JP2006091482A - Ceramics lens for optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主にデジタルカメラのような小型撮像装置などに用いられる小型高性能の光学系レンズ群に関するものである。 The present invention relates to a small high-performance optical lens group mainly used in a small image pickup device such as a digital camera.
近年、デジタルスチルカメラやビデオプロジェクタなどの光学機器では、小型高性能のズームレンズが使用されている。
この光学機器のズームレンズなどの組合せレンズでは、小型で高解像度であることが要求される。
また、今日、透光性セラミックスが開発され、この透光性セラミックスは光学ガラスよりも高い屈折率を有し、硬度や曲げ強度の値も光学ガラスよりも高い数値であるため、光学系の小型化及び薄型化に適したレンズが製作されるようになってきた。
In recent years, compact and high-performance zoom lenses have been used in optical devices such as digital still cameras and video projectors.
A combination lens such as a zoom lens of this optical device is required to be small and have high resolution.
In addition, translucent ceramics have been developed today, and these translucent ceramics have a higher refractive index than optical glass, and the values of hardness and bending strength are higher than those of optical glass. Lenses suitable for reduction in thickness and thickness have been manufactured.
この透光性セラミックスは、屈折率が高く、硬度や曲げ強度も大きいため、レンズとして使用すれば光学機器の光学系を小型化するには最適である。
しかし、この透光性セラミックスは、可視領域の波長における透過特性に差異があるため、僅かに黄色味を帯びて見えることになり、また、結晶粒界面にボイドと呼ばれる泡の存在あるため、セラミックスレンズは像の鮮明度が光学ガラスのレンズに比べて僅かに低下する問題があった。
Since this translucent ceramic has a high refractive index and high hardness and bending strength, it is optimal for miniaturizing the optical system of an optical device if it is used as a lens.
However, since this translucent ceramic has a difference in transmission characteristics in the visible wavelength range, it appears slightly yellowish, and there are bubbles called voids at the crystal grain interface. The lens has a problem that the sharpness of the image is slightly lower than that of the optical glass lens.
しかし、本件出願人は、ズームレンズを構成するレンズ枚数の少ない安価な組合せレンズであって、小型で高機能を有するデジタルスチルカメラ用ズームレンズとしての組合せ条件を特定する発明の出願(例えば特許文献1)を行った。
このような光学機器用レンズにおいて、各像点の主光線が重なる位置の近傍にセラミックスレンズを配置すれば、像面に結像する各像点の光線束がセラミックスレンズを通過する際の位置を共通とすることにより、セラミックスレンズによる着色やフレアの発生などの影響差を少なくすることができ、光学機器用のレンズ装置にセラミックスレンズを使用することができるようになった。
In such an optical device lens, if a ceramic lens is arranged in the vicinity of the position where the principal ray of each image point overlaps, the position at which the light beam of each image point formed on the image plane passes through the ceramic lens can be determined. By making it common, it is possible to reduce the difference in influence such as coloring or flare caused by the ceramic lens, and it becomes possible to use the ceramic lens in a lens device for optical equipment.
セラミックスレンズは、屈折率が高くすることができ、硬度や曲げ強度も大きくすることができるため、光学機器用のレンズとして光学ガラスレンズよりも優れた利点を発揮させることができるものである。
しかし、レンズの材料に使用する透光性セラミックスの粒子径によってレンズの分解能が異なり、光学機器用のレンズとしては適さないものもある。
本発明は、このようなセラミックスレンズの欠点を抑制し、光学機器に適したセラミックスレンズを提供するものである。
Since the ceramic lens can have a high refractive index and can have a high hardness and bending strength, it can exhibit advantages superior to an optical glass lens as a lens for optical devices.
However, the resolution of the lens differs depending on the particle diameter of the translucent ceramic used for the lens material, and some lenses are not suitable as lenses for optical devices.
The present invention is to provide a ceramic lens suitable for an optical device by suppressing the disadvantages of such a ceramic lens.
本発明は、多結晶構造の透光性セラミックスのうち、粒子径が125μメートル以下の透光性セラミックスを硝材として研磨したセラミックスレンズとするものであり、好ましくは、粒子径が85μメートル以下の透光性セラミックスを硝材とするものである。
このように、粒子径が125μメートル以下の透光性セラミックスを硝材とすれば、30ライン・ペア/mmの正弦波格子に関してMTF値を70パーセント以上とすることができ、粒子径が85μメートル以下の透光性セラミックスを硝材とすれば、30ライン・ペア/mmの正弦波格子に関してMTF値を80パーセント以上とすることができる。
The present invention provides a ceramic lens obtained by polishing a light-transmitting ceramic having a particle size of 125 μm or less among the light-transmitting ceramic having a polycrystalline structure as a glass material, and preferably has a particle diameter of 85 μm or less. Photoceramics are used as a glass material.
As described above, if a translucent ceramic having a particle diameter of 125 μm or less is used as a glass material, the MTF value can be set to 70% or more for a 30 line pair / mm sine wave grating, and the particle diameter is 85 μm or less. If the translucent ceramic is made of glass, the MTF value can be 80% or more for a sine wave grating of 30 line pairs / mm.
また、このセラミックスレンズの分光透過率を420ナノメートルから700ナノメートルの範囲において、72パーセント以上とすることが好ましい。
このように、分光透過率を420ナノメートルから700ナノメートルの範囲において、72パーセント以上とすることにより、可視光領域の各波長の光を透過させて像を形成することができる。
The spectral transmittance of the ceramic lens is preferably 72% or more in the range of 420 nm to 700 nm.
As described above, when the spectral transmittance is set to 72% or more in the range of 420 nm to 700 nm, an image can be formed by transmitting light of each wavelength in the visible light region.
さらに、このセラミックスレンズは、屈折率が2.0以上の透光性セラミックスを硝材とするものである。
このように、屈折率が2.0以上であるから、光学ガラスよりも高屈折率のレンズとすることができる。
Further, this ceramic lens is made of a translucent ceramic having a refractive index of 2.0 or more as a glass material.
Thus, since the refractive index is 2.0 or more, a lens having a higher refractive index than that of optical glass can be obtained.
本発明に係る光学機器用セラミックスレンズは、多結晶構造の透光性セラミックスの内、粒子径が125μメートル以下の透光性セラミックスを硝材とするものであり、30ライン・ペア/mmの正弦波格子に関してMTF値を70パーセント以上の分解能を有し、光学機器に合った解像度の高いレンズとすることができる。 The ceramic lens for an optical device according to the present invention is made of a translucent ceramic having a particle diameter of 125 μm or less among translucent ceramics having a polycrystalline structure, and is a sine wave of 30 line pairs / mm. The MTF value of the grating has a resolution of 70% or more, and a high-resolution lens suitable for the optical apparatus can be obtained.
また、分光透過率を420ナノメートルから700ナノメートルの範囲において、72パーセント以上とするものであり、可視光線の透過率を確保してカメラなどの撮像機器やプロジェクタなどの投影機器のレンズとして利用することができるものである。
そして、屈折率が2.0以上のセラミックスレンズとすれば、一般的光学ガラスによるレンズよりも高屈折率のレンズとして、レンズ全体で小型で高性能のレンズ光学系を形成することができる。
In addition, the spectral transmittance is set to 72% or more in the range of 420 to 700 nanometers, and the visible light transmittance is ensured and used as a lens for imaging devices such as cameras and projection devices such as projectors. Is something that can be done.
If the ceramic lens has a refractive index of 2.0 or more, a lens optical system having a small size and high performance can be formed as a lens having a higher refractive index than a lens made of general optical glass.
本発明に係るセラミックスレンズは、屈折率が2.0以上にして粒子径が125μメートル以下の透光性セラミックスを硝材として切断、荒ずり、砂かけ、研磨などによりレンズとし、分光透過率を420ナノメートルから700ナノメートルの範囲において、72パーセント以上のセラミックスレンズとするものである。 The ceramic lens according to the present invention is made by translucent ceramics having a refractive index of 2.0 or more and a particle diameter of 125 μm or less as a glass material by cutting, roughening, sanding, polishing, etc., and has a spectral transmittance of 420. In the range of nanometers to 700 nanometers, a ceramic lens of 72% or more is obtained.
本発明は、d線に対する屈折率が2.08であり、アッベ数が30.4の透光性セラミックスを用い、タブレット状に成形されたものを荒ずりにより粗形状とし、砂かけにより仕上げ寸法に合わせ、研磨、芯とりを行って、厚さ0.4mm直径が4mmの凹メニスカスレンズを作成した。
なお、この透光性セラミックスは、直線透過率の光学特性としては、400ナノメートル付近の透過率が約70パーセントであり、450ナノメートルから700ナノメートルの透過率が約95パーセントであり、僅かに黄色味の色合いが着いたものである。
The present invention uses translucent ceramics having a refractive index with respect to d-line of 2.08 and an Abbe number of 30.4, and is formed into a rough shape by roughing and finished by sanding. Then, polishing and centering were performed to prepare a concave meniscus lens having a thickness of 0.4 mm and a diameter of 4 mm.
The translucent ceramic has an optical characteristic of linear transmittance of about 70 percent transmittance around 400 nm, about 95 percent transmittance between 450 nm and 700 nm, It has a yellowish tint.
そして、このセラミックスレンズを他の光学ガラスレンズと組み合せてデジタルスチルカメラ用ズームレンズとしたところ、鮮明度を維持し、従来の光学ガラスレンズと同等の性能を発揮しつつ光学ガラスレンズよりも強度の高いレンズとすることができた。
また、このセラミックスレンズを作成するに際し、透光性セラミックスの粒子径が70μメートルのもの、120μメートルのもの、150μメートルのものを用いて各々荒ずり、研磨などを行って光学レンズとした。
And when this ceramic lens is combined with another optical glass lens to make a zoom lens for a digital still camera, it maintains its sharpness and exhibits the same performance as a conventional optical glass lens, but is stronger than the optical glass lens. It was possible to make it a high lens.
Further, when the ceramic lens was produced, the translucent ceramic particles having a particle diameter of 70 μm, 120 μm, and 150 μm were roughened and polished, respectively, to obtain an optical lens.
そして、この粒子径の異なるセラミックスレンズを1ミリメートルに30本の線を引いた正弦波格子を用いてMTF(モジュレーショントランスファーファンクション)の測定を行ったところ、表1のようになった。 Then, MTF (modulation transfer function) measurement was performed on the ceramic lenses having different particle diameters using a sine wave grating in which 30 lines were drawn per millimeter, and the results were as shown in Table 1.
そして、シミュレーションの結果、粒子径が約125μメートルであれば、MTF値を70パーセント以上とし、粒子径が約85μメートルであれば、MTF値を80パーセント以上とすることができることが判明した。
なお、現在の透光性セラミックスの最小粒子径は、15μメートル乃至20μメートル程度のものが製造されている。
As a result of simulation, it has been found that if the particle diameter is about 125 μm, the MTF value can be 70% or more, and if the particle diameter is about 85 μm, the MTF value can be 80% or more.
In addition, the current minimum particle diameter of translucent ceramics is about 15 μm to 20 μm.
本発明によれば、セラミックスレンズを用い、画質を低下させること無く小型で耐久性のある光学機器用のレンズ装置を製造することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lens apparatus for optical apparatuses which is small and durable can be manufactured, without reducing a picture quality, using a ceramic lens.
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