JP2000284238A

JP2000284238A - 眼鏡レンズ

Info

Publication number: JP2000284238A
Application number: JP2000019126A
Authority: JP
Inventors: Akira Komatsu; 朗小松; Kazuhisa Kato; 一寿加藤; Hiroyuki Mukoyama; 浩行向山; Tadayuki Kaga; 唯之加賀
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2000-10-13
Anticipated expiration: 2020-01-27
Also published as: JP4370654B2

Abstract

(57)【要約】【課題】レンズの厚みや重量を増やさずに、取り扱い
の容易な色収差の少ないレンズを得る。【解決手段】屈折率の異なる２つの光学材料の接合面
に、微細な段差構造から成る回折光学素子を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、眼鏡レンズに関
し、特に色収差を補正し、周辺部の鮮明度を向上させた
薄型軽量の眼鏡レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年眼鏡レンズの厚さや重量を減少させ
る為に、屈折率の高い素材が開発されている。しかし、
プラスチック素材は、屈折率を高めていくと、波長によ
る屈折率の変化が大きくなる傾向にある。素材の色分散
を示すアッベ数が小さくなると、レンズの色収差が大き
くなり、周辺部に於ける像のにじみが増大し、鮮明度を
低下させていた。

【０００３】この問題に鑑み、アッベ数の異なる凹レン
ズと凸レンズを張り合わせ、色収差を補正する技術が、
特開平７−２８００２号公報に開示されている。しか
し、この方法では、凹・凸の２枚のレンズを張り合わせ
る為、レンズが厚くなり、重量も増してしまう。

【０００４】光学素子の表面に周期的な微細輪帯構造を
形成することにより、レンズとしての働きをさせる事が
出来る。この様な素子を回折光学素子と呼び、近年その
応用開発が盛んに行われている。回折光学素子は、厚み
が殆ど無い為、光学系を小型化するのに有利である。
又、通常の屈折光学系とは、異なる色分散特性を持って
いるので、組み合わせて使用することにより、単焦点レ
ンズであっても、色収差を補正することが、出来る。特
開平６−２４２３７３号公報には、光ピックアップ用対
物レンズとして応用した例が、開示されている。又、同
様の技術の応用として、眼鏡レンズに回折光学素子を使
用した例が、特開平１０−３３９８５６号公報に開示さ
れている。この発明は、レンズを薄くすることに効果的
であり、従来のレンズとほぼ同じ厚さのレンズで、色収
差を補正したレンズが得られる。しかし、これらの発明
によるレンズは、表面に微細な段差形状を有しており、
汚れが付着し易く、付着した油膜等の影響により、回折
効率が変化する。又、表面にハードコートや反射防止膜
などの機能を付与することが困難であり、形状の精度も
厳しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は下記の７つの
課題を解決するものである。１．横の色収差を補正し、周辺部の像の鮮明度を向上さ
せたレンズを得る。２．横の色収差を補正する為にレンズの厚みや重量を増
加させない。３．レンズ表面にハードコート膜、反射防止膜、防曇膜
などを設ける。４．レンズ表面に段差構造を生じさせず、外観を向上す
る。５．回折光学素子の製造公差を緩和し、製造誤差による
性能低下を防止する。６．回折光学素子による不要な回折光を減少させる。７．従来の製造工程の中で、レンズの生産を行えるよう
にする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の眼鏡レンズは、
屈折率の異なる２種類の透明プラスチック光学素材から
成り、その境界面の形状が、光軸に対して回転対称な段
差から成る回折素子構造を成しており、この回折構造に
よって色収差を補正することを特徴としている。

【０００７】さらに、外面側の第一素材の屈折率を
ｎ₁、アッベ数をν₁、内面側の第二素材の屈折率を
ｎ₁、アッベ数をν₂、回折構造を平均的な曲面で置き換
えた時の第一レンズの度数をＤ₁（ディオプター）、第
二レンズの度数をＤ₂（ディオプター）、中心からｒ
（ｍｍ）の点に於ける回折構造のピッチをｐ（ｍｍ）、
境界面の法線方向に対する回折構造の段差距離をδ（ｍ
ｍ）、境界面に入射する光線の法線との角度をθ₁、射
出する光線の角度をθ₂とした時、

【０００８】

【数５】が成り立つことが望ましい。

【０００９】さらに、レンズの度数が負の場合は、

【００１０】

【数６】が成り立つことをが望ましく、レンズの度数が正の場合
は、

【００１１】

【数７】が成り立つことが望ましい。

【００１２】さらに、レンズの度数が負の場合は、ν₂
＜ν₁が成り立つことをが望ましく、レンズの度数が正
の場合は、ν₁＜ν₂が成り立つことが望ましい。

【００１３】さらに、レンズ外面及び内面に、ハードコ
ート、反射防止膜の内少なくとも１つが形成されている
ことが望ましい。

【００１４】さらに、２種類の素材の境界面に、反射防
止膜を形成して境界面の反射を減少させることが出来
る。この時反射防止膜の厚さをｄ（ｍｍ）、屈折率をn
とすると、

【００１５】

【数８】が成り立つことが望ましい。

【００１６】さらに、境界面の回折構造は、型によって
成形され、レンズの内面側の形状は、球面、非球面、ト
ーリック面、累進面のいずれかであり、機械加工によっ
て形成されることが望ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明のレンズは、レンズ表面の
屈折によって生じる色収差を、回折構造によって生じる
色収差によって相殺させ、収差量を減少させることによ
り、像の鮮明度を向上させている。さらに、本発明のレ
ンズは、２種類の素材の境界面上に回折構造を形成し、
外部に露出していない為、回折部が汚れることが無く、
表面に付着した物質によって、回折効果が影響されるこ
とも無い。本発明のレンズの表面は、従来のレンズと同
様な曲面で構成されている為、その表面にハードコート
や反射防止コートなどを施すことが可能であり、表面に
回折構造がある場合に比べ、機能を向上させることが出
来る。

【００１８】本発明のレンズは、２種類の素材の屈折率
差によって回折作用を生じさせるので、０．０１以上の
屈折率の差が無いと、回折構造の段差寸法が大きくなり
過ぎる。又、屈折率差が大き過ぎると、回折部に於いて
不要な散乱光が増大する為、０．４以下にすることが望
ましい。従って、第一素材の屈折率をｎ₁、第二素材の
屈折率をｎ₂とした時、

【００１９】

【数９】が成り立つことが望ましい。

【００２０】さらに、本発明の眼鏡レンズは、回折構造
によって発生する色収差と屈折によって発生する色収差
を相殺させている為、その構造に一定の制限が生じる。
第一素材のアッベ数をν₁、第二素材のアッベ数をν₂、
回折構造を平均的な曲面で置き換えた時の第一レンズの
度数をＤ₁（ディオプター）、第二レンズの度数をＤ
₂（ディオプター）とすると、中心からｒ（ｍｍ）の点
に於けるＦ線とＣ線の偏角（θ_F、θ_C）の差Δθは、

【００２１】

【数１０】で与えられる。一方回折格子による１次の回折角φは、
光線の波長をλ（ｍｍ）、ピッチをｐ（ｍｍ）とする
と、

【００２２】

【数１１】で与えられる。従って、Ｆ線とＣ線の回折角（φ_F、
φ_C）の差Δφは、

【００２３】

【数１２】となる。屈折によって生じる色収差と、回折によって生
じる色収差が相殺する為には、Δφ＝−Δθとなってい
れば良く、実用上は、Δφ＝−０．５Δθ程度の補正量
でも、十分な改善効果が得られる。従って、

【００２４】

【数１３】を満足していれば、十分な収差補正が出来る。

【００２５】また、回折構造のピッチがあまり小さくな
り過ぎると散乱が増加するので、

【００２６】

【数１４】を満たしていることが望ましい。

【００２７】さらに、境界面の法線方向に対する回折構
造の段差距離をδ（ｍｍ）、境界面に入射する光線の法
線との角度をθ₁、射出する光線の角度をθ₂とした時、
段差構造によって１波長分の光路長差が生じる為には、

【００２８】

【数１５】であれば良い。さらに、具体的には、

【００２９】

【数１６】であれば、十分な回折効率が得られる。設計の主波長λ
としては、眼鏡レンズの場合、５００（ｎｍ）〜５８０
（ｎｍ）の光を考えれば良いので、結局、

【００３０】

【数１７】であれば良い。

【００３１】さらに、回折素子の色収差特性から、レン
ズ全体の度数の符号と、回折光学素子の度数の符号は、
同じでなければならないので、負の度数のレンズの場合
は、

【００３２】

【数１８】正度数のレンズの場合は、

【００３３】

【数１９】であることが、望ましい。

【００３４】又、回折構造の段差部分による不要な散乱
光を減少させる為には、使用する光線と段差部分が、平
行に近い程良い。従って、段差部分の光軸に対する角度
が、光軸から離れるに従って大きくなる様に構成するこ
とが望ましい。

【００３５】さらに、可視光の範囲で高い回折効率を維
持する為には、各波長に於いて、

【００３６】

【数２０】が成り立っていれば良い。その為には、n₂＜n₁の時には
ν₂＜ν₁、n₁＜n₂の時にはν₁＜ν₂であることが望まし
い。

【００３７】さらに、本発明による眼鏡レンズは、その
表面が従来のレンズと同様な平滑な曲面によって構成さ
れている為、その上にハードコート膜や反射防止膜を形
成することが出来る。

【００３８】さらに、本発明による眼鏡レンズは、回折
構造部に於ける反射を減らす事によって、レンズの外観
を良くすることが出来る。この場合、形成する反射防止
膜は、単純な一層のコートで十分な効果があり、その膜
の厚さをｄ（ｍｍ）、屈折率をnとすると、

【００３９】

【数２１】が成り立つことが望ましい。

【００４０】さらに、本発明によるレンズの製造工程と
しては、量産性を考慮すれば、回折構造部を型によって
形成することが望ましい。この時、回折構造を持つ型と
通常の曲面形状を持つ型を組み合わせて、一旦レンズを
成形し、その後成形したレンズと曲面型の間に別の素材
を流入し、レンズとして成形する。この場合、内面側の
素材の厚みは、度数調整の為の機械加工を施す余地を残
す為に、外面側より厚くする。外面側の素材の厚みとし
ては、レンズとしての度数が不要なので、極めて薄くて
も良く、スピンコート等の手法で、回折構造の上にモノ
マーを塗布して形成することも可能である。

【００４１】通常在庫のレンズは、加工しろを含めて厚
めに成形しておき、お客様からの注文に応じて内面側を
機械加工して、最終製品とする。本発明のレンズも、型
成形の段階では、厚いブランクを作っておき、その後に
内面を非球面、トーリック面、累進面等に加工すれば良
い。この様な製造方法は、機械加工を施す内側表面に回
折構造を有していないことから可能となることで、特開
平１０−３３９８５６号公報に開示されている様な内面
に回折構造を持つレンズでは、不可能である。

【００４２】次に、本発明の眼鏡レンズについて実施例
により説明する。

【００４３】（実施例１）図１に本発明の実施例１の形
態を示す。第一素材１に屈折率１．７１、アッベ数３
６、第二素材２に屈折率１．６６、アッベ数３２の物を
用い、その境界面に回折構造３を形成している。レンズ
の度数は、−１０（ディオプター）、第一素材の中心厚
は、０．２ｍｍ、第二素材の中心厚は、１．０ｍｍであ
る。回折構造３の段差は、実際には非常に微細で、図に
表せない程の物であるが、図１では、誇張して描いてい
る。図２は、この回折構造３の一部を拡大して示した物
である。回折構造の段差部分の光軸に対する角度αは、
光軸から離れるに従って、大きくなる。これは、段差部
分が、なるべく光線の方向と平行になっている方が、光
線の散乱が少なく、像の質が良くなるからである。本実
施例のレンズの場合、第一素材の屈折率が、第二素材の
屈折率より大きいことにより、回折光学素子の度数を負
にしつつ、図２の構造をとる事が出来る。本実施例にお
けるレンズの回折構造の段差寸法δは、約０．０１２ｍ
ｍとなっており、外面に回折構造を設けた場合の段差寸
法約０．０００８ｍｍに比べ、約１５倍になっている。
この分回折構造部の製造公差や面荒さも緩くなり、製造
しやすい設計となっている。図３は、中心からの距離ｒ
と回折構造のピッチｐの逆数Ｎとの関係を示したグラフ
である。図４は、中心から２０ｍｍの点に於ける横の色
収差を示したグラフである。回折構造を使用せず、屈折
率１．６６、アッベ数３２の単一の素材で同じ度数のレ
ンズを作成した従来例（点線）に対して、回折構造を有
する本発明の場合（実線）には、格段に収差が改善され
ている事が判る。

【００４４】（実施例２）図５に本発明の実施例２の形
態を示す。第一素材１に屈折率１．６６、アッベ数３
２、第二素材２に屈折率１．７１、アッベ数３６の物を
用い、その境界面に回折構造３を形成している。レンズ
の度数は、＋６（ディオプター）、第一素材の中心厚
は、０．２ｍｍ、第二素材の中心厚は、１０．０ｍｍで
ある。実施例１と同様に、回折構造の段差部分の光軸に
対する角度αは、光軸から離れるに従って、大きくな
る。これは、段差部分が、なるべく光線の方向と平行に
なっている方が、光線の散乱が少なく、像の質が良くな
るからである。本実施例のレンズの場合、第二素材の屈
折率が、第一素材の屈折率より大きいことにより、回折
光学素子の度数を正にしつつ、この様な構造をとる事が
出来る。本実施例におけるレンズの回折構造の段差寸法
δは約０．０１ｍｍで、外面に回折構造を設けた場合の
段差寸法に比べ遙かに大きくなっており、実施例１と同
様に製造公差が緩く、製造しやすい設計となっている。
図６は、中心からの距離ｒと回折構造のピッチｐの逆数
Ｎとの関係を示したグラフである。図７は、中心から２
０ｍｍの点に於ける横の色収差を示したグラフである。
回折構造を使用せず、屈折率１．７１、アッベ数３６の
単一の素材で同じ度数のレンズを作成した従来例（点
線）に対して、回折構造を有する本発明の場合（実線）
には、格段に収差が改善されている事が判る。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、色分散の大きい光学材
料を用いても、レンズの厚みを増す事無く、色収差の少
ないレンズが得られる。しかも、回折構造部が外部に露
出していない為、汚れ等によって回折効率が変化するこ
とが無く、レンズ表面にハードコート膜や反射防止膜を
設けることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のレンズの形態を示す図。

【図２】実施例１の回折構造部の拡大図。

【図３】実施例１の回折構造のピッチと中心からの距離
の関係を示す図。

【図４】実施例１の横の色収差を示す図。

【図５】実施例２のレンズの形態を示す図。

【図６】実施例２の回折構造のピッチと中心からの距離
の関係を示す図。

【図７】実施例２の横の色収差を示す図。

【符号の説明】

１眼鏡レンズの第一素材２眼鏡レンズの第二素材３回折構造４回折構造の段差部分５回折構造を平均化した曲面６入射光線７射出光線８平均曲面の法線

フロントページの続き (72)発明者向山浩行長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者加賀唯之長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率の異なる２種類の透明プラスチッ
ク光学素材から成り、その境界面の形状が、光軸に対し
て回転対称な段差から成る回折素子構造を成しているこ
とを特徴とする眼鏡レンズ。
【請求項２】外面側の第一素材の屈折率をｎ₁、アッ
ベ数をν₁、内面側の第二素材の屈折率をｎ₂、アッベ数
をν₂、回折構造を平均的な曲面で置き換えた時の第一
レンズの度数をＤ₁（ディオプター）、第二レンズの度
数をＤ₂（ディオプター）、中心からｒ（ｍｍ）の点に
於ける回折構造のピッチをｐ（ｍｍ）、境界面の法線方
向に対する回折構造の段差寸法をδ（ｍｍ）、境界面に
入射する光線の法線との角度をθ₁、射出する光線の角
度をθ₂とした時、【数１】が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の眼鏡レン
ズ。
【請求項３】レンズの全体の度数としては、負の度数
を有するレンズであって、【数２】が成り立つことを特徴とする請求項２に記載の眼鏡レン
ズ。
【請求項４】レンズの全体の度数としては、正の度数
を有するレンズであって、【数３】が成り立つことを特徴とする請求項２に記載の眼鏡レン
ズ。
【請求項５】回折構造の段差部分の光軸に対する角度
が、光軸から離れるに従って大きくなることを特徴とす
る請求項３または４に記載の眼鏡レンズ。
【請求項６】素材のアッベ数ν₁、ν₂に対して、ν₂
＜ν₁が成り立つ事を特徴とする請求項３に記載の眼鏡
レンズ。
【請求項７】素材のアッベ数ν₁、ν₂に対して、ν₁
＜ν₂が成り立つ事を特徴とする請求項４に記載の眼鏡
レンズ。
【請求項８】レンズ外面及び内面に、ハードコート、
反射防止膜の内少なくとも１つが形成されていることを
特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に眼鏡レン
ズ。
【請求項９】２種類の素材の境界面に、厚さｄ（ｍ
ｍ）、屈折率n、の反射防止膜を形成し、【数４】が成り立つことを特徴とする請求項２乃至８のいずれか
１項に記載の眼鏡レンズ。
【請求項１０】境界面の回折構造は、型によって成形
され、内面側の形状は、球面、非球面、トーリック面、
累進面のいずれかであり、機械加工によって形成される
ことを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載
の眼鏡レンズ。