JP2006327147A - プラスチックレンズの成形方法およびプラスチックレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 高度な表面精度を有する、高開口数（例えばＮＡが０．８以上好ましくは０．８５以上）の小型プラスチックレンズを提供することを目的とする。
【解決手段】
レンズ成形用金型２０のキャビティに溶融した合成樹脂材料を充填し、前記合成樹脂材料を冷却硬化することによってレンズ形状を有する一次成形物１０を射出成形する工程と、上型及び下型を備えるプレス成形型３０に前記一次成形物１０をセットし、一次成形物のレンズ面１１に下型のレンズ転写面３２Ａを転写する工程とによって、高精度な転写性のレンズ面１を有するプラスチックレンズ３を成形する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、小型のプラスチックレンズの成形方法及びプラスチックレンズに関する。

ＣＤ，ＤＶＤ等の光学記録媒体に情報を記録・再生する際の光学系（対物レンズ）としてプラスチックレンズを用いた光ディスク装置が知られている。このプラスチックレンズは、レーザビームを小さなビームスポットとするためにプラスチックレンズのＮＡ（開口数）を０．４５〜０．６程度としていた。このプラスチックレンズを製造する方法としては、射出成形機を用い、シリンダ内で加熱溶融した樹脂を型締力がかかっている金型内に射出し、冷却して取り出すという射出成形方法が用いられていた。（特許文献１を参照）
これらのプラスチックレンズは、ＣＤ，ＤＶＤ等を記録・再生するための光学系（対物レンズ）としては十分な性能を有しているが、より記録密度を上げるために、さらなる光の絞り込みを行い、小さなビームスポットを実現することは困難であった。ＮＡは、焦点距離一定の時の開口瞳の大きさを示す値であり、ＮＡが大きいほどレーザ光が絞れ、高密度記録が可能となることが知られている。このことから、最近では、短い波長の青紫色レーザ光（ブルーレーザ）を用い、高開口数のレンズを用いて光学記録媒体の情報を記録・再生する次世代の光ディスク装置が知られてきた。この次世代の光ディスク装置には、ＮＡ０．８以上のプラスチックレンズが要求される。
特開２００４−１８８９７２

しかしながら従来技術のように射出成形のみによって、ＮＡが０．８以上のプラスチックレンズを成形しようとすると、このようなプラスチックレンズでは、光学機能面となる凸部（以下、レンズ面という）の曲面形状の曲率半径が小さく（表面の曲率が大きい）、きついカーブの曲面となるため、レンズ面における転写性が低下し、高精度のレンズ面を形成するのが困難であった。

特に、法線と光軸とがなす角度が６０度以上のきついカーブの曲面では、レンズ面に高精度な転写性が得られず、高精度な光学特性が得られずにレンズの透過波面に悪影響を与えていた。
また、曲面形状の曲率半径が小さい（表面の曲率が大きい）プラスチックレンズではレンズ面の厚みが大きくなるが、当該レンズ面の周囲に形成されるフランジの厚みを小さくし、レンズ全体の厚みを小さくしようとすると、レンズ面の転写性が低下していた。これはフランジに樹脂を注入するゲートを設けているため、フランジの厚みを小さくすると、樹脂が注入される入口が制限され、レンズに向かって流れる樹脂の流れが悪くなることが原因だと考えられている。
また、射出成形したプラスチックレンズでは冷却硬化時に収縮によってレンズ形状が変化することが知られているが、このレンズ形状の変化に対応すべく型補正を行う場合、最初に成形したレンズ形状を基に型補正をしているため、最初に成形したレンズのレンズ面において高精度な転写性が得られないと補正が不正確なものとなり、高精度な光学特性を得ることができなかった。

そこでこの発明は、レンズ成形用金型のキャビティに溶融した合成樹脂材料を充填し、前記合成樹脂材料を冷却硬化することによってレンズ形状を有する一次成形物を射出成形する工程と、上型及び下型を備えるプレス成形型に前記一次成形物をセットし、一次成形物のレンズ面に下型のレンズ転写面を転写する工程とによって、高精度な転写性のレンズ面を有するプラスチックレンズを成形するものである。

この発明によるプラスチックレンズの成形方法によれば、例えば開口数が０．８以上好ましくは０．８５以上のプラスチックレンズを成形するにあたって、高精度なレンズ面を備えるプラスチックレンズを取得することができる。
つまり射出成形した一次成形物をプレス成形し、高精度のレンズ転写面を前記一次成形物に転写して、曲面形状の曲率半径が小さく（表面の曲率が大きい）、きついカーブの曲面のレンズ面を形成するため、高精度な光学特性のプラスチックレンズを得ることができる。
これによって、法線と光軸とがなす角度が７０度以上のレンズ面を備えるプラスチックレンズを容易に取得することができる。同様にして、レンズ径がφ４ｍｍ以下のプラスチックレンズであって、かつレンズの厚み（Ｔ）とフランジの厚み（ｔ）との関係が、Ｔ／ｔ≧６であるプラスチックレンズを容易に取得することができる。

本発明によるプラスチックレンズの成形方法及びプラスチックレンズについて、図１から図３を参照して説明する。

図１及び図２は、この発明によるプラスチックレンズの成形方法を説明する図である。
この発明のプラスチックレンズの成形方法によれば、まず図１に示すように、射出成形によってレンズ形状を有する一次成形物を成形し、その後図２に示すように、プレス成形によって前記一次成形物のレンズ面に高精度のレンズ転写面を転写し、プラスチックレンズを成形する。
図１及び図２に示す実施例は、法線と光軸とがなす角度が６０度のレンズ面を備えるプラスチックレンズを成形するものである。

まず図１（ａ）に示すように、レンズ成形用金型２０のキャビティ内２１にゲート２２から溶融した合成樹脂材料を充填し、前記合成樹脂材料を冷却硬化することによってレンズ形状の一次成形物１０を射出成形する。つまり所望とするプラスチックレンズを成形するために必要な重量の合成樹脂材料からなるレンズ形状の一次成形物（プリフォーム）１０を成形する。
この実施例では、屈折率が１．５程度のポリオレフィン系合成樹脂材料（例えば、日本ゼオン（株）製のＺＥＯＮＥＸ（登録商標））を使用し、レンズ形状の一次成形物１０を射出成形した。

図１（ｂ）は一次成形物１０を示す図であって、射出成形によって成形された一次成形物１０は、凸型形状（曲面形状）のレンズ面１１と、その外周に形成されるフランジ１２とからなる。
このとき、一次成形物１０のレンズ面１１は、法線と光軸とがなす角度が６０度より小さくてよい（図１（ｂ）を参照）。つまり一次成形物１０では、所望とするプラスチックレンズよりも、レンズ面（光学機能面）となる凸部の曲面形状の曲率半径が大きく（表面の曲率が小さく）、ゆるいカーブの曲面となる。
またこの実施例では、一次成形物１０を加熱プレスするとき、レンズの余肉部分が逃げ込むための凹部１３をフランジ１２に形成してある。

続いて図２（ａ）に示すように、前記レンズ形状の一次成形物１０を、上型３１及び下型３２とを備えるプレス成形型３０にセットし、加熱プレスする。
図２（ａ）に示す実施例では、高精度のレンズ転写面３２Ａを備える下型３２を備えるプレス成形型３０を使用し、一次成形物１０を上型３１及び下型３２で挟み込んで加熱プレスすることによって、一次成形物のレンズ面１１に前記下型のレンズ転写面３２Ａを転写する。
下型のレンズ転写面３２Ａは表面精度が高く、さらにプレス成形後のレンズ面形状が所望とする角度（この実施例では法線と光軸とのなす角度が６０度）となるようにカーブの曲面が設計されている。

つまり本実施例では、射出成形によって成形した一次成形物１０のレンズ面１１（法線と光軸とのなす角度が所望とする角度に満たないゆるいカーブの曲面）に、下型３２の高精度のレンズ転写面３２Ａを転写することによって、図２（ｂ）に示すように、法線と光軸とがなす角度が６０度であり、かつ高精度の転写性を有するレンズ面１と、その周囲に形成されるフランジ２とからなるプラスチックレンズ３を成形する。
なお本実施例の場合は、一次成形物１０のレンズ面１１の曲率半径より下型のレンズ転写面３２Ａの曲率半径の方が小さいため、一次成形物１０を下型上に載置した際にエア溜まりができてしまい、転写性を下げるおそれがあるため、加熱プレス時に真空成形した。真空成形することによってエア溜まりを発生させることなく、下型のレンズ転写面３２Ａの転写性を向上させることができる。
本実施例においては、一次成形物１０のレンズ面１１の曲率半径より下型のレンズ転写面３２Ａの曲率半径の方を小さくしたが、射出成形後のプレス成形において最終的なレンズ面形状が精度良く転写されればよいので、一次成形物１０のレンズ面１１が必ずしも精度良く成形される必要はなく、一次成形物１０のレンズ面１１の曲率半径より下型のレンズ転写面３２Ａの曲率半径の方が大きい関係であっても問題ない。その場合は、上述したようなエア溜まりの問題がないため、真空成形ではなく通常の成形で対応することができる。

さらに本実施例では、上型３１と下型３２とで一次成形物１０を加熱プレスし、前記一次成形物１０のレンズ面１１に高精度の下型のレンズ転写面３２Ａを転写させる際、きついカーブの曲面を転写することによって発生するレンズの余肉部分が、フランジ１２に形成してある凹部１３に逃げ込む。これによってバリの発生を防止することができる。

なお図１及び図２に示す実施例では、法線と光軸とがなす角度が６０度であるレンズ面１を備えるプラスチックレンズを成形したが、レンズ面の曲面形状の曲率半径がさらに小さい（表面の曲率が大きい）プラスチックレンズにも対応することができる。
開口数（ＮＡ）が０．８以上好ましくは０．８５以上のプラスチックレンズを取得するには、屈折率が１．５〜１．６５の材質の樹脂の場合、法線と光軸とがなす角度が６０度以上、好ましくは７０度以上のレンズ面１を形成することが好ましい。
屈折率の高い特殊な樹脂材料を用いれば、法線と光軸とがなす角度は必ずしも６０度以上でなくても対応できるが、現状、光学材料として使用される樹脂材料としては、屈折率が１．５〜１．６５の範囲のものが一般的であり、この一般的な樹脂材料を使用して開口数（ＮＡ）が０．８以上好ましくは０．８５以上のプラスチックレンズを実現しようとすると、法線と光軸とのなす角度を６０度以上、好ましくは７０度以上のレンズ面１を形成することが好ましい。

次に図３を参照して、この発明の実施例によるプラスチックレンズを説明する。

図３（ａ）は、法線と光軸とがなす角度が７０度であるレンズ面１を備えるプラスチックレンズを示す図である。
上述したように、この発明によれば、射出成形したレンズ形状の一次成形物１０のレンズ面１１に高精度のレンズ転写面３２Ａを転写することによって、レンズ面の曲面形状の曲率半径が小さい（表面の曲率が大きい）プラスチックレンズを成形する。
これによって、図３（ａ）に示すように、法線と光軸とがなす角度が７０度であり、レンズ面１がきついカーブの曲面であるプラスチックレンズであっても、高精度の転写性を有し、透過波面に悪影響を及ぼすことなく高精度の光学特性をもつ。つまり開口数（ＮＡ）が０．８以上好ましくは０．８５以上のプラスチックレンズを容易に取得することができる。

図３（ｂ）は、レンズ径がφ４ｍｍ以下であって、かつレンズの厚み（Ｔ）とフランジの厚み（ｔ）との関係が、Ｔ／ｔ≧６のプラスチックレンズを示す図である。
曲面形状の曲率半径が小さい（表面の曲率が大きい）プラスチックレンズでは、レンズ面の厚みが大きくなってしまうため、レンズ全体の厚みを薄くするためにフランジの厚みを小さくすることが望まれる。しかしながらフランジの厚みを小さくしようとすると、射出成形のみによって成形したプラスチックレンズ（従来技術）では、レンズ面の周囲に形成されるフランジ２の厚みを小さくするほど、レンズ面の転写性が低下し、光学特性に悪影響を及ぼしていた。これは図１（ａ）に示す射出成形用金型のように、フランジ部分に樹脂を注入するゲートを設けているため、フランジの厚みを小さくすると、樹脂が注入される入口が制限され、レンズに向かって流れる樹脂の流れが悪くなることが原因だと考えられる。
つまり従来技術ではフランジの厚みが大きく、レンズレンズの厚み（Ｔ）とフランジの厚み（ｔ）との関係が、Ｔ／ｔ＝５程度のプラスチックレンズには対応することができるが、その値が大きくなるほど（フランジの厚みが小さいほど）、レンズ面の転写性が低下していた。

一方、この発明によれば、射出成形したレンズ形状の一次成形物１０のレンズ面１１に高精度のレンズ転写面３２Ａを転写することによって（プレス成形）、レンズ面の曲面形状の曲率半径が小さい（表面の曲率が大きい）プラスチックレンズを成形するため、フランジ２の厚みを小さくしてもレンズ面の転写性が低下する虞がない。
つまり開口数（ＮＡ）が０．８以上好ましくは０．８５以上の小型プラスチックレンズ（レンズ径がφ４ｍｍ以下）において、レンズレンズの厚み（Ｔ）とフランジの厚み（ｔ）との関係が、Ｔ／ｔ≧６であるフランジの厚みがより小さいレンズを取得することができる（レンズ全体の厚みをより小さく設計することができる）。
この実施例では、開口数（ＮＡ）が０．８以上好ましくは０．８５以上の小型プラスチックレンズ（レンズ径がφ４ｍｍ以下）において、フランジの厚み（ｔ）を０．２ｍｍ以下としても、レンズ面の転写性を低下させることなく、プラスチックレンズを取得することができた。

射出成形による一次成形物の成形工程を説明する図である。 プレス成形によるレンズ面の転写工程を説明する図である。 この発明の実施例によるプラスチックレンズを説明する図である。

符号の説明

１ レンズ面
２ フランジ
３ プラスチックレンズ
１０ 一次成形物
１１ レンズ面
１２ フランジ
１３ 凹部
２０ 射出成形用金型
２１ キャビティ
２２ ゲート
３０ プレス成形型
３１ 上型
３２ 下型
３２Ａ レンズ転写面

Claims (6)

1. レンズ成形用金型（２０）のキャビティに溶融した合成樹脂材料を充填し、前記合成樹脂材料を冷却硬化することによってレンズ形状を有する一次成形物（１０）を射出成形する工程と、
   上型及び下型を備えるプレス成形型（３０）に前記一次成形物（１０）をセットし、一次成形物のレンズ面（１１）に下型のレンズ転写面（３２Ａ）を転写する工程とによって、
   高精度な転写性のレンズ面（１）を有するプラスチックレンズ（３）を成形することを特徴とするプラスチックレンズの成形方法。
2. 高精度のレンズ転写面（３２Ａ）を転写することによって、法線と光軸とがなす角度が６０度以上のレンズ面（１）を形成したことを特徴とする請求項１に記載のプラスチックレンズの成形方法。
3. 法線と光軸とがなす角度が７０度以上のレンズ面（１）を形成したことを特徴とする請求項２に記載のプラスチックレンズの成形方法。
4. 法線と光軸とがなす角度が７０度以上のレンズ面（１）を備えることを特徴とするプラスチックレンズ。
5. レンズ径がφ４ｍｍ以下のプラスチックレンズであって、レンズの厚み（Ｔ）とフランジの厚み（ｔ）との関係が、Ｔ／ｔ≧６であることを特徴とするプラスチックレンズ。
6. 開口数が０．８以上であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のプラスチックレンズ。

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