JP2023163425A - レンズモジュール及びカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】黄変度の互いに異なる材料から成る複数のレンズを備えたレンズモジュールにおいて、黄変の抑制と生産性とを最適化する。【解決手段】樹脂材料から成る第１の光学素子と、前記第１の光学素子よりも黄変度が低い材料から成る第２の光学素子とを少なくとも含む複数の光学素子を有するレンズモジュールにおいて、前記第１の光学素子には、コバ面を含む光学素子全体を覆うように第１の反射防止膜を形成し、前記第２の光学素子には、コバ面を除き、少なくとも有効領域を含む物体側の面及び像面側の面に第２の反射防止膜を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光学素子を有するレンズモジュール及びこのレンズモジュールを備えたカメラモジュールに関し、特に監視カメラまたは車載カメラに用いるのに適したレンズモジュール及びカメラモジュールに関する。

監視カメラや車載カメラは、屋外や車内などの高温下で使用されるため、高い耐環境性が必要とされる。一方で、近年の低コスト化の要望に対し、コスト的に有利な樹脂レンズが積極的に検討されている。特許文献１には、樹脂レンズの酸化による黄変を抑制するため、樹脂レンズの表面の全体を、酸素透過防止膜及び反射防止膜で被ったレンズユニットが記載されている。また、反射防止膜を樹脂レンズの有効径を含む表面部分を被うように部分的に設けてもよいことが記載されている。

特開２０１３－２００２６号公報

しかしながら、特許文献１には、複数のレンズを備えたレンズユニットにおいて、反射防止膜でレンズの全面を被う構成と、反射防止膜を部分的に設ける構成とを、レンズの種類に応じて使い分けることに関しては記載されていない。レンズはその材料によって黄変度が異なるため、全てのレンズに同一の構成の反射防止膜を用いていたのでは、黄変の抑制と生産性とを最適化することは難しい。

上記課題に鑑み、本発明は、樹脂材料から成る第１の光学素子と、前記第１の光学素子よりも黄変度が低い材料から成る第２の光学素子とを少なくとも含む複数の光学素子を有するレンズモジュールにおいて、前記第１の光学素子には、コバ面を含む光学素子全体を覆うように第１の反射防止膜を形成し、前記第２の光学素子には、コバ面を除き、少なくとも有効領域を含む物体側の面及び像面側の面に第２の反射防止膜を形成することを特徴とする。

本発明によれば、黄変度が高い光学素子には、全体を覆うように第１の反射防止膜を形成し、黄変度が低い光学素子には、コバ面を除く面に第２の反射防止膜を形成することによって、黄変の抑制と生産性を最適化することができる。
また、本発明において、第１の反射防止膜を、前記第２の反射防止膜よりも酸素透過度が低い構成とすることが望ましい。この構成によって、黄変の抑制と生産性を更に最適化することができる。

本発明のカメラモジュールの一実施形態を示す概略断面図。 図１の実施形態における第２の反射防止膜の構成例を示す概略断面図。 図１の実施形態における第１の反射防止膜の構成例を示す概略断面図。 図１の実施形態における第２の反射防止膜の変形例を示す概略断面図。 本発明の実施例２における第２の反射防止膜の構成を示す概略断面図。 本発明の実施例３における第２の反射防止膜の構成を示す概略断面図。 本発明の実施例４における第２の反射防止膜の構成を示す概略断面図。 本発明の実施例４における第２の反射防止膜の反射特性を示す図。

以下に、図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、全ての図面を通して、同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

（カメラモジュールの構成）
図１は、本発明のカメラモジュールの一実施形態を示す概略断面図である。図１において、カメラモジュール５５は、レンズモジュール５４、赤外線（ＩＲ）カットフィルタ５２及び撮像素子５１から構成される。撮像素子５１は、レンズモジュール５４によって形成された像を撮像する。また、レンズモジュール５４は、物体側から順に配置された第１～第５レンズ５０ａ～５０ｅと、第１レンズ５０ａ及び第２レンズ５０ｂの間に配置された絞り５３とから構成される。これらの部材は、不図示の鏡筒内に収容され、鏡筒によって保持されている。また、必要に応じて各レンズ間には、不図示の遮光板が設けられる。

図１において、第１～第５レンズ５０ａ～５０ｅの各面は簡略化して平面で描いている。ただ、実際には一方の面或いは両面に、凸状或いは凹状の曲面（球面或いは非球面を含む）を有し、第１～第５レンズ５０ａ～５０ｅは正又は負の屈折力（パワー）を有する。これらのレンズは、本発明における複数の光学素子に対応する。但し、本発明において、光学素子とは屈折力を有するレンズに限らず、各種フィルタや保護ガラスなどの平板形状のものや、プリズム等を含むものである。

（各レンズの構成）
レンズモジュール５４を構成するレンズのうち、第１レンズ５０ａは、ガラス材料から成るガラスレンズである。一方、第２レンズ５０ｂ及び第４レンズ５０ｄと、第３レンズ５０ｃ及び第５レンズ５０eとは、互いに異なる樹脂（プラスチック）材料から成る樹脂レンズである。第３及び第５レンズ５０ｃ及び５０ｅは、第２及び第４レンズ５０ｂ及び５０ｄよりも黄変度の低い樹脂材料から成る。ここで黄変とは、酸素などの影響で樹脂（プラスチック）が「黄色」に変色する現象を言う。日本工業規格（ＪＩＳ Ｋ７３７３）においては、プラスチックの黄色度ＹＩ（イエローインデックス）と黄変度ΔＹＩの測定方法が規定されている。黄変度ΔＹＩは、変化後のＹＩと初期のＹＩとの差として定義される。なお黄変度は、主にプラスチックの品質を評価するために用いられるものであるが、本発明においては、ガラスをプラスチックよりも黄変度の低い材料として扱う。

本実施形態のレンズモジュールを特許請求の範囲に対応させると、第２レンズ５０ｂ及び第４レンズ５０ｄが第１の光学素子に対応する。また、第１レンズ５０ａ、第３及び第５レンズ５０ｃ及び５０ｅが第２の光学素子に対応する。

第１レンズ５０ａを形成するガラス材料としては、レンズとして必要とされる機械的、光学的、熱的な性能を有するものが利用される。このような材料として、オハラ社やＨＯＹＡ社などの硝材メーカが取り扱っている各種のガラス材料を利用する事ができる。一方、第２～第５レンズ５０ｂ～５０ｅを形成する樹脂材料としては、ポリエステル系、ポリウレタン系、オレフィン系、ポリエーテル系、アクリル系、スチレン系、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）系、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）系、ポリスルホン系、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）系、ＰＣ（ポリカーボネート）系、及びポリイミド系などの様々な合成樹脂を使用することができる。さらに、有機無機ハイブリッド材料などを用いてもよい。

樹脂は、ガラスなどと比較すると、柔軟で軽く、加工性に優れるが、熱による変形や変質を起こしやすい。このため、レンズを形成する樹脂材料としては、高耐熱性を有していることが望ましい。例えば、ガラス転移温度が１２０℃以上であることが好ましく、１４０℃以上であることがさらに好ましい。さらには吸水による影響を考慮する場合は、吸水率の小さいオレフィン系、特にシクロオレフィン系の材料などが好適である。また、高屈折率でアッベ数の小さい材料が求められる場合には、例えばＰＣ系の樹脂やフルオレン含有ポリエステル樹脂などが好適である。

本実施形態において、第３及び第５レンズ５０ｃ及び５０ｅは、黄変度の低い熱硬化樹脂、フルオレン含有ポリエステル系樹脂、ＰＣ系樹脂などから形成される。一方、第２及び第４レンズ５０ｂ及び５０ｄは、黄変度の高いシクロオレフィン系樹脂などから形成される。これらの材料、つまりシクロオレフィン系とフルオレン含有ポリエステル系の樹脂レンズ、またはシクロオレフィン系とＰＣ系の樹脂レンズは、屈折率やアッベ数の関係から光学設計的に同一レンズモジュール内で組み合わせて使われる事が多い。本実施形態においても、このように互いに黄変度が異なる２種類の材料から成る樹脂レンズが用いられている。

（反射防止膜の構成）
本実施形態において、各レンズには反射防止膜が施されているが、反射防止膜の構成は、レンズを形成する材料の黄変度によって異ならせている。黄変度の高い第２及び第４レンズ５０ｂ及び５０ｄには、図１に示すように、コバ面を含むレンズ全体を覆うように第１の反射防止膜３１が形成されている。ここで、コバ面とは、レンズの物体側の面及び像側の面を除く側面（側方の端面）を言う。一方、これらのレンズよりも黄変度の低いガラスから成る第１レンズ５０ａは、コバ面を除く、レンズの物体側の面及び像側の面にのみ、第２の反射防止膜２１が形成されている。また、黄変度の低い樹脂材料から成る第３及び第５レンズ５０ｃ及び５０ｅにおいても、コバ面を除く、レンズの物体側の面及び像側の面にのみ、第２の反射防止膜２１が形成されている。

反射防止膜は、レンズ全体を覆うように形成した方が、レンズへの酸素の侵入が妨げられるため、黄変を抑制する効果が高い。ただ、レンズ全体を覆うように形成する方法は、後述するように成膜レートが遅いため、生産性を低下させてしまう。そのため、本実施形態においては、黄変度の高い材料から成るレンズに対しては、レンズ全体を覆うように反射防止膜を形成し、黄変度の小さな材料から成るレンズには物体側及び像側の面にのみ反射防止膜を形成することによって、黄変の抑制と生産性を最適化するものである。

また、本実施形態において、第１の反射防止膜３１は、第２の反射防止膜２１よりも酸素透過度が低い。酸素透過度を抑えるためには、後述するようにガスバリア性の高い層を形成することになるが、そのためには反射防止膜を構成する薄膜層の種類を増やす必要があり、生産性の低下につながる。本実施形態では、黄変度の高い材料から成るレンズに、黄変度の低い材料から成るレンズよりも、酸素透過度が低い反射防止膜を形成することにより、黄変の抑制と生産性を最適化するものである。

（第２の反射防止膜）
図２は、本実施形態における第２の反射防止膜の構成例を示す概略断面図である。第１、第３及び第５レンズ５０ａ、５０ｃ及び５０ｅを構成する基材２０上に、第２の反射防止膜２１が形成される。第２の反射防止膜２１は、密着層２５上に、低屈折率層２４及び低屈折率層２４よりも屈折率の高い高屈折率層２３を交互に複数層、積層することによって形成される。本実施形態では、８層積層した例を示している。

高屈折率層２３としては、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．８以上で、反射防止の対象波長領域で吸収が少なく、安定的に成膜が可能な材料が好適である。例えばＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、Ｌａ_２Ｔｉ_２Ｏ_７（ＬａＴｉＯ_３）などを主成分とした薄膜層、またはこれらの複合層が好適に用いられる。この中でも光学特性を重視する場合は、屈折率が高いＴｉＯ_２やＮｂ_２Ｏ_５が特に好ましく、紫外線の吸収を抑えたい場合は、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、Ｌａ_２Ｔｉ_２Ｏ_７等を用いることがより好ましい。

低屈折率層２４としては、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６以下で、反射防止の対象波長領域で吸収が少なく、安定的に成膜が可能な材料が好適である。例えばＳｉＯ_２或いはＭｇＦ_２などを主成分とした薄膜層が好適に用いられる。薄膜層を積層する場合には、界面で発生する膜応力による局所的な歪みを可能な限り抑制し、薄膜層のクラックや剥離を防止することが望ましい。そのため、膜応力を考慮して材料が選択されることがあるが、例えば、圧縮応力が好ましい場合はＳｉＯ_２を、引張応力が好ましい場合はＭｇＦ_２を主成分とした薄膜層が良い。また、光学特性を重視する場合は屈折率が低いＭｇＦ_２の方が好ましく、環境性を重視する場合はＳｉＯ_２の方が好ましい。

図２においては、高屈折率層２３としてＴｉＯ_２層、低屈折率層２４としてＳｉＯ_２層を用いた例を示した。密着層２５は、基材２０と反射防止膜２１との密着性を高める層である。図２においては、基材（樹脂レンズ）２０との密着性が高く、ＳｉＯ_２層との密着性も高いＳｉＯ層を用いた例を示した。

（第１の反射防止膜）
図３は、本実施形態における第１の反射防止膜の構成例を示す概略断面図である。第２及び第４レンズ５０ｂ及び５０ｄを構成する基材３０上に、第１の反射防止膜３１が形成される。第１の反射防止膜３１は、基材３０上に、ガスバリア層３２、低屈折率層３４、高屈折率層３３及び低屈折率層３４を順に形成し、この４層を一組として、複数組積層することによって形成される。本実施形態では２組、８層積層した例を示している。なお、図３では、反射防止膜３１が基材３０上の一部に形成されているように描いているが、実際には図１に示すように、レンズ（基材）全体を覆うように形成される。

第１の反射防止膜３１において、高屈折率層３３及び低屈折率層３４としては、図２を用いて説明した第２の反射防止膜２１と同様の材料が用いられる。本実施形態では、高屈折率層３３としてＴｉＯ_２層、低屈折率層３４としてＳｉＯ_２層を用いた例を示した。一方、ガスバリア層３２は、高屈折率層３３及び低屈折率層３４より酸素透過度が低い、つまり酸素に対するガスバリア効果が高い薄膜層とした。このようなガスバリア層３２の材料としては、反射防止の対象波長領域で吸収が少なく、安定的に成膜可能な材料が好ましい。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、ＳｉＯＮなどを主成分とした組成、またはこれらの材料を組み合わせた複合層などが好適に用いられる。図２においては、ガスバリア層３２として、Ａｌ_２Ｏ_３層を用いた例を示した。

第１の反射防止膜３１は、ガスバリア層３２を含むことによって、第２の反射防止膜２１よりも酸素透過度が低い構成となっている。ここで、酸素透過度とは、日本工業規格（ＪＩＳ Ｋ７１２６）で規定されるガス透過度試験方法で、試験ガスを酸素として測定することができる。ここで、酸素透過度は、単位時間に単位面積の試験片を酸素が通過する体積として定義される。

第１の反射防止膜３１において、ガスバリア層３２に、さらに水分に対するバリア効果も高い材料を用いれば、高湿度下においても、水分に起因する樹脂の膨張や樹脂材料の加水分解を抑制する事ができる。ガスバリア層３２は膜密度が高いなどの理由から比較的硬い膜質となる事が多い。一方で高いガスバリア効果を得る為にはある程度の厚膜化が必要となる。従って、構造的にガスバリア層は他の層よりも膜応力などに起因したクラックが入り易い。そこで、本実施形態の第１の反射防止膜３１では、ガスバリア層３２を複数層に分割する事でガスバリア層１層の物理的な膜厚を所定の数値以下となるように構成した。このようなガスバリア層は１層の厚さが３０ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以下が好適である。

さらには、第１の反射防止膜３１における高いガスバリア性能を維持するために、反射防止膜全体として構成されるガスバリア層の物理的な膜厚を所定の数値以上となるように構成した。このように第１の反射防止膜３１に含まれる複数のガスバリア層３２の物理膜厚の合計値としては、３０ｎｍ以上が好ましく、４０ｎｍ以上がより好ましい。また、１層を薄くして膜応力を低減する観点から、分割されたガスバリア層３２は１層だけ厚くなるような事を避け、均等に分割する事が好ましい。一方で、ガスバリア層に隣接する層の膜厚に顕著な差がある場合は、厚い層に挟まれたガスバリア層が他のガスバリア層よりも厚くなるように膜厚を調整した方が良い場合もある。

（反射防止膜の膜応力）
第１及び第２の反射防止膜３１及び２１において、膜応力により発生するクラックを抑制することが望まれる。そのため、反射防止膜を形成する全ての層の膜応力が、引張応力または弱い圧縮応力と、圧縮応力との交互層となるような積層構成とする事が望ましい。特にガスバリア層３２は、隣接する２つの層と膜応力の方向が反対となるように構成した方が好ましい。ここで弱い圧縮応力とは、例えば１００ｎｍの厚さに換算した場合に－１００ＭＰａよりも小さな圧縮応力を指している。また、隣接する全ての層の膜応力が、引張応力と圧縮応力で相殺されるような応力値に調整される事が特に望ましい。このような膜応力値の調整には、各層の膜厚や膜密度などを制御すれば良い。さらには、各層の膜応力値自体が小さい値、例えば膜厚が薄い層の積層構成となる事が特に望ましい。

また、本実施形態において、第１及び第２の反射防止膜３１及び２１は、互いに成膜されるエリアが異なっているが、同一レンズ上に形成される反射防止膜の全ての薄膜層が同じエリアに形成される構成とした。つまり、第２の反射防止膜２１のように、基材の表裏面（物体側の面及び像側の面）のみに形成する場合は、全ての薄膜層を同じエリアに積層した。一方、第１の反射防止膜３１のように、レンズの全面を覆うように成膜した場合は、全ての積層膜がレンズ全面を覆うように積層した。例えば、基材に接して形成される薄膜層だけ全面を覆うように形成し、その他の薄膜膜を表裏面だけを覆うように成膜した場合、連続的なプロセスで成膜する事は著しく困難であり、生産性を損なう問題がある。また、成膜プロセスが異なる事で、全面膜と表裏面膜との界面における密着や、界面に起因したクラックなどの不具合が発生する虞が大きい。密着不良やクラックは反射防止膜としてのガスバリア性に悪影響を与える事から、本実施形態においては、このような構成は取らず、先に説明した通りの構成とした。

（反射防止膜の特性）
本実施形態における第１及び第２の反射防止膜３１及び２１は、特には４００～７００ｎｍの可視波長領域における反射を低減する機能を有する多層膜である。より具体的には４００～７００ｎｍの波長領域において反射率が１％以下となる特性を有していることが望ましい。本発明の反射防止膜が対象とする波長領域は、可視波長だけに限らず、７００ｎｍ以上の近赤外波長や４００ｎｍ以下の紫外線波長を対象としても良い。

（樹脂レンズの形成方法）
本実施形態において、樹脂材料によって形成される第２～第５レンズ５０ｂ～５０ｅは、例えば射出成形法などにより成形することができる。具体的には、まず成形機の固定側の鏡面駒と可動側の鏡面駒を突き合わせて形成されるレンズ部や、外周部、ゲート部などを含むキャビティに、ゲート部より樹脂材料を充填する。そして、樹脂が硬化した後に金型を開放し、樹脂レンズを取り出し、レンズのゲート部を切断する。このような方式で、ガラスでは加工が難しい非球面レンズや高曲率レンズも比較的容易に作製することができる。なお、基板の成形は射出成型法に限らず、射出圧縮成型法や注型重合法など様々な方法を用いることができる。

また、本実施形態の樹脂レンズを形成する場合に、成形による内部応力の解放やレンズの基材に吸着した水分の除去を目的に、反射防止膜を形成する前に、アニール処理を行うことが好ましい。アニール処理は、８０℃～基板のガラス転移温度以下程度、好ましくは基材のガラス転移温度の１５℃程度以下の温度で、０．５～２４時間程度、より好ましくは１～１２時間程度実施するのが好適である。

（反射防止膜の成膜プロセス）
本実施形態において、第１及び第２の反射防止膜３１及び２１は、例えば物理的、若しくは化学的成膜方法で形成される。これらの成膜方法の中で、再現性や膜の耐環境性などの観点からは、スパッタ法や、何らかのアシストを付加した蒸着方法など、比較的高エネルギーで膜を形成できるプロセスが好ましい。より具体的には、スパッタ法、ＩＡＤ（Ion Assist Deposition）法、イオンプレーティング法、ＩＢＳ（Ion Beam Sputter）法、クラスター蒸着法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法などに加え、これらを複合的に用いた成膜プロセスの適用が可能である。以上の成膜方法の中で、第１の反射防止膜３１のようにレンズ全体を覆うにコーティングする事は、ＩＡＤ法など通常の蒸着法やスパッタ法では極めて難しく、ＡＬＤ法など限られたプロセスを選択する必要がある。一方で、特にＡＬＤ法などは成膜レートが非常に遅いため、生産性を低下させてしまう虞が大きい。また、ウェット系の成膜プロセスでは、本実施例のような高精度を必要とする光学膜に対する膜厚制御が大変難しく、光学特性の再現性を低下させてしまう虞がある。これらを考慮し、求められる再現性や膜密度などの薄膜特性や生産性などから、適宜で最適な成膜方法を選択する必要がある。

また、成膜中は樹脂の耐熱性に合わせて加熱する事が好ましい。高い環境性を必要とする本実施形態で使用されるような樹脂レンズの場合、ガラス転移温度などの耐熱性も高く、通常の樹脂材料と比較しても高温で処理する事が可能である。以上の理由から、例えば１００℃以上で加熱する事が好ましく、特に車載カメラのような高温下での使用が想定される用途の場合は、１１０℃以上で加熱する事が好ましい。逆に、ガラス転移温度に近い、またはガラス転移温度を超えるような温度での加熱は避けた方が良く、概ねガラス転移温度から１５℃～２０℃以上低い温度で成膜する事が望ましい。

（樹脂レンズの環境特性）
本実施形態の第２～第５レンズ５０ｂ～５０ｅのような樹脂レンズを、例えば使用温度範囲が広い車載カメラや監視カメラなどに搭載する場合は、温度による屈折率変化が小さいことが望まれる。例えば、ｅ線において０℃における屈折率と８０℃における屈折率の差が０．８％以下であることが好ましく、０．６％以下であることがより好ましい。また、高温による光学特性の変化、特に黄変度（ΔＹＩ）が低いことが好ましい。例えば１１０℃ １５００時間における黄変度ΔＹＩの値が１０以下であることが好ましく、さらには３以下であることがより好ましい。なお、本実施形態において、樹脂レンズの透過率は４００～７００ｎｍの可視光波長領域において８０％以上であることが望ましい。また、１１０℃、１５００時間の環境試験後も、可視光波長における透過率が６０％以上であることが好ましい。これらの樹脂レンズを複数含むレンズモジュールや、このレンズモジュールを組み込んだカメラモジュールでは、収差などの光学特性を調整するため、本実施形態のように、屈折率やアッベ数の異なる複数種類の樹脂材料を組み合わせて使用される。

（反射防止膜の変形例）
図１の実施形態の第１レンズ５０ａにおいて、第２の反射防止膜２１は、レンズのコバ面を除く、表裏面（物体側の面及び像側の面）の全体に形成したが、表裏面の一部に形成しても良い。図４は、このよう第２の反射防止膜２１の変形例を示す概略断面図である。この例では、反射防止膜２１は、第１レンズ５０ａの有効領域（有効径）ＥＤにのみ形成されている。レンズモジュール５４において、像を形成する光は、絞り等の働きによってレンズの表裏面全てを透過するわけではない。そのため、レンズに光が通る口径の最大値として有効領域（有効径）が定義される。図４の例では、反射防止機能が必要とされる、この有効領域（有効径）ＥＤにのみ、反射防止膜２１を形成したものである。また、図１の第３及び第５レンズ５０ｃ及び５０ｅにおいても、同様の構成とすることができる。

以下、先に説明した実施形態に基づき、実際にレンズモジュールを作成した実施例について説明する。

（実施例１）
図１に示す構成のレンズモジュールを作成した。第１の反射防止膜３１及び第２の反射防止膜２１としては、それぞれ図３及び図２に示す構成を用いた。図３に示す第１の反射防止膜３１に関して、第１レンズ５０ａはガラスを基材２０とし、第３及び第５レンズ５０ｃ及び５０eは、１５０℃以上のガラス転移温度を有するフルオレン含有ポリエステル系の樹脂で形成されたレンズを基材２０とした。これらの基材２０上に、密着層２５として、ＳｉＯ層を形成した後、低屈折率層２４としてのＳｉＯ_２層、高屈折率層２３としてのＴｉＯ_２層をＩＡＤ法により交互に積層して、８層で構成された第２の反射防止膜２１を形成した。

ＳｉＯ層は樹脂レンズとの密着性が高く、さらにはＳｉＯ_２層との密着性も高い事から、基材（樹脂レンズ）２０と低屈折率層２４との密着性を高める目的で、これらの界面に配置した。特にレンズが樹脂製の場合、レンズと反射防止膜との熱膨張率の違いから界面を起点にクラックが入る事があるが、密着層２５を形成することで、反射防止膜のクラックの発生を抑制する事ができた。

高屈折率層２３は、引張応力を有するＴｉＯ_２層とした。ＴｉＯ_２層は蒸着源としてＴｉ_３Ｏ_５を用いた。そして、所定の組成となるように、イオンソースからＯ_２イオンを照射して酸化を促し、エネルギーを与えて成膜をアシストする事で、高密度のＴｉＯ_２層を形成した。このようなＴｉＯ_２層は、アシストパワーや加熱条件などの成膜条件を変える事で弱い圧縮応力としても良い。

低屈折率層２４は、圧縮応力を有するＳｉＯ_２層とした。ＳｉＯ_２層は、ＳｉＯ層直上に設けたＳｉＯ_２層以外の層は、蒸着源としてＳｉＯ_２を用いた。そして、所定の組成となるように、イオンソースからＯ_２イオンを照射して酸化を促し、エネルギーを与えて成膜をアシストする事で、高密度のＳｉＯ_２層を形成した。

密着層２５であるＳｉＯ層は、蒸着源としてＳｉＯを用い、イオンソースのアシストは使用せずＥＢ蒸着により形成した。前述のようにＳｉＯ層は基材２０であるレンズとＳｉＯ_２層との密着力を高める目的で形成されている。そのため、５～２０ｎｍと比較的薄い物理膜厚とする事で吸収等の発生を抑制し、膜応力も小さい値に制御している。隣接するＳｉＯ_２層と組成が近い事から、界面で酸素をやり取りしたり、共有したりする。そのため、他の界面に比べて組成が連続的に変化して一体的になっており、このようなＳｉＯ層はＳｉＯ_２層の一部として捉える事ができる。実際に、蒸着源としてＳｉＯを用い、ＳｉＯ層を形成した直後に、プロセスを区切らず連続的に、イオンソースによるアシストを実施して、そのままＳｉＯ_２膜を連続成膜した。このようなＳｉＯ層直上に設けられたＳｉＯ_２層は、他のＳｉＯ_２層と同様に蒸着源にＳｉＯ_２を用いて、イオンソースからＯ_２イオンを照射する事でも形成する事ができる。

本実施例１において、図１に示す第２及び第４レンズ５０ｂ及び５０ｄは、黄変に対する耐性が低いシクロオレフィン系の樹脂で形成した。これらのレンズには、図３に示す第１の反射防止膜３１を、コバ面を含むレンズ全体を覆うように形成した。反射防止膜３１を構成する全ての層は、ＡＬＤ法により成膜した。

ＡＬＤ法は、ＣＶＤ法と類似の気相薄膜形成法である。ＣＶＤ法では反応チャンバー内に２種のプリカ―サを同時に導入し、反応生成物が基板に堆積していくのに対し、ＡＬＤ法は反応チャンバー内に導入するプリカ―サは基本的には１種のみである。ＡＬＤ法では、基板に吸着したプリカ―サ以外は、他のプリカーサと化学反応することはなく、基板の表面のみで反応生成物が形成される。このため、ＡＬＤ法は膜中の欠陥が極めて少なく、複雑な形状の基板、例えば曲率の大きなレンズなどに対してもコンフォーマルな層を形成することができるので、ガスバリア性に特に優れる。一方でＩＡＤ法やスパッタ法などと比較するとＡＬＤ法は成膜レートが遅く、生産性に劣る部分がある。そのため、本実施例１では、黄変に強いガラスとフルオレン含有ポリエステル系の樹脂レンズに対しては生産性を重視してＩＡＤ法を、黄変に弱いシクロオレフィン系の樹脂レンズに対しては耐黄変性を重視してＡＬＤ法を選択した。

反射防止膜３１において、ガスバリア層（Ａｌ_２Ｏ_３層）３２は、第１プリカ―サとしてＴＭＡ（トリメチルアルミ）を、第２プリカーサとして水分子を用いたＡＬＤ法で形成した。同様に、低屈折率層（ＳｉＯ_２層）３４は、第１のプリカ―サとしてＴＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）、第２のプリカ―サとして水分子を用い、ＡＬＤ法によって形成した。また、高屈折率層（ＴｉＯ_２層）３３は、第１のプリカ―サとしてＴＤＭＡＴ（テトラキスジメチルアミノチタン）、第２のプリカ―サとして水分子を用いて、ＡＬＤ法によって成膜した。ここで、第２プリカーサを水分子としたが、活性酸素、例えばオゾンなどを用いても良い。また、形成する膜材料によっては第２のプリカ―サとしてアンモニアガスや窒素ガスを用いても良い。さらに、本実施例１では、最も基材側のガスバリア層３２を形成する際に、基材３０に第１のプリカ―サが吸着できるサイト、例えばＯＨ基を設けた。ＯＨ基を設けるには、プラズマ処理やＵＶオゾン処理などを用いてもよいし、水分子をプリカ―サとしてＯＨ基を吸着させてもよい。

ＡＬＤ法は成膜面への単分子層の吸着により成膜が進行するため、基板の形状に影響を受けることなく、均一な膜厚で成膜することができる。そのため、例えば高曲率や非球面レンズなどへの成膜に好適である。さらに、形成される層は単分子層なので、精密な膜厚制御が可能である。またさらに、ＡＬＤ法は物理蒸着などとは異なり、単分子レベルで層を形成できるため、膜欠陥が少ない事から、ガスバリア性に優れる層を形成する事ができる。このため、基材に樹脂材料を用いる場合には、樹脂の酸化に起因する黄変、水分に起因する膨張や加水分解を抑制する効果が期待できる。

本実施例１ではＡＬＤ法を用いる成膜手法を説明したが、ＣＶＤ法とＡＬＤ法を組みわせた成膜プロセスを選択することもできる。なお、ＡＬＤ法には熱を用いたサーマルＡＬＤ法や、プラズマを用いたプラズマＡＬＤ法などがあるが、どちらのプロセスを選択する事も可能である。特に本実施例１のように樹脂基材上に成膜する場合は、成膜中の温度を低くできるメリットからプラズマＡＬＤ法を選択する事が望ましい場合が多い。この時、基材（樹脂レンズ）３０のプラズマによるダメージを避けるため、例えばプラズマを反応チャンバー外で発生させ、ここで励起したＯＨラジカルのみが反応チャンバーに到達するようなプロセスであることが好ましい。同様に、基材が樹脂の場合はＣＶＤ法での成膜もプラズマＣＶＤ法を用いることが良い場合がある。

本実施例１では、ＡＬＤ法により第１の反射防止膜３１を成膜した。ここで、ＡＬＤプロセスにおいてＡｌ_２Ｏ_３はプリカーサの種類も多く、最も安定的に薄膜が形成される材料の１つである。そのため、成膜される基材３０との界面の密着状態や、膜組成や膜密度の均質化などを考慮し、基材３０に接する初期層に、ガスバリア層３２であるＡｌ_２Ｏ_３層を配置した。Ａｌ_２Ｏ_３層は、圧縮応力を有するので、この上に、圧縮応力を有する低屈折率層３４であるＳｉＯ_２層を形成し、さらにその上に引張応力を有する高屈折率層３３であるＴｉＯ_２層を積層した。さらに低屈折率層（ＳｉＯ_２層）３４を積層した後、ガスバリア層３２であるＡｌ_２Ｏ_３層を再度形成し、その後、ＳｉＯ_２層、ＴｉＯ_２層、ＳｉＯ_２層をこの順に積層した。このように本実施例１では、反射防止膜３１を構成する薄膜層の全てが、引張応力と圧縮応力との交互層となるように構成した。このような積層構成とする事で、各界面で発生する膜応力による局所的な歪みを可能な限り抑制し、高温環境下を模した高温試験においても膜のクラックや剥離を抑制する事ができる。また、２層のＡｌ_２Ｏ_３層はそれぞれ約２０ｎｍの物理膜厚とし、厚膜化することによる局所的な歪みを低減した。一方で良好な酸素ガスバリア効果を得る為には、ガスバリア層の合計膜厚が４０ｎｍ以上必要と判断されたため、２０ｎｍを２層に分割配置する構成を選択した。

本実施例１において、第２の反射防止膜２１は、ガスバリア層３２が挿入され、レンズ全体を覆うようにコーティングされている第１の反射防止膜３１よりもガスバリア性能は低い。しかし、第２の反射防止膜２１を多層膜構成とした事により、酸素がレンズ基板内に侵入する事を抑制する事ができ、コーティング膜の無い、レンズ基板の全てが周囲雰囲気に剥き出しの状態と比較すると、ガスバリア効果は高い。

また本実施例１では、第１及び第２の反射防止膜３１及び２１を構成する薄膜層の全てが、引張応力または弱い圧縮応力と、圧縮応力との交互層となるように構成した。また、特にガスバリア層３２は、隣接する２つの層と膜応力の方向が反対となるように構成した。このような積層構成とする事で、各界面で発生する膜応力による局所的な歪みを可能な限り抑制し、高温環境下を模した高温試験においても膜のクラックや剥離を抑制する事ができた。

（実施例２）
実施例１と同様に、図１に示す構成のレンズモジュールを作成した。但し、本実施例２においては、第１、第３及び第５レンズ５０ａ、５０ｃ及び５０ｅに、第２の反射防止膜２１に代えて、図５に示す第２の反射防止膜６１を形成した。第２及び第４レンズ５０ｂ及び５０ｄには、実施例１と同様に、図３に示す第１の反射防止膜３１を形成した。なお、図５では第２の反射防止膜６１は、基材６０の一面の一部に形成されるように描かれているが、実際にはコバ面を除く、基材（レンズ）６０の表裏面のみ、少なくともレンズの有効領域（有効径）を含む面（領域）に形成されている。

本実施例２において、第１レンズ５０ａはガラスを基材６０とし、第３及び第５レンズ５０ｃ及び５０eは、１５０℃以上のガラス転移温度を有するＰＣ系の樹脂で形成されたレンズを基材６０とした。そして図５に示すように、この基材６０上に、低屈折率層６４であるＳｉＯ_２層と、高屈折率層６３であるＮｂ_２Ｏ_５層を交互積層する構成を基本とし、７層で構成された第２の反射防止膜６１を形成した。第２の反射防止膜６１においては、スパッタ法により全ての薄膜層を成膜した。特に、金属ターゲットをスパッタして極薄の金属膜を形成した後、専用の反応ソースで金属膜を酸化や窒化させる事で酸化膜や窒化膜を形成する、後反応方式のスパッタ法を用いた。

高屈折率層６３は、弱い圧縮応力を有するＮｂ_２Ｏ_５層とした。Ｎｂ_２Ｏ_５層はＮｂターゲットを用い、極薄のＮｂ薄膜を形成した後、所定の組成となるようにＯ_２ガスを流した反応ソースで酸化させる事でＮｂ_２Ｏ_５薄膜とした。そして、所定の膜厚になるまでこのプロセスを繰り返して各高屈折率層（Ｎｂ_２Ｏ_５層）６３を形成した。また、このようなＮｂ_２Ｏ_５層はスパッタ条件や酸化条件、加熱条件などを変える事で引張応力としても良いが、特に本実施例のようなスパッタプロセスでは、膜密度が大幅に低下してしまう弊害が懸念されたため、本実施例２では弱い圧縮応力となるように調整した。

低屈折率層６４は圧縮応力を有するＳｉＯ_２層とした。ＳｉＯ_２層はＳｉターゲットを用い、極薄のＳｉ薄膜を形成した後、所定の組成となるようにＯ_２ガスを流した反応ソースで酸化させる事でＳｉＯ_２薄膜とした。そして、所定の膜厚になるまでこのプロセスを繰り返して各低屈折率膜（ＳｉＯ_２層）６４を形成した。

本実施例２において、図１に示す第２及び第４レンズ５０ｂ及び５０ｄは、黄変に対する耐性が低いシクロオレフィン系の樹脂で形成した。これらのレンズ上には、図３で示したような第１の反射防止膜３１を構成する全ての薄膜層をＡＬＤ法により成膜した。本実施例２では、黄変に強いガラスとＰＣ系の樹脂レンズに対しては生産性を重視したＩＡＤ法を、黄変に弱いシクロオレフィン系の樹脂レンズに対しては耐黄変性を重視したＡＬＤ法を選択した。

本実施例２において、第１の反射防止膜３１の各薄膜層は、実施例１と同様のプロセスによって、全く同一の構成となるように形成した。本実施例２においても、ＡＬＤ法は、サーマルＡＬＤ法、プラズマＡＬＤ法のどちらを用いても良い。また、ＣＶＤ法とＡＬＤ法を組み合わせた成膜プロセスを選択することもできる。更に、実施例２において、第１及び第２の反射防止膜３１及び６１を構成する各薄膜層の材料及び膜厚は、実施例１と同様に、ガスバリア性、クラックや剥離を抑制する観点から選択した。

（実施例３）
実施例１において、第２の反射防止膜２１は、ガスバリア層を有していない構成としたが、ガスバリア層を設けても良い。図６は、このような第２の反射防止膜の変形例を示す概略断面図である。図６において、基材７０上に複数の薄膜層を積層することによって、第２の反射防止膜７１を形成した。まず、基材７０上に密着層７５としてＳｉＯ層を形成した後、ＳｉＯ_２層から成る低屈折率層７４を形成した。その後、ガスバリア層７２としてのＡｌ_２Ｏ_３層、低屈折率層７４としてのＳｉＯ_２層、高屈折率層７３としてのＴｉＯ_２層、低屈折率層７４としてのＳｉＯ_２層をこの順に形成した。そして、この４層を１組として、更に２組の薄膜層を積層することによって、全部で１４層から成る第２の反射防止膜７１を形成した。

本実施例３において、ガスバリア層７２を含め、反射防止膜７１を構成する全ての薄膜層は、生産性の高い方法（ＥＢ蒸着及びＩＡＤ法）によって成膜した。そのため、実施例１に対してガスバリア性能は高くなっているが、第２の反射防止膜２１と同様に、レンズの全面を覆った状態ではなく、レンズの物体側の面及び像面側の面にのみ形成した。なお、本実施例３のレンズモジュールは、反射防止膜７１以外は、実施例１と同様に構成される。

（実施例４）
実施例２において、第２の反射防止膜６１は、ガスバリア層を有していない構成としたが、ガスバリア層を設けても良い。図７は、このような第２の反射防止膜の変形例を示す概略断面図である。図７において、基材８０上に複数の薄膜層を積層することによって、第２の反射防止膜８１を形成した。まず、基材８０上に、低屈折率層８４としてのＳｉＯ_２層、高屈折率層８３としてのＮｂ_２Ｏ_５層、低屈折率層８４としてのＳｉＯ_２層、ガスバリア層８２としてのＳｉＯＮ層をこの順に形成した。そして、この４層を１組として、更に１組の薄膜層を積層した。この上に、低屈折率層８４としてのＳｉＯ_２層、高屈折率層８３としてのＮｂ_２Ｏ_５層、低屈折率層８４としてのＳｉＯ_２層をこの順に形成することによって、全部で１１層から成る第２の反射防止膜８１を形成した。

本実施例４において、ガスバリア層８２を含め、反射防止膜８１を構成する全ての薄膜層は、生産性の高いスパッタ法によって成膜した。そのため、実施例２に対してガスバリア性能は高くなっているが、第２の反射防止膜６１と同様に、レンズの全面を覆った状態ではなく、レンズの物体側の面及び像面側の面にのみ形成した。なお、本実施例４のレンズモジュールは、反射防止膜８１以外は、実施例２と同様に構成される。

図８は、本実施例４における、第２の反射防止膜８１の反射特性を示す図である。図８の横軸は波長（Wavelength［ｎｍ］）を示し、縦軸は反射率（Reflectance［％］）を示す。反射率の数値が低ければ低いほど、光の反射が抑えられることを表す。本実施例４の第２の反射防止膜は、４００～７００ｎｍの波長領域において反射率が１％以下であり、優れた反射防止効果を有していることがわかる。反射特性は省略するが、実施例４以外の本発明に用いられる第１及び第２の反射防止膜も、実施例４と同様に、良好な反射防止効果を有するものである。

（他の実施形態）
本発明は、以上説明した実施形態に限らず、種々の変形、応用が可能である。例えば、先に説明した実施形態においては、５枚のレンズからレンズモジュールが構成されていたが、これに限らず、いかなるレンズ構成、レンズ枚数のレンズモジュールにおいても本発明を適用可能である。また、実施形態においては、環境の影響を受け易い、最も物体側のレンズのみをガラスレンズとしたが、最も像側のレンズもガラスレンズとしても良い。このような構成を用いると、ガラスレンズと鏡筒によって、内部に収容された樹脂レンズを封止することができるので、より黄変を抑制することが期待できる。また、実施形態のカメラモジュールでは、ＩＲカットフィルタを設けているが、ここにＩＲパスフィルタなど他の光学フィルタを配置しても良い。更に、光学フィルタを複数配置して併用したり、複数の光学フィルタを選択的に光軸上に出し入れしたりする事も可能である。

また、先の実施形態のように異なる樹脂材料から成る２種類以上の樹脂レンズを含む場合に、全ての樹脂レンズにレンズ全体を覆ように反射防止膜を形成し、ガラスレンズにのみコバ面を除くレンズの表裏面に反射防止膜を形成するようにしても良い。また、ガラスレンズを用いずに、全て樹脂レンズで構成することも出来る。この場合、黄変度の高い樹脂レンズには、レンズ全体を覆うように反射防止膜を形成し、黄変度の低い樹脂レンズには、コバ面を除くレンズの表裏面に反射防止膜を形成する。先に説明したように、本発明のレンズモジュールには、レンズだけでなく、各種フィルタや保護ガラスなどの平板形状のものや、プリズム等の光学素子を含んでいても構わない

さらに、レンズモジュールにフルオレン含有ポリエステル系、ＰＣ系、シクロオレフィン系など３種類以上の異なる樹脂レンズを併用する事も可能である。この場合、少なくても最も黄変に対する耐性が低い樹脂、例えば前述の３種類を例にすると、シクロオレフィン系の樹脂レンズは、ＡＬＤ法でレンズ全体を覆うように反射防止膜を形成する。一方、フルオレン含有ポリエステル系とＰＣの樹脂レンズは、ＩＡＤ法やスパッタ法など、ＡＬＤ法と比較して生産性の高い成膜プロセスで、コバ面を除くレンズの表裏面にのみ反射防止膜を形成する。また、フルオレン含有ポリエステル系の樹脂レンズのみＩＡＤ法などでレンズの表裏面にのみ反射防止膜を形成し、ＰＣ系とシクロオレフィン系の樹脂レンズに対して、ＡＬＤ法でレンズ全体を覆うように反射防止膜を形成しても良い。

以上説明した、いずれの変形例においても、レンズ全体を覆うように形成される反射防止膜としては、先に説明した第１の反射防止膜のように、ガスバリア層を有することが望ましい。つまり、レンズ全体を覆うように形成される反射防止膜は、レンズの表裏面にのみ形成される反射防止膜よりも、酸素透過度が低いことが望ましい。

本実施例１～４で説明したＡＬＤ法は、原理的に膜をコーティングするレンズなどの基板上の清浄度に影響を受け易く、特に基板表面に汚れやパーティクルが存在した状態で成膜すると膜に欠陥ができやすい。欠陥はガスバリア性に悪影響を及ぼすため、このパーティクルの影響を少なくする目的で、例えばＣＶＤ法などで、想定されるパーティクルを十分に埋めてしまえる程度の膜厚、例えば数μｍから数十μｍの厚さを有する下地層を形成した後、ＡＬＤ法で成膜しても良い。この場合、ＣＶＤ法で作製した下地層は光学的な影響を考慮し、対象波長領域で透明なものが好ましく、基板の屈折率に近い屈折率を有する材料とする事が望ましい。さらに、パーティクルを埋める事が目的である為、生産性を重視する事が望ましい。従って、下地層を形成する成膜プロセスは、ある程度成膜レートが高く、下地層から反射防止膜の成膜に移行する際に、一度大気開放するようなプロセスでは無い方が好ましく、ＡＬＤプロセスと一連で成膜できるプロセスが良い。従って、ＡＬＤ法による成膜前の下地層を作製するプロセスとしては、成膜条件を変える事でＡＬＤ法からの成膜プロセスの切替えが可能な、ＣＶＤ法が特に好ましい。

本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない限りにおいて、上記の変形例、応用例を全て包含するものである。

２１ 第２の反射防止膜
３１ 第１の反射防止膜
５０ａ～５０ｅ 第１～第５レンズ
５１ 撮像素子
５２ ＩＲカットフィルタ
５３ 絞り
５４ レンズモジュール
５５ カメラモジュール

Claims (7)

1. 樹脂材料から成る第１の光学素子と、前記第１の光学素子よりも黄変度の低い材料から成る第２の光学素子とを少なくとも含む複数の光学素子を有するレンズモジュールであって、
   前記第１の光学素子には、コバ面を含む光学素子全体を覆うように第１の反射防止膜が形成されており、
   前記第２の光学素子には、コバ面を除き、少なくとも有効領域を含む物体側の面及び像側の面に第２の反射防止膜が形成されていることを特徴とするレンズモジュール。
2. 前記第１の反射防止膜は、前記第２の反射防止膜よりも酸素透過度が低いことを特徴とする請求項１に記載のレンズモジュール。
3. 前記第１及び第２の反射防止膜は、低屈折率層と、前記低屈折率層よりも屈折率の高い高屈折率層とを積層して成り、前記第１の反射防止膜は、更に前記低屈折率層及び前記高屈折率層よりも酸素透過度が低いガスバリア層を有し、前記第２の反射防止膜は、前記ガスバリア層を有していないことを特徴とする請求項２に記載のレンズモジュール。
4. 前記第２の光学素子は、前記第１の光学素子とは異なる樹脂材料から成ることを特徴とする請求項１に記載のレンズモジュール。
5. 前記第２の光学素子は、ガラスから成ることを特徴とする請求項１に記載のレンズモジュール。
6. 前記第２の光学素子は、複数の光学素子のうち、最も物体側に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のレンズモジュール。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載のレンズモジュールと、前記レンズモジュールによって形成された像を撮像する撮像素子とを備えたカメラモジュール。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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