JP2019028394A - 光学機器及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い遮光性能を有するとともに、鏡筒内に高精度に高い位置精度で保持することができる光学素子及び光学機器を提供することを目的とする。【解決手段】 光学有効面と非光学有効面とを有する基材と前記非光学有効面の少なくとも一部に遮光膜とを有する光学素子と、前記光学素子を内部に保持する鏡筒と、を有する光学機器であって、前記光学素子は、前記遮光膜の光軸と平行な部分と、光軸に対して垂直方向の部分で前記光学機器に接しており、前記光学素子と光軸に対して垂直方向で接している前記遮光膜の部分は、前記鏡筒と接していない前記遮光膜の部分より硬度が低くなっており、前記鏡筒と接している前記遮光膜の部分のビッカース硬度が、４．５ＧＰａ以上９．５ＧＰａ以下であることを特徴とする光学機器。【選択図】 図１

Description

本発明は、非光学有効面に遮光膜を備えた光学素子及び該光学素子を有する光学機器に関する。

一般に光学機器に使用されるレンズにおいて、入射した光は入射面の反対側の面から出射されるが、ごく一部の光がレンズの端面（コバ面）で内部反射をしてしまう。このため、レンズを多数組み合わせて用いる光学機器においては、内面反射によって画質の低下を及ぼさないように、端面（コバ面）に遮光膜が設けられている。

特許文献１は、光学素子の外周部に段付き形状を有し、段付き形状の非光学有効面の一部に遮光膜が設けられた光学素子について開示している。引用文献１に開示された光学素子では、非光学有効面の平坦部に形成された遮光膜を曲面部に設けられた遮光膜より薄くして、曲面部での全反射を抑制しつつ軽量で遮光性能に優れた光学素子について記載している。

特開２０１３−１１４２３５号公報

特許文献１は、光学素子に、一様な硬度の遮光膜を光学素子に設けているので、遮光膜の膜厚分布に起因して、光学素子の鏡筒内の光軸に対する偏心が生じやすい。

段付き形状を有する光学素子では、光軸に垂直な非光学有効面に遮光膜を設けた場合には、光軸に垂直な非光学有効面における遮光膜の膜厚分布に起因して、光軸に対する偏心が生じる。

本発明は、光軸に垂直な非光学有効面に遮光膜を設けた場合でも、鏡筒内におけるレンズの光軸に対する偏心量を小さくすることができる光学機器を提供することを目的とする。

本発明の光学機器は、光学有効面と非光学有効面とを有し、前記非光学有効面の少なくとも一部に遮光膜を有する光学素子と、前記光学素子を内部に保持する鏡筒と、を有する光学機器であって、前記光学素子は、前記遮光膜の光軸方向の部分と、光軸と垂直方向の部分で前記光学機器に接しており、前記光学素子と光軸垂直方向で接している前記遮光膜の部分は、前記鏡筒と接していない前記遮光膜の部分より硬度が低くなっており、前記鏡筒と接している前記遮光膜の部分のビッカース硬度が、４．５ＧＰａ以上９．５ＧＰａ以下であることを特徴とする。

本発明の光学素子は、光学有効面と非光学有効面とを有し、前記非光学有効面の少なくとも一部に遮光膜を有する光学素子と、前記光学素子を内部に保持する鏡筒と、を有する光学機器に用いる光学素子であって、前記光学素子は、前記遮光膜の光軸方向の部分と、光軸と垂直方向の部分で前記光学機器に接しており、前記光学素子と光軸垂直方向で接している前記遮光膜の部分は、前記鏡筒と接していない前記遮光膜の部分より硬度が低くなっており、前記鏡筒と接している前記遮光膜の部分のビッカース硬度が、４．５ＧＰａ以上９．５ＧＰａ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、遮光性能を有するとともに、鏡筒内におけるレンズの光軸に対する偏心量が小さい光学素子及び光学機器を提供することができる。

本発明の光学機器の断面の模式図である。 外周部の非光学有効面に段差を設けた光学素子の模式図である。 硬度の異なる遮光膜が形成された光学素子の模式図である。 実施例１の硬度差を有する遮光膜が形成された光学素子の模式図である。 実施例１の遮光膜の作製過程で、遮光膜の一部を研削した遮光膜の模式図である。 実施例１の遮光膜の作製過程で、第２の塗料を塗工した遮光膜の模式図である。 実施例１で作製した遮光膜が形成された光学素子の模式図である。 実施例６の遮光膜が形成された光学素子の模式図である。 実施例７のディスペンサーを用いた塗布方法を示す模式図である。 実施例７の第２の塗料を塗布した塗布方法を示す模式図である。 実施例９で第２の塗料を塗布した光学素子を示すＲ１面側から見た模式図である。 実施例８で用いたメニスカス形状の光学素子の模式図である。 実施例９の遮光膜が形成された光学素子の模式図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。

（光学機器）
本発明の光学機器は、鏡筒内に光学素子を有する望遠鏡、双眼鏡、顕微鏡、カメラ、内視鏡等に用いることができる。

以下に、カメラのレンズユニットの例を用いて、本発明の光学機器について説明する。

図１に示すように、本発明のレンズユニット（光学機器）１は、鏡筒２が内部に光学素子３を保持している。光学素子３は、基材５の非光学有効面に設けられた遮光膜４で鏡筒２と接している。

鏡筒２は、金属又は樹脂で構成されている。

（光学素子）
図２に示すように、本発明の光学素子（レンズ）３の基材５は、光学有効面Ｒ１，Ｒ２を有し、少なくとも光軸Ｌに対して垂直な方向の非光学有効面（コバ面）ａ，ｃを有する。基材５の材質としては、ガラス又は樹脂を用いることができる。

基材５の形状は、例えば図２に示すように、光軸Ｌに対して平行な非光学有効面（コバ面）ｂ，ｄと、光軸Ｌに対して垂直な方向の非光学有効面（コバ面）ａ，ｃが形成されている。この形状は、段付き形状と言われている。本明細書において、光軸に対して垂直な方向とは、光軸に対して９０°であるものだけでなく９０°±１°のものも含む。また、本明細書において平行とは、平行であるものだけでなく平行から±３°傾いたものも含む。

図２に示すように、本発明の光学素子（レンズ）３は、光軸Ｌに対して垂直な面ｃ上に、遮光膜４を有している。

遮光膜４は、少なくとも樹脂及び着色剤を有している。

遮光膜４に用いる樹脂は、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、およびアクリル樹脂から選ばれる熱硬化性樹脂を適宜選択して用いることができる。これらの中で、寸法安定性が良いのでエポキシ樹脂を用いることがより好ましい。

遮光膜４は、遮光膜４の屈折率を調整するために無機微粒子を含有することが好ましい。屈折率（ｎｄ）が２．１以上の無機微粒子を用いると、一般的に基材５と比較して屈折率が低い遮光膜３の屈折率を高くすることができるので、内面反射を低減する効果がある。屈折率（ｎｄ）が２．１以上の無機微粒子としては、酸化チタンや酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化カドミウム、ダイヤモンド、チタン酸ストロンチウム、ゲルマニウムの微粒子を用いることができる。これらの中で、屈折率（ｎｄ）が２．１以上３．５以下である酸化チタンや酸化ジルコニウムを用いることが好ましい。無機微粒子の屈折率が２．１未満であると、遮光膜の屈折率が低いので、基材と遮光膜の屈折率差が大きくなり内面反射が大きくなる。

着色剤は、染料又は顔料を用いることができるが、均一に分散し易いので染料を用いることが好ましい。顔料は、カーボンブラック、チタンブラック、酸化銅、酸化鉄（ベンガラ）から選ばれる少なくとも１種以上の黒色顔料を用いることができる。染料は、アントラキノン染料、フタロシアニン染料、スチルベンゼン染料、ピラゾロン染料、チアゾール染料、カルボニウム染料、アジン染料を用いることができる。本発明の遮光膜中に含有される染料の含有量は、染料を単独で使用する場合には遮光膜に対して１３．０質量％以上５０．０質量％以下、好ましくは１３．０質量％以上４０．０質量％以下が好ましい。

図３は、光学素子３の外周部の非光学有効面ｃ付近を拡大した模式図である。光学素子３は、図３に示すように、基材２１の光軸Ｌに対し垂直な方向の非光学有効面（コバ面）ｃに、遮光膜４が設けられている。光軸Ｌから離れた表面の部分ｆ２の遮光膜４が、光軸Ｌと近い部分ｆ１の遮光膜４よりも柔らかい。この遮光膜４の柔らかい部分ｆ２で、光学素子３は鏡筒と接触し保持されている。本発明の光学素子３は、鏡筒２と接触する部分の遮光膜４が柔らかいことで、鏡筒２に光学素子３を組み込んだ際に遮光膜４の表面がより凹みやすくなる。これにより、鏡筒２に組み込む前に遮光膜４における膜厚差があった場合でも、その膜厚差を遮光膜４が吸収することが可能となる。

光学素子の光軸Ｌに対し垂直な方向の面ｃに形成された遮光膜４で、鏡筒２と接触する部分に隣接して鏡筒２と接触しない部分ｆ１が硬いことで、この硬い部分により鏡筒２と光学素子３の光軸と垂直方向の相対移動が抑制される。本発明の光学素子３は、このような構造を有しているので、鏡筒２内におけるレンズの光軸に対する偏心量を小さくすることができる。

遮光膜４における膜厚差が偏心量に与える影響は、同じ膜厚差とすればレンズ径が小さいほど偏心量が大きくなる。一眼レフカメラ用レンズとして、比較的小径の外径φ２５ｍｍレンズを例にとって考える。遮光膜４を形成することにより増加する偏心量を１５秒以下とするためには、鏡筒２に光学素子３（レンズ）を組みつけた際におおよそ１μｍ程度以下の遮光膜４における膜厚差になっている必要がある。また、塗布方法にもよるが、一般に１０μｍ程度の膜厚となるよう塗布を行った場合、塗布後の遮光膜４の膜厚バラツキは１〜２μｍとなる。

そこで、接触した遮光膜を凹ませて最大１μｍ程度膜厚バラツキを吸収させることができれば、偏心量の増大を抑制することができ、小径レンズであってもほぼ目標とする偏心量とすることができる。具体的には、一般的な遮光塗料ＧＴ−７ＩＩ（製品名、キヤノン化成社製）で形成し８０℃で焼成した１０μｍの膜厚の遮光膜を塗布した光学素子を、鏡筒に組み込んだ際の遮光膜の凹み量は０．５μｍ程度である。鏡筒と接触する遮光膜の硬度を約半分に低下させることで、おおよそ１μｍ程度遮光膜を凹ませることが可能となる。

遮光膜４の膜厚計測は、塗布後のレンズを割断しその断面を顕微鏡やＳＥＭで観察することで確認している。また、遮光膜４膜厚差は、複数の割断面を作製しその断面を同様に観察することで求めることができる。

遮光塗料ＧＴ−７ＩＩ（製品名、キヤノン化成社製）で形成した遮光膜４を、ダイヤモンド圧子を押し込み荷重と変位から硬度を算出するナノインデンション法で測定した硬度は、ビッカース硬度でおおよそ１０．０〜１１．５ＧＰａである。膜厚１０μｍでこの硬度である遮光膜４の場合、鏡筒に組み込んだ場合のへこみ量は最大０．５μｍ程度であるが、これを５ＧＰａの硬度にすることで、同膜厚で１μｍ程度凹ませることができる。

光学素子と光軸と垂直な面ｃで接している遮光膜４の部分ｆ２は、ビッカース硬度が４．５ＧＰａ以上９．５Ｇｐａ以下であることが好ましい。遮光膜４の部分ｆ２の硬度が４．５ＧＰａ未満だと光学素子を鏡筒に組み込んだ時の鏡筒内での光学素子のブレが大きくなり、十分な位置精度が出ない。また、遮光膜４の部分ｆ２の硬度が９．５ＧＰａを超えると、凹み量が減少して、位置精度が低下する。

鏡筒２と接している遮光膜４の部分ｆ２のビッカース硬度は、鏡筒２と接していない遮光膜４の部分ｆ１よりビッカース硬度が０．８ＧＰａ以上低いことが好ましく、１．０ＧＰａ以上低いことがより好ましい。硬度が０．８ＧＰａ以上低い場合、鏡筒２内での光学素子の径方向のブレを抑制することができる。

遮光膜４の平均膜厚は、３μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。３μｍ未満だと遮光性能が低下する。また、５０μｍを超えると位置精度が低下する。

（光学素子の製造方法）
光学素子３を製造するために用いる遮光塗料としては、ＧＴ−７ＩＩ、ＧＴ−２０（商品名、キヤノン化成社製）等の樹脂，染料，各種微粒子を主成分とする塗料を用いることができる。また、使用する光学素子に対して、光学特性や屈折率、膜耐久性等の遮光膜として必要な特性が満たされれば、これに限定されるものではなく、遮光塗料を溶媒で希釈等行ってもよい。

非光学有効面（コバ面）への遮光塗料の塗布は、バーコート法、スプレーコート法、ディップコート法、インクジェット法などの直接塗布する方法、また刷毛・スポンジコート法、ロールコート法など他の媒体を介して塗布する方法がある。

遮光膜４において鏡筒２と接する部分ｆ２を接しない部分ｆ１より柔らかくするには、以下の方法で光学素子３を作製する。第１の方法は、非光学有効面（コバ面）の全面に遮光塗料を塗布した後、遮光塗料が乾燥する前に、溶媒で希釈した遮光塗料を柔らかくする部分ｆ２に塗布する。塗料の乾燥が終了する前に重ねて塗布することで、ある程度均一な膜厚とすることが可能となり、遮光膜中に一部溶媒が残るので硬度が低下する。

第２の方法は、第１の方法で、非光学有効面（コバ面）全面に遮光塗料を塗布する時に、遮光塗料の塗布量を部分的に変えて塗布する。例えば、非光学有効面（コバ面）の鏡筒と接しない部分ｆ２の塗布量を減らして遮光塗料を塗布する。

第３の方法は、非光学有効面（コバ面）の全面に遮光塗料を塗布し、乾燥、焼成工程を経た後、遮光膜の鏡筒と接する部分ｆ２の遮光膜を物理的もしくは化学的に除去し、溶媒で希釈した遮光塗料を塗布、乾燥、焼成する。また、はじめの乾燥、焼成工程と、その後の乾燥・焼成工程で、後の乾燥・焼成工程の温度を低くして硬度に差を設けることもできる。

第４の方法は、非光学有効面（コバ面）全面に遮光塗料を厚く塗布した後、十分乾燥する前に光軸Ｋを中心に光学素子を高速で回転させることでも、遠心力により塗料表面の樹脂成分を外周部に移動させる。これにより、鏡筒２と接する部分ｆ２の遮光膜を柔らかくできる。このとき、レンズ径により非光学有効面（コバ面）に働く遠心力が変わる為、小さい径のレンズほど回転数を上げる必要がある。

（光学機器の製造方法）
本発明の光学機器１は、鏡筒２に光学素子３が突き当たるまで挿入し、そののちレンズ保持部材である押え環で締めこむことでレンズを固定でき、光学機器１を作製することができる。

以下、本発明の各実施例の光学素子の構成を具体的に説明する。ただし、本発明はかかる実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（評価方法）
実施例および比較例では、以下の手法により評価した。

（遮光膜の硬度の測定）
遮光膜の硬度は、ナノインデンター（ＭＴＳ社製、（製品名））を用い、ダイヤモンド圧子を遮光膜の表面に押し込みそれぞれ膜表面の強度を測定した。硬度の測定は、硬度の異なる遮光膜４の部分を測定した。具体的には、図４に示す実施例１の遮光膜４で、ｈ３の部分とｈ１の部分について行った。ｈ３部は、図中光軸に垂直な第２のコバ面ｃの幅３ｍｍの中で、幅の中央より外周部側に０．５〜１．５ｍｍの位置である。また測定したｈ１部は図中光軸に垂直な第２のコバ面ｃの幅３ｍｍの中で、幅の中央よりレンズ中央に向かい０．５〜１．５ｍｍの位置である。

（偏心量の評価）
遮光膜を形成することにより増加した偏心量を測定した。透過偏心の測定は、光軸測定器（オプトロニクス社製、Ｏｐｔｉ Ｃｅｎｔｒｉｃ ＭＯＴ）を用いて行った。透過偏心の測定は、治具に固定したレンズに並行光を照射し、治具ごとレンズを一回転させた。このとき、焦点における像の最大移動量を計測し、この長さをレンズ焦点距離で割りアークタンジェントを取った値を評価した。

遮光膜形成にともなう透過偏心量は小さいほど鏡筒内におけるレンズの傾きが小さく位置精度が良好である。一般にこの偏心量が１５秒以下であればほぼ画像に影響がなく理想的とされており、以下の基準で評価した。
Ａ：偏心量が１５秒以下でほぼ画像に影響がない。
Ｂ：偏心量が１５秒を超えて２０秒以下で画像に影響が少ない。
Ｃ：偏心量が２０秒を超えて画像に影響が生じる。

（実施例１）
実施例１では、図４に示す遮光膜４が設けられた光学素子３を作製した。実施例１で用いた光学素子３の光学有効面Ｒ１の曲率半径は３５．０ｍｍであり、光学有効面Ｒ２の曲率半径は８０ｍｍであった。光学有効面Ｒ１の最大外周はφ４６．０ｍｍ、光学有効面Ｒ２の最大外周はφ６０ｍｍであった。また、コバ面ｃにおいて、最外周部より内周部にかけての１．５ｍｍ程度が鏡筒中で光学素子を保持する部分であった。コバ面ａの幅は３ｍｍ、コバ面ｃの幅は４ｍｍであった。

実施例１では、コバ面ｃに形成された遮光膜の一部を削ることで溝をつくり、その後に塗料希釈率を変えた遮光塗料で溝を埋める方法で遮光膜を作製した。

遮光膜の塗布は、基材２１の光学有効面側Ｒ２を塗布装置の吸着回転シャフトに吸着させ回転させながらコバ面に遮光材料ＧＴ−７ＩＩ（キヤノン化成製）をスポンジコート法により塗布した。コバ面全体が黒色を呈し十分に厚膜化した後に、１時間自然乾燥させた後、８０℃，２時間焼成を行った。この時のコバ面ｃに形成された遮光膜の平均膜厚は１０μｍであった。次に、図５に示すようにｃ面に形成した遮光膜ｈ１の外周部より２ｍｍを機械加工により、おおよそ５μｍの深さで周方向に研削した。光学素子を洗浄後、この機械加工により形成された外周部の溝に、ＧＴ−７ＩＩとシンナーを１：０．５の質量比で希釈した第２の塗料ｈ３を手動のディスペンサーにより配置して、図６に示す遮光膜を作製した。この後に、コバ面ｃの研削していない部分にはみ出した希釈塗料はワイパーで拭きとった。次に、１時間自然乾燥させた後、８０℃，２時間焼成を行った。さらに、この状態で機械加工によりコバ面ｃの遮光膜の膜厚が均一になるよう研削を行い、図７に示した遮光膜が形成された光学素子を製造した。

評価結果は表１のようになった。

（実施例２）
実施例２は、ＧＴ−７ＩＩとシンナーを１：１の質量比で希釈した第２の塗料を用いた以外は実施例１と同様に遮光膜を形成して、光学素子および光学機器を作製した。

評価結果は表１のようになった。

実施例２で第２の塗料の希釈率を変更したのは、第２の塗料で作成した部分の遮光膜の部分の硬度を変える為である。つまり希釈率を大きくすることで塗料中に最終的に残留するシンナーである有機溶媒比率が大きくなり、逆に塗料に含まれるシリカ等の微粒子成分の割合が小さくなる為、塗膜硬度は低くなると考えられる。

（実施例３）
実施例３は、ＧＴ−７ＩＩとシンナーを１：２の質量比で希釈した第２の塗料を用いた以外は実施例１と同様に遮光膜を形成して、光学素子および光学機器を作製した。

評価結果は表１のようになった。

（実施例４）
実施例４は、ＧＴ−７ＩＩとシンナーを１：３の質量比で希釈した第２の塗料を用いた以外は実施例１と同様に遮光膜を形成して、光学素子および光学機器を作製した。

評価結果は表１のようになった。

（実施例５）
実施例５は、ＧＴ−７ＩＩとシンナーを１：４の質量比で希釈した第２の塗料を用いた以外は実施例１と同様に遮光膜を形成して、光学素子および光学機器を作製した。

評価結果は表１のようになった。

（比較例１）
比較例１は、実施例１と異なり、第２の塗料を用いずに遮光膜を作製した。

比較例１では、実施例１で用いた光学素子と同様の光学素子を用い、遮光膜を形成した。遮光膜の塗布は、基材２１の光学有効面側Ｒ２を塗布装置の吸着回転シャフトに吸着させ回転させながらコバ面に遮光膜ＧＴ−７ＩＩ（キヤノン化成製）をスポンジコート法により塗布した。コバ面全体が黒色を呈し十分に厚膜化した後に、１時間自然乾燥させた後、８０℃，２時間焼成を行った。この時のコバ面ｃに形成された遮光膜の平均膜厚は１０μｍであった。

評価結果は表１のようになった。

（比較例２）
比較例２は、実施例１で用いた光学素子と同様の光学素子を用い、遮光膜を形成した。比較例２では、遮光膜の塗布は、基材２１の光学有効面側Ｒ２を塗布装置の吸着回転シャフトに吸着させ回転させながらコバ面に遮光材料ＧＴ−７ＩＩ（キヤノン化成製）をスポンジコート法により塗布した。コバ面全体が黒色を呈し十分に厚膜化した後に、１時間自然乾燥させた後、８０℃，２時間焼成を行った。この時のコバ面ｃに形成された遮光膜の平均膜厚は１０μｍであった。

次に、図５に示すようにｃ面に形成した遮光膜ｈ１の外周部より２ｍｍを機械加工により、おおよそ５μｍの深さで周方向に研削した。光学素子を洗浄後、この機械加工により形成された外周部の溝に、再度ＧＴ−７ＩＩ塗料ｈ３を手動のディスペンサーにより配置して図６に示す遮光膜を作製した。この後に、コバ面ｃの研削していない部分にはみ出した希釈塗料はワイパーで拭きとった。次に、１時間自然乾燥させた後、８０℃，２時間焼成を行った。さらに、この状態で機械加工によりコバ面ｃの遮光膜の膜厚が均一になるよう研削を行って、図７に示す遮光膜が形成された光学素子を製造した。

評価結果は表１のようになった。

（比較例３）
比較例３は、実施例１で用いた光学素子と同様の光学素子を用い、遮光膜を形成した。比較例３では、遮光膜の塗布は、光学素子２１の光学有効面の側Ｒ２を塗布装置の吸着回転シャフトに吸着させ回転させながらコバ面に、遮光材料ＧＴ−７ＩＩ（キヤノン化成製）とシンナーを質量比１：４で希釈した塗料をスポンジコート法により塗布した。次に、１時間自然乾燥させた後、８０℃，２時間焼成を行って、遮光膜を形成した。

（実施例６）
実施例６では、図８に示す遮光膜４が設けられた光学素子３を作製した。実施例６に用いた基材２１は実施例１と同形状のものを用いた。また、コバ面ｃの中で、最外周部より内周部にかけての１．５ｍｍ程度が鏡筒の中で光学素子を保持する部分となる。コバ面ａの幅は３ｍｍ、コバ面ｃの幅は４ｍｍであった。

基材２１の光学有効面Ｒ２側を塗布装置の吸着回転シャフトに吸着させ回転させながら各コバ面に遮光塗料ＧＴ−７ＩＩ（キヤノン化成製）をスポンジコート法により塗布した。コバ面全体が黒色を呈し十分に厚膜化した後に、塗料と同量のシンナーで希釈したＧＴ−７ＩＩをコバ面ｃの外周側からおおよそ２ｍｍの幅部分に、初期に塗布した塗膜の上から重ねてスポンジコート法により塗布した。次にこれらを１時間自然乾燥させた後、８０℃，２時間焼成を行った。

評価結果は表２のようになった。

（比較例４）
比較例４は、実施例６と同条件、同工程で遮光塗料ＧＴ−７ＩＩを塗布し、その後のシンナー希釈塗料を重ね塗布を実施しないサンプルを作製した。次にこれらを１時間自然乾燥させた後、８０℃，２時間焼成を行った。

評価結果は表２のようになった。

（実施例７）
実施例７では、実施例１と同じ光学素子を用いた。実施例７の光学素子は、光学素子の最外周部より内周部におおよそ１．５ｍｍの領域が鏡筒内における光学素子の取り付け保持部で鏡筒と接触した。

遮光膜の塗布は、２台のディスペンサーを備えた塗布装置で行った。初めに、図９に示すように、基材２１の光学有効面側Ｒ２を塗布装置の吸着回転シャフトに吸着させ、光学素子を光軸に対し４５度傾けた状態で回転させながらディスペンサー１１を用い遮光材料ＧＴ−７ＩＩを吐出させコバ面を塗布した。

コバ面全体を塗布した後、図１０に示すように、基材２１の光軸が鉛直となるように位置を調整した。基材２１を回転させながら第２のディスペンサー１２を用いて、光学素子の中心軸に対し垂直な面ｃに、外周部よりおおよそ２ｍｍの幅で遮光材料ＧＴ−７ＩＩ同量のシンナーで希釈した第２の塗料１６を重ねて塗布した。図１１は、こうした塗布を行ったあとの光学素子をＲ１面側から見た様子を表しており、図中ｈ３がシンナー希釈したＧＴ−７ＩＩを塗布した位置に相当し、おおよそ２ｍｍの幅であった。最初に塗布した塗料ＧＴ−７ＩＩが乾燥しきる前にシンナー希釈塗料を塗布することで、図８に示すように両塗料間にグラデーションｈ２を持つ遮光膜構造となる。次に、１時間自然乾燥させた後、８０℃，２時間の焼成を行った。

評価結果は表３のようになった。

（比較例５）
比較例５は、実施例７と異なり、シンナー希釈を上塗りしていない遮光膜を形成した以外は実施例７と同様に遮光膜を形成した。

比較例５では、実施例７と同一の条件及び工程でコバ面全面にＧＴ−７ＩＩを塗布した。この後、シンナーで希釈した塗料を上から塗布することなく、１時間の自然乾燥と、８０℃，２時間の焼成を行って、比較用サンプルを作製した。

評価結果は表３のようになった。

（比較例６）
比較例６は、実施例７と異なりシンナー希釈塗料でなくＧＴ−７ＩＩ原液を上塗りした遮光膜を形成した。

比較例６では、実施例７と同一の条件及び工程でコバ面全面にＧＴ−７ＩＩを塗布した。その後、図１０に示すように、基材２１の光軸が鉛直となるように位置を調整した。基材２１を回転させながら第２のディスペンサー１２を用いて、光学素子の中心軸に対し垂直な面ｃに、外周部よりおおよそ２ｍｍの幅で、先に塗布した同じ遮光材料ＧＴ−７ＩＩを重ねて塗布した。１時間自然乾燥させた後、８０℃，２時間の焼成を行った。

評価結果は表３のようになった。

（実施例８）
実施例８は、図１２に示すメニスカス形状の基材３１を用いた。基材３１の光学有効面Ｒ１の曲率半径は７０．０ｍｍであり、光学有効面Ｒ２の曲率半径は１１０ｍｍである。光学有効面Ｒ１の最大外周はφ５０．０ｍｍ、光学有効面Ｒ２の最大外周はφ８０ｍｍである。また、コバ面４１の幅は１５ｍｍであり、このうち外周部より５ｍｍ程度が、鏡筒中における光学素子の取り付け保持部で鏡筒と接触することとなる。

実施例８では、基材３１の光学有効面Ｒ２側を塗布装置の吸着回転シャフトに吸着させ回転させながらコバ面４１を上面に向け、遮光塗料ＧＴ−２０（キヤノン化成製）をロールコート法で塗布した。この時、基材３１は２０ｒｐｍで回転させながら塗布を行った。次に、塗料の流動性が維持されている間に、その姿勢を保持したまま光学素子を２００ｒｐｍで２０秒回転させた。次にこれを１時間自然乾燥させた後、８０℃，２時間焼成を行った。

評価結果は表４のようになった。

（比較例７）
比較例７は、実施例８と異なり、塗布後の回転を行わない光学素子を作製した。

比較例７では、実施例８と同一の条件及び工程でコバ面全面にＧＴ−２０を塗布した。この後、光学素子を回転させることなく、１時間の自然乾燥と、８０℃，２時間の焼成を行い比較用サンプルを作製した。

評価結果は表４のようになった。

（比較例８）
比較例８は、実施例８と異なり、塗布後の回転数を変えて遮光膜の硬度差が少ない光学素子も作製した。

比較例８では、実施例８と同一の条件及び工程でコバ面全面にＧＴ−２０を塗布した。この後、塗料の流動性が維持されている間に、光学素子を塗布した際の姿勢のまま、８０ｒｐｍの回転数で２０秒回転させた。次に、１時間の自然乾燥と、８０℃，２時間の焼成を行って、比較用サンプルを作製した。

評価結果は表４のようになった。

（比較例９）
比較例９は、実施例８と異なり塗布後の回転数を変えた光学素子を作製した。

比較例９では、実施例８と同一の条件及び工程でコバ面全面にＧＴ−２０を塗布した。この後、塗料の流動性が維持されている間に、光学素子を塗布した際の姿勢のまま、４００ｒｐｍの回転数で２０秒回転させた。次に、１時間の自然乾燥と、８０℃，２時間の焼成を行って、比較用サンプルを作製した。

評価結果は表４のようになった。

（実施例９）
実施例９は、実施例８で用いた光学素子と同一形状の光学素子に、ディスペンサーで遮光膜の塗布を行った。塗料はＧＴ−２０（キヤノン化成）を用い、実施例４と同様に、塗布装置のＲ２面を吸着回転シャフトに吸着させ回転させながら、コバ面４１を上向きにした状態で塗布を行った。ディスペンサーからはおおよそ１０ｎｌの塗料を吐出させながら、コバ面に塗布された塗料が重なるよう光学素子をおおよそ６０ｒｐｍで回転させながら塗布した。また、塗布は外周部から内周部にかけて行い、塗料の吐出周波数を調整することで塗布された塗料の重なり量が概ね一定になるようにした。

次に、塗料が十分に乾燥し、流動性が失われる前に、光学素子の姿勢はそのままで１８０ｒｐｍで３０秒回転させた。この後、１時間自然乾燥させた後、２時間８０℃の焼成を行った。実施例９で作製した光学素子の模式図を図１３に示す。

評価結果は表５のようになった。

（比較例１０）
比較例１０は、実施例９と異なり塗布後の回転を行わず光学素子を作製した。

比較例１０では、実施例９と同一の条件及び工程でコバ面全面にＧＴ−２０を塗布した。この後、光学素子を回転させることなく、１時間の自然乾燥と、８０℃，２時間の焼成を行い比較用サンプルを作製した。

評価結果は表５のようになった。

（比較例１１）
比較例１１は、実施例９と異なり、塗布後の回転数を変えた光学素子も作製した。

比較例１１では、実施例９と同一の条件及び工程でコバ面全面にＧＴ−２０を塗布した。この後、塗料の流動性が維持されている間に、光学素子を塗布した際の姿勢のまま、６０ｒｐｍの回転数で３０秒回転させた。次に、１時間の自然乾燥と、８０℃，２時間の焼成を行って、比較用サンプルを作製した。

評価結果は表５のようになった。

（実施例及び比較例の評価）
実施例１〜９では、表１〜５に示すように、基材２１の中心軸Ｌに対し垂直なコバ面ｃに形成された遮光膜の空気側かつ外周側の遮光膜ｈ３の硬度が４．５ＧＰａ以上９．５ＧＰａ以下の範囲のときに偏心量は小さかった。また、コバ面ｃに形成された鏡筒と接している部分ｈ３と接していない部分ｈ１硬度差が０．８ＧＰａ以上にすることが好ましいことが解った。このように、光軸に対して垂直方向で、表面に硬度分布を有する遮光膜を用いることで、光軸に対する偏心量を小さくできた。比較例１〜１１では、鏡筒と接している遮光膜の部分のビッカース硬度が、９．５ＧＰａを超える場合や、遮光膜の硬度分布が無い場合には、偏心量が大きくなった。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態の光学素子はレンズには限定されず、光を透過する部材であれば、波長板、ビームスプリッタなどでも良い。また、光学機器はカメラに限定されず、顕微鏡、プロジェクタ等の光学機器に広く適用することができる。

光学素子は、カメラ、顕微鏡、プロジェクタ等の光学機器に適用することができる。

１ 光学機器
２ 鏡筒
３ 光学素子
４ 遮光膜
５ 基材
２１ 基材
３１ メニスカス形状の基材
４１ メニスカス形状の基材のコバ面
ａ 光軸に垂直な第１のコバ面
ｂ 光軸に平行な内周側のコバ面
ｃ 光軸に垂直な第２のコバ面
ｄ 光軸に平行な外周側のコバ面
ｆ１ 光軸に垂直に第２のコバ面内周側に形成された遮光膜
ｆ２ 光軸に垂直に第２のコバ面外周側表面に形成された遮光膜
ｈ１ 光軸に垂直に第２のコバ面内周側に形成された遮光膜
Ｌ 光軸

Claims (9)

1. 光学有効面と非光学有効面とを有する基材と前記基材の前記非光学有効面の少なくとも一部に遮光膜とを有する光学素子と、前記光学素子を内部に保持する鏡筒と、を有する光学機器であって、
   前記光学素子は、光軸に対して垂直方向の部分で前記光学機器に接しており、
   前記光学素子と光軸に対して垂直方向で接している前記遮光膜の部分は、前記鏡筒と接していない前記遮光膜の部分より硬度が低くなっており、
   前記鏡筒と接している前記遮光膜の部分のビッカース硬度が、４．５ＧＰａ以上９．５ＧＰａ以下であることを特徴とする光学機器。
2. 前記鏡筒と接している前記遮光膜の部分のビッカース硬度は、前記鏡筒と接していない前記遮光膜の部分よりビッカース硬度が０．８ＧＰａ以上低いことを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記遮光膜の平均膜厚が３μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
4. 前記基材は、ガラス又は樹脂を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学機器。
5. 前記鏡筒は、金属又は樹脂を有す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機器。
6. 光学有効面と非光学有効面とを有する基材と前記基材の前記非光学有効面の少なくとも一部に遮光膜を有する光学素子と、前記光学素子を内部に保持する鏡筒と、を有する光学機器に用いる光学素子であって、
   前記光学素子は、前記遮光膜の光軸と平行な部分と、光軸に対して垂直方向の部分で前記光学機器に接しており、
   前記光学素子と光軸に対して垂直方向で接している前記遮光膜の部分は、前記鏡筒と接していない前記遮光膜の部分より硬度が低くなっており、
   前記鏡筒と接している前記遮光膜の部分のビッカース硬度が、４．５ＧＰａ以上９．５ＧＰａ以下であることを特徴とする光学素子。
7. 前記光学素子と接している前記遮光膜の部分のビッカース硬度は、前記光学素子と接していない前記遮光膜の部分よりビッカース硬度が０．８ＧＰａ以上低い部分があることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。
8. 前記遮光膜の平均膜厚が３μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載の光学素子。
9. 前記基材は、ガラス又は樹脂を有す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光学素子。

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