JP2008015010A - Compound optical element and its manufacturing method - Google Patents

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Akira Kimura
亮 木村
Atsushi Murata
淳 村田
Toshiaki Takano
利昭 高野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound optical element which is excellent in reliability by preventing exfoliation of a joining surface between dissimilar materials. <P>SOLUTION: By using a 1st optical part 10 consisting substantially of glass, a 2nd optical part 20 consisting substantially of a photocuring resin and a 3rd optical part 30 consisting substantially of a thermoplastic resin, the 2nd optical part 20 is joined to an optical functional surface 11 of the 1st optical part 10 and the 3rd optical part 30 is joined to an optical functional surface 22 of the 2nd optical part 20. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、複合光学素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a composite optical element and a manufacturing method thereof.

従来、異なる種類の材料(例えば、ガラスと熱硬化樹脂)同士を接合してなる複合光学素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a composite optical element formed by bonding different types of materials (for example, glass and thermosetting resin) is known (for example, see Patent Document 1).

このような複合光学素子によれば、例えば、微細形状を作成しやすい樹脂の光学機能表面にレリーフパターン(回折面)を形成する一方、機械的強度や環境変化に対する耐性が必要な部分をガラスで構成する等、光学設計の自由度を向上させるとともに高機能な光学系の実現が可能となる。
特開2004−177574号公報
According to such a composite optical element, for example, a relief pattern (diffraction surface) is formed on the optical functional surface of a resin that is easy to create a fine shape, while a portion requiring mechanical strength and resistance to environmental changes is made of glass. This makes it possible to improve the degree of freedom in optical design and realize a highly functional optical system.
JP 2004-177574 A

しかしながら、プレス成形によりガラスと熱硬化樹脂とを接合する場合、熱硬化樹脂の硬化に伴う体積収縮によってガラスと樹脂との接合面に内部応力が発生し、形状精度の低下や接合面において熱硬化樹脂が剥離する等の様々な悪影響を及ぼすおそれがある。   However, when glass and thermosetting resin are joined by press molding, internal stress is generated on the joint surface between the glass and resin due to volume shrinkage accompanying the curing of the thermosetting resin, resulting in a decrease in shape accuracy and thermosetting at the joint surface. Various adverse effects such as peeling of the resin may occur.

本発明は、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、異種材料同士の接合面における剥離を防止して信頼性に優れた複合光学素子を提供することにある。   This invention is made | formed in view of this point, The place made into the objective is to prevent the peeling in the joint surface of dissimilar materials, and to provide the composite optical element excellent in reliability.

すなわち、本発明の複合光学素子は、第1の光学部と、第1の光学部の光学機能表面に接合された第2の光学部と、第2の光学部の光学機能表面に接合された第3の光学部とを備え、第1の光学部は実質的にガラスで構成され、第2の光学部は実質的に光硬化樹脂で構成され、第3の光学部は実質的に熱可塑性樹脂で構成されていることを特徴とするものである。   That is, the composite optical element of the present invention is bonded to the first optical unit, the second optical unit bonded to the optical functional surface of the first optical unit, and the optical functional surface of the second optical unit. A third optical part, the first optical part is substantially made of glass, the second optical part is substantially made of a photocurable resin, and the third optical part is substantially thermoplastic. It is characterized by comprising resin.

また、本発明の複合光学素子の製造方法は、実質的にガラスで構成された第1の光学部の光学機能表面に、実質的に光硬化樹脂で構成された第2の光学部をプレス成形により接合する手順と、第2の光学部の光学機能面に、実質的に熱可塑性樹脂で構成された第3の光学部をプレス成形により接合する手順とを備えたことを特徴とするものである。   Also, the method for manufacturing a composite optical element of the present invention press-molds the second optical part substantially made of a photo-curing resin on the optical functional surface of the first optical part substantially made of glass. And a procedure for joining the third optical part substantially made of a thermoplastic resin to the optical functional surface of the second optical part by press molding. is there.

以上のように、本発明によれば、異種材料同士の接合面における剥離を防止して信頼性に優れた複合光学素子を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a composite optical element that is excellent in reliability by preventing peeling at a joint surface between different materials.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or its application.

図1は、本発明の実施形態に係る複合光学素子の構成を示す断面図である。図1に示すように、複合光学素子1は、第1の光学部10と、第2の光学部20と、第3の光学部30とを備えている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a composite optical element according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the composite optical element 1 includes a first optical unit 10, a second optical unit 20, and a third optical unit 30.

第1の光学部10は、それぞれ凸状非球面の光学機能表面(レンズ面)11と光学機能表面(レンズ面)14とを有する両凸のレンズにより構成されている。これら光学機能表面11,14はそれぞれ、屈折作用のみを有する屈折面で形成されているものとする。   The first optical unit 10 is composed of a biconvex lens having a convex aspherical optical function surface (lens surface) 11 and an optical function surface (lens surface) 14. Each of these optical function surfaces 11 and 14 is formed of a refractive surface having only a refractive action.

さらに、第1の光学部10の周縁部には、光学機能表面11よりもレンズ周方向の外方に突出したコバ平面15が設けられている。   Further, an edge plane 15 that protrudes outward in the lens circumferential direction from the optical function surface 11 is provided at the peripheral edge of the first optical unit 10.

第2の光学部20は、第1の光学部10と第3の光学部30とを接合するための接合層として機能するものであり、光学機能表面11上において第1の光学部10に接合されたメニスカス状のレンズにより構成されている。第2の光学部20における第1の光学部10側の光学機能表面21は、光学機能表面11に対応した滑面で形成されている。また、光学機能表面21と対面する光学機能表面22も同様に、屈折作用のみを有する屈折面で形成されている。   The second optical unit 20 functions as a bonding layer for bonding the first optical unit 10 and the third optical unit 30, and is bonded to the first optical unit 10 on the optical functional surface 11. It is comprised by the meniscus-shaped lens made. The optical functional surface 21 on the first optical unit 10 side in the second optical unit 20 is formed with a smooth surface corresponding to the optical functional surface 11. Similarly, the optical functional surface 22 facing the optical functional surface 21 is formed of a refractive surface having only a refractive action.

第3の光学部30は、光学機能表面22上において第2の光学部20に接合されたメニスカス状のレンズにより構成されている。第3の光学部30における第2の光学部20側の光学機能表面31は、光学機能表面22に対応した滑面で形成されている。また、光学機能表面31と対面する光学機能表面32も同様に、屈曲作用のみを有する屈折面で形成されている。   The third optical unit 30 is constituted by a meniscus lens joined to the second optical unit 20 on the optical functional surface 22. The optical functional surface 31 on the second optical unit 20 side in the third optical unit 30 is formed with a smooth surface corresponding to the optical functional surface 22. Similarly, the optical function surface 32 facing the optical function surface 31 is formed of a refractive surface having only a bending action.

なお、図示しないが、第3の光学部30の光学機能表面32にレリーフパターン等の微細な回折構造を形成するようにすれば、所望の光学性能を確保する上で有利となる。例えば、第3の光学部30の光学機能表面32の中央部及び外周部に滑面部を設け、この滑面部に隣接するように断面鋸歯状の回折面により構成された凹凸面部を設けておけば、滑面部が設けられている中央領域における光学機能表面32の光学的パワーと、凹凸面部が設けられている周辺領域における光学機能表面32の光学的パワーとを異ならしめることができる。従って、例えば、ある波長の光を中央領域を使用して集光させるとともに、異なる波長の光を周辺領域を使用して集光させることにより、相互に波長の異なる光を同じ焦点距離で合焦することができる。   Although not shown, if a fine diffractive structure such as a relief pattern is formed on the optical functional surface 32 of the third optical unit 30, it is advantageous in securing desired optical performance. For example, if a smooth surface portion is provided in the central portion and the outer peripheral portion of the optical functional surface 32 of the third optical portion 30, and an uneven surface portion constituted by a diffractive surface having a sawtooth cross section is provided adjacent to the smooth surface portion. The optical power of the optical functional surface 32 in the central region where the smooth surface portion is provided can be made different from the optical power of the optical functional surface 32 in the peripheral region where the uneven surface portion is provided. Thus, for example, by focusing light of a certain wavelength using the central region and condensing light of a different wavelength using the peripheral region, the lights having different wavelengths are focused at the same focal length. can do.

ここで、第1乃至第3の光学部10,20,30は、それぞれ異なる材料で構成されている。具体的に、第1の光学部10は、微細な成形性よりも吸湿性や耐熱性等を重視してガラス材料で構成する。   Here, the first to third optical units 10, 20, and 30 are made of different materials. Specifically, the first optical unit 10 is made of a glass material with emphasis on hygroscopicity, heat resistance, etc. rather than fine moldability.

第2の光学部20は、第1の光学部10と第3の光学部30との間で生じる線熱膨張の違いを吸収し、成形時の剥離や成形後の素子信頼性を高める働きを担うものであり、光硬化樹脂材料で構成する。例えば、接着強度や屈折率、光線透過率等の光学特性を考慮して、エポキシ系やアクリレート系の紫外線硬化樹脂材料で構成するのが好ましい。   The second optical unit 20 absorbs the difference in linear thermal expansion that occurs between the first optical unit 10 and the third optical unit 30, and functions to increase peeling and the element reliability after molding. It bears and is made of a photo-curing resin material. For example, in consideration of optical characteristics such as adhesive strength, refractive index, and light transmittance, it is preferable to use an epoxy-based or acrylate-based ultraviolet curable resin material.

なお、第2の光学部20の厚みは、該第2の光学部20自身の硬化に伴う体積収縮による内部応力の発生等の悪影響を最小限に抑えるために、第1の光学部10と第3の光学部30との接合強度を確保できる範囲内においてできる限り薄い層とすることが好ましい。   The thickness of the second optical unit 20 is the same as that of the first optical unit 10 in order to minimize adverse effects such as generation of internal stress due to volume shrinkage accompanying the curing of the second optical unit 20 itself. It is preferable to make the layer as thin as possible within a range in which the bonding strength with the third optical unit 30 can be secured.

第3の光学部30は、レリーフパターン等の微細な回折構造を形成することから、成形性を重視して熱可塑性樹脂材料で構成するのが好ましい。例えば、シクロオレフィンポリマー材(日本ゼオン社製 登録商標ZEONEX)等を用いることができる。   Since the third optical unit 30 forms a fine diffractive structure such as a relief pattern, the third optical unit 30 is preferably composed of a thermoplastic resin material with emphasis on formability. For example, a cycloolefin polymer material (registered trademark ZEONEX manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) can be used.

ここで、例えば、第1の光学部10の上に第3の光学部30を直接接合した場合、両光学部10,30相互間の収縮率の違いから、温度変化が生じた際に、第1の光学部10と第3の光学部30との間で大きなひずみが生ずるおそれがある。   Here, for example, when the third optical unit 30 is directly bonded on the first optical unit 10, when the temperature change occurs due to the difference in contraction rate between the optical units 10 and 30, There is a possibility that a large distortion occurs between the first optical unit 10 and the third optical unit 30.

さらに、複合光学素子1の使用時に、温度が上昇又は下降すると、第1の光学部10と第3の光学部30との間でひずみが生じ、第3の光学部30が第1の光学部10から剥離するおそれがある。   Further, when the temperature rises or falls when the composite optical element 1 is used, distortion occurs between the first optical unit 10 and the third optical unit 30, and the third optical unit 30 becomes the first optical unit. There is a risk of peeling from 10.

また、第3の光学部30が熱可塑性樹脂であり、第1の光学部10でプレスすることで複合光学素子1を作製するような場合には、製造された複合光学素子1に大きなひずみが残存し、光学的均一性が損なわれるばかりでなく、残存ひずみによって第3の光学部30が第1の光学部10から剥離してしまうおそれがある。   When the third optical unit 30 is a thermoplastic resin and the composite optical element 1 is produced by pressing with the first optical unit 10, the manufactured composite optical element 1 has a large strain. In addition to the remaining optical uniformity, the third optical unit 30 may be peeled off from the first optical unit 10 due to residual strain.

それに対して、本実施形態では、第1の光学部10と第3の光学部30との間に、光硬化樹脂で構成された第2の光学部20が設けられている。このため、相互に接合された光学部相互間の差が小さい。従って、上述したような第3の光学部30の剥離やひずみの残存といった問題が効果的に抑制される。   On the other hand, in the present embodiment, the second optical unit 20 made of a photo-curing resin is provided between the first optical unit 10 and the third optical unit 30. For this reason, the difference between the optical parts joined to each other is small. Therefore, the problems such as peeling of the third optical unit 30 and remaining strain are effectively suppressed as described above.

以上のように、本実施形態に係る複合光学素子1によれば、異種材料同士の接合面における剥離を抑制することができる。また、光学設計の自由度が大幅に広がるだけでなく量産性も向上するため、安価な光学素子の供給が可能となることから、レンズ、ミラー、又はプリズム等の多方面への応用が期待できる。   As described above, according to the composite optical element 1 according to the present embodiment, it is possible to suppress peeling at the joint surface between different materials. In addition, the degree of freedom in optical design is not only greatly expanded, but also mass productivity is improved, so that it is possible to supply inexpensive optical elements, so that it can be expected to be applied to various fields such as lenses, mirrors, and prisms. .

なお、第1の光学部10、第2の光学部20、及び第3の光学部30のそれぞれは、d線に対する屈折率が略同一であり、具体的に屈折率が1.5以上の材料で構成されていることが好ましい。このように、屈折率が1.5以上という高屈折材料で構成することにより、NAを大きくすることができる。   Each of the first optical unit 10, the second optical unit 20, and the third optical unit 30 has substantially the same refractive index with respect to the d-line and specifically has a refractive index of 1.5 or more. It is preferable that it is comprised. Thus, NA can be enlarged by comprising with a high refractive material whose refractive index is 1.5 or more.

また、光線波長が400nm以上における光線透過率が90%以上である材料で構成することで、例えば、使用レーザー光の波長が405nmであるBD(登録商標)装置等への応用範囲を広げることができる。なお、光線透過率の測定値は、両表面が鏡面研磨された厚さ10mmのサンプルに対して行ったときの値である。   Further, by configuring with a material having a light transmittance of 90% or more at a light wavelength of 400 nm or more, for example, the application range to a BD (registered trademark) apparatus having a wavelength of 405 nm of laser light to be used can be expanded. it can. In addition, the measured value of light transmittance is a value when it carries out with respect to the sample of thickness 10mm by which both surfaces were mirror-polished.

次に、図2〜図4を参照しながら、本実施形態に係る複合光学素子1の製造方法について説明する。なお、ここでは、実質的にガラスからなる第1の光学部10と、実質的に光硬化樹脂からなる第2の光学部20と、実質的に熱可塑性樹脂からなる第3の光学部30とで構成された複合光学素子1の製造方法を例に挙げて説明する。   Next, a method for manufacturing the composite optical element 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, the first optical unit 10 substantially made of glass, the second optical unit 20 substantially made of a photo-curing resin, and the third optical unit 30 substantially made of a thermoplastic resin, The manufacturing method of the composite optical element 1 comprised by this will be described as an example.

まず最初に、第1の光学部10を作製する。詳細には、第1の光学部10の作製は、図2(a)に示す一対の成形型(下型41,上型45)を用いて行う。下型41は頂面に第1の光学部10の光学機能表面11の形状に対応した凹状の成形面42が形成されている。一方、上型45は下型41に対向位置する成形面46を頂面とする柱状体により構成されている。成形面46は光学機能表面14の形状に対応して凹状に形成されている。   First, the first optical unit 10 is manufactured. Specifically, the first optical unit 10 is manufactured using a pair of molds (lower mold 41 and upper mold 45) shown in FIG. The lower mold 41 has a concave molding surface 42 corresponding to the shape of the optical functional surface 11 of the first optical unit 10 on the top surface. On the other hand, the upper mold 45 is constituted by a columnar body having a molding surface 46 facing the lower mold 41 as a top surface. The molding surface 46 is formed in a concave shape corresponding to the shape of the optical function surface 14.

そして、これら下型41及び上型45を用いてボール状や第1の光学部10とほぼ近似の形状寸法に加工されたガラスプリフォーム40を加熱押圧(ヒートプレス)する。具体的には、下型41と上型45との間にガラスプリフォーム40を配置する。   Then, using these lower mold 41 and upper mold 45, the glass preform 40 processed into a ball shape or a shape and dimension approximately similar to the first optical unit 10 is heated and pressed (heat pressed). Specifically, the glass preform 40 is disposed between the lower mold 41 and the upper mold 45.

次に、ガラスプリフォーム40をその軟化温度近傍にまで加熱して軟化させ、上型45を下型41に対して下型41方向に相対的に変位させることにより軟化したガラスプリフォーム40を下型41の成形面42と上型45の成形面46とでもってプレスし、第1の光学部10を得る(図2(b)参照)。そして、第1の光学部10を所定の温度(例えば、ガラス転移温度−150℃〜室温)にまで冷却させることにより完成させる。   Next, the glass preform 40 is heated to near the softening temperature to be softened, and the upper mold 45 is displaced relative to the lower mold 41 in the direction of the lower mold 41 to lower the softened glass preform 40. The first optical unit 10 is obtained by pressing with the molding surface 42 of the mold 41 and the molding surface 46 of the upper mold 45 (see FIG. 2B). Then, the first optical unit 10 is completed by cooling to a predetermined temperature (for example, glass transition temperature -150 ° C. to room temperature).

次に、図3(a)に示すように、第2の光学部20の光学機能表面22の形状に対応した凹状の成形面52を有する成形型51を用い、成形面52上に、軟化状態にある光硬化樹脂50を配置する。そして、成形型51及び押圧型55を用いて光硬化樹脂50をプレスする。具体的には、先ほど成形した第1の光学部10を押圧型55で押圧して、成形型51の成形面52上に配置された光硬化樹脂50を光学機能表面11でもって所定の位置までプレスし、その状態で光硬化樹脂50に光エネルギー(紫外線や電子線等)を付与することによって光硬化樹脂50を硬化させる。   Next, as shown in FIG. 3A, a softened state is formed on the molding surface 52 using a molding die 51 having a concave molding surface 52 corresponding to the shape of the optical functional surface 22 of the second optical unit 20. The photo-curing resin 50 is disposed. Then, the photocurable resin 50 is pressed using the molding die 51 and the pressing die 55. Specifically, the first optical part 10 molded earlier is pressed with the pressing die 55, and the photo-curing resin 50 disposed on the molding surface 52 of the molding die 51 is moved to a predetermined position with the optical function surface 11. The photocurable resin 50 is cured by pressing and applying light energy (such as ultraviolet rays or electron beams) to the photocurable resin 50 in this state.

この工程において、光エネルギーを付与する前の軟化状態にある光硬化樹脂50は、第1の光学部10と比較して非常に柔らかいため、光硬化樹脂50を第1の光学部10の光学機能表面11でもって押圧しても、光学機能表面11の形状変化は実質的に起こらない。また、光学機能表面11の形状に合わせて光硬化樹脂50が流動し、光学機能表面11の形状が好適に転写される。これにより、第1の光学部10の光学機能表面11に第2の光学部20が接合される(図3(b)参照)。   In this step, the photocurable resin 50 in a softened state before applying light energy is very soft compared to the first optical unit 10, so the photocurable resin 50 is used as the optical function of the first optical unit 10. Even if the surface 11 is pressed, the shape of the optical functional surface 11 does not substantially change. In addition, the photocurable resin 50 flows in accordance with the shape of the optical function surface 11, and the shape of the optical function surface 11 is suitably transferred. Thereby, the 2nd optical part 20 is joined to the optical function surface 11 of the 1st optical part 10 (refer FIG.3 (b)).

次に、図4(a)に示すように、第3の光学部30の光学機能表面32の形状に対応した成形面62を有する成形型61を用い、成形面62上に、軟化状態にある熱可塑性樹脂60を配置する。   Next, as shown in FIG. 4A, a molding die 61 having a molding surface 62 corresponding to the shape of the optical function surface 32 of the third optical unit 30 is used, and the molding surface 62 is in a softened state. A thermoplastic resin 60 is disposed.

そして、成形型61及び押圧型65を用いて熱可塑性樹脂60をプレスする。具体的には、先ほど成形した第1の光学部10及び第2の光学部20を押圧型65で加圧して、成形型61の成形面62上に配置された熱可塑性樹脂60を第2の光学部20の光学機能表面22でもって所定の位置までプレスし、その状態で熱可塑性樹脂60に熱を付与することによって熱可塑性樹脂60を硬化させる。   Then, the thermoplastic resin 60 is pressed using the molding die 61 and the pressing die 65. Specifically, the first optical unit 10 and the second optical unit 20 that have been molded are pressed with the pressing die 65, and the thermoplastic resin 60 disposed on the molding surface 62 of the molding die 61 is added to the second optical unit 20. The thermoplastic resin 60 is cured by pressing the optical functional surface 22 of the optical unit 20 to a predetermined position and applying heat to the thermoplastic resin 60 in this state.

このようにすれば、第1の光学部10と、光学機能表面11上において第1の光学部10に接合された第2の光学部20と、光学機能表面22上において第2の光学部20に接合された第3の光学部30とからなる複合光学素子1を得ることができる(図4(b)参照)。   In this way, the first optical unit 10, the second optical unit 20 joined to the first optical unit 10 on the optical functional surface 11, and the second optical unit 20 on the optical functional surface 22. It is possible to obtain a composite optical element 1 including the third optical unit 30 bonded to the substrate (see FIG. 4B).

なお、複合光学素子1の製造手順は、上述したものに限定するものではなく、他にも様々な手順が考えられる。以下、本実施形態に係る複合光学素子1の別の製造方法について説明する。   In addition, the manufacturing procedure of the composite optical element 1 is not limited to that described above, and various other procedures can be considered. Hereinafter, another method for manufacturing the composite optical element 1 according to this embodiment will be described.

まず最初に、第1の光学部10を作製する。なお、第1の光学部10の作製手順は、先ほど図2を用いて説明した場合と同様の手順であるため、詳細は省略する。   First, the first optical unit 10 is manufactured. Note that the manufacturing procedure of the first optical unit 10 is the same as the procedure described with reference to FIG.

次に、図5に示すように、第3の光学部30を作製する。第3の光学部30の作製は、図5(a)に示す一対の成形型(下型71,上型75)を用いて行う。下型71は頂面に第3の光学部30の光学機能表面32の形状に対応した凹状の成形面72が形成されている。一方、上型75は下型71に対向位置する成形面76を頂面とする柱状体により構成されている。成形面76は光学機能表面31の形状に対応して凸状に形成されている。   Next, as shown in FIG. 5, the third optical unit 30 is manufactured. The third optical unit 30 is manufactured using a pair of molds (lower mold 71 and upper mold 75) shown in FIG. The lower mold 71 has a concave molding surface 72 corresponding to the shape of the optical functional surface 32 of the third optical unit 30 on the top surface. On the other hand, the upper die 75 is constituted by a columnar body having a forming surface 76 facing the lower die 71 as a top surface. The molding surface 76 is formed in a convex shape corresponding to the shape of the optical function surface 31.

そして、下型71の成形面72上に、軟化状態にある熱可塑性樹脂60を配置し、上型75を下型71に対して下型71方向に相対的に変位させることで熱可塑性樹脂60をプレスする。その状態で熱可塑性樹脂60に熱を付与して硬化させることにより、第3の光学部30を作製する(図5(b)参照)。   Then, the thermoplastic resin 60 in a softened state is disposed on the molding surface 72 of the lower mold 71, and the upper mold 75 is displaced relative to the lower mold 71 in the direction of the lower mold 71, thereby making the thermoplastic resin 60. Press. In this state, the third optical unit 30 is produced by applying heat to the thermoplastic resin 60 and curing it (see FIG. 5B).

次に、先ほど成形した第3の光学部30の光学機能表面31上に、軟化状態にある光硬化樹脂50を配置する。そして、予め成形しておいた第1の光学部10を押圧型85で加圧して、光硬化樹脂50を第1の光学部10の光学機能表面11でもって所定の位置までプレスし、その状態で光硬化樹脂50に光エネルギーを付与することによって光硬化樹脂50を硬化させる。   Next, the photo-curing resin 50 in a softened state is disposed on the optical functional surface 31 of the third optical unit 30 molded earlier. And the 1st optical part 10 shape | molded previously is pressurized with the press type | mold 85, the photocurable resin 50 is pressed to the predetermined position with the optical function surface 11 of the 1st optical part 10, and the state Then, the photocurable resin 50 is cured by applying light energy to the photocurable resin 50.

このようにすれば、第1の光学部10と、光学機能表面11上において第1の光学部10に接合された第2の光学部20と、光学機能表面22上において第2の光学部20に接合された第3の光学部30とからなる複合光学素子1を得ることができる(図4(b)参照)。   In this way, the first optical unit 10, the second optical unit 20 joined to the first optical unit 10 on the optical functional surface 11, and the second optical unit 20 on the optical functional surface 22. It is possible to obtain a composite optical element 1 including the third optical unit 30 bonded to the substrate (see FIG. 4B).

なお、一般的に、ガラスは樹脂よりも軟化温度が高く、硬度も高いため、例えばここで説明したように、第1の光学部10が実質的にガラスからなるものであり、第2の光学部20が実質的に光硬化樹脂からなるものである場合は、上述のように所望の形状に成形したガラス製の第1の光学部10を成形型として軟化状態にある樹脂を押圧するとともに硬化させて接合することによって、容易且つ高い形状精度で成形することができる。第3の光学部30の成形についても同様である。   In general, glass has a higher softening temperature and higher hardness than resin, so that, for example, as described here, the first optical unit 10 is substantially made of glass, and the second optical unit 10 When the part 20 is substantially made of a photo-curing resin, the glass first optical part 10 molded into a desired shape as described above is used as a molding die to press and soften the resin in a softened state. By joining them together, it can be molded easily and with high shape accuracy. The same applies to the molding of the third optical unit 30.

また、第3の光学部30は熱可塑性樹脂で構成されているため、ガラス材料では実現が難しい複雑な非球面形状やレリーフパターン等の微細な回折構造を光学機能表面32に形成することが可能となり、優れた光学特性を有する複合光学素子1を得ることができる。   Further, since the third optical unit 30 is made of a thermoplastic resin, it is possible to form a fine diffractive structure such as a complex aspherical shape or a relief pattern on the optical functional surface 32 that is difficult to realize with a glass material. Thus, the composite optical element 1 having excellent optical characteristics can be obtained.

また、光硬化樹脂で構成された第2の光学部20を、ガラスで構成された第1の光学部10と熱可塑性樹脂で構成された第3の光学部30との間に形成することで、ガラスと熱可塑性樹脂という異種材料間の接合を強固にすることができる。これにより、複合光学素子1の機械的強度や使用環境に対する信頼性を向上させる上で有利となる。   Moreover, by forming the 2nd optical part 20 comprised with the photocurable resin between the 1st optical part 10 comprised with glass, and the 3rd optical part 30 comprised with the thermoplastic resin, In addition, it is possible to strengthen the bonding between different materials such as glass and thermoplastic resin. This is advantageous in improving the mechanical strength and reliability of the composite optical element 1 with respect to the usage environment.

また、第2の光学部20の材料として紫外線硬化樹脂等の光硬化樹脂を使用した場合は、短時間で硬化処理できるため、生産性を向上することができる。そして、第3の光学部30の材料として熱可塑性樹脂を使用した場合は、紫外線等を照射する大がかりな装置を要することなく、加熱によって容易且つ安価に複合光学素子1を得ることができる。   Moreover, when photocuring resin, such as an ultraviolet curable resin, is used as a material of the 2nd optical part 20, since it can be hardened in a short time, productivity can be improved. When a thermoplastic resin is used as the material of the third optical unit 30, the composite optical element 1 can be obtained easily and inexpensively by heating without requiring a large apparatus for irradiating ultraviolet rays or the like.

なお、本実施形態では、第3の光学部30の光学機能表面32が非球面により構成されている例について説明したが、この形態に限定するものではなく、例えば、平面、球面、円筒面、楕球面、トーリック面等であってもよい。また、光学機能表面32に回折構造を形成する場合には、断面鋸歯状の回折面の他にも、例えば、断面矩形状や断面正弦波状の回折面、複数の凸状又は凹状レンズ面からなるレンズアレイ面、位相段差面、若しくは光反射防止構造(例えば、反射を抑制しようとする光の波長以下のピッチで配列された複数の錐体状突起部又は錐体状凹部からなる構造)が形成された光反射防止面であってもよい。   In the present embodiment, the example in which the optical functional surface 32 of the third optical unit 30 is configured by an aspherical surface has been described. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, a flat surface, a spherical surface, a cylindrical surface, An elliptical surface, a toric surface, etc. may be sufficient. In addition, when the diffractive structure is formed on the optical function surface 32, in addition to a diffractive surface having a sawtooth cross section, for example, a diffractive surface having a rectangular cross section or a sinusoidal cross section, or a plurality of convex or concave lens surfaces is used. Forms a lens array surface, a phase step surface, or a light reflection preventing structure (for example, a structure composed of a plurality of cone-shaped protrusions or cone-shaped recesses arranged at a pitch equal to or less than the wavelength of light whose reflection is to be suppressed). It may be a light reflection preventing surface.

また、第2及び第3の光学部20,30は、プレス成形されたものに限定されるものではなく、例えば、スピンコーティング法やスクイージング法等の塗布法により光学機能表面11,22の上に樹脂材料を塗布した後に硬化させることにより形成してもよい。また、第3の光学部30の光学機能表面32に回折構造を形成する場合には、エッチングにより形成するようにしても構わない。   Further, the second and third optical units 20 and 30 are not limited to those formed by press molding. For example, the second and third optical units 20 and 30 are formed on the optical functional surfaces 11 and 22 by a coating method such as a spin coating method or a squeezing method. You may form by making it harden | cure after apply | coating a resin material. In addition, when a diffractive structure is formed on the optical functional surface 32 of the third optical unit 30, it may be formed by etching.

なお、本実施形態では、複合光学素子として両凸のレンズを例に挙げて説明したが、この形態に限定するものではなく、例えば、バイナリー光学素子、マイクロレンズアレイ素子、位相段差が形成された光学素子、SWS(Subwavelength Structure Surface)を有する光学素子であってもよい。   In this embodiment, a biconvex lens is described as an example of a composite optical element. However, the present invention is not limited to this form. For example, a binary optical element, a microlens array element, and a phase step are formed. An optical element or an optical element having SWS (Subwavelength Structure Surface) may be used.

<変形例>
図7は、本発明の複合光学素子の変形例を示す断面図である。以下、前記実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
<Modification>
FIG. 7 is a sectional view showing a modification of the composite optical element of the present invention. In the following, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and only differences will be described.

図7に示すように、本変形例に係る複合光学素子2は、両凸のレンズにより構成されており、凸状非球面の光学機能表面(レンズ面)11と光学機能表面(レンズ面)14とのそれぞれに、第2の光学部20及び第3の光学部30が積層されて接合されている。   As shown in FIG. 7, the composite optical element 2 according to this modification is configured by a biconvex lens, and has a convex aspherical optical function surface (lens surface) 11 and an optical function surface (lens surface) 14. The second optical unit 20 and the third optical unit 30 are stacked and bonded to each other.

すなわち、第1の光学部10の光学機能表面11に第2の光学部20が接合され、第2の光学部20の光学機能表面22に第3の光学部30が接合されている点は前記実施形態と同様であるが、本変形例では、さらに、第1の光学部10の光学機能表面14にも第2の光学部20が接合され、該第2の光学部の光学機能表面22に第3の光学部30が接合されている。   That is, the second optical unit 20 is bonded to the optical functional surface 11 of the first optical unit 10, and the third optical unit 30 is bonded to the optical functional surface 22 of the second optical unit 20. Although it is the same as that of embodiment, in this modification, the 2nd optical part 20 is further joined also to the optical function surface 14 of the 1st optical part 10, and the optical function surface 22 of this 2nd optical part is joined. The third optical unit 30 is bonded.

そして、第1の光学部10の光学機能表面14側に接合された第3の光学部30の光学機能表面32は、屈曲作用のみを有する屈曲面で形成されている。なお、図示しないが、光学機能表面32にレリーフパターン等の微細な回折構造を形成するようにしてもよい。   The optical functional surface 32 of the third optical unit 30 joined to the optical functional surface 14 side of the first optical unit 10 is formed of a bent surface having only a bending action. Although not shown, a fine diffractive structure such as a relief pattern may be formed on the optical function surface 32.

以上のように、本発明の変形例に係る複合光学素子2によれば、第1の光学部10の両凸面にそれぞれ第2及び第3の光学部20,30を積層して接合するようにしたから、より複雑な光学系を実現することができる。   As described above, according to the composite optical element 2 according to the modified example of the present invention, the second and third optical units 20 and 30 are laminated and bonded to both convex surfaces of the first optical unit 10, respectively. Therefore, a more complicated optical system can be realized.

以上説明したように、本発明は、異種材料同士の接合面の剥離を防止して信頼性に優れた複合光学素子を提供することができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。特に、光ディスク装置の光学系、ディジタルスチルカメラや携帯電話等の撮像系に用いる複合光学素子として有用である。   As described above, the present invention is extremely useful because it provides a highly practical effect that a composite optical element having excellent reliability can be provided by preventing separation of the joint surfaces between different materials. And industrial applicability is high. In particular, it is useful as a composite optical element used in an optical system of an optical disk device and an imaging system such as a digital still camera or a mobile phone.

本発明の実施形態に係る複合光学素子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the composite optical element which concerns on embodiment of this invention. 第1の光学部の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of a 1st optical part. 第2の光学部の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of a 2nd optical part. 第3の光学部の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of a 3rd optical part. 第3の光学部の別の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating another manufacturing method of a 3rd optical part. 第2の光学部の別の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating another manufacturing method of a 2nd optical part. 本発明の複合光学素子の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the composite optical element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 複合光学素子
2 複合光学素子
10 第1の光学部
11 光学機能表面
14 光学機能表面
20 第2の光学部
21 光学機能表面
22 光学機能表面
30 第3の光学部
31 光学機能表面
32 光学機能表面
40 ガラスプリフォーム
50 光硬化樹脂
60 熱可塑性樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite optical element 2 Composite optical element 10 1st optical part 11 Optical functional surface 14 Optical functional surface 20 2nd optical part 21 Optical functional surface 22 Optical functional surface 30 3rd optical part 31 Optical functional surface 32 Optical functional surface 40 glass preform 50 photo-curing resin 60 thermoplastic resin

Claims (8)

第1の光学部と、
前記第1の光学部の光学機能表面に接合された第2の光学部と、
前記第2の光学部の光学機能表面に接合された第3の光学部とを備え、
前記第1の光学部は、実質的にガラスで構成され、
前記第2の光学部は、実質的に光硬化樹脂で構成され、
前記第3の光学部は、実質的に熱可塑性樹脂で構成されていることを特徴とする複合光学素子。
A first optical unit;
A second optical unit bonded to the optical functional surface of the first optical unit;
A third optical unit joined to the optical functional surface of the second optical unit,
The first optical unit is substantially made of glass,
The second optical part is substantially composed of a photo-curing resin,
The composite optical element, wherein the third optical unit is substantially made of a thermoplastic resin.
請求項1において、
前記第1の光学部の光学機能表面は、該第1の光学部の両面にそれぞれ設けられ、
前記光学機能表面のそれぞれに、前記第2の光学部及び前記第3の光学部がそれぞれ積層されて接合されていることを特徴とする複合光学素子。
In claim 1,
The optical functional surfaces of the first optical unit are respectively provided on both surfaces of the first optical unit,
The composite optical element, wherein the second optical unit and the third optical unit are laminated and bonded to each of the optical functional surfaces.
請求項1において、
前記第3の光学部の光学機能表面は回折面に形成されていることを特徴とする複合光学素子。
In claim 1,
An optical functional surface of the third optical unit is formed on a diffractive surface.
請求項1において、
前記第1乃至第3の光学部のそれぞれは、d線に対する屈折率が略同一の材料で構成されていることを特徴とする複合光学素子。
In claim 1,
Each of the first to third optical units is made of a material having substantially the same refractive index with respect to the d-line.
請求項1において、
前記第1乃至第3の光学部のそれぞれは、d線に対する屈折率が1.5以上の材料で構成されていることを特徴とする複合光学素子。
In claim 1,
Each of the first to third optical units is composed of a material having a refractive index with respect to d-line of 1.5 or more.
請求項1において、
前記第1乃至第3の光学部のそれぞれは、光線波長が400nm以上における光線透過率が90%以上である材料で構成されていることを特徴とする複合光学素子。
In claim 1,
Each of the first to third optical units is composed of a material having a light transmittance of 90% or more at a light wavelength of 400 nm or more.
請求項1において、
レンズ、ミラー、又はプリズムとして用いられることを特徴とする複合光学素子。
In claim 1,
A composite optical element used as a lens, a mirror, or a prism.
実質的にガラスで構成された第1の光学部の光学機能表面に、実質的に光硬化樹脂で構成された第2の光学部をプレス成形により接合する手順と、
前記第2の光学部の光学機能面に、実質的に熱可塑性樹脂で構成された第3の光学部をプレス成形により接合する手順とを備えたことを特徴とする複合光学素子の製造方法。
A procedure of joining the second optical part substantially composed of a photo-curing resin to the optical functional surface of the first optical part substantially composed of glass by press molding;
A method of manufacturing a composite optical element, comprising: a step of bonding a third optical part substantially made of a thermoplastic resin to the optical functional surface of the second optical part by press molding.
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