TW201736079A - 光學透鏡的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種光學透鏡的製造方法，係樹脂板在模具內以真空壓縮成形的光學透鏡的製造方法，樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)為100~200℃，模具最深部位的深度(H1)與樹脂板的最大厚度(X1)滿足特定的關係式，真空壓縮成形時的模具表面溫度(T)與樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)滿足特定的關係式。根據本發明，可藉由真空壓縮成形法，有效率地製造具有低雙折射性，形狀精度高的光學透鏡。

Description

光學透鏡的製造方法
本發明係關於一種光學透鏡的製造方法，係藉由真空壓縮成形法製造具有低雙折射性、形狀精度高的光學透鏡。
近年來，朝向電子電器的輕量化、小型化、薄型化邁進，搭載於行動電話等的相機單元亦要求薄型、小尺寸化。此外，在此類相機單元中，亦要求F值特性(光圈值)及MTF特性(對比再現率)等透鏡性能佳。
過去，此類相機單元中所採用的透鏡，由於期望能大量生產，可藉由射出成形法而製造。
然而，藉由射出成形法形成透鏡時，由於發生接合線或雙折射的不均勻化，不易擴展光學有效面，難以藉由射出成形法而製造直徑未達1cm等小尺寸的透鏡。
因此，研究藉由射出成形法以外的方法，製造小尺寸的透鏡的方法。
例如，專利文獻1中，提案一種光學透鏡的製造方法，係使用具有突起的樹脂板作為成形材料，此樹脂板在透鏡模具內進行真空壓縮成形。
專利文獻
專利文獻：日本特開2015-116788號公報
使用專利文獻1中記載的方法，不使用射出成形法，可精度良好地製造光學透鏡。
然而，此方法中，樹脂板上必須設置突起，因此，有製造步驟變得繁雜，費用提高的問題。
因此，期望一種使用真空壓縮成形法，可有效率地製造優質的光學透鏡的方法。
本發明鑑於上述情事，以提供一種藉由真空壓縮成形法，有效率地製造具有低雙折射性，形狀精度高的光學透鏡的光學透鏡製造方法作為目的。
本發明者為了解決上述課題，精心研究藉由真空壓縮成形法製造光學透鏡的方法。其結果發現對應所使用的模具，使用適當厚度的樹脂板，接著，藉由對應此樹脂板的玻璃轉換溫度調節模具溫度，即使使用不具有突起的一般樹脂板作為成形材料，亦可有效率地製造具有低雙折射性、形狀精度高的光學透鏡，遂完成本發明。
因此，根據本發明，提供下述(1)~(4)的光學透鏡的製造方法。
(1)一種光學透鏡的製造方法，係樹脂板在模具內以真空壓縮成形的光學透鏡的製造方法，樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)為100~200℃，模具最深部位的深度(H1)與樹脂板的最大厚度 (X1)滿足下式(I)，[數1]0.9×h1<x1<1.1×h1 (I)(式中，h1表示上述H1的值(μm)，x1表示上述X1的值(μm))，真空壓縮成形時的模具表面溫度(T)與樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)滿足下式(II)，[數2]Tg+30≦t≦Tg+70 (II)
(式中，Tg表示與上述相同的意思，t表示上述T的值(℃))。
(2)如(1)所記載的光學透鏡的製造方法，其中，構成上述樹脂板的樹脂成分為含脂環構造聚合物。
(3)如(1)所記載的光學透鏡的製造方法，其中，上述樹脂板其最大厚度(X1)與最小厚度(X2)的差值為10μm以下者。(4)如(1)所記載的光學透鏡的製造方法，其中，模具最深部位的深度(H1)為0.5mm以下。
根據本發明的製造方法，可藉由真空壓縮成形法，有效率地製造具有低雙折射性，形狀精度高的光學透鏡。
換言之，根據本發明的製造方法，對應所使用的模具使用適當厚度的樹脂板，並且，藉由對應此樹脂板的玻璃轉換溫度而調節模具的溫度，即使使用不具有突起的一般樹脂板作為成 形材料時，可藉由真空壓縮成形法，有效率地製造具有低雙折射性，形狀精度高的光學透鏡。
1‧‧‧下部模具
2‧‧‧上部模具
3‧‧‧樹脂板
4‧‧‧成形品
A‧‧‧模具最深部位的深度(H1)
B‧‧‧模具最淺部位的深度(H2)
第1(a)圖係表示本發明的製造方法中使用的模具的剖面的示意圖。
第1(b)圖係表示使用此模具可獲得的光學透鏡的剖面的形狀的示意圖。
第2圖係表示本發明的製造方法中使用的模具的剖面的示意圖。第2(a)圖表示打開的狀態，第2(b)圖表示閉合的狀態。
第3圖係表示本發明的製造方法中使用的模具的剖面的示意圖。第3(a)圖表示打開的狀態，第3(b)圖表示閉合的狀態。
第4圖係表示本發明的製造方法中使用的模具的剖面的示意圖。第4(a)圖表示打開的狀態，第4(b)圖表示閉合的狀態。
第5圖係真空壓縮成形法的示意圖。
本發明的光學透鏡的製造方法係將樹脂板於模具內以真空壓縮成形，樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)為100~200℃，模具最深部位的深度(H1)與樹脂板的最大厚度(X1)滿足下式(I)，[數3]0.9×h1<x1<1.1×h1 (I)
(式中，h1表示上述H1的值(μm)，x1表示上述X1 的值(μm))，真空壓縮成形時的模具的表面溫度(T)與樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)滿足下式(II)，[數4]Tg+30≦t≦Tg+70 (II)
(式中，Tg表示與上述相同意思，t表示上述T的值(℃))者。
[模具]
作為本發明的製造方法中使用的模具，只要是以樹脂板作為成形材料，可藉由真空壓縮成形法，獲得目標形狀的光學透鏡者，則無特別限制。
本發明使用的模具的一例如第1圖所示。
第1(a)係用以製造第1(b)圖所示形狀的光學透鏡(平凸透鏡)的模具的示意圖。
第1(a)圖所示的模具係由下部模具(1)與上部模具(2)而成者。此模具內的空間設置成在成形時可成為減壓狀態。例如，使模具內部與設置在外部的抽真空裝置(圖示省略)連結，使用該抽真空裝置，在成形時可使模具內部成為減壓狀態。
模具的形狀、大小、材質等並無特別限制，可配合目標的光學透鏡的形狀、特性等適當地決定。
本發明中，模具最深部位的深度(H1)對應光學透鏡的最厚的部分者，模具最淺部位的深度(H2)對應光學透鏡的最薄部分者。例如，以第2圖、第3圖、第4圖所示的模具而言，H1分別為箭頭A所示的部分的長度，H2分別為箭頭B所示的 部分的長度。
上述H1的值通常為0.5mm以下，較佳為0.05~0.4mm。
上述H2的值通常為0.05mm以上，較佳為0.05~0.35mm。
此外，H1的值與H2的值的差通常為0.01~0.4mm，較佳為0.01~0.03mm。
模具的直徑(對應光學透鏡的直徑的值)通常為2~15mm，較佳為3~10mm。
[樹脂板]
本發明的製造方法中，使用樹脂板作為成形材料。
構成樹脂板的樹脂，只要是熱可塑性樹脂則無特別限制。
此外，即使如交聯性聚烯烴樹脂之類的熱硬化性樹脂，只要樹脂板的狀態，沒有充分形成交聯構造，藉由加熱而熔融，最終可獲得的透鏡能成為具有交聯構造的樹脂(硬化樹脂)者，即可於本發明中使用。
作為具有熱可塑性的樹脂，可列舉如(甲基)丙烯酸樹脂、含脂環構造樹脂、苯乙烯系樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚醚樹脂、胺甲酸乙酯樹脂、硫胺甲酸乙酯樹脂等。
此等當中由於可獲得透明性佳的光學透鏡，尤以含脂環構造樹脂適用。
含脂環構造樹脂係指在主鏈及/或側鏈具有脂環式構造的聚合物。
作為脂環式構造，可列舉如飽和環烴(環烷烴)構造、不飽和環烴(環烯烴)構造等。當中由於易於獲得機械強度、耐熱性 佳的光學透鏡，以環烷烴構造為佳。脂環式構造可於主鏈，亦可於側鏈，然而，由於易於獲得機械強度、耐熱性佳的光學透鏡，以在主鏈具有脂環式構造者為佳。構成脂環式構造的碳原子數並無特別限制，通常為4~30個的範圍，以5~20個為佳，5~15個更佳。構成脂環式構造的碳原子數於此等範圍內，變得易於獲得機械強度、耐熱性等特性高度均衡的光學透鏡。
含脂環式構造聚合物中具有脂環式構造的重複單元的比例並無特別限制，然而，相對於全部重複單元，以50重量%以上為佳，70重量%以上更佳，90重量%以上又更佳。使用具有脂環式構造的重複單元的比例為50重量%以上的含脂環式構造聚合物，變得易於獲得透明性及耐熱性佳的光學透鏡。
含脂環式構造聚合物的重量平均分子量(Mw)並無特別限制，然而，通常為5,000~150,000，以10,000~100,000為佳。
含脂環式構造聚合物的重量平均分子量(Mw)，例如以環己烷作為溶媒，在40℃測定，可求得作為標準聚苯乙烯換算值。
含脂環式構造聚合物的玻璃轉換溫度(Tg)並無特別限制，然而，通常為100~200℃，以120~160℃為佳。
作為含脂環式構造聚合物的具體例，可列舉如(1)降莰烯系聚合物、(2)單環的環狀烯烴系聚合物、(3)環狀共軛二烯系聚合物、(4)乙烯脂環式烴系聚合物等。此等當中，從耐熱性、機械強度等觀點來看，以降莰烯系聚合物、及乙烯脂環式烴系聚合物為佳。
且，本說明書中，此等的聚合物不僅只是聚合反應生成物，亦意指其氫化物。
(1)降莰烯系聚合物
降莰烯系聚合物係降莰烯系單體的聚合物或其氫化物。
作為降莰烯系聚合物，可列舉如降莰烯系單體的開環聚合物、降莰烯系單體與可與此等開環共聚合的其他單體之開環聚合物、此等的開環聚合物的氫化物、降莰烯系單體的加成聚合物、降莰烯系單體與可與此等共聚合的其他單體之加成聚合物等。此等當中，由於易於獲得耐熱性、機械強度等優良的光學透鏡，以降莰烯系單體的開環聚合物氫化物為佳。
作為降莰烯系單體，可列舉如雙環〔2.2.1〕庚-2-烯(常用名稱：降莰烯)及其衍生物(環上具有取代基者)、參環〔4.3.01,6.12,5〕癸-3,7-二烯(常用名稱：二環戊二烯)及其衍生物、7,8-苯并參環〔4.3.0.12,5〕癸-3-烯(常用名稱：甲醯基四氫茀：亦稱1,4-甲醯基-1,4,4a,9a-四氫茀)及其衍生物、四環〔4.4.0.12,5.17,10〕十二-3-烯(常用名稱：四環十二烯)及其衍生物等。
作為取代基，可列舉如烷基、伸烷基、乙烯基、烷氧基羰基、亞烷基等。
作為具有取代基的降莰烯系單體，可列舉如8-甲氧基羰基-四環〔4.4.0.12,5.17,10〕十二-3-烯、8-甲基-8-甲氧基羰基-四環〔4.4.0.12,5.17,10〕十二-3-烯、8-亞乙基-四環〔4.4.0.12,5.17,10〕十二-3-烯等。
此等的降莰烯系單體，可單獨1種或組合2種以上使用。
作為可與降莰烯系單體開環共聚合的其他單體，可列舉如環己烯、環庚烯、環辛烯等單環的環狀烯烴系單體等。
作為可與降莰烯系單體加成共聚合的其他單體，可列舉如乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯等碳數2~20的α-烯烴、及此等的衍生物；環丁烯、環戊烯、環己烯、環辛烯、3a,5,6,7a-四氫基-4,7-甲醯基-1H-茚等環烯烴、及此等的衍生物；1,4-己二烯、4-甲基-1,4-己二烯、5-甲基-1,4-己二烯、1,7-辛二烯等非共軛二烯；等。此等當中，以α-烯烴為佳，以乙烯為更佳。
降莰烯系單體的開環聚合物、或是降莰烯系單體與可與此等開環共聚的其他單體之開環聚合物，可藉由將單體成分在習知開環聚合觸媒的存在下，使其聚合而合成。作為開環聚合觸媒，例如可列舉由釕、鋨等金屬的鹵化物，與硝酸鹽或乙醯丙酮化合物、及還原劑而成的觸媒，或是由鈦、鋯、鎢、鉬等金屬的鹵化物或乙醯丙酮化合物，與有機鋁化合物而成的觸媒等。
降莰烯系單體的開環聚合物氫化物，通常可藉由在上述開環聚合物的聚合溶液中，添加含有鎳、鈀等過渡金屬的習知氫化觸媒，使碳-碳不飽和鍵結進行氫化而獲得。
降莰烯系單體的加成聚合物、或是降莰烯系單體與可與此等共聚合的其他單體之加成聚合物，可藉由將單體成分在習知加成聚合觸媒的存在下，使其聚合而合成。作為加成聚合觸媒，例如可列舉由鈦、鋯或釩化合物與有機鋁化合物而成的觸媒。
(2)單環的環狀烯烴系聚合物
作為單環的環狀烯烴系聚合物，例如可列舉環己烯、環庚烯、環辛烯等單環的環狀烯烴系單體的加成聚合物。
此等加成聚合物的合成方法並無特別限制，可適當利用習知方法。
(3)環狀共軛二烯系聚合物
作為環狀共軛二烯系聚合物，例如可使用使環戊二烯、環己二烯等環狀共軛二烯系單體，進行1,2-或1,4-加成聚合的聚合物及其氫化物等。
此等加成聚合物的合成方法並無特別限制，可適當利用習知方法。
(4)乙烯脂環式烴系聚合物
作為乙烯脂環式烴系聚合物，例如可列舉乙烯環己烯、乙烯環己烷等乙烯脂環式烴系單體的聚合物及其氫化物；苯乙烯、α-甲基苯乙烯等乙烯芳香族系單體的聚合物的芳香環部分的氫化物；等。此外，亦可以是乙烯脂環式烴系單體或乙烯芳香族系單體，與可與此等單體共聚合的其他單體之共聚物。作為相關的共聚物，可列舉如隨機共聚物、嵌段共聚物等。
此等聚合物的合成方法並無特別限制，可適當利用習知方法。
此外，作為含脂環式構造聚合物，可使用市售品。作為市售品，可列舉如日本Zeon公司製，ZEONEX(註冊商標)；三井化學公司製，APEL(註冊商標)；JSR公司製，ARTON(註冊商標)；Polyplastics公司製，TOPAS(註冊商標)等。
作為成形材料使用的樹脂板，亦可含有樹脂成分以外的成分。
作為樹脂成分以外的成分，可列舉如光安定劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、脫模劑、抗靜電劑等添加劑。
此等成分的調配量，無特別限制但可適當決定。例如，此等添加劑的總計量，相對於樹脂成分，為10重量%以下。
樹脂板的製造方法並無特別限制，可採用以往已知的適當方法。例如，混合預定成分得到樹脂板製造用的成形材料，使用上述，藉由熔融擠出成形法、熔融流延成形法、射出成形法等獲得樹脂板。
如下述，本發明的製造方法中，配合模具的形狀，使用預定厚度的樹脂板，其厚度通常為50~500μm，以70~400μm為佳。
本發明的製造方法中，使用的樹脂板可為平坦者，亦可配合模具具有突起者(亦即，對應模具的凹部部分的厚度較其他部分更厚者)。惟，配合模具的凹部於樹脂板設置突起時，為此必須有其他步驟。因此，從可更有效率、更便宜地製造光學透鏡的觀點來看，以使用平坦的樹脂板為佳。
本發明的製造方法中使用的樹脂板的最大厚度(X1)與最小厚度(X2)的差值，以10μm以下為佳，以5μm以下更佳。此差值並無特定下限，此差值越小越好，然而，樹脂板的最大厚度(X1)與最小厚度(X2)的差值，通常為0.5μm以上。
若為此種樹脂板，易於取得，且，可有效率地製造光學透鏡。
本發明的製造方法中使用的樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)為100~200℃，以120~160℃為佳。
使用的樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)未達100℃時，所得的光學透鏡其耐熱性變糟。另一方面，樹脂板的玻璃轉換溫度超過200℃時，所得的光學透鏡因其製造步驟中熱的影響，形狀精度容易變糟。
樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)可藉由實施例所記載的方法測定。
[光學透鏡的製造方法]
本發明的光學透鏡的製造方法中，將上述樹脂板在模具內，以真空壓縮成形。
真空壓縮成形係熱可塑性的樹脂板作為成形材料的成形法，於模具內載置樹脂板，將模具加熱使熱可塑性的樹脂板加熱軟化，使模具內呈減壓狀態，使板密合於模具，成形為預定的形狀，在冷卻後解除真空狀態，將樹脂成形品取出的成形方法。例如，如第5(a)圖所示，用下部模具(1)與上部模具(2)挾持樹脂板(3)，將下部模具(1)、上部模具(2)加熱至預定的溫度，使樹脂板軟化。在此狀態封閉模具，模具內部呈減壓，熔融樹脂(樹脂板)壓縮成形後，將模具冷卻，獲得預定形狀的成形品(4)〔第5(b)圖〕。接著，取出成形品(4)，必要時藉由實施端部的加工，可獲得目標的光學透鏡。
本發明的光學透鏡的製造方法中，以模具最深部位的深度(H1)與樹脂板的最大厚度(X1)滿足下式(I)的方式，進行真空壓縮成形。
[數5]0.9×h1<x1<1.1×h1 (I)
式(I)中，h1表示上述H1的值(μm)，x1表示上述X1的值(μm)。
當x1為(0.9xh1)以下時，所得光學透鏡在形狀精度易於變槽。
另一方面，當x1為(1.1xh1)以上時，所得光學透鏡在形狀精度變糟，再者，低雙折射性亦易於變糟。
更易於獲得本發明的效果，以H1與X1以滿足下式(Ia)為佳。
[數6]0.9×h1<x1<h1 (Ia)
式(Ia)中，h1表示上述H1的值(μm)，x1表示上述X1的值(μm)。
再者，本發明的光學透鏡的製造方法中，以模具的表面溫度(T)與樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)滿足下式(II)的方式，進行真空壓縮成形。
[數7]Tg+30≦t≦Tg+70 (II)
式(II)中，Tg表示樹脂板的玻璃轉換溫度，t表示上述T的值(℃)。
當t未達(Tg+30)℃時，所得光學透鏡在低雙折射性易於變糟。另一方面，當t超過(Tg+70)℃時，所得光學透鏡在形狀精度易於變糟。
使用的樹脂板的量，只要可充分填滿模具內的量則無特別限制。通常，以使用比模具的開口部的面積更廣面積的樹脂板為佳。
在真空壓縮成形時的模具內的真空度，通常為10000Pa以下，模具壓縮時間通常為5~120秒。
模具的冷卻溫度通常在(Tg-30℃)至(Tg-3℃)的範圍(Tg表示與上述相同意思)。
藉由本發明的製造方法獲得的透鏡並無特別限制。例如可列舉如平凸透鏡、雙凸透鏡、凸凹透鏡、平凹透鏡、雙凹透鏡、凹凸透鏡等。此等當中，本發明的製造方法以用於製造平凸透鏡、雙凸透鏡、凸凹透鏡等凸透鏡為佳。
藉由本發明的製造方法獲得的光學透鏡，由於不利用射出成形法，故為低雙折射性佳，且，不會發生接合線，形狀精度高者。
藉由本發明的製造方法獲得的光學透鏡的有效直徑內的相位差，以100nm以下為佳，以50nm以下為更佳。
藉由本發明的製造方法獲得的光學透鏡的X方向與Y方向的形狀誤差〔PV(Peak to Valley)值〕，以1.0μm以下為佳，以0.5μm以下為更佳。
(實施例)
以下，列舉實施例及比較例，更詳細說明本發明。 且，本發明不限定於此等任何一例。以下，「份」及「%」若無特別說明，則為重量基準。
‧樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)
樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)使用示差掃瞄熱量分析儀(製品名稱「DSC6220SII」，Nano Technology公司製)，依照JIS K6911，以昇溫速度10℃/分鐘的條件測定。
‧透鏡的形狀精度
實施例及比較例所得的透鏡的形狀精度(透鏡的X方向與Y方向的形狀誤差)，使用形狀測定器〔「NH-3SP」，三鷹光機公司製〕測定。
‧透鏡的相位差
實施例及比較例所得的透鏡的有效直徑內的相位差，使用樹脂成形透鏡檢查系統〔「WPA-100」，Photonic-lattice公司製〕測定。
〔實施例1〕
將樹脂材料(ZEONEX E48R(日本Zeon公司製)，Tg=139℃)倒入膜擠出成形機(單軸擠出機，φ=20mm：GSI Creos公司製)，將此等於260℃熔融，將熔融樹脂從T型模擠出，將此等冷卻，獲得最大厚度為345μm，A4尺寸(210mm x 297mm)的樹脂板。
使用此樹脂板作為成形材料，藉由真空熱加壓裝置(製品名稱「VACUUM STAR(註冊商標)，Mikado Technos公司製)，進行真空壓縮成形，製造透鏡。針對此透鏡進行各種測定。真空壓縮成形時的成形條件及測定結果如第1表所示。
〔實施例2~4、比較例1~7〕
除了將樹脂板的厚度或成形條件變更如第1表所記載者之外，其餘與實施例1相同地製造光學透鏡，進行各種測定。測定結果如第1表所示。
從第1表可得知以下事項。
實施例1~4所得的光學透鏡雙折射小，形狀精度佳。
另一方面，模具的表面溫度過低的比較例1、5所得的光學透鏡，雙折射大，形狀精度變糟。
與模具最深部位的深度(H1)的關係，使用最大厚度(X1)過大的樹脂板所得的比較例2、4的光學透鏡，雙折射大，形狀精度變糟。
與模具最深部位的深度(H1)的關係，使用最大厚度(X1)過小的樹脂板所得的比較例3、7的光學透鏡，形狀精度變糟。
此外，模具的表面溫度過高的比較例6所得的光學透鏡， 形狀精度變糟。
1‧‧‧下部模具
2‧‧‧上部模具

Claims (4)

  1. 一種光學透鏡的製造方法，係樹脂板在模具內，以真空壓縮成形的光學透鏡的製造方法，其特徵在於：樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)為100~200℃，模具最深部位的深度(H1)與樹脂板的最大厚度(X1)滿足下式(I)，[數8]0.9×h1<x1<1.1×h1 (I)(式中，h1表示上述H1的值(μm)，x1表示上述X1的值(μm))，真空壓縮成形時的模具的表面溫度(T)與樹脂板的玻璃轉換溫度(Tg)滿足下式(II)，[數9]Tg+30≦t≦Tg+70 (II)(式中，Tg表示與上述相同意思，t表示上述T的值(℃))。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之光學透鏡的製造方法，其中，構成上述樹脂板的樹脂成分為含脂環構造聚合物。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之光學透鏡的製造方法，其中，上述樹脂板其最大厚度(X1)與最小厚度(X2)的差值為10μm以下。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之光學透鏡的製造方法，其中，模具最深部位的深度(H1)為0.5mm以下。
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