JP2009300596A - プラスチックレンズ、成形金型、およびプラスチックレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時に発生する反りを抑制したプラスチックレンズを提供する。
【解決手段】プラスチックレンズ１は、光学面を有するレンズ部２と、レンズ部２の外周に形成されるフレーム３とを備えている。レンズ部２の光学面は、光軸方向における両面側において異なっている。プラスチックレンズ１において、レンズ部２の光学面の半径が小さい面側には、レンズ部２の形成されたフレーム３の貫通孔に、ザグリ形状が形成されている。レンズ部２の外周には、ザグリ形状に沿って突起した突起部位が形成されている。プラスチックレンズ１の製造時には、レンズ部２の突起部位の温度収縮よって、プラスチックレンズ１の反りは抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチックレンズ、成形金型、およびプラスチックレンズの製造方法に関するものであり、より具体的には、フレーム材料にレンズ樹脂を成形することによって形成されるプラスチックレンズ、当該プラスチックレンズを形成するための形成金型、および当該形成金型を用いたプラスチックレンズの製造方法に関する。さらには、上記プラスチックレンズを搭載するプラスチックレンズユニット、撮像装置、および電子機器に関する。

一般に、カメラモジュールには、レンズ、およびレンズによって結像された光を認識して画像信号に変換するイメージセンサが備えられる。この画像信号の精度には、レンズとイメージセンサとの相対的な位置精度が大きく影響する。このため、レンズとイメージセンサとの位置合わせには、高い位置精度が要求される。

しかしながら、レンズとイメージセンサとの相対的な位置精度は、多くの成分に依存するため、各カメラモジュールにおいて均一的な位置合わせを行うことは困難である。そこで、カメラモジュールを製造した後に、各カメラモジュール単位で、レンズとイメージセンサとの相対的な位置のずれを検出し、相対位置の補正を行う工程が必要となる。このような工程は、カメラモジュールの製造工程数を増加させ、さらには製造コストを増大させる要因となる。

特許文献１には、インサート成形によって遮光部材にレンズが組みつけられ、遮光部材とレンズとが一体化したプラスチックレンズが開示されている。このプラスチックレンズでは、遮光部材の中心とレンズの光軸との心出しが極めて高い精度で実現されるため、製造コストが低減される。

特許文献２には、カメラ・デバイスをウエハスケールで製造する方法が開示されている。特許文献２では、ウエハスケールでカメラ・デバイスを製造することによって、カメラ・デバイスを一度に大量生産する工程を実現することができる。
特開２００５−８４３２８号公報（２００５年３月３１日公開） 特開２００５−５３９２７６号公報（２００５年１２月２２日公開）

しかしながら、特許文献１に記載のプラスチックレンズにおいては、その製造時において、樹脂の硬化収縮に起因する反りが発生するという問題がある。例えば、図１８に示す特許文献１に記載のプラスチックレンズは、遮光部材１０２の主に一方向側に、レンズ部１０３をインサート成形している。成形は高温で行われ、その後は常温まで温度を低下させるため、プラスチックレンズには、遮光部材１０２と、レンズ部１０３を成形する光学樹脂との線膨張差に起因した熱歪みが生じる。

また、特許文献２に記載のカメラ・デバイスにおいても、特許文献１記載のプラスチックレンズと同様に、硬化収縮による反りの問題が発生する。例えば、特許文献２に記載のカメラ・デバイスは、その製造段階において図１９に示すレンズアレイを用いる。このレンズアレイでは、複数のレンズ１０１は、それぞれレンズ基板１０２に形成された複数の貫通孔に独立して形成されている。レンズアレイの製造時には、レンズ１０１とレンズ基板１０２の線膨張係数差によって反りが発生する。この反りは、各々のレンズで見る場合には微小であっても、レンズウエハ全体で見る場合には非常に大きくなってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フレームにレンズ部を成形する際に発生するプラスチックレンズの反りを抑制し、高性能かつ高い信頼性を有するプラスチックレンズを提供することにある。

本発明に係るプラスチックレンズは、上記の問題を解決するために、光学面を有するレンズ部と、上記レンズ部の外周に形成されるフレームとを備え、上記レンズ部では、光軸方向における一方の面形状と、他方の面形状とが異なっており、上記レンズ部の上記光軸から上記フレームまでの、上記光軸に対して略垂直な距離は、上記フレームにおける上記光軸方向の一方の端部と、他の一方の端部とで異なっており、上記光軸方向に対する上記距離の変化率は、符号変化しないことを特徴としている。

本発明に係るプラスチックレンズは、光学面を有するレンズ部と、上記レンズ部の外周に形成されるフレームとを備える。

フレームは、レンズ部の形成される部位に、貫通孔を備える形状である。この貫通孔の直径は、プラスチックレンズの一方の面側と、他の一方の面側とで異なる。さらに、貫通孔の直径は、光軸方向に対して変化している。なお、その変化率の符号は、光軸方向に対して変化しない。

フレームの貫通孔は、レンズ部の外周と接している。このため、レンズ部の外周は、フレームにおける貫通孔の直径の変化に伴って、変化している。したがって、レンズ部は、プラスチックレンズの一方の面側において、フレーム側に拡大している突起部位を有する。

プラスチックレンズを製造するときには、インサート成形などを用い、フレームに対してレンズ部を成形する。具体的には、フレームを保持する金型内にレンズ部の材料である熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を充填し、雰囲気温度を成形温度から常温に変化させる。

一般に、上下面の面形状が異なるプラスチックレンズを製造する場合、フレームの材料とレンズ部の材料とで線膨張係数が異なると、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の成形時に、プラスチックレンズの反りが発生してしまう。これは、温度変化に対するフレームおよびレンズ部の線膨張率の違いが原因である。特に、レンズ部の材料の線膨張係数がフレームの材料の線膨張係数よりも大きい時には、プラスチックレンズの反りが発生しやすい。

本発明に係るプラスチックレンズにおいては、プラスチックレンズの凸に反ることが予測される面側に、レンズ部の突起部位が形成されるように構成する。レンズ部の突起部位が、温度収縮し、凸に反ると予測された方向とは反対の方向に反らそうとする応力を加えるため、プラスチックレンズの反りを抑制する。

また、本発明に係るプラスチックレンズにおいて、上記フレームにおける上記レンズ部の形成部位には、上記距離が最も長い側において、平ザグリ形状または皿ザグリ形状が形成されることが好ましい。あるいは、本発明に係るプラスチックレンズにおいて、上記フレームにおける上記レンズ部の形成部位は、テーパー形状であることが好ましい。

上記構成によれば、プラスチックレンズの製造において、成形または機械加工を用いて、フレームを簡便かつ安価に製造することができる。

また、本発明に係るプラスチックレンズにおいて、上記ザグリ形状の深さは、上記光軸方向における上記フレームの長さの１／２以下であることが好ましい。

上記構成によれば、フレームの剛性を著しく損なうことなく、プラスチックレンズの反りを抑制する効果を得ることができる。

さらに、本発明に係るプラスチックレンズにおいて、最も長い上記距離と、最も短い上記距離との比は、１．３以上であることが好ましい。

上記構成によれば、フレーム部における貫通孔の直径は、十分な変化率を有して単調変化することができる。これによって、より効果的にプラスチックレンズの反りを抑制することができる。

また、レンズ部の形成部位にザグリ形状を形成する場合には、上記変化率をより大きくすることによって、ザグリ形状の深さを小さくすることが可能である。これによって、フレームの剛性を保ちつつ、プラスチックレンズの反りを抑制することができる。

本発明に係るプラスチックレンズウエハは、上記プラスチックレンズがアレイ状に成形されていることを特徴としている。

一般に、プラスチックレンズウエハでは、ウエハ上の複数のプラスチックレンズの反りが互いに影響し合うことによって、プラスチックレンズウエハ全体に大きな反りが発生してしまう。

本発明に係るプラスチックレンズウエハによれば、反りを抑制されたプラスチックレンズがアレイ状に設けられているため、プラスチックレンズウエハ全体の反りも抑制されることができる。

本発明に係るプラスチックレンズウエハは、成形金型によって製造されることができる。さらに、上記成形金型は、上記距離が最も長い側における上記光学面と上記フレームとの間に対応する位置に、ゲートを備えることが好ましい。これによって、プラスチックレンズの光学特性に影響を与えることなく、形成後のゲートカット工程を行うことができる。

また、本発明に係るプラスチックレンズは、上記成形金型内に上記フレームを保持した後、上記レンズ部を成形することによって製造されることが好ましい。

また、本発明に係るプラスチックレンズは、プラスチックレンズユニット、撮像装置、および電子機器に対して好適に用いることができる。

本発明に係るプラスチックレンズによれば、光学面を有するレンズ部および上記レンズ部の外周に形成されるフレームにおいて、レンズ部の光軸からフレームまでの該光軸に対して略垂直な距離は、フレームにおける該光軸方向の一方の端部から他の一方の端部まで単調変化するため、プラスチックレンズの凸に反ると予測される側で上記距離が大きく場合、プラスチックレンズの反りを抑制することができる。

本発明に係る実施形態について図１〜図１０を参照して以下に説明する。なお、以下の説明では、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の実施形態および図面に限定されるものではない。

〔第１の実施形態〕
本発明の一実施形態に係るプラスチックレンズ１について、図１（ａ）（ｂ）に基づいて以下に説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るプラスチックレンズ１を模式的に示す俯瞰図であり、図１（ｂ）はプラスチックレンズ１の光軸を通る断面図である。なお、説明の便宜上、図中において、紙面上方をプラスチックレンズ１の上面側、および、紙面下方をプラスチックレンズ１の下面側と仮定する。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、プラスチックレンズ１は、レンズ部２およびフレーム３を備え、フレーム３はレンズ部２の外周に沿って形成されている。レンズ部２はプラスチックレンズ１の中心部分に配置され、かつレンズ部２の中心部分に光学面を有しており、それによってプラスチックレンズ１は光学レンズとして機能する。

フレーム３は、レンズ部２の形成部位である貫通孔を有する。フレーム３の外縁は、光軸方向から見て正方形であるが、これに限られず、円形またはそれに類する形状であってもよい。

フレーム３の材料は、不透明材料であることが好ましい。それによって、フレーム３はレンズ部２に対する遮光機能を有すことができる。また、レンズ部の材料は、フレーム３の材料よりも線膨張係数の大きい材料であることが好ましく、かつ熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂であることが好ましい。

なお、レンズ部２のうちの光学機能を形成する部位を有効径部、レンズ部２のうちの光学機能を形成しない部位とフレームとを併せて非有効径部と称することもできる。

（レンズ部２の形状）
本発明において、レンズ部２における一方の光学面の形状は、他方の光学面の形状と異なればよい。

本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、レンズ部２の光学面は、メニスカスレンズの形状を有しており、プラスチックレンズ１の上面側に配置される、レンズ部２の光学面の半径が、下面側に配置されるものよりも大きく形成されている。この光学面の構成は、プラスチックレンズ１の製造時、プラスチックレンズ1が下面側に凸に反るように働く。

なお、本発明におけるレンズ部２の光学面はメニスカスレンズに限られず、図４に示すような凸レンズ、または図５に示すような凹レンズであってもよい。また、球面レンズに限られず、非球面レンズであってもよい。

（レンズ部２の突起部位）
本発明において、光軸に対して略垂直な面を形成する、フレーム３の一方の表面における穴径は、フレーム３のもう一方の表面における穴径と異なり、かつ穴径の変化率の符号は光軸方向に対して変化しないように構成されていればよい。

本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、フレーム３において、レンズ部２が形成される部位である貫通孔に対して、プラスチックレンズ１の下面側に、平ザグリ形状が形成されている。これによって、フレーム３の貫通孔の直径が、プラスチックレンズ１の上面側から下面側にかけて大きくなっている。

なお、本発明における構成は、平ザグリ形状に限られず、図２に示すように、プラスチックレンズ１の下面側に、上記貫通孔に対する皿ザグリ形状が形成されてもよい。または、図３に示すように、上記貫通孔自体が、プラスチックレンズ１の下面側に向かって広がるテーパー状であってもよい。

図１に示すように、レンズ部２の外周は平ザグリ形状に沿った形状であるため、レンズ部２の外周には、フレーム３側に突起した突起部位が形成される。レンズ部２の外周に形成される突起部位は、図中、光軸方向から見てリング状である。

プラスチックレンズ１の製造時、レンズ部２の突起部位は、レンズ部２における上面側と下面側との面形状の違いによる反りとは、反対の方向に反らそうとする応力を、プラスチックレンズ１に加える。すなわち、プラスチックレンズ1を上面側に凸に反らせるような応力を加える。したがって、レンズ部２の突起部位は、プラスチックレンズ１の反りを抑制することができる。

（平ザグリ形状）
平ザグリ形状について、さらに図１６を参照して説明する。図１６はプラスチックレンズ１の断面図である。図１６に示すように、平ザグリ形状の深さＨ_１は、光軸方向におけるフレーム３の長さ（Ｈ_１＋Ｈ_２）の１／２以下であることが好ましい。これによって、フレーム３の剛性を著しく損なうことなく、平ザグリ形状を形成することができる。また、プラスチックレンズの下面側のフレーム端部における貫通孔の直径と、プラスチックレンズの上面側のフレーム端部おける貫通孔の直径ｒとの比は、１．３以上であることが好ましい。これによって、製造時におけるプラスチックレンズ１の反りをより効果的に抑制することができる。

なお、上記構成は、平ザグリ形状に限られず、皿ザグリ形状に対しても適応することができる。

（プラスチックレンズ１の成形金型および製造方法）
本発明に係るプラスチックレンズ１の成形金型９および製造方法について、図６を参照して以下に説明する。図６は、プラスチックレンズ１の成形金型を部分的に示す断面図である。

プラスチックレンズ１の成形金型９は、プラスチックレンズ１を形成する構成であれば特に限定されないが、図６に示すように、ゲート６、レンズコア７、およびパーティクル面８を備えることが好ましい。ゲート６は、樹脂を形成金型９内に射出するゲートであり、レンズコア７は、レンズ部２のレンズ面を形成する型である。また、パーティクル面８は、成形金型９内にフレームを保持するために、形成金型９に形成された突起である。

ゲート６は、成形金型９内の空間において、レンズ部２のザグリ形状の突起部位に対応する位置に設けられることが好ましい。これによって、プラスチックレンズ１におけるレンズ面の光学特性に影響を与えることなく、形成後のゲートカット工程を行うことができる。

プラスチックレンズ１の製造方法では、形成したフレーム３を成形金型９内に保持し、その後、成形金型９内にゲート６から光学樹脂を充填してレンズ部２を成形すれば、限定されない。

なお、プラスチックレンズ１の成形金型および製造方法については、次のように表現することもできる。

プラスチックレンズを成形するための圧縮成形金型であって、上記圧縮成形金型は、光学面を有する有効径部の形状に対応する空洞を有する有効径部形成部と、上記有効径部の外周に形成された非有効径部の形状に対応する空洞を有する非有効径部形成部と、上記非有効径部形成部に設けられたフレーム保持と位置決め機能を有する突起形状を備える。プラスチックレンズの製造方法は、上記圧縮成形金型にフレームを保持した後、光学材料を流し込み成形することを特徴とする。

あるいは、プラスチックレンズを成形するための圧縮成形金型であって、上記圧縮成形金型は、光学面を有する有効径部の形状に対応する空洞を有する有効径部形成部と、上記有効径部の外周に形成された非有効径部の形状に対応する空洞を有する非有効径部形成部と、上記非有効径部形成部に設けられたフレーム保持と位置決め機能を有する突起形状と、上記非有効径部形成部に設けられた光学樹脂を射出するゲートとを備える。プラスチックレンズの製造方法は、上記圧縮成形金型にフレームを保持した後、光学材料を射出成形することを特徴とする。

〔第二の実施形態〕
本発明の一実施形態に係るプラスチックレンズウエハ１０について、図７（ａ）（ｂ）を参照して以下に説明する。図７（ａ）は、本発明の一実施形態に係るプラスチックレンズウエハ１０を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＸで囲った部分を示す断面図である。

なお、説明の便宜上、図中において、紙面上方をプラスチックレンズウエハ１０の上面側、および、紙面下方をプラスチックレンズウエハ１０の下面側と仮定する。また、プラスチックレンズウエハ１０において、プラスチックレンズ１と同様の構成を有す部材には、同様の部材番号を付している。

図７（ａ）に示すように、プラスチックレンズウエハ１０は、ウエハ５上に、アレイ状に並べられた複数のレンズ部２を備えている。また、図７（ｂ）に示すように、複数のレンズ部２の形成部位である、ウエハ５における複数の貫通孔には、プラスチックレンズウエハ１０の下面側に平ザグリ形状が形成されている。

一般に、プラスチックレンズウエハでは、ウエハサイズが大きくなるにつれ、製造時における反りが二次関数的に増大する。本発明に係るプラスチックレンズウエハ１０は、プラスチックレンズ１と同様の構成を複数有すため、プラスチックレンズウエハ１０における全体的な反りを抑制することができる。

なお、プラスチックレンズウエハ１０は、スペーサおよび絞りと積層することによって、レンズユニットの製造に用いることができる。また、プラスチックレンズウエハ１０は、スペーサ、絞り、および撮像素子と積層することによって、撮像装置の製造に用いることができる。

〔第三の実施形態〕
本発明の一実施形態に係る撮像装置１１’について、図８〜１０を参照して以下に説明する。図８は、積層前のウエハレベルの撮像装置１１を示す断面図であり、図９は、積層後のウエハレベルの撮像装置１１を示す断面図である。図１０は、個片化後の撮像装置１１’を示す断面図である。

撮像装置１１’は、図８および図９に示すように、プラスチックレンズウエハ１１ａ〜ｃをスペーサ１２ａ〜ｃおよびウエハレベルの撮像素子１３と積層することによって製造されることができる。なお、積層するプラスチックレンズウエハ１１ａ〜ｃの数は３層に限られず、任意に設定してもよい。プラスチックレンズウエハ１１ａ〜ｃにおける各レンズ部の形状については、それぞれ異なる形状であってもよい。

また、各プラスチックレンズウエハ１１ａ〜ｃについて、プラスチックレンズウエハ１１ａでは下面側にザグリ形状が設けられ、プラスチックレンズウエハ１１ｂでは上面側にザグリ形状が設けられ、さらにプラスチックレンズウエハ１１ｃではテーパー形状が設けられている。これら形状の組み合わせは限定されず、任意に組み合わせ可能である。

図９に示す積層されたウエハレベルの撮像装置１１を個変化すると、図１０に示す撮像装置１１’が得られる。撮像装置１１’は、反りを抑制されたプラスチックレンズウエハ１１ａ〜ｃを用いて形成されるため、各レンズ部同士の位置ずれや傾き等が低減され、それによって性能を向上させることができる。

また、撮像装置１１’は電子機器に搭載することによって、その性能を向上させることができる。

以下、実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
実施例１においては、レンズ部形成部位であるフレームの貫通孔に、平ザグリ形状、皿ザグリ形状、またはテーパー形状をそれぞれ施した、メニスカスレンズ状のプラスチックレンズに対し、有限要素法を用いたシミュレーションを実施した。

本実施例に用いるメニスカスレンズ状のプラスチックレンズの寸法について図１１を参照して説明する。図１１はメニスカスレンズ状のプラスチックレンズの寸法を示すための断面図であり、平ザグリ形状、皿ザグリ形状、およびテーパー形状については図示していない。図１１に示すように、本実施例に用いるプラスチックレンズの一辺の長さＡを４．４ｍｍ、フレーム厚さＨを０．５ｍｍとし、プラスチックレンズの上面側のフレーム端部おける貫通孔の直径ｒを２．２ｍｍとした。

なお、レンズ部の光学面の半径は、プラスチックレンズの上面側において２．１６６７ｍｍとし、下面側において３．１２５０ｍｍとした。

また、平ザグリ形状、皿ザグリ形状、またはテーパー形状については、図１１に示すプラスチックレンズの下面側に施した。平ザグリ形状、皿ザグリ形状の寸法については、プラスチックレンズの下面側のフレーム端部おける貫通孔の直径と、プラスチックレンズの下面側のフレーム端部からのザグリ形状の深さとによって設定した。テーパー形状については、プラスチックレンズの下面側のフレーム端部における貫通孔の直径によって設定した。

レンズ部を形成する材料の物性については、線膨張係数を１１０ｐｐｍ／℃、ヤング率を０．５ＧＰａ、ポアソン比を０．３とした。フレームを形成する材料の物性については、線膨張係数を２０ｐｐｍ／Ｋ、ヤング率を１０ＧＰａ、ポアソン比を０．３とした。

シミュレーションでは、雰囲気温度を１５０℃の成形温度から常温２４℃に変化させたときの、プラスチックレンズの一辺の反り量を解析した。

（シミュレーション結果）
まず、平ザグリ形状を施したプラスチックレンズに対して、有限要素法を用いてシミュレーションを実施した。

その結果、直径３．０ｍｍおよび深さ０．２５ｍｍの平ザグリ形状を施したプラスチックレンズでは、反り量は０．８３５μｍとなった。直径３．０ｍｍおよび深さ０．１５ｍｍの平ザグリ形状を施したプラスチックレンズでは、反り量は１．８５μｍとなった。直径３．５ｍｍおよび深さ０．２５ｍｍの平ザグリ形状を施したプラスチックレンズでは、反り量は２．３３μｍであった。

次に、皿ザグリ形状を施したプラスチックレンズに対して、有限要素法を用いてシミュレーションを実施した。

その結果、直径３．０ｍｍおよび深さ０．２５ｍｍの皿ザグリ形状を施したプラスチックレンズでは、反り量は２．６０μｍとなった。直径３．５ｍｍおよび深さ０．２５ｍｍの皿ザグリ形状を施したプラスチックレンズでは、反り量は１．３５μｍとなった。直径３．０ｍｍおよび深さ０．１５ｍｍの皿ザグリ形状を施したプラスチックレンズでは、反り量は２．８４μｍとなった。

次に、テーパー形状を施したプラスチックレンズに対して、有限要素法を用いてシミュレーションを実施した。

その結果、直径３．０ｍｍのテーパー形状を施したプラスチックレンズでは、反り量は２．１４μｍとなった。直径３．５ｍｍとなるテーパー形状を施したプラスチックレンズでは、反り量は０．４０６μｍとなった。

なお、実施例１における全ての結果において、プラスチックレンズは、下面側が凸状になるように反った。

比較例１では、フレームの貫通孔の直径が単調変化しないメニスカスレンズ状のプラスチックレンズに対して、実施例１と同様の条件の下、有限要素法を用いてシミュレーションを実施した。その結果、上記プラスチックレンズは下面側が凸状になるように反り、その反り量は３．４２μｍであった。

（結果のまとめ）
上記結果より、実施例１は、平ザグリ形状、皿ザグリ形状、およびテーパー形状それぞれの形状において、比較例１よりもプラスチックレンズの反り量を低減させた。各形状のうち、平ザグリ形状は、最も効果的にプラスチックレンズの反りを抑制した。次に効果的であった形状は、テーパー形状であった。

また、各形状において、プラスチックレンズの下面側のフレーム端部における貫通孔の直径が３．５ｍｍであるとき、より効果的にプラスチックレンズの反りを抑制した。プラスチックレンズの上面側のフレーム端部おける貫通孔の直径ｒは２．２ｍｍである。したがって、プラスチックレンズの下面側のフレーム端部における貫通孔の直径と、プラスチックレンズの上面側のフレーム端部おける貫通孔の直径ｒとの比は、１．３以上であることが好ましい。

〔実施例２〕
実施例２においては、平ザグリ形状または皿ザグリ形状を施した、凸レンズ状のプラスチックレンズに対して、有限要素法を用いたシミュレーションを実施した。

本実施例に用いる凸レンズ状のプラスチックレンズの寸法について図１２を参照して説明する。図１２は凸レンズ状のプラスチックレンズの寸法を示すための断面図であり、平ザグリ形状および皿ザグリ形状については図示していない。図１２に示すように、本実施例に用いるプラスチックレンズの一辺の長さＡを４．４ｍｍ、フレーム厚さＨを０．５ｍｍとし、プラスチックレンズの上面側のフレーム端部おける貫通孔の直径ｒを２．２ｍｍとした。

なお、レンズ部の光学面の半径は、プラスチックレンズの上面側において２．１６６７ｍｍとし、下面側において１２．１２５ｍｍとした。

また、その他のシミュレーション条件については、実施例１と同様にした。

（シミュレーションの結果）
まず、平ザグリ形状を施したプラスチックレンズに対して、有限要素法を用いてシミュレーションを実施した。その結果、直径３．０ｍｍおよび深さ０．２５ｍｍの平ザグリ形状を施したプラスチックレンズでは、反り量は１．４７μｍであった。

次に、皿ザグリ形状を施したプラスチックレンズに対して、有限要素法を用いてシミュレーションを実施した。その結果、直径３．０ｍｍおよび深さ０．２５ｍｍの皿ザグリ形状を施したプラスチックレンズでは、反り量は０．３６０μｍであった。

なお、上記の実施例２における結果において、プラスチックレンズは、それぞれ下面側が凸状になるように反った。

比較例２では、フレームの貫通孔の直径が単調変化しない凸レンズ状のプラスチックレンズに対して、実施例２と同様の条件の下、有限要素法を用いてシミュレーションを実施した。その結果、上記プラスチックレンズは下面側が凸状になるように反り、その反り量は１．６３μｍであった。

上記結果より、実施例２は、平ザグリ形状および皿ザグリ形状それぞれの形状において、比較例２よりもプラスチックレンズの反り量を低減させた。また、実施例１とは異なり、皿ザグリ形状が、平ザグリ形状よりも効果的にプラスチックレンズの反りを抑制した。

〔実施例３〕
実施例３においては、皿ザグリ形状を施した、凹レンズ状のプラスチックレンズに対して、有限要素法を用いたシミュレーションを実施した。

本実施例に用いる凹レンズ状のプラスチックレンズの寸法について図１３を参照して説明する。図１３は凹レンズ状のプラスチックレンズの寸法を示すための断面図であり、皿ザグリ形状については図示していない。図１３に示すように、本実施例に用いるプラスチックレンズの一辺の長さＡを４．４ｍｍ、フレーム厚さＨを０．５ｍｍとし、プラスチックレンズの上面側のフレーム端部おける貫通孔の直径ｒを２．２ｍｍとした。

また、その他のシミュレーション条件については、実施例１と同様にした。

なお、レンズ部の光学面の半径は、プラスチックレンズの上面側において１２．１２５ｍｍとし、下面側において３．１２５０ｍｍとした。

（シミュレーションの結果）
実施例３では、直径３．０ｍｍおよび深さ０．２５ｍｍの皿ザグリ形状を施したプラスチックレンズに対して、有限要素法を用いてシミュレーションを実施した。その結果、プラスチックレンズは、実施例１および２と異なり、上に凸となるように反った。その反り量は０．０４μｍであった。

一方、比較例３では、フレームの貫通孔の直径が単調変化しない凹レンズ状のプラスチックレンズに対して、実施例３と同様の条件の下、有限要素法を用いてシミュレーションを実施した。その結果、上記プラスチックレンズは下面側が凸状になるように反り、その反り量は１．３９μｍとなった。

したがって、実施例３は、比較例３よりもプラスチックレンズの反り量を低減させた。

〔実施例４〕
実施例４においては、図１４に示すプラスチックレンズウエハ１３に対して、有限要素法を用いたシミュレーションを実施した。図１４（ａ）は、プラスチックレンズウエハ１３を光軸方向から見た俯瞰図であり、図１４（ｂ）は、プラスチックレンズウエハ１３の断面図である。

プラスチックレンズウエハ１３は、図１６に示すような平ザグリ形状が形成されたプラスチックレンズを４×４個備えるものを用いた。各プラスチックレンズのサイズは４．４ｍｍ×４．４ｍｍ×０．５ｍｍとし、プラスチックレンズウエハ１３のサイズは１７．６ｍｍ×１７．６ｍｍ×０．５ｍｍとした。このプラスチックレンズの寸法については、プラスチックレンズの一辺の長さＡ_２を４．４ｍｍ、フレーム１７の厚さ（Ｈ_１＋Ｈ_２）を０．５ｍｍとした。さらに、プラスチックレンズの上面側のフレーム１７端部おける貫通孔の直径ｒを２．２ｍｍとし、平ザグリ形状の深さＨ_１を０．２ｍｍとした。

また、プラスチックレンズウエハ１３において、レンズ部１６を形成する材料の物性については、線膨張係数を１１０ｐｐｍ／℃、ヤング率を０．５ＧＰａ、ポアソン比を０．３とした。フレーム１７を形成する材料の物性については、線膨張係数を２０ｐｐｍ／Ｋ、ヤング率を１０ＧＰａ、ポアソン比を０．３とした。

シミュレーションでは、雰囲気温度を１５０℃の成形温度から常温２４℃に変化させたときの、図１４（ｂ）に示すプラスチックレンズウエハ１３の一辺のたわみ量δを解析した。その結果、実施例４におけるプラスチックレンズウエハ１３は、上面側に凸状にたわみ、そのたわみ量は−９．０μｍとなった。

一方、比較例４では、図１５に示す形状のプラスチックレンズを備えるプラスチックレンズウエハにおいて、実施例４と同様にシミュレーションを行った。その結果、比較例４におけるプラスチックレンズウエハのたわみ量は５２．０μｍとなった。

したがって、実施例４は、比較例４よりもプラスチックレンズウエハのたわみ量を低減させた。

（ウエハサイズとたわみ量との関係）
比較例１におけるプラスチックレンズの反りは３．４２μｍであり、比較例４におけるプラスチックレンズウエハのたわみ量が５２．０μｍであった。それらを比較すると、プラスチックレンズウエハは、そのサイズに対して二次関数的にたわみ量が増加することが分かった。したがって、実施例４および比較例４における、ウエハサイズとたわみ量との関係を推定し、その結果を図１７に示した。

なお、図１７において、縦軸はプラスチックレンズウエハのたわみ量（ｍｍ）を示し、横軸はプラスチックレンズの一辺に配置されるプラスチックレンズの個数ａを示した。また、図１７において、プラスチックレンズウエハの上面側が凸状にたわむ場合には、そのたわみ量を負のたわみ量として示した。

図１７に示すように、プラスチックレンズの一辺に配置されるプラスチックレンズの個数ａが３０個のとき、比較例のたわみ量は３．００ｍｍであるのに対し、実施例４のたわみ量は−０．５２ｍｍである。

したがって、プラスチックレンズウエハのサイズが大きくなるに伴い、実施例４におけるプラスチックレンズウエハは、プラスチックレンズウエハの反りをより顕著に抑制することが分かった。

本発明に係るプラスチックレンズは、各種光学機器に搭載される光学素子として、好適に利用することができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係るプラスチックレンズを示す上面図であり、（ｂ）はその断面図である。 本発明の他の実施形態に係るプラスチックレンズを示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るプラスチックレンズを示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るプラスチックレンズを示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るプラスチックレンズ示す断面図である。 本発明に係るプラスチックレンズの形成金型を示す断面図である。 （ａ）は本発明に係るプラスチックレンズウエハを示す斜視図であり、（ｂ）はその部分断面図である。 本発明に係る撮像装置の製造工程を説明する断面図である。 本発明に係る撮像装置の製造工程を説明する断面図である。 本発明に係る撮像装置を示す断面図である。 プラスチックレンズの形状および寸法を説明する断面図である。 プラスチックレンズの形状および寸法を説明する断面図である。 プラスチックレンズの形状および寸法を説明する断面図である。 （ａ）は実施例におけるプラスチックレンズウエハを示す上面図であり、（ｂ）はそのたわみ量を説明する断面図である。 比較例におけるプラスチックレンズの形状および寸法を説明する断面図である。 実施例におけるプラスチックレンズの形状および寸法を説明する断面図である。 実施例および比較例における、プラスチックレンズウエハサイズとたわみ量との関係を示すグラフである。 従来のプラスチックレンズを示す図である。 従来のレンズアレイを示す図である。

符号の説明

１，１ａ〜１ｄ プラスチックレンズ
２，２ａ〜２ｄ レンズ部
３，３ａ，３ｂ フレーム

Claims (12)

1. 光学面を有するレンズ部と、
   上記レンズ部の外周に形成されるフレームとを備え、
   上記レンズ部では、光軸方向における一方の面形状と、他方の面形状とが異なっており、
   上記レンズ部の上記光軸から上記フレームまでの、上記光軸に対して略垂直な距離は、上記フレームにおける上記光軸方向の一方の端部と、他の一方の端部とにおいて異なっており、
   上記光軸方向に対する上記距離の変化率の符号が変化しないことを特徴とするプラスチックレンズ。
2. 上記フレームにおける上記レンズ部の形成部位には、上記距離が最も長い側において、平ザグリ形状または皿ザグリ形状が形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラスチックレンズ。
3. 上記フレームにおける上記レンズ部の形成部位は、テーパー形状であることを特徴とする請求項１に記載のプラスチックレンズ。
4. 上記ザグリ形状の深さは、上記光軸方向における上記フレームの長さの１／２以下であることを特徴とする請求項２に記載のプラスチックレンズ。
5. 最も長い上記距離と、最も短い上記距離との比は、１．３以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラスチックレンズ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラスチックレンズがアレイ状に成形されていることを特徴とするプラスチックレンズウエハ。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラスチックレンズを成形することを特徴とする成形金型。
8. 上記距離が最も長い側における上記光学面と上記フレームとの間に対応する位置に、ゲートを備えることを特徴とする、請求項７に記載の成形金型。
9. 請求項７または８に記載の成形金型内に上記フレームを保持した後、上記レンズ部を成形することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラスチックレンズの製造方法。
10. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラスチックレンズを備えることを特徴とするプラスチックレンズユニット。
11. 請求項１０に記載のプラスチックレンズユニットを備えることを特徴とする撮像装置。
12. 請求項１１に記載の撮像装置を備えることを特徴とする電子機器。

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