JP2018120105A

JP2018120105A - 光学部材及びこれを用いた撮像システム

Info

Publication number: JP2018120105A
Application number: JP2017011752A
Authority: JP
Inventors: 上口　欣也; Kinya Kamiguchi; 欣也上口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2018-08-02

Abstract

【課題】傷つきにくく、水滴が付着しても水滴形状を維持せず、有機物を含む汚れを付着した水で容易に洗い流すことができる光学部材を提供する。【解決手段】基材１１上に、水に対する接触角が３４°以下で、且つ、４０℃の水に対する溶解度が１．０×１０-5乃至１０．０×１０-3ｇ／１００ｇＨ2Ｏである無機材料膜１２を積層して光学部材１０とする。【選択図】図２

Description

本発明は、屋外に設置された映像を取得する監視カメラ等に用いられる撮像システムと、該撮像システムに保護カバーとして用いられる光学部材に関する。

住居・商用ビル又は屋外のセキュリティシステムとして、監視カメラが広く利用されている。監視カメラは、ＣＣＤカメラ等の撮像装置と、該撮像装置を保護するための透明な保護カバーとを備えている。
保護カバーの材料としては、主に製品コストの観点から樹脂材料が用いられており、ポリカーボネートやアクリル等の成形の容易な樹脂材料により、半球殻状（ドーム型）、半円筒状、平板等の様々な形状に成形して用いられている。
監視カメラは、屋外に設置される場合も多く、保護カバーに雨水などの水滴が付着すると、該水滴により光の屈折が起こり、撮像画像に多大な悪影響を及ぼしてしまう。また、汚れが付着した場合にも、撮像画像に影響してしまう。特許文献１には、保護カバーの表面に親水コートを被覆することにより、保護カバー表面に付着した水滴を膜化し、水滴による光の屈折を防止すると同時に、水膜によって汚れを浮き上がらせて洗浄する構成が開示されている。

特許５３７４６６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された親水コートは、シリコーンを主成分としているため、柔らかく、こすりや引っ掻きにより傷ついたり、容易に剥がれたりしてしまう。また、微小ゴミなどは水膜で浮かして洗い流すことができるが、有機成分が付着した場合には、水膜で浮き上がらせることができず、こすり落とそうとすると、親水コートが傷ついたり、剥がれたりしてしまう。
本発明の課題は、傷つきにくく、水滴が付着しても水滴形状を維持せず、有機物を含む汚れを付着した水で容易に洗い流すことができる光学部材、及び該光学部材を用いて撮像画像の鮮明性が確保された撮像システムを提供することを課題とする。

本発明の第一は、基材と、前記基材上に積層された、水に対する接触角が３４°以下で、且つ、４０℃の水に対する溶解度が１．０×１０^-5乃至１０．０×１０^-3ｇ／１００ｇＨ₂Ｏである無機材料膜と、を有することを特徴とする光学部材である。
本発明の第二は、撮像装置と、前記撮像装置を覆う保護カバーと、前記撮像装置で撮像したデータを転送する転送手段と、前記データを保存する保存手段と、を備えた撮像システムであって、前記保護カバーが、上記本発明の光学部材であることを特徴とする。

本発明の光学部材は、無機材料膜を表面に有するため、こすりや引っかきによっても傷つきにくく、剥がれにくい。また、該無機材料膜の水に対する接触角と溶解度とが調整されているため、水滴が付着しても、水滴形状を維持せずに周囲に広がり、また、付着した水によって該無機材料膜が溶解して、有機成分等の汚れを浮き上がらせて洗い流すことができる。よって、係る光学部材を保護カバーとして用いた本発明の撮像システムにおいては、雨水など水や、有機成分を含む汚れの付着、傷による画質低下を招くことなく、鮮明な撮像画像を提供することができる。

本発明の撮像システムの一実施形態の構成を模式的に示す図である。本発明の光学部材の機能を説明するための断面模式図である。本発明の光学部材の無機材料膜の平均膜厚と透過率及び寿命との関係を示す図である。本発明の光学部材の無機材料膜の成膜時の成膜装置内のレイアウトを模式的に示す断面図である。本発明の撮像システムの具体例を示す斜視図である。本発明の撮像システムの他の具体例を示す斜視図である。

本発明について、適宜図面を参照しながら実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また以下の説明において特段説明されていない部分や、図面において特段図示されなかった部分に関しては、当該技術分野の周知或いは公知の技術を適用することができる。

本発明の撮像システムを、図１を用いて説明する。図１は、本発明の撮像システムの一実施形態の構成を模式的に示す図である。本発明の撮像システムは、画像データを取得する光学系を備えた撮像装置２と、該撮像装置２を覆う保護カバー６とを備えている。また、本発明の撮像システムは、撮像装置２が撮像したデータを保存しておくための保存手段５と、該データを外部に転送するための転送手段４とを備えている。図１の撮像システムにおいては、本体１内に、上記保存手段５と転送手段４と、上記撮像装置２を制御するための制御手段３と、を備えており、転送手段４を、外部のネットワーク７に接続することで、データを撮像システムの内外へ転送している。制御手段３は、撮像装置２の撮像、画角調整するパンチルト、及び撮像条件を制御している。撮像装置２としては、ＣＣＤカメラ等のカメラが挙げられる。

保護カバー６は、撮像装置２を外部からの衝撃と汚染から保護する部材であり、図１においては、形状がドーム状であるが、平板状であっても良く、撮像システムの形態に応じて適宜選択される。図５に、本発明の撮像システムの具体例として、平板状の保護カバー６を用いた監視カメラの一例を、図６に、ドーム状の保護カバー６を用いた監視カメラの一例を示す。

本発明に係る保護カバー６は、以下に示す本発明の光学部材で構成されている。
本発明の光学部材は、基材と、該基材上に積層された無機材料膜からなり、該無機材料膜の水に対する接触角と溶解度とを調整することにより、水滴形状が維持されず、且つ、有機成分を含む汚れを洗い流し易い構成となっている。

本発明に係る無機材料膜は、水に対する接触角が３４°以下と低いため、表面に水滴が付着した場合に、水滴形状を維持できず、水膜となって周囲に広がる。また、係る無機材料膜は、４０℃の水に対する溶解度が１．０×１０^-5乃至１０．０×１０^-3ｇ／１００ｇＨ₂Ｏであり、表面に水が付着した場合には、該水に少量が溶解する。

本発明に係る無機材料膜の作用を、図２を用いて説明する。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の光学部材１０は、基材１１上に、所定の接触角と溶解度とを備えた無機材料膜１２を有している。比較対象として、図２（ｃ）、（ｄ）に、基材１１上に、シリコーン製の親水コート１３を備えた、従来の光学部材１４を示す。

図２（ａ）は、本発明の光学部材１０の無機材料膜１２の表面に水１５、ゴミ１６、シロキサンや指紋などの有機成分１７が付着した直後の状態を示す断面模式図である。本発明の光学部材１０は、無機材料膜１２が親水性であり、表面に付着した水１５は、水滴形状を維持できずに周囲に広がる。この時、無機材料膜１２は、係る水１５によって溶解し、ゴミ１６や有機成分１７と接触している無機材料膜１２の表面をも溶解して、該表面に付着しているゴミ１６や有機成分１７を浮き上がらせることができる。よって、該光学部材１０の表面が水平方向に対して傾斜するように配置されていれば、図２（ｂ）に示すように、水１５によって、表面に付着したゴミ１６や有機成分１７を洗い流すことができる。

一方、表面がシリコーン製の親水コート１３である光学部材１４においては、付着した水１５が周囲に広がることで、ゴミ１６を浮き上がらせて洗い流すことができる。しかしながら、有機成分１７は水１５では浮き上がらないため、付着したままである（図２（ｄ））。

本発明において、無機材料膜１２の水に対する溶解度は、低い範囲に調整されていることで、水１５が付着した際に、ゴミ１６や有機成分１７を浮き上がらせることができる程度に少量が溶解する。よって、図２（ｂ）に示すように、溶解した後も表面が大きく凹むことがなく、撮像システムの保護カバーとして用いて外部環境に置かれた場合でも、溶解による無機材料膜１２の薄膜化は徐々に進行し、撮像画像に大きな影響を及ぼすおそれがない。

尚、４０℃の水に対する溶解度の測定は、スーパーキセノンウェザーメーターＳＸ７５（スガ試験機株式会社製）にて、ＪＩＳ７３５０−２記載の条件にて行った。キセノン照射強度は１８０［Ｗ／ｍ²］、環境温度湿度は、ブラックパネル温度５０℃乃至９５℃、５０乃至６０±５％ｒｈにて試験を行った。水スプレーの吐出量は、４８０［ｍｌ／ｍｉｎ］である。

本発明の光学部材の基材１１の材料としては、屋外環境に耐え、成型が容易で、光透過性の高い樹脂が好ましく、具体的には、ポリカーボネートやアクリル樹脂が用いられる。また、無機材料膜１２としては、本発明に係る接触角及び溶解度を満たす上で、リン酸カルシウム、又はリンとカルシウム、を主成分とする蒸着膜が好ましく用いられる。係る蒸着膜は、リン酸とカルシウムとを蒸着源とする共蒸着で得られる共蒸着膜であり、リン酸カルシウム、リン、カルシウムが混在した膜として得られる。また、リン酸カルシウムとしては、Ｃａ（Ｈ₂ＰＯ₄）₂、ＣａＨＰＯ₄、Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂、Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂・Ｃａ（ＯＨ）₂、Ｃａ₂Ｐ₂Ｏ₇、ＣａＨ₂Ｐ₂Ｏ₇、３［Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂］・Ｃａ（ＯＨ）₂の分子式をとるものが含まれる。

図３に、リン酸とカルシウムとを蒸着源として共蒸着し、本発明に係る接触角と溶解度とを満たす無機材料膜の平均膜厚（図２（ａ）中のｔ）と光透過率、及び、平均膜厚と寿命との関係を示す。撮像装置の保護カバーとして用いた際に、良好な撮像を行う上で光透過率は９０％以上が望ましく、図３より、無機材料膜としての平均膜厚は４５０ｎｍが望ましい。一方、無機材料膜は付着した水に徐々に溶解するため、全て溶け出してしまうと使用できなくなる。よって、無機材料膜の平均膜厚が薄いほど寿命が短い。撮像装置の保護カバーとして用いる上で、メンテナンス時の交換を想定すると、１．５年以上の寿命を確保することが望ましく、図３より、無機材料膜の平均膜厚は１００ｎｍ以上が望ましい。よって、本発明に係る無機材料の好ましい平均膜厚は、１００ｎｍ乃至４５０ｎｍである。尚、無機材料膜の平均膜厚を光透過率が許容される４５０ｎｍとした場合、寿命は６年となり、保護カバーとしての製品保障を満たすことができる。

本発明に係る無機材料膜の成膜方法を、図４を用いて説明する。図４は、成膜装置内のレイアウトを模式的に示す断面図であり、図４（ａ）は光学部材が平板状の場合、図４（ｂ）は光学部材がドーム状の場合である。図４に示す成膜装置においては、蒸着源４１に対して、サンプル台４２が公転軸４４を中心に不図示のモーターにより回転し、さらに、サンプル台４２上で基材１１が自転軸４５を中心に不図示のモーターにより回転する。このように、サンプル台４２及び基材１１をそれぞれ回転させながら蒸着することで、基材１１が平板状であっても、ドーム状であっても、表面に均一な膜厚の無機材料膜を成膜することができる。

本発明の光学部材の用途として、上記したように、撮像システムの保護カバーを例示したが、本発明は係る用途に限定されるものではない。例えば、照明装置や時計などの保護カバーなど、外部環境に配置される装置の保護部材として好ましく適用される。

リン酸とカルシウムとを蒸着源とし、図２（ａ）に示す成膜装置を用いて、サンプル台４２及び基材１１のそれぞれの回転速度をいずれも８ｒｐｍとして、無機材料膜を共蒸着した。得られた無機材料膜の膜厚は１００ｎｍで、光透過率は９８．５％、水に対する接触角は３４°以下で、４０℃の水に対する溶解度が１．０×１０^-5乃至１０．０×１０^-3ｇ／１００ｇＨ₂Ｏであった。

２：撮像装置、４：転送手段、５：保存手段、６：保護カバー、１０：光学部材、１１：基材、１２：無機材料膜

Claims

基材と、前記基材上に積層された、水に対する接触角が３４°以下で、且つ、４０℃の水に対する溶解度が１．０×１０^-5乃至１０．０×１０^-3ｇ／１００ｇＨ₂Ｏである無機材料膜と、を有することを特徴とする光学部材。
前記基材は、樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
前記無機材料膜は、リン酸カルシウム、又はリンとカルシウム、を主成分とする膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部材。
前記無機材料膜は、リン酸とカルシウムとを蒸着源とする共蒸着膜であることを特徴とする請求項３に記載の光学部材。
前記無機材料膜は、平均膜厚が１００ｎｍ乃至４５０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学部材。
撮像装置と、前記撮像装置を覆う保護カバーと、前記撮像装置で撮像したデータを転送する転送手段と、前記データを保存する保存手段と、を備えた撮像システムであって、
前記保護カバーが、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学部材であることを特徴とする撮像システム。
前記保護カバーが平板状であることを特徴とする請求項６に記載の撮像システム。
前記保護カバーがドーム状であることを特徴とする請求項６に記載の撮像システム。
前記撮像装置がカメラであることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の撮像システム。