JP2006220739A - セラミックスハイブリッドレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 高屈折率のセラミックスレンズ11とプラスチックレンズ15との組み合わせにより、高屈折率で高性能のハイブリッドレンズ10を提供する。
【解決手段】 屈折率が２．０以上であって可視光の透過性が７０パーセント以上にして粒子径が４０マイクロメートルから１２０マイクロメートル程度の透光性セラミックスを硝材としたセラミックスレンズ11の両面に反射防止膜層18,19を設けて紫外線硬化型樹脂によるプラスチックレンズ15を貼り合わせたハイブリッドレンズ10とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、研磨レンズであるセラミックスレンズとこのセラミックスレンズの表面に樹脂層で形成されたプラスチックレンズを貼り合わせたハイブリッドレンズに関するものである。

今日、カメラや光ディスクの読み取り又は記録用の光学機器などには、小型で高性能の光学レンズとして非球面レンズが多用されるようになってきた。
この非球面レンズとしては、研磨又は研削加工されたガラスレンズなどの表面に紫外線硬化型樹脂によるプラスチックレンズを貼り合わせたハイブリッドレンズが多く使用されている。

このハイブリッドレンズは、非球面を形成した金型に所要量の紫外線硬化型樹脂を塗布し、この樹脂の上にガラスレンズを載せて未硬化の樹脂を押し広げて樹脂の下方を金型の形状としてガラスレンズに樹脂を密着させ、ガラスレンズ側から紫外線を照射して樹脂を硬化させ、硬化成形後に金型から樹脂を剥がしてガラスレンズに密着したプラスチックレンズを成形することによりガラスレンズにプラスチックレンズを貼着したハイブリッドレンズとするものである。

また、このハイブリッドレンズでは、プラスチックレンズに特定波長の光を吸収させるフィルタ機能を持たせ、レンズ機能と分光調整機能や調光機能を有するレンズとすること、及び、前述のように通常の研磨加工では加工が困難な非球面形状のレンズとすることが提案されている（例えば特許文献１）。
特開平０７−０５６００６号公報

前述のように、プラスチックレンズの表面を非球面としたレンズとすることにより、小型で高性能の光学レンズを製造することができ、金型による表面形状の成形を行うプラスチックレンズを表面に形成するハイブリッドレンズは、レンズの使用目的に合わせた非球面形状などの形状性能に優れると共に量産性や温度や湿度などによる劣化の少ない環境性能などにおいても優れた利点を有している。

そして、本件出願人は、光学ガラスよりも高屈折率の硝材を用いたレンズとして、透光性セラミックスを用いた光学レンズの実用化に成功し、デジタルカメラ用レンズなどにセラミックスレンズとプラスチックレンズとのハイブリッドレンズの試験的使用を開始した。

しかし、セラミックスレンズとプラスチックレンズとのハイブリッドレンズを用いると、結像において、僅かにフレアが強くなり、又、光の条件によっては薄くゴーストが発生し易くなる欠点が生じた。

本発明は、この高屈折率にして本来高性能を発揮するセラミックスハイブリッドレンズの欠点を排除し、より高性能の光学レンズとしてのセラミックスレンズを提供することを目的とするものである。

本発明は、多結晶構造の透光性セラミックス（21）を硝材としたセラミックスレンズ（11）に紫外線硬化型樹脂（31）によるプラスチックレンズ（15）を貼り合わせたハイブリッドレンズ（10）とし、セラミックスレンズ（11）のプラスチックレンズ（15）との接合面に反射防止膜層（18）を設けるものである。

そして、セラミックスレンズ（11）のプラスチックレンズ（15）との接合面に形成する反射防止膜層（18）は、多層の反射防止膜により形成することが好ましい。

また、このセラミックスレンズ（11）は、屈折率が２．０以上にして分光透過性が４２０ナノメートルから７００ナノメートルの範囲において７０パーセント以上の透光性セラミックス（21）を硝材とするものである。

そして、このセラミックスレンズ（11）のプラスチックレンズ（15）との接合面でないセラミックスレンズ（11）の表面には、接合面の反射防止膜層（18）とは異なる反射防止膜層（19）を設けるものである。

なお、プラスチックレンズ（15）との接合面でないセラミックスレンズ（11）の表面に設けた反射防止膜層（19）も多層の反射防止膜により形成するものである。

そして、このプラスチックレンズ（15）におけるセラミックスレンズ（11）との接合面でない表面の形状は、非球面形状とするものである。
尚、透光性セラミックス（21）は、粒子径が４０マイクロメートルから１２０マイクロメートル程度の透光性セラミックス（21）を硝材とすることが好ましい。

本発明は、多結晶構造の透光性セラミックスを硝材としたセラミックスレンズを母材とするため、高屈折率の研磨レンズと金型成形によるプラスチックレンズとの組み合わせレンズとすることができ、セラミックスレンズとプラスチックレンズとの間に反射防止膜層を形成して高屈折レンズとしつつフレアを小さく抑えることができる。

そして、反射防止膜層を多層膜とすることにより、複数の波長の光に対してセラミックスレンズとプラスチックレンズとの境界面での反射を防止してフレアやゴーストの発生を防止することができる。

また、屈折率が２．０以上にして可視光領域の分光透過率が７０パーセント以上の透光性セラミックスを用いたハイブリッドレンズは、高屈折率にして高性能を有するレンズとすることができる。

なお、セラミックスレンズとプラスチックレとの接合面でないセラミックスレンズの表面に反射防止膜層を形成したハイブリッドレンズは、高屈折率のセラミックスレンズ表面での反射を防止してフレアやゴーストの発生を防止し、多層膜とすることにより、フレアやゴーストの発生をより確実に防止できる。

また、プラスチックレンズの表面を非球面としてプラスチックレンズを非球面レンズとしたハイブリッドレンズは、収差などの少ない小型高性能のレンズとすることができる。

そして、透光性セラミックスの粒子径を４０マイクロメートルから１２０マイクロメートル程度とすることにより、セラミックスレンズにおける光学レンズとして充分な分解能を有するレンズとすることができる。

本発明に係るセラミックスハイブリッドレンズは、粒子径が４０マイクロメートルから１２０マイクロメートル程度の透光性セラミックス21であって、屈折率が２．０以上にして分光透過性が４２０ナノメートルから７００ナノメートルの範囲において７０パーセント以上のセラミックスを硝材として荒削り及び砂がけ、更に研磨を施してセラミックスレンズ11とし、このセラミックスレンズ11の両面に多層の反射防止膜層18,19を形成し、非球面金型40に紫外線硬化型樹脂31を塗布してセラミックスレンズ11を載せ、セラミックスレンズ11を金型40に押し付けて紫外線を照射することにより紫外線硬化型樹脂31を硬化させた後、金型40からセラミックスレンズ11と共に紫外線硬化型樹脂31を取り出すことにより、多結晶構造の透光性セラミックスを硝材としたセラミックスレンズ11に紫外線硬化型樹脂31によるプラスチックレンズ15を貼り合わせたハイブリッドレンズ10とするものである。

本発明に係るセラミックスハイブリッドレンズは、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、図１に示すように凸レンズとしたセラミックスレンズ11を形成するものである。

なお、この硝材とした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を用いた。

そして、このセラミックスレンズ11の両面には、反射防止膜層18,19を設けてセラミックスレンズ11と一体にプラスチックレンズ15を形成するものである。
この反射防止膜層18,19を単層とする場合、反射防止膜層の屈折率ｎｆとしては、プラスチックレンズ15を形成しない表面の反射防止膜層19としては硝材とした透光性セラミックスの屈折率ｎsに対してｎf＝√ｎsとするものである。

即ち、反射防止膜層の屈折率ｎｆ＝√２．０８＝１．４４の薄膜を形成するものである。そして、プラスチックレンズ15を形成する表面の反射防止膜層18の屈折率ｎfは、紫外線硬化型樹脂によるプラスチックレンズ15の屈折率をｎpとすると、
ｎf＝√（ｎs×ｎp）であり、プラスチックレンズ15の材料である紫外線硬化型樹脂の屈折率が１．６であると、√（２．０８×１．６）＝１．８２の屈折率の反射防止膜層18を形成するものである。

そして、屈折率ｎfの反射防止膜層の厚さは波長の１／４の厚さとするものであって、ｄ線の波長λに対して厚さをλ／４ｎfの薄膜をスパッタリングなどの蒸着により形成するものである。

さらに、多層膜の反射防止膜とする場合は、各層における反射防止を行う光の波長を定め、前層の屈折率ｎyと後層の屈折率ｎzから当該反射防止膜層の屈折率ｎfは、
ｎf＝√（ｎy×ｎz）として定めるものである。

もっとも、反射防止膜の材質として、理論値の屈折率の材質に適切なものがない場合は、屈折率が理論値に近い材料を用いて反射率を極めて小さくすることができるものである。

このようにして、セラミックスレンズ11の一方の表面には空気とセラミックスレンズ11との屈折率との差に基づく反射防止膜層19を第２の反射防止膜層19として形成すると共に、他方の表面には紫外線硬化型樹脂31とセラミックスレンズ11との屈折率との差に基づく反射防止膜層18を第１の反射防止膜層18として形成したセラミックスレンズ11の表面にプラスチックレンズ15を成形するものである。

このセラミックスレンズ11の表面に貼り合わせるプラスチックレンズ15は、図２に示すように、所要の非球面形状とされた凹部41を有する非球面金型40に所定量の紫外線硬化型樹脂31を入れ、この樹脂31を金型40の凹部41の表面に塗布するように広げた後、図３に示すように母材とするセラミックスレンズ11を凹部41に入れて紫外線硬化型樹脂31の上に載置し、押圧を行って紫外線硬化型樹脂31を広げると共にセラミックスレンズ11の下面及び金型凹部41の形状に合わせて紫外線硬化型樹脂31をレンズ形状とし、セラミックスレンズ11を介して波長が３６０ナノメートル乃至３８０ナノメートルの紫外線を均一に照射して樹脂31を硬化させるものである。

そして、硬化成形された紫外線硬化型樹脂31をセラミックスレンズ11と共に金型40から剥がして図４に示すようにセラミックスレンズ11の片面に紫外線硬化型樹脂31によるプラスチックレンズ15を貼り合わせたハイブリッドレンズ10とするものである。

このようにして、図１に示したように、セラミックスレンズ11のプラスチックレンズ15を貼り付けない表面には、空気とセラミックスレンズ11との境界面での反射を防止又は少なくする第２の反射防止膜層19を有し、セラミックスレンズ11の他の表面にはセラミックスレンズ11とプラスチックレンズ15との境界面での反射を防止又は少なくする第１の反射防止膜層18を有してセラミックスレンズ11を母材とするセラミックスレンズ11とプラスチックレンズ15とのハイブリッドレンズ10とすることができるものである。

なお、紫外線硬化型樹脂31としては、光硬化性のアクリル系オリゴノマーに反応性希釈剤としての光硬化性アクリル系モノマーと光重合開始剤としてのアセトフェノン類、又は、ベンゾイルエーテル類やベンフェノン類などを添加すると共に、重合促進剤や離型剤、消泡剤などを僅かに加えたものを用いている。

また、プラスチックレンズ15を貼り合わせるセラミックスレンズ11の表面を凹面に形成したときは、この表面に第１の反射防止膜層18を形成し、セラミックスレンズ11の他の表面には第２の反射防止膜層19を形成し、図５に示すように、セラミックスレンズ11の第２の反射防止膜層19を形成した面を紫外線透過ガラスなどの台座51に載置し、第１の反射防止膜層18を形成したセラミックスレンズ11の凹面に紫外線硬化型樹脂31を入れて紫外線硬化型樹脂31をセラミックスレンズ11の表面に塗布し、非球面形状の凸形状とされたレンズ成形面43を有する非球面金型40を用いて紫外線硬化型樹脂31を延ばしてレンズ形状とし、台座51を介してレンズ側から紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂31を硬化させ、金型40をレンズから外して所定の負のパワーを有するハイブリッドレンズ10とするものである。

また、セラミックスレンズ11としては、粒子径が４０マイクロメートルから１２０マイクロメートル程度の透光性セラミックス21を用いるものであり、結晶間のボイド25（気泡）が極めて少ないセラミックスを硝材として、可視光領域である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パーセントの直線透過率の光学特性を有するセラミックスを用いている。

そして、透光性セラミックス21の研磨において、セラミックス結晶の剥離脱落による脱粒痕23の深さｈが５０マイクロメートル程度となる脱粒痕23が形成される程度の鏡面とする研磨を行えば、図６に示すように、レンズ表面にボイド25や脱粒痕23が形成されると共にレンズ表面の大部分を極めて滑らかに仕上げることができた。

このようにして、粒子径が１２０マイクロメートル以下のセラミックスを用いることにより、１ミリメートルに３０本の線を引いた正弦波格子を用いたこのセラミックスレンズ11におけるＭＴＦ（モジュレーショントランスファーファンクション）を７０パーセント以上とすることができ、粒子径を８５マイクロメートル以下としたときはＭＴＦを８０パーセント以上とすることができた。

本発明に係るセラミックスハイブリッドレンズは、高屈折率のセラミックレンズを母材としてセラミックスレンズとプラスチックレンズとの境界面に反射防止膜層を形成するものであるから、小型で高性能の光学レンズとすることができるものである。

本発明に係るセラミックスハイブリッドレンズの断面を示す模式図。 本発明に係るセラミックスハイブリッドレンズを製造する工程としてセラミックスレンズを金型に載せる前の状態を示す模式図。 本発明に係るセラミックスハイブリッドレンズを製造する工程としてセラミックスレンズを金型に載せた状態を示す模式図。 本発明に係るセラミックスハイブリッドレンズの一例を示す図。 本発明に係るセラミックスハイブリッドレンズの他の形状のレンズの製造を示す模式図。 本発明に用いるセラミックスレンズの表面断面を示す模式図。

符号の説明

１０ ハイブリッドレンズ
１１ セラミックスレンズ １５ プラスチックレンズ
１８ 第１の反射防止膜層 １９ 第２の反射防止膜層
２１ 透光性セラミックス
２３ 脱粒痕 ２５ ボイド
３１ 紫外線硬化型樹脂
４０ 非球面金型
４１ 凹部 ４３ レンズ成形面
５１ 台座

Claims (7)

1. 多結晶構造の透光性セラミックスを硝材としたセラミックスレンズに紫外線硬化型樹脂によるプラスチックレンズを貼り合わせたハイブリッドレンズであって、セラミックスレンズのプラスチックレンズとの接合面に反射防止膜層を有することを特徴とするセラミックスハイブリッドレンズ。
2. セラミックスレンズのプラスチックレンズとの接合面の反射防止膜層は、多層の反射防止膜の層により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセラミックスハイブリッドレンズ。
3. セラミックスレンズは、屈折率が２．０以上にして分光透過性が４２０ナノメートルから７００ナノメートルの範囲において７０パーセント以上の透光性セラミックスを硝材としていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセラミックスハイブリッドレンズ。
4. セラミックスレンズのプラスチックレンズとの接合面でないセラミックスレンズの表面には、接合面の反射防止膜層とは異なる反射防止膜層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のセラミックスハイブリッドレンズ。
5. プラスチックレンズとの接合面でないセラミックスレンズの表面に設けた反射防止膜層が多層の反射防止膜により形成されていることを特徴とする請求項４に記載のセラミックスハイブリッドレンズ。
6. プラスチックレンズにおけるセラミックスレンズとの接合面でない表面の形状が非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載のセラミックスハイブリッドレンズ。
7. セラミックスレンズは、粒子径が４０マイクロメートルから１２０マイクロメートル程度の透光性セラミックスを硝材としていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載のセラミックスハイブリッドレンズ。
   

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