JP2002240107A - 光学素子成形金型及びプラスチック光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、成形工程を繰り返しても光学特性
にバラツキのない光学素子である回転非軸対称プリズム
を得ることができる金型を提供する。 【解決手段】 本発明は、少なくとも１面以上の凹面
と、１面以上の凸面の光学面を有する複数の光学面を備
えるプラスチックからなる回転非軸対称プリズムを成形
するための第１乃至第３の光学面形成面８、５、１１を
具備した金型１であって、前記複数の光学面形成面８、
５、１１における凹面の光学面形成用の凸面部分の表面
粗さが、凸面の光学面形成用の凹面部分の表面粗さより
も粗く形成されていることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラスチック光学素
子成形金型及びプラスチック光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平１０−２８２４２１号公報に開示
されたプリズムのように、凹面と凸面の光学面を有して
いる光学素子は従来から多く使用されている。また、こ
のような光学素子は、金型を用いてプラスチックを射出
成形することにより作製することが多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術には以下のような問題がある。即ち、特開平１０−２
８２４２１号公報に開示されたプリズムの凸面の光学面
は、回転非軸対称面になっており、凹面は非球面になっ
ている。

【０００４】このような形状を精度良く作製するため
に、各光学面を形成する金型の光学面形成面を、プラス
チックの温度変化による収縮量等を見込んで作製してい
る。

【０００５】また、凸面の光学面を形成する金型の凸面
光学面形成面は凹面になっており、凹面を形成する金型
の金型の凹面光学面形成面は凸面になっているが、金型
内部に溶融した樹脂が充填された際、金型が凸面の場合
には、凹面よりも溶融した樹脂からの熱が逃げにくく、
金型凸面の方が、金型凹面よりも、金型表面の温度が上
昇してしまう。

【０００６】このため、成形品は金型表面に密着した部
分から固化していくが、金型凹面の方が先に溶融した樹
脂が固化してしまい、金型の凸面の方が後で固化するよ
うになる。この結果、先に固化した金型凹面の方が金型
凸面よりも初期の固化層が厚い状態で成形品中央部まで
固化していく。

【０００７】この時、溶融た樹脂が固化する際には、収
縮するが金型の凸面の方が金型の凹面よりも固化層が薄
く、収縮による変形を受けやすい。従って、成形品の表
面形状精度は金型凸面側の方が悪くなる。

【０００８】また、ブラスチックが固化する際の収縮量
は、樹脂の温度、物性値、金型温度等に依存する。その
ため、樹脂の温度、物性値、金型温度等のバラツキによ
り収縮量のバラツキが発生し易く、成形品の金型凸面側
の変形量がバラツキ、プラスチック光学素子の凹面の形
状がショット毎に異なってしまう。そのため、各ショッ
ト毎に得られる光学素子の光学特性のバラツキも大きく
なってしまう。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、成形工程を繰り返しても光学特性にバラツキの
ない光学素子を得ることができる光学素子成形金型及び
プラスチック光学素子を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
少なくとも１面以上の凹面と、１面以上の凸面の光学面
を有する複数の光学面を備えるプラスチック光学素子を
成形するための複数の光学面形成面を具備した光学素子
成形金型であって、前記複数の光学面形成面における凹
面の光学面形成用の凸面部分の表面粗さが、凸面の光学
面形成用の凹面部分の表面粗さよりも粗く形成されてい
ることを特徴とするものである。

【００１１】この発明によれば、光学素子成形金型にお
ける光学面形成面のうちの凸面部分の方が、凹面部分よ
りも粗く形成されているので、溶融したプラスチック
（樹脂）との接触状態に関しては、同一の表面積につい
ては凸面部分の方が多くなる。このため、溶融した樹脂
と金型の光学面形成面との同一温度差あたりの熱移動量
が凸面部分の方が多くなり、この結果、凸面部分の方が
金型温度が高くなっても、凹面部分と同等レベルの熱量
を溶融した樹脂から奪うことができる。これにより、光
学面形成面と接する複数の光学面、即ち、成形されるプ
ラスチック光学素子の凹面、凸面における固化するまで
の時間が均等となり、成形工程を繰り返しても光学特性
のバラツキが少くないプラスチック光学素子を成形する
ことができる。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載のプ
ラスチック光学素子成形金型において、前記複数の光学
面形成面における凹面の光学面形成用の凸面部分の表面
粗さが中心線平均粗さで０．００５μｍ乃至０．０１０
μｍの範囲であり、凸面の光学面形成用の凹面部分の表
面粗さが中心線平均粗さで０．００１μｍ乃至０．００
４μｍの範囲であることを特徴とするものである。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のプラスチック光学素子成形金型において、前記複数
の光学面形成面における凹面の光学面形成用の凸面部分
には、切削時に生じる挽き目が面頂を中心として同心円
状に形成されていることを特徴とするものである。

【００１４】請求項２、３記載の発明によれば、前記複
数の光学面形成面における凹面の光学面形成用の凸面部
分の表面粗さを中心線平均粗さで０．００５μｍ乃至
０．０１０μｍの範囲とし、凸面の光学面形成用の凹面
部分の表面粗さが中心線平均粗さで０．００１μｍ乃至
０．００４μｍの範囲とし、さらには、凹面の光学面形
成用の凸面部分に、切削時に生じる挽き目を面頂を中心
として同心円状に形成した構成によって、成形されるプ
ラスチック光学素子の凹面、凸面における固化するまで
の時間が均等となり、成形工程を繰り返しても光学特性
のバラツキが少くないプラスチック光学素子を成形する
ことができる。

【００１５】請求項４記載の発明は、少なくとも１面以
上の凹面と、１面以上の凸面の光学面を有する複数の光
学面を備えるプラスチック光学素子であって、複数の光
学面形成面を具備し、前記複数の光学面形成面における
凹面の光学面形成用の凸面部分の表面粗さが、凸面の光
学面形成用の凹面部分の表面粗さよりも粗く形成されて
いる光学素子成形金型に溶融されたプラスチックを充填
し、１面以上の凹面の光学面を表面粗さの粗い凸面部分
により、１面以上の凸面の光学面を表面粗さの粗くない
凹面部分により成形し、固化することにより形成された
ことを特徴とするものである。

【００１６】この発明によれば、光学面形成面のうちの
凸面部分の方が、凹面部分よりも粗く形成されている光
学素子成形金型を使用した成形加工によりプラスチック
光学素子を得るものであるから、光学面形成面と接する
複数の光学面、即ち、成形されるプラスチック光学素子
の凹面、凸面における固化するまでの時間が均等とな
り、前記光学素子成形金型をを使用した成形加工の都度
凹面、凸面の光学特性のバラツキが少くないプラスチッ
ク光学素子を提供することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。

【００１８】（発明の実施の形態１） （構成）図１、図２を参照して本発明の実施の形態１を
説明する。

【００１９】図１は本発明の実施の形態１の金型１の概
略断面図である。図２は本発明の実施の形態１の金型に
より成形される光学素子である回転非軸対称プリズム２
０の形状を示す斜視図である。

【００２０】本実施の形態１の金型１は、可動金型２と
固定金型３とからなり、固定金型３には、回転非軸対称
プリズム２０における凸面形状で、かつ、回転非軸対称
面形状の第２光学面４を形成するための第２光学面形成
面（凹面）５を有する第２光学面形成入れ子６が挿入さ
れている。

【００２１】また、前記可動金型２には、回転非軸対称
プリズム２０における凹面形状で、かつ、非球面形状の
第１光学面７を形成するための第１光学面形成面（凸
面）８を有する第１光学面形成入れ子９と、回転非軸対
称プリズム２０における凸面で、かつ、回転非軸対称球
面形状の第３光学面１０を形成するための第３光学面形
成面（凹面）１１を有する第３光学面形成入れ子１２が
挿入されている。

【００２２】また、可動金型２は、成形された回転非軸
対称プリズム２０を可動金型２から押し出すための押し
出しピン１４、１５と、これら押し出しピン１４、１５
を作動させるための押し出し板１６を備えている。

【００２３】前記第１光学面形成面８、第２光学面形成
面５及び第３光学面形成面１１は、各々切削加工によっ
て所定の面形状とした後、研磨加工によって鏡面仕上げ
することで作製している。

【００２４】この場合、前記第２光学面形成面５、第３
光学面形成面１１は、研磨加工の加工条件の中で加工時
間のみを第１光学面形成面８の場合の２倍にすることに
よって、第１光学面形成面８は中心線平均粗さで０．０
０５μｍ、第２光学面形成面５及び第３光学面形成面１
１は各々中心線平均粗さで０．００３μｍとなるように
仕上げている。

【００２５】また、前記第２光学面形成入れ子６、第１
光学面形成入れ子９、第３光学面形成入れ子１２が囲む
領域には、型閉め時に回転非軸対称プリズム２０に対応
した形状のキャビティ１７が形成されるようになってお
り、このキヤビティ１７内には、図１に示すスプルー１
８、ランナー１９を介して溶融した樹脂が流れ込むよう
に構成している。

【００２６】（作用）次に、本実施の形態１の金型１に
より回転非軸対称プリズム２０を成形する方法を説明す
る。

【００２７】まず、前記可動金型２の端面が図示してい
ないが射出成形機の動作で固定金型３の端面と接し、こ
れにより前記第２光学面形成入れ子６、第１光学面形成
入れ子９、第３光学面形成入れ子１２によってキャビテ
ィ１７が形成される。

【００２８】キャビティ１７が形成された後、溶融した
樹脂を射出成形機よりスプルー１８、ランナー１９を経
てキャビティ１７内に流し込み充填して成形する。

【００２９】キャビティ１７内の樹脂は圧力がかかった
状態で固化して、回転非軸対称プリズム２０として成形
された後、射出成形機の動作で可動金型２が固定金型３
から側方に離脱する。

【００３０】この時、回転非軸対称プリズム２０は、固
定金型３側の第１光学面形成入れ子９、第３光学面形成
入れ子１２に接したままの状態で、可動金型２が固定金
型３から離脱する。

【００３１】次に、前記押し出しピン１４、１５が図示
しない射出成形機の動作により、押し出し板１６を介し
て作動し、押し出しピン１４、１５の先端部により成形
された回転非軸対称プリズム２０を可動金型２より離脱
させ、やはり図示していないが取り出し装置等によって
金型１外へ搬出する。

【００３２】（効果）本実施の形態１によれば、凹面で
ある第１光学面７を形成する凸面である第１光学面形成
面８の表面粗さを、凸面である第２光学面４、第３光学
面１０を形成する凹面である第２光学面形成面５、第３
光学面形成面１１の表面粗さよりも粗くすることによ
り、第１光学面形成面８の方が、他の第２光学面形成面
５、第３光学面形成面１１よりも、同一の表面積につい
ては金型１内において溶融した樹脂と接する部分が多く
なる。

【００３３】このため、溶融した樹脂から金型１への同
一温度差当たりの熱移動量が、金型１の第１光学面形成
面８（凸面部分）の方が多くなり、金型１の凸面部分の
ほうが温度が高くても、第２光学面形成面５、第３光学
面形成面１１（凹面部分）と同等レベルの熱量を溶融し
た樹脂から奪うようになる。

【００３４】この結果、第１光学面７、第２光学面４、
第３光学面１０が各々固化するまでの時間が殆ど変わら
なくなる。従って、特に凹面である第１光学面７の面形
状のショット間のバラツキが減少し、ショット間でバラ
ツキのない光学特性をもった回転非軸対称プリズム２０
を成形できる。

【００３５】上述した本発明の実施の形態１では、第１
光学面形成面８は中心線平均粗さで０．００５μｍ、第
２光学面形成面５、第３光学面形成面１１は中心線平均
粗さで０．００３μｍとしたが、第１光学面形成面８、
第２光学面形成面５、第３光学面形成面１１は鏡面に仕
上げてあり、かつ、第１光学面形成面８が、第２光学面
形成面５、第３光学面形成面１１よりも表面粗さが粗け
れば良い。

【００３６】この場合、第１光学面形成面８は中心線平
均粗さで０．００５μｍ〜０．０１０μｍ、第２光学面
形成面５、第３光学面形成面１１は中心線平均粗さで
０．００１μｍ〜０．００４μｍの範囲でも良い。

【００３７】更には、前記第１光学面形成面８は中心線
平均粗さで０．００５μｍ〜０．００７μｍ、第２光学
面形成面５、第３光学面形成面１１は中心線平均粗さで
０．００２μｍ〜０．００４μｍが好ましく、最も良い
のは、第１光学面形成面８は中心線平均粗さで０．００
５μｍ、第２光学面形成面５、第３光学面形成面１１は
中心線平均粗さで０．００３μｍである。

【００３８】（実施の形態２） （構成）図３乃至図５を参照して本発明の実施の形態２
について説明する。図３は本発明の実施の形態２の金型
１Ａの断面図である。図４は実施の形態２の光学素子で
あるレンズ１００の断面図である。図５は第１光学面形
成入れ子１０６の光学面形成面側から見た概略平面図で
ある。尚、図３に示す実施の形態２の金型１Ａにおい
て、既述した実施の形態１の場合と同一の要素には同一
符号を付してその詳細説明は省略する。

【００３９】図３に示す本実施の形態２の金型１Ａにお
いて、固定金型３には凸面であり、かつ、レンズ１００
の球面形状の第２光学面１０１を形成する凹面である第
２光学面形成面１０２を持つ第２光学面形成入れ子１０
３が挿入されており、また、可動金型２には凹面であ
り、かつ、レンズ１００の球面形状の第１光学面１０４
を形成する凸面である第１光学面形成面１０５を持つ第
１光学面形成入れ子１０６が挿入されている。

【００４０】また、可動金型２には、実施の形態１の場
合と同様、成形されたレンズ１００を可動金型２から押
し出すための押し出しピン１４、１５と押し出しピン１
４、１５を作動させるための押し出し板１６を設けてい
る。

【００４１】また、第１光学面形成面１０５は、切削加
工のみで鏡面まで仕上げてあり、第１光学面形成面１０
５には、図５に示すように、切削時に生じる挽き目１０
８が非球面の面頂１０９を中心にして、同心円状に一定
のピッチで形成されている。なお、第１光学面形成面８
の中心線平均粗さは０．００５μｍである。

【００４２】可動金型２の第２光学面形成面１０２は、
切削加工の後、実施の形態１と同様に研磨加工で鏡面に
仕上げてあり、また、第２光学面形成面１０２の中心線
平均粗さは０．００３μｍである。

【００４３】尚、本実施の形態２のレンズ１００は、直
径４０ｍｍ、厚さ１０ｍｍで、その第１光学面１０４は
直径１１０ｍｍの球面に、第２光学面は直径１００ｍｍ
の球面になっている。

【００４４】（作用及び効果）本実施の形態２において
も、実施の形態１の場合と同様な工程を経てレンズ１０
０が成形される。

【００４５】既述した実施の形態１では、研磨加工にて
凸面である第１光学面形成面８を仕上げているため、表
面粗さに部分的にバラツキが生じる場合も予想される。

【００４６】これに対して、本実施の形態２では、切削
時に生じる挽き目１０８が、即ち、第１光学面形成面１
０５の面頂１０９を中心にして一定のピッチで、かつ、
均等な大きさの凹凸が形成されているので、第１光学面
形成面１０５の表面粗さにバラツキが生じず、溶融した
樹脂と第１光学面形成面１０５との間の同一温度差での
熱移動量はどの部分でも同等になり、成形されるレンズ
１００の面形状が部分的に崩れることはなくなり、光学
性能は向上する。

【００４７】尚、第２光学面形成面１０２は、切削によ
り中心線平均粗さ０．００３μｍまで仕上げる方が、凹
面部分の表面粗さにバラツキが生じないため、凹面の同
一面積あたりの熱移動量も異ならない。

【００４８】そのため、レンズ１００の第１光学面１０
４、第２光学面１０１は、ともに同一面内の面形状の部
分的な崩れるが生じることは無くなり、さらに光学性能
は向上する。

【００４９】本発明の実施の形態２では、第１光学面形
成面１０５は中心線平均粗さで０．００５μｍ、第２光
学面形成面１０２は中心線平均粗さで０．００３μｍと
したが、第１光学面形成面１０５、第２光学面形成面１
０２は鏡面に仕上げてあり、かつ、第１光学面形成面１
０５が第２光学面形成面１０２よりも表面粗さが粗けれ
ば良い。

【００５０】この場合、第１光学面形成面１０５は中心
線平均粗さで０．００５μｍ〜０．０１０μｍ、第２光
学面形成面１０２は中心線平均粗さで０．００１μｍ〜
０．００４μｍの範囲でも良い。

【００５１】更には、第１光学面形成面１０５は、中心
線平均租さで０．００５μｍ〜０．００７μｍ、第２光
学面形成面１０２は中心線平均粗さで０．００２μｍ〜
０．００４μｍが良く、最も良いのは、第１光学面形成
面１０５は中心線平均粗さで０．００５μｍ、第２光学
面形成面１０２は中心線平均粗さで０．００３μｍであ
る。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、プラスチック光学素子
の凹面、凸面における固化するまでの時間が均等とな
り、成形工程を繰り返しても光学特性のバラツキが少く
ないプラスチック光学素子をその都度成形することがで
きる光学素子成形金型を提供することができる。

【００５３】また、本発明によれば、上記光学素子成形
金型を使用した成形加工により、光学面形成面と接する
複数の光学面、即ち、成形されるプラスチック光学素子
の凹面、凸面における固化するまでの時間を均等とする
ことができ、凹面、凸面の光学特性のバラツキが少くな
いプラスチック光学素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の金型の概略断面図であ
る。

【図２】本実施の形態１の光学素子であるプリズムの斜
視図である。

【図３】本発明の実施の形態２の金型の概略断面図であ
る。

【図４】本実施の形態２の光学素子であるレンズの断面
図である。

【図５】本実施の形態２の第１光学面形成入れ子の光学
面形成面側から見た概略平面図である。

【符号の説明】

１ 金型 １Ａ 金型 ２ 可動金型 ３ 固定金型 ４ 第２光学面 ５ 第２光学面形成面 ６ 第２光学面形成入れ子 ７ 第１光学面 ８ 第１光学面形成面 ９ 第１光学面形成入れ子 １０ 第３光学面 １１ 第３光学面形成面 １２ 第３光学面形成入れ子 １４、１５ 押し出しピン １６ 押し出し板 １７ キャビティ １７ キヤビティ １８ スプルー １９ ランナー ２０ 回転非軸対称プリズム １００ レンズ １０１ 第２光学面 １０２ 第２光学面形成面 １０３ 第２光学面形成入れ子 １０４ 第１光学面 １０５ 第１光学面形成面 １０６ 第１光学面形成入れ子 １０８ 挽き目 １０９ 面頂

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１面以上の凹面と、１面以上
   の凸面の光学面を有する複数の光学面を備えるプラスチ
   ック光学素子を成形するための複数の光学面形成面を具
   備した光学素子成形金型であって、 前記複数の光学面形成面における凹面の光学面形成用の
   凸面部分の表面粗さが、凸面の光学面形成用の凹面部分
   の表面粗さよりも粗く形成されていることを特徴とする
   プラスチック光学素子成形金型。
2. 【請求項２】 前記複数の光学面形成面における凹面の
   光学面形成用の凸面部分の表面粗さが中心線平均粗さで
   ０．００５μｍ乃至０．０１０μｍの範囲であり、凸面
   の光学面形成用の凹面部分の表面粗さが中心線平均粗さ
   で０．００１μｍ乃至０．００４μｍの範囲であること
   を特徴とする請求項１記載のプラスチック光学素子成形
   金型。
3. 【請求項３】 前記複数の光学面形成面における凹面の
   光学面形成用の凸面部分には、切削時に生じる挽き目が
   面頂を中心として同心円状に形成されていることを特徴
   とする請求項１又は２記載のプラスチック光学素子成形
   金型。
4. 【請求項４】 少なくとも１面以上の凹面と、１面以上
   の凸面の光学面を有する複数の光学面を備えるプラスチ
   ック光学素子であって、 複数の光学面形成面を具備し、前記複数の光学面形成面
   における凹面の光学面形成用の凸面部分の表面粗さが、
   凸面の光学面形成用の凹面部分の表面粗さよりも粗く形
   成されている光学素子成形金型に溶融されたプラスチッ
   クを充填し、１面以上の凹面の光学面を表面粗さの粗い
   凸面部分により、１面以上の凸面の光学面を表面粗さの
   粗くない凹面部分により成形し、固化することにより形
   成されたことを特徴とするプラスチック光学素子。