JP2007102183A - 光学ローパスフィルタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学ローパスフィルタ1は、水晶板2、3と可撓性の位相差フィルム4とを貼り合わせて形成され、貼り合わせ面には、個体内の平均厚みが5〜15μmで個体内での最大厚み部と最小厚み部の差が4μm以下の粘着層5が設けられているとともに、入射光の波長をλとすると、透過波面収差が±1.5λ以下である。
【選択図】図1
Description
そこで、貼り合わせ作業の自動化を図り、適切な量の接着剤を光学素子に塗布しておくことで接着剤層の厚さを一定にする技術が提案されている(例えば、特許文献1)。また、接合強度を高める技術として、接着剤と高融点ワックスを用いることも提案されている(例えば、特許文献2)。
この発明によれば、複数の光学素子同士を貼り合わせる手段として粘着剤を用いているため、硬化型接着剤を使用した場合と異なって、粘着層に気泡が生じることがない。また、粘着剤を用いることで光学素子同士がずれることもなく、貼り合わせ面に対して均一な粘着性を持つことができるので、貼り合わせ後の接合強度が均一化する。
また、光学ローパスフィルタの透過波面収差が±1.5λ以下であるため、当該光学ローパスフィルタを組み込んだ光学機器の光学特性が非常に優れる。この透過波面収差は±1.2λ以下であることが好ましく、±1.0λ以下であることがより好ましい。
この発明によれば、水晶板同士の貼り合わせ面に設けられた粘着層の個体内の平均厚みが5〜15μmで個体内での最大厚み部と最小厚み部の差が4μm以下であるため、十分な粘着強度(接合強度)を保つことができるとともに、水晶板に与えるひずみが少なくなり、±1.5λ以下の透過波面収差を安定して保つことができる。
この発明によれば、位相差フィルムが可撓性であるので、水晶板との貼り合わせが非常に容易となる。また、位相差フィルムを曲げてその一端を水晶板に貼り合わせ、その後位相差フィルムを平面状に戻しながら水晶板と完全に貼り合わせることで、粘着層への気泡の混入をより確実に防止することもできる。また、位相差フィルムを用いているので、光学ローパスフィルタを軽量化できる。
そして、粘着層の個体内の厚みが平均5〜15μmで個体内での最大厚み部と最小厚み部の差が4μm以下であるので、十分な粘着強度を保つことができるとともに、位相差フィルムや水晶板に与えるひずみが少なくなり、±1.5λ以下の透過波面収差を安定して保つことができる。
この発明によれば、粘着層の粘着力が10N/25mm以上であるので、光学ローパスフィルタを製品に組み込む際や、製品の輸送時に十分な耐衝撃性を発揮することができる。この粘着力は、好ましくは15N/25mm以上、より好ましくは20N/25mm以上である。
この発明によれば、粘着層のボールタック値が2以上であるので、光学素子同士を貼り合わせた際にずれにくくできる。このボールタック値は、好ましくは4以上である。
本発明の光学ローパスフィルタは、複数の光学素子同士を貼り合わせて形成される光学ローパスフィルタであって、前記複数の光学素子同士の貼り合わせ面には、粘着剤からなる粘着層が設けられているとともに、前記粘着剤にはシランカップリング剤が添加されていることを特徴とする。
この発明によれば、前記粘着剤にシランカップリング剤が添加されているため、前記複数の光学素子間の界面の粘着力を向上させることができ、粘着層を薄くすることができる。その結果、光学ローパスフィルタ1の透過波面収差を1.5μm以下に安定して保つことが容易となる。
また、前記粘着剤にシランカップリング剤を添加すると、前記複数の光学素子との密着性を向上させることができる。その結果、当該光学ローパスフィルタの耐湿性および耐溶剤性を向上させることができる。
〔光学ローパスフィルタの構成〕
図1には、本実施形態に係る4点分離型の光学ローパスフィルタ1が採用されたデジタルスチールカメラの要部が、概略断面図として示されている。
図1において、光学ローパスフィルタ1は、入射光を結像させる受光レンズ20と、結像した光学像を電気信号に変換して取り込む固体撮像素子21との間に配置されている。
受光レンズ20は一枚でもよいし、複数のレンズ群であってもよい。また、固体撮像素子21には、例えばCCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary MOS)を使用することができる。
光学ローパスフィルタ1は、固体撮像素子21側の第1水晶板2と、受光レンズ20側の第2水晶板3と、その間に挟まれた可撓性の位相差フィルム4とを備えている。また、水晶板2、3と位相差フィルム4との貼り合わせ面には、各々粘着層5とが設けられている。
第1水晶板2は、第2水晶板3と同じサイズの水晶板である。第2水晶板3の光学軸は、矩形状の長辺に平行で(図2(A)参照)、入射面に垂直な平面上にあって、入射面の法線に対して45°の角度を(図2(B)参照)有している。
ここで、第2水晶板3の受光レンズ20側面と第1水晶板2の固体撮像素子21側面とには、可視光の透過率を向上させる反射防止膜(図示しない)がそれぞれ設けられている。
なお、反射防止膜の代わりに、固体撮像素子21への赤外線の入射を防ぐための赤外線反射膜が設けられていてもよい。
第2水晶板3は、厚さが1.322mmの矩形状(25×30mm)の水晶板である。その光学軸30(複屈折性結晶で複屈折の起きない方向の軸)は、短辺に平行で(図3(A)参照)、入射面に垂直な平面上にあって、入射面の法線に対して45°の角度(図3(B)参照)を有している。
なお、これら第1水晶板2と第2水晶板3とは、光学的に同じものを水晶板に垂直な軸を中心に互いに90度回転させたものである。後述する貼り合わせ工程では、同一構造の水晶板を用いて、互いに90度回転した状態で貼り合わせる。
また、図示しないが、粘着層5の両面には保護フィルムが貼り付けられており、位相差
フィルム4を水晶板2、3と貼り合わせる直前に剥離される。
この中でも、ポリカーボネート系樹脂は、耐熱性が高く、吸水性が少なく、耐久性、透明性に優れている。しかも、光学異方性を有する化合物を混合することにより、入射する光の波長が大きくなるにしたがって位相差が大きくなる波長分散特性を与えることが可能であり、高性能なλ/4板とすることができる。
なお、例えば、ZYGO社製、高精度レーザ干渉計式形状測定機Verifireシリーズを用いて、平行平面の均質性の測定を行い、光学的厚みを測定することで透過波面収差を測定することができる。
以下に、本発明で使用される粘着剤及びこの粘着剤によって構成される粘着層5の好ましい態様について説明する。
(粘着剤の種類)
粘着剤としては、天然ゴム系、合成ゴム系、酢酸ビニル/塩化ビニルコポリマー系、ポリビニルエーテル系、アクリル系、変性ポリオレフィン系等を用いることができる。なかでも、透明性や粘着性、耐久性の点で、アクリル酸アルコキシアルキルエステルを主成分とするアクリル系粘着剤が好適に用いられる。
粘着剤の粘着力としては、製品組み立て時に光学ローパスフィルタのような光学素子にかかる荷重や、製品輸送時の衝撃を考慮すると、180°ピール試験による剥離強度(JIS Z 0237に準拠)として10N/25mm以上が好ましく、20N/25mm以上が特に好ましい。
また、ボールタック試験(JIS Z 0237に準拠、J.Dow法)によるボールタック値は、少なくとも初期粘着力として2以上は必要であり、貼り合わせ時に光学素子同士のズレを防ぐには4以上が好ましい。
粘着剤は、光学素子の光透過面を構成するため、高い透明性が要求される。光学ローパスフィルタ1としてヘイズは1.0以下であることが好ましく、より好ましくは0.5以下、さらに好ましくは0.1以下である。
なお、他の要因でヘイズが上昇することもあるため(例えば、水晶に施される光学薄膜にもヘイズ上昇要因がある)、粘着剤の透明性は高いほど良い。
ここで、ヘイズは、JIS K 7105に準拠した方法により測定される全ヘイズである。
粘着層5の平滑性(位相差フィルム4への粘着剤塗布時における粘着層表面の粗さ・うねり)は、光学素子の透過波面収差に大きく影響する。平滑性が悪いと、光学素子の透過波面収差が大きくなり、例えば、光学ローパスフィルタ1を採用したデジタルスチールカメラの光学性能が悪化する。それ故、できるだけ粘着層5の平滑性は良いことが好ましい。
例えば、粘着剤をロールコータにより位相差フィルム4に塗布する場合、以下のような方法で粘着剤(溶液)を塗布することが好ましい。
(1)粘着剤溶液にレベリング剤を添加して表面張力を下げる。
(2)ゆっくり乾燥させる。
ア)塗工速度を落とす。
イ)乾燥勾配をつける。
ウ)高沸点溶剤を添加する。
(3)塗工スジを生じない程度に塗工液の粘度を上げる。
(4)粘着剤の固形分(樹脂)と溶剤との相溶性を改善する。
粘着層5が厚くなり過ぎると、前記した平滑性が悪化する。また、粘着剤の使用量が増え、光学素子の側面にはみ出て側面がべたつくことがある。さらに、粘着剤が過度に緩衝層の役割をしてしまい部分的に外力が加わると変形する場合がある。逆に粘着層5が薄いと粘着力が弱く、物理的又は熱的衝撃で光学素子同士が剥がれる可能性がある。
ただし、本実施形態のように光学素子として、水晶板2、3と位相差フィルム4を用いた場合には、熱による膨張(収縮)緩和させるためにある程度の厚みは必要となる。
それ故、粘着層5の個体内の平均厚みは5〜15μmで個体内での最大厚み部と最小厚み部の差が4μm以下とすることが好ましく、より好ましくは平均厚みが5〜12μmで個体内での最大厚み部と最小厚み部の差が4μm以下であり、さらに好ましくは平均厚みが5〜10μmで個体内での最大厚み部と最小厚み部の差が4μm以下である。
一般に、粘着層を薄くすると粘着強度が低下する。一方、粘着剤にシランカップリング剤を添加すると、水晶板2と位相差フィルム4との界面の粘着力および水晶板3と位相差フィルム4との界面の粘着力を向上させることができる。それ故、シランカップリング剤を添加することによって、粘着層を薄くすることができる。
その結果、光学ローパスフィルタ1の透過波面収差を1.5μm以下に安定して保つことが容易となる。
また、粘着剤にシランカップリング剤を添加すると、水晶板2と位相差フィルム4との密着性および水晶板3と位相差フィルム4との密着性を向上させることができる。その結果、光学ローパスフィルタ1の耐湿性および耐溶剤性を向上させることができる。
シランカップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル) エチルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、p−トリメトキシシリルスチレン、p−トリエトキシシリルスチレン、p−トリメトキシシリル−α−メチルスチレン、p−トリエトキシシリル−α−メチルスチレン3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2(アミノエチル) 3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2(アミノエチル) 3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル) 3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−プロピル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、4−アミノブチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシランなどがある。このようなシランカップリング剤は、単独で用いても二種以上混合されても良い。
以下に光学ローパスフィルタ1の製造方法について説明する。
(製造方法の概要)
図5に、本実施形態に係る光学ローパスフィルタ1の製造工程の一例をフローチャート
として示す。
この光学ローパスフィルタ1の製造工程としては、赤外カット膜と反射防止膜を形成した第1水晶板2と第2水晶板3とを貼り合わせる場合もあるが、貼り合わせた後で赤外カット膜と反射防止膜を形成する場合もある。赤外カット膜と反射防止膜を形成した第1水晶板2と第2水晶板3を用いて貼り合わせる場合は、第1水晶板2と第2水晶板3のそれぞれの外面側となる片面にそれぞれ赤外カット膜成膜工程と反射防止膜成膜工程を行う(S101、S102)。赤外カット膜を成膜すると、複屈折板にそりが生じる場合があるため、貼り合わせ後、赤外カット膜と反射防止膜を成膜することが好ましい。
図6(A)は、第1貼り合わせ工程と第2貼り合わせ工程の両方に使用することができる真空貼り合わせ装置100の概要の構成を示す側面透視図である。
2と位相差フィルム4との重ね合わせの位置関係を示す平面図、図6(D)は、真空貼り合わせ装置100で圧着動作を行っている状態を示す側面図である。
(第1貼り合わせ工程)
図6を参照しながら真空貼り合わせ装置100を用いて、第1貼り合わせ工程を真空雰囲気下で行う方法について説明する。この場合の位相差フィルム4は、両面に粘着層5(保護フィルム付き)が設けられたタイプのものを使用することとして説明する。
第1水晶板2と第2水晶板3は予め洗浄工程で洗浄され、表面の付着物が除去されたものを使用する。まず、真空チャンバ110の図示しない扉を開き、保護フィルムを剥離して粘着層5を露出させた位相差フィルム4を、露出させた粘着層5を上にして下側圧着板121の上の所定の位置に載置する。次に、案内装置130の案内保持部132の上に第1水晶板2を載置する。これにより、第1水晶板2と位相差フィルム4の配置は、図6(C)に示すような重なりの配置となる。すなわち、上から見ると第1水晶板2の短辺2A側の両端縁が位相差フィルム4の両端縁から外方にはみ出している。第1水晶板2の短辺2A側の両端縁は案内装置130の案内保持部132で保持され、第1水晶板2は位相差フィルム4の上方の空間に保持され、位相差フィルム4から離間して対抗配置されている。
次に、図7を参照しながら真空貼り合わせ装置100を使用して第2貼り合わせ工程を行う方法の説明を行う。図7(A)は第1水晶板2、位相差フィルム4及び第2水晶板3の重なりを説明する平面図であり、図7(B)は真空貼り合わせ装置100(図6)にセットした状態を示す断面図であり、図7(C)は圧着している状態を示す断面図である。
(1)水晶板2、3と位相差フィルム4とを貼り合わせる手段として粘着剤を用いているため、硬化型接着剤を使用した場合と異なり、接合層に気泡が生じにくい。また、粘着剤を用いることで光学素子同士がずれることもなく、貼り合わせ面に対して均一な粘着性を持つことができるので、貼り合わせ後の接合強度が均一化する。さらに、あらかじめ位相差フィルム4に粘着剤を塗布しているので、粘着剤が必要以上に光学ローパスフィルタ1の外にはみ出ることがない。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
また、上記説明では、第1貼り合わせ工程と第2貼り合わせ工程の両方を真空貼り合わせ装置100を用いて行っているが、本発明においては、第1貼り合わせ工程は真空雰囲気下でなくても済むため、第2貼り合わせ工程だけを真空雰囲気中で行うことが生産効率の面で好ましい。
Claims (6)
- 複数の光学素子同士を貼り合わせて形成される光学ローパスフィルタであって、
前記複数の光学素子同士の貼り合わせ面には、粘着剤からなる粘着層が設けられているとともに、透過波面収差が±1.5λ以下(λは入射光の波長)であることを特徴とする光学ローパスフィルタ。 - 請求項1に記載の光学ローパスフィルタにおいて、
前記複数の光学素子は、水晶板を含み、
前記水晶板同士の貼り合わせ面には、粘着層が設けられており、
前記粘着層の個体内の平均厚みが5〜15μmで個体内での最大厚み部と最小厚み部の差が4μm以下であることを特徴とする光学ローパスフィルタ。 - 請求項1に記載の光学ローパスフィルタにおいて、
前記複数の光学素子は、水晶板と可撓性の位相差フィルムとを含み、
前記水晶板と前記位相差フィルムとの貼り合わせ面には、粘着層が設けられており、
前記粘着層の個体内の平均厚みが5〜15μmで個体内での最大厚み部と最小厚み部の差が4μm以下であることを特徴とする光学ローパスフィルタ。 - 請求項3に記載の光学ローパスフィルタにおいて、
前記粘着層の粘着力(JIS Z 0237に準拠)が10N/25mm以上であることを特徴とする光学ローパスフィルタ。 - 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の光学ローパスフィルタにおいて、
前記粘着層のボールタック値(JIS Z 0237に準拠)が2以上であることを特徴とする光学ローパスフィルタ。 - 複数の光学素子同士を貼り合わせて形成される光学ローパスフィルタであって、
前記複数の光学素子同士の貼り合わせ面には、粘着剤からなる粘着層が設けられているとともに、
前記粘着剤にはシランカップリング剤が添加されていることを特徴とする光学ローパスフィルタ。
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