JP2013014466A - ガラスレンズ及びアレイユニット - Google Patents

Abstract

【課題】成形時の収縮によって破損が生じにくく他の部品の正確な位置決めが可能なガラスレンズ及びこれを備えるアレイユニットを提供すること。
【解決手段】テーパー面１２ｊと第１フランジ面１２ｈとの境界を円弧形状とするので、成形金型４０の対応するエッジ部ＥＤにおけるエッジが滑らかになり、離型の前にレンズアレイ１０２が収縮しても、レンズアレイ１０２に割れや欠けが生じにくい。また、条件式０≦Ｒ^２／７−θを満たすように半径Ｒと傾斜角θとを設定することにより、半径Ｒの２乗のレートで傾斜角θを大きくするので、第２レンズ素子１２の円弧形又はエッジ部ＥＤ状の角がきつい場合にテーパー面１２ｊの傾斜を小さくして割れ等を生じにくくしつつも、半径Ｒに適した最大限の傾斜角θを確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラスのプレスによって成形されるガラスレンズ及びアレイユニットに関し、特に他の部品を組み付けた構造を実現するガラスレンズ等に関する。

ガラスレンズを組み込んだ光学機器として、鏡筒と、これに収納される第１及び第２のレンズとを備え、第１のレンズのコバ外周部に設けたリブ内壁部が円錐面を有し、第２のレンズのコバ外周部に設けたリブ外壁部が円錐面を有するものがある（特許文献１参照）。この光学機器では、第１のレンズを鏡筒に挿入して光軸方向の位置決めを行い、次いで、第２のレンズを鏡筒に挿入して第１のレンズの円錐面と第２のレンズの円錐面とを当接させて光軸と光軸方向との位置決めをし、次いで、鏡筒の挿入部付近で第２のレンズを接着剤で鏡筒に固定する。

しかしながら、ガラスのプレスによって形成されるレンズについては、これに対して特許文献１に開示されたレンズのような円錐面を形成しようとすると、成形品としてのガラスが冷却される際に成形によって得られた円錐面が金型中心側に移動するので、ガラス材料の脆性により、レンズが割れたり欠けたりする問題がある。ここで、成形品としてのガラスは、レンズ径が大きくなったり、複数個取りなどで成形品のサイズが大きくなったりすることでその収縮量が増大するため、割れ・欠けのおそれが高まる性質がある。

ところで、絞り等の他の部品をガラスレンズの光学面の周辺に形成した溝に嵌め込むように保持させる場合がある。このような溝については、段差にテーパーを設けて上記のような他の部品の位置決めに利用することが考えられる。この際、溝に設けたテーパー角度を緩くすることで、ガラスレンズの成形時にレンズ材料の収縮によって破損が生じやすくなることを防止できる。しかしながら、溝に設けたテーパー角度を緩くすると、上記のような他の部品の挿入に際してガタが生じやすく、他の部品の位置決め精度が劣化する。

特開２００１−８４９２６号公報

本発明は、成形時の収縮によって破損が生じにくく他の部品の正確な位置決めが可能なガラスレンズ及びこれを備えるアレイユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るガラスレンズは、溶融ガラスを金型で成形することにより形成されるガラスレンズであって、光学面を有するレンズ本体と、レンズ本体の周囲に延在し、光学面側に第１フランジ面を有する第１フランジ部と、第１フランジ部の周囲に延在し、光学面側に第２フランジ面を有する第２フランジ部と、第１フランジ部と第２フランジ部との間に設けられ、第１及び第２フランジ面側にテーパー面を有するとともに、別の部材を位置決めして支持する段差部とを備え、第１及び第２フランジ面のうち低い位置にある一方のフランジ面とテーパー面との境界は、円弧形状を有し、円弧形状の半径をＲ〔μｍ〕とし、レンズ光軸に垂直な面に対するテーパー面のなす傾斜角をθ〔°〕としたときに、以下の条件式。
０≦Ｒ^２／７−θ （１）
Ｒ≧５ （２）
を満たす。なお、第１又は第２フランジ面について低い位置にあるとは、光軸方向を基準として、フランジ面がより深く裏面側に近い位置に配置されていることを意味する。

上記ガラスレンズでは、テーパー面とフランジ面との境界を円弧形状とするので、金型の対応する部分におけるエッジが滑らかになり、離型の前にガラスレンズが収縮してもガラスレンズに割れや欠けが生じにくい。また、上記条件式（１）を満たすように半径Ｒと傾斜角θ°とを設定することにより、半径Ｒμｍの２乗のレートで傾斜角θ°の上限適正値を大きくするので、円弧形状の角がきつい場合に傾斜を小さくして割れ等を生じにくくしつつも、半径Ｒμｍに適した最大限の傾斜角θ°を確保することができる。言い換えるならば、円弧形状の角の滑らかさに合わせて、傾斜を大きくすることで、割れ等の発生を抑えつつも他の部品の位置決め精度を向上させることができる。なお、上記条件式（２）を満たすことにより、円弧形状の半径Ｒμｍをある程度大きくでき、円弧形状による割れ等の防止効果を確保できる。

本発明の具体的な側面では、上記ガラスレンズは、以下の条件式
３０＜θ≦７０ （３）
を満たしている。テーパー面の傾斜角θ°が３０°以下になると、一般的に、テーパー面を他の部品の位置決めとして利用する際に傾斜が不十分なものとなる。逆に、テーパー面の傾斜角θ°が７０°よりも大きくなると、一般的に、ガラスレンズの離型が容易でなくなる。

本発明の別の具体的な側面では、第１フランジ部が、第２フランジ部よりも低い位置にあって、凹形状を形成している。この場合、第１フランジ部が窪んで他の部品を嵌め込み易くなる。

本発明のさらに別の側面では、第１フランジ面と第２フランジ面とは、レンズ光軸に垂直な面に平行に延びるとともに同心に配置される。この場合、第１フランジ部や第２フランジ部によって他の部品を補助的に支持することができる。

本発明のさらに別の側面では、別の部材が、絞り部材である。この場合、絞り部材を簡易な作業によってレンズ本体の光学面に対して正確に位置決めして固定できる。

本発明のさらに別の側面では、第１フランジ部は、第１フランジ面側で絞り部材に対向し、第２フランジ部は、第２フランジ面側で別のガラスレンズ部に接合される。この場合、一対のガラスレンズ部によって、絞り部材を挟んだ構造を有するガラスレンズを得ることができる。

本発明に係るアレイユニットは、溶融ガラスを金型で成形することにより形成され複数のレンズ部をそれぞれ有する複数のレンズアレイを積層したアレイユニットであって、複数のレンズアレイのうち少なくとも１つのレンズアレイのレンズ部は、光学面を有するレンズ本体と、レンズ本体の周囲に延在し光学面側に第１フランジ面を有する第１フランジ部と、第１フランジ部の周囲に延在し光学面側に第２フランジ面を有する第２フランジ部と、第１フランジ部と第２フランジ部との間に設けられテーパー面を有するとともに別の部材を位置決めして支持する段差部とを備え、第１及び第２フランジ面のうち低い位置にある一方のフランジ面とテーパー面との境界は、円弧形状を有し、円弧形状の半径をＲ〔μｍ〕とし、レンズ光軸に垂直な面に対するテーパー面のなす傾斜角をθ〔°〕としたときに、以下の条件式
０≦Ｒ^２／７−θ （１）
Ｒ≧５ （２）
を満たす。

上記アレイユニットでは、テーパー面とフランジ面との境界を円弧形状とするので、離型の前にガラスレンズが収縮してもガラスレンズに割れや欠けが生じにくい。また、上記条件式（１）を満たすように半径Ｒμｍと傾斜角θ°を設定することにより、円弧形状の角がきつい場合に傾斜を小さくして割れ等を生じにくくしつつも、半径Ｒに適した最低限の傾斜角θ°を確保して別の部材の位置決めを行うことができる。なお、上記条件式（２）を満たすことにより、円弧形状の半径Ｒμｍを大きくでき、円弧形状による割れ等の防止効果を確保できる。

本発明の具体的な側面では、上記アレイユニットは、以下の条件式
３０＜θ≦７０ （３）
を満たしている。

（Ａ）は、第１実施形態のガラスレンズである組レンズの平面図であり、（Ｂ）は、組レンズの断面図である。 （Ａ）は、組レンズを構成する第２レンズ素子の裏側の平面図であり、（Ｂ）は、図１（Ｂ）に示す組レンズの部分拡大断面図であり、（Ｃ）は、第２レンズ素子のテーパー面を説明する部分拡大断面図である。 （Ａ）は、レンズアレイ積層体の平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示すレンズアレイ積層体のＡＡ矢視断面図である。 組レンズの材料となるレンズアレイの製造に用いる成形装置を説明する図である。 レンズアレイの製造に用いる成形装置を説明する図である。 レンズアレイの成形の際に生じる現象を概念的に説明する拡大断面図である。 レンズアレイの評価をマトリックス状にまとめたものである。 第２実施形態のガラスレンズ等を説明する部分拡大断面である。 第３実施形態のガラスレンズを説明する部分拡大断面である。

〔第１実施形態〕
図面を参照して、本発明の第１実施形態に係るガラスレンズ及びその製造方法について説明する。

図１（Ａ）及び１（Ｂ）に示すガラスレンズとしての組レンズ１０は、後述するレンズアレイ積層体からダイシングによって切り出された四角柱状の部材であり、レンズ光軸ＯＡ方向から見て四角形の輪郭を有する。組レンズ１０は、第１レンズ素子１１と、第２レンズ素子１２と、これらの間に挟まれた絞り１５とを備える。なお、組レンズ１０は、例えば別途準備したホルダに収納され、撮像レンズとして撮像素子に接着される。

組レンズ１０のうち、第１レンズ素子１１は、ガラス製のレンズであり、レンズ光軸ＯＡ周辺の中央部に設けられた円形輪郭のレンズ本体１１ａと、このレンズ本体１１ａの周辺に延在する方形輪郭のフランジ部１１ｂとを有する。中央のレンズ本体１１ａは、例えば非球面型のレンズ部であり、一対の光学面１１ｄ，１１ｅを有している。周囲のフランジ部１１ｂは、レンズ本体１１ａを周囲から支持しており、表側の光学面１１ｄの周囲に広がる平坦なフランジ面１１ｇと、裏側の光学面１１ｅの周囲に広がる平坦なフランジ面１１ｈとを有する。両フランジ面１１ｇ，１１ｈは、レンズ光軸ＯＡに垂直なＸＹ面に対してそれぞれ平行に配置されている。

第２レンズ素子１２は、ガラス製のレンズであり、レンズ光軸ＯＡ周辺の中央部に設けられる円形輪郭のレンズ本体１２ａと、このレンズ本体１２ａの周辺に延在する円形輪郭の第１フランジ部１２ｂと、このレンズ本体１２ａの外側に延在する方形輪郭の第２フランジ部１１２ｂと、第１及び第２フランジ部１２ｂ，１１２ｂとの間に設けられた段差部１２ｃとを有する。

中央のレンズ本体１２ａは、例えば非球面型のレンズ部であり、一対の光学面１２ｄ，１２ｅを有している。

レンズ本体１２ａの外側の第１フランジ部１２ｂと、第２フランジ部１１２ｂと、段差部１２ｃとを合わせた全体は、第１レンズ素子１１のフランジ部１１ｂに対向しており、レンズ本体１２ａを周囲から支持するフランジ部と見ることができる。

図１（Ｂ）及び２（Ａ）に示すように、内側の第１フランジ部１２ｂは、表側の光学面１２ｄの周囲に広がる平坦な表側フランジ面１２ｇと、裏側の光学面１２ｅの周囲に広がる平坦で輪帯状の第１フランジ面１２ｈとを有する。外側の第２フランジ部１１２ｂは、第１フランジ部１２ｂと共通する表側フランジ面１２ｇと、裏側の第１フランジ面１２ｈの外側に広がる平坦で内側が円形で外側が四角形の第２フランジ面１２ｉとを有する。第１及び第２フランジ部１２ｂ，１１２ｂの間の段差部１２ｃは、両フランジ部１２ｂ，１１２ｂと共通する表側フランジ面１２ｇと、第１及び第２フランジ面１２ｈ，１２ｉをつなぐテーパー面１２ｊとを有する。これらのうち、表側フランジ面１２ｇと、第１及び第２フランジ面１２ｈ，１２ｉとは、レンズ光軸ＯＡに垂直なＸＹ面に対してそれぞれ平行に配置されて、レンズ光軸ＯＡのまわりに同心に配置されている。ただし、第１フランジ面１２ｈと第２フランジ面１２ｉとは、レンズ光軸ＯＡ方向の高さ位置が異なるので、テーパー面１２ｊは、かかる高さ位置の差ｄ（図２（Ｂ）参照）に対応して、レンズ光軸ＯＡに垂直なＸＹ面面に対して傾斜しており、レンズ光軸ＯＡのまわりに対称的に配置された平滑面となっている。なお、本実施形態の場合、第２フランジ面１２ｉよりも第１フランジ面１２ｈの方が低い位置にあり、第１フランジ面１２ｈによって凹形状が形成され、テーパー面１２ｊは、レンズ光軸ＯＡある中心側で低くなるすり鉢状の傾斜を有している。

絞り１５は、中央に開口ＯＰを有する輪帯状の部材（他の部品）であり、第１レンズ素子１１のフランジ部１１ｂの内周側と、第２レンズ素子１２の第１フランジ部１２ｂとの間に挟まれて固定されている。図示の例において、絞り（他の部品）１５は、第２レンズ素子１２の第１フランジ部１２ｂの裏側に設けた環状の溝１２ｒに嵌め込まれている。この絞り１５は、例えば遮光性の金属板や樹脂フィルムで形成されており、ガラスレンズである組レンズ１０で迷光が発生することを防止している。

図２（Ｂ）に示すように、絞り１５は、第２レンズ素子１２の第１フランジ部１２ｂに支持されてレンズ光軸ＯＡ方向に関する位置決めが行われている。また、絞り１５は、その周囲を第２レンズ素子１２のテーパー面１２ｊによって囲まれており、レンズ光軸ＯＡ方向に垂直なＸＹ面面に平行な方向に関する位置決めが行われている。つまり、絞り１５の外縁１５ｐは、絞り１５に重力が作用する状況でテーパー面１２ｊに当接することで、テーパー面１２ｊからレンズ光軸ＯＡ向きの力を受ける。絞り１５の中心軸がレンズ光軸ＯＡからずれると、それを解消するような中心軸向きの力が働くことになるので、センタリング又はセルフアライメントが達成される。なお、図示の例では、絞り１５の厚みが第１及び第２フランジ面１２ｈ，１２ｉの高低差ｄよりも少なくなっているが、絞り１５の厚みが高低差ｄ程度になれば、溝１２ｒ内での絞り１５の動きを第１レンズ素子１１によって抑えることができる。さらに、絞り１５を溝１２ｒに挿入することによって位置決めした後に絞り１５をエネルギー硬化性の樹脂接着剤で第１フランジ面１２ｈに固定することによっても、溝１２ｒ内で絞り１５を固定することができる。

以上の組レンズ１０において、第１レンズ素子１１と第２レンズ素子１２とは、フランジ面１１ｈと第２フランジ面１２ｉとの間に介在させた不図示の接着剤によって接合されている。

図２（Ｃ）を参照して、段差部１２ｃにおけるテーパー面１２ｊ等の形状について説明する。図示の例では、段差部１２ｃにおいて、テーパー面１２ｊは、レンズ光軸ＯＡに垂直なＸＹ面に対する傾斜角θ°が２０°以上、より好ましくは３０°より大きく７０°以下となっている。つまり、以下の条件式（３）が成り立っている。
３０＜θ≦７０ （３）

また、テーパー面１２ｊと第１フランジ面１２ｈとの境界には、円弧形状部１２ｖが設けられている。この円弧形状部１２ｖは、レンズ光軸ＯＡを通る平面に沿った断面が円弧形状となっており、曲率半径Ｒμｍが５μｍ以上となっている。つまり、以下の条件式（２）が成り立っている。
Ｒ≧５ （２）

テーパー面１２ｊの傾斜角θ°については、これを２０°以上、より好ましくは３０°より大きくすることで、テーパー面１２ｊによる位置決めの効果を持たせている。つまり、テーパー面１２ｊによって、絞り１５の芯出し又はセンタリングが可能になりその精度を高めることができる。また、テーパー面１２ｊの傾斜角θ°を７０°以下とすることで、第２レンズ素子１２の離型性を確保している。すなわち、テーパー面１２ｊの傾斜角θ°が過度に大きくなると、第２レンズ素子１２の冷却及び収縮によってテーパー面１２ｊの部分で金型と成形品としての第２レンズ素子１２とが噛み合いやすくなり、離型抵抗が大きくなるとともに第２レンズ素子１２の破損のおそれも高まる。

円弧形状部１２ｖの曲率半径Ｒμｍについては、これを５μｍ以上とすることで、離型時にテーパー面１２ｊと第１フランジ面１２ｈとの境界が比較的滑らかになるので、離型時に円弧形状部１２ｖ付近に応力が集中して割れ等が発生することを防止できる。

なお、テーパー面１２ｊと第２フランジ面１２ｉとの境界には、円弧形状部が設けられていないが、これらの境界に円弧形状部を設けることもできる。ただし、第２レンズ素子１２を成形する金型の突起部分の先端側分を囲むガラス部分において収縮等による応力が発生し易いという事情があり、本実施形態の場合、第２レンズ素子１２とって窪みに相当するテーパー面１２ｊと第１フランジ面１２ｈとの境界において上記のような円弧形状部１２ｖを設けることに意義がある。

以下、テーパー面１２ｊの傾斜角θ°と円弧形状部１２ｖの曲率半径Ｒμｍとの関係について説明する。テーパー面１２ｊの傾斜角θ°と円弧形状部１２ｖの曲率半径Ｒμｍとは、以下の条件式（１）を満たすように設定することが望ましい。
０≦Ｒ^２／７−θ （１）

上記条件式（１）は、半径Ｒの増加に応じて半径Ｒの２乗のレートで傾斜角θを大きくできることを意味する。つまり、円弧形状部１２ｖの曲率半径Ｒμｍが小さく角がきつい場合は、傾斜角θ°を過度に小さくならないように適宜小さくして離型時の割れ等の防止を優先しつつ、絞り１５の位置決めについても一定の効果を確保できるようにする。また、円弧形状部１２ｖの曲率半径Ｒμｍが大きく角が緩やかな場合は、傾斜角θ°の自由度が高まり、離型時の割れ等をあまり気にすることなく傾斜角θ°を適宜大きくでき、絞り１５の位置決め精度を十分に向上させることができる。なお、上記条件式（１）は、実験的に導かれたものであり、その根拠については後述する。

以下、図１（Ａ）等に示す組レンズ１０の製造について説明する。まず、図３（Ａ）及び３（Ｂ）に示すような円板状のレンズアレイ積層体１００を作製し、ダイシング等を利用してレンズアレイ積層体１００を分割することで、同一形状を有する４つの四角柱状のガラスレンズとして、図１（Ａ）等に示す組レンズ１０を得る。言い換えれば、レンズアレイ積層体１００は、複数の組レンズ１０を２次元的に配列して一体化したものとなっている。

レンズアレイ積層体１００は、第１及び第２レンズアレイ１０１，１０２が軸ＡＸに垂直なＸＹ面内での並進及び軸ＡＸのまわりの回転に関してアライメントされて接合されたものであり、第１及び第２レンズアレイ１０１，１０２の間には、４つの組レンズ１０に対応して４つの絞り１５が挿入される。第１レンズアレイ１０１は、レンズ本体１１ａとフランジ部１１ｂとを一組とする４つのレンズ素子１１をＸＹ面内で２次元的に配列した半製品であり、これら４つのレンズ素子１１は、ダイシングによる個片化前には一体化されている。同様に、第２レンズアレイ１０２も、レンズ本体１２ａとフランジ部１２ｂとを一組とする４つのレンズ素子１２をＸＹ面内で２次元的に配列した半製品であり、これら４つのレンズ素子１２は、ダイシングによる個片化前には一体化されている。

第１及び第２レンズアレイ１０１，１０２を接合する際には、予め、第２レンズアレイ１０２に設けた４つの第２レンズ素子１２の周囲に形成された４つの環状の溝１２ｒに絞り１５をそれぞれ嵌め込んでおく。その後、第２レンズアレイ１０２の第２フランジ面１２ｉ部の適所に接着剤を薄く塗布し、第２レンズアレイ１０２に向けて第１レンズアレイ１０１を降下させるようにして両レンズアレイ１０１，１０２を貼り合わせ、フランジ面１１ｈ，１２ｉの間の接着剤を硬化させる。

なお、図３（Ａ）に示すレンズアレイ積層体１００において、Ｘ方向に延びる境界線Ｌ１やＹ方向に延びる境界線Ｌ２は、格子点に配置された４つの組レンズ１０の外縁を示している。これらの境界線Ｌ１，Ｌ２は、レンズアレイ積層体１００に対してダイシングを行う際の基準となっている。

以下、図３（Ａ）に示すレンズアレイ積層体１００を構成する第１及び第２レンズアレイ１０１，１０２の製造方法の一例について説明する。図４、５に示す成形装置２００は、原材料であるガラスを溶融して直接プレスする加圧成形用の装置であり、図３（Ａ）等に示すレンズアレイ積層体１００を構成するレンズアレイ１０１，１０２を製造することができる。なお、成形装置２００は、主要な部材である成形金型４０の他に、レンズアレイ１０１，１０２の製造にあたって成形金型４０に移動、開閉動作等を行わせるための制御駆動装置６０、ガラス滴形成装置８０（図５参照）等をさらに備える。

図４に示すように、成形金型４０は、可動側の上型４１と、固定側の下型４２とを備える。成形の際、下型４２は固定状態に維持され、上型４１は下型４２に対向するように移動して、両型４１，４２を互いに突き合わせるような型閉じが行われる。

上型４１は、型本体４１ａと支持部４１ｂとヒータ部４１ｃとを備える。下型４２も、型本体４２ａと支持部４２ｂとヒータ部４２ｃとを備える。上型４１のうち型本体４１ａは、型面４１ｅ上に、成形に際しての転写面として複数の光学面転写面５１ａと、これらを囲む周辺部転写面５１ｂとを有し、下型４２のうち型本体４２ａは、型面４２ｅ上に、成形に際しての転写面として複数の光学面転写面５２ａと、これを囲む周辺部転写面５２ｂとを有する。

成形金型４０がレンズアレイ１０１を成形するものである場合、型本体４１ａに設けた光学面転写面５１ａは、第１レンズ素子１１を構成するレンズ本体１１ａの光学面１１ｅに対応し、周辺部転写面５１ｂは、第１レンズ素子１１を構成するフランジ部１１ｂのフランジ面１１ｈに対応するものとなる。また、型本体４２ａに設けた光学面転写面５２ａは、第１レンズ素子１１を構成するレンズ本体１１ａの光学面１１ｄに対応し、周辺部転写面５２ｂは、第１レンズ素子１１を構成するフランジ部１１ｂのフランジ面１１ｇに対応するものとなる。

同様に、成形金型４０がレンズアレイ１０２を成形するものである場合、型本体４１ａに設けた光学面転写面５１ａは、第２レンズ素子１２を構成するレンズ本体１２ａの光学面１２ｅに対応し、周辺部転写面５１ｂは、第１レンズ素子１１を構成する第１及び第２フランジ部１２ｂ，１１２ｂのフランジ面１２ｈ，１２ｉと、段差部１２ｃのテーパー面１２ｊとに対応するものとなる。また、型本体４２ａに設けた光学面転写面５２ａは、第２レンズ素子１２を構成するレンズ本体１２ａの光学面１２ｄに対応し、周辺部転写面５２ｂは、第２レンズ素子１２を構成する第１及び第２フランジ部１２ｂ，１１２ｂ等の表側フランジ面１２ｇに対応するものとなる。

図５に示すように、ガラス滴形成装置８０は、原材料供給部８１を有する。原材料供給部８１は、不図示の坩堝等で溶融させた溶融ガラスＧを溜めて適当な粘度に維持しており、所定のタイミングで溶融ガラスＧから得たガラス滴ＧＤをノズル８１ａから滴下させて、下型４２の型面４２ｅに供給する部分である。型面４２eに着地したガラス滴ＧＤは、光学面転写面５２ａを埋め、周辺部転写面５２ｂ全体を覆うように広がって平坦化する。型面４２ｅに着地したガラス滴ＧＤが、さらに多量のガラス滴であった場合には、型本体４２ａの側面にまで流れ込む場合もある。例えば、型本体４２ａが、投影面積でレンズアレイ１０１，１０２よりも十分大きくない場合に、型本体４２ａの側面にガラス滴が回りこんでしまう。その場合、型本体４２ａから、成型品であるレンズアレイ１０１，１０２が抜けなくなることがあり得るので、型本体４２ａは、レンズアレイ１０１，１０２よりも投影面積に関してある程度大きく構成し、或いは型本体４２ａの側面をテーパー面としている。なお、型面４２ｅ上のガラス滴ＧＤは、そのままの状態では徐々に冷却されるが、ヒータ部４２ｃによる加熱などで冷却速度を制御されつつ、成形金型４０による加圧成形によりレンズアレイ１０１，１０２が成形される。

図４に戻って、上型４１と下型４２とは、加圧成形時において、上型４１の各光学面転写面５１ａと、下型４２の対応する各光学面転写面５２ａとがそれぞれ同軸に配置され、プレス時及び冷却時に互いに所定間隔だけ離間する等、適切な位置関係を保つものとなっている。

制御駆動装置６０は、成形金型４０によるレンズアレイ１０１，１０２の成形のために、ヒータ部４１ｃ，４２ｃへの給電の制御や、上型４１及び下型４２の開閉動作等の、成形金型４０を組み込んだ成形装置２００全体の制御を行う。なお、制御駆動装置６０に駆動された上型４１は、図４に示すように、水平なＡＢ方向に移動可能であるとともに、鉛直のＣＤ方向に移動可能になっている。例えば両型４１，４２を合わせて型閉じを行う際には、まず下型４２の上方位置に上型４１を移動させて両型４１，４２の軸ＣＸ１，ＣＸ２を一致させ、延いては上側の光学面転写面５１ａと下側の光学面転写面５２ａとをそれぞれ一致させ、上型４１を降下させて下型４２側に所定の力で押し付ける。

以上の成形装置２００により、図３（Ａ）に示す第１及び第２レンズアレイ１０１，１０２を、一体化した成形品として直接的に形成することができる。

図４、６等を参照して、レンズアレイ１０２の成形の際に生じる現象を概念的に説明する。プレス後、成形金型４０を構成する上型４１及び下型４２間で徐々に冷却されたレンズアレイ１０２は、かかる冷却に伴って徐々に収縮するので、レンズアレイ１０２を構成する第２レンズ素子１２のテーパー面１２ｊ等は矢印ＡＢの方向に移動しようとする。この際、上型４１の周辺部転写面５１ｂは、第１転写面Ｔ１と第２転写面Ｔ２と第３転写面Ｔ３とを有する。周辺部転写面５１ｂが突起する部分のうち第１転写面Ｔ１と第３転写面Ｔ３との境界に設けたエッジ部ＥＤは、レンズアレイ１０２と干渉しやすい部分となっている。しかしながら、図示のエッジ部ＥＤは滑らかに加工されており、レンズアレイ１０２においてエッジ部ＥＤに対応する部分は円弧形状部１２ｖとなっている。よって、レンズアレイ１０２の円弧形状部１２ｖ及びその周辺については、応力の集中による割れや欠けが生じにくくなっている。

以下、レンズ素子１２の段差部１２ｃに設けたテーパー面１２ｊの傾斜角θ°とテーパー面１２ｊに隣接する円弧形状部１２ｖの曲率半径Ｒμｍとの間の大小関係を決定した実験について説明する。以下の表１は、傾斜角θ°と曲率半径Ｒμｍとを変化させつつ成形を行った結果を示している。

表の左側に記載した項目のうち、「レンズの割れ・ヒビ」は、成形によって得られたレンズアレイにおいて割れやヒビが観察されたか否かを意味しており、割れやヒビが観察されなかった場合、「○」となり、割れやヒビが観察された場合、「×」となっている。「絞りの設置位置」は、組レンズ１０に組み立てる際に絞り１５が適正に芯出しされて配置されたか否かを意味しており、絞り１５の配置が完全に許容範囲内である場合、「○」となり、絞り１５の配置が完全に許容範囲外である場合、「×」となり、絞り１５の配置が許容範囲内外の境界である場合、「△」となっている。「総合評価」は、「レンズの割れ・ヒビ」に関して「○」と評価され、「絞りの設置位置」に関して「○」と評価されたもののみを「○」とし、それ以外を「×」としている。なお、最下欄の「Ｒ^２／７−θ」は、条件式（１）の値を上の欄の傾斜角θ°と曲率半径Ｒμｍとに基づいて算出したものである。

表１の実験条件について説明すると、図４に示すような成形金型４０により、溶融ガラスを下型４２上に受けて直接成形する液滴法を行うことで、図３（Ａ）等に示すレンズアレイ１０１，１０２すなわち試料の成形が行われた。レンズアレイ１０１，１０２は、碁盤目状に２×２のレンズ素子１１，１２を有しており、その配列ピッチは約３ｍｍとした。レンズアレイ１０１，１０２の材料は、一般的な光学ガラスであり、滴下温度はおよそ９００℃とした。成形金型４０を構成する型本体４１ａ，４１ｂは、超硬合金（具体的にはタングステンカーバイド）であり、型面に耐熱保護膜を形成したものとした。成形金型４０による成形条件は、金型温度がおよそ４２０〜４６０℃であり、成形圧力が１４ＭＰａであった。
表１中の割れ等の評価は、上記の成形条件で１００ショット成形したときのものであり、レンズアレイ１０２の第２レンズ素子１２の部分を工具顕微鏡で観察した結果である。また、表１中の絞りの設置位置の評価については、一般的な搬送供給装置を用い、絞り１５を第２レンズ素子１２の第１フランジ面１２ｈの上方に近接して配置した状態で、絞り１５の把持を解除して落下させた。搬送供給装置による絞り１５の位置決め精度はおよそ１０μmであった。絞り部材１５を第２レンズ素子１２上に供給後、第２レンズ素子１２の第２フランジ面１２ｉ等に紫外線硬化性接着材を塗布し第１レンズ素子１１を有するレンズアレイ１０１を接合する。１００セットの接合後、絞り部材１５の設置位置を工具顕微鏡で検査した。

図７は、「総合評価」をマトリックス状にまとめたものである。この際、横方向を曲率半径Ｒμｍの値とし、縦方向を傾斜角θ°の値としている。このマトリックス表示において、濃い背景で示された右側の領域Ａ１は、指標値Ｒ^２／７−θがとなる領域であり、白い背景で示された左上側の領域Ａ２は、指標値Ｒ^２／７−θが０より小さくなる領域である。つまり、マトリックス表示を一種のグラフと考えれば、領域Ａ１，Ａ２の境界は、θ＝Ｒ^２／７に対応する曲線となっている。領域Ａ１の条件とすること、言い換えれば指標値Ｒ^２／７−θの値を０以上とすることにより、「総合評価」特に「レンズの割れ・ヒビ」の評価を「○」とすることができる。

以上のように、本実施形態の組レンズ１０又は第２レンズ素子１２によれば、テーパー面１２ｊと第１フランジ面１２ｈとの境界を円弧形状とするので、成形金型４０の対応するエッジ部ＥＤにおけるエッジが滑らかになり、離型の前にレンズアレイ１０２が収縮しても、レンズアレイ１０２に割れや欠けが生じにくい。また、上記条件式（１）を満たすように半径Ｒと傾斜角θとを設定することにより、半径Ｒの２乗のレートで傾斜角θを大きくするので、第２レンズ素子１２の円弧形状又はエッジ部ＥＤ状の角がきつい場合にテーパー面１２ｊの傾斜を小さくして割れ等を生じにくくしつつも、半径Ｒに適した最大限の傾斜角θを確保することができる。言い換えるならば、第２レンズ素子１２の円弧形状又はエッジ部ＥＤの角の滑らかさに合わせて、傾斜を大きくすることで、割れ等の発生を抑えつつも他の部品の位置決め精度が向上するようにできる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係るガラスレンズ等について説明する。なお、第２実施形態のガラスレンズ等は、第１実施形態のガラスレンズ等を変形したものであり、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。

図８に示すように、本実施形態の場合、円弧形状部２１２ｖと、テーパー面１２ｊ又は第１フランジ面１２ｈとの境界が略角度ゼロで接するように接続されるのではなく、円弧形状部１１２ｖと、テーパー面１２ｊ又は第１フランジ面１２ｈとが一定以上の角度をなして接続されている。この場合も、円弧形状部２１２ｖやテーパー面１２ｊについて、上記条件式（１）を満たすように半径Ｒと傾斜角θとを設定することにより、第２レンズ素子１２の円弧形状又はエッジ部ＥＤ状の角がきつい場合にテーパー面１２ｊの傾斜を小さくして割れ等を生じにくくしつつも、半径Ｒに適した最大限の傾斜角θを確保することができる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係るガラスレンズ等について説明する。なお、第３実施形態のガラスレンズ等は、第１実施形態のガラスレンズ等を変形したものであり、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。

図９は、第３実施形態におけるレンズアレイ１０２や上型４１を説明する図である。図示のレンズアレイ１０２すなわち第２レンズ素子１２の場合、第１フランジ部１２ｂの外側に、第１フランジ部１２ｂよりも低い第２フランジ部１１２ｂを設けている。つまり、第２フランジ部１１２ｂの第２フランジ面１２ｉの方が第１フランジ部１２ｂの第１フランジ面１２ｈよりも低い位置にあり、第２フランジ面１２ｉによって凹形状が形成されている。さらに、この例では、上型４１の中心軸（不図示）が図面外の左側に大きく離れて存在するものとする。レンズアレイ１０２が冷却されて徐々に収縮する際に、レンズアレイ１０２を構成する第２レンズ素子１２のテーパー面１２ｊ等は、必ずしも矢印ＡＢの方向に移動せず、矢印ＣＤの方向に移動しようとする場合がある。このような場合であっても、上型４１の周辺部転写面５１ｂが突起する部分のうち第２転写面Ｔ２と第３転写面Ｔ３との境界に設けたエッジ部ＥＤが滑らかに加工されておれば、レンズアレイ１０２の対応する部分は円弧形状部１２ｖとなる。これにより、レンズアレイ１０２の円弧形状部１２ｖ及びその周辺については、割れや欠けが生じにくくなっている。

以上、本実施形態に係る光学素子の製造方法等について説明したが、本発明に係る光学素子の製造方法等は上記のものには限られない。例えば、上記実施形態において、光学面１１ｄ，１１ｅ，１２ｄ，１２ｅの形状、大きさは、用途や機能に応じて適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、第２レンズ素子１２に設けたテーパー面１２ｊを利用して絞り１５の位置決めを行っているが、絞り１５ではなく第１レンズ素子１１の位置決めを行うこともできる。つまり、第２レンズ素子１２の割れ等の製造不良を防止しつつ、第２レンズ素子１２に設けたテーパー面１２ｊを利用して、第１レンズ素子１１と第２レンズ素子１２とを相互に位置決めすることができる。

組レンズ１０は、撮像レンズに限らず、光学面の変更により、光ピックアップレンズ等に適用可能である。

また、組レンズ１０は、上記第１及び第２レンズ素子１１，１２のみで構成する場合に限らず、３枚以上のレンズ素子で構成することができ、この場合も、これに組み込まれるレンズ素子と絞りとの相対的な位置決めや、レンズ素子相互の相対的な位置決めに上述した形状的な条件を満たすテーパー面１２ｊを利用することができる。

組レンズ１０は、正方形柱状である必要はなく、円柱状又は長方形柱状とすることができる。

４２e…型面、 １０…組レンズ、 １１，１２…レンズ素子、 １１ａ…レンズ本体、 １１ｂ…フランジ部、 １１ｄ，１１ｅ…光学面、 １１ｇ，１１ｈ…フランジ面、 １２…レンズ素子、 １２ａ…レンズ本体、 １２ｂ…第１フランジ部、 １１２ｂ…第２フランジ部、 １２ｃ…段差部、 １２ｄ，１２ｅ…光学面、 １２ｇ…表側フランジ面、 １２ｈ…第１フランジ面、 １２ｉ…第２フランジ面、 １２ｊ…テーパー面、 １２ｒ…溝、 １２ｖ…円弧形状部、 ４０…成形金型、 ４１…上型、 ４１ａ…型本体、 ４１ｅ…型面、 ４２…下型、 ４２ａ…型本体、 ４２ｅ…型面、 ５１ａ…光学面転写面、 ５１ｂ…周辺部転写面、 ５２ａ…光学面転写面、 ５２ｂ…周辺部転写面、 ８０…ガラス滴形成装置、 １００…レンズアレイ積層体、 １０１，１０２…レンズアレイ、 ２００…成形装置、 ＡＸ…軸、 ＣＸ１，ＣＸ２…軸、 ＥＤ…エッジ部、 Ｇ…溶融ガラス、 ＧＤ…ガラス滴、 ＯＡ…レンズ光軸、 ＯＰ…開口

Claims (10)

1. 溶融ガラスを金型で成形することにより形成されるガラスレンズであって、
   光学面を有するレンズ本体と、
   前記レンズ本体の周囲に延在し、前記光学面側に第１フランジ面を有する第１フランジ部と、
   前記第１フランジ部の周囲に延在し、前記光学面側に第２フランジ面を有する第２フランジ部と、
   前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との間に設けられ、前記第１及び第２フランジ面側にテーパー面を有するとともに、別の部材を位置決めして支持する段差部と、を備え、
   前記第１及び第２フランジ面のうち低い位置にある一方のフランジ面と前記テーパー面との境界は、円弧形状を有し、
   前記円弧形状の半径をＲμｍとし、レンズ光軸に垂直な面に対する前記テーパー面のなす傾斜角をθ°としたときに、以下の条件式を満たすことを特徴とするガラスレンズ。
   ０≦Ｒ^２／７−θ
   Ｒ≧５
2. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のガラスレンズ。
   ３０＜θ≦７０
3. 前記第１フランジ部は、前記第２フランジ部よりも低い位置にあって、凹形状を形成していることを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載のガラスレンズ。
4. 前記第１フランジ面と前記第２フランジ面とは、前記レンズ光軸に垂直な面に平行に延びるとともに同心に配置されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のガラスレンズ。
5. 前記別の部材は、絞り部材であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載のガラスレンズ。
6. 前記第１フランジ部は、前記第１フランジ面側で前記絞り部材に対向し、前記第２フランジ部は、前記第２フランジ面側で別のガラスレンズ部に接合されることを特徴とする請求項５に記載のガラスレンズ。
7. 溶融ガラスを金型で成形することにより形成され複数のレンズ部をそれぞれ有する複数のレンズアレイを積層したアレイユニットであって、
   前記複数のレンズアレイのうち少なくとも１つのレンズアレイのレンズ部は、光学面を有するレンズ本体と、前記レンズ本体の周囲に延在し前記光学面側に第１フランジ面を有する第１フランジ部と、前記第１フランジ部の周囲に延在し前記光学面側に第２フランジ面を有する第２フランジ部と、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との間に設けられ前記第１及び第２フランジ面側にテーパー面を有するとともに別の部材を位置決めして支持する段差部と、を備え、
   前記第１及び第２フランジ面のうち低い位置にある一方のフランジ面と前記テーパー面との境界は、円弧形状を有し、
   前記円弧形状の半径をＲμｍとし、レンズ光軸に垂直な面に対する前記テーパー面のなす傾斜角をθ°としたときに、以下の条件式を満たすことを特徴とするアレイユニット。
   ０≦Ｒ^２／７−θ
   Ｒ≧５
8. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項７に記載のアレイユニット。
   ３０＜θ≦７０
9. 前記第１フランジ部は、前記第２フランジ部よりも低い位置にあって、凹形状を形成していることを特徴とする請求項７及び８のいずれか一項に記載のアレイユニット。
10. 前記別の部材は、絞り部材であることを特徴とする請求項５から７までのいずれか一項に記載のアレイユニット。

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