JP2021056271A - レンズ部材及びレンズユニット並びにレンズ部材及びレンズユニットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】破損し難いレンズ部材を提供する。【解決手段】外部の部材に当接するレンズ部材であって、レンズ2と、レンズ2を保持しており、外部の部材に当接する当接部3Xを有する保持部材3とを備え、保持部材3の少なくとも当接部3Xが、化学強化ガラスにより構成されていることを特徴とする。【選択図】図1
Description
本発明は、レンズ部材及びレンズユニット並びにレンズ部材及びレンズユニットの製造方法に関する。
従来、赤外線光学分野においては、単結晶ゲルマニウムや単結晶シリコンからなるレンズが使用されている。ゲルマニウムやシリコンは、赤外線領域において屈折率が高く、波長分散が小さいため、レンズの材料として好適である。しかしながら、ゲルマニウムやシリコンをレンズの材料として用いた場合、非球面形状、フレネルレンズ形状、レンズアレイ形状といった複雑な形状に加工することは困難であった。
また、その他の赤外線透過材料としては、セレン化亜鉛や硫化亜鉛等も用いられている。しかしながら、これらの材料は、有害物質に該当し、環境負荷の観点から問題視されている。
一方で、近年、赤外線光学分野において、レンズに好適に用いられる材料としては、ゲルマニウムを含むカルコゲナイドガラスが知られている。カルコゲナイドガラスは、赤外線の透過性を有するだけでなく、モールドプレス成形が可能な点により、量産性や低コスト化の観点において優れている。
特許文献1には、赤外線カメラに用いられるレンズ保持機構の一例が記載されている。このレンズ保持機構においては、シリコンやカルコゲナイド等からなるレンズが用いられている。レンズはレンズ保持枠及び押さえ環により保持されている。レンズの曲面は、押さえ環に当接している。
赤外線を透過させるレンズを用いたレンズ部材は、車載用途等に使用されることがある。このような場合、車等の振動により、レンズに割れや欠けが生じ、レンズ部材が破損するおそれがある。
本発明は、破損し難いレンズ部材及びレンズユニット並びにレンズ部材及びレンズユニットの製造方法を提供することを目的とする。
本発明のレンズ部材は、外部の部材に当接するレンズ部材であって、レンズと、レンズを保持しており、外部の部材に当接する当接部を有する保持部材とを備え、保持部材の少なくとも当接部が、化学強化ガラスにより構成されていることを特徴とする。
保持部材の当接部は表層に位置する圧縮応力層を含み、圧縮応力層が300MPa以上の圧縮応力値を有し、圧縮応力層の応力深さが10μm以上であることが好ましい。
保持部材の全面が化学強化ガラスにより構成されており、レンズが未強化ガラスにより構成されていることが好ましい。
化学強化ガラスが、質量%で、SiO2 50%〜80%、Al2O3 5%〜30%、B2O3 0%〜15%、Na2O 1%〜20%、K2O 0%〜10%を含有することが好ましい。
レンズがカルコゲナイドガラスにより構成されていることが好ましい。
レンズと保持部材とが直接的に接合されていることが好ましい。
保持部材がリング状であり、かつ内側面及び外側面を有し、保持部材が、内側面においてレンズを支持しており、保持部材の外側面に当接部が位置することが好ましい。
本発明のレンズユニットは、上記レンズ部材と、保持部材の当接部においてレンズ部材を支持している支持部材と、支持部材と保持部材とを接着している接着剤層とを備えることを特徴とする。
本発明のレンズ部材の製造方法は、上記レンズ部材の製造方法であって、ガラス部材を化学強化することにより、保持部材を形成する工程と、保持部材にレンズを接合する工程とを備えることを特徴とする。
本発明のレンズユニットの製造方法は、上記レンズユニットの製造方法であって、レンズ部材及び支持部材を用意する工程と、レンズ部材及び支持部材を接着剤層により接着する接着工程とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、破損し難いレンズ部材及びレンズユニット並びにレンズ部材及びレンズユニットの製造方法を提供することができる。
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
(レンズ部材)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るレンズ部材の正面断面図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係るレンズ部材の平面図である。図1及び図2に示すように、レンズ部材1は、レンズ2と、レンズ2を保持している保持部材3とを備える。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るレンズ部材の正面断面図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係るレンズ部材の平面図である。図1及び図2に示すように、レンズ部材1は、レンズ2と、レンズ2を保持している保持部材3とを備える。
レンズ2は、側面2b及び曲面状のレンズ部2aを有する。本実施形態では、レンズ部2aは凸状である。レンズ2は凸レンズである。もっとも、レンズ2は凹レンズであってもよい。レンズ2はカルコゲナイドガラスにより構成されている。これにより、レンズ2は赤外線を好適に透過させる。よって、本実施形態のレンズ部材1は、赤外線光学機器に好適に用いられる。
なお、レンズ2の材料は上記に限定されず、例えば、カルコゲナイドガラス以外のガラスや樹脂等からなっていてもよい。レンズ部材1は、赤外線光学機器以外の光学機器に用いることもできる。
保持部材3はリング状である。保持部材3は、内側面3a及び外側面3bと、内側面3a及び外側面3bに接続されている第1の開口端面3c及び第2の開口端面3dとを有する。保持部材3は、レンズ2の側面2bを内側面3aにより保持している。具体的には、保持部材3は、レンズ2の側面2bの全周を保持している。第1の開口端面3cは、レンズ2のレンズ部2a側に位置する。なお、保持部材3の形状はリング状には限定されない。保持部材3は、レンズ2の側面2bの少なくとも一部を保持していればよい。
本実施形態のレンズ2は、保持部材3内において、ガラス母材がプレス加工されることにより形成される。レンズ2と保持部材3とがプレス接合されていることにより、保持部材3がレンズ2を保持している。ここで、本明細書におけるプレス接合とは、保持部材3内に配置されたレンズ2の母材をプレス加工してレンズ形状に成形しつつ、レンズ2の側面2bを保持部材3の内側面3aに圧接することにより、レンズ2と保持部材3とを接合することをいう。保持部材3とレンズ2の側面2bとは、接着剤を介さずに接することにより接合している。このように、レンズ2は、接着剤等を用いずに保持部材3に接合される。
レンズ2のレンズ部2aの表面及び側面2bは、プレス成形により形成されている。レンズ部2aの表面は未研磨の面であり、算術平均粗さRaが0.001μm以上、1μm以下である。本明細書における算術平均粗さRaは、JIS B 0601:2013に基づく。なお、レンズ2の形成の方法は上記に限定されない。
レンズ部材1は、例えば、外部の部材としての支持部材を有するレンズユニットに用いられる。レンズ部材1の保持部材3が、レンズユニットにおける支持部材に当接する。保持部材3は、上記支持部材に当接する当接部3Xを有する。本実施形態においては、当接部3Xは外側面3bの全周に位置する。
なお、レンズ部材1は、支持部材以外の外部の部材に当接するものであってもよい。当接部3Xの位置は上記に限定されず、保持部材3が外部の部材に当接する位置に配置されていればよい。例えば、保持部材3の第1の開口端面3cが外部の部材に当接する場合には、当接部3Xが第1の開口端面3cに位置していればよい。
保持部材3の少なくとも当接部3Xは化学強化ガラスにより構成されている。当接部3Xは表層に位置する圧縮応力層を含む。本実施形態においては、圧縮応力層が300MPa以上の圧縮応力値を有する。
保持部材3の全面は、当接部3Xと同様に化学強化ガラスにより構成されている。なお、全面とは、保持部材3の外部に面する全面をいう。本実施形態においては、全面とは、保持部材3の内側面3a、外側面3b、第1の開口端面3c及び第2の開口端面3dをいう。保持部材3を構成する化学強化ガラスは、イオン交換法により形成することができる。なお、少なくとも、当接部3Xが化学強化ガラスにより構成されていればよい。一方で、レンズ2は未強化ガラスにより構成されている。本明細書において未強化ガラスとは、化学強化されていないガラスである。
レンズ部材1のサイズは、特に限定されないが、本実施形態では、直径が10mm以上、50mm以下程度であり、高さが5mm以上、25mm以下程度である。なお、本明細書において、レンズ部材の高さとは、レンズ部材の光軸方向に沿うレンズ部材の寸法をいう。
本実施形態の特徴は、レンズ2が保持部材3により保持されており、保持部材3が外部の部材に当接する当接部3Xを有し、当接部3Xが化学強化ガラスにより構成されていることにある。レンズ部材1においては、保持部材3が当接部3Xを有するため、レンズ2は支持部材等の外部の部材に当接しない。よって、レンズ2が外部の部材に当接することによる割れや欠けが生じ難い。さらに、保持部材3の当接部3Xが化学強化ガラスにより構成されていることにより、保持部材3も破損し難い。従って、レンズ部材1の破損が生じることをより一層抑制することができる。
レンズ部材1においては、レンズ2は、ガラスの中でも特に欠けやクラックが生じ易いカルコゲナイドガラスにより構成されている。そのため、レンズ2が外部の部材に当接する場合には、レンズ2は特に破損し易い。よって、本発明は、脆性材料、特に欠けやクラックが発生し易いカルコゲナイドガラス等により構成されているレンズを用いる場合に特に好適である。
保持部材3の当接部3Xの圧縮応力値は、300MPa以上であることが好ましく、320MPa以上であることがより好ましく、340MPa以上であることがさらに好ましい。それによって、レンズ部材1がより一層破損し難い。なお、当接部3Xの圧縮応力値の上限は特に限定されないが、例えば500MPa以下であってもよい。
保持部材3の当接部3Xの圧縮応力層の応力深さは、4μm以上であることが好ましく、7μm以上であることがより好ましく、10μm以上であることがさらに好ましい。それによって、レンズ部材がより一層破損し難い。なお、圧縮応力層の応力深さの上限は特に限定されないが、例えば20μm以下であってもよい。
圧縮応力値及び圧縮応力深さは、表面応力計等により測定することができる。具体的には、折原製作所製のFSM−6000LEを用いて測定可能である。なお、FSM−6000LE単体による測定が困難である場合、同社製SLP−1000を併用して測定を行ってもよい。保持部材3の当接部3Xが化学強化ガラスからなる場合、圧縮応力値及び圧縮応力深さの測定方法としては、他にも、EPMA(Electron probe micro analyzer)やGDOES(Glow discharge optical emission spectrometry)等により、カリウムイオンなどのアルカリイオンの深さ方向の濃度分析を行うことにより測定できる。
本実施形態のように、保持部材3の全面が化学強化ガラスにより構成されていることが好ましい。それによって、保持部材3に、より一層割れや欠けが生じ難く、レンズ部材1がより一層破損し難い。
保持部材3に用いられているガラスは、紫外光又は可視光を透過する光透過性材料である。ここで、透過率を、波長365nmの光が厚み10mmの該材料を透過する内部透過率としたときに、保持部材3に用いられる光透過性材料の透過率は、75%以上であることが好ましい。この場合には、レンズ部材1をレンズユニットに用いる場合において、レンズユニットの支持部材とレンズ部材1とを容易に接合することができる。より具体的には、支持部材とレンズ部材1とを接合するに際し、光硬化性樹脂により構成されている接着剤に、光を、保持部材3を透過させて容易に照射することができる。これにより、接着剤を容易に光硬化させることができる。
上述したように、保持部材の形状はリング状には限定されない。例えば、保持部材は円筒状であってもよい。あるいは、例えば、保持部材が筒状であり、平面視における内側面側の形状が円形であり、外側面側の形状が多角形であってもよい。
以下、保持部材3及びレンズ2の組成の詳細を説明する。
保持部材3を構成する化学強化ガラスは、ガラス組成としてアルカリ金属酸化物を含む。具体的には、保持部材3を構成する化学強化ガラスは、ガラス組成として質量%で、SiO2 50%〜80%、Al2O3 5%〜30%、B2O3 0%〜15%、Na2O 1%〜20%、K2O 0%〜10%を含有する。もっとも、保持部材3の組成は上記に限定されない。本明細書において、特に断りがない場合には、例えば、50%〜80%は、50%以上、80%以下をいう。以下、保持部材3の組成の説明において、「%」は「質量%」を意味する。
SiO2はガラスのネットワークを形成する成分である。SiO2の含有量は、50%〜80%であることが好ましく、52%〜75%であることがより好ましく、55%〜72%であることがさらに好ましく、55%〜70%であることがさらに好ましく、55%〜67.5%であることが特に好ましい。SiO2の含有量が少なすぎると、ガラス化し難くなる。また、熱膨張係数が高くなりすぎることにより、耐熱衝撃性が低下し易くなる。一方、SiO2の含有量が多すぎると、溶融性や成形性が低下し易くなる。
Al2O3はイオン交換性能を高める成分である。また、Al2O3は歪点やヤング率を高める成分である。Al2O3の含有量は5%〜30%であることが好ましい。Al2O3の含有量が少なすぎると、熱膨張係数が高くなりすぎることにより、耐熱衝撃性が低下し易くなる。加えて、イオン交換性能を十分に発揮できないおそれが生じる。よって、Al2O3の好適な下限範囲は、7%以上であることが好ましく、8%以上であることがより好ましく、10%以上であることがさらに好ましく、12%以上であることがさらに好ましく、14%以上であることがさらに好ましく、15%以上であることがさらに好ましく、16%以上であることが特に好ましい。一方、Al2O3の含有量が多すぎると、ガラスに失透結晶が析出し易くなる。また、熱膨張係数が低くなりすぎることにより、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなる。さらには、高温粘性が高くなることにより、溶融性が低下し易くなる。よって、Al2O3の上限範囲は、22%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、19%以下であることがさらに好ましい。
B2O3は、高温粘性や密度を低下させると共に、ガラスを安定化させて結晶を析出させ難くすることにより、液相温度を低下させる成分である。また、B2O3はクラックレジスタンスを高める成分である。しかし、B2O3の含有量が多すぎると、イオン交換処理によって、ヤケと呼ばれる表面の着色が発生したり、耐水性が低下したり、圧縮応力層の圧縮応力値が低下したり、圧縮応力層の応力深さが小さくなったりする傾向がある。よって、B2O3の含有量は、0.1%〜15%であることが好ましく、0.1%〜12%であることがより好ましく、0.1%〜10%であることがさらに好ましく、0.1%〜8%であることがさらに好ましく、0.1〜6%であることがさらに好ましく、0.1%〜5%であることがさらに特に好ましい。
Na2Oは主要なイオン交換成分である。また、Na2Oは、高温粘性を低下させることにより、溶融性や成形性を高める成分である。さらに、Na2Oは耐失透性を改善する成分でもある。Na2Oの含有量は1%〜20%あることが好ましい。Na2Oの含有量が少なすぎると、溶融性が低下したり、熱膨張係数が低下したり、イオン交換性能が低下し易くなったりする。よって、Na2Oを導入する場合、Na2Oの下限範囲は、10%以上であることが好ましく、11%以上であることがより好ましく、12%以上であることが特に好ましい。一方、Na2Oの含有量が多すぎると、熱膨張係数が高くなりすぎることにより、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなったりする。また、歪点が低下しすぎることがある。さらに、ガラス組成の成分バランスを欠き、かえって耐失透性が低下する場合がある。よって、Na2Oの上限範囲は、17%以下であることが好ましく、16%以下であることが特に好ましい。
K2Oは、イオン交換を促進する成分であると共に、アルカリ金属酸化物の中では圧縮応力層の応力深さを増大させる効果が大きい成分である。また、K2Oは、高温粘性を低下させることにより、溶融性や成形性を高める成分である。さらには、K2Oは耐失透性を改善する成分でもある。K2Oの含有量は0%〜10%であることが好ましい。K2Oの含有量が多すぎると、熱膨張係数が高くなりすぎることにより、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなったりする。また、歪点が低下しすぎることがある。さらに、ガラス組成の成分バランスを欠き、かえって耐失透性が低下する場合がある。よって、K2Oの上限範囲は、8%以下であることが好ましく、6%以下であることがより好ましく、4%以下であることがさらに好ましく、2%未満であることが特に好ましい。
保持部材3には、上記成分以外にも、例えば以下の成分を導入してもよい。
Li2Oは、イオン交換成分であると共に、高温粘性を低下させることにより、溶融性や成形性を高める成分である。また、Li2Oはヤング率を高める成分である。さらに、Li2Oは、アルカリ金属酸化物の中では圧縮応力値を増大させる効果が大きい。しかし、Li2Oの含有量が多すぎると、液相粘度が低下するため、ガラスが失透し易くなる。また、熱膨張係数が高くなりすぎることにより、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなったりする。さらに、低温粘性が低下しすぎることにより、応力緩和が起こり易くなると、かえって圧縮応力値が小さくなる場合がある。従って、Li2Oの含有量は、0%〜3.5%であることが好ましく、0%〜2%であることがより好ましく、0%〜1%であることがさらに好ましく、0%〜0.5%であることがさらに好ましく、0.01%〜0.2%であることが特に好ましい。
以下、例えば、A、B及びCの含有量の合計を「A+B+Cの含有量」又は「A+B+C」と記載することがある。Li2O+Na2O+K2Oの含有量は、5%〜25%であることが好ましく、10%〜22%であることがより好ましく、15%〜22%であることがさらに好ましく、17%〜22%であることが特に好ましい。Li2O+Na2O+K2Oの含有量が少なすぎると、イオン交換性能や溶融性が低下し易くなる。一方、Li2O+Na2O+K2Oの含有量が多すぎると、ガラスが失透し易くなる。加えて、熱膨張係数が高くなりすぎることにより、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなるおそれがある。また、歪点が低下しすぎることにより、高い圧縮応力値が得られ難くなる場合がある。さらに、液相温度付近の粘性が低下することにより、高い液相粘度を確保し難くなる場合もある。
MgOは、高温粘性を低下させることにより、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高めたりする成分である。また、MgOは、アルカリ土類金属酸化物の中では、イオン交換性能を高める効果が大きい成分である。しかし、MgOの含有量が多すぎると、密度や熱膨張係数が高くなり易く、また、ガラスが失透し易くなる。よって、MgOの含有量の上限範囲は、12%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましく、8%以下であることがさらに好ましく、5%以下であることがさらに好ましく、4%以下であることが特に好ましい。なお、ガラス組成中にMgOを導入する場合、MgOの含有量の下限範囲は、0.1%以上であることが好ましく、0.5%以上であることがより好ましく、1%以上であることがさらに好ましく、2%以上であることが特に好ましい。
CaOは、他の成分と比較して、耐失透性の低下を伴うことなく、高温粘性を低下させることにより、溶融性や成形性を高める効果や、歪点やヤング率を高める効果が大きい。CaOの含有量は0%〜10%であることが好ましい。しかし、CaOの含有量が多すぎると、密度や熱膨張係数が高くなるおそれがある。また、ガラス組成の成分バランスを欠くことにより、かえってガラスが失透し易くなる場合がある。さらに、イオン交換性能が低下し易くなる場合もある。よって、CaOの含有量は、0%〜5%であることが好ましく、0.01%〜4%であることがより好ましく、0.1%〜3%であることがさらに好ましく、1%〜2.5%であることが特に好ましい。
SrOは、耐失透性の低下を伴うことなく、高温粘性を低下させることにより、溶融性や成性形を高めたり、歪点やヤング率を高める成分である。しかし、SrOの含有量が多すぎると、密度や熱膨張係数が高くなったり、イオン交換性能が低下したりするおそれがある。また、ガラス組成の成分バランスを欠くことにより、かえってガラスが失透し易くなる場合がある。SrOの含有量は、0%〜5%であることが好ましく、0%〜3%であることがより好ましく、0%〜1%であることがさらに好ましく、0%〜0.1%(ただし0.1%を含まない)であることが特に好ましい。
BaOは、耐失透性の低下を伴うことなく、高温粘性を低下させることにより、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高めたりする成分である。しかし、BaOの含有量が多すぎると、密度や熱膨張係数が高くなるおそれがある。また、イオン交換性能が低下する場合がある。さらに、ガラス組成の成分バランスを欠くことにより、かえってガラスが失透し易くなる場合もある。BaOの含有範囲は、0%〜5%であることが好ましく、0%〜3%であることがより好ましく、0%〜1%であることがさらに好ましく、0%〜0.1%(ただし0.1%を含まない)であることが特に好ましい。
ZnOは、イオン交換性能を高める成分であり、特に圧縮応力値を増大させる効果が大きい成分である。また、ZnOは、低温粘性を低下させずに、高温粘性を低下させる成分である。しかし、ZnOの含有量が多すぎると、ガラスが分相したり、耐失透性が低下したり、密度が高くなったり、圧縮応力層の応力深さが小さくなったりする傾向がある。よって、ZnOの含有量は、0%〜6%であることが好ましく、0%〜5%であることがより好ましく、0%〜1%であることがさらに好ましく、0%〜0.5%であることがさらに好ましく、0%〜0.1%(ただし0.1%を含まない)であることが特に好ましい。
ZrO2は、イオン交換性能を顕著に高める成分であると共に、液相粘度付近の粘性や歪点を高める成分である。しかし、ZrO2の含有量が多すぎると、耐失透性が著しく低下するおそれがある。また、密度が高くなりすぎる場合がある。よって、ZrO2の上限範囲は、10%以下であることが好ましく、8%以下であることがより好ましく、6%以下であることがさらに好ましく、5%以下であることが特に好ましい。なお、イオン交換性能を高めたい場合、ガラス組成中にZrO2を導入することが好ましい。その場合、ZrO2の下限範囲は、0.001%以上であることが好ましく、0.01%以上であることがより好ましく、0.5%以上であることがさらに好ましく、1%以上であることが特に好ましい。
P2O5は、イオン交換性能を高める成分であり、特に圧縮応力層の応力深さを大きくする成分である。しかし、P2O5の含有量が多すぎると、ガラスが分相し易くなる。よって、P2O5の上限範囲は、10%以下であることが好ましく、8%以下であることがより好ましく、6%以下であることがさらに好ましく、4%以下であることがさらに好ましく、2%以下であることがさらに好ましく、1%以下であることがさらに好ましく、0.1%未満であることが特に好ましい。
清澄剤として、As2O3、Sb2O3、SnO2、F、Cl、SO3の群(好ましくはSnO2、Cl、SO3の群)から選択された一種又は二種以上を0ppm〜30000ppm(3%)導入してもよい。SnO2+SO3+Clの含有量は、清澄効果を的確に享受する観点から、0ppm〜10000ppm(ただし0ppmを含まない)であることが好ましく、50ppm〜5000ppmであることがより好ましく、80ppm〜4000ppmであることがさらに好ましく、100ppm〜3000ppmであることがさらに好ましく、300ppm〜3000ppmであることが特に好ましい。
SnO2の含有量は、0ppm〜10000ppmであることが好ましく、0ppm〜7000ppmであることがより好ましく、50ppm〜6000ppmであることが特に好ましい。Clの含有量は、0ppm〜1500ppmであることが好ましく、0ppm〜1200ppmであることがより好ましく、0ppm〜800ppmであることがさらに好ましく、0ppm〜500ppmであることがさらに好ましく、50ppm〜300ppmであることが特に好ましい。SO3の含有量は、0ppm〜1000ppmであることが好ましく、0ppm〜800ppmであることがより好ましく、10ppm〜500ppmであることが特に好ましい。
Nd2O3やLa2O3等の希土類酸化物は、ヤング率を高める成分である。また、上記希土類酸化物は、補色となる色を加えると、消色して、ガラスの色味をコントロールし得る成分である。しかし、上記希土類酸化物は、原料自体のコストが高く、また多量に導入すると、耐失透性が低下し易くなる。よって、上記希土類酸化物の含有量は、4%以下であることが好ましく、3%以下であることがより好ましく、2%以下であることがさらに好ましく、1%以下であることがさらに好ましく、0.5%以下であることが特に好ましい。
本発明における保持部材は、環境面の配慮から、実質的にAs2O3、F、PbO、Bi2O3を含有しないことが好ましい。ここで、「実質的に含有しない」とは、ガラス成分として積極的に添加しないものの、不純物レベルで混入する場合を許容する趣旨である。具体的には、各成分の含有量が500ppm未満であることを指す。
レンズ2がカルコゲナイドガラスからなる場合、例えば、レンズ2は、ガラス組成としてモル%で、Ge 0%〜50%(ただし0%を含まない)、Te 4%〜80%を含有することが好ましい。レンズ2は、ガラス組成として、モル%で、Ge 0%〜50%(ただし0%を含まない)、Te 4%〜80%、Sn+Ag+Cu+Bi+Sb 0%〜50%(ただし0%を含まない)、及びF+Cl+Br+I 0%〜50%を含有することがより好ましい。なお、以下、レンズ2の組成の説明において、「%」は「モル%」を意味する。
Geはガラス骨格を形成するための必須成分である。Geの含有量は、0%〜50%(ただし0%を含まない)であり、1%〜40%であることが好ましく、2%〜30%であることがより好ましく、5%〜25%であることがさらに好ましい。Geの含有量が少なすぎると、ガラス化し難くなる。一方、Geの含有量が多すぎると、Ge系結晶が析出し易くなると共に、原料コストが高くなる傾向がある。
カルコゲン元素であるTeはガラス骨格を形成する必須成分である。Teの含有量は、4%〜80%であり、10%〜75%であることが好ましく、20%〜70%であることがより好ましい。Teの含有量が少なすぎると、ガラス化し難くなる。一方、Teの含有量が多すぎるとTe系結晶が析出し易くなる。
Sn、Ag、Cu、Bi、Sbはガラスの熱的安定性を高める成分である。Sn+Ag+Cu+Bi+Sbの含有量は、0%〜50%(ただし0%を含まない)であり、1%〜40%であることが好ましく、2%〜30%であることがより好ましく、3%〜25%であることがさらに好ましく、5%〜20%であることが特に好ましい。Sn+Ag+Cu+Bi+Sbの含有量が少なすぎると、あるいは多すぎると、ガラス化し難くなる。なお、Sn、Ag、Cu、Bi、Sbの各成分の含有量は、各々0%〜50%であり、0%〜50%(ただし0%を含まない)であることが好ましく、1%〜40%であることがより好ましく、2%〜30%であることがさらに好ましく、3%〜25%であることが特に好ましく、5%〜20%であることが最も好ましい。中でも、ガラスの熱的安定性を高める効果が特に大きいという点で、AgとSnを使用することが好ましい。
F、Cl、Br、Iもガラスの熱的安定性を高める成分である。F、Cl、Br、Iの含有量は0%〜50%であり、1%〜40%であることが好ましく、1%〜30%であることがより好ましく、1%〜25%であることがさらに好ましく、1%〜20%であることが特に好ましい。F+Cl+Br+Iの含有量が多すぎると、ガラス化し難くなると共に、耐候性が低下し易くなる。なお、F、Cl、Br、Iの各成分の含有量は、各々0%〜50%であり、1%〜40%であることが好ましく、1%〜30%であることがより好ましく、1%〜25%であることがさらに好ましく、1%〜20%であることが特に好ましい。中でも、元素原料を使用可能であり、ガラス安定性を高める効果が特に大きいという点で、Iを使用することが好ましい。
レンズ2には、上記成分以外にも、下記の成分を含有させることができる。
Zn、In、Ga及びPはガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高める成分である。Zn、In、Ga及びPの各成分の含有量は、各々0%〜20%であることが好ましく、0.5%〜10%であることがより好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、ガラス化し難くなる。なお、Gaは高コストであるため、その含有量は10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。
Se、Asはガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高める成分である。その含有量はそれぞれ0%〜10%であることが好ましく、0.5%〜5%であることがより好ましい。ただし、これらの物質は毒性を有するため、上記のように、環境や人体への影響を低減する観点からは実質的に含有しないことが好ましい。
なお、本発明におけるレンズ2は、有毒物質であるCd、Tl及びPbを実質的に含有しないことが好ましい。
(レンズ部材の変形例)
図3は、本発明の第1の実施形態の変形例に係るレンズ部材の平面図である。本変形例においては、保持部材23が、外側面23bに設けられている複数の切り欠き部23eを有する。切り欠き部23eは、第1の開口端面3cから第2の開口端面3dに至っている。なお、切り欠き部23eは、必ずしも第1の開口端面3c及び第2の開口端面3dに至っていなくともよい。本変形例では、切り欠き部23eは平面により構成されているが、例えば曲面により構成されていてもよく、凹溝により構成されていてもよい。
図3は、本発明の第1の実施形態の変形例に係るレンズ部材の平面図である。本変形例においては、保持部材23が、外側面23bに設けられている複数の切り欠き部23eを有する。切り欠き部23eは、第1の開口端面3cから第2の開口端面3dに至っている。なお、切り欠き部23eは、必ずしも第1の開口端面3c及び第2の開口端面3dに至っていなくともよい。本変形例では、切り欠き部23eは平面により構成されているが、例えば曲面により構成されていてもよく、凹溝により構成されていてもよい。
レンズ部材21がレンズユニットに用いられた際、レンズユニットの支持部材と保持部材23の外側面3bとの間に、ギャップ領域を好適に設けることができる(後述図6)。よって、支持部材から保持部材23に加わる、温度変化等による応力を緩和することができる。従って、レンズ部材21が破損することを効果的に抑制することができる。なお、本変形例において、切り欠き部23eは少なくとも1つ設けられていればよい。
ここで、保持部材23はガラスにより構成されているため、切り欠き部23eを設けても、切り欠き部23e付近にバリが生じ難い。よって、バリによってレンズ2を傷つけるという事態を招かずして、上記のように温度変化等による応力を緩和することができる。従って、レンズ部材21が破損することをより確実に抑制することができる。
本変形例において、複数の切り欠き部23eは、外側面3bの周回方向において90°毎に設けられており、レンズ部材21の軸を中心に4回回転対称となるように配置されている。このように、回転対称性を有するように複数の切り欠き部23eが配置されていることが好ましい。それによって、保持部材23に歪みが生じ難い。なお、複数の切り欠き部23eは、例えば、3回回転対称となる配置されていてもよく、あるいは6回回転対称となるように配置されていてもよい。
(レンズユニット)
図4は、本発明の第2の実施形態に係るレンズユニットの正面断面図である。レンズユニット30は、第1の実施形態のレンズ部材1と、レンズ部材1を支持している支持部材34と、支持部材34と保持部材3とを接合している接着剤層35とを備える。なお、本明細書において、当接とは、接着剤層35を介して当接する場合も含む。
図4は、本発明の第2の実施形態に係るレンズユニットの正面断面図である。レンズユニット30は、第1の実施形態のレンズ部材1と、レンズ部材1を支持している支持部材34と、支持部材34と保持部材3とを接合している接着剤層35とを備える。なお、本明細書において、当接とは、接着剤層35を介して当接する場合も含む。
支持部材34は筒状である。支持部材34は内側面34aを有する。支持部材34は、内側面34aにおいて保持部材3の外側面3bを支持している。保持部材3は、外側面3bに位置する当接部3Xにおいて、支持部材34に当接している。もっとも、支持部材34の形状は上記に限定されない。保持部材3における当接部3Xは、支持部材34の形状に応じて配置されていればよい。例えば、支持部材34が保持部材3の第2の開口端面3dを支持する場合には、当接部3Xは、第2の開口端面3dに位置していればよい。支持部材34には、例えば、ファインセラミックスや、KOVER合金、オーステナイト系ステンレス、フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレスなどの各種金属等を用いることができる。
接着剤層35は、保持部材3の外側面3bと、支持部材34の内側面34aとの間に設けられている。保持部材3の外側面3bに位置する当接部3Xが、接着剤層35を介して支持部材34に当接している。これにより、保持部材3と支持部材34とが接合されており、支持部材34が保持部材3を支持している。具体的には、接着剤層35は、保持部材3の外側面3bの全周と、支持部材34の内側面34aとを接合している。
接着剤層35には、例えば、紫外光硬化性樹脂等の光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等を用いることができる。具体的には、接着剤層35には、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂等を用いることができる。
本実施形態のレンズユニット30は、第1の実施形態のレンズ部材1を有し、レンズ部材1は、保持部材3の当接部3Xにおいて支持部材34に当接している。さらに、上述したように、当接部3Xは、300MPa以上の圧縮応力値を有する化学強化ガラスにより構成されている。よって、レンズユニット30におけるレンズ部材1は破損し難い。
(レンズユニットの第1の変形例)
図5は、本発明の第2の実施形態の第1の変形例に係るレンズユニットの正面断面図である。本変形例においては、支持部材44は、内側面34aから径方向内側に延びている延長部44fを有する。保持部材43の当接部43Xは、第2の開口端面3d及び外側面3bに位置する。本変形例においては、第2の開口端面3dに位置する当接部43Xは、支持部材44の延長部44fに、接着剤層35を介して当接している。なお、外側面3bに位置する当接部43Xも、支持部材44の内側面34aに、接着剤層35を介して当接している。この場合においても、第2の実施形態と同様に、レンズ部材41は破損し難い。
図5は、本発明の第2の実施形態の第1の変形例に係るレンズユニットの正面断面図である。本変形例においては、支持部材44は、内側面34aから径方向内側に延びている延長部44fを有する。保持部材43の当接部43Xは、第2の開口端面3d及び外側面3bに位置する。本変形例においては、第2の開口端面3dに位置する当接部43Xは、支持部材44の延長部44fに、接着剤層35を介して当接している。なお、外側面3bに位置する当接部43Xも、支持部材44の内側面34aに、接着剤層35を介して当接している。この場合においても、第2の実施形態と同様に、レンズ部材41は破損し難い。
(レンズユニットの第2の変形例)
図6は、本発明の第2の実施形態の第2の変形例に係るレンズユニットの平面図である。図6においては、接着剤層をハッチングにより示す。
図6は、本発明の第2の実施形態の第2の変形例に係るレンズユニットの平面図である。図6においては、接着剤層をハッチングにより示す。
本変形例においては、第1の実施形態の変形例に係るレンズ部材21が用いられている。レンズユニット50は、レンズ部材21の保持部材23の複数の切り欠き部23eと支持部材34との間に位置する、複数のギャップ領域Dを有する。各ギャップ領域D内に接着剤層35が設けられている。レンズユニット50の製造に際し、各ギャップ領域Dに接着剤を容易に流入させることができる。よって、生産性を高めることができる。加えて、支持部材34から保持部材23に加わる、温度変化等による応力を緩和することができる。従って、レンズユニット50のレンズ部材21の破損を効果的に抑制することができる。
本変形例では、保持部材23の外側面23bと支持部材34との間には、各ギャップ領域D内にのみ接着剤層35が設けられている。このように、接着剤層35により、保持部材23の外側面23bの一部と支持部材34とが接合されていてもよい。なお、もっとも、保持部材23の外側面23bと支持部材34との間における各ギャップ領域D以外の部分にも接着剤層35が設けられていてもよい。
(製造方法)
以下において、第1の実施形態に係るレンズ部材1及び第2の実施形態に係るレンズユニット30の製造方法の一例を説明する。
以下において、第1の実施形態に係るレンズ部材1及び第2の実施形態に係るレンズユニット30の製造方法の一例を説明する。
図7(a)及び図7(b)は、本発明の第1の実施形態に係るレンズ部材の製造方法における、保持部材を形成する工程の一例を説明するための平面図である。図8は、本発明の第1の実施形態に係るレンズ部材の製造方法における、レンズ形成工程の一例を説明するための正面断面図である。図9は、本発明の第1の実施形態に係るレンズ部材の製造方法における、レンズのプレス加工の一例を説明するための、正面断面図である。なお、図7(b)においては、保持部材3の表面の圧縮応力層をハッチングにより示す。
まず、図7(a)に示すように、リング状のガラス部材63を用意する。次に、イオン交換法により、ガラス部材63を化学強化する。具体的には、ガラス部材63を、350℃〜450℃のKNO3溶融塩に1時間〜5時間浸漬してイオン交換する。なお、上記浸漬を1回〜3回程度繰り返してもよい。上記浸漬により、ガラス部材63の全面においてイオン交換が進行し、圧縮応力層が形成される。このように、ガラス部材63の全面をイオン交換することにより、化学強化する。これにより、図7(b)に示すように、化学強化ガラスにより構成されている保持部材3が得られる。なお、上記イオン交換を異なる条件で2回以上繰り返してもよい。例えば、1回目のイオン交換は350℃〜450℃のNaNO3溶融塩またはNaNO3とKNO3との混合溶融塩に1時間〜4時間浸漬し、2回目のイオン交換は、400℃〜490℃のKNO3溶融塩に0.1時間〜2時間浸漬してもよい。このような条件で複数回のイオン交換を行うことにより、表面圧縮応力を大きくしつつ、自己破壊の要因となる内部引張応力の増大を抑制できる。もっとも、化学強化の条件は上記に限定されない。
なお、保持部材3においては、少なくとも当接部3Xが化学強化ガラスとされていればよい。例えば、ガラス部材63における、当接部3Xとなる部分以外の少なくとも一部にイオン交換抑制膜を形成した後に、上記浸漬を行ってもよい。イオン交換抑制膜が形成された部分においては、圧縮応力層の形成が抑制される。イオン交換抑制膜は、例えばスパッタリング法等により形成することができる。イオン交換抑制膜には、例えば、金属、金属酸化物膜、金属窒化物膜、金属炭化物膜、金属酸窒化物膜、金属酸炭化物膜、金属炭窒化物膜等を用いることができる。より具体的には、イオン交換抑制膜は、例えば、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸窒化珪素、酸化亜鉛または酸化インジウム等を用いることができる。
次に、図8に示すように、カルコゲナイドガラスにより構成されている、略球状のガラス母材62を用意する。次に、ガラス母材62を、第1の型材66、第2の型材67及び第3の型材68を用いてプレス加工することによりレンズ形成工程を行う。
具体的には、第1の型材66は、型材配置部66Aと、突出部66Bとを有する。型材配置部66Aには第2の型材67が配置される。突出部66Bは型材配置部66Aにより囲まれている。突出部66Bは、保持部材配置部66cと、成形部66dとを含む。保持部材配置部66cには保持部材3が配置される。成形部66dは、レンズ2を成形するための部分であり、曲面状の形状を有する。第2の型材67は筒状である。第2の型材67は貫通孔67aを有する。第3の型材68は中央に位置する突出部68Bを有する。なお、平面視において、第1の型材66の突出部66B、第2の型材67の貫通孔67a及び第3の型材68の形状は略同一である。平面視において、第3の型材68の突出部68B及び保持部材3の内側面3aの形状は略同一である。
レンズ形成工程においては、まず、第1の型材66の型材配置部66A上に第2の型材67を配置する。このとき、第1の型材66の突出部66Bと第2の型材の貫通孔67aとを嵌合させる。次に、第1の型材66の保持部材配置部66c上に保持部材3を配置する。次に、第1の型材66の成形部66d上にガラス母材62を配置する。次に、第3の型材68を第2の型材67の貫通孔67a内に挿入する。次に、ガラス母材62の温度が、180℃〜200℃程度となるように加熱する。次に、上記温度において、第3の型材68によってガラス母材62を押圧する。これにより、ガラス母材62をプレス加工することによって、図9に示すようにレンズ2を得る。なお、プレス加工における温度は上記に限定されない。
プレス成形により、レンズ2を保持部材3内に、内側面3aに接するように形成することによって、レンズ2を、接着剤等を用いずに保持部材3に接合する。具体的には、レンズ2と保持部材3とをプレス接合する。レンズ2と保持部材3とは直接的に接合されている。以上により、レンズ部材1を得る。なお、上記製造方法は一例であって、レンズ部材1の製造方法は上記に限定されない。例えば、レンズ2を別途形成した後に、レンズ2を接着剤により保持部材3に接合してもよい。
本実施形態のように、保持部材3の第1の開口端面3cが化学強化ガラスにより構成されていることが好ましい。レンズ2をプレス成形により得る場合には、保持部材3は第1の型材66に、第1の開口端面3cにおいて当接する。第1の開口端面3cが化学強化ガラスにより構成されており、強度が高いため、レンズ2を形成するに際し、保持部材3に割れや欠けが生じ難い。
図10は、本発明の第2の実施形態に係るレンズユニットの製造方法の一例を説明するための拡大正面断面図である。図10は接着工程を示している。まず、レンズ部材1の保持部材3の外側面3b又は別途用意した支持部材34の内側面34aに接着剤35Aを塗布する。次に、支持部材34の貫通孔にレンズ部材1を挿入する。これにより、レンズ部材1の保持部材3の外側面3bと支持部材34の内側面34aとの間に接着剤35Aを配置する。なお、レンズ部材1を支持部材34の貫通孔に挿入した後に、保持部材3の外側面3bと支持部材34の内側面34aとの間に接着剤35Aを流入させてもよい。
次に、レンズ部材1と支持部材34との間に配置された接着剤35Aを硬化させる。これにより、図6に示す接着剤層35を形成し、レンズ部材1の保持部材3と支持部材34とを接合する。接着剤35Aの硬化は光硬化により行うことが好ましい。それによって、熱膨張等によるレンズ2の位置ずれを抑制することができ、レンズ2の偏芯を抑制することができる。なお、レンズ部材1の保持部材3はガラスにより構成されているため、紫外光を透過する。よって、接着剤35Aの紫外光硬化を容易に行うことができる。もっとも、接着剤の硬化は、熱硬化等により行ってもよい。以上により、レンズユニット30を得る。
(実施例)
以下、本発明に係る化学強化ガラスについて実施例に基づいて説明する。なお、以下の実施例は単なる例示であって、本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。表1において、No.1は本発明の実施例を示し、No.2は比較例を示す。
以下、本発明に係る化学強化ガラスについて実施例に基づいて説明する。なお、以下の実施例は単なる例示であって、本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。表1において、No.1は本発明の実施例を示し、No.2は比較例を示す。
次のようにして試料を作製した。まず、ガラス組成として質量%で、SiO2 61.5%、Al2O3 18%、B2O3 0.5%、Li2O 0.1%、Na2O 14.5%、K2O 2%、MgO 3%、SnO2 0.4%を含むガラスとなるよう、ガラス原料を調合し、溶融させることにより、ガラス融液とした。次に、ガラス融液よりロッド形状のインゴットを作製した。次に、インゴットの研磨加工をすることで環状の保持部材試料を複数得た。得られた保持部材試料のうち、No.1の保持部材試料を、430℃、KNO3 100%の溶融塩に3時間浸漬することによりイオン交換処理し、化学強化ガラスとした。一方、No.2の保持部材試料は、イオン交換処理を施さずに使用した。なお、表1に示す各保持部材の圧縮応力値は、上記と同組成で0.7mmの板状に成形し、上記と同様のイオン交換処理を施して(あるいは施さずに)得られた測定用の板状試料について、FSM−6000LEを用いて測定した。
次いで、ガラス組成としてモル%で、Ge 15%、Te 80%、Ag 5%を含むようにガラス原料を調合し、溶融させることにより、ガラス融液とした。次に、ガラス融液を流し出し、成形することにより、インゴットとした。その後、インゴットを切断及び研磨することにより球状のレンズ用ガラス母材を得た。
続いて、上述した本発明の製造方法と同様にして、レンズ用ガラス母材及び保持部材試料を型内に配置し、190℃で加熱プレスすることにより、No.1及びNo.2のレンズ部材試料をそれぞれ10個ずつ得た。
このようにして得られた各レンズ部材試料について、破損試験を行った。具体的には、各No.のレンズ部材試料を10個用意し、各々の保持部材をプレス機で挟持して1kNの荷重を印加した。その後、保持部材及びレンズにおけるクラックの発生の有無を目視により確認した。
表1に示す通り、破損試験の結果、No.2の試料では、10個中9個について保持部材にクラックの発生が認められた。さらに、保持部材にクラックが発生した試料の内6個では、レンズにもクラックの発生が認められた。一方、No.1の試料では、保持部材及びレンズの双方にクラックの発生は認められなかった。すなわち、No.1に示すレンズ部材は、No.2に比べ外力に対して高い強度を有していた。
1…レンズ部材
2…レンズ
2a…レンズ部
2b…側面
3…保持部材
3X…当接部
3a…内側面
3b…外側面
3c…第1の開口端面
3d…第2の開口端面
21…レンズ部材
23…保持部材
23b…外側面
23e…切り欠き部
30…レンズユニット
34…支持部材
34a…内側面
35…接着剤層
35A…接着剤
41…レンズ部材
43…保持部材
43X…当接部
44…支持部材
44f…延長部
50…レンズユニット
62…ガラス母材
63…ガラス部材
66…第1の型材
66A…型材配置部
66B…突出部
66c…保持部材配置部
66d…成形部
67…第2の型材
67a…貫通孔
68…第3の型材
68B…突出部
D…ギャップ領域
2…レンズ
2a…レンズ部
2b…側面
3…保持部材
3X…当接部
3a…内側面
3b…外側面
3c…第1の開口端面
3d…第2の開口端面
21…レンズ部材
23…保持部材
23b…外側面
23e…切り欠き部
30…レンズユニット
34…支持部材
34a…内側面
35…接着剤層
35A…接着剤
41…レンズ部材
43…保持部材
43X…当接部
44…支持部材
44f…延長部
50…レンズユニット
62…ガラス母材
63…ガラス部材
66…第1の型材
66A…型材配置部
66B…突出部
66c…保持部材配置部
66d…成形部
67…第2の型材
67a…貫通孔
68…第3の型材
68B…突出部
D…ギャップ領域
Claims (10)
- 外部の部材に当接するレンズ部材であって、
レンズと、
前記レンズを保持しており、前記外部の部材に当接する当接部を有する保持部材と、
を備え、
前記保持部材の少なくとも前記当接部が、化学強化ガラスにより構成されている、レンズ部材。 - 前記保持部材の前記当接部は表層に位置する圧縮応力層を含み、
前記圧縮応力層が300MPa以上の圧縮応力値を有し、
前記圧縮応力層の応力深さが10μm以上である、請求項1に記載のレンズ部材。 - 前記保持部材の全面が化学強化ガラスにより構成されており、
前記レンズが未強化ガラスにより構成されている、請求項2に記載のレンズ部材。 - 前記化学強化ガラスが、質量%で、SiO2 50%〜80%、Al2O3 5%〜30%、B2O3 0%〜15%、Na2O 1%〜20%、K2O 0%〜10%を含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のレンズ部材。
- 前記レンズがカルコゲナイドガラスにより構成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載のレンズ部材。
- 前記レンズと前記保持部材とが直接的に接合されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のレンズ部材。
- 前記保持部材がリング状であり、かつ内側面及び外側面を有し、
前記保持部材が、前記内側面において前記レンズを支持しており、
前記保持部材の前記外側面に前記当接部が位置する、請求項1〜6のいずれか一項に記載のレンズ部材。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載のレンズ部材と、
前記保持部材の前記当接部において前記レンズ部材を支持している支持部材と、
前記支持部材と前記保持部材とを接着している接着剤層と、
を備える、レンズユニット。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載のレンズ部材の製造方法であって、
ガラス部材を化学強化することにより、前記保持部材を形成する工程と、
前記保持部材に前記レンズを接合する工程と、
を備える、レンズ部材の製造方法。 - 請求項8に記載のレンズユニットの製造方法であって、
前記レンズ部材及び前記支持部材を用意する工程と、
前記レンズ部材及び前記支持部材を前記接着剤層により接着する接着工程と、
を備える、レンズユニットの製造方法。
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