JP2020106735A - レンズユニット及びレンズユニットの製造方法 - Google Patents

レンズユニット及びレンズユニットの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】筒状のレンズ枠の内部にレンズを保持したレンズユニットで、レンズ枠によるレンズの保持性や光学性能を向上させる。【解決手段】レンズは、入射面と出射面の少なくとも一方が凸面であり正のパワーを有し、レンズ枠の内部に、内径側へ突出してレンズの外周部分に嵌合する突部を備える。突部の内周部分に、光軸方向に位置を異ならせて、入射側に位置する第１面と、出射側に位置する第２面と、第１面及び第２面の間に位置する第３面とを備え、第１面と第２面と第３面をそれぞれ光軸方向に対して傾斜するテーパ面とした。【選択図】図５

Description

本発明は、レンズユニットとその製造方法に関する。
光通信装置やプロジェクタなどの光学機器で、光源からの光を配光する部位に、筒状のレンズ枠の内部にレンズを固定的に保持したレンズユニットが用いられる。レンズユニットは光源に対して所定の位置関係で取り付けられ、光源から発した光（発散光）をレンズユニットのレンズによって所定の位置に集光させる。
この種のレンズユニットでは、レンズ枠の内部でレンズを高精度かつ強固に保持することが求められる。また、光源とレンズの間を不活性ガスなどで満たす場合には、レンズとレンズ枠の間の気密性の確保も求められる。その対策として、レンズ枠の内部に設けた突部をレンズの外周部分に嵌合させて、レンズの保持性を高めた構成が知られている。
また、レンズユニットでは、レンズの入射面と出射面のそれぞれの有効径内を適正に通る有効光線のみを配光することが求められる。有効光線以外の周辺光、反射光、迷光などはゴーストなどの原因になるため、このような有害な光を、レンズ枠の一部を用いて遮蔽する技術が提案されている。
特開２０１０−１５６９０５号公報 特開２００１−３５００７５号公報 特許第２７２９７０２号公報 国際公開第２０１６／０５１６１９号
近年ではレンズユニットの小型化や光学性能向上への要求が強まっている。具体的には、レンズ枠とレンズの間の位置精度や結合強度の向上、有害光の抑制などが求められる。また、レンズユニットの生産性向上も求められている。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、レンズ枠とレンズの間の位置精度や結合強度に優れたレンズユニットを提供することを目的とする。本発明はまた、有害光を防いで光学性能に優れるレンズユニットを提供することを目的とする。本発明はさらに、生産性に優れるレンズユニットの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、筒状のレンズ枠の内部にレンズを保持したレンズユニットに関するものである。レンズは、入射面と出射面の少なくとも一方を凸面とし、光源からの光を所定の位置に集光する正のパワーを有している。レンズ枠の内部に内径側へ突出する突部を備え、突部がレンズの外周部分に嵌合してレンズを保持する。突部の内周部分に、レンズの光軸方向に位置を異ならせて、光軸方向の入射側に位置する第１面と、光軸方向の出射側に位置する第２面と、第１面及び第２面の間に位置する第３面とを備え、第１面と第２面と第３面がそれぞれ光軸方向に対して傾斜するテーパ面であることを特徴としている。
この本発明のレンズユニットによれば、レンズ枠内の突部が、光軸方向に対して傾斜する第１面から第３面を有するので、突部を介して保持されるレンズに対する保持の精度や強度を向上させることができる。また、レンズ枠内の突部によってレンズの有効径外を通る光を遮蔽して、光学性能を向上させることができる。
レンズ枠内の突部を構成するテーパ面の向きや形状の設定によって、さらなる光学性能の向上を図ることができる。例えば、レンズの入射面から入射して突部の第３面で反射した光が、出射面で全反射するように、第３面と出射面の相対位置及び形状を設定することが好ましい。これにより、単に突部が有害な周辺光を遮るだけでなく、突部自体によって生じる反射光がレンズから出射されることを防止できる。
突部の第３面は、入射面と出射面のうち凸の曲率が大きい面側に進むにつれて内径を小さくすることが好ましい。
レンズ枠の突部では、第１面が入射側から出射側に進むにつれて内径を小さくし、第２面が出射側から入射側に進むにつれて内径を小さくする。第３面については、入射側から出射側に進むにつれて内径を小さくする形状にして、光軸方向に対する傾斜の大きさを第１面と異ならせることができる。あるいは、第３面を、出射側から入射側に進むにつれて内径を小さくする形状にして、光軸方向に対する傾斜の大きさを第２面と異ならせることも可能である。
レンズ枠は、光源とレンズの間の光軸方向位置の内面に、反射光を突部に向けて進行させる反射制御部を備えてもよい。これにより、レンズに入射する前にレンズ枠の内面で反射される反射光についても適切に遮蔽することができ、レンズユニットの光学性能をさらに向上させることができる。
以上のレンズユニットを製造する方法として、突部の第３面の内径が小さくなる側を下方に向けてレンズ枠を成形装置に配置し、この第３面に成形前のガラス材料を載置し、成形装置の上型と下型によってガラス材料を上下からプレスしてレンズを成形することが好ましい。下方に向けて内径が小さくなる第３面によって成形前のガラス材料を支持するので、プレス加工の準備段階からプレス加工中にかけて、ガラス材料とレンズ枠の相対位置を高精度に定めることができる。
このレンズユニットの製造方法では、レンズの入射面と出射面のうち凸の曲率が大きい一方の面を成形する成形面を下型に設け、他方の面を成形する成形面を上型に設けることが好ましい。凸の曲率が大きい側の面を成形するための成形面を下型に設けることで、上型と下型によってプレス加工を実行する際に、ガラス材料の位置精度や安定性を向上させることができる。
以上のように、本発明のレンズユニットによれば、レンズ枠とレンズの間での位置精度や結合強度を向上させることができる。また、本発明のレンズユニットによれば、簡単な構成によって有害光の通過を防いで光学性能を向上させることができる。
また、本発明の製造方法によれば、レンズ枠内にレンズを保持したレンズユニットの生産性を向上させることができる。
第１実施形態のレンズユニットを備えた光学装置の斜視図である。 第１実施形態のレンズユニットを備えた光学装置を光軸に沿って断面視した斜視図である。 第１実施形態のレンズユニットを備えた光学装置の要部の断面図である。 第１実施形態のレンズユニットにおける有効光線を示した断面図である。 第１実施形態のレンズユニットによる周辺光線の遮蔽を示した断面図である。 図５の一部を拡大した断面図である。 第１実施形態のレンズユニットで、レンズ枠の突部で反射された光がレンズの出射面で全反射される関係を示した断面図である。 第１の比較例のレンズユニットを備えた光学装置の要部の断面図である。 第１の比較例のレンズユニットを通る光線の状態を示した断面図である。 第１の比較例のレンズユニットでレンズ枠の内面による反射光の状態を示した断面図である。 第２の比較例のレンズユニットを備えた光学装置の要部の断面図である。 第３の比較例のレンズユニットを備えた光学装置の要部の断面図である。 第１実施形態のレンズユニットを製造する成形装置で、レンズのプレス準備完了状態の断面図である。 第１実施形態のレンズユニットを製造する成形装置で、レンズをプレス成形している途中の状態の断面図である。 第１実施形態のレンズユニットを製造する成形装置で、レンズのプレス成形が完了した状態の断面図である。 図１３の一部を拡大した断面図である。 図１４の一部を拡大した断面図である。 第２実施形態のレンズユニットを備えた光学装置の要部の断面図である。 第３実施形態のレンズユニットを備えた光学装置の要部の断面図である。 第３実施形態のレンズユレンズユニットを製造する成形装置で、レンズのプレス準備完了状態の断面図である。 第３実施形態のレンズユニットを製造する成形装置で、レンズのプレス成形が完了した状態の断面図である。 第４実施形態のレンズユニットを備えた光学装置の要部の断面図である。 第４実施形態のレンズユレンズユニットを製造する成形装置で、レンズのプレス準備完了状態の断面図である。 第４実施形態のレンズユニットを製造する成形装置で、レンズのプレス成形が完了した状態の断面図である。
図１から図７を参照して、第１実施形態のレンズユニット２について説明する。レンズユニット２は、光源ユニット３と組み合わされて光学装置１を構成する。光学装置１は、プロジェクタ、光学式情報読取装置、光通信装置などの光学機器における配光部分に用いられる。
レンズユニット２は、レンズ１０とレンズ枠２０によって構成されている。レンズ１０は正のパワーを有しており、光源ユニット３の光源３０で発した光を所定の位置に集光させる集光光学系を構成している。
レンズ１０はガラス製の単レンズであり、光軸１０ｘを中心とする回転対称の形状である。以下、光軸１０ｘに沿う方向を光軸方向とする。光軸方向のうち、光源３０に向く側を入射側、光源３０とは反対に向く側を出射側とする。また、光軸１０ｘを中心とする径方向のうち、光軸１０ｘに向く方向を内径側、光軸１０ｘとは反対に向く方向を外径側とする。
レンズ１０は、入射側に配した入射面１１と、出射側に配した出射面１２を有する。入射面１１は、光軸１０ｘに対して垂直な平面である。出射面１２は、出射側に向けて突出する凸面である。つまり、レンズ１０は平凸レンズである。出射面１２の周囲の環状の領域には出射周縁面１３が形成されている。出射周縁面１３は、光軸１０ｘに対して概ね垂直な面である。
レンズ１０では、図５に示す有効光線ＥＬが通る領域が、入射側と出射側のそれぞれの有効径となる。出射側の有効径は、出射面１２が形成されている範囲である。出射周縁面１３は、後述するレンズ１０の成形の際に必要な部分であり、有効なレンズ面としては機能しない。入射面１１の有効径よりも出射面１２の有効径の方が大きい。
レンズ１０の径方向の外周部分には、内径側に向けて凹んだ形状の外周凹部１４が設けられている。後述するレンズ１０の成形の際に、レンズ枠２０の一部である突部２６（詳細は後述する）によって外周凹部１４が形成される。
レンズ枠２０は、光軸方向に軸線が向く金属製の筒状体であり、入射側を向く入射側端部２１と出射側を向く出射側端部２２を有している。入射側端部２１と出射側端部２２はいずれも、光軸１０ｘに対して垂直な平面である。レンズ枠２０の内部には、入射側端部２１から出射側端部２２までを光軸方向に貫通する貫通孔２３が形成されている。
レンズ枠２０の外周面は平滑な円筒形状であるが、貫通孔２３に臨む内周側の形状の違いによって、レンズ枠２０は、光軸方向で３つの部分に区分けされる。具体的には、図３に示すように、入射側端部２１寄りに位置する入射側部分２０Ａ、出射側端部２２寄りに位置する出射側部分２０Ｂ、入射側部分２０Ａと出射側部分２０Ｂの間に位置する中間部分２０Ｃを有する。
入射側部分２０Ａは、貫通孔２３に臨む内面が、光軸方向に一様な形状（一定径）の円筒面２４で構成されている。円筒面２４の内径は、レンズ１０の入射面１１の外径よりも僅かに大きい。
出射側部分２０Ｂは、貫通孔２３に臨む内面が、光軸方向に一様な形状（一定径）の円筒面２５で構成されている。円筒面２５の内径は、レンズ１０の出射周縁面１３の外径よりも僅かに大きい。
中間部分２０Ｃは、円筒面２４及び円筒面２５に対して内径方向に突出する突部２６を備えている。突部２６はレンズ枠２０の周方向の全体に亘って連続して（途切れずに）設けられており、周方向のいずれの箇所でも、図２から図７に示す断面形状を有する。突部２６は、円筒面２４の出射側の端部に連続する第１テーパ面（第１面）２６ａ、円筒面２５の入射側の端部に連続する第２テーパ面（第２面）２６ｂ、第１テーパ面２６ａと第２テーパ面２６ｂを接続する第３テーパ面（第３面）２６ｃを有している。
第１テーパ面２６ａ、第２テーパ面２６ｂ、第３テーパ面２６ｃはそれぞれ、光軸１０ｘを中心とする円錐形状（円錐面の一部）である。第１テーパ面２６ａは、円筒面２４（入射側）から出射側に進むにつれて内径を小さくする面である。第２テーパ面２６ｂは、円筒面２５（出射側）から入射側に進むにつれて内径を小さくする面である。第３テーパ面２６ｃは、第１テーパ面２６ａ（入射側）から第２テーパ面２６ｂ（出射側）に進むにつれて内径を小さくする面である。すなわち、第１テーパ面２６ａと第３テーパ面２６ｃは、出射側へ向けて徐々に内径が小さくなるテーパ面であり、第２テーパ面２６ｂは、入射側へ向けて徐々に内径が小さくなるテーパ面である。
第３テーパ面２６ｃよりも第１テーパ面２６ａの方が、光軸１０ｘに対する傾斜角が大きい。また、傾斜方向が正逆であることを除外すれば、第１テーパ面２６ａよりも第２テーパ面２６ｂの方が、光軸１０ｘに対する傾斜角が大きい。光軸方向に占める範囲については、図３に示すように、第２テーパ面２６ｂの形成範囲Ｋ２が最も狭く、第３テーパ面２６ｃの形成範囲Ｋ３が最も広く、第１テーパ面２６ａの形成範囲Ｋ１がその中間の広さである。突部２６のうち最も内径側に突出している最突出部２６ｄは、第２テーパ面２６ｂと第３テーパ面２６ｃの境界に位置している。この最突出部２６ｄの位置は、光軸方向における中間部分２０Ｃの中央よりも出射側寄りである。
レンズ１０は、貫通孔２３の内側に収容されてレンズ枠２０と一体化されており、外周凹部１４に対して突部２６が嵌合固定されている。外周凹部１４は、突部２６を構成する３つのテーパ面２６ａ、２６ｂ、２６ｃに対応した３つのテーパ面を含む内面形状を有しており、外周凹部１４に突部２６が嵌合してレンズ１０とレンズ枠２０が一体化される。このような結合構造は、レンズ枠２０内に組み込んだ状態でレンズ１０を成形することによって得られるものである。
レンズ１０の出射周縁面１３は、光軸方向で入射側部分２０Ａと中間部分２０Ｃの境界付近に位置している。レンズ枠２０における出射側部分２０Ｂの光軸方向の長さは、レンズ１０における出射周縁面１３からの出射面１２の突出量よりも大きく設定されている。つまり、レンズ１０の出射面１２よりもレンズ枠２０の出射側端部２２の方が出射側に位置する。また、レンズ１０の入射面１１は、光軸方向で入射側部分２０Ａと中間部分２０Ｃの境界付近に位置している。従って、光軸方向でレンズ１０の全体が貫通孔２３内に収まっている。レンズ枠２０の入射側部分２０Ａは、レンズ１０の入射面１１と光源３０の光軸方向距離を設定するスペーサとしても機能する。
光源ユニット３は、光源３０を内部に収容する内部筐体３１を有する。内部筐体３１には開口部３２が形成されており、開口部３２の内側が透光性のあるカバーガラス３３で覆われている。内部筐体３１の外側には、レンズ枠２０よりも大径である外部筐体３４が設けられている。外部筐体３４に設けた収容部３５内に内部筐体３１が固定されている。
外部筐体３４は、収容部３５から外面に向けて開口径が徐々に大きくなるすり鉢状の光源周縁面３６を有している。光源周縁面３６の周囲で、レンズ枠２０の入射側端部２１を外部筐体３４に当接させて、レンズユニット２と光源ユニット３が組み合わされる。レンズユニット２と光源ユニット３は、レンズ１０と光源３０が所定の位置関係になるように位置合わせされて、互いに固定される。レンズユニット２と光源ユニット３を組み合わせた状態で、レンズ枠２０の内部（レンズ１０よりも入射側の内部空間）に不活性ガスが充填される。
レンズユニット２において、レンズ枠２０の突部２６の３つのテーパ面２６ａ、２６ｂ、２６ｃで接してレンズ１０を保持する構造は、レンズ枠２０に対するレンズ１０の結合強度、位置精度、耐荷重性、気密性などの点で優れている。３つのテーパ面２６ａ、２６ｂ、２６ｃはいずれも光軸１０ｘに対して非平行かつ非直交の面なので、光軸方向と径方向の両方の位置基準として機能することができると共に、光軸方向と径方向の両方に作用する荷重を受けることができる。また、それぞれ傾斜を異ならせた複合的なテーパ面２６ａ、２６ｂ、２６ｃがレンズ１０に接することで、突部２６と外周凹部１４の間の気密性を高めることができる。特に、円筒面２４、２５に隣接して突部２６の突出形状を形づくる第１テーパ面２６ａや第２テーパ面２６ｂだけでなく、その中間に位置する第３テーパ面２６ｃについても、光軸１０ｘに対する傾きを持たせたことで、突部２６の全体で上記の各効果を得ることができる。
以上のようにして光学装置１が構成される。光源３０で発した光は発散してレンズ１０に向かい、正のパワーを持つレンズ１０によって所定の集光位置に集光される。光源３０の発光点ＬＰから進む光線を、図４から図７に示した。発光点ＬＰを起点とする光線のうち、レンズ枠２０による反射などを受けずに、入射面１１と出射面１２の有効径内を通る有効光線ＥＬを図４から図６に示している。有効光線ＥＬのうち、光軸１０ｘから最も遠い位置で入射面１１及び出射面１２を通過する光線を、最外有効光線ＥＬｚとする。光軸１０ｘから最外有効光線ＥＬｚまでの径方向の距離が、入射面１１や出射面１２の有効半径である。
図４から図６に示すように、最外有効光線ＥＬｚは、レンズ枠２０のうち最も内径側に突出している最突出部２６ｄの至近を通る。突部２６は、最外有効光線ＥＬｚを遮らず、最外有効光線ＥＬｚよりも外径側を通る光が出射側に進まないように遮蔽する遮光部として機能する。
入射面１１の有効径の外側からレンズ１０に入射して、有効光線ＥＬの最外有効光線ＥＬｚよりも外径側を通る周辺光線ＯＬを、図５と図６に示した。周辺光線ＯＬは突部２６によって進行が遮られ、レンズ１０から出射されない。例えば、図６に示す周辺光線ＯＬ１は、入射面１１の有効径の外側から入射して出射面１２と出射周縁面１３の境界部分に向かう光線である。周辺光線ＯＬ２は、入射面１１の有効径の外側から入射して出射周縁面１３に向かう光線である。周辺光線ＯＬ３は、入射面１１有効径の外側から入射して出射周縁面１３の最外周部分に向かう光線である。これらの周辺光線ＯＬ１、ＯＬ２、ＯＬ３の延長上には、突部２６の第３テーパ面２６ｃが位置しており、突部２６によって周辺光線ＯＬ１、ＯＬ２、ＯＬ３の進行が遮られる。また、入射面１１の有効径の外側から入射して出射周縁面１３よりも外径側に向かう周辺光線ＯＬ４の延長上には、突部２６の第１テーパ面２６ａが位置しており、突部２６によって周辺光線ＯＬ４の進行が遮られる。
このように、レンズ枠２０に設けた突部２６は、出射面１２よりも外径側に進もうとする周辺光線ＯＬの進路上に位置して当該光線を遮蔽する。突部２６では、それぞれが光軸１０ｘに対して傾斜する第２テーパ面２６ｂと第３テーパ面２６ｃの境界として最突出部２６ｄを設定し、通過させる光線（最外有効光線ＥＬｚ）と遮蔽する光線（周辺光線ＯＬ）を、最突出部２６ｄの位置によって管理している。最突出部２６ｄのような特定のポイントで遮光の境界を設定することで、突部２６による遮光効果の精度管理を行いやすくなり、高い精度での遮光を実現できる。
レンズユニット２はさらに、レンズ１０を保持する突部２６で反射されて出射面１２に向かう反射光が有害光になることを防ぐ機能を有する。図７に、入射面１１から入射して突部２６の第３テーパ面２６ｃで反射されて出射面１２へ向かう反射光線ＲＬ１と反射光線ＲＬ２を示した。第３テーパ面２６ｃは、反射光線ＲＬ１、ＲＬ２が出射面１２の箇所で全反射するような条件を満たす面として形成されている。
具体的には、出射面１２に対する反射光線ＲＬ１の入射角αや反射光線ＲＬ２の入射角βが、全反射の臨界角よりも大きくなるように、第３テーパ面２６ｃの角度が設定されている。これにより、屈折率の大きい媒質であるレンズ１０と屈折率の小さい媒質である空気の境界である出射面１２において、反射光線ＲＬ１や反射光線ＲＬ２の屈折角が９０°よりも大きくなって全反射が起きる。なお、図７では特定の反射光線ＲＬ１、ＲＬ２を示しているが、発光点ＬＰを始点として入射面１１での屈折のみを経て第３テーパ面２６ｃに到達する光線はいずれも、出射面１２と空気の境界で全反射される条件を満たす。
突部２６のうち、第３テーパ面２６ｃよりも入射側に位置する第１テーパ面２６ａは、第３テーパ面２６ｃよりも光軸１０ｘに対する傾斜が大きく、第１テーパ面２６ａで反射した光線は出射面１２に向けて進行しない。また、第３テーパ面２６ｃよりも出射側に位置する第２テーパ面２６ｂは、出射側に進むにつれて内径を大きくする面（第３テーパ面２６ｃとは逆方向に傾斜する面）であり、入射面１１を通って突部２６に向かう光線は、第１テーパ面２６ａや第３テーパ面２６ｃで遮られるか反射されるかして、第２テーパ面２６ｂには直接到達しない。従って、上記の全反射の条件を満たすように第３テーパ面２６ｃの形状を設定すれば、レンズ１０の外周凹部１４に接している突部２６の全体で、有害な反射光を防ぐ効果が得られる。
以上から、レンズユニット２では、有効光線ＥＬを確実に通過させると共に、有効光線ＥＬ以外の有害な光線（周辺光線ＯＬや反射光線ＲＬ１、ＲＬ２など）が出射面１２を通過して射出されることを防いでいる。特に、レンズ枠２０の内径側に突出する突部２６によって、有害な光線を効果的に遮蔽できる。さらに、第３テーパ面２６ｃで反射する光線が全反射して出射面１２から出射しないように設定したことで、レンズ１０の外周部分（外周凹部１４と突部２６が接している箇所）での光線反射による光学性能の悪化も適切に防止できる。これにより、レンズ１０の集光位置で、光学設計上の所定範囲外に光が拡散してゴーストが発生することを防止でき、光学装置１における光学性能の向上を図れる。
突部２６は、レンズ枠２０の内径側に突出してレンズ１０を保持すると共に上記の遮光機能を有するので、遮光用の構造を別途設ける必要がなく、レンズユニット２をシンプルな構成で高機能化させることができる。また、テーパ面２６ａ、２６ｂ、２６ｃの組み合わせによって構成される突部２６は、製造しやすい。より詳しくは、第１テーパ面２６ａと第３テーパ面２６ｃは、レンズ枠２０の入射側からの成形や切削を行いやすい形状であり、第２テーパ面２６ｂは、レンズ枠２０の出射側からの成形や切削を行いやすい形状である。
図８から図１２を参照して、上記の第１実施形態とは異なる比較例を説明する。各比較例において、第１実施形態と同じ構成については、第１実施形態と同じ符号で示して説明を省略する。
図８から図１０に示す第１の比較例は、レンズユニット２を構成するレンズ枠２０のうち、中間部分２０Ｃの内面形状が第１実施形態の突部２６とは異なっている。第１の比較例の中間部分２０Ｃの内面には、入射側部分２０Ａの円筒面２４及び出射側部分２０Ｂの円筒面２５に対して内径方向に僅かに突出する突部９０が形成されている。内径側への突部９０の突出量は、上記の突部２６の突出量よりも小さい。突部９０が嵌合する形状の外周凹部９１がレンズ１０の外周部分に形成されている。
より詳しくは、突部９０は、入射側に位置する第１テーパ面９０ａ、出射側に位置する第２テーパ面９０ｂ、第１テーパ面９０ａと第２テーパ面９０ｂを接続する接続面９０ｃを有している。第１テーパ面９０ａは入射側から出射側へ進むにつれて内径を小さくする円錐面の一部であり、第２テーパ面９０ｂは出射側から入射側へ進むにつれて内径を小さくする円錐面の一部である。第１テーパ面９０ａと第２テーパ面９０ｂはいずれも、第１実施形態の第１テーパ面２６ａと第２テーパ面２６ｂよりも内径側への突出量が小さい。接続面９０ｃは、一定の内径で光軸方向に延びる円筒面である。突部９０のうち最も内径側に位置する部分は接続面９０ｃである。接続面９０ｃは、第１実施形態の突部２６の第３テーパ面２６ｃよりも外径側に位置している。
図９に示すように、内径側への突出量が小さく、しかも接続面９０ｃが光軸１０ｘに対して傾斜していない突部９０は、有効光線ＥＬよりも外径側を通る周辺光線ＯＬ’を遮らずに、レンズ１０の出射面１２と出射周縁面１３の境界位置や、出射周縁面１３の位置まで到達させてしまう。また、図１０に示すように、出射周縁面１３を通過してレンズ枠２０の円筒面２５で反射する反射光線ＲＬ１’や、円筒面２５で反射してから出射周縁面１３を通過する反射光線ＲＬ２’や、突部９０で反射してレンズ１０（出射周縁面１３あるいは出射面１２）から出射する反射光線ＲＬ３’、ＲＬ４’が生じてしまう。このような周辺光や反射光がゴーストの発生原因になってしまう。
また、突部９０の接続面９０ｃが光軸１０ｘに対して平行な面であるため、光軸方向の荷重を接続面９０ｃで受けることや、接続面９０ｃを光軸方向の位置基準として用いることができない。
図１１に示す第２の比較例は、第１の比較例の構成に加えて、光源３０とレンズ１０の間に絞り９２を配置したものである。絞り９２は、光源ユニット３における外部筐体３４の光源周縁面３６を覆うように設けられており、絞り９２の中央部分に円形の孔９２ａが形成されている。孔９２ａは、有効光線ＥＬのみを通過させる大きさに設定されている。有効光線ＥＬよりも外径側を通る光は、孔９２ａの周囲で絞り９２の板面によって遮蔽される。そのため、有害な周辺光がレンズ１０に到達せず、中間部分２０Ｃの内面に設ける突部９０の突出量が小さい場合でも、ゴーストの発生を防止できる。
しかしながら、第２の比較例では、レンズ枠２０とは別に独自の遮光用部材である絞り９２を用いるので、部品点数や製造コストの増大を招いてしまう。また、絞り９２がレンズ枠２０とは別体であるため、有効光線ＥＬを遮らずに有害な光線のみを遮蔽するように、レンズユニット２及び光源ユニット３に対する絞り９２の位置設定と調整を行う必要があり、精度管理や製造が煩雑になってしまう。
図１２に示す第３の比較例は、レンズ枠２０の中間部分２０Ｃの内面に形成した突部９３の形状が、第１実施形態の突部２６の形状と異なっている。より詳しくは、突部９３は、円筒面２４の出射側の端部に連続する第１テーパ面９３ａ、円筒面２５の入射側の端部に連続する第２テーパ面９３ｂ、第１テーパ面９３ａと第２テーパ面９３ｂを接続する接続面９３ｃを有している。突部９３が嵌合する外周凹部９４がレンズ１０の外周部分に形成されている。
第２テーパ面９３ｂは、第１実施形態の第２テーパ面２６ｂと同形状の面（第２テーパ面２６ｂと同じ傾斜角であり、円筒面２５から内径側への突出量も第２テーパ面２６ｂと同じ）である。第１テーパ面９３ａは、第１実施形態の第１テーパ面２６ａと同じ傾斜角であり、円筒面２４から内径側への突出量が第１テーパ面２６ａよりも大きい。接続面９３ｃは、一定の内径で光軸方向に延びる円筒面であり、光軸１０ｘと平行である。突部９３のうち最も内径側に位置する部分は接続面９３ｃである。接続面９３ｃは、径方向において第１実施形態の最突出部２６ｄと同じ位置にある。
有効光線ＥＬよりも外径側を通る周辺光の遮蔽については、突部９３は第１実施形態の突部２６と同様の効果を得ることができる。一方、図１２に示すように、接続面９３ｃで反射する反射光線ＲＬ５’が、全反射の臨界角よりも小さい入射角で出射面１２に達する関係であるため、接続面９３ｃで反射した光の一部が出射面１２を通過して（全反射せず）、ゴーストを発生させる可能性がある。
また、突部９３の接続面９３ｃが光軸１０ｘに対して平行な面であるため、光軸方向の荷重を接続面９３ｃで受けることや、接続面９３ｃを光軸方向の位置基準として用いることができない。
これらの比較例とは異なり、上記の第１実施形態では、レンズ枠２０に設けられてレンズ１０を保持する突部２６によって、有効光線以外の光の通過を起因とする配光不良（ゴースト等）を防ぐので、少ない部品点数によって優れた光学性能を得ることができる。
また、上記の第１実施形態では、それぞれが光軸１０ｘに対して傾斜するテーパ面２６ａ、２６ｂ、２６ｃによって突部２６の内面を構成したことにより、レンズ枠２０に対するレンズ１０の結合強度、位置精度、耐荷重性、気密性などにおいて、各比較例に対して有利である。
続いて、第１実施形態のレンズユニット２におけるレンズ１０の製造について説明する。レンズ１０は、図１３から図１５に示す成形装置４０によるプレス加工で製造される。図１６と図１７は、図１３と図１４の一部を拡大したものである。
成形装置４０でレンズ１０を製造する際には、レンズ１０の材料となる球状のガラスプリフォームＧＰ１をレンズ枠２０内に配置し、レンズ枠２０と一体的にレンズ１０を成形する。レンズ枠２０については、成形装置４０に設置する前の段階で、上述した突部２６を含む最終形状に仕上げられている。
成形装置４０は、上型４１、下型４２、胴型４３、胴型４４を有している。図１３から図１５の上下方向が成形装置４０における上下方向に対応している。成形装置４０の基準軸４０ｘは、上下方向に延びる仮想の軸線であり、上型４１と下型４２と胴型４３と胴型４４のそれぞれの中心線が基準軸４０ｘ上に位置する。また、成形装置４０によって成形されるレンズ１０の光軸１０ｘの位置が、基準軸４０ｘと一致するように設計されている。
上型４１と下型４２は、図示しない昇降機構によって個別に上下方向へ移動させることができる。上型４１は胴型４３によって上下方向への移動が案内され、下型４２は胴型４４によって上下方向への移動が案内される。
胴型４４は、レンズ枠２０の外径側に位置する筒状部４４ａと、筒状部４４ａの下端から内径方向に突出する突出部４４ｂを有している。筒状部４４ａの内周部分には円形断面の収容孔４４ｃが形成され、突出部４４ｂの内周部分には、円形断面のガイド孔４４ｄが形成されている。収容孔４４ｃとガイド孔４４ｄの内周面はいずれも、基準軸４０ｘを中心とする円筒面であり、ガイド孔４４ｄの内径よりも収容孔４４ｃの内径の方が大きい。収容孔４４ｃとガイド孔４４ｄは上下方向に貫通しており、収容孔４４ｃが胴型４４の上端部分に開口し、ガイド孔４４ｄが胴型４４の下端部分に開口している。収容孔４４ｃの下端には、突出部４４ｂの上面によって、上向きの環状の規制面４４ｅが形成されている。規制面４４ｅは、基準軸４０ｘに対して垂直な平面である。
胴型４４の上端面４４ｆは、収容孔４４ｃの上端開口部分の周囲に形成された上向きの環状の面である。胴型４４の下端面４４ｇは、ガイド孔４４ｄの下端開口部分の周囲に形成された下向きの環状の面であり、下端面４４ｇの一部が突出部４４ｂの下面を構成している。上端面４４ｆと下端面４４ｇはいずれも、基準軸４０ｘに対して垂直な平面である。
胴型４３は、胴型４４の筒状部４４ａの外径側を囲む筒状であり、上下方向に貫通する円形断面のガイド孔４３ａが内周部分に形成されている。ガイド孔４３ａの内面は、基準軸４０ｘを中心とする円筒面である。なお、胴型４３と胴型４４を一体的に構成してもよい。
上型４１は、上下方向に延びる軸部４１ａと、軸部４１ａの上部に位置する大径部４１ｂを有する。軸部４１ａと大径部４１ｂはそれぞれ、基準軸４０ｘを中心とする円柱状であり、大径部４１ｂの方が軸部４１ａよりも径が大きい。軸部４１ａと大径部４１ｂの境界部分には、環状で下向きの規制面４１ｃが形成されている。規制面４１ｃは、基準軸４０ｘに対して垂直な平面である。軸部４１ａの先端（下端）には、成形面４１ｄが形成されている。成形面４１ｄは、レンズ１０の入射面１１に対応する形状の平面である。
下型４２は、上下方向に延びる軸部４２ａと、軸部４２ａの下部に位置する大径部４２ｂを有する。軸部４２ａと大径部４２ｂはそれぞれ、基準軸４０ｘを中心とする円柱状であり、大径部４２ｂの方が軸部４２ａよりも径が大きい。軸部４２ａと大径部４２ｂの境界部分には、環状で上向きの規制面４２ｃが形成されている。規制面４２ｃは、基準軸４０ｘに対して垂直な平面である。軸部４２ａの先端（上端）には、成形面４２ｄが形成されている。成形面４２ｄは、レンズ１０の出射面１２に対応する形状の凹面である。成形面４２ｄの周囲には、レンズ１０の出射周縁面１３に対応する形状の環状面４２ｅが形成されている。
上型４１と下型４２は、高温下でのプレス加工における破損や劣化が生じにくいように、耐熱性及び耐久性に優れる材質で形成されている。具体的には、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）のようなセラミックス、あるいは超硬合金のような金属で形成されている。胴型４３と胴型４４についても、上型４１や下型４２同様に、耐熱性及び耐久性に優れる材質で形成されている。
図１３及び図１６に示すように、レンズ枠２０は、出射側端部２２を下方に向けて胴型４４の収容孔４４ｃ内に設置される。筒状部４４ａ（収容孔４４ｃ）の内周面によって、径方向におけるレンズ枠２０の位置が定まる。出射側端部２２が規制面４４ｅに当接することによって、上下方向におけるレンズ枠２０の位置が定まる。入射側端部２１から出射側端部２２までのレンズ枠２０の長さは、収容孔４４ｃの深さ（規制面４４ｅから上端面４４ｆまでの距離）よりも短い。そのため、収容孔４４ｃ内にレンズ枠２０を挿入した状態で、上向きの入射側端部２１は上端面４４ｆよりも下方に位置する。
出射側端部２２を下方に向けて設置することによって、レンズ枠２０内の突部２６は、下方から順に、第２テーパ面２６ｂ、第３テーパ面２６ｃ、第１テーパ面２６ａが位置する状態になる。そして、第１テーパ面２６ａと第３テーパ面２６ｃはそれぞれ、上下方向で下方に進むにつれて内径を小さくする傾斜になる。一方、第２テーパ面２６ｂは、上下方向で下方に進むにつれて内径を大きくするテーパ面になる。別言すれば、レンズ枠２０は、突部２６の第３テーパ面２６ｃの内径が小さくなる側を下方に向けて、成形装置４０に配置される。
このように成形装置４０内に設置したレンズ枠２０の貫通孔２３内に、球形のガラスプリフォームＧＰ１を上方から挿入する。あるいは、ガラスプリフォームＧＰ１を予め貫通孔２３内に挿入したレンズ枠２０を、成形装置４０に設置してもよい。図１６に示すように、ガラスプリフォームＧＰ１の直径は、レンズ枠２０の円筒面２４及び円筒面２５の内径よりも小さく、突部２６の内径よりも大きい。より詳しくは、ガラスプリフォームＧＰ１の外面が上下方向で第３テーパ面２６ｃの途中位置に接触するように寸法関係が定められている。第３テーパ面２６ｃに載置されたガラスプリフォームＧＰ１の中心（球心）は、基準軸４０ｘ上に位置する。
レンズ枠２０とガラスプリフォームＧＰ１を胴型４４内に配置する際に、上型４１は図１３に示す位置よりも上方に退避している。レンズ枠２０及びガラスプリフォームＧＰ１を配置したら、上型４１を下方に移動させる。
上型４１は、胴型４３のガイド孔４３ａに対して上方から挿入される（図１３参照）。大径部４１ｂの外径がガイド孔４３ａの内径に対応しており、ガイド孔４３ａの内周面に対して大径部４１ｂの外周面を摺接させて、上下方向への上型４１の移動が案内される。大径部４１ｂとガイド孔４３ａの間の径方向のクリアランスは極めて小さく設定されており、胴型４３によって上型４１の径方向位置と角度（基準軸４０ｘとの平行度）が精密に決められる。
上型４１がある程度下方に移動すると、軸部４１ａがレンズ枠２０の貫通孔２３に上方から進入する（図１３及び図１６参照）。軸部４１ａは、入射側端部２１側の開口から貫通孔２３に入る。軸部４１ａの外径は貫通孔２３の円筒面２４の内径に対応しているが、軸部４１ａと円筒面２４の間のクリアランスは、大径部４１ｂとガイド孔４３ａの間のクリアランスよりも僅かに大きい。そのため、上型４１は、胴型４３のガイド孔４３ａによって高精度に案内されながら、レンズ枠２０（入射側部分２０Ａ）によって妨げられずに上下方向に移動できる。
下型４２は、胴型４４のガイド孔４４ｄに対して下方から挿入される（図１３及び図１６参照）。軸部４２ａの外径がガイド孔４４ｄの内径に対応しており、ガイド孔４４ｄの内周面に対して軸部４２ａの外周面を摺接させて、上下方向への下型４２の移動が案内される。軸部４２ａとガイド孔４４ｄの間の径方向のクリアランスは極めて小さく設定されており、胴型４４によって下型４２の径方向位置と角度（基準軸４０ｘとの平行度）が精密に決められる。
図１３と図１６は、成形装置４０へのレンズ枠２０及びガラスプリフォームＧＰ１の設置が完了し、各胴型４３、４４に対して上型４１と下型４２を所定位置まで挿入したプレス準備完了状態である。この状態で、上型４１と下型４２は同軸上に位置しており、成形面４１ｄと成形面４２ｄがガラスプリフォームＧＰ１を間にして上下方向に対向する。
ヒーター（不図示）によって成形装置４０の内部を加熱し、ガラスプリフォームＧＰ１のガラス転移点よりも高い温度にする。これによりガラスプリフォームＧＰ１が軟化してプレス成形可能になる。
加熱によりガラスプリフォームＧＰ１が軟化した状態で、上型４１と下型４２を接近させる。図１４及び図１７に示すように、胴型４４に対して下型４２は、規制面４２ｃが下端面４４ｇに当接する位置まで挿入することができ、当該位置よりも上方への下型４２の移動は規制される。この状態では、下型４２の軸部４２ａが、レンズ枠２０の貫通孔２３に対して下方から（出射側端部２２側の開口から）進入している。軸部４２ａの外径は貫通孔２３の円筒面２５の内径に対応しているが、軸部４２ａと円筒面２５の間のクリアランスは、軸部４２ａと胴型４４のガイド孔４４ｄの間のクリアランスよりも僅かに大きい。そのため、下型４２は、胴型４４のガイド孔４４ｄによって高精度に案内されながら、レンズ枠２０（出射側部分２０Ｂ）によって妨げられずに上下方向に移動できる。
なお、加熱すると、上型４１や下型４２の材質とレンズ枠２０の材質との熱膨張率の差によって、互いの寸法関係が僅かに変化する。しかし、上述した円筒面２４、２５と軸部４１ａ、４２ａとの間のクリアランスによって、この寸法関係の変化を吸収して、レンズ枠２０に対して上型４１と下型４２が可動である状態を維持できる。
規制面４２ｃが下端面４４ｇに当接する規制位置まで下型４２が挿入されると、成形面４２ｄがガラスプリフォームＧＰ１の下部に接触する。このときの成形面４２ｄの位置を図１６に仮想線（一点鎖線）で示した。凹面である成形面４２ｄの曲率よりもガラスプリフォームＧＰ１（図１３及び図１６に示す球形の状態）の外面の曲率の方が大きいので、成形面４２ｄに対するガラスプリフォームＧＰ１の接触は、基準軸４０ｘ上での点接触として生じる。
また、下降する上型４１の成形面４１ｄが、ガラスプリフォームＧＰ１の上部を下方へ押し込む。平面である成形面４１ｄに対するガラスプリフォームＧＰ１の接触は、基準軸４０ｘ上での点接触として生じる。そして、下型４２に下部が接触した状態のガラスプリフォームＧＰ１を、上型４１によって下方に押し込むと、ガラスプリフォームＧＰ１が上下方向に圧縮されていく（図１４及び図１７）。
図１４及び図１７の状態では、上型４１が下方へ押し切られていないため、ガラスプリフォームＧＰ１の下部と成形面４２ｄとの間には部分的に隙間があり、最終的な出射面１２や出射周縁面１３の形状にはなっていない。
図１４及び図１７の状態からさらに上型４１を下方に移動させると、図１５に示すように、規制面４１ｃが胴型４４の上端面４４ｆに当接する。当該位置よりも下方への上型４１の移動は規制され、上型４１が下方へ押し切られたプレス完了状態となる。この段階で、成形面４１ｄと成形面４２ｄと環状面４２ｅの形状がそれぞれレンズ枠２０内のガラスプリフォームＧＰ１に転写されて、入射面１１と出射面１２と出射周縁面１３を有するレンズ１０の形状になる。また、レンズ枠２０の突部２６によって、レンズ１０の外周部分に外周凹部１４が形成される。
プレス完了状態から冷却してレンズ１０を硬化させることで、レンズ１０とレンズ枠２０が一体化されたレンズユニット２が完成する。上型４１と下型４２を上下方向に離間させて、貫通孔２３内から軸部４１ａを上方に引き抜き、軸部４２ａを下方に引き抜く。そして、胴型４４の収容孔４４ｃ内から完成したレンズユニット２を取り外す。
以上のレンズユニット２の製造において、成形装置４０内に設置したレンズ枠２０の第３テーパ面２６ｃは、下方に進むにつれて内径を小さくする形状であるため、成形前のガラスプリフォームＧＰ１は、第３テーパ面２６ｃに接触して支持される位置（図１３及び図１６）よりも下方への移動が規制される。従って、下型４２などによって下方からガラスプリフォームＧＰ１を支えなくても、ガラスプリフォームＧＰ１が脱落せず、成形装置４０内へのガラスプリフォームＧＰ１の設置が容易である。
また、図１３や図１６に示すように、レンズ枠２０の第３テーパ面２６ｃの傾斜は、第３テーパ面２６ｃに載置したガラスプリフォームＧＰ１に対して下方へ向けて作用する荷重によって、レンズ枠２０を下方に押す力を生じさせるものである。具体的には、下方へ向けて作用する荷重は、上型４１がガラスプリフォームＧＰ１を下方に押し込むプレス荷重や、ガラスプリフォームＧＰ１や上型４１の重さである。そして、こうした下方への荷重によって、胴型４４内に配置したレンズ枠２０が、プレス成形の際に上方へ浮き上がってしまうことを防止できる。仮に、レンズ枠２０が浮き上がった状態でレンズ１０をプレス成形すると、レンズ１０とレンズ枠２０の光軸方向の位置関係が設計からずれてしまい、光学装置１を構成したときに光源３０とレンズ１０の位置関係が不適切になる。
レンズ１０の成形に際しては、上型４１と下型４２の両方で適切に成形できる位置にガラスプリフォームＧＰ１を配置する必要がある。例えば、レンズ枠２０が図１３及び図１６に示す位置よりも上方でガラスプリフォームＧＰ１を保持する構造であると、下型４２を最も上方の規制位置（図１４、図１５及び図１７）まで移動させたときに、成形面４２ｄがガラスプリフォームＧＰ１に接触しなくなる。従って、下型４２を規制位置まで移動させたときに、ガラスプリフォームＧＰ１の下部に成形面４２ｄが当接するように、第３テーパ面２６ｃによるガラスプリフォームＧＰ１の保持位置を設定している。
より詳しくは、図１６に示すように、下型４２の規制位置での基準軸４０ｘ上の成形面４２ｄの中心位置Ｔ１を設定する。ガラスプリフォームＧＰ１の半径Ｒ１（図１６）は、後述する体積に関する条件によって所定の値に決められている。そして、半径Ｒ１のガラスプリフォームＧＰ１を成形面４２ｄの中心位置Ｔ１で支持した場合に、中心位置Ｔ１よりも上方の接触位置Ｔ２（図１６）で第３テーパ面２６ｃがガラスプリフォームＧＰ１に接触するように、第３テーパ面２６ｃと下型４２とガラスプリフォームＧＰ１の位置関係を設定している。本実施形態では、接触位置Ｔ２からガラスプリフォームＧＰ１の中心に向かう直線（図１６では半径Ｒ１として表されている）が、水平方向に対して若干上向きに傾斜するように、接触位置Ｔ２が設定されている。そして、第３テーパ面２６ｃは、接触位置Ｔ２を通り、かつ上述した出射面１２での全反射（図７参照）の条件を満たす傾斜の面として形成されている。
レンズユニット２では、レンズ１０における表裏のレンズ面（入射面１１と出射面１２）だけでなく、レンズ枠２０による保持を受ける外周凹部１４についても、成形装置４０のプレス加工で形成する。言い換えれば、レンズ１０は、多めのガラス材料を用いてレンズ面をプレス成形した後で、径方向などに膨出した余分な部分を除去するという形態での製造が難しい。そのため、成形後のレンズ１０の体積に対応するように、ガラスプリフォームＧＰ１の体積を精密に設定する必要がある。ガラスプリフォームＧＰ１を球形にすることで、体積を精密に管理しやすくなる。特に、レンズ１０が小型であるほど、ガラス材料の使用量の誤差管理が難しくなるので、球形のガラスプリフォームＧＰ１を用いることの有効性が高い。
上型４１と下型４２を上下方向で最も接近させたプレス完了状態（図１５）で、上型４１の成形面４１ｄと、下型４２の成形面４２ｄ及び環状面４２ｅと、レンズ枠２０の突部２６とにより囲まれる空間の容積が、成形後のレンズ１０の体積になる。ガラスプリフォームＧＰ１は、当該空間の容積を満たす量のガラスで形成されている。
球形のガラスプリフォームＧＰ１は、体積の管理に優れる反面で転動しやすいので、成形時の安定性確保に留意する必要がある。例えば、ガラスプリフォームＧＰ１に対して下方から当接する面（以下、下方面と呼ぶ）が凸面であると、球形のガラスプリフォームＧＰ１を安定させることができない。また、下方面が平面であっても、上方からの負荷などに応じて球形のガラスプリフォームＧＰ１が転がってしまう可能性があるので、安定させることが難しい。従って、ガラスプリフォームＧＰ１の安定性と位置精度を高めるべく、下方面は、下方に進むにつれて内径を小さくする形状（凹面など）であることが好ましく、基準軸４０ｘに対する傾斜が大きい（凹面の場合は曲率が大きい）ことがより好ましい。
図１６に示すように、レンズ枠２０においてガラスプリフォームＧＰ１に接する第３テーパ面２６ｃは、下方面に関する上記条件を満たすものである。特に、第３テーパ面２６ｃは基準軸４０ｘを中心とする円錐形状であるため、ガラスプリフォームＧＰ１を、プレス加工前の段階から自重によって光軸方向と径方向の両方に位置決めすることができ、高い位置精度での安定した保持を実現できる。また、ガラスプリフォームＧＰ１に対して上型４１からのプレス荷重が加わったときに、第３テーパ面２６ｃを介してレンズ枠２０が押し付けられることで、レンズ枠２０の浮き上がりを抑えて高精度な成形を実現できる。
また、ガラスプリフォームＧＰ１の下方に位置する下型４２の成形面４２ｄは、レンズ１０の凸状の出射面１２に対応する凹面であり、下方面に関する上記条件を満たすものである。これに対し、ガラスプリフォームＧＰ１の上方に位置する上型４１の成形面４１ｄは、レンズ１０の平面状の入射面１１に対応する平面である。上型４１と下型４２を接近させてガラスプリフォームＧＰ１からレンズ１０を成形する際に、平面である成形面４１ｄではなく凹面である成形面４２ｄを下方に位置させることで、下方への荷重に応じて、ガラスプリフォームＧＰ１の光軸方向位置及び径方向位置を安定させる作用を得ることができる。
つまり、正のパワーを有するレンズ１０の入射面１１と出射面１２のうち、凸の曲率が大きい（曲率半径が小さい）レンズ面（本実施形態では出射面１２）を形成する成形面（本実施形態では成形面４２ｄ）が下型４２にあるようにセッティングしてレンズ１０を成形することで、ガラスプリフォームＧＰ１の位置ずれを抑制して成形の精度を向上させることができる。
また、第３テーパ面２６ｃの内径が小さくなる側を下方に向けてレンズ枠２０を成形装置４０に設置し、第３テーパ面２６ｃにガラスプリフォームＧＰ１を載置することで、プレス加工前からプレス加工時にかけてガラスプリフォームＧＰ１の安定した保持を実現できる。
さらに、内径が小さくなる側を下方に向けて設置されるレンズ枠２０の第１テーパ面２６ａや第３テーパ面２６ｃは、プレス加工時にガラスプリフォームＧＰ１の変形を適切にコントロールする機能を有する。
図１６及び図１７に示すように、プレス加工の初期段階から終盤に至るまで、ガラスプリフォームＧＰ１で上型４１からのプレス力を直接に受ける位置は、基準軸４０ｘ上の接触箇所である。しかし、基準軸４０ｘから径方向に離れているガラスプリフォームＧＰ１の周縁部分でも、下方へのプレス力を第１テーパ面２６ａや第３テーパ面２６ｃで受けることにより圧縮荷重が生じる。これにより、プレス時の面圧を確保して、外周凹部１４を含むレンズ１０の周縁部分まで高精度に形成させることができる。さらに、２段階に傾斜する第１テーパ面２６ａ及び第３テーパ面２６ｃと、これらとは反対方向に傾斜する第２テーパ面２６ｂとに沿って、軟化したガラスプリフォームＧＰ１を突部２６の下部まで確実に回り込ませることができる。従って、レンズ枠２０の突部２６によって、基準軸４０ｘに対するガラスプリフォームＧＰ１の傾きや偏心を抑制しながら、効率よくプレス加工を進行させることができる。
以上のように、成形装置４０によって、レンズ１０を高精度に効率よく成形することができ、レンズユニット２の生産における歩留まりが向上する。
レンズユニット２の第２実施形態を図１８に示す。上記の第１実施形態のレンズユニット２は、レンズ枠２０における入射側部分２０Ａの内面が、光軸方向に一様な平滑形状の円筒面２４である。第２実施形態のレンズユニット２は、入射側部分２０Ａの内面に反射光対策を施している点が異なる。入射側部分２０Ａの内面以外は、第１実施形態のレンズユニット２と同じ構成である。
図１８に示すように、第２実施形態の入射側部分２０Ａの内面は、内径や傾斜が異なる複数の部分で構成された複合内面（反射制御部）２７になっている。複合内面２７は、入射側から順に、第１円筒面２７ａ、第１テーパ面２７ｂ、第２テーパ面２７ｃ、第２円筒面２７ｄを有している。
第２円筒面２７ｄは、第１実施形態の円筒面２４とほぼ同じ内径の円筒面である。第１円筒面２７ａは、第２円筒面２７ｄよりも内径が小さい円筒面である。第１テーパ面２７ｂは、第１円筒面２７ａとの境界部分の内径が最も小さく、光軸方向で第２テーパ面２７ｃ側（出射側）へ進むにつれて内径を大きくする円錐形状（円錐面の一部）である。第２テーパ面２７ｃは、第１テーパ面２７ｂとの境界部分の内径が最も大きく、光軸方向で第２円筒面２７ｄ側（出射側）へ進むにつれて内径を小さくする円錐形状（円錐面の一部）である。
光源３０から発して第１テーパ面２７ｂにより反射される反射光線ＲＬ３、ＲＬ４を図１８に示した。反射光線ＲＬ３は、第１テーパ面２７ｂのうち第１円筒面２７ａ寄り（入射側）の位置で反射される光を示したものであり、反射光線ＲＬ４は、第１テーパ面２７ｂのうち第２テーパ面２７ｃ寄り（出射側）の位置での反射光を示したものである。反射光線ＲＬ３は、突部２６によって出射側への進行が遮られる。反射光線ＲＬ４は、第１テーパ面２７ｂに隣接する第２テーパ面２７ｃによって出射側への進行が遮られる。
このように、第２実施形態のレンズ枠２０では、入射側部分２０Ａでの内面反射光がレンズ１０を通って出射することを防ぐため、さらに優れた光学性能（ゴースト抑制効果）を得ることができる。なお、レンズ枠２０の内面での反射抑制は、図１８に示す構成に限られるものではない。例えば、微細な凹凸が光軸方向に繰り返し現れる遮光線構造などを用いることも可能である。
レンズユニット２とその製造方法（製造装置）に係る第３実施形態を図１９から図２１に示す。第３実施形態のレンズユニット２では、正のパワーを有するレンズとして、両凸レンズであるレンズ５０を用いている。すなわち、レンズ５０は、入射側に突出する凸面である入射面５１と、出射側に突出する凸面である出射面５２を有する。入射面５１の方が出射面５２よりも曲率が大きい。入射面５１の周囲の環状の領域には入射周縁面５３が形成されている。入射周縁面５３は、レンズ５０の光軸５０ｘに対して概ね垂直な平面である。
レンズ枠２０の中間部分２０Ｃの内部には、上記第１実施形態の突部２６に代えて、突部２８が形成されている。突部２８は、レンズ枠２０の周方向の全体に亘って連続して設けられている。突部２８は、突部２６を光軸方向で反転させたような形状を有している。具体的には、突部２８は、円筒面２４の出射側の端部に連続する第１テーパ面２８ａ、円筒面２５の入射側の端部に連続する第２テーパ面２８ｂ、第１テーパ面２８ａと第２テーパ面２８ｂを接続する第３テーパ面２８ｃを有している。
第１テーパ面２８ａは、円筒面２４（入射側）から出射側に進むにつれて内径を小さくする面である。第２テーパ面２８ｂは、円筒面２５（出射側）から入射側に進むにつれて内径を小さくする面である。第３テーパ面２８ｃは、第２テーパ面２８ｂ（出射側）から第１テーパ面２８ａ（入射側）に進むにつれて内径を小さくする面である。
すなわち、レンズ５０の光軸５０ｘに対する第３テーパ面２８ｃの傾斜方向が、第１実施形態での光軸１０ｘに対する第３テーパ面２６ｃの傾斜方向とは逆である。そして、第３テーパ面２８ｃで反射して出射面５２に向かう反射光が、出射面５２の箇所で全反射されない点において、第１実施形態とは異なる。
レンズ５０の外周部分には、突部２８の形状に対応する外周凹部５４が形成されている。突部２８が外周凹部５４に嵌合して、レンズ枠２０内にレンズ５０が固定されている。
第１実施形態の突部２６と同様に、突部２８は、入射面５１の有効径内を通り出射面５２の有効径内から出射する有効光線を遮蔽せず、有効光線よりも外径側を通る有害な周辺光を遮蔽する機能を有する。また、３つのテーパ面２８ａ、２８ｂ、２８ｃを介した保持によって、レンズ枠２０に対するレンズ５０の結合強度、位置精度、耐荷重性、気密性などが向上している。
第３実施形態のレンズ５０を成形する成形装置６０を、図２０及び図２１に示した。成形装置６０の上型６１、下型６２、胴型６３、胴型６４はそれぞれ、光軸方向の寸法関係などに相違があるが、基本的な構造は先に説明した成形装置４０の上型４１、下型４２、胴型４３、胴型４４と共通している。従って、成形装置６０の各部において成形装置４０と同様に機能する部分については、図２０及び図２１で、成形装置４０の対応する部分の符号の先頭に「１」を付した上で、説明を省略する。
第１実施形態のレンズ１０の成形と同様に、レンズ５０の成形に際しては、凸の曲率が大きい（曲率半径が小さい）レンズ面を形成する成形面が下型６２に設けられるようにセッティングする。両凸レンズであるレンズ５０では、入射面５１の方が出射面５２よりも曲率が大きい凸面であるので、入射面５１を形成する成形面６６が下型６２に設けられる。そして、凸面としての曲率が小さい出射面５２を形成する成形面６５が上型６１に設けられる。入射面５１と出射面５２の曲率の違いに対応して、上型６１の成形面６５よりも、下型６２の成形面６６の方が、曲率の大きい凹面となる。
成形装置６０に設置するレンズ枠２０の向きは、第１実施形態とは逆になり、入射側端部２１を下方に向けて胴型６４の収容孔１４４ｃに挿入する。そして、入射側端部２１が胴型６４の規制面１４４ｅに当接して、上下方向におけるレンズ枠２０の位置が決まる。
収容孔１４４ｃ内にレンズ枠２０を挿入した状態で、上向きの出射側端部２２は上端面１４４ｆよりも下方に位置する。また、成形装置６０の基準軸６０ｘに対する、突部２８の第１テーパ面２８ａ、第２テーパ面２８ｂ、第３テーパ面２８ｃの傾斜方向や傾斜角度はそれぞれ、図１３から図１７に示す第１実施形態の突部２６の第２テーパ面２６ｂ、第１テーパ面２６ａ、第３テーパ面２６ｃの傾斜方向や傾斜角度とほぼ同じになる。
このようにして成形装置６０内に設置したレンズ枠２０の貫通孔２３内に、球形のガラスプリフォームＧＰ２を上方（出射側端部２２の側）から挿入する。あるいは、ガラスプリフォームＧＰ２を予め貫通孔２３内に挿入したレンズ枠２０を、成形装置６０に設置してもよい。図２０に示すように、ガラスプリフォームＧＰ２は、レンズ枠２０内の突部２８の第３テーパ面２８ｃに載置される。下方に進むにつれて内径を小さくする第３テーパ面２８ｃは、ガラスプリフォームＧＰ２を安定して高精度に保持することができる。また、ガラスプリフォームＧＰ２に対する上型６１のプレス荷重や、ガラスプリフォームＧＰ２の重さなどによって、胴型６４内でのレンズ枠２０の浮き上がりを抑えることができる。
胴型６３によって上下方向への移動が案内される上型６１は、軸部１４１ａの先端（下端）に、成形面６５を有する。上述のように、成形面６５は、レンズ５０の出射面５２に対応する形状の凹面である。
胴型６４によって上下方向への移動が案内される下型６２は、軸部１４２ａの先端（上端）に、成形面６６を有する。上述のように、成形面６６は、レンズ５０の入射面５１に対応する形状の凹面である。また、成形面６６の周囲には、レンズ５０の入射周縁面５３に対応する形状の環状面６７が形成されている。
成形装置６０の内部を加熱してガラスプリフォームＧＰ２を軟化させ、図２０に示すプレス準備完了状態から、上型６１と下型６２を上下方向で接近させる。下型６２の軸部１４２ａがレンズ枠２０の貫通孔２３内を上方に移動して、成形面６６がガラスプリフォームＧＰ２の下部に接触する。上型６１の軸部１４１ａがレンズ枠２０の貫通孔２３内を下方に移動して、成形面６５がガラスプリフォームＧＰ２の上部に接触する。そして、成形面６５と成形面６６に挟まれたガラスプリフォームＧＰ２が押圧されて変形する。
成形面６５よりも曲率の大きい凹面である成形面６６が下方に位置することで、プレス加工でガラスプリフォームＧＰ２が下方へ押圧されたときに、ガラスプリフォームＧＰ２の位置ずれを抑制して成形の精度を向上させることができる。
規制面１４２ｃが胴型６４の下端面１４４ｇに当接して移動規制を受け、規制面１４１ｃが胴型６４の上端面１４４ｆに当接して移動規制を受けるまで、上型６１と下型６２を接近させると、図２１に示すプレス完了状態になり、成形された形状のレンズ５０が得られる。
レンズユニット２とその製造方法（製造装置）に係る第４実施形態を図２２から図２４に示す。第４実施形態のレンズユニット２では、正のパワーを有するレンズとして、両凸レンズであるレンズ７０を用いている。第３実施形態のレンズ５０との相違点として、レンズ７０では、出射側に突出する凸面である出射面７２の方が、入射側に突出する凸面である入射面７１よりも曲率が大きい（曲率半径が小さい）。出射面７２の周囲の環状の領域には出射周縁面７３が形成されている。出射周縁面７３は、レンズ７０の光軸７０ｘに対して概ね垂直な平面である。
レンズ枠２０の構成は第３実施形態と同じであり、中間部分２０Ｃの内部には突部２８が形成されている。突部２８がレンズ７０の外周凹部７４に嵌合して、レンズ枠２０内にレンズ７０が固定されている。
第４実施形態のレンズ７０を成形する成形装置８０を、図２３及び図２４に示した。成形装置８０は、第３実施形態における成形装置６０とほぼ同じ構成であり、共通する部分については、成形装置６０と同じ符号で示して説明を省略する。
成形装置８０では、レンズ７０の入射面７１を形成する成形面８４が下型８２に形成され、出射面７２を形成する成形面８３が上型８１に形成されている。また、レンズ７０の出射周縁面７３を形成する環状面８５は、上型８１に形成されている。つまり、下型８２に設けられているのが、凸の曲率が大きい出射面７２を形成する成形面８３ではなく、凸の曲率が小さい入射面７１を形成する成形面８４であるという点で、第１実施形態の成形装置４０や第３実施形態の成形装置６０とは異なる。
図２３に示すように、成形装置８０の胴型６４の収容孔１４４ｃに対して、レンズ枠２０は入射側端部２１を下向きにして挿入される。これにより、突部２８の第３テーパ面２８ｃは、内径が小さくなる側を下方に向けた状態になる。そして、球形のガラスプリフォームＧＰ３が第３テーパ面２８ｃに載置される。下方に進むにつれて内径を小さくする第３テーパ面２８ｃは、ガラスプリフォームＧＰ３を安定して高精度に保持することができる。また、ガラスプリフォームＧＰ３に対する上型８１のプレス荷重や、ガラスプリフォームＧＰ３の重さなどによって、胴型６４内でのレンズ枠２０の浮き上がりを抑えることができる。
成形装置８０の内部を加熱してガラスプリフォームＧＰ３を軟化させ、図２３に示すプレス準備完了状態から、上型８１と下型８２を上下方向で接近させる。下型８２の成形面８４がガラスプリフォームＧＰ３の下部に接触し、上型８１の成形面８３がガラスプリフォームＧＰ３の上部に接触する。そして、成形面８３と成形面８４に挟まれたガラスプリフォームＧＰ３が押圧されて変形する。
成形時にガラスプリフォームＧＰ３の下方に位置する下方面が、成形面８３よりも曲率の小さい凹面である成形面８４である。但し、成形面８４が凹面であるため、下方面が凸面や平面である場合に比して、ガラスプリフォームＧＰ３を安定させる所定の効果を得ることができる。
規制面１４２ｃが胴型６４の下端面１４４ｇに当接して移動規制を受け、規制面１４１ｃが胴型６４の上端面１４４ｆに当接して移動規制を受けるまで、上型８１と下型８２を接近させると、図２４に示すプレス完了状態になり、成形された形状のレンズ７０が得られる。
以上のように、本発明を適用した各実施形態のレンズユニット２では、レンズ枠２０とレンズ１０、５０、７０の間の位置精度、結合強度、耐荷重性、気密性などを向上させることができる。また、レンズ枠２０の突部２６、２８を用いた簡単な構造で、有害光を防いで光学性能を向上させることができる。
また、レンズ枠２０の突部２６、２８に設けた第３テーパ面２６ｃ、２８ｃによって、成形装置４０、６０、８０での成形時に、レンズ枠２０とガラスプリフォームＧＰ１、ＧＰ２、ＧＰ３の保持精度を高めて生産性を向上させることができる。
さらに、成形装置４０、６０のように、上型の成形面に比して下型の成形面を曲率の大きい凹面にすることで、より一層の生産性向上を実現できる。
但し、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨内において様々な変更を行うことが可能である。
上記実施形態では、レンズユニット２のレンズが平凸レンズまたは両凸レンズであるが、レンズの形状はこれに限定されるものではない。例えば、正のパワーを有するメニスカスレンズも適用可能である。この場合、メニスカスレンズの凸面を形成する成形面を、成形装置の下型に設けることが好ましい。
上記実施形態のレンズ枠２０における突部２６、２８は、レンズ１０、５０、７０の光軸１０ｘ、５０ｘ、７０ｘを中心とする周方向の全体に連続して設けられている。この構造は、強度や遮光性や気密性の確保において有利である。但し、レンズ枠の突部が、周方向の全体ではなく部分的に存在する形態を選択することも可能である。
上記実施形態のレンズ枠２０における突部２６、２８は、光軸方向に位置を異ならせて３つのテーパ面を備えている。つまり、突部２６、２８のうち光軸方向の中間部分には、傾斜角が一定の第３テーパ面２６ｃ、２８ｃのみを備えている。この構成は形状がシンプルであり、レンズ枠２０を製造しやすく、精度的にも有利である。しかし、レンズ枠の突部のうち光軸方向の中間部分（第３テーパ面２６ｃ、２８ｃに相当する部分）で、傾斜角や傾斜方向が異なる２つ以上のテーパ面が光軸方向に連続するように構成することも可能である。すなわち、本発明における突部は、光軸方向に沿って４つ以上のテーパ面を有するものとしてもよい。
１ ：光学装置
２ ：レンズユニット
３ ：光源ユニット
１０ ：レンズ
１１ ：入射面
１２ ：出射面
１４ ：外周凹部
２０ ：レンズ枠
２０Ａ ：入射側部分
２０Ｂ ：出射側部分
２０Ｃ ：中間部分
２１ ：入射側端部
２２ ：出射側端部
２３ ：貫通孔
２４ ：円筒面
２５ ：円筒面
２６ ：突部
２６ａ ：第１テーパ面（第１面）
２６ｂ ：第２テーパ面（第２面）
２６ｃ ：第３テーパ面（第３面）
２６ｄ ：最突出部
２７ ：複合内面（反射制御部）
２７ａ ：第１円筒面
２７ｂ ：第１テーパ面
２７ｃ ：第２テーパ面
２７ｄ ：第２円筒面
２８ ：突部
２８ａ ：第１テーパ面（第１面）
２８ｂ ：第２テーパ面（第２面）
２８ｃ ：第３テーパ面（第３面）
３０ ：光源
４０ ：成形装置
４１ ：上型
４１ｄ ：成形面
４２ ：下型
４２ｄ ：成形面
４３ ：胴型
４４ ：胴型
５０ ：レンズ
５１ ：入射面
５２ ：出射面
５４ ：外周凹部
６０ ：成形装置
６１ ：上型
６２ ：下型
６３ ：胴型
６４ ：胴型
６５ ：成形面
６６ ：成形面
７０ ：レンズ
７１ ：入射面
７２ ：出射面
７４ ：外周凹部
８０ ：成形装置
８１ ：上型
８２ ：下型
８３ ：成形面
８４ ：成形面
ＥＬ ：有効光線
ＥＬｚ ：最外有効光線
ＧＰ１ ：ガラスプリフォーム（成形前のガラス材料）
ＧＰ２ ：ガラスプリフォーム（成形前のガラス材料）
ＧＰ３ ：ガラスプリフォーム（成形前のガラス材料）
ＬＰ ：発光点
ＯＬ ：周辺光線
ＲＬ１ ：反射光線
ＲＬ２ ：反射光線
ＲＬ３ ：反射光線
ＲＬ４ ：反射光線

Claims (8)

  1. 筒状のレンズ枠の内部にレンズを保持したレンズユニットであって、
    レンズは、入射面と出射面の少なくとも一方を凸面とし、光源からの光を所定の位置に集光する正のパワーを有し、
    レンズ枠の内部に内径側へ突出する突部を備え、前記突部が前記レンズの外周部分に嵌合して前記レンズを保持し、
    前記突部の内周部分に、前記レンズの光軸方向に位置を異ならせて、光軸方向の入射側に位置する第１面と、光軸方向の出射側に位置する第２面と、前記第１面及び前記第２面の間に位置する第３面とを備え、前記第１面と前記第２面と前記第３面がそれぞれ光軸方向に対して傾斜するテーパ面であることを特徴とするレンズユニット。
  2. 前記入射面から入射して前記第３面で反射した光は、前記出射面で全反射する請求項１記載のレンズユニット。
  3. 前記第３面は、前記入射面と前記出射面のうち凸の曲率が大きい面側に進むにつれて内径を小さくする請求項１または２記載のレンズユニット。
  4. 前記第１面は、入射側から出射側に進むにつれて内径を小さくし、
    前記第２面は、出射側から入射側に進むにつれて内径を小さくし、
    前記第３面は、入射側から出射側に進むにつれて内径を小さくし、光軸方向に対する傾斜の大きさが前記第１面とは異なる請求項１から３のいずれか１項記載のレンズユニット。
  5. 前記第１面は、入射側から出射側に進むにつれて内径を小さくし、
    前記第２面は、出射側から入射側に進むにつれて内径を小さくし、
    前記第３面は、出射側から入射側に進むにつれて内径を小さくし、光軸方向に対する傾斜の大きさが前記第２面とは異なる請求項１から３のいずれか１項記載のレンズユニット。
  6. 前記レンズ枠は、前記光源と前記レンズの間の光軸方向位置の内面に、反射光を前記突部に向けて進行させる反射制御部を備える請求項１から５のいずれか１項記載のレンズユニット。
  7. 前記第３面の内径が小さくなる側を下方に向けて前記レンズ枠を成形装置に配置し、前記第３面に成形前のガラス材料を載置し、
    前記成形装置の上型と下型によって前記ガラス材料を上下からプレスして前記レンズを成形する、請求項１から６のいずれか１項記載のレンズユニットを製造するレンズユニットの製造方法。
  8. 前記レンズの前記入射面と前記出射面のうち凸の曲率が大きい一方の面を成形する成形面を前記下型に設け、他方の面を成形する成形面を前記上型に設ける請求項７記載のレンズユニットの製造方法。
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