WO2007007540A1

WO2007007540A1 - 自由曲面光学素子成形用金型、それを用いて成形した自由曲面光学素子及び自由曲面ミラー

Info

Publication number: WO2007007540A1
Application number: PCT/JP2006/312723
Authority: WO
Inventors: Yoshihiro Okumura; Kohei Wataru; Masayuki Imaoka; Jun Ishihara; Atsushi Matsuura
Original assignee: Konica Minolta Opto, Inc.
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2007-01-18
Also published as: CN1891425B; TWI289501B; EP1900496A4; TW200718543A; KR100925079B1; CN1891425A; US20070009629A1; KR20080026588A; EP1900496A1

Description

明細書

自由曲面光学素子成形用金型、それを用いて成形した自由曲面光学素子及び自由曲面ミラー

技術分野

[0001] 本発明は、 DMD (デジタルマイクロミラーデバイス)等の反射型画像形成素子や透過型液晶素子等の透過型画像形成素子を備えたリアプロジェクシヨン方式やフロントプロジェクシヨン方式のテレビ、ビデオプロジェクタ一等の投射型画像表示装置等の光学系に使用される自由曲面光学素子成形用金型、それを用いて成形した自由曲面光学素子及び自由曲面ミラーに関する。

背景技術

[0002] 近年、大画面でかつ薄型である投射型画像表示装置の需要が高まっている。大画面と薄型を同時に実現するうえで、自由曲面ミラーは必要不可欠な部品になっている。自由曲面ミラーは光学的な軸を持ち得ず、取付時の調整が非常に困難なものである。このため、自由曲面ミラーのミラー面と取付基準面との関係を安定して保つことが重要である。

[0003] このような自由曲面ミラーを保持する構造として、従来、特許文献 1〜5に示すように種々のものが採用されている。しかし、いずれも、ミラー面に直角な取付方向の基準面はミラー面と反対側の面 (裏面）に設けられている。ミラー面と取付基準面とが異なる金型で形成されるため、金型のずれ、傾き等により、ミラー面と取付基準面との関係が不安定となっており、取付時の調整が極めて困難で、製造コストが増加し、映像の品位にも大きな影響を及ぼして、た。

[0004] また、自由曲面ミラーを高精度に成形するために、特許文献 6には、成形品の肉厚差を少なくしたミラーが記載されている。同文献 6の図 8に記載のように、このミラーは略台形の有効領域に対し、四角形の外形形状を有し、反射面の中央上部及び左右下部付近の外形形状が有効領域に対し余裕をもっている。また余裕のある上部中央付近にゲートを有している。

[0005] し力しながら、このような曲面ミラーは、ミラー体積が必要以上に大きいため、成形時間がかかり、コストの点で不利になる。また、ミラー外形が大きくなるとともに、他の部品との干渉が生じやすぐ投射ユットを小型化することが困難になる。特に超薄型（例えば、 60インチ画面で厚さ 30cm以下）のリアプロジェクシヨンテレビに用いる場合には、投射ユニットの大きさが厚さに大きな影響を及ぼす。

特許文献 1 :特開平 5— 183847号公報

特許文献 2：特開 2003— 215713号公報

特許文献 3：特開 2004— 309529号公報

特許文献 4：特開 2005 - 10568号公報

特許文献 5：特開 2005 - 99744号公報

特許文献 6：特開平 11— 125864号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、自由曲面と取付基準面との関係が安定し、取付時の調整が容易で、高精度でかつ低コストで製造することができる自由曲面光学素子成形用金型及びそれを用いて成形した自由曲面光学素子を提供することを課題とする。

[0007] また、本発明は、成形性がよぐ軽量でコンパクトな自由曲面ミラーを提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0008] 前記課題を解決するために、本発明の第 1に局面における自由曲面光学素子の成形用金型は、自由曲面光学素子の成形用金型において、自由曲面光学素子の端面に沿ったパーテイングラインにより自由曲面とその反対側の裏面とを成形する固定型と可動型からなり、自由曲面を形成する型面と、自由曲面光学素子を自由曲面に直角な方向に取り付ける軸方向取付基準面を形成する型面とを前記パーテインダラインに対して同一側の型に配置したものである。

[0009] 前記構成の金型により、自由曲面と取付基準面の位置精度を同一型内で設定することができ、自由曲面と取付基準面の位置関係を安定させることができる。

[0010] 前記自由曲面光学素子の端面を成形する面に成形樹脂のゲートを設けることが好ましい。これにより、自由曲面での成形樹脂の微小なうねりの発生が抑えられ、自由曲面を高精度に成形することができる。

[0011] 前記自由曲面光学素子はミラーであることが好ましい。

[0012] また、本発明の第 2の局面における自由曲面光学素子は、自由曲面光学素子の端面に沿ったパーテイングラインを有し、自由曲面光学素子の自由曲面と、自由曲面光学素子を自由曲面に直角な方向に取り付ける軸方向取付基準面とを前記パーテイングラインに対して同一側に配置したものである。

[0013] 前記構成の自由曲面光学素子では、自由曲面と取付基準面が同一型で成形されているので、自由曲面と取付基準面の位置関係を安定させることができる。

[0014] 前記軸方向取付基準面は、前記自由曲面光学素子の端面から突出する第 1、第 2 、第 3の耳部に形成されていることが好ましい。

[0015] 前記第 1,第 2の耳部の端面に、前記自由曲面に沿う第 1の方向の第 1,第 2取付基準面を設け、前記第 3の耳部の端面に前記自由曲面に沿い、かつ、前記第 1の方向に直角な第 2の方向の第 3取付基準面を設けることが好ましい。

[0016] この場合、前記第 1,第 2取付基準面を結ぶ線と前記第 3取付基準面から延長した線との交点が前記自由曲面光学素子の自由曲面のほぼ中心にあることが好ましい。これにより、成形時に素直な収縮が可能になり、離型時に第 1〜第 3取付基準面が引っ掛力かることがなぐ取付基準面の精度が損なわれない。

[0017] また、本発明の第 3の局面における自由曲面ミラーは、自由曲面ミラーの端面に沿つたパーテイングラインを有し、自由曲面ミラーの自由曲面ミラー面と、自由曲面ミラ一を自由曲面ミラー面に直角な方向に取り付ける軸方向取付基準面とを前記パーテイングラインに対して同一側に配置したものである。

[0018] 前記自由曲面ミラー面の有効領域の面積が 1800mm²以上であって、前記有効領域の外周に沿って外形が形成されていることが好ましい。また、前記外形の角部の曲率半径が前記角部の肉厚より大きいことが好ましい。

[0019] この構成によれば、有効領域の外周に沿って外形を形成して！/、るので、外形が必要以上に大きくならず、無駄がない。また、外形の角部を肉厚より大きな曲率半径で形成したので、成形樹脂の流動性がよぐ成形性が良好になる。 [0020] 前記角部の肉厚を t、前記角部の曲率半径を Rとしたとき、 1. 5t≤R≤6tの関係を有することが好ましい。

[0021] 前記有効領域の外側の周縁領域を自由曲面で形成することが好ま U、。このようにすると、有効領域から周縁部にかけて成形樹脂の流動性がよぐ成形性が良好になる。

[0022] 前記周縁領域の一部に平面部を設け、さらに該平面部の一部に耳部を設けて、前記平面部と前記耳部の前記ミラー面側の面とが滑らかに連続して、ることが好ま、。この場合、前記周縁領域と前記平面部との間に遷移部を設け、該遷移部を平面にすることが好ましい。

[0023] 前記周縁領域の一部に耳部を設けて、該耳部の前記ミラー面側の面を前記周縁領域に連続する自由曲面で形成することが好ましい。

[0024] 前記周縁領域の一部に耳部を設けて、該耳部の前記ミラー面側の面を平面にすることが好ましい。

[0025] 前記自由曲面ミラー面の裏面は、前記有効領域の曲面とほぼ相補する自由曲面で形成されてヽることが好まヽ。

[0026] 本発明の他の特徴は、以下の通りである。

(1)前記有効領域の外側の周縁領域の左右対称位置に 1対の耳部を配置し、該 1対の耳部の下端面を自由曲面ミラーの上下方向の取付基準とし、該取付基準は前記有効領域の図心と該図心から有効領域の上端の間の 1Z2の位置との間に位置している。

これにより、取付基準より上方の熱膨張を抑え、投射画像の歪みの発生を押さえることができる。

(2)前記有効領域の外側の周縁領域の下端位置に耳部を配置し、該耳部の側端面を自由曲面ミラーの左右方向の取付基準とし、該取付基準はミラー面の中心線寄りに位置している。

これにより、左右取付基準を中心とする自由曲面ミラーの左右の熱膨張をほぼ同じにすることができ、自由曲面ミラーの左右の熱変形の差により投射画像の歪みを押さえることができる。 (3)前記有効領域の外側の周縁領域の下端位置に耳部を配置し、前記耳部を自由曲面ミラーの成形時のゲートとした。

これにより、自由曲面ミラーの上端を保持する必要がなぐ自由端にしておくことが可能となり、自由曲面ミラーを後方に傾斜して投射型画像表示装置に組み込んだときに、装置の厚みを増大させることがない。

また、自由曲面ミラーの下端の耳部をゲートとすることで、ミラー面と反対側の面をゲートとする場合に比べて、榭脂のゥネリ等のミラー面に与える影響が少なぐ高精度で成形することができる。

発明の効果

[0027] 本発明によれば、自由曲面と取付基準面とがパーテイングラインに対して同一側の型に配置したので、自由曲面と取付基準面の位置精度を同一型内で設定することができ、金型のずれ、傾き等にかかわらず、自由曲面と取付基準面の位置関係が安定した自由曲面光学素子を成形することができる。したがって、取付時の調整が容易で、高精度でかつ低コストで製造することができる。

[0028] 本発明によれば、有効領域の外周に沿って外形を形成して!/、るので、外形が必要以上に大きくならず、無駄がない。また、外形の角部を肉厚より大きな曲率半径で形成したので、成形樹脂の流動性がよぐ成形性が良好になるという効果を有している図面の簡単な説明

[0029] [図 1]本発明の自由曲面ミラーを備えた投射型画像表示装置の実施形態であるリアプロジェクシヨンテレビの断面図。

[図 2]図 1のリアプロジェクシヨンテレビの投射光学系ユニットの分解斜視図。

[図 3] (a)自由曲面ミラーの正面図、（b)右側面図、（c)底面図。

[図 4]図 3 (a)の IV— IV線断面図。

[図 5]成形金型の一部断面図。

[図 6]成形金型のゲート位置を示す断面図。

[図 7]自由曲面ミラーの基準面と収縮方向の関係を示す正面図。

[図 8]取付基準としてボスピンを有する従来のミラーの正面図及び底面図。圆 9] (a)自由曲面ミラーの他の実施形態の一部正面図、 (b)自由曲面ミラーのさらに他の実施形態の一部正面図。

[図 10] (a)自由曲面ミラーのさらに他の実施形態の正面図、（b)底面図。

[図 11] (a)遷移部を形成する前の図 10 (a)の XI— XI線断面図、（b)遷移部を形成した後の図 10 (a)の XI— XI線断面図。

[図 12]自由曲面ミラーの保持部品の分解斜視図。

[図 13]自由曲面ミラーの保持部品の側面図。

[図 14]自由曲面ミラーを保持した保持部品の背面図。

[図 15]自由曲面ミラーを保持した保持部品の正面図。

[図 16] (a)図 14の XVI— XVI線断面図、（b)図 16 (a)の拡大図。

圆 17]耳部に作用する力を示す耳部の概略拡大断面図。

[図 18] (a)耳部に作用する力を示す他の形態の耳部の概略拡大断面図、 (b)耳部に作用する力を示すさらに他の形態の耳部の概略拡大断面図。

符号の説明

14 自由曲面ミラー

18 保持部品

21 有効領域 (ミラー面）

23 周縁領域

24a〜24d 角部

25 自由曲面部

26 平面部

27 &〜 27c 耳部

28a〜28c 軸方向取付基準面

29a, 29b 上下方向取付基準面

30 図心

32 左右方向取付基準面

33 遷移部

101 固定型 102 可動型

103 入れ子

PL パーテイングライン

発明を実施するための最良の形態

[0031] 以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

[0032] 図 1は本発明の自由曲面ミラーを備えた投射型画像表示装置の実施形態であるリァプロジェクシヨンテレビ（リアプロ TV) 1を示す。リアプロ TV1のケーシング 2内には、反射型画像形成素子の一例であるデジタルマイクロミラーデバイス（DMD) 3、この D MD3に照明光を照射する照明光学系 4、及び DMD3で反射された投射光、すなわち画像光を拡大投射する投射光学系 5が収容されている。また、ケーシング 2の前面上方には、投射光学系 5で拡大された画像が 2枚の平面ミラー 6A, 6Bを介して投射されるスクリーン 7が配設されて、る。

[0033] 投射光学系 5は、 DMD3側力順に、凹面ミラー 8、可変絞り機構 9、第 1収差補正板 10、凸面ミラー 11、第 2収差補正板 12、第 1自由曲面ミラー 13、及び第 2自由曲面ミラー 14が配置されており、 DMD3からの画像光はこの順でスクリーン 7側へ導かれる。

[0034] 前記 DMD3と投射光学系 5は、図 2に示す投射光学系ユニット 15に保持されている。投射光学系ユニット 15は、下側台座部品 16と上側台座部品 17からなつている。下側台座部品 16には、凹面ミラー 8、可変絞り機構 9、第 1収差補正板 10、凸面ミラ一 11、第 2収差補正板 12が保持され、上側台座部品 17には、第 1及び第 2自由曲面ミラー 13, 14が保持されている。第 2自由曲面ミラー 14は、上側台座部品 17に取り付けられる保持部品 18に保持されている。

[0035] 次に、本発明の自由曲面ミラーの一実施形態である前記第 2自由曲面ミラー（以下、単に自由曲面ミラーという。） 14について詳細に説明する。

[0036] 図 3は、自由曲面ミラー 14を示す。自由曲面ミラー 14は、流動性（MFR;Melt Flow

Rate)が 20以上、耐熱性 (ガラス転移点温度 Tg)が 130°C以上，熱変形温度 (Td) 力 S115°C以上、吸湿率 (WAC)が 0. 01%以下のシクロォレフインポリマー（例えば、 ZEONEX, ZEONOR (日本ゼオンの登録商標）等の熱可塑性榭脂からなり、射出成形により lmm〜5mmの範囲の均一厚さの曲面板状に成形されている。吸湿率が 0. 01%以下の成形材を使用することで、吸湿による面形状変化を抑えることができる。また、成形後に、自由曲面ミラー 14をァニールすることで内部応力が除去されている。自由曲面ミラー 14は、有効領域の面積が 1800mm²以上のものであり、 3500 mm²以上、 5000mm²以上のものも可能である。

[0037] 表 1に示すように、流動性が 20以上であることにより、成形品の内部応力が小さくなり、自由曲面の転写性が良ぐ環境信頼性試験による反りや歪みの発生を小さくすることができ、薄型にも拘わらず、外観歩留まりが著しく向上する。耐熱性 (ガラス転移点温度 Tg)が 130°C以上，熱変形温度 (Td)が 115°C以上であることにより、反射面に塗布する反射コートの密着性が極めて良好で、膜はがれがなく、高反射率が得られるとともに、反りや歪みの発生を小さくすることができる。吸湿率 (WAC)が 0. 01% 以下の成形材を使用することで、反射コートの密着性が高くなるとともに、吸湿による面形状変化を抑えることができる。熱可塑性榭脂を用いることで、極めて高精度な自由曲面ミラー 14を高い生産性で得ることができる。熱可塑性榭脂用の金型は製作が容易であり、大型で薄型の自由曲面ミラーを高精度に成形することができる。肉厚が均一であることにより、自由曲面の転写性が良くなり、成形性が安定し、自由曲面の補正が容易で光学性能を安定させることができる。肉厚が lmm以下では、反りの発生が大きくなり、自由曲面が安定せず、所望の自由曲面を得ることができない。生産サイクルは肉厚の 2乗で決まるため、肉厚が 5mm以上では生産性が悪くなる。よって、肉厚は、 lmm〜5mmの範囲が好ましい。

[0038] [表 1]

流動性耐熱性吸湿性

尚.い低いい低い髙レヽ低い FR>20 Tg> 130^uC AC<€. 01

Td> 1 15t:

成形面精度 O X ―

(差なし） (差なし）

面の歪み O X ― ― 一 (反り）

外観〇 Xフロー一 ― マーク

ffi' , ' π. 0 O O X剥がれ X o 面精度 o X変形〇変形 O o 反射率 - 一 o X曇り X暴り 0 環境信高温放置試験〇 X 〇 X

頼性 85°C

168時間

高温高湿試験〇 X o X X 〇 85°C99%

168時間

熱衝撃試験 0 X o X

- 40°C 0分/

85°C i O分の

100サイクル自由曲面ミラーの材料の特性

[0039] 自由曲面ミラー 14の有効領域 21は、凸の自由曲面で形成され、 1点鎖線で示すように、上辺 21aと、上辺 21aの両端から下方に互いに接近するように延びる左右辺 21 b, 21cと、該左辺 21bの下端力右斜め下方に中心線まで延びる左下辺 21dと、右辺 21じの下端から左斜め下方に中心線まで延びて左下辺 21 dと接続する右下辺 21 eとからなる略五角形をなしている。

[0040] 前記有効領域 21の外側には、ほぼ一定幅の周辺領域 22が形成され、この周辺領域 22のさらに外側には周縁領域 23が形成されている。周縁領域 23は自由曲面又はそれに近い面力もなつている。周縁領域 23の外形は、有効領域 21の外周に沿つて形成され、有効領域 21とほぼ同じ略五角形をなしている。周縁領域 23の角部 24a , 24b, 24c, 24dは、肉厚 tより大きな曲率半径 R、好ましくは 1. 5t≤R≤6t、さらに好ましくは、 2t≤R≤4tの曲率半径を有している。本実施形態では、肉厚 5mmで、角部 24a, 24bは R= 15、角部 24cは R= 20である。このため、角部 24a, 24b, 24c , 24dにおける成形樹脂の流動性がよぐ成形性が良い。また、周縁領域 23の縁には、ミラー面に垂直方向のリブは全く形成されていない。このようなリブは、榭脂の流動性を悪化させ、離型時に型に食い込んで成形面の精度を低下させる。本実施形態の自由曲面ミラー 14は、このようなリブがないので、リブがあるものに比べて、成形榭脂の流動性がよいうえ、離型性がよぐミラー面の面精度が向上する。

[0041] 前記周縁領域 23のうち左右辺の周縁領域 23は、上辺及び左右下辺の周縁領域 2 3よりも幅広に形成され、内側の自由曲面部 25と、外側の平面部 26とからなっている。自由曲面部 25の上端は上辺の周縁領域 23の自由曲面と連続し、自由曲面部 25 の下端は左右下辺の周縁領域 23と連続している。自由曲面部 25と平面部 26は、図 4に示すように、滑らかな面で連続している。

[0042] 前記左右辺の周縁領域 23の平面部 26の縁には、矩形の第 1耳部 27aと第 2耳部 2 7bがそれぞれ左右方向に向力つて突設されている。第 1耳部 27aと第 2耳部 27bの正面は、前記平面部 26と面一の平面からなり、自由曲面ミラー 14の第 1,第 2軸方向取付基準面 28a, 28bとなっている。第 1耳部 27aと第 2耳部 27bの下端面は、自由曲面ミラー 14の第 1,第 2上下方向取付基準面 29a, 29bとなっている。第 1,第 2上下方向取付基準面 29a, 29bは、前記有効領域 21の図心 30と該図心 30から有効領域 21の上端の間の 1Z2の位置 31との間の範囲内、好ましくは図心 30に位置している。このように、第 1,第 2上下方向取付基準面 29a, 29bを有効領域 21の上寄りにする理由は、以下の通りである。自由曲面ミラー 14は図 1に示すように上辺部の入反射角が下辺部よりも大きく感度が大きいので、動作中の熱膨張による自由曲面の僅力な変位力スクリーン 7上の投射画像に歪みを生じさせる。本実施形態では、第 1, 第 2上下方向取付基準面 29a, 29bを有効領域 21の図心 30より上方に設けることで、第 1,第 2上下方向取付基準面 29a, 29bより上方の熱膨張が抑えられ、スクリーン 7上の投射画像の歪みを押さえることができる。

[0043] また、前記左右下辺の周縁領域 23の下端には、矩形の第 3耳部 27cが下方に向力つて突設されている。第 3耳部 27cの正面は、平面からなり、自由曲面ミラー 14の第 3軸方向取付基準面 28cとなっている。第 3耳部 27cの左側端面は、自由曲面ミラ一 14の左右方向取付基準面 32となっている。第 3耳部 27cの幅を小さくすることで、左右方向取付基準面 32をできるだけ中心線に近づけて左右の熱膨張をほぼ同じにし、スクリーン 7上の投射画像の歪みを押さえることができる。第 3耳部 27cは、中心線上に位置し、幅 5mm以上、 15mm以下で形成することが好ましい。なお、この第 3耳部 27cの右側端面又は下端面は自由曲面ミラー 14の成型時に成形樹脂のゲートとされたところである。左右下角部 24c, 24dの平面部 26には、調整面 28d、 28eが設けられている。

[0044] 自由曲面ミラー 14の裏面は、正面の有効領域 21の曲面とほぼ相補する凹の自由曲面で形成されている。これにより、肉厚を均一にすることができる。

[0045] 以上の構成力もなる自由曲面ミラー 14は、射出榭脂成形によって成形される。すなわち、この自由曲面ミラー 14の成形型は、図 5に示すように自由曲面ミラー 14の端面に沿ったパーテイングライン PLに対してミラー面 (有効領域 21)側の固定型 101と、裏面側の可動型 102とから構成されている。このため、ミラー面 (有効領域 21)と該ミラー面にほぼ直角な方向に取り付ける軸方向取付基準面 28a,28b, 28cとは共に固定型 101に配置される。勿論、ミラー面 (有効領域 21)側を可動型とし、裏面側を固定型とすることも可能である。このため、同一金型 101内でミラー面 (有効領域 21)と軸方向取付基準面 28a,28b, 28cの位置を高精度に設定することができ、軸方向取付基準面 28a,28b, 28cに対するミラー面 (有効領域 21)の偏芯精度を容易に調整し、かつ、安定させることができる。

[0046] また、図 5に示すように、軸方向取付基準面 28aに対応する部分には、入れ子 103 が形成されて、入れ子 103の固定型 101の成形面に対する位置を調整することで、軸方向取付基準面 28aの高さの調整が可能である。

[0047] 成形型のゲートは、成形樹脂の均一な流動を考えると、ミラー面と反対側の裏面の中央に配置することも可能である。また、ピンポイントゲート等による多点ゲートにすると、低圧での榭脂充填が可能となり、転写性が向上する (形状誤差の PV値を小さくできる）。しかし、これらのゲートを自由曲面ミラー 14に適用すると、流動榭脂の微小なうねりが発生し、補正で取り除くことが非常に困難になり、光学的に非常に大きな問題が生じる。そこで、本実施形態では、図 6に示すように第 3耳部 27cの下端面にゲートを設定している。

[0048] 図 7に示すように、第 1,第 2上下方向取付基準面 29a, 29bを結ぶ直線と左右方向取付基準面 32から延長した直線の交点 Sは、成形後の自由曲面ミラー 14のほぼ中心付近 (本実施形態では図心 30)に位置している。従来の構造では、図 8に示すように、取付基準となるボスピンを有していたので、型を開いて離型するときに成形品が急速に冷やされて収縮する際にボスピンが金型に引っ掛かり、離型性が悪ぐミラ一面に歪みが生じるうえ、取付基準としての精度が損なわれていたが、本実施形態では、第 1〜第 3耳部 27a〜27cは、成形後の成形品の図 7に矢印で示す収縮方向に対して引っ掛かりがなぐ従順な収縮が可能である。したがって、本実施形態では、離型性がよぐ各取付基準面 29a, 29b, 32の精度が損なわれない。また、各取付基準面 29a,29b, 32はミラー面と同一金型により成形されるため、ミラー面に対する位置を高精度に設定できる。

[0049] 以上のように、自由曲面ミラー 14は、有効領域 21の外周に沿って外形を形成しているので、有効領域 21の面積が 1800mm²以上の大型であるにも拘わらず、外形が必要以上に大きくならず、無駄がない。特に、ミラーの有効領域が略三角形や略台形 (本実施形態の略五角形も略台形に含まれる)の場合に、有効領域に沿って外形を形成するとより大きな効果が得られる。また、外形の角部 24a〜24eを肉厚より大きな曲率半径で形成したので、成形樹脂の流動性がよぐ成形性が良好である。

[0050] 図 9は、自由曲面ミラー 14の他の形態を示す。図 9 (a)は、左右辺の周縁領域 23に、図 3に示す実施形態のように平面部 26を設けずに、左右辺の周縁領域 23を全幅にわたつて自由曲面又はそれに近い曲面で形成したものである。図 9 (b)は、図 9 (a) の左右辺の周縁領域 23をさらに耳部 27aまで連続させて、該耳部 27aの正面の一部を平面にして軸方向取付基準面 28aとしたものである。このように、左右辺の周縁領域 23に平面部を無くすことで、成形樹脂の流動性をさらに向上し、成形性を良くすることができる。

[0051] 図 10は、自由曲面ミラー 14のさらに他の形態を示す。この自由曲面ミラー 14は、図 3に示す自由曲面ミラー 14の左右辺の周縁領域 23における自由曲面部 25の下端領域と平面部 26の下端領域の間に斜線ハッチングで示す略三角形状の遷移部 3 3を設けたものである。この遷移部 33は平面で形成されている。図 3に示す自由曲面ミラー 14では、自由曲面部 25の下端領域と平面部 26の下端領域の間は、図 11 (a) に示すように、自由曲面部 25と平面部 26が急な角度で交わる部分である。この部分に、図 11 (b)に示すように、平面力なる遷移部 33を設けることで、応力集中を回避し、反りの発生を防止している。

[0052] 続いて、前記構成の自由曲面ミラー 14の保持部品 18への取付構造について説明する。

[0053] 図 12において、自由曲面ミラー 14の保持部品 18は、合成樹脂で形成され、基部 4 1と、該基部 41の両端から斜め後方に延びる左右の腕部 42a, 42bと、該左右腕部 4 2a, 42bの背面の略中間部を連結する補強部 43とからなっている。

[0054] 基部 41の底面には、図 13に示すように、中央に突起 44が突設されるとともに、後部に金属製の取付プレート 45が取り付けられている。取付プレート 45と基部 41の両端部には、合計 3つの取付孔 46が形成されている。基部 41の上面には自由曲面ミラ一 14の第 3耳部 27cが位置する第 3凹部 47cが形成され、該第 3凹部 47cの前側の壁は当該第 3耳部 27cの第 3軸方向取付基準面 28cが当接する第 3当たり面 48cとなっている。この第 3当たり面 48cは、凸面 (例えば球面)で形成されている。また第 3 凹部 47cには、第 3位置決め突起 49cが突設され、この第 3位置決め突起 49cに対向して第 3押さえばね 50cが固着されている。また、第 3押さえばね 50cの近傍には、第 3耳部 27cを第 3当たり面 48cに押し付けて固定する第 3固定金具 51cがねじ孔 52 cに取り付けられるようになつている。

[0055] 左右の腕部 42a, 42bの上部には、自由曲面ミラー 14の第 1,第 2耳部 27a, 27b が位置する第 1、第 2凹部 47a, 47bが形成され、該第 1,第 2凹部 47a, 47bの前側の壁は当該第 1,第 2耳部 27a, 27bの第 1,第 2軸方向取付基準面 28a, 28bが当接する第 1,第 2当たり面 48a, 48bとなっている。この第 1,第 2当たり面 48a, 48bも、凸面 (例えば球面)で形成されている。また第 1,第 2凹部 47a, 47bには、第 1,第 2 位置決め突起 49a, 49bが突設され、この第 1,第 2位置決め突起 49a, 49bに対向して第 1,第 2押さえばね 50a, 50bが固着されている。また、第 1,第 2押さえばね 50 a, 50bの近傍には、第 1,第 2耳部 27a、 27bを第 1,第 2当たり面 48a, 48bに押し付けて固定する第 1,第 2固定金具 51a, 51bがねじ孔 52a, 52b (それぞれ 2箇所）に取り付けられるようになって、る。

[0056] 左右の腕部 42a, 42bの下部には、自由曲面ミラー 14の左右下の角部 24c, 24d が位置する第 4、第 5凹部 47d, 47eが形成され、該第 4、第 5凹部 47d, 47eの前側の壁は当該左右下の角部 24c, 24dの第 1,第 2調整面 28d, 28eが当接する第 1, 第 2座面 48d, 48eとなっている。また、第 1,第 2調整面 28d, 28eを第 1,第 2座面 4 8d, 48eに押し付けて固定する第 4,第 5固定金具 51d, 51e力 Sねじ孑し 52d, 52eに取り付けられるようになって、る。

[0057] 前記自由曲面ミラー 14を保持部品 18に取り付けるには、まず、自由曲面ミラー 14 を後方に傾けた状態で保持部品 18に上方力差し込み、第 3耳部 27cを第 3凹部 4 7cの第 3押さえばね 50cと第 3位置決め突起 49cとの間に挿入する。続いて、自由曲面ミラー 14を前方に押して第 1,第 2耳部 27a, 27bを第 1,第 2凹部 47a, 47bの第 1 ,第 2押さえばね 50a, 51bと第 1,第 2位置決め突起 49a, 49bとの間に挿入する。これにより、図 13, 14に示すように、自由曲面ミラー 14は、第 1,第 2押さえばね 50a, 50bにより第 1,第 2耳部 27a、 27bの 2箇所の第 1,第 2上下方向取付基準面 29a, 2 9bが第 1,第 2位置決め突起 49a, 49bに押し付けられることで、上下方向に位置決めされる。また、第 3押さえばね 50cにより第 3耳部 27cの 1箇所の左右方向取付基準面 32が第 3位置決め突起 49cに押し付けられることで、左右方向に位置決めされる。

[0058] このように、本実施形態では、第 1〜第 3耳部 27a〜27cの 3箇所を第 1〜第 3押さえばね 50a〜50cにより第 1〜第 3位置決め突起 49a〜49cに片寄せして、自由曲面ミラー 14を位置決めしている。すなわち、上下方向を第 1,第 2耳部 27a, 27bの第 1 ,第 2上下方向取付基準面 29a, 29bで規制し、左右方向を第 3耳部 27cの左右方向取付基準面 32で規制している。このため、ボスピンと穴の嵌合により位置決めを行つていた従来の構造に比べて、本実施形態では、基準面が平面で済み、成型時の離型性がよぐ基準面の変形を抑制することができる。

[0059] 次に、第 1〜第 5固定金具 51a〜51eを所定位置に取り付け、第 1〜第 3耳部 27a 〜27cの軸方向基準面 28a〜28cを第 1〜第 3当たり面 48a〜48cに押し付けるとともに、左右下の角部 24c, 24dの第 4,第 5軸方向取付基準面 28d, 28eを第 4,第 5 当たり面 48d, 48eに押し付ける。これにより、これにより、軸方向基準面 28a〜28c力凸面力もなる第 1〜第 3当たり面 48a〜48cに点接触し、図 2に示すように、自由曲面ミラー 14は保持部品 18に軸方向に高精度で位置決めして簡単に取り付けることができる。 [0060] なお、以上のようにして自由曲面ミラー 14を保持部品 18に取り付けた後、図 16 (a) に示すように、必要に応じて保持部品 18の座面 48d, 48e又は自由曲面ミラー 14の調整面 28d、 28eの高さを調整する。具体的には、自由曲面ミラー 14の光学性能を見ながら、図 16 (b)に示すように、高さを低くする必要がある場合は、保持部品 18の第 1,第 2座面 48d, 48eを適宜削ってトリミングし、ミラー面の反り、歪み、偏芯等を矯正する。保持部品 18の第 1,第 2座面 48d, 48eを削る代わりに、自由曲面ミラー 14 の第 1,第 2調整面 28d, 28eを削ってもよい。逆に、高さを高くする場合は、それらの間にスぺーサを挿入して固着することができる。

[0061] このようにして、保持部品 18に保持された自由曲面ミラー 14は、図 2に示すように、基部 41の突起 44を上側台座部品 17の長孔 53に挿入し、 3つの取付孔 46を上側台座部品 17の対応する取付孔 54に合致させて、図示しないねじをねじ込むことで、上側台座部品 17に固定することができる。

[0062] 図 17に示すように、第 1〜第 3耳部 27a〜27c (図では 27cのみを示す）の取付基準面 29a, 29b, 32 (図では 32のみを示す）と、その反対側の第 1〜第 3押さえばね 5 Oa〜50c (図では 50cのみを示す）が押し当てられる面とは、平行であることが好ましい。これにより、自由曲面ミラー 14の保持部品 18への取付時に押さえばね 50a〜50 cのばね力によるモーメントが生じることがなぐ自由曲面ミラー 14の浮き上がりを防止し、歪みを小さくすることができる。

[0063] また、図 18 (a) , (b)に示すように、第 1〜第 3耳部 27a〜27c (図では 27cのみを示す)の取付基準面 29a, 29b, 32 (図では 32のみを示す)と、その反対側の第 1〜第 3押さえばね 50a〜50c (図では 50cのみを示す）が押し当てられる面とは、平行でなくとも、取付時に第 1〜第 3耳部 27a〜27cを保持部品 18の当たり面 48a〜48cに対して押さえ付ける方向にモーメントが生じるように、いずれか一方の面（図 18 (a)では右側端面、図 18 (b)では左側端面)を傾斜させてもよい。これにより、自由曲面ミラー 14の浮き上がりを防止し、安定して取り付けることができるとともに、歪みを小さくすることができる。

[0064] 上側台座部品 17に固定された保持部品 18の自由曲面ミラー 14は、図 13に示すように後方に倒れた状態になるため、保持部品 18の上辺が 2点鎖線 18 'で示すように自由曲面ミラー 14の上端よりも上方に突出していると、保持部品 18の突出分だけリァプロ TV1の厚み方向の寸法が増大する。そこで、本実施形態では、第 3の軸方向取付基準面 28cと左右方向取付基準面 32を有する第 3耳部 27cを自由曲面ミラー 1 4の上辺でなく下辺に設けて、し力もこの下辺の第 3耳部 27cにゲート位置を設ける一方、上辺を全く自由端にしておくことで、保持部品 18の上端を自由曲面ミラー 14 の上辺よりも下方に位置させて、自由曲面ミラー 14の上端がリアプロ TV1の厚み方向の寸法を決定するようにして、リアプロ TV1の薄型化を図っている。

なお、本発明は、自由曲面を有するミラーに限らず、例えば、反射面形状が回転対称形であっても反射面の中心に回転対称軸がないミラー、回転対称軸がミラー外形内にないミラーにも適用することができる。また、本願発明は、ミラーに限らず、レンズにも適用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 自由曲面光学素子の成形用金型において、自由曲面光学素子の端面に沿ったパ一ティングラインにより自由曲面とその反対側の裏面とを成形する固定型と可動型からなり、自由曲面を形成する型面と、自由曲面光学素子を自由曲面に直角な方向に取り付ける軸方向取付基準面を形成する型面とを前記パーテイングラインに対して同一側の型に配置したことを特徴とする自由曲面光学素子成形用金型。

[2] 前記自由曲面光学素子の端面を成形する面に成形樹脂のゲートを設けたことを特徴とする請求項 1に記載の自由曲面光学素子成形用金型。

[3] 前記自由曲面光学素子はミラーであることを特徴とする請求項 1に記載の自由曲面光学素子成形用金型。

[4] 自由曲面光学素子の端面に沿ったパーテイングラインを有し、自由曲面光学素子の自由曲面と、自由曲面光学素子を自由曲面に直角な方向に取り付ける軸方向取付基準面とを前記パーテイングラインに対して同一側に配置したことを特徴とする自由曲面光学素子。

[5] 前記軸方向取付基準面は、前記自由曲面光学素子の端面から突出する第 1、第 2 、第 3の耳部に形成されていることを特徴とする請求項 4に記載の自由曲面光学素子

[6] 前記第 1,第 2の耳部の端面に、前記自由曲面に沿う第 1の方向の第 1,第 2取付基準面を設け、前記第 3の耳部の端面に前記自由曲面に沿い、かつ、前記第 1の方向に直角な第 2の方向の第 3取付基準面を設けたことを特徴とする請求項 5に記載の自由曲面光学素子。

[7] 前記第 1,第 2取付基準面を結ぶ線と前記第 3取付基準面力延長した線との交点が前記自由曲面光学素子の自由曲面のほぼ中心にあることを特徴とする請求項 6に記載の自由曲面光学素子。

[8] 自由曲面ミラーの端面に沿ったパーテイングラインを有し、自由曲面ミラーの自由曲面ミラー面と、自由曲面ミラーを自由曲面ミラー面に直角な方向に取り付ける軸方向取付基準面とを前記パーテイングラインに対して同一側に配置したことを特徴とする目由曲面ミラー。

[9] 前記軸方向取付基準面は、前記自由曲面ミラーの端面力突出する第 1、第 2、第 3の耳部に形成されていることを特徴とする請求項 8に記載の自由曲面ミラー。

[10] 前記第 1,第 2の耳部の端面に、前記自由曲面に沿う第 1の方向の第 1,第 2取付基準面を設け、前記第 3の耳部の端面に前記自由曲面に沿い、かつ、前記第 1の方向に直角な第 2の方向の第 3取付基準面を設けたことを特徴とする請求項 9に記載の自由曲面ミラー。

[11] 前記第 1,第 2取付基準面を結ぶ線と前記第 3取付基準面力延長した線との交点が前記自由曲面ミラーの自由曲面のほぼ中心にあることを特徴とする請求項 10に記載の自由曲面ミラー。

[12] 前記自由曲面ミラー面の有効領域の面積が 1800mm²以上であって、前記有効領域の外周に沿って外形が形成されていることを特徴とする請求項 8に記載の自由曲面ミラー。

[13] 前記外形の角部の曲率半径が前記角部の肉厚より大き!/、ことを特徴とする請求項

12に記載の自由曲面ミラー。

[14] 前記角部の肉厚を t、前記角部の曲率半径を Rとしたとき、 1. 5t≤R≤6tの関係を有することを特徴とする請求項 13に記載の自由曲面ミラー。

[15] 前記有効領域の外側の周縁領域を自由曲面：£形成したことを特徴とする請求項 8 に記載の自由曲面ミラー。

[16] 前記周縁領域の一部に平面部を設け、さらに該平面部の一部に耳部を設けて、前記平面部と前記耳部の前記ミラー面側の面とが滑らかに連続していることを特徴とする請求項 15に記載の自由曲面ミラー。

[17] 前記周縁領域と前記平面部との間に遷移部を設け、該遷移部を平面にしたことを特徴とする請求項 16に記載の自由曲面ミラー。

[18] 前記周縁領域の一部に耳部を設けて、該耳部の前記ミラー面側の面を前記周縁領域に連続する自由曲面で形成したことを特徴とする請求項 15に記載の自由曲面ミラー。

[19] 前記周縁領域の一部に耳部を設けて、該耳部の前記ミラー面側の面を平面にしたことを特徴とする請求項 15に記載の自由曲面ミラー。 [20] 前記自由曲面ミラー面の裏面は、前記有効領域の曲面とほぼ相補する自由曲面で形成されている請求項 8に記載の自由曲面ミラー。