JP7092788B2

JP7092788B2 - レンズユニット

Info

Publication number: JP7092788B2
Application number: JP2019551228A
Authority: JP
Inventors: 孝行杉目; 修中山; 進柴崎; 雅志吉村
Original assignee: Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2038-10-25
Also published as: JPWO2019082957A1; US20210011198A1; WO2019082957A1; CN111263910B; CN111263910A; US11768317B2; US20230384483A1

Description

本発明は、カメラで用いられるレンズユニットに関する。

近年、自動車では、バックモニタ用のバックカメラや、自動ブレーキや自動運転用のカメラ等の車載カメラが用いられている。車載カメラが搭載される自動車が過酷な環境での使用が想定されることから、車載カメラに対しても過酷な環境、例えば、高温下でも使用できることが要求される。また、車載カメラのレンズユニットを構成するレンズ群のうちの最も物体側のレンズは、車外に露出した状態で使用されることが多く、傷つく虞がある。

このような車載カメラにおいては、複数枚のレンズからなる一群のレンズをガラスレンズとする（例えば、特許文献１参照）が、コスト低減のために、樹脂レンズとする場合もある。
通常、ガラスレンズや樹脂レンズには、反射防止膜が施されるのが一般的である。反射防止膜には、透過率を増やしたり、コントラストを高めたり、ゴースト像の発生を取り除いたりして、光学素子の効率を高める効果がある。反射防止膜は、真空蒸着によりガラスレンズおよび樹脂レンズにコーティングされる。反射防止膜としては、たとえばSiO₂層とLaTiO₃層を交互に形成したものや、SiO₂層とTa₂O₅層を交互に形成したものがよく利用されている。なお、真空蒸着による反射防止膜のコーティングでは、レンズ表面の一部だけ、コーティングすることが可能である。また、車外に露出する最前のレンズには、反射防止膜のコーティングとともに、雨や洗車等の水に対応して撥水加工が施されている。

特開２０１６－２２４３８８号公報

ところで、上述のような樹脂レンズの耐熱性試験で、樹脂レンズと上述のような反射防止膜との熱膨張率の違い等により仕様温度の上限の一例である１２５℃にて反射防止膜にクラックが発生するという問題がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、車載カメラ等として、最前のレンズを外界に長期的に露出させた状態に使用可能で、樹脂レンズの高温下での耐久性を向上できるレンズユニットを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のレンズユニットは、複数枚のレンズを当該レンズの光軸を合わせて並べて配置したレンズユニットであって、前記レンズには、ガラスレンズと樹脂レンズとが含まれ、最も物体側の前記レンズを前記ガラスレンズとし、前記ガラスレンズを除いて、鏡筒内部に格納される樹脂レンズには、高耐熱反射防止膜を施したことを特徴とする。

このような構成によれば、最も物体側で外界に露出するレンズをガラスレンズとするとともに、それ以外のレンズに主に樹脂レンズを用いることができるので、樹脂レンズを露出させることで傷付き易くなるのを防止しつつ樹脂レンズを用いてコストの低減を図り、かつ、ハードコートに比較して傷付き易い高耐熱性反射防止膜を鏡筒内の樹脂レンズにコーティングすることで、他の物体との接触による損傷を回避しつつ、高温下でも反射防止膜による光学特性の向上効果を得られることになり、高温になってもレンズユニットの性能を維持することができる。

本発明の前記構成において、前記樹脂レンズの前記高耐熱反射防止膜は、１２５℃以上の耐熱性を有することが好ましい。
このような構成によれば、高耐熱反射防止膜が１２５℃でひび割れるのが抑制され、高温下であっても性能を維持することができる。なお、ひび割れの原因には、高耐熱反射防止膜の耐熱性だけではなく、樹脂レンズと高耐熱反射防止膜との熱膨張率の差があり、高耐熱反射防止膜は、樹脂レンズに設けられた状態で少なくとも１２５℃以下でひび割れないことが好ましく、高耐熱反射防止膜の材質単体の場合も１２５℃以下で熱を原因とする損傷が生じないものであることが好ましい。また、１２５℃を超える場合に、できるだけ高耐熱反射防止膜が熱による損傷を受けないことが好ましいが、１４０℃以上や１５０℃以上の耐熱性がなくてもよい。

また、本発明の前記構成において、前記高耐熱反射防止膜は、当該高耐熱反射防止膜中の体積率が５～７４％である複数の無機粒子と、隣り合う前記無機粒子の間に形成され、体積率が６５％以下である空気層と、前記無機粒子または前記無機粒子および前記空気層をバインディングし、前記無機粒子よりも低いヤング率を有し、体積率が５～９５％である、有機化合物、無機化合物および無機高分子のいずれかと、を備える。
このような構成により、高耐熱反射防止膜は、柔軟性および可撓性を有するとともに耐熱性に優れたものとなり、その結果、高温時における高耐熱反射防止膜のひび割れ等を防止できる。この場合、特に、空気層（空隙）は、隣り合う無機粒子の間に形成されているため、高耐熱反射防止膜が形成されているレンズが温度変化によって膨張したり収縮したりしても、高耐熱反射防止膜がそれに追随できる。そのため、高耐熱反射防止膜が破壊されてしまうことを防止できる。なお、かかる高耐熱反射防止膜はレンズに浸漬により形成されることが好ましい。

また、本発明の前記構成において、前記高耐熱反射防止膜は空隙を有する微粒子積層薄膜からなり、この微粒子積層薄膜は、電解質ポリマーと微粒子とが交互に吸着されてレンズに積層状態で結合されていることが好ましい。
このような構成により、高耐熱反射防止膜は、柔軟性および可撓性を有するとともに耐熱性に優れたものとなり、その結果、高温時における高耐熱反射防止膜のひび割れ等を防止できる。この場合、特に、空隙の存在により、高耐熱反射防止膜が形成されているレンズが温度変化によって膨張したり収縮したりしても、高耐熱反射防止膜がそれに追随できる。そのため、高耐熱反射防止膜が破壊されてしまうことを防止できる。なお、かかる高耐熱反射防止膜はレンズに浸漬により形成されることが好ましい。

高耐熱反射防止膜は、高耐熱である反面、その構造上非常に柔らかく脆いため、僅かな接触でも傷が付き易く、剥がれ易い。
本発明においては、外界に露出し、外界からの接触の可能性がある最も物体側（前側）のガラスレンズには高耐熱反射防止膜を設けず、外界からの接触の可能性がない内部の樹脂レンズに対して高耐熱反射防止膜を設けることにより、接触による損傷を防止しつつ、高温下での反射防止膜のひび割れを抑制し、高温下での耐久性を向上し、高温下での耐久性のある光学特性に優れたレンズユニットを提供することができる。

本発明の前記構成において、最も物体側の前記レンズだけを前記ガラスレンズとし、残りの前記レンズを全て前記樹脂レンズとすることが好ましい。

このような構成によれば、外界に露出する最前のガラスレンズ以外は、全て樹脂レンズとなり、内部のレンズ全てに高耐熱反射防止膜を設けることができるとともに、コストの低減を図ることができる。

また、本発明の前記構成において、前記樹脂レンズには、複数の前記樹脂レンズを貼り合わせた接合レンズが含まれ、貼り合わされた前記樹脂レンズ同士の間を除く前記接合レンズの外側の面だけに前記高耐熱反射防止膜が設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、接合レンズを構成する樹脂レンズ同士の間に、高耐熱反射防止膜が接着剤層を挟んで配置されることによる不都合を抑制できる。ここで、真空蒸着によるコーティングではなく、高耐熱反射防止膜の場合に、２面を有するレンズの１面だけにコーティングを行うことは困難である。したがって、張り合わせる前の樹脂レンズに浸漬により高耐熱反射防止膜を施した場合に、互いに接着される面にも高耐熱反射防止膜が施されてしまい、高耐熱反射防止膜同士を接着することになる。

この場合に、張り合わせる樹脂レンズ同士の間に、高耐熱反射防止膜が接着剤層を挟んで配置されることにより、媒質が空気ではなく接着剤となり、媒質の屈折率が異なる。すなわち、空気の屈折率１．０から接着剤の屈折率約１．５となってしまい、反射率が変化し、ゴースト等の光学特性に影響を及ぼす恐れがある。

そこで、例えば、レンズ同士を張り合わせた後に浸漬により高耐熱反射防止膜を施すものとすれば、レンズ同士の間には、接着剤が充填された状態で高耐熱反射防止膜が入り込まず、接合レンズの外側の面だけに高耐熱反射防止膜が形成された状態となり、上述のような問題が生じない。

また、本発明の前記構成において、最も物体側の前記ガラスレンズには超硬質膜を施すことが好ましい。
このような構成によれば、最も物体側の外界に露出するレンズをガラスレンズとするとともに、コストの安い樹脂レンズを用いることにより、耐久性が高く安価なレンズユニットとすることができる。この際に最も物体側のガラスレンズに超硬質膜を施すことにより、ガラスレンズの表面が超硬質膜で覆われて傷付き難くなり、外界に露出するガラスレンズの耐久性が向上し、傷による性能劣化を抑制できる。

本発明の前記構成において、前記ガラスレンズの前記超硬質膜は、モース硬度８以上であることが好ましい。
このような構成によれば、走行時や洗車等により生じる摩擦程度で傷が付くのを抑制し、レンズユニットの性能を長期に維持することが可能となる。
また、本発明の前記構成において、鏡筒は、光軸方向から見て、高耐熱反射防止膜が形成された樹脂レンズと点接触する内周面形状を成すことが好ましい。その場合、鏡筒は、樹脂レンズの高耐熱反射防止膜と接触するその内周面が多角形に形成されることが更に好ましい。
前述したようにその構造上非常に柔らかいとともに脆くて剥がれ易い高耐熱反射防止膜が浸漬によってレンズの全面にわたって形成される場合、レンズを保持する鏡筒の内周面が円形であると、鏡筒がレンズと面接触する結果となるため、レンズを鏡筒内に挿入して組み付ける際や振動試験時等においてレンズの側面にコーティングされた高耐熱反射防止膜が鏡筒の内周面と擦れ合ってレンズから剥がれ落ち、それが異物となって外観不良や光学性能の低下につながる虞がある。しかしながら、本発明のように樹脂レンズの高耐熱反射防止膜と接触する鏡筒の内周面を多角形に形成すれば、鏡筒がレンズと点で接触することになるため、鏡筒とレンズとの接触面積が少なくなり、高耐熱反射防止膜の剥離（脱落）を防止することができる。この場合、鏡筒の多角形の角数は８～１４であることが好ましい。角数が８を下回ると、レンズの側面と鏡筒の内周面との間の隙間が大きくなって鏡筒が大径化してしまい、一方、角数が１４を上回ると、レンズの側面にコーティングされた高耐熱反射防止膜と鏡筒の内周面との接触面積が大きくなり、高耐熱反射防止膜の剥離が生じ易くなる。そのため、レンズ成形時のゲートに関連するレンズ外周の非円形部のサイズにも依るが、樹脂レンズの高耐熱反射防止膜と接触する鏡筒の内周面は１２角形であることが更に好ましい。これによれば、鏡筒に対するレンズの座り（嵌まり具合）が良好となり、鏡筒に対するレンズの組み込み挿入がし易くなる。

本発明によれば、高い耐久性を備えたレンズユニットを低コストで供給することが可能となる。

本発明の実施の形態のレンズユニットを示す断面図である。同、接合レンズを示す断面図である。同、接合途中の接合レンズを示す断面図である。同、鏡筒の多角形形状を示す断面図である。同、高耐熱反射防止膜が形成されて成るレンズの要部拡大断面図である。同、他の高耐熱反射防止膜を示す図であり、シリカゾルの塗布に伴う微粒子間の結合の様子を示した概念図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１に示す本実施の形態のレンズユニット１１は、例えば、車載カメラ用のものであり、自動車の外側に少なくともレンズユニット１１の物体側の端部を露出して設置される。

図１に示すように、この実施の形態のレンズユニット１１は、略円筒状の鏡筒１２と、鏡筒１２内に配置される複数（例えば、４つ）のレンズ１３、１４、１５、１８と、複数(例えば、２つ)の絞り部材２１、２２とを備える。このレンズユニット１１を備える車載カメラは、上述のレンズユニット１１と、図示しないイメージセンサを有する基板と、当該基板を自動車等の車両に設置する図示しない設置部材とを備えるものである。

鏡筒１２に固定されて支持されている複数のレンズ１３、１４、１５、１８は、それぞれの光軸を一致させた状態に配置されており、１つの光軸に沿って各レンズ１３、１４、１５、１８が並べられた状態となって、撮像に用いられる１群のレンズ群を構成している。また、レンズ１８は、接合レンズ１８であり、レンズ１６とレンズ１７が接合された状態となっている。なお、接合レンズは、より少ないレンズ枚数で、色収差などの補正を行うために、異なるレンズのレンズ面を接着剤で貼合わせたものである。

２つの絞り部材２１、２２のうちの物体側（鏡筒１２の前側端部）から１番目の絞り部材２１は、物体側から２番目のレンズ１４と３番目のレンズ１５との間に配置されている。物体側から２番目の絞り部材２２は、物体側から３番目のレンズ１５と４番目のレンズ１６との間に配置されている。絞り部材２１、２２は透過光量を制限し、明るさの指標となるＦ値を決定する「開口絞り」またはゴーストの原因となる光線や収差の原因となる光線を遮光する「遮光絞り」である。

鏡筒１２は、物体側の一方の端部が、カシメられることにより、その内径が縮径され、内部に収用された最も物体側のレンズ１３（前玉）の外径より鏡筒１２の物体側の端部の内径が小さくされている。また、鏡筒１２の像側の後側端部には、接合レンズ１８より径の小さい開口部を有する枠部２４が設けられている。これら枠部２３、２４により、鏡筒１２内にレンズ群を構成する複数のレンズ１３、１４、１５、１８と絞り部材２１、２２が保持されている。なお、枠部２３は、鏡筒１２にレンズ１３、１４、１５、１８を収納した後に鏡筒１２の物体側の端部に取り付けられるものであってもよい。

最も物体側のレンズ１３の外周面には、当該レンズ１３の像側部分に径が小さくなった縮径部が設けられ、当該縮径部にシール部材としてのＯリング２６が設けられ、レンズ１３の外周面と鏡筒１２の内周面との間を、鏡筒１２の物体側端部で封止した状態となっている。これにより、レンズユニット１１の物体側の端部から鏡筒１２内に水や塵埃等の微粒子が浸入するのを防止できる。

鏡筒１２は、その内径が物体側から像側に向かって段階的に小さくなっている。これに対応して、レンズ１３、１４、１５、１８は、それらの配置位置が物体側から像側に向かうにつれて、外径が小さくなっている。基本的にレンズ１３、１４、１５、１８それぞれの外径と、鏡筒１２の各レンズ１３、１４、１５、１８が支持される部分それぞれの内径とは略等しくなっている。但し、鏡筒１２の内周面は、円筒状ではなく、例えば、１２角形等の多角形となっている。また、鏡筒１２の外周面には、鏡筒１２を車載カメラに設置する際に用いられるフランジ部２５が鏡筒１２の外周面に鍔状に設けられている。

本実施の形態において、レンズ１３、１４、１５、１８のうちの最も物体側の車外（鏡筒１２外）に露出するレンズ１３がガラスモールドまたは研磨によるガラスレンズで、レンズ１４、１５、及び接合レンズ１８が成形による樹脂レンズとなっている。

最も像側の接合レンズ１８は、その外周部の像側の面が基準面として光軸に直交する面となっている。この接合レンズ１８の基準面は、上述の鏡筒１２の像側端部に設けられて、接合レンズ１８の外径より小さな内径の開口部を有する枠部２４の内面側の基準面に当接するようになっている。
本実施の形態において、接合レンズ１８は、図２に示すように、物体側の凹レンズ１６と、像側の凸レンズ１７とを接着剤７（図３に図示）で貼り合わせたものである。

最も前側（物体側）のレンズ１３には、例えば、光学ガラスが用いられ、特に他のレンズ１４、１５、１８との組み合わせを考慮したレンズ用ガラスが用いられる。
レンズ１３は、樹脂レンズより硬いガラスレンズであり、当該ガラスレンズには、超硬質膜が施されている。超硬質膜のモース硬度は、８．０以上となっている。
この超硬質膜は、ガラス上にSi₃N₄層とSiO₂層を交互に形成した６層構造となっている。この硬質膜は、窒化物を含んでいるため超硬質となる。この超硬質膜の成膜方法はスパッタリング方式である。なお、この超硬質膜は製膜温度が高いため樹脂レンズには使用が困難である。

本実施の形態において、レンズ１４、１５、及び接合レンズ１８を構成するレンズ１６、１７は、樹脂レンズである。
レンズ１４、１５、接合レンズ１８には、高耐熱反射防止膜が施されている。高耐熱反射防止膜のコーティングは、たとえば、湿式であってもよく、原料溶液にレンズを浸漬して成膜することが可能である。高耐熱反射防止膜は、高耐熱である反面、その構造上非常に柔らかく脆いため、僅かな接触でも傷が付き易く、剥がれ易い。そこで、本実施の形態では、外界に露出し、外界からの接触の可能性がある最も物体側のレンズ１３には高耐熱反射防止膜を設けず、外界からの接触の可能性がない内部のレンズであるレンズ１４、１５、及び接合レンズ１８に対して高耐熱反射防止膜を設けている。

ここで、接合レンズ１８は、図２に示す形状を有し、図３に示すメニスカスレンズ１６と両凸レンズ１７を貼り合わせたものであるが、高耐熱反射防止膜は、二つのレンズ１６、１７のそれぞれに行ったものではなく、二つのレンズ１６、１７を貼り合わせて一つの接合レンズとした後に高耐熱反射防止膜をコーティングしたものである。すなわち、図３に示すようにレンズ１６とレンズ１７を貼り合わせる際に、レンズ１６、１７の表面には、未だ高耐熱反射防止膜が施されておらず、レンズ１６およびレンズ１７は、間に接着剤７を挟んだ状態で接合される。図２に示す接合された接合レンズ１８が高耐熱反射防止膜の原料溶液に浸漬されて高耐熱反射防止膜が成膜される。

したがって、貼り合わされるレンズ１６およびレンズ１７の接合部分には、レンズ１６とレンズ１７との間に隙間なく接着剤が充填された状態であり、浸漬時にこれらレンズ１６、１７の間に浸漬用の溶液が入り混むことができない。これにより、少なくとも貼り合わされるレンズ１６の像側レンズ面とレンズ１７の物体側レンズ面には、高耐熱反射防止膜が形成されておらず、貼り合わされた接合レンズ１８の外側の面に高耐熱反射防止膜が施された状態である。これにより、浸漬により湿式で高耐熱反射防止膜をコーティングするものとしても、貼り合わされるレンズ１６、１７の接合面に高耐熱反射防止膜が施されることがなく、レンズ１６、１７の接合部分で高耐熱反射防止膜による悪影響を防止できる。すなわち、高耐熱反射防止膜は空気層に接することを前提として透過率を上げるように設計されているものであり、接着剤層に接して用いるとむしろ透過率が下がってしまうという悪影響を防止できる。なお、光学素子として有効な範囲であるレンズ面の外側には、レンズ１６とレンズ１７との間に必ずしも接着剤があるとは限らないので、有効径の外側では、高耐熱反射防止膜がレンズ１６とレンズ１７との間に形成される可能性がある。この場合は、必要な光線が通る領域の外側なので、必ずしも問題にならない。なお、高耐熱反射防止膜を湿式（浸漬）以外の方法で成膜する場合（例えば、蒸着等）であっても、レンズ１６とレンズ１７を接合した後に行うものとしてもよい。
なお、本実施例の接合レンズ１８はメニスカスレンズ１６と両凸レンズ１７の貼り合せであるが、これに限らず、一方のレンズの凸面と他方のレンズの凹面を貼り合せたものであればよく、２枚に限らず３枚以上の接合レンズであってもよい。

前述のように、本実施の形態において、レンズ群を構成する各レンズ１３、１４、１５、１８のうち、外界に露出しない樹脂製のレンズ１４、１５、１８の表面（物体側に面する外表面）には上述の高耐熱反射防止膜３０（図５に図示）が形成される。無論、鏡筒１２の物体側の端部に設けられるガラスのレンズ１３に高耐熱反射防止膜３０を形成し、その上に超硬質膜を形成するようにしてもよい。また、高耐熱反射防止膜３０が各樹脂製のレンズ１４、１５、１８の裏面にも設けられてもよく、浸漬による湿式の成膜の場合に表裏両面に設けることが好ましい。
また、前述したように、鏡筒１２の内周面は、円筒状ではなく、例えば、１２角形等の多角形となっている。すなわち、鏡筒１２は、図４に明確に示されるように、樹脂レンズ１４、１５、１８の高耐熱反射防止膜３０と接触するその内周面１２ａが多角形に形成されている。前述したようにその構造上非常に柔らかいとともに脆くて剥がれ易い高耐熱反射防止膜３０が浸漬によってレンズ１４、１５、１８の全面にわたって形成される場合、レンズ１４、１５、１８を保持する鏡筒１２の内周面１２ａが円形であると、鏡筒１２がレンズ１４、１５、１８と面接触する結果となるため、レンズ１４、１５、１８を鏡筒１２内に挿入して組み付ける際や振動試験時等においてレンズ１４、１５、１８の側面にコーティングされた高耐熱反射防止膜３０が鏡筒１２の内周面１２ａと擦れ合ってレンズ１４、１５、１８から剥がれ落ち、それが異物となって外観不良や光学性能の低下につながる虞がある。しかしながら、本実施の形態のように樹脂レンズ１４、１５、１８の高耐熱反射防止膜３０と接触する鏡筒１２の内周面１２ａを多角形に形成すれば、鏡筒１２がレンズ１４、１５、１８と点Ｐで接触することになるため、鏡筒１２とレンズ１４、１５、１８との接触面積が少なくなり、高耐熱反射防止膜３０の剥離（脱落）を防止することができる。この場合、鏡筒１２の多角形の角数は８～１４であることが好ましい。角数が８を下回ると、レンズ１４、１５、１８の側面と鏡筒１２の内周面１２ａとの間の隙間Ｃが大きくなって鏡筒１２が大径化してしまい、一方、角数が１４を上回ると、レンズ１４、１５、１８の側面にコーティングされた高耐熱反射防止膜３０と鏡筒１２の内周面１２ａとの接触面積が大きくなり、高耐熱反射防止膜３０の剥離が生じ易くなる。そのため、レンズ成形時のゲートに関連するレンズ外周の非円形部（図示せず）のサイズにも依るが、樹脂レンズ１４、１５、１８の高耐熱反射防止膜３０と接触する鏡筒１２の内周面１２ａは図４に示されるような１２角形であることが更に好ましい。これによれば、鏡筒１２に対するレンズ１４、１５、１８の座り（嵌まり具合）が良好となり、鏡筒１２に対するレンズ１４、１５、１８の組み込み挿入がし易くなる。また、このように鏡筒１２の内周面１２ａを多角形にすることにより形成されるレンズ１４、１５、１８と鏡筒１２との間の隙間Ｃは、鏡筒１２に対するレンズの組み込み挿入性が向上するため、非常に有益である。多角形は正多角形として接触点Ｐの間隔は等間隔であることが望ましい。これにより、レンズ１４、１５、１８が鏡筒１２によりバランスよく保持され、偏った歪などを抑制することができる。
なお、レンズ１４、１５、１８は接触点Ｐにより接触保持されれば足りるので、接触点Ｐで点接触させるような形状であれば鏡筒１２の内周面１２ａの形状も多角形である必要性はなく、例えば鏡筒１２の内周面１２ａを円形状として光軸方向に延びる突起状のリブを等間隔に設けることで点接触を実現できる。接触点Ｐを結んだ形状が多角形であればよく、正多角形であることが望ましい。

樹脂製のレンズ１４、１５、１８の表面に形成される高耐熱反射防止膜３０は、当該高耐熱反射防止膜３０中の体積率が５～７４％である複数の無機粒子と、体積率が６５％以下である複数の空気層と、前記無機粒子または前記無機粒子および前記空気層をバインディングし、前記無機粒子よりも低いヤング率を有し、体積率が５～９５％である、有機化合物、無機化合物および無機高分子のいずれかと、を備えている。以下、これについて詳しく説明する。

図５は、高耐熱反射防止膜３０が形成されて成るレンズ１４（１５、１８）の光入射面付近の要部拡大断面図である。図示のように、高耐熱反射防止膜３０は、複数の無機粒子３１と、バインダ３２と、複数の空気層（空隙）３３とを含む。無機粒子３１の粘弾性はバインダ３２の粘弾性と異なる。具体的には、無機粒子３１のヤング率は５０ＧＰａ以上である。バインダ３２のヤング率は５ＧＰａ以下である。

高耐熱反射防止膜３０は、異なる粘弾性を有する複数の組成物を含有する。そのため、高耐熱反射防止膜３０は、高い強度と高い可撓性とを有する。樹脂からなるレンズ１４（１５、１８）は、熱により膨張する。バインダ３２のヤング率は低いため、高耐熱反射防止膜３０の可撓性が高くなる。そのため、レンズ１４（１５、１８）が熱により膨張しても、高耐熱反射防止膜３０は割れにくい。一方、無機粒子３１のヤング率は５０ＧＰａ以上である。無機粒子３１は、高耐熱反射防止膜３０の強度を向上し、高耐熱反射防止膜３０の表面に傷が形成されるのを抑制する。

バインダ３２は、光透過性を有し、複数の無機粒子３１を含有する。前述のように、バインダ３２のヤング率は５ＧＰａ以下である。バインダ３２は、有機化合物または無機化合物である。バインダ３２は例えば樹脂である。樹脂は、例えば、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリビニルピリジン、ジアリルアミン重合体、マレイン酸－ジアリルアミン共重合体、ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース、ニトロセルロース、ポリエステル、アルキド樹脂、フルオロアクリレート、フッ素ポリマー等の１種または２種以上からなる。フッ素ポリマーは、例えば、フルオロオレフィン類（フルオロエチレン、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン、パーフルオロオクチルエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ－２、２－ジメチル－１、３－ジオキソール等）、完全または部分フッ素化ビニルエーテル類等である。バインダ３２の屈折率は、１．３５以下であり、好ましい屈折率は１．３０以下である。

また、バインダ３２は、無機高分子、例えば、珪素化合物あるいはその加水分解物もしくはその重縮合物であってもよい。珪素化合物は、例えば、シランカップリング剤である。シランカップリング剤は、無機粒子の表面を修飾する。これにより、有機溶媒中における無機粒子の分散安定性が向上し、無機粒子の凝集および沈降が抑制される。

無機粒子３１は、例えば、無機酸化物や、無機フッ化物である。無機酸化物はたとえば、酸化セリウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化珪素、酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化イットリウム、酸化ビスマスである。無機フッ化物はたとえば、フッ化マグネシウム、フッ化アルミニウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウムである。複数の無機粒子３１は、上記無機酸化物および無機フッ化物の中から選択される１種または２種以上を含む。

好ましくは、無機粒子３１は、酸化アルミニウムおよび／または酸化珪素である。酸化アルミニウムおよび酸化珪素の屈折率は、いずれも低い。酸化アルミニウムの屈折率は１．７～１．９であり、酸化珪素の屈折率は１．４～１．７である。そのため、高耐熱反射防止膜３０の屈折率を低くすることができる。

無機粒子３１の粒径が大きすぎると、無機粒子３１が光を散乱しやすくなる。さらに、高耐熱反射防止膜３０の膜厚にばらつきが生じる。したがって、無機粒子３１の好ましい平均粒径は、１００ｎｍ以下である。平均粒径の好ましい下限値は８ｎｍである。粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による写真画像から任意に抽出された１００個の無機粒子の粒径を測定し、その平均値を求めることにより決定される。

また、高耐熱反射防止膜３０中の無機粒子３１の体積率は、５～７４％である。また、高耐熱反射防止膜３０中のバインダ３２の体積率は、５～９５％である。高耐熱反射防止膜３０中の空気層の体積率は６５％以下である。

無機粒子３１の体積率が小さすぎれば、高耐熱反射防止膜３０の強度が低下する。また、無機粒子３１の体積率が大きすぎれば、高耐熱反射防止膜３０の可撓性が低下する。一方、バインダ３２の体積率が小さすぎれば、高耐熱反射防止膜３０の可撓性が低下する。また、バインダ３２の体積率が大きすぎれば、高耐熱反射防止膜３０の強度が低下する。

無機粒子３１の体積率が５～７４％であり、かつ、バインダ３２の体積率が５～９５％であり、空気層が６５％以下であれば、高耐熱反射防止膜３０は可撓性および強度を有する。そのため、高耐熱反射防止膜３０には傷が付きにくく、かつ、高温時に樹脂からなるレンズが熱膨張しても、高耐熱反射防止膜３０はひび割れしにくい。

高耐熱反射防止膜３０は、湿式プロセスにより形成される。より具体的には、高耐熱反射防止膜３０は、高耐熱反射防止膜３０を構成する塗布液を樹脂レンズ１４、１５、１８の表面に塗布することにより形成される。塗布液を塗布する方法は、たとえば、インクジェットプリンティング法、スプレー法、スピンコート法、ディップコート法、スクリーン印刷等である。

以下、製造方法の一例として、ディップコート法により反射防止膜を形成する方法を説明する。
高耐熱反射防止膜３０の組成を含有する塗布液を準備する。塗布液で使用される溶媒はたとえば、テトロヒドラフラン（tetrahydrofuran：ＴＨＦ）や、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（N,N-dimethylformamide:ＤＭＦ）である。溶媒は、これらの物質に限定されない。溶媒は水でもよい。溶媒が有機溶媒である場合、好ましい有機溶媒の沸点は３０℃～２５０℃である。有機溶媒の沸点が低すぎる場合、有機溶媒の揮発速度が速すぎる。そのため、高耐熱反射防止膜３０の膜厚が均一になりにくい。一方、有機溶媒の沸点が高すぎると、有機溶媒が揮発しにくい。そのため、高耐熱反射防止膜３０が形成されにくい。好ましい有機溶媒の沸点は５０℃～１５０℃である。
塗布液の粘度及び表面張力は、低い方が好ましい。塗布液の好ましい粘度は１０（ｍＰａ・ｓ）以下であり、更に好ましくは１（ｍＰａ・ｓ）以下である。塗布液の好ましい表面張力は７０（ｍＮ／ｍ）以下であり、更に好ましくは２０（ｍＮ／ｍ）以下である。樹脂レンズ１４、１５、１８を挟持した挟持部材を塗布液で満たされたディップ槽から引き上げるときに、挟持部材から塗布液を速やかに排出するためである。塗布液の粘度および表面張力の物性を制御するために、塗布液に界面活性剤などを添加してもよい。

塗布液において、無機粒子３１の１００重量部に対するバインダ３２の重量部は、１～１００であり、溶媒の重量部は２０００～１０００００である。この場合、形成された高耐熱反射防止膜３０内の無機粒子３１の体積率は５～７０％になり、バインダ３２の体積率は３０～９５％になる。

次に、複数の樹脂レンズ１４、１５、１８を挟持部材で挟持し、塗布液を入れたディップ槽に浸漬する。

次に、浸漬された複数の樹脂レンズ１４、１５、１８を、一定の速度でディップ槽から引き上げる。これにより、樹脂レンズ１４、１５、１８の表面に塗布液が塗布される。引き上げる速さは、樹脂レンズ１４、１５、１８表面に形成する高耐熱反射防止膜３０の厚さに応じて変更される。

次に、樹脂レンズ１４、１５、１８に塗布された塗布液を乾燥する。引き上げられた樹脂レンズ１４、１５、１８を所定の温度でベークしてもよい。
これにより高耐熱反射防止膜３０が形成される。

高耐熱反射防止膜３０内では、無機粒子３１同士が接触する。隣り合う無機粒子３１の間に、空気層３３が形成される。前述のように、高耐熱反射防止膜３０中の無機粒子３１の体積率は、５～７４％であり、７０％未満でもよい。バインダ３２の体積率は５～９５％であり、９５％未満でもよい。空気層３３の体積率が大きすぎれば、高耐熱反射防止膜３０の強度が低下する。そのため、高耐熱反射防止膜３０Ａ中の空気層３３の体積率は６５％以下である。

空気層３３は、例えば、塗布液内の前述の無機粒子３１に対するバインダ３２の比率に応じて形成される。塗布液内の無機粒子１００重量部に対する好ましいバインダ３２の重量部は、１～１００である。この場合、塗布液を乾燥した後、高耐熱反射防止膜３０Ａ内に空気層３３が形成される。

空気層３３は屈折率が低いため、高耐熱反射防止膜３０の屈折率は低下する。そのため、光の反射がさらに抑制される。
このような構成により、高耐熱反射防止膜３０は、柔軟性および可撓性を有するとともに耐熱性に優れたものとなり、その結果、高温時における高耐熱反射防止膜のひび割れ等を防止できる。この場合、特に、空気層（空隙）３３は、隣り合う無機粒子３１，３１間に形成されているため、高耐熱反射防止膜３０が形成されているレンズ１４、１５、１８が温度変化によって膨張したり収縮したりしても、高耐熱反射防止膜３０がそれに追随できる。そのため、高耐熱反射防止膜３０が破壊されてしまうことを防止できる。

図６は、図５に示した高耐熱反射防止膜３０を、その見方を代えてより詳細に示したものであり、基本的に、図５に示す高耐熱反射防止膜３０と同様のものであるが、以下の説明では、図６に示す高耐熱反射防止膜を高耐熱反射防止膜３０Ａとしてその構造および成膜方法を説明する。この高耐熱反射防止膜３０Ａは空隙を有する微粒子積層薄膜からなり、この微粒子積層薄膜は、電解質ポリマー（バインダ）および微粒子が交互に吸着され、アルコール性シリカゾル生成物を接触させることにより、レンズと微粒子および微粒子同士が結合していることを特徴とする。

このような微粒子積層薄膜（高耐熱反射防止膜）３０Ａは、以下のようにして形成される。図６に示すように、レンズ１４（１５、１８）上には空隙６４を有する微粒子積層薄膜３０Ａが形成される。微粒子積層薄膜３０Ａは、電解質ポリマー６２（例えばバインダ）および微粒子６３を交互に吸着させ、且つ、アルコール性シリカゾル生成物６５（例えばバインダ）を介して、レンズ１４（１５、１８）と微粒子６３および微粒子６３と微粒子６３とが結合するように構成される。以下、微粒子積層薄膜３０Ａの各成分について説明する。

微粒子積層薄膜３０Ａの形成に用いる微粒子は、溶液に分散されている状態で平均一次粒子径が、２～１００ｎｍであることが微粒子積層薄膜３０Ａの透明性を得るために好ましく、微粒子積層薄膜３０Ａの光学機能の確保の観点から、２～４０ｎｍがより好ましく、２～２０ｎｍが最も好ましい。

ここで使用し得る微粒子としては無機微粒子が挙げられる。好ましくは、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、ニオブ、亜鉛、錫、セリウムおよびマグネシウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素を含む酸化物が、透明性の観点から好適に選ばれる。

ここで使用する電解質ポリマーとしては、荷電を有する官能基を主鎖または側鎖に持つ高分子を用いることができる。この電解質ポリマー溶液は、微粒子の表面電荷と反対または同じ符号の電荷の電解質ポリマーを、水、有機溶媒または水溶性の有機溶媒と水の混合溶媒に溶解したものである。

アルコール系シリカゾルとしては、４、３、２官能のアルコキシシラン、およびこれらアルコキシシラン類の縮合物、加水分解物、シリコーンワニス等が使用できる。アルコール性シリカゾル生成物は、少なくとも１種類以上の、下記の一般式で表わされる低級アルキルシリケートを、メタノールおよびエタノールのうちのいずれかの中で加水分解して調製したアルコール性シリカゾルを含むことが好ましい。

（式中、Ｒ^１はメチル基又はエチル基を示す。Ｒ^２は非加水分解性の有機基を示す。）

また、レンズ１４、１５、１８は、そのまま用いるか、またはそれらの表面にコロナ放電処理、グロー放電処理、プラズマ処理、紫外線照射、オゾン処理、アルカリや酸等による化学的エッチング処理、シランカップリング処理等によって、極性を有する官能基を導入してレンズの表面電荷をマイナス若しくはプラスする。

ここで、空隙を有する微粒子積層薄膜３０Ａを生成するためには、例えばディップコート法を用いる。微粒子積層薄膜３０Ａは、以下の工程（１）～（３）を順に実施することにより形成できる（図６参照）。
（１）レンズ１４（１５、１８）上に、電解質ポリマー溶液または微粒子分散液のいずれかを接触または塗布する工程により、電解質ポリマー６２または微粒子６３の層を形成する（図６（ａ））。
（２）電解質ポリマー溶液を接触または塗布させた後のレンズ１４（１５、１８）上に該電解質ポリマー溶液の電解質ポリマーと反対電荷を有する微粒子の分散液を接触または塗布する工程、または微粒子分散液を接触または塗布させた後のプラスチック基材上に該微粒子分散液の微粒子と反対電荷を有する電解質ポリマーの溶液を接触または塗布する工程により、微粒子６３または電解質ポリマー６２の層を形成する（図６（ｂ））。
（３）電解質ポリマー溶液または微粒子を接触または塗布させた後のレンズ１４（１５、１８）上に、アルコール性シリカゾル生成物６５を接触または塗布する工程により、アルコール性シリカゾル生成物６５を介してレンズ１４（１５、１８）と微粒子６３、および微粒子６３同士を結合させる（図６（ｃ））。
このような構成により、高耐熱反射防止膜３０Ａは、柔軟性および可撓性を有するとともに耐熱性に優れたものとなり、その結果、高温時における高耐熱反射防止膜のひび割れ等を防止できる。この場合、特に、空隙６４の存在により、高耐熱反射防止膜３０Ａが形成されているレンズ１４、１５、１８が温度変化によって膨張したり収縮したりしても、高耐熱反射防止膜３０Ａがそれに追随できる。そのため、高耐熱反射防止膜３０Ａが破壊されてしまうことを防止できる。
なお、上述のような高耐熱反射防止膜３０、３０Ａは、１２５℃以上の耐熱性を有するとともに、樹脂のレンズ１４、１５、１８の熱膨張率に近い熱膨張率を有するものを選択することが好ましい。

また、図６に示される微粒子積層薄膜（高耐熱反射防止膜）３０Ａの形成工程では、膜の定着性を高めるためにアルコール性シリカゾル生成物６５が使用されたが、無論、アルコール性シリカゾル生成物６５を用いることなく高耐熱反射防止膜３０Ａを形成することができる。その場合には、例えば、ＢＥＴ法で測定した平均一次粒子径が８ｎｍの数珠状シリカ微粒子が分散したシリカ水分散液（日産化学工業（株）社製、商品名：スノーテックス（ＳＴ）ＯＵＰ、シリカゾル）をｐＨは調整せずに濃度を１質量％に調整した負の電荷を有する微粒子分散液として用い、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ＰＤＤＡ、アルドリッチ社製）を０．１質量％、ｐＨ１０に調整した水溶液を電解質ポリマー溶液として用いる。そして、レンズ１４、１５、１８のそれぞれを、電解質ポリマー溶液に１分間浸漬後にリンス用の超純水を１分間シャワーする工程（ａ）、および、微粒子分散液に１分間浸漬後にリンス用の超純水を１分間シャワーする工程（ｂ）をこの順に施す。その後、工程（ａ）１回と工程（ｂ）１回を順に行なうことを１サイクルとして、このサイクル数を微粒子交互積層回数とし、微粒子交互積層回数を４回行なった後、２５℃で２４時間乾燥する。これにより、それぞれのレンズ１４、１５、１８表面に微粒子積層膜３０Ａが形成される。すなわち、この製法は、レンズ１４、１５、１８の表面に電解質ポリマー溶液（バインダ溶液）を接触させた後にリンスする第１の工程、この第１の工程後、レンズ１４、１５、１８の表面に負の電荷を有する微粒子の分散液を接触させた後にリンスする第２の工程、および、第１の工程と第２の工程とを交互に繰り返して微粒子積層膜を形成する第３の工程を含むとともに、随意的には、微粒子積層膜に電解質ポリマー溶液（バインダ溶液）を接触させた後にリンスする更なる工程を含み、それにより、図６（ｃ）の工程が排除される。

このような本実施の形態のレンズユニット１１によれば、最も物体側で外界に露出するレンズ１３がモース硬度８以上の超硬質膜をコーティングしたガラスレンズであり、露出していても傷付き難く、高い耐久性を有する。このレンズ１３より後ろ側のレンズ１４、１５、１８は、外界に露出しないので、硬質膜なしの樹脂レンズを用いるともに、耐熱性が高く、樹脂レンズと熱膨張率差の小さい高耐熱反射防止膜を施すことにより、１２５℃まではひび割れ等が生じないものを使用する。これにより、摩擦に対する耐久性と熱に対する耐久性に優れたレンズユニット１１を低コストで供給することが可能となる。すなわち、過酷な環境でも使用可能なことが要求される自動車で使用可能な車載カメラに好適なレンズユニットを提供することが可能となる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。例えば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、前述した実施の形態の一部または全部を組み合わせてもよく、あるいは、前述した実施の形態のうちの１つから構成の一部が省かれてもよい。

１１レンズユニット
１３レンズ（ガラスレンズ）
１４レンズ（樹脂レンズ）
１５レンズ（樹脂レンズ）
１６レンズ（樹脂レンズ）
１７レンズ（樹脂レンズ）
１８レンズ（樹脂レンズ：接合レンズ）

Claims

複数枚のレンズを当該レンズの光軸を合わせて並べて配置したレンズユニットであって、
前記レンズには、ガラスレンズと樹脂レンズとが含まれ、
最も物体側の前記レンズを前記ガラスレンズとし、
前記ガラスレンズを除いて、樹脂レンズの全てを鏡筒内部に格納するとともに、その格納された樹脂レンズの表面にのみ単層構造の高耐熱反射防止膜を施し、
前記高耐熱反射防止膜は、
当該高耐熱反射防止膜中の体積率が５～７４％である複数の無機粒子と、
隣り合う前記無機粒子の間に形成され、体積率が６５％以下である空気層と、
前記無機粒子または前記無機粒子および前記空気層をバインディングし、前記無機粒子よりも低いヤング率を有し、体積率が５～９５％である、有機化合物、無機化合物および無機高分子のいずれかと、
を備え、
前記鏡筒の内周面形状が、光軸方向から見て、前記樹脂レンズの前記高耐熱反射防止膜と複数の点で点接触するような形状を成すことを特徴とするレンズユニット。
前記樹脂レンズの前記高耐熱反射防止膜は、１２５℃以上の耐熱性を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
前記高耐熱反射防止膜は空隙を有する微粒子積層薄膜からなり、この微粒子積層薄膜は、電解質ポリマーと微粒子とが交互に吸着されてレンズに積層状態で結合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズユニット。
最も物体側の前記レンズだけを前記ガラスレンズとし、残りの前記レンズを全て前記樹脂レンズとしたことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のレンズユニット。
前記樹脂レンズには、複数の前記樹脂レンズを貼り合わせた接合レンズが含まれ、貼り合わされた前記樹脂レンズ同士の間を除く前記接合レンズの外側の面だけに前記高耐熱反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のレンズユニット。
最も物体側の前記ガラスレンズには超硬質膜を施すことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のレンズユニット。
前記ガラスレンズの前記超硬質膜は、モース硬度８以上であることを特徴とする請求項６に記載のレンズユニット。
前記鏡筒の内周面形状が多角形を成すことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のレンズユニット。