JP2006272871A - 光学レンズ及びその成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 投映型プロジェクタに組み込まれる偏肉形状の光学レンズにおいて、ウェルドライドが作用領域にわたって発生することを防止することを目的とする。
【解決手段】 樹脂射出口からキャビティ内に充填された樹脂を冷却して固化することによって、レンズ部の厚さがレンズ中央が薄くレンズ外周が厚い偏肉形状の光学レンズを成形するにあたって、樹脂射出口の配設位置に形成されるゲート部から１８０度の範囲内にあるフランジ外周の左右それぞれに、奥行より流入口の幅のほうが大きい凸部を少なくとも１つ設けた光学レンズを成形することによって、樹脂射出口から円周部分に沿って射出口反対側へ回り込む樹脂を前記凸部に流し込ませた後に樹脂射出口反対側に向かって流し、樹脂射出口からレンズ中央を経由して射出口反対側に流れ込む樹脂の到達時間と、樹脂射出口から円周部分を回り込んで射出口反対側に流れ込む樹脂の到達時間との時間差を短縮せしめた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、投映型プロジェクタに組み込まれる光学レンズ及びその成形方法に関し、特に、レンズの厚さがレンズ中央が薄くレンズ外周が厚い偏肉形状の光学レンズ及びその成形方法に関する。

図６（ａ）に示すように、スクリーンなどに映像を映し出す投映型の高精細度テレビジョン受像機（ＨＤＴＶ）やビデオプロジェクタなどの投映型プロジェクタには、レンズ部１０１とその外周に形成されるフランジ１０２とからなる光学レンズ１００が組み込まれている。
図６（ｂ）に示すように、投映型プロジェクタに組み込まれる光学レンズ１００は、投映光が透過する領域（以下、作用領域という）１０１Ｂが、レンズ部１０１の光学機能面（十分な光学機能を備える面）１０１Ａに内包されるように設計されている。前記作用領域１０１Ｂの形状は投映範囲に依存し、投映型プロジェクタでは方形の投映範囲に映像を映し出すため、投映型プロジェクタに組み込まれる光学レンズ１００では作用領域１０１Ｂが方形となる。
従って光学レンズ１００のレンズ部１０１の中央には、作用領域１０１Ｂの対角線の長さ以上を直径（有効径）とする円状の光学機能面１０１Ａが形成されている。

一般的に、投映型プロジェクタに組み込まれる光学レンズは、射出樹脂成形などによって製造されている（例えば、特許文献１を参照）。
光学レンズの光学機能面を形成するための表面精度の優れた転写面を備える上型及び下型との間に形成されるキャビティ内にゲート部１０３から溶融した樹脂を流し込み、当該キャビティ内に充填された樹脂を冷却して固化することによって、光学機能面を備えるレンズ部１０１とその外周に形成されるフランジ１０２とからなる光学レンズ１００を成形する。
特開平１１−２２１８４２号公報

レンズ部の厚さが、レンズ中央が薄くレンズ外周が厚い偏肉形状の光学レンズを射出成形する場合、肉薄のレンズ中央では樹脂が流れにくいため、レンズ中央は樹脂の流れが遅く、肉厚のレンズ外周（円周部分）は樹脂の流れが速い。
そして、キャビティ内に樹脂を充填して光学レンズを成形するにあたって、樹脂射出口からレンズ中央を経由して射出口反対側へ流れ込む樹脂の流れが、樹脂射出口から肉厚のレンズ外周（円周部分）を通って射出口反対側へ回り込む樹脂の流れよりも著しく遅いと、樹脂合流部に形成されるウェルドラインがレンズ中央にわたって発生する。

図７（ａ）〜（ｄ）は、従来技術による光学レンズの成形型のキャビティ内に樹脂が流れ込む状態を経時的に表わした図であり、樹脂射出口からキャビティ内へ流れ込んだ樹脂が射出口反対側に向かって流れ、キャビティ内に樹脂が充填される状態を説明するものである。
図６（ｂ）に示すように、レンズ部１０１の厚さが、レンズ中央が薄くレンズ外周が厚い偏肉形状の光学レンズ１００を射出成形する場合、レンズ中央では樹脂の流れが遅く、レンズ外周（円周部分）では樹脂の流れが速くなり、レンズ中央を経由して射出口反対側に流れ込む樹脂よりも先に、レンズ外周（円周部分）を回り込んで流れる樹脂が射出口反対側において合流する。そして前記樹脂合流部に形成されるウェルドラインがレンズ中央にかけて発生し、当該ウェルドラインが投光領域１０１Ｂにわたって形成される虞があった（図７（ｄ）を参照）。

従って本発明は、投映型プロジェクタに組み込まれる偏肉形状の光学レンズにおいて、ウェルドライドが作用領域にわたって発生することを防止した光学レンズを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明による光学レンズは、光学機能面を備えるレンズ部と、その外周に形成されるフランジとから構成され、前記レンズ部の厚さが、レンズ中央が薄くレンズ外周が厚い偏肉形状の光学レンズにおいて、樹脂射出口の配設位置に形成されるゲート部に対して右側の１８０度の範囲内にあるフランジ外周と、左側の１８０度の範囲内にあるフランジ外周とにそれぞれ、円周部分に沿って流れる樹脂が流れ込んで形成された凸部を少なくとも１つ設けるとともに、前記凸部の流入口の幅を奥行より大きくしたものである。

また本発明による光学レンズの成形方法は、樹脂射出口からキャビティ内に溶融した樹脂を流し込み、当該キャビティ内に充填された樹脂を冷却して固化することによって、レンズ部の厚さがレンズ中央が薄くレンズ外周が厚い偏肉形状の光学レンズを成形するにあたって、樹脂射出口の配設位置に形成されるゲート部に対して右側の１８０度の範囲内にあるフランジ外周と、左側の１８０度の範囲内にあるフランジ外周とにそれぞれ、奥行より流入口の幅のほうが大きい凸部を少なくとも１つ設けた光学レンズを成形することによって、樹脂射出口から円周部分に沿って射出口反対側へ回り込む樹脂を前記凸部に流し込ませた後に樹脂射出口反対側に向かって流し、樹脂射出口からレンズ中央を経由して射出口反対側に流れ込む樹脂の到達時間と、樹脂射出口から円周部分を回り込んで射出口反対側に流れ込む樹脂の到達時間との時間差を短縮せしめた。

この発明によれば、レンズ部の厚さがレンズ中央が薄くレンズ外周が厚い偏肉形状の光学レンズを成形するにあたって、レンズ外周（円周部分）に沿って流れる樹脂が凸部に一旦流れ込んでから射出口反対側へ向かって流れるため、レンズ外周（円周部分）を回り込んで流れる樹脂が射出口反対側でいちはやく合流することがなくなり、レンズ中心にかけてウェルドラインを発生させることなく光学レンズを成形することができる。

本発明の実施例による光学レンズ及びその成形型を、図１乃至図５を参照して説明する。

図１に示すように、レンズ部の厚さがレンズ中央が薄くレンズ外周が厚い偏肉形状の光学レンズを射出成形する場合、肉薄のレンズ中央では樹脂が流れにくいため、樹脂射出口から肉厚のレンズ外周（円周部分）に沿って流れ、射出口反対側に回り込むようにして流れる樹脂の流れは速く、樹脂射出口から肉薄のレンズ中央を経由して射出口反対側へ流れ込む樹脂の流れは遅い。
そして、樹脂射出口からレンズ中央を経由して射出口反対側へ流れ込む樹脂よりも、レンズ外周（円周部分）を回り込んで流れる樹脂が射出口反対側でいちはやく合流すると、樹脂合流部に形成されるウェルドラインがレンズ中央にわたって発生する。
従って、樹脂合流部に形成されるウェルドラインを小さくするためには、肉薄のレンズ中央を経由して射出口反対側へ流れ込む樹脂の到達時間と、肉厚のレンズ外周（円周部分）に沿って左右から回り込むようにして樹脂反対側へ流れ込む樹脂の到達時間との時間差を短縮すればよい。

そこで本発明では、レンズ部１の厚さがレンズ中央が薄くレンズ外周が厚い偏肉形状の光学レンズ１０を射出成形するにあたって、樹脂射出口の配設位置に形成されるゲート部３から１８０度の範囲内にあるフランジ外周の左右それぞれに凸部４を設けた光学レンズを成形することによって、レンズ外周（円周部分）に沿って流れる樹脂を前記凸部４に一旦流れ込ませた後に射出口反対側に向かって流し、レンズ中央を経由して射出口反対側へ流れ込む樹脂の到達時間と、レンズ外周（円周部分）に沿って射出口反対側へ流れ込む樹脂の到達時間との時間差を短縮し、樹脂合流部に形成されるウェルドラインを小さくせしめた。

本発明の第１実施例による光学レンズ１０について、図２を参照して説明する。
図２に示す光学レンズ１０は、光学機能面１Ａを備えるレンズ部１と、レンズ部１の外周に形成されるフランジ２とを備えるから構成される光学レンズ１０において、樹脂射出口の配設位置に形成されるゲート部３に対して右側の１８０度の範囲内にあるフランジ外周と、左側の１８０度の範囲内にあるフランジ外周とにそれぞれ、円周部分に沿って流れる樹脂が流れ込んで形成された凸部４を設けたものである。

すなわち、樹脂射出口からキャビティ内に溶融した樹脂を流し込み、当該キャビティ内に充填された樹脂を冷却して固化することによって、レンズ部１の厚さがレンズ中央が薄くレンズ外周が厚い偏肉形状の光学レンズ１０を成形するにあたって、図２に示すように、樹脂射出口の配設位置に形成されるゲート部３から１８０度の範囲内にあるフランジ外周の左右それぞれに、少なくとも１つの凸部４を設けた光学レンズ１０を成形することによって、樹脂射出口からレンズ外周（円周部分）に沿って射出口反対側へ回り込む樹脂は、前記凸部４に一旦流れ込んだ後、射出口反対側に向かって流れる。これによって、樹脂射出口からレンズ中央を経由して射出口反対側に流れ込む樹脂の到達時間と、樹脂射出口からレンズ外周（円周部分）を回り込んで射出口反対側に流れ込む樹脂の到達時間との時間差を短縮することができる。

図２に示す光学レンズ１０には、ゲート部３に対して右側の１８０度の範囲内にあるフランジ外周と、左側の１８０度の範囲内にあるフランジ外周とに、それぞれ１つのずつ凸部４を形成してある。また前記凸部４は、ゲート部３に対して左右対称になるように配置されている。

フランジ外周に形成される凸部４は、光学レンズ成形時に、樹脂射出口からレンズ外周（円周部分）に沿って射出口反対側へ流れる樹脂を、途中でレンズ外側に一旦流し込ませ、その後射出口反対側へ向かって流すことによって、射出口反対側への到達時間を遅らせるためのものである。

従って、肉厚のレンズ外周（円周部分）を流れる樹脂が前記凸部４に流れ込みやすくするため、フランジ外周に形成した凸部４の流入口の幅ａを光学レンズの外周の１／１０以上とすることが好ましい。
また光学レンズ１０を投映型プロジェクタに組み込むにあたって、前記凸部４を切断して使用する。従ってフランジ外周に形成された凸部４を切断して除去しやすくするため、前記凸部４の流入口の幅ａを光学レンズの外周の１／３以下とすることが好ましい。

さらにフランジ外周に形成される凸部４の奥行ｂを大きく設計しても、細長い形状の凸部４の先端には樹脂が流れ込みにくく、また流入口の幅ａが小さい凸部４には樹脂が流れ込みにくいため、レンズ外周（円周部分）を流れる樹脂の射出口反対側への到達時間の遅延効果は上がらない。
また凸部４の奥行ｂが大きいと、そのぶん、キャビティ内への流し込む樹脂の量が多くなり、コスト高になる。従って、流入口の幅ａを奥行ｂよりも大きくした凸部４を設けることが好ましい。

図３は、フランジ外周に凸部４を設けた本発明による光学レンズを射出成形したときのキャビティ内の樹脂の流れと、凸部４をもたない光学レンズを射出成形したときの樹脂の流れを説明する図である。

図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、ゲート部３から左右それぞれ１８０度の範囲内にあるフランジ外周に、左右それぞれ少なくとも１つの凸部４を設けた光学レンズを射出成形した場合、レンズ外周（円周部分）に沿って流れる樹脂が前記凸部４に一旦流れ込んだ後、射出口反対側に向かって流れる。つまり、肉厚のレンズ外周を流れる樹脂（流速が速い）が凸部４に流れ込んでいる間に、肉薄のレンズ中央を経由して流れる樹脂（流速が遅い）を樹脂射出口反対側に流れ込み、射出口反対側に流れ込む樹脂の到達時間の時間差を短縮させることができる。

一方、図３（ｅ）〜（ｇ）に示すように、フランジ外周に凸部４をもたない光学レンズを射出成形した場合、肉厚のレンズ外周（円周部分）において樹脂が速く流れ、樹脂射出口からレンズ中央を経由して射出口反対側へ流れ込む樹脂よりも、レンズ外周（円周部分）に沿って流れる樹脂が左右から回り込んで射出口反対側でいちはやく合流する。

図４の（ａ−１）乃至（ａ−４）と、（ｂ−１）乃至（ｂ−４）と、（ｃ−１）乃至（ｃ−４）は、フランジ外周に凸部４を設けた本発明による光学レンズ（３種類）をそれぞれ射出成形したときの、成形型キャビティ内に樹脂が流れ込む状態を経時的に表わした図であり、樹脂射出口からキャビティ内へ流れ込んだ樹脂が射出口反対側に向かって流れ、キャビティ内に樹脂が充填される状態を説明するものである。
ゲート部から左右それぞれ１８０度の範囲内にあるフランジ外周に、左右それぞれ１つの凸部４を設けた光学レンズでは、何れの位置に凸部４を設けても、フランジ外周に凸部をもたない光学レンズを成形する従来技術（図７を参照）に比べ、ウェルドラインを小さくすることができる。
つまりフランジ外周に凸部４を設けた光学レンズを成形した場合、樹脂射出口から射出口反対側までのレンズ外周（円周部分）に沿って流れる樹脂が、前記凸部４に一旦流し込まれた後、射出口反対側へ流れるため、樹脂射出口からレンズ外周（円周部分）に沿って流れる樹脂の樹脂反対側への到達時間が遅くなり、樹脂合流部に形成されるウェルドラインを小さくすることができる。

次に、この発明の第２実施例による光学レンズ１０´について、図５を参照して説明する。

図５に示す光学レンズ１０´は、図２に示す第１実施例による光学レンズ１０と同様に、ゲート部３´から１８０度の範囲内にあるフランジ外周の左右それぞれに、円周部分に沿って流れる樹脂が流れ込んで形成された凸部４を少なくとも１つ設けたものであり、樹脂射出口からレンズ外周（円周部分）に沿って流れる樹脂の射出口反対側への到達時間を遅らせ、該到達時間と、レンズ中央を経由して射出口反対側に流れる樹脂の到達時間との時間差を短縮したものである。
そしてこの実施例では、さらに樹脂射出口の配設位置に形成されるゲート部３´をレンズ部１のレンズ面にわたって形成した光学レンズを成形した。

この実施例では、レンズ中央に近く、かつレンズ中央に向かって配設された大きな樹脂射出口からキャビティ内に溶融した樹脂を流し込むことによって、レンズ中央を経由して射出口反対側へ流れ込む樹脂の流れを速くし、レンズ中央を経由して射出口反対側へ流れる樹脂の到達時間を速め、該到達時間と、レンズ外周（円周部分）に沿って流れる樹脂の到達時間との時間差をさらに短縮することができる。
すなわちこの実施例では、レンズ中央に近く、かつレンズ中央に向けて大きく形成した樹脂射出口からキャビティ内に樹脂を流し込むため、フランジ外周から樹脂が流し込まれる第１実施例による光学レンズ１０よりも、レンズ中央に近い位置から樹脂が流し込まれ、レンズ中央における樹脂の流れを速めることができる。

なお、長方形の投映範囲に映像を映し出す投映型プロジェクタに光学レンズ１０´を組み込んだとき、長方形の作用領域の長辺における中点の垂線上にゲート部３´が配置されるようにし、レンズ面にわたって形成したゲート部３´が、方形の作用領域から離れた位置に配置されるようにした。これによって、作用領域１Ｂにおける優れた光学機能を維持することができる。

射出成形によって製造される円盤状の光学レンズを示す図である。 本発明の第１実施例による光学レンズを示す図である。 光学レンズ成形時の樹脂の流れを模式化した図である キャビティ内の樹脂の流れを表わす図である。 本発明の第２実施例による光学レンズを示す図である。 従来技術による光学レンズを示す図である。 従来の成形方法によるのキャビティ内の樹脂の流れを表わす図である。

符号の説明

１ レンズ部
１Ａ 光学機能面
２ フランジ
３，３´ ゲート部
４ 凸部
１０，１０´ 光学レンズ

Claims (6)

1. 光学機能面（１Ａ）を備えるレンズ部（１）と、その外周に形成されるフランジ（２）とから構成され、前記レンズ部（１）の厚さが、レンズ中央が薄くレンズ外周が厚い偏肉形状の光学レンズ（１０）において、
   樹脂射出口の配設位置に形成されるゲート部（３）に対して右側の１８０度の範囲内にあるフランジ外周と、左側の１８０度の範囲内にあるフランジ外周とにそれぞれ、円周部分に沿って流れる樹脂が流れ込んで形成された凸部（４）を少なくとも１つ設けるとともに、前記凸部（４）の流入口の幅（ａ）を奥行（ｂ）より大きくしたことを特徴とする光学レンズ。
2. フランジ外周に形成した凸部（４）の流入口の幅（ａ）が、光学レンズの外周の１／３〜１／１０であることを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
3. フランジ外周に形成した凸部（４）が、ゲート部（３）に対して左右対称に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学レンズ。
4. 樹脂射出口の配設位置に形成されるゲート部（３´）が、レンズ部（１）のレンズ面にわたって形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光学レンズ。
5. 樹脂射出口からキャビティ内に溶融した樹脂を流し込み、当該キャビティ内に充填された樹脂を冷却して固化することによって、レンズ部（１）の厚さがレンズ中央が薄くレンズ外周が厚い偏肉形状の光学レンズ（１０）を成形するにあたって、
   樹脂射出口の配設位置に形成されるゲート部（３）に対して右側の１８０度の範囲内にあるフランジ外周と、左側の１８０度の範囲内にあるフランジ外周とにそれぞれ、奥行（ｂ）より流入口の幅（ａ）のほうが大きい凸部（４）を少なくとも１つ設けた光学レンズ（１０）を成形することによって、樹脂射出口から円周部分に沿って射出口反対側へ回り込む樹脂を前記凸部（４）に流し込ませた後に樹脂射出口反対側に向かって流し、
   樹脂射出口からレンズ中央を経由して射出口反対側に流れ込む樹脂の到達時間と、樹脂射出口から円周部分を回り込んで射出口反対側に流れ込む樹脂の到達時間との時間差を短縮せしめたことを特徴とする光学レンズの成形方法。
6. レンズ中央に近く、かつレンズ中央に向かって配設された大きな樹脂射出口からキャビティ内に溶融した樹脂を流し込むことを特徴とする請求項５に記載の光学レンズの成形方法。

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