JP2022153113A - Light blocking film formation method and double layer type diffraction optical element - Google Patents

Light blocking film formation method and double layer type diffraction optical element Download PDF

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Abstract

To provide a light blocking film formation method capable of easily forming a light blocking film and a double layer type diffraction optical element.SOLUTION: The light blocking film formation method includes forming a light blocking film on a double layer type diffraction optical element that comprises a pair of plastic-made diffraction grating layers each having a diffraction optical surface with a plurality of concentrically and circularly arranged protrusions thereon and having a sawtooth-shaped cross section in a radial direction, and in which the convexoconcaves of the diffraction optical surfaces are fitted with each other. The light blocking film formation method further includes defining one inclined plane of two inclined planes extending from a ridge line of the protrusions as lattice plane and defining the other inclined plane as side wall surface, using a laser beam to carbonize part of the diffraction grating layer in a borderline region between facing side wall surfaces of the pair of diffraction optical surfaces being fitted, thereby forming a light blocking film that blocks a transmitted beam transmitting through the borderline region from among incident beams incident into the diffraction optical surface.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本開示の技術は、遮光膜形成方法及び複層型回折光学素子に関する。 The technology of the present disclosure relates to a light shielding film forming method and a multilayer diffractive optical element.

複層型回折光学素子が知られている。複層型回折光学素子は、例えば、1対の回折格子層を有する回折格子部と、回折格子部の両面とそれぞれ接合される1対のレンズとを備えている。回折格子部とレンズとを組み合わせた複層型回折光学素子は、回折レンズとも呼ばれる。回折レンズは、通常の屈折作用のみを発揮するレンズとは反対の色収差特性を備えている。そのため、回折レンズは、例えば色収差補正用のレンズとして用いられる。 Multilayer diffractive optical elements are known. A multi-layer diffractive optical element includes, for example, a diffraction grating section having a pair of diffraction grating layers, and a pair of lenses bonded to both surfaces of the diffraction grating section. A multilayer diffractive optical element that combines a diffraction grating section and a lens is also called a diffractive lens. Diffractive lenses have chromatic aberration properties that are opposite to lenses that exhibit only normal refractive action. Therefore, the diffractive lens is used, for example, as a lens for correcting chromatic aberration.

特許文献1には、遮光膜を有する回折レンズが記載されている。遮光膜によって、回折レンズに対して斜め方向から入射する斜め入射光などの不要光をカットできるため、ゴースト及びフレアなどを低減可能である。特許文献1において、遮光膜は、蒸着法、及びインクジェットプロセスなどの塗布法によって形成されている。 Patent Document 1 describes a diffraction lens having a light shielding film. The light-shielding film can cut unnecessary light such as obliquely incident light incident on the diffraction lens from an oblique direction, so that ghost, flare, and the like can be reduced. In Patent Document 1, the light shielding film is formed by a vapor deposition method and a coating method such as an inkjet process.

特開2012-18380号公報JP 2012-18380 A

しかしながら、蒸着法及び塗布法は、回折格子層とは別に遮光膜を形成する材料が必要になる他、遮光膜を形成する領域以外を覆うマスクの形成及びマスクの除去の工程が必要になるなど、遮光膜の形成方法が複雑になるという問題があった。 However, the vapor deposition method and the coating method require a material for forming the light-shielding film in addition to the diffraction grating layer, and also require steps of forming and removing a mask to cover areas other than the region where the light-shielding film is to be formed. , there is a problem that the method of forming the light shielding film becomes complicated.

本開示の技術は、従来と比較して、遮光膜を簡単に形成することが可能な遮光膜形成方法及び複層型回折光学素子を提供する。 The technique of the present disclosure provides a light-shielding film forming method and a multilayer diffractive optical element that enable the light-shielding film to be formed more easily than conventional methods.

本開示の技術に係る遮光膜形成方法は、同心円状に複数の突条部が配列され、径方向の断面形状が鋸歯状の回折光学面をそれぞれ有する1対の回折格子層であって、プラスチックで形成された1対の回折格子層を備え、回折光学面同士の凹凸が嵌合した複層型回折光学素子に対して、遮光膜を形成する遮光膜形成方法であって、突条部の稜線から延びる2つの斜面のうちの一方の斜面を格子面、他方の斜面を側壁面とした場合に、嵌合した状態の1対の回折光学面において対面する側壁面同士の境界領域に、レーザ光を用いて回折格子層の一部を炭化させることにより、回折光学面に入射する入射光のうち境界領域を透過する透過光を遮光する遮光膜を形成する。 A light-shielding film forming method according to the technology of the present disclosure includes a pair of diffraction grating layers each having a plurality of ridges arranged concentrically and each having a diffractive optical surface with a sawtooth-shaped cross-section in the radial direction, comprising: A light-shielding film forming method for forming a light-shielding film on a multi-layered diffractive optical element having a pair of diffraction grating layers formed from When one of the two slopes extending from the ridgeline is the grating surface and the other slope is the side wall surface, a laser beam is applied to the boundary region between the side wall surfaces facing each other in the pair of diffractive optical surfaces in a fitted state. By carbonizing a part of the diffraction grating layer using light, a light-shielding film is formed that shields the transmitted light that is transmitted through the boundary region among the incident light incident on the diffractive optical surface.

また、境界領域の一部にレーザ光を照射することにより、プラスチック製の回折格子層が炭化した炭化領域を形成すること、回折光学面の面内において、境界領域の周方向に沿って、レーザ光の焦点位置を変化させながら、周方向に炭化領域を展開させることにより、境界領域の全周に渡って遮光膜を形成することを含んでいてもよい。 Further, by irradiating a part of the boundary region with a laser beam, a carbonized region in which the plastic diffraction grating layer is carbonized is formed, and a laser beam is formed along the circumferential direction of the boundary region in the plane of the diffractive optical surface. It may include forming a light shielding film over the entire periphery of the boundary region by expanding the carbonized region in the circumferential direction while changing the focus position of light.

回折光学面と対向する方向からレーザ光を照射してもよい。 A laser beam may be irradiated from a direction facing the diffractive optical surface.

突条部の側壁面に沿う方向からレーザ光を照射してもよい。 The laser beam may be irradiated from a direction along the side wall surface of the protrusion.

レーザ光は、回折光学面の光軸方向に沿って照射されてもよい。 The laser light may be irradiated along the optical axis direction of the diffractive optical surface.

回折光学面の面内におけるレーザ光の1つの照射位置において、集光光学系によってレーザ光を集光させた場合のレーザ光の焦点位置を、レーザ光の照射方向に延びる側壁面の高さ方向に変化させながら、側壁面の高さ方向に沿って炭化領域を展開してもよい。 At one irradiation position of the laser light in the plane of the diffractive optical surface, the focus position of the laser light when the laser light is condensed by the condensing optical system is the height direction of the side wall surface extending in the irradiation direction of the laser light. , the carbonized region may be developed along the height direction of the side wall surface.

レーザ光は、パルスレーザ光であってもよい。 The laser light may be pulsed laser light.

パルスレーザ光は、パルスの時間幅がピコ秒からフェムト秒の範囲内の超短パルスレーザ光であってもよい。 The pulsed laser light may be ultrashort pulsed laser light with a pulse time width in the range of picoseconds to femtoseconds.

パルスレーザ光によって、回折格子層にドット状の炭化領域を形成し、隣接する炭化領域のドット同士が部分的に重なる態様でパルス照射を繰り返してもよい。 Dot-shaped carbonized regions may be formed in the diffraction grating layer by pulsed laser light, and pulse irradiation may be repeated in such a manner that the dots of adjacent carbonized regions partially overlap each other.

レーザ光を照射するレーザ照射部を固定した状態で複層型回折光学素子を変位させることにより、レーザ光の焦点位置を移動させてもよい。 The focal position of the laser light may be moved by displacing the multi-layer diffraction optical element while fixing the laser irradiation section that irradiates the laser light.

複層型回折光学素子を固定した状態で、レーザ光を照射するレーザ照射部を変位させることにより、レーザ光の焦点位置を移動させてもよい。 The focal position of the laser light may be moved by displacing the laser irradiation section that irradiates the laser light while the multilayer diffractive optical element is fixed.

本開示の技術に係る複層型回折光学素子は、同心円状に複数の突条部が配列され、径方向の断面形状が鋸歯状の回折光学面をそれぞれ有する1対の回折格子層であって、プラスチックで形成された1対の回折格子層を備え、回折光学面同士の凹凸が嵌合した複層型回折光学素子であって、突条部の稜線から延びる2つの斜面のうちの一方の斜面を格子面、他方の斜面を側壁面とした場合に、嵌合した状態の1対の回折光学面において対面する側壁面同士の境界領域には、回折格子層の一部を炭化させた炭化領域によって形成された遮光膜であって、回折光学面に入射する入射光のうち境界領域を透過する透過光を遮光する遮光膜が設けられている。 A multi-layered diffractive optical element according to the technology of the present disclosure includes a pair of diffraction grating layers each having a diffractive optical surface having a sawtooth-shaped radial cross-sectional shape and having a plurality of concentrically arranged ridges. , a multi-layered diffractive optical element comprising a pair of diffraction grating layers made of plastic, in which the concave and convex portions of the diffractive optical surfaces are fitted to each other; When the inclined surface is the grating surface and the other inclined surface is the side wall surface, the boundary region between the side wall surfaces facing each other in the pair of diffractive optical surfaces in the fitted state is carbonized by partially carbonizing the diffraction grating layer. A light shielding film formed by regions is provided for shielding the transmitted light that is transmitted through the boundary region among the incident light incident on the diffractive optical surface.

炭化領域は、複数のドットで形成されており、隣接するドット同士は一部重なり合った状態で配列されていてもよい。 The carbonized region is formed of a plurality of dots, and adjacent dots may be arranged in a state where they partially overlap each other.

複数のドットは、断面が楕円形状であり、かつ、側壁面の高さ方向に長手方向が延びる姿勢で配列されていてもよい。 The plurality of dots may have an elliptical cross section and may be arranged in a posture in which the longitudinal direction extends in the height direction of the side wall surface.

突条部において、回折光学面の径方向における遮光膜の膜厚は、突条部の幅に対して、10%以下であってもよい。 In the ridge, the thickness of the light shielding film in the radial direction of the diffractive optical surface may be 10% or less of the width of the ridge.

突条部において、回折光学面の径方向における遮光膜の膜厚は、突条部の幅に対して、1%以下であってもよい。 In the ridge, the thickness of the light shielding film in the radial direction of the diffractive optical surface may be 1% or less of the width of the ridge.

1対の回折格子層を有する回折格子部と、回折格子部の両面とそれぞれ接合される1対のレンズとを備えていてもよい。 A diffraction grating section having a pair of diffraction grating layers and a pair of lenses cemented to both surfaces of the diffraction grating section may be provided.

本開示の技術によれば、従来と比較して、遮光膜を簡単に形成することができる。 According to the technique of the present disclosure, it is possible to form the light shielding film more easily than in the conventional art.

回折レンズが組み込まれたズームレンズの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a zoom lens incorporating a diffractive lens; 回折レンズの色収差特性を説明する図である。It is a figure explaining the chromatic aberration characteristic of a diffraction lens. 回折レンズの断面図(図3Aに示す)及び回折格子層の平面図(図3Bに示す)である。3A is a cross-sectional view of a diffractive lens (shown in FIG. 3A) and a plan view of a grating layer (shown in FIG. 3B); FIG. 回折格子部の拡大図である。3 is an enlarged view of a diffraction grating section; FIG. 一対の回折格子層の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a pair of diffraction grating layers; 回折格子層における遮光膜の作用の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the action of a light shielding film in a diffraction grating layer; 遮光膜が無い比較例を示す図である。It is a figure which shows the comparative example without a light shielding film. 回折格子部の形成方法を示す図である。It is a figure which shows the formation method of a diffraction grating part. 遮光膜を形成するレーザ加工装置の概要図である。1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus for forming a light shielding film; FIG. レーザ光の焦点位置の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of focal positions of laser light; パルスレーザ光の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of pulsed laser light; ビームスポットのスポット径を決めるパラメータの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of parameters that determine the spot diameter of a beam spot; 複数の炭化ドットによって形成される遮光膜の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a light shielding film formed by a plurality of carbonized dots; 複数の炭化ドットを突条部の高さ方向に形成する際のレーザ光の走査方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a scanning method of laser light when forming a plurality of carbonized dots in the height direction of the ridge. 複数の炭化ドットを突条部の周方向に形成する際のレーザ光の走査方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a scanning method of laser light when forming a plurality of carbonized dots in the circumferential direction of a ridge. 炭化ドットの形状の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the shape of carbonized dots; 炭化ドットが形成される姿勢の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a posture in which carbonized dots are formed; 遮光膜の膜厚の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the film thickness of a light shielding film; 遮光膜形成手順を示すフローチャートである。5 is a flow chart showing a procedure for forming a light shielding film; 遮光膜の形成位置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the formation position of a light shielding film. 側壁面が傾斜している場合の炭化ドットの姿勢を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the orientation of carbonized dots when side wall surfaces are inclined; 側壁面に対する炭化ドットの姿勢の変形例である。It is a modified example of the posture of the carbonized dots with respect to the side wall surface. ガルバノミラーを有する走査機構の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a scanning mechanism having a galvanomirror; CWレーザ光の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of CW laser light;

(回折レンズの機能)
本開示の技術に係る複層型回折光学素子の一例である回折レンズ10について、図面を参照しながら説明する。図1に示すように、回折レンズ10は、例えば、撮影光学系110に用いられる。図1に示す撮影光学系110は、例えば、第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、及び第3レンズ群G3の3群構成であり、被写体の像をイメージセンサ111に結像する。撮影光学系110は、例えば、ズームレンズであり、第2レンズ群G2は、光軸OA方向に移動可能な変倍用のレンズである。例えば、図1Aに示す位置から図1Bに示す位置に、第2レンズ群G2が光軸OA方向に移動すると、撮影光学系110の全体の焦点距離が変化することにより、イメージセンサ111に結像する結像倍率が変化する。
(Function of diffractive lens)
A diffractive lens 10, which is an example of a multilayer diffractive optical element according to the technology of the present disclosure, will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the diffraction lens 10 is used, for example, in an imaging optical system 110. As shown in FIG. The photographic optical system 110 shown in FIG. 1 has, for example, a three-group configuration of a first lens group G1, a second lens group G2, and a third lens group G3, and forms an image of a subject on an image sensor 111. FIG. The photographing optical system 110 is, for example, a zoom lens, and the second lens group G2 is a zooming lens movable in the optical axis OA direction. For example, when the second lens group G2 moves along the optical axis OA from the position shown in FIG. 1A to the position shown in FIG. image formation magnification changes.

撮影光学系110において、一例として、回折レンズ10は、第3レンズ群G3に組み込まれる。回折レンズ10は、DOE(Diffractive Optical Element)レンズなどとも呼ばれる。撮影光学系110に組み込まれる回折レンズ10の機能は、一例として、色収差補正機能である。 In the imaging optical system 110, as an example, the diffraction lens 10 is incorporated in the third lens group G3. The diffractive lens 10 is also called a DOE (Diffractive Optical Element) lens. One example of the function of the diffraction lens 10 incorporated in the imaging optical system 110 is a chromatic aberration correction function.

図2は、回折レンズ10の色収差補正機能の説明図である。図2Aは、比較例として屈折作用のみを有する凸レンズ120の色収差を示す。色収差は像の色ズレであり、凸レンズ120においては、波長に応じて屈折率が異なることによって生じる。凸レンズ120の場合は、入射した光線SRのうち、波長が短い光ほど屈折率が大きい。図2Aに示すように、波長が短い光ほど、すなわち、青(B:Blue)、緑(G:Green)、及び赤(R:Red)の順に焦点距離が短い。これに対して、回折レンズ10は、色収差に関して、凸レンズ120と逆の特性を有しており、図2Bに示すように、入射した光線SRのうち、波長が長い光ほど、すなわち、赤(R)、緑(G)、及び青(B)の順に焦点距離が短い。このような回折レンズ10の色収差の特性は、光の屈折作用のみを有する凸レンズ120と異なり、回折レンズ10が光の回折作用を有することに起因する。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the chromatic aberration correction function of the diffraction lens 10. As shown in FIG. FIG. 2A shows chromatic aberration of a convex lens 120 having only refractive action as a comparative example. Chromatic aberration is a color shift of an image, and is caused in the convex lens 120 by different refractive indices depending on wavelengths. In the case of the convex lens 120, among the incident light rays SR, the shorter the wavelength of the light, the higher the refractive index. As shown in FIG. 2A, the shorter the wavelength of light, that is, the shorter the focal length is in the order of blue (B: Blue), green (G: Green), and red (R: Red). On the other hand, the diffractive lens 10 has a chromatic aberration characteristic opposite to that of the convex lens 120. As shown in FIG. ), green (G), and blue (B). The chromatic aberration characteristic of the diffraction lens 10 is due to the fact that the diffraction lens 10 has a light diffraction effect, unlike the convex lens 120 that only has a light refraction effect.

本例の回折レンズ10は、プラスチックで形成された回折格子部12と、ガラスで形成された2枚のレンズ13及びレンズ14とを備えており、2枚のレンズ13及びレンズ14によって回折格子部12を挟み込んだ構成である。本例の回折レンズ10は、回折格子部12による回折作用と、プラスチックとガラスとの屈折率の差によって生じる作用とを組み合わせた作用により、図2Bに示すような色収差特性を実現している。 The diffraction lens 10 of this example includes a diffraction grating section 12 made of plastic and two lenses 13 and 14 made of glass. 12 are sandwiched. The diffractive lens 10 of this example achieves chromatic aberration characteristics as shown in FIG. 2B by a combination of the diffraction action of the diffraction grating section 12 and the action caused by the difference in refractive index between plastic and glass.

(回折レンズの構成)
図3~図5に示すように、回折レンズ10は、回折格子部12の一方の面とレンズ13が接合され、回折格子部12の他方の面とレンズ14が接合されている。レンズ13は、一例として、一方の面が凸面で他方の面が凹面のメニスカスレンズであり、レンズ14は、両面が凸面の凸レンズである。回折格子部12は、一方の面が凸面で他方の面が凹面であり、全体としてメニスカスレンズのような形状をしている。回折格子部12の凸面とレンズ13の一方の凹面とが接合し、回折格子部12の凹面とレンズ14の一方の凸面とが接合している。
(Configuration of diffraction lens)
As shown in FIGS. 3 to 5, in the diffraction lens 10, one surface of the diffraction grating section 12 and the lens 13 are cemented together, and the other surface of the diffraction grating section 12 and the lens 14 are cemented together. As an example, the lens 13 is a meniscus lens having one surface convex and the other surface concave, and the lens 14 is a convex lens having both surfaces convex. The diffraction grating portion 12 has one surface that is convex and the other surface that is concave, and has a meniscus lens-like shape as a whole. The convex surface of the diffraction grating portion 12 and one concave surface of the lens 13 are joined together, and the concave surface of the diffraction grating portion 12 and one convex surface of the lens 14 are joined together.

回折格子部12は、プラスチックで形成された1対の回折格子層12A及び12Bを有する。図3Bは回折格子層12Bの平面図であり、図3Aは、回折レンズ10の断面図であり、図3BのA-Aで示す位置の断面図である。図3Bにおいて、回折格子層12Bを例に示すように、各回折格子層12A及び12Bは、レンズ13及びレンズ14と同様に平面視において円形をしており、それぞれの一面に、回折光学面18を有する。図3Bに示すように、回折光学面18には、光軸OAを中心に同心円状に複数の突条部20が配列されている。図5に示すように、回折光学面18は、回折レンズ10の径方向の断面形状が鋸歯状である。1つの突条部20は、突条部20の稜線20C(図3B及び図5参照)から延びる2つの斜面を有する。一方の斜面は格子面20Aであり、他方の斜面は側壁面20Bである。格子面20Aは、回折作用を生じさせる面である。格子面20Aは、光軸OAと交差する斜面であり、光軸OAに対する傾斜が、側壁面20Bと比較すると急峻である。そのため、図3Bに示すように、回折光学面18を平面視した場合に、格子面20Aは、側壁面20Bよりも幅広になる。本例の側壁面20Bは、光軸OAと平行な面である。 The diffraction grating section 12 has a pair of diffraction grating layers 12A and 12B made of plastic. 3B is a plan view of the diffraction grating layer 12B, and FIG. 3A is a cross-sectional view of the diffractive lens 10 taken along the line AA in FIG. 3B. In FIG. 3B, each of the diffraction grating layers 12A and 12B, like the lens 13 and the lens 14, has a circular shape in plan view, with the diffraction grating layer 12B shown as an example. have As shown in FIG. 3B, the diffractive optical surface 18 has a plurality of ridges 20 arranged concentrically around the optical axis OA. As shown in FIG. 5, the diffractive optical surface 18 has a serrated cross-sectional shape in the radial direction of the diffractive lens 10 . One ridge portion 20 has two slopes extending from the ridge line 20C of the ridge portion 20 (see FIGS. 3B and 5). One slope is the grating surface 20A and the other slope is the side wall surface 20B. The grating surface 20A is a surface that produces a diffraction effect. The grating surface 20A is a slope that intersects with the optical axis OA, and the inclination with respect to the optical axis OA is steeper than that of the side wall surface 20B. Therefore, as shown in FIG. 3B, when the diffractive optical surface 18 is viewed from above, the grating surface 20A is wider than the side wall surface 20B. The side wall surface 20B of this example is a surface parallel to the optical axis OA.

図4及び図5に示すように、回折レンズ10において、1対の回折格子層12A及び12Bは、それぞれの回折光学面18同士の凹凸が嵌合している。後述するように、1対の回折格子層12A及び12Bは、一例として樹脂成形によって形成される。この場合は、樹脂成形後において、1対の回折格子層12A及び12Bは、それぞれの回折光学面18同士が嵌合した状態となる。 As shown in FIGS. 4 and 5, in the diffractive lens 10, the pair of diffraction grating layers 12A and 12B are fitted with the unevenness of the respective diffractive optical surfaces 18. As shown in FIGS. As will be described later, the pair of diffraction grating layers 12A and 12B are formed by resin molding, for example. In this case, the diffraction optical surfaces 18 of the pair of diffraction grating layers 12A and 12B are fitted to each other after resin molding.

より詳細には、1対の回折格子層12A及び12Bのそれぞれの回折光学面18において、複数の突条部20のサイズ及びピッチは同一である。1対の回折格子層12A及び12Bは、それぞれの複数の突条部20によって形成された鋸歯状の凹凸が嵌合する。嵌合した状態では、それぞれの突条部20の格子面20A同士が対面し、側壁面20B同士が対面する。格子面20A同士は、両者の間に空気層はなく、密着しており、また、側壁面20B同士についても、同様に密着している。さらに、一対の回折格子層12A及び12Bのうちの一方の突条部20の頂点となる稜線20Cが、他方の突条部20の谷と接することになる。 More specifically, the ridges 20 have the same size and pitch on each diffraction optical surface 18 of the pair of diffraction grating layers 12A and 12B. The pair of diffraction grating layers 12A and 12B are fitted with the sawtooth-shaped unevenness formed by the plurality of ridges 20, respectively. In the fitted state, the lattice surfaces 20A of the ridges 20 face each other, and the side wall surfaces 20B face each other. The lattice surfaces 20A are in close contact with each other without an air layer between them, and the side wall surfaces 20B are also in close contact with each other. Furthermore, the ridge line 20C, which is the vertex of one of the ridges 20 of the pair of diffraction grating layers 12A and 12B, contacts the valley of the other ridge 20. As shown in FIG.

なお、図において、突条部20は説明の便宜上、サイズを拡大して描いているが、回折光学面18を平面視した場合(図3B参照)の突条部20の径方向の実際の幅(すなわち格子面20Aの幅)は数mm(ミリメートル)程度である。また、突条部20の高さ(谷から稜線20Cまでの高さ)は、数十μm(マイクロメートル)程度である。 In the drawing, the ridges 20 are shown enlarged in size for convenience of explanation, but the actual width of the ridges 20 in the radial direction when the diffractive optical surface 18 is viewed from above (see FIG. 3B) (that is, the width of the grating surface 20A) is about several mm (millimeters). Moreover, the height of the ridge portion 20 (the height from the valley to the ridge line 20C) is about several tens of μm (micrometers).

また、図4に示すように、嵌合した状態の1対の回折光学面18(図5参照)において対面する側壁面20B同士の境界領域BRには、遮光膜22が設けられている。遮光膜22は、境界領域BRにおいて、膜面が側壁面20Bに沿って形成される。遮光膜22は、側壁面20Bのほぼ全域を覆う。遮光膜22は、回折光学面18に入射する入射光のうち境界領域BRを透過する透過光を遮光する。 Further, as shown in FIG. 4, a light shielding film 22 is provided in the boundary region BR between the side wall surfaces 20B facing each other in the pair of diffractive optical surfaces 18 (see FIG. 5) in the fitted state. The light shielding film 22 has a film surface formed along the side wall surface 20B in the boundary region BR. The light shielding film 22 covers substantially the entire side wall surface 20B. The light shielding film 22 shields the transmitted light that is transmitted through the boundary region BR among the incident light that enters the diffractive optical surface 18 .

図6及び図7を用いて遮光膜22の機能を説明する。図6は回折レンズ10を示し、図7は比較例の回折レンズ200を示す。回折レンズ10は境界領域BRに遮光膜22を有しており、回折レンズ200は遮光膜22を有していない。両者の相違は遮光膜22の有無のみであるため、同一部位については同一の符号を示す。 The function of the light shielding film 22 will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. FIG. 6 shows the diffractive lens 10, and FIG. 7 shows the diffractive lens 200 of the comparative example. The diffraction lens 10 has the light shielding film 22 in the boundary region BR, and the diffraction lens 200 does not have the light shielding film 22 . Since the only difference between the two is the presence or absence of the light shielding film 22, the same parts are denoted by the same reference numerals.

図6及び図7において、入射光線R1は、突条部20の格子面20Aに入射し、出射光線R1Aとして出射する。入射光線R1のように格子面20Aに入射する場合は、入射光線R1に対応する出射光線R1Aは不要光にはならない。これに対して、例えば、入射光線R2は突条部20の側壁面20Bに入射し、側壁面20Bで屈折し、出射光線R2Aとして出射する。入射光線R3は側壁面20Bで散乱し、出射光線R3Bとして出射する。入射光線R4は側壁面20Bで反射し、出射光線R4Bとして出射する。出射光線R2A~R4Aのように、側壁面20Bにおいて屈折、散乱又は反射した光線は、不要光となり、フレア及びリング状のゴーストなどの原因となる。図7に示す回折レンズ200のように、側壁面20Bに遮光膜22が設けられていない場合は、側壁面20Bにおいて光線の屈折、散乱又は反射などが生じる。図6に示すように、回折レンズ10においては、側壁面20B同士の境界領域BRに遮光膜22が設けられているため、側壁面20Bにおける光線の屈折、散乱又は反射などが抑制される。 In FIGS. 6 and 7, the incident light beam R1 is incident on the grating surface 20A of the ridge portion 20 and exits as an output light beam R1A. When incident on the grating surface 20A like the incident light beam R1, the emitted light beam R1A corresponding to the incident light beam R1 does not become unnecessary light. On the other hand, for example, the incident light beam R2 enters the side wall surface 20B of the protrusion 20, is refracted by the side wall surface 20B, and exits as the outgoing light beam R2A. The incident light beam R3 is scattered by the side wall surface 20B and emitted as an output light beam R3B. The incident light beam R4 is reflected by the side wall surface 20B and emitted as an output light beam R4B. Light rays refracted, scattered, or reflected by the side wall surface 20B, such as the emitted light rays R2A to R4A, become unnecessary light and cause flare, ring-shaped ghost, and the like. If the side wall surface 20B is not provided with the light shielding film 22 as in the diffractive lens 200 shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the diffraction lens 10, the light shielding film 22 is provided in the boundary region BR between the side wall surfaces 20B, so that the refraction, scattering or reflection of light rays on the side wall surfaces 20B is suppressed.

ただし、図7に示す回折レンズ200のように遮光膜22が設けられていない場合でも、例えば単焦点レンズのように焦点距離が変化しない光学系に組み込まれる場合は、回折レンズ200に対して入射する入射光線の経路は変化しない。そのため、格子面20Aの幅、ピッチ及び傾斜角などを適切に設計することにより、側壁面20Bへ入射し、側壁面20Bにおいて屈折、散乱又は反射を生じる光線を抑制することにより不要光の発生を抑制することが可能である。 However, even if the light shielding film 22 is not provided like the diffraction lens 200 shown in FIG. The path of the incoming ray does not change. Therefore, by appropriately designing the width, pitch, inclination angle, etc. of the grating surface 20A, generation of unnecessary light can be suppressed by suppressing light rays that enter the side wall surface 20B and cause refraction, scattering, or reflection on the side wall surface 20B. can be suppressed.

しかし、図1に示す撮影光学系110のように、焦点距離が変化するズームレンズに回折レンズ200を組み込む場合は、変倍レンズである第2レンズ群G2の移動によって焦点距離が変化すると、光学系内部の光線の経路が変化するため、回折レンズ200に対して入射する入射光線の経路が変化する。そのため、格子面20Aの幅、ピッチ及び傾斜角などを調節する方法では、側壁面20Bにおいて屈折、散乱又は反射を生じる光線を抑制することが困難であった。 However, when the diffraction lens 200 is incorporated into a zoom lens having a variable focal length, as in the imaging optical system 110 shown in FIG. Since the path of light rays inside the system changes, the path of the incident light rays entering the diffractive lens 200 also changes. Therefore, it is difficult to suppress light rays that are refracted, scattered, or reflected at the side wall surfaces 20B by the method of adjusting the width, pitch, inclination angle, and the like of the grating surface 20A.

そこで、図6に示す本例の回折レンズ10のように境界領域BRに遮光膜22を設けることで、側壁面20Bにおいて屈折、散乱又は反射を生じる光線を抑制することが可能となる。これにより回折レンズ10をズームレンズにも適用することが可能となっている。すなわち、焦点距離の変化にともなって光学系内部の光線の経路が変化することにより、回折レンズ10の側壁面20Bに入射する入射光線R2~R4があっても、入射光線R2~R4は遮光膜22によって吸収されるため、不要光の発生が抑制される。その結果、フレア及びリング状のゴーストなどの発生が抑制される。 Therefore, by providing the light-shielding film 22 in the boundary region BR as in the diffraction lens 10 of this example shown in FIG. This makes it possible to apply the diffractive lens 10 to a zoom lens as well. That is, even if there are incident light beams R2 to R4 incident on the side wall surface 20B of the diffraction lens 10, the incident light beams R2 to R4 are not reflected by the light shielding film because the path of light rays inside the optical system changes as the focal length changes. 22, generation of unnecessary light is suppressed. As a result, the occurrence of flares and ring-shaped ghosts is suppressed.

(回折レンズの回折格子部の形成方法)
図8は、回折レンズ10の回折格子部12の形成方法の一例を示す。まず、工程1において、金型31に、回折格子層12Bの材料となるプラスチック材料32を塗布する。プラスチック材料32は、例えば光硬化性樹脂であり、一例として紫外線UVによって硬化される。プラスチック材料32は、紫外線UVなどの光が照射される前は液状をしており、光が照射されることによって硬化する。液状のプラスチック材料32は、金型31の全面に塗布される。金型31には、回折光学面18の鋸歯状の凹凸が形成されている。液状のプラスチック材料32が塗布された金型31に対してレンズ14を押し当てる。これにより、プラスチック材料32は金型31とレンズ14とによって挟まれた状態となり、プラスチック材料32の一方の面には、金型31の凹凸の形状が転写され、他方の面はレンズ14の一面に密着する。
(Method for Forming Diffraction Grating Portion of Diffraction Lens)
FIG. 8 shows an example of a method of forming the diffraction grating portion 12 of the diffraction lens 10. As shown in FIG. First, in step 1, a mold 31 is coated with a plastic material 32 that will be the material of the diffraction grating layer 12B. The plastic material 32 is, for example, a photo-curing resin, and is cured by ultraviolet UV, for example. The plastic material 32 is in a liquid state before being irradiated with light such as ultraviolet rays UV, and is cured by being irradiated with light. A liquid plastic material 32 is applied to the entire surface of the mold 31 . The mold 31 is formed with sawtooth unevenness of the diffractive optical surface 18 . A lens 14 is pressed against a mold 31 coated with a liquid plastic material 32 . As a result, the plastic material 32 is sandwiched between the mold 31 and the lens 14, and the uneven shape of the mold 31 is transferred to one surface of the plastic material 32, while the other surface of the plastic material 32 is one surface of the lens 14. adhere to.

工程2において、金型31とレンズ14とによって挟まれた状態のプラスチック材料32に対して、紫外線UVを照射する。紫外線UVが照射されると、金型31の凹凸の形状が転写された状態でプラスチック材料32が硬化し、硬化したプラスチック材料32が回折格子層12Bとなる。回折格子層12Bの一方の面には回折光学面18が形成され、他方の面はレンズ14に接合される。 In step 2, the plastic material 32 sandwiched between the mold 31 and the lens 14 is irradiated with ultraviolet rays UV. When the ultraviolet rays UV are irradiated, the plastic material 32 is cured while the uneven shape of the mold 31 is transferred, and the cured plastic material 32 becomes the diffraction grating layer 12B. A diffraction optical surface 18 is formed on one surface of the diffraction grating layer 12B, and the lens 14 is bonded to the other surface.

工程3において、レンズ14に接合された回折格子層12Bの回折光学面18を金型として、回折格子層12Aを形成する。レンズ13の全面には回折格子層12Aの材料であるプラスチック材料33が塗布される。プラスチック材料33も、一例として紫外線UVによって硬化する光硬化樹脂である。レンズ13上に塗布されたプラスチック材料33に対して、レンズ14に接合された回折格子層12Bの回折光学面18が押し当てられる。これにより、プラスチック材料33の一方の面に、回折格子層12Bの回折光学面18の凹凸の形状が転写され、他方の面はレンズ13の一面に密着する。 In step 3, the diffraction grating layer 12A is formed using the diffraction optical surface 18 of the diffraction grating layer 12B bonded to the lens 14 as a mold. The entire surface of the lens 13 is coated with a plastic material 33 which is the material of the diffraction grating layer 12A. The plastic material 33 is also, for example, a photocurable resin that is cured by UV rays. The diffractive optical surface 18 of the diffraction grating layer 12B bonded to the lens 14 is pressed against the plastic material 33 applied on the lens 13. As shown in FIG. As a result, the uneven shape of the diffractive optical surface 18 of the diffraction grating layer 12B is transferred to one surface of the plastic material 33, and the other surface is brought into close contact with one surface of the lens 13. FIG.

工程4において、レンズ14に接合された回折格子層12Bとレンズ13とによって挟まれた状態のプラスチック材料33に対して、紫外線UVを照射する。紫外線UVが照射されると、回折格子層12Bの回折光学面18の凹凸の形状が転写された状態でプラスチック材料33が硬化し、硬化したプラスチック材料33が回折格子層12Aとなる。回折格子層12Aの一方の面には回折光学面18が形成され、他方の面はレンズ13に接合される。これにより、一対の回折格子層12A及び12Bを有する回折格子部12が形成される。工程4が終了した段階では、図4に示したように、一対の回折格子層12A及び12Bのそれぞれの回折光学面18の凹凸が嵌合した状態となる。工程4が終了した段階では、遮光膜22が設けられていないものの、回折レンズ10の基本構成が完成する。 In step 4, the plastic material 33 sandwiched between the diffraction grating layer 12B bonded to the lens 14 and the lens 13 is irradiated with ultraviolet rays UV. When the ultraviolet rays UV are irradiated, the plastic material 33 is cured while the uneven shape of the diffraction optical surface 18 of the diffraction grating layer 12B is transferred, and the cured plastic material 33 becomes the diffraction grating layer 12A. A diffractive optical surface 18 is formed on one surface of the diffraction grating layer 12A, and the lens 13 is bonded to the other surface. Thereby, the diffraction grating portion 12 having the pair of diffraction grating layers 12A and 12B is formed. When step 4 is finished, as shown in FIG. 4, the concave and convex portions of the diffraction optical surfaces 18 of the pair of diffraction grating layers 12A and 12B are fitted. At the stage when step 4 is completed, the basic structure of the diffraction lens 10 is completed although the light shielding film 22 is not provided.

プラスチック材料32及び33は、一例として、アクリル系樹脂である。プラスチック材料32及び33の材料については、回折レンズ10が目標とする光学特性に応じて適宜選択される。 The plastic materials 32 and 33 are, for example, acrylic resin. Materials for the plastic materials 32 and 33 are appropriately selected according to the optical characteristics that the diffractive lens 10 aims for.

(遮光膜形成方法)
次に、図9~図19を参照しながら、回折レンズ10に遮光膜22を形成する方法を説明する。図9に示すように、遮光膜22は、レーザ加工装置41が発するレーザ光LBを用いて、プラスチック製の回折格子層12A及び12Bの一部を炭化させることにより形成される。プラスチック材料などの炭素化合物が主成分の材料を、酸素を遮断した状態で加熱すると、炭素化合物は分解が生じ、その中から揮発性の低い固体の炭素成分が残る。こうした現象は一般的に炭化と呼ばれる。レーザ光LBを集光させた場合のレーザ光LBの焦点位置Fを回折格子部12の内部に設定し、その状態でレーザ光LBを照射すると焦点位置Fを中心に回折格子層12A及び12Bの一部が加熱され、焦点位置Fを中心に炭化領域が生じる。このような炭化領域を突条部20の側壁面20B及び稜線20Cに沿って形成することにより、側壁面20B同士の境界領域BRに炭化領域が形成される。炭化領域は黒くなるため、側壁面20Bに沿って形成された炭化領域は、光を吸収する遮光膜22として機能する。このように、レーザ光LBを用いて回折格子部12の一部に炭化領域を形成するレーザ加工を施すことで、遮光膜22が形成される。
(Light-shielding film forming method)
Next, a method of forming the light shielding film 22 on the diffraction lens 10 will be described with reference to FIGS. 9 to 19. FIG. As shown in FIG. 9, the light shielding film 22 is formed by partially carbonizing the plastic diffraction grating layers 12A and 12B using the laser beam LB emitted by the laser processing device 41. As shown in FIG. When a material such as a plastic material whose main component is a carbon compound is heated in a state in which oxygen is blocked, the carbon compound is decomposed, and a solid carbon component with low volatility remains. Such a phenomenon is commonly called carbonization. When the focal position F of the laser beam LB is set inside the diffraction grating portion 12 when the laser beam LB is condensed, and the laser beam LB is irradiated in that state, the diffraction grating layers 12A and 12B are formed around the focal position F. A portion is heated, and a carbonized region is produced centering on the focal position F. By forming such a carbonized region along the side wall surface 20B and the ridge line 20C of the protrusion 20, a carbonized region is formed in the boundary region BR between the side wall surfaces 20B. Since the carbonized region becomes black, the carbonized region formed along the side wall surface 20B functions as a light shielding film 22 that absorbs light. In this way, the light shielding film 22 is formed by performing laser processing for forming a carbonized region in a part of the diffraction grating section 12 using the laser beam LB.

図9に示すように、レーザ加工装置41は、レーザ照射部42と、集光光学系43と、移動ステージ44と、ホルダ45とを備えている。レーザ照射部42は、レーザ光LBを発する光源である。集光光学系43は、レーザ光LBを、集光光学系43の焦点位置Fに集光する。図10に示すように、集光光学系43の集光作用によって、レーザ光LBの照射方向と直交する方向の光束の断面積Sは、焦点位置Fに向かって縮小し、焦点位置Fで最小となる。断面積Sが小さいほど、レーザ光LBのエネルギーが集中するため、レーザ光LBのビームスポットの単位面積当たりの光強度であるパワー密度が高められる。ここで、ビームスポットは、集光光学系43によってレーザ光を集光させた場合のレーザ光LBの焦点位置Fにおける集光点をいう。 As shown in FIG. 9 , the laser processing device 41 includes a laser irradiation section 42 , a condensing optical system 43 , a moving stage 44 and a holder 45 . The laser irradiation unit 42 is a light source that emits laser light LB. The condensing optical system 43 converges the laser beam LB on the focal position F of the condensing optical system 43 . As shown in FIG. 10, due to the focusing action of the focusing optical system 43, the cross-sectional area S of the beam in the direction perpendicular to the irradiation direction of the laser beam LB is reduced toward the focal position F, and is minimized at the focal position F. becomes. As the cross-sectional area S is smaller, the energy of the laser beam LB is concentrated, so that the power density, which is the light intensity per unit area of the beam spot of the laser beam LB, is increased. Here, the beam spot refers to a converging point at the focal position F of the laser beam LB when the laser beam is condensed by the condensing optical system 43 .

移動ステージ44は、レーザ加工の加工位置となる焦点位置Fを走査させる走査機構である。移動ステージ44には、レーザ加工の対象である回折レンズ10がセットされ、移動ステージ44は、レーザ光LBの焦点位置Fに対して回折レンズ10を相対的に移動させる。 The moving stage 44 is a scanning mechanism for scanning a focal position F, which is a processing position for laser processing. The diffraction lens 10 to be laser-processed is set on the moving stage 44, and the moving stage 44 moves the diffraction lens 10 relative to the focal position F of the laser beam LB.

移動ステージ44は、回転ステージ44Aと3軸ステージ44Bとを有する。回転ステージ44AはZ方向と平行な軸回りに回転する。回転ステージ44Aには、回折レンズ10を固定するためのホルダ45が設けられている。回転ステージ44Aにおいて、回折レンズ10は、光軸OAとZ方向とを一致させた状態で、ホルダ45にセットされる。これにより、回転ステージ44Aが回転すると、回折レンズ10は光軸OAを中心に回転する。レーザ光LBは、回折レンズ10の回折光学面18と対向する方向から照射される。 The moving stage 44 has a rotating stage 44A and a three-axis stage 44B. The rotary stage 44A rotates around an axis parallel to the Z direction. A holder 45 for fixing the diffraction lens 10 is provided on the rotary stage 44A. On the rotating stage 44A, the diffraction lens 10 is set on the holder 45 with the optical axis OA aligned with the Z direction. Accordingly, when the rotary stage 44A rotates, the diffraction lens 10 rotates around the optical axis OA. The laser beam LB is irradiated from a direction facing the diffractive optical surface 18 of the diffractive lens 10 .

また、より詳細には、本例において、レーザ光LBは、回折光学面18の光軸、すなわち回折レンズ10の光軸OAと平行な方向から照射される。また、本例において、突条部20の側壁面20Bの高さ方向も、回折レンズ10の光軸OAと平行である。そのため、レーザ光LBは、突条部20の側壁面20Bに沿う方向から照射される。 More specifically, in this example, the laser beam LB is irradiated from a direction parallel to the optical axis of the diffractive optical surface 18 , that is, the optical axis OA of the diffractive lens 10 . Further, in this example, the height direction of the side wall surface 20B of the ridge portion 20 is also parallel to the optical axis OA of the diffraction lens 10 . Therefore, the laser beam LB is irradiated from the direction along the side wall surface 20B of the protrusion 20 .

3軸ステージ44Bは、X方向、Y方向及びZ方向の3軸方向に移動可能なステージである。Z方向は、光軸OAと平行な方向であり、X方向及びY方向は、Z方向に対して垂直な平面である。3軸ステージ44Bは、回転ステージ44Aに固定された回折レンズ10をX方向、Y方向及びZ方向の3軸方向に移動する。回転ステージ44Aは、3軸ステージ44Bに回転可能に取り付けられている。回転ステージ44A及び3軸ステージ44Bは図示しないアクチュエータによって駆動される。 The 3-axis stage 44B is a stage that can move in the 3-axis directions of the X direction, the Y direction, and the Z direction. The Z direction is a direction parallel to the optical axis OA, and the X and Y directions are planes perpendicular to the Z direction. The 3-axis stage 44B moves the diffraction lens 10 fixed to the rotary stage 44A in 3-axis directions of X, Y and Z directions. The rotary stage 44A is rotatably attached to the three-axis stage 44B. The rotary stage 44A and the three-axis stage 44B are driven by actuators (not shown).

図10に示すように、XY面内の焦点位置Fに相当するレーザ光LBの照射位置は、3軸ステージ44Bによって、1つの突条部20の稜線20Cに対応する位置に位置決めされる。この状態で回転ステージ44Aを回転させると、XY面内において、レーザ光LBの焦点位置Fが、突条部20の円形の稜線20Cの周方向に沿って移動する。このように、レーザ加工装置41は、稜線20C及び側壁面20Bを含む境界領域BR(図4等参照)の周方向に沿って、レーザ光LBの焦点位置Fを変化させながら、周方向に炭化領域を展開させる。そして、炭化領域を周方向に展開させることにより、境界領域BRの全周に渡って遮光膜22を形成する。 As shown in FIG. 10, the irradiation position of the laser beam LB corresponding to the focal position F in the XY plane is positioned at a position corresponding to the ridge line 20C of one ridge 20 by the three-axis stage 44B. When the rotary stage 44A is rotated in this state, the focal position F of the laser beam LB moves along the circumferential direction of the circular ridge line 20C of the protrusion 20 in the XY plane. In this way, the laser processing device 41 changes the focal position F of the laser beam LB along the circumferential direction of the boundary region BR (see FIG. 4 and the like) including the ridgeline 20C and the side wall surface 20B, while carbonizing in the circumferential direction. Expand your territory. Then, by expanding the carbonized region in the circumferential direction, the light shielding film 22 is formed over the entire circumference of the boundary region BR.

また、レーザ光LBの1つの照射位置において、3軸ステージ44BをZ方向に移動させることにより、焦点位置Fは、突条部20の高さ方向、すなわち側壁面20Bに沿って移動する。このように、レーザ加工装置41は、回折光学面18の面内におけるレーザ光LBの1つの照射位置において、レーザ光LBの焦点位置Fを、レーザ光LBの照射方向に延びる側壁面20Bの高さ方向に変化させながら、側壁面20Bの高さ方向に沿って炭化領域を展開する。炭化領域を側壁面20Bの高さ方向に展開することにより、側壁面20Bの高さ方向に幅を持つ遮光膜22が形成される。 Further, by moving the three-axis stage 44B in the Z direction at one irradiation position of the laser beam LB, the focal position F moves along the height direction of the ridge portion 20, that is, along the side wall surface 20B. In this manner, the laser processing apparatus 41 sets the focal position F of the laser beam LB at one irradiation position of the laser beam LB in the plane of the diffractive optical surface 18 to the height of the side wall surface 20B extending in the irradiation direction of the laser beam LB. The carbonized region is developed along the height direction of the side wall surface 20B while changing in the height direction. By developing the carbonized region in the height direction of the side wall surface 20B, the light shielding film 22 having a width in the height direction of the side wall surface 20B is formed.

このように移動ステージ44は、回折レンズ10とレーザ光LBの焦点位置Fとの相対位置を3次元的に移動させることにより、複数の突条部20の稜線20C及び側壁面20Bを含む境界領域BRに沿って焦点位置Fを走査させる。すなわち、レーザ光LBを照射するレーザ照射部42を固定した状態で、回折レンズ10を変位させることによりレーザ光の焦点位置Fを移動させる。 In this manner, the moving stage 44 three-dimensionally moves the relative positions of the diffraction lens 10 and the focal position F of the laser beam LB, thereby moving the boundary region including the ridge lines 20C and the side wall surfaces 20B of the plurality of ridges 20. Scan the focus position F along the BR. That is, the focal position F of the laser beam is moved by displacing the diffraction lens 10 while the laser irradiation unit 42 that irradiates the laser beam LB is fixed.

図11に示すように、レーザ光LBは、一例として、パルス発振により複数のパルスが繰り返し照射されるパルスレーザ光である。連続発振のCW(Continuous Wave)レーザ光と比較して、パルスレーザ光の方がパワー密度を高くでき、短時間で炭化領域の形成が可能である。さらに、本例のパルスレーザ光は、パルスの時間幅であるパルス幅PWがピコ秒~フェムト秒の範囲内の超短パルスレーザ光である。パルス幅PWが短いと、焦点位置Fにおけるビームスポットの周囲に対する熱拡散の影響が少ないため、パルス幅PWが長い場合と比べて、ビームスポットの周囲への炭化領域の広がりを抑制することができる。 As shown in FIG. 11, the laser light LB is, for example, a pulsed laser light in which a plurality of pulses are repeatedly irradiated by pulse oscillation. Compared to continuous wave CW (Continuous Wave) laser light, pulsed laser light can have a higher power density and can form a carbonized region in a short time. Furthermore, the pulsed laser beam of this example is an ultrashort pulsed laser beam having a pulse width PW, which is the time width of the pulse, within the range of picoseconds to femtoseconds. When the pulse width PW is short, the effect of thermal diffusion on the periphery of the beam spot at the focal position F is small, so the spread of the carbonized region around the beam spot can be suppressed compared to when the pulse width PW is long. .

図12は、ビームスポットのスポット径SDを変化させるパラメータの説明図である。図12A~図12Cは、横軸をレーザ光LBの光束の断面方向の位置とし、縦軸が光強度とした場合のビームスポットの光強度のプロファイルである。図12Bに示すスポット径SDの大きさを基準とすると、集光光学系43の集光性能が高いほど、図12Aに示すようにスポット径SDは小さくなる。この場合は、集光光学系43の集光性能が高いため、レーザ光LBのエネルギーが集中するので、光強度も上昇する。これにより、高いパワー密度が得られる。一方、図12Cに示すように、レーザ照射部42の出力を上げれば、ビームスポットの光強度は上がるが、スポット径SDも大径化する。このように、集光光学系43の集光性能とレーザ照射部42の出力をパラメータとして、スポット径SDが設定される。 FIG. 12 is an explanatory diagram of parameters for changing the spot diameter SD of the beam spot. 12A to 12C are profiles of the light intensity of the beam spot when the horizontal axis is the position in the cross-sectional direction of the luminous flux of the laser beam LB and the vertical axis is the light intensity. Taking the size of the spot diameter SD shown in FIG. 12B as a reference, the spot diameter SD becomes smaller as shown in FIG. 12A as the light collecting performance of the light collecting optical system 43 increases. In this case, since the light collecting performance of the light collecting optical system 43 is high, the energy of the laser beam LB is concentrated, and the light intensity also increases. This results in high power density. On the other hand, as shown in FIG. 12C, increasing the output of the laser irradiation unit 42 increases the light intensity of the beam spot, but also increases the spot diameter SD. In this manner, the spot diameter SD is set using the condensing performance of the condensing optical system 43 and the output of the laser irradiation unit 42 as parameters.

図13に示すように、レーザ加工装置41は、パルスレーザ光であるレーザ光LBによってドット状の炭化領域を形成し、隣接する炭化領域のドット同士が部分的に重なる態様でパルス照射を繰り返す。図13Aは、回折格子部12の一部を示す斜視図である。図13Aにおいて、遮光膜22が、突条部20の側壁面20B及び境界領域BRの周方向に沿って形成されている様子が示される。図13Bは、回折格子部12を径方向で切断した場合の断面図である。図13Cは、側壁面20B及び境界領域BRの周方向に沿って形成される遮光膜22の展開図である。ここで、ドット状の炭化領域を炭化ドット22Aと呼ぶ。図13B及び図13Cに示すように、レーザ加工装置41は、レーザ光LBの焦点位置Fの走査とパルス照射とを繰り返すことにより、複数の炭化ドット22Aが、突条部20の側壁面20Bの高さ方向であるZ方向と、側壁面20Bの周方向とに配列された遮光膜22を形成する。図13A及び図13Bに示すように、遮光膜22は、複数の突条部20の側壁面20Bに沿って、境界領域BRに形成される。遮光膜22において、高さ方向及び周方向のどちらにおいても、隣接する炭化ドット22Aは、一部が重なった状態で配列される。これにより、隣接する炭化ドット22Aの間に光が透過する隙間が生じないようにしている。 As shown in FIG. 13, the laser processing apparatus 41 forms dot-shaped carbonized regions with laser light LB, which is a pulsed laser beam, and repeats pulse irradiation in such a manner that the dots of adjacent carbonized regions partially overlap each other. 13A is a perspective view showing part of the diffraction grating section 12. FIG. FIG. 13A shows how the light shielding film 22 is formed along the circumferential direction of the side wall surface 20B of the protrusion 20 and the boundary region BR. FIG. 13B is a cross-sectional view when the diffraction grating section 12 is cut in the radial direction. FIG. 13C is a developed view of the light shielding film 22 formed along the circumferential direction of the side wall surface 20B and the boundary region BR. Here, the dot-shaped carbonized regions are referred to as carbonized dots 22A. As shown in FIGS. 13B and 13C, the laser processing device 41 repeats the scanning of the focal position F of the laser beam LB and the pulse irradiation, thereby forming a plurality of carbonized dots 22A on the side wall surface 20B of the protrusion 20. The light shielding films 22 arranged in the Z direction, which is the height direction, and in the circumferential direction of the side wall surface 20B are formed. As shown in FIGS. 13A and 13B, the light shielding film 22 is formed along the side wall surfaces 20B of the plurality of ridges 20 in the boundary region BR. In the light shielding film 22, the carbonized dots 22A that are adjacent to each other in both the height direction and the circumferential direction are arranged in a state where they are partially overlapped. This prevents a gap through which light is transmitted between the adjacent carbonized dots 22A.

1つの炭化ドット22Aは、一例として1回のパルス照射によって形成される。もちろん、複数回のパルス照射によって1つの炭化ドット22Aを形成してもよいが、パルス照射の回数を増やすほど処理時間がかかるため、1つの炭化ドット22Aは、1回のパルス照射で形成することが好ましい。また、理由は後述するが、炭化ドット22Aは、図13に示すとおり、レーザ光LBの照射方向が長手方向となる楕円形状の断面を持つラグビーボールのような形状で形成される。 One carbonized dot 22A is formed by one pulse irradiation as an example. Of course, one carbonized dot 22A may be formed by a plurality of pulse irradiations, but since the processing time increases as the number of pulse irradiations increases, one carbonized dot 22A should be formed by one pulse irradiation. is preferred. As shown in FIG. 13, the carbonized dot 22A is shaped like a rugby ball and has an elliptical cross section whose longitudinal direction is the irradiation direction of the laser beam LB, although the reason will be described later.

図14は、XY面内の1つの照射位置において、焦点位置Fを突条部20の側壁面20Bに沿って高さ方向に走査する様子を示す。図14においては、高さ方向の下方から上方に向かって焦点位置Fを走査している。つまり、レーザ光LBの照射方向において、下流側から上流側に向けて焦点位置Fを走査している。高さ方向の走査方法としては、本例のように、レーザ光LBの下流側から上流側に向かって走査することが好ましい。というのも、レーザ光LBの照射方向の上流側から炭化させていくと、照射方向のより下流側を炭化させる場合に、上流側ですでに形成済みの炭化ドット22Aによってレーザ光LBが遮光されやすいためである。また、図15に示すように、焦点位置Fが高さ方向に1列分走査されると、XY平面内の照射位置が周方向に1列分移動し、移動後の列で焦点位置Fが高さ方向に走査される。なお、側壁面20Bの高さ方向の走査方法は、本例のようにレーザ光LBの下流側から上流側に向かって走査することが好ましいが、逆向きに走査してもよい。 FIG. 14 shows how the focal position F is scanned in the height direction along the side wall surface 20B of the ridge 20 at one irradiation position in the XY plane. In FIG. 14, the focal position F is scanned from the bottom to the top in the height direction. That is, the focal position F is scanned from the downstream side to the upstream side in the irradiation direction of the laser beam LB. As for the scanning method in the height direction, it is preferable to scan from the downstream side to the upstream side of the laser beam LB as in this example. This is because if carbonization is started from the upstream side in the irradiation direction of the laser beam LB, the laser beam LB is blocked by the carbonized dots 22A that have already been formed on the upstream side in the case of carbonizing the more downstream side in the irradiation direction. because it is easy. Further, as shown in FIG. 15, when the focal position F is scanned by one row in the height direction, the irradiation position in the XY plane moves by one row in the circumferential direction, and the focal position F is moved in the row after the movement. Scanned in the height direction. As for the method of scanning the side wall surface 20B in the height direction, it is preferable to scan from the downstream side to the upstream side of the laser beam LB as in this example, but scanning may be performed in the opposite direction.

パルス照射が1回行われる毎に、レーザ光LBの焦点位置Fが変化するように焦点位置Fの走査速度が設定される。遮光膜22を形成する速度を速くしたい場合は、パルス照射の繰り返し周波数は高く、かつ走査速度は速く設定される。また、隣接する炭化ドット22Aの高さ方向及び周方向の重なり量は、焦点位置Fの高さ方向及び周方向のそれぞれの走査速度によって調節される。 The scanning speed of the focal position F is set so that the focal position F of the laser beam LB changes each time the pulse irradiation is performed. When it is desired to increase the speed of forming the light shielding film 22, the pulse irradiation repetition frequency is set high and the scanning speed is set high. Also, the amount of overlapping of adjacent carbonized dots 22A in the height direction and the circumferential direction is adjusted by the scanning speed of the focus position F in the height direction and the circumferential direction.

また、プラスチック製の回折格子部12内に炭化領域を形成するレーザ加工は、プラスチック材料の内部加工になるため、レーザ光LBの波長は、プラスチック材料が透過する波長域内であることが好ましい。プラスチック材料では、一般的に、365nm以下又は1030nm以上では、プラスチック材料が光を吸収し始めるため、内部炭化が難しい。また、内部炭化は、多光子吸収という現象を利用しているため、比較的短波長の方が多光子吸収を引き起こしやすい。それを考慮すると、プラスチック材料に対する内部炭化が可能なレーザ光LBの波長域としては、約300nm~約800nmの範囲が好ましい。 Since the laser processing for forming the carbonized region in the plastic diffraction grating portion 12 is internal processing of the plastic material, the wavelength of the laser light LB is preferably within the wavelength range through which the plastic material is transmitted. In plastic materials, internal carbonization is generally difficult below 365 nm or above 1030 nm because the plastic material begins to absorb light. In addition, since the internal carbonization utilizes the phenomenon of multiphoton absorption, relatively short wavelengths are more likely to cause multiphoton absorption. Considering this, the wavelength range of the laser beam LB capable of internal carbonization of the plastic material is preferably in the range of about 300 nm to about 800 nm.

図16は、炭化ドット22Aがラグビーボールのような形状になる理由を説明する図である。レーザ光LBの光束は、集光光学系43から焦点位置Fに向かって集束し、焦点位置Fを超えると発散するため、光束の断面積は、レーザ光LBの照射方向においてレーザ光の集束に伴って縮小し、発散に伴って拡大する。より詳細には、レーザ光LBの照射方向における位置CS1における光強度プロファイルは、断面積が大きく、光強度が小さい。そして、位置CS1よりも焦点位置Fに近い位置CS2において断面積が小さくなり、かつ光強度が大きくなる。焦点位置FのCS3において、光束の断面積は最小となり、光強度は最大となる。そして、焦点位置Fを超えると、位置CS4に示すように、断面積が大きくなり、光強度も小さくなる。各位置CS1~CS4における光強度プロファイルはすべてガウシアン分布である。 FIG. 16 is a diagram explaining why the carbonized dots 22A are shaped like a rugby ball. The luminous flux of the laser beam LB converges from the condensing optical system 43 toward the focal position F, and diverges when the focal position F is exceeded. It shrinks with it and expands with its divergence. More specifically, the light intensity profile at the position CS1 in the irradiation direction of the laser beam LB has a large cross-sectional area and a small light intensity. At position CS2 closer to focal position F than at position CS1, the cross-sectional area is smaller and the light intensity is higher. At CS3, which is the focal position F, the cross-sectional area of the luminous flux is minimized and the light intensity is maximized. Beyond the focal position F, the cross-sectional area increases and the light intensity decreases as shown at position CS4. All the light intensity profiles at the positions CS1 to CS4 are Gaussian distributions.

このように、レーザ光LBの照射方向の各位置における光強度プロファイルは、焦点位置Fを中心に対称形をなし、焦点位置Fから上流側と下流側のそれぞれに向かうにつれて、光束の断面積が大きくなり、光強度は小さくなる。そのため、プラスチック材料に対する炭化エネルギーの分布も、こうした光強度プロファイルに従う。その結果、炭化ドット22Aも、焦点位置Fに対応する位置であるCDを中心とするラグビーボールのような形状となる。炭化ドット22Aにおいて、照射方向と直交する短手方向の長さは、中心CDの位置で最大となり、その長さが短径D1となる。短径D1は、ビームスポットのスポット径SDとほぼ同じ大きさとなる。そして、炭化ドット22Aにおいて、照射方向に沿った長手方向の長さも、中心CDの位置で最大となり、その長さが炭化ドット22Aの長径D2となる。このように、炭化ドット22Aは、レーザ光LBの照射方向に沿った方向が長手方向となり、長手方向に沿って切断した縦断面の形状は楕円形状になる。そして、炭化ドット22Aは、照射方向と直交する方向である短手方向に沿って切断した横断面の形状は、ビームスポットの断面形状と同様の円形となる。 Thus, the light intensity profile at each position in the irradiation direction of the laser beam LB is symmetrical with respect to the focal position F, and the cross-sectional area of the luminous flux increases from the focal position F toward the upstream side and the downstream side, respectively. becomes larger and the light intensity becomes smaller. Therefore, the distribution of carbonization energy for plastic materials also follows such a light intensity profile. As a result, the carbonized dot 22A is also shaped like a rugby ball centered on the CD, which is the position corresponding to the focal position F. In the carbonized dots 22A, the length in the lateral direction perpendicular to the irradiation direction is the maximum at the center CD, and the length is the minor axis D1. The short diameter D1 is approximately the same size as the spot diameter SD of the beam spot. In addition, in the carbonized dots 22A, the length in the longitudinal direction along the irradiation direction also becomes maximum at the position of the center CD, and this length becomes the major axis D2 of the carbonized dots 22A. Thus, the carbonized dot 22A has a longitudinal direction along the irradiation direction of the laser beam LB, and the shape of the vertical cross section cut along the longitudinal direction is elliptical. The cross-sectional shape of the carbonized dot 22A cut along the lateral direction, which is the direction perpendicular to the irradiation direction, is circular, similar to the cross-sectional shape of the beam spot.

図17において、炭化ドット22Aは、突条部20の側壁面20Bに沿う方向からレーザ光LBを照射することにより形成される。図16で示したとおり、炭化ドット22Aは照射方向が長手方向となるラグビーボールのような形状となるため、長手方向の縦断面は楕円形状となる。そのため、図17Aに示すように、炭化ドット22Aは、側壁面20Bに沿う方向、すなわち突条部20の側壁面20Bの高さ方向が長手方向となる姿勢で形成される。図17Aにおいては1つの炭化ドット22Aのみを示しているが、複数の炭化ドット22Aは、図17Aに示した姿勢で配列されることになる。また、本例では、側壁面20Bが延びる方向が回折光学面18の光軸OAの方向と一致するため、図17Bに示すように、光軸OA方向から見ると、炭化ドット22Aの形状は円形となる。 In FIG. 17, the carbonized dots 22A are formed by irradiating the laser beam LB from the direction along the side wall surface 20B of the protrusion 20. In FIG. As shown in FIG. 16, the carbonized dots 22A have a shape like a rugby ball whose irradiation direction is the longitudinal direction, so the vertical cross section in the longitudinal direction is elliptical. Therefore, as shown in FIG. 17A, the carbonized dots 22A are formed in a posture in which the direction along the side wall surface 20B, that is, the height direction of the side wall surface 20B of the protrusion 20 is the longitudinal direction. Although only one carbonized dot 22A is shown in FIG. 17A, a plurality of carbonized dots 22A are arranged in the orientation shown in FIG. 17A. Further, in this example, since the direction in which the side wall surface 20B extends coincides with the direction of the optical axis OA of the diffractive optical surface 18, as shown in FIG. becomes.

これらの図から明らかなとおり、本例では、スポット径SDとほぼ同じ大きさの炭化ドット22Aの短径D1が、遮光膜22の膜厚FTとなる。なお、1つの炭化ドット22Aの短径D1が膜厚FTとなるのは、本例においては、回折光学面18の径方向(図13及び図17A参照)において、炭化ドット22Aの列が1列だけ形成されるためである。なお、炭化ドット22Aの列を径方向に並べて2列形成する場合は、短径D1の2倍が膜厚FTとなる。 As is clear from these figures, in this example, the short diameter D1 of the carbonized dots 22A, which has approximately the same size as the spot diameter SD, is the film thickness FT of the light shielding film 22. FIG. In this example, the minor axis D1 of one carbonized dot 22A becomes the film thickness FT because in the radial direction of the diffractive optical surface 18 (see FIGS. 13 and 17A), one line of the carbonized dots 22A is This is because only the When two rows of carbonized dots 22A are arranged in the radial direction, the film thickness FT is twice the minor axis D1.

遮光膜22の膜厚FTは、遮光性能を確保可能な厚みにする必要があるが、必要以上に厚くなりすぎるのも好ましくない。というのも、膜厚FTが厚くなると、側壁面20Bに入射する入射光線のみならず、格子面20Aに入射する入射光線を遮光してしまうことになるからである。そのため、図18に示すように、回折光学面18の径方向における突条部20の幅RWに対する遮光膜22の膜厚FTの割合としては、約10%以下(FT/RW≦10%)が好ましく、1%以下(FT/RW≦1%)がさらに好ましい。幅RWに対する膜厚FTの割合をこの程度の値にすることで、格子面20Aに入射する入射光線に対して遮光膜22が与える悪影響を抑制することができる。FT/RWが1%以下の数値例としては、例えば、突条部20の幅RWは、1000μm(マイクロメートル)程度で、遮光膜22の膜厚FTは、10μm(マイクロメートル)程度である。 The film thickness FT of the light shielding film 22 must be a thickness that can ensure the light shielding performance, but it is not preferable that the film is too thick. This is because if the film thickness FT is increased, not only the incident light beams incident on the side wall surface 20B but also the incident light beams incident on the grating surface 20A are blocked. Therefore, as shown in FIG. 18, the ratio of the film thickness FT of the light shielding film 22 to the width RW of the projection 20 in the radial direction of the diffractive optical surface 18 is about 10% or less (FT/RW≤10%). It is preferably 1% or less (FT/RW≤1%), more preferably. By setting the ratio of the film thickness FT to the width RW to such a value, it is possible to suppress the adverse effect of the light shielding film 22 on the incident light incident on the grating surface 20A. As a numerical example of FT/RW being 1% or less, for example, the width RW of the protrusion 20 is about 1000 μm (micrometers), and the film thickness FT of the light shielding film 22 is about 10 μm (micrometers).

ここで、回折光学面18の径方向における境界領域BRの範囲は、以下のとおりである。まず、側壁面20B同士の境界線を基準とする径方向における幅をWH(図18参照)とし、かつ、径方向の一方を正方向、他方を負方向として、側壁面20B同士の境界線を基準とする±WHの範囲を境界領域BRの範囲と定義する。そして、幅WHは、遮光膜22の膜厚FTと同様に、突条部20の幅RWに対する割合で定義される。突条部20の幅RWに対する幅WHの割合は、約10%(WH/RW=10%)である。また、境界領域BRの範囲内において、遮光膜22はできるだけ側壁面20Bの近くに配置されることが好ましい。というのも、側壁面20Bと遮光膜22の間隔が空くと、側壁面20Bに入射する光を遮光しにくくなるためである。そのため、側壁面20B同士の境界線を基準として、突条部20の幅RWに対して約1%の幅の範囲内に遮光膜22が形成されることが好ましい。 Here, the range of the boundary region BR in the radial direction of the diffractive optical surface 18 is as follows. First, the width in the radial direction based on the boundary line between the side wall surfaces 20B is defined as WH (see FIG. 18). The reference range of ±WH is defined as the range of the boundary region BR. The width WH is defined as a ratio to the width RW of the ridge portion 20 in the same manner as the film thickness FT of the light shielding film 22 . The ratio of the width WH to the width RW of the protrusion 20 is about 10% (WH/RW=10%). Moreover, it is preferable that the light shielding film 22 is arranged as close to the side wall surface 20B as possible within the range of the boundary region BR. This is because if there is a gap between the side wall surface 20B and the light shielding film 22, it becomes difficult to block the light incident on the side wall surface 20B. Therefore, it is preferable that the light shielding film 22 is formed within a range of about 1% of the width RW of the protrusion 20 with respect to the boundary line between the side wall surfaces 20B.

図19は、遮光膜22の形成手順を示すフローチャートである。図8に示した手順で回折格子部12が形成された回折レンズ10は、レーザ加工装置41のホルダ45にセットされる。この後、ステップS100において、レーザ加工装置41は、移動ステージ44を介して、レーザ照射部42に対して回折レンズ10を移動させることにより、レーザ光LBの焦点位置Fを初期位置にセットする。焦点位置Fは、回折レンズ10の内部の側壁面20Bの境界領域BRに設定される。 FIG. 19 is a flow chart showing the procedure for forming the light shielding film 22. As shown in FIG. The diffraction lens 10 having the diffraction grating portion 12 formed by the procedure shown in FIG. Thereafter, in step S100, the laser processing device 41 moves the diffraction lens 10 with respect to the laser irradiation unit 42 via the moving stage 44, thereby setting the focal position F of the laser beam LB to the initial position. The focal position F is set in the boundary region BR of the side wall surface 20B inside the diffraction lens 10 .

そして、ステップS200において、レーザ加工装置41は、レーザ光LBのパルス照射と焦点位置Fの走査を開始する。レーザ照射部42は、予め設定された繰り返し周波数でパルスレーザ光を照射する。パルスレーザ光が境界領域BRに照射されると、プラスチック製の回折格子部12内の焦点位置Fにおいて炭化が生じることにより、炭化ドット22Aが形成される。本例においては、1回のパルス照射により、1つの炭化ドット22Aが形成される。移動ステージ44は、予め設定された回転数で回転ステージ44Aを回転させ、かつ、予め設定されたタイミングで3軸ステージ44Bを移動させる。これにより、図10、図14及び図15に示すような焦点位置Fの走査が行われる。 Then, in step S200, the laser processing device 41 starts pulse irradiation of the laser beam LB and scanning of the focal position F. As shown in FIG. The laser irradiation unit 42 irradiates a pulsed laser beam at a preset repetition frequency. When the boundary region BR is irradiated with the pulsed laser light, carbonization occurs at the focal position F in the diffraction grating section 12 made of plastic, thereby forming carbonized dots 22A. In this example, one carbonized dot 22A is formed by one pulse irradiation. The moving stage 44 rotates the rotary stage 44A at a preset number of rotations, and moves the three-axis stage 44B at preset timings. As a result, scanning of the focal position F as shown in FIGS. 10, 14 and 15 is performed.

ステップS300において、レーザ加工装置41は、焦点位置Fが最終位置まで終了したかを判定し、最終位置まで終了していない場合は(ステップS300でNO)、パルス照射と走査を継続し、最終位置まで終了した場合は(ステップS300でYES)、パルス照射と走査を終了する。このように、レーザ加工装置41は、側壁面20B同士の境界領域BRの高さ方向及び周方向に焦点位置Fを走査させることにより、境界領域BRの全周に渡って遮光膜22を形成する。 In step S300, the laser processing device 41 determines whether the focal position F has reached the final position. If not (NO in step S300), pulse irradiation and scanning are continued, If so (YES in step S300), pulse irradiation and scanning are terminated. In this way, the laser processing device 41 forms the light shielding film 22 over the entire circumference of the boundary region BR by scanning the focal position F in the height direction and the circumferential direction of the boundary region BR between the side wall surfaces 20B. .

以上説明したとおり、本例のレーザ加工装置41は、同心円状に複数の突条部20が配列され、径方向の断面形状が鋸歯状の回折光学面18をそれぞれ有する1対の回折格子層12A及び12Bであって、プラスチックで形成された1対の回折格子層12A及び12Bを備え、回折光学面同士の凹凸が嵌合した複層型回折光学素子の一例である回折レンズ10に対して、遮光膜22を形成する。レーザ加工装置41は、この遮光膜形成方法において、突条部20の稜線20Cから延びる2つの斜面のうちの一方の斜面を格子面20A、他方の斜面を側壁面20Bとした場合に、嵌合した状態の1対の回折光学面18において対面する側壁面20B同士の境界領域BRに、レーザ光LBを用いて回折格子層12A及び12Bの一部を炭化させることにより、回折光学面18に入射する入射光のうち境界領域BRを透過する透過光を遮光する遮光膜22を形成する。 As described above, the laser processing apparatus 41 of this example includes a pair of diffraction grating layers 12A each having a plurality of ridges 20 arranged concentrically and having diffraction optical surfaces 18 each having a sawtooth cross-sectional shape in the radial direction. and 12B, which is an example of a multilayered diffractive optical element including a pair of diffractive grating layers 12A and 12B made of plastic, in which the unevenness of the diffractive optical surfaces is fitted to each other, A light shielding film 22 is formed. In this light-shielding film forming method, the laser processing apparatus 41 performs fitting when one of the two slopes extending from the ridge line 20C of the protrusion 20 is the grating surface 20A and the other slope is the side wall surface 20B. Part of the diffraction grating layers 12A and 12B is carbonized in the boundary region BR between the side wall surfaces 20B facing each other in the pair of diffractive optical surfaces 18 in the folded state, so that the diffraction grating layers 12A and 12B are incident on the diffractive optical surface 18. A light shielding film 22 is formed to shield the transmitted light that passes through the boundary region BR among the incident light.

このように、本例の遮光膜形成方法では、プラスチックで形成された回折格子層12A及び12Bの一部を炭化させることにより遮光膜22を形成するから、蒸着法及び塗布法などの従来の製法と比較して、簡単に形成することができる。すなわち、蒸着法及び塗布法では、回折格子層12A及び12Bとは別に遮光膜22を形成する専用の材料が必要になる他、遮光膜22を形成する領域以外を覆うマスクの形成及びマスクの除去の工程が必要になるなど、遮光膜22の形成方法が比較的複雑である。本開示の技術に係る製法によれば、回折格子層12A及び12Bの一部を炭化させることにより遮光膜22を形成するため、専用の材料が不要である。また、レーザ光LBを照射することにより炭化を行うため、処理手順も簡便である。そのため、従来の製法と比較して簡単に形成することができる。また、これらのメリットは低コスト化にも寄与する。 As described above, in the light shielding film forming method of this example, the light shielding film 22 is formed by partially carbonizing the diffraction grating layers 12A and 12B made of plastic. can be easily formed as compared to That is, in the vapor deposition method and the coating method, a special material for forming the light shielding film 22 is required separately from the diffraction grating layers 12A and 12B. The method of forming the light shielding film 22 is relatively complicated, such as the need for the process of . According to the manufacturing method according to the technology of the present disclosure, since the light shielding film 22 is formed by partially carbonizing the diffraction grating layers 12A and 12B, no special material is required. In addition, since the carbonization is performed by irradiating the laser beam LB, the processing procedure is also simple. Therefore, it can be formed easily compared with the conventional manufacturing method. These merits also contribute to cost reduction.

また、本例の遮光膜形成方法は、境界領域BRの一部にレーザ光LBを照射することにより、プラスチック製の回折格子層12A及び12Bの一部が炭化した炭化領域(一例として炭化ドット22A)を形成すること、及び回折光学面18の面内において、境界領域BRの周方向に沿って、レーザ光LBの焦点位置Fを変化させながら、周方向に炭化領域を展開させることにより、境界領域BRの全周に渡って遮光膜22を形成することを含む。このように、炭化領域を部分的に形成し、これを展開させるため、遮光膜22を形成する領域が比較的に広い場合に有効である。 Further, in the light shielding film forming method of this example, by irradiating a part of the boundary region BR with the laser beam LB, the carbonized regions (carbonized dots 22A as an example) in which parts of the plastic diffraction grating layers 12A and 12B are carbonized. ), and in the plane of the diffractive optical surface 18, along the circumferential direction of the boundary region BR, while changing the focal position F of the laser beam LB, by developing the carbonized region in the circumferential direction, the boundary It includes forming the light shielding film 22 over the entire circumference of the region BR. Since the carbonized region is partially formed and expanded in this way, it is effective when the region where the light shielding film 22 is formed is relatively large.

また、本例の遮光膜形成方法は、レーザ加工装置41を用いて、回折光学面18と対向する方向からレーザ光LBを照射する。そのため、回折光学面18と対向しない方向からレーザ光を照射する場合と比較して、回折光学面18の面内におけるレーザ光LBの入射位置及び入射角の制御が簡便になる。そのため、回折光学面18内において同心円状に複数の突条部20がある場合に有効である。 Further, in the method of forming the light shielding film of this example, the laser processing device 41 is used to irradiate the laser beam LB from the direction facing the diffractive optical surface 18 . Therefore, the control of the incident position and the incident angle of the laser beam LB within the plane of the diffractive optical surface 18 becomes easier than in the case of irradiating the laser beam from a direction not facing the diffractive optical surface 18 . Therefore, it is effective when there are a plurality of ridges 20 concentrically within the diffractive optical surface 18 .

また、本例の遮光膜形成方法は、レーザ加工装置41を用いて、突条部20の側壁面20Bに沿う方向からレーザ光LBを照射する。炭化領域(一例として炭化ドット22A)は、図16及び図17に示すように、レーザ光LBの照射方向が長径D2で、照射方向と直交するレーザ光LBのスポット径の方向が短径D1となるラグビーボールのような形状となる。そのため、側壁面20Bに沿う方向からレーザ光LBを照射することにより、それ以外の方向から照射する場合と比較して、短径D1に相当する遮光膜の膜厚FTを薄くすることができる。 Further, in the method of forming the light shielding film of this example, the laser processing device 41 is used to irradiate the laser beam LB from the direction along the side wall surface 20B of the protrusion 20 . As shown in FIGS. 16 and 17, the carbonized region (carbonized dot 22A as an example) has a major axis D2 in the irradiation direction of the laser beam LB and a minor axis D1 in the direction of the spot diameter of the laser beam LB perpendicular to the irradiation direction. Shaped like a rugby ball. Therefore, by irradiating the laser light LB from the direction along the side wall surface 20B, the film thickness FT of the light shielding film corresponding to the minor axis D1 can be made thinner compared to the case of irradiating from other directions.

上述したとおり、突条部20内において遮光膜22の膜厚FTが厚すぎると、格子面20Aに入射する入射光を遮光することにもなりかねず、複層型回折光学素子の光学性能の悪化を招くおそれもある。そのため、遮光膜22の膜厚FTは、遮光性能が確保できる範囲で、できるだけ薄く形成することが好ましい。そのため、膜厚FTを薄くする観点からは、本例のように、突条部20の側壁面20Bに沿う方向からレーザ光LBが照射されることが好ましい。 As described above, if the film thickness FT of the light-shielding film 22 in the ridges 20 is too thick, the incident light entering the grating surface 20A may be blocked, and the optical performance of the multi-layered diffractive optical element may deteriorate. It may lead to deterioration. Therefore, it is preferable to form the film thickness FT of the light shielding film 22 as thin as possible within the range where the light shielding performance can be ensured. Therefore, from the viewpoint of thinning the film thickness FT, it is preferable to irradiate the laser beam LB from the direction along the side wall surface 20B of the protrusion 20 as in this example.

また、上記実施形態において、レーザ光LBは、回折光学面18の光軸OAの方向に沿って照射される。突条部20の側壁面20Bは、光軸OAと略平行に形成される場合が多い。この場合は、回折光学面18の光軸OAの方向からレーザ光LBを照射すれば、膜厚FTが薄い遮光膜22を形成することができる。また、回折光学面18を光軸回りで回転させながら遮光膜22を形成する場合は、レーザ照射部42の照射方向の調整などを考慮すると、レーザ光LBの照射方向と光軸OAの方向とが一致していると、装置構成の簡略化の観点から好ましい。 Further, in the above embodiment, the laser beam LB is irradiated along the direction of the optical axis OA of the diffractive optical surface 18 . Side wall surfaces 20B of the ridges 20 are often formed substantially parallel to the optical axis OA. In this case, by irradiating the laser beam LB from the direction of the optical axis OA of the diffractive optical surface 18, the light shielding film 22 having a thin film thickness FT can be formed. Further, when forming the light shielding film 22 while rotating the diffractive optical surface 18 around the optical axis, considering adjustment of the irradiation direction of the laser irradiation unit 42, etc., the irradiation direction of the laser beam LB and the direction of the optical axis OA are the same, it is preferable from the viewpoint of simplification of the device configuration.

また、上記実施形態において、レーザ加工装置41は、回折光学面18の面内におけるレーザ光LBの1つの照射位置において、集光光学系43によってレーザ光LBを集光させた場合のレーザ光LBの焦点位置Fを、照射方向に延びる側壁面20Bの高さ方向に変化させながら、側壁面20Bの高さ方向に沿って炭化領域を展開する。そのため、レーザ光LBの焦点位置Fを変化させるという簡便な方法により、側壁面20Bの高さ方向に沿って、炭化領域(一例として炭化ドット22A)を展開することができる。 In the above-described embodiment, the laser processing apparatus 41 has the laser beam LB when the laser beam LB is condensed by the condensing optical system 43 at one irradiation position of the laser beam LB in the plane of the diffraction optical surface 18. While changing the focal position F in the height direction of the sidewall surface 20B extending in the irradiation direction, the carbonized region is developed along the height direction of the sidewall surface 20B. Therefore, a carbonized region (carbonized dots 22A as an example) can be developed along the height direction of the side wall surface 20B by a simple method of changing the focal position F of the laser beam LB.

また、上記実施形態において、レーザ光LBは、パルスレーザ光である。上述したとおり、パルス発振のパルスレーザ光は、連続発振のCWレーザ光と比較して、パワー密度を高くでき、短時間で炭化領域(一例として炭化ドット22A)の形成が可能である。 Moreover, in the above embodiment, the laser beam LB is a pulsed laser beam. As described above, the pulsed laser light of pulse oscillation can have a higher power density than the CW laser light of continuous oscillation, and can form carbonized regions (carbonized dots 22A as an example) in a short time.

また、上記実施形態において、レーザ光LBとしては、上述したとおり、パルスの時間幅であるパルス幅PWがピコ秒からフェムト秒の範囲内の超短パルスレーザ光である。パルス幅PWが短いほど、焦点位置Fにおけるビームスポットの周囲に対する熱拡散の影響が少ないため、パルス幅PWが長い場合と比べて、ビームスポットの周囲への炭化領域の広がりを抑制することができる。また、図17に示したとおり、炭化ドット22Aの大きさは、遮光膜22の膜厚FTに影響する。そのため、超短パルスレーザ光を用いることにより、ビームスポットのスポット径SDの制御を通じて、遮光膜22の膜厚FTを正確にコントロールしやすい。 In the above embodiment, the laser beam LB is, as described above, an ultrashort pulse laser beam having a pulse width PW within the range of picoseconds to femtoseconds. The shorter the pulse width PW, the less the effect of thermal diffusion on the periphery of the beam spot at the focal position F. Therefore, compared to the case where the pulse width PW is long, the spread of the carbonized region around the beam spot can be suppressed. . Further, as shown in FIG. 17, the size of the carbonized dots 22A affects the film thickness FT of the light shielding film 22. As shown in FIG. Therefore, by using the ultrashort pulse laser beam, it is easy to accurately control the film thickness FT of the light shielding film 22 by controlling the spot diameter SD of the beam spot.

また、上記実施形態において、レーザ加工装置41は、パルスレーザ光によってドット状の炭化領域である炭化ドット22Aを形成し、隣接する炭化ドット22A同士が部分的に重なる態様でパルス照射を繰り返す。これにより、炭化ドット22A同士の間に隙間が生じることが抑制されるため、遮光膜22の漏れ光が抑制されるので、遮光膜22の遮光性能を向上させることができる。さらに、隣接する炭化ドット22A間の隙間が生じないように、隣接する炭化ドット22A同士を重ねれば、より効果的である。 In the above embodiment, the laser processing device 41 forms the carbonized dots 22A, which are dot-shaped carbonized regions, with the pulsed laser beam, and repeats the pulse irradiation such that the adjacent carbonized dots 22A partially overlap each other. As a result, the occurrence of gaps between the carbonized dots 22A is suppressed, and light leaking from the light shielding film 22 is suppressed, so that the light shielding performance of the light shielding film 22 can be improved. Furthermore, it is more effective if the adjacent carbonized dots 22A are overlapped so as not to create a gap between the adjacent carbonized dots 22A.

また、上記実施形態において、レーザ加工装置41は、レーザ光LBを照射するレーザ照射部42を固定した状態で、複層型回折光学素子の一例である回折レンズ10を変位させることにより、レーザ光LBの焦点位置Fを移動させる。これによれば、レーザ照射部42を移動させなく済む。レーザ照射部42を移動させにくい構成の場合は有効である。 In the above embodiment, the laser processing apparatus 41 displaces the diffractive lens 10, which is an example of a multi-layer diffractive optical element, while fixing the laser irradiation unit 42 that irradiates the laser beam LB. Move the focus position F of LB. According to this, it is not necessary to move the laser irradiation unit 42 . This is effective in the case of a configuration in which the laser irradiation section 42 is difficult to move.

また、上記実施形態に示したように、複層型回折光学素子の一例である回折レンズ10は、同心円状に複数の突条部20が配列され、径方向の断面形状が鋸歯状の回折光学面18をそれぞれ有する1対の回折格子層12A及び12Bであって、プラスチックで形成された1対の回折格子層12A及び12Bを備え、回折光学面18同士の凹凸が嵌合している。突条部20の稜線から延びる2つの斜面のうちの一方の斜面を格子面20A、他方の斜面を側壁面20Bとした場合に、嵌合した状態の1対の回折光学面18において対面する側壁面20B同士の境界領域BRには、回折格子層12A及び12Bの一部を炭化させた炭化領域(一例として炭化ドット22A)によって形成された遮光膜22であって、回折光学面に入射する入射光のうち境界領域BRを透過する透過光を遮光する遮光膜22が設けられている。 Further, as shown in the above embodiment, the diffractive lens 10, which is an example of a multi-layered diffractive optical element, has a plurality of ridges 20 arranged concentrically and has a serrated cross-sectional shape in the radial direction. A pair of grating layers 12A and 12B each having a surface 18, the pair of grating layers 12A and 12B being made of plastic, with the recesses and projections of the diffractive optical surfaces 18 interlocking. When one of the two slopes extending from the ridgeline of the ridge portion 20 is the grating surface 20A and the other slope is the side wall surface 20B, the pair of diffractive optical surfaces 18 in the fitted state face each other. In the boundary region BR between the wall surfaces 20B, a light shielding film 22 formed of a carbonized region (carbonized dots 22A as an example) obtained by carbonizing a part of the diffraction grating layers 12A and 12B is provided. A light-shielding film 22 is provided to block light that is transmitted through the boundary region BR.

このような複層型回折光学素子は、プラスチックで形成された回折格子層12A及び12Bの一部を炭化させた炭化領域によって遮光膜22が形成されているから、上述した遮光膜形成方法のメリットと同様に、蒸着法及び塗布法などによって遮光膜が形成された複層型回折光学素子と比較して、製造が簡単である。専用の材料が不要である点と処理手順の簡便さは、低コスト化にも寄与する。 In such a multi-layered diffractive optical element, the light shielding film 22 is formed of carbonized regions obtained by partially carbonizing the diffraction grating layers 12A and 12B made of plastic. Similarly to , it is easier to manufacture than a multi-layer diffractive optical element in which a light-shielding film is formed by a vapor deposition method, a coating method, or the like. The fact that no special materials are required and the processing procedure is simple also contributes to cost reduction.

上記実施形態では、一例として示した炭化ドット22Aのように、炭化領域は複数のドットで形成されており、隣接するドット同士は一部重なり合った状態で配列されている。隣接するドット同士を一部重ねることで、ドット間の隙間からの漏光を抑制することができる。 In the above embodiment, like the carbonized dot 22A shown as an example, the carbonized region is formed of a plurality of dots, and adjacent dots are arranged in a partially overlapping state. By partially overlapping adjacent dots, leakage of light from gaps between dots can be suppressed.

上記実施形態では、一例として示した炭化ドット22Aのように、複数のドットは、断面が楕円形状であり、かつ、側壁面20Bの高さ方向に長手方向が延びる姿勢で配列されている。境界領域BRにおいて、遮光膜22の膜厚FTは、側壁面20Bの高さ方向と直交する、回折光学面18の径方向の長さになる。そのため、複数のドットを上記姿勢で配列することにより、楕円形状の短手方向の短径D1を遮光膜22の膜厚FTとすることができるので、膜厚FTを薄くすることができる。上述したとおり、膜厚FTが厚すぎると、光学性能を低下させる要因となるため、膜厚FTを薄くできる上記構成が好ましい。 In the above-described embodiment, like the carbonized dots 22A shown as an example, the plurality of dots have an elliptical cross section and are arranged in a posture that extends in the longitudinal direction in the height direction of the side wall surface 20B. In the boundary region BR, the film thickness FT of the light shielding film 22 is the length of the diffractive optical surface 18 in the radial direction perpendicular to the height direction of the side wall surface 20B. Therefore, by arranging a plurality of dots in the above posture, the minor axis D1 in the short side direction of the elliptical shape can be used as the film thickness FT of the light shielding film 22, so that the film thickness FT can be reduced. As described above, if the film thickness FT is too large, the optical performance is degraded, so the above configuration that enables the film thickness FT to be thin is preferable.

上記実施形態では、突条部20において、回折光学面18の径方向における遮光膜22の膜厚FTは、突条部20の幅RWに対して、10%以下であり、より好ましくは、1%以下である。これにより、格子面20Aに入射する入射光線を遮光することを抑制しつつ、側壁面20Bへの入射光線を遮光することができる。これにより、フレア及びリング状のゴーストなどの原因となる不要光が抑制される。 In the above-described embodiment, the film thickness FT of the light shielding film 22 in the radial direction of the diffractive optical surface 18 in the ridge portion 20 is 10% or less, more preferably 1% or less, of the width RW of the ridge portion 20 % or less. As a result, it is possible to block the light beam incident on the side wall surface 20B while preventing the light beam incident on the grating surface 20A from being blocked. This suppresses unnecessary light that causes flare, ring-shaped ghost, and the like.

上記実施形態において、複層型回折光学素子の一例である回折レンズ10は、1対の回折格子層12A及び12Bを有する回折格子部12と、回折格子部12の両面とそれぞれ接合される1対のレンズ13及び14とを備えている。回折格子部12とレンズ13及び14とを組み合わせることで、回折作用と屈折作用との組み合わせが可能となり、回折光学素子としての光学性能を向上させることができる。 In the above embodiment, the diffraction lens 10, which is an example of a multilayer diffraction optical element, includes a diffraction grating section 12 having a pair of diffraction grating layers 12A and 12B, and a pair of of lenses 13 and 14. By combining the diffraction grating section 12 and the lenses 13 and 14, it becomes possible to combine the diffraction action and the refraction action, and the optical performance of the diffraction optical element can be improved.

(変形例1:遮光膜の形成位置)
本開示の技術は、上記実施形態に限らず図20~図24に示す種々の変形が可能である。図20は、遮光膜22を形成する位置の変形例である。上記実施形態では、図13Bに示すように、回折格子部12内の側壁面20Bの境界領域BRにおいて、1対の回折格子層12A及び12Bのうち、回折格子層12Bに遮光膜22を形成している。図20Aに示す例は、回折格子層12Aに遮光膜22が形成されている。また、図20Bに示すように、1対の回折格子層12A及び12Bに跨って遮光膜22が形成されていてもよい。このように、遮光膜22は、1対の回折格子層12A及び12Bの側壁面20B同士の境界領域BRに形成されていればよい。
(Modification 1: Formation position of the light shielding film)
The technique of the present disclosure is not limited to the above embodiment, and various modifications shown in FIGS. 20 to 24 are possible. FIG. 20 shows a modification of the position where the light shielding film 22 is formed. In the above embodiment, as shown in FIG. 13B, the light shielding film 22 is formed on the diffraction grating layer 12B of the pair of diffraction grating layers 12A and 12B in the boundary region BR of the side wall surface 20B in the diffraction grating section 12. ing. In the example shown in FIG. 20A, a light shielding film 22 is formed on the diffraction grating layer 12A. Further, as shown in FIG. 20B, a light shielding film 22 may be formed across the pair of diffraction grating layers 12A and 12B. Thus, the light shielding film 22 may be formed in the boundary region BR between the side wall surfaces 20B of the pair of diffraction grating layers 12A and 12B.

(変形例2:側壁面の傾きとレーザ光の照射方向)
図21に示す変形例では、格子面60Aと側壁面60Bを有する突条部60において、側壁面60Bが、回折レンズ10のZ方向に相当する高さ方向、すなわち、光軸OAに対して傾斜している。このように側壁面60Bが光軸OAに対して傾斜している場合は、突条部60の側壁面60Bに沿う方向からレーザ光LBが照射されることが好ましい。これにより、側壁面60Bに沿う方向と炭化ドット22Aの長手方向を一致させることができるため、レーザ光LBの照射方向が側壁面60Bに対して傾斜している場合と比較して、遮光膜22を側壁面60Bに近づけることができる。遮光膜22と側壁面60Bとが離れすぎると、側壁面60Bからの不要光が生じやすくなる。遮光膜22を側壁面60Bに近づけることで不要光を抑制することができる。
(Modification 2: Inclination of side wall surface and irradiation direction of laser light)
In the modification shown in FIG. 21, in the ridge portion 60 having the grating surface 60A and the side wall surface 60B, the side wall surface 60B is inclined in the height direction corresponding to the Z direction of the diffraction lens 10, that is, with respect to the optical axis OA. is doing. When the side wall surface 60B is inclined with respect to the optical axis OA in this way, it is preferable that the laser beam LB is irradiated from the direction along the side wall surface 60B of the protrusion 60 . As a result, the longitudinal direction of the carbonized dots 22A can be aligned with the direction along the side wall surface 60B. can be brought closer to the side wall surface 60B. If the light shielding film 22 and the side wall surface 60B are too far apart, unnecessary light is likely to be generated from the side wall surface 60B. Unnecessary light can be suppressed by bringing the light shielding film 22 closer to the side wall surface 60B.

(変形例3:炭化ドットの姿勢)
上記実施形態では、図17に示すように、炭化ドット22Aは、長手方向が側壁面20Bに沿う姿勢で形成されているが、図22に示すように、炭化ドット22Aは、長手方向が側壁面20Bと直交する方向、すなわち、回折レンズ10の径方向に沿う姿勢で形成されてもよい。図22Aは、図17Aと同様に、突条部20を、高さ方向及び径方向のそれぞれと直交する方向から見た場合の炭化ドット22Aの姿勢を示している。図22Bは、図17Bと同様に、突条部20を光軸OAの方向から見た場合の炭化ドット22Aの姿勢を示している。図22に示すように、炭化ドット22Aの長手方向を側壁面20Bと直交させた場合は、炭化ドット22Aの長径D2が、遮光膜22の膜厚FTとなる。図22に示すように炭化ドット22Aを形成してもよいが、上述したとおり、遮光膜22の膜厚FTが厚すぎると、悪影響もあるため、図17に示すような姿勢で炭化ドット22Aを形成することが好ましい。
(Modification 3: Posture of Carbonized Dots)
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 17, the carbonized dots 22A are formed so that the longitudinal direction extends along the side wall surface 20B. However, as shown in FIG. It may be formed in a direction orthogonal to 20B, that is, in a posture along the radial direction of the diffraction lens 10 . Similar to FIG. 17A, FIG. 22A shows the attitude of the carbonized dots 22A when the ridge 20 is viewed from a direction perpendicular to the height direction and the radial direction. Similarly to FIG. 17B, FIG. 22B shows the attitude of the carbonized dots 22A when the ridges 20 are viewed from the direction of the optical axis OA. As shown in FIG. 22, when the longitudinal direction of the carbonized dots 22A is perpendicular to the side wall surface 20B, the length D2 of the carbonized dots 22A is the film thickness FT of the light shielding film 22. As shown in FIG. The carbonized dots 22A may be formed as shown in FIG. 22, but as described above, if the film thickness FT of the light shielding film 22 is too thick, there is also an adverse effect. preferably formed.

(変形例4:走査方法の変形例)
図23は、レーザ光LBを走査する走査機構としてガルバノミラー83及び84を用いた走査機構81を示す。走査機構81は、一例として、レーザ光LBをコリメートするコリメータ82、ガルバノミラー83及び84、及び集光光学系85を備えている。ガルバノミラー83及び84は、それぞれレーザ光LBを反射するミラー部と、ミラー部の姿勢を軸回りに回転させる機構とを備えている。ガルバノミラー83及び84のそれぞれのミラー部の姿勢を回転させることにより、レーザ光LBの焦点位置Fを走査することができる。走査機構81は、レーザ照射部42に組み込まれている。すなわち、本例では、複層型回折光学素子の一例である回折レンズ10を固定した状態で、走査機構81を含むレーザ照射部42を変位させることにより、レーザ光LBの焦点位置Fを移動させる。これにより、回折レンズ10を移動させることなく、焦点位置Fの走査が可能となる。この例は、例えば、回折レンズ10が大型の場合など、回折レンズ10を移動させにくい場合に有効である。
(Modification 4: Modification of scanning method)
FIG. 23 shows a scanning mechanism 81 using galvanomirrors 83 and 84 as a scanning mechanism for scanning the laser beam LB. The scanning mechanism 81 includes, for example, a collimator 82 that collimates the laser beam LB, galvanometer mirrors 83 and 84, and a condensing optical system 85. As shown in FIG. The galvanomirrors 83 and 84 each include a mirror portion that reflects the laser beam LB and a mechanism that rotates the attitude of the mirror portion around the axis. By rotating the attitude of each mirror portion of the galvanomirrors 83 and 84, the focal position F of the laser beam LB can be scanned. The scanning mechanism 81 is incorporated in the laser irradiation section 42 . That is, in this example, the focal position F of the laser beam LB is moved by displacing the laser irradiation unit 42 including the scanning mechanism 81 while the diffractive lens 10, which is an example of the multilayer diffractive optical element, is fixed. . This enables scanning of the focal position F without moving the diffraction lens 10 . This example is effective when the diffraction lens 10 is difficult to move, such as when the diffraction lens 10 is large.

(変形例5:CWレーザ光)
上記実施形態では、図11に示したとおり、レーザ光LBとしてパルスレーザ光を使用した例で説明したが、図24に示すように、レーザ光LBとしてはCWレーザ光を使用してもよい。もちろん、上述のとおり、パルスレーザ光には種々のメリットがあるため、CWレーザ光よりもパルスレーザ光を用いることが好ましい。
(Modification 5: CW laser light)
In the above embodiment, as shown in FIG. 11, an example in which a pulsed laser beam is used as the laser beam LB has been described, but as shown in FIG. 24, a CW laser beam may be used as the laser beam LB. Of course, as described above, pulsed laser light has various advantages, so it is preferable to use pulsed laser light rather than CW laser light.

(変形例6:回折格子部の形成方法)
上記実施形態では、図8に示したように、一方の回折格子層12Bを形成した後に、回折格子層12Bを金型として利用して、他方の回折格子層12Aを形成する例で説明したが、回折格子部12は次のように形成してもよい。すなわち、回折格子層12Bに加えて、回折格子層12Aについても金型31を使用して形成する。そして、1対の回折格子層12A及び12Bをそれぞれ形成した後に、それぞれの回折光学面18を接着剤で貼り合わせてもよい。1対の回折格子層12A及び12Bは、接着剤で貼り合わせ後において、回折光学面18が嵌合した状態となる。
(Modification 6: Method for Forming Diffraction Grating Section)
In the above embodiment, as shown in FIG. 8, after forming one diffraction grating layer 12B, the other diffraction grating layer 12A is formed using the diffraction grating layer 12B as a mold. , the diffraction grating portion 12 may be formed as follows. That is, in addition to the diffraction grating layer 12B, the mold 31 is also used to form the diffraction grating layer 12A. Then, after forming the pair of diffraction grating layers 12A and 12B, the respective diffraction optical surfaces 18 may be bonded together with an adhesive. The pair of diffraction grating layers 12A and 12B are in a state in which the diffraction optical surface 18 is fitted after being bonded together with an adhesive.

(変形例7:用途)
また、上記例において、回折レンズ10を、図1に示す撮影光学系110のようなカメラ用のズームレンズに適用した例で説明したが、プロジェクタの投写光学系に適用してもよい。
(Modification 7: Application)
In the above example, the diffraction lens 10 is applied to a camera zoom lens such as the imaging optical system 110 shown in FIG. 1, but it may be applied to a projection optical system of a projector.

(変形例8:遮光膜の形成領域)
また、同心円状に形成される複数の突条部20の一部に遮光膜22を形成してもよいし、全部に遮光膜22を形成してもよい。例えば、回折光学面18のうち有効径の範囲内にある突条部のみに遮光膜22を形成してもよい。有効径は、例えば複層型回折光学素子がカメラ及びプロジェクタなどの光学系に組み込まれる場合は、結像に寄与する光線が入射する範囲に対応するレンズの直径をいう。
(Modification 8: Formation area of light shielding film)
Further, the light shielding film 22 may be formed on a part of the plurality of ridges 20 formed concentrically, or the light shielding film 22 may be formed on all of them. For example, the light shielding film 22 may be formed only on the ridges within the range of the effective diameter of the diffractive optical surface 18 . The effective diameter refers to the diameter of the lens corresponding to the range on which light rays contributing to image formation are incident, for example, when the multi-layered diffractive optical element is incorporated in an optical system such as a camera or a projector.

(変形例9:レンズの枚数)
複層型回折光学素子の一例として、2枚のレンズ13及び14を有する回折レンズ10を例に説明したが、例えば、3枚以上のレンズを有していてもよい。また、レンズは1枚だけでもよい。この場合は、例えば、回折格子部12の一方の面はレンズ面を持たない透明なガラス基板と接合される。つまり、レンズの枚数は何枚でもよく、複層型回折光学素子は、1対の回折格子層12A及び12Bを有していればよい。
(Modification 9: number of lenses)
Although the diffractive lens 10 having the two lenses 13 and 14 has been described as an example of the multi-layered diffractive optical element, it may have, for example, three or more lenses. Also, only one lens may be used. In this case, for example, one surface of the diffraction grating section 12 is bonded to a transparent glass substrate that does not have a lens surface. In other words, the number of lenses may be any number, and the multi-layered diffractive optical element only needs to have a pair of diffraction grating layers 12A and 12B.

なお、本開示の技術は、上述の実施形態と種々の変形例を適宜組み合わせることも可能である。また、上記実施形態に限らず、要旨を逸脱しない限り種々の構成を採用し得ることはもちろんである。 It should be noted that the technique of the present disclosure can also be appropriately combined with the above-described embodiment and various modifications. Moreover, it is needless to say that various configurations can be employed without departing from the scope of the present invention without being limited to the above-described embodiment.

以上に示した記載内容及び図示内容は、本開示の技術に係る部分についての詳細な説明であり、本開示の技術の一例に過ぎない。例えば、上記の構成、機能、作用、及び効果に関する説明は、本開示の技術に係る部分の構成、機能、作用、及び効果の一例に関する説明である。よって、本開示の技術の主旨を逸脱しない範囲内において、以上に示した記載内容及び図示内容に対して、不要な部分を削除したり、新たな要素を追加したり、置き換えたりしてもよいことはいうまでもない。また、錯綜を回避し、本開示の技術に係る部分の理解を容易にするために、以上に示した記載内容及び図示内容では、本開示の技術の実施を可能にする上で特に説明を要しない技術常識等に関する説明は省略されている。 The description and illustration shown above are detailed descriptions of the parts related to the technology of the present disclosure, and are merely examples of the technology of the present disclosure. For example, the above descriptions of configurations, functions, actions, and effects are descriptions of examples of configurations, functions, actions, and effects of portions related to the technology of the present disclosure. Therefore, unnecessary parts may be deleted, new elements added, or replaced with respect to the above-described description and illustration without departing from the gist of the technology of the present disclosure. Needless to say. In addition, in order to avoid complication and facilitate understanding of the portion related to the technology of the present disclosure, the descriptions and illustrations shown above require particular explanation in order to enable implementation of the technology of the present disclosure. Descriptions of common technical knowledge, etc., that are not used are omitted.

本明細書において、「A及び/又はB」は、「A及びBのうちの少なくとも1つ」と同義である。つまり、「A及び/又はB」は、Aだけであってもよいし、Bだけであってもよいし、A及びBの組み合わせであってもよい、という意味である。また、本明細書において、3つ以上の事柄を「及び/又は」で結び付けて表現する場合も、「A及び/又はB」と同様の考え方が適用される。 As used herein, "A and/or B" is synonymous with "at least one of A and B." That is, "A and/or B" means that only A, only B, or a combination of A and B may be used. Also, in this specification, when three or more matters are expressed by connecting with "and/or", the same idea as "A and/or B" is applied.

本明細書に記載された全ての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。 All publications, patent applications and technical standards mentioned herein are expressly incorporated herein by reference to the same extent as if each individual publication, patent application and technical standard were specifically and individually noted to be incorporated by reference. incorporated by reference into the book.

10 回折レンズ
12 回折格子部
12A、12B 回折格子層
13、14 レンズ
18 回折光学面
20 突条部
20A 格子面
20B 側壁面
20C 稜線
22 遮光膜
22A 炭化ドット
31 金型
32、33 プラスチック材料
41 レーザ加工装置
42 レーザ照射部
43 集光光学系
44 移動ステージ
44A 回転ステージ
44B 3軸ステージ
45 ホルダ
60 突条部
60A 格子面
60B 側壁面
81 走査機構
82 コリメータ
83、84 ガルバノミラー
85 集光光学系
110 撮影光学系
111 イメージセンサ
120 凸レンズ
200 回折レンズ
BR 境界領域
CD 中心
CS1、C2、CS3、CS4 位置
D1 短径
D2 長径
F 焦点位置
FT 膜厚
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
LB レーザ光
OA 光軸
PW パルス幅
R1 入射光線
R1A 出射光線
R2 入射光線
R2A 出射光線
R3 入射光線
R3B 出射光線
R4 入射光線
R4B 出射光線
RW 突条部の幅
S 断面積
SD スポット径
SR 光線
UV 紫外線
10 Diffraction lens 12 Diffraction grating parts 12A, 12B Diffraction grating layers 13, 14 Lens 18 Diffraction optical surface 20 Ridge part 20A Grating surface 20B Side wall surface 20C Ridge line 22 Light shielding film 22A Carbonized dot 31 Mold 32, 33 Plastic material 41 Laser processing Apparatus 42 Laser irradiation section 43 Condensing optical system 44 Moving stage 44A Rotating stage 44B 3-axis stage 45 Holder 60 Ridge section 60A Lattice surface 60B Side wall surface 81 Scanning mechanism 82 Collimators 83, 84 Galvanomirror 85 Condensing optical system 110 Photographing optics System 111 Image sensor 120 Convex lens 200 Diffraction lens BR Boundary area CD Center CS1, C2, CS3, CS4 Position D1 Minor diameter D2 Major diameter F Focus position FT Film thickness G1 First lens group G2 Second lens group G3 Third lens group LB Laser Light OA Optical axis PW Pulse width R1 Incident ray R1A Emitted ray R2 Incident ray R2A Emitted ray R3 Incident ray R3B Emitted ray R4 Incident ray R4B Emitted ray RW Width of ridge S Cross-sectional area SD Spot diameter SR Light ray UV Ultraviolet

Claims (17)

同心円状に複数の突条部が配列され、径方向の断面形状が鋸歯状の回折光学面をそれぞれ有する1対の回折格子層であって、プラスチックで形成された1対の回折格子層を備え、前記回折光学面同士の凹凸が嵌合した複層型回折光学素子に対して、遮光膜を形成する遮光膜形成方法であって、
前記突条部の稜線から延びる2つの斜面のうちの一方の斜面を格子面、他方の斜面を側壁面とした場合に、嵌合した状態の1対の前記回折光学面において対面する前記側壁面同士の境界領域に、レーザ光を用いて前記回折格子層の一部を炭化させることにより、前記回折光学面に入射する入射光のうち前記境界領域を透過する透過光を遮光する遮光膜を形成する、遮光膜形成方法。
A pair of diffraction grating layers having a plurality of ridges arranged concentrically and each having a diffractive optical surface with a sawtooth-shaped cross section in the radial direction, comprising a pair of diffraction grating layers made of plastic. and a light shielding film forming method for forming a light shielding film on a multilayer diffractive optical element in which the unevennesses of the diffractive optical surfaces are fitted to each other, the method comprising:
When one of the two slopes extending from the ridge line of the ridge portion is a lattice surface and the other slope is a side wall surface, the side wall surface facing the pair of diffractive optical surfaces in a fitted state. By carbonizing part of the diffraction grating layer using a laser beam, a light-shielding film is formed that shields light transmitted through the boundary region among incident light incident on the diffractive optical surface. A method for forming a light shielding film.
前記境界領域の一部に前記レーザ光を照射することにより、プラスチック製の前記回折格子層が炭化した炭化領域を形成すること、
前記回折光学面の面内において、前記境界領域の周方向に沿って、前記レーザ光の焦点位置を変化させながら、前記周方向に前記炭化領域を展開させることにより、前記境界領域の全周に渡って前記遮光膜を形成することを含む請求項1に記載の遮光膜形成方法。
forming a carbonized region in which the diffraction grating layer made of plastic is carbonized by irradiating a portion of the boundary region with the laser beam;
In the plane of the diffractive optical surface, along the circumferential direction of the boundary region, while changing the focal position of the laser beam, the carbonized region is expanded in the circumferential direction, thereby covering the entire circumference of the boundary region. 2. The method of forming a light-shielding film according to claim 1, further comprising forming the light-shielding film across.
前記回折光学面と対向する方向から前記レーザ光を照射する請求項2に記載の遮光膜形成方法。 3. The method of forming a light-shielding film according to claim 2, wherein the laser beam is applied from a direction facing the diffractive optical surface. 前記突条部の前記側壁面に沿う方向からレーザ光を照射する請求項3に記載の遮光膜形成方法。 4. The method of forming a light-shielding film according to claim 3, wherein the laser beam is applied from a direction along the side wall surface of the ridge. 前記レーザ光は、前記回折光学面の光軸方向に沿って照射される請求項4に記載の遮光膜形成方法。 5. The method of forming a light-shielding film according to claim 4, wherein the laser beam is irradiated along the optical axis direction of the diffractive optical surface. 前記回折光学面の面内における前記レーザ光の1つの照射位置において、集光光学系によって前記レーザ光を集光させた場合の前記レーザ光の焦点位置を、前記レーザ光の照射方向に延びる前記側壁面の高さ方向に変化させながら、前記側壁面の高さ方向に沿って前記炭化領域を展開する、請求項3から請求項5のうちのいずれか1項に記載の遮光膜形成方法。 At one irradiation position of the laser light in the plane of the diffractive optical surface, the focal position of the laser light when the laser light is condensed by a condensing optical system extends in the irradiation direction of the laser light. 6. The method of forming a light-shielding film according to claim 3, wherein the carbonized region is developed along the height direction of the side wall surface while being varied in the height direction of the side wall surface. 前記レーザ光は、パルスレーザ光である、請求項1から請求項6のうちのいずれか1項に記載の遮光膜形成方法。 7. The method of forming a light-shielding film according to claim 1, wherein said laser light is pulsed laser light. 前記パルスレーザ光は、パルスの時間幅がピコ秒からフェムト秒の範囲内の超短パルスレーザ光である、請求項7に記載の遮光膜形成方法。 8. The method of forming a light-shielding film according to claim 7, wherein said pulsed laser light is ultrashort pulsed laser light having a pulse time width in the range of picoseconds to femtoseconds. 前記パルスレーザ光によって、前記回折格子層にドット状の炭化領域を形成し、隣接する前記炭化領域のドット同士が部分的に重なる態様でパルス照射を繰り返す、請求項7または請求項8に記載の遮光膜形成方法。 9. The pulse laser beam according to claim 7, wherein dot-shaped carbonized regions are formed in the diffraction grating layer by the pulsed laser light, and pulse irradiation is repeated in such a manner that the dots of adjacent carbonized regions partially overlap each other. A method for forming a light shielding film. 前記レーザ光を照射するレーザ照射部を固定した状態で前記複層型回折光学素子を変位させることにより、レーザ光の焦点位置を移動させる、請求項1から請求項9のうちのいずれか1項に記載の遮光膜形成方法。 10. The focal position of the laser light is moved by displacing the multi-layered diffractive optical element while fixing the laser irradiation unit that irradiates the laser light. The method for forming a light shielding film according to 1. 前記複層型回折光学素子を固定した状態で、前記レーザ光を照射するレーザ照射部を変位させることにより、レーザ光の焦点位置を移動させる、請求項1から請求項9のうちのいずれか1項に記載の遮光膜形成方法。 10. Any one of claims 1 to 9, wherein a focal position of the laser light is moved by displacing a laser irradiation unit that irradiates the laser light while the multilayer diffractive optical element is fixed. The method for forming a light-shielding film according to the item. 同心円状に複数の突条部が配列され、径方向の断面形状が鋸歯状の回折光学面をそれぞれ有する1対の回折格子層であって、プラスチックで形成された1対の回折格子層を備え、前記回折光学面同士の凹凸が嵌合した複層型回折光学素子であって、
前記突条部の稜線から延びる2つの斜面のうちの一方の斜面を格子面、他方の斜面を側壁面とした場合に、嵌合した状態の1対の前記回折光学面において対面する前記側壁面同士の境界領域には、前記回折格子層の一部を炭化させた炭化領域によって形成された遮光膜であって、前記回折光学面に入射する入射光のうち前記境界領域を透過する透過光を遮光する遮光膜が設けられている、複層型回折光学素子。
A pair of diffraction grating layers having a plurality of ridges arranged concentrically and each having a diffractive optical surface with a sawtooth-shaped cross section in the radial direction, comprising a pair of diffraction grating layers made of plastic. , a multilayer diffractive optical element in which the unevenness of the diffractive optical surfaces is fitted to each other,
When one of the two slopes extending from the ridge line of the ridge portion is a lattice surface and the other slope is a side wall surface, the side wall surface facing the pair of diffractive optical surfaces in a fitted state. A boundary region between the two is a light-shielding film formed by a carbonized region obtained by carbonizing a part of the diffraction grating layer, and the transmitted light that is transmitted through the boundary region among the incident light incident on the diffractive optical surface is blocked. A multi-layer diffractive optical element provided with a light shielding film for shielding light.
前記炭化領域は、複数のドットで形成されており、隣接する前記ドット同士は一部重なり合った状態で配列されている、請求項12に記載の複層型回折光学素子。 13. The multi-layered diffractive optical element according to claim 12, wherein said carbonized region is formed of a plurality of dots, and said adjacent dots are arranged in a partially overlapping state. 複数の前記ドットは、断面が楕円形状であり、かつ、前記側壁面の高さ方向に長手方向が延びる姿勢で配列されている、請求項13に記載の複層型回折光学素子。 14. The multi-layered diffractive optical element according to claim 13, wherein the plurality of dots have an elliptical cross section and are arranged in a posture in which the longitudinal direction extends in the height direction of the side wall surface. 前記突条部において、前記回折光学面の径方向における前記遮光膜の膜厚は、前記突条部の幅に対して、10%以下である請求項12から請求項14のうちのいずれか1項に記載の複層型回折光学素子。 15. Any one of claims 12 to 14, wherein the thickness of the light-shielding film in the radial direction of the diffractive optical surface in the ridge is 10% or less of the width of the ridge. 10. The multi-layered diffractive optical element according to the above item. 前記突条部において、前記回折光学面の径方向における前記遮光膜の膜厚は、前記突条部の幅に対して、1%以下である請求項15に記載の複層型回折光学素子。 16. The multi-layered diffractive optical element according to claim 15, wherein the thickness of the light shielding film in the radial direction of the diffractive optical surface in the ridges is 1% or less of the width of the ridges. 前記1対の回折格子層を有する回折格子部と、
前記回折格子部の両面とそれぞれ接合される1対のレンズとを備えた請求項12から請求項15のうちのいずれか1項に記載の複層型回折光学素子。
a diffraction grating section having the pair of diffraction grating layers;
16. The multi-layered diffractive optical element according to any one of claims 12 to 15, comprising a pair of lenses cemented to both surfaces of said diffraction grating section.
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