JP2007077003A - 複数の光学素子がつくられる平板状光学素子半製品及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズなどの光学レンズの裁断を精度よく行う複数の光学レンズが得られるワンピース状をした平板状レンズ半製品と、複数のレンズを成形でき、レンズの裁断も精度よく行うことができる半製品を製造することができる装置を提供する。
【解決手段】表面と、該表面と背中合わせの裏面とで画成する平板状マトリックス内に、２の裁断方向の少なくとも一方に平行に前記複数の光学レンズが直列状に並べられ、前記表面及び前記裏面のいずれかの一方の面上に前記方向に直列配置して２以上の位置決めマークが設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の光学素子がつくられる平板状光学素子半製品及びその製造装置に関する。

従来より光学的精度の単一レンズの成形面を有する金型、或いは複数レンズの成形面が形成された金型を用いてレンズ素材を精密製造し、研磨などの工程を省略して一対の所望光学面形状をした光学レンズを成形することがすでに知られているが、マイクロ光学レンズやマイクロ光学レンズアレイを製造するとき、上記方法では金型の製造手間や数が多くなるため、量産化に向かず、歩留りも向上し難い問題がある。

一度に複数の光学レンズを成形できる手段として例えば図７に示す製造方法がある。図７中、凸レンズの成形手段として、７１は複数の突起７１２、７１２、・・・を形成した成形面７１１を有するマスター型で、７２は、マスター７１を使って複数のくぼみ７２２、７２２、・・・を形成した転写成形面７２１を有する成形型（ネガ）である。成形型７２によりセットされた例えばガラスなどの光学素材７３を押圧して複数の突起状をした凸レンズ７４１、７４１、・・・が転写形成されたワンピース状レンズ連続プレート７４がレンズ半製品として形成される。次いで裁断を経て単一凸レンズ７４１、７４１、・・・が得られる。
米国特許第2003/0115907 A1号

上記従来技術によれば、レンズである光学素子（以下レンズとする）が大量につくられることができるが、なおも下記のような改善が待たれる問題がある。

一．レンズをつくるマスター型７１及び成形型７２など、製造するのに２回以上の手数をかけなければならない。
二．それらの型により得られたレンズ連続プレート７４には、裁断のための位置決め用マークがないため、レンズ７４の裁断を精度よく行うことができず、レンズ７４の形状サイズも精度を向上し難い。
三．上記成形型においてそれぞれの成形面上に突起７１２やくぼみ７２２が一体形成されているため、突起７１２或いはくぼみ７２２のいずれかが傷がつくと、そこだけを取り替えることもできず、成形型全体を廃棄しなければならないので、製造コスト増大を招く。
四．量産を図るに当って成形型の大きさは光学素材のサイズに応じなければならず、また該成形型の大小すなわち成形面の多少にかかわらず個々それぞれ精度よく形成しなければならないため、成形型の製造手間を増す一方である。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、レンズなどの光学素子の裁断を精度よく行う複数の光学素子が得られるワンピース状をした平板状光学素子半製品と、複数の光学素子（レンズ）を成形でき、光学素子の裁断も精度よく行うことができる半製品を製造することができる装置を提供しようとすることを目的とする。

上記一の目的を達成すべく本発明は、少なくとも２の裁断方向にそれぞれ平行しながら逐一裁断して複数の光学素子が得られる光学素子半製品において、表面と、該表面と背中合わせの裏面とで画成する平板状マトリックス内に、２の裁断方向の少なくとも一方に平行に前記複数の光学素子が直列状に並べられ、前記表面及び前記裏面のいずれかの一方の面上に前記方向に直列配置して２以上の位置決めマークが設けられていることを特徴とする光学素子半製品を提供する。

前記光学素子半製品においてさらに、前記２の裁断方向は、同一平面において互いに直交する２方向であり、前記表面には、前記一方向に沿って所定間隔をおいて２の前記マークが設けられ、前記裏面には、前記表面に設けられている２の前記マークに対応する位置に２のマークが設けられてあることが好ましい。

前記光学素子半製品においてさらに、平板状マトリックスは円板体であり、前記２のマークのそれぞれが直交する２の直径方向の一方向において円心に対して所定間隔をおいて対称に設けられていることが好ましい。

前記光学素子としては、例えば光学レンズがある。

また、他の目的を達成するために、本発明は、平板状第１の取付プレートと、該第１の取付プレートの表面側に２以上の裁断方向の一方向に平行に直列状に並び、それぞれ第１の成形面が形成されている複数の第１の押圧型とを有する第１の押圧型ユニットと、
前記第１の押圧型ユニットに対応してその表面側が前記第１の押圧型ユニットへ向け垂直に移動可能に対向配置された第２の取付プレートと、それぞれの前記第２の取付プレートの表面側に第２の成形面が形成されている複数の第２の押圧型とを有する第２の押圧型ユニットと、該第１の取付プレート及び該第２の取付プレートのいずれかに前記２以上の裁断方向における一方向に平行に設けられ、前記一方のプレートの表面側には位置決め用の第１のマーク成形面を有する２以上の第１のマーク型とからなり、前記第１の押圧型ユニットの第１の成形面側表面と前記第２の押圧型ユニットの第２の成形面側表面との間に成形用キャビティとしての空間が画成され、予め一定の形にした光学素材が前記キャビティ内にセットされ、第１と第２の押圧型ユニットが移動しながら前記光学素材を押圧して、前記第１と第２の成形面により一定の光学成形面が形成される複数の光学素子が直列状に並び、且つ前記マーク成形面により２以上の位置決めマークが形成される平板状光学素子半製品に成形されることができる製造装置を提供することもできる。

前記製造装置において、前記第１と第２の取付プレートいずれか他方には、さらに前記第１のマーク型に対応して２以上の第２のマーク型を設け、それぞれの第２のマーク型の表面には、位置決め用の第２のマーク成形面を形成する。このように、平板状光学素子半製品には、複数の光学素子及び位置決め用第１のマークのほか第２のマークも形成された構成とすることもできる。

前記製造装置において、第１の押圧型ユニットには、さらに前記第１の取付プレートを貫通して前記複数の第１の押圧型及び第１のマーク型をそれぞれ脱着可能に挿入する複数の第１の貫通孔を設け、また、第１の定位板により、前記第１の取付プレートの裏面を覆うと共に、対応する貫通孔に挿入される前記各第１の押圧型及び前記各第１のマーク型の底面と接触するように設けている構成とすることもできる。

前記製造装置において、第２の押圧型ユニットには、さらに前記第１の押圧型ユニットの第１の貫通孔に対応して第２の取付プレートを貫通し、前記第２の押圧型及び第２のマーク型がそれぞれ脱着可能に挿入される複数の第２の貫通孔を設け、また、第２の定位板により、前記第２の取付プレートの裏面を覆うと共に、対応する第２の貫通孔に挿入される前記各第２の押圧型及び前記各第２のマーク型の底面と接触するように設けた構成とすることもできる。

前記製造装置において、前記複数の第１の押圧型が互いに直交する２の裁断方向に平行して直列状に並べられていることが好ましい。

前記製造装置において、それぞれが直交する前記２の裁断方向のいずれか一方に平行に所定の間隔をおいて前記第１のマーク型が２つ設けた構成とすることもできる。

前記製造装置において、前記第１の取付プレートとしては、円板体とし、前記裁断方向が直径方向であり、前記２のマーク型は円心を中心として前記直径方向に所定の間隔をおいて対称に設けることができる。

前記製造装置において、保護膜が前記第１と第２の押圧型のそれぞれの成形面に形成されている構成とすることもできる。

以上により、本発明の光学素子半製品及び製造装置によれば、複数の光学素子が一度に大量製造されることができるので、製造歩留りの向上を図り、製造コストをより一層低減することができる。また、第１と第２の押圧型ユニットには位置決め用の第１と第２のマーク型が設けられているので、複数の光学素子が形成されている平板状をした光学素子半製品には位置決め用のマークが形成されることができるので、マークによって精度よく光学素子半製品の裁断を行うことができ、且つ光学素子の外観サイズを効果的に把握することができる。また、複数の光学素子が形成されている平板状光学素子半製品を製造できる製造装置により、従来技術のようにマスター型と成形型の用意をしなくてもよく、型の製造手間を省くことができる。また、複数の第１と第２の押圧型のいずれかに欠陥が生じても、個別に交換することができ、製造コスト及び時間を大幅に低減することができる。量産化用の光学素材のサイズが大きくても、第１と第２の取付プレートを大きくして貫通孔に応じて設ければよく、型の製造手間を省き、製造コストを大幅に下げることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施の形態である製造装置の概略を示す断面図である。この製造装置１は、図示のように、セットされた予め平板状をした光学素材例えばレンズ素材１００を押圧して複数のレンズである光学素子が形成される円板状レンズ半製品２００を成形するためのものである。図１に示す製造装置としては、レンズ素材１００を押圧する方向沿いに第１と第２の押圧型ユニット１０、２０とが移動可能に対向配置されてなる。

第１の押圧型ユニット１０は、図２に示すように例えば円板状をした第１の取付プレート１１を有し、第１の取付プレート１１の表面１１ａ側には２の裁断方向好ましく直交するＸ、Ｙ方向に平行に直列状好ましくはマトリックス状に並べられ、それぞれに第１の成形面１２１、１２１が形成されている複数の第１の押圧型１２、１２、・・・と、直交する前記２以上の裁断方向における例えばＸ方向に平行に設けられ、位置決め用の第１のマーク成形面１３１、１３１を有する第１のマーク型１３、１３とからなっている。この例では、裁断方向としては製造装置に応じて適宜決めるとよく、好ましくは直交するＸ、Ｙ方向である。第１のマーク型１３としては２つ使われているが、レンズ半製品２００に裁断用のマークを設けることができればよくその使用数に何も特別な制限がない。

第１の押圧型ユニット１０にはさらに第１の取付プレート１１に貫通して複数の第１の押圧型１２、１２、・・・及び第１のマーク型１３、１３がそれぞれ脱着可能に挿入される複数の第１の貫通孔１１１、１１１、・・・及び１１２、１１２を設け、且つ、取付プレート１１の裏面側に貫通孔１１１、１１１、・・・、及び１１２、１１２に挿入される各第１の押圧型１２、１２、・・・及び前記各第１のマーク型１３、１３の底面と接触するよう第１の取付プレート１１の裏面１１ｂに覆われて第１の定位板１４を設けている。

第２の押圧型ユニット２０は、第１の押圧型ユニット１０に対応して円板状の第２の取付プレート２１と、第２の成形面２２１、２２１、・・・が形成されている複数の第２の押圧型２２、２２、・・・とからなっている。第２の押圧型ユニット２０にはさらに第１のマーク型１３、１３に対応して第２の取付プレート２１に２以上の第２のマーク型２３、２３が設けられ、第２のマーク型２３、２３には、第１のマーク成形面１３１、１３１に対応する位置決め用の第２のマーク成形面２３１、２３１を形成している。

第２の押圧型ユニット２０にはさらに第１の押圧型ユニット１０の第１の貫通孔１１１、１１１、・・・に対応して第２の取付プレート２１に貫通して第２の押圧型２２、２２、・・・及び第２のマーク型２３、２３がそれぞれ脱着可能に挿入される複数の第２の貫通孔２１１、２１１、・・・、２１２、２１２が設けられ、第２の取付プレート２１の裏面２１ｂに覆われて対応する第２の貫通孔２１１、２１１、・・・、２１２、２１２に挿入される前記各第２の押圧型２２、２２、・・・及び各第２のマーク型２３、２３の底面と接触する第２の定位板２４が設けられている。

なお、前記貫通孔１１１、２１１、１１２、２１２は、それぞれの内周面が縮径して階段状が形成され、押圧型１２、２２及びマーク型１３、２３としてはつば部が突出た型体が用いられている。

以上のように、第１と第２の取付プレート１１、２１のそれぞれの表面１１ａ、２１ａの間に成形用キャビティとしての空間が画成され、予め一定の形にしたレンズ素材１００がキャビティ内にセットされ、第１と第２の押圧型ユニット１０、２０が移動してレンズ素材１００を押圧し、第１、第２の成形面１２１、２２１により一定の光学面を有する光学レンズ２３０、２３０、・・・が複数直列状に形成され、且つマーク成形面１３１、２３１により２以上の位置決めマーク２４０、２４０、２５０、２５０が設けられる平板状レンズ半製品２００（図４、５参照）に成形されることができる。

また、押圧型１２、２２の成形面１２１、２２１を少し長く使用しようとして、例えばダイヤモンド、炭素、ダイヤモンドライク炭素或いはＰｔ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏの１つまたは２以上を含有する材料によりそれぞれの成形面１２１、２２１上に金属或いは化合物保護膜１２２、２２２が形成される工夫がなされてもよい。

なお、この例においては、第１と第２のプレート１１、２１としては円板体であり、マーク型１３、２３としては円板体の円心を中心として直交する２の直径方向のＸ方向に所定の間隔をおいて対称に設けられている。なお、この例においては第１と第２のマーク型１３、２３のマーク成形面（縮径部分）１３１、２３１の横断面としては平行四辺形である。

このように、図４と図５に示されているように、レンズ半製品２００は、表面２１０と、該表面２１０と背中合わせの裏面２２０とで平板状をしたマトリックスを有し、直交する裁断方向Ｘ、Ｙに平行に複数の光学レンズ２３０、２３０、・・・が直列状に並べられ、表面２１０及び裏面２２０の上にＸ方向において２の位置決めマーク２４０及び２５０が設けられているものである。

図示しない成形チャンバー内にセットされている製造装置が例えば抵抗器の直接加熱装置或いは赤外線の間接加熱装置により加熱され、製造装置のキャビティ内にセットされているレンズ素材１００が軟化されると、例えば第１の押圧型ユニット１０が第２の押圧型ユニット２０に向かって移動されて、レンズ素材１００を押圧し、第１と第２の成形面１２１、２２１により一定の光学面を形成している光学レンズ２３０、２３０、・・・が直列状に並べられている円板状レンズ半製品２００が得られる。該レンズ半製品２００には、第１と第２のマーク面１３１と２３１によりマーク２４０、２４０、２５０、２５０が形成されている。

次いで、図６に示す裁断装置８００によって、レンズ半製品２００に対してマーク２４０、２５０に基づいて互いに直交するＸ、Ｙ方向に平行しながら逐一裁断して複数のレンズ２３０、２３０、・・・が得られる。この裁断工程において、レンズ半製品２００をＵＶテープ５００を介して加工テーブル４００上にセットされる。加工テーブル４００を動かして位置調整しながらＣＣＤカメラ６００により、マーク２５０を取り入れ、モニタ７００画面に示されているマーク６１０に合わして光学レンズ２３０の裁断を行う。裁断後、ＵＶ光の照射によりＵＶテープ５００を除去することができる。

なお、本形態の製造装置によって両凸のレンズを製造するとき、第１と第２の成形面１２１、２２１が窪んで形成されているので、窪んだ成形面上にガスが溜まり易く気泡を含む光学面に成形する虞があり、成形するときは真空引きをしなければならないが、両凹のレンズを製造するときは、光学面に気泡を含めず真空引きをしなくてよい。

本発明のレンズ半製品及び製造装置によれば、下記の効果を奏することができる。
１．光学レンズを大量製造することができるので、製造歩留りの向上を図り、製造コストをより一層低減することができる。
２．第１と第２の押圧型ユニットには位置決め用の第１と第２のマーク型が設けられているので、複数の光学レンズが形成されている平板状レンズ半製品には位置決め用のマークが形成されることができ、精度よくレンズ半製品の裁断を行うことができ、且つ光学レンズの外観サイズを効果的に把握することができる。
３．従来技術のようにマスター型と成形型の用意をせずにすみ、型の製造手間を省くことができる。
４．複数の第１と第２の押圧型のいずれかが壊れても、個別に交換することができ、製造コスト及び時間を大幅に低減することができる。
５．量産化用のレンズ素材のサイズが大きくても、第１と第２の取付プレートを大きくして貫通孔も光学レンズのサイズや形状に応じて設ければよいので、製造の自由度を高め、型の製造手間を省き、製造コストを大幅に下げることができる。また、光学レンズの種類に応じて任意の成形面を有する型を用いることができるので、マイクロレンズや、マイクロレンズ直列、オプティカル回折素子などの製造も簡単化になる。

本発明の一実施の形態である製造装置の構成を概略して示す断面図である。 同製造装置を構成する押圧型の概略上面図である。 同製造装置による成形過程を概略示す断面図である。 本発明のレンズ半製品を示す縦断面図である。 同レンズ半製品の上面図である。 同レンズ半製品の裁断工程を概略して示す図である。 従来の製造装置の成形過程の概略縦断面図である。

符号の説明

１０、２０ 押圧型ユニット
１１、２１ 取付プレート
１１ａ、２１ａ 表面
１１ｂ、２１ｂ 裏面
１１１、１１２、２１１、２１２ 貫通孔
１２、２２ 押圧型
１２１、２２１ 成形面
１２２、２２２ 保護膜
１３、２３ マーク型
１３１、２３１ マーク成形面
１４、２４ 第１の定位板
１００ レンズ素材
２００ レンズ半製品
２１０ 表面
２２０ 裏面
２３０ 光学レンズ
２４０、２５０ 位置決めマーク
４００ 加工テーブル
５００ ＵＶテープ
６００ ＣＣＤカメラ
６１０ マーク
７００ モニタ
８００ 裁断装置
Ｘ、Ｙ 裁断方向

Claims (13)

1. 少なくとも２の裁断方向にそれぞれ平行しながら逐一裁断して複数の光学素子が得られる光学素子半製品において、
   表面と、該表面と背中合わせの裏面とで画成する平板状マトリックス内に、２の裁断方向の少なくとも一方に平行に前記複数の光学素子が直列状に並べられ、前記表面及び前記裏面のいずれかの一方の面上に前記方向に直列配置して２以上の位置決めマークが設けられていることを特徴とする光学素子半製品。
2. 前記２の裁断方向は、同一平面において互いに直交する２方向であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子半製品。
3. 前記表面には、前記一方向に沿って所定間隔をおいて２の前記マークが設けられ、前記裏面には、前記表面に設けられている２の前記マークに対応する位置に２のマークが設けられてあることを特徴とする請求項２に記載の光学素子半製品。
4. 前記平板状マトリックスは円板体であり、
   前記２のマークのそれぞれが直交する２の直径方向の一方向において円心に対して所定間隔をおいて対称に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光学素子半製品。
5. 前記光学素子としては、光学レンズがあることを特徴とする請求項１に記載の光学素子半製品。
6. 平板状第１の取付プレートと、該第１の取付プレートの表面側に２以上の裁断方向の一方向に平行に直列状に並び、それぞれ第１の成形面が形成されている複数の第１の押圧型とを有する第１の押圧型ユニットと、
   前記第１の押圧型ユニットに対応してその表面側が前記第１の押圧型ユニットへ向け垂直に移動可能に対向配置された第２の取付プレートと、それぞれの前記第２の取付プレートの表面側に第２の成形面が形成されている複数の第２の押圧型とを有する第２の押圧型ユニットと、
   該第１の取付プレート及び該第２の取付プレートのいずれかに前記２以上の裁断方向における一方向に平行に設けられ、前記一方のプレートの表面側には位置決め用の第１のマーク成形面を有する２以上の第１のマーク型とからなり、
   前記第１の押圧型ユニットの第１の成形面側表面と前記第２の押圧型ユニットの第２の成形面側表面との間に成形用キャビティとしての空間が画成され、予め一定の形にした光学素材が前記キャビティ内にセットされ、第１と第２の押圧型ユニットが移動しながら前記光学素材を押圧して、前記第１と第２の成形面により一定の光学成形面が形成される複数の光学素子が直列状に並び、且つ前記マーク成形面により２以上の位置決めマークが形成される平板状光学素子半製品に成形されることができる製造装置。
7. 前記第１と第２の取付プレートいずれか他方には、さらに前記第１のマーク型に対応して２以上の第２のマーク型を設け、それぞれの第２のマーク型の表面には、位置決め用の第２のマーク成形面を形成することを特徴とする請求項６に記載の製造装置。
8. 第１の押圧型ユニットには、さらに前記第１の取付プレートを貫通して前記複数の第１の押圧型及び第１のマーク型をそれぞれ脱着可能に挿入する複数の第１の貫通孔を設け、
   また、第１の定位板により、前記第１の取付プレートの裏面を覆うと共に、対応する貫通孔に挿入される前記各第１の押圧型及び前記各第１のマーク型の底面と接触するように設けていることを特徴とする請求項７に記載の製造装置。
9. 第２の押圧型ユニットには、さらに前記第１の押圧型ユニットの第１の貫通孔に対応して第２の取付プレートを貫通し、前記第２の押圧型及び第２のマーク型がそれぞれ脱着可能に挿入される複数の第２の貫通孔を設け、
   また、第２の定位板により、前記第２の取付プレートの裏面を覆うと共に、対応する第２の貫通孔に挿入される前記各第２の押圧型及び前記各第２のマーク型の底面と接触するように設けていることを特徴とする請求項８に記載の製造装置。
10. 前記複数の第１の押圧型が互いに直交する２の裁断方向に平行して直列状に並べられていることを特徴とする請求項６に記載の製造装置。
11. それぞれが直交する前記２の裁断方向のいずれか一方に平行に所定の間隔をおいて前記第１のマーク型が２つ設けていることを特徴とする請求項１０に記載の製造装置。
12. 前記第１の取付プレートとしては、円板体とし、前記裁断方向が直径方向であり、前記２のマーク型は円心を中心として前記直径方向に所定の間隔をおいて対称に設けることを特徴とする請求項１１に記載の製造装置。
13. 保護膜が前記第１と第２の押圧型のそれぞれの成形面に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の製造装置。
    

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