CN1313843C

CN1313843C - 光学元件及其成形方法

Info

Publication number: CN1313843C
Application number: CNB2004101003906A
Authority: CN
Inventors: 伊藤敬志
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2007-05-02
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: US20050123238A1; JP2005170711A; US7406223B2; CN1627105A

Abstract

本发明的课题是，在用于CCD和CMOS等传感器的光学元件中，提供能够防止重像的光学元件。而且，在由表面精度高的光学功能面和在其外周形成的凸缘构成的，为了确保有效直径中的高表面精度，形成了具有比上述有效直径大若干的光面直径的光学功能面的光学元件中，使成形模具的模具切开直径比上述光面直径大，将模具切开位置配置在光面直径的外侧。

Description

光学元件及其成形方法

技术领域

本发明涉及在CCD及CMOS等传感器中使用的光学元件，特别涉及能够防止重像的光学元件及其成形方法。

背景技术

近年来，随着在移动电话中安装的小型数码相机的高性能化、高精度化，希望在其中所使用的小型传感器透镜高精度化。

图1表示使用了在移动电话中安装的小型数码相机的传感器(CCD及CMOS等)的透镜的结构。

在图1所示的传感器透镜100中，用粘结剂104将第1至第3光学元件101～103固定在镜筒105上，同时，将带有该镜筒的光学元件安装在带有盖玻璃107的安装支架106上。在该传感器透镜100中，从镜筒105的聚光口105a入射的光由上述第1至第3透镜101～103聚焦，在传感器成像面108上成像。

在传感器透镜中使用的光学元件，例如有玻璃研磨透镜、玻璃模制透镜、塑料透镜等，这些光学元件由表面精度高的光学功能面和在其外周形成的凸缘构成。

在使用了由表面精度高的光学功能面和在其外周形成的凸缘构成的光学元件的传感器透镜中，由于入射到光学元件的光学功能面以外的光的散射等，对传感器成像面产生恶劣影响，并且发生重像和光斑。例如，由于镜筒等机械部件和光学元件等的内面反射，发生规定以外的光(散射光)，该散射光到达传感器成像面，发生重像和光斑。因此，已知设置遮断因入射到凸缘等光学功能面以外的光线而引起的散射光行进到传感器成像面上的中止器109，防止因上述散射光而引起的重像和光斑的传感器透镜(例如，实开平2-107111号公报和特开2003-298885号公报)。

但是，即使在设置了遮断入射到凸缘等光学功能面以外的光的散射光的中止器109的传感器透镜中，也不能完全消除重像。而且，随着小型数码相机的高功能化、高精度化，即使微小的重像，也对它的功能和精度带来很大影响。

作为防止上述微小重像的对应措施，考虑减小中止器109的内径的方法。但是，在减小中止器109的内径的情况下，与中央光束相比周边光束的光通量降低，发生图像的角隅处变暗的弊端。

发明内容

因此，本发明的目的在于：提供不减小中止器的内径而能够防止重像的光学元件。

为达到上述目的，本发明的光学元件，由使用一对金属模具构成的成形模具进行成形，上述一对金属模具由具有型芯的上模和具有型芯的下模构成，并且具备通过表面精度比在上述型芯的外周配置的为上模或下模的金属模具还高的型芯的复制面来复制的光学功能面，其特征在于：该光学元件由表面精度高的光学功能面和在其外周形成的凸缘构成，并且为了确保有效直径内的高表面精度，形成了具有比上述有效直径大若干的光面直径的光学功能面，其中，在上述型芯与配置在其外周的为上模或下模的金属模具之间的边界上形成的模具切开位置被配置在所期望的光学元件的光面直径的外侧，并且相对于光学功能面的有效直径，模具切开直径大10％以上。

按照本发明的光学元件，由于能够不减小中止器的内径而防止重像，所以不减小周边光束的光通量，没有图像角隅变暗的弊端。另外，能够不施加特殊的后加工而取得防止重像的光学元件，能够容易地使防止重像的光学元件成形。

附图说明

图1是表示使用了由现有技术制作的光学元件的传感器透镜的图。

图2是表示确保了有效直径中的优秀表面精度的光学元件的图。

图3是表示图2所示的光学元件的成形模具的图。

图4是表示由光学元件的面反射发生的重像的图。

图5是表示在研究重像发生原因的实验中使用的光学元件的图。

图6是表示在模具切开位置处发生的重像的发生图。

图7是说明本发明的光学元件及其成形模具的图。

图8是表示本发明的光学元件及其成形模具的图。

图9是表示使用了本发明的光学元件的传感器透镜的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施例。

如图2所示，在由表面精度优秀的光学功能面1和在其外周形成的凸缘2构成的光学元件10中，为了确保有效直径中的优秀的表面精度，形成具有比上述有效直径大若干的光面直径的光学功能面1。

也就是说，当成形光学元件10时，形成将光面直径设计成比有效直径大若干的光学功能面，确保有效直径的精度。此外，为了确保有效直径的精度，对于上述有效直径，只要将光面直径设计成大0.1mm左右(对有效直径是2％左右)就是充分的。

图3表示在使具有表面精度高的光学功能面的光学元件10成形时使用的成形模具20。

当使由表面精度高的光学功能面1和在其外周形成的凸缘2构成的光学元件10成形时，使用由具备有表面精度高的复制面22A、24A的型芯22、24的一对金属模具(上模21和下模23)构成的成形模具20。而且，由上述型芯22、24的复制面22A、24A形成光学元件10的光学功能面1。

如图3(a)所示，树脂材料从铸口26流入到被具备型芯22的上模21和具备型芯24的下模23包围的模槽25中，使具有表面精度高的光学功能面的光学元件成形。

此外，如图3(b)所示，以往是使用与光学元件10的光学功能面的光面直径相同的模具切开直径(复制面直径)的型芯22、24，使具有表面精度高的光学功能面的光学元件成形。

本申请的发明人使用作为与光学元件的光学功能面的光面直径相同的模具切开直径(复制面直径)的型芯，在使用形成了表面精度高的光学功能面的光学元件的传感器透镜中，进行为了探明发生重像原因的以下的研究。

图4表示作为重像发生原因所考虑的光学元件的面反射。

如图1所示，在具备第1至第3光学元件101～103的传感器透镜100中，设想被认为是重像发生原因的光学元件的面反射包括：如图4(a)所示，在第2光学元件102的光学功能面102a上发生的情况；如图4(b)所示，在第2光学元件102的凸缘102b、102c上发生的情况；以及如图4(c)所示，在第3光学元件的凸缘103a上发生的情况。

因此，首先研究重像的发生原因是否是由第2光学元件102的光学功能面102a中的面反射引起的。

对使用于传感器透镜中的光学元件实施抗反射用的涂敷。但是，即使在实施了抗反射涂层的光学元件中，也发生2～4％的反射。必须验证这些微小的反射是不是发生重像的主要原因，在光学元件上涂敷其涂层特性不同的抗反射涂层，研究传感器透镜100的重像的位置和数量是否发生变化。(参照图1)

但是，即使在第2光学元件上涂敷其涂层特性不同的抗反射涂层，也未能看到重像的位置和数量发生变化。即，通过第2光学元件102的光学功能面102a中的面反射，验证了没有发生重像。

其次，研究重像发生原因是否是凸缘中的面反射所致。

在传感器透镜上设置中止器，进行设计使得利用上述中止器遮断因入射到凸缘上的光线引起的散射光行进到传感器成像面上。另外，凸缘的形状被设计成进行内面反射模拟，使之不发生重像。但是，凸缘中的内面反射也有可能不能100％模拟。因此，对第2光学元件102和第3光学元件103的凸缘进行粗面加工或者遮光加工，研究传感器透镜100的重像位置和数量是否发生变化。(参照图1)

在该实验中，当对光学元件的凸缘进行粗面加工或者遮光加工时，如图5(a)所示，对第2光学元件102的第1凸缘面102b或者第2凸缘面102c进行粗面加工或者遮光加工，研究在各自的凸缘中的内面反射(参照图4(b)。另外，如图5(b)所示，对第3光学元件103的凸缘面103a进行粗面加工或者遮光加工，研究在凸缘中的内面反射(参照图4(c))。

其结果是，在使用对第1凸缘面102b进行了粗面加工的第2光学元件102的情况下，传感器透镜100的重像的位置发生变化，另外，在使用对第1凸缘面102b进行了遮光加工的第2光学元件102的情况下，能够防止传感器透镜100的重像。

而且，本申请的发明人在使用作为与光学元件的光学功能面的光面直径相同的模具切开直径(复制面直径)的型芯、形成表面精度高的光学功能面的光学元件中，发现配置在光学功能面1与凸缘2的边界处的模具切开位置3发生毛刺，并探明该毛刺是传感器透镜的重像的原因。

即，在为了使表面精度高的光学功能面成形，使用复制面的表面精度高的型芯22、24而成形的光学元件中，树脂材料进入到上述型芯22、24和金属模具(上模21、下模23)的边界的些微间隙中，就发生毛刺，如图6所示，发现由于在光学元件的光学功能面1与凸缘2的边界(模具切开位置3)处所形成的毛刺而发生重像。

因此，在本发明中，相对于应确保表面精度高的有效直径而设计的光面直径，成形模具的模具切开直径增大，在由表面精度高的光学功能面1和在其外周形成的凸缘2构成的光学元件10中，在光面直径的外侧配置模具切开位置，提供了防止传感器透镜中的重像的光学元件。

现参照图7，说明本发明的光学元件及其成形方法。图7是表示光学元件及其成形模具(上模21和型芯22)的图。

如图7(a)所示，在由表面精度高的光学功能面和在其外周形成的凸缘构成的，为了确保有效直径中的高表面精度，使形成了具有比上述有效直径大若干的光面直径的光学功能面的光学元件10成形时，在使用与光学功能面的光面直径相同的模具切开直径(复制面直径)的型芯22成形的光学元件中，光面直径和模具切开直径是相同的，模具切开位置3配置在光学功能面1与凸缘2的边界处。

因此，在本发明中，在由表面精度高的光学功能面和在其外周形成的凸缘构成的，为了确保有效直径中的高表面精度，使形成了具有比上述有效直径大若干的光面直径的光学功能面的光学元件10成形时，如图7(b)所示，使用具有比光学功能面的光面直径大的模具切开直径(复制面直径)的型芯24，使成形模具的模具切开直径比光面直径大，使将模具切开位置3配置在光面直径的外侧的光学元件10成形。

此外，相对于光学功能面的有效直径，最好将模具切开直径设计成大10％以上。在图7(b)所示的实施例中，在透镜直径φ4～φ7的光学元件10中，相对于有效直径，将模具切开直径设计成大0.2～0.5mm左右。

图8表示本发明的光学元件及其成形模具(上模21和型芯22)。

当使用具有表面精度高的复制面22A的型芯22，使具有表面精度高的光学功能面的光学元件10成形时，使用增大了型芯22的模具切开直径(复制面直径)的型芯，使之延长光学功能面的终端形状，在进行设计使得模具切开位置配置在光学元件的光面直径的外侧的情况下，光学功能面的层厚和凸缘的形状大幅度改变。

因此，在图8所示的实施例中，在光学功能面的终端(光面直径的端部)处，附加与光学功能面的终端形状相反方向的R形状，使将模具切开位置配置在光面直径外侧的光学元件成形。据此，能够不大幅度地变更光学元件的形状设计，使模具切开直径比光面直径大，将模具切开位置配置在光面直径的外侧。

此外，也可不用与光学功能面的终端形状相反方向的R形状，而附加与光学功能面的终端形状相反方向的倾斜的直线形状。

图9表示使用了本发明的光学元件的传感器透镜100。

如图9所示，通过在光学功能面的终端(光面直径的端部)处附加与光学功能面的终端形状相反方向的R，通过将其模具切开位置3配置在光面直径外侧的光学元件用于传感器透镜中，将上述光学元件的模具切开位置3配置在传感器透镜的中止器109的内径的外侧，即使因在上述模具切开位置3处形成的毛刺而发生光的散射，散射光也被上述中止器109遮断，能够防止传感器透镜的重像。

Claims

1.一种光学元件，由使用一对金属模具构成的成形模具进行成形，上述一对金属模具由具有型芯的上模和具有型芯的下模构成，并且具备通过表面精度比在上述型芯的外周配置的为上模或下模的金属模具还高的型芯的复制面来复制的光学功能面，其特征在于：

该光学元件由表面精度高的光学功能面和在其外周形成的凸缘构成，并且为了确保有效直径内的高表面精度，形成了具有比上述有效直径大若干的光面直径的光学功能面，

其中，在上述型芯与配置在其外周的为上模或下模的金属模具之间的边界上形成的模具切开位置被配置在所期望的光学元件的光面直径的外侧，并且

相对于光学功能面的有效直径，模具切开直径大10％以上。

2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：

在光学功能面的终端处，附加与光学功能面的终端形状相反方向的R形状，并将模具切开位置配置在光面直径外侧。

3.如权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于：

在设置有中止器的传感器透镜中安装光学元件时，将上述光学元件的模具切开位置配置在传感器透镜的中止器的内径的外侧，其中，上述中止器用于遮断因入射到凸缘等的光学功能面外的光线所引起的散射光行进到传感器成像面上。

4.一种光学元件的成形方法，其特征在于：

在使用一对金属模具构成的成形模具，上述一对金属模具由具有型芯的上模和具有型芯的下模构成，并且通过使用具有表面精度比在上述型芯的外周配置的为上模或下模的金属模具还高的复制面的型芯，使由表面精度高的光学功能面和在其外周形成的凸缘构成的光学元件成形时，

为了确保有效直径内的高表面精度，以形成具有比上述有效直径大若干的光面直径的光学功能面，同时将在上述型芯与配置在其外周的为上模或下模的金属模具之间的边界上形成的模具切开位置配置在所期望的光学元件的光面直径的外侧的方式，使光学元件成形，

其中，相对于光学功能面的有效直径，模具切开直径大10％以上。