JP2016071038A - 光学基材、光学素子、光学素子鏡筒、及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光学基材の表面に光学基材とは異なる材料からなる光学部材が複合されて形成される光学素子の鏡筒内での安定性を高めることができる光学基材、光学素子、光学素子鏡筒を提供し、光学素子鏡筒を備えた光学機器を提供する。【解決手段】光学基材２の一方の表面２０に光学基材２と異なる材料からなる光学部材３が複合されて光学素子１を形成する光学基材２は、外周面２２の少なくとも一部に、光学部材３が複合される表面２０側から反対の表面２１側に向かうほどに求心的に縮小するテーパ状のコバ面が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、光学基材、光学素子、光学素子鏡筒、及び光学機器に関する。

ガラスなどで形成される光学基材の表面に樹脂層を設け、樹脂層を所望の光学面形状に成形してなる複合光学素子が知られている。この種の複合光学素子では、樹脂の硬化収縮に起因して樹脂層への光学面形状の転写不良が生じる場合がある。特許文献１に記載された複合光学素子の製造方法では、転写不良を抑制するため、樹脂層が多数の層に分けられて成形されている。

特開２００５−００１３１９号公報

複合光学素子では、樹脂の硬化収縮に起因して光学素子に応力が作用し、この応力によって光学素子に歪が発生する場合がある。そして、歪の影響により光学素子の外周面が傾く虞がある。光学素子の外周面は、一般に光学素子を収容保持する鏡筒に嵌合する部位であるところ、外周面の傾きは鏡筒内での光学素子の安定性を低下させる虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、光学基材の表面に光学基材とは異なる材料からなる光学部材が複合されて形成される光学素子の鏡筒内での安定性を高めることができる光学基材、光学素子、光学素子鏡筒を提供し、光学素子鏡筒を備えた光学機器を提供することを目的とする。

本発明の一態様の光学基材は、少なくとも一方の表面に前記光学基材と異なる材料からなる光学部材が複合されて光学素子を形成する光学基材であって、外周面の少なくとも一部に、前記光学部材が複合される前記表面側から反対の表面側に向かうほどに求心的に縮小するテーパ状のコバ面が設けられている。

また、本発明の一態様の光学素子は、上記光学基材に光学部材が複合されてなる光学素子であって、上記光学基材の上記コバ面が光軸と平行である。

また、本発明の一態様の光学素子鏡筒は、上記光学素子と、上記光学素子における上記光学基材の上記コバ面に嵌合してこの光学素子を収容保持する鏡筒と、を備える。

また、本発明の一態様の光学機器は、上記光学素子鏡筒を備える。

本発明によれば、光学基材の表面に光学基材とは異なる材料からなる光学部材が複合されて形成される光学素子の鏡筒内での安定性を高めることができる光学基材、光学素子、光学素子鏡筒を提供し、光学素子鏡筒を備えた光学機器を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための、光学素子を備える光学素子鏡筒の一例の構成を示す図である。 （Ａ）は図１の光学基材の構成を示し、（Ｂ）は同図（Ａ）の点線円ＩＩＢで囲まれた部分を拡大して示す図である。 （Ａ）は図１の光学素子の構成を示し、（Ｂ）は同図（Ａ）の点線円ＩＩＩＢで囲まれた部分を拡大して示す図である。 （Ａ）は図１の光学素子の変形例の構成を示し、（Ｂ）は同図（Ａ）の点線円ＩＶＢで囲まれたす図である。 （Ａ）は図４の光学基材の構成を示し、（Ｂ）は同図（Ａ）の点線円ＶＢで囲まれた部分を拡大して示す図である。 本発明の実施形態を説明するための、光学素子の他の例の構成を示す図である。 （Ａ）は図６の光学基材の構成を示し、（Ｂ）は同図（Ａ）の点線円ＶＩＩＢで囲まれた部分を拡大して示す図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、光学素子を備える光学素子鏡筒の一例の構成を示す。

図１に示す光学素子１は、光学基材２の一方の表面２０に光学部材３が複合されて形成されているものであり、図示の例では光学部材３によって構成される一方の光学面が自由曲面とされ、光学基材２の他方の表面２１によって構成される他方の光学面が凸球面とされたレンズである。なお、光学素子１の両光学面の形状の組み合わせは特に限定されず、凸又は凹の球面や自由曲面や平面などの種々の形状の適宜な組み合わせとすることができる。

光学基材２はガラスによって形成されている。光学基材２の両表面２０，２１は、光学素子１の対応する光学面の形状に応じて、典型的には凸若しくは凹の球面、又は平面とされ、図示の例では、光学部材３が複合された表面２０、及び露呈された表面２１がいずれも凸球面に形成されている。

光学部材３は、光学基材２とは異なる材料からなり、本例では樹脂によって形成されている。なお、光学部材３は、光学基材２とは組成の異なるガラスで形成されていてもよい。

そして、光学素子１の外周面２２、即ち表面２０に光学部材３が複合された状態での光学基材２の外周面２２は、光学素子１の光軸Ｘと平行となっている。

光学素子鏡筒４は、鏡筒５を備え、鏡筒５の内部に一つ以上の光学素子１を収容保持して構成されている。本例では、光学素子１の外周面２２の全体がコバ面となっており、鏡筒５は、光学素子１の外周面（コバ面）２２に嵌合し、光学素子１を収容保持する。

上記のとおり、光学素子１の外周面２２は光学素子１の光軸Ｘと平行となっており、鏡筒５の内周面と全面に亘って密接する。それにより、鏡筒５内で光学素子１を安定に保持でき、光軸のぶれを抑制して光学素子鏡筒４の所期の光学性能を得ることができる。

図２（Ａ）は、光学基材２の構成を示し、図２（Ｂ）は同図（Ａ）の点線円ＩＩＢで囲まれた部分を拡大して示す。また、図３は、光学素子１の構成を示し、図３（Ｂ）は同図（Ａ）の点線円ＩＩＩＢで囲まれた部分を拡大して示す。

光学部材３が表面２０に複合されていない状態で、光学基材２の外周面２２は、その全体が、光学部材３が複合される表面２０側から反対の表面２１側に向かうほどに求心的に縮小するテーパ状に形成されている。

光学部材３は、光学基材２の表面２０に樹脂層を設け、成形型を用いて樹脂層に所望の光学面形状を転写し、樹脂層を硬化させることにより、表面２０に接合された状態で形成される。

光学部材３を形成する樹脂層が硬化する際の硬化収縮に伴い、光学基材２には求心的な収縮応力が作用し、応力は光学部材３が複合された表面２０側ほど大きい。そのため、表面２１側よりも光学部材３が複合された表面２０側での収縮量が大きくなり、外周面２２に傾きが生じる。応力に起因する外周面２２の傾き角度は、典型的には０．２°〜０．５°程である。

上記の応力に起因する外周面２２の傾きに対し、光学部材３が表面２０に複合されていない状態での光学基材２の外周面２２は、表面２０側から表面２１側に向かうほどに求心的に縮小するテーパ状に形成されている。そこで、表面２０に光学部材３が複合された状態では、応力に起因する外周面２２の傾きが相殺され、外周面２２は光学素子１の光軸Ｘと平行となる。なお、本明細書において、光軸Ｘに「平行」であるとは、光軸Ｘとのなす角度が０．１°以下である場合を含むものとする。

応力に起因する外周面２２の傾きは、光学素子１の厚みや外径にも関連し、偏平なほど傾きが顕著となる傾向にある。光軸Ｘ上の光学素子１の厚みをｄ［ｍｍ］、外径をφ［ｍｍ］として、３＜φ／ｄ＜１００である場合に、上記のように、光学基材２の外周面２２をテーパ状に形成しておき、応力に起因する外周面２２の傾きを相殺することは、特に有用である。条件式の下限に近づくほど、レンズ形状がブロックに近くなり、収縮応力の影響によるコバ面が傾斜する範囲の割合が小さくなるため、収縮応力の影響の寄与率が小さくなる。一方、上限に近づくほど、レンズの形状は収縮応力の影響によるコバ面が傾斜する範囲の割合が大きくなり、更にレンズの全体のそりの影響も加わるため縮応力の影響の寄与率が高くなる。なお、φ／ｄの値が大きくなる、即ちレンズが偏平になるほどに、レンズのパワーも小さく、面を複合するメリットも軽減するため、φ／ｄの上限としては１００未満が適当である。

なお、光学基材２の外周面２２の少なくとも一部にテーパ状のコバ面が設けられ、表面２０に光学部材３が複合されることによってコバ面が光学素子１の光軸Ｘに平行となっていればよく、光軸Ｘに平行となったコバ面を鏡筒５の内周面と密接させることによって鏡筒５内で光学素子１を安定に保持することができる。

図４及び図５に示す例では、光学基材２は、光学部材３が複合される表面２０側の大径部２ａと、他方の表面２１側の小径部２ｂとで構成されている。そして、大径部２ａの外周面２２ａが、表面２０側から表面２１側に向かうほどに求心的に縮小するテーパ状に形成され、コバ面とされている。

この場合に、光学部材３が表面２０に複合されることによって、コバ面２２ａは光学素子１の光軸Ｘに平行となり、光学素子１が鏡筒５（図１参照）に収容された際には、コバ面２２ａは鏡筒５の内周面と密接する。それにより、鏡筒５内で光学素子１を安定に保持することができる。小径部２ｂの外周面２２ｂは鏡筒５との嵌合に寄与しないので、その形状は任意である。

図６は、本発明の実施形態を説明するための、光学素子の他の例の構成を示す。また、図７（Ａ）は、図６の光学基材の構成を示し、図６（Ｂ）は同図（Ａ）の点線円ＶＩＩＢで囲まれた部分を拡大して示す。

図６に示す光学素子１０１は、光学基材１０２の表面１２０に光学部材３ａが複合され、他方の表面１２１にも光学部材３ｂが複合されて形成されており、光学素子１０１の外周面１２２、即ち表面１２０，１２１に光学部材３ａ，３ｂがそれぞれ複合された状態での光学基材１０２の外周面１２２は、光学素子１０１の光軸Ｘと平行となっている。

図７に示すように、光学部材３ａ，３ｂが表面１２０，１２１に複合されていない状態で、光学基材１０２の表面１２０側の外周面１２２ａは、表面１２０側から反対の表面１２１側に向かうほどに求心的に縮小するテーパ状に形成され、コバ面とされており、また、表面１２１側の外周面１２２ｂは、表面１２１側から反対の表面１２０側に向かうほどに求心的に縮小するテーパ状に形成され、コバ面とされている。

表面１２０に光学部材３ａが複合されることにより、光学基材１０２には表面１２０側ほど大きい求心的な収縮応力が作用し、また、表面１２１に光学部材３ｂが複合されることにより、光学基材１０２には表面１２１側ほど大きい求心的な収縮応力が作用し、これらの応力に起因して外周面１２２に傾きが生じるが、応力に起因する外周面１２２の傾きは、コバ面１２２ａ，１２２ｂの各々のテーパ形状によって相殺され、コバ面１２２ａ，１２２ｂは光学素子１０１の光軸Ｘと平行となる。

上述した光学素子鏡筒４を備えた光学機器の一例として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどの撮像素子をさらに備える撮像装置では、鏡筒５内で光学素子１が安定に保持され、光軸のぶれが抑制されるので、光学素子鏡筒４を通して撮像素子により取得される画像の画質を高めることができる。

また、上述した光学素子鏡筒４を備えた光学機器の他の例として、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）パネルなどの画像表示素子をさらに備える投射装置では、鏡筒５内で光学素子１が安定に保持され、光軸のぶれが抑制されるので、光学素子鏡筒４を通して画像表示素子により投射される画像の画質を高めることができる。

なお、光学部材３，３ａ，３ｂは、予め成形された状態で光学基材２，１０２の表面に接合され、それにより光学基材２，１０２の表面に複合されてもよい。光学基材２，１０２と光学部材３，３ａ，３ｂとの線膨張差に起因して光学部材３，３ａ，３ｂが複合される表面側ほど大きい求心的な収縮応力が光学基材２，１０２に作用する場合に、同様の効果を得ることができる。

以上説明したとおり、本明細書に開示された光学基材は、少なくとも一方の表面に上記光学基材と異なる材料からなる光学部材が複合されて光学素子を形成する光学基材であって、外周面の少なくとも一部に、上記光学部材が複合される上記表面側から反対の表面側に向かうほどに求心的に縮小するテーパ状のコバ面が設けられている。

また、本明細書に開示された光学素子は、上記光学基材の上記コバ面が光軸と平行である。

また、本明細書に開示された光学素子は、光軸上の光学素子の厚みをｄ［ｍｍ］、光学素子の外径をφ［ｍｍ］として、３＜φ／ｄ＜１００である。

また、本明細書に開示された光学素子は、レンズである。

また、本明細書に開示された光学素子鏡筒は、上記光学素子における上記光学基材の上記コバ面に嵌合してこの光学素子を収容保持する鏡筒と、を備える。

また、本明細書に開示された光学機器は、上記光学素子鏡筒を備える。

１ 光学素子
２ 光学基材
３ 光学部材
４ 光学素子鏡筒
５ 鏡筒
６ 撮像素子
７ 画像表示素子
２０ 光学基材の表面
２１ 光学基材の表面
２２ 光学基材の外周面（コバ面）
Ｘ 光軸

Claims (6)

1. 光学基材の少なくとも一方の表面に前記光学基材と異なる材料からなる光学部材が複合されて光学素子を形成する光学基材であって、
   外周面の少なくとも一部に、前記光学部材が複合される前記表面側から反対の表面側に向かうほどに求心的に縮小するテーパ状のコバ面が設けられている光学基材。
2. 請求項１記載の光学基材に前記光学部材が複合されてなる光学素子であって、
   前記光学基材の前記コバ面が光軸と平行である光学素子。
3. 請求項２記載の光学素子であって、
   光軸上の該光学素子の厚みをｄミリメートル、該光学素子の外径をφミリメートルとして、３＜φ／ｄ＜１００である光学素子。
4. 請求項２又は請求項３に記載の光学素子であって、
   レンズである光学素子。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の光学素子と、
   前記光学素子における前記光学基材の前記コバ面に嵌合して該光学素子を収容保持する鏡筒と、
   を備える光学素子鏡筒。
6. 請求項５に記載の光学素子鏡筒を備えた光学機器。

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