JP2023087506A - 光学素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズを接合する際に生じた歪みが少なく、優れた光学特性を持つ光学素子を提供することを課題とする。【解決手段】本発明者らは接合されるレンズの、接着剤と面する側にコーティング層を設け、それらのコーティング層の材質を概同一にすることで、接着剤と各々のレンズとの間に生ずる力の差を解消し、歪みを改善できることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は第１透明基材、第２透明基材、及び前記第１透明基材と前記第２透明基材との間に設けられる接着層を含む光学素子であって、さらに、前記第１透明基材の上にあり、前記接着層と接する第１コーティング層と、前記第２透明基材の上にあり、前記接着層と接する第２コーティング層を有し、前記第１コーティング層の材質と前記第２コーティング層の材質が概同一であることを特徴とする光学素子を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、光学素子、その製造方法、光学機器、撮像装置に関し、特に、カメラ、双眼鏡、顕微鏡などの光学機器に使用される接合レンズ、それを有する光学機器、撮像装置に関する。

カメラや双眼鏡などの光学機器の光学系には、複数のレンズやプリズムを光学的に透明な樹脂によって貼り合せた接合レンズが広く用いられている。
接合レンズが用いられる目的の一つとして収差補正が挙げられる。単一の材質であっても、屈折率は光の波長によって異なる。そのため凸レンズでは波長によって光の焦点位置が異なる。たとえば、代表的な波長であるＣ線（６５６ｎｍ：赤）、Ｆ線（４８６ｎｍ：青）で焦点位置が異なる。この現象を色収差という。色収差を改善するため、凸レンズと波長分散の異なる凹レンズを、色収差レンズ（色消しレンズともいう）として用いることが知られる。すなわち、色収差レンズを凸レンズと組み合わせることで、異なる波長の光の焦点位置を合致させることができる。これを、色収差補正という。

色収差レンズと凸レンズを組み合わせる際は、２枚のレンズに空隙を設けて配置すると、界面反射が生じ、入射光の損失が生じる。そこで、界面反射を減ずるために、２枚のレンズは、接着剤である接合樹脂を用いて貼り合わされる。従来、接合樹脂として、バルサムと呼ばれる天然の樹脂が用いられていたが、近年ではより接着力の高い有機樹脂、特に紫外線硬化樹脂が用いられる。

紫外線硬化性樹脂は紫外線等の光を照射することでラジカルを発生し、モノマーが重合することで硬化する樹脂である。レンズを貼り合わせる際には、光軸を合わせる調心作業が行われ、接合樹脂でレンズを張り合わせる場合、調心後、樹脂が硬化するまでの間、部品を保持しておく必要がある。一般的に紫外線硬化樹脂は硬化するまでの時間が他の硬化樹脂や熱による軟化を利用するバルサムと比較すると短いため、上記の保持時間が短く、光学部品を貼り合わせる目的に好適である。

しかしながら、紫外線硬化性樹脂は硬化する際、硬化反応過程で体積収縮することが知られる。したがって、紫外線硬化性樹脂でレンズを貼り合わせる場合、寸法精度の問題や、収縮に伴う応力発生の問題が生じる（特許文献１）。
一方、レンズの小型化、高精度化に伴い、レンズを精度良く貼り合わせること、貼り合わせ工程での変形を抑制することが求められている。特に中心肉厚の薄いレンズのように変形しやすいレンズを精度よく貼り合わせることが求められている（特許文献１）。

特開平１０－１６０９６３号公報

以上を鑑み、本発明は、レンズを貼り合わせる（接合する）際に生じた歪みが少なく、優れた光学特性を持つ光学素子を提供することを目的とする。

第１透明基材、第２透明基材、及び前記第１透明基材と前記第２透明基材との間に設けられる接着層を含む光学素子であって、
さらに、
前記第１透明基材の上にあり、前記接着層と接する第１コーティング層と、
前記第２透明基材の上にあり、前記接着層と接する第２コーティング層を有し、
前記第１コーティング層の材質の主成分と前記第２コーティング層の材質の主成分が一致し、
前記第１コーティング層の材質の主成分の割合をＸ_Ａ質量％、前記第２コーティング層の材質の主成分の割合をＸ_Ｂ質量％とすると、８／１０≦Ｘ_Ａ／Ｘ_Ｂ≦１０／８が成り立つことを特徴とする光学素子を提供する。

本発明によれば、接合時の歪みが少ない光学素子、特に接合レンズを提供することができる。

接合の際にレンズの歪みが生じることを説明する図 接合の際に生じるレンズの歪みが解消されることを説明する図 接合レンズの例 接合レンズの製造の例 撮像装置の例

本発明者らは、接着剤として紫外線硬化性樹脂を用いて、レンズを接合する際のレンズの面形状を工程毎に測定した。そして、予想に反し、接着剤が未硬化の段階で、充填される際に、レンズの歪みが生じはじめていることを見出した。
そして、歪みの原因の一つは、接合されるレンズの間に接着剤が伸び広がる際に、接着剤と各々のレンズの間に生じる力の差にあると考え、この差は接合されるレンズの材質が異なることに起因すると考えた。接合レンズは、複数枚の異なる硝材からなるため、本質的に、複数のレンズの材質は異なる。
そこで、本発明者らは接合されるレンズの各々の、接着剤と面する側にコーティング層を設け、それらのコーティング層の材質を概同一にすることで、接着剤と各々のレンズとの間に生ずる力の差を解消することを試み、鋭意研究の結果、接合レンズ歪みを改善できることを見出し、本発明を完成した。

本発明は第一の実施形態として、
第１透明基材、第２透明基材、及び前記第１透明基材と前記第２透明基材との間に設けられる接着層を含む光学素子であって、
さらに、
前記第１透明基材の上にあり、前記接着層と接する第１コーティング層と、
前記第２透明基材の上にあり、前記接着層と接する第２コーティング層を有し、
前記第１コーティング層の材質の主成分と前記第２コーティング層の材質の主成分が一致し、
前記第１コーティング層の材質の主成分の割合をＸ_Ａ質量％、前記第２コーティング層の材質の主成分の割合をＸ_Ｂ質量％とすると、８／１０≦Ｘ_Ａ／Ｘ_Ｂ≦１０／８が成り立つことを特徴とする光学素子を提供する。

また、本発明は第二の実施形態として、
第１透明基材、第２透明基材、および接着層を含む光学素子の製造方法であって、
前記第１透明基材のいずれかの面の上に第１コーティング層を設ける工程、
前記第２透明基材のいずれかの面の上に第２コーティング層を設ける工程、
前記第１コーティング層および前記第２コーティング層の間に接着剤を充填する充填工程、および
接着剤を硬化する硬化工程を含み、
前記第１コーティング層の材質の主成分と前記第２コーティング層の材質の主成分が一致し、
前記第１コーティング層の材質の主成分の割合をＸ_Ａ質量％、前記第２コーティング層の材質の主成分の割合をＸ_Ｂ質量％とすると、８／１０≦Ｘ_Ａ／Ｘ_Ｂ≦１０／８が成り立つことを特徴とする製造方法を提供する。

前記第１コーティング層の材質と、前記第２コーティング層の材質は好ましくは、概同一である。
「上に」とは、天地を問うものではなく、対象同士がある方向から見たときに上下関係にあることを意味する、相対的な位置関係を示し、また、対象同士が接していることを意味するものでもない。すなわち、前記記載において、「前記第１透明基材の上にあり、前記接着層と接する第１コーティング層」とは、第１コーティング層が、接着層と、第１透明基材の側で接触していることを指し、第１コーティング層が第１透明基材と接していても、接していなくともよい。「前記第２透明基材の上にあり、前記接着層と接する第２コーティング層」についても同様である。

本発明により、接合レンズの歪みが改善される理由について、図１、図２を参照して説明する。図１においては、コーティング層を設けることなく、第１透明基材１１および第２透明基材１２の間に直接接着剤１３０が充填される例である。

接着剤１３０は第１透明基材１１および／または第２透明基材１２の質量あるいは、外部から加えられる力（不図示）によって広げられるが、未硬化状態で接着剤１３０は液状であっても、接着剤１３０と第１透明基材１１あるいは第２透明基材１２の間には、分子間力などの力が発生する（このことは、例えばフィルム等を水で貼る、水貼りと呼ばれる方法があることからも明らかである）。

未硬化の液状の接着剤１３０は、弾性体としての性質を有しており、接着剤が広げられる際には相応の応力が発生する。第１透明基材１１と第２透明基材１２は材質が異なるため、接着剤１３０と第１透明基材１１との間に生じる力と接着剤１３０と第２透明基材１２との間に生じる力は異なる。

その結果、接着剤１３０が広がる際の基材との接点の一方の先端を、第１透明基材１１（または第２透明基材１２）側を点Ｐ、第２透明基材１２（または第１透明基材１１）側を点Ｑ、第１透明基材１１と第２透明基材１２の間の空間における接着剤１３０の一方の先端をＣとすると、ＣがＣ’まで移動する間に、ＰおよびＱは、それぞれＰ’およびＱ’へ移動するが、Ｐ－Ｐ’とＱ－Ｑ’の距離が異なる。これに伴い、接着層に加わる力が水平であったｆから斜め方向のｆ’へと変化し、各透明基材と接着剤との間の伸び量が変化することがレンズの歪みを生じさせる原因と考えている。

一方、図２においては、光学素子１０は、第１透明基材１１の接着層１３と接する側に第１コーティング層１０１を有し、第２透明基材１２の接着層１３と接する側に第２コーティング層１０２を有し、これらのコーティング層は材質が概同一である。従って、Ｐ－Ｐ’とＱ－Ｑ’の距離は等しく、接着層に加わる力は水平が保たれ、レンズの歪みが生じない。

（用語の説明）
本明細書において成分とはなんら限定されることなく、材質を構成するあらゆる物質、組成、化合物、元素等を含む。成分は互いに共有結合、金属結合、イオン結合、水素結合、ファンデルワールス力などの化学結合で結合して、材質を構成している。

本明細書において主成分とは、ある材質において、２２質量％以上を占める成分いう。 本明細書において材質が概同一であるとは次のように定義する。
材質Ａと材質Ｂが有する主成分が一致し、材質Ａ中の該主成分の割合をＸ_Ａ質量％、材質Ｂ中の該主成分の割合をＸ_Ｂ質量％とすると、８／１０≦Ｘ_Ａ／Ｘ_Ｂ≦１０／８が成り立つ。この関係が成り立つことを材質Ａと材質Ｂは概同一という。
ここで、主成分とは１つの成分のみならず、例えば、材質Ａは１以上４以下の主成分を有し、材質Ｂは１以上４以下の主成分を有しうる。
主成分が一致するとは、少なくとも１つの主成分が一致することをいう。
２つの材質の主成分が同一とは、少なくとも１つの主成分が一致することを意味する。
材質Ａの主成分と材質Ｂの主成分は、少なくとも１つが一致すればよいが、材質Ａの主成分の数と材質Ｂの主成分の数が一致し、かつ、材質Ａと材質Ｂの主成分が全て一致することが好ましい。また、材質Ａ中の主成分の合計の割合が７２質量％以上、材質Ｂ中の主成分の合計の割合が７２質量％以上であることが好ましい。

例えば、以下の場合、材質Ａと材質Ｂは概同一である。
材質Ａと材質Ｂがそれぞれ主成分を１つ有し、それらの主成分が一致し（成分１とする）、材質Ａは成分１をＸ_１Ａ質量％、材質Ｂは成分１をＸ_１Ｂ質量％有し、８／１０≦Ｘ_１Ａ／Ｘ_１Ｂ≦１０／８を満たす。７２≦Ｘ_１Ａ、７２≦Ｘ_１Ｂを満たすことが好ましい。例えば、材質Ａが成分１を７２質量％、その他の主成分以外の成分を合計で２８質量％有し、材質Ｂが成分１を８０質量％、その他の主成分以外の成分を合計で２０質量％有する場合、材質Ａと材質Ｂは概同一である。また、例えば、材質Ａが成分１を１００質量％有し、材質Ｂが成分１を８０質量％、その他の主成分以外の成分を合計で２０質量％有する場合、材質Ａと材質Ｂは概同一である。

材質Ａと材質Ｂのいずれかが主成分を２つ有する場合、少なくとも材質Ａと材質Ｂの主成分の１つが一致し（成分１とする）、材質Ａは成分１をＸ_１Ａ質量％、材質Ｂは成分１をＸ_１Ｂ質量％有し、８／１０≦Ｘ_１Ａ／Ｘ_１Ｂ≦１０／８を満たす。あるいは、より好ましくは、材質Ａと材質Ｂがそれぞれ主成分を２つ有し、それらの主成分が一致し（成分１、成分２とする）、材質Ａは成分１をＸ_１Ａ質量％、成分２をＸ_２Ａ質量％、材質Ｂは成分１をＸ_１Ｂ質量％、成分２をＸ_２Ｂ質量％有し、８／１０≦Ｘ_１Ａ／Ｘ_１Ｂ≦１０／８、および８／１０≦Ｘ_２Ａ／Ｘ_２Ｂ≦１０／８のいずれか１つを満たし、より好ましくは、これらの全てを満たす。例えば、材質Ａが成分１を３６質量％、成分２を４０質量％、その他の主成分以外の成分を合計で２４質量％有し、材質Ｂが成分１を４０％有し、成分２を３６％、その他の主成分以外の成分を合計で２４質量％有する場合は、材質Ａと材質Ｂが概同一となる好ましい例である。

材質Ａと材質Ｂのいずれかが主成分を３つ有する場合、少なくとも材質Ａと材質Ｂの主成分の１つが一致し（成分１とする）、材質Ａは成分１をＸ_１Ａ質量％、材質Ｂは成分１をＸ_１Ｂ質量％有し、８／１０≦Ｘ_１Ａ／Ｘ_１Ｂ≦１０／８を満たす。あるいは、より好ましくは、材質Ａと材質Ｂがそれぞれ主成分を３つ有し、それらの主成分が一致し（成分１、成分２、成分３とする）、材質Ａは成分１をＸ_１Ａ質量％、成分２をＸ_２Ａ質量％、成分３をＸ_３Ａ質量％、材質Ｂは成分１をＸ_１Ｂ質量％、成分２をＸ_２Ｂ質量％、成分３をＸ_３Ｂ質量％、有し、８／１０≦Ｘ_１Ａ／Ｘ_１Ｂ≦１０／８、８／１０≦Ｘ_２Ａ／Ｘ_２Ｂ≦１０／８、８／１０≦Ｘ_３Ａ／Ｘ_３Ｂ≦１０／８のいずれか１つを満たし、より好ましくは、これらの全てを満たす。例えば、材質Ａが成分１を２３質量％、成分２を２５質量％、成分３を３０質量％、その他の主成分以外の成分を合計２２質量％で有し、材質Ｂが成分１を２５質量％、成分２を２３質量％、成分３を３１質量％、その他の主成分以外の成分を合計２１質量％で有する場合は、材質Ａと材質Ｂが概同一となる好ましい例である。

材質Ａと材質Ｂのいずれかが主成分を４つ有する場合、少なくとも材質Ａと材質Ｂの主成分の１つが一致し（成分１とする）、材質Ａは成分１をＸ_１Ａ質量％、材質Ｂは成分１をＸ_１Ｂ質量％有し、８／１０≦Ｘ_１Ａ／Ｘ_１Ｂ≦１０／８を満たす。あるいは、より好ましくは、材質Ａと材質Ｂがそれぞれ主成分を４つ有し、それらの主成分が一致し（成分１、成分２、成分３、成分４とする）、材質Ａは成分１をＸ_１Ａ質量％、成分２をＸ_２Ａ質量％、成分３をＸ_３Ａ質量％、成分４をＸ_４Ａ質量％、材質Ｂは成分１をＸ_１Ｂ質量％、成分２をＸ_２Ｂ質量％、成分３をＸ_３Ｂ質量％、成分４をＸ４Ｂ質量％有し、８／１０≦Ｘ_１Ａ／Ｘ_１Ｂ≦１０／８、８／１０≦Ｘ_２Ａ／Ｘ_２Ｂ≦１０／８、８／１０≦Ｘ_３Ａ／Ｘ_３Ｂ≦１０／８、８／１０≦Ｘ_４Ａ／Ｘ_４Ｂ≦１０／８のいずれか１つを満たし、より好ましくは、これらの全てを満たす。例えば、材質Ａが成分１を２４質量％、成分２を２５質量％、成分３を２３質量％、成分４を２４質量％、その他の主成分以外の成分を合計４質量％で有し、材質Ｂが成分１を２５質量％、成分２を２３質量％、成分３を２４質量％、成分４を２５質量％、その他の主成分以外の成分を合計３質量％で有する場合は、材質Ａと材質Ｂは概同一となる好ましい例である。

また、好ましくは、主成分は全て一致し、材質Ａ中の主成分の合計の割合が８０質量％以上、材質Ｂ中の主成分の合計の割合が８０質量％以上とすることができる。なお、材質Ａと材質Ｂの全ての成分とそれぞれの含有割合が実質的に一致することを材質Ａと材質Ｂが同じであるというが、材質Ａと材質Ｂが同一であるとき、材質Ａと材質Ｂが主成分を有する限りにおいて、ＡとＢは概同一でもある。

以下に本発明の好適な実施の形態について説明する。
（光学素子）
図３は本発明の光学素子である接合レンズの一実施態様を示す断面模式図である。光学素子１０は、２つの透明基材が接着層１３を介して接合された接合レンズと呼ばれるタイプの光学素子である。Ｌは入射光を指し、Ｌ_ＣはＣ線の屈折光、Ｌ_ＦはＦ線の屈折光、ｆ_ＣはＣ線の焦点、ｆ_ＦはＦ線の焦点を示す。２つの透明基材を接合することで、ｆ_Ｆとｆ_Ｃが一致している。図３において、光学素子１０は、第１透明基材１１と、第２透明基材１２と、接着層１３と、を備える。なお、透明基材１１、透明基材１２のいずれを、第１透明基材あるいは第２透明基材としてもよい。本図では、便宜上、第１透明基材１１を凸レンズで表し、第２透明基材１２を凹レンズで表している。

第１透明基材１１および第２透明基材１２の外形は入射する光と平行な方向から平面視した際に実質的に円形であることが好ましい。

透明基材の接合時の歪みは、特に光学素子が中心肉厚の薄い凹形状の接合レンズである場合に生じやすい。また、光学素子の径が大きいと歪みは生じやすい。なお、本明細書において、光学素子の中心肉厚の厚さをｔ、光学素子のレンズ外径をＤ、あるいは外径Ｄと表す場合がある。光学素子の外径とは、光学素子に入射する光と平行な方向から光学素子を平面視した形状を円に近似した際の光学素子の直径をいう。本発明の光学素子は、接合時の歪みが解消されるため、ｔとＤの比率すなわちｔ／Ｄが、ｔ／Ｄ＜０．０２を満たすことが可能である。

（透明基材）
第１透明基材１１および第２透明基材１２は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アリルジグリコールカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリチオウレタン樹脂のような透明な樹脂や、透明なガラス状物質、例えば、珪酸ガラスや硼珪酸ガラス、リン酸ガラスに代表される一般的な光学ガラスや、石英ガラス、ガラスセラミックスガラス等の材質を有することができる。本明細書において、透明とは、波長が４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲の光の透過率が１０％以上であることを示す。

接合レンズは、その目的から、低分散の硝材と高分散の硝材が貼り合わされたものであり、第１透明基材１１の材質と第２透明基材１２の材質は異なる場合が多い。ただし、本発明の光学素子において、第１透明基材１１の材質と第２透明基材１２の材質は、異なってもよいし、概同一、完全同一であってもよい。

（コーティング層）
本発明の光学素子は、第１コーティング層１０１と第２コーティング層１０２を有する。第１コーティング層１０１は、第１透明基材１１の上にあり、接着層１３と接する。ただし、第１コーティング層１０１と第１透明基材１１は接していてもよいが、接しておらず、間に別の層があってもよい。第２コーティング層１０２は、第２透明基材１２の上にあり、接着層１３と接する。ただし、第２コーティング層１０２と第２透明基材１２は接していてもよいが、接しておらず、間に別の層があってもよい。
第１コーティング層１０１の材質と第２コーティング層１０２の材質は好ましくは概同一である。

第１コーティング層１０１および第２コーティング層１０２の成分は特に限定されることなく、材質を構成するあらゆる物質、組成、化合物、元素等を含む。成分は材質中で、互いに金属結合、共有結合、イオン結合、水素結合、ファンデルワールス力等で結合している。第１コーティング層１０１および第２コーティング層１０２の好ましい成分の例として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＦ_２などの、金属あるいは半金属の酸化物あるいはフッ化物、あるいは、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アリルジグリコールカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリチオウレタン樹脂のような樹脂、さらには、表面反射率を制御する、あるいは、光学的修飾を加えるなどの目的等で加えられる添加剤等を挙げることができる。第１コーティング層１０１および第２コーティング層１０２の主成分についても、成分と同様であるが、添加剤は、含有割合が低いため、主成分とならない場合が多い。

第１コーティング層と第２コーティング層がそれぞれ主成分を１つのみ有する場合、それらの主成分は一致する。該主成分を成分１’とし、第１コーティング層が成分１’をＸ_１’Ａ質量％、第２コーティング層が成分１’をＸ_１’Ｂ質量％有する場合、８／１０≦Ｘ_１’Ａ／Ｘ_１’Ｂ≦１０／８を満たす。
主成分が１つの場合、第１コーティング層および第２コーティング層における該主成分の割合は共に７２質量％以上であり、すなわち、７２≦Ｘ_１’Ａであり、かつ７２≦Ｘ_１’Ｂであることが好ましい。

第１コーティング層と第２コーティング層がそれぞれ主成分を２つ有する場合、それらの主成分の少なくとも１つは一致する。好ましくは、共に２つの主成分を有し、それらの２つが一致し、該主成分を成分１’、成分２’とし、第１コーティング層が成分１’をＸ_１’Ａ質量％、成分２’をＸ_２’Ａ質量％有し、第２コーティング層が成分１’、をＸ_１’Ｂ質量％、成分２’をＸ_２’Ｂ質量％有する場合、８／１０≦Ｘ_１’Ａ／Ｘ_１’Ｂ≦１０／８、８／１０≦Ｘ_２’Ａ／Ｘ_２’Ｂ≦１０／８のいずれか１つを満たす。
第１コーティング層および第２コーティング層における該主成分の割合の和は共に７２質量％以上であることが好ましく、すなわち、７２≦Ｘ_１’Ａ＋Ｘ_２’≦１００_Ａであり、かつ７２≦Ｘ_１’Ｂ＋Ｘ_２’Ｂ≦１００であることが好ましい。

第１コーティング層と第２コーティング層がそれぞれ主成分を３つ有する場合、それらの主成分の少なくとも１つは一致する。好ましくは、共に３つの主成分を有し、それらの３つが一致し、該主成分を成分１’、成分２’、成分３’とし、第１コーティング層が成分１’をＸ_１’Ａ質量％、成分２’をＸ_２’Ａ質量％、成分３’をＸ_３’Ａ質量％有し、第２コーティング層が第１コーティング層が成分１’をＸ_１’Ｂ質量％、成分２’をＸ_２’Ｂ質量％、成分３’をＸ_３’Ｂ質量％有する場合、８／１０≦Ｘ_１’Ａ／Ｘ_１’Ｂ≦１０／８、８／１０≦Ｘ_２’Ａ／Ｘ_２’Ｂ≦１０／８、８／１０≦Ｘ_３’Ａ／Ｘ_３’Ｂ≦１０／８のいずれか１つを満たす。
第１コーティング層および第２コーティング層における該主成分の割合の和は共に７２質量％以上であることが好ましく、すなわち、７２≦Ｘ_１’Ａ＋Ｘ_２’Ａ＋Ｘ_３’Ａ≦１００であり、かつ７２≦Ｘ_１’Ｂ＋Ｘ_２’Ｂ＋Ｘ_３’Ｂ≦１００であることが好ましい。

第１コーティング層と第２コーティング層がそれぞれ主成分を４つ有する場合、それらの主成分の少なくとも１つは一致する。好ましくは、共に４つの主成分を有し、それらの４つが一致し、該主成分を成分１’、成分２’、成分３’、成分４’とし、第１コーティング層が成分１’をＸ_１’Ａ質量％、成分２’をＸ_２’Ａ質量％、成分３’をＸ_３’Ａ質量％、成分４’をＸ_４’Ａ質量％有し、第２コーティング層が成分１’をＸ_１’Ｂ質量％、成分２’をＸ_２’Ｂ質量％、成分３’をＸ_３’Ｂ質量％、成分４’をＸ_４’Ｂ質量％有する場合、８／１０≦Ｘ_１’Ａ／Ｘ_１’Ｂ≦１０／８、８／１０≦Ｘ_２’Ａ／Ｘ_２’Ｂ≦１０／８、８／１０≦Ｘ_３’Ａ／Ｘ_３’Ｂ≦１０／８、８／１０≦Ｘ_４’Ａ／Ｘ_４’Ｂ≦１０／８のいずれか１つを満たす。

第１コーティング層１０１と第２コーティング層１０２の主成分は特に限定されないが、好ましい例として、ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｔａ_２Ｏ_５を挙げることができる。

第１コーティング層１０１および第２コーティング層１０２はそれぞれ厚さが５ｎｍ以上であることが好ましい。コーティング層が単分子膜程度に薄いと、光学素子の歪みを減じるのに十分な効果が得られない。
第１コーティング層１０１と第１透明基材１１の間には、別のコーティング層が設けられていてもよい。すなわち第１透明基材１１は、多層のコーティング層を含みうる。
第２コーティング層１０２と第２透明基材１２の間には、別のコーティング層が設けられていてもよい。すなわち第２透明基材１２は、多層のコーティング層を含みうる。

（接着層）
接着層１３は、接着剤１３０の硬化物を含み、第１透明基材１１と第２透明基材１２を接着する層である。光学素子がレンズとして好適に用いられるため、その内部透過率は９９％以上であることが好ましい。

接着層１３を形成する接着剤１３０は、好ましくは硬化性樹脂を含み、さらに好ましくは、光硬化性樹脂と、光重合開始剤を含む。光硬化性樹脂の種類は特に限定されないが、アクリル樹脂、ウレタンアクリル樹脂、シリコーンアクリル樹脂、エポキシ樹脂といった硬化した際の透過率の高い樹脂が好ましい。光重合開始剤は、光を吸収してラジカルを発生し、そのラジカルによって光硬化性樹脂のモノマーあるいはオリゴマーを重合させる役割を担う。

接着層１３の厚さは、接着力と光学性能とを両立する観点において、０．１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。接着層１３の厚みとは、第１コーティング層１０１を含む第１透明基材１１と第２コーティング層１０２を含む第２透明基材１２との間の厚さの平均値である。接着層１３の厚さが０．１μｍ未満であると、温度が大きく変化した際の第１透明基材１１と第２透明基材１２の線膨張係数差によって生じる歪みを接着層１３で吸収できなくなり、光学性能が劣化するおそれがある。一方、接着層１３の厚さが１００μｍを超えると接着力が不十分となるおそれがある。また、接着層１３の厚さの最大値と最小値の差は１０μｍ以下であることが好ましい。接着層１３の厚さの最大値と最小値の差が１０μｍを超えると、接着層１３における弾性率の分布が大きくなり、光学特性に影響が生じる。より好ましくは、接着層１３の厚さの最大値と最小値の差は５μｍ以下である。

接着層１３の弾性率は０．１ＧＰａ以上１．０ＧＰａ以下であることが好ましい。接着層１３の弾性率が０．１ＧＰａ未満であると、第１透明基材１１と第２透明基材１２の中心がずれて所望の光学性能が得られなくなるおそれがある。一方、接着層１３の弾性率が１．０ＧＰａを超えると接着層１３がもろくなり、光学素子の機械的強度が低下するおそれがある。

（製造方法）
本発明の光学素子の製造方法について説明する。なお、各用語、光学素子、透明基材、コーティング層、接着層に関しては上述の通りである。

第１透明基材１１のいずれかの面に第１コーティング層１０１を、第２透明基材１２のいずれかの面に第２コーティング層１０２を形成する。コーティング層は、真空蒸着やスパッタなどの物理的成膜手段や、樹脂や有機無機複合材料を用いた化学的成膜手段を用いることができる。なお、コーティング層の形成の際は、透明基材の歪みを生じさせないことが好ましい。特に好ましくは、コーティング層は、真空蒸着またはスパッタにより形成される。

第１透明基材１１および第２透明基材１２は、接着層１３との密着性を向上させるため、形成されたコーティング層に、さらに、前処理を施してもよい。前処理の好ましい例としてオゾン処理、シランカップリング処理を挙げられる。オゾン処理することにより、接着剤１３０が濡れ広がりやすくなる。シランカップリング処理は、シランカップリング剤で処理することにより行われる。シランカップリング剤の例としては、ヘキサメチルジシラザン、メチルトリメトキシシラン、トリメチルクロロシラン、トリエチルクロロシラン等が挙げられる。また、第１透明基材１１と第１コーティング層１０１と密着性を向上させるために、さらなる無機酸化物の膜を形成してもよい。また、第２透明基材１２と第２コーティング層１０２と密着性を向上させるためにさらなる無機酸化物の膜を形成してもよい。

次に、第１コーティング層１０１および前記第２コーティング層１０２の間に接着層１３を形成する接着剤１３０を充填し、硬化する。接着剤１３０の充填、硬化の方法は特に限定されないが、具体例を、図４を用いて説明する。

はじめに、第１コーティング層１０１および第２コーティング層１０２の間に接着剤１３０を充填する充填工程について説明する。充填工程の例は図４（Ａ）から図４（Ｄ）に示される。すなわち、凹レンズである第２透明基材１２は、第２コーティング層１０２を上にして、仮想中心軸２２に対し位置決めされた台座２１上に載置される（図４（Ａ））。未硬化の接着剤１３０が載置される（図４（Ｂ））。なお、接着剤１３０は凸レンズではなく、凹レンズ側の中心近傍に載置することが好ましい。接着剤１３０を凸レンズに載置すると、レンズの曲率によって、接着剤１３０は未硬化状態の間に移動してしまい、均等に接着することが困難となる場合があるからである。接着剤１３０が載置された後、凸レンズである第１透明基材１１を不図示の治具を用いて近づけることで、接着剤１３０が押し広げられる（図４（Ｃ））。接着剤１３０の厚さが所定の値になるよう治具により制御することができる。なお、接着剤１３０を押し拡げる際は、凸レンズである透明基材の重みで接着剤１３０を押し広げてもよいし、さらに、透明基材の間の面内に均等となるように、力をかけて押し広げても良い。また、接着剤１３０を拡げる際は、基材を回転させてもよい。さらに、貼り合わせるレンズの位置を合わせて接着剤１３０を規定膜厚まで伸ばす（図４（Ｄ））。以上の充填工程と合わせて、あるいは充填工程の後に、必要に応じレンズ位置、光軸を合わせる調心工程が行われる（不図示）。調心工程は例えば、まず、接合するレンズを通して心出し基準をカメラ等の検出手段で観察する。続いて、仮想中心軸２２対し位置決めされた第２透明基材１２を基準として、ステージ等の調心手段によって第１透明基材１１を仮想中心軸２２に合わせるものである。

充填工程の後に接着剤１３０を硬化する硬化工程が行われる（図４（Ｅ））。硬化工程は、接着剤１３０の種類によって適宜選択して行われる。接着剤１３０が光硬化性樹脂の場合、接着剤１３０を硬化させるために光を照射して行うことができる。図４（Ｅ）においては、光源２５により、第１透明基材１１の側から、紫外線を照射し、接着剤１３０を硬化し、接着層１３を形成している。

（撮像装置）
図５は、本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例である一眼レフデジタルカメラの構成を示している。図５において、カメラ本体６０２と光学機器であるレンズ鏡筒６０１とが結合されているが、レンズ鏡筒６０１はカメラ本体６０２対して着脱可能ないわゆる交換レンズである。

被写体からの光は、レンズ鏡筒６０１の筐体６２０内の撮影光学系の光軸上に配置された複数のレンズ６０３、６０５などからなる光学系を通過し、撮像素子６１０に受光される。本発明の光学素子は例えば、レンズ６０５に用いることができる。

ここで、レンズ６０５は筐体内の内筒６０４によって支持されて、フォーカシングやズーミングのためにレンズ鏡筒６０１の外筒に対して可動支持されている。

撮影前の観察期間では、被写体からの光は、カメラ本体の筐体６２１内の主ミラー６０７により反射され、プリズム６１１を透過後、ファインダレンズ６１２を通して撮影者に撮影画像が映し出される。主ミラー６０７は例えばハーフミラーとなっており、主ミラーを透過した光はサブミラー６０８によりＡＦ（オートフォーカス）ユニット６１３の方向に反射され、例えばこの反射光は測距に使用される。また、主ミラー６０７は主ミラーホルダ６４０に接着などによって装着、支持されている。不図示の駆動機構を介して、撮影時には主ミラー６０７とサブミラー６０８を光路外に移動させ、シャッタ６０９を開き、撮像素子６１０にレンズ鏡筒６０１から入射した撮影光像を結像させる。また、絞り６０６は、開口面積を変更することにより撮影時の明るさや焦点深度を変更できるよう構成される。

以下、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明をする。

＜評価方法＞
（面形状測定）
作製した接合レンズの接合前後の面形状を干渉計を用いて評価した。すなわち、接合前のレンズと、作製された接合レンズのアス本数を測定した。接合レンズのアス本数が接合前と比較して、１本以上増減したものを不良、接合前と比較してアス本数の増減がない、または、アス本数の増減が１本未満であるものを良と評価した。

［実施例１］
第１透明基材として直径６７ｍｍ、中心肉厚１．３ｍｍの凹レンズ（株式会社オハラＳ－ＬＡＨ５５）、第２透明基材として直径６５ｍｍ、中心肉厚５ｍｍ凸レンズ（株式会社オハラＳ－ＦＰＬ５１）を用意した。第１透明基材、第２透明基材の接着剤に接する面には、いずれもコーティング層としてシリカを厚さ１００ｎｍ蒸着した。
次に接着剤（協立化学産業株式会社ワールドロック５５１７）を、接着層が厚さ２０μｍとなる量で第１透明基材、第２透明基材を接合し、波長３６５ｎｍのＬＥＤ光源を用いて硬化し、接合レンズを作製した。作成した接合レンズについて、評価を行った。

［実施例２］
第１透明基材、第２透明基材の接着剤に接する面にコーティング層としてアルミナを蒸着した以外は、実施例１と同様に接合レンズを作製し、評価を行った。

［実施例３］
第１透明基材の接着剤に接する面にコーティング層として、アルミナに変えて、Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔａ_２Ｏ_５＝９０／１０からなる混合物を蒸着した以外は実施例２と同様に接合レンズを作製し、評価を行った。

［実施例４］
第１透明基材の接着剤に接する面にコーティング層として、アルミナに変えて、Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔａ_２Ｏ_５＝８０／２０からなる混合物を蒸着した以外は実施例２と同様に接合レンズを作製し、評価を行った。

［比較例１］
第１透明基材、第２透明基材にコーティング層を施さなかった以外は、実施例１と同様に接合レンズを作製し、評価を行った。

［比較例２］
第１透明基材の接着剤に接する面にコーティング層としてアルミナを蒸着した以外は、比較例１と同様に接合レンズを作製し、評価を行った。

［比較例３］
第２透明基材の接着剤に接する面にコーティング層としてアルミナを蒸着した以外は、比較例１と同様に接合レンズを作製し、評価を行った。
結果を表１に示す。以上の結果から、第１透明基材と第２透明基材が概同一の材質のコーティング層を有する場合、面形状変化の少ない良好な接合レンズを得ることができた。

［比較例４］
第１透明基材の接着剤に接する面にコーティング層としてシリカを蒸着した以外は、比較例３と同様に接合レンズを作製し、評価を行った。

レンズを貼り合わせる際に生じる歪みは、光学素子の製造において、広く発生する課題であり、本発明は産業上の利用可能性が高い。

１０光学素子
１１第１透明基材
１２第２透明基材
１０１第１コーティング層
１０２第２コーティング層
１３接着層
１３０接着剤
Ｌ入射光
Ｌ_Ｃ屈折光（Ｃ線）
Ｌ_Ｆ屈折光（Ｆ線）
ｆ_Ｃ焦点（Ｃ線）
ｆ_Ｆ焦点（Ｆ線）
２１台座
２５光源

Claims (14)

1. 第１透明基材、第２透明基材、及び前記第１透明基材と前記第２透明基材との間に設けられる接着層を含む光学素子であって、
   さらに、
   前記第１透明基材の上にあり、前記接着層と接する第１コーティング層と、
   前記第２透明基材の上にあり、前記接着層と接する第２コーティング層を有し、
   前記第１コーティング層の材質の主成分と前記第２コーティング層の材質の主成分が一致し、
   前記第１コーティング層の材質の主成分の割合をＸ_Ａ質量％、前記第２コーティング層の材質の主成分の割合をＸ_Ｂ質量％とすると、８／１０≦Ｘ_Ａ／Ｘ_Ｂ≦１０／８が成り立つことを特徴とする光学素子。
2. 前記第１コーティング層と前記第２コーティング層が主成分としてＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第１コーティング層は前記第１透明基材と接し、前記第２コーティング層は前記第２透明基材と接していることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
4. 前記第１コーティング層及び前記第２コーティング層の厚みは各々５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
5. 外径Ｄと厚さｔがｔ／Ｄ＜０．０２を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学素子。
6. 前記接着層の厚みが０．１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学素子。
7. 前記接着層の厚さの最大値と前記接着層の厚さの最小値の差が５μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。
8. 前記接着層の弾性率が０．１ＧＰａ以上１．０ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光学素子。
9. 第１透明基材、第２透明基材、および接着層を含む光学素子の製造方法であって、
   前記第１透明基材のいずれかの面の上に第１コーティング層を設ける工程、
   前記第２透明基材のいずれかの面の上に第２コーティング層を設ける工程、
   前記第１コーティング層および前記第２コーティング層の間に接着剤を充填する充填工程、および
   接着剤を硬化する硬化工程を含み、
   前記第１コーティング層の材質の主成分と前記第２コーティング層の材質の主成分が一致し、
   前記第１コーティング層の材質の主成分の割合をＸ_Ａ質量％、前記第２コーティング層の材質の主成分の割合をＸ_Ｂ質量％とすると、８／１０≦Ｘ_Ａ／Ｘ_Ｂ≦１０／８が成り立つことを特徴とする製造方法。
10. 前記接着剤が光硬化性樹脂であることを特徴とする請求項９に記載の光学素子の製造方法。
11. 前記第１コーティング層は前記第１透明基材と接するように、前記第２コーティング層は前記第２透明基材と接するように設けられることを特徴とする請求項９または１０に記載の光学素子の製造方法。
12. 前記第２透明基材は凹レンズであり、
    前記接着剤は前記第２コーティング層の上に載置されることを特徴とする請求項１１に記載の光学素子の製造方法。
13. 筐体と、該筐体内に配置された少なくとも１つのレンズを有する光学系と、を含む光学機器であって、
    前記レンズの少なくとも１つが、請求項１から８のいずれか１項に記載の光学素子であることを特徴とする光学機器。
14. 筐体と、前記筐体内に配置された少なくとも１つのレンズを有する光学系と、前記光学系を通過した光を受光する撮像素子と、を含む撮像装置であって、
    前記レンズの少なくとも１つが、請求項１から８のいずれか１項に記載の光学素子であることを特徴とする撮像装置。

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