JP4799232B2

JP4799232B2 - 光学素子成形金型および光学素子

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Publication number: JP4799232B2
Application number: JP2006076154A
Authority: JP
Inventors: 勝藤田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-03-20
Also published as: JP2007245685A

Description

本発明は、レンズ部と該レンズ部の周囲に設けたフランジ部とを有する光学素子、およびその光学素子を成形する光学素子成形金型に関するものである。

従来、階段状の回折構造をもつ成型レンズにおいて、回折面（グレーティング状の面）形状が、金型が移動して型開きを行う際、微小なずれを生じ回折面形状を変形させ所望の光学特性が得られないことがあった。

この影響を小さくする目的で、特許文献１に記載の光学素子の製造方法は、図１３に示すように、レンズ面形状おけるパーティング面位置を検討し、レンズ成型品１００の回折面を有するレンズ面１００ａを、型開き時に、金型１０１，１０２におけるレンズ成形品１００が残る側の金型１０１、すなわち、突き出し機構（入れ子）１０３を摺動可能に備えた金型１０１側に配するようにしている。

特に、型開き時のずれの影響を受けるのは、高傾斜の回折面を有するレンズ面１００ａである。特許文献１に記載の光学素子の製造方法では、このずれの影響を小さくするために、高傾斜の回折面を有するレンズ面１００ａを、型開き状態においてレンズ成形品１００が残る金型１０１側に配することにより、型開き時のずれの影響を小さくし、所望の光学性能を得ることを目的としている。
特開２００２−２００６５２号公報

しかし、前記従来の技術において、回折面を有するレンズ面１００ａをレンズ成形品１００が残る金型１０１側から、突き出し機構１０３により離型する際、レンズ成形品１００の樹脂流入口（ゲート）の収縮力によって引っ張られ、レンズ面の対称性がくずれるという問題があった。

特許文献１に記載の方法のように、高傾斜側の回折面を有するレンズ面１００ａを、型開き時に、レンズ成形品１００が残る側の金型１０１に配する方が、ずれの影響を小さくできるが、レンズ成形品１００が残る側の金型１０１には、樹脂流入口（ゲート）と流路（ランナー）が共に形成されている。このため型開き時には、レンズ成形品１００が残る側の金型１０１に、ランナー部分とゲートとがつながった形で高傾斜の回折面を有するレンズ面１００ａが金型に密着した状態になる。

特許文献１の記載の方法では、図１３に示すように、高傾斜の回折面を有するレンズ面１００ａによりコバ部を離型しているが、この際、レンズ成型品１００と連なるゲートとランナー部も離型される。ゲートとランナー部は、スプルー部分をレンズ成形品１００が残る側の金型１０１に設けるため、凹形状などの離型抵抗面を設ける。

ランナー部は、高傾斜の回折面を有するレンズ面１００ａとは、別の金型面で規制された状態で突き出されて離型する。その際、ランナーとゲート部の収縮力が、高傾斜の回折面を成形する金型面以外の規制面を起点に作用することとなり、高傾斜の回折面を有するレンズ面１００ａには、ランナー部およびゲート方向に引っ張られる力が発生する。

前記の状態で回折面をゲートを介して、引っ張って離型させようとすると、ランナー部およびゲート方向の面に、ゲート方向に引っ張られる収縮力を受けた状態で離型するため、高傾斜の回折面形状および非球面形状の形状精度を悪化させる。このため、レンズ面が非対称性をもったり、内部ひずみを発生させることとなる。これにより、レンズ成形品が高傾斜であって階段状の回折面であると、側面方向の抵抗が、通常の非球面レンズよりも高くなり、離型時の変形あるいは内部ひずみを発生させることになる。

また、近年の回折面を有するレンズには、入光側および出光側の両面に回折面を有するレンズもあり、レンズ面の片面のみの対策では、問題の解決にはならず、従来技術の型開閉時の対策は、両面がレンズ面をなす変形対策としての効果は得られない。

本発明は、前記従来の技術の課題を解決し、レンズ面が金型面より離型する際にレンズ面形状を変形させる力を、階段状の回折面などを有するレンズ面に加わらないようにする構成の光学素子、およびその光学素子を成形する光学素子成形金型を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の光学素子成形金型は、回折面を有するレンズ部と前記レンズ部の周囲に設けたフランジ部とにより構成され、かつ前記フランジ部の任意の面と前記レンズ部の光軸とのなす角度をβ_２とし、前記レンズ部の前記回折面と前記レンズ部の光軸とのなす角度の最小値をα_２とし、α_２＞β_２を満たす抗収縮力部の面を有する複数の凹形状を前記フランジ部に設けた光学素子を成形する光学素子成形金型であって、前記フランジ部の前記抗収縮力部の面を形成する抗収縮力部成形面と前記レンズ部のレンズ面の成形面とを、成形用の樹脂が流入するキャビティに配設される金型に形成したことを特徴とする。
本発明の請求項２記載の光学素子成形金型は、回折面を有するレンズ部と前記レンズ部の周囲に設けたフランジ部とにより構成され、かつ前記フランジ部の任意の面と前記レンズ部の光軸とのなす角度をβ _２とし、前記レンズ部の前記回折面と前記レンズ部の光軸とのなす角度の最小値をα _２とし、α _２＞β _２を満たす抗収縮力部の面を有する複数の凸形状を前記フランジ部に設けた光学素子を成形する光学素子成形金型であって、前記フランジ部の前記抗収縮力部の面を形成する抗収縮力部成形面と前記レンズ部のレンズ面の成形面とを、成形用の樹脂が流入するキャビティに配設される金型に形成したことを特徴とする。

本発明の請求項３記載の光学素子成形金型は、請求項１または請求項２において、前記光学素子が前記金型から離型する際に、前記金型の前記抗収縮力部成形面と前記光学素子が接触し、かつ、前記金型の前記α_２の角度を構成する前記回折面を成形する面と前記光学素子が接触しない状態で、前記金型から前記光学素子を離型するよう構成したことを特徴とする。

本発明の請求項４記載の光学素子成形金型は、請求項３において、前記抗収縮力部成形面と前記α_２の角度を構成する前記回折面を成形する面を形成した入れ子を、前記金型に摺動可能に備えたことを特徴とする。

本発明の請求項５記載の光学素子は、回折面を有するレンズ部と前記レンズ部の周囲に設けたフランジ部とにより構成され、かつ前記フランジ部の任意の面と前記レンズ部の光軸とのなす角度をβ_２とし、前記レンズ部の前記回折面と前記レンズ部の光軸とのなす角度の最小値をα_２とし、α_２＞β_２を満たす抗収縮力部の面を有する複数の凹形状を前記フランジ部に設けたことを特徴とする。
本発明の請求項６記載の光学素子は、回折面を有するレンズ部と前記レンズ部の周囲に設けたフランジ部とにより構成され、かつ前記フランジ部の任意の面と前記レンズ部の光軸とのなす角度をβ _２とし、前記レンズ部の前記回折面と前記レンズ部の光軸とのなす角度の最小値をα _２とし、α _２＞β _２を満たす抗収縮力部の面を有する複数の凸形状を前記フランジ部に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、離型する直前から離型後までの過程において、階段状の回折面などを有するレンズ面の収縮を、フランジ部の抗収縮力部分が支えるため、光学部分に成形収縮力が加わらず、よって、レンズ面の変形を起さないようにすることができるため、高精度の光学面と低ひずみの光学素子を提供することができる。

また本発明は、回折形状を具備しないレンズに適用して同様の効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態１の成形レンズの構成を説明するための断面図である。

図１において、１は光学レンズの成形に適した成形樹脂が用いられた成形レンズ、２は上下面にレンズ面２ａ，２ｂを有する成形レンズ１のレンズ部、３は該レンズ部２の周囲に設けられたフランジ部、４はゲート、５はランナー部である。

前記フランジ部３は、成形レンズ１の収縮力に抗する面である抗収縮力部３ａを有する。実施形態１では、下抗収縮力部３ａはレンズ面２ｂに対して一定の距離で３６０°円周に凹状に形成され、光軸方向に対して外側に傾斜するβ_１の角度をなして形成され、さらに、抗収縮力部３ａは、下レンズ面２ｂに対する接線角度の光軸方向に対する最小角度をα_１とすると、α_１＞β_１の関係になるように構成されている。

図２，図３は、実施形態１の成形レンズ１の成形過程における抗収縮力部分の働きを説明するための断面図である。

図２，図３において、６は上金型、７は下金型、８は下金型７を構成するレンズインサート（金型入れ子）、９は成形樹脂が流入するキャビティ部分である。

本実施形態の一対の金型６，７において、下金型７を、両金型６，７が開いた際に成形レンズ１が残る側の金型とし、この下金型７に、下金型７に残った成形レンズ１のレンズ面全体を押し、離型するレンズインサート８を具備する構造にしている。さらに、このレンズインサート８に、レンズ成形面８ａと抗収縮力部成形面８ｂとが共に形成されている。

実施形態１では図２に示すように、成形レンズ１において、成形レンズ１の形状中心に向かって収縮しようとする体積収縮力ｆ_１と、溶融した成形樹脂の流入口となるゲート４、ランナー部５方向へ収縮しようとする体積収縮力ｆ_２とが、成形樹脂の冷却過程において作用する。

図３（ａ）〜（ｃ）は実施形態１における離型する際の抗収縮力部の働きを説明するための図である。

成形レンズ１の冷却固化後、下金型７のレンズインサート８が下レンズ面２ｂ全体を突き上げ、その後、前記ランナー部５部分のみを引っ張るか、突き上げることによって、成形レンズ１の下レンズ面２ｂをレンズインサート８のレンズ成形面から離型させる。

その際、レンズインサート８におけるレンズ面より離型する微少量離れた量をｔ_１とすると、抗収縮力部３ａとレンズインサート８の面とにおいて前記ｆ_２の力が働く方向の隙間Δｔβ_１と、下レンズ面２ｂの光軸に対する最大角度α_１の面における前記ｆ_２方向の隙間Δｔα_１との間の関係は、Δｔβ_１＝ｔ_１ｔａｎβ_１、Δｔα_１＝ｔ_１ｔａｎα_１である。

ここで、β_１＜α_１であるから、Δｔβ_１＜Δｔα_１の関係になるため、微小量金型面から離型した際、ｆ_１方向に移動したとき、図３（ｂ）に示すように、抗収縮力部３ａが、下レンズ面２ｂよりも先にレンズインサート８の対応箇所に当接し（Ａ部）、下レンズ面２ｂが部分的にレンズインサート８面に当接することはない（Ｂ部）ようにしている。

このように、成形レンズ１の光学部分の面が離型するまで、成形レンズ１を支える抗収縮力部３ａを成形レンズ１の周辺に設けることにより、成形レンズ１の対称性を崩さずに成形することが可能になる。

図４は本発明の実施形態２における成形レンズの構成を説明するための断面図である。

図４において、実施形態２の成形レンズ１１は、レンズ部１２の両レンズ面１２ａ，１２ｂに階段状の形状が形成された回折光学素子であり、両レンズ面１２ａ，１２ｂをつなぐ面の段差部における光軸方向となす最小角α_２が、上レンズ面１２ａ側ではα_２−１、下レンズ面１２ｂ側ではα_２−２の角度をなしている。

また、成形レンズ１１の外周部のフランジ部１３は、成形レンズ１１の収縮力に抗する面である抗収縮力部１３ａ，１３ｂを両レンズ面１２ａ，１２ｂにそれぞれ有し、各抗収縮力部１３ａ，１３ｂが光軸方向に対して外側に傾斜するβ_２の角度をなして形成されている。すなわち、上レンズ面１２ａ側の抗収縮力部１３ａは、上レンズ面１２ａに対して一定の距離で３６０°円周に凹状に形成され、光軸方向に対して外側に傾斜するβ_２−１の角度をなして形成され、下レンズ面１２ｂ側の抗収縮力部１３ｂも下レンズ面１２ｂに対して一定の距離で３６０°円周に凹状に形成され、光軸方向に対して外側に傾斜するβ_２−２の角度をなして形成されており、さらに、それぞれα_２−１＞β_２−１、α_２−２＞β_２−２の関係になるように形成されている。

なお、図４中の１４はゲート、１５はランナー部である。

図５，図６は実施形態２の成形レンズ１１の成形過程における抗収縮力部分の働きを説明するための断面図である。

図５，図６において、１６は上金型、１７は下金型、１８は下金型１７の成形面を構成するレンズインサート（金型入れ子）、１９は成形樹脂が流入するキャビティ部分である。そして、レンズインサート１８に、レンズ成形面１８ａと抗収縮力部分成形面１８ｂとが共に形成され、また、上金型１６に、レンズ成形面１６ａと抗収縮力部分成形面１６ｂとが形成されている。

図５（ａ），（ｂ）において、微小量Δｔ_２開いた時、体積収縮力ｆ_１が発生し、ｆ_１方向へレンズ面が動こうとする。その際、移動方向への金型面とレンズ成形面との隙間は、実施形態１と同様、Δｔβ_２−１＝Δｔ_２ｔａｎβ_２−１、Δｔα_２−１＝Δｔ_２ｔａｎα_２−１となる。

ここで、α_２−１＞β_２−１であるから、Δｔβ_２−１＜Δｔα_２−１となり、成形レンズ１１が金型面から微小量離型した際、ｆ_１方向に移動したとき、抗収縮力部１３ａが上レンズ面１２ａよりも先に上金型１６の対応箇所に当接し（Ａ部）、階段状の回折面である光学面と光学面とつなぐ面は当接することなく（Ｂ部）、離型方向に金型を開くことができる。

また、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、成形レンズ１１が残る側の下金型１７において、ゲート１４とランナー部１５による前記体積収縮力ｆ_２が作用するが、実施形態１と同様、Δｔβ_２−２＝Δｔ_２ｔａｎβ_２−２、Δｔα_２−２＝Δｔ_２ｔａｎα_２−２となる。

ここで、α_２−２＞β_２−２であるから、Δｔβ_２−２＜Δｔα_２−２となるため、前記上レンズ面１２ａ側と同様に、抗収縮力部１３ｂが下レンズ面１２ｂより先にレンズインサート１８の対応箇所に当接し、階段状の回折面の光学面と光学面とをつなぐ面は当接することなく、離型方向に成形レンズ１１を離型することができる。

図７（ａ）は本発明の実施形態３における成形レンズの構成を説明するための断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の成形レンズの要部の底面図、図８は実施形態３の金型の要部を示す断面図であり、以下の説明において、実施形態２にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

実施形態３では、実施形態２における上金型１６と下金型１７の成形面を上下逆にし、成形レンズ１１の高傾斜側を、型開き時、成形品が金型に残る側、すなわち下金型１７に配した例である。

実施形態３において、抗収縮力部分の働きは実施形態２と同様であるが、金型面により長く高傾斜側の面を残すことによって、転写性の向上を図っている。

図９（ａ）は本発明の実施形態４における成形レンズの構成を説明するための断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の成形レンズの要部の底面図である。

実施形態４では、成形レンズ１１の光学面の円周方向に形成されたフランジ部１３における下レンズ面１２ｂ側に複数の凹部２１を形成し、この凹部２１の内傾斜面２１ａの形状を、側面方向の光軸方向に対する角度が光学面に対して、図示したように前記実施形態１，２と同様な関係になるように形成することにより前記抗収縮力部として機能させる。この凹部２１を等角度間隔で配置する。このことにより、レンズ面への収縮力の影響を与えないようにしている。

実施形態４では、図示しないが成形レンズ１１の前記形状に対応させて、レンズインサートの同一パーツに、レンズ面の成形面と抗収縮力部である凹部２１の成形面を形成する。

図１０（ａ）は本発明の実施形態５における成形レンズの構成を説明するための断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の成形レンズの要部を示す底面図である。

実施形態５では、成形レンズ１１の光学面の円周方向に形成されたフランジ部１３における下レンズ面１２ｂ側に複数の凸部２２を形成し、この凸部２２の外傾斜面２２ａの形状を、側面方向の光軸方向に対する角度が光学面に対して、図示したように前記実施形態１，２と同様な関係になるように形成することにより前記抗収縮力部として機能させる。この凸部２２を等角度間隔で配置する。このことにより、レンズ面への収縮力の影響を与えないようにしている。

実施形態５では、図示しないが成形レンズ１１の前記形状に対応させて、レンズインサートの同一パーツに、レンズ面の成形面と抗収縮力部である凸部２２の成形面を形成する。

図１１，図１２は本発明の実施形態６を説明するための成形金型の断面図である。

図１１，図１２において、３１は上金型、３２は下金型、３３は、レンズ成形面３３ａが形成され、上金型３１の成形面の一部を構成する上レンズインサート、３４は、レンズ成形面３４ａが形成され、下金型３２の成形面の一部を構成する下レンズインサート、３５は成形樹脂が流入するキャビティ部分であり、上金型３１と下金型３２とに、抗収縮力部成形面３１ｂ，３２ｂがそれぞれ形成されている。

実施形態６では、前記実施形態と異なり、成形レンズ１１の抗収縮力部１３ａ，１３ｂを、レンズインサート３３，３４でなく、上金型３１と下金型３２とに形成している。

そして、図１２に示すように、レンズ成形面３３ａ，３４ａを有する両レンズインサート３３，３４を金型３１，３２よりも先に動作させ、成形レンズ面から金型面を離型させる。その後、抗収縮力を形状を形成している両金型３１，３２間を開き、ランナー部１５を突き出すことにより、抗収縮力部１３ａ，１３ｂを離型させる。

このようにすることによって、レンズ面１２ａ，１２ｂを離型する際には、抗収縮力部１３ａ，１３ｂが、金型３１，３２に密着しているため、前記体積収縮力ｆ_１，ｆ_２の影響を受けることなく、レンズ面１２ａ，１２ｂを良好に離型させることが可能となる。

本発明は、ピックアップ用のレンズ、あらゆる精密成型レンズに適用され、例えばカメラや望遠鏡、顕微鏡のレンズに実施して有効である。また、レンズでなくても精度の要るプリズムなどのその他の精密部品にも用いることができる。

本発明の実施形態１の成形レンズの構成を説明するための断面図実施形態１の成形レンズ１の成形過程における抗収縮力部分の働きを説明するための断面図実施形態１の成形レンズ１の成形過程における抗収縮力部分の働きを説明するための断面図（ａ）〜（ｃ）は実施形態１における離型する際の抗収縮力部の働きを説明するための図（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態２における成形レンズの構成を説明するための断面図（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態２における成形レンズの構成を説明するための断面図（ａ）は本発明の実施形態３における成形レンズの構成を説明するための断面図、（ｂ）は（ａ）の成形レンズの要部の底面図実施形態３の金型の要部の断面図（ａ）は本発明の実施形態４における成形レンズの構成を説明するための断面図、（ｂ）は（ａ）の成形レンズの要部を示す底面図（ａ）は本発明の実施形態５における成形レンズの構成を説明するための断面図、（ｂ）は（ａ）の成形レンズの要部を示す底面図本発明の実施形態６を説明するための成形金型の断面図本発明の実施形態６を説明するための成形金型の断面図（離型時）従来の光学素子の製造方法を説明するための金型部分を示す断面図

符号の説明

１，１１成形レンズ
２，１２レンズ部
２ａ，１２ａ上レンズ面
２ｂ，１２ｂ下レンズ面
３，１３フランジ部
３ａ，１３ａ抗収縮力部
４，１４ゲート
５，１５ランナー部
６，１６，３１上金型
７，１７，３２下金型
８，１８，３３，３４レンズインサート（金型入れ子）
８ａ，１６ａ，１８ａ，３３ａ，３３ｂレンズ成形面
８ｂ，１６ｂ，１８ｂ抗収縮力部成形面
９，１９，３５キャビティ
２１凹部
２１ａ内傾斜面
２２凸部
２２ａ外傾斜面

Claims

回折面を有するレンズ部と前記レンズ部の周囲に設けたフランジ部とにより構成され、かつ前記フランジ部の任意の面と前記レンズ部の光軸とのなす角度をβ_２とし、前記レンズ部の前記回折面と前記レンズ部の光軸とのなす角度の最小値をα_２とし、α_２＞β_２を満たす抗収縮力部の面を有する複数の凹形状を前記フランジ部に設けた光学素子を成形する光学素子成形金型であって、
前記フランジ部の前記抗収縮力部の面を形成する抗収縮力部成形面と前記レンズ部のレンズ面の成形面とを、成形用の樹脂が流入するキャビティに配設される金型に形成したことを特徴とする光学素子成形金型。
回折面を有するレンズ部と前記レンズ部の周囲に設けたフランジ部とにより構成され、かつ前記フランジ部の任意の面と前記レンズ部の光軸とのなす角度をβ_２とし、前記レンズ部の前記回折面と前記レンズ部の光軸とのなす角度の最小値をα_２とし、α_２＞β_２を満たす抗収縮力部の面を有する複数の凸形状を前記フランジ部に設けた光学素子を成形する光学素子成形金型であって、
前記フランジ部の前記抗収縮力部の面を形成する抗収縮力部成形面と前記レンズ部のレンズ面の成形面を、成形用の樹脂が流入するキャビティに配設される金型に形成したことを特徴とする光学素子成形金型。
前記光学素子が前記金型から離型する際に、前記金型の前記抗収縮力部成形面と前記光学素子が接触し、かつ、前記金型の前記α_２の角度を構成する前記回折面を成形する面と前記光学素子が接触しない状態で、前記金型から前記光学素子を離型するよう構成した
請求項１または請求項２に記載の光学素子成形金型。
前記抗収縮力部成形面と前記α_２の角度を構成する前記回折面を成形する面を形成した入れ子を、前記金型に摺動可能に備えた
請求項３記載の光学素子成形金型。
回折面を有するレンズ部と前記レンズ部の周囲に設けたフランジ部とにより構成され、かつ前記フランジ部の任意の面と前記レンズ部の光軸とのなす角度をβ_２とし、前記レンズ部の前記回折面と前記レンズ部の光軸とのなす角度の最小値をα_２とし、α_２＞β_２を満たす抗収縮力部の面を有する複数の凹形状を前記フランジ部に設けた光学素子。
回折面を有するレンズ部と前記レンズ部の周囲に設けたフランジ部とにより構成され、かつ前記フランジ部の任意の面と前記レンズ部の光軸とのなす角度をβ_２とし、前記レンズ部の前記回折面と前記レンズ部の光軸とのなす角度の最小値をα_２とし、α_２＞β_２を満たす抗収縮力部の面を有する複数の凸形状を前記フランジ部に設けた光学素子。