JP5668174B2 - 複合形成レンズ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、押圧成形と射出成形とによって形成される複合成形レンズ及びその製造方法に関するものである。

デジタルカメラやカメラ付き携帯端末などでは、撮影レンズによって被写体の画像がイメージセンサに結像される。また、プロジェクタでは、液晶表示器に表示された画像が投影レンズによってスクリーンに投影される。撮影レンズや投影レンズなどの光学レンズには、プリフォーム（レンズ素材）を加熱しながら押圧成形（プレス成形）した成形レンズが用いられることが多い。

成形レンズは、光学性能が高い上、研磨などの後処理が不要であるという利点があるが、光軸と垂直な位置決め面や、レンズ枠が嵌まる外周端面の形成が難しく、そのためにレンズ枠又は鏡筒内での位置合せや、レンズの芯出しの精度を高めることが困難であった。また、近年の成形レンズは、小型化や大口径化が進み、外径寸法に比べて厚さが薄くなる傾向にある。成形レンズの薄型化が進むと、特に凸レンズの場合には、その外周部分が極めて薄くなり、レンズ枠などの取り付けが困難になるため、取り付け精度が更に低下することになる。

そこで、レンズの外周にレンズ枠を一体的に形成することが提案されている。例えば、特許文献１には、レンズ素材（プレフォーム）を加熱しながら、第１の金型と第２の金型とで加圧して光学素子（レンズ本体）を成形する。この際に、第１の金型と第２の金型の側面から光学素子の外周部分がはみ出る。第１の金型と第２の金型の側面には、キャビティが形成されており、このキャビティに溶融した樹脂が注入され、光学素子枠（レンズ枠）が射出成形される。これにより、光学素子の外周部分に光学素子枠が結合され、光学素子枠と一体化された光学素子（複合成形レンズ）が成形される。

また、特許文献２にも、第１の金型と第２の金型とを使用して、ガラスを加熱しながら押圧成形して光学レンズ（レンズ本体）を作成してから、樹脂を射出成形して枠体（レンズ枠）を一体に成形して、光学素子デバイス（複合成形レンズ）を製造することが記載されている。この光学素子デバイスでは、光学枠体の射出成形時に樹脂が光学レンズの表面にまわり込まないようにするために、光学レンズの外周に平坦部（フランジ部）が形成されている。この平坦部の外周端面に、枠体が密着結合されている。

特公平０７−９８６６９号公報 特開２００７−２２９０５号公報

押圧成形したレンズ本体の外周に、射出成形でレンズ枠を形成すると、レンズ本体の外周とレンズ枠との接合面の接合性（密着結合性）が充分でないという問題が生じる。接合性が悪いと、環境温度の変化による膨張差や、鏡筒への組付け時の捻れなどで、接合面が剥離してしまうことがある。

本発明は、接合面の接合性を良好にした複合成形レンズ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の複合成形レンズは、フランジ部の少なくとも片面に、外周に向かって放射状に伸びた複数の突条又は溝もしくはその両方が設けられている。複合成形レンズは、押圧成形されたレンズ本体と、射出成形されたレンズ枠とを備えている。レンズ本体は、レンズ部とこれを取り囲むフランジ部とを有し、レンズ枠はフランジ部を取り囲むようにレンズ本体と一体化されている。突条は外周側ほど高く形成し、そして溝は外周側ほど深く形成することにより、フランジ部の外周端面であって、突条又は溝の延長線上に位置している部分に凹又は凸を形成している。

複数の突条をフランジ部の両面に形成するとともに、上下方向で重なるように配置することが好ましい。

フランジ部の片面に複数の突条が一定ピッチで形成され、フランジ部の別の片面に溝が一定ピッチで形成され、これらの突条と溝とは上下で重ならないように、１／２ピッチだけずらすことが好ましい。

本発明の複合成形レンズの製造方法は、プリフォーム載置工程と、押圧成形工程と、突条又は溝の形成工程と、レンズ枠成形工程とを有し、レンズ部とこれを取り囲むフランジ部とを有するレンズ本体を押圧成形してから、フランジ部を取り囲むようにレンズ枠を射出成形して、レンズ本体とレンズ枠とが一体化した複合成形レンズを製造する。プリフォーム載置工程は、第１の金型と第２の金型からなる一対の成形金型の間にレンズ素材のプリフォームを載置する。押圧成形工程は、プリフォームの外周部分がレンズ枠の成形空間内にはみ出るまで、第１の金型と第２の金型との間隔を狭くすることでプリフォームを押圧してレンズ本体を成形する。突条又は溝の形成工程は、レンズ本体の押圧成形中に、フランジ部の少なくとも片面に、外周に向かって放射状に伸びた複数の突条又は溝もしくはその両方を形成する。レンズ枠成形工程は、第１の金型及び第２の金型が完全に閉じた状態のまま、レンズ枠の成形空間内に溶融した樹脂を射出してレンズ枠を成形する。突条は外周側ほど高く形成し、そして溝は外周側ほど深く形成することにより、フランジ部の外周端面であって、突条又は溝の延長線上に位置している部分に凹又は凸を形成している。

本発明によれば、レンズ本体を取り囲むフランジ部に、外周に向かって放射状に伸びた複数の突条又は溝が形成されるから、レンズ本体とレンズ枠との結合が強固となり、良好な接合性が得られる。

本発明の第１実施形態に係る複合成形レンズを示す平面図である。 図１のII−II線断面図である。 押圧成形で製造されるレンズ本体の平面図である。 レンズ本体の側面図である。 金型の断面図である。 押圧成形中を示す金型の断面図である。 第１の金型の底面図である。 第２実施形態に係る複合成形レンズを成形する金型を示す断面図である。 第２の金型の平面図である。 第２実施形態に係る複合成形レンズの背面図である。 図１０のXI−XI線断面図である。 図１０に示す複合成形レンズのレンズ本体の側面図である。 第３実施形態に係るレンズ本体の平面図である。 第３実施形態に係るレンズ本体の側面図である。 第４実施形態に係るレンズ本体の平面図である。 図１５のXVI−XVI線断面図である。 第４実施形態に係るレンズ本体の側面図である。

［第１実施形態］
図１及び図２において、複合成形レンズ１０は、透明なプリフォ―ムを押圧成形（プレス成形）したレンズ本体１４と、射出成形したレンズ枠（枠体）１５とを備えている。レンズ本体１４は、レンズ部１２と、これをとり囲むフランジ部１３とを有する。レンズ枠１５は、ＰＭＭＡやＰＣ等の樹脂で射出成形したものであり、フランジ部１３の外周部分にしっかりと密着結合する。なお、通常は不透明な樹脂が用いられる。また、射出成形するときにゲート部１９が形成されるが、後で必要に応じて切り取られる。

図３及び図４において、レンズ本体１４は、フランジ部１３の片面に、８本の突条１６が４５°間隔で放射状に配置される。突条１６は、平面形状が偏平な半楕円の形状をしており、横断面が上に凸の円弧又は半楕円形をしている。また、突条１６は、フランジ部１３の中心側から外周側に行くに従って高くなる。フランジ部１３は、その外周部分１７がレンズ枠成形空間２５（図５参照）内にはみ出るまで押し潰される。このレンズ枠成形空間２５に突き出た外周部分１７が、フランジ部１３とレンズ枠１５の接合面となる。外周部分１７の輪郭線は平面から見るとほぼ円形であるが、突条１６の延長線上には凹部１８が形成されている。

外周部分１７の端面は、図４から分かるように、側面から見ると、押し出されて膨らんだ自由曲面をしている。突条１６の延長線上の位置では、他の位置に比べて押圧力が弱いため、凹部１８が形成される。なお、この凹部１８の形状は、プリフォーム１１の材質（硬さ）やはみ出す量によって変化する。

図５ないし図７に示すように、複合成形レンズ用金型２０は、第１の金型２１と第２の金型２４の一対の金型から構成されている。これらの第１の金型２１と第２の金型２４には、プリフォーム１１を加熱・軟化させるためのヒータ（図示せず）が内蔵されている。第１の金型２１には、レンズ部１２の一方の面に光学面を形成する転写面２２、フランジ部１３を形成するフランジ部形成面２３、レンズ枠成形空間２５が同心円状に形成されている。また、レンズ枠成形空間２５の外周側に、レンズ枠１５を形成するための光学樹脂が射出されるゲート口２９が設けられている。フランジ部形成面２３には、外周側に行くに従って深くなる８本の凹部２６がレンズ枠成形空間２５に至るまで形成されている。凹部２６の断面形状は楕円の一部に近似した曲面形状である。第２の金型２４にはレンズ部１２の他方の面に光学面を形成する転写面２７が形成されている。なお、フランジ部１３に溝を形成する場合には、凹部２６の代わりに凸部が設けられる。

次に、複合成形レンズ１０の製造方法について説明する。図５に示すように、プリフォーム１１が第２の金型２４の上に載せられる。第１の金型２１と第２の金型２４の間隔を狭くして、第１の金型２１と第２の金型２４との間で、プリフォーム１１を押圧する。この際に、第１の金型２１及び第２の金型２４を内蔵ヒータで加熱しながら、プリフォーム１１を軟化させる。図６に示すように、プリフォーム１１の外周部分がレンズ枠成形空間２５内にはみ出るまで、プリフォーム１１をプレスして、レンズ本体１４を押圧成形する。このレンズ本体１４のフランジ部１３には、外周側ほど高くなる複数の突条１６が放射状に形成され、また外周部分１７の外周端面に、突条１６の位置に対応して半径方向に凹んだ凹部１８が形成される。

第１の金型２１と第２の金型２４が完全に密着した状態になることでプリフォーム１１からレンズ本体１４が形成されて押圧成形が完了する。

続いて、第１の金型２１と第２の金型２４が閉じたままで、第１の金型２１に形成したゲート口２９から、樹脂を金型内に注入して、レンズ枠１５を射出成形する。最後に、第１の金型２１と第２の金型２４の間隔を開いて、成形加工された複合成形レンズ１０を第２の金型２４から取り出す。

このようにして製造された複合成形レンズ１０は、フランジ部１３の外周部分１７が、レンズ本体１４と、レンズ枠１５とが接合する接合面となる。外周部分１７の外周端面が単純な自由曲面ではなく、第１の金型２１の溝２６によって逃げた押圧力の分だけ凹むことで、自由曲面上の８ヶ所に凹部１８が形成されている。この凹部１８によって、接合面の捻り耐力がアップし、レンズ本体１１に対するレンズ枠１５の接合力（密着結合力）が総合的に強くなる。また、複数の突条１６によって、フランジ部１３の強度も向上する。

［第２実施形態］
図８ないし図１２に示す第２実施形態は、フランジ部の両面に突条を重なるように形成したものである。なお、各図において、第１実施形態と同じものには同じ符号が付してある。図８及び図９において、金型３０は第１の金型３１と第２の金型３４とからなり、ゲート口３９は第２の金型３４に形成されている。第１の金型３１はゲート口３９の厚さ分だけ、下端側が削り取られている以外は、第１実施形態の第１の金型２１と同じであり、転写面２２、フランジ部形成面２３、レンズ枠成形空間２５、８本の溝２６が形成されている。また、図９に示すように、第２の金型３４は、第１実施形態の第１の金型２４と同じ形状をしており、転写面２７、フランジ部形成面３３、レンズ枠成形空間３５、８本の溝３６が形成されている。この金型３０によって、図１０に示す複合成形レンズ４０が成形される。

図１０ないし図１２に示すように、複合成形レンズ４０は、レンズ本体４４と、レンズ枠４５を有する。レンズ本体４４は、レンズ部１２、フランジ部４３を有する。フランジ部４３の上面には、８本の突条１６が等間隔で放射状に形成され、これらの突条１６に重なるように、フランジ部４３の下面に８本の突条４６が形成される。突条１６及び突条４６が形成されることによって、フランジ部４３の外周部分４７の端面に、複数の凹部４８が一定ピッチで形成される。

第１実施形態と同様に、複数の凹部４８によって光軸４９を中心とする回転力による剥離が防止され、また外周部分４７がレンズ枠４５内に入り込むことにより光軸４９方向への作用力による剥離が防止され、レンズ本体４４に対するレンズ枠４５の接合性が向上する。

［第３実施形態］
図１３及び図１４に示す第３実施形態では、レンズ本体５１のフランジ部５３に、上面側の突条１６と下面側の突条４６とが１／２ピッチずらして（２２．５°回転させた位置に）形成されている。このようにすると、フランジ部５３の外周部分５７には、その外周端面に上下にずれた凹部５８ａ，５８ｂが交互に発する。これらの凹部５８ａ，５８ｂによって、外周端面の自由曲面がより複雑になるので、レンズ本体５１に対するレンズ枠の接合力が更にアップする。なお、レンズ枠は、図１及び図２から明らかであるので、レンズ本体５１についてのみ図示している。

［第４実施形態］
図１５〜図１７に示す第４実施形態では、レンズ本体６１は、フランジ部６３の上面に、４本の突条１６と溝６６が４５°間隔で交互に形成されている。このようにすると、金型からはみ出る外周部分６７には、突条１６の延長線上には凹部６８が形成される。また、溝６６の延長線上には凸部６９が形成される。これらの凹部６８及び凸部６９は、プリフォーム１１の粘性度やレンズ枠成形空間にはみ出る量によって大きさや形状が異なる。そのために、凹部６８や凸部６９となる変形範囲が、外周部分６７の外周端面に届かない場合もある。この場合には、フランジ部の外周端面の平面形状は、凹凸がないために円になる。

突条１６及び溝６６の本数は、４本に限るものではなく、任意の本数でよい。また、突条１６及び溝６６をフランジ部６３の両面に形成しても良く、この場合に突条１６と溝６６の位置を表裏で異ならせてもよいし、あるいは少しずつずらした位置にしてもよい。こうすると、外周部分６７の端面に形成される凹部又は自由曲面がより複雑になるので、レンズ本体とレンズ枠の結合力が更にアップする。

フランジ部の片面に、複数の溝を形成してもよい。また、フランジ部の片面に複数の突条を形成し、反対面に複数の溝を形成してもよい。これらの突条又は溝の断面形状は、押圧成形に適した形状であれば、円弧又は半楕円形等の曲面の他に、三角形、四角形などでもよい。

各実施形態では、レンズ本体が両凸面形状をしているが、レンズ面の形状はこれに限らず、例えばメニスカスレンズであっても良い。また、レンズ本体の素材は、レンズの目的や用途に応じてガラスや透明なプラスチックを適宜選択可能である。

本発明の複合成形レンズは、デジタルカメラの撮像モジュールの他に、携帯電話機やスマートフォン、携帯型ゲーム機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ・Ｄｉｇｉｔａｌ・Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）等の携帯端末装置の撮像モジュールにも利用することができる。

１０，４０ 複合成形レンズ
１１ プリフォーム
１２ レンズ部
１３，４３，５３，６３ フランジ部
１４，４４，５１，６１ レンズ本体
１５ レンズ枠
１６，４６ 突条
１７，４７，５７，６７ 外周部分
１８，４８，５８ａ，５８ｂ，６８ 凹部
２０，３０ 複合成形レンズ用金型
２１，３１ 第１の金型
２２，２７ 転写面
２３，３３ フランジ部形成面
２４，３４ 第２の金型
２５，３５ レンズ枠成形空間
２６，３６ 金型の凹部
６６ 溝
６９ 凸部

Claims (4)

1. レンズ部とこれを取り囲むフランジ部とを有し、押圧成形されたレンズ本体と、前記フランジ部を取り囲むように射出成形され、前記レンズ本体と一体化されたレンズ枠とを備える複合成形レンズであって、
   前記フランジ部の少なくとも片面に、外周に向かって放射状に伸びた複数の突条及び溝の少なくとも一方を有し、
   前記突条は外周側ほど高く形成され、そして前記溝は外周側ほど深く形成することにより、前記フランジ部の外周端面であって、前記突条又は溝の延長線上に位置している部分に凹又は凸が形成される複合成形レンズ。
2. 前記複数の突条は、フランジ部の両面に形成されるとともに、上下方向で重なるように所定ピッチで配置されている請求項１に記載の複合成形レンズ。
3. 前記フランジ部の片面に前記複数の突条が一定ピッチで形成され、前記フランジ部の別の片面に前記溝が一定ピッチで形成されるとともに、前記突条と前記溝とは上下で重ならないように、１／２ピッチずらされている請求項１に記載の複合成形レンズ。
4. レンズ部とこれを取り囲むフランジ部とを有し、押圧成形されたレンズ本体と、前記フランジ部を取り囲むように射出成形され、前記レンズ本体と一体化されたレンズ枠とを備える複合成形レンズのための製造方法であって、
   レンズ素材のプリフォームを第１の金型と第２の金型の間に載置する工程と、
   前記プリフォームの外周部分が前記レンズ枠の成形空間内にはみ出るまで、前記第１の金型と第２の金型との間で前記プリフォームを押圧して前記レンズ本体を押圧成形する工程と、
   前記レンズ本体の押圧成形中に、前記フランジ部の少なくとも片面に、外周に向かって放射状に伸びた複数の突条及び溝の少なくとも一方を形成する工程と、
   前記第１の金型及び第２の金型を開くことなく、前記レンズ枠の成形空間内に溶融した樹脂を射出して前記レンズ枠を成形する工程と、
   を有し、
   前記突条は外周側ほど高く形成され、そして前記溝は外周側ほど深く形成することにより、前記フランジ部の外周端面であって、前記突条又は溝の延長線上に位置している部分に凹又は凸が形成されている複合成形レンズの製造方法。
   

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