JP4190204B2 - 接合レンズアレイ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のレンズアレイが接合されることによって形成される接合レンズアレイに関する。
【0002】
【従来の技術】
図17〜図19は、特開平7−149528号公報に記載されたレンズアレイの製造方法を工程順に示している。
【0003】
この方法では、成形型101を用いて被成形材102にレンズアレイ107を成形するものであり、成形型101の表面には、レンズアレイ107を成形するための窪み状の成形部104が所定間隔で形成されている。また、成形型101及び被成形材102は、ヒータ(図示省略)によって任意の温度に調整されるようになっている。さらに、成形型101は図示を省略した型駆動手段によって任意の位置に調整可能となっており、成形型101は軟化状態にある被成形材102に接近して押圧することが可能となっている。
【0004】
図17の状態では、成形型101と被成形材102とは共にヒータにより所定の温度にまで加熱されており、被成形材2は軟化状態となっている。この状態に対し、図18に示すように、型駆動手段が成形型101を被成形材102に近づけて、成形型101の下面で被成形材102を押圧し、成形型101の表面形状を被成形材102の表面に転写させる。
【0005】
その後、成形型101と被成形材102をヒータによって所定の温度にまで下げ、図19に示すように型駆動手段によって成形型101を被成形材102より離隔させる。これにより、被成形材102には、成形型101の成形部104に対応した複数のレンズ106を有するレンズアレイ107が形成される。そして、このようにして製作されたレンズアレイ107の外周を機械加工し、必要に応じて枠フレームや保護カバーなどを付加し、液晶パネルディスプレイや表示素子に直接取り付けて使用する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
一般的にレンズアレイは、液晶ディスプレイやCRT等の表示部分に配置することにより表示精度を向上させるように使用されている。しかしながら、従来技術によって製造されたレンズアレイは単レンズアレイであり、カメラレンズに代表されるような撮像光学系に使用できるような高性能な光学特性を有していない。
【0007】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、良好な生産効率を保ちながら高性能な光学特性を有したレンズを製造することができる接合レンズアレイを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明の接合レンズアレイは、複数の光学曲面を有した複数のレンズアレイが対応した光学曲面の光軸を一致させた状態で相互に重ねられて接合される接合レンズアレイにおいて、第1レンズアレイの周囲に設けられた凸部と、第2レンズアレイの周囲に設けられ、前記凸部に嵌合することによって、前記第1レンズアレイと前記第2レンズアレイとを重ね合わせた状態で位置決めする凹部と、前記第1レンズアレイと前記第2レンズアレイを接合したときに、前記第1レンズアレイの一つの光学曲面とこの光学曲面に対向する前記第2レンズアレイの一つの光学曲面との間に形成された空隙を囲んで密閉するように各光学曲面の周囲に設けた介在部と、を具備し、接合した前記第1レンズアレイと前記第2レンズアレイを、前記第1レンズアレイの一つの光学曲面の周囲に設けた介在部とこの光学曲面の隣の光学曲面の周囲に設けた介在部との間で切断することを特徴とする。
【0009】
この発明では、対応した光学曲面の光軸が一致した状態でレンズアレイが重ねられるため、複数のレンズアレイを高精度に接合することができると共に、生産効率が高いものとなる。また、レンズアレイの間に介在部を設けて光学曲面の間に空隙を形成するため、光学曲面の間に空気層を設けることができる。このため、高性能な光学特性を付与することができ、撮像光学系等の光学系に好適に使用することができる。
さらに、介在部をレンズアレイの対向面に形成することにより、光学曲面の間に簡単、且つ確実に空隙を形成することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1〜図3は、本発明の実施の形態1を示す。この実施の形態では、2枚のレンズアレイ1,2を用いて接合レンズアレイを製造するものである。
【0019】
それぞれのレンズアレイ1,2には、球面或いは非球面からなる複数の光学曲面が対応するように形成されている。また、下側のレンズアレイ1の下面は、高精度な平面度の平面となっている。
【0020】
レンズアレイ1,2の対向面には、レンズアレイ1,2の相互の位置決めを行う位置決め構造が設けられている。この実施の形態において、位置決め構造は、レンズアレイ1の周囲から凸状となって起立するキー突起3と、キー突起3と対向したレンズアレイ2の下面に形成されてキー突起3が嵌合するキー溝4とによって形成されている。これらのキー突起3及びキー溝4が嵌合することにより、光学曲面が対向するようにレンズアレイ1,2が位置決めされる。また、複数の光学曲面がなす複数の光軸の間隔は、キー突起3及びキー溝4によって高精度に決定されるようになっている。
【0021】
重ねられるレンズアレイ1,2の対向面には、介在部としての突起部5,6が設けられている。突起部5,6はそれぞれのレンズアレイ1,2の対向面から相手側に突出するように形成されている。突起部5はレンズアレイ1の上面に設けられるものであり、その頂部には、溝状の凹部5aが形成されている。突起部6は突起部5と対向するようにレンズアレイ2の下面に設けられており、その下端が突起部5の凹部5aに嵌合する凸部6aとなっている。そして、突起部6と突起部5とが嵌合することにより、レンズアレイ1,2の間に空隙8が形成される。
【0022】
この実施の形態では、レンズアレイ1、2のそれぞれに形成された複数の光学曲面がなす複数の光軸と、突起部5,6と、キー突起3及びキー溝4との間隔はそれぞれが高精度に形成されていて、キー突起3及びキー溝4を嵌合させることにより、レンズアレイ1,2が有している複数の光学曲面がなす複数の光軸がそれぞれ一対一で対応しながら高精度に一致し、さらに対応する光学曲面の間には空隙8が形成されるようになっている。
【0023】
この場合、突起部5,6の嵌合代は、キー突起3及びキー溝4を嵌合させてレンズアレイ1、2を重ね合わせた状態で、レンズアレイ1、2の間隙がキー突起3及びキー溝4によって決定されるように、これらの嵌合代よりも深く形成されている。
【0024】
なお、図示を省略した接着剤塗布装置は、レンズアレイ1の突起部5の凹部5a内に接着剤9を適量塗布する。また、図示を省略した接着剤硬化装置は、突起部5,6の間に塗布された接着剤9を硬化させる。さらに、レンズアレイ2の上面には、レンズアレイ1、2を接合した後に切断しやすいように切断マーク7が形成されている。この実施の形態において、切断マーク7は溝状となっていると共に、レンズアレイ2の光学曲面を区切るように格子状に形成されている(図3参照)。
【0025】
この実施の形態では、図1に示すように、水平な面の上にレンズアレイ1を固定し、接着剤塗布装置を用いることにより、レンズアレイ1の突起部5の凹部5aに接着剤9を適量塗布する。そして、キー突起3及びキー溝4からなる位置決め構造によってレンズアレイ1に対するレンズアレイ2の位置決めをしながらレンズアレイ2をレンズアレイ1に重ね合わせる。
【0026】
このとき、キー突起3及びキー溝4とレンズアレイ1、2の光軸との間隔はそれぞれ高精度に形成されているため、レンズアレイ1の上面に形成された複数の光学曲面がなす複数の光軸とレンズアレイ2の下面に形成された複数の光学曲面がなす複数の光軸がそれぞれ同軸となって一致する。さらに、対応する光学曲面の間には厚みの均一な空隙8が形成された状態となる。
【0027】
突起部5、6の嵌合代は、キー突起3及びキー溝4からなる位置決め構造の嵌合代よりも深く形成されているため、対応する光学曲面の間に空隙8が形成されたままの状態で、突起部6の凸部6aが突起部5の凹部5aに塗布された接着剤9の内部に挿入された状態となる。これにより、レンズアレイ1、2にそれぞれ形成された複数の光学球面がなす複数の光軸がそれぞれ一致して、心出しが完了する。
【0028】
次に、2枚のレンズアレイ1,2を押圧することにより、図2に示すように、余分な接着剤と気泡とを突起部5の凹部5aの周辺に押し出す。レンズアレイ1、2を重ねて押圧したまま、接着剤硬化装置により接着剤9を硬化させてレンズアレイ1、2を接合して接合レンズアレイを作製する。作製された接合レンズアレイでは、図2に示すように、突起部5,6の嵌合によって光線有効領域と光線非有効領域とが封止される。これにより、空隙8が密閉構造となるため、空隙8内に接着剤やゴミ等の異物が侵入することがなく、良好な光学特性を付与することができる。
【0029】
以上によって作製された接合レンズアレイに対し、図3に示すように切断装置10を用いて切断を行う。切断は切断マーク7に沿って行う。切断装置10はカッター刃10aを有しており、切断マーク7に沿って走行させることにより、一致した光学曲面を単位として接合レンズアレイを切断する。この切断では、切断マーク7と突起部5,6との間隔が高精度に形成されているため、光学曲面に影響を与えることなく切断が可能となっている。以上の工程によって、複数個のレンズの製作が完了する。なお、接合レンズアレイを切断する手段としては、レーザ光、超音波打ち抜き、イオンビーム、その他の手段を用いることができる。
【0030】
このような実施の形態では、対応した光学曲面の光軸が一致した状態でレンズアレイ1,2が重なるため、複数のレンズアレイを高精度に接合することができ、しかも高い生産効率とすることができる。また、レンズアレイ1,2の光学曲面の間に空隙8を形成することにより光学曲面の間に空気層を設けるため、高性能な光学特性を付与することができ、撮像光学系のレンズとして好適に使用することができる。
【0031】
(実施の形態2)
図4〜図9は、本発明の実施の形態2を示す。この実施の形態では、3枚のレンズアレイ11,12,13を接合することにより接合レンズアレイとするものである。
【0032】
3枚のレンズアレイ11,12,13はガラス、樹脂その他の材料によって、複数の光学球面を有するように成形されている。最下部のレンズアレイ11の下面及び最上部のレンズアレイ13の上面は、高精度な平面度の平面となっている。また、最上部のレンズアレイ13の上面には、溝形状の切断マーク17が格子状となって形成されている
【0033】
重ねられるレンズアレイ11,12,13の対向面には、相互の位置決めを行うための位置決め構造が設けられている。この実施の形態における位置決め構造は、いずれも下側に位置するレンズアレイ11,12に凸状となって起立するキー突起14と、下側のレンズアレイ11,12と対向して上側に位置するレンズアレイ12,13に形成され、対向したキー突起14が嵌合するキー溝15とによって形成されている。そして、対向したキー突起14とキー溝15とが嵌合することにより、レンズアレイ11,12,13にそれぞれ形成された複数の光学球面がなす複数の光軸は、それぞれ高精度に一対一で対応するようになっている。
【0034】
重ねられるレンズアレイ11,12,13の対向面には、介在部としての突起部18,19,20,21が相手側に突出するように形成されている。
【0035】
突起部18は最下部のレンズアレイ11の上面に形成されており、その頂部には、溝状の凹部18aが形成されている。レンズアレイ11において、この突起部18と、光学球面がなす複数の光軸と、キー突起14との間隔はそれぞれ高精度に形成されている。
【0036】
突起部19は中間部のレンズアレイ12の下面に形成されており、その下端が突起部18の凹部18aに嵌合する凸部19aとなっている。突起部20はこのレンズアレイ12の上面に設けられており、レンズアレイ11の突起部18と同様に、溝状の凹部20aがその頂部に形成されている。レンズアレイ12において、その上面に形成された複数の光学球面がなす複数の光軸は、その下面に形成された複数の光学球面がなす複数の光軸とそれぞれ一対一で高精度に対応しながら、突起部19,20と、下面のキー溝15及び上面のキー突起14との間隔が高精度となるように形成されている。
【0037】
突起部21は、最上部のレンズアレイ13の下面に形成されており、その下端が突起部20の凹部20aに嵌合する凸部21aとなっている。レンズアレイ13において、下面の光学球面がなす複数の光軸と、突起部2と、キー溝15と、切断マーク17との間隔はそれぞれ高精度に形成されていて、切断マーク17と突起部2とは高精度に平行となるように形成されている。
【0038】
なお、図6に示すように、突起部18,20における凹部18a、20a内には、接着剤23が注入、塗布等によって充填されるようになっている。
【0039】
この実施の形態において、介在部としての突起部18,19,20,21は、図4に示すように、対応したレンズアレイ11,12,13の光学球面の周囲を区切るように格子状に形成されている。従って、対応した突起部18,19,20,21を嵌合させると、突起部18,19,20,21によって空隙25,26が密閉空間となるように形成され、これにより、レンズアレイ11,12,13の光学球面が突起部18,19,20,21によって封止される。従って、接合レンズアレイにおける光線有効領域と光線非有効領域とが封止されるようになっている。
【0040】
ここで、レンズアレイ11,12に形成された突起部18,19の嵌合代は、そのキー突起14及びキー溝15を嵌合させてレンズアレイ11,12を重ね合わせることにより対応する光学球面の間に密閉空間(空隙25)を形成し、且つ突起部18の凹部18aに充填された接着剤23の内部に突起部19の凸部19aが挿入されるようにキー突起14及びキー溝15の嵌合代よりも深く形成されている。
【0041】
同様に、レンズアレイ12,13に形成された突起部20,21の嵌合代は、そのキー突起14及びキー溝15を嵌合させてレンズアレイ12,13を重ね合わせることにより対応する光学球面の間に密閉空間(空隙26)を形成し、且つ突起部20の凹部20aに充填された接着剤23の内部に突起部21の凸部21aが挿入されるようにキー突起14及びキー溝15の嵌合代よりも深く形成されている。
【0042】
この実施の形態では、図6に示すように、水平な面の上にレンズアレイ11及び12を固定し、接着剤塗布装置(図示省略)を用いてレンズアレイ11,12の上面の突起部18,20の凹部18a、20aに対し、熱硬化型接着剤23を適量充填する。その後、対応しているキー突起14及びキー溝15を嵌合させることにより、レンズアレイ11に対する位置決めを行いながらレンズアレイ12をレンズアレイ11に重ね合わせる。
【0043】
このとき、キー突起14及びキー溝15とそれぞれの光学球面の光軸までの間隔が高精度に形成されているため、レンズアレイ11の上面に形成された複数の光学球面がなす複数の光軸とレンズアレイ12の上下面に形成された複数の光学球面がなす複数の光軸とがそれぞれ同軸となって一致する。
【0044】
さらに、突起部18,19の嵌合代は、キー突起14及びキー溝15を嵌合させた状態で、突起部19の凸部19aが突起部18の凹部18aに充填された接着剤23の内部に挿入されるように、キー突起14及びキー溝15の嵌合代よりも深く形成されているため、レンズアレイ11の上面の光学球面とレンズアレイ12の下面の光学球面の間隙はキー突起14及びキー溝15によって決定され、対応する光学球面間には密閉された空隙25が形成される。
【0045】
同様に、レンズアレイ13をキー突起14及びキー溝15によってレンズアレイ12に対する位置決めを行いながらレンズアレイ12に重ね合わせる。
【0046】
このとき、キー突起14及びキー溝15とそれぞれの光学球面の光軸までの間隔が高精度に形成されているため、レンズアレイ12の上面に形成された複数の光学球面がなす光軸とレンズアレイ13の下面に形成された複数の光学球面がなす光軸とがそれぞれ同軸となって一致する。
【0047】
さらに、突起部20,21の嵌合代は、キー突起14及びキー溝15を嵌合させた状態で、突起部21の凸部21aが突起部20の凹部20aに充填された接着剤23の内部に挿入されるように、キー突起14及びキー溝15の嵌合代よりも深く形成されているため、レンズアレイ12の上面の光学球面とレンズアレイ13の下面の光学球面の間隙はキー突起14及びキー溝15によって決定され、対応する光学球面間には密閉された空隙26が形成される。
【0048】
以上により、レンズアレイ11,12,13にそれぞれ形成された複数の光学球面がなす複数の光軸がそれぞれ同軸となって一致して心出しが完了する。また、心出しが完了した状態では切断マーク17と突起部18,19,20,21との結合ライン27は高精度に平行となっている。その後、3枚のレンズアレイ11,12,13を押圧して密着させ、余分な接着剤及び気泡を突起部18,20の凹部18a、20aから、その周辺に押し出す(図7参照)。
【0049】
そして、レンズアレイ11,12,13を重ねて押圧したまま、ヒータ(図示省略)により熱を加えて接着剤23を硬化させ、レンズアレイ11,12,13を接合して接合レンズアレイとする。
【0050】
接合レンズアレイでは、レンズアレイ11,12とレンズアレイ12,13の光学球面の間には密閉された空気層25,26が形成されている。
【0051】
次に、図8に示すように接合レンズアレイに対し、切断装置10によって切断マーク17に沿った切断を行う。このとき、切断マーク17と突起部18,19,20,21は高精度に平行となっているため、切断時に光学面に影響を与えることなく、且つ空気層25,26の密閉を破壊することなく切断することができる。
【0052】
図9は切断によって作製された接合レンズ28を示し、レンズアレイ11に基づいたレンズ11a、レンズアレイ12に基づいたレンズ12a及びレンズアレイ13に基づいたレンズ13aが上下方向に接合されており、これらのレンズ11a、12a、13aの間に密閉状の空隙25,26が形成されている。空隙25,26は光線有効領域に設けられ、この光線有効領域が突起部18,19,20,21によって外側の光線非有効領域から封止されている。
【0053】
この接合レンズ28を発光素子或いは受光素子と組み合わせる際、レンズアレイ11(レンズ11a)の下面が高精度な平面になっているため、接合レンズ28の焦点が発光素子の発光面或いは受光素子の受光面に一致するようにレンズアレイ11の厚さを設定することにより、発光素子或いは受光素子に接合レンズアレイを当てつけるだけで良く、高さ位置の調整が不要となる。
【0054】
このような実施の形態では、実施の形態1と同様に、複数のレンズアレイを高精度に接合することができると共に、複数のレンズアレイ11,12,13における光学球面の間に空隙25,26を設けるため、高性能な光学特性を付与することができる。また、この実施の形態では、光線有効領域内に設けられている空隙25,26が密閉空間となって光線非有効領域と封止されているため、空隙25,26に接着剤やゴミ、ケバ等の異物が侵入することがなく、良好な光学特性を保持することが可能となっている。
【0055】
この実施の形態では、レンズアレイ11,12の上面に凹部18a、20aを有した突起部18,20が形成され、レンズアレイ12,13の下面に凸部19a、21aを有した突起部19,21がそれぞれ形成されているが、凹凸の対応がなされていれば、レンズアレイ11,12の上面に凸部19a、21aを有した突起部19,21を形成し、レンズアレイ12,13の下面に凹部18a、20aを有した突起部18,20を形成しても良い。また、突起部18,19,220,21をレンズアレイの位置決めを行う位置決め構造(すなわち、キー突起及びキー溝)として使用してもよく、この場合には、キー突起及びキー溝からなる位置決め構造が不要となる。
【0056】
突起部18,19,20,21を連続した直線状としているが、中間に切り欠き部を設けても良い。この場合には、レンズアレイ11,12,13に形成される空隙25,26は密閉空間ではなく、開放された空隙となる。このように開放された空隙では、急激な温度変化等によって空隙内の空気が膨張・収縮しても、レンズアレイ相互の接合面が剥離したり、亀裂を生じることがなくなるメリットがある。
【0057】
レンズアレイ11,12,13は、複数の球面を有しているが、複数の非球面を有していても良い、。さらに、レンズアレイ11,12,13としては、複数の球面形状を有するものと、複数の非球面形状を有するものとを組み合わせて使用しても良く、例えば、複数の非球面形状を有するレンズアレイ12と、複数の球面形状を有するレンズアレイ11,13との組み合わせでも良い。
【0058】
また、接着剤塗布装置が用いる接着剤としては、紫外線硬化型、熱硬化型であっても良く、瞬間接着剤(反応性接着剤)のように空気中の水分と化学反応を行うことによって硬化するタイプの接着剤であっても良い。
【0059】
また、ヒータとしては、接合に使用される接着剤に合わせて用いられるものであり、このため、紫外線硬化型接着剤を使用する場合は、ヒータに代えて紫外線照射装置が使用される。
【0060】
さらに、レンズアレイ13の上面に形成されている切断マーク17は、接合レンズアレイを容易に切断できるように形成するものであり、従って、印刷や切り欠きのようなマークでも良い。
【0061】
さらに、また、この実施の形態では、空気中で接合を行なっているが、高圧窒素ガスの雰囲気中で接合を行っても良い。この場合には、レンズアレイの間に形成される密閉空間の圧力を高めることができ、防水性や剛性を高めることができる。
さらに、接合レンズアレイの切断は、ダイシングソーやダイヤモンドカッタなどの機械加工やガスレーザ等を用いた切断であっても良い。
【0062】
(実施の形態3)
図10〜図15は、本発明の実施の形態3を示す。この実施の形態では、いずれもガラス或いは樹脂からなる4枚のレンズアレイ31,32,33,34を接合して接合レンズアレイとするものであり、レンズアレイ31,32,33,34には複数の光学球面が形成されている。また、レンズアレイ31,32,33,34にそれぞれ形成された複数の光学球面がなす複数の光軸は、それぞれの間隔が高精度となるように形成されている。なお、レンズアレイ32の光学有効面は平面であるが、便宜上、曲率半径が無限大の球面レンズが形成されていることとして説明を行う。
【0063】
最下部のレンズアレイ31の下面は、高精度な平面度の平面となっている。このレンズアレイ31からは、円柱状の複数のアライメントキー35が起立しており、その他のレンズアレイ32,33,34には、アライメントキー35が貫通する貫通孔が上下方向に形成されている。これらのアライメントキー35及び貫通孔がレンズアレイ31,32,33,34の相互の位置決めを行う位置決め構造となっており、レンズアレイ31,32,33,34に形成されている光学球面がなす複数の光軸がそれぞれ一対一で高精度に対応するようになっている。
【0064】
重ねられるレンズアレイ31,32,33,34の対向面には、介在部としての突起部41,42,43,44,45,46が相手側に突出するように形成されている。
【0065】
突起部41は最下部のレンズアレイ31の上面に形成されており、その頂部には、溝状の凹部41aが形成されている。レンズアレイ31において、この突起部41と、光学球面がなす複数の光軸と、アライメントキー35との間隔はそれぞれ高精度に形成されている。
【0066】
突起部42は2段目のレンズアレイ32の下面に形成されており、その下端が突起部41の凹部41aに嵌合する凸部42aとなっている。突起部43はこのレンズアレイ32の上面に設けられており、レンズアレイ31の突起部41と同様に、溝状の凹部43aがその頂部に形成されている。レンズアレイ32において、複数の光軸と、突起部42,43と、アライメントキー35が貫通する貫通孔との間隔はそれぞれ高精度に形成されている。なお、レンズアレイ32の上下面における光線有効領域には、高精度な平面度の平面が形成されている。
【0067】
突起部44は3段目のレンズアレイ33の下面に形成されており、その下端が突起部43の凹部43aに嵌合する凸部44aとなっている。突起部45はこのレンズアレイ33の上面に設けられており、レンズアレイ31の突起部41と同様に、溝状の凹部45aがその頂部に形成されている。レンズアレイ33において、それぞれの光学球面がなす複数の光軸と、突起部44,45と、アライメントキー35が貫通する貫通孔との間隔はそれぞれ高精度に形成されている。これにより、レンズアレイ32,33を重ね合わせると、レンズアレイ32,33が有する複数の光学球面がなす複数の光軸がそれぞれ一対一で高精度に対応するようになっている。
【0068】
突起部46は、最上部のレンズアレイ34の下面に形成されており、その下端が突起部45の凹部45aに嵌合する凸部46aとなっている。レンズアレイ34の上面には、格子状の切断マーク17が形成されている。レンズアレイ34において、それぞれの光学球面がなす複数の光軸と、突起部46と、アライメントキー35が貫通する貫通孔と、切断マーク17との間隔はそれぞれ高精度に形成されている。従って、レンズアレイ33,34を重ね合わせることにより、切断マーク17と突起部46とが高精度に平行となるようになっている。
【0069】
この実施の形態において、突起部41,42,43,44,45,46は、光学球面の周囲を囲むように形成されており、従って、突起部41,42,43,44,45,46は、対応した光学球面と同心円状となっている。また、突起部41,43,45においては、その凹部41a、43a、45aの内部に接着剤36が充填される。
【0070】
レンズアレイ31に形成された突起部41とレンズアレイ32に形成された突起部42の嵌合代は、レンズアレイ31,32を重ね合わせた状態で、対応する光学球面の間に密閉空間(空隙38)を形成しながら突起部41の凹部41aに充填された接着剤36の内部に突起部42の凸部42aが挿入されるように、突起部41,42の高さと嵌合代とが形成されている。
【0071】
レンズアレイ32に形成された突起部43とレンズアレイ33に形成された突起部44の嵌合代は、レンズアレイ32,33を重ね合わせた状態で、対応する光学球面の間に密閉空間(空隙39)を形成しながら突起部43の凹部43aに充填れた接着剤36の内部に突起部44の凸部44aが挿入されるように、突起部43,44の高さと嵌合代とが形成されている。
【0072】
レンズアレイ33に形成された突起部45とレンズアレイ34に形成された突起部46の嵌合代は、レンズアレイ33,34を重ね合わせた状態で、対応する光学球面の間に密閉空間(空隙40)を形成しながら突起部45の凹部45aに充填された接着剤36の内部に突起部46の凸部46aが挿入されるように、突起部45,46の高さと嵌合代とが形成されている。
【0073】
このように対応した突起部41,42,43,44,45,46が嵌合することにより、レンズアレイ31,32,33,34の光学球面の間に空隙38,39,40が形成されるが、突起部41,42,43,44,45,46が光学球面を囲む同心円状に形成されているため、空隙38,39,40は密閉空間となり、接合レンズアレイにおける光線有効領域と光線非有効領域とが封止される。
【0074】
この実施の形態では、図12に示すように、水平な面の上にレンズアレイ31、32及び、33を固定し、レンズアレイ31,32,33の上面に形成された突起部41,43,45の凹部41a、43a、45a内に接着剤塗布装置(図示省略)により、紫外線硬化型接着剤36を適量充填する。
【0075】
レンズアレイ32をアライメントキー35によってレンズアレイ31に対する位置決めをしながらレンズアレイ31に重ね合わせる。アライメントキー35とそれぞれの光軸までの間隔が高精度に形成されているため、レンズアレイ31の上面に形成された複数の光学球面がなす複数の光軸と、レンズアレイ32の上下面に形成された複数の光学球面がなす複数の光軸がそれぞれ同軸となって一致する。
【0076】
このとき、レンズアレイ31,32を重ねた状態で、突起部42の凸部42aが突起部41の凹部41aに充填された接着剤36の内部に挿入されるように、突起部41,42の高さと嵌合代が形成されている。このため、レンズアレイ31の上面の光学球面とレンズアレイ32の下面の光学球面は接触することはなく、対応する光学球面の間に密閉された空隙38が形成される。
【0077】
同様に、レンズアレイ33をアライメントキー35によってレンズアレイ32に対する位置決めをしながらレンズアレイ32に重ね合わせる。アライメントキー35とそれぞれの光軸までの間隔が高精度に形成されているため、レンズアレイ32の上面に形成された複数の光学球面がなす光軸とレンズアレイ33の下面に形成された複数の光学球面がなす光軸がそれぞれ同軸となって一致する。
【0078】
これらのレンズアレイ32,33を重ねた状態では、突起部44の凸部44aが突起部43の凹部43aに充填された接着剤36の内部に挿入されるように、突起部43,44の高さと嵌合代とが形成されているため、レンズアレイ32の上面の光学球面とレンズアレイ33の下面の光学球面は接触することなく、対応する光学球面の間には密閉された空隙39が形成される。
【0079】
同様に、レンズアレイ34をアライメントキー35によってレンズアレイ33に対する位置決めをしながらレンズアレイ33に重ね合わせる。アライメントキー35とそれぞれの光軸までの間隔が高精度に形成されているため、レンズアレイ33の上面に形成された複数の光学球面がなす光軸と、レンズアレイ34の下面に形成された複数の光学球面がなす光軸がそれぞれ同軸となって一致する。
【0080】
このとき、レンズアレイ33,34を重ねた状態で、突起部46の凸部46aが突起部45の凹部45aに充填れた接着剤36の内部に挿入されるように、突起部45,46の高さと嵌合代とが形成されている。このため、レンズアレイ33の上面の光学球面とレンズアレイ34の下面の光学球面は接触することなく、対応する光学球面の間には密閉された空隙40が形成される。
【0081】
以上により、レンズアレイ31,32,33,34にそれぞれ形成された複数の光学球面がなす複数の光軸がそれぞれ同軸となって一致して心出しが完了する。心出しが完了した状態では、切断マーク17と突起部41,42,43,44,45,46とは高精度に平行となっている。
【0082】
そして、4枚のレンズアレイ31,32,33,34を押圧して密着させ、余分な接着剤及び気泡を突起部41、43、45の凹部41a、43a、45aの周辺に押し出す(図13参照)。その後、レンズアレイ31,32,33,34を重ねて押圧したまま、紫外線照射装置(図示省略)により接着剤36を硬化させてレンズアレイ31,32,33,34を接合して接合レンズアレイとする。
【0083】
接合レンズアレイの状態では、レンズアレイ31,32と、レンズアレイ32,33と、レンズアレイ33,34との光学球面の間には密閉された空気層38,39,40がそれぞれ形成されている。
【0084】
次に、図14に示すように、切断装置10によって接合レンズアレイを切断マーク17に沿って切断する。切断マーク17と突起部41,42,43,44,45,46は高精度に平行となっているため、切断時に光学面に影響を与えることなく、且つ空隙38,39,40の密閉を破壊することなく切断することができる。なお、切断は、ダイシングソーやダイヤモンドカッタなどの機械加工やガスレーザ等を用いた切断によって行うことができる。
【0085】
図15は、以上によって作製された接合レンズ48を示し、レンズアレイ31に基づいたレンズ31a、レンズアレイ32に基づいたレンズ32a、レンズアレイ33に基づいたレンズ33a及びレンズアレイ34に基づいたレンズ34aが上下方向に接合されている。そして、これらのレンズ31a、32a、33a、34aの間に密閉状の空隙38,39,40が形成されている。空隙38,39,40は光線有効領域に設けられ、この光線有効領域が突起部41,42,43,44,45,46によって外側の光線非有効領域から封止されている。
【0086】
このような実施の形態では、複数のレンズアレイを高精度に接合することができると共に、複数のレンズアレイ31,32,33,34における光学球面の間に空隙38,39,40を設けるため、高性能な光学特性を付与することができる。
【0087】
また、光線有効領域内に設けられている空隙38,39,40が密閉空間となって光線非有効領域と封止されているため、空隙38,39,40内に接着剤やゴミ、ケバ等の異物が侵入することがなく、良好な光学特性を保持することが可能となる。
【0088】
さらに、レンズアレイ31,32,33,34に形成されている突起部41,42,43,44,45,46が光学球面に対して同心円状に形成されており、しかも、アライメントキー35が円柱状であると共に貫通孔を貫通する構造であるため、レンズアレイの形状が比較的単純となる。このため、レンズアレイを安価に供給することができる。
【0089】
なお、この実施の形態では、レンズアレイ31,32,33の上面に、凹部41a、43a、45aを有した突起部41,43,45を形成し、レンズアレイ32,33,34の下面に凸部42a、44a、46aを有した突起部42,44,46を形成しているが、凹凸の対応がなされていれば、これらの逆であっても良い。
【0090】
また、突起部41,42,43,44,45,46をアライメントキー35として使用してもよく、この場合には、アライメントキー35が不要となる。
【0091】
レンズアレイ31,32,33,34は、複数の球面を形成したレンズアレイを用いているが、複数の非球面を形成したレンズアレイを使用しても良い。さらに、レンズアレイ31,32,33,34としては、複数の球面形状を有するものと、複数の非球面形状を有するものとを組み合わせて使用しても良い。例えば、複数の非球面形状を有するレンズアレイ32,34と、複数の球面形状を有するレンズアレイ31,33との組み合わせでも良い。
【0092】
また、接着剤塗布装置が用いる接着剤としては、熱硬化型であっても良く、瞬間接着剤(反応性接着剤)のように空気中の水分と化学反応を行うことによって硬化するタイプの接着剤であっても良い。同様に、使用する接着剤に合わせて紫外線照射装置を用いているが、熱硬化型接着剤を使用する場合は、ヒータ等の加熱装置が使用される。
【0093】
また、レンズアレイ34の上面に形成されている切断マーク17は、接合レンズアレイを容易に切断できるものであれば、印刷や切り欠きのようなマークでも良い。
【0094】
さらに、また、この実施の形態では、空気中で接合を行なっているが、高圧窒素ガスの雰囲気中で接合を行っても良い。この場合には、レンズアレイの間に形成される密閉空間の圧力を高めることができ、防水性や剛性を高めることができる。
【0095】
【実施の形態4】
図16は、本発明の実施の形態4を示す。この実施の形態では、介在部として中間プレート54を用いるものである。
【0096】
レンズアレイ51,52,53は、複数の光学曲面を有している。また、最下部のレンズアレイ51の下面及び最上部のレンズアレイ53の上面には、高精度な平面度の平面となっている。
【0097】
レンズアレイ51,52,53における対向面には、実施の形態1及び2と同様に相互の位置決めを行う位置決め構造が設けられている。この位置決め構造は、レンズアレイ51の上面から凸状となって起立するキー突起55と、キー突起55と対向したレンズアレイ52の下面に形成されてキー突起55が嵌合するキー溝56と、レンズアレイ52の上面から凸状となって起立するキー突起57と、キー突起57と対向したレンズアレイ53の下面に形成されてキー突起57が嵌合するキー溝58とによって形成されている。そして、対応しているキー突起55,57及びキー溝56,58が嵌合することにより、光学曲面が対向するようにレンズアレイ51,52,53が位置決めされる。また、複数の光学曲面がなす複数の光軸の間隔は、これらのキー突起及びキー溝によって高精度に決定されるようになっている。
【0098】
介在部としての中間プレート54は、レンズアレイ51,52,53と独立した部材となっている。また、中間プレート54には、複数の貫通光路54aが厚さ方向に形成されている。貫通光路54aはレンズアレイ51,52,53における光学曲面(光線有効領域)との対応部分に形成されており、これにより光学曲面を透過する光線を遮ることが防止されている。
【0099】
中間プレート54には、接着剤が充填される接着剤溜まり54bが上下面に形成されている。接着剤溜まり54bは光学曲面以外の部分(光線非有効領域)に形成されており、レンズアレイ51,52,53を接合したとき、光学曲面に接着剤が付着しないようになっている。
【0100】
この実施の形態では、中間プレート54の接着剤溜まり54bに接着剤を充填し、貫通光路54aがレンズアレイ51の光学曲面に対応するように中間プレート54をレンズアレイ51に載置する。そして、キー溝56がキー突起55に嵌合するように位置決めしながらレンズアレイ52をレンズアレイ51に重ね合わせる。このとき、貫通光路54aを有した中間プレート54がレンズアレイ51及び52に挟まれるため、レンズアレイ51及び52における対応した光学曲面の間に空隙(図示省略)が形成される。
【0101】
その後、図示を省略するが、同様にレンズアレイ52,53の間に中間プレート54を挿入し、レンズアレイ53のキー溝58がレンズアレイ52のキー突起57に嵌合するように位置決めしながらレンズアレイ53をレンズアレイ52に重ね合わせる。これにより接合レンズアレイを作製する。
【0102】
この実施の形態では、介在部としての中間プレート54がレンズアレイとは独立した部材となっているため、中間プレート54を種々のレンズアレイに適用することができる。このため、接合レンズアレイの設計の自由度が増大する。
【0103】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、複数のレンズアレイを高精度に接合した接合レンズを効率良く製造することができる。また、レンズアレイの間に介在部を設けて光学曲面の間に空隙を形成するため、光学曲面の間に空気層を設けることができ、高性能な光学特性を付与することができる。従って、撮像光学系に好適に使用することができる。
【0106】
また、請求項1の発明によれば、光線有効領域に接着剤、ゴミ、ケバ等の異物が侵入することがなく、良好な光学特性を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の接合前の断面図である。
【図2】実施の形態1の接合時の断面図である。
【図3】実施の形態1の接合状態の斜視図である。
【図4】実施の形態2の接合前の斜視図である。
【図5】実施の形態2の接合前の断面図である。
【図6】実施の形態2の接着剤充填状態の断面図である。
【図7】実施の形態2の接合時の断面図である。
【図8】実施の形態2の切断時の斜視図である。
【図9】実施の形態2の接合レンズの側面図である。
【図10】実施の形態3の接合前の斜視図である。
【図11】実施の形態3の接合前の断面図である。
【図12】実施の形態3の接着剤充填状態の断面図である。
【図13】実施の形態3の接合時の断面図である。
【図14】実施の形態3の切断時の斜視図である。
【図15】(a)は実施の形態3の接合レンズの斜視図、(b)は断面図である。
【図16】実施の形態4の接合前の断面図である。
【図17】従来技術における型押し前の状態を示す断面図である。
【図18】従来における型押し状態の断面図である。
【図19】従来における離型状態の断面図である。
【符号の説明】
1,2,11,12,13 レンズアレイ
31,32,33,34,51,52,53 レンズアレイ
3,14,55,57 キー突起
4,15,56,58 キー溝
5,18,41,43,45 突起部
6,19,21,42,44,46 突起部
8,25,26,38,39,40 空隙
Claims (1)
- 複数の光学曲面を有した複数のレンズアレイが対応した光学曲面の光軸を一致させた状態で相互に重ねられて接合される接合レンズアレイにおいて、
第1レンズアレイの周囲に設けられた凸部と、
第2レンズアレイの周囲に設けられ、前記凸部に嵌合することによって、前記第1レンズアレイと前記第2レンズアレイとを重ね合わせた状態で位置決めする凹部と、
前記第1レンズアレイと前記第2レンズアレイを接合したときに、前記第1レンズアレイの一つの光学曲面とこの光学曲面に対向する前記第2レンズアレイの一つの光学曲面との間に形成された空隙を囲んで密閉するように各光学曲面の周囲に設けた介在部と、
を具備し、
接合した前記第1レンズアレイと前記第2レンズアレイを、前記第1レンズアレイの一つの光学曲面の周囲に設けた介在部とこの光学曲面の隣の光学曲面の周囲に設けた介在部との間で切断することを特徴とする接合レンズアレイ。
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