KR20130138127A

KR20130138127A - 아포다이저 제조 방법 및 광학 모듈

Info

Publication number: KR20130138127A
Application number: KR1020130064613A
Authority: KR
Inventors: 미노루 이노모토; 유사쿠 곤노; 나오타다 오카다; 다카유키 오가사하라; 가츠오 이와타
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2013-12-18
Also published as: US8953249B2; US20130329303A1; KR101493156B1; TW201403132A; JP2013254154A; TWI507730B; CN103487854A

Abstract

실시 형태에 따르면, 아포다이저의 제조 방법 및 광학 모듈이 제공된다. 아포다이저의 제조 방법에 있어서, 지지대의 상면에 형성된 평면에 흑색 수지가 소정 두께가 되도록 공급된다. 상기 흑색 수지의 상면으로부터 상기 지지대를 향해서 볼록 형상의 투명 지그가 가압된다. 상기 투명 지그측으로부터 상기 흑색 수지에 자외선이 조사된다. 상기 지그를 상기 흑색 수지로부터 이격시켜서 오목부가 형성된다. 상기 오목부 및 상기 흑색 수지의 상부에 상기 흑색 수지와 같은 굴절률을 갖는 자외선 경화성의 투명 수지가 공급된다. 상기 투명 수지의 상면으로부터 상기 지지대를 향해서 투명판이 가압된다. 상기 투명판의 상방으로부터 자외선을 조사해서 상기 투명 수지가 경화된다. 상기 지지대로부터 상기 흑색 수지가 이격된다.

Description

아포다이저 제조 방법 및 광학 모듈{MANUFACTURING METHOD OF APODIZER AND OPTICAL MODULE}

(관련 출원의 인용)

본 출원은, 2012년 6월 8일에 출원된 선행하는 일본 특허 출원 제2012-130955호에 의한 우선권의 이익에 기초를 두고, 또한, 그 이익을 구하고 있어, 그 내용 전체가 인용에 의해 여기에 포함된다.

본 발명의 실시 형태는, 광학 기기 등에 사용되는 아포다이저를 제조하는 아포다이저 제조 방법 및 이 아포다이저를 사용한 광학 모듈에 관한 것이다.

휴대 전화용 카메라에 내장된 광학 모듈은 박형화가 요구되고 있다. 또한, 최근에는 고화질화 요구에 따라 다화소화(多畵素化)가 진행되고, 화소 크기의 축소화에 따라 피사계 심도(深度)가 얕아진다. 이로 인해, 피사계 심도를 깊게 하기 위해서 광학 마스크가 사용되고 있다.

광학 마스크의 일종으로, 광학 모듈의 입사동(入射瞳)에 중심부의 투과율이 높고, 주변부로 갈수록 투과율이 저하되는 필터를 설치하여, 상(像)의 콘트라스트를 개선하는 아포다이제이션이라는 기술이 알려져 있다. 아포다이제이션에 의하면, 고차(高次)의 회절광을 적게 하여 저주파의 콘트라스트가 향상된다. 한편, 고주파의 콘트라스트는 낮아지므로, 상은 선명해지지만, 해상도는 저하된다. 이러한 아포다이제이션에 사용하는 광학 필터를 아포다이저라고 한다.

도 10은, 아포다이저의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 아포다이저 H는, 투명 부위 H1과 흑색 부위 H2를 조합해서 형성되어 있다.

이 구조에서는, 막 두께 분포에 의해 투과율을 제어한 아포다이저는 흑색 부위와 공기층의 계면에서 굴절이 발생하고, 피사계 심도가 깊어져도 해상도가 저하된다는 문제가 있다. 또한, 아포다이저의 광 투과 방향의 두께가 두꺼워지면 해상도가 저하한다는 문제가 있다.

또한, 아포다이저의 제조 방법으로서, 흡광성 유리를 사용한 평 오목 렌즈와 투명 유리를 사용한 평 볼록 렌즈를 접합하여, 광학 파워를 거의 제로로 한 아포다이저의 구조와, 이것을 광학계에 내장했을 때의 광학 특성이 알려져 있다. 또한, 광 흡수 재료를 원추 형상의 마스크 부재를 통해서 진공 증착함으로써 광학 중심으로부터 주변을 향해서 광학 농도가 증가하는 아포다이저를 제조하는 방법이 알려져 있다.

그러나, 흡광성 유리를 사용한 평 오목 렌즈와 투명 유리를 사용한 평 볼록 렌즈를 접합함으로써 작성되는 아포다이저에서는, 필터가 두껍기 때문에 결상 광학계의 소형 경량화가 곤란하다. 또한, 광 흡수 재료를 원추 형상의 마스크 부재를 통해서 진공 증착함으로써 작성되는 아포다이저에서는, 투과율 분포를 고정밀도로 제어하는 것이 곤란하거나, 필요한 광학 농도를 달성할 때까지의 증착 시간이 매우 길어지고, 제조 효율이 나빠서 비용이 든다는 문제가 있다.

본 발명의 실시 형태는, 상의 콘트라스트를 개선하는 아포다이저를 효율적이고, 또한 저비용으로 제조할 수 있고, 게다가 해상도를 유지할 수 있는 아포다이저의 제조 방법 및 광학 모듈을 제공한다.

일 실시 형태에 관한 아포다이저 제조 방법은, 지지대의 상면에 형성된 평면에 흑색 수지를 소정 두께로 공급하고, 상기 흑색 수지의 상면으로부터 상기 지지대를 향해서 볼록 형상의 투명 지그를 가압하며, 상기 투명 지그측으로부터 상기 흑색 수지에 자외선을 조사하고, 상기 지그를 상기 흑색 수지로부터 이격시켜서 오목부를 형성하고, 상기 오목부 및 상기 흑색 수지의 상부에 상기 흑색 수지와 같은 굴절률을 갖는 자외선 경화성의 투명 수지를 공급하고, 상기 투명 수지의 상면으로부터 상기 지지대를 향해서 투명판을 가압하고, 상기 투명판의 상방으로부터 자외선을 조사해서 상기 투명 수지를 경화시켜, 상기 지지대로부터 상기 흑색 수지를 이격시킨다.

일 실시 형태에 관한 광학 모듈은, 광 투과 방향을 따라 내경이 변화하는 오목부가 형성된 흑색 수지층과, 상기 오목부에 설치되고, 상기 흑색 수지층과 같은 굴절률을 갖는 자외선 경화성의 투명 수지층을 구비하고, 상기 흑색 수지층과 상기 투명 수지층의 상기 광 투과 방향에 따른 합계의 두께가 0.001 내지 0.10mm인 아포다이저와, 이 아포다이저의 상기 흑색 수지층측에 대향해서 설치된 입사측 렌즈와, 상기 아포다이저의 상기 투명 수지층측에 대향해서 설치된 출사측 렌즈를 구비하고 있다.

상술한 구성에 의하면, 상의 콘트라스트를 개선하는 아포다이저를 효율적이고, 또한 저비용으로 제조할 수 있고, 게다가 해상도를 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 광학 모듈을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 2는 상기 광학 모듈에 내장된 아포다이저를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 상기 아포다이저를 도시하는 평면도이다.
도 4a는 상기 아포다이저 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4b은 상기 아포다이저 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4c은 상기 아포다이저 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4d는 상기 아포다이저 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4e는 상기 아포다이저 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4f는 상기 아포다이저 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4g은 상기 아포다이저 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 상기 광학 모듈의 효과를 도시하는 설명도이다.
도 6은 상기 광학 모듈의 효과를 도시하는 설명도이다.
도 7은 상기 광학 모듈의 효과를 도시하는 설명도이다.
도 8은 상기 광학 모듈의 두께와 해상도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 광학 모듈을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 10은 일반적인 아포다이저의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다.

이하, 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 광학 모듈(10)을 모식적으로 도시하는 설명도, 도 2는 광학 모듈(10)에 내장된 아포다이저(20)를 모식적으로 도시하는 단면도, 도 3은 아포다이저(20)를 도시하는 평면도이다. 또한, 도 1, 2에 있어서 광의 투과 방향은 좌측에서 우측이다. 도 1 중, XYZ는 서로 직교하는 3 방향을 나타내고 있고, Z 방향은 광의 투과 방향을 나타내고 있다.

광학 모듈(10)은, 도 1 중 좌측으로부터 광학 렌즈(입사측 렌즈)(11)와, 아포다이저(20)와, 광학 렌즈(출사측 렌즈)(12)와, 광학 렌즈(13, 14, 15, 16)와, 촬상 소자(17)를 구비하고 있다. 광학 모듈(10)에서는, 입사된 상을 촬상 소자(17) 위에 결상시키는 기능을 갖고 있다.

아포다이저(20)는, 광 투과 방향을 따라 내경이 변화하는 오목부(31)가 형성된 흑색 수지층(30)과, 오목부(31)에 설치되고, 흑색 수지층(30)과 같은 굴절률을 갖는 자외선 경화성의 투명 수지층(40)을 구비하고, 흑색 수지층(30)과 투명 수지층(40)의 광 투과 방향에 따른 합계의 두께 δ가 0.001 내지 0.10mm로 형성되어 있다.

오목부(31)의 저부(31a)에 근접함에 따라 흑색 수지층(30)의 두께가 감소하기 때문에, 도 3에 도시한 바와 같이 중심부의 투과율이 높고, 주변부(31b)로 갈수록 흑색 수지층(30)의 두께가 증가하기 때문에, 투과율이 상승하는 구성을 갖고 있다.

광학 렌즈(입사측 렌즈)(11)는, 아포다이저(20)의 흑색 수지층(30)측에 대향해서 배치되고, 광학 렌즈(출사측 렌즈)(12)는, 아포다이저(20)의 투명 수지층(40)측에 대향해서 배치되어 있다.

도 4a 내지 도 4g는, 아포다이저 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.

도 4a에 도시한 바와 같이, 지지대(100) 위의 평면 형상의 상면(101)에 경화 전의 흑색 수지 K를 소정 두께가 되도록 공급한다. 이어서, 도 4b에 도시한 바와 같이, 흑색 수지 K의 상면으로부터 지지대(100)를 향해서 볼록 형상의 투명 지그(200)를 가압한다. 이때, 투명 지그(200)의 선단은 지지대(100)의 상면(101)에 접촉하도록 가압한다. 그리고, 자외선을 조사시켜 흑색 수지 K를 경화시키고, 흑색 수지층(30)을 형성한다. 도 4c에 도시한 바와 같이, 투명 지그(200)를 지지대(100)로부터 이격시키면 오목부(31)가 형성되어 있다.

이어서, 도 4d에 도시한 바와 같이, 투명 수지 T를 오목부(31) 및 흑색 수지층(30)의 상면에 공급한다.

도 4e에 도시한 바와 같이, 투명 수지 T의 상면으로부터 지지대(100)를 향해서 평판 형상의 투명 지그(110)를 가압한다. 그리고, 투명 지그(110)를 통해 자외선을 조사하고, 투명 수지 T를 경화시킨다. 이에 의해, 투명 수지층(40)을 형성하고, 흑색 수지층(30)과 투명 수지층(40)을 일체화시킨다. 투명 수지 T가 경화될 때, 휨이 발생하지만, 지지대(100)와 투명 지그(110)에 끼움 지지되어 있기 때문에, 형상을 유지할 수 있다.

이어서, 도 4f에 도시한 바와 같이, 일체화된 흑색 수지층(30)과 투명 수지층(40)을 지지대(100)로부터 리프트 오프한다. 도 4g에 도시한 바와 같이 아포다이저(20)를 완성시킨다.

또한, 이러한 제조 방법은, 특수한 제조 장치나 다수의 공정을 사용하지 않고, 아포다이저(20)를 제조할 수 있기 때문에, 저비용으로 할 수 있다.

이렇게 구성·제조된 광학 모듈(10)은 다음과 같은 효과를 갖는다. 아포다이저(20)의 본래 기능에 의해, 피사계 심도가 깊어진다. 또한, 해상도의 향상에 관해서는 도 5∼도 7을 이용하여 설명한다. 또한, 이들 도면 중 R은 실상, Q는 결상면을 나타내고 있다.

즉, 도 5는 아포다이저(20)를 사용하지 않는 경우에 있어서의 결상 성능을 나타내고 있다. 이 경우의 결상 성능이 표준으로 된다. 이어서, 도 6은 종래의 아포다이저를 사용한 경우의 결상 성능을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 종래의 아포다이저는 흑색 부위와 공기층의 계면에서 굴절이 발생하기 때문에, 해상도가 저하된다.

이어서, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 아포다이저(20)를 사용하면, 흑색 수지층(30)은 투명 수지층(40)과 접하고 있고, 이들 흑색 수지층(30)과 투명 수지층(40)의 굴절률은 동등하기 때문에, 굴절이 발생하지 않는다. 이로 인해, 해상도가 저하되지 않는다.

이어서, 아포다이저(20)의 두께와 해상도(MTF)의 관계에 대해서 설명한다. 상술한 아포다이저(20)의 두께를 0.001 내지 0.20mm까지 변화시키고, 상 높이 중심의 광축 방향에 있어서의 결상 위치의 어긋남을 조정하면, 도 8에 도시한 바와 같이, 상 높이가 높은 장소에 있어서의 MTF가 악화된다. 이 경우, 결상 높이 2.855mm에 있어서 나이퀴스트(Nyquist) 주파수/8에 있어서의 MTF≥0.80을 만족하는 것은 0.10mm 이하인 것을 알 수 있다. 따라서 해상도를 저하시키지 않고, 또한, 제조상의 제약으로부터, 아포다이저(20)의 두께가 0.001 내지 0.10mm의 범위인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 광학 모듈(10) 및 아포다이저(20)의 제조 방법에 의하면, 상의 콘트라스트를 개선하는 아포다이저를 특수한 제조 장치나 다수의 공정을 사용하지 않고, 저비용으로 제조할 수 있다. 또한, 굴절을 방지하고, 또한, 두께를 제한함으로써 해상도를 유지하는 것이 가능하게 된다.

경우에 따라서는, 광학 렌즈(입사측 렌즈)(11)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 생략되어도 좋다. 광학 모듈(10A)은, 아포다이저(20A)와, 광학 렌즈(출사측 렌즈)(12A)와, 광학 렌즈(13A, 14a, 15A, 16A)와, 촬상 소자(17)를 구비하고 있다. 이들 부품은, 도 9에서 좌측에서 우측으로 차례로 배열된다. 광학 모듈(10A)은 입사상을 촬상 소자(17) 위에 결상하는 기능을 갖는다. 광학 모듈(10A)은, 광학 모듈(10)에 의해 얻어지는 효과와 동일한 효과를 수반해서 사용할 수 있다.

본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시 된 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않고 있다. 이들 신규 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등 범위에 포함된다.

Claims

아포다이저 제조 방법으로서,
지지대의 상면에 형성된 평면에 흑색 수지를 소정 두께로 공급하고,
상기 흑색 수지의 상면으로부터 상기 지지대를 향해서 볼록 형상의 투명 지그를 가압하고,
상기 투명 지그측으로부터 상기 흑색 수지에 자외선을 조사하고,
상기 지그를 상기 흑색 수지로부터 이격시켜서 오목부를 형성하고,
상기 오목부 및 상기 흑색 수지의 상부에 상기 흑색 수지와 같은 굴절률을 갖는 자외선 경화성의 투명 수지를 공급하고,
상기 투명 수지의 상면으로부터 상기 지지대를 향해서 투명판을 가압하고,
상기 투명판의 상방으로부터 자외선을 조사해서 상기 투명 수지를 경화시켜,
상기 지지대로부터 상기 흑색 수지를 이격시키는, 아포다이저 제조 방법.
광학 모듈로서,
광 투과 방향을 따라 내경이 변화하는 오목부가 형성된 흑색 수지층과, 상기 오목부에 형성되고, 상기 흑색 수지층과 같은 굴절률을 갖는 자외선 경화성의 투명 수지층을 구비하고, 상기 흑색 수지층과 상기 투명 수지층의 상기 광 투과 방향에 따른 합계의 두께가 0.001 내지 0.10mm인 아포다이저와,
상기 아포다이저의 상기 흑색 수지층측에 대향해서 설치된 입사측 렌즈와,
상기 아포다이저의 상기 투명 수지층측에 대향해서 설치된 출사측 렌즈를 구비하는, 광학 모듈.
광학 모듈로서,
광 투과 방향을 따라 서서히 내경이 변화하는 오목부가 형성된 흑색 수지층 및, 상기 오목부에 설치되고, 또한 상기 흑색 수지층과 같은 굴절률을 갖는 자외선 경화성의 투명 수지층을 구비하고, 상기 흑색 수지층과 상기 투명 수지층의 합계의 두께가 0.001 내지 0.10mm인 아포다이저와,
상기 아포다이저의 상기 투명 수지층에 대향해서 설치된 출사측 렌즈를 구비하는, 광학 모듈.