WO2021153185A1 - 光学素子、光学系、及び光学装置 - Google Patents

光学素子、光学系、及び光学装置 Download PDF

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WO2021153185A1
WO2021153185A1 PCT/JP2021/000349 JP2021000349W WO2021153185A1 WO 2021153185 A1 WO2021153185 A1 WO 2021153185A1 JP 2021000349 W JP2021000349 W JP 2021000349W WO 2021153185 A1 WO2021153185 A1 WO 2021153185A1
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lens
bonding layer
optical element
base material
optical
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PCT/JP2021/000349
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French (fr)
Inventor
公介 高山
Original Assignee
Ａｇｃ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses

Definitions

  • the present disclosure relates to optical elements, optical systems, and optical devices.
  • Patent Document 1 describes a wafer lens technique in which an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin is molded on a glass base material by an imprint method, and a lens is molded on the glass base material. Wafer lenses contribute to the compactification of optical systems.
  • Patent Document 2 describes an optical system in which a lens (condensing lens) and an optical filter are integrated.
  • a lens condensing lens
  • an optical filter When a wafer lens is used in such an optical system, the thickness is reduced, so that the wafer lens contributes to making the optical system compact.
  • Patent Document 3 describes a laminate in which a resin lens and a glass optical filter (specifically, an infrared filter) are laminated.
  • a resin lens and a glass optical filter specifically, an infrared filter
  • the optical filter may come off due to the difference between the linear expansion coefficient of the resin and the linear expansion coefficient of the glass. The sex becomes high. Therefore, in the laminate described in Patent Document 3, the lens and the optical filter are adhered to each other outside the effective range of the lens and the optical filter for the purpose of suppressing peeling.
  • Non-Patent Document 1 describes a general formula for warping of a laminated board composed of a plurality of layers. This general formula is based on the premise that a plurality of layers are uniformly deformed.
  • the lens before joining is not supported by the glass base material, it may warp due to stress generated during lens molding and moisture absorption after molding.
  • the lens is joined in a warped state, the error between the curved surface of the lens and its ideal curved surface is large, and aberration of the lens occurs.
  • One aspect of the present disclosure provides a technique capable of reducing an error between a curved surface of a lens and an ideal curved surface thereof when a resin lens and a glass base material are bonded by a bonding layer.
  • the optical element includes a glass base material, a lens made of a resin, and a bonding layer for joining the glass base material and the lens.
  • the straightness of the interface between the glass substrate and the bonding layer is 3.0 ⁇ m or less, and the difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer is smaller than 5.0 ⁇ m.
  • the cross section is obtained by cutting the effective range of the lens with a cutting line.
  • the effective range of the lens is the range through which the light of the lens passes.
  • the cutting line is set at a position that passes through the optical axis of the lens and has the longest length of the cutting line when viewed from a direction parallel to the optical axis of the lens.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an optical element according to an embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
  • FIG. 2 is a plan view showing an optical element according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the deviation between the curved surface of the lens and the ideal curved surface.
  • FIG. 4 is a diagram showing the maximum width of the deviation of FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an optical element according to a modified example.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the relationship between Young's modulus and warpage obtained by the finite element method.
  • the optical element 10 has a glass base material 11, a lens 12 made of a resin material, and a bonding layer 13 for joining the glass base material 11 and the lens 12.
  • a bonding layer 13 for example, OCA (Optical Clear Adhesive) double-sided tape is used.
  • a liquid adhesive or the like may be used instead of the double-sided tape.
  • the glass base material 11 has a bonding surface 11a in contact with the bonding layer 13 and a non-bonding surface 11b opposite to the bonding surface 11a.
  • the glass base material 11 is, for example, a flat plate.
  • the joint surface 11a may be flat, and the non-joint surface 11b may not be flat. Further, the glass base material 11 may have an antireflection layer on the bonded surface 11a or the non-bonded surface 11b.
  • the optical element 10 includes the lens 12 on only one side of the glass base material 11 in the present embodiment, the lens 12 may be included on both sides of the glass base material 11.
  • the glass base material 11 has a flat first joint surface 11a and a flat second joint surface 11b opposite to the first joint surface 11a.
  • One lens 12 is bonded to the first bonding surface 11a via the bonding layer 13, and another lens 12 is bonded to the second bonding surface 11b via the bonding layer 13.
  • the glass base material 11 may transmit a part of the wavelength band of light used in the optical system, and may reflect or absorb the other part. That is, the glass substrate 11 may have an optical filter function that reflects or absorbs light in a part of the wavelength band.
  • the glass material used for the glass base material 11 a material having a reflection function or an absorption function for any one or more of infrared rays, visible light, and ultraviolet rays may be used.
  • the glass base material 11 has an optical functional layer having a reflecting function or an absorbing function for any one or more of infrared rays, visible light, and ultraviolet rays on the bonded surface 11a or the non-bonded surface 11b. You may.
  • an optical functional layer an optical multilayer film having a metal, a semiconductor, a dielectric, or the like, or an organic film containing an organic dye, a pigment, or the like may be used.
  • the glass base material 11 is formed in a rectangular shape when viewed from a direction parallel to the optical axis 12e of the lens 12.
  • the term "rectangle” includes a square. Further, the "rectangle” includes a shape with chamfered corners.
  • the shape of the glass base material 11 is not limited to a rectangle when viewed from a direction parallel to the optical axis 12e of the lens 12, and may be circular or elliptical.
  • the shape of the lens 12 and the shape of the bonding layer 13 are the same as the shape of the glass base material 11.
  • FIGS. 1 and 2 viewing from a direction parallel to the optical axis 12e of the lens 12 (Z-axis direction) is also hereinafter referred to as "planar view".
  • the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are perpendicular to each other
  • the Z-axis direction is parallel to the optical axis 12e of the lens 12
  • the Y-axis direction is It is a direction perpendicular to the cross section 14
  • the X-axis direction is a direction parallel to the cross section 14. The same is true in FIG.
  • the thickness of the glass base material 11 is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.14 mm or more.
  • the thickness of the glass base material 11 is calculated as an average value of the thicknesses at 11 points that divide the effective range 12c of the lens 12 described later into 10 equal parts in the cross section 14 described later.
  • the thickness of the glass base material 11 is 0.1 mm or more, the glass base material 11 can be provided with sufficient rigidity to correct the warp of the lens 12.
  • the thickness of the glass base material 11 is preferably 1.00 mm or less, more preferably 0.70 mm or less. When the thickness of the glass base material 11 is 1.0 mm or less, the thickness of the optical element 10 can be sufficiently reduced.
  • the lens 12 has a joint surface 12a in contact with the joint layer 13 and a curved surface 12b opposite to the joint surface 12a.
  • the lens 12 refracts light on the curved surface 12b.
  • the curved surface 12b may have a spherical shape or an aspherical shape.
  • the curved surface 12b may be convex as shown in FIG. 1 or concave as shown in FIG.
  • the lens 12 may have a coating such as an antireflection layer on the curved surface 12b or the joint surface 12a.
  • the bonding layer 13 is formed on either the bonding surface 11a of the glass substrate 11 or the bonding surface 12a of the lens 12 before the glass substrate 11 and the lens 12 are bonded, and is preferably formed on the bonding surface 11a of the glass substrate 11. It is formed. Unlike the bonding surface 12a of the lens 12, the bonding surface 11a of the glass base material 11 hardly warps before bonding, and is therefore suitable for forming the bonding layer 13.
  • the lens 12 before joining may warp due to stress generated during molding of the lens 12, moisture absorption after molding, and the like.
  • the bonding layer 13 is formed by a pressure-sensitive adhesive such as double-sided tape.
  • the pressure-sensitive adhesive is an adhesive that adheres the glass base material 11 and the lens 12 only by applying pressure at room temperature.
  • Examples of pressure-sensitive adhesives include SANCUARY OP (manufactured by Sun A. Kaken Co., Ltd.), SANCUARY DH (manufactured by Sun A. Kaken Co., Ltd.), SANCUARY DK (manufactured by Sun A. Kaken Co., Ltd.), Optically Clear Adhesive 8146-1, 8171CL (Sumitomo 3M Ltd.).
  • the bonding layer 13 having a uniform thickness can be easily formed. If the joint layer 13 having a uniform thickness is formed on the joint surface 11a of the glass base material 11 and then the joint surface 12a of the lens 12 is brought into close contact with the joint layer 13 without any gap, the joint surface 12a of the lens 12 can be straightened flat. .. As a result, the curved surface 12b of the lens 12 can be corrected to the ideal curved surface 12f. As described above, the bonding layer 13 may be formed on the bonding surface 12a of the lens 12 instead of the bonding surface 11a of the glass substrate 11, and then the bonding layer 13 is formed on the bonding surface 11a of the glass substrate 11. You may make close contact without a gap. In this case as well, the joint surface 12a of the lens 12 can be straightened flat.
  • the bonding layer 13 may be formed of a liquid adhesive such as a UV curable type, a thermosetting type, a humidity curable type, or a two-component curable type. Since the liquid adhesive can flow, a jig for straightening the curved surface 12b of the lens 12 to the ideal curved surface 12f is used. The jig straightens the curved surface 12b of the lens 12 to the ideal curved surface 12f, and the adhesive is cured with the lens 12 and the glass base material 11 sandwiching the adhesive. As the jig for correcting the curved surface 12b of the lens 12, the mold used for molding the lens 12 may be used.
  • a liquid adhesive such as a UV curable type, a thermosetting type, a humidity curable type, or a two-component curable type. Since the liquid adhesive can flow, a jig for straightening the curved surface 12b of the lens 12 to the ideal curved surface 12f is used. The jig straightens the curved surface 12b
  • the bonding layer 13 may be formed of a coating type adhesive that develops adhesiveness by coating and drying.
  • a coater is used so that the thickness of the coating adhesive is evenly applied.
  • the coater uniformly applies the coating type adhesive to the joint surface 11a of the glass base material 11. In this case, the joint surface 11a of the glass base material 11 is required to be flat.
  • the pressure-sensitive adhesive is preliminarily molded into a tape shape on a sheet different from the glass base material 11 and the like.
  • the thickness of the bonding layer 13 is preferably 0.001 mm or more, more preferably 0.005 mm or more, and further preferably 0.010 mm or more.
  • the thickness of the bonding layer 13 is calculated as an average value of the thicknesses at 11 points that divide the effective range 12c of the lens 12 described later into 10 equal parts in the cross section 14 described later.
  • the bonding layer 13 can be deformed so as to absorb scratches and the like on the bonding surfaces 11a and 12a, and the formation of bubbles can be suppressed.
  • the bonding layer 13 can be deformed so as to wrap the particles adhering to the bonding surfaces 11a and 12a, and the glass base material 11 or the lens 12 is locally deformed. Can be suppressed.
  • the thickness of the bonding layer 13 is preferably 0.050 mm or less, more preferably 0.030 mm or less, and further preferably 0.025 mm or less.
  • the thickness of the bonding layer 13 is 0.050 mm or less, the deformation of the bonding layer 13 can be suppressed after the glass base material 11 and the lens 12 are bonded, and the deformation return of the lens 12 can be suppressed.
  • the straightness of the interface 15 between the glass base material 11 and the bonding layer 13 is 3.0 ⁇ m or less, and the difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13 is smaller than 5.0 ⁇ m. ..
  • the cross section 14 is obtained by cutting the effective range 12c of the lens 12 along the cutting line 12d.
  • the effective range 12c of the lens 12 is the range through which the light of the lens 12 passes.
  • the thickness of the light passing through the lens 12 is defined by the diaphragm hole of the diaphragm portion. The diaphragm portion narrows down the light incident on the lens 12 with a diaphragm hole.
  • the effective range 12 of the lens 12 is the range through which the light formed on the image sensor of the camera passes.
  • the cutting line 12d is set at a position where it passes through the optical axis 12e of the lens 12 and has the longest length of the cutting line 12d when viewed from a direction parallel to the optical axis 12e of the lens 12.
  • the effective range 12c of the lens 12 is a rectangle when viewed from a direction parallel to the optical axis 12e of the lens 12, the diagonal line of the rectangle is the cutting line 12d. If the effective range 12c of the lens 12 is circular when viewed from a direction parallel to the optical axis 12e of the lens 12, the diameter thereof is the cutting line 12d. Further, if the effective range 12c of the lens 12 is an ellipse when viewed from a direction parallel to the optical axis 12e of the lens 12, the long axis thereof is the cutting line 12d.
  • the straightness of the interface 15 between the glass base material 11 and the bonding layer 13 is 3.0 ⁇ m or less, and the difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13. Is smaller than 5.0 ⁇ m. Therefore, the joint surface 12a of the lens 12 can be straightened flat, and the curved surface 12b of the lens 12 can be straightened to the ideal curved surface 12f. Therefore, the aberration of the lens 12 can be suppressed.
  • the straightness of the interface 15 between the glass base material 11 and the bonding layer 13 is preferably 2.0 ⁇ m or less, more preferably 1.0 ⁇ m or less. In the cross section 14, the straightness of the interface 15 between the glass base material 11 and the bonding layer 13 is 0 ⁇ m or more. The straightness is measured in the effective range 12c of the lens 12.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13 is preferably smaller than 3.0 ⁇ m, more preferably smaller than 1.5 ⁇ m. In the cross section 14, the difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13 is 0 ⁇ m or more. The difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13 is measured in the effective range 12c of the lens 12.
  • the deviation between the curved surface 12b of the lens 12 and the ideal curved surface 12f is evaluated by the maximum width ⁇ hmax of the height difference ⁇ h in the direction parallel to the optical axis 12e of the lens 12.
  • the horizontal axis is the distance from the optical axis 12e
  • the vertical axis is ⁇ h.
  • ⁇ h and ⁇ hmax are measured in the cross section 14, and are measured in the effective range 12c of the lens 12. Since ⁇ h is calculated by subtracting the height of the ideal curved surface 12f from the height of the curved surface 12b, both positive and negative values can be taken.
  • ⁇ hmax is 0 ⁇ m or more.
  • the upper limit of ⁇ hmax is determined according to the type of the optical system, but is preferably 5.0 ⁇ m or less, more preferably 3.0 ⁇ m or less.
  • the ideal curved surface is the design shape of the lens, which is estimated that the optical system of the optical device functions optimally optically when designing the optical device.
  • An optical simulator such as ZEMAX (ZEMAX, USA) can be used for the design.
  • Optically optimally functioning means that the optical function targeted by the optical device can be realized in the most balanced manner.
  • the magnitude relationship between the glass base material 11, the lens 12, and the bonding layer 13 is not particularly limited when viewed from a direction parallel to the optical axis 12e of the lens 12. However, as shown in FIG. 2, it is preferable that at least the entire effective range 12c of the lens 12 overlaps the bonding layer 13 and the glass base material 11.
  • the curved surface 12b of the lens 12 can be corrected to the ideal curved surface 12f over the entire effective range 12c, and ⁇ hmax can be reduced.
  • E k represents the elastic modulus of the k-th layer (k is a natural number of 1 or more and n or less).
  • ⁇ k represents the coefficient of linear expansion of the kth layer.
  • Z k represents the position in the thickness direction of the interface between the k-th layer and the k + 1-th layer.
  • Z 0 represents the position in the thickness direction of the interface between the first layer and air
  • Z n denotes the position in the thickness direction of the interface between the n-th layer and the air. Therefore, Z k- Z k-1 represents the thickness of the k-th layer.
  • t represents the temperature difference from the reference temperature.
  • K represents the curvature of the interface between the first layer and air. The curvature K is caused by the temperature difference t. When the temperature difference t is zero, the curvature K is zero.
  • the warp ⁇ H corresponding to the curvature K can be obtained by the following equation (2).
  • the warp ⁇ H is the height difference at the interface between the first layer and air. The height difference is measured at the center and edge of the interface. When the curvature K is zero, the warp ⁇ H is zero.
  • W represents the width of the bonding layer 13.
  • the warp due to the temperature change of the laminated body can be estimated by using the above equations (1) and (2).
  • the unit of E k is [MPa].
  • the unit of Z k is [mm].
  • the unit of ⁇ k is [/ ° C].
  • the unit of ⁇ H is [mm].
  • the unit of t is [° C.].
  • the above equation (1) is an equation for a model in which flat plates are laminated in Non-Patent Document 1, but it can also be applied to this embodiment.
  • the thickness of the lens 12 in the above equation (1) is the thickness of the thickest portion of the lens 12.
  • the thickness of the lens 12 is measured as the height of the lens 12 from the joint surface 12a.
  • the bonding layer 13 is sufficiently thin, for example, when the thickness of the bonding layer 13 is 1/5 or less with respect to the thickness of the lens 12, the calculation may be performed for the two layers of the glass base material 11 and the lens 12. good.
  • the following equation (3) is used instead of the above equation (1).
  • Hm indicates the thickness (unit: [mm]) of the thickest portion of the lens 12.
  • Em indicates Young's modulus (unit: [MPa]) of the lens 12.
  • ⁇ m indicates the coefficient of linear expansion (unit: [/ ° C.]) of the lens 12.
  • Hs indicates the thickness (unit: [mm]) of the glass base material 11.
  • Es indicates the Young's modulus (unit: [MPa]) of the glass base material 11.
  • ⁇ s indicates the coefficient of linear expansion (unit: [/ ° C.]) of the glass base material 11.
  • ⁇ T indicates the difference (unit: [° C.]) between the room temperature and the upper limit of the operating temperature range of the optical element 10 (that is, the maximum operating temperature of the optical element 10).
  • ⁇ T 25 ° C.
  • the warp ⁇ H calculated using the above equations (1) and (2) or the above equations (2) and (3) is preferably larger than 0.005 mm and more. It is preferably larger than 0.01 mm. Even when the warp ⁇ H calculated using the above equations (1) and (2) or the above equations (2) and (3) is large, the glass transition point and Young's modulus of the bonding layer 13 will be described later. If it is within the range of, the actual warp ⁇ HA is small.
  • the thickness of the lens 12, the thickness of the glass substrate 11, the thickness of the bonding layer 13, and the maximum width W of the bonding layer 13 can be determined by cross-sectional observation with an electron microscope (SEM) or an optical microscope (NEXIV VMZ (Nikon Ins Co., Ltd.). It can be measured using (Tech) etc.).
  • SEM electron microscope
  • NEXIV VMZ optical microscope
  • the maximum width W of the joining layer 13 is the length of the diagonal line of the rectangle.
  • the bonding layer 13 is circular in a plan view
  • the maximum width W of the bonding layer 13 is a circular diameter.
  • the maximum width W of the joint layer 13 is the length of the long axis of the ellipse.
  • the Young's modulus can be measured by the nanoindenter method, which is a compression test.
  • the measurement method of the nanoindenter method is described in, for example, ISO14577.
  • thermomechanical analyzer thermal analytical analyzer
  • JIS JIS standard
  • the glass base material 11, or the bonding layer 13 When measuring the Young's modulus or the coefficient of linear expansion of the lens 12, the glass base material 11, or the bonding layer 13, they may be measured in a bonded state or in a non-bonded state. May be good. Further, the measurement methods of the lens 12, the glass base material 11, and the bonding layer 13 may be different from each other. For the measurement of Young's modulus or coefficient of linear expansion, a test piece obtained by molding a material having the same chemical composition as the lens 12, the glass base material 11, or the bonding layer 13 into the dimensions and shape specified by JIS or the like is used. good.
  • the Young's modulus Es of the glass substrate 11 is 80,000 MPa
  • the coefficient of linear expansion ⁇ s of the glass substrate 11 is 1.3 ⁇ 10-5 / ° C.
  • the Young's modulus Em of the lens 12 is 2000 MPa
  • the coefficient of linear expansion of the lens 12 is
  • the maximum width W of the bonding layer 13 is 5 mm
  • ⁇ T is 25 ° C.
  • the focal length of the lens 12 changes.
  • Such a change in focal length causes aberrations in the optical system.
  • the aberration has an adverse effect such as blurring of the image.
  • the amount of aberration allowed varies depending on the optical system, but for example, the actual warp ⁇ HA due to the temperature change of the optical element 10 is preferably 0.010 mm or less, more preferably 0.005 mm or less.
  • the optical element 10 is adhered to the inside of a package such as a lens barrel, the temperature dependence of the warp of the optical element 10 itself may be constrained by the package and reduced.
  • the actual warp ⁇ HA due to the temperature change of the optical element 10 is preferably 0.020 mm or less, for example.
  • the above equations (1) to (3) are equations on the premise that the laminated bodies are joined and deformed uniformly.
  • the bonding layer 13 absorbs the difference in thermal expansion between the glass base material 11 and the lens 12. It has been found that the optical element 10 is easily deformed by shearing and the actual warp ⁇ HA due to a temperature change of the optical element 10 can be reduced.
  • the bonding layer 13 can absorb not only the difference in thermal expansion between the glass base material 11 and the lens 12 but also the heat shrinkage of the lens 12.
  • the actual warp ⁇ HA in consideration of the shear deformation of the joint layer 13 can be calculated by the finite element method.
  • FIG. 6 is a graph showing the result of calculating the actual warp ⁇ HA due to the temperature difference when the temperature difference between the operating temperature of the optical element 10 and the room temperature is 25 ° C. using the finite element method.
  • the shape of the joint layer 13 is rectangular in a plan view, and the diagonal length W (width) is 9 mm.
  • the thickness of the glass base material 11 is 0.2 mm
  • the thickness of the bonding layer 13 is 0.01 mm
  • the thickness of the lens 12 is 0.5 mm.
  • the lens 12 is a concave lens.
  • the calculation method of the finite element method is described in Jacob Fish “Finite Element Method” 2008/12/20, Maruzen and the like.
  • General-purpose finite element method calculation software (Abaqus, ANSYS, Solidworks Simulation, etc.) can be used for the calculation.
  • the Young's modulus of the glass substrate 11 is 80,000 MPa
  • the coefficient of linear expansion of the glass substrate 11 is 1.3 ⁇ 10-5 / ° C.
  • the Young's modulus of the lens 12 is 2000 MPa
  • the coefficient of linear expansion of the lens 12 is Is 1 ⁇ 10 -4 / ° C
  • the coefficient of linear expansion of the bonding layer 13 is 1 ⁇ 10 -4 / ° C.
  • the actual warp ⁇ HA when the Young's modulus of the bonding layer 13 was 0.1 MPa, 1 MPa, 10 MPa, and 100 MPa was calculated.
  • ⁇ HA is the height difference between the non-bonded surfaces 11b of the glass base material 11.
  • the height difference is the height difference between the center and the edge of the non-joining surface 11b.
  • Table 2 shows Young's modulus (MPa) and warpage ⁇ HA (mm) in FIG.
  • the ⁇ H calculated using the above equations (1) and (2) is 0.04 mm regardless of the Young's modulus of the bonding layer 13. Assuming that the thickness of the bonding layer 13 is sufficiently thin, ⁇ H calculated using the above equations (2) and (3) is 0.04 mm regardless of the Young's modulus of the bonding layer 13. On the other hand, as shown in FIGS. 6 and 2, when the Young's modulus of the bonding layer 13 is less than 100 MPa, it can be seen that the actual ⁇ HA is 0.033 mm or less.
  • the Young's modulus of the bonding layer 13 when the Young's modulus of the bonding layer 13 is 20 MPa or less, the actual ⁇ HA is 0.03 mm or less, which is preferable. When the Young's modulus of the bonding layer 13 is 10 MPa or less, the actual ⁇ HA is 0.025 mm or less, which is more preferable. When the Young's modulus of the bonding layer 13 is 2 MPa or less, the actual ⁇ HA is 0.01 mm or less, which is more preferable. When the Young's modulus of the bonding layer 13 is 0.6 MPa or less, the actual ⁇ HA is 0.005 mm or less, which is particularly preferable.
  • the lower limit of the Young's modulus of the bonding layer 13 is not particularly limited, but if it is 0.05 MPa or more, it is possible to prevent the position from changing when a load is applied to the lens.
  • the Young's modulus and the coefficient of linear expansion were assumed to be constant values independent of temperature, and the values at room temperature were used. However, in general, Young's modulus and coefficient of linear expansion change with temperature. Therefore, instead of using the value at room temperature as the value of Young's modulus or the coefficient of linear expansion, the average value in the temperature range from room temperature to the operating temperature may be used.
  • the resin material softens at a temperature higher than the glass transition point. Therefore, the glass transition point of the bonding layer 13 is a temperature below the upper limit of the operating temperature range of the optical element 10 or the optical member in which the optical element 10 is incorporated (for example, 85 ° C. or lower or 50 ° C. or lower) or close to the lower limit of the operating temperature range. It is preferably at (for example, 25 ° C. or lower). This is because if the glass transition point is within the operating temperature range, the bonding layer 13 softens in at least a part of the operating temperature range, and the Young's modulus decreases, so that the warp ⁇ HA becomes small.
  • the glass transition point of the bonding layer 13 is preferably 85 ° C.
  • the lower limit of the glass transition point of the bonding layer 13 may be ⁇ 130 ° C. or higher.
  • the glass transition point of the bonding layer 13 can be measured by using differential scanning calorimetry (DSC), differential thermal analysis (DTA), or the like.
  • DSC differential scanning calorimetry
  • DTA differential thermal analysis
  • the measuring method is described in, for example, the following standards.
  • JIS K 7121 2012 "Method for measuring transition temperature of plastics”.
  • W is preferably, for example, 20 mm or less, and more preferably 10 mm or less.
  • the linear expansion coefficient of the lens 12 is preferably small, specifically 1.2 ⁇ 10 -4 / ° C. or less, and 0.9 ⁇ More preferably, it is 10 -4 / ° C or lower.
  • the water absorption rate of the lens 12 is preferably 1.0% or less, more preferably 0.5% or less.
  • the water absorption rate can be measured by the method described in JIS K7209: 2000 "How to determine the plastic water absorption rate".
  • the above concept of reducing warpage is also effective when, for example, the optical element 10 is bonded to another member such as a package or another optical member.
  • another member such as a package or another optical member.
  • an optical unit is manufactured by adhering a glass base material 11 or a lens 12 and a package member having a different coefficient of linear expansion to the glass base material 11, an optical unit due to a temperature change is used as an adhesive by using a material having a small Young's modulus. Warpage of the unit is reduced.
  • the Young's modulus of the adhesive may be, for example, 2 MPa or less, or 0.6 MPa or less.
  • the optical element 10 can be applied to various optical systems.
  • the optical system include an optical system including a lens that cooperates with the optical element 10, an optical filter such as an antireflection filter or a bandpass filter, a cover glass, and an aperture in addition to the optical element 10.
  • the configuration of the optical system is not limited to the above configuration.
  • the above-mentioned optical element 10 or the above-mentioned optical system can be applied to various optical devices.
  • the optical device is, for example, an imaging device such as a camera, or a measuring device that projects light to measure a distance or shape.
  • the optical device is not limited to the above-mentioned imaging device and measuring device.
  • Examples 10 to 14 will be described.
  • Examples 10 to 11 are examples, and examples 12 to 14 are comparative examples.
  • Example 10 In Example 10, a circular glass substrate 11 having a diameter of 2.30 mm and a thickness of 0.20 mm was prepared as the glass substrate 11 before joining.
  • the glass of the glass substrate 11 was borosilicate glass.
  • the PV (Peak to Valley) value of the bonding surface 11a of the glass substrate 11 before bonding was 2.2 ⁇ m.
  • the PV value was measured with NewView6200 manufactured by Zygo. The method for measuring the PV value is the same in Examples 11 to 14 below.
  • a convex lens having an outer diameter of 2.20 mm in a plan view, a diameter of an effective range of 12c (optical effective diameter) of 2.00 mm, and a center thickness of 0.30 mm was prepared.
  • the convex lens had a flange having a width of 0.10 mm and a thickness of 0.03 mm on the outer circumference.
  • the PV value of the bonding surface 12a of the lens 12 before bonding was 13.3 ⁇ m.
  • ⁇ hmax which represents the deviation between the curved surface 12b of the lens 12 and the ideal curved surface 12f before joining
  • UA3P-550H manufactured by Panasonic Production Engineering Co., Ltd.
  • the frame was made by hollowing out a silicone sheet with a utility knife.
  • the curved surface 12b of the lens 12 was turned upward, the lens 12 was placed on the frame, and in that state, the optical axis 12e of the lens 12 was searched for by UA3P, and then "on-axis measurement" was performed to calculate ⁇ hmax.
  • a probe with a radius of curvature of 5 micrometers was used for the measurement.
  • the ⁇ hmax representing the deviation between the curved surface 12b of the lens 12 and the ideal curved surface 12f before joining was 13.8 ⁇ m.
  • the method for measuring ⁇ hmax is the same in Examples 11 to 14 below.
  • the optical element 10 was obtained by the following procedure. First, a pressure-sensitive adhesive LUCIACS CS986 (manufactured by Nitto Denko KK; thickness 0.025 mm) was attached as the bonding layer 13 to the entire bonding surface 11a of the glass substrate 11. Next, the joint surface 12a of the lens 12 was gently pressed by hand so as to be in close contact with the joint layer 13. As a result, the optical element 10 was obtained.
  • LUCIACS CS986 manufactured by Nitto Denko KK; thickness 0.025 mm
  • ⁇ hmax after joining was measured before obtaining the cross section 14 of the optical element 10.
  • the measurement of ⁇ hmax after joining was carried out in the same manner as the measurement of ⁇ hmax before joining.
  • the ⁇ hmax after joining was 2.2 ⁇ m.
  • the cross section 14 of the optical element 10 was obtained by the following procedure.
  • Epok812 set manufactured by Ohken Shoji Co., Ltd. was used as the resin for producing the test piece.
  • 100 mL of thermosetting epoxy resin manufactured by Ohken Shoji Co., Ltd.
  • Epok812, 89 mL of MNA methylnadic acid anhydride
  • DMP-30 polymerization accelerator; manufactured by Ohken Shoji Co., Ltd.
  • the epoxy resin was housed in a closed container, the pressure inside the closed container was reduced, and the epoxy resin was defoamed.
  • the epoxy resin was solidified at 60 ° C. for 12 hours using a constant temperature oven to prepare a test piece in which the optical element 10 was wrapped with the epoxy resin. Subsequently, the test piece was mechanically polished until the cross section 14 was exposed. Finally, the cross section 14 was mirror-polished by buffing.
  • NEXIV VMZ manufactured by Nikon Instec Co., Ltd.
  • the straightness of the interface 15 between the glass base material 11 and the bonding layer 13 was calculated by measuring the position of the interface 15 at a pitch of 20 ⁇ m using the scan caliper function of NEXIV. Its straightness was 0.8 ⁇ m.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13 was calculated by measuring the thickness of the bonding layer at 11 points that divide the effective range 12c of the lens 12 into 10 equal parts. The difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13 was 1.1 ⁇ m.
  • the straightness of the interface 15 between the glass base material 11 and the bonding layer 13 is 3.0 ⁇ m or less, and the difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13 is It was smaller than 5.0 ⁇ m.
  • the joint surface 12a of the lens 12 could be straightened flat, and the curved surface 12b of the lens 12 could be straightened to the ideal curved surface 12f.
  • the ⁇ hmax before joining was larger than 10 ⁇ m, while the ⁇ hmax after joining was 5.0 ⁇ m or less.
  • Example 11 In Example 11, as the glass base material 11 before joining, a rectangle having a long side of 3.40 mm and a short side of 2.60 mm and a thickness of 0.20 mm was prepared in a plan view.
  • the glass of the glass substrate 11 was borosilicate glass.
  • the joint surface 11a of the glass base material 11 before joining was curved in a concave shape, and its PV value was 2.6 ⁇ m.
  • a concave lens having a long side of 3.50 mm and a short side of 2.70 mm in a plan view was prepared.
  • the concave lens had a central thickness of 0.04 mm, a long side of the effective range of 3.20 mm, and a short side of the effective range of 2.40 mm.
  • the concave lens had a flange having a width of 0.15 mm and a thickness of 0.35 mm on the outer circumference.
  • the joint surface 12a of the lens 12 before joining was curved in a concave shape, and its PV value was 12.3 ⁇ m.
  • the ⁇ hmax representing the deviation between the curved surface 12b of the lens 12 and the ideal curved surface 12f before joining was 11.8 ⁇ m.
  • the optical element 10 was obtained by the following procedure. First, a pressure-sensitive adhesive Panaclean PD-S1 (manufactured by Panac Co., Ltd .; adhesive layer thickness 0.010 mm) was attached as a bonding layer 13 to the bonding surface 11a of the glass base material 11. Next, the lens 12 and the glass base material 11 were bonded to each other using a vacuum bonding device (ST-50 manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.).
  • the vacuum bonding device has an upper surface plate and a lower surface plate, and a silicone sheet, a glass base material 11, and a bonding layer 13 are fixed to the lower surface of the upper surface plate in this order, and a lens 12 is fixed to the upper surface of the lower surface plate. In this state, the upper surface plate and the lower surface plate were brought close to each other, and the lens 12 and the glass base material 11 were joined with a force of 50 N in a reduced pressure atmosphere of 20 Pa or less. As a result, the optical element 10 was obtained.
  • ⁇ hmax after joining was measured.
  • the ⁇ hmax after joining was 2.1 ⁇ m.
  • the cross section 14 of the optical element 10 was obtained by the same procedure as in Example 10.
  • the straightness of the interface 15 between the glass base material 11 and the bonding layer 13 was 1.1 ⁇ m.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13 was 0.8 ⁇ m.
  • the straightness of the interface 15 between the glass base material 11 and the bonding layer 13 is 3.0 ⁇ m or less, and the difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13 is It was smaller than 5.0 ⁇ m.
  • the joint surface 12a of the lens 12 could be straightened flat, and the curved surface 12b of the lens 12 could be straightened to the ideal curved surface 12f.
  • the ⁇ hmax before joining was larger than 10 ⁇ m, while the ⁇ hmax after joining was 5.0 ⁇ m or less.
  • Example 12 a circular glass substrate 11 having a diameter of 2.30 mm and a thickness of 0.20 mm was prepared as the glass substrate 11 before joining, as in Example 10.
  • the glass of the glass substrate 11 was borosilicate glass.
  • the PV value of the bonding surface 11a of the glass substrate 11 before bonding was 1.9 ⁇ m.
  • the lens 12 before joining is a circle having an outer diameter of 2.20 mm in a plan view, a diameter (optical effective diameter) of an effective range of 12c is 2.00 mm, and a center thickness is 0.30 mm.
  • the PV value of the bonding surface 12a of the lens 12 before bonding was 13.3 ⁇ m.
  • the ⁇ hmax representing the deviation between the curved surface 12b of the lens 12 and the ideal curved surface 12f before joining was 13.3 ⁇ m.
  • the optical element 10 was obtained by the following procedure, unlike Example 10. First, a UV curable adhesive WR5517 (manufactured by Kyoritsu Kagaku Sangyo Co., Ltd.) was quantitatively applied to the entire joint surface 12a of the lens 12 with a dispenser. Next, the glass base material 11 was placed on the adhesive, and after the adhesive had spread over the entire joint surface 11a of the glass base material 11, UV was irradiated to cure the adhesive. As a result, the optical element 10 was obtained.
  • a UV curable adhesive WR5517 manufactured by Kyoritsu Kagaku Sangyo Co., Ltd.
  • ⁇ hmax after joining was measured.
  • the ⁇ hmax after joining was 11.7 ⁇ m.
  • the cross section 14 of the optical element 10 was obtained by the same procedure as in Example 10.
  • the straightness of the interface 15 between the glass base material 11 and the bonding layer 13 was 0.9 ⁇ m.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13 was 11.5 ⁇ m.
  • Example 12 when the liquid UV curable adhesive was cured, the shape of the curved surface 12b of the lens 12 was not corrected, so that the maximum thickness of the bonding layer 13 was set in the cross section 14 after bonding.
  • the difference between the minimum values is 5.0 ⁇ m or more. Due to the joining, the joining surface 12a of the lens 12 could not be straightened flatly, and the ⁇ hmax after joining became larger than 5.0 ⁇ m.
  • Example 13 In Example 13, a circular glass substrate 11 having a diameter of 2.30 mm and a thickness of 0.20 mm was prepared as the glass substrate 11 before joining, as in Example 10.
  • the glass of the glass substrate 11 was borosilicate glass.
  • the PV value of the bonding surface 11a of the glass substrate 11 before bonding was 6.2 ⁇ m.
  • the lens 12 before joining is a circle having an outer diameter of 2.20 mm in a plan view, a diameter (optical effective diameter) of an effective range of 12c is 2.00 mm, and a center thickness is 0.30 mm.
  • the PV value of the bonding surface 12a of the lens 12 before bonding was 13.2 ⁇ m.
  • the ⁇ hmax representing the deviation between the curved surface 12b of the lens 12 and the ideal curved surface 12f before joining was 14.1 ⁇ m.
  • the optical element 10 was obtained by the following procedure in the same manner as in Example 10. First, a pressure-sensitive adhesive LUCIACS CS986 (manufactured by Nitto Denko KK; thickness 0.025 mm) was attached as the bonding layer 13 to the entire bonding surface 11a of the glass substrate 11. Next, the joint surface 12a of the lens 12 was gently pressed by hand so as to be in close contact with the joint layer 13. As a result, the optical element 10 was obtained.
  • LUCIACS CS986 manufactured by Nitto Denko KK; thickness 0.025 mm
  • ⁇ hmax after joining was measured.
  • the ⁇ hmax after joining was 5.8 ⁇ m.
  • the cross section 14 of the optical element 10 was obtained by the same procedure as in Example 10.
  • the straightness of the interface 15 between the glass base material 11 and the bonding layer 13 was 5.2 ⁇ m.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13 was 1.1 ⁇ m.
  • Example 13 since the PV value of the bonding surface 11a of the glass substrate 11 before bonding was too large, the straightness of the interface 15 between the glass substrate 11 and the bonding layer 13 was 3. It has become larger than 0 ⁇ m. Due to the joining, the joining surface 12a of the lens 12 could not be straightened flatly, and the ⁇ hmax after joining was larger than 5.0 ⁇ m.
  • Example 14 As the glass base material 11 before joining, a rectangle having a long side of 3.40 mm and a short side of 2.60 mm in a plan view and a thickness of 0.20 mm was prepared as in Example 11. ..
  • the glass of the glass substrate 11 was borosilicate glass.
  • the PV value of the bonding surface 11a of the glass substrate 11 before bonding was 1.8 ⁇ m.
  • a rectangular concave lens having a long side of 3.50 mm and a short side of 2.70 mm in a plan view was prepared as in Example 11.
  • the concave lens had a central thickness of 0.04 mm, a long side of the effective range of 3.20 mm, and a short side of the effective range of 2.40 mm.
  • the concave lens had a flange having a width of 0.15 mm and a thickness of 0.35 mm on the outer circumference.
  • the PV value of the bonding surface 12a of the lens 12 before bonding was 12.1 ⁇ m.
  • the ⁇ hmax representing the deviation between the curved surface 12b of the lens 12 and the ideal curved surface 12f before joining was 11.9 ⁇ m.
  • the optical element 10 was obtained by the following procedure in the same manner as in Example 12. First, a UV curable adhesive WR5517 (manufactured by Kyoritsu Kagaku Sangyo Co., Ltd.) was quantitatively applied to the entire joint surface 12a of the lens 12 with a dispenser. Next, the glass base material 11 was placed on the adhesive, and after the adhesive had spread over the entire joint surface 11a of the glass base material 11, UV was irradiated to cure the adhesive. As a result, the optical element 10 was obtained.
  • a UV curable adhesive WR5517 manufactured by Kyoritsu Kagaku Sangyo Co., Ltd.
  • ⁇ hmax after joining was measured.
  • the ⁇ hmax after joining was 13.1 ⁇ m.
  • the cross section 14 of the optical element 10 was obtained by the same procedure as in Example 10.
  • the straightness of the interface 15 between the glass base material 11 and the bonding layer 13 was 0.7 ⁇ m.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the bonding layer 13 was 11.0 ⁇ m.
  • Example 14 when the liquid UV curable adhesive was cured, the shape of the curved surface 12b of the lens 12 was not corrected, so that the maximum thickness of the bonding layer 13 was set in the cross section 14 after bonding.
  • the difference between the minimum values is 5.0 ⁇ m or more. Due to the joining, the joining surface 12a of the lens 12 could not be straightened flatly, and the ⁇ hmax after joining became larger than 5.0 ⁇ m.
  • the straightness of the interface 15 between the glass base material 11 and the bonding layer 13 is 3.0 ⁇ m or less in the cross section 14, and the straightness of the bonding layer 13 is 3.0 ⁇ m or less.
  • the difference between the maximum and minimum thickness values was less than 5.0 ⁇ m.

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Abstract

光学素子は、ガラス基材と、樹脂を材料とするレンズと、前記ガラス基材と前記レンズを接合する接合層とを有する。断面にて、前記ガラス基材と前記接合層の界面の真直度が３．０μｍ以下であって、且つ前記接合層の厚さの最大値と最小値の差が５．０μｍよりも小さい。前記断面は、前記レンズの有効範囲を切断線で切ったものである。前記レンズの有効範囲は、前記レンズの光の通る範囲である。前記切断線は、前記レンズの光軸に対して平行な方向から見て、前記レンズの光軸を通り、且つ、前記切断線の長さが最も長くなる位置に設定される。

Description

光学素子、光学系、及び光学装置
　本開示は、光学素子、光学系、及び光学装置に関する。
　特許文献１には、ガラス基材上に紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂をインプリント法によって成形し、ガラス基材上にレンズを成形するウエハレンズの技術が記載されている。ウエハレンズは、光学系のコンパクト化に寄与する。
　特許文献２には、レンズ（集束レンズ）と光学フィルタとが一体化された光学系が記載されている。そのような光学系においてウエハレンズが使用される場合には、厚さが低減されるので、ウエハレンズは、光学系をコンパクトにすることに寄与する。
　特許文献３には、樹脂製のレンズとガラス製の光学フィルタ（具体的には、赤外線フィルタ）とが積層された積層体が記載されている。レンズと光学フィルタとを積層する際に、レンズの表面の全面に亘って光学フィルタを貼り付けると、樹脂の線膨張係数とガラスの線膨張係数との違いに起因して、光学フィルタがはがれる可能性が高くなる。そこで、特許文献３に記載された積層体では、はがれを抑制する目的で、レンズおよび光学フィルタの有効範囲の外側において、レンズと光学フィルタとが接着されている。
　ガラス基材と樹脂製のレンズとの積層体を作製する場合、ガラスと樹脂の熱膨張差に起因して、温度変化による反りが生じる。レンズの反りは、レンズの収差を生じさせてしまう。樹脂製のレンズがガラス基材に対して片面側にのみ存在する場合に、レンズの反りは顕著である。また、ガラス基材の厚さが薄く、樹脂製のレンズの厚さが厚い場合に、レンズの反りは特に顕著である。
　なお、非特許文献１には、複数の層からなる積層板の反りの一般式が記載されている。この一般式は、複数の層が一様に変形することを前提とした式である。
国際公開第２０１０／０５０３０４号 日本国特開２００５－２３４０３８号公報 日本国特開２００８－２５０２８５号公報
山科直利、「特５　銅張り積層板のそりのメカニズム」、討論会講演要旨、合成樹脂工業協会、１９８５年、第３５巻、ｐ．１２５－１２８
　樹脂製のレンズとガラス基材を接合層で接合する場合、レンズの曲面とその理想曲面との誤差が大きくなることがある。
　接合前のレンズは、ガラス基材によって支持されていないので、レンズの成形時に生じた応力、及び成形後の吸湿等によって反ることがある。
　レンズを反った状態のまま接合してしまうと、レンズの曲面とその理想曲面との誤差が大きく、レンズの収差が生じてしまう。
　本開示の一態様は、樹脂製のレンズとガラス基材を接合層で接合する場合に、レンズの曲面とその理想曲面との誤差を低減できる、技術を提供する。
　本開示の一態様に係る光学素子は、ガラス基材と、樹脂を材料とするレンズと、前記ガラス基材と前記レンズを接合する接合層とを有する。断面にて、前記ガラス基材と前記接合層の界面の真直度が３．０μｍ以下であって、且つ前記接合層の厚さの最大値と最小値の差が５．０μｍよりも小さい。前記断面は、前記レンズの有効範囲を切断線で切ったものである。前記レンズの有効範囲は、前記レンズの光の通る範囲である。前記切断線は、前記レンズの光軸に対して平行な方向から見て、前記レンズの光軸を通り、且つ、前記切断線の長さが最も長くなる位置に設定される。
　本開示の一態様によれば、樹脂製のレンズとガラス基材を接合層で接合する場合に、レンズの曲面とその理想曲面との誤差を低減できる。
図１は、一実施形態に係る光学素子を示す断面図であって、図２のI－I線に沿った断面図である。 図２は、一実施形態に係る光学素子を示す平面図である。 図３は、レンズの曲面と理想曲面のズレの一例を示す断面図である。 図４は、図３のズレの最大幅を示す図である。 図５は、変形例に係る光学素子を示す断面図である。 図６は、有限要素法で求めたヤング率と反りの関係の一例を示す断面図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。
　図１に示すように、光学素子１０は、ガラス基材１１と、樹脂を材料とするレンズ１２と、ガラス基材１１とレンズ１２を接合する接合層１３とを有する。接合層１３としては、例えばＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｌｅａｒ　Ａｄｈｅｓｉｖｅ）両面テープが用いられる。両面テープの代わりに、液状接着剤等が用いられてもよい。
　ガラス基材１１は、接合層１３に接する接合面１１ａと、接合面１１ａとは反対向きの非接合面１１ｂとを有する。ガラス基材１１は、例えば平板である。なお、接合面１１ａが平坦であればよく、非接合面１１ｂは平坦ではなくてもよい。また、ガラス基材１１は、その接合面１１ａ又は非接合面１１ｂに、反射防止層を有してもよい。
　なお、光学素子１０は本実施形態ではガラス基材１１の片側のみにレンズ１２を含むが、ガラス基材１１の両側にレンズ１２を含んでもよい。この場合、ガラス基材１１は、平坦な第１接合面１１ａと、第１接合面１１ａとは反対向きの平坦な第２接合面１１ｂとを有する。一のレンズ１２は接合層１３を介して第１接合面１１ａに接合され、別の一のレンズ１２は接合層１３を介して第２接合面１１ｂに接合される。
　ガラス基材１１は、光学系で使用される光の波長帯の一部を透過すればよく、他の一部を反射するか吸収してもよい。つまり、ガラス基材１１は、一部の波長帯の光を反射するか吸収する光学フィルタ機能を有してもよい。ガラス基材１１に用いるガラス材料として、赤外線、可視光、及び紫外線のいずれか１つ、又は２つ以上に対して反射機能又は吸収機能を有する材料を用いてもよい。
　ガラス基材１１は、その接合面１１ａ又は非接合面１１ｂに、赤外線、可視光、及び紫外線のいずれか１つ、又は２つ以上に対して反射機能又は吸収機能を有する光学機能層を有してもよい。光学機能層として、金属、半導体、及び誘電体等を有する光学多層膜や、有機色素及び顔料等を含む有機膜を用いてもよい。
　ガラス基材１１は、例えば図２に示すように、レンズ１２の光軸１２ｅに対して平行な方向から見て、長方形に形成される。本明細書において、「長方形」とは、正方形を含む。また、「長方形」とは、角を面取りした形状を含む。なお、レンズ１２の光軸１２ｅに対して平行な方向から見て、ガラス基材１１の形状は、長方形には限定されず、円形又は楕円形であってもよい。レンズ１２の形状、及び接合層１３の形状も、ガラス基材１１の形状と同様である。
　なお、レンズ１２の光軸１２ｅに対して平行な方向（Ｚ軸方向）から見ることを、以下、「平面視」とも呼ぶ。図１及び図２において、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向とは互いに垂直な方向であり、Ｚ軸方向がレンズ１２の光軸１２ｅに対して平行な方向であり、Ｙ軸方向が断面１４に対して垂直な方向であり、Ｘ軸方向が断面１４に対して平行な方向である。図５において同様である。
　ガラス基材１１の厚さは、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．１４ｍｍ以上である。ガラス基材１１の厚さは、後述の断面１４にて、後述のレンズ１２の有効範囲１２ｃを１０等分する１１点での厚さの平均値として算出する。ガラス基材１１の厚さが０．１ｍｍ以上であれば、レンズ１２の反りを矯正できる程度の剛性をガラス基材１１に付与できる。また、ガラス基材１１の厚さは、好ましくは１．００ｍｍ以下、より好ましくは０．７０ｍｍ以下である。ガラス基材１１の厚さが１．０ｍｍ以下であれば、光学素子１０の厚さを十分に薄くできる。
　レンズ１２は、接合層１３に接する接合面１２ａと、接合面１２ａとは反対向きの曲面１２ｂとを有する。レンズ１２は、曲面１２ｂにて、光を屈折させる。曲面１２ｂは、球面形状でもよいし、非球面形状でもよい。曲面１２ｂは、図１に示すように凸状でもよいし、図５に示すように凹状でもよい。レンズ１２は、その曲面１２ｂ又は接合面１２ａに、反射防止層などのコーティングを有してもよい。
　接合層１３は、ガラス基材１１とレンズ１２の接合前に、ガラス基材１１の接合面１１ａとレンズ１２の接合面１２ａのいずれかに形成され、好ましくはガラス基材１１の接合面１１ａに形成される。ガラス基材１１の接合面１１ａは、レンズ１２の接合面１２ａとは異なり、接合前にほとんど反らないので、接合層１３の形成に適している。なお、接合前のレンズ１２は、レンズ１２の成形時に生じた応力、及び成形後の吸湿等によって反ってしまうことがある。
　接合層１３は、例えば、両面テープのような感圧型接着剤により形成される。感圧型接着剤は、常温で圧力を加えるだけで、ガラス基材１１とレンズ１２を接着する粘着剤である。感圧型接着剤としては、例えば、ＳＡＮＣＵＡＲＹ　ＯＰ（サンエー化研社製）、ＳＡＮＣＵＡＲＹ　ＤＨ（サンエー化研社製）、ＳＡＮＣＵＡＲＹ　ＤＫ（サンエー化研社製）、Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ　Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ８１４６－１、８１７１ＣＬ（住友スリーエム株式会社製）、パナクリーンＰＤ－Ｓ１（パナック株式会社製）、マスタックＴＲ（藤森工業株式会社製）、ＬＵＣＩＡＣＳ　ＣＳ９８６シリーズ（日東電工株式会社製）、ＮＥ-ｔａｋＭＨＭ－ＦＷＶ２５（日栄加工社製）などが挙げられる。
　感圧型接着剤は、テープ状なので、厚みの均一な接合層１３を簡単に形成できる。厚みの均一な接合層１３をガラス基材１１の接合面１１ａに形成した後、レンズ１２の接合面１２ａを接合層１３に隙間なく密着させれば、レンズ１２の接合面１２ａを平坦に矯正できる。その結果、レンズ１２の曲面１２ｂを理想曲面１２ｆに矯正できる。なお、上記の通り、ガラス基材１１の接合面１１ａではなく、レンズ１２の接合面１２ａに接合層１３を形成してもよく、その後に、接合層１３をガラス基材１１の接合面１１ａに隙間なく密着させてもよい。この場合も、レンズ１２の接合面１２ａを平坦に矯正できる。
　なお、接合層１３は、ＵＶ硬化型、熱硬化型、湿度硬化型、２液硬化型などの液状接着剤により形成されてもよい。液状接着剤は流動し得るので、レンズ１２の曲面１２ｂを理想曲面１２ｆに矯正する治具が用いられる。治具がレンズ１２の曲面１２ｂを理想曲面１２ｆに矯正し、且つ、レンズ１２とガラス基材１１が接着剤を挟んだ状態で、接着剤の硬化が行われる。レンズ１２の曲面１２ｂを矯正する治具としては、レンズ１２を成形するのに使用したモールド（金型）を使用してもよい。
　また、接合層１３は、塗布及び乾燥によって粘着性を発現する塗布型粘着剤により形成されてもよい。塗布型粘着剤の厚みが均一に塗布されるように、コータが用いられる。コータは、ガラス基材１１の接合面１１ａに、塗布型粘着剤を均一に塗布する。この場合、ガラス基材１１の接合面１１ａが平坦であることが要求される。なお、感圧型接着剤は、ガラス基材１１等とは別のシートの上で、予めテープ状に成形される。
　接合層１３の厚さは、好ましくは０．００１ｍｍ以上、より好ましくは０．００５ｍｍ以上、更に好ましくは０．０１０ｍｍ以上である。接合層１３の厚さは、後述の断面１４にて、後述のレンズ１２の有効範囲１２ｃを１０等分する１１点での厚さの平均値として算出する。接合層１３の厚さが０．００１ｍｍ以上であれば、接合層１３が接合面１１ａ、１２ａの傷等を吸収するように変形でき、気泡の形成を抑制できる。また、接合層１３の厚さが０．００１ｍｍ以上であれば、接合層１３が接合面１１ａ、１２ａに付着したパーティクルを包み込むように変形でき、ガラス基材１１又はレンズ１２が局所的に変形するのを抑制できる。
　また、接合層１３の厚さは、好ましくは０．０５０ｍｍ以下、より好ましくは０．０３０ｍｍ以下、更に好ましくは０．０２５ｍｍ以下である。接合層１３の厚さが０．０５０ｍｍ以下であれば、ガラス基材１１とレンズ１２の接合後に、接合層１３の変形を抑制でき、レンズ１２の変形戻りを抑制できる。
　断面１４にて、ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度が３．０μｍ以下であり、且つ、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差が５．０μｍよりも小さい。断面１４は、レンズ１２の有効範囲１２ｃを切断線１２ｄで切ったものである。レンズ１２の有効範囲１２ｃは、レンズ１２の光の通る範囲である。レンズ１２を通る光の太さは、絞り部の絞り穴で規定される。絞り部は、レンズ１２に入射する光を絞り穴で絞る。レンズ１２がカメラに搭載される場合には、カメラの撮像素子に結像する光の通る範囲がレンズ１２の有効範囲１２である。切断線１２ｄは、レンズ１２の光軸１２ｅに対して平行な方向から見て、レンズ１２の光軸１２ｅを通り、且つ、切断線１２ｄの長さが最も長くなる位置に設定される。
　レンズ１２の光軸１２ｅに対して平行な方向から見て、レンズ１２の有効範囲１２ｃが長方形であれば、その長方形の対角線が切断線１２ｄである。なお、レンズ１２の光軸１２ｅに対して平行な方向から見て、レンズ１２の有効範囲１２ｃが円形であれば、その直径が切断線１２ｄである。また、レンズ１２の光軸１２ｅに対して平行な方向から見て、レンズ１２の有効範囲１２ｃが楕円であれば、その長軸が切断線１２ｄである。
　本実施形態によれば、断面１４にて、ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度が３．０μｍ以下であり、且つ、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差が５．０μｍよりも小さい。従って、レンズ１２の接合面１２ａを平坦に矯正でき、レンズ１２の曲面１２ｂを理想曲面１２ｆに矯正できる。それゆえ、レンズ１２の収差を抑制できる。
　断面１４にて、ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度は、好ましくは２．０μｍ以下であり、より好ましくは１．０μｍ以下ある。断面１４にて、ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度は、０μｍ以上である。なお、真直度は、レンズ１２の有効範囲１２ｃで計測する。
　断面１４にて、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差は、好ましくは３．０μｍよりも小さく、より好ましくは１．５μｍよりも小さい。断面１４にて、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差は、０μｍ以上である。なお、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差は、レンズ１２の有効範囲１２ｃで計測する。
　図３及び図４に示すように、レンズ１２の曲面１２ｂと理想曲面１２ｆとのずれは、レンズ１２の光軸１２ｅに対して平行な方向における高低差Δｈの最大幅Δｈｍａｘで評価する。図４において、横軸は光軸１２ｅからの距離、縦軸はΔｈである。Δｈ及びΔｈｍａｘは、断面１４にて計測され、レンズ１２の有効範囲１２ｃで計測する。Δｈは、曲面１２ｂの高さから理想曲面１２ｆの高さを引くことで算出するので、正負いずれの値も取り得る。一方、Δｈｍａｘは、０μｍ以上である。Δｈｍａｘの上限は、光学系の種類に応じて決定されるが、好ましくは５．０μｍ以下、より好ましくは３．０μｍ以下である。
　ここで、理想曲面とは、光学装置を設計する際に、光学装置の光学系が光学的に最適に機能すると見積もられるレンズの設計形状のことである。設計にはＺＥＭＡＸ（ＺＥＭＡＸ社、米国）などの光学シミュレータを用いることができる。「光学的に最適に機能する」とは、光学装置が目標とする光学機能を最もバランスよく実現できることをいう。
　レンズ１２の光軸１２ｅに対して平行な方向から見て、ガラス基材１１とレンズ１２と接合層１３の大小関係は、特に限定されない。但し、図２に示すように、レンズ１２の少なくとも有効範囲１２ｃの全体が、接合層１３とガラス基材１１に重なっていることが好ましい。有効範囲１２ｃの全体で、レンズ１２の曲面１２ｂを理想曲面１２ｆに矯正でき、Δｈｍａｘを低減できる。
　次に、温度変化による光学素子１０の反りに関して検討する。ここでは、非特許文献１に記載されたｎ（ｎは、２以上の自然数である。）個の層からなる積層板の反りの一般式を用いて検討を行う。この一般式は、ｎ個の層が一様に変形することを前提とした式である。
　下記の（１）式において、Ｅｋは、ｋ（ｋは、１以上ｎ以下の自然数である）番目の層の弾性率を表す。αｋは、ｋ番目の層の線膨張係数を表す。Ｚｋは、ｋ番目の層とｋ＋１番目の層との界面の厚さ方向の位置を表す。なお、Ｚ０は１番目の層と空気との界面の厚さ方向の位置を表し、Ｚｎはｎ番目の層と空気との界面の厚さ方向の位置を表す。従って、Ｚｋ－Ｚｋ－１は、ｋ番目の層の厚さを表す。ｔは、基準温度からの温度差を表す。Ｋは、１番目の層と空気との界面の曲率を表す。曲率Ｋは、温度差ｔによって生じる。温度差ｔがゼロであるとき、曲率Ｋはゼロである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　曲率Ｋに相当する反りΔＨは、下記の（２）式で求められる。反りΔＨは、１番目の層と空気との界面の高低差である。高低差は、界面の中心と端で測定する。曲率Ｋがゼロであるとき、反りΔＨはゼロである。下記の（２）式において、Ｗは、接合層１３の幅を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　積層体の温度変化による反りは、上記（１）式及び（２）式を用いて試算できる。なお、Ｅｋの単位は［ＭＰａ］である。Ｚｋの単位は［ｍｍ］である。αｋの単位は［／℃］である。ΔＨの単位は［ｍｍ］である。ｔの単位は［℃］である。
　上記（１）式は、非特許文献１では平板が積層されたモデルを対象とした式であるが、本実施形態にも適用できる。本実施形態において、上記（１）式でのレンズ１２の厚さは、レンズ１２の最も厚さの厚い部分の厚さである。レンズ１２の厚さは、レンズ１２の接合面１２ａからの高さとして計測される。また、接合層１３が十分薄い場合、例えばレンズ１２の厚さに対する接合層１３の厚さが１／５以下の場合には、ガラス基材１１及びレンズ１２の２層を対象として計算してもよい。この場合、上記（１）式の代わりに、下記の（３）式が用いられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　上記（３）式において、Ｈｍは、レンズ１２の最も厚い部分の厚さ（単位：［ｍｍ］）を示す。Ｅｍは、レンズ１２のヤング率（単位：［ＭＰａ］）を示す。αｍは、レンズ１２の線膨張係数（単位：［／℃］）を示す。Ｈｓは、ガラス基材１１の厚さ（単位：［ｍｍ］）を示す。Ｅｓは、ガラス基材１１のヤング率（単位：［ＭＰａ］）を示す。αｓは、ガラス基材１１の線膨張係数（単位：［／℃］）を示す。ΔＴは、室温と光学素子１０の使用温度範囲の上限（つまり、光学素子１０の最高使用温度）との差（単位：［℃］）を示す。光学素子１０の使用温度範囲として様々な範囲が想定されるが、以下、一例として、ΔＴ＝２５℃とする。
　ΔＴ＝２５℃の場合に、上記（１）式と（２）式、又は上記（２）式と（３）式を用いて算出される反りΔＨは、好ましくは０．００５ｍｍよりも大きく、より好ましくは０．０１ｍｍよりも大きい。上記（１）式と（２）式、又は上記（２）式と（３）式を用いて算出される反りΔＨが大きい場合であっても、接合層１３のガラス転移点及びヤング率が後述の範囲内であれば、実際の反りΔＨＡは小さい。
　レンズ１２の厚さ、ガラス基材１１の厚さ、接合層１３の厚さ、及び接合層１３の最大幅Ｗは、電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面観察や光学顕微鏡（ＮＥＸＩＶ　ＶＭＺ（株式会社ニコンインステック製）など）を用いて測定できる。接合層１３が平面視にて長方形である場合、接合層１３の最大幅Ｗは長方形の対角線の長さである。一方、接合層１３が平面視にて円形である場合、接合層１３の最大幅Ｗは円形の直径である。また、接合層１３が平面視にて楕円形である場合、接合層１３の最大幅Ｗは楕円形の長軸の長さである。
　ヤング率の測定は、圧縮試験であるナノインデンター法を用いることができる。ナノインデンター法の測定方法は、例えばＩＳＯ１４５７７に記載されている。
　線膨張係数の測定は、熱機械分析装置（ＴＭＡ：ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いて、下記のＪＩＳ規格による方法を用いることができる。
　ＪＩＳ　Ｋ７１９７：１９９１「プラスチックの熱機械分析による線膨脹率試験方法」。
　レンズ１２、ガラス基材１１、又は接合層１３のヤング率若しくは線膨張係数を測定する際には、これらが接合された状態で測定してもいいし、接合されていない状態で各々測定してもよい。また、レンズ１２、ガラス基材１１、及び接合層１３の測定方法は、各々異なっていてもよい。ヤング率又は線膨張係数の測定には、レンズ１２、ガラス基材１１、又は接合層１３と同じ化学組成の材料を、ＪＩＳ等で規定された寸法及び形状に成形したテストピースが用いられてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 　表１に、ガラス基材１１のヤング率Ｅｓが８００００ＭＰａ、ガラス基材１１の線膨張係数αｓが１．３×１０－５／℃、レンズ１２のヤング率Ｅｍが２０００ＭＰａ、レンズ１２の線膨張係数αｍが１×１０－４／℃、接合層１３の最大幅Ｗが５ｍｍ、ΔＴが２５℃であるときの例１～例９の各ΔＨを、上記（２）式及び（３）式を用いて計算した結果を示す。表１からわかるように、ガラス基材１１の厚さＨｓが薄い場合や、レンズ１２の厚さＨｍが厚い場合に、温度変化によるΔＨが大きくなることがわかる。
　例えば、レンズ１２の温度が変化し、レンズ１２の曲面１２ｂの形状が変化すると、レンズ１２の焦点距離が変化する。そのような焦点距離の変化は、光学系に収差を生じさせる。光学系が撮像装置に搭載される場合には、収差は、画像がぼけるなどの悪影響を及ぼす。光学系によって許容される収差の量は異なるが、例えば、光学素子１０の温度変化による実際の反りΔＨＡは、好ましくは０．０１０ｍｍ以下、より好ましくは０．００５ｍｍ以下である。
　また、一般に、光学素子１０は鏡筒などのパッケージ内に接着されるので、光学素子１０自体が持つ反りの温度依存性がパッケージに拘束されて低減される場合がある。そのような場合、光学素子１０の温度変化による実際の反りΔＨＡは、例えば０．０２０ｍｍ以下が好ましい。
　上記（１）～（３）式は、積層体が接合され、一様に変形することを前提とした式である。これに対し、後述するように、本発明者らは、検討の結果、接合層１３のヤング率が十分に小さい場合には、接合層１３がガラス基材１１とレンズ１２の熱膨張差を吸収するようにせん断変形しやすく、光学素子１０の温度変化による実際の反りΔＨＡを低減できることを見出した。なお、接合層１３は、ガラス基材１１とレンズ１２の熱膨張差だけではなく、レンズ１２の熱収縮をも吸収できる。
　なお、接合層１３のせん断変形を考慮した、実際の反りΔＨＡは、有限要素法によって計算することができる。
　図６は、有限要素法を用いて、光学素子１０の使用温度と室温との温度差が２５℃の場合に、その温度差による実際の反りΔＨＡを計算した結果を示すグラフである。図６の計算では、接合層１３の形状は平面視の場合に長方形であり、対角方向の長さＷ（幅）は９ｍｍである。また、ガラス基材１１の厚さは０．２ｍｍ、接合層１３の厚さは０．０１ｍｍ、レンズ１２の厚さは０．５ｍｍである。また、レンズ１２は凹レンズである。
　なお、有限要素法の計算方法は、Ｊａｃｏｂ　Ｆｉｓｈ「有限要素法」２００８／１２／２０、丸善などに記載されている。計算には、汎用の有限要素法計算ソフトウェア（Ａｂａｑｕｓ、ＡＮＳＹＳ、Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ等）を使用することができる。
　図６の計算では、ガラス基材１１のヤング率は８００００ＭＰａ、ガラス基材１１の線膨張係数は１．３×１０－５／℃とし、レンズ１２のヤング率は２０００ＭＰａ、レンズ１２の線膨張係数は１×１０－４／℃、接合層１３の線膨張係数は１×１０－４／℃である。そして、接合層１３のヤング率が０．１ＭＰａ、１ＭＰａ、１０ＭＰａ、１００ＭＰａの場合の、実際の反りΔＨＡを計算した。なお、ΔＨＡは、ガラス基材１１の非接合面１１ｂの高低差である。その高低差は、非接合面１１ｂの中心と端の高低差である。図６におけるヤング率（ＭＰａ）及び反りΔＨＡ（ｍｍ）を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 　なお、上記（１）式と（２）式とを用いて計算されるΔＨは、接合層１３のヤング率に関係なく、０．０４ｍｍである。接合層１３の厚さは十分に薄いとして上記（２）式と（３）式とを用いて計算されるΔＨは、接合層１３のヤング率に関係なく、０．０４ｍｍである。一方、図６及び表２に示すように、接合層１３のヤング率が１００ＭＰａ未満であれば、実際のΔＨＡは０．０３３ｍｍ以下になることがわかる。
　また、接合層１３のヤング率が２０ＭＰａ以下である場合には、実際のΔＨＡが０．０３ｍｍ以下になり、好ましい。接合層１３のヤング率が１０ＭＰａ以下である場合には、実際のΔＨＡは０．０２５ｍｍ以下になり、より好ましい。接合層１３のヤング率が２ＭＰａ以下である場合には、実際のΔＨＡは０．０１ｍｍ以下になり、さらに好ましい。接合層１３のヤング率が０．６ＭＰａ以下の場合には、実際のΔＨＡが０．００５ｍｍ以下になり、特に好ましい。接合層１３のヤング率の下限は特に限定されないが、０．０５ＭＰａ以上であれば、レンズに荷重が掛かった場合に位置が変化するのを防ぐことができる。
　なお、図６の計算では、ヤング率や線膨張係数は、温度に依存しない一定値であると仮定し、室温での値を用いた。しかし、一般に、ヤング率や線膨張係数は、温度によって変化する。したがって、ヤング率や線膨張係数の値として、室温での値を用いるのではなく、室温から使用温度までの温度範囲における平均値を用いてもよい。
　また、一般に、樹脂材料はガラス転移点より高い温度で軟化する。したがって接合層１３のガラス転移点は、光学素子１０又は光学素子１０が組み込まれた光学部材の使用温度範囲の上限以下（例えば、８５℃以下や５０℃以下）又は使用温度範囲の下限に近い温度（例えば、２５℃以下）にあることが好ましい。ガラス転移点が使用温度範囲内であれば、接合層１３は、使用温度範囲の少なくとも一部において軟化し、ヤング率が低下することで、反りΔＨＡが小さくなるからである。接合層１３のガラス転移点は、好ましくは８５℃以下、より好ましくは５０℃以下、更に好ましくは２５℃以下、特に好ましくは０℃以下である。接合層１３のガラス転移点の下限は、－１３０℃以上であってもよい。
　ガラス転移点前後の物性の変化は、例えば「Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｇｒａｐｈｉｔｅ　ｐｌａｔｅｌｅｔ／ｅｐｏｘｙ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ」Ｐｏｌｙｍｅｒ　４５　（２００４）　８２１１－８２１９、などに記載がある。この文献ではガラス転移点（Ｔｇ）前後の貯蔵弾性率の挙動が示されているが、ヤング率の挙動も同様と考えられる。Ｔｇ前後でヤング率は１桁以上の変化を示すと考えられる。
　接合層１３のガラス転移点は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）や示差熱分析（ＤＴＡ）等を用いて測定できる。測定方法は例えば下記の規格に記載されている。
　ＪＩＳ　Ｋ　７１２１：２０１２「プラスチックの転移温度測定方法」。
　また、接合層１３の最大幅Ｗが大きいほど、実際の反りΔＨＡが大きくなる。それを考慮すると、Ｗは、例えば、２０ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以下がより好ましい。また、ガラス基材１１の厚さが薄いほど、実際の反りΔＨＡが大きくなる。そこで、ガラス基材１１の厚さをも考慮して、上記の最大幅Ｗを選択することが好ましい。
　また、上記の反りの低減の考え方によると、接合層１３のヤング率が十分に小さい場合は、レンズ１２はガラス基材１１に対してある程度自由に膨張、収縮する。ゆえに、ガラス基材１１の線膨張係数の大小如何にかかわらず、レンズ１２の線膨張係数は小さい事が好ましく、具体的には１．２×１０－４／℃以下が好ましく、０．９×１０－４／℃以下がより好ましい。
　レンズ１２の膨張は吸湿によっても起こるため、レンズ１２の吸水率は１．０％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましい。吸水率は、ＪＩＳ　Ｋ７２０９：２０００「プラスチック吸水率の求め方」に記載の方法によって測定できる。
　なお、上記の反りの低減の考え方は、例えば光学素子１０とパッケージや他の光学部材などの他の部材とを接着する際にも有効である。例えば、ガラス基材１１又はレンズ１２と、これらと線膨張係数が異なるパッケージ部材とを接着して光学ユニットを作製する際に、接着剤としてヤング率が小さい材料を用いることによって、温度変化による光学ユニットの反りが低減される。上記接着剤のヤング率は、例えば２ＭＰａ以下であってよく、０．６ＭＰａ以下であってもよい。
　光学素子１０は、種々の光学系に適用可能である。光学系は、光学素子１０に加えて、光学素子１０と共働するレンズ、反射防止フィルタ又はバンドパスフィルタなどの光学フィルタ、カバーガラス、及び絞り等を備えた光学系が挙げられる。但し、光学系の構成は、上記の構成には限定されない。
　また、上記の光学素子１０又は上記の光学系は、種々の光学装置に適用可能である。光学装置は、例えばカメラなどの撮像装置、又は光を投影して距離や形状を計測する計測装置である。但し、光学装置は、上記の撮像装置及び計測装置には限定されない。
　以下、例１０～例１４について説明する。例１０～例１１が実施例であり、例１２～例１４が比較例である。
　［例１０］
　例１０では、接合前のガラス基材１１として、平面視にて直径２．３０ｍｍの円形であって、厚さ０．２０ｍｍのものを準備した。ガラス基材１１のガラスは、ホウケイ酸ガラスであった。接合前のガラス基材１１の接合面１１ａのＰＶ（Ｐｅａｋ　ｔｏ　Ｖａｌｌｅｙ）値は、２．２μｍであった。なお、ＰＶ値は、Ｚｙｇｏ社製ＮｅｗＶｉｅｗ６２００で測定した。なお、ＰＶ値の測定方法は、下記の例１１～例１４において同様である。
　また、接合前のレンズ１２として、平面視にて外径２．２０ｍｍの円形であって、有効範囲１２ｃの直径（光学有効径）２．００ｍｍ、中心厚さ０．３０ｍｍの凸レンズを準備した。凸レンズは、外周に０．１０ｍｍ幅、厚さ０．０３ｍｍのフランジを有するものであった。接合前のレンズ１２の接合面１２ａのＰＶ値は、１３．３μｍであった。
　接合前のレンズ１２の曲面１２ｂと理想曲面１２ｆのズレを表すΔｈｍａｘは、ＵＡ３Ｐ－５５０Ｈ（パナソニックプロダクションエンジニアリング株式会社製）により測定した。測定では、レンズ１２の有効範囲１２ｃを避けて、レンズ１２のフランジのみを枠で支持した。枠は、シリコーンシートをカッターナイフでくり抜き、作製した。レンズ１２の曲面１２ｂを上に向けて、レンズ１２を枠に載せ、その状態でＵＡ３Ｐでレンズ１２の光軸１２ｅを探した後に「軸上測定」を行ない、Δｈｍａｘを算出した。測定には、曲率半径５マイクロメートルの探針を用いた。接合前のレンズ１２の曲面１２ｂと理想曲面１２ｆのズレを表すΔｈｍａｘは、１３．８μｍであった。なお、Δｈｍａｘの測定方法は、下記の例１１～例１４において同様である。
　光学素子１０は、下記の手順で得た。先ず、ガラス基材１１の接合面１１ａの全体に、接合層１３として感圧型接着剤ＬＵＣＩＡＣＳ　ＣＳ９８６（日東電工株式会社製；厚さ０．０２５ｍｍ）を貼り付けた。次いで、レンズ１２の接合面１２ａを接合層１３に密着させるように、手で静かに押さえつけた。これにより、光学素子１０を得た。
　次に、光学素子１０の断面１４を得る前に、接合後のΔｈｍａｘを測定した。接合後のΔｈｍａｘの測定は、接合前のΔｈｍａｘの測定と同様に実施した。接合後のΔｈｍａｘは、２．２μｍであった。
　光学素子１０の断面１４は、下記の手順で得た。なお、テストピース作製用の樹脂としては、応研商事株式会社製のＥｐｏｋ８１２セットを用いた。先ず、熱硬化型エポキシ樹脂（応研商事株式会社製）Ｅｐｏｋ８１２を１００ｍＬ、ＭＮＡ（無水メチルナディック酸）（応研商事株式会社製）を８９ｍＬ、ＤＭＰ－３０（重合促進剤；応研商事株式会社製）を１．５ｗｔ％の比率で混合、撹拌して、光学素子１０を埋め込んだ。次いで、エポキシ樹脂を密閉容器内に収容し、密閉容器内を減圧し、エポキシ樹脂を脱泡した。その後、恒温オーブンを用いて６０℃１２時間でエポキシ樹脂を固化させ、光学素子１０をエポキシ樹脂で包んだテストピースを作製した。続いて、断面１４が露出するまで、テストピースを機械研磨した。最後に、バフ研磨によって断面１４を鏡面研磨した。
　断面１４の観察には、ＮＥＸＩＶ　ＶＭＺ（株式会社ニコンインステック製）を用いた。ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度は、ＮＥＸＩＶのスキャンキャリパー機能を用いて２０μｍピッチで界面１５の位置を計測し、算出した。その真直度は０．８μｍであった。一方、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差は、レンズ１２の有効範囲１２ｃを１０等分する１１点で接合層の厚さを計測し、算出した。接合層１３の厚さの最大値と最小値の差は、１．１μｍであった。
　例１０によれば、断面１４にて、ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度が３．０μｍ以下であり、且つ、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差が５．０μｍよりも小さかった。接合によって、レンズ１２の接合面１２ａを平坦に矯正でき、レンズ１２の曲面１２ｂを理想曲面１２ｆに矯正できた。接合前のΔｈｍａｘが１０μｍよりも大きかったのに対し、接合後のΔｈｍａｘは５．０μｍ以下であった。
　［例１１］
　例１１では、接合前のガラス基材１１として、平面視にて長辺３．４０ｍｍ、短辺２．６０ｍｍの長方形であって、厚さ０．２０ｍｍのものを準備した。ガラス基材１１のガラスは、ホウケイ酸ガラスであった。接合前のガラス基材１１の接合面１１ａは凹状に反っており、そのＰＶ値は２．６μｍであった。
　また、接合前のレンズ１２として、平面視にて長辺３．５０ｍｍ、短辺２．７０ｍｍの長方形である凹レンズを準備した。凹レンズは、中心厚さ０．０４ｍｍ、有効範囲の長辺３．２０ｍｍ、有効範囲の短辺２．４０ｍｍであった。凹レンズは、外周に０．１５ｍｍ幅、厚さ０．３５ｍｍのフランジを有するものであった。接合前のレンズ１２の接合面１２ａは凹状に反っており、そのＰＶ値は１２．３μｍであった。
　接合前のレンズ１２の曲面１２ｂと理想曲面１２ｆのズレを表すΔｈｍａｘは、１１．８μｍであった。
　光学素子１０は、下記の手順で得た。先ず、ガラス基材１１の接合面１１ａに、接合層１３として感圧型接着剤パナクリーンＰＤ－Ｓ１（パナック株式会社製；粘着層厚さ０．０１０ｍｍ）を貼り付けた。次いで、真空貼合装置（東芝機械社製ＳＴ－５０）を用いて、レンズ１２とガラス基材１１とを接合させた。真空貼合装置は、上面板と下面板とを有し、上面板の下面にシリコーンシート、ガラス基材１１、及び接合層１３をこの順番で固定し、下面板の上面にレンズ１２を固定をした状態で、上面板と下面板を接近させ、２０Ｐａ以下の減圧雰囲気にて、５０Ｎの力でレンズ１２とガラス基材１１とを接合させた。これにより、光学素子１０を得た。
　次に、光学素子１０の断面１４を得る前に、接合後のΔｈｍａｘを測定した。接合後のΔｈｍａｘは、２．１μｍであった。
　光学素子１０の断面１４は、例１０と同様の手順で得た。断面１４にて、ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度は、１．１μｍであった。また、断面１４にて、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差は、０．８μｍであった。
　例１１によれば、断面１４にて、ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度が３．０μｍ以下であり、且つ、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差が５．０μｍよりも小さかった。接合によって、レンズ１２の接合面１２ａを平坦に矯正でき、レンズ１２の曲面１２ｂを理想曲面１２ｆに矯正できた。接合前のΔｈｍａｘが１０μｍよりも大きかったのに対し、接合後のΔｈｍａｘは５．０μｍ以下であった。
　［例１２］
　例１２では、接合前のガラス基材１１として、例１０と同様に、平面視にて直径２．３０ｍｍの円形であって、厚さ０．２０ｍｍのものを準備した。ガラス基材１１のガラスは、ホウケイ酸ガラスであった。接合前のガラス基材１１の接合面１１ａのＰＶ値は、１．９μｍであった。
　また、接合前のレンズ１２として、例１０と同様に、平面視にて外径２．２０ｍｍの円形であって、有効範囲１２ｃの直径（光学有効径）２．００ｍｍ、中心厚さ０．３０ｍｍの凸レンズを準備した。接合前のレンズ１２の接合面１２ａのＰＶ値は、１３．３μｍであった。
　接合前のレンズ１２の曲面１２ｂと理想曲面１２ｆのズレを表すΔｈｍａｘは、１３．３μｍであった。
　光学素子１０は、例１０とは異なり、下記の手順で得た。先ず、レンズ１２の接合面１２ａの全体に、ＵＶ硬化型接着剤ＷＲ５５１７（協立化学産業株式会社製）をディスペンサで定量塗布した。次いで、接着剤の上にガラス基材１１を載せ、ガラス基材１１の接合面１１ａの全体に接着剤が行き渡った後で、ＵＶを照射して接着剤を硬化させた。これにより、光学素子１０を得た。
　次に、光学素子１０の断面１４を得る前に、接合後のΔｈｍａｘを測定した。接合後のΔｈｍａｘは、１１．７μｍであった。
　光学素子１０の断面１４は、例１０と同様の手順で得た。断面１４にて、ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度は、０．９μｍであった。また、断面１４にて、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差は、１１.５μｍであった。
　例１２によれば、液状のＵＶ硬化型接着剤を硬化させる際に、レンズ１２の曲面１２ｂの形状を矯正しなかったため、接合後の断面１４にて、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差が５．０μｍ以上になってしまった。接合によって、レンズ１２の接合面１２ａを平坦に矯正しきれずに、接合後のΔｈｍａｘが５．０μｍよりも大きくなってしまった。
　［例１３］
　例１３では、接合前のガラス基材１１として、例１０と同様に、平面視にて直径２．３０ｍｍの円形であって、厚さ０．２０ｍｍのものを準備した。ガラス基材１１のガラスは、ホウケイ酸ガラスであった。接合前のガラス基材１１の接合面１１ａのＰＶ値は、６．２μｍであった。
　また、接合前のレンズ１２として、例１０と同様に、平面視にて外径２．２０ｍｍの円形であって、有効範囲１２ｃの直径（光学有効径）２．００ｍｍ、中心厚さ０．３０ｍｍの凸レンズを準備した。接合前のレンズ１２の接合面１２ａのＰＶ値は、１３．２μｍであった。
　接合前のレンズ１２の曲面１２ｂと理想曲面１２ｆのズレを表すΔｈｍａｘは、１４．１μｍであった。
　光学素子１０は、例１０と同様に、下記の手順で得た。先ず、ガラス基材１１の接合面１１ａの全体に、接合層１３として感圧型接着剤ＬＵＣＩＡＣＳ　ＣＳ９８６（日東電工株式会社製；厚さ０．０２５ｍｍ）を貼り付けた。次いで、レンズ１２の接合面１２ａを接合層１３に密着させるように、手で静かに押さえつけた。これにより、光学素子１０を得た。
　次に、光学素子１０の断面１４を得る前に、接合後のΔｈｍａｘを測定した。接合後のΔｈｍａｘは、５．８μｍであった。
　光学素子１０の断面１４は、例１０と同様の手順で得た。断面１４にて、ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度は、５．２μｍであった。また、断面１４にて、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差は、１．１μｍであった。
　例１３によれば、接合前のガラス基材１１の接合面１１ａのＰＶ値が大き過ぎたため、接合後の断面１４にて、ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度が３．０μｍよりも大きくなってしまった。接合によって、レンズ１２の接合面１２ａを平坦に矯正しきれずに、接合後のΔｈｍａｘが５．０μｍよりも大きかった。
　［例１４］
　例１４では、接合前のガラス基材１１として、例１１と同様に、平面視にて長辺３．４０ｍｍ、短辺２．６０ｍｍの長方形であって、厚さ０．２０ｍｍのものを準備した。ガラス基材１１のガラスは、ホウケイ酸ガラスであった。接合前のガラス基材１１の接合面１１ａのＰＶ値は、１．８μｍであった。
　また、接合前のレンズ１２として、例１１と同様に、平面視にて長辺３．５０ｍｍ、短辺２．７０ｍｍの長方形である凹レンズを準備した。凹レンズは、中心厚さ０．０４ｍｍ、有効範囲の長辺３．２０ｍｍ、有効範囲の短辺２．４０ｍｍであった。凹レンズは、外周に０．１５ｍｍ幅、厚さ０．３５ｍｍのフランジを有するものであった。接合前のレンズ１２の接合面１２ａのＰＶ値は、１２．１μｍであった。
　接合前のレンズ１２の曲面１２ｂと理想曲面１２ｆのズレを表すΔｈｍａｘは、１１．９μｍであった。
　光学素子１０は、例１２と同様に、下記の手順で得た。先ず、レンズ１２の接合面１２ａの全体に、ＵＶ硬化型接着剤ＷＲ５５１７（協立化学産業株式会社製）をディスペンサで定量塗布した。次いで、接着剤の上にガラス基材１１を載せ、ガラス基材１１の接合面１１ａの全体に接着剤が行き渡った後で、ＵＶを照射して接着剤を硬化させた。これにより、光学素子１０を得た。
　次に、光学素子１０の断面１４を得る前に、接合後のΔｈｍａｘを測定した。接合後のΔｈｍａｘは、１３．１μｍであった。
　光学素子１０の断面１４は、例１０と同様の手順で得た。断面１４にて、ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度は、０．７μｍであった。また、断面１４にて、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差は、１１．０μｍであった。
　例１４によれば、液状のＵＶ硬化型接着剤を硬化させる際に、レンズ１２の曲面１２ｂの形状を矯正しなかったため、接合後の断面１４にて、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差が５．０μｍ以上になってしまった。接合によって、レンズ１２の接合面１２ａを平坦に矯正しきれずに、接合後のΔｈｍａｘが５．０μｍよりも大きくなってしまった。
　［例１０～例１４のまとめ］
　例１０～例１４の評価結果を、表３にまとめる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 　表３から明らかなように、例１０～例１１によれば、断面１４にて、ガラス基材１１と接合層１３の界面１５の真直度が３．０μｍ以下であり、且つ、接合層１３の厚さの最大値と最小値の差が５．０μｍよりも小さかった。接合によって、レンズ１２の接合面１２ａを平坦に矯正でき、レンズ１２の曲面１２ｂを理想曲面１２ｆに矯正できた。接合前のΔｈｍａｘが１０μｍよりも大きかったのに対し、接合後のΔｈｍａｘは５．０μｍ以下であった。
　以上、本開示に係る光学素子、光学系、及び光学装置について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。
　本出願は、２０２０年１月３０日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－０１３４８９号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０２０－０１３４８９号の全内容を本出願に援用する。
１０　　光学素子
１１　　ガラス基材
１１ａ　接合面
１２　　レンズ
１２ａ　接合面
１２ｂ　曲面
１２ｃ　有効範囲
１２ｄ　切断線
１２ｅ　光軸
１２ｆ　理想曲面
１３　　接合層
１４　　断面
１５　　界面

Claims (9)

  1. 　ガラス基材と、樹脂を材料とするレンズと、前記ガラス基材と前記レンズを接合する接合層とを有する光学素子であって、
    　断面にて、前記ガラス基材と前記接合層の界面の真直度が３．０μｍ以下であって、且つ前記接合層の厚さの最大値と最小値の差が５．０μｍよりも小さく、
    　前記断面は、前記レンズの有効範囲を切断線で切ったものであり、
    　前記レンズの有効範囲は、前記レンズの光の通る範囲であり、
    　前記切断線は、前記レンズの光軸に対して平行な方向から見て、前記レンズの光軸を通り、且つ、前記切断線の長さが最も長くなる位置に設定される、光学素子。
  2. 　前記接合層が、感圧型接着剤により形成されている、請求項１に記載の光学素子。
  3. 　前記接合層のヤング率が１００ＭＰａ未満である、請求項１または２に記載の光学素子。
  4. 　前記接合層のガラス転移点が２５℃以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の光学素子。
  5. 　前記接合層の厚さが０．００１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の光学素子。
  6. 　前記レンズの光軸に対して平行な方向から見て、前記レンズの少なくとも前記有効範囲の全体が、前記接合層と前記ガラス基材に重なっている、請求項１～５のいずれか１項に記載の光学素子。
  7. 　前記ガラス基材の厚さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、請求項１～６のいずれか１項に記載の光学素子。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の光学素子と、前記光学素子の前記レンズに入射する前記光を絞り穴で絞る絞り部と、を有する、光学系。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の光学素子と、前記光学素子の前記レンズに入射する前記光を絞り穴で絞る絞り部と、を有する、光学装置。
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