JP2022190808A - Optical device manufacturing method and optical device - Google Patents

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隆正 田村
Takamasa Tamura
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Abstract

To provide an optical device in which a surface shape accuracy is improved and birefringence is reduced.SOLUTION: There is provided an optical device manufacturing method that comprises the steps of: injection molding a lens 13 integrally formed with a gate 12 and a runner 11; removing a portion of the runner 11; annealing the lens 13 in a state where the gate 12 and the runner 11 are maintained; and removing the gate 12 and the runner 11 from the lens 13.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、光学デバイスの製造方法及び光学デバイスに関するものである。 The present invention relates to an optical device manufacturing method and an optical device.

レンズやプリズム等の光学デバイスは、搭載する機器の高性能化に伴い、厚肉で高い表面形状精度を有するとともに、複屈折を小さくすることが求められている。また、光学デバイスの製造コストを抑えるために、成形タクトを短縮することも求められている。 Optical devices such as lenses and prisms are required to be thick, to have high surface shape accuracy, and to have small birefringence, as the equipment in which they are mounted is becoming more sophisticated. Also, in order to reduce the manufacturing cost of optical devices, it is required to shorten the molding takt time.

ところで、光学デバイスの射出成形では、成形品の中心部の温度が十分に下がりきらない状態で成形機から取り出すと、成形品の表面にヒケが生じて表面形状精度が劣化してしまう。 By the way, in the injection molding of optical devices, if the molded product is taken out from the molding machine before the temperature of the central part of the molded product is sufficiently lowered, sink marks occur on the surface of the molded product and the accuracy of the surface shape deteriorates.

ここで、ヒケが生じないようにするためには、金型内で徐冷する必要があり、成形タクトが大幅に増大するという課題がある。また、ヒケを抑制するために高保圧で成形すると、複屈折が大きくなるという課題もある。 Here, in order to prevent sink marks from occurring, it is necessary to slowly cool in the mold, which poses the problem of a significant increase in molding takt time. In addition, there is also the problem that birefringence increases when molding is performed at a high holding pressure in order to suppress sink marks.

特許文献1には、成形タクトを短縮するために、芯レンズを用いた多層成形、及び複屈折を抑制するために芯レンズのゲート方向と被覆レンズのゲート方向を90~180度ずらして成形する方法が提案されている。 Patent Document 1 describes multi-layer molding using a core lens in order to shorten the molding tact, and molding with the gate direction of the core lens and the gate direction of the covered lens shifted by 90 to 180 degrees to suppress birefringence. A method is proposed.

特許文献2には、レンズ形状を規定し、屈折率分布(複屈折)が小さい領域のみを使用する方法が提案されている。 Patent Document 2 proposes a method of defining a lens shape and using only a region with a small refractive index distribution (birefringence).

特許文献3には、成形後のアニールによって複屈折を抑制する方法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a method of suppressing birefringence by annealing after molding.

特開2012-111117号公報JP 2012-111117 A 特開平08-201717号公報JP-A-08-201717 特開平11-077842号公報JP-A-11-077842

しかしながら、特許文献1の発明では、2層の成形を2回に分けて行うため、複数組の金型が必要になる。そのため、金型費が高くなってしまい、成形タクト短縮によるコスト低減効果が小さくなってしまう。また、ゲート方向を変えることによって複屈折を低減しようとしているが、複数回の各成形による複屈折が残留したままとなってしまう。 However, in the invention of Patent Document 1, since the two-layer molding is performed in two steps, multiple sets of molds are required. As a result, the cost of the mold becomes high, and the effect of reducing the cost by shortening the molding tact becomes small. Moreover, although it is attempted to reduce the birefringence by changing the gate direction, the birefringence due to multiple molding operations remains.

特許文献2の発明では、複屈折分布(複屈折)が小さい中央領域のみを使用しているが、有効領域外の無駄な樹脂量の増加してしまうだけでなく、レンズサイズが大きくなることで大きい成形機が必要になるため、製造コストが増大してしまう。 In the invention of Patent Document 2, only the central region with a small birefringence distribution (birefringence) is used. Since a large molding machine is required, the manufacturing cost increases.

特許文献3の発明では、アニールによって複屈折を除去しようとしているが、応力歪み(複屈折)が解放される際に、レンズ面形状が変化するため、形状精度が劣化してしまう。 In the invention of Patent Document 3, the birefringence is removed by annealing, but when the stress strain (birefringence) is released, the shape of the lens surface changes, resulting in deterioration of the shape accuracy.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面形状精度を向上させるとともに、複屈折を低減させた光学デバイスを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an optical device with improved surface shape accuracy and reduced birefringence.

本発明は、ゲート及びランナーが一体成形された光学デバイスを射出成形する工程と、前記ランナーの一部を除去する工程と、前記ゲート及び前記ランナーを残した状態の前記光学デバイスをアニール処理する工程と、前記光学デバイスから前記ゲート及び前記ランナーを除去する工程と、を備える光学デバイスの製造方法である。 The present invention includes steps of injection molding an optical device in which a gate and a runner are integrally molded, removing a part of the runner, and annealing the optical device with the gate and the runner left. and removing the gate and the runner from the optical device.

本発明では、ゲート及びランナーを残した状態の光学デバイスをアニール処理することで、アニールでの応力歪み(複屈折)解放による形状変化を最小限に抑えるとともに、ゲート近傍の複屈折を抑えることができる。これにより、高い表面形状精度と低い複屈折を両立した光学デバイスを得ることができる。 In the present invention, by annealing the optical device with the gates and runners left, it is possible to minimize the shape change due to stress strain (birefringence) release during annealing and to suppress the birefringence near the gate. can. This makes it possible to obtain an optical device that achieves both high surface shape precision and low birefringence.

本発明によれば、高保圧の成形によりタクトを効率的に短縮しつつ、高精度な形状と低複屈折を両立した厚肉の光学デバイスを提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide a thick optical device that achieves both a highly accurate shape and low birefringence while efficiently shortening the takt time by molding with a high holding pressure.

本実施形態に係る光学デバイスにおいて、ゲート及びランナーが一体成形された状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a state in which gates and runners are integrally molded in the optical device according to the present embodiment; 光軸方向から見たレンズの複屈折状態を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a birefringent state of a lens viewed from the optical axis direction; 従来のアニール処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional annealing treatment. 本実施形態のアニール処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the annealing process of this embodiment. 保圧力を変更した場合の、レンズの表面形状精度とリタデーション量との測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the surface shape precision and retardation amount of a lens at the time of changing holding pressure. アニール処理前のゲートからの距離とリタデーション量との関係を示すグラフ図である。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the distance from the gate before annealing and the amount of retardation. アニール処理後のゲートからの距離とリタデーション量との関係を示すグラフ図である。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the distance from the gate after annealing and the amount of retardation.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the following description of preferred embodiments is essentially merely an example, and is not intended to limit the present invention, its applications, or its uses.

図1に示すように、光学デバイスは、厚肉なレンズ13である。レンズ13は、射出成形によって製造される。図示しない金型内に射出された溶融樹脂は、ランナー11及びゲート12を通って、金型内のレンズ13の転写面に充填される。 As shown in FIG. 1, the optical device is a thick lens 13 . Lens 13 is manufactured by injection molding. Molten resin injected into a mold (not shown) passes through a runner 11 and a gate 12 and fills the transfer surface of the lens 13 in the mold.

金型内に溶融樹脂を充填した後、金型内を高い保圧状態にして、短タクトで高精度に金型形状を転写する。金型内で溶融樹脂を一定時間冷却した後、樹脂成形品を金型から取り出すことで、ゲート12及びランナー11が一体成形されたレンズ13が得られる。 After filling the mold with molten resin, the inside of the mold is kept in a high holding pressure state, and the shape of the mold is transferred with high precision in a short tact. After cooling the molten resin in the mold for a certain period of time, the lens 13 in which the gate 12 and the runner 11 are integrally formed is obtained by removing the molded resin product from the mold.

ここで、金型内を高保圧状態にすることで、保圧時のレンズ金型キャビティ内の樹脂が過充填状態になり、冷却時の収縮によるヒケを抑えることができる。そのため、冷却時間を短縮した短タクトの樹脂成形であっても、表面形状精度の高いレンズ13を得ることができる。 Here, by keeping the inside of the mold in a high holding pressure state, the resin in the lens mold cavity at holding pressure is in a state of being overfilled, and sink marks due to contraction during cooling can be suppressed. Therefore, even with short tact resin molding with a shortened cooling time, it is possible to obtain the lens 13 with high surface shape accuracy.

ところで、高保圧で成形したレンズ13は、ゲート12近傍の所定領域15で複屈折が大きくなる傾向にある(図2参照)。具体的に、高保圧状態では、低保圧状態に比べて、圧力が加わり易いゲート12側と、圧力が加わり難い反ゲート側の圧力差が大きくなりやすい。また、樹脂流路が急拡大するゲート12近傍では、せん断応力が発生して応力が集中しやすくなる。そのため、ゲート12近傍の所定領域で複屈折が大きく発生することとなる。 By the way, the lens 13 molded at a high holding pressure tends to have a large birefringence in the predetermined region 15 near the gate 12 (see FIG. 2). Specifically, in the high holding pressure state, the pressure difference between the gate 12 side, to which pressure is easily applied, and the opposite side, to which pressure is difficult to apply, tends to be larger than in the low holding pressure state. Further, in the vicinity of the gate 12 where the resin flow path rapidly expands, shear stress is generated and the stress tends to concentrate. Therefore, large birefringence occurs in a predetermined region near the gate 12 .

特に、ゲート12に近づくほど複屈折が大きくなる傾向がある。具体的に、ゲート12からの距離が、レンズ13の外形寸法の15%以下の範囲において、複屈折が大きくなりやすい。 In particular, birefringence tends to increase as it approaches the gate 12 . Specifically, the birefringence tends to increase in a range where the distance from the gate 12 is 15% or less of the outer dimension of the lens 13 .

そこで、成形工程で発生したレンズ13の複屈折を除去するために、レンズ13をアニール処理することを検討した。図3に示す従来例では、アニール処理する前に、レンズ13に一体成形されたゲート12及びランナー11を除去する。 Therefore, in order to remove the birefringence of the lens 13 generated in the molding process, annealing treatment of the lens 13 was considered. In the conventional example shown in FIG. 3, the gate 12 and the runner 11 integrally formed with the lens 13 are removed before annealing.

なお、一般に、レンズ13からゲート12を除去するゲートカット作業は、ニッパーやホットニッパー等を用いて行われる。そのため、ゲート12を直線状にしかカットできず、曲面部を有するレンズ13のような光学デバイスでは、ゲートカット跡が残る。このとき、ゲートカット方法によっては、数mm程度、ゲート12が残る場合もあり、ゲートカットとは、完全にゲート12を除去するものではない。 In general, the gate cutting operation for removing the gate 12 from the lens 13 is performed using nippers, hot nippers, or the like. Therefore, the gate 12 can only be cut linearly, leaving traces of the gate cut in an optical device such as the lens 13 having a curved surface. At this time, depending on the gate cutting method, the gate 12 may remain about several millimeters, and the gate cutting does not completely remove the gate 12 .

ゲートカットされたレンズ13は、アニール炉30に投入される。アニール炉30は、レンズパレット31と、ヒータ35と、を有する。レンズパレット31は、レンズ13の曲面形状に対応して窪んだ保持部32を有する。レンズパレット31には、複数の保持部32が設けられる。レンズ13は、ゲート12を上側に向けた姿勢で、保持部32に保持される。 The gate-cut lens 13 is put into the annealing furnace 30 . The annealing furnace 30 has a lens palette 31 and a heater 35 . The lens pallet 31 has a holding portion 32 recessed corresponding to the curved shape of the lens 13 . A plurality of holders 32 are provided on the lens pallet 31 . The lens 13 is held by the holding portion 32 with the gate 12 directed upward.

図3に示す例では、ヒータ35は、レンズパレット31を挟んで左右両側に配置される。ヒータ35は、アニール炉30内を加熱する。 In the example shown in FIG. 3, the heaters 35 are arranged on both the left and right sides of the lens pallet 31 . The heater 35 heats the inside of the annealing furnace 30 .

ところで、従来の光学デバイスの製造方法では、アニール処理を行うことで複屈折を抑制しようとするものであるが、同時に、応力歪みが解放されたことによる形状変形が発生するため、表面形状精度が大きく劣化してしまう。 By the way, in the conventional method of manufacturing an optical device, annealing treatment is performed to suppress birefringence. deteriorates greatly.

特に、複屈折の大きいゲート12近傍の形状変化が大きい傾向がある。つまり、従来のアニール処理では、レンズ13表面の形状精度と、複屈折の残留とは、トレードオフの関係にある。そのため、表面形状精度を劣化させないように設定温度を下げると、十分に応力歪みを抑制することができず、複屈折が残留してしまう。 In particular, there is a tendency for the shape change to be large near the gate 12, which has large birefringence. In other words, in the conventional annealing treatment, there is a trade-off relationship between the shape accuracy of the surface of the lens 13 and the residual birefringence. Therefore, if the set temperature is lowered so as not to deteriorate the surface profile accuracy, the stress strain cannot be sufficiently suppressed, and birefringence remains.

そこで、本実施形態では、アニール処理を行う前の手順を工夫することで、表面形状精度を向上させるとともに、複屈折を低減させたレンズ13を提供できるようにした。 Therefore, in the present embodiment, by devising the procedure before performing the annealing treatment, it is possible to provide the lens 13 with improved surface shape precision and reduced birefringence.

具体的に、図4に示すように、ゲート12及びランナー11が一体成形されたレンズ13を射出成形した後、ランナー11の一部を除去する。そして、ゲート12及びランナー11を残した状態のレンズ13を、レンズパレット31に並べてアニール炉30に投入する。アニール時の形状変形は、より応力歪みの大きいゲート12及びランナー11に集中する。つまり、図4に矢印線で示すように、レンズ13の歪みを、ゲート12及びランナー11側に逃がすことができる。このように、ゲート12及びランナー11の一部が残っていることで、アニール時のレンズ13の形状変形を抑えることができる。 Specifically, as shown in FIG. 4, after the lens 13 integrally formed with the gate 12 and the runner 11 is injection molded, a part of the runner 11 is removed. Then, the lenses 13 with the gates 12 and the runners 11 left are arranged on the lens pallet 31 and put into the annealing furnace 30 . Shape deformation during annealing concentrates on gate 12 and runner 11 where stress strain is greater. In other words, the distortion of the lens 13 can be released to the gate 12 and runner 11 side, as indicated by the arrow lines in FIG. Since the gate 12 and part of the runner 11 remain in this way, it is possible to suppress deformation of the lens 13 during annealing.

アニール処理後に、レンズ13からゲート12及びランナー11を除去することで、高い表面形状精度と低複屈折を両立した厚肉光学デバイスを得ることができる。 By removing the gate 12 and the runner 11 from the lens 13 after annealing, a thick optical device having both high surface shape accuracy and low birefringence can be obtained.

ここで、レンズ厚みが増えるほど成形時のヒケが大きくなる傾向があり、より高保圧が必要になる。そこで、成形レンズ面に圧力をしっかりと加えるためには、ゲート12での圧力損失を小さくすることが求められ、ゲート径が大きくなる傾向にある。 Here, as the thickness of the lens increases, there is a tendency for the sink mark during molding to increase, and a higher holding pressure is required. Therefore, in order to firmly apply pressure to the molded lens surface, it is required to reduce the pressure loss at the gate 12, and the gate diameter tends to increase.

そして、ゲート径が大きくなると、通常のニッパーでは、ゲートカットすることが難しくなり、ホットニッパー等でゲート12に熱を加えて軟化した状態でゲートカットする。しかしながら、ゲートカット時に、応力歪みを有するレンズ13に熱が加わると、形状に悪影響を与えるおそれがある。 When the gate diameter becomes large, it becomes difficult to cut the gate with a normal nipper, and the gate 12 is cut after being softened by applying heat with a hot nipper or the like. However, if heat is applied to the stress-distorted lens 13 during gate cutting, the shape may be adversely affected.

そのため、本実施形態のように、アニール後に応力歪みを解放した状態でゲートカットすることが好ましい。 Therefore, as in this embodiment, it is preferable to perform gate cutting in a state in which the stress strain is released after annealing.

(アニール処理前のレンズについて)
以下、本実施形態に係る厚肉の光学デバイスの一例として、外形40mm、光軸方向の厚み12mm、シクロオレフィンポリマー(COP)のレンズ13を製造する場合について説明する。
(Lens before annealing treatment)
Hereinafter, as an example of a thick optical device according to the present embodiment, a case of manufacturing a lens 13 of cycloolefin polymer (COP) having an outer diameter of 40 mm and a thickness of 12 mm in the optical axis direction will be described.

金型転写性を重視して、樹脂温度260℃、金型温度120℃と高めに設定し、保圧力を変更することで、保圧力による表面形状精度と複屈折(リタデーション量)の確認を行った。 Focusing on mold transferability, we set the resin temperature to 260°C and the mold temperature to 120°C, and changed the holding pressure to confirm the surface shape accuracy and birefringence (retardation amount) due to the holding pressure. rice field.

図5は、保圧力を変更した場合の、レンズの表面形状精度とリタデーション量との測定結果を示す図である。なお、レンズ13の表面形状精度は、超高精度三次元測定機(パナソニックプロダクションエンジニアリング株式会社製、UA3P)で測定した。リタデーション量は、複屈折計(株式会社フォトニックラティス製、WPA-200)で測定した。 FIG. 5 is a diagram showing measurement results of lens surface shape accuracy and retardation amount when holding pressure is changed. The surface shape accuracy of the lens 13 was measured with an ultra-high-precision three-dimensional measuring machine (UA3P, manufactured by Panasonic Production Engineering Co., Ltd.). The retardation amount was measured with a birefringence meter (WPA-200 manufactured by Photonic Lattice Co., Ltd.).

図5に示すように、レンズ13の表面形状精度は、保圧が大きくなるにしたがって良化したが、100MPaまでは形状精度の数値変化が大きく、100MPa以上では形状精度の数値変化が小さく、140MPa以上では、ほとんど変化が無かった。 As shown in FIG. 5, the surface shape accuracy of the lens 13 improved as the holding pressure increased. Above all, there was almost no change.

一方、リタデーション量は、保圧が大きくなるにしたがって大きくなる傾向があった。つまり、保圧条件によっては、表面形状精度が良くなれば、リタデーション量が増える傾向にあることが分かった。 On the other hand, the retardation amount tended to increase as the holding pressure increased. In other words, it was found that, depending on the holding pressure conditions, the retardation amount tended to increase as the surface profile accuracy improved.

上述した結果より、本実施例では、成形時の保圧力を140MPaとした。厚肉光学デバイスでは、ヒケを抑制して高い表面形状精度を得るために、100MPa以上の高保圧によって成形することが好ましい。また、ゲートサイズは、圧力が十分に伝わるサイズとして、幅4mm×厚さ3mmとした。 Based on the results described above, in this example, the holding pressure during molding was set to 140 MPa. A thick optical device is preferably molded under a high holding pressure of 100 MPa or more in order to suppress sink marks and obtain high surface shape accuracy. Moreover, the gate size was 4 mm wide×3 mm thick as a size that allows pressure to be sufficiently transmitted.

図6は、アニール処理前のゲートからの距離とリタデーション量との関係を示すグラフ図である。図6に示すように、レンズ13では、ゲート12近傍の所定領域15の複屈折が大きく出ており、そのリタデーション量の最大値は、ゲート12直下の位置で390nmであった。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the distance from the gate before annealing and the amount of retardation. As shown in FIG. 6 , in the lens 13 , the birefringence of the predetermined region 15 near the gate 12 was large, and the maximum retardation value was 390 nm at the position directly below the gate 12 .

ここで、所定領域15は、レンズ13の外形寸法の5%以上且つ15%以下の範囲である。本実施例では、レンズ13の外形寸法を40mmとしているので、ゲート12から6mm(外形寸法の15%に相当)までは、リタデーション量が高い状態であるが、6mmを超えると、急激にリタデーション量が小さくなっていた。 Here, the predetermined area 15 is in the range of 5% or more and 15% or less of the outer dimensions of the lens 13 . In this embodiment, the outer dimension of the lens 13 is 40 mm. Therefore, the retardation amount is high from the gate 12 to 6 mm (corresponding to 15% of the outer dimension). was getting smaller.

また、成形したレンズ13の表面形状精度を測定したところ、レンズ13の設計値に対する形状誤差であるピークトゥバレー値(以下、PVという)が2.6μmと、高精度なレンズ13であった。 Further, when the surface shape accuracy of the molded lens 13 was measured, the peak-to-valley value (hereinafter referred to as PV), which is the shape error with respect to the design value of the lens 13, was 2.6 μm, indicating that the lens 13 was highly accurate.

ここで、レンズ13の外形が大きくなるほど、形状精度の誤差PVは大きくなる傾向にある。厚肉の光学デバイスの表面形状精度は、光学デバイスを用いる機器の種類によっても異なるが、外形サイズに対して0.05%以下であることが好ましく、さらには0.02%以下であることが好ましい。 Here, the larger the outer shape of the lens 13, the larger the shape accuracy error PV tends to be. The surface shape accuracy of the thick optical device varies depending on the type of equipment using the optical device, but is preferably 0.05% or less, more preferably 0.02% or less, relative to the external size. preferable.

本実施例では、レンズ13の外形寸法が40mmであるので、形状誤差PVは20μm以下が好ましく、さらには8μm以下であることが好ましい。 In this embodiment, since the outer dimension of the lens 13 is 40 mm, the shape error PV is preferably 20 μm or less, more preferably 8 μm or less.

なお、本実施例では、レンズ樹脂材料の一例として、シクロオレフィンポリマーの例を示したが、その他の材料として、シクロオレフィンコポリマー(COC)、アクリル(PMMA)、ポリスチレン(PS)、及びポリカーボネート(PC)などの透明な光学樹脂材料を用いてもよい。ここで、複屈折を抑制するためには、光弾性係数の小さいCOP、COC、及びPMMAがより好ましい。 In this example, cycloolefin polymer was used as an example of the lens resin material. Other materials include cycloolefin copolymer (COC), acrylic (PMMA), polystyrene (PS), and polycarbonate (PC). ) may be used. Here, COP, COC, and PMMA with small photoelastic coefficients are more preferable in order to suppress birefringence.

また、厚肉の光学デバイスの一例として、厚み12mmのレンズ13について説明したが、この形態に限定するものではない。例えば、外形形状によって高保圧の成形が必要になる厚肉のレンズ13として、厚み5mm以上且つ50mm以下のものであればよい。 Also, although the lens 13 having a thickness of 12 mm has been described as an example of a thick optical device, the present invention is not limited to this form. For example, the thick lens 13, which requires molding with high holding pressure depending on the outer shape, may have a thickness of 5 mm or more and 50 mm or less.

(アニール処理後のレンズについて)
アニール処理を行うのにあたって、ゲート12及びランナー11が一体成形されたレンズ13から、ランナー11の一部をカットする。そして、ゲート12及びランナー11を残した状態のレンズ13をアニール炉30に投入する(図4参照)。ここで、ランナー11は、10mm以上残した状態でカットする。
(Regarding the lens after annealing)
In performing the annealing treatment, a part of the runner 11 is cut from the lens 13 in which the gate 12 and the runner 11 are integrally molded. Then, the lens 13 with the gate 12 and the runner 11 left is put into the annealing furnace 30 (see FIG. 4). Here, the runner 11 is cut with 10 mm or more left.

なお、アニール時のランナー11の残存量については、アニール炉30のサイズ、レンズパレット31の大きさ、及びレンズ13に求められる表面形状精度によって調整すればよい。例えば、ランナー11を2mm以上且つ80mm以下残した状態とすればよい。ここで、ランナー11は、ゲート12とは別に2mm以上あれば良く、5mm以上あることが好ましく、さらには10mm以上あることが好ましい。 The remaining amount of the runner 11 during annealing may be adjusted according to the size of the annealing furnace 30, the size of the lens pallet 31, and the surface shape accuracy required for the lens 13. FIG. For example, the runner 11 should be in a state of being left 2 mm or more and 80 mm or less. Here, the runner 11 may be 2 mm or more, preferably 5 mm or more, and more preferably 10 mm or more, separately from the gate 12 .

そして、アニール炉30の設定温度を、材料のガラス転移点よりも所定温度低い温度に設定する。ここで、所定温度は、10℃以上且つ30℃以下である。本実施例では、ガラス転移温度よりも10℃以上低い110℃に炉内温度を上昇させた後、3時間かけてゆっくりと徐冷して室温に戻した。その後、レンズ13をアニール炉30から取り出し、ゲートカットを行った。 Then, the set temperature of the annealing furnace 30 is set to a temperature lower than the glass transition point of the material by a predetermined temperature. Here, the predetermined temperature is 10° C. or higher and 30° C. or lower. In this example, the furnace temperature was raised to 110° C., which is 10° C. or more lower than the glass transition temperature, and then slowly cooled over 3 hours to return to room temperature. After that, the lens 13 was taken out from the annealing furnace 30 and subjected to gate cutting.

図7は、アニール処理後のゲートからの距離とリタデーション量の関係を示すグラフ図である。図7に示すように、アニール処理によって、レンズ13全面において複屈折が抑制されており、そのリタデーション量は、最大値でも30nmまで抑制されていた。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the distance from the gate after annealing and the amount of retardation. As shown in FIG. 7, the annealing treatment suppressed birefringence over the entire surface of the lens 13, and the retardation amount was suppressed to 30 nm at maximum.

ここで、レンズ13の略全域で低いリタデーション量であったが、アニール前に複屈折が大きかったゲート12近傍の所定領域15では、わずかにリタデーション量が大きく、数十nm程度に対して、ゲート12近傍以外のエリアは、10nm程度にまでリタデーション量が小さくなっていた。 Here, the retardation amount was low over substantially the entire area of the lens 13, but in the predetermined region 15 near the gate 12 where the birefringence was large before annealing, the retardation amount was slightly large, with respect to about several tens of nanometers. In areas other than the vicinity of 12, the retardation amount was as small as about 10 nm.

また、アニール後の成形レンズの表面形状精度を、超高精度三次元測定機(パナソニックプロダクションエンジニアリング株式会社製、UA3P)によって測定したところ、設計形状に対する形状誤差PVが3.2μmであり、高精度をキープしていた。 In addition, when the surface shape accuracy of the molded lens after annealing was measured with an ultra-high-precision three-dimensional measuring machine (UA3P, manufactured by Panasonic Production Engineering Co., Ltd.), the shape error PV with respect to the design shape was 3.2 μm, indicating high accuracy. was kept

(比較例)
以下、比較例として、レンズ13を成形後にゲートカットをしてからアニール炉30に投入する従来の方法について検証した。
(Comparative example)
In the following, as a comparative example, a conventional method of putting the lens 13 into the annealing furnace 30 after gate cutting after molding was verified.

上述した実施例において、レンズ13を成形後にゲートカットしたところ、ゲート12の残り量は1.1mmとなった。比較例では、ゲートカットしたレンズ13をレンズパレット31に並べて、アニール炉30に投入した(図3参照)。アニール条件は、上述した実施例と同様とした。 In the example described above, when the gate was cut after molding the lens 13, the remaining amount of the gate 12 was 1.1 mm. In the comparative example, the gate-cut lenses 13 were arranged on a lens pallet 31 and put into the annealing furnace 30 (see FIG. 3). Annealing conditions were the same as in the above-described example.

アニール後の複屈折状態は、実施例のレンズ13とほぼ同様の状態になることが確認され、そのリタデーション量は最大値で30nmであった。 It was confirmed that the birefringent state after annealing was almost the same as that of the lens 13 of Example, and the maximum retardation value was 30 nm.

しかしながら、超高精度三次元測定機(パナソニックプロダクションエンジニアリング株式会社製、UA3P)でレンズ13の表面形状精度を測定したところ、設計形状に対する形状誤差PVが32.8μmと大きく形状が崩れていた。これは、アニール処理時の応力歪み解放による形状変形が原因と考えられる。 However, when the surface shape accuracy of the lens 13 was measured with an ultra-high-precision three-dimensional measuring machine (UA3P, manufactured by Panasonic Production Engineering Co., Ltd.), the shape error PV with respect to the designed shape was 32.8 μm, and the shape was greatly deformed. This is considered to be caused by shape deformation due to stress strain release during annealing.

また、アニールにおける形状変形を抑えるために、アニール炉30の設定温度を下げて100℃に設定したところ、表面形状精度の設計形状に対する形状誤差PVは3.9μmと形状変形がほとんどない状態にできたが、複屈折を十分に抑制することができず、そのリタデーション量は310nmとなった。 In addition, in order to suppress shape deformation during annealing, when the set temperature of the annealing furnace 30 was lowered to 100° C., the shape error PV of the surface shape accuracy with respect to the design shape was 3.9 μm, and shape deformation was almost eliminated. However, the birefringence could not be suppressed sufficiently, and the retardation amount was 310 nm.

このように、レンズ13をゲートカットしてからアニール処理を行う場合、レンズ13の表面形状精度の維持と複屈折の抑制とは、トレードオフの関係にあり、両立することが難しい。 As described above, when the annealing treatment is performed after the gate cut of the lens 13, the maintenance of the surface shape accuracy of the lens 13 and the suppression of birefringence are in a trade-off relationship, and it is difficult to achieve both.

これに対し、本実施形態に係る光学デバイスの製造方法によれば、ゲート12及びランナー11を残した状態のレンズ13をアニール処理することで、アニールでの応力歪み(複屈折)解放による形状変化を最小限に抑えるとともに、ゲート12近傍の複屈折を抑えることができる。これにより、高い表面形状精度と低い複屈折を両立した光学デバイスを得ることができる。 In contrast, according to the method for manufacturing an optical device according to the present embodiment, by annealing the lens 13 with the gate 12 and the runner 11 left, the shape change due to stress strain (birefringence) release due to annealing can be minimized and the birefringence near the gate 12 can be suppressed. This makes it possible to obtain an optical device that achieves both high surface shape precision and low birefringence.

本発明の光学デバイスは、主に高精度が必要な厚肉光学デバイスに適用できる。例えば、車載用のヘッドアップディスプレイ(HUD)やヘッドライト用などのレンズ、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)用のレンズ・プリズム、プロジェクタ用のレンズ・プリズム、及び撮像系のレンズ等の厚肉光学デバイスに対して、特に好適である。 The optical device of the present invention can be applied mainly to thick optical devices that require high precision. For example, lenses for head-up displays (HUD) and headlights for vehicles, lenses and prisms for head-mounted displays (HMD), lenses and prisms for projectors, and thick optical devices such as lenses for imaging systems. It is particularly suitable for

11 ランナー
12 ゲート
13 レンズ(光学デバイス)
15 所定領域
30 アニール炉
11 runner 12 gate 13 lens (optical device)
15 Predetermined region 30 Annealing furnace

Claims (8)

ゲート及びランナーが一体成形された光学デバイスを射出成形する工程と、
前記ランナーの一部を除去する工程と、
前記ゲート及び前記ランナーを残した状態の前記光学デバイスをアニール処理する工程と、
前記光学デバイスから前記ゲート及び前記ランナーを除去する工程と、を備える
光学デバイスの製造方法。
injection molding an optical device in which a gate and a runner are integrally molded;
removing a portion of the runner;
annealing the optical device with the gate and runners remaining;
and removing the gate and the runner from the optical device.
請求項1の光学デバイスの製造方法において、
前記アニール処理は、前記ランナーを2mm以上且つ80mm以下残した状態で行う
光学デバイスの製造方法。
In the method of manufacturing an optical device according to claim 1,
The method of manufacturing an optical device, wherein the annealing treatment is performed with the runner remaining 2 mm or more and 80 mm or less.
請求項1又は2の光学デバイスの製造方法において、
前記アニール処理は、前記光学デバイスのガラス転移温度よりも所定温度低い設定温度で行い、
前記所定温度は、10℃以上且つ30℃以下である
光学デバイスの製造方法。
In the method for manufacturing an optical device according to claim 1 or 2,
The annealing treatment is performed at a set temperature that is a predetermined temperature lower than the glass transition temperature of the optical device,
The method for manufacturing an optical device, wherein the predetermined temperature is 10° C. or higher and 30° C. or lower.
請求項1~3の何れか1つの光学デバイスの製造方法において、
前記光学デバイスの光軸方向の厚みは、5mm以上且つ50mm以下である
光学デバイスの製造方法。
In the method for manufacturing an optical device according to any one of claims 1 to 3,
The method for manufacturing an optical device, wherein the optical device has a thickness of 5 mm or more and 50 mm or less in the optical axis direction.
ゲート近傍の所定領域のリタデーション量は、100nm以下である
光学デバイス。
An optical device, wherein the retardation amount of a predetermined region near the gate is 100 nm or less.
請求項5の光学デバイスにおいて、
前記所定領域は、前記ゲートからの距離が、前記光学デバイスの外形寸法の5%以上且つ15%以下の範囲である
光学デバイス。
6. The optical device of claim 5,
The optical device, wherein the predetermined area is within a range of 5% or more and 15% or less of the outer dimensions of the optical device from the gate.
請求項5又は6の光学デバイスにおいて、
前記光学デバイスの設計値に対するピークトゥバレー値は、前記光学デバイスの外形寸法の0.05%以下である
光学デバイス。
The optical device according to claim 5 or 6,
An optical device, wherein a peak-to-valley value with respect to a design value of the optical device is 0.05% or less of an outer dimension of the optical device.
請求項5~7の何れか1つの光学デバイスにおいて、
光軸方向の厚みは、5mm以上且つ50mm以下である
光学デバイス。
In the optical device according to any one of claims 5 to 7,
An optical device having a thickness in the optical axis direction of 5 mm or more and 50 mm or less.
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