JP6135043B2 - 光学レンズ、撮像ユニット、及び光学レンズの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学レンズ、それを用いた撮像ユニット、及び光学レンズの製造方法に関する。

光学レンズには、レンズ表面の光反射による光量損失を抑制するため、反射防止膜が形成される。一般に、反射防止膜は、ＳｉＯ_２やＣｅＯ_２等の蒸着材料をレンズ表面に蒸着させることにより形成される。一般に、反射防止膜は、高屈折率材(ｎ＞１.９)と低屈折率材(ｎ＜１.６)の蒸着材料をレンズ表面に交互に積層させることにより形成される。

また、反射防止膜が形成された光学レンズを用いて撮像素子等を製造する場合、生産効率を向上させるためにリフロー処理を行うことがある。

ここで、光学レンズが樹脂製の場合、リフロー処理による熱で光学レンズが膨張する可能性がある。このとき、反射防止膜の熱膨張率が光学レンズの熱膨張率と異なると、光学レンズの膨張に反射防止膜が追従できず、コートクラック（反射防止膜のひび割れ）が発生することが知られている。また、熱で樹脂が溶けた場合に生じる反射防止膜の圧縮応力により、反射防止膜にしわが発生することが知られている。

更に、たとえば、低屈折材（波長５１０ｎｍにおいて屈折率が１．６より低い）であるＳｕｂｓｔａｎｃｅ Ｌ５ Ｐａｔｉｎａｌ（以下、「Ｌ５」という場合がある。ＭＥＲＣＫ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＪＡＰＡＮ製。「Ｐａｔｉｎａｌ」は、登録商標）、及び高屈折材（波長５１０ｎｍにおいて屈折率が１．９より高い）であるＣｅＯ_２を用いた多層の反射防止膜をコーティングした光学レンズは、リフロー処理で熱を加えることにより、コートクラックやしわだけでなく、光学レンズ自体に割れが生じる。この光学レンズの割れは、コートクラックの発生に付随して生じていると推測され、特に、反射防止膜の熱膨張率と光学レンズの熱膨張率の差が大きい場合に発生しやすい。

ところで、特許文献１には、熱硬化性樹脂で形成される光学部品（たとえば、単体レンズ２、３）にフッ素系高分子膜（たとえば、フッ素系アクリレート高分子膜）をコーティングする技術が開示されている。光学部品の熱膨張率とフッ素系高分子膜の熱膨張率とが近似しているため、高温環境下でもコーティングにひび割れなどが生じることがなく、長期間にわたって光学性能を維持することができる。

また、特許文献２には、柱状に延びる複数のナノ構造体（ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２等の蒸着材料）の集合層を基板上に形成することで、クラックの発生を防止する技術が開示されている。

特開２０１０−２２４３１５号公報 特開２０１１−１５０１５４号公報

しかし、特許文献１のフッ素系高分子膜は、光学部品に直接蒸着させるため、光学部品との密着性が悪い。また、一般に、高分子膜は柔らかいため、摩擦により傷つき易いという問題がある。すなわち、特許文献１の構成は、反射防止膜の耐久性の点で問題が生じる。

更に、特許文献２のナノ構造体（蒸着材料）は、柱状に形成されているため、構造体が剥がれ易い、或いは、ナノ構造体の一部が折れることにより反射率が変わる。つまり、特許文献２の構成についても耐久性の点で問題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するために、リフロー処理により熱を加えた場合に生じるコートクラックやしわや割れを低減させ、且つ反射防止膜の耐久性を確保できる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の光学レンズは、屈折率が異なる膜が積層されてなる反射防止膜をレンズ表面に有する樹脂製の光学レンズであって、反射防止膜の少なくとも三つの層は、多孔質のＢａＦ_２膜で形成され、ＢａＦ_２膜で形成される層は、少なくとも反射防止膜における、レンズ表面に接する最下層と、レンズ表面から最も遠い最上層と、最下層と最上層との間に位置する層に設けられている。
また、上記課題を解決するために、請求項２記載の光学レンズは、請求項１記載の光学レンズであって、反射防止膜は、ＢａＦ_２膜と、ＢａＦ_２よりも屈折率が高い高屈折材による膜とがレンズ表面に交互に積層され、レンズ表面から最も遠い高屈折材による膜にＢａＦ _２ 膜が積層されてなる。
また、上記課題を解決するために、請求項３記載の光学レンズは、請求項２記載の光学レンズであって、反射防止膜において、ＢａＦ_２膜で形成される層は、高屈折材による膜で形成される層よりも多く設けられている。
また、上記課題を解決するために、請求項４記載の光学レンズは、請求項１、２又は３記載の光学レンズであって、ＢａＦ _２ 膜で形成される各層の厚さ合計は、ＢａＦ _２ 膜以外の膜で形成される各層の厚さ合計よりも大きい。
また、上記課題を解決するために、請求項５記載の光学レンズは、請求項１〜４のいずれかに記載の光学レンズであって、反射防止膜は、５〜１１層で形成されている。
また、上記課題を解決するために、請求項６記載の光学レンズは、請求項１〜５のいずれかに記載の光学レンズであって、ＢａＦ_２膜の厚さは、１０〜１０００ｎｍである。
また、上記課題を解決するために、請求項７記載の光学レンズは、請求項１〜６のいずれかに記載の光学レンズであって、ＢａＦ_２膜の充填密度は、０．５〜０．９である。
また、上記課題を解決するために、請求項８記載の撮像ユニットは、光学レンズと、撮像素子と、カバーガラスとを有する。光学レンズは、入射する光を透過する請求項１〜７のいずれかに記載のレンズである。撮像素子は、光学レンズを透過した光を受光する。カバーガラスは、光学レンズと撮像素子との間に光学レンズの最上層に接するように設けられている。
また、上記課題を解決するために、請求項９記載の撮像ユニットは、光学レンズと、撮像素子とを有する。光学レンズは、入射する光を透過する請求項１〜７のいずれかに記載のレンズである。撮像素子は、光学レンズを透過した光を受光する。
また、上記課題を解決するために、請求項１０記載の光学レンズの製造方法は、樹脂製の光学レンズの製造方法である。光学レンズの製造方法は、第１膜形成工程と、第２膜形成工程と、第３膜形成工程とを有する。第１膜形成工程は、レンズ表面にＢａＦ_２を蒸着させることで多孔質のＢａＦ_２膜の層を形成する。第２膜形成工程は、ＢａＦ_２膜の層上にＢａＦ_２よりも屈折率が高い高屈折材を蒸着させることで高屈折材による膜の層を形成する。第３膜形成工程は、高屈折材による膜の層上にＢａＦ_２を蒸着させることで多孔質のＢａＦ_２膜の層を形成する。光学レンズの製造方法は、第２膜形成工程及び第３膜形成工程を交互に行うことにより、レンズ表面に対して多層の反射防止膜を形成する。

本発明によれば、反射防止膜として多孔質のＢａＦ_２膜を用いることにより、リフロー処理により熱を加えた場合に生じるコートクラックやしわや割れを低減させ、且つ反射防止膜の耐久性を確保できる。

実施形態に係る光学レンズの構成を示す図である。 実施形態に係る蒸着装置の構成を示す図である。 実施形態に係る反射防止膜の形成工程を示すフローチャートである。 実施形態に係る撮像ユニットの製造工程を示すフローチャートである。 図４のフローチャートの説明を補足する図である。 図４のフローチャートの説明を補足する図である。 図４のフローチャートの説明を補足する図である。 図４のフローチャートの説明を補足する図である。

＜実施形態＞
図１から図５Ｄを用いて、本実施形態に係る光学レンズ、撮像ユニット及び光学レンズの製造方法について説明する。

［光学レンズの構成］
はじめに、図１を参照して、反射防止膜Ｃを有する光学レンズ１の構成について説明する。図１は、光学レンズ１の一部（反射防止膜Ｃ付近）における断面図である。

光学レンズ１のレンズ部２は、樹脂材料で形成されている。樹脂材料としては、たとえば、ビスフェノールa型エポキシ樹脂（Ｃ_１８Ｈ_２０Ｏ_３）_ｎＣ_２１Ｈ_２４Ｏ_４、エチレングリコールジメタクリレート樹脂（アクリル系樹脂）Ｃ_１０Ｈ_１４Ｏ_４、ジビニルベンゼン樹脂（ビニル系樹脂）Ｃ_１０Ｈ_１０等の熱硬化性樹脂が用いられる。

反射防止膜Ｃを形成するレンズ部２のレンズ表面Ｓは平面でも良いし、曲面であっても良い。曲面上に反射防止膜Ｃを形成する場合、特にコートクラックが生じやすくなるため、本発明がより有用となる。たとえば、レンズ部２が、曲率半径が０.５５〜１.５０ｍｍであり、最大面角度が４０〜６５°のように曲率の比較的大きなレンズである場合、反射防止膜を形成するとコートクラックが生じやすくなるため、本発明が特に効果を発揮する。

レンズ部２のレンズ表面Ｓには、屈折率の異なる膜が積層されてなる反射防止膜Ｃが形成されている。図１では、膜が５層の例を示している。

第１層ｃ１、第３層ｃ３、第５層ｃ５は、ＢａＦ_２を材料とする膜（以下、「ＢａＦ_２膜」という場合がある）で形成されている。ＢａＦ_２膜の屈折率は、波長５１０ｎｍにおいて１．４７である。本実施形態において、ＢａＦ２膜は「低屈折材」に該当する。ここでは、低屈折材は、波長５１０ｎｍにおいて屈折率が１．６より低い材料をいう。なお、一般的には、低屈折材は屈折率が1.６より低い材料をいう。また、中屈折材は、屈折率が１.６〜1.９の材料をいう。高屈折材は、屈折率が1.９より高い材料をいう。

各ＢａＦ_２膜は、層内に微細孔を多数有するスポンジ状の膜である。すなわち、ＢａＦ_２膜は、多孔質に形成されている。微細孔は、層内に一様に分散しているため、屈折率は均一となっている。このような多孔質のＢａＦ_２膜は、レンズ部２が膨張した場合であっても、レンズ部２の変形に追従し易くなる。よって、反射防止膜Ｃに生じるコートクラックを低減することができる。また、多孔質のＢａＦ_２膜は、レンズ部２が溶けた場合に生じる圧縮応力の影響が軽微になる。よって、反射防止膜Ｃに生じるしわを低減することができる。

多孔質の度合いは、膜充填密度で表すことができる。ＢａＦ_２膜の膜充填密度（Ｐａｃｋｉｎｇ Ｄｅｎｓｉｔｙ）は０．５〜０．９の値が好ましい。膜充填密度とは、バルク材の密度と層内に微細孔を有する薄膜の密度との相対密度をいう。バルク材とは、一般的な大きさを持つ個体であって、比表面積（単位体積当たりの表面積）が十分小さい材料をいう。膜充填密度が０．９以下の場合、微細孔が緻密になりすぎることがないため、リフロー処理でレンズ部２が膨張した場合、その変形にＢａＦ_２膜が追従し易くなる（変形による影響を受け難くなる）。よって、コートクラックが生じ難くなる。逆に、膜充填密度が０．５以上の場合、微細孔が散漫になりすぎることがなく、ＢａＦ_２膜は耐久性（摩擦により傷つき難くなる等）が強くなる。

なお、膜充填密度は、例えば以下の測定方法によって測定することができる。まず、反射防止膜を成膜したレンズの分光反射率をＵＳＰＭ−ＲＵIII(オリンパス株式会社製)で測定する。次に、光学薄膜設計ソフトＥｓｓｅｎｔｉａｌ Ｍａｃｌｅｏｄ（シンフィルムセンタ社製。「Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ Ｍａｃｌｅｏｄ」は登録商標。）を使用して材料の屈折率データを元にした分光反射率を計算する。そして、Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ Ｍａｃｌｅｏｄに測定した分光反射率のデータを挿入し、計算した分光反射率のデータと比較する。膜充填密度が変化すると膜の屈折率が変化するため(膜充填密度が小さいと膜内に空孔が生じていて屈折率が下がる)、それに応じて分光反射率が変化する。この時、任意に膜充填密度の値を変化させて、測定値と計算値の分光反射率を一致させる。この値が実際に成膜した反射防止膜の膜充填密度となる。

各ＢａＦ_２膜の膜厚は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍに形成されている。膜厚を１０ｎｍ以上とすることにより、膜成長の際、島状構造につながりをもたせることができ、耐久性を確保し易くすることが可能となる。また、膜厚を１０００ｎｍ以下とすることにより、コートクラックの発生をより確実に防止することが可能となる。特に、リフロー処理により光学レンズ１を２００℃以上で加熱する場合には、ＢａＦ_２膜の膜厚を１０ｎｍ〜２５０ｎｍに形成することが望ましい。

一方、第２層ｃ２及び第４層ｃ４は、ＢａＦ_２よりも屈折率の高い材料（高屈折材）からなる膜で形成されている。本実施形態では、高屈折材として、Ｎｂ_２Ｏ_５を使用している。Ｎｂ_２Ｏ_５で形成される膜は、線膨張係数が高く、柔らかい膜であるため、熱膨張によるレンズ部２の変形に対する追従性が高い。よって、コートクラックをより低減させることができる。

高屈折材は、Ｎｂ_２Ｏ_５以外であってもよい。高屈折材は、たとえば、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、ＯＡ６００（主成分：Ｔａ_２Ｏ_５＋ＴｉＯ_２。キヤノンオプトロン株式会社製）等を用いることができる。本実施形態において、高屈折材とは、波長５１０ｎｍにおいて屈折率が１．９より高い材料をいう。好ましくは、波長５１０ｎｍにおいて屈折率が１．９〜２．４の材料である。屈折率が２．４より高い材料は、可視域で不透明となる。よって、反射防止膜として使用することが困難である。

このように、高屈折材による膜と低屈折材による膜とを交互に積層することにより、反射防止膜Ｃとしての機能を発揮することができる。そして、少なくとも一層に多孔質の膜（ＢａＦ_２）を設けることにより、リフロー処理で熱を加えた結果、レンズ部２が膨張した場合であっても、その変形に膜が追従し易くなる（変形による影響を微細孔が吸収する）。また、少なくとも一層に多孔質の膜（ＢａＦ_２）を設けることにより、レンズ部２が熱で溶けた場合に生じる圧縮応力の影響が軽微になる。よって、反射防止膜Ｃに生じるコートクラックやしわを低減することができる。特に、ＢａＦ_２膜をレンズ表面Ｓと接する層（最下層）に形成することにより、レンズ部２の変形及び圧縮応力による影響を直接吸収することができる。よって、反射防止膜Ｃに生じるコートクラックやしわを更に低減することができる。

また、本実施形態のように、レンズ表面Ｓに対し、低屈折材（ＢａＦ_２）、高屈折材（Ｎｂ_２Ｏ_５）、低屈折材（ＢａＦ_２）・・・・の順で積層することにより、光学レンズ１の反射率を下げることができる。特に、本実施形態では、レンズ最表面（レンズ表面Ｓ）から最も遠い位置に低屈折率の材料を配置しているため、優れた反射防止機能を発揮することができる。更に、本実施形態では、低屈折材（ＢａＦ_２）の膜で形成される層は、高屈折材（Ｎｂ_２Ｏ_５）の膜で形成される層よりも多く設けられている。つまり、レンズ部２の変形や圧縮応力による影響を吸収する層が多く設けられている。このような反射防止膜Ｃは、他の反射防止膜に比べ、レンズ部２の変形及び圧縮応力による影響をより吸収することができる。よって、反射防止膜Ｃに生じるコートクラックやしわを更に低減することができる。特に、本実施形態のように、高屈折材を多孔質の低屈折材で挟むように積層する場合、仮に高屈折材の線膨張係数が低く、硬い膜であっても、高屈折材に生じるレンズ部２の変形等による影響を低屈折材が吸収することができる。なお、反射防止膜Ｃは、レンズ部２の表面だけでなく、裏面（図示無し）にも形成されている。また、ＢａＦ_２膜の各膜厚の合計が、ＢａＦ_２膜以外の各膜の膜厚の合計よりも大きくしても良い。つまり、レンズ部２の変形や圧縮応力による影響を吸収する層が厚く設けられている。このような反射防止膜Ｃも、他の反射防止膜に比べ、レンズ部２の変形及び圧縮応力による影響をより吸収することができる。

積層の態様は、上記例に限られない。たとえば、反射防止膜Ｃとしては、４〜１１層が好ましい。４層以上とすることにより、反射防止膜として高い反射防止効果を得ることができる。また、１１層以下にすることにより、総膜厚が厚くなりすぎてコートクラックが生じてしまうのを防止することができる。また、ＢａＦ_２膜は、少なくとも一層あればよい。すなわち、５層のうち、一層のみＢａＦ_２膜の層で、他が全て高屈折材の膜の層という構成も可能である。或いは、複数の低屈折材の膜の層のうち、ある層はＢａＦ_２で形成され、他の層は、ＢａＦ_２と異なる低屈折材（たとえば、Ｌ５）で形成されていてもよい。また、反射防止膜Ｃは、多層構造に限らず、ＢａＦ_２膜単層であってもよい。このようにＢａＦ_２膜単層の反射防止膜Ｃであっても、リフロー処理によるレンズ部２の変形及び圧縮応力による影響を吸収することができる。

［反射防止膜の形成］
次に、図２及び図３を参照して、反射防止膜Ｃの形成工程について説明を行う。図２は、蒸着装置１０の一例を示す概念図である。図３は、反射防止膜Ｃの形成工程を示すフローチャートである。

反射防止膜Ｃの形成には、真空蒸着及びイオンアシスト蒸着が可能な蒸着装置１０を用いる。図２に示すように、蒸着装置１０は、真空チャンバ１０ａと、基板１０ｂと、蒸着源１０ｃと、電子銃１０ｄと、イオン銃１０ｅと、膜厚計１０ｆと、ヒータ１０ｇとを有する。

真空チャンバ１０ａは、基板１０ｂ等を内包する容器である。真空チャンバ１０ａには、排気口Ｅと、ガス注入口Ｉとが形成されている。

排気口Ｅは、真空ポンプ（図示無し）に接続され、真空チャンバ１０ａ内の空気を排気する通路である。真空ポンプが、排気口Ｅを介して真空チャンバ１０ａ内の空気を排気することにより、真空チャンバ１０ａ内は真空に保たれる。

ガス注入口Ｉは、ガス供給装置（図示無し）に接続され、真空チャンバ１０ａ内にガスを注入する通路である。ガスは、たとえば、酸素（Ｏ_２）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガスである。ガスの充填は、反射防止膜Ｃを形成する材料（蒸着材料。上述のＢａＦ_２やＮｂ_２Ｏ_５は蒸着材料の一例である）により任意に行うことができる。たとえば、電子銃１０ｄからの電子ｅにより酸素が乖離し易い材料（たとえば、ＣｅＯ_２）を蒸着材料として用いる場合には、ガス注入口Ｉを介して真空チャンバ１０ａ内に酸素ガスを注入することが望ましい。

基板１０ｂは、蒸着材料を蒸着する対象物を載置する。本実施形態では、複数のレンズ部２（対象物）が形成されたウエハ１００を載置する例を示す。なお、蒸着を行う際、真空チャンバ１０ａ内の回転機構（図示無し）が基板１０ｂを回転させることにより、膜の膜厚を均一に形成することができる。

蒸着源１０ｃは、反射防止膜Ｃの種類に応じた蒸着材料を充填する。図２では、蒸着材料としてＢａＦ_２を充填した例を示している。本実施形態のように多層膜の場合には、複数の蒸着源１０ｃを配置し、それぞれに異なる蒸着材料を充填することも可能である。

電子銃１０ｄは、蒸着源１０ｃに充填された蒸着材料に対して電子ｅを放出する。電子ｅが衝突した蒸着材料は、蒸発温度まで加熱され、蒸発する。蒸発した蒸着材料が、対象物に付着することで、当該蒸着材料による膜が形成される。

イオン銃１０ｅは、蒸発した蒸着材料や対象物に対してイオンを照射する。イオンの照射を行うことで、蒸着材料と対象物との密着性を向上することができる。イオン銃１０ｅの照射口には、シャッタＦが設けられている。シャッタＦを開閉することにより、イオンを照射するモード（イオンアシスト蒸着）とイオンを照射しないモード（通常の真空蒸着）とを切り換えることができる。図２では、シャッタが開放された状態（イオンアシスト蒸着）を示している。

膜厚計１０ｆは、対象物に蒸着された膜の膜厚を測定する。測定結果に基づいて、制御部（図示無し）は、電子銃１０ｄによる電子の放出等を制御し、成膜の速度等を調整する。

ヒータ１０ｇは、基板１０ｂ（レンズ部２）が所定温度になるよう加熱を行う。基板１０ｂの温度は、温度計（図示無し）等により計測される。基板１０ｂ（レンズ部２）の温度は、蒸着材料及びレンズ部２の材質等により所定の値が決定される。たとえば、蒸着材料としてＢａＦ_２及びＮｂ_２Ｏ_５、レンズ部２の材料としてビスフェノールａ型エポキシ樹脂を用いる場合、ヒータ１０ｇは、基板１０ｂが１８０℃になるよう加熱を行う。基板１０ｂの温度を高くすると成膜時に膜が熱エネルギーを持って膜の耐久性が良くなる。しかし、１８０℃を越えるとビスフェノールa型エポキシ樹脂が熱変形を起こす。

ここで、図３を参照して、５層の反射防止膜Ｃ（図１の構成）を形成する工程について述べる。

まず、操作者は、複数のレンズ部２が形成されたウエハ１００を基板１０ｂに載置する（Ｓ１０）。また、操作者は、蒸着材料としてＢａＦ_２を蒸着源１０ｃに充填する（Ｓ１１）。

その後、蒸着装置１０に対して蒸着を開始する旨の指示入力を行うと、真空ポンプは、排気口Ｅから真空チャンバ１０ａ内の空気を吸引し、真空チャンバ１０ａ内を真空状態にする。また、ヒータ１０ｇは、基板１０ｂを加熱し、所定の温度（たとえば、１８０℃）にする。すなわち、蒸着装置１０は、蒸着を開始できるよう真空チャンバ１０ａ内の状態を調整する（Ｓ１２）。

次いで、電子銃１０ｄは、蒸着源１０ｃに充填されたＢａＦ_２に対して電子ｅを放出する。電子ｅにより蒸発温度まで昇温されたＢａＦ_２は、蒸発する（Ｓ１３）。

蒸発したＢａＦ_２は、真空チャンバ１０ａ内を飛散し、レンズ部２上に堆積することでＢａＦ_２膜を形成する（Ｓ１４。Ｓ１１〜Ｓ１４は「第１膜形成工程」の一例である）。ＢａＦ_２の粒子は、レンズ部２に徐々に堆積していくため、粒子間に隙間ができる。この隙間が上述の微細孔になる。なお、電子ｅの放出条件や基板１０ｂの温度条件を変えることにより、膜全体に対する微細孔の割合（膜充填密度）を調整することができる。膜充填密度を下げるためには、成膜時にガス(例えばＯ_２、Ａｒ、Ｎ_２)を注入する、或いは、成膜速度を落とす。膜充填密度を上げるためには成膜速度を上げる。ガスを注入すると膜がガスを取りこんで密度が下がる。成膜速度を変化するとそれに伴い運動エネルギーが変化し、膜の密度が変わる。また、ＢａＦ_２を蒸着する場合は、イオンアシスト蒸着ではなく、真空蒸着であることが好ましい。イオンアシスト蒸着に比べ真空蒸着の方が、膜の密度を低くすることが可能となり、コートクラックの発生を低減できる。

次に、Ｓ１４で形成されたＢａＦ_２膜の上に高屈折材であるＮｂ_２Ｏ_５を蒸着する。具体的には、Ｓ１１と同様に、操作者は、蒸着材料としてＮｂ_２Ｏ_５を蒸着源１０ｃに充填する（Ｓ１５）。その後、蒸着装置１０は、蒸着を開始できるよう真空チャンバ１０ａ内の状態を調整する（Ｓ１６）。

次いで、電子銃１０ｄは、蒸着源１０ｃに充填されたＮｂ_２Ｏ_５に対して電子ｅを放出する。電子ｅにより蒸発温度まで昇温されたＮｂ_２Ｏ_５は、蒸発する（Ｓ１７）。

また、イオン銃１０ｅは、蒸発したＮｂ_２Ｏ_５及びレンズ部２に対してイオンを照射する（Ｓ１８）。イオンを照射することで、レンズ部２と蒸発したＮｂ_２Ｏ_５との密着性を向上させる。

蒸発したＮｂ_２Ｏ_５は、真空チャンバ１０ａ内を飛散し、Ｓ１５で形成されたＢａＦ_２膜上に堆積することでＮｂ_２Ｏ_５膜を形成する（Ｓ１９。Ｓ１５〜Ｓ１９は、「第２膜形成工程」の一例である）。

更に、操作者は、蒸着材料としてＢａＦ_２を蒸着源１０ｃに充填する（Ｓ２０）。蒸着装置１０は、蒸着を開始できるよう真空チャンバ１０ａ内の状態を調整する（Ｓ２１）。

次いで、電子銃１０ｄは、蒸着源１０ｃに充填されたＢａＦ_２に対して電子ｅを放出する。電子ｅにより蒸発温度まで昇温されたＢａＦ_２は、蒸発する（Ｓ２２）。

蒸発したＢａＦ_２は、真空チャンバ１０ａ内を飛散し、Ｓ１９で形成されたＮｂ_２Ｏ_５膜上に堆積することでＢａＦ_２膜を形成する（Ｓ２３。Ｓ２０〜Ｓ２３は「第３膜形成工程」の一例である）。

更に、第２膜形成工程を１回、第３膜形成工程を１回、実施することにより（Ｓ２４）、５層の反射防止膜Ｃが形成される（Ｓ２５）。本実施形態における反射防止膜Ｃの形成工程は、「光学レンズの製造工程」の一例である。

なお、上記の反射防止膜の形成工程は、一例であって、要求される反射防止膜の構造により任意の組み合わせが可能である。たとえば、反射防止膜ＣがＢａＦ_２膜単層からなる場合、Ｓ１０〜Ｓ１４までの工程（第１膜形成工程のみ）を行うことでよい。また、始めにレンズ部２上に高屈折材による膜を形成し、その後、第３膜形成工程と第２膜形成工程とを繰り返し行うことも可能である。或いは、特定の膜形成工程を連続で繰り返すことで、同じ蒸着材料からなる層を連続で形成することも可能である。

［撮像ユニットの製造］
次に、図４〜図５Ｄを参照して、撮像ユニット２０の製造工程について説明を行う。図４は、撮像ユニット２０の製造工程を示すフローチャートである。図５Ａ〜図５Ｃは、反射防止膜Ｃが形成されたレンズ部２（光学レンズ１）が複数設けられたウエハ１００（ウエハ１００´）の斜視図である。図５Ｄは、撮像ユニット２０を側面から見た場合の断面図である。本実施形態では、ウエハ１００のレンズ部２とウエハ１００´のレンズ部２とは異なる形状となっている（図５Ｄ参照）。

まず、図５Ａに示すように、ウエハ１００の平坦部１００ａ（光学レンズ１が形成されていない部分）に対し、ディスペンス装置４０により、接着剤Ｂを塗布する（Ｓ３０）。接着剤Ｂとしては、たとえば、紫外線硬化特性を有するものを用いる。

製造装置（図示無し）は、接着剤Ｂが塗布された平坦部１００ａに対して別のウエハ１００´の平坦部１００´ａ（ウエハ１００´の裏面）を突き当て（図５Ｂ参照）、その状態で紫外線を照射する（Ｓ３１）。接着剤４ａは、紫外線により硬化する。よって、ウエハ１００及びウエハ１００´は、接着剤Ｂを介して接合され、ウエハユニットＵ（図５Ｃ参照）が成形される。

図５Ｃに示すように、ダイシングブレード（図示無し）により、ウエハユニットＵを光学レンズ単位（図５Ｃの実線）で切断する（Ｓ３２）。その結果、レンズユニットＬがレンズ部２の数だけ完成する。レンズユニットＬは、入射する光を透過する。

次に、製造装置（図示無し）は、カバーガラス２１を介して各レンズユニットＬを撮像素子２２（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等）と接着する（Ｓ３３）。撮像素子２２は、レンズユニットＬ（光学レンズ１）を透過した光を受光する。

その後、Ｓ３３で作成されたユニットを、はんだペースト２３が予め塗布された回路基板２４に載置し、リフロー処理を行う（Ｓ３４。リフロー工程）。リフロー処理により、撮像ユニット２０が完成する（Ｓ３５）。Ｓ３４のリフロー処理による熱で、光学レンズ１のレンズ部２は膨張するが、反射防止膜ＣにおけるＢａＦ_２膜の微細孔がレンズ部２の変形及び圧縮応力による影響を吸収する。従って、反射防止膜Ｃに生じるコートクラックやしわを低減することができる。

＜実施例＞
次に、本発明の具体的な実施例及び比較例について説明する。

［実験内容］
レンズ部に反射防止膜が形成された光学レンズに対して、リフロー試験、及びその後に耐久性試験、反射率測定試験を行った。

レンズ部は、熱硬化性樹脂であるビスフェノールa型エポキシ樹脂（株式会社ＡＤＥＫＡ製、アデカレジンＥＰ−4100シリーズ。「アデカレジン」は登録商標）により形成した。レンズ部の性能は、実施例及び比較例で共通である。反射防止膜を形成するレンズ部の曲率半径は０.６２ｍｍ、最大面角度は６０°としている。一方、反射防止膜は、実施例及び比較例により材料、膜厚等が異なっている。

リフロー試験は、反射防止膜が形成された光学レンズを、１５０℃〜２００℃で１８０秒、２１７℃以上で１５０秒、２５５℃〜２６０℃で３０秒の間、加熱する工程を３回繰り返した。その後、４０倍の光学顕微鏡（ＳＺＸ１０。オリンパス株式会社製）及び３００倍のデジタルマイクロスコープ（ＶＨＸ−１００。株式会社キーエンス製）で光学レンズを観察し、コートクラック及びしわを確認した。なお、４０倍の光学顕微鏡（ＳＺＸ１０。オリンパス株式会社製）で光学レンズを観察する際は、光源にハロゲン光源（ＬＡ−１５０ＴＸ。林香港有限公司製）を使用した。また、レンズ割れの有無は、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）で確認した。

耐久性試験は、拭き試験及び密着性試験の２種類を行った。拭き試験は、ＩＰＡ（Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）を浸み込ませたダスパーで反射防止膜が形成された光学レンズを２００回拭くことにより行った。その後、４０倍の顕微鏡で膜剥がれ、及び傷の有無を観察した。密着性試験は、反射防止膜にセロハンテープを張り付けて剥がすことにより行った。その後、４０倍の顕微鏡で膜剥がれがないかを観察した。

反射率測定試験は、顕微分光測定機（ＵＳＰＭ−ＲＵＩＩＩ。オリンパス株式会社製）でリフロー処理後の光学レンズを測定することにより行った。

［反射防止膜の蒸着について］
反射防止膜の成膜は、光学薄膜形成装置（Ｇｅｎｅｒ−１３００。株式会社オプトラン製）を用いて行った。ＢａＦ_２、ＣｅＯ_２、Ｌ５の蒸着材料を用いる場合は、真空蒸着により成膜を行った。なお、ＣｅＯ_２は、電子銃からの電子により酸素が乖離し易いため酸素ガスを注入した状態で成膜した。Ｎｂ_２Ｏ_５の蒸着材料を用いる場合は、イオンアシスト蒸着により成膜を行った。基板温度は、いずれも１８０℃で行った。

以下に示す表１の左端欄は、反射膜を形成する材料を示している。多層の反射膜については、最下段に記載された材料が第１層（レンズ部と接する層）に該当する。なお、表１において、「ｎｍ」で示す数値は膜厚である。また、表１において、ＢａＦ_２膜の膜充填密度の記載が無いものは、膜充填密度が０．８０である。

［評価基準］
表１において、「コートクラック」については、マイクロスコープ（３００倍）でクラック無しを「◎」、光学顕微鏡（４０倍）でクラック無しを「○」、光学顕微鏡（４０倍）でクラックあり(３本以内)を「△」、光学顕微鏡（４０倍）でクラックあり(３本以上)を「×」で示す。

コートの「しわ」については、マイクロスコープ（３００倍）でしわ無しを「◎」、光学顕微鏡（４０倍）でしわ無しを「○」、方向が並んでいるしわが生じている場合を「△」、迷路状のしわが生じている場合（多方向にしわが錯綜している状態）を「×」で示す。

レンズの「割れ」については、割れ無しを「○」、割れが３本以内を「△」、割れが３本以上を「×」で示す。

「耐拭き性」については、２００回で膜剥がれ無しを「◎」、１００回まで膜剥がれ無しを「○」、５０回まで膜剥がれ無しを「△」、５０回未満で膜剥がれを「×」で示す。

「密着性」については、２００回で膜剥がれ無しを「◎」、１００回まで膜剥がれ無しを「○」、５０回まで膜剥がれ無しを「△」、５０回未満で膜剥がれを「×」で示す。

「耐摩擦性」については、２００回でキズ無しを「◎」、１００回までキズ無しを「○」、５０回までキズ無しを「△」、５０回未満でキズを「×」で示す。

「反射率」については、波長が４２０〜７００ｎｍで１.５％以下を「○」、１.５〜２.５％を「△」、２.５％以上を「×」で示す。

なお、比較例３、４では、レンズの割れが生じるため、耐久性試験は行っていない。

〔表１〕

［実施例及び比較例の分析］
実施例１〜１１と比較例１〜４を比較して分かるように、反射防止膜としてＢａＦ_２膜（ＢａＦ_２膜を含む多層膜）を用いた場合、コートクラックやしわや割れを低減させ、且つ摩擦等に耐久性のある光学レンズを得ることができた。これは、多孔質に形成されたＢａＦ_２膜が熱膨張によるレンズの変形及び圧縮応力による影響を吸収しているためと考えられる。

一方、比較例１及び２の構成によれば、コートクラックやしわや割れをある程度、低減できるが、反射防止膜の耐久性が下がる。また、比較例３及び４では、コートクラックやしわや割れを低減することができず、レンズの割れまで生じる結果となった。

また、実施例１〜実施例４を比較して分かるように、ＢａＦ_２膜の膜厚が薄い場合（５ｎｍ）、実施例１や実施例２の構成に比べ、反射防止膜の耐久性が下がる。これは、反射防止膜が薄くなったことにより、耐拭き性や耐摩擦性が弱くなっていることが原因と考えられる。一方、実施例１及び実施例２と実施例４とを比較して分かるように、ＢａＦ_２膜の膜厚が厚い場合（１５００ｎｍ）、実施例１の構成に比べ、コートクラックやしわや割れが生じ易くなる。これは、反射防止膜が厚くなったことにより、レンズの熱膨張による変形に反射防止膜が追従し難くなることが原因と考えられる。

また、実施例１と実施例５とを比較して分かるように、ＢａＦ_２膜の膜充填率が高い場合、実施例１の構成に比べ、コートクラックやしわや割れが生じ易くなる。これは、微細孔が緻密になりすぎるため、レンズが熱膨張した場合、その変形にＢａＦ_２膜が追従し難くなることが原因と考えられる。また、実施例１と実施例８とを比較して分かるように、ＢａＦ_２膜の膜充填率が低い場合、実施例１の構成に比べ、反射防止膜の耐久性が下がる。これは、微細孔が散漫になり、反射防止膜が摩擦により傷つき易くなること等が原因と考えられる。一方、実施例６及び実施例７にしめすように、ＢａＦ_２膜の膜充填率が０．５〜０．９の場合には、ある程度、コートクラックやしわや割れを低減させ、且つ摩擦等に耐久性のある光学レンズを得ることができた。

また、実施例１と実施例９〜１３とを比較して分かるように、反射防止膜を多層に形成した場合、実施例１の構成に比べ、コートクラックやしわや割れをより低減することができる。これは、レンズの熱膨張による変形及び圧縮応力による影響を吸収する層が増加していることが原因と考えられる。

また、実施例９と実施例１０とを比較して分かるように、ＢａＦ_２膜の膜厚の合計をＢａＦ_２以外の膜の膜厚の合計よりも厚くした場合（実施例１０）、しわをより低減できる。

更に、実施例１１のように、高屈折材としてＮｂ_２Ｏ_５を用いる場合には、コートクラックをより低減することができる。

また、実施例１２と実施例１３とを比較して分かるように、コートクラックやしわや割れを低減するための層構造は、単層或いは５層に限られない。

また、実施例１４と実施例１５とを比較して分かるように、最下層（第１層）にＢａＦ_２膜を形成した場合（実施例１５）、コートクラックやしわや割れをより低減することができる。これは、熱膨張するレンズ部とその影響を吸収する微細孔を有するＢａＦ_２膜とが直接、接していることが原因と考えられる。

１ 光学レンズ
２ レンズ部
１０ 蒸着装置
１０ａ 真空チャンバ
１０ｂ 基板
１０ｃ 蒸着源
１０ｄ 電子銃
１０ｅ イオン銃
１０ｆ 膜厚計
１０ｇ ヒータ
２０ 撮像ユニット
２１ カバーガラス
２２ 撮像素子
２３ はんだペースト
２４ 回路基板
４０ ディスペンス装置
１００（１００´） ウエハ
１００ａ（１００´ａ） 平坦部
Ｂ 接着剤
Ｃ 反射防止膜
ｃ１ 第１層
ｃ２ 第２層
ｃ３ 第３層
ｃ４ 第４層
ｃ５ 第５層
Ｅ 排気口
Ｆ シャッタ
Ｉ ガス注入口
Ｌ レンズユニット
Ｓ レンズ表面
Ｕ ウエハユニット

Claims (10)

1. 屈折率が異なる膜が積層されてなる反射防止膜をレンズ表面に有する樹脂製の光学レンズであって、
   前記反射防止膜の少なくとも三つの層は、多孔質のＢａＦ_２膜で形成され、
   前記ＢａＦ_２膜で形成される層は、少なくとも前記反射防止膜における、前記レンズ表面に接する最下層と、前記レンズ表面から最も遠い最上層と、前記最下層と前記最上層との間に位置する層に設けられていることを特徴とする光学レンズ。
2. 前記反射防止膜は、前記ＢａＦ_２膜と、ＢａＦ_２よりも屈折率が高い高屈折材による膜とが前記レンズ表面に交互に積層され、前記レンズ表面から最も遠い前記高屈折材による膜に前記ＢａＦ _２ 膜が積層されてなることを特徴とする請求項１記載の光学レンズ。
3. 前記反射防止膜において、前記ＢａＦ_２膜で形成される層は、前記高屈折材による膜で形成される層よりも多く設けられていることを特徴とする請求項２記載の光学レンズ。
4. 前記ＢａＦ _２ 膜で形成される各層の厚さ合計は、前記ＢａＦ _２ 膜以外の膜で形成される各層の厚さ合計よりも大きいことを特徴とする請求項１、２又は３記載の光学レンズ。
5. 前記反射防止膜は、５〜１１層で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学レンズ。
6. 前記ＢａＦ_２膜の厚さは、１０〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学レンズ。
7. 前記ＢａＦ_２膜の充填密度は、０．５〜０．９であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学レンズ。
8. 入射する光を透過する請求項１〜７のいずれかに記載の光学レンズと、
   前記光学レンズを透過した光を受光する撮像素子と、
   前記光学レンズと前記撮像素子との間に前記光学レンズの最上層に接するように設けられたカバーガラスと、
   を有することを特徴とする撮像ユニット。
9. 入射する光を透過する請求項１〜７のいずれかに記載の光学レンズと、
   前記光学レンズを透過した光を受光する撮像素子と、
   を有することを特徴とする撮像ユニット。
10. 樹脂製の光学レンズの製造方法であって、
    レンズ表面にＢａＦ_２を蒸着させることで多孔質のＢａＦ_２膜の層を形成する第１膜形成工程と、
    前記ＢａＦ_２膜の層上に前記ＢａＦ_２よりも屈折率が高い高屈折材を蒸着させることで高屈折材による膜の層を形成する第２膜形成工程と、
    前記高屈折材による膜の層上にＢａＦ_２を蒸着させることで多孔質のＢａＦ_２膜の層を形成する第３膜形成工程と、
    を有し、
    前記第２膜形成工程及び前記第３膜形成工程を交互に行うことにより、前記レンズ表面に対して多層の反射防止膜を形成することを特徴とする光学レンズの製造方法。

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