JP2007041398A

JP2007041398A - 組合せレンズ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007041398A
Application number: JP2005226952A
Authority: JP
Inventors: Koji Minami; 功治南
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】偏芯調整等を大幅に簡略化しつつ、組合せ精度を高く維持することが可能な組合せレンズを提供する。
【解決手段】各接合体２１〜２３が各レンズ１１〜１４間に介在して、各接合体２１〜２３が各レンズ１１〜１４表面に接合し、各レンズ１１〜１４及び各接合体２１〜２３が一体化している。各レンズ１１〜１４がシリカエアロゲルからなる各接合体２１〜２３に接合されただけの状態でも、光軸位置、チルト、及びレンズ間距離等の光学特性をある程度維持することができるものの、基本的にはシリカエアロゲルが弾性体であるので、光学特性の安定性が充分であるとは言えない。円筒バレル１０は、各レンズ１１〜１４及び各接合体２１〜２３を略拘束するので、組立てレンズが如何なる状況で用いられても、各レンズ１１〜１４の姿勢を安定的に維持するという役目を果たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子等を含む光デバイス等に適用される組合せレンズ及びその製造方法に関する。

この種の組合せレンズでは、その光学精度を要求されているならば、複数のレンズの組立て精度を向上させることが必要になる。例えば、各レンズ間の光軸位置のずれやチルトを無くすための偏芯調整を行うことが必要になる。ところが、この様な偏芯調整は、非常に長い時間を費やすので、組合せレンズの組立て時間が長期化する。

一方、特許文献１では、図２０に示す様に光拡散板１０１とフレネルレンズ１０２を透明弾性体１０３を介して接合している。透明弾性体１０３は、ゲル状に硬化する透明シリコーンゴムコンパウンドであり、光拡散板１０１とフレネルレンズ１０２間に介在することにより、これらの間の応力を緩和して、これらの反りを小さくし、レンズの解像度の劣化を防止する。

仮に、この様な特許文献１の技術を組合せレンズに適用することができたならば、偏芯調整等の大幅な簡略化を図ることが可能になる。
特開平１−２９３３３４号公報

しかしながら、特許文献１では、薄い平板状のもの同士を接合することを前提としており、この接合に用いられる透明弾性体も極めて薄いものであるため、この特許文献１の技術を組合せレンズの各レンズの接合に適用することができない。

また、透明弾性体の屈折率がレンズの屈折率に近いことから、組合せレンズの光学特性を損なう可能性がある。

そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、偏芯調整等を大幅に簡略化しつつ、組合せ精度を高く維持することが可能な組合せレンズ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の組合せレンズは、複数のレンズと、空気と同等の屈折率を有し、前記各レンズ間に介在して該各レンズに接合する接合体と、前記接合体とは接触しない前記各レンズの部位で、該各レンズを支持する支持体とを備えている。

また、本発明においては、支持体は、円筒バレルである。

更に、本発明においては、接合体は、平板状のものであり、レンズ表面に対して線状もしくは点状に接している。

また、本発明においては、各レンズ及び支持体は、樹脂成形により一体的に形成されている。

一方、本発明の組合せレンズの製造方法は、複数のレンズを位置決め用の基準体に配置する工程と、前記基準体上で、空気と同等の屈折率を有する接合体を前記各レンズ間に流し込む工程と、前記接合体を硬化させて前記各レンズに接合させる工程と、前記基準体から前記各レンズ及び前記接合体を外す工程と、前記各レンズ及び前記接合体を支持体により支持させる工程とを含んでいる。

あるいは、本発明の組合せレンズの製造方法では、複数のレンズと、空気と同等の屈折率を有する接合体とを支持体に対して交互に配列し、前記接合体を前記各レンズに接合させている。

また、本発明の組合せレンズの製造方法は、空気と同等の屈折率を有する接合体を成形型に配置する工程と、複数のレンズ並びに該各レンズを支持する支持体となる合成樹脂を前記成形型に流し込む工程と、前記合成樹脂を硬化させて、前記各レンズ及び支持体を形成し、前記接合体を前記各レンズ間に介在させて該各レンズに接合させる工程とを含んでいる。

この様な本発明の組合せレンズによれば、接合体は、各レンズ間に介在して該各レンズに接合している。従って、接合体と各レンズが一体化される。このため、接合体により各レンズを接合するときに、各レンズ間の光軸位置やチルトの整合を図ることができれば、この後で、各レンズの偏芯調整を行う必要がなくなる。例えば、支持体により各レンズを支持した状態で、各レンズの偏芯調整を行う必要がない。また、支持体は、各レンズの位置を確実に保持して、各レンズの位置ずれに伴う特性の劣化を解消する。

支持体は、例えば円筒バレルである。この場合は、各レンズの外周を支持するので、各レンズ間の光軸位置やチルトのずれを効果的に抑制することができる。また、円筒バレルにより接合体が保護されるので、衝撃を受けても、接合体が変形せず、組合せレンズの組立て精度を維持することができる。

また、接合体は、平板状のものであり、レンズ表面に対して線状もしくは点状に接するので、各レンズ間の光軸位置のずれを小さくし易く、レンズ間の距離を一定に維持することができ、組合せレンズの組立てが容易になる。

更に、各レンズ及び支持体は、樹脂成形により一体的に形成されているので、組合せレンズの構成が簡単化され、各レンズ間の距離の短縮化が図り易く、屈折率が低い合成樹脂を用いながらも、高屈折材料を用いた場合と同様の光学特性を有する組合せレンズを提供することができる。

一方、本発明の製造方法によれば、複数のレンズを位置決め用の基準体に配置した状態で、空気と同等の屈折率を有する接合体を各レンズ間に流し込んで、接合体を硬化させ、各レンズ及び接合体を基準体から外して、支持体により支持している。従って、基準体上で各レンズ間の光軸位置やチルトが整合されたならば、この状態で接合体と各レンズが一体化されることになり、この後で各レンズの偏芯調整を行う必要がなくなる。また、支持体は、各レンズの位置を確実に保持して、各レンズの位置ずれに伴う特性の劣化を解消する。

また、本発明の製造方法によれば、各レンズと、空気と同等の屈折率を有する接合体とを支持体に対して交互に配列し、接合体を各レンズに接合しているので、組合せレンズの組立てを効率的に行うことができる。また、組立てに際し、接合体に対するレンズの接合箇所を適宜に調整することにより、組合せレンズの組立てと同時に各レンズの偏芯調整を行うことができる。

更に、本発明の製造方法によれば、空気と同等の屈折率を有する接合体を成形型に配置し、複数のレンズ並びに支持体となる合成樹脂を成形型に流し込んで、合成樹脂を硬化させて、各レンズ及び支持体を形成し、接合体を各レンズ間に介在させている。これにより、組合せレンズを効率的に製造することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
＜実施形態１＞
図１は、本発明の組合せレンズの実施形態１を示す断面図である。本実施形態の組合せレンズは、４個のレンズ１１、１２、１３、１４と、各レンズ１１〜１４間に介在する３個の接合体２１、２２、２３と、各レンズ１１〜１４及び各接合体２１〜２３を支持する円筒バレル１０とを備えている。

各接合体２１〜２３は、空気と実質的に同等の屈折率を有する材料からなる。ここで、空気と実質的に同等の屈折率とは、空気との屈折率差が非常に小さく、各レンズ１１〜１４間に空気を介在させた状態に対して、各レンズ１１〜１４間に各接合体２１〜２３を介在させた状態での焦点距離変化が１０％未満のものと定義する。

本実施形態では、レンズ１１及びレンズ１２が屈折率１．８の材料から構成され、レンズ１３及びレンズ１４が屈折率１．５の材料から構成されている。また、各接合体２１〜２３として、屈折率１．０３のシリカエアロゲルを用いている。

この場合は、各レンズ１１〜１４間に空気を介在させた状態に対して、各レンズ１１〜１４間に各接合体２１〜２３を介在させた状態での焦点距離変化を見ると、レンズ１１及びレンズ１２が６．８％となり、レンズ１３及びレンズ１４が９．５％となる。

従って、シリカエアロゲルは、上記焦点距離変化を１０％未満に抑制し得るものであり、空気と実質的に同等の屈折率を有する接合体として好適である。このシリカエアロゲルを用いた組合せレンズは、空気中で構成された組合せレンズと同等の光路長のレンズ系となる。

円筒バレル１０は、図２に示す様に２つの半円筒体１０ａ、１０ｂを組合せてなる略円筒状のものであり、各半円筒体１０ａ、１０ｂ間に各レンズ１１〜１４を挟み込んで支持する。また、円筒バレル１０は、その内径が段階的に変更されている。円筒バレル１０両側の内周部位１０ｃ、１０ｆは、レンズ１１及びレンズ１４を挟み込み、これらのレンズ１１、１４の外周にそれぞれ接触して、これらのレンズ１１、１４を支持する。円筒バレル１０中央付近の内周部位１０ｄは、レンズ１２及びレンズ１３を挟み込み、これらのレンズ１２、１３の外周にそれぞれ接触して、これらのレンズ１２、１３を支持する。

次に、本実施形態の組合せレンズの製造方法を説明する。この製造方法の概略は、湿潤状態のシリカエアロゲルを各レンズ１１〜１４間に流し込んで、各レンズ１１〜１４を固定するというものである。

まず、図３に示す様に基準体３００内部に各レンズ１１〜１４をそれぞれの所定位置に配置する。基準体３００は、図２の円筒バレル１０と同様に２つの半円筒体を組合せてなる略円筒状のものである。また、基準体３００の周壁には、図４に示す様に複数の孔３００ａが形成されている。

この基準体３００の一方の半円筒体のそれぞれの所定位置に各レンズ１１〜１４を配置して、各レンズ１１〜１４間の光軸位置やチルトを整合させる。必要であれば、各レンズ１１〜１４間の光軸位置やチルトを整合させための偏芯調整を行う。そして、この一方の半円筒体に他方の半円筒体を組合せて、各半円筒体間に各レンズ１１〜１４を挟み込んで支持する。

この状態で、基準体３００の周壁の各孔３００ａが各レンズ１１〜１４間に位置決めされる。

引き続いて、図５に示す様に基準体３００の各孔３００ａを通じて、湿潤状態のシリカエアロゲルを各レンズ１１〜１４間に流し込む。そして、超臨界乾燥という方法で、各レンズ１１〜１４間のシリカエアロゲルを固体化する。これにより、各接合体２１〜２３が各レンズ１１〜１４間に介在して、各接合体２１〜２３が各レンズ１１〜１４表面に接合し、各レンズ１１〜１４及び各接合体２１〜２３が一体化する。

この後、各レンズ１１〜１４及び各接合体２１〜２３を基準体３００から取り外すと、図６に示す様な各レンズ１１〜１４及び各接合体２１〜２３を一体化したものが得られる。

更に、円筒バレル１０各半円筒体１０ａ、１０ｂの一方に一体化した各レンズ１１〜１４及び各接合体２１〜２３を収容配置し、この一方に他方を組合せて、各半円筒体１０ａ、１０ｂ間に各レンズ１１〜１４を挟み込む。これにより、安定したレンズ保持が可能となる。円筒バレル１０により各レンズ１１〜１４が支持されているので、光軸位置、チルト、及びレンズ間距離等が長期間維持されて、特性劣化を招くことがない。

また、円筒バレル１０により各接合体２１〜２３が保護されているので、衝撃を受けても、各接合体２１〜２３が変形せず、組合せレンズの組立て精度を維持することができる。

各レンズ１１〜１４がシリカエアロゲルからなる各接合体２１〜２３に接合されただけの状態でも、光軸位置、チルト、及びレンズ間距離等の光学特性をある程度維持することができるものの、基本的にはシリカエアロゲルが弾性体であるので、光学特性の安定性が充分であるとは言えない。円筒バレル１０は、各レンズ１１〜１４及び各接合体２１〜２３を略拘束するので、組立てレンズが如何なる状況で用いられても、各レンズ１１〜１４の姿勢を安定的に維持するという役目を果たす。

この他、円筒バレル１０は必ずしも分離型を用いる必要がなく、２つの半円筒に分離しない通常の円筒バレルであっても良い。この場合、非分離の円筒バレル１０自体を加熱して膨張させてから、各レンズ１１〜１４及び各接合体２１〜２３を同非分離の円筒バレル１０の開口部から入れてしまい、同円筒バレル１０を冷却して収縮させると、同円筒バレル１０の開口部中で各レンズ１１〜１４及び各接合体２１〜２３が穴の内壁で挟み込まれて（締め付けられて）支持される。このとき、各レンズ１１〜１４間の光軸位置やチルトのずれの発生が大幅に抑制され、また各レンズ１１〜１４間の距離変化もほとんどない。このため、２つの半円筒に分離しない通常の円筒バレルを用いる場合においては、各レンズ１１〜１４の偏芯調整を行う必要がない。

尚、各レンズ１１〜１４と各接合体２１〜２３が一体的になっているので、各レンズ１１〜１４全てを円筒バレル１０により直接支持する必要がない。例えば、両側のレンズ１１、１４が同一外径ならば、円筒バレル１０として、内径が一様であって両側のレンズ１１、１４の外径に略一致するものを適用し、円筒バレル１０により両側のレンズ１１、１４のみを直接支持しても良い。
＜実施形態２＞
図７は、本発明の組合せレンズの実施形態２を示す断面図である。本実施形態の組合せレンズは、２個のレンズ３１、３２と、各レンズ３１、３２間に介在する接合体３０と、各レンズ３１、３２及び接合体３０を支持する円筒バレル３３とを備えている。

接合体３０は、空気と実質的に同等の屈折率を有する材料、例えばシリカエアロゲルかなり、円形の平板状のものである。

接合体３０の左側平坦面３０ａは、レンズ３１の右側凹面３１ａと接触しており、この接触部位が該右側凹面３１ａ外周に沿う円弧を描く線状となっている。また、接合体３０の右側平坦面３０ｂは、レンズ３２の左側凸面３２ａと接触しており、この接触部位が該左側凸面３２ａ中央の点状となっている。

円筒バレル３３は、図８に示す様にその内径が３段階に変更されており、最大の内径部位３３ａ、２番目の内径部位３３ｂ、及び最小の内径部位３３ｃが右側より順次形成されている。

次に、本実施形態の組合せレンズの製造方法を説明する。

まず、円筒バレル３３を加熱して膨張させてから、図９に示す様にレンズ３２を円筒バレル３３の左側開口部から挿入して、レンズ３２を段差部位３３ｄに配置する。そして、図１０に示す様に接合体３０を円筒バレル３３の左側開口部から２番目の内径部位３３ｂに挿入して、接合体３０の右側平坦面３０ｂをレンズ３２の左側凸面３２ａ中央に点状に接触させる。更に、図１１に示す様にレンズ３１を円筒バレル３３の左側開口部から最大の内径部３３ａに挿入して、接合体３０の左側平坦面３０ａをレンズ３１の右側凹面３１ａ外周に沿う円弧を描く線状に接触させる。

このとき、接合体３０に対する各レンズ３１、３２の接合箇所を適宜に調整設定することにより、組合せレンズの組立てと同時に各レンズ３１、３２の偏芯調整を行うことができる。

この後、円筒バレル３３を冷却して収縮させると、円筒バレル３３内部で各レンズ３１、３２及び接合体３０が確実に挟み込まれて支持される。このとき、各レンズ３１、３２間の光軸位置やチルトのずれが発生することはなく、また各レンズ３１、３２間の距離が変化することもない。

こうして各レンズ３１、３２と接合体３０とを円筒バレル３３に対して交互に配列し、接合体３０を各レンズ３１、３２に接合しているので、組合せレンズの組立てを効率的に行うことができる。

また、円筒バレル３３を膨張させて、各レンズ３１、３２及び接合体３０を円筒バレル３３に配置し、この後に円筒バレル３３を収縮させているので、接着材等を用いずに、各レンズ３１、３２及び接合体３０を固定することができる。

更に、一般的に熱膨張を利用する場合に、取付け精度が下がるといわれるレンズ光軸方向の精度を高精度で設定することができる。
＜実施形態３＞
図１２は、本発明の組合せレンズの実施形態３を示す斜視図である。また、図１３、図１４、及び図１５は、本実施形態の組合せレンズを図１２のＸ方向、Ｚ方向、及びＹ方向からそれぞれ見て示す断面図である。

本実施形態の組合せレンズは、４個のレンズ７１、７２、７３、７４と、各レンズ７１〜７４間に介在する３個の接合体５１、５２、５３と、各レンズ７１〜７４を支持する支持体６０とを備えている。

各レンズ７１〜７４及び支持体６０は、透明な合成樹脂製であり、一体成形されたものである。また、各レンズ７１〜７４の両面は、凹型である。

各接合体５１〜５３は、空気と実質的に同等の屈折率を有する材料、例えばシリカエアロゲルからなる。また、各接合体５１、５２、５３の両面は、凸型である。

次に、本実施形態の組合せレンズの製造方法を説明する。

まず、図１６及び図１７に示す様に成形金型９０に、各接合体５１、５２、５３をそれぞれの所定位置に配置する。このとき、各接合体５１、５２、５３は、成形金型９０内壁に突設された一対の支持棒８１間で支持される。

この状態で、図１８に示す様に成形金型９０に透明なＵＶ硬化合成樹脂を充填し、このＵＶ硬化合成樹脂を硬化させる。そして、図１６に示す二点差線Ｃの両側に成形金型９０を二分割し、このＵＶ硬化合成樹脂を成形金型９０から型抜きする。これにより、図１９に示す様な組合せレンズが得られる。

この様な組合せレンズでは、各接合体５１、５２、５３を支持していた複数の支持棒８１が、支持体６０の各孔６１、６２となる。

また、各レンズ７１〜７４及び支持体６０を一体成形するときに、各接合体５１、５２、５３の凸面が各レンズ７１〜７４の凹面を形成する成形型としての役目を果たす。このため、各レンズ７１〜７４を非常に薄くしかつ非常に近接配置することが可能である。通常の組合せレンズよりコンパクトに同等の性能の組合せレンズを実現することができる。

更に、各接合体５１、５２、５３の表面に、各レンズ７１〜７４に対して反射防止膜として機能するコーティングを施したり、各レンズ７１〜７４の合成樹脂をＵＶ硬化可能なアクリルやエポキシ系の樹脂にしておけば、組合せレンズの透過率を向上させることができる。

上記各実施形態からも明らかな様に、偏心が抑制され、かつ光軸方向のレンズ間隔も十分に狭くした組合せレンズを容易に構成することができる。また、円筒バレルによりレンズと接合体を組合せる構成では、更に高精度な組合せレンズを構成することができる。また、合成樹脂製のレンズと接合体を用いる構成では、通常の樹脂性の組合せレンズと同等の性能をよりコンパクトな構造で得ることができる。

本発明の組合せレンズの実施形態１を示す断面図である。図１の組合せレンズにおける円筒バレルを示す分解斜視図である。図１の組合せレンズの製造方法におけるレンズの配置工程を示す図である。図３の配置工程で用いられる基準体を示す斜視図である。図１の組合せレンズの製造方法におけるシリカエアロゲルを流し込む工程を示す図である。図３、図５の工程により製造された各レンズ及び各接合体を示す側面図である。本発明の組合せレンズの実施形態２を示す断面図である。図７の組合せレンズにおける円筒バレルを示す斜視図である。図７の組合せレンズの製造方法におけるレンズの配置工程を示す図である。図７の組合せレンズの製造方法における接合体の配置工程を示す図である。図７の組合せレンズの製造方法における他のレンズの配置工程を示す図である。本発明の組合せレンズの実施形態３を示す斜視図である。図１２の組合せレンズをＸ方向から見て示す断面図である。図１２の組合せレンズをＺ方向から見て示す断面図である。図１２の組合せレンズをＹ方向から見て示す断面図である。図１２の組合せレンズの製造方法における接合体の配置工程を示す斜視図である。図１６の配置工程を示す断面図である。図１２の組合せレンズの製造方法における合成樹脂の充填工程を示す図である。図１６〜図１８の工程により製造された組合せレンズを示す断面図である。従来の光拡散板とフレネルレンズの接合構造を示す断面図である。

符号の説明

１０、３３円筒バレル
１１〜１４、３１、３２、７１〜７４レンズ
２１〜２３、３０、５１〜５３接合体
６０支持体

Claims

複数のレンズと、
空気と同等の屈折率を有し、前記各レンズ間に介在して該各レンズに接合する接合体と、
前記接合体とは接触しない前記各レンズの部位で、該各レンズを支持する支持体とを備えることを特徴とする組合せレンズ。
支持体は、円筒バレルであることを特徴とする請求項１に記載の組合せレンズ。
接合体は、平板状のものであり、レンズ表面に対して線状もしくは点状に接することを特徴とする請求項１に記載の組合せレンズ。
各レンズ及び支持体は、樹脂成形により一体的に形成されることを特徴とする請求項１に記載の組合せレンズ。
複数のレンズを位置決め用の基準体に配置する工程と、
前記基準体上で、空気と同等の屈折率を有する接合体を前記各レンズ間に流し込む工程と、
前記接合体を硬化させて前記各レンズに接合させる工程と、
前記基準体から前記各レンズ及び前記接合体を外す工程と、
前記各レンズ及び前記接合体を支持体により支持させる工程とを含むことを特徴とする組合せレンズの製造方法。
複数のレンズと、空気と同等の屈折率を有する接合体とを支持体に対して交互に配列し、前記接合体を前記各レンズに接合させることを特徴とする組合せレンズの製造方法。
空気と同等の屈折率を有する接合体を成形型に配置する工程と、
複数のレンズ並びに該各レンズを支持する支持体となる合成樹脂を前記成形型に流し込む工程と、
前記合成樹脂を硬化させて、前記各レンズ及び支持体を形成し、前記接合体を前記各レンズ間に介在させて該各レンズに接合させる工程とを含むことを特徴とする組合せレンズの製造方法。