JP5159621B2 - 複合レンズおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複合レンズおよびその製造方法に関し、特に、第1レンズ部の第1表面の一部において第2レンズ部が接合された複合レンズに関するものである。
従来より、2つ以上の光学部が互いに接合された複合光学素子が知られている。例えば、2つの光学部からなる複合光学素子では、第1光学部の表面において第2光学部が第1光学部に接合されており、このような複合光学素子は、第1光学部を成形後、第1光学部に第2光学部を接合させることにより製造することができる。
このような複合光学素子では、各光学部の形状が複合光学素子の光学特性に大きな影響を与える場合がある。そのため、特許文献1には、2つの光学部からなる複合光学素子を成形する場合に、パルスモータやバックラッシの少ない機構(バネ押圧)等を用いて第2光学部を第1光学部に位置決めして接合する方法が開示されている。
特開2001−249208号公報
複合光学素子の一例として、複合レンズを挙げることができる。複合レンズは2つ以上のレンズ部が互いに接合されたものであり、2つのレンズ部が互いに接合された複合レンズは特許文献1に記載の方法を用いて成形することができる。
しかしながら、特許文献1に記載の方法を用いても第2レンズ部を所望の形状に成形できない場合があり、その結果、光学特性に優れた複合レンズを提供できない場合がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複合レンズのレンズ特性の向上を図ることにある。
本発明の複合レンズは、第1レンズ部の第1表面の一部に第2レンズ部が接合されている。第1レンズ部は、第1表面に、第1レンズ面部と、第1レンズ面部を取り囲むようにしてその第1レンズ面部に接続された外周面部と、外周面部に存し第1レンズ面部をリング状に囲むリング面部とを有しており、第1レンズ面部とは反対側に、第2レンズ面部を有している。第2レンズ部は、第1表面のうちリング面部に囲まれた部分において、第1レンズ部に接合されている。そして、リング面部は、第1レンズ面部と外周面部との接続部よりも、第1レンズ部の光軸方向のうち第2レンズ面部から第1レンズ面部へ向かう第1の向きに向かって突出した位置に配置されており、第2レンズ部から露出している。
本発明の複合レンズの製造方法は、第1レンズ部材の第1表面の一部において第1レンズ部材に第2レンズ部材を接合させて複合レンズを製造する方法である。具体的には第1表面に、第1レンズ面部と、第1レンズ面部を取り囲んで第1レンズ面部に接続された外周面部と、外周面部に存し第1レンズ面部をリング状に囲むリング面部とを有し、第1レンズ面部とは反対側に、第2レンズ面部を有する第1レンズ部材を、準備する工程(a)と、第2レンズ部材を成形する成形面部と、成形面部を取り囲んで成形面部に接続された成形面外周部とを有する成形型を準備する工程(b)と、第2レンズ部材の素材となるレンズ素材を成形面部にセットし、レンズ素材に第1レンズ部材を押し当てる工程(c)とを備えている。工程(a)において準備する第1レンズ部材のリング面部は、第1レンズ面部と外周面部との接続部よりも、第1レンズ部材の光軸方向のうち第2レンズ面部から第1レンズ面部へ向かう第1の向きに向かって突出した位置に配置されており、工程(c)では、レンズ素材に第1レンズ面を接触させて、第1レンズ部材を成形型に配置した後、リング面部が成形面外周部に当接するまでレンズ素材に第1レンズ部材を押し当て、第1表面のうちリング面部に囲まれた部分においてレンズ素材を第1レンズ部材に接合させる。
本発明によれば、光学特性の向上を図ることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
《発明の実施形態1》
図1は、実施形態1にかかる複合レンズ1の構成を示す概略断面図である。図2は、本実施形態にかかる複合レンズ1を光学系(例えば鏡筒)Sに取り付けた時の様子を示す概略断面図である。
本実施形態にかかる複合レンズ1は、ガラス製の第1レンズ部10の第1表面において樹脂製の第2レンズ部20が接合された複合レンズである。第1レンズ部10は、レンズ面部(第1レンズ面部)13およびレンズ面部(第2レンズ面部)12を有しており、レンズ面部13は、レンズ面部12とは反対側に存在しているとともに第1表面に存在している。第1表面には、レンズ面部13以外に外周面部15aおよびリング面部17aが存在しており、外周面部15aは、レンズ面部13を取り囲むようにしてレンズ面部13に接続されている。リング面部17aは、外周面部15aに存在しており、接続部14よりも第1レンズ部10の光軸のうちレンズ面部12からレンズ面部13へ向かう向き(図1に示す矢印の向き、以下「第1の向き」という)に突出した位置に配置されている。そして、第2レンズ部20は、第1表面のうちリング面部17aに囲まれた部分(以下において、「リングの内側」と記す)において第1レンズ部10に接合されている。このように複合レンズ1がリング面部17aを有しているので、後述のようにプレス成形法を用いて複合レンズ1を成形する場合には、第2レンズ部20の形状(特には、第2レンズ部20の厚み)を制御することができる。
本実施形態にかかる複合レンズ1を詳細に示す。第1レンズ部10は、レンズ本体11と、外周部15とで構成されており、レンズ本体11の表面に、レンズ面部12およびレンズ面部13が存在している。レンズ面部13は、その大部分が滑らかに形成されている一方、一部には凹凸面部13aが存在している。この凹凸面部13aは断面鋸歯状に形成された回折部として機能する。そのため、レンズ面部13では滑らかに形成された部分と凹凸面部13aとでは光学的パワーが異なるので、波長が互いに異なる波長の光を集光させることができる。なお、レンズ面部12には、凹凸面部は存在していない。
外周部15は、その表面には外周面部15aが存在しており、首部16と取り付け部17とで構成されている。首部16は、レンズ本体11の光軸方向に対して略垂直に延びるようにレンズ本体11に接続されている。取り付け部17は、首部16を介してレンズ本体11に連結されており、首部16よりも第1の向きに突出している。この突出された表面が、リング面部17aである。リング面部17aは、レンズ本体11の光軸方向に対して略垂直に延びており、そのため、図2に示すように複合レンズ1を光学系(例えば鏡筒)Sに取り付ける際には取り付け面として機能する。また、リング面部17aは第2レンズ部20から露出しており、すなわち、リング面部17aには樹脂が設けられておらず、そのため、光軸方向をずらすことなく複合レンズ1を鏡筒に取り付けることができる。
第2レンズ部20は、上述のようにリングの内側において第1レンズ部10に接合されており、接合面とは反対側にレンズ面部21を有している。レンズ面部21には、レンズ面部13と同じく凹凸面部21aが存在しており、凹凸面部21aは、凹凸面部13aと同じく回折部として機能する。
以上説明したように、本実施形態にかかる複合レンズ1はリング面部17aを有しているので、第2レンズ部20の形状を制御して成形することができる。よって、複合レンズ1の光学特性(収差や集光率)や光学系全体の光学特性の向上を図ることができる。また、上述のように、光軸方向をずらすことなく複合レンズ1を鏡筒等の光学系1に取り付けることができる。
さらに、レンズ面部13には凹凸面部13aが存在しており、レンズ面部21には凹凸面部21aが存在しているので、複合レンズ1は波長が互いに異なる光を集光させることができる。
図3(a)〜(d)は、本実施形態にかかる複合レンズ1の成形方法を示す断面図である。図3(a)および(b)に示す方法に従って第1レンズ部材50を成形した後、図3(c)および(d)に示す方法に従って第2レンズ部材60を第1レンズ部材50に接合させる。以下、具体的に示す。
まず、第1レンズ部材50を成形するための成形型およびガラスプリフォーム(不図示)を準備する。成形型は、図3(a)に示すように上型81および下型82を有しており、上型81と下型82とを組み合わせて形成されるキャビティの形状が第1レンズ部材50の形状となるように構成されている。そして、そのキャビティ内にガラスプリフォームを置き、そのガラス転移温度以上の温度にまで上昇させて上型81と下型82とでガラスプリフォームをプレスする。すると、図3(b)に示す第1レンズ部材50を成形することができる。第1レンズ部材50は、上記第1レンズ部10となる部材であるので、リング面部17aを有している。
続いて、第2レンズ部材60を成形するための成形型および樹脂プリフォーム6を準備する。成形型は、図3(c)に示すように下型90を有しており、下型90には、成形面部90aと成形面外周部90bとが存在している。成形面部90aは、第2レンズ部材60のレンズ面部を成形するためのものであり、成形面外周部90bは、成形面部90aを取り囲むように成形面部90aに接続されており、成形面部90aの中心軸に対して略垂直に延びている。そして、成形面部90aに溶融した樹脂プリフォーム6を置き、成形面部90aの中心軸と、第1レンズ部材50の光軸とが一致するように、第1レンズ部材50を下型90に配置する。
それから、樹脂プリフォーム6に対して第1レンズ部材50をプレスする。プレスするにつれて、樹脂プリフォーム6は成形面部90aから成形面外周部90bへ向かって流動する。そして、図3(d)に示すように第1レンズ部材50のリング面部17aが成形面部90aに当接すれば、第1レンズ部材50のプレスを中止する。そして、樹脂プリフォーム6を固化させる。このようにして本実施形態にかかる複合レンズ1を成形することができる。
以上説明したように、本実施形態にかかる複合レンズ1の製造方法では、リング面部17aが成形面部90aに当接するまで第1レンズ部材50を樹脂プリフォーム6に対してプレスするので、第2レンズ部材60の形状(特に、第2レンズ部材60の厚み)を制御して複合レンズ1を製造することができる。
このような複合レンズ1は、撮像装置、照明装置、光ディスク記録再生装置等の光学機器に搭載することができる。撮像装置は、被写体を撮影するための装置であり、例えばデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラである。照明装置は、被照明対象物に光を照射するための装置であり、例えばプロジェクタである。また、光ディスク記録再生装置は、デジタルバーサタイルディスク( 以下、DVDと称す) や、コンパクトディスク( 以下、CDと称す)や、ブルレイディスク(登録商標、以下BD(登録商標)と称す)などを記録再生する装置である。一般に、DVD、CDおよびBDでは、記録再生するための光源の波長や光ディスクの厚みなどが互いに異なるので、一台の光ディスク記録再生装置でDVDとCDとBDとを記録再生可能とするためには光学系を工夫する必要があるが、本実施形態にかかる複合レンズ1を用いれば複数種類の情報記録媒体に対して互換性を有する光ディスク記録再生装置を実現することができる。
なお、第1レンズ部および第2レンズ部の形状や凹凸面部の形状は、上記記載に限定されない。以下に示す第1乃至第4の変形例に記載の形状であっても構わない。
(第1の変形例)
図4は、上記実施形態1の第1の変形例にかかる複合レンズ101の概略断面図である。本変形例にかかる複合レンズ101では、第1レンズ部110は平板状であり、第1レンズ部110の凹凸面部113aおよび第2レンズ部120の凹凸面部121aは断面階段状に形成された回折部である。
具体的には、本変形例にかかる複合レンズ101は、第1レンズ部110と第2レンズ部120とで構成されており、第1レンズ部110は、レンズ本体111とリング部117とで構成されている。リング部117のリング面部117aは、レンズ本体111のレンズ面113よりも突出した位置に配置されており、第2レンズ部120から露出している。
(第2の変形例)
図5は、上記実施形態1の第2の変形例にかかる複合レンズ201の概略断面図である。本変形例にかかる複合レンズ201は上記第1の変形例にかかる複合レンズ101と略同一であるが、第1レンズ部110の凹凸面部213aおよび第2レンズ部120の凹凸面部221aはレンズアレイ部である。すなわち、レンズ面113およびレンズ面221には複数の凹状のレンズが配列されている。
(第3の変形例)
図6は、上記実施形態1の第3の変形例にかかる複合レンズ301の概略断面図である。本変形例にかかる複合レンズ301は上記実施形態1にかかる複合レンズ1と略同一であるが、第1レンズ部10の凹凸面部313aおよび第2レンズ部20の凹凸面部321aはそれぞれ断面階段状に形成された位相段差部である。そのため、凹凸面部313aおよび凹凸面部321aに入射された光束はそれぞれ位相が変換されて複合レンズ301へ入射される。
(第4の変形例)
図7は、上記実施形態1の第4の変形例にかかる複合レンズ401の概略断面図である。本変形例にかかる複合レンズ401は上記実施形態1にかかる複合レンズ1と略同一であるが、第1レンズ部10の凹凸面部413aおよび第2レンズ部20の凹凸面部421aは反射防止部である。すなわち、レンズ面13およびレンズ面21には、複数の錐体状突起部が形成されており、錐体状突起部は反射させようとする光の波長以下のピッチでそれぞれ配列されている。なお、上記ピッチが凹凸面部413aと凹凸面部421aとで相異なるように成形すれば、複合レンズ401では波長が相異なる光の反射を防止できる。
《発明の実施形態2》
図8は実施形態2にかかる複合レンズ2の構成を示す概略図であり、図8(a)は複合レンズ2の概略断面図であり、図8(b)は図8(a)における下方から複合レンズ2を見た時の平面図である。本実施形態にかかる複合レンズ2には、第1面部37aと第2面部37bとが存在している。
具体的には、第1レンズ部30のリング面部では、第1面部37aと第2面部37bとがリング周方向に並んでいる。第1面部37aは上記実施形態1のリング面部と同様の構成を有している一方、第2面部37bは第1の向き(図8に示す矢印の向き)において第1面部37aに比べて接続部14寄りに配置されている。すなわち、第1の向きにおいて、首部16の表面、第2面部37bおよび第1面部37aの順に配置されている。そして、第2レンズ部は、リングの内側のみならず第2面部37bにおいても第1レンズ部30に接合されている。このように本実施形態にかかる複合レンズ2は第2面部37bを有しているので、後述のようにプレス成形法を用いて成形すれば樹脂プリフォームが第2面部37bに流出するので、収縮時のワレやチッピングを防止することができる。
図9(a)および(b)は、本実施形態にかかる複合レンズ2の製造方法の一部を示す概略断面図である。以下では、上記実施形態1とは異なる部分を主に示す。
まず、図9(a)に示すように、第1レンズ部材55を成形する。第1レンズ部材55は、第1レンズ部30となる部材であり、上記実施形態1に記載の第1レンズ部材50と略同一であるが、リング面部には、第1面部37aと第2面部37bとがリング周方向に並んで存在している。そして、第2面部37bは、第1の向きにおいて第1面部37aに比べて接続部14寄りに配置されている。このような第1レンズ部材55は上記実施形態1に記載のようにプレス成形法を用いて成形されてもよく、それ以外の成型法を用いて成形されてもよい。
次に、図3(c)の成形型の成形面部に上記実施形態1に記載の樹脂プリフォームを置き、その樹脂プリフォームに第1レンズ部材55を配置する。
それから、図9(b)に示すように、第1レンズ部材55の第1面部37aが下型90の成形面外周部90bに当接するまで、第1レンズ部材55を樹脂プリフォームにプレスする。このとき、上述のように、第2面部37bは第1の向きにおいて第1面部37aに比べて接続部14寄りに配置されているので、第1面部37aが成形面外周部90bに当接しても第2面部37bは成形面外周部90bに当接することはなく対向する成形面外周部90bの部分とすき間を開けて設けられる。そして、プレスするにつれ、溶融した樹脂プリフォームは、第1面部37aのリングの内側において第1レンズ部材55に接合されるとともに、成形面部90aからすき間へ流動して第2面部37bにおいても第1レンズ部材55に接合される。このように、上記すき間があるので、余剰の樹脂プリフォームが成形面部90aからすき間へ逃げることができ、その結果、樹脂プリフォームの収縮時にワレやチッピングが発生することを防止できる。
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態1および2について、以下のような構成としてもよい。
リング部は、首部を介してレンズ本体に連結されているとしたが、レンズ本体に直接接続されていてもよい。すなわち、外周面部全体がリング面部であってもよい。また、リング部よりも周縁に別の部材が接続されていてもよい。
第1レンズ部のレンズ面は非球面であるとしたが、上記第1実施形態の第1および第2変形例に記載のように平面であってもよく、球面、円筒面、打球面およびトーリック面であってもよい。
第2レンズ部は、樹脂からなるとしたが、具体的にはエネルギー硬化樹脂や熱可塑性樹脂である。エネルギー硬化樹脂とは、例えば熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂および電子線硬化樹脂等であり、所定のエネルギー(熱、紫外線および電子線など)を付与することにより硬化する樹脂である。そのため、エネルギー硬化樹脂を用いて第2レンズ部を成形する場合には、溶融した樹脂を下型の成形面部にセットしてから第1レンズ部を押し当て所定のエネルギーを付与すればよい。例えば、紫外線硬化樹脂を用いて第2レンズ部を成形する場合には、紫外線を照射して硬化させればよい。また、熱可塑性樹脂を用いて第2レンズ部を成形する場合には、溶融した樹脂を下型の成形面部にセットしてから第1レンズ部に押し当てて冷却すればよい。
また、第1レンズ部および第2レンズ部の材質は上記記載に限定されない。第1レンズ部および第2レンズ部がガラス製であってもよく、第1レンズ部および第2レンズ部が樹脂製であってもよく、第1レンズ部が樹脂製であり第2レンズ部がガラス製であってもよい。また、光学特性に影響を与えない不純物が混合されていてもよい。
凹凸面部は、第1レンズ部材のレンズ面および第2レンズ部材のレンズ面に形成されているとしたが、第1レンズ部材のレンズ面にのみ形成されていてもよく、第2レンズ部材のレンズ面にのみ形成されていてもよい。また、第1レンズ部材のレンズ面および第2レンズ部材のレンズ面にそれぞれ2種以上の凹凸面部が形成されていてもよい。
第1レンズ部材は、プレス方法を用いて成形されることが好ましいが、プレス方法以外の成形方法(例えば、研磨方法や研削方法)を用いて成形されていてもよい。このようにプレス方法を用いて第1レンズ部材を成形するので、研磨法や研削法を用いて第1レンズ部材を成形する場合と異なり、一回の成形で第1レンズ部材を成形することができ、レンズ面が上記実施形態1および2のように非球面であっても比較的容易に成形することができる。同じく、第2レンズ部材は、プレス方法を用いて成形されることが好ましいが、プレス方法以外の成形方法(例えば、樹脂プリフォームを塗布する方法)を用いて成形されていてもよい。
また、溶融した樹脂プリフォームを用いて第2レンズ部材を成形するとしたが、常温において液状の樹脂プリフォームを用いて第2レンズ部材を成形してもよく、また、常温において固体の樹脂プリフォームを下型にセットし、加熱もしくは紫外線照射によりその固体の樹脂プリフォームを溶融させて第2レンズ部材を成形してもよい。
上記実施形態2では、第2面部の個数は図8(b)に記載の個数に限定されない。また、上記実施形態2ではリング面部に第1および第2面部が存在しているとしたが、貫通部がリング部のリング周方向の一部にリング径方向に貫通するように形成されていてもよい。
以上説明したように、本発明は、光ディスク記録再生装置に搭載可能であり、それ以外にも、撮像装置(デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等)や表示装置(プロジェクターなど)にも搭載可能である。
図1は、実施形態1にかかる複合レンズの構成を示す断面図である。 図2は、実施形態1にかかる複合レンズを鏡筒に取り付けた様子を示す断面図である。 図3の(a)〜(d)は、実施形態1にかかる複合レンズの成形方法を示す断面図である。 図4は、実施形態1の第1変形例にかかる複合レンズの構成を示す断面図である。 図5は、実施形態1の第2変形例にかかる複合レンズの構成を示す断面図である。 図6は、実施形態1の第3変形例にかかる複合レンズの構成を示す断面図である。 図7は、実施形態1の第4変形例にかかる複合レンズの構成を示す断面図である。 図8の(a)は実施形態2にかかる複合レンズの構成を示す断面図であり、(b)は(a)における下方から複合レンズを見た時の平面図である。 図9の(a)および(b)は、実施形態2にかかる複合レンズの成形方法の一部を示す断面図である。
符号の説明
1,2,101,201,301,401 複合レンズ
6 樹脂プリフォーム(レンズ素材)
10,30 第1レンズ部
12 レンズ面部(第2レンズ面部)
13 レンズ面部(第1レンズ面部)
13a 凹凸面部
14 接続部
15a 外周面部
17a リング面部
20 第2レンズ部
37a 第1面部
37b 第2面部
50,55 第1レンズ部材
60,65 第2レンズ部材
90 下型(成形型)
90a 成形面部
90b 成形面外周部

Claims (4)

  1. 第1レンズ部の第1表面の一部に第2レンズ部が接合された複合レンズであって、
    前記第1レンズ部は、
    前記第1表面に、第1レンズ面部と、該第1レンズ面部を取り囲むようにして当該第1レンズ面部に接続された外周面部と、該外周面部に存し該第1レンズ面部をリング状に囲むリング面部とを有しており、
    前記第1レンズ面部とは反対側に、第2レンズ面部を有しており、
    前記第2レンズ部は、前記第1表面のうち前記リング面部に囲まれた部分において、前記第1レンズ部に接合されており、
    前記リング面部は、前記第1レンズ面部と前記外周面部との接続部よりも、前記第1レンズ部の光軸方向のうち前記第2レンズ面部から前記第1レンズ面部へ向かう第1の向きに向かって突出した位置に配置されており、前記第2レンズ部から露出しており、
    前記リング面部には、第1面部と、前記第1の向きにおいて該第1面部に比べて前記接続部寄りに位置付けられた第2面部とが、リング周方向に並んで存在しており、
    前記第1面部は前記第2レンズ部から露出している一方、前記第2面部の少なくとも一部には前記第2レンズ部が接合されていることを特徴とする複合レンズ。
  2. 前記第1レンズ面には、凹凸面部が存在していることを特徴とする請求項1に記載の複合レンズ。
  3. 前記凹凸面部は、回折部、複数の凹状又は凸状のレンズ面からなるレンズアレイ部、位相段差部および光反射防止部のうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項に記載の複合レンズ。
  4. 第1レンズ部材の第1表面の一部において該第1レンズ部材に第2レンズ部材を接合させて複合レンズを製造する方法であって、
    前記第1表面に、第1レンズ面部と、該第1レンズ面部を取り囲んで当該第1レンズ面部に接続された外周面部と、該外周面部に存し該第1レンズ面部をリング状に囲むリング面部とを有し、該第1レンズ面部とは反対側に、第2レンズ面部を有する第1レンズ部材を、準備する工程(a)と、
    第2レンズ部材を成形する成形面部と、該成形面部を取り囲んで成形面部に接続された成形面外周部とを有する成形型を準備する工程(b)と、
    前記第2レンズ部材の素材となるレンズ素材を前記成形面部にセットし、該レンズ素材に前記第1レンズ部材を押し当てる工程(c)とを備え、
    前記工程(a)において準備する前記第1レンズ部材の前記リング面部は、前記第1レンズ面部と前記外周面部との接続部よりも、当該第1レンズ部材の光軸方向のうち前記第2レンズ面部から前記第1レンズ面部へ向かう第1の向きに向かって突出した位置に配置されており、
    前記工程(a)において準備する前記第1レンズ部材の前記リング面部には、第1面部と、前記第1の向きにおいて該第1面部に比べて前記接続部寄りに位置付けられた第2面部とが存在しており、
    前記工程(c)では、
    前記レンズ素材に前記第1レンズ面を接触させて、前記第1レンズ部材を前記成形型に配置した後、
    前記リング面部のうち前記第1面部が前記成形面外周部に当接するまで前記レンズ素材に前記第1レンズ部材を押し当て、前記第1表面のうち前記リング面部に囲まれた部分及び前記第2面部において該レンズ素材を該第1レンズ部材に接合させることを特徴とする複合レンズの製造方法。
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