JP2007233194A - 角形単体式光学ガラスレンズ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で高解像度の方形単体式光学ガラスレンズとその製造方法。
【解決手段】単体式ガラスレンズ片であって、方形外周部１０及び光学結像用の中央レンズ面２０より構成され、該方形外周部は鏡筒の接合部の寸法に合わせて鏡筒３内に嵌合され、該中央レンズ面は非球面レンズ凸面２１及び非球面レンズ凹面２２より構成され、該非球面レンズ凸面は結像側に面し、該非球面レンズ凹面は物体側に面してなる。
所定の厚さの研磨ガラス片を加工素材として、レンズ金型において加熱成型することにより、レンズ形成の研磨工程を省略し、安価、かつ高解析度のレンズを製作する。
【選択図】図４

Description

本発明は、携帯電話のカメラ、及びＣＣＤ（電荷結合素子）或いはＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）等の観測部材を利用したカメラに対して、単体式のガラスレンズ片により構成され凹凸非球面を備える、高性能、低コストの光学レンズを提供することを特徴とした、角形単体式光学ガラスレンズ及びその製造方法に関する。

科学技術の進歩に従い、電子製品は絶え間なく軽薄短小及び多機能の方向に発展し、電子製品中、例えばデジタルカメラ、ＰＣカメラ、ネットワークカメラ、携帯電話或いはＰＤＡ等の装置は全てカメラ装置の需要があり、携帯に便利であり、人間的な需要に合致させる為、カメラ装置は良好な結像品質の具有が必要とされるだけでなく、同時に小型で低コストでの製造が必要とされ、そうして始めて効果的にカメラ装置の応用性を向上させることができるのである。

公知の球面研磨ガラスレンズ片の材質は多くの種類があると共にその選択によって色収差を補正するのに有効であり、各種の組合せが広く使用されている。しかしながら、球面研磨ガラスレンズ片についてはＦナンバーが小さく視角が大きい条件においては、球面収差及び非点収差等の収差の補正が困難である。
上述の公知の球面研磨ガラスレンズ片の欠点を改善する為、現在のカメラ装置は既に非球面プラスチックレンズ片或いは非球面ガラスレンズ片を使用して、より良い結像品質を獲得し、例えば、アメリカ合衆国発明特許第６０３１６７０号「ＷＩＤＥ−ＡＮＧＬＥ ＬＥＮＳ」、或いは日本特開２００１−１８３５７８号（Ｐ２００１−１８３５７８Ａ）「カメラ用レンズ」、或いは中華民国公告５７３７４０号「光学カメラレンズ」等、上述の光学カメラレンズの構造は、そのレンズの長さは依然として大きく、例えば、日本特開Ｐ２００１−１８３５７８Ａ「カメラ用レンズ」は２枚のレンズ片より構成され、通称“ｌｇ−ｌｐ”レンズ（一枚のガラスｇｌａｓｓ及び一枚のプラスチックｐｌａｓｔｉｃレンズより構成）或いは“２−ｇ”、“２−ｐ”レンズ（２枚のガラスレンズ或いは２枚のプラスチックレンズより構成）と呼ばれ、その内、一枚目のレンズ片の第一面から二枚目のレンズ片の第二面の距離ｄは０．９ｆ以上（ｆはレンズ片を組み合わせた全体の焦点距離）であり、カメラのレンズは小型で低コストの要求を満たすことができないのである。又、公知の非球面レンズは全て両凸面の非球面レンズ面を備えてなり、その製造プロセスは、先ず塊状のガラス原料を利用し、まず数個の塊状材料に切断し、各塊状材料を表面研磨及び仕上げ加工し、両凸球面を備える半完成品或いは球体の半完成品を形成し、該半完成品をレンズ型に置き、直接高温高圧で成形する。その内、表面研磨及び仕上げ加工のステップは相当な時間が掛かり、製造コストも相対的に高くなり精密化することができず、電子製品の軽薄短小の要求を満たすことができないだけでなく、カメラレンズの応用性も制限されるのである。
特開２００１−１８３５７８号公報

本発明は、薄片状のガラス原料を利用し、先ず数個の方形薄片材料に切断し、該方形薄片材料をレンズ片形成金型内に置き、直接高温高圧で単体式のガラスレンズ片を成形し、該ガラスレンズ片は方形外周部及び中央レンズ面が設けられてなり、該方形外周部は鏡筒の接合部の寸法に合わせられ鏡筒内に嵌合され、該中央レンズ面は凸面凹面の非球面に設計されてなり、その凸面は結像側に面し凹面は物体側に面してなることにより、レンズの製造プロセスを簡易化し、製造コストを下げ、レンズは高解析度及び小型化を達成し、レンズの応用性を向上させることが可能であるとした方形単体式光学ガラスレンズを提供することを目的とする。

本発明は、更に、中央レンズ面は凸面凹面の非球面を備えてなり、レンズが精密化され高解析度を備えるだけでなく、レンズの体積を効果的に縮小し、焦点距離は１．８７ｍｍ以下になり、全長（レンズ前面から観測面の距離）は２．８７ｍｍ以下となり、ＣＭＯＳを採用した観測面の対角線寸法は３．７ｍｍ（１／７インチ）以下となり、レンズの応用性を向上させることが可能であるとした方形単体式光学ガラスレンズを提供する。

本発明は更に、以下のステップ、
薄片状のガラス原料の提供、
数個の方形薄片材料に切断、
該方形薄片材料を凸面凹面非球面レンズ片形成金型内に載置、
直接高温高圧で単体式のガラスレンズ片を成形、
する工程より構成されてなることにより、製造プロセスの簡易化及び製造コストの低下を可能であるとした方形単体式光学ガラスレンズの製造方法を提供する。

本発明の単体式光学レンズ及びその製造方法は、薄片状ガラス原料を裁断して方形薄片材料を形成し、レンズ成形金型により該方形薄片材料を高温高圧処理し単体式ガラス片に成形し、該単体レンズ片は、方形外周部及び光学結像用の中央レンズ面より構成されてなる。

上記構成からなる、本発明の単体式光学レンズ及びその製造方法は、方形単体式ガラスレンズの製造工程を簡易化し、レンズに高解析度を備えて体積を縮小させることを可能とする。

上述の目的及び効果を達成する為、本発明が採用した技術的手段及びその構造は、以下に説明図及び実施例を用いてその特徴と効果を詳細に説明する。

図１乃至４に示すように、本発明の方形単体式光学レンズ１は単体式のガラスレンズ片であり、方形外周部１０及び中央レンズ面２０より構成され、該方形外周部１０は鏡筒（ｌｅｎｓ ｈｏｌｄｅｒ）３の接合部３１の寸法に合わせられ、レンズ１は鏡筒３内に嵌合させる。該中央レンズ面２０は非球面レンズ凸面２１及び非球面レンズ凹面２２の非球面光学レンズ面より構成されてなり、その内該非球面レンズ凸面２１は結像側に面し、該非球面レンズ凹面は物体側に面してなる。図４に示すように、光線は鏡筒３の前面の絞り３２より入射し、先ず非球面レンズ凹面２２を経由してレンズ１に入射し、更に非球面レンズ凸面２１でレンズ１から出て、更に保護レンズ４１を通過し、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）観測部材４或いはＣＣＤ（電荷結合素子）の観測面４２上に結像する。

現代の科学技術製品の軽薄短小に対する要求により、光学カメラレンズも高品質、低コスト、軽薄短小等の方向を目指して発展を要求され、本発明の光学レンズ１は独自の製造工程により、形成されるレンズの構造も独自のものとして、上述の要求を満たすことを可能とした。図６，７に示すように、本発明のレンズは、焦点距離は１．８７ｍｍ以下を達成し、全長（鏡筒３前面の絞り３２から観測面４２の距離）は２．８７ｍｍ以下を達成し、ＣＭＯＳ観測部材４が採用する観測面４２の対角線の寸法は１／７インチ以下にてなることが可能である。本発明の実施例の中央レンズ面２０の非球面レンズ凸面及び非球面レンズ凹面２２のパラメーターは以下のようになる。

図９、１０に示すように、本発明の製造工程は以下のステップより構成される。
ステップ１：均等な厚さを備える薄片状ガラス原料５を準備
ステップ２：上述の薄片状ガラス原料５を、数個の方形薄片材料６に切断し、各方形薄片単位６はガラス原料５の均等な厚みを具える。
ステップ３：レンズ成形金型７を準備し、該成形金型の上、下型の中央箇所には非球面金型凹面７１及び非球面金型凹面７２の二つの対応する非球面金型面を設け、非球面金型凹面７１及び非球面金型凹面７２のリング縁に型溝７３を設ける。
ステップ４：該方形薄片材料６をレンズ成形金型７の中心位置に載置し、高温高圧成形処理を実行し、方形薄片材料６の中心部６１をレンズ成形金型７の非球面金型凹面７１及び非球面金型凹面７２により加圧し、レンズ１中央レンズ面２０の非球面レンズ凸面２１及び非球面レンズ凹面２２を形成する。方形薄片材料６の外環部６２は圧力を受けて型溝内から外部へ拡延し、レンズ１の方形外周部１０を構成する。
ステップ５：レンズ成形金型７内から成形されたレンズ１を取り出し、レンズ１の製造を完成

その内、ステップ１において、該ガラス原料５は面積が大きく均等な厚みを備えるガラス板体にてなり、公知の塊状ガラス原料に取って代わり、本発明の実施例にて述べる通り、厚みは０．４０ｍｍにてなることができる。

ステップ２において、該方形薄片材料６はガラス原料５が元々備える均等な厚みを具有すると共に、適当なサイズを具有し、直接レンズ形成金型７の型内に載置して高温高圧成形処理を実行し、公知の技術の塊状ガラス原料から製成される塊状材料に取って代わることができ、公知の技術において必要とされた表面の研磨及び仕上げ加工の工程を必要としないため、公知の製造工程と比較して本発明は研磨及び仕上げの時間を省略することができ、製造コストを下げることができる。本発明の実施例にて述べたように、該方形薄片材料６はガラス原料５と同じく均等な厚みを具有し、側辺６３の長さは１．７０ｍｍであって、成形後のレンズ１の方形外周部１０の側辺の長さより若干短く、その差は高温高圧の成形処理時に薄片材料６がレンズ形成金型７内で圧力を受けた後に外部に拡延された距離である。

ステップ３において、該レンズ成形金型７の上下型の中央部には非球面金型凹面７１及び非球面金型凸面７２が対応して設けられ、レンズ１の中央レンズ面２０の非球面レンズ凸面２１及び非球面レンズ凹面２２を成形する。非球面金型凹面７１或いは非球面金型凸面７２の外周に型溝７３を設けてなり、レンズ１の方形外周部１０に対応する。本発明の実施例においては、該型溝７３は直径２．５ｍｍの円形型溝で設計し、その深さは０．３１９ｍｍにてなり、レンズ１の方形外周部１０の厚みに対応する。

ステップ４において、高温高圧処理中、方形薄片材料６の中心部６１はレンズ１の非球面レンズ凸面２１及び非球面レンズ凹面２２を成形し、凸面凹面の中央レンズ面２０を構成し、同時に方形薄片材料６はレンズ成形金型７内にて圧力を受けた後その外環部６２の外側に拡延してレンズ１の方形外周部１０を形成し、方形薄片材料６の角部６４は圧力を受けて延伸して円形型溝７３のリング面７４に至り、レンズ１の円弧角１２を形成する。

ステップ５において、既に成形されたレンズ１をレンズ成形金型７から取り出し、その冷却後、レンズ１の製造工程を完成する。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

本発明の実施例の光学構造の立体説明図である。 図１の断面図である。 図１の正面図である。 本発明の使用時の状態の光学構造の断面図である。 図４の光路の説明図である。 図２の実施例の参考寸法図である。 図３の実施例の参考寸法図である。 図４の参考寸法図である。 本発明の工程図である。 図７に示す工程の簡易説明図である。

符号の説明

１ レンズ
１０ 方形外周部
２０ 中央レンズ面
２１ 非球面レンズ凸面
２２ 非球面レンズ凹面
３ 鏡筒
３１ 接合部
３２ 絞り
４ 観測部材
４１ 保護レンズ
４２ 観測面
５ ガラス部材
６ 角形薄片
６１ 中心部
６２ 外環部
６３ 側辺
６４ 角部
７ レンズ成形金型
７１ 非球面金型凹面
７２ 非球面金型凸面
７３ 型溝
７４ リング面

Claims (11)

1. 薄片状ガラス原料を裁断して形成された方形薄片材料をレンズ成形金型により高温高圧成形されてなる単体レンズ片であって、
   方形外周部及び光学結像用の中央レンズ面より構成され、
   該方形外周部は、鏡筒内に鏡筒の接合部にて嵌合する嵌合部とし、
   該中央レンズ面は非球面レンズ凸面及び非球面レンズ凹面より構成され、該非球面レンズ凸面は結像側に面し、該非球面レンズ凹面は物体側に面してなることを特徴とする
   方形単体式光学ガラスレンズ。
2. 前記ガラスレンズの焦点距離は１．８７ｍｍ以下にてなることを特徴とした、請求項１に記載の方形単体式光学ガラスレンズ。
3. 薄片状ガラス原料を裁断して形成された方形薄片材料をレンズ成形金型により高温高圧成形されてなる単体レンズ片において、
   方形外周部及び光学結像用の中央レンズ面より構成され、
   該方形外周部は、鏡筒内に鏡筒の接合部にて嵌合する嵌合部とし、
   該中央レンズ面は非球面レンズ凸面及び非球面レンズ凹面より構成され、該非球面レンズ凸面は結像側に面し、該非球面レンズ凹面は物体側に面するものであり、
   該中央レンズ面の非球面レンズ凸面を、光学映像を結像する観測部材に対して配置してなる、ことを特徴とする方形単体式光学ガラスレンズを備えたカメラ。
4. 前記観測部材は、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）或いはＣＣＤ（電荷結合素子）にてなる、ことを特徴とする請求項３記載の方形単体式光学ガラスレンズを備えたカメラ。
5. 前記ガラスレンズの全長、即ち鏡筒の前面から観測面までの距離は、２．８７ｍｍ以下にてなる、ことを特徴とする請求項３記載の方形単体式光学ガラスレンズを備えたカメラ。
6. 前記観測部材の観測面の対角線の寸法は、３．７ｍｍ（１／７インチ）以下にてなる、ことを特徴とする請求項３乃至５記載の方形単体式光学ガラスレンズを備えたカメラ。
7. 均等な厚さを備える薄片状ガラス原料を準備し、
   上述の薄片状ガラス原料をガラス原料の均等な厚みを具有する複数個の方形薄片材料に切断し、
   レンズ成形金型を準備して、該成形金型の上、下型の中央箇所に非球面金型凹面及び非球面金型凹面の二つの対応する非球面金型面を設け、非球面金型凹面及び非球面金型凹面のリング縁に型溝を設け、
   該方形薄片材料をレンズ成形金型の中心位置に載置して、高温高圧成形処理を実行し、方形薄片材料の中心部をレンズ成形金型の非球面金型凹面及び非球面金型凹面により加圧してレンズ中央レンズ面の非球面レンズ凸面及び非球面レンズ凹面に成型し、方形薄片材料の外環部を加圧力により型溝内から外部へ拡延してレンズの方形外周部を形成し、
   レンズ成形金型内から成形されたレンズを取り出し、レンズの製造を完成する、
   上述のステップにより構成されることを特徴とする、方形単体式光学ガラスレンズの製造方法。
8. 前記ガラス原料の厚みは０．４０ｍｍにてなることを特徴とした、請求項７に記載の方形単体式光学レンズの製造方法。
9. 前記方形薄片材料の側辺の長さは１．７０ｍｍにてなることを特徴とした、請求項７、８に記載の方形単体式光学レンズの製造方法。
10. 前記型溝は直径２．５ｍｍの円形型溝にてなることを特徴とした、請求項７に記載の方形単体式光学レンズの製造方法。
11. 前記型溝の深さは０．３１９ｍｍにてなることを特徴とした、請求項７、１０に記載の方形単体式光学レンズの製造方法。
    
    

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