JP2011028239A - 接合光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の接合光学素子では、接着剤の収縮の影響で所望の精度が得られない。
【解決手段】本発明は、凹面４を有する第１光学素子２と、凹面４と対向する凸面６を有する第２光学素子５と、凸面６と凹面４とを接着させる接着層８と、を備える接合光学素子１を提供する。凹面４および凸面６は、光軸Ａ上で曲率中心Ｃ１，Ｃ２が一致する互いに平行な曲面である。これにより、形状精度が高い接合光学素子１が得られる。
【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た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、紫外線硬化樹脂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、接着剤で構成される接着層の厚みを管理することが提案されている。

特開２００３−１３９９１４号公報

ところで、接合光学素子では、一般に同一の曲率半径を有する面同士が接合される。しかしながら、このような接合では、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の球面状の凹面を有する凹光学素子と、曲率半径１０ｍｍの球面状の凸面を有する凸光学素子とを、光軸上での凹面から凸面までの距離が０．０２ｍｍとなるように接着剤により接合する場合を想定する。このとき、中心部では、接着層の厚さが０．０２ｍｍとなるが、光軸から４．５ｍｍ離れた位置では、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。

このように凹面と凸面とが同一の曲率半径を有すると、接着層の厚みにムラが生じるため、特許文献１のように接合面の外周部にスペーサが配置されたとしても、所望の精度の接合光学素子を得ることができない。なぜなら、製造時に接着剤が凝固するときに生じる接着剤の収縮が場所によって異なり、これにより凹光学素子および凸光学素子の形状が変化するからである。特に、中心厚が薄い凹光学素子を用いる場合には、凹光学素子の形状の変化が顕著に現れる。さらに、使用時には、温度変化による接着層の膨張量または収縮量が場所によって異なり、これによっても凹光学素子および凸光学素子の形状が変化する。

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、前記凹面および前記凸面は、光軸上で曲率中心が一致する互いに平行な曲面である、接合光学素子を提供する。

本発明によれば、接着層の厚さが均一になるので、形状精度が高い接合光学素子を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る接合光学素子の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は実施例の接合光学素子またはその構成要素で観察される干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像であり、（ａ）は第１光学素子単品の形状精度を示し、（ｂ）は第２光学素子単品の形状精度を示し、（ｃ）は接合光学素子の形状精度を示す。 比較例の接合光学素子の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は比較例の接合光学素子またはその構成要素で観察される干渉縞をディスプレー上に表示した中間調画像であり、（ａ）は第１光学素子単品の形状精度を示し、（ｂ）は第２光学素子単品の形状精度を示し、（ｃ）は接合光学素子の形状精度を示す。

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機能を有する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。

図１は、本発明の一実施形態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、光軸Ａと交差する、互いに反対方向を向く第１面３と第２面４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、光軸Ａと交差する、互いに反対方向を向く第１面６と第２面７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を介して接合されている。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により接着されている。

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構成されている。このような接着剤としては、例えば、紫外線硬化樹脂等を用いることができる。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、第１光学素子２および第２光学素子５を変形させる原因となる。したがって、曲率半径方向の接着層８の厚みは均一であることが望ましい。

第１光学素子２の第２面４および第２光学素子２の第１面６は、光軸Ａ上で曲率中心Ｃ１，Ｃ２が一致する互いに平行な曲面である。すなわち、曲率中心Ｃ１，Ｃ２から同一角度方向において、第１光学素子２の第２面４の曲率半径は、接着層８の厚さ分、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。言い換えると、第１光学素子２の第２面４の曲率半径は、光軸Ａ上の接着層８の厚さ分、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。

第１光学素子２の第２面４および第２光学素子の第１面６の形状は、曲率中心Ｃ１，Ｃ２が光軸Ａ上にある限り、特に制限されない。ただし、第１光学素子２の第２面４および第２光学素子の第１面６は、光軸Ａを含む任意の断面において光軸Ａに対して線対称な形状であることが好ましい。例えば、第１光学素子２の第２面４および第２光学素子の第１面６は、曲率半径が一定な球面であってもよいし、曲率半径が変化する、すなわち曲率中心Ｃ１，Ｃ２が光軸Ａ上を移動する非球面であってもよい。このような非球面は、光軸Ａに対して回転対称であってもよいし、光軸Ａに対して回転対称でなくてもよい（例えば、光軸方向から見て楕円状）。

接着層８の厚さとは、第１光学素子２の第２面４および第２光学素子５の第１面６の曲率中心方向の厚さである。接着層８の厚さは、完成した接合光学素子に求められる光学設計に応じて設定される。したがって、第１光学素子２の第２面４の曲率半径および第２光学素子５の第１面６の曲率半径は、接着層８の厚さに応じて設計すればよい。

上述したように、第１光学素子２の第２面４の曲率半径を、接着層８の厚さ分、第２光学素子５の第１面６の曲率半径より大きく設定しているので、接着層８の厚さが０．０３ｍｍとなるように第１光学素子２と第２光学素子５とを接着した際、第１光学素子２の第２面４の曲率中心Ｃ１と、第２光学素子５の第１面６の曲率中心Ｃ２とが、同じ位置にくることになる。

したがって、第１光学素子２と第２光学素子５との間の隙間が均一な厚さになるので、光軸Ａ上の接着層８の厚さδｃと外周部の接着層８の曲率中心方向の厚さδｈを等しくすることができる。

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、接着層８の厚さ分、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、曲率中心方向の接着層８の厚さを均一にすることができる。

接着層８の厚さが均一なので、接着時に生じる接着剤の収縮量にムラが発生し難い。したがって、接着剤の硬化時に生じる接着剤の収縮の影響による第１光学素子２および第２光学素子５の変形を抑制することができる。さらには、使用時に生じる温度変化による接着層８の膨張量または収縮量も均一となり、使用時の形状精度も保つことができる。

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光学素子が変形しやすい。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を用いた接合光学素子に有効である。

例えば、第１光学素子として光軸上の厚さ（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光学素子として光軸上の厚さが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。なお、本発明は、以下の実施例に何ら制限されるものではない。

（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、厚さ０．０３ｍｍの接着層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５０ｍｍ、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９．９７ｍｍ、第２光学素子５の第２面７の曲率半径が３６ｍｍの凸レンズである。

第１光学素子１の第２面４の曲率半径（１０ｍｍ）は、第２光学素子５の第１面６よりも、接着層８の厚さ（０．０３ｍｍ）分大きい値に設定した。

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光学素子第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単品の形状精度および第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よい。

（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５０ｍｍ、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１０．００ｍｍ、第２光学素子１５の第２面１７の曲率半径が３６ｍｍ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を有する点で、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０．０３ｍｍ、外周部で０．０２６ｍｍとなった。

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４（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。

比較例に係る接合光学素子１１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た接合光学素子として利用可能である。

１ 接合光学素子
２ 第１光学素子
３ 第１光学素子の第１面
４ 第１光学素子の第２面（凹面）
５ 第２光学素子
６ 第２光学素子の第１面（凸面）
７ 第２光学素子の第２面
８ 接着層

Claims (5)

1. 凹面を有する第１光学素子と、
   前記凹面と対向する凸面を有する第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、
   前記凹面および前記凸面は、光軸上で曲率中心が一致する互いに平行な曲面である、
   接合光学素子。
2. 前記曲率中心から同一角度方向において、前記凹面の曲率半径は、前記接着層の厚さ分、前記凸面の曲率半径よりも大きい、請求項１に記載の接合光学素子。
3. 前記凹面および前記凸面は、曲率半径が一定な球面である、請求項２に記載の接合光学素子。
4. 前記第１光学素子は、光軸上の厚さが０．３ｍｍ以下の凹メニスカスレンズである、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合光学素子。
5. 前記第１光学素子は、光軸上の厚さが０．１ｍｍ以下の凹メニスカスレンズである、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合光学素子。