JP2000235108A

JP2000235108A - 光学素子

Info

Publication number: JP2000235108A
Application number: JP11036148A
Authority: JP
Inventors: Takae Hayashi; 孝枝林; Akira Inoue; 晃井上
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-02-15
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2000-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】歪みや剥離がなく、かつコストの低い異種材
料のフィルタの組み合わせによる光学素子を提供する。【解決手段】フォトディテクタ１と、互いに波長の異
なる光をカットする２枚のカットフィルタ２、３とによ
り構成された光学素子において、フォトディテクタ１に
第１のカットフィルタ２が、未硬化時の粘度が４０００
ｍＰａ・ｓ以下で、かつ硬化時の硬度がショアＡ３０以
下の透明または半透明の弾性を有する接着剤９を介して
固定され、さらに、第１のカットフィルタ２に第２のカ
ットフィルタ３が、接着剤９を介して固定されて構成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を照射物
に照射し、その反射光を受けて照射物の信号の読み取り
を行う光学的読み出し可能な符号コードなど、例えば白
黒パターンの読み取り装置に用いられる光学素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を発光し、照射物に当たって反
射した光を効率良く受光するためのフィルタとして、バ
ンドパスフィルタが使用されている。このようなフィル
タの殆どは、必要な波長域のレーザ光のみを確実に受光
できるように特定の多層膜が蒸着されている干渉型フィ
ルタである。図３は、この干渉型フィルタ５８を用いた
白黒パターン読み取り装置に組み込まれる光学素子５０
の例（従来技術１）を示す。この光学素子５０は、ガラ
ス入りエポキシ樹脂の内部にフォトディテクタ本体５１
ａを配設して成るエポキシ樹脂製フォトディテクタ５１
に、アクリル系の接着剤（硬化収縮率が４〜５％程度、
硬化後の硬度がショアＡ５０程度）５４を介して干渉型
フィルタ５８を取付けて構成されている。このような光
学素子５０を備えた白黒パターン読み取り装置では、例
えば、赤外線の一部をカットする特性の膜と可視光の一
部をカットする特性の膜とをガラス基板に蒸着したもの
を干渉型フィルタ５８として光学素子５０に用いること
により、白黒パターンの読み取りに必要な波長域６３０
ｎｍ〜６７０ｎｍのレーザ光のみを受光している。

【０００３】しかしながら、上記のガラス基板への蒸着
による赤外線の一部および可視光の一部をカットする両
方の特性を有する多層膜コーティングはコスト高とな
り、干渉型フィルタは高価となる。また、前記多層膜は
ガラス基板の一方の面に形成されていることが多いが、
高精度の機能を持つ干渉型フィルタであるほど膜の層数
が増え、フィルタの製造が難しくなり、また傷が付きや
すくなるなど、フィルタの表面状態が悪くなるという欠
点がある。

【０００４】この欠点を解消するために、「内視鏡光学
系」として、実開平６−６３００９号公報所載の技術
（従来技術２）が開示されている。図４において、レー
ザ光カットフィルタ６３は、透明ガラス基板である赤外
吸収フィルタ６４をフィルタ基板として、互いに異なる
波長のレーザ光をカットする干渉膜６５、６６を赤外吸
収フィルタ６４の両面に設けている。このレーザ光カッ
トフィルタ６３を、観察光学系の光路内に配設して、レ
ーザ光の照射物からの有害な反射光をカットし、平常状
態の観察画像を得るというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術２において、
フィルタ基板の両面にそれぞれ異なる波長のレーザ光を
カットする特性の干渉膜を設けることは、一方の面に設
けるのに比べて、干渉型フィルタの製造上において有利
である。しかし、従来技術２においても、依然として蒸
着により得られる膜を干渉膜としているので、コスト上
および製造上の問題がある。このため、蒸着によって得
られる干渉型フィルタに替えて、コストの低い樹脂製フ
ィルタを２枚、前記アクリル系接着剤を介して接着して
一体化し、これをさらに、前記アクリル系接着剤を介し
て図３に示したエポキシ樹脂製フォトディテクタ５１に
接着固定した構成にすると、温湿度の影響でこの光学素
子の精度は大幅に低下した。また、コストの低い樹脂製
フィルタと温湿度の影響を受け難いガラス製フィルタと
を、前記アクリル系接着剤を介して接着して一体化し、
これをさらに、前記アクリル系接着剤を介して図３に示
したエポキシ樹脂製フォトディテクタ５１に接着固定し
た構成にすると、２枚のフィルタが異種材料であるため
に起因する熱膨張係数の差により、接合面に歪みや剥離
が発生した。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、請求項１、２、３、４または５に係る発明
の課題は、歪みや剥離がなく、かつコストの低い異種材
料のフィルタの組み合わせによる光学素子を提供するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１、２、３、４または５に係る発明は、フォ
トディテクタと、互いに波長の異なる光をカットする２
枚のカットフィルタとにより構成された光学素子におい
て、前記フォトディテクタに第１のカットフィルタが、
未硬化時の粘度が４０００ｍＰａ・ｓ以下で、かつ硬化
時の硬度がショアＡ３０以下の透明または半透明の弾性
を有する接着剤を介して固定され、さらに、前記第１の
カットフィルタに第２のカットフィルタが、前記接着剤
を介して固定されて構成されている。

【０００８】請求項１、２、３、４または５に係る発明
の光学素子では、２枚のカットフィルタが互いに波長の
異なる光をそれぞれカットするとともに、未硬化時の粘
度が４０００ｍＰａ・ｓ以下で、かつ硬化時の硬度がシ
ョアＡ３０以下の透明または半透明の弾性を有する接着
剤が被着体である２枚のカットフィルタおよびフォトデ
ィテクタの温度変化により発生する応力を緩和する。

【０００９】請求項２または５に係る発明の光学素子で
は、上記作用に加え、第１のカットフィルタは樹脂から
なり、第２のカットフィルタはガラスからなることによ
り、第２のカットフィルタが、樹脂製の第１のカットフ
ィルタおよび接着剤層への湿気の侵入を抑制する。

【００１０】請求項３または５に係る発明の光学素子で
は、上記作用に加え、２枚のカットフィルタの内、一方
のカットフィルタは赤外線をカットし、他方のカットフ
ィルタは可視光をカットするものであることにより、発
生頻度の高い照射物からの有害な反射光をカットする。

【００１１】請求項４に係る発明の光学素子では、上記
作用に加え、弾性を有する接着剤が、常温で硬化するシ
リコーン接着剤または紫外線硬化性を付与した湿気硬化
型シリコーン接着剤であることにより、これらの接着剤
の硬化収縮率は１％以下であるため、カットフィルタな
どの被着体の熱膨張係数の差が大きく、伸縮量に違いが
ある場合でも、自らが変形して各被着体の変形を緩和す
る。

【００１２】請求項５に係る発明の光学素子では、上記
作用に加え、２枚のカットフィルタを介した場合のレー
ザ光の透過波長域が６３０〜６７０ｎｍであり、該透過
波長域の透過率が８２％以上であることにより、受光感
度を損なうことがない。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態では、光学素
子の最上面になるカットフィルタを吸湿性のないガラス
製フィルタにすることにより、下方に構成された接着剤
層や樹脂製フィルタへの湿気の侵入を抑制できる。ま
た、接着剤の被着体であるフォトディテクタと樹脂製フ
ィルタ、樹脂製フィルタとガラス製フィルタを、弾性を
有する接着剤などで接着することにより、各被着体の温
度変化により発生する応力を緩和することができる。

【００１４】フォトディテクタと樹脂製フィルタ、樹脂
製フィルタとガラス製フィルタを接着する接着剤は、未
硬化時の粘度が４０００ｍＰａ・ｓ以下、望ましくは２
０００ｍＰａ・ｓ以下で、且つ、完全硬化後の硬度がシ
ョアＡ３０以下、望ましくはショアＡ２５以下である。
粘度が４０００ｍＰａ・ｓより高いと接着剤層の膜厚が
厚くなり、均一な膜厚が得られ難く、透過率の低下につ
ながる。硬度がショアＡ３０より大きい場合は、熱膨張
係数の差が大きい被着体同士の接着剤層では、温度変化
で接着剤層が柔軟に変形し難く、被着体の歪みを緩和し
難くなるため、光学素子の光学性能が低下する。

【００１５】光学素子の接合フィルタは、レーザ光の透
過波長域が６３０〜６７０ｎｍであり、同波長域の透過
率が８２％以上、望ましくは９０％以上である。８２％
より少ないと、受光感度が悪くなり、符号コードなどの
読み取りができなくなる。以下、具体的な実施の形態に
ついて説明する。

【００１６】（実施の形態１）図１は実施の形態１を示
し、光学素子の構成図である。図１において、光学素子
６は、主に、ガラス入りエポキシ樹脂の内部にフォトデ
ィテクタ本体１ａを配設してなるエポキシ樹脂製のフォ
トディテクタ１と、厚さが０．２ｍｍで６３０ｎｍ未満
の波長をカットする機能を有する塩化ビニル製の可視光
カットフィルタ２と、厚さが０．５ｍｍで７３０ｎｍを
超える波長をカットする機能を有するガラス製の赤外線
カットフィルタ３とにより構成されている。接着剤の各
被着体であるフォトディテクタ１、可視光カットフィル
タ２および赤外線カットフィルタ３は、互いに室温硬化
タイプのシリコーン接着剤９により接着されている。ま
た、シリコーン接着剤９で接着された可視光カットフィ
ルタ２および赤外線カットフィルタ３は、接合フィルタ
５を構成している。上記構成の光学素子６は、接合フィ
ルタ５の波長域６３０〜６７０ｎｍにおける透過率が８
２％となった。

【００１７】つぎに、光学素子６の製造方法を説明す
る。透過率９０％の可視光カットフィルタ２と、透過率
９５％の赤外線カットフィルタ３とを、未硬化時の粘度
が１５００ｍＰａ・ｓで、完全硬化時の硬度がショアＡ
１９で透明な室温硬化タイプの弾性を有するシリコーン
接着剤９を介して貼り合わせ、この接着剤層の厚さを約
６μｍとして室温下で１時間以上放置し仮硬化させ、接
合フィルタ５を作製する。なお、可視光カットフィルタ
２へのシリコーン接着剤９の接着性を向上させるため
に、シランカップリング剤のエタノール３ｗｔ％希釈液
７を可視光カットフィルタ２の接合面に予め塗布して乾
燥させている。さらに、フォトディテクタ１上に、シリ
コーン接着剤９を介して、接合フィルタ５の可視光カッ
トフィルタ２側の面を貼り合わせ、この接着剤層の厚さ
を約６μｍとして室温で２４時間以上放置して完全硬化
させ、光学素子６を得る。

【００１８】硬化したシリコーン接着剤９は、硬化収縮
率が１％以下であるので、被着体である可視光カットフ
ィルタ２と赤外線カットフィルタ３、またはフォトディ
テクタ１と可視光カットフィルタ２の熱膨張係数の差が
大きくて伸縮量に違いがある場合でも、自らが変形して
各被着体の変形（歪み）を緩和する。また、光学素子６
の表面側に配置されたガラス製の赤外線カットフィルタ
３が、その厚さ方向からの湿気の侵入を抑制する。下記
の表１は、本実施の形態のシリコーン接着剤９と従来の
光学用の紫外線硬化型接着剤との機械的特性を比較した
ものである。表１によれば、本実施の形態のシリコーン
接着剤９は、耐性試験後であっても歪みは発生していな
い。

【００１９】

【表１】

【００２０】本実施の形態によれば、各被着体を結合す
る硬化したシリコーン接着剤が、温度変化による各被着
体の熱膨張係数の差による伸縮量に違いがあっても、自
らが変形して各被着体の変形を緩和し、被着体の変形
（歪み）による光学素子の光学特性の低下を防止するこ
とができる。また、湿気を殆ど吸収しないガラス製赤外
線カットフィルタが、その厚さ方向からの湿気の侵入を
抑制するため、接着剤層の吸水による膨潤で、接着力の
低下や接合面の剥離が発生することはない。さらに、エ
ポキシ樹脂からなるフォトディテクタと塩化ビニル製の
可視光カットフィルタとの接合により低コストになり、
接合フィルタの透過率が８２％以上を維持し、受光感度
を損なうことのない光学素子を得ることができる。

【００２１】（実施の形態２）図２は実施の形態２を示
し、光学素子の構成図である。本実施の形態は、実施の
形態１と接着剤およびこれに関連する部分のみが異な
り、他の部分は実施の形態１と同様のため、異なる部分
のみ説明し、同一の部材には同一の符号を付し説明を省
略する。

【００２２】図２において、光学素子１６は、実施の形
態１と同様に、主に、ガラス入りエポキシ樹脂の内部に
フォトディテクタ本体１ａを配設してなるフォトディテ
クタ１と、塩化ビニル製の可視光カットフィルタ２と、
ガラス製の赤外線カットフィルタ３とにより構成されて
いる。接着剤の各被着体であるフォトディテクタ１、可
視光カットフィルタ２および赤外線カットフィルタ３
は、実施の形態１の室温硬化タイプの弾性のあるシリコ
ーン接着剤９（図１参照）に替えて、未硬化時の粘度４
０００ｍＰａ・ｓで、完全硬化時の硬度がショアＡ２５
で半透明の紫外線硬化性を付与した湿気硬化型シリコー
ン接着剤１０により接着されている。また、紫外線硬化
性を付与した湿気硬化型シリコーン接着剤１０で接着さ
れた可視光カットフィルタ２および赤外線カットフィル
タ３は、接合フィルタ１５を構成している。その他の構
成は実施の形態１と同様である。上記構成の光学素子１
６は、接合フィルタ１５の波長域６３０〜６７０ｎｍに
おける透過率が８６％となった。

【００２３】つぎに、光学素子１６の製造方法を説明す
る。可視光カットフィルタ２と、赤外線カットフィルタ
３とを、紫外線硬化性を付与した湿気硬化型シリコーン
接着剤１０を介して貼り合わせ、この接着剤層の厚さを
約１０〜１２μｍとし、赤外線カットフィルタ３側より
接合面全面に紫外線を４５００ｍＪ／ｃｍ²以上照射し
て紫外線硬化させ、接合フィルタ１５を得る。さらに、
フォトディテクタ１上に紫外線硬化性を付与した湿気硬
化型シリコーン接着剤１０を介して、接合フィルタ１５
の可視光カットフィルタ２側の面を貼り合わせ、この接
着剤層の厚さを約１０〜１２μｍとし、光学素子１６の
フィルタ接合部側面より、紫外線を４５００ｍＪ／ｃｍ
²以上照射して紫外線硬化させる。紫外線が届かない接
合部は、室温で２４時間以上放置して硬化させ、光学素
子１６を得る。

【００２４】硬化した紫外線硬化性を付与した湿気硬化
型シリコーン接着剤１０は、硬化収縮率が１％以下であ
るので、被着体である可視光カットフィルタ２と赤外線
カットフィルタ３、またはフォトディテクタ１と可視光
カットフィルタ２の熱膨張係数の差が大きくて伸縮量に
違いがある場合でも、自らが変形して各被着体の変形
（歪み）を抑制する。また、光学素子１６の表面側に配
置されたガラス製の赤外線カットフィルタ３が、その厚
さ方向からの湿気の侵入を抑制する。さらに、紫外線硬
化性を付与した湿気硬化型シリコーン接着剤１０が、紫
外線で硬化し、被着体が瞬時に固定される。上記の表１
では、本実施の形態の紫外線硬化性を付与した湿気硬化
型シリコーン接着剤１０と従来の光学用の紫外線硬化型
接着剤との機械的特性を比較している。表１によれば、
本実施の形態の紫外線硬化性を付与した湿気硬化型シリ
コーン接着剤１０は、耐性試験後であっても歪みは発生
していない。

【００２５】本実施の形態によれば、各被着体を結合す
る硬化した紫外線硬化性を付与した湿気硬化型シリコー
ン接着剤が、温度変化による各被着体の熱膨張係数の差
による伸縮量に違いがあっても、自らが変形して各被着
体の変形を緩和し、被着体の変形（歪み）による光学素
子の光学特性の低下を防止することができる。また、湿
気を殆ど吸収しないガラス製赤外線カットフィルタが、
その厚さ方向からの湿気の侵入を抑制するため、接着剤
層の吸水による膨潤で、接着力の低下や接合面の剥離が
発生することはない。さらに、エポキシ樹脂からなるフ
ォトディテクタと塩化ビニル製の可視光カットフィルタ
との接合により低コストになり、接合フィルタの透過率
が８６％以上を維持し、実施の形態１より受光感度の高
い光学素子を得ることができる。また、紫外線硬化性を
付与した湿気硬化型シリコーン接着剤が、紫外線で瞬時
に硬化し、接着力を発揮するため、位置ズレを起こし難
く、また、つぎの作業が可能となるため時間のロスが少
なく、短時間で光学素子を完成させることができる。

【００２６】実施の形態１および２では、フォトディテ
クタの上に、第１のカットフィルタとして塩化ビニル製
の可視光カットフィルタを配設し、さらにその上に第２
のカットフィルタとしてガラス製の赤外線カットフィル
タを配設するという構成にしたが、第１のカットフィル
タを樹脂製の赤外線カットフィルタとし、さらにその上
に第２のカットフィルタとしてガラス製の可視光カット
フィルタを配設するようにしてもよい。

【００２７】

【発明の効果】請求項１、２、３、４または５に係る発
明によれば、歪みや剥離がなく、かつコストの低い異種
材料のフィルタの組み合わせによる光学素子を提供する
ことができる。請求項２または５に係る発明によれば、
上記効果に加え、第２のカットフィルタが、樹脂製の第
１のカットフィルタおよび接着剤層への湿気の侵入を抑
制するので、接着剤層の吸水による膨潤で、接着力の低
下や接合面の剥離が発生することはない。請求項３また
は５に係る発明によれば、上記効果に加え、発生頻度の
高い照射物からの有害な反射光をカットするので、平常
状態の読み取り機能を維持することができる。請求項４
に係る発明によれば、上記効果に加え、接着剤の硬化収
縮率は１％以下であるため、カットフィルタなどの被着
体の熱膨張係数の差が大きく、伸縮量に違いがある場合
でも、自らが変形して各被着体の変形を抑制するので、
光学素子の光学特性を低下させることはない。請求項５
に係る発明によれば、上記効果に加え、受光感度を損な
うことがないので、光学素子の光学特性を充足させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の光学素子の構成図である。

【図２】実施の形態２の光学素子の構成図である。

【図３】従来技術１の光学素子の構成図である。

【図４】従来技術２のレーザ光カットフィルタの構成図
である。

【符号の説明】

１フォトディテクタ２可視光カットフィルタ３赤外線カットフィルタ９シリコーン接着剤

フロントページの続きＦターム(参考） 2H043 AE02 2H048 AA05 AA07 AA12 AA16 AA18 AA24 AA27 4J040 EK031 JB04 JB08 JB11 LA01 LA06 LA10 MA05 MA10 NA17 5F072 JJ05 JJ08 KK30 RR01 RR03 YY15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フォトディテクタと、互いに波長の異な
る光をカットする２枚のカットフィルタとにより構成さ
れた光学素子において、前記フォトディテクタに第１のカットフィルタが、未硬
化時の粘度が４０００ｍＰａ・ｓ以下で、かつ硬化時の
硬度がショアＡ３０以下の透明または半透明の弾性を有
する接着剤を介して固定され、さらに、前記第１のカッ
トフィルタに第２のカットフィルタが、前記接着剤を介
して固定されて構成されていることを特徴とする光学素
子。
【請求項２】前記第１のカットフィルタは樹脂からな
り、前記第２のカットフィルタはガラスからなることを
特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】前記２枚のカットフィルタの内、一方の
カットフィルタは赤外線をカットし、他方のカットフィ
ルタは可視光をカットするものであることを特徴とする
請求項１記載の光学素子。
【請求項４】前記弾性を有する接着剤が、常温で硬化
するシリコーン接着剤または紫外線硬化性を付与した湿
気硬化型シリコーン接着剤であることを特徴とする請求
項１記載の光学素子。
【請求項５】前記２個のカットフィルタを介した場合
のレーザ光の透過波長域が６３０〜６７０ｎｍであり、
該透過波長域の透過率が８２％以上であることを特徴と
する請求項１、２または３記載の光学素子。