JP2020071431A - 光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズを備える光学部材に対して、遮光機能を簡便に、かつ、精度良好に付与できる光学素子を提供する。【解決手段】光入射面および光出射面を有し、光入射面および／または光出射面にレンズ２ａを備える光学部材２と、レンズ２ａと対向して設けられ、レンズ２ａの外形よりも小さい光透過部を備える遮光部材３と、遮光部材３と光学部材２との間に両者を接着一体化するスペーサー４とを備えている光学素子１。【選択図】図１A

Description

本発明は、光学素子に係り、特に、レンズを備えた光学部材と遮光部材とを有する光学素子に関する。

ディジタルスチルカメラの薄型化のため、プリズムを配設して光路を９０°折り曲げるレンズ鏡筒装置が知られており、このレンズ鏡筒装置には、プリズムとレンズを組み合わせたレンズ付きの光学素子が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

このようにレンズを有する光学系においては、外部光によるゴーストや装置内部の反射によるフレア等の発生を抑制するため、遮光部材や遮光膜が設けられることが一般的に行われており、上記特許文献１に記載されている撮像装置においてはレンズとプリズムの間に遮光用絞り部材を配設している。

特開２０１０−２６００７号公報

遮光用絞り部材は、散乱により界面反射を減らすため、表面の凹凸構造や植毛構造を用いるものがある。しかしながら、上記特許文献１のようにレンズと基材（例えば、プリズム）との間に遮光用絞り部材を設ける場合、これら構造による散乱機能を積極的に活用できない。
また、光学装置において、レンズと遮光用絞り部材とは、高い位置精度（特に光軸と直交する方向）が求められる。そのため、光学装置を組み立てる際に、両者が別体であると、高い位置精度を確保するために手間を要することになる。

ここで、レンズと遮光用絞り部材とを一体とするため、レンズ表面（曲面）に遮光用絞り部材を設けることが考えられる。しかしながら、曲面上に遮光用絞り部材を精度良く形成するのは難しい。
また、レンズ表面に反射防止膜を設け、その上に遮光用絞り部材を備える構成は、反射防止膜の上に遮光用絞り部材が設けられた箇所において界面反射を抑制する機能が低く、反射による迷光発生の要因となるおそれがある。

そこで、上記のような状況に鑑み、本発明は、レンズを備える光学部材に対して、遮光機能を簡便に、かつ、精度良好に付与できる光学素子を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、レンズを備えた光学部材と遮光部材との間に両者を一体化するスペーサーを備えた光学部材することで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の光学素子は、光入射面および光出射面を有し、該光入射面および／または該光出射面にレンズを備える光学部材と、該レンズと対向して設けられ、レンズの外形よりも小さい光透過部を備える遮光部材と、遮光部材と光学部材との間に両者を接着一体化するスペーサーと、を備えていることを特徴とする。

本発明の光学素子によれば、遮光部材をレンズとは離間し、且つ一体となっているため、光学素子を光学装置に組み付ける工程において、レンズと遮光部材との位置合わせを行う必要がなく、製造効率が良好となる。また、位置精度が高く、得られる光学素子の特性が良好となる。さらに、十分な遮光性が得られ、迷光の発生を十分に抑制でき、光の利用効率が良好なものとできる。

第１の実施形態の光学素子の概略構成を説明する側面図である。 第１の実施形態の光学素子の概略構成を説明する平面図である。 図１Ａで示したスペーサーの平面図である。 第１の実施形態の光学素子における、レンズと遮光部材との配置関係を説明するための図である。 第１の実施形態の光学素子における、レンズと遮光部材との配置関係を説明するための図である。 遮光部材とスペーサーを一体的に製造する方法を説明する図である。 遮光部材とスペーサーを一体的に製造する方法を説明する図である。 遮光部材とスペーサーを一体的に製造する方法を説明する図である。 遮光部材とスペーサーを一体的に製造する方法を説明する図である。 遮光部材とスペーサーを一体的に製造する方法を説明する図である。 遮光部材とスペーサーを一体的に製造する方法を説明する図である。 第２の実施形態の光学素子の概略構成を示した図である。 図５Ａの光学素子における外部光の反射の一例を示した図である。 第３の実施形態の光学素子の概略構成を示した図である。 第４の実施形態の光学素子の概略構成を示した図である。 第５の実施形態の光学素子の概略構成を示した図である。 実施例の光学素子を模した内面反射の評価に用いた構成の図である。 比較例の光学素子を模した内面反射の評価に用いた構成の図である。

以下、本発明の光学素子について、実施形態を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変形して実施できる。

（第１の実施形態）
［光学素子］
本発明の第１の実施形態に係る光学素子は、上記の構成を有しており、レンズを備える光学部材と、遮光部材と、スペーサーとを備えて構成される。そして、この光学部材のレンズと遮光部材とは離間して配置されるようスペーサーを介して固定されているものである。このような光学素子としては、例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示したように、レンズ２ａを有する光学部材２と、遮光部材３と、を有し、これら光学部材２と遮光部材３とをスペーサー４を介して所定の配置に設けた光学素子１が挙げられる。ここで、図１Ａは、光学部材２と遮光部材３をスペーサー４を介して固定している光学素子１の例であり、その配置関係を明示するため、スペーサー４と遮光部材３のみ断面として示した側面図である。図１Ｂは光学素子１の平面図を示し、破線はレンズ２ａの外径形状（輪郭）を示したものである。

〈光学部材〉
本実施形態に用いられる光学部材２は、レンズ２ａを備えた光学機能を有する部材である。この光学部材２は、所定の光学特性を有し、外部から入射した光に対して所定の特性を変化等させて、光を外部に出射できる素子である。そのため、光学部材２は光入射面と光出射面を有している。この光学部材２において、光入射面および光出射面の少なくとも一方にレンズ２ａを有している。

ここで光学部材は、レンズを必須の機能として有しており、透明基材の表面にレンズ形状を有する光学部材が挙げられる。このとき、光学部材２は、例えば図１Ａおよび１Ｂに示したように、レンズ２ａとレンズ２ａを支持する平板状の透明基材２ｂとを有する構成とすればよい。このような光学部材２を平面視すると、その内側にレンズ２ａが、そしてレンズ２ａの周囲に透明基材２ｂからなる平坦部が設けられた構造となっている。また、光学部材２は、レンズを支持する透明基板に平坦部がないものであってもよい。レンズ２ａと透明基材２ｂとは、これらは同一の材料で一体的に形成されていても、同一の材料または異なる材料で別々に形成され、それらを接着、固定したものでもよい。また、レンズ２ａと透明基材２ｂとが別々に形成され、それらを接着、固定する場合、両者の間に光学機能膜や接着層を介在させてもよい。

この光学部材２は、所定の光学特性を有するものであればよく、その材料は特に限定されずに公知の材料が挙げられる。光学部材２の材料としては、例えば、ガラス、樹脂、セラミックス、液晶、水晶やサファイア等の透明結晶、金属酸化物、無機微粒子を透明樹脂に分散させたコンポジット材料等が挙げられる。

この光学部材２に平板状の透明基板２ｂを有する場合の平坦部の厚さは、光学部材２の光の利用や光路延長等の効果を低減しない点で、０．０５〜３ｍｍが好ましく、０．１〜０．５ｍｍがより好ましい。この厚みが０．０５ｍｍ未満であると、作製時や使用時においてハンドリング性が低下し、光学素子の生産性が低下してしまい、３ｍｍ超であると、光学素子の外形や重量が大きくなるおそれがある。なお、光学部材２がレンズとは異なる光学機能を有する部材である場合、平坦部の厚さは、前述の範囲に限らない。

このレンズ２ａは、光学部材２の光学面に設けられる。すなわち、光学部材２の光入射面および光出射面の少なくとも一方に設けられる。レンズ２ａは、光学部材２の光学面に設けられるため、平面視したとき、透明基材２ｂの大きさと同一かまたはそれよりも小さい。また、レンズ２ａの形状は凸状でも凹状でもよい。

この光学部材２は、上記のように透明基材２ｂの表面にレンズ２ａが形成されているが、レンズ２ａは、光学部材２の光入射面および光出射面に、一体的に形成してもよいし、後述する接着剤層により所定の光学特性を発揮できるように接着、固定してもよい。一体的に形成する場合、射出成型やモールドプレスや３次元造形等により形成してもよいし、透明基材２ｂの光学面にレンズ２ａをインプリント等により形成してもよい。また、レンズ２ａと透明基材２ｂとを別部材として形成しておき接着剤により接着してもよい。

なお、接着剤により固定する場合、所望の光学特性が得られるように、硬化後において透光性を有する接着剤が好ましく、従来、光学素子の作製に用いられている公知の接着剤をそのまま用いることができる。

この接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等の接着剤が挙げられる。その硬化系としては、光硬化型、熱硬化型等が挙げられるが、光硬化型が好ましく、なかでも紫外線硬化型がより好ましい。光硬化型とすることで、製造時に、光学部材２への熱によるダメージを与えることがなく、製品特性を良好に保持できる。また、光硬化型とすることで、製造時に、硬化時間を短く抑えることができ、高い生産性を得ることができる。

なお、ここで光学部材２の透明基材２ｂは、上記では単に支持基板として説明したが、単なる支持基板ではなく、レンズとは異なる光学機能を有する部材としてもよい。ここで、この光学機能を有する部材としては、その目的に応じて所定の形状や特性を有する部材が用いられ、例えば、プリズム、光学フィルタ、波長板、偏光板、回折光学素子（ＤＯＥ）等が挙げられる。

光学部材２は、レンズ２ａの表面に反射防止膜を備えてもよい。反射防止膜は、この光学部材２の表面の反射を低減するため、公知の材料を用い、公知の方法により形成できる。この反射防止膜としては、例えば、高屈折率材料と低屈折率材料を交互に積層した誘電体多層膜や単層膜により形成できる。高屈折率材料として例えばＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５などが、低屈折率材料として例えばＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２などが用いられる。単層膜としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などが用いられる。また、これら膜物質以外にも公知の膜材料（複合酸化物膜を含む）を用いてもよい。このような反射防止膜をレンズ２ａの表面に備えることで、例えばレンズ２ａが光入射面の場合は表面の反射率を大幅に低減し、光学素子の光透過率を高くできる。

反射防止膜は、一般的には、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の真空成膜により誘電体材料を形成して得られる。

なお、本明細書において、「屈折率」は、ｄ線（波長：５８７．５７ｎｍ、励起媒体元素：Ｈｅ）に対する屈折率（ｎｄ）を表す。

〈遮光部材〉
本実施形態に用いられる遮光部材３は、光学部材２のレンズ２ａを有する面に設けられ、レンズ２ａの外形（輪郭）よりも小さい光透過部を備え、一部の光を遮断して光学部材２へ入射する光を制限するものである。周囲を遮光することで、内面反射等の影響によるフレアやゴーストなどの現象を抑制できる。また、この遮光部材３は、入射するスポット光を整形する絞り（アパーチャ）となるものでもある。

遮光部材３は、上記のような作用を奏するため、光学部材２が機能する所望の波長の光に対して、十分な遮光性を有する。遮光部材３は、可視光の波長において、平均透過率が１．０％以下が望ましく、０．５％以下がより望ましく、０．３％以下が一層望ましい。

また、遮光部材３は、表面で光が反射すると、その反射光が迷光やゴースト、フレアなどの原因となるおそれがある。このため、遮光部材３の反射率を十分に低く抑える必要がある。遮光部材３は、可視光の波長において、平均反射率は５％以下が望ましく、３％以下がより望ましく、１％以下が一層望ましい。反射率を抑制する方法として、遮光部材３の表面を黒色にすることで光を吸収したり、表面の凹凸構造により光を散乱したりする方法を用いてもよい。

遮光部材３は、上記のような作用を奏するため、その本体である遮光部と、光を透過させる光透過部３ａと、を有する。この光透過部３ａは、光学部材２への光の入射または光学部材２からの光の出射を阻害せず、光学素子１が所定の特性を発揮し得るように構成される。そのため、光透過部３ａは透明な部材として設けてもよいし、貫通孔として設けてもよい。なお、光透過部３ａは透明な部材とする場合、その表面に反射防止膜を形成することが好ましい。
また、貫通孔を設ける加工方法は後述する遮光部材の材料に応じて選択されるが、例えばレーザー加工、ブラスト、エッチング、コアドリル、切削、パンチング、放電加工などが用いられる。

なお、光学部材２と遮光部材３とは、通常、光学部材２のレンズ２ａの光軸と遮光部材３の光透過部３ａの中心とを一致するようにまたはその近辺に配置させることが好ましい。このようにすることで、レンズ２ａに入射する光が光軸を中心とした均等なものとでき、絞り（アパーチャ）として有効である。

遮光部材３としては、ガラス、金属、樹脂等により所望の形状に加工できるものであり、遮光特性を付与できる材料で形成すればよい。素材自体に十分な遮光特性を有している場合は、そのまま使用できる。また、一般には、遮光特性を付与するが、その場合には、ガラス、金属等に対して、表面を塗料で黒色印刷する等により処理すればよい。黒色印刷には、前述の反射率を抑制する（低反射特性）効果もある。

黒色印刷は、公知の光学素子等において遮光性を付与する際に用いられる黒色塗料を用いることができ、ガラスや金属等の表面に黒色塗料を塗布した後乾燥させ、遮光膜を形成すればよい。ここで、遮光膜の形成には、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、金属酸化物を成分とした無機顔料などの顔料を含む黒色塗料が使用できる。

また、遮光部材３を金属で作製する場合、十分な低反射特性を得るために、上記と同様に表面に黒色塗料による塗膜を形成してもよいし、金属表面にめっきなどの処理によって黒色被膜を形成してもよい。
また、遮光部材３に低反射特性を付与する他の手段として、黒色インクにフィラーを添加するなどして、塗膜表面が凹凸形状とし、入射光を散乱させるようにしてもよい。

この遮光部材３は、レンズ２ａとは離間して固定されるものである。このように離間して別部材として設けることで、レンズ表面に遮光膜を形成することに比べて精度良く簡便な操作で、所望の遮光特性を得ることができる。
また、レンズ２ａにおいて、レンズ表面に反射防止膜が形成される場合、遮光部材３とレンズ２ａとを離間して設けることで、遮光部材３と反射防止膜とが接しないため、反射防止膜の反射防止特性の乱れがなく、直接レンズ２ａ上に遮光膜を形成する場合に比べて内面反射が発生しない。具体的には、反射防止膜は、空気界面と接することを前提に設計されている。そのため、反射防止膜の表面に空気と屈折率が相違する遮光部材が積層されると、遮光部材が積層された界面においては、設計とは相違する光学特性となり、これが意図しない内面反射を発生させる原因となるからである。

また、遮光部材３は薄すぎると、製造工程上の扱いによる歩留の低下や、構造強度不足などの恐れがあり、０．０２ｍｍ以上の厚さが望ましく、０．０５ｍｍ以上の厚さがより好ましい。また、遮光部材３は厚すぎると、加工性の低下によるコストアップ、最終製品の小型化や低背化を妨げる恐れがあり、２ｍｍ以下が望ましく、１ｍｍ以下がより好ましく、０．５ｍｍ以下がより好ましい。

このように離間して固定することで、各部材をそれぞれ生産しておき、接着すればよいため、生産性が向上し、各部材の精度を良好に生産可能なため、歩留まり良く光学素子を製造できる。また、光学部材２と別々に生産できるため、熱やUVや真空プロセスや薬液処理など、製造工程に付随するプロセスダメージを共有する必要がなく、部材の選定幅が広がるメリットもある。

〈スペーサー〉
光学部材２と遮光部材３の固定は、例えば、図１Ａで示したように、光学部材２と遮光部材３とを、スペーサー４を介して固定できる。スペーサー４を用いることで、光学部材２と遮光部材３とを所定の配置とするのに簡便で、確実に固定でき、所望の特性を発揮し得る光学素子１が得られる。

ここで、スペーサー４は、レンズ２ａの外周に設けられ、光学部材２と遮光部材３とが正対するよう所定の間隔で保持し得るものであればよく、その大きさ、形状等は適宜設定すればよい。例えば、スペーサー４としては、光学部材２のレンズ２ａが形成された面において、四隅に同一高さのスペーサーを設け、その上に遮光部材３を設けてもよいし、図１Ａ及び１Ｂに示したように、中央にレンズ２ａの外径よりも大きな開孔部を有する板状のスペーサーを用意し、その開孔部をレンズ２ａと被らないように、その周囲に配置して固定し、さらにその上に、遮光部材３を積層した積層構造ともできる。

スペーサー４は、一例として、樹脂材料を用いたインプリント成形により形成でき、このときレンズ２ａも同じ材料でインプリント成形により形成すると、透明基材の上にレンズ２ａとスペーサー４とを同時に成形できるため、相対位置精度を高く安定して加工できる点や工程、部品点数の減少による生産性などの点で好ましい。インプリント成形には光硬化型、熱硬化型の樹脂が用いられるが、部材への熱ダメージ抑制や生産性の観点から光硬化型の樹脂を用いることが望ましい。

また、開孔部を形成したスペーサーの場合、開孔部がそのまま光透過部となる。図２に、図１Ａに示した光学素子１からスペーサー４を抜き出し、その平面図を示した。このスペーサー４は、その中央に貫通孔４ａを有し、レンズ２ａはこの貫通孔４ａに合わせて配置される。

スペーサー４は、ガラス、樹脂、金属等の所定の形状に加工できるものであれば、その材料は特に限定されずに形成できる。なかでも、加工性、平面度、コスト、温度変化に対する寸法安定性等の観点から、ガラスであることが望ましい。

なお、スペーサー４は、図１Ａに示しているように、光学部材２と遮光部材３とを、このスペーサー４を介して接着して一体化するものであり、通常、光学部材２および遮光部材３とそれぞれ接着剤を介して接続されている。ここで用いる接着剤は、上記部材をスペーサー４と固定できるものであれば特に限定されずに使用できる。

また、スペーサー４の開孔部を円形の貫通孔を有するものとしたとき、スペーサー４は光学部材２と接着される面、遮光部材３と接着される面、レンズ２ａ側の内側面、外側面の４つの面を有する。
そして、スペーサー４の少なくとも１面が黒色および／または粗面であることが好ましい。これらの面のうち黒色および／または粗面とするのは、いずれか１面であればよいが、光学部材２との接着面および遮光部材３との接着面の両面であることが好ましく、また、レンズ２ａ側の内側面とすることも好ましい。黒色の場合は反射光の吸収により、粗面の場合は反射光の散乱により、反射光を低減できるため迷光の発生を抑制できる。

ここで、黒色とするには、例えば、上記遮光部材３で説明した黒色印刷と同様に黒色の膜を形成すればよい。
また、粗面とするには、スペーサー４を光学素子に組み合わせる前段階で、ブラスト加工、フロスト加工、ドリル加工、レーザー加工、研磨加工など加工方法により表面の粗面化を行えばよい。また、モールドプレスや射出成型など型を用いる製造方法では、型の表面を粗面化することで、成形されたスペーサー表面も粗面としてもよい。また、スペーサー４を光学素子と組み合わせた後に、適宜の加工方法により内側面を粗面化することもできる。

なお、ここで粗面とする場合、その表面の最大高さＲｚは２μｍ以上が好ましく、４μｍ以上がより好ましい。また、最大高さＲｚを大きくすると、粗面にするための工程時間が増えたり、加工寸法の精度がばらつく原因となる懸念があるため、最大高さＲｚは１０μｍ以下が好ましい。なお、本明細書において最大高さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定されたものである。

また、スペーサー４は、光学部材２と遮光部材３とを所定の配置とするために用いられる。ここで、光学部材２と遮光部材３とは上記のように離間して設けていればよいが、レンズ２ａが凸レンズの場合、図３Ａで示したように、光学部材２の平坦部２ａで形成される水平面を基準に、遮光部材３までの距離（接着剤の厚みもあるため、スペーサー４の厚さと略同義）を高さＡ、レンズ２ａの頂部までの距離を高さＢ、としたとき、高さＡ≦高さＢの関係を満たすことが好ましい。すなわち、この関係を満たすことは、遮光部材３の下端面がレンズの頂部よりも低く設けられていることを意味する。このように遮光部材３を設けることで、光学部材全体の低背化が行え、また同じ開孔径でよりレンズから遠い位置に遮光部材を配置した場合に比べレンズに取り込む光の開口角を大きくとることができるため、光を多く取りこむことができる。

また、光学部材２と遮光部材３とは、図３Ｂで示したように、光学部材２のレンズ２ａと遮光部材３との距離（最短距離）を距離Ｌとしたとき、距離Ｌは０．５ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以下がより好ましく、０．１ｍｍ以下がより好ましい。この関係を満たすことによって、遮光作用を設計した通りの形状、機能に近づけて、上記と同様に開孔角を大きく、光を多く取りこむことができる。

［光学素子の製造方法］
本実施形態の光学素子の製造方法は、レンズ２ａを有する光学部材２を用意し、遮光部材３を光学部材２のレンズ２ａと離間して所定の位置に固定すればよい。以下、図１Ａのスペーサーを有する光学素子１を例に説明する。

ここで、上記した光学部材２、遮光部材３、スペーサー４をそれぞれ用意し、光学部材２と遮光部材３がスペーサー４を介して接着、一体化するようにすればよい。これら部材の接着は、公知の接着剤を用いることができ、上記したレンズ２ａと透明基板２ｂとを接着する際に用いたものでもよいし、さらに、これら部材間の接着においては、透光性の接着剤に限らず公知の接着剤を幅広く使用できる。

なお、遮光部材３とスペーサー４とを予め接着しておき、スペーサー４付きの遮光部材３としておき、これを光学部材２と接着して光学素子を製造することが好ましい。

スペーサー４付きの遮光部材３は、スペーサー４の貫通孔４ａと遮光部材３の光透過部３ａとを、それぞれ孔の中心を合わせて接着することで、簡便に作製できる。

なお、このスペーサー４付きの遮光部材３は、図４Ａ〜４Ｆに示したように、複数個を一度に形成可能であり、この方法について以下説明する。ここで、図４Ａはスペーサー４を形成する材料であるスペーサー用基板４Ａの平面図、図４Ｂは遮光部材３を形成する材料である遮光用基板３Ａの平面図、図４Ｃは、それらスペーサー用基板４Ａと遮光用基板３Ａとを積層した積層基板の側面図である。

また、図４Ｄは、図４Ｃの積層基板の平面図であり、格子状に切断する切断予定線を併せて示している。図４Ｅは、切断予定線に基づく切断により得られるスペーサー４付きの遮光部材３の平面図であり、図４Ｆはその側断面図である。

まず、複数の貫通孔４ａを有するスペーサー用基板４Ａと（図４Ａ）、複数の光透過部３ａを有する遮光部材用基板３Ａと（図４Ｂ）を用意し、これらの基板を積層する（図４Ｃ）。このとき、光透過部３ａと貫通孔４ａとの中心が合うようにする。この位置合わせは、例えば、スペーサー用基板４Ａと遮光部材用基板３Ａとに、それぞれアライメントマークを形成し、所定の配置となるように貫通孔４ａと光透過部３ａをそれぞれに加工し、積層すればよい。あるいは、例えば積層した際対応する貫通孔４ａと光透過部３ａを２対以上選び、これらのセンター位置を対応させながら積層してもよい。

このようにして積層した積層基板に対して、各光透過部３ａが中心となるように切断により個片化する（図４Ｄ）。図４Ｄには格子状に切断する切断予定線を破線で示している。この切断予定線に沿って切断することで、スペーサー４付き遮断部材３が得られる（図４Ｅ，４Ｆ）。

得られたスペーサー４付き遮断部材３を、光学部材２のレンズ形成面に接着することで本実施形態の光学素子１が効率的に製造できる。この位置合わせは、例えばレンズの外形と光透過部３ａのセンター位置を対応させてもよいし、光学部材２とスペーサー４もしくは遮光部材３にアライメントマークを設けて対応させてもよい。
また、複数の貫通孔４ａを有するスペーサー用基板４Ａと複数の光透過部３ａを有する遮光部材用基板３Ａと複数のレンズ２ａを有する光学部材２とを用意し、これらを積層し、積層基板と作成する。そして、前述と同様に積層基板を各光透過部３ａが中心となるように切断により個片化し、光学素子１を得るようにしてもよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に、光学部材のレンズと遮光部材とを離間して設けた構成であり、さらに遮光部材の光透過部が円形の貫通孔であり、この貫通孔は光学部材２に向かい連続的に径が狭まるものである。以下、第１および第２の実施形態と共通の構成は説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

この実施形態における光学素子としては、例えば、図５Ａに示したように、光学部材２と、スペーサー４と、遮光部材１２とを有する光学素子１１が挙げられる。ここで、光学部材２とスペーサー４は第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、遮光部材１２の形状が特徴的である。この遮光部材１２は、その開孔部が傾斜面で形成されており、光学部材２に向かって連続的に開孔径が狭まるように形成されている。

このような形状とすることで、図５Ｂに示したように外部からの光５０が遮光部材１２の開孔部側面に当たった場合、その反射光が光学素子１１の内部に入ることなく迷光の発生を抑制できる。

また、レンズが集光特性を有する場合、開孔部をこのような形状とすることで、遮光部材３２における絞り面を下端面とすることができ、レンズに近づけることができるため、入射瞳が大きくなり、設計に即した求める特性を得ることができる。

なお、開孔部を前記のような形状に加工する方法として、例えばレーザー加工（特開２０００−７７８２４号公報）、ブラスト加工（特開２００７−２２７９６７）、エッチングなど、一般的な穴あけ加工法を用いることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、第１、第２の実施形態と同様に、光学部材のレンズと遮光部材とを離間して設けた構成であり、ここでは複数の光学部材と複数の遮光部材とが交互に積層された光学素子である。以下、第１、第２の実施形態と共通の構成は説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

この第３の実施形態は、例えば、図６に示したように、複数の光学部材２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）と、それら光学部材の間にスペーサー４を介して接着された遮光部材３が設けられている光学部材２１である。なお、図６は、光学素子２１の概略構成を示した側面図であるが、遮光部材３及びスペーサー４を断面として示している。

ここで、光学部材２２ａおよび２２ｂは、両面に凸レンズと凹レンズをそれぞれ１つ有する光学部材であり、光学部材２２ｃは両面にそれぞれ凸レンズを有する光学部材である。

このように複数の光学部材２２を組み合わせることで、所望の光学特性を有する光学素子とすることができる。このとき、光学部材同士の間においても、それぞれレンズと遮光部材を離間して設けることで、光学素子内部の迷光の発生等を効果的に抑制できる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態は、第１〜第３の実施形態と同様に、光学部材のレンズと遮光部材とを離間して設けた構成であり、ここではスペーサーと遮光部材とが一体成形された光学素子である。以下、第１〜第３の実施形態と共通の構成は説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

この第４の実施形態は、例えば、図７に示したように、その基本構成は図１Ａに示した光学素子と同一であるが、遮光部材として、スペーサー部３２ｂが光透過部３２ａを有する遮光部材本体と一体成形され１つの部材となって遮光部材３２が構成されている。このようにすることで、スペーサーと遮光部材との位置合わせや接着固定を行うことが不要となり、光学素子の製造工程を削減することができる。また、スペーサー部３２ｂは、遮光部材の本体部分と同一の素材のため、スペーサー３２ｂ自体の遮光性能が高く、光学素子内部の迷光の発生等を効果的に抑制できる。スペーサー部と遮光部材とを一体成形する方法として、例えば樹脂の射出成形が考えられる。射出成形される樹脂は、ポリカーボネートをはじめ一般的な材料を使うことができる。ここで、樹脂には遮光性能の付与や反射低減を行うため、前述の黒色塗料に使用される顔料成分を含有させたり、金型を粗面加工することにより成形体表面を粗面にすることもできる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態は、第１〜第４の実施形態と同様に、光学部材のレンズと遮光部材とを離間して設けた構成であり、ここではスペーサーと光学部材とが一体成形された光学素子である。以下、第１〜第４の実施形態と共通の構成は説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

この第５の実施形態は、例えば、図８に示したように、その基本構成は図１Ａに示した光学素子と同一であるが、スペーサー部４２ａと光学部材本体とが一体成形され１つの部材となって光学部材４２が構成されている。このようにすることで、スペーサーと光学部材との位置合わせや接着固定を行うことが不要となり、光学素子の製造工程を削減することができる。スペーサー部と光学部材とが一体成形する方法として、例えば透明ガラス基板をエッチング、ブラスト、研削加工によるザグリ加工等により作製できる。

次に実施例を参照して具体的に説明する。
実施例として、前述の第１の実施形態の光学素子（図１Ａ）を以下のとおり作成した。

光学部材として、ガラス基板（Ｂ２７０ｉ、板厚：０．３ｍｍ、Ｓｃｈｏｔｔ社製）の一方の表面に透明なエポキシ樹脂製の凸レンズ（中心膜厚：０．５ｍｍ、屈折率１．５１、径：５．０ｍｍ）を形成し、エポシキ樹脂の表面に真空蒸着法にて反射防止膜（ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２の５層構成の交互多層膜）を形成した。

遮光部材として、径４．２ｍｍの円形の開口を有するガラス基板（Ｄ２６３、板厚：０．２５ｍｍ、Ｓｃｈｏｔｔ社製）の両表面に遮光塗料（ＳＧ７４０コンクマット ブラック、膜厚：５μｍ、セイコーＡＤ社製）をスクリーン印刷にて形成した。
スペーサーとして、径６ｍｍの円形の開口を有するガラス基板（Ｄ２６３、板厚：０．２ｍｍ、Ｓｃｈｏｔｔ社製）を用意した。
遮光部材をスペーサーを介して、図１Ａの構成となるように上記光学部材上に配置、固定した。このとき、光学部材と遮光部材との配置は図３Ａの高さの差（Ｂ−Ａ）が０．３ｍｍ、図３ＢのＬが０．０５ｍｍとなる位置とした。ここで製造された光学素子の一部拡大図を、図９（ａ）に示した。

光学部材と遮光部材とが離間して設けられる場合と、光学部材と遮光部材とが接触して設けられる場合との光学特性（内面反射）の相違を、図９（ｂ）、図１０（ｂ）に示す実施例の光学素子を模した構成により評価した。なお、内面反射とは、光学素子において、遮光部材が設けられた側と反対側の光学部材面から光が入射した際の可視光の反射率をいう。
実施例の光学素子を模した構成とは、図９（ｂ）に示すとおり、光学部材２ｂ（ガラス基板、Ｂ２７０ｉ、板厚：０．３ｍｍ、Ｓｃｈｏｔｔ社製）の一方の表面にエポキシ樹脂膜５２（膜厚：０．２ｍｍ、屈折率１．５１）を形成し、この上に真空蒸着法にて反射防止膜５１（ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２の５層構成の交互多層膜）を形成した。遮光部材５３として、ガラス基板（Ｄ２６３、板厚：０．２５ｍｍ、Ｓｃｈｏｔｔ社製）の両表面に遮光塗料（ＳＧ７４０コンクマット ブラック、膜厚：５μｍ、セイコーＡＤ社製）をスクリーン印刷にて形成した。反射防止膜と遮光部材との間は、０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度離間するよう保持した。
また、比較例の光学素子を模した構成とは、図１０（ｂ）に示すとおり、光学部材２ｂ（ガラス基板、Ｂ２７０ｉ、板厚：０．３ｍｍ、Ｓｃｈｏｔｔ社製）の一方の表面にエポキシ樹脂膜５２（膜厚：０．２ｍｍ、屈折率１．５１）を形成し、この上に真空蒸着法にて反射防止膜５１（ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２の５層構成の交互多層膜）を形成した。そして、反射防止膜５１の上に遮光部材５４として、遮光塗料（ＳＧ７４０コンクマット ブラック、膜厚：５μｍ、セイコーＡＤ社製）をスクリーン印刷にて形成した。このときの比較例の光学素子の構成は、図１０（ａ）に示したように、遮光膜５４を直接光学素子上に設けた光学素子を想定したものである。

［内面反射の評価］
分光器（Ｕ−４１００、日立製作所社製）を用いて、実施例の光学部材、および比較例の光学素子、のそれぞれを模した構成について内面反射を測定した。結果を表１に示す。測定は図９（ｂ）および図１０（ｂ）の矢印に示した方向で光を入射し、反射した光を検出して反射率を評価した。

表１より、光学部材と離間して遮光部材を設けた実施例の光学素子の光の反射はほぼ４％である。
ここで、一般のホウケイ酸ガラス表面と空気との界面の反射率は約４％であることを考慮すると、実施例の光学素子における光学部材の光入射面より後ろの界面、すなわち光学部材２ｂとエポキシ樹脂層５２との界面、エポキシ樹脂層５２と反射防止膜５１との界面、反射防止膜の各層の界面、反射防止膜５１と空気との界面、空気と遮光部材５３との界面、の光の反射は、表１よりほぼ０％であると推察される。
これに対し、光学素子と遮光部材とが接触した比較例の光学素子では、実施例の光学素子と比較し、反射率が高くなっている。これは、光学素子の表面に設けられた反射防止膜は、最外層の膜が空気と隣接する前提で設計されているが、遮光部材が接触することで、反射防止膜の上に空気よりも屈折率の高い物質が存在することになる。これにより、想定した光の干渉が起こらず、設計よりも光学特性が劣り、反射率が高くなったものと考えられる。
以上より、光学部材と遮光部材とを離間して設けた本実施例の光学素子とすることにより、意図しない迷光の発生を確実に抑制できることがわかる。

［遮光部材の評価］
遮光部材の光学特性（可視領域の波長の透過率）を検証した。なお、遮光部材は、光学素子に入射する光を遮蔽することを目的としている点、光学素子の最外にレンズに貼り付けられず離間している点を考慮し、遮光部材自体の透過率を測定した。遮光部材としては、前述のガラス基板（Ｄ２６３、板厚：０．３ｍｍ、Ｓｃｈｏｔｔ社製）の両表面に遮光塗料（ＳＧ７４０コンクマット ブラック、膜厚：５μｍ、セイコーＡＤ社製）をスクリーン印刷にて形成したものを用い、分光器（Ｕ−４１００、日立製作所社製）により、波長４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの透過率を測定した。結果、前記波長範囲における透過率は、０．０１％であり、高い遮光性能を備えていることが確認された。

１，１１，２１，３１，４１…光学素子、２…光学部材、２ａ…レンズ、３，２３，３２…遮光部材、４…スペーサー、

Claims (9)

1. 光入射面および光出射面を有し、該光入射面および／または該光出射面にレンズを備える光学部材と、
   該レンズと対向して設けられ、前記レンズの外形よりも小さい光透過部を備える遮光部材と、
   前記遮光部材と前記光学部材との間に両者を接着一体化するスペーサーと、
   を備えることを特徴とする光学素子。
2. 前記スペーサーと前記遮光部材とは一体に成形されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記スペーサーと前記光学部材とは一体に成形されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
4. 前記スペーサーは、前記光学部材および／または前記遮光部材と接着固定されており、
   前記スペーサーの前記光学部材との接着面、前記遮光部材との接着面および前記レンズ側に向いた内側面から選ばれる少なくとも１つ以上の面が黒色であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 前記スペーサーは、前記光学部材との接着面および／または前記遮光部材との接着面が粗面であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学素子。
6. 前記遮光部材は、円形の光透過部を備え、該光透過部の中心と前記レンズの光軸とが一致していることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学素子。
7. 前記遮光部材の光透過部は、貫通孔が前記光学部材に向かい連続的に径が狭まることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光学素子。
8. 前記光学部材が平面を備える透明基材に凸レンズが形成された形状であり、前記透明基板に対して、前記遮光部材までの距離を高さＡ、前記凸レンズの頂部までの距離を高さＢとしたとき、高さＡ≦高さＢを満たすことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光学素子。
9. 前記レンズの表面に反射防止膜を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の光学素子。