JP2007022905A - 光学素子デバイスの製造方法、光学素子デバイス、および成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】芯取り用にレンズを構成する光学素子を大きく成形する必要がなく、成形難易度を下げることができ、しかも光学素子の素材の重量管理を厳しく行なう必要がない光学素子デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】下型１６上にガラスプリフォーム３５をセットした状態で上型１５と下型１６とを閉じ、成形温度まで加熱して光学レンズ４５を成形する。そしてこの後に上型１５および下型１６を冷却し、枠素材を成形できる温度に達した段階で、射出成形用ノズル４０によって上型１５と下型１６の周囲に形成されたキャビティ３１、３２内に溶融樹脂を射出し、これによって光学レンズ４５と一体に結合された状態で枠体４６を成形する。
【選択図】図４

Description

本発明は光学素子デバイスの製造方法、光学素子デバイス、およびその成形型に係り、とくに光学素材を加熱・軟化し、成形型で押圧成形することによって枠体と結合された光学素子を得る光学素子デバイスの製造方法、得られた光学素子デバイス、およびこのような光学素子デバイスを成形する成形装置に関する。

電子スチルカメラ、電子ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話等の電子撮像手段の光学系として、小型で高性能の光学レンズが用いられる。このような光学レンズは、小型になればなるほどその面形状、光軸方向の傾き（チルト）、芯ずれ（ディセンター）等の精度の要求が厳しくなっている。また非球面レンズのように、光学素子の軸を探出すのが困難な形状も多く、光学素子と、この光学素子を固定する支持枠あるいは鏡筒との位置合わせの精度も難しくなっている。

従来から最も多く行なわれている方法は、ガラスモールド法で成形された軸対称レンズを、芯取機でその外周を研削によって形成し、鏡筒に嵌込み、接着するかあるいは加締めて固定する方法である。しかしながら、この方法によると、芯取機に設置する際の位置合わせ時の誤差と鏡筒や取付け枠への固定の誤差が重ね合わさることになる。

このような問題を解決するために、外形をも同時に成形する芯取りレス成形と称ばれる成形方法が行なわれている。例えば特開２０００−７３５５号公報には、成形型のガラス光学素子素材の外側に成形用枠体を配した状態で、成形型による押圧成形によってガラス光学素子と成形用枠体を結合し、成形終了後に成形用枠体をガラス光学素子から離脱させるガラス光学素子の成形方法が提案されている。

しかるにレンズ面と同時に外形をも精度よく成形するのは非常に難しく、また投入する素材の形状精度も厳しくなるために、難易度が非常に高い。また芯取りレス成形の際の外周側の枠体は成形後に取外されるために、この後取付け枠あるいは鏡筒に固定する際の誤差が依然として残存する。

そこで鏡筒または取付け枠を型内にセットし、この状態で光学素子を押圧成形し、鏡筒あるいは取付け枠の内側に光学素子素材を密着させて固定する方法が考えられる。しかるに鏡筒あるいは枠体に用いる材料は、通常合成樹脂であって、光学素子を成形する温度に耐えられない。光学素材として、極低軟化ガラスを用いた場合にも、その押圧成形のプリフォームの成形温度は４００℃以上になるために、鏡筒あるいは枠体の材料が制限されることになる。
特開２０００−７３５５号公報 特開平９−２０２６２７号公報

本願発明の課題は、光学素子に枠体が一体に結合された光学素子デバイスを得る方法および得られる光学素子デバイスを提供することである。

本願発明の別の課題は、ガラスから成る光学素子の周囲にプラスチックから成る枠体が結合された光学素子デバイスの製造方法および製造される光学素子デバイスを提供することである。

本願発明の別の課題は、光学素子材料の供給量のばらつきを効果的に吸収できるようにした光学素子デバイスの製造方法および製造される光学素子デバイスを提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、光学素子に対してその光軸が正しく一致された状態で枠体が結合された光学素子デバイスを提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、ガラスから成る光学素子の外周側にプラスチックから成る枠体が軸芯が一致した状態で結合された光学素子デバイスを提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、光学素子に枠体が一体に結合された光学素子デバイスを高精度に成形する成形装置を提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、光学素子を構成する光学素材の量のばらつきを吸収することが可能な成形装置を提供することである。

本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされよう。

本願の主要な発明は、光学素材を加熱・軟化し、成形型で押圧成形することによって光学素子を得るとともに、該光学素子に枠体を組合わせる光学素子デバイスの製造方法において、
前記光学素子を成形した後に型開きせずに光学素子を保持したまま枠体を前記成形型の位置を基準に前記光学素子と結合された状態で成形することを特徴とする光学素子デバイスの製造方法に関するものである。

ここで光学素子がガラスを素材とするガラスレンズであってよい。また光学素子が合成樹脂を素材とするプラスチックレンズであってよい。また枠体の素材がプラスチックであって、射出成形によって前記光学素子に結合された状態で成形されてよい。また光学素材の成形型による押圧を完了した状態において、型内における前記光学素子の側端部が自由面であってよい。また光学素材を成形して所定の温度以下に冷却した後に前記枠体を成形してよい。

光学素子デバイスに関する発明は、押圧成形によって得られた光学素子と、該光学素子と結合された状態で押圧成形型の位置を基準に成形されかつ前記光学素子と結合された枠体と、を有する光学素子デバイスに関するものである。ここで、光学素子がガラスであって、枠体がプラスチックであってよい。あるいはまた光学素子および枠体がともにプラスチックであってよい。また光学素子の両面の外周側のへりの部分に光軸に対してほぼ直角な平坦部が形成されてよい。

成形装置に関する発明は、光学素材の溶融体から光学素子を押圧成形するための互いに対向する一対の成形型と、
前記成形型が閉じられた状態で側方から前記一対の成形型の当接部に接続され、前記光学素子と結合された状態で形成される枠体の溶融素材を射出する射出成形手段と、
を有する成形装置に関するものである。ここで、前記成形型は、閉じられた状態で前記光学素子の側端と対応する位置が開かれていてよい。また光学素子の両面の外周側のへりの部分に光軸に対してほぼ直角な平坦部が形成され、閉じられた成形型が該平坦部に圧着されて枠体を成形する樹脂を遮断してよい。

本願発明の好ましい態様に係る光学素子デバイスの製造方法は、光学素材を加熱・軟化し、成形型で押圧成形することによって光学素子を得るガラスモールド法において、光学素子を成形した後に型開きせずに型内に光学素子を保持したまま、光学素子枠を成形型の位置を基準に成形することを特徴とする、枠付き光学素子デバイスの製造方法である。ここで上記光学素子が、射出成形によって形成されることが好適である。また光学素子枠の素材が、プラスチックであることが好ましい。

上記のような態様によれば、芯取り用に光学素子を大きく製造する必要がなく、成形難易度を下げることができる。また、芯取りレス成形のように、素材の重量の管理を厳しく行なう必要がない。さらに光学素子と枠体との接合を別工程で行なわないために、光学素子と枠体との間の位置合わせの精度が非常に高くなる。また、従来のように、光学素子の成形温度まで枠体の材料の温度が上がらないために、枠の材料の選択肢も多くなる。また高価な材料を使わなくて済むというメリットがある。

本願の主要な発明は、光学素材を加熱・軟化し、成形型で押圧成形することによって光学素子を得るとともに、該光学素子に枠体を組合わせる方法において、光学素子を成形した後に型開きせずに光学素子を保持したまま枠体を成形型の位置を基準に光学素子と結合された状態で成形するようにしたものである。

従ってこのような光学素子デバイスの製造方法によると、光学素子を成形した後にそのままの状態で、光学素子の成形型の位置を基準に枠体が光学素子に結合された状態で成形されるようになる。従って光学素子と枠体との間の結合精度が高くなる。

成形装置に関する発明は、光学素材の溶融体から光学素子を押圧成形するための互いに対向する一対の成形型と、成形型が閉じられた状態で側方から一対の成形型の当接部に接続され、光学素子と結合された状態で形成される枠体の溶融素材を射出する射出成形手段と、を有するものである。

従ってこのような成形装置によると、成形型によってまず光学素子を成形した後に、射出成形手段によって溶融素材を射出することにより、枠体が光学素子に一体に結合された光学素子デバイスを成形することが可能になる。とくに成形型が、閉じられた状態で光学素子の側端と対応する位置が開かれた構成によると、光学素材の量のばらつきを上記の開放された側端で任意に吸収することが可能になる。

以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図１および図２は本実施の形態に係る光学素子デバイスの製造に用いる成形装置を示しており、この成形装置は上軸１１と下軸１２とを備えている。上軸１１の下面にはダイプレート１３が、下軸１２の上面にはダイプレート１４がそれぞれ取付けられる。そしてこれらのダイプレート１３、１４によって、上型１５と下型１６とがそれぞれ保持されるようになっている。

成形型を構成する上型１５と下型１６とは、上下の胴型２１、２２によってそれぞれ保持されるようになっている。上側の胴型２１はその中心部に円形の中心孔２３を備え、この中心孔２３内に上型１５が嵌合されて固定される。また胴型２１の中心孔２３の外周部には互いに対称に一対の挿通孔２４が形成される。これらの挿通孔２４を、上記上側のダイプレート１３の下面に植設された一対の位置決めピン２５が挿通される。

これに対して下側の胴型２２には、上記位置決めピン２５の先端部を受入れて上型１５と下型１６との間の相対的な位置を規制するための位置決め孔２６が形成される。また上記下側の胴型２２には、その中心部に中心孔２７が形成され、この中心孔２７に下型１６が嵌合して固定される。また上記上型１５を保持する胴型２１の下面および下型１６を保持する下側の胴型２２の上面には、キャビティを構成する凹部３１、３２が図２に示すように形成されており、これらのキャビティ３１、３２によって枠体を射出形成するようになっている。

このように光学素子成形用の上型１５は上側の胴型２１の中心孔２３に精度よく嵌合される。また下側の光学素子成形型１６は、下側の胴型２２の中心孔２７に精度よく嵌合している。胴型２１、２２は、互いに位置決めピン２５と位置決め孔２６とによって、上型１５と下型１６とが閉じて押圧成形する際には、精度よく位置合わせされることになる。

次に成形の動作について説明する。図３に示すように、ガラス・プリフォーム３５を開かれている下型１６の上にセットし、成形温度まで型１５、１６を加熱し、これによってプリフォーム３５を４００〜１０００℃に昇温する。成形温度に到達した後に、成形型１５、１６を閉じる。すなわち下軸１２が固定されている場合には、上軸１１を下方に移動させ、上下の胴型２１、２２を位置決めピン２５および位置決め孔２６によって精度よく位置合わせしながら、プリフォーム３５を上型１５と下型１６とによって押圧成形する。このときの型閉じの軸線方向のストロークは、胴型２１の下面が、下側の胴型２２の上面に当接する位置である。胴型２１を胴型２２に対して完全に突当ててプレスを完了したならば、その状態で冷却を開始する。なおこのときに、図４に示すように、上型１５の下面から成る成形面と下型１６の上面から成る成形面とによって、光学レンズ４５の機能面が形成される。

ここでとくに図４に示すように、上型１５と下型１６とが完全に閉じた状態において、この光学レンズ４５を構成する押しつぶされたプリフォーム３５は、光学レンズ４５を形成し、しかもその外周部が自由曲面になっており、キャビティ３１に臨むようになっている。このような構成によると、プリフォーム３５の素材の量のばらつきを、外周側の自由曲面から成る側端面で任意に調整することができ、これによってプリフォーム３５の重量管理が容易になるとともに、プリフォーム３５の重量にばらつきがあっても、この光学レンズ４５の機能面には何等の影響を与えない。

冷却が進行し、プラスチックの素材枠を成形できる温度、例えば２００℃以下の温度に到達した時点で、この成形装置の上型１５と下型１６の温度を一定の温度に保持する。この温度は樹脂材料によって異なるが、例えば１３０〜１６０℃の範囲内の一定の温度に保持する。そしてこの状態で、図４に示すように、射出成形ノズル４０を胴型２１、２２の接合部に設けた接続孔に接続し、溶融したプラスチック材料をこの接続孔を通して押出す。すると溶融プラスチックは、胴型２１、２２の接合部に形成された凹部３１、３２から成るキャビティ内に流込む。流込まれた溶融プラスチックは、光学レンズ４５の側面に到達し、これによってガラスから成る光学レンズ４５の側面に一体的に枠体４６が成形される。すなわち枠体４６が図６に示すように、光学レンズ４５を包むように一体に結合された光学レンズデバイスが得られる。

なお図３および図４に示すように、上下の胴型２１、２２によって形成されるキャビティ３１、３２内を横切るように、下側の胴型２２のキャビティ３２の底部には、一対のピン５１、５２が植設されている。従ってキャビティ３１、３２内へ溶融樹脂を射出すると、ピン５１、５２の部分に樹脂が流入しなくなる。従ってこの後に型開きを行なうと、図６に示すように、光学レンズ４５の周囲に結合された状態で成形された枠体４６には、一対の挿通孔５３、５４が形成されることになる。このような挿通孔５３、５４にガイドロッドを挿通させ、光学レンズ４５の外周部に枠体４６を成形した光学デバイスを移動自在に案内できるようになる。

キャビティ３１、３２内に完全に溶融した樹脂を射出し終わると、再度上型１５および下型１６の冷却を開始する。そして取出し可能温度まで冷却された状態で、上軸１１を上昇させて上型１５を下型１６に対して離間させることによって型開きを行ない、図６に示す成形品から成る光学素子デバイスを取出す。図６はこのような枠体４６を一体に結合した光学レンズ４５から成る光学素子デバイスを示しており、４５がガラスから成る光学レンズであって、４６がプラスチックの枠体を示している。

ここで図５に示すように、上型１５の下面および下型１６の上面から成る成形面には、その表面に数十ｎｍの貴金属系またはカーボン系などから成る保護層４２が形成されており、このような保護層４２によって高精度な光学レンズ４５の成形を可能にしている。またこのような保護層４２によって、上型１５と下型１６の成形面の摩耗が防止される。

しかもこのような成形装置において、とくに上型１５と下型１６とを互いに閉じて光学レンズ４５を成形する際に、ガラスの部分の収縮が速いために、光学レンズ４５の光軸の近傍、すなわち中心側においてまず収縮が発生する。ところが外周側は収縮が遅く、しかも光学レンズ４５の外周部に平坦部４９が形成され、該平坦部４９が上型１５と下型１６とに接しているために、光学レンズ４５と上下の型１５、１６との間の隙間が生ずることがなく、このためにキャビティ３１、３２内に溶融樹脂を射出しても、このような溶融樹脂が光学レンズ４５の機能面を構成する外表面に付着することがない。

図７は、このようにして成形された光学デバイスを用いたレンズ鏡筒装置を示しており、前後一対の鏡筒５７、５８から成る筒体内には、４つの光学デバイスが組込まれる。ここで左側の光学デバイスの光学レンズ４５が対物レンズを構成し、その右側の光学デバイスの光学レンズ４５がズームレンズを構成している。その右側には、鏡筒５７、５８の接合部に枠体４６が固定された中間固定レンズ４５が配される。そしてその後側であって右側には、枠体４６によって移動可能なフォーカスレンズから成る光学レンズ４５が配される。なおフォーカスレンズ４５には別の光学レンズ４７が組合わされる。フォーカスレンズから成る光学レンズ４５を保持した枠体４６の前面側の部分に所定の直径の段部４８を設けるようにし、この段部４８に別の光学レンズ４７を嵌込んでへりを熱溶着することによって、光学レンズ４７が精度良く固定される。

本実施の形態の成形によると、芯取り用に光学レンズ４５を予め余分な寸法で大きく成形する必要がなく、成形難易度を下げることができる。また芯取りレス成形のように、光学素子素材の重量の管理を厳しく行なう必要がなくなる。さらに光学レンズ４５と枠体４６との接合を別工程で行なわなくてもよいために、光学レンズ４５と枠体４６との位置合わせの精度が高くなる。また従来のように、光学レンズ４５の成形温度まで枠体４６の温度が上がらないために、枠体４６の材料の選択肢も多くなり、耐熱性樹脂のような高価な材料を使わなくて済むというメリットがある。

また本実施の形態の光学デバイスは、図５に示すように、レンズ４５の機能面を構成する曲面の中央部に対してそのへりに、光軸に対してほぼ垂直であって互いに平行な平面部４９を両面に設けているために、確実に光学レンズ４５を成形装置の上型１５と下型１６とで保持した状態で、樹脂を射出して枠体４６を成形するとともに、樹脂が光学レンズ４５の機能面に付着することがより確実に防止される。

以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態における枠体の形状については、各種の変更が可能である。また枠体を構成する樹脂についても、その目的に応じて各種の材料が利用可能である。また光学素材についても、必ずしもガラスである必要はなく、必要であればプラスチックの溶融体を用いてもよい。

本願発明は、電子スチルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話機のカメラ等の各種のカメラの撮像装置の光学系として広く用いることが可能である。

光学素子デバイスを製造するための成形装置の分解斜視図である。 同組立た状態の縦断面図である。 同プリフォームを投入した状態の縦断面図である。 上型と下型とを閉じて成形をしている状態を示す同成形装置の要部拡大断面図である。 成形された光学レンズと、該光学レンズに組合わされた枠体とを示す要部拡大断面図である。 成形された光学レンズの一例を示す斜視図である。 光学素子デバイスを用いたレンズ鏡筒装置の縦断面図である。

符号の説明

１１…上軸、１２…下軸、１３…ダイプレート（上）、１４…ダイプレート（下）、１５…上型、１６…下型、２１…胴型（上）、２２…胴型（下）、２３…中心孔、２４…挿通孔、２５…位置決めピン、２６…位置決め孔、２７…中心孔、３１、３２…凹部（キャビティ）、３５…プリフォーム、４０…射出成形ノズル、４２…ダイヤモンドライクカーボン層、４５…光学レンズ、４６…枠体、４７…光学レンズ、４８…段部、４９…平坦部、５１、５２…ピン、５３、５４…挿通孔、５７、５８…鏡筒

Claims (13)

1. 光学素材を加熱・軟化し、成形型で押圧成形することによって光学素子を得るとともに、該光学素子に枠体を組合わせる光学素子デバイスの製造方法において、
   前記光学素子を成形した後に型開きせずに光学素子を保持したまま枠体を前記成形型の位置を基準に前記光学素子と結合された状態で成形することを特徴とする光学素子デバイスの製造方法。
2. 光学素子がガラスを素材とするガラスレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子デバイスの製造方法。
3. 光学素子が合成樹脂を素材とするプラスチックレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子デバイスの製造方法。
4. 枠体の素材がプラスチックであって、射出成形によって枠体が前記光学素子に結合された状態で成形されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子デバイスの製造方法。
5. 光学素材の成形型による押圧を完了した状態において、型内における前記光学素子の外周側の側端部が自由面であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子デバイスの製造方法。
6. 光学素材を成形して所定の温度以下に冷却した後に前記枠体を成形することを特徴とする請求項１に記載の光学素子デバイスの製造方法。
7. 押圧成形によって得られた光学素子と、該光学素子と結合された状態で押圧成形型の位置を基準に成形されかつ前記光学素子と結合された枠体と、を有する光学素子デバイス。
8. 光学素子がガラスであって、枠体がプラスチックであることを特徴とする請求項７に記載の光学素子デバイス。
9. 光学素子および枠体がともにプラスチックであることを特徴とする請求項７に記載の光学素子デバイス。
10. 光学素子の両面の外周側のへりの部分に光軸に対してほぼ直角な平坦部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の光学素子デバイス。
11. 光学素材の溶融体から光学素子を押圧成形するための互いに対向する一対の成形型と、
    前記成形型が閉じられた状態で側方から前記一対の成形型の当接部に接続され、前記光学素子と結合された状態で形成される枠体の溶融素材を射出する射出成形手段と、
    を有する成形装置。
12. 前記成形型は、閉じられた状態で前記光学素子の側端と対応する位置が開かれていることを特徴とする請求項１１に記載の成形装置。
13. 光学素子の両面の外周側のへりの部分に光軸に対してほぼ直角な平坦部が形成され、閉じられた成形型が該平坦部に圧着されて枠体を成形する樹脂を遮断することを特徴とする請求項１２に記載の成形装置。
    

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