JP2010083066A

JP2010083066A - 光学素子成形用金型およびこれを用いた光学素子の製造方法

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Publication number: JP2010083066A
Application number: JP2008256265A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Shibuya; 和孝渋谷; Hiroyuki Shinohara; 浩之篠原
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-10-01
Also published as: JP5254731B2

Abstract

【課題】不要光を除去することによって良好な光学性能を発揮することができる光学素子を得ることができる光学素子成形用金型およびこれを用いた光学素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】第２の転写面１４が、第１の光学機能面２ａの光軸に相当する第１の転写面１２の中心軸に直交するとともに光拡散用の粗面形状を有するような面形状に形成され、第５の転写面２０が、第２の光学機能面２ｂの光軸に相当する第４の転写面１８の中心軸に直交するとともに光拡散用の粗面形状を有するような面形状に形成されていること。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子成形用金型およびこれを用いた光学素子の製造方法に係り、特に、光学機能面の周囲に非光学機能面を有する光学素子を成形するための光学素子成形用金型およびこれを用いた光学素子の製造方法に関する。

従来から、例えば、携帯電話、携帯型のコンピュータやテレビ電話等に搭載するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用したカメラに用いられるレンズの製造には、樹脂材料の射出成形等の金型を用いた製造方法が適用されていた。

この種の金型を用いたレンズの製造方法においては、固定型と可動型とを接触させた状態（金型を閉じた状態）において、固定型と可動型との間に溶融した樹脂材料を流入して冷却・硬化することによって、固定型と可動型との間の空間（キャビティ）内にレンズを一体成形するようになっていた。

ここで、図３は、従来の金型によって成形されたレンズ１の一例を示したものであり、このレンズ１は、光学機能部２と、この光学機能部２の外周に周設された非光学機能部３と、この非光学機能部３の外周に周設されたフランジ部４とを有している。

光学機能部２は、平面円形状の第１レンズ面２ａと、この第１レンズ面２ａにレンズ１の厚み方向において対向する平面円形状の第２レンズ面２ｂとの２つのレンズ面２ａ、２ｂを有している。

非光学機能部３は、第１レンズ面２ａに対するレンズ１の径方向の外側位置に、第１レンズ面２ａの外周に隣接するように形成された第１非光学機能面３ａを有しており、この第１非光学機能面３ａは、第１レンズ面２ａの光軸ＯＡ_１に直交する第１レンズ面２ａと同心の平面円環状の平坦面（鏡面）に形成されている。

また、非光学機能部３は、第２レンズ面２ｂに対する径方向の外側位置に、第２レンズ面２ｂの外周に隣接するように形成された第２非光学機能面３ｂを有しており、この第２非光学機能面３ｂは、第２レンズ面２ｂの光軸ＯＡ_２に直交する第２レンズ面２ｂと同心の平面円環状の平坦面（鏡面）に形成されている。

フランジ部４は、第１非光学機能面３ａに対する径方向の外側位置に、第１非光学機能面３ａを包囲するように形成された円環状の第１フランジ面４ａを有しており、また、第２非光学機能面３ｂに対する径方向の外側位置に、第２非光学機能面３ｂを包囲するように形成された円環状の第２フランジ面４ｂを有している。

このようなレンズ１の成形においては、第１レンズ面２ａの光軸ＯＡ_１と第２レンズ面２ｂの光軸ＯＡ_２とが互いに一致した成形品を成形することが、レンズ１の光学性能を適切に発揮させるために重要とされていた。

このため、レンズ１の成形に際しては、固定型および可動型のそれぞれにおける非光学機能面３ａ、３ｂの転写面を基準としながら、固定型および可動型のそれぞれにおけるレンズ面２ａ、２ｂの転写面同士の同軸調整およびチルト調整を行うようになっていた。具体的には、非光学機能面３ａ、３ｂの転写面同士を互いに平行かつ互いに同軸（同心）上に位置させることによって、レンズ面２ａ、２ｂの転写面同士の同軸調整およびチルト調整を行うようになっていた。

このような同軸・チルト調整は、調整前の金型によって一旦レンズ１の試作品を成形して、成形されたレンズ１の非光学機能面３ａ、３ｂ同士が互いに平行かつ同心に位置しているか否かに基づいて行われることもあった。

したがって、金型における非光学機能面３ａ、３ｂの転写面は、成形段階においてレンズ面２ａ、２ｂの光軸同士を互いに一致させる上で不可欠な構成であった。

特開平２−１５７８１０号公報

しかるに、このように固定型と可動型との同軸・チルト調整を適切に行ったとしても、従来は、非光学機能面３ａ、３ｂが平坦面（鏡面）に形成されていたため、レンズ１を用いて撮像を行う場合には、本来レンズ１の光学性能に関与すべきでない非光学機能面３ａ、３ｂにおける光透過や光反射が起こることによって、撮像された画像上に不要光によるフレアやゴーストが現れてしまうといった問題が生じていた。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、不要光を除去して良好な光学性能を発揮することができる光学素子を得ることができる光学素子成形用金型およびこれを用いた光学素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る光学素子成形用金型の特徴は、互いに接離可能とされた第１の金型および第２の金型を備え、接触状態における前記第１の金型と前記第２の金型との間の空間内に光学素子を成形可能とされた光学素子成形用金型であって、前記第１の金型は、前記光学素子における第１の光学機能面を成形するための第１の転写面、および前記第１の光学機能面の外周に隣接する前記光学素子における第１の非光学機能面を成形するための第２の転写面が形成された第１の金型駒と、この第１の金型駒の外側に周設され、前記第１の非光学機能面を包囲する前記光学素子における第１のフランジ面を成形するための第３の転写面が形成された第２の金型駒とを備え、前記第２の金型は、前記第１の光学機能面に前記光学素子の厚み方向において対向する前記光学素子における第２の光学機能面を成形するための第４の転写面、および前記第２の光学機能面の外周に隣接する前記光学素子における第２の非光学機能面を成形するための第５の転写面が形成された第３の金型駒と、この第３の金型駒の外側に周設され、前記第２の非光学機能面を包囲する前記光学素子における第２のフランジ面を成形するための第６の転写面が形成された第４の金型駒とを備え、前記第２の転写面は、前記第１の光学機能面の光軸に相当する前記第１の転写面の中心軸に直交するとともに光拡散用の粗面形状を有するような面形状に形成され、前記第５の転写面は、前記第２の光学機能面の光軸に相当する前記第４の転写面の中心軸に直交するとともに光拡散用の粗面形状を有するような面形状に形成されている点にある。

そして、この請求項１に係る発明によれば、光拡散用の粗面形状を有する第１の非光学機能面および第２の非光学機能面によって不要光を拡散することにより、第１の光学機能面および第２の光学機能面を通る光の光路上から不要光を除去することができる光学素子を製造することが可能となる。

また、請求項２に係る光学素子成形用金型の特徴は、請求項１において、前記第２の転写面および前記第５の転写面が、平坦な金属面上にブラスト加工またはシボ加工を施してなる点にある。

そして、この請求項２に係る発明によれば、簡便な加工によって光拡散機能を備えた第１の光学機能面および第２の光学機能面を形成することができるので、光学素子の光学性能を安価に向上させることが可能となる。

さらに、請求項３に係る光学素子成形用金型の特徴は、請求項１または２において、前記光学素子としてのレンズの成形に用いられる点にある。

そして、この請求項３に係る発明によれば、レンズの光学性能を向上させることが可能となる。

さらにまた、請求項４に係る光学素子の製造方法の特徴は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子成形用金型を用いて光学素子を成形する点にある。

そして、このような方法によれば、光学性能が向上された光学素子を製造することが可能となる。

本発明によれば、不要光を除去して良好な光学性能を発揮することができる光学素子を得ることができる。

以下、本発明に係る光学素子成形用金型およびこれを用いた光学素子の製造方法として、レンズ成形用金型およびこれを用いたレンズの製造方法の実施形態について、図１および図２を参照して説明する。

なお、従来と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

まず、本実施形態においては、便宜上、本実施形態におけるレンズ成形用金型を用いて成形された光学素子としてのレンズについて説明する。

図１に示すように、本実施形態におけるレンズ５は、光学機能部２と、この光学機能部２の外周に周設された非光学機能部６と、この非光学機能部６の外周に周設されたフランジ部４とを有しており、このレンズ５は、樹脂材料の射出成形によって一体的に形成されている。

また、光学機能部２は、第１の光学機能面としての平面円形状の第１レンズ面２ａと、この第１レンズ面２ａにレンズ５の厚み方向において対向する第２の光学機能面としての第１レンズ面２ａよりも小径な平面円形状の第２レンズ面２ｂとの２つのレンズ面２ａ、２ｂを有している。これらのレンズ面２ａ、２ｂは、非球面であってもよい。

非光学機能部６は、第１レンズ面２ａに対するレンズ５の径方向の外側位置に、第１レンズ面２ａの外周に隣接するように形成された第１の非光学機能面としての第１非光学機能面６ａを有している。

この第１非光学機能面６ａは、その巨視的（大まか）な形状が、第１レンズ面２ａの光軸ＯＡ_１に直交する第１レンズ面２ａと同心の平面円環状（換言すれば、円環状の帯状）に形成されているとともに、その微視的（詳細）な形状が、粗面形状に形成されており、この粗面形状によって、第１非光学機能面６ａに入射した光を拡散させることが可能とされている。

なお、第１非光学機能面６ａの粗面形状は、例えば、面６ａ全体にわたってあたかも平坦面上にブラスト加工が施されたような粗面形状であってもよく、あるいは、平坦面上にシボが形成されたような粗面形状であってもよい。

また、非光学機能部６は、第２レンズ面２ｂに対する径方向の外側位置に、第２レンズ面２ｂの外周に隣接するように形成された第２の非光学機能面としての第２非光学機能面６ｂを有している。

この第２非光学機能面６ｂは、その巨視的な形状が、第２レンズ面２ｂの光軸ＯＡ_２に直交する第２レンズ面２ｂと同心の平面円環状（換言すれば、円環状の帯状）に形成されているとともに、その微視的（詳細な）な形状が、粗面形状に形成されており、この粗面形状によって、第２非光学機能面６ｂに入射した光を拡散させることが可能とされている。

この第２非光学機能面６ｂの粗面形状も、例えば、面６ｂ全体にわたってあたかも平坦面上にブラスト加工が施されたような粗面形状や、平坦面上にシボが形成されたような粗面形状であってもよい。

フランジ部４は、第１非光学機能面６ａに対する径方向の外側位置に、第１非光学機能面６ａを包囲するように形成された平面円環状の第１のフランジ面４ａを有しており、また、第２非光学機能面６ｂに対する径方向の外側位置に、第２非光学機能面６ｂを包囲するように形成された平面円環状の第２のフランジ面４ｂを有している。

なお、本実施形態において、第１レンズ面２ａの光軸ＯＡ_１と第２レンズ面２ｂの光軸ＯＡ_２とは互いに一致している。

そして、このようなレンズ１は、図２に示すような本実施形態におけるレンズ成形用金型８を用いた樹脂材料の射出成形によって製造されるようになっている。

図２に示すように、レンズ成形用金型８は、大別して、第１の金型としての上型９と、第２の金型としての下型１０とを有しており、上型９は固定型、下型１０は可動型とされている。そして、可動型とされた下型１０が固定型とされた上型９に対して接離することによって、両金型９、１０が互いに接離（開閉）可能とされている。

上型９は、第１の金型駒としての上型側レンズ駒１１を有しており、この上型側レンズ駒１１には、レンズ５における第１レンズ面２ａを成形するための第１の転写面としての第１転写面１２が形成されている。

また、上型側レンズ駒１１における第１転写面１２の径方向（図２における横方向）の外側位置には、第１非光学機能面６ａを成形するための第２の転写面としての第２転写面１４が、第１転写面１２に連なるように形成されている。

さらに、上型９は、上型側レンズ駒１１の外側に周設された第２の金型駒としての上型側枠駒１５を有しており、この上型側枠駒１５には、レンズ５における第１フランジ面４ａを成形するための第３の転写面としての第３転写面１６が形成されている。

一方、下型１０は、第３の金型駒としての下型側レンズ駒１７を有しており、この下側型レンズ駒１７には、レンズ５における第２レンズ面２ｂを成形するための第４の転写面としての第４転写面１８が形成されている。

また、下側側レンズ駒１７における第４転写面１８の径方向の外側位置には、第２非光学機能面６ｂを成形するための第５の転写面としての第５転写面２０が、第４転写面１８に連なるように形成されている。

さらに、下型１０は、下型側レンズ駒１７の外側に周設された第４の金型駒としての下型側枠駒２１を有しており、この下型側枠駒２１には、レンズ５における第２フランジ面４ｂおよびフランジ部４の外周面４ｃを成形するための第６の転写面としての第６転写面２２が形成されている。

このようなレンズ成形用金型８は、上型９と下型１０との接触状態（金型８が閉じられた状態）における第１〜第７転写面１２、１４、１６、１８、２０、２２、２３に囲まれた上型９と下型１０との間の空間によって、レンズ５の成形位置となるキャビティが形成されるようになっている。

また、上型９と下型１０との接触状態における上型９と下型１０との間には、キャビティに連通されたゲートおよびこのゲートに連通されたランナが形成されるようになっている。

さらに、上型９には、ランナに連通された図示しないスプールが形成されている。

さらにまた、本実施形態において、第２転写面１４は、その巨視的（大まか）な形状が、第１レンズ面２ａの光軸ＯＡ_１に相当する第１転写面１２の中心軸Ｓ_１に直交するような第１転写面１２と同心の平面円環状に形成されている。

さらに、第２転写面１４は、その微視的（詳細な）な形状が、粗面形状（光拡散用の粗面形状）に形成されており、この粗面形状を樹脂材料に転写させることによって、光拡散機能を有する第１非光学機能面６ａを成形することが可能とされている。

この第２転写面１４の粗面形状は、既存の金型における平坦な金属面（鏡面）上に、ブラスト加工やシボ加工を施すことによって簡便かつ安価に形成されたものであってもよい。

また、第５転写面２０は、その巨視的な形状が、第２レンズ面２ｂの光軸ＯＡ_２に相当する第４転写面１８の中心軸Ｓ_２に直交するような第４転写面１８と同心の平面円環状に形成されている。

さらに、第５転写面２０は、その微視的な形状が、粗面形状（光拡散用の粗面形状）に形成されており、この粗面形状を樹脂材料に転写させることによって、光拡散機能を有する第２非光学機能面６ｂを成形することが可能とされている。

この第５転写面２０の粗面形状も、第２転写面１４の粗面形状と同様に、既存の金型における平坦な金属面（鏡面）上に、ブラスト加工やシボ加工を施すことによって簡便かつ安価に形成されたものであってもよい。

さらに、レンズ成形用金型８には、成形品を可動型である下型１０から離型させるための図示しない離型手段が配設されている。この離型手段は、エジェクタピンであってもよいが、小型のレンズ５の成形に対応するための小型のレンズ成形用金型８においては、下型側レンズ駒１７を突き出すことによって成形品を下型１０から離型させる所謂コア突き方式の離型手段を設けることが望ましい。

次に、このようなレンズ成形用金型８を用いてレンズ５を成形する場合には、まず、第１転写面１２の中心軸Ｓ_１と第４転写面１８の中心軸Ｓ_２とを互いに一致させる金型９、１０間の同軸・チルト調整を行い、両金型９、１０を互いに接触させる。この同軸・チルト調整は、調整前のレンズ成形用金型８によって一旦レンズ５の試作品を成形し、成形されたレンズ５の試作品の寸法精度に基づいて金型の調整量を予め算出し、算出された調整量に基づいて行うようにしてもよい。

次いで、接触状態の金型９、１０における第１〜第７転写面１２、１４、１６、１８、２０、２２、２３に囲まれたキャビティ内に、スプール、ランナおよびゲートを通して溶融状態の樹脂材料を供給する。

このとき、第２転写面１４と第５転写面２０とを互いに平行かつ同心（同軸）上に位置させることによって、第２転写面１４と第５転写面２０とを基準とした金型９、１０間の同軸・チルト調整を簡便かつ正確に行うことができる。

そして、キャビティ内に供給された樹脂材料を冷却硬化させることによって、第１〜第７転写面１２、１４、１６、１８、２０、２２、２３の形状が樹脂材料に転写されて、キャビティ内に成形品におけるレンズ５部分が成形される。このとき、ゲート、ランナおよびスプール内の樹脂材料も冷却硬化されることによって、レンズ５部分と一体をなす成形品が成形される。

なお、本実施形態においては、上型側レンズ駒１１と上型側枠駒１５との境界（以下、上型９側の駒割と称する）が、第１転写面１２の外周から径方向の外側に離間した位置に形成されているため、成形品の成形時に、上型９側の駒割の位置に成形品のバリが生じたとしても、このバリが第１レンズ面２ａの形状に悪影響を及ぼすことはない。

同様に、本実施形態においては、下型側レンズ駒１７と下型側枠駒２１との境界（以下、下側１０側の駒割と称する）が、第４転写面１８の外周から径方向の外側に離間した位置に形成されているため、成形品の成形時に、下型１０側の駒割の位置に成形品のバリが生じたとしても、このバリが第２レンズ面２ｂの形状に悪影響を及ぼすことはない。

次いで、レンズ成形用金型８内に成形された成形品をレンズ成形用金型８から離型させ、離型された成形品からレンズ５部分を分断することによって、図１に示したようなレンズ５が得られる。

以上述べたように、本実施形態によれば、第１非光学機能面６ａおよび第２非光学機能面６ｂによって不要光を拡散することにより、第１光学機能面６ａおよび第２光学機能面６ｂを通る光の光路上から不要光を除去して良好な光学性能を発揮することができるレンズ５を得ることが可能となる。

また、本実施形態においては、第１レンズ面２ａと第１非光学機能面６ａとがともに同一の金型駒である上型側レンズ駒１１によって成形され、第２レンズ面２ｂと第２非光学機能面６ｂとがともに同一の金型駒である下型側レンズ駒１７によって成形されているため、成形されたレンズ５の寸法精度を検査する際におけるレンズ厚の測定を高精度に行うことができる。

すなわち、レンズ厚を直接デジマチックインジケータ（株式会社ミツトヨ製）を用いて測定する場合には、安定性が悪く測定値に対する信頼性も低いものとなる。

これに対して、本実施形態のレンズ５によれば、まず、第１非光学機能面６ａを基準とした第１レンズ面２ａの面頂の高さ、第２非光学機能面６ｂを基準とした第２レンズ面２ｂの高さを、それぞれ超高精度三次元測定機（ＵＡ３Ｐ）によって測定し、次いで、両非光学機能面６ａ、６ｂ間の距離をデジマチックインジケータで測定し、最後に、第１レンズ面２ａの面頂の高さ、第２レンズ面２ｂの面頂の高さ、および両非光学機能面６ａ、６ｂ間の距離を足し合わせることによって、レンズ厚の測定値を算出することができる。このとき、第１レンズ面２ａの面頂の高さは、第１レンズ面２ａと同一の金型駒（上型側レンズ駒１１）によって成形された第１非光学機能面６ａを基準として測定し、また、第２レンズ面２ｂの面頂の高さは、第２レンズ面２ｂと同一の金型駒（下型側レンズ駒２１）によって成形された第２非光学機能面６ｂを基準として測定するため、測定値の精度は良く、信頼性がある。また、両非光学機能面６ａ、６ｂ間の距離も、両非光学機能面６ａ、６ｂの平面形状に基づいて容易かつ高精度に測定することができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本実施形態におけるレンズ成形用金型によって製造されたレンズを示す構成図本実施形態におけるレンズ成形用金型を示す構成図従来から採用されていたレンズの一例を示す構成図

符号の説明

２ａ第１レンズ面
２ｂ第２レンズ面
１２第１転写面
１４第２転写面
１８第４転写面
２０第５転写面

Claims

互いに接離可能とされた第１の金型および第２の金型を備え、接触状態における前記第１の金型と前記第２の金型との間の空間内に光学素子を成形可能とされた光学素子成形用金型であって、
前記第１の金型は、
前記光学素子における第１の光学機能面を成形するための第１の転写面、および前記第１の光学機能面の外周に隣接する前記光学素子における第１の非光学機能面を成形するための第２の転写面が形成された第１の金型駒と、
この第１の金型駒の外側に周設され、前記第１の非光学機能面を包囲する前記光学素子における第１のフランジ面を成形するための第３の転写面が形成された第２の金型駒と
を備え、
前記第２の金型は、
前記第１の光学機能面に前記光学素子の厚み方向において対向する前記光学素子における第２の光学機能面を成形するための第４の転写面、および前記第２の光学機能面の外周に隣接する前記光学素子における第２の非光学機能面を成形するための第５の転写面が形成された第３の金型駒と、
この第３の金型駒の外側に周設され、前記第２の非光学機能面を包囲する前記光学素子における第２のフランジ面を成形するための第６の転写面が形成された第４の金型駒と
を備え、
前記第２の転写面は、前記第１の光学機能面の光軸に相当する前記第１の転写面の中心軸に直交するとともに光拡散用の粗面形状を有するような面形状に形成され、
前記第５の転写面は、前記第２の光学機能面の光軸に相当する前記第４の転写面の中心軸に直交するとともに光拡散用の粗面形状を有するような面形状に形成されていること
を特徴とする光学素子成形用金型。
前記第２の転写面および前記第５の転写面が、平坦な金属面上にブラスト加工またはシボ加工を施してなること
を特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用金型。
前記光学素子としてのレンズの成形に用いられることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子成形用金型。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子成形用金型を用いて光学素子を成形することを特徴とする光学素子の製造方法。