JP2011145374A - プラスチックレンズ、撮影レンズ、撮像装置及び携帯機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、小型化され、複雑な形状になっても、良好な形状精度で且つ内部歪みが小さいプラスチックレンズ、撮影レンズ、撮像装置及び携帯機器を得る。
【解決手段】本発明のプラスチックレンズは、 レンズ有効径部2aの外周にフランジ部2bを有し、成形金型にゲート部2dを介して樹脂を流し込むことにより製造されるプラスチックレンズであって、レンズ有効径部2aの周縁厚みをs、レンズ有効径部2aの中心厚みをt、レンズ有効径をE.D、レンズ外径をDとした場合、s/t≦0.61、E.D/D≧0.4を満たすことを特徴とする。
【選択図】図2
【解決手段】本発明のプラスチックレンズは、 レンズ有効径部2aの外周にフランジ部2bを有し、成形金型にゲート部2dを介して樹脂を流し込むことにより製造されるプラスチックレンズであって、レンズ有効径部2aの周縁厚みをs、レンズ有効径部2aの中心厚みをt、レンズ有効径をE.D、レンズ外径をDとした場合、s/t≦0.61、E.D/D≧0.4を満たすことを特徴とする。
【選択図】図2
Description
本発明は、カメラや光ピックアップ装置といった光学機器に使用されるプラスチックレンズ、撮影レンズ、撮像装置及び携帯機器に関する。
この種のプラスチックレンズは、ポリカーボネート樹脂やメタクリル樹脂等の樹脂を成形金型に流し込むことにより製造される。まず、プラスチックレンズの形状に合わせた成形金型を用意し、該成形金型を射出成形機に装着し、溶融状態の樹脂を成形金型に設けられた樹脂注入流路としてのゲート部からキャビティ内に流し込み、充填させた後、冷却固化させ、成形金型から取り出す。取り出されたプラスチックレンズは、光軸方向から見ると円形であるが、外周のフランジ部の一部からゲート部がランナーと繋がった状態にあるため、最終的な工程として、ゲート部を切断し、ランナーから取り出して、プラスチックレンズを完成させる。
但し、ゲート部の切断時に一部が残ってしまうと、プラスチックレンズをレンズホルダ内に装着できなかったり、装着できたとしてもレンズホルダに対して心出しができなくなる場合がある。そのため、ゲート部を切断する方法として、ゲート部が繋がっているフランジ部の箇所をゲート部と一緒に切断する方法(例えば、特許文献1)や、フランジ部の一部が切り欠かれるようなキャビティ形状で且つ該切り欠き箇所にゲート部を設けた成形金型を用いて成形したプラスチックレンズに対し、フランジ部の仮想外周円よりも内側でゲート部を切断する方法(例えば、特許文献2)が提案されている。
ところで、射出成形によって製造される上記従来のプラスチックレンズは、小型化(薄型化)され、複雑な形状になると、内部歪みが発生しやすくなることが知られている。そのため、高画質、小型化の要求から複雑な形状のものが多用されるようになってきている近年の携帯機器向けのカメラにとって、その問題解決は急務である。
内部歪みを小さくするためには、射出成形時における樹脂の充填圧力を下げればよい。しかしながら、樹脂の充填圧力を下げると、充填不良によってレンズ面にヒケが発生し、良好な形状精度を得られなくなるおそれがある。射出成形において、内部歪みの発生と形状精度の低下は相反する方向性の問題であるため、これらを一挙に解決するためには、別のアプローチを試みる必要がある。
本発明は、上記問題に鑑み、小型化され、複雑な形状になっても、良好な形状精度で且つ内部歪みが小さいプラスチックレンズ、撮影レンズ、撮像装置及び携帯機器を提供することを課題とするものである。
本発明に係るプラスチックレンズは、上記課題を解決するためになされたもので、レンズ有効径部の外周にフランジ部を有し、成形金型にゲート部を介して樹脂を流し込むことにより製造されるプラスチックレンズであって、レンズ有効径部の周縁厚みをs[mm]、レンズ有効径部の中心厚みをt[mm]、レンズ有効径をE.D[mm]、レンズ外径をD[mm]とした場合、s/t≦0.61、E.D/D≧0.4なる条件を満たすことを特徴とする。
かかる構成からなるプラスチックレンズによれば、レンズが小型化(薄型化)され、複雑な形状になっても、良好な形状精度を得られると共に、内部歪みを小さくすることができる。
また、本発明に係るプラスチックレンズは、s≦0.65なる条件をさらに満たすのが好ましい。
また、本発明に係るプラスチックレンズは、アッベ数をυd、曲げ強度をσb[MPa]とした場合、26.0≦υd≦55.8、104≦σb≦125なる条件を満たす樹脂材料を用いて作製するか、屈折率をNd、曲げ強度をσb[MPa]とした場合、1.53≦Nd≦1.62、104≦σb≦125なる条件を満たす樹脂材料を用いて作製するようにするのが好ましい。
また、本発明に係るプラスチックレンズは、前記樹脂材料として低分散樹脂材料を採用することができる。
これらの構成からなるプラスチックレンズによれば、さらに内部歪みを抑制することができる。
また、本発明に係るプラスチックレンズは、前記レンズ有効径部2aのレンズ面のいずれか一面に回折素子面を有し、該回折素子面がf(doe)/f>30となるようにすることができる。
かかる構成からなるプラスチックレンズによれば、回折のパワーを弱く(焦点距離を大きく)し、レンズ有効径部2a内の輪帯数を少なくすることで、回折不要次数光によるフレアを抑えることができる。
また、本発明に係る撮影レンズは、被写体側から結像面側に向かって、絞り及び一つ以上のレンズを備え、少なくともその一つのレンズが上記プラスチックレンズであることを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、被写体に対応した光信号を画像信号に変換して出力する撮像素子と、該撮像素子の結像面に被写体の像を結像させる撮影レンズとを備えた撮像装置であって、撮影レンズとして上記撮影レンズを用いることを特徴とする。
また、本発明に係る携帯機器は、上記撮像装置を用いたことを特徴とする。
以上の如く、本発明は、形状寸法を好適なものに範囲設定することにより、小型化され、複雑な形状になっても、良好な形状精度で且つ内部歪みが小さいプラスチックレンズを得ることができる。
以下、本発明に係るプラスチックレンズ、撮影レンズ、撮像装置及び携帯機器の実施形態について、図面を参酌しつつ説明する。
図1は、本実施形態に係る撮像装置7を示している。図1に示すように、撮像装置7の一構成要素であるレンズ鏡筒1は、撮影レンズ2と、該撮影レンズ2を収容するレンズホルダ3とから構成される。より具体的には、レンズ鏡筒1は、レンズ有効径部2aの外周にフランジ部(コバ部)2bを有する複数枚のレンズから構成された撮影レンズ2と、該撮影レンズ2を内壁にて保持する筒状のレンズホルダ3とからなる。
撮影レンズ2は、複数枚、例えば4枚の凹凸レンズであり、各レンズの直径などの外形寸法や形状が異なる。詳細には、結像面(撮像素子10)の近くに位置するレンズ(以下、結像面に近づく方向で順に、第1レンズ21、第2レンズ22、第3レンズ23、第4レンズ24)ほど、サイズ(直径などの外形寸法)が大きく、従って、結像面に最も遠くに位置する第1レンズ21のサイズが最も小さく、結像面に最も近くに位置する第4レンズ24のサイズが最も大きくなる。第4レンズ24は、そのフランジ部2bに、レンズホルダ3の後述する保持部32の内径より小さい挿入部2baと、該挿入部2baに連続し、保持部32の内径より大きく、且つ、保持部32の端面(レンズホルダ3のうち、結像面側の端面)から離間した位置に対向面を有する押圧部2bbとを備え、第4レンズ24のフランジ部2bの外径が保持部32の外径より小さくなっている。
レンズホルダ3は、複数(図例では4枚)の撮影レンズ2が収容されるように構成され、第1レンズ21の一方面側(被写体側)のフランジ部2bを光軸方向において全体的又は部分的に支持する支持部31が一端部(被写体側の端部)に形成されると共に、第4レンズ24の他方面側(結像面側)のフランジ部2bに対して全体的又は部分的に対向する保持部32が他端部(結像面側の端部)に形成されている。
レンズホルダ3の上部には、開口部33が設けられている。この開口部33は、撮影レンズ2の絞りの機能を果たすものである。また、レンズホルダ3の外面には、雄ねじ34(後述のアウタホルダ8と螺合するためのもの)が形成されている。
レンズホルダ3の支持部31から保持部32にかけて、撮影レンズ2が収納されている。具体的には、レンズホルダ3の内側に、撮影レンズ2と遮光板(スペーサ)6が収納されており、しかも、撮影レンズ2(第4レンズ24を除く)のフランジ部2bに形成された切り欠き箇所(〔背景技術〕欄で記載したどちらかの方式による切り欠き箇所)により、図1の右半分に示されるように、撮影レンズ2(第4レンズ24を除く)のフランジ部2bとレンズホルダ3の内周面との間には一部で隙間(空間部)が生じている。
撮影レンズ2のうち、第1レンズ21は、フランジ部2bの上面がレンズホルダ3の支持部31の下面に当接し、且つフランジ部2bを除くレンズ有効径部2bのレンズ面がレンズホルダ3の下面から例えば0μmを越えて50μm以下の所定の距離を保って収納され、第4レンズ24は、挿入部2baが保持部32に挿入されるようにして、レンズホルダ3に取り付けられている。この挿入された状態において、挿入部2baから連続し、且つ、保持部32の内径より大きい押圧部2bbは、保持部32の端面から離間した位置にあるため、レンズホルダ3の先端部と第4レンズ24のフランジ部2bとによって窪み部が形成されている。窪み部は、具体的には、レンズホルダ3の保持部32、第4レンズ24の挿入部2ba及び押圧部2bbによって形成される凹状で且つ環状の窪み部であって、この窪み部に接着剤5が充填され、第4レンズ24がレンズホルダ3に固定されている。
なお、レンズホルダ3の下面とレンズ有効径部2aとの隙間は、50μmを超えると迷光(不要光)によるフレアが発生し、0μm以下にするとレンズ有効径部2aが損傷してごみが発生する問題があるので、0μmを越えて50μm以下としている。
ここで、本実施形態においては、第3レンズ23に特徴があるので、その点、以下に説明する。図2(a)は、第3レンズ23の断面図、(b)は平面図を示している。上述のとおり、第3レンズ23は、他のレンズと同様、レンズ有効径部2aと、該レンズ有効径部2aの外周のフランジ部2bとからなる。
第3レンズ23は、直径(外径)D[mm]で規定され、レンズ有効径部2aが、直径(レンズ有効径)E.D[mm]、周縁厚み(最薄部肉厚)s[mm]、中心厚み(中心部肉厚)t[mm]で規定される平面視にて円形の凸レンズであるが、フランジ部2bの外周の一部に切り欠き箇所2c(中心から切り欠き箇所2cまでの距離E[mm])を有し、該切り欠き箇所2cにゲート部2dが配置されるようになっている。
表1は、各種パラメータを変更して検証を行った結果を示している。内部歪みは、直交ニコル法によって確認するようにした。その結果、レンズ種類NO3,7のレンズに内部歪みが認められ、それ以外のレンズ種類NO1,2,4〜6,8のレンズには内部歪みが認められなかった。
s/t≦0.61 ・・・(式1)
E.D/D≧0.4 ・・・(式2)
また、第3レンズ23は、各種の樹脂材料を選択可能であるが、いくつかの樹脂材料について検証を行った。表2は、各種の樹脂材料を変更して検証を行った結果を示している。樹脂材料Aは、日本ゼオン製のZEONEX 480R(商品名)であり、樹脂材料Bは、ZEONEX E48R(商品名)であり、樹脂材料Cは、ZEONEX F52R(商品名)であり、いずれも低分散樹脂材料である。また、樹脂材料Dは、大阪ガスケミカル製のOKP4(商品名)であり、樹脂材料Eは、帝人化成製のPC AD−5503(商品名)であり、樹脂材料Fは、帝人化成製のSP−1516(商品名)であり、いずれも高分散樹脂材料である。
E.D/D≧0.4 ・・・(式2)
また、第3レンズ23は、各種の樹脂材料を選択可能であるが、いくつかの樹脂材料について検証を行った。表2は、各種の樹脂材料を変更して検証を行った結果を示している。樹脂材料Aは、日本ゼオン製のZEONEX 480R(商品名)であり、樹脂材料Bは、ZEONEX E48R(商品名)であり、樹脂材料Cは、ZEONEX F52R(商品名)であり、いずれも低分散樹脂材料である。また、樹脂材料Dは、大阪ガスケミカル製のOKP4(商品名)であり、樹脂材料Eは、帝人化成製のPC AD−5503(商品名)であり、樹脂材料Fは、帝人化成製のSP−1516(商品名)であり、いずれも高分散樹脂材料である。
上記と同様、内部歪みは、直交ニコル法によって確認するようにした。その結果、樹脂材料A,Eを用いて作製されたレンズに内部歪みが認められ、それ以外の樹脂材料B〜D,Fを用いて作製されたレンズには内部歪みが認められなかった。尚、屈折率nDはD線(587.6nm)での屈折率である。アッベ数υdは、F線(486.1nm)の屈折率をnF、C線(656.3nm)での屈折率をnCとすると、(nD−1)/(nF−nC)で表される。曲げ強度σb[MPa]は、曲げ試験において、試験片に亀裂や破損・破断が起こる前に生じる最大剪断応力のことをいう。曲げ弾性率e[MPa]は、材料の通常の曲げ試験3点曲げと4点曲げ試験において求めた荷重−たわみ曲線を用いて計算される弾性率である。引張伸びλ[%]は、破断時の伸び率を百分率で表した値であり、引張試験で測定する。
26.0≦υd≦55.8 ・・・(式3)
(1.53≦nD≦1.62) ・・・(式3’)
104≦σb≦125 ・・・(式4)
また、さらには、内部歪みが認められなかったものには、以下の関係が認められる。そのため、第3レンズ23を以下の関係式を満たす樹脂材料で作製することで、内部歪みが発生するのをさらに抑えることができる。
(1.53≦nD≦1.62) ・・・(式3’)
104≦σb≦125 ・・・(式4)
また、さらには、内部歪みが認められなかったものには、以下の関係が認められる。そのため、第3レンズ23を以下の関係式を満たす樹脂材料で作製することで、内部歪みが発生するのをさらに抑えることができる。
2≦λ≦10 ・・・(式5)
尚、第3レンズ23は、本実施形態においては、3.5mm≦D≦6.0mm、2.9mm≦E.D≦5.4mm、0.3mm≦s≦0.5mm、0.7mm≦t≦1.0mm、1.75mm≦E≦2.9mmとなっている。
尚、第3レンズ23は、本実施形態においては、3.5mm≦D≦6.0mm、2.9mm≦E.D≦5.4mm、0.3mm≦s≦0.5mm、0.7mm≦t≦1.0mm、1.75mm≦E≦2.9mmとなっている。
レンズ鏡筒1(撮影レンズ2とレンズホルダ3)の他に、撮像装置7の構成要素としては、レンズホルダ3を介して撮影レンズ2を収納する筒状のアウタホルダ8を備えた本体9と、第4レンズ24から所定距離の位置に配置されると共に、その中央部に受光部を有し、被写体に対応した光信号を画像信号に変換して出力する撮像素子10と、該撮像素子10が搭載される基板11と、撮像素子10を覆うガラス板12と、赤外線カットフィルタ13とが挙げられる。
本体9は、レンズホルダ3を保持するアウタホルダ8と、アウタホルダ8側に設けられ、アウタホルダ8を支持する支持部14とを有する。アウタホルダ8は、筒状に構成されると共に、その内面に雌ねじ81が形成されている。このアウタホルダ8の雌ねじ81には、レンズホルダ3の雄ねじ34が螺合するようになっている。
支持部14は、その下部に、アウタホルダ8に保持されている、レンズホルダ3及び撮影レンズ2の主として上下方向の位置決めを行うための位置決め部14aと、撮像素子10(又は基板11)に向かって(下方に)突出する突起部14bとを有する。
位置決め部14aは、所定の面積を有する平面状に形成されている。また、この位置決め部14aの外周は、平面視四角形状に構成されている。位置決め部14aは、撮像素子10の受光部よりも外周部の近傍で、撮像素子10に対する撮影レンズ2の位置決めを行うようになっている。具体的には、位置決め部14aは、撮像素子10の上側に位置するガラス板12の表面(上面)に当接するようになっている。この位置決め部14aは、高い位置決め精度を得るために粘度の低い接着剤15を介して、ガラス板12に固定される。
突起部14bは、接着剤16を介して基板11の表面(上面)に固定される。該接着剤16は、その一部が突起部14bとガラス板12とによって挟まれた状態となっている。このように、接着剤15よりも粘度の高い接着剤16が突起部14bとガラス板12との間に介在することで、アウタホルダ8の位置ずれを効果的に防止できるようになっている。
撮像素子10は、ガラス板12の下面側に固着されている。ガラス板12は、その下面が接続部17を介して基板11に固定されている。
赤外線カットフィルタ13は、第4レンズ24とガラス板12の間の位置に設けられている。具体的には、赤外線カットフィルタ13は、アウタホルダ8側に設けられた支持部14に固定されている。
次に、上記撮像装置7を備える携帯機器18について説明する。図3(a)は携帯機器18の正面図、(b)は背面図を示している。携帯機器18は、例えば、カメラ付き携帯電話機であって、本体ケース19と該本体ケース19に搭載されるディスプレイ19a、操作部19b、撮像装置7を備える。
本体ケース19は、折畳み式の二つの長方形状の板状体からなり、二つの板状体の各々の一の短辺同士が連結されて、具体的には、ヒンジ状の連結部によって、当該連結箇所が一方向に折り曲げ可能なように構成され、一方の板状体の一の面と他方の板状体の一の面が対向するように折畳まれる。より詳細には、本体ケース19を構成する一方の板状体の内側の面にはディスプレイ19aが配設され、また他方の板状体の内側の面には操作部19bが配設されており、ディスプレイ19aの配設された面と操作部19bの配設された面とが近接して対向するように、本体ケース19は折畳まれる。ディスプレイ19aは、例えば、長方形状の液晶画面であって、携帯電話機の操作に関連する画面表示がなされる。操作部19bは、携帯電話機の機能を操作するためのものであり、円形及び楕円形状のボタンからなる。撮像装置7は、上述したものであり、これが、本体ケース19に備えられている。具体的には、本体ケース19の操作部19bの配設された面と逆の面に、レンズホルダ3の開口部33側(第1レンズ21)が配設されている。
尚、本発明に係るプラスチックレンズ、撮像装置、携帯機器は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲、例えばAFデジタルカメラやパソコンカメラ、監視カメラ、光ピックアップ装置等の種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態においては、撮影レンズ2は4枚のレンズからなるが、4枚でなくとも、例えば、2枚でも3枚でもよい。また、上記式1〜4を満たすものとして、第3レンズ22を対象としたが、その他のレンズであってもよい。
また、レンズ有効径部2aのレンズ面のいずれか一面に回折素子面を有し、該回折素子面がf(doe)/f>30となるようにすることができる。その結果、回折のパワーを弱く(焦点距離を大きく)し、レンズ有効径部2a内の輪帯数を少なくすることで、回折不要次数光によるフレアを抑えることができる。
本発明に係るプラスチックレンズ、撮影レンズ、撮像装置及び携帯機器は、形状寸法を好適なものに範囲設定することにより、小型化され、複雑な形状になっても、良好な形状精度を得ると共に、内部歪みを小さくすることが必要な用途に適用できる。
1 レンズ鏡筒
2 撮影レンズ
2a レンズ有効径部
2b フランジ部
2c 切り欠き箇所
2d ゲート部
21 第1レンズ
22 第2レンズ
23 第3レンズ
24 第4レンズ
3 レンズホルダ
7 撮像装置
9 本体
10 撮像素子
11 基板
18 携帯機器
19 本体ケース
19a ディスプレイ
19b 操作部
D 外径(レンズ外径)
E.D レンズ有効径部の直径(レンズ有効径)
s レンズ有効径部の周縁厚み(最薄部肉厚)
t レンズ有効径部の中心厚み(中心部肉厚)
2 撮影レンズ
2a レンズ有効径部
2b フランジ部
2c 切り欠き箇所
2d ゲート部
21 第1レンズ
22 第2レンズ
23 第3レンズ
24 第4レンズ
3 レンズホルダ
7 撮像装置
9 本体
10 撮像素子
11 基板
18 携帯機器
19 本体ケース
19a ディスプレイ
19b 操作部
D 外径(レンズ外径)
E.D レンズ有効径部の直径(レンズ有効径)
s レンズ有効径部の周縁厚み(最薄部肉厚)
t レンズ有効径部の中心厚み(中心部肉厚)
Claims (9)
- レンズ有効径部の外周にフランジ部を有し、成形金型にゲート部を介して樹脂を流し込むことにより製造されるプラスチックレンズであって、レンズ有効径部の周縁厚みをs[mm]、レンズ有効径部の中心厚みをt[mm]、レンズ有効径をE.D[mm]、レンズ外径をD[mm]とした場合、以下の条件を満たすことを特徴とするプラスチックレンズ。
s/t≦0.61 ・・・(式1)
E.D/D≧0.4 ・・・(式2) - 以下の条件をさらに満たすことを特徴とする請求項1に記載のプラスチックレンズ。
s≦0.65 - アッベ数をυd、曲げ強度をσb[MPa]とした場合、以下の条件を満たす樹脂材料を用いて作製されることを特徴とする請求項1に記載のプラスチックレンズ。
26.0≦υd≦55.8 ・・・(式3)
104≦σb≦125 ・・・(式4) - 屈折率をnD、曲げ強度をσb[MPa]とした場合、以下の条件を満たす樹脂材料を用いて作製されることを特徴とする請求項1に記載のプラスチックレンズ。
1.53≦nD≦1.62 ・・・(式3’)
104≦σb≦125 ・・・(式4) - 前記樹脂材料が低分散樹脂材料であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のプラスチックレンズ。
- 前記レンズ有効径部のレンズ面のいずれか一面に回折素子面を有し、該回折素子面が以下の条件を満たすことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のプラスチックレンズ。
f(doe)/f>30 ・・・(式5) - 被写体側から結像面側に向かって、絞り及び一つ以上のレンズを備え、少なくともその一つのレンズが請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のプラスチックレンズであることを特徴とする撮影レンズ。
- 被写体に対応した光信号を画像信号に変換して出力する撮像素子と、該撮像素子の結像面に被写体の像を結像させる撮影レンズとを備えた撮像装置であって、前記撮影レンズとして請求項6に記載の撮影レンズを用いることを特徴とする撮像装置。
- 請求項7に記載の撮像装置を用いたことを特徴とする携帯機器。
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