防尘透镜及其制造方法

文档序号：1409598 发布日期：2020-03-06 浏览：15次 >En<

阅读说明：本技术 防尘透镜及其制造方法 (Dust-proof lens and manufacturing method thereof ) 是由川岸秀一朗白石幸一郎于 2018-04-27 设计创作，主要内容包括：本发明的目的在于提供透明性不会受损且防尘性能得以提高的防尘透镜及其制造方法。防尘透镜的特征在于,在玻璃透镜的表面上至少形成有导电性膜,所述导电性膜通过由TiO2以及Ti3O5中的至少一个形成的氧化钛的单层或者含有50％以上的所述氧化钛的混合层形成,所述导电性膜的膜厚为1nm以上,所述导电性膜的面内方向的结晶粒径为200nm以上。(The invention aims to provide a dustproof lens and a manufacturing method thereof, wherein the transparency of the dustproof lens is not damaged and the dustproof performance is improved. The dustproof lens is characterized in that at least a conductive film is formed on the surface of the glass lens, and the conductive film is formed by TiO 2 And Ti 3 O 5 At least one layer of titanium oxide or a mixed layer containing 50% or more of the titanium oxide, wherein the thickness of the conductive film is 1nm or more, and the conductive filmHas a crystal grain diameter of 200nm or more in the in-plane direction.)

防尘透镜及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种防尘透镜及其制造方法。

背景技术

一般情况下，光学玻璃由于电阻率高而容易带电。因此，存在如下问题：容易在使用光学玻璃的透镜的表面上附着灰尘。带电的灰尘一旦附着在透镜表面上便难以清除，给通过使用透镜的光学系统形成的图像带来不良影响。

在下述的专利文献中公开了一种具有防带电性能的光学部件，其通过在基板的表面上形成当量不足的氧化钛膜而形成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-243601号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

但是，如专利文献1所示，如果氧化钛缺乏氧的话，则氧化钛膜接近于金属。因此，存在膜的透光率降低、透明性受损的问题。

本发明是基于以上的问题意识而完成的，其目的在于提供一种透明性不会受损且防尘性能得以提高的防尘透镜及其制造方法。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的防尘透镜，其特征在于，在玻璃透镜的表面上至少形成有导电性膜，所述导电性膜通过由TiO₂以及Ti₃O₅中的至少一个形成的氧化钛的单层或者含有50％以上的所述氧化钛的混合层形成，所述导电性膜的膜厚为1nm以上，所述导电性膜的面内方向的结晶粒径为200nm以上。

在本发明中，可以在所述玻璃透镜的表面上形成所述导电性膜的单层膜。

在本发明中，优选的是，在所述玻璃透镜的表面上形成有包含所述导电性膜的防反射膜，所述防反射膜的最外层由折射率低于所述玻璃透镜的低折射率膜形成。

在本发明中，优选的是，在所述玻璃透镜的表面上形成的膜的表面电阻为10¹³(Ω/口)以下。

本发明的防尘透镜的制造方法，其特征在于，包括在玻璃透镜的表面上至少形成导电性膜的工序，在形成所述导电性膜的工序中，以1nm以上的膜厚且面内方向的结晶粒径为200nm以上的方式，形成由TiO₂以及Ti₃O₅中的至少一个构成的氧化钛的单层、或者含有50％以上的所述氧化钛的混合层。

在本发明中，优选的是，通过气相沉积法成膜所述导电性膜时的基板加热温度为250℃以上。

在本发明中，优选的是，在5.0×10^-3Pa以上的气压下导入成膜所述导电性膜时的氧气。

(发明的效果)

根据本发明，能够提供透明性不会受损且防尘性能得以提高的防尘透镜及其制造方法。

附图说明

图1为本实施方案的防尘透镜的示意图。

图2为第一实施方案的防尘透镜的部分放大示意图。

图3为第二实施方案的防尘透镜的部分放大示意图。

图4为实施例1的SEM图片。

图5为图4的部分示意图。

图6为比较例1的SEM图片。

图7为图6的部分示意图。

具体实施方式

以下，对用于实施本发明的方案(以下，仅称为“本实施方案”)进行详细说明。

在现有技术中，已知一种通过使在基板表面上成膜的氧化钛膜缺少氧来提高防带电性能的技术。但是，氧缺少会使膜接近于金属，损害其透明性，不适合用作光学膜。

于是，在这样的技术背景下，本申请的发明人们开发完成了一种透明性(透过性能)不会受损且导电性优异的膜。也就是说，本实施方案中的防尘玻璃具备以下的特征部分。

(1)在玻璃透镜的表面上至少形成有导电性膜。

(2)导电性膜通过由TiO₂以及Ti₃O₅中的至少一个形成的氧化钛的单层或者含有50％以上的所述氧化钛的混合层形成。

(3)导电性膜的膜厚为1nm以上。

(4)导电性膜的面内方向的结晶粒径为200nm以上。

图1为本实施方案的防尘透镜的示意图。图1中所示的防尘透镜1具有如下部分而构成：作为基板的玻璃透镜2、在玻璃透镜2的光入射侧的表面上形成的导电性膜3。

玻璃透镜2并未特别限定，例如，为监控相机或车载相机用、以及投影仪用的玻璃透镜。另外，成膜有导电性膜3的玻璃透镜2的表面例如为非球面。图1的玻璃透镜2例如为具有负屈折力的凹凸透镜，但也可以为具有正屈折力的凹凸透镜，或者两凸透镜或两凹透镜等。其中，玻璃透镜2的表面可以是非球面以外的形状。

以下，详述在玻璃透镜2的表面上形成的导电性膜3以及防反射膜4。

<第一实施方案>

在图2所示的第一实施方案中，在玻璃透镜2的表面上形成有导电性膜3的单层膜。于是，在图2中，导电性膜3直接形成于玻璃透镜2的表面上，仅由玻璃透镜2和导电性膜3构成。但是，在导电性膜3和玻璃透镜2之间插装用于提高密接性或者导电性膜3的结晶性的底层(未图示)的方案也包含在第一实施方案中。

如上述(2)所记载，导电性膜3通过由TiO₂(二氧化钛)以及Ti₃O₅(五氧化三钛)中的至少一个形成的氧化钛的单层或者含有50％以上的所述氧化钛的混合层形成。

氧化钛由TiO₂以及Ti₃O₅的化学式表示，TiO₂以及Ti₃O₅在本实施方案中定义为，作为化学量论组成不缺少氧的氧化钛。导电性膜3优选至少含有TiO₂。Ti₃O₅可以用作成膜TiO₂时的初始材料，并且，可以在将Ti₃O₅全部转换成TiO₂的状态下成膜(相变)，也可以在膜中残存一部分Ti₃O₅。氧化钛的组成分析可以使用现存的方法，例如，可以使用分光光度计进行测定。此外，构成导电性膜3的氧化钛除了TiO₂单相、以及TiO₂和Ti₃O₅的混合相之外，也可以由Ti₃O₅的单相构成。

另外，导电性膜3可以为含有50％以上且不足100％的氧化钛的混合层，也可以为100％氧化钛的单层。作为混合层，可以混合氧化钛以外的金属氧化物，或者，除了氧化钛以外，可以混合半导体物质、导电性物质、以及绝缘性物质中的至少任意一种。此外，就导电性膜3中含有的氧化钛以外的材质而言，需要在与氧化钛的混合层中，保持透明性的同时能够提高导电性的材质。作为氧化钛以外的材质，可以使用SiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、ZrO₂、Al₂O₃、MgF₂等通常用作气相沉积材料的物质。

在导电性膜3由混合层形成的情况下，优选含有80％以上的氧化钛。

此外，在本实施方案中，作为含量的“％”为“质量％”。

如上述(3)所记载，导电性膜3的膜厚为1nm以上。在本实施方案中，并未限定导电性膜3的膜厚的上限值。但是，膜厚的上限值优选为约500nm以下。膜厚例如可以使用纵向截面TEM图片(沿着膜厚方向切断，观察该切断面得到的TEM图片)进行测定。此外，在本实施方案中，控制导电性膜3的膜厚在以上的范围内，即使因测定条件等而产生测定误差或者偏差的情况下，例如，通过保持透明性的同时满足所期望的导电性(表面电阻)，也能够推测出包括本实施方案的构成的方案。

从结晶粒径的观点出发，导电性膜3的膜厚优选为5nm以上，更优选为10nm以上，进一步优选为30nm以上。另外，从透明性的观点出发，导电性膜3的膜厚优选为400nm以下，更优选为300nm以下，进一步优选为200nm以下。

如上述(4)所记载，导电性膜3的面内方向的结晶粒径为200nm以上。在本实施方案中，并未限定导电性膜3的结晶粒径的上限值。但是，结晶粒径的上限值优选为约1000nm以下。结晶粒径可以使用膜表面或者横截面(相对于膜厚方向的垂直方向的面)的SEM图片进行测定。也就是说，导电性膜3的结晶粒径定义为面内方向(相对于膜厚方向正交的方向的面)的结晶粒径。此外，在本实施方案中，控制导电性膜3的结晶粒径在上述的范围内，即使因测定条件等而产生测定误差或者偏差的情况下，例如，通过保持透明性的同时满足所期望的导电性(表面电阻)，也能够推测出包括本实施方案的构成的方案。

从导电性(表面电阻)的观点出发，导电性膜3的结晶粒径优选为300nm以上，更优选为400nm以上。另外，从导电性膜3的表面平坦性或机械强度的观点出发，导电性膜3的结晶粒径优选为900nm以下，更优选为800nm以下，进一步优选为700nm以下，最优选为600nm以下。

导电性膜3的表面电阻优选为10¹³(Ω/口)以下。表面电阻更优选为5×10¹²(Ω/口)以下，进一步优选为5×10¹¹(Ω/口)以下，最优选为10¹¹(Ω/口)以下。

<第二实施方案>

在图3所示的第二实施方案中，在玻璃透镜2的表面上形成有含有导电性膜3的防反射膜4。构成防反射膜4的各膜均为透明性优异的材料。

防反射膜4例如可以形成为低折射率膜和高折射率膜(折射率高于低折射率膜)交替层叠得到的构成。此时，如图3所示，防反射膜4的最外层由折射率低于玻璃透镜2的低折射率膜5形成。由于导电性膜3通常比玻璃透镜2的折射率高，因此，优选导电性膜3为位于防反射膜4的最外层以外的高折射率膜。

在图3所示的第二实施方案中，防反射膜4从玻璃透镜2侧起按照低折射率膜5、作为高折射率膜的导电性膜3、以及作为最外层的低折射率膜5的顺序层叠。在图3中，防反射膜4为三层构造，但是层数只是一例。由此，防反射膜4可以形成为导电性膜3和低折射率膜5的两层结构，也可以由四层以上构成。此时，可以在高折射率膜的至少一层使用本实施方案的导电性膜3，但优选所有的高折射率膜为本实施方案的导电性膜3。也就是说，例如，防反射膜4由低折射率膜5/导电性膜3/低折射率膜5/导电性膜3/……低折射率膜5的层叠结构形成。

此外，虽未限定防反射膜4的层数的上限，但是例如约为十五层以下，优选为约十层以下。防反射膜4的层叠数量和材质能够基于抑制反射率的波长区域而进行各种选择。

在本实施方案中，虽然并未对构成防反射膜4的低折射率膜5的材质进行限定，但是，例如，低折射率膜5由选自SiO₂、Al₂O₃以及MgF₂的单层膜或者包含两种以上的混合膜形成。

虽然并未限定防反射膜4的膜厚，但是防反射膜4的膜厚(总厚度)约为50nm～500nm。

第二实施方案中的一层或者两层以上的导电性膜3分别具备上述举出的(2)至(4)的全部特征。此外，如上所述，第二实施方案中的防反射膜4的膜厚优选约为50nm～500nm，因此，调整各导电性膜3的膜厚以使其在该范围内。导电性膜3的层叠数量越多，导电性膜3的各膜厚的上限值越是调整为更低的值。例如，在第二实施方案中，当导电性膜3的层数约为四层以下时，各导电性膜3的膜厚优选为约10nm～100nm。

第二实施方案中的防反射膜4的表面电阻优选为10¹³(Ω/口)以下。表面电阻更优选为5×10¹²(Ω/口)以下，进一步优选为5×10¹¹(Ω/口)以下，最优选为10¹¹(Ω/口)以下。

如上所述，在第一实施方案以及第二实施方案中，分别规定导电性膜3的材质、膜厚以及结晶粒径。

考察结晶粒径与电阻率的关系。当结晶粒径变大时，每单位体积中所占的晶界的数量变少。由于晶界成为阻碍电子移动的主要因素，因此，晶界变小，电子移动易于进行。另外，电子沿着晶界流动。当结晶粒径变大时，每单位体积所占的晶界的数量变少，其结果是，每单位体积所占的晶界的总长度变短。因此，结晶粒径越大，电子所流动的距离越短。基于以上内容，可以认为如果结晶粒径变大的话则电阻率降低。由此，通过增大结晶粒径，能够提高导电性。

另外，在本实施方案中，导电性膜3中使用的氧化钛为TiO₂以及Ti₃O₅，并未发生氧缺少。因此，膜的透明性并未受损。另外，导电性膜3的膜厚适度地较薄形成，促进结晶粒径的成长的同时，能够适当地保持透明性。

综上所述，第一实施方案以及第二实施方案中的防尘透镜1的透明性并未受损，且能够得到优异的导电性，能够有效地提高防尘性能。另外，在第二实施方案中，能够得到防尘性能的同时得到优异的防反射效果。

<防尘透镜的制造方法>

对于图2中所示的第一实施方案的防尘透镜的制造方法进行说明。在图2中所示的防尘透镜1中，在玻璃透镜2的表面上成膜导电性膜3。此时，通过由TiO₂以及Ti₃O₅中的至少一个构成的氧化钛的单层、或者含有50％以上的所述氧化钛的混合层，以1nm以上的膜厚成膜导电性膜3。另外，此时，以导电性膜3的面内方向的结晶粒径为200nm以上的方式形成。

并未限定成膜方法，例如，可以通过离子束辅助气相沉积(Ion-beam AssistedDeposition：IAD)法或者电子束(Electron Beam：EB)法成膜导电性膜3。在离子束辅助气相沉积法中，在真空气相沉积期间，用离子枪向作为基板的玻璃透镜的表面照射气体离子。另外，在电子束法中，在高真空环境下，将蒸发材料放入坩埚中，并向坩埚照射电子束，从而使坩埚中的蒸发材料加热蒸发。

例如，在本实施方案中，使用Ti₃O₅作为气相沉积材料，在成膜室内，在减压下加热蒸发Ti₃O₅。蒸发的Ti₃O₅朝向作为基板的玻璃透镜2的表面。此时，与O₂结合，Ti₃O₅变成TiO₂而堆积在玻璃透镜2的表面上。因此，在使用气相沉积法成膜导电性膜3的情况下，导电性膜3容易形成TiO₂单相或者TiO₂和Ti₃O₅的混合相。

另外，在本实施方案中，当通过气相沉积法成膜导电性膜3时，优选成膜室内的基板加热温度为250℃以上。另外，并未限定基板加热温度的上限值，例如，可以调整为400℃以下。

另外，优选在5.0×10^-3Pa以上的气压下导入成膜导电性膜时的氧气。另外，更优选调整氧气的气压在约1.0×10^-2Pa～3.0×10^-2Pa下。

这样，通过调整基板加热温度以及氧气的气压，能够将导电性膜3的面内方向的结晶粒径适当地控制在200nm以上。

在图3所示的第二实施方案的防尘透镜的制造方法中，在玻璃透镜2的表面上成膜防反射膜4。此时，如上所述在250℃以上的减压下保持成膜室内的基板加热温度，并在此状态下通过气相沉积法依次成膜低折射率膜5以及导电性膜3。此时，调整层叠顺序或层叠数量以使得防反射膜4的最外层为低折射率膜5。

在通过气相沉积法成膜低折射率膜5以及导电性膜3的情况下，使用离子束辅助气相沉积法，但优选的是能够提高各膜间的密接性的方法，而使用MgF₂作为低折射率膜5的情况下，无法使用离子束辅助气相沉积法。因此，例如，在最外层使用MgF₂且其以外的低折射率膜5使用SiO₂等氧化膜的情况下，通过离子束辅助气相沉积法成膜除了最外层之外的低折射率膜5以及导电性膜3。并且，通过电子束法成膜最外层的MgF₂。这样，能够根据成膜的材质等利用两种以上的成膜方法成膜防反射膜4。

在本实施方案中的防尘透镜1的制造方法中，能够简单且适当地成膜导电性膜3，所述导电性膜3为由TiO₂以及Ti₃O₅中的至少一个构成的氧化钛的单层、或者含有50％以上的氧化钛的混合层，其具有1nm以上的膜厚，且具有200nm以上的面内方向的结晶粒径。这样，不同于现有技术，由于未使氧化钛欠缺氧而成膜，因此，能够保持导电性膜3的透明性。另外，当成膜导电性膜3时，能够将氧化钛的结晶粒径增大至200nm以上，因此，能够减小电阻率。其结果是，能够提高导电性膜3的导电性，并且能够形成难以带电的膜。因此，通过使玻璃透镜2的表面上具有本实施方案的导电性膜3，能够制造灰尘难以附着的防尘玻璃。

另外，在第二实施方案中，能够成膜使用了导电性膜的防反射膜。也就是说，能够制造兼具防反射功能的防尘透镜。

此外，在上述的防尘透镜的制造方法中，虽然通过气相沉积法成膜导电性膜3，但也可以通过溅射法成膜导电性膜3。

实施例

以下，使用实施例以及比较例更具体地说明本实施方案。在实验中，制造以下所示的实施例1至实施例6以及比较例1。

[实施例1]

在实施例1中，使用以下的表1所示的材料，在表1所示的基板加热温度下成膜防反射膜，得到具有表1所示的膜厚以及折射率的防尘透镜。此外，玻璃透镜的折射率nd(d线(588nm)下的折射率)为1.85135。玻璃透镜的折射率nd在实施例2至实施例6以及比较例1中相同。在此，各层的折射率从膜的反射率换算而求得(相当于大气中的膜的折射率)。具体而言，使用奥林巴斯(株式会社)制的显微镜型分光测定仪(USPM-RU3)测定取出到大气中的基板的反射率，并将其换算成折射率而求得。此外，折射率为在波长550nm下的折射率。另外，膜厚例如可以使用截面TEM图片测定。上述的折射率、以及膜厚的测定在实施例2至实施例6以及比较例1中相同。

[表1]

在实施例1中，基板加热温度为350℃，通过离子束辅助气相沉积法交替地层叠SiO₂和导电性膜至六层。就导电性膜而言，以Ti₃O₅为初始原料进行气相沉积，此时，Ti₃O₅的全部或者一部分转换成TiO₂而容易成膜。导电性膜的膜结构能够通过分光光度计测定。在本实施例中，导电性膜可以为TiO₂单相、Ti₃O₅单相、或者TiO₂以及Ti₃O₅的混合相中的任意一种膜结构。

另外，导电性膜成膜时的氧气的气压约为2.0×10^-2Pa。该气压在实施例2至实施例6以及比较例1中相同。

另外，在实施例1中，作为防反射膜的最外层，通过电子束法成膜有MgF₂。

[实施例2]

在实施例2中，使用以下的表2所示的材料，在表2所示的基板加热温度下成膜防反射膜，得到具有表2所示的膜厚以及折射率的防尘透镜。

[表2]

在实施例2中，基板加热温度为250℃，通过离子辅助气相沉积法交替地层叠SiO₂和导电性膜至八层。另外，在实施例2中，作为防反射膜的最外层，通过电子束法成膜有MgF₂。

[实施例3]

在实施例3中，使用以下的表3所示的材料，在表3所示的基板加热温度下成膜导电性膜，得到具有表3所示的膜厚以及折射率的防尘透镜。

[表3]

在实施例3中，基板加热温度为350℃，在玻璃透镜的表面上仅成膜一层导电性膜。

[实施例4]

在实施例4中，使用以下的表4所示的材料，在表4所示的基板加热温度下成膜防反射膜，得到具有表4所示的膜厚以及折射率的防尘透镜。

[表4]

在实施例4中，基板加热温度为350℃，通过电子束法交替地层叠MgF₂和导电性膜至七层。

[实施例5]

在实施例5中，使用以下的表5所示的材料，在表5所示的基板加热温度下成膜防反射膜，得到具有表5所示的膜厚以及折射率的防尘透镜。

[表5]

在实施例5中，基板加热温度为350℃，通过离子束辅助气相沉积法交替地层叠Al₂O₃和导电性膜至六层。另外，在实施例5中，作为防反射膜的最外层，通过电子束法成膜有MgF₂。

[实施例6]

在实施例6中，使用以下的表6所示的材料成膜防反射膜，得到具有表6所示的膜厚以及折射率的防尘透镜。

[表6]

在实施例6中，基板加热温度为25℃(无加热)，通过溅射法交替地层叠SiO₂和导电性膜至六层。

[比较例1]

在比较例1中，使用以下的表7所示的材料，在表7所示的基板加热温度下成膜防反射膜，得到具有表7所示的膜厚以及折射率的防尘透镜。

[表7]

在比较例1中，基板加热温度为200℃，通过电子束法交替地层叠SiO₂和导电性膜至七层。

[表面电阻的测定]

使用三菱化学制ハイレスタ－UX测定各实施例以及比较例的各膜的表面电阻。

[表面电阻的测定结果]

实施例1的表面电阻为3.84×10¹⁰(Ω/口)，实施例2的表面电阻为2.00×10¹⁰(Ω/口)，实施例3的表面电阻为1.80×10¹⁰(Ω/口)，实施例4的表面电阻为4.00×10¹⁰(Ω/口)，实施例5的表面电阻为5.00×10¹¹(Ω/口)，实施例6的表面电阻为3.50×10¹²(Ω/口)，比较例1的表面电阻为5.00×10¹⁴(Ω/口)。

从该实验结果可知，各实施例与比较例相比能够减小表面电阻。

基于实验结果，规定本实施例的表面电阻的优选的范围为10¹³(Ω/口)以下。此外，规定表面电阻更优选的范围为5×10¹²(Ω/口)以下，进一步优选的范围为5×10¹¹(Ω/口)以下，最优选的范围为10¹¹(Ω/口)以下。

另外，如实施例3所示，可知通过在透镜表面上以单层膜形成导电性膜，能够有效地减小表面电阻。

另外，可知，在透镜表面上成膜通过交替地层叠导电性膜和低折射率膜得到的防反射膜的方式中，即使改变层叠数量、材质、以及成膜方法，也能够得到低的表面电阻。

[实施例1和比较例1的结晶粒径的测定]

图4为实施例1的膜表面的SEM图片，图5为示意性示出图4的一部分的示意图。图6为比较例1的膜表面的SEM图片，图7为示意性示出图6的一部分的示意图。

如图4、图6所示，测定出现在SEM图片中的多个结晶的长径和短径。长径为各结晶最长的直径的长度，短径为相对于长径交叉的方向即比长径短的一侧的直径。

表8示出实施例1的结晶粒径的测定结果，表9示出比较例1的结晶粒径的测定结果。

[表8]