JP4886409B2 - 光学部品、撮像装置、光学部品の設計方法および光学部品の製造方法 - Google Patents
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Z:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面上の任意の点の光軸方向の座標を示す一般式(但し、m(1〜nまでの自然数)が4次以上の偶数の場合には偶数次非球面式)
X:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面上の任意の点の径方向の座標
R:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面の中心曲率半径
K:円錐係数(以下、同様)
Am:(1)式におけるm次の非球面係数
とし、前記原型光学素子の光学面が前記原型光学素子の前記ホルダへの圧入後において満足する式を次の(2)式、
Z’:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面上の任意の点の光軸方向の座標を示す数式
X’:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面上の任意の点の径方向の座標
α:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面の有効半径をr(以下、同様)、原型光学素子のホルダへの圧入による原型光学素子の光学面の有効半径の変化量をΔXとした場合に、ΔX/rによって表される値(以下、同様)
β:原型光学素子のホルダへの圧入による原型光学素子の光学面の光学有効領域における外周端部上の点の光軸方向への変化量をΔPVとした場合に、ΔPV/rによって表される値(以下、同様)
R’:R(1+β)/(1−α)2によって表される値
Am’:{(1−α)m/(1+β)}Amによって表される値(但し、mは、1〜nまでの自然数)
とした場合に、次の(3)式、
Z”:光学素子のホルダへの圧入前における光学素子の光学面を成形する金型の形状を示す数式
X”:光学素子のホルダへの圧入前における光学素子の光学面を成形する金型の形状を規定する径方向の座標
R”:R(1−2β)/(1−α)2によって表される値
Am”:{(1−α)m/(1−2β)}Amによって表される値(但し、mは、1〜nまでの自然数)
を満足する金型に対応した形状に形成されている点にある。
前記光学素子の前記ホルダへの圧入前における前記光学素子の光学面の形状を、前記ホルダへの圧入による前記光学素子の変形を見込んだ上で前記光学素子が前記ホルダへの圧入後に所望の光学特性を有するような形状であって、
前記ホルダへの圧入後における前記光学素子の光学面の理想的な形状に対して前記ホルダへの圧入前において同一形状となるような光学面を有する前記光学素子の設計に用いる光学素子である原型光学素子の光学面が、前記原型光学素子の前記ホルダへの圧入前において満足する式を次の(1)式、
Z:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面上の任意の点の光軸方向の座標を示す一般式(但し、m(1〜nまでの自然数)が4次以上の偶数の場合には偶数次非球面式)
X:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面上の任意の点の径方向の座標
R:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面の中心曲率半径
K:円錐係数(以下、同様)
A m :(1)式におけるm次の非球面係数
とし、前記原型光学素子の光学面が前記原型光学素子の前記ホルダへの圧入後において満足する式を次の(2)式、
Z’:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面上の任意の点の光軸方向の座標を示す数式
X’:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面上の任意の点の径方向の座標
α:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面の有効半径をr(以下、同様)、原型光学素子のホルダへの圧入による原型光学素子の光学面の有効半径の変化量をΔXとした場合に、ΔX/rによって表される値(以下、同様)
β:原型光学素子のホルダへの圧入による原型光学素子の光学面の光学有効領域における外周端部上の点の光軸方向への変化量をΔPVとした場合に、ΔPV/rによって表される値(以下、同様)
R’:R(1+β)/(1−α) 2 によって表される値
A m ’:{(1−α) m /(1+β)}A m によって表される値(但し、mは、1〜nまでの自然数)
とした場合に、次の(3)式、
Z”:光学素子のホルダへの圧入前における光学素子の光学面を成形する金型の形状を示す数式
X”:光学素子のホルダへの圧入前における光学素子の光学面を成形する金型の形状を規定する径方向の座標
R”:R(1−2β)/(1−α) 2 によって表される値
A m ”:{(1−α) m /(1−2β)}A m によって表される値(但し、mは、1〜nまでの自然数)
を満足する金型に対応した形状に設計する点にある。
前記光学素子の前記ホルダへの圧入前における前記光学素子の光学面の形状を、前記ホルダへの圧入による前記光学素子の変形を見込んだ上で前記光学素子が前記ホルダへの圧入後に所望の光学特性を有するような形状に形成し、このような形状を、
前記ホルダへの圧入後における前記光学素子の光学面の理想的な形状に対して前記ホルダへの圧入前において同一形状となるような光学面を有する前記光学素子の設計に用いる光学素子である原型光学素子の光学面が、前記原型光学素子の前記ホルダへの圧入前において満足する式を次の(1)式、
Z:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面上の任意の点の光軸方向の座標を示す一般式(但し、m(1〜nまでの自然数)が4次以上の偶数の場合には偶数次非球面式)
X:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面上の任意の点の径方向の座標
R:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面の中心曲率半径
K:円錐係数(以下、同様)
A m :(1)式におけるm次の非球面係数
とし、前記原型光学素子の光学面が前記原型光学素子の前記ホルダへの圧入後において満足する式を次の(2)式、
Z’:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面上の任意の点の光軸方向の座標を示す数式
X’:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面上の任意の点の径方向の座標
α:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面の有効半径をr(以下、同様)、原型光学素子のホルダへの圧入による原型光学素子の光学面の有効半径の変化量をΔXとした場合に、ΔX/rによって表される値(以下、同様)
β:原型光学素子のホルダへの圧入による原型光学素子の光学面の光学有効領域における外周端部上の点の光軸方向への変化量をΔPVとした場合に、ΔPV/rによって表される値(以下、同様)
R’:R(1+β)/(1−α) 2 によって表される値
A m ’:{(1−α) m /(1+β)}A m によって表される値(但し、mは、1〜nまでの自然数)
とした場合に、次の(3)式、
Z”:光学素子のホルダへの圧入前における光学素子の光学面を成形する金型の形状を示す数式
X”:光学素子のホルダへの圧入前における光学素子の光学面を成形する金型の形状を規定する径方向の座標
R”:R(1−2β)/(1−α) 2 によって表される値
A m ”:{(1−α) m /(1−2β)}A m によって表される値(但し、mは、1〜nまでの自然数)
を満足する金型によって形成し、このような形状に形成された前記光学素子を、前記ホルダに圧入して取り付けることによって前記光学部品を製造する点にある。
α=ΔX/r (4)
β=ΔPV/r (5)
X=X’−αX’ (6)
Z=Z’+βZ’ (7)
但し、(6)式におけるX’は、原型レンズのホルダ2、10への圧入後における原型レンズのレンズ面上の任意の点の径方向の座標である。この径方向の座標は、ホルダ2、10への圧入後における原型レンズのレンズ面と光軸との交点を原点とし、径方向における外側に向かう方向を正としている。また、(7)式におけるZ’は、原型レンズのホルダ2、10への圧入後における原型レンズのレンズ面上の任意の点の光軸方向の座標であり、このZ’の値が、原型レンズのホルダ2、10への圧入後における原型レンズのレンズ面を表す曲面の値となる。この光軸方向の座標Z’は、ホルダ2、10への圧入後における原型レンズのレンズ面と光軸との交点を原点とし、像面側から物体側に向かう方向を正としている。なお、原型レンズのレンズ面の形状(凹または凸)によっては、圧入によるレンズ面の変形方向が異なる。具体的には、(7)式は、原型レンズのレンズ面が凸面の場合における圧入によるレンズ面の変形を示したものであり、原型レンズのレンズ面が凹面の場合には、Z=Z’−βZ’とする必要がある。
X=X”−αX” (8)
Z=Z”−2βZ” (9)
但し、(8)式におけるX”は、レンズ3、5のホルダ2、10への圧入前におけるレンズ3、5のレンズ面11、12、16、17を成形する金型の形状を規定する径方向の座標であり、より具体的には、金型におけるレンズ面11、12、16、17の成形に用いられるレンズ駒の表面上の任意の点の径方向の座標である。この径方向の座標は、金型におけるレンズ駒の表面の中心点を原点とし、この原点からキャビティにおける径方向の外側に向かう方向を正としている。また、(9)式におけるZ”は、レンズ3、5のホルダ2、10への圧入前におけるレンズ3、5のレンズ面11、12、16、17を成形する金型におけるレンズ駒の表面上の任意の点の光軸方向の座標であり、このZ”の値が、金型の形状を示す曲面の値となる。この光軸方向の座標Z”は、金型におけるレンズ駒の表面の中心点を原点とし、この原点からキャビティの厚み方向(すなわち原型レンズの光軸方向)に沿ってキャビティの内側(すなわち原型レンズ側)に向かう方向を正としている。なお、原型レンズのレンズ面が凹面の場合には、Z=Z”+2βZ’とする必要がある。
第1実施例においては、ホルダへの圧入前において、直径が3.0mm、レンズ面の直径が1.88mm、光学有効領域の直径(有効半径の2倍)が1.8mm、中心厚が0.620mm、フランジ部の厚みが0.637mmとされたレンズ面が凸面(非球面)の原型レンズを用いて、金型を設計する。
第2実施例においては、ホルダへの圧入前において、直径が2.8mm、レンズ面の直径が1.44mm、光学有効領域の直径が1.35mm、中心厚が0.570mm、フランジ部の厚みが0.464mmとされたレンズ面が凹面(非球面)の原型レンズを用いて、金型を設計する。
第3実施例においては、ホルダへの圧入前において、直径が2.8mm、レンズ面の直径および光学有効領域の直径が1.36mm、中心厚が0.57mm、フランジ部の厚みが0.46mmとされたレンズ面が凸のシクロオレフィン樹脂製の原型レンズを仮定し、この原型レンズを用いて、金型を設計する。
第4実施例においては、ホルダへの圧入前において、直径が2.8mm、レンズ面の直径および光学有効領域の直径が1.11mm、中心厚が0.57mm、フランジ部の厚みが0.46mmとされたレンズ面が凹の原型レンズを仮定し、この原型レンズを用いて、金型を設計する。
2 ホルダ
3 第1レンズ
5 第2レンズ
10 第2レンズホルダ
Claims (9)
- 曲面に形成された光学面および前記光学面を囲む円筒状の外周面を有する光学素子と、前記光学素子が圧入されて保持されたホルダとを備え、
前記光学素子の前記ホルダへの圧入前における前記光学素子の光学面の形状が、
前記ホルダへの圧入による前記光学素子の変形を見込んだ上で前記光学素子が前記ホルダへの圧入後に所望の光学特性を有するような形状であって、
前記ホルダへの圧入後における前記光学素子の光学面の理想的な形状に対して前記ホルダへの圧入前において同一形状となるような光学面を有する前記光学素子の設計に用いる光学素子である原型光学素子の光学面が、前記原型光学素子の前記ホルダへの圧入前において満足する式を次の(1)式、
Z:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面上の任意の点の光軸方向の座標を示す一般式(但し、m(1〜nまでの自然数)が4次以上の偶数の場合には偶数次非球面式)
X:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面上の任意の点の径方向の座標
R:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面の中心曲率半径
K:円錐係数(以下、同様)
Am:(1)式におけるm次の非球面係数
とし、前記原型光学素子の光学面が前記原型光学素子の前記ホルダへの圧入後において満足する式を次の(2)式、
Z’:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面上の任意の点の光軸方向の座標を示す数式
X’:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面上の任意の点の径方向の座標
α:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面の有効半径をr(以下、同様)、原型光学素子のホルダへの圧入による原型光学素子の光学面の有効半径の変化量をΔXとした場合に、ΔX/rによって表される値(以下、同様)
β:原型光学素子のホルダへの圧入による原型光学素子の光学面の光学有効領域における外周端部上の点の光軸方向への変化量をΔPVとした場合に、ΔPV/rによって表される値(以下、同様)
R’:R(1+β)/(1−α)2によって表される値
Am’:{(1−α)m/(1+β)}Amによって表される値(但し、mは、1〜nまでの自然数)
とした場合に、次の(3)式、
Z”:光学素子のホルダへの圧入前における光学素子の光学面を成形する金型の形状を示す数式
X”:光学素子のホルダへの圧入前における光学素子の光学面を成形する金型の形状を規定する径方向の座標
R”:R(1−2β)/(1−α)2によって表される値
Am”:{(1−α)m/(1−2β)}Amによって表される値(但し、mは、1〜nまでの自然数)
を満足する金型に対応した形状に形成されていることを特徴とする光学部品。 - (2)および(3)式におけるαとβが、実測または構造解析に基づいて求められた値とされていることを特徴とする請求項1記載の光学部品。
- 前記光学素子の外周面に、前記ホルダの内周面との非接触部分を有することを特徴とする請求項1または2記載の光学部品。
- 前記光学素子の光学面が、前記光学素子の光軸に対して回転対称形状に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の光学部品。
- 前記ホルダ内に、前記ホルダとは別体の複数個の前記光学素子が保持されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の光学部品。
- 任意の光学素子が、他の光学素子に一体形成されたホルダに圧入されて保持されていることを特徴とする請求項5記載の光学部品。
- 請求項1〜6のいずれか1項記載の光学部品と、光を電気信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
- 曲面に形成された光学面および前記光学面を囲む円筒状の外周面を有する光学素子と前記光学素子が圧入されて保持されたホルダとを備えた光学部品を設計する際に、
前記光学素子の前記ホルダへの圧入前における前記光学素子の光学面の形状を、前記ホルダへの圧入による前記光学素子の変形を見込んだ上で前記光学素子が前記ホルダへの圧入後に所望の光学特性を有するような形状であって、
前記ホルダへの圧入後における前記光学素子の光学面の理想的な形状に対して前記ホルダへの圧入前において同一形状となるような光学面を有する前記光学素子の設計に用いる光学素子である原型光学素子の光学面が、前記原型光学素子の前記ホルダへの圧入前において満足する式を次の(1)式、
Z:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面上の任意の点の光軸方向の座標を示す一般式(但し、m(1〜nまでの自然数)が4次以上の偶数の場合には偶数次非球面式)
X:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面上の任意の点の径方向の座標
R:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面の中心曲率半径
K:円錐係数(以下、同様)
A m :(1)式におけるm次の非球面係数
とし、前記原型光学素子の光学面が前記原型光学素子の前記ホルダへの圧入後において満足する式を次の(2)式、
Z’:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面上の任意の点の光軸方向の座標を示す数式
X’:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面上の任意の点の径方向の座標
α:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面の有効半径をr(以下、同様)、原型光学素子のホルダへの圧入による原型光学素子の光学面の有効半径の変化量をΔXとした場合に、ΔX/rによって表される値(以下、同様)
β:原型光学素子のホルダへの圧入による原型光学素子の光学面の光学有効領域における外周端部上の点の光軸方向への変化量をΔPVとした場合に、ΔPV/rによって表される値(以下、同様)
R’:R(1+β)/(1−α) 2 によって表される値
A m ’:{(1−α) m /(1+β)}A m によって表される値(但し、mは、1〜nまでの自然数)
とした場合に、次の(3)式、
Z”:光学素子のホルダへの圧入前における光学素子の光学面を成形する金型の形状を示す数式
X”:光学素子のホルダへの圧入前における光学素子の光学面を成形する金型の形状を規定する径方向の座標
R”:R(1−2β)/(1−α) 2 によって表される値
A m ”:{(1−α) m /(1−2β)}A m によって表される値(但し、mは、1〜nまでの自然数)
を満足する金型に対応した形状に設計すること
を特徴とする光学部品の設計方法。 - 曲面に形成された光学面および前記光学面を囲む円筒状の外周面を有する光学素子と前記光学素子が圧入されて保持されるホルダとを備えた光学部品を製造する際に、
前記光学素子の前記ホルダへの圧入前における前記光学素子の光学面の形状を、前記ホルダへの圧入による前記光学素子の変形を見込んだ上で前記光学素子が前記ホルダへの圧入後に所望の光学特性を有するような形状に形成し、このような形状を、
前記ホルダへの圧入後における前記光学素子の光学面の理想的な形状に対して前記ホルダへの圧入前において同一形状となるような光学面を有する前記光学素子の設計に用いる光学素子である原型光学素子の光学面が、前記原型光学素子の前記ホルダへの圧入前において満足する式を次の(1)式、
Z:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面上の任意の点の光軸方向の座標を示す一般式(但し、m(1〜nまでの自然数)が4次以上の偶数の場合には偶数次非球面式)
X:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面上の任意の点の径方向の座標
R:原型光学素子のホルダへの圧入前における原型光学素子の光学面の中心曲率半径
K:円錐係数(以下、同様)
A m :(1)式におけるm次の非球面係数
とし、前記原型光学素子の光学面が前記原型光学素子の前記ホルダへの圧入後において満足する式を次の(2)式、
Z’:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面上の任意の点の光軸方向の座標を示す数式
X’:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面上の任意の点の径方向の座標
α:原型光学素子のホルダへの圧入後における原型光学素子の光学面の有効半径をr(以下、同様)、原型光学素子のホルダへの圧入による原型光学素子の光学面の有効半径の変化量をΔXとした場合に、ΔX/rによって表される値(以下、同様)
β:原型光学素子のホルダへの圧入による原型光学素子の光学面の光学有効領域における外周端部上の点の光軸方向への変化量をΔPVとした場合に、ΔPV/rによって表される値(以下、同様)
R’:R(1+β)/(1−α) 2 によって表される値
A m ’:{(1−α) m /(1+β)}A m によって表される値(但し、mは、1〜nまでの自然数)
とした場合に、次の(3)式、
Z”:光学素子のホルダへの圧入前における光学素子の光学面を成形する金型の形状を示す数式
X”:光学素子のホルダへの圧入前における光学素子の光学面を成形する金型の形状を規定する径方向の座標
R”:R(1−2β)/(1−α) 2 によって表される値
A m ”:{(1−α) m /(1−2β)}A m によって表される値(但し、mは、1〜nまでの自然数)
を満足する金型によって形成し、このような形状に形成された前記光学素子を、前記ホルダに圧入して取り付けることによって前記光学部品を製造することを特徴とする光学部品の製造方法。
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