JP2005161564A - プラスチックレンズ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バリを有しないゲートカット部を備えるプラスチックレンズを提供すること。
【解決手段】 第１切削加工ユニット３０は、正刃の第１エンドミル３１と、第１エンドミル３１を光軸ＯＡに平行な回転軸のまわりに正回転させる第１モータ３３とを備える。一方、第２切削加工ユニット４０は、逆刃の第２エンドミル４１と、第２エンドミル４１を光軸ＯＡに平行な回転軸のまわりに逆回転させる第２モータ４３とを備える。このような切削加工装置２０により、プラスチックレンズ１０のゲート部１５を除去してゲートカット部１７を残すことができる。この際、ゲートカット部１７の端面において、両エンドミル３１，４１を両端側から中央に向けてアップカット送りすることになる。この結果、ゲートカット部１７の端面端部をバリのない滑らかな状態に仕上げることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置用の光ヘッド等に組み込まれるプラスチックレンズ及びその製造方法に関する。

これまで、ＣＤ（コンパクト・ディスク）等の光情報記録媒体に対して情報の再生・記録を行うための各種光ピックアップ装置が開発・製造され、一般に普及している。かかる光ピックアップ装置に組み込まれる光ヘッドとして、射出成形によって形成したプラスチックレンズを組み込んだものが存在する（特許文献１等参照）。
特開２００２−２００６５４号公報

上記のようなプラスチックレンズでは、フランジ部から延びるゲート部を除去する仕上げ工程が必要になるが、かかる仕上げ工程について開示した例はない。なお、実際の製造工程では、エンドミルをレンズの光軸回りに回転させつつ光軸に垂直な順送り方向（ダウンカット方向）に移動させてゲート部を切削してゲートカット部を形成しているというのが実情である。このようにエンドミルを用いてカット面を仕上げた場合、一刃当りの切削量が非常に少ないため、熱歪みや機械的な歪みが発生しにくく、レンズ性能に悪影響を及ぼす可能性が極めて低くなる。

しかしながら、上記のように回転するエンドミルを順送り方向（ダウンカット方向）に移動させた場合、切削開始部に比較的大きなバリが発生する。このようなバリは、プラスチックレンズをホルダに収める際に邪魔になり、光ヘッドの組み立て精度を下げる可能性がある。また、バリが剥離した場合、ゴミ等の原因になるので、プラスチックレンズの結像特性を劣化させ、或いは周囲の部品の動作に悪影響を与える可能性がある。

そこで、本発明は、バリを有しないゲートカット部を備えるプラスチックレンズを提供することを目的とする。

また、本発明は、ゲートカット部の形成に際してバリが発生しにくいプラスチックレンズの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプラスチックレンズは、光学面を有するレンズ部と、該レンズ部の周囲に形成されたフランジ部とを備えるプラスチックレンズにおいて、フランジ部の周囲の所定位置に延在するとともに、切削開始部がエンドミルのアップカット送りによって形成された端面を有するゲートカット部を備える。

上記プラスチックレンズでは、ゲートカット部がその切削開始部においてエンドミルのアップカット送りによって形成された端面を有するので、端面の切削開始部にバリが形成されることを防止でき、バリによる輪郭形状の劣化が少ない高品位のプラスチックレンズを提供することができる。

また、本発明に係るプラスチックレンズの具体的な態様では、上記プラスチックレンズが、光記録媒体の記録面上にスポットを形成するための対物レンズとして用いられる。この場合、高性能のプラスチックレンズによって高密度及び高速の読み出しや書き込みが可能になる。

また、本発明の別の具体的な態様では、ゲートカット部が、２つのエンドミルを端面に対応する位置の両端側から中央に向けてそれぞれアップカット送りすることによって形成される２つの部分領域を有する。この場合、端面の両端をともにアップカット送りで形成できるので、端面全体に亘ってバリが形成されることを防止でき、全体としてバリの少ない高品位のプラスチックレンズを提供することができる。

また、本発明の別の具体的な態様では、ゲートカット部が、環状フランジ部の外周に形成された平坦部である。

また、本発明の別の具体的な態様では、ゲートカット部が、フランジ部の外周に形成された凸部である。

また、本発明の別の具体的な態様では、ゲートカット部は、フランジ部の外周に形成された凹部である。

また、本発明に係るプラスチックレンズの製造方法は、（ａ）プラスチックレンズを射出成形によって形成する工程と、（ｂ）レンズ部の周囲に形成されたフランジ部の周囲の所定位置に延在するゲート部を切削することによってゲートカット部を形成する際に、当該ゲートカット部の端面における切削開始部を、エンドミルのアップカット送りによって形成する仕上げ工程とを備える。

上記プラスチックレンズの製造方法では、仕上げ工程でゲートカット部を形成する際に、当該ゲートカット部の端面における切削開始部を、エンドミルのアップカット送りによって形成するので、端面の切削開始部にバリが形成されることを防止でき、バリによる輪郭形状の劣化が少ない高品位のプラスチックレンズを提供することができる。

また、本発明に係るプラスチックレンズの製造方法の具体的な態様では、２つのエンドミルを端面に対応する位置の両端側から中央に向けてそれぞれアップカット送りすることによって２つの部分領域を形成することにより、ゲートカット部を形成する。この場合、端面の両端をともにアップカット送りで形成できるので、端面全体に亘ってバリが形成されることを防止でき、全体としてバリの少ない高品位のプラスチックレンズを提供することができる。

また、本発明の製造方法の別の具体的な態様では、２つのエンドミルが、正刃のエンドミル及び逆刃のエンドミルであり、仕上げ工程において、当該正刃のエンドミルと逆刃のエンドミルとを、２つのモータによってレンズ部の光軸方向に平行な回転軸のまわりに同一方向からそれぞれ回転させつつ光軸方向に垂直に移動させる。この場合、２つのエンドミルによって簡易且つ迅速に端面すなわちゲートカット部を仕上げることができる。

また、本発明の製造方法の別の具体的な態様では、２つのエンドミルが、２つの正刃のエンドミル又は２つの逆刃のエンドミルであり、仕上げ工程において、当該２つのエンドミルを、２つのモータによってレンズ部の光軸方向に平行な回転軸のまわりにそれぞれ逆方向に回転させつつ光軸方向に垂直に移動させる。この場合、２つのエンドミルによって簡易且つ迅速に端面すなわちゲートカット部を仕上げることができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るプラスチックレンズ及びその仕上げ加工を説明する斜視図である。

図示のプラスチックレンズ１０は、後に詳述する射出成形直後の成形品であり、円形のレンズ部であるレンズ本体１１と、レンズ本体１１の周囲に形成されたフランジ部である環状のフランジ１３と、フランジ１３の一カ所に突起するゲート部１５とを備える。ここで、レンズ本体１１は、結像のための光学面１１ａを有している。この光学面１１ａは、例えば非球面等からなるが、単なる曲面に限定されるものではない。プラスチックレンズ１０が例えばＣＤ、ＤＶＤ、高記録密度光ディスク等の複数規格に対して情報の再生・記録が可能な互換型の光ヘッドに組み込まれる場合には、レンズ本体１１の光学面１１ａを回折構造或いは光路差付与構造を有するものとすることができる。さらに、このような光学面１１ａは、特殊な輪帯構造に分割することもできる。レンズ本体１１の周囲のフランジ１３は、プラスチックレンズ１０を適当なホルダにアライメントして固定するためのものであり、レンズ本体１１同様に高精度に形成されている。フランジ１３の一部に形成されたゲート部１５は、射出成形に際して不可避的に形成されるものであるが、フランジ１３を利用したプラスチックレンズ１０の保持に際して邪魔な突起となるので最終的に除去される。ゲート部１５を除去した後には、ゲートカット部１７が残るが、このゲートカット部１７は、プラスチックレンズ１０をホルダに固定する際のアライメントマークとすることができる。なお、プラスチックレンズ１０は、製造工程において非対称な熱履歴等の影響を受けるので、厳密な光学特性は一定の方向性を有しており、このような方向性を組み立てに際して考慮する必要がある場合、上述のようなアライメントマークが必要となる。

図示のプラスチックレンズ１０は、切削加工装置２０によって仕上げ処理されてゲート部１５が除去される。切削加工装置２０は、第１切削加工ユニット３０と、第２切削加工ユニット４０と、制御装置５０とからなる。第１切削加工ユニット３０は、正刃の第１エンドミル３１と、第１エンドミル３１を光軸ＯＡに平行な回転軸のまわりに高速で正回転（上から見て反時計方向に回転）させる第１モータ３３と、第１モータ３３を駆動するとともに第１モータ３３自体を第１エンドミル３１とともに所定方向に水平移動させる第１支持駆動部材３５とを備える。一方、第２切削加工ユニット４０は、逆刃の第２エンドミル４１と、第２エンドミル４１を光軸ＯＡに平行な回転軸のまわりに高速で逆回転（上から見て時計方向に回転）させる第２モータ４３と、第２モータ４３を駆動するとともに第２モータ４３自体を第２エンドミル４１とともに所定方向に水平移動させる第２支持駆動部材４５とを備える。制御装置５０は、第１及び第２支持駆動部材３５，４５をそれぞれ介して、第１及び第２エンドミル３１，４１を適当な回転速度で適宜回転させつつ、適当な軌跡に沿って適宜移動させる。これにより、詳細は後述するが、プラスチックレンズ１０のゲート部１５を除去してゲートカット部１７を残すことができる。

図２は、図１に示す第１及び第２エンドミル３１，４１による加工動作を説明する拡大図である。第１エンドミル３１は、先に動作してゲートカット部１７の端面を構成する片側の部分領域ＡＲ１を形成する。この際の回転軸ＲＡの軌跡ＴＲ１は、図示のようになっており、プラスチックレンズ１０の中心すなわち光軸に最も近い軌跡部分ＴＲ１ａで切削加工を行う。つまり、ゲートカット部１７の端面において、第１エンドミル３１を両端側から中央に向けてアップカット送りすることになる。この結果、ゲートカット部１７の一方の切削開始部である端面端部１７ａをバリのない滑らかな状態に仕上げることができる。第２エンドミル４１は、後で動作してゲートカット部１７の端面を構成する片側の部分領域ＡＲ２を形成する。この際の回転軸ＲＡの軌跡ＴＲ２は、図示のようになっており、プラスチックレンズ１０の中心すなわち光軸に最も近い軌跡部分ＴＲ２ａで切削加工を行う。つまり、ゲートカット部１７の端面において、第２エンドミル４１を両端側から中央に向けてアップカット送りすることになる。この結果、ゲートカット部１７の他方の切削開始部である端面端部１７ｂをバリのない滑らかな状態に仕上げることができる。

図３は、第１及び第２エンドミル３１，４１による加工後のゲートカット部１７の端面を説明する側面図である。ゲートカット部１７の端面は、２つの矩形の部分領域ＡＲ１，ＡＲ２からなる。部分領域ＡＲ１は、第１エンドミル３１の切削加工によって形成された部分であり、部分領域ＡＲ２は、第２エンドミル４１の切削加工によって形成された部分である。図からも明らかなように、ゲートカット部１７の端面端部１７ａ，１７ｂのみならず、両部分領域ＡＲ１，ＡＲ２の境界線ＢＬにおいても、アップカット送りの効果によって、バリが実質的に形成されない。

図４は、プラスチックレンズ１０の射出成形工程を説明する図である。射出成形に用いる型装置は、固定型１６１と、第１可動型１６３と、第２可動型１６５とを備える。固定型１６１は、中央の第１可動型１６３に対向して滑らかな凹面の型面１６１ａを有している。この型面１６１ａの中央部は、成形品であるプラスチックレンズ１０の一方のレンズ面に対応する。また、第１可動型１６３は、固定型１６１の型面１６１ａの中央部に対向するとともに全体として凹面となっている型面１６３ａを有している。この型面１６３ａは、成形品であるプラスチックレンズ１０の他方の光学面１１１ａに対応する。なお、型面１６３ａには、回折パターン等を形成することができるが、図面では詳細を省略している。第２可動型１６５は、固定型１６１の周辺部に対向するとともに段差が設けられている型面１６５ａを有している。この型面１６５ａと型面１６１ａの周辺部とは、成形品であるプラスチックレンズ１０のフランジ１３に対応している。両型面１６５ａ，１６１ａの間に形成される空間すなわちキャビティＣＡの一部には、このキャビティＣＡ内に樹脂を導入するためのゲートＧＡが設けられている。このようなゲートＧＡは、射出成形の終了後も残るので、図１等に示す第１及び第２エンドミル３１，４１を利用した切削加工によって除去する。この際、上述のように両エンドミル３１，４１を両側からアップカット送りしつつ仕上げを行うので、プラスチックレンズ１０に残るゲートカット部１７の端面にバリが残存することをほぼ完全に防止できる。

図５は、第１実施形態に係るプラスチックレンズの変形例を説明する図である。図５（ａ）は、第１の変形例に対応し、プラスチックレンズ１０は、フランジ１３から突起する凸部であるゲートカット部１１７Ａを有する。このゲートカット部１１７Ａの端面ＥＦＡは、平坦に加工されている。図５（ｂ）は、第２の変形例に対応し、プラスチックレンズ１０は、フランジ１３から内側に窪んだ凹部であるゲートカット部１１７Ｂを有する。このゲートカット部１１７Ｂの端面ＥＦＢは、両端で凹面に加工され中央で凸面に加工されている。図５（ｃ）は、第３の変形例に対応し、プラスチックレンズ１０は、フランジ１３から内側に窪んだ凹部であるゲートカット部１１７Ｃを有する。このゲートカット部１１７Ｃの端面ＥＦＣは、両端で凹面に加工され中央でも段差に挟まれて凹面に加工されている。

図６は、図５に示す変形例における第１及び第２エンドミル３１，４１の軌跡を説明する図である。図６（ａ）は、図５（ａ）に示す突起したゲートカット部１１７Ａにおける平坦な端面ＥＦＡを加工するための第１及び第２エンドミル３１，４１の軌跡ＴＲ１，ＴＲ２を示す。図６（ｂ）は、図５（ｂ）に示す窪んだゲートカット部１１７Ｂにおける曲面状の端面ＥＦＢを加工するための第１及び第２エンドミル３１，４１の軌跡ＴＲ１，ＴＲ２を示す。図６（ｃ）は、図５（ｃ）に示す窪んだゲートカット部１１７Ｃにおける一対の段差に挟まれた凹面状の端面ＥＦＣを加工するための第１及び第２エンドミル３１，４１の軌跡ＴＲ１，ＴＲ２を示す。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係るプラスチックレンズの製造方法を説明する斜視図である。第２実施形態の製造方法は、第１実施形態の製造方法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。

図７は、第２実施形態の製造方法を実施するための切削加工装置２２０の要部構造を概念的に説明する斜視図である。この場合、切削加工装置２２０は、第１切削加工ユニット３０と、第２切削加工ユニット２４０とを備える。第１切削加工ユニット３０は、正刃の第１エンドミル３１と、第１エンドミル３１を光軸ＯＡに平行な回転軸のまわりに正回転させる第１モータ３３とを備える。一方、第２切削加工ユニット２４０も、正刃の第２エンドミル２４１と、第２エンドミル２４１を光軸ＯＡに平行な回転軸のまわりに正回転させる第２モータ２４３とを備える。つまり、第２切削加工ユニット２４０は、第１切削加工ユニット３０を上下反転させて配置したものである。このような切削加工装置２２０によっても、プラスチックレンズ１０のゲート部１５を除去してゲートカット部１７を残すことができる。この際、ゲートカット部１７の端面において、両エンドミル３１，２４１を両端側から中央に向けてアップカット送りすることになる。この結果、ゲートカット部１７の端面端部をバリのない滑らかな状態に仕上げることができる。

〔第３実施形態〕
図８は、上記第１及び第２実施形態に係るプラスチックレンズ１０からなる光ヘッド３１０を組み込んだ光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。

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、光ヘッド３１０に組み込んだ上記第１及び第２実施形態のプラスチックレンズ１０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、対物レンズであるプラスチックレンズ１０を利用して集光される。

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、プラスチックレンズ１０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。

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、再びプラスチックレンズ１０、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。

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（フォーカス）検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて光ヘッド３１０に組み込んだ２次元アクチュエータが第１の半導体レーザ６２からの光束を第１光ディスク６１の情報記録面６１ｂ上に結像するようにプラスチックレンズ１０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プラスチックレンズ１０を光軸に垂直な方向に移動させる。

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、プラスチックレンズ１０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。

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、再びプラスチックレンズ１０、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。

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、光ヘッド３１０に組み込んだ２次元アクチュエータにより、フォーカシング及びトラッキングのためにプラスチックレンズ１０を移動させる。

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、第１実施形態において、正刃のエンドミル３１及び逆刃のエンドミル４１とをそれぞれ両端側から中央に向けてアップカット送りしているが、ともに逆刃のエンドミルをともに両端側から中央に向けてアップカット送りすることもできる。

また、上記実施形態では、両エンドミル３１，４１をそれぞれ光軸ＯＡに平行な回転軸のまわりに回転させているが、光軸に垂直な一対の平行な回転軸のまわりに両者を回転させて互いに中央に向けてアップカット送りすることで、フランジ１３の上下方向から平坦でバリのないゲートカット部１７を形成することができる。

第１実施形態のプラスチックレンズ及びその仕上げ加工を説明する斜視図である。 第１及び第２エンドミルによる加工動作を説明する拡大図である。 第１及び第２エンドミルによる加工後のゲートカット部の端面を説明する側面図である。 プラスチックレンズの射出成形工程を説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係るプラスチックレンズの変形例を説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図５に示す変形例における第１及び第２エンドミルの軌跡を説明する図である。 第２実施形態の製造方法を実施するための切削加工装置の要部構造を概念的に説明する斜視図である。 第５実施形態の光ピックアップ装置の構造を説明するブロック図である。

符号の説明

１０…プラスチックレンズ、 １１…レンズ本体、 １１ａ…光学面、 １３…フランジ、 １５…ゲート部、 １７…ゲートカット部、 １７ａ，１７ｂ…端面端部、 ２０…切削加工装置、 ３０…第１切削加工ユニット、 ３１…第１エンドミル、 ３３…第１モータ、 ３５…第１支持駆動部材、 ４０…第２切削加工ユニット、 ４１…第２エンドミル、 ４３…第２モータ、 ４５…第２支持駆動部材、 ５０…制御装置、 ＯＡ…光軸、 ＲＡ…回転軸、 ＴＲ１，ＴＲ２…軌跡

Claims (10)

1. 光学面を有するレンズ部と、該レンズ部の周囲に形成されたフランジ部とを有するプラスチックレンズにおいて、
   前記フランジ部の周囲の所定位置に延在するとともに、切削開始部がエンドミルのアップカット送りによって形成された端面を有するゲートカット部を備えることを特徴とするプラスチックレンズ。
2. 光記録媒体の記録面上にスポットを形成するための対物レンズとして用いられることを特徴とする請求項１記載のプラスチックレンズ。
3. 前記ゲートカット部は、２つのエンドミルを前記端面に対応する位置の両端側から中央に向けてそれぞれアップカット送りすることによって形成される２つの部分領域を有することを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載のプラスチックレンズ。
4. 前記ゲートカット部は、前記フランジ部の外周に形成された平坦部であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載のプラスチックレンズ。
5. 前記ゲートカット部は、前記フランジ部の外周に形成された凸部であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載のプラスチックレンズ。
6. 前記ゲートカット部は、前記フランジ部の外周に形成された凹部であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載のプラスチックレンズ。
7. プラスチックレンズを射出成形によって形成する工程と、
   レンズ部の周囲に形成されたフランジ部の周囲の所定位置に延在するゲート部を切削することによってゲートカット部を形成する際に、当該ゲートカット部の端面における切削開始部を、エンドミルのアップカット送りによって形成する仕上げ工程と
   を備えることを特徴とするプラスチックレンズの製造方法。
8. ２つのエンドミルを前記端面に対応する位置の両端側から中央に向けてそれぞれアップカット送りすることによって２つの部分領域を形成することにより、前記ゲートカット部を形成することを特徴とする請求項７記載のプラスチックレンズの製造方法。
9. 前記２つのエンドミルは、正刃のエンドミル及び逆刃のエンドミルであり、前記仕上げ工程において、当該正刃のエンドミルと逆刃のエンドミルとを、２つのモータによって前記レンズ部の光軸方向に平行な回転軸のまわりに同一方向からそれぞれ回転させつつ光軸方向に垂直に移動させることを特徴とする請求項８記載のプラスチックレンズの製造方法。
10. 前記２つのエンドミルは、２つの正刃のエンドミル又は２つの逆刃のエンドミルであり、前記仕上げ工程において、当該２つのエンドミルを、２つのモータによって前記レンズ部の光軸方向に平行な回転軸のまわりにそれぞれ逆方向に回転させつつ光軸方向に垂直に移動させることを特徴とする請求項８記載のプラスチックレンズの製造方法。

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