JP6350282B2 - アポダイズドフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光学素子、撮像装置及び光学素子の製造方法に関する。
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。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2006−301221号公報 特許第3768858号公報 特許第4164355号公報
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、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率が徐々に減少する光学素子であって、光学的な特性が良好な光学素子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、中心部分から周辺部分に向かって、光の透過率が単調に減少する光学素子において、光の一部を吸収する材料により形成されており、中心部分から周辺部分に向かって厚さが単調に増加する吸収材料部と、光を透過する材料により形成されており、前記吸収材料部に積層されている透明材料部と、を有し、前記吸収材料部における屈折率と前記透明材料部における屈折率とは異なる値であり、前記透明材料部は表面に凹部を有し、前記吸収材料部において最も厚い部分の厚さをDμmとし、前記透明材料部の収縮率をαとしたとき、前記αは3〜10%であって、前記透明材料部の中心部分の前記凹部の深さがαDであって、前記吸収材料部における屈折率をN とし、前記透明材料部における屈折率をN とし、λを405nmとし、且つ、15μm<D<50μmであって、0.018−λ/2D<|N −N |<0.06+λ/2D・・・・・(2)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、中心部分に凸部を有する金型に光吸収性樹脂を滴下した後、硬化させることにより凹状の吸収材料部を形成する工程と、前記吸収材料部における凹状の部分に透明樹脂を滴下した後、硬化させることにより前記吸収材料部の凹状の部分に透明材料部を形成する工程と、を有し、前記吸収材料部及び前記透明材料部は、光重合性有機材料または熱重合性有機材料により形成されているものであって、前記透明材料部の屈折率は、前記吸収材料部の屈折率よりも高いことを特徴とする。
また、本実施の形態の他の一観点によれば、中心部分に凹部を有する金型に透明樹脂を滴下した後、硬化させることにより透明材料部を形成する工程と、前記透明材料部の上に光吸収性樹脂を滴下した後、硬化させることにより吸収材料部を形成する工程と、を有し、前記吸収材料部及び前記透明材料部は、光重合性有機材料または熱重合性有機材料により形成されているものであって、前記透明材料部の屈折率は、前記吸収材料部の屈折率よりも低いことを特徴とする。
本発明により、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率が徐々に減少する光学素子であって、光学的な特性が良好な光学素子を提供することができる。
従来の絞りの説明図 光学素子(アポダイズドフィルタ)の構造図 図2に示される光学素子の製造方法の工程図(1) 図2に示される光学素子の製造方法の工程図(2) 図2に示される光学素子の製造方法の工程図(3) 図2に示される光学素子において生じる干渉縞の説明図 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(1) 第1の実施の形態における光学素子の説明図(2) 第1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1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1の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図(3) 第1の実施の形態における光学素子において生じる干渉縞の説明図 第1の実施の形態における撮像装置の構造図 第2の実施の形態における光学素子の構造図 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の工程図(3) 第3の実施の形態における光学素子の構造図 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3の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図(3) 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(4) 第3の実施の形態における光学素子において生じる干渉縞の説明図 第4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4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光学素子の製造方法の工程図(3) 第5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5の実施の形態における撮像装置の説明図
本発明を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。
〔第1の実施の形態〕
最初に、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率が徐々に減少する光学素子であるいわゆるアポダイズドフィルタと呼ばれる光学フィルタについて説明する。この光学素子は、図2に示されるように、透明基板10の上に、可視光を吸収する材料により形成された吸収材料部20と、可視光を透過する材料により形成された透明材料部30とを有している。なお、ここで説明する光学素子は、吸収材料部20における屈折率と透明材料部30における屈折率が略等しく、例えば、屈折率の差が0.001以下になるように形成されているものとする。
吸収材料部20は、凹状に形成されており、吸収材料部20の厚さが中心部分から周辺部分に向かって徐々に増加するように形成されている。このように、中心部分から周辺部分に向けて吸収材料部20の厚さが徐々に厚くなるように形成することにより、中心部分から周辺部分に向けて吸収材料部20を透過する光の光量を徐々に減少させることができる。即ち、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率を徐々に減少させることができる。
透明材料部30は、吸収材料部20において凹状に形成されている部分を埋めるように形成されている。また、透明基板10は、PET(Polyethylene terephthalate)等の可視光を透過する透明な樹脂材料により形成されている。このような光学素子は、携帯電話等におけるカメラ部分に用いられる場合には、薄く形成されていることが求められるため、全体の厚さが200μm以下、例えば、透明基板10の厚さTが約50μm、吸収材料部20における最も厚い部分の厚さDが約25μm、全体の厚さが約75μmと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、波長が380nm〜800nmの範囲における光を意味するものとする。
次に、このような光学素子の製造方法の一例を図3〜図5に基づき説明する。なお、以下の説明における屈折率の値は、波長405nmにおける値である。
最初に、図3(a)に示すように、吸収材料部20を形成するための金型40を準備する。この金型40には、中央部分において高さが、例えば、27μmの凸部41が形成されており、この凸部41は、形成される吸収材料部20の凹状の形状に対応した形状のものである。また、この金型40は、全体がステンレス等の材料により形成されており、表面には、NiPメッキが施されている。
次に、図3(b)に示すように、吸収材料部20を形成するための光吸収性樹脂20aを滴下させる。この光吸収性樹脂20aは、紫外線を照射することにより硬化するものであって、光を吸収する材料であるチタンブラック及びカーボンブラック等の黒色材料が含まれている。
次に、図3(c)に示すように、滴下させた光吸収性樹脂20aの上に、透明基板10を載置する。透明基板10としては、例えば、厚さが約50μmのルミラーU32(東レ(株)製)等が用いられる。
次に、図3(d)に示すように、透明基板10が載置されている側より、紫外線(UV)を照射し、光吸収性樹脂20aを硬化させ、吸収材料部20を形成する。この際照射される紫外線は、波長が365nm、照度が300mW/cmの紫外線であり、200秒間照射する。
次に、図4(a)に示すように、金型40より透明基板10及び吸収材料部20を離型する。これにより、透明基板10の上に凹状の吸収材料部20が形成されたものが形成される。なお、形成される吸収材料部20には、チタンブラック及びカーボンブラック等の光を吸収する材料が含まれており、形成された吸収材料部20の屈折率は、例えば、1.60である。
次に、図4(b)に示すように、吸収材料部20において凹状に形成されている部分に、透明樹脂30aを滴下させる。この透明樹脂30aは光を透過する樹脂材料であり、紫外線を照射することにより硬化するものである。以下の説明における透明樹脂30aの収縮率は約6%である。
次に、図4(c)に示すように、滴下させた透明樹脂30aの上に、離型基板50を載置する。離型基板50は、例えば、石英により形成されており、後に剥離等がしやすいように、表面にはフッ素処理がなされている。
次に、図4(d)に示すように、石英窓60を有するプレス機により、離型基板50より圧力を加えた状態で紫外線を照射する。この際の条件の一例としては、光学素子に加えられる圧力は、約0.5MPaであり、照射される紫外線は、波長が365nm、照度が300mW/cmの紫外線であり、30秒間照射する。
このように、圧力を加えた状態で紫外線を照射することにより、透明樹脂30aは硬化し透明材料部30が形成されるが、この際、透明樹脂30aは収縮するため、図5(a)に示されるように、形成される透明材料部30は、吸収材料部20における凹状の形状に対応して中心部分が凹み、凹状部31が形成される。なお、形成された透明材料部30における屈折率は、例えば、1.60である。
この後、図5(b)に示すように、離型基板50を離型することにより光学素子が作製される。このように形成された光学素子の全体の厚さは約75μmであり、透明材料部30の表面の中心部分においては、深さが数μmの凹状部31が形成される。この光学素子において、波長405nmにおける透過波面精度は、例えば、1.82λであり、図6に示されるように、多くの干渉縞が発生してしまう。
(光学素子)
次に、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、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率が徐々に減少する光学素子であるいわゆるアポダイズドフィルタと呼ばれる光学フィルタである。図7に示されるように、本実施の形態における光学素子100は、透明基板110の上に、可視光を吸収する材料により形成された吸収材料部120と、可視光を透過する材料により形成された透明材料部130とを有している。具体的には、吸収材料部120と透明材料部130とが積層されている。本実施の形態における光学素子は、中心部分より周辺部分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もよい。
吸収材料部120は、凹状に形成されており、吸収材料部120の厚さが中心部分から周辺部分に向かって徐々に増加するように形成されている。このように、中心部分から周辺部分に向けて吸収材料部120の厚さが徐々に厚くなるように形成することにより、中心部分から周辺部分に向けて吸収材料部120を透過する光の光量を徐々に減少させることができる。即ち、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率を徐々に減少させることができる。
透明材料部130は、吸収材料部120において凹状に形成されている部分を埋めるように形成されている。なお、透明基板110は、PET等の可視光を透過する透明な樹脂材料により形成されている。このような光学素子を携帯電話等におけるカメラ部分に用いる場合には、光学素子の全体の厚さが薄いことが求められるため、光学素子の全体の厚さが200μm以下、例えば、透明基板110の厚さTが約50μm、吸収材料部120における最も厚い部分の厚さDが約25μm、全体の厚さが約75μmとなるように形成されている。
透明材料部130における最も薄い部分の厚さは約0.5μm以下となっており、吸収材料部120における最も厚い部分の厚さDと比較して十分に小さい。透明材料部130の厚さは、硬化時に光学素子に加えられる圧力及び透明樹脂30aの硬化前の粘性係数によって決まるため、1Pa・s以下などの粘性係数の低い樹脂とすることが重要である。
本実施の形態における光学素子100においては、吸収材料部120における屈折率Nと、透明材料部130における屈折率Nとは異なる値となるように形成されている。また、透明材料部130を形成する際に用いられる透明樹脂の収縮率をαとした場合、吸収材料部120において最も厚い部分の厚さはDであることから、透明材料部130の厚さが最も厚く形成される光学素子の中心部分では、透明材料部130の厚さは、(1−α)Dとなる。従って、透明材料部130の表面に形成される凹部131の深さ、即ち、透明材料部130の表面において、最も深い部分の深さは、αDとなる。
図8は、透明材料部130を形成する際に用いられる透明樹脂の収縮率αと吸収材料部120における厚さに対して、波長405nmにおいて発生する収差を示したものである。なお、凹状に形成された吸収材料部120において最も薄い部分の厚さは、略0μm、例えば、約0.2μm以下であるものとする。
ところで、このような光学素子では、光学素子の全体において、所定の波長λにおける位相差は小さい値であることが好ましく、例えば、位相差がλ/2以下であることが好ましい。なお、本実施の形態においては、光学素子は可視光全域にわたって用いられるものであるため、所定の波長λは、可視領域における波長の最短波長に近い405nmであるものとする。透明材料部130を形成するための紫外線硬化樹脂である樹脂材料の収縮率αは、一般的に、3〜10%である。また、インプリント法により形成される吸収材料部120における厚さの下限は、現状においては約15μmであるものと考えられる。光学特性を維持しながら吸収材料部120を薄くする為には、吸収材料120aの吸収係数を大きくすることが重要であるが、吸収材料の膜厚ばらつきに対するマージンが小さくなる為、製造上難しい。
位相差がλ/2以下であることが好ましいことから、下記の(1)に示される式が導かれる。

|αD+N(1−α)D−ND|<λ/2・・・・・・・・・(1)
また、3%<α<10%であり、15μm<D<50μmであり、Nを約1.6であるとすると、|N−N|の値の範囲は、下記の(2)に示される式となる。

0.018−λ/2D<|N−N|<0.06+λ/2D・・・・・(2)
図9には、上記の(2)に示される式の吸収材料部120における厚さDと|N−N|の値との関係を示す。
以上より、本実施の形態における光学素子は、光学素子全体における位相差がλ/2以下となるように形成されている。具体的には、15μm<D<50μmであって、かつ、上記の(2)に示す式を満たすように形成されている。
(光学素子の製造方法)
次に、本実施の形態における光学素子の製造方法を図10〜図12に基づき説明する。以下に説明する光学素子は、透明材料部130における屈折率Nが、吸収材料部120における屈折率Nよりも高いものである。なお、以下の説明における屈折率の値は、波長405nmにおける値である。
最初に、図10(a)に示すように、吸収材料部120を形成するための金型140を準備する。この金型140には、中央部分において高さが、例えば、27μmの凸部141が形成されており、この凸部141は形成される吸収材料部120の凹状の形状に対応した形状のものである。また、この金型140は、全体がステンレス等の材料により形成されており、表面には、NiPメッキが施されている。
次に、図10(b)に示すように、吸収材料部120を形成するための光吸収性樹脂120aを滴下させる。この光吸収性樹脂120aは、紫外線を照射することにより硬化するものであって、光を吸収する材料であるチタンブラック及びカーボンブラック等の黒色材料が含まれている。
次に、図10(c)に示すように、滴下させた光吸収性樹脂120aの上に、透明基板110を載置する。透明基板110としては、例えば、厚さが約50μmのルミラーU32(東レ(株)製)等が用いられる。
次に、図10(d)に示すように、透明基板110が載置されている側より、紫外線(UV)を照射し、光吸収性樹脂120aを硬化させ、吸収材料部120を形成する。この際照射される紫外線は、例えば、波長が365nm、照度が300mW/cmの紫外線であり、200秒間照射する。
次に、図11(a)に示すように、金型140より透明基板110及び吸収材料部120を離型する。これにより、透明基板110の上に凹状の吸収材料部120が形成されたものが形成される。なお、形成される吸収材料部120には、チタンブラック及びカーボンブラック等の光を吸収する材料が含まれており、形成された吸収材料部120の屈折率は、例えば、1.60である。
次に、図11(b)に示すように、吸収材料部120において凹状に形成されている部分に、透明樹脂130aを滴下させる。この透明樹脂130aは光を透過する樹脂材料であり、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11(c)に示すように、滴下させた透明樹脂130aの上に、離型基板150を載置する。離型基板150は、例えば、石英により形成されており、後に剥離等がしやすいように、表面にはフッ素処理がなされている。
次に、図11(d)に示すように、石英窓160を有するプレス機により、離型基板150より圧力を加えた状態で紫外線を照射する。この際の条件の一例としては、加えられる圧力は、約0.5MPaであり、照射される紫外線は、波長が365nm、照度が300mW/cmの紫外線であり、30秒間照射する。
このように、圧力を加えた状態で紫外線を照射することにより、透明樹脂130aは硬化し透明材料部130が形成されるが、この際、透明樹脂130aは収縮するため、図12(a)に示されるように、形成される透明材料部130は、吸収材料部120における凹状の形状に対応して中心部分が凹み、凹部131が形成される。なお、形成された透明材料部130における屈折率は、例えば、1.65である。
この後、図12(b)に示すように、離型基板150を離型することにより、本実施の形態における光学素子が作製される。このように形成された光学素子の全体の厚さは、例えば、約75μmであり、透明材料部130の表面の中心部分においては、深さが数μmの凹部131が形成される。本実施の形態における光学素子においては、波長405nmにおける透過波面精度は0.48λであり、図13に示されるように円周状の干渉縞は殆ど発生していない。例えば、0.48λのほとんどは、作製プロセスで発生する透明基板10の反りなどを原因とする非点収差もしくは高次収差であり、上記(1)式の左辺の計算によるものではない。
なお、上記においては、吸収材料部120及び透明材料部130は、光重合性有機材料である紫外線硬化樹脂により形成する場合について説明したが、熱硬化樹脂等の熱重合性有機材料により形成するものであってもよい。また、透明材料部130における屈折率は、1.45以上、1.70以下であることが好ましい。
(撮像装置)
次に、本実施の形態における撮像装置ついて説明する。本実施の形態における撮像装置は、図14に示すように、本実施の形態におけるアポダイズドフィルタである光学素子100と、4枚のレンズ171、172、173、174、撮像素子視感度補正フィルタ175、CMOSセンサからなる撮像素子176等を有している。本実施の形態における撮像装置において撮像する際には、撮像装置に入射した光は、レンズ171を介し、光学素子100を透過した後、レンズ172、173、174、撮像素子視感度補正フィルタ175を介し、撮像素子176に入射する。携帯電話等におけるカメラ部では、レンズ171から撮像素子176までの長さLを短くすることが求められている。本実施の形態における光学素子100は、厚さを薄く形成することができるため、レンズ171から撮像素子176までの長さLを短くすることができる。なお、本実施の形態においては、本実施の形態におけるアポダイズドフィルタである光学素子100、4枚のレンズ171、172、173、174、撮像素子視感度補正フィルタ175を含むものを光学系170と記載する場合がある。
〔第2の実施の形態〕
(光学素子)
次に、第2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、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率が徐々に減少する光学素子であるいわゆるアポダイズドフィルタと呼ばれる光学フィルタである。図15に示されるように、本実施の形態における光学素子は、透明基板110の上に、可視光を透過する材料により形成された透明材料部230と、可視光を吸収する材料により形成された吸収材料部220とを有している。
透明材料部230は中心部分が凸状となるように形成されており、透明材料部230の厚さが中心部分から周辺部分に向かって徐々に減少するように形成されている。吸収材料部220は、透明材料部230の上に形成されており、透明材料部230の形状に対応して、吸収材料部220の厚さが中心部分から周辺部分に向かって徐々に増加するように形成されている。このように、中心部分から周辺部分に向けて吸収材料部220の厚さが徐々に厚くなるように形成することにより、中心部分から周辺部分に向けて吸収材料部220を透過する光の光量を徐々に減少させることができる。即ち、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率を徐々に減少させることができる。
(光学素子の製造方法)
次に、本実施の形態における光学素子の製造方法を図16〜図18に基づき説明する。以下に説明する光学素子は、透明材料部230における屈折率Nが、吸収材料部220における屈折率Nよりも低いものである。なお、以下の説明における屈折率の値は、波長405nmにおける値である。
最初に、図16(a)に示すように、透明材料部230を形成するための金型240を準備する。この金型240には、中央部分において深さが、例えば、27μmの凹部241が形成されており、この凹部241は、形成される透明材料部230の凸状の形状に対応した形状のものである。また、この金型240は、全体がステンレス等の材料により形成されており、表面には、NiPメッキが施されている。
次に、図16(b)に示すように、金型240の凹部241に透明樹脂230aを滴下させる。この透明樹脂230aは光を透過する樹脂材料であり、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16(c)に示すように、滴下させた透明樹脂230aの上に、透明基板110を載置する。透明基板110としては、例えば、厚さが約50μmのルミラーU32(東レ(株)製)等が用いられる。
次に、図16(d)に示すように、石英窓160を有するプレス機により、透明基板110が載置されている側より圧力を加えた状態で紫外線を照射する。この際加えられる圧力は、約0.5MPaであり、照射される紫外線は、波長が365nm、照度が300mW/cmの紫外線であり、30秒間照射する。
次に、図17(a)に示すように、金型240より透明基板110及び透明材料部230を離型する。これにより、透明基板110の上に凸状の透明材料部230が形成されたものが形成される。なお、形成された透明材料部230における屈折率は、例えば、1.55である。
次に、図17(b)に示すように、透明材料部230の上に、吸収材料部220を形成するための光吸収性樹脂220aを滴下させる。この光吸収性樹脂220aは、紫外線を照射することにより硬化するものであって、光を吸収する材料であるチタンブラック及びカーボンブラック等の黒色材料が含まれている。以下の説明における光吸収性樹脂220aの収縮率は約6%である。
次に、図17(c)に示すように、滴下させた光吸収性樹脂220aの上に、離型基板150を載置する。離型基板150は、例えば、石英により形成されており、後に剥離等がしやすいように、表面にはフッ素処理がなされている。
次に、図17(d)に示すように、離型基板150が載置されている側より、紫外線(UV)を照射し、光吸収性樹脂220aを硬化させ、吸収材料部220を形成する。この際照射される紫外線は、例えば、波長が365nm、照度が300mW/cmの紫外線であり、200秒間照射する。なお、形成される吸収材料部220には、チタンブラック及びカーボンブラック等の光を吸収する材料が含まれており、形成された吸収材料部220の屈折率は、例えば、1.60である。
このような状態で紫外線を照射することにより、光吸収性樹脂220aは硬化し吸収材料部220が形成されるが、この際、光吸収性樹脂220aは収縮するため、図18(a)に示されるように、形成される吸収材料部220は、透明材料部230における凸状の形状に対応して、光学素子全体において周辺部分が薄く形成される。
この後、図18(b)に示すように、離型基板150を離型することにより、本実施の形態における光学素子が作製される。本実施の形態において作製される光学素子も第1の実施の形態における光学素子と同様に、光学的特性が良好なものである。
上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における光学素子は、第1の実施の形態における撮像装置に適用可能である。
〔第3の実施の形態〕
次に、第3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、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率が徐々に減少する光学素子であるいわゆるアポダイズドフィルタと呼ばれる光学フィルタである。図19に示されるように、本実施の形態における光学素子は、透明基板110の上に、可視光を吸収する材料により形成された吸収材料部320と、可視光を透過する材料により形成された透明材料部330とを有している。なお、本実施の形態における光学素子においては、吸収材料部320における屈折率と透明材料部330における屈折率とは略等しく、例えば、屈折率の差が0.001以下になるように形成されている。なお、屈折率の値は、波長589nmにおける値である。
吸収材料部320は、凹状に形成されており、吸収材料部320の厚さが中心部分から周辺部分に向かって徐々に増加するように形成されている。このように、中心部分から周辺部分に向けて吸収材料部320の厚さが徐々に厚くなるように形成することにより、中心部分から周辺部分に向けて吸収材料部320を透過する光の光量を徐々に減少させることができる。即ち、中心部分より周辺部分に向かって光の透過率を徐々に減少させることができる。
透明材料部330は、吸収材料部320において凹状に形成されている部分を埋めるように形成されており、透明材料部の表面は略平坦、例えば、平面度が0.3μm以下である。また、透明基板110は、PET等の可視光を透過する透明な樹脂材料により形成されている。
(光学素子の製造方法)
次に、本実施の形態における光学素子の製造方法を図20〜図23に基づき説明する。 最初に、図20(a)に示すように、吸収材料部320を形成するための金型340を準備する。この金型340には、中央部分において高さが、例えば、27μmの凸部341が形成されており、この凸部341は、形成される吸収材料部320の凹状の形状に対応した形状のものである。また、この金型340は、全体がステンレス等の材料により形成されており、表面には、NiPメッキが施されている。
次に、図20(b)に示すように、吸収材料部320を形成するための光吸収性樹脂320aを滴下させる。この光吸収性樹脂320aは、紫外線を照射することにより硬化するものであって、光を吸収する材料であるチタンブラック及びカーボンブラック等の黒色材料が含まれている。
次に、図20(c)に示すように、滴下させた光吸収性樹脂320aの上に、透明基板110を載置する。透明基板110としては、例えば、厚さが約50μmのルミラーU32(東レ(株)製)等が用いられる。
次に、図20(d)に示すように、透明基板110が載置されている側より、紫外線(UV)を照射し、光吸収性樹脂320aを硬化させ、吸収材料部320を形成する。この際照射される紫外線は、例えば、波長が365nm、照度が300mW/cmの紫外線であり、200秒間照射する。
次に、図21(a)に示すように、金型340より透明基板110及び吸収材料部320を離型する。これにより、透明基板110の上に凹状の吸収材料部320が形成されたものが形成される。なお、形成される吸収材料部320には、チタンブラック及びカーボンブラック等の光を吸収する材料が含まれており、形成された吸収材料部320の屈折率は、例えば、1.60である。
次に、図21(b)に示すように、吸収材料部320において凹状に形成されている部分に、透明樹脂330aを滴下させる。この透明樹脂330aは光を透過する樹脂材料であり、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21(c)に示すように、滴下させた透明樹脂330aの上に、離型基板150を載置する。離型基板150は、例えば、石英により形成されており、後に剥離等がしやすいように、表面にはフッ素処理がなされている。
次に、図21(d)に示すように、石英窓160を有するプレス機により、離型基板150より圧力を加えた状態で紫外線を照射する。この際の条件の一例としては、加えられる圧力は、約0.5MPaであり、照射される紫外線は、波長が365nm、照度が300mW/cmの紫外線であり、30秒間照射する。
このように、圧力を加えた状態で紫外線を照射することにより、透明樹脂330aは硬化し透明材料部330pが形成されるが、この際、透明樹脂330aは収縮するため、図22(a)に示されるように、形成される透明材料部330pは、吸収材料部320における凹状の形状に対応して中心部分が凹み、表面に凹状部331が形成される。
次に、図22(b)に示すように、離型基板150を離型する。
次に、図22(c)に示すように、透明材料部330pの表面における凹状部331に、透明樹脂330bを滴下させる。この透明樹脂330bは、透明樹脂330aと同一の材料であり光を透過する樹脂であり、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22(d)に示すように、滴下させた透明樹脂330bの上に、離型基板350を載置する。離型基板350は、例えば、石英により形成されており、後に剥離等がしやすいように、表面にはフッ素処理がなされている。
次に、図23(a)に示すように、石英窓160を有するプレス機により、離型基板350が載置されている側より圧力を加えた状態で紫外線を照射する。この際加えられる圧力は、約0.5MPaであり、照射される紫外線は、波長が365nm、照度が300mW/cmの紫外線であり、30秒間照射する。
このように、圧力を加えた状態で紫外線を照射することにより、図23(b)に示されるように、透明樹脂330bは硬化し、透明材料部330pとともに、透明材料部330が形成される。この際、透明樹脂330bは収縮するものの極めて薄いため、硬化することにより形成される透明樹脂330の表面における平面度は、0.09μmとなる。なお、形成された透明材料部330における屈折率は、例えば、1.60である。
この後、図23(c)に示すように、離型基板350を離型することにより、本実施の形態における光学素子が作製される。このように形成された光学素子の厚さは約80μmであり、透明材料部330の表面は略平坦に形成される。本実施の形態における光学素子は、波長405nmにおける透過波面精度は、例えば、0.25λであり、図24に示されるように干渉縞は殆ど発生していない。
このように、本実施の形態においては、複数の工程により透明材料部330を形成することにより、製造工程数は増加するものの、良好な平面度を得ることができる。
なお、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における光学素子は、第1の実施の形態における撮像装置に適用可能である。
〔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3の実施の形態と同様の構造のものであって、光学素子の厚さが厚くなるように形成されているものである。
次に、本実施の形態における光学素子の製造方法を図25〜図27に基づき説明する。 最初に、図25(a)に示すように、吸収材料部320を形成するための金型340を準備する。この金型340には、中央部分において高さが、例えば、27μmの凸部341が形成されており、この凸部341は、形成される吸収材料部320の凹状の形状に対応した形状のものである。また、この金型340は、全体がステンレス等の材料により形成されており、表面には、NiPメッキが施されている。
次に、図25(b)に示すように、吸収材料部320を形成するための光吸収性樹脂320aを滴下させる。この光吸収性樹脂320aは、紫外線を照射することにより硬化するものであって、光を吸収する材料であるチタンブラック及びカーボンブラック等の黒色材料が含まれている。
次に、図25(c)に示すように、滴下させた光吸収性樹脂320aの上に、透明基板110を載置する。透明基板110としては、例えば、厚さが約50μmのルミラーU32(東レ(株)製)等が用いられる。
次に、図25(d)に示すように、透明基板110が載置されている側より、紫外線(UV)を照射し、光吸収性樹脂320aを硬化させ、吸収材料部320を形成する。この際照射される紫外線は、例えば、波長が365nm、照度が300mW/cmの紫外線であり、200秒間照射する。
次に、図26(a)に示すように、金型340より透明基板110及び吸収材料部320を離型する。これにより、透明基板110の上に凹状の吸収材料部320が形成されたものが形成される。なお、形成される吸収材料部320には、チタンブラック及びカーボンブラック等の光を吸収する材料が含まれており、形成された吸収材料部320の屈折率は、例えば、1.60である。
次に、図26(b)に示すように、吸収材料部320において凹状に形成されている部分に、透明樹脂330cを滴下させる。この透明樹脂330cは光を透過する樹脂材料であり、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26(c)に示すように、滴下させた透明樹脂330cの上に、離型基板150を載置する。離型基板150は、例えば、石英により形成されており、後に剥離等がしやすいように、表面にはフッ素処理がなされている。
次に、図26(d)に示すように、離型基板150が載置されている側より、紫外線を照射し、透明樹脂330cを硬化させ、透明材料部330を形成する。この際照射される紫外線は、例えば、波長が365nm、照度が5mW/cmの紫外線であり、30分間照射する。
このように、低照度の紫外線を長時間照射することにより、透明樹脂330cはゆっくり硬化し、この際透明樹脂330cが流動可能であるため、透明樹脂330cが硬化することにより収縮が生じた場合においても、収縮した部分に流れ込むため、図27(a)に示されるように、硬化により形成される透明材料部330の表面を略平坦に形成することができる。
この後、図27(b)に示すように、離型基板150を離型することにより、本実施の形態における光学素子が作製される。このように形成された光学素子の全体の厚さは、200μm以上であるが、形成される透明材料部330の表面は略平坦に形成することができる。
なお、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における光学素子は、第1の実施の形態における撮像装置に適用可能である。
〔第5の実施の形態〕
次に、第5の実施に形態について説明する。本実施の形態は、第1から第4の実施の形態における光学素子を用いた撮像装置であって、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。本実施の形態における説明では、図14に示される第1の実施の形態における撮像装置が、スマートフォンに搭載される場合について説明する。
具体的には、図28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410において、メインカメラ411やサブカメラ412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410における表示画面413が設けられている面とは反対側の面にメインカメラ411が搭載され、表示画面413が設けられている面にサブカメラ412が搭載されている。なお、図28(a)は、スマートフォン410の背面側の斜視図であり、図28(b)は、スマートフォン410の正面側となる表示画面413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411やサブカメラ412は、図29に示されるように、光学系170、オートフォーカスユニット431、イメージセンサ等の撮像素子176、基板433、フレキシブル基板434等を有している。光学系170はオートフォーカスユニット431に搭載されており、オートフォーカスユニット431により光学系170の動きが制御され、オートフォーカス動作がなされる。イメージセンサ等の撮像素子176は、CMOSセンサ等により形成されており、イメージセンサ等の撮像素子176において、光学系170を介して入射した光による画像が検出される。
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9月5日に出願された日本国特許出願2012−195495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2012−195495号の全内容を本国際出願に援用する。
110 透明基板
120 吸収材料部
120a 光吸収性樹脂
130 透明材料部
130a 透明樹脂
131 凹部
140 金型
141 凸部
150 離型基板
160 石英窓(プレス機)
220 吸収材料部
230 透明材料部
231 凸部

Claims (8)

  1. 中心部分から周辺部分に向かって、光の透過率が単調に減少する光学素子において、
    光の一部を吸収する材料により形成されており、中心部分から周辺部分に向かって厚さが単調に増加する吸収材料部と、
    光を透過する材料により形成されており、前記吸収材料部に積層されている透明材料部と、
    を有し、
    前記吸収材料部における屈折率と前記透明材料部における屈折率とは異なる値であり、
    前記透明材料部は表面に凹部を有し、
    前記吸収材料部において最も厚い部分の厚さをDμmとし、前記透明材料部の収縮率をαとしたとき、前記αは3〜10%であって、前記透明材料部の中心部分の前記凹部の深さがαDであって、
    前記吸収材料部における屈折率をN とし、前記透明材料部における屈折率をN とし、λを405nmとし、且つ、15μm<D<50μmであって、
    0.018−λ/2D<|N −N |<0.06+λ/2D・・・・・(2)
    を満たすことを特徴とする光学素子。
  2. 前記吸収材料部及び前記透明材料部は、光重合性有機材料または熱重合性有機材料により形成されている請求項1に記載の光学素子。
  3. 請求項1または2に記載の光学素子と、
    撮像素子と、
    レンズと、
    を有することを特徴とする撮像装置。
  4. 前記撮像装置は、携帯可能な通信機能を有する電子機器に搭載されるものである請求項に記載の撮像装置。
  5. 中心部分に凸部を有する金型に光吸収性樹脂を滴下した後、硬化させることにより凹状の吸収材料部を形成する工程と、
    前記吸収材料部における凹状の部分に透明樹脂を滴下した後、硬化させることにより前記吸収材料部の凹状の部分に透明材料部を形成する工程と、
    を有し、
    前記吸収材料部及び前記透明材料部は、光重合性有機材料または熱重合性有機材料により形成されているものであって、
    前記透明材料部の屈折率は、前記吸収材料部の屈折率よりも高いことを特徴とする光学素子の製造方法。
  6. 前記吸収材料部を形成する工程は、
    前記光吸収性樹脂を滴下した後、前記光吸収性樹脂の上に透明基板を載置し、
    前記透明基板を載置した後、光吸収性樹脂を硬化させる請求項に記載の光学素子の製造方法。
  7. 中心部分に凹部を有する金型に透明樹脂を滴下した後、硬化させることにより透明材料部を形成する工程と、
    前記透明材料部の上に光吸収性樹脂を滴下した後、硬化させることにより吸収材料部を形成する工程と、
    を有し、
    前記吸収材料部及び前記透明材料部は、光重合性有機材料または熱重合性有機材料により形成されているものであって、
    前記透明材料部の屈折率は、前記吸収材料部の屈折率よりも低いことを特徴とする光学素子の製造方法。
  8. 前記透明材料部を形成する工程は、
    前記透明樹脂を滴下した後、前記透明樹脂の上に透明基板を載置し、
    前記透明基板を載置した後、透明樹脂を硬化させる請求項に記載の光学素子の製造方法。
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