(57)【要約】【課題】従来とは異なる手法により高画質な像を形成できる光学素子、光学素子成形用金型、及び成形金型の製造方法を提供する。【解決手段】加工方法を工夫することで、境界部形成部Ｍｒの断面における円弧形状の曲率の半径を小さく抑えることができるので、転写形成される境界部ＲＬの断面における円弧形状の曲率半径を小さく抑えることができ、結像に用いられない不要光を減少させることで、高画質な像を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学機能面に分割され、当該複数の光学機能面が境界部で連結されている光学素子であって、当該境界部に対して直交する方向での前記光学素子の断面形状において、前記境界部が１ｎｍ〜５μｍの範囲内の曲率半径で形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記境界部が、ｌ０ｎｍ〜２μｍの範囲内の曲率半径で形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記境界部は、曲線状に延在することを特徴とする請求項２記載の光学素子。
【請求項４】
前記複数の光学機能面の各々は、平面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光学素子。
【請求項５】
前記複数の光学機能面は、前記境界部により３つ以上に分割されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光学素子。
【請求項６】
前記光学素子は、屈折面を有する透過光学系の光学素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかーつに記載の光学素子。
【請求項７】
前記光学素子は、反射面を有する反射光学系の光学素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光学素子。
【請求項８】
前記光学素子は、樹脂素材から成形されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか―つに記載の光学素子。
【請求項９】
前記光学素子は、ガラス素材から成形されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光学素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載の光学素子を成形することを特徴とする光学素子成形用金型。
【請求項１１】
前記光学素子成形用金型は、ステンレス鋼、チタン鋼、ニッケル合金、セラミック、炭素鋼、超鋼、鉄、サーメット、銅のいずれか一つ以上から形成されていることを特徴とする請求項１０記載の光学素子成形用金型。
【請求項１２】
複数の光学機能面に分割され、当該複数の光学機能面が境界部で連結されている光学素子を成形する成形用金型の加工の際に、金型素材に対して工具を相対的に主走査及び副走査の移動を複数回繰り返して切削加工する成形金型の製造方法において、
複数回の前記主走査方向の移動における切削においては、金型素材に対して工具を前記境界部を形成するための境界部形成部を通過させながら切削するとともに、前記境界部形成部では、前記工具が描く軌跡が所定の曲率をもつように移動しながら切削する主走査方向の切削を含むことを特徴とする成形金型の製造方法。
【請求項１３】
前記切削により、前記境界部形成部に対して直交する方向での前記成形用金型の断面形状において、前記境界部形成部が１ｎｍ〜５μｍの範囲内の曲率半径で形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の成形金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、光学素子成形用金型及び成形金型の製造方法に関し、特に光学面に境界部を有する光学素子、光学素子成形用金型及び成形金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば銀塩カメラや電子カメラ用のレンズ等の光学面は、球面もしくは非球面で滑らかにつながっている。しかるに、撮影画角内に複数の被写体が存在する場合、個々の被写体までの距離はそれぞれ異なることが多いので、いずれかの被写体にピントを合わせると、別の被写体にピントが合わないという問題がある。ところが、近年においては画像処理技術が向上したため、焦点距離を変えて複数回の撮像を行って得られた画像を合成することによって、全ての被写体に対してピントの合った１枚の画像を得ることも行われている。
【０００３】
ところで、焦点距離を変えて複数回の撮像を行う場合、時間差が生じるため露出値が変化し、画面全体としてバランスがとれない恐れがある。これに対してレンズの光学面の曲率半径を部分的に変更した光学機能面を複数設けて、画像処理技術を積極的に活用することで、焦点距離の異なる複数の画像を一度に撮像して、全ての被写体に対してピントのあった画像を得ることも行われている。一方、撮像レンズとして用いる場合には、これらの隣接する光学機能面間をどのように接続するかという問題がある。というのも撮像レンズとして用いる場合、隣接する光学機能面を単に連結しただけでは、回折光やフレア光といった不要光の発生により画質が劣化するという問題が生じるからである。
【特許文献１】特開２００６−３３４７６７号公報
【特許文献２】特開２００６−３３４７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
なお、複数の光学機能面に分割された光学素子及びその製造方法として特許文献１、２に開示された技術がある。この特許文献には、それぞれの光学機能面を直立的に段差面で連結した光学素子が記載されており、係る光学素子を成形する金型の加工方法としてフライカット加工方式を採用する事が記載されている。しかしながら、光学素子の用途として撮像レンズに用いる旨は認識されておらず、それゆえ、前記光学機能面を連結している境界部は鋭い形状の段差面で連結されている。従って撮像レンズとしてみた場合、回折光、フレア光などの不要光が発生し、結像性能に悪影響を及ぼす恐れもある。
【０００５】
また加工方法は回転走査による切削する、フライカット加工方式を採用しているため、複数の光学機能面を連結する境界部を回転軸の回転半径に依存しない所望の形状に形成することは極めて困難であり、回転軸方向を変更するなど非常に手間が係る、という課題がある。
【０００６】
本発明は、係る問題に鑑みてなされたものであり、従来とは異なる手法により高画質の像形成ができる撮像レンズとしての光学素子、光学素子成形用金型、及び成形金型の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の光学素子は、複数の光学機能面に分割され、当該複数の光学機能面が境界部で連結されている光学素子であって、当該境界部に対して直交する方向での前記光学素子の断面形状において、前記境界部が１ｎｍ〜５μｍの範囲内の曲率半径で形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の光学素子によれば、当該境界部に対して直交する方向での前記光学素子の断面形状において、前記境界部を形成することで、光学機能面の面積を極力拡大することができ、ここを通過した光により形成される像の画質を向上させることができる。しかし光学機能面を大きく（広く）するようにすると、ある光学機能面と、隣接する別の光学機能面との境界部分が鋭角状断面になり、それがために回折光、フレア光などの不要光が発生し、結像性能に悪影響を及ぼすおそれもある。そこで、前記境界部を１ｎｍ〜５μｍの範囲内の曲率半径で形成することにより、前記境界部を通過する像の形成に用いられない光や、不要光の発生を抑制して、更に像の画質を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の光学素子は、請求項１に記載の発明において、前記境界部が、ｌ０ｎｍ〜２μｍの範囲内の曲率半径で形成されているので、係る構成により、その範囲外と比べて、より回折光、フレア光等の不要光が少なく且つ、画質劣化が抑制された画像を得ることが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の光学素子は、請求項１又は２に記載の発明において、前記境界部は、曲線状に延在することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の光学素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記複数の光学機能面の各々は、平面であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の光学素子は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記複数の光学機能面は、前記境界部により３つ以上に分割されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の光学素子は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記光学素子は、屈折面を有する透過光学系の光学素子であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の光学素子は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記光学素子は、反射面を有する反射光学系の光学素子であることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の光学素子は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記光学素子は、樹脂素材から成形されていることを特徴とする。樹脂素材としては、環状オレフィン系やノルボルネン系樹脂をはじめ、具体的には非晶質ポリオレフィン樹脂、アクリル、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂や、ウレタン等の熱硬化性樹脂が含まれる。
【００１６】
請求項９に記載の光学素子は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記光学素子は、ガラス素材から成形されていることを特徴とする。ガラス素材としては、珪酸ガラス、燐酸ガラス、さらに鉛フリーガラス等が含まれる。
【００１７】
請求項１０に記載の光学素子成形用金型は、請求項１〜９のいずれか一つに記載の光学素子を成形することを特徴とする。
【００１８】
請求項１１に記載の光学素子成形用金型は、請求項１０に記載の発明において、ステンレス鋼、チタン鋼、ニッケル合金、セラミック、炭素鋼、超鋼、鉄、サーメット、銅のいずれか一つ以上から形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２に記載の成形金型の製造方法は、複数の光学機能面に分割され、当該複数の光学機能面が境界部で連結されている光学素子を成形する成形用金型の加工の際に、金型素材に対して工具を相対的に主走査及び副走査の移動を複数回繰り返して切削加工する成形金型の製造方法において、
複数回の前記主走査方向の移動における切削においては、金型素材に対して工具を前記境界部を形成するための境界部形成部を通過させながら切削するとともに、前記境界部形成部では、前記工具が描く軌跡が所定の曲率をもつように移動しながら切削する主走査方向の切削を含むことを特徴とする。これにより、所望の曲率を有する境界部を簡単な切削動作により実現できる、という効果がある。
【００２０】
請求項１３に記載の成形金型の製造方法は、請求項１２に記載の発明において、前記切削により、前記境界部形成部に対して直交する方向での前記成形用金型の断面形状において、前記境界部形成部が１ｎｍ〜５μｍの範囲内の曲率半径で形成されていることを特徴とする。
【００２１】
なお、本発明でいう「境界部」とは、図１（ａ）に示されるように、複数の光学機能面が連続的に連結している場合の稜線状に形成されている部分や、同図（ｂ）に示されるように複数の光学機能面が段差ＳＴをもって連結している場合の上側の光学機能面ＦＰ１と下側の光学機能面ＦＰ２とがそれぞれ段差ＳＴと交差する部分のいずれも含むものであり、「境界部が１ｎｍ〜５μｍの範囲内の曲率半径で形成されている」とは、境界部が稜線状に形成されている場合には当該稜線部分が当該曲率半径Ｒで形成されていることを指し、段差をもって連結している場合には、上側の光学機能面ＦＰ１と下側の光学機能面ＦＰ２とがそれぞれ段差Ｐと交差する部分の両方とも当該曲率半径Ｒの範囲内で形成されていることを言うものとする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、従来とは異なる手法により高画質な像を形成できる光学素子、光学素子成形用金型、及び成形金型の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる光学素子の斜視図であり、（ａ）は２つの光学機能面（屈折面又は反射面）が連続的に境界部で連結された光学素子を示し、（ｂ）は２つの光学機能面が段差をもって２つの境界部で連結された光学素子を示している。図１において、光学素子ＯＥは、それぞれ光学面ＯＰとフランジ部Ｆとを有する。光学面ＯＰは、２つの光学機能面ＦＰ１、ＦＰ２に分割されている。各光学機能面ＦＰ１、ＦＰ２は曲面から構成されパワーがそれぞれ異なっているが、平面でも良い。
【００２４】
図２は、図１に示す光学素子ＯＥの光学面ＯＰを境界部に直交する仮想平面Ｐで切断した状態でそれぞれ示す拡大断面図である。図２（ａ）に示すように、光学機能面ＦＰ１と光学機能面ＦＰ２とを連結する境界部ＲＬは、境界部ＲＬに直交する仮想平面Ｐで切断したときに、幅方向の形状は１ｎｍ〜５μｍの範囲内の曲率半径Ｒを有する。但し、図２（ｂ）に示すように、境界部ＲＬが上下の光学機能面ＦＰ１、ＦＰ２と段差部ＳＴを介してそれぞれの交点Ｒ１、Ｒ２で連結している場合は、交点Ｒ１、Ｒ２両方の曲率半径が１ｎｍ〜５μｍの範囲内の曲率半径を有する。
【００２５】
図３は、本実施の形態の光学素子を用いた撮像装置１００の概略構成図である。図３に示すように、撮像装置１００は、光学素子ＯＥと、固体撮像素子１０２と、Ａ／Ｄ変換部１０３と、制御部１０４と、光学系駆動部１０５と、タイミング発生部１０６と、撮像素子駆動部１０７と、画像メモリ１０８と、画像処理部１０９と、画像圧縮部１１０と、画像記録部１１１と、表示部１１２と、操作部１１３とを備えて構成される。
【００２６】
光学素子ＯＥは、被写体像を固体撮像素子１０２の撮像面に結像させる機能を有するが、各光学機能面ＦＰ１、ＦＰ２のパワーに応じて、異なった被写体に対してピントが合うようになっている。固体撮像素子１０２は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子であり、入射光をＲ、Ｇ、Ｂ毎に光電変換してそのアナログ信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部１０３は、アナログ信号をデジタルの画像データに変換する。
【００２７】
制御部１０４は、撮像装置１００の各部を制御する。制御部１０４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）を含み、ＲＯＭから読み出されてＲＡＭに展開された各種プログラムと、ＣＰＵとの協働で各種処理を実行する。
【００２８】
光学系駆動部１０５は、制御部１０４の制御により、変倍、合焦（後述する第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４及び第５レンズ群Ｇ５の移動）、露出等において、光学素子ＯＥを駆動制御する。タイミング発生部１０６は、アナログ信号出力用のタイミング信号を出力する。撮像素子駆動部１０７は、固体撮像素子１０２を走査駆動制御する。
【００２９】
画像メモリ１０８は、画像データを読み出し及び書き込み可能に記憶する。画像処理部１０９は、画像データに各種画像処理を施す。画像圧縮部１１０は、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  ＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）等の圧縮方式により、撮像画像データを圧縮する。画像記録部１１１は、図示しないスロットにセットされた、メモリカード等の記録メディアに画像データを記録する。
【００３０】
表示部１１２は、カラー液晶パネル等であり、撮影後の画像データ、撮影前のスルー画像、各種操作画面等を表示する。動作部１１３は、レリーズボタン、各種モード、値を設定するための各種操作キーを含み、ユーザにより操作入力された情報を制御部１０４に出力する。
【００３１】
ここで、撮像装置１００における動作を説明する。被写体撮影では、被写体のモニタリング（スルー画像表示）と、画像撮影実行とが行われる。モニタリングにおいては、光学素子ＯＥを介して得られた被写体の像が、固体撮像素子１０２の受光面に結像される。光学素子ＯＥの撮影光軸後方に配置された固体撮像素子１０２が、タイミング発生部１０６、撮像素子駆動部１０７によって走査駆動され、一定周期毎に結像した光像に対応する光電変換出力としてのアナログ信号を１画面分出力する。
【００３２】
このアナログ信号は、ＲＧＢの各原色成分毎に適宜ゲイン調整された後に、Ａ／Ｄ変換部１０３でデジタルデータに変換される。そのデジタルデータは、画像処理部１０９により、画素補間処理及びγ補正処理を含むカラープロセス処理が行なわれて、デジタル値の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ、Ｃｒ（画像データ）が生成されて画像メモリ１０８に格納され、定期的にその信号が読み出されてそのビデオ信号が生成されて、表示部１１２に出力される。このとき、画像処理部１０９は、各光学機能面ＦＰ１、ＦＰ２を通過した光が撮像面で受光され、ここで変換された電気信号に対して所定の画像処理を行うことで、被写界深度を考慮して画面全体としてピントのあった画像を形成することができる。
【００３３】
この表示部１１２は、モニタリングにおいては電子ファインダとして機能し、撮像画像をリアルタイムに表示することとなる。この状態で、随時、ユーザの動作部１１３を介する操作入力に基づいて、光学系駆動部１０５の駆動により光学素子ＯＥの変倍、合焦、露出等が設定される。
【００３４】
このようなモニタリング状態において、静止画撮影を行ないたいタイミングで、ユーザが動作部１１３のレリーズボタンを操作することにより、静止画像データが撮影される。レリーズボタンの操作に応じて、画像メモリ１０８に格納された１コマの画像データが読み出されて、画像圧縮部１１０により圧縮される。その圧縮された画像データが、画像記録部１１１により記録メディアに記録される。
【００３５】
図４は、第１の実施の形態にかかる加工装置であるＸ、Ｙ、Ｚ軸超精密加工機の斜視図である。図４において、定盤１０に対してＺ軸方向に移動自在なＺ軸ステージ５上にワーク支持部９が設置され、ワーク支持部９のチャック９ａが金型素材Ｍを保持している。一方、定盤１０に対してＺ軸方向に交差するＸ軸方向に移動自在なＸ軸ステージ６上には、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に交差するＹ軸方向に移動可能なＹ軸ステージ７が配置されており、Ｙ軸ステージ７にはダイヤモンド工具１３が取り付けられている。Ｘ軸ステージ６と、Ｙ軸ステージ７と、Ｚ軸ステージ５とはＮＣプログラムにより独立して制御され、金型素材Ｍと、ダイヤモンド工具１３とを相対的に移動させることにより、光学転写面Ｍａの加工を行うようになっている。
【００３６】
このような加工機を用いたピックフィード加工が一般に知られているが、本実施の形態の切削方法について、図１１を参照しつつ以下に説明する。図１１においては、説明を簡素化するために、金型素材Ｍを直方体で描き、ダイヤモンド工具１３を三角板で概略的に描いており、更にダイヤモンド工具１３のＺ軸方向の切り込み量は誇張して示している。図１１（ａ）に示すように、ダイヤモンド工具１３は、金型素材Ｍに対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に相対移動可能となっている。
【００３７】
まず、図１１（ｂ）に１点鎖線で示すように、先端が光学転写面Ｍａの上端に位置するようにダイヤモンド工具１３をセットし、開始端（第１始点）からＸ軸ステージ６をＸ軸方向に移動させ且つそれに対応してＺ軸ステージ５をＺ軸方向に移動させ、ダイヤモンド工具１３をＸ軸方向に実践で示す位置まで切削しながら移動させる（第１ステップ）。これにより金型素材Ｍは、光学転写面ＭａをＸ軸方向（主走査方向）の開始端から終了端まで１ライン分切削加工が行われる。ここで、図中矢印で軌跡を示すように、ダイヤモンド工具１３のＺ軸方向に切り込む量を変化させることにより、例えば図１１（ｂ）に示すような加工面形状が得られる。この１ライン分について、図１２に示すように、金型素材ＭをＹ軸方向から見た場合、接続部（境界部形成部）Ｍｒは、切削された面Ｐ１、Ｐ２との間で非連続な部分となる。なんとならば、接続部Ｍｒをダイヤモンド工具１３が通過する際に不連続な軌跡を描くためである。
【００３８】
ここで、接続部Ｍｒは、所定の曲率を有するように加工されるものであるところ、図１２に示されるように、切削された面Ｐ１，Ｐ２をつなぐ所定の曲率を有しており、当該部分の曲率の半径Ｒは１ｎｍ〜５μｍ（好ましくは１０ｎｍ〜２μｍ）の範囲で設定される。
【００３９】
この場合、切削された面Ｐ１、Ｐ２とは、別の数式であらわされる光学面（光学転写面）の一部であり、さらに切削された面Ｐ１とＰ２とを大略的に見た場合、Ｘ方向に微分した場合に接続部Ｍｒは変曲点に相当する。
【００４０】
続いて、Ｘ軸ステージ６を開始端に戻すと共に、Ｙ軸ステージ７を下方（第１の方向とは異なる方向：副走査方向）に１ステップだけ移動させ、図１１（ｃ）で一点鎖線で示すように、ダイヤモンド工具１３を開始端へと移動させる（第２ステップ）。ついで、係る開始端（第２始点）からＸ軸ステージ６をＸ軸方向に移動させ、ダイヤモンド工具１３をＸ軸方向に実線で示す位置まで切削しながら移動させる。これにより金型素材Ｍは、ダイヤモンド工具１３を用いて光学転写面ＭａをＸ軸方向（主走査方向）の開始端から終了端まで１ライン分、切削加工する。図中矢印で軌跡を示すように、ダイヤモンド工具１３のＺ軸方向に切り込む量を変化させることにより、例えば図１１（ｃ）に示すような形状が得られる。これを繰り返すことにより、切削されたＰ１、Ｐ２をつなげて形成していく（図１１（ｄ）参照）。これにより、１ラインの加工では短い部分にすぎなかった接続部Ｍｒが、Ｙ軸方向に連続して延びるように形成されることになり、結果として境界部形成部となるのである。つまり、各ラインごとの光学転写面を形成するための部位、接続部が、対応する関係となっていて、Ｙ軸方向につながることによって、光学転写面や境界部形成部となる。以上を繰り返しながら金型素材Ｍの光学転写面側の加工面をＹ軸方向に全て走査することで、境界部形成部を含む光学転写面Ｍａが形成される。
【００４１】
さらに、上記の加工方法の応用として、Ｙ軸方向に曲率を有する光学転写面を形成する加工方法について、図１３を参照して説明する。図１３においても、説明を簡素化するために、金型素材Ｍを直方体で描き、ダイヤモンド工具１３を三角板で概略的に描いており、更にダイヤモンド工具１３のＺ軸方向の切り込み量は誇張して示している。図１３（ａ）に示すように、ダイヤモンド工具１３は、金型素材Ｍに対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に相対移動可能となっている。
【００４２】
図１３に示す例では、Ｘ軸方向に１ラインづつ切削加工を行い、ダイヤモンド工具１３を開始端（一点鎖線で図示）に戻してからＹ軸方向に、金型素材Ｍに対して１ステップ下方に相対移動させて、次のラインの切削加工を行う点では、図１１に示す例と同じであるが、ラインごとにＺ軸方向の移動量を変えていく点で異なっている。例えば図１３（ｂ）の加工後の状態から、次のステップではダイヤモンド工具１３のＺ軸方向の切削量を減らす（切り込み量を浅くする）と、図１３（ｃ）に示すような段差形状が得られる。そしてさらに同様の切削加工を行うと、図１３（ｄ）に示すような段差形状が得られる。
【００４３】
ここで、図１３においても誇張して描いてあるが、加工機における実際のＹ軸方向の送り量は０．１〜２５μｍ程度の大変微小なものであり、Ｚ軸方向の送り量もナノメートルオーダーであるので、切削された面Ｐ１，Ｐ２は仕上がりの状態で段差がほとんど目立たず、十分な鏡面性を備え、大略的には図１３（ｅ）に示すような連続した曲面形状となる。これにより、Ｙ軸方向で光学転写面に任意の曲率を与えることができ、例えば自由曲面の形成も可能である。
【００４４】
また、切削された面Ｐ１、Ｐ２の間の接続部Ｍｒを結ぶことで、図１３（ｄ）において点線で示すような境界部形成部となり、各ラインにおける接続部Ｍｒが、Ｙ軸方向からみた場合に曲率を有する部位となって形成される点は、図１１の場合と同じである。
【００４５】
なお、上記の例では、凸面形状の光学機能面を形成する例を示しているが、凸面に限らず、凹面でも同様の方法で形成でき、また境界部形成部を介して隣接する光学機能面が凹と凸との関係であっても良いし、さらには平面でも良い。さらに主走査方向に曲率が変化するような加工を行うことも勿論可能である。
【００４６】
さらに、Ｘ軸方向とＹ軸方向に同時に動かして、ダイヤモンド工具１３と金型素材Ｍとを相対移動させながら切削加工することも可能である。この例を図１４に示す。この図でも、Ｚ軸方向の切り込み量については誇張して描いてある。切り込み量が大きくなると、工具と金型素材とが干渉・接触することによって不都合が生じるので、実際には微小量ずつ切り込むことを繰り返し、光学転写面を創成してゆくと良い。
【００４７】
図５は第２の実施の形態に係る加工装置であるＸ、Ｙ、Ｚ、θ軸超精密旋盤の斜視図である。これにより特許文献１、２に開示されているような形状、即ち基準点で複数の境界部により４つの光学機能面に分割されており、当該複数の境界部が所定の曲率半径をもって形成されるような光学素子形状を得ることができる。図５において、定盤１０に対してＺ軸方向に移動自在なＺ軸ステージ５上に、回転可能に支持された回転支持部９が設置され、回転支持部９のチャック９ａが金型素材Ｍを保持している。一方、定盤１０に対してＺ軸方向に交差するＸ軸方向に移動自在なＸ軸ステージ６上には、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に交差するＹ軸方向に移動可能なＹ軸ステージ７が配置されており、Ｙ軸ステージ７にはダイヤモンド工具１３が取り付けられている。Ｘ軸ステージ６と、Ｙ軸ステージ７と、Ｚ軸ステージ５と、回転支持部９とはＮＣプログラムにより独立して制御され、金型素材Ｍと、ダイヤモンド工具１３とを相対的に移動させることにより、光学転写面Ｍａの加工を行うようになっている。
【００４８】
より具体的には、ダイヤモンド工具１３の先端が、光学転写面Ｍａの上端に位置するようにセットし、回転支持部９を固定した状態で、開始端（第１始点）からＸ軸ステージ６をＸ軸方向に移動させ且つそれにともなってＺ軸ステージ５をＺ軸方向に移動させ、ダイヤモンド工具１３を用いて光学転写面ＭａをＸ軸方向の開始端から終了端まで１ラインだけ加工する。続いて、Ｘ軸ステージ６を開始端に戻すと共に、Ｙ軸ステージ７を下方に１ステップだけ微小移動（シフト）させる。ついで開始端（第２始点）からＸ軸ステージ６をＸ軸方向に移動させ且つそれに対応してＺ軸ステージ５をＺ軸方向に移動させ、ダイヤモンド工具１３を用いて光学転写面ＭａをＸ軸方向の開始端から終了端まで１ラインだけ加工する。このとき、境界部形成部Ｍｒにおいて、ダイヤモンド工具１３が通過する際に相対的に移動方向が変わり、即ち変曲点を持つこととなる。以上を繰り返しながら、光学転写面ＭａをＹ軸方向に、回転支持部９の軸線位置まで走査することで、境界部形成部を含む光学転写面Ｍａの第１の領域を形成することができる。尚、本実施の形態によれば、金型素材を所定の角度回転させるごとに、１つの光学機能面のみを加工することもでき、かかる場合、ダイヤモンド工具１３が境界部形成部Ｍｒを跨いで相対的に移動することはない。
【００４９】
次に、回転支持部９を所定の角度θだけ回転駆動させて固定し、上述と同様に、光学転写面ＭａをＹ軸方向に、回転支持部９の軸線位置まで走査することで、境界部形成部を含む光学転写面Ｍａの第２の領域を形成することができる。これをｎ回繰り返すことで、第１の領域から第ｎの領域までの加工を行うことができ、それにより境界部形成部を含む光学転写面Ｍａ全体を形成することができる。
【００５０】
図６は、第３の実施の形態にかかる加工装置であるＸ、Ｚ、θ軸超精密旋盤の斜視図である。図６において、定盤１０に対してＺ軸方向に移動自在なＺ軸ステージ５上に、回転可能に支持された回転支持部９が設置され、回転支持部９のチャック９ａが金型素材Ｍを保持している。一方、定盤１０に対してＺ軸方向に交差するＸ軸方向に移動自在なＸ軸ステージ６上には、ダイヤモンド工具１３が取り付けられている。Ｘ軸ステージ６と、Ｚ軸ステージ５と、回転支持部９とはＮＣプログラムにより独立して制御され、金型素材Ｍと、ダイヤモンド工具１３とを相対的に移動させることにより、光学転写面Ｍａの加工を行うようになっている。
【００５１】
より具体的には、ダイヤモンド工具１３の先端が、光学転写面Ｍａの外径端に位置するようにセットし、回転支持部９を回転駆動させながら、外径端からＸ軸ステージ６をＸ軸方向（回転軸線寄り）に移動させ且つそれにともなってＺ軸ステージ５をＺ軸方向に移動させ、ダイヤモンド工具１３を用いて光学転写面Ｍａを光学転写面Ｍａの外径端から回転軸線まで連続的に加工する。但し、境界部形成部Ｍｒにおいて、ダイヤモンド工具１３が通過する際に相対的に移動方向が変わり、即ち変曲点を持つこととなる。これにより、境界部形成部を含む光学転写面Ｍａを形成することができる。尚、図４、５の加工装置で行われる加工をピックフィード加工と呼ぶ。又、以上の加工において、仕上げ加工として、先端がとがった剣先バイトを境界部形成部Ｍｒに沿ってなぞらせることで、境界部形成部Ｍｒの断面円弧形状を精度良く加工できる。なおここでは、図１（ａ）で示される２つの光学機能面ＦＰ１，ＦＰ２が連続的に連結される境界部ＲＬを有する光学素子ＯＥを成形する成形金型の加工方法を例にして説明したが、図１（ｂ）で示されるような境界部ＲＬが段差ＳＴを介して連結されている光学素子ＯＥを成形する成形金型の加工方法についても、境界部形成部においてダイヤモンド工具１３のＺ軸方向への切り込み量を調整しながら切削することにより同様に形成できる。
【００５２】
このように、境界部形成部を持つ金型転写面の形成に際して金型素材に対して工具を線状に走査させながら移動させて切削加工する加工方法を採用する事により、Ｚ軸方向の切り込み量を適宜調整する事で境界部形成部として所望の曲率半径を有する形状を形成する事ができる。つまり、フライカット加工方式のように工具の回転半径相当の曲率の制約を受けて形状の自由度が狭まる事が無い。またフライカット加工方式でも工具の回転軸方向を調整する事で係る曲率を調整する事が可能であるが、その場合の回転軸調整といった煩わしい工程が本加工方法では不要となり、工程が簡素化、加工の短縮化が可能となる。
【００５３】
図７（ａ）は、図４の加工装置によって製造された本実施の形態に係る光学素子を成形するための成形金型の斜視図であり、図７（ｂ）は、境界部形成部に直交するその成形金型の拡大断面図である。図７（ｃ）は、２つの光学機能面が段差を介して境界部で連結された光学素子を成形するための成形金型の斜視図であり、図７（ｄ）は、境界部形成部に直交するその成形金型の拡大断面図である。図７（ａ）、（ｃ）に示す成形金型においては、光学転写面Ｍａには、光学素子ＯＥ（図１（ａ）、（ｂ））の境界部ＲＬを形成するための境界部形成部Ｍｒが形成されている。ここで、光学転写面Ｍａが凹面であるとすると、図７（ｂ）に示す断面において、境界部形成部Ｍｒは凹状であって、断面形状が半径１ｎｍ〜５μｍの範囲内の曲率を有する円弧で表される。但し、図７（ｄ）に示すように、分割された光学転写面Ｍａを境界部形成部Ｍｒが段差部ＳＴを介してそれぞれの交点Ｒ１、Ｒ２で連結している場合は、交点Ｒ１、Ｒ２両方の曲率半径が１ｎｍ〜５μｍの範囲内の曲率半径を有する。尚、光学転写面Ｍａを凸面とすることもでき、かかる場合、境界部形成部Ｍｒは凸状となる。
【００５４】
表１に、図４〜６の加工装置および従来の加工方法による加工の特徴を比較して示す。従来の加工方法としては、金型素材Ｍを加工機（旋盤及び３軸加工機）に取り付け、ある面を加工し、次いで素材Ｍを取り外し、取り付け方向を変えて取り付け直し、別の面を加工するといったプロセスを所定回数繰り返していくものである。
【００５５】
まず、光学転写面の加工精度については、図４の加工装置による加工が優れている。図５に示す加工装置による加工は、回転支持部９を角度θだけ回転駆動させて金型素材の切削を行うために、軸線の振れが加工精度に影響を与える。また、加工に要する時間が比較的長くなるので、加工中に無視できないほどの温度変化や気圧変化などの外乱が生じ、加工精度を更に悪化させる恐れがある。一方、図６に示す加工装置による加工は、回転させながら金型素材の切削を行うので、振動などにより加工精度は悪くなる。
【００５６】
次に、加工時間についても、図４の加工装置による加工が優れている。図５に示す加工装置による加工は、回転支持部９を角度θだけ回転駆動させて、光学転写面の領域ごとに金型素材の切削を行うために、加工時間が比較的長くかかる。一方、図６に示す加工装置による加工は、回転させながら金型素材の切削を行うので、理論的には加工時間を比較的短くできるともいえる。しかしながら、かかる加工では、境界部形成部を跨ぐ際に、回転速度が高すぎると加工不良が生ずる恐れがあるため、回転速度が自ずと制限され、加工時間は図４の加工装置による加工より長くなることが多い。加工時間が長くなると、加工中に無視できないほどの温度変化や湿度変化が生じ、加工精度を更に悪化させる恐れがある。
【００５７】
更に、加工面の鏡面性については、金型素材を回転させないで切削を行う図４、５の加工装置による加工が優れている。図６に示す加工装置による加工は、回転させながら金型素材の切削を行うので、振動などにより加工面の鏡面性は悪くなる。
【００５８】
又、光学転写面の複数の領域における面間位置精度については、図４、６の加工装置による加工が優れている。図５に示す加工装置による加工は、回転支持部９を角度θだけ回転駆動させて金型素材の切削を行うために、軸線の振れが面間位置精度に影響を与える。また、加工に要する時間が比較的長くなるので、加工中に無視できないほどの温度変化や湿度変化が生じ、面間位置精度を更に悪化させる恐れがある。
【００５９】
境界部形成部の断面における曲率の半径は、図４、５の加工装置による加工の加工によれば、小さく抑えることができる。但し、図５の加工装置による加工においては、光学転写面の形状によっては、大きくなる場合もある。一方、図６の加工装置による加工の場合、加工中の温度変化や湿度変化を考慮して、迅速に加工を終えようとすると、回転速度が速くなることから、境界部形成部を跨ぐ際に工具の追従が困難となり、境界部形成部の断面における曲率の半径は大きくなる傾向がある。
【００６０】
【表１】
2008216476.tif 000003
【００６１】
尚、ダイヤモンド工具１３については、いずれの加工装置による加工においても、先端をとがらせていた方が、光学転写面における境界部形成部の断面における曲率の半径を小さくできるが、あまりとがっていると、光学転写面にツールマークが形成されやすくなり、鏡面性が低下する。従って、ダイヤモンド工具１３の先端には、ある程度のＲ形状を与えることが望ましい。
【００６２】
本実施の形態にかかる光学素子成形用金型の製造方法によれば、加工方法を工夫して境界部形成部Ｍｒの断面を所定の曲率半径で形成することができ、結像に用いられない不要光を減少させることで、高画質の画像を得る事ができる。
【００６３】
図８は、形成された成形金型をダイセットに取り付けた状態で示す断面図である。上述のようにして光学転写面Ｍａを成膜した成形金型Ｍと、別個に形成された成形金型Ｍ’とを、光学面転写面Ｍａ、Ｍａ’同士を対向させるようにして、ダイセット金型２１，２２に挿入し、溶融した樹脂材料ＰＬを、不図示のゲートから通常の射出成形と同様に成形金型Ｍ，Ｍ’間に射出して、更に冷却することで、図１に示すような光学素子ＯＥを得ることができる。このとき、光学転写面Ｍａにより光学面ＯＰが転写形成されると同時に、境界部形成部Ｍｒにより境界部ＲＬが転写形成される。尚、樹脂材料の代わりにガラス素材を用いても良い。
【００６４】
図９（ａ）は、光学素子ＯＥの変形例を光軸方向に見た図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の構成をB-B線で切断して示す図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）の構成をC-C線で切断して示す図である。光学面ＯＰは、境界部ＲＬにより２つの光学機能面ＦＰ１、ＦＰ２に分割されている。境界部ＲＬは、境界部ＲＬに直交する断面において、幅方向の形状が半径１ｎｍ〜５μｍの範囲内の曲率を有している。尚、図９（ｃ）のように滑らかな境界部ＲＬの代わりに、図９（ｄ）のようなステップ状の境界部ＲＬを持つようにしても良い。
【００６５】
図１０（ａ）〜（ｅ）は、光学素子ＯＥの別な変形例を光軸方向に見た図である。境界部ＲＬは必ずしも光軸と重合することなく任意の位置に配置できる。また境界部ＲＬで仕切られた光学機能面ＦＰ１、ＦＰ２は、互いに異なる形状、面積であっても良い。更に図示していないが、特許文献１、２にあるように光学機能面の数は２つに限定されず、３つ以上でも良い。更に図１０（ｃ）〜（ｅ）に示すように、光学素子ＯＥは光軸周りに非点対象の形状でもよい。
【００６６】
ここで、境界部形成部のＲを変えながら、複数種類の金型を製作し、これらにより射出成形された光学素子について、比較した結果を表２に示す。
【００６７】
射出成形やガラスモールド成形を行なう場合、成形後、硝材の温度が低下すると、熱収縮によって、成形品は金型の形状とやや異なった形状になることから、金型は、そういった熱収縮の点を考慮して作成してある。
【００６８】
表２のうち、「成形転写性」は、成形品の転写性、主に境界部の転写性について、顕微鏡などによって目視測定した。Ｒが小さいものは、転写性が悪く、境界部のエッジが鋭くなり、バリ状の成形不良が多発していた。境界部の曲率が大きくなるにしたがい、この問題は解消されている。
【００６９】
表２中「工程問題」は、上記のバリ状の部位が、成形後に金型に残留したり、その後の工程中において剥離したり、さらには収納容器などの中で散乱し、光学面に付着するなどの問題の発生率である。これもＲが小さいものほど問題発生率が高い結果となった。
【００７０】
表２中「完成品ゴミ」は、成形品をレンズユニットとして組み立てた後、ユニット内部で工程問題と同様の問題が発生し、視野に問題が生じる現象である。ここでも同様、Ｒが小さいものに発生する傾向があった。
【００７１】
表２中「解像力」は、完成したレンズユニットを用いて撮影を行なった場合の鮮鋭性や明るさなどによって評価した結果である。ここでは、Ｒが大きくなるにつれ、解像力が低下する現象が確認された。
【００７２】
表２中「ゴースト」は、映りこみ・不要光発生により、ゴーストが発生して撮影画像が乱れる現象である。これはＲが小さい場合、回折光などが発生するためだと考えられる。
【００７３】
【表２】
2008216476.tif 000004
【００７４】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。光学素子としては、レンズなど透過系に限らず、ミラーなど反射系であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本実施の形態にかかる光学素子の斜視図である。
【図２】図１の光学素子の光学面を、境界部に直交する仮想平面Ｐで切断した状態を示す拡大断面図である。
【図３】本実施の形態の光学素子を用いた撮像装置１００の概略構成図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる加工装置であるＸ、Ｙ、Ｚ軸超精密旋盤の斜視図である。
【図５】第２の実施の形態にかかる加工装置であるＸ、Ｙ、Ｚ、θ軸超精密旋盤の斜視図である。
【図６】第３の実施の形態にかかる加工装置であるＸ、Ｚ、θ軸超精密旋盤の斜視図である。
【図７】図７（ａ）は、図４〜６の加工装置によって製造された、本実施の形態にかかる光学素子を成形するための成形金型の斜視図である。図７（ｂ）は、境界部形成部に直交する成形金型の拡大断面図である。図７（ｃ）、（ｄ）は、図７（ａ）、（ｂ）に示す金型Ｍの光学転写面Ｍａを境界部形成部Ｍｒに直交する仮想平面で切断した状態でそれぞれ示す拡大断面図である。
【図８】形成された成形金型をダイセットに取り付けた状態で示す断面図である。
【図９】第１の実施の形態にかかる加工装置である超精密加工機の斜視図である。  図９（ａ）は、光学素子ＯＥの変形例を光軸方向に見た図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の構成をB-B線で切断して示す図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）の構成をC-C線で切断して示す図である。図９（ｄ）は、図９（ｃ）の変形例を示す断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｅ）は、光学素子ＯＥの別な変形例を、それぞれ光軸方向に見た図である。
【図１１】ピックフィード加工の例を示す図である。
【図１２】図１１（ｂ）の金型素材をＹ軸方向に見た図である。
【図１３】ピックフィード加工の別な例を示す図である。
【図１４】ピックフィード加工の別な例を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
５ Ｚ軸ステージ
６ Ｘ軸ステージ
７ Ｙ軸ステージ
９ ワーク支持部又は回転支持部
９ａ チャック
１０ 定盤
１３ ダイヤモンド工具
２１，２２ ダイセット金型
１００ 撮像装置
１０２ 固体撮像素子
１０３ 変換部
１０４ 制御部
１０５ 光学系駆動部
１０６ タイミング発生部
１０７ 撮像素子駆動部
１０８ 画像メモリ
１０９ 画像処理部
１１０ 画像圧縮部
１１１ 画像記録部
１１２ 表示部
１１３ 動作部
Ｆ フランジ部
ＦＰ１〜ＦＰ６ 光学機能面
Ｍ，Ｍ’ 成形金型又は金型素材
Ｍａ 光学転写面
Ｍｒ 境界部形成部
ＯＥ 光学素子
ＯＰ 光学面
Ｐ 仮想平面
ＰＬ プラスチック材料
ＲＬ 境界部
ＳＰ 基準点
【図１】
2008216476.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008216476.tif 000009
【図６】
2008216476.tif 000010
【図７】
2008216476.tif 000011
【図８】
2008216476.tif 000012
【図９】
2008216476.tif 000013
【図１０】
2008216476.tif 000014
【図１１】
2008216476.tif 000015
【図１２】
2008216476.tif 000016
【図１３】
2008216476.tif 000017
【図１４】
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