JP2004098538A - Method for manufacturing optical element made of plastic, mold for molding, and optical element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同心状の複数の回折溝が形成されたプラスチック製の回折レンズ等の光学素子の製造方法、及びこれに用いる成形型、並びに、これらによって形成されるプラスチック製の光学素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、光ディスクに対し情報を記録もしくは再生する光学式記録再生装置の光ピックアップ装置等において、凸面の基盤面上に同心状の回折溝を形成して色収差補正機能を持たせた正レンズを結像用レンズとして用いることが知られている。このようなレンズは、色収差補正レンズと呼ばれ、1枚のレンズでも簡便に色収差補正機能を有する結像系を構成し得る等の利点を有している。また、材料としてプラスチックを採用することで、射出成形に代表されるレプリカ法によるプラスチック成形技術の適用を可能にして、安価で大量に安定した性能の製品を供給出来ることが知られている。
【0003】
上記のような結像用レンズについて、回折溝において転写不良を防止するための成形型が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この成形型には、光軸に対応する中心から周辺に延びるガス抜き用の細い凹溝が形成されている。このような凹溝により、成形中においてキャビティ中のガスを外部に排出して、回折溝形状に乱れのない結像用レンズを製造することができるとある。
【0004】
【特許文献1】
特開平2001−33611号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような成形型では、キャビティ中のガスを十分に外部に排出できない場合がある。例えば、キャビティ中に注入された溶融樹脂が凹溝の先端側から先に充填された場合、凹溝が先端側で塞がれてキャビティ中にガスが溜まってしまう場合があり、この場合、キャビティ中に残ったガスによって成形不良が発生する可能性がある。
【0006】
そこで、本発明は、以上のような問題が生じない光学素子の製造方法及びこれに用いる成形型、並びに、プラスチック製の光学素子を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る第1のプラスチック製光学素子の製造方法は、光路を境界で段階的に切り換える複数の分割面を光学面として有するプラスチック製の光学素子の製造方法であって、光学素子の光学面に対応する表面形状を有する成型面と、複数の分割面の境界を形成する複数の段差部分と交差するように成型面に沿って延在するとともに、光学素子の中央側から周辺側に向けて幅が変化する凹溝とを備える成形型を準備する工程と、成形型を用いてキャビティを形成する工程と、キャビティ中に溶融した樹脂を注入する工程とを備える。ここで、光学素子とは、レンズに代表される光学部材であり、位相シフトデバイスを含む。
【0008】
上記製造方法では、これに用いる成形型が光学素子の中央側から周辺側に向けて幅が変化する凹溝を有するので、キャビティ中に溶融樹脂を注入する際に、凹溝を介して流通するガスの流れを制御できるようになり、複数の分割面間の境界の段差部分において形状に乱れの少ない光学素子を提供することができる。
【0009】
上記製造方法の具体的な態様では、光学素子がレンズである。この場合、回折用の段差部分で形状に乱れのない結像用レンズを製造することができ、回折型のプラスチック製レンズの性能を高めることができる。
【0010】
上記製造方法の別の具体的な態様では、凹溝が、レンズの屈折面に対応する成型面の中央から周辺に直線的に延びるとともに、周辺に向けてこの成型面に沿った溝幅が増加する。この場合、キャビティ中に溶融樹脂を注入する際に、周辺側の凹溝が充填されにくくなるので、中央側の凹溝が先に充填される。よって、キャビティ中のガスを外部に確実に排出することができ、キャビティの内面形状を確実に転写して高精度のレンズを製造することができる。
【0011】
上記製造方法の別の具体的な態様では、凹溝が、レンズの屈折面に対応する成型面の中央から周辺に直線的に延びるとともに、周辺に向けてこの成型面に沿った溝幅が減少する。この場合、キャビティ中に溶融樹脂を注入する際に、最終段階でキャビティ中に残ったガスを中央に集めることができ、対象性の高いレンズを製造することができる。
【0012】
本発明に係る第2のプラスチック製光学素子の製造方法は、光路を境界で段階的に切り換える複数の分割面を光学面として有するプラスチック製の光学素子の製造方法であって、光学素子の光学面に対応する表面形状を有する成型面と、複数の分割面の境界を隣接して形成する第1及び第2の段差部分間を連絡するように成型面に沿って互いに離間して延在する第1及び第2の凹溝と、複数の分割面の境界を形成するとともに第2の段差部分に隣接する第3の段差部分と第2の段差部分との間を第1及び第2の凹溝の双方から離間した位置で連絡するように成型面に沿って延在する第3の凹溝とを有する成形型を準備する工程と、成形型を用いてキャビティを形成する工程と、キャビティ中に溶融した樹脂を注入する工程とを備える。
【0013】
上記製造方法では、成形型が、第1及び第2の段差部分間を連絡する第1及び第2の凹溝と、第2及び第3の段差部分間を連絡する第3の凹溝とを備え、第3の凹溝が第1及び第2の凹溝の双方から離間して配置されるので、キャビティ中に溶融樹脂を注入する際に第1の凹溝が先に充填されても、これから離間した第2及び第3の凹溝が直ちに充填されず、溝を切り換えてガスを排出することができる。つまり、凹溝が一筋に延びないので、境界の段差部分において形状に乱れの少ない光学素子を提供することができる。また、凹溝が一筋に延びない構造としているので、光学素子の特性に与える影響も比較的小さい。
【0014】
本発明に係る第1の成形型は、光路を境界で段階的に切り換える複数の分割面を光学面として有するプラスチック製の光学素子の光学面に対応する表面形状を有する成型面と、複数の分割面の境界を形成する複数の段差部分と交差するように成型面に沿って延在するとともに光学素子の中央側から周辺側に向けて幅が変化する凹溝とを備える。
【0015】
上記第1の成形型では、光学素子の中央側から周辺側に向けて幅が変化する凹溝を有するので、かかる成形型から形成したキャビティ中に溶融樹脂を注入する際に、凹溝を介して流通するガスの流れを制御できるようになり、境界の段差部分において形状に乱れの少ない光学素子を提供することができる。
【0016】
本発明に係る第2の成形型は、光路を境界で段階的に切り換える複数の分割面を光学面として有するプラスチック製の光学素子の光学面に対応する表面形状を有する成型面と、複数の分割面の境界を隣接して形成する第1及び第2の段差部分間を連絡するように成型面に沿って互いに離間して延在する第1及び第2の凹溝と、複数の分割面の境界を形成するとともに第2の段差部分に隣接する第3の段差部分と第2の段差部分との間を第1及び第2の凹溝の双方から離間した位置で連絡するように成型面に沿って延在する第3の凹溝とを備える。
【0017】
上記第2の成形型では、かかる成形型から形成したキャビティ中に溶融樹脂を注入する際に第1の凹溝が先に充填されても、これから離間した第2及び第3の凹溝が直ちに充填されず、溝を切り換えてガスを排出することができ、境界の段差部分において形状に乱れの少ない良好な光学特性の光学素子を提供することができる。
【0018】
本発明に係る第1のプラスチック製の光学素子は、光路を境界で段階的に切り換える複数の分割面を含む光学面と、複数の分割面の境界を形成する複数の段差部分と交差するように光学面に沿って延在するとともに、光学素子の中央側から周辺側に向けて幅が変化する凸条とを備える。
【0019】
上記第1の光学素子は、光学素子の中央側から周辺側に向けて幅が変化する凸条を有するので、かかる光学素子の外形に対応する内面形状のキャビティ中に溶融樹脂を注入して光学素子を形成する際に、凸条を形成すべきキャビティ内面の凹溝を介して流通するガスの流れを制御できるようになり、複数の分割面間の境界の段差部分において形状に乱れが少なくなる。
【0020】
本発明に係る第2のプラスチック製の光学素子は、光路を境界で段階的に切り換える複数の分割面を含む光学面と、複数の分割面の境界を隣接して形成する第1及び第2の段差部分間を連絡するように光学面に沿って互いに離間して延在する第1及び第2の凸条と、複数の分割面の境界を形成するとともに第2の段差部分に隣接する第3の段差部分と第2の段差部分との間を第1及び第2の凸条の双方から離間した位置で連絡するように光学面に沿って延在する第3の凸条とを備える。
【0021】
上記第2の光学素子では、かかる光学素子の外形に対応する内面形状のキャビティ中に溶融樹脂を注入して光学素子を形成する際に、第1の凸条に対応するキャビティ内面の凹溝が先に充填されても、これから離間した第2及び第3の凸条が直ちに形成されず、第2及び第3の凸条に対応するキャビティ内面の凹溝を切り換えてガスを排出することができ、複数の分割面間の境界の段差部分において形状に乱れの少ない良好な光学特性の光学素子を提供することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
〔第1実施形態〕
図1(a)、(b)は、第1実施形態に係るプラスチック製回折レンズを製造する際に使用される成形型の一例を示した図である。図1(a)は、成形型の上面図であり、図1(b)は、成形型の斜視図であり、図1(c)は、成形型の部分拡大斜視図である。
【0023】
成形型である金型部材20は、円柱状の突起21を備える。この突起21の端部22は、その中央に円形で全体として凹面状の転写部23を備え、その周囲に環状で平坦な縁部24を備える。
【0024】
転写部23には、複数の輪帯状の分割面23aが同心状に形成されており、隣接する一対の分割面23aの境界には、断面鋸歯状の段差23bが形成されている。各分割面23aは、屈折面を形成する球面若しくは非球面であり、段差23bと協働することで回折レンズの片面を形成すべき転写面すなわち成型面となる。
【0025】
また、突起21の端部22には、転写部23から縁部24かけて、中心から周辺に延びる1本のガス抜き用の凹溝25が形成されている。この凹溝25は、分割面23aと段差23bとを横切るように直線的に延びており、転写部23上に設けた部分25aにおいて、中心側の根元部RCから外側の転写端部RPにかけて溝幅が徐々に増加している。また、凹溝25は、縁部24上に設けた部分25bにおいて一定の溝幅を有する。凹溝25は、各部分25a、25bにおいて、段差23bの深さすなわち高低差とほぼ等しい深さを有するか、それよりわずかに深くなっており、同心状に配置された各段差23bを完全に分断している(図1(c)参照)。
【0026】
図2は、図1に示す金型部材20を用いて回折レンズを製造する工程を説明する図である。まず、図1の金型部材20とこれに対向する金型部材30とを準備し、両部材20、30を、対向する一対の円筒状ホルダ41、42に固定する。これにより、両部材20、30によって上面及び下面が画定され、ホルダ41、42によって側面が画定された両凸レンズ状の内部空間からなるキャビティCAが形成される。
【0027】
ここで、金型部材30は、その端面中央に凹面の転写部33を備え、その周囲に環状で平坦な縁部34を備える。前者の転写部33は、金型部材20の転写部23に対向するが、転写部23に形成した段差23bに対応する回折溝が形成されておらず、平滑面となっている。後者の縁部34は、金型部材20の縁部24に対向する。これら転写部33や縁部34には、金型部材20の場合と異なり、図1(c)に示す凹溝25に対応する凹溝が形成されていない。
【0028】
ホルダ41、42は、両者の端面同士を突き合わせることで、両金型部材20、30を位置合わせするとともに、これらを所定距離だけ互いに離間させる。また、両ホルダ41、42を付き合わせることにより、ホルダ41、42の端面間の一部に、溶融樹脂を注入するための注入ゲート43が形成される。さらに、注入ゲート43の対向位置には、細い隙間44が形成されている。これにより、注入ゲート43から溶融樹脂MRを注入しつつ隙間44から排気して、キャビティCA中に溶融樹脂MRを完全に充填することができる。
【0029】
キャビティCA中に溶融樹脂MRを充填する最終段階では、キャビティCAが注入ゲート43から導入された溶融樹脂MRでほぼ満たされる。つまり、注入された溶融樹脂MRの下面は、下側の金型部材30に形成された転写部33に密着して支持され、注入された溶融樹脂MRの上面は、上側の金型部材20に同心状に形成された各分割面23aにほぼ密着する。ただし、各分割面23a間に形成された段差23bの溝部分には、まだガスが溜まっており、溶融樹脂MRが充填されていない。このようなガスは、キャビティCA中に当初からあった空気か、溶融樹脂MRから徐々に発生するガスである。
【0030】
この状態から、キャビティCA中に溶融樹脂MRをさらに加圧充填すると、段差23bの溝部分に徐々に溶融樹脂MRが充填される。この際、凹溝25と溶融樹脂MRの上面との間に中央から外側に向かう空気抜きの通路が形成されるので、各段差23bに溜まったガスを凹溝25を介して周辺側に送り出すことができ、隙間44を介してキャビティCA外に排気することができる。ここで、凹溝25の幅は、根元部RCから転写端部RPにかけて徐々に増加しているので、凹溝25は、根元部RCから転写端部RPにかけて徐々に溶融樹脂MRで充填される。よって、全ての段差23bの溝部分がほぼ完全に溶融樹脂MRで充填されるまで、凹溝25の部分に気道を確保することができる。つまり、段差23bの溝部分を溶融樹脂MRによってほぼ完全に埋め込むことができ、分割面23aと段差23bからなる転写部23の形状を溶融樹脂MRに完全に転写して冷却・硬化させることができる。
【0031】
図3は、図2に示す製造方法を用いて製造した回折レンズ50の構造を説明する斜視図である。この回折レンズ50は、レンズ本体51と、周辺部52と、凸部53とを備える。
【0032】
レンズ本体51は、凸レンズ状の外形を有し、その光学面を構成する上面51aには、複数の輪帯状の分割面51bが同心に形成されている。各分割面51bは、非球面若しくは球面からなり、隣接する一対の分割面51bの間には、段差状の回折溝51cが形成されている。各分割面51bの曲率半径、輪帯の幅及び半径等は、回折レンズ50の使用目的に応じて適宜設定される。なお、各分割面51bは、図1に示す金型部材20の転写部23に形成した各分割面23aに対応し、それぞれを反転した形状を有する。また、回折溝51cは、上記転写部23に形成した各段差23bの突起に対応し、それぞれを反転した形状を有する。
【0033】
周辺部52は、図2に示す回折レンズ50を保持するための部分であり、金型部材20の縁部24と金型部材30の縁部34との間に挟まれて形成される環状の部材である。この周辺部52の一部には、図2の注入ゲート43に対応する凸部53が残っている。
【0034】
レンズ本体51の上面51a中央から周辺部52にかけては、凸条54が形成されている。この凸条54は、レンズ本体51上に形成された部分54aで、各分割面23aと各段差23bとを横切るように直線的に延びており、中心側の根元部PCから外側の転写端部PPにかけて幅が徐々に増加している。また、凸条54は、周辺部52上に形成された部分54bで一定の幅を有する。凸条54の部分54aは、根元部PCから転写端部PPにかけて、回折溝51cに伴ってその側方に形成された突起とほぼ等しい高さを有するか、それよりわずかに高くなっている。
【0035】
なお、レンズ本体51の裏面については図示していないが、金型部材30の転写部33を反転した凸面となっている。
【0036】
以上の回折レンズ50は、図2等を参照して説明した上記方法で成型されるので、レンズ本体51の上面51aは、図1の金型部材20に設けた転写部23すなわち分割面23a及び段差23bに正確に対応する表面形状になる。つまり、このようにして得られた回折レンズ50は、複数の分割面51b間の境界である回折溝51cにおいて形状に乱れの少ない光学素子となっている。つまり、分割面51bと回折溝51cとを設計どおりに形成することができるので、例えば球面収差がなく、異なる2以上の波長に対して色収差を補正した回折レンズ50を提供することができる。
【0037】
〔第2実施形態〕
図4は、第2実施形態に係るプラスチック製回折レンズを製造する際に使用される成形型の上面図である。第2実施形態の成形型である金型部材120は、第1実施形態に係る成形型を変形したものであり、同一部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【0038】
この金型部材120の場合、転写部23から縁部24かけて、中心から周辺に延びる1本の通気用の凹溝125が形成されている。この凹溝125は、分割面23aと段差23bとを横切るように直線的に延びており、転写部23上に設けた部分125aにおいて、中心側の根元部RCから外側の転写端部RPにかけて幅が徐々に減少している。また、凹溝125は、縁部24上に設けた部分125bにおいて一定の幅を有する。凹溝125は、各部分125a、125bにおいて、段差23bの深さすなわち高低差とほぼ等しい深さを有するか、それよりわずかに深くなっており、同心状に配置された各段差23bを完全に分断している。
【0039】
図4の金型部材120も、図2に示す金型部材30及びホルダ41、42と同様の部材と組み合わされて、溶融樹脂を注入するためのキャビティを形成する。かかるキャビティ中に溶融樹脂を充填する最終段階では、注入された溶融樹脂の上面は、上側の金型部材120に同心状に形成された各分割面23aにほぼ密着する。ただし、金型部材120に形成された段差23bの溝部分には、まだガスが溜まっており溶融樹脂が充填されない。
【0040】
この状態から、金型部材120で形成されたキャビティ中に溶融樹脂をさらに加圧充填すると、段差23bの溝部分に徐々に溶融樹脂が充填される。この際、凹溝125設けた部分125aは、根元部RCから転写端部RPにかけて幅が徐々に減少しているので、転写端部RPから根元部RCにかけて溶融樹脂が徐々に充填されるものと考えられる。この場合、各段差23bに溜まったガスは、部分125aを介して周辺側から中央側に徐々に送り込まれて、最も中央の段差23bに溜まることになる。つまり、キャビティ中に残ったガスを中央に集めることができ、対象性の高い回折レンズ(図示を省略)を製造することができる。なお、最も中央の段差23bによって形成すべき回折溝やエッジは、必ずしも鋭利である必要がないので、回折レンズの特性が劣化する量は、用途にもよるがほとんど無視できる程度のものとなる。
【0041】
〔第3実施形態〕
図5は、第3実施形態に係るプラスチック製回折レンズを製造する際に使用される成形型の上面図である。第3実施形態の成形型である金型部材220は、第1実施形態に係る成形型を変形したものである。
【0042】
この金型部材220の場合も、転写部23から縁部24かけて、中心から周辺に延びる1本のガス抜き用の凹溝225が形成されている。この凹溝225は、転写部23上に設けた部分225aにおいて、中心側の根元部RCから外側の転写端部RPにかけて幅が徐々に増加している。ただし、幅の増加率は一定でなく、転写端部RPに向かって幅の増加率が徐々に増大している。なお、凹溝225は、各部分225a、225bにおいて、第1実施形態の場合と同様の深さを有し、同心状に配置された各段差23bを完全に分断している。
【0043】
金型部材220で形成されたキャビティ中に溶融樹脂を充填した場合にも、第1実施形態の場合と同様に、段差23bの溝部分を溶融樹脂によってほぼ完全に埋め込むことができ、分割面23aと段差23bからなる転写部23の形状を溶融樹脂に完全に転写することができる。つまり、このようにして得られた回折レンズ(図示を省略)は、複数の分割面間の境界の回折溝において形状に乱れの少ない光学素子となっている。
【0044】
〔第4実施形態〕
図6は、第4実施形態に係るプラスチック製回折レンズを製造する際に使用される成形型の上面図である。第4実施形態の成形型である金型部材320も、第1実施形態に係る成形型を変形したものである。
【0045】
この金型部材320の場合も、転写部23から縁部24かけて、中心から周辺に延びる1本のガス抜き用の凹溝325が形成されている。この凹溝325は、転写部23上に設けた部分325aにおいて、中心側の根元部RCから外側の転写端部RPにかけて幅が徐々に増加している。ただし、幅の増加率は一定でなく、転写端部RPに向かって幅の増加率が徐々に減少している。なお、凹溝325は、各部分325a、325bにおいて、第1実施形態の場合と同様の深さを有し、同心状に配置された各段差23bを完全に分断している。
【0046】
金型部材320で形成されたキャビティ中に溶融樹脂を充填した場合にも、第1実施形態の場合と同様に、段差23bの溝部分を溶融樹脂によってほぼ完全に埋め込むことができ、分割面23aと段差23bからなる転写部23の形状を溶融樹脂に完全に転写することができる。つまり、このようにして得られた回折レンズ(図示を省略)は、複数の分割面間の境界を構成する回折溝において形状に乱れの少ない光学素子となっている。
【0047】
〔第5実施形態〕
図7は、第5実施形態に係るプラスチック製回折レンズを製造する際に使用される成形型の上面図である。第5実施形態の成形型である金型部材420は、第1実施形態に係る成形型を変形したものである。
【0048】
この金型部材420の場合、転写部23において、各分割面23aの2箇所以上にガス抜き用の細い凹溝425が形成されている。各凹溝425は、輪帯状の分割面23aを横断するように形成されているが、隣の分割面23aまでは延びていない。つまり、所定の間隔で配列された複数の段差23bは、線分状の短い凹溝425によって異なる位置で連結されており、全体として阿弥陀籤状のパターンとなっている。なお、転写部23の外側の縁部24にも、一対の凹溝426が適宜離間して形成されている。これらの凹溝426は、最も外側の段差23bに連結されており、縁部24の外周まで延びる。つまり、凹溝426は、環状の縁部24を横断している。
【0049】
各凹溝425、426は、段差23bの深さすなわち高低差とほぼ等しい深さを有するか、それよりわずかに深くなっている。
【0050】
図7の金型部材420も、図2に示す金型部材30及びホルダ41、42と同様の部材と組み合わされて、溶融樹脂を注入するためのキャビティを形成する。かかるキャビティ中に溶融樹脂を充填する最終段階では、注入された溶融樹脂の上面は、上側の金型部材420に同心状に形成された各分割面23aにほぼ密着する。ただし、これらに挟まれた段差23bの溝部分には、まだガスが溜まっており溶融樹脂が充填されない。
【0051】
この状態から、金型部材420で形成されたキャビティ中に溶融樹脂をさらに加圧充填すると、段差23bの溝部分に徐々に溶融樹脂が充填される。この場合、各段差23bに溜まったガスを凹溝425、426を介して周辺側に送り出すことができ、キャビティ外に排気することができる。ここで、複数の凹溝425が各分割面23aの異なる位置に形成されており、特定の分割面23aにおいて、一方の凹溝425が溶融樹脂で充填されて塞がっても、他方の凹溝425で気道を確保することができる。よって、各段差23bの溝部分を溶融樹脂によってほぼ完全に埋め込むことができ、分割面23aと段差23bからなる転写部23の形状を溶融樹脂に完全に転写することができる。つまり、このようにして得られた回折レンズ(図示を省略)は、複数の分割面間の境界を構成する回折溝において形状に乱れの少ない光学素子となっている。
【0052】
〔第6実施形態〕
図8は、第6実施形態に係るプラスチック製回折レンズを製造する際に使用される成形型の上面図である。第6実施形態の成形型である金型部材520は、第5実施形態に係る成形型を変形したものである。
【0053】
この金型部材520の場合、転写部23において、各分割面23aの2箇所以上にガス抜き用の細い凹溝525が形成されている。各凹溝525は、原則として、隣接する一対の分割面23aを横断するように形成されているが、特定の分割面23aに対して異なる位置に形成されており、隣接する3つの分割面23aを横断するようにはなっていない。つまり、ある輪帯状の分割面23aに着目すると、この分割面23aとこれの内側に隣接する分割面23aとを、内側にある凹溝525が横断し、着目する分割面23aとこれの外側に隣接する分割面23aとを、より外側にある凹溝525が横断する。なお、各凹溝525は、段差23bの深さすなわち高低差とほぼ等しい深さを有するか、それよりわずかに深くなっている。
【0054】
金型部材520で形成されたキャビティ中に溶融樹脂を充填した場合にも、特定の分割面23aに注目すると、一方の凹溝525が溶融樹脂で充填されて塞がっても、他方の凹溝525で気道を確保することができる。よって、第5実施形態の場合と同様に、段差23bの溝部分を溶融樹脂によってほぼ完全に埋め込むことができ、分割面23aと段差23bからなる転写部23の形状を溶融樹脂に完全に転写することができる。つまり、このようにして得られた回折レンズ(図示を省略)は、複数の分割面間の境界を構成する回折溝において形状に乱れの少ない光学素子となっている。
【0055】
〔第7実施形態〕
図9は、上記第1〜第6実施形態に係る回折レンズ、すなわち金型部材50〜520を用いて形成した回折レンズからなる光ピックアップ用光学系を含む光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。
【0056】
この光ピックアップ装置は、第1の光ディスク61の情報再生用の半導体レーザ62と、第2の光ディスク65の情報再生用の半導体レーザ66とを有しており、すなわち、互いに波長の異なるレーザ光を射出することができる。両半導体レーザ62、66からのレーザ光は、第1〜第6実施形態の方法で形成した回折レンズからなる対物レンズ77を利用して光ディスク61、65に照射され、光ディスク61、65からの反射光は、対物レンズ77を利用して集光される。なお、光ディスクの一方の基板厚さは0.6±0.1mmであり、他方の基板厚さは1.2±0.1mmであり、互いに厚さが異なる。
【0057】
まず第1の光ディスク61を再生する場合、第1半導体レーザ62からビームを出射し、出射された光束は、ビームスプリッタ71を透過し、偏光ビームスプリッタ72、コリメータ73、1/4波長板74を透過して円偏光の平行光束となる。この光束は絞り76によって絞られ、対物レンズ77により第1の光ディスク61の透明基板61aを介して情報記録面61bに集光される。
【0058】
情報記録面61bで情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ77、絞り76、1/4波長板74、コリメータ73を透過して、偏光ビームスプリッタ72に入射し、ここで反射してシリンドリカルレンズ78により非点収差が与えられ、光検出器79上ヘ入射し、その出力信号を用いて、第1光ディスク61に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0059】
また、光検出器79上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータ81が第1の半導体レーザ62からの光束を第1光ディスク61の記録面61b上に結像するように対物レンズ77を光軸方向に移動させるとともに、この半導体レーザ62からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ77を光軸に垂直な方向に移動させる。
【0060】
一方、第2の光ディスク65を再生する場合、第2半導体レーザ66からビームを出射し、出射された光束は、光合成手段であるビームスプリッタ71で反射され、上記第1半導体レーザ62からの光束と同様、偏光ビームスプリッタ72、コリメータ73、1/4波長板74、絞り76、対物レンズ77を透過し、第2の光ディスク65の透明基板65aを介して情報記録面65bに集光される。
【0061】
情報記録面65bで情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ77、絞り76、1/4波長板74、コリメータ73、偏光ビームスプリッタ72、シリンドリカルレンズ78を介して、光検出器79上へ入射し、その出力情号を用いて、第2光ディスク65に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0062】
また、第1光ディスク61の場合と同様、光検出器79上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、2次元アクチュエータ81により、合焦、トラッキングのために対物レンズ77を移動させる。
【0063】
第7実施形態の光ピックアップ装置では、形状に乱れの少ない回折レンズからなる対物レンズ77を用いているので、各半導体レーザ62、66からの異なる波長の光を低収差で集光又は結像することができる。
【0064】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば金型部材20〜520で形成すべき回折レンズは凸レンズに限らず、凹レンズ等とするすることができる。
【0065】
また、第1〜第4実施形態において、凹溝25〜325の数は1に限らず2以上とすることができる。
【0066】
また、第5及び第6実施形態において、凹溝425、525等の幅、配置、個数等は、回折レンズの仕様や成型の条件(例えは、レンズの素材等)に応じて適宜変更できる。
【0067】
また、第1〜第6実施形態では、回折レンズを製造する場合について説明したか、本発明はレンズの製造に限るものではない。例えば、位相シフトデバイスの製造に用いることができる。
【0068】
【発明の効果】
以上説明したように、第1の発明によれば、成形型が光学素子の中央側から周辺側に向けて幅が変化する凹溝を有するので、キャビティ中に溶融樹脂を注入する際に、凹溝を介して流通するガスの流れを制御できるようになり、複数の分割面間の境界の段差部分において形状に乱れの少ない光学素子を提供することができる。
【0069】
また、第2の発明によれば、成形型から形成したキャビティ中に溶融樹脂を注入する際に第1の凹溝が先に充填されても、これから離間した第2及び第3の凹溝が直ちに充填されず、溝を切り換えてガスを排出することができ、境界の段差部分において形状に乱れの少ない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】第1実施形態に係るプラスチック製光学素子の製造方法の一例を示した図で、(a)、(b)及び(c)は、それぞれ金型部材の上面図、斜視図、及び部分拡大斜視図である。
【図2】図1の金型部材を用いた回折レンズの製造方法を説明する図である。
【図3】図1の金型部材を用いて製造した回折レンズの斜視図である。
【図4】第2実施形態に係るプラスチック製光学素子の製造に用いる金型部材の上面図である。
【図5】第3実施形態に係るプラスチック製光学素子の製造に用いる金型部材の上面図である。
【図6】第4実施形態に係るプラスチック製光学素子の製造に用いる金型部材の上面図である。
【図7】第5実施形態に係るプラスチック製光学素子の製造に用いる金型部材の上面図である。
【図8】第6実施形態に係るプラスチック製光学素子の製造に用いる金型部材の上面図である。
【図9】
【符号の説明】
20 金型部材
23 転写部
23a 分割面
23b 段差
25 凹溝
30 金型部材
41,42 ホルダ
43 注入ゲート
44 隙間
50 回折レンズ
51 レンズ本体
51b 分割面
51c 回折溝
54 凸条
CA キャビティ
MR 溶融樹脂[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing an optical element such as a plastic diffractive lens having a plurality of concentric diffraction grooves formed therein, a mold used for the method, and a plastic optical element formed by these.
[0002]
[Prior art]
For example, in an optical pickup device or the like of an optical recording / reproducing device that records or reproduces information on an optical disk, a concentric diffraction groove is formed on a convex base surface to form a positive lens having a chromatic aberration correction function. It is known to be used as an optical lens. Such a lens is called a chromatic aberration correction lens, and has an advantage that an image forming system having a chromatic aberration correction function can be easily formed with one lens. In addition, it is known that the adoption of plastic as a material enables the application of plastic molding technology by a replica method represented by injection molding, thereby making it possible to supply inexpensive, large-volume products with stable performance.
[0003]
With respect to the imaging lens as described above, a mold for preventing transfer failure in a diffraction groove has been disclosed (for example, see Patent Document 1). In this mold, a thin groove for venting is formed extending from the center corresponding to the optical axis to the periphery. According to such a concave groove, the gas in the cavity is discharged to the outside during molding, and an imaging lens with no disorder in the shape of the diffraction groove can be manufactured.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-33611
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described mold, the gas in the cavity may not be sufficiently discharged to the outside. For example, when the molten resin injected into the cavity is filled first from the tip side of the groove, the groove may be closed at the tip side and gas may accumulate in the cavity. Molding failure may occur due to the gas remaining inside.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical element which does not cause the above-described problems, a mold used for the method, and an optical element made of plastic.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a first method for manufacturing a plastic optical element according to the present invention is a method for manufacturing a plastic optical element having a plurality of divided surfaces that switch stepwise at an optical path as optical surfaces. A molding surface having a surface shape corresponding to the optical surface of the optical element, and extending along the molding surface so as to intersect with a plurality of steps forming a boundary between the plurality of divided surfaces, and a center of the optical element. The method includes the steps of preparing a mold having a concave groove whose width changes from the side toward the periphery, forming a cavity using the mold, and injecting a molten resin into the cavity. Here, the optical element is an optical member represented by a lens, and includes a phase shift device.
[0008]
In the above manufacturing method, since the mold used for this has a concave groove whose width changes from the center side to the peripheral side of the optical element, when the molten resin is injected into the cavity, it flows through the concave groove. Since the flow of gas can be controlled, it is possible to provide an optical element in which the shape is less disturbed at the step portion at the boundary between the plurality of divided surfaces.
[0009]
In a specific aspect of the above manufacturing method, the optical element is a lens. In this case, it is possible to manufacture an imaging lens in which the shape is not disturbed at the step portion for diffraction, and it is possible to enhance the performance of the plastic lens of the diffraction type.
[0010]
In another specific aspect of the above manufacturing method, the concave groove extends linearly from the center of the molding surface corresponding to the refractive surface of the lens to the periphery, and the groove width along the molding surface increases toward the periphery. I do. In this case, when the molten resin is injected into the cavity, the peripheral groove is difficult to fill, so the central groove is filled first. Therefore, the gas in the cavity can be reliably discharged to the outside, and the inner surface shape of the cavity can be reliably transferred to manufacture a high-precision lens.
[0011]
In another specific aspect of the above manufacturing method, the concave groove linearly extends from the center of the molding surface corresponding to the refractive surface of the lens to the periphery, and the groove width along the molding surface decreases toward the periphery. I do. In this case, when the molten resin is injected into the cavity, the gas remaining in the cavity at the final stage can be collected at the center, and a highly symmetric lens can be manufactured.
[0012]
A second method for manufacturing a plastic optical element according to the present invention is a method for manufacturing a plastic optical element having a plurality of divided surfaces as optical surfaces that switch the optical path stepwise at a boundary, wherein the optical surface of the optical element is A molding surface having a surface shape corresponding to the first surface and a first surface extending apart from each other along the molding surface so as to communicate between the first and second step portions which form the boundaries of the plurality of divided surfaces adjacent to each other. A first and a second groove forming a boundary between the first and second grooves and the plurality of divided surfaces and forming a boundary between the third step and the second step adjacent to the second step; Preparing a mold having a third concave groove extending along the molding surface so as to communicate at a position separated from both of them; a step of forming a cavity using the mold; Injecting the molten resin.
[0013]
In the above manufacturing method, the mold includes the first and second concave grooves communicating between the first and second step portions, and the third concave grooves communicating between the second and third step portions. Since the third groove is provided separately from both the first and second grooves, even when the first groove is first filled when the molten resin is injected into the cavity, The second and third concave grooves separated from this are not immediately filled, and the gas can be discharged by switching the grooves. That is, since the concave groove does not extend in a straight line, it is possible to provide an optical element whose shape is less disturbed at the step portion at the boundary. In addition, since the groove is configured so as not to extend straight, the influence on the characteristics of the optical element is relatively small.
[0014]
A first molding die according to the present invention includes a molding surface having a surface shape corresponding to an optical surface of a plastic optical element having a plurality of division surfaces for switching an optical path stepwise at a boundary as an optical surface, and a plurality of division surfaces. A concave groove extending along the molding surface so as to intersect with a plurality of steps forming a boundary of the surface, and having a width changing from the center side to the peripheral side of the optical element.
[0015]
Since the first molding die has a concave groove whose width changes from the center side to the peripheral side of the optical element, when the molten resin is injected into the cavity formed from the molding die, the groove is formed through the concave groove. Thus, the flow of the flowing gas can be controlled, and an optical element with less disturbance in shape at the step portion at the boundary can be provided.
[0016]
A second molding die according to the present invention includes a molding surface having a surface shape corresponding to the optical surface of a plastic optical element having a plurality of division surfaces for switching an optical path stepwise at a boundary as an optical surface, and a plurality of division surfaces. First and second concave grooves extending apart from each other along the molding surface so as to communicate between the first and second step portions formed adjacent to each other at the boundary of the surface; A molding surface is formed such that a boundary is formed and a third step portion and a second step portion adjacent to the second step portion are connected at a position separated from both the first and second grooves. And a third groove extending along the third groove.
[0017]
In the second mold, even if the first groove is filled first when the molten resin is injected into the cavity formed from the mold, the second and third grooves separated from the first groove are immediately formed. The gas can be discharged by switching the groove without being filled, and an optical element having good optical characteristics with little disturbance in shape at the step portion at the boundary can be provided.
[0018]
The first plastic optical element according to the present invention intersects with an optical surface including a plurality of divided surfaces that switch the optical path stepwise at a boundary and a plurality of step portions forming a boundary between the plurality of divided surfaces. A ridge that extends along the optical surface and changes in width from the center side to the peripheral side of the optical element.
[0019]
Since the first optical element has a ridge whose width changes from the center side to the peripheral side of the optical element, a molten resin is injected into a cavity having an inner surface shape corresponding to the outer shape of the optical element. When forming the element, it becomes possible to control the flow of the gas flowing through the concave groove on the inner surface of the cavity where the ridge is to be formed, and the shape is less disturbed at the step portion at the boundary between the plurality of divided surfaces. .
[0020]
The second plastic optical element according to the present invention includes an optical surface including a plurality of divided surfaces that switch the optical path stepwise at a boundary, and first and second optical surfaces formed adjacent to the boundaries of the plurality of divided surfaces. First and second ridges extending apart from each other along the optical surface so as to communicate between the step portions, and a third portion adjacent to the second step portion while forming a boundary between the plurality of divided surfaces. And a third ridge extending along the optical surface so as to communicate between the step portion and the second step portion at a position separated from both the first and second ridges.
[0021]
In the second optical element, when a molten resin is injected into a cavity having an inner surface shape corresponding to the outer shape of the optical element to form an optical element, a concave groove on the inner surface of the cavity corresponding to the first ridge is formed. Even if it is filled first, the second and third ridges separated therefrom are not immediately formed, and the gas can be discharged by switching the groove on the inner surface of the cavity corresponding to the second and third ridges. In addition, it is possible to provide an optical element having good optical characteristics with little disturbance in shape at a step portion at a boundary between a plurality of divided surfaces.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing an example of a mold used when manufacturing the plastic diffraction lens according to the first embodiment. FIG. 1A is a top view of a molding die, FIG. 1B is a perspective view of the molding die, and FIG. 1C is a partially enlarged perspective view of the molding die.
[0023]
The
[0024]
A plurality of ring-shaped divided
[0025]
In addition, a single
[0026]
FIG. 2 is a diagram illustrating a process of manufacturing a diffractive lens using the
[0027]
Here, the
[0028]
The
[0029]
In the final stage of filling the cavity CA with the molten resin MR, the cavity CA is substantially filled with the molten resin MR introduced from the
[0030]
From this state, when the molten resin MR is further filled into the cavity CA under pressure, the groove of the
[0031]
FIG. 3 is a perspective view illustrating the structure of the
[0032]
The
[0033]
The peripheral portion 52 is a portion for holding the
[0034]
A
[0035]
Although not shown, the rear surface of the
[0036]
Since the above-described
[0037]
[Second embodiment]
FIG. 4 is a top view of a mold used when manufacturing the plastic diffraction lens according to the second embodiment. A
[0038]
In the case of the
[0039]
The
[0040]
From this state, when the molten resin is further filled into the cavity formed by the
[0041]
[Third embodiment]
FIG. 5 is a top view of a molding die used when manufacturing the plastic diffraction lens according to the third embodiment. A
[0042]
In the case of this
[0043]
Even when the molten resin is filled in the cavity formed by the
[0044]
[Fourth embodiment]
FIG. 6 is a top view of a mold used when manufacturing the plastic diffraction lens according to the fourth embodiment. A
[0045]
In the case of this
[0046]
When the molten resin is filled in the cavity formed by the
[0047]
[Fifth Embodiment]
FIG. 7 is a top view of a mold used when manufacturing the plastic diffraction lens according to the fifth embodiment. A
[0048]
In the case of the
[0049]
Each of the
[0050]
The
[0051]
In this state, when the molten resin is further filled into the cavity formed by the
[0052]
[Sixth embodiment]
FIG. 8 is a top view of a molding die used when manufacturing the plastic diffraction lens according to the sixth embodiment. A
[0053]
In the case of this
[0054]
Even when the cavity formed by the
[0055]
[Seventh embodiment]
FIG. 9 schematically shows a configuration of an optical pickup device including an optical system for an optical pickup including a diffraction lens according to the first to sixth embodiments, that is, a diffraction lens formed using
[0056]
This optical pickup device has a
[0057]
First, when reproducing the first
[0058]
The light flux modulated and reflected by the information bit on the information recording surface 61b again passes through the
[0059]
Further, a change in the light amount due to a change in the shape and position of the spot on the
[0060]
On the other hand, when reproducing the second
[0061]
The light flux modulated and reflected by the information bit on the
[0062]
Further, as in the case of the first
[0063]
In the optical pickup device according to the seventh embodiment, since the
[0064]
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, the diffraction lens to be formed by the
[0065]
Further, in the first to fourth embodiments, the number of the
[0066]
In the fifth and sixth embodiments, the width, arrangement, number, and the like of the
[0067]
In the first to sixth embodiments, the case where a diffractive lens is manufactured has been described. However, the present invention is not limited to manufacturing a lens. For example, it can be used for manufacturing a phase shift device.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect, since the mold has the concave groove whose width changes from the center side to the peripheral side of the optical element, when the molten resin is injected into the cavity, the concave is formed. The flow of the gas flowing through the groove can be controlled, and an optical element with less disturbance in shape at the step portion at the boundary between the plurality of divided surfaces can be provided.
[0069]
According to the second invention, even if the first groove is filled first when the molten resin is injected into the cavity formed from the mold, the second and third grooves separated from the first groove are formed. The gas is not immediately filled, the gas can be discharged by switching the groove, and an optical element with less disorder in shape at the step portion at the boundary can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an example of a method of manufacturing a plastic optical element according to a first embodiment, wherein (a), (b) and (c) are a top view, a perspective view, and a mold member, respectively. It is a partial expansion perspective view.
FIG. 2 is a diagram illustrating a method of manufacturing a diffraction lens using the mold member of FIG.
FIG. 3 is a perspective view of a diffractive lens manufactured using the mold member of FIG.
FIG. 4 is a top view of a mold member used for manufacturing a plastic optical element according to a second embodiment.
FIG. 5 is a top view of a mold member used for manufacturing a plastic optical element according to a third embodiment.
FIG. 6 is a top view of a mold member used for manufacturing a plastic optical element according to a fourth embodiment.
FIG. 7 is a top view of a mold member used for manufacturing a plastic optical element according to a fifth embodiment.
FIG. 8 is a top view of a mold member used for manufacturing a plastic optical element according to a sixth embodiment.
FIG. 9
[Explanation of symbols]
20 Mold members
23 Transfer unit
23a Dividing surface
23b step
25 groove
30 Mold parts
41, 42 holder
43 Injection gate
44 gap
50 Diffraction lens
51 Lens body
51b Dividing surface
51c diffraction groove
54 Ridge
CA cavity
MR molten resin
Claims (10)
前記光学素子の光学面に対応する表面形状を有する成型面と、前記複数の分割面の境界を形成する複数の段差部分と交差するように前記成型面に沿って延在するとともに、前記光学素子の中央側から周辺側に向けて幅が変化する凹溝とを有する成形型を準備する工程と、
前記成形型を用いてキャビティを形成する工程と、
前記キャビティ中に溶融した樹脂を注入する工程と
を備えるプラスチック製光学素子の製造方法。A method for manufacturing a plastic optical element having a plurality of divided surfaces as optical surfaces that switch the optical path stepwise at a boundary,
A molding surface having a surface shape corresponding to the optical surface of the optical element, and extending along the molding surface so as to intersect with a plurality of steps forming a boundary between the plurality of divided surfaces, and the optical element Preparing a mold having a concave groove whose width changes from the center side to the peripheral side of the mold,
Forming a cavity using the mold,
Injecting a molten resin into the cavity.
前記光学素子の光学面に対応する表面形状を有する成型面と、前記複数の分割面の境界を隣接して形成する第1及び第2の段差部分間を連絡するように前記成型面に沿って互いに離間して延在する第1及び第2の凹溝と、前記複数の分割面の境界を形成するとともに前記第2の段差部分に隣接する第3の段差部分と前記第2の段差部分との間を前記第1及び第2の凹溝の双方から離間した位置で連絡するように前記成型面に沿って延在する第3の凹溝とを有する成形型を準備する工程と、
前記成形型を用いてキャビティを形成する工程と、
前記キャビティ中に溶融した樹脂を注入する工程と
を備えるプラスチック製光学素子の製造方法。A method for manufacturing a plastic optical element having a plurality of divided surfaces as optical surfaces that switch the optical path stepwise at a boundary,
A molding surface having a surface shape corresponding to the optical surface of the optical element, and along the molding surface so as to communicate between the first and second step portions which form the boundaries of the plurality of divided surfaces adjacent to each other. First and second concave grooves extending apart from each other, a third step portion adjacent to the second step portion and forming a boundary between the plurality of divided surfaces, and a second step portion; Preparing a mold having a third groove extending along the molding surface so as to communicate between the first and second grooves at a position separated from both the first and second grooves;
Forming a cavity using the mold,
Injecting a molten resin into the cavity.
前記複数の分割面の境界を形成する複数の段差部分と交差するように前記成型面に沿って延在するとともに、前記光学素子の中央側から周辺側に向けて幅が変化する凹溝と
を備える成形型。A molded surface having a surface shape corresponding to the optical surface of a plastic optical element having a plurality of divided surfaces as optical surfaces that are switched stepwise at an optical path boundary,
Along with extending along the molding surface so as to intersect with a plurality of steps forming a boundary between the plurality of divided surfaces, a concave groove whose width changes from a center side to a peripheral side of the optical element. Equipped mold.
前記複数の分割面の境界を隣接して形成する第1及び第2の段差部分間を連絡するように前記成型面に沿って互いに離間して延在する第1及び第2の凹溝と、
前記複数の分割面の境界を形成するとともに前記第2の段差部分に隣接する第3の段差部分と前記第2の段差部分との間を前記第1及び第2の凹溝の双方から離間した位置で連絡するように前記成型面に沿って延在する第3の凹溝と
を備える成形型。A molded surface having a surface shape corresponding to the optical surface of a plastic optical element having a plurality of divided surfaces as optical surfaces that are switched stepwise at an optical path boundary,
First and second concave grooves extending apart from each other along the molding surface so as to communicate between first and second step portions which form the boundaries of the plurality of divided surfaces adjacent to each other;
A third step portion adjacent to the second step portion and a second step portion forming a boundary between the plurality of divided surfaces are separated from both the first and second grooves. A third groove extending along said molding surface to communicate in position.
前記複数の分割面の境界を形成する複数の段差部分と交差するように前記光学面に沿って延在するとともに、前記光学素子の中央側から周辺側に向けて幅が変化する凸条と
を備えるプラスチック製の光学素子。An optical surface including a plurality of divided surfaces that switch the optical path step by step at a boundary,
While extending along the optical surface so as to intersect with the plurality of steps forming the boundary of the plurality of divided surfaces, a ridge whose width changes from the center side to the peripheral side of the optical element. An optical element made of plastic.
前記複数の分割面の境界を隣接して形成する第1及び第2の段差部分間を連絡するように前記光学面に沿って互いに離間して延在する第1及び第2の凸条と、
前記複数の分割面の境界を形成するとともに前記第2の段差部分に隣接する第3の段差部分と前記第2の段差部分との間を前記第1及び第2の凸条の双方から離間した位置で連絡するように前記光学面に沿って延在する第3の凸条と
を備えるプラスチック製の光学素子。An optical surface including a plurality of divided surfaces that switch the optical path step by step at a boundary,
First and second ridges extending apart from each other along the optical surface so as to connect between first and second step portions which form the boundaries of the plurality of divided surfaces adjacent to each other;
A third step portion adjacent to the second step portion and a boundary between the third step portion and the second step portion are separated from both the first and second ridges while forming a boundary of the plurality of divided surfaces. A third ridge extending along said optical surface so as to communicate at a location.
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