JP2020148845A - レンズ、レンズの製造方法、および、レンズユニット - Google Patents

Abstract

【課題】屋外使用を前提とする光学レンズなど、水や埃などの異物が付着しやすく、また、表面が擦られるなどの過酷な条件で使用されても、長期間にわたって光学的な特性を維持することができるレンズ、レンズの製造方法、および、レンズユニットを得る。【解決手段】撮像装置１００に用いられ、レンズ光学系１０の最表面に配置されるレンズ１２であって、レンズの被写体側の表面に形成された表面処理膜１７が無機材料で構成され、表面処理膜の水との接触角が１０°未満であり、かつ、表面処理膜が形成されたレンズのヘイズ値が１．０％未満である。【選択図】図１

Description

本開示は、カメラなどの撮像装置に用いられるレンズ、レンズの製造方法、および、レンズを備えたレンズユニットに関し、特に、表面に雨水などの水滴がかかるような屋外で使用されても、良好な光学特性を維持することができるレンズ、その製造方法、および、レンズユニットに関する。

ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子の技術開発が進み、これらの撮像素子で静止画や動画を撮像する撮像装置として、各種のカメラが製品化されている。

近年では、撮像素子の小型化、高感度化、低コスト化が進展し、さらに、軽量かつ低コストのプラスチック製レンズ技術、撮像データを圧縮して記録するデータ処理技術、高速で大容量のデータを記録できるメモリ素子の技術も発展したため、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラといった、静止画像、動画像を記録する専用機器を用いるのではなく、携帯電話やスマートフォン、タブレット端末、携帯用ゲーム機などのいわゆるポータブルな電子情報機器を用いて、静止画像、動画像を撮像することが当たり前となっている。また、画像を撮像する撮影装置の普及に伴って、従来は精密製品であるカメラが持ち込まれなかった環境でも使用する機会が増え、水中撮影が可能なカメラ、自動で装置を制御するための情報取得カメラ、ロボットなどに搭載されるモニタカメラ、定点観測が行われる監視カメラなどの用途も増えている。

特に、モニタカメラや監視カメラは、主として屋外で使用されることが多いため、カメラレンズの中で、最も被写体側である最表面に配置されたレンズに雨粒などの水滴や埃が付着する。また、周囲の温度環境の変化などによって光学素子の表面に曇りや結露が生じる場合がある。このため、モニタカメラや監視カメラなどにおいて、カメラレンズの中で最表面に配置されるレンズには、外部環境によらずに常に良好な視野が確保するための表面処理が施されている。

このような表面処理膜を備えた光学レンズとして、レンズ基体側にハードコート層が、また、最外表面に超撥水性層が配置され、これらの中間部分に複数層に分割された高屈折率層を含んで構成される多層膜積層構成の耐擦傷性反射防止膜が形成された光学レンズが提案されている（特許文献１参照）。また、無機化合物粒子と、これに結合するポリマーとを含む無機有機複合体とによって微細な凹部と凸部とを形成した、反射防止膜、かつ、表面保護膜であるコーティングを外表面に備えた光学レンズが提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１６−１７３６１３号公報 特開２０１５−０９１９８１号公報

上記従来の光学レンズは、表面に反射防止機能とレンズ保護機能とを備えた表面処理膜が形成されていることで、レンズとして加工が容易なプラスチックレンズを用いた場合でも、光学的特性を向上させるとともに傷つきやすいというプラスチックレンズ特有の課題を解決することができる。

しかし、たとえば、屋外に設置される監視カメラなどの撮像装置に用いられる光学レンズの場合、外表面に雨や泥水などの液体が付着することを想定しなくてはならない。また、砂埃などにより、微細の異物がレンズ表面に強く当たる事態も考えられる。さらに、ユーザによるメンテナンス時には、付着した汚れを除去するために、レンズ表面に布などが擦りつけられる場合が想定される。

しかし、上記従来の光学レンズに用いられている表面処理膜は、このような屋外での利用を前提とすることに伴う過酷な条件下での使用を考慮したものではなく、表面が強く擦られることで表面処理膜がはがれてしまったり、表面処理膜の表面に微細な凹凸が生じ、さらにその凹凸の間の部分の異物が挟まってしまったりという課題が生じていた。また、長時間太陽光に晒されることで、紫外線によって表面処理膜の劣化が問題となる場合も多かった。

さらに、結露や雨などにより表面に生じた水滴により、正常な画像が得られなくなるという課題もあった。

本開示は、上記従来の課題を解決するもので、屋外使用を前提とする光学レンズなど、水や埃などの異物が付着しやすく、また、表面が擦られるなどの過酷な条件で使用されても、長期間にわたって光学的な特性を維持することができるレンズ、レンズの製造方法、および、レンズユニットを得ることを目的とする。

上記課題を解決するため本願で開示するレンズは、撮像装置に用いられ、レンズ光学系の最表面に配置されるレンズであって、前記レンズの被写体側の表面に形成された表面処理膜が無機材料で構成され、前記表面処理膜の水との接触角が１０°未満であり、かつ、前記表面処理膜が形成されたレンズのヘイズ値が１．０％未満であることを特徴とする。

また、本願で開示されるレンズの製造方法は、光学系に用いられるレンズの表面に親水性の表面処理膜を形成するレンズの製造方法であって、前記レンズの表面に、無機材料のバインダーにフィラーとしてのシリカ化合物が含まれた親水性処理液を塗布、乾燥して前記表面処理膜を形成することを特徴とする。

さらにまた、本願で開示するレンズユニットは、レンズ光学系と、撮像素子と、前記レンズ光学系と前記撮像素子とを収容した筐体とを含み、前記レンズ光学系において被写体側の表面に配置されるレンズが、本願で開示されるいずれかのレンズ、または、本願で開示されるいずれかの製造方法により製造されたレンズであることを特徴とする。

本願で開示するレンズは、被写体側の表面に形成された表面処理膜が無機材料で構成され、水との接触角が１０°未満、レンズのヘイズ値が１．０％未満である。このため、表面の耐摩耗性に強く、時間経過によっても、高い親水性と光学特性とを持することができる。

また、本願で開示するレンズの製造方法は、レンズの表面に、無機材料のバインダーにフィラーとしてのシリカ化合物が含まれた親水性処理液を塗布、乾燥して表面処理膜を形成する。このため、耐久性の高い無機材料により構成された表面処理膜を容易に製造することができる。

さらにまた、本願で開示するレンズユニットは、レンズ光学系において被写体側の表面に配置されるレンズが、本願で開示されるいずれかのレンズ、または、本願で開示されるいずれかの製造方法により製造されたレンズである。このため、実際の使用状態において、高い耐久性を備えたレンズユニットを実現することができる。

実施形態にかかるレンズを備えた、撮像装置の構成を説明するイメージ図である。

本願で開示するレンズは、撮像装置に用いられ、レンズ光学系の最表面に配置されるレンズであって、前記レンズの被写体側の表面に形成された表面処理膜が無機材料で構成され、前記表面処理膜の水との接触角が１０°未満であり、かつ、前記表面処理膜が形成されたレンズのヘイズ値が１．０％未満である。

このようにすることで、本願で開示するレンズでは、被写体側の最表面に配置されて砂塵などが吹き付けられても表面が傷つきにくく、また、太陽光に長時間晒された場合でも高い親水性と光学特性とを維持できるレンズを実現できる。

本開示のレンズにおいて、前記表面処理膜にチタニア化合物をさらに含むことが好ましい。このようにすることで、チタニア化合物の光触媒作用によって表面処理膜の表面状態が回復し、高い親水性を長期間維持することができる。

また、本願で開示するレンズの製造方法は、光学系に用いられるレンズの表面に親水性の表面処理膜を形成するレンズの製造方法であって、前記レンズの表面に、無機材料のバインダーにフィラーとしてのシリカ化合物が含まれた親水性処理液を塗布、乾燥して前記表面処理膜を形成する。

このようにすることで、本願で開示するレンズの製造方法では、無機材料から構成された表面処理膜を容易に形成することができる。

本願で開示するレンズの製造方法において、前記親水性処理液にフィラーとしてのチタニア化合物をさらに含むことが好ましい。このようにすることで、チタニア化合物の光触媒作用によって、表面処理膜の表面状態が回復し、高い親水性を長期間維持することができるレンズを容易に製造することができる。

さらに、前記親水性処理液の塗布厚さが、前記親水性処理液に含まれる粒子の平均粒径の２〜１０倍の範囲であることが好ましい。このようにすることで、ヘイズが小さく透過光に悪影響を与えることが少ない表面処理膜を形成することができる。

なお、本願で開示するレンズの製造方法において、前記表面処理膜の水との接触角が１０°未満であり、かつ、前記表面処理膜が形成されたレンズのヘイズ値が１．０％未満であるように設定することが好ましい。

さらにまた、本願で開示するレンズユニットは、レンズ光学系と、撮像素子と、前記レンズ光学系と前記撮像素子とを収容した筐体とを含み、前記レンズ光学系において被写体側の表面に配置されるレンズが、本願で開示するいずれかのレンズ、または、本願で開示するいずれかの製造方法によって製造されたレンズである。

このようにすることで、被写体側表面に配置されるレンズが高い親水性と光学特性とを維持でき、長期間の使用に耐えるレンズユニットを実現することができる。

（実施の形態）
以下、本開示にかかるレンズとその製造方法、および、レンズユニットの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

以下では、本願で開示するレンズユニットとして、監視カメラの撮像ユニットとして用いられる撮像装置を、また、本願で開示するレンズとして、この撮像装置の最も被写体側に配置されたレンズをそれぞれ例示して説明する。

図１は、本願で開示するレンズが用いられた撮像装置の概略構成を説明する図である。

図１に示すように、監視カメラの撮像ユニットとして用いられる撮像装置１００は、１枚また複数枚のレンズにより構成されたレンズ光学系１０と画像を撮像する撮像部２０とから構成されている。

撮像部２０で撮像される光を照射するレンズ光学系１０は、略円筒形の筒体１１の内部に複数（図１では５枚）のレンズ１２〜１６が配置されて構成される。なお、以下本願明細書においては、単体のレンズを単に「レンズ」と称し、全体として撮像部２０の撮像素子２１への被写体像の照射を行うレンズの複合体を「レンズ光学系」と称することとする。このため、図１に示したような、筐体内に複数枚の単体レンズが配置されたものは「レンズ光学系」であり、また、「レンズ光学系」を構成する「レンズ」の枚数に制約はなく、１枚のレンズのみから構成される場合も「レンズ光学系」という概念に含まれる。

図１に示したレンズ光学系１０の例では、図１中に矢印Ａとして示す被写体側（カメラの視野方向）から順に、対物レンズ群を構成する第１レンズ１２、第２レンズ１３、中間レンズとしての第３レンズ１４、接眼（撮像素子側）レンズ群を構成する第４レンズ１５、および、第５レンズ１６という５つのレンズが、所定の間隔を介して、また、各レンズ１２〜１６の光軸が一致するように配置されている。

本実施形態にかかるレンズ光学系１０では、複数のレンズのうち最も被写体側に位置する第１レンズ１２の外側、すなわち、レンズ光学系１０における最表面である被写体側の表面に位置する面に、親水性の膜である表面処理膜１７が形成されている。

図１に示す撮像装置のレンズ光学系１０では、３群５枚のレンズ１２〜１６による構成を例示した。一般に、レンズ光学系を構成するレンズの枚数を増やし、かつ、凸レンズ、凹レンズ、非球面レンズなどの異なる種類のレンズを積層して配置することで、広視野角でありながら画像のひずみが少ない広角レンズや、高倍率の望遠レンズ、中間レンズを前後に移動可能としたズームレンズなど、より高い光学特性を備えたレンズ光学系を実現することができる。一方で、レンズの枚数が増えればレンズ光学系の高コスト化につながるため、実際には、レンズ光学系が使用される撮像装置に対して求められる光学特性によって具体的なレンズ構成が定められる。例えば、比較的低い解像度の画像や若干のひずみを残した画像でも問題が無いカメラの場合には、２枚、または多くても３枚のレンズでレンズ光学系が構成される場合もある。一方で、高解像度で、なおかつ、高いズーム倍率を有するレンズ光学系では、４群７枚構成など、多数のレンズを組み合わせたレンズ群を複数群備えたレンズ設計が採用される。

本実施形態にかかるレンズ光学系１０としては、レンズの枚数やレンズ群の配列にかかわらず、図１におけるレンズ１２のように、レンズ１０光学系の最表層（最外層）に位置するレンズ１２、すなわち、各レンズの中で最も被写体に近い位置にあるレンズ１２の被写体側の面である表面に表面処理膜１７が形成されていればよい。たとえば、レンズ筐体内で迷光が画像に悪影響を与えることを回避するために、レンズ光学系を構成するレンズの最表層以外の面に表面処理膜が形成される場合があるが、このような膜は、本実施形態にかかる表面処理膜１７とは異なる。

監視カメラに用いられる撮像装置１００の撮像部２０は、図１中矢印Ｂとして示すレンズ光学系１０の後方側に配置されていて、ＣＭＯＳ、ＣＣＤなどの撮像素子２１が回路基板２２上に配置された構成となっている。回路基板２２には、撮像素子２１を駆動する電源ライン、撮像素子２１を制御して各画素での電気信号を画像データとして取得する駆動制御回路、撮像された画像データを外部へと送出する信号ラインなどが搭載されているが、図示は省略する。

また、図１での図示は省略するが、撮像装置１００は、レンズ光学系１０と撮像部２０とを保持してレンズ光学系１０の焦点位置に正しく撮像素子２１が配置されるように規制するとともに、レンズ光学系１０と撮像部２０とを、撮像画像のノイズとなる外部からの迷光を遮蔽するユニット筐体によってモジュールとして一体化されている。このため、ユーザは、撮像ユニットに所定の電圧値の電源を供給することで、撮像素子２１で撮像された画像を信号出力線から画像信号として取得することができる。

本実施形態にかかるレンズの表面には、図１にその断面を示したように、被写体側の表面全体に表面処理膜１７が塗布形成されている。以下、この表面処理膜１７についての詳細と、表面処理膜を形成するレンズの製造方法について説明する。

本実施形態にかかるレンズ１２に形成された表面処理膜１７は、無機材料からなるバインダーと、シリカ化合物、および／またはチタニア化合物のフィラーとにより構成されている親水性（水との接触角が１０°未満）の膜である。すなわち、本実施形態にかかるレンズ１２の表面に形成された表面処理膜１７は、全体が無機材料によって構成されていて、特に、レンズの表面処理膜として従来一般的に用いられていた有機材料のバインダーは使用されていない。

本実施形態のレンズ１２は、表面全体が親水性の表面処理膜１７で覆われていることで、例えばレンズ１２の表面に雨粒がかかった場合でも、雨粒は水滴形状を保てずに広がって膜状となる。このため、レンズを通して写される被写体がレンズ表面に付着した水滴によって邪魔されることがなく、クリアな撮像画像を得ることができる。

表面処理膜１７の無機材料のバインダーとしては、いわゆる水ガラス、すなわちケイ酸ナトリウムＮａ₂ＳｉＯ₂の水溶液（珪酸ソーダ：Ｎａ₂・ｎＳｉＯ₂・ｍＨ₂Ｏ）を良好に用いることができる。なお、ケイ素とアルカリのモル比（ＳｉＯ₂／Ａ₂Ｏ＋Ｂ；Ａ＝アルカリ金属、Ｂ＝ＮＨ₃）)は４〜３０であり、ケイ素の酸化物換算濃度（ＳｉＯ₂濃度）が６．８〜３０重量％であることが好ましい。

本実施形態にかかるレンズ１２の表面処理膜１７は、無機バインダーに、フィラーとして、シリカ、すなわち二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）化合物、または、チタニア、すなわち酸化チタン（ＴｉＯ₂）化合物、または、シリカ化合物とチタニア化合物の両方が含まれている親水性処理液を、レンズ１２の表面に塗布し、乾燥させることで形成することができる。

親水性処理液におけるフィラーの粒径は、一次粒子の平均粒径を１００ｎｍ以下とすることで、表面処理膜１７を透過する透過光が散乱してレンズを通して撮像部２０に入射する光像が乱れ、撮像画像の精細度が低下するという弊害を防止できる。なお、レンズの光学的特性をなるべく低下させないようにする上では、表面処理膜１７の膜厚を１００ｎｍ以下とすることがより好ましく、５０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

発明者らが確認したところでは、表面処理膜１７の表面にフィラーに起因する凹凸が形成されずレンズを通した画像にひずみなどの悪影響が出ることを防止する観点から、フィラーの粒径に対する表面処理膜の膜厚の比（膜厚／平均粒径）が２〜１０、すなわち、親水性処理液の塗布膜厚が、親水性処理液に含まれる粒子の平均粒径の２〜１０倍の範囲であることが好ましく、膜厚の比（膜厚／平均粒径）が５程度であることが、より好ましいことが確認された。このため、例えば、表面処理膜１７の膜厚を５０ｎｍとする場合には、フィラーであるシリカ化合物および／またはチタニア化合物の一次粒子の平均粒径は１０ｎｍ以下とすることが好ましい。

レンズ１２の表面に表面処理膜１７を形成する方法としては、上述のように親水性処理液の無機バインダーとして比較的粘度が高い水ガラスが用いられているため、専用の塗布部材を有するコーターを用いたいわゆる刷毛塗り法や、ディップコータを用いた浸漬塗布法など、高粘度の液体の塗布に適した各種の塗布方法が採用できる。そして、レンズ表面に所定の厚みに塗布した後に、例えば、温度１００℃程度で乾燥させることによって、表面処理膜１７が形成される。なお、表面処理膜１７が形成されるレンズ１２は、樹脂製のいわゆるプラスチックレンズ、ガラスレンズのいずれをも用いることができ、レンズの材料には特別な制約はない。

［実施例］
以下、本実施形態にかかるレンズについて、各種の条件で表面処理膜を塗布形成して、親水性と光学特性について確認した。

実施例１として、表面を洗浄したガラスレンズ（直径１０ｍｍ）の一方の表面に、水ガラスをバインダーとし、シリカ化合物（含有量５％）をフィラーとする親水性処理液「クリンファーストＭＳ」（商品名：東曹産業株式会社製）をディップコータにより塗布した後、１００℃で３分間乾燥させて表面処理膜が形成されたガラスレンズを作製した。親水性処理液の平均粒径は１０ｎｍ、表面処理膜の膜厚は５０ｎｍで、平均粒径に対する表面処理膜の膜厚の比は５となった。

また、同じ親水性処理液を用いて、レンズ表面の表面処理膜の厚さを２０ｎｍとした実施例２のガラスレンズと、表面処理膜の厚さを１００ｎｍとした実施例３のガラスレンズを作製した。

実施例４として、シリカ化合物の含有量に対して５％のチタニア化合物をフィラーとして含む親水性処理液「クリンファーストＭＴ−０１」（商品名：東曹産業株式会社製）を用いて、実施例１と同様の方法によって表面処理膜が形成されたガラスレンズを得た。親水性処理液の平均粒径は、実施例１の親水性処理液と同様に１０ｎｍであり、表面処理膜の膜厚を５０ｎｍとした。表面処理膜の膜厚に対する平均粒子径の比の値は実施例１と同様に５となる。

実施例５として、シリカ化合物の含有量に対して１５％のチタニア化合物をフィラーとして含む親水性処理液「クリンファーストＭＴ−０３」（商品名：東曹産業株式会社製）を用いて、実施例１と同様の方法によって表面処理膜が形成されたガラスレンズを得た。親水性処理液の平均粒径は１０ｎｍであり、表面処理膜の膜厚５０ｎｍで、平均粒径に対する膜厚の比の値は実施例１や実施例４と同様に５となる。

次に、比較例１として、実施例１に用いた物と同じ親水性処理液を用いて、塗布膜厚が１０ｎｍ（膜厚／平均粒径の比＝１）の表面処理膜を形成した。さらに、比較例２として、実施例１に用いた物と同じ親水性処理液を用いて、塗布膜厚が１５０ｎｍ（膜厚／平均粒径の比＝１５）の表面処理膜有するガラスレンズを形成した。

さらに、有機材料（ウレタン）と無機材料（水ガラス）とを含んだバインダーに、シリカ化合物のフィラーを有する親水性処理液「クリンファーストＦＡ」（商品名：東曹産業株式会社製）を用いて、比較例２のガラスレンズを作製した。親水性処理液の平均粒径は１５０ｎｍで、表面処理膜の塗布厚さを２００ｎｍ（膜厚／平均粒径＝１．３）とした。

また、比較例４の表面処理膜を有したガラスレンズとして、無機材料（水ガラス）のバインダーにシリカ化合物のフィラーを含む平均粒径が１５０ｎｍの親水性処理液「クリンファーストＣＭＴ−２」（商品名：東曹産業株式会社製）を用いて、膜厚が１５０ｎｍの表面処理膜を有するものを作製した。

さらに、無機材料（水ガラス）のバインダーに、１％のチタニア化合物とシリカ化合物のフィラーを有する親水性処理液「クリンファーストＭＫ−０１」（商品名：東曹産業株式会社製）を用いて、比較例５のガラスレンズを作製した。親水性処理液の平均粒径は１５０ｎｍで、表面処理膜の塗布厚さを２００ｎｍ（膜厚／平均粒径＝１．３）とした。

なお、上記各実施例と比較例とにおいて、親水性処理液の粒径は、ベックマン・コールター株式会社製の粒度分布測定装置「Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ ４ｅ」（商品名）を用いて測定した。また、表面処理膜の膜厚は、大塚電子株式会社製の「マルチチャンネル分光器ＭＣＰＤ−３０００」（商品名）により得られた表面処理膜か形成されたレンズの反射率をシミュレーションすることよって求めた。

このように作製した実施例１〜実施例５、および、比較例１〜比較例５のガラスレンズにおいて、表面処理膜の初期状態の水接触角を、株式会社ニック製のぬれ性評価装置（接触角計）「ＬＳＥ−Ｂ１００ＴＷ」（商品名）を用いて、水１μＬを滴下して１０秒後の接触角を測定した。また、初期状態の光学特性として、ヘイズ値を日本電色工業株式会社製のヘーズメータ「ＮＤＨ ２０００」（商品名）を用いて測定した。

初期状態の水の接触角とヘイズ値とを測定後、実使用時にレンズ表面に細かい異物が吹き付けられたり、ユーザが表面のほこりをぬぐったりした場合を想定した、摩耗性試験を行った。具体的には、直径０．２ｍｍのナイロン製の長さ２０ｍｍの毛が植えられた手洗いブラシ「ナイロンソフト」（商品名：アズワン株式会社製）を用いて、１ｋｇの荷重を加えて１００往復させた。

摩耗性試験後に、改めて、実施例１〜実施例５、比較例１〜比較例５の各ガラスレンズについて、初期状態の場合と同様にして表面処理膜の接触角とヘイズ値を測定した。

また、バインダーにチタニア化合物を含む実施例４、実施例５、および、比較例５のガラスレンズについては、摩耗性試験後の接触角とヘイズ値との測定の後に、さらに、ＵＶ光を照射した。具体的には、アズワン株式会社製のハンディーＵＶランプ「ＬＵＶ−１６」（商品名）を用いて、８Ｗの放電管２本から波長３６５ｎｍの紫外光を５時間照射し、チタニア化合物のいわゆる光触媒作用によって、摩耗性試験によって細かな傷がつけられた表面処理膜が修復されることによる特性値の回復の程度を測定した。

実施例１〜実施例５，および、比較例１〜比較例５について、それぞれの表面処理膜の状態と、水との接触角、および、ヘイズ値についての測定結果を、以下の表１に示す。

なお、実施例１〜実施例３と同じ親水性処理液を用いて、表面処理膜の厚さが１５０ｎｍとなるようにした比較例２の表面処理膜は、塗布後の乾燥時にひび割れが多数発生してしまって塗膜として形成できず、水との接触角やヘイズ値の測定は行わなかった。

表１に示すとおり、水ガラスのバインダーに平均粒子径が１０ｎｍのシリカ化合物のフィラーを含む親水性処理液により形成され、厚さ５０ｎｍ、平均粒子径に対する膜厚の比が５の表面処理膜が塗布された、実施例１のガラスレンズでは、初期状態での水との接触角が４°と高い親水性を示し、ヘイズ値も０．５％と極めて良好な光学特性を示した。実施例１のガラスレンズは、摩耗性試験後も接触角が８°と高い親水性を維持し、ヘイズ値も０．６％とわずかに上昇したものの光学特性の大きな変化が生じず、高い耐摩耗性を有していることがわかる。

実施例１の親水性処理膜と同じ処理膜で厚さを変化させた場合、表面処理膜の膜厚が２０ｎｍの実施例１のガラスレンズ、表面処理膜の膜厚が１００ｎｍの実施例３のガラスレンズともに、初期の接触角とヘイズ値は実施例１のガラスレンズと同じ値を示した。

摩耗性試験後の値も、接触角１０°未満、ヘイズ値１．０％未満の高い特性を有することが確認できた。なお、膜厚が異なる３つの実施例のガラスレンズでの測定結果から、摩耗性試験後の接触角とヘイズ値は、いずれも、膜厚が厚いほどより高い数値となる傾向があることも確認できた。

これに対して、膜厚が１０ｎｍと薄い比較例１のガラスレンズでは、初期状態の接触角とヘイズ値は、実施例１〜実施例３のガラスレンズと同様であるものの、摩耗性試験後は、水の接触角が１５°、ヘイズ値が１．２％と、良好な範囲であると想定された、水の接触角１０°未満、ヘイズ値１．０％未満を維持できなかった。このとき、表面処理膜の上面を観察すると微細な摺動傷が多数確認された。これは、表面処理膜の膜厚が１０ｎｍと薄いために、摩耗性試験によって表面処理膜が剥がれてしまい、ガラスレンズの表面が傷ついたためと考えられる。また、上述したとおり、ガラスレンズの費用面に塗布された親水性処理液の塗布厚さが１５０ｎｍとなると、乾燥時のひび割れなどによって良好な表面処理膜が形成されない。このため、表面処理膜の好適な膜厚の範囲は、２０ｎｍから１００ｎｍ程度であることがわかった。

また、バインダーのフィラーとして、シリカ化合物に５％のチタニア化合物が含まれた親水性処理膜により形成された表面処理膜を有する実施例４のガラスレンズでは、初期の接触角が５°、ヘイズ値が０．７と、フィラーとしてシリカ化合物のみの場合と同様に良好であるが、摩耗性試験後の接触角が１２°と大きくなって、親水性が低下することが確認できた。一方で、摩耗性試験後のガラスレンズにＵＶ光を照射することで、接触角が６°とほぼ初期状態に近い値にまで回復することがわかった。これは、チタニア化合物による光触媒作用によって、表面処理膜表面の微細な凹凸が修復されて汚れがとれたことにより表面処理膜の親水性が回復したためと考えられる。

親水性処理液のフィラー中のチタニア化合物の割合が１５％の実施例５のガラスレンズの場合も、摩耗性試験後の接触角が１４°と大きく上昇するが、ＵＶ光の照射によって、初期状態の接触角と同じ５°まで回復することが確認された。

このように、表面処理膜を形成する親水性処理液のバインダーに、フィラーとしてチタニア化合物が含まれている場合には、初期状態の親水性はフィラーにチタニア化合物が含まれずシリカ化合物のみの場合とほぼ同じレベルが実現でき、表面が摩耗することで接触角が大きくなって親水性が低下するものの、ＵＶ光が照射されるとチタニア化合物の光触媒作用によって、親水性が回復することが確認できた。フィラーにチタニア化合物が含まれずシリカ化合物のみの親水性処理液により形成された表面処理膜の場合には、長い時間が経過することで徐々に低下する表面の親水性は回復されないが、チタニア化合物を含むことで、親水性が初期状態に近い状態に回復することが期待できるため、例えば、日光が当たる屋外に設置される監視カメラなどに用いるレンズユニットに採用されるレンズの場合には、親水性処理液のバインダーのフィラーに、チタニア化合物を含ませることが好適である。

なお、実際の使用形態において、太陽光の照射を受ける場所に配置されるレンズモジュールでは、表面処理膜の表面に、使用開始直後から継続してＵＶ光が照射されることとなる。このため、表１に示した実験結果のように、表面処理膜が摩耗されて親水性が大きく低下する前に、随時、チタニア化合物による光触媒作用が働いて表面処理膜の状態は良好な状態を維持し続けることが期待できる。したがって、実使用時では、上記実施例４のレンズ、実施例５のレンズともに、水との接触角１０°未満の状態が維持されていると考えられる。

バインダーに無機材料と有機材料とを含む親水性処理液により形成された表面処理膜を有する比較例３のガラスレンズの場合は、初期状態の親水性やヘイズ値は良好であるものの、摩耗性試験後の接触角が３０°、ヘイズ値が２％と、いずれも大きく劣化した。また、表面処理膜に多くの摺動傷が確認できた。このように、親水性処理液のバインダーに無機材料に比べて柔らかい有機材料（ウレタン）が含まれることで、表面処理膜の耐摩耗性が大きく低下することが確認できた。

また、表面処理膜を形成する親水性処理液中の粒子径が１５０ｎｍと大きな比較例４のガラスレンズでは、初期状態の接触角とヘイズ値は良好なレベルとなったが、摩耗性試験後の接触角は２０°と大きくなって親水性が失われるとともに、摩耗性試験後のヘイズ値も１．５％と大きくなった。また、表面処理膜の上面に多数の摺動傷が確認された。これは、膜厚との比が１となる大きな粒子によって形成された表面処理膜では、表面がこすられることで一部の粒子のハガレなどが生じることで表面処理膜の形状が変化して、親水性と光学特性とがともに劣化したためと考えられる。

バインダーとして無機材料と有機材料とを含み、フィラーとしてシリカ化合物に加えて１％のチタニア化合物を含む親水性処理液により形成された表面処理膜を有する比較例５のガラスレンズでは、初期状態の接触角が６°と比較的大きく、また、ヘイズ値も２％と他の比較例と比べても光学的特性が劣っている。さらに、摩耗性試験後の接触角は２０°と大きくなり、ＵＶ光を照射しても１２°までしか回復していない。さらに、摩耗性試験後の表面に、多数の摺動傷が確認できた。これは、バインダーに有機材料（ウレタン）を含むために、表面処理膜の表面硬度が低い上にチタニア化合物の光触媒作用による表面処理膜の復元作用に限りがあったためと考えられる。

以上の測定結果から、本実施形態にかかる表面処理膜としては、バインダーに有機材料を含まずに無機材料のみで構成され、シリカ化合物、または、チタニア化合物、さらにはその両方をフィラーとして含むことで、表面処理膜の形成直後の初期状態と、実使用によって表面処理膜の表面が摩耗した場合との両方において、水との接触角が１０°未満という良好な親水性と、ヘイズ値が１．０％未満という良好な光学特性を有することがわかる。

また、表面処理膜を形成する親水性処理液における一次粒子の粒子径に対する形成される表面処理膜との膜厚との比、［膜厚／粒子径］の値を２〜１０の範囲とすることで、表面処理膜によるレンズ表面の良好な保護特性と、高い親水性を得ることができる。

さらに、表面処理膜に含まれるフィラーとして、チタニア化合物を含むことで、紫外線が照射された際の光触媒作用によって表面処理膜の水との接触角が回復し、長期間にわたって高い親水性を維持できることが確認できた。

本開示のレンズ、レンズの製造方法、および、レンズユニットは、レンズ表面に耐久性の優れた無機材料により構成された表面処理膜が形成されているため、雨や砂粒などが付着する環境で使用されたり、ユーザによるメンテナンス時にレンズ表面のほこりなどを布で除去されたりするような場合でも、高い親水性と光学特性とを長期間維持することができるレンズやレンズユニットを実現することができる。

１０ レンズ光学系
１２ （最表層の）レンズ
１７ 表面処理膜
２０ 撮像部
２１ 撮像素子
１００ 撮像装置

Claims (7)

1. 撮像装置に用いられ、レンズ光学系の最表面に配置されるレンズであって、
   前記レンズの被写体側の表面に形成された表面処理膜が無機材料で構成され、
   前記表面処理膜の水との接触角が１０°未満であり、かつ、前記表面処理膜が形成されたレンズのヘイズ値が１．０％未満であることを特徴とする、レンズ。
2. 前記表面処理膜にチタニア化合物をさらに含む、請求項１に記載のレンズ。
3. 光学系に用いられるレンズの表面に親水性の表面処理膜を形成するレンズの製造方法であって、
   前記レンズの表面に、無機材料のバインダーにフィラーとしてのシリカ化合物が含まれた親水性処理液を塗布、乾燥して前記表面処理膜を形成することを特徴とする、レンズの製造方法。
4. 前記親水性処理液にフィラーとしてのチタニア化合物をさらに含む、請求項３に記載のレンズの製造方法。
5. 前記親水性処理液の塗布厚さが、前記親水性処理液に含まれる粒子の平均粒径の２〜１０倍の範囲である、請求項３または４に記載のレンズの製造方法。
6. 前記表面処理膜の水との接触角が１０°未満であり、かつ、前記表面処理膜が形成されたレンズのヘイズ値が１．０％未満である、請求項３〜５のいずれかに記載のレンズの製造方法。
7. レンズ光学系と、撮像素子と、前記レンズ光学系と前記撮像素子とを収容した筐体とを含み、
   前記レンズ光学系において被写体側の表面に配置されるレンズが、請求項１または２に記載のレンズ、または、請求項３〜６のいずれかに記載の製造方法によって製造されたレンズであることを特徴とするレンズユニット。