(57)【要約】【課題】  光学機能面と、この光学機能面から突出してこれを保護するための非光学機能面とを具え、成形によって得られる従来の光学素子は、光学機能部の肉厚と段差部の肉厚とが急激に変化しているため、成形後の収縮変形の緩和のために極めて長時間の冷却工程を必要とする。また、これを成形するための金型においては、多数の成型駒が必要な上に多数のエジェクタピンを組み込まなければならず、駆動機構が複雑で金型が大型化してしまう。【解決手段】  凹光学面１３と、この凹光学面１３から突出して当該凹光学面１３を保護するための凹側非光学機能面１４とを有するｆθレンズレンズ１０を成形するための成形面２４，２５を具えた本発明による金型２０は、その成形面２４，２５が凹光学面１３に対応した凹光学成形面２４と、凹側非光学機能面１４に対応した凹側非光学機能成形面２５とを有し、これら成形面２４，２５が単一の連続面を形成している。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学機能面と、この光学機能面から突出して当該光学機能面を保護するための非光学機能面とを具え、これら光学機能面と非光学機能面とが単一の連続面を形成していることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記非光学機能面が、平面部と、この平面部および前記光学機能面に接続する曲面部と有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
光学機能面と、この光学機能面から突出して当該光学機能面を保護するための非光学機能面とを有し、これら光学機能面と非光学機能面との交差部分におけるこれらのなす角が１２０度以上であることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
前記光学機能面が所定方向に沿って延在し、前記非光学機能面は前記光学機能面を挟んで前記所定方向に沿って延在していることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の光学素子。
【請求項５】
光学機能面と、この光学機能面から突出して当該光学機能面を保護するための非光学機能面とを有する光学素子を成形するための成形面を具えた金型であって、
前記成形面は、前記光学機能面に対応した第１の成形面と、前記非光学機能面に対応した第２の成形面とを有し、これら第１および第２の成形面が単一の連続面を形成していることを特徴とする金型。
【請求項６】
前記第２の成形面が、平面部と、この平面部および前記第１の成形面に接続する曲面部と有することを特徴とする請求項５に記載の金型。
【請求項７】
光学機能面と、この光学機能面から突出して当該光学機能面を保護するための非光学機能面とを有する光学素子を成形するための成形面を具えた金型であって、
前記成形面は、前記光学機能面に対応した第１の成形面と、前記非光学機能面に対応した第２の成形面とを有し、これら第１および第２の成形面の交差部分におけるこれらのなす角が１２０度以上であることを特徴とする金型。
【請求項８】
前記第１の成形面は所定方向に沿って延在し、前記第２の成形面は前記第１の成形面を挟んで前記所定方向に沿って延在していることを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機能面と、この光学機能面から突出してこれを保護するための非光学機能面とを具えた光学素子およびこの光学素子を成形するための金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、成形加工による光学素子の製造が進められ、多様な形状の光学機能面に適用されつつあり、特に光学機能面の外縁部にここから突出して光学素子自体の把持部として機能し、光学機能面を保護すると共に光学素子自体の強度向上に寄与する非光学機能面を一体的に形成したものが特許文献１にて提案されている。この非光学機能面を形成する段差部は、成形キャビティからガスを逃がすための排気通路を形成した場合に生ずる「バリ」対策としても有効である。
【０００３】
このような非光学機能面を持った光学素子を射出成形する金型の一例として、ｆθレンズ成形用金型の主要部の断面構造を図７に示す。すなわち、このｆθレンズ１は光学機能部２と、この光学機能部２を挟む一対の段差部３とからなるＨ形断面構造を有しており、図の紙面に対して垂直な方向に延在している。断面がメニスカス形状の光学機能部２には、凸光学面２ａと凹光学面２ｂとが形成され、光学機能部２を挟んで対向する一対の段差部３には、これら凸光学面２ａおよび凹光学面２ｂの両側（図中、左右方向）からそれぞれ逆向きに突出する非光学機能面３ａ，３ｂと、光軸面ｃに対して垂直な平坦面３ｃ，３ｄとが形成されている。このような形状のｆθレンズ１を射出成形するための金型は、凹光学面２ｂおよびこれに隣接する一対の非光学機能面３ｂとを成形するための下部鏡面駒４と、この下部鏡面駒４を挟むように配されて下側の平坦面３ｄを成形し、この平坦面３ｄに上端面が臨むエジェクタピン５を突出可能に収容するエジェクタブロック６と、下部鏡面駒４の上方に配され、凸光学面２ａおよびこれに隣接する一対の非光学機能面３ａを成形するための上部鏡面駒７と、この上部鏡面駒７を挟むように配されて上側の平坦面３ｃを成形する上部保持ブロック８と、段差部３の外縁部を囲む側面駒９とを有する。
【０００４】
【特許文献１】実開平４−２８２２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学機能面と、この光学機能面から突出してこれを保護するための非光学機能面とを具えた図７に示すような従来の光学素子を成形加工によって得る場合、段差部３が冷却時の収縮によって上下の鏡面駒４，７の非光学機能面３ａ，３ｂを成形するための成形面に食い付き、これが成形品であるｆθレンズ１を金型から離型させる際に大きな抵抗となる。このため、これに応じた大きな離型力を得る目的で多数のエジェクタピン５をエジェクタブロック６内に組み込まなければならず、金型が大型化する上に複雑となってしまう欠点がある。
【０００６】
特に、図７に示すような構造の光学素子の場合、成形されたｆθレンズ１が離型時に上部鏡面駒７の離型動作に伴って上部鏡面駒７と共に下部鏡面駒４やエジェクタブロック６から剥離してしまう可能性があるため、上部保持ブロック８を固定した状態で最初に上部鏡面駒７を上昇させ、次いで上部保持ブロック８を上昇させる必要があり、多数の鏡面駒が必要な上にその駆動機構も複雑化し、成形装置全体がさらに大型化してしまう欠点があった。
【０００７】
また、このようなＨ形断面構造の光学素子の場合、図７中、上下方向に沿った光学機能部２の肉厚と段差部３の肉厚とが急激に変化しているため、樹脂を充填させる成形流動速度や成形冷却温度勾配に差異が生じたり、鏡面およびキャビティの転写性を向上させるために大きな射出成形圧力が必要となり、成形後のｆθレンズ１の収縮変形を緩和するための冷却工程サイクルに極めて長時間を要するなどの不具合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の形態は、光学機能面と、この光学機能面から突出して当該光学機能面を保護するための非光学機能面とを具え、これら光学機能面と光学機能面とが単一の連続面を形成していることを特徴とする光学素子にある。
【０００９】
本発明の第１の形態による光学素子において、非光学機能面が、平面部と、この平面部および光学機能面に接続する曲面部と有するものであって良い。
【００１０】
本発明の第２の形態は、光学機能面と、この光学機能面から突出して当該光学機能面を保護するための非光学機能面とを有し、これら光学機能面と非光学機能面との交差部分におけるこれらのなす角が１２０度以上であることを特徴とする光学素子にある。
【００１１】
本発明の第１または第２の形態による光学素子がｆθレンズなどのように棒状をなしている場合、光学機能面が所定方向に沿って延在し、非光学機能面が光学機能面を挟んで所定方向に沿って延在していることが好ましい。
【００１２】
本発明の第３の形態は、光学機能面と、この光学機能面から突出して当該光学機能面を保護するための非光学機能面とを有する光学素子を成形するための成形面を具えた金型であって、前記成形面は、前記光学機能面に対応した第１の成形面と、前記非光学機能面に対応した第２の成形面とを有し、これら第１および第２の成形面が単一の連続面を形成していることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第３の形態による金型において、第２の成形面が、平面部と、この平面部および第１の成形面に接続する曲面部と有するものであって良い。
【００１４】
本発明の第４の形態は、光学機能面と、この光学機能面から突出して当該光学機能面を保護するための非光学機能面とを有する光学素子を成形するための成形面を具えた金型であって、前記成形面は、前記光学機能面に対応した第１の成形面と、前記非光学機能面に対応した第２の成形面とを有し、これら第１および第２の成形面の交差部分におけるこれらのなす角が１２０度以上であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第３または第４の形態による金型において、対象となる光学素子がｆθレンズなどのように棒状をなしている場合、第１の成形面が所定方向に沿って延在し、第２の成形面が第１の成形面を挟んで所定方向に沿って延在していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の形態の光学素子によると、光学機能面と、この光学機能面から突出して当該光学機能面を保護するための非光学機能面とが単一の連続面を形成しているので、この光学素子を成形する際に生ずる内部応力を軽減することができ、得られる光学素子の肉厚分布をなだらかに変化させることが可能である。しかも、離型の際に要する離型力をより小さくすることができるため、エジェクタピンの数を従来のものよりも少なくして金型をコンパクト化することが可能となる。
【００１７】
非光学機能面が、平面部と、この平面部および光学機能面に接続する曲面部と有する場合、平面部をエジェクタピンの当接部として利用することができる。
【００１８】
本発明の第２の形態の光学素子によると、光学機能面と、この光学機能面から突出して当該光学機能面を保護するための非光学機能面との交差部分におけるこれらのなす角を１２０度以上に設定したので、この光学素子を成形する際に生ずる内部応力を軽減することができ、得られる光学素子の肉厚分布をなだらかに変化させることができる。しかも、離型の際に要する離型力をより小さくすることができるため、エジェクタピンの数を従来のものよりも少なくして金型をコンパクト化することが可能となる。
【００１９】
本発明の第３の形態の金型によると、光学機能面と、この光学機能面から突出して当該光学機能面を保護するための非光学機能面とを有する光学素子を成形するための成形面が、光学機能面に対応した第１の成形面と、非光学機能面に対応した第２の成形面とを有し、これら第１および第２の成形面が単一の連続面を形成しているので、光学素子を成形する際に生ずる内部応力を軽減することができ、得られる光学素子の肉厚分布も比較的なだらかに変化させることが可能である。しかも、離型時に要する離型力をより小さくすることができるため、エジェクタピンの数を従来のものよりも少なくして金型をコンパクト化することが可能となる。
【００２０】
第２の成形面が、平面部と、この平面部および第１の成形面に接続する曲面部と有する場合、平面部をエジェクタピンの当接部として利用することができる。
【００２１】
本発明の第４の形態の金型によると、光学機能面と、この光学機能面から突出して当該光学機能面を保護するための非光学機能面とを有する光学素子を成形するための成形面が、光学機能面に対応した第１の成形面と、非光学機能面に対応した第２の成形面とを有し、これら第１および第２の成形面の交差部分におけるこれらのなす角を１２０度以上に設定したので、光学素子の成形時に生ずる内部応力を軽減することができ、得られる光学素子の肉厚分布を比較的なだらかに変化させることが可能である。しかも、離型時に要する離型力をより小さくすることが可能なため、エジェクタピンの数を従来のものよりも少なくして金型をコンパクト化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明をｆθレンズおよびこれを射出成形するための金型に応用した実施形態について、図１〜図６を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、これらをさらに組み合わせたり、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術、例えばガラス製光学素子のプレス成形などにも当然応用することができる。
【００２３】
第１の実施形態におけるｆθレンズの外観を図１に示し、その側端面形状を図２に示す。すなわち、本実施形態におけるｆθレンズ１０は、所定方向（図２中、紙面に対して垂直な方向）に沿って延在する凸光学面１１と、この凸光学面１１を挟むように凸光学面１１から突出すると共に所定方向に沿って延在する一対の凸側非光学機能面１２と、凸光学面１１の反対側に位置する凹光学面１３と、この凹光学面１３を挟むように凹光学面１３から突出すると共に所定方向に沿って延在する一対の凹側非光学機能面１４とを有する。このｆθレンズ１０の光軸面ｃは、凸光学面１１および凹光学面１３を縦断するように所定方向に沿って延在する。
【００２４】
本実施形態における凸側非光学機能面１２は、光軸面ｃに対して傾斜した平面にて形成されており、所定方向に対して直交する面内において、凸側非光学機能面１２との交差部分における凸光学面１１の接線と凸側非光学機能面１２とのなす角θは、射出成形時に光学面１１と凸側非光学機能面１２とを流れる樹脂の流れ速度が大きく変化しないようにすることに加え、これら光学面１１と凸側非光学機能面１２との間にある局部的な肉厚変化によって生じる成形冷却温度勾配差の低減のために約１３０度に設定されている。光学機能面が凸面の場合、凸光学面１１と凸側非光学機能面１２とのなす角θの数値を大きくすると、図２中、左右方向に沿ったｆθレンズ１０の幅寸法が大きくなる上、凸光学面１１の保護ができなくなってしまう場合があるため、成形時に発生する内部応力の低減との兼ね合いから、１２０度以上の角度に設定する必要があり、具体的な設定角度は凸光学面１１の曲率によって変化させ、１２０度〜１６０度の範囲に収めることが有効である。これは、前述したように光学面と非光学機能面とで形成される光学素子の肉厚に大きな差異が発生しないようにするためであり、対象となる光学面形状は要求される光学特性を満足させるため、光学素子により光学面の曲率半径を変化させる必要があるからである。
【００２５】
本実施形態における凹側非光学機能面１４は、光軸面ｃに対して直交する平面部１４ａと、この平面部１４ａおよび凹光学面１３に接続する曲面部１４ｂと有し、凹光学面１３と平面部１４ａとが曲面部１４ｂを介して単一の連続面を形成している。曲面部１４ｂの曲率半径は、可能な限り大きくすることが望ましいが、大きく設定するほど図２中、左右方向に沿ったｆθレンズ１０の幅寸法が大きくなってしまうため、成形時に発生する内部応力の低減との兼ね合いから、凹光学面１３とこの面と交わる平面部１４ａとのなす角度に応じて変化させ、曲率半径を５〜６mmの範囲に設定することが好ましい。
【００２６】
このような輪郭形状のｆθレンズ１０は、凸側非光学機能面１２の先端が凸光学面１１の上端よりも突出した状態となっており、また凹光学面１３が一対の平面部１４ａに対して窪んだ状態となっているため、これを定盤などに載置する際に凸光学面１１や凹光学面１３が定盤などの表面に接触せず、凸光学面１１および凹光学面１３共に保護することができる。
【００２７】
図１，図２に示したｆθレンズ１０を射出成形するための金型の概略断面構造を図３に示す。すなわち、本実施形態における金型２０は、下部鏡面駒２１と、上部鏡面駒２２と、これらを囲む側面駒２３とを具えており、下部鏡面駒２１にはｆθレンズ１０の凹光学面１３および凹側非光学機能面１４に対応した成形面、つまり凹光学成形面２４と平面部成形面２５ａおよび曲面部成形面２５ｂからなる凹側非光学機能成形面２５とが形成され、上部鏡面駒２２にはｆθレンズ１０の凸光学面１１および凸側非光学機能面１２に対応した成形面、つまり凸光学成形面２６と凸側非光学機能成形面２７とが形成されている。
【００２８】
このように、上下方向の両側に相対する光学面全域に渡り、光学素子を形成する光学面と非光学機能面の相互間でなだらかな肉厚分布となる上述のｆθレンズ１０を金型２０を用いて射出成形する場合、その際に生ずる成形樹脂の流れ速度差や素子形状全体の冷却温度勾配差を減少させることにより成形時の収縮変形が軽減されるようになり、離型の際に要する離型力をより小さくすることができる。このため、エジェクタピンの数を従来のものよりも少なくして金型２０をコンパクト化することが可能となる。なお、エジェクタピンが必要な場合には、ｆθレンズ１０の凹側非光学機能面１４の平面部１４ａをエジェクタピンの当接部として利用することが可能である。
【００２９】
上述した実施形態では、ｆθレンズ１０の凸光学面１１と凸側非光学機能面１２とを不連続に形成したが、凹光学面１３側と同様に連続的に形成することも可能である。この場合における上部鏡面駒２２の断面構造を図４に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、上部鏡面駒２２には、ｆθレンズ１０の凸光学面１１および凸側非光学機能面１２に対応した成形面、つまり凸光学成形面２６と傾斜平面部２７ａと曲面部２７ｂとからなる凸側非光学機能成形面２７とが形成されている。凸側非光学機能形成面２７の傾斜平面部２７ａは、曲面部２７ｂを介して凸光学成形面２６に続く単一の連続面となっている。
【００３０】
上述した実施形態では、平面部１４ａを凹側非光学機能面１４に形成したが、凸側非光学機能形成面１２に平面部を形成することも可能である。このような本発明による金型の他の実施形態の断面構造を図５に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、この金型２０は凹光学面１３と、この凹光学面１３を挟むように凹光学面１３から突出する一対の凹側非光学機能面１４と、凹光学面１３の反対側に位置する凸光学面１１と、この凸光学面１１を挟むように凸光学面１１から突出する一対の凸側非光学機能面１２とを有するｆθレンズ１０を射出成形するためのものである。
【００３１】
凹側非光学機能面１４は、光軸面ｃに対して傾斜した平面にて形成され、所定方向に対して直交する面内において、凸側非光学機能面１２との交差部分における凹光学面１３の接線と凹側非光学機能面１４とのなす角θが射出成形時に発生する内部応力の低減のため、本実施形態では１６０度から接線となる１８０度までの範囲に設定される。また、凸側非光学機能面１２は、光軸面ｃに対して直交する平面部１２ａと、この平面部１２ａおよび凸光学面１１に接続する２つの曲面部１２ｂ，１２ｃとを有し、凸光学面１１と平面部とが２つの曲面部１２ｂ，１２ｃを介して単一の連続面を形成している。本実施形態では２つの曲面部１２ｂ，１２ｃの間に位置する面が凸光学面１１に対して急傾斜となっているが、これらの間に曲面部１２ｂが介在しているため、これを射出成形する際に生ずる内部応力を軽減することができ、離型の際に要する離型力も小さくすることができる。
【００３２】
上述した実施形態では、光学機能面１１，１３が所定曲率の曲面を持ったｆθレンズ１０の場合について説明したが、光学機能面がある方向から見た場合に平面となるような光学素子に対しても本発明を応用することが可能である。このような本発明による金型の別な実施形態の断面構造を図６に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、この金型２０は第１の光学面１５と、この第１の光学面１５を挟むように第１の光学面１５から突出する一対の第１非光学機能面１６と、第１の光学面１５の反対側に位置する第２の光学面１７と、この第２の光学面１７を挟むように第２の光学面１７から突出する一対の第２非光学機能面１８とを有する光学素子１９を成形するためのものである。
【００３３】
第１非光学機能面１６は、光軸面ｃに対して傾斜した平面にて形成され、所定方向に対して直交する面内において、第１非光学機能面１６との交差部分における第１の光学面１５と第１非光学機能面１６とのなす角θが成形時に発生する内部応力の低減のため、本実施形態ではほぼ１５０度に設定されている。第２非光学機能面１８は、光軸面ｃに対して直交する平面部１８ａと、この平面部１８ａおよび第２の光学面１７に接続する２つの曲面部１８ｂ，１８ｃとを有し、第２の光学面１７と平面部１８ａとが２つの曲面部１８ｂ，１８ｃを介して単一の連続面を形成している。本実施形態においても、２つの曲面部１８ｂ，１８ｃの間に位置する面が第２の光学面１７に対して急傾斜となっているが、これらの間に曲面部１８ｂが介在しているため、これを成形する際に生ずる内部応力を軽減することができ、離型の際に要する離型力も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による光学素子をｆθレンズに応用した一実施形態の外観を表す立体投影図である。
【図２】図１に示したｆθレンズの側端面図である。
【図３】図１に示したｆθレンズを射出成形するための本発明による金型の一実施形態の概略構造を表す断面図である。
【図４】図３に示した金型の上部鏡面駒に対して交換し得る上部鏡面駒の他の実施形態断面図である。
【図５】本発明による金型の他の実施形態の概略構造を表す断面図である。
【図６】本発明による金型の別な実施形態の概略構造を表す断面図である。
【図７】従来のｆθレンズおよびこれを射出成形するための従来の金型の概略構造を表す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
ｃ  光軸面
θ  光学面と非光学機能面とのなす角
１０  ｆθレンズ
１１  凸光学面
１２  凸側非光学機能面
１２ａ  平面部
１２ｂ，１２ｃ  曲面部
１３  凹光学面
１４  凹側非光学機能面
１４ａ  平面部
１４ｂ  曲面部
１５  第１の光学面
１６  第１非光学機能面
１７  第２の光学面
１８  第２非光学機能面
１８ａ  平面部
１８ｂ，１８ｃ  曲面部
１９  光学素子
２０  金型
２１  下部鏡面駒
２２  上部鏡面駒
２３  側面駒
２４  凹光学成形面
２５  凹側非光学機能成形面
２５ａ  平面部成形面
２５ｂ  曲面部成形面
２６  凸光学成形面
２７  凸側非光学機能成形面
２７ａ  傾斜平面部
２７ｂ  曲面部
【図１】
2005346018.tif 000003
【図２】
2005346018.tif 000004
【図３】
2005346018.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005346018.tif 000007
【図６】
2005346018.tif 000008
【図７】
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