JP2009034907A - 成形用の金型、光学素子アレイ及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】形状精度の高いレンズアレイを形成することができ、歪みや傷の発生を抑えることができる成形用の金型を提供すること。
【解決手段】本実施形態の固定金型６１等によれば、各素子部分７１ａに対応する各素子転写部６１ａの周囲に設けた支持体転写部６１ｂが凸形状を有するので、キャビティＣＡ内での硬化中、各素子部分７１ａが凸形状に囲まれて十分に独立性を有する状態で配列されることになる。よって、レンズアレイ７１の硬化に際して収縮等が生じても、各素子部分７１ａの配置関係が維持され易く、形状精度の高いレンズアレイ７１を形成することができる。この際、各素子部分７１ａについては、凸形状に囲まれて保持されるので、特に第１光学面７１ｊに応力が働きにくく、歪みや傷の発生を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話機に搭載する撮像装置に利用されるレンズ等を作製するための成形用の金型、並びに、かかる金型を用いた光学素子アレイ及び光学素子に関する。

近年においては、携帯電話機等に撮像装置を搭載することが通常行われている。この種の撮像装置は、基板上にレンズ等の光学素子を接合し、光学素子を介して固体撮像素子の受光面に被写体像を結像させるようになっている。

以上の撮像装置に関しては、製造プロセス簡略化のため、複数のイメージセンサがアレイ状に形成されるウェハの第１主面上に複数の光学レンズを有するレンズアレイを接着するともに、レンズアレイが接着されたウェハをイメージセンサの配列に合わせて分割し、各固体撮像装置を形成する方法がある（特許文献１参照）。また、撮像装置に組み込まれるレンズユニットの製造方法として、レンズアレイ、フィルタアレイ等である複数の光学素子アレイを個々の素子の光軸が一致するように重ねてから、切断線で切断するものもある（特許文献２参照）。
特開２００２−２９０８４２号公報 特開２００４−８８７１３号公報

しかし、レンズアレイは、樹脂を金型中で硬化させることによって得られるが、離型までの工程で収縮等が発生し、レンズアレイを構成するレンズ要素の配置がずれる可能性がある。このように、レンズアレイの寸法が正確でないと、最終的に得られる撮像装置の精度が低下する。また、レンズアレイの硬化時の収縮等が大きいと離型まで過程でレンズアレイに歪みや傷が発生する可能性が高まる。

そこで、本発明は、形状精度の高いレンズアレイを形成することができ、歪みや傷の発生を抑えることができる成形用の金型を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記のような成形用の金型を用いて得られる光学素子アレイ及び光学素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る成形用の金型は、基板上に２次元的に配列されるとともに光学面をそれぞれ有する複数の素子部分を備える光学素子アレイの成形用の金型であって、各素子部分に対応する各素子転写部の周囲が凸形状を有することを特徴とする。

上記成形用の金型では、各素子部分に対応する各素子転写部の周囲が凸形状を有するので、金型内での硬化中、光学素子アレイを構成する各素子部分が凸形状に囲まれて十分に独立性を有する状態で配列されることになる。よって、光学素子アレイの硬化に際して収縮等が生じても、各素子部分の配置関係が維持され易く、形状精度の高い光学素子アレイを形成することができる。この際、各素子部分については、凸形状に囲まれて保持されるので、特に光学面に応力が働きにくく、歪みや傷の発生を抑えることができる。

本発明の具体的な態様では、上記成形用の金型において、各素子転写部の周囲は、各素子転写部の外周部に比較して肉厚の薄い環状のキャビティ部分を形成することを特徴とする。この場合、肉厚の薄い環状のキャビティ部分が光学素子アレイへの応力付与や変形を吸収する緩衝部分となって、各素子転写部に保持された各素子部分の形状精度や配置精度を高めることができる。

本発明の別の態様では、各キャビティ部分が、各素子転写部のうち最も肉厚が大きな部分に比較して１／２以下の厚みを有することを特徴とする。この場合、肉厚の薄い環状のキャビティ部分が各素子部分の変形を効率的に防止し、各素子部分間の寸法変化を効率的に抑制する。

本発明のさらに別の態様では、各素子部分が、光学面に対応する光学素子本体と、光学素子本体の周囲に設けられたフランジ部とを備え、各素子転写部が、光学素子本体に対応する光学転写面と、フランジ部に対応する周縁転写面とを有することを特徴とする。この場合、周縁転写面の周囲が素子部分の移動を制限することになり、離型までに光学転写面に付与される応力を抑えることができる。

本発明のさらに別の態様では、周縁転写面から周囲への立ち下がり角度が、光学転写面が周縁転写面に対して成す角度よりも大きいことを特徴とする。この場合、周縁転写面が素子部分の移動を制限することになり、離型までに光学転写面に付与される応力を抑えることができる。

本発明のさらに別の態様では、光学転写面は円形の凹面又は凸面であり、周縁転写面は輪帯状の平面であることを特徴とする。

本発明のさらに別の態様では、光学素子アレイが、光学的に透明な熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂で形成されることを特徴とする。この場合、金型に拘束されて光学素子アレイが硬化するが、硬化に際して光学素子アレイと金型との収縮度等が大きく異なる場合であっても、上述のように各素子部分の光学面に応力がかかりにくいので、形状精度が高く、複屈折の発生が少なく、離型に際しての傷や割れが少ない光学素子アレイを提供することができる。

また、本発明に係る光学素子アレイは、上述の成形用の金型を用いて成形され、複数の光学転写面に対応する複数の素子部分を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子は、光学素子アレイを構成する複数の素子部分を切断して分離することによって個別化したものであることを特徴とする。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る成形用の金型について、図面を参照しつつ説明する。なお、図１（Ａ）は、成形用の金型のうち固定金型の内面側を説明する図であり、図１（Ｂ）は、成形用の金型のうち可動金型の内面側を説明する図である。

固定金型６１と可動金型６２とを型合わせして締め付けることにより、詳細は後述するが、両金型間６１，６２にキャビティが形成され、このキャビティ中に光学的に透明な熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂等を充填した後に、熱処理、紫外線処理等をすることにより、光学素子アレイであるレンズアレイを成形することができる。

固定金型６１は、円柱状の外形を有し、内側の型面６１ｓには、２次元的に配列された多数の素子転写部６１ａと、これら素子転写部６１ａ間をつなぐ支持体転写部６１ｂとを備える。各素子転写部６１ａは、成形品であるレンズアレイを構成するレンズ素子に対応する部分であり、円形の外周を有し、中央側の円形の光学転写面６１ｄと、周辺側の環状の周縁転写面６１ｅとを備える。光学転写面６１ｄは、上述のレンズ素子の中央に設けた一方側の第１光学面に対応し、周縁転写面６１ｅは、レンズ素子の固定等に利用されるフランジ部の一方側面に対応する。なお、固定金型６１の中央には、樹脂を注入するためのスプル部６１ｇが形成されている。

可動金型６２は、円柱状の外形を有し、内側の型面６２ｓには、２次元的に配列された多数の素子転写部６２ａと、これら素子転写部６２ａ間をつなぐ支持体転写部６２ｂとを備える。各素子転写部６２ａは、固定金型６１の素子転写部６１ａに対向して配置されるべきものであり、円形の外周を有し、中央側の円形の光学転写面６２ｄと、周辺側の環状の周縁転写面６２ｅとを備える。光学転写面６２ｄは、レンズアレイを構成するレンズ素子の中央に設けた他方側の第２光学面に対応し、周縁転写面６２ｅは、レンズ素子の固定等に利用されるフランジ部の他方側面に対応する。なお、可動金型６２の中央には、固定金型６１のスプル部６１ｇに対応して突起６２ｇが形成されている。

図２は、図１に示す金型６１，６２を用いた射出成形装置１００の構造を概念的に説明するブロック図である。

図示の射出成形装置１００は、射出成形機１０と、取出し装置２０と、温度調節装置５０とを備える。射出成形機１０は、射出成形を行って成形品ＭＰを作製する部分であり、取出し装置２０は、射出成形機１０から成形品ＭＰを取り出す部分であり、温度調節装置５０は、射出成形機１０の金型６１，６２の温度を調節する部分である。

射出成形機１０は、固定盤１１と、可動盤１２と、型締め盤１３と、開閉駆動装置１５と、射出装置１６とを備える。射出成形機１０は、固定盤１１と可動盤１２との間に第１の金型である固定金型６１と第２の金型である可動金型６２とを挟持して両金型６１，６２を型締めすることにより成形を可能にする。

固定盤１１は、支持フレーム１４の中央側上面に固定されており、取出し装置２０をその上部に支持する。固定盤１１の内側は、固定金型６１を着脱可能に支持しており、可動盤１２の内側に対向している。なお、固定盤１１は、タイバー６４ａ，６４ｂを介して型締め盤１３に固定されており、成形時の型締め（すなわちロックアップ）の圧力に耐え得るようになっている。

上側タイバー６４ａと下側タイバー６４ｂとは、それぞれ固定盤１１と型締め盤１３との間に架設されている。上側タイバー６４ａと下側タイバー６４ｂとは、実際には２本ずつあり，固定盤１１及び型締め盤１３の四隅に支持されて、互いに平行に延びている。可動盤１２の四隅には、タイバー６４ａ，６４ｂを貫通させるための貫通孔が形成されており、可動盤１２は、タイバー６４ａ，６４ｂに対して摺動可能である。

可動盤１２は、後述するスライドガイド１５ａによって固定盤１１に対して進退移動可能に支持されている。可動盤１２の内側は、可動金型６２を着脱可能に支持しており、固定盤１１の内側に対向している。

型締め盤１３は、支持フレーム１４の端部側上面に固定されているが、タイバー６４ａ，６４ｂが延びている方向に関して位置調整が可能になっており、固定盤１１と可動盤１２との間隔調整を可能にしている。型締め盤１３は、型締めに際して、開閉駆動装置１５の動力伝達部１５ｄを介して可動盤１２をその背後から支持する。

開閉駆動装置１５は、スライドガイド１５ａと、動力伝達部１５ｄと、アクチュエータ１５ｅとを備える。スライドガイド１５ａは、支持フレーム１４上であって可動盤１２の直下に設けられており、可動盤１２を支持するとともに可動盤１２の固定盤１１に対する進退方向に関する滑らかな往復移動を可能にしている。動力伝達部１５ｄは、それぞれトグルリンク等で構成され、アクチュエータ１５ｅからの駆動力を受けて伸縮する。これにより、型締め盤１３に対して可動盤１２が近接したり離間したり自在に変位し、結果的に、可動盤１２と固定盤１１とを互いに近接するように締め付けることができる。

以上の開閉駆動装置１５により、固定盤１１と可動盤１２とに挟まれた固定金型６１と可動金型６２とを型閉じすることができ、或いは、可動盤１２と固定盤１１とを互いに離間させてこれらに挟まれた固定金型６１と可動金型６２とを型開きすることができる。さらに、型閉じに際しては、アクチュエータ１５ｅの駆動によって可動盤１２を固定盤１１側に極めて大きな圧力で押し付けることができ、固定金型６１と可動金型６２とを十分な力で型締めすることができる。

射出装置１６は、シリンダ１６ａ、ホッパ１６ｂ、スクリュ駆動部１６ｃ等を備え、射出端１６ｄから温度制御された状態で溶融樹脂を吐出することができる。射出装置１６は、シリンダ１６ａの射出端１６ｄを固定盤１１に対して分離可能に接続することができ、固定盤１１を介して、固定金型６１と可動金型６２とを型締めした状態で形成されるキャビティ中に溶融樹脂を所望のタイミングで供給することができる。

取出し装置２０は、成形品ＭＰを把持することができるハンド２１と、ハンド２１を３次元的に移動させる３次元駆動装置２２とを備える。取出し装置２０は、固定金型６１と可動金型６２とを離間させて型開きする際に、固定金型６１や可動金型６２に残る成形品ＭＰを把持して外部に搬出する役割を有する。なお、成形品ＭＰが光学素子である場合、光学面を有する製品本体を傷つけないように、成形に付随して形成される不要部分であるスプル等がハンド２１に把持される。

温度調節装置５０は、固定金型６１と可動金型６２との温度調節が可能になっている。具体的には、固定金型６１と可動金型６２とを必要な温度まで加熱して、固定金型６１と可動金型６２との間に形成されたキャビティ中に射出された透明樹脂を硬化させる。

図３（Ａ）は、図２の射出成形装置１００によって形成された成形品ＭＰであるレンズアレイを説明する平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のレンズアレイの側面図である。また、図４（Ａ）は、金型６１，６２によって形成されるキャビティと、キャビティ内のレンズアレイとを説明する拡大側面図である。図４（Ｂ）は、レンズアレイから得た単独のレンズを説明する側面図である。

図示のレンズアレイ７１は、円板状の外形を有し、２次元的に配列された多数の素子部分７１ａと、これら素子部分７１ａ間をつなぐ支持体７１ｂとを備える。ここで、素子部分７１ａは、図１（Ａ）及び１（Ｂ）の金型６１，６２に設けた素子転写部６１ａ，６２ａに対応し、支持体７１ｂは、金型６１，６２に設けた支持体転写部６１ｂ，６２ｂに対応する。前者の素子部分７１ａは、金型６１，６２の光学転写面６１ｄ，６２ｄに挟まれて形成される光学素子本体７１ｄと、金型６１，６２の周縁転写面６１ｅ，６２ｅに挟まれて形成されるフランジ部７１ｅとを備える。図１（Ｂ）に示すように、光学素子本体７１ｄの上側面は、第１光学面７１ｊとなっており、光学素子本体７１ｄの下側面は、第２光学面７１ｋとなっており、この場合、両光学面７１ｊ，７１ｋによって凸凹レンズが形成されている。なお、レンズアレイ７１の中央には、三角錐状のスプル７１ｇが形成されている。

固定金型６１において、周縁転写面６１ｅから周囲の凸部すなわち支持体転写部６１ｂへの立ち上がり角度αは、光学転写面６１ｄが周縁転写面６１ｅに対して成す角度βよりも大きい。つまり、素子部分７１ａのフランジ部７１ｅの側面７１ｍは、その上面７１ｎに対して直角に近い大きな角度を成しており、周縁転写面６１ｅが素子部分７１ａの移動を制限する。これにより、離型までに光学転写面６１ｄに付与される応力を抑えることができる。

また、固定金型６１及び可動金型６２によって形成されるキャビティＣＡのうち、各素子転写部６１ａの周囲は、各素子転写部６１ａの外周部に比較して肉厚の薄い環状のキャビティ部分ＰＣとなっている。特に、図示の例では、キャビティ部分ＰＣの厚みａは、素子転写部６１ａに対応するキャビティのうち最も肉厚が大きな部分の厚みｂに比較して１／２以下となっている。この場合、肉厚の薄い環状のキャビティ部分ＰＣが素子部分７１ａの変形を効率的に防止し、硬化に際しての各素子部分７１ａ間の寸法変化を効率的に抑制する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態の固定金型６１等によれば、各素子部分７１ａに対応する各素子転写部６１ａの周囲に設けた支持体転写部６１ｂが凸形状を有するので、キャビティＣＡ内での硬化中、各素子部分７１ａが凸形状に囲まれて十分に独立性を有する状態で配列されることになる。よって、レンズアレイ７１の硬化に際して収縮等が生じても、各素子部分７１ａの配置関係が維持され易く、形状精度の高い光学素子アレイすなわちレンズアレイ７１を形成することができる。この際、各素子部分７１ａについては、凸形状に囲まれて保持されるので、特に第１光学面７１ｊに応力が働きにくく、歪みや傷の発生を抑えることができる。

なお、以上の第１実施形態では、レンズアレイ７１のレンズ配置を同心円状としたが、例えば碁盤目状にしてもよい。これにより、成形後、素子部分７１ａを個別に切り出す際に直線的に切り出すことが可能である。

〔第２実施形態〕
図５は、第２実施形態に係る金型を説明する側方断面図である。なお、第２実施形態の固定金型１６１は、第１実施形態の固定金型６１を部分的に変更したものであり、特に説明しない部分は第１実施形態と同様であるものとする。

固定金型１６１において、素子転写部６１ａの光学転写面６１ｄは、凸面になっている。この際、周縁転写面６１ｅから周囲の凸部すなわち支持体転写部６１ｂへの立ち上がり角度αは、光学転写面６１ｄが周縁転写面６１ｅに対して成す角度β’よりも大きい。また、図示の例では、キャビティ部分ＰＣの厚みａは、素子転写部６１ａに対応するキャビティのうち最も肉厚が大きな部分の厚みｂ’に比較して１／２以下となっている。

〔第３実施形態〕
図６は、第３実施形態に係る金型を説明する側方断面図である。なお、第３実施形態の可動金型２６２は、第１実施形態の可動金型６２を部分的に変更したものであり、特に説明しない部分は第１実施形態と同様であるものとする。

可動金型２６２において、素子転写部６２ａの光学転写面６２ｄは、凸面になっている。この際、周縁転写面６２ｅから周囲の凸部すなわち支持体転写部２６２ｂへの立ち上がり角度γは、光学転写面６２ｄが周縁転写面６２ｅに対して成す角度δよりも大きい。また、キャビティＣＡのうち、各素子転写部６２ａの周囲のキャビティ部分ＰＣは、各素子転写部６２ａの外周部に比較して肉厚が薄くなっている。特に、図示の例では、キャビティ部分ＰＣの厚みａは、素子転写部６２ａに対応するキャビティのうち最も肉厚が大きな部分の厚みｂに比較して１／２以下となっている。

以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、熱硬化性樹脂によるレンズアレイ７１の成形について説明したが、紫外線硬化樹脂も、上記金型６１，６２，１６１，２６２と同様の構造を有する金型によってレンズアレイ７１に加工することができる。なお、紫外線硬化樹脂の場合、固定金型６１，１６１と、可動金型６２，２６２との少なくとも一方にキャビティＣＡ内にＵＶ光を導く経路が必要となる。例えば、固定金型６１，１６１と、可動金型６２，２６２とのいずれか一方を例えばガラス等の透明材料で形成することができる。

なお、上記の金型６１，６２，１６１，２６２と同様の金型によって、熱可塑性樹脂によるレンズアレイ７１の成形も可能である。

また、上記実施形態では、素子部分７１ａとしてレンズを配列したレンズアレイ７１を形成する場合について説明したが、他のフィルタその他の光学素子を配列した光学素子アレイを形成することもできる。

また、上記実施形態では、レンズアレイ７１の素子部分７１ａを除いて全体が薄い支持体７１ｂとなっているが、素子部分７１ａの周囲の環状部分のみを薄くすることができる。つまり、支持体転写部６１ｂは、例えば、素子部分７１ａの周囲に対応する輪帯状肉薄部分と、その他の肉厚部分とで構成することができる。

（Ａ）は、第１実施形態の成形用の金型のうち固定金型の内面側を説明する図であり、（Ｂ）は、可動金型の内面側を説明する図である。 図１に示す金型を用いた射出成形装置の構造を概念的に説明するブロック図である。 （Ａ）は、図２の射出成形装置によって形成された成形品であるレンズアレイを説明する平面図であり、（Ｂ）は、レンズアレイの側面図である。 （Ａ）は、型によって形成されるキャビティ等を説明する拡大側面図であり、（Ｂ）は、キャビティ中のレンズアレイから得た単独のレンズを説明する側面図である。 第２実施形態に係る金型を説明する側方断面図である。 第３実施形態に係る金型を説明する側方断面図である。

符号の説明

１０…射出成形機、 １１…固定盤、 １２…可動盤、 １３…型締め盤、 １４…支持フレーム、 １５…開閉駆動装置、 １６…射出装置、 ２０…取出し装置、 ５０…温度調節装置、 ６１…固定金型、 ６２…可動金型、 ６１ａ，６２ａ…素子転写部、 ６１ｂ，６２ｂ…支持体転写部、 ６１ｄ，６２ｄ…光学転写面、 ６１ｅ，６２ｅ…周縁転写面、 ６１ｇ…スプル部、 ７１…レンズアレイ、 ７１ａ…素子部分、 ７１ｂ…支持体、 ７１ｄ…光学素子本体、 ７１ｅ…フランジ部、 ７１ｊ…第１光学面、 ７１ｋ…第２光学面、 １００…射出成形装置、 ＣＡ…キャビティ、 ＭＰ…成形品、 ＰＣ…キャビティ部分

Claims (9)

1. 基板上に２次元的に配列されるとともに光学面をそれぞれ有する複数の素子部分を備える光学素子アレイの成型用の金型であって、
   各素子部分に対応する各素子転写部の周囲が凸形状を有することを特徴とする成形用の金型。
2. 前記各素子転写部の周囲は、前記各素子転写部の外周部に比較して肉厚の薄い環状のキャビティ部分を形成することを特徴とする請求項１に記載の成形用の金型。
3. 各キャビティ部分は、前記各素子転写部のうち最も肉厚が大きな部分に比較して１／２以下の厚みを有することを特徴とする請求項２に記載の成形用の金型。
4. 前記各素子部分は、前記光学面に対応する光学素子本体と、光学素子本体の周囲に設けられたフランジ部とを備え、
   前記各素子転写部は、前記光学素子本体に対応する光学転写面と、前記フランジ部に対応する周縁転写面とを有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の成形用の金型。
5. 前記周縁転写面から周囲への立ち上がり角度は、前記光学転写面が前記周縁転写面に対して成す角度よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の成形用の金型。
6. 前記光学転写面は円形の凹面又は凸面であり、前記周縁転写面は輪帯状の平面であることを特徴とする請求項５に記載の成形用の金型。
7. 前記光学素子アレイは、光学的に透明な熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂で形成されることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の成形用の金型。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の成形用の金型を用いて成形され、複数の前記光学転写面に対応する複数の素子部分を有することを特徴とする光学素子アレイ。
9. 請求項８に記載の光学素子アレイを構成する前記複数の前記素子部分を切断して分離することによって個別化したことを特徴とする光学素子。

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