JP2008216407A - 光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】信号ノイズ、フレア光などの発生のない良好な光学特性を有した光学機器を実現する光学素子を提供する。
【解決手段】素子基材１１の第一形状面１１ａのうち第一光学有効面１１ｂ以外の部分と、第二形状面１１ｄのうち第二光学有効面１１ｃ以外の部分と、外形縁部１１ｅの表面に光反射防止部を形成することにより、外部から光学素子に入射する光の反射を防止し、信号ノイズ、フレア光などの発生を抑圧することができるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学機器に搭載される光学素子に関する。

従来より、特許文献１に開示されるように、光学素子は、光学機器に搭載され用いられている。光学素子の中には、特許文献２に開示されているように複数の光学材料からなる表面に回折面が形成されているものもあり、このような回折面を有する光学素子は特許文献３や４に開示された方法を用いて成形される。

このような光学機器に搭載される光学素子では、光学素子として、良好な光学特性を得ていても、光学機器へ取り付けた際に、光学素子の光学有効面以外の部分に入射した不要光が、本来の有効光に重なるなどして生じるフレア光のために、光学機器の特性を十分に得ることができないことがある。

そこで、このような不要光を遮光するようにした光学素子が特許文献５に記載されている。特許文献５に記載の従来の光学素子の構成を図７に示す。図７において、７０は光学素子基材、７１は光学素子基材７０の第一の形状面に形成された第一光学有効面、７２は光学素子基材７０の第二の形状面、７３，７４は第一の形状面の外周に形成された欠落部、７５は欠落部７３，７４の表面に施された遮光処理、７６は第一光学有効面７１および遮光処理７５の表面に形成された樹脂層、７７は光学素子基材７０の外径側面、７８は第二の形状面７２の周縁に形成された周縁部である。

図７に示す従来の光学素子は、欠落部７３，７４に遮光処理７５が施されているため、この欠落部７３，７４を光線が透過することによる不要光は発生しない。
特開平１０−１９８９７５号公報 特開平１１−３３７８１８号公報 特開２００４−１２６３９２号公報 特開２００４−２４０４１７号公報 特開平９−２７２１５７号公報

しかしながら、図７に示す従来の光学素子では、外径側面７７や周縁部７８には遮光処理が施されていないため、この部分に入射した光は反射して不要光となり、フレア光や信号ノイズが発生する。

また、欠落部７３に施された遮光処理７５は、光学素子機材７０と樹脂層７６との間に挟まれた層に施されており、樹脂層７６の外側表面すなわち最表面に施されていないため、外部から欠落部７３に入射する光に対して十分な反射防止効果が得られず、反射光が不要光となって、フレア光が発生する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光学素子に入射する光の反射をできるだけ効果的に防止して、フレア光の発生を抑えることにより、光学機器の光学特性の向上を図ることができる光学素子を提供することにある。

上記従来の課題を解決するために、本発明の光学素子は、第一光学有効面が形成された第一形状面と、第二光学有効面が形成された第二形状面と、外径縁部とを有する第一の光学材料からなる素子基材を備え、前記第一形状面上の前記第一光学有効面以外の表面と、前記第二形状面上の前記第二光学有効面以外の表面とに、光反射防止処理が施されていることを特徴とするものである。

また、さらに、前記外径縁部の表面に光反射防止処理が施されていることを特徴とするものである。

また、前記素子基材の第二形状面に、第二の光学材料からなる形成層が形成され、前記第二光学有効面は、前記形成層に形成され、前記第二形状面に施された前記光反射防止処理は、前記形成層の表面で前記第二光学有効面以外の最表面に施されていることを特徴とするものである。

また、さらに、前記素子基材の前記外径縁部の表面に前記第二の光学材料からなる形成層が形成され、前記外径縁部の表面に形成された形成層の最表面にも光反射防止処理が施されていることを特徴とするものである。

また、前記形成層に形成された前記第二光学有効面に回折形状を有することを特徴とするものである。

また、本発明の光学素子は、第一光学有効面が形成された第一形状面と、第二光学有効面が形成された第二形状面と、外径縁部とを有する第一の光学材料からなる素子基材を備え、前記第一および第二光学有効面以外の全ての表面に、光反射防止処理が施されていることを特徴とするものである。

本発明の光学素子によれば、第一形状面上の第一光学有効面以外の表面と、第二形状面上の第二光学有効面以外の表面とに、光反射防止処理が施されていることにより、光学素子に入射する光の反射を効果的に防止できる。

また、外径縁部の表面に光反射防止処理が施されていることにより、光学素子に入射する光の反射をさらに効果的に防止できる。

また、光反射防止処理が、形成層の最表面に施されていることにより、素子基材と形成層との間の層に施されている場合と比較して、より効果的に光の反射を防止できる。

また、第一光学有効面に回折形状を有した光学素子に、光反射防止処理が施されていることにより、良好な特性を有した回折形状を有する光学素子が実現できる。

以上のように、光学素子に入射する光の反射を効果的に防止することができるため、光学機器の光学特性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる光学素子１０の構成を示す図である。図１（ａ）はその概略断面図であり、図１（ｂ）は光学素子１０を下方から見たときの平面図である。

本実施の形態にかかる光学素子１０は、第一光学材料としてのガラスからなる素子基材で構成され、第一光学有効面が存在する第一形状面と、第二光学有効面が存在する第二形状面とを上下に備え、その外周には、外径縁部を備えている。

図１に示すように、第一光学有効面と、第二光学有効面以外の表面に、光反射防止処理が施されているので、光反射防止処理が施されていない光学素子に比べて、光学素子により屈折や反射で生じる不要光が、本来の有効光に重なるなどして与える悪影響（フレア光、信号ノイズ）がなく、光学機器の光学特性を向上させることができる。

本実施の形態にかかる光学素子１０をさらに詳しく説明する。光学素子１０を構成する素子基材１１の上下面には、第一形状面１１ａと第二形状面１１ｄが、そして、その周辺には、外径縁部１１ｅが形成されている。第一形状面１１ａの内側、第二形状面１１ｄの内側には、それぞれ、第一光学有効面１１ｂ、第二光学有効面１１ｃが存在する。ここで言う光学有効面とは実際に光学機器に搭載した際に光線の光路になりうる範囲のことを言う。光学有効面以外の形状面の範囲は、例えば、前記光学有効面の延長として光学機能として作用する面にしておいてもよいし、光学機能としては作用しない形状、例えば、円弧形状、テーパ形状でもよい。

前記第一光学有効面１１ｂ、第二光学有効面１１ｃ以外の表面部は、外径縁部１１ｅの表面を含めて、全て、光反射防止部１３が、形成されている。

本実施の形態において、光反射防止部１３の処理としては、黒塗り加工が施されている。光反射防止部１３の処理としては、黒塗り加工でよいが、芯取り加工などと同様に研削加工を施し凹凸形状に表面粗さを粗くしてもよいし、コート処理などで、形成してもよい。

また、本実施の形態にかかる光学素子１０のように回転対象な形状面をもたない光学素子においても、同様に、光学有効面以外の面に、光反射防止部を形成しても、同様な効果が得られる。

具体例として、回転対象な形状面をもたない光学素子、トーリック面を持つ光学素子２０を図２に示す。図２（ｂ）はその概略断面図であり、図２（ａ）は光学素子２０を上方から見たときの平面図、図２（ｃ）は下方から見たときの平面図、図２（ｄ）は横方から見たときの平面図である。

光学素子２０を構成する素子基材２１の上下面には、第一形状面２１ａ、第二形状面２１ｄが形成され、さらに外径縁部２１ｅが備わっている。また、第一形状面２１ａおよび第二形状面２１ｄの内側には、第一光学有効面２１ｂ、第二光学有効面２１ｃが備わっており、共にトーリック形状である。そして、光学機器に搭載し、実際に光線の光路の範囲となる第一光学有効面２１ｂ、第二光学有効面２１ｃ以外の表面には、光反射防止部２３が形成されている。これにより、光学機器の光学特性に悪影響を与えることのない光学素子を提供することができる。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２にかかる光学素子３０の構成を示す図である。図３（ａ）はその概略断面図であり、図３（ｂ）は光学素子３０を下方から見たときの平面図である。

本実施の形態にかかる光学素子３０は、第一の光学材料からなる素子基材３１と第二の光学材料からなる形成層３２と、その周囲に外径縁部３１ｅを備えている。

前記素子基材３１には、第一光学有効面３１ｂが存在する第一形状面３１ａを、前記形成層３２には、第二光学有効面３２ｃが存在する第二形状面３２ｄを備えており、第一光学有効面３１ｂおよび第二光学有効面３２ｃ以外の表面には、光反射防止処理が施された光反射防止部３３が存在している。これにより、光反射防止処理が施されていない光学素子に比べて、光学素子により屈折や反射で生じる不要光が、本来の有効光に重なるなどして与える悪影響（フレア光）がなく、光学機器の光学特性を向上させることができる。特に、光学有効面に近くて光が入射しやすい形成層３２の光反射防止処理は、素子機材３１と形成層３２との間の層ではなく、最表面に施されているため、入射光に対する反射防止効果がより高くなっている。

次に本実施の形態にかかる光学素子３０の成形方法について簡単に説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態にかかる光学素子１０の成形工程を示す概略断面図である。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示す工程を経て素子基材３１を成形した後、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示す工程を経て形成層３２を素子基材３１に接合させて光学素子３０を成形する。以下に、具体的に示す。

まず、図４（ａ）に示すように、第一の光学材料からなるガラスプリフォーム１および成形装置を用意する。ガラスプリフォーム１は、成形性や、コストを考慮して、適正な形状を選択することが好ましい。本実施の形態においては、略球状の形状を選択した。成形装置は、上型２と胴型３と下型４とを備えており、上型２および下型４は、それぞれ成形面を有している。上型２の成形面は、素子基材３１の形状面に対応するように所望の形状が形成されている。同様に下型４の成形面も、素子基材３１の形状面に対応するように所望の形状に形成されている。

そして、図４（ａ）に示すように下型４、胴型３をセットし、下型４の上にガラスプリフォーム１をセットした後、ガラスプリフォーム１の上に上型２をセットする。

次に、ガラスプリフォーム１をそのガラス軟化温度付近にまで加熱し、図４（ｂ）に示すようにプレスして、上型２および下型４の成形面をそれぞれガラスプリフォーム１の表面に転写する。プレスする際、上型２をガラスプリフォーム１に押し付けてもよく、下型４をガラスプリフォーム１に押し付けても良く、上型２および下型４をそれぞれガラスプリフォーム１に押し付けても良い。所定の量、変形が完了すると、その後、冷却する。これにより、素子基材３１を成形することができる。

続いて、図４（ｃ）に示すように、第二の光学材料からなる樹脂材料７および成形装置を準備する。成形装置は胴型５と下型６とを備えており、下型６は成形面を有している。下型６の成形面は、形成層３２の第二形状面３２ｄに対応するように、所望の形状（凹凸面、すなわち回折形状）に形成されている。そして、胴型５と下型６をセットし、溶融した樹脂材料７を下型６の表面にセットした後、樹脂材料７の上に、素子基材３１をセットする。それから、図４（ｄ）に示すようにプレスする。このとき、樹脂材料はガラス材料に比べて軟らかいので、素子基材３１を樹脂材料７に押し当てても素子基材３１の形状面の形状は変化しない。また、形状に合わせて樹脂材料７が流動して成形面の凹凸部に入り込むので、凹凸部の形状が形成層３２の表面に好適に転写される。このようにして本実施の形態にかかる光学素子３０を成形することができる。

その後、第一光学有効面３１ｂおよび第二光学有効面３２ｃをマスキングし、光反射防止処理として、黒塗り処理を施し、光反射防止部３３を形成する。

以上説明したように、本実施の形態にかかる光学素子３０の製造方法では、成形加工により、光学素子３０を得たが、これに限らず研磨加工で、素子基材３１を得てもよい。

また、光反射防止部３３の加工方法についても前述の方法に限らず、例えば成形工程で、成形加工により、得てもよい。例えば、光学素子の光学有効面以外の部分に相当する上型、下型の形状面部分の表面をあらかじめ粗くしておいて、それを成形により転写し、形成させてもよい。

このような光学素子３０は、撮像装置、照明装置、光ディスク記録再生装置等の光学機器に搭載することができる。撮像装置は、被写体を撮影するための装置であり、例えばデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラである。照明装置は、被照明対象物に光を照射するための装置であり、例えばプロジェクタである。また、光ディスク記録再生装置は、デジタルバーサタイルディスク（以下、ＤＶＤと称す） や、コンパクトディスク（以下、ＣＤと称す）や、ブルーレイディスク（登録商標、以下ＢＤ（登録商標）と称す）などを記録再生する装置である。一般に、ＤＶＤ、ＣＤおよびＢＤでは、記録再生するための光源の波長や光ディスクの厚みなどが互いに異なるので、一台の光ディスク記録再生装置でＤＶＤとＣＤとＢＤとを記録再生可能とするためには、より高精度で効率の高い光学系を実現する必要があるが、本実施の形態にかかる光学素子３０を用いれば、高精度で高効率の光学機器を容易に実現することができる。

なお、光反射防止部３３の状態は、上記記載に限定されない。以下にその例を記載する。

図５は、光学素子５０の構成を示す図である。図５（ａ）はその概略断面図であり、図５（ｂ）は光学素子５０を下方から見たときの平面図である。

光学素子５０は、第一の光学材料からなる素子基材５１と、第二の光学材料からなる形成層５２と、その周囲に外径縁部５１ｅを備えている。

前記素子基材５１には、第一光学有効面５１ｂが存在する第一形状面５１ａを、前記形成層５２には、第二光学有効面５２ｃが存在する第二形状面５２ｄを備えている。また、形成層５２は、外形縁部５１ｅの表面も覆っている。光学素子５０では、第二形状面５２ｄのうち第二光学有効面５２ｃ以外の最表面と、外径縁部５１ｅの形成層の最表面には、光反射防止処理が施された光反射防止部５３が存在しているが、第一形状面５１ａと、第一形状面側の外径縁部５１ｅの表面には、光反射防止処理は、施されていない。

図６は、光学素子６０の構成を示す図である。図６（ａ）はその概略断面図であり、図６（ｂ）は光学素子６０を下方から見たときの平面図である。

光学素子６０は、第一の光学材料からなる素子基材６１と、第二の光学材料からなる形成層６２と、その周囲に外径縁部６１ｅとを備えている。

前記素子基材６１には、第一光学有効面６１ｂが存在する第一形状面６１ａを、前記形成層６２には、第二光学有効面６２ｃが存在する第二形状面６２ｄを備えている。光学素子６０では、前記第二形状面６２ｄのうち第二光学有効面６２ｃ以外の表面だけに光反射防止処理が施された光反射防止部６３が存在している。第一形状面６１ａと、外径縁部６１ｅには、光反射防止処理は、施されていない。

光反射防止部は、光学有効面以外の全てに施すことが最も有効であるが、光学機器の構成によっては、前述のように形成層の形状面の内の光学有効面以外にのみ設けてもよい。

以上説明したように、本発明は、光ディスク記録再生装置用の光ピックアップに利用可能であり、それ以外にも、撮像装置（デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等）や表示装置（プロジェクターなど）用のレンズにも利用可能である。

本発明の実施の形態１にかかる光学素子の断面図および平面図 本発明の実施の形態１にかかる他の光学素子の断面図および平面図 本発明の実施の形態２にかかる光学素子の断面図および平面図 本発明の実施の形態２にかかる光学素子の成形工程を示す概略断面図 本発明の実施の形態２にかかる他の光学素子の断面図および平面図 本発明の実施の形態２にかかる他の光学素子の断面図および平面図 従来の光学素子の断面図

符号の説明

１ ガラスプリフォーム
２ 上型
３ 胴型
４ 下型
５ 胴型
６ 下型
７ 樹脂材料
１０、２０、３０、５０、６０ 光学素子
１１、２１、３１、５１、６１ 素子基材
１１ａ、２１ａ、３１ａ、５１ａ、６１ａ 第一形状面
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、５１ｂ、６１ｂ 第一光学有効面
１１ｃ、２１ｃ、３２ｃ、５２ｃ、６２ｃ 第二光学有効面
１１ｄ、２１ｄ、３２ｄ、５２ｄ、６２ｄ 第二形状面
１１ｅ、２１ｅ、３１ｅ、５１ｅ、６１ｅ 外径縁部
１３、２３、３３、５３、６３ 光反射防止部
３２、５２、６２ 形成層

Claims (6)

1. 第一光学有効面が形成された第一形状面と、第二光学有効面が形成された第二形状面と、外径縁部とを有する第一の光学材料からなる素子基材を備え、
   前記第一形状面の前記第一光学有効面以外の表面と、前記第二形状面の前記第二光学有効面以外の表面とに、光反射防止処理が施されていることを特徴とする光学素子。
2. さらに、前記外径縁部の表面に光反射防止処理が施されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 前記素子基材の第二形状面に、第二の光学材料からなる形成層が形成され、
   前記第二光学有効面は、前記形成層に形成され、
   前記第二形状面に施された前記光反射防止処理は、前記形成層の表面で前記第二光学有効面以外の最表面に施されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
4. さらに、前記素子基材の前記外径縁部の表面に前記第二の光学材料からなる形成層が形成され、
   前記外径縁部の表面に形成された形成層の最表面にも光反射防止処理が施されていることを特徴とする請求項３記載の光学素子。
5. 前記形成層に形成された前記第二光学有効面に回折形状を有することを特徴とする請求項３記載の光学素子
6. 第一光学有効面が形成された第一形状面と、第二光学有効面が形成された第二形状面と、外径縁部とを有する第一の光学材料からなる素子基材を備え、
   前記第一および第二光学有効面以外の全ての表面に、光反射防止処理が施されていることを特徴とする光学素子。

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