JP4686426B2 - 光学用レンズ、レンズグループ、光学画像収集装置およびそれらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は一般的に光学用レンズの分野に係り、特に、２以上の異なる物質からなるハイブリッドレンズに係る。

ハイブリッドレンズは異なる物質からなり、従来技術より、ガラスポリマーハイブリッドの形態で知られている。前記ガラスポリマーハイブリッドは、通常非球の外形でポリマーによって囲まれる、通常球形であるガラスからなる。前記ハイブリッドレンズはこのようにして異なる屈折率や異なる散乱を伴う２以上の異なる物質からなる。１以上の他の物質を用いることによって、特に屈折力、色収差および他の画像欠陥における前記ハイブリッドレンズの画像特性は適当に調節されうる。

例えば、光学撮像システムでの使用に対して、たいていガラス／ポリマーハイブリッドレンズが用いられる。だが、ガラスまたはポリマーの屈折指数は相対的に低いか、または前記散乱はたいてい相対的に高い。更に、ガラスの可塑性に関する不利な点は、容易に変形されうるプラスチックポリマーとの組み合わせによって補填されている。

ガラスからなる精密レンズは多大な費用で研磨（ｇｒｉｎｄ）され、完成されなければならないが、例えば注入モールディングまたは加圧成形（ｐｒｅｓｓｉｎｇ）などの製造方法は、それを用いるとレンズ要素が単純方法で、かつ高価な表面処理（ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ）を不要として製造されるため、コストの理由から需要が高い。このような方法で製造されるレンズまたはレンズシステムは、例えば個々のレンズまたは手で握れるサイズのカメラもしくはデジタルカメラのレンズとして、現在、家庭用電子素子にますます使用を見出している。だが、現在利用できる物質の組み合わせでは、光学画像欠陥はしばしば不十分にしか補填され得ない。なぜなら、ガラスの屈折指数は相対的に低いか、または散乱が高すぎるためである。これは解像度、単色欠陥（例えば球面収差）および色欠陥に関して、および他の光学特性に関して達成可能な光学特性を制限する。

特許文献１は、特定の接着方法を用いるハイブリッド光学要素の製造を開示し、前記特定の接着方法は、結合されるべき表面同士の間に光学コンタクトを必要とし、表面に対する極めて細かい研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）またはラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）によって達成されうる。この結合技術は、接着による平坦な表面の結合に対してのみ可能である。本願におけるレンズの湾曲した表面は、本願の意味において別の物質と結合されることはできない。

特許文献２は、冷却した液体中でのガラス溶解物のすばやい浸漬によって、小さなガラス要素の形成を開示している。

特許文献３は、いくつかの個々のレンズ（Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｌｅｎｓ）からなるレンズアレイを開示するが、本願の意味における光学用ハイブリッドレンズではない。製造に対して、まず硬化されるべき液体が型に入れられ、その後基材が適用される。最後にレンズアレイが製造される。各段階のシーケンスもまた様々でありうる。この目的に対して、ガラスセラミックの使用が開示されているが、本願の観点では光学セラミックではない。

特許文献４はフレスネルレンズや光を拡散する要素などの段付きレンズを有する光学要素を開示し、前記光学要素は、前記要素の中心領域にのみ配置される。これにより、光源または発光体画像が抑制されうる。拡散構造やその幾何学的寸法の適当な選択に与えられる照射ビーム進路の誤りを減少させることも可能である。前記段付きレンズおよび／または前記拡散スクリーンは、本願の意義における光学用レンズではない、ガラスまたはガラスセラミックから形成されうる。
米国特許第５，８４６，６３８号明細書 独国特許出願公開第１０３１９７０６号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１０５１５５号明細書 米国特許出願公開第２００５／０１８５３００号明細書

本発明の目的は、単純かつ経済的な製造方法で実行でき、それにも関わらず高解像度または高画質を達成することができる光学用ハイブリッドレンズおよびその製造に関する方法を提供することである。

本発明の他の目的は、大量製造に適したプロセシング技術を、特に家庭用電子機器に対する精密光学システムの製造に実行することができる光学用ハイブリッドレンズおよびその製造方法を提供することである。

本発明の別の目的は、１以上のこのようなハイブリッドレンズを有する光学画像収集装置および光学用レンズグループを提供することである。

上記諸目的は、所定の形状を有するセラミックからなる基材（１）と、少なくともレンズ表面を形成するための一定の部分に、前記基材（１）の表面を覆う、前記基材（１）とは別個の１以上の物質（２）と、からなる光学用ハイブリッドレンズであって、前記物質に面する前記基材（１）の１以上の表面が湾曲しており、前記セラミックが光セラミックである、光学用ハイブリッドレンズによって達成される。

本発明により、単純かつ経済的な製造方法で実行でき、それにも関わらず高解像度または高画質を達成することができる光学用ハイブリッドレンズおよびその製造方法が達成可能となる。また、本発明の光学用ハイブリッドレンズおよびその製造方法によると、大量製造に適したプロセシング技術が、特に家庭用電子機器に対する精密光学システムの製造に実行可能となる。上記利点に加えて、１以上のこのようなハイブリッドレンズを有する光学画像収集装置および光学用レンズグループが提供可能となる。

本発明は、所定の形状を有するセラミックからなる基材（１）と、少なくともレンズ表面を形成するための一定の部分に、前記基材（１）の表面を覆う、前記基材（１）とは別個の１以上の物質（２）と、からなる光学用ハイブリッドレンズであって、前記物質に面する前記基材（１）の１以上の表面が湾曲しており、前記セラミックが光セラミックである、光学用ハイブリッドレンズに関する。

本発明は、２以上の異なる物質からなり、特に異なる屈折率および異なる散乱を伴う２以上の異なる物質からなる、光学用ハイブリッドレンズから開始する。前記物質のうちの１つは、製造されるべき前記ハイブリッドレンズの形状をおおよそ決定する、所定の形状を有する基材を形成する。

本発明によると、前記基材は、光セラミック（ｏｐｔｏｃｅｒａｍｉｃｓ）または光学セラミック（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｅｒａｍｉｃｓ）からなり、イメージされるべき光のスペクトル範囲において十分な透明性または十分な伝達性を有し、満足できるくらいの低い散乱挙動を有する。本発明によると、もう一方の別個の物質は、前記ハイブリッドレンズのレンズ表面を形成するため、少なくとも一定の部分において前記基材の表面を覆う。この際、前記基材は、異なる形状を有していてもよい。例えば、前記幾何学的な形状は、平面、球形若しくは非球形であることが可能であり、または、規則正しく対照であるとは言えない表面、すなわち自由形状の表面として設計されうる。このため、前記基材の表面からみて外方に面する、別個の物質（２）の表面は、球状若しくは非球状に湾曲した表面として、自由形状の表面として、または球状に湾曲した表面として、少なくとも一定の部分に形成されることが好ましい。

従来のガラスセラミックは、特定の、調節された、高温後処理の結果（艶出し（ｇｌａｚｉｎｇ）とも呼ばれる）である無機物質である。この目的に対して、例えばガラスは粉末混合物から融解される。本方法において、結晶粉末は液相線を超える温度での融解物へと変換される。前記融解物が冷却されると、結果物は不定形に固まる。本方法では、第１段階は、通常のガラスの大量製造に対応する。前記ガラスの冷却後、結果物は前記液相線を下回る温度を適用することによって選択的に結晶化される。すなわち、前記ガラスは部分的に結晶化される。本方法において、化学作用に依存して、一般的な温度での粘度、Ｔ／ｔ速度ならびに特定の組成および前記ガラスにおける特別な特性を結果的に伴う結晶が製造される。結果物は前記ガラスの組成にほぼ近くてもよいが、通常はかなりそこから離れている。例えば、ＬＡＳガラスセラミックスの場合、例えばＳｃｈｏｔｔ Ｃｏｍｐａｎｙの製品（Ｃｅｒａｎ（登録商標）、Ｒｏｂａｘ（登録商標）など）の場合には、これらの高水晶性混合結晶が、いくつかの成分を有するアルカリ含有Ｓｉ−Ａｌガラスから沈殿される。このようにして、従来のガラスセラミックは、少なくとも２相セラミック（すなわち、ガラスおよび１以上の結晶相からなる）に相当する。

これに対して、本発明における光学セラミックまたは光セラミック（ｏｐｔｏｃｅｒａｍｉｃｓ）は、適当なセラミック結晶粉末、好ましくはナノスケールのセラミック結晶粉末を焼結することにより製造される。焼結温度は、前記液相線を下回る、すなわち、このようなセラミックでは、製造方法の間に溶解相は全く生じない。このような光学セラミックは好ましくは単一相のセラミックである、すなわち前記セラミック（粒子）の成分は同じ組成を有する。焼結される添加物の型および量に依存し、最も意味のないガラスの部分は、前記粒子の境界で生じうる。しかし、ガラスと結晶との間の移行で、全く散乱効果がないかもしくは所望でない散乱効果がないが、どんな場合でもごくわずかな範囲での散乱効果となるように、結果物は明確に１体積％を下回る。

構成的に異なる製造方法により、化学作用だけでなく前記相は、本願の意義における従来のガラスセラミックおよび光セラミック（ｏｐｔｏｃｅｒａｍｉｃｓ）の特性をはっきりと区別する。

前記光セラミック（ｏｐｔｏｃｅｒａｍｉｃｓ）を使用することにより、本発明によれば、最終レンズのデザインにおける付加的な自由度が利用可能である。特に、相対的に高い屈折指数と、同時に相対的に低い散乱が達成されうる。本発明によると、これにより、はるかに優れた画像特性、特により小さな画像欠陥または画像収差を有する新規のハイブリッドレンズ対が可能となる。特に、本発明により相対的に高い、前記ハイブリッドレンズの物質同士の間の屈折指数の差が利用される結果、前記レンズの表面、特に結合表面または結合界面も、それらに沿って２種の異なる物質が互いに結合されるが、相対的に低い精密度で形成され、それにも関わらず相対的に優れた画像特性を達成しうる。光セラミックの表面は、高い硬度および高いもろさによりたいてい区別され、従来技術による相対的にコストが高くて多大な労働力を要する方法で完成されなければならないが、前記光セラミック由来の基材は、特に本発明による相対的に低い表面の質と共に、製造されることができ、それにも関わらず、前記ハイブリッドレンズの十分な画質が達成されうる。特に、本発明による前記基材は、適当な粉末混合物を、適当な形状を有する母材料（素地（ｇｒｅｅｎ ｂｏｄｙ））に焼結させることにより、製造されうる。本発明の更なる態様によると、前記ハイブリッドレンズの表面の質はこのように、もう一方の別個の物質の表面特性によって実質的に特定される。前記もう一方の別個の物質としては、相対的に単純で経済的な方法で加圧され成形されうる物質が、好ましくは用いられ、特に、前記光学セラミックの融解温度と比較して、低温で変形されるか改鋳されうる物質であり、正確に形成されうる物質、例えばポリマー、低Ｔｇガラスまたは他の普通のガラスなどが好ましく、以下でより詳細に説明する。

本発明の別の態様によると、前記基材の表面から見て外方に面する前記物質の残りの表面は、少なくとも、球状または非球状に湾曲した表面として、または自由形状の表面として、共に好ましく、一定の部分に形成される。この表面は、特に実質的には半分または全部で前記基材を完全に囲み（ｓｕｒｒｏｕｎｄ）、または閉じこめる（ｅｎｃｌｏｓｅ）。このように、本発明によると、正確に成形されるハイブリッドレンズは、所望の光学用途に応じて、どんなレンズの外形にも設計されうる。

本発明の別の態様によると、この場合には、前記基材の表面は少なくとも一定の部分に、好ましくは実質的には完全に球形に湾曲した表面としてデザインされる。球形に湾曲した表面を伴う光セラミックからなる基材は、比較的経済的に、特に適当な粉末混合物を焼結することにより製造されうる。適当な表面外形を有するもう一方の別個の物質を適用することにより、本発明の前記ハイブリッドレンズは適当なレンズ外形で製造されることが可能となり、個々の光学的適用に見合ったものとなる。前記ハイブリッドレンズの表面の質は、実質的に前記もう一方の別個の物質の表面の質にのみ適用され、前記基材の表面の質によっては特定されないので、本発明により、十分な表面の質および有利に働く低い画像欠陥または画像収差を伴う経済的なハイブリッドレンズが製造されうる。

本発明の他の実施形態によれば、特に前記もう一方の別個の物質が実質的に完全に前記基材を囲む場合、前記もう一方の別個の物質は前記基材よりも熱膨張係数が高いことが好ましい。前記もう一方の別個の物質を適用後に冷却する場合、前記もう一方の別個の物質からなる囲った物質には応力がかかる。なぜなら前記基材は前記もう一方の別個の物質が圧縮するのを妨げるからであり、表面の波状の発達に対抗するからである。冷却中、２種の異なる物質は、安定した物質のコンポジットを形成するためにさらに互いにプレスされることが好ましい。

本発明の他の態様によると、前記基材の光学セラミックは前記物質の残りよりもより高い熱伝導率、好ましくは実質的により高いフォノンの熱伝導率を有することが好ましい。なお、前記もう一方の別個の物質は、前記基材よりもさらに熱膨張係数が高くてもよい。相対的に高い熱伝導率を有する物質からなる形態、例えば、比較的高い熱伝導率を有する材料からなる、注入モールドまたは圧縮モールドを、別個の物質を適用するのに使用する製造方法では、相対的に高い熱伝導率を有する物質の、前記もう一方の別個の物質、例えば低Ｔｇガラスまたはポリマーの内側および外側の部分双方、すなわち例えば金属またはセラミックからなる、前記セラミックの内側および前記形態の外側が包含される。この達成可能な相対的に激しい熱の損失は、一定の部分で覆う前記囲った物質または少なくとも前記もう一方の別個の物質の、はるかに正確な成形に使用されうる。

本発明の他の態様によると、少なくとも一定の部分で前記基材を覆い、好ましくは実質的に完全にこの部分を囲むかまたは閉じこめる前記もう一方の別個の物質はガラスである。また、別個の物質は相対的に高い精密さ、特により高い表面の質を伴って取り付けられうることが好ましい。本目的に対して、多数の適当なプロセス技術、例えば精密ブランク加圧成形またはキャスティングなどが利用できる。即ち、本発明に係るもう一方の別個の物質は、精密ブランク加圧成形またはキャスティングプロセスによって形成されるガラスであることが好ましい。この場合に、製造工程によって直接特定される前記ガラスの表面の質は、費用のかかる表面処理が省略可能であるために、原則的には十分でありうる。だが、本発明の他の態様によると、前記ガラスの表面もまた、さらに仕上げを行うことも可能であり、特に研磨（ｇｒｉｎｄ）され、艶出し（ｐｏｌｉｓｈ）され、および／またはラッピングされうる。この場合には、被膜（ｃｏｖｅｒｉｎｇ）ガラスまたは被覆（ｅｎｖｅｌｏｐｉｎｇ）ガラスの表面は球の形状、非球状または自由形状の表面を挙げることができ、あるいは平面も可能である。

この場合に、相対的に低いガラス転位温度を有するガラスが好ましく、その結果、高い表面の質を有するハイブリッドレンズが、高コストの表面処理加工（ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ）を必要とせずに直接プレスされうる。

本発明の他の好ましい態様によると、ガラスは特に低Ｔｇガラス、すなわち、例えば約７５０℃未満、好ましくは約６５０℃未満、さらに好ましくは約５５０℃未満、最も好ましくは４５０℃未満の温度の低ガラス転位温度を有するガラスであり、前記低ガラス転位温度は、約７５０℃未満、より好ましくは約６５０℃未満、さらに好ましくは約５５０℃未満、最も好ましくは約４５０℃未満の加圧成形（ｐｒｅｓｓｉｎｇ）温度に対応する。これにより、特に前記基材における応力が比較的低くなり、画像特性を向上させることをサポートする。２種の物質の熱膨張係数における差は、約１０ｐｐｍ／Ｋ未満、好ましくは約５ｐｐｍ／Ｋ未満、さらに好ましくは約１ｐｐｍ／Ｋ未満、最も好ましくは約０．５ｐｐｍ／Ｋ未満である。特別な実施形態では、前記内側のセラミックおよび前記外側のガラスについての選択される特定の異なる熱膨張のために、前記ガラス表面は前記コンポジットの強さを増すために圧縮応力下におく。この際、前記セラミックの熱膨張係数は０．１ｐｐｍ／Ｋ超であり、より好ましくは約１ｐｐｍ／Ｋ超、さらに好ましくは５ｐｐｍ／Ｋ超、最も好ましくは、前記基材、特にガラスの熱膨張係数より大きな約１０ｐｐｍ／Ｋ超である。

本発明において、ガラスは前記基材と一体的に結合されることが好ましい。例えば、光セラミックからなる基材は、ガラス中にシールされ、または融解されることにより、結合できる。別の結合技術として、特に接着は適当であり、前記結合技術において例えば無機水性溶液、特にホスフェートは、互いに結合されうる物質、すなわちセラミック基材およびガラス基材の表面に適用される「接着剤」として使用され、前記結合はその後、約３００℃未満の接着温度、好ましくは約１００〜１５０℃の範囲で実行される。

本発明の別の態様によると、使用されうるガラス、セラミックまたはコンポジットもまた、ＩＲスペクトルの範囲またはＵＶスペクトルの範囲での用途に適したものとするために、上述した範囲において十分透明でありうる。本目的に対して、例えば、カルコゲニドガラスまたはゲルマニウム含有酸化ガラスまたはＵＶ伝達ホスフェートガラスが用いられうる。また、例えばＣａＦ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅまたはＳｉなどの結晶との組み合わせが可能である。

本発明の別の態様によると、もう一方の別個の物質はポリマーであることが好ましい。もちろん、より高い表面の質を有するポリマー要素は、例えば注入モールディング、キャスティングおよびキュアリング（硬化）または加圧成形などの単純かつ経済的なプロセシング技術、さらには個々のポリマーの軟化温度を超える温度での、例えば熱変形、熱加圧成形（ｈｏｔ ｐｒｅｓｓｉｎｇ）または熱エンボス加工などの成形技術によって製造されうる。

この場合に、前記ポリマーは熱可塑性樹脂が可能であり、熱作用、注入モールディングまたはエンボス加工によって形成されることが可能である。好ましくは、例えば熱作用の下で、注入モールディングまたはエンボス加工、特に熱エンボス加工により成形されることが可能である。あるいは、前記ポリマーは熱硬化性プラスチックが可能であり、例えばキャスティングプロセスおよび次のキュアリング（硬化）により、特にＵＶキュアリングによって形成されることが好ましい。

屈折指数を調節し、光散乱を調整するために、無機ナノ粒子がポリマーに混合されることが可能であり、この際、例えば米国特許公開公報第２００３／０２３１４０３号明細書に示される無機ナノ粒子や混合方法が使用でき、その内容全体が、参照することにより、開示目的のために明確に本願に含まれていることが分かるであろう。ポリマー物質に混合される細かい粒子は、たいてい光散乱を増し、かなりその伝達を害するが、前記の混合される粒子のサイズが実質的にイメージされるべき光の波長より小さい場合には、散乱挙動およびその伝達はごくわずかな範囲で害される。このようにして、本発明によるとたとえば約２０ｎｍ未満の最大長を有するナノ粒子がポリマーに混合される。これにより、特にポリマーの屈折指数の温度依存性が実質的に補填されうる。ポリマーの屈折指数は温度上昇とともに減少するが、混合される無機ナノ粒子の屈折指数は、温度が上昇する場合には増大する。このように、２つの温度依存性が実質的に補填され、結果として安定した屈折指数が得られる。このようなナノ粒子の例として、特にＮｂ_２Ｏ_５粒子が挙げられ、アクリル樹脂に混合される。

もちろん、本発明は２種の異なる物質のみに制限されず、レンズ表面を形成するために、少なくとも一定の部分で、前記物質（２）および／または前記基材（１）の表面を覆う第２物質（３）をさらに含んでもよい。本発明のさらに関連した態様によると、３種以上の異なる物質が適当に組み合わされ、３重レンズ、４重レンズなどを形成する。結果物は、光セラミックからなる基材から、製造され、上述のような適当な別個の物質をさらに適当に適用することによって製造されうる。特別な実施形態では、物質の組み合わせは、個々の物質の部分的な散乱が一致するように選択され、その結果、色収差はできるだけ低く維持される。この際、特に一般的な部分的散乱を有するセラミックが適当である。

この場合に、さらに、回折光学構造はレンズ表面の内または上にさらに形成され、前記構造は前記レンズ表面をエンボス加工することによって形成されることが好ましく、より具体的には、回折光学構造は、例えばフレスネルゾーンプレート、回折格子などの型において、例えばレンズ表面の熱エンボス加工によって、レンズ表面の内または上に形成されうる。他の態様によると、回折構造もまた、前記もう一方の別個の物質または前記第２物質の露光によって形成されることが可能であり、この際、前記もう一方の別個の物質または前記第２物質は光感受性物質を含む。

もちろん、本発明は透過型光学用ハイブリッドレンズの形成には制限されない。むしろ、レンズ表面もまた、例えば、反射コーティングを備えた凹面鏡の型で、少なくとも部分的な反射効果を有しうる。このような実施形態では、前記基材および前記物質または前記複数の物質はまた、部分的に不透明であってもよい。

本発明の付加的な関連した態様は、上述のような、１以上の本発明の光学用ハイブリッドレンズを含む光学用レンズグループに係り、さらには１以上のこのような光学用ハイブリッドレンズを有する光学画像収集装置に係るものでもある。

このようなハイブリッドレンズの用途は、家庭用光学（光通信）および産業用光学（光通信）の分野である。これらのうち、特に以下の適用が定義されうる。カメラ電話、デジタル電話、デジタルプロジェクション、双眼鏡、顕微鏡検査、内視鏡検査、測定光学、センサー光学、プロセスモニタリング、特殊カメラ、暗視装置、経緯儀、およびプロジェクションシステムなどである。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照しながらさらに説明する。すなわち、所定の形状を有するセラミックからなる基材を供給する段階と、前記基材の表面上に別の物質を適用することで、レンズ表面を形成するために、前記物質は少なくとも一定の部分で前記基材の表面を覆う段階と、を含む光学用ハイブリッドレンズの製造方法であって、その際、前記物質に面する前記基材の１以上の表面が湾曲するように形成され、前記基材は光セラミックから形成される、光学用ハイブリッドレンズの製造方法である。なお、図において、同じ参照番号は、同一または実質的に共通である要素または要素グループを意味している。また、以下の好ましい実施形態は、本発明をより明確に理解するためのものであり、本発明を限定するものではない。

図１ａは本発明によるハイブリッドレンズの製造に関して、出発物質として使用される基材を示している。本発明によると、前記基材１は、光セラミック（光学セラミックとも呼ばれる）から形成され、前記光セラミックは、イメージされるべき光の波長で、好ましくは可視スペクトルの範囲で十分に伝達することが好ましい。この場合に前記基材は、適当な粉末混合物を、適当な形状を有する母材料または素地に焼結することにより適当に形成される。本発明に使用できる光セラミックの例として、以下のものが挙げられうるが、下記に制限されるものではない。様々な組成における、灰チタン石、さらにはＹＡＧ、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＧｄＡｌ_２Ｏ_３、ＳｃＯ_２、ＬｕＯ_２などがある。さらに、前記セラミック相のミキシングおよびドーピングも可能である。立体構造は、好ましくは光学等方的特性のベースに用いられる。前記材料は、ここで説明された形態でのポリ結晶物質あるいは単結晶物質として使用されうる。前記基材は、平坦若しくは平面の基材、または１または２の球状の湾曲した表面を有する基材として形成されうる。このような基材も、上述のように、特に焼結によって、高コストの表面処理加工なしに製造可能である。

図１ｂに示されているように、前記もう一方の別個の物質は、本発明によるハイブリッドレンズを形成するために、図１ａによる基材上で適用され、その結果、前記基材の表面は、レンズ表面を形成するために少なくとも一定の部分で前記もう一方の別個の物質によって覆われる。図１ｂによると、前記基材１は、前記もう一方の別個の物質２によってサイド半分上で囲まれ、前記レンズ表面は、前記もう一方の別個の物質の表面によって形成される。図１ｂによると、前記もう一方の別個の物質の表面は、非球面状に湾曲しており、その結果、全体としては、球状のレンズ１および凹凸レンズ２からなる２重のハイブリッドレンズは別の物質から形成される。

前記もう一方の別個の物質はガラス、例えば低Ｔｇガラスまたは普通のＴｇガラスでありうる。以下に制限されるものではないが、低Ｔｇガラスの例として、以下に挙げられるものが使用できる。Ｎ−ＰＫ５３（Ｓｃｈｏｔｔ）、Ｎ−ＳＫ５７（Ｓｃｈｏｔｔ）、Ｎ−ＳＦ６６（Ｓｃｈｏｔｔ）、Ｎ−ＰＫ５２Ａ（Ｓｃｈｏｔｔ）、Ｎ−ＳＦ５７（Ｓｃｈｏｔｔ）、Ｎ−ＬＡＳＦ４７（Ｓｃｈｏｔｔ）、Ｎ−ＦＫ１５Ａ（Ｓｃｈｏｔｔ）、Ｎ−ＦＫ５（Ｓｃｈｏｔｔ）、およびＫＶＣ８９ Ｓｕｍｉｔａである。何ら本発明の範囲を定めるものではない普通Ｔｇガラスの例として、以下が挙げられる。ＬＡＳＦ３５、Ｎ−ＰＳＫ５２、Ｎ−ＬＦＩ、ＳＦ５９、ＳＦ６６、ＳＦ５７、ＬＡＫ３３、ＢＫ７、Ｎ−Ｌａｓｆ３１、Ｎ−Ｌａｓｆ４２、Ｎ−ＳＦ５９、およびＮ−ＳＦ５７など。

低Ｔｇガラスの例としては、ＳｕｍｉｔａのＰ−ＳＫ５７、Ｐ−ＬａＳＦ４７、Ｐ−ＰＫ５３、Ｎ−ＦＫ５、Ｎ−ＦＫ５１Ａ、Ｎ−ＰＫ５２Ａ、ＳｃｈｏｔｔのＮ−ＰＫ５１、Ｇｌａｓ、Ｋ−ＣａＦＫ９５、Ｋ−ＰＦＫ８０、Ｋ−ＰＧ３２５、Ｋ−ＰＧ３７５、Ｋ−ＰＧ３９５、Ｋ−ＶＣ７８、Ｋ−ＶＣ７８、Ｋ−ＶＣ７９、Ｋ−ＶＣ８０、Ｋ−ＶＣ８１、Ｋ−ＶＣ８９、およびＫ−ＰＳＦｎ２などがある。

ガラスは単純な精密ブランク加圧成形プロセスによりプレスされるか、キャスティングプロセスにより形成される。このようなガラスの達成可能な表面の質は、原則的にハイブリッドレンズの適用に対して十分なものであり、その結果、さらなる高コストの表面処理加工は不要である。しかし原則として、このような表面処理加工によって、例えば、研磨、艶出し、およびラッピングが行なわれてもよい。この場合に、前記基材の表面から見て外方に面するガラスの表面は、少なくとも一定の部分に、球状または非球状に湾曲した表面として、自由形状の表面として、または個々の適用に見合う、他のあらゆる方法で形成されうる。

更なる実施形態によると、ガラスは前記基材と一体的に結合されることが可能である。結合技術として例えば、前記ガラスは、接着により前記基材（例えばセラミックなど）に結合されることが好ましい。

更なる実施形態によると、前記もう一方の別個の物質はポリマーであってもよい。前記ポリマーは、熱可塑性樹脂でありうる。また、前記ポリマーは、熱作用、注入モールディングまたはエンボス加工により形成されることが可能である。好ましくは、熱可塑性樹脂を用いる際には、前記もう一方の別個の物質は特に注入モールディングによって前記基材に適用されうる。適当な注入モールディングを用いる際、前記基材の表面から見て外方に面する前記もう一方の別個の物質２の表面は適当な方法で、少なくとも一定の部分に、例えば球状または非球状の湾曲した表面、自由形状の表面などとして、形成されうる。もちろん、前記熱可塑性樹脂は、次の熱処理および熱変形および／または熱エンボス加工によって、さらにレンズ表面に成形されうる。前記ポリマーは、例えばキャスティングプロセスおよび次のキュアリング（硬化）、特に熱キュアリングまたはＵＶキュアリングによって、適当な形状で適用される熱硬化性プラスチックでありうる。

以下に制限されるものではないが、ポリマーの例としては、ＰＭＭＡ、ＳＡＮ、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＣＯＣ（ｚｅｏｎｅｘ、ｔｏｐａｓ）、フルオロポリマー、エポキシドまたはエポキシド樹脂、およびポリウレタンなどが挙げられうる。

屈折指数を調節するためのナノ粒子は、ポリマーに混合されうる。以下に制限されるものではないが、ポリマーの例としては、適当な酸化物またはフルオライド、例えばＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＩＴＯ、ＣａＦ、およびＢａＦが混合されているフルオロポリマーなどが挙げられる。

本発明によると、２種より多くの異なる物質が、上述のように、ハイブリッドレンズに共に添加されうる。これは、図２における例によって示されている。図２によると、ハイブリッドレンズは、別個の物質からなる第１物質２（第１被覆層２）が適用される、光セラミックからなる球状レンズ要素１を含む。前記第１物質２の表面上に、前記第１物質とは異なる物質からなる別個の第２物質３（第２被覆層３）がさらに適用される。

図３は、前記基材が楕円形または非球形の外形を有する、本発明による別の実施形態を示す。

図４は、前記基材１が完全に前記もう一方の個別の物質２によって囲まれる、本発明による別の実施形態を示す。すなわち、前記もう一方の個別の物質は、前記基材が完全に囲まれるかまたは閉じこめられるように適用されることも可能である。この場合に、囲っている物質、例えばガラスまたはポリマーの熱膨張係数が、セラミック物質のそれより高いような物質の組み合わせが好ましい。ハイブリッドレンズが冷却される際、前記囲い物質は引張応力を受けており、表面の波状形の発達に対抗する。冷却の間、前記２種の物質もまた互いに強く加圧し合っている。

異なる物質の熱膨張係数は、高温での熱プロセスで接着される場合には、ハイブリッドレンズシステムの機械的または光学的な欠陥につながりうる、２つの物質同士の界面上に過度の加圧がかからない範囲で、互いに類似していることが好ましい。

好ましくは、色消し対物レンズおよびアポクロマート対物レンズの点で適当な物質の組み合わせが選択される。

このような実施形態では、囲っている物質の熱伝導率より高いフォノンの熱伝導率を有する光セラミックが選択される場合に、適当でありうる。このように、冷却中、囲っている物質からの熱は、内側、すなわち前記基材１と、外側、すなわち囲い形態、例えば注入モールディングまたは圧縮モールディングと、の両方へと出される。これにより、正確な形成プロセスが容易になる。

図５ａおよび図５ｂは、本発明の別の実施形態による製造方法を示す。図５ａによると、前記基材１は、湾曲した表面を備えている。この場合に、前記表面５は、凸状に外側に湾曲している。前記基材１は、異なる物質からなる基材４（第２基材４）に結合されている。最終的に、この第１の代替法によると、図５ｂに示すように、前記基材４は、前記基材１の前記表面５に対応する前記基材１に面する前記基材４の表面６を形成できるように、結合前に成形されうる。２つの基材１および４の結合は、接着によって実行され、この際、例えば無機水性溶液、特にホスフェートは、互いに面する前記表面５および６への「接着剤」として適用され、前記結合は、約３００℃未満の温度、好ましくは約１００〜１５０℃の範囲で実行される。代替として、原則上、陽極接合、または有機の、十分透明な接着剤の使用も可能である。

代替として、前記基材４の変形および接着もまた単一のプロセス段階で同時に実行されうる。

図６は、本発明の別の実施形態によるハイブリッドレンズを示す。回折光学構造が、レンズ表面の内または上にさらに形成されうる。図６によると、回折構造（回折光学構造）は、ギザギザの構造１０による例によって示されているように、表面９上で形成される。前記回折構造は、フレスネルゾーンプレート、回折格子、またブレーズド回折格子などでありうる。このような構造は、特に前記表面９の熱エンボス加工によって形成されうる。代替として、このような回折構造も前記表面９の研磨またはスクライビングにより形成されうる。

もちろん、回折構造も前記物質２の残りの体積中に形成されうる。この目的に対して、他の物質は光感受性物質を含むことができ、その結果、前記回折構造が露光による体積中へ書き込まれる。

上述の内容について種々の改良などを行うことは、本技術に熟練した者ならば容易に可能であり、本発明によるハイブリッドレンズは多くの応用、例えば家庭用電化製品の装置に対する光学システムおよび撮像システムに対して、例えば光学データ貯蔵の場合に、そしてデジタルカメラ、カメラ電話、ビデオカメラ、産業光学システム、内視鏡検査の光学システム、顕微鏡検査の光学システム、高開口目的などに対して用いられうる。

例として、図７は本発明による光学用レンズグループを有する光学画像収集装置を示し、前記光学画像収集装置は、ＩＲカットフィルター１５により覆われる、画像収集用のイメージセンサーとして作用するＣＣＤセンサー１６を備えている。個々のレンズ（Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｌｅｎｓ）１４、２重レンズ１３、個々のレンズ（Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｌｅｎｓ）、並びにレンズ１１および１２を伴う前面レンズ単位が、露光の方向とは反対にある前記ＩＲカットフィルター１５の正面に配置される。第１実施形態によると、前記２重レンズは、本発明によるハイブリッドレンズに代替され、それは図式的に図８に示され、互いに結合されている両凹レンズＡおよび両凸レンズＢからなるレンズグループ（２重レンズ）を含む。

以下に、ハイブリッドレンズの製造に対するいくつかの付加的な実施形態が例として説明されている。

実施例１
Ｙ_２Ｏ_３からなるセラミック球体は、「正確な加圧成形」プロセスによって、直接、低ＴＧガラスに結合されている。前記ガラス表面はその時点で非球面である。前記セラミックおよび前記ガラスの選択は、部分的な散乱が、色収差を避けるためにできるだけ最適となるように実行される。

この目的に対して、直径３ｍｍである、Ｙ_２Ｏ_３からなるセラミック球体は、適当な精密ブランク圧縮成形用金型に挿入される。Ｎ−ＳＫ５７ガラス（Ｓｃｈｏｔｔ）からなる適合ガラス要素が適用され、プレスが終わる。前記圧縮成形は高度に正確に形成される。この場合に、前記形態のガラス側は、非球体の構成を有する。サンドウィッチ構造が１０Ｋ／分の加熱率で６５０℃まで加熱され、適度に高い加圧力で１５分間加圧成形される。冷却は、３０Ｋ／分の速度で実行される。

前記ガラスの表面の質は十分良く、さらなる表面加工処理が不要である。

実施例２
精密ブランク加圧成形（正確な加圧成形）により、実施例１に基づき上述のように、ガラスおよび光セラミックからなるハイブリッドレンズが形成される。それから、ポリマーが注入モールディングプロセスによって噴霧され、その結果、図２による場合に匹敵するハイブリッドレンズが得られた。前記ハイブリッドレンズの表面は、さらなる表面加工を必要としなかった。

本発明の第１実施形態によるハイブリッドレンズの製造方法を示す図である。 本発明の第１実施形態によるハイブリッドレンズの製造方法を示す図である。 本発明の他の関連した実施形態によるハイブリッドレンズの断面図である。 本発明の他の関連した実施形態によるハイブリッドレンズの断面図である。 本発明の他の関連した実施形態によるハイブリッドレンズの断面図である。 本発明の他の関連した実施形態によるハイブリッドレンズの製造方法を示す図である。 本発明の他の関連した実施形態によるハイブリッドレンズの製造方法を示す図である。 本発明の他の関連した実施形態によるハイブリッドレンズの断面図およびその部分拡大図である。 本発明による、光学用レンズグループを有する光学画像収集装置を示す図である。 図７によるレンズグループのうち２重レンズの断面図である。

符号の説明

１ 基材、
２ 第１物質、第１被覆層、
３ 第２物質、第２被覆層、
４ 第２基材、
５ 第１基材の表面、
６ 第２基材の表面、
９ 第１被覆層の表面、
１０ 回折構造、
１１ 三重レンズ、
１２ 個々のレンズ（Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｌｅｎｓ）、
１３ ２重レンズ、
１４ 個々のレンズ（Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｌｅｎｓ）、
１５ カバーディスク、
１６ イメージセンサー／ＣＣＤ。

Claims (17)

1. 所定の形状を有するセラミックからなる基材を供給する段階と、
   前記基材の表面上に別の物質を適用することで、レンズ表面を形成するために、前記物質は少なくとも一定の部分で前記基材の表面を覆う段階と、
   を含む光学用ハイブリッドレンズの製造方法であって、
   その際、
   前記物質が、ガラスであり、
   前記セラミックが、ポリ結晶物質である光セラミックであり、かつ、前記物質よりも高い熱伝導率を有し、
   高い熱伝導率を有する材料からなるモールドを、前記物質に適用し、
   前記物質に面する前記基材の１以上の表面が湾曲するように形成され、
   前記物質は、前記光セラミックの融解温度と比較して、低温で変形されるか改鋳されうる物質であり、前記基材に適用される、光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
2. 前記基材の表面からみて外方に面する前記物質の表面が、少なくとも一定の部分に、球状若しくは非球状に湾曲した表面として、または自由形状の表面として、または球状に湾曲した表面として形成される、請求項１に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
3. 前記基材の表面は、少なくとも一定の部分に、球形に湾曲した表面として形成される、請求項１または２に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
4. 前記物質は、前記基材が完全に囲まれるかまたは閉じこめられるように適用される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
5. 前記物質は、前記基材より、高い熱膨張係数を有する、請求項４に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
6. 前記ガラスは、精密ブランク加圧成形またはキャスティングプロセスによって形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
7. 前記ガラスは、表面処理加工が行われていない、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
8. 前記ガラスは低Ｔｇガラスである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
9. 前記ガラスは、前記基材と一体的に結合される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
10. 前記ガラスおよびセラミックは、接着により互いに結合される、請求項９に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
11. 前記ガラスおよび前記光セラミックが、ＩＲスペクトルの範囲またはＵＶスペクトルの範囲で透明である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
12. 前記物質および／または前記基材の表面上に第２物質を適用する段階をさらに含み、それにより、レンズ表面を形成するために、前記第２物質は少なくとも一定の部分で前記物質および／または基材の表面を覆う、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
13. 回折光学構造がレンズ表面の内または上にさらに形成される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
14. 前記回折光学構造は前記レンズ表面をエンボス加工することによって形成される、請求項１３に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
15. 前記第２物質は光感受性物質を含み、前記回折構造は前記光感受性物質の露光により形成される、請求項１２に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
16. 前記基材および前記物質は、可視スペクトルの範囲で透明である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。
17. 前記モールドが、注入モールドまたは圧縮モールドである、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光学用ハイブリッドレンズの製造方法。