JP5364803B2 - レンズアレイの製造方法、成形型組立体 - Google Patents

Description

本発明は、レンズアレイの製造技術および成形型組立体に関し、例えば、複数の小レンズの集合体であるレンズアレイを型成形によって製造する技術に関する。

複数のレンズの集合体であるレンズアレイは、照明用、光ファイバ通信用、センサー集光用などのレンズとして利用される。
このレンズアレイの製造方法としては、ガラスやプラスチックなどの材料からできた単一の平行平板状の成形素材を軟化させながら成形型で押圧し、レンズアレイを製造する方法が従来から知られている。

このような型成形による一般的なレンズアレイの製造方法では、小レンズ部分に空気溜りが発生しやすいため、レンズアレイの品質が安定しにくく、歩留まりが良くないという技術的課題があった。

このため、特許文献１には、成形型を真空のチャンバ内に収容し、ガラスの成形素材を真空中で加熱軟化させ、金型で押圧してレンズアレイを製造する方法が開示されている。
また、特許文献２には、金型における複数のマイクロレンズキャビティの配列領域の中心にガラスプリフォームが載置される中心ネストを設け、この中心ネストに単一のガラスプリフォームを配置し、加熱状態で金型を押圧し、溶融したガラスプリフォームが中心ネスト部分から周囲のマイクロレンズキャビティに広がるように変形させてレンズアレイを成形した後、中心ネスト部分がレンズアレイから取り除かれるように小レンズ部を切り出してマイクロレンズアレイを得る製造方法が提示されている。

ところが、上述の特許文献１の技術では、成形型の全体をチャンバに収容して真空中で加熱するために、チャンバや真空ポンプ等の大掛かりな真空設備が必要となり、成形装置全体のコスト上昇、引いては成形製品のコスト上昇を招くという技術的課題がある。

また、成形前の真空排気処理や成形後の大気圧への復帰処理等の冗長な所要時間が発生し、成形工程におけるサイクルタイムの増大による生産性の低下を招く、という技術的課題もある。

一方、特許文献２の場合には、ガラスプリフォームが配置される中心ネスト部分は光学面としては利用できないため、成形可能なマイクロレンズアレイの設計や成形可能な形状仕様に制約が生じるとともに、マイクロレンズアレイの中央に位置する中心ネスト部分を切除する場合には、ガラスプリフォームの歩留りが低下するとともに、切断工程の分だけサイクルタイムの増大や製造コストの上昇を招き、生産性が低下する、という技術的課題がある。

特開平６−１４４８４２号公報 特開２００１−４８５５４号公報

本発明の目的は、必要以上に大掛かりな製造設備を必要とすることなく、成形工程におけるサイクルタイムの増大や製造コストの上昇を招くことなく、レンズアレイの形状に制約を生じることなく、成形時の空気溜まりの発生を確実に防止して、安定な品質のレンズアレイを高い生産性で低コストにて製造することが可能な技術を提供することにある。

本発明は、上型および下型の少なくとも一方の成形面に配列された複数の光学機能凹面の配列中心部に、凸形状の成形素材の頂部が一致するように位置決めする工程と、
前記上型および下型の前記成形面の間で前記成形素材を挟圧し、前記配列中心部から周辺方向に前記成形素材が広がるように変形させる工程と、
を含み、
前記成形面には、隣り合う前記光学機能凹面の境界部が前記配列中心に一致するように複数の前記光学機能凹面が配列され、
個々の前記光学機能凹面の最小曲率半径をＲａとし、前記成形素材の前記頂部の曲率半径をＲｐとしたとき、Ｒｐ≦２Ｒａを満足するように前記成形素材の形状が設定されているレンズアレイの製造方法を提供する。

本発明によれば、必要以上に大掛かりな製造設備を必要とすることなく、成形工程におけるサイクルタイムの増大や製造コストの上昇を招くことなく、レンズアレイの形状に制約を生じることなく、成形時の空気溜まりの発生を確実に防止して、安定な品質のレンズアレイを高い生産性で低コストにて製造することが可能な技術を提供することができる。

本発明の一実施の形態であるレンズアレイの製造方法が実施される成形装置の構成の一例を示す略側面図である。 本発明の一実施の形態であるレンズアレイの製造方法を実施する成形型組立体の常温下での組み立て状態の一例を示す断面図である。 その一部を拡大して例示する断面図である。 その加熱下での成形状態を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である成形型組立体にて成形されたレンズアレイの一例を示す側面図である。 本発明の一実施の形態である成形型組立体における上型の成形面の一例を示す平面図である。 本発明の一実施の形態である成形に使用される平凸状成形素材を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態のレンズアレイの製造方法における常温下での成形型組立体の組み立て状態を示す断面図である。 その加熱下での成形状態を示す断面図である。 その製造方法にて得られたレンズアレイの一例を示す断面図である。 そのレンズアレイの製造方法に用いられる成形型組立体を構成する上型の成形面に配置された複数の小レンズ成形面の配列状態を示す平面図である。 そのレンズアレイの製造方法における成形素材の変形過程を説明するための説明図である。 本発明の他の実施の形態のレンズアレイの製造方法の変形例において、常温下での成形型組立体の組み立て状態を示す断面図である。 その変形例における上型の成形面の形状を示す斜視図である。 その変形例における上型の成形面の形状を示す平面図である。 その変形例にて得られた矩形のレンズアレイを示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態のレンズアレイの製造方法の他の変形例に用いられる凸レンズ断面成形素材の外観を例示した斜視図である。 その凸レンズ断面成形素材から得られるレンズアレイの外観を示す斜視図である。 その変形例における上型の凹状の半円筒面からなる複数の小レンズ成形面の配列状態を示す平面図である。 その変形例における上型の凹状の半円筒面からなる複数の小レンズ成形面の配列状態を示す斜視図である。 その小レンズ成形面によって成形されたレンズアレイを示す斜視図である。 凸形状の小レンズ部が基板部の両面に配置されたレンズアレイを示す断面図である。 そのレンズアレイの成形に用いられる成形素材の一例を示す側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態であるレンズアレイの製造方法が実施される成形装置の構成の一例を示す略側面図である。

図２Ａは、本発明の一実施の形態であるレンズアレイの製造方法を実施する成形型組立体の常温下での組み立て状態の一例を示す断面図、図２Ｂは、その一部を拡大して例示する断面図、図２Ｃは、その加熱下での成形状態を示す断面図、図２Ｄは、本実施の形態の成形型組立体にて成形されたレンズアレイの一例を示す側面図である。

図３は、本実施の形態の成形型組立体における上型の成形面の一例を示す平面図、図４は、本実施の形態の成形に使用される平凸状成形素材を示す断面図である。
まず、図２Ｄを参照して、本実施の形態のレンズアレイの製造方法にて製造されるレンズアレイ４０Ａについて説明する。

本実施の形態にて製造されるレンズアレイ４０Ａは基板部４１ａと、この基板部４１ａの片面に突設された複数の小レンズ部４２ａの配列からなる。
基板部４１ａは円形の平行平板形状である。個々の小レンズ部４２ａの形状は凸形状で、主に一定の曲率半径を持つ球面になっている。

この場合、小レンズ部４２ａの数は、一例として、３×３の９個で、基板部４１ａの片面上に等間隔で正方の配列として配置される。
レンズアレイ４０Ａの材料、すなわち、このレンズアレイ４０Ａの成形に用いられる後述の平凸状成形素材４０（成形素材）としては、可視域において透明な光学ガラスが用いられる。本実施の形態では光学ガラスとして市販のＬ−ＢＳＬ７（ガラス転移点４９８℃、屈伏点５４９℃）を用いた例を説明する。

図１に例示されるように、本実施の形態の成形装置１００は、成形ステージ１１０、下側プレート１２０、上側プレート１３０、加圧装置１４０を備えている。
成形ステージ１１０の上に下側プレート１２０が配置され、この下側プレート１２０と上下方向に対向する位置に、加圧装置１４０によって上下方向に駆動される上側プレート１３０が設けられている。

本実施の形態の成形装置１００は、大気下または窒素ガス等の置換雰囲気下で稼動可能な任意の構成のものを使用できる。すなわち、成形装置１００に真空容器および真空ポンプ等を付属させる必要はない。

この成形装置１００を用いたレンズアレイの製造工程では、平凸状成形素材４０等の成形素材が内部に組み込まれた成形型組立体１０が、成形装置１００内の下側プレート１２０載置される。

下側プレート１２０および上側プレート１３０の各々の内部には、それぞれ複数のヒータ１２１、ヒータ１３１が実装されており、下側プレート１２０と上側プレート１３０との間に挟持される成形型組立体１０を、所望の成形温度に加熱することが可能になっている。

なお、ヒータ１２１、ヒータ１３１の代わりに赤外線ランプを成形型組立体１０の側面周辺に配置して加熱する構成としても構わない。
上述のように、下側プレート１２０は成形ステージ１１０に固定された状態にあり、上側プレート１３０には、加圧装置１４０が連結されている。

加圧装置１４０によって上側プレート１３０を下降させることで、成形型組立体１０は下側プレート１２０と上側プレート１３０で挟まれた状態になり、さらに上側プレート１３０によって加圧されると押圧状態になる。

図２Ａに例示されるように、本実施の形態の成形型組立体１０は、円筒状のスリーブ１１と、外形が円柱状の下型１２、上型１３、で構成されている。
上型１３および下型１２は、各々の成形面１３ａ、成形面１２ａが対向するようにスリーブ１１の両端から挿入されることによってスリーブ１１に嵌合可能になっている。

成形型組立体１０を構成するスリーブ１１、下型１２、上型１３が嵌合された状態では、上型１３、下型１２、スリーブ１１の各中心軸が一致するように構成されている。
なお、以下では、上型１３と下型１２の対向方向の前記中心軸を中心軸ＣＺとし、この中心軸ＣＺに直交する平面内で直交する二つの軸を中心軸ＣＸおよび中心軸ＣＹとする。

上型１３の成形面１３ａの中央には、上述のレンズアレイ４０Ａの複数の小レンズ部４２ａに対応した複数の小レンズ成形凹面１３ｂ（光学機能凹面）が配置されている。
個々の小レンズ成形凹面１３ｂは対応する個々の小レンズ部４２ａに合わせるように形成され、形状は凹形状で一定の曲率半径Ｒ０を有している。この場合、小レンズ成形凹面１３ｂの配置数は９個（Ｌ１１〜Ｌ３３）で、正方格子の格子点に小レンズ成形凹面１３ｂの各々の中心が一致する配列状態に配置されている。

ここで、本実施の形態の成形型組立体１０の上型１３における小レンズ成形凹面１３ｂに関してさらに詳細に説明する。
上述のような円柱形の上型１３の成形面１３ａは外形が円形を呈しており、外形の円の中心部（中心軸ＣＺ）を成形面１３ａの中心部に設定する。下型１２の成形面１２ａの中心部も同様に設定する。

上型１３における複数の小レンズ成形凹面１３ｂの配列（Ｌ１１〜Ｌ３３）において、中央に位置する一つの小レンズ成形凹面１３ｂ（Ｌ２２）に着目する。
本実施の形態の上型１３の場合、成形面１３ａの中心部（中心軸ＣＺ）に対して、小レンズ成形凹面１３ｂ（Ｌ２２）の頂点（凹面頂点１３ｃ（配列中心部））が一致するように、複数の小レンズ成形凹面１３ｂを整列して配置する。

この場合、下型１２の成形面１２ａは、中心軸ＣＺに直交する平坦面に形成されている。
本実施の形態の場合、成形型組立体１０の上型１３、下型１２、スリーブ１１を構成する材料としては、例えば、超硬合金、炭化珪素、ステンレス鋼などが利用できる。

小レンズ成形凹面１３ｂの形状は、切削加工、研削加工、研磨加工等の中から適当な処理を選択あるいは組み合わせて製作される。
次に、本実施の形態において用いられる成形素材について説明する。

本実施の形態では、断面形状が平凸のレンズ形状を呈する平凸状成形素材４０を使用する。すなわち、平凸状成形素材４０は、円柱の一端に底面４１が形成され、他端部に、例えば球面からなる凸状表面４２が形成された外観を呈している。この平凸状成形素材４０は、単一の部材で構成されている。

また、平凸状成形素材４０の体積は、当該平凸状成形素材４０を用いて製造される上述のレンズアレイ４０Ａの体積と一致させる。これにより、成形後に切り落とし等の付加的加工を必要とすることなく、目的の形状のレンズアレイ４０Ａが得られる。

平凸状成形素材４０における凸状表面４２は一定の曲率半径を有しており、表面中心部４３（頂部）が、底面４１から最も高い頂点になっている。
ここで、本実施の形態の平凸状成形素材４０では、凸状表面４２の曲率半径Ｒｐを以下のように設定する。

上型１３に形成された小レンズ成形凹面１３ｂの最小曲率半径Ｒａに着目すると、小レンズ成形凹面１３ｂは一定の曲率半径Ｒ０を有しているため、最小曲率半径Ｒａは個々の小レンズ成形凹面１３ｂの曲率半径Ｒ０と一致している。

そして、本実施の形態では、平凸状成形素材４０の凸状表面４２における曲率半径Ｒｐは、小レンズ成形凹面１３ｂの最小曲率半径Ｒａに対して、以下の式（１）の関係を満足するように設定する。
Ｒｐ≦Ｒａ ………（１）

レンズアレイ４０Ａとなる平凸状成形素材４０の素材は光学ガラスからなり、上述のＬ−ＢＳＬ７を使用する。
この平凸状成形素材４０は、予め、研削加工、研磨加工、あるいは、溶融ガラスのプレス加工によって、上述の形状に製作される。
以下、本実施の形態におけるガラス成形によるレンズアレイの製造方法の作用を説明する。

本実施の形態のレンズアレイの製造工程は、成形型組立体１０の組み立て工程、加熱工程、成形工程、冷却工程からなる。
まず、成形型組立体１０の組み立て工程について説明する。

平凸状成形素材４０の底面４１を下側にして下型１２の成形面１２ａの上に載せる。
このとき、平凸状成形素材４０の位置は、下型１２の成形面１２ａの中心部に対して、平凸状成形素材４０の中心が一致するように位置決めする。

この状態で、スリーブ１１と下型１２を嵌合させ、さらに、上型１３をその成形面１３ａが、下型１２上の平凸状成形素材４０に対向するように嵌合させる。
上型１３と下型１２は、スリーブ１１に挿入されると、上型１３の中心部と下型１２の中心部とがスリーブ１１の孔の中心軸（中心軸ＣＺ）上に整列された状態になる。

すなわち、平凸状成形素材４０の凸状表面４２の中心にある表面中心部４３（頂点）は、上型１３の成形面１３ａの中心部、つまり、複数の小レンズ成形凹面１３ｂの配列中央に位置する小レンズ成形凹面１３ｂ（Ｌ２２）の凹面頂点１３ｃと、中心軸ＣＺ上に整列する。

このように、スリーブ１１に対向して挿入される上型１３と下型１２とで平凸状成形素材４０を挟み込むことで、図２Ａのような成形型組立体１０を得る。
図２Ｂに示されるように、平凸状成形素材４０が下型１２と上型１３の間に挟み込まれた状態では、上型１３における複数の小レンズ成形凹面１３ｂの配列の中央に位置する小レンズ成形凹面１３ｂ（Ｌ２２）の凹面頂点１３ｃと平凸状成形素材４０の凸状表面４２の表面中心部４３とが接触している。

ただし、凹面頂点１３ｃ以外の部分では小レンズ成形凹面１３ｂ（Ｌ２２）と平凸状成形素材４０とは接触していない。
次に、上述のように構成された成形型組立体１０の加熱工程について説明する。

成形装置１００内の下側プレート１２０と上側プレート１３０の間に、平凸状成形素材４０を組み付けた成形型組立体１０を入れる。
この下側プレート１２０と上側プレート１３０を介して、成形型組立体１０および内部の平凸状成形素材４０が、当該平凸状成形素材４０の素材に応じた成形温度に達するように所定時間だけ加熱する。

この成形温度は平凸状成形素材４０に使用されるガラスの屈伏点温度よりも高い温度に設定する。これにより、成形温度下では平凸状成形素材４０は軟化状態になる。
次に、成形工程について説明する。

上述の成形温度に保持された状態で、成形装置１００の下側プレート１２０と上側プレート１３０とで成形型組立体１０を加圧する。
成形型組立体１０において下型１２と上型１３で挟圧される平凸状成形素材４０は変形しながら、下型１２の成形面１２ａと上型１３の成形面１３ａとの間の空間部に充満していく。

変形が進行すると、成形面１２ａおよび成形面１３ａ（小レンズ成形凹面１３ｂ）の形状が平凸状成形素材４０に転写されることにより、レンズアレイ４０Ａの基板部４１ａと複数の小レンズ部４２ａとが形成される。

ここで、本実施の形態の場合には、変形の初期段階では、軟化した平凸状成形素材４０が配列中央にある小レンズ成形凹面１３ｂ（Ｌ２２）の中心部（凹面頂点１３ｃ）から周囲の隣接線１３ｄに向かって押し広げられる。

このため、小レンズ成形凹面１３ｂ（Ｌ２２）の内部に存在した空気は凹面頂点１３ｃから外方に広がるように変形する平凸状成形素材４０によって順次押し出されることになり、小レンズ成形凹面１３ｂ内には滞留しない。

すなわち、小レンズ成形凹面１３ｂの凹面頂点１３ｃと平凸状成形素材４０の表面中心部４３の接触部の周囲には、外周方向に開いた断面が略楔形の空間として常に形成されるため、凹面頂点１３ｃを中心として外周方向に広がる平凸状成形素材４０の凸状表面４２の変形とともに、小レンズ成形凹面１３ｂ内の空気は、確実に外周方向に追い出されて排除される。

中央に位置する小レンズ成形凹面１３ｂ（Ｌ２２）に対して隣接する周辺の個々の小レンズ成形凹面１３ｂにおいては、軟化した平凸状成形素材４０が成形面１３ａの中心部から外周に向かう方向に当該小レンズ成形凹面１３ｂの表面形状に沿って入り込んでいく。

それに伴い、周辺部の各小レンズ成形凹面１３ｂの内部に存在した空気も平凸状成形素材４０の変形の流れに沿って成形面１３ａの外周方向に押し出されていくこととなり、滞留することはない。

仮に小レンズ成形凹面１３ｂ内に空気が残存したとしても、個々の小レンズ成形凹面１３ｂの隣接線１３ｄの稜線部分にわずかな空気溜りが形成されるレベルに留まる。
このようにして、平凸状成形素材４０から得られるレンズアレイ４０Ａの個々の小レンズ部４２ａの表面、すなわち光学面には、ほとんど空気が残らない状態に成形することができる。

平凸状成形素材４０からレンズアレイ４０Ａの所望形状が得られた段階で上側プレート１３０の加圧を止めれば、レンズアレイ４０Ａの成形が完了し、上述の図２Ｄに例示した外観のレンズアレイ４０Ａが得られる。

なお、レンズアレイ４０Ａの所望形状を得るためには、上述のように上側プレート１３０と下側プレート１２０の間で成形型組立体１０を加圧する際に、上側プレート１３０の移動量を制御してもよいし、加圧力と加圧時間を設定して制御してもよい。

次に、上述のような成形後の冷却工程について説明する。
レンズアレイ４０Ａの冷却工程では、加熱された光学ガラスを軟化状態から固化状態に移行させ、レンズアレイ４０Ａの形状を安定させる。

図示していない冷却装置により、成形型組立体１０を冷却する。
冷却時は、成形されたレンズアレイ４０Ａの転写精度の確保と歪の低減のため、加圧状態が必要になる場合もある。

なお、この冷却時の加圧力はレンズアレイ４０Ａ等の成形品に割れが発生しない程度の範囲で設定する。
成形型組立体１０および成形されたレンズアレイ４０Ａが常温付近まで冷却された時点で冷却が完了する。

この冷却が完了した後、成形型組立体１０から上型１３を外して成形品を取り出せば、レンズアレイ４０Ａを得ることができる。
本実施の形態において成形された上述のレンズアレイ４０Ａの形状は一例であり、上述の図２Ｄに例示したレンズアレイ４０Ａにおける基板部４１ａの形状、小レンズ部４２ａの形状と数、さらには、平凸状成形素材４０（レンズアレイ４０Ａ）を構成するガラスの種類、上型１３における小レンズ成形凹面１３ｂの配置、平凸状成形素材４０の形状、製造工程の順序等については、上述の例示内容に限定されない。

例えば、レンズアレイ４０Ａにおける基板部４１ａの形状は、用途および枠への取り付け状態に応じて、本実施の形態で例示した円形以外に、矩形、多角形等でも構わない。
また、レンズアレイ４０Ａにおける小レンズ部４２ａの形状および数は、要求される光学的性能や仕様に応じて変更可能である。

レンズアレイ４０Ａの基板部４１ａと小レンズ部４２ａは同一のガラスで構成され、ガラスの種類が限定されることはない。
また、成形型組立体１０において、小レンズ成形凹面１３ｂは上型１３でなく、下型１２の成形面１２ａに形成してもよい。

本実施の形態では、上型１３および下型１２はそれぞれ単一部品で構成される例を示したが、複数の別体部品を組み合わせて構成してもよい。
例えば、上型１３の場合、成形面１３ａを有する基本部品に小レンズ成形凹面１３ｂを有する入れ子型部品を嵌合させるように構成したものを使用してもよい。

成形素材としては、平凸状成形素材４０に限らず、表面に凸状の曲面を有していれば、平凸のレンズ形状以外でも構わない。
例えば、両凸レンズ形状、ボール形状、卵形、ラグビーボール形状、ゴブ形状等のものが利用できる。

あるいは、特に図示しないが、円柱の端面に凸の円錐面を設け、この円錐面の頂点が表面中心部４３となるようにして、この頂点の曲率半径Ｒｐを随意に設定する構成としてもよい。

本実施の形態で例示したレンズアレイの製造工程では、組立工程、加熱工程、成形工程、冷却工程を組み合わせる例を示したが、自動組立装置と組み合わせれば、組立工程と加熱工程の順序を入れ替えることも可能で、加熱工程後に組立工程を入れた順序で製造しても構わない。

後工程として、レンズアレイ４０Ａは外形寸法を確保するため、必要であれば基板部４１ａの芯取り工程を追加して、余分な外径部分を削り落としてもよい。
あるいは、芯取り作業をなくすためにスリーブ１１の内径および下型１２と上型１３の外径を調整しておき、スリーブ１１の内壁面を、基板部４１ａの外形を規定する変形規制部として利用することも可能である。

また、変形規制部はスリーブ１１以外の別部材で構成しても構わない。
軟化した成形素材は外径方向の変形が変形規制部で規制される。成形完了時に、スリーブ１１の内壁面、上型１３、下型１２で囲まれた空間が、変形した成形素材で充填され、所望の外形寸法を有するレンズアレイ４０Ａが得られる。

反射防止などの機能を付加する場合は、後工程でレンズアレイ４０Ａの表面にコーティング処理を行う。
本実施の形態のレンズアレイの製造方法によれば、平凸状成形素材４０の表面中心部４３を、上型１３の成形面１３ａにおける複数の小レンズ成形凹面１３ｂの配列中心に位置する小レンズ成形凹面１３ｂの凹面頂点１３ｃに一致させるとともに、表面中心部４３の曲率半径Ｒｐを、小レンズ成形凹面１３ｂの最小曲率半径Ｒａよりも小さい形状とすることで、平凸状成形素材４０の変形による成形中に、小レンズ成形凹面１３ｂの内部の空気を、平凸状成形素材４０の表面中心部４３から外周方向へと確実に排除でき、単一の平凸状成形素材４０を使用しても空気溜りのない良好な品質のレンズアレイ４０Ａを製造することができる。

さらに、成形中における小レンズ成形凹面１３ｂでの空気溜まりに起因する成形不良を回避する等の目的で、成形型組立体１０の全体を大掛かりな真空チャンバ等に収容する必要もなくなり、真空設備の付加等に起因する成形設備のコスト上昇、ひいてはレンズアレイ４０Ａのコスト上昇を抑制できるとともに、成形プロセスに真空引きや大気圧復帰等の余分な所要時間が発生せず、成形工程全体の所要時間（サイクルタイム）の短縮による生産性の向上も達成できる。

また、複数の小レンズ成形凹面１３ｂが配列される上型１３の成形面１３ａに、平凸状成形素材４０を配置するための、小レンズ成形凹面１３ｂとは異なる特別な形状部位を設ける必要がないため、成形面１３ａの全体を、レンズアレイ４０Ａの成形に有効に利用でき、任意の形状の小レンズ成形凹面１３ｂを自由に配置した所望の形状仕様や設計仕様のレンズアレイ４０Ａを成形できる。

さらに、平凸状成形素材４０を配置するための、小レンズ成形凹面１３ｂとは異なる特別な形状部位を成形後に切除する等の余分な工程も不要になり、切除工程の所要時間の解消や、切除によって捨てられる成形素材の量の削減による歩留り向上も実現でき、生産性は一層向上する。

すなわち、本実施の形態によれば、必要以上に大掛かりな製造設備を必要とすることなく、成形工程におけるサイクルタイムの増大や製造コストの上昇を招くことなく、レンズアレイの形状に制約を生じることなく、成形時の空気溜まりの発生を確実に防止して、安定な品質のレンズアレイを高い生産性で低コストにて製造することが可能となる。
（第２実施の形態）
上述の実施の形態１では、成形面１３ａにおける複数の小レンズ成形凹面１３ｂの配列中心の小レンズ成形凹面１３ｂの凹面頂点１３ｃに、平凸状成形素材４０の表面中心部４３を当接させるように成形型組立体１０を組み立てる例を示したが、この実施の形態２では、隣接する複数の小レンズ成形凹面のエッジ状の境界部に平凸状成形素材４０の表面中心部４３を一致させるように成形型組立体１０を組み立てる場合を例示する。

成形装置１００および成形型組立体等の基本的な構成は上述の実施の形態１と共通するため、同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明は割愛し、相違点を説明する。

図５Ａは、本実施の形態２のレンズアレイの製造方法における常温下での成形型組立体の組み立て状態を示す断面図であり、図５Ｂは、加熱下での成形状態を示す断面図であり、図５Ｃは、成形後に得られたレンズアレイの一例を示す断面図である。

図６は、本実施の形態における成形型組立体を構成する上型の成形面に配置された複数の小レンズ成形面の配列状態を示す平面図である。
図７は、本実施の形態２における成形素材の変形過程を説明するための説明図である。

まず、本実施の形態２で成形されるレンズアレイ４０Ｂについて説明する。
図５Ｃに例示されるように、本実施の形態のレンズアレイ４０Ｂでは、小レンズ部４２ａの数は２×２の４個で、基板部４１ａの片面上に等間隔Ｘｐで正方の配列として配置される。

レンズアレイ４０Ｂの材料は可視域において透明な光学ガラスが用いられる。本実施の形態では、この光学ガラスとして市販のＬ−ＢＳＬ７（ガラス転移点４９８℃、屈伏点５４９℃）を用いた例を説明する。

このような、形状のレンズアレイ４０Ｂを成形するため、本実施の形態の成形型組立体１０Ａでは、上述の上型１３の代わりに、図６に例示される成形面の形状を備えた上型１４を用いる。

この上型１４の成形面１４ａには、レンズアレイ４０Ｂの個々の小レンズ部４２ａに対応した小レンズ成形凹面１４ｂ（光学機能凹面）が配置されている。
個々の小レンズ成形凹面１４ｂは対応するレンズアレイ４０Ｂの個々の小レンズ部４２ａの形状が転写されるように形成される。

小レンズ成形凹面１４ｂの形状は凹形状で一定の曲率半径を有しており、成形面１４ａに形成される総数は４個で、正方の配列（Ｌ１１〜Ｌ２２）として配置され、隣接する小レンズ成形凹面１４ｂの間には、エッジ状の隣接境界１４ｃが存在する。

本実施の形態の上型１４における複数の小レンズ成形凹面１４ｂの配置状態に関して説明する。
上型１４の成形面１４ａは外形が円形をしており、円の中心を成形面１４ａの中心部に設定する。

この場合、成形面１４ａにおける複数の小レンズ成形凹面１４ｂの配列（Ｌ１１〜Ｌ２２）において、中心軸ＣＹ方向および中心軸ＣＸ方向の各々の隣接境界１４ｃは、成形面１４ａの中心部で交差し、隣接交点１４ｄ（配列中心部）（Ｐ１）になっている。

すなわち、この成形型組立体１０Ａの場合、上型１４の成形面１４ａの中心部（中心軸ＣＺ）に対して、隣接交点１４ｄ（Ｐ１）が一致するように、複数の小レンズ成形凹面１４ｂが整列して配列されている。

下型１２の成形面１２ａは、上述の実施の形態１と同様に、平坦な形状に形成されている。
次に、本実施の形態２にて用いられる平凸状成形素材４０について説明する。

本実施の形態２で用いられる平凸状成形素材４０は、上述の実施の形態１とほぼ同様であるが、表面中心部４３が形成された凸状表面４２の曲率半径Ｒｐの設定条件が異なる。
すなわち、上述の上型１４に形成された複数の小レンズ成形凹面１４ｂの最小曲率半径Ｒａに着目すると、個々の小レンズ成形凹面１４ｂは一定の曲率半径Ｒ０を有しているため、最小曲率半径Ｒａは個々の曲率半径Ｒ０と一致している。

本実施の形態２の場合には、後述のような原理で小レンズ成形凹面１４ｂの空気溜まりを防止するため、平凸状成形素材４０の凸状表面４２の曲率半径Ｒｐは、小レンズ成形凹面１４ｂの最小曲率半径Ｒａに対して、以下の式（２）の関係を満足するように設定する。
Ｒｐ≦２Ｒａ ………（２）

次に、本実施の形態２において、成形型組立体１０Ａを用いたガラス成形によるレンズアレイの製造法の作用の一例を説明する。
まず、成形型組立体１０Ａの組み付け工程について説明する。

平凸状成形素材４０の平坦な底面４１の側を下側にして下型１２の成形面１２ａの上に載せる。
このとき、平凸状成形素材４０の位置は、下型１２の成形面１２ａの中心部（中心軸ＣＺ）に対して、平凸状成形素材４０の中心（この場合、表面中心部４３）が一致するように位置決めする。

上型１４と下型１２は、スリーブ１１に挿入されると、上型１４の中心部と下型１２の中心部とがスリーブ１１の中心軸上に整列された状態になる。
平凸状成形素材４０の凸状表面４２の中心部の頂点に位置する表面中心部４３は、上型１４の成形面１４ａの中心部、つまり、成形面１４ａの中央に位置する隣接交点１４ｄ（Ｐ１）に当接し、中心軸ＣＺ上に整列する。

このように、スリーブ１１を介し、上型１４と下型１２とで平凸状成形素材４０を挟み込むことで、成形型組立体１０Ａを得る。
成形型組立体１０Ａの内部において、平凸状成形素材４０が上型１４と下型１２の間に挟み込まれた状態では、成形面１４ａの中央に位置する隣接交点１４ｄ（Ｐ１）と平凸状成形素材４０の凸状表面４２の表面中心部４３とはほぼ点接触している。

ただし、隣接交点１４ｄ（Ｐ１）以外の部分では上型１４の成形面１４ａと平凸状成形素材４０とは接触していない。
次に、上述のように組み立てられた成形型組立体１０Ａを用いる成形工程について説明する。

成形装置１００における下側プレート１２０と上側プレート１３０の間で成形型組立体１０Ａが所定の成形温度に加熱されて加圧されると、下型１２と上型１４で挟まれた平凸状成形素材４０は変形しながら、下型１２と上型１４の間の空間に充満していく。

この変形の初期段階では、軟化した平凸状成形素材４０が隣接交点１４ｄ（Ｐ１）から外周に向かって押し広げられる。
変形が進行し、平凸状成形素材４０の下端の外周部がスリーブ１１の内周面に到達すると、レンズアレイ４０Ｂの基板部４１ａと複数の小レンズ部４２ａとが形成される。

ここで、上型１４の成形面１４ａが平凸状成形素材４０の変形に追随して変位するときに、個々の小レンズ成形凹面１４ｂと、平凸状成形素材４０の凸状表面４２との間に閉空間が作られないように制御すると、空気溜りの発生を防ぐことができる。

図７を参照して、上述の閉空間が作られない条件を検討すると以下のようになる。
この条件としては、着目する隣接交点１４ｄに対して隣の隣接交点（隣接境界１４ｃ）の位置で、小レンズ成形凹面１４ｂの球面が作る接線Ｔ１と、平凸状成形素材４０の凸状表面４２の球面が作る接線Ｔ２を交差させないことが必要である。

すなわち、凸状表面４２の接線Ｔ２が成形面１４ａとなす角度θ２と、小レンズ成形凹面１４ｂの接線Ｔ１が成形面１４ａとなす角度θ１との差Δθ＝θ２−θ１が、Δθ≧０の場合に接線Ｔ１と接線Ｔ２は交差しない。

したがって、幾何学的な関係から、凸状表面４２の曲率半径Ｒｐと、小レンズ成形凹面１４ｂの最小曲率半径Ｒａについて、Ｒｐ≦２Ｒａの関係を満足すれば、上述の接線Ｔ１と接線Ｔ２各が交差しない条件を実現することができる。

上述の式（２）で示したように、本実施の形態２の平凸状成形素材４０における凸状表面４２の曲率半径Ｒｐは、小レンズ成形凹面１４ｂの最小曲率半径Ｒａに対して、Ｒｐ≦２Ｒａの関係を満足させている。

これにより、本実施の形態２の場合には、平凸状成形素材４０の変形は、小レンズ成形凹面１４ｂの表面形状に順次沿うように、中央部から周辺部に向かってを接触範囲が広がるように進行する。

このため、個々の小レンズ成形凹面１４ｂでは、内部に存在した空気が、変形する平凸状成形素材４０の流れに沿って成形面１４ａの中央から外周方向に押し出されるように確実に排除される。

仮に残存したとしても、個々の小レンズ成形凹面１４ｂの隣接境界１４ｃの稜線部分にわずかな空気溜りが形成されるレベルに留まる。
これにより、本実施の形態２の場合には、レンズアレイ４０Ｂの個々の小レンズ部４２ａの表面（光学面）にはほとんど空気が残らない状態にすることができる。

所望形状が成形面１４ａから平凸状成形素材４０に転写された段階で加圧装置１４０（上側プレート１３０）による加圧を止めれば、レンズアレイ４０Ｂの成形が完了する。
本実施の形態２においても、上述の説明で例示したレンズアレイ４０Ｂの基板部４１ａの形状、小レンズ部４２ａの形状および総数、素材ガラスの種類、上型１４における複数の小レンズ成形凹面１４ｂの配置、平凸状成形素材４０の形状、製造工程の順序等については上述の例示内容に限定されることはない。

レンズアレイ４０Ｂに対する光学的な要求性能に応じて小レンズ部４２ａの形状および総数は変更可能である。
レンズアレイ４０Ｂにおいて、基板部４１ａと個々の小レンズ部４２ａは同一のガラス素材で構成され、ガラス素材の種類が限定されることはない。

また、成形型組立体１０Ａにおいて、小レンズ成形凹面１４ｂは上型１４でなく、下型１２の側に形成してもよい。
成形素材は表面に凸状の曲面を有していれば、平凸状成形素材４０のような断面が平凸のレンズ形状以外でも構わない。

例えば、両凸レンズ形状、ボール形状、ゴブ形状、凸レンズ断面を持つ棒形状、ロッド形状のものが利用できる。
本実施の形態２のレンズアレイの製造方法によれば、上型１４の成形面１４ａに配列された複数の小レンズ成形凹面１４ｂの配列中心に位置する隣接境界１４ｃの隣接交点１４ｄに対して、平凸状成形素材４０の表面中心部４３が当接するように配置する場合、表面中心部４３の曲率半径Ｒｐと、小レンズ成形凹面１４ｂの最小曲率半径Ｒａの関係が、Ｒｐ≦２Ｒａの関係を満足するように曲率半径Ｒｐを設定することで、単一の平凸状成形素材４０を使用して成形しても空気溜りのない良好な品質のレンズアレイ４０Ｂを製造することができる。

さらに、小レンズ成形凹面１４ｂにおける成形時の空気溜まりの防止対策として大がかりな真空チャンバ等の設備や、真空排気処理を不要にして、成形装置１００に対する余分な設備の付加によるコストアップおよび製造工程で必要な処理時間の増加を抑制して、生産性を向上させることができる。

また、上述の実施の形態１と比較して、本実施の形態２の場合には、平凸状成形素材４０における凸状表面４２の曲率半径Ｒｐの制約が緩和されているので、成形素材の形状の自由度が大きいという利点もある。

次に、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図９を参照して、本実施の形態２の変形例を説明する。
この変形例では、スリーブの内周面を任意の形状に設定した変形規制部を設け、さらに、成形素材としてボール状成形素材を使用して矩形のレンズアレイを製造する方法を説明する。

図８Ａは、常温下での成形型組立体の組み立て状態を示す断面図、図８Ｂは、上型の成形面の形状を示す斜視図、図８Ｃは、上型の成形面の形状を示す平面図、図９は、本変形例にて得られた矩形のレンズアレイを示す斜視図である。

まず、図９を参照して、本変形例で得られるレンズアレイ５０Ａの形状について説明する。このレンズアレイ５０Ａの基板部５２は輪郭が矩形の平行平板形状である。
そして、この基板部５２の片面に複数の小レンズ部５３が格子状に等間隔で配列されている。小レンズ部５３の総数は４×４の１６個である。

次に、本変形例で用いる成形型組立体２０について説明する。
図８Ａおよび図８Ｂに例示されるように、成形型組立体２０は、スリーブ２１と、下型２２および上型２３で構成されている。

下型２２および上型２３が嵌合されるスリーブ２１の貫通孔の横断面は、上述のレンズアレイ５０Ａの輪郭に対応した矩形を呈しており、内周面が、矩形の変形規制面２１ａとして機能する。

上型２３および下型２２の成形面２３ａおよび成形面２２ａが形成されたスリーブ２１に対する挿入端の外周形状は、スリーブ２１の内周面（変形規制面２１ａ）に嵌合するように形成され、この例では矩形形状になる。

この場合、図８Ｂに例示されるように、上型２３の矩形の成形面２３ａの全面には、例えば、４×４（Ｌ１１〜Ｌ４４）の複数の小レンズ成形凹面２３ｂが隣接して格子状に配列され、隣り合う小レンズ成形凹面２３ｂの間には、エッジ状の隣接境界２３ｃが形成されている。

また、縦横方向の各々の中央の隣接境界２３ｃの交点、すなわち、隣接交点２３ｄ（配列中心部）は、成形面２３ａの中心軸ＣＺに一致している。
一方、下型２２の成形面２２ａは、矩形の平坦面である。

本変形例の成形型組立体２０では、下型２２の成形面２２ａの上に成形素材を配置する際、配置状態が不安定になるのを防止するため、スリーブ２１の側壁面を貫通する複数の治具孔２１ｂを設けている。

個々の治具孔２１ｂには、ピン形状の位置決め部材２５（位置決め手段）が、例えば螺着等の方法で着脱可能に装着される。
個々の位置決め部材２５の長さは、治具孔２１ｂへ挿入した際、位置決め部材２５の先端部が、中心部に配置された成形素材と接するように設定される。

本変形例では、成形素材として、例えば球形のボール状成形素材５０（成形素材）を用いる。ボール状成形素材５０の体積は製造されるレンズアレイ５０Ａの体積と一致させる。

上述の実施の形態２と同様に、ボール状成形素材５０の曲率半径Ｒｐは、小レンズ成形凹面２３ｂの最小曲率半径Ｒａに対して、Ｒｐ≦２Ｒａ、の関係を満足させるように設定される。

なお、ボール状成形素材５０が球形の場合には、外周の任意の部位が表面中心部５１（頂部）として機能する。
本変形例の成形型組立体２０における組み立て工程を説明する。

スリーブ２１に下型２２を嵌合させた状態で、スリーブ２１の側面に設けた治具孔２１ｂの各々に位置決め部材２５を挿入する。
下型２２の成形面２２ａの中心部にボール状成形素材５０を載置する。

変形規制面２１ａの中心部に載置されたボール状成形素材５０は、個々の位置決め部材２５の先端部と接して、位置が固定されて安定する。
この状態で、上型２３をスリーブ２１に嵌合させれば、上型２３と下型２２とでボール状成形素材５０を挟み込んだ成形型組立体２０が得られる。

このように上型２３と下型２２の間にボール状成形素材５０が挟み込まれた状態では、中央に位置する隣接交点２３ｄ（Ｐ２）とボール状成形素材５０の頂点（表面中心部５１）とが接触している。

また、個々の治具孔２１ｂに挿入した位置決め部材２５は、後の成形工程で邪魔にならないよう、取り外しておく。
次に、上述のように組み立てられた成形型組立体２０の成形工程について説明する。

所定の成形温度への加熱状態で、成形型組立体２０を加圧すると、下型２２と上型２３で挟まれたボール状成形素材５０は変形しながら、成形面２２ａと成形面２３ａの間の空間部に充満していく。

このとき、上述の実施の形態２の場合と同様に、ボール状成形素材５０は、中央の隣接交点２３ｄに接する表面中心部５１から外周方向に小レンズ成形凹面２３ｂに密着して広がるので、空気溜まりの発生が確実に防止される。そして、上下の成形面２３ａ（小レンズ成形凹面２３ｂ）および成形面２２ａの形状が転写されることによって、レンズアレイ５０Ａの基板部５２と複数の小レンズ部５３とが形成される。

さらに、スリーブ２１の内周面を変形規制面２１ａとして用いるため、ボール状成形素材５０の変形は変形規制面２１ａに沿って進む。
上述のように、スリーブ２１の変形規制面２１ａの断面は矩形形状をしており、変形するボール状成形素材５０が上型２３、下型２２、スリーブ２１で構成される空間に充満すると、成形されるレンズアレイ５０Ａの外形は矩形形状になる。

所望の形状のレンズアレイ５０Ａが得られた段階で成形型組立体２０の加圧を止めれば、レンズアレイ５０Ａの成形が完了する。
そして、成形温度から室温までの冷却工程を経ると、基板部５２の一つの面の全体に小レンズ部５３が配列された矩形形状のレンズアレイ５０Ａが得られる。

本変形例の成形型組立体２０では、スリーブ２１の内周面を変形規制面２１ａとして利用することで、任意の輪郭形状の基板部５２を有するレンズアレイ５０Ａを成形することができる。

また、スリーブ２１に位置決め部材２５を装着可能な構成としたことにより、例えば、球形のボール状成形素材５０はもとより、卵形、ラグビーボール形状、ゴブ形状等の不安定な任意形状の成形素材を、下型２２と上型２３の間の中心軸ＣＺの位置に正確かつ安定に位置決めして成形型組立体２０の組立を行うことができる。

なお、本変形例においては、レンズアレイ５０Ａに関して上述の説明で例示した基板部５２の形状、小レンズ部５３の形状および数、素材ガラスの種類、さらには、成形型組立体２０の上型２３における小レンズ成形凹面２３ｂの配置、成形素材の形状、製造工程の順序等については上述の説明内容に限定されることはない。

例えば、スリーブ２１の変形規制面２１ａで構成される変形規制部の形状は、目的のレンズアレイの基板部の外形形状に合わせて変更することが可能である。
また、位置決め部材２５が装着される治具孔２１ｂおよび位置決め部材２５の数を４つにしているが、２つ以上あればよい。

次に、実施の形態２のさらなる変形例として上述の変形例の成形型組立体２０において、ボール状成形素材５０の代わりに棒状の凸レンズ断面成形素材６０（成形素材）を用いる場合について説明する。

図１０Ａは、凸レンズ断面成形素材の外観を例示した斜視図であり、図１０Ｂは、この凸レンズ断面成形素材から得られるレンズアレイの外観を示す斜視図である。
図１０Ａに例示されるように、凸レンズ断面成形素材６０の形状は棒形状であり、棒の長さ方向の断面が一定で凸レンズ断面の形状を有している。すなわち、平坦な底面６１と反対側に円筒面６２が設けられた、いわゆる蒲鉾形を呈している。

したがって、凸レンズ断面成形素材６０の円筒面６２の頂点は、中心軸ＣＹ方向に平行な直線となり、その中央部を表面中心部６３（頂部）とする。
凸レンズ断面をなす円筒面６２の曲率半径Ｒｐは、上型２３の小レンズ成形凹面２３ｂの最小曲率半径Ｒａに対して、Ｒｐ≦２Ｒａの関係を満足するように設定される。

また、凸レンズ断面成形素材６０の体積は、製造されるレンズアレイ６０Ａの体積と一致させる。
次に、上述の凸レンズ断面成形素材６０を用いる場合の成形型組立体２０の組み立て工程について説明する。

スリーブ２１に下型２２を嵌合させた状態で、スリーブ２１の側面に設けた治具孔２１ｂの各々に位置決め部材２５を挿入する。
下型２２の成形面２２ａの中心部に凸レンズ断面成形素材６０を載せる。

スリーブ２１の矩形の変形規制面２１ａの辺方向に合わせて凸レンズ断面成形素材６０の方向を決める。
成形面２２ａの中心部に載置された凸レンズ断面成形素材６０は、各位置決め部材の先端部と接して位置調整が行われることにより、位置が固定されて安定する。

この状態で、上型２３をスリーブ２１に嵌合させれば、上型２３と下型２２とで凸レンズ断面成形素材６０を挟み込んだ成形型組立体２０が得られる。
このとき、成形型組立体２０の内部では、凸レンズ断面成形素材６０の表面中心部６３が、上型２３の複数の小レンズ成形凹面２３ｂの隣接交点２３ｄ（Ｐ２）に一致し、かつ中心軸ＣＹの方向が、隣接交点２３ｄを通る中央の隣接境界２３ｃに一致するように位置決めされた状態となる。

治具孔２１ｂに挿入されていた位置決め部材２５は、後の成形工程で邪魔にならないよう、取り外しておく。
次に、上述のように組み立てられた成形型組立体２０の成形工程について説明する。

所望の成形温度にて成形型組立体２０を押圧することで、下型２２と上型２３とで挟まれた凸レンズ断面成形素材６０は変形しながら、成形面２３ａと成形面２２ａの間の空間に充満していく。

変形の初期段階では、軟化した凸レンズ断面成形素材６０が隣接交点２３ｄ（Ｐ２）を含む中心等分線（すなわち中心軸ＣＹ）の位置から外周方向に向かって押し広げられる。
凸レンズ断面成形素材６０の変形が進行すると、レンズアレイ６０Ａの基板部６１ａと複数の小レンズ部６２ａとが凸レンズ断面成形素材６０に転写されて形成される。

さらに、スリーブ２１の内周面を変形規制面２１ａにしているため、凸レンズ断面成形素材６０の変形は変形規制面２１ａに沿って進む。
上述のように、変形規制面２１ａの断面は矩形形状をしており、凸レンズ断面成形素材６０が上型２３、下型２２、スリーブ２１で構成される成形空間に充填されると、成形されたレンズアレイ６０Ａの外形は矩形形状になる。

所望の形状が得られた段階で成形型組立体２０の加圧を止めれば、レンズアレイ６０Ａの成形が完了する。
ここで、凸レンズ断面成形素材６０を用いる場合における空気溜りの抑制効果について説明する。

上型２３の小レンズ成形凹面２３ｂが、下型２２に接近する方向に変位したときに、この小レンズ成形凹面２３ｂと凸レンズ断面成形素材６０の円筒面６２との間に閉空間を作らないようにすることが空気溜りの発生を防ぐことになる。

凸レンズ断面成形素材６０の凸部（円筒面６２）を含む断面方向では、上述のように、曲率半径Ｒｐは小レンズ成形凹面２３ｂの最小曲率半径Ｒａに対して、Ｒｐ≦２Ｒａの関係を満足している。

この条件を満足することにより、凸レンズ断面成形素材６０の変形では、中心等分線（中心軸ＣＹ）の位置から外周方向に向かって、個々の小レンズ成形凹面２３ｂの表面形状に沿って順次接触範囲が広がるように制御される。

なお、凸レンズ断面と直交する方向（中心軸ＣＹの方向）では小レンズ成形凹面２３ｂと凸レンズ断面成形素材６０の円筒面６２との間に閉領域が形成されるように見えるが、円筒面６２の直線状の頂部が、中央の隣接交点２３ｄを通る隣接境界２３ｃに一致しているため、３次元空間で考えると閉空間は形成されていない。

個々の小レンズ成形凹面２３ｂでは、内部に存在した空気が、変形する凸レンズ断面成形素材６０の流れに沿って成形面２３ａの外周方向に押し出されるように移動して排除される。

仮に残存したとしても、個々の小レンズ成形凹面２３ｂの隣接境界２３ｃの稜線部分にわずかな空気溜りが形成されるレベルに留まる。
これによって、凸レンズ断面成形素材６０から成形されるレンズアレイ６０Ａの小レンズ部６２ａの光学面にはほとんど空気が残らない状態にすることができる。

その後、室温までの冷却工程を経ると、図１０Ｂに例示されるような、矩形形状のレンズアレイ６０Ａが得られる。
本変形例において、上述のレンズアレイ６０Ａにおける基板部６１ａの形状、小レンズ部６２ａの形状および数、素材ガラスの種類、さらには、上型２３における小レンズ成形凹面２３ｂの配置、成形素材の形状、製造工程の順序等については上述の例示内容に限定されない。

例えば、棒形状の成形素材としては、断面に凸状の曲面を有していれば、上述の凸レンズ断面成形素材６０に限らず、円柱形のロッド状成形素材でも構わない。
次に、さらに別の変形例として、棒形状の成形素材を使用し、半円筒面の小レンズ部を有したレンズアレイを得る製造方法を説明する。

図１１Ａは、本変形例における上型の凹状の半円筒面からなる複数の小レンズ成形面の配列状態を示す平面図、図１１Ｂは、その斜視図、図１１Ｃは、それによって成形されたレンズアレイを示す斜視図である。

図１１Ｃに例示されるように、本変形例で得られるレンズアレイ６０Ｂの基板部６１ａは矩形の平行平板形状である。この基板部６１ａの一つの平面に複数のシリンドリカル小レンズ部６２ｂが平行に配列されている。

シリンドリカル小レンズ部６２ｂの数は６個で、凸形の半円筒面を呈している。
このレンズアレイ６０Ｂを成形するための成形型組立体としては、上述の成形型組立体２０を使用する。

この場合、成形型組立体２０では、上述の上型２３の代わりに、図１１Ａおよび図１１Ｂに例示される上型２４を使用する。
この上型２４の成形面２４ａには、複数の小レンズ成形凹面２４ｂ（光学機能凹面）（Ｌ１〜Ｌ６）が、軸方向を平行にして所定のピッチで隣接して配列されている。隣り合う小レンズ成形凹面２４ｂの間には、直線状のエッジからなる隣接境界２４ｃが形成されている。

複数の隣接境界２４ｃのうち、複数の小レンズ成形凹面２４ｂの配列方向の対称中心に対応するものが中央隣接境界２４ｄ（配列中心部）である。
上型２４および下型２２の外周形状は、スリーブ２１の矩形の内周面（変形規制面２１ａ）に嵌合するよう矩形形状に形成されている。

配置後の成形素材の安定性を確保するため、スリーブ２１に設けられた治具孔２１ｂおよび位置決め部材２５を用いる。
成形素材としては、上述の図１０Ａに例示した棒形状の凸レンズ断面成形素材６０を用いる。

ここで、凸レンズ断面成形素材６０における、凸部の円筒面６２の曲率半径Ｒｐは、上型２４における小レンズ成形凹面２４ｂの最小曲率半径Ｒａに対して、Ｒｐ≦２Ｒａ、の関係を満足するように設定される。

次に、上述の成形型組立体２０および凸レンズ断面成形素材６０の工程を説明する。
成形型組立体２０の組み立て工程では、凸レンズ断面成形素材６０は、成形面２４ａの中心部に、凸レンズ断面の方向（中心軸ＣＹ）が、小レンズ成形凹面２４ｂの長手方向に平行となるように配置する。

この状態で、上型２４をスリーブ２１に嵌合させれば、上型２４と下型２２とで凸レンズ断面成形素材６０を挟み込んだ成形型組立体２０が得られる。
このように凸レンズ断面成形素材６０が挟み込まれた状態の成形型組立体２０では、中央に位置する隣接境界２４ｃ（Ｅ４）、すなわち中央隣接境界２４ｄと、凸レンズ断面成形素材６０の円筒面６２の表面中心部６３を通る中心線（中心軸ＣＹ）とが全長にわたって線接触している。

所望の成形温度に成形型組立体２０を加熱して加圧する成形工程では、下型２２と上型２４で挟まれた凸レンズ断面成形素材６０は変形しながら、成形面２４ａと成形面２２ａの間の空間を充満していく。

このとき、凸レンズ断面成形素材６０の中央隣接境界２４ｄに線接触する表面中心部６３では、上述の図７で説明した原理により、個々の小レンズ成形凹面２４ｂとの間に、小レンズ成形凹面２４ｂの配列方向に開いた空間が形成されつつ変形が進行するため、小レンズ成形凹面２４ｂの内部の空気は、滞留することなく、小レンズ成形凹面２４ｂの配列方向に外側に向かって排除されるので、小レンズ成形凹面２４ｂに空気溜まりが発生することが防止される。

このようにして、凸レンズ断面成形素材６０の変形が進行すると、成形面２４ａおよび小レンズ成形凹面２４ｂ、成形面２２ａの転写により、レンズアレイ６０Ｂの基板部６１ａと複数のシリンドリカル小レンズ部６２ｂとが形成される。

上述のように、スリーブ２１の変形規制面２１ａからなる変形規制部の断面は矩形形状をしており、成形されたレンズアレイ６０Ｂの外形は矩形形状になる。
所望の形状が得られた段階で成形型組立体２０の加圧を止めれば、レンズアレイ６０Ｂの成形が完了する。

その後、室温までの冷却工程を経ると、図１１Ｃに例示されるような矩形形状のレンズアレイ６０Ｂが得られる。
本変形例において、上述のレンズアレイ６０Ｂの基板部６１ａの形状、シリンドリカル小レンズ部６２ｂの形状および数、素材ガラスの種類、さらには、上型２４における小レンズ成形凹面２４ｂの配置、成形素材の形状、製造工程の順序等については、上述の例示内容に限定されることはない。

例えば、棒形状の成形素材は、断面に凸状の曲面を有していれば凸レンズ断面成形素材６０に限らず、例えば、円柱状のロッド状成形素材でも構わない。
上述の各実施の形態では、レンズアレイの片面に小レンズ部やシリンドリカル小レンズ部を形成した場合を例示したが、両面に形成してもよい。

以下、両凸レンズ状成形素材を使用して、小レンズ部を基板部の両面に配置したレンズアレイを得る製造方法を説明する。
図１２Ａは、凸形状の小レンズ部が基板部の両面に配置されたレンズアレイを示す断面図であり、図１２Ｂは、このレンズアレイの成形に用いられる成形素材の一例を示す側面図である。

図１２Ａに例示されるレンズアレイ７０Ａの基板部７１ａは矩形の平行平板形状である。この基板部７１ａの両面の各々に、複数の小レンズ部７２ｂおよび小レンズ部７３ｂが、基板部７１ａの中心面に対して面対称に形成されている。

個々の小レンズ部７２ｂ、小レンズ部７３ｂの形状は凸形状で、基板部７１ａの片面ごとに、たとえば、一定の曲率半径を持つ球面で形成されている。
小レンズ部７２ｂおよび小レンズ部７３ｂの数は、基板部７１ａの片面に４×４の１６個づつ、両面に合計で３２個が配置されている。

複数の小レンズ部７２ｂおよび小レンズ部７３ｂは、基板部７１ａの両面の各々に等間隔で正方の配列として配置され、両面で配列の方向と中心位置を合わせている。これにより、たとえば、対応する小レンズ部７２ｂおよび小レンズ部７３ｂの光軸は一致している。

なお、意図的に、対応する小レンズ部７２ｂと小レンズ部７３ｂの位置をずらして配置することにより、必要な光学的機能を実現してもよいことは言うまでもない。
成形型組立体としては、上述の成形型組立体２０を用いることができる。ただし、この場合には、下型２２の代わりに、下型２６を用いる。図８Ｂのように、この下型２６には、上型２３と同様な小レンズ成形凹面２６ｂ（光学機能凹面）（成形面２６ａ）が形成されている。

すなわち、上型２３と下型２６の各々の成形面２３ａおよび成形面２６ａには、レンズアレイ７０Ａの両面の小レンズ部７３ｂおよび小レンズ部７２ｂに対応して、それぞれ１６個の小レンズ成形凹面２３ｂおよび小レンズ成形凹面２６ｂが形成されている。

上型２３と下型２６の各々の小レンズ成形凹面２３ｂ、小レンズ成形凹面２６ｂの配列については、配列方向を合わせておく必要がある。
成形型組立体２０のように、矩形の変形規制面２１ａに嵌合する上型２３および下型２６の場合には、自動的に、上下の小レンズ成形凹面２３ｂおよび小レンズ成形凹面２６ｂの位置合わせが行われる。

なお、変形規制面２１ａが円形の場合には、上型２３および下型２６の各々における小レンズ成形凹面２３ｂの配列方向を合わせる手段として、スリーブ２１の側に図示しないガイド形状を設け、上型２３と下型２６には、このガイド形状に嵌合する図示しないキー形状を設ける方法が考えられる。

なお、上述の成形型組立体２０の場合には、上型２３および下型２６の矩形の外形と、スリーブ２１の矩形の変形規制面２１ａがキー形状およびガイド形状として機能する。
この場合には、図１２Ｂに例示されるような両凸状成形素材７０（成形素材）が用いられる。この両凸状成形素材７０は、円柱形の胴部７１の両端に、たとえば球面からなる凸状表面７２および凸状表面７３が設けられた形状を呈している。両凸状成形素材７０の体積は製造されるレンズアレイ７０Ａの体積と一致させる。

両凸状成形素材７０における凸状表面７３および凸状表面７２の球面の曲率半径Ｒｐ_１、Ｒｐ_２は、対応する上型２３および下型２６の成形面２３ａ、成形面２６ａに配置された小レンズ成形凹面２３ｂ、小レンズ成形凹面２６ｂの最小曲率半径Ｒａ_１、Ｒａ_２に対して以下の式（３）を満足するように設定される。
Ｒｐ_１≦２Ｒａ_１ かつ Ｒｐ_２≦２Ｒａ_２、 ………（３）

次に、上述のような上型２３および下型２６を備えた成形型組立体２０の組み立て工程について説明する。
成形型組立体２０の組み立て工程では、両凸状成形素材７０は、下型２６の成形面２６ａの中心部（図８ＣのＰ３）に表面中心部７２ａ（頂部）が一致するように配置する。

この状態で、上型２３をスリーブ２１に嵌合させれば、上型２３と下型２６とで両凸状成形素材７０を挟み込んだ成形型組立体２０が得られる。
この組立状態では、上型２３（下型２６）の成形面２３ａ（成形面２６ａ）の中央に位置する隣接交点Ｐ２（Ｐ３）と、両凸状成形素材７０の表面中心部７３ａ（表面中心部７２ａ）（頂部）とが接触している。

次に、上述の上型２３および下型２６を備えた成形型組立体２０の成形工程について説明する。
所望の成形温度に加熱された成形型組立体２０を加圧すると、下型２６と上型２３で挟まれた両凸状成形素材７０は変形しながら、成形面２３ａと成形面２６ａの間の空間に充満していく。

このとき、両凸状成形素材７０の凸状表面７２および凸状表面７３が、対応する下型２６の小レンズ成形凹面２６ｂおよび上型２３の小レンズ成形凹面２３ｂに対して上述の式（３）の条件を満たす形状に設定されているので、下型２６および上型２３の各々に設けられた小レンズ成形凹面２６ｂおよび小レンズ成形凹面２３ｂでは、上述の図７で説明した原理により、空気が、成形面２６ａおよび成形面２３ａの中央に位置する隣接交点Ｐ３（Ｐ２）から外側に向かって排除されるので、小レンズ成形凹面２６ｂおよび小レンズ成形凹面２３ｂに空気溜まりが生じることが防止される。

そして、両凸状成形素材７０の変形が進行すると、レンズアレイ７０Ａの基板部７１ａと複数の小レンズ部７２ｂ、小レンズ部７３ｂが、下型２６および上型２３から転写されて形成される。

所望の形状が得られた段階で成形型組立体２０の加圧を止めれば、レンズアレイ７０Ａの成形が完了する。
そして、室温までの冷却工程を経ると、図１２Ａに例示される矩形形状のレンズアレイ７０Ａが得られる。

なお、両凸状成形素材７０の凸状表面７２および凸状表面７３の曲率半径を、互いに等しい曲率半径Ｒｐに設定し、次の式（４）を満足させるようにしても同様の効果が得られる。
Ｒｐ≦２Ｒａ_１、かつ、Ｒｐ≦２Ｒａ_２、 ………（４）

また、本変形例において、上述のレンズアレイ７０Ａの基板部７１ａの形状、小レンズ部７２ｂ、小レンズ部７３ｂの形状および数、素材ガラスの種類、さらには、上型２３および下型２６における小レンズ成形凹面２３ｂ、小レンズ成形凹面２６ｂの配置、両凸状成形素材７０の形状、製造工程の順序等については上述の開示内容に限定されない。

例えば、要求性能に応じて小レンズ部の形状および数は変更可能であり、前述した内容に限定されることはない。
上型２３および下型２６の各々の小レンズ成形凹面２３ｂ、小レンズ成形凹面２６ｂの配列方向を合わせる手段として用いられるガイド形状とキー形状に制約はなく、様々な形状のものが利用できる。

成形素材の形状としては、上述の両凸状成形素材７０に限らず、ボール形状、ゴブ形状、両凸レンズ断面の棒形状、ロッド形状のものを使用してもよい。
以上説明したように、本発明の各実施の形態によれば、成形素材の形状を工夫することで、単一の成形素材を使用して成形しても空気溜りのない良好な品質のレンズアレイを製造することができる。

さらに、従来必要とされた真空装置と成形時の真空状態を不要にして、製造装置の付加によるコストアップおよび製造工程で必要な処理時間の増加を抑制することが可能となる。

すなわち、必要以上に大掛かりな製造設備を必要とすることなく、成形工程におけるサイクルタイムの増大や製造コストの上昇を招くことなく、レンズアレイの形状に制約を生じることなく、成形時の空気溜まりの発生を確実に防止して、安定な品質のレンズアレイを高い生産性で低コストにて製造することができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

（付記１）
上型と下型とで単一の成形素材を成形して、凸形状を有する複数の小レンズ部の配列が基板部の少なくとも一方の面に配置されたレンズアレイを製造する方法において、
上型および下型はそれぞれ成形面を有し、上型および下型の少なくとも一方には、複数の小レンズ部にそれぞれ対応した小レンズ成形面が設けられ、
成形素材の表面は凸形状の曲面を有しており、
成形素材の表面中心部を小レンズ成形面が設けられた成形面の中心部に整列配置して上型と下型の間に組み込む工程と、
加熱軟化した成形素材を上型と下型とで押圧して中心方向から外周方向へ変形するようにレンズアレイを成形する工程と、
を有することを特徴とするレンズアレイの製造方法。

（付記２）
複数の小レンズ成形面を有する成形面は、成形面の中心部に対し、各小レンズ成形面の配列の中央に位置する小レンズ成形面の面頂を整列して配置しており、
複数の小レンズ成形面は凹形状の曲面を有し、各曲面の最小曲率半径をＲａとしたとき、
成形素材には曲率半径Ｒｐの曲面が形成され、
曲率半径Ｒｐは最小曲率半径Ｒａとの関係がＲｐ≦Ｒａを満足するように設定されている、
ことを特徴とする付記１に記載のレンズアレイの製造方法。

（付記３）
複数の小レンズ成形面を有する成形面は、成形面の中心部に対し、各小レンズ成形面の配列の中央に位置して隣接する小レンズ成形面で作られる隣接部を整列して配置しており、
各小レンズ成形面は凹形状の曲面を有し、各曲面の最小曲率半径をＲａとしたとき、
成形素材には曲率半径Ｒｐの曲面が形成され、
曲率半径Ｒｐは最小曲率半径Ｒａとの関係がＲｐ≦２Ｒａを満足するように設定されている、
ことを特徴とする付記１に記載のレンズアレイの製造方法。

（付記４）
レンズアレイは基板部の両面に凸形状を有する複数の小レンズ部の配列が配置されており、
組み込み工程において、上型の成形面の中心部と下型の成形面の中心部とが同一軸上にあって、上型の各小レンズ成形面の配列と下型の各小レンズ成形面の配列とは配列方向を合わせて配置される、
ことを特徴とする付記１から３に記載のレンズアレイの製造方法。

（付記５）
上型と下型との間に、加熱軟化した成形素材の変形状態を規制して所望の外形形状を得るための変形規制部を設けた、
ことを特徴とする付記１から４に記載のレンズアレイの製造方法。

（付記６）
成形素材の材料は光学ガラスである、
ことを特徴とする付記１から５に記載のレンズアレイの製造方法。

（付記７）
成形素材の形状は、ボール形状、凸レンズ形状、ロッド形状、凸レンズ断面を有する棒形状のいずれかである、
ことを特徴とする付記１から６に記載のレンズアレイの製造方法。

（付記８）
成形素材の体積は、レンズアレイの体積と一致する、
ことを特徴とする付記１から７に記載のレンズアレイの製造方法。

１０ 成形型組立体
１０Ａ 成形型組立体
１１ スリーブ
１２ 下型
１２ａ 成形面
１３ 上型
１３ａ 成形面
１３ｂ 小レンズ成形凹面
１３ｃ 凹面頂点
１３ｄ 隣接線
１４ 上型
１４ａ 成形面
１４ｂ 小レンズ成形凹面
１４ｃ 隣接境界
１４ｄ 隣接交点
２０ 成形型組立体
２１ スリーブ
２１ａ 変形規制面
２１ｂ 治具孔
２２ 下型
２２ａ 成形面
２３ 上型
２３ａ 成形面
２３ｂ 小レンズ成形凹面
２３ｃ 隣接境界
２３ｄ 隣接交点
２４ 上型
２４ａ 成形面
２４ｂ 小レンズ成形凹面
２４ｃ 隣接境界
２４ｄ 中央隣接境界
２５ 位置決め部材
２６ 下型
２６ａ 成形面
２６ｂ 小レンズ成形凹面
４０ 平凸状成形素材
４０Ａ レンズアレイ
４０Ｂ レンズアレイ
４１ 底面
４１ａ 基板部
４２ 凸状表面
４２ａ 小レンズ部
４３ 表面中心部
５０ ボール状成形素材
５０Ａ レンズアレイ
５０Ｂ レンズアレイ
５１ 表面中心部
５２ 基板部
５３ 小レンズ部
６０ 凸レンズ断面成形素材
６０Ａ レンズアレイ
６０Ｂ レンズアレイ
６１ 底面
６１ａ 基板部
６２ 円筒面
６２ａ 小レンズ部
６２ｂ シリンドリカル小レンズ部
６３ 表面中心部
７０ 両凸状成形素材
７０Ａ レンズアレイ
７１ 胴部
７１ａ 基板部
７２ 凸状表面
７２ａ 表面中心部
７２ｂ 小レンズ部
７３ 凸状表面
７３ａ 表面中心部
７３ｂ 小レンズ部
１００ 成形装置
１１０ 成形ステージ
１２０ 下側プレート
１２１ ヒータ
１３０ 上側プレート
１３１ ヒータ
１４０ 加圧装置

Claims (3)

1. 上型および下型の少なくとも一方の成形面に配列された複数の光学機能凹面の配列中心部に、凸形状の成形素材の頂部が一致するように位置決めする工程と、
   前記上型および下型の前記成形面の間で前記成形素材を挟圧し、前記配列中心部から周辺方向に前記成形素材が広がるように変形させる工程と、
   を含み、
   前記成形面には、隣り合う前記光学機能凹面の境界部が前記配列中心に一致するように複数の前記光学機能凹面が配列され、
   個々の前記光学機能凹面の最小曲率半径をＲａとし、前記成形素材の前記頂部の曲率半径をＲｐとしたとき、Ｒｐ≦２Ｒａを満足するように前記成形素材の形状が設定されていることを特徴とするレンズアレイの製造方法。
2. 請求項１記載のレンズアレイの製造方法において、
   前記上型の前記成形面に配列された前記光学機能凹面の最小曲率半径Ｒａ_１と、前記下型の前記成形面に配列された前記光学機能凹面の最小曲率半径Ｒａ_２とが互いに異なり、
   前記上型および下型の各々の前記成形面には、隣り合う前記光学機能凹面の境界部が前記配列中心に一致するように複数の前記光学機能凹面が配列されている場合、
   前記成形素材の、前記上型および下型の各々の前記成形面の前記配列中心に一致する二つの前記頂部の各々の曲率半径Ｒｐ_１およびＲｐ_２が、Ｒｐ_１≦２Ｒａ_１かつＲｐ_２≦２Ｒａ_２を満たすことを特徴とするレンズアレイの製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のレンズアレイの製造方法において、
   各々が半円筒面からなる複数の前記光学機能凹面が、前記半円筒面の軸方向を平行にして前記成形面に配列されているとき、
   ロッド形状、または凸レンズ断面を有する棒形状の前記成形素材の軸を前記半円筒面の軸方向と平行に配置することを特徴とするレンズアレイの製造方法。