JP2021009199A - Diffraction optical element, method for manufacturing diffraction optical element, and imaging apparatus - Google Patents
Diffraction optical element, method for manufacturing diffraction optical element, and imaging apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021009199A JP2021009199A JP2019121956A JP2019121956A JP2021009199A JP 2021009199 A JP2021009199 A JP 2021009199A JP 2019121956 A JP2019121956 A JP 2019121956A JP 2019121956 A JP2019121956 A JP 2019121956A JP 2021009199 A JP2021009199 A JP 2021009199A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical element
- ring zone
- mold
- surface roughness
- diffractive optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Description
本発明はカメラやビデオ等の撮像装置に使用される回折光学素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a diffractive optical element used in an imaging device such as a camera or a video, and a method for manufacturing the same.
レンズなどに用いられる光学素子として、光学特性が異なる2種類の樹脂の境界面にレリーフパターンを有する密着2層型の回折光学素子が知られている。この回折光学素子を得るために、特許文献1のように、レプリカ成形法を用いてレンズ基板上に所望のレリーフパターンを有する樹脂層を形成することが知られている。しかし、この回折光学素子を光学系に用いると、色収差の低減が期待される一方で、フレアと呼ばれる不要光が発生することがある。近年、カメラやビデオ等の撮像装置の高画質化に伴い、レンズにはより高い光学性能が要求されており、ユーザーのフレアの低減に対するニーズが高まっている。
As an optical element used for a lens or the like, a close-contact two-layer diffractive optical element having a relief pattern on a boundary surface between two types of resins having different optical characteristics is known. In order to obtain this diffractive optical element, it is known that a resin layer having a desired relief pattern is formed on a lens substrate by using a replica molding method as in
フレアを抑制させる手段としては、回折格子の斜面に対する壁面の角度を、光線の入射方向と平行に近づけることが知られている。 As a means for suppressing flare, it is known that the angle of the wall surface with respect to the slope of the diffraction grating is brought close to parallel to the incident direction of the light beam.
しかしながら、樹脂層の回折格子の斜面に対する壁面の角度を光線の入射方向と平行に近づけたり、樹脂の材料種によっては、樹脂層を形成するために離型する際に回折格子に欠けが生じてしまうことがあった。 However, the angle of the wall surface of the resin layer with respect to the slope of the diffraction grating is made parallel to the incident direction of the light beam, and depending on the resin material type, the diffraction grating is chipped when the mold is released to form the resin layer. There was a case that it ended up.
上記課題を解決するための回折光学素子は、基材と、複数の斜面と複数の壁面とからなる回折格子を有する第1樹脂層と、第2樹脂層と、が順に積層され、積層方向から平面視した際に、前記回折格子が複数の同心円からなる輪帯を形成する回折光学素子において、前記斜面の基準長さ50μmにおける平均表面粗さが、前記同心円の中心から最も遠い最終輪帯の斜面で最大値Rmaxであり、前記同心円の中心を囲む第1輪帯と前記最終輪帯との間の最小輪帯の斜面で最小値Rminであり、前記第1輪帯の斜面の平均表面粗さが前記Rminより大きく、かつ、前記Rmaxより小さいことを特徴とする。 In the diffractive optical element for solving the above problems, a base material, a first resin layer having a diffraction grating composed of a plurality of slopes and a plurality of wall surfaces, and a second resin layer are laminated in order, and from the stacking direction. In a diffractive optical element in which the diffraction grating forms an annular zone composed of a plurality of concentric circles when viewed in a plan view, the average surface roughness of the slope at a reference length of 50 μm is the final annular zone farthest from the center of the concentric circles. The maximum value Rmax on the slope, the minimum value Rmin on the slope of the minimum grating between the first and final gratings surrounding the center of the concentric circle, and the average surface roughness of the slope of the first grating. Is larger than the Rmin and smaller than the Rmax.
また、上記課題を解決するための回折光学素子の製造方法は、複数の斜面と複数の壁面から複数の同心円からなる輪帯を形成する回折格子を反転した形状を有する型と、基材との間に第1樹脂を設ける工程と、前記第1樹脂に熱または光エネルギーを与えて前記第1樹脂を硬化させ、前記型を周縁から中心に向かって離型して第1樹脂層を得る工程と、前記第1樹脂層上に第2樹脂を設ける工程と、前記第2樹脂に熱または光エネルギーを与えて前記第2樹脂を硬化させる工程と、を備える回折光学素子の製造方法であって、前記型の斜面の基準長さ50μmにおける平均表面粗さが、前記同心円の中心から最も遠い最終輪帯の斜面で最大値Rmaxであり、前記同心円の中心を囲む第1輪帯と前記最終輪帯との間の最小輪帯の斜面で最小値Rminであり、前記第1輪帯の斜面の平均表面粗さが前記Rminより大きく、かつ、前記Rmaxより小さいことを特徴とする。 Further, a method for manufacturing a diffractive optical element for solving the above problems is to use a mold having an inverted shape of a diffraction grating forming an annular zone composed of a plurality of concentric circles from a plurality of slopes and a plurality of wall surfaces, and a base material. A step of providing a first resin between them, and a step of applying heat or light energy to the first resin to cure the first resin and releasing the mold from the peripheral edge toward the center to obtain a first resin layer. A method for manufacturing a diffraction optical element, comprising a step of providing a second resin on the first resin layer and a step of applying heat or light energy to the second resin to cure the second resin. The average surface roughness of the slope of the mold at a reference length of 50 μm is the maximum value Rmax on the slope of the final grating farthest from the center of the concentric circles, and the first and final wheels surrounding the center of the concentric circles. It is a minimum value Rmin on the slope of the minimum ring zone between the bands, and the average surface roughness of the slope of the first ring zone is larger than the Rmin and smaller than the Rmax.
本発明によれば、格子斜面に対する格子壁面の角度が大きくても、離型の際に欠けが生じにくい回折光学素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a diffractive optical element in which chipping is unlikely to occur at the time of mold release even if the angle of the lattice wall surface with respect to the lattice slope is large.
[回折光学素子]
図1は本発明の回折光学素子の一実施態様を示すものであり、図1(a)は側面図、図1(b)は上面図である。
[Diffractive optical element]
1A and 1B show one embodiment of the diffractive optical element of the present invention, FIG. 1A is a side view and FIG. 1B is a top view.
回折光学素子20は、第1基材1と、第1基材上に複数の斜面51と複数の壁面52よりなる回折格子を有する第1樹脂層3と、第2樹脂層4とが順に密着して積層されている。また、回折光学素子20を積層方向から平面視した際に、回折格子は同心円状に形成されている。
In the diffraction
(基材)
第1基材1は透明基材であり、例えば、ランタン系の高屈折率低分散ガラスであるS−LAH55(株式会社オハラ製)や超低分散ガラスであるS−FPL51(株式会社オハラ製)などを用いることができる。図1において、第1基材5はメニスレンズであるが、平板レンズであっても構わない。また、第2樹脂層4の上に第2基材2を設けても構わない。第2基材2は、例えば、第1基材1と同様に透明基材を用いることができる。
(Base material)
The
(樹脂層)
第1樹脂層3および第2樹脂層4は、例えば、無色透明な樹脂から構成され、回折光学素子が所望の光学特性となるように屈折率やアッベ数が設計されている。広い波長帯域で高い回折効率を得るために、第1樹脂層3と第2樹脂層4は低屈折率高分散樹脂と高屈折率低分散樹脂とすることが好ましい。ここで、低屈折率および高屈折率とは第1樹脂層3および第2樹脂層4の屈折率(d線の屈折率nd)の相対的な関係を意味する。同様に、高分散および低分散とは第1樹脂層3および第2樹脂層4の分散特性(アッベ数νd)の相対的な関係を意味する。つまり、第1樹脂層3が低屈折率高分散、第2樹脂層4が高屈折率低分散であるとは、第1樹脂層3の屈折率をnd1、アッベ数をν1、第2樹脂層4の屈折率をnd2、アッベ数をν2としたときに、nd1<nd2及びν1<ν2を満たすことを意味する。なお、所望の光学特性によっては、第1樹脂層3を高屈折率低分散に、第2樹脂層4は低屈折率高分散としても構わない。
(Resin layer)
The first resin layer 3 and the
第1樹脂層3は、可視域全域で99%以上という高い回折効率を得るために、部分分散比θgFが小さいリニア分散特性を有する樹脂にすることが好ましい。このリニア分散特性を得るためには、樹脂に無機酸化物の微粒子(平均粒子径が5〜20nm程度)を含有させることができる。樹脂としては、熱硬化性樹脂および紫外線硬化樹脂等の硬化性樹脂を用いることができ、エポキシ樹脂やアクリル樹脂が好ましい。また、無機酸化物の微粒子としては、例えば、Snがドープされた酸化インジウム(ITO)やSbがドープされた酸化インジウム(ATO)を用いることができる。 The first resin layer 3 is preferably made of a resin having a linear dispersion characteristic with a small partial dispersion ratio θgF in order to obtain a high diffraction efficiency of 99% or more in the entire visible region. In order to obtain this linear dispersion characteristic, the resin can contain fine particles of inorganic oxide (average particle size of about 5 to 20 nm). As the resin, a curable resin such as a thermosetting resin and an ultraviolet curable resin can be used, and an epoxy resin or an acrylic resin is preferable. Further, as the fine particles of the inorganic oxide, for example, Sn-doped indium oxide (ITO) or Sb-doped indium oxide (ATO) can be used.
第1樹脂層3は複数の斜面51と複数の壁面52よりなる回折格子を有する。この回折格子は、積層方向から平面視した際に、回折光学素子の中心(光軸Oと一致する)としたN個(Nは2以上の整数)の円からなる同心円状のレリーフパターンからなる。レリーフパターンにおける格子ピッチは、回折光学素子の中心近傍では大きく、周縁に向かうほどが小さい。光の収斂作用や発散作用を発現させるためである。本明細書においては、同心円の中心を囲む円の領域を第1輪帯14と呼ぶ。また、中心から数えて2番目の円と中心を囲むと円とで囲まれた領域を第2輪帯15、中心から数えて3番目の円と2番目の円とで囲まれた領域を第3輪帯16と呼ぶ。すなわち、中心から数えてN番目の円と(N−1)番目の円とで囲まれた領域を第N輪帯と呼ぶ。図1の回折光学素子の輪帯の数は5つである。
The first resin layer 3 has a diffraction grating composed of a plurality of
第1樹脂層の斜面51は、粗面であり、その平均表面粗さは場所によって異なる。具体的には、回折光学素子の中心から最も遠い位置にある最終輪帯(図1においては第5輪帯)の斜面513の平均表面粗さが最大値Rmaxとなる。なお、Rmaxは10nm以上であることが好ましい。また、第1輪帯と最終輪帯との間の輪帯(最小輪帯)の斜面512の平均表面粗さが最小値Rminとなる。なお、Rminは5nm以下であることが好ましい。図1において、最小斜面は第2輪帯の斜面512であるが、第3輪帯の斜面であってもよい。また、第1輪帯の斜面の平均表面粗さR0はRminより大きく、かつRmaxより小さい。なお、R0はRminの2倍以上であることが好ましい。そして、最小輪帯と最終輪帯との間に位置する中間輪帯の斜面の平均表面粗さは、前記最小値から前記最大値まで連続的もしくは断続的に大きくなっている。図1において、最小輪帯が第2輪帯のとき中間輪帯は第3輪帯および第4輪帯であり、最小輪帯が第3輪帯のとき中間輪帯は第4輪帯である。
The
なお、本明細書における平均表面粗さとは、基準長さ50μmにおける粗さ曲線の算術平均高さ(Ra)を意味している。 The average surface roughness in the present specification means the arithmetic mean height (Ra) of the roughness curve at a reference length of 50 μm.
図2は本発明の回折光学素子における、回折格子の第1輪帯から最終輪帯までの斜面の平均表面粗さの一実施態様を示した概略図である。図2(a),(b)の回折光学素子の輪帯の数は11である。 FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of the average surface roughness of the slope from the first ring zone to the last ring zone of the diffraction grating in the diffractive optical element of the present invention. The number of ring bands of the diffractive optical element of FIGS. 2A and 2B is 11.
図2(a)では、第1輪帯の平均表面粗さR0から連続的に平均表面粗さが小さくなり、第3輪帯で最小の平均表面粗さRminとなっている。第4輪帯から第10輪帯までは、周縁に向かって平均表面粗さが連続的に大きくなっている。そして、最終輪帯において最大の平均表面粗さRmaxとなっている。 In FIG. 2A, the average surface roughness is continuously reduced from the average surface roughness R0 of the first wheel zone, and is the minimum average surface roughness Rmin of the third wheel zone. From the 4th wheel zone to the 10th wheel zone, the average surface roughness increases continuously toward the peripheral edge. And it is the maximum average surface roughness Rmax in the final ring zone.
図2(b)では、第1輪帯および第2輪帯の平均表面粗さR0から断続的に平均表面粗さが小さくなり、第3輪帯および第4輪帯で最小の平均表面粗さRminとなっている。第5輪帯から第10輪帯までは、周縁に向かって平均表面粗さが断続的に大きくなっている。そして、最終輪帯において最大の平均表面粗さRmaxとなっている。最小の平均表面粗さRminとなる最小輪帯は第1輪帯の中心から最終輪帯に向かって、10面積パーセント以上20面積パーセント以下の範囲に位置することが好ましい。 In FIG. 2B, the average surface roughness is intermittently reduced from the average surface roughness R0 of the first wheel band and the second wheel band, and the minimum average surface roughness in the third wheel band and the fourth wheel band. It is Rmin. From the 5th wheel zone to the 10th wheel zone, the average surface roughness increases intermittently toward the peripheral edge. And it is the maximum average surface roughness Rmax in the final ring zone. The minimum ring zone having the minimum average surface roughness Rmin is preferably located in a range of 10 area% or more and 20 area% or less from the center of the first ring zone toward the final ring zone.
後述するように、第1樹脂層3は型を用いて製造する。第1樹脂層の斜面が上述した様な平均表面粗さを有することにより、回折格子の斜面に対する壁面の角度を光線の入射方向と平行に近づけても、格子に欠損が生じにくくなる。 As will be described later, the first resin layer 3 is manufactured using a mold. Since the slope of the first resin layer has the average surface roughness as described above, even if the angle of the wall surface with respect to the slope of the diffraction grating is made close to parallel to the incident direction of the light beam, the lattice is less likely to be damaged.
また、第1樹脂層3において、最も平均表面粗さが大きい斜面が最終輪帯に存在することにより、平均表面粗さが一様な回折光学素子と比べて、第1樹脂層と第2樹脂層との外周付近における密着性が優れる。外周付近において第1樹脂層と第2樹脂層とが密着する表面積が大きいためである。そのため、外周を起点とした剥離が生じにくい。 Further, in the first resin layer 3, since the slope having the largest average surface roughness exists in the final ring zone, the first resin layer and the second resin are compared with the diffractive optical element having a uniform average surface roughness. Excellent adhesion to the outer periphery of the layer. This is because the surface area where the first resin layer and the second resin layer are in close contact with each other is large in the vicinity of the outer circumference. Therefore, peeling starting from the outer circumference is unlikely to occur.
[回折光学素子の製造方法]
(型)
まず、第1樹脂層をレプリカ成形するために用いる型について説明する。
[Manufacturing method of diffractive optical element]
(Type)
First, a mold used for replica molding the first resin layer will be described.
図3は本発明の回折光学素子の製造方法に用いる型の一実施形態を示した概略図である。型7は、回折光学素子20の第1樹脂層3の回折格子を反転した形状を有する。すなわち、型7は第1樹脂層を形成する面に、複数の斜面71と複数の壁面72を有する。型の斜面71は、粗面であり、その平均表面粗さは場所によって異なる。具体的には、型7の中心から最も遠い位置にある最終輪帯の斜面713の平均表面粗さが最大値Rmaxである。なお、Rmaxは10nm以上であることが好ましい。また、第1輪帯と最終輪帯との間に位置する最小輪帯の斜面712の平均表面粗さが最小値Rminとなる。なお、Rminは5nm以下であることが好ましい。また、第1輪帯の斜面の平均表面粗さR0はRminより大きく、かつRmaxより小さい。なお、R0はRminの2倍以上であることが好ましい。そして、最小輪帯と最終輪帯との間に位置する中間輪帯の斜面の平均表面粗さは、前記最小値から前記最大値まで連続的もしくは断続的に大きくなっている。
FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment of a mold used in the method for manufacturing a diffractive optical element of the present invention. The
型の斜面71の平均表面粗さと、型7によって形成される第1樹脂層3の離型力(離型し難さ)の間には相関がある。具体的には型の平均表面粗さが大きくなると、離型力は小さくなる(離型し易くなる)。この理由は以下の通りである。
There is a correlation between the average surface roughness of the
一般に、樹脂に熱エネルギーまたは光エネルギーを与えて硬化させると、樹脂は収縮しようとする一方で、型は収縮せず、形状を保とうとする。そのため、樹脂は型との界面付近において収縮が規制され、樹脂の内部に圧縮応力を溜めることになる。圧縮応力が大きいと、樹脂は型から離れやすくなる。すなわち、樹脂の硬化収縮率が大きく、樹脂の内部に溜まる圧縮応力が大きい程、離型力は小さくなる。また、型の平均表面粗さが大きくなると、樹脂と型の接触する面積が大きくなる。そのため、型の平均表面粗さが大きくなると、型の単位面積当たりの樹脂の硬化収縮量が大きくなるので、離型力が小さくなるためである。 Generally, when a resin is cured by applying heat energy or light energy, the resin tends to shrink, while the mold does not shrink and tries to maintain its shape. Therefore, shrinkage of the resin is regulated near the interface with the mold, and compressive stress is accumulated inside the resin. When the compressive stress is large, the resin tends to separate from the mold. That is, the larger the curing shrinkage rate of the resin and the larger the compressive stress accumulated inside the resin, the smaller the mold release force. Further, as the average surface roughness of the mold increases, the area of contact between the resin and the mold increases. Therefore, when the average surface roughness of the mold becomes large, the amount of curing shrinkage of the resin per unit area of the mold becomes large, and the mold release force becomes small.
また、型の材質は特に限定されないが、加工性、耐久性、樹脂との密着力などの観点からステンレス鋼(SUS材及びウッデホルム社製STAVAXなど)やNiPなどの金型が好ましい。また、必要に応じてCrNなどのコートを施しても良い。これらの金型を製造するために使用される切削加工機としては、nmオーダーで切込みを制御出来る高精度な加工機であり、そこに使用される工具は尖鋭的な先端形状を有していて高精度な加工転写性を保証するダイヤモンドバイトが好適に使用できる。ダイヤモンドバイトを使用した場合、型の平均表面粗さは、切削速度つまり型の回転速度の調整、或いは切削時に摩擦低減の目的で噴霧される切削油の量を調整することで制御できる。 The material of the mold is not particularly limited, but a mold such as stainless steel (SUS material or STAVAX manufactured by Uddeholm) or NiP is preferable from the viewpoint of workability, durability, adhesion to resin, and the like. Further, a coat such as CrN may be applied if necessary. The cutting machine used to manufacture these dies is a high-precision machine that can control cutting in the order of nm, and the tools used there have a sharp tip shape. A diamond bite that guarantees high-precision processing transferability can be preferably used. When a diamond bite is used, the average surface roughness of the mold can be controlled by adjusting the cutting speed, that is, the rotation speed of the mold, or the amount of cutting oil sprayed for the purpose of reducing friction during cutting.
(成形工程)
本発明の製造方法は、図4,5で示す成形工程と図6に示す接合工程に大別される。
(Molding process)
The manufacturing method of the present invention is roughly classified into a molding process shown in FIGS. 4 and 5 and a joining process shown in FIG.
図4は本発明の回折光学素子の一実施態様を示す図であり、第1樹脂層を形成する成形工程を説明する図である。 FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the diffractive optical element of the present invention, and is a diagram for explaining a molding process for forming the first resin layer.
まず図4(a)のように、第1基材1上に第1樹脂層の前駆体である第1樹脂6をディスペンサーで適量滴下する。第1樹脂6は、硬化性の樹脂を含有する樹脂であり、以下は紫外線硬化型樹脂を用いた例である。
First, as shown in FIG. 4A, an appropriate amount of the first resin 6, which is a precursor of the first resin layer, is dropped onto the
次に、図4(b)のように型7を用意する。型7は上述した型である。第1樹脂6を滴下した第1基材1を型7の上に配置し、第1基材1を徐々に下降させる。
Next, the
続いて、図4(c)のように、滴下した第1樹脂6を型7に接触させる。このとき、空気(泡)を巻き込まないように第1基材1と型7との間に第1樹脂6を充填する。この際、第1基材1の第1樹脂6を設けなかった面から、加圧用ガラス8を介して第1樹脂6に圧力をかけて、回折光学素子の光学有効部外まで第1樹脂6を押し拡げる。加圧用ガラス8は、第1基材1を均一に加圧する為に使用され、第1基材1と接する側は第1基材1と同一の曲率を有する球面形状、反対側は加圧方向に対して垂直な平面である。加圧用ガラスの材質は、紫外線透過率が大きいことが好ましい。また。第1基材1と同材質であることが好ましい。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, the dropped first resin 6 is brought into contact with the
続いて、図4(d)のように、紫外線光源9から紫外線を照射して第1樹脂6を硬化させ、第1基材1上に同心円状の回折格子形状を有する第1樹脂層3を形成する。紫外線の照射量は硬化反応率が80%以上100%以下の範囲にするのが好ましい。80%より小さい硬化反応率で離型を行うと、その後の形状変化量が大きいため、型の転写精度が低下するおそれがある。紫外線硬化型樹脂の反応率は、FT−IR(フーリエ変換型赤外分光計)を用いて算出することが出来る。具体的には、硬化反応に寄与するC=C二重結合の振動が表す波数(809cm−1)の濃度と寄与しないC−C単結合の振動が表す波数(763cm−1)の濃度を測定し、その比率を照射量毎に算出し、初期(照射量0)との比較で反応率とする。これを事前に行って、予め照射条件を設定しておく。
Subsequently, as shown in FIG. 4D, the first resin 6 is cured by irradiating ultraviolet rays from the ultraviolet
硬化が終わったのち、図4(e)のように、第1基材1と第1樹脂層3が一体化した成形レンズ10を型7から離型する。この離型工程については、図5を用いて詳細に説明する。
After the curing is completed, the molded
図5は、レプリカ成形の離型時における基材の形状変化を模式的に表したものである。 FIG. 5 schematically shows a change in the shape of the base material at the time of mold release of replica molding.
図5(a)は、型7の上に第1樹脂層を介して第1基材1が配置されている状態を示す。説明の便宜上、図5では第1樹脂層を省略している。この状態では第1基材1は変形しておらず、離型も開始していないため第1基材1の全面が第1樹脂層を介して型7と接しているため密着力が強い。本発明に用いる型7は、型の中心から最も遠い位置にある最終輪帯の平均表面粗さを最大値としている。そのため、不図示の第1樹脂層は、最終輪帯で最も離型力が低く、最も離型しやすい。よって、第1樹脂層は最終輪帯が位置する周縁が離型の起点になりやすい。好ましい最終輪帯の平均表面粗さは10nm以上である。
FIG. 5A shows a state in which the
ここで、離型の方法は特に限定されない。離型の方法としては、第1基材1の端部をイジェクタで押し上げる方法が一般的である。また、第1基材1の型7とは反対側の面に冷却ガスを噴霧して、第1基材1の上下間に温度差を付けることによって第1基材1に反りを発生させて離型し、その後イジェクタで押し上げる方法を用いても良い。
Here, the mold release method is not particularly limited. As a method of releasing the mold, a method of pushing up the end portion of the
図5(b)は、第1基材1が型7の端部から剥離を開始した状態を示す。破線で示した形状101は型の平均表面粗さが一定のとき基材の形状を示している。一方、実線1は、本発明の型を用いた時の基材の形状を示しており、点線は実線の位置に移動する前の本発明の型を用いた時の基材の形状を示している。
FIG. 5B shows a state in which the
図5(c)は、図5(b)の状態から第1基材1を端部から押し上げることによって、型7の中間輪帯から第1樹脂層3の剥離を進展させている状態を示す。ここで、型7の中間輪帯の斜面71の平均表面粗さは最外斜面から剥離が進行する方向(型の中心に向かう方向)に向かって、連続的もしくは断続的に小さくなっている。そのため、第1基材1の端部を押し上げるにつれて、第1樹脂層3は離型力が高くなる。すなわち、第1基材1の端部を押し上げるにつれて第1樹脂層3は型7から剥離しづらくなり、第1基材1と型7との密着径が小さくなりすぎず、第1基材1の曲率半径を徐々に大きくすることができる。そのため、回折光学素子のフレアを低減するために、格子角度を小さく設計しても、離型し易い構造となる。一方、この段階で曲率半径が小さすぎると、剥離に際し型が格子と衝突し、格子欠損が起きやすくなる。
FIG. 5C shows a state in which the first resin layer 3 is peeled off from the intermediate ring zone of the
図5(d)は、第1基材1が型7から剥離し、第1基材の中間輪帯から最小輪帯まで剥離を進展させている状態を示す。この状態では、第1基材1の曲率半径が大きいまま剥離を進展させるため、平均表面粗さが一定で曲率半径が十分に大きくならない型を用いた時よりも、格子に欠損が生じにくい。好ましい最小輪帯の平均表面粗さは5nm以下である。第1基材1はガラスであるため、曲率半径が大きいまま剥離を続けて離型させてしまうと、第1基材1に割れが生じるおそれがあるため、最小輪帯は第1輪帯より周縁側に位置している。
FIG. 5D shows a state in which the
図5(e)は、第1基材1を型7から完全に剥離させるときの状態を示す図である。これは、この状態では剥離させるために必要な力の方向が、これまでの工程と異なり上向きである。そのため、図5(a)〜(d)で説明した剥離させるために必要な力の方向が斜め方向である状態より、離型に必要な力が大きい。ここで第1輪帯の斜面の平均表面粗さは、最小輪帯より大きく、かつ、最終輪帯よりは小さい。第1輪帯の斜面の平均表面粗さが最小輪帯より大きくすることにより、型から樹脂が剥離しやすくしている。また、第1輪帯の斜面の平均表面粗さを最終輪帯より大きくせず、第1輪帯が剥離の起点にならないようにしている。好ましい第1輪帯の平均表面粗さは、最小輪帯の平均表面粗さRminの2倍以上である。以上が離型工程である。
FIG. 5 (e) is a diagram showing a state when the
なお、型7の最小輪帯の位置は、型の斜面の総面積を100面積%、型の中心を始点として最終輪帯に向かう方向に、10面積パーセント以上20面積パーセント以下の範囲に位置することが好ましい。最小輪帯が型の中心から10面積パーセント未満の位置にあると、第1基材1が型7と密着している面積がわずかになるまで第1基材1が変形を続けて反るため、イジェクタで完全に離型する際に反力を受けて第1樹脂層3に欠けが生じるおそれがある。また、第1基材1に割れが発生する可能性も高くなる。一方、最小輪帯が20面積パーセントより大きい位置にあると、イジェクタで完全に離型する際に第1樹脂層3と型7が密着している面積が大きい。そのため離型の際に大きな力が必要となるため好ましくない。
The position of the minimum ring zone of the
(接合工程)
図6は本発明の回折光学素子の一実施態様を示す図であり、第2樹脂層を形成する接合工程を示す図である。
(Joining process)
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the diffractive optical element of the present invention, and is a diagram showing a bonding step for forming a second resin layer.
まず、図6(a)のように第2樹脂層の前駆体である第2樹脂11の接合層として必要な量を第2基材2にディスペンサーを使用して滴下する。なお、第2樹脂11を滴下する前には必要に応じて成形した格子を破損しない程度で洗浄して、接合工程前にパーティクルを除去しておくことが好ましい。
First, as shown in FIG. 6A, an amount required as a bonding layer of the
また、図6(b)のように第2樹脂11は第1樹脂層3の上にも滴下することが好ましい。接合に必要な第2樹脂11を第2基材2と第1樹脂層3に分けて滴下することにより、貼り合わせの際、樹脂に泡が混入するのを防ぐことができる。液体−固体の接触に比べて液体同士の接触は泡の混入リスクが小さく出来るためである。
Further, as shown in FIG. 6B, it is preferable that the
続いて、図6(c)、図6(d)のように、第2樹脂11を滴下した第2基材2と第1樹脂層3を近づけて接液する。
Subsequently, as shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d), the
続いて、図6(e)のように、加圧用ガラス8を第1基材1の上面に設置した状態で2枚の成形レンズ10を加圧して、第2樹脂の充填を完了する。
Subsequently, as shown in FIG. 6E, the two molded
その後、図6(f)のように、第2樹脂11に紫外線光源9から紫外線を照射して硬化させて、第1樹脂層3の上に第2樹脂層4を形成し、回折光学素子を得る。
Then, as shown in FIG. 6 (f), the
なお、上述した製造方法によって得られた回折光学素子は第2基材2を有しているが、図6(f)の工程の後に第2基材2は、離型しても構わない。得られる回折光学素子の光学性能に大きな差が生じないためである。
Although the diffractive optical element obtained by the above-mentioned manufacturing method has the
以上、本発明の回折光学素子の製造方法によれば、格子欠損が無い事でフレアが低減され、更に樹脂層間の剥離が抑制された回折光学素子を提供できる。 As described above, according to the method for manufacturing a diffractive optical element of the present invention, it is possible to provide a diffractive optical element in which flare is reduced and peeling between resin layers is suppressed because there is no lattice defect.
(撮像装置)
図7は、本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例であり、本発明の光学機器の一例であるレンズ鏡筒(交換レンズ)が結合された一眼レフデジタルカメラの構成を示している。
(Imaging device)
FIG. 7 shows an example of a preferred embodiment of the image pickup apparatus of the present invention, and shows a configuration of a single-lens reflex digital camera to which a lens barrel (interchangeable lens), which is an example of the optical device of the present invention, is coupled.
本発明の光学機器とは、双眼鏡、顕微鏡、半導体露光装置、交換レンズ等、本発明の回折光学素子を含む光学系を備える機器のことをいう。あるいは本発明の回折光学素子を通過した光によって画像を生成する機器のことをいう。 The optical device of the present invention refers to a device including an optical system including the diffractive optical element of the present invention, such as binoculars, a microscope, a semiconductor exposure apparatus, and an interchangeable lens. Alternatively, it refers to a device that generates an image by light passing through the diffractive optical element of the present invention.
また、本発明の撮像装置とは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機等の本発明の回折光学素子を通過した光を受光する撮像素子を備える電子機器のことをいう。なお、電子機器に搭載されるモジュール状の形態、例えばカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。 The imaging device of the present invention refers to an electronic device including a camera system such as a digital still camera or a digital video camera, or an imaging element that receives light that has passed through the diffractive optical element of the present invention such as a mobile phone. .. In some cases, a modular form mounted on an electronic device, for example, a camera module may be used as an image pickup device.
図7において、カメラ本体602と光学機器であるレンズ鏡筒601とが結合されているが、レンズ鏡筒601はカメラ本体602対して着脱可能ないわゆる交換レンズである。
In FIG. 7, the
被写体からの光は、レンズ鏡筒601の筐体内(筐体620内)の撮影光学系の光軸上に配置された複数のレンズ603、605などからなる光学系を通過し、撮像素子に受光される。本発明の回折光学素子は例えば、レンズ605に用いることができる。
The light from the subject passes through an optical system composed of a plurality of
ここで、レンズ605は内筒604によって支持されて、フォーカシングやズーミングのためにレンズ鏡筒601の外筒に対して可動支持されている。
Here, the
撮影前の観察期間では、被写体からの光は、カメラ本体の筐体621内の主ミラー607により反射され、プリズム611を透過後、ファインダレンズ612を通して撮影者に撮影画像が映し出される。主ミラー607は例えばハーフミラーとなっており、主ミラーを透過した光はサブミラー608によりAF(オートフォーカス)ユニット613の方向に反射され、例えばこの反射光は測距に使用される。また、主ミラー607は主ミラーホルダ640に接着などによって装着、支持されている。不図示の駆動機構を介して、撮影時には主ミラー607とサブミラー608を光路外に移動させ、シャッタ609を開き、撮像素子610にレンズ鏡筒601から入射した撮影光像を結像させる。また、絞り606は、開口面積を変更することにより撮影時の明るさや焦点深度を変更できるよう構成される。
During the observation period before shooting, the light from the subject is reflected by the
まず、実施例で作成した回折光学素子の評価方法を説明する。 First, an evaluation method of the diffractive optical element produced in the examples will be described.
(フレア率)
フレアの測定は、回折効率(入射した光に対する割合)を算出することにより求めた。1次回折光を使用する設計として、有効画素内で結像してしまう0次光と2次光(不要光)を合わせた回折効率を測定し、それをフレア率とした。
(Flare rate)
The flare was measured by calculating the diffraction efficiency (ratio to the incident light). As a design using the first-order diffracted light, the diffraction efficiency of the combination of the 0th-order light and the second-order light (unwanted light) that form an image in the effective pixel was measured, and this was used as the flare rate.
具体的には、作成した回折光学素子の格子間隔が100(μm)となる領域に光軸方向から回折光学素子に光を入射させて、回折光の出射側に0次、2次の回折光のみを通過させるスリットを配して、分光光度計で光量を測定することにより算出した。なお、測定の精度を保証するため、測定は温度23±0.5℃、湿度50±10%の環境下で実施した。 Specifically, light is incident on the diffractive optical element from the optical axis direction in a region where the lattice spacing of the created diffractive optical element is 100 (μm), and 0th-order and second-order diffracted light is emitted on the emission side of the diffracted light. It was calculated by arranging a slit through which only the light passes and measuring the amount of light with a spectrophotometer. In order to guarantee the accuracy of the measurement, the measurement was carried out in an environment of a temperature of 23 ± 0.5 ° C. and a humidity of 50 ± 10%.
(型の斜面の平均表面粗さ)
製造に用いた型の斜面の平均表面粗さは、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定した。
(Average surface roughness of the slope of the mold)
The average surface roughness of the slope of the mold used in the production was measured using an atomic force microscope (AFM).
(第1樹脂層の斜面の平均表面粗さ)
製造した回折光学素子の第1樹脂層の斜面の平均表面粗さは、まず、回折光学素子の積層方向に対し中心を通るように切断し、その切断面を有するサンプルを作成した。作成したサンプルを薄片化し、走査型透過電子顕微鏡(STEM)を用いて測定した。
(Average surface roughness of the slope of the first resin layer)
The average surface roughness of the slope of the first resin layer of the manufactured diffractive optical element was first cut so as to pass through the center with respect to the stacking direction of the diffractive optical element, and a sample having the cut surface was prepared. The prepared sample was sliced and measured using a scanning transmission electron microscope (STEM).
(高温高湿耐久試験)
得られた回折光学素子を温度60℃、湿度70%に設定した恒温槽に1200時間放置し、その後室温に24時間放置した。
(High temperature and high humidity durability test)
The obtained diffractive optical element was left in a constant temperature bath set at a temperature of 60 ° C. and a humidity of 70% for 1200 hours, and then left at room temperature for 24 hours.
次に、実施例を挙げて本発明の回折光学素子およびその製造方法を具体的に説明する。 Next, the diffractive optical element of the present invention and a method for manufacturing the same will be specifically described with reference to examples.
(実施例1)
図4〜6で説明した製造方法で密着2層型の回折光学素子を製造した。第1基材1には、硝材(株式会社オハラ製、商品名:S−FPL)を球面形状に加工(成形面が曲率半径R200で凸形状、反対側の面がR150)した直径58mmのものを用いた。レプリカ成形する側の面には樹脂との密着性を高める目的でカップリング処理を施した。カップリング液は、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、商品名:KBM503)を水とエタノールの混合液(水10%)に濃度5%で溶かし、pH調整として酢酸を0.5%添加したものを使用した。このカップリング液をスプレーコーターで塗布し、100℃のオーブン内で1時間の脱水乾燥処理をした。反対側の面にはSiO2とSiOで構成される反射防止膜を成膜した。
(Example 1)
The close contact two-layer diffractive optical element was manufactured by the manufacturing method described in FIGS. 4 to 6. The
型7はステンレス鋼(ウッデホルム株式会社製、商品名:STAVAX)の土台にNiPを200μmメッキしたものを切削加工機で鋸歯断面形状に加工したものを使用し、実施例1の回折光学素子の輪帯数は110、格子角度は81°となるよう設計した。また、各輪帯における型の斜面の平均表面粗さは以下のように設計した。
As the
第1輪帯〜第9輪帯:10nm、第10輪帯〜第18輪帯:4nm、第19輪帯〜第38輪帯:5nm、第39輪帯〜第49輪帯:6nm、第50輪帯〜第72輪帯:8nm、第73輪帯〜第98輪帯:10nm、第99輪帯〜第110輪帯:18nm。 1st wheel band to 9th wheel band: 10 nm, 10th wheel band to 18th wheel band: 4 nm, 19th wheel band to 38th wheel band: 5 nm, 39th wheel band to 49th wheel band: 6 nm, 50th Ring band to 72nd wheel band: 8 nm, 73rd wheel band to 98th wheel band: 10 nm, 99th wheel band to 110th wheel band: 18 nm.
ここで、平均表面粗さを最小値4nmで調整した第19輪帯から第38輪帯は、第1樹脂層が形成される領域の中心から最終輪帯に向かって10面積%から20面積%の位置に相当する。 Here, in the 19th to 38th ring zones in which the average surface roughness is adjusted to a minimum value of 4 nm, 10 area% to 20 area% from the center of the region where the first resin layer is formed toward the final ring zone. Corresponds to the position of.
次いで、第1樹脂6として、ウレタン変性ポリエステルアクリレートを主成分としたものに光反応開始剤(日本チバガイギー株式会社製、商品名Irgacure184)を用意した。この材料に酸化インジウム錫微粒子を分散させた紫外線硬化型樹脂50mgを、ディスペンサー(武蔵エンジニアリング株式会社製、商品名:MEASURING MASTER MPP−1)を使用して第1基材1に滴下した。その後、加圧用ガラス8を用いて、ゆっくりと第1基材1を下降させ、第1樹脂6を光学有効部外まで押し拡げた。
Next, as the first resin 6, a photoreaction initiator (manufactured by Ciba-Geigy Japan Co., Ltd., trade name Irgacure 184) was prepared with a urethane-modified polyester acrylate as a main component. 50 mg of an ultraviolet curable resin in which indium tin oxide fine particles were dispersed in this material was added dropwise to the
その状態で、加圧用ガラス8と第1基材1を通して第1樹脂6に紫外線を照射して、第1基材上に第1樹脂層3を形成した。紫外線の照射には紫外線照射装置(HOYA CANDEO OPTRONICS 社製、商品名:UV光源UL750)を使用し、その照射量は15J/cm2(15mW/cm2の照度で1000秒照射)とした。照射終了後に第1樹脂層が形成された第1基材1に、型7とは反対側から液体窒素を噴霧ノズルから噴霧して第1基材1を反らせると共に、下側からはイジェクタピンを上昇させて反り戻りを防止して型7からの離型を完了させ、成形レンズ10を得た。得られた成形レンズ10の第1樹脂層3の回折格子を光学顕微鏡で観察して、格子欠損の発生状況を確認したが、全110輪帯で格子欠損は確認されなかった。
In that state, the first resin 6 was irradiated with ultraviolet rays through the pressurizing
次いで、第2樹脂11として、ウレタン変性ポリエステルアクリレートを主成分としたものに光反応開始剤(日本チバガイギー株式会社製、商品名:Irgacure184)及び二酸化ジルコニア微粒子を分散させた紫外線硬化型樹脂を用意した。これらを微量吐出ディスペンサー(エンジニアリングシステム株式会社製、商品名:高精度ディスペンサーR−jet)を使用して、第2基材2との接合に必要な樹脂量のうちの362mgを滴下した。
Next, as the
続いて、同じ微量吐出ディスペンサーを使用して第1樹脂層3の中心部(第1及び第2輪帯内)に樹脂残量3.0mgを滴下した。第2基材2は、硝材(株式会社オハラ製、商品名:S−LAH55)を球面形状に加工(成形面は曲率半径R200で凹形状、反対側の面はR300に設計)した直径62mmのものを用いた。第2基材2は、第1基材1と同様にレプリカを形成する側の面には樹脂との密着性を高める目的でカップリング処理を施した。また、反対側の面にはSiO2とSiOで構成される反射防止膜を成膜した。
Subsequently, using the same trace amount discharge dispenser, 3.0 mg of the remaining amount of resin was dropped onto the central portion (inside the first and second wheel bands) of the first resin layer 3. The
その後、第2樹脂層4および第2基材2を貼り合わせ装置内で接合した。この装置は第2基材2(凹形状)を下側に配置して固定し、成形レンズ10(凸形状)を逆向きにして第2基材2に一定速度で近づけるものである。第1樹脂層と第2基材2との間には60μm厚のSUS製スペーサーを挿入した。成形レンズ10を下降速度0.1mm/秒で第2基材2に近付け、完全に接液した後で加圧用ガラスを用いて、一定圧力(10kgf)を加えてスペーサーに突き当たるまで下降させた。第2樹脂11が完全に第1樹脂層3と第2基材2との間に充填され、第2樹脂11の反発力が無くなった後、スペーサーと加圧ガラスを取り除いた。その状態で紫外線を照射して充填された第2樹脂11を硬化させて、密着2層型の回折光学素子20を得た。紫外線照射装置は上記と同様のUL750を使用し、紫外線の照射量は32J/cm2とした。
Then, the
この回折光学素子を撮像光学系に組み込んで、フレアの測定を行った。測定の結果、実施例1の回折光学素子としてのフレア率は0.4%であった。 This diffractive optical element was incorporated into an imaging optical system to measure flare. As a result of the measurement, the flare rate as the diffractive optical element of Example 1 was 0.4%.
この回折光学素子に対して高温高湿耐久試験を実施したところ、耐久前後での光学特性に変化は認められず、光学素子の外観も周縁部での剥がれ等の変化は認められなかった。 When a high-temperature and high-humidity durability test was carried out on this diffractive optical element, no change was observed in the optical characteristics before and after the durability, and no change in the appearance of the optical element such as peeling at the peripheral portion was observed.
この回折光学素子の直径で半分に切断した断面方向から輪帯の接合界面を観察したところ、第1樹脂層の平均表面粗さは金型の平均表面粗さを精度良く転写していることが確認された。 When observing the bonding interface of the annulus from the cross-sectional direction cut in half with the diameter of this diffractive optical element, it was found that the average surface roughness of the first resin layer accurately transferred the average surface roughness of the mold. confirmed.
(実施例2)
実施例2は実施例1と型7の形状が異なる。具体的には、輪帯数110であるが、格子角度が84°であり、実施例1と比べて離型し易い形状となっている。また、各輪帯における型の斜面の平均表面粗さは以下のように設計した。
(Example 2)
The shape of the
第1輪帯〜第4輪帯:10nm、第5輪帯〜第10輪帯:8nm、第11輪帯〜第15輪帯:4nm、第16輪帯〜第28輪帯:6nm、第29輪帯〜第49輪帯:8nm、50輪帯〜第72輪帯:12nm、第73輪帯〜第98輪帯:16nm、第99輪帯〜第110輪帯:20nm。 1st wheel band to 4th wheel band: 10 nm, 5th wheel band to 10th wheel band: 8 nm, 11th wheel band to 15th wheel band: 4 nm, 16th wheel band to 28th wheel band: 6 nm, 29th Ring band to 49th wheel band: 8 nm, 50 ring band to 72 wheel band: 12 nm, 73rd wheel band to 98th wheel band: 16 nm, 99th wheel band to 110th wheel band: 20 nm.
実施例1と比べて、離型し易く格子欠損が抑制される形状のため、型の平均表面粗さを実施例1より大きくして、離型力を低減させた。 Since the shape is easier to release and suppresses lattice defects as compared with Example 1, the average surface roughness of the mold is made larger than that of Example 1 to reduce the mold release force.
ここで、平均表面粗さを最小値8nmで調整した第11輪帯から第15輪帯は、第1樹脂層が形成される領域の中心から周縁に向かって12面積%から17面積%の位置に相当する。 Here, the 11th to 15th ring zones having the average surface roughness adjusted to a minimum value of 8 nm are located at positions of 12 area% to 17 area% from the center of the region where the first resin layer is formed toward the peripheral edge. Corresponds to.
離型は、第1基材1の端部を位置制御可能なイジェクタで順次押し上げる方法で行った。得られた成形レンズ10を光軸方向から光学顕微鏡で観察して、格子欠損の発生状況を確認したが、全110輪帯で格子欠損は確認されなかった。
The mold release was performed by a method of sequentially pushing up the end portion of the
次いで、実施例1と同様の方法で、得られた成形レンズ10と第2基材2を貼り合わせ装置内で接合して密着2層型の回折光学素子を得た。
Then, in the same manner as in Example 1, the obtained molded
実施例2の回折光学素子を撮像光学系に組み込んで、フレアの測定を行った。測定の結果、実施例2のフレア率は0.46%であった。 The diffractive optical element of Example 2 was incorporated into the imaging optical system, and flare was measured. As a result of the measurement, the flare rate of Example 2 was 0.46%.
この回折光学素子に対して高温高湿耐久試験を実施したところ、耐久前後での光学特性に変化は認められず、光学素子の外観も周縁部での剥がれ等の変化は認められなかった。 When a high-temperature and high-humidity durability test was carried out on this diffractive optical element, no change was observed in the optical characteristics before and after the durability, and no change in the appearance of the optical element such as peeling at the peripheral portion was observed.
この回折光学素子の直径で半分に切断した断面方向から輪帯の接合界面を観察したところ、第1樹脂層の平均表面粗さは金型の平均表面粗さを精度良く転写していることが確認された。 When observing the bonding interface of the annulus from the cross-sectional direction cut in half with the diameter of this diffractive optical element, it was found that the average surface roughness of the first resin layer accurately transferred the average surface roughness of the mold. confirmed.
(実施例3)
実施例3は実施例2と型7の形状が異なる。具体的には、各輪帯における型の斜面の平均表面粗さが異なる。切削加工機のステージの回転速度を徐々に変化させ、中心から周縁部に向かって平均表面粗さが連続的に変化するようにした。実施例3に用いた型7の斜面の平均表面粗さは、以下のとおりである。
(Example 3)
The shape of the
第1輪帯〜第10輪帯:10nmから8nm、第11輪帯〜第15輪帯:8nmから4nm、第16輪帯〜第72輪帯:4nmから12nm、第73輪帯〜第110輪帯:12nmから20nm。 1st wheel band to 10th wheel band: 10 nm to 8 nm, 11th wheel band to 15th wheel band: 8 nm to 4 nm, 16th wheel band to 72nd wheel band: 4 nm to 12 nm, 73rd wheel band to 110th wheel Band: 12 nm to 20 nm.
ここで平均表面粗さの最小値4nmで調整した第15、16輪帯は、第1樹脂層が形成される領域の中心から周縁に向かって15面積%の位置に相当する。 Here, the 15th and 16th ring zones adjusted with the minimum value of 4 nm of the average surface roughness correspond to the positions of 15 area% from the center of the region where the first resin layer is formed toward the peripheral edge.
また、第1樹脂6としてトリシクロデカンジメタノールジアクリレートに、ジ(2−メルカプトジエチル)スルフィドを付加反応させたものに光反応開始剤(日本チバガイギー株式会社製、商品名Irgacure184)を添加したものを用意した。すなわち、実施例3の第1樹脂は硫黄を含有する材料であり、硫黄を含有しない材料よりも離型が難しい材料である。これ以外は実施例2と同様の方法で成形レンズ10を作成した。
Further, as the first resin 6, a photoreaction initiator (manufactured by Ciba-Geigy Japan Co., Ltd., trade name Irgacure 184) is added to a tricyclodecanedimethanol diacrylate to which di (2-mercaptodiethyl) sulfide is added and reacted. Prepared. That is, the first resin of Example 3 is a material containing sulfur, which is more difficult to release than a material not containing sulfur. A molded
得られた成形レンズ10を光軸方向から光学顕微鏡で観察して、格子欠損の発生状況を確認したが、全110輪帯で格子欠損は確認されなかった。
The obtained molded
また、実施例3では第2樹脂11として、フッ素含有アクリレートとフルオレン基含有アリレートを反応させたものに光反応開始剤(Irgacure184)を添加させたものを用意した。それ以外は、実施例1と同様の方法で接合工程を行い、実施例3の回折光学素子を得た。
Further, in Example 3, as the
実施例3の回折光学素子を撮像光学系に組み込んで、フレアの測定を行った。測定の結果、実施例3のフレア率は0.46%と実施例2と同じであった。 The diffractive optical element of Example 3 was incorporated into the imaging optical system, and flare was measured. As a result of the measurement, the flare rate of Example 3 was 0.46%, which was the same as that of Example 2.
この回折光学素子に対して高温高湿耐久試験を実施したところ、耐久前後での光学特性に変化は認められず、光学素子の外観も周縁部での剥がれ等の変化は認められなかった。 When a high-temperature and high-humidity durability test was carried out on this diffractive optical element, no change was observed in the optical characteristics before and after the durability, and no change in the appearance of the optical element such as peeling at the peripheral portion was observed.
この回折光学素子の直径で半分に切断した断面方向から輪帯の接合界面を観察したところ、第1樹脂層の平均表面粗さは金型の平均表面粗さを精度良く転写していることが確認された。 When observing the bonding interface of the annulus from the cross-sectional direction cut in half with the diameter of this diffractive optical element, it was found that the average surface roughness of the first resin layer accurately transferred the average surface roughness of the mold. confirmed.
(比較例1)
比較例1は、実施例1と用いた型7の形状が異なる。具体的には、輪帯数および格子角度は同じであるが、切削加工機のステージの回転速度を制御することで、格子斜面の平均表面粗さを全110輪帯で4nmとなるように調整した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the shape of the
また、成形レンズ10を得る際の離型は、実施例1と同様に液体窒素を噴霧することでレンズを反らせる冷却離型を行ったが、離型力が大きく十分な反りが得られなかったので、冷却とイジェクタピンを併用した離型を採用した。そのため、実施例1と比較して、周縁部で剥離が開始するまでに多くの時間を要した。
Further, the mold release at the time of obtaining the molded
比較例1の成形レンズ10を光軸方向から光学顕微鏡で観察して、格子欠損の発生状況を確認したところ、素子の中心から中帯部(30〜50輪帯近傍)にかけて格子欠損が確認された。1つの輪帯内で周方向の1/6以上が欠損している輪帯は全110輪帯中15輪帯に及んでいた。また回折格子の周縁部においても、周方向で1/6未満ではあったが、格子欠損が発生していた。
When the molded
その後、破損して第1樹脂層に付着した格子の切れ端を除去してから、実施例1と同様の方法で、得られた成形レンズ10と第2基材2を貼り合わせ装置内で接合して密着2層型の回折光学素子を得た。
Then, after removing the broken pieces of the lattice attached to the first resin layer, the obtained molded
この回折光学素子を撮像光学系に組み込んでフレアの測定を行った。測定の結果、比較例1のフレア率は0.62%であった。実施例1より1.5倍も高いフレア率であった。 This diffractive optical element was incorporated into an imaging optical system to measure flare. As a result of the measurement, the flare rate of Comparative Example 1 was 0.62%. The flare rate was 1.5 times higher than that of Example 1.
更に、この回折光学素子に対して高温高湿耐久試験を実施したところ、光学素子の周縁部で樹脂層間の剥がれが発生して、空気層の影響で外観上白く光る帯が観察された。これにより、耐久前と比較して回折効率、フレア率が低下していることも確認された。 Further, when a high temperature and high humidity durability test was carried out on this diffractive optical element, peeling of the resin layers occurred at the peripheral edge of the optical element, and a band shining white in appearance was observed due to the influence of the air layer. As a result, it was also confirmed that the diffraction efficiency and flare rate were lower than those before durability.
(比較例2)
比較例2は実施例1と型7の形状が異なる。輪帯数および格子角度は実施例1と同じであるが、各輪帯における型の斜面の平均表面粗さは以下のように設計した。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 has a different shape from that of Example 1. The number of ring zones and the lattice angle are the same as in Example 1, but the average surface roughness of the slope of the mold in each ring zone is designed as follows.
第1輪帯〜第18輪帯:4nm、第19輪帯〜第38輪帯:5nm、第39輪帯〜第49輪帯:6nm、第50輪帯〜第72輪帯:8nm、第73輪帯〜第98輪帯:10nm、第99輪帯〜第110輪帯:18nm。 1st wheel band to 18th wheel band: 4 nm, 19th wheel band to 38th wheel band: 5 nm, 39th wheel band to 49th wheel band: 6 nm, 50th wheel band to 72nd wheel band: 8 nm, 73rd Ring band to 98th wheel band: 10 nm, 99th wheel band to 110th wheel band: 18 nm.
第1輪帯から第9輪帯といった素子の中心部も平均表面粗さを小さくしていることが実施例1との差異である。ここで平均表面粗さを最小値4nmで調整した第1輪帯から第18輪帯は、第1樹脂層が形成される領域の中心から周縁に向かって20面積%の位置に相当する。 The difference from the first embodiment is that the average surface roughness of the central portion of the element such as the first wheel band to the ninth wheel band is also reduced. Here, the 1st to 18th wheel zones in which the average surface roughness is adjusted to a minimum value of 4 nm correspond to a position of 20 area% from the center of the region where the first resin layer is formed toward the peripheral edge.
得られた成形レンズ10を光軸方向から光学顕微鏡で観察して、格子欠損の発生状況を確認したところ、素子の中心部(1〜10輪帯近傍)で格子欠損が確認された。1つの輪帯内で周方向の1/6以上が欠損しているのは6輪帯あったが、周縁部での格子欠損は確認されなかった。
When the obtained molded
その後、破損後に格子成形品に再付着した格子の切れ端を除去してから、実施例1と同様の方法で、成形レンズ10と基材2を貼り合わせ装置内で接合して密着2層型の回折光学素子を得た。
Then, after removing the pieces of the lattice reattached to the lattice molded product after the breakage, the forming
この回折光学素子を撮像光学系に組み込んで、フレアの測定を行った。測定の結果、比較例2のフレア率は0.50%であり、実施例1と比べて0.1%高かった。 This diffractive optical element was incorporated into an imaging optical system to measure flare. As a result of the measurement, the flare rate of Comparative Example 2 was 0.50%, which was 0.1% higher than that of Example 1.
この回折光学素子に対して高温高湿耐久試験を実施したが、耐久前後での光学特性に変化は認められず、光学素子の外観上も周縁部での剥がれ等の変化は認められなかった。 A high-temperature and high-humidity durability test was carried out on this diffractive optical element, but no change was observed in the optical characteristics before and after the durability, and no change such as peeling at the peripheral portion was observed in the appearance of the optical element.
この回折光学素子の直径で半分に切断した断面方向から輪帯の接合界面を観察したところ、第1樹脂層の平均表面粗さは金型の平均表面粗さを精度良く転写していることが確認された。 When observing the bonding interface of the annulus from the cross-sectional direction cut in half with the diameter of this diffractive optical element, it was found that the average surface roughness of the first resin layer accurately transferred the average surface roughness of the mold. confirmed.
(比較例3)
比較例3は、実施例1と用いた型7の形状が異なる。具体的には、型7は輪帯数および格子角度は同じであるが、切削加工機のステージの回転速度を制御することで、格子斜面の平均表面粗さを全110輪帯で18nmとなるように調整した。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, the shape of the
離型も実施例1と同様に液体窒素を噴霧することでレンズを反らせる冷却離型を実施した。実施例1の時と比較すると、周縁部での剥離開始の差は無かったが、一旦剥離が開始されると中帯部、中心部まで一気に剥離が進展していくのが観察された。 As for the mold release, the cooling mold release was carried out in which the lens was warped by spraying liquid nitrogen in the same manner as in Example 1. Compared with the case of Example 1, there was no difference in the start of peeling at the peripheral portion, but once the peeling was started, it was observed that the peeling progressed to the middle zone and the central portion at once.
得られた成形レンズ10を光軸方向から光学顕微鏡で観察して、格子欠損の発生状況を確認したところ、素子の中帯部(30〜50輪帯近傍)で多数の格子欠損が確認された。1つの輪帯内で周方向の1/4以上が欠損している輪帯は全110輪帯中20輪帯に及んでいた。また、中帯部から周縁部では、周方向で1/4未満の格子欠損が発生していた。
When the obtained molded
その後、破損後に格子成形品に再付着した格子の切れ端を除去してから、実施例1と同様の方法で、成形レンズ10と基材2を貼り合わせ装置内で接合して密着2層型の回折光学素子を得た。
Then, after removing the pieces of the lattice reattached to the lattice molded product after the breakage, the forming
この回折光学素子を撮像光学系に組み込んで、フレアの測定を行った。測定の結果、比較例3のフレア率は0.73%であった。実施例1より1.8倍も高いフレア率であった。 This diffractive optical element was incorporated into an imaging optical system to measure flare. As a result of the measurement, the flare rate of Comparative Example 3 was 0.73%. The flare rate was 1.8 times higher than that of Example 1.
この回折光学素子に対して高温高湿耐久試験を実施したが、耐久前後での光学特性に変化は認められず、光学素子の外観上も周縁部での剥がれ等の変化は認められなかった。 A high-temperature and high-humidity durability test was carried out on this diffractive optical element, but no change was observed in the optical characteristics before and after the durability, and no change such as peeling at the peripheral portion was observed in the appearance of the optical element.
この回折光学素子の直径で半分に切断した断面方向から輪帯の接合界面を観察したところ、第1樹脂層の平均表面粗さは金型の平均表面粗さを精度良く転写していることが確認された。 When observing the bonding interface of the annulus from the cross-sectional direction cut in half with the diameter of this diffractive optical element, it was found that the average surface roughness of the first resin layer accurately transferred the average surface roughness of the mold. confirmed.
(実施例4)
実施例4は実施例1と型7の形状が異なる。具体的には、輪帯数110であるが、格子角度は87°であり、実施例1と比べて離型し易い形状となっている。また、各輪帯における型の斜面の平均表面粗さは以下のように設計した。
(Example 4)
The shape of the
第1輪帯〜第9輪帯:20nm、第10輪帯〜第18輪帯:10nm、第19輪帯〜第38輪帯:15nm、第39輪帯〜第49輪帯:18nm、第50輪帯〜第72輪帯:20nm、第73輪帯〜第98輪帯:25nm、第99輪帯〜第110輪帯:30nm。 1st wheel band to 9th wheel band: 20 nm, 10th wheel band to 18th wheel band: 10 nm, 19th wheel band to 38th wheel band: 15 nm, 39th wheel band to 49th wheel band: 18 nm, 50th Ring band to 72nd wheel band: 20 nm, 73rd wheel band to 98th wheel band: 25 nm, 99th wheel band to 110th wheel band: 30 nm.
実施例1と比べて、離型し易く格子欠損が抑制される形状のため、型の平均表面粗さを実施例1より大きくして、離型力を低減させた。 Since the shape is easier to release and suppresses lattice defects as compared with Example 1, the average surface roughness of the mold is made larger than that of Example 1 to reduce the mold release force.
ここで、平均表面粗さが最小値10nmとなるように調整した第10輪帯から第18輪帯は、第1樹脂層が形成される領域の中心から周縁に向かって10面積%から20面積%の位置に相当する。 Here, the 10th to 18th ring zones adjusted so that the average surface roughness is the minimum value of 10 nm have 10 area% to 20 areas from the center to the peripheral edge of the region where the first resin layer is formed. Corresponds to the% position.
離型は、第1基材1の端部を位置制御可能なイジェクタで順次押し上げる方法で行った。離型のためのイジェクタピンに設置したロードセルで離型力を測定したところ、実施例2及び3と比較して、1/4程度まで低減していることが確認された。得られた成形レンズ10を光軸方向から光学顕微鏡で観察して、格子欠損の発生状況を確認したが、全110輪帯で格子欠損は確認されなかった。
The mold release was performed by a method of sequentially pushing up the end portion of the
次いで、実施例1と同様の方法で、得られた成形レンズ10と第2基材2を貼り合わせ装置内で接合して密着2層型の回折光学素子を得た。
Then, in the same manner as in Example 1, the obtained molded
実施例4の回折光学素子を撮像光学系に組み込んで、フレアの測定を行った。測定の結果、実施例4のフレア率は0.65%であった。離型の際の格子欠損は抑制出来たが、格子角度が垂直に近くなっているため、フレア率は実施例1より少し高かった。 The diffractive optical element of Example 4 was incorporated into the imaging optical system, and flare was measured. As a result of the measurement, the flare rate of Example 4 was 0.65%. Although the lattice defect at the time of mold release could be suppressed, the flare rate was slightly higher than that in Example 1 because the lattice angle was close to vertical.
この回折光学素子に対して高温高湿耐久試験を実施したところ、耐久前後での光学特性に変化は認められず、光学素子の外観上も周縁部での剥がれ等の変化は認められなかった。 When a high temperature and high humidity durability test was carried out on this diffractive optical element, no change was observed in the optical characteristics before and after the durability, and no change such as peeling at the peripheral portion was observed in the appearance of the optical element.
この回折光学素子の直径で半分に切断した断面方向から輪帯の接合界面を観察したところ、第1樹脂層の平均表面粗さは金型の平均表面粗さを精度良く転写していることが確認された。 When observing the bonding interface of the annulus from the cross-sectional direction cut in half with the diameter of this diffractive optical element, it was found that the average surface roughness of the first resin layer accurately transferred the average surface roughness of the mold. confirmed.
以上、表1に実施例1から4と比較例1から3の製造条件をまとめた。また、表2に実施例1から4と比較例1から3の評価結果をまとめた。 As described above, Table 1 summarizes the production conditions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3. In addition, Table 2 summarizes the evaluation results of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.
実施例1では、フレアを小さくする格子角度と格子欠損レスを両立し、更に素子周縁での樹脂層間の剥離も抑えることが出来た。格子角度が大きくなり、離型が容易になった実施例2では全体的に平均表面粗さを少し大きくして離型力を低減させても、格子欠損は発生しなかった。実施例3では、硫黄を含有した樹脂に特有の課題である型との密着力が増大し離型不良が発生し易い樹脂を使用したが、金型自体の離型力を調整することで格子欠損を抑制できた。実施例4では格子角度が大きくなっているが、離型力を低減させたことで離型自体を容易にし、更に樹脂層間の剥離も生じなかった。 In Example 1, both the lattice angle for reducing flare and the absence of lattice defects were achieved, and peeling between the resin layers at the peripheral edge of the element could be suppressed. In Example 2 in which the lattice angle became large and the mold release became easy, even if the average surface roughness was slightly increased as a whole to reduce the mold release force, no lattice defect occurred. In Example 3, a resin was used, which is a problem peculiar to the sulfur-containing resin, because the adhesion to the mold is increased and mold release defects are likely to occur. However, by adjusting the mold release force of the mold itself, the lattice is used. The defect could be suppressed. Although the lattice angle was large in Example 4, the mold release itself was facilitated by reducing the mold release force, and peeling between the resin layers did not occur.
比較例1では全体が離型力の大きな状態であり、中帯部での反り不足による格子欠損が発生し、フレアが悪化してしまった。また、素子周縁部では樹脂層界面の密着力不足による剥離が確認された。比較例2では中心の離型力が大きくなっており、中心を離型する際のレンズの振れなどの影響も有って、格子欠損が素子中心に集中しており、フレアも悪化しているのが確認された。比較例3では全体の離型力が低すぎるために、十分な反りが得られず素子全域で大小の格子欠損が確認された。 In Comparative Example 1, the entire mold release force was large, lattice defects occurred due to insufficient warpage in the middle zone, and flare worsened. In addition, peeling due to insufficient adhesion at the resin layer interface was confirmed at the peripheral portion of the device. In Comparative Example 2, the mold release force at the center is large, and due to the influence of lens deflection when the center is released, lattice defects are concentrated in the center of the element, and flare is also deteriorated. Was confirmed. In Comparative Example 3, since the overall mold release force was too low, sufficient warpage could not be obtained, and large and small lattice defects were confirmed in the entire element.
1 第1基材
10 成形レンズ
11 第2樹脂
14 第1輪帯
15 第2輪帯
16 第3輪帯
2 第2基材
20 回折光学素子
3 第1樹脂層
4 第2樹脂層
51 斜面
511 第1輪帯の斜面
512 最小輪帯の斜面
513 最終輪帯の斜面
52 壁面
6 第1樹脂
600 撮像装置
605 レンズ
7 型
71 斜面
72 壁面
1
Claims (15)
前記斜面の基準長さ50μmにおける平均表面粗さが、前記同心円の中心から最も遠い最終輪帯の斜面で最大値Rmaxであり、前記同心円の中心を囲む第1輪帯と前記最終輪帯との間の最小輪帯の斜面で最小値Rminであり、前記第1輪帯の斜面の平均表面粗さが前記Rminより大きく、かつ、前記Rmaxより小さいことを特徴とする回折光学素子。 A first resin layer having a base material, a diffraction grating composed of a plurality of slopes and a plurality of wall surfaces, and a second resin layer are laminated in order, and when viewed in a plan view from the stacking direction, the plurality of diffraction gratings are present. In a diffraction optical element that forms a grating of concentric circles
The average surface roughness of the slope at a reference length of 50 μm is the maximum value Rmax on the slope of the final ring zone farthest from the center of the concentric circles, and the first ring zone surrounding the center of the concentric circles and the final ring zone. A diffractive optical element having a minimum value of Rmin on the slope of the minimum ring zone between the two, and having an average surface roughness of the slope of the first ring zone larger than the Rmin and smaller than the Rmax.
前記複数の中間輪帯の斜面の基準長さ50μmにおける平均表面粗さが、前記最小輪帯から前記最終輪帯に向かって連続的もしくは断続的に大きくなっている請求項1に記載の回折光学素子。 There are a plurality of intermediate ring zones located between the minimum ring zone and the final ring zone.
The diffractive optics according to claim 1, wherein the average surface roughness of the slopes of the plurality of intermediate ring zones at a reference length of 50 μm increases continuously or intermittently from the minimum ring zone to the final ring zone. element.
前記第1樹脂に熱または光エネルギーを与えて前記第1樹脂を硬化させ、前記型を周縁から中心に向かって離型して第1樹脂層を得る工程と、
前記第1樹脂層の上に第2樹脂を設ける工程と、
前記第2樹脂に熱または光エネルギーを与えて前記第2樹脂を硬化させる工程と、を備える回折光学素子の製造方法であって、
前記型の斜面の基準長さ50μmにおける平均表面粗さが、前記同心円の中心から最も遠い最終輪帯の斜面で最大値Rmaxであり、前記同心円の中心を囲む第1輪帯と前記最終輪帯との間の最小輪帯の斜面で最小値Rminであり、前記第1輪帯の斜面の平均表面粗さが前記Rminより大きく、かつ、前記Rmaxより小さいことを特徴とする回折光学素子の製造方法。 A step of providing a first resin between a mold having an inverted shape of a diffraction grating forming an annular band composed of a plurality of concentric circles from a plurality of slopes and a plurality of wall surfaces, and a base material.
A step of applying heat or light energy to the first resin to cure the first resin and releasing the mold from the peripheral edge toward the center to obtain a first resin layer.
The step of providing the second resin on the first resin layer and
A method for manufacturing a diffractive optical element, comprising a step of applying heat or light energy to the second resin to cure the second resin.
The average surface roughness of the slope of the mold at a reference length of 50 μm is the maximum value Rmax on the slope of the final ring zone farthest from the center of the concentric circles, and the first ring zone and the final ring zone surrounding the center of the concentric circles. Manufacture of a diffractive optical element having a minimum value Rmin on the slope of the minimum ring zone between the two, and having an average surface roughness of the slope of the first ring zone larger than the Rmin and smaller than the Rmax. Method.
前記レンズの少なくとも1つが請求項1乃至6のいずれか1項に記載の回折光学素子であることを特徴とする撮像装置。 An image pickup apparatus comprising a housing, an optical system having a plurality of lenses arranged in the housing, and an image pickup element that receives light that has passed through the optical system.
An imaging device according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one of the lenses is a diffractive optical element according to any one of claims 1 to 6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019121956A JP2021009199A (en) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | Diffraction optical element, method for manufacturing diffraction optical element, and imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019121956A JP2021009199A (en) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | Diffraction optical element, method for manufacturing diffraction optical element, and imaging apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021009199A true JP2021009199A (en) | 2021-01-28 |
Family
ID=74199259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019121956A Pending JP2021009199A (en) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | Diffraction optical element, method for manufacturing diffraction optical element, and imaging apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021009199A (en) |
-
2019
- 2019-06-28 JP JP2019121956A patent/JP2021009199A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101174180B1 (en) | Diffractive optical element | |
JP4266732B2 (en) | Multilayer diffractive optical element | |
US10852460B2 (en) | Diffraction optical element, manufacturing method thereof, and optical apparatus | |
JP6783829B2 (en) | Diffractive optical element and optical equipment using it | |
TWI507730B (en) | The manufacturing method of optical box and optical module | |
JP2019117421A (en) | Diffraction optical element and method for producing the same | |
JP2004145277A (en) | Optical material and optical element, diffractive optical element, laminated diffractive optical element, and optical system | |
JP2001249208A (en) | Diffraction optical device and method of manufacturing the same | |
JP7106279B2 (en) | Diffractive optical element and optical equipment | |
JP2021009199A (en) | Diffraction optical element, method for manufacturing diffraction optical element, and imaging apparatus | |
JP7346262B2 (en) | Diffractive optical elements, methods of manufacturing diffractive optical elements, optical instruments, and imaging devices | |
US11614564B2 (en) | Optical element, optical apparatus, image pickup apparatus, and method for producing optical element | |
JP7204363B2 (en) | Diffractive optical element, manufacturing method thereof, and optical apparatus | |
JP2018136529A5 (en) | ||
JP7346278B2 (en) | Diffractive optical elements, optical instruments and imaging devices | |
JP7418079B2 (en) | Diffractive optical elements, optical instruments, imaging devices | |
JP7451299B2 (en) | Diffractive optical elements, optical instruments and imaging devices | |
JP2022152224A (en) | Diffraction optical element, method for manufacturing diffraction optical element, optical instrument, and imaging apparatus | |
JP7451298B2 (en) | Diffractive optical elements, optical instruments and imaging devices | |
US20220239809A1 (en) | Polymerizable composition, optical element and method for producing the same, optical device, and image capturing apparatus | |
US20230110024A1 (en) | Optical element, optical equipment, and imaging apparatus | |
JP2006220739A (en) | Ceramic hybrid lens | |
JP2022170558A (en) | Optical element, optical instrument, imaging apparatus, and method for manufacturing optical element | |
JP2023014556A (en) | Diffraction optical element, optical apparatus, imaging device, and method for manufacturing diffraction optical element | |
JP2019012209A (en) | Diffraction optical element and method for manufacturing the same |