JP7418096B2 - 光学素子、光学機器および撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、複数の光学要素からなる光学素子、それを有する光学機器および撮像装置に関するものである。
複数の光学要素からなる光学素子は、レンズとしてデジタルカメラやビデオカメラなどの光学系に用いられ、小型で、かつ、高い光学性能を有することが求められている。このような光学素子では、異種材料を組み合わせて用いることにより、一種の材料では達成できない性能が得られる。例えば、色収差を低減させる光学素子として、特許文献１は、樹脂、ガラスなどの光学要素を複数含む光学素子を提案している。
異種材料の光学要素を組み合わせた光学素子は、材料間の密着力が低いことや、温度変化による特性が異なるため、形状の変形が起こりやすく、クラックや亀裂が生じやすいという問題がある。その問題を解決するため、特許文献２は、温湿度による膨張収縮変形による応力の発生を抑制した光学素子を提案している。
しかしながら、線膨張係数が大きく異なる光学要素を用いた光学素子の場合、特許文献２に規定されているように挟み込む光学要素の線膨張係数を揃えても、光学素子の変形や、光学要素間の界面で剥がれが起こり易い。
この界面での剥がれを解決するために、例えば、熱硬化または光硬化樹脂材料を光学要素に成形した後に、接着剤で形成する接着層でもう一方の光学要素と張り合わせ、変形を抑えることが知られている。高温にすると弾性率が大幅に低くなる接着層は、異なる２つの光学要素の界面における剥がれを良好に防止できる。しかし、このような接着層を用いた光学素子は、高温にした後に元の温度に戻した場合の面形状変化が大きくなり光学性能が低下するおそれがあった。
本発明は、異なる材料の光学要素の剥がれを防止しつつ、加熱前後の面形状変化が少ない光学素子を提供することを目的とする。
本発明の光学素子は、ガラス又はプラスチックからなる第１の光学要素及び第３の光学要素と、光学樹脂からなる第２の光学要素と、を有する光学素子であって、前記第１の光学要素と前記第２の光学要素との対向面及び／又は前記第２の光学要素と第３の光学要素との対向面は、接着樹脂層で接合されており、前記第１の光学要素は、前記第２の光学要素に対向する面において凸形状であり、前記第３の光学要素は、前記第２の光学要素に対向する面において凹形状であり、前記接着樹脂層の２０℃の押し込み弾性率をＥａｄ１、６０℃の押し込み弾性率をＥａｄ２としたとき、下記式（１）を満たし
０．２≦Ｅａｄ２／Ｅａｄ１≦０．５ （１）
前記第１の光学要素及び前記第３の光学要素の２０℃から６０℃の線膨張係数を各々α１及びα３としたとき、下記式（２）を満たす
０．２５≦α１／α３＜１．０ （２）
ことを特徴とする。
０．２≦Ｅａｄ２／Ｅａｄ１≦０．５ （１）
前記第１の光学要素及び前記第３の光学要素の２０℃から６０℃の線膨張係数を各々α１及びα３としたとき、下記式（２）を満たす
０．２５≦α１／α３＜１．０ （２）
ことを特徴とする。
本発明によれば、異なる光学要素の剥がれを防止しつつ、高温にした後に室温に戻した場合の面形状変化が少ない光学素子を提供することができる。
以下に、本発明の実施形態を説明する。
（光学素子）
本発明の実施形態である光学素子は、図１に示すように、少なくとも３つの光学要素で構成されている。光学素子１０は、少なくとも第１の光学要素１１と、第２の光学要素１２と、第３の光学要素１３を有している。第１の光学要素１１と第２の光学要素１２との対向面及び／又は第２の光学要素１２と第３の光学要素１３との対向面は、接着剤から形成される接着層１４で接合されている。以下に、第２の光学要素１２と第３の光学要素１３とが接着層１４で接合されている例を用いて説明する。
本発明の実施形態である光学素子は、図１に示すように、少なくとも３つの光学要素で構成されている。光学素子１０は、少なくとも第１の光学要素１１と、第２の光学要素１２と、第３の光学要素１３を有している。第１の光学要素１１と第２の光学要素１２との対向面及び／又は第２の光学要素１２と第３の光学要素１３との対向面は、接着剤から形成される接着層１４で接合されている。以下に、第２の光学要素１２と第３の光学要素１３とが接着層１４で接合されている例を用いて説明する。
第１の光学要素１１は、第２の光学要素１２に対向する面が凸形状となっている。第１の光学要素１１としては例えば、ガラスやプラスチックを用いることができる。温度変化による体積変化が小さいという観点で、第１の光学要素１１には、ガラスを用いることが好ましい。第１の光学要素の線膨張係数は３０×１０－７／℃以上８１×１０－７／℃以下が好ましい。
第２の光学要素は、光軸Ｌ方向の最大厚みｔ２ｃが０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下のものを用いることができる。最大厚みｔ２ｃは、好ましくは０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。光軸Ｌは、光学素子１０を光の入射方向から見たときの光学素子１０の中心を通る。そのため、最大厚みｔ２ｃは、第１光学要素１１もしくは第３光学要素１３の中心を始点とした法線方向の厚みと換言することができる。第２の光学要素１２としては、例えば、樹脂などの有機材料を用いることができる。第２の光学要素１２に用いる樹脂としては、例えば、ｄ線の屈折率ｎｄが１．６０以上１．６７以下、アッベ数νｄが１６．７以上２１．５以下、部分分散比θｇＦが０．７０以上０．７６以下のものを用いることができる。このようなθｇＦが高い材料を用いることにより、可視光の中の短波長の光の色収差を効率的に低減する光学系を設計することができる。
このような第２の光学要素１２に用いる樹脂としては、例えば、アクリロイル基又はメタクリロイル基を有する下記一般式（１）で示される化合物が重合又は共重合したものを用いることができる。
〔式（１）において、Ｘ及びＹは、それぞれ下記に示される置換基から選択されるいずれかの置換基である。
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ水素原子、炭素数１乃至２のアルキル基及び（メタ）アクリロイル基から選択されるいずれかの置換基である。Ｚ１及びＺ２は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、炭素数１乃至２のアルコキシ基、炭素数１乃至２のアルキルチオ基、無置換の炭素数１乃至２のアルキル基及び下記式（３）に示す置換基から選択されるいずれかの置換基である。
ａ及びｂは、それぞれ０乃至２のいずれかの整数である。ａが２のとき２つのＺ１は、同じであってもよいし異なっていてもよい。ｂが２のとき２つのＺ２は、同じであってもよいし異なっていてもよい。〕
第３の光学要素１３は、第２の光学要素に対向する面で、凹形状となっている。第３の光学要素１３としては、例えば、ガラス又はプラスチックを用いることができる。温度変化による体積変化が小さいという観点で、第３の光学要素１３としては、ガラスを用いることが好ましい。第３の光学要素１３の線膨張係数は、６６×１０－７／℃以上１３６×１０－７／℃以下が好ましい。
接着層１４を形成する接着剤は、例えば、アクリル系光硬化性樹脂、エポキシ系硬化樹脂等を用いることができる。これらの中で、成形性に優れているので、アクリル系光硬化樹脂を用いることが好ましい。接着層１４は、２０℃の弾性率をＥａｄ１、６０℃の弾性率をＥａｄ２としたとき、下記式（１）を満たす。
０．２≦Ｅａｄ２／Ｅａｄ１≦０．５ （１）
０．２≦Ｅａｄ２／Ｅａｄ１≦０．５ （１）
０．２＞Ｅａｄ２／Ｅａｄ１だと、高温時に接着層１４の弾性率が低くなり過ぎて光学要素界面で剥がれが発生する。また、Ｅａｄ２／Ｅａｄ１＞０．５だと、高温にしたときに接着層弾性変形しにくいので光学要素の界面で剥がれが発生する。
本実施形態の式（１）を満たす接着層１４は、６０℃の弾性率が２０℃の弾性率に比較して低く、高温の時に変形しやすい。したがって、線膨張係数の差が大きい複数の光学要素を接合した光学素子１０において、高温にしたときに生じる光学要素の剥がれを抑制することができる。また、接着層１４の厚みは特に限定されないが、例えば１０μｍ以上３０μｍ以下である。
式（１）を満たす高温の時に熱変形しやすい接着層を用いた光学素子１０は、高温にした後に元の温度に戻した場合に、接着層の形状が変化して光学性能が低下するという課題を本発明者が見出した。これは、接着層を高温にした後に元の温度に戻した場合、元の形状に対して、接着層は曲率が小さくなる（曲率半径が大きくなる）ように変形するためである。
本実施形態の光学素子１０は、第１の光学要素１１及び第３の光学要素１３の２０℃から６０℃の線膨張係数を各々α１及びα３としたとき、下記式（２）を満たす。
０．２５≦α１／α３＜１．０ （２）
０．２５≦α１／α３＜１．０ （２）
本実施形態の光学素子１０は、式（２）を満たすと、第３の光学要素１３が接着層１４の曲率を大きくする方に作用するので、高温にした後に元の温度に戻した場合の接着層１４の形状変化を抑えて光学性能の低下を防止することができると考えられる。
光学素子１０が、０．２５＞α１／α３の場合は、第１の光学要素１１と第３の光学要素１３の線膨張係数が大きく異なるので、接着層１４を高温にしたときの形状変化が大きくなり、元の温度に戻しても形状変化が残ってしまい光学性能が低下する。α１／α３≧１．０の場合は、接着層１４を高温にした後に元の温度に戻したときに、接着層１４の形状変化を元に戻す復元力が小さいので、高温にした後に室温に戻した場合の面形状変化が大きくなる。
第１の光学要素１１、第２の光学要素１２及び第３の光学要素１３の２０℃から６０℃の線膨張係数をそれぞれα１、α２、α３とする。本実施形態光学素子１０は、下記式（３）及び下記式（４）を満たすと、光学要素界面での剥がれを抑制することができる。
９．０≦α２／α１≦２４．５ （３）
５．０≦α２／α３≦１１．０ （４）
９．０≦α２／α１≦２４．５ （３）
５．０≦α２／α３≦１１．０ （４）
また、第２の光学要素１２の光軸Ｌ方向の最大の厚さをｔ２ｃ、外径の厚さをｔ２ｅとしたとき、下記式（５）を満たす場合、接着層１４の形状変化を元に戻す復元力が大きくなるので好ましい。
０．００５≦ｔ２ｅ／ｔ２ｃ＜０．９５ （５）
０．００５≦ｔ２ｅ／ｔ２ｃ＜０．９５ （５）
また、ｔ２ｅ／ｔ２ｃは、下記式（６）を満たすことがより好ましい。
０．００５≦ｔ２ｅ／ｔ２ｃ≦０．０５ （６）
０．００５≦ｔ２ｅ／ｔ２ｃ≦０．０５ （６）
（光学機器）
図６は、本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例である、一眼レフデジタルカメラの構成を示している。図６において、カメラ本体６０２と光学機器であるレンズ鏡筒６０１とが結合されているが、レンズ鏡筒６０１はカメラ本体６０２に対して着脱可能ないわゆる交換レンズである。
図６は、本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例である、一眼レフデジタルカメラの構成を示している。図６において、カメラ本体６０２と光学機器であるレンズ鏡筒６０１とが結合されているが、レンズ鏡筒６０１はカメラ本体６０２に対して着脱可能ないわゆる交換レンズである。
被写体からの光は、レンズ鏡筒６０１の筐体内の撮影光学系の光軸上に配置された複数のレンズ６０３、６０５などからなる光学系を通過して撮影される。本発明の光学素子は例えば、レンズ６０３、６０５に用いることができる。
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受光（結像）させる。また、絞り６０６は、開口面積を変更することにより撮影時の明るさや焦点深度を変更できるよう構成される。
（光学素子の製造方法）
本実施形態の光学素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
本実施形態の光学素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
まず、図２（ａ）のように、第１の光学要素１１であるガラスと型１５との間に、未硬化の紫外線硬化樹脂１２ａを充填する。
次に、図２（ｂ）のように、未硬化の紫外線硬化樹脂１２ａに第１の光学要素１１側から紫外線を照射して、第１の光学要素１１のガラスの上に、第２の光学要素１２としての紫外線硬化樹脂を設ける。
図２（ｃ）に示すように、第２の光学要素１２の第１の光学要素１１と接していない面側に、不図示のディスペンサー等を用いて紫外線硬化樹脂を含有する接着剤１４ａを塗工する。
図２（ｄ）に示すように、第２の光学要素１２の紫外線硬化樹脂と、凹形状の第３の光学要素１３であるガラスとを接着剤１４ａで接合する。そして、接着剤１４ａに、第３の光学要素１３側から紫外線を照射して、接着層１４を設けることにより光学素子１０を得る。
光学素子の製造方法は光学要素の成形及び接合順が変化してもよく、凹形状の第３の光学要素１３に第２の光学要素１２を成形し、その後、接着剤１４ａにより第１の光学要素１１を接合して作成しても良い。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
実施例・比較例では、下記の方法で測定・評価した。
（熱耐久性）
光学素子の熱耐久性の評価では、まず、光学素子を２０℃から６０℃に４０分かけて昇温した後、６０℃で１０分保持した後、室温２０℃の環境で冷却した。次に、冷却開始から１時間後に光学素子の温度が２５℃以下になっていることを確認した。そして、第１の光学要素１１と第３の光学要素１３の面形状をレーザー干渉計ＧＰＩ（ＺＹＧＯ社製）で計測して、その面形状の変化をニュートンリングに換算し、判定した。光学要素の面形状の設計値を球面Ｒとした時、Ｒが小さくなる方向に変化した場合をプラス、大きくなる方向に変化した場合をマイナスとした。熱耐久性は、以下の基準で評価した。
光学素子の熱耐久性の評価では、まず、光学素子を２０℃から６０℃に４０分かけて昇温した後、６０℃で１０分保持した後、室温２０℃の環境で冷却した。次に、冷却開始から１時間後に光学素子の温度が２５℃以下になっていることを確認した。そして、第１の光学要素１１と第３の光学要素１３の面形状をレーザー干渉計ＧＰＩ（ＺＹＧＯ社製）で計測して、その面形状の変化をニュートンリングに換算し、判定した。光学要素の面形状の設計値を球面Ｒとした時、Ｒが小さくなる方向に変化した場合をプラス、大きくなる方向に変化した場合をマイナスとした。熱耐久性は、以下の基準で評価した。
Ａ：第１の光学要素１１と第３の光学要素１３のニュートンリングの変化がそれぞれ±３本以内であり、かつ第１の光学要素１１と第３の光学要素１３の合計のニュートンリングの変化が４本以内であり熱耐久性が高い。
Ｂ：第１の光学要素１１又は第３の光学要素１３のニュートンリングの変化が±３本を越えている、又は第１の光学要素１１と第３の光学要素１３の合計のニュートンリングの変化が４本を超えていて熱耐久性に改善の余地がある。
（弾性率）
紫外線硬化樹脂、接着層などの弾性率は、光学素子を切断して作成した測定用のサンプルを用いて測定した。具体的には、弾性率は、ナノインデンターＧ２００（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）を用いて測定した。弾性率の温度依存性を測定するために、加熱ステージを用いて２０℃から６０℃まで１分に２℃昇温する設定において、１０℃ごとの弾性率を測定した。
紫外線硬化樹脂、接着層などの弾性率は、光学素子を切断して作成した測定用のサンプルを用いて測定した。具体的には、弾性率は、ナノインデンターＧ２００（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）を用いて測定した。弾性率の温度依存性を測定するために、加熱ステージを用いて２０℃から６０℃まで１分に２℃昇温する設定において、１０℃ごとの弾性率を測定した。
（線膨張係数）
紫外線硬化樹脂、接着層などの線膨張係数は、光学素子を切断して作成した測定用のサンプルにより、ＴＭＡ法を用いた熱機械分析装置で測定した。具体的には、測定用サンプルに対し、一定の荷重をかけた状態で温度を変化させた場合の伸縮を測定した。温度は、２０℃から８０℃までを１０分かけて昇温し、１０分間８０℃で保持した後に、８０℃から２０℃まで１０分かけて降温した。通常、初回の測定値は誤差を大きく反映しやすいため、温度の上げ下げを１サイクルとし、３サイクルの測定を行った後、初回を除く２回のデータから平均値を算出し、線膨張係数とした。
紫外線硬化樹脂、接着層などの線膨張係数は、光学素子を切断して作成した測定用のサンプルにより、ＴＭＡ法を用いた熱機械分析装置で測定した。具体的には、測定用サンプルに対し、一定の荷重をかけた状態で温度を変化させた場合の伸縮を測定した。温度は、２０℃から８０℃までを１０分かけて昇温し、１０分間８０℃で保持した後に、８０℃から２０℃まで１０分かけて降温した。通常、初回の測定値は誤差を大きく反映しやすいため、温度の上げ下げを１サイクルとし、３サイクルの測定を行った後、初回を除く２回のデータから平均値を算出し、線膨張係数とした。
（剥がれ）
光学素子を作成した後、オーブンで高温にすることにより剥がれの試験を行った。具体的には、作成した光学素子をオーブンに投入し、２０℃から６０℃までを４時間かけて昇温し、６０℃で１時間保持した後、６０℃から２０℃まで４時間かけて降温した。剥がれの確認は、降温後１時間経ったものについて顕微鏡観察を行い、剥がれの有無を確認した。顕微鏡観察の結果、はがれが観測されなかったものをＡとした。評価がＡの光学素子は耐久性が高い光学素子であったことを意味する。また、顕微鏡観察の結果、はがれが１つ以上観測されたものをＢとした。評価がＢの光学素子は、耐久性に改善の余地があることを意味する。
光学素子を作成した後、オーブンで高温にすることにより剥がれの試験を行った。具体的には、作成した光学素子をオーブンに投入し、２０℃から６０℃までを４時間かけて昇温し、６０℃で１時間保持した後、６０℃から２０℃まで４時間かけて降温した。剥がれの確認は、降温後１時間経ったものについて顕微鏡観察を行い、剥がれの有無を確認した。顕微鏡観察の結果、はがれが観測されなかったものをＡとした。評価がＡの光学素子は耐久性が高い光学素子であったことを意味する。また、顕微鏡観察の結果、はがれが１つ以上観測されたものをＢとした。評価がＢの光学素子は、耐久性に改善の余地があることを意味する。
（実施例１）
実施例１は、図１に示す形状の光学素子を作製した。
実施例１は、図１に示す形状の光学素子を作製した。
第１の光学要素１１の光学ガラス（２０℃の弾性率１１８ＧＰａ、２０℃から６０℃までの線膨張係数６２×１０－７／℃）と型１５の間に、未硬化のアクリル系ＵＶ硬化樹脂１２ａを塗工した。第１の光学要素１１の側から高圧水銀ランプ（ＥＸＥＣＵＲＥ２５０、ＨＯＹＡ ＣＡＮＤＥＯ ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ（株））を用いて紫外線を照射して、アクリル系ＵＶ硬化樹脂を硬化した。紫外線の照射条件は、２５ｍＷ／ｃｍ２、２００秒で行った。このようにして、第１の光学要素１１のガラスの上に、第２の光学要素１２のアクリル系ＵＶ硬化樹脂（２０℃の弾性率２．６ＧＰａ、線膨張係数７２８×１０－７／℃）を設けた。第２の光学要素１２の光軸方向の厚みは１ｍｍであり、外周の厚みは０．０５ｍｍであった。
その後、第２の光学要素１２の第１の光学要素１１と接していない面に、接着剤１４ａを塗工して、第２の光学要素１２と第３の光学要素１３を接合した。接着剤１４ａは、アクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いており、紫外線の照射条件は、１０ｍＷ／ｃｍ２、１００秒で行った。このようにして接着剤１４ａ硬化された接着層１４は、２０℃の弾性率が０．６５ＧＰａであり、６０℃の弾性率は０．２３ＧＰａであり、６０℃の弾性率に対する２０℃の弾性率の比は０．３５であった。また、接着層１４の厚みは２０μｍであった。第３の光学要素１３は、光学ガラス（２０℃の弾性率が９０ＧＰａ、２０℃から６０℃までの線膨張係数が６６×１０－７／℃）を用いた。
実施例１の光学素子の構成および評価結果を、表１にまとめた。
（比較例１）
比較例１は、第１の光学要素１１と第３の光学要素１３を表１に記載するものに替えた以外は実施例１と同様に光学素子を製造した。具体的には、第１の光学要素１１、第３の光学要素１３をともに、２０℃の弾性率が１１８ＧＰａ、２０℃から６０℃までの線膨張係数６９×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。
比較例１は、第１の光学要素１１と第３の光学要素１３を表１に記載するものに替えた以外は実施例１と同様に光学素子を製造した。具体的には、第１の光学要素１１、第３の光学要素１３をともに、２０℃の弾性率が１１８ＧＰａ、２０℃から６０℃までの線膨張係数６９×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。
比較例１の光学素子の構成および評価結果を、表１にまとめた。
（実施例２）
実施例２は、図３の形状の光学素子を製造した。
実施例２は、図３の形状の光学素子を製造した。
実施例２は、第１の光学要素２１は、２０℃の弾性率が８２ＧＰａ、２０℃から６０℃までの線膨張係数が３０×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。第２の光学要素２２は２０℃の弾性率が２．６ＧＰａ、２０℃から６０℃までの線膨張係数が７２８×１０－７／℃のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いた。第２の光学要素２２は、第１の光学要素２１上に成形され、その光軸方向の最大厚みは１ｍｍであり、外周の厚みは０．０３ｍｍであった。
第３の光学要素２３は、弾性率が７６ＧＰａ、線膨張係数が１１７×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。これらを変更した以外は、実施例１と同様にして光学素子を製造した。
実施例２の光学素子の構成および評価結果を、表１にまとめた。
（比較例２）
比較例２は、図３の形状の光学素子を製造した。
比較例２は、図３の形状の光学素子を製造した。
第１の光学要素２１は、２０℃の弾性率が８２ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数３０×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。第２の光学要素２２は、２０℃の弾性率が２．６ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数７２８×１０－７／℃のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いた。第２の光学要素２２は第１の光学要素２１上に成形され、その光軸方向の最大厚みは１ｍｍであり、外周の厚みは０．０３ｍｍであった。第３の光学要素２３は２０℃の弾性率７０ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数が１４５×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。これらを変更した以外は、実施例１と同様にして光学素子を製造した。
比較例２の光学素子の構成および評価結果を、表１にまとめた。
（実施例３）
実施例３は、図４の形状の光学素子を製造した。
実施例３は、図４の形状の光学素子を製造した。
実施例３では、第１の光学要素３１は、２０℃の弾性率８０ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数７２×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。第２の光学要素３２は２０℃の弾性率２．６ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数７２８×１０－７／℃のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いた。第２の光学要素３２は第１の光学要素３１上に成形され、その光軸方向の最大厚みは１ｍｍであり、外周の厚みは０．０１ｍｍであった。
第３の光学要素３３は、２０℃の弾性率７６ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数が１１７×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。接着層３４の２０℃の弾性率は１．８７ＧＰａであり、６０℃時の弾性率は０．６３ＧＰａであり、６０℃時の弾性率に対すると２０℃時の弾性率の比は０．３４であった。また、接着層３４の厚みは２０μｍであった。これらの材料・構成以外は実施例１と同様にして、光学素子を製造した。
実施例３の光学素子の構成および評価結果を、表１にまとめた。
（実施例４）
実施例４は、図１の形状の光学素子を製造した。実施例４では、第１の光学要素１１は、２０℃の弾性率７８ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数８１×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。第２の光学要素１２は２０℃の弾性率２．６ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数７２８×１０－７／℃のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いた。第２の光学要素１２は第１の光学要素１１上に成形され、その光軸方向の最大厚みは１ｍｍであり、外周の厚みは０．０５ｍｍであった。第３の光学要素１３は２０℃の弾性率７０ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数１３６×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。接着層１４の２０℃の弾性率は０．３１ＧＰａであり、６０℃時の弾性率は０．１５ＧＰａであり、６０℃の弾性率に対する２０℃時の弾性率の比は０．４８であった。また、接着層１４の厚みは２０μｍであった。これらの材料・構成以外は実施例１と同様にして、光学素子を製造した。
実施例４は、図１の形状の光学素子を製造した。実施例４では、第１の光学要素１１は、２０℃の弾性率７８ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数８１×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。第２の光学要素１２は２０℃の弾性率２．６ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数７２８×１０－７／℃のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いた。第２の光学要素１２は第１の光学要素１１上に成形され、その光軸方向の最大厚みは１ｍｍであり、外周の厚みは０．０５ｍｍであった。第３の光学要素１３は２０℃の弾性率７０ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数１３６×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。接着層１４の２０℃の弾性率は０．３１ＧＰａであり、６０℃時の弾性率は０．１５ＧＰａであり、６０℃の弾性率に対する２０℃時の弾性率の比は０．４８であった。また、接着層１４の厚みは２０μｍであった。これらの材料・構成以外は実施例１と同様にして、光学素子を製造した。
実施例４の光学素子の構成および評価結果を、表１にまとめた。
（実施例５）
実施例５は、図１の形状の光学素子を製造した。実施例５では、第１の光学要素１１は、２０℃の弾性率８０ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数７２×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。第２の光学要素１２は２０℃の弾性率２．６ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数７２８×１０－７／℃のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いた。第２の光学要素１２は光学要素１１上に成形され、その光軸方向の最大厚みは１ｍｍであり、外周の厚みは０．０５ｍｍであった。
実施例５は、図１の形状の光学素子を製造した。実施例５では、第１の光学要素１１は、２０℃の弾性率８０ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数７２×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。第２の光学要素１２は２０℃の弾性率２．６ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数７２８×１０－７／℃のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いた。第２の光学要素１２は光学要素１１上に成形され、その光軸方向の最大厚みは１ｍｍであり、外周の厚みは０．０５ｍｍであった。
第３の光学要素１３は２０℃の弾性率７６ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数１１７×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。接着層１４の２０℃の弾性率は０．６２ＧＰａであり、６０℃時の弾性率は０．１３ＧＰａであり、６０℃時の弾性率に対する２０℃時の弾性率の比は０．２１であった。また、接着層１４の厚みは２０μｍであった。これらの材料・構成以外は実施例１と同様にして、光学素子を製造した。
実施例５の光学素子の構成および評価結果を、表１にまとめた。
（実施例６）
実施例６は、図５の形状の光学素子を製造した。第１の光学要素４１は、２０℃の弾性率１１８ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数６２×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。第２の光学要素４２は、２０℃の弾性率２．６ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数７２８×１０－７／℃のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いた。第２の光学要素４２は第１の光学要素４１上に成形され、その光軸方向の最大厚みは２ｍｍであり、外周の厚みは０．０１ｍｍであった。第３の光学要素４３は２０℃の弾性率７６ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数１１７×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。これらの材料・構成以外は実施例１と同様にして、光学素子を製造した。
実施例６は、図５の形状の光学素子を製造した。第１の光学要素４１は、２０℃の弾性率１１８ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数６２×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。第２の光学要素４２は、２０℃の弾性率２．６ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数７２８×１０－７／℃のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いた。第２の光学要素４２は第１の光学要素４１上に成形され、その光軸方向の最大厚みは２ｍｍであり、外周の厚みは０．０１ｍｍであった。第３の光学要素４３は２０℃の弾性率７６ＧＰａ、２０℃から６０℃の線膨張係数１１７×１０－７／℃の光学ガラスを用いた。これらの材料・構成以外は実施例１と同様にして、光学素子を製造した。
実施例６の光学素子の構成および評価結果を、表１にまとめた。
（光学要素界面での剥がれ）
実施例１の光学素子において、表２に示すように弾性率が異なる接着層を用いて、光学要素間での剥がれの発生を観察した。
実施例１の光学素子において、表２に示すように弾性率が異なる接着層を用いて、光学要素間での剥がれの発生を観察した。
弾性率が異なる接着層を用いた参考例１～６の接着層の弾性率および評価結果は、表２のようになった。
１０、２０、３０、４０ 光学機器
１１、２１、３１、４１ 第１の光学要素
１２、２２、３２、４２ 第２の光学要素
１３、２３、３３、４３ 第３の光学要素
１４、２４、３４、４４ 接着層
１１、２１、３１、４１ 第１の光学要素
１２、２２、３２、４２ 第２の光学要素
１３、２３、３３、４３ 第３の光学要素
１４、２４、３４、４４ 接着層
Claims (11)
- ガラス又はプラスチックからなる第１の光学要素及び第３の光学要素と、光学樹脂からなる第２の光学要素と、を有する光学素子であって、
前記第１の光学要素と前記第２の光学要素との対向面及び／又は前記第２の光学要素と第３の光学要素との対向面は、接着樹脂層で接合されており、
前記第１の光学要素は、前記第２の光学要素に対向する面において凸形状であり、
前記第３の光学要素は、前記第２の光学要素に対向する面において凹形状であり、
前記接着樹脂層の２０℃の押し込み弾性率をＥａｄ１、６０℃の押し込み弾性率をＥａｄ２としたとき、下記式（１）を満たし
０．２≦Ｅａｄ２／Ｅａｄ１≦０．５ （１）
前記第１の光学要素及び前記第３の光学要素の２０℃から６０℃の線膨張係数を各々α１及びα３としたとき、下記式（２）を満たすことを特徴とする光学素子。
０．２５≦α１／α３＜１．０ （２） - 第２の光学要素は、光軸方向の最大厚さが０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の光学樹脂層である請求項１に記載の光学素子。
- 前記第２の光学要素の光軸方向の最大厚さが、２．０ｍｍ以下である請求項２に記載の光学素子。
- 前記第２の光学要素の２０℃から６０℃の線膨張係数をα２としたとき、下記式（３）及び下記式（４）を満たす請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
９．０≦α２／α１≦２４．５ （３）
５．０≦α２／α３≦１１．０ （４） - 前記第２の光学要素の光軸方向の最大厚さをｔ２ｃ、外径の厚さをｔ２ｅとしたとき、下記式（５）を満たす請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
０．００５≦ｔ２ｅ／ｔ２ｃ＜０．９５ （５） - 前記ｔ２ｅ／ｔ２ｃが下記式（６）を満たす請求項５に記載の光学素子。
０．００５≦ｔ２ｅ／ｔ２ｃ≦０．０５ （６） - 前記第１の光学要素の線膨張係数が、３０×１０－７／℃以上８１×１０－７／℃以下の範囲であり、
前記第３の光学要素の線膨張係数が、６６×１０－７／℃以上１３６×１０－７／℃以下の範囲である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子。 - 前記接着樹脂層の２０℃の押し込み弾性率が、０．３１ＧＰａ以上１．８７ＧＰａ以下の範囲である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学素子。
- 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、
前記レンズの少なくとも１つが請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学素子であることを特徴とする光学機器。 - 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、
前記レンズの少なくとも１つが請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学素子であることを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像装置がカメラであることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
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