WO2013118488A1 - 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

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 Download PDF

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WO2013118488A1
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lens
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村田　淳
隆正 田村
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パナソニック株式会社
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    • B29L2011/00—Optical elements, e.g. lenses, prisms
    • B29L2011/0016—Lenses

Definitions

  • the technology disclosed herein relates to an optical element having an antireflection structure for reducing the reflection of incident light formed on the surface.
  • a fine unit structure for example, a fine structure composed of linear recesses or linear protrusions, a fine structure composed of conical or columnar concaves or protrusions, etc.
  • a technique for forming a film with a pitch less than the wavelength of incident light has been proposed.
  • the optical element disclosed in Patent Document 1 has an antireflection structure provided on a real or virtual curved surface.
  • the antireflection structure is composed of fine unit structures arranged at a pitch equal to or less than the wavelength of light to be antireflection.
  • the optical element may be manufactured by injection molding.
  • injection molding a molten molding material is poured into a mold cavity through a gate, and the molding material is solidified to produce an optical element.
  • the optical element manufactured by such a method may have poor shape accuracy near the gate portion, and in such a case, the antireflection performance in the vicinity of the gate is deteriorated.
  • the technology disclosed herein has been made in view of such a point, and an object thereof is to improve the antireflection performance in the vicinity of the gate of the optical element.
  • the technique disclosed herein is directed to a method of manufacturing an optical element that includes convex portions arranged on a surface at a predetermined pitch or less and reduces reflection of light having a wavelength equal to or greater than the pitch.
  • the method of manufacturing an optical element includes a step of preparing a mold in which a concave portion corresponding to the convex portion is formed, a step of filling a molten molding material into a cavity of the mold through a gate, and the molding A step of solidifying the molding material in the mold, wherein the molding die has a neighboring region adjacent to the gate and a neighboring region adjacent to the neighboring region, and the recess in the neighboring region is the neighboring It is assumed that the region is deeper than the concave portion.
  • the technique disclosed here is intended for optical elements obtained by injection molding.
  • the optical element includes a plurality of convex portions arranged on the surface at a predetermined pitch or less to reduce reflection of light having a wavelength equal to or greater than the pitch, and a gate trace portion formed on the outer periphery at the time of injection molding.
  • the peripheral portion includes a first region whose circumferential position coincides with the gate trace portion, and a second region adjacent to the first region, and the shape of the convex portion of the first region is the second region The shape of the convex part is different.
  • the technique disclosed here is intended for an imaging apparatus.
  • the imaging apparatus includes the optical element.
  • an optical element with improved antireflection performance in the vicinity of the gate can be obtained.
  • the antireflection performance in the vicinity of the gate can be improved.
  • the imaging device it is possible to improve the antireflection performance in the vicinity of the gate of the optical element.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical element.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the convex portion.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an injection molding apparatus.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the mold.
  • FIG. 5 is a view showing a molding surface of the first mold.
  • FIG. 6 is an enlarged sectional view of the recess.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a process for creating the first mold.
  • FIG. 8 is a plan view of the optical element.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the second convex portion.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the first convex portion.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the second convex portion.
  • FIG. 11A is an enlarged cross-sectional view of various concave portions
  • FIG. 11B is an enlarged cross-sectional view of a convex portion corresponding to the concave portion of FIG.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of the camera.
  • FIG. 13 is a perspective view of a convex portion according to a modification.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the lens 10.
  • the lens 10 includes an optical unit 11 including the optical axis X and an edge unit 12 provided on the outer periphery of the optical unit 11.
  • the optical part 11 and the edge part 12 constitute an element body part.
  • the lens 10 is a biconvex lens.
  • the lens 10 is a resin molded product manufactured by injection molding.
  • the lens 10 is an example of an optical element.
  • the optical unit 11 has a first optical surface 14 and a second optical surface 15.
  • the first and second optical surfaces 14 and 15 are optical functional surfaces (also referred to as optical effective surfaces).
  • the edge portion 12 has a first edge surface 12a on the first optical surface 14 side, a second edge surface 12b on the second optical surface 15 side, and an outer peripheral surface 12c.
  • the first and second edge surfaces 12a and 12b are orthogonal to the optical axis X.
  • the first and second optical surfaces 14 and 15 have SWS (Sub-Wavelength-Structure) 13.
  • the SWS 13 is an example of an antireflection structure.
  • the SWS 13 has a plurality of fine structural units arranged at a predetermined pitch (period) or less, and can reduce reflection of light having a wavelength equal to or greater than the pitch.
  • the unit structure of the SWS 13 of this embodiment is a convex portion 16.
  • the convex portion 16 has a conical shape.
  • a plurality of concave portions surrounded by the convex portions 16 are formed between the plurality of convex portions 16 by arranging the plurality of convex portions 16.
  • a virtual surface formed by connecting bottoms (lowest portions) of the plurality of recesses is referred to as a base surface L.
  • the base surface L is formed in a shape necessary for realizing optical characteristics required for the lens 10.
  • the base surface L is formed in a curved surface shape.
  • the base surface L is formed in a curved surface shape, an aspherical shape, or a free curved surface.
  • the base surface L may be a flat surface.
  • the pitch of the convex portions 16 is the distance in the direction perpendicular to the optical axis X between the apexes of the adjacent convex portions 16.
  • the height of the convex portion 16 in the optical axis direction is the distance from the apex of the convex portion 16 to the base surface L in the optical axis direction.
  • FIG. 2 the expanded sectional view of the convex part 16 is shown. As shown in FIG. 2, the vertex of the convex portion 16 is A, the line segment extending from the vertex A in the optical axis direction is M, and the intersection of the line segment M and the base surface L is the intersection B.
  • the height H of the convex portion 16 in the optical axis direction is defined by the distance from the vertex A to the intersection B. Note that the tip of the actually formed convex portion 16 may have a minute curvature. In such a case, the most distal portion is designated as vertex A.
  • the “height of the convex portion” means the height in the optical axis direction unless otherwise specified.
  • the SWS 13 can reduce reflection of light having a wavelength that is at least equal to the pitch of the protrusions 16.
  • the light for which reflection is reduced is visible light.
  • the pitch of the convex portions 16 is preferably 400 nm or less.
  • the height of the convex portion 16 is preferably 0.4 times or more the target wavelength.
  • the target wavelength is visible light
  • the height of the convex portion 16 is preferably 280 nm or more.
  • the pitch of the convex portions 16 is equal to or less than a solution obtained by dividing the target wavelength by the refractive index of the lens 10.
  • the pitch of the convex portions 16 is preferably 266 nm or less.
  • the reflectance in the entire visible light region can be reduced to 0.1 to 0.2% or less, and a good antireflection effect Can be obtained.
  • a gate trace portion 17 is formed on the outer peripheral surface 12 c of the edge portion 12.
  • the gate resin is also solidified together with the lens 10, and the gate resin is connected to the lens 10 when the mold is released.
  • the resin of the gate is cut from the lens 10 with a blade after releasing, but a part of the resin remains. This remaining portion is the gate trace portion 17.
  • the gate trace part 17 is not restricted to the shape which protrudes outside from the outer peripheral surface 12c of the edge part 12.
  • the resin of the gate connected to the lens 10 may be cut together with the edge portion 12. That is, the edge portion 12 is partially cut by a plane. In this case, a portion of the edge portion 12 cut in a plane is the gate trace portion 17. That is, the gate trace portion 17 may be any trace as long as it is a trace indicating the position of the gate in the lens 10 molded by injection molding.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an injection molding apparatus 20 for molding the lens 10.
  • the injection molding apparatus 20 mainly includes a hopper 22, a screw 23, a sprue 24, a runner 25, a gate 26, a molding die 30, and a temperature adjustment unit 29.
  • the mold 30 is prepared and set in the injection molding apparatus 20.
  • the detailed configuration of the mold 30 will be described later.
  • a resin material (pellet material) 21 is put into the hopper 22.
  • the charged resin material 21 is heated while being measured by the screw 23.
  • the heated resin material 21 is plasticized.
  • the molten resin material 21 is injected into the mold 30 through the sprue 24, the runner 25, and the gate 26.
  • the molten resin material 21 is injected into the cavity of the mold 30 and filled.
  • the resin material 21 is an example of a molding material.
  • the resin material 21 in the cavity is cooled by the temperature adjusting unit 29 and solidified.
  • the resin in the gate 26, the runner 25, and the sprue 24 is also solidified.
  • the first mold 31 and the second mold 32 are opened, and the lens 10 is released.
  • the resin in the gate 26, the runner 25, and the sprue 24 is solidified integrally with the lens 10.
  • the resin in the gate 26, the runner 25, and the sprue 24 is cut with a blade or the like at the position of the gate 26. Thereby, the gate trace portion 17 is formed in the lens 10.
  • any material can be adopted as long as it satisfies the refractive index and the dispersion value required for the lens 10.
  • the molding shrinkage of the resin material for optical elements is usually 0.1 to 1.0%.
  • Mold shrinkage is the ratio of the dimension of the lens after molding to the dimension of the mold.
  • the molding shrinkage varies depending on the type of resin, molding conditions, and the shape of the molded product.
  • the molding shrinkage varies depending on the location of one lens 10. Specifically, the molding shrinkage rate is different between the vicinity of the gate trace portion 17 and other portions of the lens 10. Therefore, near the gate trace portion 17 of the lens 10, distortion different from the other portions is generated.
  • the resin filling rate may vary depending on the location in the cavity.
  • the portion of the cavity away from the gate 26 has a high resin filling rate.
  • the density of the resin filled in the vicinity of the gate 26 is smaller than the density of the resin in other portions.
  • the amount of shrinkage at the portion where the resin density is low is larger than the amount of shrinkage at the portion where the resin density is high. Therefore, the shrinkage amount of the resin filled in the vicinity of the gate 26 at the time of cooling becomes larger than that of the other portions.
  • the distortion in the vicinity of the gate trace portion 17 in the lens 10 is larger than that in the other portions.
  • the amount of shrinkage varies depending not only on the resin density but also on the difference in internal stress.
  • a shearing force is generated in the molten resin, and this shearing force remains as internal stress in the molten resin. Strain occurs due to internal stress in the process of cooling and solidifying the molten resin. If the internal stress is non-uniform within the cavity, the strain will be non-uniform and, as a result, the amount of shrinkage will be non-uniform.
  • the molten resin that has entered the cavity reaches a portion on the opposite side of the gate 26 in the cavity and is folded back to form the molding surface of the first molding die 31 and the molding of the second molding die 32. This is the case when it flows into the surface. Since the temperature of the 1st shaping
  • the second pattern is a case where the molten resin is gradually filled from the gate 26 to the opposite side of the gate 26.
  • the molten resin flows into the molding surface of the first molding die 31 and the molding surface of the second molding die 32 in order from the gate 26 side. Also at this time, the molten resin in contact with the molding surface becomes a skin layer. Even after the skin layer is formed in the vicinity of the gate 26, the molten resin continues to flow through the gate 26, so that a large shear force is generated between the skin layer and the molten resin in the vicinity of the gate 26.
  • the molten resin flows largely in the vicinity of the gate 26, a greater shearing force is generated than in other portions.
  • the diameter of the runner 25 is usually larger than the diameter of the gate 26. Therefore, when the molten resin flows from the runner 25 to the gate 26, the flow velocity increases. Therefore, the flow rate of the molten resin at the gate 26 in the cavity is fast. That is, a shearing force is more likely to be generated in the vicinity of the gate 26. Also from this point, a larger shearing force is generated in the molten resin near the gate 26 than in other portions.
  • the shrinkage amount of the molten resin in the vicinity of the gate 26 becomes larger than that in the other portions.
  • the shape of the portion corresponding to the vicinity of the gate trace portion 17 in the mold 30 is made different from the other portions.
  • FIG. 4 shows an enlarged cross-sectional view of the mold 30 and FIG. 5 shows a molding surface 33 of the first mold 31.
  • the mold 30 has a first mold 31 and a second mold 32.
  • a cavity C is formed between the first mold 31 and the second mold 32.
  • a fine structure for molding the SWS 13 is formed on the molding surfaces of the first molding die 31 and the second molding die 32.
  • a concave portion 35 corresponding to the convex portion 16 is formed in a portion of the molding surface 33 of the first mold 31 corresponding to the first optical surface 14 of the lens 10.
  • a concave portion 35 corresponding to the convex portion 16 is formed in a portion of the molding surface 34 of the second mold 32 corresponding to the second optical surface 15 of the lens 10.
  • the concave portion 35 is substantially the inverted shape of the convex portion 16.
  • the gate 26 is a portion corresponding to the outer peripheral surface 12 c of the edge portion 12 of the lens 10, and is formed on the joint surface between the first molding die 31 and the second molding die 32.
  • the concave portion 35 in the vicinity of the gate 26 of the molding surface 33 and the molding surface 34 is formed deeper than the concave portion 35 in other portions.
  • the molding surface 33 has an edge region 38 a for forming the edge portion 12 and an optical region 38 b for forming the first optical surface 14.
  • a recess 35 is formed in the optical region 38b.
  • the optical region 38b has a central region 38c and an annular peripheral region 38d located outside the central region 38c.
  • the peripheral region 38d includes a neighboring region 38e whose circumferential position around the optical axis X coincides with the gate 26, and a neighboring region 38f adjacent to the neighboring region 38e.
  • the shape of the recess 35 in the vicinity region 38e is different from the shape of the recess 35 in the adjacent region 38f.
  • the recess 35 in the vicinity region 38e is referred to as a first recess 35a
  • the recess 35 in the adjacent region 38f is referred to as a second recess 35b.
  • the recessed part 35 when not distinguishing the 1st recessed part 35a and the 2nd recessed part 35b, it calls the recessed part 35 only.
  • FIG. 6 shows an enlarged cross-sectional view of the recess 35.
  • the recess 35 is a conical hole.
  • the axis P of the recess 35 extends in parallel with the optical axis X.
  • the axis P of the recess 35 is an axis of a cone, in other words, a straight line that is a bisector of the apex angle of the cone in the cross section of the recess 35.
  • the depth D in the optical axis direction of the first recess 35a in the vicinity region 38e is deeper than the depth D in the optical axis direction of the second recess 35b in the adjacent region 38f.
  • the depth D of the recess 35 in the optical axis direction is such that a straight line extending in the optical axis direction from the bottom of the recess 35 (the top of the cone) intersects the base surface N of the molding surface 33, and the bottom of the recess 35. Is the distance.
  • the base surface N of the molding surface 33 is a virtual surface formed by connecting the tops of the convex portions surrounded by the plurality of concave portions 35 and is a surface corresponding to the base surface L of the lens 10. .
  • the “depth of the recess” means the depth of the recess 35 in the optical axis direction.
  • the depth D of the recess 35 coincides with the axial depth of the recess 35. That is, the axial depth of the first recess 35a in the vicinity region 38e is deeper than the axial depth of the second recess 35b in the adjacent region 38f.
  • the configuration of the concave portion 35 in the central region 38c of the molding surface 33 is the same as the configuration of the second concave portion 35b in the adjacent region 38f.
  • the configuration of the recess 35 in the central region 38c may be different from the configuration of the second recess 35b in the adjacent region 38f.
  • the molding surface 34 of the second molding die 32 is similarly configured. That is, the annular peripheral region corresponding to the peripheral portion of the second optical surface 15 of the molding surface 34 includes a neighboring region whose circumferential position coincides with the gate 26 and an adjacent region adjacent to the neighboring region. The depth of the concave portion 35 in the vicinity region is deeper than the depth of the concave portion 35 in the adjacent region.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a process for creating the first mold 31 for molding the lens 10.
  • molding die 31 is mentioned as an example and demonstrated here, the 2nd shaping
  • a mold base material 41 is prepared. Then, as shown in FIG. 7A, the inverted shape of the lens 10 is formed on the mold base material 41 by machining.
  • the inverted shape of the lens 10 at this stage is the inverted shape of the lens 10 from which the convex portion 16 is omitted, and corresponds to the base surface L of the lens 10.
  • the mold base material 41 may be any material that has high strength and is easily finely processed by etching.
  • SiO 2 (quartz), Si (silicon), GC (glassy carbon), SiC (silicon carbide), WC (carbide), or the like can be used.
  • a metal mask 42 is formed on the surface of the mold base material 41.
  • the metal mask 42 can be formed by sputtering or vapor deposition.
  • Cr, Ta, WSi, Ni, W, or the like can be used as a material of the metal mask 42.
  • a resist mask 43 is formed on the metal mask 42.
  • the resist mask 43 can be formed by a spin coating method or a spray coating method.
  • a resist dot pattern 44 corresponding to the SWS 13 is formed from the resist mask 43.
  • the resist dot pattern 44 can be formed by an electron beam drawing method, an interference exposure (hologram exposure) method, or the like.
  • the resist dot pattern 44 is transferred to the metal mask 42 by dry etching. Thereby, the metal mask dot pattern 45 is formed.
  • the metal mask dot pattern 45 may be formed by wet etching.
  • the metal mask dot pattern 45 is transferred to the mold base material 41 by dry etching.
  • the concave portion 35 that is the inverted shape of the convex portion 16 is formed on the surface of the mold base material 41.
  • the depth of the recess 35 can be adjusted by the hole diameter of the resist dot pattern 44.
  • the recess 35 can be deepened by increasing the hole diameter of the resist dot pattern 44. That is, the hole diameter of the resist dot pattern 44 in the neighboring area 38e is made larger than the hole diameter of the resist dot pattern 44 in the adjacent area 38f.
  • the first mold 31 is created.
  • FIG. 8 shows a plan view of the lens 10.
  • the first optical surface 14 has a central part 14a including the optical axis X and a peripheral part 14b located outside the central part 14a.
  • the peripheral portion 14b has a first region 14c whose circumferential position coincides with the gate trace portion 17, and a second region 14d adjacent to the first region 14c.
  • the central portion 14 a is formed by the central region 38 c of the first mold 31, and the peripheral portion 14 b is formed by the peripheral region 38 d of the first mold 31.
  • the first area 14 c is formed by the vicinity area 38 e of the first mold 31, and the second area 14 d is formed by the adjacent area 38 f of the first mold 31.
  • the first region 14c is a region in which the first optical surface 14 overlaps with a circle whose center is the center of the gate trace portion 17 and whose radius is 1/4 of the diameter of the lens 10 in plan view.
  • the first region 14c is not limited to this, and is a region where the first optical surface 14 overlaps with a circle having a radius of 1/5 of the diameter of the lens 10 with the center of the gate trace portion 17 as the center. Also good.
  • the first region 14c is not limited to the shape defined by the two arcs, and can be an arbitrary shape.
  • the first region 14c may be a region obtained by cutting the peripheral edge portion 14b with two radii having a predetermined angular width.
  • the shape of the convex portion 16 in the first region 14c and the shape of the convex portion 16 in the second region 14d are different from each other.
  • the convex portion 16 of the first region 14c is referred to as a first convex portion 16a
  • the convex portion 16 of the second region 14d is referred to as a second convex portion 16b.
  • FIG. 9 shows an enlarged cross-sectional view of the second convex portion 16b
  • FIG. 10 shows an enlarged cross-sectional view of the first convex portion 16a.
  • the axis Q of the second convex portion 16b extends in parallel with the optical axis X as shown in FIG.
  • the axis Q is a conical axis, in other words, a straight line that is a bisector of the apex angle of the cone in the cross section of the convex portion 16.
  • the height H of all the second convex portions 16b is substantially the same.
  • the axis Q of the first convex portion 16a is inclined with respect to the optical axis X as shown in FIG. Specifically, the first convex portion 16a is inclined so that the portion on the distal end side is located on the radially outer side with the optical axis X as the center. However, the height H of the first convex portion 16a is substantially the same as the height H of the second convex portion 16b.
  • the “radial direction” means a radial direction centered on the optical axis X unless otherwise specified.
  • the first convex portion 16a is inclined because the portion of the lens 10 in the vicinity of the gate trace portion 17 has a larger contraction amount than the other portions during solidification in the injection molding. It is. That is, also in the first convex portion 16a, the contraction amount is larger in the radially outer portion than in the radially inner portion and the radially outer portion. As a result, the first convex portion 16a has a shape in which the axis Q falls radially outward.
  • the height H of the first convex portion 16a is substantially the same as the height H of the second convex portion 16b in the optical axis direction. The same. This is because, as described above, the depth of the first concave portion 35a for forming the first convex portion 16a is deeper than the second concave portion 35b for forming the second convex portion 16b.
  • FIG. 11A shows an enlarged cross-sectional view of various concave portions 35
  • FIG. 11B shows an enlarged cross-sectional view of the convex portion 16 corresponding to the concave portions 35 of FIG.
  • the left side is the second concave portion 35b of the adjacent region 38f and the second convex portion 16b of the second region 14d
  • the right side is the first concave portion 35a of the neighboring region 38e.
  • the first convex portion 16a of the first region 14c, and the center figure shows the concave portion 35 and the convex portion 16 when the depth of the concave portion 35 of the neighboring region 38e is the same as that of the second concave portion 35b.
  • the concave portions 35 and the convex portions 16 are illustrated on the assumption that the base surfaces N and L are planes (that is, horizontal planes) orthogonal to the optical axis X.
  • the right side of the figure is the radially outer side
  • the left side of the figure is the radially inner side.
  • the second convex portion 16b contracts during solidification and becomes smaller than the second concave portion 35b, but the shape of the second concave portion 35b. Is accurately transferred.
  • FIGS. 11B and 11C in the first region 14c (neighboring region 38e), the transfer accuracy of the shape from the concave portion 35 to the convex portion 16 is not good due to the difference in the contraction amount described above. .
  • the convex portion 16 of the first region 14c is more contracted radially inward of the optical axis X at the portion closer to the gate 26 (that is, radially outward), and as a result, the optical axis X
  • the shape falls to the outside in the radial direction.
  • the neighborhood region 38e has a lower resin density and a higher shrinkage rate than the adjacent region 38f. Therefore, the convex part 16 contracts more than the adjacent region 38f, and the height of the convex part 16 in the axial direction is reduced. As a result, the height of the convex portion 16 is also reduced.
  • the first recess 35a in the vicinity region 38e is deeper than the second recess 35b in the adjacent region 38f. Therefore, even if the first convex portion 16a of the first region 14c falls down radially outward as compared to the second convex portion 16b of the second region 14d, or the axial height becomes lower, The height of the first convex portion 16a is substantially the same as the height of the second convex portion 16b.
  • FIG. 12 shows a schematic diagram of the camera 100.
  • the camera 100 includes a camera body 110 and an interchangeable lens 120 attached to the camera body 110.
  • the camera 100 is an example of an imaging device.
  • the camera body 110 has an image sensor 130.
  • the interchangeable lens 120 is configured to be detachable from the camera body 110.
  • the interchangeable lens 120 is, for example, a telephoto zoom lens.
  • the interchangeable lens 120 has an imaging optical system 140 for focusing the light beam on the image sensor 130 of the camera body 110.
  • the imaging optical system 140 includes the lens 10 and refractive lenses 150 and 160.
  • the lens 10 functions as a lens element.
  • the manufacturing method of the lens 10 includes a step of preparing the molding die 30 in which the concave portion 35 corresponding to the convex portion 16 is formed, and the molten resin material 21 is placed in the cavity C of the molding die 30. And the step of solidifying the resin material 21 in the mold 30, the mold 30 includes a neighboring region 38 e adjacent to the gate 26 and an adjacent region adjacent to the neighboring region 38 e. 38f, and the first recess 35a of the neighboring region 38e is deeper than the second recess 35b of the adjacent region 38f.
  • the shrinkage amount of the resin material 21 in the vicinity region 38e in the vicinity of the gate 26 is larger than that in the adjacent region 38f.
  • the depth of the first recess 35a deeper than that of the second recess 35b the height of the first projection 16a formed by the first recess 35f can be ensured.
  • the antireflection performance of the lens 10 in the vicinity of the gate trace portion 17 can be improved.
  • the recess 16 is formed in a part of the mold 30 corresponding to the surface of the lens 10, and the gate 26 is formed in a part of the mold 30 corresponding to the outer periphery of the lens 10.
  • the neighboring region 38e and the neighboring region 38f are formed in a part of the mold 30 corresponding to the peripheral edge portion 14b of the surface of the lens 10, and the neighboring region 38e has a circumferential position with the gate 26. It is provided at the matching part.
  • the region corresponding to the peripheral edge portion 14 b on the surface of the lens 10 is provided with regions having different depths of the recesses 35. Specifically, a neighboring region 38e where the recess 35 is relatively deep and an adjacent region 38f where the recess 35 is relatively shallow are provided. The circumferential position of the neighboring region 38e is coincident with the gate 26.
  • the lens 10 is arranged on the first optical surface 14 with a predetermined pitch or less, and a plurality of convex portions 16 that reduce reflection of light having a wavelength longer than the pitch, and a gate formed on the outer periphery during injection molding.
  • the peripheral portion 14b of the first optical surface 14 includes a first region 14c whose circumferential position coincides with the gate trace portion 17 and a second region 14d adjacent to the first region 14c.
  • the shape of the first convex portion 16a in the first region 14c is different from the shape of the second convex portion 16b in the second region 14d.
  • the shape of the convex portion 16 (first convex portion 16 a) near the gate trace portion 17 is the convex portion 16 (part of the convex portion 16 (first convex portion 16 a) away from the gate trace portion 17. It is different from the shape of the second convex portion 16b). That is, by making the shape of the convex portion 16 in the vicinity of the gate trace portion 17 different from the shape of the convex portion 16 in other portions, the antireflection performance in the region near the gate trace portion 17 of the lens 10 can be improved.
  • the height H in the optical axis direction of the first convex portion 16a in the first region 14c is substantially the same as the height H in the optical axis direction of the second convex portion 16b in the second region 14d.
  • the height of the convex portion 16 (first convex portion 16 a) near the gate trace portion 17 is substantially the same as the height of the convex portion 16 away from the gate trace portion 17.
  • the antireflection performance in the region near the gate trace 17 of the lens 10 can be made comparable to the antireflection performance of the other portions.
  • first convex portion 16a of the first region 14c is inclined outward from the second convex portion 16b of the second region 14d.
  • the axis P of the first concave portion 35a is inclined with respect to the axis P of the second concave portion 35b in the molding die 30. There is no need to keep it. That is, the mold 30 can be easily created.
  • the camera 100 includes the lens 10.
  • the antireflection performance in the camera 100 can be improved.
  • the lens 10 of Example 1 is a biconvex lens as shown in FIG.
  • the outer diameter of the lens 10 was 10 mm, and the thickness was 3 mm at the center.
  • the thickness of the edge portion 12 was 1 mm.
  • the effective optical diameter was 6 mm.
  • polyolefin resin APL5014 manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. was used as a resin material.
  • Silicon carbide (SiC) was prepared as the mold base material 41.
  • An inversion shape of the base surface L of the lens 10 was formed on the mold base material 41 by machining, and tungsten silicide (WSi) was formed on the inversion shape by a sputtering method.
  • an electron beam resist positive type was applied onto tungsten silicide by a spin coating method. Thereafter, a dot shape was drawn on the electron beam resist by electron beam drawing.
  • a dot pattern was formed on the WSi mask by dry etching using argon gas.
  • the inverted shape of the SWS 13 was formed on the surface of the mold base material 41 by dry etching using a fluorocarbon-based gas. At this time, the depth of the first recess 35a in the neighboring region 38e was made deeper than the depth of the second recess 35b in the adjacent region 38f.
  • the mold 30 thus created was immersed in a fluorine-based mold release agent for release treatment.
  • the lens 10 was manufactured by injection molding a polyolefin resin.
  • the resin temperature was 260 ° C.
  • the mold temperature was 135 ° C.
  • the tact was 90 seconds.
  • an injection molding machine was provided with an eight-piece mold and injection molded.
  • the auxiliary pressure of the mold 30 was 100 MPa.
  • the shape of the SWS 13 on the surface of the lens 10 was measured.
  • the first convex portion 16a of the first region 14c of the obtained lens 10 has a shape that falls down radially outward, but the height H of the first convex portion 16a is the second convex portion of the second region 14d. It was substantially the same as the height H of the part 16b.
  • the pitch of the convex portions 16 was 250 nm over the entire surface of the lens 10.
  • the height H of the convex portion 16 was 280 nm or more over the entire optical effective surface, and it was confirmed that the desired shape was obtained.
  • the reflectance of the obtained lens 10 with respect to visible light was 0.3% or less over the entire optically effective surface, and good reflectance characteristics were obtained.
  • the reflectance of the portion away from the gate trace portion was good at 0.3%.
  • the reflectance in the vicinity of the gate trace was 1.2%, and the reflection characteristics were deteriorated.
  • the SWS 13 is provided only on the first optical surface 14 and the second optical surface 15, but the surface on which the SWS 13 is formed is not limited thereto.
  • the SWS 13 may be formed in the edge portion 12. Further, the SWS 13 does not have to be provided on both the first optical surface 14 and the second optical surface 15, and may be provided on only one of the surfaces.
  • the lens 10 has a biconvex shape, but is not limited thereto.
  • the lens 10 may have a biconcave shape, a convex meniscus shape, or a concave meniscus shape. Further, the lens 10 may not function as a lens element.
  • the structural unit of the SWS 13 has a conical shape (see FIG. 13A), but the shape of the unit structure is not limited to this.
  • the structural unit may have a pyramid shape such as a hexagonal pyramid shape or a quadrangular pyramid shape as shown in FIG.
  • the structural unit may have a cylindrical shape shown in FIG. 13C or a prismatic shape shown in FIG.
  • the structural unit may have a shape in which the tip of a cylinder or a prism is rounded.
  • the structural unit may have a truncated cone shape or a truncated pyramid shape.
  • the unit structure may be a convex portion formed by being surrounded by a plurality of concave portions by forming a plurality of concave portions. That is, the convex portion and the concave portion are in a relative relationship.
  • SWS concave portions are formed between the plurality of convex portions, while convex portions are formed between the plurality of concave portions. That is, the SWS can be regarded as a plurality of convex portions being arranged, or can be regarded as a plurality of concave portions being arranged.
  • the technique disclosed here regards SWS as a plurality of convex portions arranged, and specifies the configuration of the convex portions, or specifies the configuration of the concave portions of the mold corresponding to the convex portions. is there.
  • the structural unit does not have to be a strict geometric shape.
  • the unit structure may be a convex shape that can be arranged at a pitch smaller than the wavelength of the target light whose reflection should be reduced.
  • the technique disclosed herein is useful for an optical element in which an antireflection structure for reducing reflection of incident light is formed.
  • various optical systems such as a high-quality imaging optical system, objective optical system, scanning optical system, and pickup optical system, lens barrel unit, optical pickup unit, imaging unit, etc.
  • Various optical units, an imaging device, an optical pickup device, an optical scanning device, and the like can be realized.
  • Lens (optical element) 11 Optical part 12 Edge part 13 SWS 14 1st optical surface 14b Peripheral part 14c 1st area

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Abstract

　表面に所定のピッチ以下で配列された凸部（１６）を備え、ピッチ以上の波長を有する光の反射を低減するレンズ（１０）の製造方法は、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、成形型（３０）内の樹脂材料（２１）を固化させる工程とを含む。成形型（３０）は、ゲート（２６）に近接する近傍領域（３８ｅ）と、近傍領域（３８ｅ）に隣接する隣接領域（３８ｆとを有する。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。

Description

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
　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で配列された凸部を備え、該ピッチ以上の波長を有する光の反射を低減する光学素子の製造方法が対象である。この光学素子の製造方法は、前記凸部に対応する凹部が形成された成形型を準備する工程と、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する工程と、前記成形型内の成形材料を固化させる工程とを含み、前記成形型は、前記ゲートに近接する近傍領域と、該近傍領域に隣接する隣接領域とを有し、前記近傍領域の前記凹部は、前記隣接領域の前記凹部よりも深くなっているものとする。
　ここに開示された技術は、射出成形により得られた光学素子を対象としている。この光学素子は、表面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と、射出成形時に外周に形成されたゲート跡部とを備え、前記表面の周縁部は、周方向位置が前記ゲート跡部と一致する第１領域と、該第１領域に隣接する第２領域とを含み、前記第１領域の前記凸部の形状は、前記第２領域の前記凸部の形状と異なるものとする。
　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。
　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。
　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。
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、凹部の拡大断面図である。 図７は、第１成形型を作成するための工程を示す図である。 図８は、光学素子の平面図である。 図９は、第２凸部の拡大断面図である。 図１０は、第１凸部の拡大断面図である。 図１１（Ａ）は、各種の凹部の拡大断面図であり、図１１（Ｂ）は、（Ａ）の凹部に対応する凸部の拡大断面図である。 図１２は、カメラの概略図である。 図１３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。
　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、曲面形状、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のピッチは、隣り合う凸部１６の頂点間の、光軸Ｘと直交する方向への距離である。また、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。
　こうして、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結果、ゲート２６近傍の溶融樹脂の収縮量が、それ以外の部分に比べて大きくなる。
　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］
　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。
　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。
　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、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。
　近傍領域３８ｅの凹部３５の形状は、隣接領域３８ｆの凹部３５の形状と異なる。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。
　図６に、凹部３５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Ｐは、光軸Ｘと平行に延びている。ここで、凹部３５の軸Ｐ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。
　近傍領域３８ｅの第１凹部３５ａの光軸方向の深さＤは、隣接領域３８ｆの第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Ｐ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、近傍領域３８ｅの第１凹部３５ａの軸方向の深さは、隣接領域３８ｆの第２凹部３５ｂの軸方向の深さよりも深くなっている。
　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の深さは、隣接領域の凹部３５の深さよりも深くなっている。
　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７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７（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、ＳｉＯ２（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７（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７（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７（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７（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７（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。このとき、レジストドットパターン４４の穴径によって凹部３５の深さ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の穴径を大きくすることによって凹部３５を深くすることができる。つまり、近傍領域３８ｅのレジストドットパターン４４の穴径を隣接領域３８ｆのレジストドットパターン４４の穴径よりも大きくする。
　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８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９に、第２凸部１６ｂの拡大断面図を、図１０に、第１凸部１６ａの拡大断面図を示す。
　第２凸部１６ｂの軸Ｑは、図９に示すように、光軸Ｘと平行に延びている。ここで、軸Ｑ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。全ての第２凸部１６ｂの高さＨは、略同じである。
　第１凸部１６ａの軸Ｑは、図１０に示すように、光軸Ｘに対して傾斜している。詳しくは、第１凸部１６ａ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。ただし、第１凸部１６ａの高さＨは、第２凸部１６ｂの高さＨと略同じである。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。
　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Ｑが半径方向外側へ倒れた形状となる。
　ただし、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１１（Ａ）に、各種の凹部３５の拡大断面図を示し、図１１（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１１（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１１（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１１（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１１（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１１（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１１（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。
　［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１２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は、前記隣接領域３８ｆの前記第２凹部３５ｂよりも深くなっている。
　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。しかしながら、第１凹部３５ａの深さを第２凹部３５ｂよりも深くすることによって、第１凹部３５ｆで成形される第１凸部１６ａの高さを確保することができる。その結果、レンズ１０のうちゲート跡部１７の近傍領域の反射防止性能を改善することができる。
　また、前記凹部１６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の深さが異なる領域が設けられている。具体的には、凹部３５が相対的に深い近傍領域３８ｅと、凹部３５が相対的に浅い隣接領域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の形状は、前記第２領域１４ｄの前記第２凸部１６ｂの形状と異なる。
　前記の構成によれば、第１光学面１４の周縁部１４ｂにおいて、ゲート跡部１７に近い部分の凸部１６（第１凸部１６ａ）の形状がゲート跡部１７から離れた部分の凸部１６（第２凸部１６ｂ）の形状と異なる。つまり、ゲート跡部１７の近傍の凸部１６の形状をそれ以外の部分の凸部１６の形状と異ならせることによって、レンズ１０のゲート跡部１７の近傍領域の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）の高さがゲート跡部１７から離れた部分の凸部１６の高さと略同じになる。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は、前記第２領域１４ｄの前記第２凸部１６ｂよりも外側に倒れている。
　第１凸部１６ａの軸Ｑと第２凸部１６ｂの軸Ｑ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斜することを見越して、成形型３０において第１凹部３５ａの軸Ｐを第２凹部３５ｂの軸Ｐ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Ｐの向きと第２凹部３５ｂの軸Ｐ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Ｐを第２凹部３５ｂの軸Ｐ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。このとき、近傍領域３８ｅの第１凹部３５ａの深さを隣接領域３８ｆの第２凹部３５ｂの深さよりも深くした。
　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の補圧力は１００ＭＰａとした。
　成形後、レンズ１０の表面のＳＷＳ１３の形状を計測した。得られたレンズ１０の第１領域１４ｃの第１凸部１６ａは、半径方向外側に倒れた形状をしていたが、第１凸部１６ａの高さＨは、第２領域１４ｄの第２凸部１６ｂの高さＨと略同じであった。凸部１６のピッチはレンズ１０の全面にわたって２５０ｎｍであった。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の深さが近傍領域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、上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、上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１３（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１３（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１３（Ｃ）に示す円柱形状や、図１３（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１３（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１３（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。
　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 (6)

  1. 　表面に所定のピッチ以下で配列された凸部を備え、該ピッチ以上の波長を有する光の反射を低減する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準備する工程と、
    　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する工程と、
    　前記成形型内の成形材料を固化させる工程とを含み、
    　前記成形型は、前記ゲートに近接する近傍領域と、該近傍領域に隣接する隣接領域とを有し、
    　前記近傍領域の前記凹部は、前記隣接領域の前記凹部よりも深くなっている、
    光学素子の製造方法。
  2. 　前記凹部は、前記成形型のうち、前記光学素子の表面に対応する部分に形成され、
    　前記ゲートは、前記成形型のうち、前記光学素子の外周に対応する部分に形成され、
    　前記近傍領域及び隣接領域は、前記成形型のうち、前記光学素子の表面の周縁部に対応する部分に形成され、
    　前記近傍領域は、周方向位置が前記ゲートと一致する部分に設けられている、
    請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  3. 　射出成形により得られた光学素子であって、
    　表面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と、
    　射出成形時に外周に形成されたゲート跡部とを備え、
    　前記表面の周縁部は、周方向位置が前記ゲート跡部と一致する第１領域と、該第１領域に隣接する第２領域とを含み、
    　前記第１領域の前記凸部の形状は、前記第２領域の前記凸部の形状と異なる、
    光学素子。
  4. 　前記第１領域の前記凸部の光軸方向の高さは、前記第２領域の前記凸部の光軸方向の高さと略同じである、
    請求項３に記載の光学素子。
  5. 　前記第１領域の前記凸部は、前記第２領域の前記凸部よりも外側に倒れている、
    請求項３又は４に記載の光学素子。
  6. 　請求項３乃至５の何れか１つに記載の光学素子を備える撮像装置。
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