JP5328844B2

JP5328844B2 - 光学素子、該光学素子を有する光学機器

Info

Publication number: JP5328844B2
Application number: JP2011129688A
Authority: JP
Inventors: 隆史浦川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: JP2011209750A

Description

本発明は、光学素子、該光学素子を有する光学機器に関し、特に光学素子を筐体等に取り付ける際に、固定により光学有効面に発生する歪みを低減する（好ましくは無くす）ことが可能な形状を有する光学素子、該光学素子を有する光学機器に関するものである。

従来、光学素子を筐体などに取り付ける方法としてネジによる固定、紫外線硬化型等の接着剤、または挟みこみ、あるいは押圧等がある。
近年においては、装置の小型化に伴って、内部の光学素子も小型化が強く要求される場合が多くなってきており、また精度に対する要求がより強くなってきている。光学素子の小型化によって、取り付けのために固定部を大きくすることが困難になってきている一方、さらに、このような小型化された光学素子を保持、固定する際の、光学有効面への歪みの影響を低減することがより一層必要となってきている。

このようなことから、特許文献１では、図１２に示すように、光学素子６を押圧して光学素子ホルダ１に固定する際に、押圧部と光学有効面との間に厚さの半分以上のスリット８を設け、押圧歪みが光学有効面に伝播することを防止するようにした手段が提案されている。

特開２００４−１９８５７５号公報

しかしながら、上記従来例の特許文献１の光学素子のように、厚さ方向の半分以上のスリットを設けると、衝撃などによって、スリットが入った部分からクラックが入り、破断してしまうという、強度上の問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑み、固定により光学有効面に発生する歪みを低減し、好ましくは無くすことが可能となる構造の光学素子、該光学素子を有する光学機器を提供することを目的とするものである。

本発明は上記課題を達成するために、以下のように構成した光学素子、該光学素子を有する光学機器を提供するものである。
すなわち、本発明の光学素子は、反射面を含む光学有効部と、平面部を含み、前記光学有効部を固定するための２つの保持部と、前記反射面側から見たときに、前記光学有効部と前記２つの保持部との間の各々には両端から切り欠きが設けられることにより形成される、前記光学有効部と前記２つの保持部とを繋ぐ２つの梁部を備えた光学素子であって、前記反射面側から見たときに、前記２つの梁部は前記反射面を挟んで対向する位置に配置されており、前記光学有効部は前記２つの保持部によって前記２つの梁部のみを介して保持されており、前記反射面と前記梁部との間には段差が設けられており、前記２つの保持部は、該２つの保持部を外部に対して固定するための複数の固定部を有しており、該複数の固定部は、前記２つの梁部を結ぶ直線からずれた位置に配置されていることを特徴としている。
また、本発明の光学機器は、上記した光学素子と、前記光学素子が固定される筺体部とを備え、前記光学素子が備える保持部は前記梁部の延長線上の領域を除いた領域を用いて前記筺体部に固定されていることを特徴としている。

本発明によれば、光学素子を筐体等に保持する際に、保持強度を保ちつつ、光学素子の光学有効面に生じる歪みを低減することができる。

本発明の実施例１における光学素子の構成を示す図。本発明の実施例１を説明する図であり、図２（ａ）は光学素子を光学有効面側から見た図、図２（ｂ）は図２（ａ）の光学素子のＢ−Ｂ断面の構成を示す図。本発明の実施例１における光学素子の固定方法についての説明図。本発明の実施例２における光学素子の構成を示す図。本発明の実施例２を説明する図であり、図５（ａ）は光学素子を光学有効面側から見た図、図５（ｂ）は図５（ａ）の光学素子のＢ−Ｂ断面の構成を示す図。本発明の実施例２における光学素子の固定方法についての説明図。本発明の実施例２におけるビス穴形状の他の形態を示す図。本発明の参考例における光学素子の構成を示す図。本発明の参考例における図８の光学素子のＢ−Ｂ断面の構成を示す図。本発明の参考例における光学素子の固定方法についての説明図。本発明の参考例における光学有効面と固定平面部との間に段差を設けることの必要性を説明する図。従来例である特許文献１の光学素子を説明する図。

本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。

以下に、本発明の実施例および参考例について説明する。
［実施例１］
実施例１は、本発明を適用して光学反射面を有する光学素子を構成した。
図１に、本実施例の光学素子の構成の斜視図を示す。
図１において、１０１は光学素子である。
１０２は、光学素子１０１における光束を反射するための反射膜が蒸着された光学有効面であり、この光学有効面は光学素子１０１の中の光学有効部の一つの面である。
１０３（ａ）および１０３（ｂ）は光学素子１０１を固定（保持）するための固定平面部（固定部、或いは保持部としても良いし、この光学素子を保持する保持部材と接着やビス等を介して連結される部分という意味で連結部と称しても良い）１０３である。
図２（ａ）に、上記した光学素子を光学有効面側から見た構成を示す。
また、図２（ｂ）に図２（ａ）の光学素子のＢ−Ｂ断面の構成を示す。
本実施例では、図２（ｂ）に示されるように光学有効面１０２が非回転対称な面形状、いわゆる自由曲面で構成されている。したがって、固定平面部１０３を平面で構成するために、固定平面部１０３と自由曲面で構成された光学有効面１０２との間には、図２（ｂ）に示されるように段差が設けられている。

本実施例の光学素子は、図２（ａ）に示すように光学素子の中心（Ａ−Ａ線）に対して線対称であるため、切り欠き部の具体的構成等については、主として紙面に向かって左側の部分を採り挙げて説明する。
本実施例では、固定平面部１０３の光学有効面１０２側に、４箇所の切り欠き部２０１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）が設けられている。
図に示す切り欠き幅（固定部が光学素子を挟む方向、つまり図２（ａ）における左右方向に関する切り欠き幅）ｂ₁は、０．１ｍｍ（より好ましくは０．５ｍｍ）以上３ｍｍ（より好ましくは１ｍｍ）以下とする。このように固定平面部の切り欠き幅を設定することにより、光学素子の固定（保持）により光学有効面１０２に発生する歪みを低減する（無くす）ことができる。このような切り欠き部２０１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）によって、固定平面部の一部が光学有効部を直接支持する梁部として機能する。

以上の構成をもとにして、梁部が破断しないための力学的特性を持つように、Ｌ₁、ｂ₁と図２（ｂ）に示す固定部の厚みｔ₁を決めることができる。
ここで、本実施例では、切り欠き部２０１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）としているが、必ずしもこの構成とは限らず、別の形状の凹部（切り欠き部）であっても構わない。但し、この凹部（切り欠き部）を設けることによって、固定平面部を固定した際等（その他熱応力や衝撃による力等）に固定平面部に働く力による、光学有効面（実際に光を反射したり屈折したりする面）の変形量を低減する（好ましくは無くす）ことが可能な構成とすることが望ましい。その一手段としては、固定平面部に働く力の、光学有効部への伝達率を低減する、或いは、光学有効部に対して力が働いたとしても、光学有効面があまり変形しないようにするために、光学有効部に伝達された力が働く位置（本実施例においては２つの梁部を結ぶ直線上）に対して、光学有効面の位置を離すと良い。ここで、「光学有効部に伝達された力が働く位置に対して、光学有効面の位置を離す」とは、少なくとも交わらない、より好ましくは一方の梁部と他方の梁部との距離の１／５０（好ましくは１/１０）以上離すことが望ましい。

つぎに、本実施例の光学素子の固定方法について説明する。
図３に、本実施例の光学素子の固定方法についての説明図を示す。
図３に示すように、切り欠き部より光学有効面１０２と反対側の斜線部を固定部３０１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）とする。この固定部３０１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の範囲内に接着剤を塗布して、この光学素子１０１を筐体に固定する。
このように、固定部３０１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の範囲内に接着剤を塗布することによって、光学有効面とを繋ぐ梁部に対する接着剤の硬化収縮によって発生する歪みが、光学有効面１０２に伝播して光学有効面形状を変形させ、光学性能を劣化させるのを防ぐことができる。

また、切り欠き部２０１は塗布しすぎた接着剤の逃げ部にもなるために、均一な接着剤層を形成することができる。
また、ａ₁とｂ₂を長くすることによって接着面積を大きくすることができ、接着強度を高めることが可能となる。これにより、要求される接着強度に応じてａ₁とｂ₂を決めることが可能となり、光学素子全体の形状を決めることができる。
本実施例によれば、以上の構成によって接着剤の硬化収縮によって発生する歪みを、光学有効面１０２に伝播することを低減することができ、反射光学素子において厚みを薄くすることが可能となる。特に、固定による歪みの影響を受けやすい非回転対称な面形状を有する光学素子において有用である。また、上記切り欠き部は、プレス成形や射出成形において光学有効面を形成する際に同時に作製することが可能であり、後加工をすることなく一体で作製することができる。

本実施例では、光学有効面１０２を非回転対称な面形状である自由曲面としたが、光学有効面１０２は平面であってもよい。
また、図２（ｂ）に示されるように光学有効面１０２の裏面側を平面である図を示したが、これに限定されるわけではない。光学有効面１０２には反射膜が成膜されているが、固定部１０３にも成膜されていても構わない。
実施例中では切り欠き部２０１は接着剤の逃げ部を兼ねていたが、固定による歪みを光学有効面１０２に伝播させないための切り欠き部２０１とは別の切り欠き部や溝部を設けても良い。
また、切り欠き部２０１は４箇所でなくてもよい。さらに実施例中では切り欠き量ａ₁とａ₂の長さを等しくしているが、これに限定するものではなく、等しくなくても構わないし、中心に対して左右対称ではなく全ての切り欠き量の長さを変えてもよい。

［実施例２］
実施例２は、本発明を適用して実施例１とは異なる形態の光学素子を構成した。
図４に、本実施例の光学素子の構成の斜視図を示す。
図４において、４０１は光学素子である。
４０２は、光学素子４０１における光束を反射するための反射膜が蒸着された光学有効面である。
４０３（ａ）および４０３（ｂ）は、光学素子１０１を固定するための固定平面部である。
図５（ａ）に、上記した光学素子を光学有効面側から見た構成を示す。
また、図５（ｂ）に図５（ａ）の光学素子のＢ−Ｂ断面の構成を示す。
本実施例では、図５（ｂ）に示されるように光学有効面４０２が非回転対称な面形状、いわゆる自由曲面で構成されている。したがって、固定平面部４０３を平面で構成するために、固定平面部４０３と自由曲面で構成された光学有効面４０２との間には、図５（ｂ）に示されるように段差が設けられている。

本実施例の光学素子は、図５（ａ）に示すように光学素子の中心（Ａ−Ａ線）に対して線対称であるため、切り欠き部の具体的構成等については、主として紙面に向かって左側の部分を採り挙げて説明する。
固定平面部４０３と光学有効面４０２との境界部位に、切り欠き部５０１を４箇所設けている。この切り欠きによって、固定部と光学有効部に分けられ、Ｌ₂で示す部位が前記光学有効部と固定部とを繋ぐ梁の役割を果たしている。従って、この梁部が破断しないための力学的特性を持つように、Ｌ₂、ｂ₃、と図５（ｂ）に示す固定部の厚みｔ₂を決めることができる。

つぎに、本実施例の光学素子の固定方法について説明する。
図６に、本実施例の光学素子の固定方法についての説明図を示す。
図６に示すように、切り欠き部より光学有効面４０２と反対側の斜線部を固定部６０１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）とする。その固定部６０１にビス穴６０２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を設けておく。ビス穴６０２は各固定部６０１に設けなくてもよい。ビスの頭の投影線を点線で図中に示す。ビスの頭が梁部までかかってしまうとビス留めによる固定歪みが光学有効面４０２に伝播してしまうため、この点線で示すビスの頭が固定部６０１内に入るようにビス留めする位置を決め、この光学素子４０１を筐体に固定する。

固定部６０１の範囲内にビスの頭が入るようにして、固定することによって、光学有効面とを繋ぐ梁部に対するビス留めによって発生する歪みが、光学有効面４０２に伝播して光学有効面形状を変形させ、光学性能を劣化させるのを防ぐことができる。ビス穴６０２形状はこの限りでなく、図７に示すような切り欠き状７０１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）や図示しない半円状であってもよい。これより必要な切り欠き量ａ₃とａ₄を決めることが可能となり、光学素子全体の形状を決めることができる。
本実施例によれば、以上の構成によってビスの固定によって発生する歪みを、光学有効面４０２に伝播することを低減できる。

本実施例では、光学有効面４０２を非回転対称な面形状である自由曲面としたが、光学有効面４０２は平面であってもよく、光学有効面４０２が平面である場合、固定平面部４０３は光学有効面４０２と同一平面内であってもよい。
また、図５（ｂ）に光学有効面４０２の裏面側を平面である図を示したが、これに限定されるわけではない。光学有効面４０２には反射膜が成膜されているが、固定部４０３にも成膜されていても構わない。
実施例中では切り欠き部５０１は４箇所であるが、これに限定されるものではない。さらに実施例中では切り欠き量ａ₃とａ₄の長さを等しくしているが、これに限定するものではなく、等しくなくても構わないし、中心に対して左右対称ではなく全ての切り欠き量の長さを変えてもよい。

［参考例］
参考例として、図８に光学素子の斜視図を示す。
また、図９に図８の光学素子のＢ−Ｂ断面の構成を示す。
図８において、８０１は光学素子である。
８０２は、光学素子８０１における光束を反射するための反射膜が蒸着された光学有効面である。
８０３（ａ）および８０３（ｂ）は、光学素子８０１を固定するための固定平面部である。
本参考例では、図９に示されるように光学有効面８０２が非回転対称な面形状、いわゆる自由曲面で構成されている。したがって、固定平面部８０３を平面で構成するために、固定平面部８０３と自由曲面で構成された光学有効面８０２との間には、図９に示されるように段差が設けられている。
光学有効面８０２と固定平面部８０３の段差を設けている部位に、溝部８０４（ａ）、（ｂ）が左右それぞれに設けられている。
図９に示すようにこの溝部８０４によって、固定部と光学有効部に分けられ、光学有効部と固定部とを繋ぐ梁９０１（ａ）、（ｂ）の役割を果たしている。
したがって、図に示すように溝部８０４の掘り込み量ｔ₄はこの梁９０１が破断しないための力学的特性を持つように、固定部の厚みｔ₃と掘り込み量ｔ₄を決めることができる。

本参考例においては、光学有効面８０２と固定平面部８０３とに段差を設けてあることから、従来例のように掘り込み量ｔ₄を固定平面部８０３の厚みｔ₃の半分以上とすることなく、光学有効面８０２と溝部８０４の頂点部までの距離を長く採ることができる。したがって、本参考例では、掘り込み量ｔ₄を固定平面部厚みｔ₃の半分以下の掘り込み量とすることで、光学有効面８０２に対して、固定による歪みを伝播させないようにすることが可能となる。
また、光学素子８０１を成形型によって作製する場合、従来例のように掘り込み量ｔ₄を固定平面部８０３の厚みｔ₃の半分以上にしてしまうと、成形材料の流れを悪くしてしまうこととなるが、本参考例では上記のように掘り込み量ｔ₄を浅くすることができるから、この点でも有利である。また、本参考例のように光学有効面８０２と固定平面部８０３とに段差を設けた構成によれば、接着剤がはみだした場合にも、影響を受けにくくする点等においても有利である。

つぎに、本参考例の光学素子の固定方法について説明する。
図１０に、本参考例の光学素子の固定方法についての説明図を示す。
図１０の斜線で示すように、溝部８０４を軸に光学有効面８０２と反対側の固定平面部８０３を固定部１００１（ａ）、（ｂ）とする。この固定部１００１の範囲内に接着剤を塗布して、この光学素子８０１を筐体に固定する。
固定部１００１の範囲内に接着剤を塗布することによって、光学有効面とを繋ぐ梁部に対する接着剤の硬化収縮によって発生する歪みが、光学有効面８０２に伝播して光学有効面形状を変形させ、光学性能を劣化させることを防ぐことができる。
また、溝部８０４は塗布しすぎた接着剤の逃げ部にもなるため、均一な接着剤層を形成することができる。溝部とは別に接着剤の逃げ部のために別の溝部を設けても良い。
また、Ｌ₃、ｂ₅を長くすることによって接着面積を大きくすることができ接着強度を高めることが可能であるために、求める接着強度に応じてＬ₃とｂ₅を決めることが可能となり、光学素子全体の形状を決めることができる。

つぎに図１１を用いて、接着固定する際の光学有効面８０２と固定平面部８０３との間に段差を設ける必要性に関する他の理由について説明する。
図１１（ａ）のように光学有効面８０２と固定平面部８０３の間に段差がなければ、接着剤１１０１が溝部をはみ出し光学有効面の近辺まで付着し、接着剤１１０１の硬化収縮による歪みの影響を光学有効面８０２に及ぼす可能性が生じる。しかし、図１１（ｂ）のように光学有効面８０２と固定平面部８０３との間に段差を設けることによって、溝部８０４を超えた接着剤１１０１が付着するのは光学有効面８０２のある部位の下部であり、光学有効面に影響を及ぼす可能性が低くなる。
本参考例によれば、以上の構成によって、接着剤の硬化収縮等の固定による歪みを、光学有効面８０２に伝播することを低減することができる。また、上記溝部は、プレス成形や射出成形において光学有効面を形成する際に同時に作製することが可能であり、後加工をすることなく一体で作製することができる。

本参考例では、図９に光学有効面８０２の裏面側を平面である構成を示したが、本発明はこのような構成に限定されるわけではない。
また、光学有効面８０２には反射膜が成膜されているが、固定平面部８０３にも成膜されていても構わない。
また、本参考例では溝部８０４は半円状としたが、これ以外の矩形状などの形状でも良く、成形型を抜くためにテーパ部を設けてもよい。
また、溝部８０４は接着剤の逃げ部を兼ねていたが、固定による歪みを光学有効面８０２に伝播させないための溝部８０４とは別の切り欠き部や溝部を設けても良い。
さらに、溝部８０４は固定部と光学有効部の間を全て横切っているが、この限りでなく間欠的に光学有効部の間を横切るようにしても良い。また、中心に対して左右対称ではなく全ての切り欠き量の長さを変えてもよい。
以上、光学素子の実施例および参考例について説明してきたが、これらの実施例および参考例の光学素子は反射型光学素子（ミラー）であっても構わないし、透過型光学素子（例えば屈折力のあるレンズ、回折光学素子）であっても構わないし、またダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッター或いは波長板や偏光板等であっても構わない。
また、これらの実施例および参考例の光学素子は様々な光学機器に適用することができる。また、これらの光学素子を用いた光学機器としては、例えば、撮像レンズ（交換レンズ）、撮像装置（カメラ）、ヘッドマウントディスプレイ（メガネ型画像表示装置）、プロジェクター（液晶プロジェクター等）等が考えられる。勿論ここで記載した光学機器以外の光学機器に適用しても構わない。
これらの実施例および参考例を適用した光学素子は、光学有効面の変形を小さく（好ましくは変形が無く）することができるため、面精度が特に高い位置に適用することが望ましい。例えば、液晶パネル等（画像表示素子）で光変調を行うプロジェクター等に適用する場合には、液晶パネルの後段に配置することが好ましく、光源で発光を制御して光変調を行い、その光を走査光学系を用いて走査するプロジェクター等に適用する際には、走査光学系の後に配置することが好ましい。
また、本明細書に記載した様々な例は、任意に組み合わせて用いても構わない。

１０１：光学素子
１０２：光学有効面
１０３：固定平面部
２０１：切り欠き部
３０１：固定部

Claims

反射面を含む光学有効部と、
平面部を含み、前記光学有効部を固定するための２つの保持部と、
前記反射面側から見たときに、前記光学有効部と前記２つの保持部との間の各々には両端から切り欠きが設けられることにより形成される、前記光学有効部と前記２つの保持部とを繋ぐ２つの梁部を備えた光学素子であって、
前記反射面側から見たときに、前記２つの梁部は前記反射面を挟んで対向する位置に配置されており、
前記光学有効部は前記２つの保持部によって前記２つの梁部のみを介して保持されており、
前記反射面と前記梁部との間には段差が設けられており、
前記２つの保持部は、該２つの保持部を外部に対して固定するための複数の固定部を有しており、
該複数の固定部は、前記２つの梁部を結ぶ直線からずれた位置に配置されていることを特徴とする光学素子。
前記反射面は非回転対称な面形状を有すると共に、前記保持部は平面部を有しており、
前記保持部に含まれる平面部と前記反射面との間には段差が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
前記反射面には反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子。
前記梁部から前記光学有効部に伝達される力が働く位置と、前記反射面との位置は、前記２つの梁部の間の距離の１／５０以上離れていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子と、前記光学素子が固定される筺体部とを備え、前記光学素子が備える保持部は前記梁部の延長線上の領域を除いた領域を用いて前記筺体部に固定されていることを特徴とする光学機器。