JP2009031415A

JP2009031415A - 光学素子

Info

Publication number: JP2009031415A
Application number: JP2007193362A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Kyotani; 昇一京谷
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2009-02-12
Also published as: US20090027777A1; US7839582B2; CN101354447A

Abstract

【課題】透明基板の表面に遮光用被膜を有しつつ、ゴーストやフレアの発生を防止することのできる光学素子を提供する。
【解決手段】透明基板の表面にレンズ部が形成されてなるものであって、透明基板の少なくとも片面には、この面に被着され円形の第１開口部を有した第１遮光用被膜と、紫外線硬化樹脂からなり表面に第１レンズ機能面が形成される第１レンズ部とが設けられ、第１レンズ部は、表面に第１レンズ機能面が形成された部分で第１開口部を覆い、かつ第１開口部の外周側の第１遮光用被膜と重なり合うように配置されてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス等からなる透明基板の表面にレンズ部が形成されてなる光学素子に関し、特に透明基板の表面に遮光用被膜も形成された光学素子に関する。

従来、カメラ等に用いられるレンズ部を有する光学素子として、ガラスや樹脂などからなる透明基板の表面にレンズ部を形成してなるものが知られている。レンズ部は、レンズとして機能するレンズ機能面を表面に備え、光を集光する機能を有する。このレンズ部を透明基板上にアレイ状に効率よく形成するために、レンズ部の材料に紫外線硬化樹脂を用いることも知られている。

この場合、透明基板の上に未硬化の紫外線硬化樹脂を載置した後、紫外線硬化樹脂の上から透明基板の上に金型を重ね、金型を押圧して透明基板と金型の間の空間に紫外線硬化樹脂を押し広げ、次いで透明基板を通して紫外線を照射することにより、紫外線硬化樹脂を硬化させてレンズを形成する。このようなレンズ部の形成方法としては、例えば特許文献１に示すようなものがある。
特開２００２−３５５８２６号公報

透明基板上にレンズ部を形成してなる光学素子においては、透明基板上にレンズの絞りとなる遮光用被膜も設けられる。遮光用被膜は、所定の径を有する円形の開口部を有するように透明基板の表面に被着され、レンズ機能面を有する部分で開口部を覆うようにレンズ部を配置することで、遮光用被膜の開口部をレンズの絞りとして機能させることができる。

しかし、レンズ部の外周面が遮光用被膜の開口部の近傍に位置していると、この外周面から侵入する光や、外周面で反射された光などが、絞りとなる遮光用被膜の開口部を通過することができるために、光学素子により得られる像に、ゴーストやフレアを生じることがあった。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、透明基板の表面に遮光用被膜を有しつつ、ゴーストやフレアの発生を防止することのできる光学素子を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る光学素子は、透明基板の表面にレンズ部が形成されてなる光学素子において、
前記透明基板の少なくとも片面には、該面に被着され円形の開口部を有した遮光用被膜と、紫外線硬化樹脂からなり表面にレンズ機能面が形成されるレンズ部とが設けられ、該レンズ部は、表面に前記レンズ機能面が形成された部分で前記開口部を覆い、かつ該開口部より外周側の前記遮光用被膜と重なり合うように配置されてなることを特徴として構成されている。

また、本発明に係る光学素子は、前記レンズ部の外周径は前記第１開口部の径の１．９５倍以上であることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係る光学素子は、前記透明基板の前記レンズ部が形成される片面と反対側の面には、紫外線硬化樹脂からなり表面に第２レンズ機能面が形成される第２レンズ部が設けられ、該第２レンズ部の外周径は前記開口部の径の１．９５倍以上であることを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係る光学素子は、前記透明基板に対向するようにスペーサを介して第２透明基板を設け、該第２透明基板の前記第２レンズ部と対向する面には、該面に被着され円形の第２開口部を有した第２遮光用被膜と、紫外線硬化樹脂からなり表面に第３レンズ機能面が形成される第３レンズ部とが設けられ、該第３レンズ部は、表面に前記第３レンズ機能面が形成された部分で前記第２開口部を覆い、かつ該第２開口部より外周側の前記遮光用被膜と重なり合うように配置されてなることを特徴として構成されている。

そして、本発明に係る光学素子は、前記第３レンズ部の外周径は前記第２開口部の径の１．３倍以上であることを特徴として構成されている。

また、本発明に係る光学素子は、前記第２透明基板の前記第３レンズ部が形成される面と反対側の面には、紫外線硬化樹脂からなり表面に第４レンズ機能面が形成される第４レンズ部が設けられ、該第４レンズ部の外周径は前記第２開口部の径の１．４５倍以上であることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係る光学素子は、前記レンズ部は低分散の材料からなり、前記第２レンズ部は高分散の材料からなることを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係る光学素子は、前記第２レンズ部及び／または第３レンズ部は高分散の材料からなり、それ以外のレンズ部は低分散の材料からなることを特徴として構成されている。

本発明に係る光学素子によれば、透明基板の少なくとも片面には開口部を有した遮光用被膜と、紫外線硬化樹脂からなるレンズ部とが設けられ、レンズ部は、表面にレンズ機能面が形成された部分で開口部を覆い、かつ開口部より外周側の遮光用被膜と重なり合うように配置されてなることにより、レンズ部の外周面が開口部から離れた位置となるために、当該外周面から侵入した光や反射された光などが、絞りとなる開口部を通過することを防止でき、ゴーストやフレアの発生を防止することができる。

また、本発明に係る光学素子によれば、レンズ部の外周径は開口部の径の１．９５倍以上であることにより、確実にゴーストやフレアの発生を防止することができる。

さらに、本発明に係る光学素子によれば、透明基板のレンズ部が形成される片面と反対側の面には、紫外線硬化樹脂からなる第２レンズ部が設けられ、第２レンズ部の外周径は開口部の径の１．９５倍以上であることにより、透明基板の両面にレンズ機能面を形成することができ、また第２レンズ部によるゴーストやフレアの発生を確実に防止することができる。

さらにまた、本発明に係る光学素子によれば、透明基板に対向するように第２透明基板を設け、第２透明基板の第２レンズ部と対向する面には、第２開口部を有した第２遮光用被膜と、紫外線硬化樹脂からなる第３レンズ部とが設けられ、第３レンズ部は、表面に第３レンズ機能面が形成された部分で第２開口部を覆い、かつ第２開口部より外周側の遮光用被膜と重なり合うように配置されてなることにより、レンズとして機能する面を３つ設けることができ、また第３レンズ部によるゴーストやフレアの発生も防止することができる。

そして、本発明に係る光学素子によれば、第３レンズ部の外周径は第２開口部の径の１．３倍以上であることにより、第３レンズ部によるゴーストやフレアの発生を確実に防止することができる。

また、本発明に係る光学素子によれば、第２透明基板の第３レンズ部が形成される面と反対側の面には、紫外線硬化樹脂からなる第４レンズ部が設けられ、第４レンズ部の外周径は第２開口部の径の１．４５倍以上であることにより、レンズとして機能する面を４つ設けることができ、また第４レンズ部によるゴーストやフレアの発生を確実に防止することができる。

さらに、本発明に係る光学素子によれば、レンズ部は低分散の材料からなり、第２レンズ部は高分散の材料からなることにより、レンズ部と第２レンズ部で色収差を補正することができる。

さらにまた、本発明に係る光学素子によれば、第２レンズ部及び／または第３レンズ部は高分散の材料からなり、それ以外のレンズ部は低分散の材料からなることにより、各レンズ部で色収差を補正することができる。

本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には、本実施形態における光学素子の断面図を示している。この図に示すように、本実施形態における光学素子は、透明なガラスからなり表面にレンズ部を有した第１透明基板１と第２透明基板２とが第１スペーサ３を介して対向し、さらに第２透明基板２は第２スペーサ４を介して受光部５と対向している。これにより、第１透明基板１側から入射する光が、第１透明基板１と第２透明基板２の表面にそれぞれ形成されたレンズ部によって受光部５に集光される。

第１透明基板１の第１の面１０には、その表面に第１遮光用被膜１１が被着されている。第１遮光用被膜１１は、光を透過させない層が薄膜状に形成されてなり、また所定の径を有する円形の第１開口部１１ａが形成されている。さらに、第１の面１０には第１開口部１１ａ及び該第１開口部１１ａより外周側の第１遮光用被膜１１を覆うように、紫外線硬化樹脂からなる第１レンズ部１２が形成される。

第１レンズ部１２の中央部には、表面に第１レンズ機能面１２ａが形成され、第１レンズ部１２は、この第１レンズ機能面１２ａが形成された部分で第１開口部１１ａを覆っている。第１レンズ機能面１２ａは、凸状の非球面レンズとして形成されている。また、第１レンズ機能面１２ａよりも外周側は薄肉状の周縁部１２ｂを構成している。そして第１レンズ部１２は、第１レンズ機能面１２ａの外縁より若干内周側の位置から周縁部１２ｂの外周面１２ｃまでの領域が、第１遮光用被膜１１と重なり合うように配置されており、第１遮光用被膜１１を覆っている。

このように、第１レンズ部１２の第１レンズ機能面１２ａの部分で覆われる第１開口部１１ａを有した第１遮光用被膜１１が、第１の面１０に形成されているので、第１開口部１１ａが第１レンズ機能面１２ａの絞りとして機能する。また、第１レンズ部１２の周縁部１２ｂが第１遮光用被膜１１と重なり合うように配置されているので、周縁部１２ｂの外周面１２ｃは、第１開口部１１ａから離れた位置に配置されることとなり、したがって、外周面１２ｃから侵入、あるいは外周面１２ｃで反射された光が第１開口部１１ａに入射しないようにすることができる。これによってゴーストやフレアの発生を防止するためには、第１レンズ部１２の外周径を第１開口部１１ａの径に対して１．９５倍以上にすればよい。

第１透明基板１の第１の面１０と対向する第２の面１５には、その表面にフィルタ膜１６が被着されている。フィルタ膜１６は、赤外線を透過させない多層膜によって構成されており、第２の面１５の略全面に渡って形成されている。このフィルタ膜１６を覆うように紫外線硬化樹脂からなる第２レンズ部１７が形成される。

第２レンズ部１７の中央部には、表面に第２レンズ機能面１７ａが形成される。第２レンズ機能面１７ａは、凹状の非球面レンズとして形成されている。また、第２レンズ機能面１７ａよりも外周側は周縁部１７ｂを構成している。そして第２レンズ部１２は、第２レンズ機能面１７ａの外縁より若干内周側の位置から周縁部１７ｂの外周面１７ｃまでの領域が、第１遮光用被膜１１と重なり合うように配置されている。第２レンズ部１２についても、第１レンズ部１２と同様、ゴーストやフレアの発生を防止するためには、第２レンズ部１２の外周径を第１開口部１１ａの径に対して１．９５倍以上とする必要がある。

第１透明基板１の第２の面１５と対向する第２透明基板２の第３の面２０には、その表面に第２遮光用被膜２１が被着されている。また、第２遮光用被膜２１には、所定の径を有する円形の第２開口部２１ａが形成されている。さらに、第３の面２０には第２開口部２１ａ及びそれより外周側の第２遮光用被膜２１を覆うように、紫外線硬化樹脂からなる第３レンズ部２２が形成される。

第３レンズ部２２の中央部には、表面に第３レンズ機能面２２ａが形成され、第３レンズ部２２は、第３レンズ機能面２２ａの外縁より若干内周側の位置から周縁部２２ｂの外周面２２ｃまでの領域で第２開口部２１ａを覆っている。第３レンズ機能面２２ａは、中央部が凸状で周縁部が凹状の非球面レンズとして形成されている。また、第３レンズ機能面２２ａよりも外周側は周縁部２２ｂを構成している。そして第３レンズ部２２は、周縁部２２ｂの領域が第２遮光用被膜２１を覆っており、これと重なり合うように配置されている。第３レンズ部２２においてゴーストやフレアの発生を防止するためには、第３レンズ部２２の外周径を第２開口部２１ａの径に対して１．３倍以上とする必要がある。

第２透明基板２の第３の面２０と対向する第４の面２５には、紫外線硬化樹脂からなる第４レンズ部２７が形成される。第４レンズ部２７の中央部には、表面に第４レンズ機能面２７ａが形成されている。第４レンズ機能面２７ａは、中央部が凹状で周縁部が凸状の非球面レンズとして形成されている。また、第４レンズ機能面２７ａよりも外周側は周縁部２７ｂを構成している。そして、第４レンズ部２７は、第４レンズ機能面２７ａの外縁より若干内周側の位置から周縁部２７ｂの外周面２７ｃまでの領域が、第２遮光用被膜２１と重なり合うように配置されている。第４レンズ部２７については、ゴーストやフレアの発生を防止するためには、第４レンズ部２７の外周径を第２開口部２１ａの径に対して１．４５倍以上とする必要がある。

このように本実施形態の光学素子では、第１透明基板１と第２透明基板２の両面にそれぞれレンズ部が形成されるので、全体で４つのレンズが配置されることとなる。このうち、第１レンズ部１２を構成する材料を低分散材料とし、第２レンズ部１７を構成する材料を高分散材料とすることにより、色収差を補正することができる。また、第３レンズ部２２を高分散材料とし、第４レンズ部２７を低分散材料としてもよい。さらにはこれらの両方の条件、すなわち第１レンズ部１２及び第４レンズ部２７を低分散材料とし、第２レンズ部１７及び第３レンズ部２２を高分散材料としても同様に、色収差の補正を行うことができる。

次に、本実施形態の光学素子の製造工程について説明する。図２には、第１透明基板１に対して第１遮光用被膜１１及びフィルタ膜１６を形成するまでの工程を表した断面図を示している。図２（ａ）に示すように、まずガラスからなる第１透明基板１の第１の面１０に対し、第１開口部１１ａを形成する位置にレジスト３０を塗布する。レジスト３０は、第１開口部１１ａと同じ径の円形を有するように塗布される。

次に、図２（ｂ）に示すように、第１遮光用被膜１１を構成する材料がスパッタにより第１透明基板１の第１の面１０に成膜され、遮光用被膜構成膜３７が形成される。次いで図２（ｃ）に示すように、レジストが除去されることで、第１開口部１１ａを有した第１遮光用被膜１１が形成される。さらに、図２（ｄ）に示すように、第１透明基板１の第２の面１５に対して、蒸着によりフィルタ膜１６が成膜される。

ここまでの工程で、第１透明基板１に第１遮光用被膜１１及びフィルタ膜１６が形成される。図３には、第１遮光用被膜１１及びフィルタ膜１６が形成された第１透明基板１に対してレンズ部２２を形成する工程を表した断面図を示している。まず図３（ａ）に示すように、第１透明基板１の第１開口部１１ａの位置に、未成形の紫外線硬化樹脂からなる樹脂材３１を載置する。

次に、図３（ｂ）に示すように、第１透明基板１の第１の面１０側に対し、成形するレンズ部の形状を有したレンズ成型面３２ａを備える透明金型３２を近接させる。透明金型３２は、ガラスまたは樹脂材によって形成され、紫外線を透過させることのできる透明な金型である。この透明金型３２がさらに第１の面１０に近接すると、それに伴い樹脂材３１は押圧され、表面にレンズ成型面３２ａの形状が転写されて第１レンズ機能面１２ａや周縁部１２ｂを有する第１レンズ部１２が形成される。

透明金型３２で樹脂材３１を押圧したら、図３（ｃ）に示すように、第１の面１０側に配置された紫外線源３３から透明金型３２を介して樹脂材３１に対して紫外線が照射される。前述のように透明金型３２は紫外線を透過させるので、透明金型３２により樹脂材３１を押圧した状態でも、透明金型３２を透過させて樹脂材３１に紫外線を照射することができる。なお、第１透明基板１の第１の面１０には、前述のように第１遮光用被膜１１が形成されており、第１レンズ部１２は周縁部が第１遮光用被膜１１と重なり合うように形成されるため、第２の面１５側から紫外線を照射しても、当該重なり合う部分に紫外線を照射することはできない。本発明では、樹脂材３１を押圧成形する金型を、透明としたことにより、金型側から紫外線を照射することができ、第１遮光用被膜１１と第１レンズ部１２が重なり合っていても、前面に渡って紫外線を照射し、樹脂材３１を硬化させて第１レンズ部１２を形成することができる。

続いて図３（ｄ）に示すように、第１透明基板１を反転し、第２の面１５に未成形の紫外線硬化樹脂からなる樹脂材３５を載置する。そして図３（ｅ）に示すように、第２の面１５側に対し、成形するレンズ部の形状を有したレンズ成型面３６ａを備える透明金型３６を近接させる。透明金型３６も紫外線を透過させることのできる透明な金型であり、これによって樹脂材３５は押圧され、表面にレンズ成型面３６ａの形状が転写されて第２レンズ機能面１７ａや周縁部１７ｂを有する第２レンズ部１７が形成される。

透明金型３６により樹脂材３５を押圧したら、図３（ｆ）に示すように、第２の面１０側に配置された紫外線源３３から透明金型３６を介して樹脂材３５に対して紫外線が照射される。これによって樹脂材３５は硬化し、第２レンズ部１７が形成される。

ここでは説明を省略するが、第２透明基板２についても同様に、第２遮光用被膜２１と第３レンズ部２２及び第４レンズ部２７が形成される。そして、第１透明基板１と第２透明基板２の間に第１スペーサ３が配置されて接着されると共に、第２透明基板２の第４の面２５側には第２スペーサ４が接着されて、第２透明基板２と対向するように受光部５が配置される。

ここまで説明した第１透明基板１や第２透明基板２に形成されるレンズ部などの構成は、図４に示すようにいずれもアレイ状に整列するように多数が一度に形成される。図４には、第１透明基板１に第１レンズ部１２がアレイ状に形成された状態の斜視図を示している。第１透明基板１や第２透明基板２に各レンズ部を形成し、第１透明基板１と第２透明基板２及び受光部５をスペーサを介して接着により一体化した後に、これを切断し、個々の光学素子として完成させる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、本実施形態では第１透明基板１と第２透明基板２の両面にそれぞれレンズ部を形成し、レンズとして機能する面を４つ設けたが、少なくとも遮光用被膜とレンズ部が１つずつ以上あればよく、かつレンズ部が遮光用被膜の開口部と重なり合うように配置されていればよい。

また、レンズとして機能するレンズ機能面を、本実施形態では凸レンズや凹レンズあるいはこれらを組み合わせた形状としたが、例えば回折レンズなど他の形態であってもよい。さらには、本実施形態では透明基板をガラスからなるものとしたが、透明な材料であれば樹脂材などを用いてもよい。

本実施形態における光学素子の断面図である。第１透明基板に対して第１遮光用被膜及びフィルタ膜を形成するまでの工程を表した断面図である。第１遮光用被膜及びフィルタ膜が形成された第１透明基板に対してレンズ部を形成する工程を表した断面図である。レンズ部がアレイ状に形成された透明基板の斜視図である。

符号の説明

１第１透明基板
２第２透明基板
５受光部
１０第１の面
１１第１遮光用被膜
１１ａ第１開口部
１２第１レンズ部
１２ａ第１レンズ機能面
１５第２の面
１６フィルタ膜
１７第２レンズ部
１７ａ第２レンズ機能面
２０第３の面
２１第２遮光用被膜
２１ａ第２開口部
２２第３レンズ部
２２ａ第３レンズ機能面
２５第４の面
２７第４レンズ部
２７ａ第４レンズ機能面
３０レジスト
３１樹脂材
３２透明金型
３３紫外線源
３５樹脂材
３６透明金型

Claims

透明基板の表面にレンズ部が形成されてなる光学素子において、
前記透明基板の少なくとも片面には、該面に被着され円形の開口部を有した遮光用被膜と、紫外線硬化樹脂からなり表面にレンズ機能面が形成されるレンズ部とが設けられ、該レンズ部は、表面に前記レンズ機能面が形成された部分で前記開口部を覆い、かつ該開口部より外周側の前記遮光用被膜と重なり合うように配置されてなることを特徴とする光学素子。
前記レンズ部の外周径は前記開口部の径の１．９５倍以上であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
前記透明基板の前記レンズ部が形成される片面と反対側の面には、紫外線硬化樹脂からなり表面に第２レンズ機能面が形成される第２レンズ部が設けられ、該第２レンズ部の外周径は前記開口部の径の１．９５倍以上であることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子。
前記透明基板に対向するようにスペーサを介して第２透明基板を設け、該第２透明基板の前記第２レンズ部と対向する面には、該面に被着され円形の第２開口部を有した第２遮光用被膜と、紫外線硬化樹脂からなり表面に第３レンズ機能面が形成される第３レンズ部とが設けられ、該第３レンズ部は、表面に前記第３レンズ機能面が形成された部分で前記第２開口部を覆い、かつ該第２開口部より外周側の前記遮光用被膜と重なり合うように配置されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
前記第３レンズ部の外周径は前記第２開口部の径の１．３倍以上であることを特徴とする請求項４記載の光学素子。
前記第２透明基板の前記第３レンズ部が形成される面と反対側の面には、紫外線硬化樹脂からなり表面に第４レンズ機能面が形成される第４レンズ部が設けられ、該第４レンズ部の外周径は前記第２開口部の径の１．４５倍以上であることを特徴とする請求項４または５記載の光学素子。
前記レンズ部は低分散の材料からなり、前記第２レンズ部は高分散の材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学素子。
前記第２レンズ部及び／または第３レンズ部は高分散の材料からなり、それ以外のレンズ部は低分散の材料からなることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の光学素子。