JP2010072053A - レンズ鏡筒及びそれを有する光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射防止機能を有する微細凹凸構造体を光入出射面の少なくとも一方の面に設けたレンズ（光学素子）を鏡筒内に偏心が少なく、高精度に軸出して保持することができるレンズ鏡筒を得ること。
【解決手段】 一方の面の最表面に波長以下の微細構造からなる凹凸が形成された反射防止素子を有する光学素子と、
該光学素子を保持するレンズ保持構造を有するレンズ鏡筒であって、
該光学素子は、その微細構造の面を進行方向側にして突き当てで挿入されている事。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズ鏡筒及びそれを有する光学機器に関し、例えば銀塩フィルム用カメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ＴＶカメラ、観察系、投射系等の光学機器に好適なものである。

各種の光学機器の光学系に用いられているレンズやフィルター等の光学素子の光入出射面には、表面反射による透過光の損失を低減させるために反射防止構造体が設けられている。

例えば可視光に対する反射防止構造体として、薄膜の誘電体膜を複数層重ねた多層膜（反射防止膜）が知られている（特許文献１、２）。

この多層膜は、透光性の基板表面に例えば真空蒸着やスパッタリング法等により金属酸化物等の誘電体薄膜を成膜して形成されている。

この他、レンズに用いる反射防止構造体としてレンズ面上に可視光の波長（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）よりも短いピッチの微細凹凸形状より成る微細部を複数配列した微細凹凸構造体が知られている（特許文献３）。

特許文献３では、微細凹凸構造体として花弁状透明アルミナ膜を次の各ステップによって形成している。

（イ）ガラス基板を洗浄
（ロ）Ａｌ_２Ｏ_３ゾル塗布液をディップコート法で塗布，乾燥
（ハ）５００℃１０分間焼成
（ニ）約１００℃の熱水中に約０．５乃至２時間程度浸漬
（ホ）約１００℃１０分間の乾燥
（ヘ）４００℃１０分程度の焼成
これらの各ステップにより、花弁状透明アルミナ膜（微細凹凸構造体）をガラス基板上に形成した、反射低減膜を開示している。又、特許文献３ではこのような各ステップを用いて得た微細凹凸構造体が分光透過性に優れ、優れた反射低減性を示すことを開示している。
特開平１０−２６８１０３号公報 特開２００６−３５６２号公報 特開平０９−２０２６４９号公報

レンズ面上に可視光の波長よりも短いピッチの複数の微細部を形成した微細凹凸構造体は、広い波長域で、かつ広い入射角度範囲で低い反射率を有する。

このため、この微細凹凸構造体をレンズやプリズム等の光学素子を用いると、波長帯域性が少ない光学系が得られる。

しかしながら微細凹凸構造体を有する光学素子（レンズ）を鏡筒内に収納し、保持する際には、偏心がない状態で精度良く保持されることが重要になってくる。

特許文献３に開示されているように、レンズ面に微細凹凸構造体としての花弁状透明アルミナ膜を形成する際には、まずレンズ面にゾルを塗工する。

その際に、レンズのコバ部に液ダマリなどのムラができる場合がある。そのため、元のレンズの外形寸法に、液ダマリでのムラによる寸法の増加を見込んで、鏡筒のレンズを保持する部分を勘合寸法の余裕分だけ大きくする必要がある。さらに、液ダマリのムラはレンズ全周囲に均等に付くわけではなく、偏りを生じる場合がある。

そのため、外形寸法公差により、レンズを鏡筒内に保持するとき偏心が生じることが多い。このときのレンズ偏心量を軽減するには、鏡筒を高精度に製造しなくてはならない。一般に鏡筒内にレンズを偏心なく保持することは大変困難である。

微細凹凸構造体を最表面（レンズ面）に有しているレンズを鏡筒内にカシメを行って保持する際には光学面を摺動させることができず、高精度の軸出しが大変困難であった。

このため、微細凹凸構造体を有するレンズを鏡筒内に収納保持し、レンズ鏡筒を構成するときは、レンズの偏心を軽減することが困難で、特にレンズの偏心敏感度が高くなる光学系には微細凹凸構造体を有する光学素子の適用が大変困難であった。

本発明は、反射防止機能を有する微細凹凸構造体を光入出射面の少なくとも一方の面に設けたレンズ（光学素子）を鏡筒内に偏心が少なく、高精度に軸出して保持することができるレンズ鏡筒及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。

本発明のレンズ鏡筒は、一方の面の最表面に波長以下の微細構造からなる凹凸が形成された反射防止素子を有する光学素子と、
該光学素子を保持するレンズ保持構造を有するレンズ鏡筒であって、
該光学素子は、その微細構造の面を進行方向側にして突き当てで挿入されている事を特徴としている。

この他、本発明のレンズ鏡筒は、光入出射面の一方の面に、平均ピッチが可視域の波長以下で凹凸形状の微細部を複数有し、反射防止機能を有する微細凹凸構造体を有する光学素子が鏡筒内に保持されているレンズ鏡筒であって、
該光学素子は、該微細凹凸構造体が形成されている面、又は該面側の一部が該鏡筒のレンズ保持部に当接するように挿入されて該鏡筒内に保持されていることを特徴としている。

本発明によれば、反射防止機能を有する微細凹凸構造体を光入出射面の少なくとも一方の面に設けたレンズ（光学素子）を鏡筒内に偏心が少なく、高精度に軸出して保持することができるレンズ鏡筒が得られる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本発明のレンズ鏡筒は、一方の面の最表面に波長以下の微細構造からなる凹凸が形成された反射防止素子（微細凹凸構造体）を有する光学素子と、光学素子を保持する熱可塑性樹脂から成るレンズ保持構造を有している。

光学素子は、その微細構造の面を進行方向側にして突き当てで鏡筒内に挿入されている。光学素子は、熱カシメによりレンズ保持構造に保持されている。このとき熱カシメによるカシメ部は、光学素子の微細構造の面を進行方向側にして圧入する形状より成っている。

この他、本発明のレンズ鏡筒は熱可塑性樹脂より成る鏡筒の一部のレンズ保持部に、レンズやフィルター等の光学素子が熱カシメされて保持されている。

光学素子は、光入出射面の一方の面に、平均ピッチが可視域の波長以下で凹凸形状の微細部を複数形成した、反射防止機能を有する微細凹凸構造体を有している。

光学素子は、微細凹凸構造体が形成されている面、又はその面側の一部（有効面の外周部）が鏡筒のレンズ保持部に当接するように挿入されて鏡筒内に保持されている。

ここで凹凸形状とは、多角錐（但し頂点が一部削除されている形状も含む）、円錐、円柱状、角柱状等の形状を含む。微細凹凸構造体は可視域又は可視域と赤外域の双方において反射防止機能を有する。

図１は本発明の実施例１のレンズ鏡筒の要部構成図である。

図１において、１０１はレンズ鏡筒である。レンズ鏡筒１０１は第１のレンズ１と第２のレンズ２と、鏡筒５を有している。

第１レンズ１のレンズ面１Ｒと第２レンズ２のレンズ面２Ｒにはそれぞれ、波長（可視光）以下のピッチより成る微細部を複数配列した微細凹凸構造体からなる反射防止構造体３ａ、３ｂが形成されている。

第１レンズ１のレンズ面１Ｆと第２レンズ２のレンズ面２Ｆには通常の誘電体による反射防止多層膜４ａ、４ｂが形成されている。

図３は、微細凹凸構造体３ａ、３ｂからなる反射防止構造体の要部概略図である。

図３において、酸化物の誘電体より成る微細部Ｒａの平均ピッチは可視域（波長４００ｎｍ〜波長７００ｎｍ）の波長以下であり、花弁のような構造をしている。

この反射防止構造体はレンズを基盤７として、その一方の面に酸化アルミニウムを含有する材料からなり、平均ピッチが４００ｎｍ以下の微細部Ｒａを複数有する微細凹凸構造体３ａ、３ｂが平均厚さ３００ｎｍで形成されている。

微細凹凸構造体３ａ、３ｂの製法に関しては特許文献３と同様である。例えば微細凹凸構造体はスピンコート法により形成されたものである。

微細凹凸構造体３ａ、３ｂの密度は基盤７近傍で最も高く、基盤７より離れ空気側にいくに従って密度が低くなる。

図４は、微細凹凸構造体３ａ、３ｂの断面厚み方向での有効屈折率の変化の説明図である。

図４において膜厚０の位置は基板７側の面に相当する。有効屈折率は図４で示すように、密度と同様、基盤近傍で最大となり基盤から離れるに従って連続的に低くなり空気と接する面（膜厚Ｄａ）では空気の屈折率（＝１）と等しくなる。

図８、図９は本実施例の微細凹凸構造体の入射角０度と入射角６０度のときの分光反射率の説明図である。

図８、図９に示すように、波長約５５０ｎｍ程度の使用波長の中心波長で最も良好な反射防止特性を示すとともに、可視光の全域において低い反射率となっている。また、図９に示すように入射角６０度でも反射率は低く入射角度特性も良好である。

図２は鏡筒５へ第２レンズ２と第１レンズ１を挿入し、組み立てる際の方向を表す模式図である。

鏡筒５は樹脂（熱可塑性樹脂）からなり、第２のレンズ２の面２Ｒには平均ピッチが波長以下の微細部より成る微細凹凸構造体３ｂが形成され、面２Ｒを進行方向側にして鏡筒５内に鏡筒５の一部より成るレンズ保持部５ａに当接するように挿入している。

その際に、第２レンズ２と反対の面２Ｆをベルクランプ等の治具で面押しすることで第２レンズ２の光学軸が鏡筒５の光学軸に合致する様に装着される。

そして、第２レンズ２を鏡筒５のカシメ部５ｃに熱カシメして保持する。第２レンズ２自体を加工して時に生じた光学軸とレンズ外形寸法の差異は鏡筒５の塑性変形により吸収される。

それは、第２レンズ２のレンズ面２Ｆで面押しする際に、面との摺動により軸が揃う方向に力が加えられることになる。その力によって、鏡筒５がその方向に塑性変形させられるためである。

第２レンズ２の面２Ｒに形成されている微細凹凸構造体は、該第２レンズ２の芯取り後に形成されたものである。

第２レンズ２と同様に第１レンズ１は微細凹凸構造体３ａ側から鏡筒５に挿入している。このとき、鏡筒５の一部のレンズ保持部５ｂに当接するようにしている。また、その際に、それと反対の面１Ｆ側を面押しする事で第１レンズ１の光学軸が鏡筒５の光学軸に合致する様に熱カシメされて装着される。

これにより、第１レンズ１と第２レンズ２の光軸同士を揃えている。

以上のように本実施例によれば、反射防止機能を有する微細凹凸構造体（反射防止素子）を形成したレンズ（光学素子）を鏡筒内に偏心誤差の軽減を図りつつ、高精度に保持することができる。

この結果、光学素子を鏡筒に組立保持する際の偏心敏感度の高い光学系においても、光学性能を良好に維持しつつ、鏡筒のレンズ保持部に保持することができる。

このレンズ鏡筒を用いれば、フレアやゴーストの少ない良好な光学系が得られる。

図５は本発明の実施例２のレンズ鏡筒の要部構成図である。

図５において、１０２はレンズ鏡筒であり、第１のレンズ１と第２のレンズ２と第１の鏡筒６ａと、第２の鏡筒６ｂを有している。

第１レンズ１のレンズ面１Ｆと第２レンズ２のレンズ面２Ｆにはそれぞれ、実施例１と同様な平均ピッチが波長以下のピッチより成る微細部を複数配列した微細凹凸構造体からなる反射防止構造体３ａ、３ｂが形成されている。

第１レンズ１のレンズ面１Ｒと第２レンズ２のレンズ面２Ｒには通常の誘電体による反射防止多層膜が配置されている。

微細凹凸構造体３ａ、３ｂからなる反射防止構造体は実施例１と同様である。即ち、酸化物の誘電体より成る微細部は、その平均ピッチが可視光の波長以下であり、花弁のような構造をしている。

第１、第２鏡筒６ａ、６ｂは樹脂からなる。本実施例では、図６に示すように、第１のレンズ１を微細凹凸構造体３ａが形成された面１Ｆを進行方向側にして、第１の鏡筒６ａにレンズ保持部６ａ１に当接するまで挿入している。その際に、それと反対の面１Ｒを面押しする事で第１レンズ１の光学軸が第１の鏡筒６ａの光学軸に合致する様にカシメ部６ａ２に熱カシメして装着される。

実施例１と同様に、第１レンズ１自体を加工して時に生じた光学軸とレンズ外形寸法の差異は第１の鏡筒６ａの塑性変形により吸収される。

同様に第２のレンズ２は微細凹凸構造体３ｂが形成されている面２Ｆを進行方向側にして第２の鏡筒６ｂにレンズ保持部６ｂ１に当接するように挿入している。

第１の鏡筒６ａと第２の鏡筒６ｂは図７に示すように勘合される。これにより、第１のレンズ１と第２のレンズ２の光軸同士も揃えることができるレンズ鏡筒１０２を得ている。

以上の構成により、実施例１と同様の効果を有するレンズ鏡筒を得ている。

次に本発明のレンズ鏡筒を用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）（光学機器）の実施例を、図１０を用いて説明する。

図１０において２０はカメラ本体、２１は本発明のレンズ鏡筒を用いた光学系（撮影光学系）である。２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。

２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、２４は液晶ディスプレイパネルなどによって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダーである。

このように本発明のレンズ鏡筒をデジタルスチルカメラなどの撮像装置の光学系に適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置を実現している。

本発明の実施例１のレンズ鏡筒の要部断面図 鏡筒へレンズを挿入する際の方向を表す模式図 微細凹凸構造体からなる反射防止構造体を示す模式図 微細凹凸構造体の屈折率の断面を示す模式図 本発明の実施例２のレンズ鏡筒の要部断面図 鏡筒へレンズを挿入する際の方向を表す模式図 鏡筒同士の勘合を示す模式図 反射防止構造体の入射角０度に対する反射率の分光特性 反射防止構造体の入射角６０度に対する反射率の分光特性 本発明の光学機器の要部断面図

符号の説明

１：第１のレンズ
２：第２のレンズ
３ａ：微細凹凸構造体
３ｂ：微細凹凸構造体
４ａ：誘電体による反射防止多層膜
４ｂ：誘電体による反射防止多層膜
５ａ：レンズ保持部
５ｂ：レンズ保持部
６ａ：第１のレンズ鏡筒
６ｂ：第２のレンズ鏡筒
６ａａ：レンズ保持部
６ｂｂ：レンズ保持部
７：基板
２０：カメラ本体
２１：撮影光学系
１０１：レンズ鏡筒
１０２：レンズ鏡筒
Ｒ：微細凹凸構造体

Claims (9)

1. 一方の面の最表面に波長以下の微細構造からなる凹凸が形成された反射防止素子を有する光学素子と、
   該光学素子を保持するレンズ保持構造を有するレンズ鏡筒であって、
   該光学素子は、その微細構造の面を進行方向側にして突き当てで挿入されている事を特徴とするレンズ鏡筒。
2. レンズ保持構造は熱可塑性樹脂から成り、
   前記光学素子は、熱カシメによりレンズ保持構造に保持されており、
   熱カシメによるカシメ部は、
   前記鏡筒の一部であって、該光学素子の微細構造の面を進行方向側にして圧入する形状より成る事を特徴とする請求項１のレンズ鏡筒。
3. 前記凹凸は、スピンコート法によって形成されたものである事を特徴とする請求項２のレンズ鏡筒。
4. 前記光学素子は微細構造からなる反射防止素子を形成する前に、芯取りをされたものである事を特徴とする請求項３のレンズ鏡筒。
5. 光入出射面の一方の面に、平均ピッチが可視域の波長以下で凹凸形状の微細部を複数有し、反射防止機能を有する微細凹凸構造体を有する光学素子が鏡筒内に保持されているレンズ鏡筒であって、
   該光学素子は、該微細凹凸構造体が形成されている面、又は該面側の一部が該鏡筒のレンズ保持部に当接するように挿入されて該鏡筒内に保持されていることを特徴とするレンズ鏡筒。
6. 前記鏡筒は、熱可塑性樹脂から成り、前記光学素子は該鏡筒のカシメ部で熱カシメされて保持されていることを特徴とする請求項５のレンズ鏡筒。
7. 前記光学素子に形成されている前記微細凹凸構造体はスピンコート法により形成されたものであることを特徴とする請求項５又は６のレンズ鏡筒。
8. 前記光学素子に形成されている前記微細凹凸構造体は、該光学素子の芯取り後に形成されたものであることを特徴とする請求項５、６又は７のレンズ鏡筒。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項のレンズ鏡筒を有することを特徴とする光学機器。