(57)【要約】【課題】曲率半径の異なるレンズ部を接合したレンズにおいて、ゴーストの発生を低減することができる二焦点レンズおよびそのレンズの金型の製造方法を提供する。【解決手段】それぞれ異なる面形状の光学的に有効な複数のレンズ有効部３ａ、３ｂが、光軸６を含む面で接合される。複数のレンズ有効部３ａ、３ｂは、それぞれの頂点７ａ、７ｂが、光軸６上に位置するとともに、互いに光軸６方向にずれて位置するように配置され、ずれの向きは、それぞれのレンズ有効部３ａ、３ｂの接合された面における投影面が、互いに重ならない面積同士の差が減少する向きである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる面形状の光学的に有効な複数のレンズ有効部が、光軸を含む面で接合されたレンズにおいて、
前記複数のレンズ有効部は、それぞれの頂点が、前記光軸上に位置するとともに、互いに前記光軸方向にずれて位置するように配置され、
前記ずれの向きは、前記それぞれのレンズ有効部の前記接合された面における投影面が、互いに重ならない面積同士の差が減少する向きであることを特徴とするレンズ。
【請求項２】
前記それぞれのレンズ有効部の、前記投影面が互いに重ならないそれぞれの面積の差が０となる位置に、前記それぞれのレンズ有効部の頂点が配置された請求項１記載のレンズ。
【請求項３】
前記レンズ有効部の面形状は、非球面形状である請求項１または２記載のレンズ。
【請求項４】
前記レンズ有効部の一方の面は、前記それぞれ異なる面形状であり、他面は同一の面形状である請求項１〜３のいずれか一項に記載のレンズ。
【請求項５】
前記面形状の異なるそれぞれのレンズ有効部は、焦点が異なる請求項１〜４のいずれか一項に記載のレンズ。
【請求項６】
凹部状のインサート部分を有する２つのインサートが相対して配置されたレンズ形成金型において、
少なくとも一方の前記インサートは、第１インサートと第２インサートとで構成され、
前記第１インサートと前記第２インサートとの前記インサート部分は、それぞれ異なる、回転曲面凹部が回転軸を含む面で切断された部分凹部であり、
前記第１インサートと前記第２インサートは、前記それぞれの回転軸が一致し、前記部分凹部が切断された面で接合され、
前記それぞれの部分凹部の頂点は、前記それぞれの部分凹部の前記接合された面への投影面が互いに重ならない面積同士の差が減少する向きに、ずれて配置されたことを特徴とするレンズ形成金型。
【請求項７】
前記それぞれの部分凹部の、前記接合された面への投影面が互いに重ならない面積の差が０となる位置に、前記それぞれの部分凹部の頂点が配置された請求項６記載のレンズ形成金型。
【請求項８】
複数のインサートに、それぞれ異なる回転曲面凹部状のインサート部分を形成し、
前記インサート部分の回転対称軸を含む面で前記インサートを分割し、
各前記分割されたインサートが分割面で異なる前記分割されたインサートと接合される際に、前記接合面において前記それぞれのインサートの分割面が露出する面積の差が減少する向きに、前記インサート部分の頂点が前記回転対称軸上にずらして、前記インサートを配置し、
前記インサートを接合することを特徴とするレンズ成形金型の製造方法。
【請求項９】
前記接合面において前記それぞれのインサートが露出する面積の差が０となるように、前記インサート部分の頂点をずらして、前記インサートを配置する請求項８記載のレンズ成形金型の製造方法。
【請求項１０】
請求項８または９記載のレンズ成形金型の製造方法により製造された金型により成形されたレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型の撮像装置に用いるレンズ、特に異なる面形状を有するレンズ、レンズ成形金型およびそのレンズ成形金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話など情報端末装置の中には、カメラを備えたものがある。情報端末装置のカメラは、風景や人物撮影などを撮影する被写体までの距離が長い用途に用いられるだけでなく、バーコードリーダーとして被写体までの距離が極短い用途にも用いられる。情報端末装置は、小型であるものが多く、被写体までの距離に応じたレンズを設けることが困難である。
【０００３】
この問題を解決するために、二焦点レンズを用いた情報端末装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図８は、被写体１３１、１３２と、情報端末装置１０１を示す断面図である。撮像レンズ１０２は、遠レンズ有効部１０３と近レンズ有効部１０４が紙面上下方向に配置されて、形成されている。撮像素子１０５は、撮像レンズ１０２を通過した光を受信する。被写体１０６は、被写体１０７よりも情報端末装置１０１から遠く離れている。被写体１０６から遠レンズ有効部１０３を通過した光は、撮像素子１０５で像を結ぶ。一方、被写体１０７から近レンズ有効部１０４を通過した光は、撮像素子１０５で像を結ぶ。
【０００４】
このように、遠距離の被写体１０６および近距離の被写体１０７を１枚の撮像レンズ１０２により撮影することができる。
【特許文献１】特開２００２−１２３８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の情報端末装置１０１の撮像レンズ１０２は、遠レンズ有効部１０３と近レンズ有効部１０４のレンズの曲率半径が異なるため、遠レンズ有効部１０３と近レンズ有効部１０４の接合面に段差が生じる。図９は、二焦点レンズの頂点付近における近レンズ有効部１０４と遠レンズ有効部１０３の接合面に平行な面の断面図である。
【０００６】
曲率半径の大きい遠レンズ有効部１０３および曲率半径の小さい近レンズ有効部１０４は、それぞれ頂点１１３、１１４の位置が光軸１１１上の同じ位置に配置されている。従って、遠レンズ有効部１０３と近レンズ有効部１０４の接合面において、遠レンズ有効部１０３と近レンズ有効部１０４に段差が生じる。この段差により露出する段差面１１２は、頂点１１３、１１４から離れると、面積が増加する。
【０００７】
撮像レンズ１０２に入射した光は、この段差面１１２により不要な反射や屈折されるとゴーストとなり、撮像素子１０５で受光される。このゴーストにより、撮像された画質が劣化するという問題がある。曲率半径の異なるレンズを接合して二焦点レンズを構成すると、ゴーストの原因となる段差面が必ず生じる。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、曲率半径の異なるレンズ部を接合したレンズにおいて、ゴーストの発生を低減することができるレンズ、レンズ成形金型、およびそのレンズ成形金型の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のレンズは、それぞれ異なる面形状の光学的に有効な複数のレンズ有効部が、光軸を含む面で接合される。上記課題を解決するために、前記複数のレンズ有効部は、それぞれの頂点が、前記光軸上に位置するとともに、互いに前記光軸方向にずれて位置するように配置され、前記ずれの向きは、前記それぞれのレンズ有効部の前記接合された面における投影面が、互いに重ならない面積同士の差が減少する向きであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のレンズ成形金型は、凹部状のインサート部分を有する２つのインサートが相対して配置される。上記課題を解決するために、少なくとも一方の前記インサートは、第１インサートと第２インサートとで構成され、前記第１インサートと前記第２インサートとの前記インサート部分は、それぞれ異なる、回転曲面凹部が回転軸を含む面で切断された部分凹部であり、前記第１インサートと前記第２インサートは、前記それぞれの回転軸が一致し、前記部分凹部が切断された面で接合され、前記それぞれの部分凹部の頂点は、前記それぞれの部分凹部の前記接合された面への投影面が互いに重ならない面積同士の差が減少する向きに、ずれて配置されたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のレンズ形成金型の製造方法は、複数のインサートに、それぞれ異なる回転曲面凹部状のインサート部分を形成し、前記インサート部分の回転対称軸を含む面で前記インサートを分割し、各前記分割されたインサートが分割面で異なる前記分割されたインサートと接合される際に、前記接合面において前記それぞれのインサートの分割面が露出する面積の差が減少する向きに、前記インサート部分の頂点が前記回転対称軸上にずらして、前記インサートを配置し、前記インサートを接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レンズ有効部の段差面の面積を最小にすることにより、曲率半径の異なるレンズ有効部を接合したレンズにおいて、ゴーストの発生を低減することができるレンズ、レンズ形成金型およびそのレンズ成型金型の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のレンズにおいて、前記それぞれのレンズ有効部の、前記投影面が互いに重ならないそれぞれの面積の差が０となる位置に、前記それぞれのレンズ有効部の頂点が配置された構成にすることもできる。この構成により、ゴーストの発生を抑えることができる。
【００１４】
また、前記レンズ有効部の面形状は、非球面形状である構成にすることもできる。
【００１５】
また、前記レンズ有効部の一方の面は、前記それぞれ異なる面形状であり、他面は同一の面形状である構成にすることもできる。
【００１６】
また、前記面形状の異なるそれぞれのレンズ有効部は、焦点が異なる構成にすることができる。この構成により、画質の劣化を低減した多焦点レンズとすることができる。
【００１７】
また、上記レンズ成型金型において、前記それぞれの部分凹部の、前記接合された面への投影面が互いに重ならない面積の差が０となる位置に、前記それぞれの部分凹部の頂点が配置された構成にすることもできる。
【００１８】
また、上記レンズ成型金型の製造方法において、前記接合面において前記それぞれのインサートが露出する面積の差が０となるように、前記インサート部分の頂点をずらして、前記インサートを配置することもできる。
【００１９】
また、上記レンズ成形金型の製造方法により製造された金型により成形することもできる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるレンズを被写体側から見た際の平面図であり、両凸レンズの場合を示す。
【００２２】
図１に示すレンズ１は、半円状の２つの異なる面形状を有する近レンズ部２ａおよび遠レンズ部２ｂが、光軸６を含んだ不連続部５において接合して形成されている。近レンズ部２ａおよび遠レンズ部２ｂは、それぞれ光軸６を中心とする半円状に形成された近レンズ有効部３ａおよび遠レンズ有効部３ｂと、更に外側には、鏡筒（図示せず）との間でレンズ１の位置制御、あるいは固定を行うためのコバ部４が形成されている。
【００２３】
図２は、レンズ１の側面構成を示す断面図である。図２において、光軸６方向におけるレンズ１の左側には被写体が置かれ、右側には、レンズ１により結像された光を受光する半導体撮像素子（図示せず）などが配置されている。レンズ１の被写体側（以下、第１面）の近レンズ有効部３ａの曲率半径Ｒ１は、遠レンズ有効部３ｂの曲率半径Ｒ２より小さい。
【００２４】
頂点７ａは、光軸６と近レンズ有効部３ａの表面が交差する点であり、頂点７ｂは、光軸６と遠レンズ有効部３ｂの表面が交差する点である。近レンズ有効部３ａおよび遠レンズ有効部３ｂのような凸面を有するレンズの場合には、光軸６の線上で被写体側に最も近い点が頂点７ａ、７ｂとなり、凹面を有するレンズの場合には、光軸６の線上で被写体側から最も遠い点が頂点７ａ、７ｂとなる。また、メニスカス形状のレンズにおいては凸面では、光軸６の線上で最も被写体側に近い点が頂点７ａ、７ｂであり、凹面では、被写体側から最も遠い点が頂点７ａ、７ｂである。
【００２５】
レンズ１の第１面の裏面（以下、第２面）は、曲率半径Ｒ３の凸状の裏面レンズ部２ｃが形成されている。裏面レンズ部２ｃは、光軸６を中心として回転対称の非球面形状として形成されている。非球面としているのは、球面収差を低減するもので、本実施の形態におけるレンズ１は、周知の非球面係数として、１０次の係数により求められる形状に形成されている。レンズ１の材質としては、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などがあり、更に具体的には、ゼオネックス（日本ゼオンの商標）を用いて、射出成形により作成される。なお、光学ガラスを用いてリヒートにより、レンズ１を作成することも可能であることは言うまでもない。
【００２６】
近レンズ有効部３ａと遠レンズ有効部３ｂは、曲率半径がそれぞれＲ１およびＲ２と異なることにより、焦点距離が異なる。従って、レンズ１は、２つの焦点距離を有する二焦点レンズであり、遠レンズ有効部３ｂの焦点距離は３．８ｍｍ、近レンズ有効部３ａの焦点距離は３．６ｍｍとしている。なお、レンズ１は、射出瞳位置とＦナンバーは同じ値となるように形成されている。
【００２７】
図３は、本実施の形態に係るレンズ１の頂点付近における近レンズ有効部３ａの不連続部５に平行な面の構成を示す断面図である。近レンズ有効部３ａの頂点７ａと、遠レンズ有効部３ｂの頂点７ｂは、共に光軸６上に配置されているが、光軸６に沿ってずれて配置されている。つまり、近レンズ有効部３ａの頂点７ａは、遠レンズ有効部３ｂから被写体側に突出して形成されている。
【００２８】
このような構成では、レンズ１の頂点付近の不連続部５において、近レンズ有効部３ａに遠レンズ有効部３ｂが接合せず、段差が生じる。この段差により、近レンズ有効部３ａが露出した段差面８ａが生じる。また、レンズ１の周辺付近の不連続部５において、遠レンズ有効部３ｂに近レンズ有効部３ａが接合せず、段差が生じる。この段差により、遠レンズ有効部３ｂが露出した段差面８ｂが生じる。しかし、段差面８ａ、８ｂの合計面積は、図９に示す従来のレンズの段差面１６３の面積より低減することが可能である。
【００２９】
次に、段差面８ａと８ｂの面積の差の面積とゴーストの発生度合いの関係についての説明を行う。ここで、
Ｓａ：段差面８ａの面積
Ｓｂ：段差面８ｂの面積
Ｓ＝Ｓａ−Ｓｂ：段差面の差の面積
とする。
【００３０】
図４は、ゴーストの発生度合いと、段差面の差の面積Ｓとの関係について、実験により調べた結果を示すグラフである。横軸は、段差面の差の面積Ｓであり、縦軸は、ゴーストの発生度合いを示している。面積Ｓが小さくなることは、段差面８ａと８ｂの面積Ｓａ、Ｓｂの和が小さくなることに対応し、面積Ｓが０の時に、段差面８ａ、８ｂの和が最小となる。
【００３１】
ゴースト発生の度合いを定量化することは、困難である。本実施の形態では、ゴーストの発生度合いを以下のようにして測定した。点光源のハロゲン光を用い、ゴーストが発生する入射光の範囲を、有効画角に占める割合をもとに、ゴーストの程度をできるだけ客観的に判断できるように、重み付けして評価を行った。
【００３２】
また、各測定点を滑らかな曲線で結んである。この曲線によれば、面積Ｓとゴーストの発生度合いとの間には相関が認められる。つまり、面積Ｓが０となる付近において、ゴーストの発生が最小となり、面積Ｓが大きくなるに連れて、ゴーストの発生度合いが大きくなる。
【００３３】
なお、面積Ｓが０であっても若干ゴーストが発生している。これは、一般的に用いられるレンズにおいても、ゴーストが発生することからも予測されることである。さらに、ゴーストは、不連続部５を有する二焦点レンズにおいて、原理的に発生するものである。図４に示す結果は、ゴーストの発生を最小にするための面積Ｓに最適範囲があることを示唆するものである。
【００３４】
この関係を用いれば、許容できるゴーストの発生度合い、つまり画質の劣化を決めることにより、不連続部５の光軸６方向へのずれ量を決定することができる。また、面積Ｓの符号によってゴーストの発生度合いへの影響度、つまり、図４におけるグラフの傾きが左右で異なる点については、段差面の面積Ｓａ、Ｓｂに対して、焦点距離の差によるレンズパワーの違いや、中心・周辺における光束の密度の差によって発生しているものと推察される。本実施の形態のおいては、面積Ｓが０もしくは若干プラスとなるようにすることで、レンズ１において、不連続部５にバラツキが発生してもゴーストの発生を抑えられる。
【００３５】
この特性については、レンズ１のパラメータによって異なると考えられるので、面積Ｓとゴースト発生度合いとの関係を調査し、レンズ１の最適化を行うことが望ましい。また、本実施の形態においては凸レンズを用いた例を示したが、凹レンズやメニスカス形状のレンズ１においても同様に実施できることは明らかである。更に、レンズが２分割よりも多い多分割のもの、またはガラス硝材に応用することも可能であることは言うまでもない。
【００３６】
なお、不連続部５をレンズ１の第１面に形成した例を示したが、レンズ１の第２面に形成しても、あるいは両面に形成しても、ゴースト発生が抑制された二焦点レンズを形成することができる。
【００３７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２におけるレンズを成形するための金型の断面構成を示す断面図である。この金型により、実施の形態１に係るレンズを成形することができる。この金型１１は、可動部１２と固定部１３で構成されている。可動部１２は、レンズの対物側を形成するためのものである。図６は、金型１１の部分拡大図である。可動部１２は、第１可動部１２ａと第２可動部１２ｂが接合して形成されている。第１可動部１２ａは、図１に示す近レンズ部２ａを形成するインサート部分を有する。第２可動部１２ｂは、遠レンズ部２ｂを形成するインサート部分を有する。また、第１可動部１２ａと第２可動部１２ｂには、コバ部４を形成するための矩形状の凹部１４が形成されている。
【００３８】
固定部１３は、裏面レンズ部２ｃを成形するインサート部分を有する。また、固定部１３には、図５に示すように、レンズ１の構成部材を流し込む挿入口１５が形成されている。
【００３９】
次に、金型１１を用いて、実施の形態１に示すレンズ１の製造方法について説明する。まず、可動部１２と固定部１３を当接する。つぎに、溶融したレンズ材料を挿入口１５から流し込み、保圧し、冷却してレンズ１が形成される。最後に、可動部１２を移動してレンズを取り出す。なお、レンズ１は、成形時の樹脂の流れ、収縮異方性、成型機の特にプラテン面の温度分布などによって、精度にバラツキが生じるので、条件などを特に厳しく管理する必要がある。
【００４０】
次に、金型１１の製造方法について説明する。図７は、本実施の形態に係る金型１１の製造工程を示す流れ図である。半径Ｒ１、Ｒ２それぞれに対応する面形状のインサート部分を有する２つのインサートを作成する（ステップＳ１０１）。
【００４１】
まず、ブロックを別体で加工し、２つのインサートそれぞれに半径Ｒ１、Ｒ２の異なる面形状を有するインサート部分を作成する。インサート部分とは、インサートに形成されたレンズを射出成形するための凹部のことである。インサート部分は、超鋼や工具鋼を大まかに形状加工し、その後、表面に硬度の高い例えばＮｉなどのメッキを施し、更に精密旋盤などを用いて精密加工して形成される。
【００４２】
インサート部分は、精密旋盤により加工されるため、回転曲面凹部状に形成される。次に、一方のインサートをインサート部分の回転軸を含む面で分割する（ステップＳ１０２）。回転曲面凹部状の形状を、回転対称軸を含む面で分割した際にできるインサート部分の形状を、部分凹部形状と称す。
【００４３】
インサートを分割する際、ダイヤモンドカッターにより、回転対称軸を含む面において切断し、２ピースが形成されることになるが、ダイヤモンドカッターの歯幅のために、回転対称軸を含むピースは１つのみとなり、回転対称軸を含むピースのみを用いる。切断面は、十分な精度が得られるようにラップなどによって、仕上加工が施される。
【００４４】
この手順によって、２つのインサート（第１可動部１２ａおよび第２可動部１２ｂ）それぞれに近レンズ部２ａあるいは遠レンズ部２ｂを形成するためのインサート部分を形成することができる。つぎに、第１可動部１２ａ（第１インサート）および第２可動部１２ｂ（第２インサート）を当接させ、光軸方向に移動させる（ステップＳ１０３）。つぎに、当接した面において、各インサートの分割面が露出している面積の差の面積Ｓが０（許容範囲内）であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。面積Ｓが０でなければ、ステップＳ１０３に戻る。ステップＳ１０４において、面積Ｓが０であれば、第１可動部１２ａおよび第２可動部１２ｂを溶接などで固定する（ステップＳ１０５）。この時、各インサートの分割面が露出している面積の和が最小となる。これによって、可動側の主要部が完成する。
【００４５】
固定側については１種類のインサート部分を有するインサートを作れば金型としては完成する。これらのインサートをベースに組み込み、金型１１が完成する（ステップＳ１０６）。また、金型１１のベース（図示せず）は工具鋼で作られ、通常の樹脂成形に用いられるダイセットなど（図示せず）が、所要の位置に設けられている。金型１１を用いれば、実施の形態１におけるレンズ１の段差を可動部１２により成形することができる。なお、ステップＳ１０４において、段差面の差の面積Ｓが０となるように位置を定めたが、僅かにプラスになるようにしてもよい。
【００４６】
本実施の形態の手順によれば、精度の高い金型が旋盤加工で基本的に加工することができるので、フライス加工と比較して時間短縮・費用低減・精度確保が可能となる。なお、金型の材料や、表面処理などは適宜選択することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のレンズは、ゴーストの発生が抑制されたレンズであり、携帯情報端末用レンズなどとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレンズの構成を示す正面図
【図２】同上レンズの構成を示す側面図
【図３】同上レンズの頂点付近の構成を示す側面図
【図４】同上レンズの段差面の差の面積Ｓとゴーストの発生度合いの関係を示すグラフ
【図５】本発明の実施の形態２に係るレンズの金型の構成を示す断面図
【図６】同上金型の拡大図
【図７】本発明の実施の形態２に係るレンズの製造工程を示す流れ図
【図８】従来の情報端末装置における被写体と撮像レンズと撮像素子の位置関係を示す断面図
【図９】二焦点レンズの頂点付近の構成を示す側面図
【符号の説明】
【００４９】
１  レンズ
２ａ  近レンズ部
２ｂ  遠レンズ部
２ｃ  裏面レンズ部
３ａ  近レンズ有効部
３ｂ  遠レンズ有効部
４  コバ部
５  不連続部
６  光軸
７ａ、７ｂ  頂点
８ａ、８ｂ  段差面
１１  金型
１２  可動部
１２ａ  第１可動部
１２ｂ  第２可動部
１３  固定部
１４  凹部
１５  挿入口
【図１】
2008020547.tif 000003
【図２】
2008020547.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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