WO2022201554A1 - 光学素子の接合装置および光学素子の接合方法 - Google Patents

光学素子の接合装置および光学素子の接合方法 Download PDF

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optical element
optical
adhesive
lens
holding
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辰造 古畑
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オリンパス株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C27/00—Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
    • C03C27/06—Joining glass to glass by processes other than fusing
    • C03C27/10—Joining glass to glass by processes other than fusing with the aid of adhesive specially adapted for that purpose
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses

Definitions

  • the present invention relates to an optical element bonding apparatus and an optical element bonding method.
  • Patent Document 1 proposes a device that performs centering using a centering pin that can be driven in the XY directions based on the measurement result of the optical axis detection mechanism.
  • Patent Document 2 proposes a centering device that hardens the adhesive with ultraviolet rays while centering the upper and lower optical elements to be joined with bell clamps.
  • Patent Document 3 proposes a fully automatic bonding apparatus that bonds a plurality of optical elements while performing centering using a bell clamp method.
  • the present invention has been made in view of the above, and provides an optical element bonding apparatus capable of bonding a plurality of optical elements without causing defects in the optical elements or deterioration in the quality of the optical elements after bonding.
  • An object of the present invention is to provide a method for bonding optical elements.
  • an optical element bonding apparatus includes a holding base for holding a first optical element, and a holding base for holding the optical axis of the first optical element. a rotation mechanism for rotating the optical element around; and a second optical element placed on the first optical element with an adhesive interposed therebetween by controlling the rotation of the holding base by the rotation mechanism and rotating the holding base. a control mechanism for applying a centrifugal force to the optical element.
  • the apparatus further comprises a measuring mechanism for measuring the amount of deviation between the optical axis of the first optical element and the optical axis of the second optical element.
  • the control mechanism controls rotation of the holding table by the rotation mechanism so as to set the amount of deviation to a predetermined value.
  • the control mechanism controls the second optical element and the first optical element and the second optical element to be bonded to the first optical element.
  • a target rotation speed of the rotating mechanism is calculated based on the physical information of the adhesive used for joining the elements, and the rotation of the holding table is controlled based on the calculated target rotation speed.
  • the physical information includes the radius of curvature of the bonding surface of the first optical element and the second optical element, and the radius of curvature of the bonding surface of the second optical element. including mass, viscosity and specific gravity of the adhesive.
  • the optical element bonding apparatus further includes: a coating mechanism for coating an adhesive on the upper surface of the first optical element held by the holding table; a conveying mechanism for conveying the holding table, a mounting mechanism for mounting the second optical element on the first optical element, and the first optical element by applying pressure to the second optical element.
  • a pressure mechanism for controlling the thickness of the adhesive between the optical element and the second optical element, and curing the adhesive between the first optical element and the second optical element and a curing mechanism.
  • the optical element bonding method holds the first optical element by a holding table rotatable around the optical axis of the first optical element. Then, a coating mechanism applies an adhesive to the upper surface of the first optical element held on the holding table, and a mounting mechanism mounts the second optical element on the first optical element. Then, a pressurizing mechanism presses the second optical element to control the thickness of the adhesive between the first optical element and the second optical element, and rotate the holding base. By doing so, a centrifugal force is applied to the second optical element, and when a predetermined condition is satisfied, the rotation of the holding table is stopped.
  • the control mechanism controls the radius of curvature of the bonding surfaces of the first optical element and the second optical element. and calculating a target number of rotations based on the mass of the second optical element and the viscosity and specific gravity of the adhesive, and controlling the number of rotations of the holding table to be equal to or higher than the target number of rotations by the control mechanism. do.
  • the optical axis deviation between the first optical element and the second optical element is controlled by the control mechanism.
  • the number of revolutions is increased until the amount reaches a predetermined value.
  • the second optical element is placed on the first optical element.
  • the holding table holding the first optical element is conveyed by the conveying mechanism, and after the rotation of the holding table is stopped, the first optical element and the second optical element are cured by the curing mechanism. curing the adhesive between the optical elements of
  • the optical element bonding apparatus and the optical element bonding method according to the present invention by rotating the holder that holds the first optical element, the second optical element is positioned relative to the optical axis of the first optical element. After intentionally deviating the optical axis by a large amount, the optical axes of the upper and lower optical elements are aligned using the force of the second optical element returning due to its own weight. Therefore, according to the optical element bonding apparatus and the optical element bonding method according to the present invention, even when bonding a thin optical element or an optical element having a large radius of curvature, even if there is a problem with the optical element or after bonding, A plurality of optical elements can be bonded together without deteriorating the quality of the optical elements.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an optical element bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the principle of the bonding method for optical elements according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flow chart showing a bonding method for optical elements according to an embodiment of the present invention.
  • a bonding apparatus 1 is a device for bonding a plurality of optical elements (for example, glass lenses).
  • the combination of the optical elements to be bonded by the bonding apparatus 1 may be any combination as long as the upper surface of the lower optical element is concave when the optical elements are superimposed one on top of the other.
  • the lower optical element may be a meniscus lens (convex meniscus, concave meniscus) in which one of the two opposing optical surfaces is concave spherical and the other is convex spherical, and the two opposing optical surfaces are both concave spherical surfaces.
  • It can be selected from a biconcave lens having a shape, a plano-concave lens having two opposing optical surfaces, one of which is concave spherical and the other of which is planar, and the like.
  • the upper optical element is a meniscus lens (convex meniscus, concave meniscus) in which one of the two opposing optical surfaces is concave and the other is convex, and the two opposing optical surfaces are both convex. and a plano-convex lens in which one of two opposing optical surfaces is spherical and the other is planar.
  • the lower first optical element (hereinafter referred to as “lower lens”) Op1 is a convex meniscus lens
  • the upper second optical element hereinafter referred to as "upper
  • An example of a case where Op2 (referred to as “lens”) is a biconvex lens.
  • the figure shows an example of bonding two optical elements, it is also possible to bond another optical element on top of the two optical elements that have been bonded. is not limited to two.
  • the material eg., transmittance, hardness, brittleness, specific gravity, etc.
  • some TIH (titanium-based) glass materials do not transmit UV rays. Therefore, it is desirable to select an appropriate glass material according to the type of adhesive to be used.
  • the bonding apparatus 1 includes a holding table 11, a coating mechanism 12, a conveying mechanism 13, a mounting mechanism 14, a rotating mechanism 15, a measuring mechanism 16, a temporary curing mechanism 17, and a main body.
  • a curing mechanism 18 and a control mechanism 19 are provided.
  • the mounting mechanism 14, the rotating mechanism 15, the measuring mechanism 16, the temporary curing mechanism 17, and the final curing mechanism 18 are arranged at different positions. Then, as shown in (a) to (e) of the figure, the lower lens Op1 and the upper lens Op2 are cemented together while sequentially transporting the holding table 11 to the positions where the respective mechanisms are arranged by the transport mechanism 13. conduct.
  • the holding base 11 is for holding the lower lens Op1.
  • the holding base 11 is rotatable around the optical axis of the lower lens Op1 by a rotating mechanism 15 (see (c) of FIG. 1).
  • the holding table 11 may be anything as long as it can rotatably hold the lower lens Op1, and can be configured by, for example, a vacuum suction type lens holder.
  • the application mechanism 12 is for applying the adhesive Ad to the upper surface of the lower lens Op1 held by the holding table 11.
  • the coating mechanism 12 is composed of, for example, a dispenser (liquid agent fixed quantity discharge device) and a syringe connected to the dispenser.
  • the adhesive Ad it is desirable that it can be cured quickly after the two optical elements are centered, so it is preferable to use a photocurable adhesive such as UV or visible light.
  • a photocurable adhesive such as UV or visible light.
  • the adhesive Ad other than the photo-curing type, for example, a heat-curing type or a radiation-curing type may be used.
  • an adhesive having thixotropy which has a large difference between dynamic viscosity and static viscosity, may be used.
  • the viscosity of the adhesive Ad is preferably in the range of 100 mPa/s to 1000 mPa/s.
  • the transport mechanism 13 is for transporting the holding table 11 holding the lower lens Op1 to a predetermined position.
  • the transport mechanism 13 sequentially transports the holding table 11, for example, to positions where the mounting mechanism 14, the rotating mechanism 15, the measuring mechanism 16, the temporary curing mechanism 17, and the final curing mechanism 18 are arranged.
  • the mounting mechanism 14 is for mounting the upper lens Op2 on the lower lens Op1 coated with the adhesive Ad.
  • the mounting mechanism 14 is composed of, for example, a vacuum suction device, and after suctioning and holding the upper lens Op2, the upper lens Op2 is mounted on the lower lens Op1.
  • the mounting mechanism 14 also functions as a pressurizing mechanism that controls the thickness of the adhesive Ad between the lower lens Op1 and the upper lens Op2 by pressurizing the upper lens Op2 toward the lower lens Op1.
  • the rotating mechanism 15 is for rotating the holding base 11 around the optical axis of the lower lens Op1.
  • the rotating mechanism 15 rotates the lower lens Op1 held by the holding table 11 by rotating the holding table 11 under the control of the control mechanism 19 .
  • the upper lens Op2 placed on the lower lens Op1 with the adhesive Ad interposed therebetween is rotated to apply a centrifugal force to the upper lens Op2.
  • the measuring mechanism 16 is for measuring the amount of deviation between the optical axis of the lower lens Op1 and the optical axis of the upper lens Op2 placed on the lower lens Op1 with the adhesive Ad interposed therebetween.
  • the measuring mechanism 16 may be any means capable of detecting the optical axes of the two optical elements. For example, an autocollimator that directly detects the optical axis of the reflected light, or an optical axis that is detected by measuring the surface shape of the optical element. A shape measuring machine or the like can be used.
  • the temporary curing mechanism 17 is for temporarily curing (precuring) the adhesive Ad between the lower lens Op1 and the upper lens Op2.
  • This temporary curing mechanism 17 is configured by, for example, a UV laser unit.
  • the main curing mechanism 18 is for fully curing the adhesive Ad between the lower lens Op1 and the upper lens Op2.
  • This main curing mechanism 18 is configured by, for example, a UV irradiation box.
  • the control mechanism 19 is for controlling each component of the joining apparatus 1 .
  • This control mechanism 19 is composed of, for example, a general-purpose computer such as a work station or a personal computer.
  • the control mechanism 19 controls the rotation of the holding table 11 by controlling the operation of the rotation mechanism 15 .
  • the control mechanism 19 performs control using the measuring mechanism 16 (first method) and control not using the measuring mechanism 16 (second method) in the rotation process of the joining method executed by the joining apparatus 1. be able to.
  • the control mechanism 19 causes the rotation mechanism 15 to set the amount of deviation between the optical axis of the lower lens Op1 and the optical axis of the upper lens Op2 measured by the measurement mechanism 16 to a predetermined value. It controls the rotation of the holding base 11 . That is, the control mechanism 19 increases the rotational speed of the holding table 11 until the amount of deviation of the optical axes of the two optical elements reaches a predetermined value. When the amount of deviation of the optical axes of the two optical elements reaches a predetermined value, the control mechanism 19 stops the rotation of the holding table 11, so that the optical axis of the lower lens Op1 and the optical axis of the upper lens Op2 are aligned. Align with the optical axis and perform centering. Note that the "predetermined value" indicates the amount of deviation of the optical axes of the two optical elements required to generate a predetermined centrifugal force with respect to the upper lens Op2.
  • the centrifugal force F1 applied to the upper lens Op2 increases, causing a deviation between the optical axis Ax1 of the lower lens Op1 and the optical axis Ax2 of the upper lens Op2.
  • Quantity D increases.
  • the "shift amount D" indicates, for example, a three-dimensional shift amount of the optical axis Ax with respect to the optical axis Ax1.
  • the force F that brings the optical axis Ax2 of the upper lens Op2 closer to the optical axis Ax1 of the lower lens Op1 increases based on the weight of the upper lens Op2.
  • this force F exceeds the maximum static frictional force F0 between the adhesive Ad and the upper lens Op2
  • a dynamic frictional force acts on the upper lens Op2 in a direction to reduce the amount of deviation D, and the upper lens Op2 begins to move along the cemented surface between the lower lens Op1 and the upper lens Op2 so as to approach the optical axis Ax1 of the lower lens Op1.
  • the maximum static frictional force F0 between the adhesive Ad and the upper lens Op2 is determined based on, for example, the viscosity and specific gravity of the adhesive Ad.
  • the upper lens Op2 While the upper lens Op2 is moving toward the optical axis Ax1 of the lower lens Op1, the upper lens Op2 moves within a small dynamic frictional force range based on the dynamic viscosity of the adhesive Ad. As a result, the optical axis Ax1 of the lower lens Op1 and the optical axis Ax2 of the upper lens Op2 are aligned based on the weight of the upper lens Op2 and this small dynamic frictional force.
  • control mechanism 19 calculates the rotation speed of the rotation mechanism 15 based on the physical information of the upper lens Op2 cemented to the lower lens Op1, and rotates the holding table 11 based on the calculated rotation speed. controls the rotation of the
  • the control mechanism 19 first calculates the target rotational speed of the rotation mechanism 15 based on the physical information of the lower lens Op1 and the upper lens Op2.
  • the "physical information” includes the radius of curvature of the joint surface of the lower lens Op1 and the upper lens Op2, the mass of the upper lens Op2, and the viscosity and specific gravity of the adhesive Ad used for joining the lower lens Op1 and the upper lens Op2. and are included.
  • the "target number of rotations” indicates the number of rotations of the holding table 11 required to generate a predetermined centrifugal force on the upper lens Op2.
  • control mechanism 19 controls the rotation mechanism 15 to control the rotation speed of the holding base 11 to be equal to or higher than the target rotation speed. Then, when the number of rotations of the holding table 11 becomes equal to or higher than the target number of rotations, the control mechanism 19 stops the rotation of the holding table 11 by the rotation mechanism 15 so that the optical axis Ax1 of the lower lens Op1 and the upper lens Op2 are separated from each other. is aligned with the optical axis Ax2 of .
  • the upper lens Op2 placed with the adhesive Ad therebetween also starts rotating at the same time.
  • the centrifugal force F1 increases, thereby increasing the amount of deviation D between the optical axis Ax1 of the lower lens Op1 and the optical axis Ax2 of the upper lens Op2. go.
  • the force F with which the optical axis Ax2 of the upper lens Op2 approaches the optical axis Ax1 of the lower lens Op1 increases.
  • the upper lens Op2 While the upper lens Op2 is moving toward the optical axis Ax1 of the lower lens Op1, the upper lens Op2 moves within a small range of dynamic frictional force. Based on the dynamic frictional force, the optical axis Ax1 of the lower lens Op1 and the optical axis Ax2 of the upper lens Op2 are aligned.
  • the two sheets can be It becomes possible to center the optical element.
  • the bonding method includes a holding process (step S1), a coating process (step S2), a transporting process (step S3), a placing process (step S4), and an application process.
  • the pressure step (step S5), the rotation step (step S6), the rotation stop step (step S7), the temporary hardening step (step S8), and the main hardening step (step S9) are performed in this order.
  • the transport mechanism 13 sequentially transports the holding table 11 to the position where each mechanism is arranged, while the lower lens is The Op1 and the upper lens Op2 are cemented.
  • some steps are performed at the same position without transporting the holding table 11 by the transport mechanism 13 .
  • the holding table 11 holds the lower lens Op1.
  • the application mechanism 12 applies the adhesive Ad to the upper surface of the lower lens Op1 held on the holding table 11 .
  • the holding table 11 holding the lower lens Op1 is transported to a predetermined position, for example, the position where the mounting mechanism 14 is arranged.
  • the transporting process is appropriately performed at the timing when the holding table 11 needs to be transported.
  • the conveying process is performed between the pressurizing process and the rotating process, and between the pre-curing process and the main curing process, as required.
  • the carrying process may be carried out only between the coating process and the placing process.
  • the mounting mechanism 14 mounts the upper lens Op2 on the lower lens Op1 coated with the adhesive Ad. Specifically, in the mounting step, after the upper lens Op2 is held by suction, the upper lens Op2 is mounted on the lower lens Op1.
  • the mounting mechanism 14 functioning as a pressurizing mechanism presses the upper lens Op2 toward the lower lens Op1.
  • the pressurizing force in the pressurizing step may be appropriately determined according to the required thickness of the adhesive Ad.
  • a step of wiping off the adhesive Ad protruding from between the lower lens Op1 and the upper lens Op2 may be performed.
  • the control mechanism 19 controls the rotation mechanism 15 to rotate the holding base 11 around the optical axis Ax1 of the lower lens Op1.
  • the rotating step by rotating the holding table 11, the lower lens Op1 held by the holding table 11 is rotated.
  • the upper lens Op2 placed on the lower lens Op1 with the adhesive Ad interposed therebetween is rotated to apply centrifugal force to the upper lens Op2.
  • the measurement mechanism 16 measures the amount of deviation between the optical axis Ax1 of the lower lens Op1 and the optical axis Ax2 of the upper lens Op2. Then, the rotation speed of the holding table 11 is increased until the amount of deviation of the optical axes of the two optical elements reaches a predetermined value. That is, in the first method, the rotational speed of the holding table 11 is increased until the deviation amount reaches a predetermined value while constantly observing the deviation amount of the optical axes of the two optical elements by the measurement mechanism 16 .
  • a rotation speed calculation process and a rotation control process are performed.
  • the rotational speed calculation process the physical information of the lower lens Op1, the upper lens Op2, and the adhesive Ad (the curvature radius of the cemented surface of the lower lens Op1 and the upper lens Op2, the mass of the upper lens Op2, the adhesive Ad
  • the target number of revolutions of the rotating mechanism 15 is calculated based on the viscosity and the specific gravity.
  • the rotation mechanism 15 is controlled by the control mechanism 19 to control the rotation speed of the holding table 11 to be equal to or higher than the target rotation speed.
  • the target rotational speed can be calculated by, for example, the following procedures (1) to (9).
  • the inclination y' of the tangent line at each position (x, y) of the cemented surfaces is calculated.
  • “x” at each position (x, y) on the cemented surface indicates the position in the radial direction when the center of the cemented surface (the center of the upper surface of the lower lens Op1) O shown in FIG. 2 is set as the origin.
  • “y” at each position (x, y) on the joint surface indicates the position in the axial direction when the center O of the joint surface is the origin.
  • the inclination y' of the tangent line at each position (x, y) of the joint surface can be calculated by the following formula (1).
  • the control mechanism 19 controls the rotation mechanism 15 to stop the rotation of the holding table 11 .
  • the first method is performed in the rotation process
  • the rotation stop process when the measuring mechanism 16 detects that the amount of deviation of the optical axes of the two optical elements reaches a predetermined value, the holding table 11 is rotated. stop the rotation.
  • the optical axis Ax1 of the lower lens Op1 and the optical axis Ax2 of the upper lens Op2 are aligned using the force F (see FIG. 2) that the upper lens Op2 approaches the optical axis Ax1 of the lower lens Op1 due to its own weight.
  • the rotation of the holding base 11 may be completely stopped when the amount of misalignment between the optical axes of the two optical elements reaches a predetermined value, or the rotation speed of the holding base 11 may be gradually increased. , the rotation of the holding table 11 may be stopped.
  • the rotation of the holding table 11 is stopped when the number of rotations of the holding table 11 reaches or exceeds the target number of rotations n.
  • the optical axis Ax1 of the lower lens Op1 and the optical axis Ax2 of the upper lens Op2 are aligned using the force F (see FIG. 2) that the upper lens Op2 approaches the optical axis Ax1 of the lower lens Op1 due to its own weight.
  • the rotation stop step the rotation of the holding base 11 may be completely stopped when the rotation speed of the holding base 11 reaches or exceeds the target rotation speed n, or the rotation speed of the holding base 11 may be gradually decreased. Alternatively, the rotation of the holding base 11 may be stopped.
  • the temporary curing mechanism 17 temporarily cures the adhesive Ad between the lower lens Op1 and the upper lens Op2.
  • the final curing mechanism 18 fully cures the adhesive Ad between the lower lens Op1 and the upper lens Op2.
  • the holding table 11 is conveyed by the conveying mechanism 13 while the final curing is performed. All steps of the bonding method according to the present embodiment are completed by the above.
  • the optical element bonding apparatus 1 and the optical element bonding method according to the present invention described above by rotating the holding table 11 holding the lower lens Op1, the adhesive Ad is placed on the lower lens Op1 with the adhesive Ad interposed therebetween. A centrifugal force is applied to the placed upper lens Op2.
  • the optical axes of the upper and lower optical elements are aligned using the force F of the upper lens Op2 returning due to its own weight.
  • optical element bonding apparatus 1 and the optical element bonding method according to the present invention even when bonding a thin optical element or an optical element having a large radius of curvature, there is no problem with the optical element or after bonding. A plurality of optical elements can be joined together without deteriorating the quality of the optical elements.
  • the mounting mechanism 14 contacts (presses) the upper lens Op2 only once in the pressing step. contact can be minimized. Therefore, according to the optical element bonding apparatus 1 and the optical element bonding method according to the present invention, lens breakage and optical surface contamination can be minimized.
  • Example An embodiment of an apparatus for bonding optical elements and a method for bonding optical elements according to the present invention will be described.
  • the rotational speed calculation step in the bonding step of the present invention is performed to calculate the target rotational speed required to align the optical axes of the two optical elements.
  • Table 1 shows a list of glass materials constituting the upper lens used in this example, a list of friction coefficients of adhesives used for bonding, and target rotation speeds calculated in the rotation speed calculation step.
  • curvature radius indicates the curvature radius of the lower surface of the upper lens.
  • the radius of curvature of the lower surface of the upper lens and the radius of curvature of the upper surface of the lower lens are usually the same. Therefore, the "curvature radius” in Table 1 is synonymous with the “curvature radius of the joint surfaces of the two optical elements”.
  • the "junction diameter” in Table 1 indicates the diameter of the upper lens cemented to the lower lens (see FIG. 2), in other words, the diameter of the upper lens.
  • Example 1-1 is an example in which glass material A with "curvature radius: medium, junction diameter: medium, mass: medium” is used as the upper lens, and an adhesive with “friction coefficient: small” is used. is shown.
  • Examples of the glass material A in Example 1-1 include “S-TIH53” manufactured by Ohara Optical, and examples of the adhesive include “NOA61” manufactured by Norland.
  • Example 1-2 shows an example in which glass material B with "curvature radius: medium, bonding diameter: medium, mass: medium” is used as the upper lens, and an adhesive with "coefficient of friction: large” is used. .
  • This Example 1-2 shows an example using an adhesive having a larger coefficient of friction than Example 1-1.
  • Examples of the glass material B in Example 1-2 include "S-TIH53” manufactured by Ohara Optical Co., Ltd., and examples of the adhesive include "NOA81" manufactured by Norland.
  • the target rotation speed calculated in the rotation speed calculation process changes according to the friction coefficient of the adhesive. That is, when the coefficient of friction of the adhesive decreases, the target rotation speed also decreases, and when the coefficient of friction of the adhesive increases, the target rotation speed also increases.
  • Example 2-1 shows an example in which glass material C with "curvature radius: medium, junction diameter: large, mass: large” is used as the upper lens, and an adhesive with “friction coefficient: medium” is used.
  • glass material C in Example 2-1 include “S-TIH53” manufactured by Ohara Optical, and examples of the adhesive include “NOA65” manufactured by Norland.
  • Example 2-2 shows an example in which glass material D with "curvature radius: medium, junction diameter: small, mass: small” is used as the upper lens, and an adhesive with “friction coefficient: medium” is used. .
  • Example 2-2 shows an example of using an upper lens having a junction diameter and mass larger than those of Example 2-1.
  • Examples of the glass material D in Example 2-2 include “S-TIH58” manufactured by Ohara Optical, and examples of the adhesive include “NOA65” manufactured by Norland.
  • Examples 2-1 and 2-2 it can be seen that the target rotational speed calculated in the rotational speed calculation process is not affected depending on the relationship between the junction diameter and mass of the upper lens. That is, in Examples 2-1 and 2-2, the target rotational speed is constant regardless of the junction diameter and mass of the upper lens.
  • Example 3-1 shows an example in which glass material E with "large radius of curvature, large junction diameter, and large mass” is used as the upper lens and an adhesive with “medium coefficient of friction” is used. .
  • Example 3-1 shows an example using an upper lens having a larger radius of curvature than Example 2-1.
  • Examples of the glass material E in Example 3-1 include “S-FPL51” manufactured by Ohara Optical, and examples of the adhesive include “NOA65” manufactured by Norland.
  • Example 3-2 shows an example in which a glass material F having a large radius of curvature, a medium bonding diameter, and a medium mass is used as the upper lens, and an adhesive having a small coefficient of friction is used. .
  • Example 3-2 shows an example using an upper lens having a larger radius of curvature than Example 1-1.
  • Examples of the glass material F in Example 3-2 include "S-FPL51” manufactured by Ohara Optical, and examples of the adhesive include "NOA61" manufactured by Norland.
  • Example 3-3 shows an example in which a glass material G with "large radius of curvature, small junction diameter, small mass” is used as the upper lens, and an adhesive with "small coefficient of friction” is used. .
  • Example 3-3 shows an example using an upper lens having a larger radius of curvature than Example 2-2.
  • Examples of the glass material G in Example 3-3 include “S-FPL51” manufactured by Ohara Optical, and examples of the adhesive include “NOA61” manufactured by Norland.
  • the optical element bonding apparatus and the optical element bonding method according to the present invention even when a plurality of glass materials and adhesives are used, the optical axes of the two optical elements are aligned.
  • the rotation speed of the holding base By controlling the rotation speed of the holding base to be equal to or higher than the calculated target rotation speed, it is possible to align the optical axes of the two optical elements and join them together.
  • the glass material constituting the optical element is not limited to those described in the examples, and can be selected as appropriate.
  • the lower lens preferably has a concave upper surface from the viewpoint of dripping the adhesive.
  • the adhesive is not limited to this, and various adhesives can be appropriately adopted.
  • the joining device 1 is configured by one device, but may be configured by multiple devices corresponding to each mechanism or multiple mechanisms.
  • 1 shows a configuration in which the holding table 11 is sequentially carried by the carrying mechanism 13, the positions of the holding table 11 and the rotating mechanism 15 are fixed, and the application mechanism 12, the measuring mechanism 16, and the placing mechanism 14 are moved.
  • the transport mechanism 13 may be configured to transport according to the process.

Abstract

光学素子の接合装置は、第一の光学素子を保持する保持台と、保持台を第一の光学素子の光軸周りに回転させる回転機構と、第一の光学素子の光軸と、第一の光学素子の上に接着剤を挟んで載置した第二の光学素子の光軸との間のずれ量を計測する計測機構と、ずれ量を所定の値にするために、回転機構による保持台の回転を制御する制御機構と、を備える。

Description

光学素子の接合装置および光学素子の接合方法
　本発明は、光学素子の接合装置および光学素子の接合方法に関する。
　従来、複数の光学素子を接合する場合、各光学素子の光軸（光学心）のずれ量を観察しながら、主に手作業により上側の光学素子をつついて調整して心出しを行っていた。そこで、この心出し工程を自動化するために、特許文献１では、光軸の検出機構の計測結果に基づいて、ＸＹ方向に駆動可能な心出しピンによって心出しを行う装置が提案されている。
　また、特許文献２では、接合する上下の光学素子をそれぞれベルクランプで心出ししながら、紫外線によって接着剤を硬化させる心出し装置が提案されている。また、特許文献３では、ベルクランプ方式で心出しをしながら複数の光学素子を接合する全自動接合装置が提案されている。
特開平５－２０３８５４号公報 特開平８－１４３３３９号公報 特許第３１２２６８５号公報
　特許文献１～３で提案された装置では、例えば薄肉の光学素子または曲率半径の大きい光学素子等を接合する場合、光学素子に不具合が発生したり、あるいは接合後の光学素子の品質が低下したりするおそれがあった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光学素子の不具合または接合後の光学素子の品質低下を発生させることなく、複数の光学素子を接合することができる光学素子の接合装置および光学素子の接合方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学素子の接合装置は、第一の光学素子を保持する保持台と、前記保持台を前記第一の光学素子の光軸周りに回転させる回転機構と、前記回転機構による前記保持台の回転を制御し、前記保持台を回転させることにより、前記第一の光学素子の上に接着剤を挟んで載置した第二の光学素子に遠心力を加える制御機構と、を備える。
　また、本発明に係る光学素子の接合装置は、上記発明において、前記第一の光学素子の光軸と、前記第二の光学素子の光軸との間のずれ量を計測する計測機構を更に備え、前記制御機構が、前記ずれ量を所定の値にするために、前記回転機構による前記保持台の回転を制御する。
　また、本発明に係る光学素子の接合装置は、上記発明において、前記制御機構が、前記第一の光学素子と接合する前記第二の光学素子および前記第一の光学素子および前記第二の光学素子の接合に使用する接着剤の物理情報に基づいて、前記回転機構の目標回転数を算出し、算出した目標回転数に基づいて前記保持台の回転を制御する。
　また、本発明に係る光学素子の接合装置は、上記発明において、前記物理情報が、前記第一の光学素子および前記第二の光学素子の接合面の曲率半径と、前記第二の光学素子の質量と、前記接着剤の粘度および比重と、を含む。
　また、本発明に係る光学素子の接合装置は、上記発明において、前記保持台に保持された前記第一の光学素子の上面に接着剤を塗布する塗布機構と、前記第一の光学素子を保持した前記保持台を搬送する搬送機構と、前記第二の光学素子を前記第一の光学素子の上に載置する載置機構と、前記第二の光学素子を加圧することにより、前記第一の光学素子と前記第二の光学素子との間の前記接着剤の厚みを制御する加圧機構と、前記第一の光学素子と前記第二の光学素子との間の前記接着剤を硬化させる硬化機構と、を備える。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学素子の接合方法は、第一の光学素子の光軸周りに回転可能な保持台によって、前記第一の光学素子を保持し、塗布機構によって、前記保持台に保持された前記第一の光学素子の上面に接着剤を塗布し、載置機構によって、第二の光学素子を前記第一の光学素子の上に載置し、加圧機構によって、前記第二の光学素子を加圧することにより、前記第一の光学素子と前記第二の光学素子との間の前記接着剤の厚みを制御し、前記保持台を回転させることにより、前記第二の光学素子に遠心力を加え、所定の条件を満たした場合に、前記保持台の回転を停止させる。
　また、本発明に係る光学素子の接合方法は、上記発明において、前記保持台を回転させる際に、制御機構によって、前記第一の光学素子および前記第二の光学素子の接合面の曲率半径と、前記第二の光学素子の質量と、前記接着剤の粘度および比重とに基づいて、目標回転数を算出し、前記制御機構によって、前記保持台の回転数を、前記目標回転数以上に制御する。
　また、本発明に係る光学素子の接合方法は、上記発明において、前記保持台を回転させる際に、制御機構によって、前記第一の光学素子と第二の光学素子との間の光軸のずれ量が、所定の値となるまで回転数を上昇させる。
　また、本発明に係る光学素子の接合方法は、上記発明において、前記第一の光学素子の上面に接着剤を塗布した後、かつ第二の光学素子を前記第一の光学素子の上に載置する前に、搬送機構によって、前記第一の光学素子を保持した前記保持台を搬送し、前記保持台の回転を停止させた後に、硬化機構によって、前記第一の光学素子と前記第二の光学素子との間の前記接着剤を硬化させる。
　本発明に係る光学素子の接合装置および光学素子の接合方法では、第一の光学素子を保持した保持台を回転させることにより、第一の光学素子の光軸に対して第二の光学素子の光軸をあえて大きくずらした後、第二の光学素子が自重によって戻る力を利用して、上下の光学素子の光軸を一致させる。従って、本発明に係る光学素子の接合装置および光学素子の接合方法によれば、薄肉の光学素子または曲率半径の大きい光学素子等を接合する場合であっても、光学素子の不具合または接合後の光学素子の品質低下を発生させることなく、複数の光学素子を接合することができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る光学素子の接合装置の構成の一例を示す概略図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る光学素子の接合方法の原理を説明するための説明図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る光学素子の接合方法を示すフローチャートである。
　以下、本発明に係る光学素子の接合装置および光学素子の接合方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものも含まれる。
（接合装置）
　本発明の実施の形態に係る光学素子の接合装置の構成について、図１を参照しながら説明する。本実施形態に係る接合装置１は、複数の光学素子（例えばガラスレンズ）を接合するための装置である。接合装置１によって接合する光学素子の組み合わせは、光学素子を上下に重ね合わせた際に、下側の光学素子の上面が凹状であれば、どのような組み合わせであってもよい。
　例えば、下側の光学素子は、対向する二つの光学面の一方が凹球面状であり他方が凸球面状をなすメニスカスレンズ（凸メニスカス、凹メニスカス）、対向する二つの光学面が共に凹球面状をなす両凹レンズ、対向する二つの光学面の一方が凹球面状であり他方が平面状をなす平凹レンズ等から選択することができる。
　また、上側の光学素子は、対向する二つの光学面の一方が凹球面状であり他方が凸球面状をなすメニスカスレンズ（凸メニスカス、凹メニスカス）、対向する二つの光学面が共に凸球面状をなす両凸レンズ、対向する二つの光学面の一方が凸球面状であり他方が平面状をなす平凸レンズ等から選択することができる。
　本実施の形態では、図１に示すように、下側の第一の光学素子（以下、「下レンズ」という）Ｏｐ１が凸メニスカスレンズであり、上側の第二の光学素子（以下、「上レンズ」という）Ｏｐ２が両凸レンズである場合の例を示している。なお、同図では、二枚の光学素子を接合する場合の例を示しているが、接合した二枚の光学素子の上に、更に別の光学素子を接合することも可能であり、光学素子の接合枚数は二枚に限定されない。
　また、光学素子を構成する硝材の材質（例えば透過率、硬さ、脆さ、比重等）には特に制約はないが、例えばＴＩＨ（チタン系）硝材にはＵＶを通さないものもある。そのため、用いる接着剤の種類等に応じて、適切な材質の硝材を選択することが望ましい。
　接合装置１は、図１に示すように、保持台１１と、塗布機構１２と、搬送機構１３と、載置機構１４と、回転機構１５と、計測機構１６と、仮硬化機構１７と、本硬化機構１８と、制御機構１９と、を備えている。なお、接合装置１では、例えば載置機構１４、回転機構１５、計測機構１６、仮硬化機構１７および本硬化機構１８が、それぞれ異なる位置に配置されている。そして、同図の（ａ）～（ｅ）に示すように、搬送機構１３によって、保持台１１を各機構が配置された位置へと順次搬送しながら、下レンズＯｐ１および上レンズＯｐ２の接合を行う。
　保持台１１は、下レンズＯｐ１を保持するためのものである。この保持台１１は、回転機構１５（図１の（ｃ）参照）によって、下レンズＯｐ１の光軸周りに回転可能に構成されている。また、保持台１１は、下レンズＯｐ１を回転可能に保持できるものであればよく、例えば真空吸着式のレンズ保持具によって構成することができる。
　塗布機構１２は、保持台１１に保持された下レンズＯｐ１の上面に接着剤Ａｄを塗布するためのものである。この塗布機構１２は、例えばディスペンサ（液剤定量吐出装置）と、当該ディスペンサに接続されたシリンジとによって構成される。
　接着剤Ａｄとしては、二枚の光学素子を心出しした後に速やかに硬化できることが望ましいため、ＵＶ、可視光等の光硬化型のものを用いることが好ましい。また、接着剤Ａｄとしては、光硬化型の他にも、例えば熱硬化型や放射線硬化型等のものを用いてもよい。また、接着剤Ａｄとして、例えば動粘性と静粘性との差が大きい、チキソ性を有するものを用いてもよい。また、接着剤Ａｄの粘度は、１００ｍＰａ／ｓ～１０００ｍＰａ／ｓの範囲とすることが好ましい。
　搬送機構１３は、下レンズＯｐ１を保持した保持台１１を、所定の位置に搬送するためのものである。搬送機構１３は、例えば保持台１１を、載置機構１４、回転機構１５、計測機構１６、仮硬化機構１７および本硬化機構１８が配置された位置へと順次搬送する。
　載置機構１４は、上レンズＯｐ２を、接着剤Ａｄが塗布された下レンズＯｐ１の上に載置するためのものである。この載置機構１４は、例えば真空吸着器によって構成されており、上レンズＯｐ２を吸着して保持した後、当該上レンズＯｐ２を下レンズＯｐ１の上に載置する。また、載置機構１４は、上レンズＯｐ２を下レンズＯｐ１の方向に加圧することにより、下レンズＯｐ１と上レンズＯｐ２との間の接着剤Ａｄの厚みを制御する加圧機構としても機能する。
　回転機構１５は、保持台１１を下レンズＯｐ１の光軸周りに回転させるためのものである。回転機構１５は、制御機構１９の制御に基づいて、保持台１１を回転させることにより、当該保持台１１によって保持された下レンズＯｐ１を回転させる。そして、下レンズＯｐ１とともに、当該下レンズＯｐ１の上に接着剤Ａｄを挟んで載置されている上レンズＯｐ２を回転させ、上レンズＯｐ２に遠心力を加える。
　計測機構１６は、下レンズＯｐ１の光軸と、当該下レンズＯｐ１の上に接着剤Ａｄを挟んで載置された上レンズＯｐ２の光軸との間のずれ量を計測するためのものである。この計測機構１６は、二枚の光学素子の光軸を検出可能な手段であればよく、例えば反射光の光軸を直接検出するオートコリメータ、光学素子の表面形状を測定して光軸を検出する形状測定機等を用いることができる。
　仮硬化機構１７は、下レンズＯｐ１と上レンズＯｐ２との間の接着剤Ａｄを仮硬化（予備硬化）させるためのものである。この仮硬化機構１７は、例えばＵＶレーザユニットによって構成される。
　本硬化機構１８は、下レンズＯｐ１と上レンズＯｐ２との間の接着剤Ａｄを本硬化させるためのものである。この本硬化機構１８は、例えばＵＶ照射ボックスによって構成される。
　制御機構１９は、接合装置１の各構成を制御するためのものである。この制御機構１９は、例えばワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータによって構成される。制御機構１９は、回転機構１５の動作を制御することにより、保持台１１の回転を制御する。
　制御機構１９は、接合装置１が実行する接合方法の回転工程において、計測機構１６を利用した制御（第一の手法）と、計測機構１６を利用しない制御（第二の手法）と、を行うことができる。
　第一の手法による回転工程において、制御機構１９は、計測機構１６によって計測した下レンズＯｐ１の光軸と上レンズＯｐ２の光軸とのずれ量を所定の値にするために、回転機構１５による保持台１１の回転を制御する。すなわち、制御機構１９は、二枚の光学素子の光軸のずれ量が所定の値となるまで、保持台１１の回転数を上昇させる。そして、制御機構１９は、二枚の光学素子の光軸のずれ量が所定の値となった場合に、保持台１１の回転を停止させることにより、下レンズＯｐ１の光軸と上レンズＯｐ２の光軸とを一致させて心出しを行う。なお、「所定の値」とは、上レンズＯｐ２に対して、所定の遠心力を発生させるために必要な、二枚の光学素子の光軸のずれ量のことを示している。
　このように、下レンズＯｐ１が保持されている保持台１１の回転数を上昇させると、接着剤Ａｄを挟んで載置されている上レンズＯｐ２も同時に回転を始める。そして、上レンズＯｐ２の光軸は、回転の遠心力により、下レンズＯｐ１の光軸から大きく外れるようにずれていく。
　すなわち、図２に示すように、上レンズＯｐ２の回転に伴い、当該上レンズＯｐ２に加わる遠心力Ｆ１が増加することにより、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１と上レンズＯｐ２の光軸Ａｘ２とのずれ量Ｄが増加していく。なお、「ずれ量Ｄ」とは、例えば光軸Ａｘ１に対する光軸Ａｘの三次元的なずれ量のことを示している。このずれ量Ｄが大きくなる程、上レンズＯｐ２の自重に基づいて、当該上レンズＯｐ２の光軸Ａｘ２が、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１に対して近づく力Ｆが増加していく。
　そして、この力Ｆが、接着剤Ａｄと上レンズＯｐ２との間の最大静止摩擦力Ｆ０を超えると、上レンズＯｐ２には、ずれ量Ｄを小さくする方向に動摩擦力が作用し、上レンズＯｐ２が下レンズＯｐ１と上レンズＯｐ２との接合面に沿って、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１に近づくように移動し始める。なお、接着剤Ａｄと上レンズＯｐ２との間の最大静止摩擦力Ｆ０は、例えば接着剤Ａｄの粘度および比重等に基づいて決定される。
　上レンズＯｐ２が下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１に向かって移動している最中は、接着剤Ａｄの動粘性に基づいて、小さな動摩擦力の範囲で上レンズＯｐ２が移動することになる。その結果、上レンズＯｐ２の自重と、この小さな動摩擦力とに基づいて、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１と上レンズＯｐ２の光軸Ａｘ２とが揃っていくという作用を奏する。
　なお、例えば二枚の光学素子の光軸のずれを観察するために、接合した光学素子を低速で回転させることは従来から行われている。しかしながら、接合装置１のように、二枚の光学素子の光軸をあえてずらすために、光学素子を高速（例えば１０００ｒｐｍ以上）で回転させるということは、本発明において初めて見出された知見である。
　第二の手法による回転工程において、制御機構１９は、下レンズＯｐ１と接合する上レンズＯｐ２の物理情報に基づいて、回転機構１５の回転数を算出し、算出した回転数に基づいて保持台１１の回転を制御する。
　すなわち、制御機構１９は、まず下レンズＯｐ１および上レンズＯｐ２の物理情報に基づいて、回転機構１５の目標回転数を算出する。なお、「物理情報」としては、下レンズＯｐ１および上レンズＯｐ２の接合面の曲率半径と、上レンズＯｐ２の質量と、下レンズＯｐ１および上レンズＯｐ２の接合に使用する接着剤Ａｄの粘度および比重と、が含まれる。また、「目標回転数」とは、上レンズＯｐ２に対して、所定の遠心力を発生させるために必要な保持台１１の回転数のことを示している。
　続いて、制御機構１９は、回転機構１５を制御し、保持台１１の回転数を目標回転数以上に制御する。そして、制御機構１９は、保持台１１の回転数が目標回転数以上となった場合に、回転機構１５による保持台１１の回転を停止させることにより、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１と上レンズＯｐ２の光軸Ａｘ２とを一致させて心出しを行う。
　このように、下レンズＯｐ１が保持されている保持台１１を目標回転数以上まで回転させると、接着剤Ａｄを挟んで載置されている上レンズＯｐ２も同時に回転を始める。そして、図２に示すように、上レンズＯｐ２の回転に伴って遠心力Ｆ１が増加することにより、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１と上レンズＯｐ２の光軸Ａｘ２とのずれ量Ｄが増加していく。また、このずれ量Ｄが大きくなる程、上レンズＯｐ２の光軸Ａｘ２が、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１に対して近づく力Ｆが増加していく。
　そして、この力Ｆが、接着剤Ａｄと上レンズＯｐ２との間の最大静止摩擦力Ｆ０を超えると、上レンズＯｐ２には、ずれ量Ｄを小さくする方向に動摩擦力が作用し、上レンズＯｐ２が下レンズＯｐ１と上レンズＯｐ２との接合面に沿って、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１に近づくように移動し始める。
　上レンズＯｐ２が下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１に向かって移動している最中は、小さな動摩擦力の範囲で上レンズＯｐ２が移動することになり、その結果、上レンズＯｐ２の自重と、この小さな動摩擦力とに基づいて、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１と上レンズＯｐ２の光軸Ａｘ２とが揃っていくという作用を奏する。
　このように、下レンズＯｐ１、上レンズＯｐ２および接着剤Ａｄの物理情報を利用することにより、計測機構１６を用いない、あるいは接合装置１が計測機構１６を備えていない場合においても、二枚の光学素子の心出しを行うことが可能となる。
（接合方法）
　本発明の実施の形態に係る接合装置１が実行する接合方法について、図１および図３を参照しながら説明する。本実施形態に係る接合方法は、図３に示すように、保持工程（ステップＳ１）と、塗布工程（ステップＳ２）と、搬送工程（ステップＳ３）と、載置工程（ステップＳ４）と、加圧工程（ステップＳ５）と、回転工程（ステップＳ６）と、回転停止工程（ステップＳ７）と、仮硬化工程（ステップＳ８）と、本硬化工程（ステップＳ９）と、をこの順番で行う。
　また、本実施形態に係る接合方法では、図１の（ａ）～（ｅ）に示すように、搬送機構１３によって、各機構が配置された位置に保持台１１を順次搬送しながら、下レンズＯｐ１および上レンズＯｐ２の接合を行う。但し、接合方法に含まれる工程のうち、一部の工程については、搬送機構１３によって保持台１１を搬送せずに、同じ位置で実施される。
　まず、保持工程では、保持台１１によって下レンズＯｐ１を保持する。
　続いて、塗布工程では、塗布機構１２によって、保持台１１に保持された下レンズＯｐ１の上面に接着剤Ａｄを塗布する。
　続いて、搬送工程では、下レンズＯｐ１を保持した保持台１１を、所定の位置、例えば載置機構１４が配置された位置に搬送する。なお、搬送工程は、塗布工程と載置工程との間に実施される他に、保持台１１の搬送が必要なタイミングで適宜実施される。例えば搬送工程は、加圧工程と回転工程との間、仮硬化工程と本硬化工程との間において、必要に応じて実施される。但し、各工程が同じ位置で実施される場合は、塗布工程と載置工程との間でのみ搬送工程を実施すればよい。
　続いて、載置工程では、載置機構１４によって、上レンズＯｐ２を、接着剤Ａｄが塗布された下レンズＯｐ１の上に載置する。載置工程では、具体的には、上レンズＯｐ２を吸着して保持した後、当該上レンズＯｐ２を下レンズＯｐ１の上に載置する。
　続いて、加圧工程では、加圧機構として機能させた載置機構１４によって、上レンズＯｐ２を下レンズＯｐ１の方向に加圧する。これにより、下レンズＯｐ１と上レンズＯｐ２との間の接着剤Ａｄの厚みを制御する。なお、加圧工程における加圧力は、必要とする接着剤Ａｄの厚みに応じて適宜決定すればよい。また、加圧工程後に、下レンズＯｐ１と上レンズＯｐ２との間からはみ出した接着剤Ａｄをふき取る工程（ふき取り工程）を行ってもよい。
　続いて、回転工程では、制御機構１９が回転機構１５を制御することにより、保持台１１を下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１周りに回転させる。回転工程では、保持台１１を回転させることにより、当該保持台１１によって保持された下レンズＯｐ１を回転させる。そして、下レンズＯｐ１の回転に伴い、当該下レンズＯｐ１の上に接着剤Ａｄを挟んで載置されている上レンズＯｐ２を回転させ、上レンズＯｐ２に遠心力を加える。
　回転工程は、計測機構１６を利用した第一の手法と、計測機構１６を利用しない第二の手法とのいずれか実施する。第一の手法では、まず計測機構１６によって、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１と上レンズＯｐ２の光軸Ａｘ２とのずれ量を計測する。そして、二枚の光学素子の光軸のずれ量が所定の値となるまで、保持台１１の回転数を上昇させる。すなわち、第一の手法では、計測機構１６によって二枚の光学素子の光軸のずれ量を常時観察しながら、当該ずれ量が所定の値となるまで保持台１１の回転数を上昇させる。
　また、第二の手法では、回転数算出工程および回転制御工程を実施する。回転数算出工程では、制御機構１９によって、下レンズＯｐ１、上レンズＯｐ２および接着剤Ａｄの物理情報（下レンズＯｐ１および上レンズＯｐ２の接合面の曲率半径、上レンズＯｐ２の質量、接着剤Ａｄの粘度および比重）に基づいて、回転機構１５の目標回転数を算出する。続いて、回転数制御工程では、制御機構１９によって回転機構１５を制御し、保持台１１の回転数を目標回転数以上に制御する。
　ここで、回転数算出工程では、例えば以下の手順（１）～（９）によって、目標回転数を算出することができる。
（１）下レンズＯｐ１および上レンズＯｐ２の接合面の曲率半径Ｒに基づいて、接合面の各位置（ｘ，ｙ）における接線の傾きｙ’をそれぞれ算出する。接合面の各位置（ｘ，ｙ）における「ｘ」は、図２に示した接合面の中心（下レンズＯｐ１の上面の中心）Ｏを原点とした場合の、径方向における位置を示している。また、接合面の各位置（ｘ，ｙ）における「ｙ」は、接合面の中心Ｏを原点とした場合の、軸方向における位置を示している。また、接合面の各位置（ｘ，ｙ）における接線の傾きｙ’は、下記式（１）によって算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
（２）（１）で算出した接合面の各位置（ｘ，ｙ）における接線の傾きｙ’に基づいて、各位置（ｘ，ｙ）における角度θ、すなわち接合面の中心Ｏから各位置（ｘ，ｙ）を結んだ直線と、径方向の軸線との角度θをそれぞれ算出する。
（３）（２）で算出した接合面の各位置（ｘ，ｙ）における角度θと、上レンズＯｐ２の質量ｍと、重力加速度ｇと、接着剤Ａｄの粘性および比重から決定される摩擦係数μとに基づいて、下記式（２）によって、接合面の各位置（ｘ，ｙ）における最大静止摩擦力Ｆ０を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
（４）（２）で算出した接合面の各位置（ｘ，ｙ）における角度θと、上レンズＯｐ２の質量ｍと、重力加速度ｇとに基づいて、下記式（３）によって、接合面の各位置（ｘ，ｙ）から接合面の中心Ｏに向かう力Ｆを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
（５）（３）で算出した最大静止摩擦力Ｆ０と、（４）で求めた力Ｆとを、位置（ｘ，ｙ）ごとに足し合わせていき、力Ｆが最大静止摩擦力Ｆ０よりも大きくなる接合面の位置（ｘ，ｙ）を特定する。
（６）（５）で特定した接合面の位置（ｘ，ｙ）まで、上レンズＯｐ２を動かすために必要な遠心力Ｆ１を算出する。
（７）（６）で算出した遠心力Ｆ１と、上レンズＯｐ２の半径ｒと、上レンズＯｐ２の質量ｍとに基づいて、下記式（４）によって、上レンズＯｐ２の接線速度ｖを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
（８）（７）で算出した上レンズＯｐ２の接線速度ｖと、上レンズＯｐ２の半径ｒとに基づいて、下記式（５）によって、上レンズＯｐ２の角速度ωを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
（９）（８）で算出した上レンズＯｐ２の角速度ωと、円周率πとに基づいて、下記式（６）によって、目標回転数ｎを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　続いて、回転停止工程では、制御機構１９が回転機構１５を制御することにより、保持台１１の回転を停止させる。回転工程において第一の手法を実施した場合、回転停止工程では、二枚の光学素子の光軸のずれ量が所定の値となったことを計測機構１６によって検知した場合に、保持台１１の回転を停止させる。これにより、上レンズＯｐ２が自重によって下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１に対して近づく力Ｆ（図２参照）を利用して、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１と上レンズＯｐ２の光軸Ａｘ２とを一致させる。なお、回転停止工程では、二枚の光学素子の光軸のずれ量が所定の値となった時点で保持台１１の回転を完全に停止させてもよく、あるいは保持台１１の回転数を徐々に低下させながら当該保持台１１の回転を停止させてもよい。
　また、回転工程において第二の手法を実施した場合、回転停止工程では、保持台１１の回転数が目標回転数ｎ以上となった場合に、保持台１１の回転を停止させる。これにより、上レンズＯｐ２が自重によって下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１に対して近づく力Ｆ（図２参照）を利用して、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１と上レンズＯｐ２の光軸Ａｘ２とを一致させる。なお、回転停止工程では、保持台１１の回転数が目標回転数ｎ以上となった時点で保持台１１の回転を完全に停止させてもよく、あるいは保持台１１の回転数を徐々に低下させながら当該保持台１１の回転を停止させてもよい。
　続いて、仮硬化工程では、仮硬化機構１７によって、下レンズＯｐ１と上レンズＯｐ２との間の接着剤Ａｄを仮硬化させる。
　続いて、本硬化工程では、本硬化機構１８によって、下レンズＯｐ１と上レンズＯｐ２との間の接着剤Ａｄを本硬化させる。この本硬化工程では、例えば図１の（ｄ）および（ｅ）に示すように、搬送機構１３によって保持台１１を搬送しながら本硬化を行う。以上により、本実施形態に係る接合方法の全工程が完了する。
　以上説明した本発明に係る光学素子の接合装置１および光学素子の接合方法では、下レンズＯｐ１を保持した保持台１１を回転させることにより、当該下レンズＯｐ１の上に接着剤Ａｄを挟んで載置された上レンズＯｐ２に対して遠心力を加える。これにより、下レンズＯｐ１の光軸Ａｘ１に対して上レンズＯｐ２の光軸Ａｘ２をあえて大きくずらした後、上レンズＯｐ２が自重によって戻る力Ｆを利用して、上下の光学素子の光軸を一致させる。
　従って、本発明に係る光学素子の接合装置１および光学素子の接合方法によれば、薄肉の光学素子または曲率半径の大きい光学素子等を接合する場合であっても、光学素子の不具合または接合後の光学素子の品質低下を発生させることなく、複数の光学素子を接合することができる。
　また、従来のように、手作業で上レンズＯｐ２を何度もつついて心出しの調整を行う場合、上レンズＯｐ２の縁が欠けてしまったり、光学面が汚染されてしまったりするおそれがある。一方、本発明に係る光学素子の接合装置１および光学素子の接合方法では、加圧工程において、載置機構１４によって上レンズＯｐ２に一度のみ接触（加圧）するだけであり、上レンズＯｐ２への接触を最小限に留めることができる。従って、本発明に係る光学素子の接合装置１および光学素子の接合方法によれば、レンズの破損や光学面の汚染を最小限に留めることができる。
（実施例）
　本発明に係る光学素子の接合装置および光学素子の接合方法の実施例について説明する。本実施例では、上レンズを構成する硝材を変更しながら、本発明の接合工程における回転数算出工程を実施し、二枚の光学素子の光軸を一致させるために必要な目標回転数を算出した。本実施例で使用した上レンズを構成する硝材の一覧と、接合に使用した接着剤の摩擦係数の一覧と、回転数算出工程で算出した目標回転数を、表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　なお、表１において、「曲率半径」とは、上レンズの下面の曲率半径のことを示している。二枚の光学素子を接合する場合、通常は、上レンズの下面の曲率半径と下レンズの上面の曲率半径は同じである。従って、表１の「曲率半径」は、「二枚の光学素子の接合面の曲率半径」と同義である。また、表１の「接合径」とは、下レンズに対して上レンズが接合される径のことを示しており（図２参照）、言い換えると上レンズの径のことを示している。
　表１において、実施例１－１は、「曲率半径：中、接合径：中、質量：中」の硝材Ａを上レンズとして用い、「摩擦係数：小」の接着剤を用いた場合の例を示している。実施例１－１の硝材Ａとしては、例えばオハラ光学製の「Ｓ－ＴＩＨ５３」等が、接着剤としては、例えばノーランド社製の「ＮＯＡ６１」等が挙げられる。
　実施例１－２は、「曲率半径：中、接合径：中、質量：中」の硝材Ｂを上レンズとして用い、「摩擦係数：大」の接着剤を用いた場合の例を示している。この実施例１－２は、実施例１－１よりも、摩擦係数の大きい接着剤を用いた例を示している。実施例１－２の硝材Ｂとしては、例えばオハラ光学製の「Ｓ－ＴＩＨ５３」等が、接着剤としては、例えばノーランド社製の「ＮＯＡ８１」等が挙げられる。
　実施例１－１，１－２に示すように、接着剤の摩擦係数に応じて、回転数算出工程で算出される目標回転数が変化することが分かる。すなわち、接着剤の摩擦係数が小さくなると、目標回転数も小さくなり、接着剤の摩擦係数が大きくなると、目標回転数も大きくなる。
　実施例２－１は、「曲率半径：中、接合径：大、質量：大」の硝材Ｃを上レンズとして用い、「摩擦係数：中」の接着剤を用いた場合の例を示している。実施例２－１の硝材Ｃとしては、例えばオハラ光学製の「Ｓ－ＴＩＨ５３」等が、接着剤としては、例えばノーランド社製の「ＮＯＡ６５」等が挙げられる。
　実施例２－２は、「曲率半径：中、接合径：小、質量：小」の硝材Ｄを上レンズとして用い、「摩擦係数：中」の接着剤を用いた場合の例を示している。この実施例２－２は、実施例２－１よりも、接合径および質量の大きい上レンズを用いた例を示している。実施例２－２の硝材Ｄとしては、例えばオハラ光学製の「Ｓ－ＴＩＨ５８」等が、接着剤としては、例えばノーランド社製の「ＮＯＡ６５」等が挙げられる。
　実施例２－１，２－２に示すように、上レンズの接合径と質量との関係性によっては、回転数算出工程で算出される目標回転数には影響を与えないことが分かる。すなわち、実施例２－１，２－２では、上レンズの接合径および質量にかかわらず、目標回転数は一定である。
　実施例３－１は、「曲率半径：大、接合径：大、質量：大」の硝材Ｅを上レンズとして用い、「摩擦係数：中」の接着剤を用いた場合の例を示している。この実施例３－１は、実施例２－１よりも、曲率半径の大きい上レンズを用いた例を示している。実施例３－１の硝材Ｅとしては、例えばオハラ光学製の「Ｓ－ＦＰＬ５１」等が、接着剤としては、例えばノーランド社製の「ＮＯＡ６５」等が挙げられる。
　実施例３－２は、「曲率半径：大、接合径：中、質量：中」の硝材Ｆを上レンズとして用い、「摩擦係数：小」の接着剤を用いた場合の例を示している。この実施例３－２は、実施例１－１よりも、曲率半径の大きい上レンズを用いた例を示している。実施例３－２の硝材Ｆとしては、例えばオハラ光学製の「Ｓ－ＦＰＬ５１」等が、接着剤としては、例えばノーランド社製の「ＮＯＡ６１」等が挙げられる。
　実施例３－３は、「曲率半径：大、接合径：小、質量：小」の硝材Ｇを上レンズとして用い、「摩擦係数：小」の接着剤を用いた場合の例を示している。この実施例３－３は、実施例２－２よりも、曲率半径の大きい上レンズを用いた例を示している。実施例３－３の硝材Ｇとしては、例えばオハラ光学製の「Ｓ－ＦＰＬ５１」等が、接着剤としては、例えばノーランド社製の「ＮＯＡ６１」等が挙げられる。
　実施例３－１，３－２，３－３に示すように、上レンズの曲率半径が大きい程、上レンズの接合径および質量を大きくするか（実施例３－１参照）、あるいは摩擦係数の大きい接着剤を用いる必要がある（実施例３－２，３－３参照）ことが分かる。
　このように、本発明に係る光学素子の接合装置および光学素子の接合方法によれば、複数の硝材および接着剤を利用した場合においても、二枚の光学素子の光軸を一致させるために必要な目標回転数を算出することができ、保持台の回転数を、算出した目標回転数以上に制御することにより、二枚の光学素子の光軸を一致させて接合することができる。
　なお、光学素子を構成する硝材は、実施例に記載したものに限らず、適宜選択可能である。また、曲率半径が小さい程、接合径および質量が大きい程、接着剤の粘度が小さい程、本発明を適用しやすくなるため、発明の趣旨を逸脱しない範囲で硝材および接着剤の組み合わせを適宜選択可能である。また、下レンズは、接着剤を滴下する観点から、上面が凹面であることが望ましい。また、上レンズは、メニスカスレンズ、両凸レンズ、平凸レンズ等を用いることが望ましい。また、実施例では、代表的な接着剤として、ノーランド社製のものを例示したが、これに限らず、様々な接着剤を適宜採用することができる。
　以上、本発明に係る光学素子の接合装置および光学素子の接合方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
　例えば、本実施の形態に係る接合装置１は、図１に示すように、一つの装置によって構成されていたが、各機構または複数の機構に対応する複数の装置によって構成されてもよい。また、図１では、搬送機構１３で保持台１１を順次搬送する構成として示したが、保持台１１と回転機構１５の位置を固定して、塗布機構１２や計測機構１６、載置機構１４を搬送機構１３によって、工程に応じて搬送するように構成してもよい。
　１　接合装置
　１１　保持台
　１２　塗布機構
　１３　搬送機構
　１４　載置機構
　１５　回転機構
　１６　計測機構
　１７　仮硬化機構
　１８　本硬化機構
　１９　制御機構
　Ａｄ　接着剤
　Ａｘ１，Ａｘ２　光軸
　Ｏｐ１　下レンズ（第一の光学素子）
　Ｏｐ２　上レンズ（第二の光学素子）

Claims (9)

  1. 　第一の光学素子を保持する保持台と、
    　前記保持台を前記第一の光学素子の光軸周りに回転させる回転機構と、
    　前記回転機構による前記保持台の回転を制御し、前記保持台を回転させることにより、前記第一の光学素子の上に接着剤を挟んで載置した第二の光学素子に遠心力を加える制御機構と、
    　を備える光学素子の接合装置。
  2. 　前記第一の光学素子の光軸と、前記第二の光学素子の光軸との間のずれ量を計測する計測機構を更に備え、
    　前記制御機構は、前記ずれ量を所定の値にするために、前記回転機構による前記保持台の回転を制御する、
    　請求項１に記載の光学素子の接合装置。
  3. 　前記制御機構は、前記第一の光学素子と接合する前記第二の光学素子および前記第一の光学素子および前記第二の光学素子の接合に使用する接着剤の物理情報に基づいて、前記回転機構の目標回転数を算出し、算出した目標回転数に基づいて前記保持台の回転を制御する、
    　請求項１に記載の光学素子の接合装置。
  4. 　前記物理情報は、前記第一の光学素子および前記第二の光学素子の接合面の曲率半径と、前記第二の光学素子の質量と、前記接着剤の粘度および比重と、を含む、
    　請求項３に記載の光学素子の接合装置。
  5. 　前記保持台に保持された前記第一の光学素子の上面に接着剤を塗布する塗布機構と、
    　前記第一の光学素子を保持した前記保持台を搬送する搬送機構と、
    　前記第二の光学素子を前記第一の光学素子の上に載置する載置機構と、
    　前記第二の光学素子を加圧することにより、前記第一の光学素子と前記第二の光学素子との間の前記接着剤の厚みを制御する加圧機構と、
    　前記第一の光学素子と前記第二の光学素子との間の前記接着剤を硬化させる硬化機構と、
    　を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学素子の接合装置。
  6. 　第一の光学素子の光軸周りに回転可能な保持台によって、前記第一の光学素子を保持し、
    　塗布機構によって、前記保持台に保持された前記第一の光学素子の上面に接着剤を塗布し、
    　載置機構によって、第二の光学素子を前記第一の光学素子の上に載置し、
    　加圧機構によって、前記第二の光学素子を加圧することにより、前記第一の光学素子と前記第二の光学素子との間の前記接着剤の厚みを制御し、
    　前記保持台を回転させることにより、前記第二の光学素子に遠心力を加え、
    　所定の条件を満たした場合に、前記保持台の回転を停止させる、
    　光学素子の接合方法。
  7. 　前記保持台を回転させる際に、
    　制御機構によって、前記第一の光学素子および前記第二の光学素子の接合面の曲率半径と、前記第二の光学素子の質量と、前記接着剤の粘度および比重とに基づいて、目標回転数を算出し、
    　前記制御機構によって、前記保持台の回転数を、前記目標回転数以上に制御する、
    　請求項６に記載の光学素子の接合方法。
  8. 　前記保持台を回転させる際に、
    　制御機構によって、前記第一の光学素子と第二の光学素子との間の光軸のずれ量が、所定の値となるまで回転数を上昇させる、
    　請求項６に記載の光学素子の接合方法。
  9. 　前記第一の光学素子の上面に接着剤を塗布した後、かつ第二の光学素子を前記第一の光学素子の上に載置する前に、搬送機構によって、前記第一の光学素子を保持した前記保持台を搬送し、
    　前記保持台の回転を停止させた後に、硬化機構によって、前記第一の光学素子と前記第二の光学素子との間の前記接着剤を硬化させる、
    　請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の光学素子の接合方法。
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