JP6862146B2 - 光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、光学機器に関する。

近年、デジタルカメラ、ビデオカメラおよび交換レンズ等の光学機器では、一部のガラスレンズの代わりに樹脂レンズ（プラスチックレンズ）が用いられている。光学素子は、光学機能面に歪みを発生させることなく、被取付部材に位置精度良く強固に固定されることが好ましい。樹脂レンズを熱かしめにより鏡筒に固定する場合、かしめ時に樹脂レンズに応力を与えてしまうことになり、光学性能劣化を招く原因となってしまう。そこで、樹脂レンズを鏡筒や隣接する光学素子に対して接着固定する方法が提案されている。特許文献１の光学機器では、光学素子を保持するために光学素子の光学有効径外の外周面と、その近傍の光学素子外側面と保持枠内側面の隙間とに跨るように接着剤を塗布し、光学素子の光学有効径外の外周面と接着剤との間にはリング状部材を設けている。

特許第３８１９１３４号公報

特許文献１の光学機器では、リング部材を設けることで光学機能面の歪みを低減することができるが、部品追加によるコストアップと組込性の悪化を招いてしまうという課題がある。

このような課題に鑑みて、本発明は、より簡易な構成で、光学素子の光学機能面の歪みの発生を低減可能であるとともに、光学素子を被取付部材に固定可能な光学機器を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての光学機器は、表面にコーティング層が形成された光学機能面と、前記コーティング層が形成された外周面と、前記外周面の外側に形成されたフランジ部とを含む第１の光学素子と、前記第１の光学素子が取り付けられる被取付部材としての第２の光学素子と、を有し、前記第１の光学素子と前記被取付部材は、互いに当接した状態で接着剤により接着固定され、前記外周面は、前記被取付部材と当接する側に向かって径が大きくなるように傾斜し、前記フランジ部の表面は、前記コーティング層が形成されている領域と、前記コーティング層が形成されていない領域とを含み、前記接着剤は、前記外周面と前記フランジ部の外周部のうち前記コーティング層が形成されている領域と前記被取付部材のそれぞれ少なくとも一部に塗布されていることを特徴とする。

本発明によれば、より簡易な構成で、光学素子の光学機能面の歪みの発生を低減可能であるとともに、光学素子を被取付部材に固定可能な光学機器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る光学機器であるカメラシステムのブロック図である。 レンズ群の説明図である（実施例１）。 レンズに反射防止膜を蒸着する際の模式図である（実施例１）。 レンズを撮像面側から見た図である（実施例１）。 接着固定された状態のレンズを撮像面側から見た図である（実施例１）。 レンズ群の説明図である（実施例２）。 レンズに反射防止膜を蒸着する際の模式図である（実施例２）。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る光学機器の一例であるカメラシステムのブロック図である。カメラシステムは、交換レンズであるレンズ鏡筒１０００と、レンズ鏡筒１０００が着脱可能に取り付けられるカメラ本体２０００と、を備える。なお、本発明の光学機器は、カメラシステムに限定されず、レンズ交換可能なカメラ、レンズ一体型のカメラ、レンズ鏡筒およびプロジェクタなどを含む。カメラは、デジタルスチルカメラおよびビデオカメラなどの撮像装置を含む。

レンズ鏡筒１０００は、物体（被写体）の光学像を形成する撮影光学系を収納する。レンズ群１００は、撮影光学系の一部を構成する。物体からの撮影光束は撮影光学系を通り、撮像素子２００の受光面（撮像面）上に結像する。撮像素子２００は、撮影光学系が形成した物体の光学像を光電変換する。レンズＣＰＵ１０１は、カメラＣＰＵ２０１と通信を行い、情報の送受信を行うとともにレンズ鏡筒１０００の各部を制御する。カメラＣＰＵ２０１は、レンズＣＰＵ１０１と通信を行い、情報の送受信を行うとともにカメラ本体２０００の各部を制御する。

図２は、レンズ群１００の説明図である。図２（ａ）はレンズ群１００の断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の部分拡大図である。以下の説明では、撮影光学系の光軸が延びる方向を光軸方向、図中右側を撮像面側、図中左側を被写体側とする。

レンズ（被取付部材）１０は、レンズ保持鏡筒１の内径部に挿入され、レンズ保持鏡筒１に対して浮きや抜けがないように熱かしめなどにより固定される。レンズ２０は、レンズ１０の撮像面側で、レンズ１０およびレンズ２０の光軸が揃うように位置調整された状態でレンズ１０に接着固定される。なお、レンズ２０は、レンズ群１００またはレンズ群１００を含む撮影光学系が形成する光学像を最適化するために、レンズ２０の光軸をレンズ１０の光軸に対してずらすように位置調整されてもよい。この場合、レンズ１０およびレンズ２０の光軸がずれた状態で、レンズ２０はレンズ１０に接着固定される。

レンズ１０は光学ガラスからなり、レンズ２０は光学樹脂材料（例えば、シクロオレフィン系ポリマーなど）からなる樹脂レンズである。シクロオレフィン系ポリマーは、接着性が極端に低い（難接着性を示す）難接着材料である。なお、レンズ２０は、難接着性を示すガラス材料からなるレンズであってもよい。レンズ２０は、図２（ｂ）に示されるように、撮像面側の光学機能面２０ａおよび被写体側の光学機能面２０ｄを有する。レンズ１０から射出された撮影光は、光学機能面２０ｄおよび光学機能面２０ａを通過した後、撮像素子２００に導かれる。レンズ２０の外周面２０ｂは、レンズ１０から遠ざかる方向に向かって（撮像面側に向かって）径小となるように形成されている。また、レンズ２０は、外周面２０ｂから外周方向へ突出したフランジ部２１を有する。フランジ部２１は、外周部２１ａ、および外周部２１ａと外周面２０ｂとを接続する接続部（平面部）２１ｂを有する。また、レンズ２０は、レンズ１０の当接面（当接部）１０ａと当接する当接部２０ｃを有する。

レンズ１０とレンズ２０は、当接面１０ａと当接部２０ｃとが当接した状態で接着剤３０により接着固定される。接着剤３０として、例えば、紫外線の照射により硬化させる紫外線硬化型接着剤が使用される。接着剤３０は、当接面１０ａの少なくとも一部、フランジ部２１および外周面２０ｂの少なくとも一部を接着する。本実施例では、レンズ１０およびレンズ２０が接着剤３０により接着固定される領域を接着領域という。すなわち、接着剤３０は、接着領域において、フランジ部２１が接着剤３０と当接面１０ａとに挟まれるように（フランジ部２１を覆うように）塗布される。そのため、当接面１０ａと当接部２０ｃとが密着した状態を保つことができる。また、接着剤３０の剛性により、レンズ群１００に外部から衝撃が加えられた場合でも、当接面１０ａと当接部２０ｃが離れる、またはズレることはない。したがって、本実施例の構成によりレンズ２０をレンズ１０に強固に固定することができる。

また、本実施例では、フランジ部２１は、外周面２０ｂを介して光学機能面２０ａに接続されている。さらに、フランジ部２１の厚み（本実施例では０．５ｍｍ以下）がレンズ２０の光学機能面を形成する部分の肉厚に対して大幅に肉薄となっている（１／２以下になっている）。これらは、光学機能面が接着領域から離れていること、および接着領域付近の剛性は光学機能面を形成する部分の剛性に比べて大幅に低くなっていることを意味する。したがって、接着剤３０の硬化時の収縮や温度変化による収縮に基づくレンズ１０およびレンズ２０の光学機能面の面形状の歪みを低減することができる。すなわち、本実施例の構成により光学性能の劣化に繋がる影響を低減することができる。

なお、フランジ部２１は、レンズ２０の外周に全周に渡って形成される必要はなく、少なくとも接着箇所のみ形成されていればよい。

本実施例では、レンズ２０の光学機能面２０ａ、２０ｄの表面には、ＳｉＯ_２などを構成要素に含む反射防止膜（コーティング層）が形成されている。図３は、レンズ２０の撮像面側から反射防止膜４０を蒸着する際の模式図である。レンズ２０は、蒸着器がレンズ２０に対してレンズ２０の光軸に沿って膜材料を放出するように、蒸着器にセットされることが好ましい。このようにセットすることで、光学機能面２０ａに蒸着される反射防止膜４０ａの膜厚をほぼ均一にすることができる。外周面２０ｂは光軸に対して勾配を有する斜面であるため、外周面２０ｂには反射防止膜４０ａより薄い膜厚で反射防止膜４０ｂが蒸着される。接続部２１ｂは光軸に対して略垂直な平面であるため、接続部２１ｂには反射防止膜４０ｃが反射防止膜４０ａとほぼ同等の膜厚で蒸着される。外周部２１ａは光軸に対して勾配を有する斜面であるが、外周部２１ａと光軸とのなす角度は外周面２０ｂと光軸とのなす角度に比べて小さい（光軸と平行に近い）ため、外周部２１ａには反射防止膜４０ｄが蒸着されにくい。なお、反射防止膜４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、それぞれの膜厚が異なるが、いずれも反射防止膜４０である。

図４は、レンズ２０を撮像面側から見た図である。ハッチングされた領域は、レンズ２０に蒸着された反射防止膜４０を表している。領域２１ｂ１は接続部２１のうち反射防止膜４０が蒸着された領域であり、領域２１ｂ２は反射防止膜４０が蒸着されていない領域である。本実施例では、領域２１ｂ２は、蒸着機にレンズ２０をセットする際にレンズ２０を保持する部分として利用される。そのため、領域２１ｂ２には、反射防止膜４０が蒸着されない。

図５は、レンズ１０に接着固定された状態のレンズ２０を撮像面側から見た図である。ハッチングされた領域は、レンズ２０に蒸着された反射防止膜４０を表している。レンズ２０は、定量吐出装置を用いて３か所に定量吐出された接着剤３０ａ、３０ｂ、３０ｃによりレンズ１０に接着固定されている。接着剤３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、接続部２１ｂの反射防止膜４０が蒸着された領域２１ｂ１に塗布されている。なお、本実施例では接着箇所を３か所としているが、反射防止膜４０が形成されている領域に接着剤３０を塗布すればよく、接着箇所の個数はこれに限定されない。また、１か所あたりの接着剤３０の塗布範囲を周方向へ広くしてもよい。また、本実施例では、レンズ２０が樹脂レンズであるため、射出成型時のゲートのゲート痕が接続部２１ｂに一部掛かってしまうことがある。その場合、接続部２１ｂのゲート痕が存在する範囲を避けた位置に接着剤３０を塗布すればよい。

本実施例では、レンズ２０は、難接着性を示す材料で形成されているため、極めて濡れ難い（疎水）性質を有する。すなわち、レンズ２０は、接着剤を弾いてしまう性質を有する。しかしながら、疎水性を示す光学樹脂材料の表面に反射防止膜を形成することで、表面の性質が疎水性から親水性に変わることが知られている。そのため、レンズ２０の表面に反射防止膜４０を形成することで、反射防止膜４０が形成された部分の性質を接着性の良い性質に変えることができる。なお、本実施例では、コーティング層として反射防止膜が使用されているが、光学機能面に使用され、レンズ２０の親水性を高めることが可能であれば、他の膜を使用してもよい。

したがって、レンズ２０のうち表面に反射防止膜４０が形成された領域に接着剤３０を塗布することで、接着領域においてレンズ２０と接着剤３０との接着力を向上させることができる。本実施例では、接着領域に含まれる外周部２１ａの表面には反射防止膜４０が形成されていない（または、反射防止膜４０ｄが極めて薄く形成されている）ため、外周部２１ａの性質は疎水性のままである。しかしながら、本実施例では表面に反射防止膜４０が形成された外周面２０ｂおよび領域２１ｂ１と接着剤３０との密着性が向上するため、レンズ２０はレンズ１０に対してより強固に固定される。

以上説明したように、本実施例の光学機器は、より簡易な構成で、言い換えれば、新たな部品を追加することなく、レンズ１０およびレンズ２０の光学機能面の歪みの発生を低減可能であるとともに、レンズ２０をレンズ１０に固定可能である。ここでいう固定可能とは、レンズ２０をレンズ１０に光学機器の使用に耐えうる程度に強固に固定可能であることをいう。

なお、本実施例では、レンズ１０の撮像面側の光学機能面が凹面である場合について説明したが、凸面であってもよい。その場合、光学有効径外の光学機能面と同一の面と当接部２０ｃとを当接させた状態で、レンズ２０をレンズ１０に接着固定すればよい。

また、本実施例では当接面１０ａを当接部２０ｃとの接触面および接着剤３０との接着面として使用する場合を説明したが、レンズ１０側の接触面と接着面は必ずしも同一面である必要はなく、異なる面としてもよい。

また、本実施例ではレンズ２０をレンズ１０に接着固定する場合について説明したが、必ずしもレンズ等の光学素子に接着固定する必要はなく、樹脂や金属などの部材に接着固定してもよい。

また、本実施例ではレンズ２０がレンズ１０の撮像面側に配置されている場合について説明したが、レンズ２０はレンズ１０の被写体側に配置されてもよい。

本実施例では、実施例１で説明したレンズ２０とは異なる形状のレンズ５０を有するレンズ群５００について説明する。図６は、本実施例のレンズ群５００の説明図である。図６（ａ）はレンズ群５００の断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の部分拡大図である。以下の説明では、撮影光学系の光軸が延びる方向を光軸方向、図中右側を撮像面側、図中左側を被写体側とする。また、本実施例では、実施例１と同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

レンズ５０は、レンズ１０の撮像面側で、レンズ１０およびレンズ５０の光軸が揃うように位置調整された状態でレンズ１０に接着固定される。なお、レンズ５０は、レンズ群５００またはレンズ群５００を含む撮影光学系が形成する光学像を最適化するために、レンズ５０の光軸をレンズ１０の光軸に対してずらすように位置調整されてもよい。この場合、レンズ１０およびレンズ５０の光軸がずれた状態で、レンズ５０はレンズ１０に接着固定される。

レンズ５０は、光学樹脂材料（例えば、シクロオレフィン系ポリマーなど）からなる樹脂レンズである。シクロオレフィン系ポリマーは、接着性が極端に低い難接着材料である。なお、レンズ５０は、難接着性を示すガラス材料からなるレンズであってもよい。レンズ５０は、図６（ｂ）に示されるように、撮像面側の光学機能面５０ａおよび被写体側の光学機能面５０ｄを有する。レンズ１０から射出された撮影光は、光学機能面５０ｄおよび光学機能面５０ａを通過した後、撮像素子２００に導かれる。レンズ５０の外周面５０ｂは、レンズ１０から遠ざかる方向に向かって（撮像面側に向かって）径小となるように形成されている。また、レンズ５０は、外周面５０ｂから外周方向へ突出したフランジ部５１を有する。フランジ部５１は、光軸を中心とした円錐状の外周部５１ａを有する。外周部５１ａは、レンズ１０から遠ざかる方向に向かって（撮像面側に向かって）径小となるように形成されている。外周部５１ａと光軸とのなす角度は、外周面５０ｂと光軸とのなす角度より大きい。また、レンズ５０は、レンズ１０の当接面１０ａと当接する当接部５０ｃを有する。

レンズ１０とレンズ５０は、当接面１０ａと当接部５０ｃとが当接した状態で接着剤３０により接着固定される。接着剤３０として、例えば、紫外線の照射により硬化させる紫外線硬化型接着剤が使用される。接着剤３０は、当接面１０ａの少なくとも一部、フランジ部５１および外周面５０ｂの少なくとも一部を接着する。本実施例では、レンズ１０およびレンズ５０が接着剤３０により接着固定される領域を接着領域という。すなわち、接着剤３０は、接着領域において、フランジ部５１を接着剤３０と当接面１０ａとの間に挟むように（フランジ部５１を覆うように）塗布される。そのため、当接面１０ａと当接部５０ｃとが密着した状態を保つことができる。また、接着剤３０の剛性により、レンズ群５００に外部から衝撃が加えられた場合でも、当接面１０ａと当接部５０ｃが離れる、またはズレることはない。したがって、本実施例の構成によりレンズ５０をレンズ１０に強固に固定することができる。

また、本実施例では、実施例１と同様に、光学機能面が接着領域から離れており、また接着領域付近の剛性は光学機能面を形成する部分の剛性に比べて大幅に低くなっているため、光学性能の劣化に繋がる影響を低減することができる。

なお、フランジ部５１は、レンズ５０の外周に全周に渡って形成される必要はなく、少なくとも接着箇所のみ形成されていればよい。

本実施例では、レンズ５０の光学機能面５０ａ、５０ｄの表面には、ＳｉＯ２などを構成要素に含む反射防止膜（コーティング層）が形成されている。図７は、レンズ５０の撮像面側から反射防止膜４１を蒸着する際の模式図である。レンズ５０は、蒸着器がレンズ５０に対してレンズ５０の光軸に沿って膜材料を放出するように、蒸着器にセットされることが好ましい。このようにセットすることで、光学機能面５０ａに蒸着される反射防止膜４１ａの膜厚をほぼ均一にすることができる。外周面５０ｂは光軸に対して勾配を有する斜面であるため、外周面５０ｂには反射防止膜４１ａより薄い膜厚で反射防止膜４１ｂが蒸着される。外周部５１ａと光軸とのなす角度は外周面５０ｂと光軸とのなす角度より大きいため、外周部５１ａには反射防止膜４１ｂより厚い膜厚で反射防止膜４１ｃが蒸着される。なお、反射防止膜４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、それぞれの膜厚が異なるが、いずれも反射防止膜４１である。

本実施例では、反射防止膜４１の蒸着機の仕様により、蒸着時のレンズ５０の保持部として外周部５１ａの一部の領域が利用される。その場合、外周部５１ａは、反射防止膜４１ｃが蒸着された領域と、反射防止膜４１ｃが蒸着されない領域を有する。そこで、本実施例でも実施例１と同様に反射防止膜４１が形成された領域に接着剤３０を塗布する。

本実施例では、レンズ２０の接着剤３０との接着部分の全域に反射防止膜４１を蒸着させることができるため、レンズ２０の接着部分の全域の性質を親水性にすることができる。したがって、接着領域においてレンズ２０と接着剤３０との接着力を向上させることができるため、レンズ２０をレンズ１０に対してより強固に固定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０ レンズ（被取付部材）
２０、５０ レンズ（光学素子）
２０ｂ、５０ｂ 外周面
２１、５１ フランジ部
３０ 接着剤

Claims (13)

1. 表面にコーティング層が形成された光学機能面と、前記コーティング層が形成された外周面と、前記外周面の外側に形成されたフランジ部とを含む第１の光学素子と、
   前記第１の光学素子が取り付けられる被取付部材としての第２の光学素子と、を有し、
   前記第１の光学素子と前記被取付部材は、互いに当接した状態で接着剤により接着固定され、
   前記外周面は、前記被取付部材と当接する側に向かって径が大きくなるように傾斜し、
   前記フランジ部の表面は、前記コーティング層が形成されている領域と、前記コーティング層が形成されていない領域とを含み、
   前記接着剤は、前記外周面と前記フランジ部の外周部のうち前記コーティング層が形成されている領域と前記被取付部材のそれぞれ少なくとも一部に塗布されていることを特徴とする光学機器。
2. 前記フランジ部は、前記外周面の外側に前記第１の光学素子の光軸に対して垂直な平面部を有することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記外周部は、前記被取付部材と当接する側に向かって径が大きくなるように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
4. 前記コーティング層は、蒸着により形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学機器。
5. 前記コーティング層は、反射防止膜であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学機器。
6. 前記被取付部材は、一部が前記第１の光学素子に当接する前記第１の光学素子の光軸に対して垂直な当接面を有し、
   前記当接面の少なくとも一部には、前記接着剤が塗布されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学機器。
7. 前記第１の光学素子は、樹脂レンズであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光学機器。
8. 前記第１の光学素子は、撮影光学系の一部を構成することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光学機器。
9. 前記被取付部材は、撮影光学系の一部を構成することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光学機器。
10. 前記光学機器は、撮影光学系を備えるレンズ鏡筒であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光学機器。
11. 前記光学機器は、撮影光学系を備えるレンズ鏡筒と、前記レンズ鏡筒を通過した光束を受光して光電変換する撮像素子と、を有する撮像装置であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光学機器。
12. 前記外周面と前記第１の光学素子の光軸とのなす角度は、前記外周部と前記第１の光学素子の光軸とのなす角度より大きいことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光学機器。
13. 前記第１の光学素子は、前記被取付部の像側に設けられていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の光学機器。

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