JPWO2016051619A1

JPWO2016051619A1 - 光学レンズ

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Publication number: JPWO2016051619A1
Application number: JP2016551472A
Authority: JP
Inventors: 一夫森岡; 学織田; 亮長谷山; 史人丹野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2017-07-13
Also published as: WO2016051619A1

Abstract

本発明は、硝材で形成されたレンズ部と、レンズ部の側面を囲むように配置されたフランジ部と、を備える。そして、光学レンズの外径は、光学レンズの体積から導出される仮想球体の直径より大きい。更に、光学レンズは、第１の面と、第１の面と反対側となる第２の面を有する。また、フランジ部は、硝材からなる硝子領域と金属からなる金属領域とを有し、第２の面の外周端部は金属領域である。

Description

本発明は、光学レンズに関する。特に、ボール硝材を成形金型によりプレス成形する光学レンズに関する。

光学レンズのプレス形成は、上金型と下金型と胴型を備えた金型装置を用いる。下金型を胴型の下端側に挿入して固定し、次に、下金型の成形面にボール硝材を配置し、ボール硝材をプレス成形可能な温度まで昇温させる。そして、上金型を胴型の内周に沿って摺動させ、光学レンズはプレス成形される。

一方で、光学レンズのプレス成形を行う上金型や下金型については、成形面の外周端までを用いて、レンズの湾曲面を成形する場合、外周端までレンズの湾曲面に合わせた形状となり、金型の成形面における端部がだんだんと尖ってしまう。上金型や下金型が上述した形状の場合、金型の寿命が短くなってしまう。そこで、光学レンズの外周端部には平坦なフランジ部が設けられている。よって、上金型の成形面および下金型の成形面の外周端部は平坦になっている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００８−１７９４８８号公報

この構成により、フランジ部を有する小型の光学レンズの生産性を高めることができる。

図１Ａは、本発明の実施の形態における光学レンズの断面図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態における光学レンズを下面から見た平面図である。図２は、本発明の実施の形態における光学レンズのプレス成形を示す模式図である。図３は、本発明の実施の形態における光学レンズの外径とボール硝材の直径との関係を示す模式図である。図４は、本発明の実施の形態における光学レンズのプレス成形過程におけるボール硝材の変形過程を示す模式図である。

実施の形態の説明に先立ち、発明者（たち）が気付いた、従来の光学レンズの課題について説明する。

光学レンズのフランジ部は光学機能面として働かない部分であり、光学レンズの体積の増加を招くものである。そのため、光学レンズを小型化する上では不利な部分となる。そして、場合によってはこのフランジ部を含めた光学レンズ全体としての体積から求められるボール硝材の直径がプレス成形のための胴型の内径より大きくなってしまう。

もし、ボール硝材の直径が胴型の内径より大きくなってしまう場合には、ボール硝材を胴型に挿入できず上述したプレス成形が行えなくなる。その場合、硝材の形状を円柱形状にするなど、胴型に挿入が可能な形状としなければならない。しかしながら、円柱形状の硝材はボール形状の硝材に比べて金型の転写精度を劣化させたり、円柱形状のエッジ部分によるプレス成形における金型寿命が短くなったりするなど、光学レンズの生産性を低下させる一因となっていた。

本発明は上述した課題に着目し、フランジ部を有する小型の光学レンズの生産性を高めることを目的とする。

（実施の形態）
［光学レンズ１の構成］
以下、本発明の実施の形態における光学レンズの構成について図１Ａ、図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは光学レンズ１の断面図である。図１Ｂは光学レンズ１を下面から見た平面図である。

光学レンズ１は、入射光線を光学的に処理するレンズ部２と、レンズ部２の側面を環状に囲むフランジ部３とで構成されている。また、光学レンズ１は、レンズ部２が凸状のレンズ面を構成する第１の面１００（図中上側）と第２の面２００（図中下側）を有する単玉レンズ構成である。レンズ部２の側面を環状に囲むように、フランジ部３が形成されている。第１の面１００のフランジ部３および、第２の面２００のフランジ部３は、平坦面である。図１Ｂに示すように、下面から見ると、レンズ部２の外周を環状に囲む領域（第２の面２００の外周端部）に、硝子領域４および金属領域５で形成されるフランジ部３が形成されている。

なお、上面から見た図面の図示は省略するが、第１の面１００についても外周端部にフランジ部３が形成されており、第１の面１００のフランジ部３は平坦面である。

そして、光学レンズ１は、レンズ部２が光学ガラスで形成されている。また、フランジ部３は、光学ガラスからなる硝子領域４とステンレスなどの光学ガラスの線熱膨張係数と近い金属からなる金属領域５とで形成されている。なお、フランジ部３の外周端部の第２の面２００側は金属領域５で形成されており、フランジ部３の残りの領域は、硝子領域４で形成されている。

つまり、本実施の形態の光学レンズは、硝材で形成されたレンズ部２と、レンズ部２の側面を囲むように配置されたフランジ部３と、を有する。そして、フランジ部３は、硝材からなる硝子領域４と金属からなる金属領域５とを有する。第２の面２００の外周端部は金属領域５である。

［光学レンズ１の製造方法］
次に、光学レンズ１の製造方法について図２〜図４を用いて説明する。図２に示す胴型６は円筒形状である。下金型７の上端面は、光学レンズ１の第２の面２００を成形する成形面である。上金型８の下端面は、光学レンズ１の第１の面１００を成形する成形面である。

まず、胴型６に、下側から下金型７が挿入され、下金型７は胴型６に固定される。次に胴型６の上側から、金属領域５になる環状部材９と、レンズ部２および硝子領域４になる球状のボール硝材１０が順に挿入される。そして、それらは下金型７の成形面に載置される。

次に、胴型６の上側から上金型８が挿入された状態でボール硝材１０をプレス成形可能な熱転移点温度以上に昇温させる。この状態で、上金型８を胴型６の内周面に沿って摺動させることで光学レンズ１を成形する。

なお、図２においては、胴型６と、下金型７との間に隙間があるように図示しているが、プレス成形可能な熱転移点温度以上になった時には、熱膨張により実質的に隙間はなくなっている。上金型８についても同様であるが胴型６に対して摺動可能な状態は維持されている。また、図４についても同様である。

［仮想球体の直径と光学レンズ１の外径との関係］
次に、光学レンズ１の体積と、光学レンズ１を形成するボール硝材１０の体積と、胴型６の内径の関係について図３を用いて説明する。

本実施の形態の光学レンズ１は、フランジ部３が硝子領域４と金属領域５からなるため光学レンズ１の体積より硝材の体積は小さい。例えば、図３に示すように、光学レンズ１全体の体積が０．５４ｍｍ³、光学レンズ１の外径Ｄ２が１．０ｍｍ、金属領域５の体積が０．１７ｍｍ³である。そして、この光学レンズ１の体積から求められる仮想球体１１の直径Ｄ１は１．０２ｍｍとなる。この場合、仮想球体１１の直径Ｄ１は、光学レンズ１の外形Ｄ２の１．０ｍｍより大きくなるので、上述したプレス成形における胴型６への挿入ができない状態となる。

一方、本実施の形態における光学レンズ１のレンズ部２および硝子領域４の材料となるボール硝材１０の体積は、光学レンズ１の体積（０．５４ｍｍ³）から金属領域５の体積（０．１７ｍｍ³）を除いた体積（０．３７ｍｍ³）となる。よって、破線で示すボール硝材１０の直径Ｄ３が０．９ｍｍとなり、ボール硝材１０の直径Ｄ３は光学レンズ１の外形Ｄ２より小さくなる。つまり、本実施の形態では、フランジ部３に金属領域５を設けた分だけ必要な硝材の体積を減らすことができる。よって光学レンズ１に必要な硝材を球体としたボール硝材１０の直径Ｄ３を小さくすることができる。

以上の説明からも明らかなように、本実施の形態の光学レンズ１では、ボール硝材１０を用いたプレス成形が可能となる。よって、金型の転写精度が高まり、結果としてプレス成形における光学レンズ１の生産性を高めることができる。

また、図１Ａに示すように、フランジ部３の外周側面３００の第２の面２００側（図中下側）が金属からなる環状部材９で構成されている。よって、特に図示していないが、光学レンズ１を光学モジュール等に実装するにあたり溶接工法を用いることができ、実装信頼性を高めることができる。

また、フランジ部３の外周側面３００の第１の面１００側（図中上側）が光学ガラスからなる硝子領域４で構成されている。よって光学レンズ１の取付基準面となるフランジ部３の外周側面３００の面精度がプレス成形の高い成形精度で確保される。よって、光学レンズ１の実装バラツキを抑制することができる。

また、光学レンズ１の第２の面２００に金属領域５を設けているので、第１の面１００のレンズ部２における加工径Ｗ１（平坦なフランジ部３と凸面であるレンズ部２の境界で形成される円形状領域の直径）を、第２の面２００におけるレンズ部２の加工径Ｗ２より大きくすることが好ましい。この構成により本実施の形態の光学レンズ１は大きな開口数を得ることができる。

また、第１の面１００のレンズ部２における加工径Ｗ１を、金属領域５の最小内径Ｗ３より小さくすることが好ましい。この構成により、第１の面のレンズ部２と金属領域５とがプレス方向で重なるのを防止でき、より金型の転写性を高めることができる。

なお、環状部材９の内側に配置されるボール硝材１０をプレス成形する際は、プレス成形によるボール硝材１０の変形過程において、図４に示すように、胴型６の内周面方向に押し出されるボール硝材１０は、胴型６より先に環状部材９に接触させることが好ましい。なぜなら、ボール硝材１０は胴型６に対する親和性を有するため、高温高圧下で胴型６と接触すると胴型６に対する離型性が低下し、プレス成形後の胴型６からの取り出しが困難となる。従って、ボール硝材１０を先に環状部材９と接触させることで、胴型６との接触する時間を低減でき、結果として、光学レンズ１の胴型６に対する離型性を確保できる。

よって、プレス成形後の光学レンズ１を胴型６からの離型性を確保するためには、図１Ａに示すように、外周側面３００における環状部材９（金属領域５）の厚みＴ１がフランジ部３の厚みＴ２の１／２以上とすることが好ましい。

また、硝子領域４による基準面を形成するには、外周側面３００における硝子領域４の厚みＴ３がフランジ部３の厚みＴ２の１／５より大きいことが好ましい。つまり、外周側面３００における環状部材９（金属領域５）の厚みＴ１がフランジ部３の厚みＴ２の４／５以下とすることが好ましい。

したがって、上記した両方の効果を得るためには、フランジ部３の外周側面３００における環状部材９（金属領域５）の厚みＴ１は、フランジ部３の厚みＴ２の１／２以上かつ４／５以下とすることが好ましい。なお、本実施の形態の光学レンズ１においては環状部材９の厚みＴ１をフランジ部３の厚みＴ２の２／３としている。

本発明は、硝材を成形金型によりプレス成形する光学レンズにおいて、光学特性を高めることができるという効果を有する。特に光通信用途の光学レンズにおいて有用である。

１光学レンズ
２レンズ部
３フランジ部
４硝子領域
５金属領域
６胴型
７下金型
８上金型
９環状部材
１０ボール硝材
１１仮想球体
１００第１の面
２００第２の面
３００外周側面
Ｗ１，Ｗ２加工径
Ｗ３最小内径
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３厚み

Claims

硝材で形成されたレンズ部と、
前記レンズ部の側面を囲むように配置されたフランジ部と、を備えた光学レンズであって、
前記光学レンズの外径は、前記光学レンズの体積から導出される仮想球体の直径より大きく、
前記光学レンズは、第１の面と、前記第１の面の反対側となる第２の面を有し、
前記フランジ部は、硝材からなる硝子領域と金属からなる金属領域とを有し、
前記第２の面の外周端部は金属領域である
ことを特徴とする光学レンズ。
前記光学レンズの前記第１の面に前記レンズ部の第１の加工径を有し、
前記光学レンズの前記第２の面に前記レンズ部の第２の加工径を有し、
前記第１の加工径は、前記第２の加工径より大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
前記第１の加工径は、前記金属領域の最小内径よりも小さい
ことを特徴とする請求項２に記載の光学レンズ。
前記フランジ部の外周側面における前記金属領域の第１の厚みを、前記フランジ部の第２の厚みの１／２以上とした
ことを特徴とする請求項２に記載の光学レンズ。
前記第１の厚みを、前記第２の厚みの４／５以下とした
ことを特徴とする請求項４に記載の光学レンズ。
前記第１の厚みを、前記第２の厚みの２／３とした
ことを特徴とする請求項５に記載の光学レンズ。