JP4785430B2 - 光学素子、該光学素子を有する光学機器 - Google Patents
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Description
近年においては、装置の小型化に伴って、内部の光学素子も小型化が強く要求される場合が多くなってきており、また精度に対する要求がより強くなってきている。光学素子の小型化によって、取り付けのために固定部を大きくすることが困難になってきている一方、さらに、このような小型化された光学素子を保持、固定する際の、光学有効面への歪みの影響を低減することがより一層必要となってきている。
すなわち、本発明の光学素子は、光学有効面が形成された光学有効部と、
連結部を介して前記光学有効部と繋がる保持部と、
を備える光学素子であって、
前記保持部は、前記光学有効面が形成された側に前記光学素子を固定するための平面部を備え、
前記光学有効面と前記平面部との間に段差が設けられると共に、
前記連結部の前記光学有効面が形成された側に、前記保持部の厚さの半分以下の深さの溝部が形成されていることを特徴としている。
また、本発明の光学機器は、上記した光学素子を有することを特徴としている。
[参考例1]
参考例1は、本発明を適用して光学反射面を有する光学素子を構成した。
図1に、本参考例の光学素子の構成の斜視図を示す。
図1において、101は光学素子である。
102は、光学素子101における光束を反射するための反射膜が蒸着された光学有効面であり、この光学有効面は光学素子101の中の光学有効部の一つの面である。
103(a)および103(b)は光学素子101を固定(保持)するための固定平面部(固定部、或いは保持部としても良いし、この光学素子を保持する保持部材と接着やビス等を介して連結される部分という意味で連結部と称しても良い)103である。
図2(a)に、上記した光学素子を光学有効面側から見た構成を示す。
また、図2(b)に図2(a)の光学素子のB−B断面の構成を示す。
本参考例では、図2(b)に示されるように光学有効面102が非回転対称な面形状、いわゆる自由曲面で構成されている。したがって、固定平面部103を平面で構成するために、固定平面部103と自由曲面で構成された光学有効面102との間には、図2(b)に示されるように段差が設けられている。
本参考例では、固定平面部103の光学有効面102側に、4箇所の切り欠き部201(a)、(b)、(c)、(d)が設けられている。
図に示す切り欠き幅(固定部が光学素子を挟む方向、つまり図2(a)における左右方向に関する切り欠き幅)b1は、0.1mm(より好ましくは0.5mm)以上3mm(より好ましくは1mm)以下とする。このように固定平面部の切り欠き幅を設定することにより、光学素子の固定(保持)により光学有効面102に発生する歪みを低減する(無くす)ことができる。このような切り欠き部201(a)、(b)、(c)、(d)によって、固定平面部の一部が光学有効部を直接支持する梁部として機能する。
ここで、本参考例では、切り欠き部201(a)、(b)、(c)、(d)としているが、必ずしもこの構成とは限らず、別の形状の凹部(切り欠き部)であっても構わない。但し、この凹部(切り欠き部)を設けることによって、固定平面部を固定した際等(その他熱応力や衝撃による力等)に固定平面部に働く力による、光学有効面(実際に光を反射したり屈折したりする面)の変形量を低減する(好ましくは無くす)ことが可能な構成とすることが望ましい。その一手段としては、固定平面部に働く力の、光学有効部への伝達率を低減する、或いは、光学有効部に対して力が働いたとしても、光学有効面があまり変形しないようにするために、光学有効部に伝達された力が働く位置(本参考例においては2つの梁部を結ぶ直線上)に対して、光学有効面の位置を離すと良い。ここで、「光学有効部に伝達された力が働く位置に対して、光学有効面の位置を離す」とは、少なくとも交わらない、より好ましくは一方の梁部と他方の梁部との距離の1/50(好ましくは1/10)以上離すことが望ましい。
図3に、本参考例の光学素子の固定方法についての説明図を示す。
図3に示すように、切り欠き部より光学有効面102と反対側の斜線部を固定部301(a)、(b)、(c)、(d)とする。この固定部301(a)、(b)、(c)、(d)の範囲内に接着剤を塗布して、この光学素子101を筐体に固定する。
このように、固定部301(a)、(b)、(c)、(d)の範囲内に接着剤を塗布することによって、光学有効面とを繋ぐ梁部に対する接着剤の硬化収縮によって発生する歪みが、光学有効面102に伝播して光学有効面形状を変形させ、光学性能を劣化させるのを防ぐことができる。
また、a1とb2を長くすることによって接着面積を大きくすることができ、接着強度を高めることが可能となる。これにより、要求される接着強度に応じてa1とb2を決めることが可能となり、光学素子全体の形状を決めることができる。
本参考例によれば、以上の構成によって接着剤の硬化収縮によって発生する歪みを、光学有効面102に伝播することを低減することができ、反射光学素子において厚みを薄くすることが可能となる。特に、固定による歪みの影響を受けやすい非回転対称な面形状を有する光学素子において有用である。また、上記切り欠き部は、プレス成形や射出成形において光学有効面を形成する際に同時に作製することが可能であり、後加工をすることなく一体で作製することができる。
また、図2(b)に示されるように光学有効面102の裏面側を平面である図を示したが、これに限定されるわけではない。光学有効面102には反射膜が成膜されているが、固定部103にも成膜されていても構わない。
本参考例中では切り欠き部201は接着剤の逃げ部を兼ねていたが、固定による歪みを光学有効面102に伝播させないための切り欠き部201とは別の切り欠き部や溝部を設けても良い。
また、切り欠き部201は4箇所でなくてもよい。さらに本参考例中では切り欠き量a1とa2の長さを等しくしているが、これに限定するものではなく、等しくなくても構わないし、中心に対して左右対称ではなく全ての切り欠き量の長さを変えてもよい。
参考例2は、本発明を適用して参考例1とは異なる形態の光学素子を構成した。
図4に、本参考例の光学素子の構成の斜視図を示す。
図4において、401は光学素子である。
402は、光学素子401における光束を反射するための反射膜が蒸着された光学有効面である。
403(a)および403(b)は、光学素子101を固定するための固定平面部である。
図5(a)に、上記した光学素子を光学有効面側から見た構成を示す。
また、図5(b)に図5(a)の光学素子のB−B断面の構成を示す。
本参考例では、図5(b)に示されるように光学有効面402が非回転対称な面形状、いわゆる自由曲面で構成されている。したがって、固定平面部403を平面で構成するために、固定平面部403と自由曲面で構成された光学有効面402との間には、図5(b)に示されるように段差が設けられている。
固定平面部403と光学有効面402との境界部位に、切り欠き部501を4箇所設けている。この切り欠きによって、固定部と光学有効部に分けられ、L2で示す部位が前記光学有効部と固定部とを繋ぐ梁の役割を果たしている。従って、この梁部が破断しないための力学的特性を持つように、L2、b3、と図5(b)に示す固定部の厚みt2を決めることができる。
図6に、本参考例の光学素子の固定方法についての説明図を示す。
図6に示すように、切り欠き部より光学有効面402と反対側の斜線部を固定部601(a)、(b)、(c)、(d)とする。その固定部601にビス穴602(a)、(b)、(c)、(d)を設けておく。ビス穴602は各固定部601に設けなくてもよい。ビスの頭の投影線を点線で図中に示す。ビスの頭が梁部までかかってしまうとビス留めによる固定歪みが光学有効面402に伝播してしまうため、この点線で示すビスの頭が固定部601内に入るようにビス留めする位置を決め、この光学素子401を筐体に固定する。
本参考例によれば、以上の構成によってビスの固定によって発生する歪みを、光学有効面402に伝播することを低減できる。
また、図5(b)に光学有効面402の裏面側を平面である図を示したが、これに限定されるわけではない。光学有効面402には反射膜が成膜されているが、固定部403にも成膜されていても構わない。
本参考例中では切り欠き部501は4箇所であるが、これに限定されるものではない。さらに本参考例中では切り欠き量a3とa4の長さを等しくしているが、これに限定するものではなく、等しくなくても構わないし、中心に対して左右対称ではなく全ての切り欠き量の長さを変えてもよい。
実施例として、本発明を適用した光学素子の構成例について説明する。
図8に、本実施例の光学素子の構成の斜視図を示す。
また、図9に図8の光学素子のB−B断面の構成を示す。
図8において、801は光学素子である。
802は、光学素子801における光束を反射するための反射膜が蒸着された光学有効面である。
803(a)および803(b)は、光学素子801を固定するための固定平面部である。
本実施例では、図9に示されるように光学有効面802が非回転対称な面形状、いわゆる自由曲面で構成されている。したがって、固定平面部803を平面で構成するために、固定平面部803と自由曲面で構成された光学有効面802との間には、図9に示されるように段差が設けられている。
光学有効面802と固定平面部803の段差を設けている部位に、溝部804(a)、(b)が左右それぞれに設けられている。
図9に示すようにこの溝部804によって、固定部と光学有効部に分けられ、光学有効部と固定部とを繋ぐ梁901(a)、(b)の役割を果たしている。
したがって、図に示すように溝部804の掘り込み量t4はこの梁901が破断しないための力学的特性を持つように、固定部の厚みt3と掘り込み量t4を決めることができる。
また、光学素子801を成形型によって作製する場合、従来例のように掘り込み量t4を固定平面部803の厚みt3の半分以上にしてしまうと、成形材料の流れを悪くしてしまうこととなるが、本実施例では上記のように掘り込み量t4を浅くすることができるから、この点でも有利である。また、本実施例のように光学有効面802と固定平面部803とに段差を設けた構成によれば、接着剤がはみだした場合にも、影響を受けにくくする点等においても有利である。
図10に、本実施例の光学素子の固定方法についての説明図を示す。
図10の斜線で示すように、溝部804を軸に光学有効面802と反対側の固定平面部803を固定部1001(a)、(b)とする。この固定部1001の範囲内に接着剤を塗布して、この光学素子801を筐体に固定する。
固定部1001の範囲内に接着剤を塗布することによって、光学有効面とを繋ぐ梁部に対する接着剤の硬化収縮によって発生する歪みが、光学有効面802に伝播して光学有効面形状を変形させ、光学性能を劣化させることを防ぐことができる。
また、溝部804は塗布しすぎた接着剤の逃げ部にもなるため、均一な接着剤層を形成することができる。溝部とは別に接着剤の逃げ部のために別の溝部を設けても良い。
また、L3、b5を長くすることによって接着面積を大きくすることができ接着強度を高めることが可能であるために、求める接着強度に応じてL3とb5を決めることが可能となり、光学素子全体の形状を決めることができる。
図11(a)のように光学有効面802と固定平面部803の間に段差がなければ、接着剤1101が溝部をはみ出し光学有効面の近辺まで付着し、接着剤1101の硬化収縮による歪みの影響を光学有効面802に及ぼす可能性が生じる。しかし、図11(b)のように光学有効面802と固定平面部803との間に段差を設けることによって、溝部804を超えた接着剤1101が付着するのは光学有効面802のある部位の下部であり、光学有効面に影響を及ぼす可能性が低くなる。
本実施例によれば、以上の構成によって、接着剤の硬化収縮等の固定による歪みを、光学有効面802に伝播することを低減することができる。また、上記溝部は、プレス成形や射出成形において光学有効面を形成する際に同時に作製することが可能であり、後加工をすることなく一体で作製することができる。
また、光学有効面802には反射膜が成膜されているが、固定平面部803にも成膜されていても構わない。
また、実施例では溝部804は半円状としたが、これ以外の矩形状などの形状でも良く、成形型を抜くためにテーパ部を設けてもよい。
また、溝部804は接着剤の逃げ部を兼ねていたが、固定による歪みを光学有効面802に伝播させないための溝部804とは別の切り欠き部や溝部を設けても良い。
さらに、溝部804は固定部と光学有効部の間を全て横切っているが、この限りでなく間欠的に光学有効部の間を横切るようにしても良い。また、中心に対して左右対称ではなく全ての切り欠き量の長さを変えてもよい。
以上、光学素子の実施例について説明してきたが、本実施例の光学素子は反射型光学素子(ミラー)であっても構わないし、透過型光学素子(例えば屈折力のあるレンズ、回折光学素子)であっても構わないし、またダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッター或いは波長板や偏光板等であっても構わない。
また、本実施例の光学素子は様々な光学機器に適用することができる。本実施例の光学素子を用いた光学機器としては、例えば、撮像レンズ(交換レンズ)、撮像装置(カメラ)、ヘッドマウントディスプレイ(メガネ型画像表示装置)、プロジェクター(液晶プロジェクター等)等が考えられる。勿論ここで記載した光学機器以外の光学機器に適用しても構わない。
本実施例を適用した光学素子は、光学有効面の変形を小さく(好ましくは変形が無く)することができるため、面精度が特に高い位置に適用することが望ましい。例えば、液晶パネル等(画像表示素子)で光変調を行うプロジェクター等に適用する場合には、液晶パネルの後段に配置することが好ましく、光源で発光を制御して光変調を行い、その光を走査光学系を用いて走査するプロジェクター等に適用する際には、走査光学系の後に配置することが好ましい。
また、本明細書に記載した様々な実施例は、任意に組み合わせて用いても構わない。
102:光学有効面
103:固定平面部
201:切り欠き部
301:固定部
Claims (5)
- 光学有効面が形成された光学有効部と、
連結部を介して前記光学有効部と繋がる保持部と、
を備える光学素子であって、
前記保持部は、前記光学有効面が形成された側に前記光学素子を固定するための平面部を備え、
前記光学有効面と前記平面部との間に段差が設けられると共に、
前記連結部の前記光学有効面が形成された側に、前記保持部の厚さの半分以下の深さの溝部が形成されていることを特徴とする光学素子。 - 前記光学有効面には反射膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
- 前記溝部は、前記光学素子を接着剤により固定する際の前記接着剤の逃げ部を兼ねていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光学素子。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学素子を有することを特徴とする光学機器。
- 前記光学素子が、前記平面部に塗布された接着剤を介して他の部材と接着固定されていることを特徴とする請求項4に記載の光学機器。
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