JP5699247B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子の製造方法に関する。

近年、携帯電話やデジタルカメラ等の機器は年々、小型薄型化しており、このような機器に搭載される撮像部の光学系もまた、小型薄型化している。このため、光学系を構成するレンズを製品に組み込む際、レンズの外周に設けられる枠体となるコバ部をレンズと一体成形し、このコバ部を基準にしてレンズを製品に組み込むことが提案されている。このようにコバ部とレンズを一体成形することで、レンズ鏡筒への組み立て工程や、レンズの光軸調整を簡単化できる。

特許文献１には、ガラスのプリフォームを圧縮成形し、硬化してレンズ部を成形した後、このレンズ部の外周にコバ部を射出成形により一体成形する製造方法が記載されている。

特開２００７−２２９０５号公報

光学系の小型化に伴い、ガラスではなく、設計自由度の高いプラスチック製のレンズを製造することが多くなってきており、さらに、撮像部による撮影画像の高解像度化が求められている。このような、高解像化に対応するには、光学系の光学設計と共に、プラスチック製のレンズそのものの高精度化が求められる。

上記特許文献１によれば、設計自由度の高いプラスチック製のレンズを用いてもよいことが記載されている。しかし、一般に、ガラスに比べてプラスチックは、硬化時における収縮率が大きいため、特許文献１に開示されている方法でコバ部を一体成形すると、レンズの光学面の面精度が悪い。

そこで本発明は、プラスチック製のレンズにコバ部が一体成形された光学素子において、光学面の面精度のよいレンズを備える光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

一対の成形型を用いた成形加工によって、プラスチック製のレンズ部を含む光学素子を得る光学素子の製造方法であって、上記一対の成形型の型閉時に形成されるキャビティが、圧縮成形用空間と、上記圧縮成形用空間の外周縁に接続される環状の射出成形用空間とを有し、上記成形型の上記圧縮成形用空間に圧縮成形材料を投入し、上記圧縮成形材料のガラス転移温度以上の雰囲気で型閉じして上記成形型の転写面を上記圧縮成形材料に転写する圧縮成形工程と、上記成形型の型閉じ状態で、上記射出成形用空間に射出成形材料を射出し、圧縮成形された上記圧縮成形材料の外周縁に射出成形部を形成する射出成形工程と、を含み、上記射出成形工程は、上記圧縮成形材料がガラス転移温度より低い温度になる前に、上記射出成形材料の射出を開始する光学素子の製造方法。

本発明によれば、圧縮成形されたレンズ部に対して、コバ部を射出成形によって一体成形する際に、この射出成形により生じる射出圧力を利用して、レンズ部の光学面の面精度の悪化を防ぐことができ、高品質な光学素子を安定して製造できる。

本発明の実施形態を説明するための図で、光学素子を成形する一対の成形型の模式的な断面図である。 図１の一対の成形型の型閉じ状態を示す断面図である。 圧縮成形工程と射出成形工程を示す図である。 図３で成形された光学素子の断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態を説明するための図で、光学素子５９（図４参照）を成形する一対の上型１３と下型１５の模式的な断面図である。

成形用金型１１は、一対の上型１３と下型１５を備え、これらを用いた成形加工によって、プラスチック製のレンズ部５１を含む光学素子５９を得るための金型である。図１に示す状態は、圧縮成形材料Ｍ１を下型１５に載置した状態である。圧縮成形材料Ｍ１は、熱可塑性樹脂からなる略楕円体形状のプリフォームである。

なお、プリフォームの形状は、これに限られない。例えば、円柱形状でもよく、略球形形状でもよい。

上型１３は、円柱形状のコア部１７と、コア部１７が内挿され、コア部１７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１９とを有する。胴部１９は、一部が欠けた状態になっている。詳細には、胴部１９には、後述する熱可塑性の射出成形材料Ｍ２を供給するための射出ゲート５５が形成されている。また、上型１３（コア部１７）と下型１５には、それぞれ圧縮成形材料Ｍ１から光学素子５９を成形するための上型転写面２１及び下型転写面２３が形成されている。

上型転写面２１は、円周状の境界部Ｓ１より内周側の範囲となるレンズ転写面２１ａと、円周状の境界部Ｓ２より内周側であって、境界部Ｓ１より外周側の範囲となるフランジ転写面２１ｂと、円周状の境界部Ｓ２よりも外周側の範囲となるコバ転写面２１ｃを有する。

レンズ転写面２１ａは、レンズ部５１の光学面を形成するための面である。フランジ転写面２１ｂは、フランジ部５３のフランジ面を形成するための面である。コバ転写面２１ｃは、コバ部５７のコバ面を形成するための面である。

下型転写面２３は、円周状の境界部Ｓ１より内周側の範囲となるレンズ転写面２３ａと、境界部Ｓ１より外周側の範囲となる転写面２３ｂを有する。

レンズ転写面２３ａは、レンズ部５１の光学面を形成するための面である。転写面２３ｂは、フランジ部５３のフランジ面と、コバ部５７のコバ面の両方を形成するための面である。

なお、所望する光学素子５９に応じ、コバ転写面２１ｃのように、転写面２３ｂに段差を設けて、下型１５側のフランジ面とコバ面の高さが異なるように形成してもよい。

また、所望する光学素子５９に応じ、転写面２３ｂのように、コバ転写面２１ｃに段差を設けずに、フランジ転写面２１ｂとコバ転写面２１ｃが一続きの平坦な面になるようにしてもよい。

図２は、上型１３と下型１５の型閉じ状態を示す断面図である。

型閉じ状態の上型１３と下型１５において、互いに対向して配置される上型転写面２１と下型転写面２３との間には、光学素子５９を成形するための空間となるキャビティ２５が画成される。キャビティ２５は、圧縮成形用空間２７と、圧縮成形用空間２７の外周縁に接続される環状の射出成形用空間２９を有する。圧縮成形用空間２７は、主にレンズ転写面２１ａとレンズ転写面２３ａとの間で画成され、射出成形用空間２９は、コバ転写面２１ｃと転写面２３ｂとの間で画成される。

さらに、圧縮成形用空間２７は、光学面成形用空間２７ａと、光学面成形用空間２７ａの外周縁に接続される環状の押込補償空間２７ｂを有する。光学面成形用空間２７ａは、レンズ転写面２１ａとレンズ転写面２３ａとの間で画成され、押込補償空間２７ｂは、フランジ転写面２１ｂと転写面２３ｂとの間で画成される。

なお、型閉じ状態においては、上型１３の一部（胴部１９の一部）と下型１５が接触し、上型１３と下型１５によって射出ゲート５５が区画される。

次に、成形用金型１１を用いた圧縮成形工程と射出成形工程を説明する。

図３は、圧縮成形工程と射出成形工程を示す図である。

圧縮成形工程では、圧縮成形用空間２７に圧縮成形材料Ｍ１を投入し、圧縮成形材料Ｍ１のガラス転移温度以上の雰囲気で型閉じして、レンズ転写面２１ａとレンズ転写面２３ａを圧縮成形材料Ｍ１に転写する。まず、上型１３と下型１５とを近接させる。すると、レンズ転写面２１ａが下型１５に載置されている圧縮成形材料Ｍ１に接する。そして、圧縮成形材料Ｍ１がガラス転移温度以上になるまで加熱し、上型１３と下型１５をさらに近接させる。すると、圧縮成形用空間２７内で圧縮成形材料Ｍ１は押圧され、圧縮成形材料Ｍ１は、レンズ転写面２１ａとレンズ転写面２３ａに沿って展延する。さらに、押圧に伴って、圧縮成形材料Ｍ１は、フランジ転写面２１ｂと転写面２３ｂに沿って展延する（ＦＩＧ．３Ａ）。そして、上型１３と下型１５が型閉じ状態となると、レンズ転写面２１ａとレンズ転写面２３ａが、圧縮成形材料Ｍ１に十分に転写される。型閉じ状態では、押圧によって圧縮成形材料Ｍ１の外周部４７の界面４７ａ（圧縮成形材料Ｍ１の外周縁）が形成される。この界面４７ａは自由曲面を有する。界面４７ａの一部は、圧縮成形用空間２７の外周縁に接していてもよい。

続いて、射出成形工程を実施する。
射出成形工程は、上型１３と下型１５が型閉じ状態で、射出成形用空間２９に射出成形材料Ｍ２を射出し、圧縮成形された圧縮成形材料Ｍ１の界面４７ａに射出成形部を形成する。まず、上型１３と下型１５が型閉じ状態のまま、射出成形材料Ｍ２を、射出ゲート５５から射出成形用空間２９内に射出を開始する。ＦＩＧ．３Ｂでは、射出された射出成形材料Ｍ２が射出成形用空間２９内に入り始めた直後を示している。ここで、圧縮成形材料Ｍ１がガラス転移温度より低い温度になる前に、射出成形材料Ｍ２の射出を開始する。

射出された射出成形材料Ｍ２は、射出成形用空間２９を通じて圧縮成形材料Ｍ１の外周縁全体に行き渡り、圧縮成形材料Ｍ１と結合する（ＦＩＧ．３Ｃ）。このとき、射出成形材料Ｍ２の射出によって、圧縮成形材料Ｍ１に圧力がかかり、圧縮成形材料Ｍ１が変形する。ＦＩＧ．３Ｃに示すように、外周部４７の界面４７ａの一部が、成形される光学素子５９の光軸Ａｘに向かって突出した形状となる。このため、射出された射出成形材料Ｍ２の一部が、押込補償空間２７ｂに侵入する。

射出成形工程の後、上型１３と下型１５を型閉じ状態のまま、一体となった圧縮成形材料Ｍ１及び射出成形材料Ｍ２を冷却し、これらを十分に硬化させる（硬化工程）。その後、成形された光学素子５９を上型１３と下型１５から離型する。詳細には、上型１３を下型１５から離間させ、更に上型１３のコア部１７を胴部１９に対して軸方向に相対移動させる。

以上の工程により、光学素子５９が取り出される。

図４は、光学素子５９の光軸Ａｘ方向に沿った断面図である。

図４の示すように、光学素子５９は、光軸Ａｘを有する光学面を有する。光学素子５９は、光軸Ａｘを含むレンズ部５１と、レンズ部５１の外周縁に形成される環状のフランジ部５３と、フランジ部５３の外周縁に形成されるコバ部５７を備える。

フランジ部５３は、圧縮成形材料Ｍ１から形成された内側フランジ部５３ａと、射出成形材料Ｍ２から形成された外側フランジ部５３ｂとを有する。内側フランジ部５３ａと外側フランジ部５３ｂの境界面は、凹凸形状を有する。詳細には、境界面は、その一部が光軸Ａｘに向かって突出した形状と、他の一部が光軸Ａｘから遠ざかる方向に突出した形状を有する。

以上のように、光学素子５９の製造方法によれば、圧縮成形材料Ｍ１を圧縮成形した後、圧縮成形材料Ｍ１がガラス転移点温度以下になる前に、コバ部５７を成形するための射出成形材料Ｍ２を射出する。こうすると、射出成形材料Ｍ２の射出圧力が、圧縮成形材料Ｍ１にかかり、圧縮成形材料Ｍ１を内側に押込むような力が、圧縮成形材料Ｍ１に働く。これにより、圧縮成形材料Ｍ１の硬化時に生じやすい光学素子５９の光学面の面精度の低下を防止することができる。

一方、射出成形材料Ｍ２を射出する圧力によって、圧縮成形材料Ｍ１の界面４７ａが変形するが、フランジ部５３を成形するための押込補償空間２７ｂを設けておくことで、この空間で侵入する射出成形材料Ｍ２を吸収することができる。このため、レンズ部５１の光学面の光学性能に影響がでない。また、形成された内側フランジ部５３ａと外側フランジ部５３ｂの境界面が複雑な曲面を有するため、レンズ部５１とコバ部５７が衝撃などにより分離しにくい。

なお、圧縮成形材料Ｍ１の硬化工程の開始と同時に、射出成形材料Ｍ２の射出を開始するようにしてもよい。このようにすることで、圧縮成形材料Ｍ１の材料に応じて、射出開始のタイミングを調整しなくて済むため、ハンドリング性が向上する。

また、射出成形工程の終了時、すなわち、圧縮成形材料Ｍ１の界面４７ａが全周に渡って射出成形材料Ｍ２によって囲われた時に、圧縮成形材料Ｍ１の温度が、ガラス転移温度以上であるとよい。これにより、圧縮成形材料Ｍ１の周方向における界面４７ａの変形が均一になる。

また、射出成形工程の前に、圧縮成形材料Ｍ１の一部が射出成形用空間２９に膨出した膨出部を形成するようにしてもよい。フランジ部５３をあまり大きく確保できないような場合に有用である。

また、レンズ部５１が凹レンズ形状を有する場合には、光学面の面精度の低下防止効果が高い。これは、凹レンズ形状の場合、レンズ部５１の光軸Ａｘを含む中央部に対して周辺部が肉厚であり、この周辺部に対する圧縮成形時の押圧力が外側に逃げやすいためである。

なお、光学面成形用空間２７ａの中央部の厚み（レンズ部５１の光軸Ａｘを含む中央部の厚み）をｄ_１、押込補償空間２７ｂの厚み（レンズ部５１の周辺部の厚み）をｄ_２とするとき、比率ｄ_２／ｄ_１が１．２≦ｄ_２／ｄ_１≦１０の範囲であり、厚みｄ_１が０．０４ｍｍ≦ｄ_１≦０．７ｍｍの範囲とする場合に有用である。このような範囲で形成される光学素子５９のレンズ部５１は、屈折力が大きい凹レンズ形状である。

また、外側フランジ部５３ｂとコバ部５７は不透明であってもよく、黒色であることが好ましい。これによって、外側フランジ部５３ｂが遮光機能を有し、レンズ部５１の光学性能を高めることができる。

また、コバ転写面２１ｃに段差を設けないようにして、押込補償空間２７ｂと射出成形用空間２９に、形状的な段差が存在しないようにしてもよい。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 一対の成形型を用いた成形加工によって、プラスチック製のレンズ部を含む光学素子を得る光学素子の製造方法であって、上記一対の成形型の型閉時に形成されるキャビティが、圧縮成形用空間と、上記圧縮成形用空間の外周縁に接続される環状の射出成形用空間とを有し、上記成形型の上記圧縮成形用空間に圧縮成形材料を投入し、上記圧縮成形材料のガラス転移温度以上の雰囲気で型閉じして上記成形型の転写面を上記圧縮成形材料に転写する圧縮成形工程と、上記成形型の型閉じ状態で、上記射出成形用空間に射出成形材料を射出し、圧縮成形された上記圧縮成形材料の外周縁に射出成形部を形成する射出成形工程と、を含み、上記射出成形工程は、上記圧縮成形材料がガラス転移温度より低い温度になる前に、上記射出成形材料の射出を開始する光学素子の製造方法。
（２） （１）に記載の光学素子の製造方法であって、上記射出成形工程において、上記射出成形材料の射出によって、上記圧縮成形材料の外周縁を変形する光学素子の製造方法。
（３） （１）又は（２）に記載の光学素子の製造方法であって、
上記圧縮成形用空間は、上記一対の成形型のレンズ転写面との間で画成される光学面成形用空間と、上記光学面成形用空間の外周縁に接続される環状の押込補償空間とを有し、
上記射出成形用空間は、上記押込補償空間の外周縁に接続される光学素子の製造方法。
（４） （３）に記載の光学素子の製造方法であって、
上記圧縮成形材料を硬化する硬化工程を備え、
上記硬化工程の開始と同時に、上記射出成形材料の射出を開始する光学素子の製造方法。
（５） （３）又は（４）に記載の光学素子の製造方法であって、
上記射出成形材料を射出によって、上記圧縮成形材料の外周縁が全周に渡って囲われたときに、上記圧縮成形材料の温度は、ガラス転移温度以上である光学素子の製造方法。
（６） （３）から（５）のいずれか一つに記載の光学素子の製造方法であって、
上記射出成形工程の前に、上記圧縮成形材料の一部が上記射出成形用空間に膨出した膨出部を形成する光学素子の製造方法。
（７） （３）から（６）のいずれか一つに記載の光学素子の製造方法であって、
上記レンズ部は凹レンズ形状を有する光学素子の製造方法。
（８） （７）に記載の光学素子の製造方法であって、
上記成形型の型閉じ状態における上記圧縮成形用空間の中央部の厚みをｄ_１、上記圧縮成形用空間の外周縁の厚みをｄ_２とするとき、比率ｄ_２／ｄ_１が１．２≦ｄ_２／ｄ_１≦１０の範囲であり、上記厚みｄ_１が０．０４ｍｍ≦ｄ_１≦０．７ｍｍの範囲である光学素子の製造方法。
（９） （３）から（８）のいずれか一つに記載の光学素子の製造方法であって、
上記光学面成形用空間は、上記光学素子のレンズ部を成形するための空間であり、上記押込補償空間は、上記レンズ部の外周縁に形成される環状の押込補償部を成形するための空間であり、上記射出成形用空間は、上記押込補償部の外周縁に形成されるコバ部を成形するための空間である光学素子の製造方法。
（１０） （９）に記載の光学素子の製造方法であって、
上記押込補償部は、上記圧縮成形材料で形成される第１の部分と上記射出成形材料で形成される第２の部分を有し、上記第１の部分と上記第２の部分の境界面の一部は、上記レンズ部の光軸に向かって突出した形状を有する光学素子の製造方法。
（１１） （１０）に記載の光学素子の製造方法であって、
上記第２の部分は不透明である光学素子の製造方法。
（１２） （３）から（８）のいずれか一つに記載の光学素子の製造方法であって、上記押込補償空間と上記射出成形用空間との間に、形状的な段差が存在しない光学素子の製造方法。

１１ 成形用金型
１３ 上型
１５ 下型
２１ 上型転写面
２３ 下型転写面
Ｍ１ 圧縮成形材料
Ｍ２ 射出成形材料

Claims (12)

1. 一対の成形型を用いた成形加工によって、プラスチック製のレンズ部を含む光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
   前記一対の成形型の型閉時に形成されるキャビティが、圧縮成形用空間と、該圧縮成形用空間の外周縁に接続される環状の射出成形用空間とを有し、
   前記成形型の前記圧縮成形用空間に圧縮成形材料を投入し、該圧縮成形材料のガラス転移温度以上の雰囲気で型閉じして前記成形型の転写面を前記圧縮成形材料に転写する圧縮成形工程と、
   前記成形型の型閉じ状態で、前記射出成形用空間に射出成形材料を射出し、圧縮成形された前記圧縮成形材料の外周縁に射出成形部を形成する射出成形工程と、を含み、
   前記射出成形工程は、前記圧縮成形材料がガラス転移温度より低い温度になる前に、前記射出成形材料の射出を開始する光学素子の製造方法。
2. 請求項１に記載の光学素子の製造方法であって、
   前記射出成形工程において、前記射出成形材料の射出によって、前記圧縮成形材料の外周縁を変形する光学素子の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の光学素子の製造方法であって、
   前記圧縮成形用空間は、前記一対の成形型のレンズ転写面との間で画成される光学面成形用空間と、前記光学面成形用空間の外周縁に接続される環状の押込補償空間とを有し、
   前記射出成形用空間は、前記押込補償空間の外周縁に接続される光学素子の製造方法。
4. 請求項３に記載の光学素子の製造方法であって、
   前記圧縮成形材料を硬化する硬化工程を備え、
   前記硬化工程の開始と同時に、前記射出成形材料の射出を開始する光学素子の製造方法。
5. 請求項３又は４に記載の光学素子の製造方法であって、
   前記射出成形材料を射出によって、前記圧縮成形材料の外周縁が全周に渡って囲われたときに、前記圧縮成形材料の温度は、ガラス転移温度以上である光学素子の製造方法。
6. 請求項３から５のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法であって、
   前記射出成形工程の前に、前記圧縮成形材料の一部が前記射出成形用空間に膨出した膨出部を形成する光学素子の製造方法。
7. 請求項３から６のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法であって、
   前記レンズ部は凹レンズ形状を有する光学素子の製造方法。
8. 請求項７に記載の光学素子の製造方法であって、
   前記成形型の型閉じ状態における前記圧縮成形用空間の中央部の厚みをｄ_１、該圧縮成形用空間の外周縁の厚みをｄ_２とするとき、比率ｄ_２／ｄ_１が１．２≦ｄ_２／ｄ_１≦１０の範囲であり、前記厚みｄ_１が０．０４ｍｍ≦ｄ_１≦０．７ｍｍの範囲である光学素子の製造方法。
9. 請求項３から８のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法であって、
   前記光学面成形用空間は、前記光学素子のレンズ部を成形するための空間であり、前記押込補償空間は、前記レンズ部の外周縁に形成される環状の押込補償部を成形するための空間であり、前記射出成形用空間は、前記押込補償部の外周縁に形成されるコバ部を成形するための空間である光学素子の製造方法。
10. 請求項９に記載の光学素子の製造方法であって、
    前記押込補償部は、前記圧縮成形材料で形成される第１の部分と前記射出成形材料で形成される第２の部分を有し、
    前記第１の部分と前記第２の部分の境界面の一部は、前記レンズ部の光軸に向かって突出した形状を有する光学素子の製造方法。
11. 請求項１０に記載の光学素子の製造方法であって、
    前記第２の部分は不透明である光学素子の製造方法。
12. 請求項３から８のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法であって、
    前記押込補償空間と前記射出成形用空間との間に、形状的な段差が存在しない光学素子の製造方法。

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