JP4850130B2 - 光学素子および光学素子の成形金型ならびに光学素子の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形で製作される光学素子、および光学素子の成形金型ならびに光学素子の成形方法に関するものである。

従来の光学素子の成形に使用される金型は、図１６に示すように、固定側入れ子４０と、可動側入れ子３５と、この可動側入れ子３５と摺動してレンズ体３７を可動側入れ子３５から離型する可動入れ子３６とからなり、可動入れ子３６によりレンズ体３７の一方のレンズ面３７ａを形成し、固定側入れ子４０によりレンズ体３７の他方のレンズ面３７ｂを形成している。

この金型の構成において、レンズ体３７の組み立て時に嵌合部となるレンズ側面３８と一方のレンズ面３７ａとが、２つの入れ子３５と３６とにより形成され、形状加工の同軸精度、嵌合時のずれを最小化することにより、成形されたレンズ体３７の組み立て時の嵌合部とレンズ面の軸ずれを無くすようにしていた（特許文献１参照）。
特開２００２−２００６５２号公報

近年、携帯電話やデジタルカメラなどは小型化・薄型化が進んでおり、例えば樹脂成形レンズは、光学素子の中でますます高精度化が必要となってきており、レンズ組み立て時において、レンズの光軸ずれが生じやすくなり、所望の画質性能が得られ難いという問題がある。

しかしながら、前記従来の金型は、可動側入れ子３５と、この可動側入れ子３５と摺動してレンズ体３７を離型する可動入れ子３６によって構成されているため、摺動時に隙間が必要であり、成形後のレンズ体３７のレンズ面３７ａと嵌合部３８との間には、前記隙間分ずれる傾向にあった。

このため、従来の金型で成形されたレンズ体３７は、可動側入れ子３５と可動入れ子３６との隙間分だけ、組み立て時のレンズ面３７ａと嵌合部３８とにおいて軸ずれが発生するという問題があり、このことは、レンズ体の組み立ての際に、レンズ体の嵌合部に対してレンズ面が軸ずれを起こし、例えば、撮像レンズにおいては画質を低下させる原因となる。

本発明は、前記従来の技術の課題を解消し、レンズ面を有する光学素子における組み立て時の嵌合面とレンズ面との軸ずれを発生させないように成形可能な構造の光学素子、および、その光学素子の成形金型ならびに光学素子の成形方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１の記載の光学素子に係る発明は、第１レンズ面と、該第１レンズ面と対向する第２レンズ面と、前記第１レンズ面と前記第２レンズ面とにつながるレンズ側面とで構成された光学素子において、前記レンズ側面を、前記第１レンズ面の光軸に対して平行な第１レンズ側面と、前記第２レンズ面の光軸に対して平行な第２レンズ側面とで構成し、前記第２レンズ側面を、前記第１レンズ側面よりもレンズ中心側に設け、かつ前記第１レンズ側面の面粗さよりも粗く形成したことを特徴とする。

請求項２に記載の光学素子に係る発明は、第１レンズ面と、該第１レンズ面と対向する第２レンズ面と、前記第１レンズ面と前記第２レンズ面とにつながるレンズ側面とで構成された光学素子において、前記レンズ側面を、前記第１レンズ面の光軸に対して平行な第１レンズ側面と、前記第２レンズ面の光軸に対して角度を有するテーパ面である第２レンズ側面とで構成し、前記第２レンズ側面を、前記第１レンズ側面よりもレンズ中心側に設け、かつ前記第１レンズ側面の離型抵抗よりも前記第２レンズ側面の離型抵抗が大きくなるように、前記第２レンズ側面は、前記第２レンズ側面の前記第１レンズ側面に近い端から他端に向けて、前記レンズ中心側から外方へ広がるテーパ面であることを特徴とする。

請求項３に記載の光学素子に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の光学素子において、前記第１レンズ面の外周と、前記第１レンズ面の光軸に対して垂直でかつ前記第１レンズ側面につながる面と、前記第１レンズ側面とを、任意の曲率半径を有する形状でつなげて形成したことを特徴とする。

請求項４に記載の光学素子の成形金型に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子を成形する金型であって、前記光学素子の第１レンズ面と第１レンズ側面とを形成する第１入れ子と、該第１入れ子と金型が開く境界面で接触する第２入れ子とを備え、該第２入れ子に、第２レンズ面の光軸に対して垂直な面と第２レンズ側面と第２レンズ面を形成する第３入れ子を配置したことを特徴とする。

請求項５に記載の光学素子の成形方法に係る発明は、請求項４に記載の成形金型を用いて光学素子を成形する際に用いられる成形方法であって、前記光学素子の成形後、前記成形金型の型開き時に、前記第２入れ子に対して前記第３入れ子が前記型開き方向に移動し、前記光学素子の第２レンズ面を離型することを特徴とする。

本発明によれば、レンズ面を有する光学素子の構造が、成形時の離型性を考慮し、光学素子における組み立て時の嵌合部であるレンズ側面とレンズ面とが一体で同時に、精度よく成形される構造になっているため、光学素子の組み立て時のレンズ側面とレンズ面とに軸ずれが発生することがないように成形することができる。

よって、当該光学素子を装置の必要部位に組み付ける際、例えば、他の光学素子との位置を決める鏡筒、または他の光学素子の位置決め部と嵌合させることで、撮像系の特性における画質を向上することができる。

以下、本発明を実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明に係る光学素子の実施形態１を説明するための断面状態を示す説明図である。

図１において、実施形態１における光学素子である樹脂製のレンズ体は、光軸Ｌに対して軸対称な基本曲率半径１．５ｍｍの第１レンズ面である非球面レンズ面１と、光軸Ｌに対して軸対称な基本曲率半径０．８ｍｍの第２レンズ面である非球面レンズ面２とからなる厚さ１ｍｍのものであり、第１レンズ平面３と、この第１レンズ平面３につづく第１レンズ側面４と、第１レンズ平面１に対向する第２レンズ平面５と、この第２レンズ平面５につづく第２レンズ側面６を有し、第２レンズ側面６を第１レンズ側面４よりもレンズ中心側に０．０５ｍｍの段差Ｄをもって形成し、第１レンズ側面４の面粗さを０．２μｍ（図１の右上部の図参照）、第２レンズ側面６の面粗さを６μｍ（図１の右下部の図参照）にしている。

本実施形態では、第１レンズ面１と、第１レンズ平面３と、第１レンズ側面４とを成形するための金型の入れ子を、一つの入れ子に同時加工することによって、第１レンズ面１と、レンズ組み立て時の外形嵌合面となる第１レンズ側面４との軸ずれをゼロにすることができる。

しかし、離型方向に対して抜き勾配をもたず、レンズ面と組み立て時の外形嵌合面とが一体成形されている場合には、離型抵抗が大きいため、金型において突き出し機構を有している入れ子側にレンズ成形品が残らず、金型から離型できず金型内に残ることがあり、そのレンズ成形品をピンセットなどを用いて離型させようとすれば、不用意な変形を生じさせ、レンズ面において所望の形状精度が得られず、光学素子としての性能が得られないということがあった。

そこで本実施形態では、第１レンズ面１と第１レンズ側面４とが一体成形される場合、第１レンズ側面４の面粗さは小さいため入れ子との離型性はよく、一方、第２レンズ側面６の面粗さが大きいため入れ子に残ることになり、一体で同時成形された入れ子からレンズ成形品を変形することなく、離型することができる構造となる。

これによって、本実施形態では、レンズ面と光学素子組み立て時の外形嵌合面との軸ずれをゼロにする光学素子を提供することができ、このことによって、光学素子において所望の光学設計通りの集光が得られ、例えば撮像系レンズでは、その撮像画質が向上する。

また、実施形態１においては、第１レンズ側面４の長さを０．５ｍｍとし、第２レンズ側面６の長さを１．０ｍｍとして、第２レンズ側面６の長さを第１レンズ側面４の長さより長くし、第１レンズ側面４よりも第２レンズ側面６の方の離型抵抗がより大きくなるようにしている。

図２は本発明の光学素子の実施形態２を説明するための断面状態を示す説明図である。

図２において、光軸Ｌに対して円対称な第１レンズ面７と、光軸Ｌに対して円対称な第２レンズ面８とが対向し、実施形態１と同様に、第１レンズ平面９と、この第１レンズ平面９につづく外形嵌合面としての第１レンズ側面１０と、第１レンズ平面９に対向する第２レンズ平面１１と、この第２レンズ平面１１につづく第２レンズ面側１２を有し、この第２レンズ面側１２を、第１レンズ側面１０に対して０．０５ｍｍの段差Ｄをもってレンズ中心側に形成し、かつ第１レンズ側面１０に対してレンズ中心から広がる方向に角度θ（＝約１°）をもたせるように形成している。

実施形態２では、第２レンズ面側１２に外方へ広がるテーパ面を形成することにより、第１レンズ側面１０よりも第２レンズ側面６の方の離型抵抗が大きくなるようにしている。

なお、実施形態１，２において、第１レンズ平面３，９と第１レンズ側面４，１０とが、半径０．１ｍｍの曲面をもって直交して、つながるようにしている。このことにより、加工する際、半径０．１ｍｍのダイヤモンドバイトによる同時加工が可能となる。

図３〜図７は本発明に係る光学素子の成形方法の実施形態１を説明するための断面図であって、図３〜図６は前記光学素子の実施形態１についての成形工程を説明するための断面図、図７は本成形方法の実施形態１に使用される金型の構成を示す断面図である。

本成形方法にて使用する金型において、１３は第１入れ子、１４は第２入れ子、１５は第２入れ子１４と摺動可能な隙間をもって嵌合する第３入れ子、１６は第１入れ子１３に加工された第１レンズ面部、１７は第３入れ子１５に加工された第２レンズ面部、１８は第１レンズ側面部、１９は第２レンズ側面部、２０は当該構成の金型で成形される光学素子成形品である。

前記金型において、金型のみの構成を示すのが図７であって、第１入れ子１３における第１レンズ面部１６と第１レンズ側面部１８は、ニッケルメッキ層２１の上にダイヤモンドバイトで加工され、面粗さは０．２μｍであり、第２入れ子１４の第２レンズ側面部１９は電気加工である放電加工によって加工された面であって面粗さ６μｍである。この面粗さの差により、第２入れ子１４の離型抵抗を大きくすることにより、第２，第３入れ子側１４，１５に光学素子成形品２０を残すことが可能になり、第１入れ子１３から光学素子成形品２０を良好に離型することができる。

また、第１入れ子１３の第１レンズ側面部１８の長さは０．５ｍｍにし、第２入れ子１４の第２レンズ側面部１９の長さは１．０ｍｍにしており、第１レンズ側面部１８に対し第２レンズ側面部１９を長くしている。

図４は本実施形態における光学素子の型開き状態を示す断面図である。図４において図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図４において、前記寸法設定にすることにより、金型が開いた際、第１入れ子１３に発生する離型抵抗に対して、第２，第３入れ子１４，１５に発生する離型抵抗が大きくなるため、成形後の光学素子成形品２０は第２，第３入れ子１４，１５側に残ることになる。これによって、光学素子成形品２０を第１入れ子１３より離型させることが可能となる。

このように、本金型では、第１入れ子１３にて一体かつ同時に成形された光学素子成形品２０を、第１入れ子１３から変形することなく離型することができる金型構造となる。

このように、本実施形態の成形方法によれば、光学素子と光学素子組み立て時の外形嵌合面との軸ずれをゼロにする光学素子を提供することができ、光学素子において所望の光学設計通りの集光が得られるなど、光学性能を向上させることができる。

図５は成形品突き出し時における金型動作例を示す断面図である。図５において図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

従来の金型構造では、図５を参照すれば、第３入れ子１５で光学素子成形品２０のレンズ面２０ａを押し、第２入れ子１４から離型させ、レンズ面２０ａを吸着によって取り出す工程であったが、この場合、レンズ面２０ａと第３入れ子１５が取り出し時に接触しているため、レンズ面２０ａに傷をつける可能性があった。

そこで本実施形態では、図５に示すような金型構造にして、レンズ面２０ａを形成する第３入れ子１５を離型する方向に下げることによって、レンズ面２０ａを先に離型させることができ、取り出し時にレンズ面２０ａに傷が入る可能性を低くすることができる。

このように、第３入れ子１５がレンズ面２０ａに対して離型する方向に動作することにより、光学素子成形品２０を第２入れ子１４側に残すことによって、レンズ面２０ａに傷をつけることなく光学素子成形品２０を突き出すことが可能である。このことによって、一体で同時加工された第１入れ子１３から光学素子成形品２０を変形することなく、金型から離型することができる。

図６は成形品突き出し時における他の金型動作例を示す断面図である。図６において図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図６に示すような金型構造にすることによって、レンズ面２０ａの円周面を、第３入れ子１５よりも先に、突き出し用の第２入れ子１４で押すことによって、先にレンズ面２０ａを離型させることができ、取り出し時にレンズ面２０ａに傷が入る可能性を低くすることができる。

このように、第２入れ子１４が第３入れ子１５から離型する方向に動作することによって、成形品を第２入れ子１４側に残すことによりレンズ面に傷をつけることなく成形品を突き出すことが可能となる。

なお、図８（ａ）の断面図および図８（ｂ）の底面図に示すように、図１に示す実施形態１の光学素子における第２レンズ側面６を、円筒形状にして素子全周に突設すると、前記第２入れ子１４での離型抵抗が強いため、図９（ａ）の断面図および図９（ｂ）の底面図に示すように、第２レンズ側面６をリブ間を分断したような形状にして、第２入れ子２の離型抵抗を軽減するとよい。

図１０〜図１２は本発明に係る光学素子の成形方法の実施形態２を説明するための断面図であって、図１０，図１１は前記光学素子の実施形態２についての成形方法の成形工程を説明するための断面図、図１２は本成形方法の実施形態２に使用される金型の要部を示す図１１のＡ部拡大図である。

本成形方法にて使用する金型において、２２は第１入れ子、２３は第２入れ子、２４は第２入れ子２３と摺動可能な隙間をもって嵌合する第３入れ子、２５は第１入れ子２２に加工された第１レンズ面部、２６は第３入れ子２４に加工された第２レンズ面部、２７は第１レンズ側面部、２８は離型方向に対してアンダーカットとなる第２レンズ側面部、２９は当該構成の金型で成形される光学素子成形品である。

本成形方法の実施形態２において、光学素子成形品２９のレンズ面２９ａの円周面を、他面より先に突き出し用の第２入れ子２３で押すことによって、レンズ面２９ａを他面より先に離型させることができ、取り出し時にレンズ面２９ａに傷が入る可能性を低くするようにしている。

本実施形態の成形金型において、金型が開いた際、アンダーカットとなる第２レンズ側面部２８の離型抵抗が強く、このため光学素子成形品２９は第２，第３入れ子２３，２４に確実に残り、第１入れ子２２の第１レンズ面部２５と第１レンズ側面部２７とを離型することができる。

離型時には図１１に示すように、第２入れ子２３が矢印方向に動作することにより、図１２に示すように、光学素子成形品２９が矢印方向へ収縮し、光学素子成形品２９における第２レンズ面側１２が第２レンズ側面部２８から外れて取り出し可能となる。

なお、実施形態２では、図１３（ａ）の断面図および図１３（ｂ）の底面図に示すように、図２に示す実施形態２の光学素子における第２レンズ側面１２において、リブ間を分断したような形状にしている。

次に、上述したようにして成形された光学素子の使用例について説明する。

図１４は複合光学素子部品の一例を示す断面図であって、図１に示す実施形態１の構成のレンズ体３０と、他の光学素子３１とを鏡筒部品３２内に収納している。この組み立て状態では、レンズ体３０の嵌合面としての第１レンズ側面４が鏡筒部品３２の内周面に嵌合して位置決めされ、第２レンズ面側６は鏡筒部品３２の内周面には接触しない。

図１５に示す複合光学素子部品の例では、実施形態１の構成のレンズ体３０と、他の光学素子３１とを、中空状の光学素子３４内に収納している。この組み立て状態では、レンズ体３０の嵌合面としての第１レンズ側面４が中空状の光学素子３４の内周面に嵌合して位置決めされ、第２レンズ面側６は中空状の光学素子３４には接触しない。

このように本複合光学素子部品では、各光学素子３０，３１，３４の光軸ずれをゼロにすることができ、光学素子の光学設計通りの所望の集光が得られ、撮像系光学素子における画質性能が向上する。

なお、前記実施形態については適宜選択して実施することにより、さらに精度の高いレンズ体を提供することが可能である。

以上のように本実施形態によれば、レンズ面と光学素子の組み立ての位置決め部となる面が一つの入れ子に同時加工できるため、レンズ面と光学素子の組み立ての位置決めとなる面との軸ずれが発生することはない。このことにより、光学素子の組み立て誤差を低減して高精度の光学ユニットを実現することができ、撮像系光学素子において高画質の性能を得ることができる。

本発明は、レンズ面を有する光学素子における組み立て時の嵌合面とレンズ面との軸ずれを発生させない光学素子として有効であり、特に小型電子機器などに搭載される光学素子に適用される。

本発明の光学素子の実施形態１を説明するための断面状態を示す説明図 本発明の光学素子の実施形態２を説明するための断面状態を示す説明図 光学素子の実施形態１についての成形方法の成形工程を説明するための断面図 光学素子の実施形態１についての成形方法の成形工程を説明するための断面図 光学素子の実施形態１についての成形方法の成形工程を説明するための断面図 光学素子の実施形態１についての成形方法の成形工程を説明するための断面図 図３〜図６の成形方法の実施形態１にて使用される金型の構成を示す断面図 実施形態１の光学素子の構成例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は底面図 実施形態１の光学素子の他の構成例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は底面図 光学素子の実施形態２についての成形方法の成形工程を説明するための断面図 光学素子の実施形態２についての成形方法の成形工程を説明するための断面図 図１０，図１１の成形方法の実施形態２にて使用される金型の要部を示す断面図 実施形態２の光学素子の構成例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は底面図 本実施形態の光学素子の使用例を説明するための複合光学素子部品の一例を示す断面図 本実施形態の光学素子の使用例を説明するための複合光学素子部品の他の例を示す断面図 従来の光学素子の成形に使用される金型を説明するための断面図

符号の説明

１ 非球面レンズ面（第１レンズ面）
２ 非球面レンズ面（第２レンズ面）
３ 第１レンズ平面
４ 第１レンズ側面
５ 第２レンズ平面
６ 第２レンズ側面
７ 第１レンズ面
８ 第２レンズ面
９ 第１レンズ平面
１０ 第１レンズ側面
１１ 第２レンズ平面
１２ 第２レンズ側面
１３ 第１入れ子
１４ 第２入れ子
１５ 第３入れ子
１６ 第１レンズ面部
１７ 第２レンズ面部
１８ 第１レンズ側面部
１９ 第２レンズ側面部
２０ 光学素子成形品
２１ ニッケルメッキ面
２２ 第１入れ子
２３ 第２入れ子
２４ 第３入れ子
２５ 第１レンズ面部
２６ 第２レンズ面部
２７ 第１レンズ側面部
２８ 第２レンズ側面部（アンダーカット面）
２９ 光学素子成形品
３０ レンズ体
３１ 光学素子
３２ 鏡筒部品
３４ 光学部品
Ｄ 段差
Ｌ 光軸

Claims (5)

1. 第１レンズ面と、
   該第１レンズ面と対向する第２レンズ面と、
   前記第１レンズ面と前記第２レンズ面とにつながるレンズ側面とで構成された光学素子において、
   前記レンズ側面を、
   前記第１レンズ面の光軸に対して平行な第１レンズ側面と、
   前記第２レンズ面の光軸に対して平行な第２レンズ側面とで構成し、
   前記第２レンズ側面を、
   前記第１レンズ側面よりもレンズ中心側に設け、かつ前記第１レンズ側面の面粗さよりも粗く形成した
   ことを特徴とする光学素子。
2. 第１レンズ面と、
   該第１レンズ面と対向する第２レンズ面と、
   前記第１レンズ面と前記第２レンズ面とにつながるレンズ側面とで構成された光学素子において、
   前記レンズ側面を、
   前記第１レンズ面の光軸に対して平行な第１レンズ側面と、
   前記第２レンズ面の光軸に対して角度を有するテーパ面である第２レンズ側面とで構成し、
   前記第２レンズ側面を、
   前記第１レンズ側面よりもレンズ中心側に設け、かつ前記第１レンズ側面の離型抵抗よりも前記第２レンズ側面の離型抵抗が大きくなるように、前記第２レンズ側面は、前記第２レンズ側面の前記第１レンズ側面に近い端から他端に向けて、前記レンズ中心側から外方へ広がるテーパ面である
   ことを特徴とする光学素子。
3. 前記第１レンズ面の外周と、前記第１レンズ面の光軸に対して垂直でかつ前記第１レンズ側面につながる面と、前記第１レンズ側面とを、任意の曲率半径を有する形状でつなげて形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子を成形する金型であって、前記光学素子の第１レンズ面と第１レンズ側面とを形成する第１入れ子と、該第１入れ子と金型が開く境界面で接触する第２入れ子とを備え、該第２入れ子に、第２レンズ面の光軸に対して垂直な面と第２レンズ側面と第２レンズ面を形成する第３入れ子を配置したことを特徴とする光学素子の成形金型。
5. 請求項４に記載の成形金型を用いて光学素子を成形する際に用いられる成形方法であって、前記光学素子の成形後、前記成形金型の型開き時に、前記第２入れ子に対して前記第３入れ子が前記型開き方向に移動し、前記光学素子の第２レンズ面を離型することを特徴とする光学素子の成形方法。

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