複合光学素子及びその製造方法
【課題】基材側光学素子と成形側光学素子とを、接合境界面に光学薄膜を介在させて接合一体化することで、小型・薄型化等を図る。
【解決手段】基材レンズ２２は、成形レンズ１２４の軟化温度よりも高く、該成形レンズ１２４との熱線膨張係数の差が３．０×１０-6／℃の範囲内にある光学ガラスから選択され、光学薄膜１２３は、光学的に透明なＭｇＯからなる薄膜で構成され、その融点が成形レンズ１２４の軟化温度よりも高く、基材レンズ２２と成形レンズ１２４とは、光学薄膜１２３を間に介在させて直接的に接合されている。
【解決手段】基材レンズ２２は、成形レンズ１２４の軟化温度よりも高く、該成形レンズ１２４との熱線膨張係数の差が３．０×１０-6／℃の範囲内にある光学ガラスから選択され、光学薄膜１２３は、光学的に透明なＭｇＯからなる薄膜で構成され、その融点が成形レンズ１２４の軟化温度よりも高く、基材レンズ２２と成形レンズ１２４とは、光学薄膜１２３を間に介在させて直接的に接合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱軟化したガラス成形素材を成形して成形側光学素子を得るとともに、成形側光学素子とガラスの基材側光学素子とを接合して一体化させた複合光学素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータ上で、文字、静止画、動画、音声等の様々な形態の情報を統合して扱うマルチメディアの発達が著しい。例えば、デジタルカメラ等で取得した映像面の情報を、ネットワークを通じて送受信することで、効率的に情報を共有化することが可能となった。これに伴い、デジタルカメラ等を含む光学装置にあっては、その小型かつ高品質なものが求められている。
【０００３】
従って、光学装置に組み込まれる光学系や光学レンズに関しては、小型であることを前提に、薄型化、高品質化に着目した開発が進められている。ここでは、光学レンズのうち複数の光学レンズを組み合わせた複合レンズに限定して話を進める。複合レンズの薄型化に関しては、成形手段により複合レンズを製造する方法の活用が考えられる。また、高品質化の面では、収差補正能力の向上、入射光の損失低減、赤外線等の不要光の抑制の観点から、非球面の形成に加えて光学薄膜との組み合わせの活用が考えられる。更に、安定した品質を満足させていく必要がある。
【０００４】
ところで、このような複合レンズに関し、従来、例えば特許文献１及び特許文献２に記載の技術が公知である。
特許文献１では、ガラスの基材レンズの一方の表面上に成形素材を加圧被覆し、形成されるガラス層の成形レンズを基材レンズに融着させて直接的に一体化した複合レンズが提案されている。対象とするレンズは、主として外径がφ２０ｍｍ以上の大口径のものである。成形レンズは、０．５〜２ｍｍよりも薄い層状に形成される。更に、成形面に非球面を形成することが可能である。
【０００５】
成形レンズのガラスと基材レンズのガラスは、次の条件を満たすことが記載されている。第１に、成形レンズのガラスのガラス転移点は基材レンズのガラスのガラス転移点よりも４０℃以上低くする。第２に、成形レンズのガラスの平均熱線膨張係数は基材レンズのガラスの平均熱線膨張係数より３×１０-7〜８×１０-7／℃小さくする。なお、一体化の際は、成形レンズと基材ガラスの間には何も介在させていない。
【０００６】
また、特許文献２では、光学ガラスを成形により薄肉化して光学多層膜を形成し、成形レンズを基板あるいは光学多層膜のどちらかと直接的に接合させた複合レンズが提案されている。光学多層膜は光学薄膜として光学フィルタ、反射膜、反射防止膜の機能を保有させている。
【０００７】
製造方法は、まず、基板上に光学ガラス多層積層体を載せ、光学ガラス多層積層体を加熱軟化させた状態でプレス成形する。次に、成形で光学ガラス多層積層体を薄肉化させて光学多層膜を形成するとともに、基板と接合して一体化する。更に、基板上に別の光学ガラスを載せ、その光学ガラスを光学多層膜が軟化しない温度で加熱軟化させて成形する。次いで、成形により光学ガラスを変形させてレンズを形成するとともに、基板上に接合一体化する。
【特許文献１】特開平１０−４５４１９号公報
【特許文献２】特開２００４−３４７７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、成形レンズと基材レンズとは、成形によって接合境界面に何も介在させない状態で、直接的に接合されている。このため、成形レンズのガラスの屈折率と基材レンズのガラスの屈折率との差が大きい場合、接合境界面で光の反射が発生しやすくなる。この反射光は、ゴーストやフレアなどの迷光となりやすく、複合レンズの品質を低下させる原因になる。
【０００９】
また、特許文献２では、基板上に載せた光学ガラス多層積層体を、加熱軟化させた状態でプレス成形して、光学多層膜を形成している。この光学多層膜は、光学薄膜としての機能を保有しており、機能を十分に発揮させるためには膜厚を光の波長以下のオーダーで管理する必要がある。
【００１０】
しかしながら、プレス成形による厚みの制御では、装置の温度管理や制御方法の問題から、厚みに数μｍから数十μｍ程度のばらつきが生じやすく、数十ｎｍから数百ｎｍ程度の管理は非常に困難なものになる。このように、光学多層膜の膜厚がばらつくことにより、光学薄膜の効果に差が生じて、複合レンズの品質を不安定にさせる原因となる。また、光学ガラスには接合に寄与しない物質が含まれることがあり、接合状態が安定しないケースが生じる。
【００１１】
本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、基材側光学素子と成形側光学素子とを、接合境界面に光学薄膜を介在させて接合一体化することで、小型・薄型化等を図り得る複合光学素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するため、請求項１に係る複合光学素子の発明は、
基材側光学素子、成形側光学素子、及び光学薄膜を備えた複合光学素子において、
前記基材側光学素子は、前記成形側光学素子の軟化温度よりも高く、該成形側光学素子との熱線膨張係数の差が３．０×１０-6／℃の範囲内にある光学ガラスから選択され、
前記光学薄膜は、光学的に透明な酸化物、フッ化物、硫化物の化合物のうち少なくとも１つの化合物からなる薄膜で構成され、その融点が前記成形側光学素子の軟化温度よりも高く、
前記基材側光学素子と前記成形側光学素子とは、前記光学薄膜を間に介在させて直接的に接合されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の複合光学素子において、
前記光学薄膜は、１つの化合物からなる単層膜又は複数の化合物からなる多層膜で構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の複合光学素子において、
前記光学薄膜は、反射防止膜又は波長選択タイプの光学フィルターの機能を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の複合光学素子において、
前記光学薄膜は、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｇＦ2、Ｓｂ2Ｓ3、ＺｎＳの化合物のうち、少なくとも１つの化合物の中から選択されることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の複合光学素子において、
前記光学薄膜において、前記基材側光学素子あるいは前記成形側光学素子との境界面側にＳｉＯ2の膜を介在させたことを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係る複合光学素子の製造方法の発明は、
成形素材を加熱軟化して成形側光学素子を成形し、該成形側光学素子と基材側光学素子とを接合して一体化する複合光学素子の製造方法において、
前記基材側光学素子を、前記成形側光学素子よりも軟化温度が高く、該成形側光学素子との熱線膨張係数の差が３．０×１０-6／℃の範囲内にある光学ガラスから選択する工程と、
光学的に透明な酸化物、フッ化物、硫化物の化合物のうち少なくとも１つの化合物からなる薄膜で構成される光学薄膜を、前記基材側光学素子が前記成形側光学素子と接合される前に予め前記基材側光学素子の光学面に成膜する工程と、
前記基材側光学素子と前記成形側光学素子とを、前記光学薄膜を間に介在させて直接的に接合する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の複合光学素子の製造方法において、
前記光学薄膜は、１つの化合物からなる単層膜又は複数の化合物からなる多層膜で構成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に係る発明は、請求項６又は７に記載の複合光学素子の製造方法において、
前記光学薄膜は、蒸着手段によって所定の厚みに成膜されることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、請求項６〜８のいずれかに記載の複合光学素子の製造方法において、
前記光学薄膜は、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｇＦ2、Ｓｂ2Ｓ3、ＺｎＳの化合物のうち、少なくとも１つの化合物の中から選択されることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、請求項６〜９のいずれかに記載の複合光学素子の製造方法において、
前記光学薄膜において、前記基材側光学素子あるいは前記成形側光学素子との境界面側にＳｉＯ2の膜を介在させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、基材側光学素子と成形側光学素子とを接合一体化することで、より薄肉化した複合レンズを得ることができる。また、接合境界面に介在している光学薄膜によって、反射防止機能あるいは光学フィルター機能を備え、入射光の損失を低減したり不要光を抑制したりすることで、高品質化した複合レンズを得ることができる。更に、接合境界面に介在する光学薄膜は膜厚変化が抑えられ、安定した品質を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（蒸着装置の構成）
図１は、複合光学素子の製造に使用される蒸着装置の概要を示す図である。
【００２３】
蒸着装置１０の概略の構成は次の通りである。なお、蒸着は真空蒸着による方法を示しているが、これに限定されない。
この蒸着装置１０は、壁面１１で仕切られた室内に蒸着器１２と光学式膜厚モニター１３が配置され、室外に真空ポンプ１４が接続されている。この真空ポンプ１４によって、蒸着装置１０の内部は、１０-3ｔｏｒｒ以下の真空状態となるようにすることができる。
【００２４】
蒸着器１２は、ヒータ１５が内蔵された加熱皿１６と、この加熱皿１６の上方の蒸着経路上で該加熱皿１６と対向配置された試料台１７と、蒸着経路を開放及び遮断可能なシャッタ１８と、を有している。このシャッタ１８は、加熱皿１６の近傍に設けられていて、モータ１９により支持軸２０を中心として取付面と略水平に回動自在となっている。
【００２５】
加熱皿１６上には、蒸着材料２３が載置されている。また、試料台１７には蒸着経路に沿って開口部２１が形成されている。この開口部２１の上面に、蒸着面２２ａを下側に向けた基材レンズ２２が載せられる。加熱皿１６のヒータ１５、シャッタ１８を駆動するモータ１９は、制御装置２８に接続されている。
【００２６】
次に、蒸着の概略の工程を簡単に説明する。
まず、制御装置２８によってヒータ１６に通電され、加熱皿１６の中の蒸着材料２３を加熱する。シャッタ１８は、初期状態として蒸着材料２３の上方にあり、蒸着経路を遮断している。加熱された蒸着材料２３は、気化あるいは昇華して発散を始める。蒸着材料２３が十分に加熱された時点で、制御装置２８により、シャッタ１８が蒸着経路を開放するように移動する。発散した蒸着材料２３の一部が、基材レンズ２２の蒸着面２２ａに付着して蒸着膜を形成する。
【００２７】
蒸着膜を所望の膜厚まで成膜させた時点で、制御装置２８はシャッタ１８が蒸着経路を遮断するように移動させ、ヒータ１６の通電を止める。このようにして、基材レンズ２２の蒸着面２２ａに光学薄膜が形成される。多層膜を形成する場合は、蒸着材料２３を切り替えながら上記工程を繰り返す。
【００２８】
光学式膜厚モニター１３は、光の干渉現象を利用して膜厚を測定するものである。この光学式膜厚モニター１３は、投光部２５と受光部２６、及びこれら投光部２５と受光部２６の略中間点を通る鉛直線上に配置されたモニターガラス２７を有している。受光部２６は、制御装置２８に接続されている。
【００２９】
次に、光学式膜厚モニター１３による膜厚の測定工程を説明する。
まず、投光部２５からモニターガラス２７に光を照射し、モニターガラス２７からの反射光を受光部２６で検出する。反射光ではなく、透過光を受光する形式としてもよい。この場合、光源の光の波長をλ、蒸着材料２３の屈折率をｎとするとき、モニターガラス２７に付着した蒸着材料２３の膜厚がλ／（４ｎ）変化するごとに反射率の極値が現れる。そこで、制御装置２８は受光部２６からの信号を取り込んでこの変化を検出する。なお、発散した蒸着材料２３は、基材レンズ２２の蒸着面２２ａの他、モニターガラス２７にも付着して略同一厚さの蒸着膜が形成されるものとする。なお、膜厚モニターには、他に振動子の共振周波数を利用して膜厚を測定する水晶式膜厚モニターがあるが、どちらを使用しても構わない。
【００３０】
以上において、モニターガラス２７に付着した蒸着膜が所望の膜厚に達した時点で、制御装置２８はシャッタ１８を蒸着経路を遮断するように回動させる。そして、蒸着材料２３が基材レンズ２２の蒸着面２２ａに付着することを停止する。
（成形型の構成）
図２は、成形装置の部分概要を示す図である。
【００３１】
成形装置３０は、金型組立体３２を挟んで上下に対向する１対の上側プレート３３及び下側プレート３４と、上側プレート３３を上下方向（対向方向）に駆動する加圧装置３５と、を備えている。上側プレート３３及び下側プレート３４には、それぞれヒータ３６，３７が設けられている。そして、加圧装置３５による上側プレート３３の昇降動作により、金型組立体３２の挟持、挟圧、解放等の動作が行われる。
【００３２】
図３は、金型組立体３２の概要を示す図である。
金型組立体３２は、上型４０、下型４１、及びスリーブ４２を有している。上型４０及び下型４１は、スリーブ４２の内部で、それぞれの成形面４０ａ、支持面４１ａが対向するようにスリーブ４２の両端側から嵌挿され、上型４０はスリーブ４２の軸方向に摺動自在になっている。上型４０と下型４１の成形面４０ａ、支持面４１ａの間には、例えば基材レンズ２２の上に光学ガラス等の成形素材２４が載置されている。
【００３３】
そして、これら基材レンズ２２と成形素材２４とが一体的に接合されて、複合レンズが成形される。本実施形態では、上型４０、下型４１、及びスリーブ４２は、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金から成っている。
（第１の実施の形態）
図４（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の複合レンズ及びその製造工程を示している。
【００３４】
本実施形態では、後述する図４（ｄ）で示すように、基材レンズ２２の接合面側に、予め単層膜の光学薄膜１２３を蒸着で付着させた状態で、成形手段により成形レンズ１２４を成形し、基材レンズ２２と成形レンズ１２４とを接合一体化したものである。なお、ここで使用する光学薄膜１２３は反射防止機能を有している。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、メニスカス形状の基材レンズ２２の光学面のうち、成形レンズ１２４が接合される側には、成形で使用する前に、前述した蒸着装置１０を用いた蒸着処理によって光学薄膜１２３を付着させている。この光学薄膜１２３は、反射防止機能を有する単層膜である。
【００３６】
光学薄膜１２３の材料は、光学ガラスの原料となり得るもののうち、比較的取り扱いが容易な化合物から選ばれる。これにより、光学薄膜１２３は可視領域で透明であり、かつ、基材レンズ２２と成形レンズ１２４の直接的な接合作用を確保できる。
【００３７】
例えば、酸化化合物ではＡｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2などがある。更には、フッ化化合物としてＭｇＦ2、硫化化合物としてＳｂ2Ｓ3、ＺｎＳが使用可能である。本実施形態では、光学薄膜１２３の材料としてＭｇＯを選択した。
【００３８】
光学薄膜１２３の膜厚は、基材レンズ２２のガラスと成形レンズ１２４のガラスとの組み合わせから設定される。通常、数十ｎｍから数百ｎｍの範囲になる。また、光学薄膜１２３の成形素材は、ボール形状のガラス素材である。この成形素材の形状は、ボール形状以外にも、成形レンズと近似した形状あるいは平行平板形状としてもよい。ただし、基材レンズ２２のガラスと成形素材２４のガラスとの組み合わせに関して、成形上の制約がある。
【００３９】
すなわち、基材レンズ２２のガラスと成形素材２４のガラスとの組み合わせは、次の条件を満足する範囲で選定する。
第１の条件は、基材レンズ２２のガラスは成形素材２４のガラスよりも屈伏点あるいはガラス転移点が高いものを選ぶことである。これは、成形工程において、成形素材２４のガラスを変形させる段階で、基材レンズ２２のガラスの変形を抑える必要があるためである。
【００４０】
第２の条件は、両者の熱線膨張係数が略一致するものを選ぶことである。これは、異種ガラス間の接合において、接合後に割れが生じないようにするためである。
ここで、熱線膨張係数の差Δαについて補足する。
【００４１】
熱線膨張係数のマッチングには、ガラスのヤング率Ｅ（標準的なものでは７×１０4ＭＰａ程度）と強度Ｓ（最大約９０ＭＰａ）、成形温度Ｔｍを考慮する。
概算値を算出するため、Δα≦Ｓ／（Ｅ×Ｔｍ）とおく。
【００４２】
上述した値から、Δα≦２．５×１０-6／℃が得られる。
但し、実用上は、もう少し範囲を広げられ、Δα≦３×１０-6℃-1程度に設定することができる。
【００４３】
そこで、成形素材２４のガラスは次の条件を満たすように選択される。
基材レンズ２２のガラスの熱線膨張係数をα1、成形素材２４のガラスの熱線膨張係数をα2とした場合、
｜α1−α2｜≦３×１０-6 （／℃） （式１）
となる。
【００４４】
次に、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に基づき、成形素材２４の成形工程について説明する。
図４（ｂ）に示すように、金型組立体３２の内部では、成形素材２４が成形温度に加熱されて軟化状態になる。成形温度は成形素材２４のガラスの屈伏点より高く設定する。基材レンズ２２のガラスは屈伏点が成形温度よりも高いため、ほとんど軟化しない。また、光学薄膜１２３に使用している化合物は融点が成形温度よりも高いため、その膜厚は変わらない。
【００４５】
次いで、図４（ｃ）に示すように、上型４０を加圧することで、上型４０と基材レンズ２２で挟まれた成形素材２４が押し潰され、成形が進行する。なお、成形素材２４の変形量を制御することで成形レンズ１２４の厚みを調整することが可能である。
【００４６】
すなわち、単体レンズでは強度が不足して加工時の応力で割れてしまうような薄さでも、基材レンズ２２と接合させることで、成形レンズ１２４をより薄肉化させることができる。成形素材２４は変形しながら、上型４０の成形面４０ａが転写されて成形レンズ１２４を成形すると同時に、光学薄膜１２３を介在させた状態で基材レンズ２２との境界面で接合する。
【００４７】
こうして、金型組立体３２を冷却して、成形レンズ１２４を上型４０から離型させれば、図４（ｄ）に示すように、成形レンズ１２４と基材レンズ２２とが接合一体化した複合レンズ４４が得られる。
【００４８】
なお、図示していないが、上型４０の成形面４０ａを非球面にすることで複合レンズ４４の成形面を非球面化することが可能である。また、接合面側を非球面に形成した基材レンズ２２を使用することも可能である。
【００４９】
更に、成形で基材レンズ２２と成形レンズ１２４を一体化するため、成形レンズ１２４の接合面は基材レンズ２２の非球面形状に倣うことができる。その際、基材レンズ２２の非球面の形状に多少のばらつきがあったとしても、成形レンズ１２４と基材レンズ２２の接合状態には何ら影響を及ぼさない。また、成形後、複合レンズ４４が空気と接する両表面の光学面には、反射防止膜を蒸着によって付着させることが可能である。
【００５０】
図５は、光学薄膜１２３を介在させた場合と介在させない場合との、波長と透過率との関係を示す図である。
同図で明らかな通り、光学薄膜１２３を介在させた場合は、介在させない場合と比較して略全波長域において透過率が高くなっている。すなわち、光学薄膜１２３の介在により接合面の反射防止機能が向上している。
【００５１】
本実施形態によれば、複合レンズ４４を構成する成形レンズ１２４は、基材レンズ２２と接合させることで、より薄肉にすることができる。これによって、複合レンズ４４の薄型化が可能になる。更に、複合レンズ４４の接合面に、反射防止機能を有する光学薄膜１２３を介在させるため、接合境界面での光の反射を低減させることができる。
【００５２】
また、蒸着で付着させた光学薄膜１２３は、融点が高いことから、成形時に膜厚が変化することがなく、安定した反射防止機能を得ることができる。更に、複合レンズ４４の両表面に形成した反射防止膜と組み合わせれば、入射光の損失を大幅に低減することができる。これによって、複合レンズ４４を高品質化させることができるとともに、得られる品質が安定化する。また、非球面を組み合わせることで、収差補正能力を向上させた複合レンズ４４を得ることができる。
（第２の実施の形態）
図６（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態の複合レンズ及びその製造工程を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
本実施形態では、図６（ａ）に示すように、両凸形状の基材レンズ２２の接合面側に予め多層膜の光学薄膜１２３を蒸着で付着させた状態で、成形手段により成形レンズ１２４を成形し、基材レンズ２２と成形レンズ１２４とを接合一体化させたものである。なお、ここで使用する光学薄膜１２３は反射防止機能を高めている。
【００５４】
この光学薄膜１２３は、ＺｒＯ2とＭｇＦ2を２層に重ねた多層膜である。また、光学ガラスと接する光学薄膜１２３の両方の境界面側にＳｉＯ2膜を追加した多層膜としてもよい。このように、接合境界面にＳｉＯ2の成分が存在すると、化学結合が促進されやすくなり、接合状態が安定化する。
【００５５】
図６（ｂ）〜（ｄ）は、本実施形態の複合レンズ４４及びその製造工程を示す。
その製造工程は、前述した図４（ｂ）〜（ｄ）と同様であるので、概説すると、図６（ｂ）に示すように、金型組立体３２の内部では、成形素材２４が成形温度に加熱されて軟化状態になる。
【００５６】
次いで、図６（ｃ）に示すように、上型４０を加圧することで、上型４０と基材レンズ２２で挟まれた成形素材２４が押し潰され、成形が進行する。成形素材２４は変形しながら、上型４０の成形面４０ａが転写されて成形レンズ１２４を成形すると同時に、光学薄膜１２３を介在させた状態で基材レンズ２２との境界面で接合する。
【００５７】
こうして、金型組立体３２を冷却して、成形レンズ１２４を上型４０から離型させれば、図６（ｄ）に示すように、成形レンズ１２４と基材レンズ２２とが接合一体化した複合レンズ４４が得られる。
【００５８】
図７は、光学薄膜１２３を介在させた場合と介在させない場合との、波長と透過率との関係を示す図である。
同図で明らかな通り、光学薄膜１２３を介在させた場合は、略全波長域において透過率が高くなっている。すなわち、光学薄膜１２３の介在により接合面の反射防止機能が向上している。
【００５９】
本実施形態によれば、第１の実施の形態と同様に、複合レンズ４４を構成する成形レンズ１２４は、基材レンズ２２と接合させることで、より薄肉にすることができる。これによって、複合レンズ４４の薄型化が可能になる。更に、複合レンズ４４の接合面に、反射防止機能を有する光学薄膜１２３を介在させるため、接合境界面での光の反射を低減させることができる。
（第３の実施の形態）
図８（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態の複合レンズ及びその製造工程を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
本実施形態では、図８（ａ）に示すように、平凸形状の基材レンズ２２の接合面側に予め多層膜の光学薄膜１２３を蒸着で付着させた状態で、成形手段により成形レンズ１２４を成形し、基材レンズ２２と成形レンズ１２４とを接合一体化させたものである。
【００６１】
この光学薄膜１２３は、近赤外線カット、すなわち可視領域は通して赤外領域をカットする光学フィルター機能を有している。なお、光学フィルター機能として、ＵＶカット、帯域選択のフィルターとしても構わない。
【００６２】
本実施形態の光学薄膜１２３は、ＴｉＯ2とＳｉＯ2を交互に１５層重ねた多層膜である。
図８（ｂ）〜（ｄ）は、本実施形態の複合レンズ４４及びその製造工程を示す。
【００６３】
その製造工程は、前述した図４（ｂ）〜（ｄ）と同様であるので、概説すると、図８（ｂ）に示すように、金型組立体３２の内部では、成形素材２４が成形温度に加熱されて軟化状態になる。
【００６４】
次いで、図８（ｃ）に示すように、上型４０を加圧することで、上型４０と基材レンズ２２で挟まれた成形素材２４が押し潰され、成形が進行する。成形素材２４は変形しながら、上型４０の成形面４０ａが転写されて成形レンズ１２４を成形すると同時に、光学薄膜１２３を介在させた状態で基材レンズ２２との接合境界面で接合する。
【００６５】
こうして、金型組立体３２を冷却して、成形レンズ１２４を上型４０から離型させれば、図８（ｄ）に示すように、成形レンズ１２４と基材レンズ２２とが接合一体化した複合レンズ４４が得られる。
【００６６】
図９は、光学薄膜１２３を介在させた場合と介在させない場合との、波長と透過率との関係を示す図である。
同図で明らかな通り、光学フィルター機能を実現でき、像面側への不要光の入射が抑止することができる。すなわち、近赤外線領域において透過率が急激に低下する、近赤外線カット機能を有している。
【００６７】
本実施形態によれば、複合レンズ４４を構成する成形レンズ１２４は、基材レンズ２２と接合させることで、より薄肉にすることができる。また、デジタルカメラの光学系の中で使用されていた光学フィルター素子を削減でき、光学系の小型化、軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】複合光学素子の製造に使用される蒸着装置の概要を示す図である。
【図２】成形装置の部分概要を示す図である。
【図３】金型組立体の概要を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態の複合レンズ及びその製造工程を示す図である。
【図５】光学薄膜を介在させた場合と介在させない場合との、波長と透過率との関係を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態の複合レンズ及びその製造工程を示す図である。
【図７】光学薄膜を介在させた場合と介在させない場合との、波長と透過率との関係を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態の複合レンズ及びその製造工程を示す図である。
【図９】光学薄膜を介在させた場合と介在させない場合との、波長と透過率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 蒸着装置
１２ 蒸着器
１３ 光学式膜厚モニター
１４ 真空ポンプ
１５ ヒータ
１６ 加熱皿
１７ 試料台
１８ シャッタ
２１ 開口部
２２ 基材レンズ
２２ａ 蒸着面
２３ 蒸着材料
２４ 成形素材
２５ 投光部
２６ 受光部
２７ モニターガラス
２８ 制御装置
３０ 成形装置
３２ 金型組立体
３３ 上側プレート
３４ 下側プレート
３５ 加圧装置
３６ ヒータ
３７ ヒータ
４０ 上型
４０ａ 成形面
４１ 下型
４１ａ 成形面
４２ スリーブ
４４ 複合レンズ
１２３ 光学薄膜
１２４ 成形レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱軟化したガラス成形素材を成形して成形側光学素子を得るとともに、成形側光学素子とガラスの基材側光学素子とを接合して一体化させた複合光学素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータ上で、文字、静止画、動画、音声等の様々な形態の情報を統合して扱うマルチメディアの発達が著しい。例えば、デジタルカメラ等で取得した映像面の情報を、ネットワークを通じて送受信することで、効率的に情報を共有化することが可能となった。これに伴い、デジタルカメラ等を含む光学装置にあっては、その小型かつ高品質なものが求められている。
【０００３】
従って、光学装置に組み込まれる光学系や光学レンズに関しては、小型であることを前提に、薄型化、高品質化に着目した開発が進められている。ここでは、光学レンズのうち複数の光学レンズを組み合わせた複合レンズに限定して話を進める。複合レンズの薄型化に関しては、成形手段により複合レンズを製造する方法の活用が考えられる。また、高品質化の面では、収差補正能力の向上、入射光の損失低減、赤外線等の不要光の抑制の観点から、非球面の形成に加えて光学薄膜との組み合わせの活用が考えられる。更に、安定した品質を満足させていく必要がある。
【０００４】
ところで、このような複合レンズに関し、従来、例えば特許文献１及び特許文献２に記載の技術が公知である。
特許文献１では、ガラスの基材レンズの一方の表面上に成形素材を加圧被覆し、形成されるガラス層の成形レンズを基材レンズに融着させて直接的に一体化した複合レンズが提案されている。対象とするレンズは、主として外径がφ２０ｍｍ以上の大口径のものである。成形レンズは、０．５〜２ｍｍよりも薄い層状に形成される。更に、成形面に非球面を形成することが可能である。
【０００５】
成形レンズのガラスと基材レンズのガラスは、次の条件を満たすことが記載されている。第１に、成形レンズのガラスのガラス転移点は基材レンズのガラスのガラス転移点よりも４０℃以上低くする。第２に、成形レンズのガラスの平均熱線膨張係数は基材レンズのガラスの平均熱線膨張係数より３×１０-7〜８×１０-7／℃小さくする。なお、一体化の際は、成形レンズと基材ガラスの間には何も介在させていない。
【０００６】
また、特許文献２では、光学ガラスを成形により薄肉化して光学多層膜を形成し、成形レンズを基板あるいは光学多層膜のどちらかと直接的に接合させた複合レンズが提案されている。光学多層膜は光学薄膜として光学フィルタ、反射膜、反射防止膜の機能を保有させている。
【０００７】
製造方法は、まず、基板上に光学ガラス多層積層体を載せ、光学ガラス多層積層体を加熱軟化させた状態でプレス成形する。次に、成形で光学ガラス多層積層体を薄肉化させて光学多層膜を形成するとともに、基板と接合して一体化する。更に、基板上に別の光学ガラスを載せ、その光学ガラスを光学多層膜が軟化しない温度で加熱軟化させて成形する。次いで、成形により光学ガラスを変形させてレンズを形成するとともに、基板上に接合一体化する。
【特許文献１】特開平１０−４５４１９号公報
【特許文献２】特開２００４−３４７７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、成形レンズと基材レンズとは、成形によって接合境界面に何も介在させない状態で、直接的に接合されている。このため、成形レンズのガラスの屈折率と基材レンズのガラスの屈折率との差が大きい場合、接合境界面で光の反射が発生しやすくなる。この反射光は、ゴーストやフレアなどの迷光となりやすく、複合レンズの品質を低下させる原因になる。
【０００９】
また、特許文献２では、基板上に載せた光学ガラス多層積層体を、加熱軟化させた状態でプレス成形して、光学多層膜を形成している。この光学多層膜は、光学薄膜としての機能を保有しており、機能を十分に発揮させるためには膜厚を光の波長以下のオーダーで管理する必要がある。
【００１０】
しかしながら、プレス成形による厚みの制御では、装置の温度管理や制御方法の問題から、厚みに数μｍから数十μｍ程度のばらつきが生じやすく、数十ｎｍから数百ｎｍ程度の管理は非常に困難なものになる。このように、光学多層膜の膜厚がばらつくことにより、光学薄膜の効果に差が生じて、複合レンズの品質を不安定にさせる原因となる。また、光学ガラスには接合に寄与しない物質が含まれることがあり、接合状態が安定しないケースが生じる。
【００１１】
本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、基材側光学素子と成形側光学素子とを、接合境界面に光学薄膜を介在させて接合一体化することで、小型・薄型化等を図り得る複合光学素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するため、請求項１に係る複合光学素子の発明は、
基材側光学素子、成形側光学素子、及び光学薄膜を備えた複合光学素子において、
前記基材側光学素子は、前記成形側光学素子の軟化温度よりも高く、該成形側光学素子との熱線膨張係数の差が３．０×１０-6／℃の範囲内にある光学ガラスから選択され、
前記光学薄膜は、光学的に透明な酸化物、フッ化物、硫化物の化合物のうち少なくとも１つの化合物からなる薄膜で構成され、その融点が前記成形側光学素子の軟化温度よりも高く、
前記基材側光学素子と前記成形側光学素子とは、前記光学薄膜を間に介在させて直接的に接合されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の複合光学素子において、
前記光学薄膜は、１つの化合物からなる単層膜又は複数の化合物からなる多層膜で構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の複合光学素子において、
前記光学薄膜は、反射防止膜又は波長選択タイプの光学フィルターの機能を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の複合光学素子において、
前記光学薄膜は、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｇＦ2、Ｓｂ2Ｓ3、ＺｎＳの化合物のうち、少なくとも１つの化合物の中から選択されることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の複合光学素子において、
前記光学薄膜において、前記基材側光学素子あるいは前記成形側光学素子との境界面側にＳｉＯ2の膜を介在させたことを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係る複合光学素子の製造方法の発明は、
成形素材を加熱軟化して成形側光学素子を成形し、該成形側光学素子と基材側光学素子とを接合して一体化する複合光学素子の製造方法において、
前記基材側光学素子を、前記成形側光学素子よりも軟化温度が高く、該成形側光学素子との熱線膨張係数の差が３．０×１０-6／℃の範囲内にある光学ガラスから選択する工程と、
光学的に透明な酸化物、フッ化物、硫化物の化合物のうち少なくとも１つの化合物からなる薄膜で構成される光学薄膜を、前記基材側光学素子が前記成形側光学素子と接合される前に予め前記基材側光学素子の光学面に成膜する工程と、
前記基材側光学素子と前記成形側光学素子とを、前記光学薄膜を間に介在させて直接的に接合する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の複合光学素子の製造方法において、
前記光学薄膜は、１つの化合物からなる単層膜又は複数の化合物からなる多層膜で構成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に係る発明は、請求項６又は７に記載の複合光学素子の製造方法において、
前記光学薄膜は、蒸着手段によって所定の厚みに成膜されることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、請求項６〜８のいずれかに記載の複合光学素子の製造方法において、
前記光学薄膜は、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｇＦ2、Ｓｂ2Ｓ3、ＺｎＳの化合物のうち、少なくとも１つの化合物の中から選択されることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、請求項６〜９のいずれかに記載の複合光学素子の製造方法において、
前記光学薄膜において、前記基材側光学素子あるいは前記成形側光学素子との境界面側にＳｉＯ2の膜を介在させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、基材側光学素子と成形側光学素子とを接合一体化することで、より薄肉化した複合レンズを得ることができる。また、接合境界面に介在している光学薄膜によって、反射防止機能あるいは光学フィルター機能を備え、入射光の損失を低減したり不要光を抑制したりすることで、高品質化した複合レンズを得ることができる。更に、接合境界面に介在する光学薄膜は膜厚変化が抑えられ、安定した品質を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（蒸着装置の構成）
図１は、複合光学素子の製造に使用される蒸着装置の概要を示す図である。
【００２３】
蒸着装置１０の概略の構成は次の通りである。なお、蒸着は真空蒸着による方法を示しているが、これに限定されない。
この蒸着装置１０は、壁面１１で仕切られた室内に蒸着器１２と光学式膜厚モニター１３が配置され、室外に真空ポンプ１４が接続されている。この真空ポンプ１４によって、蒸着装置１０の内部は、１０-3ｔｏｒｒ以下の真空状態となるようにすることができる。
【００２４】
蒸着器１２は、ヒータ１５が内蔵された加熱皿１６と、この加熱皿１６の上方の蒸着経路上で該加熱皿１６と対向配置された試料台１７と、蒸着経路を開放及び遮断可能なシャッタ１８と、を有している。このシャッタ１８は、加熱皿１６の近傍に設けられていて、モータ１９により支持軸２０を中心として取付面と略水平に回動自在となっている。
【００２５】
加熱皿１６上には、蒸着材料２３が載置されている。また、試料台１７には蒸着経路に沿って開口部２１が形成されている。この開口部２１の上面に、蒸着面２２ａを下側に向けた基材レンズ２２が載せられる。加熱皿１６のヒータ１５、シャッタ１８を駆動するモータ１９は、制御装置２８に接続されている。
【００２６】
次に、蒸着の概略の工程を簡単に説明する。
まず、制御装置２８によってヒータ１６に通電され、加熱皿１６の中の蒸着材料２３を加熱する。シャッタ１８は、初期状態として蒸着材料２３の上方にあり、蒸着経路を遮断している。加熱された蒸着材料２３は、気化あるいは昇華して発散を始める。蒸着材料２３が十分に加熱された時点で、制御装置２８により、シャッタ１８が蒸着経路を開放するように移動する。発散した蒸着材料２３の一部が、基材レンズ２２の蒸着面２２ａに付着して蒸着膜を形成する。
【００２７】
蒸着膜を所望の膜厚まで成膜させた時点で、制御装置２８はシャッタ１８が蒸着経路を遮断するように移動させ、ヒータ１６の通電を止める。このようにして、基材レンズ２２の蒸着面２２ａに光学薄膜が形成される。多層膜を形成する場合は、蒸着材料２３を切り替えながら上記工程を繰り返す。
【００２８】
光学式膜厚モニター１３は、光の干渉現象を利用して膜厚を測定するものである。この光学式膜厚モニター１３は、投光部２５と受光部２６、及びこれら投光部２５と受光部２６の略中間点を通る鉛直線上に配置されたモニターガラス２７を有している。受光部２６は、制御装置２８に接続されている。
【００２９】
次に、光学式膜厚モニター１３による膜厚の測定工程を説明する。
まず、投光部２５からモニターガラス２７に光を照射し、モニターガラス２７からの反射光を受光部２６で検出する。反射光ではなく、透過光を受光する形式としてもよい。この場合、光源の光の波長をλ、蒸着材料２３の屈折率をｎとするとき、モニターガラス２７に付着した蒸着材料２３の膜厚がλ／（４ｎ）変化するごとに反射率の極値が現れる。そこで、制御装置２８は受光部２６からの信号を取り込んでこの変化を検出する。なお、発散した蒸着材料２３は、基材レンズ２２の蒸着面２２ａの他、モニターガラス２７にも付着して略同一厚さの蒸着膜が形成されるものとする。なお、膜厚モニターには、他に振動子の共振周波数を利用して膜厚を測定する水晶式膜厚モニターがあるが、どちらを使用しても構わない。
【００３０】
以上において、モニターガラス２７に付着した蒸着膜が所望の膜厚に達した時点で、制御装置２８はシャッタ１８を蒸着経路を遮断するように回動させる。そして、蒸着材料２３が基材レンズ２２の蒸着面２２ａに付着することを停止する。
（成形型の構成）
図２は、成形装置の部分概要を示す図である。
【００３１】
成形装置３０は、金型組立体３２を挟んで上下に対向する１対の上側プレート３３及び下側プレート３４と、上側プレート３３を上下方向（対向方向）に駆動する加圧装置３５と、を備えている。上側プレート３３及び下側プレート３４には、それぞれヒータ３６，３７が設けられている。そして、加圧装置３５による上側プレート３３の昇降動作により、金型組立体３２の挟持、挟圧、解放等の動作が行われる。
【００３２】
図３は、金型組立体３２の概要を示す図である。
金型組立体３２は、上型４０、下型４１、及びスリーブ４２を有している。上型４０及び下型４１は、スリーブ４２の内部で、それぞれの成形面４０ａ、支持面４１ａが対向するようにスリーブ４２の両端側から嵌挿され、上型４０はスリーブ４２の軸方向に摺動自在になっている。上型４０と下型４１の成形面４０ａ、支持面４１ａの間には、例えば基材レンズ２２の上に光学ガラス等の成形素材２４が載置されている。
【００３３】
そして、これら基材レンズ２２と成形素材２４とが一体的に接合されて、複合レンズが成形される。本実施形態では、上型４０、下型４１、及びスリーブ４２は、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金から成っている。
（第１の実施の形態）
図４（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の複合レンズ及びその製造工程を示している。
【００３４】
本実施形態では、後述する図４（ｄ）で示すように、基材レンズ２２の接合面側に、予め単層膜の光学薄膜１２３を蒸着で付着させた状態で、成形手段により成形レンズ１２４を成形し、基材レンズ２２と成形レンズ１２４とを接合一体化したものである。なお、ここで使用する光学薄膜１２３は反射防止機能を有している。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、メニスカス形状の基材レンズ２２の光学面のうち、成形レンズ１２４が接合される側には、成形で使用する前に、前述した蒸着装置１０を用いた蒸着処理によって光学薄膜１２３を付着させている。この光学薄膜１２３は、反射防止機能を有する単層膜である。
【００３６】
光学薄膜１２３の材料は、光学ガラスの原料となり得るもののうち、比較的取り扱いが容易な化合物から選ばれる。これにより、光学薄膜１２３は可視領域で透明であり、かつ、基材レンズ２２と成形レンズ１２４の直接的な接合作用を確保できる。
【００３７】
例えば、酸化化合物ではＡｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2などがある。更には、フッ化化合物としてＭｇＦ2、硫化化合物としてＳｂ2Ｓ3、ＺｎＳが使用可能である。本実施形態では、光学薄膜１２３の材料としてＭｇＯを選択した。
【００３８】
光学薄膜１２３の膜厚は、基材レンズ２２のガラスと成形レンズ１２４のガラスとの組み合わせから設定される。通常、数十ｎｍから数百ｎｍの範囲になる。また、光学薄膜１２３の成形素材は、ボール形状のガラス素材である。この成形素材の形状は、ボール形状以外にも、成形レンズと近似した形状あるいは平行平板形状としてもよい。ただし、基材レンズ２２のガラスと成形素材２４のガラスとの組み合わせに関して、成形上の制約がある。
【００３９】
すなわち、基材レンズ２２のガラスと成形素材２４のガラスとの組み合わせは、次の条件を満足する範囲で選定する。
第１の条件は、基材レンズ２２のガラスは成形素材２４のガラスよりも屈伏点あるいはガラス転移点が高いものを選ぶことである。これは、成形工程において、成形素材２４のガラスを変形させる段階で、基材レンズ２２のガラスの変形を抑える必要があるためである。
【００４０】
第２の条件は、両者の熱線膨張係数が略一致するものを選ぶことである。これは、異種ガラス間の接合において、接合後に割れが生じないようにするためである。
ここで、熱線膨張係数の差Δαについて補足する。
【００４１】
熱線膨張係数のマッチングには、ガラスのヤング率Ｅ（標準的なものでは７×１０4ＭＰａ程度）と強度Ｓ（最大約９０ＭＰａ）、成形温度Ｔｍを考慮する。
概算値を算出するため、Δα≦Ｓ／（Ｅ×Ｔｍ）とおく。
【００４２】
上述した値から、Δα≦２．５×１０-6／℃が得られる。
但し、実用上は、もう少し範囲を広げられ、Δα≦３×１０-6℃-1程度に設定することができる。
【００４３】
そこで、成形素材２４のガラスは次の条件を満たすように選択される。
基材レンズ２２のガラスの熱線膨張係数をα1、成形素材２４のガラスの熱線膨張係数をα2とした場合、
｜α1−α2｜≦３×１０-6 （／℃） （式１）
となる。
【００４４】
次に、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に基づき、成形素材２４の成形工程について説明する。
図４（ｂ）に示すように、金型組立体３２の内部では、成形素材２４が成形温度に加熱されて軟化状態になる。成形温度は成形素材２４のガラスの屈伏点より高く設定する。基材レンズ２２のガラスは屈伏点が成形温度よりも高いため、ほとんど軟化しない。また、光学薄膜１２３に使用している化合物は融点が成形温度よりも高いため、その膜厚は変わらない。
【００４５】
次いで、図４（ｃ）に示すように、上型４０を加圧することで、上型４０と基材レンズ２２で挟まれた成形素材２４が押し潰され、成形が進行する。なお、成形素材２４の変形量を制御することで成形レンズ１２４の厚みを調整することが可能である。
【００４６】
すなわち、単体レンズでは強度が不足して加工時の応力で割れてしまうような薄さでも、基材レンズ２２と接合させることで、成形レンズ１２４をより薄肉化させることができる。成形素材２４は変形しながら、上型４０の成形面４０ａが転写されて成形レンズ１２４を成形すると同時に、光学薄膜１２３を介在させた状態で基材レンズ２２との境界面で接合する。
【００４７】
こうして、金型組立体３２を冷却して、成形レンズ１２４を上型４０から離型させれば、図４（ｄ）に示すように、成形レンズ１２４と基材レンズ２２とが接合一体化した複合レンズ４４が得られる。
【００４８】
なお、図示していないが、上型４０の成形面４０ａを非球面にすることで複合レンズ４４の成形面を非球面化することが可能である。また、接合面側を非球面に形成した基材レンズ２２を使用することも可能である。
【００４９】
更に、成形で基材レンズ２２と成形レンズ１２４を一体化するため、成形レンズ１２４の接合面は基材レンズ２２の非球面形状に倣うことができる。その際、基材レンズ２２の非球面の形状に多少のばらつきがあったとしても、成形レンズ１２４と基材レンズ２２の接合状態には何ら影響を及ぼさない。また、成形後、複合レンズ４４が空気と接する両表面の光学面には、反射防止膜を蒸着によって付着させることが可能である。
【００５０】
図５は、光学薄膜１２３を介在させた場合と介在させない場合との、波長と透過率との関係を示す図である。
同図で明らかな通り、光学薄膜１２３を介在させた場合は、介在させない場合と比較して略全波長域において透過率が高くなっている。すなわち、光学薄膜１２３の介在により接合面の反射防止機能が向上している。
【００５１】
本実施形態によれば、複合レンズ４４を構成する成形レンズ１２４は、基材レンズ２２と接合させることで、より薄肉にすることができる。これによって、複合レンズ４４の薄型化が可能になる。更に、複合レンズ４４の接合面に、反射防止機能を有する光学薄膜１２３を介在させるため、接合境界面での光の反射を低減させることができる。
【００５２】
また、蒸着で付着させた光学薄膜１２３は、融点が高いことから、成形時に膜厚が変化することがなく、安定した反射防止機能を得ることができる。更に、複合レンズ４４の両表面に形成した反射防止膜と組み合わせれば、入射光の損失を大幅に低減することができる。これによって、複合レンズ４４を高品質化させることができるとともに、得られる品質が安定化する。また、非球面を組み合わせることで、収差補正能力を向上させた複合レンズ４４を得ることができる。
（第２の実施の形態）
図６（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態の複合レンズ及びその製造工程を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
本実施形態では、図６（ａ）に示すように、両凸形状の基材レンズ２２の接合面側に予め多層膜の光学薄膜１２３を蒸着で付着させた状態で、成形手段により成形レンズ１２４を成形し、基材レンズ２２と成形レンズ１２４とを接合一体化させたものである。なお、ここで使用する光学薄膜１２３は反射防止機能を高めている。
【００５４】
この光学薄膜１２３は、ＺｒＯ2とＭｇＦ2を２層に重ねた多層膜である。また、光学ガラスと接する光学薄膜１２３の両方の境界面側にＳｉＯ2膜を追加した多層膜としてもよい。このように、接合境界面にＳｉＯ2の成分が存在すると、化学結合が促進されやすくなり、接合状態が安定化する。
【００５５】
図６（ｂ）〜（ｄ）は、本実施形態の複合レンズ４４及びその製造工程を示す。
その製造工程は、前述した図４（ｂ）〜（ｄ）と同様であるので、概説すると、図６（ｂ）に示すように、金型組立体３２の内部では、成形素材２４が成形温度に加熱されて軟化状態になる。
【００５６】
次いで、図６（ｃ）に示すように、上型４０を加圧することで、上型４０と基材レンズ２２で挟まれた成形素材２４が押し潰され、成形が進行する。成形素材２４は変形しながら、上型４０の成形面４０ａが転写されて成形レンズ１２４を成形すると同時に、光学薄膜１２３を介在させた状態で基材レンズ２２との境界面で接合する。
【００５７】
こうして、金型組立体３２を冷却して、成形レンズ１２４を上型４０から離型させれば、図６（ｄ）に示すように、成形レンズ１２４と基材レンズ２２とが接合一体化した複合レンズ４４が得られる。
【００５８】
図７は、光学薄膜１２３を介在させた場合と介在させない場合との、波長と透過率との関係を示す図である。
同図で明らかな通り、光学薄膜１２３を介在させた場合は、略全波長域において透過率が高くなっている。すなわち、光学薄膜１２３の介在により接合面の反射防止機能が向上している。
【００５９】
本実施形態によれば、第１の実施の形態と同様に、複合レンズ４４を構成する成形レンズ１２４は、基材レンズ２２と接合させることで、より薄肉にすることができる。これによって、複合レンズ４４の薄型化が可能になる。更に、複合レンズ４４の接合面に、反射防止機能を有する光学薄膜１２３を介在させるため、接合境界面での光の反射を低減させることができる。
（第３の実施の形態）
図８（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態の複合レンズ及びその製造工程を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
本実施形態では、図８（ａ）に示すように、平凸形状の基材レンズ２２の接合面側に予め多層膜の光学薄膜１２３を蒸着で付着させた状態で、成形手段により成形レンズ１２４を成形し、基材レンズ２２と成形レンズ１２４とを接合一体化させたものである。
【００６１】
この光学薄膜１２３は、近赤外線カット、すなわち可視領域は通して赤外領域をカットする光学フィルター機能を有している。なお、光学フィルター機能として、ＵＶカット、帯域選択のフィルターとしても構わない。
【００６２】
本実施形態の光学薄膜１２３は、ＴｉＯ2とＳｉＯ2を交互に１５層重ねた多層膜である。
図８（ｂ）〜（ｄ）は、本実施形態の複合レンズ４４及びその製造工程を示す。
【００６３】
その製造工程は、前述した図４（ｂ）〜（ｄ）と同様であるので、概説すると、図８（ｂ）に示すように、金型組立体３２の内部では、成形素材２４が成形温度に加熱されて軟化状態になる。
【００６４】
次いで、図８（ｃ）に示すように、上型４０を加圧することで、上型４０と基材レンズ２２で挟まれた成形素材２４が押し潰され、成形が進行する。成形素材２４は変形しながら、上型４０の成形面４０ａが転写されて成形レンズ１２４を成形すると同時に、光学薄膜１２３を介在させた状態で基材レンズ２２との接合境界面で接合する。
【００６５】
こうして、金型組立体３２を冷却して、成形レンズ１２４を上型４０から離型させれば、図８（ｄ）に示すように、成形レンズ１２４と基材レンズ２２とが接合一体化した複合レンズ４４が得られる。
【００６６】
図９は、光学薄膜１２３を介在させた場合と介在させない場合との、波長と透過率との関係を示す図である。
同図で明らかな通り、光学フィルター機能を実現でき、像面側への不要光の入射が抑止することができる。すなわち、近赤外線領域において透過率が急激に低下する、近赤外線カット機能を有している。
【００６７】
本実施形態によれば、複合レンズ４４を構成する成形レンズ１２４は、基材レンズ２２と接合させることで、より薄肉にすることができる。また、デジタルカメラの光学系の中で使用されていた光学フィルター素子を削減でき、光学系の小型化、軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】複合光学素子の製造に使用される蒸着装置の概要を示す図である。
【図２】成形装置の部分概要を示す図である。
【図３】金型組立体の概要を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態の複合レンズ及びその製造工程を示す図である。
【図５】光学薄膜を介在させた場合と介在させない場合との、波長と透過率との関係を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態の複合レンズ及びその製造工程を示す図である。
【図７】光学薄膜を介在させた場合と介在させない場合との、波長と透過率との関係を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態の複合レンズ及びその製造工程を示す図である。
【図９】光学薄膜を介在させた場合と介在させない場合との、波長と透過率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 蒸着装置
１２ 蒸着器
１３ 光学式膜厚モニター
１４ 真空ポンプ
１５ ヒータ
１６ 加熱皿
１７ 試料台
１８ シャッタ
２１ 開口部
２２ 基材レンズ
２２ａ 蒸着面
２３ 蒸着材料
２４ 成形素材
２５ 投光部
２６ 受光部
２７ モニターガラス
２８ 制御装置
３０ 成形装置
３２ 金型組立体
３３ 上側プレート
３４ 下側プレート
３５ 加圧装置
３６ ヒータ
３７ ヒータ
４０ 上型
４０ａ 成形面
４１ 下型
４１ａ 成形面
４２ スリーブ
４４ 複合レンズ
１２３ 光学薄膜
１２４ 成形レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材側光学素子、成形側光学素子、及び光学薄膜を備えた複合光学素子において、
前記基材側光学素子は、前記成形側光学素子の軟化温度よりも高く、該成形側光学素子との熱線膨張係数の差が３．０×１０-6／℃の範囲内にある光学ガラスから選択され、
前記光学薄膜は、光学的に透明な酸化物、フッ化物、硫化物の化合物のうち少なくとも１つの化合物からなる薄膜で構成され、その融点が前記成形側光学素子の軟化温度よりも高く、
前記基材側光学素子と前記成形側光学素子とは、前記光学薄膜を間に介在させて直接的に接合されている、
ことを特徴とする複合光学素子。
【請求項２】
前記光学薄膜は、１つの化合物からなる単層膜又は複数の化合物からなる多層膜で構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合光学素子。
【請求項３】
前記光学薄膜は、反射防止膜又は波長選択タイプの光学フィルターの機能を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子。
【請求項４】
前記光学薄膜は、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｇＦ2、Ｓｂ2Ｓ3、ＺｎＳの化合物のうち、少なくとも１つの化合物の中から選択される、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合光学素子。
【請求項５】
前記光学薄膜において、前記基材側光学素子あるいは前記成形側光学素子との境界面側にＳｉＯ2の膜を介在させた、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合光学素子。
【請求項６】
成形素材を加熱軟化して成形側光学素子を成形し、該成形側光学素子と基材側光学素子とを接合して一体化する複合光学素子の製造方法において、
前記基材側光学素子を、前記成形側光学素子よりも軟化温度が高く、該成形側光学素子との熱線膨張係数の差が３．０×１０-6／℃の範囲内にある光学ガラスから選択する工程と、
光学的に透明な酸化物、フッ化物、硫化物の化合物のうち少なくとも１つの化合物からなる薄膜で構成される光学薄膜を、前記基材側光学素子が前記成形側光学素子と接合される前に予め前記基材側光学素子の光学面に成膜する工程と、
前記基材側光学素子と前記成形側光学素子とを、前記光学薄膜を間に介在させて直接的に接合する工程と、を含む、
ことを特徴とする複合光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記光学薄膜は、１つの化合物からなる単層膜又は複数の化合物からなる多層膜で構成されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記光学薄膜は、蒸着手段によって所定の厚みに成膜される、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記光学薄膜は、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｇＦ2、Ｓｂ2Ｓ3、ＺｎＳの化合物のうち、少なくとも１つの化合物の中から選択される、
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記光学薄膜において、前記基材側光学素子あるいは前記成形側光学素子との境界面側にＳｉＯ2の膜を介在させた、
ことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項１】
基材側光学素子、成形側光学素子、及び光学薄膜を備えた複合光学素子において、
前記基材側光学素子は、前記成形側光学素子の軟化温度よりも高く、該成形側光学素子との熱線膨張係数の差が３．０×１０-6／℃の範囲内にある光学ガラスから選択され、
前記光学薄膜は、光学的に透明な酸化物、フッ化物、硫化物の化合物のうち少なくとも１つの化合物からなる薄膜で構成され、その融点が前記成形側光学素子の軟化温度よりも高く、
前記基材側光学素子と前記成形側光学素子とは、前記光学薄膜を間に介在させて直接的に接合されている、
ことを特徴とする複合光学素子。
【請求項２】
前記光学薄膜は、１つの化合物からなる単層膜又は複数の化合物からなる多層膜で構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合光学素子。
【請求項３】
前記光学薄膜は、反射防止膜又は波長選択タイプの光学フィルターの機能を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子。
【請求項４】
前記光学薄膜は、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｇＦ2、Ｓｂ2Ｓ3、ＺｎＳの化合物のうち、少なくとも１つの化合物の中から選択される、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合光学素子。
【請求項５】
前記光学薄膜において、前記基材側光学素子あるいは前記成形側光学素子との境界面側にＳｉＯ2の膜を介在させた、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合光学素子。
【請求項６】
成形素材を加熱軟化して成形側光学素子を成形し、該成形側光学素子と基材側光学素子とを接合して一体化する複合光学素子の製造方法において、
前記基材側光学素子を、前記成形側光学素子よりも軟化温度が高く、該成形側光学素子との熱線膨張係数の差が３．０×１０-6／℃の範囲内にある光学ガラスから選択する工程と、
光学的に透明な酸化物、フッ化物、硫化物の化合物のうち少なくとも１つの化合物からなる薄膜で構成される光学薄膜を、前記基材側光学素子が前記成形側光学素子と接合される前に予め前記基材側光学素子の光学面に成膜する工程と、
前記基材側光学素子と前記成形側光学素子とを、前記光学薄膜を間に介在させて直接的に接合する工程と、を含む、
ことを特徴とする複合光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記光学薄膜は、１つの化合物からなる単層膜又は複数の化合物からなる多層膜で構成されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記光学薄膜は、蒸着手段によって所定の厚みに成膜される、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記光学薄膜は、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｇＦ2、Ｓｂ2Ｓ3、ＺｎＳの化合物のうち、少なくとも１つの化合物の中から選択される、
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記光学薄膜において、前記基材側光学素子あるいは前記成形側光学素子との境界面側にＳｉＯ2の膜を介在させた、
ことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の複合光学素子の製造方法。
【図５】
【図７】
【図９】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図８】
【図７】
【図９】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図８】
【公開番号】特開２００８−８３１８８（Ｐ２００８−８３１８８Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６０７６６（Ｐ２００６−２６０７６６）
【出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]