JP2003266504A - Plastic optical element and method for manufacturing it - Google Patents
Plastic optical element and method for manufacturing itInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ方式のデジ
タル複写機、レーザプリンター、またはファクシミリ装
置の光学走査系、ビデオカメラ等の光学機器等に適用さ
れるプラスチック光学素子の製造方法に関し、更には該
製造方法によって製造されるプラスチック光学素子に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a plastic optical element applied to an optical scanning system of a laser type digital copying machine, a laser printer or a facsimile machine, an optical device such as a video camera, and the like. The present invention relates to a plastic optical element manufactured by the manufacturing method.
【0002】[0002]
【従来の技術】レンズ、プリズム等の光学素子は、高い
形状精度と、内部に複屈折の少ないものが要求されるた
め、従来はガラス製のものが主流であった。しかし近
年、形状の自由度や生産性の高さからプラスチック製の
ものが増加してきている。この理由は、低い複屈折特性
の樹脂材料が開発されたことや、形状精度が良く低複屈
折の成形品を製造可能にする成形技術の向上によるもの
である。2. Description of the Related Art Optical elements such as lenses and prisms are required to have high shape accuracy and a small amount of birefringence inside. However, in recent years, plastic products have been increasing due to their flexibility in shape and high productivity. The reason for this is that a resin material having low birefringence characteristics has been developed and a molding technique that enables manufacturing of a molded product having good shape accuracy and low birefringence is improved.
【0003】従来、光学素子に用いられている樹脂材料
としては、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂が主流
であった。しかし、ポリカーボネート樹脂は複屈折が大
きく、またアクリル樹脂は吸水性が高く、環境(湿度)
変化に対して形状や屈折率が変化することから用途が限
定されていた。ところが近年、低吸水性でかつ低い複屈
折特性の樹脂材料が開発され、これら樹脂材料を適用し
た用途が拡大している。このような樹脂材料としては、
例えば、日本ゼオン社製のゼオネックス、JSR社製の
アートン、三井化学社製のアペルなどがある。Conventionally, polycarbonate resins and acrylic resins have been the mainstream as resin materials used for optical elements. However, polycarbonate resin has a large birefringence, and acrylic resin has a high water absorption, so the environment (humidity)
The applications have been limited because the shape and the refractive index change with changes. However, in recent years, resin materials having low water absorption and low birefringence characteristics have been developed, and the applications to which these resin materials are applied are expanding. As such a resin material,
For example, there are Zeonex manufactured by Zeon Corporation, Arton manufactured by JSR, and Apel manufactured by Mitsui Chemicals.
【0004】また、樹脂材料の改良のみならず成形技術
の方も進歩し、樹脂材料を低圧で充填し、金型全体もし
くは入駒を介して圧縮を加える射出圧縮成形法などの開
発により、形状精度が高く、低複屈折の成形品が得られ
るようになってきたため、光学素子のプラスチック化が
一層進む傾向にある。Further, not only the improvement of the resin material but also the progress of the molding technique has been advanced. With the development of the injection compression molding method in which the resin material is filled at a low pressure and compression is performed through the entire die or the insert piece, the shape is improved. Since it has become possible to obtain molded articles with high accuracy and low birefringence, there is a tendency for plasticization of optical elements to proceed further.
【0005】上述のように形状精度が高く、低い複屈折
特性の光学素子が得られるようになったが、成形加工後
の光学素子内部には屈折率分布が残存し、特に高精度が
要求される光学素子では、満足な光学性能を得るには未
だ不十分であるという問題があった。As described above, it has become possible to obtain an optical element having a high shape accuracy and a low birefringence characteristic, but a refractive index distribution remains inside the optical element after the molding process, and particularly high accuracy is required. However, there is a problem in that the optical element according to the present invention is still insufficient to obtain a satisfactory optical performance.
【0006】一般的に屈折率は光学素子の表面に近いほ
ど高く、中心に近づくほど低くなり屈折率に分布が生じ
るが、光学素子が結像レンズの場合には、この屈折率分
布が結像位置ずれを起こす原因となっていた。例えば、
レーザプリンター等の光走査レンズの場合、特開平10
−288749号公報に記載されているように屈折率分
布は、被走査面上に集光すべきビームスポットが設計上
の位置よりも光偏向器から遠ざかるように作用し、その
結果被走査面上におけるビームスポット径が設計値より
も大きくなり、記録画像の品質低下の原因になってい
た。Generally, the refractive index is higher as it is closer to the surface of the optical element and lower as it is closer to the center, and the refractive index is distributed. However, when the optical element is an imaging lens, this refractive index distribution forms an image. It was a cause of misalignment. For example,
In the case of an optical scanning lens for a laser printer or the like, Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 10-96
As described in JP-A-2888749, the refractive index distribution acts so that the beam spot to be focused on the surface to be scanned is farther from the optical deflector than the designed position, and as a result, on the surface to be scanned. The beam spot diameter at was larger than the designed value, which was a cause of deterioration in the quality of the recorded image.
【0007】この光学素子内部に屈折率分布が生じる原
因は、成形加工時の金型壁面近傍、すなわち光学素子を
形成する樹脂外周部分の温度低下(冷却)が急であるの
に対して、樹脂中央部分の温度低下は緩やかであること
による。射出充填時や保圧初期の高い圧力がかかった状
態で、金型壁近傍が急冷され固体状態となるため、表面
は密度が高くなる。一方、中央部が冷却され固体状態に
なる時には圧力が低下しているため低密度になる。この
結果、成形された光学素子の表面は密度が高く、中心に
近づくにつれて密度が低くなる。密度と屈折率には相関
性があるため、光学素子表面の屈折率が大きく、中央部
に至るほど屈折率が小さくなり、このため屈折率分布が
生じることになる。The cause of the refractive index distribution inside the optical element is that the temperature drop (cooling) in the vicinity of the mold wall surface during molding, that is, the outer peripheral portion of the resin forming the optical element is rapid, whereas This is because the temperature drop in the central part is gentle. Since the vicinity of the mold wall is rapidly cooled and becomes a solid state during injection filling or when a high pressure is applied in the initial holding pressure, the surface has a high density. On the other hand, when the central portion is cooled and becomes a solid state, the pressure is lowered and the density becomes low. As a result, the surface of the molded optical element has a high density, and the density decreases as it approaches the center. Since there is a correlation between the density and the refractive index, the refractive index of the surface of the optical element is large, and the refractive index becomes smaller toward the central portion, which causes a refractive index distribution.
【0008】前述のように、屈折率分布が生じる主たる
原因として金型壁面近傍で樹脂が急激に冷却されること
が挙げられる。そこで、高温の金型に樹脂を射出充填し
た後、徐冷を行うことで成形品内部の温度分布を小さく
して、屈折率分布の小さいレンズを得る方法がある。し
かし、この成形法によれば成形サイクル時間が非常に長
くなるため、製造コストが高くなるという欠点があっ
た。As described above, the main cause of the refractive index distribution is that the resin is rapidly cooled near the wall surface of the mold. Therefore, there is a method in which a resin having a small refractive index distribution is obtained by injection-filling a high temperature mold with resin and then performing slow cooling to reduce the temperature distribution inside the molded product. However, according to this molding method, the molding cycle time becomes extremely long, and there is a drawback that the manufacturing cost becomes high.
【0009】更に、レンズ形状を厚くして(大きくし
て)、屈折率分布が小さい領域のみを使用する方法が提
案されている。例えば、特開平8−201717号公報
(従来例1)の光走査装置で開示されたものによれば、
ビームの進行方向厚さ(t)と、それと垂直方向の高さ
(h)を有するレンズに関して、h/t>2となるよう
にレンズ形状を規定している。hを大きくすることで、
ビームが透過する領域において樹脂冷却時の温度分布を
小さくし、この限定された部分の屈折率分布が小さいこ
とを利用して、結像位置のずれを小さくすることを図る
ものである。Further, a method has been proposed in which the lens shape is thickened (increased) and only the region where the refractive index distribution is small is used. For example, according to the optical scanning device disclosed in JP-A-8-201717 (conventional example 1),
Regarding a lens having a beam thickness (t) in the traveling direction and a height (h) perpendicular to the beam thickness, the lens shape is defined so that h / t> 2. By increasing h,
The temperature distribution during resin cooling is reduced in the region where the beam is transmitted, and the fact that the refractive index distribution in this limited portion is small is used to reduce the deviation of the imaging position.
【0010】しかし、上記方法はビームが透過しない領
域、つまり有効領域外の部分を増やすことになるため、
樹脂使用量を増加させたり、厚肉形状の光学素子を形状
精度良く成形するために成形サイクル時間(冷却時間)
を長くする必要があり、製造コストが高くなるという欠
点がある。また、レンズ形状が限定されるため、光学設
計の自由度を損なうことにもなる。However, the above method increases the area where the beam is not transmitted, that is, the area outside the effective area.
Molding cycle time (cooling time) to increase the amount of resin used and mold thick-walled optical elements with high accuracy
However, there is a drawback that the manufacturing cost becomes high. Moreover, since the lens shape is limited, the degree of freedom in optical design is impaired.
【0011】また、屈折率分布を見込んだ光学設計を行
う方法として、特開平9−49976号公報(従来例
2)で開示されたものがある。これは、結像レンズの屈
折率分布による結像位置ずれ相当分を結像レンズの形状
変更で補正し、結像位置を回転多面鏡側にシフトさせる
ことによって、被走査面上にビームを結像させる方法で
ある。Further, as a method of performing an optical design in consideration of the refractive index distribution, there is a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-49976 (conventional example 2). This is because the image forming position shift due to the refractive index distribution of the image forming lens is corrected by changing the shape of the image forming lens and the image forming position is shifted to the rotary polygon mirror side, thereby forming a beam on the surface to be scanned. It is a method of making a picture.
【0012】しかし、上記方法は金型を製作し、その金
型に合せた成形条件を決定して得られた結像レンズの結
像位置を評価して、形状補正値を決定するものであるた
め、成形上の別の不具合によって、成形条件を変更する
ことが必要になった場合には、補正値を再度変更しなけ
ればならず、鏡面駒を再製作する必要があった。また、
多数個取りの金型を製作する場合には、キャビテイごと
に補正値を変える必要があるため、加工用のプログラム
をキャビテイ数だけ作製する必要も生じる。従って、成
形トライ回数が非常に多くなることや、鏡面駒製作回数
の増加により、コスト高となるという欠点があった。[0012] However, the above-mentioned method determines the shape correction value by evaluating the image forming position of the image forming lens obtained by making a mold, determining the molding conditions according to the mold. Therefore, when it is necessary to change the molding conditions due to another defect in molding, the correction value must be changed again, and the mirror surface piece must be remanufactured. Also,
When manufacturing a multi-cavity mold, since it is necessary to change the correction value for each cavity, it is necessary to prepare as many machining programs as there are cavities. Therefore, there has been a drawback that the number of molding trials is extremely large and the number of times of manufacturing the mirror surface piece is increased, resulting in an increase in cost.
【0013】また、アニール工程によって屈折率分布を
低減させる方法が、特開平11−77842号公報(従
来例3)において開示されている。この方法は、金型外
で加熱し、所定範囲内の温度域で所定時間保持し、次い
で冷却するといったアニール工程を施すことで、光学素
子内部の屈折率分布を低減させる方法である。これによ
れば、短時間のアニール工程で一定レベルの屈折率分布
の低減が可能であるため、前記従来例1、2よりも有効
な方法ではあるが、屈折率分布を完全に取り除くことは
できず、より高精度な光学素子が必要になった場合に
は、更に屈折率分布を低減させることが必要である。A method of reducing the refractive index distribution by an annealing process is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-77842 (conventional example 3). This method is a method of reducing the refractive index distribution inside the optical element by performing an annealing process of heating outside the mold, maintaining the temperature within a predetermined range for a predetermined time, and then cooling. According to this, since the refractive index distribution can be reduced to a certain level by a short-time annealing process, it is a more effective method than the conventional examples 1 and 2, but the refractive index distribution can be completely removed. However, when a higher precision optical element is required, it is necessary to further reduce the refractive index distribution.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点に鑑みなされたもので、その目的は、成形後の
屈折率分布が小さく、成形サイクルが短く、生産性が良
好であるほか、無駄な領域が少ない設計形状で高精度要
求特性を満たす高品位なプラスチック光学素子の製造方
法を提供すると共に、該製造方法によって製造されたプ
ラスチック光学素子を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a small refractive index distribution after molding, a short molding cycle, and good productivity. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a high-quality plastic optical element that satisfies a high precision required characteristic with a design shape having a small amount of wasted area, and a plastic optical element manufactured by the manufacturing method.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るプラスチック光学素子の製造方法は、
使用する樹脂材料の(ガラス転移温度−30℃)以上、
(ガラス転移温度)以下で規定される所定の温度範囲に
温度調節、制御された金型部材で構成された金型キャビ
ティ内に、溶融した樹脂材料を充填し、冷却固化してプ
ラスチック光学素子を成形する第1の工程と、該成形さ
れたプラスチック光学素子を金型内または金型外で前記
所定の温度範囲内の温度から該所定の温度範囲の下限値
よりも低い温度まで冷却して熱処理する第2の工程との
少なくとも2つの工程を含むことによって、屈折率分布
を少なくし、これによってプラスチック光学素子の高精
度要求特性を満したものである。以下、本発明について
具体的に説明する。In order to solve the above-mentioned problems, the method for manufacturing a plastic optical element according to the present invention comprises:
(Glass transition temperature −30 ° C.) or higher of the resin material used,
(Glass transition temperature) A molten resin material is filled in a mold cavity composed of mold members whose temperature is controlled and controlled within a predetermined temperature range specified below, and the plastic optical element is formed by cooling and solidifying. First step of molding and cooling the molded plastic optical element in a mold or outside the mold from a temperature within the predetermined temperature range to a temperature lower than a lower limit value of the predetermined temperature range. By including at least two steps including the second step, the refractive index distribution is reduced, thereby satisfying the high precision required characteristics of the plastic optical element. Hereinafter, the present invention will be specifically described.
【0016】請求項1の発明は、溶融した樹脂材料を、
該樹脂材料の(ガラス転移温度−30℃)以上、(ガラ
ス転移温度)以下で規定される所定の温度範囲にある温
度に調節された、光学面を形成する熱制御可能な金型部
材と光学面以外の非光学面を形成する熱制御可能な金型
部材とで囲まれた金型キャビティ内に充填し、該非光学
面から優先して冷却してプラスチック光学素子を固化成
形する第1の工程と、該プラスチック光学素子を、金型
内または金型外で前記所定の温度範囲内の温度に調節
し、該所定の温度範囲の下限値よりも低い温度まで冷却
して熱処理する第2の工程とを少なくとも含むことを特
徴とするプラスチック光学素子の製造方法である。According to the invention of claim 1, the molten resin material is
A heat-controllable mold member for forming an optical surface and optics, which is adjusted to a temperature within a predetermined temperature range defined by (glass transition temperature −30 ° C.) or more and (glass transition temperature) or less of the resin material. First step of solidifying and molding a plastic optical element by filling a mold cavity surrounded by a heat-controllable mold member that forms a non-optical surface other than the surface and cooling the plastic optical element with priority from the non-optical surface And a second step of adjusting the temperature of the plastic optical element to a temperature within the predetermined temperature range inside or outside the mold, cooling to a temperature lower than the lower limit of the predetermined temperature range, and performing heat treatment. A method for manufacturing a plastic optical element, which comprises at least:
【0017】請求項1の構成によれば、第1の工程にお
ける金型部材の所定温度範囲の温度制御によって、設定
温度より高い温度で発生する屈折率分布の残存を低減す
ると共に、冷却過程でプラスチック光学素子の非光学面
から優先的に冷却することにより、光学素子中の低密度
領域が広がり屈折率分布を少なくすることができる。更
に第2の工程の熱処理によりガラス転移温度以下におけ
る屈折率分布を更に低減することができる。第1の工程
と第2の工程との少なくとも2つの工程を含むことによ
って屈折率分布が非常に小さくなるため、例えば結像レ
ンズに適用した場合、ビームスポット位置(結像位置)
ずれの少ない高品位なプラスチック光学素子を得ること
のできる生産性の良好なプラスチック光学素子の製造方
法が提供される。According to the structure of claim 1, by controlling the temperature of the mold member in the predetermined temperature range in the first step, it is possible to reduce the residual of the refractive index distribution generated at a temperature higher than the set temperature and to perform the cooling process. By preferentially cooling from the non-optical surface of the plastic optical element, the low density region in the optical element is expanded and the refractive index distribution can be reduced. Furthermore, the heat treatment in the second step can further reduce the refractive index distribution below the glass transition temperature. Since at least two steps of the first step and the second step are included, the refractive index distribution becomes very small. Therefore, when applied to, for example, an imaging lens, the beam spot position (imaging position)
Provided is a method for producing a plastic optical element with good productivity, which is capable of obtaining a high-quality plastic optical element with less deviation.
【0018】請求項2の発明は、前記第1の工程におい
て、前記光学面を形成する熱制御可能な金型部材の温度
と前記光学面以外の非光学面を形成する熱制御可能な金
型部材の温度との間に温度差を設けてプラスチック光学
素子を固化成形す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の製造方法である。According to a second aspect of the present invention, in the first step, the temperature of the thermally controllable mold member forming the optical surface and the thermally controllable mold forming a non-optical surface other than the optical surface. The method for producing a plastic optical element according to claim 1, wherein the plastic optical element is solidified and molded by providing a temperature difference from the temperature of the member.
【0019】請求項3の発明は、前記温度差を設けてプ
ラスチック光学素子を固化成形するに際して、前記光学
面を形成する熱制御可能な金型部材を加熱して前記光学
面以外の非光学面を形成する熱制御可能な金型部材の温
度より高く設定することを特徴とする請求項2記載のプ
ラスチック光学素子の製造方法である。According to a third aspect of the present invention, when the plastic optical element is solidified and molded by providing the temperature difference, a heat-controllable mold member forming the optical surface is heated to form a non-optical surface other than the optical surface. 3. The method for producing a plastic optical element according to claim 2, wherein the temperature is set higher than the temperature of the heat-controllable mold member for forming the mold.
【0020】請求項4の発明は、前記温度差を設けてプ
ラスチック光学素子を固化成形するに際して、前記光学
面を形成する熱制御可能な金型部材に断熱部材を設けて
前記光学面以外の非光学面を形成する熱制御可能な金型
部材の温度よりも高く設定することを特徴とする請求項
2記載のプラスチック光学素子の製造方法である。According to a fourth aspect of the present invention, when the plastic optical element is solidified and molded by providing the temperature difference, a heat-controllable mold member forming the optical surface is provided with a heat insulating member so that a non-optical member other than the optical surface is provided. 3. The method for manufacturing a plastic optical element according to claim 2, wherein the temperature is set higher than the temperature of the heat-controllable mold member forming the optical surface.
【0021】請求項5の発明は、前記温度差を設けてプ
ラスチック光学素子を固化成形するに際して、前記光学
面以外の非光学面を形成する熱制御可能な金型部材を冷
却して前記光学面を形成する熱制御可能な金型部材の温
度より低く設定することを特徴とする請求項2記載のプ
ラスチック光学素子の製造方法である。According to a fifth aspect of the present invention, when the plastic optical element is solidified by providing the temperature difference, the thermally controllable mold member forming the non-optical surface other than the optical surface is cooled to cool the optical surface. 3. The method for producing a plastic optical element according to claim 2, wherein the temperature is set lower than the temperature of the heat-controllable mold member that forms the resin.
【0022】前記請求項2〜5の構成によれば、非光学
面を形成する金型部材の温度よりも光学面を形成する金
型部材の温度を高くして温度差をつけることにより、温
度の低い非光学面の表面に固化層を先に形成し、次いで
全体が冷却固化進行する過程で、レンズ内部の密度はよ
り低くなり低密度領域が広がる。これによって光線の透
過有効範囲を広げたプラスチック光学素子の製造方法が
提供される。According to the second to fifth aspects, the temperature of the mold member forming the optical surface is made higher than the temperature of the mold member forming the non-optical surface, thereby providing a temperature difference. In the process in which the solidified layer is first formed on the surface of the non-optical surface having a low temperature, and then the whole is cooled and solidified, the density inside the lens becomes lower and the low density region expands. This provides a method of manufacturing a plastic optical element in which the effective transmission range of light rays is widened.
【0023】請求項6の発明は、前記第2の工程におい
て、前記プラスチック光学素子の前記所定の温度範囲内
の温度に調節された状態から前記所定の温度範囲の下限
値よりも低い温度まで冷却される冷却速度が毎分3℃以
下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記
載のプラスチック光学素子の製造方法である。According to a sixth aspect of the present invention, in the second step, the plastic optical element is cooled to a temperature lower than a lower limit value of the predetermined temperature range from being adjusted to a temperature within the predetermined temperature range. 6. The method for producing a plastic optical element according to claim 1, wherein the cooling rate is 3 ° C. or less per minute.
【0024】請求項6の第2の工程において、所定の温
度の範囲に加熱された状態から前記所定の温度範囲の下
限値よりも低い温度までの冷却速度を毎分3℃以下とす
ることによって、屈折率分布を効果的に低減したプラス
チック光学素子の製造方法が提供される。In the second step of the sixth aspect, the cooling rate from the state of being heated to the predetermined temperature range to the temperature lower than the lower limit value of the predetermined temperature range is 3 ° C. or less per minute. Provided is a method for manufacturing a plastic optical element in which the refractive index distribution is effectively reduced.
【0025】請求項7の発明は、前記第1の工程で固化
成形されたプラスチック光学素子の前記所定の温度範囲
外にある温度を、前記所定の温度範囲内の温度に調節し
てから前記第2の工程の熱処理を行なうことを特徴とす
る請求項1〜6記載のプラスチック光学素子の製造方法
である。According to a seventh aspect of the present invention, the temperature outside the predetermined temperature range of the plastic optical element solidified and molded in the first step is adjusted to a temperature within the predetermined temperature range, and then the first temperature is adjusted. 7. The method for manufacturing a plastic optical element according to claim 1, wherein the heat treatment in the second step is performed.
【0026】請求項7による所定の温度範囲外の温度状
態にある第1の工程で成形されたプラスチック光学素子
を冷却または加熱して所定の温度範囲内の温度に調節し
てから冷却熱処理すれば、第2の工程前に発生した残存
屈折率分布を効果的に低減することができ、これによっ
て高品質のプラスチック光学素子の製造方法が提供され
る。When the plastic optical element formed in the first step in a temperature state outside the predetermined temperature range according to claim 7 is cooled or heated to adjust the temperature within the predetermined temperature range and then heat-treated for cooling. The residual refractive index distribution generated before the second step can be effectively reduced, which provides a method for manufacturing a high-quality plastic optical element.
【0027】請求項8の発明は、前記プラスチック光学
素子の温度が前記所定の温度範囲内の温度に達してから
冷却を開始するまでに、所定の温度範囲内で温度保持工
程を設けることを特徴とする請求項7記載のプラスチッ
ク光学素子の製造方法である。The invention of claim 8 is characterized in that a temperature holding step is provided within a predetermined temperature range from when the temperature of the plastic optical element reaches a temperature within the predetermined temperature range until when cooling is started. The method for producing a plastic optical element according to claim 7.
【0028】請求項8の温度保持工程を設けることによ
り、成形後のプラスチック光学素子に内在する屈折率分
布を十分に低減したプラスチック光学素子の製造方法が
提供される。By providing the temperature maintaining step of claim 8, there is provided a method of manufacturing a plastic optical element in which the refractive index distribution inherent in the molded plastic optical element is sufficiently reduced.
【0029】請求項9の発明は、請求項1〜8のいずれ
かに記載のプラスチック光学素子の製造方法によって製
造されたことを特徴とするプラスチック光学素子であ
る。A ninth aspect of the present invention is a plastic optical element manufactured by the method for manufacturing a plastic optical element according to any one of the first to eighth aspects.
【0030】請求項9による本発明の前記1〜9のいず
れかに記載のプラスチック光学素子の製造方法を適用す
れば、成形されるプラスチック光学素子の屈折率分布は
少なく、これによって高精度要求を満たす高品位なプラ
スチック光学素子が提供される。When the method for producing a plastic optical element according to any one of the above 1 to 9 of the present invention according to claim 9 is applied, the refractive index distribution of the plastic optical element to be molded is small, whereby a high precision requirement is achieved. A high-quality plastic optical element that satisfies the requirements is provided.
【0031】請求項10の発明は、前記プラスチック光
学素子が熱可塑性の非晶性プラスチック材料から成形さ
れていることを特徴とする請求項9記載のプラスチック
光学素子である。A tenth aspect of the present invention is the plastic optical element according to the ninth aspect, characterized in that the plastic optical element is formed of a thermoplastic amorphous plastic material.
【0032】前記請求項10の熱可塑性の非晶性プラス
チック材料を用い、本発明の製造方法を適用してプラス
チック光学素子を成形すれば、これによって屈折率分布
が少ない高品位なプラスチック光学素子が提供される。By using the thermoplastic amorphous plastic material according to claim 10 to form a plastic optical element by applying the manufacturing method of the present invention, a high-quality plastic optical element with a small refractive index distribution can be obtained. Provided.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。但し、本発明はなんら実施例に
限定されるものではない。図1は本発明のプラスチック
光学素子の一例を示す後述の実施例1で使用したレーザ
プリンターに用いられる走査レンズの形状を示す概略斜
視図である。図1の走査レンズ1の左下側面と右上側面
(影となって見えない部分)とが光学面2であり、レー
ザプリンターに組込まれて使用される場合には、左下側
面から右上側面に向かって(Z方向に)レーザビームが
透過する。実施例1では、Y方向のレンズ幅は8mmで
あり、そのうち中央部の4mm幅が光線有効範囲で使用
時にレーザビームが透過する。また走査レンズ1用の樹
脂材料として、実施例1ではガラス転移温度138℃の
シクロオレフィンポリマー(日本ゼオン社製、商品名:
Zeonex(ゼオネックス))を使用している。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below based on Examples. However, the present invention is not limited to the examples. FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a plastic optical element of the present invention, showing the shape of a scanning lens used in a laser printer used in Example 1 described later. The lower left side surface and the upper right side surface of the scanning lens 1 in FIG. 1 are the optical surfaces 2 (the portions that cannot be seen as a shadow), and when used by being incorporated in a laser printer, they are directed from the lower left side surface to the upper right side surface. The laser beam is transmitted (in the Z direction). In the first embodiment, the lens width in the Y direction is 8 mm, of which the central 4 mm width is the effective range of the light beam and allows the laser beam to pass through during use. In Example 1, as a resin material for the scanning lens 1, a cycloolefin polymer having a glass transition temperature of 138 ° C. (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., trade name:
Zeonex) is used.
【0034】図1に示す形状の走査レンズ1を後述の実
施例1で使用した射出成形用金型を用いて、本発明の第
1の工程と第2の工程を含む製造方法により成形する。
実施例1で使用した射出成形用金型の概略構成断面図を
図2に示す。図2において射出成形用金型20は、光学
面2を形成する一対の鏡面駒3と、レンズ側面(上面)
21aおよびレンズ側面(影になって見えない下面)2
1bを形成する一対のキャビティ駒4で囲まれたキャビ
ティ5を有し、前記キャビティ駒4には、温度制御手段
としてカートリッジヒーター6と、熱電対7を具備し、
また、前記鏡面駒3には、カートリッジヒーター8と、
熱電対9を具備し、カートリッジヒーター8と熱電対9
は、それぞれ金型外部に用意された図示しない温度制御
装置に連結しておく。更に、金型ベース10には、金型
全体を加熱するために、カートリッジヒーター11と、
熱電対12を具備し、カートリッジヒーター11と熱電
対12は、金型外部に用意された図示しない別の温度制
御装置に連結しておく。A scanning lens 1 having the shape shown in FIG. 1 is molded by using the injection molding die used in Example 1 described later by a manufacturing method including the first step and the second step of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the injection molding die used in Example 1. In FIG. 2, the injection molding die 20 includes a pair of mirror surface pieces 3 forming the optical surface 2 and lens side surfaces (upper surface).
21a and the lens side surface (the lower surface that cannot be seen in the shadow) 2
1b has a cavity 5 surrounded by a pair of cavity pieces 4, and the cavity piece 4 is provided with a cartridge heater 6 as a temperature control means and a thermocouple 7.
The mirror surface piece 3 has a cartridge heater 8 and
Equipped with thermocouple 9, cartridge heater 8 and thermocouple 9
Are connected to a temperature control device (not shown) prepared outside the mold. Further, the mold base 10 has a cartridge heater 11 for heating the whole mold,
The thermocouple 12 is provided, and the cartridge heater 11 and the thermocouple 12 are connected to another temperature control device (not shown) prepared outside the mold.
【0035】次に、上記射出成形用金型20を用いて走
査レンズ1を成形する第1の工程に関わる成形の動作に
ついて説明する。射出成形用金型20を図示しない射出
成形機にセットし、走査レンズ1の成形を行う。金型ベ
ース10は使用樹脂材料のガラス転移温度以下の後述す
る所定の温度、例えば実施例1の場合には130℃にな
るようにカートリッジヒーター11で加熱しておき、キ
ャビティ5に溶融樹脂材料(シクロオレフィンポリマ
ー)を充填し冷却する。この時、冷却過程で走査レンズ
1の光学面2以外の面から優先的に冷却するように、カ
ートリッジヒーター6とカートリッジヒーター8の温度
を制御し、キャビティ駒4と鏡面駒3との温度を、それ
ぞれ133℃、137℃に設定し、鏡面駒3の方が高く
なるように調節しておく。次いで、キャビティ5内で固
化した走査レンズ1を金型から取り出し、室温環境に放
置して自然冷却する。Next, the molding operation relating to the first step of molding the scanning lens 1 using the injection molding die 20 will be described. The injection molding die 20 is set in an injection molding machine (not shown), and the scanning lens 1 is molded. The mold base 10 is heated by the cartridge heater 11 to a predetermined temperature below the glass transition temperature of the resin material used, for example, 130 ° C. in the case of the first embodiment, and the molten resin material ( Cycloolefin polymer) and then cooled. At this time, the temperatures of the cartridge heater 6 and the cartridge heater 8 are controlled so that the surfaces other than the optical surface 2 of the scanning lens 1 are preferentially cooled in the cooling process, and the temperatures of the cavity piece 4 and the mirror surface piece 3 are The temperature is set to 133 ° C. and 137 ° C. respectively, and the mirror surface piece 3 is adjusted to be higher. Next, the scanning lens 1 solidified in the cavity 5 is taken out of the mold and left in a room temperature environment to be naturally cooled.
【0036】なお、固化成形の際に、前記金型温度(ガ
ラス転移温度以下の後述する所定の温度)よりも高い温
度領域で発生した屈折率分布は、後述する第2の工程を
行ったとしても除去されずに残ってしまう。そこで、第
1の工程では金型温度(ガラス転移温度以下の後述する
所定の温度)よりも高い温度領域で発生する屈折率分布
を極力低減しておくよう配慮して成形を行う必要があ
る。In the solidification molding, the refractive index distribution generated in a temperature region higher than the mold temperature (a predetermined temperature below the glass transition temperature) is obtained by performing the second step described below. Even if it is not removed, it will remain. Therefore, in the first step, it is necessary to perform molding in consideration of reducing the refractive index distribution generated in a temperature region higher than the mold temperature (a predetermined temperature below the glass transition temperature) as much as possible.
【0037】第1の工程で、走査レンズの光学面以外の
面から優先的に冷却することにより、冷却された面の表
面に固化層をいち早く形成され、次いで、レンズの冷却
固化が進行する過程で、レンズ内部が冷却収縮する際
に、レンズ表面は固化していて動けない状態にあるた
め、レンズ内部の密度はより低くなる。従来の金型温度
を均一にして冷却した場合よりも、前記温度差を設けて
成形することにより、低密度領域が広がるため、レーザ
ービームが透過する光線有効範囲では、結果的に屈折率
分布を少なくすることができる。In the first step, the solidification layer is quickly formed on the surface of the cooled surface by preferentially cooling from the surface other than the optical surface of the scanning lens, and then the cooling and solidification of the lens progresses. Then, when the inside of the lens is cooled and contracted, the surface of the lens is solidified and immovable, so that the density inside the lens becomes lower. Compared with the case of cooling with a uniform mold temperature, by molding with the temperature difference, the low-density region expands, so that the effective range of the beam through which the laser beam is transmitted results in a refractive index distribution. Can be reduced.
【0038】また、金型から取り出した後、室温まで冷
却される過程で、すなわち前記金型温度(ガラス転移温
度以下の後述する所定の温度)以下の温度領域で、屈折
率分布は更に発生するが、この過程で発生した屈折率分
布は以降の第2の工程の熱処理によって除去することが
できる。Further, in the process of cooling to room temperature after taking out from the mold, that is, in the temperature region below the mold temperature (a predetermined temperature below the glass transition temperature, which will be described later), the refractive index distribution is further generated. However, the refractive index distribution generated in this process can be removed by the heat treatment in the second step thereafter.
【0039】次に、第2の工程について前記同様実施例
1に基づき説明する。第1の工程で成形された前記走査
レンズ1を一旦室温まで冷却した後、該走査レンズ1を
図示しない温度制御手段を有する恒温槽に入れ、所定の
温度範囲内における任意の温度、例えば実施例1の場合
には125℃まで加熱し、125℃の温度で1時間保持
して同走査レンズ1内部まで均一に加熱する。これによ
り、成形後に室温まで冷却された時に生じる屈折率分布
を除去することができる。次いで、所定の温度範囲の下
限値以下になる温度、例えば実施例1の場合には100
℃まで毎分1℃の速度で徐冷することにより、屈折率分
布の再発生を低減し、屈折率分布の少ない走査レンズ1
を得ることができる。Next, the second step will be described based on the first embodiment as in the above. After the scanning lens 1 molded in the first step is once cooled to room temperature, the scanning lens 1 is placed in a constant temperature bath having a temperature control means (not shown), and any temperature within a predetermined temperature range, for example, the embodiment In the case of 1, the temperature is raised to 125 ° C., and the temperature is kept at 125 ° C. for 1 hour to uniformly heat the inside of the scanning lens 1. This makes it possible to remove the refractive index distribution that occurs when cooled to room temperature after molding. Next, at a temperature below the lower limit of the predetermined temperature range, for example, 100 in the case of the first embodiment.
By gradually cooling to 1 ° C per minute at a rate of 1 ° C, the regeneration of the refractive index distribution is reduced, and the scanning lens 1 with a small refractive index distribution
Can be obtained.
【0040】ここで、前記所定の温度範囲とは、使用樹
脂材料の(ガラス転移温度−30℃)以上、ガラス転移
温度以下の範囲を指すものであり、この条件に温度範囲
を規定することが重要である。この所定の温度範囲は、
実験結果から設定したものである。すなわち、実験によ
れば屈折率分布が形成される温度域がその使用樹脂材料
のガラス転移温度から該ガラス転移温度−30℃の範囲
にあることが判明し、この所定の温度範囲の下限値より
も不必要に低い温度領域まで徐冷によって冷却する必要
はなく、前記下限値よりも低い温度での冷却を早めて短
時間としても屈折率分布の少ない光学素子が得られるこ
とが確認されたことによって規定したものである。例え
ば、後述の実施例1で使用した前記樹脂材料のZeon
ex(日本ゼオン社製)のガラス転移温度は約138℃
であることから、この場合の所定温度範囲とは約108
〜138℃に相当する。Here, the predetermined temperature range refers to a range of (glass transition temperature −30 ° C.) or higher and a glass transition temperature or lower of the resin material used, and the temperature range may be defined under these conditions. is important. This predetermined temperature range is
It is set based on the experimental results. That is, according to the experiment, it was found that the temperature range in which the refractive index distribution was formed was in the range of the glass transition temperature of the resin material used to the glass transition temperature of -30 ° C, and the lower limit of the predetermined temperature range was used. It was also confirmed that there is no need to cool by slow cooling to an unnecessarily low temperature region, and an optical element with a small refractive index distribution can be obtained by accelerating the cooling at a temperature lower than the lower limit and even in a short time. It is defined by. For example, Zeon of the resin material used in Example 1 described later is used.
The glass transition temperature of ex (manufactured by Zeon Corporation) is approximately 138 ° C.
Therefore, the predetermined temperature range in this case is about 108
Corresponds to ~ 138 ° C.
【0041】上記(ガラス転移温度−30℃)以上、ガ
ラス転移温度以下で規定される「所定の温度範囲」は、
熱可塑性の非晶性プラスチック材料であれば何れにも適
応可能である。但し、樹脂材料によってガラス転移温度
が異なるため、前記所定温度範囲が樹脂材料に応じて異
なることになる。The “predetermined temperature range” defined above (glass transition temperature −30 ° C.) and below glass transition temperature is
Any amorphous thermoplastic material can be applied. However, since the glass transition temperature varies depending on the resin material, the predetermined temperature range varies depending on the resin material.
【0042】前記第1の工程の条件で走査レンズ1を固
化成形した後、前記第2の工程における条件を適用して
熱処理を行えば、屈折率分布が少ないため、従来法に比
べて集光ビームスポットの位置ずれが起き難く結像位置
ずれの少ない高品位な走査レンズ1を得ることができ
る。特に、レーザプリンター用の走査レンズの場合に
は、感光体面上に集光すべきビームスポットが設計上の
位置に近くなり、書き込まれる記録画像の品質を向上す
ることができる。When the scanning lens 1 is solidified and molded under the conditions of the first step and then heat-treated by applying the conditions of the second step, the refractive index distribution is small, so that the light is condensed as compared with the conventional method. It is possible to obtain the high-quality scanning lens 1 in which the displacement of the beam spot hardly occurs and the displacement of the imaging position is small. Particularly, in the case of a scanning lens for a laser printer, the beam spot to be focused on the surface of the photoconductor is close to the designed position, and the quality of the recorded image to be written can be improved.
【0043】また、第1の工程における後述の実施例1
に使用した前記図2に示す金型部材内に配置した温度制
御手段には、棒状カートリッジヒーターの他、板状の発
熱体、フィルム状の発熱体等、各種電気ヒーターを使用
することができる。In addition, Example 1 described later in the first step
As the temperature control means arranged in the mold member shown in FIG. 2 used for the above, various electric heaters such as a plate-shaped heating element and a film-shaped heating element can be used in addition to the rod-shaped cartridge heater.
【0044】あるいは、第2の工程における前記熱処理
を後述の実施例1の恒温糟によるバッチ処理を行う代り
に、移動式コンベアに遠赤外線加熱装置を配置し、走査
レンズ1を移動できるようにして、連続工程で徐冷を行
うことでも同様の効果を得ることができる。Alternatively, instead of performing the heat treatment in the second step by the batch treatment with the thermostatic bath of Example 1 described later, a far infrared heating device is arranged on the movable conveyor so that the scanning lens 1 can be moved. The same effect can be obtained by performing slow cooling in a continuous process.
【0045】更に、本発明に適用されるプラスチック光
学素子は、前記図1に示す走査レンズ1の形状や構成に
限るものではなく、円形レンズ、長尺レンズ等、種々な
形状や構成のプラスチック光学素子に適用可能である。Further, the plastic optical element applied to the present invention is not limited to the shape and configuration of the scanning lens 1 shown in FIG. 1, but a plastic optical element having various shapes and configurations such as a circular lens and a long lens. It is applicable to devices.
【0046】本発明の実施の形態を後述の実施例1に基
づいて説明したが、これに限られるものではなく、例え
ば第1の工程における金型部材の温度設定においては、
光学面を形成する温度制御可能な金属部材3に断熱材を
設けて非光学面を形成する温度制御可能な金属部材4よ
り温度を高く設定したり、あるいは非光学面を形成する
温度制御可能な金属部材4に配管を設けて冷却媒体によ
り冷却し、光学面を形成する温度制御可能な金属部材3
より温度を低く設定したりすることによって調節するこ
とができる。Although the embodiment of the present invention has been described based on Example 1 described later, the present invention is not limited to this. For example, in the temperature setting of the mold member in the first step,
It is possible to set a temperature higher than that of the temperature-controllable metal member 4 for forming the non-optical surface by providing a heat insulating material on the temperature-controllable metal member 3 for forming the optical surface, or for controlling the temperature for forming the non-optical surface. A temperature-controllable metal member 3 which is provided with piping on the metal member 4 and is cooled by a cooling medium to form an optical surface.
It can be adjusted by setting the temperature lower.
【0047】[0047]
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。但し、本発明はなんら実施例に限定されるもので
はない。EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples.
【0048】実施例1
実施の形態で述べたように、本発明の第1の工程と第2
の工程を適用してプラスチック光学素子(走査レンズ)
を成形した。すなわち、まず第1の工程として、射出成
形機に前記図2に示す構成の射出成形用金型20をセッ
トし、樹脂材料として前記ガラス転移温度138℃のシ
クロオレフィンポリマー(日本ゼオン社製、商品名:Z
eonex)を使用して、前記図1に示す形状の走査レ
ンズ1(1−1)を成形した。第1の工程における成形
は、金型ベース10の温度:130℃、キャビティ駒4
の温度:133℃、鏡面駒3の温度:137℃にそれぞ
れの温度を設定し、熱制御して行った。次いで、キャビ
ティ5内で冷却により固化した走査レンズ1(1−1)
を金型から取り出し、室温環境に放置して自然冷却し
た。Example 1 As described in the embodiment, the first step and the second step of the present invention
Applying the process of plastic optical element (scanning lens)
Was molded. That is, first, as a first step, the injection molding die 20 having the configuration shown in FIG. 2 is set in an injection molding machine, and a cycloolefin polymer having a glass transition temperature of 138 ° C. (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. Name: Z
Eonex) was used to mold the scanning lens 1 (1-1) having the shape shown in FIG. Molding in the first step is performed by the mold base 10 at a temperature of 130 ° C. and the cavity piece 4
The temperature was set to 133 ° C. and the temperature of the mirror surface piece 3 to 137 ° C., and the temperature was controlled. Next, the scanning lens 1 (1-1) solidified by cooling in the cavity 5
Was taken out from the mold and left to stand at room temperature to be naturally cooled.
【0049】次に、第2の工程として、第1の工程で成
形された室温状態に冷却された走査レンズ1(1−1)
を、温度制御手段を有する恒温槽に入れて125℃まで
加熱し、125℃の温度で1時間保持してレンズ内部ま
で均一に加熱した。この状態から100℃まで毎分1℃
の速度で徐冷することにより、走査レンズ1(1−2)
を得た。得られた走査レンズ1(1−2)を下記評価用
試料とした。なお、走査レンズ1(1−2)の概略寸法
は、前記図1に示したようにX方向の長さは150m
m、Y方向のレンズ幅は8mm、Z方向の幅(中央部
分)は30mmである。Next, as a second step, the scanning lens 1 (1-1) molded in the first step and cooled to the room temperature state.
Was placed in a constant temperature bath having a temperature control means, heated to 125 ° C., kept at a temperature of 125 ° C. for 1 hour, and uniformly heated to the inside of the lens. From this state to 100 ℃ 1 ℃ per minute
Scan lens 1 (1-2) by slowly cooling at the speed of
Got The obtained scanning lens 1 (1-2) was used as the following evaluation sample. The approximate size of the scanning lens 1 (1-2) is 150 m in the X direction as shown in FIG.
The lens width in the m and Y directions is 8 mm, and the width in the Z direction (center portion) is 30 mm.
【0050】実施例2
実施例2で使用した射出成形用金型の概略構成断面図を
下記図3に示す。実施例1で用いた射出成形機に図3に
示す構成の射出成形用金型30をセットし、樹脂材料と
して実施例1と同様にガラス転移温度138℃のシクロ
オレフィンポリマー(日本ゼオン社製、商品名:Zeo
nex)を使用して前記図1に示す形状、寸法と同様に
走査レンズ1(2−2)を本発明の第1の工程を適用し
て成形した。Example 2 A schematic sectional view of the injection molding die used in Example 2 is shown in FIG. 3 below. The injection molding die 30 having the configuration shown in FIG. 3 was set in the injection molding machine used in Example 1, and as a resin material, a cycloolefin polymer having a glass transition temperature of 138 ° C. (manufactured by Zeon Corporation, Product Name: Zeo
Next, the scanning lens 1 (2-2) having the same shape and size as shown in FIG. 1 was formed by applying the first step of the present invention.
【0051】図3において射出成形用金型30は、光学
面を形成する一対の鏡面駒3と、レンズ側面(上面)2
1aおよびレンズ側面(影になって見えない下面)21
bを形成する一対のキャビティ駒4で囲まれたキャビテ
ィ5を有し、前記鏡面駒3には、カートリッジヒーター
8と、熱電対9を具備し、金型外部に用意された図示し
ない温度制御装置に連結しておく。また、前記キャビテ
ィ駒4には、冷却用媒体を流すための配管13を設け、
金型外部に用意された図示しない金型温度調節装置に連
結しておく。更に、金型ベース10には、金型全体を加
熱するために、カートリッジヒーター11と、熱電対1
2を具備し、カートリッジヒーター11と熱電対12
は、金型外部に用意された図示しない別の温度制御装置
に連結しておく。In FIG. 3, an injection molding die 30 includes a pair of mirror surface pieces 3 forming an optical surface and a lens side surface (upper surface) 2.
1a and lens side surface (lower surface that cannot be seen in shadow) 21
There is a cavity 5 surrounded by a pair of cavity pieces 4 forming b, the mirror surface piece 3 is provided with a cartridge heater 8 and a thermocouple 9, and a temperature control device (not shown) prepared outside the mold is provided. Connect to. Further, the cavity piece 4 is provided with a pipe 13 for flowing a cooling medium,
It is connected to a mold temperature control device (not shown) prepared outside the mold. Further, the mold base 10 has a cartridge heater 11 and a thermocouple 1 for heating the entire mold.
2 equipped with a cartridge heater 11 and a thermocouple 12
Is connected to another temperature control device (not shown) prepared outside the mold.
【0052】図3に示す射出成形用金型30を用いて走
査レンズ1(2−1)を成形する第1の工程に関する成
形条件は以下のようにして行った。すなわち、射出成形
機にセットした金型は使用樹脂材料のガラス転移温度以
下の所定温度、この場合に金型ベース10は、135℃
になるようにカートリッジヒーター11で加熱してお
き、キャビティ5に溶融樹脂材料を充填し冷却する。こ
の時、冷却過程で走査レンズ1(2−1)の光学面2以
外の面から優先的に冷却するように、鏡面駒3のカート
リッジヒーター8とキャビティ駒4の温度を制御し、鏡
面駒3とキャビティ駒4との温度を、それぞれ137
℃、135℃にし、鏡面駒3の方が高くなるように調節
しておく。次いで、キャビティ5内で冷却により固化し
た走査レンズ1(2−1)を金型から取り出し、室温に
放置して自然冷却する。Molding conditions for the first step of molding the scanning lens 1 (2-1) using the injection molding die 30 shown in FIG. 3 were as follows. That is, the mold set in the injection molding machine has a predetermined temperature below the glass transition temperature of the resin material used, and in this case, the mold base 10 has a temperature of 135 ° C.
It is heated by the cartridge heater 11 so that it becomes so that the cavity 5 is filled with the molten resin material and cooled. At this time, the temperatures of the cartridge heater 8 and the cavity piece 4 of the mirror surface piece 3 are controlled so that the surface other than the optical surface 2 of the scanning lens 1 (2-1) is preferentially cooled in the cooling process, and the mirror surface piece 3 is controlled. And the temperature of the cavity piece 4 are set to 137
C. and 135.degree. C., and adjust so that the mirror surface piece 3 becomes higher. Then, the scanning lens 1 (2-1) solidified by cooling in the cavity 5 is taken out from the mold and left to stand at room temperature to be naturally cooled.
【0053】次に、第2の工程として、第1の工程で成
形された室温状態の走査レンズ1(2−1)を、実施例
1と同様にして温度制御手段を有する恒温槽に入れて1
25℃まで加熱し、125℃の温度で1時間保持してレ
ンズ内部まで均一に加熱した。この状態から100℃ま
で毎分1℃の速度で徐冷することにより、走査レンズ1
(2−2)を得た。得られた走査レンズ1(2−2)を
下記評価用試料とした。Next, in the second step, the room temperature scanning lens 1 (2-1) molded in the first step was placed in a constant temperature bath having temperature control means in the same manner as in Example 1. 1
The temperature was raised to 25 ° C., and the temperature was kept at 125 ° C. for 1 hour to uniformly heat the inside of the lens. By gradually cooling from this state to 100 ° C. at a rate of 1 ° C./min, the scanning lens 1
(2-2) was obtained. The obtained scanning lens 1 (2-2) was used as the following evaluation sample.
【0054】比較例1
比較例1で使用した射出成形用金型の概略構成断面図を
下記図4に示す。実施例1で用いた射出成形機に図4に
示す構成の射出成形用金型40をセットし、樹脂材料と
して実施例1、2と同様にガラス転移温度138℃のシ
クロオレフィンポリマー(日本ゼオン社製、商品名:Z
eonex)を使用して前記図1に示す形状、寸法と同
様に走査レンズ1(3−2)を本発明の第1の工程を適
用して成形した。Comparative Example 1 A schematic sectional view of the injection molding die used in Comparative Example 1 is shown in FIG. An injection molding die 40 having the structure shown in FIG. 4 was set in the injection molding machine used in Example 1, and a cycloolefin polymer having a glass transition temperature of 138 ° C. (Nippon Zeon Co., Ltd.) was used as a resin material as in Examples 1 and 2. Product name: Z
Eonex) was used to mold the scanning lens 1 (3-2) by applying the first step of the present invention in the same shape and size as shown in FIG.
【0055】図4において射出成形用金型は、光学面2
を形成する一対の鏡面駒3と、レンズ側面を形成する一
対のキャビティ駒4で囲まれたキャビティ5を有し、金
型ベース10には、金型全体を加熱するために、カート
リッジヒーター11と、熱電対12を具備し、カートリ
ッジヒーター11と熱電対12は、金型外部に用意され
た図示しない別の温度制御装置に連結しておく。In FIG. 4, the injection molding die has an optical surface 2
And a cavity 5 surrounded by a pair of cavity pieces 4 forming lens side surfaces. The mold base 10 has a cartridge heater 11 for heating the entire die. , The thermocouple 12 is provided, and the cartridge heater 11 and the thermocouple 12 are connected to another temperature control device (not shown) provided outside the mold.
【0056】上記図4に示す射出成形用金型40を用い
て走査レンズ1(3−1)を成形する第1の工程に関す
る成形条件は下記のようにして行った。すなわち、射出
成形機にセットした金型は使用樹脂材料のガラス転移温
度以下の135℃になるようにカートリッジヒーター1
1で加熱しておき、キャビティ5に溶融樹脂材料を充填
し冷却する。次いで、キャビテイ5内で冷却により固化
した走査レンズ1(3−1)を金型から取り出し、室温
に放置して自然冷却する。次に、第2の工程として、第
1の工程で形成された室温状態の走査レンズ1(3−
1)を、実施例1および2と同様にして恒温槽に入れ、
同様の温度条件、温度保持時間、冷却速度で熱処理して
走査レンズ1(3−2)を得た。得られた走査レンズ1
(3−2)を下記評価用試料とした。Molding conditions for the first step of molding the scanning lens 1 (3-1) using the injection molding die 40 shown in FIG. 4 were as follows. That is, the mold set in the injection molding machine has a cartridge heater 1 so that the temperature is 135 ° C., which is lower than the glass transition temperature of the resin material used.
It is heated at 1, and the cavity 5 is filled with a molten resin material and cooled. Then, the scanning lens 1 (3-1) solidified by cooling in the cavity 5 is taken out from the mold and left to stand at room temperature to be naturally cooled. Next, as a second step, the room temperature scanning lens 1 (3-) formed in the first step is formed.
1) was placed in a constant temperature bath in the same manner as in Examples 1 and 2,
The scan lens 1 (3-2) was obtained by heat treatment under the same temperature conditions, temperature holding time, and cooling rate. Obtained scanning lens 1
(3-2) was used as the following evaluation sample.
【0057】実施例1、2および比較例1で得られた各
走査レンズ1(1−2)、(2−2)、(3−2)の評
価用試料について、屈折率分布を測定した結果を表1に
示す。なお、屈折率分布測定は、特開平8−12221
0号公報で開示されている方法を用いて、図1に示す走
査レンズ1のレーザビームが透過する方向(Z方向)に
被検波を入射して、レンズ中央部(X方向の中心)の屈
折率分布を測定した。ここで、レンズ幅方向(Y方向)
のレーザビームが透過する光線有効範囲(4mm)内に
おける屈折率のPV値(最大値−最小値)を屈折率分布
と定義している。Results of measuring the refractive index distributions of the evaluation samples of the scanning lenses 1 (1-2), (2-2) and (3-2) obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 Is shown in Table 1. Incidentally, the refractive index distribution measurement is carried out by the method described in JP-A-8-12221.
Using the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 0, the test wave is incident in the direction (Z direction) in which the laser beam of the scanning lens 1 shown in FIG. 1 is transmitted to refract the central portion of the lens (center in the X direction). The rate distribution was measured. Here, the lens width direction (Y direction)
The PV value (maximum value-minimum value) of the refractive index within the effective range (4 mm) of the light beam through which the laser beam is transmitted is defined as the refractive index distribution.
【0058】[0058]
【表1】 [Table 1]
【0059】上記評価の結果、本発明の第1の工程と第
2の工程を少なくとも含む製造方法によって成形した場
合には、第1の工程の冷却過程で走査レンズの光学面以
外の非光学面から優先的に冷却してガラス転移温度以下
にて固化することにより、成形温度より高い温度での屈
折率分布を極力低減し、しかる後に第2の工程で固化し
た走査レンズを(ガラス転移温度−30℃)以上、ガラ
ス転移温度以下の所定の温度範囲に加熱調節してから、
(ガラス転移温度−30℃)よりも僅か低い温度まで冷
却によって熱処理することで、比較例の従来方式に較べ
て、屈折率分布が低減され、歪みの少ない高品位な走査
レンズが得られることが確認された。As a result of the above evaluation, in the case of molding by the manufacturing method including at least the first step and the second step of the present invention, a non-optical surface other than the optical surface of the scanning lens in the cooling process of the first step. By preferentially cooling and solidifying below the glass transition temperature, the refractive index distribution at a temperature higher than the molding temperature is reduced as much as possible, and then the scanning lens solidified in the second step (glass transition temperature- (30 ° C) to a glass transition temperature below a predetermined temperature range,
By performing heat treatment by cooling to a temperature slightly lower than (glass transition temperature −30 ° C.), it is possible to obtain a high-quality scanning lens with a reduced refractive index distribution and less distortion as compared with the conventional method of the comparative example. confirmed.
【0060】[0060]
【発明の効果】請求項1に係る発明では、樹脂材料の
(ガラス転移温度−30℃)以上、(ガラス転移温度)
以下の所定の温度範囲に温度調節された金型キャビティ
内に溶融した樹脂材料を充填し、非光学面から優先的に
冷却して成形する第1の工程と、成形されたプラスチッ
ク光学素子を、金型内または金型外で所定の温度範囲の
温度に調節し、所定の温度範囲の下限値よりも低い温度
まで冷却して熱処理する第2の工程とを少なくとも含む
ことにより、屈折率分布が非常に小さくなるため、これ
によって高品位なプラスチック光学素子が得られる生産
性を向上した製造方法の提供が可能となる。According to the invention of claim 1, the resin material has a glass transition temperature of -30 ° C. or higher and a glass transition temperature of
The first step of filling a molten resin material into a mold cavity whose temperature is adjusted to the following predetermined temperature range, preferentially cooling from a non-optical surface and molding, and a molded plastic optical element, By including at least a second step of adjusting the temperature within a mold to a temperature within a predetermined temperature range, cooling to a temperature lower than the lower limit value of the predetermined temperature range, and performing heat treatment, Since it is extremely small, it is possible to provide a manufacturing method with improved productivity that can obtain a high-quality plastic optical element.
【0061】請求項2〜5に係る発明では、光学面を形
成する金型部材の温度と非光学面を形成する金型部材の
温度との間に温度差を設定し(請求項2)、光学面を形
成する金型部材を加熱する(請求項3)か、光学面を形
成する金型部材に断熱材を設ける(請求項4)か、非光
学面を形成する金型部材を冷却する(請求項5)か、の
いずれかの方法で温度差をつけることによって、成形物
内部の低密度領域が広がるため、これによって光線の透
過有効範囲を広げたプラスチック光学素子が得られる製
造方法の提供が可能となる。In the inventions according to claims 2 to 5, a temperature difference is set between the temperature of the mold member forming the optical surface and the temperature of the mold member forming the non-optical surface (claim 2). The mold member forming the optical surface is heated (Claim 3), the heat insulating material is provided on the mold member forming the optical surface (Claim 4), or the mold member forming the non-optical surface is cooled. (Claim 5) A low-density region inside the molded article is expanded by making a temperature difference by any one of the methods, so that a plastic optical element in which a light transmission effective range is expanded is obtained. It becomes possible to provide.
【0062】請求項6に係る発明では、第2の工程にお
ける所定の温度範囲内に温度調整された状態から、所定
の温度の下限値よりも低い温度までの冷却速度を毎分3
℃以下とすることによって屈折率分布が効果的に低減す
るため、これによって高品位なプラスチック光学素子が
得られる製造方法の提供が可能となる。According to the sixth aspect of the invention, the cooling rate from the state where the temperature is adjusted within the predetermined temperature range in the second step to a temperature lower than the lower limit value of the predetermined temperature is 3 per minute.
Since the refractive index distribution is effectively reduced by setting the temperature to not higher than 0 ° C., it is possible to provide a manufacturing method by which a high-quality plastic optical element can be obtained.
【0063】請求項7、8に係る発明では、所定の温度
範囲外にある第1の工程で成形されたプラスチック光学
素子の温度を所定の温度範囲内まで加熱または冷却によ
り温度調節してから、冷却し熱処理を行なう(請求項
7)こと、冷却を開始するまでに、所定の温度範囲内で
温度保持工程を設ける(請求項8)ことで第2の工程前
に発生した残存屈折率分布を効果的に低減することがで
きるため、これによって不必要に冷却時間をかけないで
成形のできる生産性が良好で高品位なプラスチック光学
素子が得られる製造方法の提供が可能となる。In the inventions according to claims 7 and 8, the temperature of the plastic optical element molded in the first step, which is outside the predetermined temperature range, is adjusted by heating or cooling to within the predetermined temperature range. By cooling and performing heat treatment (Claim 7), by providing a temperature holding step within a predetermined temperature range before starting cooling (Claim 8), the residual refractive index distribution generated before the second step can be determined. Since it can be effectively reduced, it is possible to provide a manufacturing method capable of obtaining a high-quality plastic optical element with good productivity which can be molded without unnecessary cooling time.
【0064】請求項9に係る発明では、本発明の前記請
求項1〜9のいずれかに記載のプラスチック光学素子の
製造方法を適用すれば、屈折率分布を低減することがで
きるため、これによって高精度要求を満たす高品位なプ
ラスチック光学素子の提供が可能となる。In the invention according to claim 9, the refractive index distribution can be reduced by applying the method for manufacturing a plastic optical element according to any one of claims 1 to 9 of the present invention. It is possible to provide a high-quality plastic optical element that meets high precision requirements.
【0065】請求項10に係る発明では、プラスチック
光学素子用の成形樹脂材料として熱可塑性の非晶性プラ
スチック材料を使用することにより、本発明の製造方法
における第1の工程と第2の工程の成形条件および熱処
理条件が適用でき、屈折率分布を少なくすることができ
るため、これによって適用範囲の広い高品位なプラスチ
ック光学素子の提供が可能となる。According to the tenth aspect of the present invention, by using the thermoplastic amorphous plastic material as the molding resin material for the plastic optical element, the first step and the second step in the manufacturing method of the present invention can be performed. Since molding conditions and heat treatment conditions can be applied and the refractive index distribution can be reduced, it is possible to provide a high-quality plastic optical element with a wide range of application.
【図1】本発明の実施例および実施の形態を説明するた
めの走査レンズの形状を示す概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing the shape of a scanning lens for explaining an example and an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例1および実施の形態を説明する
ための射出成形用金型を示す概略構成断面図である。FIG. 2 is a schematic configuration cross-sectional view showing an injection molding die for explaining the first embodiment and the embodiment of the present invention.
【図3】実施例2における射出成形用金型を示す概略構
成断面図である。FIG. 3 is a schematic configuration sectional view showing an injection molding die in Example 2.
【図4】比較例1における射出成形用金型を示す概略構
成断面図である。FIG. 4 is a schematic configuration cross-sectional view showing an injection molding die in Comparative Example 1.
1 走査レンズ 2 光学面 3 鏡面駒 4 キャビティ駒 5 キャビティ 6 カートリッジヒーター 7 熱電対 8 カートリッジヒーター 9 熱電対 10 金型ベース 11 カートリッジヒーター 12 熱電対 13 配管 20 射出成形用金型 21a レンズ側面 21b レンズ側面 30 射出成形用金型 40 射出成形用金型 1 scanning lens 2 Optical surface 3 Mirror piece 4 cavity pieces 5 cavities 6 cartridge heater 7 thermocouple 8 cartridge heater 9 thermocouple 10 Mold base 11 Cartridge heater 12 thermocouple 13 Piping 20 Mold for injection molding 21a lens side 21b lens side 30 Injection Mold 40 Injection Mold
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 知広 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 4F202 AA04 AH73 AR06 CA11 CB01 CN21 CN27 4F206 AA04 AH73 AR064 JA07 JN43 JP17 JQ81 JW06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Tomohiro Harada 1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks Company Ricoh F-term (reference) 4F202 AA04 AH73 AR06 CA11 CB01 CN21 CN27 4F206 AA04 AH73 AR064 JA07 JN43 JP17 JQ81 JW06
Claims (10)
ラス転移温度−30℃)以上、(ガラス転移温度)以下
で規定される所定の温度範囲にある温度に調節された、
光学面を形成する熱制御可能な金型部材と光学面以外の
非光学面を形成する熱制御可能な金型部材とで囲まれた
金型キャビティ内に充填し、該非光学面から優先して冷
却してプラスチック光学素子を固化成形する第1の工程
と、該プラスチック光学素子を、金型内または金型外で
前記所定の温度範囲内の温度に調節し、該所定の温度範
囲の下限値よりも低い温度まで冷却して熱処理する第2
の工程とを少なくとも含むことを特徴とするプラスチッ
ク光学素子の製造方法。1. A molten resin material is adjusted to a temperature within a predetermined temperature range defined by (glass transition temperature −30 ° C.) or more and (glass transition temperature) or less of the resin material,
Fill a mold cavity surrounded by a heat-controllable mold member that forms an optical surface and a heat-controllable mold member that forms a non-optical surface other than the optical surface, and give priority to the non-optical surface. The first step of cooling and solidifying the plastic optical element, and adjusting the temperature of the plastic optical element within the predetermined temperature range inside the mold or outside the mold, and the lower limit value of the predetermined temperature range. Second, heat treatment by cooling to a lower temperature
And at least the step of manufacturing a plastic optical element.
形成する熱制御可能な金型部材の温度と前記光学面以外
の非光学面を形成する熱制御可能な金型部材の温度との
間に温度差を設けてプラスチック光学素子を固化成形す
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
子の製造方法。2. In the first step, the temperature of a heat-controllable mold member forming the optical surface and the temperature of a heat-controllable mold member forming a non-optical surface other than the optical surface. The method for producing a plastic optical element according to claim 1, wherein the plastic optical element is solidified and molded by providing a temperature difference therebetween.
子を固化成形するに際して、前記光学面を形成する熱制
御可能な金型部材を加熱して前記光学面以外の非光学面
を形成する熱制御可能な金型部材の温度より高く設定す
ることを特徴とする請求項2記載のプラスチック光学素
子の製造方法。3. A heat control for forming a non-optical surface other than the optical surface by heating a heat-controllable mold member forming the optical surface when the plastic optical element is solidified and molded by providing the temperature difference. The method for producing a plastic optical element according to claim 2, wherein the temperature is set higher than the temperature of the mold member that can be used.
子を固化成形するに際して、前記光学面を形成する熱制
御可能な金型部材に断熱部材を設けて前記光学面以外の
非光学面を形成する熱制御可能な金型部材の温度よりも
高く設定することを特徴とする請求項2記載のプラスチ
ック光学素子の製造方法。4. When solidifying a plastic optical element by providing the temperature difference, a heat-controllable mold member that forms the optical surface is provided with a heat insulating member to form a non-optical surface other than the optical surface. The method for producing a plastic optical element according to claim 2, wherein the temperature is set higher than the temperature of the mold member that can be thermally controlled.
子を固化成形するに際して、前記光学面以外の非光学面
を形成する熱制御可能な金型部材を冷却して前記光学面
を形成する熱制御可能な金型部材の温度より低く設定す
ることを特徴とする請求項2記載のプラスチック光学素
子の製造方法。5. A heat control for forming the optical surface by cooling a heat-controllable mold member forming a non-optical surface other than the optical surface when solidifying a plastic optical element by providing the temperature difference. The method for producing a plastic optical element according to claim 2, wherein the temperature is set lower than the temperature of the mold member that can be molded.
ック光学素子の前記所定の温度範囲内の温度に調節され
た状態から前記所定の温度範囲の下限値よりも低い温度
まで冷却される冷却速度が毎分3℃以下であることを特
徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のプラスチック
光学素子の製造方法。6. In the second step, a cooling rate for cooling the plastic optical element from a state of being adjusted to a temperature within the predetermined temperature range to a temperature lower than a lower limit value of the predetermined temperature range is set. 6. The method for producing a plastic optical element according to claim 1, wherein the temperature is 3 ° C. or less per minute.
チック光学素子の前記所定の温度範囲外にある温度を、
前記所定の温度範囲内の温度に調節してから前記第2の
工程の熱処理を行なうことを特徴とする請求項1〜6記
載のプラスチック光学素子の製造方法。7. The temperature outside the predetermined temperature range of the plastic optical element solidified and molded in the first step,
7. The method for manufacturing a plastic optical element according to claim 1, wherein the heat treatment in the second step is performed after adjusting the temperature within the predetermined temperature range.
所定の温度範囲内の温度に達してから冷却を開始するま
でに、所定の温度範囲内で温度保持工程を設けることを
特徴とする請求項7記載のプラスチック光学素子の製造
方法。8. A temperature holding step within a predetermined temperature range is provided after the temperature of the plastic optical element reaches a temperature within the predetermined temperature range and before cooling is started. A method for producing the plastic optical element according to claim 1.
チック光学素子の製造方法によって製造されたことを特
徴とするプラスチック光学素子。9. A plastic optical element manufactured by the method for manufacturing a plastic optical element according to claim 1.
の非晶性プラスチック材料から成形されていることを特
徴とする請求項9記載のプラスチック光学素子。10. The plastic optical element according to claim 9, wherein the plastic optical element is molded from a thermoplastic amorphous plastic material.
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---|---|---|---|
JP2002073738A JP2003266504A (en) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | Plastic optical element and method for manufacturing it |
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JP2010082838A (en) * | 2008-09-29 | 2010-04-15 | Konica Minolta Opto Inc | Lens manufacturing method |
-
2002
- 2002-03-18 JP JP2002073738A patent/JP2003266504A/en active Pending
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