(57)【要約】【課題】温度や湿度等の環境変化による光学機能面の形状変化を抑制することのできる接合光学素子を得る。【解決手段】光学材料からなるガラス基材１ａの光学機能面ｓ１に光学材料からなる樹脂副材２ａが接合された接合光学素子において、ガラス基材１ａ又は樹脂副材２ａの少なくとも一方の光学機能面及びそれに連なる面に、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａとの材質の相違に基づく接合光学素子本体部の変形を抑制する補正部材２ｂを接合した。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学材料からなる基材の光学機能面に、基材に対して所定の光学機能を付与する光学材料からなる副材が接合された本体部と、
前記基材又は前記副材の少なくとも一方の光学機能面又はこれに連なる面に接合され、
前記基材と前記副材との材質の相違に起因する前記本体部の変形を抑制する補正部材を接合してなる、
ことを特徴とする接合光学素子。
【請求項２】
前記補正部材は、前記本体部に光学機能を付与する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項３】
前記補正部材は、前記本体部の有効光学面の周囲に接合されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項４】
前記補正部材は回転対称な形状を有し、その中心軸と前記本体部の光軸とが略一致している、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項５】
前記補正部材は環状をなし、その中心軸と前記本体部の光軸とが略一致している、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項６】
前記補正部材は、その環状部内径が前記本体部の有効光学面の径よりも大きい、
ことを特徴とする請求項５に記載の接合光学素子。
【請求項７】
前記補正部材は、複数の副補正部材からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項８】
前記補正部材は、少なくとも２つの材質の異なる副補正部材からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項９】
前記基材と前記副材は、その熱膨張係数又は湿度膨張係数の少なくともいずれか一方が異なっている、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項１０】
前記基材と前記副材は夫々１つの部材から成り、
前記基材の熱膨張係数をαＢ、前記副材の熱膨張係数をαｓ１、前記補正部材の熱膨張係数をαｓ２としたとき、
αｓ１がαＢより大きければ、αｓ２がαＢより大きい前記補正部材を、
αｓ１がαＢより小さければ、αｓ２がαＢより小さい前記補正部材を、
前記基材と前記副材の接合面とは異なる前記基材の光学機能面又はそれに連なる面に接合する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項１１】
前記基材と前記副材が夫々１つの部材から成り、
前記基材の熱膨張係数をαＢ、前記副材の熱膨張係数をαｓｌ、前記補正部材の熱膨張係数をαｓ２としたとき、
αｓ１がαＢより大きければ、αｓ２がαｓ１より小さい前記補正部材を、
αｓ１がαＢより小さければ、αｓ２がαｓ１より大きい前記補正部材を、
前記基材と前記副材の接合面とは異なる前記副材の光学機能面又はそれに連なる面に接合する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項１２】
前記基材及び前記副材が夫々１つの部材から成り、
前記基材の熱膨張係数をαＢ、前記副材の熱膨張係数をαｓｌ、前記補正部材の熱膨張係数をαｓ２としたとき、
αｓｌがαＢより大きければ、αｓ２がαｓ１より大きい前記補正部材を、
αｓｌがαＢより小さければ、αｓ２がαｓ１より小さい前記補正部材を、
前記基材と前記副材の接合部を除く前記副材の光学機能面又はそれに連なる面に接合する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項１３】
前記基材及び前記副材が夫々１つの部材から成り、
前記基材の熱膨張係数をαＢ、前記副材の熱膨張係数をαｓｌ、前記補正部材の熱膨張係数をαｓ２としたとき、
αｓ１がαＢより大きければ、αｓ２がαＢより小さい前記補正部材を、
αｓ１がαＢより小さければ、αｓ２がαＢより大きい前記補正部材を、
前記基材と前記副材の接合部を除く前記基材の光学機能面又はそれに連なる面に接合する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項１４】
前記基材と前記副材が夫々１つの部材から成り、前記基材と前記副材とは、
前記基材の熱膨張係数をαＢ、前記副材の熱膨張係数をαｓ１、前記補正部材の熱膨張係数をαｓ２としたとき、
αｓ１がαＢより大きければ、αｓ２がαｓ１より小さく、かつαＢより大きい前記補正部材を、
αｓｌがαＢより小さければ、αｓ２がαｓ１より大きく、かつαＢより小さい前記補正部材を、
介して接合される、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項１５】
前記基材と前記副材は、互いに材料物性の異なるガラスである、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項１６】
前記基材はガラス、前記副材はエネルギー硬化型樹脂である、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項１７】
前記補正部材は、前記基材又は前記副材の材質と同一である、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項１８】
前記副材は複数設けられ、前記基材又は他の副材又は前記補正部材の少なくともいずれか１つの光学機能面又はこれに連なる面に接合されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の接合光学素子を少なくとも１つ備えている、
ことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材質の異なる少なくとも２つの部品を接合又は一体化して成る接合レンズや複合レンズを含む接合光学素子及びこれを用いた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種、接合光学素子の具体例な形態としては、材質の異なる２つのガラスレンズが接着剤により接合されたものや、ガラスレンズの光学面上にエネルギー硬化型樹脂が形成されたもの等が挙げられる。
【０００３】
一般に、光学素子は、温度変化や湿度変化等の環境変化によって何らかの形状変化を生じる（以下、この環境変化によって光学素子に生じる変形を「環境変形」という）。ここで、光学素子の環境変形が非相似的であれば、各光学機能面の曲率半径等の幾何学的形状が設計値から大きく変化し、その光学素子を用いた光学系が本来発揮すべき光学機能に狂いが生じる。よって、光学素子には、環境変化に対して相似的に変形することが求められる。
【０００４】
しかして、光学素子が、環境変化によりどのような幾何学的形状変化をするかは、温度や湿度などの周囲環境を表す変数（以下、「環境変数」という）に依存する光学素子自身の温度や吸水量などの状態変数の空間的分布と、この状態変数に応じた光学素子の長さ又は体積の変化率として定義される光学素子自身の熱膨張係数や湿度膨張係数など材料物性値の空間的分布に依存する。
【０００５】
すなわち、状態変数や材料物性値の空間的分布が重要であり、それぞれの空間的分布の少なくとも一方が不均一である場合、光学素子は非相似的な変形が生じるおそれがある。
また、光学素子自体は、上記のような状態変数や材料物性値の空間的分布の不均一性を有していなくても、光学素子自身がレンズ枠等に強く固定さている場合等には、環境変化によって光学素子は非相似的な変形を生じるおそれがある。
【０００６】
このような光学素子の環境変形に関連して、従来、多くの検討が行われている。
例えば、特許文献１は、光学素子の支持構造に関するものであり、光学素子と支持部材との間に両部品に比べて柔らかい弾性部材を介して光学素子を支持し、弾性部材の比較的大きな変形により光学素子にかかる外力を低減することによって、光学素子の光学面の歪み発生を抑制する点が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２も、光学素子の支持構造に関し、光学素子と支持部材との間に設けたベース部材により、光軸方向以外の方向への両者の相対移動を許容し、光学素子に加わる外力を低減することによって、光学素子の光学機能面の歪み発生を抑制する点が開示されている。
【０００８】
これら特許文献１及び特許文献２は、主として光学素子と支持部材との接続関係を改良し、光学素子の変形と支持部材の変形を独立させるという設計思想に基づく。
また、特許文献３は、異種材質の複数のレンズを有するレンズユニットの構造に関し、温湿度による膨張率が大きく異なるレンズを接着し、そのうち膨張率の小さいレンズの方をレンズ枠と嵌合・保持することによって、温湿度変化によるレンズの寸法変化を抑える点が開示されている。これは、個々のレンズ外径とレンズ枠穴内径とのクリアランスに着目し、これを温湿度による膨張率の観点から評価し、どのレンズをレンズ枠に固定すべきかを定めるという設計思想に基づく。
【０００９】
また、特許文献４は、反射ミラーの熱変形抑制機構に関するものであり、不均一な熱分布を熱電素子、光電素子、焦電素子を用いて検知し、このときの起電力によって圧電素子を歪ませることで反射ミラーの熱変形を抑制する点が開示されている。これは、主として各種電気的センサを用いてリアルタイムに反射ミラーの変形を制御するという設計思想に基づく。
【００１０】
更に、特許文献５は、熱膨張係数の異なる２つの材料から成る接合樹脂レンズに関し、接着剤の機械的物性及び接合面の曲率半径等に制限を設けた点が開示されている。これは、２枚の樹脂レンズに介在させる接着剤として軟質接着剤を選択し、さらには光学機能面の曲率に制限を設けることによって、２枚の樹脂レンズの変形を独立させるという設計思想に基づく。
【特許文献１】特開２００１−３４３５７６号公報
【特許文献２】特開平１０−１８６１９６号公報
【特許文献３】特開平８−２３４０７０号公報
【特許文献４】特開２００２−１００５５１号公報
【特許文献５】特許第３０６８６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前述した従来例は、いずれも光学素子の環境変形を扱うものであるが、接合光学素子の環境変形に関しては、必ずしも汎用的かつ実用的な解決策を提供しているものではない。
【００１２】
例えば、特許文献１や特許文献２では、支持する光学素子が均一の材質から成る場合には成立するが、接合レンズや複合レンズのように、光学素子自身に内在する材質の空間的分布、すなわち熱膨張係数や湿度膨張係数の空間的分布によって非相似的な環境変形を生じるような接合光学素子については、その効果が十分に発揮されないおそれがある。
【００１３】
また、特許文献３の場合、レンズとレンズ枠から成るレンズユニット全体として環境変形を抑えるという観点では、ある程度の効果が期待されるが、レンズユニットの構成要素である接合光学素子（接合レンズ）単体に生じる非相似的な環境変形に関しては、必ずしも十分なものとは言えない。
【００１４】
また、特許文献４では、熱電素子や光電素子等を適切に設計・配置できれば、接合光学素子を含む光学素子全般の熱変形問題に対する有効な解決策となりうるが、機構が複雑であり、コストや省スペースの観点から、民生用機器や小型レンズ系への搭載は難しい。
【００１５】
更に、特許文献５では、接合レンズの温度変形の抑制という観点では有効であるが、接合光学素子の剛性、組立精度などの観点ではデメリットにもなりえる。また、この技術が発揮されるに必要な接合面の曲率半径に対する制限は、光学設計の自由度を狭めるものであり、汎用性に乏しいといえる。
【００１６】
以上のように、従来から、光学素子の環境変形に対する検討が様々なされているが、特に接合レンズ又は複合レンズのような接合光学素子の通常使用において不可避的に発生する環境変化による光学機能面の形状変化（環境変形）及び光学機能の狂い、更にその対策について実用上有効なものは開示されていなかった。
【００１７】
本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、温度や湿度等の環境変化による光学機能面の形状変化を抑制することのできる接合光学素子及びそれを用いた光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
光学材料からなる基材の光学機能面に、基材に対して所定の光学機能を付与する光学材料からなる副材が接合された本体部と、
前記基材又は前記副材の少なくとも一方の光学機能面又はこれに連なる面に接合され、
前記基材と前記副材との材質の相違に起因する前記本体部の変形を抑制する補正部材を接合してなることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記補正部材は、前記本体部に光学機能を付与することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記補正部材は、前記本体部の有効光学面の周囲に接合されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記補正部材は回転対称な形状を有し、その中心軸と前記本体部の光軸とが略一致していることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記補正部材は環状をなし、その中心軸と前記本体部の光軸とが略一致していることを特徴とする。
【００２２】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の接合光学素子において、
前記補正部材は、その環状部内径が前記本体部の有効光学面の径よりも大きいことを特徴とする。
【００２３】
請求項７に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記補正部材は、複数の副補正部材からなることを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記補正部材は、少なくとも２つの材質の異なる副補正部材からなることを特徴とする。
【００２４】
請求項９に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記基材と前記副材は、その熱膨張係数又は湿度膨張係数の少なくともいずれか一方が異なっていることを特徴とする。
【００２５】
請求項１０に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記基材と前記副材は夫々１つの部材から成り、
前記基材の熱膨張係数をαＢ、前記副材の熱膨張係数をαｓ１、前記補正部材の熱膨張係数をαｓ２としたとき、
αｓ１がαＢより大きければ、αｓ２がαＢより大きい前記補正部材を、
αｓ１がαＢより小さければ、αｓ２がαＢより小さい前記補正部材を、
前記基材と前記副材の接合面とは異なる前記基材の光学機能面又はそれに連なる面に接合することを特徴とする。
【００２６】
請求項１１に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記基材と前記副材が夫々１つの部材から成り、
前記基材の熱膨張係数をαＢ、前記副材の熱膨張係数をαｓｌ、前記補正部材の熱膨張係数をαｓ２としたとき、
αｓ１がαＢより大きければ、αｓ２がαｓ１より小さい前記補正部材を、
αｓ１がαＢより小さければ、αｓ２がαｓ１より大きい前記補正部材を、
前記基材と前記副材の接合面とは異なる前記副材の光学機能面又はそれに連なる面に接合することを特徴とする。
【００２７】
請求項１２に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記基材及び前記副材が夫々１つの部材から成り、
前記基材の熱膨張係数をαＢ、前記副材の熱膨張係数をαｓｌ、前記補正部材の熱膨張係数をαｓ２としたとき、
αｓｌがαＢより大きければ、αｓ２がαｓ１より大きい前記補正部材を、
αｓｌがαＢより小さければ、αｓ２がαｓ１より小さい前記補正部材を、
前記基材と前記副材の接合部を除く前記副材の光学機能面又はそれに連なる面に接合することを特徴とする。
【００２８】
請求項１３に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記基材及び前記副材が夫々１つの部材から成り、
前記基材の熱膨張係数をαＢ、前記副材の熱膨張係数をαｓｌ、前記補正部材の熱膨張係数をαｓ２としたとき、
αｓ１がαＢより大きければ、αｓ２がαＢより小さい前記補正部材を、
αｓ１がαＢより小さければ、αｓ２がαＢより大きい前記補正部材を、
前記基材と前記副材の接合部を除く前記基材の光学機能面又はそれに連なる面に接合することを特徴とする。
【００２９】
請求項１４に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記基材と前記副材が夫々１つの部材から成り、前記基材と前記副材とは、
前記基材の熱膨張係数をαＢ、前記副材の熱膨張係数をαｓ１、前記補正部材の熱膨張係数をαｓ２としたとき、
αｓ１がαＢより大きければ、αｓ２がαｓ１より小さく、かつαＢより大きい前記補正部材を、
αｓｌがαＢより小さければ、αｓ２がαｓ１より大きく、かつαＢより小さい前記補正部材を、介して接合されることを特徴とする。
【００３０】
請求項１５に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記基材と前記副材は、互いに材料物性の異なるガラスであることを特徴とする。
請求項１６に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記基材はガラス、前記副材はエネルギー硬化型樹脂であることを特徴とする。
【００３１】
請求項１７に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記補正部材は、前記基材又は前記副材の材質と同一であることを特徴とする。
請求項１８に係る発明は、請求項１に記載の接合光学素子において、
前記副材は複数設けられ、前記基材又は他の副材又は前記補正部材の少なくともいずれか１つの光学機能面又はこれに連なる面に接合されていることを特徴とする。
【００３２】
請求項１９に係る発明の光学装置は、請求項１〜１８のいずれかに記載の接合光学素子を少なくとも１つ備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、環境変化による接合光学素子の光学機能面の曲率半径等の面形状変化を効率的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は、接合光学素子の実施形態としての複合レンズの断面図を示している。ここで、複合レンズとは、一般的には、ガラスレンズの少なくとも１つの光学機能面に樹脂層等を形成してなるものをいう。
【００３５】
ただし、本発明が適用可能な複合レンズの構成としては、「ガラスレンズ＋樹脂層」に限らず、「樹脂レンズ（プラスチックレンズ）＋樹脂層」、「ガラスレンズ＋ガラス層」、「樹脂レンズ＋ガラス層」でも適用可能である。
【００３６】
図１は、通常の複合レンズの断面図を示している。この複合レンズは、凹レンズを構成するガラス基材１ａの第２光学面ｓ２に、エネルギー硬化型の樹脂副材２ａが密着接合された構造を有している。そして、主として第１光学面ｓ１、第２光学面ｓ２、第３光学面ｓ３の面形状（曲率半径、非球面係数など）や、それら光学機能面の光軸方向間隔、及びガラス基材１ａと樹脂副材２ａの材質（主に屈折率、アツべ数に注目する）を任意に選択することで、所定の光学機能を発現することができる。なお、この複合レンズは、光軸３を中心軸とする軸対称形をなしている。
【００３７】
この複合レンズは、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａの材質が異なっている。そして、全体として、熱膨張係数や湿度膨張係数などの材料物性値が光軸方向に対して空間的非対称性を有している。このため、温度変化や湿度変化等の環境変化に応じて、複合レンズの断面形状は上凸又は下凸の反り変形をすることが予想される。
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態である複合レンズの断面図を示している。この複合レンズは、図１の通常の複合レンズのガラス基材１ａの第１光学面ｓ１、及びそれに連なる面ｓ７に、新たにエネルギー硬化型の補正部材２ｂが密着接合された構造を有している。なお、この複合レンズも、光軸３を中心軸とする軸対称形をなしている。また、「連なる面ｓ７」とは、複合レンズ本体部の有効光学面としての第１光学面ｓ１、第２光学面ｓ２、及び第３光学面ｓ３の外周側の面等をいう。これは、一般に環境変形に対する補正が可能な位置ということができるが、その意義については後述する。
【００３８】
図２において、新たに設けた補正部材２ｂは、温度変化や湿度変化等の環境変化に応じた複合レンズ本体部の反り変形を補正する役割を有している。このような補正部材２ｂを用いたことで、本実施形態の複合レンズは、通常の複合レンズよりも、複合レンズ全体としての上凸又は下凸の反り変形が抑制される。
【００３９】
更に、この補正部材２ｂは、変形を補正する機能に加えて、例えば絞り機能等の光学的な付加価値を付与する機能を有することもでき、このような場合には、「付加部材」と呼ぶこともできる。但し、本実施形態の説明では、補正部材２ｂを、主として変形の補正部材として用いる場合を例として説明する。
【００４０】
以下、本実施形態の複合レンズの環境変形の抑制機能について、通常の複合レンズの環境変形と比較しながら説明する。
始めに、複合レンズの環境変形を考える上での前提条件を定める。第１に、複合レンズの幾何学的形状は光学設計形状であり、これはある基準温度（通常は室温）で達成されているものとする。以下、このような光学設計のベースとなる温度を設計基準温度という。
【００４１】
第２に、環境変化としては設計基準温度からの温度変化のみとし、環境変形に関係する材料物性値としては熱膨張係数のみを考慮する。また、複合レンズの温度分布は均一であるとする。
【００４２】
前述した前提条件のもと、複合レンズに温度変化による環境変形（温度変形、熱変形）が生じた状態を考える。図３及び図４に、各々の複合レンズが冷却され温度が低下した場合の環境変形の模式図を示す。
【００４３】
図３に示すように、通常の複合レンズにおいては、冷却され温度が低下した場合は、矢印４ａで示すように上凸の反り変形が生じる。これは、一般に樹脂の方がガラスよりも熱膨張係数が大きく、同じ温度変化量を与えた場合、樹脂副材２ａの方がガラス基材１ａよりも熱歪み量が大きくなるからである。なお、逆に、加熱されて温度が上昇した場合は、矢印４ａと逆向きの下凸の反り変形が生じる。
【００４４】
通常の複合レンズでは、温度が下がれば下がるほど、又は上がれば上がるほど、すなわち温度が設計基準温度から離れれば離れるほど、各光学機能面ｓ１，ｓ２，ｓ３の曲率半径等で表現される面形状が設計値からずれていく。ゆえに、このような複合レンズを用いた光学系は、複合レンズを用いない光学系に比べて、光学性能が温度変化に敏感であることが多い。よって、所定の光学性能を満足させるためには、使用可能温度範囲を狭くせざるをえない。
【００４５】
次に、図４に示すように、本実施形態の複合レンズでは、温度低下に伴い、樹脂副材２ａとガラス基材１ａとの熱膨張係数の差によって矢印４ａで示す向きの反り変形が誘発される。しかし、新たに設けた補正部材２ｂとガラス基材１ａとの熱膨張係数の差によって矢印４ｂで示す向きの反り変形が誘発される。よって、両者の反り変形は相殺され、全体として複合レンズに生じる反り変形量は小さくなる。なお、複合レンズが加熱されて温度が上昇した場合も、同様の理由で複合レンズ全体としての反り変形量は小さくなる。
【００４６】
つまり、本実施形態の複合レンズにおいては、新たに設けた補正部材２ｂは、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａからなる接合光学素子の環境変形を小さくする効果、すなわち変形補正部材としての役割を果たすことがわかる。
【００４７】
しかも、本実施形態における反り変形抑制効果は、温度変化に応じて必要な分だけ自律的に発現されるという特徴をもつ。すなわち、温度が設計基準温度からどれだけ離れているかに関係なく、またそのような温度に関する情報を何らかの手段で検知する特別な装置を用いることなく、接合光学素子自身の構造的な特徴によって最適な反り変形抑制効果が得られる。
【００４８】
すなわち、本実施形態においては、通常の複合レンズに比べて、複合レンズ全体として温度変化による反り変形を効果的に抑制可能であるため、所定の光学性能を保証する使用可能温度範囲を広げることができる。言い換えると、本実施形態の複合レンズを用いた光学装置の光学性能は、通常の複合レンズを用いた光学装置よりも、温度変化にロバストであるといえる。
【００４９】
なお、本実施形態において、温度変化による非相似的な変形である反り変形を抑制するためには、図４で示したように、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａだけによる反り変形を相殺するのに、効果的な場所に補正部材２ｂを密着接合させることが望ましい。
【００５０】
このため、本実施形態では、複合レンズの各構成部分（ガラス基材１ａ及び樹脂副材２ａ）と、新たに設ける補正部材２ｂとの熱膨張係数に関する相対関係を考慮し、新たに設ける補正部材２ｂを密着させる面を、ガラス基材１ａの第１光学面ｓ１、又はそれに連なる面ｓ７としている。
【００５１】
なお、新たに設ける補正部材２ｂの材質がエネルギー硬化型樹脂ではなく、その熱膨張係数が樹脂副材２ａよりも小さい場合は、新たに設ける補正部材２ｂは、ガラス基材１ａとエネルギー硬化型の樹脂副材２ａの接合面ｓ２ではない第３光学面ｓ３、又はそれに連なる面に形成すると良い。
【００５２】
ただし、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａからなる通常の複合レンズを用いた場合、製作の難易度やコスト等を考慮すると、温度変形抑制のために新たに設ける補正部材２ｂの材質としては、エネルギー硬化型樹脂を選択するのが望ましい。
【００５３】
このように、補正部材２ｂを、通常の複合レンズの光学面又はそれに連なる面に新たに形成することは、温度変化による反り変形の主原因である複合レンズにおける光軸方向の熱膨張係数の非対称性に対し、そのバランスを取る（対称性を高める）という設計思想に基づく。
【００５４】
つまり、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａの２層からなる複合レンズの場合、新たに３層目として補正部材２ｂを設け、サンドイッチ構造とすることによって、全体として光軸方向の熱膨張係数の対称性を高めることができる。
【００５５】
また、本実施形態において、新たに設けた補正部材２ｂの形状は環状をなし、その図示しない中心軸は、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａを含む光学系の光軸３と略一致している。そして、この場合の補正部材２ｂの穴部の内径Ｄ２は、ガラス基材１ａの第１光学面ｓ１の光学有効径Ｄｌよりも大きいことが望ましい。
【００５６】
なお、新たに設けた補正部材２ｂの形状を、一般的な回転対称形としても良い。すなわち、前述した環状体は光学系の中心側に穴が形成されている場合であるのに対し、穴のない回転対称形としてもかまわない。例えば、補正部材２ｂが複合光学素子の光学有効面内において、光軸方向厚さが薄く光学機能面形状が被接合面の光学機能面形状とほぼ等しければ、穴がなくても光学的性能にほとんど影響を及ぼさないからである。
【００５７】
本実施形態の補正部材２ｂの幾何学的特徴は、通常の複合レンズに対して、設計基準温度における光学設計（光学機能）に影響を及ぼすことなく、温度変化による環境変形の抑制効果を達成可能としている。
【００５８】
つまり、本実施形態においては、前述したように、必ずしも複合レンズ及び光学系の新規設計技術としてのみ実現されるものではなく、通常の複合レンズ及びこれを用いた光学部品の改良技術（付加価値の付与）としても実現される。
【００５９】
なお、本実施形態の補正部材２ｂは、ガラス基材１ａの第２光学面ｓ２に元々形成されている樹脂副材２ａと同一のものとすることが望ましい。
これは、樹脂副材２ａと補正部材２ｂの材質を統一することにより、温度変化に限らず様々な環境変化による複合レンズの反り変形を包括的に抑制することが期待されるからである。つまり、樹脂副材２ａと補正部材２ｂの材質が同じであれば、どのような環境変化に対しても樹脂副材２ａと補正部材２ｂの体積変化挙動は同じとなり、温度変形対策として定めた複合レンズの構造設計が、そのまま湿度変化等のあらゆる環境変化による反り変形対策としても機能すると考えられる。
【００６０】
更に、樹脂副材２ａと補正部材２ｂの材質を統一することで、複合レンズ成形機の構造が複雑化するのを防ぎ、樹脂材料の調達コストの削減等の副次的な効果も期待される。
なお、本実施形態における補正部材２ｂの幾何学的及び材質的な特徴は、本発明を実施するための１形態にすぎない。例えば、新たに設けた補正部材２ｂは、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａの少なくとも一方の光学機能面又はこれに連なる面に、複数に分割されて接合されていても構わない。また、それらの複数領域は、互いに異なる材質から成っていても構わない。
【００６１】
また、本実施形態の複合レンズに対する要求項目として、通常の複合レンズに対し光学機能の変化を許容してでも温度変化による反り変形の抑制効果を狙う場合は、新たに設けた補正部材２ｂの形状は必ずしも環状体である必要はない。また、その中心軸は必ずしもガラス基材１ａと樹脂副材２ａから成る複合レンズの光軸３と近似的に一致する必要はない。更に、その穴部の内径Ｄ２は、必ずしもガラス基材１ａの第１光学面ｓ１の有効光学径Ｄｌよりも大きい必要はない。
【００６２】
また、本実施形態において、新たに設ける補正部材２ｂのサイズは、この補正部材２ｂの材質として何を選択するかによって変化する。これは、基本的に補正部材２ｂとその被着材である相手（ガラス基材１ａ又は樹脂副材２ａ）との熱膨張係数の差に依存する。一般に、この差が大きいほど新たに設ける補正部材２ｂのサイズは小さくて済む。
【００６３】
ここで、ガラス基材１ａ、樹脂副材２ａ、及び補正部材２ｂの熱膨張係数の関係と、補正部材２ｂの接合位置との関係を列挙する。なお、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａは夫々単一の部材から成るものとし、ガラス基材１ａの熱膨張係数をαＢ、樹脂副材２ａの熱膨張係数をαｓ１、補正部材２ｂの熱膨張係数をαｓ２とする。
【００６４】
以上において、第１の例として、例えば、αｓ１がαＢより大きければ、αｓ２がαＢより大きい補正部材２ｂを、また、αｓ１がαＢより小さければ、αｓ２がαＢより小さい補正部材２ｂを、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａの接合面とは異なるガラス基材１ａの光学機能面又はそれに連なる面に接合する。この場合の構成を図５に示す。
【００６５】
第２の例として、例えば、αｓ１がαＢより大きければ、αｓ２がαｓ１より小さい補正部材２ｂを、また、αｓ１がαＢより小さければ、αｓ２がαｓ１より大きい補正部材２ｂを、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａの接合面とは異なる樹脂副材２ａの光学機能面又はそれに連なる面に接合する。この場合の構成を図６に示す。
【００６６】
第３の例として、例えば、αｓｌがαＢより大きければ、αｓ２がαｓ１より大きい補正部材２ｂを、また、αｓｌがαＢより小さければ、αｓ２がαｓ１より小さい補正部材２ｂを、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａの接合面を小領域として含む樹脂副材２ａの光学機能面又はそれに連なる面に接合する。この場合の構成を図７に示す。
【００６７】
第４の例として、例えば、αｓ１がαＢより大きければ、αｓ２がαＢより小さい補正部材２ｂを、また、αｓ１がαＢより小さければ、αｓ２がαＢより大きい補正部材２ｂを、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａの接合面を小領域として含むガラス基材１ａの光学機能面又はそれに連なる面に接合する。この場合の構成を図８に示す。
【００６８】
第５の例として、例えば、αｓ１がαＢより大きければ、αｓ２がαｓ１より小さく、かつαＢより大きい補正部材２ｂを、また、αｓｌがαＢより小さければ、αｓ２がαｓ１より大きく、かつαＢより小さい補正部材２ｂを介して、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａが接合される。この場合の構成を図９に示す。
【００６９】
なお、新たに設ける補正部材２ｂのサイズを含む幾何学的形状については、有限要素法による構造解析によってその効果を確認しつつ最良のものを見つけることが望ましい。
また、本実施形態では、主として環境変形として温度変形だけに着目したが、温度を湿度、熱膨張係数を湿度膨張係数と置き換えれば、複合レンズの構造は、基本的にそのまま湿度変化による反り変形の抑制構造としても機能する。
【００７０】
また、本実施形態の複合レンズは、ガラス基材１ａと樹脂副材２ａ、及び補正部材２ｂの３部品が密着接合して構成されているが、これら構成部品の数には限定されないことは言うまでもない。すなわち、本発明が適用できる複合レンズは、ガラス基材とエネルギー硬化型の樹脂副材が複数密着接合して成るものでも構わない。
【００７１】
ここでは、本実施形態の複合レンズの環境変形に関する有限要素法による構造解析の結果を、通常の複合レンズの場合と比較して示す。
図１０は、ガラス基材１ａに樹脂副材２ａが密着接合されて成る通常の複合レンズのシミュレーションモデルを示している。
【００７２】
図１１は、ガラス基材１ａに樹脂副材２ａ及び補正部材２ｂが密着接合されて成る本実施形態の複合レンズのシミュレーションモデルを示している。なお、シミュレーションモデルは軸対称モデルとし、複合レンズの断面形状は光軸中心から右半分のみを示す。
【００７３】
図１２は、設計基準温度２０℃である通常の複合レンズを、−６０℃に冷却した際の光軸方向（光軸３の方向）の変位分布図である。
図１３は、設計基準温度２０℃である本実施形態の複合レンズを、−６０℃に冷却した際の光軸方向変位分布図である。
【００７４】
図１４は、設計基準温度２０℃である通常の複合レンズを、１００℃に加熱した際の光軸方向変位分布図である。
図１５は、設計基準温度２０℃である本実施形態の複合レンズを、１００℃に加熱した際の光軸方向変位分布図である。
【００７５】
なお、図１２、図１３、図１４、図１５における変位分布図において、等高線で表す光軸方向変位の範囲は統一している。また、これらの変位分布図は変形図も兼ねており、変形倍率は６０倍としている。
【００７６】
図１２及び図１４に示すように、通常の複合レンズでは、ガラス基材１ａに斜めの等高線が生じ、複合レンズ全体として明確な反り変形が認められる。これに対し、図１３及び図１５に示すように、本実施形態の複合レンズでは、そのようなガラス基材１ａに対する斜めの等高線は見られず、複合レンズ全体として反り変形が抑えられていることがわかる。
【００７７】
すなわち、本実施形態の複合レンズでは、通常の複合レンズに比べて、温度変化に伴う各光学機能面形状の設計値からのずれ量が小さい。このことをガラス基材１ａの第１光学面ｓ１についてグラフ化した結果を図１６及び図１７に示す。
【００７８】
図１６は、通常の複合レンズの光軸方向変位を示し、図１７は、本実施形態の複合レンズの光軸方向変位を示している。
この図１６及び図１７を比較すると、本実施形態の複合レンズは、通常の複合レンズに比べて、―６０℃〜１００℃にわたる温度変化によるガラス基材ｌａの第１光学面ｓ１の形状変化量（光学方向への設計値からの偏差５）を半分以下に抑制できていることがわかる。すなわち、本実施形態の複合レンズは、通常の複合レンズに比べて、温度環境変化に対してロバストな光学性能を持つといえる。
（第２の実施形態）
本実施形態では、図１８に示すような接合レンズを考える。ここで、接合レンズとは、一般には、材質の異なる２つ以上のガラスレンズを接着剤等を介して接着接合してなるものをいう。ただし、本発明が適用可能な接合レンズの構成は、「ガラスレンズ＋ガラスレンズ」に限らず、「ガラスレンズ＋樹脂レンズ」、「樹脂レンズ＋樹脂レンズ」でも適用可能である。
【００７９】
図１８は、通常の接合レンズの断面図を示している。この複合レンズは、凸レンズを構成するガラス基材１１ａの第２光学面ｓ１２に、凹レンズを構成するガラス副材１２ａが接着接合された構造を有している。そして、主として第１光学面ｓ１１、第２光学面ｓ１２、第３光学面ｓ１３の面形状やそれら光学機能面の光軸方向間隔、及びガラス基材１１ａとガラス副材１２ａの材質を任意に設計することよって所定の光学機能を発現している。なお、この通常の接合レンズは、光軸１３を中心軸とする軸対称形をなしている。
【００８０】
また、図１８において、ガラス基材１１ａとガラス副材１２ａは互いに材質の異なるガラスでできている。つまり、この接合レンズ全体としては、一般に熱膨張係数や湿度膨張係数などの材料物性値が光軸方向に対して空間的非対称性をもつ。これにより、温度変化や湿度変化等の環境変化に応じて、接合レンズの断面形状は上凸又は下凸の反り変形をすることが予想される。
【００８１】
図１９は、本実施形態の接合レンズの断面図を示している。この接合レンズは、通常の接合レンズのガラス基材１１ａの第１光学面ｓ１１、及びそれに連なる面ｓ１７に、新たに補正部材１２ｂが接着接合された構成を有している。なお、本実施形態の接合レンズも、光軸１３を中心軸とする軸対称形をなしている。
【００８２】
本実施形態の接合レンズにおいて、新たに設けた補正部材１２ｂは、温度変化や湿度変化等の環境変化に応じた接合レンズ本体部としての反り変形を補正する役割を有している。この補正部材１２ｂの導入により、本実施形態の接合レンズは通常の接合レンズよりも、接合レンズ全体としての上凸又は下凸の反り変形が抑制される。
【００８３】
なお、本実施形態の接合レンズの環境変形の抑制機能については、前述した第１実施形態の複合レンズと同様であるので、詳細な説明を省略する。図２０，図２１に、その模式図を示す。
【００８４】
また、本実施形態の接合レンズにおいて、新たに設けた補正部材１２ｂの材質は、元々ガラス基材１１ａに接着接合されていたガラス副材１２ａと同材質のガラスとしたが、本発明はこれに限定するものではい。すなわち、新たに設ける補正部材１２ｂの材質としては、ゴム、プラスチック、金属等を用いることもできる。
【００８５】
なお、新たに設ける補正部材１２ｂは、元々の接合レンズの温度変形による反り変形を抑制する効果がある場所に接着接合する必要がある。例えば、新たな補正部材１２ｂを、その補正部材１２ｂを含む接合レンズ全体における熱膨張係数の光軸方向への対称性がより高まるような場所に接着接合する。
【００８６】
次に、本実施形態の接合レンズの環境変形に関する有限要素法による構造解析の結果を、通常の接合レンズの場合と比較して示す。
図２２は、ガラス基材１１ａにガラス副材１２ａが接着接合されてなる通常の接合レンズのシミュレーションモデルを示している。
【００８７】
図２３は、ガラス基材１１ａにガラス副材１２ａ及び補正部材１２ｂが接着接合されてなる本実施形態の接合レンズのシミュレーションモデルを示している。
図２４は、設計基準温度２０℃である通常の複合レンズを、−６０℃に冷却した際の光軸方向（光軸１３の方向）の変位分布図である。
【００８８】
図２５は、設計基準温度２０℃である本実施形態の複合レンズを、−６０℃に冷却した際の光軸方向変位分布図である。
図２６は、設計基準温度２０℃である通常の複合レンズを、１００℃に加熱した際の光軸方向変位分布図である。
【００８９】
図２７は、設計基準温度２０℃である本実施形態の複合レンズを、１００℃に加熱した際の光軸方向変位分布図である。
なお、図２４から図２７における変位分布図は変形図も兼ねており、変形倍率は１００倍としている。
【００９０】
また、図２８及び図２９に、ガラス基材１１ａの第１光学面ｓ１１の変形の様子を示す。
図２４から図２９を見ると明らかなように、本実施形態の接合レンズは、通常の接合レンズに比べて、−６０℃〜１００℃にわたる温度変化によるガラス基材１１ａの第１光学面ｓ１１の形状変化量（光学方向への設計値からの偏差１５）を大幅に抑制できることがわかる。すなわち、本実施形態の接合レンズは、通常の接合レンズに比べて、温度環境変化に対してロバストな光学性能を持つといえる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】通常の複合レンズの断面図である。
【図２】第１の実施形態の複合レンズの断面図である。
【図３】通常の複合レンズを冷却した場合の変形を表す模式図である。
【図４】第１の実施形態の複合レンズを冷却した場合の変形を表す模式図である。
【図５】第１の実施形態の複合レンズの構成を示す模式図である。
【図６】第１の実施形態の複合レンズの構成を示す模式図である。
【図７】第１の実施形態の複合レンズの構成を示す模式図である。
【図８】第１の実施形態の複合レンズの構成を示す模式図である。
【図９】第１の実施形態の複合レンズの構成を示す模式図である。
【図１０】通常の複合レンズのシミュレーションモデルを示す図である。
【図１１】第１の実施形態の複合レンズのシミュレーションモデルを示す図である。
【図１２】通常の複合レンズを冷却した場合のシミュレーションモデルを示す図である。
【図１３】第１の実施形態の複合レンズを冷却した場合の光軸方向変位分布を示す図である。
【図１４】通常の複合レンズを加熱した場合の光軸方向変位分布を示す図である。
【図１５】第１の実施形態の複合レンズを加熱した場合の光軸方向変位分布を示す図である。
【図１６】通常の複合レンズを加熱・冷却した場合の光学機能面の変形を示す図である。
【図１７】第１の実施形態の複合レンズを加熱・冷却した場合の光学機能面の変形を示す図である。
【図１８】通常の接合レンズの断面図である。
【図１９】第２の実施形態の接合レンズの断面図である。
【図２０】通常の接合レンズを冷却した場合の変形を表す模式図である。
【図２１】第２の実施形態の接合レンズを冷却した場合の変形を表す模式図である。
【図２２】通常の接合レンズのシミュレーションモデルを示す図である。
【図２３】第２の実施形態の接合レンズのシミュレーションモデルを示す図である。
【図２４】通常の接合レンズを冷却した場合の光軸方向変位分布を示す図である。
【図２５】第２の実施形態の接合レンズを冷却した場合の光軸方向変位分布を示す図である。
【図２６】通常の接合レンズを加熱した場合の光軸方向変位分布を示す図である。
【図２７】第２の実施形態の接合レンズを加熱した場合の光軸方向変位分布を示す図である。
【図２８】通常の接合レンズを加熱・冷却した場合の光学機能面の変形を示す図である。
【図２９】第２の実施形態の接合レンズを加熱・冷却した場合の光学機能面の変形を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ａ    ガラス基材
２ａ    樹脂副材
２ｂ    補正部材
３      光軸
４ａ    上凸の反り変形を表す
４ｂ    下凸の反り変形を表す
５      温度変化による光学機能面の形状変化量
１２ａ  ガラス副材
１２ｂ  補正部材
１３    光軸
１４ａ  上凸の反り変形を表す
１４ｂ  下凸の反り変形を表す
１５    温度変化による光学機能面の形状変化量
ｓ１    第１光学面
ｓ２    第２光学面
ｓ３    第３光学面
ｓ７    準ずる面
１１ａ  ガラス基材
ｓ１１  第１光学面
ｓ１２  第２光学面
ｓ１３  第３光学面
ｓ１７  準ずる面
Ｄ１    光学有効径
Ｄ２    補正部材２ｂの穴部の内径
Ｄ１１  光学有効径
Ｄ１２  補正部材１２ｂの穴部の内径
【図１】
2008052101.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008052101.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２８】
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【図２９】
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