CN105050792A - 光学元件以及光学元件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供能够低成本地实现光学面的面精度的提高和双折射的降低的光学元件的制造方法。在通过注塑成型制造具有光学面(1091、1092)和与光学面(1092)经由棱线邻接的非光学面(1093A)的光学元件(1090A)的方法中，通过模具面形成非光学面(1093A)。模具面包括具有第1表面粗糙度的作为第1区域的缩痕形成区域(1095)、和具有与第1表面粗糙度不同的第2表面粗糙度的设置于第1区域的外侧的作为第2区域的高转印区域(1094)。
Description
技术领域
本发明涉及通过在空腔中对树脂进行注塑成型而得到的光学元件以及上述光学元件的制造方法。
背景技术
近年来，针对透镜、棱镜等光学元件，要求各种用途、薄型化，要求高精度且均质地对特异的形状进行成型。特别，关于光学面形状精度和内部的双折射，要求高的均匀性。另外，以往，针对玻璃制的产品是主流的产品群，也依照成本降低的要求，要求向塑料制的光学元件(塑料透镜、塑料反射镜等)的变化。
为了通过注塑成型按照期望的形状高精度地对塑料制的光学元件进行成型，在使模具的空腔内的熔融树脂填充的工序中，期望使空腔内的树脂压力、树脂温度变得均匀，期望使树脂均匀地遍布于模内。并且，直至树脂充分固化，需要持续施加树脂压力。另外，在复杂的厚度不均形状的成型品中，冷却固化的速度根据部位而不同，所以产生内部应力。在通过高精度地注塑成型而得到塑料光学元件时，采取上述那样的成型方法是广泛公知的，存在虽然能够提高树脂成型面的形状转印性能，但容易产生保压工序、内部变形所致的双折射这样的问题。
另一方面，为了降低双折射，必须进行将空腔内的树脂压力抑制得较低的注塑成型(低压注塑成型)。但是，在低压注塑成型中无法补偿在模具内填充了的树脂冷却收缩了的体积。因此，存在容易在包括成型品的所有部位产生缩痕、并且由于收缩量的增大在充分硬化之前想要得到的光学面从模具转印面离开、光学面形状的成型转印性能恶化这样的缺点。以下，将该上述光学面的微细的转印不良与可外观评价的一般的缩痕区分开，说明定义为“型面碰研”。关于型面碰研，根据用激光干涉计得到的干涉条纹照片(参照图14A、图14B)来说明。如果在有无型面碰研的情况下比较干涉条纹，则明确可知，在有型面碰研的情况(参照图14B)下，由于光学面内的转印状态的差，产生边界，面出现分割。图14A示出无型面碰研的情况下的干涉条纹。如图14A所示，在无型面碰研的情况下，不会由于光学面内的转印状态的差而产生边界且面出现分割。此处，“型面碰研”是指，定义为能够通过干涉条纹判断有无的水平的微细的光学面转印不良。图14C是示出通过解析图14A、图14B所示的干涉条纹而得到的与照片长边平行的中央剖面形状的图。实线示出图14A的剖面，可知光学面形成了连续的平缓的凹面。虚线示出图14B的剖面，可知在线的不连续的部分在光学面产生了型面碰研。
作为尽可能减小通过注塑成型法得到的光学元件的双折射、并且提高必要的光学面的成型转印精度的方法，已知通过低压注塑成型进行成型，并且在非光学面和光学面的边界中设置肋部(突起)，在与具有该肋部的面相同的面具有通过不完全转印模具的空腔形状而形成了的凹形状的不完全转印部，并且，在转印面以外的至少1个面具有凸形状的不完全转印部的塑料成型品(参照专利文献1)。根据上述结构，缩痕区域对光学面的面精度造成的影响少，所以不会在转印面产生缩痕以及型面碰研而能够提高转印面的形状精度。
专利文献1：日本特开2012-20511号公报
发明内容
但是，在上述以往技术中，为了减小在制造过程中缩痕区域对光学面的面精度造成的影响，需要新设置在非光学面和光学面的边界设置肋部的工序，制造工序、模具以及光学元件的形状变得复杂化。特别是近年来，针对产品要求省空间、小型化，针对在空间上有限制的光学元件，无法使用该专利文献1叙述的发明。另外，即使假设想要减小肋部来应对空间的限制要求，在与想要得到的光学面邻接地存在肋部的情况下，如果缩痕量较大，则无法用肋部完全控制，连在光学面中也形成缩痕以及型面碰研。一般，缩痕量以某恒定的幅度而是随机的，所以不得不增大不需要的肋部。
因此，本发明的课题在于通过使不需要的肋部、复杂的模结构、成型方法变得不必要的简便的方法而得到必要的光学面的形状转印精度优良、并且双折射小的光学元件。
为了解决上述课题中的至少一个，反映了本发明的一侧面的光学元件的制造方法是通过注塑成型制造具有光学面和与光学面经由棱线邻接的非光学面的光学元件的方法，其中，具有如下步骤：通过包括具有第1表面粗糙度且用于形成缩痕区域的第1区域、和具有比第1表面粗糙度大的第2表面粗糙度且位于第1区域与光学面之间的第2区域的模具面来形成非光学面。
另外，为了解决上述课题中的至少一个，通过上述制造方法制造反映了本发明的一侧面的光学元件。
这样，根据本发明中的光学元件的制造方法，能够低成本地实现光学面的面精度的提高和双折射的降低。
附图说明
图1是用于说明实施例1的光学元件的制造方法的示意图。
图2A是示出实施例1的光学元件的外观立体图。
图2B是示出其他实施例的光学元件的外观立体图。
图3是用于说明实施例1～实施例6中的关于双折射分布以及光学面精度的评价的表。
图4是用于说明实施例2的光学元件的制造方法的示意图。
图5是用于说明实施例3的光学元件的制造方法的示意图。
图6是用于说明比较例1的光学元件的制造方法的示意图。
图7是用于说明比较例2的光学元件的制造方法的示意图。
图8是用于说明比较例3的光学元件的制造方法的示意图。
图9是用于说明比较例4的光学元件的制造方法的示意图。
图10是用于说明比较例1～比较例5中的关于双折射分布以及光学面精度的评价的表。
图11是示出邻接光学面间距离内的高转印部距离和光学面精度的关系的表。
图12A是示出使可动模具和固定模具对顶而形成空腔的所谓合模工序的情形的示意图。
图12B是示出使棱镜从注塑成型机脱模的所谓突出工序的情形的示意图。
图13A是示出用于说明高转印区域的宽度(单侧)和光学面精度的关系的一个例子的图。
图13B是示出用于说明高转印区域的宽度(单侧)和光学面精度的关系的其他例的图。
图14A是示出无型面碰研的情况下的干涉条纹的图。
图14B是示出有型面碰研的情况下的干涉条纹的图。
图14C是示出有无型面碰研下的非光学面的宽度和高度的关系的图。
图15是示出棱镜的一个变形例的图。
图16是示出棱镜的另一变形例的图。
图17A是示出棱镜的又一变形例的立体图。
图17B是图17A的纵剖面图。
图17C是图17A的侧面图。
图18是示出透镜的一个变形例的图。
图19是示出透镜的另一变形例的图。
图20是示出图15～图19所示的各光学元件中的光学面评价的图。
(符号说明)
1090A：光学元件；1090B：光学元件；1090C：光学元件；1091：光学面；1092：光学面；1093A：非光学面；1093B：非光学面；1093C：非光学面；1094：高转印区域；1095：低转印区域(缩痕形成区域)；1097：陶瓷层；1200：注塑成型模具的一部分；1300：可动模具芯套匣；1301：可动侧镜面芯；1302A：可动侧背面芯；1302B：可动侧背面芯；1302C：可动侧背面芯；1310：固定模具芯套匣；1320：突出销；1330：凹部(空腔)。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
图1是用于说明实施例1的光学元件的制造方法的示意图。图2A是示出实施例1的光学元件的外观立体图。图2B是示出其他实施例的光学元件的外观立体图。图3是用于说明实施例1～实施例6中的关于双折射分布以及光学面精度的评价的表。图4是用于说明实施例2的光学元件的制造方法的示意图。图5是用于说明实施例3的光学元件的制造方法的示意图。图6是用于说明比较例1的光学元件的制造方法的示意图。图7是用于说明比较例2的光学元件的制造方法的示意图。图8是用于说明比较例3的光学元件的制造方法的示意图。图9是用于说明比较例4的光学元件的制造方法的示意图。图10是用于说明比较例1～比较例5中的关于双折射分布以及光学面精度的评价的表。图11是示出邻接光学面间距离内的高转印部距离和光学面精度的关系的表。图12A是示出使可动模具和固定模具对顶而形成空腔的所谓合模工序的情形的示意图。图12B是示出使棱镜从注塑成型机脱模的所谓突出工序的情形的示意图。图13A是示出用于说明高转印区域的宽度(单侧)和光学面精度的关系的一个例子的图。图13B是示出用于说明高转印区域的宽度(单侧)和光学面精度的关系的其他例的图。图14A是示出无型面碰研的情况下的干涉条纹的图，图14B是示出有型面碰研的情况下的干涉条纹的图，图14C是示出有无型面碰研下的非光学面的宽度和高度的关系的图。图15是示出棱镜的一个变形例的图。图16是示出棱镜的另一变形例的图。图17A是示出棱镜的又一变形例的立体图，图17B是纵剖面图，图17C是侧面图。图18是示出透镜的一个变形例的图。图19是示出透镜的另一变形例的图。图20是示出图15～图19所示的各光学元件中的光学面评价的图。
以下，参照附图，说明通过使用了模具的注塑成型制造光学元件的方法。以棱镜为代表的光学元件1090A是如图2所示由对于所使用的光透明的树脂构成的电介体介质，其形状是梯形柱体，优选为等腰梯形柱体。另外，关于棱镜的形状，棱镜也可以是梯形柱体以外，棱镜也可以置换为难以被称为棱镜的形状物。例如，棱镜既可以是半圆柱体，棱镜也可以置换为板形状的例子。
另外，在本发明中使用的棱镜未特别限定用途，也可以是透镜那样的例子。关于与其他用途有关的透镜，参照图18以及图19后述。
另外，光学元件1090A如图2A所示，具备光学面1091、1092和非光学面1093A。与光学面1091对置的面成为非光学面1093A。一方的光学面1092成为入射面，另一方的光学面1092成为出射面，光学面1091成为反射面。另外，关于形态，也可以是图2B所示的在侧面部具有定位部1088那样的形状的光学元件。关于光学元件的又一方式在后面叙述。
[光学元件的制作方法]
光学元件1090A使用注塑成型机，经由规定的工序完成。此处，参照图12A以及图12B，简单地说明使用了注塑成型模具的注塑成型工序。另外，图12A是示出使可动模具和固定模具对顶而形成空腔的所谓合模工序的情形的示意图。图12B是示出使光学元件从注塑成型机脱模的所谓突出工序的情形的示意图。
可动侧模具芯的套匣(以下称为“可动侧模具芯套匣”)1300构成为包括可动侧背面芯1302A、和配置成夹着可动侧背面芯1302A的一对可动侧镜面芯1301、1301。可动侧背面芯1302A的表面区域具有作为容易形成缩痕的区域的转印区域(以下称为“缩痕形成区域”)1095、和作为不易形成缩痕的区域且在转印区域1095的两侧邻接配置了的各高转印区域1094、1094。在表面区域的四角配置突出销1320。
注塑成型模具的一部分(以下为便于说明有时称为“注塑成型模具”)1200如图1所示，由形成了具有注塑成型品(光学元件1090A)的形状的凹部(腔)1330的可动侧模具芯套匣1300、具有通过与可动侧模具芯套匣1300对顶而塞住凹部1330的功能的固定侧模具芯的套匣(以下称为“固定侧模具芯套匣”)1310、突出销1320、以及喷射器部件(未图示)构成，从圆筒部1260对空腔供给作为注塑成型品的材料的树脂材料。
如图12A所示，注塑成型模具1250构成为包括形成了具有注塑成型品的形状的凹部(空腔)1330的可动侧模具芯套匣1300、具有通过与可动侧模具芯套匣1300对顶而塞住凹部1330的功能的固定侧模具芯套匣1310、突出销1320、喷射器部件1325、以及对空腔供给作为注塑成型品的材料的树脂材料的圆筒部1260。
在注塑成型的工序中，有合模工序、射出工序、保压工序、冷却工序、开模工序、突出/产品取出工序，按照该顺序，进行注塑成型。在合模工序中，通过使可动侧模具芯套匣1300和固定侧模具芯套匣1310对顶，塞住在可动侧模具芯套匣1300中形成了的凹部1330而形成空腔。接下来，从树脂材料供给炉1303射出树脂材料(熔融树脂)1305并将其填充到空腔(射出工序)。将树脂材料经由浇道1177、浇口1176填充到空腔。另外，树脂材料在被填充到模具的空腔内时，在模具中冷却而收缩。通过该收缩，体积变化，所以该收缩作用成为成型品的尺寸变化、形状转印不良等原因。为了防止这些情况，在成型机侧施加保压，补偿由于收缩而减少了的量的树脂(保压工序)。接下来，直至成为从模具取出的温度程度，在模具内冷却(冷却工序)。
接下来，如果经过规定时间而树脂材料1305被充分冷却，则如图12B所示，使可动侧模具芯套匣1300离开固定侧模具芯套匣1310(开模工序)。此时，成型品附加到可动侧模具芯套匣1300。接下来，通过使突出销1320滑动到固定侧模具芯套匣1310而光学元件1090A脱模(突出工序)。通过对该光学元件1090A接合未图示的基板以及流路形成零件，得到传感器芯片1026。
在上述保压工序中产生在光学元件1090A的缩痕面1175产生的缩痕。通过65MPa以下的保压设定而在缩痕面1175产生缩痕。另外，在突出工序时，一般，对注塑成型品附加突出销迹，但本次在光学元件1090A的缩痕面1175，与突出销1320的配置对应地形成突出销迹1180。
在后述各实施例(实施例1～实施例6)中，使用高转印区域1094的短边宽是amm、缩痕形成区域1095的短边宽是bmm、可动侧背面芯1302A的短边宽是cmm的注塑成型模具1200，改变后述可动侧背面芯1302A的材质、导热系数、表面粗糙度，进行了光学元件的双折射分布以及光学面精度(光学面1091、1092的光学面精度)的评价。另外，将从邻接光学面距离减去单侧的高转印部距离而得到的距离d称为对邻接光学面距离，使距离a相对距离d的比例成为40％，进行了后述评价。
另外，高转印区域1094以及缩痕形成区域1095是本来在光学元件1090A的非光学面1093A形成的区域，但可动侧背面芯1302A的背面区域和非光学面1093A对应，所以在以下的说明中，为便于说明，说明为关于可动侧背面芯1302A的背面区域也具有高转印区域1094以及缩痕形成区域1095。另外，以下的说明中，将与非光学面对置的(未与非光学面邻接的)光学面1091称为对置侧光学面(固定侧光学面)，将与非光学面邻接的光学面1092称为邻接光学面。
[可动侧背面芯的导热系数(W·m/K)]
缩痕形成区域1095中的第1导热系数是0.6W·m/K以上且20W·m/K以下，高转印区域1094中的第2导热系数处于8W·m/K以上且200W·m/K以下的范围内，期望第1导热系数比第2导热系数更低。期望第1导热系数比第2导热系数更小的理由在于，通过使希望使非光学面的缩痕集中的部位的导热系数小于非光学面的难以形成缩痕的部位的导热系数，缩痕不会到达与非光学面邻接的光学面，而提高光学面的面精度。
第1导热系数期望处于8W·m/K以上且200W·m/K以下的范围内。作为满足上述数值范围的模具材料，例如，可以举出镀层、铜合金。第2导热系数期望处于0.6W·m/K以上且20W·m/K以下的范围内。作为满足上述数值范围的模具材料，可以举出在SUS材料上粘贴隔热树脂材料或者涂层而得到的材料、在SUS材料上粘贴陶瓷层或者用热喷涂层叠而而到的材料、在SUS材料上层叠Ni-P镀层而得到的材料、“一胜百”材料(STAVAX)。
(关于背面芯表面的缩痕形成区域的模具材料的体量)
另外，关于具有缩痕形成区域的第1导热系数的模具材料的厚度，期望尽可能薄，以得到不产生冷却不均而双折射的分布稳定的分布、均匀的分布，当然根据对各光学元件要求的规格，适宜地调整来决定。例如，也可以为母材料是“一胜百”材料的缩痕形成区域的表面被均匀地镀层处理成低热传导材料，缩痕形成区域被折叠处理，缩痕形成区域端部被鼓风处理，端部的表面粗糙度Ra的一方较大这样的条件。根据这样的结构，能够在背面引发缩痕，并且，鼓风处理了的端部区域实现更高的转印，从而能够抑制型面碰研对光学面的影响。
此处，隔热树脂材料是指，涂层了耐热性、耐化学药品性优良的聚酰亚胺的材料，以聚酰亚胺为基础而涂覆了耐热性硅系粘着剂的膜。另外，“一胜百”材料是铬合金不锈钢工具钢、且是耐腐蚀性、耐磨损性特别优良的金属，在HRC下推荐大致45～54，常温下的密度是7800kg/m3、比热是460J/(kg.k)、成分含有Cr(铬)、V(钒)、Mn(锰)、Si(硅)、C(碳)等。另外，第2导热系数期望比第1导热系数更大。
[可动侧背面芯的表面粗糙度Ra(μm)]
关于高转印区域1094的表面，通过鼓风加工来处理，还称为褶皱面。该褶皱面的表面粗糙度Ra(中心线平均粗糙度：JIS规格、以下相同)期望处于0.5μm以上且100μm以下的范围内。缩痕形成区域1095的表面粗糙度Ra期望处于0.1nm以上且小于0.5μm的范围内。
在缩痕形成区域1095的表面粗糙度Ra是例如0.1nm的情况下，其表面是所谓镜面，通过研磨加工、研削加工进行精加工。通过在研削加工之后进行还称为IEPCO处理那样的小粒形的鼓风加工处理，得到表面粗糙度Ra小于0.5μm的表面。
进而，高转印区域1094的表面粗糙度和缩痕形成区域1095的表面粗糙度之差期望是Ra0.3μm以上且小于100μm。其理由在于，将缩痕形成区域1095的表面粗糙度设为不影响脱模工序的程度的粗糙度，将高转印区域1094的表面粗糙度设为能够得到脱模工序时的固定器效果的粗糙度，从而非光学面1093A的缩痕不会波及到与其邻接的光学面1092，而提高光学面1091、1092的面精度。
以下，说明改变高转印区域1094以及缩痕形成区域1095的导热系数和表面粗糙度Ra的数值来测定光学元件的评价而得到的结果。另外，针对评价测定，进行了实施例1～实施例6以及比较例1～5这总计11次的评价测定。
[实施例1]
关于实施例1，图1所示的可动侧背面芯1302A中的缩痕形成区域1095以及高转印区域1094的材质都是“一胜百”材料(STAVAX)，它们的导热系数是20W/m·K。缩痕形成区域1095在图3的表中的非光学面区域区分中被显示为符号A(短边中央区域)，高转印区域1094在表中的非光学面区域区分中被显示为符号B(光学面邻接区域)，在后述实施例2～6中也是同样的。
在实施例1中，使用缩痕形成区域1095的表面粗糙度Ra是0.2μm、且高转印区域1094的表面粗糙度Ra是0.7μm的模具来进行。另外，所使用的模具能够对缩痕形成区域1095的短边宽为3mm、高转印区域1094的短边宽为2mm的光学元件进行注塑成型。
以下，说明与通过具有上述条件的注塑成型模具1200进行了注塑成型的光学元件1090相关的评价测定的结果。将在上述条件下注塑成型了的光学元件的双折射分布和光学面精度作为评价项目，进行了这些测定。
<评价判断基准>
关于通过构成满足上述条件的注塑成型模具的一部分1200(参照图1)的模具而成型了的光学元件5的双折射分布，当在棱镜长边侧中心正负5mm(±5mm)处P偏振光比值(还称为P偏振光维持率)是93％以上且分布按PV小于4％的情况下良好。另外，关于光学面精度，将在白色干涉计中是否有型面碰研作为评价判断基准，在无型面碰研的情况下判断为良好。另外，关于后述实施例2～6、比较例1～5，也按照上述同样的判断基准，进行了评价。此处，P偏振光比值(P偏振光维持率)是指，定义为入射到棱镜的P偏振光的、从入射面至反射面的区间中的P偏振分量的维持率。
<评价结果>
关于实施例1，如图3的表所示，当在棱镜长边侧中心正负5mm(±5mm)处P偏振光比值是93％以上，且分布按PV小于4％，所以双折射分布良好。另外，关于与缩痕形成区域邻接的光学面，在外观上无缩痕，且能够根据由白色干涉计进行的干涉条纹评价，确认无型面碰研，所以判断为光学面精度良好。
[实施例2]
关于实施例2，在图4所示的可动侧背面芯1302B中的缩痕形成区域1096的下侧还形成了陶瓷层1097这一点与实施例1不同。缩痕形成区域1096的材质是Ni-P镀层(厚度t20μm)。高转印区域1094的材质是“一胜百”材料(STAVAX)。
在实施例2中，使用Ni-P镀层的导热系数是8W/m·K、陶瓷层1097的导热系数是3W/m·K、“一胜百”材料的导热系数是20W/m·K、缩痕形成区域1096的表面粗糙度Ra是0.05μm、高转印区域1094的表面粗糙度Ra是0.7μm的模具来进行。另外，所使用的模具能够对缩痕形成区域1096的短边宽为3mm、高转印区域1094的短边宽为2mm的光学元件进行注塑成型。
以下，说明与通过构成具有上述条件的注塑成型模具的一部分1200的模具注塑成型了的光学元件1090B相关的评价测定的结果。将在上述条件下注塑成型了的光学元件的双折射分布和光学面精度作为评价项目，进行了这些测定。
<评价结果>
关于实施例2，如图3的表所示，在棱镜长边侧中心正负5mm(±5mm)处P偏振光比值是93％以上，且分布按PV小于4％，双折射分布良好。另外，关于与缩痕形成区域邻接的光学面，在外观上无缩痕，且能够根据由白色干涉计进行的干涉条纹评价，确认无型面碰研，所以判断为光学面精度良好。
[实施例3]
关于实施例3，图5所示的可动侧背面芯1302C中的缩痕形成区域1098的材质是Ni-P镀层(厚度t500μm)。高转印区域1094的材质是“一胜百”材料(STAVAX)。
在实施例3中，使用Ni-P镀层的导热系数是8W/m·K、“一胜百”材料的导热系数是20W/m·K、缩痕形成区域1098的表面粗糙度Ra是0.05μm、高转印区域1094的表面粗糙度Ra是0.7μm的模具来进行。另外，所使用的模具能够对缩痕形成区域1098的短边宽为3mm、高转印区域1094的短边宽为2mm的光学元件进行注塑成型。
以下，说明与通过构成具有上述条件的可动侧模具芯套匣1300的模具注塑成型了的光学元件1090C相关的评价测定的结果。将在上述条件下注塑成型了的光学元件的双折射分布和光学面精度作为评价项目，进行了这些测定。
<评价结果>
关于实施例3，如图3的表所示，在棱镜长边侧中心正负5mm(±5mm)处P偏振光比值是93％以上，且分布按PV小于4％，双折射分布良好。另外，关于与缩痕形成区域邻接的光学面，在外观上无缩痕，且能够根据由白色干涉计进行的干涉条纹评价，确认无型面碰研，所以判断为光学面精度良好。
[实施例4]
在实施例4中，在图1所示的可动侧背面芯1302A中的缩痕形成区域1095的材质由耐热树脂材料(聚酰亚胺膜粘贴或者聚酰亚胺涂层(厚度50μm))形成这一点上与实施例1不同。高转印区域1094的材质是“一胜百”材料(STAVAX)。
在实施例4中，使用隔热树脂材料的导热系数是0.6W/m·K、“一胜百”材料的导热系数是20W/m·K、缩痕形成区域1095的表面粗糙度Ra是0.07μm、高转印区域1094的表面粗糙度Ra是0.7μm的模具来进行。另外，所使用的模具能够对缩痕形成区域1095的短边宽为3mm、高转印区域1094的短边宽为2mm的光学元件进行注塑成型。
以下，说明与通过构成具有上述条件的注塑成型模具芯套匣1200的模具进行了注塑成型的光学元件相关的评价测定的结果。将在上述条件下注塑成型了的光学元件的双折射分布和光学面精度作为评价项目，进行了这些测定。
<评价结果>
关于实施例4，如图3的表所示，在棱镜长边侧中心正负5mm(±5mm)处P偏振光比值是93％以上，且分布按PV小于4％，双折射分布良好。另外，关于与缩痕形成区域邻接的光学面，在外观上无缩痕，且能够根据由白色干涉计进行的干涉条纹评价，确认无型面碰研，所以判断为光学面精度良好。
[实施例5]
关于实施例5，使用图1所示的可动侧背面芯1302A中的缩痕形成区域1095的材质是“一胜百”材料(STAVAX)、且高转印区域1094的材质是铜合金的模具来进行了评价测定。
“一胜百”材料的导热系数是20W/m·K，缩痕形成区域1095的表面粗糙度Ra是0.2μm。铜合金的导热系数是200W/m·K，高转印区域1094的表面粗糙度Ra是0.7μm。另外，所使用的模具能够对缩痕形成区域1095的短边宽为3mm、高转印区域1094的短边宽为2mm的光学元件进行注塑成型。
以下，说明与通过构成具有上述条件的注塑成型模具的一部分1200的模具来注塑成型了的光学元件相关的评价测定的结果。将在上述条件下注塑成型了的光学元件的双折射分布和光学面精度作为评价项目，进行了这些测定。
<评价结果>
关于实施例5，如图3的表所示，在棱镜长边侧中心正负5mm(±5mm)处P偏振光比值是93％以上，且分布按PV小于4％，双折射分布良好。另外，关于与缩痕形成区域邻接的光学面，在外观上无缩痕，且能够根据由白色干涉计进行的干涉条纹评价，确认无型面碰研，所以判断为光学面精度良好。
[实施例6]
关于实施例6，使用图1所示的可动侧背面芯1302A中的缩痕形成区域1095的材质是陶瓷接合层、且高转印区域1094的材质是铜合金的模具进行了评价测定。
陶瓷接合层的导热系数是3W/m·K，缩痕形成区域1095的表面粗糙度Ra是0.2μm。铜合金的导热系数是200W/m·K，高转印区域1094的表面粗糙度Ra是0.2μm。另外，所使用的模具能够对缩痕形成区域1095的短边宽为3mm、高转印区域1094的短边宽为2mm的光学元件进行注塑成型。
以下，说明与通过构成具有上述条件的注塑成型模具的一部分1200的模具来注塑成型了的光学元件1090相关的评价测定的结果。将在上述条件下注塑成型了的光学元件的双折射分布和光学面精度作为评价项目，进行了这些测定。
<评价结果>
关于实施例6，如图3的表所示，在棱镜长边侧中心正负5mm(±5mm)处P偏振光比值是93％以上，且分布按PV小于4％，双折射分布良好。另外，关于与缩痕形成区域邻接的光学面，在外观上无缩痕，且能够根据由白色干涉计进行的干涉条纹评价，确认无型面碰研，所以判断为光学面精度良好。
[比较例1]
在比较例1中，如图6所示，注塑成型模具的一部分1210由形成了具有注塑成型品(光学元件1100A)的形状的凹部(腔)1330的可动侧模具芯套匣1400、具有通过与可动侧模具芯套匣1400对顶而塞住凹部1330的功能的固定侧模具芯套匣1310、突出销1180、以及喷射器部件(未图示)构成，从圆筒部1260对空腔供给作为注塑成型品的材料的树脂材料。另外，相比于实施例1，关于具有同样的结构的部分，附加同样的符号。
可动模具芯套匣1400构成为包括可动侧背面芯1402A、和配置成夹着可动侧背面芯1402A的一对可动侧镜面芯1301、1301。
在实施例1～6中，可动侧背面芯的背面具有缩痕形成区域和在其两侧形成了的高转印区域，相对于此，在比较例1中，可动侧背面芯1402A的背面整个面为转印区域1110，在这一点上两者不同。在表面区域的四角配置突出销1320。此处，所使用的模具能够对转印区域1110的短边宽为7mm的光学元件1100A进行注塑成型。
另外，在比较例1～比较例4中，非光学面区域区分在整个区域中为相同的材质、导热系数、表面粗糙度，但在比较例5中，对短边中央区域和光学面邻接区域分别实施了不同的表面处理，所以在图10的表中，为便于说明，在非光学面区域区分中记载了符号短边中央区域A、光学面邻接区域B。
在后述比较例1～比较例5中，使用可动侧背面芯中的转印区域的短边宽是7mm的注塑成型模具来改变后述可动侧背面芯的材质、导热系数、表面粗糙度而进行了光学元件的双折射分布以及光学面精度的评价测定。另外，转印区域是本来在光学元件的非光学面形成的区域，但可动侧背面芯的背面区域和非光学面对应，所以在以下的说明中，为便于说明，说明为关于可动侧背面芯的背面区域也具有转印区域。
此处，在比较例1中，使用转印区域1110的材质是“一胜百”材料(STAVAX)并且其导热系数是20W/m·K，其表面粗糙度Ra是0.2μm的模具来进行。另外，在可动侧背面芯1402A的转印区域1110中，在研削加工之后实施IEPCO处理。
以下，说明与通过具有上述条件的注塑成型模具的一部分1200进行了注塑成型的光学元件1100A相关的评价测定的结果。将在上述条件下注塑成型了的光学元件的双折射分布和光学面精度(对置侧光学面以及邻接侧光学面的面精度)作为评价项目，进行了这些测定。
<评价结果>
关于比较例1，如图10的表所示，在棱镜长边侧中心正负5mm(±5mm)处P偏振光比值是93％以上，且分布按PV小于4％，双折射分布良好。另外，在外观上，在光学面(对置侧光学面或者固定侧光学面)1091无缩痕且光学面精度也良好，但在光学面(邻接侧光学面)1092产生了型面碰研。因此，判定为难以同时实现良好的双折射分布和光学面精度。
[比较例2]
在比较例2中，使用转印区域1120的材质是“一胜百”材料(STAVAX)并且其导热系数是20W/m·K、其表面粗糙度Ra是0.7μm的模具(参照图7)来进行。另外，对可动侧背面芯1402B的表面实施了褶皱处理。
以下，说明与通过具有上述条件的注塑成型模具1210进行了注塑成型的光学元件1100B相关的评价测定的结果。将在上述条件下注塑成型了的光学元件的双折射分布和光学面精度作为评价项目，进行了这些测定。
<评价结果>
关于比较例2，如图10的表所示，在棱镜长边侧中心正负5mm(±5mm)处P偏振光比值的分布按PV为4％以上，得不到良好的双折射分布。另外，在外观上，在光学面1091产生了缩痕。因此，在比较例2中，判定为难以同时实现良好的双折射分布和光学面精度。
[比较例3]
在比较例3中，使用转印区域1130的材质是Ni-P镀层(厚度t500μm)并且其导热系数是8W/m·K、其粗糙度Ra是0.5μm的模具(参照图8)来进行。另外，对可动侧背面芯1402C的表面实施了IEPCO处理。
以下，说明与通过具有上述条件的注塑成型模具1210进行了注塑成型的光学元件1100C相关的评价测定的结果。将在上述条件下注塑成型了的光学元件的双折射分布和光学面精度作为评价项目，进行了这些测定。
<评价结果>
关于比较例3，如图10的表所示，在棱镜长边侧中心正负5mm(±5mm)处P偏振光比值是93％以上，且分布按PV小于4％，双折射分布良好。另外，在外观上，在光学面1091中无缩痕、纹理且光学面精度也良好，但在光学面1092产生了缩痕。因此，判定为难以同时实现良好的双折射分布和光学面精度。
[比较例4]
在比较例4中，使用转印区域1140的材质是陶瓷材、其导热系数是3W/m·K、其表面粗糙度Ra是0.6μm的模具(参照图9)来进行。另外，对可动侧背面芯1402B的表面未实施任何处理。
以下，说明与通过具有上述条件的注塑成型模具1210进行了注塑成型的光学元件1100D相关的评价测定的结果。将在上述条件下注塑成型了的光学元件的双折射分布和光学面精度作为评价项目，进行了这些测定。
<评价结果>
关于比较例4，如图10的表所示，在棱镜长边侧中心正负5mm(±5mm)处P偏振光比值的分布按PV为4％以上，得不到良好的双折射分布。另外，在外观上，在光学面1091、1092无缩痕、型面碰研且光学面精度也良好。因此，判定为难以同时实现良好的双折射分布和光学面精度。
[比较例5]
比较例5与上述比较例1～4不同，是使用转印区域中的短边中央区域(A)的表面粗糙度Ra和在短边中央区域(A)的两侧形成了的光学面邻接区域(B)的表面粗糙度Ra不同的模具进行了评价测定的例子(未图示)。
转印区域的材质是“一胜百”材料，其导热系数是3W/m·K。短边中央区域(A)的表面粗糙度Ra是0.05μm且被实施镜面处理，光学面邻接区域(B)的表面粗糙度Ra是0.2μm且被实施IEPCO处理。另外，所使用的模具能够对实施了镜面处理的短边中央区域(A)的短边宽为3mm、实施了IEPCO处理的光学面邻接区域(B)的短边宽为2mm的光学元件进行注塑成型。
以下，说明与通过具有上述条件的注塑成型模具进行了注塑成型的光学元件相关的评价测定的结果。将在上述条件下注塑成型了的光学元件的双折射分布和光学面精度作为评价项目，进行了这些测定。
<评价结果>
关于比较例5，如图10的表所示，在棱镜长边侧中心正负5mm(±5mm)处P偏振光比值是93％以上，且分布按PV小于4％，双折射分布良好。另外，在外观上，在与非光学面对置的光学面(固定侧光学面)无缩痕且光学面精度也良好，但在白色干涉计评价中在与非光学面邻接的光学面产生了型面碰研。因此，判定为难以同时实现良好的双折射分布和光学面精度。
[高转印区域的宽度(单侧)和光学面精度的关系]
以下，以图1为例子，说明高转印区域1094的距离(单侧宽)和邻接光学面精度的关系。邻接光学面精度是指上述“邻接光学面”的光学面精度。以下，邻接光学面间距离是指处于被邻接光学面夹着的位置的可动侧背面芯1302的距离(宽度：cmm)。
求出将邻接光学面间距离设为c(mm)的情况下的高转印部距离、和高转印区域1094的单侧宽a(mm)相对对邻接光学面距离d(mm)的比例(％)。
另外，高转印部距离是指邻接光学面与缩痕形成区域之间的距离。根据图1，在为了说明针对单侧的高转印部距离的评价而求出上述比例的情况下，将从邻接光学面距离减去单侧的高转印部距离而得到的结果(图的d)作为分母，将该单侧的高转印部距离(图的a)作为分子，求出比例。
在图13A的例子中，使用将高转印部距离设为a(mm)、将缩痕形成区域1095的短边宽(缩痕区域距离)设为b(mm)、将邻接光学面间距离设为c(mm)的注塑成型模具1200来改变后述可动侧背面芯1302A的材质、导热系数、表面粗糙度来进行了光学元件的双折射分布以及光学面精度(光学面1091、1092的光学面精度)的评价。此处，将高转印部距离a(mm)相对于对邻接光学面间距离d(mm)的比例设为13％，进行了评价。例如，在将高转印区域1094的宽度(单侧)设为0.8mm，将邻接光学面距离设为7mm的情况下，对邻接光学面距离根据上述定义，为7mm(邻接光学面距离c)-0.8mm(单侧的高转印部距离a)＝6.2mm，上述比例为0.8mm/(7-0.8)mm＝13％(参照图11的表)。在该情况下，如图13A所示，在邻接光学面产生型面碰研，邻接光学面精度不良好。
在图1的例子中，高转印部距离a(区域1094的单侧宽)是2.0mm，所以对邻接光学面距离d根据上述定义，为7mm(邻接光学面距离c)-2.0mm(高转印部距离a)＝5.0mm，上述比例为2.0mm/(7-2.0)mm＝40％(参照图11的表)。在该情况下，如图1所示，在邻接光学面不产生型面碰研，邻接光学面精度良好。
在图13B的例子中，高转印部距离a(区域1094的单侧宽)是3mm，所以对邻接光学面距离d根据上述定义，为7mm(邻接光学面距离c)-3.0mm＝5.0mm，上述比例为3mm/(7-3)mm＝75％(参照图11的表)。在该情况下，如图13B所示，在邻接光学面不产生型面碰研，邻接光学面精度良好。
根据图11所示的评价结果，在例如相对对邻接光学面间距离d，高转印区域距离a较小的情况下(例如图13A的区域1094)，缩痕形成区域相对地变大，无法抑制型面碰研对光学面的影响。另一方面，可知在相对对邻接光学面间距离d，缩痕区域距离b较小的情况下(例如13B的区域1095)，仅通过可动侧背面芯的背面无法形成必要的缩痕的大小，包括与缩痕形成区域对置的光学面地在某一个面产生缩痕。作为实验的结果，期望(高转印区域距离a)/(对邻接光学面间距离d)的比例占据15～60％。
<效果>
在本实施方式中的光学元件的制造方法中，在注塑成型模具的可动侧背面芯的背面区域中，通过使用包括形成具有第1表面粗糙度的缩痕形成区域、和具有比第1表面粗糙度大的第2表面粗糙度且设置于缩痕形成区域的外侧(缩痕形成区域和与缩痕形成区域邻接地形成的光学面之间)的高转印区域的可动侧背面芯的模具在低射出压力的成型条件下对光学元件进行成型，能够形成具备良好的双折射分布和光学面精度的光学元件。因此，不会使模具自身的结构复杂化，不会在必要的光学面产生缩痕、型面碰研等转印不良，并且能够稳定地供给双折射分布也良好的光学元件。
另外，通过使用除了上述第1以及第2表面粗糙度的条件以外、关于可动侧背面芯的背面区域内的缩痕形成区域中的第1导热系数、和在缩痕形成区域的外侧设置了的高转印区域中的第2导热系数满足上述条件的模具，在低射出压力的成型条件下对光学元件进行成型，能够形成不会使模具自身的结构复杂化并且具备良好的双折射分布和光学面精度的光学元件。
[透镜的变形例]
以下，改变成型的透镜的形状，验证应用了本发明的情况下的效果。图20是示出后述图15～图19所示的各透镜中的光学面评价的图。
<缩痕形成区域仅为背面中央的例子>
在本例子中，如图15所示，仅在可动侧背面芯1502A的背面中央，形成了缩痕形成区域(缩痕形成面)1595，在其周围，以包围缩痕形成区域1595的方式，形成了与光学面邻接的面(以下称为“光学面邻接面”)。另外，缩痕形成区域1595的表面粗糙度Ra小于0.5μm且光学面邻接面1594的表面粗糙度Ra是0.5μm以上。
在评价方法中，通过外观观察针对光学面邻接面判定有无缩痕(第1评价)，通过白色干涉计判定有无型面碰研(第2评价)，通过外观观察针对未与缩痕形成区域1595邻接的光学面判定有无缩痕(第3评价)，可否同时实现双折射和面精度(第4评价)。以后，各例子中的评价方法也与上述同样地进行。
如图20所示，在本例子中，关于第1评价～第4评价，得到良好的结果。
<光学元件的形状是圆形的例子>
在本例子中，如图16所示，光学元件的形状是圆形的情况，仅在可动侧背面芯1502B的背面中央形成了圆形的缩痕形成区域(缩痕形成面)1595，在其周围形成了圆形的光学面邻接面。另外，缩痕形成区域1595的表面粗糙度Ra小于0.5μm，光学面邻接面1594的表面粗糙度Ra是0.5μm以上。
如图20所示，在本例子中，关于第1评价～第4评价，得到良好的结果。
<细长透镜的例子>
本例子如图17A所示，是细长透镜的情况，并且是光学面的配置是与上述例子不同的配置的例子。即，可动侧背面芯1502C的背面和与其对置的面是光学面，与可动侧背面芯1502C的背面邻接的2个面1693C是非光学面。在非光学面1693C中，如图17C所示，形成了缩痕形成区域1695，在其周围，形成了光学面邻接面1694。另外，缩痕形成区域1695的表面粗糙度Ra小于0.5μm，光学面邻接面1694的表面粗糙度Ra是0.5μm以上。
如图20所示，在本例子中，关于第1评价～第4评价，得到良好的结果。
<摄像透镜的例子>
本例子是摄像透镜的情况，并且如图18所示，图的虚线部分(区域)是高转印区域1794，粗实线部分(区域)是缩痕形成区域1795。作为评价测定的结果，能够进行在光学面不产生型面碰研、能够将缩痕集中到缩痕形成区域、透镜外形尺寸也稳定的成型。如图20所示，在本例子中，关于第1评价～第4评价，得到良好的结果。
<头戴式显示器用的导光板的例子>
本例子是头戴式显示器用的导光板的例子，如图19所示，在光学面21a以及21b中不发生型面碰研，能够将缩痕集中到缩痕形成区域1895。如图20所示，在本例子中，关于第1评价～第4评价，得到良好的结果。
Claims (11)
1.一种光学元件的制造方法，通过注塑成型制造具有光学面和与所述光学面经由棱线邻接的非光学面的光学元件，所述光学元件的制造方法的特征在于，
通过包括具有第1表面粗糙度且用于形成缩痕区域的第1区域、和具有比所述第1表面粗糙度大的第2表面粗糙度且位于所述第1区域与所述光学面之间的第2区域的模具面，形成所述非光学面。
2.根据权利要求1所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
所述第1区域中的所述第1表面粗糙度是Ra0.1nm以上且小于Ra0.5μm，
所述第2区域中的所述第2表面粗糙度是Ra0.5μm以上且Ra100μm以下。
3.根据权利要求1或者2所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
所述第1区域中的所述第1表面粗糙度和所述第2区域中的所述第2表面粗糙度之差是Ra0.3μm以上且小于Ra100μm。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
形成所述第1区域的模具的面由具有第1导热系数的材料构成，
形成所述第2区域的模具的面由具有比所述第1导热系数大的第2导热系数的材料构成。
5.根据权利要求4所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
所述第1导热系数是0.6W·m/K以上且20W·m/K以下，
所述第2导热系数是8W·m/K以上且200W·m/K以下。
6.一种光学元件的制造方法，通过注塑成型制造具有光学面和与所述光学面经由棱线邻接的非光学面的光学元件，所述光学元件的制造方法的特征在于，
通过包括具有第1导热系数且用于形成缩痕区域的第1区域、和具有比所述第1导热系数大的第2导热系数且位于所述第1区域与所述光学面之间的第2区域的模具面，形成所述非光学面。
7.根据权利要求6所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
所述第1导热系数是0.6W·m/K以上且20W·m/K以下，
所述第2导热系数是8W·m/K以上且200W·m/K以下。
8.根据权利要求6或者7所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
所述第2区域的表面粗糙度和所述第1区域的表面粗糙度之差是Ra0.3μm以上且小于Ra100μm。
9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
所述第2区域与形成所述光学面的模具的面邻接地存在。
10.根据权利要求1～9中的任意一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
所述第2区域相对于与所述非光学面邻接的光学面之间的距离的比值占据15～60％。
11.一种光学元件，其特征在于，通过权利要求1～10中的任意一项所述的制造方法来制造。
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