JP2006091328A - 非球面プラスチックレンズおよび金型 - Google Patents

Abstract

【課題】波面収差の影響を低減でき、ビ−ムプロファイルを良化できる非球面プラスチックレンズと金型を提供する。
【解決手段】光が入射する少なくとも１つの入射面と光が出射する少なくとも１つの出射面を有し射出成形によって製造される非球面プラスチックレンズにおいて、前記入射面及び前記出射面には射出成形金型の入れ子の切削痕に起因する多数の細溝が形成されており、前記出射面側の細溝と入射面側の細溝とのなす角度が８０〜１００度の範囲になるように設定されるように成形されるので、該レンズ面に光が通過する時には、波面収差への影響を可能な限り低減でき、ビ−ムプロファイルを良化できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学系装置等に使用する非球面プラスチックレンズに関するものである。

従来より、レーザ−プリンタ等の光走査装置等をはじめとする光学・電子分野では、非球面プラスチックレンズが一般に使用されている。

非球面プラスチックレンズの素材である熱可塑性プラスチックは、射出成形により多彩な形状への加工を可能とし、軽量でかつ安価に生産ができるので、量産に適している。このため、近年機器の軽量小型化にともない利用分野が広がってきている。例えば、光学ピックアップレンズ用対物レンズ、fθレンズ、コリメータレンズ等である。これらのレンズをプラスチックで製造するためには、高品質・高精度に成形する必要がある。

非球面プラスチックレンズは、一般的にレンズの光学的性能に基づいて、プラスチック材料（ペレット）、その光学定数（分散・屈折率等）、レンズ面の形状（厚み）等によりレンズ設計値を決め、それに基づき金型の設計値も決め、金型にセットする専用の入れ子の設計値も決める。

設計した入れ子は、一般的に金属材料をＮＣ加工装置のバイト、エンドミル等の切削工具により削りだして製造される。レンズ面部を成形する為の入れ子の転写面は、この切削工具が切削方向に対して９０度方向に移動することによりできる渦巻状または直線状、曲線状、格子状の略一定間隔の微細な切削痕に起因する細溝を有する構造になっている。転写面の加工方法の代表例は、ｆθレンズ成形用としてフライングバイトによる切削加工、コリメータレンズ成形用として固定バイトによる旋削加工法がある。

非球面プラスチックレンズには、光の入射面と出射面が存在するため、入射面を成形する転写面を有する第１の入れ子と、出射面を成形する転写面を有する第２の入れ子がそれぞれ必要となる。このため、通常、同じ方向に切削工具が移動することによりできる略一定間隔の微細な切削痕に起因する細溝を形成するので、成形された非球面プラスチックレンズは、レンズ両面にそれぞれ前記細溝が転写され、図８に示した前記細溝を有した非球面プラスチックレンズができる。
特開２００３−２２２７９２号公報 特開２００４−１５１６６５号公報

しかし実際には、第１の入れ子と第２の入れ子は、ＮＣ加工装置の位置決め誤差等の加工精度や加工条件により、設計値通りには形成されないため、非球面プラスチックレンズ両面に転写された前記細溝は、数〜数十ｎｍ相互のズレが発生し形成する。

このため、前記溝のズレを有した非球面プラスチックレンズは、光学面に光が通過した時に光の波面収差が発生する。

ここで波面収差とは、理想波面に対する偏差をいう。通常、点光源より発した光は等位相球面波として伝達していき、光が光学系を通過した時に収差が存在しない場合を理想波面というのに対して、実際の波面は光学系に収差が生じるので、理想波面と比べて偏差が生ずる、この時のズレを総括して波面収差という。波面収差には、ＲＭＳ波面収差およびＰ−Ｖ波面収差がある。

前記非球面プラスチックレンズの波面収差の測定にあたり、測定方法としては、公知の方法であるように例えば波面収差測定器や干渉計を用いて測定を行う。

図７の前記非球面プラスチックレンズを波面収差の測定した結果、図８に掲載したような波面収差が発生していることがわかる。

前記波面収差を生じないためには、前記非球面プラスチックレンズ両面に転写された細溝が、レンズ入射面出射面とも、全く同じ方向にズレを生じていれば理想波面に対する偏差はゼロとなり問題ではないが、事実状不可能である。

この波面収差により、前記非球面プラスチックレンズを走査光学系に適用した場合、結像点でのビ−ムプロファイルが悪化するという問題が発生する。結像点でのビ−ム径を測定する方法として、走査光学系に適用させて測定をおこなう測定方法の一例としての図９のように示す。

走査光学系に適用させて測定させた場合、図７の前記非球面プラスチックレンズにおいては、図１０に示すように、主走査側のビ−ムプロファイルは両端にサイドロ−ブが発生しており形状が乱れていることがわかる。

かかる問題を解決するために、入れ子を高精度に加工修正することは多くの時間及び費用がかかり金型のコストアップ、ひいては製品である非球面プラスチックレンズのコストアップになるという問題を生じる。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、入れ子を再設計及び再加工しなくても、レンズの波面収差による影響を低減させ、高品質・高精度の非球面プラスチックレンズを提供することを目的とする。

請求項１に記載の非球面プラスチックレンズは、光が入射する少なくとも１つの入射面と、光が出射する少なくとも１つの出射面を有し射出成形によって製造される非球面プラスチックレンズにおいて、前記入射面及び前記出射面には、射出成形金型の入れ子の切削痕に起因する多数の細溝が形成されており、前記出射面側の細溝と、入射面側の細溝とのなす角度は８０〜１００度の範囲になるように設定され成形されているので、波面収差の影響を低減することができ、ビ−ムプロファイルを改善することができる。

請求項２に記載の前記非球面プラスチックレンズは、請求項１において、光源からの光束を平行光束にするコリメータレンズ、光源からの光を集束させてほぼ等速で走査させるｆθレンズ、撮像用レンズ、または投射用レンズであるものである。

請求項３に記載した金型は、光が入射する少なくとも１つの入射面と、光が出射する少なくとも１つの出射面を有する非球面プラスチックレンズを射出成形用金型において、該金型は、上記非球面プラスチックレンズの入射面と出射面とをそれぞれ成形する転写面を有する第１の入れ子と第２の入れ子を有しており、
前記第１の入れ子および前記第２の入れ子の転写面には、それぞれ切削工具で移動した微細な切削痕に起因する多数の細溝が形成され、前記第２の入れ子の転写面に形成される細溝は、前記第１の入れ子の転写面に形成される細溝とのなす角度は８０〜１００度の範囲になるように設定されるように形成されているので、波面収差の影響を低減することができ、ビ−ムプロファイルを改善することができる非球面プラスチックレンズを成形することができる。

本発明に係る非球面プラスチックレンズは、波面収差の影響を低減することができ、ビ−ムプロファイルを改善することができる非球面プラスチックレンズを成形することができるという効果を奏する。

図１〜図１０を用いて、本発明を詳細に説明する。

図１に、本発明に係る非球面プラスチックレンズの一実施例を示す。図１は当該発明した非球面プラスチックレンズのコリメ−タレンズの平面図であり、該非球面プラスチックレンズのレンズ面である入射側Ｓ１と出射側Ｓ２とした場合、入射側は横方向に、出射側は縦方向に射出成形金型の入れ子の微細な切削痕に起因する細溝が直線状の略一定間隔で形成されている。

これは、前記レンズ成形時に使用する金型の、レンズ入射面側Ｓ１にあたる第１の入れ子およびレンズ出射面側Ｓ２にあたる第２の入れ子の転写面に、切削工具が移動することによりできるバイト移動の切削痕により、微細な切削痕に起因する細溝を有する引き目構造が形成されているためである。

ちなみに略一定間隔で形成されている微細な切削痕に起因する細溝というのは、図２で表すように、該レンズ面の溝の振幅ｈ（深さ）、間隔ｄの関係を持つ。

図１の該レンズのレンズ面である入射側Ｓ１と出射側Ｓ２を重ねて表した場合、図３に示すようにのように、入射面Ｓ１と出射面Ｓ２の微細な切削痕に起因する細溝は互いに交差した関係になり、前記出射面側の細溝は、入射面側の細溝とのなす角度が８０〜１００度の範囲になるように設定されて、成形される。

従来のレンズの波面収差を測定した方法と同様に、図１の該レンズも測定した場合、図４に掲載したような千鳥格子状の波面収差が発生する。

図４の波面収差が発生する詳細として、本発明の非球面プラスチックレンズのレンズ面は、該レンズの入射面Ｓ１と出射面Ｓ２の溝が互いに交差をなしている関係であるので、光がレンズを通過する際、仮に入射側で波面収差が生じたとても、出射側の波面収差の影響は入射側の半分の影響しか受けない、つまりどちらか片方分の波面収差の影響しか受けにくくなる為である。

波面収差の影響が低減される為、かかる該レンズの結像点でのビ−ム径を従来レンズの測定方法同様に走査光学系に適用させて測定させた場合、図５に示すように、主走査側のビ−ムプロファイルはサイドロ−ブが片側のみ発生しており、従来のレンズより、ビ−ムプロファイルが良化していることがわかる。

図６に本発明に係る他の実施例を示す。尚、実施例１に係る非球面プラスチックレンズと同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略し、実施例１との相違点についてのみ詳細に説明する。

図６は、本発明の非球面プラスチックレンズであるコリメ−タレンズを製造する為のレンズ射出成形装置に用いるレンズ成形用金型３の断面図（ａ）である。

レンズ射出成形装置は、樹脂注入ノズル８から樹脂が注入される側の固定側金型４と、固定側金型４に対して接近離反方向（図１０左右方向）に摺動可能な可動側金型５と、本発明である第１の入れ子６および第２の入れ子７とから、主として構成されている。

前記固定側金型４と可動側金型５の間には、成形する非球面プラスチックレンズに対応したキャビティ１３が形成され、前記キャビティは、レンズの入出射面の転写面である第１の入れ子６と第２の入れ子７により構成されており、第１の入れ子６は矢視Ａを示した矢視図（ｂ）より、レンズの入射側Ｓ１の転写面は横方向に、第２の入れ子７は矢視Ｂを示した矢視図（ｃ）より縦方向に、バイト移動の切削痕により微細な切削痕に起因する細溝を有する構造が形成されている。

射出成形時において、可動側金型５を固定側金型４へ移動させて密着し、樹脂注入ノズル８より固定側金型４に設けられたスプル−ブッシュ９に注入された溶融樹脂は、スプル−１０、ランナ−１１、ゲ−ト１２を介して、キャビティ１３に射出・充填される。

その後樹脂を硬化させることで、第１の入れ子６の転写面（入射側Ｓ１）および第２の入れ子７転写面（出射側Ｓ２）が転写され、可動側金型５を開くことにより、当該目的とする前記第２の入れ子の転写面に形成される細溝は、前記第１の入れ子の転写面に形成される細溝とのなす角度が８０〜１００度の範囲になるように設定される非球面プラスチックレンズを成形することができる。

前記した実施例は、説明のために例示したものであって、本発明としてはそれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。

例えば、図３の当該発明したレンズのレンズ面の射出成形金型の入れ子の微細な切削痕に起因する細溝において、実施例１では入射側Ｓ１は横方向に、出射側Ｓ２は縦方向に溝を有していると例示したが、入射側Ｓ１は縦方向に、出射側Ｓ２は横方向に溝を有していても問題としない。また、当該金型の第１の入れ子と第２の入れ子の取り付けを互いに交換しても同じことである。

また本発明において、光源からの光を集束させてほぼ等速で走査させるfθレンズ、カメラ等の撮像用レンズ・プロジェクタ−等の投射用レンズ・ＣＤ／ＤＶＤデッキに使用されるピックアップレンズ等にも利用でき、非球面プラスチックレンズであれば問題としない。

波面収差による影響が低減でき、ビ−ムプロファイルが良化する非球面プラスチックレンズを提供できる。

本発明に係る非球面プラスチックレンズの平面図である。（実施例１） 本発明に係る非球面プラスチックレンズであるレンズ面の溝の振幅と周期の関係を表したものである。（実施例１） 本発明に係る非球面プラスチックレンズであるレンズ面の入射側Ｓ１と出射側Ｓ２を重ねて表した平面図である。（実施例１） 本発明に係る非球面プラスチックレンズの波面収差である。（実施例１） 本発明に係る非球面プラスチックレンズのビ−ムプロファイルを表した図である。（実施例１） 本発明に係る非球面プラスチックレンズの樹脂成形用金型の図である。（実施例２） 従来の非球面プラスチックレンズの平面図である。 従来の非球面プラスチックレンズの波面収差である。 非球面プラスチックレンズを走査光学系に適用させた測定方法を表した構成図である。 従来のプラスチックレンズのビ−ムプロファイルを表した図である。

符号の説明

１ 引き目構造
２ 引き目
３ レンズ成形用金型
４ 固定側金型
５ 可動側金型
６ 第１の入れ子
７ 第２の入れ子
８ 樹脂注入ノズル
９ スプル−ブッシュ
１０ スプル−
１１ ランナ−
１２ ゲ−ト
１３ キャビティ
ｄ 間隔
ｈ 振幅
Ｓ１ 入射側
Ｓ２ 出射側
Ｒ１ レ−ザ−ダイオ−ド
Ｒ２ コリメ−タレンズ
Ｒ３ シリンダ−レンズ
Ｒ４ ＭＰＡ
Ｒ５ ｆθレンズ
Ｒ６ ビ−ムスキャン

Claims (3)

1. 光が入射する少なくとも１つの入射面と、光が出射する少なくとも１つの出射面を有し射出成形によって製造される非球面プラスチックレンズにおいて、
   前記入射面及び前記出射面には、射出成形金型の入れ子の切削痕に起因する多数の細溝が形成されており、前記出射面側の細溝と、入射面側の細溝とのなす角度は８０〜１００度の範囲になるように設定されていることを特徴とする非球面プラスチックレンズ
2. 前記非球面プラスチックレンズは、光源からの光束を平行光束にするコリメータレンズ、光源からの光を集束させてほぼ等速で走査させるｆθレンズ、撮像用レンズ、または投射用レンズであることを特徴とする請求項１に記載の非球面プラスチックレンズ
3. 光が入射する少なくとも１つの入射面と、光が出射する少なくとも１つの出射面を有する非球面プラスチックレンズを射出成形用金型において、
   該金型は、上記非球面プラスチックレンズの入射面と出射面とをそれぞれ成形する転写面を有する第１の入れ子と第２の入れ子を有しており、
   前記第１の入れ子および前記第２の入れ子の転写面には、それぞれ切削工具で移動した微細な切削痕に起因する多数の細溝が形成され、前記第２の入れ子の転写面に形成される細溝は、前記第１の入れ子の転写面に形成される細溝とのなす角度は８０〜１００度の範囲になるように設定されるように形成されていることを特徴とする金型。