JPH0593805A - プラスチツクレンズ及びそれを用いた光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】急激な湿度変化が生じても変形が小さく高精度
を維持したプラスチックレンズ及びこれを用いて光学装
置が常に高画質の画像が得られる光学装置を提供する。 【構成】プラスチックレンズ１を、肉厚の中心線４の形
状が有効径より外側に折り返し点をもち、さらに最外周
の肉厚中心が重心位置１４に対して中央の肉厚中心４と
同じ側にした形状とする。 【効果】急激な湿度変化が生じても変形を、肉厚の中心
線の形状に有効径より外側に変曲点がない場合の半分以
下に低減できる。これにより、使用中に性能劣化の小さ
い光学装置を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチックレンズ及
びそれを用いた光学装置に係り、特に、湿度や温度の変
化が発生しても光学性能の劣化が小さく常に高性能を維
持できるプラスチックレンズ及びそれを用いた光学装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックは温度や湿度の変化による
形状の変形が大きい。プラスチックレンズでは、特に鏡
筒内に組み込んだ状態で温度や湿度が変化すると膨張変
形で外径が鏡筒に接触し、鏡筒から拘束力を受けて形状
が変形する。

【０００３】そのため、特開昭５９−３１９１５号公報
に記載のように、鏡筒とプラスチックレンズの間に弾性
部材を挿入することにより鏡筒からの拘束力によるプラ
スチックレンズの変形を防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、鏡
筒からの拘束力による変形に対しては防止できるが、プ
ラスチックレンズ自体の形状による変形に対する考慮が
なされていない。

【０００５】図８にプラスチックレンズ単品を容器内に
置き、その容器内の湿度を急激に変化させた時のプラス
チックレンズ１の変形量の例を示す。急激に湿度を高く
する即ち、吸湿状態にすると図８（ｂ）に示すように、
全体に一定方向に変形するいわゆる反り変形が発生す
る。逆に急激に湿度を低くする。即ち、脱湿状態にした
場合も同様に図８（ｃ）に示すように全体に一定方向に
変形するいわゆる反り変形が発生する。吸湿状態と脱湿
状態では反り変形は逆方向に発生した。

【０００６】この反り変形は、プラスチックレンズの精
度を劣化させるため、このプラスチックレンズを用いた
光学装置の光学性能の劣化を引き起こす即ち画質を低下
させるという問題点があった。

【０００７】本発明の目的は、急激な湿度変化に対して
も変形の小さいプラスチックレンズ及びそのプラスチッ
クレンズを用い常に高画質の画像を得ることができる光
学装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のプラスチックレンズは、外径方向の引張
力、圧縮力による変形が有効径外に発生するようにし
た。その方法として、レンズの肉厚の中心線の形状が少
なくとも有効径より外側に一点以上の折り返し点をもつ
ようにし、最外周の肉厚中心が重心位置に対して中央の
肉厚中心と同じ側になるようにした。

【０００９】

【作用】先ず、急激な湿度変化によりプラスチックレン
ズに反り変形が発生する現象を説明する。

【００１０】異なる二種類の形状のプラスチックレンズ
を容器内に置き、その容器内の湿度を急激に変化させた
時のプラスチックレンズの変形量の例を示す。

【００１１】二種類のうちの一つのプラスチックレンズ
の形状と変形量を図８に示す。このプラスチックレンズ
１は中央から周辺に行くに従って薄肉になっており、各
半径方向位置での光軸方向の肉厚の中心を結んだ中心線
が図８（ａ）に示すように湾曲している。ここで光線が
通過する両側のレンズ面を各々Ａ面、Ｂ面と呼ぶことに
した。このレンズではＢ面の表面積がＡ面の表面積より
大きくなっている。急激に湿度を高くした場合、即ち、
吸湿状態では図８（ｂ）に示すようにレンズ中心を基準
とすると周辺がＢ面側に変形する反り変形が発生した。
逆に急激に湿度を低くした場合、即ち、脱湿状態では図
８（ｃ）に示すようにレンズ中心を基準とすると周辺が
Ａ面側に変形する反り変形が発生した。

【００１２】一方、二種類のうちの他のプラスチックレ
ンズの形状と変形量を図９に示す。このプラスチックレ
ンズ１は中央から周辺までの肉厚の変化が小さい、即
ち、ほぼ均一肉厚になっており、各半径方向位置での光
軸方向の肉厚の中心を結んだ中心線は、図９（ａ）に示
すようにほぼ直線である。このレンズではＢ面の表面積
がＡ面の表面積より若干大きくなっている。急激に湿度
を高くした場合、即ち、吸湿状態では図９（ｂ）に示す
ように、反り変形はほとんど発生しなかった。逆に、急
激に湿度を低くした場合、即ち、脱湿状態では図９
（ｃ）に示すようにレンズ中心を基準とすると周辺がＢ
面側に変形する反り変形が発生した。

【００１３】ここで吸湿、脱湿による通常の膨張変化に
伴うレンズ面形状の変形は考慮して除いてある。

【００１４】急激な湿度変化ではなく緩やかな湿度変化
の場合には、このような反り変形は発生しない。

【００１５】これらの例から判明した急激な湿度変化に
よるプラスチックレンズの反り変形現象を図１０に示
す。急激な湿度変化では、吸湿、脱湿によりレンズ１の
表面層のみが膨張、収縮しようとする。急激な湿度の上
昇の場合には図１０（ａ）に示すようになり、図１０
（ｂ）に示すような外径方向に引張力が作用した場合と
同じ状態となる。逆に、急激な湿度の低下の場合には外
径方向からの圧縮力が作用した場合と同じ状態となる。

【００１６】例えば投写型テレビジョンに用いるプラス
チックレンズでは、外径の約１００ｍｍに対し肉厚が約
１０ｍｍと小さい。従って薄い板として取り扱うことが
できる。

【００１７】図８に示したプラスチックレンズ１は肉厚
の中心線が湾曲しており、図１１（ａ）に示すような薄
板１３として取り扱うことができる。この薄板１３に外
径方向に引張力を作用させると図１１（ｂ）に示すよう
に中央部はＡ面側に、周辺部はＢ面側に反り変形が発生
する。中央部を基準とすると周辺部がＢ面側に反ったこ
とになる。逆に、この薄板１３に外径方向に圧縮力を作
用させると図１１（ｃ）に示すように、中央部はＢ面側
に、周辺部はＡ面側に反り変形が発生する。中央部を基
準とすると周辺部がＡ面側に反ったことになる。この変
形は図８（ｂ）、図８（ｃ）に示した変形方向と一致す
る。

【００１８】一方、図９に示したプラスチックレンズ１
は肉厚の中心線がほぼ直線であり、図１２（ａ）に示す
ような薄板１３として取り扱うことができる。この薄板
に外径方向に引張力を作用させると図１２（ｂ）に示す
ように反り変形はほとんど発生しない。逆に、この薄板
１３に外径方向に圧縮力を作用させると図１２（ｃ）に
示すように反り変形が発生する。中央部と周辺部はＢ面
側に変形し、中域部はＡ面側に変形する。中央部の変形
量より周辺部の変形量が大きいため、中央部を基準とす
ると周辺部がＢ面側に反ったことになる。この変形は図
９（ｂ）、図９（ｃ）に示した変形方向と一致する。

【００１９】このように、急激な湿度変化により発生す
る反り変形は、肉厚の中心線の形状をした薄板に、吸湿
状態では外径方向に引張力、脱湿状態では外径方向から
の圧縮力が作用した場合の変形と同じであることが判明
した。

【００２０】従って、急激な湿度変化により発生する反
り変形を低減するには、プラスチックレンズの肉厚の中
心線の形状を外径方向の引張、圧縮力に対する強度を大
きくすることである。

【００２１】また別のレンズとのレンズ面間距離の公差
がレンズ面形状の公差より甘いことに着目した。即ち、
レンズ面に反り変形が発生して面形状精度が劣化するよ
り、レンズ面間距離精度が劣化する、言い替えると、平
行移動する方が性能劣化は小さい。レンズ面の有効径範
囲内が変形するのは面形状精度の劣化であり、レンズ面
の有効径範囲外が変形するのは面間距離精度の劣化であ
る。従って変形は発生したとしても有効径外に発生させ
ることにした。

【００２２】以上の結果を基に、肉厚の中心線が少なく
とも有効径より外側に折り返し点をもつようにしたプラ
スチックレンズの作用を説明する。

【００２３】図５（ａ）に図８に示したプラスチックレ
ンズ１の肉厚の中心線の形状をした薄板１３を示す。こ
れに対して有効径より外側で折り返し点をもつ薄板１３
を図５（ｂ）に示す。有効径より内側は、高画質の画像
を得られるように光学設計された形状であるので変更す
ることができないため、同じ形状である。この有効径よ
り外側で折り返し点をもつ薄板１３に外径方向に引張力
を作用させた場合の変形を図５（ｃ）に示す。折り返し
点があるために、折り返し点より外側では変形量が大き
いが、折り返し点より内側は折り返し点がない場合より
も変形量は小さい。すなわち折り返し点より内側にある
有効径の範囲内では、有効径より外側で折り返し点を設
けることにより変形量を低減することができる。また、
外径方向から圧縮力を作用させた場合の変形も、折り返
し点より内側にある有効径の範囲内では、有効径より外
側で折り返し点を設けることにより変形量を低減するこ
とができる。

【００２４】肉厚の中心線の形状をした薄板１３の外径
方向の引張、圧縮力による変形が、そのレンズの急激な
湿度変化による反り変形と一致していることから、プラ
スチックレンズの肉厚の中心線の形状が有効径より外側
で折り返し点を有すると、急激な湿度変化による反り変
形を低減することができる。即ち、精度劣化を起こさな
い高精度プラスチックレンズが得られる。折り返した形
状において最外周の肉厚中心を重心位置に対して中央の
肉厚中心と同じ側にすることにより、その効果は大きく
なる。

【００２５】またこの反り変形を低減したプラスチック
レンズを用いることにより、画質劣化が生じることなく
常に高画質の画像を得ることができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図７によ
り説明する。

【００２７】図１は本発明のプラスチックレンズの一実
施例を示す図である。

【００２８】図１において、１はプラスチックレンズ、
１ａ、１ｂはプラスチックレンズ１の光学面、１ａｙ、
１ｂｙは光学面１ａ、１ｂの有効径、２はプラスチック
レンズ１の１部分で有効径１ａｙ、１ｂｙのうちの大き
い方の径の範囲内であるレンズ有効部、３はプラスチッ
クレンズ１の一部分でレンズ有効部２の外側のレンズ外
周部、４はプラスチックレンズ１の肉厚の中心線、４ａ
はレンズ外周部３に設けた肉厚の中心線４の折り返し点
である。４ｎはプラスチックレンズ１の中央の肉厚の中
心、４ｓはプラスチックレンズ１の最外周の肉厚の中心
である。１４はレンズの重心位置である。中央の肉厚の
中心４ｎと最外周の肉厚の中心４ｓは重心位置１４に対
して同じ側にある。。ここでレンズ外周部３はほぼ均一
の厚さである。またこの実施例のレンズ有効部２の形状
は、図８に示した従来レンズと同一形状である。これは
レンズ有効部２の形状が高画質を得るために必要な形状
で変更できないためである。

【００２９】このように構成したプラスチックレンズ１
を湿度の高い容器、湿度の低い容器に入れて急激な湿度
変化を発生させた場合のプラスチックレンズ１の変形を
図２に示す。図２（ａ）は急激に湿度を高くした場合、
図２（ｂ）は急激に湿度を低くした場合である。図はレ
ンズ中央部を基準としている。どちらの場合も肉厚の中
心線４の折り返し点４ａが存在するために、レンズ外周
部３の変形は大きいがレンズ有効部２の変形は図８に示
した従来レンズの変形より小さくなっている。

【００３０】図３は本発明のプラスチックレンズの第二
の実施例を示す図である。プラスチックレンズ１の構成
は図１の実施例と同じであるので説明を省略する。図１
の実施例と異なる点は、肉厚の中心線４の形状は同じで
あるがレンズ外周部３の肉厚が大きくなっていることで
ある。この場合も図１の実施例と同等の効果が得られ
た。

【００３１】図４は本発明の別の形状のプラスチックレ
ンズの第三の実施例を示す断面図である。プラスチック
レンズ１の構成は図１の実施例と同じであるので説明を
省略する。この実施例のレンズ有効部２の形状は、図９
に示した従来レンズと同一形状である。このプラスチッ
クレンズ１の肉厚の中心線４はレンズ有効部２に折り返
し点４ｂをもっている。このプラスチックレンズ１はレ
ンズ外周部３に設けた肉厚の中心線４の折り返し点４ａ
がなくても急激な湿度変化による変形は小さいが、折り
返し点４ａを設けたことにより、さらに、変形を低減す
ることができた。

【００３２】このように、肉厚の中心線の形状に有効径
より外側に折り返し点を設けることにより急激な湿度変
化による変形を低減することができた。また有効径より
外側に折り返し点があればレンズ外周部３の肉厚には関
係なく効果が得られる。ただし、本発明のプラスチック
レンズを射出成形等で作成する場合には、レンズ外周部
３は肉厚の変化の小さいことが望ましい。特に、レンズ
外周部３の最小肉厚と最大肉厚の比が１対２以下である
ことが望ましい。

【００３３】また、本発明はプラスチックレンズの形
状、即ち、レンズ有効部の形状がどのような形状であっ
ても同様の効果が得られる。即ち、レンズの肉厚の中心
線の有効径内での折り返し点の有無には影響されない。
なお、有効径より外側に設ける折り返し点の数は一点に
限るものではなく、多い方が効果は大きい。

【００３４】反り変形を低減したことにより、急激な湿
度変化でも高精度を維持できるプラスチックレンズを実
現した。

【００３５】図６に本発明の高精度プラスチックレンズ
を投写型テレビジョンに適用した一実施例を示す。

【００３６】図６において、５は投写型テレビジョン、
６は投写レンズ、７は投写型ブラウン管、８は反射鏡、
９は透過型スクリ−ン、１０は筐体、１１は投写光束で
ある。ここで投写型ブラウン管７と投写レンズ６は各々
赤色用、緑色用、青色用の三個（図示せず）で構成され
ている。図７に投写レンズ６の主要部の一実施例を示
す。６ｐａ、６ｐｂ、６ｐｃはプラスチックレンズ、６
ｇはガラスレンズ、１２は鏡筒である。プラスチックレ
ンズ６ｐａ、６ｐｂは本発明による肉厚の中心線が有効
径より外側に折り返し点をもつ形状をしている。

【００３７】このように構成された投写型テレビジョン
５は、投写型ブラウン管７から投写された光束１１を投
写レンズ６で拡大し、反射鏡８で反射させて透過型スク
リ−ン９に結像させる。ここで投写レンズ６は急激な湿
度変化によってもレンズ性能の劣化が小さいため透過型
スクリ−ン９に結像した画像は、急激な湿度変化によっ
ても高画質を維持することができた。

【００３８】なお、本実施例では投写レンズとしてプラ
スチックレンズ三枚とガラスレンズ一枚の四枚構成とし
たが、本発明はレンズの構成枚数やガラスレンズの有無
に制限されるものではない。また、使用するプラスチッ
クレンズ全てに本発明のプラスチックレンズを用いなく
とも、一部に適用するだけでも効果が得られる。

【００３９】本発明の高精度プラスチックレンズを適用
できるのは投写型テレビジョンに限らず、ビデオカメラ
等の他の光学装置にも適用できる。特に、使用環境の変
化が大きいビデオカメラ等ではその効果が大きい。用い
た結果、使用中での性能劣化が小さく常に高画質の画像
を得ることができた。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、プラスチックの形状
を、肉厚の中心線の形状が有効径より外側に折り返し点
を設けた形状即ち外径方向の引張力、圧縮力に対する変
形を有効径外に発生させることのできる形状とすること
で、急激な湿度変化が生じても変形を有効径外に発生さ
せることができ、有効径内の変形を従来の半分以下に低
減した高精度プラスチックレンズが得られる。

【００４１】また、本発明のプラスチックレンズを用い
ることで、使用中の性能劣化の小さい光学装置を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラスチックレンズの第一の実施
例を示す断面図、

【図２】図１のプラスチックレンズに急激な湿度変化を
与えた場合の変形を表すプラスチックレンズの断面図、

【図３】本発明によるプラスチックレンズの第二の実施
例を示す断面図、

【図４】本発明によるプラスチックレンズの第三の実施
例を示す断面図、

【図５】本発明の原理を表す薄板の形状と変形を示す断
面図、

【図６】本発明によるプラスチックレンズを用いた投写
型テレビジョンの一実施例の断面図、

【図７】図６の投写型テレビジョンの投写レンズ系の一
実施例を示す断面図、

【図８】従来のプラスチックレンズの形状と変形を示す
断面図、

【図９】従来のプラスチックレンズの形状と変形を示す
断面図、

【図１０】図６に示した従来のプラスチックレンズに急
激な湿度変化を与えた場合の変形力を表すプラスチック
レンズの断面図、

【図１１】従来のプラスチックレンズの変形の原理を表
す薄板の形状と変形を示す断面図、

【図１２】従来のプラスチックレンズの変形の原理を表
す薄板の形状と変形を示す断面図。

【符号の説明】

１…プラスチックレンズ、 １ａ，１ｂ…光学面、 １ａｙ，１ｂｙ…有効径、 ２…レンズ有効部、 ３…レンズ外周部、 ４…肉厚の中心線、 ４ａ，４ｂ…折り返し点、 ４ｎ…レンズ中央の肉厚中心、 ４ｓ…レンズ最外周の肉厚中心。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野寺 浩幸 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所横浜工場内 (72)発明者 村中 昌幸 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所映像メデイア研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】温度あるいは湿度が変化した場合に発生す
   る変形を、有効径外に発生させることを特徴とするプラ
   スチックレンズ。
2. 【請求項２】外径方向の引張力あるいは圧縮力により発
   生する変形を、有効径外に発生させることを特徴とする
   プラスチックレンズ。
3. 【請求項３】肉厚の中心線の形状が有効径より外側に少
   なくとも一点以上の折り返し点をもつことを特徴とする
   プラスチックレンズ。
4. 【請求項４】請求項３において、最外周での肉厚中心
   が、重心位置に対し、中央の肉厚中心と同じ側にあるこ
   とを特徴とするプラスチックレンズ。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４において、射出成
   形もしくは射出圧縮成形により作製されたプラスチック
   レンズ。
6. 【請求項６】請求項５において、有効径外の最小肉厚と
   最大肉厚の比が１対２以下であるプラスチックレンズ。
7. 【請求項７】請求項１ないし請求項６のプラスチックレ
   ンズがを投写型テレビジョン用であるプラスチックレン
   ズ。
8. 【請求項８】請求項１ないし請求項６のプラスチックレ
   ンズを用いた光学装置。
9. 【請求項９】請求項８において、前記光学装置が投写型
   テレビジョンである光学装置。