(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の異なる２種類の透明プラスチック光学素材から成り、そ
の境界面の形状が、光軸に対して回転対称な段差から成る回折素子構造を成して
おり、
外面側の第一素材の屈折率をｎ1、アッベ数をν1、内面側の第二素材の屈折率をｎ2、
アッベ数をν2、回折構造を平均的な曲面で置き換えた時の第一レンズの度数をＤ1
（ディオプター）、第二レンズの度数をＤ2（ディオプター）、中心からｒ（ｍｍ）
の点に於ける回折構造のピッチをｐ（ｍｍ）、平均曲面の法線方向に対する回折構
造の段差寸法をδ（ｍｍ）、境界面に入射する光線の法線との角度をθ1、射出する
光線の角度をθ2とした時、
【数１】
0004370654.tif 000019
が成り立つことを特徴とする眼鏡レンズ。
【請求項２】
レンズの全体の度数としては、負の度数を有するレンズであって、
【数２】
0004370654.tif 000020
が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の眼鏡レンズ。
【請求項３】
レンズの全体の度数としては、正の度数を有するレンズであって、
【数３】
0004370654.tif 000021
が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の眼鏡レンズ。
【請求項４】
回折構造の段差部分の光軸に対する角度が、光軸から離れるに従
って大きくなることを特徴とする請求項２または３に記載の眼鏡レンズ。
【請求項５】
素材のアッベ数ν1、ν2に対して、ν2＜ν1が成り立つ事を特徴
とする請求項２に記載の眼鏡レンズ。
【請求項６】
素材のアッベ数ν1、ν2に対して、ν1＜ν2が成り立つ事を特徴
とする請求項３に記載の眼鏡レンズ。
【請求項７】
レンズ外面及び内面に、ハードコート、反射防止膜の内少なくと
も１つが形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に眼鏡
レンズ。
【請求項８】
２種類の素材の境界面に、厚さｄ（ｍｍ）、屈折率n、の反射防
止膜を形成し、
【数４】
0004370654.tif 000022
が成り立つことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の眼鏡レンズ。
【請求項９】
境界面の回折構造は、型によって成形され、内面側の形状は、
球面、非球面、トーリック面、累進面のいずれかであり、機械加工によって形成
されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の眼鏡レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼鏡レンズに関し、特に色収差を補正し、周辺部の鮮明度を向上させた薄型軽量の眼鏡レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年眼鏡レンズの厚さや重量を減少させる為に、屈折率の高い素材が開発されている。しかし、プラスチック素材は、屈折率を高めていくと、波長による屈折率の変化が大きくなる傾向にある。素材の色分散を示すアッベ数が小さくなると、レンズの色収差が大きくなり、周辺部に於ける像のにじみが増大し、鮮明度を低下させていた。
【０００３】
この問題に鑑み、アッベ数の異なる凹レンズと凸レンズを張り合わせ、色収差を補正する技術が、特開平７−２８００２号公報に開示されている。しかし、この方法では、凹・凸の２枚のレンズを張り合わせる為、レンズが厚くなり、重量も増してしまう。
【０００４】
光学素子の表面に周期的な微細輪帯構造を形成することにより、レンズとしての働きをさせる事が出来る。この様な素子を回折光学素子と呼び、近年その応用開発が盛んに行われている。回折光学素子は、厚みが殆ど無い為、光学系を小型化するのに有利である。又、通常の屈折光学系とは、異なる色分散特性を持っているので、組み合わせて使用することにより、単焦点レンズであっても、色収差を補正することが、出来る。特開平６−２４２３７３号公報には、光ピックアップ用対物レンズとして応用した例が、開示されている。又、同様の技術の応用として、眼鏡レンズに回折光学素子を使用した例が、特開平１０−３３９８５６号公報に開示されている。この発明は、レンズを薄くすることに効果的であり、従来のレンズとほぼ同じ厚さのレンズで、色収差を補正したレンズが得られる。しかし、これらの発明によるレンズは、表面に微細な段差形状を有しており、汚れが付着し易く、付着した油膜等の影響により、回折効率が変化する。又、表面にハードコートや反射防止膜などの機能を付与することが困難であり、形状の精度も厳しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は下記の７つの課題を解決するものである。
１．横の色収差を補正し、周辺部の像の鮮明度を向上させたレンズを得る。
２．横の色収差を補正する為にレンズの厚みや重量を増加させない。
３．レンズ表面にハードコート膜、反射防止膜、防曇膜などを設ける。
４．レンズ表面に段差構造を生じさせず、外観を向上する。
５．回折光学素子の製造公差を緩和し、製造誤差による性能低下を防止する。
６．回折光学素子による不要な回折光を減少させる。
７．従来の製造工程の中で、レンズの生産を行えるようにする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の眼鏡レンズは、屈折率の異なる２種類の透明プラスチック光学素材か
ら成り、その境界面の形状が、光軸に対して回転対称な段差から成る回折素子構
造を成しており、さらに、外面側の第一素材の屈折率をｎ1、アッベ数をν1、内
面側の第二素材の屈折率をｎ1、アッベ数をν2、回折構造を平均的な曲面で置き
換えた時の第一レンズの度数をＤ1（ディオプター）、第二レンズの度数をＤ2（デ
ィオプター）、中心からｒ（ｍｍ）の点に於ける回折構造のピッチをｐ（ｍｍ）、
平均曲面の法線方向に対する回折構造の段差距離をδ（ｍｍ）、境界面に入射す
る光線の法線との角度をθ1、射出する光線の角度をθ2とした時、
【０００８】
【数５】
0004370654.tif 000002
が成り立つことが望ましい。
【０００９】
さらに、レンズの度数が負の場合は、
【００１０】
【数６】
0004370654.tif 000003
が成り立つことが望ましく、レンズの度数が正の場合は、
【００１１】
【数７】
0004370654.tif 000004
が成り立つことが望ましい。
【００１２】
さらに、レンズの度数が負の場合は、ν2＜ν1が成り立つことが望ましく、
レンズの度数が正の場合は、ν1＜ν2が成り立つことが望ましい。
【００１３】
さらに、レンズ外面及び内面に、ハードコート、反射防止膜の内少なくとも１つが形成されていることが望ましい。
【００１４】
さらに、２種類の素材の境界面に、反射防止膜を形成して境界面の反射を減少させることが出来る。この時反射防止膜の厚さをｄ（ｍｍ）、屈折率をnとすると、
【００１５】
【数８】
0004370654.tif 000005
が成り立つことが望ましい。
【００１６】
さらに、境界面の回折構造は、型によって成形され、レンズの内面側の形状は、球面、非球面、トーリック面、累進面のいずれかであり、機械加工によって形成されることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のレンズは、レンズ表面の屈折によって生じる色収差を、回折構造によって生じる色収差によって相殺させ、収差量を減少させることにより、像の鮮明度を向上させている。さらに、本発明のレンズは、２種類の素材の境界面上に回折構造を形成し、外部に露出していない為、回折部が汚れることが無く、表面に付着した物質によって、回折効果が影響されることも無い。本発明のレンズの表面は、従来のレンズと同様な曲面で構成されている為、その表面にハードコートや反射防止コートなどを施すことが可能であり、表面に回折構造がある場合に比べ、機能を向上させることが出来る。
【００１８】
本発明のレンズは、２種類の素材の屈折率差によって回折作用を生じさせるので、０．０１以上の屈折率の差が無いと、回折構造の段差寸法が大きくなり過ぎる。又、屈折率差が大き過ぎると、回折部に於いて不要な散乱光が増大する為、０．４以下にすることが望ましい。従って、第一素材の屈折率をｎ1、第二素材の屈折率をｎ2とした時、
【００１９】
【数９】
0004370654.tif 000006
が成り立つことが望ましい。
【００２０】
さらに、本発明の眼鏡レンズは、回折構造によって発生する色収差と屈折によって発生する色収差を相殺させている為、その構造に一定の制限が生じる。第一素材のアッベ数をν1、第二素材のアッベ数をν2、回折構造を平均的な曲面で置き換えた時の第一レンズの度数をＤ1（ディオプター）、第二レンズの度数をＤ2（ディオプター）とすると、中心からｒ（ｍｍ）の点に於けるＦ線とＣ線の偏角（θF、θC）の差Δθは、
【００２１】
【数１０】
0004370654.tif 000007
で与えられる。一方回折格子による１次の回折角φは、光線の波長をλ（ｍｍ）、ピッチをｐ（ｍｍ）とすると、
【００２２】
【数１１】
0004370654.tif 000008
で与えられる。従って、Ｆ線とＣ線の回折角（φF、φC）の差Δφは、
【００２３】
【数１２】
0004370654.tif 000009
となる。屈折によって生じる色収差と、回折によって生じる色収差が相殺する為には、Δφ＝−Δθとなっていれば良く、実用上は、Δφ＝−０．５Δθ程度の補正量でも、十分な改善効果が得られる。従って、
【００２４】
【数１３】
0004370654.tif 000010
を満足していれば、十分な収差補正が出来る。
【００２５】
また、回折構造のピッチがあまり小さくなり過ぎると散乱が増加するので、
【００２６】
【数１４】
0004370654.tif 000011
を満たしていることが望ましい。
【００２７】
さらに、平均曲面の法線方向に対する回折構造の段差距離をδ（ｍｍ）、境界
面に入射する光線の法線との角度をθ1、射出する光線の角度をθ2とした時、段
差構造によって１波長分の光路長差が生じる為には、
【００２８】
【数１５】
0004370654.tif 000012
であれば良い。さらに、具体的には、
【００２９】
【数１６】
0004370654.tif 000013
であれば、十分な回折効率が得られる。設計の主波長λとしては、眼鏡レンズの場合、５００（ｎｍ）〜５８０（ｎｍ）の光を考えれば良いので、結局、
【００３０】
【数１７】
0004370654.tif 000014
であれば良い。
【００３１】
さらに、回折素子の色収差特性から、レンズ全体の度数の符号と、回折光学素子の度数の符号は、同じでなければならないので、負の度数のレンズの場合は、
【００３２】
【数１８】
0004370654.tif 000015
正度数のレンズの場合は、
【００３３】
【数１９】
0004370654.tif 000016
であることが、望ましい。
【００３４】
又、回折構造の段差部分による不要な散乱光を減少させる為には、使用する光線と段差部分が、平行に近い程良い。従って、段差部分の光軸に対する角度が、光軸から離れるに従って大きくなる様に構成することが望ましい。
【００３５】
さらに、可視光の範囲で高い回折効率を維持する為には、各波長に於いて、
【００３６】
【数２０】
0004370654.tif 000017
が成り立っていれば良い。その為には、n2＜n1の時にはν2＜ν1、n1＜n2の時にはν1＜ν2であることが望ましい。
【００３７】
さらに、本発明による眼鏡レンズは、その表面が従来のレンズと同様な平滑な曲面によって構成されている為、その上にハードコート膜や反射防止膜を形成することが出来る。
【００３８】
さらに、本発明による眼鏡レンズは、回折構造部に於ける反射を減らす事によって、レンズの外観を良くすることが出来る。この場合、形成する反射防止膜は、単純な一層のコートで十分な効果があり、その膜の厚さをｄ（ｍｍ）、屈折率をnとすると、
【００３９】
【数２１】
0004370654.tif 000018
が成り立つことが望ましい。
【００４０】
さらに、本発明によるレンズの製造工程としては、量産性を考慮すれば、回折構造部を型によって形成することが望ましい。この時、回折構造を持つ型と通常の曲面形状を持つ型を組み合わせて、一旦レンズを成形し、その後成形したレンズと曲面型の間に別の素材を流入し、レンズとして成形する。この場合、内面側の素材の厚みは、度数調整の為の機械加工を施す余地を残す為に、外面側より厚くする。外面側の素材の厚みとしては、レンズとしての度数が不要なので、極めて薄くても良く、スピンコート等の手法で、回折構造の上にモノマーを塗布して形成することも可能である。
【００４１】
通常在庫のレンズは、加工しろを含めて厚めに成形しておき、お客様からの注文に応じて内面側を機械加工して、最終製品とする。本発明のレンズも、型成形の段階では、厚いブランクを作っておき、その後に内面を非球面、トーリック面、累進面等に加工すれば良い。この様な製造方法は、機械加工を施す内側表面に回折構造を有していないことから可能となることで、特開平１０−３３９８５６号公報に開示されている様な内面に回折構造を持つレンズでは、不可能である。
【００４２】
次に、本発明の眼鏡レンズについて実施例により説明する。
【００４３】
（実施例１）
図１に本発明の実施例１の形態を示す。第一素材１に屈折率１．７１、アッベ数３６、第二素材２に屈折率１．６６、アッベ数３２の物を用い、その境界面に回折構造３を形成している。レンズの度数は、−１０（ディオプター）、第一素材の中心厚は、０．２ｍｍ、第二素材の中心厚は、１．０ｍｍである。回折構造３の段差は、実際には非常に微細で、図に表せない程の物であるが、図１では、誇張して描いている。図２は、この回折構造３の一部を拡大して示した物である。回折構造の段差部分の光軸に対する角度αは、光軸から離れるに従って、大きくなる。これは、段差部分が、なるべく光線の方向と平行になっている方が、光線の散乱が少なく、像の質が良くなるからである。本実施例のレンズの場合、第一素材の屈折率が、第二素材の屈折率より大きいことにより、回折光学素子の度数を負にしつつ、図２の構造をとる事が出来る。本実施例におけるレンズの回折構造の段差寸法δは、約０．０１２ｍｍとなっており、外面に回折構造を設けた場合の段差寸法約０．０００８ｍｍに比べ、約１５倍になっている。この分回折構造部の製造公差や面荒さも緩くなり、製造しやすい設計となっている。図３は、中心からの距離ｒと回折構造のピッチｐの逆数Ｎとの関係を示したグラフである。図４は、中心から２０ｍｍの点に於ける横の色収差を示したグラフである。回折構造を使用せず、屈折率１．６６、アッベ数３２の単一の素材で同じ度数のレンズを作成した従来例（点線）に対して、回折構造を有する本発明の場合（実線）には、格段に収差が改善されている事が判る。
【００４４】
（実施例２）
図５に本発明の実施例２の形態を示す。第一素材１に屈折率１．６６、アッベ数３２、第二素材２に屈折率１．７１、アッベ数３６の物を用い、その境界面に回折構造３を形成している。レンズの度数は、＋６（ディオプター）、第一素材の中心厚は、０．２ｍｍ、第二素材の中心厚は、１０．０ｍｍである。実施例１と同様に、回折構造の段差部分の光軸に対する角度αは、光軸から離れるに従って、大きくなる。これは、段差部分が、なるべく光線の方向と平行になっている方が、光線の散乱が少なく、像の質が良くなるからである。本実施例のレンズの場合、第二素材の屈折率が、第一素材の屈折率より大きいことにより、回折光学素子の度数を正にしつつ、この様な構造をとる事が出来る。本実施例におけるレンズの回折構造の段差寸法δは約０．０１ｍｍで、外面に回折構造を設けた場合の段差寸法に比べ遙かに大きくなっており、実施例１と同様に製造公差が緩く、製造しやすい設計となっている。図６は、中心からの距離ｒと回折構造のピッチｐの逆数Ｎとの関係を示したグラフである。図７は、中心から２０ｍｍの点に於ける横の色収差を示したグラフである。回折構造を使用せず、屈折率１．７１、アッベ数３６の単一の素材で同じ度数のレンズを作成した従来例（点線）に対して、回折構造を有する本発明の場合（実線）には、格段に収差が改善されている事が判る。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、色分散の大きい光学材料を用いても、レンズの厚みを増す事無く、色収差の少ないレンズが得られる。しかも、回折構造部が外部に露出していない為、汚れ等によって回折効率が変化することが無く、レンズ表面にハードコート膜や反射防止膜を設けることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のレンズの形態を示す図。
【図２】実施例１の回折構造部の拡大図。
【図３】実施例１の回折構造のピッチと中心からの距離の関係を示す図。
【図４】実施例１の横の色収差を示す図。
【図５】実施例２のレンズの形態を示す図。
【図６】実施例２の回折構造のピッチと中心からの距離の関係を示す図。
【図７】実施例２の横の色収差を示す図。
【符号の説明】
１  眼鏡レンズの第一素材
２  眼鏡レンズの第二素材
３  回折構造
４  回折構造の段差部分
５  回折構造を平均化した曲面
６  入射光線
７  射出光線
８  平均曲面の法線
【図１】
0004370654.tif 000023
【図２】
0004370654.tif 000024
【図３】
0004370654.tif 000025
【図４】
0004370654.tif 000026
【図５】
0004370654.tif 000027
【図６】
0004370654.tif 000028
【図７】
0004370654.tif 000029