JP2008285375A

JP2008285375A - 接合光学素子及びその製造方法

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Publication number: JP2008285375A
Application number: JP2007133359A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Suzuki; 哲也鈴木; Tomokazu Tokunaga; 知一徳永
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2008-11-27
Also published as: US20080285154A1; US7885018B2

Abstract

【課題】接合光学素子の中心厚みを高精度に管理する。
【解決手段】第１光学素子４に対して、第２光学素子素材５をその押圧方向の少なくとも一部が押圧方向と直交する方向に関して非拘束状態で押圧することで直径が第１光学素子４よりも大きい第２光学素子６を成形することにより、第１光学素子４に第２光学素子６を接合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮影レンズや光ピックアップなどの光学系等に使用される光学素子、特に、互いに異なる光学素子同士を接合している接合光学素子及びその製造方法に関するものである。

従来、２種類以上のレンズやプリズムなどを接合した接合光学素子は、予め研削・研磨加工やプレス加工などによって仕上げられた光学素子同士を紫外線硬化型に代表される接着剤で接合して製造されている。しかしながら、この方法では、それぞれの光学素子を製造する工程や、２種類以上の光学素子を高精度に位置決めして配置する位置決め工程や、接着剤を気泡の無い状態で均一に塗布して硬化する接着工程が必要であり、接合光学素子の精度向上と生産性向上の障害となっている。

これに対して、上記位置決め工程と上記接着工程を無くすことを目的として、硝材同士の融着接合により接合光学素子を成形する方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、上下の型の間に第１光学素子と第２光学素子素材を配置し、第２光学素子素材が変形可能でかつ第１光学素子が変形不可能な温度で加熱しながら、型と第１光学素子により第２光学素子素材をプレス加工して第２光学素子を成形し、第１と第２光学素子を一体化して合成光学素子を成形する方法が開示されている。

また、特許文献２には、第１と第２の一対の型と胴型により第１光学素子素材を加熱・加圧して第１光学素子を成形し、第２の型を取り外して第２光学素子素材と第３の型を載置し、第１光学素子と第３の型により第２光学素子素材を加熱・加圧して第２光学素子を成形し、第１と第２光学素子を精度良く位置決めする工法が提案されている。

さらに、特許文献３には、冷却時間を短縮してもクラックが生じることのないようにするため、互いの線膨張係数の差が３×１０^−７〜８×１０^−７であるガラス同士を直接接合してガラスレンズを成形する方法が提案されている。
特開昭６０−６７１１８号公報特開平１１−１３０４４８号公報特許第３７６３５５２号

ところで、光学素子において、その中心厚みは光学性能に大きく影響することから、高精度に管理する必要がある。２つ以上の光学素子を接合して形成される接合光学素子では、その厚み精度はそれぞれの光学素子が持っている厚み精度の和となる。

しかしながら、上記特許文献１〜３では、接合光学素子の厚み精度については鑑みられていない。

接合光学素子の厚みを高精度に管理する方法として、接合光学素子の各々の光学素子の厚みや重量を従来以上に高精度に管理することが考えられるが、これはコストがかかって、量産には向かない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接合光学素子の中心厚みを高精度に管理することにある。

本発明に係る接合光学素子は、第１光学素子に対して、第２光学素子素材を加熱しながら押圧することで第２光学素子を成形することにより、上記第１光学素子に上記第２光学素子を接合している接合光学素子であって、上記第１光学素子に対して、上記第２光学素子素材をその押圧方向の少なくとも一部が押圧方向と直交する方向に関して非拘束状態で押圧することで、直径が上記第１光学素子よりも大きい第２光学素子を成形していることを特徴とするものである。

本発明に係る接合光学素子の製造方法は、第１光学素子に対して、第２光学素子素材を加熱しながら押圧することで第２光学素子を成形することにより、上記第１光学素子に上記第２光学素子を接合している接合光学素子の製造方法であって、上記第１光学素子に対して、上記第２光学素子素材をその押圧方向の少なくとも一部が押圧方向と直交する方向に関して非拘束状態で押圧することで、直径が上記第１光学素子よりも大きい第２光学素子を成形することを特徴とするものである。

本発明によれば、接合光学素子の各々の光学素子の厚みや重量を従来以上に高精度に管理することなく、接合光学素子の中心厚みを高精度に管理できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る接合光学素子７の断面図である。図１に示すように、この接合光学素子７は、第１及び第２光学素子４，６を備えている。この第１光学素子４は、外径が１０ｍｍ、中心厚みが４ｍｍの球面両凸レンズである。第１光学素子４の材料は、屈折率ｎｄが１．５１７６０、アッベ数νｄが６３．５、ガラス転移温度（転移点温度）Ｔｇが５０１℃、ガラス軟化温度（屈伏点温度）Ａｔが５４９℃のＰＢＫ４０（（株）住田光学ガラス製）である。そして、第１光学素子４は、研磨加工により成形されている。

第２光学素子６は、第１光学素子４の上面に直接接合されて一体化されている。第２光学素子６は、外径が１４ｍｍ、中心厚みが２ｍｍ、外周部の厚みが４ｍｍの球面両凹レンズである。つまり、第２光学素子６の外径は、第１光学素子４よりも大きい。第２光学素子６は、断面形状が径方向外側に突出する略湾曲形状の外周曲面８を有している。そして、第２光学素子６の材料は、屈性率ｎｄが１．６８８９３、アッベ数νｄが３１．２、ガラス転移温度Ｔｇが４３０℃、ガラス軟化温度Ａｔが４５９℃のＳＦ８（（株）住田光学ガラス製）である。つまり、第２光学素子６のガラス軟化温度Ａｔは、第１光学素子４のガラス転移温度Ｔｇ及びガラス軟化温度Ａｔよりも低い。

以下、図２を参照しながら、接合光学素子７の製造方法について説明する。図２は、接合光学素子７の製造工程を示す概略断面図であり、(ａ)は、第２光学素子成形準備段階を示す図であり、（ｂ）は、第２光学素子成形完了段階を示す図である。

まず、第１光学素子４及び第２光学素子素材５を用意する。この第２光学素子素材５は、図２（ａ）に示すように、断面形状が略直線形状の外周曲面（側面）５ｃを有していて、外径が第１光学素子４よりも大きい。それから、胴型３に下型２を挿入し、下型２上に第１光学素子４を置く。次に、第１光学素子４上に第２光学素子素材５を置く。その後、上型１を胴型３に挿入して第２光学素子素材５上に置く。このように、胴型３に上型１及び下型２を挿入することにより、上型１及び下型２の互いの中心位置を合わす。

そして、上型１、下型２、及び胴型３により、第１光学素子４に対して、第２光学素子素材５を押圧方向と直交する方向に関して非拘束状態で第１光学素子４が変形不可能でかつ第２光学素子素材５が変形可能な温度で加熱しながら押圧する。つまり、第２光学素子素材５を、上面５ａが上型１に、下面５ｂが第１光学素子４に、それぞれ接触し、かつ、外周曲面５ｃ全体が胴型３に非接触状態で加熱・加圧する。本実施形態では、加熱温度は４８５℃、加圧力は２００ｋｇｆ／ｃｍ^２、加圧時間は４０秒である。これにより、図２（ｂ）に示すように、第２光学素子６が成形される。

ここで、上述のように、第２光学素子素材５は、外径が第１光学素子４よりも大きく、また、上下方向（すなわち、上面５ａ及び下面５ｂ）に関しては上型１及び第１光学素子４により自由変形を規制され、かつ、水平方向（すなわち、外周曲面５ｃ）に関しては自由変形を許容された状態で加熱・加圧される。これにより、図２（ｂ）に示すように、第２光学素子６の外径が第１光学素子４よりも大きくなり、外周曲面８の断面形状が略湾曲形状となる。

以上により、第１光学素子４の上面に第２光学素子６が接合されて一体化された接合光学素子７が成形される。このようにして得られる接合光学素子７は、割れやクラック、曇りの発生も無く、品質の良いものである。

以上のように、本実施形態によれば、第１光学素子４に対して、第２光学素子素材５を押圧方向と直交する方向に関して非拘束状態で押圧することで外径が第１光学素子４よりも大きい第２光学素子６を成形することにより、第１及び第２光学素子４，６の厚みや重量のばらつきを十分に吸収でき、接合光学素子７の中心厚みを設計値とほぼ同一にできる。

また、接合光学素子７の量産時のばらつきを想定し、実際に第１光学素子４及び第２光学素子素材５として厚みがそれぞれの設計値よりも４０μｍだけ厚いものを用意し、上記接合成形を試みた。そうすると、接合光学素子７の中心厚みは設計値とほぼ同一となった。このことにより、第２光学素子素材５を水平方向に関して非拘束状態で押圧することで、接合光学素子７の中心厚みを高精度化できると言える。

さらに、第２光学素子素材５を、外周曲面５ｃが胴型３との間に隙間がある状態で加圧することにより、第２光学素子素材５が上型１に回り込むのを抑制でき、金型破損や金型へのガラス付着を抑制できる。

（その他の実施形態）
第１及び第２光学素子４，６の外径や厚みは、上記実施形態の値とは異なる任意の値でも良い。さらに、加熱温度、加圧力、及び加圧時間も、上記実施形態の値とは異なる任意の値でも良い。

また、上記実施形態では、第１光学素子４に対して、第２光学素子素材５を押圧方向と直交する方向に関して非拘束状態で加熱しながら押圧することで、外径が第１光学素子４よりも大きい第２光学素子６を成形しているが、第１光学素子４に対して、第２光学素子素材５をその押圧方向の一部が押圧方向と直交する方向に関して非拘束状態で加熱しながら押圧することで、第２光学素子６を成形しても良い。例えば、第２光学素子素材５を、上面５ａが上型１に、下面５ｂが第１光学素子４に、それぞれ接触し、かつ、外周曲面５ｃの上部及び下部が胴型３に非接触状態で加熱・加圧しても良い。つまり、この場合、第２光学素子素材５の外周曲面５ｃの上部及び下部の間の中間部が胴型３に接触する。これにより、図３に示すように、第２光学素子１１の外周曲面８が、断面形状が外側に突出する略湾曲形状の非規制部１２ａ，１２ｂと断面形状が略直線形状の規制部１３とからなる接合光学素子７を得ることができる。非規制部１２ａ，１２ｂがそれぞれ外周曲面８の上部及び下部を、規制部１３が外周曲面８の中間部を構成している。ここで、第２光学素子素材５（第２光学素子１１）の外径は第１光学素子１０よりも大きいので、第２光学素子素材５の外周曲面５ｃの中間部は第１光学素子１０の径方向外側で胴型３により拘束される。このことにより、第１及び第２の光学素子１０，１１の厚みや重量のばらつきを第２光学素子１１の上下に分割して逃がすことができ、接合光学素子７において、高い形状精度を実現できる。

また、上記実施形態では、第１光学素子４が球面両凸レンズ、第２光学素子６が球面両凹レンズであるが、これに限らず、例えば、図４に示すように、第１光学素子１４が球面両凹レンズ、第２光学素子１５が球面両凸レンズであっても良い。さらに、第１及び／又は第２光学素子の、接合面とは反対側の面が、非球面であっても良い。

また、上記実施形態では、第１光学素子４を研磨加工により形成しているが、これに限らず、例えば、第１光学素子をプレス成形により形成しても良い。

また、上記実施形態では、第１又は第２光学素子に接合されて一体化されている第３光学素子をさらに備えていても良い。例えば、図５に示すように、第１光学素子１６の上面に第２光学素子１７を、第２光学素子１７の上面に第３光学素子１８を、それぞれ上記実施形態と同様の方法で直接接合して一体化しても良い。この場合、第２及び第３光学素子１７，１８を同時に形成しても、別々に形成しても良い。

また、上記実施形態では、第１及び第２光学素子４，６はガラス製であるが、これに限らず、例えば、上記実施形態のガラス材料とは異なるガラス材料からなるものであったり、プラスチック製であったりしても良い。但し、第１及び第２光学素子４，６はガラス製であるのが望ましい。このようにガラス製であることにより、接合光学素子７において、高い形状精度、高い耐熱性、高い機械的耐久性、高い均質性を実現できる。なお、以上と同様のことは、上記した、第３光学素子を備えた接合光学素子７についても当てはまる。

また、上記実施形態では、光学素子の接合・一体化後に、その光学素子の少なくとも一つが芯取り加工されていても良い。例えば、図６に示すように、第１及び第２光学素子１９，２０の接合・一体化後に、第２光学素子２０のみ芯取り加工しても良い。さらに、第１光学素子１９のみ芯取り加工しても、両方１９，２０を芯取り加工しても良い。このように芯取り加工することにより、接合光学素子７の偏心精度を向上させることができる。なお、以上と同様のことは、上記した、第３光学素子を備えた接合光学素子７についても当てはまる。

また、上記実施形態では、第１光学素子４が球面レンズであるが、図７に示すように、第１光学素子２２の、第２光学素子２３との接合面のレンズ面（光学機能面）２４部分を非球面としても良い。この場合、第２光学素子２３の、第１光学素子２２との接合面のレンズ面２５部分も非球面となる。これらのレンズ面２４，２５は、光学有効面を含む、コバ部の上面（コバ面）までの曲面である。このように接合光学素子７の接合面のレンズ面２４，２５部分を非球面とすることにより、光学システム設計の自由度を向上させることができ、光学システムの高機能化、コンパクト化などを実現できる。ここで、第１光学素子２２をプレス成形により形成する場合、そのレンズ面２４を容易に非球面とすることができる。なお、以上と同様のことは、上記した、第３光学素子を備えた接合光学素子７についても当てはまる。

また、上記実施形態では、押圧方向は上下方向と一致しているが、これに限らない。

本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明は、接合光学素子の中心厚みを高精度に管理するための用途等について適用できる。

本発明の実施形態に係る接合光学素子の断面図である。接合光学素子の製造工程を示す概略断面図であり、(ａ)は、第２光学素子成形準備段階を示す図であり、（ｂ）は、第２光学素子成形完了段階を示す図である。第２光学素子の外周曲面が非規制部と規制部とからなる接合光学素子の断面図である。第１光学素子が球面両凹レンズ、第２光学素子が球面両凸レンズの接合光学素子の断面図である。第１光学素子の上面に第２光学素子が、第２光学素子の上面に第３光学素子が、それぞれ接合されて一体化されている接合光学素子の断面図である。第２光学素子のみ芯取り加工している接合光学素子の断面図である。接合面のレンズ面部分が非球面の接合光学素子の断面図である。

符号の説明

１上型
２下型
３胴型
４，１０，１４，１６，１９，２２第１光学素子
５第２光学素子素材
６，１１，１５，１７，２０，２３第２光学素子
７接合光学素子
８外周曲面
１８第３光学素子
２４，２５レンズ面

Claims

第１光学素子に対して、第２光学素子素材を加熱しながら押圧することで第２光学素子を成形することにより、上記第１光学素子に上記第２光学素子を接合している接合光学素子であって、
上記第１光学素子に対して、上記第２光学素子素材をその押圧方向の少なくとも一部が押圧方向と直交する方向に関して非拘束状態で押圧することで、直径が上記第１光学素子よりも大きい第２光学素子を成形していることを特徴とする接合光学素子。
請求項１記載の接合光学素子において、
上記第１光学素子に対して、上記第２光学素子素材をその押圧方向の少なくとも一部が押圧方向と直交する方向に関して非拘束状態で押圧することで、押圧方向の少なくとも一部の断面形状が略湾曲形状の外周曲面を有する第２光学素子を成形していることを特徴とする接合光学素子。
請求項１記載の接合光学素子において、
上記第１又は第２光学素子に接合されている第３光学素子をさらに備えていることを特徴とする接合光学素子。
請求項１記載の接合光学素子において、
上記光学素子はガラス製であることを特徴とする接合光学素子。
請求項１記載の接合光学素子において、
上記光学素子の接合後に、該光学素子の少なくとも１つが芯取り加工されていることを特徴とする接合光学素子。
請求項１記載の接合光学素子において、
上記第１光学素子の接合面のレンズ面部分が非球面であることを特徴とする接合光学素子。
第１光学素子に対して、第２光学素子素材を加熱しながら押圧することで第２光学素子を成形することにより、上記第１光学素子に上記第２光学素子を接合している接合光学素子の製造方法であって、
上記第１光学素子に対して、上記第２光学素子素材をその押圧方向の少なくとも一部が押圧方向と直交する方向に関して非拘束状態で押圧することで、直径が上記第１光学素子よりも大きい第２光学素子を成形することを特徴とする接合光学素子の製造方法。
請求項７記載の接合光学素子の製造方法において、
上記第１光学素子に対して、上記第２光学素子素材をその押圧方向の少なくとも一部が押圧方向と直交する方向に関して非拘束状態で押圧することで、押圧方向の少なくとも一部の断面形状が略湾曲形状の外周曲面を有する第２光学素子を成形することを特徴とする接合光学素子の製造方法。
請求項７記載の接合光学素子の製造方法において、
上記第１又は第２光学素子に第３光学素子を接合することを特徴とする接合光学素子の製造方法。
請求項７記載の接合光学素子の製造方法において、
上記光学素子及び上記光学素子素材としてガラス製のものを用意することを特徴とする接合光学素子の製造方法。
請求項７記載の接合光学素子の製造方法において、
上記光学素子の接合後に、該光学素子の少なくとも１つを芯取り加工することを特徴とする接合光学素子の製造方法。
請求項７記載の接合光学素子の製造方法において、
上記第１光学素子の接合面のレンズ面部分が非球面であることを特徴とする接合光学素子の製造方法。