JP6217193B2 - 光学レンズ装置 - Google Patents

Description

本発明は、焦点距離が正のレンズと焦点距離が負のレンズとを備えた光学レンズ装置に関する。

この種の光学レンズ装置においては、温度変化により生じる収差を低減するため、レンズ間を樹脂製の鏡筒部を介して接合し、温度変化に伴う鏡筒部の膨張・収縮によりレンズ間隔を伸縮させて、収差をキャンセルさせることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、光学レンズ装置の収差を低減し得る技術としては、レンズの屈折率を電気信号によって変化させる技術（例えば、特許文献２参照）、アクチュエータを用いてレンズを移動させることで焦点距離を調整する技術（例えば、特許文献３参照）等も知られている。

特開２００３−６９０８号公報 特開２００８−９００２６号公報 特開２００９−８９３０６号公報

しかしながら、上記提案の技術では、レンズの屈折率を変化させたり、レンズを移動させたりするためのアクチュエータ、及び、アクチュエータの駆動制御装置が必要であり、最も構成が簡単なものでも、レンズ間隔を変化させるための鏡筒部を設ける必要がある。

このため、上記提案の技術では、光学レンズ装置において、温度変化によって生じるレンズ特性の変化を抑制することはできるものの、レンズの外部に設置しなければならない部品点数が増加し、装置の小型化を図ることができない。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、光学レンズ装置において、レンズの外部における部品点数を増加させることなく、温度変化に伴うレンズ特性の変化を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明は、正の焦点距離を有する第１レンズと、負の焦点距離を有する第２レンズとからなる複数のレンズによって集光レンズを構成し、これら複数のレンズを、光軸を揃えて配置してなるものである。

そして、第１レンズには、当該第１レンズの温度変化に伴う形状変化を抑制するために当該第１レンズにおける他の部分よりも線膨張係数の小さい素材からなる第１部材が含まれている。

つまり、複数のレンズによって集光レンズを構成する光学レンズ装置では、温度変化に伴う焦点距離の変化の度合について、正の焦点距離を有するレンズ（第１レンズ）の方が、負の焦点距離を有するレンズ（第２レンズ）よりも支配的となる。

また、第２レンズは、第１レンズとの組み合わせにより、第１レンズ単体で生じる正の焦点距離を補正するのに用いられるため、例えば温度上昇に伴う屈折率の変化により、第２レンズにおける負の焦点距離が長くなると、光学レンズ装置全体の焦点距離は短くなる。

このため、温度上昇により、各レンズの屈折率が小さくなって、第１レンズにおける（正の）焦点距離が長くなった場合に、線膨張係数の小さい第１部材によって第１レンズの形状の変化を抑制可能となることから、第２レンズだけでは補正しきれない分を調整でき、延いては光学レンズ装置全体の焦点距離の変化をより抑制することができる。

このように、本発明の光学レンズ装置によれば、温度変化に伴い各レンズの屈折率が変化することによって生じる焦点位置の変化を、第１レンズに線膨張係数の小さい第１部材を含めるだけで抑制することができる。

従って、本発明の光学レンズ装置によれば、従来のようにアクチュエータや鏡筒部等を別途設けることなく、温度変化によって生じるレンズ特性の変化を抑制することができ、延いては、良好なレンズ特性を有する光学レンズ装置を小型化することができる。

また、第１レンズおよび第２レンズは、コバ部をそれぞれ有し、該コバ部を介して互いに積層されている構成であってもよく、このような構成のもと、コバ部の積層部分には、第２レンズの温度変化に伴う形状変化を助長するために第２レンズよりも線膨張係数の大きい素材からなる接着剤が設けられていてもよい。

このような構成によれば、第２レンズは、コバ部の積層部分に設けられた接着材によって形状変化が促進されるため、例えば温度上昇に伴う屈折率の変化により、第２レンズにおける負の焦点距離がより長くなり、光学レンズ装置全体の焦点距離をより短くすることができる。また、第１レンズは、当該第１レンズのコバ部に第１部材が設けられているため、接着剤によって形状変化が促進されずに済む。

このため、温度上昇により、各レンズの屈折率が小さくなって、第１レンズにおける（正の）焦点距離が長くなった場合に、線膨張係数の小さい第１部材によって第１レンズの形状の変化を抑制可能となり、さらに線膨張係数の大きい接着剤によって第２レンズの形状の変化を促進可能となる（つまり、負の焦点距離がより長くなる）ことから、光学レンズ装置全体の焦点距離の変化を抑制することができる。

そして、このような効果を得るために、第２レンズには、当該第２レンズの温度変化に伴う形状変化を助長するために当該第２レンズにおける他の部分よりも線膨張係数の大きい素材からなる第２部材が含まれていてもよい。このような構成によれば、温度上昇により、線膨張係数の大きい第２部材によって第２レンズの形状の変化を促進可能となる（つまり、負の焦点距離がより長くなる）ことから、光学レンズ装置全体の焦点距離の変化をより抑制することができる。

これらのことから、本発明は、正の焦点距離を有する第１レンズと、負の焦点距離を有する第２レンズとからなる複数のレンズによって集光レンズを構成し、これら複数のレンズを、光軸を揃えて配置してなるものであり、第２レンズには、当該第２レンズの温度変化に伴う形状変化を助長するために当該第２レンズにおける他の部分よりも線膨張係数の大きい素材からなる第２部材が含まれている構成でもよいと言える。

このような構成によれば、温度上昇により、各レンズの屈折率が小さくなって、第１レンズにおける（正の）焦点距離が長くなった場合に、線膨張係数の大きい第２部材によって第２レンズの形状の変化を促進可能となる（つまり、第１レンズ単体で生じる正の焦点距離を補正する機能を高められる）ことから、光学レンズ装置全体の焦点距離の変化を抑制することができる。

従って、本発明の光学レンズ装置によれば、温度変化に伴い各レンズの屈折率が変化することによって生じる焦点位置の変化を、第２レンズに線膨張係数の大きい第２部材を含めるだけで抑制することができるので、従来のようにアクチュエータや鏡筒部等を別途設けることなく、温度変化によって生じるレンズ特性の変化を抑制することができ、延いては、良好なレンズ特性を有する光学レンズ装置を小型化することができる。

実施形態の光学レンズ装置の構成を表し、（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図である。 光学レンズ装置の作用効果を説明する説明図である。 コバ部を第１部材によって形成した光学レンズ装置の構成を表す説明図である。 光学レンズ装置の他の構成例を表す説明図である。 光学レンズ装置の他の構成例を表す説明図である。

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
なお、本発明は、下記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、下記の実施形態の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も本発明の実施形態である。また、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本発明の実施形態である。また、下記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。

＜構成＞
図１に示すように、本実施形態の光学レンズ装置は、正の焦点距離を有する第１レンズ１０と、負の焦点距離を有する第２レンズ２０とを備え、物体から第１レンズ１０に入射する光が、最終的に第２レンズ２０から出射する側において集束する集光レンズとして機能するように構成されている。

第１レンズ１０は、物体からの光が入射する前方側のレンズ面１２が凸状に形成された所謂凸レンズであり、そのレンズ面１２の曲率半径は、光を出射する後方側のレンズ面１４の曲率半径よりも小さくなっている。

第２レンズ２０は、物体からの光が入射する前方側のレンズ面２２が凹状に形成された所謂凹レンズであり、そのレンズ面２２の曲率半径は、光を出射する後方側のレンズ面２４の曲率半径よりも小さくなっている。

第１レンズ１０は、その多くの部分がエポキシ系樹脂にて構成されており、第２レンズ２０は、全ての部分がエポキシ系樹脂にて構成されている。なお、第１レンズ１０（詳しくはその多くの部分）及び第２レンズ２０に用いられる素材であるエポキシ系樹脂としては、比較的線膨張係数の大きいシリコン樹脂が多く含まれるものが採用されている。

また、各レンズ１０、２０の径方向外周には、各レンズ１０、２０のレンズ本体としてのレンズ部１６、２６の外周を取り囲むように、コバ部１８、２８が一体形成されている
。なお、本実施形態のレンズ部１６、２６は、全ての部分が直近に説明したエポキシ系樹脂にて構成されたものであり、所謂樹脂レンズである。

そして、各レンズ１０、２０は、光軸３０を一致させた状態（換言すれば光軸３０を揃えた状態）で。第１レンズ１０が物体側となるように配置されている。
また、各レンズ１０、２０において、コバ部１８、２８は、レンズ部１６、２６の外周部分よりも肉厚になっており、各レンズ１０、２０は、そのコバ部１８、２８を介して互いに積層されている。

なお、この積層部分（詳しくはコバ部１８とコバ部２８との間）には、第１レンズ１０（詳しくはその多くの部分）及び第２レンズ２０に用いられる素材とは異なるエポキシ系樹脂にて構成された接着剤３８が設けられている。なお、接着剤３８に用いられる素材であるエポキシ系樹脂としては、第１レンズ１０（詳しくはその多くの部分）及び第２レンズ２０に用いられる素材よりも線膨張係数の大きいシリコン樹脂が多く含まれるものが採用されている。

そして、第１レンズ１０において、コバ部１８には、ガラスにて構成されたガラス部材１９が充填されている。ガラス部材１９に用いられる素材であるガラスは、エポキシ系樹脂よりも線膨張係数の小さい素材である。なお、コバ部１８において、ガラス部材１９以外の他の部分は、第１レンズ１０（詳しくはその多くの部分）及び第２レンズ２０に用いられる素材と同じエポキシ系樹脂にて構成されている。

＜作用・効果＞
光学レンズにおいては、樹脂製のものであっても、ガラス製のものであっても、また凸レンズ（正の焦点距離を有する光学レンズ）であっても、温度が上昇すると屈折率が小さくなり、温度が低下すると屈折率が大きくなる。

従って、正の焦点距離を有する光学レンズにおいては、レンズの温度が常温よりも高温になると、焦点距離が常温時よりも長くなり、レンズの温度が常温よりも低温になると、焦点距離が常温時よりも短くなる。

また、正の焦点距離を有する光学レンズにおいては、レンズの温度が常温よりも高温になると、レンズの膨張によって、光が入射する前方側のレンズ面を伸張させる方向に力が発生し、レンズの温度が常温よりも低温になると、レンズの収縮によって、光が入射する前方側のレンズ面を縮径させる方向に力が発生する。

つまり、第１レンズ１０においては、図２（ａ）に点線で示すように、温度が上昇すると、レンズ部１６及びコバ部１８の膨張によって、前方のレンズ面１２の曲率半径が、基本的な形状における曲率半径Ｒ１よりも大きい、曲率半径Ｒ１ａとなる方向に力が発生し、これにより、焦点距離が長くなる。また、温度が下降すると、レンズ部１６及びコバ部１８の収縮によって、前方のレンズ面１２の曲率半径が、基本的な形状における曲率半径Ｒ１よりも小さい、曲率半径Ｒ１ｂとなる方向に力が発生し、これにより、焦点距離が短くなる。

これに対し、本実施形態の光学レンズ装置では、コバ部１８に、第１レンズ１０における他の部分よりも線膨張係数の小さい素材からなるガラス部材１９が充填されているため、高温時には、レンズ部１６及びコバ部１８の膨張量を低減し、低温時にはレンズ部１６及びコバ部１８の収縮量を低減することが可能になる。これにより、高温時には焦点距離が長くなるのを抑制し、低温時には焦点距離が短くなるのを抑制することができる。

一方、負の焦点距離を有する光学レンズにおいては、レンズの温度が常温よりも高温になると、焦点距離が常温時よりも短くなり、レンズの温度が常温よりも低温になると、焦点距離が常温時よりも長くなる。

また、負の焦点距離を有する光学レンズにおいても、レンズの温度が常温よりも高温になると、レンズの膨張によって、光が入射する前方側のレンズ面を伸張させる方向に力が発生し、レンズの温度が常温よりも低温になると、レンズの収縮によって、光が入射する前方側のレンズ面を縮径させる方向に力が発生する。

つまり、第２レンズ２０においては、図２（ｂ）に点線で示すように、温度が上昇すると、レンズ部２６及びコバ部２８の膨張によって、前方のレンズ面２２の曲率半径が、基本的な形状における曲率半径Ｒ２よりも大きい、曲率半径Ｒ２ａとなる方向に力が発生し、これにより、焦点距離が短くなる。また、温度が下降すると、レンズ部１６及びコバ部１８の収縮によって、前方のレンズ面２２の曲率半径が、基本的な形状における曲率半径Ｒ２よりも小さい、曲率半径Ｒ２ｂとなる方向に力が発生し、これにより、焦点距離が長くなる。

従って、本実施形態の光学レンズ装置によれば、温度変化によって、第１レンズ１０及び第２レンズの屈折率が変化しても、その屈折率変化によって生じる各レンズ１０、２０の焦点位置（換言すれば光学レンズ装置全体の焦点位置）の変化を、第１レンズ１０および第２レンズ２０の形状変化によって相殺することができる。

詳細には、本実施形態の光学レンズ装置は、集光レンズとして機能するように構成されているため、第１レンズ１０の屈折率の変化が、第２レンズ２０の屈折率の変化よりも支配的となる。このため、温度変化によって、第１レンズ１０の屈折率が変化すると、第２レンズ２０の形状変化による屈折率の変化では相殺することができない。

これに対し、第１レンズ１０において、コバ部１８にガラス部材１９（線膨張係数の小さい素材）を含む構成とすることにより、温度変化時に、第２レンズ２０の形状変化による屈折率の変化では相殺できない分を、第１レンズ１０の形状変化による屈折率の変化の抑制によって補っている。

また、本実施形態の光学レンズ装置では、コバ部１８とコバ部２８との間に接着剤３８（線膨張係数の大きい素材）を含む構成とすることにより、温度変化時に、接着剤３８に当接する第２レンズ２０の形状変化を助長し、第２レンズ２０の形状変化による屈折率の変化での相殺分を大きくしている。なお、接着剤３８に当接する第１レンズ１０は、その当接部分でもあるコバ部１８にガラス部材１９（線膨張係数の小さい素材）が挿入されているため、温度変化時に、接着剤３８の形状変化に応じて第１レンズ１０が共に形状変化しようとする力が低減される。

従って、本実施形態の光学レンズ装置によれば、温度変化によって、第１レンズ１０及び第２レンズの屈折率が変化しても、その屈折率変化によって生じる各レンズ１０、２０の焦点位置（換言すれば光学レンズ装置全体の焦点位置）の変化を、接着剤３８の形状変化と、第１レンズ１０および第２レンズ２０の形状変化とによって相殺することができる。

よって、本実施形態の光学レンズ装置によれば、従来のように、所望のレンズ特性を得るための装置や部品を別途設けることなく、温度変化によって生じる収差を低減することができ、光学レンズ装置の小型化を図ることができる。

また、本実施形態の光学レンズ装置によれば、第１レンズ１０において、レンズ部１６とは別の素材からなるガラス部材１９がコバ部１８に設けられているため、レンズ部１６に入射した光の一部がガラス部材１９によって反射されずに済み、より良好なレンズ特性を有する光学レンズ装置を得ることができる。

＜変形例＞
なお、本実施形態の光学レンズ装置においては、図３に例示するように、第１レンズ１０のコバ部１８を、エポキシ系樹脂よりも線膨張係数の小さい素材（ガラス等）によって形成してもよい。換言すれば、第１レンズ１０のコバ部１８は、エポキシ系樹脂よりも線膨張係数の小さい素材からなる第１部材としてのガラス部材１９によって形成されていてもよい。

このようにすれば、例えばガラスウェハ支持体上にレンズ部１６を成形する周知のインプリント成形技術を利用して容易に第１レンズ１０を大量生産することが可能となる。よって、図３に示す光学レンズ装置によれば、製造コストをより低減することができる。

なお、本実施形態の光学レンズ装置においては、ガラス部材１９として、第１レンズ１０に入射する光を制限するために該第１レンズ１０における他の部分よりも透過率が低くなるように着色されたものを用いてもよい。

このようにすれば、コバ部１８を絞りとして機能させることが可能となり、レンズ部１６の外周に当たって散乱するような不要な光がレンズ部１６に入射するのを防止することができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明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において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態の光学レンズ装置では、第１レンズ１０において、コバ部１８にガラス部材１９が設けられているが、これに限定されるものではない。
例えば、図４（ａ）に例示するように、第１レンズ１０において、コバ部１８を含み、コバ部１８の内部からレンズ部１６の内部に横方向に跨るように、ガラス部材１９を設けてもよいし、図４（ｂ）に例示するように、コバ部１８に代えて、レンズ部１６の内部にガラス部材１９を設けてもよい。

このようにしても、第１レンズ１０において、ガラス部材１９（線膨張係数の小さい素材）を含む構成となるため、温度変化時に、第２レンズ２０の形状変化による屈折率の変化では相殺できない分を、第１レンズ１０の形状変化による屈折率の変化の抑制によって補うことができる。

また例えば、図５に例示するように、第２レンズ２０において、コバ部２８に、接着剤３８のように線膨張係数の大きい素材からなる第２部材を設けてもよい。
このようにしても、温度変化時に、第２レンズ２０の形状変化を助長し、第２レンズ２０の形状変化による屈折率の変化での相殺分を大きくすることができる。

なお、第２レンズ２０において、コバ部２８を含み、コバ部２８の内部からレンズ部２６の内部に横方向に跨るように、上記第２部材を設けてもよいし、コバ部２８に代えて、レンズ部２６の内部に上記第２部材を設けてもよい。また、第１レンズ１０にガラス部材１９を設けた構成のもと、第２レンズ２０に上記第２部材を設けてもよいし、第１レンズ
１０にガラス部材１９を設ける代わりに、第２レンズ２０に上記第２部材を設けてもよい。

１０…第１レンズ、１２、１４…レンズ面、１６…レンズ部、１８…コバ部、１９…ガラス部材、２０…第２レンズ、２２、２４…レンズ面、２６…レンズ部、２８…コバ部、３０…光軸、３８…接着剤。

Claims (7)

1. 正の焦点距離を有する第１レンズ（１０）と、負の焦点距離を有する第２レンズ（２０）とからなる複数のレンズによって集光レンズを構成し、該複数のレンズを、光軸（３０）を揃えて配置してなる光学レンズ装置であって、
   前記第１レンズには、当該第１レンズの温度変化に伴う形状変化を抑制するために当該第１レンズにおける他の部分よりも線膨張係数の小さい素材からなる第１部材（１９）が含まれており、
   前記第２レンズには、前記第１レンズにおける他の部分よりも線膨張係数の小さい素材からなる部材が含まれておらず、
   前記第１レンズおよび前記第２レンズは、レンズ本体の外周を取り囲むコバ部（１８，２８）をそれぞれ有し、該コバ部を介して互いに接触して積層されており、
   前記第２レンズには、当該第２レンズの温度変化に伴う形状変化を助長するために当該第２レンズにおける他の部分よりも線膨張係数の大きい素材からなる第２部材（３８）が、当該第２レンズにおいてレンズ面（２２，２４）を含まない領域に設けられていることを特徴とする光学レンズ装置。
2. 前記第１部材は、前記第１レンズが有する前記コバ部（１８）に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ装置。
3. 前記第１レンズが有する前記コバ部（１８）は、前記第１部材によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ装置。
4. 前記第１部材は、前記第１レンズに入射する光を制限するために該第１レンズにおける他の部分よりも透過率の低いものであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光学レンズ装置。
5. 前記第１レンズおよび前記第２レンズが有する前記コバ部（１８，２８）の積層部分には、前記第２レンズの温度変化に伴う形状変化を助長するために前記第２レンズよりも線膨張係数の大きい素材からなる接着剤（３８）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学レンズ装置。
6. 前記第１レンズおよび前記第２レンズが有する前記コバ部（１８，２８）の積層部分は、平面であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学レンズ装置。
7. 正の焦点距離を有する第１レンズ（１０）、および負の焦点距離を有する第２レンズ（２０）からなる複数のレンズによって集光レンズを構成し、該複数のレンズを、光軸（３０）を揃えて配置してなる光学レンズ装置であって、
   前記第２レンズには、当該第２レンズの温度変化に伴う形状変化を助長するために当該第２レンズにおける他の部分よりも線膨張係数の大きい素材からなる第２部材（３８）が、当該第２レンズにおいてレンズ面（２２，２４）を含まない領域に設けられていることを特徴とする光学レンズ装置。

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