JP7418096B2 - Optical elements, optical instruments and imaging devices - Google Patents
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Description
本発明は、複数の光学要素からなる光学素子、それを有する光学機器および撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an optical element including a plurality of optical elements, an optical device having the same, and an imaging device.
複数の光学要素からなる光学素子は、レンズとしてデジタルカメラやビデオカメラなどの光学系に用いられ、小型で、かつ、高い光学性能を有することが求められている。このような光学素子では、異種材料を組み合わせて用いることにより、一種の材料では達成できない性能が得られる。例えば、色収差を低減させる光学素子として、特許文献1は、樹脂、ガラスなどの光学要素を複数含む光学素子を提案している。 Optical elements consisting of a plurality of optical elements are used as lenses in optical systems such as digital cameras and video cameras, and are required to be small and have high optical performance. In such optical elements, by using a combination of different materials, performance that cannot be achieved with a single material can be obtained. For example, as an optical element that reduces chromatic aberration, Patent Document 1 proposes an optical element that includes a plurality of optical elements such as resin and glass.
異種材料の光学要素を組み合わせた光学素子は、材料間の密着力が低いことや、温度変化による特性が異なるため、形状の変形が起こりやすく、クラックや亀裂が生じやすいという問題がある。その問題を解決するため、特許文献2は、温湿度による膨張収縮変形による応力の発生を抑制した光学素子を提案している。 Optical elements that combine optical elements made of different materials have the problem of being easily deformed and prone to cracks and fissures due to low adhesion between the materials and differences in properties due to temperature changes. In order to solve this problem, Patent Document 2 proposes an optical element that suppresses the generation of stress due to expansion and contraction deformation due to temperature and humidity.
しかしながら、線膨張係数が大きく異なる光学要素を用いた光学素子の場合、特許文献2に規定されているように挟み込む光学要素の線膨張係数を揃えても、光学素子の変形や、光学要素間の界面で剥がれが起こり易い。 However, in the case of optical elements using optical elements with greatly different linear expansion coefficients, even if the linear expansion coefficients of the optical elements to be sandwiched are made the same as specified in Patent Document 2, deformation of the optical element or the gap between the optical elements may occur. Peeling easily occurs at the interface.
この界面での剥がれを解決するために、例えば、熱硬化または光硬化樹脂材料を光学要素に成形した後に、接着剤で形成する接着層でもう一方の光学要素と張り合わせ、変形を抑えることが知られている。高温にすると弾性率が大幅に低くなる接着層は、異なる2つの光学要素の界面における剥がれを良好に防止できる。しかし、このような接着層を用いた光学素子は、高温にした後に元の温度に戻した場合の面形状変化が大きくなり光学性能が低下するおそれがあった。 In order to solve this problem of peeling at the interface, it is known that, for example, after molding a thermosetting or photocuring resin material into an optical element, it is attached to another optical element with an adhesive layer formed with an adhesive to suppress deformation. It is being An adhesive layer whose elastic modulus becomes significantly lower when heated to high temperatures can effectively prevent peeling at the interface between two different optical elements. However, in an optical element using such an adhesive layer, when the temperature is raised to high temperature and then returned to the original temperature, the change in surface shape becomes large and the optical performance may deteriorate.
本発明は、異なる材料の光学要素の剥がれを防止しつつ、加熱前後の面形状変化が少ない光学素子を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical element that exhibits little change in surface shape before and after heating while preventing peeling of optical elements made of different materials.
本発明の光学素子は、ガラス又はプラスチックからなる第1の光学要素及び第3の光学要素と、光学樹脂からなる第2の光学要素と、を有する光学素子であって、前記第1の光学要素と前記第2の光学要素との対向面及び/又は前記第2の光学要素と第3の光学要素との対向面は、接着樹脂層で接合されており、前記第1の光学要素は、前記第2の光学要素に対向する面において凸形状であり、前記第3の光学要素は、前記第2の光学要素に対向する面において凹形状であり、前記接着樹脂層の20℃の押し込み弾性率をEad1、60℃の押し込み弾性率をEad2としたとき、下記式(1)を満たし
0.2≦Ead2/Ead1≦0.5 (1)
前記第1の光学要素及び前記第3の光学要素の20℃から60℃の線膨張係数を各々α1及びα3としたとき、下記式(2)を満たす
0.25≦α1/α3<1.0 (2)
ことを特徴とする。
The optical element of the present invention is an optical element having a first optical element and a third optical element made of glass or plastic, and a second optical element made of optical resin, wherein the first optical element and the opposing surface of the second optical element and/or the opposing surface of the second optical element and the third optical element are joined with an adhesive resin layer, and the first optical element is The third optical element has a convex shape on the surface facing the second optical element, and the third optical element has a concave shape on the surface facing the second optical element, and the indentation modulus of the adhesive resin layer at 20° C. When Ead1 is the indentation modulus at 60°C and Ead2 is the indentation modulus at 60°C, the following formula (1) is satisfied: 0.2≦Ead2/Ead1≦0.5 (1)
When the coefficients of linear expansion from 20°C to 60°C of the first optical element and the third optical element are α1 and α3, respectively, the following formula (2) is satisfied: 0.25≦α1/α3<1.0 (2)
It is characterized by
本発明によれば、異なる光学要素の剥がれを防止しつつ、高温にした後に室温に戻した場合の面形状変化が少ない光学素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical element in which peeling of different optical elements is prevented and the surface shape changes less when the temperature is returned to room temperature after being heated to a high temperature.
以下に、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
(光学素子)
本発明の実施形態である光学素子は、図1に示すように、少なくとも3つの光学要素で構成されている。光学素子10は、少なくとも第1の光学要素11と、第2の光学要素12と、第3の光学要素13を有している。第1の光学要素11と第2の光学要素12との対向面及び/又は第2の光学要素12と第3の光学要素13との対向面は、接着剤から形成される接着層14で接合されている。以下に、第2の光学要素12と第3の光学要素13とが接着層14で接合されている例を用いて説明する。
(optical element)
As shown in FIG. 1, an optical element according to an embodiment of the present invention is composed of at least three optical elements. The
第1の光学要素11は、第2の光学要素12に対向する面が凸形状となっている。第1の光学要素11としては例えば、ガラスやプラスチックを用いることができる。温度変化による体積変化が小さいという観点で、第1の光学要素11には、ガラスを用いることが好ましい。第1の光学要素の線膨張係数は30×10-7/℃以上81×10-7/℃以下が好ましい。
The first
第2の光学要素は、光軸L方向の最大厚みt2cが0.3mm以上10mm以下のものを用いることができる。最大厚みt2cは、好ましくは0.3mm以上2.0mm以下である。光軸Lは、光学素子10を光の入射方向から見たときの光学素子10の中心を通る。そのため、最大厚みt2cは、第1光学要素11もしくは第3光学要素13の中心を始点とした法線方向の厚みと換言することができる。第2の光学要素12としては、例えば、樹脂などの有機材料を用いることができる。第2の光学要素12に用いる樹脂としては、例えば、d線の屈折率ndが1.60以上1.67以下、アッベ数νdが16.7以上21.5以下、部分分散比θgFが0.70以上0.76以下のものを用いることができる。このようなθgFが高い材料を用いることにより、可視光の中の短波長の光の色収差を効率的に低減する光学系を設計することができる。
The second optical element may have a maximum thickness t2c in the direction of the optical axis L of 0.3 mm or more and 10 mm or less. The maximum thickness t2c is preferably 0.3 mm or more and 2.0 mm or less. The optical axis L passes through the center of the
このような第2の光学要素12に用いる樹脂としては、例えば、アクリロイル基又はメタクリロイル基を有する下記一般式(1)で示される化合物が重合又は共重合したものを用いることができる。
As the resin used for such a second
〔式(1)において、X及びYは、それぞれ下記に示される置換基から選択されるいずれかの置換基である。 [In formula (1), X and Y are each a substituent selected from the substituents shown below.
R1及びR2は、それぞれ水素原子、炭素数1乃至2のアルキル基及び(メタ)アクリロイル基から選択されるいずれかの置換基である。Z1及びZ2は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、炭素数1乃至2のアルコキシ基、炭素数1乃至2のアルキルチオ基、無置換の炭素数1乃至2のアルキル基及び下記式(3)に示す置換基から選択されるいずれかの置換基である。
R 1 and R 2 are each a substituent selected from a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, and a (meth)acryloyl group. Z 1 and Z 2 are each a hydrogen atom, a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 2 carbon atoms, an alkylthio group having 1 to 2 carbon atoms, an unsubstituted alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, and the following formula (3). Any substituent selected from the substituents shown.
a及びbは、それぞれ0乃至2のいずれかの整数である。aが2のとき2つのZ1は、同じであってもよいし異なっていてもよい。bが2のとき2つのZ2は、同じであってもよいし異なっていてもよい。〕
a and b are each an integer from 0 to 2. When a is 2, the two Z 1 's may be the same or different. When b is 2, the two Z 2 's may be the same or different. ]
第3の光学要素13は、第2の光学要素に対向する面で、凹形状となっている。第3の光学要素13としては、例えば、ガラス又はプラスチックを用いることができる。温度変化による体積変化が小さいという観点で、第3の光学要素13としては、ガラスを用いることが好ましい。第3の光学要素13の線膨張係数は、66×10-7/℃以上136×10-7/℃以下が好ましい。
The third
接着層14を形成する接着剤は、例えば、アクリル系光硬化性樹脂、エポキシ系硬化樹脂等を用いることができる。これらの中で、成形性に優れているので、アクリル系光硬化樹脂を用いることが好ましい。接着層14は、20℃の弾性率をEad1、60℃の弾性率をEad2としたとき、下記式(1)を満たす。
0.2≦Ead2/Ead1≦0.5 (1)
The adhesive forming the
0.2≦Ead2/Ead1≦0.5 (1)
0.2>Ead2/Ead1だと、高温時に接着層14の弾性率が低くなり過ぎて光学要素界面で剥がれが発生する。また、Ead2/Ead1>0.5だと、高温にしたときに接着層弾性変形しにくいので光学要素の界面で剥がれが発生する。
If 0.2>Ead2/Ead1, the elastic modulus of the
本実施形態の式(1)を満たす接着層14は、60℃の弾性率が20℃の弾性率に比較して低く、高温の時に変形しやすい。したがって、線膨張係数の差が大きい複数の光学要素を接合した光学素子10において、高温にしたときに生じる光学要素の剥がれを抑制することができる。また、接着層14の厚みは特に限定されないが、例えば10μm以上30μm以下である。
The
式(1)を満たす高温の時に熱変形しやすい接着層を用いた光学素子10は、高温にした後に元の温度に戻した場合に、接着層の形状が変化して光学性能が低下するという課題を本発明者が見出した。これは、接着層を高温にした後に元の温度に戻した場合、元の形状に対して、接着層は曲率が小さくなる(曲率半径が大きくなる)ように変形するためである。
The
本実施形態の光学素子10は、第1の光学要素11及び第3の光学要素13の20℃から60℃の線膨張係数を各々α1及びα3としたとき、下記式(2)を満たす。
0.25≦α1/α3<1.0 (2)
The
0.25≦α1/α3<1.0 (2)
本実施形態の光学素子10は、式(2)を満たすと、第3の光学要素13が接着層14の曲率を大きくする方に作用するので、高温にした後に元の温度に戻した場合の接着層14の形状変化を抑えて光学性能の低下を防止することができると考えられる。
In the
光学素子10が、0.25>α1/α3の場合は、第1の光学要素11と第3の光学要素13の線膨張係数が大きく異なるので、接着層14を高温にしたときの形状変化が大きくなり、元の温度に戻しても形状変化が残ってしまい光学性能が低下する。α1/α3≧1.0の場合は、接着層14を高温にした後に元の温度に戻したときに、接着層14の形状変化を元に戻す復元力が小さいので、高温にした後に室温に戻した場合の面形状変化が大きくなる。
When the
第1の光学要素11、第2の光学要素12及び第3の光学要素13の20℃から60℃の線膨張係数をそれぞれα1、α2、α3とする。本実施形態光学素子10は、下記式(3)及び下記式(4)を満たすと、光学要素界面での剥がれを抑制することができる。
9.0≦α2/α1≦24.5 (3)
5.0≦α2/α3≦11.0 (4)
The linear expansion coefficients of the first
9.0≦α2/α1≦24.5 (3)
5.0≦α2/α3≦11.0 (4)
また、第2の光学要素12の光軸L方向の最大の厚さをt2c、外径の厚さをt2eとしたとき、下記式(5)を満たす場合、接着層14の形状変化を元に戻す復元力が大きくなるので好ましい。
0.005≦t2e/t2c<0.95 (5)
Further, when the maximum thickness in the optical axis L direction of the second
0.005≦t2e/t2c<0.95 (5)
また、t2e/t2cは、下記式(6)を満たすことがより好ましい。
0.005≦t2e/t2c≦0.05 (6)
Moreover, it is more preferable that t2e/t2c satisfy the following formula (6).
0.005≦t2e/t2c≦0.05 (6)
(光学機器)
図6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6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に対して着脱可能ないわゆる交換レンズである。
(optical equipment)
FIG. 6 shows the configuration of a single-lens reflex digital camera, which is an example of a preferred embodiment of the imaging device of the present invention. In FIG. 6, a
被写体からの光は、レンズ鏡筒601の筐体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て撮影される。本発明の光学素子は例えば、レンズ603、605に用いることができる。
Light from an object is photographed by passing through an optical system including a plurality of
ここで、レンズ605は内筒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。
Here, the
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受光(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。
During the observation period before photographing, light from the subject is reflected by the
(光学素子の製造方法)
本実施形態の光学素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
(Manufacturing method of optical element)
A method for manufacturing an optical element according to this embodiment will be described with reference to the drawings.
まず、図2(a)のように、第1の光学要素11であるガラスと型15との間に、未硬化の紫外線硬化樹脂12aを充填する。
First, as shown in FIG. 2A, uncured ultraviolet
次に、図2(b)のように、未硬化の紫外線硬化樹脂12aに第1の光学要素11側から紫外線を照射して、第1の光学要素11のガラスの上に、第2の光学要素12としての紫外線硬化樹脂を設ける。
Next, as shown in FIG. 2(b), the uncured ultraviolet
図2(c)に示すように、第2の光学要素12の第1の光学要素11と接していない面側に、不図示のディスペンサー等を用いて紫外線硬化樹脂を含有する接着剤14aを塗工する。
As shown in FIG. 2(c), an adhesive 14a containing an ultraviolet curable resin is applied to the side of the second
図2(d)に示すように、第2の光学要素12の紫外線硬化樹脂と、凹形状の第3の光学要素13であるガラスとを接着剤14aで接合する。そして、接着剤14aに、第3の光学要素13側から紫外線を照射して、接着層14を設けることにより光学素子10を得る。
As shown in FIG. 2(d), the ultraviolet curing resin of the second
光学素子の製造方法は光学要素の成形及び接合順が変化してもよく、凹形状の第3の光学要素13に第2の光学要素12を成形し、その後、接着剤14aにより第1の光学要素11を接合して作成しても良い。
In the method for manufacturing an optical element, the order of molding and joining the optical elements may be changed, and the second
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the Examples described below unless it exceeds the gist thereof.
実施例・比較例では、下記の方法で測定・評価した。 In Examples and Comparative Examples, measurements and evaluations were made using the following methods.
(熱耐久性)
光学素子の熱耐久性の評価では、まず、光学素子を20℃から60℃に40分かけて昇温した後、60℃で10分保持した後、室温20℃の環境で冷却した。次に、冷却開始から1時間後に光学素子の温度が25℃以下になっていることを確認した。そして、第1の光学要素11と第3の光学要素13の面形状をレーザー干渉計GPI(ZYGO社製)で計測して、その面形状の変化をニュートンリングに換算し、判定した。光学要素の面形状の設計値を球面Rとした時、Rが小さくなる方向に変化した場合をプラス、大きくなる方向に変化した場合をマイナスとした。熱耐久性は、以下の基準で評価した。
(thermal durability)
In evaluating the thermal durability of the optical element, first, the temperature of the optical element was raised from 20°C to 60°C over 40 minutes, held at 60°C for 10 minutes, and then cooled at room temperature of 20°C. Next, one hour after the start of cooling, it was confirmed that the temperature of the optical element was 25° C. or lower. Then, the surface shapes of the first
A:第1の光学要素11と第3の光学要素13のニュートンリングの変化がそれぞれ±3本以内であり、かつ第1の光学要素11と第3の光学要素13の合計のニュートンリングの変化が4本以内であり熱耐久性が高い。
A: The change in the Newton rings of the first
B:第1の光学要素11又は第3の光学要素13のニュートンリングの変化が±3本を越えている、又は第1の光学要素11と第3の光学要素13の合計のニュートンリングの変化が4本を超えていて熱耐久性に改善の余地がある。
B: The change in the Newton rings of the first
(弾性率)
紫外線硬化樹脂、接着層などの弾性率は、光学素子を切断して作成した測定用のサンプルを用いて測定した。具体的には、弾性率は、ナノインデンターG200(Keysight Technologies社製)を用いて測定した。弾性率の温度依存性を測定するために、加熱ステージを用いて20℃から60℃まで1分に2℃昇温する設定において、10℃ごとの弾性率を測定した。
(Modulus of elasticity)
The elastic modulus of the ultraviolet curing resin, adhesive layer, etc. was measured using a measurement sample prepared by cutting an optical element. Specifically, the elastic modulus was measured using Nanoindenter G200 (manufactured by Keysight Technologies). In order to measure the temperature dependence of the elastic modulus, the elastic modulus was measured at every 10° C. using a heating stage set to raise the temperature from 20° C. to 60° C. by 2° C. per minute.
(線膨張係数)
紫外線硬化樹脂、接着層などの線膨張係数は、光学素子を切断して作成した測定用のサンプルにより、TMA法を用いた熱機械分析装置で測定した。具体的には、測定用サンプルに対し、一定の荷重をかけた状態で温度を変化させた場合の伸縮を測定した。温度は、20℃から80℃までを10分かけて昇温し、10分間80℃で保持した後に、80℃から20℃まで10分かけて降温した。通常、初回の測定値は誤差を大きく反映しやすいため、温度の上げ下げを1サイクルとし、3サイクルの測定を行った後、初回を除く2回のデータから平均値を算出し、線膨張係数とした。
(linear expansion coefficient)
The linear expansion coefficients of the ultraviolet curable resin, adhesive layer, etc. were measured using a measurement sample prepared by cutting the optical element using a thermomechanical analyzer using the TMA method. Specifically, the expansion and contraction of the measurement sample was measured when the temperature was changed while a constant load was applied. The temperature was raised from 20°C to 80°C over 10 minutes, held at 80°C for 10 minutes, and then lowered from 80°C to 20°C over 10 minutes. Normally, the first measurement value tends to reflect large errors, so after measuring 3 cycles of increasing and decreasing the temperature, calculate the average value from the data of 2 times excluding the first time, and calculate the coefficient of linear expansion. did.
(剥がれ)
光学素子を作成した後、オーブンで高温にすることにより剥がれの試験を行った。具体的には、作成した光学素子をオーブンに投入し、20℃から60℃までを4時間かけて昇温し、60℃で1時間保持した後、60℃から20℃まで4時間かけて降温した。剥がれの確認は、降温後1時間経ったものについて顕微鏡観察を行い、剥がれの有無を確認した。顕微鏡観察の結果、はがれが観測されなかったものをAとした。評価がAの光学素子は耐久性が高い光学素子であったことを意味する。また、顕微鏡観察の結果、はがれが1つ以上観測されたものをBとした。評価がBの光学素子は、耐久性に改善の余地があることを意味する。
(Peeling)
After creating the optical element, a peeling test was conducted by heating it in an oven at a high temperature. Specifically, the created optical element was placed in an oven, heated from 20°C to 60°C over 4 hours, held at 60°C for 1 hour, and then lowered from 60°C to 20°C over 4 hours. did. Peeling was confirmed by microscopic observation of the samples 1 hour after the temperature was lowered to confirm the presence or absence of peeling. As a result of microscopic observation, those in which no peeling was observed were rated A. An optical element with a rating of A means that it was an optical element with high durability. Further, as a result of microscopic observation, one or more peelings were observed as B. An optical element rated B means that there is room for improvement in durability.
(実施例1)
実施例1は、図1に示す形状の光学素子を作製した。
(Example 1)
In Example 1, an optical element having the shape shown in FIG. 1 was manufactured.
第1の光学要素11の光学ガラス(20℃の弾性率118GPa、20℃から60℃までの線膨張係数62×10-7/℃)と型15の間に、未硬化のアクリル系UV硬化樹脂12aを塗工した。第1の光学要素11の側から高圧水銀ランプ(EXECURE250、HOYA CANDEO OPTRONICS(株))を用いて紫外線を照射して、アクリル系UV硬化樹脂を硬化した。紫外線の照射条件は、25mW/cm2、200秒で行った。このようにして、第1の光学要素11のガラスの上に、第2の光学要素12のアクリル系UV硬化樹脂(20℃の弾性率2.6GPa、線膨張係数728×10-7/℃)を設けた。第2の光学要素12の光軸方向の厚みは1mmであり、外周の厚みは0.05mmであった。
Between the optical glass of the first optical element 11 (elastic modulus 118 GPa at 20°C, linear expansion coefficient 62×10 -7 /°C from 20°C to 60°C) and the
その後、第2の光学要素12の第1の光学要素11と接していない面に、接着剤14aを塗工して、第2の光学要素12と第3の光学要素13を接合した。接着剤14aは、アクリル系UV硬化樹脂を用いており、紫外線の照射条件は、10mW/cm2、100秒で行った。このようにして接着剤14a硬化された接着層14は、20℃の弾性率が0.65GPaであり、60℃の弾性率は0.23GPaであり、60℃の弾性率に対する20℃の弾性率の比は0.35であった。また、接着層14の厚みは20μmであった。第3の光学要素13は、光学ガラス(20℃の弾性率が90GPa、20℃から60℃までの線膨張係数が66×10-7/℃)を用いた。
Thereafter, the adhesive 14a was applied to the surface of the second
実施例1の光学素子の構成および評価結果を、表1にまとめた。 The configuration and evaluation results of the optical element of Example 1 are summarized in Table 1.
(比較例1)
比較例1は、第1の光学要素11と第3の光学要素13を表1に記載するものに替えた以外は実施例1と同様に光学素子を製造した。具体的には、第1の光学要素11、第3の光学要素13をともに、20℃の弾性率が118GPa、20℃から60℃までの線膨張係数69×10-7/℃の光学ガラスを用いた。
(Comparative example 1)
In Comparative Example 1, an optical element was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the first
比較例1の光学素子の構成および評価結果を、表1にまとめた。 The configuration and evaluation results of the optical element of Comparative Example 1 are summarized in Table 1.
(実施例2)
実施例2は、図3の形状の光学素子を製造した。
(Example 2)
In Example 2, an optical element having the shape shown in FIG. 3 was manufactured.
実施例2は、第1の光学要素21は、20℃の弾性率が82GPa、20℃から60℃までの線膨張係数が30×10-7/℃の光学ガラスを用いた。第2の光学要素22は20℃の弾性率が2.6GPa、20℃から60℃までの線膨張係数が728×10-7/℃のアクリル系UV硬化樹脂を用いた。第2の光学要素22は、第1の光学要素21上に成形され、その光軸方向の最大厚みは1mmであり、外周の厚みは0.03mmであった。
In Example 2, the first
第3の光学要素23は、弾性率が76GPa、線膨張係数が117×10-7/℃の光学ガラスを用いた。これらを変更した以外は、実施例1と同様にして光学素子を製造した。
For the third
実施例2の光学素子の構成および評価結果を、表1にまとめた。 The configuration and evaluation results of the optical element of Example 2 are summarized in Table 1.
(比較例2)
比較例2は、図3の形状の光学素子を製造した。
(Comparative example 2)
In Comparative Example 2, an optical element having the shape shown in FIG. 3 was manufactured.
第1の光学要素21は、20℃の弾性率が82GPa、20℃から60℃の線膨張係数30×10-7/℃の光学ガラスを用いた。第2の光学要素22は、20℃の弾性率が2.6GPa、20℃から60℃の線膨張係数728×10-7/℃のアクリル系UV硬化樹脂を用いた。第2の光学要素22は第1の光学要素21上に成形され、その光軸方向の最大厚みは1mmであり、外周の厚みは0.03mmであった。第3の光学要素23は20℃の弾性率70GPa、20℃から60℃の線膨張係数が145×10-7/℃の光学ガラスを用いた。これらを変更した以外は、実施例1と同様にして光学素子を製造した。
The first
比較例2の光学素子の構成および評価結果を、表1にまとめた。 The configuration and evaluation results of the optical element of Comparative Example 2 are summarized in Table 1.
(実施例3)
実施例3は、図4の形状の光学素子を製造した。
(Example 3)
In Example 3, an optical element having the shape shown in FIG. 4 was manufactured.
実施例3では、第1の光学要素31は、20℃の弾性率80GPa、20℃から60℃の線膨張係数72×10-7/℃の光学ガラスを用いた。第2の光学要素32は20℃の弾性率2.6GPa、20℃から60℃の線膨張係数728×10-7/℃のアクリル系UV硬化樹脂を用いた。第2の光学要素32は第1の光学要素31上に成形され、その光軸方向の最大厚みは1mmであり、外周の厚みは0.01mmであった。
In Example 3, the first
第3の光学要素33は、20℃の弾性率76GPa、20℃から60℃の線膨張係数が117×10-7/℃の光学ガラスを用いた。接着層34の20℃の弾性率は1.87GPaであり、60℃時の弾性率は0.63GPaであり、60℃時の弾性率に対すると20℃時の弾性率の比は0.34であった。また、接着層34の厚みは20μmであった。これらの材料・構成以外は実施例1と同様にして、光学素子を製造した。
The third
実施例3の光学素子の構成および評価結果を、表1にまとめた。 The configuration and evaluation results of the optical element of Example 3 are summarized in Table 1.
(実施例4)
実施例4は、図1の形状の光学素子を製造した。実施例4では、第1の光学要素11は、20℃の弾性率78GPa、20℃から60℃の線膨張係数81×10-7/℃の光学ガラスを用いた。第2の光学要素12は20℃の弾性率2.6GPa、20℃から60℃の線膨張係数728×10-7/℃のアクリル系UV硬化樹脂を用いた。第2の光学要素12は第1の光学要素11上に成形され、その光軸方向の最大厚みは1mmであり、外周の厚みは0.05mmであった。第3の光学要素13は20℃の弾性率70GPa、20℃から60℃の線膨張係数136×10-7/℃の光学ガラスを用いた。接着層14の20℃の弾性率は0.31GPaであり、60℃時の弾性率は0.15GPaであり、60℃の弾性率に対する20℃時の弾性率の比は0.48であった。また、接着層14の厚みは20μmであった。これらの材料・構成以外は実施例1と同様にして、光学素子を製造した。
(Example 4)
In Example 4, an optical element having the shape shown in FIG. 1 was manufactured. In Example 4, the first
実施例4の光学素子の構成および評価結果を、表1にまとめた。 The configuration and evaluation results of the optical element of Example 4 are summarized in Table 1.
(実施例5)
実施例5は、図1の形状の光学素子を製造した。実施例5では、第1の光学要素11は、20℃の弾性率80GPa、20℃から60℃の線膨張係数72×10-7/℃の光学ガラスを用いた。第2の光学要素12は20℃の弾性率2.6GPa、20℃から60℃の線膨張係数728×10-7/℃のアクリル系UV硬化樹脂を用いた。第2の光学要素12は光学要素11上に成形され、その光軸方向の最大厚みは1mmであり、外周の厚みは0.05mmであった。
(Example 5)
In Example 5, an optical element having the shape shown in FIG. 1 was manufactured. In Example 5, the first
第3の光学要素13は20℃の弾性率76GPa、20℃から60℃の線膨張係数117×10-7/℃の光学ガラスを用いた。接着層14の20℃の弾性率は0.62GPaであり、60℃時の弾性率は0.13GPaであり、60℃時の弾性率に対する20℃時の弾性率の比は0.21であった。また、接着層14の厚みは20μmであった。これらの材料・構成以外は実施例1と同様にして、光学素子を製造した。
The third
実施例5の光学素子の構成および評価結果を、表1にまとめた。 The configuration and evaluation results of the optical element of Example 5 are summarized in Table 1.
(実施例6)
実施例6は、図5の形状の光学素子を製造した。第1の光学要素41は、20℃の弾性率118GPa、20℃から60℃の線膨張係数62×10-7/℃の光学ガラスを用いた。第2の光学要素42は、20℃の弾性率2.6GPa、20℃から60℃の線膨張係数728×10-7/℃のアクリル系UV硬化樹脂を用いた。第2の光学要素42は第1の光学要素41上に成形され、その光軸方向の最大厚みは2mmであり、外周の厚みは0.01mmであった。第3の光学要素43は20℃の弾性率76GPa、20℃から60℃の線膨張係数117×10-7/℃の光学ガラスを用いた。これらの材料・構成以外は実施例1と同様にして、光学素子を製造した。
(Example 6)
In Example 6, an optical element having the shape shown in FIG. 5 was manufactured. The first
実施例6の光学素子の構成および評価結果を、表1にまとめた。 The configuration and evaluation results of the optical element of Example 6 are summarized in Table 1.
(光学要素界面での剥がれ)
実施例1の光学素子において、表2に示すように弾性率が異なる接着層を用いて、光学要素間での剥がれの発生を観察した。
(Peeling at the optical element interface)
In the optical element of Example 1, adhesive layers having different elastic moduli as shown in Table 2 were used to observe the occurrence of peeling between the optical elements.
弾性率が異なる接着層を用いた参考例1~6の接着層の弾性率および評価結果は、表2のようになった。 Table 2 shows the elastic modulus and evaluation results of the adhesive layers of Reference Examples 1 to 6 in which adhesive layers having different elastic moduli were used.
10、20、30、40 光学機器
11、21、31、41 第1の光学要素
12、22、32、42 第2の光学要素
13、23、33、43 第3の光学要素
14、24、34、44 接着層
10, 20, 30, 40
Claims (11)
前記第1の光学要素と前記第2の光学要素との対向面及び/又は前記第2の光学要素と第3の光学要素との対向面は、接着樹脂層で接合されており、
前記第1の光学要素は、前記第2の光学要素に対向する面において凸形状であり、
前記第3の光学要素は、前記第2の光学要素に対向する面において凹形状であり、
前記接着樹脂層の20℃の押し込み弾性率をEad1、60℃の押し込み弾性率をEad2としたとき、下記式(1)を満たし
0.2≦Ead2/Ead1≦0.5 (1)
前記第1の光学要素及び前記第3の光学要素の20℃から60℃の線膨張係数を各々α1及びα3としたとき、下記式(2)を満たすことを特徴とする光学素子。
0.25≦α1/α3<1.0 (2) An optical element comprising a first optical element and a third optical element made of glass or plastic, and a second optical element made of optical resin,
The opposing surfaces of the first optical element and the second optical element and/or the opposing surfaces of the second optical element and the third optical element are joined with an adhesive resin layer,
The first optical element has a convex shape on a surface facing the second optical element,
The third optical element has a concave shape on a surface facing the second optical element,
When the indentation modulus of the adhesive resin layer at 20°C is Ead1 and the indentation modulus at 60°C is Ead2, the following formula (1) is satisfied: 0.2≦Ead2/Ead1≦0.5 (1)
An optical element that satisfies the following formula (2), where linear expansion coefficients from 20° C. to 60° C. of the first optical element and the third optical element are α1 and α3, respectively.
0.25≦α1/α3<1.0 (2)
9.0≦α2/α1≦24.5 (3)
5.0≦α2/α3≦11.0 (4) The optical element according to any one of claims 1 to 3, which satisfies the following formula (3) and the following formula (4) when the linear expansion coefficient from 20 °C to 60 °C of the second optical element is α2. .
9.0≦α2/α1≦24.5 (3)
5.0≦α2/α3≦11.0 (4)
0.005≦t2e/t2c<0.95 (5) The optical element according to any one of claims 1 to 4, which satisfies the following formula (5), where the maximum thickness in the optical axis direction of the second optical element is t2c, and the outer diameter thickness is t2e. .
0.005≦t2e/t2c<0.95 (5)
0.005≦t2e/t2c≦0.05 (6) The optical element according to claim 5, wherein the t2e/t2c satisfies the following formula (6).
0.005≦t2e/t2c≦0.05 (6)
前記第3の光学要素の線膨張係数が、66×10-7/℃以上136×10-7/℃以下の範囲である請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光学素子。 The linear expansion coefficient of the first optical element is in the range of 30×10 −7 /°C or more and 81×10 −7 /°C or less,
The optical element according to any one of claims 1 to 6, wherein the third optical element has a linear expansion coefficient in a range of 66×10 −7 /°C or more and 136×10 −7 /°C or less.
前記レンズの少なくとも1つが請求項1乃至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。 An optical device comprising a housing and an optical system including a plurality of lenses within the housing,
An optical device characterized in that at least one of the lenses is an optical element according to any one of claims 1 to 8.
前記レンズの少なくとも1つが請求項1乃至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。 An imaging device comprising a housing, an optical system including a plurality of lenses within the housing, and an imaging element that receives light passing through the optical system,
An imaging device characterized in that at least one of the lenses is an optical element according to any one of claims 1 to 8.
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