KR100853061B1

KR100853061B1 - 광학 부품의 제조 장치

Info

Publication number: KR100853061B1
Application number: KR1020077004882A
Authority: KR
Inventors: 아끼히꼬 마쯔모또; 아쯔시 나이또; 요시히로 오꾸무라; 간지 세끼하라
Original assignee: 코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2008-08-19
Also published as: US8142690B2; CN101001734A; TW200619665A; CN101001734B; JPWO2006013744A1; US20060024403A1; WO2006013744A1; JP4992107B2; TWI292047B; CN1733449A; KR20070050455A

Abstract

본 발명은 수지제의 광학 부품을 고정밀도일 뿐만 아니라 효율적으로 제조할 수 있는 광학 부품의 제조 장치를 제공한다. 성형기 (100)은 고정 금형 (1)과 가동 금형 (2)를 구비하고 있다. 또한, 성형기 (100)은 고정 금형 (1)과 가동 금형 (2)의 클램핑력이 150 KN 미만인 소위 마이크로 성형기이다. 그리고, 양 금형간의 위치 편차량을 ± 20 ㎛ 이내로 설정하고 있다. 또한, 양 금형의 베이스 금형 (13), (23)에는 각각 캐비티 (11), (21)이 삽입되어 있으며, 이들의 캐비티에는 코어 (12), (22)가 삽입되어 있다. 그리고, 각 캐비티는 각각 대응하는 베이스 금형에 대하여 위치 조절이 가능하다. 또한, 각 코어는 각각 대응하는 캐비티에 대하여 위치 조절이 가능하다. 또한, 성형기 (100)은 다수개 취출이 가능하다.

광학 부품의 제조 장치, 고정 금형, 가동 금형, 클램핑력

Description

광학 부품의 제조 장치{MANUFACTURING APPARATUS FOR OPTICAL PART}

본 발명은 고정밀도인 광학 부품을 사출 성형하는 광학 부품의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 소형의 성형기를 이용하여 성형 시간의 단축화, 고생산 효율화 및 저비용화 등을 도모하는 광학 부품의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 대물 렌즈 등의 광학 부품은 플라스틱 등의 가소성 수지의 사출 성형에 의해 제조되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2 참조). 플라스틱을 이용하여 광학 부품을 성형하면, 균일한 형상의 제품을 신속하게 제조할 수 있기 때문에 대량 생산에 적합하다.

예를 들면, 플라스틱 렌즈의 성형 금형은 도 3에 도시한 바와 같이 고정 금형 (1)과 고정 금형 (1)에 대하여 압접ㆍ이격 가능하게 설치된 가동 금형 (2)를 구비하고 있다. 그리고, 고정 금형 (1)과 가동 금형 (2)가 압접됨으로써 공극부 (50)이 설치되며, 양 금형이 압접된 상태에서 용융 수지가 러너 (52) 및 게이트 (51)을 통해 공극부 (50)에 사출된다. 수지가 응고된 후, 가동 금형 (2)를 고정 금형 (1)로부터 이격시키고, 플라스틱 렌즈의 성형품을 돌출시켜 이형시킨다. 이에 따라, 플라스틱 렌즈가 복수개 동시에 추출된다.

이 플라스틱 렌즈를 이용하는 광학 기기는 해마다 소형화 및 고성능화되고 있으며, 이에 따라 플라스틱 렌즈에 대한 소형화 및 고정밀도화의 요구도 높아지고 있다.

예를 들면, 광 픽업 장치는 종래 CD(Compact Disk)만의 기록/재생에 이용되었지만, DVD(Digital Versatile Disc)와 CD와의 호환 뿐만 아니라, 양자의 기록으로 그 용도가 확장되고 있다. 또한 최근에는 보다 고밀도의 정보 기록을 가능하게 한 광 정보 기록 매체의 규격에 대해서도 연구 개발이 행해지고 있다. 즉, 파장이 400 ㎚ 정도인 청색 광원을 이용한 고밀도인 광 디스크도 제안되어 있다. 이들을 실현하기 위해서는 개구수(NA)가 0.85 정도인 대물 렌즈가 필요하다. 또한, 최근에는 구면 수차 보정, 색 수차 보정 및 온도 특성 보정과 같은 목적을 위해, 회절 격자 등이 미세한 구조를 광학면에 설치하는 것도 행해지고 있다. 그리고, 픽업 장치의 소형화에 따라 광학 부품 자체도 소형화가 도모되고 있다.

또한, 촬상 광학계에서는 촬상 광학 소자를 이용한 소위 디지탈 촬영 장치가 일반적인 것이 되었으며, 예를 들면 비디오 카메라 및 디지탈 스틸 카메라 등에 이용되고 있다. 특히 휴대 전화 등의 휴대용 전자 기기에 탑재되는 소형 카메라 유닛이 보급되고 있다. 이들의 촬상 장치에 탑재되어 있는 촬상 소자로서는 CMOS(Complementary M0S) 및 CCD(Charge-Coupled Device) 등이 일반적이지만, 이들도 해마다 고화소화되고 있기 때문에, 촬상 광학 소자에 대한 요구 정밀도도 높아지고 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 (평)11-42685호 공보 클램핑력(mold clamping force): 500 KN

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2001-272501호 공보 클램핑력: 300 KN

그러나, 종래의 제조 장치에는 다음과 같은 문제점이 있었다. 즉, 종래의 광학 부품의 제조 장치로서 300 내지 500 KN 클래스의 클램핑력에 의해 금형을 압접하는 비교적 대형의 성형기가 이용되었다. 그 때문에, 금형의 압접ㆍ이격시에서의 금형의 변형이 크다. 따라서, 광축에 수직인 방향으로 렌즈면이 어긋나는 면 이동이나 광축에 대한 렌즈면의 각도가 어긋나는 틸트 등의 발생이 문제가 된다. 특히, 고정밀도가 요구되는 광학 부품에서는 면 이동이나 틸트 등의 발생이 광학 특성에 큰 영향을 준다. 또한, 클램핑력이 크면 금형에 대한 부하도 당연히 크다. 그 때문에, 형의 변형이 발생하기 쉽고, 성형 불량이 발생하기 쉬워진다.

또한, 클램핑력이 300 내지 500 KN 클래스인 성형기에서는 클램핑부가 대형이 되며, 대용량의 수지를 사출하기 위해, 가소화부ㆍ사출부도 대형이 되는 경우가 일반적이다. 이러한 성형기로 소물(小物) 부품을 성형하는 경우에는, 사출 분해능이 낮기 때문에, 성형 조건의 미묘한 조정이 곤란해진다. 그 결과, 전사 불량을 발생시킨다. 또한, 장치가 대형화됨으로써, 큰 설치 공간이 필요하게 되어 성형기의 가동에 필요한 동력이 커진다는 등의 비용 상승 요인도 다수 포함하고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 광학 부품의 제조 장치가 갖는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이다. 즉 그 과제는 수지제의 광학 부품을 고정밀도일 뿐만 아니라 효율적으로 제조할 수 있는 광학 부품의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

이 과제의 해결을 목적으로 이루어진 본 발명의 광학 부품의 제조 장치는, 고정측 금형과 이 고정측 금형에 대하여 접리 가능하게 설치된 가동측 금형을 가지며, 해당 고정측 금형과 해당 가동측 금형을 2 내지 150 KN의 범위 내(0.2톤 내지 15톤의 범위 내)의 클램핑력으로 압접시키고, 이들의 금형간의 공극에 수지 재료를 충전함으로써, 외경이 12 ㎜ 이하임과 동시에 광학면의 면 조도가 Ra 20 ㎚ 이하인 광학 부품을 복수개 동시에 성형하는 광학 부품의 제조 장치인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 광학 부품의 제조 방법은, 고정측 금형과 가동측 금형을 2 내지 150 KN의 범위 내의 클램핑력으로 압접시키는 클램핑 공정, 이들의 금형간의 공극에 수지 재료를 충전하는 충전 공정, 및 고정측 금형과 가동측 금형을 이격시켜 광학 부품을 취출하는 취출 공정을 가지며, 외경이 12 ㎜ 이하임과 동시에 광학면의 면 조도가 Ra 20 ㎚ 이하인 광학 부품을 복수개 동시에 성형하는 방법이다.

즉, 본 발명은 금형간에 설치된 공극에 수지 재료를 충전함으로써 광학 부품을 성형하는, 즉 수지 재료의 사출 성형에 의해 광학 부품을 제조하는 것이다. 성형품인 광학 부품으로서는, 외경이 12 ㎜ 이하임과 동시에 광학면의 면 조도가 Ra 20 ㎚ 이하인 것을 대상으로 하고 있다. 이 광학 부품은 예를 들면, 광 픽업 장치나 카메라 기능 장착 휴대 전화에 이용된다. 또한, 광학 부품의 용도는 광 픽업 광학계나 촬영 광학계로 한정되지 않으며, 예를 들면 파인더 광학계일 수도 있다.

본 발명에서는 가동측 금형과 고정측 금형을 이격시켜 재차 압접시켰을 때의 압접 방향에 대하여 수직인 방향에 대한 가동측 금형과 고정측 금형의 형 위치의 편차량의 최대값이 ± 20 ㎛ 이내인 것이 바람직하다.

또한, 고정측 금형 및 가동측 금형 중 1개 이상 또는 1개만은, 광학 부품의 광학면을 형성하기 위한 전사 부재와 해당 전사 부재를 유지하는 형판으로 구성됨과 동시에, 전사 부재는 형판에 대하여, 금형의 압접 방향과 수직인 방향의 위치가 조정 가능한 것이 바람직하다. 여기서 전사 부재는 형판에 대하여 금형의 압접 방향으로 삽입되는 것이 바람직하다. 또한, 전사 부재는 고정측 금형 또는 가동측 금형에 삽입됨과 동시에, 삽입된 금형에 대하여 위치 조절이 가능한 것이 바람직하다. 또한, 전사 부재는 그 외형 형상이 원주상 또는 각주상인 것이 바람직하다. 또한, 전사 부재는 단일 부재로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

전사 부재는 추가로 광학 부품 중의 광학면을 형성하는 전사부가 설치된 제1 전사 부재와 광학 부품 중의 광학면의 외주에 위치하는 플랜지부를 형성하는 전사부가 설치된 제2 전사 부재를 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 제1 전사 부재와 제2 전사 부재 중 1개 이상은 그 외형 형상이 원주상 또는 각주상인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 가동측 금형과 고정측 금형의 형 위치의 편차량의 최대값이 ± 10 ㎛ 이내, 보다 바람직하게는 ± 5 ㎛ 이내인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 고정측 금형과 가동측 금형 중 1개 이상의 금형의 광학면의 전사부에 광학 부품의 광축을 중심으로 한 원형띠상의 단차가 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 가동측 금형과 상기 고정측 금형을 압접시킬 때의 클램핑력이 3 내지 130 KN의 범위 내인 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에서는 1회의 클램핑에 의해 취출할 수 있는 광학 부품의 수가 32개 이하, 보다 바람직하게는 8개 내지 16개의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 주로 대상으로 하는 제조 대상은 촬영 광학계에 이용되는 소자나 광 픽업 광학계에 이용되는 소자이다.

또한, 본 발명에서는 클램핑 공정, 충전 공정 및 취출 공정을 반복함으로써 광학 부품을 연속하여 제조함과 동시에, 취출 공정 후의 클램핑 공정에서, 압접 방향에 대하여 수직인 방향에 대한 가동측 금형과 고정측 금형의 형 위치의 편차량의 최대값이 ± 20 ㎛ 이내인 것이 바람직하다.

<발명의 효과>

본 발명에 따르면, 가동측 금형과 고정측 금형을 압접시킬 때의 클램핑력이 2 내지 150 KN의 범위 내이기 때문에, 성형기를 설치하는 공간이 500 KN 클래스인 성형기에 비해 작아지며, 에너지 절약화ㆍ공간 절약화를 도모할 수 있다. 따라서, 제조 시간의 단축화 및 수지량의 감소 등, 저비용화를 도모할 수 있다. 또한, 클램핑력이 작기 때문에, 금형의 압접ㆍ이격시의 금형의 변형이 작다. 따라서, 면 이동이나 틸트 등의 발생이 억제된다. 따라서, 수지제의 광학 부품을 고정밀도일 뿐만 아니라 효율적으로 제조할 수 있는 광학 부품의 제조 장치 및 제조 방법이 제공된다.

도 1은 실시 형태에 따른 플라스틱 렌즈의 성형기의 개략 구성(금형 이격)을 나타낸 도면이다.

도 2는 실시 형태에 따른 플라스틱 렌즈의 성형기의 개략 구성(금형 압접)을 나타낸 도면이다.

도 3은 플라스틱 렌즈의 성형 금형의 개략 구성을 나타낸 단면도이다.

도 4는 프리플라(prepla) 방식의 사출부의 개략 구성을 나타낸 도면이다.

도 5는 인라인 스크류 방식의 사출부의 개략 구성을 나타낸 도면이다.

도 6은 캐비티의 위치 조절 기구의 개략을 나타낸 도면(조정 전)이다.

도 7은 캐비티의 위치 조절 기구의 개략을 나타낸 도면(조정 후)이다.

도 8은 코어 및 캐비티의 구성 중, 제1 패턴(한쪽 금형에 위치 조절 기능 있음)을 나타낸 도면이다.

도 9는 코어 및 캐비티의 구성 중, 제2 패턴(양쪽 금형에 위치 조절 기능 있음)을 나타낸 도면이다.

도 10은 코어 및 캐비티의 구성 중, 제3 패턴(1개의 캐비티에 복수의 코어 있음)을 나타낸 도면이다.

도 11은 코어 및 캐비티의 구성 중, 제4 패턴(캐비티 없음)을 나타낸 도면이다.

도 12는 코어 및 캐비티의 구성 중, 제5 패턴(1쌍을 이루는 코어 중 어느 한쪽에 위치 조절 기능 있음)을 나타낸 도면이다.

도 13은 클램핑력 조사에 따른 압력별로 금형 크기를 나타낸 표이다.

도 14는 클램핑력 조사에 따른 변형량의 결과를 나타낸 표이다.

도 15는 MTF 곡선으로부터 구해지는 편초점 오차량을 나타낸 도면이다.

도 16은 축 편차 3 ㎛에서의 축상 코마 수차(Comatic Aberration)를 나타낸 도면이다.

도 17은 축 편차 8 ㎛에서의 축상 코마 수차를 나타낸 도면이다.

도 18은 축 편차 15 ㎛에서의 축상 코마 수차를 나타낸 도면이다.

도 19는 축 편차 22 ㎛에서의 축상 코마 수차를 나타낸 도면이다.

도 20은 실시 형태에 따른 광 픽업 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 21은 실시 형태에서 사용되는 플라스틱 수지의 구체예를 나타낸 표이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1: 고정 금형(고정측 금형)

10: 고정 형판(platen)

11: 캐비티(전사 부재, 제2 전사 부재)

12: 코어(전사 부재, 제1 전사 부재)

13: 베이스 금형

2: 가동 금형(가동측 금형)

20: 가동 형판

21: 캐비티(전사 부재, 제2 전사 부재)

22: 코어(전사 부재, 제1 전사 부재)

23: 베이스 금형

50: 공극부

51: 게이트

52: 러너

100: 성형기(광학 부품의 제조 장치)

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

하기에서, 본 발명을 구체화한 실시 형태에 대하여 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태는 광 픽업 장치 또는 촬상 광학계에 탑재되는 플라스틱 렌즈의 성형기에 본 발명을 적용한 것이다.

도 1 및 도 2는 본 형태의 성형기 (100)의 개략 구성을 나타내고 있다. 또한, 도 1은 금형을 이격시킨 상태를 나타내고 있으며, 도 2는 금형을 압접시킨 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 3은 본 형태의 금형의 개략 구성을 나타내고 있다.

구체적으로 본 형태의 플라스틱 렌즈의 성형기 (100)은 도 1 또는 도 2에 도시한 바와 같이 고정 금형 (1)을 구비한 고정 형판 (10)과 고정 금형 (1)에 대하여 압접ㆍ이격하는 가동 금형 (2)를 구비한 가동 형판 (20)을 갖고 있다. 양 금형의 압접면의 크기는 세로 방향이 200 ㎜이고, 가로 방향이 200 ㎜이다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 고정 금형 (1)의 베이스 금형 (13)에는 캐비티 (11)이 삽입되어 있으며, 이 캐비티 (11)에는 코어 (12)가 삽입되어 있다. 또한 마찬가지로, 가동 금형 (2)의 베이스 금형 (23)에는 캐비티 (21)이 삽입되어 있으며, 이 캐비티 (21)에는 코어 (22)가 삽입되어 있다. 즉, 캐비티 및 코어는 베이스 금형의 패널로서 구성되어 있다. 또한, 본 명세서에서는 플라스틱 렌즈의 광학면을 형성하는 전사부가 형성된 부재를 "코어"로 하고, 광학면의 외주에 위치하는 플랜지부를 형성하 는 전사부가 형성된 부재를 "캐비티"로 한다.

코어의 형상은 광로차 부여 구조를 비롯한 미세한 형상을 비롯하여, 비구면 형상, 또는 빔 쉐이퍼 등의 광축 비회전 대칭의 형상, 추가로 이들의 조합이 있을 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "광로차 부여 구조"란, 광축을 포함하는 중심 영역과 상기 중심 영역의 외측에 미세한 단차로 분할된 복수의 원형띠로 구성되는 구조이며, 소정의 온도에서는 인접하는 원형띠간에서 입사 광속 파장의 정수배의 광로차를 발생하고, 온도가 이 소정의 온도로부터 변화된 경우에는 굴절률 변화에 따라 인접하는 원형띠간에서 발생하는 광로차가 입사 광속 파장의 정수배로부터 어긋나는 특성을 갖는 구조를 나타낸다. 이러한 "광로차 부여 구조"의 구체적인 구조는, 예를 들면 중심 영역의 외측에 인접하는 원형띠가 중심 영역에 대하여 광로 길이가 길어지도록 광축 방향으로 변이되어 형성되며, 최대 유효 직경 위치에서의 원형띠가 그 외측에 인접하는 원형띠에 대하여 광로 길이가 길어지도록 광축 방향으로 변이되어 형성되고, 최대 유효 직경의 75 ％의 위치에서의 원형띠가 그 내측에 인접하는 원형띠와 그 외측에 인접하는 원형띠에 대하여 광로 길이가 짧아지도록 광축 방향으로 변이되어 형성되어 있는 구조이다. 여기서, "중심 영역"이란, 광축을 포함하며, 광축으로부터 가장 가까운 위치에 있는 단차로 둘러싸인 광학 기능 영역을 가리킨다.

또한, 전사 부재(코어 또는 캐비티)의 전사부의 표면에는 금속 도금을 실시하는 것이 바람직하다. 금속 도금층은 10 내지 100 ㎛의 사이에서 적절하게 두께를 결정한다. 또한, 광로차 부여 구조를 설치하는 경우에는, 이 도금층을 절삭 가 공하여 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 이형성 향상이나 형 보호를 위해, 다이아몬드형 카본(DLC) 등에 의한 보호 코팅을 행할 수 있다. 이에 따라, 성형ㆍ전사를 행할 때, 금형 내에서의 수지의 유동성이나, 형으로부터 성형품을 취출할 때의 박리성(이형성) 등이 향상된다.

또한, 본 형태에서는 1회의 클램핑에 의해 4 내지 32개의 성형품의 취출을 가능하게 한다. 즉, 다수개가 취출되는 금형을 사용한다. 또한, 본 형태의 성형기 (100)에서는 플라스틱 렌즈의 성형 금형이 코어와 캐비티로 나누어져 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 즉, 코어와 캐비티가 일체화된 것(광학면의 전사부와 플랜지부의 전사부가 일체가 되어있는 것)일 수도 있다. 코어 및 캐비티의 배치예에 대해서는 후술한다.

본 형태의 성형기 (100)은 가동 형판 (20)이 고정 형판 (10)측으로 이동하여, 고정 금형 (1)과 가동 금형 (2)가 압접됨으로써, 양 금형간에 공극부 (50)이 설치된다(도 3 참조). 또한, 고정 금형 (1)과 가동 금형 (2)의 클램핑력은 2 내지 150 KN의 범위 내이다.

또한, 본 형태의 성형기 (100)은 가동 금형 (2)를 고정 금형 (1)로부터 이격시키고, 재차 압접시켰을 때의 압접 방향에 대하여 수직인 방향에 대한 양 금형의 형 위치의 편차량의 최대값이 ± 20 ㎛ 이내가 되도록 설정되어 있다. 또한, 형 위치의 편차량의 최대값을 ± 20 ㎛ 이내로 하기 위해서는, 예를 들면 가동 형판, 고정 형판 및 타이 바의 강성 및 부착 조정 정밀도를 향상시키는 등의 방법을 행할 수 있다.

본 형태의 성형기 (100)에서는 양 금형이 압접된 상태에서 사출 장치 (80)으로부터 용융 수지가 러너 (52) 및 게이트 (51)을 통해 공극부 (50)에 사출된다. 금형 내의 수지가 응고된 후, 가동 금형 (2)를 고정 금형 (1)로부터 이격시키고, 플라스틱 렌즈의 성형품을 돌출시켜 이형시킨다. 이형 후의 성형품은 플라스틱 렌즈 본체 이외에, 플라스틱 렌즈의 광학면의 외주에 위치하는 플랜지부와 러너 (52) 및 게이트 (51)에 대응하는 부분이 일체적으로 형성된다. 그리고, 이후의 절단 공정에서 게이트 (51)에 대응하는 부분이 절단됨으로써, 플라스틱 렌즈가 추출된다.

플라스틱 렌즈의 성형 조건으로서는, 예를 들면 용융 수지로서 비정질 폴리올레핀계 수지를 이용하는 경우, 금형의 온도를 120 ℃로 하고, 수지 온도를 280 ℃로 하고, 사출 속도를 50 ㎜/초로 하고, 유지 압력을 100 MPa로 하고, 냉각 시간을 30초로 한다.

또한, 본 형태의 성형기 (100)에 사용되는 플라스틱 수지로서는, 광학 재료로서 일반적으로 이용되는 투명 수지 재료일 수 있다. 예를 들면, 일본 특원 제2004-144951호, 동 제2004-144953호, 동 제2004-144954호 등에 기재되어 있는 수지를 바람직하게 이용할 수 있다. 구체적으로는 아크릴 수지, 환상 올레펜 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에테르 수지, 폴리아미드 수지 및 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다.

또한, 플라스틱 수지는 온도가 상승됨으로써 굴절률이 저하되지만, 대부분의 무기 입자는 온도가 상승되면 굴절률이 상승된다. 따라서, 이들의 성질을 통합하 여 서로 부정하도록 작용시킴으로써, 굴절률 변화가 발생하지 않도록 하는 기술이 알려져 있다. 그러기 위해서는, 모재(母材)가 되는 수지에 30 ㎚ 이하, 바람직하게는 20 ㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 10 내지 15 ㎚의 범위 내의 무기 입자를 분산시키는 것이 바람직하다. 또한, 플라스틱 렌즈에 이용되는 플라스틱 수지, 이 수지에 첨가되는 무기 입자로서 바람직한 예는 후술한다.

고정 형판 (10)에는 용융 수지의 주입구가 설치되어 있으며, 사출부 (80)에 의해 금형 내에 수지가 사출된다. 사출부 (80)은 프리플라 방식(도 4 참조)일 수도 있고, 인라인 스크류 방식(도 5 참조)일 수도 있다. 사출부 (80)의 사양으로서는, 예를 들면 프리플라 방식이면 스크류의 직경이 10 내지 30 ㎜, 플런저의 직경이 8 내지 20 ㎜, 스크류의 유효 길이 L을 스크류의 외경 D로 나눈 비 L/D가 20 내지 30, 압축비가 2 내지 3이다. 한편, 인라인 스크류 방식이면, 스크류의 직경이 10 내지 20 ㎜, L/D가 20 내지 30, 압축비가 2 내지 3이다.

또한, 프리플라 방식이어도 인라인 스크류 방식이어도, 스크류의 직경을 소직경화함으로써 사출 분해능이 향상되어, 세밀한 성형 조건의 제어가 가능해진다. 또한, 프리플라 방식에서는 수지의 가소화부(스크류)와 사출부(플런저)를 분리함으로써 수지의 가소화가 안정되어, 사출되는 수지의 용융 상태가 안정된다. 또한, 수지의 계량 및 사출을 플런저로 행하기 때문에, 이 계량 및 사출의 정밀도가 인라인 스크류 방식에 비해 향상된다.

또한, 본 형태의 성형기 (100)는 캐비티와 베이스 금형간의 위치 조절, 또는 코어와 캐비티간의 위치 조절이 가능하다. 여기서, 캐비티와 베이스 금형간의 위 치 조절에 대하여 설명한다. 베이스 금형에는 캐비티를 수용하기 위해 캐비티보다 약간 넓은 스페이스(오목부)가 설치되어 있다. 그리고, 캐비티를 수용했을 때 발생하는 캐비티와 베이스 금형 간극에 스페이서 블록을 삽입함으로써 캐비티를 고정하고 있다.

도 6은 고정 금형 (1)측의 광학면의 광축과 가동 금형 (2)측의 광학면의 광축에 편차가 발생하고 있는 경우의 금형을 나타내고 있다. 이것은 고정 금형 (1)측의 캐비티 (11) 중, 게이트 (51)측의 부재의 폭이 가동 금형 (2)측의 캐비티 (21) 중의 동 부위에 비해 넓기 때문이다. 따라서, 고정 금형 (1)측의 캐비티 (11)을 연삭 가공 등에 의해 그 편차량(도 6 중의 도트 해칭 부분)만 떨어뜨린다. 그리고, 도 7에 도시한 바와 같이 연삭 후의 스페이스에 새로운 스페이서 블록 (15)를 삽입함으로써 위치 편차가 수정된다.

성형품인 플라스틱 렌즈는 최대 외경이 12 ㎜이고, 그 광학면의 면 조도가 Ra 20 ㎚ 이하인 것을 대상으로 하고 있다. 이 플라스틱 렌즈는 광 픽업 장치 등의 광 픽업 광학계나 카메라 기능 장착 휴대 전화 등의 촬상 광학계에 이용된다. 또한, 플라스틱 렌즈의 광 픽업 장치에 대한 적용예에 대해서는 후술한다.

이어서, 고정 금형 (1) 및 가동 금형 (2)에서의 코어 및 캐비티의 구성을 5개의 패턴으로 나누어 예시한다. 또한, 이하의 패턴 파악은 어디까지나 예시이며, 코어 및 캐비티의 구성을 이하의 5개의 패턴으로 한정하는 것은 아니다.

제1 패턴은 도 8에 도시한 바와 같이 고정 금형 (1)에 코어와 캐비티가 일체화된 금형 (11)(즉, 광학면에 대응하는 전사부가 직조(直彫)된 캐비티)를 설치하고, 가동 금형 (2)에 코어 (22)만을 설치한 구성으로 되어있다. 제1 패턴에서는 캐비티 (11)에 광학면의 전사부가 직조되어 있기 때문에, 플라스틱 렌즈의 제품 외형에 대한 표면ㆍ이면의 각 광축의 편차(이하, 이 위치 편차를 "외형 편심(偏芯)"이라 함)를 금형의 가공시에 조절한다. 한편, 코어 (22)는 베이스 금형 (23)에 대하여 위치 조절 가능하게 설치되어 있으며, 플라스틱 렌즈의 표면ㆍ이면의 광축의 편차(이하, 이 위치 편차를 "면별 편심"으로 함)를 코어 (22)의 삽입시에 조절한다. 즉, 가동 금형 (2)측에서는 외형 편심의 조절에 관여하지 않다. 또한, 제1 패턴에서는 캐비티 (11)에 복수의 광학면을 형성함으로써, 부품 점수를 삭감할 수 있다. 제1 패턴의 고정 금형 (1)에서는 베이스 금형 (13)이 형판에 해당하며, 캐비티 (11)이 전사 부재에 해당한다. 제1 패턴의 가동 금형 (2)에서는 베이스 금형 (23)이 형판에 해당하며, 코어 (22)가 전사 부재에 해당한다.

또한, 고정 금형 (1) 및 가동 금형 (2)의 금형 구성은 반대일 수도 있다. 즉, 가동 금형 (2)에 코어와 캐비티가 일체화된 금형을 설치하고, 고정 금형 (1)에 코어만을 설치할 수도 있다. 이하의 패턴도 동일하다.

제2 패턴은 도 9에 도시한 바와 같이 고정 금형 (1) 및 가동 금형 (2) 모두에 캐비티 (11), (21)과 코어 (12), (22)를 설치하고, 1개의 광학 부품에 대응하는 부위에 대하여 코어 및 캐비티를 1개씩 갖는 구성으로 되어 있다. 제2 패턴에서는 캐비티 및 코어의 전체에서 위치 조절 가능하며, 위치 조절의 자유도가 높다. 또한, 1개의 광학면에 대하여 코어 및 캐비티를 1개씩 갖고 있기 때문에, 다품종을 조합하는 것이 용이하다. 제2 패턴의 고정 금형 (1) 및 가동 금형 (2)에서는 캐비 티 (11), (21)이 형판에 해당하며, 코어 (12), (22)가 전사 부재에 해당한다.

또한, 코어의 형상은 원형일 수도 있고, 각형일 수도 있다. 환(丸) 형상이면, 모든 가공이 축대칭의 가공이 된다. 그 때문에, 동시 가공이 용이하며, 고정밀도로 가공할 수 있다. 특히, 위치 편차에 대하여 유리하다. 한편, 각 형상이면, 직교 2축에서의 편심 조절이 용이하다. 또한, 캐비티의 형상도 원형일 수도 있고, 각형일 수도 있다. 또한, 캐비티가 각 형상이면 면별 편심 조절시에, 조절량의 할출(割出) 및 그 조절이 모두 용이해진다.

제3 패턴은 도 10에 도시한 바와 같이 1개의 캐비티 (11) 중에 복수개의 코어 (12)가 삽입되어 있는 구성으로 되어 있다. 제3 패턴에서는 캐비티의 배치 및 구성을 간소화하여, 부품 점수의 삭감이나 위치 조절의 간략화를 도모하고 있다. 또한, 코어 (12), (12)간의 간격이 짧기 때문에, 러너 등에 필요한 수지량의 감소를 도모할 수 있다.

제4 패턴은 도 11에 도시한 바와 같이 고정 금형 (1), 가동 금형 (2) 모두 캐비티 없이 구성되어 있다. 그 때문에, 부품 점수의 삭감이나 위치 조절의 간략화를 제3 패턴에 비해 한층 더 도모할 수 있다. 또한, 각 코어간의 간격이 짧기 때문에, 베이스 금형 (13), (23)의 소형화 또는 다수개 취출을 한층 더 도모할 수 있다.

제5 패턴은 도 12에 도시한 바와 같이 위치 조절 기구의 유무를 고정 금형 (1)과 가동 금형 (2)를 번갈아서 설치한 구성으로 되어 있다. 그 때문에, 각 금형에 설치된 캐비티의 치수의 자유도가 높다.

이어서, 플라스틱 렌즈의 성형기에서 클램핑력의 대소에 따른 금형의 변형에 대한 영향을 조사한 결과에 대하여 나타낸다. 도 13에 본 조사에서 사용한 금형의 크기를 나타낸다. 또한, 본 조사에서는 고정 금형과 가동 금형의 상대적인 위치 편차는 발생하지 않은 것으로 한다. 이하, 도 14에 본 조사의 결과를 나타낸다.

클램핑력 150 KN 미만으로 성형을 행하면, 형 두께 방향(금형의 두께 방향)의 변형량은 1 ㎛ 이하가 된다는 것을 알 수 있다. 한편, 500 KN 이상으로 성형을 행하면, 형 두께 방향의 변형량은 3 ㎛ 이상이 된다는 것을 알 수 있다. 즉, 500 KN 클래스의 성형기에서는 150 KN 클래스의 성형기에 비해 3배 이상의 형 두께 방향의 변형이 있기 때문에, 150 KN 클래스의 성형기를 사용하는 것이 유리하다는 것을 알 수 있다.

또한, 클램핑력 150 KN 미만으로 성형을 행하면, 외형 방향(압접 방향에 대하여 수직인 방향에 대한 위치 편차 방향)의 변형량은 1.5 ㎛ 이하가 된다는 것을 알 수 있다. 한편, 500 KN 이상으로 성형을 행하면, 형 두께 방향의 변형량은 4 ㎛ 이상이 된다는 것을 알 수 있다. 이 변형은 고정 금형 (1)과 가동 금형 (2)의 위치 결정 기구(PL면의 테이퍼 블록ㆍ테이퍼 핀 등)가 있으면 구속점이 동일하지만, 현실적으로는 ㎛ 오더로 복수의 구속점을 일치시키는 것은 곤란하기 때문에, 축 편차의 한 가지 원인이 된다.

또한, 변형은 클램핑시에 발생하며, 형 개방시에 개방되기 때문에, 형 개방시에 성형품의 광학면을 손상시키는 경우가 있다. 이 현상은 표면에 미세 구조를 갖는 광학 소자(회절 광학 렌즈 및 프레넬 렌즈 등)에 주는 영향이 크다. 또한, 이들 플라스틱 렌즈에서는 변형에 따른 위치 편차가 형상이 흐트러짐으로써 나타나며, 이것이 광학 특성 저하의 한 가지 원인이 된다. 광학 특성의 저하는 변형량이 클수록, 또한 표면의 형상이 미세할수록 크다. 이 점에서도, 150 KN 클래스의 성형기를 사용하는 것이 유리하다는 것을 알 수 있다.

이어서, 플라스틱 렌즈에서 광축의 축 편차의 대소에 따른 광학 특성에 대한 영향에 대하여 조사한 결과를 나타낸다. 렌즈면의 광축이 일치하는 렌즈에 점광선을 입사한 경우, 사출되는 광선은 광축에 수직인 평면 위에 상을 연결하게 된다. 한편, 렌즈면의 광축이 어긋나 있는 경우, 사출되는 광선은 광축에 대하여 경사진 평면 위에 상을 연결하게 된다. 본 조사에서는 이것의 한쪽으로의 편차량(편초점 오차량)을 측정한다.

또한, 본 조사의 전제로서, 피조사 렌즈는 휴대 전화용 카메라 렌즈이고, 고정 경동을 제작하여, 피조사 렌즈 이외에는 광축의 편차량(축 편차)이 O인 마스터 렌즈를 사용한다. 그리고, 편초점 오차량의 측정에서는 MTF(Modulated Transfer Function) 측정기로 카메라 렌즈 유닛의 화각(畵角)에 대하여 7할 화상 높이의 MTF를 측정한다. 도 15는 MTF 측정의 결과를 나타내고 있다. 그리고, 플러스 화상 높이와 마이너스 화상 높이의 피크 위치(포커스 위치)의 차를 판독한다. 이 차가 편초점 오차량이 된다.

본 조사에서는 500 ㎚의 점광원을 카메라 렌즈 유닛에 입사시키고, 40배의 대물 렌즈로 이 점상을 관찰하였다. 하기에, 축 편차량마다의 점상 및 편초점 오차량에 대하여 조사한 결과를 나타낸다. 도 16은 축 편차 3 ㎛, 도 17은 축 편차 8 ㎛, 도 18은 축 편차 15 ㎛, 도 19는 축 편차 22 ㎛에서의 각각의 편초점 오차량을 나타내고 있다.

축 편차가 3 ㎛이면, 도 16에 도시한 바와 같이 점상이 거의 동심원상으로 결상되어, 편초점 오차량은 대략 10 ㎛였다. 축 편차가 8 ㎛이면, 도 17에 도시한 바와 같이 도 16에 비해 점상이 붕괴되기 시작하여, 편초점 오차량은 대략 30 ㎛ 였다. 축 편차가 15 ㎛이면, 도 18에 도시한 바와 같이 도 17에 비해 점상이 더욱 붕괴되기 시작하여, 편초점 오차량은 대략 40 ㎛였다. 축 편차가 22 ㎛가 되면, 도 19에 도시한 바와 같이 상의 형상이 현저히 붕괴되어, 광학 특성을 크게 악화시키게 된다.

이들의 결과, 고정밀도가 요구되는 휴대 전화용 카메라 렌즈(외경이 12 ㎜ 이하임과 동시에 광학면의 면 조도가 Ra 20 ㎚ 이하인 광학 부품)에서, 축 편차가 22 ㎛ 이상이 되면 광학 특성의 열화가 크고, 제품으로서 부적절하다는 것을 알 수 있었다. 그 때문에, 압접 방향에 대하여 수직인 방향에 대한 축 편차는 20 ㎛ 이하여야만 하며, 바람직하게는 10 ㎛ 이하라는 것을 알 수 있었다. 또한, 고정밀도의 광학 부품을 제공하는 경우, 축 편차는 5 μ 이하여야만 한다는 것을 알 수 있었다.

[광 픽업 장치에 대한 적용예]

이어서, 본 형태의 성형기 (100)으로 성형된 플라스틱 렌즈의 광 픽업 장치에 대한 적용예를 설명한다. 또한, 본 명세서에서는 정보의 기록/재생용의 광원으로서, 청자색 반도체 레이저나 청자색 SHG 레이저를 사용하는 광 디스크를 총칭하 여 "고밀도 광 디스크"라고 하며, NA 0.85의 대물 광학계에 의해 정보의 기록/재생을 행하고, 보호층의 두께가 0.1 ㎜ 정도인 규격의 광 디스크 이외에, NA 0.65의 대물 광학계에 의해 정보의 기록/재생을 행하며, 보호층의 두께가 0.6 ㎜ 정도인 규격의 광 디스크도 포함한다. 또한, 이러한 보호층을 그 정보 기록면 위에 갖는 광 디스크 이외에, 정보 기록면 위에 수 내지 수십 ㎚ 정도의 두께의 보호막을 갖는 광 디스크나, 보호층 또는 보호막의 두께가 0인 광 디스크도 포함한다. 또한, 본 명세서에서는 고밀도 광 디스크에 정보의 기록/재생용의 광원으로서, 청자색 반도체 레이저나 청자색 SHG 레이저를 사용하는 광 자기 디스크도 포함한다.

본 형태의 광 픽업 장치는 사용 파장이 405 ㎚인 소위 청자색 레이저 광원을 이용한 고밀도인 광 디스크, DVD, CD의 3 포맷 호환의 광 픽업 장치를 타깃으로 하고 있으며, 제1 광 정보 기록 매체로서 보호 기판 두께 t1이 0.6 ㎜인 고밀도인 광 디스크, 제2 광 정보 기록 매체로서 보호 기판 두께 t2가 0.6 ㎜인 DVD, 제3 광 정보 기록 매체로서 보호 기판 두께 t3이 1.2 ㎜인 CD를 상정하고 있다. 도 20의 (D0)은 기록 매체의 보호 기판면이 장착되는 면이며, 광원과의 위치 관계는 기록 매체의 종류에 따라 변화되지 않는다. 여기서, 각각 (D1), (D2), (D3)과 (D0)의 두께는 기반 두께를 나타내고 있다.

또한, 본 명세서에서 DVD란, DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD+R 및 DVD+RW 등의 DVD 계열의 광 디스크의 총칭이며, CD란 CD-ROM, CD-Audio, CD-Video, CD-R 및 CD-RW 등의 CD 계열의 광 디스크의 총칭이다.

도 20 중 레이저 다이오드 (LD1)은 제1 광원이고, 파장 λ1이 405 ㎚인 청자 색 레이저가 이용되지만, 파장이 390 ㎚ 내지 420 ㎚인 범위의 것을 적절하게 이용할 수 있다. 레이저 다이오드 (LD2)는 제2 광원이고, 파장 λ2가 655 ㎚인 적색 레이저가 이용되지만, 파장이 630 ㎚ 내지 680 ㎚인 범위의 것을 적절하게 이용할 수 있다. 레이저 다이오드 (LD3)은 제3 광원이고, 파장 λ3이 780 ㎚인 적외 레이저가 이용되지만, 파장이 750 ㎚ 내지 800 ㎚인 범위의 것을 적절하게 이용할 수 있다.

레이저 다이오드 (LD2)는 제2 광원(DVD용의 광원), 제3 광원(CD용의 광원)의 2개의 발광점을 동일한 패키지에 넣은, 소위 2 레이저 1 패키지의 광원 유닛이다.

또한, 레이저 다이오드 (LD2)로부터 실선으로 그려져 있는 것이 DVD용의 광원 광속이며, 점선으로 그려져 있는 것이 CD용의 광원 광속이다. 빔 스플리터 (BS1)은 레이저 다이오드 (LD1) 및 레이저 다이오드 (LD2)로부터 입사되는 광원 광속을 대물 광학 소자인 대물 렌즈 (OBL)의 방향으로 투과시킨다.

레이저 다이오드 (LD1)로부터 투광된 광속은 빔 품위 향상을 위해 빔 쉐이퍼 (BSL)에 입사한 후, 빔 스플리터 (BS1)을 거쳐 콜리메이터 (CL)에 입사하고, 이에 따라 무한 평행광에 콜리메이트된 후, 빔 스플리터 (BS3), 오목 렌즈와 볼록 렌즈로 구성되는 빔 익스팬더 (BE)를 거쳐 대물 광학 소자(광 디스크에 가장 가까운 광학 소자)인 대물 렌즈 (OBL)에 입사된다. 그리고 제1 광 정보 기록 매체의 보호 기판을 통해 정보 기록면 위에 집광 스폿을 형성한다. 그리고 정보 기록면 위에서 반사한 후, 동일한 경로를 찾아 콜리메이터 (CL1)을 통과한 후, 빔 스플리터 (BS3)에 의해 센서 렌즈 (SL1)을 거쳐 센서 (S1)에 집광한다. 이 센서에 의해 광전 변 환되어, 전기적인 신호가 된다.

또한, 빔 익스팬더 (BE)와 대물 렌즈 (OBL) 사이에는 도시하지 않은 λ/4(사분의 일 파장)판이 배치되어 있으며, 왕복으로 정확히 반파장분 위상이 어긋나 편광 방향이 변화된다. 이 때문에 귀로의 광속은 빔 스플리터 (BS3)에 의해 진행 방향이 변화된다.

빔 쉐이퍼 (BSL)은 광축에 대하여 수직인 어느 방향과 이 방향에 대하여 수직인 방향의 2개의 방향에 대하여 각각 상이한 곡률을 갖고 있다(광축에 대하여, 회전 비대상인 곡률을 갖고 있음).

광원으로부터 출사된 광속은 반도체 광원의 구조상 광축에 대하여 수직인 어느 방향과 이 방향에 대하여 수직인 방향의 2개의 방향에 대하여 각각 발산각이 상이하며, 광축 방향으로부터 보아 타원상의 빔으로 되어있지만, 이 상태로는 광 디스크용의 광원 광속으로서 바람직하지 않기 때문에, 빔 쉐이퍼 (BSL)에 의해 각각의 방향으로 상이한 굴절 작용을 제공함으로써, 출사 광속이 대략 원형 단면의 빔이 되도록 하고 있다.

또한, 여기서는 레이저 다이오드 (LD1)의 광로 중에 빔 쉐이퍼 (BSL)을 배치하고 있지만, 레이저 다이오드 (LD2)의 광로에 배치하는 것도 당연히 가능하다. 레이저 다이오드 (LD2)로부터 투광된 광속도 레이저 다이오드 (LD1)의 경우와 마찬가지로, 광 디스크(제2 광 정보 기록 매체, 제3 광 정보 기록 매체)에 집광 스폿을 형성하고, 반사하여 최종적으로 센서 (S2)에 집광된다. 빔 스플리터 (BS2)에 의해 광로가 일치되도록 하고 있을 뿐이며, 레이저 다이오드 (LD1)의 경우와 변함없다. 또한, 대물 광학 소자 (OBL)은 도 20에서는 단일 렌즈이지만, 필요에 따라 복수의 광학 소자로 구성되도록 할 수 있다.

또한, 각 레이저 다이오드 (LD)로부터 투광된 광속이 광 디스크의 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광되는 상태가 도시되어 있는데, 재생/기록하는 기록 매체의 규격마다, 광원과 보호 기판 표면의 거리는 변하지 않지만, 대물 광학 소자의 기본적인 위치(기준 위치)가 액튜에이터에 의해 변환되어, 이 기준 위치로부터 핀트 정렬(포커싱)을 행한다.

그리고, 각각의 광 정보 기록 매체의 보호 기판 두께 및 피트의 크기에 따라, 대물 광학 소자 (OBL)에 요구되는 개구수도 상이하다. 여기서, CD용의 개구수는 0.45, DVD 및 고밀도인 광 디스크의 개구수는 0.65로 하고 있다. 단, CD에 대해서는 0.43 내지 0.50, DVD에 대해서는 0.58 내지 0.68의 범위에서 적절하게 선택 가능하다.

또한, (IR)은 불필요한 빛을 차단하기 위한 조리개이다. 또한, 대물 렌즈 (OBL)에는 평행광이 입사되고 있지만, 콜리메이트하지 않고 유한 발산광이 입사되는 구성일 수도 있다. 도 20에 도시한 이들 광학 소자는 본 형태의 성형기 (100)에 의해 성형된 플라스틱 광학 부품이다.

또한, 도 20에 도시한 본 형태의 성형기 (100)에서는 제1 광원, 제2 광원 및 제3 광원의 공통 광로에 배치되는 회절 구조를 갖는 대물 광학 소자 (OBL)도 성형하고 있다. 그리고, 대물 광학 소자 (OBL)에 톱니상의 회절 구조를 설치하고 있다.

이것은 광축을 중심으로서 동심원상으로 미세한 단차를 설치한 것이며, 인접하는 원형띠를 통과한 광속은 소정의 광로차가 부여된다. 그리고 이 톱니의 피치(회절력)나 깊이(블레이즈드화 파장)를 설정함으로써, 고밀도인 광 디스크에 대해서는 특정한 NA 내의 제1 광원으로부터의 광속이 2차 회절광에 의한 집광 스폿으로서 형성되며, DVD에 대해서는 동일한 NA 내의 제2 광원으로부터의 광속이 1차 회절광에 의한 집광 스폿으로서 형성되도록 되어 있다.

이와 같이, 회절 차수가 상이한 빛을 이용함으로써, 각각의 경우에서의 회절 효율을 높게 할 수 있으며, 광량을 확보할 수 있다. 또한, CD에 대해서는 동일한 NA 내의 제3 광원으로부터의 광속을 DVD와 동일한 차수(1차)의 회절광으로 하는 것이 바람직하지만, 이것은 적절하게 상이한 차수가 되도록 할 수도 있다. 이 예에서는, DVD와 동일한 1차의 회절광으로서 집광 스폿을 형성하도록 하고 있다.

또한, 본 명세서에서 "회절 구조"란 광축을 중심으로 하여 배치된 톱니 형상 또는 계단 형상의 복수의 원형띠로 구성되는 구조를 가리키며, 각 원형띠가 추가로 계단상으로 분할되어 있는 "중첩형 회절 구조"와는 구별한다. 구체적으로 "중첩형 회절 구조"란 광축을 중심으로 하여 배치된 톱니 형상 또는 계단 형상의 복수의 원형띠에서, 각 원형띠가 추가로 복수의 불연속인 광축 방향의 단차에 의해 계단상으로 분할된 구조를 가리킨다. 이러한 중첩형 회절 구조의 단차량 △, 단차수 N을 적절하게 설정함으로써, 복수의 파장 중 하나만을 선택적으로 회절시키고, 다른 파장은 회절하지 않고 그대로 투과시키거나, 복수의 파장의 회절 차수를 상이하게 하거나, 또는 특정한 파장에 대하여 회절 효율을 극단적으로 작게 하는 작용을 파장 이 상이한 복수의 입사 광속에 대하여 제공하는 것이 가능해진다.

이러한 회절 구조는 광로차 부여 구조의 일례이지만, 그 이외에 공지된 "위상차 부여 구조"나 "멀티 레벨 구조"도 이용할 수 있다. 또한, 멀티 레벨 구조란 소정의 단수를 갖는 계단상의 형상을 주기적으로 반복한 형상이다. 이 계단의 단수나, 단의 높이 및 폭(피치)은 적절하게 설정할 수 있다.

또한 여기서는, 광 디스크 포맷의 기반 두께차에 기초하는 구면 수차를 보정하는 목적으로 광로차 부여 구조가 이용되고 있지만, 그 뿐만 아니라 사용 파장의 파장차나, 사용 파장의 변동(모드홉(mode-hop))에 기초하여 발생하는 수차의 보정에도 물론 사용 가능하다. 전자의 경우에는 50 ㎚ 이상의 파장차에 기초하여 발생하는 구면 색 수차의 보정이고, 후자의 경우에는 5 ㎚ 이내의 미소한 파장 변동을 보정한다.

또한, 이 예에서는 회절 구조를 대물 광학 소자에 설치한 예를 설명하였지만, 콜리메이터나 커플링 렌즈 등의 다른 소자에 설치하는 것도 물론 가능하다. 또한 굴절면 및 비구면을 갖는 광학 소자에 이러한 소재를 이용하는 것이 가장 바람직하다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 형태의 성형기 (100)은 클램핑력이 150 KN 미만인 마이크로 성형기이며, 고정밀도가 요구되는 광학 부품을 제조하도록 하고 있다. 클램핑력이 150 KN 미만이기 때문에, 금형의 압접ㆍ이격에 의해 불가피하게 발생하는 변형이 작고, 변형에 따른 위치 편차도 작다. 또한, 가동 금형 (2)를 고정 금형 (1)로부터 이격시키고, 재차 압접시켰을 때의 압접 방향에 대하여 수직인 방향에 대한 양 금형의 위치 편차량의 최대값이 ± 20 ㎛ 이내가 되도록 설정하고 있다. 그 때문에, 본 형태의 성형기 (100)은 클램핑의 재현성이 고정밀도, 즉 고정 금형 (1)과 가동 금형 (2)간의 광축의 축 편차가 작다.

또한, 본 형태의 성형기 (100)은 베이스 금형과 캐비티의 위치, 또는 캐비티와 코어의 위치를 조절할 수 있다. 이에 따라, 고정 금형 (1)과 가동 금형 (2)의 절대 위치의 편차에 대하여 조절하는 것이 가능하다. 그리고, 이 위치 조절 기능은 고정 금형 (1)과 가동 금형 (2) 중 1개 이상에 설치된다. 이에 따라, 광학면을 형성하는 전사부를 코어로서 분할하여, 전사부마다 개별로 위치 조절을 행하는 것이 가능해진다. 따라서, 다수개가 취출된 금형이어도, 각 전사부에 대하여 위치 조절이 가능해진다. 그 때문에, 다수개가 취출된 금형이어도, 전체 성형품에 대하여 축 편차를 20 ㎛ 미만으로 좁힐 수 있다. 따라서, 4개 이상의 다수개 취출이 가능해지기 때문에, 고효율로 생산할 수 있다.

또한, 본 형태의 성형기 (100)에 탑재되는 금형은 그 크기도 500 KN 클래스의 금형에 비해 소형이다. 그 때문에, 설치하기 위한 스페이스가 작다. 또한, 제조 시간이 짧으며, 사출에 필요로 되는 수지량이 적고, 금형의 이동에 필요한 동력이 작기 때문에, 저비용화를 도모할 수 있다. 따라서, 수지제의 소형 광학 부품을 고정밀도일 뿐만 아니라 효율적으로 제조할 수 있는 광학 부품의 제조 장치가 실현된다.

또한, 본 실시 형태는 단순한 예시에 지나지 않으며, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 따라서 본 발명은 당연히 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량 및 변형이 가능하다. 예를 들면, 사출부에 대해서는 프리플라 방식이나 인라인 스크류 방식으로 한정되지 않으며, 예를 들면 인라인 플런저 방식을 이용할 수도 있다.

또한, 성형품인 광학 부품에서, 모재가 되는 플라스틱 수지에 미립자를 혼합하는 경우, 그 혼합 방법은 특별히 한정되지 않는다. 즉, 플라스틱 수지와 미립자를 각각 독립적으로 제조하고, 그 후에 양자를 혼합시키는 방법, 미리 제조한 미립자가 존재하는 조건으로 플라스틱 수지를 제조하는 방법, 미리 제조한 플라스틱 수지가 존재하는 조건으로 미립자를 제조하는 방법, 플라스틱 수지와 미립자의 양자를 동시에 제조하는 방법 등 어떠한 방법도 이용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 플라스틱 수지가 용해된 용액과 미립자가 균일하게 분산된 분산액의 2 액체를 균일하게 혼합하고, 플라스틱 수지에 대하여 용해성이 불충분한 용액 중에 주입함으로써 목적으로 하는 재료 조성물을 얻는 방법을 바람직하게 들 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다.

또한, 광학 부품에서 플라스틱 수지와 미립자의 혼합의 정도는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 균일하게 혼합하는 것이다. 혼합의 정도가 불충분한 경우에는 특히 굴절률이나 아베수, 광선 투과율 등의 광학 특성에 영향을 미칠 염려가 있으며, 열가소성이나 용융 성형성 등의 수지 가공성에도 영향을 미칠 염려가 있다. 혼합의 정도는 그 제조 방법에 영향을 받는다고 생각되기 때문에, 플라스틱 수지 및 미립자의 특성을 충분히 감안하여 방법을 선택하는 것이 중요하다. 플라스틱 수지와 미립자의 양자를 균일하게 혼합하기 위해, 플라스틱 수지와 미립자를 직접 결합시키는 방법 등도 바람직하게 이용할 수 있다.

또한, 하기에 본 발명의 성형기에 의해 성형되는 플라스틱 렌즈에 바람직한 플라스틱 수지, 그 수지에 첨가되는 무기 입자에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 플라스틱 재료에 대한 무기 입자의 첨가량은 필요로 하는 성능을 감안하여 적절하게 조정할 수 있으며, 특별히 한정되지 않지만, 무기 입자의 첨가량이 전체 중량에 대하여 5 중량％ 이상, 80 중량％ 이하인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 나노 레벨의 무기 입자를 플라스틱 수지에 첨가한 후, 사출 성형함으로써 광학 소자를 얻을 수 있지만, 무기 입자의 첨가량이 상술한 범위를 하회하면, 성능의 개선(비열성의 향상)이 충분히 얻어지지 않기 때문이다. 또한, 반대로 첨가량이 상술한 범위를 초과하는 경우, 성형성이 악화되거나, 광학 소자로서의 중량이 증가되어, 수지 재료(성형 재료)로서의 성능이 저하되는 경우가 있다. 또한, 성형시에 입자의 주위에 그을음 등의 문제점이 발생하기 때문이다.

무기 입자가 갖는 dn/dt(온도 변화에 의한 굴절률 변동)의 값에 따라 비열성의 효과는 상이하지만, 무기 입자를 5 중량％ 이상 첨가함으로써 비열성의 개선 효과가 얻어진다. PLZT나 LiNbO₃ 등의 무기 입자를 이용하는 경우에는, 5 중량％ 이상 첨가함으로써 수지의 dn/dt을 약 10 ％ 이상 경감시킬 수 있기 때문에, 이에 따라 온도 변화에 의한 수차 변화를 보정할 필요성이 저하된다. 따라서, 광학 설계의 자유도를 증가시킬 수 있다.

한편, 무기 입자의 첨가량을 80 중량％ 이하로 함으로써 비중의 증가를 억제 할 수 있다. 특히 광학 소자가 광 픽업 장치 내에서 구동시키는 광학 소자인 경우, 중량의 증가에 의한 구동 부재(액튜에이터)의 소비 전력 증대를 억제할 수 있으며, 소비 전력 증대에 의한 고온의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 광학 소자에서 무기 입자의 첨가량을 조정함으로써, 수지의 dn/dt를 역전시키는 것도 가능하다. 즉, 광학 소자의 온도가 상승됨에 따라, 굴절률이 증가하도록 하는 것도 가능하다. 예를 들면, LiNbO₃을 포함하는 무기 입자를 아크릴 수지 중에 분산시키는 경우, 무기 입자의 첨가량을 40 중량％ 이상으로 함으로써 아크릴 수지의 dn/dt의 부호를 역전시킬 수 있다. 이러한 구성을 갖는 광학 소자는 온도 변화에 대하여 과잉 보정이 되기 때문에, 통상적인 수지를 포함하는 광학 소자와 조합함으로써, 상호의 온도 변화에 의한 굴절률 변화를 상쇄하는 것도 가능하다. 이와 같이, 일부의 광학 소자를 과잉 보정으로 함으로써, 광학계에서 모든 광학 소자를 비열화하지 않아도, 전계에서 온도 변화에 의한 굴절률 변화를 상쇄할 수 있다.

광학 소자의 모재가 되는 수지 재료는 예를 들면 아크릴 수지에 산화니오븀(Nb₂O₅)의 미립자를 분산시킴으로써 얻어진다. 이 모재가 되는 열가소성 수지는 부피비로 80, 산화니오븀은 20 정도의 비율이며, 이들을 균일하게 혼합한다. 미립자는 응집되기 쉽다는 문제점이 있지만, 입자 표면에 전하를 제공하여 분산시키는 등의 기술에 의해, 필요한 분산 상태를 발생시킬 수 있다.

또한, 수지 재료에 첨가되는 미립자는 무기물인 것이 바람직하지만, 산화물 인 것이 더욱 바람직하다. 그리고 산화 상태가 포화되어 있으며, 그 이상 산화되지 않는 산화물인 것이 바람직하다.

구체적으로, 미립자는 평균 입자 직경이 30 ㎚ 이하이지만, 1 ㎚ 이상인 것이 바람직하다. 1 ㎚ 미만이면 입자의 분산이 곤란하기 때문에, 원하는 성능이 얻어지지 않을 우려가 있으며, 평균 입자 직경이 30 ㎚를 초과하면, 얻어지는 열가소성 재료 조성물이 탁해지는 등 투명성이 저하되어, 광선 투과율이 70 ％ 미만이 될 우려가 있다. 또한, 여기서 말하는 평균 입자 직경은 입자와 동일한 부피의 구로 환산했을 때의 직경을 말한다.

또한, 무기 미립자의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 구상의 미립자가 바람직하게 이용된다. 또한, 입경의 분포에 대해서도 특별히 제한되지 않지만, 광범한 분포를 갖는 것보다 비교적 좁은 분포를 갖는 것이 바람직하게 이용된다.

무기 미립자로서는 예를 들면 산화물 미립자를 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 산화티탄, 산화아연, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화하프늄, 산화니오븀, 산화탄탈, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스트론튬, 산화바륨, 산화이트륨, 산화란탄, 산화세륨, 산화인듐, 산화주석, 산화연, 이들 산화물로 구성되는 복산화물인 니오븀산리튬, 니오븀산칼륨 및 탄탈산리튬 등, 이들 산화물과의 조합으로 형성되는 인산염 및 황산염 등을 바람직하게 들 수 있다.

또한, 무기 미립자로서는 반도체 결정 조성의 미립자도 바람직하게 이용할 수 있다. 이 반도체 결정 조성에는 특별히 제한은 없지만, 광학 소자로서 사용하는 파장 영역에서 흡수, 발광 및 형광 등이 발생하지 않는 것이 바람직하다. 구체 적인 조성예로서는 탄소, 규소, 게르마늄 및 주석 등의 주기율표 제14족 원소의 단체, 인(흑린) 등의 주기율표 제15족 원소의 단체, 셀레늄 및 텔루륨 등의 주기율표 제16족 원소의 단체, 탄화규소(SiC) 등의 복수의 주기율표 제14족 원소를 포함하는 화합물, 산화주석(IV)(SnO₂), 황화주석(II, IV)(Sn(II)Sn(IV)S₃), 황화주석(IV)(SnS₂), 황화주석(II)(SnS), 셀레늄화주석(II)(SnSe), 텔루륨화주석(II)(SnTe), 황화연(II)(PbS), 셀레늄화연(II)(PbSe) 및 텔루륨화연(II)(PbTe) 등의 주기율표 제14족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물, 질화붕소(BN), 인화붕소(BP), 비화붕소(BAs), 질화알루미늄(AlN), 인화알루미늄(AlP), 비화알루미늄(AlAs), 안티몬화알루미늄(AlSb), 질화갈륨(GaN), 인화갈륨(GaP), 비화갈륨(GaAs), 안티몬화갈륨(GaSb), 질화인듐(InN), 인화인듐(InP), 비화인듐(InAs) 및 안티몬화인듐(InSb) 등의 주기율표 제13족 원소와 주기율표 제15족 원소의 화합물(또는 III-V족 화합물 반도체), 황화알루미늄(Al₂S₃), 셀레늄화알루미늄(Al₂Se₃), 황화갈륨(Ga₂S₃), 셀레늄화갈륨(Ga₂Se₃), 텔루륨화갈륨(Ga₂Te₃), 산화인듐(In₂O₃), 황화인듐(In₂S₃), 셀레늄화인듐(In₂Se₃) 및 텔루륨화인듐(In₂Te₃) 등의 주기율표 제13족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물, 산화아연(ZnO), 황화아연(ZnS), 셀레늄화아연(ZnSe), 텔루륨화아연(ZnTe), 산화카드뮴(CdO), 황화카드뮴(CdS), 셀레늄화카드뮴(CdSe), 텔루륨화카드뮴(CdTe), 황화수은(HgS), 셀레늄화수은(HgSe) 및 텔루륨화수은(HgTe) 등의 주기율표 제12족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물(또는 II-VI족 화합물 반도체), 황화비소(III)(As₂S₃), 셀레늄화비소(III)(As₂Se₃), 텔루륨화비소(III)(As₂Te₃), 황화안티몬(III)(Sb₂S₃), 셀레늄화안티몬(III)(Sb₂Se₃), 텔루륨화안티몬(III)(Sb₂Te₃), 황화비스무트(III)(Bi₂S₃), 셀레늄화비스무트(III)(Bi₂Se₃) 및 텔루륨화비스무트(III)(Bi₂Te₃) 등의 주기율표 제15족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물, 산화구리(I)(Cu₂O) 및 셀레늄화구리(I)(Cu₂Se) 등의 주기율표 제11족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물, 염화구리(I)(CuCl), 브롬화구리(I)(CuBr), 요오드화구리(I)(CuI), 염화은(AgC1) 및 브롬화은(AgBr) 등의 주기율표 제11족 원소와 주기율표 제17족 원소의 화합물, 산화니켈(II)(NiO) 등의 주기율표 제10족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물, 산화코발트(II)(CoO) 및 황화코발트(II)(CoS) 등의 주기율표 제9족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물, 사산화삼철(Fe₃O₄) 및 황화철(II)(FeS) 등의 주기율표 제8족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물, 산화망간(II)(MnO) 등의 주기율표 제7족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물, 황화몰리브덴(IV)(MoS₂), 산화텅스텐(IV)(WO₂) 등의 주기율표 제6족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물, 산화바나듐(II)(VO), 산화바나듐(IV)(VO₂) 및 산화탄탈(V)(Ta₂O₅) 등의 주기율표 제5족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물, 산화티탄(TiO₂, Ti₂O₅, Ti₂O₃ 및 Ti₅O₉ 등) 등의 주기율표 제4족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물, 황화마그네슘(MgS) 및 셀레늄화마그네슘(MgSe) 등의 주기율 표 제2족 원소와 주기율표 제16족 원소의 화합물, 산화카드뮴(II)크롬(III)(CdCr₂O₄), 셀레늄화카드뮴(II)크롬(III)(CdCr₂Se₄), 황화구리(II)크롬(III)(CuCr₂S₄), 셀레늄화수은(II)크롬(III)(HgCr₂Se₄) 등의 칼코겐 스피넬류, 바륨티타네이트(BaTiO₃) 등을 들 수 있다. 또한, 문헌 [G. Schmid 외; Adv. Mater., 4권, 494페이지 (1991)]에 보고되어 있는 Cu₁₄₆Se₇₃(트리에틸포스핀)₂₂와 같이 구조가 확정되어 있는 반도체 클러스터도 마찬가지로 예시된다. 이들 미립자는 1 종류의 무기 미립자를 이용할 수도 있고, 복수 종류의 무기 미립자를 병용할 수도 있다.

무기물은 고분자 유기 화합물인 플라스틱 수지와의 반응을 억제하기 위해 바람직하며, 산화물이면 사용에 따른 열화를 방지할 수 있다. 특히 고온화나, 레이저 광을 조사하는 가혹한 조건에서 산화가 촉진되기 쉬워지지만, 이러한 무기 산화물의 미립자이면, 산화에 의한 열화를 방지할 수 있다. 또한, 기타 요인에 의한 수지의 산화를 방지하기 위해, 산화 방지제를 첨가하는 것도 바람직하다.

무기 미립자의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 공지된 어떠한 방법도 이용할 수 있다. 예를 들면, 할로겐화 금속이나 알콕시 금속을 원료로 이용하고, 물을 함유하는 반응계에서 가수분해함으로써, 원하는 산화물 미립자를 얻을 수 있다. 이때, 미립자의 안정화를 위해 유기산이나 유기아민 등을 병용하는 방법도 이용된다.

또한, 무기 미립자는 표면 수식을 실시하는 것이 바람직하다. 표면 수식하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 공지된 어떠한 방법도 이용할 수 있다. 예를 들면, 물이 존재하는 조건하에, 가수분해에 의해 무기 미립자의 표면에 수식하는 방법을 들 수 있다. 이 방법에서는 산 또는 알칼리 등의 촉매가 바람직하게 이용되며, 미립자 표면의 수산기와, 표면 수식제가 가수분해되어 발생하는 수산기가 탈수되어 결합을 형성한다고 일반적으로 생각되고 있다.

이어서, 플라스틱 수지에 대하여 상세히 설명한다. 플라스틱 수지로서는 상술한 바와 같이 아크릴 수지, 환상 올레펜 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에테르 수지, 폴리아미드 수지 및 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 광학 소자에 이용되는 플라스틱 수지로서는 특히 지환식 구조를 갖는 중합체가 바람직하게 이용된다. 특히 아크릴 수지, 환상 지방족쇄를 갖는 폴리카르보네이트 수지, 환상 지방족쇄를 갖는 폴리에스테르 수지, 환상 지방족쇄를 갖는 폴리에테르 수지, 환상 지방족쇄를 갖는 폴리아미드 수지, 또는 환상 지방족쇄를 갖는 폴리이미드 수지 등을 바람직하게 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 도 21에 도시한 표 1에 기재된 화학식 I 내지 XIV로 표시되는 구조 골격을 갖는 수지를 들 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다.

지환식 구조를 갖는 중합체는 중합체 전체 반복 단위 중에 하기 화학식 1로 표시되는 지환식 구조를 갖는 반복 단위 (a)와 하기 화학식 2 및/또는 하기 화학식 3으로 표시되는 쇄상 구조의 반복 단위 (b)를 합계 함유량이 90 중량％ 이상이 되도록 함유하고, 반복 단위 (b)의 함유량이 1 중량％ 이상 10 중량％ 미만인 지환식 탄화수소계 공중합체가 더욱 바람직하다.

화학식 1 중 X는 지환식 탄화수소기이고, 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3 중, R1 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 쇄상 탄화수소기, 할로겐 원자, 알콕시기, 히드록시기, 에테르기, 에스테르기, 시아노기, 아미드기, 이미드기, 실릴기 및 극성기(할로겐 원자, 알콕시기, 히드록시기, 에테르기, 에스테르기, 시아노기, 아미드기, 이미드기 또는 실릴기)로 치환된 쇄상 탄화수소기이다. 이 중에서도 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 내지 6개의 쇄상 탄화수소기인 경우가 내열성 및 저흡수성이 우수하기 때문에 바람직하다. 할로겐 원자로서는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 및 요오드 원자를 들 수 있다. 극성기로 치환된 쇄상 탄화수소기로 서는 예를 들면 탄소 원자수 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 10, 보다 바람직하게는 1 내지 6인 할로겐화 알킬기를 들 수 있다. 쇄상 탄화수소기로서는 예를 들면 탄소 원자수 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 10, 보다 바람직하게는 1 내지 6의 알킬기; 탄소 원자수 2 내지 20, 바람직하게는 2 내지 10, 보다 바람직하게는 2 내지 6의 알케닐기를 들 수 있다.

화학식 1 중의 X는 지환식 탄화수소기를 나타내고, 이것을 구성하는 탄소수는 통상적으로 4개 내지 20개, 바람직하게는 4개 내지 10개, 보다 바람직하게는 5개 내지 7개이다. 지환식 구조를 구성하는 탄소수를 이 범위로 함으로써 복굴절을 감소시킬 수 있다. 또한 지환식 구조는 단환 구조로 한정되지 않으며, 예를 들면 노르보르난환이나 디시클로헥산환 등의 다환 구조일 수도 있다.

지환식 탄화수소기는 탄소-탄소 불포화 결합을 가질 수 있지만, 그 함유량은 전체 탄소-탄소 결합의 10 ％ 이하, 바람직하게는 5 ％ 이하, 보다 바람직하게는 3 ％ 이하이다. 지환식 탄화수소기의 탄소-탄소 불포화 결합을 이 범위로 함으로써, 투명성 및 내열성이 향상된다. 또한, 지환식 탄화수소기를 구성하는 탄소에는 수소 원자, 탄화수소기, 할로겐 원자, 알콕시기, 히드록시기, 에테르기, 에스테르기, 시아노기, 아미드기, 이미드기, 실릴기 및 극성기(할로겐 원자, 알콕시기, 히드록시기, 에테르기, 에스테르기, 시아노기, 아미드기, 이미드기 또는 실릴기)로 치환된 쇄상 탄화수소기 등이 결합될 수 있으며, 이 중에서도 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 내지 6개의 쇄상 탄화수소기가 내열성 및 저흡수성의 면에서 바람직하다.

또한, 화학식 3 중의 ……는 주쇄 중의 탄소-탄소 포화, 또는 탄소-탄소 불 포화 결합을 나타내지만, 투명성 및 내열성이 강하게 요구되는 경우, 불포화 결합의 함유율은 주쇄를 구성하는 전체 탄소-탄소간 결합의 통상적으로 10 ％ 이하, 바람직하게는 5 ％ 이하, 보다 바람직하게는 3 ％ 이하이다.

화학식 1로 표시되는 반복 단위 중에서도, 하기 화학식 4로 표시되는 반복 단위가 내열성 및 저흡수성의 면에서 우수하다.

화학식 2로 표시되는 반복 단위 중에서도, 하기 화학식 5로 표시되는 반복 단위가 내열성 및 저흡수성의 면에서 우수하다.

화학식 3으로 표시되는 반복 단위 중에서도, 하기 화학식 6으로 표시되는 반복 단위가 내열성 및 저흡수성의 면에서 우수하다.

화학식 4, 화학식 5 및 화학식 6 중의 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh, Ri, Rj, Rk, Rl, Rm 및 Rn은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 저급 쇄상 탄화수소기를 나타내고, 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 저급 알킬기가 내열성 및 저흡수성의 면에서 우수하다.

화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 쇄상 구조의 반복 단위 중에서는, 화학식 3으로 표시되는 쇄상 구조의 반복 단위가 얻어지는 탄화수소계 중합체의 강도 특성이 우수하다.

탄화수소 공중합체 중에서의, 화학식 1로 표시되는 지환식 구조를 갖는 반복 단위 (a)와 화학식 2 및/또는 화학식 3으로 표시되는 쇄상 구조의 반복 단위 (b)의 합계 함유량은 중량 기준으로 통상적으로 90 ％ 이상, 바람직하게는 95 ％ 이상, 보다 바람직하게는 97 ％ 이상이다. 합계 함유량을 상기 범위로 함으로써, 저복굴절성, 내열성, 저흡수성 및 기계 강도가 고도로 균형잡힌다.

지환식 탄화수소계 공중합체에서의 쇄상 구조의 반복 단위 (b)의 함유량은 사용 목적에 따라 적절하게 선택되지만, 통상적으로 중량 기준으로 1 ％ 이상 10 ％ 미만, 바람직하게는 1 ％ 이상 8 ％ 이하, 보다 바람직하게는 2 ％ 이상 6 ％ 이하의 범위이다. 반복 단위 (b)의 함유량이 상기 범위에 있으면, 저복굴절성, 내 열성 및 저흡수성이 고도로 균형잡힌다.

또한, 반복 단위 (a)의 연쇄 길이는 지환식 탄화수소계 공중합체의 분자쇄 길이에 대하여 충분히 짧고, 구체적으로는 A=(지환식 구조를 갖는 반복 단위 연쇄의 중량 평균 분자량), B=(지환식 탄화수소계 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)×(지환식 구조를 갖는 반복 단위수/지환식 탄화수소계 공중합체를 구성하는 전체 반복 단위수))로 했을 때, A가 B의 30 ％ 이하이고, 바람직하게는 20 ％ 이하, 보다 바람직하게는 15 ％ 이하, 특히 바람직하게는 10 ％ 이하의 범위이다. A가 이 범위 외이면, 저복굴절성이 저하된다.

또한, 반복 단위 (a)의 연쇄 길이가 특정한 분포를 갖고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, A=(지환식 구조를 갖는 반복 단위 연쇄의 중량 평균 분자량), C=(지환식 구조를 갖는 반복 단위 연쇄의 수 평균 분자량)으로 했을 때, A/C가 바람직하게는 1.3 이상, 보다 바람직하게는 1.3 내지 8.0, 가장 바람직하게는 1.7 내지 6.0의 범위이다. A/C가 과도하게 작으면 블록 정도가 증가되고, 과도하게 크면 불규칙 정도가 증가되며, 두 경우 모두 저복굴절성이 저하된다.

지환식 탄화수소계 공중합체의 분자량은 겔 투과 크로마토그래피(이하, GPC)에 의해 측정되는 폴리스티렌(또는 폴리이소프렌) 환산 중량 평균 분자량(Mw)으로 1000 내지 1000000, 바람직하게는 5000 내지 500000, 보다 바람직하게는 10000 내지 300000, 가장 바람직하게는 50000 내지 250000의 범위이다. 지환식 탄화수소계 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)이 과도하게 작으면 성형물의 강도 특성에 저하되고, 반대로 과도하게 크면 성형물의 복굴절이 커진다.

이러한 공중합체의 분자량 분포는 사용 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있지만, GPC에 의해 측정되는 폴리스티렌(또는 폴리이소프렌) 환산의 중량 평균 분자량(Mw)과 수 평균 분자량(Mn)의 비(Mw/Mn)로, 통상적으로 2.5 이하, 바람직하게는 2.3 이하, 보다 바람직하게는 2 이하의 범위이다. Mw/Mn이 이 범위에 있으면, 기계 강도와 내열성이 고도로 균형잡힌다.

공중합체의 유리 전이 온도(Tg)는 사용 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있지만, 통상적으로 50 ℃ 내지 250 ℃, 바람직하게는 70 ℃ 내지 200 ℃, 보다 바람직하게는 90 ℃ 내지 180 ℃이다.

플라스틱 수지 중에 입자를 분산시키는 기술에 대해서는 입자에 전하를 갖게 하는 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 펠릿상의 플라스틱 수지를 챔버에 충전하고, 이 챔버 내에 입자를 주입ㆍ분산시키며, 이 챔버 내를 가열하여 플라스틱 수지를 용융시킨다. 이렇게 하면, 분산시킨 입자가 용융된 플라스틱 수지 중에 분산된다. 이때, 침전을 방지하기 위해 교반하거나, 전계ㆍ자계를 가하거나, 초음파를 부여하는 것도 가능하다.

또한, 용융시킨 플라스틱 수지를 사출 성형할 때, 인라인 믹서 등을 이용하여 입자를 첨가하는 방법도 생각된다. 이 경우에는 라인 위에서 나선상으로 혼합되기 때문에, 분산 상태를 바람직하게 제조하는 것이 가능하다.

여기서, 미립자를 분산시킨 플라스틱 수지를 일단 냉각ㆍ고화시킨 후, 재차 용융시켜 사출 성형하면, 재가열ㆍ재용융에 의해 분산 상태가 변화되거나, 입자 주변의 수지에 미소한 그을음이 발생할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 특 히 그을음이 발생한 경우, 그을음의 부위에 따라 광선 투과율이 저하되어, 광학 소자로서 사용할 수 없게 된다. 따라서, 한 번 플라스틱 수지를 용융시키고 입자를 분산시키면, 용융 또는 분산시킨 상태를 유지한 채로 성형품을 얻는 것이 바람직하다. 즉, 용융된 상태의 플라스틱 수지 중에 직경이 30 나노미터 이하인 입자를 분산시킨 후, 용융 상태를 유지한 채로 금형 내에 유입시켜 성형품을 얻는 것이 바람직하다.

Claims

고정측 금형과 이 고정측 금형에 대하여 접리 가능하게 설치된 가동측 금형을 가지며,

상기 고정측 금형과 상기 가동측 금형을 2 내지 150 KN 범위 내의 클램핑력(mold clamping force)으로 압접시키고, 이들 금형간의 공극에 수지 재료를 충전함으로써, 외경이 12 ㎜ 이하임과 동시에 광학면의 면 조도가 Ra 20 ㎚ 이하인 광학 부품을 복수개 동시에 성형하는 광학 부품의 제조 장치.
제1항에 있어서,

상기 가동측 금형과 상기 고정측 금형을 이격시켜 재차 압접시켰을 때의 압접 방향에 대하여 수직인 방향에 대한 상기 가동측 금형과 상기 고정측 금형의 형 위치 편차량의 최대값이 ± 20 ㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제1항에 있어서,

상기 고정측 금형 및 상기 가동측 금형 중 1개 이상은 광학 부품의 광학면을 형성하기 위한 전사 부재와 해당 전사 부재를 유지하는 형판으로 구성됨과 동시에,

상기 전사 부재는 상기 형판에 대하여 금형의 압접 방향과 수직인 방향의 위치가 조정 가능한 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제3항에 있어서,

상기 고정측 금형 및 상기 가동측 금형 중 1개만이 광학 부품의 광학면을 형성하기 위한 전사 부재와 해당 전사 부재를 유지하는 형판으로 구성됨과 동시에,

상기 전사 부재는 상기 형판에 대하여 금형의 압접 방향과 수직인 방향의 위치가 조정 가능한 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제3항에 있어서,

상기 전사 부재는 상기 형판에 대하여 금형의 압접 방향으로부터 삽입되는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제3항에 있어서,

상기 전사 부재는 상기 고정측 금형 또는 상기 가동측 금형에 삽입됨과 동시에,

삽입된 금형에 대하여 위치 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가동측 금형과 상기 고정측 금형의 형 위치의 편차량의 최대값이 ± 10 ㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가동측 금형과 상기 고정측 금형의 형 위치의 편차량의 최대값이 ± 5 ㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제3항에 있어서,

상기 전사 부재는 그 외형 형상이 원주상인 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제3항에 있어서,

상기 전사 부재는 그 외형 형상이 각주상인 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제3항에 있어서,

상기 전사 부재는 단일 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제3항에 있어서,

상기 전사 부재는

광학 부품 중의 광학면을 형성하는 전사부가 설치된 제1 전사 부재와,

광학 부품 중의 광학면의 외주에 위치하는 플랜지부를 형성하는 전사부가 설치된 제2 전사 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제12항에 있어서,

상기 제1 전사 부재와 상기 제2 전사 부재 중 1개 이상은 그 외형 형상이 원주상인 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제12항에 있어서,

상기 제1 전사 부재와 상기 제2 전사 부재 중 1개 이상은 그 외형 형상이 각주상인 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 고정측 금형과 상기 가동측 금형 중 1개 이상의 금형의 광학면의 전사부에는 광학 부품의 광축을 중심으로 한 원형띠상의 단차가 설치되는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가동측 금형과 상기 고정측 금형을 압접시킬 때의 클램핑력이 3 내지 130 KN의 범위 내인 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

1회의 클램핑에 의해 취출할 수 있는 광학 부품의 수가 32개 이하인 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

1회의 클램핑에 의해 취출할 수 있는 광학 부품의 수가 8개 내지 16개의 범위 내인 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

제조 대상인 광학 부품이 촬영 광학계에 이용되는 소자인 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

제조 대상인 광학 부품이 광 픽업 광학계에 이용되는 소자인 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조 장치.
고정측 금형과 가동측 금형을 2 내지 150 KN의 범위 내의 클램핑력으로 압접시키는 클램핑 공정,

이들 금형간의 공극에 수지 재료를 충전하는 충전 공정, 및

상기 고정측 금형과 상기 가동측 금형을 이격시켜 광학 부품을 취출하는 취출 공정

을 가지며,

외경이 12 ㎜ 이하임과 동시에 광학면의 면 조도가 Ra 20 ㎚ 이하인 광학 부품을 복수개 동시에 성형하는, 광학 부품의 제조 방법.
제21항에 있어서,

상기 클램핑 공정, 상기 충전 공정 및 상기 취출 공정을 반복함으로써, 광학 부품을 연속하여 제조하며,

상기 취출 공정 후의 상기 클램핑 공정에서, 압접 방향에 대하여 수직인 방향에 대한 상기 가동측 금형과 상기 고정측 금형의 형 위치의 편차량의 최대값이 ± 20 ㎛ 이내인 광학 부품의 제조 방법.