JP2011145374A - プラスチックレンズ、撮影レンズ、撮像装置及び携帯機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型化され、複雑な形状になっても、良好な形状精度で且つ内部歪みが小さいプラスチックレンズ、撮影レンズ、撮像装置及び携帯機器を得る。
【解決手段】本発明のプラスチックレンズは、 レンズ有効径部２ａの外周にフランジ部２ｂを有し、成形金型にゲート部２ｄを介して樹脂を流し込むことにより製造されるプラスチックレンズであって、レンズ有効径部２ａの周縁厚みをｓ、レンズ有効径部２ａの中心厚みをｔ、レンズ有効径をＥ．Ｄ、レンズ外径をＤとした場合、ｓ／ｔ≦０．６１、Ｅ．Ｄ／Ｄ≧０．４を満たすことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、カメラや光ピックアップ装置といった光学機器に使用されるプラスチックレンズ、撮影レンズ、撮像装置及び携帯機器に関する。

この種のプラスチックレンズは、ポリカーボネート樹脂やメタクリル樹脂等の樹脂を成形金型に流し込むことにより製造される。まず、プラスチックレンズの形状に合わせた成形金型を用意し、該成形金型を射出成形機に装着し、溶融状態の樹脂を成形金型に設けられた樹脂注入流路としてのゲート部からキャビティ内に流し込み、充填させた後、冷却固化させ、成形金型から取り出す。取り出されたプラスチックレンズは、光軸方向から見ると円形であるが、外周のフランジ部の一部からゲート部がランナーと繋がった状態にあるため、最終的な工程として、ゲート部を切断し、ランナーから取り出して、プラスチックレンズを完成させる。

但し、ゲート部の切断時に一部が残ってしまうと、プラスチックレンズをレンズホルダ内に装着できなかったり、装着できたとしてもレンズホルダに対して心出しができなくなる場合がある。そのため、ゲート部を切断する方法として、ゲート部が繋がっているフランジ部の箇所をゲート部と一緒に切断する方法（例えば、特許文献１）や、フランジ部の一部が切り欠かれるようなキャビティ形状で且つ該切り欠き箇所にゲート部を設けた成形金型を用いて成形したプラスチックレンズに対し、フランジ部の仮想外周円よりも内側でゲート部を切断する方法（例えば、特許文献２）が提案されている。

特開２００１−２７２５０１号公報 特開２００４−１７７６０９号公報

ところで、射出成形によって製造される上記従来のプラスチックレンズは、小型化（薄型化）され、複雑な形状になると、内部歪みが発生しやすくなることが知られている。そのため、高画質、小型化の要求から複雑な形状のものが多用されるようになってきている近年の携帯機器向けのカメラにとって、その問題解決は急務である。

内部歪みを小さくするためには、射出成形時における樹脂の充填圧力を下げればよい。しかしながら、樹脂の充填圧力を下げると、充填不良によってレンズ面にヒケが発生し、良好な形状精度を得られなくなるおそれがある。射出成形において、内部歪みの発生と形状精度の低下は相反する方向性の問題であるため、これらを一挙に解決するためには、別のアプローチを試みる必要がある。

本発明は、上記問題に鑑み、小型化され、複雑な形状になっても、良好な形状精度で且つ内部歪みが小さいプラスチックレンズ、撮影レンズ、撮像装置及び携帯機器を提供することを課題とするものである。

本発明に係るプラスチックレンズは、上記課題を解決するためになされたもので、レンズ有効径部の外周にフランジ部を有し、成形金型にゲート部を介して樹脂を流し込むことにより製造されるプラスチックレンズであって、レンズ有効径部の周縁厚みをｓ［ｍｍ］、レンズ有効径部の中心厚みをｔ［ｍｍ］、レンズ有効径をＥ．Ｄ［ｍｍ］、レンズ外径をＤ［ｍｍ］とした場合、ｓ／ｔ≦０．６１、Ｅ．Ｄ／Ｄ≧０．４なる条件を満たすことを特徴とする。

かかる構成からなるプラスチックレンズによれば、レンズが小型化（薄型化）され、複雑な形状になっても、良好な形状精度を得られると共に、内部歪みを小さくすることができる。

また、本発明に係るプラスチックレンズは、ｓ≦０．６５なる条件をさらに満たすのが好ましい。

また、本発明に係るプラスチックレンズは、アッベ数をυｄ、曲げ強度をσｂ［ＭＰａ］とした場合、２６．０≦υｄ≦５５．８、１０４≦σｂ≦１２５なる条件を満たす樹脂材料を用いて作製するか、屈折率をＮｄ、曲げ強度をσｂ［ＭＰａ］とした場合、１．５３≦Ｎｄ≦１．６２、１０４≦σｂ≦１２５なる条件を満たす樹脂材料を用いて作製するようにするのが好ましい。

また、本発明に係るプラスチックレンズは、前記樹脂材料として低分散樹脂材料を採用することができる。

これらの構成からなるプラスチックレンズによれば、さらに内部歪みを抑制することができる。

また、本発明に係るプラスチックレンズは、前記レンズ有効径部２ａのレンズ面のいずれか一面に回折素子面を有し、該回折素子面がｆ（ｄｏｅ）／ｆ＞３０となるようにすることができる。

かかる構成からなるプラスチックレンズによれば、回折のパワーを弱く（焦点距離を大きく）し、レンズ有効径部２ａ内の輪帯数を少なくすることで、回折不要次数光によるフレアを抑えることができる。

また、本発明に係る撮影レンズは、被写体側から結像面側に向かって、絞り及び一つ以上のレンズを備え、少なくともその一つのレンズが上記プラスチックレンズであることを特徴とする。

また、本発明に係る撮像装置は、被写体に対応した光信号を画像信号に変換して出力する撮像素子と、該撮像素子の結像面に被写体の像を結像させる撮影レンズとを備えた撮像装置であって、撮影レンズとして上記撮影レンズを用いることを特徴とする。

また、本発明に係る携帯機器は、上記撮像装置を用いたことを特徴とする。

以上の如く、本発明は、形状寸法を好適なものに範囲設定することにより、小型化され、複雑な形状になっても、良好な形状精度で且つ内部歪みが小さいプラスチックレンズを得ることができる。

本発明の一実施形態に係るプラスチックレンズを採用した撮像装置の縦断面図 同プラスチックレンズであって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図 本発明の一実施形態に係る携帯機器であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図

以下、本発明に係るプラスチックレンズ、撮影レンズ、撮像装置及び携帯機器の実施形態について、図面を参酌しつつ説明する。

図１は、本実施形態に係る撮像装置７を示している。図１に示すように、撮像装置７の一構成要素であるレンズ鏡筒１は、撮影レンズ２と、該撮影レンズ２を収容するレンズホルダ３とから構成される。より具体的には、レンズ鏡筒１は、レンズ有効径部２ａの外周にフランジ部（コバ部）２ｂを有する複数枚のレンズから構成された撮影レンズ２と、該撮影レンズ２を内壁にて保持する筒状のレンズホルダ３とからなる。

撮影レンズ２は、複数枚、例えば４枚の凹凸レンズであり、各レンズの直径などの外形寸法や形状が異なる。詳細には、結像面（撮像素子１０）の近くに位置するレンズ（以下、結像面に近づく方向で順に、第１レンズ２１、第２レンズ２２、第３レンズ２３、第４レンズ２４）ほど、サイズ（直径などの外形寸法）が大きく、従って、結像面に最も遠くに位置する第１レンズ２１のサイズが最も小さく、結像面に最も近くに位置する第４レンズ２４のサイズが最も大きくなる。第４レンズ２４は、そのフランジ部２ｂに、レンズホルダ３の後述する保持部３２の内径より小さい挿入部２ｂａと、該挿入部２ｂａに連続し、保持部３２の内径より大きく、且つ、保持部３２の端面（レンズホルダ３のうち、結像面側の端面）から離間した位置に対向面を有する押圧部２ｂｂとを備え、第４レンズ２４のフランジ部２ｂの外径が保持部３２の外径より小さくなっている。

レンズホルダ３は、複数（図例では４枚）の撮影レンズ２が収容されるように構成され、第１レンズ２１の一方面側（被写体側）のフランジ部２ｂを光軸方向において全体的又は部分的に支持する支持部３１が一端部（被写体側の端部）に形成されると共に、第４レンズ２４の他方面側（結像面側）のフランジ部２ｂに対して全体的又は部分的に対向する保持部３２が他端部（結像面側の端部）に形成されている。

レンズホルダ３の上部には、開口部３３が設けられている。この開口部３３は、撮影レンズ２の絞りの機能を果たすものである。また、レンズホルダ３の外面には、雄ねじ３４（後述のアウタホルダ８と螺合するためのもの）が形成されている。

レンズホルダ３の支持部３１から保持部３２にかけて、撮影レンズ２が収納されている。具体的には、レンズホルダ３の内側に、撮影レンズ２と遮光板（スペーサ）６が収納されており、しかも、撮影レンズ２（第４レンズ２４を除く）のフランジ部２ｂに形成された切り欠き箇所（〔背景技術〕欄で記載したどちらかの方式による切り欠き箇所）により、図１の右半分に示されるように、撮影レンズ２（第４レンズ２４を除く）のフランジ部２ｂとレンズホルダ３の内周面との間には一部で隙間（空間部）が生じている。

撮影レンズ２のうち、第１レンズ２１は、フランジ部２ｂの上面がレンズホルダ３の支持部３１の下面に当接し、且つフランジ部２ｂを除くレンズ有効径部２ｂのレンズ面がレンズホルダ３の下面から例えば０μｍを越えて５０μｍ以下の所定の距離を保って収納され、第４レンズ２４は、挿入部２ｂａが保持部３２に挿入されるようにして、レンズホルダ３に取り付けられている。この挿入された状態において、挿入部２ｂａから連続し、且つ、保持部３２の内径より大きい押圧部２ｂｂは、保持部３２の端面から離間した位置にあるため、レンズホルダ３の先端部と第４レンズ２４のフランジ部２ｂとによって窪み部が形成されている。窪み部は、具体的には、レンズホルダ３の保持部３２、第４レンズ２４の挿入部２ｂａ及び押圧部２ｂｂによって形成される凹状で且つ環状の窪み部であって、この窪み部に接着剤５が充填され、第４レンズ２４がレンズホルダ３に固定されている。

なお、レンズホルダ３の下面とレンズ有効径部２ａとの隙間は、５０μｍを超えると迷光（不要光）によるフレアが発生し、０μｍ以下にするとレンズ有効径部２ａが損傷してごみが発生する問題があるので、０μｍを越えて５０μｍ以下としている。

ここで、本実施形態においては、第３レンズ２３に特徴があるので、その点、以下に説明する。図２（ａ）は、第３レンズ２３の断面図、（ｂ）は平面図を示している。上述のとおり、第３レンズ２３は、他のレンズと同様、レンズ有効径部２ａと、該レンズ有効径部２ａの外周のフランジ部２ｂとからなる。

第３レンズ２３は、直径（外径）Ｄ［ｍｍ］で規定され、レンズ有効径部２ａが、直径（レンズ有効径）Ｅ．Ｄ［ｍｍ］、周縁厚み（最薄部肉厚）ｓ［ｍｍ］、中心厚み（中心部肉厚）ｔ［ｍｍ］で規定される平面視にて円形の凸レンズであるが、フランジ部２ｂの外周の一部に切り欠き箇所２ｃ（中心から切り欠き箇所２ｃまでの距離Ｅ［ｍｍ］）を有し、該切り欠き箇所２ｃにゲート部２ｄが配置されるようになっている。

表１は、各種パラメータを変更して検証を行った結果を示している。内部歪みは、直交ニコル法によって確認するようにした。その結果、レンズ種類ＮＯ３，７のレンズに内部歪みが認められ、それ以外のレンズ種類ＮＯ１，２，４〜６，８のレンズには内部歪みが認められなかった。

内部歪みが認められなかったものには、以下の関係が認められる。そのため、第３レンズ２３を以下の関係式を満たすように設計することで、レンズが小型化され、複雑な形状になっても、良好な形状精度が得られつつも、（切り欠き箇所２ｃにおいて）内部歪みが発生するのを防止することができる。

ｓ／ｔ≦０．６１ ・・・（式１）
Ｅ．Ｄ／Ｄ≧０．４ ・・・（式２）
また、第３レンズ２３は、各種の樹脂材料を選択可能であるが、いくつかの樹脂材料について検証を行った。表２は、各種の樹脂材料を変更して検証を行った結果を示している。樹脂材料Ａは、日本ゼオン製のＺＥＯＮＥＸ ４８０Ｒ（商品名）であり、樹脂材料Ｂは、ＺＥＯＮＥＸ Ｅ４８Ｒ（商品名）であり、樹脂材料Ｃは、ＺＥＯＮＥＸ Ｆ５２Ｒ（商品名）であり、いずれも低分散樹脂材料である。また、樹脂材料Ｄは、大阪ガスケミカル製のＯＫＰ４（商品名）であり、樹脂材料Ｅは、帝人化成製のＰＣ ＡＤ−５５０３（商品名）であり、樹脂材料Ｆは、帝人化成製のＳＰ−１５１６（商品名）であり、いずれも高分散樹脂材料である。

上記と同様、内部歪みは、直交ニコル法によって確認するようにした。その結果、樹脂材料Ａ，Ｅを用いて作製されたレンズに内部歪みが認められ、それ以外の樹脂材料Ｂ〜Ｄ，Ｆを用いて作製されたレンズには内部歪みが認められなかった。尚、屈折率ｎＤはＤ線（５８７．６ｎｍ）での屈折率である。アッベ数υｄは、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）の屈折率をｎＦ、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）での屈折率をｎＣとすると、（ｎＤ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）で表される。曲げ強度σｂ［ＭＰａ］は、曲げ試験において、試験片に亀裂や破損・破断が起こる前に生じる最大剪断応力のことをいう。曲げ弾性率ｅ［ＭＰａ］は、材料の通常の曲げ試験３点曲げと４点曲げ試験において求めた荷重−たわみ曲線を用いて計算される弾性率である。引張伸びλ［％］は、破断時の伸び率を百分率で表した値であり、引張試験で測定する。

内部歪みが認められなかったものには、以下の関係が認められる。そのため、第３レンズ２３を以下の関係式を満たす樹脂材料で作製することで、内部歪みが発生するのをさらに抑えることができる。

２６．０≦υｄ≦５５．８ ・・・（式３）
（１．５３≦ｎＤ≦１．６２） ・・・（式３’）
１０４≦σｂ≦１２５ ・・・（式４）
また、さらには、内部歪みが認められなかったものには、以下の関係が認められる。そのため、第３レンズ２３を以下の関係式を満たす樹脂材料で作製することで、内部歪みが発生するのをさらに抑えることができる。

２≦λ≦１０ ・・・（式５）
尚、第３レンズ２３は、本実施形態においては、３．５ｍｍ≦Ｄ≦６．０ｍｍ、２．９ｍｍ≦Ｅ．Ｄ≦５．４ｍｍ、０．３ｍｍ≦ｓ≦０．５ｍｍ、０．７ｍｍ≦ｔ≦１．０ｍｍ、１．７５ｍｍ≦Ｅ≦２．９ｍｍとなっている。

レンズ鏡筒１（撮影レンズ２とレンズホルダ３）の他に、撮像装置７の構成要素としては、レンズホルダ３を介して撮影レンズ２を収納する筒状のアウタホルダ８を備えた本体９と、第４レンズ２４から所定距離の位置に配置されると共に、その中央部に受光部を有し、被写体に対応した光信号を画像信号に変換して出力する撮像素子１０と、該撮像素子１０が搭載される基板１１と、撮像素子１０を覆うガラス板１２と、赤外線カットフィルタ１３とが挙げられる。

本体９は、レンズホルダ３を保持するアウタホルダ８と、アウタホルダ８側に設けられ、アウタホルダ８を支持する支持部１４とを有する。アウタホルダ８は、筒状に構成されると共に、その内面に雌ねじ８１が形成されている。このアウタホルダ８の雌ねじ８１には、レンズホルダ３の雄ねじ３４が螺合するようになっている。

支持部１４は、その下部に、アウタホルダ８に保持されている、レンズホルダ３及び撮影レンズ２の主として上下方向の位置決めを行うための位置決め部１４ａと、撮像素子１０（又は基板１１）に向かって（下方に）突出する突起部１４ｂとを有する。

位置決め部１４ａは、所定の面積を有する平面状に形成されている。また、この位置決め部１４ａの外周は、平面視四角形状に構成されている。位置決め部１４ａは、撮像素子１０の受光部よりも外周部の近傍で、撮像素子１０に対する撮影レンズ２の位置決めを行うようになっている。具体的には、位置決め部１４ａは、撮像素子１０の上側に位置するガラス板１２の表面（上面）に当接するようになっている。この位置決め部１４ａは、高い位置決め精度を得るために粘度の低い接着剤１５を介して、ガラス板１２に固定される。

突起部１４ｂは、接着剤１６を介して基板１１の表面（上面）に固定される。該接着剤１６は、その一部が突起部１４ｂとガラス板１２とによって挟まれた状態となっている。このように、接着剤１５よりも粘度の高い接着剤１６が突起部１４ｂとガラス板１２との間に介在することで、アウタホルダ８の位置ずれを効果的に防止できるようになっている。

撮像素子１０は、ガラス板１２の下面側に固着されている。ガラス板１２は、その下面が接続部１７を介して基板１１に固定されている。

赤外線カットフィルタ１３は、第４レンズ２４とガラス板１２の間の位置に設けられている。具体的には、赤外線カットフィルタ１３は、アウタホルダ８側に設けられた支持部１４に固定されている。

次に、上記撮像装置７を備える携帯機器１８について説明する。図３（ａ）は携帯機器１８の正面図、（ｂ）は背面図を示している。携帯機器１８は、例えば、カメラ付き携帯電話機であって、本体ケース１９と該本体ケース１９に搭載されるディスプレイ１９ａ、操作部１９ｂ、撮像装置７を備える。

本体ケース１９は、折畳み式の二つの長方形状の板状体からなり、二つの板状体の各々の一の短辺同士が連結されて、具体的には、ヒンジ状の連結部によって、当該連結箇所が一方向に折り曲げ可能なように構成され、一方の板状体の一の面と他方の板状体の一の面が対向するように折畳まれる。より詳細には、本体ケース１９を構成する一方の板状体の内側の面にはディスプレイ１９ａが配設され、また他方の板状体の内側の面には操作部１９ｂが配設されており、ディスプレイ１９ａの配設された面と操作部１９ｂの配設された面とが近接して対向するように、本体ケース１９は折畳まれる。ディスプレイ１９ａは、例えば、長方形状の液晶画面であって、携帯電話機の操作に関連する画面表示がなされる。操作部１９ｂは、携帯電話機の機能を操作するためのものであり、円形及び楕円形状のボタンからなる。撮像装置７は、上述したものであり、これが、本体ケース１９に備えられている。具体的には、本体ケース１９の操作部１９ｂの配設された面と逆の面に、レンズホルダ３の開口部３３側（第１レンズ２１）が配設されている。

尚、本発明に係るプラスチックレンズ、撮像装置、携帯機器は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲、例えばＡＦデジタルカメラやパソコンカメラ、監視カメラ、光ピックアップ装置等の種々の変更が可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態においては、撮影レンズ２は４枚のレンズからなるが、４枚でなくとも、例えば、２枚でも３枚でもよい。また、上記式１〜４を満たすものとして、第３レンズ２２を対象としたが、その他のレンズであってもよい。

また、レンズ有効径部２ａのレンズ面のいずれか一面に回折素子面を有し、該回折素子面がｆ（ｄｏｅ）／ｆ＞３０となるようにすることができる。その結果、回折のパワーを弱く（焦点距離を大きく）し、レンズ有効径部２ａ内の輪帯数を少なくすることで、回折不要次数光によるフレアを抑えることができる。

本発明に係るプラスチックレンズ、撮影レンズ、撮像装置及び携帯機器は、形状寸法を好適なものに範囲設定することにより、小型化され、複雑な形状になっても、良好な形状精度を得ると共に、内部歪みを小さくすることが必要な用途に適用できる。

１ レンズ鏡筒
２ 撮影レンズ
２ａ レンズ有効径部
２ｂ フランジ部
２ｃ 切り欠き箇所
２ｄ ゲート部
２１ 第１レンズ
２２ 第２レンズ
２３ 第３レンズ
２４ 第４レンズ
３ レンズホルダ
７ 撮像装置
９ 本体
１０ 撮像素子
１１ 基板
１８ 携帯機器
１９ 本体ケース
１９ａ ディスプレイ
１９ｂ 操作部
Ｄ 外径（レンズ外径）
Ｅ．Ｄ レンズ有効径部の直径（レンズ有効径）
ｓ レンズ有効径部の周縁厚み（最薄部肉厚）
ｔ レンズ有効径部の中心厚み（中心部肉厚）

Claims (9)

1. レンズ有効径部の外周にフランジ部を有し、成形金型にゲート部を介して樹脂を流し込むことにより製造されるプラスチックレンズであって、レンズ有効径部の周縁厚みをｓ［ｍｍ］、レンズ有効径部の中心厚みをｔ［ｍｍ］、レンズ有効径をＥ．Ｄ［ｍｍ］、レンズ外径をＤ［ｍｍ］とした場合、以下の条件を満たすことを特徴とするプラスチックレンズ。
   ｓ／ｔ≦０．６１ ・・・（式１）
   Ｅ．Ｄ／Ｄ≧０．４ ・・・（式２）
2. 以下の条件をさらに満たすことを特徴とする請求項１に記載のプラスチックレンズ。
   ｓ≦０．６５
3. アッベ数をυｄ、曲げ強度をσｂ［ＭＰａ］とした場合、以下の条件を満たす樹脂材料を用いて作製されることを特徴とする請求項１に記載のプラスチックレンズ。
   ２６．０≦υｄ≦５５．８ ・・・（式３）
   １０４≦σｂ≦１２５ ・・・（式４）
4. 屈折率をｎＤ、曲げ強度をσｂ［ＭＰａ］とした場合、以下の条件を満たす樹脂材料を用いて作製されることを特徴とする請求項１に記載のプラスチックレンズ。
   １．５３≦ｎＤ≦１．６２ ・・・（式３’）
   １０４≦σｂ≦１２５ ・・・（式４）
5. 前記樹脂材料が低分散樹脂材料であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプラスチックレンズ。
6. 前記レンズ有効径部のレンズ面のいずれか一面に回折素子面を有し、該回折素子面が以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のプラスチックレンズ。
   ｆ（ｄｏｅ）／ｆ＞３０ ・・・（式５）
7. 被写体側から結像面側に向かって、絞り及び一つ以上のレンズを備え、少なくともその一つのレンズが請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のプラスチックレンズであることを特徴とする撮影レンズ。
8. 被写体に対応した光信号を画像信号に変換して出力する撮像素子と、該撮像素子の結像面に被写体の像を結像させる撮影レンズとを備えた撮像装置であって、前記撮影レンズとして請求項６に記載の撮影レンズを用いることを特徴とする撮像装置。
9. 請求項７に記載の撮像装置を用いたことを特徴とする携帯機器。

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