JP6823381B2 - Optical equipment with a diffractive optical element and a diffraction grating and a camera with a diffraction grating - Google Patents
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Description
本発明は、カメラ等の光学機器に使用される回折光学素子に関するものである。 The present invention relates to a diffractive optical element used in an optical device such as a camera.
従来の回折光学素子は、特許文献1に記載されているように、ガラス基板と格子成形層光学材料と平坦化層光学材料が光軸方向に順に積層した構造を有する。回折格子は、格子成形層と平坦化層との間に形成されている。ガラス基板は、球面または非球面の凹凸形状を有しており、ガラスや樹脂で構成されている。格子成形層光学材料と平坦化層光学材料は、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等の互いに異なる光学特性を有する光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂から構成されている。
As described in
格子成形層の外周部は、隣接するガラス基板の外周部よりも光軸側に位置している。且つ、平坦化層の外周部は、隣接する格子成形層の外周部よりも光軸側に位置している。格子成形層と平坦化層の光軸方向の厚さは、それぞれ50μm以上400μm以下である。 The outer peripheral portion of the lattice forming layer is located on the optical axis side of the outer peripheral portion of the adjacent glass substrate. Moreover, the outer peripheral portion of the flattening layer is located on the optical axis side of the outer peripheral portion of the adjacent lattice forming layer. The thickness of the lattice forming layer and the flattening layer in the optical axis direction is 50 μm or more and 400 μm or less, respectively.
回折光学素子の格子成形層は、ガラス基板と金型の間に充填した格子成形層光学材料を光硬化させて離型することで形成される。回折光学素子の平坦化層も同様に、先に成形した格子成形層と金型の間に充填した平坦化層光学材料を光硬化させて離型することで形成される。 The lattice forming layer of the diffractive optical element is formed by photocuring and releasing the lattice forming layer optical material filled between the glass substrate and the mold. Similarly, the flattening layer of the diffractive optical element is also formed by photocuring and releasing the flattening layer optical material filled between the previously formed lattice forming layer and the mold.
しかしながら、上記特許文献1に記載の従来例では、回折光学素子を成す格子成形層と平坦化層の光学有効径外の形状の影響から、回折光学素子の外観が悪化するといった解決すべき課題があった。
However, in the conventional example described in
具体的には、レンズ鏡筒に設置した回折光学素子の外周に2本の白い輝線が発生する。2本の輝線は、輝線の幅を不規則に変化させつつ、波状に曲折しながら回折光学素子の外周を一周しており、見る角度によってその形状が変化する。2本の輝線の位置は、格子成形層と平坦化層の光学有効径外にある。回折光学素子に発生する輝線は、鏡筒等の光学系内において目に付く(目立つ)不規則な散乱光を発生させるので、回折光学素子を含む光学系の外観を悪化させる。 Specifically, two white bright lines are generated on the outer circumference of the diffractive optical element installed in the lens barrel. The two emission lines circulate around the outer circumference of the diffractive optical element while irregularly changing the width of the emission lines and bending in a wavy shape, and the shape of the two emission lines changes depending on the viewing angle. The positions of the two emission lines are outside the optically effective diameter of the lattice forming layer and the flattening layer. The bright lines generated in the diffractive optical element generate conspicuous (conspicuous) irregular scattered light in the optical system such as the lens barrel, which deteriorates the appearance of the optical system including the diffractive optical element.
上記課題を解決するため、本出願の第一の観点に係る発明は、
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に設けられ、格子を有する成形面を備える第1の樹脂層と、
前記第1の樹脂層上に設けられ、前記第1の樹脂層と接しない成形面を備える第2の樹脂層と、が順に積層され、
前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層との間に回折格子を有する回折光学素子であって、
前記第1の樹脂層および前記第2の樹脂層の各々が、前記成型面の光軸を中心とした光学有効径外に位置する円の円周上に位置する変曲点から径外周に向かって厚みが薄くなるテーパ部と、前記テーパ部の終端に位置する終端部と、を備えており、
前記終端部の厚みが5μm以上50μm未満であり、
前記終端部が前記光軸の方向に凹んだ凹形状であることを特徴とする。
To solve the above problems, the invention according to a first aspect of the present application,
And the glass substrate,
A first resin layer provided on the glass substrate and having a molding surface having a lattice,
A second resin layer provided on the first resin layer and having a molding surface not in contact with the first resin layer is laminated in order.
A diffraction optical element having a diffraction grating between the first resin layer and the second resin layer .
Each of the previous SL first resin layer and the second resin layer, the radial outer periphery of the inflexion point located on the circumference of a circle positioned at the optical effective diameter around the optical axis of the molding surface It is provided with a tapered portion that becomes thinner toward the end and a terminal portion located at the end of the tapered portion .
Ri thickness 50μm less der than 5μm of the terminal portion,
The end portion has a concave shape recessed in the direction of the optical axis .
本発明によれば、回折光学素子の外周で目に付く(目立つ)不規則な散乱光である輝線を低減できるので、外観に優れた回折光学素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce bright lines that are irregular scattered light that is noticeable (conspicuous) on the outer periphery of the diffractive optical element, so that it is possible to provide a diffractive optical element having an excellent appearance.
また、格子成形用の層のテーパ部や終端部からの不規則な散乱光である輝線を低減できるので、より外観に優れた回折光学素子を提供することができる。 Further, since it is possible to reduce the emission lines which are irregular scattered light from the tapered portion and the terminal portion of the layer for lattice forming, it is possible to provide a diffractive optical element having a more excellent appearance.
さらに、格子成形用の層や平坦化用の層のテーパ部や終端部からの不規則な散乱光である輝線を低減できるので、より外観に優れた回折光学素子を提供することができる。 Further, since it is possible to reduce the emission lines which are irregular scattered light from the tapered portion and the terminal portion of the layer for lattice forming and the layer for flattening, it is possible to provide a diffractive optical element having a better appearance.
また、格子成形用の層のテーパ部や平坦化用の層のテーパ部からの反射光である輝線を低減できるので、より外観に優れた回折光学素子を提供することができる。 Further, since the emission line which is the reflected light from the tapered portion of the layer for lattice forming and the tapered portion of the layer for flattening can be reduced, it is possible to provide a diffractive optical element having a more excellent appearance.
上述したように、本出願の第一の観点に係る発明は、
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に設けられ、格子を有する成形面を備える第1の樹脂層と、
前記第1の樹脂層上に設けられ、前記第1の樹脂層と接しない成形面を備える第2の樹脂層と、が順に積層され、
前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層との間に回折格子を有する回折光学素子であって、
前記第1の樹脂層および前記第2の樹脂層の各々が、前記成型面の光軸を中心とした光学有効径外に位置する円の円周上に位置する変曲点から径外周に向かって厚みが薄くなるテーパ部と、前記テーパ部の終端に位置する終端部と、を備えており、
前記終端部の厚みが5μm以上50μm未満であり、
前記終端部が前記光軸の方向に凹んだ凹形状であることを特徴とする。
以下、かかる特徴を有する本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
As described above, the invention according to a first aspect of the present application,
And the glass substrate,
A first resin layer provided on the glass substrate and having a molding surface having a lattice,
A second resin layer provided on the first resin layer and having a molding surface not in contact with the first resin layer is laminated in order.
A diffraction optical element having a diffraction grating between the first resin layer and the second resin layer.
Each of the first resin layer and the second resin layer is directed from an inflection point located on the circumference of a circle located outside the optical effective diameter centered on the optical axis of the molding surface toward the outer diameter. It is provided with a tapered portion that becomes thinner and a terminal portion located at the end of the tapered portion .
Ri thickness 50μm less der than 5μm of the terminal portion,
The end portion has a concave shape recessed in the direction of the optical axis .
Hereinafter, embodiments of the present invention having such characteristics will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る回折光学素子の断面図である。本実施形態の回折光学素子は、ガラス基板1と、格子成形用の第1の樹脂層2と、平坦化用の第2の樹脂層3が光軸(図中、一点鎖線で示される)方向に順に積層されてなる構造を有する。該回折光学素子においては、第1の樹脂層2の成形面6の光学有効径外の成形面と第1の樹脂層2の外周面との交線、および第2の樹脂層3の成形面6の光学有効径外の成形面と第2の樹脂層3の外周面との交線の各々が、光軸からの距離を同じくする変曲点7の連続からなっている。すなわち、本発明において「変曲点」とは、その点を境に回折光学素子の光軸に沿った断面における第1または第2の樹脂層の外形線の傾きが非連続的に変化する点をいう。該回折光学素子の第1の樹脂層2と第2の樹脂層3は、各変曲点7から径外周方向に向けて第1の樹脂層2と第2の樹脂層3の各々の膜厚が次第に、連続的または不連続的に薄くなるテーパ部4を備えている。さらに、該回折光学素子は、テーパ部4の終端に膜厚が5μm以上50μm未満である終端部5を備えている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a diffractive optical element according to an embodiment of the present invention. In the diffractive optical element of the present embodiment, the
図6は、終端部5の形態を説明する断面図である。図6中のtは、テーパ部4と終端部5の交点からガラス基板1までの最短の長さ、すなわち終端部5の膜厚を示すものであり、具体的には5μm以上50μm未満であることが好ましい。遮光層11は、回折光学素子の全周にわたって、終端部5の全体とテーパ部4の少なくとも一部(図4中の11参照)を覆うように成膜されている。ただし、回折光学素子に求められる遮光性能によっては、遮光層11は、図6に示すように、終端部5の全体、テーパ部4の全体、および第1の樹脂層2成形面の一部を覆っていてもよい。図中のdは、テーパ部4や終端部5の表面に接する遮光層11の膜厚を示す。遮光層11は、十分な遮光性能を得るために、5μm以上の膜厚を有することが好ましい。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the form of the
図2は、本発明の回折光学素子の製造方法の一例を説明する概略図である。格子成形用の第1の樹脂層2を成形する金型9と平坦化用の第2の樹脂層3を成形する金型10は、回折光学素子の製造装置を構成する。
FIG. 2 is a schematic view illustrating an example of a method for manufacturing a diffractive optical element of the present invention. The mold 9 for molding the
以下、本発明の回折光学素子を製造する工程を、図2を参照して順に説明する。
先ず、格子成形用の第1の樹脂層2を成形する金型9とガラス基板1の間に第1の樹脂層用の未硬化の光学材料2aを適量配置する(図2(a))。次に、第1の樹脂層用の未硬化の光学材料2aを金型9とガラス基板1の間に挟んで所望の層厚になるまで、且つ光学材料2aが光学有効径外のテーパ部4に到達するまで押し広げる(図2(b))。次に、第1の樹脂層用の未硬化の光学材料2aに対して光や熱などのエネルギーを与えて、第1の樹脂層用の光学材料2aを硬化させる。次に、硬化によりガラス基板1と一体になった第1の樹脂層用の光学材料2aを離型することで、ガラス基板1上に、テーパ部4と、その終端に終端部5を有する格子成形用の第1の樹脂層2を成形する(図2(c))。
Hereinafter, the steps of manufacturing the diffractive optical element of the present invention will be described in order with reference to FIG.
First, an appropriate amount of the uncured
次に、平坦化用の第2の樹脂層3を成形する金型10と格子成形用の第1の樹脂層2の間に平坦化用の第2の樹脂層の成形用の未硬化の光学材料3aを適量配置する(図2(d))。次に、第2の樹脂層用の未硬化の光学材料3aを金型10と第1の樹脂層2の間に挟んで所望の層厚になるまで、且つ光学有効径外のテーパ部4に到達するまで押し広げる(図2(e))。次に、第2の樹脂層用の未硬化の光学材料3aに対して光や熱などのエネルギーを与えて、第2の樹脂層用の光学材料3aを硬化させる。最後に、硬化により第1の樹脂層2と一体になった第2の樹脂層用の光学材料3aを離型することで、第1の樹脂層2上に、テーパ部4と、その終端に終端部5を有する平坦化用の第2の樹脂層3を成形する(図2(f))。
なお、本発明における第1の樹脂および第2の樹脂としては、従来の回折光学素子の構成材料として用いられている光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂を含むエネルギー硬化性樹脂を使用することができる。
Next, uncured optics for forming a second resin layer for flattening between the
As the first resin and the second resin in the present invention, it is possible to use an energy curable resin including a photocurable resin and a thermosetting resin used as constituent materials of a conventional diffraction optical element. it can.
(実施例1)
本実施例の回折光学素子を、図1を参照して説明する。
本実施例の回折光学素子は、光軸に対して軸対称で、ガラス基板1と格子成形用の第1の樹脂層2と平坦化用の第2の樹脂層3から構成される。回折格子8は、第1の樹脂層2と第2の樹脂層3の界面に形成される。ガラス基板1は、半径30mmの平円板ガラスである。格子成形用の第1の樹脂層2は、無色透明な光硬化性のフッ素系エポキシ樹脂からなり、光軸上の膜厚は200μmである。平坦化用の第2の樹脂層3は、無色透明な光硬化性の硫黄含有アクリル樹脂からなり、光軸上の膜厚は250μmである。
(Example 1)
The diffractive optical element of this embodiment will be described with reference to FIG.
The diffractive optical element of this embodiment is axisymmetric with respect to the optical axis and is composed of a
第1の樹脂層2の変曲点7は、同一成形面内で半径28mmの光学有効径外に位置する。第2の樹脂層3の変曲点7は、同一成形面内で半径26mmの光学有効径外に位置する。本実施例の回折光学素子の光学有効径は、半径25.5mmである。
The
第1の樹脂層2の変曲点7から径外周方向の半径29mmの位置まで第1の樹脂層2の膜厚が連続して薄くなるテーパ部4を備えている。さらに、第2の樹脂層3の変曲点7から径外周方向の半径27mmの位置まで第2の樹脂層3の膜厚が連続して薄くなるテーパ部4を備えている。第1の樹脂層2と第2の樹脂層3の各テーパ部4の表面は、鏡面である。
A tapered
第1の樹脂層2のテーパ部4の終端には、膜厚10μmの終端部5を備えている。さらに、第2の樹脂層3のテーパ部4の終端には、膜厚20μmの終端部5を備えている。第1の樹脂層2と第2の樹脂層3のテーパ部4の断面形状は、変曲点7から終端部5まで直線となる。第1の樹脂層2の終端部5の断面形状、および第1の樹脂層2に接する第2の樹脂層3の終端部5の断面形状は、光軸方向へへこんだ凹形状となる。
A
本実施例の回折光学素子の製造方法を、図2を参照して順に説明する。
先ず、ガラス基板1の格子成形用の第1の樹脂層2を成形する面に、フッ素系エポキシ樹脂との密着を強くするためのシランカップリング処理を施す。
The manufacturing method of the diffractive optical element of this embodiment will be described in order with reference to FIG.
First, the surface of the
次に、金型9上に、ガラス基板1を、そのシランカップリング処理面を金型9側に向けて配置し、金型9上の中央付近に不図示のディスペンサーによって、フッ素系エポキシ樹脂2aを600mg滴下する(図2(a))。若しくは、フッ素系エポキシ樹脂をガラス基板1のシランカップリング処理面の中央付近に滴下しても良い。
Next, the
次に、ガラス基板1を金型9に対して10kgfで10秒間押圧して、ガラス基板1と金型9の間に、フッ素系エポキシ樹脂2aを押し広げ充填する(図2(b))。この時、フッ素系エポキシ樹脂2aのガラス基板1と金型9の間における光軸に沿った膜厚は200μmまで押し広げられ、且つフッ素系エポキシ樹脂2aの広がりは金型9の外周部のテーパ形状部まで到達しており、テーパ部4の終端部5の膜厚は10μmとなる。ここで、フッ素系エポキシ樹脂2aをガラス基板1と金型9の間で同心円状に充填するため、ガラス基板1または金型9を光軸周りに回転させる工程を追加しても良い。
Next, the
次に、不図示の紫外線照射ランプを用いてフッ素系エポキシ樹脂2aを光硬化する。フッ素系エポキシ樹脂2aに対して、光強度10mW/cm2の紫外光を、ガラス基板1を通して10分間照射した。
Next, the
次に、ガラス基板1と一体になった格子成形用の第1の樹脂層2を離型する(図2(c))。これにより、格子成形用の第1の樹脂層2には、金型9によって回折格子8とテーパ部4が転写され、テーパ部4の終端には終端部5が形成される。
Next, the
次に、金型10上に、ガラス基板1を、第1の樹脂層2を金型10側に向けて配置し、次いで、金型10上の中央付近に不図示のディスペンサーによって、硫黄含有アクリル樹脂3aを750mg滴下する(図2(d))。若しくは、硫黄含有アクリル樹脂をガラス基板1上の第1の樹脂層2の中央付近に滴下しても良い。
Next, the
次に、ガラス基板1を金型10に対して10kgfで15秒間押圧して、ガラス基板1上の第1の樹脂層2と金型10の間に、硫黄含有アクリル樹脂3aを押し広げ充填する(図2(e))。この時、硫黄含有アクリル樹脂3aの第1の樹脂層2と金型10の間における光軸に沿った膜厚は250μmまで押し広げられ、且つ硫黄含有アクリル樹脂3aの広がりは金型10の外周部のテーパ形状部まで到達しており、テーパ部4の終端部5の膜厚は20μmとなる。ここで、硫黄含有アクリル樹脂3aを第1の樹脂層2と金型10の間で同心円状に充填するため、ガラス基板1または金型10を光軸周りに回転させる工程を追加しても良い。
Next, the
次に、不図示の紫外線照射ランプを用いて硫黄含有アクリル樹脂3aを光硬化する。硫黄含有アクリル樹脂3aに対して、光強度20mW/cm2の紫外光を、ガラス基板1と第1の樹脂層2を通して15分間照射した。
Next, the sulfur-containing
最後に、ガラス基板1および第1の樹脂層2と一体になった第2の樹脂層3を離型する(図2(f))。これにより、平坦化用の第2の樹脂層3には、金型10によって平坦面とテーパ部4が転写され、テーパ部4の終端には終端部5が形成される。
Finally, the
本実施例の回折光学素子は、光学有効径外の外周に、鏡面を有するテーパ部4と終端部5を備えているので、本発明の解決課題である不規則な散乱光である輝線の発生を低減することができる。かかる低減作用を奏する理由について以下説明する。
Since the diffractive optical element of the present embodiment is provided with a tapered
回折光学素子の周囲からテーパ部4に入射する光は、入射光の角度に対して一定の方向に反射屈折する。よって、テーパ部4から出射する光は、輝度の濃淡も無く且つ波状の曲折も無い真円状の規則性のある輝線として観察される。回折光学素子の周囲から終端部5に入射する光は、終端部5の凹形状によって散乱する。ただし、終端部5の凹形状が十分に小さいので、終端部5から散乱する光は十分に弱い。終端部5の凹形状は、第1の樹脂層2や第2の樹脂層3を構成する光学材料の硬化時の硬化収縮によって発生する。光学材料の硬化反応による体積の収縮が、硬化成形時に雰囲気と接する終端部5に集中するので、終端部5は体積の収縮分に比例して凹形状に変形する。一般的に、光学材料の硬化収縮率が大きいほど、終端部5はより大きく凹形状に変形する。また、終端部5の膜厚が厚いほど、終端部5はより大きく凹形状に変形する。本実施例の第1の樹脂層2を構成するフッ素系エポキシ樹脂の硬化収縮率は6%であり、終端部5の膜厚は10μmであるが、終端部5の凹形状の深さは3μmであった。本実施例の第2の樹脂層3を構成する硫黄含有アクリル樹脂の硬化収縮率は8%であり、終端部5の膜厚は20μmであるが、終端部5の凹形状の深さは8μmであった。
The light incident on the tapered
従来技術の回折光学素子においては、光学有効径外の外周にテーパ部が無く、終端部5の凹形状の大きさが異なるので、本発明の課題である不規則な散乱光である輝線の発生を低減することができない。
In the diffractive optical element of the prior art, since there is no tapered portion on the outer periphery outside the effective optical diameter and the size of the concave shape of the
図5は、従来技術の一例として挙げる回折光学素子の断面図である。図5に示される素子の形態と本発明に係る素子の形態とは、第1の樹脂層2と第2の樹脂層3の光学有効径外の外周形状が異なる。当該従来技術の素子には、本発明におけるテーパ部4に相当する部分が無いので、終端部5の膜厚は、本発明におけるテーパ部4を備えた終端部5の膜厚よりも大きくなる。さらに、終端部5の膜厚が厚いので、終端部5に形成される凹形状も大きくなる。第1の樹脂層2と第2の樹脂層3の硬化成形時に雰囲気と接する終端部5には硬化収縮が集中するので、終端部5の凹形状の面には不規則に複数の凹凸が発生する。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a diffractive optical element given as an example of the prior art. The form of the element shown in FIG. 5 and the form of the element according to the present invention are different from each other in the outer peripheral shapes of the
回折光学素子の周囲から終端部5に入射する光は、終端部5の凹形状によって散乱する。終端部5の凹形状が大きいので、終端部5から散乱する光は多くなる。さらに、終端部5の凹形状の面にある複数の凹凸によって、散乱光の強さに周方向の分布が生じるので、輝度に濃淡のある不規則な輝線が観察される。また、第1の樹脂層2と第2の樹脂層3の充填形状が光軸に対して真円状でなければ、終端部5は周方向に波状に曲折しながら回折光学素子の外周を一周するので、終端部5による輝線も同じく波状に観察される。本発明に係る素子の形態においては、終端部5が素子の周方向に波状に曲折していても終端部5が十分に小さいので、目に付く(目立つ)輝線を大幅に低減することができる。
The light incident on the
このように本実施例によれば、回折光学素子の外周で目に付く(目立つ)不規則な散乱光である輝線を、第1の樹脂層2と第2の樹脂層3のテーパ部4と終端部5によって低減できるので、外観に優れた回折光学素子を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the emission lines, which are irregular scattered light that is conspicuous (conspicuous) on the outer periphery of the diffractive optical element, are formed on the tapered
(比較例1)
比較例1は、第1の樹脂層2の終端部5の膜厚が実施例1と異なるだけで、その他の構成は同じである。比較例1の第1の樹脂層2の終端部5の膜厚は50μmであり、実施例1のそれよりも厚い。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the film thickness of the
比較例1の構成によれば、第1の樹脂層2の終端部5の膜厚が厚いので、終端部5からの散乱光がさらに多くなる。第1の樹脂層2の終端部5の膜厚が50μm以上になると、終端部5からの目に付く(目立つ)不規則な輝線が増えて回折光学素子の外観が大幅に悪化した。第1の樹脂層2の場合に限らず、第2の樹脂層3においても同様の現象を確認した。
According to the configuration of Comparative Example 1, since the film thickness of the
(比較例2)
比較例2は、第1の樹脂層2の終端部5の膜厚が実施例1と異なるだけで、その他の構成は同じである。比較例2の第1の樹脂層2の終端部5の膜厚は4μmであり、実施例1のそれよりも薄い。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the film thickness of the
比較例2の構成によれば、第1の樹脂層2の終端部5の膜厚が薄いので、第1の樹脂層2のテーパ部4や終端部5が精度良く成形できなくなる。具体的には、終端部5の膜厚を薄くするほどテーパ部4と終端部5の膜厚比が大きくなるので、テーパ部4や終端部5に硬化収縮によるヒケが発生して、当該部の形状が大きく不規則に変形する。
According to the configuration of Comparative Example 2, since the film thickness of the
よって、比較例2の構成によれば、テーパ部4や終端部5が所望の形状でないので、テーパ部4や終端部5からの不規則な散乱光がさらに多くなる。第1の樹脂層2の終端部5の膜厚が5μm未満になると、テーパ部4や終端部5からの目に付く(目立つ)不規則な輝線が増えて回折光学素子の外観が大幅に悪化した。第1の樹脂層2の場合に限らず、第2の樹脂層3においても同様の現象を確認した。
Therefore, according to the configuration of Comparative Example 2, since the tapered
(実施例2)
本実施例の回折光学素子を、図3を参照して説明する。
本実施例の回折光学素子は、光軸に対して軸対称で、ガラス基板1と格子成形用の第1の樹脂層2と平坦化用の第2の樹脂層3から構成される。回折格子8は、第1の樹脂層2と第2の樹脂層3の界面に形成される。ガラス基板1は、ガラス製で半径40mmのメニスカスレンズである。第1の樹脂層2は、無色透明な屈折率1.557の熱硬化性のエポキシ樹脂からなり、光軸上の膜厚は300μmである。また、第2の樹脂層3は、無色透明な屈折率1.528の光硬化性のフッ素系アクリル樹脂からなり、光軸上の膜厚は100μmである。
(Example 2)
The diffractive optical element of this embodiment will be described with reference to FIG.
The diffractive optical element of this embodiment is axisymmetric with respect to the optical axis and is composed of a
第1の樹脂層2の変曲点7は、同一成形面内で半径37.4mmの光学有効径外に位置する。第2の樹脂層3の変曲点7は、同一成形面内で半径37.5mmの光学有効径外に位置する。本実施例の回折光学素子の光学有効径は、半径36.5mmである。
The
第1の樹脂層2の変曲点7から径外周方向の半径38mmの位置まで第1の樹脂層2の膜厚が連続して薄くなるテーパ部4を備える。第2の樹脂層3の変曲点7から径外周方向の半径39mmの位置まで第2の樹脂層3の膜厚が連続して薄くなるテーパ部4を備える。第1の樹脂層2と第2の樹脂層3のテーパ部4の表面は、鏡面である。
A tapered
第1の樹脂層2のテーパ部4の終端には、膜厚5μmの終端部5を備える。第2の樹脂層3のテーパ部4の終端には、膜厚45μmの終端部5を備える。第1の樹脂層2と第2の樹脂層3のテーパ部4の断面形状は、変曲点7から終端部5まで曲線となる。第1の樹脂層2の終端部5の断面形状、および第1の樹脂層2に接する第2の樹脂層3の終端部5の断面形状は、光軸方向へへこんだ凹形状となる。
A
本実施例の回折光学素子の製造方法を、図2を参照して順に説明する。
先ず、ガラス基板1の格子成形用の第1の樹脂層2を成形する凹面に、エポキシ樹脂との密着を強くするためのシランカップリング処理を施す。
次に、金型9上に、ガラス基板1をシランカップリング処理面を金型9側に向けて配置する。
The manufacturing method of the diffractive optical element of this embodiment will be described in order with reference to FIG.
First, the concave surface of the
Next, the
次に、金型9上の中央付近に不図示のディスペンサーによって、エポキシ樹脂2aを900mg滴下する(図2(a))。若しくは、エポキシ樹脂2aをガラス基板1のシランカップリング処理面の中央付近に滴下しても良い。
Next, 900 mg of
次に、ガラス基板1を毎秒20μmの速度で金型9に接近させて、ガラス基板1と金型9の間に、エポキシ樹脂2aを押し広げ充填する(図2(b))。この時、エポキシ樹脂2aのガラス基板1と金型9の間における光軸に沿った膜厚は300μmまで押し広げられ、且つエポキシ樹脂2aの広がりは金型9の外周部のテーパ形状部まで到達しており、テーパ部4の終端部5の膜厚は5μmとなる。ここで、エポキシ樹脂2aをガラス基板1と金型9の間で同心円状に充填するため、ガラス基板1または金型9を光軸周りに回転させる工程を追加しても良い。
Next, the
次に、不図示の加熱源を用いて、エポキシ樹脂を80℃で30分加熱することで、エポキシ樹脂を熱硬化させる。
次に、ガラス基板1と一体になった第1の樹脂層2を離型する(図2(c))。第1の樹脂層2には、金型9によって回折格子8とテーパ部4が転写され、テーパ部4の終端には終端部5が形成される。
Next, the epoxy resin is thermoset by heating the epoxy resin at 80 ° C. for 30 minutes using a heating source (not shown).
Next, the
次に、金型10上に、ガラス基板1を第1の樹脂層2を金型10側に向けて配置する。
次に、金型10上の中央付近に不図示のディスペンサーによって、フッ素系アクリル樹脂3aを300mg滴下する(図2(d))。若しくは、フッ素系アクリル樹脂3aをガラス基板1上の第1の樹脂層2の中央付近に滴下しても良い。
Next, the
Next, 300 mg of the
次に、ガラス基板1を毎秒10μmの速度で金型10に接近させて、ガラス基板1上の第1の樹脂層2と金型10の間に、フッ素系アクリル樹脂3aを押し広げ充填する(図2(e))。この時、フッ素系アクリル樹脂3aの第1の樹脂層2と金型10の間の光軸に沿った膜厚は100μmまで押し広げられ、且つ第1の樹脂層2は第2の樹脂層3に覆われる。フッ素系アクリル樹脂の広がりは金型10の外周部のテーパ形状部まで到達しており、テーパ部4の終端部5の膜厚は45μmとなる。ここで、フッ素系アクリル樹脂を第1の樹脂層2と金型10の間で同心円状に充填するため、ガラス基板1または金型10を光軸周りに回転させる工程を追加しても良い。
Next, the
次に、不図示の紫外線照射ランプを用いてフッ素系アクリル樹脂を光硬化する。フッ素系アクリル樹脂に対して、光強度30mW/cm2の紫外光を、ガラス基板1と第1の樹脂層2を通して10分間照射した。
Next, the fluoroacrylic resin is photocured using an ultraviolet irradiation lamp (not shown). The fluoroacrylic resin was irradiated with ultraviolet light having a light intensity of 30 mW / cm 2 for 10 minutes through the
最後に、ガラス基板1および第1の樹脂層2と一体になった第2の樹脂層3を離型する(図2(f))。第2の樹脂層3には、金型10によって平坦面とテーパ部4が転写され、テーパ部4の終端には終端部5が形成される。
Finally, the
本実施例の回折光学素子は、光学有効径外の外周に、鏡面を有するテーパ部4と終端部5を備え、加えて第2の樹脂層3が第1の樹脂層2を覆っているので、本発明の課題である不規則な散乱光である輝線の発生をさらに低減することができる。
Since the diffractive optical element of this embodiment is provided with a tapered
本実施例における第2の樹脂層3のテーパ部4と終端部5が不規則な散乱光である輝線を低減する作用については、実施例1で説明した内容と同じであるので省略する。本実施例では加えて、第2の樹脂層3が第1の樹脂層2を覆っているので、第1の樹脂層2のテーパ部4や終端部5における第2の樹脂層3と第1の樹脂層2からなる界面の屈折率差が小さくなる。具体的には、第1の樹脂層2と空気からなる界面の屈折率差が1.557であるのに対して、本実施例の第1の樹脂層2と第2の樹脂層3からなる界面の屈折率差は0.029となる。これにより、本実施例の回折光学素子の外周への入射光に対して、第1の樹脂層2のテーパ部4や終端部5からの反射光や散乱光を低減できるので、当該部からの輝線の発生をさらに低減することができる。第1の樹脂層2と第2の樹脂層3の屈折率差が小さいほど、第1の樹脂層2のテーパ部4や終端部5からの輝線を低減できる。
The action of the tapered
本実施例においては、テーパ部4の変曲点7から終端部5までの断面形状を連続した曲線としたが、不連続な段差形状でも同様の効果を得ることができる。
In this embodiment, the cross-sectional shape of the tapered
このように本実施例によれば、回折光学素子の外周で目に付く(目立つ)不規則な散乱光である輝線を、第1の樹脂層2と第2の樹脂層3のテーパ部4と終端部5によってさらに低減できるので、より外観に優れた回折光学素子を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the emission lines, which are irregular scattered light that is conspicuous (conspicuous) on the outer periphery of the diffractive optical element, are formed on the tapered
(実施例3)
本実施例の回折光学素子の構成は、終端部5に接する遮光層とテーパ部4の表面粗さが実施例1の表面粗さと異なるだけで、その他の構成は同じである。
(Example 3)
The configuration of the diffractive optical element of this embodiment is the same as the other configurations except that the surface roughness of the light-shielding layer in contact with the
本実施例の回折光学素子の外周部の断面構造を、図4を参照して説明する。遮光層11は黒色の光硬化性のエポキシ材料からなり、終端部5とテーパ部4の少なくとも一部を覆っている。終端部5の成形面6側の端点12における遮光層11の最小の膜厚は、5μmである。テーパ部4の表面粗さは、Raで10μmである。
The cross-sectional structure of the outer peripheral portion of the diffractive optical element of this embodiment will be described with reference to FIG. The light-
本実施例の回折光学素子の製造方法は、終端部5に接する遮光層11の形成工程を実施例1に追加しただけで、その他の構成は同じである。
The method for manufacturing the diffractive optical element of this embodiment is the same except that the step of forming the light-
本実施例における遮光層11は、黒色の光硬化性のエポキシ材料をテーパ部4や端点12を含む終端部5に塗布して、紫外線を照射することで形成される。遮光層11を終端部5の成形面6側の端点12上に形成することは難しいが、本実施例では、エポキシ材料の端点12への塗布直後にエポキシ材料を光硬化させることでこれを実現した。端点12を含む終端部5へエポキシ材料を塗布したまま放置すると、エポキシ材料の表面張力や粘性の影響で、端点12上のエポキシ材料は終端部5の凹部へ移動するので、結果として端点12上に所望の遮光層11を形成することができない。遮光層11の形成装置には、3Dプリンターを用いても良い。
The light-
また、本実施例の表面粗さを有するテーパ部4を成形するには、金型のテーパ部4の転写面に同じ表面粗さの形状を形成しておく必要がある。本実施例のテーパ部4を有する金型は、切削加工で製作した。
Further, in order to form the tapered
本実施例の回折光学素子は、光学有効径外の外周に、表面粗さを有するテーパ部4と終端部5を備え、加えてテーパ部4や終端部5が遮光層11に覆われているので、本発明の課題である不規則な散乱光である輝線の発生をさらに低減することができる。
The diffractive optical element of this embodiment is provided with a tapered
本実施例におけるテーパ部4と終端部5が不規則な輝線を低減する作用については、実施例1で説明した内容と同じであるので省略する。本実施例では、加えて、遮光層11がテーパ部4や終端部5を覆っているので、当該テーパ部4や終端部5からの一部散乱光や透過光を遮光層11によって吸収することができる。さらに、テーパ部4の表面を粗面とすることで、当該テーパ部4からの反射光を低減することができる。
The action of the tapered
このように本実施例によれば、回折光学素子の外周で目に付く(目立つ)不規則な散乱光である輝線を、第1の樹脂層2と第2の樹脂層3の遮光層11を備えるテーパ部4と終端部5によってさらに低減できるので、外観に優れた回折光学素子を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the emission lines, which are irregular scattered light that is conspicuous (conspicuous) on the outer periphery of the diffractive optical element, are transmitted to the light-
(実施例4)
本実施例の回折光学素子の構成は、テーパ部4の形状が実施例1と異なるだけで、その他の構成は同じである。本実施例の回折光学素子の外周部の断面構造を、図7を参照して説明する。テーパ部4は、径外周方向に向けて膜厚が薄くなるテーパ形状を有し、表面に不連続な凹凸形状を備える。当該凹凸形状は、幅20μm深さ5μmのラインアンドスペース構造である。
(Example 4)
The configuration of the diffractive optical element of this embodiment is the same except that the shape of the tapered
本実施例の回折光学素子の製造方法は、第1の樹脂層2と第2の樹脂層3の成形工程において、不連続な凹凸形状をテーパ部に備えた金型を用いただけで、その他の構成は実施例1に同じである。本実施例の不連続な凹凸形状を有するテーパ部4を成形するには、金型のテーパ部4の転写面に同構造の反転形状を形成しておく必要がある。本実施例のテーパ部4を有する金型は、切削加工やエッチング加工で製作した。
In the method for manufacturing the diffractive optical element of the present embodiment, in the molding process of the
本実施例の回折光学素子は、光学有効径外の外周に、不連続な凹凸形状を有するテーパ部4と終端部5を備えているので、本発明の課題である不規則な散乱光である輝線の発生をより低減することができる。
Since the diffractive optical element of the present embodiment is provided with a tapered
本実施例における終端部5が不規則な輝線を低減する作用については、実施例1で説明した内容と同じであるので省略する。本実施例では、加えて、テーパ部4の表面を不連続な凹凸形状とすることで、当該テーパ部4へ入射する光を複数方向へ規則的に反射または回折させることができる。本実施例では、当該凹凸形状を幅20μm、深さ5μmのラインアンドスペース構造としたが、同様の効果を得られる形状であれば、この構造に限らない。
The action of the
このように本実施例によれば、回折光学素子の外周で目に付く(目立つ)不規則な散乱光である輝線を、不連続な凹凸形状を備えるテーパ部4と終端部5によってより低減できるので、外観に優れた回折光学素子を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the emission lines, which are irregular scattered light that is noticeable (conspicuous) on the outer periphery of the diffractive optical element, can be further reduced by the tapered
なお、上述した各実施例において、基材としてガラス基板を用いているが、ガラス基板は無機ガラス基板に限られるものではなく、いわゆる有機ガラス基板(プラスチック基板)であってもよい。 Although a glass substrate is used as the base material in each of the above-described embodiments, the glass substrate is not limited to the inorganic glass substrate, and may be a so-called organic glass substrate (plastic substrate).
1 ガラス基板
2 第1の樹脂層
3 第2の樹脂層
4 テーパ部
5 終端部
6 成形面
7 変曲点
8 回折格子
9 金型
10 金型
11 遮光層
12 端点
1
Claims (9)
前記ガラス基板上に設けられ、格子を有する成形面を備える第1の樹脂層と、
前記第1の樹脂層上に設けられ、前記第1の樹脂層と接しない成形面を備える第2の樹脂層と、が順に積層され、
前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層との間に回折格子を有する回折光学素子であって、
前記第1の樹脂層および前記第2の樹脂層の各々が、前記成形面の光軸を中心とした光学有効径外に位置する円の円周上に位置する変曲点から径外周に向かって厚みが薄くなるテーパ部と、前記テーパ部の終端に位置する終端部と、を備えており、
前記終端部の厚みが5μm以上50μm未満であり、
前記終端部が前記光軸の方向に凹んだ凹形状であることを特徴とする回折光学素子。 With a glass substrate
A first resin layer provided on the glass substrate and having a molding surface having a lattice,
A second resin layer provided on the first resin layer and having a molding surface not in contact with the first resin layer is laminated in order.
A diffraction optical element having a diffraction grating between the first resin layer and the second resin layer .
Each of the previous SL first resin layer and the second resin layer, the radial outer periphery of the inflexion point located on the circumference of a circle positioned at the optical effective diameter around the optical axis of the molding surface It is provided with a tapered portion that becomes thinner toward the end and a terminal portion located at the end of the tapered portion .
Ri thickness 50μm less der than 5μm of the terminal portion,
Diffractive optical element in which the terminal end is characterized concave der Rukoto recessed in the direction of the optical axis.
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