(57)【要約】【課題】素子の厚みばらつきが少ない回折光学素子を提供する。【解決手段】回折光学素子１００は、第１光学部材１０と第２光学部材２０と第３光学部材３０とをこの順で積層させている。第１光学部材１０と第２光学部材２０との境界面には、複数の凸部４２，４２，…を有する回折面４０が形成されている。第３光学部材３０は、少なくとも１つの凸部４２に接触している。【選択図】図１
2013029813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光学部材と第２光学部材と第３光学部材とをこの順で積層させた回折光学素子であって、
前記第１光学部材と前記第２光学部材との境界面には、複数の凸部を有する回折面が形成され、
前記第３光学部材は、少なくとも１つの前記凸部に接触している回折光学素子。
【請求項２】
前記凸部は、第１面と、第２面と、該第１面と該第２面とを連結する連結部とを有し、
前記第３光学部材は、少なくとも１つの前記凸部の前記連結部に接触している、請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記連結部は、前記第１面と前記第２面とで形成される稜部である、請求項２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記連結部は、面で形成されている、請求項２に記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記面は、前記凸部の横断面において、曲線で表される、請求項４に記載の回折光学素子。
【請求項６】
前記面は、前記凸部の横断面において、直線で表される、請求項４に記載の回折光学素子。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つに記載の回折光学素子を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学素子及びそれを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の光学部材を密着した状態で積層させて、その境界面にレリーフパターンを形成した回折光学素子が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載された回折光学素子は、複数の光学部材を積層させ、両者の境界面に断面鋸歯状の回折格子を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２７３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような回折光学素子を製造する場合、回折面が形成された、ガラス材料からなる光学部材を準備し、回折面の上に例えば紫外線硬化性の樹脂材料を塗布する。そして、樹脂材料に紫外線を照射することによって、樹脂材料を硬化させ樹脂層を形成する。しかし、このように作製された回折光学素子では、樹脂層のうち回折面とは反対側の面に回折面の回折形状に倣った凹凸形状が発現するという課題があることを本発明者らは見出した。そこで、本発明者らは、紫外線硬化性樹脂材料の上にさらに光学部材を積層させ、その後、紫外線を照射することによって、凹凸形状の発現を抑制できることを見出した。
【０００６】
しかしながら、複数の層からなる回折光学素子においては、各層の厚みがばらつくと回折光学素子全体の厚みがばらついてしまう。特に、少なくとも３つ層が積層された回折光学素子においては、真ん中の層の厚みにばらつきが生じ易い。
【０００７】
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、その目的は、厚みばらつきが少ない回折光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示された技術は、第１光学部材と第２光学部材と第３光学部材とをこの順で積層させた回折光学素子が対象である。前記第１光学部材と前記第２光学部材との境界面には、複数の凸部を有する回折面が形成され、前記凸部は、第１面と、第２面と、該第１面と該第２面とを連結する連結部とを有し、前記第３光学部材は、前記連結部に接触しているものとする。
【発明の効果】
【０００９】
前記回折光学素子によれば、厚みのばらつきが少ない回折光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】回折光学素子を示す概略断面図である。
【図２】回折光学素子の拡大部分断面図である。
【図３】回折光学素子の製造工程を示す概略図である。
【図４】変形例１に係る回折光学素子の拡大部分断面図である。
【図５】変形例２に係る回折光学素子の拡大部分断面図である。
【図６】変形例３に係る回折光学素子の拡大部分断面図である。
【図７】撮像装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
《実施形態１》
［構成］
図１に回折光学素子１００の概略断面図を、図２に回折光学素子１００の拡大部分断面図を示す。
【００１３】
回折光学素子１００は、第１光学部材１０と、第２光学部材２０と、第３光学部材３０とをこの順で積層させた密着積層型回折光学素子である。第１及び第３光学部材１０，２０，３０は、それぞれ光透過性を有する。具体的には、第１及び第３光学部材１０，３０は、ガラス材料で構成されている。第２光学部材２０は、樹脂材料で構成されている。尚、第１及び第３光学部材１０，３０は、同じガラス材料であってもよいし、異なるガラス材料であってもよい。また、第１及び第３光学部材３０は、第２光学部材２０と同じ材料であってもよい。
【００１４】
第１光学部材１０と第２光学部材２０とは、相互に接合されている。第１光学部材１０は、２つの光学面を有している。第１光学部材１０の一方の光学面は、回折格子４１を有する回折面４０となっている。尚、第１光学部材１０の他方の光学面４３は、非球面に形成されている。尚、他方の光学面４３は、非球面に限られるものではなく、平面、球面又は回折面等であってもよい。
【００１５】
そして、第１光学部材１０の回折面４０に、第２光学部材２０が接合されている。第２光学部材２０のうち第１光学部材１０と接合される面は、回折面４０と同様の形状をしている。つまり、第１光学部材１０と第２光学部材２０との境界面に回折面４０が形成されている。回折面４０の光学的パワーは波長依存性を有するため、回折面４０は、波長の異なる光に対してほぼ同じ位相差を付与し、波長の異なる光を相互に異なる回折角で回折させる。
【００１６】
第２光学部材２０のうち第１光学部材１０が接合された面とは反対側の面に、第３光学部材３０が接合されている。つまり、第１光学部材１０と第３光学部材３０とで、第２光学部材２０を挟みこんでいる。第３光学部材３０は、２つの光学面を有している。一方の光学面が第２光学部材２０に接合されている。２つの光学面は、非球面であり得る。尚、２つの光学面は、球面、平面又は回折面等であってもよい。また、２つの光学面は、互いに異なる形状でもよいし、同じ形状であってもよい。
【００１７】
続いて、第１光学部材１０についてさらに詳細に説明する。
【００１８】
第１光学部材１０は、ベース部１１と、ベース部１１に一体成形された回折格子４１とを有している。回折格子４１は、周期性を有する凹凸形状で形成されている。
【００１９】
回折格子４１は、回折光学素子１００の光軸Ｘを中心として周方向に延びる円環状の複数の凸部４２，４２，…で構成されている。複数の凸部４２，４２，…は、光軸Ｘを中心として同心円状に規則的に配列されている。各凸部４２は、光軸Ｘと略平行な（即ち、光軸Ｘに沿って延びる）第１面４２ａと、主として回折機能を有する第２面４２ｂと、第１面４２ａと第２面４２ｂとを連結する稜部４２ｃとを有し、その断面形状が略三角形状をしている。第２面４２ｂは、光軸Ｘに対して傾斜するか又は光軸Ｘの方を向いている。稜部４２ｃは、連結部の一例である。第２面４２ｂは、非球面形状または球面形状に湾曲していてもよい。
【００２０】
複数の凸部４２，４２，…のうち少なくとも一部は、稜部４２ｃが第３光学部材３０と接している。具体的には、２つの凸部４２，４２が第３光学部材３０と接触している。尚、凸部４２は円環状なので、図１では、第３光学部材３０が４箇所で凸部４２，４２と接触しているように図示されている。一部の凸部４２の高さを高くすることによって、該凸部４２だけが第３光学部材３０と接し、それ以外の凸部４２，４２，…は第３光学部材３０から離間した状態となる。また、第３光学部材３０と接触する凸部４２は、稜部４２ｃのみが第３光学部材３０と接触し、第１及び第２面４２ａ，４２ｂは、第３光学部材３０と接触していない。
【００２１】
尚、全ての凸部４２，４２，…の稜部４２ｃ，４２ｃ，…が第３光学部材３０と接するように構成してもよい。
【００２２】
凸部４２を第３光学部材３０と接触させることによって、第１光学部材１０と第３光学部材３０との光軸方向の位置関係が決まる。つまり、第３光学部材３０と接触する凸部４２を除いて、第１光学部材１０と第３光学部材３０との間には隙間が形成され、該隙間を第２光学部材２０が埋めている。そして、第３光学部材３０と凸部４２とを接触させることによって、第１光学部材１０と第３光学部材３０との光軸方向の距離のばらつき、即ち、第２光学部材２０の厚みのばらつきを抑制することができる。
【００２３】
[製造方法]
次に、回折光学素子１００の製作方法について説明する。図３は、回折光学素子１００の製造方法の概略工程図を示す。
【００２４】
まず、成形型５０を用意する。成形型５０は、上型５１、下型５２、胴型５３とで構成される。上型５１の成形面には、回折格子４１の反転形状が形成されている。
【００２５】
上型５１の材料は、例えば超硬合金や、ＳｉＣなどのセラミック材料を基材としている。上型５１の成形面には、ガラス材料との離型性を考慮して、ＤＬＣ膜などを成膜することが好ましい。回折格子４１の反転形状の加工は、研削、切削加工などの機械制御加工を用いることで、所望形状を自在に形成することができる。
【００２６】
この成形型５０にガラス材料を充填し、押圧する。具体的には、図３（ａ）に示すように光学ガラス素材６０（例えば、メーカ：（株）住田光学ガラス、品名：ＶＣ７９、Ｔｇ温度：５１６℃、Ａｔ温度：５５３℃）を、下型５２の成形面上に配置し、Ａｔ温度以上の所望の温度（例えば５８０℃程度）まで加熱する。その後、加圧装置で上型５１を胴型５３に沿って下方向に移動させ、光学ガラス素材６０を加圧（例えば２００ｋｇで４０秒）し、光学ガラス素材６０を変形させる。その後、Ｔｇ温度近傍の所定温度（例えば５１０℃）まで冷却を行い、取り出し可能な温度（例えば５０〜１００℃）になったら上型５１を開放し、第１光学部材１０を得る。
【００２７】
このようにして得られた第１光学部材１０を図３（ｂ）に示す。例えば、第１光学部材１０は、外径φが３８ｍｍ、厚みｔが４ｍｍ、回折面４０のベース面（回折面４０から回折格子４１を取り除いた面）の曲率半径が１００ｍｍ、反対側の光学面４３の曲率半径は５０ｍｍである。
【００２８】
一方、光学ガラス材料（例えば、メーカ：（株）オハラ、品名：Ｓ−ＦＴＭ１６）に研磨法を施すことにより第３光学部材３０を作成する。
【００２９】
次に、図３（ｃ）に示すように、第１光学部材１０の回折面４０上に、樹脂材料７０（例えば、メーカ:テスク（株）、品名：ＵＶエポキシ樹脂Ａ−１６３１）を配置する。
【００３０】
そして、図３（ｄ）に示すように、樹脂材料７０に対して上方から第３光学部材３０を押し当てて、樹脂材料７０を薄く広げていく。やがて、第３光学部材３０が回折格子４１の少なくとも１つの凸部４２の稜部４２ｃと接触する。これにより、第１光学部材１０と第３光学部材３０との間隔が決定される。その結果、樹脂材料７０（第２光学部材２０）の厚みが決定される。
【００３１】
第１光学部材１０の一部の凸部４２の稜部４２ｃは、他の凸部４２，４２，…の稜部４２ｃ，４２ｃ，…よりも、第３光学部材３０に近接している。そのため、他の凸部４２，４２，…の稜部４２ｃ，４２ｃ，…は、第３光学部材３０の表面に接触することはない。
【００３２】
次に、図３（ｅ）に示すように、紫外線照射装置８０により、紫外線（例えば、３６５ｎｍ、５０ｍＷ）を６０秒間照射し、樹脂材料７０を硬化させる。その後、樹脂材料７０の硬化を促進させるため、樹脂材料７０を１１０℃で３０分間熱処理する。これにより、第１光学部材１０、第２光学部材２０、第３光学部材３０が積層された回折光学素子１００が得られる。
【００３３】
[効果]
したがって、回折光学素子１００は、第１光学部材１０と第２光学部材２０と第３光学部材３０とをこの順で積層させている。前記第１光学部材１０と前記第２光学部材２０との境界面には、複数の凸部４２，４２，…を有する回折面４０が形成され、前記第３光学部材３０は、少なくとも１つの前記凸部４２に接触している。
【００３４】
こうして、第１光学部材１０の凸部４２と第３光学部材３０とが接触することによって、第１光学部材１０と第３光学部材３０との間隔のばらつきを抑制することができ、ひいては、第２光学部材２０の厚みのばらつきを抑制することができる。その結果、第１光学部材１０と第３光学部材３０との位置決め精度や、第２光学部材２０の厚み精度が優れた高品位かつ高精度な回折光学素子１００を容易に生産可能となる。
【００３５】
また、前記凸部４２は、第１面４２ａと、第２面４２ｂと、該第１面４２ａと該第２面４２ｂとを連結する稜部４２ｃとを有し、前記第３光学部材３０は、前記稜部４２ｃに接触している。
【００３６】
この構成によれば、回折面４０の回折機能を適切に発揮させることができる。詳しくは、第２面４２ｂは、該第２面４２ｂを挟んだ両側の媒体が第１光学部材１０と第２光学部材２０とであることを前提に所望の回折機能を発揮するように設計されている。そのため、第２面４２ｂと第３光学部材３０とが接触してしまうと、第２面４２ｂを挟んだ両側の媒体が第１光学部材１０と第３光学部材３０とになってしまい、第２面４２ｂは回折機能を適切に発揮することができない。それに対して、第３光学部材３０を凸部４２のうち稜部４２ｃに接触させることによって、第３光学部材３０と第２面４２ｂとを非接触とすることができる。その結果、第２面４２ｂに適切な回折機能を発揮させることができる。
【００３７】
尚、第１光学部材１０の凸部４２と第３光学部材３０とが接触しているかどうかは、回折光学素子１００の断面を、実態顕微鏡や電子顕微鏡（例えば、メーカ：オリンパス、品名、ＯＬＳ１２００など）で観察すれば、容易に確認することができる。
【００３８】
［変形例］
次に、変形例１に係る回折光学素子２００について図４を用いて説明する。図４は、変形例１に係る回折光学素子２００の拡大部分断面図である。
【００３９】
回折光学素子１００は、複数の凸部４２，４２，…のうちの一部が第３光学部材３０と接触していたが、回折光学素子２００は、全ての凸部４２，４２，…の稜部４２ｃ，４２ｃ，…が第３光学部材３０と接触している。
【００４０】
この構成によれば、第２光学部材２０を薄く形成することができ、結果として、回折光学素子２００も薄く形成することができる。つまり、回折光学素子１００においては、一部の凸部４２を除く他の凸部４２，４２，…には第３光学部材３０が接触しないように、該一部の凸部４２を他の凸部４２，４２，…よりも第３光学部材３０に接近させる必要がある。こうして、一部の凸部４２を第３光学部材３０に接近させた分だけ、第１光学部材１０と第３光学部材３０との間隔は広がり、第２光学部材２０が厚くなる。それに対し、回折光学素子２００においては、全ての凸部４２，４２，…を第３光学部材３０に接触させるため、一部の凸部４２を第３光学部材３０に接近させる必要がない。したがって、回折光学素子２００では、回折光学素子１００に比べて、第１光学部材１０と第３光学部材３０との間隔を狭くすることができ、第２光学部材２０を薄くすることができる。
【００４１】
次に、変形例２に係る回折光学素子３００について図５を用いて説明する。図５は、変形例２に係る回折光学素子３００の拡大部分断面図である。
【００４２】
回折光学素子３００は、複数の凸部４２，４２，…のうちの一部の凸部４２が第３光学部材３０と接触している。この点においては、回折光学素子１００と同様である。しかし、回折光学素子３００においては、第３光学部材３０と接触する凸部４２は、第１面４２ａと、第２面４２ｂと、第１面４２ａと第２面４２ｂとを連結する連結面４２ｄとで構成されている。つまり、凸部４２は、第１面４２ａと第２面４２ｂとで形成される稜部を面取りされた形状をしている。連結面４２ｄは、第３光学部材３０の接触する部分の表面形状に沿った曲面で形成されている。換言すると、連結面４２ｄは、前記凸部４２の横断面において、曲線で表される。そのため、連結面４２ｄと第３光学部材３０とは、面接触している。連結面４２ｄは、連結部の一例である。
【００４３】
連結面４２ｄを有する第１光学部材１０は、前述の回折光学素子１００の製造方法と同様の製造方法で得ることができる。つまり、連結面４２ｄを有する回折格子４１の反転形状を、機械加工により上型５１に形成すればよい。
【００４４】
このような構成によれば、回折光学素子３００の歩留まりを向上させることができる。すなわち、第１光学部材１０や第３光学部材３０に用いる光学ガラス材料の硬さや強度の関係によっては、凸部４２を第３光学部材３０と接触させる際に、凸部４２が割れたり、第３光学部材３０の表面に傷が入ったりする虞がある。このような状況になると、生産歩留まりが低下してしまう。
【００４５】
それに対し、回折光学素子３００によれば、凸部４２のうち第３光学部材３０と接触する部分を面取りしているため、凸部４２の割れや第３光学部材３０の傷が発生することを防止することができる。その結果、第１及び第３光学部材１０，３０の位置精度が高く、第２光学部材２０の厚み精度の高い回折光学素子を高い歩留まりで得ることができる。
【００４６】
尚、連結面４２ｄの形状は、前述の形状に限られるものではない。例えば、連結面４２ｄは、第３光学部材３０の接触する部分の表面形状に沿った形状でなくてもよい。つまり、連結面４２ｄは、凸部４２を単に面取りして形成された面であってもよい。連結面４２ｄは、凸部４２の横断面において直線で表される面、即ち、Ｃ面取りにより形成された面であってもよい。連結面４２ｄは、凸部４２の横断面において円弧で表される面、即ち、Ｒ面取りにより形成された面であってもよい。
【００４７】
次に、変形例３に係る回折光学素子４００について説明する。図６は、変形例３に係る回折光学素子４００の拡大部分断面図である。
【００４８】
回折光学素子３００は、複数の凸部４２，４２，…のうちの一部が第３光学部材３０と接触していたが、回折光学素子４００は、全ての凸部４２，４２，…の連結面４２ｄ，４２ｄ，…が第３光学部材３０と接触している。すなわち、回折光学素子４００の回折光学素子３００に対する関係は、回折光学素子２００の回折光学素子１００に対する関係と同じである。
【００４９】
このような構成によれば、回折光学素子２００と同様に、第２光学部材２０を薄くすることができる。また、回折光学素子３００と同様に、凸部４２の割れや第３光学部材３０の傷を防止して、第１及び第３光学部材１０，３０の位置精度が高く、第２光学部材２０の厚み精度の高い回折光学素子を高い歩留まりで得ることができる。
【００５０】
《実施形態２》
次に、実施形態２に係るカメラ５００について図面を参照しながら説明する。図７には、カメラ５００の概略図を示す。
【００５１】
カメラ５００は、カメラ本体５６０と、該カメラ本体５６０に取り付けられた交換レンズ５７０とを備えている。カメラ５００は、撮像装置の一例である。
【００５２】
カメラ本体５６０は、撮像素子５６１を有している。
【００５３】
交換レンズ５７０は、カメラ本体５６０に着脱可能に構成されている。交換レンズ５７０は、例えば、望遠ズームレンズである。交換レンズ５７０は、光束をカメラ本体５６０の撮像素子５６１上に合焦させるための結像光学系５７１を有している。結像光学系５７１は、上記回折光学素子１００と、屈折型レンズ５７２，５７３とで構成されている。回折光学素子１００はレンズ素子として機能する。交換レンズ５７０が光学機器を構成する。
【００５４】
《その他の実施形態》
上記実施形態は、以下のような構成としてもよい。
【００５５】
回折光学素子１００，３００のように、複数の凸部４２，４２，…のうち一部の凸部４２が第３光学部材３０に接触する構成においては、第３光学部材３０に接触する凸部４２の個数は、任意の数に設定することができる。
【００５６】
第１〜第３光学部材１０〜３０の材料は、前述の材料に限られるものではない。例えば、第１及び第３光学部材１０，３０の材料として、熱可塑性プラスチック材料などを用いてもよい。
【００５７】
また、第１光学部材１０の回折面４０は、反射防止膜が形成されていてもよい。すなわち、表面に反射防止膜が形成された回折面の一部と第３光学部材３０とが接する構成であってもよい。
【００５８】
回折面４０は、回折格子４１を除いたベース面は、球面に形成されているが、これに限られるものではない。回折面４０のベース面は、非球面であってもよく、平面であってもよい。
【００５９】
本発明は、上記実施形態に限定されず、その精神または主要な特徴から逸脱することなく他のいろいろな形で実施することができる。このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、回折面を備えた回折光学素子およびそれを備えた撮像装置に有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１０      第１光学部材
１１      ベース部
２０      第２光学部材
３０      第３光学部材
４０      回折面
４１      回折格子
４２      凸部
４２ａ    第１面
４２ｂ    第２面
４２ｃ    稜部（連結部）
４２ｄ    連結面（連結部）
５０      成形型
５１      上型
５２      下型
５３      胴型
１００，２００，３００，４００  回折光学素子
５００    カメラ（撮像装置）
【図１】
2013029813.tif 000003
【図２】
2013029813.tif 000004
【図３】
2013029813.tif 000005
【図４】
2013029813.tif 000006
【図５】
2013029813.tif 000007
【図６】
2013029813.tif 000008
【図７】
2013029813.tif 000009