JP2010201760A - 光学素子の製造方法及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の品質を高めると共に、エアベントを有効活用できる光学素子の製造方法及び光学素子を提供する。
【解決手段】可動保持部３５が、エアベントＭＡに対して光軸方向にシフトしているため、可動保持部３５の接近動作により、エアベントＭＡが破損することがなく、エアベントＭＡの破片で光学面ＯＰが傷つくなどの不具合を抑制できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学素子の製造方法及び光学素子に関する。

光学素子は、樹脂の射出成形により形成されることが多く、それにより高精度な形状を有する光学素子を大量生産できるというメリットがある。射出成形は、一般的に複数の金型を型締めした後、これらの金型間に形成される空間（キャビティ）内に、ゲート部を介して溶融した樹脂を充填し、加熱加圧を行って固化させるものである。しかるに、ゲート部を含む通路内の樹脂（ゲートという）も同時に固化するので、金型を離型させた後には、ゲート部に対応したゲートを光学素子からカットする必要があるが、その切断部の取り扱いが問題となる。これに対し特許文献１には、ゲートを光学素子からカットした後、リーマを用いてフランジ部周面を加工する技術が開示されている。

特開２００５−１６１５６４号公報

ところで、溶融した樹脂を圧送して射出成形等を行う場合、キャビティ内の空気が残存し、そのまま樹脂が固化した際に成形品の形状を損ねる恐れがある。更に、近年において開発が急速に進んだ、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤとする）用の光ピックアップ装置においては、通常ＮＡ０．７５以上の対物レンズを用いているが、このような高ＮＡの光学素子において、キャビティ内の空気が残存し易いという問題が特に顕著になる。

これに対し、溶融した樹脂を供給するゲート部以外にキャビティに連通した空気逃げ路（エアベント部）を設け、射出成形時に不要な空気を逃がすようにした成形技術も開発されている。しかしながら、キャビティに連通してエアベント部を設けると、ゲート部と同様にエアベント部にも樹脂が侵入して固化するため、エアベント部内で固化した樹脂（エアベントという）の取り扱いが問題となる。特に、上述したようにゲートをカットする際には、成形品を固定保持する必要があるが、保持具によってエアベントが押し潰されると、その破片が飛散して光学面を傷付けたり、或いは光学面上に付着したりして、光学素子の光学性能を損なう恐れがある。

一方、光学素子の光学特性は光軸に対して完全に点対称ではなく、固化する前の樹脂の流れに応じて微妙な偏りが存在することが知られている。この樹脂の流れに起因した光学特性の偏りは、ゲートの位置から推定して光学機器に組み付ける際の角度位相を変えたりすることで、ある程度補正することができるが、特許文献１に開示された技術によりゲートを綺麗にカットしてしまうと、光学機器に組み付ける際の角度位相の目安を失うという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、光学素子の品質を高めると共に、エアベントを有効活用できる光学素子の製造方法及び光学素子を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光学素子の製造方法は、
キャビティと、前記キャビティに連通するエアベント部及びゲート部を、内部に形成するようにして複数の金型を型締めするステップと、
前記キャビティ内に、前記ゲート部を介して素材を充填するステップと、
充填した前記素材が固化した後に前記金型を離型させて、成形品を取り出すステップと、
前記成形品を、前記エアベント部に対応するエアベント及び前記ゲート部に対応するゲートを避けて保持するステップと、
前記ゲートをカットするステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、前記成形品を、前記エアベント部に対応するエアベント及び前記ゲート部に対応するゲートを避けて保持し、前記ゲートをカットするので、エアベントを破損することがなく、光学素子の光学面の傷付きや汚染を抑制することができる。また、エアベントを削除することなく残すことにより、残されたエアベントを目印として、成形された光学素子の組み付け時の角度位相等を最適に調整することができる。

請求項２に記載の光学素子の製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記成形品の周囲を、固定保持部と、前記固定保持部に対して可動する可動保持部とで保持するようになっており、前記可動保持部は前記光学素子の光軸に対して前記ゲートより遠い側に配置されることを特徴とする。

請求項３に記載の光学素子の製造方法は、請求項２に記載の発明において、前記可動保持部は、前記エアベントに対して光軸方向にシフトした当接部を有し、前記当接部が前記成形品に当接することを特徴とする。

請求項４に記載の光学素子の製造方法は、請求項２又は３に記載の発明において、前記可動保持部は、前記エアベントを回避する回避部を有することを特徴とする。

請求項５に記載の光学素子の製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記成形品の周囲を、固定保持部と、前記固定保持部に対して可動する可動保持部とで保持するようになっており、前記可動保持部は前記光学素子の光軸に対して前記ゲートに近い側に配置されることを特徴とする。

請求項６に記載の光学素子の製造方法は、請求項５に記載の発明において、前記固定保持部は、前記エアベントに対して光軸方向にシフトした当接部を有し、前記当接部が前記成形品に当接することを特徴とする。

請求項７に記載の光学素子の製造方法は、請求項５又は６に記載の発明において、前記可動保持部は、前記エアベントを回避する回避部を有することを特徴とする。

請求項８に記載の光学素子は、光学面と、前記光学面の周囲に形成されたフランジ部とを有する光学素子において、
前記光学素子は、前記光学面及び前記フランジ部に対応したキャビティと、前記キャビティに連通するエアベント部及びゲート部を、内部に形成するようにして型締めされた複数の金型内に、前記ゲート部を介して素材を充填することで成形され、
前記エアベント部に対応するエアベントを残し、前記ゲート部に対応するゲートをカットしたことを特徴とする。

本発明によれば、前記エアベント部に対応するエアベントを残し、前記ゲート部に対応するゲートをカットしたので、残されたエアベントを目印として、成形された光学素子の組み付け時の角度位相等を最適に調整することができる。

本発明によれば、光学素子の品質を高めると共に、エアベントを有効活用できる光学素子の製造方法及び光学素子を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、光学素子としてのレンズを、成形金型を用いて成形する工程を示す図である。成形金型は、第１の型１０と第２の型２０とを含む。尚、図１におけるキャビティ形状は概略的である。

図１に示すように、第１の型１０には、レンズの第１光学面を転写形成するための光学面転写面１１ａと、レンズの第１フランジ面を転写形成するためのフランジ面転写面１１ｂと、フランジ面転写面１１ｂにつながるゲート溝１１ｃと、ゲート溝１１ｃに連通するランナー溝１２が形成されている。

第２の型２０には、レンズの第２光学面を転写形成するための光学面転写面２１ａと、レンズの第２フランジ面を転写形成するためのフランジ面転写面２１ｂと、フランジ面転写面２１ｂに連通するゲート溝２１ｃと、光軸を挟んでゲート溝２１ｃと反対側でフランジ面転写面１１ｂにつながる薄い溝状のエアベント部２１ｄと、ゲート溝２１ｃに連通するランナー溝２２が形成されている。

第１の型１０と第２の型２０とが対向して突き合わされ、型締めされた状態で、光学面転写面１１ａ及びフランジ面転写面１１ｂと、光学面転写面２１ａ及びフランジ面転写面２１ｂとで囲う空間によりキャビティＣＢを形成するようになっている。また、ゲート溝１１ｃとゲート溝２１ｃとで囲う空間が、キャビティＣＢに連通するゲート部ＧＴとなり、ランナー溝１２とランナー溝２２とで囲う空間が、ゲート部ＧＴに連通するランナー部ＳＰとなり、第１の型１０の対向面とエアベント２１ｄとで囲う空間が、キャビティＣＢに連通するエアベント部ＡＢとなる。

次に、レンズの成形方法について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、第２の型２０に対向するようにして第１の型１０をセットする。その後、図１（ｂ）に示すように、第２の型２０に対して第１の型１０を相対的に接近させ密着させて、所定の保圧にて型締めを行う。

更に第１の型１０と第２の型２０とを不図示のヒータにより加熱することにより、型締め時点での光学面転写面１１ａ、２１ａを所定温度まで加熱した後、不図示のノズルからランナー２２及びゲートＧＴを介して任意の圧力に加圧された状態で樹脂を供給する（図１（ｃ）参照）。このとき、エアベント部ＡＢからキャビティＣＢ内に残存している空気が抜けるので、キャビティＣＢ内にエア溜まりが形成されることが抑制され、光学面転写面１１ａ、２１ａに樹脂が精度良く密着することができる。

次に、溶融した樹脂が光学面転写面１１ａ、２１ａ，フランジ面転写面１１ｂ、２１ｂの形状を転写した状態で固化した後、樹脂を冷却して固化させる。

その後、第１の型１０と第２の型２０とを相対的に移動させて型開き（離型）を行うと、レンズＬＳ、ゲート部ＧＴに対応するゲートＭＧ、ランナー部ＳＰに対応したランナーＭＳ、エアベント部ＡＢに対応したエアベントＭＡが一体的に連結された成形品Ｍが、第２の型２０に貼り付いた状態で露出する。その後、成形品Ｍを第２の型２０から剥がし、取り出して次工程へと送ることができる。本実施の形態では、角柱状のゲートＭＧと薄板状のエアベントＭＡとは、光軸を中心として１８０度位相で形成されているが、別な角度で形成されていても良い。またレンズＬＳは、光学面ＯＰとフランジ部ＦＬを有している。

図２は、成形品Ｍの一部をレンズＬＳの光軸方向に見て、第１の実施の形態にかかる保持部と共に示す図である。図３は、図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。図４は、成形品Ｍの一部をレンズＬＳの光軸方向に見て、第１比較例にかかる保持部と共に示す図である。図５は、図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。但し、図３，５では支持部材と抑え部材は省略している。図３において、レンズＬＳの下側が第１光学面と第１フランジ面であり、上側が第２光学面と第２フランジ面であるものとする。なお、図４，５に示す第１比較例は、図２，３に示す実施の形態に対して、可動保持部の光軸方向位置のみが異なる。

図２，３に示す本実施の形態において、互いに尖端を向けるようにして間隔をあけて配置された固定保持部３１，３２は、テーパ状の保持面３１ａ、３２ａ（フランジ部ＦＬの外周と同じ曲率を有すると好ましい）を有している。後述するゲートカットを考慮して、固定保持部３１，３２（後述する支持部材３３、抑え部材３４も同じ）のランナーＭＳ側の端面は、フランジ部ＦＬのゲートＭＧとの接合部より光軸Ｘ側に後退させている。

ゲートカットの前工程として、成形品Ｍは、固定保持部３１，３２の間にゲートＭＧを挿入するようにして、レンズＬＳの光軸方向から挿入され、フランジ部ＦＬの周面が、テーパ状の保持面３１ａ、３２ａに対向するように位置決めする。このとき、図３に示すように、レンズＬＳの下方には支持部材３３が配置されており、挿入されたレンズＬＳのフランジ部ＦＬの下端面を支持するようになっている。

かかる状態で、レンズＬＳの光軸Ｘを挟んでゲートＭＧと反対側に配置された棒状の可動保持部３５を、レンズＬＳの半径方向に沿って移動させ、当接部であるその先端面でレンズＬＳのフランジ部周面を押圧する。その押圧力により、レンズＬＳのフランジ部ＦＬの周面は、テーパ状の保持面３１ａ、３２ａに当接する。それによりレンズＬＳのフランジ部ＦＬの周面は、エアベントＭＡとゲートＭＧを避けるようにして、固定保持部３１，３２と可動保持部３５とにより確実に保持されることとなる。又、レンズＬＳのフランジ部ＦＬの両端面は、下降してきた抑え部材３４と支持部材３３との間で支持される。

ここで、図５に示す第１比較例によれば、可動保持部３５がエアベントＭＡに対して光軸方向にシフトしていないので、可動保持部３５の接近動作により、その端面でエアベントＭＡが押し潰され、その破片が光学面ＯＰに飛散して付着したり、光学面ＯＰを傷つけたりする恐れがある。これに対し本実施の形態によれば、図３に示すように、可動保持部３５が、エアベントＭＡに対して光軸方向にシフトしているため、可動保持部３５の接近動作により、エアベントＭＡが破損することがなく、エアベントＭＡの破片で光学面ＯＰが傷つくなどの不具合を抑制できる。なお、可動保持部３５に加えて、固定保持部３１，３２を光軸直交方向に可動させるようにしても良い。

図２，３に示すように、レンズＬＳを確実に保持した後、図６に示すように、ニッパＮＰを用いて、ゲートＭＧをカットする。このとき、図３に示す抑え部材３４と支持部材３３（図６，７では図示を省略）によりレンズＬＳのフランジ部ＦＬの両端面が保持されているので、カット時におけるレンズＬＳの暴れを有効に抑制できる。尚、ニッパに限らずカットソウで切断しても良い。

更に、図７に示すように、回転するリーマＲＭをレンズＬＳに接近させ、残ったゲートＭＧを切除する。このとき、リーマＲＭをフランジ部ＦＬの周面に沿って円弧状に移動させることで、切除したゲートＭＧの跡が目立たないように加工できる。なお、エアベントＭＡは残したままとする。

その後、図３の抑え部材３４及び可動保持部３５を、保持前の位置に退却させることで、加工後のレンズＬＳを取り出すことができる。このようにして形成されたレンズＬＳは、外見上ゲートの跡がわからないが、残ったエアベントＭＡを基準とすることにより、光軸を挟んで１８０度位相でゲートがあったことがわかる。よって、レンズＬＳを不図示の光学機器に組み付ける際に、エアベントＭＡをレンズＬＳの角度位相の目安とすることができる。

このような観点からは、エアベントＭＡは、不用意な接触で折損を回避できる程度に厚くすると良いが、あまり厚くすると可動保持部３５に干渉する恐れがある。そこで図８に示すように、一様な厚さとする代わりに、エアベントＭＡの両側のみを厚くして略コ字状の断面を持つようにしても良い。このエアベントＭＡでは、厚い両側部Ｍａ、Ｍａの間に薄い中央部Ｍｂを有し、両側部Ｍａ、Ｍａの間隔Ｗ１は、可動保持部３５の幅Ｗ２より大きく（Ｗ１＞Ｗ２）なっている。これにより、両側部Ｍａ、Ｍａの厚さに関わらず、可動保持部３５は中央部Ｍｂに接近でき、フランジ部ＦＬの周面を押す際にエアベントＭＡとの干渉を回避できる。なお、エアベントＭＡは単一の片側部Ｍａと中央部Ｍｂから構成しても良い。

図９は、成形品Ｍの一部をレンズＬＳの光軸方向に見て、第２の実施の形態にかかる保持部と共に示す図である。図１０は、図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図であるが、支持部材と抑え部材は省略している。本実施の形態の可動保持部３５は、図１０に示すように、エアベントＭＡに対して光軸方向にシフトしていないが、その先細状の先端下面に回避部としてのテーパ面３５ａを形成している。

本実施の形態によれば、可動保持部３５が、エアベントＭＡに対して光軸方向にシフトしていないが、エアベントＭＡに対応してテーパ面３５ａを形成しているので、可動保持部３５の接近動作時に、エアベントＭＡとの干渉がテーパ面３５ａにより回避される。なお、テーパ面３５ａの代わりに可動保持部３５に凹部を形成しても良い。

図１１は、成形品Ｍの一部をレンズＬＳの光軸方向に見て、第３の実施の形態にかかる保持部と共に示す図である。図１２は、図１１の構成をXII-XII線で切断して矢印方向に見た図である。図１３は、成形品Ｍの一部をレンズＬＳの光軸方向に見て、第２比較例にかかる保持部と共に示す図である。図１４は、図１３の構成をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図であるが、支持部材と抑え部材は省略している。なお、図１３，１４に示す第２比較例は、図１１，１２に示す実施の形態に対して、固定保持部の形状のみが異なる。

図１１，１２において、固定保持部４１は、部分環状の内周面４１ａと、内周面４１ａに交差する円錐状面（テーパ部ともいう）４１ｂとを有している。内周面４１ａの内径は、レンズＬＳのフランジ部ＦＬの周面の外径にほぼ一致している。また、内周面４１ａがフランジ部ＦＬの周面に接した状態で、円錐状面４１ｂは、エアベントＭＡに接しない傾斜角度及び寸法を有しており、即ち固定保持部４１の円錐状面４１ｂは、エアベントＭＡに対して光軸方向にシフトしている。

図１１，１２に示す本実施の形態において、成形品ＭのレンズＬＳを保持する場合、レンズＬＳのフランジ部ＦＬのエアベントＭＡ側の周面を、固定保持部４１の内周面４１ａに当接させる。このとき、レンズＬＳの下方には支持部材３３が配置されており、レンズＬＳのフランジ部ＦＬの下端面を支持するようになっている。

その後、ゲートＭＧを挟んで対向配置した可動保持部３１’，３２’を、光軸方向外方よりゲートＭＧ付近に向かって近接させ、当接部であるそのテーパ状の保持面３１ａ’、３２ａ’をフランジ部ＦＬに当接させると、保持面３１ａ’、３２ａ’により図１１，１２で右方に押されたレンズＬＳは、固定保持部４１の内周面４１ａに向かって付勢される。それによりレンズＬＳのフランジ部ＦＬの周面は、エアベントＭＡとゲートＭＧを避けるようにして、固定保持部４１と可動保持部３１’，３２’により確実に保持されることとなる。又、レンズＬＳのフランジ部ＦＬの両端面は、下降してきた抑え部材３４と支持部材３３との間で支持される。

ここで、図１４に示す第２比較例によれば、固定保持部４１の内周面４１ａがエアベントＭＡに当接するので、可動保持部３１’，３２’により押されたとき、内周面４１ａに接近することによりエアベントＭＡが押し潰され、その破片が光学面ＯＰに飛散して付着したり、光学面ＯＰを傷つけたりする恐れがある。これに対し本実施の形態によれば、図１２に示すように、回避部としての固定保持部４１の円錐状面４１ｂが、エアベントＭＡに干渉しない傾斜角度及び寸法を有しているため、可動保持部３１’，３２’の接近動作によりレンズＬＳが固定保持部４１に押し付けられても、エアベントＭＡが破損することがなく、エアベントＭＡの破片で光学面ＯＰが傷つくなどの不具合を抑制できる。本実施の形態によれば、円錐状面４１ｂが比較的広範囲に形成されているので、エアベントＭＡの形状に関わらず、これとの干渉を回避できるというメリットがある。それ以外の構成及び後工程については、上述した実施の形態と同様であるため説明を省略する。

図１５は、成形品Ｍの一部をレンズＬＳの光軸方向に見て、第４の実施の形態にかかる保持部と共に示す図である。図１６は、図１５の構成をXVI-XVI線で切断して矢印方向に見た図であるが、支持部材と抑え部材は省略している。本実施の形態の固定保持部４１は、図１５に示すように、内周面４１ａに回避部としての半円筒状の凹部４１ｃを形成している。

本実施の形態によれば、固定保持部４１が、エアベントＭＡに対向して凹部４１ｃを設けているので、可動保持部３１’，３２’の接近動作によりレンズＬＳが固定保持部４１に押し付けられても、エアベントＭＡが凹部４１ｃ内に入り込むことで、その干渉が回避される。

本発明は、特にＮＡ０．７５以上の高ＮＡのレンズである光学素子の製造方法に好適であるが、それ以下の低ＮＡのレンズ等の光学素子の製造方法にも勿論適用可能である。

光学素子としてのレンズを、成形金型を用いて成形する工程を示す図である。 成形品Ｍの一部をレンズＬＳの光軸方向に見て、第１の実施の形態にかかる保持部と共に示す図である。 図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 成形品Ｍの一部をレンズＬＳの光軸方向に見て、第１比較例にかかる保持部と共に示す図である。 図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。 ゲートをカットする状態を示す斜視図であるが、保持部等は省略している。 カットしたゲートの残りをリーマで削除する状態を示す斜視図であるが、保持部等は省略している。 エアベントの変形例を示す斜視図である。 成形品Ｍの一部をレンズＬＳの光軸方向に見て、第２の実施の形態にかかる保持部と共に示す図である。 図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図である。 成形品Ｍの一部をレンズＬＳの光軸方向に見て、第３の実施の形態にかかる保持部と共に示す図である。 図１１の構成をXII-XII線で切断して矢印方向に見た図である。 成形品Ｍの一部をレンズＬＳの光軸方向に見て、第２比較例にかかる保持部と共に示す図である。 図１３の構成をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図である。 成形品Ｍの一部をレンズＬＳの光軸方向に見て、第４の実施の形態にかかる保持部と共に示す図である。 図１５の構成をXVI-XVI線で切断して矢印方向に見た図である。

１０ 第１の型
１１ａ 光学面転写面
１１ｂ フランジ面転写面
１１ｃ ゲート溝
１２ ランナー溝
２０ 第２の型
２１ａ 光学面転写面
２１ｂ フランジ面転写面
２１ｃ ゲート溝
２１ｄ エアベント部
２２ ランナー溝
３１、３２ 固定保持部
３１ａ、３２ａ 保持面
３１’、３２’ 可動保持部
３１ａ’、３２ａ’ 保持面
３３ 支持部材
３４ 抑え部材
３５ 可動保持部
３５ａ テーパ面
４１ 固定保持部
４１ａ 内周面
４１ｂ 円錐状面
４１ｃ 凹部
ＡＢ エアベント部
ＣＢ キャビティ
ＦＬ フランジ部
ＧＴ ゲート部
ＬＳ レンズ
Ｍ 成形品
ＭＡ エアベント
ＭＧ ゲート
ＭＳ ランナー
Ｍａ 側部
Ｍｂ 中央部
ＮＰ ニッパ
ＯＰ 光学面
ＲＭ リーマ
ＳＰ スプルー部

Claims (8)

1. 光学素子の製造方法であって、
   キャビティと、前記キャビティに連通するエアベント部及びゲート部を、内部に形成するようにして複数の金型を型締めするステップと、
   前記キャビティ内に、前記ゲート部を介して素材を充填するステップと、
   充填した前記素材が固化した後に前記金型を離型させて、成形品を取り出すステップと、
   前記成形品を、前記エアベント部に対応するエアベント及び前記ゲート部に対応するゲートを避けて保持するステップと、
   前記ゲートをカットするステップと、を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記成形品の周囲を、固定保持部と、前記固定保持部に対して可動する可動保持部とで保持するようになっており、前記可動保持部は前記光学素子の光軸に対して前記ゲートより遠い側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記可動保持部は、前記エアベントに対して光軸方向にシフトした当接部を有し、前記当接部が前記成形品に当接することを特徴とする請求項２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記可動保持部は、前記エアベントを回避する回避部を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記成形品の周囲を、固定保持部と、前記固定保持部に対して可動する可動保持部とで保持するようになっており、前記可動保持部は前記光学素子の光軸に対して前記ゲートに近い側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記固定保持部は、前記エアベントに対して光軸方向にシフトした当接部を有し、前記当接部が前記成形品に当接することを特徴とする請求項５に記載の光学素子の製造方法。
7. 前記可動保持部は、前記エアベントを回避する回避部を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の光学素子の製造方法。
8. 光学面と、前記光学面の周囲に形成されたフランジ部とを有する光学素子において、
   前記光学素子は、前記光学面及び前記フランジ部に対応したキャビティと、前記キャビティに連通するエアベント部及びゲート部を、内部に形成するようにして型締めされた複数の金型内に、前記ゲート部を介して素材を充填することで成形され、
   前記エアベント部に対応するエアベントを残し、前記ゲート部に対応するゲートをカットしたことを特徴とする光学素子。

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