JP2005170711A

JP2005170711A - 光学素子及びその成形方法

Info

Publication number: JP2005170711A
Application number: JP2003410661A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ito; 敬志伊藤
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2005-06-30
Also published as: CN1627105A; US7406223B2; CN1313843C; US20050123238A1

Abstract

【課題】ＣＣＤやＣＭＯＳ等のセンサに使用される光学素子において、ゴーストを防止できる光学素子を提供する。
【解決手段】表面精度の高い光学機能面と、その外周に形成されるフランジとからなり、有効径における高い表面精度を確保するために、前記有効径よりも若干大きな光面径を有する光学機能面を形成した光学素子において、前記光面径よりも成形型による型割径を大きくし、光面径の外側に型割り位置を配置した。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のセンサに使用される光学素子に関し、特にゴーストを防止できる光学素子及びその成形方法に関する。

近年、携帯電話等に装着される小型デジタルカメラの高機能化・高精度化にともない、それに使用される小型センサレンズの高精度化が望まれている。
図９は、携帯電話等に装着される小型デジタルカメラのセンサ（ＣＣＤやＣＭＯＳ等）を使ったレンズの構成を示すものである。
図９に示すセンサレンズ１００は、第１ないし第３の光学素子１０１〜１０３を接着剤１０４で鏡筒１０５に固定するとともに、この鏡筒付き光学素子をカバーガラス１０７付きの取り付けホルダー１０６に取り付けたものである。このセンサレンズ１００では、鏡筒１０５の集光口１０５ａから入射した光が、前記第１ないし第３レンズ１０１〜１０３によって収束し、センサ結像面１０８において結像する。
センサレンズに使用される光学素子は、例えばガラス研磨レンズや、ガラスモールドレンズ、プラスチックレンズなどがあり、これらの光学素子は、表面精度が高い光学機能面と、その外周に形成されるフランジとから構成される。

表面精度の高い光学機能面と、その外周に形成されたフランジとからなる光学素子を使用したセンサレンズでは、光学素子の光学機能面外に入射された光の散乱などによって、センサ結像面に悪影響がおよび、ゴーストやフレアが発生する。例えば、鏡筒などのメカ部品や光学素子等の内面反射によって、所定以外の光（散乱光）が発生し、この散乱光がセンサ結像面に到達して、ゴーストやフレアが発生する。そこで、フランジなどの光学機能面外に入射した光線による散乱光がセンサ結像面に行くのを遮断するストッパー１０９を設け、前記散乱光によるゴーストやフレアを防止したセンサレンズが知られている。（例えば、特許文献１及び２を参照）
実開平２−１０７１１１号公報特開２００３−２９８８８５号公報

しかしながら、フランジなどの光学機能面外に入射された光の散乱光を遮断するストッパー１０９を設けたセンサレンズにおいても、完全にゴーストを無くすことはできていなかった。そして小型デジタルカメラの高機能化・高精度化にともなって、わずかなゴーストでも、その機能や精度に大きく影響してきた。
上記のわずかなゴーストを防止するための対策としては、ストッパー１０９の内径を小さくすることが考えられる。しかし、ストッパー１０９の内径を小さくした場合、中央光束と比較して周辺光束の光量が落ちてしまい、画像のスミが暗くなってしまうといった弊害が発生していた。

そこで、本発明では、ストッパーの内径を小さくすることなく、ゴーストを防止できる光学素子を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、表面精度の高い光学機能面と、その外周に形成されるフランジとからなり、有効径における優れた高い表面精度を確保するために、前記有効径よりも若干大きな光面径を有する光学機能面を形成した光学素子において、前記光面径よりも成形型による型割径を大きくし、光面径の外側に型割り位置を配置した。

本発明の光学素子によれば、ストッパーの内径を小さくすることなくゴーストを防止することができるため、周辺光束の光量が減少せず、画像のスミが暗くなるといった弊害がない。また特殊な後加工を施すことなく、ゴーストを防止した光学素子を取得することができ、ゴーストを防止した光学素子を容易に成形することができる。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照にして説明する。

図１に示すように、表面精度の優れた光学機能面１と、その外周に形成されるフランジ２とからなる光学素子１０では、有効径における優れた表面精度を確保するために、前記有効径よりも若干大きな光面径を有する光学機能面１が形成されている。
つまり光学素子１０を成形するにあたって、有効径よりも光面径を若干大きく設計した光学機能面を形成し、有効径の精度を確保していた。なお有効径の精度を確保するには、前記有効径に対して光面径を０．１ｍｍ程度（有効径に対して２％程度）大きく設計すれば充分であった。

図２に、表面精度の高い光学機能面を有する光学素子１０を成形するときに使用する成形型２０を示す。
表面精度の高い光学機能面１と、その外周に形成されるフランジ１とからなる光学素子１０を成形するにあたって、表面精度が高い転写面２２Ａ，２４Ａを有する中子２２，２４を備える一対の金型（上型２１と下型２２）からなる成形型２０を使用する。そして、前記中子２２，２４の転写面２２Ａ，２４Ａによって光学素子１０の光学機能面１を形成する。
図２（ａ）に示すように、中子２２を備える上型２１と、中子２４を備える下型２３とに囲まれたキャビティ２５に、ゲート２６から樹脂材料を流し込み、表面精度が高い光学機能面を有する光学素子を成形する。
なお従来は、図２（ｂ）に示すように、光学素子１０の光学機能面の光面径と同一の型割径（転写面径）の中子２２，２４を使用し、表面精度の高い光学機能面を有する光学素子を成形していた。

本願の発明者は、光学素子の光学機能面の光面径と同一の型割径（転写面径）である中子を使用して、表面精度の高い光学機能面を形成した光学素子を使用したセンサレンズにおいて、ゴーストが発生する原因を究明すべく以下の検討を行った。

図３は、ゴーストの発生原因として考えられる光学素子の面反射を示すものである。
図９に示すように、第１ないし第３光学素子１０１〜１０３を備えるセンサレンズ１００において、ゴーストの発生原因として考えられる光学素子の面反射は、図３（ａ）に示すように、第２光学素子１０２の光学機能面１０２ａで起こる場合と、図３（ｂ）に示すように、第２光学素子１０２のフランジ１０２ｂ，１０２ｃで起こる場合と、図３（ｃ）に示すように、第３光学素子のフランジ１０３ａで起こる場合とが想定できる。

そこでまず、ゴーストの発生原因が第２光学素子１０２の光学機能面１０２ａにおける面反射によるものか否かを検討した。
センサレンズに使用される光学素子には、反射防止用のコーティングが施されている。しかし反射防止コートを施した光学素子であっても、２〜４％の反射がおこる。このわずかな反射がゴースト発生要因かどうかを検証すべく、コート特性の異なる反射防止コートを光学素子にコーティングし、センサレンズ１００のゴーストの位置や量に変化が生じるか否かを検討した。（図９を参照）
しかし第２光学素子にコート特性の異なる反射防止コートをコーティングしても、ゴーストの位置や量に変化は認められなかった。すなわち、第２光学素子１０２の光学機能面１０２ａにおける面反射によって、ゴーストが発生したのではないことが検証できた。

次に、ゴーストの発生原因がフランジにおける面反射によるものか否かを検討した。
センサレンズにはストッパーが設けられ、前記ストッパーによってフランジに入射した光線による散乱光がセンサ結像面に行くのを遮断するように設計されている。またフランジの形状は、内面反射をシュミレーションしてゴーストが発生しないように設計されている。しかしフランジにおける内面反射が１００％シュミレーションできていない可能性がある。従って第２光学素子１０２と第３光学素子１０３のフランジを粗面加工または遮光加工し、センサレンズ１００のゴーストの位置や量に変化が生じるか否かを検討した。（図９を参照）

この実験では、光学素子のフランジを粗面加工または遮光加工するにあたって、図４（ａ）に示すように、第２光学素子１０２の第１フランジ面１０２ｂ若しくは第２フランジ面１０２ｃを粗面加工または遮光加工し、それぞれのフランジにおける内面反射を検討した（図３（ｂ）を参照）。また図４（ｂ）に示すように、第３光学素子１０３のフランジ面１０３ａを粗面加工または遮光加工し、フランジにおける内面反射を検討した（図３（ｃ）を参照）。
その結果、第１フランジ面１０２ｂを粗面加工した第２光学素子１０２を使用した場合に、センサレンズ１００のゴーストの位置が変化し、また第１フランジ面１０２ｂを遮光加工した第２光学素子１０２を使用した場合に、センサレンズ１００のゴーストを防止することができた。

そして本願の発明者は、光学素子の光学機能面の光面径と同一の型割径（転写面径）である中子を使用して表面精度の高い光学機能面を形成した光学素子では、光学機能面１とフランジ２との境界に配置された型割り位置３にバリが発生していることをみいだし、このバリがセンサレンズのゴーストの原因であることを究明した。
すなわち、表面精度の高い光学機能面を成形するために転写面の表面精度が高い中子２２，２４を使用して成形した光学素子では、前記中子２２，２４と金型（上型２１，下型２３）の境界の僅かな隙間に樹脂材料が入り込んでバリが発生し、図５に示すように、光学素子の光学機能面１とフランジ２との境界（型割り位置３）に形成されたバリによって、ゴーストが発生していたことをみいだした。

そこでこの発明では、表面精度の高い有効径を確保すべく設計される光面径に対して、成形型による型割径を大きくし、表面精度の高い光学機能面１と、その外周に形成されたフランジ２とからなる光学素子１０において、光面径の外側に型割り位置を配置し、センサレンズにおけるゴーストを防止する光学素子を提供した。

図６を参照して、この発明による光学素子及びその成形方法を説明する。図６は、光学素子とその成形型（上型２１と中子２２）を示す図である。
図６（ａ）に示すように、表面精度の高い光学機能面と、その外周に形成されるフランジとからなり、有効径における高い表面精度を確保するために、前記有効径よりも若干大きな光面径を有する光学機能面を形成した光学素子１０を成形するにあたって、光学機能面の光面径と同一の型割径（転写面径）の中子２２を用いて成形した光学素子では、光面径と型割径とが同一であり、光学機能面１とフランジ２の境界に型割り位置３が配置される。
そこでこの発明では、表面精度の高い光学機能面と、その外周に形成されるフランジとからなり、有効径における高い表面精度を確保するために、前記有効径よりも若干大きな光面径を有する光学機能面を形成した光学素子１０を成形するにあたって、図６（ｂ）に示すように、光学機能面の光面径よりも大きな型割径（転写面径）を有する中子２４を用い、光面径よりも成形型による型割径を大きくし、光面径の外側に型割り位置３を配置した光学素子１０を成形した。

なお、光学機能面の有効径に対して、型割径を１０％以上大きく設計することが好ましい。図６（ｂ）に示す実施例では、レンズ径がφ４〜φ７の光学素子１０において、有効径に対して型割径を０．２〜０．５ｍｍ程度大きく設計した。

図７に、この発明による光学素子とその成形型（上型２１と中子２２）を示す。
表面精度の高い転写面２２Ａを有する中子２２を使用して、表面精度の高い光学機能面を有する光学素子１０を成形するにあたって、光学機能面の終端形状を延長させるようにして中子２２の型割径（転写面径）を大きくした中子を用い、光学素子の光面径よりも外側に型割り位置を配置するように設計した場合、光学機能面の層厚やフランジの形状が大幅に変わってしまう。
そこで図７に示す実施例では、光学機能面の終端（光面径の端部）において、光学機能面の終端形状とは逆向きのＲ形状をつけて、型割り位置を光面径よりも外側に配置した光学素子を成形した。これによって光学素子の形状を大幅な設計変更することなく、光面径よりも型割り径を大きくし、光面径の外側に型割り位置を配置することができる。
なお、光学機能面の終端形状とは逆向きのＲ形状のかわりに、光学機能面の終端形状とは逆向きの斜めの直線形状をつけてもよい。

図８に、この発明による光学素子を使用したセンサレンズ１００を示す。
図８に示すように、光学機能面の終端（光面径の端部）において光学機能面の終端形状とは逆向きのＲをつけることによって、型割り位置３を光面径よりも外側に配置した光学素子をセンサレンズに使用し、前記光学素子の型割り位置３をセンサレンズのストッパー１０９の内径よりも外側に配置することによって、前記型割り位置３に形成されたバリによって光の散乱が発生しても、散乱光が前記ストパー１０９で遮断され、センサレンズのゴーストを防止することができた。

光学素子を示す図である。光学素子の成形型を示す図である。光学素子の面反射によって発生するゴーストを示す図である。ゴーストの発生原因を検討する実験で使用する光学素子を示す図である。型割り位置で発生するゴーストの発生を示す図である。この発明による光学素子及びその成形型を説明する図である。この発明による光学素子及びその成形型を示す図である。この発明による光学素子を使用したセンサレンズを示す図である。従来技術による光学素子を使用したセンサレンズを示す図である。

符号の説明

１０光学素子
１光学機能面
２フランジ
３型割り位置
２０成形型
２１上型
２３下型
２２，２４中子
２２Ａ，２４Ａ転写面
２５キャビティ
２６ゲート

Claims

表面精度の高い光学機能面と、その外周に形成されるフランジとからなり、有効径における高い表面精度を確保するために、前記有効径よりも若干大きな光面径を有する光学機能面を形成した光学素子において、
前記光面径よりも成形型による型割径を大きくし、光面径の外側に型割り位置を配置したことを特徴とする光学素子。
光学機能面の有効径に対して、型割径が１０％以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
転写面の表面精度が高い中子（２２，２４）を備える一対の金型（２１，２３）を用い、光学素子（１０）を成形するにあたって、
光学機能面の光面径よりも大きな型割径を有する中子を用い、光面径の外側に型割り位置を配置した光学素子を成形することを特徴とする光学素子の成形方法。