JP6213479B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子の製造方法、光学素子、光学系及び撮像装置に関する。

カメラ等の光学機器においては、レンズ等に入射する入射光の光量を調節するため、光学絞りや減光（ＮＤ：Neutral Density）フィルタ等が用いられている。携帯電話や携帯端末などにもカメラの搭載が進み、このようなカメラにも光学絞りが使用されている（例えば、特許文献１）。通常の光学絞りを図１に示す。絞り９１０は、遮光材料により板状に形成されたものの中心部分に開口部９１１を形成したものであり、周辺部分の光は遮光され、開口部９１１の形成されている中心部分において光が透過するものである。図１（ａ）は、絞り９１０の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の一点鎖線１Ａ−１Ｂにおける光の透過率分布を示す。最近は携帯電話や携帯端末の小型化や薄型化によりカメラも小型化している。そのため、使われる光学絞りも小型化しているが、小型の光学絞り９１０では、開口部９１１の周囲において光の回折の発生が無視できなくなっており、解像度を高めることが困難となっている。すなわち、カメラの高画素化が進む一方で、解像度を劣化させない小型の光学絞りが求められていた。

特開平１１−２３１２０９号公報 特開２０１１−２２１１２０号公報 特許第４４２８９６１号公報

このような光学絞りとなる光学素子としては、図２に示されるように、中心部分の光の透過率が高く、中心部分から周辺部分に向かって光の透過率が減少している構造のアポダイズドフィルタが開示されている。なお、図２（ａ）は、中心部分に開口部９２１を有する絞り９２０の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の一点鎖線２Ａ−２Ｂにおける光の透過率分布を示す。

ところで、このようなアポダイズドフィルタは理想的には透過率分布が正規分布になるように設計されるが、中心の透過すべき領域が小さいため作製が難しく、バラツキなく均一に作製することは困難であった。また、透過率分布が正規分布の場合、実質的な光の透過光量が大きく減少するため、光学系が暗くなる問題がある。

本発明は、上述のような課題を鑑みてなされたものであり、中心領域より周辺領域に向かって光の透過率が単調に減少する光学素子であって、中心領域の透過率を高く、かつ、均一な光学素子とその製造方法を提供することを目的とする。

本実施の形態の一観点によれば、光の一部または全部を吸収する材料により形成された光吸収部と、前記光吸収部の上に、光を透過する材料により形成された光透過部と、を有し、中心より周辺に向かって、中心領域、中間領域、周辺領域が形成されており、前記中心領域には、前記光吸収部が形成されておらず、前記中間領域には、前記中心領域の側から前記周辺領域の側に向かって、前記光吸収部の厚さが徐々に厚くなっている光学素子の製造方法において、透明基板の上に光吸収部を形成するための光吸収性樹脂材料を塗布する工程と、前記光吸収部の形状に対応した凹凸形状を有する成形型を塗布された前記光吸収性樹脂材料に押しあてる工程と、前記成形型が前記光吸収性樹脂材料に押しあてられた状態で、紫外線を照射することにより、前記光吸収性樹脂材料を硬化させて光吸収部を形成する工程と、前記紫外線を照射した後、前記成形型を剥離する工程と、を有し、前記成形型は、凸部の上面となる中心領域に対応する部分が平坦に形成され、前記中心領域と前記中間領域との境界の直径をφ１とし、前記中間領域と前記周辺領域との境界の直径をφ２とした場合、０．３＜φ１／φ２＜０．９を満たすことを特徴とする。

また、本実施の形態の他の一観点によれば、光の一部または全部を吸収する材料により形成された光吸収部と、前記光吸収部の上に、光を透過する材料により形成された光透過部と、を有し、中心より周辺に向かって、中心領域、中間領域、周辺領域が形成されており、前記中心領域には、前記光吸収部が殆ど形成されておらず、前記中間領域には、前記中心領域の側から周辺領域の側に向かって、前記光吸収部の厚さが徐々に厚くなっている光学素子の製造方法において、前記光吸収部の形状に対応した凹凸形状を有する成形型に、光吸収性樹脂材料を塗布する工程と、塗布された前記光吸収性樹脂材料に透明基板を押しあてる工程と、前記透明基板が前記光吸収性樹脂材料に押しあてられた状態で、紫外線を照射することにより、前記光吸収性樹脂材料を硬化させて光吸収部を形成する工程と、前記紫外線を照射した後、前記成形型を剥離する工程と、を有し、前記成形型は、凸部の上面となる中心領域に対応する部分が平坦に形成されているものであることを特徴とする。

また、本実施の形態の他の一観点によれば、基材の上に、光の一部または全部を吸収する材料により形成された光吸収部と、前記光吸収部の上に、光を透過する光透明材料により形成された光透過部と、を有し、中心より周辺に向かって、中心領域、中間領域、周辺領域が同心円状に形成されており、前記中心領域には、前記光吸収部が殆ど形成されておらず、前記中間領域には、前記中心領域の側から周辺領域の側に向かって、前記光吸収部の厚さが徐々に厚くなっており、中心領域と中間領域との境界の直径をφ１とし、中間領域と周辺領域との境界の直径をφ２とした場合、０．３＜φ１／φ２＜０．７を満たす光学素子の製造方法において、中心より周辺に向かって、中心領域、中間領域、周辺領域が同心円状に形成されており、前記中心領域は凹凸の高さが最も高く、かつ、平坦であり、前記中間領域は、前記中心領域の側から周辺領域の側に向かって、凹凸の高さが徐々に低くなる凹凸面を有する成形型を用いて、前記光吸収部を形成する工程と、前記光吸収部の上に、表面が平坦になるように光透明材料を積層する工程と、を含むことを特徴とする。

また、本実施の形態の他の一観点によれば、基材の上に、光の一部または全部を吸収する材料により形成された光吸収部と、前記光吸収部の上に、光を透過する光透明材料により形成された光透過部と、を有し、中心より周辺に向かって、中心領域、中間領域、周辺領域が同心円状に形成されており、前記中心領域には、前記光吸収部が殆ど形成されておらず、前記中間領域には、前記中心領域の側から周辺領域の側に向かって、前記光吸収部の厚さが徐々に厚くなっており、中心領域と中間領域との境界の直径をφ１とし、中間領域と周辺領域との境界の直径をφ２とした場合、０．３＜φ１／φ２＜０．７を満たすことを特徴とする。

また、本実施の形態の他の一観点によれば、基材の上に、光の一部または全部を吸収する材料により形成された光吸収部と、前記光吸収部の上に、光を透過する光透明材料により形成された光透過部と、を有し、中心より周辺に向かって、中心領域、中間領域、周辺領域が同心円状に形成されており、前記中心領域には、前記光吸収部が殆ど形成されておらず、前記中間領域には、前記中心領域の側から周辺領域の側に向かって、前記光吸収部の厚さが徐々に厚くなっており、中心領域と中間領域との境界の直径をφ１とし、中間領域と周辺領域との境界の直径をφ２とした場合、０．３＜φ１／φ２＜０．９を満たすことを特徴とする。

また、本実施の形態の他の一観点によれば、光の一部または全部を吸収する材料により形成された光吸収部と、前記光吸収部の上に、光を透過する材料により形成された光透過部と、を有し、中心より周辺に向かって、中心領域、中間領域、周辺領域が形成されており、前記中心領域には、前記光吸収部が殆ど形成されておらず、前記中間領域には、前記中心領域の側から周辺領域の側に向かって、前記光吸収部の厚さが徐々に厚くなっている光学素子において、前記光吸収部は、塗布された光吸収性樹脂材料に前記光吸収部の形状に対応した凹凸形状を有する成形型をあて、紫外線を照射することにより形成されるものであって、前記成形型は、凸部の上面となる中心領域に対応する部分が平坦に形成されていることを特徴とする。

また、本実施の形態の他の一観点によれば、光の一部または全部を吸収する材料により形成された光吸収部と、前記光吸収部の上に、光を透過する材料により形成された光透過部と、を有し、中心より周辺に向かって、中心領域、中間領域、周辺領域が形成されており、前記中心領域には、前記光吸収部が殆ど形成されておらず、前記中間領域には、前記中心領域の側から周辺領域の側に向かって、前記光吸収部の厚さが徐々に厚くなっている光学素子において、前記中心領域における最も透過率の高い点に対する最も透過率が低い点の透過率の比が０．９５以上であることを特徴とする。

本発明により、中心領域より周辺領域に向かって光の透過率が単調に減少する光学素子であって、中心領域の透過率を高く、かつ、均一な光学素子とその製造方法を提供することができる。

絞りの説明図 アポダイズドフィルタの説明図 第１の実施の形態における光学素子の構造図 第１の実施の形態における光学素子の説明図 光学素子におけるφ１／φ２とＭＴＦ及び透過率の相関図 第２の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（１） 第２の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（２） 第２の実施の形態における光学素子の製造方法に用いられる成形型の説明図 第３の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（１） 第３の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（２） 第４の実施の形態における撮像装置が搭載されるスマートフォンの説明図 第４の実施の形態における撮像装置の説明図 第４の実施の形態における撮像装置の光学系の説明図

〔第１の実施の形態〕
実施するための形態について、以下に説明する。なお、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

（光学素子）
第１の実施の形態における光学素子について説明する。本実施の形態における光学素子は、いわゆるアポダイズドフィルタと呼ばれるものであり、図３及び図４に示されるように、透明な樹脂材料またはガラス等により形成された透明基材１０、透明基材１０の上に形成された可視光を吸収する材料により形成された光吸収部２０及び可視光を透過する材料（光透明材料）により形成された光透過部３０とを有している。なお、図４（ａ）は、本実施の形態における光学素子の上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の一点鎖線４Ａ−４Ｂにおける光の透過率分布を示す。

本実施の形態における光学素子は、光学素子の中心部分における中心領域２１と、中心領域２１の周囲に形成される中間領域２２と、中間領域２２の周囲に形成される周辺領域２３とを有している。

光吸収部２０は、中心領域２１においては殆ど形成されておらず、周辺領域２３において厚く形成されており、中心領域２１と周辺領域２３との間の中間領域２２においては、中心領域２１の側から周辺領域２３の側に向かって、徐々に厚さが厚くなるように形成されている。

ここで光吸収部を構成する光吸収材料の光学濃度をＯＤとし、光吸収部の厚みをｔとすると、透過率Ｔ（％）は、下記の（１）に示す式で表わされる。

Ｔ＝１００×１０^{(−ＯＤ×ｔ)} ％・・・・・・・・・・・・・（１）

である。ここで光学濃度ＯＤは、単位厚みあたりの透過率Ｔ０（％）から、下記の（２）に示す式で表わされる。

ＯＤ＝−ｌｏｇ（Ｔ０／１００）・・・・・・・・・・・・・（２）

従って、本実施の形態における光学素子においては、中心領域２１における透過率は光吸収材料の厚みがほぼゼロなので、１００％に近い値であり、入射光の略すべてを透過する。また、周辺領域２３における透過率は、（１）に示される式で規定され、例えば０．１％にする場合は、ＯＤ×ｔ＝３を満たすように、光学濃度ＯＤと周辺領域の厚みｔを決める必要がある。ＯＤを大きく、つまり吸収能の高い吸収材料の場合は、厚みを薄くできるが、中心領域に残膜が生じた場合には、残膜による透過率低下が著しくなり、製造が困難になる。一方、ＯＤを小さくすると周辺領域の厚みが厚くなるため、薄型化を求める撮像系には不向きである。従って、周辺領域の厚み、すなわち光吸収部２０の中心領域と周辺領域の高低差は、５μｍ〜１００μｍ程度が良く、更には、１０〜３０μｍ程度が、光学素子を薄くでき、かつ、安定して製造できるため好ましい。中間領域２２における透過率は、中心領域２１の側から周辺領域２３の側に向かって、透過率が徐々に減少するように形成されており、このため、中心領域２１の側から周辺領域２３の側に向かって、透過する光の光量は徐々に減少する。

本実施の形態における光学素子では、光吸収材料の厚みに応じて透過率が変わるため、例えば成形型などを用いて光吸収材料の厚みを精密に制御できれば、再現性良く高精度な透過率分布を得やすい点で優れている。比較例として、特許文献３の図４に示されているような、インクジェット記録装置により同様な透過率分布を作製することもできる。この方式は、インク受容層の厚みは一定であることから、インクジェット記録装置によって微小液滴の吐出量を場所に応じて精密に制御することで、所望の透過率分布に応じた光学濃度ＯＤを分布するものであり、インク受容層の厚みが薄い場合、光学素子の厚みを薄くできるメリットはあるものの、微小液滴の大きさや、吐出量のバラツキに敏感であるため、再現性良く高精度な透過率分布を得難い課題がある。

なお、本実施の形態においては、中心領域２１、中間領域２２及び周辺領域２３は、同心円状で形成されており、中心領域２１と中間領域２２との境界の直径をφ１とし、中間領域２２と周辺領域２３との境界の直径をφ２とした場合、下記の（３）に示される式を満たすように形成されている。

０．３＜φ１／φ２＜０．７・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）

例えば、図３に示される光学素子においては、φ１が１．８ｍｍとなり、φ２が３．０ｍｍとなるように形成されており、φ１／φ２＝０．６であるため、上記の（３）に示される式を満たしている。

このような、本実施の形態における光学素子では、所定の空間周波数におけるＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の値を高くすることができるため、カメラ等の撮像装置に用いた場合に、よりよい画質の画像を撮像することができる。しかし、ＭＴＦが最適となる理想的なアポダイズドフィルタの透過率分布は正規分布になり、光を遮光する部分が多くなるため透過光量が大きく減少することがデメリットになる場合がある。図５は、前記φ１とφ２の比率に応じたＭＴＦと透過率の変化を示すものである。φ１／φ２＝１は図１に示す従来の開口絞りに相当しこの透過率を１００とする。φ１／φ２＝０では透過率分布が正規分布となる理想的なアポダイズドフィルタであり、ＭＴＦは最も良いが透過率は４０％程度に減少する。本実施の形態における光学素子では、φ１／φ２が、（３）に示される式になるように形成されているため、理想的なアポダイズフィルタに比べＭＴＦの劣化が小さく、より光量の取れる明るい光学素子を提供することができる。

また、（３）に示される式になるように形成された光学素子と比較して、更に、光量の取れる明るい光学素子を提供するためには、下記の（４）に示される式を満たすように形成することが好ましい。

０．３＜φ１／φ２＜０．９・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）

図５に基づくならば、φ１／φ２が０．７４の場合では透過率は８０％以上、φ１／φ２が０．９の場合では透過率は９０％以上になり、より光量を必要とする用途には好適である。なお、φ１／φ２＝０．７〜０．９の場合であっても、ＭＴＦは従来のバイナリー絞りであるφ１／φ２＝１．０に比べ良いので、よりよい画質の画像を撮影することができる。

また、光透過部３０は、光吸収部２０が形成されていない部分に埋め込まれるように形成されており、光透過部３０の表面は略平坦となっている。このため、光透過部３０の厚さは、中心領域２１において最も厚く、周辺領域２３において最も薄くなっており、中心領域２１から周辺領域２３に向かって、徐々に薄くなるように形成されている。なお、本実施の形態においては、可視光とは、４２０ｎｍ以上、７８０ｎｍ以下の波長の光を意味するものとする。

また、透明基材１０は、ガラスや樹脂など透明であればよく、特に携帯電話用カメラなど薄型化が求められる用途には、透明基材１０の厚みを薄くすることが好ましく、更には、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。また、図３に示される本実施の形態においては、透明基材１０は平板としたが、レンズであってもよく、特に低背化を特徴としたスマートフォン用カメラモジュールでは、スペースが限られるため、カメラモジュールを構成するレンズの一部に形成し光学素子とすることが好適である。

（光吸収部２０）
本実施の形態における光学素子において、光吸収部２０は、光を透過する透明樹脂材料に光を吸収する吸収材料が添加されているものにより形成される。なお、光吸収部２０を形成するために用いられる後述する液体状の光吸収性樹脂材料２０ａには、透明樹脂材料に吸収材料が添加されているものが含まれている。

（吸収材料）
吸収材料としては、アントラキノン系、フタロシアニン系、ベンゾイミダゾロン系、キナクリドン系、アゾキレート系、アゾ系、イソインドリノン系、ピランスロン系、インダンスロン系、アンスラピリミジン系、ジブロモアンザンスロン系、フラバンスロン系、ペリレン系、ペリノン系、キノフタロン系、チオインジゴ系、ジオキサジン系、アニリンブラック、ニグロシンブラック等の有機色素や有機顔料、金、銀、銅、スズ、ニッケル、パラジウムやそれらの合金を用いた金属ナノ粒子、さらに、硫酸バリウム、亜鉛華、硫酸鉛、黄色鉛、ベンガラ、群青、紺青、酸化クロム、鉄黒、鉛丹、硫化亜鉛、カドミウムエロー、カドミウムレッド、亜鉛、マンガン紫、コバルト、マグネタイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、チタンブラック等の無機顔料を用いることができる。特に、チタンブラックは分散性に優れていることや吸収係数が高いことから好ましい。後述する透明樹脂材料に添加して成型する際に、チタンブラックの添加濃度を低くすることができるため、粘度を低く保つことができる。

チタンブラックとは、ＴｉＮｘＯｙ（０≦ｘ＜１．５および０．１６＜ｙ＜２）、または（１．０≦ｘ＋ｙ＜２．０および２ｘ＜ｙ）で表される低次酸化チタンの化合物であり、容易にその粒子を得ることができる。光学素子として用いる場合に、ヘイズは小さいことが好ましいことから、本実施の形態において用いられるチタンブラック粒子の平均粒径は１００ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下がより好ましい。ここで、被分散体の粒径とは、有機溶媒中に含まれるチタンブラック粒子の１０万倍拡大画像を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて撮影したＴＥＭ写真における粒子１００個における数平均粒子径を意味する。

本実施の形態において、粒子を用いる場合には、分散剤を用いてもよく、チタンブラックについても同様である。分散剤は樹脂中に均一分散に分散させるために用いる。分散剤としては、高分子分散剤（アルキルアンモニウムとその塩、酸基を有する共重合物のアルキロールアンモニウム塩、水酸基含有カルボン酸エステル、カルボン酸含有共重合物、アミド基含有共重合物、顔料誘導体やシランカップリング剤等を挙げることができる。また、分散剤の分子中に樹脂と相互作用する官能基や重合性官能基が存在してもよい。また、これらを単独で使用してもよく、２種類以上組み合わせて使用してもよい。

透明樹脂材料に添加されるチタンブラックの割合は、０．３質量％以上１５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．５質量％から１３質量％である。なお、これは１０μｍにおける光学濃度が、０．２以上、４．０以下に相当する。添加されるチタンブラックの割合が０．３質量％より小さいと所望の透過率を発現させるために１００μｍ以上の膜厚が必要となり、成形が非常に困難となる場合がある。一方、添加されるチタンブラックの割合が１５質量％より大きいと、単位膜厚当たりの透過率減が大きくなるため、中心部分において残膜がほぼゼロとなることが求められることから、光学素子の製造が困難なものとなる。

また、チタンブラック以外にも他の材料を加えて用いても構わない。特にカーボンブラックは８００ｎｍから３８０ｎｍに向かい透過率が単調に減少し、チタンブラックとは逆の特性を示すため、この両者を組み合わせることにより、透過率の波長依存性を小さくすることができる。

（透明樹脂材料）
透明樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィン（ＣＯＰ）などの熱可塑性樹脂や、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の熱硬化性樹脂、アクリルやエポキシなどのエネルギー線硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂やエネルギー線硬化性樹脂を用いる場合にはオリゴマーやモノマーなどの重合前駆体化合物（以下、重合性化合物とも呼ぶ）の段階で、吸収材料を添加し、その後硬化すればよい。これらの中でも、エネルギー線硬化性樹脂が好ましく用いられる。このような重合性化合物としては、重合反応により硬化して硬化物となるような成分であれば、特に制限なく使用可能である。例えば、ラジカル重合型の硬化性樹脂、カチオン重合型の硬化性樹脂、ラジカル重合型の硬化性化合物（モノマー）が特に制限なく使用可能である。これらの中でも、重合速度や後述する成形性の観点から、ラジカル重合型の硬化性化合物（モノマー）が好ましい。ラジカル重合型の硬化性樹脂としては、（メタ）アクリロイルオキシ基、（メタ）アクリロイルアミノ基、（メタ）アクリロイル基、アリルオキシ基、アリル基、ビニル基、ビニルオキシ基等の炭素−炭素不飽和二重結合を有する基を有する樹脂等が挙げられる。

本実施の形態においては、重合性化合物は、特に限定されるものではないが、エトキシ化o-フェニルフェノールアクリレート、メタクリル酸2-(パーフルオロヘキシル)エチル、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、イソボニル（メタ）アクリレート、トリシクロデカン（メタ）アクリレート、トリシクロデカンメタノール（メタ）アクリレート、トリシクロデカンエタノール（メタ）アクリレート、１−アダマンチルアクリレート、１−アダマンチルメタノールアクリレート、１−アダマンチルエタノールアクリレート、２−メチル−２−アダマンチルアクリレート、２−エチル−２−アダマンチルアクリレート、２−プロピル−２−アダマンチルアクリレートなどの単官能化合物や、9,9-ビス[4-(2-アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，３−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、イソボニルジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジエタノールジ（メタ）アクリレート、アダマンタンジアクリレート、アダマンタンジメタノールジアクリレートなどの二官能化合物や、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートなどの三官能化合物、ペンタエリスルトールテトラ（メタ）アクリレートなどの四官能化合物、ジペンタエリスルトールヘキサ（メタ）アクリレートなどの六官能化合物等が挙げられる。また、重合性化合物は１種類または２種類以上を含んでいても構わない。単官能化合物のみを用いる場合は、成型後の離型時に凝集破壊を起こす場合があるので、ニ官能以上の多官能化合物を含むことが好ましい。重合性化合物組中における多官能化合物は１質量％以上９０質量％以下であることが好ましく、さらに１０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。多官能化合物の量が１質量％未満の場合は、凝集破壊を改善できる効果が不十分であり、９０質量％を超える場合には、重合後の収縮が大きく問題になる場合がある。

また、上記の炭素−炭素不飽和二重結合を有する官能基以外にエポキシ基のような開環反応を起こす重合性化合物も用いることができる。特に例示はしないが、この場合にも、単官能化合物のみでは、成型後の離型時に凝集破壊を起こす場合があるので、ニ官能以上の多官能化合物を含むことが好ましい。重合性化合物組中における多官能化合物は１質量％以上９０質量％以下であることが好ましく、さらに１０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。これらの光硬化性吸収材料は基材との屈折率差を小さくし界面反射を軽減したり、粘度を調整したりする目的で、単独で用いてもよく、複数組み合わせて用いてもよい。

（光透過部３０）
本実施の形態における光学素子において、光透過部３０は、上述した透明樹脂材料により形成されている。なお、光透過部３０を形成するために用いられる後述する液体状の光透過性樹脂材料３０ａには、上述した透明樹脂材料が含まれている。

本実施の形態における光学素子は、透明基材１０と光透過部３０との間に、光吸収部２０を形成している吸収材料が殆ど存在していないため、この領域における透過率をたかくすることができ、また、均一にすることができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における光学素子の製造方法である。本実施の形態における製造方法について、図６及び図７に基づき説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における光学素子を複数同時に作製する方法である。

最初に、図６（ａ）に示されるように、透明基材１０の上に、光吸収部２０を形成するための光吸収性樹脂材料２０ａを適量滴下する。光吸収性樹脂材料２０ａは、透明樹脂材料に吸収材料が添加された液体であり、本実施の形態において用いられているものは、紫外線を照射することにより硬化するものである。

次に、図６（ｂ）に示されるように、形成される光吸収部２０の形状に対応した凹凸を表面に有する成形型１３０を凹凸が形成されている面が、光吸収性樹脂材料２０ａの滴下される側となるように押しあて、紫外線を照射する。これにより、光吸収性樹脂材料２０ａが硬化し、光吸収部２０が形成される。この際用いられる成形型１３０の表面形状を図８に示す。この成形型１３０は、表面に凸部１３１と凹部１３２とが形成されており、凹部１３２により、本実施の形態における光学素子の光吸収部２０が形成される。この成形型１３０は、凸部１３１の上面となる中心領域１４１、凹部１３２の底面となる周辺領域１４３、凸部１３１の上面と凹部１３２の底面との間、即ち、中心領域１４１と周辺領域１４３との間の中間領域１４２を有している。

成形型１３０は、凸部１３１の上面となる中心領域１４１及び凹部１３２の底面となる周辺領域１４３においては、表面が平坦に形成されており、中間領域１４２においては、中心領域１４１から周辺領域１４３に向かって、徐々に高さが低くなるように形成されている。

図２に示される従来のアポダイズドフィルタを同様な方法で製造する場合、光吸収性樹脂材料を押しあてる成形型の中心領域は略点状になる。中心の透過率を高くするためには、中心領域から光吸収性樹脂材料を排除する必要があるため、光吸収性樹脂材料２０ａが滴下されている側に、成形型を強く押しあてることが必要である。しかし、前述のとおり、成形型の先端は略点状であるため、加圧により成形型が透明基板にめりこんだり、或いは透明基板を損傷したりする問題が生じるため、加圧力を高い精度で制御する必要がある。仮に、成形型の先端と透明基板との間に隙間ができ光吸収性樹脂材料が残ったり、或いは成形型の先端が透明基板にめりこんだ場合では、図２に示される透過率分布に誤差が生じるため、そのような光学素子の製造バラツキは、それを組み込んだ撮像系の取り込み光量バラツキの原因となるため好ましくない。

一方、本実施の形態においては、成形型１３０の凸部１３１の上面における中心領域１４１では、表面が平坦に形成されているため、光吸収性樹脂材料２０ａが滴下されている側に、成形型１３０を強く押しあてても、直径φ１の面積で加圧することができるため実質的に基材にめり込むことがなく、成形型１３０の凸部１３１の上面と透明基材１０との間における光吸収性樹脂材料２０ａを押し出すことができる。

よって、成形型１３０の凸部１３１の上面と透明基材１０との間には、光吸収性樹脂材料２０ａが略存在していない状態にすることができ、この状態で紫外線を照射する。これにより、成形型１３０の凸部１３１に対応する部分には、吸収材料が含まれている光吸収部２０が形成されない、または、殆ど形成されない光学素子を安定に作製することができ、この領域における透過率を常に高く均一にすることができる。

例えば、中心領域２１と中間領域２２との境界の直径をφ１とし、中間領域２２と周辺領域２３との境界の直径をφ２とし、φ１／φ２＝０．１とφ１／φ２＝０．３を同じφ２のもとで比較すると、φ１／φ２＝０．３の方がφ１／φ２＝０．１に比べ中心領域の面積比が９倍であるため、成形型１３０の凸部１３１の上面と透明基材１０との間における光吸収性樹脂材料２０ａを押し出すのに必要な圧力も９倍必要になる。しかし、所望の圧力からの誤差に対する影響感度を考えると、圧力誤差は単位面積あたりで９分の１になるため、圧力誤差により成形型１３０がフィルムなどの樹脂基材にめり込むことを防ぐことができる。

また、透過率を高くするためには、成形型１３０の凸部１３１の上面と透明基材１０との間に残存する光吸収性樹脂材料２０ａが全く存在しないことが好ましい。しかし、成形型１３０を強く押し当てても、光吸収性樹脂材料２０ａを完全には排除しきれない場合や、成形型１３０の凸部１３１の上面に微小かつ局所的な凹凸があったり、同心円状に微小な高さ分布がある場合などでは、中心領域の面積の一部に光吸収性樹脂材料２０ａが残存する。そのような場合では、部分的な透過率のバラツキ、つまり中心領域における最も透過率の高い点に対する最も透過率が低い点の透過率の比が０．９５以上であれば、光学的な影響が小さいので好ましい。式（１）及び式（２）から、周辺領域における光吸収部の厚みが３０μｍで透過率が０．１％、つまりＯＤ値３とすると、中心領域に残存する光吸収性樹脂材料の膜厚バラツキを０．２μｍ以下に抑えれば、中心領域における透過率バラツキを５％以下にすることができるため好ましい。

次に、図６（ｃ）に示されるように、透明基材１０より成形型１３０を剥離する。これにより、透明基材１０の表面には光吸収部２０が形成される。

次に、図７（ａ）に示されるように、光吸収部２０が形成されている面に、光透過部３０を形成するための光透過性樹脂材料３０ａを滴下し、滴下された光透過性樹脂材料３０ａの上に透明平板１５１を載置して紫外線を照射する。光透過性樹脂材料３０ａは紫外線を照射することにより硬化するものにより形成されているため、紫外線を照射することにより、光透過性樹脂材料３０ａが硬化し、光透過部３０が形成される。

次に、図７（ｂ）に示されるように、透明平板１５１を剥離する。

次に、図７（ｃ）に示されるように、光学素子ごとに切断する。具体的には、光透過部３０が厚い領域が中心となるように、透明基材１０がガラスの場合にはダイシングソー等により、透明基材１０がフィルムの場合には打ち抜き等により、各々の光学素子ごとに切断する。

以上における製造方法により、本実施の形態における光学素子を作製することができる。このように作製された光学素子においては、光透過部３０が形成されている中心領域２１には、光を吸収する吸収材料が含まれている光吸収部２０が形成されていない、または、殆ど形成されていないため、この領域における透過率を高く、均一にすることができる。

また、本実施の形態においては、透明基材１０側に光吸収性樹脂材料２０ａを滴下する場合について説明したが、成形型１３０の側に光吸収性樹脂材料２０ａを滴下しても、同様の光学素子を作製することができる。

この場合、図８に示される成形型１３０の凸部１３１の上面である中心領域１４１の表面を撥液処理、例えば、成形型１３０の凸部１３１の上面である中心領域１４１の表面に撥液材料を塗布等してもよい。これにより、中心領域１４１に塗布等により供給された光吸収性樹脂材料２０ａははじかれ、成形型１３０の凸部１３１の上面である中心領域１４１に対応する中心領域２１には、光吸収部２０が形成されていない光学素子を作製することができる。

更に、本実施の形態においては、成形型側より紫外線を照射するため、ガラス、石英、樹脂など紫外線に対して透明な材料であればよい。また、透明基材１０側から紫外線を照射する場合では、ニッケルや銅、ステンレスやステンレスの表面にニッケルを含む金属がメッキされたもの等紫外線を透過しない材料を用いてもよく、また、石英などのガラス型や前記金属からなる成形型から一旦樹脂に転写したものを成形型としてもよい。

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における光学素子の製造方法である。本実施の形態における製造方法について、図９及び図１０に基づき説明する。本実施の形態は、複数の第１の実施の形態における光学素子を同時に作製する方法である。

最初に、図９（ａ）に示されるように、透明基材１０の上に、光吸収部２０を形成するための光吸収性樹脂材料２０ａを適量滴下する。光吸収性樹脂材料２０ａは、透明樹脂材料に吸収材料が添加された液体であり、紫外線を照射することにより硬化するものである。

次に、図９（ｂ）に示されるように、光吸収性樹脂材料２０ａに紫外線を照射する。これにより、光吸収性樹脂材料２０ａが硬化し、硬化した光吸収材料部２０ｂが形成される。

次に、図９（ｃ）に示されるように、硬化した光吸収材料部２０ｂの上に、マスク１６０を形成し、エッチングを行う。このマスク１６０は、光透過部３０が形成される領域に対応した開口部１６１を有するものである。このマスク１６０は、フォトマスクであってもよく、メタルマスクであってもよい。例えば、フォトマスクの場合には、硬化した光吸収材料部２０ｂの上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、開口部１６１を有するフォトマスクからなるマスク１６０を形成することができる。また、この際行われるエッチング方法としては、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングが挙げられる。

次に、図９（ｄ）に示されるように、マスク１６０の開口部１６１における硬化した光吸収材料部２０ｂをドライエッチングにより略完全に除去した後、マスク１６０を取り除く。これにより、透明基材１０の上に光吸収部２０を形成することができる。

図２に示す従来のアポダイズドフィルタを同様な方法で製造する場合、図３に示される光学素子における中心領域２１に対応する光吸収材料部２０ｂを完全に除去すべき領域は点状になり、それに応じて吸収材料部の膜厚が変化する中間領域２２の範囲が増える。そのような形状をドライエッチング法により形成することは困難であり、エンチング量のバラツキにより、中心の吸収材料の膜厚や形状が変化するため、そのような光学素子の製造バラツキは、それを組み込んだ撮像系の取り込み光量バラツキの原因となるため好ましくない。

一方、本実施の形態においては、図３に示される光学素子における中心領域２１に示す光吸収材料部２０ｂを完全に除去すべき領域はφ１の面積であるためエッチングバラツキによる許容度が増し、マスク１６０の開口部１６１にいては、硬化した光吸収材料部２０ｂは略完全に除去されるため、この領域における光の透過率を高くすることができ、また、均一にすることができる。

次に、図１０（ａ）に示されるように、光吸収部２０が形成されている面に、光透過部３０を形成するための光透過性樹脂材料３０ａを滴下し、滴下された光透過性樹脂材料３０ａの上に透明平板１５１を載置し紫外線を照射する。これにより、光透過性樹脂材料３０ａは硬化し、光透過部３０が形成される。

次に、図１０（ｂ）に示されるように、透明平板１５１を剥離する。

次に、図１０（ｃ）に示されるように、光学素子ごとに切断する。具体的には、光透過部３０の厚い領域が中心となるように、透明基材１０がガラスの場合にはダイシングソー等により、透明基材１０がフィルムの場合には打ち抜き等により、各々の光学素子ことに切断する。

以上における製造方法により、本実施の形態における光学素子を作製することができる。このように作製された光学素子においては、光透過部３０が形成されている中心領域２１には、光を吸収する吸収材料が含まれている光吸収部２０が形成されていない、または、殆ど形成されていないため、この領域における透過率を高く、均一にすることができる。
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１から第３の実施の形態における光学素子を用いた撮像装置である。具体的には、本実施の形態における撮像装置は、スマートフォンや携帯電話等の携帯可能な通信機能を有する電子機器に搭載される撮像装置である。

具体的には、図１１に示されるように、本実施の形態における撮像装置は、スマートフォン２１０において、メインカメラ２１１やサブカメラ２１２として搭載されるものである。本実施の形態においては、スマートフォン２１０における表示画面２１３が設けられている面とは反対側の面にメインカメラ２１１が搭載され、表示画面２１３が設けられている面にサブカメラ２１２が搭載されている。なお、図１１（ａ）は、スマートフォン２１０の背面側の斜視図であり、図１１（ｂ）は、スマートフォン２１０の表示画面２１３側の斜視図である。

本実施の形態における撮像装置であるメインカメラ２１１やサブカメラ２１２は、図１２に示されるように、光学系２２０、オートフォーカスユニット２３１、撮像素子であるイメージセンサ２３２、基板２３３、フレキシブル基板２３４等を有している。光学系２２０はオートフォーカスユニット２３１に搭載されており、オートフォーカスユニット２３１により光学系２２０の動きが制御され、オートフォーカス動作がなされる。撮像素子であるイメージセンサ２３２は、ＣＭＯＳセンサ等により形成されており、イメージセンサ２３２において、光学系２２０を介して入射した光による画像が検出される。

光学系２２０は、図１３に示されるように、第１の実施の形態における光学素子２００、第１のレンズ２２１、第２のレンズ２２２、第３のレンズ２２３、第４のレンズ２２４、赤外線カットフィルタ２２５を有している。

この光学系２２０では、光学素子２００より入射した光は、第１のレンズ２２１、第２のレンズ２２２、第３のレンズ２２３、第４のレンズ２２４、赤外線カットフィルタ２２５を介し、イメージセンサ２３２に入射する。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

本国際出願は、２０１２年１２月２１日に出願された日本国特許出願２０１２−２７９１０１号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１２−２７９１０１号の全内容を本国際出願に援用する。

１０ 透明基材
２０ 光吸収部
２０ａ 光吸収性樹脂材料
２０ｂ 光吸収材料部（硬化した光吸収性樹脂材料）
２１ 中心領域
２２ 中間領域
２３ 周辺領域
３０ 光透過部
３０ａ 光透過性樹脂材料
１３０ 成形型
１３１ 凸部
１３２ 凹部
１４１ 中心領域
１４２ 中間領域
１４３ 周辺領域
１５１ 透明平板
１６０ マスク
１６１ 開口部
２００ 光学素子
２１０ スマートフォン
２１１ メインカメラ
２１２ サブカメラ
２１３ 表示画面
２２０ 光学系
２２１ 第１のレンズ
２２２ 第２のレンズ
２２３ 第３のレンズ
２２４ 第４のレンズ
２２５ 赤外線カットフィルタ
２３１ オートフォーカスユニット
２３２ イメージセンサ
２３３ 基板
２３４ フレキシブル基板

Claims (8)

1. 光の一部または全部を吸収する材料により形成された光吸収部と、
   前記光吸収部の上に、光を透過する材料により形成された光透過部と、
   を有し、中心より周辺に向かって、中心領域、中間領域、周辺領域が形成されており、
   前記中心領域には、前記光吸収部が形成されておらず、
   前記中間領域には、前記中心領域の側から前記周辺領域の側に向かって、前記光吸収部の厚さが徐々に厚くなっている光学素子の製造方法において、
   透明基板の上に光吸収部を形成するための光吸収性樹脂材料を塗布する工程と、
   前記光吸収部の形状に対応した凹凸形状を有する成形型を塗布された前記光吸収性樹脂材料に押しあてる工程と、
   前記成形型が前記光吸収性樹脂材料に押しあてられた状態で、紫外線を照射することにより、前記光吸収性樹脂材料を硬化させて光吸収部を形成する工程と、
   前記紫外線を照射した後、前記成形型を剥離する工程と、
   を有し、前記成形型は、凸部の上面となる中心領域に対応する部分が平坦に形成され、
   前記中心領域と前記中間領域との境界の直径をφ１とし、前記中間領域と前記周辺領域との境界の直径をφ２とした場合、
   ０．３＜φ１／φ２＜０．９
   を満たすことを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記成形型は、金属またはガラスまたは樹脂からなり、前記光吸収部に接する面には、
   撥液処理がなされている請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記光吸収部の形成されていない領域に、光透過性樹脂材料を塗布する工程と、
   塗布された前記光透過性樹脂材料に紫外線を照射し硬化させて光透過部を形成する工程と、
   を有する請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記中心領域、前記中間領域、および前記周辺領域がいずれも同心円状に形成されている、請求項１から３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
5. 前記直径φ１と、前記直径φ２とが、
   ０．３＜φ１／φ２＜０．７
   を満たす、請求項１から４のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
6. 前記中心領域における最も透過率の高い点に対する最も透過率が低い点の透過率の比が０．９５以上となる、請求項１から５のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
7. 前記透明基板は、平板状のガラスまたは樹脂からなる、請求項１から６のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
8. 前記透明基板は、レンズである、請求項１から６のいずれかに記載の光学素子の製造方法。