JP2007086149A - 光学用レンズとそれを用いた光学系及び光学用レンズの成形金型並びに製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学機器などに用いられる光学素子の小型化、薄型化を実現することができる光学用レンズとそれを用いた光学系及び光学用レンズの成形金型並びに製造方法を提供する。
【解決手段】 プラスチック材またはガラス材で形成された光学レンズ本体１Ａの周縁部を、対向する直線状の周縁部４、５と、上記直線状の両周縁部に連なる一対の曲線状の周縁部６、７とから構成することにより、上記光学レンズ本体を長方形状に形成すると共に、上記曲線状の周縁部にフランジ部８、９を形成した構成とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、光学機器などに用いられる光学用レンズ等の光学素子とそれを用いた光学系、例えば携帯電話機用撮像素子に用いられるレンズユニットと、その成形金型及び製造方法に関するものである。

近年、携帯電話、デジタルカメラ、情報端末等の画像入力機器向け小型カメラ、車載用途用の小型カメラ等の薄型、小型化が進められている。このような市場動向に対して、プリズムなどを用いた折り曲げ型撮像光学系を用いることにより厚み方向の寸法を薄くした光学系が提案されている。（例えば特許文献１参照）。

この他、光学機能部の外周にフランジを有するレンズ成形品において、フランジの少なくとも３方を切除してフランジ面積を小さくすることにより光学レンズを小型、軽量化することが提案されている。（例えば特許文献２参照）。

特開２００２−２８７２２４号公報 特開２００４−３５４４７３号公報

レンズの小型化においては、光学面の有効径にフランジ部を加えたものが実際の外径となり、レンズのみの小型化では厚み方向の十分な薄型化は困難であった。
なお、このフランジ部は後加工により切除することも可能でフランジレス構造とすることはできるが、光学有効面が円形であるため円の径以下とする小型化は困難であった。

また、円形以外の非軸対称な形状に成形すると、成形後の冷却過程での収縮量が方向によって不均一となるため、光学面の形状精度が悪化し、光学性能が劣化するという問題点があった。このため、成形後にフランジ部を切除せざるを得ず、コスト高になるという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、光学機器などに用いられる光学素子の更なる小型化、薄型化を実現することができる光学用レンズとそれを用いた光学系及び光学用レンズの成形金型並びに製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る光学用レンズは、プラスチック材またはガラス材で形成された光学レンズ本体の周縁部を、対向する直線状の周縁部と、上記直線状の両周縁部に連なる一対の曲線状の周縁部とから構成することにより、上記光学レンズ本体を長方形状に形成すると共に、上記曲線状の周縁部にフランジ部を形成したものである。

また、この発明に係る光学系は、被写体光を入射する開口を有する入射部と、上記入射部を経て上記被写体光を屈折させる屈折部と、上記屈折部により屈折された上記被写体光を結像させる光学用レンズと、上記光学用レンズにより結像された被写体像を撮像する長方形状の撮像素子とを備え、上記光学用レンズ及び撮像素子はそれぞれの寸法の小さい辺が上記入射部への上記被写体光の入射方向に向くようにされたものである。

更に、この発明に係る成形金型は、上記光学レンズ本体の一面に対応し、上記直線状の周縁部と上記曲線状の周縁部及びフランジ部の成形面を形成した固定側成形部材と、上記光学レンズ本体の他面に対応し、上記固定側成形部材への当接時に上記光学用レンズに対応したキャビティを形成する可動側成形部材とを有し、上記光学用レンズの一面または他面の中心から直線状の周縁部までの寸法と上記中心から曲線状の周縁部までの寸法とが異なることによる非中心軸対称の形状収縮変化を上記固定側及び可動側成形部材に非中心軸対称加工を施して吸収するようにしたものである。

この発明に係る光学用レンズによれば、直線状の周縁部間の寸法が曲線状の周縁部間の寸法より短いため、光学用レンズの１方向の小型化を実現することができる。
また、この発明に係る光学用レンズを、折り曲げ型撮像光学系を構成する光学用レンズとして用い、寸法の小さい周縁部を光学系の厚み方向に配設すれば、厚み方向の薄型化を実現することができる。

更に、この発明に係る光学用レンズの反転した形状の金型において、光学用レンズの表面または裏面になる光学機能面を転写する金型駒に非軸対称形状の加工を施すことにより、非軸対称の形状に起因する光学性能の劣化を低減し、成形後に光学面やフランジ部を切除するという工程数を増加させることなく、設計形状のレンズを成形することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１による光学素子の表面の構成を示す平面図、図２は、同じく光学素子の裏面の構成を示す下面図、図３は、実施の形態１による光学素子の全体構成を示す斜視図、図４は、図１及び図２のＡ−Ａ線から切断した構成を示す断面図、図５は、光学用レンズの裏面の光学機能面の最大径が直線状の周縁部間の長さより短くされた光学素子を示す下面図である。

これらの図に示されるように、光学用レンズである光学素子１は、表面の光学機能面２と裏面の光学機能面３とを有する光学用レンズ本体１Ａの周縁部を、対向する直線状の周縁部４、５と、各直線状の周縁部４、５に連なる一対の曲線状の周縁部６、７とから構成することにより、光学レンズ本体１Ａを図１〜図４に示すように、長方形状に形成すると共に、曲線状の周縁部６、７に、周縁部から外方に延びるフランジ部８、９を形成した構成とされている。

直線状の周縁部４、５は光学用レンズ本体１Ａの表面の光学機能面２の中心あるいは裏面の光学機能面３の中心に対し回転対称となるように相対形成され、曲線状の周縁部６、７も同様に相対形成されている。

なお、光学用レンズ本体１Ａの表面は図１〜図４に示すように構成し、裏面は図５に示されるように、直線状の周縁部４、５間の長さより小さい直径を有する円形の周縁部１０を形成するようにしてもよい。この場合、フランジ部８は表面では曲線状の周縁部６から外方へ延在し、裏面では円形の周縁部１０から外方へ延在することになる。

実施の形態１は以上のように構成され、光学素子１の光学用レンズ本体１Ａの形状を円形とせず、対向する直線状の周縁部と、直線状の両周縁部に連なる曲線状の周縁部とから構成することにより長方形状に形成したため、直線状の周縁部間の長さが従来の円形レンズの直径に比して短くなる結果、これらの光学用レンズを組み込んだ装置の薄型化に寄与し得るものである。また、フランジ部８、９は光学用レンズ本体１Ａの固定を容易にする他、レンズ系の組み立て時の固定部としても機能する。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態２による光学素子１の表面の光学機能面２を示す平面図である。
この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
図１と異なる点は、フランジ部８、９にそれぞれ少なくとも１個所の切り欠き部１１を形成した点である。

通常、光学素子１を鏡筒（図示せず）に組み込む場合には、光学素子１に変形が生じるが、フランジ部８、９に切り欠き部１１を形成しておくことにより、組み込み時の変形応力が強度の弱い切り欠き部１１に集中し、光学特性の劣化を防止することができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図７は、光学素子１の有効光学範囲１２を示す平面図、図８は、実施の形態３による折り曲げ光学系の一例を示す概略図である。

図７において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
図１と異なる点は、有効光学範囲１２を示した点である。有効光学範囲１２は光学用レンズ本体１Ａのうち、レンズとして有効に作用する範囲で、図中にハッチングを施して示している。

直線状の周縁部４と５との間の長さをＬ1、Ｌ1方向の有効光学範囲の長さをＬ3、曲線状の周縁部６と７との間の長さをＬ2、Ｌ2方向の有効光学範囲の長さをＬ4とすると、それぞれは、
Ｌ3≦Ｌ1＜Ｌ4≦Ｌ2
のような関係となる。Ｌ1方向の有効光学範囲の長さＬ3が最も短いため、Ｌ1方向が光学機器の厚み方向となるように配設すれば光学機器の厚み方向の薄型化、小型化が可能となる。具体的な光学系の例を図８に示す。

図８は、折り曲げ光学系を利用して光学機器の薄型化を図った例を示すもので、図の上下方向が光学機器（図示せず）の厚み方向を示している。

図示のように、光学機器の厚み方向から矢印Ｘで示すように、被写体光を入射する開口１７と、それに対応して設けられたレンズ２３とからなる入射部１８に隣接してプリズム等の斜面を有する屈折部１９を設け、被写体光を図の横方向に屈折させている。

屈折後、屈折部１９の横に配設された複数のレンズ２４、２５、２６と屈折部１９及びレンズ２３を含む撮像光学系２０を経て撮像素子２１に被写体光を結像させるようにして撮像モジュール２２を形成している。

通常、撮像素子２１は長方形状のものが使用され、その寸法の小さい辺が光学機器の厚み方向に向くように、図８において横長に配設されるため、撮像光学系２０を構成する光学用レンズのうち屈折部１９の横方向に配設されたレンズ２４、２５、２６を、それぞれ図１、図２に示す構成とし、それぞれを図８において横長に配設することにより、図の上下方向の寸法、即ち光学機器の厚み方向の寸法を小さくして厚み方向の薄型化を図ることができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４として図１〜図３に示す光学用レンズを成形するための成形金型及びそれを用いた製造方法について説明する。図９は、実施の形態４による光学用レンズの成形金型を示す断面図である。

図９において、中央部より右側の金型は固定側金型であり、光学用レンズの裏面側の直線状の周縁部と曲線状の周縁部及びフランジ部の成形面３２Ａを有する固定側キャビティ部材２８と、光学用レンズ本体１Ａの裏面の光学機能面に対応する成形面３２Ｂを有する固定側インサート部材３０とから構成されている。

また、図９において、中央部より左側の金型は可動側金型であり、光学用レンズの表面側の直線状の周縁部と曲線状の周縁部及びフランジ部の成形面３２Ｃを有する可動側キャビティ部材２９と、光学用レンズ本体１Ａの表面の光学機能面に対応する成形面３２Ｄを有する可動側インサート部材３１とから構成されている。図中、３２は固定側金型と可動側金型とによって形成されたキャビティ、３３は光学用レンズの成形材を溶融して流入させる流入口である。

光学用レンズの成形材としては、例えばメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロポリオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、脂環式メタクリレート、ポリエステル系樹脂などのプラスチック材料が使用されるが、その他のプラスチック材料を使用してもよく、またガラス素材などを使用してもよい。これらの材料を溶融状態で上記キャビティ３２に流入させて光学用レンズの成形が行なわれる。

また、光学用レンズの表面の光学機能面を形成する成形面３２Ｄは裏面の光学機能面を形成する成形面３２Ｂと同じ曲率とされているが、一方の光学機能面の曲率を他方よりも大きくしてもよいし、逆に小さくしてもよい。なお、この曲率は上述した他の実施の形態の光学用レンズにも適用されることは云うまでもない。

また、図示の例では光学機能面は表面３２Ｄが凸面、裏面３２Ｂが凹面となるような成形面とされているが、このような形状に限定されるものではなく、両面とも凸面、両面とも凹面にしてもよく、また一方の光学機能面、例えば表面３２Ｄを凸面あるいは凹面とし、他方の光学機能面である裏面３２Ｂを平面にしてもよい。また、表面と裏面の形状を逆にしてもよい。
更に、面形状は球面に限定されるものではなく、非球面や、その他の自由曲面としてもよい。その場合、有効光学範囲の大きい面が主たる光学機能面、即ち表面とされる。

上述した金型によって光学用レンズを成形すると、図１０に示すように、表面の光学機能面の中心から直線状の周縁部４または５までの長さをＬ5とし、同じく表面の光学機能面の中心からフランジ部８または９の外端までの長さをＬ6とすると、
Ｌ5≦Ｌ6
の関係となる。

この関係は裏面の光学機能面の中心から直線状の周縁部までの長さＬ5と、同じく裏面の光学機能面の中心からフランジ部の外端までの長さＬ6についても同様である。
このため、光学用レンズの成形時に光学用レンズの表面と裏面のそれぞれにおいて、成形材料のＬ5とＬ6の長さの違いによる固化の時間差が生じて表面、裏面ともに高精度の光学機能面を得ることができないという問題点がある。

この問題点を解決するために実施の形態４では表面の光学機能面に対応する可動側インサート部材３１の成形面３２Ｄと、裏面の光学機能面に対応する固定側インサート部材３０の成形面３２Ｂに非中心軸対称の補正加工を施すことによりＬ5とＬ6の長さの違いによる非中心軸対称の形状収縮変化を吸収するようにしたことを特徴とする。非中心軸対称の補正加工法自体は周知であるため、加工法の具体的説明は省略する。

実施の形態４によれば、光学用レンズの反転した形状の金型により円形や正方形の外形を有する光学用レンズを煩雑な工程を必要とせずに成形することができ、コストを削減することができる。

この発明の実施の形態１による光学素子の表面の構成を示す平面図である。 実施の形態１による光学素子の裏面の構成を示す下面図である。 実施の形態１による光学素子の全体構成を示す斜視図である。 図１及び図２のＡ−Ａ線から切断した構成を示す断面図である。 光学用レンズの裏面の光学機能面の最大径が直線状の周縁部間の長さより短くされた光学素子を示す下面図である。 この発明の実施の形態２による光学素子の表面の光学機能面を示す平面図である。 光学素子の有効光学範囲を示す平面図である。 この発明の実施の形態３による折り曲げ光学系の一例を示す概略図である。 この発明の実施の形態４による光学用レンズの成形金型を示す断面図である。 実施の形態４における問題点を説明するための説明図である。

符号の説明

１ 光学素子（光学用レンズ）、 １Ａ 光学用レンズ本体、 ２、３ 光学機能面、
４、５ 直線状の周縁部、 ６、７ 曲線状の周縁部、 ８、９ フランジ部、
１０ 円形の周縁部、 １１ 切り欠き部、 １２ 有効光学範囲、 １７ 開口、
１８ 入射部、 １９ 屈折部、 ２０ 撮影光学系、 ２１ 撮像素子、
２２ 撮像モジュール、 ２３〜２６ レンズ、 ２７ 金型、
２８ 固定側キャビティ部材、 ２９ 可動側キャビティ部材、
３０ 固定側インサート部材、 ３１ 可動側インサート部材、 ３２ キャビティ、
３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ 成形面、 ３３ 流入口。

Claims (6)

1. プラスチック材またはガラス材で形成された光学レンズ本体の周縁部を、対向する直線状の周縁部と、上記直線状の両周縁部に連なる一対の曲線状の周縁部とから構成することにより、上記光学レンズ本体を長方形状に形成すると共に、上記曲線状の周縁部にフランジ部を形成したことを特徴とする光学用レンズ。
2. 上記直線状の周縁部が長方形状の長辺を形成し、上記曲線状の周縁部が長方形状の短辺を形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載の光学用レンズ。
3. 上記両フランジ部にそれぞれ少なくとも１個所の切り欠き部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光学用レンズ。
4. 被写体光を入射する開口を有する入射部と、上記入射部を経て上記被写体光を屈折させる屈折部と、上記屈折部により屈折された上記被写体光を結像させる請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の光学用レンズと、上記光学用レンズにより結像された被写体像を撮像する長方形状の撮像素子とを備え、上記光学用レンズ及び撮像素子はそれぞれの寸法の小さい辺が上記入射部への上記被写体光の入射方向に向くようにされたことを特徴とする光学用レンズを用いた光学系。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の光学用レンズを成形する成形金型において、上記光学レンズ本体の一面に対応し、上記直線状の周縁部と上記曲線状の周縁部及びフランジ部の成形面を形成した固定側成形部材と、上記光学レンズ本体の他面に対応し、上記固定側成形部材への当接時に上記光学用レンズに対応したキャビティを形成する可動側成形部材とを有し、上記光学用レンズの一面または他面の中心から直線状の周縁部までの寸法と上記中心から曲線状の周縁部までの寸法とが異なることによる非中心軸対称の形状収縮変化を上記固定側及び可動側成形部材に非中心軸対称加工を施して吸収するようにしたことを特徴とする光学用レンズの成形金型。
6. 請求項５記載の光学用レンズの成形金型の上記キャビティにプラスチック材またはガラス材を溶融状態で流入させて光学用レンズを成形することを特徴とする光学用レンズの製造方法。

Images