JP5634615B2 - レンズ、及びレンズの成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ、及びレンズの成形方法に関する。

携帯電話やデジタルカメラに搭載される撮像部の光学系にはレンズが用いられている。携帯電話等の小型化や多機能化に伴い、小型のレンズの設計が進められている。

レンズは、保持枠や鏡筒に支持されて撮像部に搭載される際に、これら保持枠や鏡筒に機械的に支持されたり、光軸方向に隣接するレンズとの間隔を保つためのコバ部が光の屈折作用を持つ光学機能面の外周に設けられている。そして、これらのコバ部を含むレンズの外周部分の形状がレンズの偏芯や光軸間隔に影響を及ぼす。このため、レンズの成形では、光学機能面の形状だけでなく、光学機能面の外周部にあるコバ部を正確に形成することが要求される。

ここで、樹脂製のレンズを製造する方法としては、金型内に区画されたキャビティに溶融樹脂を射出して充填する射出成形や、樹脂を成形型で圧縮し、成形型に形成された成形面の形状にあわせて樹脂を成形する圧縮成形が知られている。

一般に、射出成形は、現在の樹脂レンズの主たる成形方法であり多数個取りの連続成形に適している。しかし、溶融樹脂を充填するので、レンズの肉厚を薄くすると、樹脂の流れが悪くなり充填不良や、成形圧低下による面精度の悪化が発生することがある。また溶融樹脂をゲートから流し込むため、ゲート付近に内部応力等の歪が発生し、結果としてレンズの光学的異方性（複屈折）が発生する場合がある。

一方、圧縮成形は、射出成形よりも大量生産適性では劣るものの、射出成形の欠点を補う特性がある。すなわち、圧縮成形は、軟化した樹脂の塊（プリフォーム）を金型で押しつぶす成形方法のため、樹脂の流れの影響を受けない、つまり、射出成形に比べて成形体の薄肉化に適している。更に射出成形のような樹脂の流れによる光学的異方性が発生しない。しかし、プリフォームを押しつぶすために、プリフォームの体積ばらつきの影響を吸収する部分が必要となる。レンズの場合、面精度とともに中心厚精度も重要なパラメータであり、結果としてプリフォームの体積ばらつきの吸収を外形部分で行うことになるので外形部分を含む外径方向の寸法精度を高めることが困難である。

光学機能面とレンズの外形を精度良く成形する方法としては、下記特許文献１に示すものがある。特許文献１には、光学素子を成形型で圧縮成形し、成形型を型開きせずに光学素子を保持したまま枠体を成形型の位置を基準に光学素子と結合させて成形する方法が記載されている。

特開２００７−２２９０５号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、圧縮成形された成形体と、後から射出成形で結合された枠体をなす成形体が連結部の厚みで結合されるため境界面の接触面積の確保が難しく、密着性の低下による剥離や欠損などの原因になる。特に、連結部の厚みが薄くなるほど樹脂の流れが悪くなり密着性が低下するのでレンズの薄型化に悪影響を及ぼす。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、圧縮成形と射出成形の成形体の境界面の結合を強化したレンズ、及びレンズの成形方法を提供することにある。

（１）光軸を有し、表裏で一対の光学機能面を有するレンズであって、前記一対の光学機能面を含む光学機能部と、前記光学機能部の外周に設けられたコバ部と、前記光学機能部と前記コバ部との間に、該光学機能部と該コバ部とを連結し、かつ、該コバ部よりも前記光軸方向の厚みの薄い連結部と、を備え、前記光学機能部、前記コバ部および前記連結部は、圧縮成形で形成され、前記光学機能部と前記連結部と前記コバ部の一部を含む第１成形部と、射出成形で形成され、前記コバ部の残りの一部をなす第２成形部と、を構成し、前記第１成形部と前記第２成形部の境界面の光軸方向の厚みが、前記連結部の前記光軸方向の最薄部の厚みよりも厚く、前記第１成形部の屈折率をｎ１とし、前記第２成形部の屈折率をｎ２とした場合、１＜ｎ１＜ｎ２であるレンズ。
（２）表裏で一対の光学機能面を有するレンズを成形型で成形する成形方法であって、前記成形型は、前記一対の光学機能面のうち一方を転写するための第１の転写面と、前記第１の転写面の周囲に形成された第１の外周転写面とを有する第１の型と、前記一対の光学機能面のうち他方を転写するための第２の転写面と、前記第２の転写面の周囲に形成された第２の外周転写面とを有する第２の型と、を備え、前記第２の転写面上に１よりも大きい屈折率ｎ１の圧縮成形材料を載置し、前記第２の型と前記第１の型とが近接するように両者を相対移動させて型を閉じながら、前記第１の転写面と前記第２の転写面の間で圧縮することによって、前記圧縮成形材料に前記一対の光学機能面を形成する圧縮成形工程と、その後、型を閉じた状態で、屈折率ｎ１よりも屈折率の高い屈折率ｎ２の射出成形材料を前記第１の外周転写面と前記第２の外周転写面との間に区画される外周転写キャビティに射出し、前記射出成形材料で前記一対の光学機能面の外周部分を形成する射出成形工程と、を含み、前記射出成形工程において、前記圧縮成形材料の少なくとも一部が前記圧縮成形工程によって前記外周転写キャビティにはみ出した状態で、前記外周転写キャビティに前記射出成形材料が充填されるレンズの成形方法。

本発明によれば、圧縮成形と射出成形の特長を生かしながら、圧縮成形材料と射出成形材料の樹脂の境界面の面積を大きくできるので密着性が高くなり、剥離や欠損を防止したレンズ、及びレンズの成形方法を提供できる。

本発明のレンズの断面図である。 図１のレンズを成形する成形型を示す模式的な断面図である。 図２の成形型を用いた成形手順において、レンズの圧縮成形を示す断面図である。 図２の成形型を用いた成形手順において、レンズの射出成形を示す断面図である。 図２の成形型を用いた成形手順において、レンズの離型を示す断面図ある。 レンズの一部を拡大して示す部分断面図である。 低屈折率である光学機能部から高屈折率であるコバ部へ光が進むときの、境界面における入射角と反射角との関係を示すグラフである。 高屈折率であるコバ部から低屈折率である光学機能部へ光が進むときの、境界面における入射角と反射角との関係を示すグラフである。 本発明のレンズの断面図である。 図９のレンズを成形する成形型を示す模式的な断面図である。 図１０の成形型において、レンズを成形するときの圧縮成形及び射出成形を行なっているときの状態を示す断面図である。 レンズの一部を拡大して示す部分断面図である。 本発明の成形方法による効果を比較によって説明するための例である。 図１３の要部を拡大して示す図である。

図１は、本発明のレンズの断面を示している。レンズ１は、光学機能部２と、光学機能部２の外周に一体に形成された連結部４と、連結部４の外周に一体に形成されたコバ部３とを有する。

光学機能部２は、表裏で一対の光学機能面２ａ，２ｂを有する。光学機能面２ａ，２ｂはいずれも凸面である。

連結部４は、光学機能部２の光軸方向の寸法である厚みより薄く形成されている。連結部４は、光軸方向から見たとき、光学機能部２を囲うように形成された環状の部位である。

コバ部３は、連結部４の厚みよりも厚く形成されている。また、コバ部３は、連結部４の外周部からレンズ１の外径側に向かって厚みが徐々に厚くなる部位を含む。コバ部３は、光軸方向から見たとき、光学機能部２及び連結部４を囲うように形成された環状の部位である。

また、コバ部３は、レンズ１を支持枠や鏡筒に組み付ける際に、相手部材に対して直接嵌め合わされる部位である。

レンズ１は、コバ部３の外周面の一部にゲート残り９が形成されている。このゲート残り９は、後述する射出成形工程において、成形材料を射出するゲート部に残った成形材料がレンズ１に残留することによって形成されている。ゲート残り９は、成形後にカットされる。図１では、ゲート残り９をレンズ１からカットする前の状態を示している。

レンズ１は、圧縮成形工程と、射出成形工程とを有する成形方法によって形成される。このため、レンズ１は、圧縮成形材料で形成された第１成形部と、射出成形材料で形成された第２成形部とからなる。なお、以下の説明では圧縮成形材料と射出成形材料とを総称して成形材料ともいう。以下の説明では、圧縮成形材料と射出成形材料はいずれも熱可塑性樹脂である。

図１において、第１成形部と第２成形部との境界面を点線Ｂで示し、以下では境界面Ｂとする。レンズ１は、第１成形部と第２成形部との境界面Ｂがコバ部３に含まれる。なお、第１成形部と第２成形部との境界面Ｂは、圧縮成形及び射出成形の条件によって変わり、境界面Ｂの形状や位置は発明の効果を得られる範囲を逸脱しない限りにおいて変更可能である。

第１成形部は、光学機能部２と、光学機能部２の一対の光学機能面２ａ，２ｂを含み、また、第１成形部は連結部４を含む部位である。第１成形部は、連結部４の外周部において連結部４よりも厚みが厚くなり、光軸方向に拡がってコバ部３にはみ出した部位６を含む。この部位６を膨張部６とする。膨張部６はコバ部の一部を構成する。

第２成形部は、レンズ１において境界面Ｂよりも外周側の部位に相当し、コバ部３の残りの一部を構成する部位である。

このレンズ１は、圧縮成形によって形成された第１成形部の連結部の最薄部の厚みＪＴ１よりも第２成形部との境界面Ｂを構成する膨張部の厚みＢｈ１が厚くなっているので（図６参照）、第１成形部と第２成形部の境界面である、境界面Ｂの表面積が大きくなり、第１成形部と第２成形部の接触面積が大きくできるため、境界面Ｂの剥離や欠損などの不具合が生じることを抑えている。

次に、図１に示すレンズ１を成形する成形型を説明する。以下の説明では、図１に示すレンズ１の構成を適宜参照するものとする。

図２は、図１のレンズを成形する成形型を示す模式的な断面を示している。成形型１０は、第１の型である上型２０と、第２の型である下型３０とを備えている。以下、第１の型と第２の型をそれぞれ上型２０と下型３０という。図２では、圧縮成形材料Ｍ１を下型３０に載置した状態を示している。

上型２０は、円柱形状のコア部２６と、コア部２６が相対移動可能に内挿され、コア部２６に対して相対移動可能に嵌め合わされた、略円筒形状の胴部２８とを有する。上型２０は、成形時には、コア部２６と胴部２８が互いに固定され、相対移動不能となる。

上型２０の下側の端面には、成形材料に所定のレンズ形状を転写するための転写面が設けられている。また、下型３０の上型側の端面には、成形材料に所定のレンズ形状を転写するための転写面が設けられている。

上型２０の転写面は、矢印ＵＳ１で示す範囲の面に相当する第１の転写面２２と、矢印ＵＳ２で示す範囲の面に相当する第１の外周転写面２４とを含む。同様に、下型３０の転写面は、矢印ＬＳ１で示す範囲の面に相当する第２の転写面３２と、矢印ＬＳ２で示す範囲の面に相当する第２の外周転写面３４とを含む。

上型２０において、第１の転写面２２は凹面を含み、この凹面がレンズ２の光学機能面２ａの形状を反転させた形状である。第１の転写面２２において、凹面の外周には連結部４の形状を転写する平坦な面が形成されている。この平坦な面は、成形されるレンズ２の光軸に対して略垂直である。

第１の外周転写面２４は、第１の転写面２２と連なる傾斜面２４ａを含む。第１の外周転写面２４は、レンズ２のコバ部３の形状を反転させた形状である。上型２０の転写面を平面視した状態で、第１の転写面２２は略正円形であり、また、第１の外周転写面２４及び傾斜面２４ａは、第１の転写面２２を囲うように環状に形成されている。

下型３０において、第２の転写面３２は凹面を含み、この凹面がレンズ２の光学機能面２ｂの形状を反転させた形状である。第２の転写面３２において、凹面の外周には連結部４の形状を転写する平坦な面が形成されている。

第２の外周転写面３４は、第２の転写面３２の平坦な面と連なる平坦な面である。第２の転写面３２及び第２の外周転写面３４の平坦な面は、成形されるレンズ２の光軸方向に対して略垂直である。

次に、レンズの成形方法を説明する。以下では、図１に示すレンズ１を図２に示す成形型を用いて成形する手順を説明する。

レンズ１の成形は、先に圧縮成形工程を行ない、その後、射出成形工程を行なう。圧縮成形工程に先立って、図２に示すように、下型３０の第２の転写面３２に圧縮成形材料Ｍ１を載置する。ここで、圧縮成形材料Ｍ１は、樹脂のプリフォームである。

図３は、図２の成形型を用いたレンズの圧縮成形の状態を示している。

圧縮成形工程では、先ず、図３（ａ）に示すように、下型３０と上型２０とが近接するように両者を相対移動させる。そして、第１の転写面２２と第２の転写面３２の間で、圧縮成形材料Ｍ１を圧縮する。圧縮成形材料Ｍ１に一対の光学機能面２ａ，２ｂの形状が転写される。

図３（ｂ）に示すように、下型３０と上型２０とを更に近接させることで、圧縮成形材料Ｍ１が押し広げられて、その一部が第１の外周転写面２４と第２の外周転写面３４との間に区画される外周転写キャビティ方向に広がる。

更に、図３（ｃ）に示すように、下型３０と上型２０とを更に型を閉じる方向に近接させると、圧縮成形材料Ｍ１の第１の外周転写面２４と第２の外周転写面３４との間に区画される外周転写キャビティにはみ出した部分は、圧縮圧から開放されるので外周転写キャビティ内で膨張し、金型が閉じる方向に近接しても第１の転写面２２と第２の転写面３２の間で厚みが変わらない状態で残る。一方、連結部は金型の閉じる動作によって光軸方向の厚みが薄くなるため、結果として、連結部の光軸方向の厚みよりも外周転写キャビティ内にはみ出した部分の光軸方向の厚みのほうが厚くなる。第１の外周転写面２４と第２の外周転写面３４との間に区画される外周転写キャビティにはみ出した部分が、成形されるレンズ１の膨張部６を構成する部位に相当する。なお、膨張部６の形状は、圧縮成形工程の圧縮量や、圧縮速度や、供給する圧縮成形材料Ｍ１の体積により変化する。

こうして、下型３０と上型２０とが型を閉じた状態となることで、圧縮成形工程が完了する。

続いて、射出成形工程を行なう。

図４は、レンズの射出成形を示している。

図４（ａ）に示すように、射出成形工程は、下型３０と上型２０とが閉した状態で行なわれる。成形型１０の射出ゲートから射出成形材料Ｍ２を、第１の外周転写面２４と第２の外周転写面３４との間に区画される外周転写キャビティに射出する。この外周転写キャビティは、圧縮されている圧縮成形材料Ｍ１の外周を囲うように環状に形成されている。

射出成形材料Ｍ２は、圧縮成形工程において型が閉じた後で金型（成形型）の外周転写キャビティに射出される。この時、圧縮成形材料Ｍ１がガラス転移温度以下になる前に射出すると、圧縮成形部と射出成形部の境界面をより強く結合することができる。
また好ましくは圧縮成形材料Ｍ１と射出成形材料Ｍ２の相溶性が良い組合せほど境界面の密着性が向上する。

図４（ｂ）に示すように、射出された射出成形材料Ｍ２は、この外周転写キャビティを通じて圧縮成形材料Ｍ１の外周に行き渡り、圧縮成形材料Ｍ１と結合される。
射出成形材料Ｍ２の射出に伴い、外周転写キャビティ内の空気や樹脂から発生したガスなどの気体は第１の転写面２２と第１の転写面２２に連なる傾斜面２４ａの境界にある型割り溝４０により金型の外に排出される。そして圧縮成形部の外周部が外周転写キャビティにはみ出しているため第１成形部と第２成形部の境界面付近にガスが閉じ込められてしまうことが防止される。

射出成形後、成形型１０の型を閉じたままの状態で冷却し、圧縮成形材料Ｍ１及び射出成形材料Ｍ２を十分に硬化させる。

図５は、レンズの離型を示している。

図５に示すように、離型の際には、上型２０を下型３０から離間させ、上型２０のコア部２６を胴部２８に対して光軸方向に相対移動させる。こうすることで、胴部２８における転写面から、成形されたレンズ１のコバ部３が胴部２８の転写面から剥離される。続いて、コア部２６の転写面からレンズ１を剥離させる。こうして、成形されたレンズ１を得ることができる。

上述した成形方法によれば、図６に示すように圧縮成形部からはみ出した部分の境界面Bの光軸方向の厚みＢｈ１を連結部４の最薄部の厚みＪＴ１よりも厚くしたので圧縮成形材料Ｍ１及び射出成形材料Ｍ２の境界面の面積を大きくできるため第１成形部と第２成形部を高い強度で結合させることができ、剥離や欠損などの不具合が生じることを抑えられる。したがって、圧縮成形と射出成形のそれぞれの利点を生かしつつ、高い精度で光学性能が良好なレンズを得ることができる。

次に、上述の成形方法によって得られるレンズ１の形状について、説明する。

図６は、レンズ１の一部を拡大して示している。

レンズ１は凸レンズであり、レンズの光軸方向の厚みの最薄肉部の厚みをＴ１としたとき、連結部４の光軸方向の寸法に相当する最薄部の厚みＪＴ１がレンズの光軸方向の厚みの最薄肉部の厚みＴ１と一致するのでレンズの光軸方向の厚みの最薄肉部の厚みＴ１は第一成形部に含まれる。
このとき、レンズの光軸方向の厚みの最薄肉部の厚みＴ１が０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下である場合に、圧縮成形と射出成形を行なうことによる効果がより顕著であり、Ｔ１が０．１ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下のときにより一層顕著である。Ｔ１の値が０．１より小さくなると、金型から成型品を離型する際にクラックが発生し歩留りが悪化する。逆にＴ１が上限を超えた場合はレンズ全体を射出成形でも成形可能な厚みになるので第１成形部を圧縮成形で形成するメリットが低くなる。

次に、第１成形部と第２成形部との境界面における、入射角と反射率との関係を説明する。図７は、低屈折率の第１成形部から高屈折率の第２成形部へ光が進むときの、境界面における入射角と反射率との関係を示すグラフである。図８は、高屈折率の第２成形部から低屈折率の第１成形部へ光が進むときの、境界面における入射角と反射率との関係を示すグラフである。反射率Ｐは、入射光の偏光Ｐ成分の反射率を示し、反射率Ｓは、入射光の偏光Ｓ成分の反射率を示す。また、入射角は、スネルの法則により境界面Ｂの法線に対する光の入射角度をいう。

なお、ここでは、低屈折率部分がアクリル相当の屈折率1.492であり、高屈折率部分をポリカーボネート相当の屈折率1.59とした。

図７に示すように低屈折率の領域から高屈折率の領域に光が進むときには、入射角が大きくなるほど反射率が比例的に増大することがわかる。一方、図８に示すように、高屈折率の領域から低屈折率の領域に光が進むときには、ある入射角度において反射率が急激に増大して１００％近くに到達し、それ以上の角度では全反射する臨界角が存在する。

このため、第１成形部の屈折率をｎ１、第２成形部の屈折率をｎ２としたとき、１＜ｎ１＜ｎ２であることが好ましい。このようにコバ部側の第２成形部の屈折率を高くすると、光学機能部２側からコバ部３へ進む光は境界面Ｂで入射角に依存した反射率の変化の影響は受けるが透過可能である。一方で、コバ部３に進入した光が、コバ部３で内面反射や拡散の影響を受けた後、光学機能部２に戻ろうとする場合、その光線は境界面Ｂに対してランダムな入射角を持つ。このとき、スネルの法則により境界面Ｂの法線に対する入射角が臨界角以上の場合、全反射されるので、コバ部側の第２成形部から光学機能部２の第１成形部に戻る光線が制限されることになる。この結果、コバ部３から光学機能部２への戻り光が制限されるので内面反射によるフレアーを低減する効果が得られる。この効果は、光学機能部２の屈折率に対してコバ部３の屈折率が高いほど効果がある。逆に、第１成形部の屈折率ｎ１の方が第２成形部の屈折率ｎ２より大きいと、第１成形部から第２成形部に向かう光線は境界面Ｂの法線に対する入射角に応じて全反射を起こして迷光となるので好ましくない。
このように、コバ部３から光学機能部２への戻り光を制限するためには、第２成形部の射出成形材料が光透過性を有することが必要であり、光透過性を低くすることで臨界角以下の戻り光の光量も減衰することができる。光透過性は、厚み1ｍｍあたり３０％以上１００％未満の内部透過率を有すことが好ましく、下限を超えると、光量減衰作用よりも境界面Ｂが反射面としての作用する影響が強くなるのでフレアーが増大する可能性が高くなる。

次に、本発明のレンズの別の形状について説明する。

図９は、本発明のレンズの別の形状の例を示している。レンズ１００は、光学機能部１０２と、光学機能部１０２の外周に一体に形成された連結部１０４と、連結部１０４の外周に一体に形成されたコバ部１０３とを有する。

光学機能部１０２は、表裏で一対の光学機能面１０２ａ，１０２ｂを有する。光学機能面１０２ａは凹面であり、光学機能面１０２ｂは凸面である。

連結部１０４の厚みは、光学機能部１０２の厚みより厚く形成されている。連結部１０４は、光軸方向に見たとき、光学機能部２を囲うように形成された環状の部位である。

コバ部１０３は、連結部１０４の外周部に段差を有しており、この段差によってコバ部１０３の厚みが連結部１０４の厚みよりも厚くなっている。この段差は、その段差面が光軸に対して傾斜するように（例えば光軸に対して約４５度）形成されている。コバ部１０３は、光軸方向に見たとき、光学機能部１０２及び連結部１０４を囲うように形成された環状の部位である。

また、コバ部１０３は、レンズ１００を支持枠や鏡筒に組み付ける際に、相手部材に対して直接嵌め合わされる部位である。

レンズ１００は、コバ部１０３の外周面の一部にゲート残り１０９が形成されている。このゲート残り１０９は、後述する射出成形工程において、成形材料を射出するゲート部に残った成形材料がレンズ１００に残留することによって形成されている。ゲート残り１０９は、成形後にカットされる。図９では、ゲート残り１０９をレンズ１００からカットする前の状態を示している。

レンズ１００は、圧縮成形工程と、射出成形工程とを有する成形方法によって形成される。このため、レンズ１００は、圧縮成形材料で形成された第１成形部と、射出成形材料で形成された第２成形部とを含む。なお、以下の説明では圧縮成形材料と射出成形材料とを総称して成形材料ともいう。以下の説明では、圧縮成形材料と射出成形材料はいずれも熱可塑性樹脂である。

図９において、第１成形部と第２成形部との境界面を点線Ｂで示し、以下では境界面Ｂとする。なお、第１成形部と第２成形部との境界面Ｂは、圧縮成形及び射出成形の条件によって変わり、境界面Ｂの形状や位置は発明の効果を得られる範囲を逸脱しない限りにおいて変更可能である。

レンズ１００は、光学機能部１０２の光学機能面１０２ａ側の有効径をＤ１とし、光学機能面１０２ｂ側の有効径をＤ２とする。

第１成形部は、光学機能部１０２と、光学機能部１０２の一対の光学機能面１０２ａ，１０２ｂの有効径Ｄ１，Ｄ２を含み、また、第１成形部は連結部１０４を含む部位である。第１成形部は、連結部１０４よりも外周側に、連結部１０４よりも厚みが厚くなり、光軸方向に拡がる部位１０６を含む。この部位１０６を膨張部１０６とする。前記膨張部１０６は、コバ部１０３の一部を構成する。

第２成形部は、レンズ１００において境界面Ｂよりも外周側の部位に相当し、コバ部１０３の少なくとも一部を構成する部位である。

レンズ１００は、光学機能部１０２の中心部が最も厚みが薄い形状である。

このレンズ１００は、圧縮成形によって形成された第１成形部に膨張部１０６が含まれているので、第１成形部と第２成形部との境界面Ｂにおいて微小な隙間が発生することを抑え、境界面Ｂの剥離や欠損などの不具合が生じることを抑えている。

次に、図９に示すレンズ１００を成形する成形型を説明する。

図１０は、図９のレンズを成形する成形型を示す模式的な断面を示している。成形型１０は、第１の型である上型１２０と、第２の型である下型１３０とを備えている。以下、第１の型と第２の型をそれぞれ上型１２０と下型１３０という。図１０では、圧縮成形材料Ｍ１を下型１３０に載置した状態を示している。

上型１２０は、円柱形状のコア部１２６と、コア部１２６が相対移動可能に内挿され、コア部１２６に対して相対移動可能に嵌め合わされた、略円筒形状の胴部１２８とを有する。上型１２０は、成形時には、コア部１２６と胴部１２８が互いに固定され、相対移動不能となる。

上型１２０の下側の端面には、成形材料に所定のレンズ形状を転写するための転写面が設けられている。また、下型１３０の上型の端面には、成形材料に所定のレンズ形状を転写するための転写面が設けられている。

上型１２０の転写面は、矢印ＵＳ１で示す範囲の面に相当する第１の転写面１２２と、矢印ＵＳ２で示す範囲の面に相当する第１の外周転写面１２４とを含む。同様に、下型１３０の転写面は、矢印ＬＳ１で示す範囲の面に相当する第２の転写面１３２と、矢印ＬＳ２で示す範囲の面に相当する第２の外周転写面１３４とを含む。

上型１２０において、第１の転写面１２２は凸面を含み、この凸面がレンズ１０２の光学機能面１０２ａの形状を反転させた形状である。第１の転写面１２２において、凸面の外周には連結部１０４の形状を転写する平坦な面が形成されている。この平坦な面は、成形されるレンズ１０２の光軸方向に対して略垂直である。

第１の外周転写面１２４は、第１の転写面１２２と連なる段差１２４ａを含む。段差１２４ａは、光軸に対して傾斜するように（例えば光軸に対して約４５度）形成されている。第１の外周転写面１２４は、レンズ１０２のコバ部１０３の形状を反転させた形状である。上型１２０の転写面を平面視した状態で、第１の転写面１２２は略正円形であり、また、第１の外周転写面１２４は、第１の転写面１２２を囲うように環状に形成されている。

下型１３０において、第２の転写面１３２は凹面を含み、この凹面がレンズ１０２の光学機能面１０２ｂの形状を反転させた形状である。第２の転写面１３２において、凹面の外周には連結部１０４の形状を転写する平坦な面が形成されている。

第２の外周転写面１３４は、第２の転写面１３２の平坦な面と連なる平坦な面である。第２の転写面１３２及び第２の外周転写面１３４の平坦な面は、成形されるレンズ１０２の光軸方向に対して略垂直である。

次に、レンズの成形方法を説明する。以下では、図９に示すレンズ１００を図１０に示す成形型１０を用いて成形する手順を説明する。

図１１は、レンズの圧縮成形及び射出成形の状態を示している。

圧縮成形工程では、先ず、図１１（ａ）に示すように、下型１３０と上型１２０とが近接するように両者を相対移動させる。そして、第１の転写面１２２と第２の転写面１３２の間で、圧縮成形材料Ｍ１を圧縮する。圧縮成形材料Ｍ１に一対の光学機能面１０２ａ，１０２ｂの形状が転写される。

続いて、下型１３０と上型１２０とを更に近接させることで、圧縮成形材料Ｍ１が押し広げられて、その一部が第１の外周転写面１２４と第２の外周転写面１３４との隙間に入る。そして、更に、下型１３０と上型１２０とを型が閉じる方向に近接させると、圧縮成形材料Ｍ１の第１の外周転写面１２４と第２の外周転写面１３４との間に区画される外周転写キャビティにはみ出した部分は、圧縮圧から開放されるため隙間で膨張し、金型が閉じる方向に近接しても第１の転写面１２２と第２の転写面１３２の間で厚みが変わらない状態で残る。一方、連結部は、金型の閉じる動作によって光軸方向の厚みが薄くなるため、結果として、連結部の光軸方向の厚みよりも外周転写キャビティにはみ出した部分の光軸方向の厚みのほうが厚くなる。はみ出した外周転写面１２４と第２の外周転写面１３４との隙間にはみ出した部分が、成形されるレンズ１００の膨張部１０６を構成する部位に相当する。なお、膨張部１０６の形状は、圧縮成形工程における圧縮量や、圧縮速度や、供給する圧縮成形材料Ｍ１の体積により変化する。こうして、下型１３０と上型１２０とが型を閉じた状態となることで、圧縮成形工程が完了する。

続いて、射出成形工程を行なう。

図１１（ｂ）に示すように、射出成形工程は、下型１３０と上型１２０とを閉じた状態で行なわれる。成形型１０の射出ゲートから射出成形材料Ｍ２を、第１の外周転写面１２４と第２の外周転写面１３４との間に区画される外周転写キャビティに射出する。この外周転写キャビティは、圧縮されている圧縮成形材料Ｍ１の外周を囲うように環状に形成されている。射出成形材料Ｍ２は、圧縮成形工程において型を閉じた後、圧縮成形材料Ｍ１がガラス転移温度以下になる前に射出される。

図１１（ｃ）に示すように、射出された射出成形材料Ｍ２は、この外周転写キャビティを通じて圧縮成形材料Ｍ１の外周に行き渡り、圧縮成形材料Ｍ１と結合される。このとき、圧縮精機材料Ｍ１にかかる圧縮力と、射出成形材料Ｍ２の射出力とによって、圧縮成形材料Ｍ１と射出成形材料Ｍ２とが両者の境界面において強く結合する。
射出成形材料Ｍ２の射出に伴い、外周転写キャビティ内の空気や樹脂から発生したガスなどの気体は第１の転写面１２２と第１の転写面１２２に連なる傾斜面１２４ａの境界にある型割り溝１４０（ガス抜き溝）により金型の外に排出される。そして圧縮成形部の外周部が外周転写キャビティにはみ出しているため第１成形部と第２成形部の境界面付近にガスが閉じ込められてしまうことが防止される。レンズ成形型内にガスが残存してしまうと、レンズ形状が不均一となり、成形性が低下するとともに、成形時のガス焼けによりレンズ表面の光沢性の低下を招く可能性が有り、それらの観点から、外周転写キャビティ部にガス抜き穴やガス抜き溝を設けることが好ましい。また、副次的な効果ではあるが、ガス抜き穴やガス抜き溝を設けることにより、ガス抜き穴やガス抜き溝から脱気し得ることから、レンズ成型金型内における圧力の過度の上昇による樹脂の逆流を防止することが可能となる。更に、副次的な効果ではあるが、ガス抜き穴やガス抜き溝を設けることにより、成型されたレンズとレンズ成型型との過度の密着を防止し、レンズ成型金型から成型されたレンズを取り出すことが容易となる。
或いは、上述したようなガス抜き穴やガス抜き溝に替えて、レンズ成形型金型のコア部と胴部の隙間をガス抜き穴やガス抜き溝に相当する構造とすることも可能である。このようにレンズ成形型金型のコア部と胴部の隙間をガス抜き穴やガス抜き溝に相当する構造とすることにより、レンズ成形型に穴や溝などの新たな構造を設けることなくガス抜きが可能となり、レンズ成形型をより単純な構造とすることができる。レンズ成形型の構造が単純となると、レンズ成形型の製造コストが安価となる観点から好ましい。

射出成形後、成形型１０を型を閉じたままの状態で冷却し、圧縮成形材料Ｍ１及び射出成形材料Ｍ２を十分に硬化させる。離型の際には、上型１２０を下型１３０から離間させ、上型１２０のコア部１２６を胴部１２８に対して軸方向に相対移動させる。こうすることで、胴部１２８における転写面から、成形されたレンズ１００のコバ部１０３が胴部１２８の転写面から剥離される。続いて、コア部１２６の転写面からレンズ１００を剥離させる。こうして、成形されたレンズ１００を得ることができる。

上述した成形方法によれば、第１成形部の圧縮成形材料Ｍ１と第２成形部の射出成形材料Ｍ２の境界面Ｂは、連結部１０４の光軸方向の最薄部の厚みＪＴ２よりも大きい境界面の高さＢｈ２を持つことになり接触面積が増大するので境界面の強度を向上することができるので剥離や欠損などの不具合が生じることを抑えられる。したがって、圧縮成形と射出成形の利点を生かしつつ、高い精度で光学性能が良好なレンズを得ることができる。

次に、上述の成形方法によって得られるレンズ１００の形状について、説明する。

図１２は、レンズ１００の一部を拡大して示している。

レンズ１００は凹レンズであり、レンズの光軸方向の厚みの最薄肉部の厚みＴ２は光軸上の中心厚となるのでＴ２は第１成形部に含まれる。このとき、最薄肉部の厚みＴ２が０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である場合に、圧縮成形と射出成形を行なうことによる効果がより顕著であり、Ｔ２が０．１ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下のときより一層顕著である。Ｔ２の下限を切ると金型から成型品を離型する際にクラックが発生しやすくなるので歩留りが悪化する。逆にＴ２が上限を超えた場合は射出成形でも成形可能な厚みになるので第１成形部を圧縮成形で形成するメリットが低くなる。

本発明のレンズの光学機能部の形状は適宜変更可能である。光学機能部の一対の光学機能面のうち一方又は両方の面が凹面であっても良く、一対の光学機能面のうち一方又は両面が凸面であっても良い。

次に、本発明の成形方法の効果を、比較となる構成例を用いて説明する。図１３は、本発明の成形方法による効果を比較によって説明するための構成例を示している。図１４は、図１３において境界面を含む要部を拡大して示す図である。

圧縮成形材料Ｍ１と、射出成形材料Ｍ２との境界面Ｂが、第１の転写面２２と第２の転写面３２の間にある場合には、境界面Ｂにおいて樹脂と成形型との間に隙間が生じる。この隙間は、圧縮成形後に、射出成形材料Ｍ２を射出するときに、圧縮されている圧縮成形材料Ｍ１と第１の転写面２２及び第２の転写面３２で形成される空間が微小となるため、この微小な空間に射出成形材料Ｍ２が十分に充填されず、射出成形材料Ｍ２と圧縮成形材料Ｍ１との結合が妨げられるために発生する、このような隙間は、成形されたレンズ１００の境界面の剥離や欠損といった欠陥の原因となり密着性が低下する。

本発明では、第１成形部の圧縮成形材料Ｍ１と第２成形部の射出成形材料Ｍ２の境界面Ｂは、連結部の光軸方向の最薄部の厚みよりも大きい境界面の高さを有することになり、第１成形部の圧縮成形材料Ｍ１と第２成形部の射出成形材料Ｍ２の接触面積が増大することから、境界面の結合の強度を向上することができる。加えて、圧縮成形材料Ｍ１と、射出成形材料Ｍ２との境界面Ｂが、第１の転写面２２と第２の転写面３２の間の圧縮成形部よりも外側の位置であって、射出成形工程の外周転写キャビティ内に位置する。このため、圧縮成形材料Ｍ１と第１の転写面２２及び第２の転写面３２のそれぞれとの接触部分に微小な空間が形成されない。さらに、圧縮成形材料Ｍ１の圧縮成形部よりも外側の部分は、圧縮力を受けないためレンズ中央部から外径方向に膨らんだ形状となる。そして、射出された射出成形材料Ｍ２が圧縮されている圧縮成形材料Ｍ１と強く結合する。これにより、高い強度の結合を得られるとともに、高い精度で成形されたレンズを得ることができる。

なお、ここでは、図１に示す両凸面のレンズの成形を例に説明しているが、図９に示す上側凹面のレンズやその成形においても同様の効果を得ることができる。

本明細書は次の事項を開示する。
（１）光軸を有し、表裏で一対の光学機能面を有するレンズであって、一対の光学機能面を含む光学機能部と、光学機能部の外周に設けられたコバ部と、光学機能部とコバ部との間に、光学機能部とコバ部とを連結し、かつ、コバ部よりも光軸方向の厚みの薄い連結部と、を備え、光学機能部、コバ部および連結部は、圧縮成形で形成され、光学機能部と連結部とコバ部の一部を含む第１成形部と、射出成形で形成され、コバ部の残りの一部をなす第２成形部と、を構成し、第１成形部と第２成形部の境界面の光軸方向の厚みが、連結部の光軸方向の最薄部の厚みよりも厚いレンズ。

（２）（１）に記載のレンズであって、
レンズの光軸方向の寸法をレンズの厚みとした場合、レンズの厚みの最薄部が第１成形部に含まれるレンズ。
（３）（２）に記載のレンズであって、
レンズの光軸方向の寸法を厚みとしたとき最薄部の厚みが０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であるレンズ。
（４）（１）から（３）のいずれか１つに記載のレンズであって、
第１成形部の屈折率をｎ１とし、第２成形部の屈折率をｎ２としたとき、１＜ｎ１＜ｎ２であるレンズ。
（５）（１）から（４）のいずれか１つに記載のレンズであって、
第２成形部は、厚み１ｍｍあたり３０％以上の内部透過率を有する材料からなるレンズ。
（６）（１）から（５）のいずれか１つに記載のレンズであって、
一対の光学機能面のうち一方の面又は両方の面が凹面であるレンズ。
（７）（１）から（５）のいずれか１つに記載のレンズであって、
一対の光学機能面の一方の面又は両面の面が凸面であるレンズ。
（８）表裏で一対の光学機能面を有するレンズを成形型で成形する成形方法であって、
成形型は、一対の光学機能面のうち一方を転写するための第１の転写面と、第１の転写面の周囲に形成された第１の外周転写面とを有する第１の型と、
一対の光学機能面のうち他方を転写するための第２の転写面と、第２の転写面の周囲に形成された第２の外周転写面とを有する第２の型を備え、
第２の転写面上に圧縮成形材料を載置し、第２の型と第１の型とが近接するように両者を相対移動させて型を閉じながら、第１の転写面と第２の転写面の間で圧縮することによって、圧縮成形材料に一対の光学機能面を形成する圧縮成形工程と、
その後、型を閉じた状態で、射出成形材料を第１の外周転写面と第２の外周転写面との間に区画される外周転写キャビティに射出し、射出成形材料に一対の光学機能面の外周部分を形成する射出成形工程を有し、
射出成形工程において、圧縮成形材料の少なくとも一部が圧縮力によって外周転写キャビティにはみ出した状態で、外周転写キャビティに射出成形材料が充填されるレンズの成形方法。
（９）（８）に記載のレンズの成形方法であって、
レンズの光軸方向の寸法をレンズの厚みとしたとき、レンズの厚みの最も薄い部分が圧縮成形工程において第１の転写面と第２の転写面との間で成形されるレンズの成形方法。
（１０）（８）又は（９）に記載のレンズの成形方法であって、
圧縮成形材料は熱可塑性樹脂であるレンズの成形方法。
（１１）（１）のレンズを成形する金型において、外周転写キャビティ部にガス抜き穴もしくはガス抜き溝を有するレンズ成形型。
（１２）（１１）の金型の外周転写キャビティ部に設けたガス抜き溝は、金型のコア部と胴部の隙間であるレンズ成形型。

１、１００ レンズ
２、１０２ 光学機能部
４、１０４ 連結部
３、１０３ コバ部
６、１０６ 膨張部
１０ 成形型
２０、１２０ 上型
３０、１３０ 下型
４０、１４０ 型割り溝
Ｍ１ 圧縮成形材料
Ｍ２ 射出成形材料

Claims (11)

1. 光軸を有し、表裏で一対の光学機能面を有するレンズであって、
   前記一対の光学機能面を含む光学機能部と、
   前記光学機能部の外周に設けられたコバ部と、
   前記光学機能部と前記コバ部との間に、該光学機能部と該コバ部とを連結し、かつ、該コバ部よりも前記光軸方向の厚みの薄い連結部と、を備え、
   前記光学機能部、前記コバ部および前記連結部は、
   圧縮成形で形成され、前記光学機能部と前記連結部と前記コバ部の一部を含む第１成形部と、
   射出成形で形成され、前記コバ部の残りの一部をなす第２成形部と、
   を構成し、
   前記第１成形部と前記第２成形部の境界面の光軸方向の厚みが、前記連結部の前記光軸方向の最薄部の厚みよりも厚く、
   前記第１成形部の屈折率をｎ１とし、前記第２成形部の屈折率をｎ２とした場合、１＜ｎ１＜ｎ２であるレンズ。
2. 請求項１に記載のレンズであって、
   前記レンズの光軸方向の寸法を該レンズの厚みとした場合、該レンズの厚みの最薄部の厚みが前記第１成形部に含まれるレンズ。
3. 請求項２に記載のレンズであって、
   前記最薄部の厚みが０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であるレンズ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズであって、
   前記第２成形部は、厚み１ｍｍあたり３０％以上の内部透過率を有する材料からなるレンズ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のレンズであって、
   前記一対の光学機能面のうち一方の面又は両方の面が凹面であるレンズ。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載のレンズであって、
   前記一対の光学機能面の一方の面又は両面の面が凸面であるレンズ。
7. 表裏で一対の光学機能面を有するレンズを成形型で成形する成形方法であって、
   前記成形型は、前記一対の光学機能面のうち一方を転写するための第１の転写面と、前記第１の転写面の周囲に形成された第１の外周転写面とを有する第１の型と、
   前記一対の光学機能面のうち他方を転写するための第２の転写面と、前記第２の転写面の周囲に形成された第２の外周転写面とを有する第２の型と、を備え、
   前記第２の転写面上に１よりも大きい屈折率ｎ１の圧縮成形材料を載置し、前記第２の型と前記第１の型とが近接するように両者を相対移動させて型を閉じながら、前記第１の転写面と前記第２の転写面の間で圧縮することによって、前記圧縮成形材料に前記一対の光学機能面を形成する圧縮成形工程と、
   その後、型を閉じた状態で、屈折率ｎ１よりも屈折率の高い屈折率ｎ２の射出成形材料を前記第１の外周転写面と前記第２の外周転写面との間に区画される外周転写キャビティに射出し、前記射出成形材料で前記一対の光学機能面の外周部分を形成する射出成形工程と、を含み、
   前記射出成形工程において、前記圧縮成形材料の少なくとも一部が前記圧縮成形工程によって前記外周転写キャビティにはみ出した状態で、前記外周転写キャビティに前記射出成形材料が充填されるレンズの成形方法。
8. 請求項７に記載のレンズの成形方法であって、
   前記レンズの光軸方向の寸法を該レンズの厚みとしたとき、該レンズの厚みの最も薄い部分が前記圧縮成形工程において前記第１の転写面と前記第２の転写面との間で成形されるレンズの成形方法。
9. 請求項７又は８に記載のレンズの成形方法であって、
   前記圧縮成形材料は熱可塑性樹脂であるレンズの成形方法。
10. 請求項１に記載のレンズを成形するためのレンズ成形型において、外周転写キャビティ部にガス抜き穴、または、ガス抜き溝を有するレンズ成形型。
11. 請求項１０に記載のレンズ成形型であって、前記レンズ成形型は上型と下型とを備え、前記上型は、円柱形状のコア部と、コア部が相対移動可能に内挿され、コア部に対して相対移動可能に嵌め合わされた、略円筒形状の胴部とを有し、前記ガス抜き穴、または、前記ガス抜き溝は、前記コア部と前記胴部の隙間であるレンズ成形型。

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