JP7204479B2 - 反射防止構造体付き光学素子、その製造方法、製造用金型の製造方法及び撮像装置 - Google Patents

Description

本件発明は、光学機器に用いる反射防止構造体付き光学素子、その製造方法、製造用金型の製造方法及び撮像装置に関する。

従来から、ガラス、プラスチック等の光透過性材料を用いた光学素子は、表面反射による透過光の損失を低減させるため、光入射面及び光出射面に反射防止膜を設ける等の表面処理が施されている。この反射防止膜は、光学素子を構成する基材より低屈折率の物質からなる単層膜、又は、低屈折率の物質と高屈折率の物質とが交互に積層した多層膜であり、蒸着法、スパッタリング法、塗装法等により形成されている。

このような反射防止膜は、反射防止効果を向上させるために、精密な膜厚の制御が必要で、製造においては高精度なプロセスが要求される場合があり、製造コストが上昇する要因となっている。また、反射防止膜は、各膜の表面及び界面で発生する反射光の干渉を利用して反射防止を行うため、波長依存性がある。このため、デジタルカメラやプロジェクター装置など広い波長帯域を用いる光学機器に対し、良好な反射防止効果を得ることは困難である。また、反射防止膜は、光の入射角度依存性を備えるため、レンズ等の曲率を持つ光学素子に対しては、光入射面及び光出射面の全体で良好な反射防止効果を得ることが困難である。

そこで、以上に述べた反射防止膜に代わる反射防止手段として、入射光の波長以下の大きさを持つ微細凹凸構造を光学素子表面に設ける方法が検討されてきた。この方法において、微細凹凸構造の突起形状として円錐や四角錐等の錐形状を採用すると、界面における急激な屈折率の変化を抑制でき、波長帯域特性や入射角度特性に優れた反射防止性能が期待できる。一方、レンズ等の曲率を持つ光学素子を製造する方法として、プレス成形法がある。このプレス成型法は、同じ形状の光学素子を大量、且つ、安価に生産可能な製造方法である。

上述の反射防止のための微細凹凸構造とプレス成型法とを組み合わせた反射防止構造体付き光学素子の製造方法として、以下のような先行技術が存在する。例えば、特許文献１には、赤外光に対し表面での反射を抑制した光学素子を得る方法として、プレス成型法を用いて、光学素子基材の表面に微細凹凸を形成するために、金型側に微細凹凸構造のレプリカ形状を備える成形型でカルコゲナイドガラスをプレス成形する方法が開示されている。

特開２０１０－７２４８４号公報

しかしながら、特許文献１に開示のプレス成型法は、成形の偏りを抑制するため、被成形物を金型の中心部に設置した状態からプレス成形を開始するものである。このような場合、プレスの開始時から金型と硝材原料とが接している金型の中心部（＝得られる光学素子の中心部に相当）でのプレス時間が長く、金型の外周側に向かうほどプレス時間が短くなるのが一般的である。従って、従来のプレス成型方法の場合、金型の場所による局所的なプレス成形時間の差が生じている。このような状況下で得られた反射防止構造体付き光学素子の中心部と外周部との間で、凹凸形状の突出距離（高さ）に差が生じ、中心部と外周部とで光の反射率に差が生じ、反射防止構造体が本来備える良好な入射角度特性を生かせないという問題があった。

以上のことから、本件出願は、プレス成形によって得られる反射防止構造体付き光学素子のレンズ面（＝有効光学面）が、良好な入射角度特性を備える反射防止構造体付き光学素子の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、鋭意研究を行った結果、以下に述べる光学素子、製造に用いる金型等に想到した。

Ａ．本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子
本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子は、レンズ面に反射防止構造体を備え、 反射防止構造体は複数の微細柱状突起からなり、当該微細柱状突起の底面径を前記レンズ面の接平面に表れる断面の径としたとき、光軸とレンズ面とが交差するレンズ中心に最も近い位置にある微細柱状突起を基準微細柱状突起とし、当該基準微細柱状突起の底面径を基準底面径ｄ_０とし、その他の任意の位置にある微細柱状突起の底面径ｄとしたとき、
当該ｄが０．７５ｄ_０≦ｄ≦１．２５ｄ_０の範囲に含まれることを特徴とする。

Ｂ．本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子の製造方法
本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子の製造方法は、上述の反射防止構造体付き光学素子の製造方法であって、以下の予備プレス工程及び本プレス工程を備えることを特徴とする。

予備プレス工程： 得ようとする反射防止構造体付き光学素子の概略形状を形成するため、滑らかなプレス成形面を備える第１予備成形用金型と第２予備成形用金型との間に原料硝材を配して、最終製品である反射防止構造体付き光学素子より肉厚な状態までプレス成形し、滑らかな表面を備える中間プレス体を得る。
本プレス工程： 第１本プレス成形用金型及び第２本プレス成形用金型の両金型のプレス成形面、又は、第１本プレス成形用金型及び第２本プレス成形用金型の片方のプレス成形面に、反射防止構造体を構成する微細柱状突起を形成するための凹部を備えたものを準備し、当該第１本プレス成形用金型と第２本プレス成形用金型との間に当該中間プレス体を配して所定の製品厚さとなるまでプレス成形し、レンズ面に微細柱状突起を形成して反射防止構造体付き光学素子を得る。

Ｃ．本件出願に係る撮像装置
本件出願に係る撮像装置は、上述の反射防止構造体付き光学素子を用いたことを特徴とする。

本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子は、そのレンズ面が備える反射防止構造体を構成する微細柱状突起（＝微細凹凸形状）の接平面における底面径のばらつきが少なく、微細柱状突起の光軸方向の突出距離のばらつきも小さくなる。その結果として、反射防止構造体付き光学素子の中心部と外周部との間で、光の反射率に差が小さくなり、反射防止構造体が本来備える良好な入射角度特性を発揮できるようになった。従って、本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子を用いた撮像装置は、高品質の撮像性能を発揮して、高品質の画像を得ることが可能となる。

また、本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子を得る方法としては、原料硝材を光学素子としての概略形状に成形する「予備プレス工程」と、微細柱状突起を形成し目的の反射防止構造体付き光学素子とする「本プレス工程」との２段階プレス法を採用する。この方法を採用することで、本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子を効率良く生産可能となる。

本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子の模式断面図である。 反射防止構造体を構成する微細柱状突起の底面径を説明するための概念模式図である。 微細柱状突起の突出距離を説明するための概念図である。 微細柱状突起同士の離間距離を説明するための微細柱状突起の上面から見たときの配列イメージを示した模式図である。 予備プレス工程を説明するためのイメージ図である。 本プレス工程を説明するためのイメージ図である。 中間プレス体と金型のレンズ領域形成面との光軸方向ギャップを説明するための模式図である。 実施例及び比較例に係る反射防止構造体付き光学素子の模式断面図である。

以下、本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子、反射防止構造体付き光学素子の製造方法、本件出願に係る撮像装置の形態に関して詳説する。

Ａ．反射防止構造体付き光学素子の形態
図１には両面のレンズ面に対し、反射防止構造体を備える形態を示している。本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子１は、レンズ面５，５’に反射防止構造体２ａ，２ｂを備え、反射防止構造体２ａ，２ｂは複数の微細柱状突起からなり、微細柱状突起の底面径をレンズ面５，５’の接平面に表れる断面の径としたとき、レンズ面５，５’の最も中心近くに位置する微細柱状突起を基準微細柱状突起とし、この底面径を基準底面径ｄ_０とし、その他の任意の位置にある微細柱状突起の底面径ｄとしたとき、０．７５ｄ_０≦ｄ≦１．２５ｄ_０の範囲にあるという条件を満たすことを特徴とする。

図１に模式図として示すように、本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子１は、レンズ面５，５’に反射防止構造体２ａ，２ｂを備えている。このときの反射防止構造体２ａ，２ｂは、複数の略光軸方向に峻立する微細柱状突起７からなっている。そして、図２にレンズ面５，５’上にある一つの微細柱状突起７を拡大して示したイメージ図を示している。この微細柱状突起４の底面径ｄは、レンズ面５，５’の接平面ＣＰに表れる断面の径を意味するものである。ここで、「接平面」とは、底面径の計測を行おうとする微細柱状突起４のレンズ面２との接続部の略中心部分に点接触する仮想平面のことである。そして、接平面が、この仮想平面が微細柱状突起７を切断した際に、接平面上に表れる微細柱状突起７の断面形状の外接円の直径を「底面径」と称している。

（１）微細柱状突起の底面径
図２に示すように、本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子１は、レンズ面の中心部を通る光軸とレンズ面とが交差する位置をレンズ中心と想定したとき、このレンズ中心に最も近い微細柱状突起を「基準微細柱状突起」と称し、この底面径を「基準底面径ｄ_０」と称している。この図２から理解できるように、基準底面径ｄ_０は、接平面が基準微細柱状突起を切断した部分の断面径のことである。一方、「基準微細柱状突起」以外の他の任意の位置にある微細柱状突起の底面径ｄは、微細柱状突起の接平面が基準微細柱状突起を切断した部分の断面径のことである。

そして、この「基準微細柱状突起」以外の他の任意の位置にある微細柱状突起の底面径ｄが０．７５ｄ_０≦ｄ≦１．２５ｄ_０の範囲に含まれることを特徴としている。このようにレンズ面に存在する微細柱状突起の底面径が、所定の範囲に収まることで、レンズ面の全域において、局所的な偏在性のない反射防止効果が得られ、後述する微細柱状突起の突出距離も安定化して、高品質の反射防止効果が得られるようになる。ここで、ｄが０．７５ｄ_０未満の場合には、波長帯域特性及び入射角度特性が低下するため良好な反射防止効果を得られなくなり好ましくない。一方、微細柱状突起の底面径ｄが１．２５λを超えると、反射防止効果が得られ難くなり好ましくない。以上に述べた底面径は、ガリウム（Ｇａ）イオン（イオン源：ガリウム液体金属ニードル型）を電界で加速したビームを細く絞った集束イオンビームを用いるＦＩＢ－ＳＩＭ装置（セイコーインスツル株式会社製のＳＭＩ－３２００）で、光学素子の側面からスパッタリングエッチングして、微細柱状突起の中心部を通るエッチング表面に出現する断面をＳＩＭ像（二次イオン像）として観察して測定した。なお、ＦＩＢを用いた断面調製条件は、高額素子の構成成分・形状等によって変動させているが「加速電圧：１０ｋＶ～３０ｋＶ、照射電流：２ｎＡから３ｎＡ、フィード：１ｎｍから１０ｎｍ（スライス面の間隔）」の範囲で行った。なお、後述する微細柱状突起の突出距離に関しても、ＦＩＢ－ＳＩＭ装置を用いて測定している。

そして、基準底面径ｄ_０は、使用平均波長をλとしたとき、０．２λ≦ｄ_０≦０．６λの範囲であることが好ましい。微細柱状突起の基準底面径ｄ_０が０．２λ未満の場合には、波長帯域特性及び入射角度特性が低下するため、良好な反射防止効果を得られなくなり好ましくない。一方、微細柱状突起の基準底面径ｄ_０が０．６λを超えると、微細柱状突起による反射防止効果が得られず好ましくない。また、入射した光の回折が撮像品質に大きく影響を与える光学装置の場合には、さらに０．５λ以下にすることで安定した反射防止効果を得ることが望ましい。

（２）微細柱状突起の突出距離
本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子の反射防止体を構成する微細柱状突起７は、基準微細柱状突起の光軸方向ＯＰの突出距離ｈ_０と、任意の位置の微細柱状突起の光軸方向の突出距離ｈとが、０．５５ｈ_０≦ｈ≦１．４５ｈ_０の関係を満たすことが好ましい。ここで、微細柱状突起の突出距離ｈとは、次のような概念を適用したものである。図３には、レンズ面に存在する微細柱状突起のイメージを示しており、突出距離ｈの説明を行うためのものである。よって、図３には反射防止構造体を構成する微細柱状突起を抽出して模式的に示している。そして、この図３の中には、光軸方向を表す光軸平行線Ｏｐ（＝光軸と捉えて良い。）を示している。接平面が微細柱状突起の底部で接触する点から微細柱状突起の先端側までの距離を「微細柱状突起の光軸に沿った突出距離ｈ」としている。ここで、「ｈ_０」は、上述の「基準微細柱状突起の光軸に沿った突出距離」のことであり、必ずしも光軸上に存在する必要は無い。

以上のように規定した微細柱状突起の突出距離ｈが０．５５ｈ_０≦ｈ≦１．４５ｈ_０の関係を満たすとは、基準微細柱状突起の突出距離ｈ_０を基準として、レンズ面上の何れの位置に形成された微細柱状突起の突出距離ｈ（＝高さ）がｈ_０±０．４５ｈ_０の範囲に収まっており、基準微細柱状突起の突出距離ｈ_０の半分以上の高さを備えていることを意味している。即ち、従来の反射防止構造体付き光学素子が備える微細柱状突起はｈ_０±０．６０ｈ_０程度の大きなバラツキを備えていた。これに対し、本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子の微細柱状突起は、レンズ面全体において高さバラツキが抑制されているため、同一レンズ面内における局所的な反射率のバラツキが削減できる。よって、入射角度特性に優れる反射防止性能を備えた光学素子を実現することができる。

以上に述べた突出距離ｈが０．５５ｈ_０≦ｈ≦１．４５ｈ_０の範囲に含まれる場合において、より効率良く反射率のバラツキの低減効果を得るには、下限値を０．６０ｈ_０、０．８０ｈ_０、０．９０ｈ_０と段階的に増加させることが好ましい。微細柱状突起の突出距離が高いほど、反射防止効果が高くなるためである。従って、本来であれば、特に上限を規定する必要はない。ところが、後述する金型を用いてプレス成形する方法で得られる射防止構造体付き光学素子の場合、その製造方法の中で得られる微細柱状突起の高さのバラツキを抑制するという観点から、上限値は１．４５ｈ_０であることが好ましい。そして、この上限値を１．３６ｈ_０、１．２５ｈ_０、１．１０ｈ_０と段階的に低く設定するにつれて、微細柱状突起の突出距離のバラツキが少なくなり好ましい。

そして、微細柱状突起の突出距離ｈは、０．２４λ≦ｈ（λは使用平均波長）の条件をを満たすことが好ましい。微細柱状突起の突出距離ｈが０．２４λ未満の場合には、微細柱状突起の高さが不足することで、十分な反射防止効果が得られなくなり、良好な反射防止効果を発揮する反射防止構造体付き光学素子が得られなくなるため好ましくない。

（３）微細柱状突起同士の離間距離
図４は、微細柱状突起同士の離間距離を説明するため、レンズ面５にある微細柱状突起７を上面から見たときの配列イメージを示した模式図である。本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子１の反射防止体を構成する微細柱状突起７は、図４（ａ）に示すようにレンズ面５の表面に一定の規則性をもって配列しても、図４（ｂ）に示すようにランダムに配置しても構わない。

しかしながら、この微細柱状突起は、使用平均波長の波長以下の間隔周期性を備えて配置することが好ましい。使用平均波長をλとした場合、反射防止構造体を構成する複数の微細柱状突起７は、図４に示すように、隣接する微細柱状突起同士の平均離間距離が０．１λ以上０．６λ以下の範囲にあることが好ましい。この配置間隔は、使用平均波長（λ）以下であれば一定の反射防止効果を得ることが可能であるが、λ／２以下であることが好ましい。微細柱状突起の配置間隔がλ／２を超えると、回折による有害光が発生しやすくなる傾向があるからである。配置間隔が０．２λ未満の場合には、反射防止構造体の微細柱状突起の存在密度が過剰に高くなり、反射防止構造体内で無用な回折光が増加するため、波長帯域特性及び入射角度特性に優れた反射防止効果を得られなくなるため好ましくない。一方、当該配置間隔が０．６λを超える場合には、反射防止構造体の微細柱状突起の存在密度が低くなりすぎて、十分な反射防止効果が得られなくなるため好ましくない。

図４（ａ）に示すように、微細柱状突起が周期性を備えて配列している場合、微細柱状突起の配置間隔（ｐ１からｐ６）は一定であり、配列ピッチＰと捉えることができる。そして、図４（ａ）に示す配列ピッチＰが０．２λ以上０．６λ以下の範囲にあると、安定した反射防止効果を発揮する傾向が高く好ましい。なお、配列ピッチＰを備える場合、微細柱状突起の配置間隔が一定であればよい。従って、隣接する３つの微細柱状突起が図４（ａ）に示すようなトライアングル配置であっても、隣接する４つの微細柱状突起がスクエア配置を採用しても構わない。

一方、図４（ｂ）に示すように、レンズ面にランダムに設けた微細柱状突起の場合、一つの測定対象とする微細柱状突起を無作為に抽出し、その外周に存在する隣接する複数の微細柱状突起までの各距離（ｐ１からｐ６）を測定し、その離間距離（「一次配置間隔」と称する。）を求める。これと同様に、同一レンズ面内の１０箇所以上の異なる箇所における一次配置間隔を測定し、測定した一次配置間隔の平均値を求めて微細柱状突起同士の平均離間距離とする。レンズ面にランダムに設けた微細柱状突起の場合、隣接する微細柱状突起同士の平均離間距離が０．１λ以上０．５λ以下の範囲にあると、安定した反射防止効果を発揮する傾向が高く好ましい。

そして、微細柱状突起７の配置間隔と底面径ｄとの関係は、［底面径］／［配置間隔］の値が１以下であり、０．８以上であることが望ましい。０．８以下の場合には、反射防止構造体の微細柱状突起７の存在密度が過剰に低下することになり、十分な反射防止効果が得られないため好ましくない。

なお、本発明に係る反射防止構造体の微細柱状突起７は、レンズ面５の接平面における断面を微細柱状突起７の底面としたときに、レンズ面５の中心部から縁端部にかけて存在する微細柱状突起７の底面径ｄ（底面積と捉えることもできる。）が所定の範囲に含まれるよう均一であればよい。底面の形状としては、円や楕円の他に、例えば多角形（三角形、四角形、六角形など）の形状を採用することもできる。

（４）微細柱状突起の構成材
本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子１は、後述する金型を用いたプレス成形によって製造されるものであり、ガラス、プラスチック等のガラス転移点を持つ素材の使用が可能である。そして、本件出願における微細柱状突起７は、光学素子硝材と同一の材質で構成されることが好ましい。本件出願にかかる反射防止構造体付き光学素子１は、金型を用いたプレス成型法で製造するものであるから、微細柱状突起７を含む反射防止構造体付き光学素子１を同一の素材とすることで、生産効率を高めることができ、レンズ面に対する微細柱状突起の密着性を高めることも容易だからである。

（５）環状板部
以上に述べた反射防止構造体付き光学素子１は、枠体に取り付けるときの組み付け性を容易とするための「環状板部４」を備えることが好ましい。この環状板部４は、レンズ面５，５’の外周全体を取り囲み、且つ、その外周先端は、プレス加工の際に、流動する光学素子硝材が形状規制を受けることなく形成されたものであるため、この先端を自由端面６と称している。

この環状板部４は、レンズ面径Ｄ（数値として表示する場合はＤｍｍと表示する。）を基準として、レンズ面５，５’の外周から自由端面６までの距離を「環状板部長さ」と称する。そして、この環状板部長さが０．５ｍｍ以上Ｄｍｍ以下であることが好ましい。物理的観点からみて、環状板部長さが０．５ｍｍ未満の場合には、枠体に対する組み付け性が改善できないため好ましくない。一方、環状板部長さがＤｍｍを超える場合には、レンズ面径Ｄに対して、環状板部長さが過剰となり、光学素子としての小型化が図れず、市場要求も無いため、単なる資源の無駄使いとなり好ましくない。

また、環状板部４は、レンズ厚さＴを基準としたとき、厚さが０．５ｍｍ以上０．８Ｔｍｍ以下であることが好ましい。環状板部４の厚さが０．５ｍｍ未満の場合、組み付け面としての要求強度が不足する場合があり好ましくない。一方、環状板部４の厚さが０．８Ｔｍｍを超える場合、過剰な強度を得る必要もなく、枠体への取り付け性も低下するため好ましくない。なお、ここでいう「レンズ厚さ」とは、図１に示すように反射防止構造体付き光学素子１の符号「Ｔ」で表した部位のことである。

（６）本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子の適用範囲
本件出願にいう反射防止構造体付き光学素子１は、後述するプレス成形によって形成できる平面、球面、非球面、自由曲面等のいかなるレンズ面形状を備えていても良い。また、反射防止構造体付き光学素子の外観形状としても特段の限定は無く、円形レンズ、矩形レンズ、三角レンズ等の任意のレンズ形状を採用することが可能である。

また、本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子の場合、光学素子の２つのレンズ面に対し反射防止構造体を備えるにあたり、「光学素子の２つのレンズ面のうち、少なくとも一面側が反射防止構造体を備える曲面である場合」、「光学素子の２つのレンズ面のうち、一面側が反射防止構造体を備える曲面で、他面側が反射防止構造体を備える平面である場合」、「光学素子の２つのレンズ面のうち、一面側が反射防止構造体を備える曲面で、他面側が反射防止構造体のない単純平面である場合」の３パターンを採用することが可能である。図１に示す片面が凸面、他面が凹面であるレンズも、上記パターン（レンズ面が、反射防止構造体を備える曲面である。）に含まれるものである。なお、本件出願において、単にレンズ面において「平面」と称する場合、「反射防止構造体を備える平面」又は「反射防止構造体を備えていない平面」のいずれかを意味しており、「反射防止構造体を備えていない平面」であることを明確化する必要性がある場合には「単純平面」と称している。

そして、図示を省略しているが、２面のレンズ面のうち、一面側のみが平面である形態を必要とする場合には、その平面に反射防止構造体が存在しても、しなくても良い。しかしながら、本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子の場合、一面側にあるレンズ面が曲面であることが必須であり、且つ、反射防止構造体を備えるものを対象とする。両面が平面のレンズ面の場合には、後述する製造方法を採用する意義が没却するからである。また、本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子において、光学素子の２つのレンズ面のうち、一面側が反射防止構造体を備える曲面で、他面側が単純平面である形態を採用することが好ましい。平面側にのみ反射防止構造体を設けても、波長帯域特性及び入射角度特性を改善する効果が低い傾向にあるからである。

Ｂ．本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子の製造方法
本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子の製造方法は、上述の反射防止構造体付き光学素子の製造方法であって、以下の予備プレス工程及び本プレス工程を備えることを特徴とする。このような２段階プレス法を採用することで、金型の微細構造部と原料硝材との間に生じるエア溜まりや、原料硝材の流動に伴う衝突跡を逃がすことで、これらの欠陥の発生を軽減しつつ光学有効面全体へ分散させる。その結果、光学素子の外観や光学性能の劣化を回避出来るようになる。本プレス工程では、成形対象の後述する中間プレス体と、金型のプレス面の曲率を近似させることが可能になる。その結果、光学素子の表面全体における金型との接触時間を一定にすることが可能となり、微細柱状突起の底面径及び突出高さを略同一にすることが可能となり、高い反射防止効果を備える光学素子の安定的な生産が可能となる。以下、図面を参照しつつ、工程毎に説明する。

予備プレス工程： この予備プレス工程は、得ようとする反射防止構造体付き光学素子の概略形状を形成するためのものである。このときの概略形状とは、反射防止構造体を構成する微細柱状突起が未形成の段階にあるものである。そのため、第１予備成形用金型１０と第２予備成形用金型２０との両予備プレス用金型は、滑らかなレンズ面を得るため、レンズ面型１０ａとして「平滑で滑らかなプレス成形面」を備えるものを用いる。

この図５（Ａ）に示した第１予備成形用金型１０は、レンズ面型１０ａ、外径規制型１０ｂ、収容型１０ｃで構成されたものを示している。ここで、レンズ面型１０ａの原料硝材と接する面が第１レンズ領域予備形成面１１、光学素子の外周壁面３を予備的な形態にするための第１外径規制壁面１２、光学素子の環状板部４を予備的な形態にするための第１水平規制面１３である。そして、図５（Ａ）に示した第２予備成形用金型２０は、レンズ面型２０ａ、収容型２０ｃで構成されたものを示している。ここで、レンズ面型２０ａの原料硝材と接する面が第２レンズ領域予備形成面１１’、光学素子の環状板部４を予備的な形態にするための第２水平規制面１３’である。

図５（Ａ）に示すように、第１予備成形用金型１０と第２予備成形用金型２０との間に原料硝材４０を配し、原料硝材をガラス転移点以上の温度に加熱し軟化させる。そして、図５（Ｂ）に示すように、第１予備成形用金型１０と第２予備成形用金型２０とが接触しない状態までプレス成形し、「中間プレス体６０」を得る。この中間プレス体６０は、最終製品である反射防止構造体付き光学素子１より肉厚で、且つ、滑らかな表面を備える。また、このときの加熱条件、プレス圧力等は、原料硝材５０の種類により適宜定められる。更に、図５に示すように、第１予備成形用金型１０と第２予備成形用金型２０とが接触しないように、プレス板１５で加圧し成形したときに、第１予備成形用金型１０と第２予備成形用金型２０との間に位置決めスリーブ１４を介して、第１予備成形用金型１０と第２予備成形用金型２０との適正な離間距離を確保することが好ましい。

以上に述べた第１予備成形用金型１０と第２予備成形用金型２０とは、一体化した金型でも、複数にブロック化した金型であっても構わない。図５に示す第１予備成形用金型と第２予備成形用金型は、複数にブロック化したものを示している。なお、図５には、プレス成形のイメージが理解できるように、プレス板も示している。

この第１予備成形用金型１０及び第２予備成形用金型２０を構成する材質は、タングステンカーバイドを代表とする超硬合金、サーメット、炭化ケイ素、その他セラミックス、耐熱系金属などであることが好ましい。また、第１予備成形用金型１０及び第２予備成形用金型２０の材質を検討する場合、より線膨張係数が小さい材質を使用することが、より好ましい。これにより、室温で型を組み立てる際には、両者のクリアランスを確保し、プレス成形温度帯ではクリアランスが狭まり、成形品にバリが発生し難くなるからである。また、第１予備成形用金型１０及び第２予備成形用金型２０の厚さは、機械的強度を考慮し、最低３ｍｍであることが好ましい。

本プレス工程： この本プレス工程で使用する金型は、そのプレス成形面に「反射防止構造体を構成する微細柱状突起」を形成するための凹部を備えたものである。具体的には、「第１本プレス成形用金型及び第２本プレス成形用金型の両金型のプレス成形面に反射防止構造体を構成する微細柱状突起を形成するための凹部を備えたもの」、又は、「第１本プレス成形用金型及び第２本プレス成形用金型の片方のプレス成形面に、反射防止構造体を構成する微細柱状突起を形成するための凹部を備えたもの」を準備する。そして、当該第１本プレス成形用金型３０と第２本プレス成形用金型４０との間に「中間プレス体６０」を配し、所定の製品厚さとなるまでプレス成形し、レンズ面に微細柱状突起７を形成して反射防止構造体付き光学素子１を得る。

本プレス工程で用いる第１本プレス成形用金型３０及び／又は第２本プレス成形用金型４０との内面形状は、中間プレス体６０の外周形状に近い形状を備えている。このとき、第１本プレス成形用金型と第２本プレス成形用金型との間に中間プレス体６０を挟み込んだ場合において、図７から理解できるように、中間プレス体６０を微細柱状突起形成用レンズ面型３０ａ，４０ａに載置した断面において、微細柱状突起を形成するためのプレス面高さから中間プレス体６０に向けて水平に延ばした点を基準として、中間プレス体６０と金型のレンズ領域形成面との光軸方向の距離を「光軸方向ギャップＳ」とする。この光軸方向ギャップＳは、使用平均波長をλとした場合、λ＋１．６ｍｍ≧Ｓの関係を満たす事が好ましい。この光軸方向ギャップＳが、この範囲にあると本プレスの際に、レンズ面中心部と外縁部とのプレス成形時間差も小さくなり、形成する微小柱状突起のサイズも均一化することが容易となるからである。

本プレス工程では、図６（Ｃ）に示すように、第１本プレス成形用金型３０の第１レンズ領域形成面（粗面形成面）３１と、第２本プレス成形用金型４０の第２レンズ領域形成面（粗面形成面）３１’との間に「中間プレス体６０」を載置して、ガラス転移点以上の温度に加熱し軟化させる。そして、図６（Ｄ）に示すように、本プレス成形を行う。この本プレス成形では、第１本プレス成形用金型３０と第２本プレス成形用金型４０との外周部にある対向面（図６の場合には、第１水平規制面３３と第２水平規制面３３’である。）が、０．５ｍｍ以上０．８Ｔｍｍ以下（Ｔ≧１）離間した状態となるまで加圧し、プレス状態を維持して反射防止構造体付き光学素子１を得ることが好ましい。その結果、軟化した原料硝材が、第１本プレス成形用金型３０と第２本プレス成形用金型４０との外周にある第１水平規制面３３と第２水平規制面３３’との隙間に侵入し、得られた反射防止構造体付き光学素子１のレンズ面の外周全体に、先端に自由端面６を備える環状板部４が形成できる。

Ｃ．本件出願に係る撮像装置の形態
本件出願に係る撮像装置は、上述の反射防止構造体付き光学素子を用いたことを特徴とする。ここでいう撮像装置に関して、特段の限定はない。反射防止効果を必要とするデジタルカメラ、ビデオカメラ等のあらゆる撮像装置に好適である。

この実施例１では、図８（Ａ）に断面図として示した反射防止構造体付き光学素子１を製造した。よって、反射防止構造体付き光学素子１は、一面側にのみ反射防止構造体を備える両凹レンズであり、反射防止構造体２ｂ、外周壁面３、環状板部４、レンズ面５，５’、自由端面６、微細柱状突起７を備えている。そして、この反射防止構造体付き光学素子１を製造するにあたり、図５及び図６に示すと同様の２段階のプレス工程（予備プレス工程と本プレス工程）を採用している。

予備プレス工程： 図８（Ａ）に断面図として示した反射防止構造体付き光学素子１の概略形状を形成するため、図５に示すように、レンズ面型１０ａとして「平滑で滑らかなプレス成形面」を備える第１予備成形用金型１０及び第２予備成形用金型２０の間に原料硝材（ガラス転異点２８８℃の硝種Ｋ－ＰＧ３２５）を挟み込み、中心肉厚約２．８ｍｍの状態までプレスを行って、中間プレス体６０を得た。

本プレス工程： 図７に示す第１本プレス成形用金型３０と第２本プレス成形用金型４０との間に中間プレス体６０を配し、中心肉厚１．３ｍｍになるようにプレス成形した。その結果、レンズ面径が約１４．１ｍｍ、Ｓａｇが約２．５ｍｍの反射防止構造体付き光学素子１を得た。なお、第２本プレス成形用金型４０の微細柱状突起形成用レンズ面型４０ａは配列ピッチが３５０ｎｍ、底面径が３１０ｎｍの微細柱状穴加工を施した。一方、第１本プレス成形用金型３０の微細柱状突起形成用レンズ面型４０ａには、微細穴加工を行わず滑らかな表面とした。

この実施例１の反射防止構造体付き光学素子１の微細柱状突起の配列ピッチは３５０ｎｍである。そして、基準微細柱状突起の基準底面径ｄ_０が３１０ｎｍ、レンズ面の外周部の微細柱状突起の基準底面径ｄが ３００ｎｍであった。そして、基準微細柱状突起の基準突出距離ｈ_０が３６５ｎｍ、レンズ面の外周部の突出距離が３６０ｎｍであった。さらに、大塚電子株式会社製の反射分光膜厚計（ＦＥ－３０００）を用いて、使用平均波長９０５ｎｍのときの反射率を測定した結果、基準微細柱状突起付近の反射率が０．９５％、レンズ面の外周部の反射率が０．９３％であり、得られた反射防止構造体付き光学素子１のレンズ面全体において反射率が低く、バラツキも抑制されていることが分かる。

この実施例２では、図８（Ｂ）に断面図として示した反射防止構造体付き光学素子１を製造した。よって、反射防止構造体付き光学素子１は、一面側にのみ反射防止構造体を備える両凸レンズであり、反射防止構造体２ａ、外周壁面３、環状板部４、レンズ面５，５’、自由端面６、微細柱状突起７を備えている。そして、この反射防止構造体付き光学素子１を製造するにあたり、図５及び図６に示すと同様の２段階のプレス工程（予備プレス工程と本プレス工程）を採用している。

予備プレス工程： 図８（Ａ）に断面図として示した反射防止構造体付き光学素子１の概略形状を形成するため、図５に示すように、レンズ面型１０ａとして「平滑で滑らかなプレス成形面」を備える第１予備成形用金型１０及び第２予備成形用金型２０の間に原料硝材（ガラス転異点１８０℃のカルコゲナイドガラスＩＲＧ２０６）を挟み込み、中心肉厚約２．８ｍｍの状態までプレスを行って、中間プレス体６０を得た。

本プレス工程： 図７に示す第１本プレス成形用金型３０と第２本プレス成形用金型４０との間に中間プレス体６０を配し、中心肉厚１．３ｍｍになるようにプレス成形した。その結果、レンズ面径が約１４．２ｍｍ、Ｓａｇが約２．５ｍｍの反射防止構造体付き光学素子１を得た。なお、第２本プレス成形用金型４０の微細柱状突起形成用レンズ面型４０ａは配列ピッチが３μｍ、底面径が２．５μｍの微細柱状穴加工を施した。一方、第１本プレス成形用金型３０の微細柱状突起形成用レンズ面型４０ｂには、微細穴加工を行わず滑らかな表面とした。

この実施例２の反射防止構造体付き光学素子１の微細柱状突起は、その基準微細柱状突起の基準底面径ｄ_０、及び、レンズ面の外周部の微細柱状突起の底面径ｄは、共に役２．５μｍであった。そして、基準微細柱状突起の基準突出距離ｈ_０が２．７μｍ、レンズ面の外周部の突出距離が２．８μｍであった。さらに、実施例１と同様に、使用平均波長８μｍ以上１２μｍ以下のときの反射率を測定した結果、基準微細柱状突起付近の反射率が０．３０％、レンズ面の外周部の反射率が０．２９％であり、得られた反射防止構造体付き光学素子１のレンズ面全体において反射率が低く、バラツキも抑制されていることが分かる。

比較例

比較例の反射防止構造体付き光学素子は、実施例１の予備プレス工程を省略し、本プレス工程のみで製造したものである。このようにして得られた反射防止構造体付き光学素子の、基準微細柱状突起の基準突出距離ｈ_０が３６５ｎｍ、レンズ面の外周部の突出距離が１６０ｎｍであった。また、実施例１と同様にして測定した反射率は、基準微細柱状突起付近の反射率が０．９５％、レンズ面の外周部の反射率が４．３０％であり、得られた反射防止構造体付き光学素子のレンズ面全体における反射率が高く、レンズ面内における局所的なバラツキが大きくなっていることが分かる。

本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子は、反射防止構造体を構成する微細柱状突起の底面径、突出距離のばらつきが小さく、反射防止構造体付き光学素子の中心部と外周部との間で、光の反射率に差が小さくなり、バラツキのない入射角度特性を発揮できる。そのため、本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子を用いた撮像装置は、高品質の撮像性能を発揮することが可能となる。また、本件出願に係る反射防止構造体付き光学素子を得る方法は、既存設備を使用できるものであり、新たな設備投資を要さない点で有用である。

１ 反射防止構造体付き光学素子
２ａ，２ｂ 反射防止構造体
３ 外周壁面
４ 環状板部
５，５’ レンズ面
６ 自由端面
７ 微細柱状突起
１０ 第１予備成形用金型
１０ａ レンズ面型
１０ｂ 外径規制型
１０ｃ 収容型
１１ 第１レンズ領域予備形成面
１１’ 第２レンズ領域予備形成面
１２ 第１外径規制壁面
１３ 第１水平規制面
１３’ 第２水平規制面
１４ 位置決めスリーブ
１５ プレス板
２０ 第２予備成形用金型
２０ａ レンズ面型
２０ｃ 収容型
３０ 第１本プレス用金型
３０ａ 微細柱状突起形成用レンズ面型
３０ｂ 外径規制型
３０ｃ 収容型
３１ 第１レンズ領域形成面（粗面形成面）
３１’ 第２レンズ領域形成面（粗面形成面）
３２ 第１外径規制壁面
３３ 第１水平規制面
３３’ 第２水平規制面
４０ 第２本プレス用金型
４０ａ 微細柱状突起形成用レンズ面型
５０ 原料硝材
６０ 中間プレス体
Ｔ レンズ厚さ
Ｄ，Ｄ’ レンズ面径
Ｏ_Ｐ 光軸方向
ＣＰ 接平面
ｈ_０，ｈ 突出高さ

Claims (11)

1. レンズ面に反射防止構造体を備える反射防止構造体付き光学素子であって、
   光学素子の２つのレンズ面のうち、少なくとも一面側が反射防止構造体を備える曲面であり、
   当該反射防止構造体は複数の微細柱状突起からなり、
   当該微細柱状突起の底面径を前記レンズ面の接平面に表れる断面の径としたとき、
   光軸とレンズ面とが交差するレンズ中心に最も近い位置にある微細柱状突起を基準微細柱状突起とし、当該基準微細柱状突起の底面径を基準底面径ｄ_０とし、当該基準微細柱状突起以外の任意の位置にある微細柱状突起の底面径を底面径ｄとしたとき、
   当該ｄが０．７５ｄ_０≦ｄ≦１．２５ｄ_０の範囲に含まれ、
   前記基準微細柱状突起の光軸方向の突出距離ｈ _０ と、前記任意の位置にある微細柱状突起の光軸方向の突出距離ｈとが、０．９０ｈ _０ ≦ｈ≦１．１０ｈ _０ の関係を満たし、
   前記レンズ面の外周全体を取り囲み、且つ、その外周先端が光学素子硝材が流動して形成した自由端面を備える環状板部を備え、
   前記環状板部は、前記光軸方向に垂直な２つの面が共に平面であることを特徴とする反射防止構造体付き光学素子。
2. 使用平均波長をλとしたとき、前記基準底面径ｄ_０が０．２λ≦ｄ_０≦０．６λである請求項１に記載の反射防止構造体付き光学素子。
3. 使用平均波長をλとした場合、前記任意の位置にある微細柱状突起の光軸方向の前記突出距離ｈが、０．２４λ≦ｈの条件を満たすものである請求項１又は請求項２に記載の反射防止構造体付き光学素子。
4. 使用平均波長をλとした場合、前記反射防止構造体を構成する複数の微細柱状突起において、
   隣接する微細柱状突起同士の平均離間距離が０．１λ以上０．５λ以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の反射防止構造体付き光学素子。
5. 使用平均波長をλとした場合、前記反射防止構造体を構成する複数の微細柱状突起において、
   当該微細柱状突起が周期性を備えて配列したものであり、その配列ピッチが０．２λ以上０．６λ以下の範囲にある請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の反射防止構造体付き光学素子。
6. 前記微細柱状突起は、ガラス転移点を有する光学素子基材と同一の材質を用いたものである請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の反射防止構造体付き光学素子。
7. 光学素子の２つのレンズ面のうち、前記一面側が反射防止構造体を備える曲面で、他面側が反射防止構造体を備える平面である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の反射防止構造体付き光学素子。
8. 光学素子の２つのレンズ面のうち、前記一面側が反射防止構造体を備える曲面で、他面側が反射防止構造体のない単純平面である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の反射防止構造体付き光学素子。
9. 前記請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の反射防止構造体付き光学素子の製造方法であって、
   以下の予備プレス工程及び本プレス工程を備えることを特徴とする反射防止構造体付き光学素子の製造方法。
   予備プレス工程： 得ようとする反射防止構造体付き光学素子の概略形状を形成するため、滑らかなプレス成形面を備える第１予備成形用金型と第２予備成形用金型との間に原料硝材を配して、最終製品である反射防止構造体付き光学素子より肉厚な状態までプレス成形し、滑らかな表面を備える中間プレス体を得る。
   本プレス工程： 第１本プレス成形用金型及び第２本プレス成形用金型の両金型のプレス成形面、又は、第１本プレス成形用金型及び第２本プレス成形用金型の片方のプレス成形面に、反射防止構造体を構成する微細柱状突起を形成するための凹部を備えたものを準備し、当該第１本プレス成形用金型と第２本プレス成形用金型との間に当該中間プレス体を配して所定の製品厚さとなるまでプレス成形し、レンズ面に微細柱状突起を形成して反射防止構造体付き光学素子を得る。
10. 前記第１本プレス成形用金型と前記第２本プレス成形用金型との内面形状は、前記中間プレス体の外周形状に略沿った形状を備えており、
    当該第１本プレス成形用金型と当該第２本プレス成形用金型との間に当該中間プレス体を挟み込んだとき、前記微細柱状突起を形成するための前記凹部を備えたものに当該中間プレス体を載置した断面において、前記微細柱状突起を形成するためのプレス面高さから当該中間プレス体に向けて水平に延ばした点を基準として、当該中間プレス体と前記微細柱状突起を形成するための前記凹部を備えたものにおけるレンズ領域形成面との光軸方向の距離を光軸方向ギャップＳとすると、当該光軸方向ギャップＳが、使用平均波長をλとした場合、λ＋１．６ｍｍ≧Ｓの関係を満たすものである請求項９に記載の反射防止構造体付き光学素子の製造方法。
11. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の反射防止構造体付き光学素子を用いたことを特徴とする撮像装置。

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