JP5361173B2 - レンズ、光学系、樹脂成形金型、レンズ製造装置、及びレンズ製造方法 - Google Patents

レンズ、光学系、樹脂成形金型、レンズ製造装置、及びレンズ製造方法 Download PDF

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本発明は、樹脂より成形されるレンズ並びに光学系、及びレンズを成形する際、良好なる面精度で成形することができる樹脂成形金型、レンズ製造装置、及びレンズ製造方法に関するものである。
樹脂より成形されるレンズ(プラスチックレンズ)は、その外形が成形金型から成形品を取り出すのに容易な外形状となっている。例えばレンズ外周部(縁)の型を研磨したり、また型抜きをスムーズに行うようにするために外周部に抜き勾配部(テーパ)をつけることが行われている。
従来より、レンズ外周部にテーパをつけるようにしたプラスチックレンズが知られている(特許文献1〜4)。
特許文献1は、プラスチックレンズにおいて、外周部に設けたテーパ部では型の構造が困難な点を改善している。尚、特許文献1には、面精度の安定化の為の形状については何ら記載されていない。
特許文献2は、プラスチックレンズのゲート切断面のバリ等の逃げとして、テーパ部を設けている。尚、特許文献2には、面精度の安定化のための形状については何ら記載されていない。
特許文献3は、レンズ面の右面と左面の両面で有効径の差がある場合に、レンズ外径の無駄なスペースを排除する為にレンズ外径を円錐形状(テーパ)とすることを開示している。特許文献3には離型性に優れているレンズを開示している。特許文献3は、レンズ面の面精度の安定化のためのレンズ外形というより、むしろ有効径からくるレンズ形状を最適化することを記載している。
特許文献4は、光軸方向のレンズ取り付け基準面を有するレンズにおいて、凹面側の面精度の向上を図ったプラスチックレンズの形状及び樹脂成形金型の構成を記載している。
従来より、樹脂(プラスチック)により成形される一方が凸面で他方が凹面より成るメニスカス形状のレンズ(以下、「メニスカスレンズ」という。)は、一般的に凸面側の有効径が凹面側のそれより大きい。
特許文献3はレンズの小型化のために、レンズ外周部に凸面側から凹面側に向けて徐々に径(外径)が小さくなる形状の勾配部(テーパ)を設けたレンズを開示している。
一般に図6に示すようなメニスカスレンズ61の場合、メニスカスレンズ61の有効径は実線61c内の領域となる。図6に示すように凸面側61aの有効径が凹面側61bのそれより大きくなっている。そして、それに伴いレンズ外周部には、凹面側61bに向けて徐々に外径が小さくなる形状の勾配部(テーパ)61dが設けられており、成形時の型開き位置(パーティングライン)は凸面側61aになる。図の下部に示す矩形突起61eはゲートである。
図7は図6に示す形状のレンズを成形する成形金型の要部断面図である。
図7の樹脂成形金型では、溶融状態の樹脂材料を供給するためのスプルー101が形成された固定側型板102Lに、固定側成形駒103Lを保持する固定側駒ホルダー104Lが一体的に取り付けられている。
固定側成形駒103Lには、凹レンズ面を成形するための光学成形面105が形成されている。これら固定側型板102L、固定側成形駒103L、固定側駒ホルダー104Lなどで固定側金型が構成されている。
一方、固定側型板102Lと対向する可動側型板102Mには、可動側成形駒103Mを保持する可動側駒ホルダー104Mが一体的に取り付けられている。可動側成形駒103Mには、凸レンズ面を成形するための光学成形面106が形成されている。
可動側駒ホルダー104Mには、テーパを形成する環状テーパ部121と、外周平面部を形成する環状平面部122が形成されている。
そして、これら可動側型板102M、可動側成形駒103M、可動側駒ホルダー104Mなどで可動側金型が構成されている。
固定側金型および可動側金型の成形駒103L、103Mと駒ホルダー104L、104Mとでプラスチックレンズと対応したキャビティCが形成されている。
固定側型板102Lおよび固定側駒ホルダー104Lと、可動側型板102Mおよび可動側駒ホルダー104Mとの間には、スプルー101とキャビティCとに連通するランナ107およびゲート108が形成されている。これらランナ107およびゲート108を介してキャビティCがスプルー101と連通するようになっている。
可動側型板102Mには、可動側駒ホルダー104Mを貫通して先端がプラスチックレンズの突出部と対応するキャビティCの部分に臨む複数本のエジェクタピン109がキャビティC内に突出可能に取り付けられている。
同様に、この可動側型板102Mを貫通して先端がスプルーロック111に臨むエジェクタピン110も突出可能に取り付けられている。
可動側金型を固定側金型の方に駆動して固定側型板102Lと可動側型板102Mとを当接させる。そしてエジェクタピン109,110を退避させた状態にてスプルー101から溶融樹脂をランナ107およびゲート108を介してキャビティC内に射出する。その後、冷却、固化させた後、固定側金型から可動側金型を引き離すように移動して可動側型板102Mを固定側型板102Lから引き離し、その後にエジェクタピン109,110を固定側型板102Lおよび固定側駒ホルダー104L側に突出させる。そして突出部にエジェクタピン109を突き当てることにより、可動側駒ホルダー104Mから射出成形されたレンズをランナ107およびゲート108に対応した部分と共に抜き出している。
特開2004−309567号公報 特開平10−274703号公報 特開平5−164905号公報 特開平8−309873号公報
樹脂成形金型でレンズを成形するとき、型と樹脂の、成形時の温度と線膨張率を比較すると、成形時はレンズの方が大きく膨張している。そして、固定側にある凸面側は、型開時にも低温にならず、鏡面側に喰い付いた状態で、レンズを引きながら型から外す状態になる。この結果、面の変形、またはクセ等が発生しやすくなる。
特に外形状が大きくなる大口径レンズの場合は、同じ膨張率でも、径が大きくなれば、膨張する量は増大していくため、型の喰い付き発生が起こりやすい状況にある。例えば有効径がφ25mmを超えるこのような
大口径レンズにおいては、この傾向が強い。
特許文献4では、樹脂により成形されるメニスカスレンズにおいて、成形性の向上を図る構成を開示している。
特許文献4で開示されているメニスカスレンズは、凹面側に、胴付面である光軸方向のレンズ取り付け基準平面がなく、全面を凹面の光学面としており、レンズの鏡筒内での取り付けが難しい。また胴付面である取り付け基準平面を凹面側に設定した場合は、特許文献4に記載されているように凹面側の面精度が凸レンズ面に対して低下する傾向になる。
本発明は樹脂により成形される大口径でメニスカス形状のレンズにおいて、胴付面に光
軸方向のレンズ取り付け基準平面を有していても、面精度の良いレンズ、光学系、樹脂成形金型、レンズ製造装置、及びレンズ製造方法の提供を目的とする。
本発明に係るレンズは、樹脂により成形され、凹面の曲率半径が凸面の曲率半径よりも小さいメニスカス形状のレンズであって、前記レンズは、レンズ外周フランジ部を有し、前記レンズ外周フランジ部の前記レンズの凹面側の面は平面であり、前記レンズ外周フランジ部の前記レンズの凹面側に成形のためのゲートを有し、前記平面を第1平面とするとき、前記ゲートの凹面側の面と前記第1平面とが同一面上に形成されており、かつ、前記レンズ外周フランジ部の最外周面には、前記レンズの凹面側に向けて徐々に外径が大きくなる形状の勾配が設けられており、該勾配に連続した面であって、前記レンズの光軸に平行な第2平面が前記ゲート側に設けられていることを特徴としている。
また、本発明に係るレンズ製造方法は、凹面の曲率半径が凸面の曲率半径よりも小さいメニスカス形状のレンズであって、レンズ外周フランジ部を有し、前記レンズ外周フランジ部の前記レンズの凹面側の面が第1平面であり、かつ、前記レンズ外周フランジ部の最外周面には、前記レンズの凹面側に向けて徐々に外径が大きくなる形状の勾配が設けられており、該勾配に連続した面であって、前記レンズの光軸に平行な第2平面が前記勾配と前記第1平面との間に設けられるレンズを、金型を用いて樹脂を成形することにより製造するレンズ製造方法であって、前記レンズの凸面を成形するための形成面を有する第1金型と該凸面よりも曲率半径の小さいレンズの凹面を成形するための形成面を有する第2金型のいずれか一方を駆動して、前記第1金型と前記第2金型を当接させ、溶融樹脂をキャビティ内に射出し、前記溶融樹脂を固化させ、前記第1金型と前記第2金型を引き離すようにして移動させ、前記固化した樹脂を前記第1金型から外し、レンズ成形時のパーティングラインは、前記レンズの凹面を成形するための形成面側にあり、前記キャビティ内に溶融樹脂を射出するゲートの前記レンズの凹面側の面と、前記第1平面と、前記パーティングラインとが同一面上にあることを特徴としている。
また、本発明に係るレンズ製造装置は、樹脂を射出成形することによりレンズを製造するレンズ製造装置であって、前記樹脂を射出するゲートと、前記レンズの凸面を成形するための形成面を有する第1金型と、前記凸面よりも曲率半径の小さいレンズの凹面を成形するための形成面を有する第2金型と、前記第1金型から成形レンズを外す手段を有し、前記第1金型は、レンズの外周フランジ部を成形するキャビティの最外周面に、前記レンズの凸面を成形するための形成面に向かって外形が小さくなる勾配部と、該勾配部に連続した面であって、前記レンズの光軸に平行な第2平面部を前記ゲート側に有し、前記第2金型は、レンズの外周フランジ部を成形するキャビティ側に、第1平面部を有し、レンズ成形時のパーティングラインは、前記レンズの凹面を成形するための形成面側にあり、前記ゲートの前記レンズの凹面側の面と、前記第1平面部と、前記パーティングラインとが同一面上にあることを特徴としている。
また、上記レンズを有する光学系も本発明の他の一側面を構成する。
本発明によれば面に変形、ヒケ、クセ等が少なく、面精度の良い樹脂により成形されるレンズを得ることができる。
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
[実施例1]
図1は本発明のレンズを成形するための樹脂成形金型の実施例1の要部断面図である。図2、図3は図1の樹脂成形金型で成形したレンズ(プラスチックレンズ)の要部概略図である。
本発明のレンズ2は、図2、図3に示すように樹脂により成形される凹面の曲率半径が凸面の曲率半径よりも小さいメニスカス形状のレンズ(プラスチックレンズ)である。
本発明のレンズ2は、レンズ外周フランジ部20を有している。レンズ外周フランジ部20の最外周面にはレンズ2の凸面側2aに向けて徐々に外径が小さくなる形状の勾配部(テーパ)21が設けられている。
まず図1の本発明のレンズ2を射出成形し得る樹脂成形金型の実施例1の要部断面図について説明する。
図1において、溶融状態の樹脂材料を供給するためのスプルー1が形成された固定側型板2Lには、固定側成形駒3Lを保持する固定側駒ホルダー4Lが一体的に取り付けられている。
固定側成形駒(第2金型)3Lには、凹レンズ面を成形するための光学成形面5が形成されている。23は固定側駒ホルダー4Lに設けたレンズ取基準面を形成する基準面(第1平面部)である。これら固定側型板2L、固定側成形駒3L、固定側駒ホルダー4Lなどで固定側金型が構成されている。
一方、固定側型板2Lと対向する可動側型板2Mには、可動側成形駒3Mを保持する可動側駒ホルダー4Mが一体的に取り付けられている。可動側成形駒(第1金型)3Mには、凸レンズ面を成形するための光学成形面6が形成されている。
可動側駒ホルダー4Mには、テーパを形成する環状テーパ部21と、外周平面部を形成する環状平面部22(第2平面部)が形成されている。
そして、これら可動側型板2M、可動側成形駒3M、可動側駒ホルダー4Mなどで可動側金型が構成されている。
固定側金型および可動側金型の成形駒3L、3Mと駒ホルダー4L、4Mとでレンズ2と対応したキャビティCが形成されている。
固定側型板2Lおよび固定側駒ホルダー4Lと、可動側型板2Mおよび可動側駒ホルダー4Mとの間には、スプルー1とキャビティCとに連通するランナ7およびゲート8が形成されている。これらランナ7およびゲート8を介してキャビティCがスプルー1と連通するようになっている。
可動側型板2Mには、可動側駒ホルダー4Mを貫通して先端がレンズの突出部と対応するキャビティCの部分に臨む複数本のエジェクタピン(第1金型3Mから成形レンズ2を外す手段)9がキャビティC内に突出可能に取り付けられている。
同様に、この可動側型板2Mを貫通して先端がスプルーロック11に臨むエジェクタピン10も突出可能に取り付けられている。
本実施例では、可動側金型を固定側金型の方に駆動して固定側型板2Lと可動側型板2Mとを当接させる。そしてエジェクタピン9,10を退避させた状態にてスプルー1から溶融樹脂をランナ7およびゲート8を介してキャビティC内に射出する。
その後、冷却、固化させた後、固定側金型から可動側金型を引き離すように移動して可動側型板2Mを固定側型板2Lから引き離し、その後にエジェクタピン9,10を固定側型板2Lおよび固定側駒ホルダー4L側に突出させる。そして突出部にエジェクタピン9を突き当てることにより、可動側駒ホルダー4Mから射出成形されたレンズ2をランナ7およびゲート8に対応した部分と共に押し出しながら外す。
本実施例の樹脂より成形されるレンズ2は、以上のようにして成形している。
従来の樹脂より成形されるレンズは、図7の樹脂成形金型を用いて成形されている。
図7に示すように型開き位置(パーティングライン)103aは成形駒103M,103Lの間で、最大径の凸面側になる。その際、型と樹脂の、成形時の温度と線膨張率を比較すると、成形時はレンズの方が大きく膨張している。そして固定側の成形駒103Lにある凸面側105は、型開時にも低温にならず、成形駒側103Lに喰い付いた状態で、レンズを引き抜いて成形駒103Lから外す状態になる。その結果、面の変形、ヒケ、またはクセ等が発生しやすくなる。
特に大口径レンズの場合は、同じ膨張率でも、単純に径が大きくなれば、膨張する量は
増大していくため、型の喰い付き発生は起こりやすい状況にある。
具体的には図7において、レンズのレンズ線膨張率(アクリル)6.0×e-5 cm/cm℃ 成形駒103M、103Lの型材料の線膨張率 1.0×e-5 cm/cm℃ とした場合、完成品のレンズ径を常温20℃想定で、有効径φ40.0mmとする。この際は、型抜きを考え型の内径をφ40.18mm程度に設定しても、型成形時=型開時の温度を125℃相当とした場合、レンズ径はφ40.252mmに、型の径はφ40.222mmになる。
このように径の逆転が起こり、型開時に凸面側105で、樹脂面が成形駒103Lに食い込むような形態になる。
この状態で従来のような凸面側105から型開きを行うと、凸面側105は開く際、型に吸着されるようになり、面の変形、またはクセ等が発生する傾向があった。特に有効径φ25mmを超えるこのような
大口径レンズにおいては、この傾向が強かった。
これに対し、本発明のメニスカス形状のレンズ2では、図2、図3に示すようにレンズ外周フランジ部20を有し、レンズ外周フランジ部20の側面20aはレンズの凸面2a側に向けて徐々に径が小さくなる形状の勾配部(テーパ)21を設けている。
即ち図1に示すような型構造にすることにより、成形時の樹脂の膨張は樹脂凹面2bの光学成形面5で起こり、樹脂凹面2bから離れる方向となる。型開きのタイミングにおいて、樹脂は温度が下がりきらずに膨張した状態となる。又、型は温度が下がって通常の体積に戻っている状態になっている。この結果、樹脂の凹面側の離型がしやすい状態となる。この為、型開きの際は、離型し易い構成となる。さらに、反対側凸面2aの光学成形面6も離型後エジェクタピン9で突き出す際、温度も下がり、離型しやすくなっている。
さらにレンズ外周フランジ部20の側面20aは凸面側に向けて徐々に径が小さくなる形状の勾配部(テーパ)21を有するようにすることによりさらに型抜きしやすくなり、良好な面精度が確保される。
その際、特にレンズ外周フランジ部20の最外周側面22と連続した勾配部21(勾配)の角度は、レンズ光軸Laに対して5°以上としている。この角度が小さく、浅くなると、離径時の摩擦が大きくなり良好な面精度の保持が難しくなる。
尚、好ましくは、勾配部21の角度を5°以上、30°以下が良い。
また、レンズ外周フランジ部20の側面には、光軸Laと平行な平面部円柱状の平面部22(第2平面)を設けている。これは鏡筒に対してレンズ2を固定するための位置決めとなるところで、この部分が無いと、テーパ部21だけとなり、レンズ2の光軸Laに対して垂直方向の位置決めが難しい。特にこの平面部22(光軸に垂直な方向のレンズ取り付け基準面としての第2平面)は最も外周部に配し、ゲート8とつながっていることが型構成上好ましい。
また、レンズ取り付け基準面23(第1平面)を、フランジ部20の凹面側に平面部23aを有するように構成している。この平面部23aは、図1に示すように、凹面5に連続してある平面でも良いが、この平面部23aを基準として、さらに突出した少なくとも3箇所の小面積の小平面で構成しても良い。
さらに成形の為のゲート8を、レンズ外周フランジ部20の凹面側に有している。そして成形時の型割(型開き位置)をこのゲート8の凹面側の面と同一面で行う(同じ平面内で型割を行う)ことが型構造上好ましい。
さらに光軸La方向のレンズ取り付け基準面23を、成形時の型割のあるゲート8の凹面側の面と同一の面にすることが好ましい。これにより型割面3aとゲート8の片面と、レンズ取り付け基準面23が同一平面上に構成され、型構成が精度よく設定される。
またこの構成で成形されるレンズ2の外径が25mm以上であるのが好ましい。特にこの径が大きくなるほど上述した型と樹脂の、線膨張率差が影響してくる。特に外形は25mm以上、100mm以下が好ましい。
一般に有効外径が大きく、特に外径が25mm以上になると、面に変形、ヒケ、クセ等が多く発生してくる。これに対し、本実施例によれば、これらの発生が少なく、良好なる面を有するレンズ2が得られる。
以上のように構成することで、径は若干大きくなるが、精度の良い面を有するレンズ(プラスチックレンズ)2を達成することができる。
また、本発明の樹脂成形金型は、図1に示すようにレンズ2を成形するための各部材、例えば成形駒と成形駒を保持する駒ホルダー等を有している。
[参考例1]
図4は本発明の樹脂により成形されるレンズ(プラスチックレンズ)の参考例1の要部断面図である。図4の参考例1のレンズ4は正の屈折力のメニスカス形状より成っている。
図4において、4aは凸面、4bは凹面である。Laは光軸である。21はレンズ外周フランジ部の最外周面に凸面4a側に向けて、徐々に外径が小さくなる形状の勾配部(テーパ)である。22はレンズ外周フランジ部の最外周面に設けた位置決め用の平面部である。8はゲートである。
[実施例2]
図5は本発明の樹脂により成形されるレンズ(プラスチックレンズ)の実施例の要部断面図である。
図5の実施例のレンズ5は、図2の実施例1に比べてレンズ外周フランジ部の凹面5b側であって、ゲートの無い位相3箇所に光軸La方向のレンズ取り付け基準面51を形成している点が異なっている。
光軸方向のレンズ取り付け基準面51のうち、あと2箇所の取り付け位置は、この断面では確認できないが、120°毎の位相に配置している。5aは凸面である。
この他の構成は実施例1と同じである。
尚、以上説明した本発明のレンズの各実施例として外周が円形状のレンズについて記載をしていたが、レンズは外周が矩形形状でも、4隅をDカットした形状でも同様に適用可能である。
本発明に係る撮像光学系や投射光学系やズームレンズ等の光学系では、前述した各実施例のレンズを用いている。これにより良好なる光学性能の光学系を達成している。
本発明のレンズを成形する為の樹脂成形金型の型構造概略図 本発明により成形されたレンズの実施例1の要部断面図 本発明の樹脂成形金型の型構造の概略図 本発明のレンズの参考例1の要部断面図 本発明のレンズの実施例の要部断面図 従来のレンズの説明図 従来のレンズを成形する為の樹脂成形金型の型構造概略図
1、101 スプルー
2L、2M、102L、102M 型板
3L、3M、103L、103M 成形駒
4L、4M、104L、104M 型ホルダ
5、6、105、106 光学成形面
7、107 ランナー
8、108 ゲート
9、10、109、110 エジェクタピン
11、111 スプルーロック
21 テーパ面
22 外周平面部
23 レンズ取り付け基準面
C キャビティ

Claims (10)

  1. 樹脂により成形され、凹面の曲率半径が凸面の曲率半径よりも小さいメニスカス形状のレンズであって、
    前記レンズは、レンズ外周フランジ部を有し、
    前記レンズ外周フランジ部の前記レンズの凹面側の面は平面であり、
    前記レンズ外周フランジ部の前記レンズの凹面側に成形のためのゲートを有し、
    前記平面を第1平面とするとき、前記ゲートの凹面側の面と前記第1平面とが同一面上に形成されており、かつ、
    前記レンズ外周フランジ部の最外周面には、前記レンズの凹面側に向けて徐々に外径が大きくなる形状の勾配が設けられており、該勾配に連続した面であって、前記レンズの光軸に平行な第2平面が前記ゲート側に設けられていることを特徴とするレンズ。
  2. 前記第1平面は、光軸方向のレンズ取り付け基準面であることを特徴とする請求項1に記載のレンズ。
  3. 前記第2平面は、光軸に垂直な方向のレンズ取り付け基準面であることを特徴とする請求項1又は2に記載のレンズ。
  4. 前記勾配の前記レンズの光軸に対する角度は5°以上30°以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレンズ。
  5. 前記ゲート凹面側の面は、成形時のパーティングラインと同一面であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレンズ。
  6. 前記レンズは、外径が25mm以上であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のレンズ。
  7. 請求項1乃至のいずれか1項に記載のレンズを成形するための成形駒と、該成形駒を保持する駒ホルダーとを有することを特徴とする樹脂成形金型。
  8. 請求項1乃至のいずれか1項に記載のレンズを有することを特徴とする光学系。
  9. 凹面の曲率半径が凸面の曲率半径よりも小さいメニスカス形状のレンズであって、
    レンズ外周フランジ部を有し、前記レンズ外周フランジ部の前記レンズの凹面側の面が第1平面であり、かつ、
    前記レンズ外周フランジ部の最外周面には、前記レンズの凹面側に向けて徐々に外径が大きくなる形状の勾配が設けられており、該勾配に連続した面であって、前記レンズの光軸に平行な第2平面が前記勾配と前記第1平面との間に設けられるレンズを、金型を用いて樹脂を成形することにより製造するレンズ製造方法であって、
    前記レンズの凸面を成形するための形成面を有する第1金型と該凸面よりも曲率半径の小さいレンズの凹面を成形するための形成面を有する第2金型のいずれか一方を駆動して、前記第1金型と前記第2金型を当接させ、
    溶融樹脂をキャビティ内に射出し、
    前記溶融樹脂を固化させ、
    前記第1金型と前記第2金型を引き離すようにして移動させ、
    前記固化した樹脂を前記第1金型から外し、
    レンズ成形時のパーティングラインは、前記レンズの凹面を成形するための形成面側にあり、
    前記キャビティ内に溶融樹脂を射出するゲートの前記レンズの凹面側の面と、前記第1平面と、前記パーティングラインとが同一面上にあることを特徴とするレンズ製造方法。
  10. 樹脂を射出成形することによりレンズを製造するレンズ製造装置であって、
    前記樹脂を射出するゲートと、
    前記レンズの凸面を成形するための形成面を有する第1金型と、
    前記凸面よりも曲率半径の小さいレンズの凹面を成形するための形成面を有する第2金型と、
    前記第1金型から成形レンズを外す手段を有し、
    前記第1金型は、レンズの外周フランジ部を成形するキャビティの最外周面に、前記レンズの凸面を成形するための形成面に向かって外形が小さくなる勾配部と、該勾配部に連続した面であって、前記レンズの光軸に平行な第2平面部を前記ゲート側に有し、
    前記第2金型は、レンズの外周フランジ部を成形するキャビティ側に、第1平面部を有し、
    レンズ成形時のパーティングラインは、前記レンズの凹面を成形するための形成面側にあり、
    前記ゲートの前記レンズの凹面側の面と、前記第1平面部と、前記パーティングラインとが同一面上にあることを特徴とするレンズ製造装置。
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