入り込んだ場合、筒本体２１の内壁面２１ａに入射した軸外光の大部分は、微粒子６の細孔内で反射を繰り返して吸収され、この細孔内に閉じ込められる。したがって、この軸外光は、その大部分が微粒子６によって吸収され、反射率が大幅に低下することから、レンズ鏡筒２の内部で迷光となって撮像素子（図示せず）に到達する事態がほとんど発生しなくなる。その結果、所謂フレアやゴーストなどの不具合の発生を抑制し、画像コントラストを向上させて画像品質を向上させることが可能となる。

しかも、これらの微粒子６は、皮膜形成用樹脂７の表面から突出しているので、筒本体２１の内壁面２１ａへの入射光を捕捉しやすくなり、上述した効果が顕著になる。

また、微粒子６の屈折率と皮膜形成用樹脂７の屈折率とがほぼ同一となっているため、微粒子６に光が入射したとき、微粒子６と皮膜形成用樹脂７との界面において、散乱光が減少して透過光が増大する。その結果、黒色塗装膜５は、黒味が強くなると同時に光沢度が低下する。

さらに、各微粒子６は、その材質がポリメタクリル酸メチルであり、シリカなどの低分子材料より屈折率が低いので、粒子表面での反射光が減って黒味が強くなる。

なお、このような微粒子６を含有する塗料の代表例としては、アクリルウレタンを主成分に、黒色顔料を含有させ、さらにそれをシンナーで希釈溶解した溶液に対して、質量百分率で１０％〜８０％の割合で、微粒子６を含有させたものを使用することができる。

ところで、微粒子６の混合割合が１０％未満であると、１回の塗布乾燥後で得られる黒色塗装膜５に捉えられた微粒子６の密度が少ないため、十分な黒味が発現できない。一方、微粒子６の混合割合が８０％より大きいと、塗布されたのちの黒色塗装膜５における微粒子６の密度が８０％を超えた時点で密度が増加しなくなる。そして、微粒子６の消費量だけが多くなるため、無駄に消費する微粒子６が多くなるだけである。
［発明のその他の実施の形態］

なお、上述した実施の形態１では、微粒子６が多孔質球状である場合について説明した。しかし、微粒子６は、多孔質である限り、球状以外の形状（例えば、不定形など）とすることも可能である。微粒子６が不定形である場合、球状の場合に比べて、正反射光が減少するため、黒色塗装膜５の光沢度が低下する利点がある。

また、上述した実施の形態１では、ポリメタクリル酸メチルからなる微粒子６について説明した。しかし、微粒子６の材質としては、ポリメタクリル酸メチル以外の高分子材料（例えば、ポリアクリルニトリル（屈折率１．５２）などのポリアクリルニトリル系、ポリアクリレート系、ポリスチレン系など）を代用することもできる。これらの場合も、シリカなどの低分子材料より屈折率が低いので、ポリメタクリル酸メチルの場合と同様、粒子表面での反射光が減って黒味が強くなる傾向にある。

また、上述した実施の形態１では、ポリカーボネート製のレンズ鏡筒２について説明したが、レンズ鏡筒２の材質はポリカーボネートに限るわけではない。例えば、ポリカーボネート以外の樹脂や、アルミニウム、マグネシウムなどの金属をレンズ鏡筒２の材質として採用しても構わない。

また、上述した実施の形態１では、光学部品および本体がそれぞれレンズ鏡筒２および筒本体２１である場合について説明したが、これらは例示に過ぎない。例えば、望遠鏡の主筒や接眼筒の内壁面に本発明を同様に適用することもできる。

また、上述した実施の形態１では、光学素子が前群レンズ群３および後群レンズ群４である場合について説明したが、前群レンズ群３および後群レンズ群４以外の光学素子を内部に収容する光学部品に本発明を同様に適用することも可能である。

さらに、上述した実施の形態１では、バインダーが皮膜形成用樹脂７である場合について説明したが、筒本体２１の内壁面２１ａに微粒子６を固着する機能を有する限り、皮膜形成用樹脂７以外のバインダー（例えば、アルキド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂など）を代用することも可能である。

以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞

粒子径が約２０μｍの多孔質球状ＰＭＭＡ微粒子（ポリメタクリル酸メチル樹脂からなる多孔質球状の微粒子）を、アクリルウレタン（皮膜形成用樹脂）をシンナーで希釈溶解した塗料中に４５質量％の割合で添加し、これを（株）シンキー製の攪拌装置「あわとり練太郎ＡＲ−５００」で十分に攪拌して多孔質球状ＰＭＭＡ微粒子をアクリルウレタン内で分散させることにより、黒色着色塗料を調製した。その後、アルミニウムからなる平板状の基材の上にこの黒色着色塗料をスプレー塗装し、オーブンで乾燥させることにより、基材上に厚さ約３０μｍの黒色塗装膜を形成した。

なお、ここでは、平板状の基材を円筒状の筒本体とみなした。これは、黒色塗装膜を形成する対象物の形状が平板状であろうと円筒状であろうと、黒色塗装膜の光沢度や明度指数に影響を及ぼさないとの考えに立脚するものである。
＜実施例２＞

粒子径が約２０μｍの多孔質球状ＰＭＭＡ微粒子に代えて、粒子径が約４５μｍの多孔質球状ＰＭＭＡ微粒子を用いたことを除き、上述した実施例１と同様の手順により、同様の基材上に同じ厚さの黒色塗装膜を形成した。
＜比較例１＞

粒子径が約２０μｍの多孔質球状ＰＭＭＡ微粒子に代えて、粒子径が約３μｍの多孔質球状シリカ微粒子（シリカからなる多孔質球状の微粒子）を用いたことを除き、上述した実施例１と同様の手順により、同様の基材上に同じ厚さの黒色塗装膜を形成した。
＜比較例２＞

多孔質球状ＰＭＭＡ微粒子に代えて、真球状ＰＭＭＡ微粒子（ポリメタクリル酸メチル樹脂からなる真球状の微粒子）を用いたことを除き、上述した実施例１と同様の手順により、同様の基材上に同じ厚さの黒色塗装膜を形成した。
＜比較例３＞

多孔質球状ＰＭＭＡ微粒子に代えて、真球状ＰＭＭＡ微粒子（ポリメタクリル酸メチル樹脂からなる真球状の微粒子）を用いたことを除き、上述した実施例２と同様の手順により、同様の基材上に同じ厚さの黒色塗装膜を形成した。
＜光沢度および明度指数の測定＞

これらの実施例１、２および比較例１〜３についてそれぞれ、入射角６０°および８５°における光沢度を測定するとともに、明度指数を測定した。なお、光沢度の測定は、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して行った。その測定結果をまとめて表１に示す。

表１から明らかなように、光沢度については、比較例１〜３で０．２〜０．４（入射角６０°の場合）、０．７〜３．７（入射角８５°の場合）であったのに対して、実施例１、２では０（入射角６０°の場合）、０．１（入射角８５°の場合）となった。また、明度指数については、比較例１〜３で１１．５〜２１であったのに対して、実施例１、２では７．１〜７．５となった。

さらに細かく見ると、真球状ＰＭＭＡ微粒子に対する多孔質球状ＰＭＭＡ微粒子の優位性や、多孔質球状シリカ微粒子に対する多孔質球状ＰＭＭＡ微粒子の優位性が認められることが判明した。

すなわち、実施例１と比較例２では、粒子径が約２０μｍの微粒子の形状のみが異なる（前者では多孔質球状であるのに対して、後者では真球状である）ところ、両者の測定結果を比較すると、後者に比べて前者で光沢度および明度指数が低下した。また、実施例２と比較例３では、粒子径が約４５μｍの微粒子の形状のみが異なる（前者では多孔質球状であるのに対して、後者では真球状である）ところ、両者の測定結果を比較すると、後者に比べて前者で光沢度および明度指数が低下した。これらの結果から、多孔質球状ＰＭＭＡ微粒子が真球状ＰＭＭＡ微粒子より光沢度および明度指数の低下の点で優れていると結論付けることができる。

また、実施例１と比較例１では、微粒子の材質および粒子径のみが異なる（前者では粒子径が約２０μｍのＰＭＭＡであるのに対して、後者では粒子径が約３μｍのシリカである）ところ、両者の測定結果を比較すると、後者に比べて前者で光沢度および明度指数が低下した。この結果から、多孔質球状ＰＭＭＡ微粒子が多孔質球状シリカ微粒子より光沢度および明度指数の低下の点で優れていると結論付けることができる。

本発明は、レンズ鏡筒ユニットのほか、ビデオカメラや望遠鏡、双眼鏡、顕微鏡など各種の光学機器に広く適用することができる。

１……レンズ鏡筒ユニット
２……レンズ鏡筒（光学部品）
３……前群レンズ群（光学素子）
４……後群レンズ群（光学素子）
５……黒色塗装膜
６……微粒子
７……皮膜形成用樹脂（バインダー）
２１……筒本体（本体）
２１ａ……内壁面
２２……第１レンズ保持部
２３……第２レンズ保持部

Claims (10)

1. 光学素子を内部に収容する本体を有する光学部品であって、
   前記本体の内壁面が、高分子材料からなる複数の多孔質の微粒子で被覆されていることを特徴とする光学部品。
2. 前記各微粒子は、バインダーによって前記本体の内壁面に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
3. 前記複数の微粒子は、少なくともその一部が前記バインダーの表面から突出していることを特徴とする請求項２に記載の光学部品。
4. 前記バインダーは、皮膜形成用樹脂であることを特徴とする請求項２または３に記載の光学部品。
5. 前記複数の微粒子の面密度は、２５０〜５０００個／ｍｍ² の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学部品。
6. 前記各微粒子の表面に形成された細孔の孔径は、０．０２〜０．２５μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光学部品。
7. 前記各微粒子の屈折率は、前記バインダーの屈折率とほぼ同一であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の光学部品。
8. 前記各微粒子の材質は、ポリメタクリル酸メチルであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光学部品。
9. 樹脂材料を主成分とする溶液中に、高分子材料からなる複数の多孔質の微粒子を分散したことを特徴とする塗料。
10. 前記多孔質の微粒子は、前記溶液に対して、質量百分率で１０％以上８０％以下の割合で含有していることを特徴とする請求項９に記載の塗料。