JP2007256379A - 樹脂製光学素子、観察光学系ユニット、カメラ及び射出成型金型 - Google Patents

Abstract

【課題】射出成型により製造される樹脂製の光学素子の面精度を改善した光学素子、光学系ユニット、カメラ及び金型を提供することを目的としている。
【解決手段】射出成型により製造される樹脂製の光学素子において、光学面外周部であって、光学面の有効範囲外に溝からなる剛性変化領域を設け、当該剛性変化領域は光学素子を金型から引き離す方向の剛性が低下しているので成型キャビティ内周部と接触する光学素子外周部との間の領域により離型応力に起因する摩擦力による変形を前記領域で吸収し、光学面の変形を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は射出成型により製造される光学素子、光学系ユニット、カメラ及び射出成型に用いる金型に関し、特に撮影光学系や観察光学系に用いる樹脂製のレンズやプリズムの品質向上を図るものである。

デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の電子カメラの撮影光学系や観察光学系に用いられる光学素子は、製品のコストダウン要求によりガラス製からプラスチック製へと変化しつつある。このような撮影光学系や観察光学系に用いられるプラスチック光学素子は射出成型により製造され、その面精度は、成型条件や金型の光学面の面精度に左右される。
従来、射出成型品の変形を防止し、高い面精度を得るために、特許文献１に開示されたように成形キャビティの一部に臨むコア部に通電し、コア部自体を発熱させることにより射出されるプラスチックの温度を調整したり、或いは特許文献２に開示されたように、キャビティ型及びコア型の外側にヒータープレートと冷却プレートとを配置し、ヒーターの長手方向に温度分布調整可能な機能を備え、成形条件を調整することで高精度なプラスチック製光学製品を得ていた。

図１０（ａ）は樹脂製光学素子を示す図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’の理想形状を示す図、（ｃ）は離型時の変形を模式的に示した図である。同図において、５０は金型、５２はプラスチック光学素子である。（ｃ）に示すように、射出成型したプラスチック光学素子５２を金型５０から離型させる際には金型の内面５０ａとプラスチック光学素子５２の面外周部分５２ａとの間で離型応力Ａが発生し、それがプラスチック光学素子５２の面外周部５２ａと金型内面５０ａとの間で摩擦力Ｂとなって、その結果プラスチック光学素子の光学面５０ｃの相当の領域に変形が生じるという問題点があった。
このような離型による変形の影響を避けるためには光学面の有効範囲外の領域を幅広く取ることにより有効範囲内の面精度の悪化を回避したり、金型と光学素子が離型時に摺動する面を鏡面研磨し型抜けを良くするなどの方法を採用し、面精度の向上を図ることも広く一般的に採用されている。

しかしながら、特許文献１及び２に記載されたように射出成型のコア部やキャビティ部の温度調整を行うものは射出装置が複雑となるにも拘わらず、依然として離型時の応力に対応することができないという問題点があった。また、光学面の有効範囲を広くする方法を採用すると光学素子のサイズが大きくなると言う問題がり、一方、金型と光学素子とが離型時に摺動する面を鏡面研磨し、型抜けを良くする方法を採用した場合には光学面以外の面を鏡面とするため内面反射や迷光が発生するなどの問題があった。

特開２００１−３５３７６１公報 特開２００４−２４９６４０公報

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、射出成型により製造される樹脂製の光学素子の面精度を改善した光学素子、光学系ユニット、カメラ及び金型を提供することを目的としている。
すなわち、本発明の請求項１の目的は、射出成型により製造される樹脂製の光学素子において、当該光学素子の光学面外周部に剛性変化領域を設けたことにより離型時の変形による光学面の面精度の劣化を防ぐことである。

本発明の請求項２の目的は、前記剛性変化領域を光学面の有効範囲外に設けることにより、離型時の変形による光学面の有効範囲内の面精度の劣化を防ぐことである。
本発明の請求項３の目的は、前記剛性変化領域の離型方向の剛性を低下させることにより、離型時の変形による光学面の有効範囲内の面精度の劣化を防ぐことである。
また本発明の請求項４の目的は、光学面の有効範囲の外側に溝を設けることにより剛性変化領域を構成し、離型時の変形による光学面の有効範囲内の面精度の劣化を防ぐことである。

本発明の請求項５の目的は、請求項１乃至請求項４記載の光学素子として、少なくとも１つの反射面を持つ高品質のプリズムを得ることである。
本発明の請求項６の目的は、請求項１乃至請求項４記載の光学素子として、少なくとも１面が平面である高品質の樹脂製光学素子を得ることである。
本発明の請求項７の目的は、観察光学系ユニットに請求項１乃至請求項６の樹脂製光学素子を少なくとも１つ用いることにより、高品質の観察光学系ユニットを得ることである。
本発明の請求項８の目的は、請求項７記載の観察光学系ユニットをカメラに用いることにより、高品質の観察光学系を持つカメラを得ることである。

本発明の請求項９乃至請求項１２の目的は、光学素子の光学面外周部に剛性が変化する剛性変化領域を備え、離型時の変形による光学面の面精度の劣化を防ぐことができる射出成型金型を得ることである。

上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明に係る光学素子は、射出成型により製造される樹脂製の光学素子において、光学面外周部に剛性が変化する剛性変化領域を設けたことを特徴としている。
また、請求項２に記載した本発明に係る光学素子は、請求項１記載の光学素子であって、前記剛性変化領域は、光学面の有効範囲外に設けられていることを特徴としている。
請求項３に記載した本発明に係る光学素子は、請求項１又は２記載の光学素子であって、前記剛性変化領域は、離型方向の剛性が低下していることを特徴としている。

請求項４に記載した本発明に係る光学素子は、請求項１乃至３記載の光学素子であって、前記剛性変化領域は、光学面の有効範囲の外側に溝を設けることにより構成したことを特徴としている。
請求項５に記載した本発明に係る光学素子は、請求項１乃至請求項４記載の光学素子であって、前記光学素子は、少なくとも１つの反射面を持つプリズムであることを特徴としている。
請求項６に記載した本発明に係る光学素子は、請求項１乃至請求項４記載の光学素子であって、前記光学素子の光学面は、少なくとも１面が平面であることを特徴としている。

請求項７に記載した本発明に係る観察光学系ユニットは、請求項１乃至請求項６記載の樹脂製光学素子を少なくとも１つ用いたことを特徴としている。
請求項８に記載した本発明に係るカメラは、請求項７記載の観察光学系ユニットを使用したことを特徴としている。

請求項９に記載した本発明に係る射出成型金型は、成型キャビティに樹脂を射出し、前記成型キャビティに対応した形状の射出成型光学素子を製造するための射出成型金型であって、前記キャビティ内の光学面形成面の外周の一部若しくは全周に凸部を備えたことを特徴としている。
請求項１０に記載した本発明に係る射出成型金型は、請求項９記載の射出成型金型であって、前記凸部の内側斜面と成型キャビティ内の光学面を形成する面１ａとのなす角θが鈍角であることを特徴としている。
請求項１１に記載した本発明に係る射出成型金型は、請求項９記載の射出成型金型であって、前記凸部はその断面が三角形状であることを特徴としている。
請求項１２に記載した本発明に係る射出成型金型は、請求項９記載の射出成型金型であって、前記凸部はその断面が半円形状であることを特徴としている。

本発明によれば、射出成型により製造される樹脂製の光学素子において、当該光学素子の光学面外周部に剛性変化領域を設けることにより、離型時の光学素子の変形による光学面の有効範囲内の面精度の劣化を防ぐことが可能となる。
本発明の請求項２記載の光学素子によれば、前記剛性変化領域を光学面の有効範囲外に設けたので離型時の光学素子の変形による面精度の悪化を光学面の有効範囲外に留め、光学面の有効範囲内の面精度の劣化を防ぐことが可能となる。
本発明の請求項３記載の光学素子によれば、前記剛性変化領域の離型方向の剛性を低下させるので、離型時の変形を該領域で吸収し、光学面の有効範囲内の面精度の劣化を防ぐことが可能となる。
本発明の請求項４記載の光学素子によれば、光学面の有効範囲の外側に溝を設けることにより前記剛性変化領域を形成するので、光学面の有効範囲内の面精度の劣化を防ぐことが可能となる。

本発明の請求項５記載の光学素子によれば、少なくとも１つの反射面を持つ高品質のプリズムを得ることができる。
本発明の請求項６記載の光学素子によれば、少なくとも１面が平面であり、かつ高い平面精度を持つプリズムを得ることができる。
本発明の請求項７記載の観察光学系ユニットによれば、請求項１乃至請求項６記載の樹脂製光学素子を少なくとも１つ用いるため、高品質の観察光学系ユニットを得ることが可能となる。
本発明の請求項８記載のカメラによれば、請求項７記載の観察光学系ユニットを用いるため、高品質の観察光学系を持つカメラを得ることが可能となる。

本発明の請求項９乃至請求項１２記載の射出成型金型によれば、キャビティ内の光学面形成面の外周の一部若しくは全周に凸部を備えているので、キャビティに対応した形状の射出形成光学素子の光学面の外周の一部若しくは全周に剛性変化領域を形成することができ、離型時の変形を該領域で吸収し、光学面の有効範囲内の面精度の劣化を防ぐことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明に係る光学素子、光学ユニット、カメラ及び金型を詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明に係る光学素子の一例としてのカメラの観察光学系に用いられるプリズムの外観斜視図、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面の一部を表す図、図１（ｃ）は射出成型された光学素子を金型から取り出す際の離型状況を説明するための図である。同図において、符号１は金型、２は射出成型された樹脂製光学素子であり、金型１の成型キャビティ内の光学面を形成する面１ａの外周部には断面が三角形の凸部１ｃが設けられている。そのため、射出成型した光学素子２の光学面２ａの外周部には凸部１ｃに対応して剛性変化領域としての溝２ｃが形成される。

図１（ｃ）に示すように、射出成型された光学素子２を金型１から離型させる際、光学素子２には離型応力Ｒ（図において下方向）が作用し、成型キャビティの内周部１ｅと光学素子２の外周部２ｅとが接触しているので離型応力Ｒの一部は成型キャビティ内周部１ｅと光学素子外周部２ｅとの摩擦力Ｆに変換される。しかし、光学素子２の光学面２ａの外周部には剛性変化領域としての溝２ｃが形成されているので、溝２ｃと成型キャビティ内周部１ｅと接触する光学素子外周部２ｅとの間には緩衝領域２ｇにより摩擦力Ｆによる変形を吸収することができる。

すなわち、光学素子２は離型の際に引き下げられるのに対し、光学素子の外周部２ｅは摩擦力Ｆにより引き上げられる方向に力が作用し、その結果、光学面２ａにゆがみが生じようとするが、光学面２ａの外周に形成された溝２ｃと光学素子外周部２ｅとの間に設けられた緩衝領域２ｇがゆがみを吸収し、離型応力に起因する光学面２ａの変形を最小限に抑えることができる。
このように、溝２ｃにより隔てられた緩衝領域２ｇを有し、該緩衝領域２ｇにより離型時の応力並びに摩擦力による変形を吸収し、光学面２ａの変形を抑えることができるので、特にプリズムの反射面としての光学面２ａの平面度を高品質に維持することが可能となる。

図２（ａ）は本発明に係る光学素子の平面ならびに光学面のＡ−Ａ’断面を示した図である。
同図に示すように光学面２ａの外周部には断面が三角形の溝２ｃ（剛性変化領域）が形成され、金型の成型キャビティ内周部１ｅ（図示せず）と接触する光学素子外周部２ｅと溝２ｃとの間には緩衝領域２ｇが形成されている。三角形の溝２ｃの内側斜面と有効範囲内光学面とのなす角θは鈍角となっている。そのため、金型の離型方向に光学面が引っ張られる力を光学面に垂直な成分と鈍角の面に垂直な成分に分散させて光学面の変形を減少させることができる。
すなわち、光学素子を金型から離型させる際に離型応力並びに摩擦力により生じる変形は緩衝領域２ｇで吸収され、光学素子２の光学面２の内、点線で示した有効範囲２ｉには影響を及ぼすことなく、面精度を維持することが可能となる。

図３（ａ）は本発明に係る光学素子の他の実施の形態を示す図であり、（ｂ）は光学素子２の光学面２ａ及び光学素子２のＡ−Ａ’断面を示した図である。
同図に示すように、光学面２ａの外周部には断面が半円形の溝２ｃ（剛性変化領域）が形成され、金型の成型キャビティ内周部１ｅ（図示せず）と接触する光学素子外周部２ｅと溝２ｃとの間には緩衝領域２ｇが形成されている。したがって、光学素子を金型から離型させる際に離型応力並びに摩擦力により生じる変形は緩衝領域２ｇで吸収され、光学素子２の光学面２の内、点線で示した有効範囲２ｉには影響を及ぼすことなく、面精度を維持することが可能となる。
すなわち、光学面に設けられた溝２ｃ及び緩衝領域２ｇは光学面の有効範囲外に設定され、該有効範囲外の光学面は高い面精度が求められていないので、この部分で応力及び摩擦力による変形を吸収する。なお、断面が半円形の溝２ｃを形成するためには、図示を省略した金型１の成型キャビティ内の光学面を形成する面１ａの外周部には断面が半円形の凸部１ｃが設けられている。

このように、射出成型により得られる光学素子の離型応力の作用方向と直交する面に平面の光学面を有するものにおいては、離型応力及びそれに起因した摩擦力により光学面の変形が生じやすくなるが、本発明のように光学面の外周部であって、かつ成型キャビティ内周部と接する部分の近傍に剛性変化領域としての溝２ｃ及び該溝により分断された光学面の緩衝領域２ｇを設けると、摩擦力による光学面の変形を溝２ｃ及び緩衝領域２ｇにより吸収することができるので、光学面の面精度を高精度に維持することができる。また、溝２ｃは光学面から離型応力が働く方向（図においては下方）に向かって設けられているので、該溝２ｃが形成された部位は離型方向の剛性が低下している。そのため、離型方向に光学素子２を抜き出す際に緩衝領域２ｇの垂直方向であって光学素子外周部が成型キャビティ内周部との摩擦力により生じる変形を吸収しやすくなっている。

図４（ａ）は本発明に係る光学素子の他の実施の形態を示す図であり、（ｂ）は光学素子２の光学面２ａ及び光学素子２のＡ−Ａ’断面を示した図である。
本実施例では溝２ｃの断面形状が他の実施例とは異なるが、その他の構成は同じであり、溝２ｃは光学面から離型応力が働く方向（図においては下方）に向かって設けられているので、該溝２ｃが形成された部位は離型方向の剛性が低下している。そのため、離型方向に光学素子２を抜き出す際に緩衝領域２ｇの垂直方向であって光学素子外周部が成型キャビティ内周部との摩擦力により生じる変形を吸収しやすくなっている。

図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、（ｂ）は本発明に係る光学素子の他の実施の形態を示す図及び光学素子２のＡ−Ａ’断面を示した図である。
これらの実施の形態においては、溝２ｃの一部若しくは全部が光学素子外周部２ｅまで延在している点で上述した他の実施の形態とは異なる。
すなわち、図５に示した実施の形態では溝２ｃが光学素子外周部２ｅまで延在し、緩衝領域２ｇと溝２ｃとが実質的に同一部分となっており、一方、図６に示した実施の形態では溝２ｃの一部において溝２ｃが光学素子外周部２ｅまで延在し、緩衝領域２ｇが存在する部分と溝２ｃと緩衝領域２ｇとが実質的に同一部分になっている箇所（図においては光学素子２の四隅）が存在する点で異なっている。
しかしながら、いずれの実施の形態においても溝２ｃの内側斜面と有効範囲内光学面とのなす角θは鈍角となっており、金型の離型方向に光学面２ａが引っ張られる力を光学面２ａに垂直な成分と鈍角の面に垂直な成分に分散させて光学面の変形を減少させ、光学素子２の光学面２の内、点線で示した有効範囲２ｉには影響を及ぼすことなく、面精度を維持することが可能となる。

なお、本実施の形態においては、溝２ｃを光学面の外周全てにわたって形成した例を挙げて説明したが、これに限定するものではない。すなわち、離型応力に起因する摩擦力は成型キャビティ内周部１ｅと接する光学素子外周部２ｅの面積に応じて作用するので、当該面積が少ない部位においては離型の際に生じる摩擦による変形は少なくなるので、そのような箇所においては光学面に溝を設けることなく、緩衝領域２ｇを形成しなくても良い。たとえば、図７（ａ）に示したように離型による摩擦力が２方向から加わる光学素子の四隅２ｋの部分の変形を他の部分より容易にし、当該四隅２ｋには光学素子外周部２ｅまで剛性が変化する領域を拡張するが、他の部分に溝がない箇所２ｍを設ける構成や、或いは図７（ｂ）に示したように成型キャビティ内周部１ｅと接する光学素子外周部２ｅの面積が少なく、摩擦力に起因する変形応力が生じにくい部位２ｎには溝を形成しない構成、さらには図７（ｃ）に示したように、溝２ｃの一部が寸断された構成であっても良い。

なおさらに、本実施の形態においては、溝の断面形状として三角形及び半円形のもの等を示して説明したが、これに限定するものではなく、光学面の外周部に剛性変化領域を形成することができる形状の溝であれば、その断面形状はどのようなものを用いても良い。

次に上述した実施例に示した本発明に係る観察光学系をズーム撮影レンズのような変倍撮影光学系と組み合わせて構成した鏡胴ユニットの構成を図８に示す。
鏡胴ユニット４は、撮影レンズ鏡胴ＴＬ、光学ファインダＦＬおよび連動カム板ＣＢを備えている。撮影レンズ鏡胴ＴＬは、変倍撮影光学系を組み込んでおり、光学ファインダＦＬは、本発明に係る光学素子である観察光学系を組み込んでいる。カム板ＣＢは、図示されていないカム溝が適宜形成されて湾曲形成された板状をなし、撮影レンズ鏡胴ＴＬの変倍等に伴う所定の角度範囲の回動に連動して円周方向に沿ってスライド回動する。光学ファインダＦＬに内蔵された観察光学系の各群光学系の少なくとも一部は、図示されていないカムフォロワを介してカム板ＣＢのカム溝に係合しており、カム板ＣＢの動作に伴って光学ファインダの変倍撮影光学系を変倍させる。また、変倍観察光学系の各群光学系の少なくとも他の一部は、その他の連係機構により撮影レンズ鏡胴ＴＬの変倍等に伴う所定の角度範囲の回動に連動して駆動される。このようにして、撮影レンズ鏡胴ＴＬの変倍動作に対応して、光学ファインダＦＬの変倍観察光学系が連動する。

図９（ａ）、（ｂ）は図４に示した銅鏡ユニット４を組み込んだカメラ５の構成を示す図であり、一例としてデジタルカメラとして構成した例を示している。図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は背面図である。なお、ここでは、デジタルカメラについて説明しているが、銀塩フィルムカメラでもほぼ同様にして構成することができる。
図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、カメラ５は、撮影レンズユニット１０、シャッタボタン１２、ズームボタン１４、光学ファインダ１６、液晶モニタ１８およびメインスイッチ２０等を備えている。

カメラは、変倍撮影光学系を含む撮影レンズユニット１０とＣＣＤ（電荷結合素子）撮像素子等のエリアセンサとしての受光素子（図示省略）を有しており、撮影光学系である撮影レンズユニット１０によって形成される撮影対象となる被写体の像を受光素子によって読み取るように構成されている。この撮影レンズユニット１０に含まれる銅鏡ユニットの観察光学系としては、上述したような本発明に係る光学素子を含む光学ファインダＦＬを用いることができる。

（ａ）は本発明に係る光学素子の一例として、カメラの観察光学系に用いられるプリズムの外観斜視図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面の一部を表す図、（ｃ）は射出成型された光学素子を金型から取り出す際の離型状況を説明するための図である。 （ａ）は本発明に係る光学素子の他の実施の形態を示す図、（ｂ）は光学素子２の光学面２ａ及び光学素子２のＡ−Ａ’断面を示した図である。 （ａ）は本発明に係る光学素子の他の実施の形態を示す図、（ｂ）は光学素子２の光学面２ａ及び光学素子２のＡ−Ａ’断面を示した図である。 （ａ）は本発明に係る光学素子の他の実施の形態を示す図、（ｂ）は光学素子２の光学面２ａ及び光学素子２のＡ−Ａ’断面を示した図である。 （ａ）は本発明に係る光学素子の他の実施の形態を示す図、（ｂ）は光学素子２の光学面２ａ及び光学素子２のＡ−Ａ’断面を示した図である。 （ａ）は本発明に係る光学素子の他の実施の形態を示す図、（ｂ）は光学素子２の光学面２ａ及び光学素子２のＡ−Ａ’断面を示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係る光学素子の光学面における溝形成並びに剛性変化領域の形成バリエーションを示す図である。 本発明に係る光学素子を含む観察光学系を組み込んだ銅鏡ユニットの構成を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は本発明に係る光学素子を含む銅鏡ユニットを組み込み、カメラとして構成したデジタルカメラの構成を模式的に示す平面図、（ｂ）はカメラの背面図である。 （ａ）は樹脂製光学素子を示す図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’の理想形状を示す図、（ｃ）は離型時の変形を模式的に示した図である。

符号の説明

１ 金型
１ａ 光学形成面
１ｃ 凸部
１ｅ 成型キャビティ内周部
２ 樹脂製光学素子
２ａ 光学面
２ｃ 溝（剛性変化領域）
２ｅ 光学素子外周部
２ｇ 領域
２ｉ 有効範囲
４ 銅鏡ユニット
５ カメラ
ＦＬ 光学ファインダ
ＴＬ 撮影レンズ銅鏡

Claims (12)

1. 射出成型により製造される樹脂製光学素子において、光学素子の光学面外周部に剛性変化領域を設けたことを特徴とする樹脂製光学素子。
2. 前記剛性変化領域は、光学面の有効範囲外に設けられていることを特徴とする請求項１記載の樹脂製光学素子。
3. 前記剛性変化領域は、離型方向と略直交する面の断面積を変化させることにより該剛性変化領域の剛性を変化させた構成を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の樹脂製光学素子。
4. 前記剛性変化領域は、光学面の有効範囲の外側に溝を設けることにより形成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の樹脂製光学素子。
5. 前記光学素子は、少なくとも１つの反射面を持つプリズムであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の樹脂製光学素子。
6. 前記光学素子の光学面は、少なくとも１面が平面であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の樹脂製光学素子。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の樹脂製光学素子を少なくとも１つ用いたことを特徴とする観察光学系ユニット。
8. 請求項７記載の観察光学系ユニットを使用したことを特徴とするカメラ。
9. 成型キャビティに樹脂を射出し、前記成型キャビティに対応した形状の射出成型光学素子を製造するための射出成型金型であって、前記キャビティ内の光学面形成面の外周の一部若しくは全周に凸部を備えたことを特徴とする射出成型金型。
10. 前記凸部の内側斜面と前記成型キャビティ内の光学面を形成する面とのなす角θが鈍角であることを特徴とする請求項９記載の射出成型金型。
11. 前記凸部はその断面が三角形状であることを特徴とする請求項９記載の射出成型金型。
12. 前記凸部はその断面が半円形状であることを特徴とする請求項９記載の射出成型金型。
    

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