JP6293545B2 - 光学素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、光学素子及びその製造方法に関する。

光透過性の材料がレンズ形状に加工された光学素子（レンズなど）が、各種の装置に用いられている。従来よりも付加価値が高く、製造プロセスへの負荷を低減し得る新規な光学素子が望まれる。

特開２０１３−２５４１６０号公報

本発明の実施形態は、付加価値の高い光学素子及びその製造方法を提供する。

本発明の実施形態によれば、光学素子は、第１光学部と、第２光学部と、第１連結領域と、を含む。前記第１光学部は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、光透過性である。前記第２光学部は、前記第１面と対向し前記第１面と離間した第３面と、前記第３面とは反対側の第４面と、を有し、光透過性である。前記第１連結領域は、前記第１光学部の端部の少なくとも一部と前記第２光学部の端部の少なくとも一部とを連結し前記第１光学部及び前記第２光学部とシームレスに連続し、光透過性である。前記第１面及び前記第２面の少なくともいずれかは、前記第２光学部から前記第１光学部に向かう第１方向に対して垂直な平面に対して傾斜する部分を含む。前記第１光学部、前記第２光学部及び前記第１連結領域は、接合跡がなく界面のない一体である。前記第１連結領域は、前記第１光学部の前記端部の一部と前記第２光学部の前記端部の一部とを連結する。前記第１面と前記第３面との間に形成される間隙は、前記光学素子の外と繋がっている。
本発明の別の実施形態によれば、光学素子の製造方法が提供される。前記光学素子は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有する光透過性の第１光学部と、前記第１面と対向し前記第１面と離間した第３面と、前記第３面とは反対側の第４面と、を有する光透過性の第２光学部と、前記第１光学部の端部の少なくとも一部と前記第２光学部の端部の少なくとも一部とを連結し前記第１光学部及び前記第２光学部とシームレスに連続した光透過性の第１連結領域と、を含み、前記第１面及び前記第２面の少なくともいずれかは、前記第２光学部から前記第１光学部に向かう第１方向に対して垂直な平面に対して傾斜する部分を含む。前記第１光学部、前記第２光学部及び前記第１連結領域は、接合跡がなく界面のない一体である。前記第１連結領域は、前記第１光学部の前記端部の一部と前記第２光学部の前記端部の一部とを連結する。前記第１面と前記第３面との間に形成される間隙は、前記光学素子の外と繋がっている。前記製造方法は、前記第１光学部、前記第２光学部及び前記第１連結領域となる材料に局所的にエネルギー線を照射して、前記第１光学部、前記第２光学部及び前記第１連結領域を形成することを含む。前記第１光学部、前記第２光学部及び前記第１連結領域の前記形成は、前記第３面及び前記第４面の少なくともいずれかを前記平面に対して傾斜させることを含む。前記第１連結領域の材料は、前記第１光学部の材料と同じであり、前記第２光学部の材料と同じ材料である。

図１（ａ）〜図１（ｄ）は、第１の実施形態に係る光学素子を例示する模式図である。 図２は、第１の実施形態に係る光学素子を例示する模式的断面図である。 図３（ａ）〜図３（ｐ）は、第１の実施形態に係る光学素子を例示する模式的断面図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１の実施形態に係る光学素子を例示する模式的断面図である。 図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第１の実施形態に係る光学素子を例示する模式的断面図である。 図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第２の実施形態に係る光学素子を例示する模式図である。 図７は、実施形態に係る光学素子の製造方法を例示する模式的断面図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、実施形態に係る光学素子の別の製造方法を例示する模式図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、実施形態に係る光学素子の別の製造方法を例示する模式図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、第１の実施形態に係る光学素子を例示する模式図である。 図１（ａ）及び図１（ｂ）は、斜視図である。図１（ｃ）は、断面図である。図１（ｄ）は、平面図である。

図１（ａ）〜図１（ｄ）に表したように、本実施形態に係る光学素子１１０は、第１光学部１０と、第２光学部２０と、第１連結領域３０と、を含む。

第１光学部１０は、第１面１１と、第２面１２と、を有する。第２面１２は、第１面１１とは反対側の面である。第１光学部１０は、光透過性である。

第２光学部２０は、第３面２３と、第４面２４と、を有する。第３面２３は、第１面１１と対向し、第１面１１と離間している。第４面２４は、第３面２３とは反対側の面である。第２光学部２０は、光透過性である。

第２光学部２０から第１光学部１０に向かう方向を第１方向（Ｚ軸方向）とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

第１連結領域３０は、第１光学部１０の端部１０ｅの少なくとも一部と、第２光学部２０の端部２０ｅの少なくとも一部と、を連結する。第１連結領域３０は、第１光学部１０及び第２光学部２０とシームレスに連続している。例えば、第１光学部１０と第１連結領域３０との間には、光を反射する界面が実質的に無い。例えば、第２光学部２０と、第１連結領域３０との間には、光を反射する界面が実質的に無い。第１連結領域３０は、光透過性である。

第１光学部１０、第２光学部２０及び第１連結領域３０は、例えば、透明である。これらには、例えば、アクリル樹脂またはポリカーボネート樹脂などが用いられる。これらには、ガラスを用いても良い。実施形態において、これらに用いられる材料は任意である。

この例では、第１連結領域３０は、第１光学部１０の端部１０ｅの一部と、第２光学部２０の端部２０ｅの一部とを連結している。この例では、第１連結領域３０は、２つの位置でこれらの光学部を連結している。

すなわち、第１連結領域３０は、第１連結部３１と、第２連結部３２と、を含む。第２連結部３２は、第１連結部３１と離間している。一方、第１光学部１０の端部１０ｅは、第１部分１０ｅａと、第１部分１０ｅａと離間した第２部分１０ｅｂと、を含む。そして、第２光学部２０の端部２０ｅは、第３部分２０ｅａと、第３部分２０ｅａと離間した第４部分２０ｅｂと、を含む。第１連結部３１は、第１部分１０ｅａと第３部分２０ｅａとを連結する。第２連結部３２は、第２部分１０ｅｂと第４部分２０ｅｂとを連結する。

第１面１１と第３面２３との間に形成される間隙３５は、光学素子１１０の外と繋がっている。

この例では、第１面１１と第３面２３との間の領域において、第１連結部３１及び第２連結部３２により、複数の空間が形成される。すなわち、第１光学部１０の端部１０ｅは、第１部分１０ｅａと第２部分１０ｅｂとに加えて、複数の部分をさらに含む。第２光学部２０の端部２０ｅは、第３部分２０ｅａと第４部分２０ｅｂとに加えて、複数の部分をさらに含む。第１光学部１０の端部１０ｅのこれらの複数の部分と、第２光学部２０の端部２０ｅのこれらの複数の部分と、により、複数の空間（第１空間３６ａ及び第２空間３６ｂ）が形成される。第１面１１と第３面２３との間に形成される間隙３５は、この複数の空間（第１空間３６ａ及び第２空間３６ｂ）を介して、光学素子１１０の外と繋がっている。

実施形態においては、第１面１１及び第２面１２の少なくともいずれかは、Ｘ−Ｙ平面（第２光学部２０から第１光学部１０に向かう第１方向に対して垂直な平面）に対して傾斜する部分を含む。この例では、第１面１１は、実質的に平面である。第２面１２は、凸面（この例では、凸状の曲面）である。

実施形態において、第３面２３及び第４面２４の少なくともいずれかは、Ｘ−Ｙ平面に対して傾斜する部分を含んでも良い。この例では、第３面２３は、凸面（この例では、凸状の曲面）である。第４面２４は、凸面（この例では、凸状の曲面）である。

例えば、第１光学部１０は凸レンズとして機能する。第２光学部２０も凸レンズとして機能する。

実施形態において、第１連結領域３０は、第１光学部１０及び第２光学部２０とシームレスに連続している。第１連結領域３０の材料は、第１光学部１０の材料と同じであり、第２光学部２０の材料と同じである。第１光学部１０、第２光学部２０及び第１連結領域３０には、例えば、樹脂（例えば、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂など）が用いられる。。第１光学部１０、第２光学部２０及び第１連結領域３０には、ガラスを用いても良い。ガラスにおいては、光の透過性が高く、熱伝導率が、樹脂と比べて高い。樹脂は、軽量であり、低コストである。

第１連結領域３０と第１光学部１０との間には、境界（界面）が実質的に形成されない。第１連結領域３０と第２光学部２０との間には、境界（界面）が実質的に形成されない。第１連結領域３０において、第１光学部１０及び第２光学部２０とは異なる光学特性を得ることができる。

図２は、第１の実施形態に係る光学素子を例示する模式的断面図である。
図２は、光学素子１１０の特性を例示している。
例えば、光学素子１１０に入射光Ｌｉが入射する。入射光Ｌｉは、第１光学部１０及び第２光学部２０に入射する。そして、入射光Ｌｉは、第１光学部１０及び第２光学部２０を通過する。光学素子１１０から、出射光Ｌｏが出射する。例えば、入射光Ｌｉが平行光であるとき、出射光Ｌｏは集光する。すなわち、この例では、第１光学部１０及び第２光学部２０は、凸レンズとして機能する。すなわち、第１光学部１０及び第２光学部２０の少なくともいずれかは、光を集光させる。後述するように、第１光学部１０及び第２光学部２０が、凹レンズとして機能しても良い。第１光学部１０及び第２光学部２０は、光を発散させるように機能してもよい。

これらの光学部のそれぞれの光軸は、実質的に一致する。例えば、第１光学部１０は、第１光軸を有し、第２光学部２０は、第１光軸に対して平行な第２光軸を有する。

すなわち、実施形態において、第１方向（Ｚ軸方向）において第１光学部１０及び第２光学部２０に入射し、第１光学部１０及び第２光学部２０を通過した出射光Ｌｏの広がり角は、第１光学部１０及び第２光学部２０に入射する入射光Ｌｉの広がり角とは異なる。

一方、第１連結領域３０には、第１光学部１０及び第２光学部２０の光学特性とは異なる光学特性を付与できる。例えば、第１連結領域３０に入射する光が平行光であるとき、第１連結領域３０から出射する光は、平行光でも良い。すなわち、第１光学部１０及び第２光学部２０に入射する第１光Ｌ１の進行方向は、第１連結領域３０に入射する第２光Ｌ２の進行方向とは異なる。例えば、第１入射方向で第１光学部１０に入射して第２光学部２０から出射する第１光Ｌ１の第１出射方向は、第１入射方向で第１連結領域３０に入射し第１連結領域３０から出射する第２光Ｌ２の第２出射方向とは異なる。例えば、第１入射方向で第２光学部２０に入射して第１光学部１０から出射する第１光Ｌ１の第１出射方向は、第１入射方向で第１連結領域３０に入射し第１連結領域３０から出射する第２光Ｌ２の第２出射方向とは異なる。

本実施形態においては、第１光学部１０及び第２光学部２０により形成される例えばレンズと、そのレンズとは異なる特性を有する第１連結領域３０と、が設けられる。これにより、例えば、レンズと、そのレンズとは異なる特性を有効に利用できる。付加価値の高い光学素子が提供できる。

例えば、光学素子１１０が電子機器（カメラなど）に応用される。光学素子１１０が、実装基板に実装される。この実装工程において、第１連結領域３０に入射した光を利用することで、光学素子１１０の実装を容易にする。実装の精度が向上できる。実施形態に係る光学素子１１０においては、製造プロセス（実装）への負荷を低減し得る。この他、第１光学部１０及び第２光学部２０により形成される例えばレンズとは異なる光学特性により、他の機能が利用できる。例えば、多焦点（複数の集光点）が得られる。

このとき、本実施形態においては、第１連結領域３０は、第１光学部１０及び第２光学部２０とシームレスに連続している。例えば、第１連結領域３０と第１光学部１０との間に界面が形成され、第１連結領域３０と第２光学部２０との間に界面が形成される参考例がある。この参考例においては、入射した光がこれらの界面で反射されたり、吸収されたりし、反射ロスや吸収ロスによって、光の損失が生じる。所望の方向ではない方向に光が出射する場合もある。これに対して、本実施形態においては、第１連結領域３０が第１光学部１０及び第２光学部２０とシームレスに連続しているので、このような反射及び吸収が抑制される。光が有効に利用できる。

さらに、本実施形態においては、第１面１１と第３面２３との間に間隙３５が形成される。この間隙３５により放熱性が向上する。これは、第１面１１と第３面２３の輻射熱によって、熱が外に放出されるためである。間隙３５が光学素子１１０の外と繋がっていることで、放熱性がさらに向上する。これは、間隙３５から外に向かった空気の流れが生じ、熱が外に放出されるためである。間隙３５が、複数の空間（第１空間３６ａ及び第２空間３６ｂ）を介して光学素子１１０の外と繋がっている場合、複数の空間のいずれかが空気の流入口となり、他の空間が流出口となる。これにより、空気の流量が増加するため、さらに放熱性が向上する。

実施形態において、間隙３５を設けることで、空気との界面により、適切な屈折効果が得られる。これにより、所望の光学特性が得られる。

光学素子において、空気との界面において、最も強い屈折効果を得ることができる。空気との界面を設けることによって、光の光路を曲げる能力が高い光学素子を実現できる。空気との界面を用いない場合（他の材料との界面による屈折効果を得る場合）と比べて、その他の材料を必要としないので、材料コストが低くなる。

間隙３５を設けることにより、光学素子１１０が軽量化できる。

第１連結領域３０の材料が、第１光学部１０の材料及び第２光学部２０の材料と同じであることにより、熱膨張係数が同じにし易い。これにより、熱による変形が抑制し易くなる。温度補償が容易になり、温度制御が容易になる。

なお、複数のレンズをホルダなどにより保持する参考例がある。ホルダには例えば、金属などが用いられる。金属は光を遮断するため、ホルダを透過型の光学素子として利用することは困難である。ホルダは光を吸収するため、吸収ロスも生じる。さらに、ホルダとレンズとの材料が異なることで、温度制御も困難である。

実施形態に係る光学素子１１０は、一体的に形成される。例えば、後述するＡＭ（Additive Manufacturing）技術などにより形成できる。これにより、例えば、第１光学部１０と第２光学部２０とを組み合わせる組み立て工程が不要である。第１光学部１０と第２光学部２０とにおいて、光軸などの調整が不要となる。精度の高い光学特性が得られる。

図３（ａ）〜図３（ｐ）は、第１の実施形態に係る光学素子を例示する模式的断面図である。
図３（ａ）に表したように、光学素子１１１ａにおいては、第１面１１は、凸状である。この例では、第２面１２、第３面２３及び第４面２４は、実質的に平面である。この例のように、第１面１１は、第３面２３に対して非平行である。

図３（ｂ）に表したように、光学素子１１１ｂにおいては、第１面１１は、凹状である。この例では、第２面１２、第３面２３及び第４面２４は、実質的に平面である。

図３（ｃ）に表したように、光学素子１１１ｃにおいては、第３面２３は、凸状である。この例では、第１面１１、第２面１２及び第４面２４は、実質的に平面である。

図３（ｄ）に表したように、光学素子１１１ｄにおいては、第３面２３は、凹状である。この例では、第１面１１、第２面１２及び第４面２４は、実質的に平面である。

図３（ｅ）に表したように、光学素子１１１ｅにおいては、第１面１１は、凸状である。第３面２３は、凹状である。この例では、第２面１２及び第４面２４は、実質的に平面である。

図３（ｆ）に表したように、光学素子１１１ｆにおいては、第１面１１は、凹状である。第３面２３は、凸状である。この例では、第２面１２及び第４面２４は、実質的に平面である。

図３（ｇ）に表したように、光学素子１１１ｇにおいては、第１面１１は、凸状である。第３面２３は、凸状である。この例では、第２面１２及び第４面２４は、実質的に平面である。

図３（ｈ）に表したように、光学素子１１１ｈにおいては、第１面１１は、凹状である。第３面２３は、凹状である。この例では、第２面１２及び第４面２４は、実質的に平面である。

図３（ｉ）に表したように、光学素子１１１ｉにおいては、第２面１２は、凸状である。この例では、第１面１１、第３面２３及び第４面２４は、実質的に平面である。

図３（ｊ）に表したように、光学素子１１１ｊにおいては、第２面１２は、凹状である。この例では、第１面１１、第３面２３及び第４面２４は、実質的に平面である。

図３（ｋ）に表したように、光学素子１１１ｋにおいては、第４面２４は、凸状である。この例では、第１面１１、第２面１２及び第３面２３は、実質的に平面である。

図３（ｌ）に表したように、光学素子１１１ｌにおいては、第４面２４は、凹状である。この例では、第１面１１、第２面１２及び第３面２３は、実質的に平面である。

図３（ｍ）に表したように、光学素子１１１ｍにおいては、第２面１２は、凸状である。第４面２４は、凹状である。この例では、第１面１１及び第３面２３は、実質的に平面である。

図３（ｎ）に表したように、光学素子１１１ｎにおいては、第２面１２は、凹状である。第４面２４は、凸状である。この例では、第１面１１及び第３面２３は、実質的に平面である。

図３（ｏ）に表したように、光学素子１１１ｏにおいては、第２面１２は、凸状である。第４面２４は、凸状である。この例では、第１面１１及び第３面２３は、実質的に平面である。

図３（ｐ）に表したように、光学素子１１１ｐにおいては、第２面１２は、凹状である。第４面２４は、凹状である。この例では、第１面１１及び第３面２３は、実質的に平面である。

第１面１１は、凹状または凸状である。第２面１２は、凹状または凸状である。第３面２３は、凹状または凸状である。第４面２４は、凹状または凸状である。上記の面のそれぞれの曲率は、他の面の曲率と同じでも、異なっても良い。種々の変形が可能である。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１の実施形態に係る光学素子を例示する模式的断面図である。
図４（ａ）に表したように、光学素子１１２ａにおいては、第１面１１は、フレネルレンズ面を有している。このフレネルレンズは、凸レンズに対応する。

図４（ｂ）に表したように、光学素子１１２ｂにおいては、第１面１１は、凹レンズ状のフレネルレンズ面を有している。

フレネルレンズ面は、第２面１２に設けられても良い。すなわち、第１面１１及び第２面１２の少なくともいずれかは、フレネルレンズ面を含む。同様に、第３面２３及び第４面２４の少なくともいずれかが、フレネルレンズ面を含んでも良い。フレネルレンズ面を含むことにより、薄い光学素子が実現できる。

図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第１の実施形態に係る光学素子を例示する模式的断面図である。
図５（ａ）に表したように、光学素子１１３ａにおいては、第１面１１は第３面２３と実質的に平行である。第１面１１は、第２面１２に対して傾斜している。第３面２４は、第４面２４に対して傾斜している。第１連結領域３０の側面は、第２面１２に対して実質的に垂直である。

図５（ｂ）に表したように、光学素子１１３ｂにおいては、第１面１１は第３面２３と実質的に平行である。第１面１１は、第２面１２に対して傾斜している。第３面２４は、第４面２４に対して傾斜している。第１連結領域３０の側面は、第１面１１に対して実質的に垂直である。

図５（ｃ）に表したように、光学素子１１３ｃにおいては、第１面１１及び第３面２３のそれぞれに、複数の斜面が設けられている。第１光学部１０及び第２光学部２０のそれぞれは、プリズム部として機能する。この例では、第１面１１の斜面は、第３面２３の斜面に対して実質的に平行である。

複数の斜面は、第２面１２に設けられても良い。複数の斜面は、第４面２４に設けられても良い。

このように、実施形態において、第１面１１及び第２面１２の少なくともいずれかは、第１方向（Ｚ軸方向）に対して傾斜した複数の斜面を含んでも良い。

例えば、第１面１１は、第１方向に対して傾斜した第１傾斜面１１ｓを含む。第３面２３は、第１方向に対して傾斜した第２傾斜面２３ｓを含む。第２傾斜面２３ｓは、第１傾斜面１１ｓに対向する。これらの傾斜面は、互いに実質的に平行である。例えば、第１傾斜面１１ｓを含む平面と、第２傾斜面２３ｓを含む平面と、の間の角度の絶対値は、１度以下である。

この角度の絶対値を１度以下にすることで、最終的に出射される方向の、所望の角度からのずれを１度以下に抑えることができる。例えば、照明用の光学素子の場合、一般的に１度の精度があれば十分である。つまり、１度以下の精度で光路を制御できれば高精度といえる。

図５（ｄ）に表したように、光学素子１１３ｄにおいては、第１面１１及び第３面２３のそれぞれに、複数の斜面が設けられている。この例では、第１面１１の斜面は、第３面２３の斜面に対して非平行である。斜面を非平行にすることにより、出射方向を入射方向に対して変化させることが可能となる。

（第２の実施形態）
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第２の実施形態に係る光学素子を例示する模式図である。 図６（ａ）は、斜視図である。図６（ｂ）は、断面図である。図６（ｃ）は、平面図である。

図６（ａ）〜図６（ｃ）に表したように、本実施形態に係る光学素子１２０は、第１光学部１０、第２光学部２０及び第１連結領域３０に加えて、第３光学部４０及び第２連結領域５０をさらに含む。第３光学部４０及び第２連結領域５０は、光透過性である。第３光学部４０及び第２連結領域５０は、例えば、透明である。

この例では、第１光学部１０と第３光学部４０との間に、第２光学部２０が配置される。第３光学部４０は、第５面４５と、第６面４６と、を有する。第５面４５は、第４面２４に対向し、第４面２４から離間する。第６面４６は、第５面４５とは反対側の面である。

第２連結領域５０は、第２光学部２０の端部２０ｅの少なくとも一部と、第３光学部４０の端部４０ｅの少なくとも一部と、を連結する。第２連結領域５０は、第２光学部２０及び第３光学部４０とシームレスに連続している。例えば、第２連結領域５０の材料は、第２光学部２０の材料と同じであり、第３光学部４０の材料と同じである。

第５面４５及び第６面４６の少なくともいずれかは、Ｘ−Ｙ平面に対して傾斜する部分を含む。この例では、第５面４５は、凸状であり、第６面４６は凸状である。

このように、実施形態において、設けられる光学部の数は任意であり、連結領域の数も任意である。
光学素子１２０においても付加価値の高い光学素子が提供できる。

この例において、第４面２４と第５面４５との間に間隙５５が形成される。すなわち、第２連結領域５０は、第２光学部２０の端部２０ｅの一部と、第３光学部４０の端部４０ｅの一部と、を連結する。そして、第４面２４と第５面４５との間に形成される間隙５５は、光学素子１２０の外と繋がっている。この例においても、高い放熱性が得られる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は光学素子の製造方法に係る。この製造方向においては、例えばＡＭ（Additive Manufacturing）技術が用いられる。

図７は、実施形態に係る光学素子の製造方法を例示する模式的断面図である。
図７に表したように、製造装置３１０は、エネルギー線Ｌｓと、原料Ｍ１と、を出射するヘッド６１を含む。加工体Ｗｐの上に、原料Ｍ１を供給しつつ、エネルギー線Ｌｓを照射する。エネルギー線Ｌｓは、例えば、レーザ光または電子線である。エネルギー線Ｌｓは、加工体Ｗｐの表面近傍において集中されている。エネルギー線Ｌｓによる熱エネルギーにより、例えば、原料Ｍ１が溶融する。溶融領域Ｍ２が形成される。溶融した原料Ｍ１が冷却されて光学素子の一部が形成される。加工体Ｗｐとヘッド６１との相対的な位置を変更しつつ、この動作を行う。これにより、所望の形状の光学素子が得られる。この例では、例えば、指向性エネルギー堆積法により、光学素子が形成される。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、実施形態に係る光学素子の別の製造方法を例示する模式図である。
図８（ａ）に表したように、製造装置３１１は、原料Ｍ１を出射するヘッド６２を含む。ヘッド６２は、加工体Ｗｐに対して、相対的に移動する。この例では、Ｘ１方向、Ｙ１方向及びＺ１方向において、ヘッド６２と加工体Ｗｐとの相対的位置が変更される。

図８（ｂ）に表したように、原料Ｍ１を含む液体がヘッド６２から出射する。この液体が加工体Ｗｐに付着する。この例では、ヘッド６２にエネルギー線照射部６２ａが設けられている。エネルギー線照射部６２ａからエネルギー線（例えば紫外光）が出射する。これにより、例えば、液体に含まれる原料Ｍ１が加工体Ｗｐ上に残り光学素子の一部となる部分が形成される。例えば、ヘッド６２に平坦化部６２ｂ（例えばローラなど）を設けても良い。原料Ｍ１から形成された上記の部分が平坦化される。この動作を、ヘッド６２と加工体Ｗｐとの相対的位置を変えながら繰り返す。これにより、所望の形状の光学素子が得られる。

図９（ａ）及び図９（ｂ）は、実施形態に係る光学素子の別の製造方法を例示する模式図である。
図９（ａ）に表したように、製造装置３１２においては、ステージＳＴが設けられる。ステージＳＴの上に原料Ｍ１を含む層が形成される。例えば、格納部６３に原料Ｍ１が格納される。ステージＳＴの高さを制御することで、所望の厚さの層（原料Ｍ１を含む層）がステージＳＴ上に形成される。

図９（ｂ）に表したように、その層に、エネルギー線Ｌｓを所望の形状で照射する。エネルギー線Ｌｓと、ステージＳＴと、の相対的位置を変更することで、所望の位置に光学素子の一部となる部分を形成できる。

本実施形態に係る製造方法は、第１面１１と、第１面１１とは反対側の第２面１２と、を有する光透過性の第１光学部１０と、第１面１１と対向し第１面１１と離間した第３面２３と、第３面２３とは反対側の第４面２４と、を有する光透過性の第２光学部２０と、第１光学部１０の端部１０ｅの少なくとも一部と第２光学部２０の端部２０ｅの少なくとも一部とを連結し第１光学部１０及び第２光学部２０とシームレスに連続した光透過性の第１連結領域３０と、を含み、第１面１１及び第２面１２の少なくともいずれかは、第２光学部２０から第１光学部１０に向かう第１方向に対して垂直な平面に対して傾斜する部分を含む光学素子の製造方法である。本製造方法においては、第１光学部１０、第２光学部２０及び第１連結領域３０となる材料に局所的にエネルギー線を照射して、第１光学部１０、第２光学部２０及び第１連結領域３０を形成する。

実施形態によれば、付加価値の高い光学素子及びその製造方法が提供できる。

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、光学素子に含まれる光学部及び連結領域などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した光学素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光学素子及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…第１光学部、 １０ｅ…端部、 １０ｅａ…第１部分、 １０ｅｂ…第２部分、 １１…第１面、 １１ｓ…第１傾斜面、 １２…第２面、 ２０…第２光学部、 ２０ｅ…端部、 ２０ｅａ…第３部分、 ２０ｅｂ…第４部分、 ２３…第３面、 ２３ｓ…第２傾斜面、 ２４…第４面、 ３０…第１連結領域、 ３１、３２…第１、第２連結部、 ３５…間隙、 ３６ａ、３６ｂ…第１、第２空間、 ４０…第３光学部、 ４０ｅ…端部、 ４５…第５面、 ４６…第６面、 ５０…第２連結領域、 ５５…間隙、 ６１、６２…ヘッド、 ６２ａ…エネルギー線光照射部、 ６２ｂ…平坦化部、 ６３…格納部、 １１０、１１１ａ〜１１１ｐ、１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ〜１１３ｄ、１２０…光学素子、 ３１０〜３１２、３２０…製造装置、 Ｌ１、Ｌ２…第１、第２光、 Ｌｉ…入射光、 Ｌｏ…出射光、 Ｌｓ…エネルギー線、 Ｍ１…原料、 Ｍ２…溶融領域、 ＳＴ…ステージ、 Ｗｐ…加工体

Claims (17)

1. 第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有する光透過性の第１光学部と、
   前記第１面と対向し前記第１面と離間した第３面と、前記第３面とは反対側の第４面と、を有する光透過性の第２光学部と、
   前記第１光学部の端部の少なくとも一部と前記第２光学部の端部の少なくとも一部とを連結し前記第１光学部及び前記第２光学部とシームレスに連続した光透過性の第１連結領域と、
   を含み、
   前記第１面及び前記第２面の少なくともいずれかは、前記第２光学部から前記第１光学部に向かう第１方向に対して垂直な平面に対して傾斜する部分を含み、
   前記第１光学部、前記第２光学部及び前記第１連結領域は、接合跡がなく界面のない一体で、
   前記第１連結領域は、前記第１光学部の前記端部の一部と前記第２光学部の前記端部の一部とを連結し、
   前記第１面と前記第３面との間に形成される間隙は、前記光学素子の外と繋がっている、光学素子。
2. 前記第３面及び前記第４面の少なくともいずれかは、前記平面に対して傾斜する部分を含む請求項１記載の光学素子。
3. 前記第１連結領域の材料は、前記第１光学部の材料と同じであり、前記第２光学部の材料と同じである請求項１または２に記載の光学素子。
4. 前記第１面は、凹状または凸状である請求項１〜３のいずれか１つに記載の光学素子。
5. 前記第３面は、凹状または凸状である請求項１〜４のいずれか１つに記載の光学素子。
6. 前記第１方向において前記第１光学部及び前記第２光学部に入射し、前記第１光学部及び前記第２光学部を通過した出射光の広がり角は、前記第１光学部及び前記第２光学部に入射する入射光の広がり角とは異なる請求項１〜５のいずれか１つに記載の光学素子。
7. 前記第１光学部及び前記第２光学部の少なくともいずれかは、光を集光させる請求項１〜５のいずれか１つに記載の光学素子。
8. 前記第１入射方向で前記第１光学部に入射して前記第２光学部から出射する第１光の第１出射方向は、
   前記第１入射方向で前記第１連結領域に入射し前記第１連結領域から出射する第２光の第２出射方向とは異なる請求項１〜７のいずれか１つに記載の光学素子。
9. 前記第１光学部、前記第２光学部及び前記第１連結領域は、樹脂を含む請求項１〜８のいずれか１つに記載の光学素子。
10. 前記第１光学部、前記第２光学部及び前記第１連結領域は、ガラスを含む請求項１〜８のいずれか１つに記載の光学素子。
11. 前記第１光学部の前記端部は、第１部分と、前記第１部分と離間した第２部分と、を含み、
    前記第２光学部の前記端部は、第３部分と、前記第３部分と離間した第４部分と、を含み、
    前記第１連結領域は、第１連結部と、前記第１連結部と離間した第２連結部と、を含み、
    前記第１連結領域は、前記第１部分と前記第３部分とを連結し、
    前記第２連結領域は、前記第２部分と前記第４部分とを連結する請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光学素子。
12. 前記第１光学部の前記端部は、複数の部分をさらに含み、
    前記第２光学部の前記端部は、複数の部分をさらに含み、
    前記第１面と前記第３面との間に形成される間隙は、前記第１光学部の前記端部の前記複数の部分と、前記第２光学部の前記端部の前記複数の部分と、により形成される複数の空間を介して、前記光学素子の外と繋がっている請求項１１記載の光学素子。
13. 前記第１光学部は、第１光軸を有し、
    前記第２光学部は、前記第１光軸に対して平行な第２光軸を有する請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光学素子。
14. 前記第１面及び前記第２面の少なくともいずれかは、フレネルレンズ面を含む請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光学素子。
15. 前記第１面及び前記第２面の少なくともいずれかは、前記第１方向に対して傾斜した複数の斜面を含む請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光学素子。
16. 前記第１面は、前記第３面に対して非平行である請求項１〜１３のいずれか１つに記載の光学素子。
17. 第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有する光透過性の第１光学部と、前記第１面と対向し前記第１面と離間した第３面と、前記第３面とは反対側の第４面と、を有する光透過性の第２光学部と、前記第１光学部の端部の少なくとも一部と前記第２光学部の端部の少なくとも一部とを連結し前記第１光学部及び前記第２光学部とシームレスに連続した光透過性の第１連結領域と、を含み、前記第１面及び前記第２面の少なくともいずれかは、前記第２光学部から前記第１光学部に向かう第１方向に対して垂直な平面に対して傾斜する部分を含む光学素子の製造方法であって、
    前記第１光学部、前記第２光学部及び前記第１連結領域は、接合跡がなく界面のない一体で、
    前記第１連結領域は、前記第１光学部の前記端部の一部と前記第２光学部の前記端部の一部とを連結し、
    前記第１面と前記第３面との間に形成される間隙は、前記光学素子の外と繋がっており、
    前記第１光学部、前記第２光学部及び前記第１連結領域となる材料に局所的にエネルギー線を照射して、前記第１光学部、前記第２光学部及び前記第１連結領域を形成し、
    前記第１光学部、前記第２光学部及び前記第１連結領域の前記形成は、前記第３面及び前記第４面の少なくともいずれかを前記平面に対して傾斜させることを含み、
    前記第１連結領域の材料は、前記第１光学部の材料と同じであり、前記第２光学部の材料と同じ材料である、光学素子の製造方法。

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