(57)【要約】【課題】真空装置を使用せずに高精度の光学ガラス製レンズアレイを低コストで製造する方法を提供する。【解決手段】球面状又は非球面状の多数のレンズを有する光学ガラス製レンズアレイを製造する方法であって、上型１及び下型２を有し、少なくとも下型２に上記レンズと相補的形状の多数の凹曲面状キャビティ20が設けられた成形型を使用し、凹曲面状キャビティ20より大きい曲率の凸曲面を有する光学ガラス製プリフォーム4aをその凸曲面を下にして凹曲面状キャビティ20に一個ずつ配置し、プリフォーム4aを上記レンズ状に熱プレス成形し、その際凹曲面状キャビティ20の体積を超える分をキャビティ10，20の接合部11に流出させ、もって得られたレンズ40bを一体的に融着させる方法。  【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面状又は非球面状の多数のレンズを有する光学ガラス製レンズアレイを製造する方法であって、上型及び下型を有し、少なくとも前記下型に前記レンズと相補的形状の多数の凹曲面状キャビティが設けられた成形型を使用し、前記凹曲面状キャビティより大きい曲率の凸曲面を有する光学ガラス製プリフォームをその凸曲面を下にして前記凹曲面状キャビティに一個ずつ配置し、前記プリフォームを前記レンズ状に熱プレス成形し、その際前記凹曲面状キャビティの体積を超える分を前記凹曲面状キャビティの接合部に流出させ、もって得られたレンズを一体的に融着させることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光学ガラス製レンズアレイの製造方法において、前記プリフォームは球状であり、前記凹曲面状キャビティの曲率と前記球状プリフォームの曲率との比は0.1〜0.9の範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学ガラス製レンズアレイの製造方法において、前記プリフォームは全体的に凸曲面状であり、前記上型にも前記プリフォームの凸曲面より小さい曲率の多数の凹曲面状キャビティが設けられていることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光学ガラス製レンズアレイの製造方法において、前記プリフォームを（光学ガラスの軟化点SP−20℃）〜（SP＋50℃）の温度に加熱し、0.5×105〜5×107 Paの圧力でプレスすることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空装置を使用せずに高精度の光学ガラス製レンズアレイを低コストで製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一つの光学面に複数のレンズを有するレンズアレイは、一眼レフカメラのオートフォーカスモジュールでの二次結像レンズ、半導体露光装置での照明系レンズ、液晶プロジェクターパネルでの集光レンズ等に用いられている。レンズアレイは加工性の良い光学プラスチックにより安価に製造できるが、光学プラスチックは熱膨張係数が大きいだけでなく、耐久性及び光透過性が劣り、高温及び／又は高湿の苛酷な条件で安定的に使用するには適さない。従って、熱膨張係数が小さく、高温及び／又は高湿下での耐久性に優れた光学ガラスをレンズアレイに使用するのが好ましい。
【０００３】
特開平6-144842号（特許文献１）は、光学ガラス製のレンズアレイを安価に製造する方法として、複数の凹曲面状キャビティが設けられた上型及び下型を用いて、軟化させた板状光学ガラスに、凹曲面状キャビティのパターンを転写する方法を提案している。しかしこの方法では、板状光学ガラスと凹曲面状キャビティとの間に空気溜りが生じ、そのためレンズアレイに欠陥が生じるという問題がある。特許文献１は、空気溜りをなくすために真空下で転写を行う方法も提案しているが、成形サイクルが長いだけでなく、真空装置を必要とするので高コストである。
【０００４】
【特許文献１】特開平6-144842号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、真空装置を使用せずに高精度の光学ガラス製レンズアレイを低コストで製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、多数の凹曲面状キャビティが設けられた成形型を用いて、凹曲面状キャビティより大きな体積及び曲率を有する光学ガラス製プリフォームを熱プレスすると、凹曲面状キャビティの体積を超える光学ガラス部分は、凹曲面状キャビティの接合部に流出し、得られたレンズが一体的に融着することを見出し、本発明に想到した。
【０００７】
すなわち、球面状又は非球面状の多数のレンズを有する光学ガラス製レンズアレイを製造する本発明の方法は、上型及び下型を有し、少なくとも前記下型に前記レンズと相補的形状の多数の凹曲面状キャビティが設けられた成形型を使用し、前記凹曲面状キャビティより大きい曲率の凸曲面を有する光学ガラス製プリフォームをその凸曲面を下にして前記凹曲面状キャビティに一個ずつ配置し、前記プリフォームを前記レンズ状に熱プレス成形し、その際前記凹曲面状キャビティの体積を超える分を前記凹曲面状キャビティの接合部に流出させ、もって得られたレンズを一体的に融着させることを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい例では、前記プリフォームは球状であり、前記凹曲面状キャビティの曲率と前記球状プリフォームの曲率との比は0.1〜0.9の範囲内である。前記プリフォームは全体的に凸曲面状であり、前記上型にも前記プリフォームの凸曲面より小さい曲率の多数の凹曲面状キャビティが設けられているのが好ましい。前記プリフォームを（光学ガラスの軟化点SP−20℃）〜（SP＋50℃）の温度に加熱し、0.5×105〜5×107 Paの圧力でプレスするのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の方法では、多数の凹曲面状キャビティが設けられた成形型を用いて、凹曲面状キャビティより大きな体積及び曲率を有する光学ガラス製プリフォームを熱プレスするので、凹曲面状キャビティの接合部に流出した光学ガラス部分によりレンズが一体的に融着する。そのため、真空装置を使用しなくても高精度の光学ガラス製レンズアレイを製造することができ、低コストである。本発明の製造方法により得られるレンズアレイは、一眼レフカメラのオートフォーカスモジュール用の二次結像レンズ、半導体用露光装置の照明系用のレンズ、プロジェクターの液晶パネル用の集光レンズ等として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１(a)〜(c)は成形型の一例を示す。この成形型は、多数の凹曲面状キャビティ10を有する四角柱状の上型１と、キャビティ10と対応する位置に多数の凹曲面状キャビティ20を有する四角柱状の下型２と、上型１及び下型２が内接する角筒状の外型３とを有する。この例では、凹球面状のキャビティ10，20の円状縁部は僅かに重なり、直線状に接している。成形型は、例えば超硬、セラミックス（SiC等）、サーメット等の高硬度材料により形成するのが好ましい。
【００１１】
図２及び図３は球状のプリフォームを用いてレンズアレイを製造する場合を示す。図３の(a)に示すように、凹曲面状キャビティ10，20より大きい曲率の球状光学ガラス製プリフォーム4aを、凹曲面状キャビティ20に一個ずつ配置する。凹曲面状キャビティ10，20の曲率1/R1（R1は凹曲面の曲率半径）と球状プリフォーム4aの曲率1/R2（R2は球状プリフォームの半径）との比は0.1〜0.9の範囲内が好ましく、0.3〜0.9の範囲内がより好ましい。プリフォーム4aを構成する光学ガラスとして、熱プレス成形用の低Tgガラスが好ましい。
【００１２】
レンズアレイが一眼レフカメラのオートフォーカスモジュールの二次結像レンズの場合、半径R2が1.0〜3.0 mmの球状プリフォーム4aを、深さdが0.05〜0.8 mmの凹曲面状キャビティ10，20を有する上型及び下型１，２で熱プレス成形するのが好ましい。まず軟化点SPに近い温度まで加熱した下型２の凹曲面状キャビティ20に、好ましくは（SP−20℃）〜（SP＋50℃）に加熱したプリフォーム4aを配置し、直ちに上型１を閉じる。加熱温度が（SP−20℃）未満だとプリフォーム4aの融着が困難である。一方（SP＋50℃）超とすると、光学ガラスが軟化し過ぎて自重で変形し、もって上型の凹曲面状キャビティ10の曲率1/R1より球状プリフォーム4aの曲率1/R2が小さくなり、凹曲面状キャビティ10と球状プリフォーム4aとの間に空気溜りが生じるおそれがある。より好ましい加熱温度は（SP−５℃）〜（SP＋40℃）である。
【００１３】
図３に示すように、軟化したプリフォーム4aを上型及び下型１，２でプレスすると、軟化したプリフォーム4aは凹曲面状キャビティ10，20に沿って変形し［工程(b)］、キャビティ10，20の合計体積を超える分はキャビティ10，20の接合部11に流出し［工程(c)］、得られたレンズ40bは一体的に融着してレンズアレイ4bを形成する［工程(d)］。工程(b)の間、プリフォーム4aとキャビティ10，20との隙間は中央から端部にかけて次第にゼロになるので、キャビティ10，20内の空気は全て成形型の外に抜ける。これに対して、図４の(a)に示すように、凹曲面状キャビティ10，20より小さい曲率のプリフォーム4aを用いると、プリフォーム4aと凹曲面状キャビティ10，20との間の空気溜り５は、プリフォーム4aの熱変形の間に逃げることができず［工程(b)］、レンズ面に欠陥が生じる。
【００１４】
プレス圧力は凹曲面状キャビティ10，20及びプリフォーム4aの形状及びサイズ、プリフォーム4aの加熱温度等に応じて設定するが、例えば0.5×105〜5×107 Paが好ましく、0.5×105〜1×106 Paがより好ましい。プレス圧力が0.5×105 Pa未満だと融着が困難である。またプリフォーム4aの上記加熱温度ではプレス圧力が5×107 Pa超となることはない。
【００１５】
空気溜りを全く生じさせないために、プレス速度を0.5 mm/秒以下とするのが好ましい。プレス速度が速すぎると、凹曲面状キャビティ10，20より大きな曲率を有するプリフォーム4aを用いても、空気がレンズアレイ中にトラップされるおそれがある。
【００１６】
図５に示すように成形されたレンズアレイ4bは固化後に成形型から取り出す。レンズアレイ4bを上記二次結像レンズとして用いる場合、レンズ40bの直径を１〜５mmとするのが好ましい。
【００１７】
図６(a)〜(c)は、本発明のレンズアレイの製造方法に用いる成形型の別の例を示す。この成形型は、円柱状の上型及び下型１，２と、円筒状外型３とからなり、上型１は平坦な成形面を有し、下型２のみ千鳥状に配設された凹曲面状キャビティ20を有する。この型を用いると、図７(a)，(b)に示すように一方の面にのみレンズ40bが千鳥状に形成されたレンズアレイ4bが得られる。
【００１８】
図８(a)〜(c)は、本発明のレンズアレイの製造方法に用いる成形型のさらに別の例を示す。この成形型は、上型及び下型１，２の凹曲面状キャビティ10，20に重なりがない以外、図１に示す成形型と同じである。この型を用いると、図９(a)，(b)に示すように、離隔したレンズ40bを有するレンズアレイ4bが得られる。
【００１９】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２０】
実施例１
図１〜３に示すように曲率半径R1が3 mmで深さdが0.5 mmの凹曲面状キャビティ10，20を有する超硬製の上型及び下型１，２を有する成形型を用いて、曲率半径R2が1.3 mmの球状プリフォーム（軟化点：607℃、ガラス転移点：506℃、屈折率：1.58313、アッベ数：59.4）を、加熱温度610℃、圧力1×105 Pa、プレス量0.6 mm及びプレス時間１分の条件で、熱プレス成形し、図５に示すレンズアレイを得た。レンズ表面を精査したところ、空気溜りによる欠陥は全く認められなかった。
【００２１】
実施例２
図６に示すように、平坦な成形面を有するSiC製の上型１、及び曲率半径R1が2.5 mmで深さdが0.5 mmの凹曲面状キャビティ20を有するSiC製の下型２を有する成形型を用いて、曲率半径R2が1.35 mmの球状プリフォーム（軟化点：582℃、ガラス転移点：504℃、屈折率：1.68893、アッベ数：31.1）を、加熱温度600℃、圧力2×105 Pa、プレス量1.2 mm及びプレス時間２分の条件で、熱プレス成形し、図７に示すレンズアレイを得た。レンズ表面を精査したところ、空気溜りによる欠陥は全く認められなかった。
【００２２】
本発明を添付図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変更をしても良い。例えば、レンズアレイの形状に応じて凹曲面状キャビティの形状、サイズ、数、配列等は適宜変更しても良い。また凹曲面状キャビティの形状、サイズ、配列等に応じて、プリフォームの形状及びサイズを適宜変更しても良い。プリフォームの形状として、球状以外に、楕円球状、断面形状が長軸に関して非対称な両凸型円板状、一方が平面で他方が凸曲面である平凸型円板状等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のレンズアレイの製造方法に用いる成形型の一例を示し、(a)は分解斜視図であり、(b)は(a)の上型を示す底面図及びそのA-A断面図であり、(c)は(a)の下型を示す平面図及びそのB-B断面図である。
【図２】図１の成形型の下型に球状プリフォームを配置した状態を示す斜視図である。
【図３】図１の成形型を用いてレンズアレイを製造する様子を示し、(a)は上型及び下型に球状プリフォームを挟持した状態を示す断面図であり、(b)は軟化したプリフォームをプレスしている状態を示す断面図であり、(c)は軟化したプリフォームのうち凹曲面状キャビティの体積を超える分を凹曲面状キャビティの接合部に流出させた状態を示す断面図であり、(d)は形成したレンズを一体的に融着させた状態を示す断面図である。
【図４】本発明の範囲外の曲率を有する球状プリフォームを用いてレンズアレイを製造する様子を示し、(a)は上型及び下型に球状プリフォームを挟持した状態を示す断面図であり、(b)は軟化したプリフォームを一体的に融着させた状態を示す断面図である。
【図５】図１の成形型を用いて得られるレンズアレイを示す斜視図である。
【図６】本発明のレンズアレイの製造方法に用いる成形型の別の例を示し、(a)は分解斜視図であり、(b)は(a)の上型を示す底面図及びそのC-C断面図であり、(c)は(a)の下型を示す平面図及びそのD-D断面図である。
【図７】図６の成形型を用いて得られるレンズアレイを示し、(a)は斜視図であり、(b)は側面図である。
【図８】本発明のレンズアレイの製造方法に用いる成形型のさらに別の例を示し、(a)は分解斜視図であり、(b)は(a)の上型を示す底面図及びそのE-E断面図であり、(c)は(a)の下型を示す平面図及びそのF-F断面図である。
【図９】図８の成形型を用いて得られるレンズアレイを示し、(a)は斜視図であり、(b)は側面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１・・・上型
10・・・凹曲面状キャビティ
11・・・接合部
２・・・下型
20・・・凹曲面状キャビティ
３・・・外型
4a・・・プリフォーム
4b・・・レンズアレイ
40b・・・レンズ
５・・・空気溜り
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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