JP7225799B2 - 透過型光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、透過型光学素子の製造方法に関し、特には、熱可塑性樹脂フィルムを用いた透過型光学素子の製造方法に関するものである。
近年、電子電気機器の軽量化、小型化および薄型化が進み、これらの電子電気機器に搭載されるカメラユニット等においても、薄型化および小径化へのニーズが高まっている。また、このようなカメラユニット等においては、一層の高画質化のニーズがあり、これらの光学機器に備えられるレンズおよびプリズム等の透過型光学素子についても高性能であることが求められている。
従来、カメラユニット等に採用されるレンズ等の透過型光学素子は、一般的に、射出成形法により製造されてきた。しかしながら、射出成形法によりレンズを形成した場合、得られたレンズ内にウェルドラインが形成されることを完全に抑制することは困難であった。また、射出成形法に従って得られたレンズでは、複屈折が生じ易かった。このため、得られたレンズ中において、十分に高い光学的性能を発揮することが可能な領域の占める比率を十分に高めることが難しく、直径が１ｃｍに満たないような小径のレンズを射出成形法で形成しても、レンズとして十分に機能させることが難しかった。
そこで、近年、射出成形法以外の方法により、小径のレンズ等の透過型光学素子を製造する方法が検討されてきた。具体的には、例えば特許文献１では、表面に微細な凹凸が形成されたニッケル製スタンパーを備える熱プレス成形装置を用いて熱可塑性樹脂板を熱プレス成形することにより、レンズ等の光学素子を製造する技術が提案されている。
しかし、ニッケル製スタンパーを用いて熱プレス成形を行う上記従来の技術には、得られる成形体の一方の成形面と他方の成形面との相対位置にズレが生じるという問題があった。具体的には、例えば上記従来の技術を用いて両凸レンズを形成した場合には、一方のレンズ面の頂点の位置と、他方のレンズ面の頂点の位置とにズレが生じることがあった。
そこで、本発明は、熱可塑性樹脂フィルムを熱プレス成形してレンズ等の透過型光学素子を形成する際に一方の成形面と他方の成形面との相対位置にズレが生じるのを抑制することが可能な方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、所定の性状を有する平板金型を用いて熱可塑性樹脂フィルムを熱プレス成形すれば、一方の成形面と他方の成形面との相対位置のズレが低減された透過型光学素子を形成することができることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の透過型光学素子の製造方法は、熱可塑性樹脂を用いて形成された熱可塑性樹脂フィルムを、少なくとも一対の平板金型により前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度超の温度で熱プレスして熱プレスフィルムを得る熱プレス工程と、前記平板金型を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下の温度まで冷却して、前記熱プレスフィルムを冷却する金型冷却工程と、前記金型冷却工程の後に、冷却された前記熱プレスフィルムを前記平板金型から離型して少なくとも１つの透過型光学素子を含む成形フィルムを得る離型工程とを含み、前記平板金型の熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下であることを特徴とする。このように、少なくとも一対の平板金型を用いて熱可塑性樹脂フィルムを熱プレス成形して透過型光学素子を形成する際に、熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下の平板金型を使用すれば、得られる成形体（透過型光学素子）について、一方の成形面と他方の成形面との相対位置のズレを低減または無くすことができる。
なお、本発明において、「ガラス転移温度」は、ＪＩＳ Ｋ７１２１に準拠して測定することができる。また、「熱膨張係数」は、ＪＩＳ Ｚ２２８５：２００３に記載の光走査法を用いて測定することができる。
なお、本発明において、「ガラス転移温度」は、ＪＩＳ Ｋ７１２１に準拠して測定することができる。また、「熱膨張係数」は、ＪＩＳ Ｚ２２８５：２００３に記載の光走査法を用いて測定することができる。
ここで、本発明の透過型光学素子の製造方法は、前記熱可塑性樹脂の吸水率が０．２質量％以下であることが好ましい。吸水率が０．２質量％以下の熱可塑性樹脂を用いて形成された熱可塑性樹脂フィルムを使用すれば、耐湿性に優れ、高湿度環境に曝された場合であっても一方の成形面と他方の成形面との相対位置のズレが発生し難い透過型光学素子を得ることができる。
なお、本発明において、「吸水率」は、ＡＳＴＭ Ｄ５７０に準拠して測定することができる。
なお、本発明において、「吸水率」は、ＡＳＴＭ Ｄ５７０に準拠して測定することができる。
また、本発明の透過型光学素子の製造方法は、前記成形フィルムが透過型光学素子を複数含むことが好ましい。透過型光学素子を複数含む成形フィルムを形成すれば、透過型光学素子を効率的に製造することができる。また、熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下の平板金型を使用すれば、複数の透過型光学素子を含む成形フィルムを形成する場合であっても、それぞれの透過型光学素子について、一方の成形面と他方の成形面との相対位置のズレを良好に低減することができる。
そして、本発明の透過型光学素子の製造方法は、対をなす２つの平板金型間の熱膨張係数の差の絶対値が２ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。平板金型間の熱膨張係数の差の絶対値が２ｐｐｍ／Ｋ以下であれば、得られる透過型光学素子の一方の成形面と他方の成形面との相対位置のズレを更に低減することができる。
本発明によれば、熱可塑性樹脂フィルムを熱プレス成形してレンズ等の透過型光学素子を形成する際に、一方の成形面と他方の成形面との相対位置にズレが生じるのを抑制することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の透過型光学素子の製造方法によれば、光学レンズやプリズム等の透過型光学素子を好適に製造することができる。ここで、「光学レンズ」とは、光の屈折作用を示す透明体を意味する。また、「プリズム」とは、光の分散作用、屈折作用、全反射作用、および／または、複屈折作用を示す透明多面体を意味する。
中でも、本発明の透過型光学素子の製造方法によれば、両凸レンズ、両凹レンズおよび凸凹レンズ（凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ）等の両側が曲面（例えば、球面や非球面など）よりなるレンズを特に好適に製造することができる。
なお、熱プレス成形を用いた本発明の透過型光学素子の製造方法では、比較的小径の各種透過型光学素子を高い形状精度で製造することができる。従って、本発明の透過型光学素子の製造方法によれば、例えば、小型電子電気機器のカメラユニットのレンズとして好適に用いることができる光学レンズを効率的に製造することができる。
中でも、本発明の透過型光学素子の製造方法によれば、両凸レンズ、両凹レンズおよび凸凹レンズ（凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ）等の両側が曲面（例えば、球面や非球面など）よりなるレンズを特に好適に製造することができる。
なお、熱プレス成形を用いた本発明の透過型光学素子の製造方法では、比較的小径の各種透過型光学素子を高い形状精度で製造することができる。従って、本発明の透過型光学素子の製造方法によれば、例えば、小型電子電気機器のカメラユニットのレンズとして好適に用いることができる光学レンズを効率的に製造することができる。
（透過型光学素子の製造方法）
本発明の透過型光学素子の製造方法は、熱可塑性樹脂を用いて形成された熱可塑性樹脂フィルムの熱プレス成形により透過型光学素子を製造する方法である。そして、本発明の透過型光学素子の製造方法は、熱可塑性樹脂フィルムを、少なくとも一対の平板金型により熱可塑性樹脂のガラス転移温度超の温度で熱プレスして熱プレスフィルムを得る工程（熱プレス工程）と、平板金型を熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下の温度まで冷却して、熱プレスフィルムを冷却する工程（金型冷却工程）と、金型冷却工程の後に、冷却された熱プレスフィルムを平板金型から離型して少なくとも１つの透過型光学素子を含む成形フィルムを得る工程（離型工程）とを含む。また、本発明の透過型光学素子の製造方法は、上述した平板金型として、熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下の平板金型を使用することを特徴とする。熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下の平板金型を使用すれば、得られる透過型光学素子の一方の成形面（一方の平板金型に当接していた面）と他方の成形面（他方の平板金型に当接していた面）との相対位置のズレを低減または無くすことができる。また、熱可塑性樹脂フィルムを熱プレス成形して透過型光学素子を形成すれば、射出成形により透過型光学素子を形成する場合と比較し、ウェルドラインの発生が無く、複屈折の発生を抑制して複屈折の小さい透過型光学素子を効率的に得ることができる。
なお、本発明の透過型光学素子の製造方法は、熱プレス工程の前に、熱可塑性樹脂フィルムを所定の搬送方向に沿って搬送する搬送工程を含んでいてもよい。また、本発明の透過型光学素子の製造方法は、離型工程の後に、成形フィルムから透過型光学素子を分離する透過型光学素子分離工程を含んでいてもよい。
本発明の透過型光学素子の製造方法は、熱可塑性樹脂を用いて形成された熱可塑性樹脂フィルムの熱プレス成形により透過型光学素子を製造する方法である。そして、本発明の透過型光学素子の製造方法は、熱可塑性樹脂フィルムを、少なくとも一対の平板金型により熱可塑性樹脂のガラス転移温度超の温度で熱プレスして熱プレスフィルムを得る工程（熱プレス工程）と、平板金型を熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下の温度まで冷却して、熱プレスフィルムを冷却する工程（金型冷却工程）と、金型冷却工程の後に、冷却された熱プレスフィルムを平板金型から離型して少なくとも１つの透過型光学素子を含む成形フィルムを得る工程（離型工程）とを含む。また、本発明の透過型光学素子の製造方法は、上述した平板金型として、熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下の平板金型を使用することを特徴とする。熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下の平板金型を使用すれば、得られる透過型光学素子の一方の成形面（一方の平板金型に当接していた面）と他方の成形面（他方の平板金型に当接していた面）との相対位置のズレを低減または無くすことができる。また、熱可塑性樹脂フィルムを熱プレス成形して透過型光学素子を形成すれば、射出成形により透過型光学素子を形成する場合と比較し、ウェルドラインの発生が無く、複屈折の発生を抑制して複屈折の小さい透過型光学素子を効率的に得ることができる。
なお、本発明の透過型光学素子の製造方法は、熱プレス工程の前に、熱可塑性樹脂フィルムを所定の搬送方向に沿って搬送する搬送工程を含んでいてもよい。また、本発明の透過型光学素子の製造方法は、離型工程の後に、成形フィルムから透過型光学素子を分離する透過型光学素子分離工程を含んでいてもよい。
以下、各工程について詳述する。なお、各工程を実施する環境の気圧は特に限定されることなく、ＪＩＳＺ ８７０３に規定された標準状態の範囲内であり得る。ここで、以下の各工程は、特に限定されることなくあらゆる手段により実施可能であるが、所謂、ロール・ツー・ロール方式の製造手段を用いて実施されることが好ましい。ロール・ツー・ロール方式の製造手段を用いて以下に説明する各工程を実施することで、透過型光学素子の製造効率を高めることができるからである。
＜搬送工程＞
搬送工程では、熱プレス工程に先立って、熱可塑性樹脂フィルムを、所定の搬送方向に沿って熱プレスを実施する位置まで搬送する。搬送方向は、熱可塑性フィルムの幅方向に対して直交する長手方向に沿う方向であることが好ましい。
搬送工程では、熱プレス工程に先立って、熱可塑性樹脂フィルムを、所定の搬送方向に沿って熱プレスを実施する位置まで搬送する。搬送方向は、熱可塑性フィルムの幅方向に対して直交する長手方向に沿う方向であることが好ましい。
＜熱プレス工程＞
熱プレス工程では、熱可塑性樹脂フィルムを、少なくとも一対の平板金型により熱プレスして熱プレスフィルムを得る。この際、熱プレスを行う温度は、通常、熱可塑性樹脂のガラス転移温度超の温度とする。また、平板金型としては、熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下の平板金型を使用することを必要とする。
なお、熱プレス工程では、少なくとも一対の平板金型を用いる限りにおいて特に限定されることなく、一対の平板金型を用いて熱可塑性樹脂フィルムを熱プレスしてもよいし、複数対の平板金型を用いて１枚の熱可塑性樹脂フィルムの異なる部分を同時に又は時間差で熱プレスしてもよい。
熱プレス工程では、熱可塑性樹脂フィルムを、少なくとも一対の平板金型により熱プレスして熱プレスフィルムを得る。この際、熱プレスを行う温度は、通常、熱可塑性樹脂のガラス転移温度超の温度とする。また、平板金型としては、熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下の平板金型を使用することを必要とする。
なお、熱プレス工程では、少なくとも一対の平板金型を用いる限りにおいて特に限定されることなく、一対の平板金型を用いて熱可塑性樹脂フィルムを熱プレスしてもよいし、複数対の平板金型を用いて１枚の熱可塑性樹脂フィルムの異なる部分を同時に又は時間差で熱プレスしてもよい。
［熱可塑性樹脂フィルム］
熱可塑性樹脂フィルムとしては、熱可塑性を有する限りにおいて特に限定されることなく、既知のあらゆる熱可塑性樹脂を用いて形成されたフィルムを用いることができる。ここで、「フィルム」とは、表面および裏面（即ち、主面）が、厚み分の距離を隔てて対向してなる形状を有するものを指す。
なお、熱可塑性樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂以外の成分を含有するものであってもよい。
熱可塑性樹脂フィルムとしては、熱可塑性を有する限りにおいて特に限定されることなく、既知のあらゆる熱可塑性樹脂を用いて形成されたフィルムを用いることができる。ここで、「フィルム」とは、表面および裏面（即ち、主面）が、厚み分の距離を隔てて対向してなる形状を有するものを指す。
なお、熱可塑性樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂以外の成分を含有するものであってもよい。
－熱可塑性樹脂－
そして、熱可塑性樹脂フィルムを構成し得る熱可塑性樹脂としては、例えば、（メタ）アクリル樹脂、脂環式構造含有樹脂、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、ウレタン樹脂およびチオウレタン樹脂等が挙げられる。
これらの中でも、透明性に優れる透過型光学素子が得られることから、熱可塑性樹脂フィルムは脂環式構造含有樹脂を含むことが好ましい。
なお、「（メタ）アクリル」とは、アクリルおよび／またはメタクリルを指す。そして、上述した熱可塑性樹脂は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
そして、熱可塑性樹脂フィルムを構成し得る熱可塑性樹脂としては、例えば、（メタ）アクリル樹脂、脂環式構造含有樹脂、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、ウレタン樹脂およびチオウレタン樹脂等が挙げられる。
これらの中でも、透明性に優れる透過型光学素子が得られることから、熱可塑性樹脂フィルムは脂環式構造含有樹脂を含むことが好ましい。
なお、「（メタ）アクリル」とは、アクリルおよび／またはメタクリルを指す。そして、上述した熱可塑性樹脂は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
脂環式構造含有樹脂とは、主鎖および／または側鎖に飽和環状炭化水素構造や不飽和環状炭化水素構造等の脂環式構造を有する重合体である。なかでも、機械強度および耐熱性に優れる透過型光学素子が得られ易いことから、シクロアルカン構造を主鎖に有するものが好ましい。脂環式構造含有樹脂を構成する重合体（以下、「脂環式構造含有重合体」とも称する）中の脂環式構造を有する繰り返し単位の割合は特に限定されないが、重合体に含まれる全繰り返し単位に対して、５０質量％以上が好ましく、７０質量％以上がより好ましく、９０質量％以上がさらに好ましい。脂環式構造を有する繰り返し単位の割合が５０質量％以上の脂環式構造含有重合体を用いることで、透明性および耐熱性に優れる透過型光学素子が得られ易くなる。
脂環式構造含有重合体の具体例としては、ノルボルネン系重合体、単環の環状オレフィン系重合体、環状共役ジエン系重合体、ビニル脂環式炭化水素系重合体、および、それらの水素化物などが挙げられる。これらの中でも、得られる透過型光学素子の透明性、耐熱性、および機械的強度を高める観点から、ノルボルネン系重合体およびその水素化物が好ましい。
ノルボルネン系重合体は、ノルボルネン系モノマーの重合体である。ノルボルネン系重合体としては、ノルボルネン系モノマーの開環重合体、ノルボルネン系モノマーと、当該ノルボルネン系モノマーと開環共重合可能なその他のモノマーとの開環重合体、ノルボルネン系モノマーの付加重合体、および、ノルボルネン系モノマーと、当該ノルボルネン系モノマーと共重合可能なその他のモノマーとの付加重合体などが挙げられる。
ノルボルネン系モノマーとしては、ビシクロ［２．２．１］ヘプト－２－エン（慣用名：ノルボルネン）及びその誘導体、トリシクロ［４．３．０．１２，５］デカ－３，７－ジエン（慣用名：ジシクロペンタジエン）及びその誘導体、７，８－ベンゾトリシクロ［４．３．０．１２，５］デカ－３－エン（慣用名：メタノテトラヒドロフルオレン（１，４－メタノ－１，４，４ａ，９ａ－テトラヒドロフルオレンともいう））及びその誘導体、テトラシクロ［４．４．０．１２，５．１７，１０］ドデカ－３－エン（慣用名：テトラシクロドデセン）及びその誘導体、などが挙げられる。誘導体に含まれうる置換基としては、アルキル基、アルキレン基、ビニル基、アルコキシカルボニル基、アルキリデン基などが挙げられる。例えば、ノルボルネン系モノマーとしての誘導体としては、８－メトキシカルボニル－テトラシクロ［４．４．０．１２，５．１７，１０］ドデカ－３－エン、８－メチル－８－メトキシカルボニル－テトラシクロ［４．４．０．１２，５．１７，１０］ドデカ－３－エン、８－エチリデン－テトラシクロ［４．４．０．１２，５．１７，１０］ドデカ－３－エンなどが挙げられる。これらのノルボルネン系モノマーは、１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
ノルボルネン系モノマーと開環共重合可能なその他のモノマーとしては、シクロヘキセン、シクロヘプテン、及びシクロオクテンなどの単環の環状オレフィン系単量体などが挙げられる。
ノルボルネン系モノマーと付加共重合可能なその他のモノマーとしては、エチレン、プロピレン、１－ブテン、１－ペンテン、及び１－ヘキセンなどの炭素数２～２０のα－オレフィン並びにこれらの誘導体；シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロオクテン、及び３ａ，５，６，７ａ－テトラヒドロ－４，７－メタノ－１Ｈ－インデンなどのシクロオレフィン並びにこれらの誘導体；１，４－ヘキサジエン、４－メチル－１，４－ヘキサジエン、５－メチル－１，４－ヘキサジエン、及び１，７－オクタジエンなどの非共役ジエン；などが挙げられる。
ノルボルネン系モノマーと付加共重合可能なその他のモノマーとしては、エチレン、プロピレン、１－ブテン、１－ペンテン、及び１－ヘキセンなどの炭素数２～２０のα－オレフィン並びにこれらの誘導体；シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロオクテン、及び３ａ，５，６，７ａ－テトラヒドロ－４，７－メタノ－１Ｈ－インデンなどのシクロオレフィン並びにこれらの誘導体；１，４－ヘキサジエン、４－メチル－１，４－ヘキサジエン、５－メチル－１，４－ヘキサジエン、及び１，７－オクタジエンなどの非共役ジエン；などが挙げられる。
上述のようなノルボルネン系モノマーを含む開環重合体および付加重合体は、公知の触媒の存在下で重合させることにより合成することができる。
また、これらのノルボルネン系重合体の水素化物は、公知の水素化触媒を用いた水素化反応により、得ることができる。
また、これらのノルボルネン系重合体の水素化物は、公知の水素化触媒を用いた水素化反応により、得ることができる。
なお、単環の環状オレフィン系重合体、環状共役ジエン系重合体、及びビニル脂環式炭化水素系重合体としては、例えば、国際公開第２０１７／１２６５９９号に記載されたものが挙げられる。
そして、上述した中でも、得られる透過型光学素子の透明性、耐熱性、及び機械的強度等を一層高める観点からは、脂環式構造含有重合体としては、ノルボルネン系モノマーの開環重合体水素化物が好ましい。
なお、脂環式構造含有重合体としては、市販品を使用することもできる。市販品としては、日本ゼオン社製、ＺＥＯＮＥＸ（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。
ここで、熱可塑性樹脂フィルムを構成し得る熱可塑性樹脂のガラス転移温度は、特に限定されないが、１００℃以上であることが好ましく、１２０℃以上であることがより好ましく、２００℃以下であることが好ましく、１６０℃以下であることがより好ましい。熱可塑性樹脂のガラス転移温度が上記上限値以下であれば、得られる透過型光学素子の形状精度を高めることができる。また、熱可塑性樹脂のガラス転移温度が上記下限値以上であれば、耐熱性に優れ、高温環境に曝された場合であっても一方の成形面と他方の成形面との相対位置のズレが発生し難い透過型光学素子を得ることができる。
また、熱可塑性樹脂は、吸水率が、０質量％以上０．２質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましく、０．０５質量％以下であることが更に好ましく、０．０１質量％以下であることが特に好ましい。熱可塑性樹脂の吸水率が上記上限値以下であれば、耐湿性に優れ、高湿度環境に曝された場合であっても一方の成形面と他方の成形面との相対位置のズレが発生し難い透過型光学素子を得ることができる。
－熱可塑性樹脂以外の成分－
熱可塑性樹脂以外の成分としては、光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、離型剤、帯電防止剤等の添加剤が挙げられる。これらの成分の配合量は、特に限定されず適宜決定することができる。例えば、これらの添加剤の合計量は、熱可塑性樹脂フィルム中の熱可塑性樹脂成分の量を１００質量％として、１０質量％以下とし得る。
熱可塑性樹脂以外の成分としては、光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、離型剤、帯電防止剤等の添加剤が挙げられる。これらの成分の配合量は、特に限定されず適宜決定することができる。例えば、これらの添加剤の合計量は、熱可塑性樹脂フィルム中の熱可塑性樹脂成分の量を１００質量％として、１０質量％以下とし得る。
－熱可塑性樹脂フィルムの厚み－
熱可塑性樹脂フィルムの厚みは、製造する透過型光学素子のサイズに応じて、適宜選択することができる。例えば、熱可塑性樹脂フィルムの厚みは、通常、５０～５００μｍであり、好ましくは７０～４００μｍである。
熱可塑性樹脂フィルムの厚みは、製造する透過型光学素子のサイズに応じて、適宜選択することができる。例えば、熱可塑性樹脂フィルムの厚みは、通常、５０～５００μｍであり、好ましくは７０～４００μｍである。
－熱可塑性樹脂フィルムの製造方法－
なお、熱可塑性樹脂フィルムの製造方法としては、特に限定されることなく、従来公知の適宜な方法を採用することができる。例えば、所定の成分を混合して得た熱可塑性樹脂フィルム製造用の成形材料を用いて、溶融押出成形法、溶融流延成形法、射出成形法、溶液キャスト法等により、熱可塑性樹脂フィルムを得ることができる。
なお、熱可塑性樹脂フィルムの製造方法としては、特に限定されることなく、従来公知の適宜な方法を採用することができる。例えば、所定の成分を混合して得た熱可塑性樹脂フィルム製造用の成形材料を用いて、溶融押出成形法、溶融流延成形法、射出成形法、溶液キャスト法等により、熱可塑性樹脂フィルムを得ることができる。
［平板金型］
本発明の透過型光学素子の製造方法で用いる平板金型は、熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下であることを必要とし、平板金型の熱膨張係数は、３ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましく、２ｐｐｍ／Ｋ以下であることがより好ましい。熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ超の場合、得られる透過型光学素子の一方の成形面と他方の成形面との相対位置にズレが生じるのを十分に抑制することができない。
本発明の透過型光学素子の製造方法で用いる平板金型は、熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下であることを必要とし、平板金型の熱膨張係数は、３ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましく、２ｐｐｍ／Ｋ以下であることがより好ましい。熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ超の場合、得られる透過型光学素子の一方の成形面と他方の成形面との相対位置にズレが生じるのを十分に抑制することができない。
また、対をなす２つの平板金型は、熱膨張係数の差の絶対値が、０ｐｐｍ／Ｋ以上２ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましく、０ｐｐｍ／Ｋ以上１．５ｐｐｍ／Ｋ以下であることがより好ましく、０ｐｐｍ／Ｋ以上１．０ｐｐｍ／Ｋ以下であることが更に好ましく、０ｐｐｍ／Ｋ以上０．２ｐｐｍ／Ｋ以下であることが特に好ましい。対をなす２つの平板金型間の熱膨張係数の差が小さければ、得られる透過型光学素子の一方の成形面と他方の成形面との相対位置のズレを更に抑制することができる。
－金型材料－
そして、平板金型としては、特に限定されることなく、インバーやスーパーインバーなどの低熱膨張材料よりなる金型、或いは、インバーやスーパーインバーなどの低熱膨張材料よりなる母材の表面にめっき層および／またはコーティング層を１層以上設けてなる金型を用いることができる。
なお、低熱膨張材料の熱膨張係数は、６ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましく、２ｐｐｍ／Ｋ以下であることがより好ましく、１ｐｐｍ／Ｋ以下であることが更に好ましい。
そして、平板金型としては、特に限定されることなく、インバーやスーパーインバーなどの低熱膨張材料よりなる金型、或いは、インバーやスーパーインバーなどの低熱膨張材料よりなる母材の表面にめっき層および／またはコーティング層を１層以上設けてなる金型を用いることができる。
なお、低熱膨張材料の熱膨張係数は、６ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましく、２ｐｐｍ／Ｋ以下であることがより好ましく、１ｐｐｍ／Ｋ以下であることが更に好ましい。
ここで、めっき層としては、特に限定されることなく、ニッケルめっき層、ニッケルリンめっき層、銅めっき層、硬質クロムめっき層などの各種めっき層を用いることができる。これらのめっき層は、１種類を単独で、または、２種類以上を積層して用いることができる。
また、コーディング層としては、特に限定されることなく、タングステンカーバイド（ＷＣ、Ｗ２Ｃ、Ｗ３Ｃ）コーティング層およびタングステンカーバイドカーボンコンポジット（ＷＣ／Ｃ）コーティング層等のタングステン系コーティング層；ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮおよびＴｉＡＩＮ等の窒化物コーティング層；ＤＬＣ－Ｓｉコーティング層等のＤＬＣ（Diamond-Like Carbon）系コーティング層；ＭｏＳ２系コーティング層；セラミックコーティング層；並びに、フッ素樹脂コーティング層を用いることができる。これらのコーティング層は、１種類を単独で、または、２種類以上を積層して用いることができる。
そして、母材の表面に形成されるめっき層および／またはコーティング層の厚みは、合計で、０．０１μｍ以上であることが好ましく、１μｍ以上であることがより好ましく、３０００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。合計厚みが上記下限値以上であれば、表面精度の高い透過型光学素子を形成することができる。また、合計厚みが上記上限値以下であれば、めっき層および／またはコーティング層にワレが生じにくく、また、平板金型の熱膨張係数を適度な大きさに制御し易い。
なお、母材の表面へのめっき層および／またはコーティング層の形成は、特に限定されることなく、例えば特開２０１５－２４６２５号公報に記載されている方法などの既知の方法を用いて行うことができる。
なお、母材の表面へのめっき層および／またはコーティング層の形成は、特に限定されることなく、例えば特開２０１５－２４６２５号公報に記載されている方法などの既知の方法を用いて行うことができる。
上述した中でも、寸法精度の高い透過型光学素子を形成する観点からは、平板金型としては、低熱膨張材料よりなる母材の表面にめっき層および／またはコーティング層を１層以上設けてなる金型を用いることが好ましく、低熱膨張材料よりなる母材の表面に、ニッケルめっき層、ニッケルリンめっき層およびＤＬＣ系コーティング層からなる群より選択される少なくとも１種の層を設けてなる金型を用いることがより好ましく、低熱膨張材料よりなる母材の表面にニッケルリンめっき層を設けてなる金型を用いることが更に好ましい。
－金型形状－
本発明の透過型光学素子の製造方法で用いる平板金型は、透過型光学素子の光学面を形成する光学面形成領域を１個以上有している限りにおいて特に限定されることなく、あらゆる形状であり得る。平板金型が複数の光学面形成領域を有する場合、当該複数の光学面形成領域は、通常、平板金型の平面方向にて離散配置される。複数の光学面形成領域は、平板金型の平面方向にて、等間隔で離隔して配置されていることが好ましい。
なお、本発明の透過型光学素子の製造方法で用いる一対の平板金型は、通常、両方が、それぞれ光学面形成領域を有し得る。光学面形成領域をそれぞれ有する一対の平板金型を用いて成形することで、両面が賦形された透過型光学素子を効率的に製造することができる。そして、一対の平板金型の各形状は、当然、製造する透過型光学素子の形状に応じて、同一であっても、相異なっていても良い。
本発明の透過型光学素子の製造方法で用いる平板金型は、透過型光学素子の光学面を形成する光学面形成領域を１個以上有している限りにおいて特に限定されることなく、あらゆる形状であり得る。平板金型が複数の光学面形成領域を有する場合、当該複数の光学面形成領域は、通常、平板金型の平面方向にて離散配置される。複数の光学面形成領域は、平板金型の平面方向にて、等間隔で離隔して配置されていることが好ましい。
なお、本発明の透過型光学素子の製造方法で用いる一対の平板金型は、通常、両方が、それぞれ光学面形成領域を有し得る。光学面形成領域をそれぞれ有する一対の平板金型を用いて成形することで、両面が賦形された透過型光学素子を効率的に製造することができる。そして、一対の平板金型の各形状は、当然、製造する透過型光学素子の形状に応じて、同一であっても、相異なっていても良い。
ここで、本発明の透過型光学素子の製造方法に従って形成される透過型光学素子は、凹面または凸面等の少なくとも一つの光学面（平板金型の光学面形成領域に対応した形状の成形面）と、かかる光学面に隣接する領域であって、透過型光学素子を保持するための保持部材に対する取付領域等として機能し得る領域である外周部（フランジ部）とを有し得る。外周部は、透過型光学素子の光軸に対して垂直または略垂直であり得る。なお、「透過型光学素子の光軸」は、透過型光学素子の中心を通り、且つ、光学面に対して垂直な軸線に相当する。例えば、透過型光学素子の形状について一つの回転対象軸を定義し得る場合には、かかる回転対象軸が光軸に一致する。そして、光学面および外周部を有する形状の透過型光学素子を形成するための平板金型は、複数の光学面形成領域と、当該複数の光学面形成領域の各外周に隣接する領域である外周部形成領域とを含んでなる。外周部形成領域の少なくとも一部は、平板金型の平面方向に対して平行な水平領域であり得る。さらに、平板金型は、任意に、外周部に隣接する領域であって、後述する透過型光学素子分離工程で分離されて得られた透過型光学素子には含まれない領域を形成するための周縁部（マージン部）を有していてもよい。
そして、透過型光学素子の製造効率を向上する観点からは、平板金型は、複数の光学面形成領域を有することが好ましく、光学面形成領域の個数密度は、０．１６個／ｃｍ２以上であることが好ましく、０．３２個／ｃｍ２以上であることがより好ましい。なお、光学面形成領域の個数密度が０．１６個／ｃｍ２である場合には、２１０ｍｍ×２９７ｍｍ（Ａ４サイズ）の領域につき約１００個の光学面形成領域が存在し、個数密度が０．３２個／ｃｍ２である場合には、Ａ４サイズの領域につき約２００個の光学面形成領域が存在することとなる。よって、例えば、光学面形成領域の個数密度が上記下限値以上であるＡ４サイズ程度の平板金型を用いて透過型光学素子を製造した場合には、１度の熱プレス工程を含む１サイクルの処理を行うことで、１００個以上の透過型光学素子を得ることができるため、透過型光学素子の製造効率を一層高めることができる。なお、平板金型の光学面形成領域の個数密度の上限値は、特に限定されず、例えば、１サイクル当たりに製造されうる透過型光学素子の個数が２０００個以下となるような個数密度であり得る。
平板金型に設けられた光学面形成領域の直径は、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。直径が１ｍｍ以上であれば、得られる透過型光学素子により十分な光量の光線を透過させることができる。よって、例えば透過型光学素子として光学レンズを製造した場合には、得られた光学レンズのレンズ径が充分に大きく、当該光学レンズが含まれる光学系の後段側に備えられたセンサー等の受光素子まで充分な光量の光線を到達させることができる。また、直径が１５ｍｍ以下である透過型光学素子は、大きすぎず、カメラユニット等に取り付けるために適度なサイズである。なお、光学面形成領域の直径とは、光学面形成領域の最大径に相当する。
更に、平板金型に設けられた複数の光学面形成領域の間の最小間隔は、１．０ｍｍ以上が好ましく、３．０ｍｍ以上がより好ましく、５０ｍｍ以下が好ましい。複数の光学面形成領域の間の最小間隔が上記下限値以上であれば、後述する透過型光学素子分離工程にて、成形フィルムから各透過型光学素子を分離する際に効率的に分離することができ、透過型光学素子の製造効率を高めることができる。また、複数の光学面形成領域の間の最小間隔が上記上限値以下であれば、一度の熱プレス工程を経て得られる成形フィルム中における透過型光学素子の個数密度を十分に高めることができ、透過型光学素子の製造効率を一層高めることができる。
また、平板金型の光学面形成領域および外周部形成領域における最浅部の深さは、３００μｍ以下が好ましく、２００μｍ以下がより好ましく、５０μｍ以上が好ましい。ここで、一対の平板金型の光学面形成領域および外周部形成領域における最浅部の深さは、得られる透過型光学素子における最薄部の厚みに相当する。光学面形成領域および外周部形成領域における最浅部の深さが上記上限値以下であれば、得られる透過型光学素子をコンパクト化することができる。例えば、透過型光学素子として光学レンズを製造した場合には、かかる光学レンズを含むレンズユニットの厚さを薄くすることができる。また、光学面形成領域および外周部形成領域における最浅部の深さが上記下限値以上であれば、得られる透過型光学素子に外的に力が加えられた場合に局所的に応力が集中することを抑制することで、透過型光学素子の機械強度を高めることができる。さらにまた、外周部形成領域における最浅部の深さが上記下限値以上であれば、成形フィルムの強度を確保して、搬送途中等の想定外のタイミングで成形フィルムに亀裂等が生じることを抑制して、透過型光学素子の製造効率を高めることができる。
なお、「平板金型の外周部形成領域における最浅部の深さ」は、通常、成形時に一対の平板金型を対向させて相互に接触させた場合の、外周部形成領域における金型間の最短距離に相当する。
なお、「平板金型の外周部形成領域における最浅部の深さ」は、通常、成形時に一対の平板金型を対向させて相互に接触させた場合の、外周部形成領域における金型間の最短距離に相当する。
また、一対の平板金型の光学面形成領域における最深部の深さの合計は、得られる透過型光学素子における最厚部の厚みに相当する。なお、「平板金型の光学面形成領域における最深部の深さの合計」は、一対の平板金型を成形のために対向させて相互に接触させた場合の、光学面形成領域における金型間の最大距離に相当する。一対の平板金型の光学面形成領域における最深部の深さの合計は、最浅部の深さよりも深く、例えば、５０μｍ超７００μｍ以下であり得る。
本発明の透過型光学素子の製造方法において、熱可塑性樹脂フィルムの厚み（ランダムに選定した１００以上の測定点における厚みの単純算術平均の値）は、一対の平板金型の外周部形成領域における最浅部の深さ以上、光学面形成領域における最深部の深さ以下であることが好ましい。より好ましくは、熱可塑性樹脂フィルムの厚みは、一対の平板金型の外周部形成領域における最浅部の深さの１．１倍以上、光学面形成領域における最深部の深さの０．９倍以下であることが好ましい。熱可塑性樹脂フィルムの厚みが上記上限値以下であれば、透過型光学素子の最薄部の厚みを、所望の厚みまで効率的に薄肉化することができる。また、熱可塑性樹脂フィルムの厚みが上記下限値以上であれば、平板金型内の光学面形成領域に熱可塑性樹脂を良好に充填することができるため、得られる透過型光学素子の形状精度を一層高めることができる。
［熱プレス］
熱プレス工程における平板金型の温度Ｔは、熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇｒ）よりも、３０℃以上高いこと（Ｔ≧Ｔｇｒ＋３０℃）が好ましく、４０℃以上高いこと（Ｔ≧Ｔｇｒ＋４０℃）がより好ましく、７０℃以下の範囲内で高いこと（Ｔ≦Ｔｇｒ＋７０℃）が好ましく、６０℃以下の範囲内で高いこと（Ｔ≦Ｔｇｒ＋６０℃）がより好ましい。熱プレス時の平板金型の温度が上記下限値以上であれば、得られる透過型光学素子における複屈折の発生を良好に抑制することができる。また、熱プレス時の平板金型の温度が上記上限値以下であれば、一層効率的に透過型光学素子を製造することができる。
なお、熱プレス工程は、熱可塑性樹脂フィルムを一対の平板金型で加熱しながらプレスするための動作過程において、所定のプレス圧を平板金型に対して印加して熱可塑性樹脂フィルムを熱プレスする期間を指す。ここで、かかる熱プレス工程と、上述した搬送工程との間に、熱可塑性樹脂フィルムを平板金型により挟んだ状態で加熱することを含む金型加熱工程を更に含むことが好ましい。金型加熱工程におけるプレス圧は、熱プレス工程におけるプレス圧よりも低いことが好ましい。より具体的には、例えば、熱プレス工程におけるプレス圧を１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とした場合には、金型加熱工程におけるプレス圧は１ＭＰａ未満でありうる。そして、金型加熱工程は、熱可塑性樹脂フィルムと一対の平板金型の何れか一方とが接触する時点を始点として、プレス圧を熱プレス工程におけるプレス圧に切り替える時点を終点とする。金型加熱工程の開始前または金型加熱工程中における所望のタイミングで平板金型への熱入力を開始して、上述した「熱プレス時の平板金型の温度」まで徐々に昇温させる。なお、金型加熱工程の終点より前のタイミング（例えば、金型加熱工程の終了時点の５０秒前の時点）で、昇温が完了していても良い。
また、金型温度は、特に限定されることなく、既知の一般的な方法（例えば、既知のヒーターおよびクーラー等を用いた温度制御方法）に従って、適宜調節することができる。
熱プレス工程における平板金型の温度Ｔは、熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇｒ）よりも、３０℃以上高いこと（Ｔ≧Ｔｇｒ＋３０℃）が好ましく、４０℃以上高いこと（Ｔ≧Ｔｇｒ＋４０℃）がより好ましく、７０℃以下の範囲内で高いこと（Ｔ≦Ｔｇｒ＋７０℃）が好ましく、６０℃以下の範囲内で高いこと（Ｔ≦Ｔｇｒ＋６０℃）がより好ましい。熱プレス時の平板金型の温度が上記下限値以上であれば、得られる透過型光学素子における複屈折の発生を良好に抑制することができる。また、熱プレス時の平板金型の温度が上記上限値以下であれば、一層効率的に透過型光学素子を製造することができる。
なお、熱プレス工程は、熱可塑性樹脂フィルムを一対の平板金型で加熱しながらプレスするための動作過程において、所定のプレス圧を平板金型に対して印加して熱可塑性樹脂フィルムを熱プレスする期間を指す。ここで、かかる熱プレス工程と、上述した搬送工程との間に、熱可塑性樹脂フィルムを平板金型により挟んだ状態で加熱することを含む金型加熱工程を更に含むことが好ましい。金型加熱工程におけるプレス圧は、熱プレス工程におけるプレス圧よりも低いことが好ましい。より具体的には、例えば、熱プレス工程におけるプレス圧を１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とした場合には、金型加熱工程におけるプレス圧は１ＭＰａ未満でありうる。そして、金型加熱工程は、熱可塑性樹脂フィルムと一対の平板金型の何れか一方とが接触する時点を始点として、プレス圧を熱プレス工程におけるプレス圧に切り替える時点を終点とする。金型加熱工程の開始前または金型加熱工程中における所望のタイミングで平板金型への熱入力を開始して、上述した「熱プレス時の平板金型の温度」まで徐々に昇温させる。なお、金型加熱工程の終点より前のタイミング（例えば、金型加熱工程の終了時点の５０秒前の時点）で、昇温が完了していても良い。
また、金型温度は、特に限定されることなく、既知の一般的な方法（例えば、既知のヒーターおよびクーラー等を用いた温度制御方法）に従って、適宜調節することができる。
なお、熱可塑性樹脂フィルムを熱プレスする際のプレス圧力およびプレス時間は特に限定されることなく、用いる熱可塑性樹脂フィルムの種類およびサイズ、並びに、目的とする透過型光学素子の形状および大きさ等に応じて、適宜決定することができる。例えば、プレス圧力は、１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、プレス時間は１０秒以上１００秒以下とすることができる。なお、金型加熱工程におけるプレス圧は、例えば、１ＭＰａ未満であり得る。金型加熱工程の始点から終点までの所要時間は、１０秒以上１００秒以下とすることができる。
＜金型冷却工程＞
金型冷却工程では、平板金型を熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下の温度まで冷却して、熱プレスフィルムを冷却する。かかる工程を実施することで、得られる透過型光学素子の形状精度を高めることができる。なお、金型冷却工程の始点は、例えば、熱プレス工程の開始時点から所定時間経過後に、平板金型について平板金型を冷却するための温度制御を開始する時点、或いは、熱プレス工程の開始時点から所定時間経過後に、平板金型に対する熱入力を停止した時点であり得る。金型冷却工程の終点は、後述する金型冷却温度まで金型温度が下がった時点、或いは、かかる時点から所定時間（例えば、５０秒）経過した時点であり得る。
金型冷却工程では、平板金型を熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下の温度まで冷却して、熱プレスフィルムを冷却する。かかる工程を実施することで、得られる透過型光学素子の形状精度を高めることができる。なお、金型冷却工程の始点は、例えば、熱プレス工程の開始時点から所定時間経過後に、平板金型について平板金型を冷却するための温度制御を開始する時点、或いは、熱プレス工程の開始時点から所定時間経過後に、平板金型に対する熱入力を停止した時点であり得る。金型冷却工程の終点は、後述する金型冷却温度まで金型温度が下がった時点、或いは、かかる時点から所定時間（例えば、５０秒）経過した時点であり得る。
［金型冷却温度］
冷却後の平板金型温度Ｔ’は、熱可塑性樹脂フィルムのガラス転移温度以下である必要があり、熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇｒ）よりも、１５℃以上低いこと（Ｔ’≦Ｔｇｒ－１５℃）が好ましく、３０℃以上低いこと（Ｔ’≦Ｔｇｒ－３０℃）がより好ましく、８０℃以下の範囲内で低いこと（Ｔ’≧Ｔｇｒ－８０℃）が好ましく、７５℃以下の範囲内で低いこと（Ｔ’≧Ｔｇｒ－７５℃）がより好ましい。冷却後の平板金型温度が上記上限値以下であれば、後述する離型工程にて、離型し易く、得られる透過型光学素子の形状精度を効果的に高めることができる。また、冷却後の平板金型温度が上記下限値以上であれば、透過型光学素子の製造効率を一層高めることができる。
そして、熱プレス工程における平板金型の温度Ｔと、冷却後の平板金型温度Ｔ’との差（＝Ｔ－Ｔ’）は、３０℃以上であることが好ましく、５０℃以上であることがより好ましく、２００℃以下であることが好ましく、１５０℃以下であることがより好ましい。ＴとＴ’との差が上記下限値以上であれば、得られる透過型光学素子の形状精度を効果的に高めることができる。また、ＴとＴ’との差が上記上限値以下であれば、得られる透過型光学素子の一方の成形面と他方の成形面との相対位置のズレを更に抑制することができる。
冷却後の平板金型温度Ｔ’は、熱可塑性樹脂フィルムのガラス転移温度以下である必要があり、熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇｒ）よりも、１５℃以上低いこと（Ｔ’≦Ｔｇｒ－１５℃）が好ましく、３０℃以上低いこと（Ｔ’≦Ｔｇｒ－３０℃）がより好ましく、８０℃以下の範囲内で低いこと（Ｔ’≧Ｔｇｒ－８０℃）が好ましく、７５℃以下の範囲内で低いこと（Ｔ’≧Ｔｇｒ－７５℃）がより好ましい。冷却後の平板金型温度が上記上限値以下であれば、後述する離型工程にて、離型し易く、得られる透過型光学素子の形状精度を効果的に高めることができる。また、冷却後の平板金型温度が上記下限値以上であれば、透過型光学素子の製造効率を一層高めることができる。
そして、熱プレス工程における平板金型の温度Ｔと、冷却後の平板金型温度Ｔ’との差（＝Ｔ－Ｔ’）は、３０℃以上であることが好ましく、５０℃以上であることがより好ましく、２００℃以下であることが好ましく、１５０℃以下であることがより好ましい。ＴとＴ’との差が上記下限値以上であれば、得られる透過型光学素子の形状精度を効果的に高めることができる。また、ＴとＴ’との差が上記上限値以下であれば、得られる透過型光学素子の一方の成形面と他方の成形面との相対位置のズレを更に抑制することができる。
なお、平板金型の冷却時間および冷却速度等は、特に限定されることなく、熱可塑性樹脂フィルムの種類およびサイズ、並びに、目的とする透過型光学素子の形状および大きさ等に応じて、適宜決定することができる。例えば、平板金型の冷却時間は、１０秒以上１００秒以下とすることができ、平板金型の冷却速度は、５０℃／分以上３００℃／分以下とすることができる。
＜離型工程＞
離型工程では、金型冷却工程の後に、熱プレスフィルムを平板金型から離型して、少なくとも１つ、好ましくは複数の透過型光学素子を含む成形フィルムを得る。なお、本発明の透過型光学素子の製造方法では、熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下の平板金型を使用しているので、複数の透過型光学素子を含む成形フィルムを形成して透過型光学素子を効率的に製造する場合であっても、それぞれの透過型光学素子について、一方の成形面と他方の成形面との相対位置のズレを良好に低減することができる。
離型工程では、金型冷却工程の後に、熱プレスフィルムを平板金型から離型して、少なくとも１つ、好ましくは複数の透過型光学素子を含む成形フィルムを得る。なお、本発明の透過型光学素子の製造方法では、熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以下の平板金型を使用しているので、複数の透過型光学素子を含む成形フィルムを形成して透過型光学素子を効率的に製造する場合であっても、それぞれの透過型光学素子について、一方の成形面と他方の成形面との相対位置のズレを良好に低減することができる。
ここで、離型工程では、熱プレスフィルムに対して張力をかけながら離型することが好ましい。熱プレスフィルムに対して張力がかかった状態で離型することによって、離型時に透過型光学素子の歪みが生じることを抑制して、得られる透過型光学素子の形状精度を高めることができる。ここで、張力は、搬送方向に沿う方向の力として作用させることが好ましい。
なお、張力は、離型工程のみならず、上述した熱プレス工程における金型加熱工程以降、離型工程を開始する時点までの各段階において、継続的または断続的にかけられていることが好ましい。得られる透過型光学素子の形状精度を一層高めることができるからである。そして、熱プレスフィルムに対して搬送方向に作用させる張力の大きさは、熱可塑性樹脂フィルムの幅１ｍあたり、１Ｎ以上であることが好ましく、１０Ｎ以上であることがより好ましく、２０００Ｎ以下であることが好ましく、１０００Ｎ以下であることがより好ましい。なお、「熱可塑性樹脂フィルムの幅」とは、搬送方向に対して直交する方向である。張力の大きさが上記下限値以上であれば、得られる透過型光学素子の形状精度を一層高めることができる。また、張力の大きさが上記上限値以下であれば、熱プレスフィルムが破断することを抑制して、透過型光学素子の製造効率を一層高めることができる。
なお、張力は、離型工程のみならず、上述した熱プレス工程における金型加熱工程以降、離型工程を開始する時点までの各段階において、継続的または断続的にかけられていることが好ましい。得られる透過型光学素子の形状精度を一層高めることができるからである。そして、熱プレスフィルムに対して搬送方向に作用させる張力の大きさは、熱可塑性樹脂フィルムの幅１ｍあたり、１Ｎ以上であることが好ましく、１０Ｎ以上であることがより好ましく、２０００Ｎ以下であることが好ましく、１０００Ｎ以下であることがより好ましい。なお、「熱可塑性樹脂フィルムの幅」とは、搬送方向に対して直交する方向である。張力の大きさが上記下限値以上であれば、得られる透過型光学素子の形状精度を一層高めることができる。また、張力の大きさが上記上限値以下であれば、熱プレスフィルムが破断することを抑制して、透過型光学素子の製造効率を一層高めることができる。
＜透過型光学素子分離工程＞
透過型光学素子分離工程では、離型工程を経て得られた成形フィルムから、透過型光学素子を分離する。成形フィルムから透過型光学素子を分離する透過型光学素子分離工程を実施することで、一層効率的に透過型光学素子を製造することができる。分離方法としては特に限定されることなく、抜き型による打ち抜き、レーザーによるカット等の既知のあらゆる方法で、成形フィルムから透過型光学素子を分離することができる。
透過型光学素子分離工程では、離型工程を経て得られた成形フィルムから、透過型光学素子を分離する。成形フィルムから透過型光学素子を分離する透過型光学素子分離工程を実施することで、一層効率的に透過型光学素子を製造することができる。分離方法としては特に限定されることなく、抜き型による打ち抜き、レーザーによるカット等の既知のあらゆる方法で、成形フィルムから透過型光学素子を分離することができる。
（透過型光学素子製造装置）
上述した本発明の透過型光学素子の製造方法は、特に限定されることなく、例えば図１に概略構成を示す透過型光学素子製造装置１００を用いて実施することができる。透過型光学素子製造装置１００は、一対の平板金型を構成する上部金型１Ａおよび下部金型１Ｂ、上部金型１Ａを支持するとともにこれを加熱および冷却する上部温度調節装置２Ａ、上部温度調節装置２Ａを支持するとともにプレス方向（図１では上下方向）に移動可能に構成された移動テーブル３、下部金型１Ｂを支持するとともにこれを加熱および冷却する下部温度調節装置２Ｂ、並びに、下部温度調節装置２Ｂを支持する下部テーブル４を備える。さらに、透過型光学素子製造装置１００は熱可塑性樹脂フィルム７を送出するための構成部である巻き出しロール５Ａおよび成形フィルムを巻き取るための構成部である巻取りロール５Ｂを備え得る。さらにまた、透過型光学素子製造装置１００は、熱可塑性樹脂フィルム７の送出態様を制御するための構成部として、送りロール６を備えていても良い。なお、これらの各種構成部は、図示の態様に限定されるものではなく、上記したような各機能を発揮し得る限りにおいて、既存のあらゆる具体的手段により代替することが可能である。なお、図１に示す透過型光学素子製造装置１００は、所謂、「ロール・ツー・ロール」方式で樹脂フィルムから透過型光学素子を成形するための装置である。
上述した本発明の透過型光学素子の製造方法は、特に限定されることなく、例えば図１に概略構成を示す透過型光学素子製造装置１００を用いて実施することができる。透過型光学素子製造装置１００は、一対の平板金型を構成する上部金型１Ａおよび下部金型１Ｂ、上部金型１Ａを支持するとともにこれを加熱および冷却する上部温度調節装置２Ａ、上部温度調節装置２Ａを支持するとともにプレス方向（図１では上下方向）に移動可能に構成された移動テーブル３、下部金型１Ｂを支持するとともにこれを加熱および冷却する下部温度調節装置２Ｂ、並びに、下部温度調節装置２Ｂを支持する下部テーブル４を備える。さらに、透過型光学素子製造装置１００は熱可塑性樹脂フィルム７を送出するための構成部である巻き出しロール５Ａおよび成形フィルムを巻き取るための構成部である巻取りロール５Ｂを備え得る。さらにまた、透過型光学素子製造装置１００は、熱可塑性樹脂フィルム７の送出態様を制御するための構成部として、送りロール６を備えていても良い。なお、これらの各種構成部は、図示の態様に限定されるものではなく、上記したような各機能を発揮し得る限りにおいて、既存のあらゆる具体的手段により代替することが可能である。なお、図１に示す透過型光学素子製造装置１００は、所謂、「ロール・ツー・ロール」方式で樹脂フィルムから透過型光学素子を成形するための装置である。
以下、上述した本発明の透過型光学素子の製造方法に含まれうる各工程のうち、搬送工程、金型加熱工程および熱プレス工程、金型冷却工程、並びに、離型工程を、図１に示した透過型光学素子製造装置１００を用いて実施するものとして説明する。
なお、上述した＜透過型光学素子分離工程＞は、図示しない打ち抜きユニット等を設けることにより、実施することができる。
なお、上述した＜透過型光学素子分離工程＞は、図示しない打ち抜きユニット等を設けることにより、実施することができる。
まず、本発明の透過型光学素子の製造方法を実施するための準備として、透過型光学素子製造装置１００の巻き出しロール５Ａ、巻取りロール５Ｂおよび送りロール６に熱可塑性樹脂フィルム７をセットする。そして、搬送工程において、金型加熱工程および熱プレス工程に先立って、熱可塑性樹脂フィルム７を、所定の搬送方向に沿って搬送する。なお、図１において、搬送方向は矢印１０で示す方向である。
金型加熱工程および熱プレス工程を行う際には、上部金型１Ａおよび下部金型１Ｂにより、熱可塑性樹脂フィルム７を熱プレスする。なお、熱プレス工程等に際して、熱可塑性樹脂フィルム７のプレス方向における位置も、適宜調節することが可能である。なお、搬送工程と熱プレス工程との間のタイミングにて実施されうる金型加熱工程では、金型加熱工程の開始時点、即ち、上部金型１Ａおよび下部金型１Ｂの少なくとも一方と熱可塑性樹脂フィルム７とが接触する時点の、前または後であって、熱プレス工程の開始時点（所定のプレス圧の印加を開始する時点）までに、上部金型１Ａおよび下部金型１Ｂの温度を、上部温度調節装置２Ａおよび下部温度調節装置２Ｂにより、上述した所定の温度範囲とする。
金型冷却工程では、上部温度調節装置２Ａおよび下部温度調節装置２Ｂにより、上部金型１Ａおよび下部金型１Ｂの温度を、熱可塑性樹脂フィルム７のガラス転移温度以下の温度とする。
そして、離型工程では、任意に熱プレスフィルムとしての熱可塑性樹脂フィルム７に対して張力をかけつつ、熱プレスフィルム７を平板金型から離型する。このとき、張力は、例えば、巻き出しロール５Ａ、巻取りロール５Ｂおよび送りロール６を用いて負荷および調節することができる。
（透過型光学素子の製造例の概略）
図２および図３を参照して、本発明の透過型光学素子の製造方法により透過型光学素子としての光学レンズ（両凸レンズ）を製造する場合について、説明する。図１と同じ参照符号を付した構成については、図１に関連して説明した通りである。図２および図３では、それぞれ、異なる形状の光学レンズを製造しているため、平板金型の形状は異なる。このため、一対の平板金型は、図２では、上部金型１Ａ’および下部金型１Ｂ’と示し、図３では上部金型１Ａ”および下部金型１Ｂ”として示す。また、得られる光学レンズの形状も異なるため、図２では得られる光学レンズを光学レンズ８’と示し、図３では得られる光学レンズを光学レンズ８”として示す。
なお、図２および図３は、搬送方向から見た断面図であり、熱可塑性樹脂フィルム７、上部金型１Ａ’および下部金型１Ｂ’、上部金型１Ａ”および下部金型１Ｂ”、並びに、光学レンズ８’および８”は、それぞれ一部のみを示す。
図２および図３を参照して、本発明の透過型光学素子の製造方法により透過型光学素子としての光学レンズ（両凸レンズ）を製造する場合について、説明する。図１と同じ参照符号を付した構成については、図１に関連して説明した通りである。図２および図３では、それぞれ、異なる形状の光学レンズを製造しているため、平板金型の形状は異なる。このため、一対の平板金型は、図２では、上部金型１Ａ’および下部金型１Ｂ’と示し、図３では上部金型１Ａ”および下部金型１Ｂ”として示す。また、得られる光学レンズの形状も異なるため、図２では得られる光学レンズを光学レンズ８’と示し、図３では得られる光学レンズを光学レンズ８”として示す。
なお、図２および図３は、搬送方向から見た断面図であり、熱可塑性樹脂フィルム７、上部金型１Ａ’および下部金型１Ｂ’、上部金型１Ａ”および下部金型１Ｂ”、並びに、光学レンズ８’および８”は、それぞれ一部のみを示す。
図２に示すように、図示しない搬送工程を経て搬送された熱可塑性樹脂フィルム７を、熱プレス工程にて、一対の平板金型としての上部金型１Ａ’および下部金型１Ｂ’により熱プレスし、熱可塑性樹脂フィルム７を熱により溶融または変形させて平板金型内に熱可塑性樹脂を充填する。上部金型１Ａ’および下部金型１Ｂ’は、金型加熱工程および熱プレス工程では図示しない部分において相互に接触している。そして、金型冷却工程にて上部金型１Ａ’および下部金型１Ｂ’を冷却する。さらに、離型工程にて上部金型１Ａ’および下部金型１Ｂ’より成形フィルムとしての熱可塑性樹脂フィルム７を離型する。そして、透過型光学素子分離工程にて破線で示す切断線に沿って成形フィルムとしての熱可塑性樹脂フィルム７を切断して、複数の光学レンズ８’を得る。
図３については、上部金型１Ａ”および下部金型１Ｂ”の形状を異なるもの（外周部形成領域を有する形状）とし、図２を参照して説明した一例とは異なる形状（外周部としてのフランジ部を有する形状）の複数の光学レンズ８”を得た以外は、図２と同様である。
（透過型光学素子）
本発明の透過型光学素子の製造方法により得られる透過型光学素子としての光学レンズは、低複屈折性であるとともに、且つ、形状精度が高いものである。例えば、本発明の透過型光学素子の製造方法により得られる透過型光学素子としての光学レンズは、光学有効径内の位相差が、１００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましく、２０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。光学有効系内の位相差が１００ｎｍである光学レンズは、十分に低複屈折性である光学レンズである。なお、本発明において、位相差の値は、実施例に記載の方法に従って求めることができる。
本発明の透過型光学素子の製造方法により得られる透過型光学素子としての光学レンズは、低複屈折性であるとともに、且つ、形状精度が高いものである。例えば、本発明の透過型光学素子の製造方法により得られる透過型光学素子としての光学レンズは、光学有効径内の位相差が、１００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましく、２０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。光学有効系内の位相差が１００ｎｍである光学レンズは、十分に低複屈折性である光学レンズである。なお、本発明において、位相差の値は、実施例に記載の方法に従って求めることができる。
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではない。
実施例および比較例において、熱可塑性樹脂のガラス転移温度および吸水率、並びに、平板金型の熱膨張係数は、以下のようにして測定した。また、実施例および比較例において、光学レンズの位相差、並びに、初期および恒温恒湿試験後の成形面の相対位置のズレは、以下のようにして算出または評価した。
実施例および比較例において、熱可塑性樹脂のガラス転移温度および吸水率、並びに、平板金型の熱膨張係数は、以下のようにして測定した。また、実施例および比較例において、光学レンズの位相差、並びに、初期および恒温恒湿試験後の成形面の相対位置のズレは、以下のようにして算出または評価した。
＜ガラス転移温度＞
熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、示差走査熱量分析計（ＳＩＩナノテクノロジー社製、「ＤＳＣ６２２０」）を用いて、ＪＩＳ Ｋ７１２１に基づき昇温速度１０℃／分の条件で測定した。
＜吸水率＞
熱可塑性樹脂の吸水率は、ＡＳＴＭ Ｄ５７０に準拠して測定した。
具体的には、まず、熱可塑性樹脂のフィルムから、幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍで試験片を切り出し、試験片の質量を測定した。その後、試験片を、２３℃の水中に２４時間浸漬して、浸漬後の試験片の質量を測定した。そして、浸漬前の試験片の質量に対する、浸漬によって増加した試験片の質量の割合を、吸水率（％）として算出した。
＜熱膨張係数＞
平板金型の熱膨張係数は、ＪＩＳ Ｚ２２８５：２００３に記載の光走査法を用いて測定した。
具体的には、線膨張率測定装置（品川白煉瓦社製、「ＳＬ－２０００Ｍ」）を使用し、以下の条件で熱膨張係数を測定した。なお、熱膨張係数は、以下の式より算出される。
熱膨張係数＝試験片の伸びΔＬ／（２５℃における試験片の長さＬ０×温度変化ΔＴ）
［測定条件］
・測定用試験片：平板金型を図４に示す形状に加工して測定用試験片とした
・長さ測定方法：望遠測微法（東京光電子工業製、レーザーマイクロゲージ）
・プローブレーザー：半導体レーザ（ＡｌＧａＩｎＰ；波長６７０ｎｍ、出力０．２ｍＷ）
・測定雰囲気：アルゴン雰囲気（流量１００ｃｃ／分）
・測定温度：２５～１００℃
・昇温・降温速度：１０℃／分
・測定間隔：３０秒
＜位相差＞
光学レンズの有効径内の位相差は、樹脂成形レンズ検査システム（フォトニックスラティス社製、「ＷＰＡ－１００」）を用いて測定した。位相差の値は、測定波長（５４３ｎｍ）で規格化した値として得られる。位相差の値は、複数の光学レンズについて測定して得た値の単純平均値とした。
得られた位相差の値を、以下の基準に従って評価した。位相差の値が小さいほど、複屈折が小さいことを示す。
Ａ：２０ｎｍ以下
Ｂ：２０ｎｍ超５０ｎｍ以下
Ｃ：５０ｎｍ超
＜相対位置のズレ（初期）＞
作製した成形フィルム（Ａ４サイズ）１０枚について、平面視中央部と、一方の長辺側の中心部と、一方の短辺側の中心部との３箇所において、それぞれ光学レンズの両面の頂点の位置の座標を測定した。なお、測定は、３次元形状測定器（三鷹光機社製、「ＮＨ－３ＳＰ」）を用いて行い、長辺方向をＸ座標、短辺方向をＹ座標とした。
そして、一方の表面（成形面）の頂点の座標を（Ｘ１，Ｙ１）とし、他方の表面（成形面）の頂点の座標を（Ｘ２，Ｙ２）として、以下の式より、各位置（中央部、長辺側中心部、短辺側中心部）における光学レンズのズレの大きさＤを求めた。そして、成形フィルム（Ａ４サイズ）１０枚について、各位置のズレの大きさＤの標本標準偏差を求めた。標本標準偏差が小さいほど、成形面の相対位置のズレが小さいことを示す。
Ｄ＝｛（Ｘ２－Ｘ１）２＋（Ｙ２－Ｙ１）２｝１／２
＜相対位置のズレ（恒温恒湿試験後）＞
上記＜相対位置のズレ（初期）＞を求めた成形フィルム（Ａ４サイズ）１０枚を、温度８５℃、湿度８５％ＲＨに調節された恒温恒湿容器内に１６８時間保管した。
そして、保管後の成形フィルム（Ａ４サイズ）１０枚について、上記＜相対位置のズレ（初期）＞と同様にして各位置のズレの大きさＤの標本標準偏差を求めた。標本標準偏差が小さいほど、成形面の相対位置のズレが小さく、耐湿性および耐熱性に優れていることを示す。
熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、示差走査熱量分析計（ＳＩＩナノテクノロジー社製、「ＤＳＣ６２２０」）を用いて、ＪＩＳ Ｋ７１２１に基づき昇温速度１０℃／分の条件で測定した。
＜吸水率＞
熱可塑性樹脂の吸水率は、ＡＳＴＭ Ｄ５７０に準拠して測定した。
具体的には、まず、熱可塑性樹脂のフィルムから、幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍで試験片を切り出し、試験片の質量を測定した。その後、試験片を、２３℃の水中に２４時間浸漬して、浸漬後の試験片の質量を測定した。そして、浸漬前の試験片の質量に対する、浸漬によって増加した試験片の質量の割合を、吸水率（％）として算出した。
＜熱膨張係数＞
平板金型の熱膨張係数は、ＪＩＳ Ｚ２２８５：２００３に記載の光走査法を用いて測定した。
具体的には、線膨張率測定装置（品川白煉瓦社製、「ＳＬ－２０００Ｍ」）を使用し、以下の条件で熱膨張係数を測定した。なお、熱膨張係数は、以下の式より算出される。
熱膨張係数＝試験片の伸びΔＬ／（２５℃における試験片の長さＬ０×温度変化ΔＴ）
［測定条件］
・測定用試験片：平板金型を図４に示す形状に加工して測定用試験片とした
・長さ測定方法：望遠測微法（東京光電子工業製、レーザーマイクロゲージ）
・プローブレーザー：半導体レーザ（ＡｌＧａＩｎＰ；波長６７０ｎｍ、出力０．２ｍＷ）
・測定雰囲気：アルゴン雰囲気（流量１００ｃｃ／分）
・測定温度：２５～１００℃
・昇温・降温速度：１０℃／分
・測定間隔：３０秒
＜位相差＞
光学レンズの有効径内の位相差は、樹脂成形レンズ検査システム（フォトニックスラティス社製、「ＷＰＡ－１００」）を用いて測定した。位相差の値は、測定波長（５４３ｎｍ）で規格化した値として得られる。位相差の値は、複数の光学レンズについて測定して得た値の単純平均値とした。
得られた位相差の値を、以下の基準に従って評価した。位相差の値が小さいほど、複屈折が小さいことを示す。
Ａ：２０ｎｍ以下
Ｂ：２０ｎｍ超５０ｎｍ以下
Ｃ：５０ｎｍ超
＜相対位置のズレ（初期）＞
作製した成形フィルム（Ａ４サイズ）１０枚について、平面視中央部と、一方の長辺側の中心部と、一方の短辺側の中心部との３箇所において、それぞれ光学レンズの両面の頂点の位置の座標を測定した。なお、測定は、３次元形状測定器（三鷹光機社製、「ＮＨ－３ＳＰ」）を用いて行い、長辺方向をＸ座標、短辺方向をＹ座標とした。
そして、一方の表面（成形面）の頂点の座標を（Ｘ１，Ｙ１）とし、他方の表面（成形面）の頂点の座標を（Ｘ２，Ｙ２）として、以下の式より、各位置（中央部、長辺側中心部、短辺側中心部）における光学レンズのズレの大きさＤを求めた。そして、成形フィルム（Ａ４サイズ）１０枚について、各位置のズレの大きさＤの標本標準偏差を求めた。標本標準偏差が小さいほど、成形面の相対位置のズレが小さいことを示す。
Ｄ＝｛（Ｘ２－Ｘ１）２＋（Ｙ２－Ｙ１）２｝１／２
＜相対位置のズレ（恒温恒湿試験後）＞
上記＜相対位置のズレ（初期）＞を求めた成形フィルム（Ａ４サイズ）１０枚を、温度８５℃、湿度８５％ＲＨに調節された恒温恒湿容器内に１６８時間保管した。
そして、保管後の成形フィルム（Ａ４サイズ）１０枚について、上記＜相対位置のズレ（初期）＞と同様にして各位置のズレの大きさＤの標本標準偏差を求めた。標本標準偏差が小さいほど、成形面の相対位置のズレが小さく、耐湿性および耐熱性に優れていることを示す。
（実施例１）
＜熱可塑性樹脂フィルムの調製＞
ノルボルネン系開環重合体水素化物を含む熱可塑性樹脂（ＺＥＯＮＥＸ Ｋ２２Ｒ（日本ゼオン社製）、ガラス転移温度：１４３℃、吸水率：０．０１質量％未満）を、フィルム押出成形機（単軸押出機、φ＝２０ｍｍ、ＧＳＩクレオス社製）に入れ、２７０℃で溶融し、溶融樹脂をＴダイから押し出し、冷却して、最大厚みが２０１μｍ、最小厚みが１９７μｍ、厚みばらつきが４μｍである、幅２８０ｍｍの熱可塑性樹脂フィルムを得た。なお、熱可塑性フィルムな幅方向に垂直な方向が長手方向となっており、ロール・ツー・ロール成形法により成形するために充分な長さを有していた。
＜平板金型の準備＞
平板金型として、インバーよりなる母材（新報国製鉄社製、「ＩＣ－３６」、熱膨張係数：１．５ｐｐｍ／Ｋ）の表面に、無電解めっき法により厚さ７０μｍのニッケルリンめっき層（リン濃度：２質量％）を形成してなる平板金型を２つ準備した。なお、ニッケルリンめっき層の形成には、市販されている無電解ニッケルリンめっき液（奥野製薬工業社製、「トップニコロン」）を用いた。
なお、各平板金型には、直径が３．２ｍｍの光学面（即ち、レンズ面）形成領域を３９６個（個数密度：０．６３個／ｃｍ２）形成した。平板金型に含まれる光学面形成部の直径は３．２ｍｍであり、光学面形成領域間の最小間隔は１０ｍｍであり、光学面形成領域および外周部形成領域における最浅部の深さは１５０μｍであり、光学面形成領域における最深部の深さは５５０μｍであった。また、光学面形成領域は、超精密立形加工機 ＵＶＭ－４５０Ｃ（東芝機械製）を用いて、表面粗さＲａが０．０１９μｍとなるように鏡面加工を行った。
そして、熱膨張係数を測定した。結果を表１に示す。
＜光学レンズの製造＞
上記に従って得られた熱可塑性樹脂フィルムおよび平板金型を図１示した概略構成に従う製造装置にセットした。
そして、搬送工程を実施して、熱可塑性樹脂フィルムを所定位置までフィルムの長手方向に沿う搬送方向に搬送した。
次に、未加熱の状態（８０℃以下）の一対の平板金型により熱可塑性樹脂フィルムを挟み込み（プレス圧：０．５ＭＰａ）、その状態を維持したまま、１９５℃（プレス温度、熱可塑性樹脂フィルムのガラス転移温度Ｔｇｒ＋５２℃）まで平板金型を加熱した（金型加熱工程）。そして、一対の平板金型を用いてプレス圧６ＭＰａで熱可塑性樹脂フィルムを熱プレスして、熱プレスフィルムを得た（熱プレス工程）。
更に、熱プレスフィルムをプレスしたままの状態で、一対の平板金型を８０℃（熱可塑性樹脂フィルムのガラス転移温度Ｔｇｒ－６３℃）まで、４０秒間かけて冷却して、金型間に挟まれた状態の熱プレスフィルムを冷却した（金型冷却工程）。
その後、平板金型を開いて金型冷却工程を終了し、離型工程を開始した。そして、離型工程を経て得られた複数の光学レンズを含む成形フィルムについて、Ａ４サイズに切り取り、初期および恒温恒湿試験後の成形面の相対位置のズレを測定した。結果を表１に示す。
また、得られた成形フィルムに対し、内径８ｍｍの丸刃での打ち抜きによる分離工程を実施して、３９６枚の光学レンズを得た。得られた透過型光学素子としての光学レンズは、両凸レンズであった。そして、位相差を測定した。結果を表１に示す。
＜熱可塑性樹脂フィルムの調製＞
ノルボルネン系開環重合体水素化物を含む熱可塑性樹脂（ＺＥＯＮＥＸ Ｋ２２Ｒ（日本ゼオン社製）、ガラス転移温度：１４３℃、吸水率：０．０１質量％未満）を、フィルム押出成形機（単軸押出機、φ＝２０ｍｍ、ＧＳＩクレオス社製）に入れ、２７０℃で溶融し、溶融樹脂をＴダイから押し出し、冷却して、最大厚みが２０１μｍ、最小厚みが１９７μｍ、厚みばらつきが４μｍである、幅２８０ｍｍの熱可塑性樹脂フィルムを得た。なお、熱可塑性フィルムな幅方向に垂直な方向が長手方向となっており、ロール・ツー・ロール成形法により成形するために充分な長さを有していた。
＜平板金型の準備＞
平板金型として、インバーよりなる母材（新報国製鉄社製、「ＩＣ－３６」、熱膨張係数：１．５ｐｐｍ／Ｋ）の表面に、無電解めっき法により厚さ７０μｍのニッケルリンめっき層（リン濃度：２質量％）を形成してなる平板金型を２つ準備した。なお、ニッケルリンめっき層の形成には、市販されている無電解ニッケルリンめっき液（奥野製薬工業社製、「トップニコロン」）を用いた。
なお、各平板金型には、直径が３．２ｍｍの光学面（即ち、レンズ面）形成領域を３９６個（個数密度：０．６３個／ｃｍ２）形成した。平板金型に含まれる光学面形成部の直径は３．２ｍｍであり、光学面形成領域間の最小間隔は１０ｍｍであり、光学面形成領域および外周部形成領域における最浅部の深さは１５０μｍであり、光学面形成領域における最深部の深さは５５０μｍであった。また、光学面形成領域は、超精密立形加工機 ＵＶＭ－４５０Ｃ（東芝機械製）を用いて、表面粗さＲａが０．０１９μｍとなるように鏡面加工を行った。
そして、熱膨張係数を測定した。結果を表１に示す。
＜光学レンズの製造＞
上記に従って得られた熱可塑性樹脂フィルムおよび平板金型を図１示した概略構成に従う製造装置にセットした。
そして、搬送工程を実施して、熱可塑性樹脂フィルムを所定位置までフィルムの長手方向に沿う搬送方向に搬送した。
次に、未加熱の状態（８０℃以下）の一対の平板金型により熱可塑性樹脂フィルムを挟み込み（プレス圧：０．５ＭＰａ）、その状態を維持したまま、１９５℃（プレス温度、熱可塑性樹脂フィルムのガラス転移温度Ｔｇｒ＋５２℃）まで平板金型を加熱した（金型加熱工程）。そして、一対の平板金型を用いてプレス圧６ＭＰａで熱可塑性樹脂フィルムを熱プレスして、熱プレスフィルムを得た（熱プレス工程）。
更に、熱プレスフィルムをプレスしたままの状態で、一対の平板金型を８０℃（熱可塑性樹脂フィルムのガラス転移温度Ｔｇｒ－６３℃）まで、４０秒間かけて冷却して、金型間に挟まれた状態の熱プレスフィルムを冷却した（金型冷却工程）。
その後、平板金型を開いて金型冷却工程を終了し、離型工程を開始した。そして、離型工程を経て得られた複数の光学レンズを含む成形フィルムについて、Ａ４サイズに切り取り、初期および恒温恒湿試験後の成形面の相対位置のズレを測定した。結果を表１に示す。
また、得られた成形フィルムに対し、内径８ｍｍの丸刃での打ち抜きによる分離工程を実施して、３９６枚の光学レンズを得た。得られた透過型光学素子としての光学レンズは、両凸レンズであった。そして、位相差を測定した。結果を表１に示す。
（実施例２）
以下のようにして調製した熱可塑性樹脂フィルムを用いた以外は実施例１と同様にして、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
＜熱可塑性樹脂フィルムの調製＞
ノルボルネンとエチレンとをモノマーとするランダム共重合体を含む熱可塑性樹脂（ＴＯＰＡＳ６０１３（Ｐｏｌｙｐｌａｓｔｉｃｓ社製）、ガラス転移温度：１３８℃、吸水率：０．０１質量％未満）を、フィルム押出成形機（単軸押出機、φ＝２０ｍｍ、ＧＳＩクレオス社製）に入れ、２６０℃で溶融し、溶融樹脂をＴダイから押し出し、冷却して、最大厚みが２１０μｍ、最小厚みが２０２μｍ、厚みばらつきが８μｍである、幅２７５ｍｍの熱可塑性樹脂フィルムを得た。なお、熱可塑性フィルムな幅方向に垂直な方向が長手方向となっており、ロール・ツー・ロール成形法により成形するために充分な長さを有していた。
以下のようにして調製した熱可塑性樹脂フィルムを用いた以外は実施例１と同様にして、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
＜熱可塑性樹脂フィルムの調製＞
ノルボルネンとエチレンとをモノマーとするランダム共重合体を含む熱可塑性樹脂（ＴＯＰＡＳ６０１３（Ｐｏｌｙｐｌａｓｔｉｃｓ社製）、ガラス転移温度：１３８℃、吸水率：０．０１質量％未満）を、フィルム押出成形機（単軸押出機、φ＝２０ｍｍ、ＧＳＩクレオス社製）に入れ、２６０℃で溶融し、溶融樹脂をＴダイから押し出し、冷却して、最大厚みが２１０μｍ、最小厚みが２０２μｍ、厚みばらつきが８μｍである、幅２７５ｍｍの熱可塑性樹脂フィルムを得た。なお、熱可塑性フィルムな幅方向に垂直な方向が長手方向となっており、ロール・ツー・ロール成形法により成形するために充分な長さを有していた。
（実施例３）
以下のようにして調製した熱可塑性樹脂フィルムを用いた以外は実施例１と同様にして、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
＜熱可塑性樹脂フィルムの調製＞
ポリカーボネート樹脂（ワンダーライトＰＣ－１１５（旭化成社製）、ガラス転移温度：１４５℃、吸水率：０．１５質量％）を、フィルム押出成形機（単軸押出機、φ＝２０ｍｍ、ＧＳＩクレオス社製）に入れ、２７５℃で溶融し、溶融樹脂をＴダイから押し出し、冷却して、最大厚みが２０５μｍ、最小厚みが１９７μｍ、厚みばらつきが８μｍである、幅２８０ｍｍの熱可塑性樹脂フィルムを得た。なお、熱可塑性フィルムな幅方向に垂直な方向が長手方向となっており、ロール・ツー・ロール成形法により成形するために充分な長さを有していた。
以下のようにして調製した熱可塑性樹脂フィルムを用いた以外は実施例１と同様にして、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
＜熱可塑性樹脂フィルムの調製＞
ポリカーボネート樹脂（ワンダーライトＰＣ－１１５（旭化成社製）、ガラス転移温度：１４５℃、吸水率：０．１５質量％）を、フィルム押出成形機（単軸押出機、φ＝２０ｍｍ、ＧＳＩクレオス社製）に入れ、２７５℃で溶融し、溶融樹脂をＴダイから押し出し、冷却して、最大厚みが２０５μｍ、最小厚みが１９７μｍ、厚みばらつきが８μｍである、幅２８０ｍｍの熱可塑性樹脂フィルムを得た。なお、熱可塑性フィルムな幅方向に垂直な方向が長手方向となっており、ロール・ツー・ロール成形法により成形するために充分な長さを有していた。
（実施例４～６）
平板金型の準備の際に、インバーよりなる母材として、ＩＣ－３６に替えてＩＣ－３６Ｓ（新報国製鉄社製、熱膨張係数：０．７ｐｐｍ／Ｋ）を用いた以外はそれぞれ実施例１～３と同様にして、熱可塑性樹脂フィルムの調製、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
平板金型の準備の際に、インバーよりなる母材として、ＩＣ－３６に替えてＩＣ－３６Ｓ（新報国製鉄社製、熱膨張係数：０．７ｐｐｍ／Ｋ）を用いた以外はそれぞれ実施例１～３と同様にして、熱可塑性樹脂フィルムの調製、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
（実施例７～９）
平板金型の準備の際に、インバーよりなる母材として、ＩＣ－３６に替えてＳＬＥ－２（新報国製鉄社製、熱膨張係数：５ｐｐｍ／Ｋ）を用いた以外はそれぞれ実施例１～３と同様にして、熱可塑性樹脂フィルムの調製、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
平板金型の準備の際に、インバーよりなる母材として、ＩＣ－３６に替えてＳＬＥ－２（新報国製鉄社製、熱膨張係数：５ｐｐｍ／Ｋ）を用いた以外はそれぞれ実施例１～３と同様にして、熱可塑性樹脂フィルムの調製、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
（実施例１０）
以下のようにして調製した熱可塑性樹脂フィルムを用いた以外は実施例１と同様にして、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
＜熱可塑性樹脂フィルムの調製＞
ポリメチルメタクリレート樹脂（デルペット８０ＮＨ（旭化成ケミカルズ社製）、ガラス転移温度：１００℃、吸水率：０．３０質量％）を、フィルム押出成形機（単軸押出機、φ＝２０ｍｍ、ＧＳＩクレオス社製）に入れ、２５０℃で溶融し、溶融樹脂をＴダイから押し出し、冷却して、最大厚みが２０６μｍ、最小厚みが１９９μｍ、厚みばらつきが７μｍである、幅２７５ｍｍの熱可塑性樹脂フィルムを得た。なお、熱可塑性フィルムな幅方向に垂直な方向が長手方向となっており、ロール・ツー・ロール成形法により成形するために充分な長さを有していた。
以下のようにして調製した熱可塑性樹脂フィルムを用いた以外は実施例１と同様にして、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
＜熱可塑性樹脂フィルムの調製＞
ポリメチルメタクリレート樹脂（デルペット８０ＮＨ（旭化成ケミカルズ社製）、ガラス転移温度：１００℃、吸水率：０．３０質量％）を、フィルム押出成形機（単軸押出機、φ＝２０ｍｍ、ＧＳＩクレオス社製）に入れ、２５０℃で溶融し、溶融樹脂をＴダイから押し出し、冷却して、最大厚みが２０６μｍ、最小厚みが１９９μｍ、厚みばらつきが７μｍである、幅２７５ｍｍの熱可塑性樹脂フィルムを得た。なお、熱可塑性フィルムな幅方向に垂直な方向が長手方向となっており、ロール・ツー・ロール成形法により成形するために充分な長さを有していた。
（比較例１～３）
平板金型の準備の際に、インバーよりなる母材に替えてステンレス鋼（ウッデホルム社製、「ＳＴＡＶＡＸ（登録商標）」、熱膨張係数：１２ｐｐｍ／Ｋ）よりなる母材を用いた以外はそれぞれ実施例１～３と同様にして、熱可塑性樹脂フィルムの調製、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
平板金型の準備の際に、インバーよりなる母材に替えてステンレス鋼（ウッデホルム社製、「ＳＴＡＶＡＸ（登録商標）」、熱膨張係数：１２ｐｐｍ／Ｋ）よりなる母材を用いた以外はそれぞれ実施例１～３と同様にして、熱可塑性樹脂フィルムの調製、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
（比較例４）
平板金型の準備の際に、インバーよりなる母材に替えてステンレス鋼（ウッデホルム社製、「ＳＴＡＶＡＸ（登録商標）」、熱膨張係数：１２ｐｐｍ／Ｋ）よりなる母材を用いた以外は実施例１０と同様にして、熱可塑性樹脂フィルムの調製、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
平板金型の準備の際に、インバーよりなる母材に替えてステンレス鋼（ウッデホルム社製、「ＳＴＡＶＡＸ（登録商標）」、熱膨張係数：１２ｐｐｍ／Ｋ）よりなる母材を用いた以外は実施例１０と同様にして、熱可塑性樹脂フィルムの調製、平板金型の準備および光学レンズの製造を行った。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
（比較例５）
射出成形法により光学レンズを製造した。
ここで、射出成形材料としては、実施例１と同じノルボルネン系開環重合体水素化物を含む熱可塑性樹脂を用いた。また、射出成形装置としてはファナック社製の「ＲＯＢＯＳＨＯＴ Ｓ２０００ｉ１００Ａ」を用いた。射出成形金型としては、１２個取り金型を用いた。
これらを用いて、射出速度１００ｍｍ／秒、保圧８０ＭＰａとして、２０回の製造工程を行って２４０個の光学レンズを製造した。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
射出成形法により光学レンズを製造した。
ここで、射出成形材料としては、実施例１と同じノルボルネン系開環重合体水素化物を含む熱可塑性樹脂を用いた。また、射出成形装置としてはファナック社製の「ＲＯＢＯＳＨＯＴ Ｓ２０００ｉ１００Ａ」を用いた。射出成形金型としては、１２個取り金型を用いた。
これらを用いて、射出速度１００ｍｍ／秒、保圧８０ＭＰａとして、２０回の製造工程を行って２４０個の光学レンズを製造した。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
表１より、実施例１～１０では、熱膨張係数が１１．９ｐｐｍ／Ｋ以上の平板金型を用いた比較例１～４と比較し、一方の成形面と他方の成形面との相対位置にズレが生じるのを抑制できることが分かる。
また、表１の実施例１～１０および比較例５より、熱プレス成形を用いることで、射出成形を用いる場合よりも複屈折の発生を抑制し得ることが分かる。
更に、表１の実施例１～１０より、吸水率の低い熱可塑性樹脂を用いることで、耐湿性に優れる光学レンズが得られることが分かる。
また、表１の実施例１～１０および比較例５より、熱プレス成形を用いることで、射出成形を用いる場合よりも複屈折の発生を抑制し得ることが分かる。
更に、表１の実施例１～１０より、吸水率の低い熱可塑性樹脂を用いることで、耐湿性に優れる光学レンズが得られることが分かる。
本発明によれば、熱可塑性樹脂フィルムを熱プレス成形してレンズ等の透過型光学素子を形成する際に、一方の成形面と他方の成形面との相対位置にズレが生じるのを抑制することができる。
１Ａ、１Ａ’、１Ａ” 上部金型
１Ｂ、１Ｂ’、１Ｂ” 下部金型
２Ａ 上部温度調節装置
２Ｂ 下部温度調節装置
３ 移動テーブル
４ 下部テーブル
５Ａ 巻き出しロール
５Ｂ 巻取りロール
６ 送りロール
７ 熱可塑性樹脂フィルム
８’、８” 光学レンズ
１００ 透過型光学素子製造装置
１Ｂ、１Ｂ’、１Ｂ” 下部金型
２Ａ 上部温度調節装置
２Ｂ 下部温度調節装置
３ 移動テーブル
４ 下部テーブル
５Ａ 巻き出しロール
５Ｂ 巻取りロール
６ 送りロール
７ 熱可塑性樹脂フィルム
８’、８” 光学レンズ
１００ 透過型光学素子製造装置
Claims (4)
- 熱可塑性樹脂を用いて形成された熱可塑性樹脂フィルムを、少なくとも一対の平板金型により前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度超の温度で熱プレスして熱プレスフィルムを得る熱プレス工程と、
前記平板金型を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下の温度まで冷却して、前記熱プレスフィルムを冷却する金型冷却工程と、
前記金型冷却工程の後に、冷却された前記熱プレスフィルムを前記平板金型から離型して少なくとも１つの透過型光学素子を含む成形フィルムを得る離型工程と、
を含み、
前記平板金型の熱膨張係数が２ｐｐｍ／Ｋ以下である、透過型光学素子の製造方法。 - 前記熱可塑性樹脂の吸水率が０．２質量％以下である、請求項１に記載の透過型光学素子の製造方法。
- 前記成形フィルムが透過型光学素子を複数含む、請求項１または２に記載の透過型光学素子の製造方法。
- 対をなす２つの平板金型間の熱膨張係数の差の絶対値が２ｐｐｍ／Ｋ以下である、請求項１～３の何れかに記載の透過型光学素子の製造方法。
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| JP2005022352A (ja) | 2003-07-01 | 2005-01-27 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 樹脂正立レンズアレイおよびその製造方法 |
| JP2005310286A (ja) | 2004-04-22 | 2005-11-04 | Meiki Co Ltd | 光学製品の転写成形装置および転写成形方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS6467314A (en) * | 1987-09-09 | 1989-03-14 | Olympus Optical Co | Forming method for lens array |
-
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