JP2019035847A - 光学素子、光学系、撮像装置、および、光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】防汚性を向上させた光学素子を提供する。
【解決手段】光学面（１１）と、第１の非光学面（１３）と、前記光学面と前記第１の非光学面との間に設けられた第２の非光学面（１２）とを有する光学素子（１０）であって、光学面には、エーテル結合またはエステル結合を有し炭素数が４から７の分岐構造をもつアルコールを含む多孔質層を備える反射防止膜が設けられており、第１の非光学面および第２の非光学面はそれぞれ、光学素子の光軸に対して平行な面であり、光軸から第１の非光学面までの距離および光軸から第２の非光学面までの距離は所定の条件を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置などの光学系に用いられる光学素子に関する。

光学系に用いられるレンズなどの光学素子は、反射防止機能を付与することにより、ゴーストやフレアの発生の低減や透過率の向上を図ることができる。光学素子の反射率を十分に低減するには、光学素子に設けられる反射防止膜のうち、最も空気側の層に屈折率の低い材料を用いることが有効である。屈折率の低い材料としては、内部に空隙を含む多孔質材料が知られている。多孔質材料は、油分などが付着した場合、その部分の屈折率が変化し、反射防止性能や外観品質が劣化する場合がある。

特許文献１には、多孔質材料の表面に撥液性のフッ素化合物を被覆した反射防止膜が開示されている。

特許第４３５２９３４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された反射防止膜では、フッ素化合物が粒子膜を完全に被覆しているものではないため、汚れの付着時に汚れが膜全体に拡散し、外観不良が生じる。

そこで本発明は、防汚性を向上させた光学素子、光学系、撮像装置および、光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての光学素子は、光学面と、第１の非光学面と、前記光学面と前記第１の非光学面との間に設けられた第２の非光学面と、を有する光学素子であって、前記光学面には、エーテル結合またはエステル結合を有し炭素数が４から７の分岐構造をもつアルコールを含む多孔質層を備える反射防止膜が設けられており、前記第１の非光学面および前記第２の非光学面はそれぞれ、前記光学素子の光軸に対して平行な面であり、前記光軸から前記第１の非光学面までの距離および前記光軸から前記第２の非光学面までの距離は所定の条件を満たす。

本発明の他の側面としての光学系は、前記光学素子を有する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、前記光学系と、前記光学系を介して形成された光学像を光電変換する撮像素子とを有する。

本願発明の他の側面としての光学素子の製造方法は、光学面を形成するステップと、第１の非光学面を形成するステップと、前記光学面と前記第１の非光学面との間に第２の非光学面を形成するステップとを有し、前記光学面は、光学研磨された面であり、前記第１の非光学面および前記第２の非光学面はそれぞれ、粗面加工された面であり、前記光学面には、エーテル結合またはエステル結合を有し炭素数が４から７の分岐構造を持つアルコールを含む多孔質層を備える反射防止膜が設けられており、前記第１の非光学面および前記第２の非光学面はそれぞれ、前記光学素子の光軸に対して平行な面であり、前記光軸から前記第１の非光学面までの距離および前記光軸から前記第２の非光学面までの距離は所定の条件を満たす。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、防汚性に優れた光学素子、光学系、撮像装置、および、光学素子の製造方法を提供することができる。

各実施例における光学素子の断面図である。 実施例１における光学素子の断面図である。 実施例２における光学素子の断面図である。 実施例３における光学素子の断面図である。 実施例４における光学素子の断面図である。 実施例５における光学系の断面図である。 実施例６における撮像装置の概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本実施形態における光学レンズ（光学素子）１０について説明する。図１は、光学レンズ１０の断面図である。本実施形態において、光学レンズ１０は、凹レンズ形状を有するが、これに限定されるものではなく、凸レンズ形状などの他の形状を有していてもよい。

光学レンズ１０は、光軸００を回転中心とし、凹面である光学面１１、非光学面１２（第２の非光学面）、および、非光学面１３（第１の非光学面）を有する凹レンズである。光学面１１は、光学研磨された面である。非光学面１２、１３はそれぞれ、粗面加工された面である。図１に示されるように、非光学面１２、１３はそれぞれ、光軸００に対して平行な面である。なお本実施形態において、光軸００に対して平行な面とは、厳密に平行な面である場合に限定されるものではなく、実質的に平行な面である場合を含み、例えば、光軸００に対して−５度から５度の間の傾きであればよい。また非光学面１３は、光学レンズ１０の外径に対応する位置に設けられている。非光学面１２は、光学面１１と非光学面１３との間の位置、すなわち非光学面１３よりも内側（光軸００に近い側）であって非光学面１３よりも光学面１１に近い位置に設けられている。

図１において、Ｒ１（ｍｍ）は光学レンズ１０の外径（半径）、すなわち光軸００から非光学面１３までの距離、Ｒ２（ｍｍ）は光軸００から非光学面１２までの距離である。非光学面１２は非光学面１３よりも内側（光軸００に近い位置）に存在するため、距離Ｒ２は距離Ｒ１よりも小さい（Ｒ１＞Ｒ２）。

光学面１１には、多孔質材料（多孔質層）を最表層に用いて形成された反射防止膜が設けられている。多孔質材料は、内部に空隙を含むことで屈折率を低減し、高性能な反射防止膜を実現することができる。

多孔質材料は、中実な粒子がバインダーにより結合し、粒子間に空隙を設けた構成である。中実な粒子の主成分は酸化シリカやフッ化マグネシウムなどの無機化合物であることが望ましい。主成分とは、５０質量％以上を占める材料のことを示す。中実な粒子の形状は、特に限定しない。球状だけでなく、微粒子が細長く線状や鎖状に繋がったり、平板形状、立体形状に繋がったりしていてもよい。

多孔質材料を用いた膜は、空隙のサイズが大きいと散乱が大きくなる。このため、屈折率の低減と散乱の削減とを両立するには、使用波長以下の小さい空隙を数多く分布させる必要がある。このような屈折率を実現するには、多孔質層の主成分である粒子の表面にエステル結合をもち炭素数が４から７の分岐構造をもつアルコールが配位していることが望ましい。粒子に配位したアルコールが粒子間のスペーサーとして機能するためである。また、アルコールの多孔質層における単位体積当たりの含有量が１．００ｍｇ／ｃｍ^３以上２．４０ｍｇ／ｃｍ^３以下である場合、より低屈折率で低散乱な膜を形成することができる。

しかしながら、前述のような多孔質材料を反射防止膜の最表面に設けると、小さい空隙が数多く分布するため、油分などが付着すると空隙に浸透し拡散する可能性が高い。特に、アルコールを含む膜は親油性が高く、油分が拡散し易い。油分が拡散して浸透すると、その部分の屈折率が変化し、目視でも確認できるような不良となる可能性がある。

本実施形態の光学レンズ１０は、その最外周に非光学面１３を有し、また、非光学面１３よりも内側に非光学面１３と平行な面からなる非光学面１２を有する。このように光学レンズ１０は、非光学面１２、１３の２段構造を有する。光学面１１は、前述の多孔質材料を最表面に設けた反射防止膜を有する。また光学面１１には、非光学面１３よりも内側に位置する非光学面１２が隣接している。搬送やレンズ鏡筒などへの組み立ての際に、指や治具は非光学面１３を触ることで行われる。指や治具に油分が付着していた場合、非光学面１３には油分が付着する可能性が高い。しかし、光学面１１に隣接する位置に段形状（段構造）を有する非光学面１２が設けられていることにより、誤って光学面１１に油分の付いた指や治具が触れる可能性を低減することができる。

本実施形態において、光学レンズ１０は、以下の式（１）を満たす。

Ｒ１−Ｒ２≧１．００ … （１）
好ましくは、光学レンズ１０は、以下の式（１ａ）を満たす。

Ｒ１−Ｒ２≧２．００ … （１ａ）
Ｒ１−Ｒ２が、１．００ｍｍよりも小さい場合、指や治具が光学面１１に触れる可能性が高くなる。

また、非光学面１２の粗面粗さは、算術平均０．５００μｍ以上であることが好ましい。より好ましくは、非光学面１２の粗面粗さは、算術平均１．０μｍ以上である。非光学面１２の粗面粗さが大きい場合、油分の吸収や遮断の役割も担うことができる。一方、非光学面１２の粗面粗さが小さい場合、表面積が小さくなり、油分を遮断する効果が小さくなる。

好ましくは、光学面１１に設けられた反射防止膜は、多孔質層を含む２層以上の多層膜である。より好ましくは、反射防止膜は、多孔質層の上の一部または全部（少なくとも一部）に設けられたフッ素樹脂を有する。フッ素樹脂は、撥油性が高く、油分の浸透または拡散をより抑制することができる。非光学面１２、１３の少なくとも一方には、その一部または全部に内面反射防止塗料を塗布してもよい。また本実施形態において、光学面１１は光学レンズ１０の片面のみに設けられているが、光学レンズ１０の両面に設けてもよい。

以下、本実施形態の具体的な実施例について説明する。ただし本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、他の具体的構成にも適用可能である。

まず、図２を参照して、本発明の実施例１における光学レンズについて説明する。図２は、本実施例における光学レンズ１０−１の断面図である。

光学レンズ１０−１は、光軸００−１を回転中心とし、凹面である光学面１１−１、および、粗面加工された非光学面１２−１と非光学面１３−１とを有する凹レンズである。光学面１１−１には、エーテル結合またはエステル結合を有し炭素数が４から７の分岐構造をもつアルコールが配位したシリカ粒子からなる多孔質材料を最表層に有する反射防止膜が設けられている。光学レンズ１０−１の外形、すなわち光軸００−１から非光学面１３−１までの距離Ｒ_１１は２３．０ｍｍ、光軸００−１から非光学面１２−１までの距離Ｒ_１２は１８．５ｍｍである。このため、Ｒ_１１−Ｒ_１２は４．５０ｍｍであり、式（１）を満たす。

光学レンズ１０−１の搬送や組み立てを実施する際に、非光学面１３−１に指や治具が接触する。一方、光学レンズ１０−１には、光学面１１−１と非光学面１３−１との間に段形状の非光学面１２−１が存在する。このため本実施例によれば、指や治具が、油分が付着した状態で非光学面１３−１に接触したとしても、光学面１１−１に接触することがなく、油分の付着を防ぐことができる。

次に、図３を参照して、本発明の実施例２における光学レンズについて説明する。図３は、本実施例における光学レンズ１０−２の断面図である。

光学レンズ１０−２は、光軸００−２を回転中心とし、凸面である光学面１１−２、および、粗面加工された非光学面１２−２と非光学面１３−２とを有する凸レンズである。光学面１１−２には、が配位した中実シリカからなる多孔質膜を最表層に有する反射防止膜が設けられている。光学レンズ１０−２の外形、すなわち光軸００−２から非光学面１３−２までの距離Ｒ_２１は５０．０ｍｍ、光軸００−２から非光学面１２−２までの距離Ｒ_２２は４６．０ｍｍである。このため、Ｒ_２１−Ｒ_２２は４．００ｍｍであり、式（１）を満たす。

光学レンズ１０−２の搬送や組み立てを実施する際に、非光学面１３−２に指や治具が接触する。一方、光学レンズ１０−２には、光学面１１−２と非光学面１３−２との間に段形状の非光学面１２−２が存在する。このため本実施例によれば、指や治具が、油分が付着した状態で非光学面１３−２に接触したとしても、光学面１１−２に接触することがなく、油分の付着を防ぐことができる。

次に、図４を参照して、本発明の実施例３における光学レンズについて説明する。図４は、本実施例における光学レンズ１０−３の断面図である。

光学レンズ１０−３は、光軸００−３を回転中心とし、凹面である光学面１１−３、および、粗面加工された非光学面１２−３と非光学面１３−３とを有する凹レンズである。光学面１１−３には、エーテル結合またはエステル結合を有し炭素数が４から７の分岐構造をもつアルコールが配位したシリカからなる多孔質膜を最表層に有する反射防止膜が設けられている。光学レンズ１０−３の外形、すなわち光軸００−３から非光学面１３−３までの距離Ｒ_３１は３４．５ｍｍ、光軸００−３から非光学面１２−３までの距離Ｒ_３２は３１．５ｍｍである。このため、Ｒ_３１−Ｒ_３２は３．００ｍｍであり、式（１）を満たす。

光学レンズ１０−３の搬送や組み立てを実施する際に、非光学面１３−３に指や治具が接触する。一方、光学レンズ１０−３には、光学面１１−３と非光学面１３−３との間に段形状の非光学面１２−３が存在する。このため本実施例によれば、指や治具が、油分が付着した状態で非光学面１３−３に接触したとしても、光学面１１−３に接触することがなく、油分の付着を防ぐことができる。

次に、図５を参照して、本発明の実施例４における光学レンズについて説明する。図５は、本実施例における光学レンズ１０−４の断面図である。

光学レンズ１０−４は、光軸００−４を回転中心とし、凸面である光学面１１−４および凹面である光学面１１−５、並びに、粗面加工された非光学面１２−４と非光学面１３−４と非光学面１２−５とを有するメニスカスレンズである。光学面１１−４、１１−５には、それぞれ、エーテル結合またはエステル結合を有し炭素数が４から７の分岐構造をもつアルコールが配位した中実シリカからなる多孔質膜を最表層に有する反射防止膜が設けられている。光学レンズ１０−４の外形、すなわち光軸００−４から非光学面１３−４までの距離Ｒ_４１は１６．０ｍｍである。また、光軸００−４から非光学面１２−４までの距離Ｒ_４２は１４．２５ｍｍ、光軸００−４から非光学面１２−５までの距離Ｒ_４３は１４．７５ｍｍである。このため、Ｒ_４１−Ｒ_４２は１．７５ｍｍ、Ｒ_４１−Ｒ_４３は１．２５ｍｍであり、ともに式（１）を満たす。

光学レンズ１０−４の搬送や組み立てを実施する際に、非光学面１３−４に指や治具が接触する。一方、光学レンズ１０−４には、光学面１１−４と非光学面１３−４との間に段形状の非光学面１２−４が存在する。また光学レンズ１０−４には、光学面１１−５と非光学面１３−５との間に段形状の非光学面１２−５が存在する。このため本実施例によれば、指や治具が、油分が付着した状態で非光学面１３−４に接触したとしても、光学面１１−４、１１−５に接触することがなく、油分の付着を防ぐことができる。

次に、図６を参照して、本発明の実施例５における光学系について説明する。図６は、本実施例における光学系１００の断面図である。

光学系１００は、複数の光学素子（光学レンズ）Ｇ１０１〜Ｇ１１１、および、絞り１０２を有する。１０３は結像面である。複数の光学素子Ｇ１０１〜Ｇ１１１の光学面には、ゴーストやフレアの発生を低減するため、反射防止膜が設けられている。光学素子Ｇ１０２の結像面側の面、光学素子Ｇ１０７の物体側の面、および、光学素子Ｇ１１１の結像面側の面には、それぞれ、反射防止膜が設けられている。この反射防止膜は、エーテル結合またはエステル結合を有し炭素数が４から７の分岐構造をもつアルコールが配位した中実シリカからなる多孔質膜を最表層に有する。これらの光学素子（光学レンズ）には、前述の各実施例にて説明したように、光学素子の外周面と光学面との間に段が設けられている。これにより、光学素子の外周面を搬送などのために掴んだ場合、誤って光学面に触れる可能性が低くなり、光学面に油分が付着することを効果的に防止することができる。

なお本実施例では、複数の光学素子Ｇ１０１〜Ｇ１１１を有する光学系１００のうち、３つの光学素子Ｇ１０２、Ｇ１０７、Ｇ１１１が前述の各実施例の反射防止膜を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。複数の光学素子の少なくとも一つに各実施例の反射防止膜が設ければよく、また、光学系を構成する全ての光学素子に反射防止膜を設けてもよい。また、本実施例の光学系１００は、後述する撮像装置に用いられるものに限定されるものではなく、双眼鏡、プロジェクタ、望遠鏡などの種々の光学機器に適用可能である。

次に、図７を参照して、本発明の実施例６における撮像装置について説明する。図７は、本実施例における撮像装置（デジタルカメラ）３００の断面図である。

撮像装置３００は、レンズ部（レンズ鏡筒）３０１と本体部３０２とを有する。レンズ部３０１は、撮像光学系として、実施例５にて説明した光学系１００を有する。本体部３０２は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを備えた撮像素子３０３を有する。撮像素子３０３は、光学系１００の結像面１０３に配置されており、レンズ部３０１（光学系１００）を介して形成された光学像を光電変換して画像信号を出力する。

なお本実施例において、撮像装置３００は、レンズ部３０１と本体部３０２とが一体的に構成されたデジタルカメラであるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、撮像装置は、本体部と、本体部に対して着脱可能に取り付けられるレンズ部（交換レンズ）とを備えて構成されたカメラシステム（一眼レフカメラシステム）であってもよい。

各実施例によれば、多孔質材料を用いた反射防止膜を有する光学素子において、防汚性を向上させた光学素子、光学系、撮像装置、および、光学素子の製造方法を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの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。

１０ 光学素子
１１ 光学面
１２ 非光学面（第２の非光学面）
１３ 非光学面（第１の非光学面）

Claims (9)

1. 光学面と、
   第１の非光学面と、
   前記光学面と前記第１の非光学面との間に設けられた第２の非光学面と、を有する光学素子であって、
   前記光学面には、エーテル結合またはエステル結合を有し炭素数が４から７の分岐構造をもつアルコールを含む多孔質層を備える反射防止膜が設けられており、
   前記第１の非光学面および前記第２の非光学面はそれぞれ、前記光学素子の光軸に対して平行な面であり、
   前記光軸から前記第１の非光学面までの距離をＲ１（ｍｍ）、前記光軸から前記第２の非光学面までの距離をＲ２（ｍｍ）とするとき、
   Ｒ１−Ｒ２≧１．００
   を満たすことを特徴とする光学素子。
2. 前記第１の非光学面は、前記光学素子の外径に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第１の非光学面および前記第２の非光学面のそれぞれの粗面粗さは、算術平均０．５００μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
4. 前記多孔質層における単位体積あたりのアルコールの含有量は、１．００ｍｇ／ｃｍ^３以上２．４０ｍｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 前記反射防止膜は、前記多孔質層を含む２層以上の多層膜であること特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
6. 前記反射防止膜は、前記多孔質層の上の少なくとも一部に設けられたフッ素樹脂を有することを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子を有することを特徴とする光学系。
8. 請求項７に記載の光学系と、
   前記光学系を介して形成された光学像を光電変換する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
9. 光学面を形成するステップと、
   第１の非光学面を形成するステップと、
   前記光学面と前記第１の非光学面との間に第２の非光学面を形成するステップと、を有し、
   前記光学面は、光学研磨された面であり、
   前記第１の非光学面および前記第２の非光学面はそれぞれ、粗面加工された面であり、
   前記光学面には、エーテル結合またはエステル結合を有し炭素数が４から７の分岐構造を持つアルコールを含む多孔質層を備える反射防止膜が設けられており、
   前記第１の非光学面および前記第２の非光学面はそれぞれ、前記光学素子の光軸に対して平行な面であり、
   前記光軸から前記第１の非光学面までの距離をＲ１（ｍｍ）、前記光軸から前記第２の非光学面までの距離をＲ２（ｍｍ）とするとき、
   Ｒ１−Ｒ２≧１．００
   を満たすことを特徴とする光学素子の製造方法。