JP5555817B2 - 光学素子、それを備えた撮像装置及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、入射光の反射を低減する反射防止構造が表面に形成された光学素子に関する。

近年、光の反射を低減する反射防止構造が表面に設けられた種々の光学素子が提案されている。

反射防止構造の１つとして、微細な単位構造（例えば、線条凹部又は線条凸部からなる微細構造や、錐体状又は柱状の凹部又は凸部からなる微細構造等）を光学部材の表面に入射光の波長以下のピッチで形成する技術が提案されている。

例えば、特許文献１に開示された光学素子は、現実又は仮想の曲面上に設けられた反射防止構造を有している。反射防止構造は、反射防止対象となる光の波長以下のピッチで配列された微細な単位構造で構成されている。

特開２００６−０５３２２０号公報

ところで、光学素子は、射出成形により製造される場合がある。射出成形においては、溶融した成形材料をゲートを介して成形型のキャビティ内に流し込み、該成形材料を固化させて光学素子を製造する。

しかしながら、このような方法で製造された光学素子は、ゲート部付近の形状精度が悪い場合があり、そのような場合にはゲート近傍領域の反射防止性能が悪化してしまう。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光学素子のゲート近傍領域の反射防止性能を改善することにある。

ここに開示された技術は、表面に所定のピッチ以下の複数の凸部を配列することにより前記ピッチ以上の波長を有する光の反射を低減する光学面を有する光学部と、前記光学部の外周に形成され、射出成形時のゲートの位置を示す痕跡であるゲート跡部とを備え、射出成形により得られた光学素子であって、前記光学面は、光軸を含む中央部と、前記中央部の外側の周縁部とを有し、かつ前記周縁部は、前記ゲート跡部と一致する第１領域と、前記第１領域に隣接する第２領域とを含み、前記光学面の凸部は、前記第１領域に形成される凸部のピッチが、前記第２領域に形成される凸部のピッチより大きくなるように構成されていることを特徴とする。

ここに開示された技術は、撮像装置を対象としている。この撮像装置は、前記光学素子を備えている。

ここに開示された技術は、表面に所定のピッチ以下の複数の凸部を配列することにより前記ピッチ以上の波長を有する光の反射を低減する光学面を有する光学部と、前記光学部の外周に形成され、射出成形時のゲートの位置を示す痕跡であるゲート跡部とを備え、射出成形により得られた光学素子の製造方法であって、前記凸部に対応する凹部が形成された成形型を用い、溶融した成形材料を前記成形型のキャビティ内にゲートを介して充填し、前記成形型内の成形材料を固化させることにより製造することを特徴とする。

前記光学素子によれば、ゲート近傍領域の反射防止性能を改善することができる。

前記撮像装置によれば、光学素子のゲート近傍領域の反射防止性能を改善することができる。

前記光学素子の製造方法によれば、ゲート近傍領域の反射防止性能が改善された光学素子を得ることができる。

図１は、光学素子の断面図である。 図２は、凸部の拡大断面図である。 図３は、射出成形装置を示す概略構成図である。 図４は、成形型の拡大断面図である。 図５は、第１成形型の成形面を示す図である。 図６は、第１凹部の拡大断面図である。 図７は、第２凹部の拡大断面図である。 図８は、第１成形型を作成するための工程を示す図である。 図９は、光学素子の平面図である。 図１０は、第１凸部の拡大断面図である。 図１１は、第２凸部の拡大断面図である。 図１２（Ａ）は、各種の凹部の拡大断面図であり、図１２（Ｂ）は、（Ａ）の凹部に対応する凸部の拡大断面図である。 図１３は、カメラの概略図である。 図１４は、変形例に係る凸部の斜視図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

［１．光学素子］
図１は、レンズ１０の断面図である。レンズ１０は、光軸Ｘを含む光学部１１と、光学部１１の外周に設けられたコバ部１２とを備える。光学部１１とコバ部１２とで素子本体部を構成する。レンズ１０は、両凸形状のレンズである。レンズ１０は、射出成形により製造された樹脂成形品である。レンズ１０は、光学素子の一例である。

光学部１１は、第１光学面１４と第２光学面１５とを有している。第１及び第２光学面１４，１５は、光学機能面（光学有効面ともいう）である。

コバ部１２は、第１光学面１４側の第１コバ面１２ａと、第２光学面１５側の第２コバ面１２ｂと、外周面１２ｃとを有している。第１及び第２コバ面１２ａ，１２ｂは、光軸Ｘと直交している。

第１及び第２光学面１４，１５は、ＳＷＳ（Sub-Wavelength-Structure）１３を有している。ＳＷＳ１３は、反射防止構造の一例である。ＳＷＳ１３は、所定のピッチ（周期）以下で配列された複数の微細な構造単位を有し、該ピッチ以上の波長を有する光の反射を低減することができる。本実施形態のＳＷＳ１３の単位構造は、凸部１６である。凸部１６は、円錐形状をしている。ここで、凸部１６のピッチは、光軸Ｘと直交する面に平行な方向における、隣り合う２つの凸部１６の頂部間の距離である。

ＳＷＳ１３においては、複数の凸部１６が配列されることによって、複数の凸部１６の間には凸部１６で囲まれた凹部が複数形成されている。複数の凹部の底部（最も低い部分）を連結して形成される仮想的な面をベース面Ｌとする。ベース面Ｌは、レンズ１０に求められる光学特性を実現するために必要な形状に形成されている。ベース面Ｌは、曲面形状に形成されている。例えば、ベース面Ｌは、球面形状、非球面形状又は自由曲面に形成されている。尚、ベース面Ｌは、平面であってもよい。

ここで、凸部１６の光軸方向の高さは、凸部１６の頂点からベース面Ｌまでの光軸方向への距離である。図２に、凸部１６の拡大断面図を示す。図２に示すように、凸部１６の頂点をＡとし、頂点Ａから光軸方向に延びる線分をＭとし、線分Ｍとベース面Ｌとの交点を交点Ｂとする。凸部１６の光軸方向の高さＨは、頂点Ａから交点Ｂまでの距離で定義される。尚、実際に成形した凸部１６の先端は、微小な曲率を有する場合がある。そのような場合には、最も先端の部分を頂点Ａとする。以下、「凸部の高さ」は、特段の断りがない限り、光軸方向の高さを意味する。

ＳＷＳ１３は、少なくとも凸部１６のピッチ以上の波長を有する光の反射を低減することができる。レンズ１０を撮像光学系で使用する場合、反射を低減する対象となる光は可視光である。その場合、対象波長は４００ｎｍ〜７００ｎｍとなるので、凸部１６のピッチは、４００ｎｍ以下であることが好ましい。

また、高い反射防止効果を実現する観点からは、凸部１６の高さは、対象波長の０．４倍以上であることが好ましい。対象波長が可視光の場合には、凸部１６の高さは、２８０ｎｍ以上であることが好ましい。

さらに、ＳＷＳ１３において回折光を発生させないためには、凸部１６のピッチを、対象波長をレンズ１０の屈折率で除した解以下とすることが好ましい。対象波長が可視光であって且つレンズ１０の屈折率が１．５の場合、凸部１６のピッチは２６６ｎｍ以下であることが好ましい。

尚、レンズ１０の光学機能面においては、反射率をより低く抑え、透過率をより高くすることが好ましい。例えば、凸部１６のピッチを２３０ｎｍ、凸部１６の高さを３５０ｎｍとすることによって、可視光全域における反射率を０．１〜０．２％以下とすることができ、良好な反射抑制効果を得ることができる。

コバ部１２の外周面１２ｃには、ゲート跡部１７が形成されている。レンズ１０を射出成形で製造する場合、ゲートの樹脂もレンズ１０と共に固化し、離型する際にはゲートの樹脂がレンズ１０に繋がった状態となっている。ゲートの樹脂は、離型後に、レンズ１０から刃物等で切断されるが、その一部が残ってしまう。この残った部分がゲート跡部１７である。尚、ゲート跡部１７は、コバ部１２の外周面１２ｃから外側に突出する形状に限られるものではない。例えば、レンズ１０に繋がったゲートの樹脂を、コバ部１２ごと切断する場合がある。つまり、コバ部１２が部分的に平面で切断される。この場合には、コバ部１２のうち平面的に切断された部分がゲート跡部１７となる。すなわち、ゲート跡部１７は、射出成形により成形されたレンズ１０においてゲートの位置を示す痕跡であればよく、任意の形状であり得る。

［２．製造方法］
以下、レンズ１０の製造方法について説明する。図３は、レンズ１０を成形するための射出成形装置２０を示す概略構成図である。射出成形装置２０は、主として、ホッパ２２、スクリュ２３、スプル２４、ランナ２５、ゲート２６、成形型３０、温度調整部２９とを有している。

まず、成形型３０を準備し、射出成形装置２０にセットする。成形型３０の詳細な構成については後述する。

続いて、ホッパ２２に樹脂材料（ペレット材）２１を投入する。投入された樹脂材料２１は、スクリュ２３で計量されながら加熱される。加熱された樹脂材料２１は、可塑化する。溶融した樹脂材料２１は、スプル２４、ランナ２５、ゲート２６を通って、成形型３０に射出される。溶融した樹脂材料２１は、成形型３０のキャビティに射出され、充填される。樹脂材料２１は、成形材料の一例である。

その後、キャビティ内の樹脂材料２１を、温度調整部２９により冷却し、固化させる。このとき、ゲート２６、ランナ２５、スプル２４内の樹脂も固化する。続いて、第１成形型３１及び第２成形型３２を開き、レンズ１０を離型する。レンズ１０を離型する際、レンズ１０には、ゲート２６、ランナ２５、スプル２４内の樹脂が一体的に固まった状態となっている。ゲート２６、ランナ２５、スプル２４内の樹脂を、ゲート２６の位置で刃物等により切断する。これにより、レンズ１０にゲート跡部１７が形成される。

尚、樹脂材料２１は、レンズ１０に要求される屈折率と分散値を満足するものであれば、任意の材料を採用することができる。

［３．ひずみ］
射出成形により得たレンズ１０は、冷却固化する過程で収縮する。光学素子用樹脂材料の成形収縮率は、通常、０．１〜１．０％である。成形収縮率とは、成形型の寸法に対する成形後のレンズの寸法の比である。成形収縮率は、樹脂の種類、成形条件、成形品の形状によって異なる。ところが、１つのレンズ１０の中でも場所によって成形収縮率が異なる。詳しくは、レンズ１０のうちゲート跡部１７の近傍とそれ以外の部分では、成形収縮率が異なる。そのため、レンズ１０のゲート跡部１７の近傍には、それ以外の部分と異なるひずみが生じる。

詳しくは、射出成形では、樹脂の充填率がキャビティ内の場所に応じて異なる場合がある。例えば、キャビティのうちゲート２６から離れた部分は、樹脂の充填率が高い。一方、ゲート２６近傍に充填された樹脂の密度は、その他の部分の樹脂の密度に比べて小さくなっている。樹脂の密度が低い部分の収縮量は、樹脂の密度が高い部分の収縮量よりも大きい。そのため、ゲート２６近傍に充填された樹脂の冷却時の収縮量は、それ以外の部分に比べて大きくなる。その結果、レンズ１０のうちゲート跡部１７の近傍のひずみは、それ以外の部分よりも大きくなる。

また、収縮量は、樹脂の密度だけでなく、内部応力の差によっても異なる。溶融樹脂がキャビティ内を流動する際に、溶融樹脂にはせん断力が生じ、このせん断力が溶融樹脂内に内部応力として残留する。溶融樹脂が冷却固化する過程で内部応力によりひずみが生じる。内部応力がキャビティ内で不均一である場合には、ひずみが不均一となり、その結果、収縮量が不均一となる。

以下、溶融樹脂に発生するせん断力について説明する。溶融樹脂がキャビティ内に充填されるときの溶融樹脂の流れ方には以下の２つのパターンがある。

第１のパターンは、キャビティ内に入った溶融樹脂が、キャビティ内のゲート２６の反対側の部分に到達し、そこから折り返して、第１成形型３１の成形面および第２成形型３２の成形面へ流れ込む場合である。第１成形型３１及び第２成形型３２の温度は、通常、溶融樹脂よりも低いので、第１成形型３１及び第２成形型３２の成形面に接触した溶融樹脂は、それぞれの成形型により冷却される。このとき、溶融樹脂の表面にスキン層と呼ばれる、固化した薄い層が形成される。しかし、スキン層よりも内側の部分では溶融樹脂が流動しているので、溶融樹脂とスキン層との間でせん断力が発生する。

第２のパターンは、溶融樹脂がゲート２６からゲート２６の反対側まで徐々に充填される場合である。溶融樹脂は、ゲート２６側から順に第１成形型３１の成形面および第２成形型３２の成形面へ流れ込む。このときも、成形面に接触した溶融樹脂は、スキン層となる。ゲート２６近傍にスキン層が形成された後も、溶融樹脂はゲート２６を介して流れ込み続けるので、ゲート２６の近傍においてはスキン層と溶融樹脂との間に大きなせん断力が発生する。

何れのパターンにおいても、ゲート２６近傍においては、溶融樹脂が大きく流動しているため、それ以外の部分に比べて大きなせん断力が発生する。また、図３に示すように、通常、ランナ２５の径は、ゲート２６の径よりも大きい。そのため、溶融樹脂は、ランナ２５からゲート２６へ流入する際に流速が速くなる。そのため、キャビティ内のゲート２６における溶融樹脂の流速は速い。つまり、ゲート２６の近傍においてはせん断力がさらに発生しやすい。この点からも、ゲート２６近傍の溶融樹脂に、それ以外の部分よりも大きなせん断力が発生する。

このように、レンズ１０のうちゲート跡部１７の近傍のひずみが大きいことに鑑みて、成形型３０のうち、ゲート跡部１７の近傍に対応する部分の形状をそれ以外の部分と異ならせている。

［４．成形型］
以下に、成形型３０の詳細な形状について説明する。図４に、成形型３０の拡大断面図を、図５に、第１成形型３１の成形面３３を示す。成形型３０は、第１成形型３１と第２成形型３２とを有している。第１成形型３１と第２成形型３２との間には、キャビティＣが形成されている。第１成形型３１及び第２成形型３２の成形面には、ＳＷＳ１３を成形するための微細構造が形成されている。第１成形型３１の成形面３３のうちレンズ１０の第１光学面１４に対応する部分には、凸部１６に対応する凹部３５が形成されている。同様に、第２成形型３２の成形面３４のうちレンズ１０の第２光学面１５に対応する部分には、凸部１６に対応する凹部３５が形成されている。凹部３５は、実質的に凸部１６の反転形状となっている。

詳しくは、成形面３３は、コバ部１２を成形するコバ領域３８ａと、第１光学面１４を成形する光学領域３８ｂを有する。光学領域３８ｂに凹部３５が形成されている。光学領域３８ｂは、中央領域３８ｃと、中央領域３８ｃの外側に位置する環状の周縁領域３８ｄとを有する。周縁領域３８ｄは、光軸Ｘ周りの周方向位置がゲート２６と一致する近傍領域３８ｅと、近傍領域３８ｅに隣接する隣接領域３８ｆとを含んでいる。以下、近傍領域３８ｅの凹部３５を第１凹部３５ａと称し、隣接領域３８ｆの凹部３５を第２凹部３５ｂと称する。尚、第１凹部３５ａと第２凹部３５ｂとを区別しないときには、単に凹部３５と称する。

尚、ゲート２６は、レンズ１０のコバ部１２の外周面１２ｃに対応する部分であって、第１成形型３１と第２成形型３２との接合面に形成されている。

図６に、第１凹部３５ａの拡大断面図を示す。図７に、第２凹部３５ｂの拡大断面図を示す。凹部３５は、円錐状の穴である。凹部３５の軸Ｓは、光軸Ｘと平行に延びている。ここで、凹部３５の軸Ｓとは、円錐の軸であり、換言すると、凹部３５の断面において円錐の頂角の二等分線となる直線である。

成形面３３及び成形面３４のうちゲート２６の近傍の凹部３５は、それ以外の部分の凹部３５に比べてピッチが大きくなっている。詳しくは、第１凹部３５ａのピッチｐは、第２凹部３５ｂのピッチｐよりも大きくなっている。ここで、凹部３５のピッチｐは、光軸Ｘと直交する面に平行な方向における、隣り合う２つの凹部３５の底部（円錐の頂部）間の距離である。

さらに詳しくは、近傍領域３８ｅにおいて、第１凹部３５ａのピッチｐは、光軸Ｘを中心とする半径方向外側ほど大きくなっている。以下、「半径方向」とは、特段の断りがない限り、光軸Ｘを中心とする半径方向を意味する。また、ピッチｐをゲート２６に近づくほど大きくしてもよい。つまり、同じ半径方向位置であっても周方向位置が異なれば、凹部３５のピッチｐが異なる。具体的には、周方向位置がゲート２６に近いほど、ピッチｐが大きくなっている。

それに加えて、成形面３３及び成形面３４のうちゲート２６の近傍の凹部３５は、それ以外の部分の凹部３５に比べて深く形成されている。詳しくは、第１凹部３５ａの光軸方向の深さＤは、第２凹部３５ｂの光軸方向の深さＤよりも深くなっている。ここで、凹部３５の光軸方向の深さＤは、凹部３５の底部（円錐の頂部）から光軸方向に延ばした直線が成形面３３のベース面Ｎと交わる点と、凹部３５の底部との距離である。成形面３３のベース面Ｎとは、複数の凹部３５で囲まれて形成される凸部の頂部を結んで形成される仮想的な面であり、レンズ１０のベース面Ｌに相当する面である。以下、特段の断りがない限り、「凹部の深さ」は、凹部３５の光軸方向の深さを意味する。尚、凹部３５の軸Ｓは光軸と平行であるので、凹部３５の深さＤは、凹部３５の軸方向の深さと一致する。つまり、第１凹部３５ａの軸方向の深さは、第２凹部３５ｂの軸方向の深さよりも深くなっている。

さらに、近傍領域３８ｅにおいて、第１凹部３５ａの深さＤは、半径方向外側ほど深くなっている。また、深さＤをゲート２６に近づくほど深くしてもよい。例えば、第１凹部３５ａの深さＤを、ピッチｐが大きくなるほど深くしてもよい。

成形面３３のうち中央領域３８ｃの凹部３５の構成は、隣接領域３８ｆの第２凹部３５ｂの構成と同じである。ただし、中央領域３８ｃの凹部３５の構成を隣接領域３８ｆの第２凹部３５ｂの構成と異ならせてもよい。

第２成形型３２の成形面３４も同様に構成されている。つまり、成形面３４のうち第２光学面１５の周縁部に対応する環状の周縁領域は、周方向位置がゲート２６と一致する近傍領域と、近傍領域に隣接する隣接領域とを含んでいる。近傍領域の凹部３５のピッチは、隣接領域の凹部３５のピッチよりも大きくなっている。

続いて、このように構成された第１成形型３１及び第２成形型３２の作成方法について説明する。

図８は、レンズ１０を成形するための第１成形型３１を作成するための工程を示す図である。尚、ここでは第１成形型３１を例に挙げて説明するが、第２成形型３２も同様の工程で得ることができる。

まず、成形型母材４１を用意する。そして、図８（Ａ）に示すように、成形型母材４１に、機械加工によってレンズ１０の反転形状を形成する。この段階におけるレンズ１０の反転形状とは、凸部１６を省略したレンズ１０の反転形状であり、レンズ１０のベース面Ｌに相当する。成形型母材４１は、高強度で且つエッチングにより微細加工し易い材料であればよい。例えば、成形型母材４１として、ＳｉＯ_２（石英）、Ｓｉ（シリコン）、ＧＣ（グラッシーカーボン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＷＣ（超硬）等を用いることができる。

次に、図８（Ｂ）に示すように、成形型母材４１の表面に金属マスク４２を形成する。金属マスク４２は、スパッタリング法又は蒸着法等によって形成することができる。金属マスク４２の材料としては、Ｃｒ、Ｔａ、ＷＳｉ、Ｎｉ、Ｗ等を用いることができる。

続いて、図８（Ｃ）に示すように、金属マスク４２の上にレジストマスク４３を形成する。レジストマスク４３は、スピンコート法又はスプレーコート法等によって形成することができる。

その後、図８（Ｄ）に示すように、ＳＷＳ１３に対応したレジストドットパターン４４をレジストマスク４３から形成する。レジストドットパターン４４は、電子ビーム描画法又は干渉露光（ホログラム露光）法等によって形成することができる。

次に、図８（Ｅ）に示すように、レジストドットパターン４４をドライエッチングによって金属マスク４２に転写する。これにより、金属マスクドットパターン４５が形成される。なお、金属マスクドットパターン４５は、ウェットエッチングによって形成してもよい。

続いて、図８（Ｆ）に示すように、金属マスクドットパターン４５をドライエッチングによって成形型母材４１に転写する。こうして、成形型母材４１の表面に凸部１６の反転形状である凹部３５が形成される。

ここで、レジストドットパターン４４の穴のピッチによって凹部３５のピッチを調節することができる。例えば、レジストドットパターン４４の穴のピッチを大きくすることによって凹部３５のピッチを大きくすることができる。レジストドットパターン４４において、近傍領域３８ｅに対応する部分の穴のピッチを隣接領域３８ｆに対応する部分の穴のピッチよりも大きくする。

尚、穴のピッチが異なるレジストドットパターン４４を用いてエッチングを行うと、ピッチが大きい部分の凹部３５は、ピッチが小さい部分の凹部３５よりも深く形成される。ただし、穴のピッチが異なる部分を、エッチング条件を変えて、別々にエッチングすることによって凹部３５の深さを同じにすることもできる。

こうして、第１成形型３１が作成される。

［５．レンズの詳細構造］
続いて、成形型３０を用いて製造されるレンズ１０の詳細構造について説明する。図９に、レンズ１０の平面図を示す。

第１光学面１４は、光軸Ｘを含む中央部１４ａと、中央部１４ａの外側に位置する周縁部１４ｂとを有する。周縁部１４ｂは、周方向位置がゲート跡部１７と一致する第１領域１４ｃと、該第１領域１４ｃに隣接する第２領域１４ｄとを有している。中央部１４ａは、第１成形型３１の中央領域３８ｃにより成形され、周縁部１４ｂは、第１成形型３１の周縁領域３８ｄにより成形される。第１領域１４ｃは、第１成形型３１の近傍領域３８ｅにより成形され、第２領域１４ｄは、第１成形型３１の隣接領域３８ｆにより成形される。例えば、第１領域１４ｃは、平面視において、ゲート跡部１７の中央を中心とし、半径がレンズ１０の直径の１／４の円と第１光学面１４とが重なる領域である。尚、第１領域１４ｃは、これに限られるものではなく、ゲート跡部１７の中央を中心とし、半径がレンズ１０の直径の１／５の円と第１光学面１４とが重なる領域であってもよい。また、第１領域１４ｃは、２つの円弧で規定される形状に限られず、任意の形状とすることができる。例えば、第１領域１４ｃは、周縁部１４ｂを所定の角度幅を有する２本の半径で切断した領域であってもよい。

第１領域１４ｃの凸部１６の形状と、第２領域１４ｄの凸部１６の形状とは互いに異なる。以下、第１領域１４ｃの凸部１６を第１凸部１６ａと称し、第２領域１４ｄの凸部１６を第２凸部１６ｂと称する。尚、第１凸部１６ａと第２凸部１６ｂとを区別しないときには、単に凸部１６と称する。図１０に、第１凸部１６ａの拡大断面図を、図１１に、第２凸部１６ｂの拡大断面図を示す。

第１光学面１４のうちゲート跡部１７の近傍の凸部１６は、それ以外の部分の凸部１６に比べてピッチが大きくなっている。詳しくは、第１領域１４ｃの第１凸部１６ａのピッチＰは、第２領域１４ｄの第２凸部１６ｂのピッチＰよりも大きくなっている。

さらに詳しくは、第１領域１４ｃにおいて、第１凸部１６ａのピッチＰは、半径方向外側ほど大きくなっている。また、ピッチＰをゲート跡部１７に近づくほど大きくしてもよい。つまり、同じ半径方向位置であっても周方向位置が異なれば、凸部１６のピッチＰが異なる。具体的には、周方向位置がゲート跡部１７に近いほど、ピッチＰが大きくなっている。

ただし、第１凸部１６ａのピッチＰは、反射を低減する対象となる光の波長よりも小さいことが好ましい。尚、第１領域１４ｃは第１光学面１４の周縁に位置し、第１光学面１４全体の反射防止性能に与える影響は小さいので、第１凸部１６ａのピッチＰが反射を低減する対象となる光の波長より大きくてもよい。

ここで、第１凸部１６ａの軸Ｔは、図１１に示すように、光軸Ｘに対して傾斜している。ここで、軸Ｔとは、円錐の軸であり、換言すると、凸部１６の断面において円錐の頂角の二等分線となる直線である。第１凸部１６ａの軸Ｔは、先端側の部分ほど光軸Ｘを中心とする半径方向外側に位置するように傾斜している。

このように、第１凸部１６ａが傾斜しているのは、前述の如く、レンズ１０のうちゲート跡部１７の近傍の部分は、射出成形における固化時にその他の部分に比べて収縮量が大きいためである。つまり、第１凸部１６ａにおいても、半径方向内側の部分と半径方向外側の部分とでは、半径方向外側の部分の方が収縮量が大きくなる。結果として、第１凸部１６ａは、軸Ｔが半径方向外側へ倒れた形状となる。

一方、第２凸部１６ｂの軸Ｔは、図１０に示すように、光軸Ｘと平行に延びている。

また、ゲート跡部１７の近傍の部分の収縮量がその他の部分に比べて大きいことにより、第１凸部１６ａは固化時に第２凸部１６ｂに比べて大きな力で凹部３５の内壁のうち半径方向内側の部分に押しつけられる。レンズ１０が凹部３５に大きな圧力で密着すると、レンズ１０が成形型３０から離型し難くなる。さらに、第１凸部１６ａが凹部３５に大きな押付力で密着した状態で離型すると、摩擦力により、第１凸部１６ａが変形する虞がある。それに加えて、第１凸部１６ａが凹部３５の半径方向内側の内面に大きな押付力で密着する一方で、第１凸部１６ａと凹部３５の半径方向外側の内面との間に隙間が生じたり、該半径方向外側の内面への第１凸部１６ａの押付力が小さくなったりする。つまり、第１凸部１６ａが凹部３５の内面から受ける力が不均一になる。その結果、第１凸部１６ａは、離型時にさらに変形しやすくなる。

そのため、第１凸部１６ａのピッチＰは、第２凸部１６ｂのピッチＰよりも大きくなっている。つまり、第１凸部１６ａのピッチＰを大きくすることによって、単位面積あたりの第１凸部１６ａの個数が低減する。それにより、第１領域１４ｃにおいては、レンズ１０と成形型３０との接触面積が低減し、第１領域１４ｃ全体としての第１凸部１６ａと凹部３５との密着力が低減する。その結果、レンズ１０と成形型３０との離型を容易にすることができる。それに加えて、第１凸部１６ａの変形も抑制される。

尚、第１領域１４ｃは、第２領域１４ｄに比べて収縮量が大きいにもかかわらず、第１凸部１６ａの高さＨは、第２凸部１６ｂの光軸方向の高さＨと略同じである。これは、前述の如く、第１凸部１６ａを成形する第１凹部３５ａの深さＤを、第２凸部１６ｂを成形する第２凹部３５ｂよりも深くしているためである。

図１２（Ａ）に、各種の凹部３５の拡大断面図を示し、図１２（Ｂ）に、（Ａ）の凹部３５に対応する凸部１６の拡大断面図を示す。図１２（Ａ），（Ｂ）において左側の図は、隣接領域３８ｆの第２凹部３５ｂ及び第２領域１４ｄの第２凸部１６ｂであり、右側の図は、近傍領域３８ｅの第１凹部３５ａ及び第１領域１４ｃの第１凸部１６ａであり、中央の図は、近傍領域３８ｅの凹部３５の深さを第２凹部３５ｂと同じにした場合の凹部３５及び凸部１６である。尚、図１２（Ａ），（Ｂ）では、ベース面Ｎ，Ｌが光軸Ｘに直交する平面（即ち、水平面）であるものとして、凹部３５及び凸部１６を図示している。また、図１２（Ａ），（Ｂ）では、図の右側を半径方向外側とし、図の左側を半径方向内側とする。

図１２（Ａ）に示すように、第２領域１４ｄ（隣接領域３８ｆ）では、第２凸部１６ｂは、固化時に収縮して、第２凹部３５ｂよりも小さくなるものの、第２凹部３５ｂの形状が精度よく転写されている。しかし、図１２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、第１領域１４ｃ（近傍領域３８ｅ）では、前述の収縮量の差により、凹部３５から凸部１６への形状の転写精度が良くない。具体的には、第１領域１４ｃの凸部１６は、ゲート２６に近い側（即ち、半径方向外側）の部分の方が光軸Ｘの半径方向内側へ大きく収縮し、結果として、光軸Ｘの半径方向外側へ倒れ込んだ形状となる。それに加えて、近傍領域３８ｅは隣接領域３８ｆよりも樹脂の密度が低く、収縮率が大きい。そのため、凸部１６が、隣接領域３８ｆに比べてより大きく収縮し、凸部１６の軸方向の高さが低くなる。その結果、凸部１６の高さも低くなる。

それに対し、図１２（Ｃ）に示すように、本実施形態では、近傍領域３８ｅの第１凹部３５ａは、隣接領域３８ｆの第２凹部３５ｂよりも深くなっている。そのため、第１領域１４ｃの第１凸部１６ａが第２領域１４ｄの第２凸部１６ｂに比べて半径方向外側に倒れ込んだり、軸方向の高さが低くなったりした場合であっても、第１凸部１６ａの高さは、第２凸部１６ｂの高さと略同じになる。ただし、第１凹部３５ａを第２凹部３５ｂよりも深くしなくてもよい。その場合には、第１凸部１６ａの高さＨは、第２凸部１６ｂの高さＨと異なる。

第２光学面１５も同様に構成されている。つまり、第２光学面１５の周縁領域は、周方向位置がゲート跡部１７と一致する第１領域と、第１領域に隣接する第２領域とを含んでいる。第２領域の凸部のピッチは、第２領域の凸部のピッチよりも大きくなっている。

［６．カメラ］
次に、レンズ１０を備えるカメラ１００について説明する。図１３に、カメラ１００の概略図を示す。

カメラ１００は、カメラ本体１１０と、該カメラ本体１１０に取り付けられた交換レンズ１２０とを備えている。カメラ１００は、撮像装置の一例である。

カメラ本体１１０は、撮像素子１３０を有している。

交換レンズ１２０は、カメラ本体１１０に着脱可能に構成されている。交換レンズ１２０は、例えば、望遠ズームレンズである。交換レンズ１２０は、光束をカメラ本体１１０の撮像素子１３０上に合焦させるための結像光学系１４０を有している。結像光学系１４０は、上記レンズ１０と、屈折型レンズ１５０，１６０とを有している。レンズ１０はレンズ素子として機能する。

［７．効果］
したがって、前記レンズ１０の製造方法は、前記凸部１６に対応する凹部３５が形成された成形型３０を準備する工程と、溶融した樹脂材料２１を前記成形型３０のキャビティＣ内にゲート２６を介して充填する工程と、前記成形型３０内の樹脂材料２１を固化させる工程とを含み、前記成形型３０は、前記ゲート２６に近接する近傍領域３８ｅと、該近傍領域３８ｅに隣接する隣接領域３８ｆとを有し、前記近傍領域３８ｅの前記第１凹部３５ａのピッチｐは、前記隣接領域３８ｆの前記第２凹部３５ｂのピッチｐよりも大きくなっている。

この構成によれば、ゲート２６の近傍の近傍領域３８ｅの樹脂材料２１の収縮量は、隣接領域３８ｆに比べて大きい。そのため、近傍領域３８ｅにおいてはレンズ１０と成形型３０との密着力が大きく、離型し難くなる傾向にある。それに対し、第１凹部３５ａのピッチｐを第２凹部３５ｂのピッチｐよりも大きくすることによって、近傍領域３８ｅにおける凸部１６の個数を減らし、凸部１６を含むレンズ１０の表面積を低減することができる。その結果、近傍領域３８ｅにおける、レンズ１０と成形型３０との密着力を低減することができ、レンズ１０と成形型３０との離型を容易にすることができる。それに加えて、近傍領域３８ｅの凸部１６が離型時に変形することを抑制することができるため、反射防止性能を改善することができる。

また、前記凹部３５は、前記成形型３０のうち、前記レンズ１０の表面に対応する部分に形成され、前記ゲート２６は、前記成形型３０のうち、前記レンズ１０の外周に対応する部分に形成され、前記近傍領域３８ｅ及び隣接領域３８ｆは、前記成形型３０のうち、前記レンズ１０の表面の周縁部１４ｂに対応する部分に形成され、前記近傍領域３８ｅは、周方向位置が前記ゲート２６と一致する部分に設けられている。

前記の構成によれば、成形型３０のうち、レンズ１０の表面の周縁部１４ｂに対応する部分には、凹部３５のピッチｐが異なる領域が設けられている。具体的には、凹部３５のピッチｐが相対的に大きい近傍領域３８ｅと、凹部３５のピッチｐが相対的に小さい隣接領域３８ｆとが設けられている。そして、近傍領域３８ｅの周方向位置は、ゲート２６と一致している。

また、前記レンズ１０は、第１光学面１４に所定のピッチ以下で配列され、該ピッチ以上の波長を有する光の反射を低減する複数の凸部１６と、射出成形時に外周に形成されたゲート跡部１７とを備え、前記第１光学面１４の周縁部１４ｂは、周方向位置が前記ゲート跡部１７と一致する第１領域１４ｃと、該第１領域１４ｃに隣接する第２領域１４ｄとを含み、前記第１領域１４ｃの前記第１凸部１６ａのピッチＰは、前記第２領域１４ｄの前記第２凸部１６ｂのピッチＰよりも大きい。

前記の構成によれば、第１領域１４ｃにおける第１凸部１６ａの個数が、第２領域１４ｄにおける第２凸部１６ｂの個数よりも少ない。すなわち、第１領域１４ｃにおける、第１凸部１６ａを含むレンズ１０の表面積は、第２領域１４ｄにおける、第２凸部１６ｂを含むレンズ１０の表面積よりも小さい。そのため、第１領域１４ｃにおける、レンズ１０と成形型３０との密着力を低減することができ、レンズ１０と成形型３０との離型を容易にすることができる。それに加えて、第１領域１４ｃの第１凸部１６ａが離型時に変形することを抑制することができるため、反射防止性能を改善することができる。

また、前記第１領域１４ｃの前記第１凸部１６ａの光軸方向の高さＨは、前記第２領域１４ｄの前記第２凸部１６ｂの光軸方向の高さＨと略同じである。

前記の構成によれば、ゲート跡部１７に近い部分の凸部１６（第１凸部１６ａ）の高さＨがゲート跡部１７から離れた部分の凸部１６の高さＨと略同じになる。その結果、レンズ１０のゲート跡部１７の近傍領域の反射防止性能をそれ以外の部分の反射防止性能と同程度にすることができる。

また、前記第１領域１４ｃの前記第１凸部１６ａの軸Ｔは、前記第２領域１４ｄの前記第２凸部１６ｂの軸Ｔよりも外側に倒れている。

第１凸部１６ａの軸Ｔと第２凸部１６ｂの軸Ｔとを平行にする場合には、成形後に、第１凸部１６ａが半径方向外側に傾くことを見越して、成形型３０において第１凹部３５ａの軸Ｓを第２凹部３５ｂの軸Ｓに対して傾けておく必要がある。しかしながら、第１凹部３５ａの軸Ｓの向きと第２凹部３５ｂの軸Ｓの向きとが異なる成形型を作成するには手間がかかる。それに対し、第１凸部１６ａが第２凸部１６ｂよりも外側に倒れている構成の場合は、成形型３０において第１凹部３５ａの軸Ｓを第２凹部３５ｂの軸Ｓに対して傾けておく必要がない。つまり、成形型３０を容易に作成することができる。

また、前記カメラ１００は、前記レンズ１０を備えている。

前記の構成によれば、カメラ１００内における反射防止性能を改善することができる。

以下、実施例について説明する。

［１．実施例］
実施例１のレンズ１０は、図１に示すような両凸形状のレンズである。レンズ１０の外径は１０ｍｍであり、厚さは中心厚３ｍｍであった。コバ部１２の厚さは１ｍｍであった。また、光学有効径を６ｍｍとした。樹脂材料として、三井化学株式会社製のポリオレフィン系の樹脂ＡＰＬ５０１４を使用した。

成形型母材４１としてシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を用意した。成形型母材４１に機械加工によってレンズ１０のベース面Ｌの反転形状を形成し、反転形状の上にタングステンシリサイド（ＷＳｉ）をスパッタリング法によって形成した。続いて、タングステンシリサイド上に電子ビーム用レジスト（ポジ型）をスピンコート法によって塗布した。その後、電子ビーム用レジストに電子ビーム描画によってドット形状を描画した。

続いて、レジストドットパターンをマスクとして、アルゴンガスを用いたドライエッチングによってＷＳｉマスクにドットパターンを形成した。次に、フルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングによって、成形型母材４１の表面にＳＷＳ１３の反転形状を形成した。

成形面３３のうち、中央領域３８ｃ及び隣接領域３８ｆの凹部３５のピッチを２３０ｎｍとし、近傍領域３８ｅの凹部３５のピッチを３００ｎｍとした。成形面３４のうち、中央領域及び隣接領域の凹部３５のピッチを２００ｎｍとし、近傍領域の凹部３５のピッチを２３０ｎｍとした。

こうして作成した成形型３０を、フッ素系離型剤に浸漬して離型処理した。離型処理した成形型３０を用いて、ポリオレフィン系の樹脂を射出成形してレンズ１０を製造した。

成形条件としては、樹脂温度を２６０℃、成形型温度を１３５℃とし、タクトを９０秒とした。また、射出成形機には、８個取りの成形型を設置して射出成形した。成形型３０の保圧力は１００ＭＰａとした。

成形後、レンズ１０の表面のＳＷＳ１３の形状を計測した。第１光学面１４の第１領域１４ｃ及び第２光学面１５の第１領域の凸部１６ａのピッチは、第１光学面１４の中央部１４ａ及び第２領域１４ｄ並びに中央部及び第２光学面１５の第２領域の凸部１６ｂのピッチよりも大きくなっていた。凸部１６の高さＨは、光学有効面全域で２８０ｎｍ以上となっており、所望の形状となっていることが確認できた。

得られたレンズ１０の可視光に対する反射率を測定した結果、光学有効面内の全域において反射率は０．３％以下であり、良好な反射率特性が得られた。

［２．比較例］
次に、凹部３５のピッチが近傍領域３８ｅと隣接領域３８ｆで略均一な成形型を前述の方法と同じ方法で作成した。この成形型を用いて、前述の射出成形装置と同じ射出成形装置を使用して、レンズを成形した。

得られたレンズの反射率特性を測定した結果、ゲート跡部から離れた部分の反射率は０．３％で良好であった。しかし、ゲート跡部の近傍部分の反射率は１．２％であり、反射特性が悪化していた。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

前記ＳＷＳ１３は、第１光学面１４及び第２光学面１５上にのみ設けられているが、ＳＷＳ１３が形成される面はこれに限らない。ＳＷＳ１３は、コバ部１２に形成されていてもよい。また、ＳＷＳ１３は、第１光学面１４及び第２光学面１５の両方に設けられている必要はなく、何れか一方の面だけに設けられていてもよい。

また、前記レンズ１０は、両凸形状であったが、これには限らない。例えば、レンズ１０は、両凹形状でもよく、凸メニスカス形状でもよく、凹メニスカス形状でもよい。また、レンズ１０は、レンズ素子として機能するものでなくてもよい。

前記ＳＷＳ１３の構造単位は、円錐形状（図１４（Ａ）参照）であるが、単位構造の形状は、これに限られるものではない。例えば、構造単位は、図１４（Ｂ）に示すように、六角錐形状や、四角錐形状などの角錐形状であってもよい。構造単位は、図１４（Ｃ）に示す円柱形状や、図１４（Ｄ）に示す角柱形状であってもよい。さらには、構造単位は、図１４（Ｅ），（Ｆ）に示すように、円柱又は角柱の先端が丸くなった形状であってもよい。構造単位は、図１４（Ｇ），（Ｈ）に示すように、円錐台形状又は角錐台形状であってもよい。

また、単位構造は、複数の凹部が形成されることによって、複数の凹部の間に該凹部によって囲まれて形成される凸部であってもよい。つまり、凸部と凹部とは相対的な関係である。ＳＷＳにおいては、複数の凸部の間には凹部が形成されている一方、複数の凹部の間には凸部が形成されている。つまり、ＳＷＳは、複数の凸部が配列されているとみなすこともできるし、複数の凹部が配列されているとみなすこともできる。ここに開示された技術は、ＳＷＳを複数の凸部が配列されているとみなし、その凸部の構成を特定する、又は、その凸部に対応する成形型の凹部の構成を特定するものである。

このように、構造単位は、厳密な幾何学的な形状である必要はない。単位構造は、凸形状であって、反射を低減すべき対象光の波長よりも小さいピッチでの配列が可能な形状であればよい。

尚、第１凸部１６ａの軸Ｔは、光軸Ｘと平行であってもよい。成形後に第１凸部１６ａが半径方向外側に倒れることを見越して、成形型３０の第１凹部３５ａを予め軸Ｓが半径方向内側に倒れた形状に形成しておいてもよい。また、第１凸部１６ａの軸Ｔが倒れる方向は、厳密に半径方向外側でなくてもよい。軸Ｔは、第１光学面１４の外側に向かって倒れていればよい。すなわち、軸Ｔの先端が、光軸Ｘを中心として第１凸部１６ａを通る円よりも外側に位置するように傾斜していればよい。

また、第１凸部１６ａの高さＨは、第２凸部１６ｂの高さＨと異なっていてもよい。

以上説明したように、ここに開示された技術は、入射光の反射を低減する反射防止構造が形成された光学素子について有用である。例えば、ここに開示された光学素子を用いることによって、高品位な結像光学系、対物光学系、走査光学系、ピックアップ光学系等の各種光学系、鏡筒ユニット、光ピックアップユニット、撮像ユニット等の各種光学ユニット、及び撮像装置、光ピックアップ装置、光走査装置等を実現することができる。

１０ レンズ（光学素子）
１１ 光学部
１２ コバ部
１３ ＳＷＳ
１４ 第１光学面
１４ｂ 周縁部
１４ｃ 第１領域
１４ｄ 第２領域
１５ 第２光学面
１６ 凸部
１６ａ 第１凸部
１６ｂ 第２凸部
１７ ゲート跡部
２０ 射出成形装置
２１ 樹脂材料（成形材料）
２２ ホッパ
２３ スクリュ
２４ スプル
２５ ランナ
２６ ゲート
２９ 温度調整部
３０ 成形型
３１ 第１成形型
３２ 第２成形型
３３ 成形面
３４ 成形面
３５ 凹部
３５ａ 第１凹部
３５ｂ 第２凹部
３８ｅ 近傍領域
３８ｆ 隣接領域
４１ 成形型母材
４２ 金属マスク
４３ レジストマスク
４４ レジストドットパターン
４５ 金属マスクドットパターン
１００ カメラ（撮像装置）
１１０ カメラ本体
１２０ 交換レンズ
１３０ 撮像素子
１４０ 結像光学系
１５０ 屈折型レンズ
１６０ 屈折型レンズ
Ｃ キャビティ
Ｘ 光軸

Claims (4)

1. 表面に所定のピッチ以下の複数の凸部を配列することにより前記ピッチ以上の波長を有する光の反射を低減する光学面を有する光学部と、前記光学部の外周に形成され、射出成形時のゲートの位置を示す痕跡であるゲート跡部とを備え、射出成形により得られた光学素子であって、
   前記光学面は、光軸を含む中央部と、前記中央部の外側の周縁部とを有し、かつ前記周縁部は、前記ゲート跡部と一致する第１領域と、前記第１領域に隣接する第２領域とを含み、
   前記光学面の凸部は、前記第１領域に形成される凸部のピッチが、前記第２領域に形成される凸部のピッチより大きくなるように構成されている
   ことを特徴とする光学素子。
2. 前記第１領域の凸部の光軸方向の高さは、前記第２領域の凸部の光軸方向の高さと略同じである請求項１に記載の光学素子。
3. 請求項１に記載の光学素子を備える撮像装置。
4. 表面に所定のピッチ以下の複数の凸部を配列することにより前記ピッチ以上の波長を有する光の反射を低減する光学面を有する光学部と、前記光学部の外周に形成され、射出成形時のゲートの位置を示す痕跡であるゲート跡部とを備え、射出成形により得られた請求項１に記載の光学素子の製造方法であって、
   前記凸部に対応する凹部が形成された成形型を用い、溶融した成形材料を前記成形型のキャビティ内にゲートを介して充填し、前記成形型内の成形材料を固化させることにより製造することを特徴とする光学素子の製造方法。

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