JP2004323289A - レンズ、レンズアレイ、レンズモジュール、レンズアレイの製造方法及びレンズアレイの製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光軸を精度良く合わせることが可能なレンズ、レンズアレイ、レンズモジュール、レンズの製造方法及びその製造装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかるレンズ１は、複数のレンズ面が少なくとも一方の面上に形成されたレンズアレイ１０を切断することにより形成される。そして、レンズ１は、レンズ基体１３より突出した凸部１２が上型２１や下型３１により形成される。この凸部１２の先端面にレンズ面１１が形成される。凸部１２の側面は、他の部材との基準面として利用される。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明にかかるレンズ１は、複数のレンズ面が少なくとも一方の面上に形成されたレンズアレイ１０を切断することにより形成される。そして、レンズ１は、レンズ基体１３より突出した凸部１２が上型２１や下型３１により形成される。この凸部１２の先端面にレンズ面１１が形成される。凸部１２の側面は、他の部材との基準面として利用される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ、レンズアレイ、レンズモジュール、レンズアレイの製造方法及びレンズアレイの製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガラス製のレンズは、金型により１個ずつ製造することが一般的に行われている。しかしながら、このような１回の成形でレンズを１個製造する方法では、生産性が低く、高コスト化をもたらす。
これに対して、複数のレンズを一つの金型により成形する技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このように、複数のレンズを一つの金型を用いて同時に製造することにより、短時間で大量のレンズを製造することができる。
【０００３】
これらの特許文献１、２に示される製造方法においては、板状の透明材料に対して複数のレンズ面を形成した後に、個々のレンズを切断する。そして、切断されたレンズを、鏡筒や他のレンズ等の他の部材と組み合わせて使用する形態においては、レンズの切断面を基準として、レンズモジュールが製造される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−４４０３３号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１０−２５１１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズの切断面は、ダイサー等を用いて切断されることにより形成され、精度良く形成することは困難である。従って、精度の低い切断面を基準に他の部材と位置合わせを行っていたため、レンズの光軸を精度良く合わせることができないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、光軸を精度良く合わせることが可能なレンズ、レンズアレイ、レンズモジュール、レンズアレイの製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明の別の観点によれば、歩留りの高いレンズを形成することができるレンズアレイの製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるレンズは、ガラスプリフォームを加圧成形することにより複数のレンズ面を少なくとも一方のレンズ基体面に形成したレンズアレイを切断することによって形成されるレンズであって、前記少なくとも一方のレンズ基体面に凸部または凹部を有し、前記凸部上又は凹部底面に前記レンズ面が一体的に形成されており、前記凸部又は凹部の側面は基準面として用いられうることを特徴とするものである。このような構成により、型によりレンズ面と一体的に形成された凸部又は凹部の側面を基準面として他の部材と組み合わせることができるため、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができる。
好適な実施の形態では、前記レンズ面が凸レンズ面あるいは凹レンズ面である。
【００１０】
上述の構成を有するレンズと、前記基準面において位置合わせされた他の光学部材によって、レンズモジュールを構成することができる。
【００１１】
本発明にかかるレンズアレイは、ガラスプリフォームを加圧成形することにより複数のレンズ面が少なくとも一方のレンズ基体面に形成されたレンズアレイであって、前記少なくとも一方のレンズ基体面に複数の凸部又は凹部を有し、前記凸部上又は凹部底面に前記レンズ面が一体的に形成されており、前記凸部又は凹部の側面は基準面として用いられうることを特徴とするものである。このような構成により、型によりレンズ面と一体的に形成された凸部又は凹部の側面を基準面として他の部材と組み合わせることができるため、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができる。
【００１２】
本発明にかかるレンズアレイの製造方法は、ガラスプリフォームを加圧成形することにより複数のレンズ面が少なくとも一方のレンズ基体面に形成されたレンズアレイを製造する方法であって、ガラスプリフォームを加熱するステップと、底面にレンズ面を形成するための光学転写面を設けた複数の孔部を有する型を用いて、前記ガラスプリフォームをプレスするステップと、前記プレスにより、側面に基準面を有する複数の凸部と前記凸部上にレンズ面が一体的に形成されたレンズアレイを冷却するステップとを備えたものである。このような方法により、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができるレンズアレイを製造することができる。
【００１３】
ここで、前記型は、レンズ面を形成するための光学転写面が先端に形成された型部と、当該型部を摺動可能に保持するホルダー部とを備え、前記ガラスプリフォームをプレスするステップでは、前記型部の先端面を前記ホルダー部の端面よりも奥に位置させて前記孔部を形成した状態で、前記ガラスプリフォームをプレスすることにより前記凸部を形成し、前記レンズアレイを冷却するステップでは、当該凸部がホルダー部の外側に位置するように移動させることが好ましい。このようにすることにより、レンズアレイを冷却する過程で収縮したとしても、凸部がホルダーの外側に位置しているため、複数の凸部間で応力が発生することを抑止でき、割れやクラックの発生を防止することができる。そして、レンズアレイの製造上の歩留りを向上することができる。
【００１４】
また、前記レンズアレイを冷却するステップでは、前記レンズアレイのレンズ面に前記型部の先端面が接触した状態を保持するように、前記型部を前記ホルダー部に対して相対的に移動させるようにするとよい。このような方法により、レンズ面に型部の先端面が接触した状態が保持されるため、レンズ面を型部の先端面の形状に沿った形状に精度良く成形することができる。また、当該凸部が前記ホルダー部の外側に位置する状態において上記移動を行うことによりレンズ面の接触状態を維持しつつ凸部間の応力も抑制できる。
【００１５】
本発明にかかる他のレンズアレイの製造方法は、ガラスプリフォームを加圧成形することにより複数のレンズ面が少なくとも一方のレンズ基体面に形成されたレンズアレイを製造する方法であって、ガラスプリフォームを加熱するステップと、突出面にレンズ面を形成するための光学転写面を設けた複数の突出部を有する型を用いて、前記ガラスプリフォームをプレスするステップと、前記プレスにより、側面に基準面を有する複数の凹部と前記凹部底面にレンズ面が一体的に形成されたレンズアレイを冷却するステップとを備えたものである。このような方法により、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができるレンズアレイを製造することができる。
【００１６】
本発明にかかるレンズアレイの製造装置は、レンズ面を形成するための光学転写面を有する第１の型と、当該第１の型と対向して設けられた第２の型とを備えたレンズアレイの製造装置であって、前記第１の型と前記第２の型との間に配置されたガラスプリフォームを加熱する手段と、前記第１の型と前記第２の型を相対的に移動させることにより前記ガラスプリフォームをプレスする移動手段を備え、前記第１の型によりレンズ基体面に基準面として機能する側面を有する複数の凸部と前記凸部上にレンズ面を形成するものである。このような構成を有する製造装置によれば、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができるレンズアレイを製造することができる。
【００１７】
ここで、前記第１の型は、レンズ面を形成するための光学転写面が先端に形成された型部と、当該型部を摺動可能に保持するホルダー部とを備え、前記移動手段は、前記型部の先端面を前記ホルダー部の端面よりも奥に位置させた状態で、前記ガラスプリフォームをプレスすることにより、凸部とその凸部上にレンズ面を形成し、その後に、当該凸部が前記ホルダー部の外側に位置するように移動させるようにするとよい。このようにすることにより、レンズアレイを冷却する過程で収縮したとしても、凸部がホルダーの外側に位置しているため、複数の凸部間で応力が発生することを抑止でき、割れやクラックの発生を防止することができる。そして、レンズアレイの製造上の歩留りを向上することができる。
【００１８】
また、前記移動手段は、当該凸部がホルダー部の外側に位置する状態において、前記レンズアレイのレンズ面に前記型部の先端面が接触した状態を保持するように、型部を前記ホルダー部に対して相対的に移動させるようにしてもよい。このような方法により、レンズ面に型部の先端面が接触した状態が保持されるため、レンズ面を型部の先端面の形状に沿った形状に精度良く成形することができる。また、当該凸部が前記ホルダー部の外側に位置する状態において上記移動を行うことによりレンズ面の接触状態を維持しつつ凸部間の応力も抑制できる。
【００１９】
本発明にかかる他のレンズアレイの製造装置は、レンズ面を形成するための光学転写面を有する第１の型と、当該第１の型と対向して設けられた第２の型とを備えたレンズアレイの製造装置であって、前記第１の型と前記第２の型との間に配置されたガラスプリフォームを加熱する手段と、前記第１の型と前記第２の型を相対的に移動させることにより前記ガラスプリフォームをプレスする移動手段を備え、前記第１の型によりレンズ基体面に基準面として機能する側面を有する複数の凹部と前記凹部底面にレンズ面を形成するものである。このような構成を有する製造装置によれば、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができるレンズアレイを製造することができる。
【００２０】
ここで、前記第２の型にレンズ面を形成するための光学転写面を有するようにしてもよい。
【００２１】
本発明にかかる他のレンズアレイの製造装置は、レンズ基体面の両面にレンズ面を形成するための光学転写面を有する第１の型と第２の型とを備えたレンズアレイの製造装置であって、前記第１の型と前記第２の型との間に配置されたガラスプリフォームを加熱する手段と、前記第１の型と前記第２の型を相対的に移動させることにより前記ガラスプリフォームをプレスする移動手段を備え、前記第１の型と前記第２の型によりレンズ基体面の両面に基準面として機能する側面を有する複数の凸部又は凹部と、前記凸部上又は前記凹部底面にレンズ面を形成するものである。このような構成を有する製造装置によれば、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができるレンズアレイを製造することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかるレンズアレイ及びレンズの形状について、図１を用いて説明する。このレンズは、例えば、携帯電話のカメラモジュールにおいて用いられる。
【００２３】
図１（ａ）は、レンズアレイの側面図を示す。図に示されるように、本発明の実施の形態１にかかるレンズアレイ１０は、複数のレンズ１を有し、一体的に形成される。この例では、２つのレンズ１ａ、１ｂが図示されているが、図１（ｂ）の斜視図に示されるように、４つのレンズ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが形成される。但し、本発明にかかるレンズアレイは、複数のレンズが形成されればよく、その数は任意である。そして、この例では、上面に凸レンズ面１１、下面に凹レンズ面１４がそれぞれ形成されている。さらに具体的には、凸レンズ面１１は、レンズ基体１３より円柱状に突出した凸部１２の先端面に形成されている。また、凹レンズ面１４は、レンズ基体１３の下面より湾曲状に凹むことにより形成されている。
【００２４】
図１（ｃ）は、個々のレンズの切断後の側面図である。図に示されるように、レンズ基体１３より突出した凸部１２の側面１２１は、レンズ基体１３の上面と略垂直に形成されている。この側面１２１が鏡筒や他のレンズとの光軸の位置合わせの基準面として機能する。なお、組み合わせる部材の形状との関係で基準面を垂直にできない場合には、基準面を傾斜面とし、一方、組み合わせる部材の面を予めその傾斜面に合致する傾きを持たせることにより同様の効果を得るようにすることもできる。
【００２５】
続いて、図１に示すレンズを形成するための製造装置の構成について、図２を用いて説明する。図２は、主として金型の構成を示しており、金型全体を覆うチャンバー、金型の位置制御のための制御回路、金型の温度を検出する温度センサ、金型に加えられる荷重を検出するロードセル、チャンバー内を真空に吸引する装置、チャンバー内に窒素ガス等の不活性ガスを吸入する装置等の構成については、図示を省略している。
【００２６】
図２に示す構成は、大きく上側部材と、下側部材に分けられる。上側部材には、上型２１、胴型ホルダー２２、上板２３、保持部材２４が含まれる。下側部材には、下型３１、胴型ホルダー３２、底板３３、保持部材３４、中間保持部材３５が含まれる。また、この製造装置は、金型を加熱するヒータ４、金型を移動させる油圧シリンダ、エアーシリンダ、トグルプレス、クランクプレス等の移動機構５を備えている。
【００２７】
上型２１は、レンズ基体面の上面のレンズ形状を成形する。この例では、上型２１は、凸レンズを形成するため、光学転写面として凹状の凹み２１ｃ、２１ｄが形成されている。上型２１は、形成するレンズと同数分（この例では４個）設けられ、個々の上型２１ａ、２１ｂは、上板２３の下面に配置されている。上型２１は、例えば、円柱状あるいは直方体状の外形状を有する。また、上型２１は、段差を有し、上板２３と接している根元側の方がレンズ形成用の凹みが形成された先端側よりも太くなるよう形成されている。そして、胴型ホルダー２２に形成された貫通部が上型２１の先端側の断面よりも僅かに大きく、かつ上型２１の根元側の断面よりも小さい形状を有している。プレス前においては、上型２１が図において下側に位置し、段差部分が胴型ホルダー２２と接触し、位置が規制されることになる。
【００２８】
下型３１は、レンズの下面のレンズ形状を成形する。この例では、下型３１は、凹レンズを形成するため、光学転写面として凸状の突出部３１ｃ、３１ｄが形成されている。下型３１は、形成するレンズと同数分（この例では４個）設けられ、個々の下型３１ａ、３１ｂは、底板３３の上面に配置されている。下型３１は、上型と同様に例えば、円柱状あるいは直方体状の外形状を有する。また、下型３１は、段差を有し、底板３３と接している根元側の方がレンズ形成用の突出形状が形成された先端側よりも太くなるよう形成されている。そして、胴型ホルダー３２の形成された貫通部が下型３１の先端側の断面よりも僅かに大きく、かつ下型３１の根元側の断面よりも小さい形状を有している。プレス時には下型３１が図において上側に移動したとしても段差部分が胴型ホルダー３２と接触し、位置が規制されることになる。
【００２９】
上型２１、胴型ホルダー２２、下型３１、胴型ホルダー３２は、ガラスプリフォーム１００と接し、所定形状に加工する狭義の金型であり、いわゆる割り駒の構成を有する。このように、割り駒の構成を採用することにより、レンズ形状を成形する上型２１や下型３１に問題が発生したとしても、他の上型２１や下型３１に交換することにより問題を解消できるため、製造コストの面で優れている。
【００３０】
胴型ホルダー２２には、それぞれの上型２１ａ、２１ｂが挿入される貫通部が上型２１と同数分設けられている。この胴型ホルダー２２は、上型２１を上下方向に摺動可能に保持している。また、胴型ホルダー２２の貫通部は、形成されるレンズの光軸と略平行な方向に円柱状にくり貫かれた形状を有する。従って、この貫通部の側面は、形成されるレンズの光軸と略平行な面となる。
【００３１】
胴型ホルダー３２には、それぞれの下型３１ａ、３１ｂが挿入される貫通部が下型３１と同数分設けられている。この胴型ホルダー３２は、下型３１を上下方向に摺動可能に保持している。また、胴型ホルダー３２の貫通部は、形成されるレンズの光軸と略平行な方向に円柱状にくり貫かれた形状を有する。従って、この貫通部の側面は、形成されるレンズの光軸と略平行な面となる。
【００３２】
保持部材２４は、上型２１、胴型ホルダー２２、上板２３が上方から挿入される挿入孔を有し、この挿入孔の中央近傍には突出部が設けられている。この突出部が、胴型ホルダー２２の上部と接触することにより、胴型ホルダー２２が所定位置よりも下側に移動することのないように位置を規制している。
【００３３】
中間保持部材３５は、円筒状の形状を有し、胴型ホルダー３２の外周面及び下方の外縁部の上面と接している。中間保持部材３５の側面には、複数の孔が設けられており、窒素等の不活性ガスが内部に入り込めるよう構成されている。保持部材３４は、中間保持部材３５の外周に沿って設けられ、中間保持部材３５の上方への移動を規制する。
【００３４】
このような構成を有する製造装置において、上型２１及び上板２３は、移動機構５によって、下型を上下することにより、それに合わせて上型２１が胴型ホルダー２２の貫通部を摺動して、上下方向に移動することができる。即ち、上型２１と胴型ホルダー２２は、移動機構５によりその相対的な位置を変えることができる。胴型ホルダー２２及び上板２３も移動機構５により上下方向に移動することができ、上側部材全体を下側部材に対して相対的に移動させることができる。
【００３５】
続いて、製造段階における温度及び圧力の変化を示すグラフを用いて、本発明の実施の形態にかかるレンズの製造方法について説明する。まず、金型内に、ガラスプリフォーム１００を入れ、下型３１上の所定位置に載置する。そして、図３に示すように、ヒータ４により時刻ｔ１に金型全体を加熱し始めたとする。金型全体の温度が上昇するにつれて、ガラスプリフォーム１００の温度も徐々に上昇し、時刻ｔ１より所定時間後の時刻ｔ２には、Ｔ１℃（例えば、５００〜７００℃）に達する。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間は、略Ｔ１℃に保つ。温度は、図示しない温度センサの出力信号に基づくフィードバック制御によりヒータ４の出力を調整して一定値になるよう制御される。
【００３６】
続いて、時刻ｔ３には、移動機構５により、下側部材全体を上側部材に近づくように移動させ、上側部材全体が下側部材に対して約Ｐ１ｋｇ（例えば、２０〜３００ｋｇ）の荷重が加わるようにする。このとき、上型２１は、下型３１との間でレンズが形成されるような位置まで移動し、その位置を保つ。そして、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで約Ｐ１ｋｇの荷重を加える。このような状態において、ガラスプリフォーム１００の上面には、上型２１による凸レンズ面１１が形成され、下型３１による凹レンズ面１４が形成される。このとき、胴型ホルダー２２の下面よりも上型２１の先端が高い位置にある。即ち、上型２１が胴型ホルダー２２の下面、即ち端面よりも奥に位置する。従って、このような位置関係において、荷重が加わることにより、胴型ホルダー２２の下面と、貫通部の側面がガラスプリフォーム１００に接触し、これにより基準面１２１を有する凸部１２が形成される。このときの温度は約Ｔ１℃である。
【００３７】
時刻ｔ４に達すると、荷重を約Ｐ２ｋｇ（例えば、１〜５０ｋｇ）に下げ、時刻ｔ４より時刻ｔ５までの間、その荷重を保つ。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間は、窒素をチャンバー内に注入することにより、温度を徐々に低下させる。時刻ｔ５では、温度は約Ｔ２℃（例えば、４００〜６００℃）まで下がる。その後、時刻ｔ５より時刻ｔ６までの間、さらに窒素をチャンバー内に注入し、温度を急速に低下させる。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間は、上型２１がレンズアレイ１０より離れている。時刻ｔ６には、温度はＴ３℃（例えば、１００〜３００℃）まで下がる。時刻ｔ６には、図１（ａ）（ｂ）に示されるようなレンズアレイ１０が形成される。その後、レンズアレイ１０をダイサーにより切断することにより、個々のレンズを生成する。尚、本発明の実施の形態では、ダイサーによる切断面は、鏡筒や他のレンズ等の他の部材との位置合わせに補助的に用いられることもできるが、基本的には、基準面１２１が他の部材との位置合わせに用いられる。即ち、この基準面１２１は、胴型ホルダー２２の形状によりレンズ面と一体的に形成されたものなので精度良く形成することができるため、位置合わせ精度も向上することができる。これに伴い、光軸や他の部材との位置合わせも精度良く合わせることができる。このようなガラスプリフォームを用いて加圧成形することにより、固定容積の成形型を利用することから精密なプリフォームの容量の制御が必要となる単レンズ毎の成形と比べ煩雑さも避けることができる。
【００３８】
ここで、本発明の実施の形態１により形成されるレンズの基準面の形状の例について説明する。図４に当該レンズの基準面近傍の断面図を示す。図に示されるように、凸部１２の上面と、基準面１２１との間の角部は丸みを帯びており、その半径ｌは、０．０１ｍｍ以上であることが望ましい。また、レンズ基体１３の上面１３１と基準面１２１との間の角部も丸みを帯びており、その半径ｎも０．０１ｍｍ以上であることが望ましい。さらに、基準面１２１の当該丸みを除く平面部の長さｍは、０．０５ｍｍから０．６ｍｍであることが望ましい。
【００３９】
さらに、レンズの好ましい形状としては、例えば、レンズ径が直径５．０ｍｍ以下とし、サグ量を（レンズ径）×０．７以下程度とし、コバ厚を０．２ｍｍ以上とすることが望ましい。さらに、レンズ間ピッチを、基準面１２１の直径と切断代の長さに少なくとも１．０ｍｍを加えた値とすることが好ましい。
【００４０】
ここで、基準面１２１は、様々な形態により設けることが可能である。図５にそれらの例を示す。図５（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて、金型の構成と、その金型により成形されるレンズの一部、さらには、レンズアレイの構成を示している。
【００４１】
図５（ａ）に示す例では、上面に凸レンズ１１、下面に凹レンズ１４が形成され、上面に設けられた凸部１２の側面に基準面１２１が形成されている。このような構成のレンズを形成するために、上型２１には、凸レンズ１１の形状に対応した湾曲形状を有する光学転写面２１１が設けられている。また、上型２１の先端面が胴型ホルダー２２の下面よりも高くなるような位置、即ち、上型２１の先端面が胴型ホルダー２２の端面よりも奥に配置されるような状態におかれる。このような状態においては、上型２１の先端面、胴型ホルダー２２の貫通部の側面によって、孔部２１０が形成され、さらにその孔部２１０の底面に凸レンズ１１を形成するための光学転写面２１１が形成される。このような形状となるように構成された上型２１及び胴型ホルダー２２によりガラスプリフォーム１００をプレスすると、その上面に凸レンズ１１を有する凸部１２を形成することができる。下型３１は、その突出面３１１に、凹レンズ１４の形状に対応した光学転写面である湾曲形状が形成され、その湾曲形状のみが胴型ホルダー３２より突出するように配置される。このような状態で、ガラスプリフォーム１００をプレスすることにより、レンズ基体１３の下面に凹レンズ１４が形成される。
【００４２】
図５（ｂ）に示す例では、上面に凸レンズ１１、下面に凹レンズ１４が形成されている。そして、下面には、円柱状のくり貫き形状を有する凹部１５が形成され、さらにこの凹部１５の底面、図上では上側に凹レンズ１４が形成されている。凹部１５の側面１５１は、レンズ基体の下面と略垂直な面であり、光軸と略水平な面である。この凹部１５の側面１５１が基準面として機能する。このような構成のレンズを形成するために、上型２１には、凸レンズ１１の形状に対応した湾曲形状を有する光学転写面２１１が設けられている。また、上型２１の先端面は、胴型ホルダー２２の下面と略同じ高さに配置される。このような位置関係でガラスプリフォーム１００をプレスすると、図５（ａ）で説明した凸部１２は形成されず、上面には、凸レンズ１１のみが形成される。下型３１は、その先端に、凹レンズ１４の形状に対応した湾曲形状が形成されている。この例では、下型の先端３１１に形成された湾曲形状と、円柱状の側面の一部が胴型ホルダー３２より突出するように配置される。即ち、胴型ホルダー３２からは、凹部１５を形成するための突出部３１０とその先端面に凹レンズ１４を形成するための光学転写面３１１が突出した状態となる。このような状態で、ガラスプリフォーム１００をプレスすることにより、レンズ基体１３の下面に基準面１５１を有する凹部１５及び凹レンズ１４が形成される。
【００４３】
図５（ｃ）に示す例では、上面に凸レンズ１１、下面に凹レンズ１４が形成され、上面に設けられた凸部１２の側面に基準面１２１が形成されている。そして、下面には、円柱状のくり貫き形状を有する凹部１５が形成され、さらにこの凹部１５の奥、図上では上側に凹レンズ１４が形成されている。凹部１５の側面１５１は、レンズ基体の下面と略垂直な面である。この凹部１５の側面１５１が基準面として機能する。このような構成のレンズを形成するために、上型２１には、凸レンズ１１の形状に対応した湾曲形状を有する光学転写面２１１が設けられている。また、上型２１の先端面が胴型ホルダー２２の下面よりも高い位置において、ガラスプリフォーム１００をプレスすることにより、凸部１２を形成することができる。下型３１は、その先端に、凹レンズ１４の形状に対応した湾曲形状が形成されている。この例では、下型の先端に形成された湾曲形状と、円柱状の側面の一部が胴型ホルダー３２より突出するように配置される。このような状態で、ガラスプリフォーム１００をプレスすることにより、レンズ基体１３の下面に基準面１５１を有する凹部１５及び凹レンズ１４が形成される。
【００４４】
図５（ｄ）に示す例では、上面に凹レンズ１６、下面に凹レンズ１４が形成され、上面に設けられた凸部１２の側面に基準面１２１が形成されている。このような構成のレンズを形成するために、上型２１には、凹レンズ１６の形状に対応した湾曲形状を有する光学転写面２１２が設けられている。また、上型２１の先端面が胴型ホルダー２２の下面よりも高い位置において、ガラスプリフォーム１００をプレスすることにより、凸部１２を形成することができる。下型３１は、その先端に、凹レンズ１４の形状に対応した湾曲形状が形成され、その湾曲形状のみが胴型ホルダー３２より突出するように配置される。このような状態で、ガラスプリフォーム１００をプレスすることにより、レンズ基体１３の下面に凹レンズ１４が形成される。
【００４５】
本発明にかかるレンズの形状は、図５に示された例に限定されるものではない。これら以外にも、様々な形状とすることができ、例えば、図５（ｄ）に示すレンズの上面の形状と、図５（ｂ）に示すレンズの下面の形状とを組み合わせた構造としてもよい。また、図５（ａ）に示すレンズの上面の形状と同じ形状を下面に形成してもよく、図５（ｂ）に示すレンズの下面の形状と同じ形状を上面に形成してもよい。さらに、図５（ｄ）に示すレンズの上面の形状と同じ形状を下面に形成してもよい。また、図５（ｂ）に示すレンズの下面には、凹部１５の奥に凹レンズ１４を形成したが、凹レンズ１４に代えて凸レンズ１１を形成するようにしてもよい。さらには、片面のみレンズ形状を有する平凸レンズや平凹レンズであってもよい。このように、レンズ基体１３より突出した形状又は凹んだ形状を金型により形成することによって、精確に基準面を形成することが可能となる。
【００４６】
続いて、上述したレンズを用いて構成したレンズモジュールについて説明する。この図６に示す例では、レンズ１Ｂは単レンズ成形によってレンズの外周部分が型で成形されており、それによって鏡筒に挿入した際に鏡筒との位置合わせができるようになっている。そしてレンズ１Ａは本発明により作成したレンズであり、基準面１２１を鏡筒４のレンズ保持面で固定することにより位置決めがされている。このような構成により、位置決めに用いられた基準面１２１は、切断面でなく、型により精度よく形成されているので、正確な位置決めができる。そして、レンズ１Ａとレンズ２Ａの関係においては、それぞれが各基準面で鏡筒と固定されているため、レンズ１Ａ、レンズ２Ａ同士も光軸に対して正確な位置決めを得ることができる。特に、通常レンズ基体面の精度は金型によって形成される外周部より劣るため、レンズ１Ａとレンズ２Ａが基体面同士で接触する場合よりも、それぞれが鏡筒で位置合わせされているため、高精度の光軸合わせが可能となる。なお、この例ではレンズ１Ｂは単レンズ成形によるレンズを用いているが、後述するように凸部あるいは凹部を有するレンズと組み合わせることにより、本発明で形成したレンズと組み合わせることができるのはいうまでもない。
【００４７】
発明の実施の形態２．
この発明の実施の形態２にかかるレンズの製造方法では、製造工程上発生するレンズの割れやクラックを防止することができる。
【００４８】
まずは、レンズの割れやクラックの発生原因について説明する。この発明の実施の形態２におけるレンズは、ガラスを材料として製造される。他方、ガラスを成形するための型は、一般にガラスよりも熱膨張率が低い金属やセラミックス等の材料により形成される。従って、高温により成形されたレンズアレイは、冷却される過程でその熱膨張率の違いから金型よりも収縮の度合いが大きくなる。このため、図７（ａ）に示されるような状態において、冷却すると、胴型ホルダー２２と上型２１によって形成された孔部に入り込むようにして形成された凸部１２と他のレンズの凸部１２の間の収縮の方が、その間の胴型ホルダー２２の一部の収縮よりも大きく、かつ強度は遥かに胴型ホルダー２２の方が高いため、レンズアレイ１０に過度の応力が加わることになる。これにより、レンズアレイ１０に割れやクラックが発生することになる。
【００４９】
そこで、本発明の実施の形態２では、このような割れやクラックの発生を防止するために、冷却する際に凸部１２が上型２１と胴型ホルダー２２から形成される孔部から出るようにレンズアレイ１０と胴型ホルダー２２の相対的な位置を変えている。これにより、冷却により凸部１２間が収縮したとしても、凸部１２が胴型ホルダー２２の外側に位置しているので、レンズアレイ１０に過度の応力が発生しない。従って、割れやクラックの発生を防止できる。このとき、図７（ｂ）に示されるように、レンズアレイ１０と胴型ホルダー２２の相対的な位置を変えた場合にも、上型２１とレンズアレイ１０との相対的な位置は変えていない。即ち、上型２１の先端の凹部は、レンズアレイ１０の上面に形成された凸レンズ面と接触した状態を保持している。
【００５０】
このような位置関係を実現するため、上型２１は、移動機構５により胴型ホルダー２２の穴部において下方に摺動し、上型２１の先端部分が胴型ホルダー２２の下面と同じ高さとなるよう移動している。そして、バネ等の弾性部材２６により上型２１を下方に押圧している。これにより、冷却の段階においてレンズアレイ１０のレンズ面は上型２１と接触した状態を保つことができるため、レンズ面を精度良く成形することが可能となる。
【００５１】
図８、図９に、このような製造方法により製造したレンズ１Ａと、他のレンズ１Ｂを組み合わせたレンズモジュールの構成例を示す。図８では、レンズ１Ａは、図５（ｄ）で示す構成を有し、レンズ１Ｂは図５（ｂ）で示す構成を有する。
レンズ１Ａとレンズ１Ｂとは、基準面１２１と基準面１５１が接触することにより光軸の位置合わせが行われる。図９では、レンズ１Ｂにおいて基準面を傾斜面で形成し、その傾斜した基準面と接する形状を有するよう別途成形したレンズ１Ａと組み合わせた構成例を示す。
【００５２】
その他の実施の形態．
上述の例では、上型２１と胴型ホルダー２２、下型３１と胴型ホルダー３２をそれぞれ別体として構成したが、これに限らず、一体化することも可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、光軸を精度良く合わせることが可能なレンズ、レンズアレイ、レンズモジュール、レンズの製造方法及びその製造装置を提供することができる。さらに、歩留りの高いレンズを形成することが可能なレンズの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるレンズアレイの側面図、斜視図及びレンズの断面図を示す図である。
【図２】本発明にかかる製造装置の一部を示す断面図である。
【図３】本発明にかかるレンズの製造条件を示すグラフである。
【図４】本発明にかかるレンズの基準面の近傍を拡大した断面図である。
【図５】本発明にかかるレンズの形状の例を示す断面図、型の例を示す断面図及びレンズアレイの形状の例を示す側面図である。
【図６】本発明にかかるレンズモジュールの構成を示す断面図である。
【図７】本発明にかかる他の製造方法を説明するための製造装置の動作を示す図である。
【図８】本発明にかかるレンズモジュールの構成を示す断面図である。
【図９】本発明にかかるレンズモジュールの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ レンズ
１０ レンズアレイ
１１ 凸レンズ
１２ 凸部
１２１ 基準面
１３ レンズ基体
１４ 凹レンズ
１５ 凹部
１５１ 基準面
１６ 凹レンズ
４ ヒーター
５ 移動機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ、レンズアレイ、レンズモジュール、レンズアレイの製造方法及びレンズアレイの製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガラス製のレンズは、金型により１個ずつ製造することが一般的に行われている。しかしながら、このような１回の成形でレンズを１個製造する方法では、生産性が低く、高コスト化をもたらす。
これに対して、複数のレンズを一つの金型により成形する技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このように、複数のレンズを一つの金型を用いて同時に製造することにより、短時間で大量のレンズを製造することができる。
【０００３】
これらの特許文献１、２に示される製造方法においては、板状の透明材料に対して複数のレンズ面を形成した後に、個々のレンズを切断する。そして、切断されたレンズを、鏡筒や他のレンズ等の他の部材と組み合わせて使用する形態においては、レンズの切断面を基準として、レンズモジュールが製造される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−４４０３３号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１０−２５１１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズの切断面は、ダイサー等を用いて切断されることにより形成され、精度良く形成することは困難である。従って、精度の低い切断面を基準に他の部材と位置合わせを行っていたため、レンズの光軸を精度良く合わせることができないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、光軸を精度良く合わせることが可能なレンズ、レンズアレイ、レンズモジュール、レンズアレイの製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明の別の観点によれば、歩留りの高いレンズを形成することができるレンズアレイの製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるレンズは、ガラスプリフォームを加圧成形することにより複数のレンズ面を少なくとも一方のレンズ基体面に形成したレンズアレイを切断することによって形成されるレンズであって、前記少なくとも一方のレンズ基体面に凸部または凹部を有し、前記凸部上又は凹部底面に前記レンズ面が一体的に形成されており、前記凸部又は凹部の側面は基準面として用いられうることを特徴とするものである。このような構成により、型によりレンズ面と一体的に形成された凸部又は凹部の側面を基準面として他の部材と組み合わせることができるため、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができる。
好適な実施の形態では、前記レンズ面が凸レンズ面あるいは凹レンズ面である。
【００１０】
上述の構成を有するレンズと、前記基準面において位置合わせされた他の光学部材によって、レンズモジュールを構成することができる。
【００１１】
本発明にかかるレンズアレイは、ガラスプリフォームを加圧成形することにより複数のレンズ面が少なくとも一方のレンズ基体面に形成されたレンズアレイであって、前記少なくとも一方のレンズ基体面に複数の凸部又は凹部を有し、前記凸部上又は凹部底面に前記レンズ面が一体的に形成されており、前記凸部又は凹部の側面は基準面として用いられうることを特徴とするものである。このような構成により、型によりレンズ面と一体的に形成された凸部又は凹部の側面を基準面として他の部材と組み合わせることができるため、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができる。
【００１２】
本発明にかかるレンズアレイの製造方法は、ガラスプリフォームを加圧成形することにより複数のレンズ面が少なくとも一方のレンズ基体面に形成されたレンズアレイを製造する方法であって、ガラスプリフォームを加熱するステップと、底面にレンズ面を形成するための光学転写面を設けた複数の孔部を有する型を用いて、前記ガラスプリフォームをプレスするステップと、前記プレスにより、側面に基準面を有する複数の凸部と前記凸部上にレンズ面が一体的に形成されたレンズアレイを冷却するステップとを備えたものである。このような方法により、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができるレンズアレイを製造することができる。
【００１３】
ここで、前記型は、レンズ面を形成するための光学転写面が先端に形成された型部と、当該型部を摺動可能に保持するホルダー部とを備え、前記ガラスプリフォームをプレスするステップでは、前記型部の先端面を前記ホルダー部の端面よりも奥に位置させて前記孔部を形成した状態で、前記ガラスプリフォームをプレスすることにより前記凸部を形成し、前記レンズアレイを冷却するステップでは、当該凸部がホルダー部の外側に位置するように移動させることが好ましい。このようにすることにより、レンズアレイを冷却する過程で収縮したとしても、凸部がホルダーの外側に位置しているため、複数の凸部間で応力が発生することを抑止でき、割れやクラックの発生を防止することができる。そして、レンズアレイの製造上の歩留りを向上することができる。
【００１４】
また、前記レンズアレイを冷却するステップでは、前記レンズアレイのレンズ面に前記型部の先端面が接触した状態を保持するように、前記型部を前記ホルダー部に対して相対的に移動させるようにするとよい。このような方法により、レンズ面に型部の先端面が接触した状態が保持されるため、レンズ面を型部の先端面の形状に沿った形状に精度良く成形することができる。また、当該凸部が前記ホルダー部の外側に位置する状態において上記移動を行うことによりレンズ面の接触状態を維持しつつ凸部間の応力も抑制できる。
【００１５】
本発明にかかる他のレンズアレイの製造方法は、ガラスプリフォームを加圧成形することにより複数のレンズ面が少なくとも一方のレンズ基体面に形成されたレンズアレイを製造する方法であって、ガラスプリフォームを加熱するステップと、突出面にレンズ面を形成するための光学転写面を設けた複数の突出部を有する型を用いて、前記ガラスプリフォームをプレスするステップと、前記プレスにより、側面に基準面を有する複数の凹部と前記凹部底面にレンズ面が一体的に形成されたレンズアレイを冷却するステップとを備えたものである。このような方法により、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができるレンズアレイを製造することができる。
【００１６】
本発明にかかるレンズアレイの製造装置は、レンズ面を形成するための光学転写面を有する第１の型と、当該第１の型と対向して設けられた第２の型とを備えたレンズアレイの製造装置であって、前記第１の型と前記第２の型との間に配置されたガラスプリフォームを加熱する手段と、前記第１の型と前記第２の型を相対的に移動させることにより前記ガラスプリフォームをプレスする移動手段を備え、前記第１の型によりレンズ基体面に基準面として機能する側面を有する複数の凸部と前記凸部上にレンズ面を形成するものである。このような構成を有する製造装置によれば、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができるレンズアレイを製造することができる。
【００１７】
ここで、前記第１の型は、レンズ面を形成するための光学転写面が先端に形成された型部と、当該型部を摺動可能に保持するホルダー部とを備え、前記移動手段は、前記型部の先端面を前記ホルダー部の端面よりも奥に位置させた状態で、前記ガラスプリフォームをプレスすることにより、凸部とその凸部上にレンズ面を形成し、その後に、当該凸部が前記ホルダー部の外側に位置するように移動させるようにするとよい。このようにすることにより、レンズアレイを冷却する過程で収縮したとしても、凸部がホルダーの外側に位置しているため、複数の凸部間で応力が発生することを抑止でき、割れやクラックの発生を防止することができる。そして、レンズアレイの製造上の歩留りを向上することができる。
【００１８】
また、前記移動手段は、当該凸部がホルダー部の外側に位置する状態において、前記レンズアレイのレンズ面に前記型部の先端面が接触した状態を保持するように、型部を前記ホルダー部に対して相対的に移動させるようにしてもよい。このような方法により、レンズ面に型部の先端面が接触した状態が保持されるため、レンズ面を型部の先端面の形状に沿った形状に精度良く成形することができる。また、当該凸部が前記ホルダー部の外側に位置する状態において上記移動を行うことによりレンズ面の接触状態を維持しつつ凸部間の応力も抑制できる。
【００１９】
本発明にかかる他のレンズアレイの製造装置は、レンズ面を形成するための光学転写面を有する第１の型と、当該第１の型と対向して設けられた第２の型とを備えたレンズアレイの製造装置であって、前記第１の型と前記第２の型との間に配置されたガラスプリフォームを加熱する手段と、前記第１の型と前記第２の型を相対的に移動させることにより前記ガラスプリフォームをプレスする移動手段を備え、前記第１の型によりレンズ基体面に基準面として機能する側面を有する複数の凹部と前記凹部底面にレンズ面を形成するものである。このような構成を有する製造装置によれば、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができるレンズアレイを製造することができる。
【００２０】
ここで、前記第２の型にレンズ面を形成するための光学転写面を有するようにしてもよい。
【００２１】
本発明にかかる他のレンズアレイの製造装置は、レンズ基体面の両面にレンズ面を形成するための光学転写面を有する第１の型と第２の型とを備えたレンズアレイの製造装置であって、前記第１の型と前記第２の型との間に配置されたガラスプリフォームを加熱する手段と、前記第１の型と前記第２の型を相対的に移動させることにより前記ガラスプリフォームをプレスする移動手段を備え、前記第１の型と前記第２の型によりレンズ基体面の両面に基準面として機能する側面を有する複数の凸部又は凹部と、前記凸部上又は前記凹部底面にレンズ面を形成するものである。このような構成を有する製造装置によれば、光軸及び他の部材との位置を精度良く合わせることができるレンズアレイを製造することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかるレンズアレイ及びレンズの形状について、図１を用いて説明する。このレンズは、例えば、携帯電話のカメラモジュールにおいて用いられる。
【００２３】
図１（ａ）は、レンズアレイの側面図を示す。図に示されるように、本発明の実施の形態１にかかるレンズアレイ１０は、複数のレンズ１を有し、一体的に形成される。この例では、２つのレンズ１ａ、１ｂが図示されているが、図１（ｂ）の斜視図に示されるように、４つのレンズ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが形成される。但し、本発明にかかるレンズアレイは、複数のレンズが形成されればよく、その数は任意である。そして、この例では、上面に凸レンズ面１１、下面に凹レンズ面１４がそれぞれ形成されている。さらに具体的には、凸レンズ面１１は、レンズ基体１３より円柱状に突出した凸部１２の先端面に形成されている。また、凹レンズ面１４は、レンズ基体１３の下面より湾曲状に凹むことにより形成されている。
【００２４】
図１（ｃ）は、個々のレンズの切断後の側面図である。図に示されるように、レンズ基体１３より突出した凸部１２の側面１２１は、レンズ基体１３の上面と略垂直に形成されている。この側面１２１が鏡筒や他のレンズとの光軸の位置合わせの基準面として機能する。なお、組み合わせる部材の形状との関係で基準面を垂直にできない場合には、基準面を傾斜面とし、一方、組み合わせる部材の面を予めその傾斜面に合致する傾きを持たせることにより同様の効果を得るようにすることもできる。
【００２５】
続いて、図１に示すレンズを形成するための製造装置の構成について、図２を用いて説明する。図２は、主として金型の構成を示しており、金型全体を覆うチャンバー、金型の位置制御のための制御回路、金型の温度を検出する温度センサ、金型に加えられる荷重を検出するロードセル、チャンバー内を真空に吸引する装置、チャンバー内に窒素ガス等の不活性ガスを吸入する装置等の構成については、図示を省略している。
【００２６】
図２に示す構成は、大きく上側部材と、下側部材に分けられる。上側部材には、上型２１、胴型ホルダー２２、上板２３、保持部材２４が含まれる。下側部材には、下型３１、胴型ホルダー３２、底板３３、保持部材３４、中間保持部材３５が含まれる。また、この製造装置は、金型を加熱するヒータ４、金型を移動させる油圧シリンダ、エアーシリンダ、トグルプレス、クランクプレス等の移動機構５を備えている。
【００２７】
上型２１は、レンズ基体面の上面のレンズ形状を成形する。この例では、上型２１は、凸レンズを形成するため、光学転写面として凹状の凹み２１ｃ、２１ｄが形成されている。上型２１は、形成するレンズと同数分（この例では４個）設けられ、個々の上型２１ａ、２１ｂは、上板２３の下面に配置されている。上型２１は、例えば、円柱状あるいは直方体状の外形状を有する。また、上型２１は、段差を有し、上板２３と接している根元側の方がレンズ形成用の凹みが形成された先端側よりも太くなるよう形成されている。そして、胴型ホルダー２２に形成された貫通部が上型２１の先端側の断面よりも僅かに大きく、かつ上型２１の根元側の断面よりも小さい形状を有している。プレス前においては、上型２１が図において下側に位置し、段差部分が胴型ホルダー２２と接触し、位置が規制されることになる。
【００２８】
下型３１は、レンズの下面のレンズ形状を成形する。この例では、下型３１は、凹レンズを形成するため、光学転写面として凸状の突出部３１ｃ、３１ｄが形成されている。下型３１は、形成するレンズと同数分（この例では４個）設けられ、個々の下型３１ａ、３１ｂは、底板３３の上面に配置されている。下型３１は、上型と同様に例えば、円柱状あるいは直方体状の外形状を有する。また、下型３１は、段差を有し、底板３３と接している根元側の方がレンズ形成用の突出形状が形成された先端側よりも太くなるよう形成されている。そして、胴型ホルダー３２の形成された貫通部が下型３１の先端側の断面よりも僅かに大きく、かつ下型３１の根元側の断面よりも小さい形状を有している。プレス時には下型３１が図において上側に移動したとしても段差部分が胴型ホルダー３２と接触し、位置が規制されることになる。
【００２９】
上型２１、胴型ホルダー２２、下型３１、胴型ホルダー３２は、ガラスプリフォーム１００と接し、所定形状に加工する狭義の金型であり、いわゆる割り駒の構成を有する。このように、割り駒の構成を採用することにより、レンズ形状を成形する上型２１や下型３１に問題が発生したとしても、他の上型２１や下型３１に交換することにより問題を解消できるため、製造コストの面で優れている。
【００３０】
胴型ホルダー２２には、それぞれの上型２１ａ、２１ｂが挿入される貫通部が上型２１と同数分設けられている。この胴型ホルダー２２は、上型２１を上下方向に摺動可能に保持している。また、胴型ホルダー２２の貫通部は、形成されるレンズの光軸と略平行な方向に円柱状にくり貫かれた形状を有する。従って、この貫通部の側面は、形成されるレンズの光軸と略平行な面となる。
【００３１】
胴型ホルダー３２には、それぞれの下型３１ａ、３１ｂが挿入される貫通部が下型３１と同数分設けられている。この胴型ホルダー３２は、下型３１を上下方向に摺動可能に保持している。また、胴型ホルダー３２の貫通部は、形成されるレンズの光軸と略平行な方向に円柱状にくり貫かれた形状を有する。従って、この貫通部の側面は、形成されるレンズの光軸と略平行な面となる。
【００３２】
保持部材２４は、上型２１、胴型ホルダー２２、上板２３が上方から挿入される挿入孔を有し、この挿入孔の中央近傍には突出部が設けられている。この突出部が、胴型ホルダー２２の上部と接触することにより、胴型ホルダー２２が所定位置よりも下側に移動することのないように位置を規制している。
【００３３】
中間保持部材３５は、円筒状の形状を有し、胴型ホルダー３２の外周面及び下方の外縁部の上面と接している。中間保持部材３５の側面には、複数の孔が設けられており、窒素等の不活性ガスが内部に入り込めるよう構成されている。保持部材３４は、中間保持部材３５の外周に沿って設けられ、中間保持部材３５の上方への移動を規制する。
【００３４】
このような構成を有する製造装置において、上型２１及び上板２３は、移動機構５によって、下型を上下することにより、それに合わせて上型２１が胴型ホルダー２２の貫通部を摺動して、上下方向に移動することができる。即ち、上型２１と胴型ホルダー２２は、移動機構５によりその相対的な位置を変えることができる。胴型ホルダー２２及び上板２３も移動機構５により上下方向に移動することができ、上側部材全体を下側部材に対して相対的に移動させることができる。
【００３５】
続いて、製造段階における温度及び圧力の変化を示すグラフを用いて、本発明の実施の形態にかかるレンズの製造方法について説明する。まず、金型内に、ガラスプリフォーム１００を入れ、下型３１上の所定位置に載置する。そして、図３に示すように、ヒータ４により時刻ｔ１に金型全体を加熱し始めたとする。金型全体の温度が上昇するにつれて、ガラスプリフォーム１００の温度も徐々に上昇し、時刻ｔ１より所定時間後の時刻ｔ２には、Ｔ１℃（例えば、５００〜７００℃）に達する。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間は、略Ｔ１℃に保つ。温度は、図示しない温度センサの出力信号に基づくフィードバック制御によりヒータ４の出力を調整して一定値になるよう制御される。
【００３６】
続いて、時刻ｔ３には、移動機構５により、下側部材全体を上側部材に近づくように移動させ、上側部材全体が下側部材に対して約Ｐ１ｋｇ（例えば、２０〜３００ｋｇ）の荷重が加わるようにする。このとき、上型２１は、下型３１との間でレンズが形成されるような位置まで移動し、その位置を保つ。そして、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで約Ｐ１ｋｇの荷重を加える。このような状態において、ガラスプリフォーム１００の上面には、上型２１による凸レンズ面１１が形成され、下型３１による凹レンズ面１４が形成される。このとき、胴型ホルダー２２の下面よりも上型２１の先端が高い位置にある。即ち、上型２１が胴型ホルダー２２の下面、即ち端面よりも奥に位置する。従って、このような位置関係において、荷重が加わることにより、胴型ホルダー２２の下面と、貫通部の側面がガラスプリフォーム１００に接触し、これにより基準面１２１を有する凸部１２が形成される。このときの温度は約Ｔ１℃である。
【００３７】
時刻ｔ４に達すると、荷重を約Ｐ２ｋｇ（例えば、１〜５０ｋｇ）に下げ、時刻ｔ４より時刻ｔ５までの間、その荷重を保つ。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間は、窒素をチャンバー内に注入することにより、温度を徐々に低下させる。時刻ｔ５では、温度は約Ｔ２℃（例えば、４００〜６００℃）まで下がる。その後、時刻ｔ５より時刻ｔ６までの間、さらに窒素をチャンバー内に注入し、温度を急速に低下させる。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間は、上型２１がレンズアレイ１０より離れている。時刻ｔ６には、温度はＴ３℃（例えば、１００〜３００℃）まで下がる。時刻ｔ６には、図１（ａ）（ｂ）に示されるようなレンズアレイ１０が形成される。その後、レンズアレイ１０をダイサーにより切断することにより、個々のレンズを生成する。尚、本発明の実施の形態では、ダイサーによる切断面は、鏡筒や他のレンズ等の他の部材との位置合わせに補助的に用いられることもできるが、基本的には、基準面１２１が他の部材との位置合わせに用いられる。即ち、この基準面１２１は、胴型ホルダー２２の形状によりレンズ面と一体的に形成されたものなので精度良く形成することができるため、位置合わせ精度も向上することができる。これに伴い、光軸や他の部材との位置合わせも精度良く合わせることができる。このようなガラスプリフォームを用いて加圧成形することにより、固定容積の成形型を利用することから精密なプリフォームの容量の制御が必要となる単レンズ毎の成形と比べ煩雑さも避けることができる。
【００３８】
ここで、本発明の実施の形態１により形成されるレンズの基準面の形状の例について説明する。図４に当該レンズの基準面近傍の断面図を示す。図に示されるように、凸部１２の上面と、基準面１２１との間の角部は丸みを帯びており、その半径ｌは、０．０１ｍｍ以上であることが望ましい。また、レンズ基体１３の上面１３１と基準面１２１との間の角部も丸みを帯びており、その半径ｎも０．０１ｍｍ以上であることが望ましい。さらに、基準面１２１の当該丸みを除く平面部の長さｍは、０．０５ｍｍから０．６ｍｍであることが望ましい。
【００３９】
さらに、レンズの好ましい形状としては、例えば、レンズ径が直径５．０ｍｍ以下とし、サグ量を（レンズ径）×０．７以下程度とし、コバ厚を０．２ｍｍ以上とすることが望ましい。さらに、レンズ間ピッチを、基準面１２１の直径と切断代の長さに少なくとも１．０ｍｍを加えた値とすることが好ましい。
【００４０】
ここで、基準面１２１は、様々な形態により設けることが可能である。図５にそれらの例を示す。図５（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて、金型の構成と、その金型により成形されるレンズの一部、さらには、レンズアレイの構成を示している。
【００４１】
図５（ａ）に示す例では、上面に凸レンズ１１、下面に凹レンズ１４が形成され、上面に設けられた凸部１２の側面に基準面１２１が形成されている。このような構成のレンズを形成するために、上型２１には、凸レンズ１１の形状に対応した湾曲形状を有する光学転写面２１１が設けられている。また、上型２１の先端面が胴型ホルダー２２の下面よりも高くなるような位置、即ち、上型２１の先端面が胴型ホルダー２２の端面よりも奥に配置されるような状態におかれる。このような状態においては、上型２１の先端面、胴型ホルダー２２の貫通部の側面によって、孔部２１０が形成され、さらにその孔部２１０の底面に凸レンズ１１を形成するための光学転写面２１１が形成される。このような形状となるように構成された上型２１及び胴型ホルダー２２によりガラスプリフォーム１００をプレスすると、その上面に凸レンズ１１を有する凸部１２を形成することができる。下型３１は、その突出面３１１に、凹レンズ１４の形状に対応した光学転写面である湾曲形状が形成され、その湾曲形状のみが胴型ホルダー３２より突出するように配置される。このような状態で、ガラスプリフォーム１００をプレスすることにより、レンズ基体１３の下面に凹レンズ１４が形成される。
【００４２】
図５（ｂ）に示す例では、上面に凸レンズ１１、下面に凹レンズ１４が形成されている。そして、下面には、円柱状のくり貫き形状を有する凹部１５が形成され、さらにこの凹部１５の底面、図上では上側に凹レンズ１４が形成されている。凹部１５の側面１５１は、レンズ基体の下面と略垂直な面であり、光軸と略水平な面である。この凹部１５の側面１５１が基準面として機能する。このような構成のレンズを形成するために、上型２１には、凸レンズ１１の形状に対応した湾曲形状を有する光学転写面２１１が設けられている。また、上型２１の先端面は、胴型ホルダー２２の下面と略同じ高さに配置される。このような位置関係でガラスプリフォーム１００をプレスすると、図５（ａ）で説明した凸部１２は形成されず、上面には、凸レンズ１１のみが形成される。下型３１は、その先端に、凹レンズ１４の形状に対応した湾曲形状が形成されている。この例では、下型の先端３１１に形成された湾曲形状と、円柱状の側面の一部が胴型ホルダー３２より突出するように配置される。即ち、胴型ホルダー３２からは、凹部１５を形成するための突出部３１０とその先端面に凹レンズ１４を形成するための光学転写面３１１が突出した状態となる。このような状態で、ガラスプリフォーム１００をプレスすることにより、レンズ基体１３の下面に基準面１５１を有する凹部１５及び凹レンズ１４が形成される。
【００４３】
図５（ｃ）に示す例では、上面に凸レンズ１１、下面に凹レンズ１４が形成され、上面に設けられた凸部１２の側面に基準面１２１が形成されている。そして、下面には、円柱状のくり貫き形状を有する凹部１５が形成され、さらにこの凹部１５の奥、図上では上側に凹レンズ１４が形成されている。凹部１５の側面１５１は、レンズ基体の下面と略垂直な面である。この凹部１５の側面１５１が基準面として機能する。このような構成のレンズを形成するために、上型２１には、凸レンズ１１の形状に対応した湾曲形状を有する光学転写面２１１が設けられている。また、上型２１の先端面が胴型ホルダー２２の下面よりも高い位置において、ガラスプリフォーム１００をプレスすることにより、凸部１２を形成することができる。下型３１は、その先端に、凹レンズ１４の形状に対応した湾曲形状が形成されている。この例では、下型の先端に形成された湾曲形状と、円柱状の側面の一部が胴型ホルダー３２より突出するように配置される。このような状態で、ガラスプリフォーム１００をプレスすることにより、レンズ基体１３の下面に基準面１５１を有する凹部１５及び凹レンズ１４が形成される。
【００４４】
図５（ｄ）に示す例では、上面に凹レンズ１６、下面に凹レンズ１４が形成され、上面に設けられた凸部１２の側面に基準面１２１が形成されている。このような構成のレンズを形成するために、上型２１には、凹レンズ１６の形状に対応した湾曲形状を有する光学転写面２１２が設けられている。また、上型２１の先端面が胴型ホルダー２２の下面よりも高い位置において、ガラスプリフォーム１００をプレスすることにより、凸部１２を形成することができる。下型３１は、その先端に、凹レンズ１４の形状に対応した湾曲形状が形成され、その湾曲形状のみが胴型ホルダー３２より突出するように配置される。このような状態で、ガラスプリフォーム１００をプレスすることにより、レンズ基体１３の下面に凹レンズ１４が形成される。
【００４５】
本発明にかかるレンズの形状は、図５に示された例に限定されるものではない。これら以外にも、様々な形状とすることができ、例えば、図５（ｄ）に示すレンズの上面の形状と、図５（ｂ）に示すレンズの下面の形状とを組み合わせた構造としてもよい。また、図５（ａ）に示すレンズの上面の形状と同じ形状を下面に形成してもよく、図５（ｂ）に示すレンズの下面の形状と同じ形状を上面に形成してもよい。さらに、図５（ｄ）に示すレンズの上面の形状と同じ形状を下面に形成してもよい。また、図５（ｂ）に示すレンズの下面には、凹部１５の奥に凹レンズ１４を形成したが、凹レンズ１４に代えて凸レンズ１１を形成するようにしてもよい。さらには、片面のみレンズ形状を有する平凸レンズや平凹レンズであってもよい。このように、レンズ基体１３より突出した形状又は凹んだ形状を金型により形成することによって、精確に基準面を形成することが可能となる。
【００４６】
続いて、上述したレンズを用いて構成したレンズモジュールについて説明する。この図６に示す例では、レンズ１Ｂは単レンズ成形によってレンズの外周部分が型で成形されており、それによって鏡筒に挿入した際に鏡筒との位置合わせができるようになっている。そしてレンズ１Ａは本発明により作成したレンズであり、基準面１２１を鏡筒４のレンズ保持面で固定することにより位置決めがされている。このような構成により、位置決めに用いられた基準面１２１は、切断面でなく、型により精度よく形成されているので、正確な位置決めができる。そして、レンズ１Ａとレンズ２Ａの関係においては、それぞれが各基準面で鏡筒と固定されているため、レンズ１Ａ、レンズ２Ａ同士も光軸に対して正確な位置決めを得ることができる。特に、通常レンズ基体面の精度は金型によって形成される外周部より劣るため、レンズ１Ａとレンズ２Ａが基体面同士で接触する場合よりも、それぞれが鏡筒で位置合わせされているため、高精度の光軸合わせが可能となる。なお、この例ではレンズ１Ｂは単レンズ成形によるレンズを用いているが、後述するように凸部あるいは凹部を有するレンズと組み合わせることにより、本発明で形成したレンズと組み合わせることができるのはいうまでもない。
【００４７】
発明の実施の形態２．
この発明の実施の形態２にかかるレンズの製造方法では、製造工程上発生するレンズの割れやクラックを防止することができる。
【００４８】
まずは、レンズの割れやクラックの発生原因について説明する。この発明の実施の形態２におけるレンズは、ガラスを材料として製造される。他方、ガラスを成形するための型は、一般にガラスよりも熱膨張率が低い金属やセラミックス等の材料により形成される。従って、高温により成形されたレンズアレイは、冷却される過程でその熱膨張率の違いから金型よりも収縮の度合いが大きくなる。このため、図７（ａ）に示されるような状態において、冷却すると、胴型ホルダー２２と上型２１によって形成された孔部に入り込むようにして形成された凸部１２と他のレンズの凸部１２の間の収縮の方が、その間の胴型ホルダー２２の一部の収縮よりも大きく、かつ強度は遥かに胴型ホルダー２２の方が高いため、レンズアレイ１０に過度の応力が加わることになる。これにより、レンズアレイ１０に割れやクラックが発生することになる。
【００４９】
そこで、本発明の実施の形態２では、このような割れやクラックの発生を防止するために、冷却する際に凸部１２が上型２１と胴型ホルダー２２から形成される孔部から出るようにレンズアレイ１０と胴型ホルダー２２の相対的な位置を変えている。これにより、冷却により凸部１２間が収縮したとしても、凸部１２が胴型ホルダー２２の外側に位置しているので、レンズアレイ１０に過度の応力が発生しない。従って、割れやクラックの発生を防止できる。このとき、図７（ｂ）に示されるように、レンズアレイ１０と胴型ホルダー２２の相対的な位置を変えた場合にも、上型２１とレンズアレイ１０との相対的な位置は変えていない。即ち、上型２１の先端の凹部は、レンズアレイ１０の上面に形成された凸レンズ面と接触した状態を保持している。
【００５０】
このような位置関係を実現するため、上型２１は、移動機構５により胴型ホルダー２２の穴部において下方に摺動し、上型２１の先端部分が胴型ホルダー２２の下面と同じ高さとなるよう移動している。そして、バネ等の弾性部材２６により上型２１を下方に押圧している。これにより、冷却の段階においてレンズアレイ１０のレンズ面は上型２１と接触した状態を保つことができるため、レンズ面を精度良く成形することが可能となる。
【００５１】
図８、図９に、このような製造方法により製造したレンズ１Ａと、他のレンズ１Ｂを組み合わせたレンズモジュールの構成例を示す。図８では、レンズ１Ａは、図５（ｄ）で示す構成を有し、レンズ１Ｂは図５（ｂ）で示す構成を有する。
レンズ１Ａとレンズ１Ｂとは、基準面１２１と基準面１５１が接触することにより光軸の位置合わせが行われる。図９では、レンズ１Ｂにおいて基準面を傾斜面で形成し、その傾斜した基準面と接する形状を有するよう別途成形したレンズ１Ａと組み合わせた構成例を示す。
【００５２】
その他の実施の形態．
上述の例では、上型２１と胴型ホルダー２２、下型３１と胴型ホルダー３２をそれぞれ別体として構成したが、これに限らず、一体化することも可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、光軸を精度良く合わせることが可能なレンズ、レンズアレイ、レンズモジュール、レンズの製造方法及びその製造装置を提供することができる。さらに、歩留りの高いレンズを形成することが可能なレンズの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるレンズアレイの側面図、斜視図及びレンズの断面図を示す図である。
【図２】本発明にかかる製造装置の一部を示す断面図である。
【図３】本発明にかかるレンズの製造条件を示すグラフである。
【図４】本発明にかかるレンズの基準面の近傍を拡大した断面図である。
【図５】本発明にかかるレンズの形状の例を示す断面図、型の例を示す断面図及びレンズアレイの形状の例を示す側面図である。
【図６】本発明にかかるレンズモジュールの構成を示す断面図である。
【図７】本発明にかかる他の製造方法を説明するための製造装置の動作を示す図である。
【図８】本発明にかかるレンズモジュールの構成を示す断面図である。
【図９】本発明にかかるレンズモジュールの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ レンズ
１０ レンズアレイ
１１ 凸レンズ
１２ 凸部
１２１ 基準面
１３ レンズ基体
１４ 凹レンズ
１５ 凹部
１５１ 基準面
１６ 凹レンズ
４ ヒーター
５ 移動機構
Claims (14)
- ガラスプリフォームを加圧成形することにより複数のレンズ面を少なくとも一方のレンズ基体面に形成したレンズアレイを切断することによって形成されるレンズであって、
前記少なくとも一方のレンズ基体面に凸部または凹部を有し、前記凸部上又は凹部底面に前記レンズ面が一体的に形成されており、
前記凸部又は凹部の側面は基準面として用いられうることを特徴とするレンズ。 - 前記レンズ面が凸レンズ面あるいは凹レンズ面である請求項１記載のレンズ。
- 請求項１記載のレンズと、前記基準面において位置合わせされた他の光学部材からなるレンズモジュール。
- ガラスプリフォームを加圧成形することにより複数のレンズ面が少なくとも一方のレンズ基体面に形成されたレンズアレイであって、
前記少なくとも一方のレンズ基体面に複数の凸部又は凹部を有し、前記凸部上又は凹部底面に前記レンズ面が一体的に形成されており、
前記凸部又は凹部の側面は基準面として用いられうることを特徴とするレンズアレイ。 - ガラスプリフォームを加圧成形することにより複数のレンズ面が少なくとも一方のレンズ基体面に形成されたレンズアレイを製造する方法であって、
ガラスプリフォームを加熱するステップと、
底面にレンズ面を形成するための光学転写面を設けた複数の孔部を有する型を用いて、前記ガラスプリフォームをプレスするステップと、
前記プレスにより、側面に基準面を有する複数の凸部と前記凸部上にレンズ面が一体的に形成されたレンズアレイを冷却するステップとを備えたレンズアレイの製造方法。 - 前記型は、レンズ面を形成するための光学転写面が先端に形成された型部と、当該型部を摺動可能に保持するホルダー部とを備え、
前記ガラスプリフォームをプレスするステップでは、前記型部の先端面を前記ホルダー部の端面よりも奥に位置させて前記孔部を形成した状態で、前記ガラスプリフォームをプレスすることにより前記凸部を形成し、
前記レンズアレイを冷却するステップでは、当該凸部がホルダー部の外側に位置するように移動させることを特徴とする請求項５記載のレンズアレイの製造方法。 - 前記レンズアレイを冷却するステップでは、前記レンズアレイのレンズ面に前記型部の先端面が接触した状態を保持するように、前記型部を前記ホルダー部に対して相対的に移動させることを特徴とする請求項５又は６に記載のレンズアレイの製造方法。
- ガラスプリフォームを加圧成形することにより複数のレンズ面が少なくとも一方のレンズ基体面に形成されたレンズアレイを製造する方法であって、
ガラスプリフォームを加熱するステップと、
突出面にレンズ面を形成するための光学転写面を設けた複数の突出部を有する型を用いて、前記ガラスプリフォームをプレスするステップと、
前記プレスにより、側面に基準面を有する複数の凹部と前記凹部底面にレンズ面が一体的に形成されたレンズアレイを冷却するステップとを備えたレンズアレイの製造方法。 - レンズ面を形成するための光学転写面を有する第１の型と、当該第１の型と対向して設けられた第２の型とを備えたレンズアレイの製造装置であって、
前記第１の型と前記第２の型との間に配置されたガラスプリフォームを加熱する手段と、
前記第１の型と前記第２の型を相対的に移動させることにより前記ガラスプリフォームをプレスする移動手段を備え、
前記第１の型によりレンズ基体面に基準面として機能する側面を有する複数の凸部と前記凸部上にレンズ面を形成するレンズアレイの製造装置。 - 前記第１の型は、レンズ面を形成するための光学転写面が先端に形成された型部と、当該型部を摺動可能に保持するホルダー部とを備え、
前記移動手段は、前記型部の先端面を前記ホルダー部の端面よりも奥に位置させた状態で、前記ガラスプリフォームをプレスすることにより、凸部とその凸部上にレンズ面を形成し、その後に、当該凸部が前記ホルダー部の外側に位置するように移動させることを特徴とする請求項９記載のレンズアレイの製造装置。 - 前記移動手段は、当該凸部がホルダー部の外側に位置する状態において、前記レンズアレイのレンズ面に前記型部の先端面が接触した状態を保持するように、型部を前記ホルダー部に対して相対的に移動させることを特徴とする請求項１０記載のレンズアレイの製造装置。
- レンズ面を形成するための光学転写面を有する第１の型と、当該第１の型と対向して設けられた第２の型とを備えたレンズアレイの製造装置であって、
前記第１の型と前記第２の型との間に配置されたガラスプリフォームを加熱する手段と、
前記第１の型と前記第２の型を相対的に移動させることにより前記ガラスプリフォームをプレスする移動手段を備え、
前記第１の型によりレンズ基体面に基準面として機能する側面を有する複数の凹部と前記凹部底面にレンズ面を形成するレンズアレイの製造装置。 - 前記第２の型にレンズ面を形成するための光学転写面を有することを特徴とする請求項１０又は１２に記載のレンズアレイの製造装置。
- レンズ基体面の両面にレンズ面を形成するための光学転写面を有する第１の型と第２の型とを備えたレンズアレイの製造装置であって、
前記第１の型と前記第２の型との間に配置されたガラスプリフォームを加熱する手段と、
前記第１の型と前記第２の型を相対的に移動させることにより前記ガラスプリフォームをプレスする移動手段を備え、
前記第１の型と前記第２の型によりレンズ基体面の両面に基準面として機能する側面を有する複数の凸部又は凹部と、前記凸部上又は前記凹部底面にレンズ面を形成するレンズアレイの製造装置。
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