JP6229482B2 - 光学レンズの成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄肉小型の光学レンズに好適な成形方法に関する。

近年の電子技術の発展をともに、電子電気機器の軽量化、小型化、薄型化が進んでいる。特に、携帯電話類においては、搭載されるカメラユニットには、形状が薄型・小径化されると共に、画質の面でもＦ値特性（絞り値）及びＭＴＦ特性（コントラスト再現比）が良いことが求められている。また、カメラユニットに採用されるレンズは、製造コストが低く大量生産に適している射出成形法で製造できることが求められている。
ところで、直径が１ｃｍに満たないような小径のレンズは、光学有効面が広い。しかし、射出成形でレンズを形成する場合、ウェルドラインや複屈折の不均一化が生じるため、光学有効面を広げることが難しい。

小型で薄肉のレンズを射出成形する方法として、特許文献１にはノルボルネン系重合体とワックスからなる組成物を用いることが提案されている。しかしながら、ワックスを配合すると成形体表面にワックスがブリードすることがあり、金型汚れなどの問題が生じる。
また、特許文献２には、特定の単量体組成からなる重合体が薄肉成形性に優れ、しかも光学特性や耐熱性も高度にバランスされた小型で薄肉のレンズを与えることが開示されている。
ところで、特許文献３において、両面に大きさの異なる凹凸のあるマイクロレンズアレイの形成方法として、大きな凸部を形成するための金型に樹脂ペレットを充填し、樹脂シートでこれを覆い、小さな凹部を有する金型で加熱プレスする方法が知られている。

特開２００９−１３８１１１号公報 特開２０１０−１５０４４３号公報 特開２０１２−１８１５１５号公報

薄肉小型のレンズを射出成形にて得ようとすると、金型の微細な空隙に樹脂を充填することになるため、レンズに複屈折が発現し、また高い面精度を確保することが難しく、実際、本発明者らの検討の結果、特許文献２の重合体を用いても、これらの問題を解決することができないことが判明した。
そして本発明者らは、更なる検討をした結果、射出成形ではなく、特定の樹脂部材を用いた圧縮成形にすることでこの問題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。

かくして、本発明によれば、突起を有する樹脂シートをレンズ金型内で真空圧縮成形する光学レンズの成形方法であって、前記樹脂シートの、厚みをＴ、突起の曲率半径をｒ、突起高さをｈとし、前記レンズ金型の曲率半径をＲ、レンズ最厚部高さをＨ１、レンズ最薄部高さをＨ２としたとき、
Ｒ＞ｒ、かつ
ｈ≧（Ｈ１−Ｈ２）、かつ
Ｔ＞Ｈ２
である光学レンズの成形方法が提供される。
前記樹脂シートは、脂環構造含有樹脂からなるものである場合に著効が得られる。
また、前記光学レンズが撮像系凸レンズである場合に著効が得られる。

樹脂シートとレンズ金型との関係を説明するための図である。

本発明に用いる樹脂シートを構成する樹脂は、プラスチックレンズに一般的に使用される、（メタ）アクリル樹脂、脂環構造含有樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ウレタン樹脂、チオウレタン樹脂等を例示することができる。特に本発明では脂環構造含有樹脂が好適に用いられる。

脂環構造含有樹脂は、主鎖及び／又は側鎖に脂環式構造を有する樹脂である。脂環式構造としては、飽和環状炭化水素（シクロアルカン）構造、不飽和環状炭化水素（シクロアルケン、シクロアルキン）構造などを挙げることができる。機械的強度、耐熱性などの観点から、シクロアルカン構造やシクロアルケン構造が好ましく、中でもシクロアルカン構造が最も好ましい。脂環式構造を構成する炭素原子数は、格別な制限はないが、通常４〜３０個、好ましくは５〜２０個、より好ましくは５〜１５個の範囲であるときに、機械的強度、耐熱性や、結像素子の成形性の特性が高度にバランスされ、好適である。

脂環構造含有樹脂の具体例としては、
（１）ノルボルネン系単量体の開環重合体及びノルボルネン系単量体とこれと開環共重合可能なその他の単量体との開環共重合体、並びにこれらの水素添加物、ノルボルネン系単量体の付加重合体及びノルボルネン系単量体とこれと共重合可能なその他の単量体との付加共重合体などのノルボルネン系重合体、
（２）単環の環状オレフィン系重合体及びその水素添加物、
（３）環状共役ジエン系重合体及びその水素添加物、
（４）ビニル脂環式炭化水素系単量体の重合体及びビニル脂環式炭化水素系単量体とこれと共重合可能なその他の単量体との共重合体、並びにこれらの水素添加物、ビニル芳香族系単量体の重合体の芳香環の水素添加物及びビニル芳香族単量体とこれと共重合可能なその他の単量体との共重合体の芳香環の水素添加物などのビニル脂環式炭化水素系重合体、などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性、機械的強度等の観点から、脂環構造含有重合体が特に好ましい。
このような脂環構造含有重合体としては、具体的には特開平５−２７９５５４号公報に記載されている開環重合体およびその水素添加物、特開２００４−０６７９８５号公報に記載のメタクリル基を側鎖にもつノルボルネン誘導体をメタロセン触媒等で開環重合させた後、水素化して得られる重合体、特開２００１−２６６９３号公報に記載されるエチレンと環状オレフィンの共重合体が挙げられる。

市販の脂環構造含有樹脂の具体例としては、日本ゼオン社製ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）、ＺＥＯＮＯＲ（登録商標）、三井化学社製ＡＰＥＬ（登録商標）、ＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮ（登録商標）、ポリプラスチックス社製ＴＯＰＡＳ（登録商標）などが挙げられる。

本発明においては、樹脂に、ゴム質重合体、酸化防止剤、光安定剤、熱安定剤、帯電防止剤、滑剤など、任意の添加剤を配合することができる。
樹脂に添加剤を配合する方法に格別な制限はなく、例えば、ロール、ニーダー、押出混練機、バンバリーミキサー、フィーダールーダー等の混練器で練りながら、樹脂と添加剤とを混合する方法；樹脂を適当な溶剤に溶解し、これに添加剤を配合して混合し、次いで溶媒を除去する方法；などが挙げられる。
必要に応じて添加剤が配合された樹脂は、通常、ペレット化された後、シート状に成形される。ペレットの製造方法に格別な制限はないが、樹脂と必要に応じて配合された添加剤とを二軸混練機などの混合機を用いて混合した後、ストランド状に押出、それをペレタイザーなどで細かく切断することでペレットを得ることができる。

突起を有する樹脂シートの成形方法に格別な制限はなく、溶融押出成形、溶液流延成形、射出成形などが挙げられる。特に、シートの成形と同時に突起の形成が可能な溶融押出法が好ましい。
溶融押出法によって、突起を有する樹脂シートを形成するには、例えばフィルム押出成形機を用いて、Ｔダイから押し出された溶融樹脂をエンボスロールとニップロールとの間に導き、ニップロールで溶融樹脂をエンボスロールに押し付けて、エンボスロールの表面形状を転写させる方法などが挙げられる。この時、溶融樹脂温度は、通常Ｔｇ＋１００℃〜Ｔｇ＋１５０℃であり、ロール温度は、通常Ｔｇ−５℃〜Ｔｇ−３０℃である。

突起を有する樹脂シートの、厚みをＴ、突起の曲率半径をｒ、突起高さをｈとし、前記レンズ金型の曲率半径をＲ、レンズ最厚部高さをＨ１、レンズ最薄部高さをＨ２としたとき、
Ｒ＞ｒ、かつ
ｈ≧（Ｈ１−Ｈ２）、かつ
Ｔ＞Ｈ２
であることが好ましい。
突起の曲率半径ｒは金型レンズの曲率半径Ｒより小さければ良いが、レンズ形状の転写、面精度の観点から、好ましくはＲ＞ｒ＞０．０５Ｒ、より好ましくはＲ＞ｒ＞０．５Ｒである。
突起の高さｈは、レンズ金型のレンズ最厚部高さＨ１とレンズ最薄部高さＨ２の差分以上あれば良いが、成形品最厚部近傍のレンズ面精度の観点から、好ましくは１．５Ｈ１≧ｈ≧（Ｈ１−０．５Ｈ２）、より好ましくは１．２Ｈ１≧ｈ≧（Ｈ１−０．８Ｈ２）である。
樹脂シートの厚みＴは、レンズ金型のレンズ最薄部より厚ければよいが、成形品最薄部近傍のレンズ面精度の観点から、好ましくは１．２Ｈ２＞Ｔ＞Ｈ２、より好ましくは１．１Ｈ２＞Ｔ＞Ｈ２である。

上述した樹脂シートをレンズ金型内で真空圧縮成形し、レンズ成形品を金型内で打ち抜くことにより、光学レンズが得られる。光学レンズの形状は、凸レンズであり、平凸レンズ、両凸レンズ、凸メニスカスレンズでもよい。また凸レンズの曲率Ｒ形状は、球面レンズ、非球面レンズであってもよい。真空圧縮成形に際しては、例えば、真空熱加圧装置を用いて、金型加熱圧縮温度：Ｔｇ＋４０℃〜Ｔｇ＋８０℃、真空度：１００００Ｐａ以下、型締め圧：１〜５ｔｏｎ、金型圧縮時間：３０〜１２０秒の成形条件で真空圧縮成形した。真空圧縮成形した成形品を金型内で打ち抜き、金型温度をＴｇ−３℃〜Ｔｇ−３０℃で冷却後、金型から取り出せば良い。
上述の成形方法において、１工程で複数個のレンズを得ることもできる。

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。なお、各例中の部及び％は、特に断りのない限り、重量基準である。
また、各例における測定や評価は、以下の方法により行った。
・外観評価
レンズを目視し、ガス抜け不良、ウェルド不良、又は気泡不良のいずれかひとつでも発生したものを×、いずれの不良もないものを○と評価した。
・面精度
三次元形状測定器「ＵＡ３Ｐ」（パナソニック社製）を用いてＰＶ値を測定した。ＰＶ値が０．５以上を×、０．３以上０．５未満を○、０．３未満を◎と評価した。
・複屈折
ワイドレンジ 複屈折評価システム「ＷＰＡ−１００」（フォトニックラティス社製）を用いて位相差を評価した。位相差が８０ｎｍ未満であるものを○、８０ｎｍ以上のものを×と評価した。

（樹脂シートの製造）
以下の要領に従って、溶融成形によって樹脂シートを得た。
樹脂材料としては、ノルボルネン系開環重合体水素化物（製品名「ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｆ５２Ｒ」、Ｔｇ：１５６℃、日本ゼオン社製）、及びノルボルネン−エチレン付加共重合体（製品名「ＡＰＥＬ（登録商標）５５１４ＭＬ」、Ｔｇ：１３０℃、三井化学社製）を用いた。尚、ガラス転移温度は示差走査熱量分析計（ナノテクノロジー社製、製品名「ＤＳＣ６２２０ＳＩＩ」）を用いて、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に基づき昇温速度１０℃／ｍｉｎの条件で測定した値である。
樹脂材料をフィルム押出成形機（単軸押出機、φ＝２０ｍｍ：ＧＳＩクレイオス社製）に入れ、Ｔｇ＋１００℃の温度で樹脂を溶融し、Ｔダイから押し出された溶融樹脂をエンボスロールとニップロールとの間に導き、ニップロールで溶融樹脂をエンボスロールに押し付けて、エンボスロールの表面形状を転写させ、球面突起形状を有する樹脂シートを製造した。尚、ロールの温度はＴｇ−１０℃とした。
得られた樹脂シートの、曲率半径ｒ、突起高さｈ及び、フィルムの厚みＴは、表１に示す通り。
実施例１〜２、比較例１〜５
上記で得られた樹脂シートを、突起が金型のレンズ面に対向するように配置し、真空熱加圧装置（製品名「ＶＡＣＵＵＭ ＳＴＡＲ（登録商標）、ミカドテクノス社製）を用い、以下の条件で真空圧縮成形し、レンズを得た。得られたレンズについて各種評価を行った。結果を表１に示す。
圧縮成形条件
・金型加熱圧縮温度：Ｔｇ＋４０℃
・真空度：１０００Ｐａ
・型締圧：５ｔｏｎ
・型締め圧縮時間：６０秒
・金型冷却温度：Ｔｇ−５℃
・金型：図１中の１及び２（Ｒ＝７．５８ｍｍ、Ｈ１＝０．３ｍｍ、Ｈ２＝０．１５ｍｍ、Ｈ３＝０．２ｍｍ）

この結果から、樹脂フィルムの突起の曲率半径が金型の曲率半径より大きい場合（比較例１、２）、真空にせずに圧縮成形した場合（比較例３）、樹脂フィルムの厚みが不足する場合（比較例４）、及び樹脂フィルムの突起の高さが不足する場合（比較例５）に、外観不良となり、また面精度に劣ることがわかる。

１：レンズ側金型
２：押さえ側金型
３：突起を有する樹脂シート
ｈ：樹脂シートの突起高さ
Ｔ：樹脂シート厚み
Ｈ１：金型の最厚部高さ
Ｈ２：金型の最薄部高さ

Claims (3)

1. 少なくとも一のレンズ金型に対向する位置に一の突起を有する樹脂シートをレンズ金型内で真空圧縮成形する光学レンズの成形方法であって、前記樹脂シートの、厚みをＴ、突起の曲率半径をｒ、突起高さをｈとし、前記レンズ金型の曲率半径をＲ、レンズ最厚部高さをＨ１、レンズ最薄部高さをＨ２としたとき、
   Ｒ＞ｒ、かつ
   ｈ≧（Ｈ１−Ｈ２）、かつ
   Ｔ＞Ｈ２
   である光学レンズの成形方法。
2. 前記樹脂シートが、脂環構造含有樹脂からなるものである請求項１記載の成形方法。
3. 前記光学レンズが撮像系凸レンズである請求項１又は２に記載の成形方法。