JP2016052755A - 金型の製造方法、レンズの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】金型の形状を修正することなく、レンズの有効範囲において一の焦点位置から他の焦点位置までの光軸方向の距離が最小となる金型を製造することができる金型の製造方法、レンズの製造方法を得る。
【解決手段】第三プレート58A、及び第三プレート58Bの少なくとも一方の厚さを変えることで、圧縮プレート20、及び可動型14の可動側入子114の装置上下方向に対する傾きが変えられ、可動側入子114の上面14Aが装置幅方向に複数の配置位置に変えられる。上面14Aの装置幅方向における配置位置を変えることで、装置幅方向における凸部18の中心軸と、装置幅方向における凹部16の中心軸とのずれ量を少なくするための準備工程を経て、金型10が製造される。
【選択図】図1

Description

本発明は、金型の製造方法、レンズの製造方法に関する。
特許文献1には、像面での焦点ずれによって生じる像面湾曲を小さくする光走査装置用光学素子の製法が記載されている。この光学素子の製法は、像面において複数の像高における光軸方向の焦点ずれ量を測定する工程と、レンズ高さと部分曲率を基に光学機能面の補正形状を算出する補正形状算出工程と、成形用金型の鏡面駒の形状を補正加工(修正加工)する工程と、を備えている。
特開2002−248666号公報
本発明の課題は、金型の形状を修正することなく、レンズの有効範囲において一の焦点位置から他の焦点位置までの光軸方向の距離が最小となる金型を製造することである。
請求項1に係る金型の製造方法は、走査光が通過するレンズにおける該走査光が出射する出射面を形成する第一入子を有する第一型と、該走査光が入射する入射面を形成する第二入子を有する第二型と、を備える金型であって、該第一入子及び該第二入子の少なくとも一方が、製造される該レンズにおける該走査光の走査方向である一方向に複数の配置位置を変えられる該金型を準備する第一工程と、該第一入子及び該第二入子の少なくとも一方を異なる該配置位置に配置し、該配置位置毎に該レンズの暫定品である暫定レンズを成形する第二工程と、夫々の該暫定レンズにおいて、該走査光が通過する異なる部位の焦点位置を夫々検出する第三工程と、検出された一の焦点位置から他の焦点位置までの該暫定レンズにおける光軸方向の距離が最小となる該配置位置を求め、求められた該配置位置へ該第一入子及び該第二入子の少なくとも一方を配置する第四工程と、を有することを特徴とする。
請求項2に係る金型の製造方法は、請求項1に記載の金型の製造方法において、前記第三工程では、前記暫定レンズにおける前記走査光が通過する範囲において、第一部位の第一焦点位置と、前記第一部位とは異なる第二部位の第二焦点位置を検出し、前記第四工程では、前記第一焦点位置と、前記第二焦点位置との前記光軸方向の距離が小さくなる前記配置位置を求めることを特徴とする。
請求項3に係るレンズの製造方法は、請求項1又は2に記載の金型の製造方法によって製造された金型を用いて レンズを成形することを特徴とする。
請求項1の金型の製造方法によれば、出射面を形成する第一型及び入射面を形成する第二型が、脱型前のレンズにおける走査光の走査方向である一方向に移動しない場合と比して、金型の形状を修正することなく、レンズにおける前記走査光が通過する有効範囲において一の焦点位置から他の焦点位置までの光軸方向の距離が最小となる金型を製造することができる。
請求項2の金型の製造方法によれば、暫定レンズの有効範囲において、3以上の異なる部位で焦点位置を検出し、夫々の焦点位置を比較する場合と比して、第一焦点位置から第二焦点位置までの光軸方向の距離が最小となる配置位置を容易に求めることができる。
請求項3のレンズの製造方法によれば、請求項1又は2に記載の金型の製造方法によって製造された金型を用いて レンズを製造しない場合と比して、レンズの有効範囲において一の焦点位置から他の焦点位置までの光軸方向の距離が最小となるレンズを製造することができる。
本発明の金型の製造方法により製造された金型、及び本発明のレンズの製造方法に用いる金型を示した構成図である。 本発明の金型の製造方法により製造された金型、及び本発明のレンズの製造方法に用いる金型を示した構成図である。 本発明の金型の製造方法により製造された金型の固定型と可動型との型合わせ部を示した拡大斜視図である。 本発明の金型の製造方法により製造された金型の原点プレートを示した斜視図である。 本発明の金型の製造方法により製造された金型により製造されたfθレンズ等を示した斜視図である。 本発明の金型の製造方法により製造された金型の準備工程を説明する際に用いた説明図である。 本発明の金型の製造方法により製造された金型の準備工程を説明する際に用いたグラフを示した図面である。 (A)(B)本発明の金型の製造方法により製造された金型の準備工程を説明する際に用いたグラフを示した図面である。 本発明の金型の製造方法により製造された金型、及び本発明のレンズの製造方法に用いる金型を示した構成図である。
本発明の実施形態に係る金型の製造方法、及びレンズの製造方法の一例を、図1〜図9に従って説明する。なお、図中に示す矢印Hは装置上下方向(鉛直方向)を示し、矢印Wは装置幅方向(水平方向)を示し、矢印Dは装置奥行方向(水平方向)を示す。
(全体構成)
〔fθレンズ〕
先ず、本実施形態に係る金型の製造方法によって製造された金型10(図1参照)を用いて成形されるfθレンズ50(レンズの一例)について説明する。
fθレンズ50は、一例として樹脂材料としてのシクロオレフィンコポリマー(COC)を用いて成形され、fθレンズ50の有効範囲において通過した走査光Lを像面152(図5参照)に集光させるレンズである。
具体的には、fθレンズ50は、図5に示されるように、光源150から出射され、図示せぬ回転多面鏡によって反射され、矢印S方向に走査される走査光L(ビーム光)が通過するようになっている。そして、本実施形態では、このfθレンズ50は、走査光Lが走査される走査方向(矢印S方向)に延び、走査光Lが入射する凸状の入射面50A、及び走査光Lが出射する凹状の出射面50Bを有している。像面152に集光させるために、走査光Lが通過したfθレンズ50の範囲が、fθレンズ50の有効範囲である(図中範囲F)。
〔金型〕
次に、fθレンズ50を成形するために用いる金型10について説明する。
金型10は、図1、図2に示されるように、固定型12(第一型の一例)と、固定型12の下方に配置される可動型14(第二型の一例)とを備える射出成形用の金型である。そして、図2には、固定型12と可動型14とを型閉じさせた状態が示され、図1には、固定型12と可動型14とを型開きさせた状態の一例が示されている。なお、可動型14は図1に示した状態よりもさらに固定型12との距離が離れるように動作させることができる。
固定型12は、固定側入子112を備えている。また、可動型14は、可動側入子114を備えている。
可動側入子114は、装置上下方向に延びる直方体状であって、本実施形態では、H方向の寸法が、277〔mm〕、装置幅方向の寸法が、72〔mm〕、装置奥行方向の寸法が、11〔mm〕とされている。また、可動側入子114の上面14Aには、図3に示されるように、fθレンズ50の入射面50A(図5参照)を形成するための凹部(円弧面)16が形成されている。
これに対して、可動側入子114の上面14Aと対向する固定側入子112の対向面である下面12Aには、fθレンズ50の出射面50B(図5参照)を形成するための凸部(円弧面)18が形成されている。
そして、脱型前のfθレンズ50における走査光Lの走査方向が、装置幅方向(一方向の一例)となるように、凹部16及び凸部18は、装置幅方向に延びて形成されている。換言すれば、脱型前のfθレンズ50における走査光Lの走査方向は、装置幅方向となっている。
また、可動型14は、図1、図2に示されるように、可動側入子114を下方から支持する圧縮プレート20と、圧縮プレート20を上下移動させて、固定型12と可動型14とを型閉じさせることにより形成された空洞部(凹部16及び凸部18により形成されたキャビティ空間)に射出した樹脂材料を圧縮させる油圧シリンダ22とを備えている。この油圧シリンダ22は、可動型14の基台26に取り付けられ、基台26には、油圧シリンダ22のロッド22Aが通過し、圧縮プレート20と対向する対向面26Aが形成されている。
そして、対向面26Aと圧縮プレート20との間には、固定型12と可動型14とを型開きさせた状態で、圧縮プレート20を下方から支持する原点プレート28が配置されている。なお、この原点プレート28については、詳細を後述する。
一方、圧縮プレート20は、装置上下方向で基台26と離間している。また、可動型14は、可動側入子114を装置幅方向及び装置奥行方向から囲む母型32を備えている。この母型32において上側、かつ、可動側入子114側の部分には、可動側入子114の上側部分を囲む枠入子34が取り付けられている。さらに、枠入子34と可動側入子114との間に、可動側入子114との距離を調整する調整入子36が取り付けられている。
また、母型32には、装置上下方向の下方を向いた下面32Aが形成され、基台26には、装置上下方向の上方を向き、下面32Aと対向すると共に、対向面26Aを囲む上面26Bが形成されている。上面26Bと対向面26Aとの間には段差が形成され、上面26Bは、対向面26Aに対して上方に位置している。
この下面32Aと上面26Bとの間には、装置上下方向に延びる円柱状のロッド38が可動側入子114を挟んで複数(例えば、2個)配置されている。そして、圧縮プレート20には、夫々のロッド38が貫通する貫通孔20Aが形成され、圧縮プレート20は、ロッド38に案内されて上下移動するようになっている。
さらに、母型32の下面32Aと圧縮プレート20との間には、固定型12と可動型14とを型開きさせた状態で、圧縮プレート20を原点プレート28に向けて付勢する付勢ばね40が、可動型14を挟んで複数(例えば、2個)配置されている。
この構成において、金型10を用いてfθレンズ50を成形する場合には、金型10を図示せぬ成形機に取り付け、図2に示されるように、固定型12と可動型14とが型閉じされる。この状態で、可動型14の凹部16と固定型12の凸部18とから形成される空洞部に図示せぬゲートを通して溶融した樹脂材料を流し込む。その後、油圧シリンダ22を動作させて可動側入子114により空洞部中の溶融した樹脂材料を圧縮する。つまり、空洞部に充填された樹脂材料は、型閉じ状態から型締め状態に変化することで圧縮される(いわゆる型締め圧縮)。
そして、流し込まれた樹脂材料が固化した後、固定型12と可動型14とを型開きさせ(図1参照)、fθレンズ50を可動型14又は固定型12から脱型させる。このようにして、fθレンズ50が成形される(製造される)ようになっている。
(要部構成)
次に、原点プレート28、及び原点プレート28を用いて可動側入子114の上面14Aを装置幅方向に複数の配置位置に変えて金型10を製造する方法について説明する。
原点プレート28は、図4に示されるように、装置奥行方向の手前側が開放され、一対の屈曲部54Aを有する第一プレート54を備えている。さらに、原点プレート28は、第一プレート54の両端部に載せられ、断熱材から形成される一対の第二プレート56と、一対の第二プレート56に載せられる一対の第三プレート58とを備えている。
そして、一対の第二プレート56、及び一対の第三プレート58の間に、油圧シリンダ22のロッド22A(図1参照)が配置されるようになっている。
また、第三プレート58については、装置幅方向の一方側(図中左側)に配置された第三プレート58Aの厚さ、及び装置幅方向の他方側(図中右側)に配置された第三プレート58Bの厚さについては、別々に0.01〔mm〕単位で変えることができるようになっている。
この構成において、固定型12と可動型14とを型開きさせた状態で、図1に示されるように、原点プレート28を構成する第三プレート58が、圧縮プレート20に接触し、原点プレート28が、圧縮プレート20を下方から支持するようになっている。これにより、装置奥行方向から見た、圧縮プレート20、及び可動側入子114の装置上下方向に対する傾きが、第三プレート58の厚さに応じて決められるようになっている。
そして、第三プレート58A、及び第三プレート58Bの少なくとも一方の厚さを変えることで、装置奥行方向から見た、圧縮プレート20、及び可動側入子114の装置上下方向に対する傾きが変えられる。また、可動側入子114の傾きが変えられることで、可動側入子114の上面14Aが装置幅方向に複数の配置位置に変えられるようになっている。
例えば、第三プレート58Aの厚さと第三プレート58Bの厚さとの差を、0.01〔mm〕とすると、装置奥行方向から見て、可動側入子114が装置上下方向に対して0.008〔°〕傾き、上面14Aの装置幅方向における配置位置が0.045〔mm〕変えられるようになっている。
このようにして、上面14Aの装置幅方向における配置位置を変えることで、装置幅方向における凸部18の中心軸と、装置幅方向における凹部16の中心軸とのずれ量を少なくするための準備工程(詳細は後述)を経て、金型10が製造されるようになっている。
〔準備工程〕
以下、準備工程について説明する。
先ず、可動側入子114の上面14Aが、装置幅方向に複数の配置位置に変えられるように厚みの異なる第三プレート58A、58Bを準備する(第一工程)。
具体的には、第三プレート58Aとして、例えば、厚さ3.00〔mm〕、3.01〔mm〕、3.02〔mm〕、3.03〔mm〕のものを準備する。同様に、第三プレート58Bとして、例えば、厚さ3.00〔mm〕、3.01〔mm〕、3.02〔mm〕、3.03〔mm〕のものを準備する。
次に、異なる厚さの第三プレート58Aと第三プレート58Bとを用いて、上面14Aを異なる複数の配置位置に配置し、上面14Aの配置位置毎に暫定品である暫定レンズ100(暫定fθレンズ)を成形する(第二工程)。
具体的には、厚さ3.00〔mm〕の第三プレート58Aと、厚さ3.00〔mm〕、3.01〔mm〕、3.02〔mm〕、及び3.03〔mm〕の第三プレート58Bとを組み合わせ、上面14Aを図1に示す左側に移動させながら配置位置毎に暫定レンズ100を成形する。さらに、厚さ3.00〔mm〕の第三プレート58Bと、厚さ3.01〔mm〕、3.02〔mm〕、及び3.03〔mm〕の第三プレート58Aとを組み合わせ、上面14Aを図1に示す右側に移動させながら配置位置毎に暫定レンズ100を成形する。
次に、夫々の暫定レンズ100の有効範囲における走査方向の一端(第一位置の一例:Start Of Scan)の焦点位置と、有効範囲における走査方向の他端(第二位置の一例:End Of Scan)の焦点位置と検出する(第三工程)。なお、焦点位置とは、暫定レンズ100の光軸方向において暫定レンズ100を通過した走査光Lの光径が最小となる位置である。
具体的には、図6に示されるように、暫定レンズ100を光走査装置102(ROS:Raster Output Scanner)に取り付ける。
光走査装置102は、ビーム光を出射する光源104と、光源104から出射されたビーム光を図中矢印方向に回転しながら反射して、この反射光を走査光Lとして暫定レンズ100の有効範囲(図中範囲F)に通過させる回転多面鏡106とを備えている。
さらに、光走査装置102は、暫定レンズ100の有効範囲Fの走査方向の一端(図中左端)を通過した走査光Lの光径を撮像可能なCCDカメラ108と、有効範囲Fの走査方向の他端(図中右端)を通過した走査光の光径を撮像可能なCCDカメラ110と、を備えている。
このCCDカメラ108(以下単に「カメラ108」)、及びCCDカメラ110(以下単に「カメラ110」)は、暫定レンズ100の光軸方向(図中矢印T方向)に移動できるようになっている。
そして、カメラ108を矢印T方向に移動させながら、暫定レンズ100の有効範囲Fの走査方向の一端を通過した走査光Lの焦点位置(以下「一端焦点位置」と記載する)を検出する。同様に、カメラ110を矢印T方向に移動させながら、暫定レンズ100の有効範囲Fの走査方向の他端を通過した走査光Lの焦点位置(以下「他端焦点位置」と記載する)を検出する。
次に、検出された一端焦点位置から他端焦点位置までの光軸方向における距離Sが最小となる上面14A(可動型14)の配置位置を求め、求められた配置位置へ上面14Aを配置する(第四工程)。
具体的には、先ず、夫々の暫定レンズ100について、暫定レンズ100を用いて検出された一端焦点位置から他端焦点位置までの光軸方向における距離Sを求める。図7に示すグラフの縦軸は、カメラ108、110によって検出された走査光Lの光径を示し、横軸は、カメラ108、110の光軸方向における位置を示している。なお、横軸において左側に比べて右側は、暫定レンズ100から離れることを示している。そして、グラフ中の実線L1が、カメラ108によって検出された走査光Lの光径を示し、グラフ中の破線L2が、カメラ110によって検出された走査光Lの光径を示している。
そして、図7のグラフに示す位置P1が一端焦点位置で、位置P2が他端焦点位置であり、位置P1と位置P2との差である距離Gが、一端焦点位置と他端焦点位置との光軸方向における距離Sである。このようにして、全ての暫定レンズのそれぞれについて、距離G(距離S)を求める。つまり、暫定レンズが10個ある場合は、距離Gを10個求める。
次に、夫々の暫定レンズ100の距離Gと、夫々の暫定レンズ100を成形した際の上面14Aの配置位置との関係を求める。
図8(A)に示すグラフの縦軸は、距離Gを示し、横軸は、上面14Aの配置位置を示している。距離Gの「0」は、一端焦点位置と他端焦点位置とが、光軸方向において同様の位置となっていることを示している。なお、便宜上、縦軸に示す距離Gについては、図7のグラフに示す位置P1より位置P2が暫定レンズ100に対して遠いい場合を「+」で表示し、図7のグラフに示す位置P1より位置P2が暫定レンズ100に対して近い場合を「−」で表示する。
また、上面14Aの配置位置「0」は、第三プレート58A、58B共に、厚さ3.00〔mm〕のものを用いた場合の上面14Aの配置位置を示している。そして、グラフの横軸において配置位置「0」より左側に離れる程、第三プレート58Aの厚さを3.00〔mm〕とし、第三プレート58Bの厚さを厚くすることで、上面14Aの配置位置が図1に示す左側へ変わったことを示している。同様に、グラフの横軸において配置位置「0」より右側に離れる程、第三プレート58Bの厚さを3.00〔mm〕とし、第三プレート58Aの厚さを厚くすることで、上面14Aの配置位置が図1に示す右側へ変わったことを示している。
そして、図8のグラフの直線状の線分L3に示されるように、上面14Aの配置位置が変わることで、距離Gが変化することが分かる。なお、線分L3については、最小二乗法を用いて距離Gと上面14Aの配置位置との関係を直線に近似することで得られた。
図8(A)に示すグラフより、上面14Aの配置位置がP3の際に、距離Gが最小となる(距離Gが「0」となる)。そして、上面14Aが配置位置P3となる厚さの第三プレート58A、58Bを用い、上面14Aが配置位置P3に配置される金型10を製造する。
これにより、準備工程は終了し、金型10が製造される。そして、この金型10を用いて量産のfθレンズ50が成形される。
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態の準備工程では、図8(A)に示されるように、線分L3の中央側で距離Gが「0」となったが、図8(B)に示されるように、線分L3の端部側で距離Gが「0」とる場合がある。これは、図9に示されるように、可動側入子114が装置上下方向に対して左側に傾き、可動側入子114の先端と調整入子36とが接触し、この状態で成形された暫定レンズ100の距離Gが「0」となったことを示している。このような場合には、調整入子36の厚さを変え、さらに、可動型14が装置上下方向に対して左側に傾くように第三プレート58を用意し、再度、前述した準備工程を行って、線分L3の中央側で距離Gが「0」となるようにしてもよい。
また、上記実施形態の準備工程では、可動側入子114の上面14Aを装置幅方向に移動させたが、固定型12の固定側入子112の固定位置を調整して固定側入子112の下面12Aを装置幅方向に移動させてもよく、さらに、上面14A及び下面12Aの両方を装置幅方向に移動させてもよい。
また、上記実施形態では、暫定レンズ100の有効範囲の走査方向の一端の焦点位置と、走査方向の他端の焦点位置とを夫々検出し、夫々の焦点位置を比較したが、暫定レンズ100の有効範囲内で、3部位以上(3箇所以上)の焦点位置を検出し、夫々の焦点位置を比較してもよい。
また、上記実施形態では、暫定レンズ100の有効範囲における走査方向の一端の焦点位置と、走査方向の他端の焦点位置と、を夫々検出し、夫々の焦点位置を比較したが、暫定レンズ100の有効範囲内で、異なる2部位(2箇所)の焦点位置を検出し、夫々の焦点位置を比較してもよい。
また、上記実施形態では、fθレンズ50は、走査光Lが走査される走査方向(図5の矢印S方向)に延びて形成された。換言すれば、fθレンズ50は、光軸方向から見て走査方向に延びて形成されたが、fθレンズが光軸方向から見て円形等であってもよい。
また、上記実施形態では、可動型14の上面14Aにfθレンズ50の入射面50Aを形成する凹部16が形成され、固定型12の下面12Aにfθレンズ50の出射面50Bを形成する凸部18が形成されたが、上面14Aにfθレンズの出射面を形成する凸部が形成され、下面12Aにfθレンズの入射面を形成する凹部が形成されてもよい。また、上面14Aにfθレンズ50の入射面50Aを形成する凸部が形成され、下面12Aにfθレンズ50の出射面50Bを形成する凸部が形成されていてもよい。さらに、上面14Aにfθレンズ50の入射面50Aを形成する凸部が形成され、下面12Aにfθレンズ50の出射面50Bを形成する凹部が形成されていてもよい。
また、上記実施形態では、矢印Hを鉛直方向、矢印W及びDを水平方向として使用する金型10を示したが、これに限られない。例えば、金型10は、矢印H及びWを水平方向、矢印Dを鉛直方向として使用しても良い。
10 金型
12 固定型(第一型の一例)
14 可動型(第二型の一例)
50 レンズ
50A 入射面
50B 出射面
100 暫定レンズ

Claims (3)

  1. 走査光が通過するレンズにおける該走査光が出射する出射面を形成する第一入子を有する第一型と、該走査光が入射する入射面を形成する第二入子を有する第二型と、を備える金型であって、該第一入子及び該第二入子の少なくとも一方が、製造される該レンズにおける該走査光の走査方向である一方向に複数の配置位置を変えられる該金型を準備する第一工程と、
    該第一入子及び該第二入子の少なくとも一方を異なる該配置位置に配置し、該配置位置毎に該レンズの暫定品である暫定レンズを成形する第二工程と、
    夫々の該暫定レンズにおいて、該走査光が通過する異なる部位の焦点位置を夫々検出する第三工程と、
    検出された一の焦点位置から他の焦点位置までの該暫定レンズにおける光軸方向の距離が最小となる該配置位置を求め、求められた該配置位置へ該第一入子及び該第二入子の少なくとも一方を配置する第四工程と、
    を有する金型の製造方法。
  2. 前記第三工程では、前記暫定レンズにおける前記走査光が通過する範囲において、第一部位の第一焦点位置と、前記第一部位とは異なる第二部位の第二焦点位置を検出し、
    前記第四工程では、前記第一焦点位置と、前記第二焦点位置との前記光軸方向の距離が小さくなる前記配置位置を求める請求項1に記載の金型の製造方法。
  3. 請求項1又は2に記載の金型の製造方法によって製造された金型を用いてレンズを成形するレンズの製造方法。
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