JP2019179146A - Optical component, lens unit, and method of manufacturing optical component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学部品、レンズユニットおよび光学部品の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical component, a lens unit, and a method for manufacturing an optical component.
屋外で用いられるカメラのレンズおよび/または透明なカバープレートには、汚れを防止するために防汚被膜が設けられる。特開2017−8268号公報では、撥水性および高い摩擦耐久性を有する表面処理層を形成することが可能な表面処理剤が開示されており、当該表面処理剤を用いて防汚性を有する膜を光学部材に形成することも提案されている。
ところで、特開2017−8268号公報の表面処理層は、耐紫外線性能に劣るため、屋外において防汚性を長期間維持することができない。 By the way, since the surface treatment layer of Unexamined-Japanese-Patent No. 2017-8268 is inferior in ultraviolet-resistant performance, it cannot maintain antifouling property outdoors for a long period of time.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、耐候性の高い防汚被膜を有する光学部品を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an optical component having an antifouling film having high weather resistance.
本発明の例示的な光学部品は、透光部材と、前記透光部材の表面上に、または、前記表面上に形成された機能性被膜上に形成された防汚被膜と、を備える。前記防汚被膜を形成する有機フッ素化合物が、式(I)にて示される繰り返し単位を含むポリマーである。 An exemplary optical component of the present invention includes a translucent member and an antifouling coating formed on the surface of the translucent member or on a functional coating formed on the surface. The organic fluorine compound forming the antifouling film is a polymer containing a repeating unit represented by the formula (I).
本発明は、上記光学部品を含むレンズユニット、および、光学部品の製造方法にも向けられている。 The present invention is also directed to a lens unit including the optical component and a method for manufacturing the optical component.
本発明によれば、耐候性の高い防汚被膜を有する光学部品を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical component which has an antifouling film with high weather resistance can be provided.
本発明の例示的な一の実施形態に用いられる防汚被膜は、有機フッ素化合物により形成される。有機フッ素化合物は、式(I)にて示される繰り返し単位を主に含むポリマーである。 The antifouling coating used in one exemplary embodiment of the present invention is formed of an organic fluorine compound. The organic fluorine compound is a polymer mainly containing the repeating unit represented by the formula (I).
有機フッ素化合物の分子量は、例えば150,000〜300,000g/molである。式(I)の構造を含む環状パーフルオロポリマーは、例えばパーフルオロ(アルケニルビニルエーテル)の環化重合により得られる。式(I)の繰り返し単位を含む材料としては、例えば旭硝子株式会社製の商品名:サイトップ(CYTOP)(登録商標)が利用可能である。 The molecular weight of the organic fluorine compound is, for example, 150,000 to 300,000 g / mol. Cyclic perfluoropolymers containing the structure of formula (I) are obtained, for example, by cyclopolymerization of perfluoro (alkenyl vinyl ether). As a material containing the repeating unit of the formula (I), for example, trade name: CYTOP (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. can be used.
式(I)の繰り返し単位を含む有機フッ素化合物には、基材に付着するアンカーも含まれる。アンカーとなる官能基(アンカー基)としては、例えば−COOHが挙げられる。一例では、基材にアミノ系シランカップリング剤を予め塗布することにより、末端にNH2を含む官能基(ここでは、「R’NH2」と表す。)が基材表面に導入される。そして、当該アンカー基を含む有機フッ素化合物(ここでは、「RCOOH」と表す。)が、基材表面に付与され、(RCOOH+R’NH2→RCONHR’+H2O)の反応が生じる。これにより、アンカーが基材と共有結合により強固に結合する。アンカー基は、−Si(R1)m(R2)3−m(R1は水酸基または加水分解可能な基であり、R2は水素原子または炭化水素基であり、mは1〜3の整数である。)等であってもよい。好ましい有機フッ素化合物は、式(I)の少なくとも1つの繰り返し単位とアンカーとの間に炭素−酸素単結合を含まない。以下、炭素−酸素単結合を「C−O結合」と表す。より好ましくは、C−O結合が主鎖に存在しない。 The organic fluorine compound containing the repeating unit of the formula (I) includes an anchor attached to the base material. Examples of the functional group (anchor group) serving as an anchor include —COOH. In one example, an amino-based silane coupling agent is preliminarily applied to the base material, thereby introducing a functional group containing NH 2 at the terminal (herein referred to as “R′NH 2 ”) onto the base material surface. Then, an organic fluorine compound containing the anchor group (herein referred to as “RCOOH”) is applied to the substrate surface, and a reaction of (RCOOH + R′NH 2 → RCONHR ′ + H 2 O) occurs. Thereby, an anchor couple | bonds firmly with a base material by a covalent bond. The anchor group is —Si (R 1 ) m (R 2 ) 3-m (R 1 is a hydroxyl group or a hydrolyzable group, R 2 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group, and m is 1 to 3. It may be an integer). Preferred organofluorine compounds do not contain a carbon-oxygen single bond between at least one repeating unit of formula (I) and the anchor. Hereinafter, the carbon-oxygen single bond is represented as “C—O bond”. More preferably, no C—O bond is present in the main chain.
有機フッ素化合物により形成される防汚被膜に紫外線が照射された場合に、C−O結合は比較的切断されやすい。式(I)の構造では、紫外線の照射によりC−O結合が切断されても、CF2が切り離されることはないため、撥水性が維持される。すなわち、防汚被膜の耐候性が高くなる。C−O結合は、側鎖に存在していると捉えることも可能である。また、式(I)の少なくとも1つの繰り返し単位とアンカーとの間にC−O結合が存在しないことにより、当該少なくとも1つの繰り返し単位が基材から切り離されにくくなる。その結果、耐候性がより高くなる。有機フッ素化合物では、高い耐候性および撥水性が得られる範囲において、他の繰り返し単位が含まれてもよい。 When the antifouling film formed of the organic fluorine compound is irradiated with ultraviolet rays, the C—O bond is relatively easily broken. In the structure of the formula (I), water repellency is maintained because CF 2 is not separated even when the C—O bond is broken by irradiation with ultraviolet rays. That is, the weather resistance of the antifouling coating is increased. It can also be understood that the C—O bond is present in the side chain. In addition, since there is no C—O bond between the anchor and at least one repeating unit of the formula (I), the at least one repeating unit is hardly separated from the base material. As a result, the weather resistance becomes higher. The organic fluorine compound may contain other repeating units as long as high weather resistance and water repellency are obtained.
図1は、防汚被膜を有するレンズ20の一部を示す断面図である。レンズ20は、レンズ本体21と、反射防止被膜22と、防汚被膜23と、を有する。レンズ本体21は、透光部材である。反射防止被膜22は、レンズ本体21のレンズ面211上に形成される。レンズ面211は、レンズ本体21の表面のうち、レンズとして機能する部位である。防汚被膜23は、反射防止被膜22上に形成される。レンズ20では、レンズ面211上に反射防止被膜22が存在し、反射防止被膜22上に防汚被膜23が存在する。反射防止被膜22は、防汚被膜23が形成される基材である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a part of a
レンズ本体21は、例えば、ガラスまたはプラスチックである。反射防止被膜22は、どのようなものでもよく、例えば、無機材料および/または有機材料の多層膜である。防汚被膜23は、上述の有機フッ素化合物により形成された膜である。防汚被膜23と反射防止被膜22とがアンカーにより結合するために、反射防止被膜22は、好ましくは、表面に水酸基(OH基)を有する。より好ましくは、反射防止被膜22はケイ素原子と水酸基とが結合した構造を有する。反射防止被膜22の材料としては、TiO2、SiO2、SiN、SiC等を挙げることができる。
The
反射防止被膜22に代えて、他の機能性被膜が設けられてもよい。他の機能性被膜としては、例えば、多層の被膜の間または被膜と透光部材との間の応力を低減する緩衝被膜、特定の波長の光を遮るフィルタ被膜等を挙げることができる。機能性被膜は、複数種類の機能性被膜要素が積層されたものでもよい。さらに、機能性被膜を省いてレンズ面211上に直接、防汚被膜23が形成されてもよい。この場合、レンズ本体21が、防汚被膜23が形成される基材となる。以上のように、防汚被膜23は、レンズ面211上に、または、レンズ面211上に形成された機能性被膜上に形成される。
Instead of the
図2は、レンズ20を有する撮像装置1の断面図である。撮像装置1は、レンズユニット11と、撮像素子12と、回路基板13と、を含む。レンズユニット11は、複数のレンズ200と、絞り31と、赤外線フィルタ32と、支持部33と、を含む。本実施形態では、複数のレンズ200は、上記レンズ20である第1レンズ20と、第2レンズ212と、第3レンズ213と、第4レンズ214と、第5レンズ215と、を含む。上述のように「レンズ」は、レンズとして機能する部材、すなわち、レンズ本体のレンズ面上に、必要に応じて所望の機能を有する層が形成されたレンズ部材である。レンズ面上の層は、薄膜である。また、負のパワーを有するレンズを「負レンズ」、正のパワーを有するレンズを「正レンズ」と呼ぶ。複数のレンズ200は、光軸J1に沿って配置される。各レンズは光学部品である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
支持部33は、複数のレンズ200と、絞り31と、赤外線フィルタ32と、を支持するホルダである。支持部33は、「鏡筒」あるいは「バレル」とも呼ばれる。本実施形態では支持部33は樹脂製であるが、樹脂製には限定されない。第1レンズ20、第2レンズ212、第3レンズ213、絞り31、第4レンズ214、第5レンズ215および赤外線フィルタ32は、光軸J1に沿って、物体側から像側に向かってこの順に配置される。すなわち、これらの構成要素はこの順で光軸J1上に位置している。回路基板13は、赤外線フィルタ32の像側にて支持部33に取り付けられる。撮像素子12は、回路基板13上に実装される。撮像素子12は、レンズユニット11の像側に位置する。レンズユニット11により、撮像素子12上に像が形成される。撮像素子12は2次元イメージセンサである。
The
第1レンズ20は、かしめにより支持部33に固定される。第1レンズ20と支持部33との間には、シール部材34が配置される。シール部材34は、例えば、Oリングである。第1レンズ20およびシール部材34により、筒状の支持部33の物体側の開口が密閉される。第2レンズ212、第3レンズ213、絞り31および赤外線フィルタ32は、支持部33に圧入されている。第4レンズ214と第5レンズ215とは、接着剤にて接合された接合レンズとなっている。接合レンズは、支持部33に圧入されている。「圧入されている」という表現は、「圧入された状態である」と同義である。
The
レンズユニット11を含む撮像装置1は、好ましくは屋外にて使用される。第1レンズ20は、レンズユニット11に含まれる複数の光学部品のうち、最も外側の部品である。既述の防汚被膜23は、第1レンズ20の物体側のレンズ面211上に直接的に、または、反射防止被膜22を介して間接的に形成される。第2レンズ212、第3レンズ213、第4レンズ214および第5レンズ215は、ガラスまたはプラスチックにより形成される。第1レンズ20および第2レンズ212は、物体側に凸となる負メニスカスレンズである。第3レンズ213は、像側に凸となる負メニスカスレンズである。第4レンズ214は、物体側に凸となる負メニスカスレンズである。第5レンズ215は、両凸の正レンズである。
The
既述のように、防汚被膜23は、高い耐候性および撥水性を有する。屋外用のレンズユニット11では、防汚被膜23が最も外側に設けられることにより、好ましい防汚性能を長期間にわたって維持することが可能となる。防汚被膜23は、耐候性が求められる車載用のレンズユニット11に特に適している。防汚被膜23が設けられる光学部品はレンズには限定されず、平板であってもよい。例えば、レンズユニット11の最も物体側に防護プレートが設けられ、防護プレートにおける平板状の透光部材上に直接的に、または、反射防止被膜を介して間接的に防汚被膜23が形成される。平板状の透光部材の材料は、上述のレンズ本体21と同様である。以上のように、防汚被膜23が、透光部材の表面上に、または、当該表面上に形成された機能性被膜上に形成されることにより、防汚性能が長期間持続する光学部品を得ることができる。防汚被膜23の付着性の観点では、防汚被膜23のアンカーが付着する透光部材の表面または機能性被膜の表面は、ケイ素(Si)を含むことが好ましい。好ましくは、透光部材の可視光域における光の透過率は90%以上である。
As described above, the
次に、光学部品の製造について説明する。以下の説明では、レンズの製造について述べるが、レンズ以外の光学部品の製造においても同様である。本明細書では、「レンズ」、「レンズ本体」、「レンズ面」は、それぞれ「光学部品」、「透光部材」、「(透光部材の)表面」と読み替えることが可能である。 Next, the manufacture of optical components will be described. In the following description, the manufacture of the lens will be described, but the same applies to the manufacture of optical components other than the lens. In the present specification, “lens”, “lens body”, and “lens surface” can be read as “optical component”, “translucent member”, and “surface of (translucent member)”, respectively.
図3は、レンズ本体21のレンズ面211上に、または、機能性被膜上に防汚被膜23を形成する作業の流れを示す図である。まず、透光部材であるレンズ本体が準備される(ステップS11)。レンズ本体のレンズ面には、機能性被膜が予め形成されていてもよい。続いて、最表面であるレンズ面または機能性被膜に対してプラズマ処理が必要に応じて施される(ステップS12)。プラズマ処理により、当該最表面に水酸基等が導入される。
FIG. 3 is a diagram showing a flow of work for forming the
その後、レンズ面または機能性被膜上に透明な防汚被膜が形成される(ステップS13)。防汚被膜の形成は、様々な手法により行われてよい。例えば、上述の式(I)の構造を含む材料を溶媒に溶解させた溶液が処理剤として準備される。溶媒としては、アルコール、ケトン、エーテル、芳香族炭化水素化合物、脂肪族炭化水素化合物、酢酸エステル等が用いられる。溶媒には、他の材料が加えられてもよい。溶媒も複数種類の溶媒の混合液であってもよい。一例では、まず、シランカップリング剤(プライマー)がレンズ面または機能性被膜上に塗布される。シランカップリング剤は、例えばH2NCH2CH2CH2Si(OCH2CH3)3であり、信越化学工業社製の商品名:KBM−903、チッソ社製の商品名:SILA−ACES330等が利用可能である。続いて、処理剤をレンズ面または機能性被膜上に滴下してレンズ本体を回転することにより、処理剤がレンズ面または機能性被膜上に塗布される。レンズ本体を処理剤に浸漬することにより、処理剤がレンズ面に塗布されてもよい。その後、塗布された処理剤は、加熱または放置による溶媒の気化等により固化し、防汚被膜が形成される。加熱(ベーキング)の場合、例えば、レンズ本体が、60℃で30〜60分保持され、続いて、180〜250℃で30〜60分保持される。 Thereafter, a transparent antifouling film is formed on the lens surface or the functional film (step S13). The antifouling film may be formed by various methods. For example, a solution in which a material containing the structure of the above formula (I) is dissolved in a solvent is prepared as a treatment agent. As the solvent, alcohol, ketone, ether, aromatic hydrocarbon compound, aliphatic hydrocarbon compound, acetate ester and the like are used. Other materials may be added to the solvent. The solvent may also be a mixed liquid of a plurality of types of solvents. In one example, first, a silane coupling agent (primer) is applied on the lens surface or the functional coating. The silane coupling agent is, for example, H 2 NCH 2 CH 2 CH 2 Si (OCH 2 CH 3 ) 3 , trade name: KBM-903 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name: SILA-ACES330 manufactured by Chisso Corporation, etc. Is available. Subsequently, the treatment agent is applied onto the lens surface or the functional coating by dropping the treatment agent onto the lens surface or the functional coating and rotating the lens body. The treatment agent may be applied to the lens surface by immersing the lens body in the treatment agent. Thereafter, the applied treatment agent is solidified by evaporating the solvent by heating or standing, and an antifouling film is formed. In the case of heating (baking), for example, the lens body is held at 60 ° C. for 30 to 60 minutes, and then held at 180 to 250 ° C. for 30 to 60 minutes.
上記処理により耐候性の高い防汚被膜を有するレンズを得ることができる。レンズの適切な特性を確保するには、防汚被膜の厚さは、100nm以上1000nm以下であることが好ましい。耐久性の観点から、防汚被膜の厚さは、100nm以上であることが好ましく、200nm以上であることがより好ましく、300nm以上であることがより一層好ましい。レンズの光学性能の観点から、防汚被膜の厚さは、1000nm以下であることが好ましく、850nm以下であることがより好ましく、700nm以下であることがより一層好ましい。 A lens having an antifouling film having high weather resistance can be obtained by the above treatment. In order to ensure appropriate characteristics of the lens, the thickness of the antifouling coating is preferably 100 nm or more and 1000 nm or less. From the viewpoint of durability, the thickness of the antifouling coating is preferably 100 nm or more, more preferably 200 nm or more, and even more preferably 300 nm or more. From the viewpoint of the optical performance of the lens, the thickness of the antifouling coating is preferably 1000 nm or less, more preferably 850 nm or less, and even more preferably 700 nm or less.
図4は、式(I)の構造を含む防汚被膜に対する耐候性試験の結果を示す図である。耐候性試験では、所定強度の紫外線を防汚被膜に対して連続して照射しつつ、防汚被膜における水の接触角の変化を測定した。図4の縦軸は、接触角を示し、横軸は、紫外線照射時間を示す。本試験では、ダイキン工業社製の商品名:オプツール(登録商標)を用いて形成した膜を従来の防汚被膜として、同様に試験を行った。図4中の線L1は、式(I)の構造を含む防汚被膜における接触角の変化を示し、線L2は、従来の防汚被膜における接触角の変化を示す。従来の防汚被膜では、紫外線照射時間が長くなるに従って接触角が大幅に小さくなるのに対し、式(I)の構造を含む防汚被膜では、接触角がおよそ維持される。これにより、式(I)の構造を含む防汚被膜では、耐候性、主として紫外線耐性が向上することが判る。 FIG. 4 is a diagram showing the results of a weather resistance test for an antifouling coating containing the structure of formula (I). In the weather resistance test, changes in the contact angle of water in the antifouling coating were measured while continuously irradiating the antifouling coating with ultraviolet rays having a predetermined intensity. The vertical axis in FIG. 4 indicates the contact angle, and the horizontal axis indicates the ultraviolet irradiation time. In this test, a film formed using a trade name: OPTOOL (registered trademark) manufactured by Daikin Industries, Ltd. was used as a conventional antifouling film, and the test was similarly performed. The line L1 in FIG. 4 shows the change in the contact angle in the antifouling coating containing the structure of the formula (I), and the line L2 shows the change in the contact angle in the conventional antifouling coating. In the conventional antifouling coating, the contact angle becomes significantly smaller as the ultraviolet irradiation time becomes longer, whereas in the antifouling coating containing the structure of formula (I), the contact angle is approximately maintained. Thereby, it turns out that a weather resistance, mainly ultraviolet-ray resistance improves in the antifouling film containing the structure of Formula (I).
上記光学部品およびレンズユニットでは、様々な変形が可能である。 Various modifications can be made to the optical component and the lens unit.
レンズユニット11におけるレンズの数は任意に決定されてよい。光軸J1は直線には限定されず、折れ曲がってもよい。支持部33は、レンズの外周全体を保持する必要はなく、外周の一部を保持してもよい。レンズが別のホルダに保持された状態で支持部33に支持されてもよい。撮像装置1は、車載以外の目的に用いられてもよい。防汚被膜23が形成される光学部品およびレンズユニットは、撮像装置1以外に用いられてもよい。
The number of lenses in the
上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。 The configurations in the above embodiment and each modification may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.
本発明に係る光学部品およびレンズユニットは、車載用のみならず、様々な用途に利用可能である。 The optical component and the lens unit according to the present invention can be used not only for in-vehicle use but also for various applications.
11 レンズユニット
20,212〜215 レンズ
21 レンズ本体
22 反射防止被膜
23 防汚被膜
33 支持部
211 レンズ面
S11〜S13 ステップ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記透光部材の表面上に、または、前記表面上に形成された機能性被膜上に形成された防汚被膜と、
を備え、
前記防汚被膜を形成する有機フッ素化合物が、
An antifouling coating formed on the surface of the translucent member or on a functional coating formed on the surface;
With
The organic fluorine compound forming the antifouling film is
前記表面が、レンズ面である、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の光学部品。 The translucent member is a lens body;
The optical component according to claim 1, wherein the surface is a lens surface.
前記複数の光学部品を支持する支持部と、
を備える、レンズユニット。 A plurality of optical components including the optical component according to claim 5;
A support portion for supporting the plurality of optical components;
A lens unit.
b)前記透光部材の表面上に、または、前記表面上に形成された機能性被膜上に防汚被膜を形成する工程と、
を備え、
前記防汚被膜を形成する有機フッ素化合物が、
b) forming an antifouling coating on the surface of the translucent member or on the functional coating formed on the surface;
With
The organic fluorine compound forming the antifouling film is
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