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JP7277268B2 - 光学素子、光学機器、撮像装置および光学素子の製造方法 - Google Patents

光学素子、光学機器、撮像装置および光学素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、２枚の基材の間に樹脂部と接合部が設けられた光学素子に関する。
近年、カメラやビデオカメラ等の撮像装置の高性能化の要求に伴い、撮影光学系を備えた光学機器を構成するレンズ等の光学素子には高い光学性能と対環境性能が求められている。このような光学素子では、例えば、２枚の基材（ガラスまたは硬質プラスチック）の間に樹脂部を設けて接合されたものが知られている。また、光学機器の光学系が複数のレンズによって構成される場合、球面レンズによって生じる色収差を補正するために別のレンズを当該光学系に配置することが知られている。
特許文献１には色収差を補正するためのレンズとして、２枚の基材の間に樹脂部と接合部とが設けられた光学素子が開示されている。
特開２０１６－１９４６０９号公報
しかしながら、特許文献１に開示された光学素子は、基材と樹脂部の線膨張係数がそれぞれ異なるため、環境温度が変化したとき、それぞれの変形量が異なる。また、樹脂部は周縁部において、一方の面が基材に接し、もう一方の面が基材と接していない。そのため樹脂部は、基材と接していない面では大きく変形しようとするが、基材と接している面では基材に拘束され変形が抑制される。結果、基材と樹脂部との界面に発生した応力が樹脂部に残留するため、従来の光学素子は、基材と樹脂部との間で剥離が発生しやすいという課題があった。
上記課題を解決するための光学素子は、第１面を有する第１基材と、前記第１基材の前記第１面に設けられた樹脂部と、前記樹脂部の上に接合部を介して設けられる第２基材と、を備える光学素子であって、前記樹脂部は、前記接合部と接する第１領域と、前記第１領域を囲み前記接合部と接しない第２領域と、を有し、前記樹脂部の前記第２領域に、始点Ｐ１から前記樹脂部の周縁部に向かって厚みが厚くなる傾斜部が設けられ、前記光学素子の直径で積層方向に切断した断面において、前記傾斜部の始点Ｐ１を通る前記第１面の法線と直交する前記第１面の接線Ｌ１と、前記始点Ｐ１と前記傾斜部の厚みが最大となる点Ｐ２とを通る直線Ｌ２と、が２５度以上４５度以下の角度をなすことを特徴とする。
本発明によれば、環境温度の変化により樹脂部が変形しても、基材と樹脂部との界面で発生する応力による影響を低減させることができる。そのため、基材と樹脂部との間で剥離が発生しにくい光学素子を提供することができる。
本発明の光学素子の一実施態様を示す概略図である。 図１の光学素子の部分拡大図である。 本発明の光学素子を製造するときに用いる型の一実施態様を示す概略図である。 本発明の光学素子の製造方法の一実施態様における樹脂部を形成する工程を示す概略図である。 本発明の光学素子の製造方法の一実施態様における第２基材を接合する工程を示す概略図である。 本発明の撮像装置の一実施態様を示す概略図である。
［光学素子］
図１は本発明の光学素子の一実施態様を示す概略図であり、図１（ａ）は積層方向からみた上面図であり、Ａ－Ａ直線は光学素子３１の中心Ｏを通る直線である。また、図１（ｂ）は、光学素子３１を光学素子の直径（Ａ－Ａ直線）で積層方向に切断したときの部分断面図である。
光学素子３１は、第１基材１１と第２基材２１の間に、樹脂部１２と、接合部２２とが設けられている。以下、樹脂部１２と対向する面が凸面形状である第１基材１１と、樹脂部１２と、接合部２２と、接合部２２と対向する面が凹面形状である第２基材２１とが順に積層されている例を用いて説明する。なお、光学素子３１の光の入射側は特に限定されない。すなわち、第１基材１１あるいは第２基材２１のどちら側から光を入射するものであっても良い。
第１基材１１は、外径（最大外径）がφ１であり、第１面１１Ａを有する。第１面１１Ａの上には樹脂部１２が設けられている。第１面１１Ａは、樹脂部１２との密着性を良くするためにシランカップリング剤等によりプライマー処理することができる。第１基材１１の材質は、例えば、珪酸ガラスや硼珪酸ガラス、リン酸ガラスに代表される一般的な光学ガラスに限らず、石英ガラス、ガラスセラミックなど、種々のガラスを用いることができる。また、ガラスのみならず透光性を有する（硬質）プラスチックを用いることもできる。凸面形状の曲率は、光学素子の所望の光学性能に応じて適宜設定することができる。
樹脂部１２は第１基材１１上に設けられる。樹脂部１２の外径（最大外径）φｃの大きさは、第１基材１１の外径以下である。すなわち、φｃ≦φ１の関係が成り立っている。また、樹脂部１２の外径φｃの大きさは、第２基材２２の外径φ２より大きい。すなわち、φ２＜φｃの関係が成り立っている。樹脂部１２は、接合部２２と接する第１領域１２Ａと、第１領域１２Ａを囲み、接合部２２と接しない第２領域１２Ｂとからなる。
樹脂部１２の第１領域１２Ａは、中心付近において厚みが最も厚く、周縁部に向かって連続的に厚みが薄くなる、いわゆる偏肉形状である。光学素子の光学有効域において、樹脂部１２が偏肉形状であることにより色収差補正の効果を高めることができる。ここで樹脂部１２の厚みとは、第１基材の第１面１１Ａの面法線方向における樹脂部１２の厚みのことである。樹脂部１２の厚みは、色収差補正機能と割れが発生する確率を低くするという観点で、１０μｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。厚みが１０μｍ未満であると色収差補正機能が十分でないおそれがある。一方、厚みが３ｍｍを超えると厚み方向で応力分布が発生し、割れが発生するおそれがある。
樹脂部１２の第２領域１２Ｂは、傾斜部１１２が設けられている。図２は、図１（ｂ）に示した光学素子の部分拡大図であり、以下、図２を用いて傾斜部１１２について説明する。
傾斜部１１２は、始点Ｐ１から樹脂部１２の周縁部に向かう径方向に厚みが厚くなっている。点Ｐ２は、傾斜部１１２の厚みが最大となる点である。図２において、傾斜部の厚みは始点Ｐ１から点Ｐ２まで線形に連続的に増加しているが、線形な増加でなくても良い。また傾斜部１１２は、第２領域１２Ｂのすべてに設けられている必要はなく、図２のように始点Ｐ１と第１領域１２Ａの間には、樹脂部１２が周縁部に向かう径方向に厚みが薄くなる部分を有していてもよい。また、後述する傾斜角度が２５度未満の角度で樹脂部１２が周縁部に向かう径方向に厚みが厚くなる部分を有していてもよい。なお、傾斜部１１２は樹脂部１２の周縁部（外周）に設けられていることが好ましい。
次に、傾斜部１１２の傾斜角度について説明する。まず、始点Ｐ１を通る第１基材の第１面１１の面法線をＬ３、前記面法線Ｌ３と直交する第１面１１の点Ｐ０における接線をＬ１とする。なお、点Ｐ０は面法線Ｌ３を通る点である。また、始点Ｐ１と傾斜部１１２の厚みが最大となる点Ｐ２とを通る直線をＬ２とする。このとき、接線Ｌ１と直線Ｌ２とがなす角度が２５度以上４５度以下である。本明細書において、この接線Ｌ１と直線Ｌ２とがなす角度を傾斜部の傾斜角度と定義する。
接線Ｌ１と直線Ｌ２とがなす角度（傾斜角度）が２５度未満であると、樹脂部１２の第１基材の第１面１１Ａとの界面に発生する第１面１１Ａの面法線方向の応力が樹脂部１２に与える影響が大きい。そのため、光学素子を高温（例えば、温度７０℃）環境に放置した後に室温（例えば、２３℃±２℃）に戻した際に、樹脂部１２の第１基材の第１面１１Ａとの界面において剥離（浮き）が生じやすい。また周縁部を起点とした剥離が生じやすい。一方、接線Ｌ１と直線Ｌ２とがなす角度が４５度より大きいと、樹脂部１２の第１基材の第１面１１Ａとの界面に発生する第１面１１Ａの接線方向の応力が樹脂部１２に与える影響が大きい。そのため、光学素子を高温環境に放置した後に室温に戻した際に、周縁部に剥離の起点が生じると、樹脂部１２の周縁部から中心方向に向かって、剥離が進展しやすい。
また、接線Ｌ１と直線Ｌ２とがなす角度が４５度より大きいと、樹脂部１２をレプリカ成形で成形する際に、離型不良が発生する可能性が高くなる。これは接線Ｌ１と直線Ｌ２とがなす角度が４５度より大きいと、樹脂部１２の周縁部の厚みが他の部分に対し相対的に厚くなり、離型する際に必要な力が大きくなるためである。以上の理由より、傾斜部１１２の傾斜角度は２５度以上４５度以下となるようにした。より好ましい傾斜角度は３０度以上４５度以下である。
傾斜部１１２の最大厚みは、２０μｍ以上６６０μｍ以下であることが好ましい。傾斜部の最大厚みとは第１基材１１の面法線のうち、点Ｐ２を通る法線上の、第１基材１１と点Ｐ２とを結ぶ線分の距離である。厚みが２０μｍ未満であると、樹脂部１２の第１基材の第１面１１Ａとの界面に発生する、第１面１１Ａの面法線方向の応力が樹脂部１２に与える影響が大きい。そのため、上述した傾斜角度を満たしても、光学素子を高温環境に放置した後に室温に戻した際に、樹脂部１２と第１基材の第１面１１Ａとの界面において剥離が生じやすくなるおそれがある。一方、厚みが６６０μｍを超えると、樹脂部１２をレプリカ成形で成形する際に、離型不良が発生する可能性が高くなるおそれがある。これは樹脂部１２の周縁部の厚みが他の部分に対し相対的に厚くなり、離型する際に必要な力が大きくなるためである。より好ましい傾斜部の最大厚みは、樹脂層１２の最小厚みの２倍以上１３倍以下である。
また、応力開放部１１２の点Ｐ１から樹脂部１２の端部までの距離（光軸方向と直交する方向の距離）は０．２ｍｍから０．５５ｍｍであることが好ましい。０．２ｍｍより短いと、上述した傾斜角度を満たしても最大厚みが十分でなく、樹脂部１２の第１基材の第１面１１Ａとの界面において剥離が生じやすくなるおそれがある。また、０．５５ｍｍより大きくなると、光学有効外域の大きさが大きくなり、光学素子をレンズとして光学系に用いる際に、光学系の設計の自由度が低くなるおそれがある。また、図２において傾斜部１１２は点Ｐ２から紙面下方向に垂直に下りて形成され第１基材１１と接している（光軸と平行な方向に下りている）が、端部の形状はこの形でなくても良い。中心方向に凹んだ形状でも良いし、径方向に凸形状であっても良い。また、点Ｐ２より外周側に広がった裾を引いたような形状でも良い。
樹脂部１２の材料は所望の光学特性によって適当なものを選択することが可能であり、例えば、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂および光硬化性樹脂としては、光学特性を調整する目的で微粒子を分散させたものを用いてもよい。樹脂部１２の材料としては、簡便な製造プロセスを採用できるという観点においては、光硬化性樹脂が好ましい。光硬化性樹脂としては、高い光学特性が得られるという観点において、アクリル樹脂が好ましい。アクリル樹脂としては、アクリロイル基またはメタクリロイル基を有する下記式（１）で示される化合物が重合または共重合したものを用いることができる。
Figure 0007277268000001
式（１）において、ＸおよびＹは、それぞれ下記に示される置換基から選択されるいずれかの置換基である。
Figure 0007277268000002
 （＊は、Ｒ１またはＲ２との結合手を表す。）
式（１）において、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ水素原子、炭素数１乃至２のアルキル基および（メタ）アクリロイル基（アクリロイル基またはメタクリロイル基を意味する、以下において同じ）から選択されるいずれかの置換基である。Ｚ１およびＺ２は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、炭素数１乃至２のアルコキシ基、炭素数１乃至２のアルキルチオ基、無置換の炭素数１乃至２のアルキル基および下記式（２）に示す置換基から選択されるいずれかの置換基である。
Figure 0007277268000003
 （式（２）において、＊＊は、結合手を表し、ｍは、０または１であり、ｎは、２乃至４のいずれかの整数であり、Ｒは、水素またはメチル基である。）
式（１）において、ａおよびｂは、それぞれ０乃至２のいずれかの整数である。ａが２のとき２つのＺ１は、同じであってもよいし異なっていてもよい。ｂが２のとき２つのＺ２は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
接合部２２は樹脂部の第１領域１２Ａ上に設けられ、樹脂部１２と第２基材２１とを接合させる層である。接合部２２の材質は樹脂であり、樹脂部１２と第２基材２１との密着力が高くなるように選択される。樹脂は特に限定されず、熱硬化性樹脂でも光硬化性樹脂でも構わないが、製造方法が簡便であり、製造時の変形が少ない光硬化性樹脂が好ましい。製造プロセス上、樹脂部に変形を生じさせないという観点においてアクリル系光硬化樹脂を用いることが好ましい。また、接合部２２の厚みは１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。ここで接合部２２の厚みとは、第２基材２１の接合部２２と接する面の面法線方向における接合部２２の厚みのことである。接合部２２の厚みが１μｍ未満であると、樹脂部１２と第２基材２１との密着性が十分でなくなるおそれがある。一方、接合部２２の厚みが１００μｍより大きいと、環境温度の変化に対する体積変化が大きくなり、色収差補正機能が悪化するおそれがある。
第２基材２１は、外径（最大外径）がφ２であり、外径φ２の大きさは樹脂部の外径φｃより小さい。第２基材２１の接合部２２と接する面はシランカップリング剤等によりプライマー処理することができる。第２基材２１の材質は、例えば、珪酸ガラスや硼珪酸ガラス、リン酸ガラスに代表される一般的な光学ガラスに限らず、石英ガラス、ガラスセラミックなど、種々のガラスを用いることができる。また、ガラスのみならず透光性を有する（硬質）プラスチックを用いることもできる。凹面形状の曲率は、光学素子の所望の光学性能に応じて適宜設定することができる。
［光学素子の製造方法］
次に、本発明の光学素子の製造方法の一実施態様を説明する。以下、凸面形状を有する第１基材１１と、樹脂部１２と、接合部２２と、凹面形状を有する第２基材２１とが順に積層される光学素子の製造方法を用いて説明する。図３は樹脂部１２を形成するために用いる型の概略図であり、図４，５は本発明の光学素子の製造方法の一実施態様を示した図であり、図４は樹脂部１２を形成する工程を示した概略図である。
図３に示す型１３は、樹脂部１２を形成するために用いる。型１３は、樹脂部の第１領域１２Ａを形成する凹面１３Ａと、樹脂部の第２領域１２Ｂに設けられる傾斜部１１２を形成する斜面１３Ｂとを有する。斜面１３Ｂは傾斜部の厚みが樹脂部の周縁部に向かって厚みが厚くなるように、型１３の中心から外周方向に傾斜している。この斜面１３Ｂの開始位置は、光学素子の光学有効域の外部、すなわち光学有効外域である。また、斜面１３Ｂの開始位置は、第２基材２１の外径φ２を超える位置に形成されている。型１３の材質は特に限定されないが、例えば、超硬合金を用いることができる。
まず、図４（ａ）のように、樹脂の設置面が凸面形状である第１基材１１と、樹脂の設置面が凹面形状である型１３を用意し、型１３および第１基材１１に樹脂１２ａを塗布する。樹脂１２ａは、型１３および第１基材１１のいずれか一方に塗布する方法でも構わない。樹脂１２ａは未硬化の樹脂であり、樹脂部１２の前駆体である。樹脂１２ａとしては、例えば、光エネルギーを与えて硬化可能な光硬化性樹脂もしくは熱エネルギーを与えて硬化可能な熱硬化性樹脂を用いることができる。また、塗布する方法は特に限定されないが、例えば、ディスペンサーを用いることができる。なお、以下の説明では、樹脂１２ａとして光硬化性樹脂を用いた場合について説明する。
次に、図４（ｂ）のように支持部材１４、可動部１５および固定部１８からなる第１治具を用意し、第１基材１１の樹脂１２ａを塗布した面を型１３側に向けて第１治具に設置する。このとき、型１３の中心軸と第１基材１１の中心軸とが一致するように可動部１５を用いて調整する。
続いて、図４（ｃ）のように第１基材１１の光学有効外域の位置に加圧部材１６を接触させて加圧する。加圧部材１６は特に限定されないが、例えば、同心円状の均等な距離の複数箇所にゴムを設け、その複数個のゴムと第１基材１１が接触する構成を採用することができる。また、加圧部材１６にかける圧力は、使用する樹脂の粘度、基材の形状等により決まるが、０．０１～１０Ｎ／ｍｍ２の範囲であれば充填性、泡の巻き込み等の課題が発生しにくい。
次に、図４（ｄ）のように支持部材１４を移動させて、型１３と第１基材１１との距離を縮めて樹脂１２ａを第１基材１１の径方向に充填する。樹脂１２ａが所望の厚さになったところで、支持部材１４の移動を終了させる。その後、加圧部材１６を第１基材１１上から取り除く。
次に、図４（ｅ）のように、第１基材１１を通して光源１７から光を樹脂１２ａに照射することにより、樹脂１２ａを硬化させる。樹脂１２ａが硬化したのちに、型１３を離型し、第１基材１１上に樹脂部１２を形成する。ここで、照射に際しては、酸素による光硬化性樹脂の硬化阻害を防止するために、窒素ガスを流し酸素濃度を０．０１％以下にすることが好ましい。
また、樹脂部１２の硬化を促進するために、離型後に、７０℃以上１００℃以下の温度で加熱を行いながら光を照射することが好ましい。さらに、樹脂部１２の硬化反応率を樹脂部の厚み方向に一様にするという観点においては、加熱は真空中で行うことが好ましい。大気中の酸素による樹脂部１２の硬化阻害を抑制できるためである。このとき、真空度としては２０Ｐａ以下が好ましい。なお、樹脂部１２の硬化反応率は４０％以上８０％以下が好ましい。硬化反応率が４０％未満であると樹脂部１２の硬化が不十分であり、温度や湿度の変化による樹脂部の体積変化が大きくなるため、光学性能の劣化につながるおそれがある。一方、硬化反応率が８０％を超えると、樹脂部１２に割れが生じるおそれがある。
図５は、第２基材２１を接合する工程を示す概略図である。
まず、凹面形状を有する第２基材２１を用意する。図５（ａ）のように、樹脂部の第１領域１２Ａと、第２基材２１に接着剤２２ａを塗布する。ここで接着剤２２ａは、光エネルギーを与えて硬化可能な光硬化性接着剤もしくは熱エネルギーを与えて硬化可能な熱硬化性接着剤を用いることができる。また、塗布する方法も特に限定されないが、例えば、ディスペンサーを用いることができる。なお、以下の説明では、光硬化性接着剤を用いた場合について説明する。
次に、図５（ｂ）のように第２基材２１を樹脂部２２上に塗布された接着剤２２ａと対向、接近させる。さらに、図５（ｃ）のように接着剤２２ａの厚みが所望の厚みになるように、第１基材１１と第２基材２１とを接近させて、第１基材１１および第２基材２１の径方向に接着剤２２ａを充填する。
そして、図５（ｄ）のように、光源２３により接着剤２２ａを硬化させ、接合部２２を形成する。接合部２２を介して樹脂部１２と第２基材２１とが接合される。
以上の工程により、図１に示した本発明の光学素子を製造することができる。
［撮像装置］
図６は、本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例である、一眼レフデジタルカメラ６００の構成を示している。図６において、カメラ本体６０２と光学機器であるレンズ鏡筒６０１とが結合されているが、レンズ鏡筒６０１はカメラ本体６０２対して着脱可能ないわゆる交換レンズである。
被写体からの光は、レンズ鏡筒６０１の筐体内（筐体６２０内）の撮影光学系の光軸上に配置された複数のレンズ６０３、６０５などからなる光学系を通過し、撮像素子に受光される。本発明の光学素子は例えば、レンズ６０３に用いることができる。
ここで、レンズ６０５は内筒６０４によって支持されて、フォーカシングやズーミングのためにレンズ鏡筒６０１の外筒に対して可動支持されている。
撮影前の観察期間では、被写体からの光は、カメラ本体の筐体６２１内の主ミラー６０７により反射され、プリズム６１１を透過後、ファインダレンズ６１２を通して撮影者に撮影画像が映し出される。主ミラー６０７は例えばハーフミラーとなっており、主ミラーを透過した光はサブミラー６０８によりＡＦ（オートフォーカス）ユニット６１３の方向に反射され、例えばこの反射光は測距に使用される。また、主ミラー６０７は主ミラーホルダ６４０に接着などによって装着、支持されている。不図示の駆動機構を介して、撮影時には主ミラー６０７とサブミラー６０８を光路外に移動させ、シャッタ６０９を開き、撮像素子６１０にレンズ鏡筒６０１から入射した撮影光像を結像させる。また、絞り６０６は、開口面積を変更することにより撮影時の明るさや焦点深度を変更できるよう構成される。
なお、本発明の撮像装置として一眼レフデジタルカメラを一例として説明したが、本発明の光学素子はビデオカメラ、スマートフォン、ドローン等の撮影光学系を有する各種撮像装置に適用可能である。
次に、実施例を挙げて本発明の光学素子、およびその製造方法を具体的に説明する。まず、本発明の光学素子は以下の方法を用いて評価した。その評価方法について記載する。
（光学素子の形状評価）
光学素子の樹脂部の傾斜部の形状評価（厚み、傾斜角度）は、光学素子を図１のＡ－Ａ線で切断し、その断面を光学顕微鏡で観察、測長することによって評価した。
（高温耐久試験後の剥がれ評価）
光学素子を恒温槽に投入し、２０℃から７０℃まで１０℃／時間の速度５時間かけて昇温し、７０℃で１時間保持した後、７０℃から２０℃まで１０℃／時間の速度で５時間かけて降温した。２０℃まで降温した後に恒温槽より光学素子を取り出して、室温（２３℃±２℃）にて光学素子の剥離の有無を光学顕微鏡にて観察した。第１基材と樹脂部の間に径方向もしくは周方向に０．０５ｍｍ以上の剥離が確認されたものを剥がれがあると評価した。作製した５個の光学素子のうち、１個も剥がれが発生しなかったものをＡとした。作製した５個の光学素子のうち、１個剥がれが発生したものをＢとした。作製した５個の光学素子のうち、２個以上剥がれが発生したものをＣとした。
（硬化反応率の測定方法）
樹脂部の硬化反応率は、フーリエ変換赤外分光分析装置（ＦＴＩＲ、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ社製、商品名：Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｏｎｅ）を用いて測定した。具体的には、ＦＴＩＲによって得られた樹脂の吸光スペクトルの炭素の二重結合に係るピーク面積を求め、以下の式を用いて算出した。
Figure 0007277268000004
 Ｓ１：硬化状態における二重結合に係るピーク面積
Ｓ２：硬化状態における二重結合に係らないピーク面積
Ｓ３：未硬化状態における二重結合に係るピーク面積
Ｓ４：未硬化状態における二重結合に係らないピーク面積
（実施例１）
図１に例示した光学素子を図４および図５に示した工程で作製した。第１基材１１には、硝材（ＨＯＹＡ株式会社製、商品名：ＴＡＦＤ４５）の両面を球面形状に加工したφ４２ｍｍのものを用いた。型１３は超硬合金（富士ダイス株式会社製、商品名：Ｆ１０）を鏡面加工したものであり、樹脂部１２の形状を反転したものである。また、型１３は、中心から１９．４５ｍｍまで、一定の曲率（曲率半径Ｒ＝５７．３４ｍｍ）を持つ凹面形状（凹面１３Ａ）に加工されている。その凹面形状を囲んで、型１３の端部には斜面１３Ｂが形成されている。斜面１３Ｂは中心から１９．５５ｍｍの位置から型の外側に向かい樹脂部１２の厚みを厚く形成できるような形状となっている。また、凹面１３Ａと斜面１３Ｂとの間は、型の設置面と平行な方向（水平方向）に０．１ｍｍの直線が加工されている。
すなわち、実施例１において樹脂部１２は、中心において最大厚み１．０ｍｍ、中心から１９．４５ｍｍの位置において最小厚み５０μｍと連続的に薄くなるように、型１３の形状を設計した。また、樹脂部１２が中心からの距離１９．５５ｍｍの位置から周縁部に向かって、図２に示した接線Ｌ１と直線Ｌ２とが４５°の角度をなして、徐々に厚みが厚くなる傾斜部が設けられるように、型１３の形状を設計した。
まず、ディスペンサー（武蔵エンジニアリング社製、商品名：ＳＭＰ－３）を用いて第１基材１１と型１３に樹脂１２ａを塗布した（図４（ａ））。樹脂１２ａにはアクリル系の光硬化性樹脂を用いた。次いで、支持部材１４、可動部１５および固定部１８からなる第１治具を用意し、第１基材の樹脂１２ａを塗布した面を型１３側に向けて第１治具に設置した。このとき、型１３の中心軸と第１基材１１の中心軸との水平方向の距離が２０μｍ以下になるように可動部１５を用いて調整した（図４（ｂ））。
次いで、第１基材１１の光学有効外域の位置である中心からの距離１８．０ｍｍの位置に加圧部材１６が接触するように、１５０Ｎで加圧した（図４（ｃ））。さらに、支持部材１４を移動させて、型１３と第１基材１１との距離を縮めて樹脂１２ａを第１基材１１の径方向に充填した。樹脂１２ａが中心からの距離が１９．７５ｍｍから２０．１０ｍｍの位置のところまで充填されたところで、支持部材１４の移動を終了させた。その後、加圧部材１６を第１基材１１上から取り除いた（図４（ｄ））。
次に、第１基材１１を通して光源１７から光を樹脂１２ａに照射して第１基材１１上に樹脂部１２を形成した。ここで光の照射量は５Ｊであった。そして、樹脂部１２を型１３から離型した（図４（ｅ））。なお、照射は、窒素ガスを流し酸素濃度を０．０１％以下にした状態で行った。このときの樹脂部の硬化反応率は４０％であった。また、離型後に樹脂部の硬化を促進するために、真空度１０Ｐａ、温度９０℃の条件で真空加熱を行いながら、光を照射した。ここで光の照射量は１０Ｊであった。真空加熱を行った後の樹脂部１２の硬化反応率は７０％であった。
次に、第２基材２１を用意した。第２基材２１には、硝材（株式会社オハラ社製、商品名：Ｓ－ＴＩＬ２）の両面を球面形状（曲率半径Ｒ＝５７．３４ｍｍ）に加工したφ３８．６ｍｍのものを用いた。樹脂部１２に光硬化性の接着剤２２ａ（協立化学産業社製、商品名；ＷＲ８８０７ＬＫ）を塗布した（図５（ａ））。次に、第２基材２１を樹脂部１２上に塗布された接着剤２２ａと対向、接近させた（図５（ｂ））。さらに、第１基材１１と第２基材２１との距離を接近させることにより、接着剤２２ａの厚みが１５μｍになるように充填した（図５（ｃ））。そして、光源２３により接着剤２２ａを硬化させ、接合部２２を介して樹脂部１２と第２基材２１を接合した（図５（ｄ））。以上の工程により、実施例１の光学素子を作製した。
以上の方法で実施例１の光学素子を５個作成し評価を行った。
実施例１の光学素子は、いずれも樹脂部の形状（厚みおよび傾斜部の傾斜角度）は設計通りになっていることを確認した。また、傾斜部の最大厚みは０．５６ｍｍ（５６０μｍ）であった。実施例１の光学素子は、高温耐久試験後に第１基材１１と樹脂部１２の周縁部における剥がれが確認されなかった。実施例１の光学素子の評価結果は表１にまとめた。
（実施例２）
樹脂部１２を形成する型１３の斜面１３Ｂの角度を変更した点以外は、実施例１と同様の製造方法で実施例２の光学素子を作製した。実施例２の光学素子は、図２に示した接線Ｌ１と直線Ｌ２とが３０°の角度をなして、徐々に厚みが厚くなるように傾斜部を設計した。
続いて、実施例２の光学素子を５個作成し評価を行った。
実施例２の光学素子は、いずれも樹脂部の形状は設計通りになっていることを確認した。また、傾斜部の最大厚みは０．３２ｍｍ（３２０μｍ）であった。実施例２の光学素子は、高温耐久試験後に第１基材１１と樹脂部１２の周縁部における剥がれが確認されなかった。実施例２の光学素子の評価結果は表１にまとめた。
（実施例３）
樹脂部１２を形成する型１３の斜面１３Ｂの角度を変更した点以外は、実施例１と同様の製造方法で実施例３の光学素子を作製した。実施例３の光学素子は、図２に示した接線Ｌ１と直線Ｌ２とが３８°の角度をなして、徐々に厚みが厚くなるように傾斜部を設計した。
続いて、実施例３の光学素子を５個作成し評価を行った。
実施例３の光学素子は、いずれも樹脂部の形状は設計通りになっていることを確認した。また、傾斜部の最大厚みは０．４３８ｍｍ（４３８μｍ）であった。実施例３の光学素子は、高温耐久試験後に第１基材１１と樹脂部１２の周縁部における剥がれが確認されなかった。実施例３の光学素子の評価結果は表１にまとめた。
（実施例４）
樹脂部１２を形成する型１３の斜面１３Ｂの角度を変更した点以外は、実施例１と同様の製造方法で実施例４の光学素子を作製した。実施例４の光学素子は、図２に示した接線Ｌ１と直線Ｌ２とが２５°の角度をなして、徐々に厚みが厚くなるように傾斜部を設計した。
続いて、実施例４の光学素子を５個作成し評価を行った。
実施例４の光学素子は、いずれも樹脂部の形状は設計通りになっていることを確認した。また、傾斜部の最大厚みは０．２４４ｍｍ（２４４μｍ）であった。実施例４の光学素子は、高温耐久試験後に第１基材１１と樹脂部１２の周縁部における剥がれが５個中１個の光学素子で確認された。実施例４の光学素子の評価結果は表１にまとめた。
（比較例１）
樹脂部１２を形成する型１３の斜面１３Ｂの角度を変更した点以外は、実施例１と同様の製造方法で比較例１の光学素子を作製した。比較例１の光学素子は、図２に示した接線Ｌ１と直線Ｌ２とが１５°の角度をなして、徐々に厚みが厚くなるように傾斜部を設計した。
続いて、比較例１の光学素子を５個作成し評価を行った。
比較例１の光学素子は、いずれも樹脂部の形状は設計通りになっていることを確認した。比較例１の光学素子は、高温耐久試験後に第１基材１１と樹脂部１２の周縁部における剥がれが５個中３個の光学素子で確認された。比較例１の光学素子の評価結果は表１にまとめた。
（比較例２）
樹脂部１２を形成する型１３の斜面１３Ｂの角度を変更した点以外は、比較例１と同様の製造方法で比較例２の光学素子を作製した。比較例２の光学素子は、図２に示した接線Ｌ１と直線Ｌ２とが５５°の角度をなして、徐々に厚みが厚くなるように傾斜部を設計した。製造の際、離型後の樹脂部１２の傾斜部の先端部（最大厚みとなる点Ｐ２付近）が破損し、型１３に付着した。そのため、１回成形するごとに型１３のクリーニングをする必要があった。
続いて、比較例２の光学素子を５個作成し評価を行った。
比較例２の光学素子は、高温耐久試験後に第１基材１１と樹脂部１２の周縁部における剥がれが５個中２個の光学素子で確認された。また、その剥離領域は実施例４、比較例１と比べて大きかった。比較例２の光学素子の評価結果は表１にまとめた。
Figure 0007277268000005
以上より、接線Ｌ１と直線Ｌ２とが３０度以上４５度以下の角度をなす（傾斜部の傾斜角度が３０度以上４５度以下である）実施例１～３は高温環境試験後においても、第１基材１１と樹脂部１２との界面で剥離が生じなかった。一方、接線Ｌ１と直線Ｌ２とのなす角度が３０度未満であった比較例１、実施例４は高温環境試験後において、第１基材１１と樹脂部１２との界面で剥離が生じた。しかし、接線Ｌ１と直線Ｌ２とのなす角度が２５度であった実施例４は比較例１よりは剥がれた個数が少なかった。また、接線Ｌ１と直線Ｌ２とのなす角度が４５度より大きかった比較例２は、離型の際に傾斜部の先端に欠けが生じてしまった。また、比較例２は高温環境試験後において、第１基材１１と樹脂部１２との界面で剥離が生じた。
これらの要因をさらに調べるために、実施例１、２および比較例１、２の光学素子の形状をモデル化し、高温耐久試験後に傾斜部１１２の第１基材１１との界面に発生する応力を、有限要素法を用いてシミュレーション解析した。なお、解析ソフトにはＡｂａｑｕｓを用いた。
比較例１のモデルにおける、第１基材１１と傾斜部１１２の界面に発生する応力のうち、第１基材の第１面１１Ａの面法線方向の応力の最大値を１としたとき、実施例２の応力の最大値は０．７８であった。また、実施例１の応力の最大値は０．６２であった。
これは、接線Ｌ１と直線Ｌ２とがなす角度が大きくなることにより、傾斜部１１２が剥がれをひきおこす方向（第１面１１Ａの面法線方向）の面積が増加し、傾斜部１１２の単位面積当たりの法線方向の応力が低減したためである。すなわち、このシミュレーション結果は、実施例１、２では高温耐久試験後に剥離が発生しなかったのに対し、比較例１では剥離が発生したことを裏付けるものであった。
次に実施例１のモデルにおける、第１基材１１と傾斜部１１２の界面に発生する応力のうち、第１基材の第１面１１Ａの接線方向の応力の最大値を１としたとき、比較例２の応力の最大値は１．１であった。これは、接線Ｌ１と直線Ｌ２とがなす角度が大きくなることにより、傾斜部１１２の剥離が進展する方向（第１面１１Ａの接線方向の基材１１に対し接線方向）の面積が減少し、傾斜部１１２の単位面積当たりの接線方向の応力が増加したためである。すなわち、このシミュレーション結果は、実施例１では高温耐久試験後に剥離が発生しなかったのに対し、比較例２では剥離が発生したことを裏付けるものであった。また、比較例２が比較例１や実施例４より剥離が大きかったことを裏付けるものであった。
以上、本発明によれば、環境温度の変化により樹脂部が変形しても、基材と樹脂部との界面で発生する応力による影響を低減させることができる。そのため、基材と樹脂部との間で剥がれが発生しにくい光学素子を提供することができる。また、上述した実施例おいて、第１基材が凸面形状、第２基材が凹面形状としたが、第１基材および第２基材は平面形状であってもよい。同様に、上述した実施例において、樹脂部の第１領域における形状は中心部から周縁部に向かって連続的に厚みが薄くなる偏肉形状であったが、傾斜部以外の部分では一様な厚みであってもよい。
１１ 第１基材
１２ 樹脂部
１２ａ 樹脂
２１ 第２基材
２２ 接合部
２２ａ 接着剤
３１ 光学素子
１１２ 傾斜部
６００ デジタルカメラ（撮像装置）
６０１ レンズ鏡筒（光学機器）
６０３ レンズ（光学素子）

Claims (10)

  1. 第１面を有する第１基材と、
    前記第１基材の前記第１面に設けられた樹脂部と、
    前記樹脂部の上に接合部を介して設けられる第２基材と、を備える光学素子であって、
    前記樹脂部は、前記接合部と接する第１領域と、前記第１領域を囲み前記接合部と接しない第２領域と、を有し、
    前記樹脂部の前記第２領域に、始点Ｐ１から前記樹脂部の周縁部に向かって厚みが厚くなる傾斜部が設けられ、
    前記光学素子の直径で積層方向に切断した断面において、
    前記傾斜部の始点Ｐ１を通る前記第１面の法線と直交する前記第１面の接線Ｌ１と、前記始点Ｐ１と前記傾斜部の厚みが最大となる点Ｐ２とを通る直線Ｌ２と、が２５度以上４５度以下の角度をなすことを特徴とする光学素子。
  2. 前記傾斜部の始点Ｐ１を通る前記第１面の法線と直交する前記第１面の接線Ｌ１と、前記始点Ｐ１と前記傾斜部の厚みが最大となる点Ｐ２とを通る直線Ｌ２と、が３０度以上４５度以下の角度をなす請求項１に記載の光学素子。
  3. 前記傾斜部は前記樹脂部の周縁部に設けられている請求項１または２に記載の光学素子。
  4. 前記傾斜部の最大厚みが２０μｍ以上６６０μｍ以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
  5. 前記第１基材の前記第１面は凸面形状であり、前記第２基材の前記接合部と接する面は凹面形状であり、
    前記樹脂部の前記第１領域は、中心から前記樹脂部の周縁部に向かって厚みが薄くなる偏肉形状である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
  6. 前記樹脂部の厚みは１０μｍ以上３ｍｍ以下である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。
  7. 筐体と、該筐体内に複数のレンズからなる光学系を備える光学機器であって、
    前記レンズが請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子であることを特徴とする光学機器。
  8. 筐体と、該筐体内に複数のレンズからなる光学系と、該光学系を通過した光を受光する撮像素子と、を備える撮像装置であって、
    前記レンズが請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子であることを特徴とする撮像装置。
  9. 前記撮像装置がカメラであることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
  10. 第１面を有する第１基材と、前記第１基材の前記第１面に設けられ、第１領域と前記第１領域を囲む第２領域とを有する樹脂部と、前記樹脂部の第１領域の上に接合部を介して設けられる第２基材と、を備える光学素子の製造方法であって、
    前記第１基材の前記第１面に、型を用いて、前記第２領域に始点Ｐ１から周縁部に向かって厚みが厚くなる傾斜部が設けられた樹脂部を形成する工程と、
    前記樹脂部の前記第１領域と前記第２基材とを接着剤で接合する工程と、を備え、
    前記光学素子の直径で積層方向に切断した断面において、前記傾斜部の始点Ｐ１を通る前記第１面の法線と直交する前記第１面の接線Ｌ１と、前記始点Ｐ１と前記傾斜部の厚みが最大となる点Ｐ２とを通る直線Ｌ２と、が２５度以上４５度以下の角度をなすことを特徴とする光学素子の製造方法。
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