JP6986551B2 - 光学装置用ケースおよび光学装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光学装置用ケース、特に、発光素子および／または受光素子を内部に収容する光学装置用ケースおよび光学装置に関する。
屋外に設置される光学装置は、光を受けるおよび／または光を出射する透光性の窓部材に着雪すると、その機能を果たせないので、着雪を防止する、および／または融雪することができるように、工夫がなされている。
例えば、特許文献１には、表面に反射防止性能と着雪防止性能とを有する微細な凹凸構造を備えた信号機器部材を開示している。特許文献１によると、微細凹凸構造を有する表面の水に対する接触角を１３５°以上とすることによって、着雪を防止できる。
特許文献２には、融雪型のＬＥＤ交通信号機が開示されている。特許文献２によると、遠赤外線面状発熱体によってレンズカバー（窓部材）を加熱することによって、レンズカバーに着雪するのを抑制できる。
ここで例示した交通信号機は、発光素子としてＬＥＤが用いられるようになり、発光素子からの発熱量が少なくなり、および／または、電源の電力が低下し（例えば、２０Ｗ以下）、発光素子として電球を利用していたころよりも、着雪を防止することが難しくなっている。着雪の問題は、これに限られず、屋外に設置される種々の光学装置、例えば、各種信号機用ランプ、カメラ（例えば、監視カメラ、車載カメラ）、光学検出装置（例えば、車両検出装置）に共通の問題である。
一方、本出願人は、陽極酸化ポーラスアルミナ層を用いて、モスアイ構造を有する反射防止膜（反射防止表面）を製造する方法を開発した。陽極酸化ポーラスアルミナ層を用いることによって、反転されたモスアイ構造を有する型を高い量産性で製造することができる（例えば、特許文献３〜７）。参考のために、特許文献３〜７の開示内容のすべてを本明細書に援用する。
特開２０１５−１０８８８２号公報 特開２０１４−１０９９７０号公報 特許第４２６５７２９号公報 特開２００９−１６６５０２号公報 国際公開第２０１１／１２５４８６号 国際公開第２０１２／１３７６６４号 国際公開第２０１３／１８３５７６号
しかしながら、本発明者の検討によると、特許文献１および２に記載の方法では、着雪を十分に抑制できないおそれがある。特許文献１の構成によると、表面に一旦水滴または氷が付着すると、着雪を有効に防止できない。特許文献２の構成によると、遠赤外線面状発熱体からの輻射熱だけでは、環境温度によっては十分に融雪できないことが懸念される。
そこで、本発明は、上記従来技術よりもより確実に着雪を防止することが可能な光学装置用ケースおよび光学装置を提供することを目的とする。
本発明のある実施形態による光学装置用ケースは、透光性の窓部材と、受光素子および／または発光素子を収容する空間を有する筺体とを有し、前記窓部材は、透光性部材と、前記透光性部材の外側表面に設けられた高分子フィルムであって、表面にモスアイ構造を有し、前記表面の水に対する接触角は１４０°以上である高分子フィルムと、前記透光性部材の内側表面に設けられた抵抗発熱体とを備える。
ある実施形態において、前記抵抗発熱体の内側に設けられた親水性層をさらに有し、前記親水性層の表面の水に対する接触角は２０°以下である。
ある実施形態において、前記親水性層は、表面にモスアイ構造を有する高分子層を含む。
ある実施形態において、前記親水性層は、ポーラスアルミナ層を含む。
ある実施形態において、前記ポーラスアルミナ層は、表面に反転されたモスアイ構造を有する。
ある実施形態において、前記抵抗発熱体は、前記透光性部材の内側表面に形成された透明導電層を含み、前記ポーラスアルミナ層は、前記透明導電層上に形成されている。
ある実施形態において、前記ポーラスアルミナ層は、Ｔｉを含む。
本発明のある実施形態による光学装置は、上記のいずれかの光学装置用ケースと、前記光学装置用ケース内に配置されたＬＥＤ素子とを有する、信号機用ランプである。
本発明のある実施形態による光学装置は、上記のいずれかの光学装置用ケースと、前記光学装置用ケース内に配置された撮像素子とを有する、カメラである。前記カメラは例えば監視カメラ（または防犯カメラ）、車載カメラである。
本発明のある実施形態による光学装置は、上記のいずれかの光学装置用ケースと、前記光学装置用ケース内に配置された光センサとを有する、光学検出装置である。
本発明のある実施形態によると、上記従来技術よりもより確実に着雪を防止することが可能な光学装置用ケースおよび光学装置が提供される。
本発明の実施形態１による光学装置用ケース１００Ａの模式的な断面図である。 本発明の実施形態２による光学装置用ケース１００Ｂの模式的な断面図である。 本発明の実施形態３による光学装置用ケース１００Ｃの模式的な断面図である。 本発明の実施形態４による光学装置用ケース１００Ｄの模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態による光学装置用ケースが有する高分子フィルムの模式的な断面図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による光学装置用ケースの構造を説明する。本発明の実施形態は、例示する実施形態に限定されるものではない。なお、以下の説明において、同様の機能を有する構成要素には共通の参照符号を付し、説明の重複を避ける。
（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１による光学装置用ケース１００Ａの模式的な断面図を示す。ケース１００Ａは、光学素子（受光素子および／または発光素子）ＯＥを収容する空間１２を有する筺体１０と透光性の窓部材２０Ａとを有している。窓部材２０Ａは、透光性部材２２と、透光性部材２２の外側表面に設けられた高分子フィルム５０と、透光性部材２２の内側表面に設けられた抵抗発熱体２４とを有している。高分子フィルム５０は、例えば、ここで例示するように接着層２３を介して、透光性部材２２の外側表面に固定されている。もちろん、これに限らず、高分子フィルム５０は公知の他の方法で、透光性部材２２の外側表面に固定され得る。例えば、高分子フィルム５０を熱圧着によって透光性部材２２に直接接着してもよい。透光性部材２２は、例えば、透明基板（例えばガラス基板またはプラスチック基板）であってよく、また、レンズ（ガラスまたはプラスチックで形成された）であってもよい。
高分子フィルム５０は、表面にモスアイ構造を有し、表面の水に対する接触角は１４０°以上である。すなわち、高分子フィルム５０は、反射防止機能を有するとともに、超撥水性を有している。高分子フィルム５０についての詳細は、図５を参照して後述する。
光学素子ＯＥは、例えばＬＥＤ素子ＯＥであり、ＬＥＤ素子ＯＥを収容した光学装置用ケース１００Ａの全体は、信号機用ランプであり得る。高分子フィルム５０は、超撥水性の表面を有しているので、水滴が付着することを抑制・防止することができる。また、透光性部材２２の内側に抵抗発熱体２４を有しているので、たとえ高分子フィルム５０の表面に雪（氷）が付着したとしても、抵抗発熱体２４に電力を供給することによって、融解させることができる。
抵抗発熱体２４は、例えば、金属薄膜または透明導電膜（酸化物導電膜）を用いて形成される。抵抗発熱体２４は、ジュール熱を利用するものであり、抵抗値と電圧（電力）とによって発熱量を制御することができる。例えば、ＬＥＤ信号機用ランプの場合、１２０Ｖ（１５Ｗ）程度で、十分に融雪できるように、透光性部材２２の大きさ（透光性部材２２の周辺がカバー等によって覆われている場合、実際に光を透過する部分の大きさ）に応じて、抵抗発熱体２４の抵抗値（材料、膜厚、パターンの線幅および長さなど）を設定すればよい。金属薄膜の厚さやパターンは、透光性を考慮して決められ得る。透明導電層を用いる場合にはパターニングは不要で、例えば、成膜条件や膜厚で抵抗値を容易に制御できる。
抵抗発熱体２４は、透光性部材２２に接触しているので、特許文献２に記載の遠赤外線面状発熱体を用いるよりも確実に透光性部材２２を加熱することができる。また、抵抗発熱体２４は、遠赤外線面状発熱体よりも耐久性にも優れている。金属薄膜としては、例えば、Ｃｒ（５０ｎｍ）／Ｎｉ（１５０ｎｍ）／はんだ（下層／中層／上層）およびＣｒ（５０ｎｍ）／Ｎｉ（１５０ｎｍ）／Ｃｕ（下層／中層／上層）などの積層膜を用いることができる。
なお、ＬＥＤ素子ＯＥや抵抗発熱体２４に電力を供給する回路（不図示）は、筺体１０内に設けられてもよいし、筺体１０外に設けられてよい。
ここで、光学素子ＯＥが発光素子（ＬＥＤ素子）の場合を説明したが、光学素子ＯＥとして、受光素子（撮像素子、光センサなど）を用いる場合、高分子フィルム５０の反射防止機能により、受光できる光量を増大させることできる。モスアイ構造を有する高分子フィルム５０は、幅広い入射角および幅広い波長範囲の光に対して優れた反射防止機能を発揮するので、受光素子に良好な状態の光を導くことできる。
（実施形態２）
図２に本発明の実施形態２による光学装置用ケース１００Ｂの模式的な断面図を示す。光学装置用ケース１００Ｂは、図１の光学装置用ケース１００Ａの抵抗発熱体２４の内側に設けられた親水性層６０Ｂをさらに有する。親水性層６０Ｂの表面の水に対する接触角は２０°以下であり、１０°以下であることが好ましい。
光学装置用ケース１００Ｂの窓部材２０Ｂの内側表面で結露することがある。結露が発生すると、水滴によって光が散乱されるので、例えば、光学素子ＯＥが撮像素子の場合には、鮮明な画像を取得できない。また、光学素子ＯＥが光センサの場合には、光センサに到達する光強度が低下する。
光学装置用ケース１００Ｂは、抵抗発熱体２４の内側に親水性層６０Ｂを有するので、結露を抑制することができる。親水性層６０Ｂの表面の親水性が高いほど結露防止効果が高く、親水性層６０Ｂの表面の水に対する接触角は１０°以下であることが好ましい。親水性が高い表面上で結露（水蒸気の凝縮）が起こっても、水は親水性表面上で濡れ拡がるので、液滴として残存することがない。その結果、光を散乱することがないので、結露と認識されない。
ここで例示する親水性層６０Ｂは、表面にモスアイ構造を有する高分子層６０Ｂである。表面にモスアイ構造を有すると、反射防止機能を発揮するので、窓部材２０Ｂの内側表面における反射も低減される。したがって、光学素子ＯＥが発光素子の場合には、光の取出し効率が向上する。また、光学素子ＯＥが受光素子の場合には、光学装置用ケース１００Ａよりも良好な状態の光を受光素子に導くことできる。高分子層６０Ｂは、例えば、国際公開第２０１７／１１５６９４号に記載されている反射防止膜の内で、表面の水に対する接触角が２０°以下のものを用いることができる。参考のために国際公開第２０１７／１１５６９４号の開示内容のすべてを本明細書に援用する。
ここでは、親水性層６０Ｂは、接着層２７を介して、抵抗発熱体２４に固定されている。もちろん、親水性層６０Ｂを抵抗発熱体２４に固定する方法は上記に限られず、公知の種々の方法を用いることができる。
（実施形態３）
図３に本発明の実施形態３による光学装置用ケース１００Ｃの模式的な断面図を示す。光学装置用ケース１００Ｃは、図１の光学装置用ケース１００Ａの抵抗発熱体２４の内側に設けられた親水性層６０Ｃをさらに有する。親水性層６０Ｃはポーラスアルミナ層６０Ｃであり、表面の水に対する接触角は１０°以下である。
ポーラスアルミナ層６０Ｃは、表面に反転されたモスアイ構造を有する。この反転されたモスアイ構造は、モスアイ構造を有する反射防止膜を形成するための型の表面構造と同じである。ポーラスアルミナ層６０Ｃは、以下のようにして形成することが好ましい。
透光性部材２２に抵抗発熱体２４として、透明導電層２４を形成する。透明導電層２４は、例えば、ＩＴＯ（インジウムドープスズ酸化物）層である。ＩＴＯ層の上に、ＡＴＯ（アンチモンドープスズ酸化物）層および／またはＦＴＯ（フッ素ドープスズ酸化物）層を形成してもよい。
透明導電層２４の上に、Ａｌ層またはＡｌ合金層を形成する。透明導電層２４を電極として用いて、Ａｌ層またはＡｌ合金層を陽極酸化することによって、ポーラスアルミナ層を形成する。この後、エッチングすることによって、細孔径を拡大する。その後、陽極酸化とエッチングとを交互に繰り返し、所望の形状（円錐状）の細孔（微細な凹部）を有するポーラスアルミナ層６０Ｃを得る。陽極酸化とエッチングの繰り返し回数（例えば、陽極酸化５回、エッチング４回）は適宜調整される。ただし、ＡｌまたはＡｌ合金が残らないように、完全に陽極酸化する。窓部材２０Ｃの光透過性能を低下させないためである。透明導電層２４を電極として用いることによって、Ａｌ層またはＡｌ合金層を完全に陽極酸化することができる。
Ａｌ合金層として、特許文献６に記載されているように、アルミニウムと、アルミニウムの標準電極電位との差の絶対値が０．６４Ｖ以下の金属元素（例えば、Ｔｉ、Ｎｄ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒ、ＶおよびＰｂ、全体に対する含有率は１０質量％未満）とを含むアルミニウム合金層を用いることが好ましい。例えば、Ｔｉを含むアルミニウム合金を好適に用いることができる。あるいは、特許文献７に記載されているように、アルミニウムと、アルミニウム以外の金属元素と、窒素とを含むアルミニウム合金層を用いてもよい。アルミニウム合金層に含まれる窒素の含有率は、０．５質量％以上５．７質量％以下であることが好ましく、アルミニウム合金層中の金属元素（例えばＴｉ）の含有率は、１．０質量％以上１．９質量％以下であることが好ましい。このようなＡｌ合金層は、異常粒子をほとんど含まない。なお、最終的に得られるポーラスアルミナ層には、合金に含まれている金属元素が当然に含まれる。例えば、Ｔｉを含むＡｌ合金を陽極酸化することによって得られたポーラスアルミナ層にはＴｉが含まれる。
なお、エッチング工程において、ＩＴＯ層とＡｌ合金層との間でガルバニック腐食が起こることがある。ＩＴＯ層とＡｌ合金層との間に、ＡＴＯ層および／またはＦＴＯ層を形成することによって、これを防止することができる。あるいは、Ａｌ合金層の材料として、Ａｌ−Ｎｉ―Ｌａ（株式会社コベルコ科研製 ＤＣ−Ａｌ）またはＡｌ−Ｎｉ−Ｂ（ＡＣＸ三井金属社製）を用いてもよい。
反転されたモスアイ構造を有するポーラスアルミナ層６０Ｃも、モスアイ構造を有する高分子層６０Ｂよりは若干劣るものの、反射防止性能を有する。また、ポーラスアルミナ層６０Ｃは、熱伝導性が高いので、透光性部材２２の温度分布を均一にするように作用する。ポーラスアルミナ層６０Ｃは親水性表面を有しているので、もちろん、結露を抑制する効果も奏する。
（実施形態４）
図４に本発明の実施形態４による光学装置用ケース１００Ｄの模式的な断面図を示す。光学装置用ケース１００Ｄの窓部材２０Ｄは、図３の光学装置用ケース１００Ｃの抵抗発熱体２４の内側に設けられたポーラスアルミナ層６０Ｃに代えて、ポーラスアルミナ層６０Ｄを有する。ポーラスアルミナ層６０Ｄの表面の水に対する接触角は１０°以下である。
ポーラスアルミナ層６０Ｄは、図４に模式的に示す様に、円柱状の細孔を有している。したがって、円錐状の細孔を有するポーラスアルミナ層６０Ｃを形成するときのように、エッチングを行う必要はなく、陽極酸化だけでよい。もちろん、Ａｌ層またはＡｌ合金層を完全に陽極酸化する点は、実施形態３におけるポーラスアルミナ層６０Ｃと同じである。ポーラスアルミナ層６０Ｄの細孔は円柱状なので、ポーラスアルミナ層６０Ｃよりも反射防止効果は劣るが、その他の効果を得ることができるとともに、形成が容易であるという利点がある。
［高分子フィルム］
次に、図５を参照して、高分子フィルム５０の構造および製造方法を説明する。高分子フィルム５０は、表面にモスアイ構造を有し、表面の水に対する接触角は１４０°以上である。
図５（ａ）〜（ｃ）に、本発明の実施形態による光学装置用ケースが有する高分子フィルムの模式的な断面図を示す。
図５（ａ）に示す高分子フィルム５０Ａは、ベースフィルム４２Ａと、ベースフィルム４２Ａ上に形成された光硬化樹脂層３４Ａとを有している。光硬化樹脂層３４Ａは、表面に複数の凸部３４Ａｐを有しており、複数の凸部３４Ａｐは、モスアイ構造を構成している。光硬化樹脂層３４Ａは、典型的には光硬化性樹脂（Photocurable resin、好ましくは紫外線硬化性樹脂）を硬化させることによって形成されるので、以下では、光硬化樹脂層（Photocured resin layer）３４Ａという。ただし、熱硬化性樹脂を用いて形成することもできる。
ベースフィルム４２Ａの厚さは、例えば、１μｍ以上１，０００μｍ以下である。光硬化樹脂層３４Ａの厚さは、例えば、０．１μｍ以上１００μｍ以下である。
光硬化樹脂層３４Ａの法線方向から見たとき、凸部３４Ａｐの２次元的な大きさＤpは２０ｎｍ超５００ｎｍ未満の範囲内にある。ここで、凸部３４Ａｐの「２次元的な大きさ」とは、表面の法線方向から見たときの凸部３４Ａｐの面積円相当径を指す。例えば、凸部３４Ａｐが円錐形の場合、凸部３４Ａｐの２次元的な大きさは、円錐の底面の直径に相当する。また、凸部３４Ａｐの典型的な隣接間距離Ｄintは２０ｎｍ超１０００ｎｍ以下である。図５（ａ）に例示するように、凸部３４Ａｐが密に配列されており、隣接する凸部３４Ａｐ間に間隙が存在しない（例えば、円錐の底面が部分的に重なる）場合には、凸部３４Ａｐの２次元的な大きさＤpは隣接間距離Ｄintと等しい。凸部３４Ａｐの典型的な高さＤhは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満である。光硬化樹脂層３４Ａの厚さｔｓは、例えば、０．１μｍ以上１００μｍ以下である。
図５（ａ）に示した光硬化樹脂層３４Ａは、特許文献３〜７に記載されている反射防止膜と同様のモスアイ構造を有している。反射防止機能を発現させるためには、表面に平坦な部分がなく、凸部３４Ａｐが密に配列されていることが好ましい。また、凸部３４Ａｐは、空気側からベースフィルム４２Ａ側に向かって、断面積（入射光線に直交する面に平行な断面、例えばベースフィルム４２Ａの面に平行な断面）が増加する形状、例えば、円錐形であることが好ましい。また、光の干渉を抑制するために、凸部３４Ａｐを規則性がないように、好ましくはランダムに、配列することが好ましい。
図５（ａ）に例示したようなモスアイ構造を表面に形成するための型（以下、「モスアイ用型」という。）は、モスアイ構造を反転させた、反転されたモスアイ構造を有する。反転されたモスアイ構造を有する陽極酸化ポーラスアルミナ層をそのまま型として利用すると、モスアイ構造を安価に製造することができる。特に、円筒状のモスアイ用型を用いると、ロール・ツー・ロール方式によりモスアイ構造を効率良く製造することができる。このようなモスアイ用型は、上述した実施形態３のポーラスアルミナ層６０Ｃの形成方法と同様であってよい。ただし、アルミニウム膜またはアルミニウム合金を完全に陽極酸化する必要はない。モスアイ用型およびモスアイ構造を表面に有する合成高分子膜（反射防止膜）の製造方法は、例えば、特許文献３〜７に記載されている方法で製造することができる。モスアイ構造を表面に有する合成高分子膜は、例えば、ベースフィルム上に紫外線硬化性樹脂（例えばアクリル樹脂）を塗布し、紫外線硬化性樹脂をモスアイ用型に押し付けた状態で紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射し、紫外線硬化性樹脂を硬化させる。硬化した紫外線硬化性樹脂の表面にはモスアイ構造が形成されている。
図５（ａ）に示した光硬化樹脂層３４Ａを形成する光硬化性樹脂（例えばアクリル樹脂）を選択することによって、表面の水に対する接触角が１４０°以上の撥水性表面を有する光硬化樹脂層３４Ａを得ることができる。例えば、フッ素系アクリル樹脂あるいはフッ素系離型剤をアクリル樹脂に混合することによって撥水性表面を得ることができる。
また、図５（ｂ）および（ｃ）に示す光硬化樹脂層３５Ｂおよび３５Ｃの様に、フッ素の含有率が高い上側樹脂層３５ｂと、フッ素の含有率が低いまたはフッ素を含まない下側樹脂層３５ａとを有する積層構造としてもよい。このような撥水性表面を有する合成高分子膜の形成方法は、国際公開第２０１６／１７４８９３号に記載されているので、ここでは簡単に説明する。なお、参考のために国際公開第２０１６／１７４８９３号の開示内容のすべてを本明細書に援用する。
図５（ｂ）に示す高分子フィルム５０Ｂは、ベースフィルム４２Ｂと、ベースフィルム４２Ｂ上に形成された光硬化樹脂層３５Ｂとを有している。光硬化樹脂層３５Ｂは、表面に複数の凸部３５Ｂｐを有しており、複数の凸部３５Ｂｐは、モスアイ構造を構成している。光硬化樹脂層３５Ｂは、下側樹脂層３５ａと、上側樹脂層３５ｂとを有している。上側樹脂層３５ｂは、フッ素の含有率が高く、強い撥水性を示す。下側樹脂層３５ａは、フッ素の含有率が上側樹脂層３５ｂよりも低いまたはフッ素を含まない。
光硬化樹脂層３５Ｂが有する凸部３５Ｂｐは、２次元的な大きさＤp、高さＤhおよび隣接間距離Ｄintにおいて、下側樹脂層３５ａが有する凸部とほぼ等しい。光硬化樹脂層３５Ｂの法線方向から見たとき、凸部３５Ｂｐの２次元的な大きさＤpは２０ｎｍ超５００ｎｍ未満の範囲内にある。上側樹脂層３５ｂの厚さは、例えば１０ｎｍ以下である。上側樹脂層３５ｂの厚さは、０．１μｍ以上、１５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上、１０μｍ以下であることがより好ましく、２μｍ以上、８μｍ以下であることが更に好ましく、５μｍ以上、８μｍ以下であることが特に好ましい。上側樹脂層３５ｂの厚さは、光硬化樹脂層３５Ｂの法線方向における厚さをいう。光硬化樹脂層３５Ｂの厚さｔsは、例えば、下側樹脂層３５ａの厚さよりも、上側樹脂層３５ｂの厚さの分だけ大きい。下側樹脂層３５ａの厚さは、例えば上記の光硬化樹脂層３４Ａと同じであってよい。
高分子フィルム５０Ｂは、例えば以下のようにして形成される。
まず、図５（ａ）に示した高分子フィルム５０Ａと同様にして、ベースフィルム４２Ｂ上に下側樹脂層３５ａを形成する。なお、高分子フィルム５０Ａの光硬化樹脂層３４Ａは撥水性の表面を有するのに対し、下側樹脂層３５ａの表面は撥水性を有する必要が無い。
次に、図５（ｂ）に示すように、下側樹脂層３５ａの上に、フッ素系離型処理剤を含む上側樹脂層３５ｂを形成する。上側樹脂層３５ｂが形成されるとき、下側樹脂層３５ａは硬化されている。上側樹脂層３５ｂは、下側樹脂層３５ａが有する複数の凸部の少なくとも一部を覆うように形成される。上側樹脂層３５ｂは、下側樹脂層３５ａが有する複数の凸部の全てを覆うように形成されていてもよい。
フッ素系離型処理剤は、モノマーと反応しない、すなわち樹脂の骨格に直接または間接的に結合（共有結合）を形成しない化合物をいう。フッ素系離型処理剤を有する上側樹脂層３５ｂは、例えばフッ素系離型剤、フッ素系コート剤、フッ素系指紋付着防止剤等として市販されている種々のフッ素系離型処理剤から形成され得る。フッ素系離型処理剤は、例えば、フッ素含有炭化水素鎖と、末端にアルコキシシランとを有する。フッ素系離型処理剤は、アルコキシシランを有するので、ケイ素（Ｓｉ）元素を含む。フッ素含有炭化水素鎖は、エーテル結合を含んでいてもよい。上側樹脂層３５ｂは、例えば蒸着法またはスプレー法を用いて形成され得る。上側樹脂層３５ｂを形成する樹脂の粘度は、例えば０．１ｃＰ〜１００ｃＰである。末端にアルコキシシランを有するフッ素系離型処理剤を用いる場合には、フッ素系離型処理剤を下側樹脂層３５ａの表面に付与する前に、下側樹脂層３５ａの表面に対して酸素（Ｏ２）プラズマ処理を施すことが好ましい。
図５（ｃ）に示す高分子フィルム５０Ｃは、ベースフィルム４２Ｃと、ベースフィルム４２Ｃ上に形成された光硬化樹脂層３５Ｃとを有している。光硬化樹脂層３５Ｃは、表面に複数の凸部３５Ｃｐを有しており、複数の凸部３５Ｃｐは、モスアイ構造を構成している。光硬化樹脂層３５Ｃは、下側樹脂層３５ａと、上側樹脂層３５ｂと、下側樹脂層３５ａと上側樹脂層３５ｂとの間に形成された酸化物層３９とを有している。上側樹脂層３５ｂは、フッ素の含有率が高く、強い撥水性を示す。下側樹脂層３５ａは、フッ素の含有率が上側樹脂層３５ｂよりも低いまたはフッ素を含まない。
光硬化樹脂層３５Ｃは、上記光硬化樹脂層３５Ｂの形成工程において、下側樹脂層３５ａを形成した後、かつ、上側樹脂層３５ｂを形成する前に、下側樹脂層３５ａの上に酸化物層（例えば二酸化ケイ素層）３９を形成することによって得られる。酸化物層３９を形成する前に、下側樹脂層３５ａの表面に対して酸素（Ｏ２）プラズマ処理を施すことが好ましい。酸化物層３９は、上側樹脂層３５ｂに含まれるアルコキシシランと反応することにより、上側樹脂層３５ｂと下側樹脂層３５ａとの接着性を向上させることができる。酸化物層３９の厚さは、例えば１０ｎｍである。酸化物層３９を有する光硬化樹脂層３５Ｃの厚さｔsは、例えば、下側樹脂層３５ａの厚さよりも、上側樹脂層３５ｂの厚さおよび酸化物層３９の厚さの和の分だけ大きい。下側樹脂層３５ａの厚さは、例えば上記の光硬化樹脂層３４Ａと同じであってよい。
上記の他、国際公開第２０１６／１７４８９３号に記載の種々の方法で、例えば図５（ｂ）に示した構造を有する高分子フィルム５０Ｂを作製することができる。例えば、ＰＥＴフィルム（例えば厚さ：７５μｍ）上に、下側樹脂層３５ａとなるウレタンアクリレート樹脂を塗布し（例えば厚さ：７μｍ）、これを硬化することなく、上側樹脂層３５ｂとなるフッ素含有アクリルモノマーと反応性希釈剤（単官能モノマー、例えばアクリロイルモルフォリン）との混合物を付与し（例えば厚さ：１．３μｍ）した後、所定のモスアイ用型に押し当てた状態で、ベースフィルム側から紫外線（例えば、照射量：２００ｍＪ／ｃｍ２）を照射して、下側樹脂層３５ａおよび上側樹脂層３５ｂを硬化させることによって、高分子フィルム５０Ｂが得られる。なお、上記の樹脂材料には必要に応じて光重合開始剤が混合される。また、モスアイ用型の表面は、例えば、フッ素系離型剤で処理されてよい。
［実験結果］
超撥水性を有する高分子フィルムとして、図５（ｂ）に示した構造を有する試料フィルムを作製した。具体的には、国際公開第２０１６／１７４８９３号に記載の実施例１と同様にして高分子フィルム５０Ｃを作製した。試料フィルムの作製に用いた材料および硬化条件、ならびに試料フィルムが有するモスアイ構造を以下に示す。
（ベースフィルム）
・ＰＥＴ（東レ株式会社製、製品名：ルミラー（登録商標）Ｕ３４、厚さ７５μｍ）
（下側樹脂層）
・ウレタンアクリレート（新中村化学工業社製、製品名：ＵＡ−７１００）：３１重量％
・多官能アクリレート（新中村化学工業社製、製品名：ＡＴＭ−３５Ｅ）：４０重量％
・多官能アクリレート（新中村化学工業社製、製品名：Ａ−ＴＭＭ−３ＬＭ−Ｎ）：２７．５重量％
・光重合開始剤（ＢＡＳＦ社製、製品名：ＩＲＧＡＣＵＲＥ８１９）：１．５重量％
（上側樹脂層）
・フッ素含有モノマー（ダイキン工業社製、フッ素系添加剤、製品名：オプツールＤＡＣ−ＨＰ）：１０重量％
・反応性希釈剤（アミド基含有モノマー（ＫＪケミカルズ社製、製品名：ＡＣＭＯ））：９０重量％
（硬化条件）
所定のモスアイ用型に上側樹脂層を押し付けた状態で、ベースフィルム側から、Ｆｕｓｉｏｎ ＵＶ ｓｙｓｔｅｍｓ社製のＵＶランプ（製品名：ＬＩＧＨＴ ＨＡＮＭＡＲ６Ｊ６Ｐ３）を用いて、紫外線（照射量：２００ｍＪ／ｃｍ２）を照射し、下側樹脂層および上側樹脂層を硬化させた。
（試料フィルムのモスアイ構造）
凸部の形状：円錐状（釣鐘状）
凸部の隣接間距離（Ｄint）：２００ｎｍ
凸部の高さ（Ｄh）：２００〜２５０ｎｍ
試料フィルムの水に対する接触角は、初期で１５５°であった。３か月間、屋外暴露した後も水に対する接触角は低下しなかった。高温高湿（６０℃、９５ＲＨ％）環境下における水に対する接触角は初期で１５０°であり、３か月後も低下がみられなかった。なお、ヘキサデカンに対する接触角は９０°以上であった。
なお、本明細書中、接触角は、協和界面科学社製のポータブル接触角計（製品名：ＰＣＡ−１）を用い、θ／２法（θ／２＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｒ）で計算する。θは接触角を示し、ｒは液滴の半径を示し、ｈは液滴の高さを示す。）で測定される、３箇所の接触角の平均値を示す。ここで、１箇所目の測定点としては、試料の中央部分を選択し、２および３箇所目の測定点としては、１箇所目の測定点から２０ｍｍ以上離れ、かつ、１箇所目の測定点に対して互いに点対称な位置にある２点を選択するものとする。
試料フィルムは、優れた反射防止性および耐擦傷性を有していた。反射率は、５°正反射率（日本分光株式会社製、Ｖ−５６０、波長範囲２５０〜８５０ｎｍ）の値で０．１％以下であった。耐擦傷性は、クリーニングクロス（東レ株式会社製、トレシー（登録商標））およびスチールウール（日本スチールウール株式会社製＃００００）で、試験機（新東科学株式会社製、１４ＦＷ）を用いて、直径１１ｍｍ、荷重２００ｇ／ｃｍ２、ストローク２５ｍｍ、速度５０ｍｍ／ｓｅｃの条件で、高分子フィルムの表面を擦り、摩擦回数と水に対する接触角の変化を調べた。クリーニングクロスを用いた試験では、１０００回摩擦した後も水に対する接触は１５０°（初期値は１５５°）と高い値を維持していた。スチールウールを用いた試験では、１００回で１４０°に低下し、２００回で１３０°、１０００回で１００°まで低下した。スチールウールで擦ると１００回あたりからモスアイ構造が削り取られた。
上記の試料フィルムを用いて、光学装置用ケースの窓部材（試料）を作製し、非着氷雪性、防曇性、耐久性、メンテナンス性、消費電力を評価した。実施例１は、図１に示した窓部材２０Ａの構造を有し、実施例２は、図３に示した窓部材２０Ｃの構造を有する。参考例１は、基板のおもて面に、市販の撥水コート（水に対する接触角：１１０°）を付与し、裏面にヒーターを設けた。ここで、ヒーター（抵抗発熱体）としては、ＩＴＯ層を用いた。ＩＴＯ層の厚さは、約１００ｎｍ以下、シート抵抗は約１００Ω/ｓｑ以下である。シート抵抗は、例えば、２４Ｖ仕様で約５０Ω／ｓｑである。比較のために、窓部材に用いた基板（ポリカーボネート板：厚さ２ｍｍ、大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍ）のみについても併せて評価した。
評価結果を表１に示す。
非着氷雪性は、試料の表面に水滴を垂らし、冷凍庫で凍結（−５℃、１時間）させ、着氷した氷が軽い衝撃で脱落するかを確認した。○：軽い衝撃で脱落、△：溶解とともに滑り落ちる、×：全く落ちない
防曇性は、防曇性評価装置（協和界面科学株式会社製、ＡＦＡ−１）を用いて評価した。○：評価指数５．０以下、△：評価指数５．０超１０以下、×：評価指数２０以上
耐久性は、３ヶ月の屋外暴露試験後の性能の変化で評価した。○：問題なし、×：著しい性能劣化あり
メンテナンス性は、部材交換の必要性で評価した。○：必要なし、△：低頻度の交換（１年以上）、×：高頻度の交換（半年以内）
消費電力は、ヒーター駆動時の消費電力で評価した。○：１０Ｗ以下、△：１５Ｗ以下、×：１６Ｗ以上
Figure 0006986551
表１の結果から理解されるように、実施例１および実施例２の窓部材は、非着氷雪性および耐久性に優れている。また、実施例２は、親水性層（ポーラスアルミナ層）を有するので、防曇性にも優れている。実施例１が防曇性にやや劣るのは、結露の対策が十分でないからである。また、実施例１がメンテナス性にやや劣るのは、結露により電極が腐食するおそれがあるからである。実施例１が実施例２よりも消費電力が大きいのは、結露を防止するための電力が余分に必要だからである。
本発明の実施形態は、屋外に設置される種々の光学装置、例えば、各種信号機用ランプ、カメラ（例えば、監視カメラ、車載カメラ）、光学検出装置（例えば、車両検出装置）に好適に用いられる。
１０ ：筺体
１２ ：空間
２０ ：抵抗発熱体
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ ：窓部材
２２ ：透光性部材
２３、２７ ：接着層
２４ ：抵抗発熱体（透明導電層）
３４Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ ：光硬化樹脂層
３４Ａｐ、３５Ｂｐ、３５Ｃｐ ：凸部
３５ａ ：下側樹脂層
３５ｂ ：上側樹脂層
３９ ：酸化物層（二酸化ケイ素層）
４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ ：ベースフィルム
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ ：高分子フィルム
６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ ：親水性層
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ ：光学装置用ケース
ＯＥ ：光学素子（ＬＥＤ素子）

Claims (7)

  1. 透光性の窓部材と、
    受光素子および／または発光素子を収容する空間を有する筺体と、
    を有し、
    前記窓部材は、透光性部材と、前記透光性部材の外側表面に設けられた高分子フィルムであって、表面にモスアイ構造を有し、前記表面の水に対する接触角は１４０°以上である高分子フィルムと、前記透光性部材の内側表面に設けられた抵抗発熱体とを備え、
    前記抵抗発熱体の前記透光性部材と反対側に設けられた親水性層をさらに有し、前記親水性層の表面の水に対する接触角は２０°以下であり、
    前記親水性層は、ポーラスアルミナ層を含み、
    前記ポーラスアルミナ層は、表面に反転されたモスアイ構造を有する、光学装置用ケース。
  2. 前記抵抗発熱体は、前記透光性部材の内側表面に形成された透明導電層を含み、前記ポーラスアルミナ層は、前記透明導電層上に形成されている、請求項１に記載の光学装置用ケース。
  3. 前記透明導電層は、インジウムドープスズ酸化物層と、前記インジウムドープスズ酸化物層と前記ポーラスアルミナ層との間に形成されたアンチモンドープスズ酸化物層および／またはフッ素ドープスズ酸化物層とを含む、請求項２に記載の光学装置用ケース。
  4. 前記ポーラスアルミナ層は、Ｔｉを含む、請求項１から３のいずれかに記載の光学装置用ケース。
  5. 請求項１から４のいずれかに記載の光学装置用ケースと、前記光学装置用ケース内に配置されたＬＥＤ素子とを有する、信号機用ランプ。
  6. 請求項１から４のいずれかに記載の光学装置用ケースと、前記光学装置用ケース内に配置された撮像素子とを有する、カメラ。
  7. 請求項１から４のいずれかに記載の光学装置用ケースと、前記光学装置用ケース内に配置された光センサとを有する、光学検出装置。
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