(57)【要約】【課題】取付け精度、気密性、及び取付け強度を損なうことなく、光学素材の体積誤差に対応可能な鏡筒付光学素子等を提供する。【解決手段】ホルダ光学素子５は、円筒形状を有し、円筒形状の内側面に凹部２ａが形成された鏡筒２と、鏡筒２に保持される光学素子１とを備え、光学素子１は、光学機能面を有するレンズ部１ａと、レンズ部１ａの外周に形成され鏡筒２に突き当てられるコバ部１ｂと、コバ部１ｂの外周に形成され、鏡筒２の凹部２ａに入り込むことで光学素子１を保持する周縁部１ｃとを含み、鏡筒２の凹部２ａは、光学素子１の光軸方向における凹部２ａの幅ａが光学素子１のコバ部１ｂの厚さｃに対して、ａ＞ｃなる関係を有する。【選択図】図１
2009037055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形状を有し、当該筒形状の内側面に凹部が形成された鏡筒と、
前記鏡筒に保持されるレンズ本体と
を備え、
前記レンズ本体は、
光学機能面を有するレンズ部と、
前記レンズ部の外周に形成され前記鏡筒に突き当てられるコバ部と、
前記コバ部の外周に形成され、前記鏡筒の前記凹部に入り込むことで前記レンズ本体を保持する周縁部と
を含み、
前記鏡筒の前記凹部は、前記レンズ本体の光軸方向における当該凹部の幅ａが当該レンズ本体の前記コバ部の厚さｃに対して、ａ＞ｃなる関係を有することを特徴とする鏡筒付光学素子。
【請求項２】
前記レンズ本体の前記コバ部は、当該コバ部のいずれか１面が前記鏡筒の前記凹部の前記光軸方向における内側にあり、当該コバ部の他の１面が当該凹部の当該光軸方向における外側にあることを特徴とする請求項１に記載の鏡筒付光学素子。
【請求項３】
前記鏡筒の前記凹部の容積ｆとするとき、
光学素子のプレス成形のために供給される光学素材は、当該光学素材の全体積から前記レンズ本体と前記コバ部との体積の和を差し引いた体積ｅが、
０．８３３×ｆ＜ｅ＜１．２５×ｆ
なる関係を有することを特徴とする請求項１に記載の鏡筒付光学素子。
【請求項４】
円筒形状を有し、当該円筒形状の内側面の全周に凹部が形成された鏡筒と、
前記鏡筒に保持されるレンズ本体と
を備え、
前記レンズ本体は、
光学機能面を有するレンズ部と、
前記レンズ部の外周に形成され前記鏡筒に突き当てられるコバ部と、
前記コバ部の外周に形成され、前記鏡筒の前記凹部に入り込むことで前記レンズ本体を保持する周縁部と
を含み、
前記レンズ本体の前記コバ部は、当該レンズ本体の光軸方向において前記鏡筒の前記凹部の一部に重なり他部に重ならないことを特徴とする鏡筒付光学素子。
【請求項５】
鏡筒付光学素子が有するレンズ本体の光学機能面を成形する光学機能面成形面と、当該光学機能面成形面の外周に形成され当該レンズ本体のコバ部を成形するコバ部成形面とを有する一対の固定金型と可動金型とを備え、
前記鏡筒付光学素子が有する円筒形状の鏡筒であって内側面の全周に凹部が形成された当該鏡筒の内部において前記固定金型と前記可動金型とは対向して配置され、
前記固定金型と前記可動金型とが光学素材を押圧し、押圧された当該光学素材の一部を前記鏡筒の前記凹部に入り込ませて当該鏡筒に保持固定される前記レンズ本体をプレス成形する光学素子成形用金型において、
前記鏡筒内を摺動する前記可動金型は、当該鏡筒の前記凹部に対応する位置に余剰な光学素材を吸収する逃げ部が形成されていることを特徴とする光学素子成形用金型。
【請求項６】
前記固定金型の前記コバ部成形面は、前記レンズ本体の光軸方向における前記鏡筒の前記凹部の外側に配され、
前記可動金型の前記コバ部成形面は、前記光軸方向における前記鏡筒の前記凹部の内側まで摺動して前記光学素材をプレス成形することを特徴とする請求項５に記載の光学素子成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鏡筒付光学素子及び鏡筒付光学素子を成形する光学素子成形用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信等に用いられるレンズや、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）のピックアップヘッドに搭載されるレンズ（光ピックアップ）及びデジタルカメラに使用されるレンズなどの光学素子は、高い取付け精度、気密性、及び取付け強度が要求される。このような要求を満たすため、光学素子の一部を鏡筒に埋め込んで一体化した鏡筒付光学素子が採用されている。そして、この鏡筒付光学素子の製造には、成形用金型を用いたプレス成形が採用されている。
しかし、成形用金型に供給される光学素材に体積誤差があると、光学素子の厚さが変化して当初設計された光学性能が実現できない。成形用金型に供給される光学素材の体積誤差を吸収して所望の光学性能を実現する公報開示の技術として、例えば、特許文献１では、鏡筒の内周面に凹部を形成し、光学素子には外方向に突出する余剰部を形成して、光学素子の余剰部を鏡筒内周面の凹部にて吸収している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７１７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、鏡筒の内周面に形成された凹部に光学素子の一部を埋め込むことでレンズを鏡筒に固定する場合、空気が凹部内に残って大きなガス溜まりを形成することがある。そして、過酷な環境下で使用されたり長期間使用された場合、ガス溜まりの空気が漏れ出して気密性が損なわれる恐れがある。また、ガス溜まりが形成されると凹部内へはガラス成分が入らないので、レンズと鏡筒との引っ掛かり量が少なくなり、鏡筒とレンズとの取付け強度の低下を招く。光学素子の変形や鏡筒からの脱落の恐れもある。
本発明は、取付け精度、気密性、及び取付け強度を損なうことなく、光学素材の体積誤差に対応可能な鏡筒付光学素子等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明にかかる鏡筒付光学素子は、筒形状を有し、筒形状の内側面に凹部が形成された鏡筒と、鏡筒に保持されるレンズ本体とを備え、レンズ本体は、光学機能面を有するレンズ部と、レンズ部の外周に形成され鏡筒に突き当てられるコバ部と、コバ部の外周に形成され、鏡筒の凹部に入り込むことでレンズ本体を保持する周縁部とを含み、鏡筒の凹部は、レンズ本体の光軸方向における凹部の幅ａがレンズ本体のコバ部の厚さｃに対して、ａ＞ｃなる関係を有することを特徴とする。
【０００６】
ここで、レンズ本体のコバ部は、コバ部のいずれか１面が鏡筒の凹部の光軸方向における内側にあり、コバ部の他の１面が凹部の光軸方向における外側にあることを特徴とすれば、鏡筒の凹部に空気溜まりが形成されにくくなり、その結果、レンズ本体と鏡筒との引っ掛かり距離が確保され、取付け強度を確保できるので好ましい。
また、鏡筒の凹部の容積ｆとするとき、光学素子のプレス成形のために供給される光学素材は、光学素材の全体積からレンズ本体とコバ部との体積の和を差し引いた体積ｅが、０．８３３×ｆ＜ｅ＜１．２５×ｆなる関係を有することを特徴とすれば、載置される光学素材に過不足なく、レンズ本体と鏡筒との引っ掛かり距離が確保され、取付け強度を確保できて好ましい。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明にかかる鏡筒付光学素子は、円筒形状を有し、円筒形状の内側面の全周に凹部が形成された鏡筒と、鏡筒に保持されるレンズ本体とを備え、レンズ本体は、光学機能面を有するレンズ部と、レンズ部の外周に形成され鏡筒に突き当てられるコバ部と、コバ部の外周に形成され、鏡筒の凹部に入り込むことでレンズ本体を保持する周縁部とを含み、レンズ本体のコバ部は、レンズ本体の光軸方向において鏡筒の凹部の一部に重なり他部に重ならないことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる光学素子成形用金型は、鏡筒付光学素子が有するレンズ本体の光学機能面を成形する光学機能面成形面と、光学機能面成形面の外周に形成されレンズ本体のコバ部を成形するコバ部成形面とを有する一対の固定金型と可動金型とを備え、鏡筒付光学素子が有する円筒形状の鏡筒であって内側面の全周に凹部が形成された鏡筒の内部において固定金型と可動金型とは対向して配置され、固定金型と可動金型とが光学素材を押圧し、押圧された光学素材の一部を鏡筒の凹部に入り込ませて鏡筒に保持固定されるレンズ本体をプレス成形する光学素子成形用金型において、鏡筒内を摺動する可動金型は、鏡筒の凹部に対応する位置に余剰な光学素材を吸収する逃げ部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、固定金型のコバ部成形面は、レンズ本体の光軸方向における鏡筒の凹部の外側に配され、可動金型のコバ部成形面は、光軸方向における鏡筒の凹部の内側まで摺動して光学素材をプレス成形することを特徴とすれば、鏡筒の凹部に空気溜まりが形成されにくくなり、その結果、レンズ本体と鏡筒との引っ掛かり距離が確保され、取付け強度を確保できるので好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、取付け精度、気密性、及び取付け強度を損なうことなく、光学素材の体積誤差に対応可能な鏡筒付光学素子等を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態にかかる鏡筒付光学素子の一例としてのホルダ光学素子５の断面図である。
図１に示されているように、ホルダ光学素子５は、入射光を集光して焦点位置に結像するレンズ本体の一例としての光学素子１が一体成形により、迷光の入射を防ぎ光学素子１を保護する鏡筒２に取り付けられて形成されている。
【００１２】
光学素子１は、例えば、シリカを主成分とし、例えば、アルミナ、ナトリウム、フッ化ランタン等が添加された低融点ガラスにより構成される。光学素子１は、例えば、軟化温度が約６００℃以下の低融点ガラスで構成されても、軟化温度が約４００℃以下の超低融点ガラスで構成されてもよい。
光学素子１は、光軸方向から見て円形に形成されている。光学素子１は、中央に光学機能面を有するレンズ部１ａが形成され、その外周にレンズ部１ａを保護するコバ部１ｂが形成されている。また、光学素子１は、コバ部１ｂの外周には、鏡筒２の内周面に形成された凹部２ａ（後述）に入り込む周縁部１ｃが形成されている。
【００１３】
ここで、レンズ部１ａは、球面形状又は非球面形状に形成されており、入射光を所定の屈折角で屈折して入射面とは反対側の出射面から出射する。
コバ部１ｂは、レンズ部１ａの周囲に所定の厚さｃを有して形成され、レンズ部１ａを保持する機能を果たす。尚、コバ部１ｂは、入射光の屈折等の光学的な機能を有さない。
周縁部１ｃは、後述するガラスプリフォーム１４（図２参照）がプレス成形されるとき、鏡筒２（後述）の内周面に形成された凹部２ａに入り込んで形成され、光学素子１を鏡筒２に固定する。以下の説明において、供給されるガラスプリフォーム１４（図２参照）が凹部２ａに入り切らずにはみ出す部分も含めて、余剰部と呼ぶこともある。
【００１４】
鏡筒２は、光学素子１の材料より線膨張係数が大きい材料が好ましく選択され、例えば、ステンレスやコバール等により構成される。鏡筒２の熱膨張率が光学素子１の熱膨張率に比べて大きいと、冷却時に鏡筒２が光学素子１よりも大きく収縮して鏡筒２が光学素子１を締め付け、鏡筒２と光学素子１との接合力（取付け強度）が高まる。
鏡筒２は、内径をｄとする円筒形状を有する。鏡筒２は、光学素子１を保護する機能を有しており、鏡筒２の高さは、光学素子１のレンズ部１ａの最も厚い部分よりも大きい。
鏡筒２の内周面には円環状に、幅ａで深さｂの凹部２ａが形成されている。凹部２ａには、プレス成形時に供給される光学素材の一例としてのガラスプリフォーム１４（図２参照）が入り込んで、光学素子１を鏡筒２に保持固定する。
【００１５】
ここで、コバ部１ｂは、光軸方向において鏡筒２の凹部２ａの一部に重なり、他部に重ならない。即ち、コバ部１ｂの一方の面（図１における上面）は、光学素子１の光軸方向において鏡筒２の凹部２ａの内側にあり、他方の面（図１における下面）は凹部２ａの外側にある。言い換えれば、本実施の形態では、光軸方向における鏡筒２の凹部２ａの中心は、コバ部１ｂの厚さｃの中心に一致していない。
また、鏡筒２の凹部２ａの幅ａは、光学素子１のコバ部１ｂの厚さｃとの間に、ａ＞ｃなる関係を有している。鏡筒２の凹部２ａの幅ａが光学素子１のコバ部１ｂの厚さｃよりも小さいと、プレス成形時にガラスプリフォーム１４が凹部２ａの入り口を覆い凹部２ａに空気溜まりが形成されて、光学素子１と鏡筒２との引っ掛かり距離が充分確保されないからである。
【００１６】
以上の構成を有するホルダ光学素子５が成形されるレンズ成形装置１０を以下に説明する。
図２及び図３は、図１に示すホルダ光学素子５をプレス成形するためのガラス光学素子製造装置の一例としてのレンズ成形装置１０の構成図である。図２は、光学素材の一例としてのガラスプリフォーム１４がプレス成形される状態を示す図であり、図３は、そのレンズ成形装置１０においてホルダ光学素子５が成形された状態を示す図である。
図２に示されているように、レンズ成形装置１０では、本実施の形態にかかる光学素子成形用金型の一例としての成形用金型（固定金型１１、可動金型１２）が搭載されている。
【００１７】
レンズ成形装置１０は、下側に配置される固定金型１１と、固定金型１１に対向して固定金型１１の上方に配置される可動金型１２とを有して構成される。可動金型１２は、図示しない駆動機構によって上下動作を行う。また、レンズ成形装置１０は、鏡筒２を所定位置に位置決めし、可動金型１２の動作を規制する胴型１３とを有して構成される。
固定金型１１及び可動金型１２は、例えば、タングステンカーバイト（WC）を主成分とする超硬合金を含んで構成される。固定金型１１及び可動金型１２は、好適な離型を実現するため、成形面（後述するレンズ部成形面１１ａ，１２ａとコバ部成形面１１ｂ，１２ｂ）に被膜層（図示省略）が形成されている。被膜層は、例えば、白金（Pt）−イリジウム（Ir）合金により形成される。尚、固定金型１１及び可動金型１２は、炭化珪素やグラッシーカーボン等高温耐久性と強度を兼ね備えた素材で母材が構成されても良い。更に、サーメット、インコネル、スタバックス、ハイス、ダイス鋼等を、ガラス材料の屈伏点（屈伏温度）Atに応じて使い分けてもよい。また、被膜層は、白金−イリジウム合金以外の貴金属合金、貴金属と遷移金属との合金、貴金属と汎用金属との合金、カーボン、又はＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等フッ素や塩素との反応性が低い材料がいずれも好適に使用される。
【００１８】
固定金型１１及び可動金型１２はいずれも、成形面の中央に光学素子１のレンズ部１ａ（図１参照）を成形するための光学機能面成形面の一例としてのレンズ部成形面１１ａ，１２ａが形成されている。そして、レンズ部成形面１１ａ，１２ａの外周に、光学素子１のコバ部１ｂ（図１参照）を成形するためのコバ部成形面１１ｂ，１２ｂが形成されている。
固定金型１１及び可動金型１２は、各々の成形面（１１ａ，１１ｂと１２ａ，１２ｂ）が鏡筒２の円筒内において対向配置されてプレス成形が実行される。
【００１９】
可動金型１２は、コバ部成形面１２ｂの角に逃げ部の一例としての所定量の面取り１２ｃが形成されており、鏡筒２の内周面との間で余剰なガラスプリフォーム１４を吸収する空隙を形成している。
胴型１３は、例えば、タングステンカーバイトを主成分とする超硬合金を含んで構成される。胴型１３は、図示しない駆動機構を使って上下動する可動金型１２の動作を規制して、固定金型１１と可動金型１２との中心軸がずれないようにしている。また、胴型１３は、鏡筒２を所定位置に位置決めしている。
【００２０】
以上の構成を有するレンズ成形装置１０がガラスプリフォーム１４をプレス成形してホルダ光学素子５を製造する製造工程を以下に説明する。
図３に示されているように、レンズ成形装置１０は、固定金型１１に鏡筒２がセットされ、その外側に胴型１３がセットされている。そして、固定金型１１のレンズ部成形面１１ａ上に光学素材の一例としての球状のガラスプリフォーム１４が載置され、可動金型１２が胴型１３に嵌合されて、固定金型１１に対向配置されている。
ここで、ガラスプリフォーム１４は、上述した光学素子１の素材であり、例えば、シリカを主成分とする低融点ガラス、又は、超低融点ガラスである。
【００２１】
また、固定金型１１に載置されるガラスプリフォーム１４は、鏡筒２の凹部２ａの容積ｆとするとき、ガラスプリフォーム１４の全体積からレンズ部１ａとコバ部１ｂとの体積の和を差し引いた余剰部の体積ｅが、０．８３３×ｆ＜ｅ＜１．２５×ｆなる関係を有するように決定される。
余剰部の体積ｅが凹部２ａの容積ｆに比べて小さすぎると、十分な嵌合が行えず機械強度が低下するので、０．８×ｅ＜ｆなる関係が好ましい。また、余剰部の体積ｅが凹部２ａの容積ｆに比べて大きすぎると、余剰部が有効光学面（レンズ部）に被う恐れがあるので、ｆ＜１．２×ｅなる関係が好ましい。即ち、０．８×ｅ＜ｆ＜１．２×ｅの関係が好ましい。この不等式を、載置されるガラスプリフォーム１４の余剰部の体積ｅを基準に表現すれば、０．８３３×ｆ＜ｅ＜１．２５×ｆなる関係で表される。尚、鏡筒２の凹部２ａの容積ｆは、鏡筒２の内径をｄとしたとき、以下の式で表される。
【００２２】
【数１】
2009037055.tif 000003
【００２３】
図示しない排気ポンプ及び処理ガス導入ポンプを使って、レンズ成形装置１０内部の空気を窒素ガスに置換する。そして、図示しない昇温機構によって窒素雰囲気下でガラスプリフォーム１４の転移点（転移温度）Tgまでガラスプリフォーム１４を充分に加熱し、更に、屈伏点（屈伏温度）Atまで昇温してガラスプリフォーム１４を軟化させる。
屈伏温度At付近になったとき、図示しない駆動機構により可動金型１２は圧力を加えられてガラスプリフォーム１４をプレス成形する。ガラスプリフォーム１４はレンズ部１ａ及びコバ部１ｂを形成すると共に、鏡筒２の内周面に形成された凹部２ａに入り込む周縁部１ｃを形成し、光学素子１を鏡筒２に固定する。このとき、ガラスプリフォーム１４の一部（余剰部）は、鏡筒２の内周面と可動金型１２の面取り１２ｃとの間に形成された空隙に収容される。
その後、圧力を加えたままレンズ成形装置１０を転移温度Tgまで冷却し、更に可動金型１２の圧力を開放して常温まで冷却してホルダ光学素子５を取り出す（図３参照）。
【００２４】
本実施の形態によれば、鏡筒２の凹部２ａの幅ａと光学素子１のコバ部１ｂの厚さｃとの間には、ａ＞ｃなる関係がある。よって、可動金型１２に押されたガラスプリフォーム１４は凹部２ａに入り込めるので、光学素子１と鏡筒２との引っ掛かり距離は充分確保される。よって、取付け強度を確保でき、光学素子１を挟んで上下の空間の気密性を確保できる。
本実施の形態によれば、コバ部１ｂの一方の面（図１における上面）が、光学素子１の光軸方向において鏡筒２の凹部２ａの内側にあり、他方の面（図１における下面）が凹部２ａの外側にある。よって、可動金型１２に押されたガラスプリフォーム１４は、鏡筒２に形成された凹部２ａの一方の側（図１の下側）から入り込んで、凹部２ａ内に溜まっている空気を他の側（図１の上側）に順に押し出す。これにより、鏡筒２に形成された凹部２ａ内には空気溜まりが形成されにくくなり、その結果、光学素子１と鏡筒２との引っ掛かり距離が確保され、取付け強度を確保できる。
【００２５】
本実施の形態によれば、固定金型１１に載置されるガラスプリフォーム１４の余剰部の体積ｅは、鏡筒２の凹部２ａの容積ｆに対して、０．８３３×ｆ＜ｅ＜１．２５×ｆなる関係を有する。よって、載置されるガラスプリフォーム１４に過不足なく、光学素子１と鏡筒２との引っ掛かり距離が確保され、取付け強度を確保できる。
本実施の形態によれば、可動金型１２は、コバ部成形面１２ｂの角に所定量の面取り１２ｃが形成されており、鏡筒２の内周面との間で余剰なガラスプリフォーム１４を吸収する空隙を形成している。よって、たとえ固定金型１１に載置されるガラスプリフォーム１４が鏡筒２の凹部２ａに入り込み空気を押し出した後に凹部２ａからはみ出したとしても、光学素子１のプレス成形に支障を与えない。
【００２６】
尚、上記実施の形態では、円筒形状の鏡筒２を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、角筒形状の鏡筒にも適用が可能である。
また、鏡筒２に形成される凹部２ａは、鏡筒２の内周面全周に形成された円環状の凹部２ａを例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、内周面の一部に形成されるようにしても良い。凹部２ａの平均幅ａが、コバ部１ｂの厚さｃに対して、ａ＞ｃなる関係を有していれば、本発明の効果を奏することができる。
更に、本発明は、フレネルレンズにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態にかかるホルダ光学素子の断面図である。
【図２】図１に示すホルダ光学素子をプレス成形するレンズ成形装置の構成図（その１）である。
【図３】図１に示すホルダ光学素子をプレス成形するレンズ成形装置の構成図（その２）である。
【符号の説明】
【００２８】
１…光学素子（レンズ本体）、１ａ…レンズ部、１ｂ…コバ部、１ｃ…周縁部、２…鏡筒、２ａ…凹部、５…ホルダ光学素子（鏡筒付光学素子）、１０…レンズ成形装置（ガラス光学素子製造装置）、１１…固定金型（光学素子成形用金型）、１２…可動金型（光学素子成形用金型）、１３…胴型、１１ａ，１２ａ…レンズ部成形面（光学機能面成形面）、１１ｂ，１２ｂ…コバ部成形面、１２ｃ…面取り（逃げ部）、１４…ガラスプリフォーム（光学素材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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