JP2008285377A

JP2008285377A - 接合光学素子

Info

Publication number: JP2008285377A
Application number: JP2007133363A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Suzuki; 哲也鈴木; Tomokazu Tokunaga; 知一徳永
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2008-11-27
Also published as: US20080297920A1; US7746574B2

Abstract

【課題】接合強度を高いレベルで維持する。
【解決手段】接合光学素子７は、第１光学素子４に対して、第２光学素子素材を加熱しながら押圧することで第２光学素子６を成形することにより、第１光学素子４に第２光学素子６を接合している。第２光学素子６は、素子本体部６ａと、素子本体部６ａから第１光学素子４の外周面と接触するように延びる接触部６ｂとを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮影レンズや光ピックアップなどの光学系等に使用される光学素子、特に、互いに異なる光学素子同士を接合している接合光学素子に関するものである。

従来、２種類以上のレンズやプリズムなどを接合した接合光学素子は、予め研削・研磨加工やプレス加工などによって仕上げられた光学素子同士を紫外線硬化型に代表される接着剤で接合して製造されている。しかしながら、この方法では、それぞれの光学素子を製造する工程や、２種類以上の光学素子を高精度に位置決めして配置する位置決め工程や、接着剤を気泡の無い状態で均一に塗布して硬化する接着工程が必要であり、接合光学素子の精度向上と生産性向上の障害となっている。

これに対して、上記位置決め工程と上記接着工程を無くすことを目的として、硝材同士の融着接合により接合光学素子を成形する方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、上下の型の間に第１光学素子と第２光学素子素材を配置し、第２光学素子素材が変形可能でかつ第１光学素子が変形不可能な温度で加熱しながら、型と第１光学素子により第２光学素子素材をプレス加工して第２光学素子を成形し、第１と第２光学素子を一体化して合成光学素子を成形する方法が開示されている。

また、特許文献２には、冷却時間を短縮してもクラックが生じることのないようにするため、互いの線膨張係数の差が３×１０^−７〜８×１０^−７であるガラス同士を直接接合してガラスレンズを成形する方法が提案されている。
特開昭６０−６７１１８号公報特許第３７６３５５２号

ところで、接合光学素子を形成する上で、接合強度を高くすることは必須である。そして、接合強度は、光学素子の材質や成形条件、形状などに影響される。

しかしながら、本発明者たちがガラス同士の接合を特許文献１及び２の方法で試みると、それらの特許文献に示されたガラスだと接合するが、そこに記載のない他の硝材だと接合強度が十分でない場合や、さらには、そもそも接合しない場合もあることが明らかになった。つまり、特許文献１及び２では、接合強度に関してはほとんど鑑みられていない。

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、接合強度を高いレベルで維持することにある。

本発明に係る接合光学素子は、第１光学素子に対して、第２光学素子素材を加熱しながら押圧することで第２光学素子を成形することにより、上記第１光学素子に上記第２光学素子を接合している接合光学素子であって、上記第２光学素子は、素子本体部と、該素子本体部から上記第１光学素子の外周面と接触するように延びる接触部とを有していることを特徴とするものである。

本発明によれば、接合強度を高いレベルで維持できる。

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。

図１は、本実施形態に係る接合光学素子７の断面図である。図１に示すように、この接合光学素子７は、第１及び第２光学素子４，６を備えている。この第１光学素子４は、外径が１０ｍｍ、中心厚みが２ｍｍ、コバ部の厚みが４ｍｍの球面両凹レンズである。第１光学素子４の材料は、屈折率ｎｄが１．６０９７０、アッベ数νｄが５７．８、ガラス転移温度（転移点温度）Ｔｇが５１６℃、ガラス軟化温度（屈伏点温度）Ａｔが５５３℃、熱膨張率αが９３×１０^−６のＶＣ７９（（株）住田光学ガラス製）である。そして、第１光学素子４は、研磨加工により成形されている。

第２光学素子６は、第１光学素子４の上面に直接接合されて一体化されている。第２光学素子６は、外径が１４ｍｍ、中心厚みが４ｍｍ、コバ部の厚みが２ｍｍの球面両凸レンズである。つまり、第２光学素子６の外径は、第１光学素子４よりも大きい。第２光学素子６は、第１光学素子４の上面に配置された素子本体部６ａと、この素子本体部６ａの外縁（外周）から第１光学素子４の外周面と接触するように下側に延びる接触部６ｂとを有している。この接触部６ｂは、具体的には、素子本体部６ａの外縁の全周に亘って第１光学素子４のコバ部の厚み方向略中央まで延伸するように形成されていて、第１光学素子４の外周面の上部と全周に亘って接触している。これにより、接触部６ｂが第１光学素子４をかしめている。

第２光学素子６の材料は、屈性率ｎｄが１．６９３２０、アッベ数νｄが３３．７、ガラス転移温度Ｔｇが４７０℃、ガラス軟化温度Ａｔが５０７℃、熱膨張率αが１１０×１０^−６のＣＤ４５（（株）住田光学ガラス製）である。つまり、第２光学素子６のガラス軟化温度Ａｔは、第１光学素子４のガラス転移温度Ｔｇ及びガラス軟化温度Ａｔよりも低く、第２光学素子６の熱膨張率αは、第１光学素子４よりも大きい。

以下、図２を参照しながら、接合光学素子７の製造方法について説明する。図２は、接合光学素子７の製造工程を示す概略断面図であり、(ａ)は、第２光学素子成形準備段階を示す図であり、（ｂ）は、第２光学素子成形完了段階を示す図である。

まず、第１光学素子４及び第２光学素子素材５を用意する。この第１光学素子４の外径は、図２（ａ）に示すように、胴型３の内径よりも小さい。つまり、第１光学素子４の外周面と胴型３の内周面との間に隙間がある。第２光学素子素材５の外径は、第１光学素子４よりも小さい。

それから、胴型３に下型２を挿入し、下型２上に第１光学素子４を置く。次に、第１光学素子４上に第２光学素子素材５を置く。その後、上型１を胴型３に挿入して第２光学素子素材５上に置く。このように胴型３に上型１及び下型２を挿入することにより、上型１及び下型２の互いの中心位置を合わす。

そして、上型１、下型２、及び胴型３により、第１光学素子４に対して、第２光学素子素材５を第１光学素子４が変形不可能でかつ第２光学素子素材５が変形可能な温度で加熱しながら第２光学素子６の外径が第１光学素子４よりも大きくなるように押圧する。本実施形態では、加熱温度は５２５℃、加圧力は２００ｋｇｆ／ｃｍ^２、加圧時間は６０秒である。これにより、図２（ｂ）に示すように、第２光学素子６が成形される。

ここで、上述のように、第１光学素子４の外周面と胴型３の内周面との間に空間があるので、図２（ｂ）に示すように、第２光学素子素材５がその空間に回り込み、接触部６ｂが成形される。

以上により、第１光学素子４の上面に第２光学素子６が接合されて一体化された接合光学素子７が成形される。このようにして得られる接合光学素子７は、第１光学素子４の外周面に第２光学素子６が接触していて、接合強度が十分で、割れやクラック、曇りの発生も無く、品質の良いものである。

以上のように、本実施形態によれば、第２光学素子６は、素子本体部６ａと、この素子本体部６ａから第１光学素子４の外周面と接触するように延びる接触部６ｂとを有していることにより、接合強度を高いレベルで維持できる。

また、第２光学素子６の熱膨張率が第１光学素子４よりも大きいことにより、第２光学素子素材５の加熱・加圧後の冷却時において第１光学素子４の外周面に第２光学素子６の接触部６ｂからの圧縮応力が働き、その接合強度がさらに強くなる。なお、上記圧縮応力を働かせるためには、このように、第２光学素子６の熱膨張率を第１光学素子４よりも大きくするのが効果的であるが、これに限らず、第２光学素子素材５の加熱・加圧時において第２光学素子素材５の温度を第１光学素子４よりも高くしても、上記圧縮応力を得ることができる。

一方、第１光学素子４の外周面に第２光学素子６が接触しないように、上記接合成形を試みた。そうすると、その接合強度が弱く、接合光学素子７を形成することができなかった。このことにより、第１光学素子４の外周面に第２光学素子６を接触させることで、接合光学素子７を形成できると言える。

（その他の実施形態）
第１及び第２光学素子４，６の外径や厚みは、上記実施形態の値とは異なる任意の値でも良い。さらに、加熱温度、加圧力、及び加圧時間も、上記実施形態の値とは異なる任意の値でも良い。

また、上記実施形態では、接触部６ｂを素子本体部６ａの外縁の全周に亘って形成しているが、素子本体部６ａの外縁の少なくとも一部に形成する限り、その形成範囲の如何は問わない。但し、接触部６ｂを素子本体部６ａの外縁の全周に亘って形成するのが望ましい。

また、上記実施形態では、接触部６ｂは第１光学素子４の外周面の上部と接触しているが、第１光学素子４の外周面の厚み方向の少なくとも一部と接触する限り、その接触範囲の如何は問わない。

また、上記実施形態では、第１光学素子４が球面両凹レンズ、第２光学素子６が球面両凸レンズであるが、これに限らず、例えば、図３に示すように、第１光学素子１０が球面両凸レンズ、第２光学素子１１が球面両凹レンズであっても良い。さらに、第１及び／又は第２光学素子の、接合面とは反対側の面が、非球面であっても良い。

また、上記実施形態では、第１光学素子４を研磨加工により形成しているが、これに限らず、例えば、第１光学素子をプレス成形により形成しても良い。

また、上記実施形態では、第１又は第２光学素子に接合されて一体化されている第３光学素子をさらに備えていても良い。例えば、図４に示すように、第１光学素子１１の上面（一方の面）に第２光学素子１２を、第１光学素子１１の下面（他方の面）に第３光学素子１３を、それぞれ上記実施形態と同様の方法で直接接合して一体化しても良い。この第３光学素子１３は、第２光学素子１２とほぼ同様の構成である。つまり、第３光学素子１３は、第１光学素子４の下面に配置された素子本体部１３ａと、この素子本体部１３ａの外縁から第１光学素子４の外周面と接触するように上側に延びる接触部１３ｂとを有している。そして、第２及び第３光学素子１２，１３の接触部１２ｂ，１３ｂは、互いに非接触状態である。この場合、第２及び第３光学素子１２，１３を同時に形成しても、別々に形成しても良い。

さらに、図５に示すように、第１光学素子１４の上面に第２光学素子１５を、第１光学素子１４の下面に第２光学素子１５の材料とは異なる材料からなる第３光学素子１６を、それぞれ上記実施形態と同様の方法で直接接合して一体化し、第２及び第３光学素子１５，１６の接触部１５ｂ，１６ｂを互いに接触させても良い。つまり、第１光学素子１４を第２及び第３光学素子１５，１６で包み込んでも良い。この場合、第２及び第３光学素子１５，１６を同時に形成しても、別々に形成しても良い。

その上、図６に示すように、第１光学素子１７の上面に第２光学素子１８を、第１光学素子１７の下面に第２光学素子１８の材料と同じ材料からなる第３光学素子１９を、それぞれ上記実施形態と同様の方法で直接接合して一体化し、第２及び第３光学素子１８，１９の接触部１８ｂ，１９ｂを互いに接合して一体化させても良い。つまり、第１光学素子１７を第２及び第３光学素子１８，１９で包み込んでも良い。この場合、第２及び第３光学素子１８，１９を同時に形成する。

それに加えて、図７に示すように、第１光学素子２０として、断面形状が径方向外側に突出する略Ｒ形状の外周曲面８を有する球面両凸レンズを用意し、第１光学素子２０の上面に第２光学素子２１を、第１光学素子２０の下面に第２光学素子２１の材料と同じ材料からなる第３光学素子２２を、それぞれ上記実施形態と同様の方法で直接接合して一体化し、、第２及び第３光学素子２１，２２の接触部２１ｂ，２２ｂを互いに接合して一体化しても良い。つまり、第１光学素子２０を第２及び第３光学素子２１，２２で包み込んでも良い。この場合、第２及び第３光学素子２１，２２を同時に形成する。このように、第１光学素子２０の外周曲面８の断面形状が略Ｒ形状であることにより、第１〜第３光学素子２０〜２２の接合により割れやクラックが発生するのを抑制できる。

また、上記実施形態では、第１及び第２光学素子４，６はガラス製であるが、これに限らず、例えば、上記実施形態のガラス材料とは異なるガラス材料からなるものであったり、プラスチック製であったりしても良い。但し、第１及び第２光学素子４，６はガラス製であるのが望ましい。このようにガラス製であることにより、接合光学素子７において、高い形状精度、高い耐熱性、高い機械的耐久性、高い均質性を実現できる。なお、以上と同様のことは、上記した、第３光学素子を備えた接合光学素子７についても当てはまる。

また、上記実施形態では、光学素子の接合・一体化後に、その光学素子の少なくとも一つが芯取り加工されていても良い。例えば、図８に示すように、第１〜第３光学素子２３〜２５の接合・一体化後に、第２及び第３光学素子２４，２５のみ芯取り加工しても良い。さらに、第２又は第３光学素子２４，２５のみ芯取り加工しても、全部２３〜２５を芯取り加工しても良い。このように芯取り加工することにより、接合光学素子７の偏心精度を向上させることができる。

また、上記実施形態では、第１光学素子４が球面レンズであるが、図９に示すように、第１光学素子２６の、第２光学素子２７との接合面のレンズ面（光学機能面）２８部分を非球面としても良い。この場合、第２光学素子２７の、第１光学素子２６との接合面のレンズ面２９部分も非球面となる。これらのレンズ面２８，２９は、光学有効面を含む、コバ部の上面（コバ面）までの曲面である。このように接合光学素子７の接合面のレンズ面２８，２９部分を非球面とすることにより、光学システム設計の自由度を向上させることができ、光学システムの高機能化、コンパクト化などを実現できる。ここで、第１光学素子２６をプレス成形により形成する場合、そのレンズ面２８を容易に非球面とすることができる。なお、以上と同様のことは、上記した、第３光学素子を備えた接合光学素子７についても当てはまる。

本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々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。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明は、接合強度を高いレベルで維持するための用途等について適用できる。

本発明の実施形態に係る接合光学素子の断面図である。接合光学素子の製造工程を示す概略断面図であり、(ａ)は、第２光学素子成形準備段階を示す図であり、（ｂ）は、第２光学素子成形完了段階を示す図である。第１光学素子が球面両凸レンズ、第２光学素子が球面両凹レンズの接合光学素子の断面図である。第１光学素子の上面に第２光学素子が、第１光学素子の下面に第３光学素子が、それぞれ接合されて一体化されている接合光学素子の断面図である。第１光学素子の上面に第２光学素子が、第１光学素子の下面に第３光学素子が、それぞれ接合されて一体化されている接合光学素子の断面図である。第１光学素子の上面に第２光学素子が、第１光学素子の下面に第３光学素子が、それぞれ接合されて一体化されている接合光学素子の断面図である。第１光学素子の上面に第２光学素子が、第１光学素子の下面に第３光学素子が、それぞれ接合されて一体化されている接合光学素子の断面図である。第２及び第３光学素子のみ芯取り加工している接合光学素子の断面図である。接合面のレンズ面部分が非球面の接合光学素子の断面図である。

符号の説明

１上型
２下型
３胴型
４，９，１１，１４，１７，２０，２３，２６第１光学素子
５第２光学素子素材
６，１０，１２，１５，１８，２４，２７第２光学素子
６ａ素子本体部
６ｂ，１２ｂ，１５ｂ，１８ｂ，２１ｂ接触部
７接合光学素子
８外周曲面
１３，１６，１９，２２，２５第３光学素子
１３ａ素子本体部
１３ｂ，１６ｂ，１９ｂ，２２ｂ接触部
２８，２９レンズ面

Claims

第１光学素子に対して、第２光学素子素材を加熱しながら押圧することで第２光学素子を成形することにより、上記第１光学素子に上記第２光学素子を接合している接合光学素子であって、
上記第２光学素子は、素子本体部と、該素子本体部から上記第１光学素子の外周面と接触するように延びる接触部とを有していることを特徴とする接合光学素子。
請求項１記載の接合光学素子において、
上記第１又は第２光学素子に接合されている第３光学素子をさらに備えていることを特徴とする接合光学素子。
請求項２記載の接合光学素子において、
上記第２光学素子は、上記第１光学素子の一方の面に接合され、
上記第３光学素子は、上記第１光学素子の他方の面に接合されていて、素子本体部と、該素子本体部から上記第１光学素子の外周面と接触するように延びる接触部とを有していることを特徴とする接合光学素子。
請求項３記載の接合光学素子において、
上記第２及び第３光学素子の接触部は、互いに接触又は接合していることを特徴とする接合光学素子。
請求項１記載の接合光学素子において、
上記第２光学素子の熱膨張率が上記第１光学素子よりも大きいことを特徴とする接合光学素子。
請求項１記載の接合光学素子において、
上記光学素子はガラス製であることを特徴とする接合光学素子。
請求項１記載の接合光学素子において、
上記光学素子の接合後に、該光学素子の少なくとも一つが芯取り加工されていることを特徴とする接合光学素子。
請求項１記載の接合光学素子において、
上記光学素子の接合面のレンズ面部分が非球面であることを特徴とする接合光学素子。