JP6439604B2 - 光学素子及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型を用いて成形される光学素子及び光学素子の製造方法に関する。

近年、スマートフォンなどの携帯端末においては、デザイン性向上のため，それに搭載される撮像装置の小型化が推進され、それに伴い撮像装置に搭載される光学系の低背化の要求がますます高まっている。一方で、携帯端末に対しても高画質な画像を撮像できるよう、光学系の高性能化も要求されている。

これらの要求に対し、光軸を異ならせて配置した複数の撮像光学系（個眼光学系）で構成されるレンズアレイ（アレイ光学系）を用いて、複数の物体像を固体撮像素子の撮像面上のイメージエリアに個々に形成し、各物体像に対応する画像信号を画像処理することで、１つの画像を再構成するいわゆる超解像技術を用いた小型で薄型な撮像装置が開発されるに至った。このような撮像装置に用いる撮像光学系では、複数の画像を再構成することで低画素な画像から高画素な画像を作り出すことが出来るため、個眼光学系各々が個眼像を形成するイメージエリアの画素数を少なくすることができる。その結果として、既存の光学系よりも大幅な低背化を実現しながらも高解像な撮像装置を提供することが可能となる。

ところで、個眼光学系を個々のレンズから形成すると組み付けに手間がかかるので、複数のレンズを並設して一体としたレンズアレイを用いることが好ましい。又、このようなレンズアレイをプラスチックにより形成すると、意図する形状が高精度に反映されたレンズアレイを低コストで作製することができる。しかるに、このようなレンズアレイを用いる際の１つの課題は、単眼のレンズと同様に不要な反射光等が発生し、或いはレンズから出射した光が隣のイメージエリアに入射するなどして、被写体画像に悪影響を与えるゴーストが出現する恐れがあることである。このような不要な光を抑制するために、各レンズに対向して複数の開口部を備えた絞り部材を設けることが有効である。絞り部材は光学素子のＦナンバーを決める機能を併せ持つため、単眼のレンズでも一般的に用いられている。そこで、単眼のレンズなどに設ける金属製の絞り板を流用して、複数の開口部を設けた金属製の絞り板をレンズアレイに接着することが考えられるが、各レンズに対して開口部が位置ずれすると光学性能が劣化する恐れがある。よって、複数のレンズと開口部とをそれぞれ精度良く位置決めする工夫が必要となる。

レンズアレイに対して金属製の絞り板を接合する手法として、レンズアレイに設けた位置決め部に絞り板を設置し、更に黒色の接着剤を塗布して接着固定する技術が既に開発されている。ところが接着剤は硬化するまでに比較的長い時間を要し、加えて上述したように接着前にレンズアレイと絞り板の高精度な位置決め調整も必要であるので、調整時間に加え調整用の治具も必要となって製造工数の増大を招いている。更に、接着剤を塗布する場合、絞り板の外周部だけでは足りず、中央付近でフランジ部に対し浮き沈みすることを阻止するため、レンズアレイ中央部まで接着剤の塗布が必要になる。又、光学面近傍で絞り板が浮き上がると不要光が洩れやすくなるから、光学面の境界ぎりぎりまで黒色の接着剤を塗布して絞り板とレンズアレイとの隙間を埋めてやる必要がある。しかしながら、レンズアレイの中央部を含む光学面近傍に塗布する接着剤の量が多すぎると、レンズアレイに絞り板を密着させた際に、塗布した接着剤がはみ出して光学面を汚染してしまうという現象が起きやすく、接着剤塗布の難易度が高く、組立収率が悪くなるという問題がある。

これに対し、レンズアレイにおける不要光を抑制する別なアプローチが検討されている。例えば、インサート成形によりフィルムを成形品と一体化する技術が以前から知られている。そこで、かかる技術を流用して、レンズアレイに、開口部を形成したフィルムをインサート成形することで、組み立て工程を簡素化し低コスト化を推進しようとする試みがある。例えば特許文献１には、ＯＡ機器などのスイッチパネル用にインサート成形品を使用することが記載されていて、インサート用フィルムの外周部に位置決め用穴を複数個設け、その穴にピンを挿通することで金型内にフィルムを位置決めし、成形品の成形時にフィルムを接合する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示された技術には、レンズアレイのレンズ部用の開口部などがない平坦で均質な特性のフィルムと平坦な成形品とを接合する技術を開示するのみである。また、特許文献２には、均質な光学特性を持つ偏光シートフィルムを、成形品であるメガネ用レンズ全面に接合する技術が開示され、シートの外周部を金型に設けた吸引孔により金型の成形面に吸引する技術が開示されている。

特許第３４８８７６０号明細書 特許第３６０７４９３号明細書

特に複数の光学面を持つレンズアレイにおいては、単眼の光学素子と絞り板との位置決めと異なり、光学面と開口部との高精度な位置決めが、光軸直交方向だけでなく回転方向にも必要となるという特異性がある。加えて、一般的なレンズアレイの成形時には、高精度な光学面形状を得るために、金型のキャビティ内における樹脂の熱収縮分を補うべく、樹脂に所定の圧力（例えば６０ＭＰａ以上）を印加して金型内に押し込むことが多い。よって、金型内の適切な位置にフィルムを載置できたとしても、流入する樹脂の圧力にてフィルムがずれてしまう恐れがある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、簡易な工程により低コスト化を図りつつ、フィルムの開口部とレンズアレイの光学面とを高精度に位置決めすることができる光学素子及び光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光学素子は、非光透過性樹脂素材から形成されたフィルムと、金型を用いた成形により転写形成される複数の光学面を有するレンズアレイとを接合してなる光学素子であって、
前記フィルムには、円形穴と、前記円形穴に向かう方向を長手方向とする長穴又は切欠と、複数の開口部が形成されており、
前記金型には、前記光学面を転写形成する複数の金型側光学面と、前記フィルムを載置する載置面と、前記載置面における中心領域に配置された第１の凸部と、前記載置面における前記中心領域より外周に近い周辺領域に配置された第２の凸部とが形成されており、
前記第１の凸部を前記円形穴に挿通させ、前記第２の凸部を前記長穴又は切欠に挿通させるようにして、各開口部を前記金型側光学面に対して位置決めした状態で、前記フィルムが前記金型の載置面に装着された後に、前記金型内に溶融した樹脂を流入させて、固化させることで前記レンズアレイを成形するとともに、前記フィルムを接合してなり、
前記円形穴内に前記第１の凸部を転写した第１の凹部が形成され、前記長穴又は切欠内にはその縁まで前記樹脂が充填された上で、前記第２の凸部を転写した第２の凹部が形成されているものである。

本発明の光学素子の製造方法は、非光透過性樹脂素材から形成されたフィルムと、金型を用いた成形により転写形成される複数の光学面を有するレンズアレイとを接合してなる光学素子の製造方法であって、
前記金型には、前記光学面を転写形成する複数の金型側光学面と、前記フィルムを載置する載置面と、前記載置面における中心領域に配置された第１の凸部と、前記載置面における前記中心領域より外周に近い周辺領域に配置された第２の凸部と、吸引孔が形成されており、
円形穴と、前記円形穴に向かう方向を長手方向とする長穴又は切欠と、複数の開口部とを有する前記フィルムを前記金型に接近させながら、前記第１の凸部を前記円形穴に挿通させ、前記第２の凸部を前記長穴又は切欠に挿通させるようにして、各開口部を前記金型側光学面に対して位置決めした状態で、前記吸引孔を覆うようにして前記フィルムを前記金型に装着し、
前記吸引孔を介して前記フィルムを吸引し保持し、
前記金型を型締めし、
前記金型内に溶融した樹脂を流入させ、
前記樹脂を固化させることでレンズアレイを成形するとともに、前記フィルムを接合し、
前記円形穴内に前記第１の凸部を転写することにより第１の凹部を形成し、前記長穴又は切欠内にはその縁まで前記樹脂を充填した上で、前記第２の凸部を転写することにより第２の凹部を形成し、
前記金型より前記光学素子を離型するものである。

本発明によれば、簡易な工程により低コスト化を図りつつ、フィルムの開口部とレンズアレイの光学面とを高精度に位置決めすることができる光学素子及び光学素子の製造方法を提供することができる。

本実施の形態にかかる撮像装置を模式的に示す図である。 レンズユニットＬＵの拡大断面図である。 レンズユニットＬＵの断面図である。 第１レンズアレイＬＡ１を成形する金型ユニットの断面図である。 図４の金型ユニットをV-V線で切断して矢印方向に見た図である。 固定金型ユニットＦＭの断面斜視図である。 凸部の拡大斜視図である。 中央領域と周辺領域の範囲を示す図である。 第１遮光フィルムＳＨ１と第１レンズアレイＬＡ１とをインサート成形する工程を説明する図である。 第１遮光フィルムＳＨ１の正面図である。 第２の金型ＭＤ２のフィルム載置面ＦＬに第１遮光フィルムＳＨ１を装着した状態を示す図である。 図９（ｄ）に矢印XIIで示す部位を拡大して示す図である。 各変形例にかかる第１遮光フィルムＳＨ１を示す正面図である。 変形例にかかる第２の金型ＭＤ２の端面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る光学素子を用いたレンズユニットと、それを用いた撮像装置等を説明する。レンズユニットは、１つの撮像素子に対して複数の個眼レンズ部（光軸が共通するもの）がマトリクス状に配置されており、各個眼レンズ部がわずかにずれたほぼ同じ視野の撮像を行う超解像タイプと、各個眼レンズ部が異なる視野の撮像を行う視野分割タイプと、に通常分けられる。いずれのタイプでも実現可能であるが、本実施の形態では、同一被写体の複数の低解像度画像を画像処理にて合成し、1枚の高解像度画像を出力する超解像タイプにかかるレンズユニットについて説明する。

図１に、本実施の形態にかかる撮像装置を模式的に示す。図１に示すように、撮像装置ＣＡは、撮像ユニットＣＵ，画像処理回路ＩＰを含むデジタル処理回路ＤＰ，インタフェースＩＦを介して画像データを記憶できる記録部ＲＤ，画像データに基づき画像を表示する画像表示部ＤＳＰ、及びこれらを制御する制御部ＣＰＵを有している。制御部ＣＰＵは、操作キーＫＹから操作信号を入力し、上記回路を制御するようになっている。

撮像ユニットＣＵは、回路基板ＳＴに実装された１つの撮像素子ＳＲと、その撮像素子ＳＲに対して複数の結像を行うレンズユニットＬＵと、Ａ／Ｄ変換部ＡＤとを有している。撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ型イメージセンサー，ＣＭＯＳ型イメージセンサー等の固体撮像素子が用いられる。撮像素子ＳＲの光電変換部である受光面ＳＳ上に、複数の被写体の光学像が形成されるようにレンズユニットＬＵが設けられている。

撮像装置ＣＡの動作について説明する。レンズユニットＬＵによって形成された複数の被写体像は、撮像素子ＳＲの受光面ＳＳにおける予め座標が決まった複数のイメージエリアにそれぞれ結像される。本実施の形態によれば、後述する第１遮光フィルムＳＨ１、第２遮光フィルムＳＨ２、第３遮光部材ＳＨ３が設けられているので、各個眼光学系を通過する被写体光が隣のイメージエリアに入射したり、不要な反射光が発生することを有効に抑制できる。制御部ＣＰＵの制御下で、被写体像を結像したイメージエリアにて個々に複数のアナログ信号に変換され，更にＡ／Ｄ変換部ＡＤでデジタル信号に変換されて、デジタル処理回路ＤＰに入力される。このデジタル信号は画像処理回路ＩＰにて合成され、１枚の合成画像に対応する画像データが形成される。かかる画像データは、画像表示部ＤＳＰに入力されて合成画像が表示され、或いはインタフェースＩＦを介して記録部ＲＤに入力されて記憶される。

図２は、鏡枠ＨＬＤに保持されたレンズユニットＬＵの断面図である。図３は、レンズユニットＬＵの分解斜視図である。レンズユニットＬＵは、図３に示すように光軸方向から見て四角形状であり、物体側より順に、第１遮光フィルムＳＨ１を接合した第１レンズアレイＬＡ１、第２遮光フィルムＳＨ２を接合した第２レンズアレイＬＡ２、第３遮光部材ＳＨ３が配置されており、これらは互いに接着されて鏡枠ＨＬＤにより保持されている。図２に示すように鏡枠ＨＬＤは、周囲壁ＨＬＤａと、その物体側に連結された天井壁ＨＬＤｂとを有する。樹脂製の第１遮光フィルムＳＨ１は、第１及び第２レンズアレイの複数のレンズ部Ｌ１，Ｌ２に対応する複数（ここでは４行４列に並べた１６個）の開口部ＡＰ１を形成しており、後述するようにして第１レンズアレイＬＡ１の物体側の面に接合されている。第１遮光フィルムＳＨ１は開口絞りとして機能する。

第１レンズアレイＬＡ１は、マトリクス状に配置された複数（ここでは４行４列に並べた１６個）の第１レンズ部Ｌ１と、第１レンズ部Ｌ１同士をつなげるフランジ部Ｌ１ｆとを一体に形成している。又、第２レンズアレイＬＡ２は、第１レンズアレイＬＡ１の第１のレンズ部Ｌ１に対応する複数（ここでは４行４列に並べた１６個）の第２レンズ部Ｌ２と、第２レンズＬ２同士をつなげるフランジ部Ｌ２ｆとを一体に形成している。第１レンズアレイＬＡ１と第２レンズアレイＬＡ２は、それぞれポリカーボネートやアクリル樹脂などのプラスチックを用いて射出成形され、プラスチックからなる一体物として構成されている。

樹脂製の第２遮光フィルムＳＨ２は、第２のレンズ部Ｌ２の各々に対応して、複数（ここでは４行４列に並べた１６個）の開口部ＡＰ２を形成しており、第２レンズアレイＬＡ２の物体側の面に接合されている。ＳＵＳ等の金属製の四角形板状の第３遮光部材ＳＨ３は、レンズ部Ｌ１，Ｌ２の各々に対応して、複数（ここでは４行４列に並べた１６個）の開口部ＡＰ３を形成しており、図３に示す接着剤ＢＤにより第２レンズアレイＬＡ２の像側の面に接合されている。各開口部ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３の中心と、第１レンズ部Ｌ１、第２レンズ部Ｌ２の光軸とは一致しており、これらにより個眼光学系が構成される。遮光フィルムＳＨ１，ＳＨ２は隣の個眼光学系に不要光が進入するのを防止し、第３遮光部材ＳＨ３は隣の個眼光学系に対応する固体撮像素子の結像領域に不要光が進入するのを防止する。

図２において、第２レンズアレイＬＡ２と撮像素子ＳＲとの間には、透光性のある平行平板であるＩＲカットフィルタＦが配置され，その周縁が鏡枠ＨＬＤの周囲壁ＨＬＤａに当接して接着されている。ＩＲカットフィルタＦの物体側の面には、４行４列で開口部ＡＰ４を有する第４遮光フィルムＳＨ４が接着されている。

図４は、第１レンズアレイＬＡ１を成形する金型ユニットの断面図である。図４に示す金型ユニットの周囲には、不図示のベース金型が設けられている。図５は、図４の金型ユニットをV-V線で切断して矢印方向に見た図であるが、一部省略している。図６は、固定金型ユニットＦＭの断面斜視図である。図４において、不図示の駆動源により軸線方向に移動可能とされた可動金型ユニットＭＭの端部に、第１の金型（第１のコアともいう）ＭＤ１が取り付けられている。第１の金型ＭＤ１は、４つのピン孔ＭＤ１ａを有しており、ピン孔ＭＤ１ａに挿入された突き出しピンＰＲが、可動金型ユニットＭＭ内に設けた突き出し機構ＤＲにより突き出し可能に設けられている。又、第１の金型ＭＤ１は、４行４列に並んだ金型側光学面と、フランジ面転写面とを有する。

可動金型ユニットＭＭに対向して配置され不図示のベース金型に固定された固定金型ユニットＦＭは、図６に示すように、バックプレートＢＳ、台座ＡＴ，キャビ部材ＦＲがこの順序で取り付けられている。キャビ部材ＦＲ内に、調整板ＨＤと第２の金型（第２のコアともいう）ＭＤ２が保持されている。尚、ＦＨは、バックプレートＢＳ、台座ＡＴ，キャビ部材ＦＲを互いに固定するためのボルト（不図示）を挿通する孔である。

台座ＡＴに対し、調整板ＨＤと第２の金型ＭＤ２とが、中央のねじ孔ＭＤ１ａに主ボルトＢＴを螺合することで固定されている。主ボルトＢＴの頭部に対応して、バックプレートＢＳに形成された凹部ＣＢから、図示しない通路を介して外部の負圧源に接続されている。又、調整板ＨＤには、４つ（図６では２つのみ図示）の貫通孔ＰＨが設けられている。貫通孔ＰＨの一端（図６で下端）は、台座ＡＴと調整板ＨＤとの面間隙間、及び主ボルトＢＴの側面と挿通した孔との径方向隙間を介して、凹部ＣＢに連通している。一方、貫通孔ＰＨの他端（図６で上端）は、第２の金型ＭＤ２において角部近傍に設けられた４つの円形開口ＣＯに連通している。円形開口ＣＯには、わずかに縮径した制限ピンＲＰが挿通されている。従って、吸引孔である円形開口ＣＯと制限ピンＲＰとの間（好ましくは片側で０．０１〜０．０３ｍｍ未満の隙間とする）を介して、凹部ＣＢと第２の金型ＭＤ２の転写面側とが連通するようになっている。異なる径の制限ピンＲＰを選択して円形開口ＣＯに挿入することで、隙間の量を調整できる。

図５において、第２の金型ＭＤ２の端面には、矩形枠状のフランジ面転写面ＦＰと、その内側のフィルム載置面ＦＬとが形成されている。全体として平面状（但し金型側光学面ＯＰは除く）のフィルム載置面ＦＬ内には、４行４列に並んだ金型側光学面ＯＰが形成されており、フィルム載置面ＦＬの角部と、それに最も近い金型側光学面ＯＰとの間には、４つの円形開口ＣＯの端部が露出している。金型側光学面とは、レンズ面を転写する形状を備えた金型の面をいう。

キャビ部材ＦＲの外周から第２の金型ＭＤ２のフランジ面転写面ＦＰに連通するようにして、溝状のランナーＲＮ及び絞られたゲートＧＴが形成されている。又、キャビ部材ＦＲには、成形時にキャビティ内のエアを逃がす溝状の排出路ＥＸが第２の金型ＭＤ２の外周に沿って延在し、キャビ部材ＦＲの外周に至るように設けられている。

更に、フィルム載置面ＦＬにおける中心領域には第１の凸部ＰＪ１が形成され、フィルム載置面ＦＬにおける中心領域より外周に近い周辺領域には、第２の凸部ＰＪ２が形成されている。本実施の形態では、第１の凸部ＰＪ１と第２の凸部ＰＪ２とは同じ形状を有しており、その拡大斜視図を図７に示す。より具体的には、凸部ＰＪ１，ＰＪ２は、フィルム載置面ＦＬから延在する円筒部ＣＹの先端に、円錐部ＣＮを形成した形状である。但し、円錐部ＣＮの代わりに半球等を設けても良い。

ここで、金型側光学面ＯＰが等間隔で偶数個並べて配置されていたときは、「中心領域」とは、金型側光学面ＯＰのうちフィルム載置面ＦＬの中心に最も近い複数の金型側光学面の間であると好ましい。具体的には、図８（ａ）に示すように、４行４列で等間隔に金型側光学面ＯＰが並んでいた場合、「中心領域」は、フィルム載置面ＦＬの中心に最も近い４つの金型側光学面ＯＰに角部を内接させた最小の正方形ＡＲ１の内側であると好ましい。このとき、「周辺領域」とは、中心領域以外の領域であって且つ金型側光学面ＯＰ以外の領域（正方形ＡＲ１より外側）である。但し、より好ましくは、第１の凸部ＰＪ１は、４つの金型側光学面ＯＰの中点ＣＰに設けることが望ましく、第２の凸部ＰＪ２は、フィルム載置面ＦＬの最も外周に近い金型側光学面ＯＰに外接する正方形ＡＲ２より外周側に設けることが望ましい。

一方、金型側光学面ＯＰが等間隔で奇数個並べて配置されていたときは、「中心領域」とは、金型側光学面ＯＰのうちフィルム載置面ＦＬの中心に最も近い金型側光学面と、それに隣接する金型側光学面との間であると好ましい。具体的には、図８（ｂ）に示すように、３行３列で等間隔に金型側光学面ＯＰが並んでいた場合、「中心領域」は、フィルム載置面ＦＬの中心に最も近い金型側光学面ＯＰに隣接する４つの金型側光学面ＯＰに角部を内接させた最小の正方形ＡＲ３の内側であって且つ金型側光学面ＯＰ以外の領域であると好ましい。このとき、「周辺領域」とは、中心領域以外の領域（正方形ＡＲ３より外側）であって且つ金型側光学面ＯＰ以外の領域である。但し、より好ましくは、第１の凸部ＰＪ１は、正方形ＡＲ３の一辺の長さをＳとしたときに、中央の金型側光学面ＯＰの光軸から半径（Ｓ／２）の円内に設けることが望ましく、第２の凸部ＰＪ２は、フィルム載置面ＦＬの最も外周に近い金型側光学面ＯＰに外接する正方形ＡＲ４より外周側に設けることが望ましい。

更に、金型側光学面ＯＰが、行方向（又は列方向）に等間隔で偶数個並べて配置され，列方向（又は行方向）に等間隔で奇数個並べて配置されていたときは、「中心領域」とは、金型側光学面ＯＰのうちフィルム載置面ＦＬの中央に最も２つの近い金型側光学面との間であると好ましい。具体的には、図８（ｃ）に示すように、４行３列で等間隔に金型側光学面ＯＰが並んでいた場合、フィルム載置面ＦＬの中心に最も近い２つの金型側光学面ＯＰの中点ＣＰを中心として、当該金型側光学面ＯＰに内接する円ＡＲ５の内側であると好ましい。このとき、「周辺領域」とは、中心領域以外の領域（円ＡＲ５より外側）であって且つ金型側光学面ＯＰ以外の領域である。但し、より好ましくは、第１の凸部ＰＪ１は、中点ＣＰに設けることが望ましく、第２の凸部ＰＪ２は、フィルム載置面ＦＬの最も外周に近い金型側光学面ＯＰに外接する四角形ＡＲ６より外周側に設けることが望ましい。第１の凸部ＰＪ１と第２の凸部ＰＪ２とのスパンを極力大きくとることで、金型側光学面ＯＰと開口部ＡＰ１との精度良い位置決めを実現できる。尚、以上にかかわらず、凸部ＰＪ２を極力外側に配置して、凸部ＰＪ１とのスパンを大きく確保することが、高精度な位置決めで重要となる。

次に、本実施の形態にかかる光学素子の製造方法について説明する。図９は、第１遮光フィルムＳＨ１と第１レンズアレイＬＡ１とをインサート成形する工程を説明する図であるが、第１の金型ＭＤ１と第２の金型ＭＤ２のみを簡略化して示す。図１０は、第１遮光フィルムＳＨ１の正面図である。前準備として、非透過性（例えば光透過率が１％以下とする）樹脂素材からなるフィルムシートから、図１０に示す形状の第１遮光フィルムＳＨ１をパンチで打ち抜いて形成する。より具体的には、第１遮光フィルムＳＨ１は、金型側光学面ＯＰと同じピッチで４行４列に開口部ＡＰ１を形成し、且つ中央に円形穴ＣＨを形成し、１つの角部近傍に長穴ＬＨを形成している。長穴ＬＨの長手方向は、円形穴ＣＨの中心を向いている。

図９（ａ）において、固定された第２の金型ＭＤ２に対し第１の金型ＭＤ１を離間させた状態で、不図示のロボットを用いて、第２の金型ＭＤ２のフィルム載置面ＦＬ（図５）に第１遮光フィルムＳＨ１を装着する。より具体的には、第１遮光フィルムＳＨ１の円形穴ＣＨに、第２の金型ＭＤ２の第１の凸部ＰＪ１を挿通し、長穴ＬＨに第２の凸部ＰＪ２を挿通する。このとき、凸部ＰＪ１，ＰＪ２の先端に円錐部ＣＮが設けられているので、円形穴ＣＨ，長穴ＬＨへの挿通をスムーズに行える。

図１１は、第２の金型ＭＤ２のフィルム載置面ＦＬに第１遮光フィルムＳＨ１を装着した状態を示す図である。ここで、円形穴ＣＨと第１の凸部ＰＪ１とは隙間なく嵌合しているので、フィルム載置面ＦＬにおける直交するＸ方向及びＹ方向の原点位置（第１の凸部ＰＪ１の中心Ｏとする）が定まる。更に、長穴ＬＨと第２の凸部ＰＪ２との嵌合によって、フィルム載置面ＦＬに対する第１遮光フィルムＳＨ１の原点Ｏ回りの角度（ここでは原点Ｏを通過する長穴ＬＨの軸線ＬとＹ軸との交差角θ）が定まる。単眼の光学系の場合、レンズに対する遮光部材の光軸回りの回転は位置決めする上で特に問題視されないが、レンズアレイの場合、遮光フィルムの回転位置が大きな問題となるからである。本実施の形態によれば、開口部ＡＰ１と金型側光学面ＯＰの位置決めを精度良く行うことができる。尚、第１遮光フィルムＳＨ１に製造誤差が生じていた場合でも、互いの原点位置Ｏは固定されるので、少なくとも原点位置Ｏ周囲の開口部ＡＰ１と金型側光学面ＯＰの位置は精度良く定まることとなる。一方、フィルム載置面ＦＬの周囲における開口部ＡＰ１と金型側光学面ＯＰの位置は、互いに若干ずれるものの、第１遮光フィルムＳＨ１の製造誤差の半分以下のずれ量に抑えることができる。

このとき、第１遮光フィルムＳＨ１が円形開口ＣＯを覆うので、外部の負圧源から円形開口ＣＯを介して吸引することで、フィルム載置面ＦＬに第１遮光フィルムＳＨ１を吸着保持することができる。

次いで、図９（ｂ）に示すように、第２の金型ＭＤ２に対して第１の金型ＭＤ１を接近させ型締めを行う。その後、第２の金型ＭＤ２と第１の金型ＭＤ１とで形成されるキャビティＣＶ内に、ランナーＲＮ及びゲートＧＴ（図５）を介して外部から溶融した樹脂を供給し、熱収縮の影響を回避するために所定の圧力（６０〜７０ＭＰａ）に維持する。樹脂が供給されている間、円形開口ＣＯを介する吸引が続行されるので、フィルム載置面ＦＬに第１遮光フィルムＳＨ１を吸着保持した状態を維持でき、フィルム載置面ＦＬに対する第１遮光フィルムＳＨ１のずれ等を抑制できる。

本実施の形態によれば、円形開口ＣＯと制限ピンＲＰとの間の隙間が小さくなっているので、溶融した樹脂の圧力で、第１遮光フィルムＳＨ１が押し破れることがなく、また円形開口ＣＯと制限ピンＲＰとの間に樹脂が入り込んで固化し、バリとなったり、吸引を阻害させる目詰まりを生じさせることなどを回避できる。

本実施の形態では、キャビティＣＶ内に供給された樹脂の温度は、第１遮光フィルムＳＨ１の熱変形温度より高くなっており、これにより第１遮光フィルムＳＨ１との境界面が溶融するので、キャビティＣＶ内に供給された樹脂の境界面と融合し、その後固化することで強固に接合することとなる。

更に、供給された樹脂が固化することで、第２の金型ＭＤ２において開口部ＡＰ１内の金型側光学面ＯＰにより第１レンズ部Ｌ１の物体側面が転写形成されると共にフランジ面転写面ＦＰによりフランジ部Ｌ１ｆの物体側面が転写され、同時に第１の金型ＭＤ１により、第１レンズ部Ｌ１の像側面とフランジ部Ｌ１ｆの像側面が転写形成され、第１遮光フィルムＳＨ１を接合したレンズアレイＬＡ１を成形できる。

その後、図９（ｃ）に示すように、第２の金型ＭＤ２から第１の金型ＭＤ１を離間させる。このとき、凸部ＰＪ１，ＰＪ２の先端が円錐面であるから、成形品の離型をよりスムーズに行える。かかる状態で、図９（ｄ）に示すように、第１の金型ＭＤ１から突き出しピンＰＲを突き出すことで、第１遮光フィルムＳＨ１を接合した第１レンズアレイＬＡ１を、第１の金型ＭＤ１から離型させることができる。その後、不図示のロボットにて成形品を次工程へと搬送すると共に、突き出しピンＰＲを退避させて図９（ａ）の工程へと戻り、以下同様な工程を繰り返す。

図１２は、図９（ｄ）に矢印XIIで示す部位を拡大して示す図である。図１２に示すように、第１遮光フィルムＳＨ１の円形穴ＣＨ内には、第１レンズアレイＬＡ１を形成する樹脂の一部が進入し、且つ第１の凸部ＰＪ１が転写形成されたテーパー状の第１の凹部ＤＰ１が形成されている。又、第１遮光フィルムＳＨ１の長穴ＬＨ内には、第１レンズアレイＬＡ１を形成する樹脂の一部が進入し、且つ第２の凸部ＰＪ２が転写形成されたテーパー状の第２の凹部ＤＰ２が形成されている。製品となる光学素子において，凹部ＤＰ１，ＤＰ２は特に機能を有しないが、凸部を設ける場合と比べると、ゴーストが発生する恐れをより低くできる。

第２遮光フィルムＳＨ２を接合した第２レンズアレイＬＡ２も、同様な工程で製造できる。このように、第１遮光フィルムＳＨ１を接合した第１レンズアレイＬＡ１と、第２遮光フィルムＳＨ２を接合したレンズアレイＬＡ２を積層し、接着剤を用いて固定し、更に第３遮光部材ＳＨ３を、接着剤を用いて接着する。第３遮光部材ＳＨ３は、最もレンズユニットＬＵにて像側に位置するため、第２レンズアレイＬＡ２と別体としても遮光効果に大きな影響はないが、上述と同様に第２レンズアレイＬＡ２に樹脂製のフィルムをインサート成形することで第３遮光部材ＳＨ３としても良い。

図１３は、各変形例にかかる第１遮光フィルムＳＨ１を示す正面図である。図１３（ａ）の変形例では、図１０に示す実施の形態に対して、長穴ＬＨが第１遮光フィルムＳＨ１の一辺中央に近傍における２つの開口部ＡＰ１の中央に設けられている点のみが異なる。また図１３（ｂ）の変形例では、図１０に示す実施の形態に対して、長穴の代わりに、切欠ＣＴを第１遮光フィルムＳＨ１の角部近傍に設けた点のみが異なる。切欠ＣＴの長手方向は、円形穴ＣＨを向いている。

更に、図１３（ｃ）の変形例では、図１０に示す実施の形態に対して、角部に最も近い開口部ＡＰ１よりも円形穴ＣＨに近い位置に、長穴ＬＨが設けられている点のみが異なる。一方、図１３（ｄ）の変形例では、図１０に示す実施の形態とは異なり、不図示の第１レンズアレイの光学面に対応して、３行３列で開口部ＡＰ１を形成している。本変形例を用いる場合、第２の金型ＭＤ２において、中央の金型側光学面ＯＰを避けるためにフィルム載置面ＦＬの中央に第１の凸部ＰＪ１を配置できないので、その代わりに、中央の金型側光学面ＯＰの近傍に第１の凸部ＰＪ１を設け、これに対応して円形穴ＣＨを、中央の開口部ＡＰ１の近傍に設けている。尚、長穴ＬＨは同様に第１遮光フィルムＳＨ１の角部近傍に設けている。

図１４は、変形例にかかる第２の金型ＭＤ２の端面図である。本変形例によれば、上述した実施の形態に対して、４つの円形開口ＣＯを金型側光学面ＯＰの間に追加している。よって、フィルム載置面ＦＬに第１遮光フィルムＳＨ１を載置したときに、合計８つ全ての円形開口ＣＯが第１遮光フィルムＳＨ１によって覆われる。これにより円形開口ＣＯを介して吸引したときに、第１遮光フィルムＳＨ１の保持力が高まる。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様である。

本発明者らは、実施例として、図１３（ｃ）に示すような、外形８ｍｍ×８ｍｍで、厚さ０．０４〜０．２ｍｍの第１遮光フィルムにおいて、φ０．８ｍｍの開口部を４行４列で形成し、またφ０．８ｍｍの円形穴と、０．２ｍｍ×０．３ｍｍの長穴を形成した。これに対し、第２の金型の第１の凸部及び第２の凸部は、外径φ０．２ｍｍであり、その高さを第１遮光フィルムの厚さより０．１ｍｍ以上高くし、その先端に０．０８ｍｍのフィレットを形成した。この第１遮光フィルムを、型温度は１１０℃に保持した第２の金型に装着し、第１のレンズアレイを射出成形した。本実施例では、開口部中心とレンズの光軸とにおいて０．００４〜０．００８ｍｍの位置ずれが発生したが、許容範囲であることが分かった。

一方、比較例として、第１遮光フィルムと同じ形状の金属板を第２の金型に装着し、同じ条件で第１レンズアレイにインサート成形した。この金属板を用いた比較例では、実施例に対して成形品に変形が生じた。その原因は、金属の線膨張係数が樹脂の線膨張係数の１／３以下であるためと考察される。製品の離型後から室温に至るまでに部材の収縮が発生するが、金属板をインサート成形した場合、樹脂の収縮率の方が明らかに高いので、金属板をインサート成形していない側の収縮量が大きくなって、成形品に反りが生じるように変形するのである。以上より、第１遮光フィルムは、金属ではなく樹脂の方が好ましい。更に、より好ましくは第１遮光フィルムと第１レンズアレイの素材の線膨張係数を近づけることである。又、それぞれ厚みにもよるが、第１遮光フィルムのヤング率は、第１レンズアレイのヤング率より小さいと更に望ましい。第１レンズアレイの材料として、ＣＯＣ，ＰＣなどを好適に用いることが出来、第１遮光フィルムの材料としては、ＰＥＴ，ＰＶＦ，ＰＣなどを好適に用いることができる。一例とすると、第１レンズアレイの材料として、三井化学株式会社製の製品名ＡＰＥＬを用いる場合、第１遮光フィルムの材料としては、ソマール株式会社の製品名ソマブラックを用いることができる。

更に本発明者らは、第２の金型における円形開口をφ０．８ｍｍとし、径の異なる制限ピンを挿入して、円形開口と制限ピンとのクリアランスを、片側０．０１ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．１ｍｍと変えて、その効果を確認した。成形時には、樹脂の収縮分を補って高精度な転写成形を行うために、金型に供給される樹脂の圧力（保圧）を６０ＭＰａ以上に高めている。これにより、クリアランスが大きすぎると、この隙間に樹脂が押し込まれて、第１遮光フィルムが変形して開口部の変形を招いたり、隙間内での樹脂の硬化を招く恐れがある。

本発明者らの実験結果によれば、円形開口と制限ピンとのクリアランスがいずれの場合も、フィルムの保持効果は十分であるが、片側０．０３ｍｍ以下であれば、第１遮光フィルムが変形して開口部の変形を招いたり、隙間内での樹脂の硬化を招くことなく、第１の遮光フィルムを第２の金型に適切に保持できることが判明した。又、円形開口の吸着痕は残るが、円形開口は金型側光学面以外の場所に設けられているので、光学性能に影響を与えるものではない。一方、円形開口と制限ピンとのクリアランスが、片側０．１ｍｍ以上であると、フィルムの厚さにもよるが保圧が高いと円形開口と制限ピンとの隙間に第１遮光フィルムが押し込まれ、破断する恐れがあることが分かった。この際に、円形開口と制限ピンとの隙間内で樹脂が固化してしまい、次の成形の前に分解清掃が必要になり、製造の効率化の妨げとなることが分かった。

ＡＤ Ａ／Ｄ変換部
ＡＰ１ 開口部
ＡＰ２ 開口部
ＡＰ３ 開口部
ＡＰ４ 開口部
ＡＴ 台座
ＢＳ バックプレート
ＢＴ ボルト
ＣＡ 撮像装置
ＣＢ 凹部
ＣＨ 円形穴
ＣＮ 円錐部
ＣＯ 円形開口
ＣＰ 中点
ＣＰＵ 制御部
ＣＴ 切欠
ＣＵ 撮像ユニット
ＣＶ キャビティ
ＣＹ 円筒部
ＤＰ デジタル処理回路
ＤＰ１ 第１の凹部
ＤＰ２ 第２の凹部
ＤＲ 突き出し機構
ＤＳＰ 画像表示部
ＥＸ 排出路
Ｆ ＩＲカットフィルタ
ＦＬ フィルム載置面
ＦＭ 固定金型ユニット
ＦＰ フランジ面転写面
ＦＲ キャビ部材
ＧＴ ゲート
ＨＤ 調整板
ＨＬＤ 鏡枠
ＨＬＤａ 周囲壁
ＨＬＤｂ 天井壁
ＩＦ インタフェース
ＩＰ 画像処理回路
ＫＹ 操作キー
Ｌ１ 第１のレンズ部
Ｌ１ｆ フランジ部
Ｌ２ 第２のレンズ部
Ｌ２ｆ フランジ部
ＬＡ１ 第１レンズアレイ
ＬＡ２ 第２レンズアレイ
ＬＵ レンズユニット
ＬＨ 長穴
ＭＤ１ 第１の金型
ＭＤ１ａ ピン孔
ＭＤ２ 第２の金型
ＭＭ 可動金型ユニット
ＯＰ 金型側光学面
ＰＪ１ 第１の凸部
ＰＪ２ 第２の凸部
ＰＲ 突き出しピン
ＲＤ 記録部
ＲＰ 制限ピン
ＳＨ１ 第１遮光フィルム
ＳＨ２ 第２遮光フィルム
ＳＨ３ 第３遮光部材
ＳＨ４ 第４遮光フィルム
ＳＲ 撮像素子
ＳＳ 受光面
ＳＴ 回路基板

Claims (12)

1. 非光透過性樹脂素材から形成されたフィルムと、金型を用いた成形により転写形成される複数の光学面を有するレンズアレイとを接合してなる光学素子であって、
   前記フィルムには、円形穴と、前記円形穴に向かう方向を長手方向とする長穴又は切欠と、複数の開口部が形成されており、
   前記金型には、前記光学面を転写形成する複数の金型側光学面と、前記フィルムを載置する載置面と、前記載置面における中心領域に配置された第１の凸部と、前記載置面における前記中心領域より外周に近い周辺領域に配置された第２の凸部とが形成されており、
   前記第１の凸部を前記円形穴に挿通させ、前記第２の凸部を前記長穴又は切欠に挿通させるようにして、各開口部を前記金型側光学面に対して位置決めした状態で、前記フィルムが前記金型の載置面に装着された後に、前記金型内に溶融した樹脂を流入させて、固化させることで前記レンズアレイを成形するとともに、前記フィルムを接合してなり、
   前記円形穴内に前記第１の凸部を転写した第１の凹部が形成され、前記長穴又は切欠内にはその縁まで前記樹脂が充填された上で、前記第２の凸部を転写した第２の凹部が形成されている光学素子。
2. 前記フィルムのヤング率は前記レンズアレイのヤング率より小さい請求項１に記載の光学素子。
3. 前記フィルムにおいて、フィルム中心領域に円形穴が形成され、フィルム周辺領域に前記円形穴に向かう方向を長手方向とする長穴又は切欠が形成され、前記円形穴と前記長穴または切欠きと別の場所に、前記レンズアレイの複数の光学面に対応する複数の開口部が形成されている請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記金型側光学面が等間隔で偶数個並べて配置されていたときは、前記中心領域は、前記金型側光学面のうち前記載置面の中心に最も近い複数の金型側光学面の間である請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子。
5. 前記金型側光学面が等間隔で奇数個並べて配置されていたときは、前記中心領域は、前記金型側光学面のうち前記載置面の中心に最も近い金型側光学面と、それに隣接する金型側光学面との間である請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子。
6. 前記周辺領域は、前記金型側光学面のうち前記載置面の外周に最も近い金型側光学面よりも外側にある請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子。
7. 前記第１の凹部と前記第２の凹部の一部にテーパー形状を有する請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子。
8. 非光透過性樹脂素材から形成されたフィルムと、金型を用いた成形により転写形成される複数の光学面を有するレンズアレイとを接合してなる光学素子の製造方法であって、
   前記金型には、前記光学面を転写形成する複数の金型側光学面と、前記フィルムを載置する載置面と、前記載置面における中心領域に配置された第１の凸部と、前記載置面における前記中心領域より外周に近い周辺領域に配置された第２の凸部と、吸引孔が形成されており、
   円形穴と、前記円形穴に向かう方向を長手方向とする長穴又は切欠と、複数の開口部とを有する前記フィルムを前記金型に接近させながら、前記第１の凸部を前記円形穴に挿通させ、前記第２の凸部を前記長穴又は切欠に挿通させるようにして、各開口部を前記金型側光学面に対して位置決めした状態で、前記吸引孔を覆うようにして前記フィルムを前記金型に装着し、
   前記吸引孔を介して前記フィルムを吸引し保持し、
   前記金型を型締めし、
   前記金型内に溶融した樹脂を流入させ、
   前記樹脂を固化させることでレンズアレイを成形するとともに、前記フィルムを接合し、
   前記円形穴内に前記第１の凸部を転写することにより第１の凹部を形成し、前記長穴又は切欠内にはその縁まで前記樹脂を充填した上で、前記第２の凸部を転写することにより第２の凹部を形成し、
   前記金型より前記光学素子を離型する光学素子の製造方法。
9. 前記フィルムのヤング率は前記レンズアレイのヤング率より小さい請求項８に記載の光学素子の製造方法。
10. 前記フィルムにおいて、フィルム中心領域に前記円形穴が形成され、フィルム周辺領域に前記円形穴に向かう方向を長手方向とする前記長穴又は切欠が形成され、前記円形穴と前記長穴または切欠と別の場所に、前記レンズアレイの複数の光学面に対応する前記複数の開口部が形成されている請求項８又は９に記載の光学素子の製造方法。
11. 前記金型は、前記複数の金型側光学面とは異なる位置に前記吸引孔を設けている請求項８〜１０のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
12. 前記吸引孔にはピンが挿入されており、前記ピンの外周と前記吸引孔の内周との間を介して空気が吸引されるようになっている請求項８〜１１のいずれかに記載の光学素子の製造方法。

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