JP2011027862A - 接合光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の接合光学素子では、接着時に生じるヒケの影響で、凹光学素子は形状が変化し所望の精度が得られないという課題があった。
【解決手段】上記課題を解決するために本発明は、凹面を有する第１光学素子と、前記凹面と対向する位置に凸面を有する第２光学素子と、前記凸面と前記凹面とを接着させる接着層と、を備え、前記凹面の曲率半径は、前記凸面の曲率半径よりも大きいという特徴を有する、接合光学素子が得られるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置や光ピックアップ等の光学系に使用される光学素子、特に形状の異なる光学素子同士を接合して使用する接合光学素子に関するものである。

従来、２種類以上の光学素子やプリズムを接合した接合光学素子は、予め研磨加工やプレス成形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によって接合することで製造されている。しかしながら、接着剤が硬化時に収縮することによって光学素子形状が変形するため、所望の精度を保つことが困難であった。

これに対して、特許文献１には、接合面の外周部にスペーサを設置することによって、接着層の厚みを管理することによって、接合光学素子の膨張差によって接合面に生じる応力を、接着剤層で吸収することが提案されている。

特開２００３−１３９９１４号公報

しかしながら、特許文献１による構成では、同一の曲率半径を有する面同士を接合しているため、原理的に接着層の厚みにムラが生じてしまう。例えば、曲率半径１０ｍｍの凹面を有し、中心厚が０．１ｍｍの薄肉の凹光学素子と、曲率半径１０ｍｍの凸面を有する凸光学素子とを、中心部での厚さが０．０２ｍｍの接着層を設けて接着するとする。このとき、中心部では、０．０２ｍｍの厚さが生じるが、中心部から半径４．５ｍｍでの位置では、接着層の厚さが０．０１４ｍｍとなり、中心部に比べて２０％も厚みが少なくなる。この結果、接着剤が凝固するときに生じる収縮、いわゆるヒケの影響で、凹光学素子は形状が変化し所望の精度が得られない。特に、中心厚が薄い凹光学素子では、形状の変化が顕著に現れる。

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、形状精度が高い接合光学素子を提供することにある。

上記課題を解決する接合光学素子は、凹面を有する第１光学素子と、前記凹面と対向する位置に凸面を有する第２光学素子と、前記凸面と前記凹面とを接着させる接着層と、を備え、前記凹面の曲率半径は、前記凸面の曲率半径よりも大きい、という特徴を有する。

上記接合光学素子によれば、形状精度が高い接合光学素子を提供することができる。

実施の形態１に係る接合光学素子１の断面図 （ａ）第１光学素子２単品の形状精度を示す干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像、（ｂ）第２光学素子５単品の形状精度を示す干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像、（ｃ）接合光学素子１の形状精度を示す干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像 比較例に係る接合光学素子１１の断面図 （ａ）第１光学素子１２単品の形状精度を示す干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像、（ｂ）第２光学素子１５単品の形状精度を示す干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像、（ｃ）接合光学素子１１の形状精度を示す干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像

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。なお、実施の形態において同様の動作を行う構成要素に同じ符号を付し、再度の説明を省略する場合がある。

（第１実施形態）
本発明の実施の形態における接合光学素子について説明する。

図１は実施の形態１に係る接合光学素子１の断面図を示す。

接合光学素子１は、第１光学素子２と、第２光学素子５と、接着層８と、を有する。

第１光学素子２は、第１光学素子２の第１面３と第１光学素子２の第２面４とを有する。第１光学素子２の第１面３は、凸面であり、第１光学素子２の第２面４は、凹面である。本実施形態における第１光学素子２は、凹面を有する光学素子の一例である。

また、第２光学素子５は、第２光学素子５の第１面６と、第２光学素子５の第２面７と、を有する。第２光学素子５の第１面６、および、第２光学素子５の第２面７は、共に凸面である。本実施形態における第２光学素子５は、凸面を有する光学素子の一例である。

第１光学素子２と第２光学素子５とは、接着層８を介して接着されている。具体的には、第１光学素子２の第２面４と、第２光学素子５の第１面６とが、接着層８を介して接着されている。

本実施形態では、凹面である第１光学素子２の第２面４の曲率半径は、凸面である第２光学素子５の第１面６の曲率半径より、大きくなっている。これにより、接着層８の光軸上の厚さδcより、接着層８の外周部の曲率中心方向の厚さδhの方を厚くすることができる。接着層８は、中心部から外周部に向かって厚くなる形状である。

接着層８は、第１光学素子２と第２光学素子５とを接着させる接着剤であり、例えば、紫外線硬化樹脂等である。

紫外線硬化樹脂等が硬化する際に生じる曲率半径方向への収縮が、レンズを変形させる原因となる。レンズの厚さが薄い部分ほど、この収縮の影響を受けやすい。本実施形態の第１光学素子２は、中心部の厚さが外周部の厚さより薄い形状なので、収縮により中心部が変形しやすい。したがって、本実施形態の場合、接着層８の中心部を薄くすることで、第１光学素子２が変形しにくくなる。なお、第１光学素子２の外周部は、中心部よりも厚いので、変形しにくい。したがって、接着層８の外周部の厚さは、中心部より厚くしても、レンズの変形に大きな影響はない。

なお、本明細書における「曲率」とは、曲面または曲線上の各点における、その曲線または曲面に相当する円の半径の値で表わしたものであり、「曲率中心」とは、その円の中心を意味する。

上述したとおり、本実施形態にかかる接合光学素子１は、第１光学素子２の第２面４の曲率半径が、第２光学素子５の第１面６の曲率半径よりも大きい値となっているので、接着層８の厚さが中心部で薄く、外周部で厚くなる。

接合させる光学素子の厚さが薄いほど、接着剤の収縮の影響でレンズ形状が変化しやすい。したがって、本実施形態に係る構成は、特に、中心部分の厚さが非常に薄い凹メニスカスレンズや、コバ部分が非常に薄い凸レンズなどが接合された接合光学素子に有効である。

例えば、第１光学素子として中心厚が０．３ｍｍ以下の凹メニスカスレンズを用いる場合、この凹メニスカスレンズは接着剤の収縮の影響を受けやすくなるので、本実施形態に係る構成を採用することが好ましい。また、第１光学素子として中心厚が０．１ｍｍ以下の凹メニスカスレンズを用いる場合、この凹メニスカスレンズは、接着剤の収縮の影響をさらに受けやすいので、本実施形態に係る構成を採用することが特に好ましい。

次に、実施例および比較例について説明する。

（実施例）
図１を用いて、実施例に係る接合光学素子１を説明する。また、表１に実施例に係る接合光学素子１の設計値を示す。

接合光学素子１は、第１光学素子２と、第２光学素子５と、接着層８を有している。

第１光学素子２は、外径１０ｍｍ、中心厚み０．１ｍｍ、第１光学素子２の第１面３の曲率半径が３６ｍｍ、第１光学素子の第２面４の曲率半径が１０ｍｍの凹メニスカスレンズである。

第２光学素子５は、外径９ｍｍ、中心厚み１．４ｍｍ、第２光学素子５の第１面６の曲率半径が９．８ｍｍ、第２光学素子５の第２面７の曲率半径が６０ｍｍの凸レンズである。

接着層８の厚さは、中心部で０．０１ｍｍ、外周部で０．０３５ｍｍとした。

接着層８を形成する接着剤として、電気化学工業株式会社製の紫外線硬化型接着剤であるハードロックＯＰ−１０３０Ｍを用いた。

まず、接着剤を第１光学素子２の第２面４に０．００２ｃｃ滴下する。次に、第１光学素子２の第２面４と、第２光学素子５の第１面６とを接着剤を介して貼合せる。そして、接着剤に対し、紫外線を照射することで接合光学素子１を得た。

図２（ａ）は、第１光学素子２単品の形状精度を示す干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像であり、図２（ｂ）は、第２光学素子５単品の形状精度を示す干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像であり、図２（ｃ）は、接合光学素子１の形状精度を示す干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像である。

これらの形状精度は、ＦＵＪＩＮＯＮ社のレーザー干渉計Ｆ６０１を用いて測定した。

接合光学素子１は、第１光学素子２単品や第２光学素子５単品と比べると、わずかに接着剤の収縮による形状のずれが生じているものの、光学素子として十分機能する結果となった。

この結果から、接合光学素子１は、第１光学素子２単品の形状精度や第２光学素子５単品の形状精度が大きく崩れることなく接合されたことがわかった。

また、実施例に係る接合光学素子１と同じものを複数個作成し、形状精度を確認したところ、いずれも良好な結果が得られた。したがって、安定して精度の高い接合光学素子を得られることがわかった。

尚、接着剤は、本実施例で示した接着剤に限らず、硬化後の伸縮性に優れたシリコン樹脂等を使用しても良い。

（比較例）
次に、比較例について説明する。

図３は比較例に係る接合光学素子１１の断面図を示す。また、表２に比較例に係る接合光学素子１１の設計値を示す。

接合光学素子１１は、第１光学素子１２と、第２光学素子１５と、接着層１８を有している。

第１光学素子１２は、外径１０ｍｍ、中心厚み０．１ｍｍ、第１光学素子１２の第１面１３の曲率半径が３６ｍｍ、第１光学素子１２の第２面１４の曲率半径が１０ｍｍの凹メニスカスレンズである。

第２光学素子１５は、外径９ｍｍ、中心厚み１．４ｍｍ、第２光学素子１５の第１面１６の曲率半径が１０ｍｍ、第２光学素子１５の第２面１７の曲率半径が６０ｍｍの凸レンズである。

比較例に係る接合光学素子１１は、接合面である第１光学素子１２の第２面１４の曲率半径と、第２光学素子１５の第１面１６の曲率半径とが同じ値である点で、実施例に係る接合光学素子１と異なる。

したがって、接着層１８の曲率半径方向の厚さは、中心部で０．０２ｍｍ、外周部で０．０１６ｍｍとなり、中心部の厚みの方が外周部の厚みより大きくなった。

図４（ａ）は、第１光学素子１２単品の形状精度を示す干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像であり、図４（ｂ）は、第２光学素子１５単品の形状精度を示す干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像であり、図２（ｃ）は、接合光学素子１１の形状精度を示す干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像である。

これらの形状精度は、実施例と同様の方法で測定した。

図４（ａ）〜（ｃ）から分かるように、第１光学素子１２単品および第２光学素子１５単品では、形状に大きな崩れはないにもかかわらず、接合すると、特に第１光学素子１２の形状が崩れてしまった。

これは、第１光学素子１２の中心厚が０．１ｍｍと非常に薄いため、接着剤の収縮の影響を受けやすくなり、形状が変化してしまったと考えられる。

比較例に係る光学素子と同じものを複数個作成し、形状精度を確認したところ、形状精度にばらつきが多かった。したがって、安定して精度の高い接合光学素子を得るのは非常に困難であることがわかった。

本発明は、撮像装置や光ピックアップ等の光学系に使用される光学素子、特に形状の異なる光学素子同士を接合して使用する接合光学素子として利用可能である。

１、１１ 接合光学素子
２、１２ 第１光学素子
３、１３ 第１光学素子の第１面
４、１４ 第１光学素子の第２面
５、１５ 第２光学素子
６、１６ 第２光学素子の第１面
７、１７ 第２光学素子の第２面
８、１８ 接着層

Claims (3)

1. 凹面を有する第１光学素子と、
   前記凹面と対向する位置に凸面を有する第２光学素子と、
   前記凸面と前記凹面とを接着させる接着層と、を備え、
   前記凹面の曲率半径は、前記凸面の曲率半径よりも大きい、
   接合光学素子。
2. 前記第１光学素子は、中心部分の厚さが０．３ｍｍ以下の凹メニスカスレンズである、
   請求項１に記載の接合光学素子。
3. 前記第１光学素子は、中心部分の厚さが０．１ｍｍ以下の凹メニスカスレンズである、
   請求項１に記載の接合光学素子。