CN111902740A

CN111902740A - 光学元件、光学系统、以及拍摄装置

Info

Publication number: CN111902740A
Application number: CN201980021121.5A
Authority: CN
Inventors: 宫坂浩司; 大山正敏
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-11-06
Also published as: WO2019189919A1; US20210006695A1; JP2023026594A; US11489990B2; JPWO2019189919A1

Abstract

本发明涉及一种光学元件，其特征在于，具有：光学面；锥形部，其位于光学面的外周侧，且上述锥形部的从光学元件内部朝向外部的法线方向朝向光轴侧；以及侧面部，其位于锥形部的外周侧，在包含光轴且穿过锥形部的截面中，使从锥形部的光轴侧的端点至侧面部的与光轴垂直的直线距离为A，使以上述直线为基准的锥形部的高度为B时，B/A大于0.2。

Description

光学元件、光学系统、以及拍摄装置

技术领域

本发明涉及光学元件、光学系统、以及拍摄装置。

背景技术

作为移动电话机(包含智能手机。)用、车载用的照相机而使用的透镜单元一般在镜筒内沿光轴方向层叠多个透镜元件来形成。需要以使各个透镜元件的光轴不从镜筒的中心轴偏心的方式(使光轴不偏离的方式)组装透镜单元。

在专利文献1中记载有为了使透镜元件的光轴不偏心，将设置于透镜元件的凸缘部与设置于镜筒侧的凸缘部嵌合而形成的透镜单元。具体而言，在透镜元件的周边部设置具有锥形部的凸缘部。另外，在镜筒侧设置具有与透镜元件的凸缘部相互嵌合那样的锥形部的凸缘部。而且，通过以使双方的锥形部相接的方式将双方的凸缘部相互嵌合，来使透镜元件的光轴与镜筒的中心轴一致。

在专利文献2中记载有一种光学透镜，其具有凸缘部，其中，在透镜面的有效范围的外侧且在有效区域(光学面)与凸缘部之间设置倾斜部，倾斜部中的倾斜面在制造时的对位中被加以利用。在光学透镜的制造时，根据透镜保持部与倾斜面的接触状态调整透镜位置，由此将透镜成型模的中心轴与透镜的光轴对准。

在专利文献3中记载有重叠玻璃透镜与其他的透镜，并将它们收纳于镜筒的光学系统。玻璃透镜具有光学功能部和凸缘部(边缘部)，在玻璃透镜中的周边部且在光学功能部与凸缘部之间设置倾斜部，倾斜部中的锥形部在制造时的对位中被加以利用。另外，防止在将玻璃透镜成型时，在成型模内产生空隙。

专利文献1：日本专利第5274881号公报

专利文献2：日本专利第4874084号公报

专利文献3：日本专利第6280337号公报

专利文献2中记载的光学透镜中，存在材料是玻璃的情况下，形成锥形部时难以获得充分的形状精度的课题。这是因为，与树脂相比成型时的玻璃的粘度较高，容易产生气阱(空气积存部)。

在专利文献3中记载的玻璃透镜形成有用于对位的锥形部，锥形部形成为从玻璃透镜的内部朝向外部的法线朝向从光轴远离的方向。但是，有时期望从内部朝向外部的法线的方向朝向光轴方的锥形部。针对专利文献3中记载的凸缘部的厚度、锥形部的角度，在形成从内部朝向外部的法线的方向朝向光轴方的锥形部时，能够如何应用是不明确的。

发明内容

本发明的目的在于提供能够减少制造时的空气积存部的痕迹，从而以高精度防止光轴的偏心的光学元件、具有该光学元件的光学系统以及具有光学元件的拍摄装置。

本发明的光学元件的特征在于，具有：光学面；锥形部，其位于光学面的外周侧，且上述锥形部的从光学元件内部朝向外部的法线方向朝向光轴侧；以及侧面部，其位于锥形部的外周侧，在包含光轴且穿过锥形部的截面中，在将从锥形部的光轴侧的端点至侧面部的与光轴垂直的直线距离设为A，将以上述直线为基准的锥形部的高度设为B时，B/A大于0.2。

本发明的光学系统的特征在于，具有上述光学元件。

本发明的拍摄装置的特征在于，具有上述光学元件。

根据本发明，提供能够减少制造时的空气积存部的痕迹，且以高精度防止光轴的偏心的光学元件。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的光学元件的剖视图。

图2是将图1中的光学元件的凸缘部的局部放大来表示的剖视图。

图3是将凸缘部的局部放大来表示的剖视图。

图4是示意性地表示玻璃透镜的成型的方法的说明图。

图5是表示利用有限元法模拟了成型中的玻璃的扩展而得的结果的说明图。

图6是表示利用有限元法模拟了成型中的玻璃的扩展而得的结果的说明图。

图7是用于对B/A的值越大空气积存部的区域越小的理由进行说明的说明图。

图8是表示第一实施例的玻璃透镜的形状的说明图。

图9是示意性地表示透镜单元的一个例子的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

实施方式1

图1是表示本发明的一实施方式的光学元件的剖视图。图2是将图1中的光学元件的凸缘部的局部放大来表示的剖视图。图1和2中例示的玻璃透镜10是光学元件的一个例子。

玻璃透镜10在中央部具有凸状的第一非球面部11、和与第一非球面部11对置的凹状的第二非球面部12。在图1中，玻璃透镜10的光轴由点划线表示。在图1中，例示出光轴上的第一非球面部11的曲率半径小于光轴上的第二非球面部12的曲率半径的玻璃透镜10。此外，图1中例示的玻璃透镜10是弯月型的凸透镜。

以下，有时将第一非球面部11侧称为上部，将第二非球面部12侧称为下部。另外，将第一非球面部11和第二非球面部12作为光学面。

玻璃透镜10在中央部的外侧具有凸缘部13。另外，玻璃透镜10具有侧面部16(凸缘部13的外周的侧部)。

在凸缘部13且在侧面部16存在向下侧伸出的凸部14。在凸部14中的第二非球面部12侧形成有锥形部15。锥形部15以从凸缘部13的内部朝向外部的锥形部15的法线的方向(参照图2中的箭头)朝向光轴方的方式，形成为凸部14的内周部(内壁)。使锥形部15与同光轴正交的平面所呈的角度为θ。另外，将凸缘部13中的、第二非球面部12与锥形部15之间称为底部17。底部17也可以在剖视下从水平轴(与光轴正交的轴)倾斜。此外，锥形部15的上述角度θ只要是45°以上90°以下(或者不足90°)即可。另外，只要在剖视下底部17与水平轴(与光轴正交的轴)所呈的角度是0°以上30°以下即可。

此外，在图1和图2中示出在下部形成有锥形部15的玻璃透镜10，但玻璃透镜10也可以在上部具有锥形部。另外，锥形部也可以存在于下部和上部双方。

如图2所示，在包含光轴且贯通锥形部的截面中，使锥形部15的光轴侧的端点与侧面部16之间的水平方向的直线距离为A。另外，使凸部14的高度(相当于锥形部15的高度)为B。

在利用玻璃模具等将玻璃透镜10成型的情况下，存在由于模具的劣化、在成型的过程中产生的收缩，导致底部17和锥形部15以呈具有某种曲率半径的曲面的方式收缩的可能性。考虑那样的可能性，如图3所示，也可以在包含光轴且穿过锥形部的截面中，以底部17的延长线与锥形部15的延长线的交点为基准点，使基准点与侧面部16之间的水平方向的直线距离为A。此外，在图3中，该距离由A'表示。

距离A与高度B的关系根据后述的玻璃透镜10的制造上的观点，优选为以下这样的关系。具体而言，若处于以下这样的关系，则在将玻璃透镜10利用玻璃模具等成型时，减少空气积存部的产生。

即，优选B/A＞1/5。更优选B/A＞1/4。进一步优选B/A＞1/2。

另一方面，若高度B的值较大，则在将玻璃透镜10成型时将玻璃材料的温度从高温降低到低温时，玻璃材料咬入到模具的可能性提高。因此，优选B/A＜10，更优选B/A＜5。此外，对于B的具体的数值而言，也为了防止玻璃的成型时的破裂而优选为500μm以下，且优选为250μm以下，更优选为125μm以下。A的具体的数值设定为满足B/A的比例。

作为成型为玻璃透镜10的玻璃材料，能够使用各种玻璃，但为了防止玻璃材料向模具的咬入，优选选择线膨胀系数较小的玻璃材料。例如，玻璃材料的线膨胀系数优选是10×10^-6/℃以下，更优选是9×10^-6/℃以下，更优选是8×10^-6/℃以下。

另外，锥形部15优选在以玻璃透镜10的光轴为中心360°的范围内形成，但存在由于制造时的差别、空气积存部的产生，导致一部分缺失的可能性。该情况下，锥形部15优选在270°以上的范围内形成。

在包含光轴且穿过锥形部的截面中，锥形部15的长度优选为30μm以上。若为30μm以上，则能够高精度地进行与其他的透镜的对位。根据相同的观点，底部17的剖视下的长度更优选是50μm以上。

在本实施方式中，光学元件是玻璃透镜10，但并不局限于此，也可以是由透光性的材料，例如透光性的树脂构成的透镜。另外，玻璃透镜10的下部的形状是非球面，但也可以是球面也可以是平坦。

并且，锥形部15设置于凸缘部13，但在光学元件不具有凸缘部13时，也可以在本实施方式的底部17设置锥形部15。无论有无凸缘部13，锥形部15均可以位于光学面(第二非球面部)的外周侧，且由光学面(具体而言，第二非球面部12)和底部17、锥形部15形成的部分是凹状。

另外，为了可靠地形成锥形部15，玻璃透镜10的外径优选较小。例如，优选10mm以下，更优选是6mm以下。此外，玻璃透镜10的外径优选1mm以上。

接下来，对玻璃透镜10的成型的方法进行说明。图4是示意性地表示玻璃透镜10的成型的方法的说明图。利用玻璃模具成型玻璃透镜10。

如图4的(a)所示，在规定第一非球面部11的第二模22载置玻璃材料(坯材)24。将坯材24以玻璃化转变点以上的温度加热，利用规定第二非球面部12的第一模21加压坯材24。其结果为，如图4的(b)所示，获得玻璃部件25。此外，像那样操作而成型的玻璃部件25相当于玻璃透镜10。另外，玻璃部件25的外径由圆筒状的第三模23规定。

在图5和图6中，示出以外径4mm的玻璃透镜10为对象，利用有限元法模拟了成型中的玻璃的扩展而得的结果。即，示出玻璃透镜10的成型中的坯材24的状态。

在图5的(a1)、(a2)中示出例1。在图5的(b1)、(b2)中示出例2。在图5的(c1)、(c2)中示出例3。在图6的(a1)、(a2)中示出例4。在图6的(b1)、(b2)中示出例5。在图6的(c1)、(c2)中示出例6。

在例1中，使θ(参照图1)为55°，使距离A(参照图2)为0.5mm，使高度B(参照图2)为0.1mm。在图5的(a1)中示出坯材24与第一模21中的凹部(用于转印凸缘部13中的凸部14的部位)的底相接了的时刻的状态。在图5的(a2)中示出坯材24进一步进行了流动的时刻的状态。

在例2中，使θ为55°，使距离A为0.35mm，使高度B为0.1mm。在图5的(b1)中示出坯材24与第一模21中的凹部的底相接了的时刻的状态。在图5的(b2)中示出坯材24进一步进行了流动的时刻的状态。

在例3中，使θ为55°，使距离A为0.2mm，使高度B为0.1mm。在图5的(c1)中示出坯材24与第一模21中的凹部的底相接了的时刻的状态。在图5的(c2)中示出坯材24进一步进行了流动的时刻的状态。

如图5的(a1)、(b1)、(c1)所示，当坯材24与第一模21中的凹部的底相接时，在第一模21中的凹部出现空气积存部26。空气积存部26在图5的(a1)所示的例子中明显地显现，且随着B/A的值变大，而变小(参照图5的(b1)、(c1))。

在图6中示出与图5所示的例子相比，增大了B/A的值的情况的例子。

具体而言，在例4中，使θ为55°，使距离A为0.35mm，使高度B为0.1mm(注：与例2相同)。在图6的(a1)中示出坯材24与第一模21中的凹部的底相接了的时刻的状态。在图6的(a2)中示出坯材24进一步进行了流动的时刻的状态。

在例5中，使θ为55°，使距离A为0.35mm，使高度B为0.16mm。在图6的(b1)中示出坯材24与第一模21中的凹部的底相接了的时刻的状态。在图6的(b2)中示出坯材24进一步进行了流动的时刻的状态。

在例6中，使θ为55°，使距离A为0.35mm，使高度B为0.24mm。在图6的(c1)中示出坯材24与第一模21中的凹部的底相接了的时刻的状态。在图6的(c2)中示出坯材24进一步进行了流动的时刻的状态。

将例1～例6所涉及的数值在下述的表中表示。

【表1】

[表1]

例	B(mm)	A(mm)	B/A
				1	0.1	0.5	0.200
2	0.1	0.35	0.286
				3	0.1	0.2	0.500
4	0.1	0.35	0.286
				5	0.16	0.35	0.457
6	0.24	0.35	0.686

若将图5所示的各例与图6所示的各例进行比较，则可知B/A的值越大，空气积存部26的区域越小。

例如，在例2和例4中，虽产生空气积存部26，但空气积存部26是能够允许的程度的大小。在例3和例5中，空气积存部26的大小变小。在例6中，几乎看不到空气积存部26的产生。

空气积存部26的区域变小相当于在成型品(玻璃透镜10)中空气积存部26的痕迹变小，从而使第一模21中的凹部的形状正确地转印给坯材24。即，使得能够高精度地形成锥形部15。

参照图7的说明图对B/A的值越大，空气积存部26的区域越小的理由进行说明。

若B/A的值较小，则如图7的(a)所示，被进行了加压的坯材24在与第三模23的内壁相接前，与第一模21中的凹部的底相接。该情况下，在坯材24与第一模21中的凹部的底之间产生空气积存部26。其结果为，第一模21中的凹部的形状未被正确地转印给坯材24。即，玻璃透镜10的凸缘部13中的凸部14(参照图1)未成为期望的形状。即，锥形部15的形状的精度降低。

在B/A的值较大的情况下，如图7的(b)所示，被进行了加压的坯材24在与第一模21中的凹部的底相接前，与第三模23的内壁相接。在该状态下坯材24流动，从而坯材24朝向第一模21中的凹部的底均匀地流下的可能性提高。其结果为，产生空气积存部26的可能性降低。由此，玻璃透镜10的凸缘部13中的凸部14(参照图1)几乎成为期望的形状。即，以高精度形成锥形部15。

对玻璃透镜10的成型的方法、和为了成型使用的模具的形状重新进行说明。

第一模21中的形成凸缘部13的凸部14中的锥形部15的部位形成为如下倾斜部：从模内部朝向外部的法线的方向朝向从光轴远离的方向。即，形成为能够对坯材24转印凸部14的形状。此外，第一模21的该部位以满足B/A＞0.2的方式形成。

使用包含具有那样形成的部位的第一模21的模具，以较高的转印精度，将锥形部15成型。

【实施例】

以下，对第一实施方式的玻璃透镜10的具体的一个例子进行说明。如图8所示，在本实施例中，使用第一非球面部11朝向上部凸出、第二非球面部12相对于下部凹陷的玻璃透镜10。将第一非球面部11称为凸面，将第二非球面部12称为凹面。凸面的非球面的近似曲率半径是1.13mm。凹面的非球面的近似曲率半径是1.76mm。在图8的(a)中示出本实施例的玻璃透镜10的一部分的形状。

如上所述，利用玻璃模具将图8的(a)所示的形状转印给坯材24。此外，成为θ＝68.8゜，B/A＝0.52的形状。

在图8的(b)中示出所形成的玻璃透镜10的形状。如图8的(b)所示，A＝0.226mm，B＝0.117mm。此外，A'＝0.187mm。B/A＝0.52，B/A'＝0.63。即，均满足B/A＞0.2的条件。

图9是示意性地表示透镜单元的一个例子的剖视图。图9所示的透镜单元30为在镜筒33设置有玻璃透镜10和其他的透镜元件32的构造。此外，在图9中例示出双凸的玻璃透镜10。使玻璃透镜10的锥形部与透镜元件32的锥形部相接，将玻璃透镜10与透镜元件32对准。

如上所述，玻璃透镜10的锥形部高精度地形成为期望的形状，因此以高精度将玻璃透镜10与透镜元件32对准。即，能够在透镜单元30中，容易地使玻璃透镜10与透镜元件32的光轴不产生偏心。

此外，在图9所例示的透镜单元30中，玻璃透镜10与一个其他的透镜元件32组合，但在制作将玻璃透镜10与多个其他透镜元件组合而成的透镜单元的情况下，也能够应用本发明的玻璃透镜10。

对本发明的光学元件的实施方式和实施例进行了说明，但上述的实施方式和实施例的光学元件能够应用(例如，装入)于各种光学系统。

作为光学系统，例如，有与上述的光学元件协作的透镜、反射防止滤光器、带通滤光器等光学滤光器、保护玻璃、光阑等。但是，它们是一个例子，上述的光学元件的应用对象并不限定于这些。

另外，设想上述的光学元件在照相机等拍摄装置中加以应用。

对本发明详细地或参照特定的实施方式进行了说明，但能够不脱离本发明的精神和范围地施加各种变更、修改对本领域技术人员来说是显而易见的。

本申请基于2018年3月30日申请的日本专利申请2018-067047，这里作为参照来引用其内容。

附图标记说明

10…玻璃透镜；11…第一非球面部；12…第二非球面部；13…凸缘部；14…凸部；15…锥形部；16…侧面部；17…底部；21…第一模；22…第二模；23…第三模；24…坯材；25…玻璃部件；26…空气积存部(气阱)；30…透镜单元；32…透镜元件；33…镜筒。

Claims

1.一种光学元件，其特征在于，具有：

光学面；

锥形部，其位于所述光学面的外周侧，且所述锥形部的从光学元件内部朝向外部的法线方向朝向光轴侧；以及

侧面部，其位于所述锥形部的外周侧，

在包含光轴且穿过锥形部的截面中，在将从所述锥形部的光轴侧的端点至所述侧面部的与光轴垂直的直线距离设为A，将以所述直线为基准的所述锥形部的高度设为B时，B/A大于0.2。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

B/A大于0.25。

3.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，

B/A大于0.5。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的光学元件，其特征在于，

B/A小于10。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学元件，其特征在于，

所述锥形部设置于在所述光学面的外侧设置的凸缘部。

6.根据权利要求5所述的光学元件，其特征在于，

所述凸缘部具有凸部，

所述锥形部形成为所述凸部的内壁。

7.一种光学系统，其特征在于，

具有权利要求1～6中的任一项所述的光学元件。

8.一种拍摄装置，其特征在于，

具有权利要求1～6中的任一项所述的光学元件。