JP2010262010A

JP2010262010A - 光学素子

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Publication number: JP2010262010A
Application number: JP2009110527A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Suzuki; 哲也鈴木; Tomokazu Tokunaga; 知一徳永
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-18

Abstract

【課題】光学システムを薄型化、小型化する際に必要となる光学素子の形状を提案することにある。
【解決手段】入射面および出射面に光学機能面を有する光学素子であって、前記光学機能面内に設けられた光学有効領域と、前記光学有効領域の外周に設けられた外周面と、前記光学有効領域上に設けられた反射防止膜と、を備え、前記光学有効領域は、光軸方向から見たとき前記光学機能面内に矩形の形状を有し、前記光学有効領域の頂点が前記光学素子の外周近傍に位置しており、前記入射面側の前記光学有効領域の対角線と、前記出射面側の前記光学有効領域の対角線との長さの比が、略１であり、前記反射防止膜は、少なくとも前記光学有効領域の全面を被覆する、光学素子。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置や表示装置等の光学システムに使用される光学素子に関するものである。

従来、光学システム、主に撮像装置に使用される光学素子では、予め研磨（研削）加工やプレス加工などによって光学面が仕上げられたのち、外周部を芯取り加工した形状を有しているものが多い。また、プレス加工時に外周部を規制することで芯取り加工を必要としない形状の光学素子も使用されている。

これら光学素子には、光学素子の両面に反射防止膜が形成されることが多い（特許文献１）。従来、光学素子に反射防止膜を形成する場合は、光学素子の外周を覆うような冶具で光学素子を固定し、反射防止膜を片面ずつ形成する方法が用いられている。

特開２００５−１４８３７９号公報

ところで、近年の薄型の撮像装置においては、光学素子自体の形状が光学システムの薄型化に大きく影響を及ぼすようになってきている。このため光学素子自体の形状、特に凸レンズや凸メニスカスレンズにおいては、光学素子の中心部や外周部などの光学システムの薄型化に影響を及ぼす厚みをできるかぎり薄くする必要がある。

しかしながら、特許文献１が開示する光学素子では、薄型化に関しては検討されていない。

また、凸レンズや凸メニスカスレンズのような、光を集光する光学素子に入射した光は、光学素子の入射面で光軸側に屈折し、出射面から出射される。入射面で光が屈折するので、入射面側の光学有効径より、出射面側の光学有効径の方が小さくなる。しかし、出射面側（光学有効径が小さい方の面）の外径は、入射面側（光学有効径が大きい方の面）の外径にあわせて設計されている。そのため、出射面側の光学有効径外の領域が無駄になっており、光学素子の小型化や軽量化の妨げとなっている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光学システムを薄型化、小型化する際に必要となる光学素子の形状を提案することにある。

上記課題を解決する光学素子は、入射面および出射面に光学機能面を有する光学素子であって、前記光学機能面内に設けられた光学有効領域と、前記光学有効領域の外周に設けられた外周面と、前記光学有効領域上に設けられた反射防止膜と、を備え、前記光学有効領域は、光軸方向から見たとき前記光学機能面内に矩形の形状を有し、前記光学有効領域の頂点が前記光学素子の外周近傍に位置しており、前記入射面側の前記光学有効領域の対角線と、前記出射面側の前記光学有効領域の対角線との長さの比が、略１であり、前記反射防止膜は、少なくとも前記光学有効領域の全面を被覆する、構成を有する。

上記光学素子によれば、光学システムの薄型化、小型化に寄与することができる。

（ａ）実施の形態１に係る反射防止膜が形成される前の光学素子の上面図、（ｂ）実施の形態１に係る反射防止膜が形成される前野光学素子を対角線xx’で切断したときの断面図、（ｃ）実施の形態１に係る反射防止膜が形成される前の光学素子を対角線以外の線yy’で切断したときの断面図実施の形態１に係る反射防止膜を備えた光学素子の上面および断面図他の実施形態に係る光学素子の上面および断面図他の実施形態に係る光学素子の上面および断面図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態において同様の動作を行う構成要素に同じ符号を付し、再度の説明を省略する場合がある。

また、本明細書における「光学機能面」とは、光学素子に要求される光学特性を生み出すために必要な面のことであり、光線の経路になる面を意味する。

また、本明細書における「光学有効領域」とは、光学機能面内に存在する領域であり、例えば光学素子が撮像装置等に搭載された場合に、光学機能面の中で実際に使用される領域を意味する。

また、本明細書における「光学有効長」とは、両端点が少なくとも光学機能面上にある線分の長さを意味する。

（実施の形態１）
図１（ａ）は、本実施形態に係る光学素子１を入射面側から見たときの概略上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の光学素子１をx−x’で切断したときの断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）の光学素子をy−y’で切断したときの断面図である。

また、図２は、本実施形態に係る光学素子１の上面および断面図である。

なお、説明のため、図１には反射防止膜を省略した光学素子を示している。

図１に示すように、光学素子１は、両凸形状の光学素子である。

光学素子１は、光が入射する入射面２と、入射した光が出射する出射面３とを有する。この入射面２および出射面３は、ほぼ全面が光学機能を有する光学機能面である。

通常、撮像装置における撮像素子は、矩形状の撮像領域を有している。したがって、撮像装置における光学素子の光学機能面も矩形状になることが多い。

そこで、図１（ａ）に示すように、光学素子１の入射面２は、矩形状の光学有効領域（以下、単に光学有効領域と称する場合もある。）５と、光学有効領域５の外周に設けられた外周面４を有する。

なお、図は省略しているが、出射面３も矩形の光学有効領域と、その外周に設けられた外周面を有している。

なお、本実施形態に係る光学素子１は、少なくとも矩形の光学有効領域５が光学機能を有する面であればよいので、外周面４は光学機能面でなくてもよい。

光学有効領域５の各頂点は、光学素子１の外周近傍に設けられている。したがって、図１（ｂ）に示すように、光学有効領域５の対角線の長さＡ（以下、光学有効長Ａと称する場合もある。）と、光学素子１の外径Ｃとが略同一（Ｃ≒Ａ）の関係を有する。

また、出射面３も同様に、出射面３の光学有効領域の対角線の長さＡ（以下、光学有効長Ａ’と称する場合もある。）と、光学素子１の外径Ｃとが略同一（Ａ’≒Ｃ）の関係を有する。

さらに、入射面２の光学有効長Ａと、出射面３の光学有効長Ａ’との比は、略１（Ａ／Ａ’≒１）となる。言い換えると、入射面および出射面の光学有効領域の対角線を含む線（図１（ａ）のx−x’）で切断したときの断面に垂直な方向から見たとき（図１（ｂ））、入射面２に入射する入射光の径と、出射面３から出射する出射光の径とが略同一の径となる。

このような構成は、外周近傍に光学有効領域の各頂点を有する光学素子１の外周部分における光軸方向の厚さを薄くすることで実現できる。

具体的に説明すると、光学素子１の外周部分が薄くなることで、入射面２の光学有効領域の頂点と出射面３の光学有効領域の頂点とが近くなる。入射面２の光学有効領域の頂点と出射面３の光学有効領域の頂点とが近くなると、入射面２の光学有効領域の頂点から出射面３の光学有効領域の頂点までの光路が短くなる。光路が短いので、入射面２の光学有効領域の頂点に入射した光は、すぐに出射面３の光学有効領域の頂点に到達する。したがって、光軸方向から見たとき、入射面２の光学有効領域の頂点と、出射面３の光学有効領域の頂点とがほぼ同じ位置になる。したがって、入射面２の光学有効長Ａと、出射面３の光学有効長Ａ’との比は、略１（Ａ／Ａ’≒１）となる。

一方、光学有効領域５の対角線以外の線（図１（ａ）のy−y’）で切断したときの断面に垂直な方向から見たとき（図１（ｃ））、入射面２の光学有効長Ｂに対して、出射面３の光学有効長Ｂ’は短い。つまり、対角線以外の光学有効長どうしの比は略１とはならない。このことについて説明する。

上述したように、光学有効領域５の各頂点部分は光学素子１の外周近傍に位置するため、光軸方向の厚さが薄くなっている。しかし、光学有効領域５の各辺における光軸方向の厚さは、光学有効領域５の各頂点における光軸方向の厚さよりも厚い。光軸方向の厚さが厚いので、光路が長くなる。入射面２の光学有効領域５の各辺に入射した光は入射面２で屈折され出射面３に到達するので、光路が長い分、屈折された光は光軸側に寄ることになる。したがって、出射面３の光学有効長Ｂ’は、入射面２の光学有効長Ｂよりも短くなる。よって、対角線以外の光学有効長どうしの比は略１とはならない（Ｂ／Ｂ’≠１）。

従来の光学素子は、矩形の光学有効領域の頂点が光学素子の外周近傍に位置していなかったので、矩形の光学有効領域以外の領域が無駄になっていた。しかし、本実施形態に係る光学素子１は、矩形の光学有効領域の頂点が光学素子の外周近傍に位置しており、入射面側の光学有効領域の対角線と、出射面側の光学有効領域の対角線との長さの比が、略１となるので、入射面および出射面における光学有効領域が占める割合を多くすることができる。したがって、従来の光学素子よりも光学有効領域以外の領域を少なくすることができるので、光学素子自体の小型化、軽量化を実現することができる。

また、本実施形態に係る光学素子１は、入射面２の光学有効領域の頂点から出射面３の光学有効領域の頂点までの光路が短いので、従来の光学素子よりも外周部分を薄くすることができる。外周部分が薄くなるのに伴い、光学素子１の中心部も薄くすることができる。したがって、光学素子１全体を薄くすることができる。

このような光学素子１を撮像装置等の光学システムに採用することで、光学システムを従来よりも薄型化、小型化することができる。

このような光学素子１を保持させる場合は、外周面４の領域を光学素子１の保持部として用いることができる。

次に、図２に基づいて反射防止膜６の説明をする。

図２に示すとおり、光学素子１は、矩形の光学有効領域５と、光学有効領域５の外周に設けられた外周面４と、光学有効領域５上に設けられた反射防止膜６と、を備えている。

そして、この反射防止膜６は、少なくとも光学有効領域５の全面を被覆している。

さらに、この反射防止膜６は、外周面４の一部を被覆している。したがって、外周面４は、反射防止膜６が被覆された領域と、反射防止膜６が被覆されていない領域（以下、単に未形成領域と称する場合もある。）７とを有する。

反射防止膜６は、光学素子の表面での光の反射を減少させる機能を有する薄膜である。

反射防止膜６は、様々な屈折率を有する材料から選ばれる、例えば、ＭｇＦ_２（ｎ＝１.４７）、ＢａＦ_２（ｎ＝１.２５）、ＳｉＯ_２（ｎ＝１.４６）、Ａｌ_２Ｏ_３（ｎ＝１.６２〜１.６８）、Ｙ_２Ｏ_３（ｎ＝１.７〜１.９）、Ｔａ_２Ｏ_５（ｎ＝２.０〜２.２）、ＴｉＯ_２（ｎ＝２.１〜２.３）、ＺｒＯ_２（ｎ＝１.９〜２.２）、Ｎｂ_２Ｏ_３（ｎ＝２.０〜２.２）、ＨｆＯ_２（ｎ＝約１.９５〜２.２）及び技術上既知のその他の膜材料からなる群から選ばれる。

反射防止膜６は、真空蒸着、電子ビームによるスパッタリング、イオンスパッタリング、化学的気相成長（ＣＶＤ）レーザアブレーション等、当業者にとって技術上既知の方法により形成される。

光学素子１に反射防止膜６を形成する際、光学素子１の外周面４が冶具等で保持される。具体的には、外周面４を含む外周部分が光軸方向から挟むように保持される。このように保持することで、従来よりも肉厚が薄い光学素子１であっても、容易に保持することができる。

外周面４が保持されるので、この保持された領域には反射防止膜６が形成されない。この外周面４の保持される領域が、未形成領域７になる。一方、光学有効領域５の全面には、反射防止膜６が形成される。したがって、光学有効領域５における光の反射を低減することができる。

また、未形成領域７は、目視や顕微鏡等による観察で確認することができるので、光学素子１を撮像装置等に搭載する際、未形成領域７を用いて光学素子１の位置決めや方向決めをすることができる。したがって、効率良く撮像装置等を組み立てることができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、未形成領域７は１ヶ所のみであるが、これに限られるものではない。図３に示すように、少なくとも反射防止膜１６が光学有効領域を被覆していればよいので、光学素子１０は、複数の未形成領域１７を備える構成であってもよい。未形成領域１７を複数形成する場合は、複数の冶具で光学素子を保持することになるので、より精度よく反射防止膜１６を形成することができる。

また、上記実施形態では、未形成領域７と反射防止膜６との境界線は直線状であるが、これに限られるものではない。例えば図４に示すように、光学素子２０は、未形成領域２７と反射防止膜２６との境界線が曲線状に形成された構成であってもよい。

また上記実施形態における光学素子は、製作工法に限りはなく、研磨加工、プレス成形、射出成形等、いずれの工法において形成してもよい。

また、上記実施形態における光学素子は、材料に限りはなく、ガラス、プラスチック、セラミックス等、いずれの材料でもよい。

本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明に係る光学素子は、カメラやムービー等の撮像装置に適用できる。

１、１０、２０光学素子
２入射面
３出射面
４外周面
５光学有効領域
６、１６、２６反射防止膜
７、１７、２７未形成領域
Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’ 光学有効長
Ｃ光学素子の外径

Claims

入射面および出射面に光学機能面を有する光学素子であって、
前記光学機能面内に設けられた光学有効領域と、
前記光学有効領域の外周に設けられた外周面と、
前記光学有効領域上に設けられた反射防止膜と、を備え、
前記光学有効領域は、
光軸方向から見たとき前記光学機能面内に矩形の形状を有し、
前記光学有効領域の頂点が前記光学素子の外周近傍に位置しており、
前記入射面側の前記光学有効領域の対角線と、
前記出射面側の前記光学有効領域の対角線との長さの比が、略１であり、
前記反射防止膜は、
少なくとも前記光学有効領域の全面を被覆する、
光学素子。
前記反射防止膜は、前記光学有効領域の全面と前記外周面の一部とを被覆し、
前記外周面は、前記反射防止膜が形成されていない領域を有する、
請求項１に記載の光学素子。