JPWO2010087068A1 - レンズ及び成形金型 - Google Patents

Abstract

本発明は、高ＮＡのレンズにおいて成形時の不具合を抑制できるレンズ及びそのようなレンズを成形できる成形金型を提供する。レンズＯＥは、光軸に沿って見たときに、第１の端面領域ＯＥ１１ｂと第２の端面領域ＯＥ２１ｂとは重なっていないので、成形金型において最も絞られる絞り部の面積が減少し、射出成形時における樹脂の抵抗を減少させることができ、これにより第１の光学面ＯＥ１１ａに脈理を発生することを抑制できる。

Description

本発明は、レンズに関し、特にＮＡ０．７５以上、ＮＡ０．９以下のレンズ及びそれを成形する成形金型に関する。

近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／又は再生（以下、「記録及び／又は再生」を「記録／再生」と記載する）を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４．７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２３〜２７ＧＢの情報の記録が可能である。この光ディスクを本明細書では高密度光ディスクと呼ぶ。

このような高密度光ディスク用の光ピックアップ装置に用いる対物レンズとして、樹脂の成形によって得られるものが、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００７−３３４９３０号公報

ここで、特許文献１に示すようなＮＡ０．８以上の対物レンズは、一般的に軸上厚が厚くなるが、それにより光路長が長くなり光ピックアップ装置の大型化を招くという問題がある。これに対し軸上厚を極力薄くするレンズ設計を行うこともできるが、それにより対物レンズの縁厚が薄くなる傾向がある。このように縁厚を薄くしたレンズについて、本発明者が検討を行ったところ、光学面に脈理（曇りや歪み）が発生することがわかった。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高ＮＡのレンズにおいて成形時の不具合を抑制できるレンズ及びそのようなレンズを成形できる成形金型を提供することを目的とする。

請求項１に記載のレンズは、樹脂を素材として成形されるＮＡ０．７５以上、ＮＡ０．９以下のレンズにおいて、第１の光学面と、前記第１の光学面に対して対向する側に形成された第２の光学面と、前記レンズの外周に形成されたフランジ部と、前記第１の光学面と前記フランジ部との間に形成され、光軸に略直交する第１の端面領域と、前記第２の光学面と前記フランジ部との間に形成され、光軸に略直交する第２の端面領域と、を有し、
前記第１の端面領域と前記第２の端面領域の光軸方向の距離は、前記フランジ部の光軸方向の厚さより小さくなっており、更に光軸方向に見たときに、前記第１の端面領域と前記第２の端面領域とは、全く重なっていないか、一部のみが重なっていることを特徴とする。

本発明者は鋭意研究の結果、凸レンズにおいて最も薄い縁厚と、最も厚い軸上厚の割合を偏肉比としたときに、偏肉比が大きいレンズでは、金型のキャビティ容量に対して縁厚が薄くなるため、ゲートを通過する樹脂の単位時間当たりの流速が速まり、キャビティ内に急激に樹脂が射出されることにより、ゲート付近の光学面に脈理が発生することを見出した。特にＮＡ０．７５以上のレンズの場合、光学面周辺の曲率がきつくなるため、樹脂の流動性が妨げられ、これにより顕著な脈理等が発生し、外観不良や光学性能の劣化を招く恐れがあることを見出した。

かかる知見に基づき、本発明者は、レンズを光軸方向に見たときに、前記第１の端面領域と前記第２の端面領域とが、全く重なっていないか、一部のみが重なっているようにすることで、前記第１の端面領域と前記第２の端面領域とを転写形成する成形金型の転写面の間の抵抗を減少させ、樹脂がスムーズに通過できるようにし、これにより樹脂の流動性を高めて脈理等を抑制できることを想到したのである。

尚、樹脂としては、例えば光学材料として一般的に用いられる透明の熱可塑性樹脂材料等であれば特に制限はないが、光学素子としての加工性を考慮すると、アクリル樹脂、環状オレフィン樹脂、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、ポリアミド樹脂、またはポリイミド樹脂であることが好ましい。適用可能な熱可塑性樹脂としては、例えば、特開２００３−７３５５９に記載の化合物を挙げることができる。

また、本発明に係る対物レンズは、光軸直交方向に光学面から順に、端面領域、フランジ部を有しており、フランジ部の光軸方向距離が端面領域間の光軸方向距離に比べて長くなっていることが好ましい。また、フランジ部の第１光学面側の面が光ピックアップ装置に取り付ける際の基準面となることが好ましい。また、請求項１中の「一部のみが重なっている」には、例えば、第１の端面領域が第２の端面領域より短く、第１の端面領域の全領域が第２の端面領域の一部と重なっている状態は含まれない。請求項１中の「一部のみが重なっている」には、あくまでも、第１の端面領域の（全部ではなく）「一部」と、第２の端面領域の（全部ではなく）「一部」とが重なる場合のみが含まれるものである。

請求項２に記載のレンズは、請求項１に記載の発明において、前記第１の端面領域と前記第２の端面領域のうち一方の外周は、他方の外周よりも半径方向外側に位置していることを特徴とする。これにより前記第１の端面領域と前記第２の端面領域とを転写形成する成形金型の転写面の間の抵抗を更に減少させ、樹脂がスムーズに通過できるようにしている。

請求項３に記載のレンズは、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１の端面領域の内周が前記第２の光学面の外周よりも半径方向内側に位置しているか、或いは前記第２の端面領域の内周が前記第１の光学面の外周よりも半径方向内側に位置していることを特徴とするので、有効径の差を利用することで、レンズを大径化することなく、前記第１の端面領域と前記第２の端面領域とが、全く重なっていないか、一部のみが重なっているようにすることが可能となる。

請求項４に記載のレンズは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、偏肉比を３以上、１０以下としたことを特徴とする。本発明は、偏肉比を３倍以上１０倍以下とするレンズにおいて特に効果がある。ここで、「偏肉比」は、レンズの軸上厚と縁厚との割合をいい、「縁厚」とは、前記第１の端面領域と前記第２の端面領域の光軸方向の距離をいい、一般的にはレンズにおいて最も薄い光軸方向の厚さをいう。

請求項５に記載のレンズは、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記第１の端面領域と前記第２の端面領域の光軸方向の距離をΔ１、前記フランジ部の光軸方向の厚さをΔ２としたときに、Δ２／Δ１が２以下であることを特徴とする。

請求項６に記載のレンズは、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記フランジ部の光軸方向端面の少なくとも何れか一方は、前記第１の光学面若しくは前記第２の光学面の面頂点よりも光軸方向外側に位置することを特徴とする。

従って、前記フランジ部の光軸方向端面のうちの一方は、前記第１の光学面と前記第２の光学面の面頂点よりも光軸方向内側に位置していても良い。

請求項７に記載の成形金型は、請求項１〜６のいずれかに記載のレンズを成形するために、前記第１の光学面と、前記第２の光学面と、前記第１の端面領域と、前記第２の端面領域と、前記フランジ部の表面とを転写する転写面を有することを特徴とする。

本発明によれば、高ＮＡのレンズにおいて成形時の不具合を抑制できるレンズ及びそのようなレンズを成形できる成形金型を提供することができる。

本実施の形態にかかるレンズを、成形金型を用いて成形する工程を示す図である。 成形金型の拡大図である。 比較例のレンズＯＥ’を示す断面図である。 上述した成形金型により成形された本実施の形態のレンズＯＥである。 別な実施の形態にかかるレンズＯＥの断面図である。 別な実施の形態にかかるレンズＯＥの断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、ＢＤ用光ピックアップ装置に用いるＮＡ０．７５以上、ＮＡ０．９以下のレンズを、成形金型を用いて成形する工程を示す図である。図２は、成形金型の拡大図である。成形金型は、第１の型１０と第２の型２０とを含み、両者が型締めされた状態で複数のキャビティを形成するようになっている。尚、図１におけるキャビティ形状は概略的である。

図２に示すように、第１の型１０は、中心軸Ｘを中心として、レンズの第１の光学面を転写形成するための第１の光学転写面１１ａと、それに続く第１の端面領域を転写形成するための第１の領域転写面１１ｂと、それに続く第１の遷移領域を転写形成するための第１の遷移転写面１１ｃと、それに続くフランジ部の第１端面を転写形成するための第１のフランジ端転写面１１ｄと、それに直交するフランジ部の周面を転写形成するための第１のフランジ周転写面１１ｅとを、それぞれ複数個有する。第１の領域転写面１１ｂと第１のフランジ端転写面１１ｄとは、第１の光学転写面１１ａの中心軸Ｘ（レンズの光軸）に対して直交しており、第１の遷移転写面１１ｃは、中心軸Ｘに直交する平面に対して傾いている。尚、第１のフランジ端転写面１１ｄと第１のフランジ周転写面１１ｅとの交差部に、面取り部を設けると好ましい。

更に第２の型２０は、中心軸Ｘを中心として、レンズの第２の光学面を転写形成するための第２の光学転写面２１ａと、それに続く第２の端面領域を転写形成するための第２の領域転写面２１ｂと、それに続く第２の遷移領域を転写形成するための第２の遷移転写面２１ｃと、それに続くフランジ部の第２端面を転写形成するための第２のフランジ端転写面２１ｄと、それに直交するフランジ部の周面を転写形成するための第２のフランジ周転写面２１ｅとを、それぞれ複数個有する。第２の領域転写面２１ｂと第２のフランジ端転写面２１ｄとは、第２の光学転写面２１ａの中心軸Ｘ（レンズの光軸）に対して直交しており、第２の遷移転写面２１ｃは、中心軸Ｘに直交する平面に対して傾いている。第１のフランジ周転写面１１ｅの光軸方向長さは、第２のフランジ周転写面２１ｅの光軸方向長さより長く、また両者は抜き勾配を考慮して、中心軸Ｘに対して互いに逆方向に僅かに傾いた円錐状面となっている場合もある。尚、第２のフランジ端転写面２１ｄと第２のフランジ周転写面２１ｅとの交差部にも、面取り部を設けると好ましい。

又、中心軸Ｘに沿って見たときに、第１の領域転写面１１ｂと第２の領域転写面２１ｂとは重なっておらず、両面の中心軸Ｘ方向に沿った距離Δ１は、第１のフランジ端転写面１１ｄと第２のフランジ端転写面２１ｄとの距離Δ２より小さくなっている。第１の遷移転写面１１ｃと第２の遷移転写面２１ｃとは、中心軸Ｘに直交する平面に対して互いに逆方向に傾いている。

図１に示すように、第１の型１０には、ゲート（入口流路）ＧＴが形成されている。

次に、レンズの成形方法について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、第２の型２０に対向するようにして第１の型１０をセットする。その後、図１（ｂ）に示すように、第２の型２０に対して第１の型１０を相対的に接近させ密着させて、所定の保圧にて型締めを行う。このとき、第１のフランジ周転写面１１ｅと、それに対向する第２のフランジ周転写面２１ｅの突き合わせ端部同士が、それぞれ一致するようになる。

更に第１の型１０と第２の型２０とを不図示のヒータにより加熱することにより、型締め時点での光学転写面１１ａ、２１ａを所定温度まで加熱した後、不図示のノズルからランナー２２及びゲートＧＴを介して任意の圧力に加圧された状態で樹脂を供給する（図１（ｃ）参照）。このとき、不図示のエアベントからキャビティＣＢ内に残存している空気が抜けるので、キャビティＣＢ内にエア溜まりが形成されることが抑制され、転写面に樹脂が精度良く密着することができる。

次に、溶融した樹脂が転写面１１ａ〜１１ｅ，２１ａ〜２１ｅの形状を転写した状態で固化した後、型温度を低下させて樹脂を冷却して固化させる。

その後、第１の型１０と第２の型２０とを相対的に移動させて型開きを行うと、レンズＯＥを含む成形品が第１の型１０に貼り付いた状態で露出する。かかる成形品からレンズＯＥを分離することで、単体のレンズＯＥが形成される。

ここで、比較例と比較して、本実施の形態のレンズについて説明する。図３は、比較例のレンズＯＥ’を示す断面図であり、図４は、上述した成形金型により成形された本実施の形態のレンズＯＥであり、一点鎖線で有効径の最近接内方を通過する光束の外縁Ｌを示している。即ち、光束の外縁Ｌが第１の光学面ＯＥ１１ａ、第２の光学面ＯＥ２１ａと交差する位置が、それぞれ有効径となる。

図４において、レンズＯＥは、光軸Ｘを中心として、光軸Ｘを含む円形の第１の光学面ＯＥ１１ａと、それに続く輪帯状の第１の端面領域ＯＥ１１ｂと、それに続く輪帯状の第１の遷移領域ＯＥ１１ｃと、それに続いて最も外側になる環状のフランジ部ＯＥＦの第１端面ＯＥ１１ｄと、それに直交するフランジ部ＯＥＦの周面ＯＥ１１ｅと、更に第１の光学面ＯＥ１１ａに同軸に対向する円形の第２の光学面ＯＥ２１ａと、それに続く輪帯状の第２の端面領域ＯＥ２１ｂと、それに続く輪帯状の第２の遷移領域ＯＥ２１ｃと、それに続くフランジ部の第２端面ＯＥ２１ｄとを有している。尚、不図示の光ピックアップ装置に組み付けたとき、第１の光学面ＯＥ１１ａが光源側になり、第２の光学面ＯＥ２１ａが光ディスク側になる。

図４に示すレンズＯＥは、光軸に沿って見たときに、第１の端面領域ＯＥ１１ｂと第２の端面領域ＯＥ２１ｂとは重なっておらず、特に第１の光学面ＯＥ１１ａ側と第２の光学面ＯＥ２１ａ側との有効径の差を利用して、第１の端面領域ＯＥ１１ｂを、第２の端面領域ＯＥ２１ｂよりも光軸直交方向外側に位置させており、従って第２の端面領域ＯＥ２１ｂの内周は、第１の光学面ＯＥ１１ａの外周よりも光軸に近接している。又、両面の光軸方向の距離（Δ１）は、フランジ部ＯＥＦの端面ＯＥ１１ｄ、ＯＥ２１ｄの距離（Δ２）より小さくなっており、好ましくはΔ２／Δ１≦２である。加えて、レンズＯＥの軸上厚をΔ３としたときに、偏肉比Δ３／Δ１は３以上１０以下であると好ましい。更に、フランジ部ＯＥＦの第１の端面ＯＥ１１ｄは、第１の光学面ＯＥ１１ａと光軸Ｘとの交点よりも、第２の光学面ＯＥ２１ａ側に位置しているが、第２の端面ＯＥ２１ｄは、第２の光学面ＯＥ２１ａと光軸Ｘとの交点よりも、第１の光学面ＯＥ１１ａから離れた側に位置している。従って、第１の光学面ＯＥ１１ａは第１の端面ＯＥ１１ｄより出っ張っているために、第１の端面ＯＥ１１ｄを平面上に接地させることはできないが、第２の光学面ＯＥ２１ａは第２の端面ＯＥ２１ｄより引っ込んでいるために、第２の端面ＯＥ２１ｄ全体を接地させるようにして、レンズＯＥを平面上に載置させることができ、それにより第２の光学面ＯＥ２１ａが傷付くことなどを抑制できる。但し、レンズＯＥを載置するための部材が第２の光学面ＯＥ２１ａに当接しないように中央が窪んでいて第２の端面ＯＥ２１ｄのみが当接可能な形状であるならば、第２の端面ＯＥ２１ｄを第２の光学面ＯＥ２１ａよりも光軸方向内側に位置させても良い。

また、第１の光学面ＯＥ１１ａが第１の端面ＯＥ１１ｄより引っ込んでいて、第２の光学面ＯＥ２１ａが第２の端面ＯＥ２１ｄより出っ張っている形状のレンズであってもよいし、第１の光学面ＯＥ１１ａ及び第２の光学面ＯＥ２１ａが共に第１の端面ＯＥ１１ｄ及び第２の端面ＯＥ２１ｄより引っ込んでいる形状のレンズであってもよい。

一方、図３の比較例のレンズＯＥは’、光軸に沿って見たときに、第１の端面領域ＯＥ１１ｂが第２の端面領域ＯＥ２１ｂに完全に重なっている点のみが異なる。重なっている部分をハッチングで示す。

ここで、図３に示すレンズＯＥ’は、射出成形時に、成形金型のスプールとランナーを介して供給された樹脂が、平行で光軸方向に重なっている第１の端面領域ＯＥ１１ｂと第２の端面領域ＯＥ２１ｂの転写面間を通過する際に大きな抵抗を受け、これにより第１の光学面ＯＥ１１ａに脈理を発生する恐れがある。これを回避するために、図３の点線ＤＬで示すように、第１の端面領域ＯＥ１１ｂと第２の端面領域ＯＥ２１ｂの転写面間を広げて射出成形時の樹脂の流れをスムーズにすることも考えられるが、それにより転写面が第１の光学面ＯＥ１１ａと干渉してしまい、光学機能を損なう恐れがある。

これに対し、本実施の形態のレンズＯＥによれば、光軸に沿って見たときに、第１の端面領域ＯＥ１１ｂと第２の端面領域ＯＥ２１ｂとは重なっていないので、成形金型において最も絞られる絞り部の面積が減少し、射出成形時における樹脂の抵抗を減少させることができ、これにより第１の光学面ＯＥ１１ａに脈理を発生することを抑制できる。

図５は、別な実施の形態にかかるレンズＯＥの断面図である。本実施の形態においては、光軸に沿って見たときに、第１の端面領域ＯＥ１１ｂと第２の端面領域ＯＥ２１ｂとは一部のみが重なっており、特に第１の光学面ＯＥ１１ａ側と第２の光学面ＯＥ２１ａ側との有効径の差を利用して、第２の端面領域ＯＥ２１ｂの外径を、第１の端面領域ＯＥ１１ｂの内径より大きく且つその外径より小さくしている。重なっている部分をハッチングで示す。本実施の形態においても、成形金型において最も絞られる絞り部の面積が減少するので、射出成形時における樹脂の抵抗を減少させることができ、これにより第１の光学面ＯＥ１１ａに脈理を発生することを抑制できる。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため説明を省略する。

図６は、別な実施の形態にかかるレンズＯＥの断面図である。本実施の形態においては、光軸に沿って見たときに、第１の端面領域ＯＥ１１ｂと第２の端面領域ＯＥ２１ｂとは一部のみが重なっており、特に第１の端面領域ＯＥ１１ｂの外径を、第２の端面領域ＯＥ２１ｂの内径より大きく且つその外径より小さくしている。重なっている部分をハッチングで示す。本実施の形態においても、成形金型において最も絞られる絞り部の面積が減少するので、射出成形時における樹脂の抵抗を減少させることができ、これにより第１の光学面ＯＥ１１ａに脈理を発生することを抑制できる。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため説明を省略する。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

１０ 第１の型
１１ａ 第１の光学転写面
１１ｂ 第１の領域転写面
１１ｃ 第１の遷移転写面
１１ｄ 第１のフランジ端転写面
１１ｅ 第１のフランジ周転写面
２０ 第２の型
２１ａ 第２の光学転写面
２１ｂ 第２のフランジ転写面
２１ｂ 第２の領域転写面
２１ｃ 第２の遷移転写面
２１ｄ 第２のフランジ端転写面
２１ｅ 第２のフランジ周転写面
２２ ランナー
ＣＢ キャビティ
ＤＬ 点線
Ｌ 外縁
ＯＥ レンズ
ＯＥ１１ａ 第１の光学面
ＯＥ１１ｂ 第１の端面領域
ＯＥ１１ｃ 第１の遷移領域
ＯＥ１１ｄ 第１の端面
ＯＥ１１ｅ フランジ部周面
ＯＥ２１ａ 第２の光学面
ＯＥ２１ｂ 第２の端面領域
ＯＥ２１ｃ 第２の遷移領域
ＯＥ２１ｄ 第２の端面
ＯＥＦ フランジ部
Ｘ 中心軸（光軸）
ＧＴ ゲート

Claims (7)

1. 樹脂を素材として成形されるＮＡ０．７５以上、ＮＡ０．９以下のレンズにおいて、
   第１の光学面と、
   前記第１の光学面に対して対向する側に形成された第２の光学面と、
   前記レンズの外周に形成されたフランジ部と、
   前記第１の光学面と前記フランジ部との間に形成され、光軸に略直交する第１の端面領域と、
   前記第２の光学面と前記フランジ部との間に形成され、光軸に略直交する第２の端面領域と、を有し、
   前記第１の端面領域と前記第２の端面領域の光軸方向の距離は、前記フランジ部の光軸方向の厚さより小さくなっており、更に光軸方向に見たときに、前記第１の端面領域と前記第２の端面領域とは、全く重なっていないか、一部のみが重なっていることを特徴とするレンズ。
2. 前記第１の端面領域と前記第２の端面領域のうち一方の外周は、他方の外周よりも半径方向外側に位置していることを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
3. 前記第１の端面領域の内周が前記第２の光学面の外周よりも半径方向内側に位置しているか、或いは前記第２の端面領域の内周が前記第１の光学面の外周よりも半径方向内側に位置していることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ。
4. 偏肉比を３以上、１０以下としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレンズ。
5. 前記第１の端面領域と前記第２の端面領域の光軸方向の距離をΔ１、前記フランジ部の光軸方向の厚さをΔ２としたときに、Δ２／Δ１が２以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレンズ。
6. 前記フランジ部の光軸方向端面の少なくとも何れか一方は、前記第１の光学面若しくは前記第２の光学面の面頂点よりも光軸方向外側に位置することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレンズ。
7. 前記第１の光学面と、前記第２の光学面と、前記第１の端面領域と、前記第２の端面領域と、前記フランジ部の表面とを転写する転写面を有し、請求項１〜６のいずれかに記載のレンズを成形することを特徴とする成形金型。