WO2014038435A1 - アポダイズドフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

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WO2014038435A1
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健介 小野
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旭硝子株式会社
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    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the present invention relates to an optical element, an imaging device, and an optical element manufacturing method.
  • an optical aperture, a neutral density (ND) filter, or the like is used to adjust the amount of incident light incident on a lens or the like.
  • Cameras are increasingly installed in mobile phones and mobile terminals, and optical diaphragms are also used in such cameras.
  • a typical optical aperture is shown in FIG.
  • the diaphragm 910 is formed in a plate shape with a light shielding material and has an opening 911 formed at the center thereof. Light in the peripheral portion is shielded, and light is transmitted through the central portion where the opening 911 is formed. Is.
  • FIG. 1A is a top view of the diaphragm 910, and FIG. 1B shows the light transmittance at the one-dot chain line 1A-1B in FIG.
  • JP 2006-301221 A Japanese Patent No. 3768858 Japanese Patent No. 4164355
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and is an optical element in which the light transmittance gradually decreases from the central portion toward the peripheral portion, and has an excellent optical characteristic.
  • the purpose is to provide.
  • the optical element in an optical element in which the light transmittance decreases monotonously from the central portion toward the peripheral portion, is formed of a material that absorbs part of the light.
  • An absorption material portion whose thickness monotonously increases toward a peripheral portion, and a transparent material portion formed of a material that transmits light and laminated on the absorption material portion, and the absorption material portion
  • the refractive index at is different from the refractive index at the transparent material portion.
  • the step of forming a concave absorbent material portion by dropping a light-absorbing resin on a mold having a convex portion at the center portion and then curing the resin, Forming a transparent material portion on the concave portion of the absorbent material portion by dropping a transparent resin on the concave portion of the absorbent material portion and then curing the transparent resin portion, and the absorbing material portion and the transparent material portion Is formed of a photopolymerizable organic material or a heat-polymerizable organic material, wherein the refractive index of the transparent material portion is higher than the refractive index of the absorbing material portion.
  • a step of forming a transparent material part by dripping a transparent resin into a mold having a recess in a central part and then curing the resin, and a step above the transparent material part A step of forming a light-absorbing resin and then forming a light-absorbing material part by curing, and the light-absorbing material part and the transparent material part are made of a photopolymerizable organic material or a heat-polymerizable organic material. It is formed, The refractive index of the said transparent material part is lower than the refractive index of the said absorption material part, It is characterized by the above-mentioned.
  • an optical element that has a light transmittance that gradually decreases from the central portion toward the peripheral portion and that has good optical characteristics.
  • the optical element includes an absorption material portion 20 formed of a material that absorbs visible light and a transparent material portion 30 formed of a material that transmits visible light on a transparent substrate 10. And have.
  • the optical element described here is formed so that the refractive index in the absorbing material portion 20 and the refractive index in the transparent material portion 30 are substantially equal, for example, the difference in refractive index is 0.001 or less. To do.
  • the absorbent material portion 20 is formed in a concave shape so that the thickness of the absorbent material portion 20 gradually increases from the central portion toward the peripheral portion. In this way, by forming the absorbing material portion 20 so that the thickness gradually increases from the central portion toward the peripheral portion, the amount of light transmitted through the absorbing material portion 20 from the central portion toward the peripheral portion can be reduced. Can be gradually reduced. That is, the light transmittance can be gradually reduced from the central portion toward the peripheral portion.
  • the transparent material part 30 is formed so as to fill a concave part in the absorbent material part 20.
  • the transparent substrate 10 is made of a transparent resin material that transmits visible light, such as PET (Polyethylene terephthalate). Such an optical element is required to be formed thin when used in a camera portion of a mobile phone or the like. Therefore, the total thickness is 200 ⁇ m or less, for example, the thickness T of the transparent substrate 10 is about It is formed so that the thickness D of the thickest part in the absorbing material portion 20 is about 25 ⁇ m and the total thickness is about 75 ⁇ m.
  • visible light means light in the wavelength range of 380 nm to 800 nm.
  • the refractive index value is a value at a wavelength of 405 nm.
  • a mold 40 for forming the absorbent material portion 20 is prepared.
  • the mold 40 is provided with a convex portion 41 having a height of, for example, 27 ⁇ m in the central portion, and the convex portion 41 has a shape corresponding to the concave shape of the formed absorbent material portion 20. It is.
  • the entire mold 40 is made of a material such as stainless steel, and the surface is NiP plated.
  • a light absorbing resin 20a for forming the absorbing material portion 20 is dropped.
  • This light-absorbing resin 20a is cured by irradiating with ultraviolet rays, and contains black materials such as titanium black and carbon black which are materials that absorb light.
  • the transparent substrate 10 is placed on the dropped light absorbing resin 20a.
  • the transparent substrate 10 for example, Lumirror U32 (manufactured by Toray Industries, Inc.) having a thickness of about 50 ⁇ m is used.
  • ultraviolet light (UV) is irradiated from the side on which the transparent substrate 10 is placed, the light absorbing resin 20 a is cured, and the absorbing material portion 20 is formed.
  • the ultraviolet rays irradiated at this time are ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 300 mW / cm 2 and are irradiated for 200 seconds.
  • the formed absorbing material portion 20 includes a material that absorbs light, such as titanium black and carbon black, and the refractive index of the formed absorbing material portion 20 is, for example, 1.60.
  • the transparent resin 30 a is dropped onto the concave portion of the absorbent material portion 20.
  • the transparent resin 30a is a resin material that transmits light, and is cured by irradiation with ultraviolet rays.
  • the shrinkage rate of the transparent resin 30a is about 6%.
  • the release substrate 50 is placed on the dropped transparent resin 30a.
  • the release substrate 50 is made of, for example, quartz, and the surface is treated with fluorine so that it can be easily peeled off later.
  • ultraviolet rays are irradiated with a pressure applied from the release substrate 50 by a press machine having a quartz window 60.
  • the pressure applied to the optical element is about 0.5 MPa
  • the irradiated ultraviolet rays are ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 300 mW / cm 2 , and irradiation is performed for 30 seconds.
  • the transparent resin 30a is cured and the transparent material part 30 is formed. At this time, the transparent resin 30a contracts, so that FIG. As shown, the transparent material portion 30 to be formed has a recessed central portion corresponding to the concave shape of the absorbent material portion 20 to form a concave portion 31.
  • the refractive index in the formed transparent material part 30 is 1.60, for example.
  • the optical element is manufactured by releasing the release substrate 50.
  • the entire thickness of the optical element thus formed is about 75 ⁇ m, and a concave portion 31 having a depth of several ⁇ m is formed in the central portion of the surface of the transparent material portion 30.
  • the transmitted wavefront accuracy at a wavelength of 405 nm is, for example, 1.82 ⁇ , and many interference fringes are generated as shown in FIG.
  • the optical element in the present embodiment is an optical filter called a so-called apodized filter which is an optical element in which the light transmittance gradually decreases from the central part toward the peripheral part.
  • the optical element 100 in the present embodiment is formed on a transparent substrate 110 with an absorbing material portion 120 formed of a material that absorbs visible light and a material that transmits visible light. Transparent material portion 130. Specifically, the absorbent material portion 120 and the transparent material portion 130 are laminated.
  • the optical element in the present embodiment may be an optical element whose light transmittance monotonously decreases from the central part toward the peripheral part.
  • the absorbent material portion 120 is formed in a concave shape so that the thickness of the absorbent material portion 120 gradually increases from the central portion toward the peripheral portion. In this way, by forming the absorbing material portion 120 so that the thickness gradually increases from the central portion toward the peripheral portion, the amount of light transmitted through the absorbing material portion 120 from the central portion toward the peripheral portion can be reduced. Can be gradually reduced. That is, the light transmittance can be gradually reduced from the central portion toward the peripheral portion.
  • the transparent material part 130 is formed so as to fill a concave part in the absorbent material part 120.
  • the transparent substrate 110 is made of a transparent resin material that transmits visible light such as PET.
  • the total thickness of the optical element is required to be thin. It is formed so that the thickness T is about 50 ⁇ m, the thickness D of the thickest portion of the absorbent material portion 120 is about 25 ⁇ m, and the total thickness is about 75 ⁇ m.
  • the thickness of the thinnest part in the transparent material part 130 is about 0.5 ⁇ m or less, which is sufficiently smaller than the thickness D of the thickest part in the absorbent material part 120. Since the thickness of the transparent material portion 130 is determined by the pressure applied to the optical element during curing and the viscosity coefficient of the transparent resin 30a before curing, it is important to use a resin having a low viscosity coefficient such as 1 Pa ⁇ s or less.
  • the refractive index N 1 of the absorbent material 120 is formed to a different value from the refractive index N 2 of the transparent material portion 130.
  • the shrinkage rate of the transparent resin used when forming the transparent material portion 130 is ⁇
  • the thickness of the thickest portion in the absorbent material portion 120 is D. Therefore, the thickness of the transparent material portion 130 is In the central portion of the optical element formed to be thickest, the thickness of the transparent material portion 130 is (1- ⁇ ) D. Therefore, the depth of the concave portion 131 formed on the surface of the transparent material portion 130, that is, the depth of the deepest portion on the surface of the transparent material portion 130 is ⁇ D.
  • FIG. 8 shows aberrations generated at a wavelength of 405 nm with respect to the shrinkage rate ⁇ of the transparent resin used when forming the transparent material portion 130 and the thickness of the absorbing material portion 120.
  • the thickness of the thinnest part in the absorption material part 120 formed in concave shape shall be substantially 0 micrometer, for example, about 0.2 micrometer or less.
  • the phase difference at a predetermined wavelength ⁇ is a small value in the entire optical element, for example, the phase difference is preferably ⁇ / 2 or less.
  • the predetermined wavelength ⁇ is 405 nm, which is close to the shortest wavelength in the visible region.
  • the shrinkage ⁇ of the resin material that is an ultraviolet curable resin for forming the transparent material portion 130 is generally 3 to 10%.
  • the lower limit of the thickness of the absorbent material portion 120 formed by the imprint method is considered to be about 15 ⁇ m at present. In order to make the absorbing material portion 120 thin while maintaining the optical characteristics, it is important to increase the absorption coefficient of the absorbing material 120a. However, it is difficult to manufacture because the margin for variation in the thickness of the absorbing material is reduced.
  • FIG. 9 shows the relationship between the thickness D and the value of
  • the optical element in the present embodiment is formed so that the phase difference in the entire optical element is ⁇ / 2 or less. Specifically, it is formed so as to satisfy 15 ⁇ m ⁇ D ⁇ 50 ⁇ m and satisfy the equation (2).
  • the refractive index N 2 in the transparent material portion 130 is higher than the refractive index N 1 in the absorbing material portion 120.
  • the refractive index value is a value at a wavelength of 405 nm.
  • a mold 140 for forming the absorbent material portion 120 is prepared.
  • the mold 140 has a convex portion 141 having a height of, for example, 27 ⁇ m at the central portion, and the convex portion 141 has a shape corresponding to the concave shape of the absorbent material portion 120 to be formed. is there.
  • the mold 140 is entirely made of a material such as stainless steel, and the surface is NiP plated.
  • the light absorptive resin 120a for forming the absorption material part 120 is dripped.
  • This light-absorbing resin 120a is cured by irradiating with ultraviolet rays, and includes black materials such as titanium black and carbon black, which are materials that absorb light.
  • the transparent substrate 110 is placed on the dropped light absorbing resin 120a.
  • the transparent substrate 110 for example, Lumirror U32 (manufactured by Toray Industries, Inc.) having a thickness of about 50 ⁇ m is used.
  • ultraviolet light (UV) is irradiated from the side on which the transparent substrate 110 is placed, the light absorbing resin 120a is cured, and the absorbent material portion 120 is formed.
  • the ultraviolet rays irradiated at this time are, for example, ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 300 mW / cm 2 and are irradiated for 200 seconds.
  • the formed absorbing material portion 120 includes a material that absorbs light such as titanium black and carbon black, and the formed absorbing material portion 120 has a refractive index of 1.60, for example.
  • a transparent resin 130 a is dropped on the concave portion of the absorbent material portion 120.
  • the transparent resin 130a is a resin material that transmits light, and is cured by irradiation with ultraviolet rays.
  • a release substrate 150 is placed on the dropped transparent resin 130a.
  • the release substrate 150 is made of, for example, quartz, and the surface is treated with fluorine so that it can be easily peeled off later.
  • ultraviolet rays are irradiated with a pressure applied from the release substrate 150 by a press machine having a quartz window 160.
  • the applied pressure is about 0.5 MPa
  • the irradiated ultraviolet rays are ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 300 mW / cm 2 , and irradiation is performed for 30 seconds.
  • the transparent resin 130a is cured and the transparent material portion 130 is formed. At this time, the transparent resin 130a contracts, so that FIG. As shown, the transparent material portion 130 to be formed has a concave portion 131 formed at the center portion corresponding to the concave shape of the absorbent material portion 120.
  • the refractive index in the formed transparent material part 130 is 1.65, for example.
  • the release substrate 150 is released to manufacture the optical element in the present embodiment.
  • the total thickness of the optical element thus formed is, for example, about 75 ⁇ m, and a recess 131 having a depth of several ⁇ m is formed in the central portion of the surface of the transparent material portion 130.
  • the transmitted wavefront accuracy at a wavelength of 405 nm is 0.48 ⁇ , and almost no circumferential interference fringes are generated as shown in FIG.
  • most of 0.48 ⁇ is astigmatism or higher-order aberration caused by the warp of the transparent substrate 10 generated in the manufacturing process, and is not based on the calculation of the left side of the above equation (1).
  • the absorbing material portion 120 and the transparent material portion 130 are formed of an ultraviolet curable resin that is a photopolymerizable organic material.
  • the absorbing material portion 120 and the transparent material portion 130 are formed of a thermopolymerizable organic material such as a thermosetting resin. It may be.
  • the refractive index in the transparent material part 130 is 1.45 or more and 1.70 or less.
  • the imaging apparatus includes an optical element 100 that is an apodized filter according to the present embodiment, four lenses 171, 172, 173, and 174, an imaging element visibility correction filter. 175, an image sensor 176 made of a CMOS sensor, and the like.
  • an image is picked up by the image pickup apparatus according to the present embodiment, light incident on the image pickup apparatus passes through the optical element 100 via the lens 171 and then passes through the lenses 172, 173, 174, and the image pickup element visibility correction filter 175. Through the image sensor 176.
  • the optical system 170 includes the optical element 100 that is the apodized filter in the present embodiment, the four lenses 171, 172, 173, 174, and the image sensor visual sensitivity correction filter 175. May be described.
  • the optical element in the present embodiment is an optical filter called a so-called apodized filter which is an optical element in which the light transmittance gradually decreases from the central part toward the peripheral part.
  • the optical element in the present embodiment is formed on a transparent substrate 110 with a transparent material portion 230 formed of a material that transmits visible light and a material that absorbs visible light. And an absorbent material portion 220.
  • the transparent material portion 230 is formed so that the central portion is convex, and the thickness of the transparent material portion 230 is formed so as to gradually decrease from the central portion toward the peripheral portion.
  • the absorbent material part 220 is formed on the transparent material part 230 so that the thickness of the absorbent material part 220 gradually increases from the central part toward the peripheral part corresponding to the shape of the transparent material part 230. Is formed. In this way, by forming the absorbing material portion 220 so that the thickness gradually increases from the central portion toward the peripheral portion, the amount of light transmitted through the absorbing material portion 220 from the central portion toward the peripheral portion can be reduced. Can be gradually reduced. That is, the light transmittance can be gradually reduced from the central portion toward the peripheral portion.
  • the refractive index N 2 in the transparent material portion 230 is lower than the refractive index N 1 in the absorbing material portion 220.
  • the refractive index value is a value at a wavelength of 405 nm.
  • a mold 240 for forming the transparent material portion 230 is prepared.
  • the mold 240 has a concave portion 241 having a depth of, for example, 27 ⁇ m in the central portion.
  • the concave portion 241 has a shape corresponding to the convex shape of the transparent material portion 230 to be formed. is there.
  • the mold 240 is entirely formed of a material such as stainless steel, and NiP plating is applied to the surface.
  • a transparent resin 230 a is dropped into the recess 241 of the mold 240.
  • the transparent resin 230a is a resin material that transmits light, and is cured by irradiation with ultraviolet rays.
  • the transparent substrate 110 is placed on the dropped transparent resin 230a.
  • the transparent substrate 110 for example, Lumirror U32 (manufactured by Toray Industries, Inc.) having a thickness of about 50 ⁇ m is used.
  • ultraviolet rays are irradiated in a state where pressure is applied from the side on which the transparent substrate 110 is placed by a press machine having a quartz window 160.
  • the pressure applied at this time is about 0.5 MPa
  • the ultraviolet rays to be irradiated are ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 300 mW / cm 2 and are irradiated for 30 seconds.
  • the transparent substrate 110 and the transparent material part 230 are released from the mold 240. Thereby, what formed the convex-shaped transparent material part 230 on the transparent substrate 110 is formed.
  • the refractive index in the formed transparent material part 230 is 1.55, for example.
  • a light absorbing resin 220 a for forming the absorbing material portion 220 is dropped on the transparent material portion 230.
  • This light-absorbing resin 220a is cured by irradiating with ultraviolet rays, and contains black materials such as titanium black and carbon black which are materials that absorb light.
  • the shrinkage ratio of the light absorbing resin 220a is about 6%.
  • the release substrate 150 is placed on the dropped light absorbing resin 220a.
  • the release substrate 150 is made of, for example, quartz, and the surface is treated with fluorine so that it can be easily peeled off later.
  • ultraviolet light (UV) is irradiated from the side on which the release substrate 150 is placed, the light absorbing resin 220 a is cured, and the absorbing material portion 220 is formed.
  • the ultraviolet rays irradiated at this time are, for example, ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 300 mW / cm 2 and are irradiated for 200 seconds.
  • the formed absorbing material portion 220 includes a material that absorbs light such as titanium black and carbon black, and the formed absorbing material portion 220 has a refractive index of 1.60, for example.
  • the light-absorbing resin 220a is cured and the absorbing material portion 220 is formed. At this time, since the light-absorbing resin 220a contracts, it is shown in FIG. As shown, the absorbing material portion 220 to be formed has a thin peripheral portion in the entire optical element corresponding to the convex shape in the transparent material portion 230.
  • the optical element in the present embodiment is manufactured by releasing the release substrate 150.
  • the optical element manufactured in the present embodiment also has good optical characteristics like the optical element in the first embodiment.
  • optical element in the present embodiment can be applied to the imaging device in the first embodiment.
  • the optical element in the present embodiment is an optical filter called a so-called apodized filter which is an optical element in which the light transmittance gradually decreases from the central part toward the peripheral part.
  • the optical element in the present embodiment is formed on a transparent substrate 110 by an absorbing material portion 320 formed of a material that absorbs visible light and a material that transmits visible light. And a transparent material portion 330.
  • the refractive index in the absorbing material portion 320 and the refractive index in the transparent material portion 330 are substantially equal.
  • the difference in refractive index is 0.001 or less.
  • the refractive index value is a value at a wavelength of 589 nm.
  • the absorbent material portion 320 is formed in a concave shape so that the thickness of the absorbent material portion 320 gradually increases from the central portion toward the peripheral portion. In this way, by forming the absorbing material portion 320 so that the thickness gradually increases from the central portion toward the peripheral portion, the amount of light transmitted through the absorbing material portion 320 from the central portion toward the peripheral portion can be reduced. Can be gradually reduced. That is, the light transmittance can be gradually reduced from the central portion toward the peripheral portion.
  • the transparent material portion 330 is formed so as to fill a concave portion of the absorbent material portion 320, and the surface of the transparent material portion is substantially flat, for example, the flatness is 0.3 ⁇ m or less.
  • the transparent substrate 110 is made of a transparent resin material that transmits visible light, such as PET.
  • die 340 for forming the absorption material part 320 is prepared.
  • the mold 340 is formed with a convex portion 341 having a height of, for example, 27 ⁇ m at the central portion, and the convex portion 341 has a shape corresponding to the concave shape of the absorbent material portion 320 to be formed. It is.
  • the mold 340 is entirely made of a material such as stainless steel, and NiP plating is applied to the surface.
  • the light absorptive resin 320a for forming the absorption material part 320 is dripped.
  • This light-absorbing resin 320a is cured by irradiating with ultraviolet rays, and includes black materials such as titanium black and carbon black which are materials that absorb light.
  • the transparent substrate 110 is placed on the dropped light absorbing resin 320a.
  • the transparent substrate 110 for example, Lumirror U32 (manufactured by Toray Industries, Inc.) having a thickness of about 50 ⁇ m is used.
  • ultraviolet light (UV) is irradiated from the side on which the transparent substrate 110 is placed, the light absorbing resin 320a is cured, and the absorbing material portion 320 is formed.
  • the ultraviolet rays irradiated at this time are, for example, ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 300 mW / cm 2 and are irradiated for 200 seconds.
  • the formed absorbing material part 320 includes a material that absorbs light such as titanium black and carbon black, and the formed absorbing material part 320 has a refractive index of 1.60, for example.
  • a transparent resin 330 a is dropped on the recessed portion of the absorbent material portion 320.
  • the transparent resin 330a is a resin material that transmits light, and is cured by irradiation with ultraviolet rays.
  • the release substrate 150 is placed on the dropped transparent resin 330a.
  • the release substrate 150 is made of, for example, quartz, and the surface is treated with fluorine so that it can be easily peeled off later.
  • ultraviolet rays are irradiated with a pressure applied from the release substrate 150 by a press machine having a quartz window 160.
  • the applied pressure is about 0.5 MPa
  • the irradiated ultraviolet rays are ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 300 mW / cm 2 , and irradiation is performed for 30 seconds.
  • the transparent resin 330a is cured and the transparent material portion 330p is formed.
  • the transparent resin 330a contracts, FIG.
  • the formed transparent material portion 330p has a central portion that corresponds to the concave shape of the absorbent material portion 320, and a concave portion 331 is formed on the surface.
  • the release substrate 150 is released.
  • the transparent resin 330b is dropped onto the concave portion 331 on the surface of the transparent material portion 330p.
  • the transparent resin 330b is the same material as the transparent resin 330a and is a resin that transmits light, and is cured by irradiation with ultraviolet rays.
  • a release substrate 350 is placed on the dropped transparent resin 330b.
  • the release substrate 350 is made of, for example, quartz, and the surface is treated with fluorine so that it can be easily peeled off later.
  • ultraviolet rays are irradiated by a press machine having a quartz window 160 in a state where pressure is applied from the side on which the release substrate 350 is placed.
  • the pressure applied at this time is about 0.5 MPa
  • the ultraviolet rays to be irradiated are ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 300 mW / cm 2 and are irradiated for 30 seconds.
  • the transparent resin 330b is cured and the transparent material portion 330 is formed together with the transparent material portion 330p, as shown in FIG.
  • the transparent resin 330b shrinks but is extremely thin, the flatness on the surface of the transparent resin 330 formed by curing is 0.09 ⁇ m.
  • the refractive index in the formed transparent material part 330 is 1.60, for example.
  • the release substrate 350 is released to manufacture the optical element in the present embodiment.
  • the optical element thus formed has a thickness of about 80 ⁇ m, and the surface of the transparent material portion 330 is formed to be substantially flat.
  • the transmitted wavefront accuracy at a wavelength of 405 nm is, for example, 0.25 ⁇ , and interference fringes are hardly generated as shown in FIG.
  • the transparent material portion 330 by forming the transparent material portion 330 through a plurality of steps, good flatness can be obtained although the number of manufacturing steps is increased.
  • optical element in the present embodiment can be applied to the imaging device in the first embodiment.
  • This embodiment has the same structure as that of the third embodiment, and is formed so that the thickness of the optical element is increased.
  • a mold 340 for forming the absorbent material portion 320 is prepared.
  • the mold 340 is formed with a convex portion 341 having a height of, for example, 27 ⁇ m at the central portion, and the convex portion 341 has a shape corresponding to the concave shape of the absorbent material portion 320 to be formed. It is.
  • the mold 340 is entirely made of a material such as stainless steel, and NiP plating is applied to the surface.
  • the light absorptive resin 320a for forming the absorption material part 320 is dripped.
  • This light-absorbing resin 320a is cured by irradiating with ultraviolet rays, and includes black materials such as titanium black and carbon black which are materials that absorb light.
  • the transparent substrate 110 is placed on the dropped light absorbing resin 320a.
  • the transparent substrate 110 for example, Lumirror U32 (manufactured by Toray Industries, Inc.) having a thickness of about 50 ⁇ m is used.
  • ultraviolet light (UV) is irradiated from the side on which the transparent substrate 110 is placed, the light absorbing resin 320 a is cured, and the absorbent material portion 320 is formed.
  • the ultraviolet rays irradiated at this time are, for example, ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 300 mW / cm 2 and are irradiated for 200 seconds.
  • the formed absorbing material part 320 includes a material that absorbs light such as titanium black and carbon black, and the formed absorbing material part 320 has a refractive index of 1.60, for example.
  • a transparent resin 330 c is dropped on the concave portion of the absorbent material portion 320.
  • the transparent resin 330c is a resin material that transmits light, and is cured by irradiation with ultraviolet rays.
  • the release substrate 150 is placed on the dropped transparent resin 330c.
  • the release substrate 150 is made of, for example, quartz, and the surface is treated with fluorine so that it can be easily peeled off later.
  • ultraviolet light is applied from the side on which the release substrate 150 is placed, the transparent resin 330 c is cured, and the transparent material portion 330 is formed.
  • the ultraviolet rays irradiated at this time are, for example, ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 5 mW / cm 2 and are irradiated for 30 minutes.
  • the transparent resin 330c is slowly cured. In this case, the transparent resin 330c can flow, and therefore, when the transparent resin 330c is cured, shrinkage occurs. However, since it flows into the contracted portion, as shown in FIG. 27A, the surface of the transparent material portion 330 formed by curing can be formed substantially flat.
  • the release substrate 150 is released to produce the optical element in the present embodiment.
  • the total thickness of the optical element thus formed is 200 ⁇ m or more, but the surface of the transparent material portion 330 to be formed can be formed substantially flat.
  • optical element in the present embodiment can be applied to the imaging device in the first embodiment.
  • the present embodiment is an image pickup apparatus using the optical element in the first to fourth embodiments, and is an image pickup apparatus mounted on an electronic device having a portable communication function such as a smartphone or a mobile phone. .
  • a case will be described in which the imaging device in the first embodiment shown in FIG. 14 is mounted on a smartphone.
  • the imaging device is mounted as a main camera 411 or a sub camera 412 in the smartphone 410.
  • the main camera 411 is mounted on the surface of the smartphone 410 opposite to the surface on which the display screen 413 is provided
  • the sub camera 412 is mounted on the surface on which the display screen 413 is provided.
  • FIG. 28A is a perspective view of the back side of the smartphone 410
  • FIG. 28B is a perspective view of the display screen 413 side that is the front side of the smartphone 410.
  • the main camera 411 and the sub camera 412 that are the imaging devices in the present embodiment include an optical system 170, an autofocus unit 431, an image sensor 176 such as an image sensor, a substrate 433, a flexible substrate 434, and the like. have.
  • the optical system 170 is mounted on an autofocus unit 431.
  • the autofocus unit 431 controls the movement of the optical system 170 to perform an autofocus operation.
  • the image sensor 176 such as an image sensor is formed by a CMOS sensor or the like, and an image by light incident through the optical system 170 is detected by the image sensor 176 such as an image sensor.

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Abstract

　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ることを特徴とする光学素子を提供する。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　アポダイズドフィルタ及びその製造方法
　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ることを特徴とする。
　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／ｃｍ２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／ｃｍ２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Ｎ１と、透明材料部１３０における屈折率Ｎ２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＋Ｎ２（１－α）Ｄ－Ｎ１Ｄ｜＜λ／２・・・・・・・・・（１）
 
　また、３％＜α＜１０％であり、１５μｍ＜Ｄ＜５０μｍであり、Ｎ２を約１．６であるとすると、｜Ｎ１－Ｎ２｜の値の範囲は、下記の（２）に示される式となる。
 
　０．０１８－λ／２Ｄ＜｜Ｎ１－Ｎ２｜＜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｜Ｎ１－Ｎ２｜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Ｎ２が、吸収材料部１２０における屈折率Ｎ１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／ｃｍ２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／ｃｍ２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Ｎ２が、吸収材料部２２０における屈折率Ｎ１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／ｃｍ２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／ｃｍ２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／ｃｍ２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／ｃｍ２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／ｃｍ２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／ｃｍ２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／ｃｍ２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 (9)

  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ることを特徴とする光学素子。
  2. 　前記吸収材料部において最も厚い部分の厚さをＤとし、前記吸収材料部における屈折率をＮ１とし、前記透明材料部における屈折率をＮ２とし、λを４０５ｎｍとした場合に、
    　１５μｍ＜Ｄ＜５０μｍであって、
    　０．０１８－λ／２Ｄ＜｜Ｎ１－Ｎ２｜＜０．０６＋λ／２Ｄ・・・・・（２）
    　上記の（２）に示す式を満たすものである請求項１に記載の光学素子。
  3. 　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又は２に記載の光学素子。
  4. 　請求項１から３のいずれか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。
  5. 　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４に記載の撮像装置。
  6. 　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。
  7. 　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６に記載の光学素子の製造方法。
  8. 　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。
  9. 　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８に記載の光学素子の製造方法。
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