(57)【要約】【課題】極めて小径のレンズにおいても、レンズ有効領域の周辺部における光学性能を良好なものとしつつ、レンズ面の小径化を図りうる成形レンズを提供する。【解決手段】半導体レーザ光源１から出力されたレーザ光が、カバーガラス２を光軸Ｚ方向に透過するようにして、発散光の状態で、成形レンズ４に入射し、この成形レンズ４によって収束光とされて光記録媒体の記録面５上に照射される。また、絞り３が配され、この絞り３によって制限されたレーザ光束が照射されるレンズ面上の領域がレンズ面の有効領域である。その直径であるレンズ面の有効径をｄ０とし、レンズ面の外径をｄ１とすると、次式（１）が満足されている。ｄ１−ｄ０≧０．０４ｍｍ…（１）。【選択図】図１
2008026501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の形状を転写して作製する成形レンズにおいて、
レンズ面の有効径をｄ０、レンズ面の外径をｄ１としたとき、いずれか一方のレンズ面において、下記条件式（１）を満足することを特徴とする成形レンズ。
０．０４ｍｍ≦ｄ１−ｄ０      …（１）
【請求項２】
前記いずれか一方のレンズ面は、有効径が大きい方の面であることを特徴とする請求項１記載の成形レンズ。
【請求項３】
金型の形状を転写して作製する成形レンズにおいて、
レンズ面の有効径をｄ０、レンズ面の外径をｄ１としたとき、いずれのレンズ面においても、下記条件式（１）を満足することを特徴とする成形レンズ。
０．０４ｍｍ≦ｄ１−ｄ０      …（１）
【請求項４】
前記条件式（１）に替えて、下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の成形レンズ。
０．０４ｍｍ≦ｄ１−ｄ０≦１．００ｍｍ      …（２）
【請求項５】
前記レンズ面の有効径ｄ０が下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載の成形レンズ。
ｄ０≦１．００ｍｍ      …（３）
【請求項６】
前記レンズ面の外径ｄ１が５ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項記載の成形レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型成形により製造されるレンズに関し、特に、携帯端末用撮像レンズ、光ディスク記録再生用レンズ、光通信用投受光レンズ、さらには内視鏡用対物レンズ等の、レンズ径が微小となる成形レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、軽量化および低コスト化の要請から、種々の用途に成形レンズが用いられるようになっている。
成形レンズを、例えば、射出成形によって形成する場合には、プラスチック原料を加熱して軟化させた後、金型内に高圧注入せしめて金型の光学転写面形状が転写されるようにし、金型を冷却した後この金型の上下部を開く等して成形レンズを取り出す、という一連の作業工程により形成される。
【０００３】
ところで、上記金型の光学転写面形状は、その全面に亘って製品レンズに良好に転写されることが望まれるものであるが、レンズ面の周辺においては、成形時の圧力がかかりにくく、金型の面が良好に転写されづらくなる。
【０００４】
その一方、レンズ面の周辺にも十分な圧力がかかるように成型時の圧力を高くするとバリが発生しやすくなる。
また、バリが発生しないように、型を締める力を強くすると型内から空気が逃げにくくなり、金型とレンズ面の間に空気が残り、結果として金型の面が転写されないという問題がある。
【０００５】
そのため、従来は、レンズ面の外径とレンズ面の有効径との差を大きくとってレンズ面の有効径内で転写性の劣化が生じないようにしていた。
【０００６】
なお、レンズ光学面を高精度に加工する技術としては、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。
【特許文献１】特開２００１−３４１１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、最近、携帯電話等のモバイル用機器の進歩に伴い、撮像レンズの小型化への要求も極めて強いものとなってきており、撮像レンズのレンズ面の外径は、５mm以下のものが主流となりつつあり、さらに１mm以下のものへの要求も強くなってきている。
【０００８】
このような、極小のレンズにおいては、上述したような各種の従来技術を用いることが難しく、また、これらの従来技術を用いることができたとしても、金型の周辺部分の転写性を確実に良化することは難しかった。この結果、レンズ面の外径よりもレンズ面の有効径を大幅に小さくしておかないと、レンズ周辺部を通る光線に対しては所望の屈折作用が得られない。
【０００９】
したがって、このような状況下において、光学性能を良好に維持するためには、どうしてもレンズ面の有効径が大幅に小さなものとなってしまう。逆に、所定の大きさのレンズ面の有効径を確保するためには、どうしてもレンズ面が大径化することになり、上記小型化の要求とは相反するものとなっていた。なお、このような問題は射出成形法を用いて作製される成形レンズのみならず、圧縮成形法を用いて作製される成形レンズにおいても生じている。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、極めて小径のレンズにおいても、レンズ有効領域の周辺部における光学性能を良好なものとしつつ、レンズ面の小径化を図りうる成形レンズを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の成形レンズは、
金型の形状を転写して作製する成形レンズにおいて、
レンズ面の有効径をｄ０、レンズ面の外径をｄ１としたとき、いずれか一方のレンズ面において、下記条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
０．０４ｍｍ≦ｄ１−ｄ０      …（１）
【００１２】
この場合において、前記いずれか一方のレンズ面は、有効径が大きい方の面であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の成形レンズは、
金型の形状を転写して作製する成形レンズにおいて、
レンズ面の有効径をｄ０、レンズ面の外径をｄ１としたとき、いずれのレンズ面においても、下記条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
０．０４ｍｍ≦ｄ１−ｄ０      …（１）
【００１４】
また、上記いずれかの成形レンズにおいて、前記条件式（１）に替えて、下記条件式（２）を満足することがより好ましい。
０．０４ｍｍ≦ｄ１−ｄ０≦１．００ｍｍ      …（２）
【００１５】
また、上記いずれかの成形レンズにおいて、
前記レンズ面の有効径ｄ０が下記条件式（３）を満足する場合に、特に有効である。
ｄ０≦１．００ｍｍ      …（３）
さらに、上記いずれかの成形レンズにおいて、前記レンズ面の外径ｄ１が５ｍｍ以下とされていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上述したように、本発明の成形レンズでは、レンズ面の外径ｄ１がレンズ面の有効径ｄ０よりも、最低０．０４ｍｍ大きくなるように形成されている。この０．０４ｍｍという数値は、発明者等が行った種々の検討結果から得られた値であり、レンズ面の外径ｄ１はレンズ面の有効径ｄ０よりも０．０４ｍｍだけ大きくするだけで、レンズ面の有効領域内、特に周辺部における光学性能の低下を防止することが可能である。
【００１７】
すなわち、レンズ面の外径ｄ１とレンズ面の有効径ｄ０の差である余裕分の最小限界が０．０４ｍｍということになり、この余裕分が０．０４ｍｍを下回るとレンズ面の有効領域内における光学性能が急激に低下する。
【００１８】
一方、この余裕分が０．０４ｍｍを上回った場合は、緩やかに、かつ連続的に光学性能が向上していくものの、その一方で、レンズ面の外径ｄ１が大きくなるため、レンズの小径化が次第に阻害されていくことになる。したがって、レンズの小径化が強く求められる場合には、この余裕分は例えば１．００ｍｍ以下とすることが重要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る成形レンズ４（Ｌ１）を用いた光記録装置の光学系の構成を示す図であり、図２は、この成形レンズ４の形状を拡大して示す図である。
【００２０】
図１に示すように、この光記録装置の光学系においては、半導体レーザ光源１から出力されたレーザ光が、カバーガラス２を光軸Ｚ方向に透過するようにして、発散光の状態で、本実施形態に係る成形レンズ４に入射し、この成形レンズ４によって収束光とされて光記録媒体の記録面５上に照射される。
【００２１】
また、カバーガラス２と成形レンズ４との間には絞り３が配されており、この絞り３によって制限されたレーザ光の光束が照射される各レンズ面上の領域が有効領域であり、その直径がレンズ面の有効径ｄ０である。このレンズ面の有効径ｄ０は、表２に示すように、第３面（成形レンズの光源側の面）１１については、０．７８ｍｍであり、第４面（成形レンズの記録面側の面）１２については、０．６８ｍｍである。
【００２２】
一方、このレンズ面の外径ｄ１は、図２に示すように、第３面１１については０．８４ｍｍであり、第４面１２については０．７４ｍｍである。
【００２３】
したがって、本実施形態の成形レンズ４の一例においては、いずれの面１１、１２においても、レンズ面の外径ｄ１からレンズ面の有効径ｄ０を差し引いた値が０．０６ｍｍとなる。
【００２４】
もっとも、実施形態の成形レンズとしては、この差し引いた値を、０．０７ｍｍ、０．０８ｍｍ  ………と、より大きくしてもよいし、０．０５ｍｍ、０．０４ｍｍ  ………と、より小さくしてもよく、より小さくするにしたがってレンズのコンパクト化や軽量化を促進することができることは勿論である。
ただし、本実施形態の成形レンズとしては、下記条件式（１）を満足する必要がある。
ｄ１−ｄ０≧０．０４ｍｍ      …（１）
【００２５】
すなわち、レンズ面の外径ｄ１からレンズ面の有効径ｄ０を差し引いた値が、０．０４ｍｍ未満となると、金型の周辺部分の転写性が極端に悪い領域が有効領域内に含まれることになり、良好な光学性能を得ることが困難となる。この結果、レンズ面の外径ｄ１よりもレンズの有効径ｄ０を０．０４ｍｍ以上小さくしておかないと、レンズ周辺部を通る光線に対しては所望の屈折作用が得られないことになる。
ただし、下記条件式（２）を満足していることがより望ましい。
０．０４ｍｍ≦ｄ１−ｄ０≦１．００ｍｍ      …（２）
【００２６】
すなわち、条件式（２）が１．００ｍｍを上回ると、レンズ面の外径ｄ１が大きくなっていくため、レンズの小径化が強く求められる場合、例えば、昨今の携帯電話やモバイル機器に搭載される撮像レンズ等の場合には、その要請に反することになる。
【００２７】
また、下記条件式（２´）を満足していることがさらに望ましい。
０．０４ｍｍ≦ｄ１−ｄ０≦０．６０ｍｍ      …（２´）
【００２８】
すなわち、条件式（２´）に示すように、その上限を０．６０ｍｍとすれば、レンズの小型化に有利となり、条件式（２）による規制を満足した場合よりも、レンズの小型化を促進することができる。
【００２９】
また、上記レンズ面の外径ｄ１とは、具体的には図２に示すようにレンズの、コバ部１３とレンズ部１４との境界部分において、レンズ部１４を構成している曲面における、段差が設けられた部分または一次微分値が不連続になる部分をレンズ面の外径縁と判断する。
【００３０】
また、レンズ面が回折光学面とされている場合には、レンズ面の外径ｄ１を判断するにあたって、該回折光学面自体は判断の対象からはずされる。この場合に判断の対象とされるのは、図３に示すように、回折光学面１５のベースとなる非球面（または球面）形状をなす仮想曲面（２点鎖線で示される）ということになる。
【００３１】
また、上記ｄ１−ｄ０の区間においては、光軸Ｚの延びる方向におけるベースとなる非球面（または球面）の段差がなく、かつ１次微分係数が連続であることが条件となる。
【００３２】
ところで、携帯電話等のモバイル用機器に対する最近の小型化の要請は極めて強いものがあり、これに伴って、撮像レンズのレンズ面の外径は、５ｍｍ以下のものが主流となりつつあり、さらに１mm以下のものへの要求も強くなってきている。しかし、このような、極小レンズの場合には、種々の従来技術を用いたとしても、金型の周辺部分の転写性が極端に悪化する。したがって、本実施形態の成形レンズ４は下記条件式（３）を満たすような極小のレンズに適用した場合に特に有効である。
ｄ０≦１．００ｍｍ      …（３）
【００３３】
以下、上述した条件式（１）を満足する実施形態に係る成形レンズのうち、小型化を図るという作用効果に関し、実施例１と、最良タイプの実施例２について、データを用いつつ具体的に説明する。
【００３４】
＜実施例１＞
本発明の実施例１に係る成形レンズは、射出成形用金型を用いてプラスチック材料を成形することにより形成されてなるもので、図１に示すように、単一のレンズＬ１からなり、該レンズＬ１の光源側の面（第３面）および像面側の面（第４面）は非球面形状とされてなる。
なお、これらの非球面は下記非球面式により表される。
【００３５】
【数１】
2008026501.tif 000003
【００３６】
また、本実施例に係る成形レンズを用いた光学系（図１に対応する。第１面および第２面は各々カバーガラス２の光入射面および光出射面である。）に関する各数値を下記表１に示す。
【００３７】
表１の中段には、各光学面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、光軸Ｚ上での面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズの使用波長における屈折率Ｎの値を示す。なお、表中の数字は光源側からの順番を表すものである。
【００３８】
また、表１の上段には、この成形レンズ４の使用条件、すなわち、使用光の波長、使用倍率および開口数ＮＡが示されている。
【００３９】
また、表１の下段に、上記非球面式に示される非球面の近軸曲率Ｃおよび各定数Ｋ、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５の値を示す。
【００４０】
【表１】
2008026501.tif 000004
【００４１】
また、表２には、本実施例に係る成形レンズ４における、光源側の面（第３面）および記録面側の面（第４面）の、レンズ面の有効径およびレンズ面の外径を示す。
【００４２】
【表２】
2008026501.tif 000005
【００４３】
図４は上記実施例に係る成形レンズにおける、透過波面の状態に係る干渉縞を示すものである。全視野範囲は、丁度有効領域と一致するように設定されている。
【００４４】
図４から明らかなように、上記実施例に係る成形レンズによれば、有効領域の全域に亘って良好な透過波面状態とされていることが明らかである。
【００４５】
＜実施例２＞
本発明の実施例２に係る成形レンズは、実施例１のものと同様に射出成形用金型を用いてプラスチック材料を成形することにより形成されてなるもので、図５に示すように、単一のレンズ４からなり、該レンズ４の光源側の面（第１面）および像面側の面（第２面）は非球面形状とされてなる。なお、図５中の符号は、実施例１のものを表す図２のものと対応させて付されている（実施例３を表す図８において同じ）。
なお、これらの非球面は上記非球面式により表される。
【００４６】
また、本実施例に係る成形レンズに関する各数値を下記表３に示す。
表３の中段には、各光学面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、光軸Ｚ上での面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズの使用波長における屈折率Ｎの値を示す。なお、表中の数字は光源側からの順番を表すものである。
また、表３の上段には、この成形レンズ４の使用条件、すなわち、使用光の波長（使用波長）、使用倍率および開口数ＮＡが示されている。
また、表３の下段に、上記非球面式に示される非球面の近軸曲率Ｃおよび各定数Ｋ、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５の値を示す。
【００４７】
【表３】
2008026501.tif 000006
【００４８】
また、表４には、本実施例に係る成形レンズ４における、光源側の面（第１面）および記録面側の面（第２面）の、レンズ面の有効径およびレンズ面の外径を示す。
【００４９】
【表４】
2008026501.tif 000007
【００５０】
なお、上記実施例１、２のものでは射出成形法により作製された成形レンズについて説明しているが、本発明の成形レンズとしては、これに限られるものではなく、例えば、下記実施例３に示すような、圧縮成形法により作製される成形レンズとすることも可能である。
【００５１】
＜実施例３＞
図７は実施例３に係る成形レンズを用いた光記録装置の光学系の構成を示す図であり、図８は、この実施例３に係る成形レンズの形状を拡大して示す図である。
【００５２】
なお、図７に示す装置は、上記実施例１に係る成形レンズを用いた光記録装置の光学系の構成を示す図１と略同様に構成されているので、図１のものと対応する各部は同一の符号を付して表し、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
本発明の実施例３に係る成形レンズは、圧縮成形用金型を用いてガラス材料を成形することにより形成されてなるもので、図７に示すように、単一のレンズＬ１からなり、該レンズＬ１の光源側の面（第３面）および像面側の面（第４面）は非球面形状とされてなる。
なお、これらの非球面は上記非球面式により表される。
【００５４】
ここで、表５の中段には、各光学面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、光軸Ｚ上での面間隔Ｄ（ｍｍ）、レンズの使用波長における屈折率Ｎの値を示す。なお、表中の数字は光源側からの順番を表すものである。
また、表５の上段には、この成形レンズ４の使用条件、すなわち、使用光の波長（使用波長）、使用倍率および開口数ＮＡが示されている。
また、表５の下段に、上記非球面式に示される非球面の近軸曲率Ｃおよび各定数Ｋ、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５の値を示す。
【００５５】
【表５】
2008026501.tif 000008
【００５６】
また、表６には、本実施例に係る成形レンズ４における、光源側の面（第３面）および記録面側の面（第４面）の、レンズ面の有効径およびレンズ面の外径を示す。
【００５７】
【表６】
2008026501.tif 000009
【００５８】
なお、本発明の成形レンズとしては上述したプラスチック材料やガラス材料のものを適宜使用することが可能である。例えば、成形レンズ形成材料としてプラスチック材料を使用することで、低廉化および軽量化等の効果を奏することができ、成形レンズ形成材料としてガラス材料を使用することで、耐環境性能（温度特性、湿度特性等）を向上させることができる。
【００５９】
また、上述した実施例においては、成形レンズの両方の面が非球面形状を付されたものとされているが、成形レンズの面は球面とされていても良いし、回折光学面が付されていても良い。勿論、両方の面の一方が球面、他方の面が非球面というように、互いに異なったタイプの面とされていてもよい。
【００６０】
＜性能検証１＞
上述した実施例２の成形レンズ４について、図６に示す干渉縞画像の外周部における観察を行った。なお、この干渉縞画像の全視野範囲は、丁度レンズ面の外径と一致するように設定されている。この観察から、外径よりやや内側にパルス的な波面の乱れが認められた。この波面の乱れは、型の転写が不十分であるために生じたと考えられる。波面の乱れている位置は、レンズ面のφ３．２７７ｍｍ程度の位置となっており、レンズの外径（φ３．３１ｍｍ）からは、０．０１６５ｍｍ程度内側になっている。
【００６１】
したがって、本実施形態の成形レンズのようにレンズ面外径とレンズ面有効径との差を０．０４ｍｍ以上としておけば、この波面の乱れが有効径の外側に位置することになり、レンズ面有効径全域において所望の屈折作用が得られることが明らかである。
【００６２】
また、表７には、この実施例２の射出成形法による成形レンズ４に対して、射出圧力および型締め力を各々、強、中、弱と変化させた場合に、0.04≦d1-d0で表されるレンズ面有効径周辺部の転写性（0.04≦d1-d0の転写性）が良好であること（第１条件）、バリの発生がないこと（第２条件）、および空気の逃げが確保されていること（第３条件）、との３つの条件についての良否の評価を４段階で表示した。なお、表７にはd1-d0＜0.04で表されるレンズ面有効径周辺部の転写性（d1-d0＜0.04の転写性）についても併せて表示している（表８において同じ）。
【００６３】
また、上記「空気の逃げ」とは、型を締めたときの内部の空気の逃げを意味し、前述したように、型を締めたときに内部の空気がある程度逃げないと、その空気の存在によって転写性が悪化することから、転写性を評価する際の重要な要件となっている。
【００６４】
また、型締め力は、成形するレンズの大きさにより決定され、'中'の圧力を１とすると '弱'の圧力および'強'の圧力は、各々例えば、０．７５および１．２５程度とされている。
【００６５】
この結果、上述した、上記３つの条件の評価項目のいずれについても「悪い×」および「やや悪い△」と判定されていないものは、「射出圧力'中'および型締め力'中'」の組合せと、「射出圧力'弱'および型締め力'弱'」の組合せとなり、これら２つの組合せを用いて射出成形処理を行うのが良いことが明らかとなった。
【００６６】
【表７】
2008026501.tif 000010
＜性能検証２＞
また、表８には、圧縮成形法による上記実施例３の成形レンズ４に対して、高温時成形圧力および冷却時成形圧力を各々、強、中、弱と変化させた場合に、0.04≦d1-d0で表されるレンズ面有効径周辺部の転写性（0.04≦d1-d0の転写性）が良好であること（第１条件）、およびレンズ周辺部にカケが発生しないこと（第２条件）、との２つの条件についての良否の評価を４段階で表示した。
【００６７】
なお、圧縮成型の場合は、射出成形と異なり、高温時の成形圧力および冷却時の成形圧力がレンズ面有効径周辺部の転写性およびレンズ周辺部のカケに影響するので、これらの条件が型の転写性を評価する重要な要件となる。
【００６８】
また、高温時成形圧力および冷却時成形圧力は、成形するレンズの大きさにより決定され、'中'の圧力を１とすると '弱'の圧力および'強'の圧力は、各々例えば、０．５および１．５程度とされている。
【００６９】
この結果、上述した、上記２つの条件の評価項目のいずれについても「悪い×」および「やや悪い△」と判定されていないものは、「高温時成形圧力'強'および冷却時成形圧力'弱'」の組合せと、「高温時成形圧力'中'および冷却時成形圧力'中'」の組合せとなり、これら２つの組合せを用いて圧縮成形処理を行うのが良いことが明らかとなった。
【００７０】
【表８】
2008026501.tif 000011
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態（実施例１）に係る成形レンズを用いた光記録装置の光学系の構成を示す図
【図２】実施例１に係る成形レンズの形状を拡大して示す図
【図３】回折光学面が付されたレンズ面である場合に、レンズ面の外径の決定基準を説明するための図
【図４】実施例１に係る成形レンズについて、透過波面の状態を示す干渉縞画像
【図５】実施例２に係る成形レンズの形状を拡大して示す図
【図６】性能検証１に係る成形レンズについて、透過波面の状態を示す干渉縞画像
【図７】実施例３に係る成形レンズを用いた光記録装置の光学系の構成を示す図
【図８】実施例３に係る成形レンズの形状を拡大して示す図
【符号の説明】
【００７２】
１      光源
２      カバーガラス
３      絞り
４      レンズ（成形レンズ）
５      記録面
１１      第３面（成形レンズの光源側の面）
１２      第４面（成形レンズの記録面側の面）
１３      コバ部
１４      レンズ部
１５      回折光学面
【図１】
2008026501.tif 000012
【図２】
2008026501.tif 000013
【図３】
2008026501.tif 000014
【図４】
2008026501.tif 000015
【図５】
2008026501.tif 000016
【図６】
2008026501.tif 000017
【図７】
2008026501.tif 000018
【図８】
2008026501.tif 000019