プラスチック製光学部品、およびこれを用いた光学ユニット、ならびにこれらの製造方法
【課題】軽量、低コスト、大量生産適性等に優れた特性に加え、優れた防湿性能を有し、環境に存在する水分の影響を受けても屈折率等の光学性能の変化が極めて少ないプラスチック製光学部品、および該プラスチック製光学部品を用いた光学ユニット、ならびにこれらの製造方法の提供。
【解決手段】少なくとも外気接触面に防湿皮膜が形成されたプラスチック製光学部品であって、前記防湿皮膜は、平均粒径３ｎｍ〜２０ｎｍの無機化合物が平均粒界１ｎｍ〜２０ｎｍをなすように分布した無機化合物層であることを特徴とするプラスチック製光学部品。
【解決手段】少なくとも外気接触面に防湿皮膜が形成されたプラスチック製光学部品であって、前記防湿皮膜は、平均粒径３ｎｍ〜２０ｎｍの無機化合物が平均粒界１ｎｍ〜２０ｎｍをなすように分布した無機化合物層であることを特徴とするプラスチック製光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズやプリズム等のプラスチック製光学部品、およびこれを用いた光学ユニット、ならびにこれらの製造方法の技術分野に属し、詳しくは吸湿による光学性能の変化がきわめて少ないプラスチック製光学部品、これを用いた光学ユニット、ならびにこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラのレンズやファインダ、コピー機器、プリンタ、プロジェクタ、光通信等に用いられる各種のレンズやプリズム、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、拡大鏡等の光学部品は、その多くがガラスを材料として製造されている。
【０００３】
しかしながら、近年のプラスチック素材やプラスチック成形技術の進歩に伴い、安価な光学部品として原料が安く、軽量で、大量生産適性のあるプラスチックによってレンズやプリズム等の光学部品が製造されるようになってきている。
ところが、プラスチックは、吸湿によって屈折率等の光学性能が変化してしまうので、高級な一眼レフカメラ用のレンズなどの、高解像度等の高い精度が要求される用途には、依然としてガラスレンズが使用されている。
このような問題点を解決するために、ポリマー構造の設計等により、高い防湿性を有する、すなわち、吸湿性が低いプラスチック素材自体の開発も行われているが、そのコストが高くなってしまい、プラスチックのコストメリットがなくなるという問題がある。
【０００４】
また、防湿性を有するプラスチック製光学部品を得るために、光学部品の成形段階等において疎水性物質を添加したり、光学部品を非透湿性のバリア膜で覆ったり、光学部品の反射防止膜の表面に、撥水撥油処理した反射防止層被覆層を設けたりすることが行われている（特許文献１参照）。また、プラスチック製光学部品の湿度安定性を向上させるために、ゲートカット部のみに吸湿調整膜を形成することも知られている（特許文献２参照）。さらに、光学系に低吸湿性材料からできた光学ブロックを設置して吸湿による性能変化を光学的に補償することも行われている（特許文献３参照）。
しかし、上記従来技術の方法で得られた防湿性プラスチック製光学部品や特許文献１に記載のバリア膜や反射防止層および反射防止層被覆層を持つプラスチック製光学部品は、十分な防湿性を得ることができておらず、吸湿による屈折率等の光学性能の変化を防止することはできないという問題があった。また、特許文献２に記載の技術では、ゲート部分のみに吸湿調整膜を設けても、周囲からの吸湿速度を一定化することは実質的に困難であるし、表面からの吸湿とあいまって、レンズ内部に光学的に好ましくない屈折率分布やその偏りが生じてしまうことは避けられないという問題があった。さらに、特許文献３に記載の技術では、光学系が複雑になり、コストアップとなるという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１４８４０２号公報
【特許文献２】特開平１１−１０９１０７号公報
【特許文献３】特開２０００−１３７１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決することにあり、プラスチック製光学部品の持つ軽量、低コスト、大量生産適性等に優れた特性に加え、優れた防湿性能を有し、環境に存在する水分の影響を受けても屈折率等の光学性能の変化が極めて少ないプラスチック製光学部品、および該プラスチック製光学部品を用いた光学ユニット、ならびにこれらの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも外気接触面に防湿皮膜が形成されたプラスチック製光学部品であって、
前記防湿皮膜は、平均粒径３ｎｍ〜２０ｎｍの無機化合物が平均粒界１ｎｍ〜２０ｎｍをなすように分布した無機化合物層であることを特徴とするプラスチック製光学部品を提供する。
【０００８】
本発明のプラスチック製光学部品において、前記無機化合物は、珪素酸化物、珪素窒化物、珪素酸窒化物、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、およびダイアモンドライクカーボンからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。前記無機化合物は、二酸化珪素であることがより好ましい。
【０００９】
本発明のプラスチック製光学部品において、前記無機化合物層は膜厚１０ｎｍ〜１μｍであることが好ましい。
【００１０】
本発明のプラスチック製光学部品において、前記無機化合物層は、インピーダンス制御による反応性スパッタリングを用いて、０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａの成膜圧力で、前記プラスチック製光学部品上に成膜されてなることが好ましい。
【００１１】
本発明のプラスチック製光学部品は、水分の移動に関するシャーウッド数が１０以下であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、互いにアッベ数が異なる少なくとも２つのレンズを含み、前記レンズの少なくとも１つは、本発明のプラスチック製光学部品である光学ユニットを提供する。
【００１３】
本発明の光学ユニットは、オートフォーカス機構を有することが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、少なくとも外気接触面に、防湿皮膜として無機化合物層を有するプラスチック光学部品を製造する方法であって、
インピーダンス制御による反応性スパッタリングを用いて、０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａの成膜圧力で、前記プラスチック製光学部品上に、無機化合物層を成膜することを特徴とするプラスチック製光学部品の製造方法を提供する。
【００１５】
本発明のプラスチック製光学部品の製造方法において、前記反応性スパッタリングは、４８０Ｖ〜６６０Ｖの放電圧力で実施されることが好ましい。
【００１６】
本発明のプラスチック製光学部品の製造方法において、前記反応性スパッタリングは、遷移領域において実施されることが好ましい。
【００１７】
本発明のプラスチック製光学部品の製造方法では、前記プラスチック製光学部品を、その光軸に対して垂直方向の軸がターゲットに対して平行になるように配置し、前記プラスチック製光学部品を前記光軸に対して垂直方向の軸を中心に回転させながら、前記反応性スパッタリングを実施してもよい。
【００１８】
本発明のプラスチック製光学部品の製造方法において、前記無機化合物層は、平均粒径３ｎｍ〜２０ｎｍの無機化合物が平均粒界１ｎｍ〜２０ｎｍをなす層であることが好ましい。
【００１９】
本発明のプラスチック製光学部品の製造方法において、ターゲットとして珪素を用い、反応性ガスとして酸素ガスを用いて前記反応性スパッタリングを実施することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、軽量、低コスト、生産性等の優れたプラスチック製光学部品の性能を維持したまま、優れた防湿性能を有し、環境に存在する水分の影響を受けても解像度等の光学性能の変化が極めて少ないプラスチック製光学部品を容易に実現でき、提供できるという効果を奏する。
【００２１】
本発明の光学ユニットは、本発明のプラスチック製光学部品を使用するため、環境変化、具体的には、環境中の湿度が変化した場合であっても、レンズ中の屈折率分布に偏りを生じることがなく、レンズ自体の屈折率の変化もゆるやかであり、かつその変化も均一である。レンズ自体の屈折率が均一に変化する場合、吸湿による程度に微小な変化であれば、光学性能への実質的な影響は焦点位置の変化のみに留まり、この変化はオートフォーカス機構を使用することで解消される。
したがって、本発明によれば、環境変化によってその光学特性が影響を受けることがない優れた光学ユニットを実現することができる。
【００２２】
また、本発明のプラスチック製光学部品の製造方法によれば、優れた防湿性能を有し、環境に存在する水分の影響を受けても解像度等の光学性能の変化が極めて少ないプラスチック製光学部品を安定して、かつ、高い生産性で製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明のプラスチック製光学部品を添付の図面に示す好適実施例に基づいて以下に詳細に説明する。
図１は、レンズの形状をした本発明のプラスチック製光学部品の一実施形態を示した概念図であり、図１（ａ）は該光学部品の正面図（光軸方向から見た図）であり、図１（ｂ）は光軸を含む平面で切断した断面図である。
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本発明の光学部品１は、プラスチック製の光学部品本体（ここでは、レンズ）１０と、該光学部品本体１０の少なくとも外気接触面上に形成される防湿被膜２と、で構成される。なお、図１（ａ）および（ｂ）に示す光学部品１では、光学部品本体１０の表面全体に防湿皮膜２が形成されている。
以下、本明細書において、光学部品本体とは、レンズ等、公知の光学部品を広く表すものとし、光学部品とは、該光学部品本体の少なくとも外気接触面上に防湿皮膜が形成されたものを表す。
【００２４】
図１（ａ）および（ｂ）に示す光学部品本体１０は、一般的なプラスチックレンズの形状であり、光学面を有するレンズ部１０ａと、レンズ部１０ａの外側に設けられたフランジ部１０ｂと、で構成される。図（１）および（ｂ）に示す光学部品１では、レンズ１０ａとフランジ１０ｂとを含めた光学部品本体１０の表面全体に防湿被膜２が形成されている。
【００２５】
本発明の光学部品１は、光学部品本体１０の少なくとも外気接触面に、防湿皮膜として、平均粒径３ｎｍ〜２０ｎｍの無機化合物が、平均粒界１ｎｍ〜２０ｎｍをなすように分布した無機化合物層が形成されていることを特徴とする。
【００２６】
防湿皮膜が気相成膜法によって形成される無機化合物層である場合、無機化合物層は、微細な無機化合物の粒子の集合体として構成されている。本発明者は、無機化合物層の防湿性能について鋭意検討を重ねた結果、層を構成する無機化合物の粒子径と、層における粒界の大きさ、とのバランスが、非常に重要であることを見いだした。この知見に基づいて鋭意検討した結果、無機化合物層を構成する無機化合物の平均粒径を３ｎｍ〜２０ｎｍとし、かつ、無機化合物層の平均粒界を１ｎｍ〜２０ｎｍとすることで、優れた防湿皮膜を得られることを見いだした。
なお、粒径とは、無機化合物層を構成している個々の無機化合物粒子の大きさを表す。粒界とは、無機化合物層における、無機化合物粒子同士の境界間の距離を表わしている。
【００２７】
気相成膜法を用いて成膜する場合、無機化合物層を構成する無機化合物の粒子径は通常３ｎｍ以上である。一方、平均粒径が２０ｎｍ超であると、粒子が大きすぎるため、所定の粒界を有する無機化合物層を得ることが困難であり、得られる無機化合物層は防湿性能に劣る。
【００２８】
また、気相成膜法を用いて成膜する場合、無機化合物層の粒界は通常１ｎｍ以上である。一方、無機化合物層の粒界が２０ｎｍ超であると、粒界が大きくなりすぎ、所望の防湿性能が得られない。
【００２９】
本発明において、防湿皮膜は、粒径および粒界が上記した範囲の無機化合物層である限り、層を構成する無機化合物の種類は特に限定されず、各種の無機化合物が利用可能である。
具体的には、酸化硅素、窒化硅素、酸窒化硅素、酸化アルミニウム、酸化チタンのような金属酸化物、酸窒化アルミニウムのような金属酸窒化物、およびダイアモンドライクカーボンが好適に例示される。これらの中でも、緻密な構造を有し、かつ目的とする波長の光線の吸収が少ない皮膜が得られることから、無機酸化物はＳｉＯx（０＜ｘ≦２）で示される酸化硅素であることが好ましい。
本発明において、無機化合物層は、上記した無機化合物のうち、いずれか１つのみで構成されていてもよく、または上記した２つ以上の無機化合物を含んで構成されていてもよい。
【００３０】
本発明の光学部品において、無機化合物層の膜厚は１０ｎｍ〜１μｍであるのが好ましい。無機化合物層の膜厚が１０ｎｍ未満であると、層中にピンホールが発生し、所望の防湿性能が得られなくなるおそれがある。一方、無機化合物層の膜厚が１μｍ超であると、防湿性能という点からは、その寄与はもはや少なく、生産性の点からはむしろ好ましくない。また、残留応力によりクラックが発生し、所望の防湿性能が得られなくなるおそれがある。さらにまた、無機化合物層の膜厚を１μｍ超とすると、光学部品の形状精度に悪影響するおそれがある。
【００３１】
本発明の光学部品は、上記条件（平均粒径および平均粒界）を満たすように成膜条件を調整した公知の気相成膜法を用いて、光学部品本体の少なくとも外気接触面上に無機化合物層を成膜することで製造することができるが、好ましくは、以下に示す本発明の光学部品の製造方法を用いて、特定の条件下で反応性スパッタリングを実施して、無機化合物層を成膜する。
【００３２】
本発明の光学部品の製造方法は、インピーダンス制御による反応性スパッタリングを用いて、０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａの成膜圧力で、前記プラスチック製光学部品上に無機化合物層を成膜することを特徴とする。
【００３３】
周知のように、インピーダンス制御による反応性スパッタリングとは、カソードに印可する電圧を一定にして、酸素ガス等の反応ガスの流量を調整することにより、放電電圧を一定に保ちつつ、スパッタリングを行う手法である。
インピーダンス制御は、元来、成膜レートを高速化するために開発された成膜電圧の制御方法として知られているものである。本発明者は、防湿性能に優れた無機酸化物層を得るために検討を重ねた結果、成膜圧力を０．２Ｐａ以下とすることにより、緻密で防湿性能に優れた無機酸化物層を得ることが可能であることを見いだした。
ところが、成膜圧力を０．２Ｐａ以下とすると放電が安定せずに、成膜状態が不安定になってしまう。この問題を解決するために、本発明者はさらに検討し、インピーダンス制御による反応性スパッタリングであれば、成膜圧力を低くしても安定な放電を得ることができ、さらに、成膜圧力を０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａとすることで前記条件を満たす緻密な無機化合物層を、高い成膜レートで安定して成膜できることを見いだした。
【００３４】
成膜圧力が０．００５Ｐａ未満であると、インピーダンス制御による反応性スパッタリングであっても、安定した放電を持続することができない。一方、成膜圧力が０．１３Ｐａ超であると、上記した条件を満足する緻密な無機化合物層を成膜することができない。
【００３５】
インピーダンス制御を用いないと、この成膜圧力下では安定した放電を得ることができない。
なお、インピーダンス制御を行うための反応ガス量の調整は、公知の手段が各種利用可能であるが、応答性が高く、低い成膜圧力でも、安定して放電電圧を保つことができる等の点で、ピエゾバルブを用いるのが好ましい。
【００３６】
本発明の製造方法において、上記成膜圧力下でインピーダンス制御による反応性スパッタリング放電を行う際、放電電圧は特に限定されないが、安定した放電が得られ、かつ現実的な成膜レートが得られることから、４８０Ｖ〜６６０Ｖが好ましく、特に５７０Ｖ〜６３０Ｖが好ましい。
【００３７】
本発明の製造方法において、上記成膜圧力下でのインピーダンス制御による反応性スパッタリングは、金属領域と反応性領域との遷移領域（以下、単に「遷移領域」という。）で実施することが好ましい。遷移領域で反応性スパッタリングを実施した場合、反応性領域で実施される通常の反応性スパッタリングに比べて、成膜レートを高めることができるため、生産性を向上させることができる。また、通常の反応性スパッタリングに比べて、反応ガス量が少なくて済むため、成膜圧力を低くすることができる。これは、成膜圧力を上記した範囲に保持するのに好ましい。
【００３８】
放電電圧を上記範囲として成膜を行うことにより、上記した成膜圧力でのインピーダンス制御による反応性スパッタリングを遷移領域で安定して行うことが可能となる。放電電圧が４８０Ｖ未満であると、インピーダンス制御が困難であり、遷移領域から反応性領域に移行し成膜レートが低下する。一方、放電電圧が６６０Ｖ超であると、遷移領域から金属性領域に移行して膜質が金属的になり、無機化合物層が透明性および防湿性能に劣る。
【００３９】
なお、ターゲット材に用いる材料および反応ガスは、形成する無機化合物層の種類に応じて、適宜、選択することができる。上記したように、無機化合物層としては、緻密な構造を有し、かつ目的とする波長の光線の吸収が少ない皮膜が得られることから、ＳｉＯx（０＜ｘ≦２）で示される酸化硅素からなることが好ましい。酸化硅素からなる無機化合物層を形成するには、ターゲット材として硅素を用い、酸素を用いて反応ガスとすればよい。
なお、本発明の製造方法では、インピーダンス制御による反応性スパッタリングであれば、ＲＦスパッタリング、ＤＣパルススパッタリング等の各種のスパッタリング方法が利用可能であるが、高い成膜レートが得られることから、ＤＣパルススパッタリングが好適に利用される。
【００４０】
上記した手順で形成される無機化合物層は、防湿性能に優れた防湿皮膜として機能するが、密着性にはやや劣る傾向がある。そのため、光学部品本体の形状が複雑であったり、成膜する無機化合物の膜厚が比較的厚いこと等の原因で成膜が均一に行われなかった場合、無機化合物層の密着性が不十分となり、光学部品の供用時に無機化合物層の割れや剥離が生じるおそれがある。
この問題は、インピーダンス制御による反応性スパッタリングを実施する際に、光学部品、より具体的には光学部品本体を、その光軸に対して垂直方向の軸が、ターゲットに対して平行になるように配置し、光学部品本体を光軸に対して垂直方向の軸を中心に回転させることで解消することができる。なお、図１に示すように、光学部品本体１０がプラスチックレンズである場合、光軸方向に対して垂直方向の軸とは、プラスチックレンズの直径方向の軸である。
【００４１】
図２は、図１の光学部品本体１０を直径方向の軸を中心に回転させるための手段を示した図である。図２において、光学部品本体１０は、細長い棒状のホルダ３０によって、両側端部が点で保持されている。該ホルダ３０はその長軸を中心に回転可能である。図２において、ホルダ３０によって側端部が保持された光学部品本体１０は、その光学面がターゲット４０に対面する状態で配置されており、光軸方向に対して垂直方向の軸は、ターゲット４０、具体的にはターゲット４０表面に対して平行になっている。
【００４２】
図２に示す状態で、ホルダ３０をその長軸を中心に回転させると、ホルダ３０によって保持されている光学部品本体１０が回転する。ここで、ホルダ３０の長軸は、光学部品本体１０の直径方向の軸と一致しているので、光学部品本体１０は直径方向の軸を中心に回転する。この状態でインピーダンス制御による反応性スパッタリングを実施することによって、光学部品本体１０に表面全体に無機化合物層を均一に成膜することができ、得られる無機化合物層が密着性に優れている。
【００４３】
なお、図２に示す状態では、ホルダ３０に保持された光学部品本体１０の側端部の２点は無機化合物層が成膜されないことになるが、光学部品本体１０とホルダ３０との接合部分を光学部品本体１０の側端部上でずらして成膜を行う、光学部品本体１０の上下方向の端部（図面に対して、垂直方向における端部）をホルダ３０で保持して再度成膜行う、またはホルダ３０から取り外した状態で局所的な成膜を行う等により、光学部品本体１０の表面全体に無機化合物層を均一に成膜することができる。
【００４４】
図２では、３個の光学部品本体１０の表面上に無機化合物層を成膜しているが、本発明の製造方法を用いて、無機化合物を成膜する光学部品本体の数は特に限定されない。したがって、１個の光学部品本体に無機化合物層を成膜してもよく、複数の光学部品本体に無機化合物層を成膜してもよい。生産性の観点からは、一度に複数の光学部品本体に無機化合物層を成膜することが好ましい。
【００４５】
さらに、本発明の製造方法において、他の条件、具体的には、無機化合物層の成膜レート、成膜パワー、反応ガス等の導入量等は、要求される生産性や成膜材料等に応じて、適宜、決定すればよい。
【００４６】
本発明の光学部品は、下記式で表される水分の移動に関するシャーウッド数が１０以下であることが好ましい。
ｋｃ・ｄ／Ｄ
ここで、ｋｃは防湿皮膜における水移動係数であり、Ｄは光学部品本体の構成素材における水拡散係数［ｍｍ2／ｓ］である。ｄは光学部品本体の光学方向における長さ［ｍｍ］であり、図１に示すようにプラスチック製レンズ（光学部品本体）１０の場合、レンズ部１０ａの中央部の厚みである。
【００４７】
ここで、ｋｃは、光学部品本体の構成素材と同じ素材で平板サンプルを作成して、この平板サンプルに、防湿皮膜を付与した防湿皮膜付与サンプルについてＪＩＳ Ｋ７２０９（ＩＳＯ６２に相当）によって吸湿速度を測定し、防湿皮膜が付与されていない平板サンプルである防湿皮膜未付与サンプルについて吸湿速度を測定し、両者の吸湿速度の差異から求める。
また、光学部品本体の構成素材における水拡散係数Ｄ［ｍｍ2／ｓ］は、光学部品本体の構成素材と同一素材で平板サンプルを作成し、この平板サンプルについてＪＩＳ Ｋ７２０９（ＩＳＯ６２に相当）に記載の方法によって求める。
また、光学部品本体の光学方向における長さｄ（ｍｍ）は、光学部品本体の形状や寸法から正確に求めても良いが、光学部品本体が図１に示すようなプラスチック製レンズ１０の場合には、レンズ部１０ａの中央部の厚みであって良い。
【００４８】
本発明の光学部品は、水分移動に関するシャーウッド数が１０以下であることにより、仮に、環境変化により光学部品への吸湿または脱湿があったとしても、光学部品内部に吸水率分布の偏りが生じることがなく、吸水率分布の偏りに起因する屈折率分布の偏りが生じることがない。
本発明の光学部品において、水分移動に関するシャーウッド数はより好ましくは５以下であり、２以下であることがさらに好ましい。
【００４９】
本発明の光学部品において、防湿被膜は少なくとも外気接触面に形成されていればよく、図１に示した光学部品１のように、光学部品本体１０の表面全体に防湿皮膜２を形成することは必須ではない。
図３は、本発明の光学部品の別の実施形態を説明するための概念図であり、レンズの形態をした本発明の光学部品１′は、光学ユニット２０に組み込まれている。図３において、光学ユニット２０は、光軸を含む平面で切断した断面図として示されている。図３に示す光学ユニット２０は、銀塩カメラのレンズ機構や、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話組み込み用小型カメラの撮像モジュールに使用される一般的な光学ユニットの構成である。すなわち、図３の光学ユニット２０は、略円筒状をした鏡筒２２内に、互いにアッベ数が異なる２枚のレンズ１′，２１を組み込み、レンズ押さえ２４で該レンズ１′，２１を固定してなるものである。
また、図３の光学ユニット２０では、レンズ１′およびレンズ２１の間にスペーサ２３が配置されている。
【００５０】
ここで、レンズ２１は、アッベ数が高い、具体的にはアッベ数４５〜６０程度のレンズである。
このようなアッベ数を有するレンズとしては、具体的には、例えばガラス製のレンズや、日本ゼオン社製のゼオネックス（ＺＥＯＮＥＸ）TMに代表される脂環式ポリオレフィン製のレンズが挙げられる。これらのレンズ材料は、一般に飽和吸湿率が０．０２質量％以下と極めて低いものが知られている。このような吸湿率の低いレンズ材料で作製されたレンズ２１には防湿皮膜を形成する必要はない。
一方、レンズ１′は、本発明の光学部品１′であり、レンズ２１と組み合わせて色収差の補正を行うのに相応しいアッベ数、具体的にはアッベ数が２３〜３５程度のプラスチックレンズを光学部品本体１０′とする。
【００５１】
図３に示す光学ユニット２０の構成について、より具体的に説明する。鏡筒２２は中心が一致し、かつ互いに径が異なる３つの円筒状の領域を、径が大きい側から順に、光学ユニット２０の光軸方向に配列させた構成を有している。鏡筒２２の、最も小径の円筒領域の端面には、円環状のリブ部２２ａが内側に突出して形成されている。このリブ部２２ａの内側が光（撮影光等）が入射する開口となる。
鏡筒２２において、最も小径の領域は、レンズ２１を組み込み可能である。すなわち、その内径がレンズ２１の外径と略同一で、レンズ２１の外径よりも若干大きくなっている。また、最も大径の領域は、本発明の光学部品１′を組み込み可能である。すなわち、その内径が本発明の光学部品１′の外径と略同一で、該光学部品１′の外径よりも若干大きくなっている。
レンズ２１は、鏡筒２２の前記リブ部２２ａ側（開口＝光入射側）の最も小径の領域に組み込まれ、リブ部２２ａにフランジ部を当接することにより、光軸方向の位置が決定される。一方、本発明の光学部品１′は、鏡筒２２の最大径の領域に組み込まれる。
【００５２】
スペーサ２３は、両端部にレンズ２１および本発明の光学部品１′と当接する部分を有する略円筒状の部材で、上記したように鏡筒２２内においてレンズ２１および本発明の光学部品１′の間に挿入される。スペーサ２３の光軸方向の長さを選択することにより、レンズ２１および本発明の光学部品１′の光軸方向における相対位置を適正な位置に位置決めすることができる。
また、レンズ２１、本発明の光学部品１′、鏡筒２２、およびスペーサ２３は、共に鏡筒２２にレンズ２１および本発明の光学部品１′を適正に組み込んだ状態で、レンズ２１および本発明の光学部品１′の光軸が一致するように成形されている。
【００５３】
図３に示す光学ユニット２０は、鏡筒２２内に、レンズ２１、スペーサ２３、および本発明の光学部品１′を順次組み込み、レンズ押さえ２４により本発明の光学部品１′をリブ２２ａに向けて押圧する。この状態で接着剤等によってレンズ押さえ２４を鏡筒２２に固定することにより、光学ユニット２０が組み立てられる。
【００５４】
図４（ａ）および（ｂ）は、本発明の光学部品１′の正面図（光軸方向から見た図）であり、図４（ｂ）は図１（ｂ）と同方向の断面図である。図４（ａ）および（ｂ）に示すように、本発明の光学部品１′において、光学部品本体１０′は図１（ａ）および（ｂ）に示した光学部品本体１０と同様に、レンズ部１０′ａとフランジ部１０′ｂとで構成されている。
図３に示す光学ユニット２０において、本発明の光学部品１′は、フランジ部がリブ部２２ａおよびスペーサ２３により挟持されており、この部分は外気と接触しない。したがって、この部分からの吸湿および脱湿はほとんどないと考えられる。
このため、図４（ｂ）に示すように、本発明の光学部品１０′では、光学部品本体１′のレンズ部１０′ａ表面にのみ防湿皮膜２が形成されており、フランジ部１０′ｂには防湿皮膜２が形成されていない。水分移動に関する光学部品１′のシャーウッド数が１０以下となるのであれば、このような構成であってもよい。防湿皮膜の形成の困難性により、フランジ部１０′ｂに形成された防湿皮膜は密着性に劣る場合がある。この結果、光学ユニット２０の供用時に、防湿皮膜がフランジ部１０′ｂから容易に剥離して、汚染源となるおそれがある。図４（ａ）および（ｂ）に示す光学部品１′では、フランジ部１０′ｂに防湿皮膜が形成されていないため、このような問題は生じない。
【００５５】
また、図３に示す構成の光学ユニット２０において、鏡筒２２内が気密に保持されている、または鏡筒２２に存在する開口部が非常に小さく、外部から鏡筒２２への空気の流通が少なくなるように構成されているのであれば、本発明の光学部品本体１０′のレンズ部１０′ａ表面のうち鏡筒２２内に位置する側の表面、すなわち凸面部における吸湿および脱湿の影響は非常に小さいと考えられる。このような場合、該凸面部には防湿皮膜２を形成しなくてもよい。
一方、レンズを構成する素材によっては、高アッベ数レンズをなすレンズ２１が吸湿および脱湿による影響を受ける場合もある。このような場合、レンズ２１を本発明の光学部品で構成してもよい。
【００５６】
なお、図４（ａ）および（ｂ）に示す光学部品１′のように、光学部品本体１０′の外気接触面、すなわちレンズ部１０′ａにのみ防湿皮膜を形成するには、防湿皮膜を形成する際に、フランジ部１０′ｂをマスクする、またはホルダ等で挟持した状態で防湿皮膜を形成すればよい。
【００５７】
本発明の光学部品は、環境変化により吸湿または脱湿があったとしても、光学部品本体内部に屈折率分布の偏りが生じることがないため、図３に示すような光学ユニット２０に組み込んで使用されるプラスチック製レンズとして好適である。
【００５８】
本発明は、上記した本発明の光学部品をプラスチック製レンズとして組み込んだ光学ユニットも提供する。すなわち、本発明は、互いにアッベ数が異なる少なくとも２つのレンズを含み、前記レンズの少なくとも１つは、本発明のプラスチック製光学部品である光学ユニットを提供する。したがって、図３は、本発明の光学ユニットの１実施形態を示す図でもある。
【００５９】
但し、本発明の光学ユニットは、互いにアッベ数が異なるレンズを少なくとも２つ含み、そのうち１つのレンズが本発明の光学部品である限り特に限定されず、図３に示す光学ユニット２０とは異なる構成であってもよい。例えば、高解像度用途の光学ユニットでは、複数、例えば３つ以上の結像レンズを組み合わせて使用することで、所望の解像力や精度を達成している。本発明の光学ユニットは、少なくとも１つのレンズが本発明の光学部品である限り、このような３つ以上のレンズを含むものであってもよい。
本発明の光学ユニットが、３つ以上のレンズを含む場合、全てのレンズが互いに異なるアッベ数を有する必要はない。光学ユニットに含まれるレンズのうち少なくとも２つが互いに異なるアッベ数を有しており、全体として色収差が補正されるように光学設計されるのであれば、同程度のアッベ数を有するレンズを２つ以上含んでいてもよい。
【００６０】
銀塩カメラのレンズ機構や、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話組み込み用小型カメラ等の撮像モジュールに使用する場合、本発明の光学ユニットはオートフォーカス機構を有していることが好ましい。
本発明のプラスチック製光学部品は、環境変化により吸湿または脱湿があったとしても、その内部に屈折率分布の偏りを生じることはないが、光学部品全体としての屈折率は環境変化によって徐々に変化する。したがって、該光学部品を用いた光学ユニットは、環境変化によって、その光学特性が変化する。但し、この屈折率の変化は、ゆるやかで、かつ均一である。プラスチック製レンズである光学部品自体の屈折率が均一に変化する場合、吸湿による程度に微小な変化であれば、光学性能への実質的な影響は焦点位置の変化のみに留まり、この変化はオートフォーカス機構を使用することで解消される。したがって、オートフォーカス機構を有する本発明の光学ユニットは、環境変化によって、その光学特性が影響を受けることがなく、優れた光学特性を常に発揮することができる。
【００６１】
銀塩カメラのレンズ機構や、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話組み込み用小型カメラ等の撮像モジュールに使用されるオートフォーカス機構としては、様々な原理および制御手法を用いたものが知られている。本発明の光学ユニットに使用されるオートフォーカス機構は、このような公知のオートフォーカス機構の中でも、光学ユニットを通して得られる画像に基づいて、被写体のピント状態を直接検知し、該ピント状態が適正になるように、光学ユニットを構成するレンズの光軸方向における位置を制御する方法を用いた機構であることが好ましい。
【００６２】
図５は、本発明の光学ユニットと、オートフォーカス機構と、を用いた撮像モジュールの１構成例を示した概念図であり、一般的なデジタルカメラの構成が簡略的に示されている。図５の撮像モジュール５０において、光学ユニット２０′は、互いにアッベ数が異なるレンズを少なくとも２つ含み、そのうち１つのレンズが本発明の光学部品で構成される本発明の光学ユニットである。光学ユニット２０′を通過した画像は、ＣＣＤイメージセンサ５１に取り込まれる。イメージセンサ５１に取り込まれた光学的な画像情報は、電気信号として出力されてＡＦ処理部５２へと送られる。ＡＦ処理部５２はイメージセンサ５１から送られた画像情報に基づいて被写体のピント状態を検知し、アクチュエータ５３に駆動信号を送る。アクチュエータ５３は、ＡＦ処理部５２からの駆動信号に基づいて、適正なピント状態になるように光学ユニット２０′を構成する全てのレンズ、または一部のレンズを光軸方向に前後に移動させる。アクチュエータ５３としては、各種手段が使用可能であり、具体的には、例えばステッピングモータ、リニヤーモータ、圧電素子、電圧屈曲ポリマー等を使用することができる。
【００６３】
本発明の光学部品について、光学ユニットに使用されるプラスチックレンズを例に説明したが、本発明の光学部品はこれに限定されない。本発明の光学部品は、プラスチック製光学部品として公知の構造を広く含む。したがって、図示したレンズ以外の様々な形状や機能を持つレンズ等の光学素子はもちろん、レンズの他にも、例えば、プリズム、光学フィルタ、光学スクリーン、偏向素子、偏光素子、光反射部材、ファインダ、眼鏡、コンタクトレンズ、反射鏡、曲面鏡等の公知の光学素子または光学部品を広く含む。また、カメラ（銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等）などの撮像装置の撮影光学系、複写機やプリンタなどの画像形成装置、プロジェクタ、望遠鏡や双眼鏡や拡大鏡などの各種の光学機器に組み込んで使用される公知の光学素子または光学部品を広く含む。
【００６４】
また、光学部品本体の形成材料にも限定はなく、公知の光学素子や通常の光学部品で利用されている、各種のプラスチック材料（樹脂材料）が利用可能である。一例として、メタクリル樹脂（例えば、ＰＭＭＡ等）、脂環式アクリル樹脂を含むアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂を含むポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル・スチレン（ＡＳ）樹脂、脂環式ポリオレフィン、トリシクロデカン環を含む樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、スチレン・ブタジエンコポリマー、フルオレン基を有するポリエステル等が挙げられる。
【００６５】
光学部品内部に吸水率分布の偏りを発生させないという本発明の光学部品の特徴から、これらのプラスチック材料の中でも、比較的吸水率が高い、具体的には飽和吸水率が０．０２質量％超のプラスチック材料が好ましく、具体的には、メタクリル樹脂、脂環式アクリル樹脂を含むアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂を含むポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、脂環式ポリオレフィン等が挙げられる。上記したように、脂環式ポリオレフィンには、ゼオネックス（ＺＥＯＮＥＸ）TMのように飽和吸湿率が０．０２質量％以下のものも存在しているが、その一方で、飽和吸湿率が０．０２質量％超のものも存在している。
【００６６】
また、図３に示す光学ユニット２０の光学部品１′として使用する場合、光学部品本体１０′は、高アッベ数、具体的にはアッベ数４５〜６０のレンズ２０と組み合わせて、色収差の補正を行うのに相応しいアッベ数を有することが好ましく、具体的にはアッベ数が２３〜３５程度であることが好ましい。このようなアッベ数を有する材料としては、ポリカーボネート樹脂や芳香族ポリエステル樹脂が好適である。
【００６７】
さらに、光学部品本体の形成方法にも、特に限定はなく、使用するプラスチック材料に応じて、射出成形、射出圧縮形成、圧縮成形等、公知のプラスチックの成形方法が全て利用可能である。
なお、光学部品本体の形状およびサイズ（長さや直径および厚さ）も、特に限定はなく、上記光学部品の用途に応じて適宜選択すればよい。
【００６８】
例えば、図示した光学部品では、光学部品本体の表面上に、直接、防湿皮膜を形成しているが、本発明は、これに限定はされず、光学部品本体と防湿皮膜との間に、屈折率調整用の皮膜、反射防止膜、密着性向上のための皮膜等を有していてもよい。また、防湿皮膜を覆って、反射防止膜、屈折率調整用の皮膜、密着性向上のための皮膜、損傷防止用のバリア膜等を有していてもよい。すなわち、本発明のプラスチック製光学部品においては、光学部品本体の少なくとも外気接触面を防湿皮膜で被覆していれば、各種の皮膜を形成してなる層構成が利用可能である。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明に係るプラスチック製光学部品の具体的実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明する。
実施例においては、本発明のプラスチック製光学部品の光学性能を評価するために、図３に示す光学ユニット２０を使用した。図３の光学ユニット２０において、レンズ２１はアッベ数５６のガラス製レンズ（入射側のレンズ部半径６．４ｍｍ、出射側のレンズ部半径４．９ｍｍ、平均厚み２．９ｍｍ）である。光学部品本体１０′は、アッベ数３０のポリカーボネート樹脂製のレンズ（入射側のレンズ部１０′ａ半径９．０ｍｍ、出射側のレンズ部１０′ａ半径７．５ｍｍ、平均厚み２．５ｍｍ）である。
この光学（レンズ）ユニット２０の解像度を、温度２５℃湿度３０％の環境下に１週間放置した後に測定すると、コントラスト５０％のＭＴＦ（変調伝達関数）は、光軸中心で３０本/ ｍｍ、周辺部の平均で２５本/ ｍｍであった。
【００７０】
［実施例］
本実施例では、インピーダンス制御による反応性スパッタリングを用いて、図１に示す光学部品１と同様に、ポリカーボネート樹脂製のレンズ（光学部品本体）１０の表面全体に、ＳｉＯx（０＜ｘ≦２）層からなる防湿皮膜２を形成した。
真空槽内において、ポリカーボネート樹脂製のレンズ１０を硅素ターゲットに対面するように配置した。真空槽内の圧力が４×１０-4Ｐａになるまで排気した後、放電ガスであるアルゴンガスを真空槽内に導入した。
放電ガス導入後、真空槽内の圧力を０．２７Ｐａとし、放電電源から７ｋＷの成膜パワーを供給してプレスパッタを実施した。
【００７１】
プレスパッタ開始から５分経過した時点で、反応ガスとして酸素ガスを導入した。酸素ガス導入後、インピーダンス制御により放電電圧を６１０Ｖに制御しつつ、アルゴンガスおよび酸素ガスの供給量を低減して、最終的な成膜圧力を０．０３Ｐａまで下げ、レンズ１０の表面全体に膜厚５０ｎｍのＳｉＯx（０＜ｘ≦２）層を成膜した。
【００７２】
上記手順でレンズ１０の外表面上に形成されたＳｉＯx層の表面をＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察した。その結果、ＳｉＯx層を構成する粒子の平均粒径は１０ｎｍであり、ＳｉＯx層の平均粒界は１５ｎｍであった。
【００７３】
本実施例の光学部品のシャーウッド数を以下の手順で求めた。
光学部品本体の構成素材と同一のポリカーボネート樹脂で平板サンプルを作成して、この平板サンプルに、上記と同様の手順でＳｉＯx層を成膜したサンプル（防湿皮膜形成サンプル）について、ＪＩＳ Ｋ７２０９（ＩＳＯ６２に相当）に従って吸湿速度を測定した。同様に、平板サンプルにＳｉＯx層を形成せずに吸湿速度を測定した。両者の吸湿速度の差異からｋｃ（防湿皮膜における水移動係数）を求めた。結果を以下に示す。
吸湿速度（防湿皮膜形成サンプル） ：３．０×１０-6［ｗｔ％／ｓ］
（防湿皮膜非形成サンプル）：４×１０-5［ｗｔ％／ｓ］
ｋｃ：５×１０-6ｍｍ／ｓ
また、光学部品本体の構成素材における水拡散係数Ｄ［ｍｍ2／ｓ］は、光学部品本体の構成素材と同一のポリカーボネート樹脂で平板サンプルを作成し、この平板サンプルについて、ＪＩＳ Ｋ７２０９（ＩＳＯ６２に相当）に記載の方法によって求めた。その結果、Ｄは５．０×１０-6ｍｍ2／ｓであった。光学部品本体１０（１０′）のレンズ部の中央部の厚みは上記したように、２．５ｍｍであるので、シャーウッド数は、以下のように求めることができる。
シャーウッド数（ｋｃ・ｄ／Ｄ）＝（５×１０-6）×（２．５）÷（５×１０-6）
＝２．５
よって、実施例１の光学部品１は、水分移動に関する防湿皮膜のシャーウッド係数が５以下であることが確認された。
【００７４】
上記手順で得たレンズ（本発明の光学部品本体）１０の表面上にＳｉＯx層を形成した本発明の光学部品１を５０℃の乾燥機に７日間入れて充分乾燥した後、図３に示す光学ユニット２０に光学部品１′として組み込んだ。同様にガラス製のレンズ（アッベ数５６）をレンズ２１として光学ユニット２０に組み込んだ。その後、レンズの向きと各レンズ間隔を微調整して、それぞれ所定の解像度を得た。次いで、光学ユニット２０を２５℃湿度３０％の環境下に１週間放置した後、相対湿度９０％、温度２５℃の条件に置き、解像度の時間的変化を測定した。解像度測定には、トライオプティックス社製のＭＴＦ測定器を用いた。コントラスト５０％のＭＴＦとして解像度を測定した。周辺部の解像度は、接線（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）方向と、球欠（ｓａｇｉｔａｌ）方向のＭＴＦの平均値で表した。結果を表１に示した。
【００７５】
［比較例］
最終的な成膜圧力を０．２７Ｐａとした以外は実施例と同様の手順でレンズ１０の表面上に膜厚５０ｎｍのＳｉＯx層を成膜してプラスチック製光学部品を作成した。
レンズ１０の外表面上に形成されたＳｉＯx層の表面をＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察した。ＳｉＯx層を成す粒子の平均粒径は２５ｎｍ、ＳｉＯx層の平均粒界は３０ｎｍであった。
また、実施例と同様の手順で防湿皮膜形成サンプルおよび防湿皮膜非形成サンプルを作成して、吸湿速度を求め、ｋｃを算出した。結果を以下に示す。
吸湿速度（防湿皮膜形成サンプル） ：４×１０-5［ｗｔ％／ｓ］
（防湿皮膜非形成サンプル）：４×１０-5［ｗｔ％／ｓ］
ｋｃ：２．６×１０-5ｍｍ／ｓ
光学部品本体の構成素材における水拡散係数Ｄ［ｍｍ2／ｓ］および光学部品本体１０（１０′）のレンズ部の中央部の厚みは実施例と同じであるので、シャーウッド数は、以下のように求めることができる。
シャーウッド数（ｋｃ・ｄ／Ｄ）＝（２．６×１０-5）×（２．５）÷（５×１０-6）
＝１３
さらに、得られた光学部品を、レンズユニット２０に光学部品１′として組み込んで、実施例１と同様に光学性能評価を実施した。結果を表に示した。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１から明らかなように、実施例の光学ユニットでは、解像度の測定開始から時間が経過しても、光学ユニットの中心部および周辺部のいずれにおいても、解像度の変化、すなわち低下が極めて少ないことが確認された。
これに対し、比較例の光学ユニットでは、測定開始から５日後には、測定開始時点の解像度に戻るものの、測定開始１日後および２日後には、光学ユニットの中心部および周辺部のいずれにおいても、解像度が明らかに低下していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、レンズの形状をした本発明のプラスチック製光学部品の一実施形態を示した概念図であり、図１（ａ）は該光学部品の正面図（光軸方向から見た図）であり、図１（ｂ）は光軸を含む平面で切断した断面図である。
【図２】図２は、図１の光学部品本体１０を直径方向の軸を中心に回転させるための手段を示した図である。
【図３】図３は、本発明の光学部品を使用した光学ユニットの１実施形態の概略断面図（光軸を含む平面で切断）である。
【図４】図４は、図３に示す本発明の光学部品１′の形状を説明するための図であり、図４（ａ）は光学部品１′の正面図（光軸方向から見た図）であり、図４（ｂ）は図２と同方向の断面図である。
【図５】図５は、本発明の光学ユニットと、オートフォーカス機構と、を用いた撮像モジュールの１構成例を示した概念図である。
【符号の説明】
【００７９】
１，１′：光学部品
１０，１０′：光学部品本体
１０ａ，１０′ａ：レンズ部
１０ｂ，１０′ｂ：フランジ部
２：防湿皮膜
２０，２０′：光学ユニット
２１：レンズ
２２：鏡筒
２２ａ：リブ部
２３：スペーサ
２４：レンズ押さえ
３０：ホルダ
４０：ターゲット
５０：撮像モジュール
５１：イメージセンサ
５２：ＡＦ処理部
５３：アクチュエータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズやプリズム等のプラスチック製光学部品、およびこれを用いた光学ユニット、ならびにこれらの製造方法の技術分野に属し、詳しくは吸湿による光学性能の変化がきわめて少ないプラスチック製光学部品、これを用いた光学ユニット、ならびにこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラのレンズやファインダ、コピー機器、プリンタ、プロジェクタ、光通信等に用いられる各種のレンズやプリズム、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、拡大鏡等の光学部品は、その多くがガラスを材料として製造されている。
【０００３】
しかしながら、近年のプラスチック素材やプラスチック成形技術の進歩に伴い、安価な光学部品として原料が安く、軽量で、大量生産適性のあるプラスチックによってレンズやプリズム等の光学部品が製造されるようになってきている。
ところが、プラスチックは、吸湿によって屈折率等の光学性能が変化してしまうので、高級な一眼レフカメラ用のレンズなどの、高解像度等の高い精度が要求される用途には、依然としてガラスレンズが使用されている。
このような問題点を解決するために、ポリマー構造の設計等により、高い防湿性を有する、すなわち、吸湿性が低いプラスチック素材自体の開発も行われているが、そのコストが高くなってしまい、プラスチックのコストメリットがなくなるという問題がある。
【０００４】
また、防湿性を有するプラスチック製光学部品を得るために、光学部品の成形段階等において疎水性物質を添加したり、光学部品を非透湿性のバリア膜で覆ったり、光学部品の反射防止膜の表面に、撥水撥油処理した反射防止層被覆層を設けたりすることが行われている（特許文献１参照）。また、プラスチック製光学部品の湿度安定性を向上させるために、ゲートカット部のみに吸湿調整膜を形成することも知られている（特許文献２参照）。さらに、光学系に低吸湿性材料からできた光学ブロックを設置して吸湿による性能変化を光学的に補償することも行われている（特許文献３参照）。
しかし、上記従来技術の方法で得られた防湿性プラスチック製光学部品や特許文献１に記載のバリア膜や反射防止層および反射防止層被覆層を持つプラスチック製光学部品は、十分な防湿性を得ることができておらず、吸湿による屈折率等の光学性能の変化を防止することはできないという問題があった。また、特許文献２に記載の技術では、ゲート部分のみに吸湿調整膜を設けても、周囲からの吸湿速度を一定化することは実質的に困難であるし、表面からの吸湿とあいまって、レンズ内部に光学的に好ましくない屈折率分布やその偏りが生じてしまうことは避けられないという問題があった。さらに、特許文献３に記載の技術では、光学系が複雑になり、コストアップとなるという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１４８４０２号公報
【特許文献２】特開平１１−１０９１０７号公報
【特許文献３】特開２０００−１３７１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決することにあり、プラスチック製光学部品の持つ軽量、低コスト、大量生産適性等に優れた特性に加え、優れた防湿性能を有し、環境に存在する水分の影響を受けても屈折率等の光学性能の変化が極めて少ないプラスチック製光学部品、および該プラスチック製光学部品を用いた光学ユニット、ならびにこれらの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも外気接触面に防湿皮膜が形成されたプラスチック製光学部品であって、
前記防湿皮膜は、平均粒径３ｎｍ〜２０ｎｍの無機化合物が平均粒界１ｎｍ〜２０ｎｍをなすように分布した無機化合物層であることを特徴とするプラスチック製光学部品を提供する。
【０００８】
本発明のプラスチック製光学部品において、前記無機化合物は、珪素酸化物、珪素窒化物、珪素酸窒化物、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、およびダイアモンドライクカーボンからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。前記無機化合物は、二酸化珪素であることがより好ましい。
【０００９】
本発明のプラスチック製光学部品において、前記無機化合物層は膜厚１０ｎｍ〜１μｍであることが好ましい。
【００１０】
本発明のプラスチック製光学部品において、前記無機化合物層は、インピーダンス制御による反応性スパッタリングを用いて、０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａの成膜圧力で、前記プラスチック製光学部品上に成膜されてなることが好ましい。
【００１１】
本発明のプラスチック製光学部品は、水分の移動に関するシャーウッド数が１０以下であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、互いにアッベ数が異なる少なくとも２つのレンズを含み、前記レンズの少なくとも１つは、本発明のプラスチック製光学部品である光学ユニットを提供する。
【００１３】
本発明の光学ユニットは、オートフォーカス機構を有することが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、少なくとも外気接触面に、防湿皮膜として無機化合物層を有するプラスチック光学部品を製造する方法であって、
インピーダンス制御による反応性スパッタリングを用いて、０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａの成膜圧力で、前記プラスチック製光学部品上に、無機化合物層を成膜することを特徴とするプラスチック製光学部品の製造方法を提供する。
【００１５】
本発明のプラスチック製光学部品の製造方法において、前記反応性スパッタリングは、４８０Ｖ〜６６０Ｖの放電圧力で実施されることが好ましい。
【００１６】
本発明のプラスチック製光学部品の製造方法において、前記反応性スパッタリングは、遷移領域において実施されることが好ましい。
【００１７】
本発明のプラスチック製光学部品の製造方法では、前記プラスチック製光学部品を、その光軸に対して垂直方向の軸がターゲットに対して平行になるように配置し、前記プラスチック製光学部品を前記光軸に対して垂直方向の軸を中心に回転させながら、前記反応性スパッタリングを実施してもよい。
【００１８】
本発明のプラスチック製光学部品の製造方法において、前記無機化合物層は、平均粒径３ｎｍ〜２０ｎｍの無機化合物が平均粒界１ｎｍ〜２０ｎｍをなす層であることが好ましい。
【００１９】
本発明のプラスチック製光学部品の製造方法において、ターゲットとして珪素を用い、反応性ガスとして酸素ガスを用いて前記反応性スパッタリングを実施することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、軽量、低コスト、生産性等の優れたプラスチック製光学部品の性能を維持したまま、優れた防湿性能を有し、環境に存在する水分の影響を受けても解像度等の光学性能の変化が極めて少ないプラスチック製光学部品を容易に実現でき、提供できるという効果を奏する。
【００２１】
本発明の光学ユニットは、本発明のプラスチック製光学部品を使用するため、環境変化、具体的には、環境中の湿度が変化した場合であっても、レンズ中の屈折率分布に偏りを生じることがなく、レンズ自体の屈折率の変化もゆるやかであり、かつその変化も均一である。レンズ自体の屈折率が均一に変化する場合、吸湿による程度に微小な変化であれば、光学性能への実質的な影響は焦点位置の変化のみに留まり、この変化はオートフォーカス機構を使用することで解消される。
したがって、本発明によれば、環境変化によってその光学特性が影響を受けることがない優れた光学ユニットを実現することができる。
【００２２】
また、本発明のプラスチック製光学部品の製造方法によれば、優れた防湿性能を有し、環境に存在する水分の影響を受けても解像度等の光学性能の変化が極めて少ないプラスチック製光学部品を安定して、かつ、高い生産性で製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明のプラスチック製光学部品を添付の図面に示す好適実施例に基づいて以下に詳細に説明する。
図１は、レンズの形状をした本発明のプラスチック製光学部品の一実施形態を示した概念図であり、図１（ａ）は該光学部品の正面図（光軸方向から見た図）であり、図１（ｂ）は光軸を含む平面で切断した断面図である。
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本発明の光学部品１は、プラスチック製の光学部品本体（ここでは、レンズ）１０と、該光学部品本体１０の少なくとも外気接触面上に形成される防湿被膜２と、で構成される。なお、図１（ａ）および（ｂ）に示す光学部品１では、光学部品本体１０の表面全体に防湿皮膜２が形成されている。
以下、本明細書において、光学部品本体とは、レンズ等、公知の光学部品を広く表すものとし、光学部品とは、該光学部品本体の少なくとも外気接触面上に防湿皮膜が形成されたものを表す。
【００２４】
図１（ａ）および（ｂ）に示す光学部品本体１０は、一般的なプラスチックレンズの形状であり、光学面を有するレンズ部１０ａと、レンズ部１０ａの外側に設けられたフランジ部１０ｂと、で構成される。図（１）および（ｂ）に示す光学部品１では、レンズ１０ａとフランジ１０ｂとを含めた光学部品本体１０の表面全体に防湿被膜２が形成されている。
【００２５】
本発明の光学部品１は、光学部品本体１０の少なくとも外気接触面に、防湿皮膜として、平均粒径３ｎｍ〜２０ｎｍの無機化合物が、平均粒界１ｎｍ〜２０ｎｍをなすように分布した無機化合物層が形成されていることを特徴とする。
【００２６】
防湿皮膜が気相成膜法によって形成される無機化合物層である場合、無機化合物層は、微細な無機化合物の粒子の集合体として構成されている。本発明者は、無機化合物層の防湿性能について鋭意検討を重ねた結果、層を構成する無機化合物の粒子径と、層における粒界の大きさ、とのバランスが、非常に重要であることを見いだした。この知見に基づいて鋭意検討した結果、無機化合物層を構成する無機化合物の平均粒径を３ｎｍ〜２０ｎｍとし、かつ、無機化合物層の平均粒界を１ｎｍ〜２０ｎｍとすることで、優れた防湿皮膜を得られることを見いだした。
なお、粒径とは、無機化合物層を構成している個々の無機化合物粒子の大きさを表す。粒界とは、無機化合物層における、無機化合物粒子同士の境界間の距離を表わしている。
【００２７】
気相成膜法を用いて成膜する場合、無機化合物層を構成する無機化合物の粒子径は通常３ｎｍ以上である。一方、平均粒径が２０ｎｍ超であると、粒子が大きすぎるため、所定の粒界を有する無機化合物層を得ることが困難であり、得られる無機化合物層は防湿性能に劣る。
【００２８】
また、気相成膜法を用いて成膜する場合、無機化合物層の粒界は通常１ｎｍ以上である。一方、無機化合物層の粒界が２０ｎｍ超であると、粒界が大きくなりすぎ、所望の防湿性能が得られない。
【００２９】
本発明において、防湿皮膜は、粒径および粒界が上記した範囲の無機化合物層である限り、層を構成する無機化合物の種類は特に限定されず、各種の無機化合物が利用可能である。
具体的には、酸化硅素、窒化硅素、酸窒化硅素、酸化アルミニウム、酸化チタンのような金属酸化物、酸窒化アルミニウムのような金属酸窒化物、およびダイアモンドライクカーボンが好適に例示される。これらの中でも、緻密な構造を有し、かつ目的とする波長の光線の吸収が少ない皮膜が得られることから、無機酸化物はＳｉＯx（０＜ｘ≦２）で示される酸化硅素であることが好ましい。
本発明において、無機化合物層は、上記した無機化合物のうち、いずれか１つのみで構成されていてもよく、または上記した２つ以上の無機化合物を含んで構成されていてもよい。
【００３０】
本発明の光学部品において、無機化合物層の膜厚は１０ｎｍ〜１μｍであるのが好ましい。無機化合物層の膜厚が１０ｎｍ未満であると、層中にピンホールが発生し、所望の防湿性能が得られなくなるおそれがある。一方、無機化合物層の膜厚が１μｍ超であると、防湿性能という点からは、その寄与はもはや少なく、生産性の点からはむしろ好ましくない。また、残留応力によりクラックが発生し、所望の防湿性能が得られなくなるおそれがある。さらにまた、無機化合物層の膜厚を１μｍ超とすると、光学部品の形状精度に悪影響するおそれがある。
【００３１】
本発明の光学部品は、上記条件（平均粒径および平均粒界）を満たすように成膜条件を調整した公知の気相成膜法を用いて、光学部品本体の少なくとも外気接触面上に無機化合物層を成膜することで製造することができるが、好ましくは、以下に示す本発明の光学部品の製造方法を用いて、特定の条件下で反応性スパッタリングを実施して、無機化合物層を成膜する。
【００３２】
本発明の光学部品の製造方法は、インピーダンス制御による反応性スパッタリングを用いて、０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａの成膜圧力で、前記プラスチック製光学部品上に無機化合物層を成膜することを特徴とする。
【００３３】
周知のように、インピーダンス制御による反応性スパッタリングとは、カソードに印可する電圧を一定にして、酸素ガス等の反応ガスの流量を調整することにより、放電電圧を一定に保ちつつ、スパッタリングを行う手法である。
インピーダンス制御は、元来、成膜レートを高速化するために開発された成膜電圧の制御方法として知られているものである。本発明者は、防湿性能に優れた無機酸化物層を得るために検討を重ねた結果、成膜圧力を０．２Ｐａ以下とすることにより、緻密で防湿性能に優れた無機酸化物層を得ることが可能であることを見いだした。
ところが、成膜圧力を０．２Ｐａ以下とすると放電が安定せずに、成膜状態が不安定になってしまう。この問題を解決するために、本発明者はさらに検討し、インピーダンス制御による反応性スパッタリングであれば、成膜圧力を低くしても安定な放電を得ることができ、さらに、成膜圧力を０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａとすることで前記条件を満たす緻密な無機化合物層を、高い成膜レートで安定して成膜できることを見いだした。
【００３４】
成膜圧力が０．００５Ｐａ未満であると、インピーダンス制御による反応性スパッタリングであっても、安定した放電を持続することができない。一方、成膜圧力が０．１３Ｐａ超であると、上記した条件を満足する緻密な無機化合物層を成膜することができない。
【００３５】
インピーダンス制御を用いないと、この成膜圧力下では安定した放電を得ることができない。
なお、インピーダンス制御を行うための反応ガス量の調整は、公知の手段が各種利用可能であるが、応答性が高く、低い成膜圧力でも、安定して放電電圧を保つことができる等の点で、ピエゾバルブを用いるのが好ましい。
【００３６】
本発明の製造方法において、上記成膜圧力下でインピーダンス制御による反応性スパッタリング放電を行う際、放電電圧は特に限定されないが、安定した放電が得られ、かつ現実的な成膜レートが得られることから、４８０Ｖ〜６６０Ｖが好ましく、特に５７０Ｖ〜６３０Ｖが好ましい。
【００３７】
本発明の製造方法において、上記成膜圧力下でのインピーダンス制御による反応性スパッタリングは、金属領域と反応性領域との遷移領域（以下、単に「遷移領域」という。）で実施することが好ましい。遷移領域で反応性スパッタリングを実施した場合、反応性領域で実施される通常の反応性スパッタリングに比べて、成膜レートを高めることができるため、生産性を向上させることができる。また、通常の反応性スパッタリングに比べて、反応ガス量が少なくて済むため、成膜圧力を低くすることができる。これは、成膜圧力を上記した範囲に保持するのに好ましい。
【００３８】
放電電圧を上記範囲として成膜を行うことにより、上記した成膜圧力でのインピーダンス制御による反応性スパッタリングを遷移領域で安定して行うことが可能となる。放電電圧が４８０Ｖ未満であると、インピーダンス制御が困難であり、遷移領域から反応性領域に移行し成膜レートが低下する。一方、放電電圧が６６０Ｖ超であると、遷移領域から金属性領域に移行して膜質が金属的になり、無機化合物層が透明性および防湿性能に劣る。
【００３９】
なお、ターゲット材に用いる材料および反応ガスは、形成する無機化合物層の種類に応じて、適宜、選択することができる。上記したように、無機化合物層としては、緻密な構造を有し、かつ目的とする波長の光線の吸収が少ない皮膜が得られることから、ＳｉＯx（０＜ｘ≦２）で示される酸化硅素からなることが好ましい。酸化硅素からなる無機化合物層を形成するには、ターゲット材として硅素を用い、酸素を用いて反応ガスとすればよい。
なお、本発明の製造方法では、インピーダンス制御による反応性スパッタリングであれば、ＲＦスパッタリング、ＤＣパルススパッタリング等の各種のスパッタリング方法が利用可能であるが、高い成膜レートが得られることから、ＤＣパルススパッタリングが好適に利用される。
【００４０】
上記した手順で形成される無機化合物層は、防湿性能に優れた防湿皮膜として機能するが、密着性にはやや劣る傾向がある。そのため、光学部品本体の形状が複雑であったり、成膜する無機化合物の膜厚が比較的厚いこと等の原因で成膜が均一に行われなかった場合、無機化合物層の密着性が不十分となり、光学部品の供用時に無機化合物層の割れや剥離が生じるおそれがある。
この問題は、インピーダンス制御による反応性スパッタリングを実施する際に、光学部品、より具体的には光学部品本体を、その光軸に対して垂直方向の軸が、ターゲットに対して平行になるように配置し、光学部品本体を光軸に対して垂直方向の軸を中心に回転させることで解消することができる。なお、図１に示すように、光学部品本体１０がプラスチックレンズである場合、光軸方向に対して垂直方向の軸とは、プラスチックレンズの直径方向の軸である。
【００４１】
図２は、図１の光学部品本体１０を直径方向の軸を中心に回転させるための手段を示した図である。図２において、光学部品本体１０は、細長い棒状のホルダ３０によって、両側端部が点で保持されている。該ホルダ３０はその長軸を中心に回転可能である。図２において、ホルダ３０によって側端部が保持された光学部品本体１０は、その光学面がターゲット４０に対面する状態で配置されており、光軸方向に対して垂直方向の軸は、ターゲット４０、具体的にはターゲット４０表面に対して平行になっている。
【００４２】
図２に示す状態で、ホルダ３０をその長軸を中心に回転させると、ホルダ３０によって保持されている光学部品本体１０が回転する。ここで、ホルダ３０の長軸は、光学部品本体１０の直径方向の軸と一致しているので、光学部品本体１０は直径方向の軸を中心に回転する。この状態でインピーダンス制御による反応性スパッタリングを実施することによって、光学部品本体１０に表面全体に無機化合物層を均一に成膜することができ、得られる無機化合物層が密着性に優れている。
【００４３】
なお、図２に示す状態では、ホルダ３０に保持された光学部品本体１０の側端部の２点は無機化合物層が成膜されないことになるが、光学部品本体１０とホルダ３０との接合部分を光学部品本体１０の側端部上でずらして成膜を行う、光学部品本体１０の上下方向の端部（図面に対して、垂直方向における端部）をホルダ３０で保持して再度成膜行う、またはホルダ３０から取り外した状態で局所的な成膜を行う等により、光学部品本体１０の表面全体に無機化合物層を均一に成膜することができる。
【００４４】
図２では、３個の光学部品本体１０の表面上に無機化合物層を成膜しているが、本発明の製造方法を用いて、無機化合物を成膜する光学部品本体の数は特に限定されない。したがって、１個の光学部品本体に無機化合物層を成膜してもよく、複数の光学部品本体に無機化合物層を成膜してもよい。生産性の観点からは、一度に複数の光学部品本体に無機化合物層を成膜することが好ましい。
【００４５】
さらに、本発明の製造方法において、他の条件、具体的には、無機化合物層の成膜レート、成膜パワー、反応ガス等の導入量等は、要求される生産性や成膜材料等に応じて、適宜、決定すればよい。
【００４６】
本発明の光学部品は、下記式で表される水分の移動に関するシャーウッド数が１０以下であることが好ましい。
ｋｃ・ｄ／Ｄ
ここで、ｋｃは防湿皮膜における水移動係数であり、Ｄは光学部品本体の構成素材における水拡散係数［ｍｍ2／ｓ］である。ｄは光学部品本体の光学方向における長さ［ｍｍ］であり、図１に示すようにプラスチック製レンズ（光学部品本体）１０の場合、レンズ部１０ａの中央部の厚みである。
【００４７】
ここで、ｋｃは、光学部品本体の構成素材と同じ素材で平板サンプルを作成して、この平板サンプルに、防湿皮膜を付与した防湿皮膜付与サンプルについてＪＩＳ Ｋ７２０９（ＩＳＯ６２に相当）によって吸湿速度を測定し、防湿皮膜が付与されていない平板サンプルである防湿皮膜未付与サンプルについて吸湿速度を測定し、両者の吸湿速度の差異から求める。
また、光学部品本体の構成素材における水拡散係数Ｄ［ｍｍ2／ｓ］は、光学部品本体の構成素材と同一素材で平板サンプルを作成し、この平板サンプルについてＪＩＳ Ｋ７２０９（ＩＳＯ６２に相当）に記載の方法によって求める。
また、光学部品本体の光学方向における長さｄ（ｍｍ）は、光学部品本体の形状や寸法から正確に求めても良いが、光学部品本体が図１に示すようなプラスチック製レンズ１０の場合には、レンズ部１０ａの中央部の厚みであって良い。
【００４８】
本発明の光学部品は、水分移動に関するシャーウッド数が１０以下であることにより、仮に、環境変化により光学部品への吸湿または脱湿があったとしても、光学部品内部に吸水率分布の偏りが生じることがなく、吸水率分布の偏りに起因する屈折率分布の偏りが生じることがない。
本発明の光学部品において、水分移動に関するシャーウッド数はより好ましくは５以下であり、２以下であることがさらに好ましい。
【００４９】
本発明の光学部品において、防湿被膜は少なくとも外気接触面に形成されていればよく、図１に示した光学部品１のように、光学部品本体１０の表面全体に防湿皮膜２を形成することは必須ではない。
図３は、本発明の光学部品の別の実施形態を説明するための概念図であり、レンズの形態をした本発明の光学部品１′は、光学ユニット２０に組み込まれている。図３において、光学ユニット２０は、光軸を含む平面で切断した断面図として示されている。図３に示す光学ユニット２０は、銀塩カメラのレンズ機構や、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話組み込み用小型カメラの撮像モジュールに使用される一般的な光学ユニットの構成である。すなわち、図３の光学ユニット２０は、略円筒状をした鏡筒２２内に、互いにアッベ数が異なる２枚のレンズ１′，２１を組み込み、レンズ押さえ２４で該レンズ１′，２１を固定してなるものである。
また、図３の光学ユニット２０では、レンズ１′およびレンズ２１の間にスペーサ２３が配置されている。
【００５０】
ここで、レンズ２１は、アッベ数が高い、具体的にはアッベ数４５〜６０程度のレンズである。
このようなアッベ数を有するレンズとしては、具体的には、例えばガラス製のレンズや、日本ゼオン社製のゼオネックス（ＺＥＯＮＥＸ）TMに代表される脂環式ポリオレフィン製のレンズが挙げられる。これらのレンズ材料は、一般に飽和吸湿率が０．０２質量％以下と極めて低いものが知られている。このような吸湿率の低いレンズ材料で作製されたレンズ２１には防湿皮膜を形成する必要はない。
一方、レンズ１′は、本発明の光学部品１′であり、レンズ２１と組み合わせて色収差の補正を行うのに相応しいアッベ数、具体的にはアッベ数が２３〜３５程度のプラスチックレンズを光学部品本体１０′とする。
【００５１】
図３に示す光学ユニット２０の構成について、より具体的に説明する。鏡筒２２は中心が一致し、かつ互いに径が異なる３つの円筒状の領域を、径が大きい側から順に、光学ユニット２０の光軸方向に配列させた構成を有している。鏡筒２２の、最も小径の円筒領域の端面には、円環状のリブ部２２ａが内側に突出して形成されている。このリブ部２２ａの内側が光（撮影光等）が入射する開口となる。
鏡筒２２において、最も小径の領域は、レンズ２１を組み込み可能である。すなわち、その内径がレンズ２１の外径と略同一で、レンズ２１の外径よりも若干大きくなっている。また、最も大径の領域は、本発明の光学部品１′を組み込み可能である。すなわち、その内径が本発明の光学部品１′の外径と略同一で、該光学部品１′の外径よりも若干大きくなっている。
レンズ２１は、鏡筒２２の前記リブ部２２ａ側（開口＝光入射側）の最も小径の領域に組み込まれ、リブ部２２ａにフランジ部を当接することにより、光軸方向の位置が決定される。一方、本発明の光学部品１′は、鏡筒２２の最大径の領域に組み込まれる。
【００５２】
スペーサ２３は、両端部にレンズ２１および本発明の光学部品１′と当接する部分を有する略円筒状の部材で、上記したように鏡筒２２内においてレンズ２１および本発明の光学部品１′の間に挿入される。スペーサ２３の光軸方向の長さを選択することにより、レンズ２１および本発明の光学部品１′の光軸方向における相対位置を適正な位置に位置決めすることができる。
また、レンズ２１、本発明の光学部品１′、鏡筒２２、およびスペーサ２３は、共に鏡筒２２にレンズ２１および本発明の光学部品１′を適正に組み込んだ状態で、レンズ２１および本発明の光学部品１′の光軸が一致するように成形されている。
【００５３】
図３に示す光学ユニット２０は、鏡筒２２内に、レンズ２１、スペーサ２３、および本発明の光学部品１′を順次組み込み、レンズ押さえ２４により本発明の光学部品１′をリブ２２ａに向けて押圧する。この状態で接着剤等によってレンズ押さえ２４を鏡筒２２に固定することにより、光学ユニット２０が組み立てられる。
【００５４】
図４（ａ）および（ｂ）は、本発明の光学部品１′の正面図（光軸方向から見た図）であり、図４（ｂ）は図１（ｂ）と同方向の断面図である。図４（ａ）および（ｂ）に示すように、本発明の光学部品１′において、光学部品本体１０′は図１（ａ）および（ｂ）に示した光学部品本体１０と同様に、レンズ部１０′ａとフランジ部１０′ｂとで構成されている。
図３に示す光学ユニット２０において、本発明の光学部品１′は、フランジ部がリブ部２２ａおよびスペーサ２３により挟持されており、この部分は外気と接触しない。したがって、この部分からの吸湿および脱湿はほとんどないと考えられる。
このため、図４（ｂ）に示すように、本発明の光学部品１０′では、光学部品本体１′のレンズ部１０′ａ表面にのみ防湿皮膜２が形成されており、フランジ部１０′ｂには防湿皮膜２が形成されていない。水分移動に関する光学部品１′のシャーウッド数が１０以下となるのであれば、このような構成であってもよい。防湿皮膜の形成の困難性により、フランジ部１０′ｂに形成された防湿皮膜は密着性に劣る場合がある。この結果、光学ユニット２０の供用時に、防湿皮膜がフランジ部１０′ｂから容易に剥離して、汚染源となるおそれがある。図４（ａ）および（ｂ）に示す光学部品１′では、フランジ部１０′ｂに防湿皮膜が形成されていないため、このような問題は生じない。
【００５５】
また、図３に示す構成の光学ユニット２０において、鏡筒２２内が気密に保持されている、または鏡筒２２に存在する開口部が非常に小さく、外部から鏡筒２２への空気の流通が少なくなるように構成されているのであれば、本発明の光学部品本体１０′のレンズ部１０′ａ表面のうち鏡筒２２内に位置する側の表面、すなわち凸面部における吸湿および脱湿の影響は非常に小さいと考えられる。このような場合、該凸面部には防湿皮膜２を形成しなくてもよい。
一方、レンズを構成する素材によっては、高アッベ数レンズをなすレンズ２１が吸湿および脱湿による影響を受ける場合もある。このような場合、レンズ２１を本発明の光学部品で構成してもよい。
【００５６】
なお、図４（ａ）および（ｂ）に示す光学部品１′のように、光学部品本体１０′の外気接触面、すなわちレンズ部１０′ａにのみ防湿皮膜を形成するには、防湿皮膜を形成する際に、フランジ部１０′ｂをマスクする、またはホルダ等で挟持した状態で防湿皮膜を形成すればよい。
【００５７】
本発明の光学部品は、環境変化により吸湿または脱湿があったとしても、光学部品本体内部に屈折率分布の偏りが生じることがないため、図３に示すような光学ユニット２０に組み込んで使用されるプラスチック製レンズとして好適である。
【００５８】
本発明は、上記した本発明の光学部品をプラスチック製レンズとして組み込んだ光学ユニットも提供する。すなわち、本発明は、互いにアッベ数が異なる少なくとも２つのレンズを含み、前記レンズの少なくとも１つは、本発明のプラスチック製光学部品である光学ユニットを提供する。したがって、図３は、本発明の光学ユニットの１実施形態を示す図でもある。
【００５９】
但し、本発明の光学ユニットは、互いにアッベ数が異なるレンズを少なくとも２つ含み、そのうち１つのレンズが本発明の光学部品である限り特に限定されず、図３に示す光学ユニット２０とは異なる構成であってもよい。例えば、高解像度用途の光学ユニットでは、複数、例えば３つ以上の結像レンズを組み合わせて使用することで、所望の解像力や精度を達成している。本発明の光学ユニットは、少なくとも１つのレンズが本発明の光学部品である限り、このような３つ以上のレンズを含むものであってもよい。
本発明の光学ユニットが、３つ以上のレンズを含む場合、全てのレンズが互いに異なるアッベ数を有する必要はない。光学ユニットに含まれるレンズのうち少なくとも２つが互いに異なるアッベ数を有しており、全体として色収差が補正されるように光学設計されるのであれば、同程度のアッベ数を有するレンズを２つ以上含んでいてもよい。
【００６０】
銀塩カメラのレンズ機構や、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話組み込み用小型カメラ等の撮像モジュールに使用する場合、本発明の光学ユニットはオートフォーカス機構を有していることが好ましい。
本発明のプラスチック製光学部品は、環境変化により吸湿または脱湿があったとしても、その内部に屈折率分布の偏りを生じることはないが、光学部品全体としての屈折率は環境変化によって徐々に変化する。したがって、該光学部品を用いた光学ユニットは、環境変化によって、その光学特性が変化する。但し、この屈折率の変化は、ゆるやかで、かつ均一である。プラスチック製レンズである光学部品自体の屈折率が均一に変化する場合、吸湿による程度に微小な変化であれば、光学性能への実質的な影響は焦点位置の変化のみに留まり、この変化はオートフォーカス機構を使用することで解消される。したがって、オートフォーカス機構を有する本発明の光学ユニットは、環境変化によって、その光学特性が影響を受けることがなく、優れた光学特性を常に発揮することができる。
【００６１】
銀塩カメラのレンズ機構や、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話組み込み用小型カメラ等の撮像モジュールに使用されるオートフォーカス機構としては、様々な原理および制御手法を用いたものが知られている。本発明の光学ユニットに使用されるオートフォーカス機構は、このような公知のオートフォーカス機構の中でも、光学ユニットを通して得られる画像に基づいて、被写体のピント状態を直接検知し、該ピント状態が適正になるように、光学ユニットを構成するレンズの光軸方向における位置を制御する方法を用いた機構であることが好ましい。
【００６２】
図５は、本発明の光学ユニットと、オートフォーカス機構と、を用いた撮像モジュールの１構成例を示した概念図であり、一般的なデジタルカメラの構成が簡略的に示されている。図５の撮像モジュール５０において、光学ユニット２０′は、互いにアッベ数が異なるレンズを少なくとも２つ含み、そのうち１つのレンズが本発明の光学部品で構成される本発明の光学ユニットである。光学ユニット２０′を通過した画像は、ＣＣＤイメージセンサ５１に取り込まれる。イメージセンサ５１に取り込まれた光学的な画像情報は、電気信号として出力されてＡＦ処理部５２へと送られる。ＡＦ処理部５２はイメージセンサ５１から送られた画像情報に基づいて被写体のピント状態を検知し、アクチュエータ５３に駆動信号を送る。アクチュエータ５３は、ＡＦ処理部５２からの駆動信号に基づいて、適正なピント状態になるように光学ユニット２０′を構成する全てのレンズ、または一部のレンズを光軸方向に前後に移動させる。アクチュエータ５３としては、各種手段が使用可能であり、具体的には、例えばステッピングモータ、リニヤーモータ、圧電素子、電圧屈曲ポリマー等を使用することができる。
【００６３】
本発明の光学部品について、光学ユニットに使用されるプラスチックレンズを例に説明したが、本発明の光学部品はこれに限定されない。本発明の光学部品は、プラスチック製光学部品として公知の構造を広く含む。したがって、図示したレンズ以外の様々な形状や機能を持つレンズ等の光学素子はもちろん、レンズの他にも、例えば、プリズム、光学フィルタ、光学スクリーン、偏向素子、偏光素子、光反射部材、ファインダ、眼鏡、コンタクトレンズ、反射鏡、曲面鏡等の公知の光学素子または光学部品を広く含む。また、カメラ（銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等）などの撮像装置の撮影光学系、複写機やプリンタなどの画像形成装置、プロジェクタ、望遠鏡や双眼鏡や拡大鏡などの各種の光学機器に組み込んで使用される公知の光学素子または光学部品を広く含む。
【００６４】
また、光学部品本体の形成材料にも限定はなく、公知の光学素子や通常の光学部品で利用されている、各種のプラスチック材料（樹脂材料）が利用可能である。一例として、メタクリル樹脂（例えば、ＰＭＭＡ等）、脂環式アクリル樹脂を含むアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂を含むポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル・スチレン（ＡＳ）樹脂、脂環式ポリオレフィン、トリシクロデカン環を含む樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、スチレン・ブタジエンコポリマー、フルオレン基を有するポリエステル等が挙げられる。
【００６５】
光学部品内部に吸水率分布の偏りを発生させないという本発明の光学部品の特徴から、これらのプラスチック材料の中でも、比較的吸水率が高い、具体的には飽和吸水率が０．０２質量％超のプラスチック材料が好ましく、具体的には、メタクリル樹脂、脂環式アクリル樹脂を含むアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂を含むポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、脂環式ポリオレフィン等が挙げられる。上記したように、脂環式ポリオレフィンには、ゼオネックス（ＺＥＯＮＥＸ）TMのように飽和吸湿率が０．０２質量％以下のものも存在しているが、その一方で、飽和吸湿率が０．０２質量％超のものも存在している。
【００６６】
また、図３に示す光学ユニット２０の光学部品１′として使用する場合、光学部品本体１０′は、高アッベ数、具体的にはアッベ数４５〜６０のレンズ２０と組み合わせて、色収差の補正を行うのに相応しいアッベ数を有することが好ましく、具体的にはアッベ数が２３〜３５程度であることが好ましい。このようなアッベ数を有する材料としては、ポリカーボネート樹脂や芳香族ポリエステル樹脂が好適である。
【００６７】
さらに、光学部品本体の形成方法にも、特に限定はなく、使用するプラスチック材料に応じて、射出成形、射出圧縮形成、圧縮成形等、公知のプラスチックの成形方法が全て利用可能である。
なお、光学部品本体の形状およびサイズ（長さや直径および厚さ）も、特に限定はなく、上記光学部品の用途に応じて適宜選択すればよい。
【００６８】
例えば、図示した光学部品では、光学部品本体の表面上に、直接、防湿皮膜を形成しているが、本発明は、これに限定はされず、光学部品本体と防湿皮膜との間に、屈折率調整用の皮膜、反射防止膜、密着性向上のための皮膜等を有していてもよい。また、防湿皮膜を覆って、反射防止膜、屈折率調整用の皮膜、密着性向上のための皮膜、損傷防止用のバリア膜等を有していてもよい。すなわち、本発明のプラスチック製光学部品においては、光学部品本体の少なくとも外気接触面を防湿皮膜で被覆していれば、各種の皮膜を形成してなる層構成が利用可能である。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明に係るプラスチック製光学部品の具体的実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明する。
実施例においては、本発明のプラスチック製光学部品の光学性能を評価するために、図３に示す光学ユニット２０を使用した。図３の光学ユニット２０において、レンズ２１はアッベ数５６のガラス製レンズ（入射側のレンズ部半径６．４ｍｍ、出射側のレンズ部半径４．９ｍｍ、平均厚み２．９ｍｍ）である。光学部品本体１０′は、アッベ数３０のポリカーボネート樹脂製のレンズ（入射側のレンズ部１０′ａ半径９．０ｍｍ、出射側のレンズ部１０′ａ半径７．５ｍｍ、平均厚み２．５ｍｍ）である。
この光学（レンズ）ユニット２０の解像度を、温度２５℃湿度３０％の環境下に１週間放置した後に測定すると、コントラスト５０％のＭＴＦ（変調伝達関数）は、光軸中心で３０本/ ｍｍ、周辺部の平均で２５本/ ｍｍであった。
【００７０】
［実施例］
本実施例では、インピーダンス制御による反応性スパッタリングを用いて、図１に示す光学部品１と同様に、ポリカーボネート樹脂製のレンズ（光学部品本体）１０の表面全体に、ＳｉＯx（０＜ｘ≦２）層からなる防湿皮膜２を形成した。
真空槽内において、ポリカーボネート樹脂製のレンズ１０を硅素ターゲットに対面するように配置した。真空槽内の圧力が４×１０-4Ｐａになるまで排気した後、放電ガスであるアルゴンガスを真空槽内に導入した。
放電ガス導入後、真空槽内の圧力を０．２７Ｐａとし、放電電源から７ｋＷの成膜パワーを供給してプレスパッタを実施した。
【００７１】
プレスパッタ開始から５分経過した時点で、反応ガスとして酸素ガスを導入した。酸素ガス導入後、インピーダンス制御により放電電圧を６１０Ｖに制御しつつ、アルゴンガスおよび酸素ガスの供給量を低減して、最終的な成膜圧力を０．０３Ｐａまで下げ、レンズ１０の表面全体に膜厚５０ｎｍのＳｉＯx（０＜ｘ≦２）層を成膜した。
【００７２】
上記手順でレンズ１０の外表面上に形成されたＳｉＯx層の表面をＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察した。その結果、ＳｉＯx層を構成する粒子の平均粒径は１０ｎｍであり、ＳｉＯx層の平均粒界は１５ｎｍであった。
【００７３】
本実施例の光学部品のシャーウッド数を以下の手順で求めた。
光学部品本体の構成素材と同一のポリカーボネート樹脂で平板サンプルを作成して、この平板サンプルに、上記と同様の手順でＳｉＯx層を成膜したサンプル（防湿皮膜形成サンプル）について、ＪＩＳ Ｋ７２０９（ＩＳＯ６２に相当）に従って吸湿速度を測定した。同様に、平板サンプルにＳｉＯx層を形成せずに吸湿速度を測定した。両者の吸湿速度の差異からｋｃ（防湿皮膜における水移動係数）を求めた。結果を以下に示す。
吸湿速度（防湿皮膜形成サンプル） ：３．０×１０-6［ｗｔ％／ｓ］
（防湿皮膜非形成サンプル）：４×１０-5［ｗｔ％／ｓ］
ｋｃ：５×１０-6ｍｍ／ｓ
また、光学部品本体の構成素材における水拡散係数Ｄ［ｍｍ2／ｓ］は、光学部品本体の構成素材と同一のポリカーボネート樹脂で平板サンプルを作成し、この平板サンプルについて、ＪＩＳ Ｋ７２０９（ＩＳＯ６２に相当）に記載の方法によって求めた。その結果、Ｄは５．０×１０-6ｍｍ2／ｓであった。光学部品本体１０（１０′）のレンズ部の中央部の厚みは上記したように、２．５ｍｍであるので、シャーウッド数は、以下のように求めることができる。
シャーウッド数（ｋｃ・ｄ／Ｄ）＝（５×１０-6）×（２．５）÷（５×１０-6）
＝２．５
よって、実施例１の光学部品１は、水分移動に関する防湿皮膜のシャーウッド係数が５以下であることが確認された。
【００７４】
上記手順で得たレンズ（本発明の光学部品本体）１０の表面上にＳｉＯx層を形成した本発明の光学部品１を５０℃の乾燥機に７日間入れて充分乾燥した後、図３に示す光学ユニット２０に光学部品１′として組み込んだ。同様にガラス製のレンズ（アッベ数５６）をレンズ２１として光学ユニット２０に組み込んだ。その後、レンズの向きと各レンズ間隔を微調整して、それぞれ所定の解像度を得た。次いで、光学ユニット２０を２５℃湿度３０％の環境下に１週間放置した後、相対湿度９０％、温度２５℃の条件に置き、解像度の時間的変化を測定した。解像度測定には、トライオプティックス社製のＭＴＦ測定器を用いた。コントラスト５０％のＭＴＦとして解像度を測定した。周辺部の解像度は、接線（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）方向と、球欠（ｓａｇｉｔａｌ）方向のＭＴＦの平均値で表した。結果を表１に示した。
【００７５】
［比較例］
最終的な成膜圧力を０．２７Ｐａとした以外は実施例と同様の手順でレンズ１０の表面上に膜厚５０ｎｍのＳｉＯx層を成膜してプラスチック製光学部品を作成した。
レンズ１０の外表面上に形成されたＳｉＯx層の表面をＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察した。ＳｉＯx層を成す粒子の平均粒径は２５ｎｍ、ＳｉＯx層の平均粒界は３０ｎｍであった。
また、実施例と同様の手順で防湿皮膜形成サンプルおよび防湿皮膜非形成サンプルを作成して、吸湿速度を求め、ｋｃを算出した。結果を以下に示す。
吸湿速度（防湿皮膜形成サンプル） ：４×１０-5［ｗｔ％／ｓ］
（防湿皮膜非形成サンプル）：４×１０-5［ｗｔ％／ｓ］
ｋｃ：２．６×１０-5ｍｍ／ｓ
光学部品本体の構成素材における水拡散係数Ｄ［ｍｍ2／ｓ］および光学部品本体１０（１０′）のレンズ部の中央部の厚みは実施例と同じであるので、シャーウッド数は、以下のように求めることができる。
シャーウッド数（ｋｃ・ｄ／Ｄ）＝（２．６×１０-5）×（２．５）÷（５×１０-6）
＝１３
さらに、得られた光学部品を、レンズユニット２０に光学部品１′として組み込んで、実施例１と同様に光学性能評価を実施した。結果を表に示した。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１から明らかなように、実施例の光学ユニットでは、解像度の測定開始から時間が経過しても、光学ユニットの中心部および周辺部のいずれにおいても、解像度の変化、すなわち低下が極めて少ないことが確認された。
これに対し、比較例の光学ユニットでは、測定開始から５日後には、測定開始時点の解像度に戻るものの、測定開始１日後および２日後には、光学ユニットの中心部および周辺部のいずれにおいても、解像度が明らかに低下していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、レンズの形状をした本発明のプラスチック製光学部品の一実施形態を示した概念図であり、図１（ａ）は該光学部品の正面図（光軸方向から見た図）であり、図１（ｂ）は光軸を含む平面で切断した断面図である。
【図２】図２は、図１の光学部品本体１０を直径方向の軸を中心に回転させるための手段を示した図である。
【図３】図３は、本発明の光学部品を使用した光学ユニットの１実施形態の概略断面図（光軸を含む平面で切断）である。
【図４】図４は、図３に示す本発明の光学部品１′の形状を説明するための図であり、図４（ａ）は光学部品１′の正面図（光軸方向から見た図）であり、図４（ｂ）は図２と同方向の断面図である。
【図５】図５は、本発明の光学ユニットと、オートフォーカス機構と、を用いた撮像モジュールの１構成例を示した概念図である。
【符号の説明】
【００７９】
１，１′：光学部品
１０，１０′：光学部品本体
１０ａ，１０′ａ：レンズ部
１０ｂ，１０′ｂ：フランジ部
２：防湿皮膜
２０，２０′：光学ユニット
２１：レンズ
２２：鏡筒
２２ａ：リブ部
２３：スペーサ
２４：レンズ押さえ
３０：ホルダ
４０：ターゲット
５０：撮像モジュール
５１：イメージセンサ
５２：ＡＦ処理部
５３：アクチュエータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも外気接触面に防湿皮膜が形成されたプラスチック製光学部品であって、
前記防湿皮膜は、平均粒径３ｎｍ〜２０ｎｍの無機化合物が平均粒界１ｎｍ〜２０ｎｍをなすように分布した無機化合物層であることを特徴とするプラスチック製光学部品。
【請求項２】
前記無機化合物は、珪素酸化物、珪素窒化物、珪素酸窒化物、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、およびダイアモンドライクカーボンからなる群から選択される少なくとも１種である請求項１に記載のプラスチック製光学部品。
【請求項３】
前記無機化合物は、二酸化珪素である請求項２に記載のプラスチック製光学部品。
【請求項４】
前記無機化合物層は、膜厚１０ｎｍ〜１μｍである請求項１ないし３のいずれかに記載のプラスチック製光学部品。
【請求項５】
前記無機化合物層は、インピーダンス制御による反応性スパッタリングを用いて、０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａの成膜圧力で、前記プラスチック製光学部品上に成膜されてなる請求項１〜４のいずれかに記載のプラスチック製光学部品。
【請求項６】
水分の移動に関するシャーウッド数が１０以下である請求項１〜５のいずれかに記載のプラスチック製光学部品。
【請求項７】
互いにアッベ数が異なる少なくとも２つのレンズを含み、前記レンズの少なくとも１つは、請求項１〜６のいずれかに記載のプラスチック製光学部品である光学ユニット。
【請求項８】
オートフォーカス機構を有する請求項７に記載の光学ユニット。
【請求項９】
少なくとも外気接触面に、防湿皮膜として無機化合物層を有するプラスチック光学部品を製造する方法であって、
インピーダンス制御による反応性スパッタリングを用いて、０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａの成膜圧力で、前記プラスチック製光学部品上に、無機化合物層を成膜することを特徴とするプラスチック製光学部品の製造方法。
【請求項１０】
前記反応性スパッタリングは、４８０Ｖ〜６６０Ｖの放電圧力で実施される請求項９に記載のプラスチック製光学部品の製造方法。
【請求項１１】
前記反応性スパッタリングは、金属領域と反応性領域との遷移領域で実施される請求項９または１０に記載のプラスチック光学部品の製造方法。
【請求項１２】
前記プラスチック製光学部品を、その光軸に対して垂直方向の軸がターゲットに対して平行になるように配置し、前記プラスチック製光学部品を前記光軸に対して垂直方向の軸を中心に回転させながら、前記反応性スパッタリングを実施する請求項９ないし１１のいずれかに記載のプラスチック光学部品の製造方法。
【請求項１３】
前記無機化合物層は、平均粒径３ｎｍ〜２０ｎｍの無機化合物が平均粒界１ｎｍ〜２０ｎｍをなす層である請求項９ないし１２のいずれかに記載のプラスチック光学部品の製造方法。
【請求項１４】
ターゲットとして珪素を用い、反応性ガスとして酸素ガスを用いて前記反応性スパッタリングを実施する請求項９ないし１３のいずれか記載のプラスチック製光学部品の製造方法。
【請求項１】
少なくとも外気接触面に防湿皮膜が形成されたプラスチック製光学部品であって、
前記防湿皮膜は、平均粒径３ｎｍ〜２０ｎｍの無機化合物が平均粒界１ｎｍ〜２０ｎｍをなすように分布した無機化合物層であることを特徴とするプラスチック製光学部品。
【請求項２】
前記無機化合物は、珪素酸化物、珪素窒化物、珪素酸窒化物、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、およびダイアモンドライクカーボンからなる群から選択される少なくとも１種である請求項１に記載のプラスチック製光学部品。
【請求項３】
前記無機化合物は、二酸化珪素である請求項２に記載のプラスチック製光学部品。
【請求項４】
前記無機化合物層は、膜厚１０ｎｍ〜１μｍである請求項１ないし３のいずれかに記載のプラスチック製光学部品。
【請求項５】
前記無機化合物層は、インピーダンス制御による反応性スパッタリングを用いて、０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａの成膜圧力で、前記プラスチック製光学部品上に成膜されてなる請求項１〜４のいずれかに記載のプラスチック製光学部品。
【請求項６】
水分の移動に関するシャーウッド数が１０以下である請求項１〜５のいずれかに記載のプラスチック製光学部品。
【請求項７】
互いにアッベ数が異なる少なくとも２つのレンズを含み、前記レンズの少なくとも１つは、請求項１〜６のいずれかに記載のプラスチック製光学部品である光学ユニット。
【請求項８】
オートフォーカス機構を有する請求項７に記載の光学ユニット。
【請求項９】
少なくとも外気接触面に、防湿皮膜として無機化合物層を有するプラスチック光学部品を製造する方法であって、
インピーダンス制御による反応性スパッタリングを用いて、０．００５Ｐａ〜０．１３Ｐａの成膜圧力で、前記プラスチック製光学部品上に、無機化合物層を成膜することを特徴とするプラスチック製光学部品の製造方法。
【請求項１０】
前記反応性スパッタリングは、４８０Ｖ〜６６０Ｖの放電圧力で実施される請求項９に記載のプラスチック製光学部品の製造方法。
【請求項１１】
前記反応性スパッタリングは、金属領域と反応性領域との遷移領域で実施される請求項９または１０に記載のプラスチック光学部品の製造方法。
【請求項１２】
前記プラスチック製光学部品を、その光軸に対して垂直方向の軸がターゲットに対して平行になるように配置し、前記プラスチック製光学部品を前記光軸に対して垂直方向の軸を中心に回転させながら、前記反応性スパッタリングを実施する請求項９ないし１１のいずれかに記載のプラスチック光学部品の製造方法。
【請求項１３】
前記無機化合物層は、平均粒径３ｎｍ〜２０ｎｍの無機化合物が平均粒界１ｎｍ〜２０ｎｍをなす層である請求項９ないし１２のいずれかに記載のプラスチック光学部品の製造方法。
【請求項１４】
ターゲットとして珪素を用い、反応性ガスとして酸素ガスを用いて前記反応性スパッタリングを実施する請求項９ないし１３のいずれか記載のプラスチック製光学部品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１４６０２５（Ｐ２００６−１４６０２５Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３８５４８（Ｐ２００４−３３８５４８）
【出願日】平成１６年１１月２４日（２００４．１１．２４）
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２４日（２００４．１１．２４）
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
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