JP4168659B2 - 光学素子の成形型、光学素子の製造方法および光学素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光性媒体（導光路）、レンズ、ミラーなどの光学素子の成形型、光学素子の製造方法および光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プラスチックレンズなどのプラスチック成形光学素子は、射出成形、射出圧縮成形などの成形法を用いて成形されている。これらのプラスチック成形光学素子は、一般のプラスチック成形品と異なり、全体の寸法精度、光学機能面の加工精度などの要求精度が高い。この要求精度を満足するために、その成形加工に際しては、例えば、樹脂の収縮分を補う目的で、通常のプラスチック成形に用いられるより高い加工圧力が用いられる。例えば、一般のプラスチック成形品の成形加工圧力は凡そ数十Ｍｐａであるが、プラスチック成形光学素子の成形加工圧力は１００Ｍｐａを越える。これにより、光学素子の成形のキャビティ形状をより忠実に転写しようとするものである。
【０００３】
しかしながら、成形の際の加工圧力、成形型の温度条件などで、光学素子本体を形造る前記成形型の合わせとなる部分に、いわゆるバリが形成される。このバリは、具体的には、成形型の一部を構成する駒部材相互の、あるいは、成形型部材との合わせとなる部分に形成される。このバリは、本来、成形に際して形成されることが期待されていない部分である。バリは非常に薄く構成され、素子の光学特性の劣化を引き起こすおそれがある。
【０００４】
これに関連して、例えば特開平５−３４５０１号公報には、バリを防ぐ技術が提案されている。この技術は、光学素子本体をプラスチック成形するときの、成形用の型部材あるいは駒部材の合わせとなる部分（型割り面）に対応して、光学素子本体に突状部を形成して、バリの発生を防ごうとするものである。
また、特開平８−１２７０７７号公報には、バリのない光学素子を製造する方法が提案されている。この方法は、光学素材の温度、変形速度を制御することにより、バリの発生をなくしようとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、伝送を担う光学素子は、高いファンアウト（分岐数）とデバイス、モジュール等の取付の関係から、長手方向には非常に大きいサイズが要求される。その反面、光学素子自体においては、その要求以外の点、例えば厚さ方向においては、小さいサイズが要求される。このように、薄くて、長い光学素子を射出成形で作製する場合、成形条件等で従来の技術を用いてバリに関する問題を改善しようとすると、逆にキャビティ形状を忠実に転写できずショートしてしまうという状況を招くおそれがある。
【０００６】
従って本発明の目的は、バリの発生方向を工夫して、光学特性上、問題の生じない光学素子を作製するための成形型、光学素子の製造方法および光学素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、バリの発生方向が、光学特性上または光学素子の取扱いにおいて問題が生じない方向となるように、成形用の金型を配置することができることを見出し、本発明に至ったものである。問題の生じない方向にあえてバリを発生させることにより、バリを無くする対策をとる必要がなく、かつショートを防ぐことができる。
【０００８】
即ち、上記目的は、複数の金型からなる光学素子の成形型であって、光学素子の光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面を形成するための面部分と他の金型に合わせるための面部分とを１つの面に有する金型を備えた光学素子の成形型により、達成される。ここで、金型の前記１つの面が傾斜面を有するようにすることができる。
【０００９】
また、本発明に係る光学素子の成形型は、複数の金型からなる光学素子の成形型であって、光学素子の一端の光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面を形成するための面部分と他の金型に合わせるための面部分とを１つの面に有する第１の金型と、光学素子の他端の光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面を形成するための面部分と他の金型に合わせるための面部分とを１つの面に有する第２の金型とを備えたものである。ここで、第１の金型の前記１つの面が垂直面を有し、第２の金型の前記１つの面が傾斜面を有する。さらに、第２の金型を複数備えることができる。
【００１０】
また、本発明に係る光学素子の製造方法は、上述した光学素子の成形型に透光性材料を注入し、金型の前記１つの面と同一面方向に透光性材料のバリを発生させるものである。この製造方法として、射出成形法または溶液キャスト法を用いることができる。
【００１１】
さらに、本発明に係る光学素子は、透光性材料からなる光学素子であって、光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面と同一面方向に透光性材料のバリを有するものである。ここで、少なくとも光の入射を担う面に、拡散素子を備えることができる。また、光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面が傾斜面を有することができる。
【００１２】
また、本発明に係る光学素子は、透光性材料からなる光学素子であって、一端における光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面、および光学素子の他端の光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面のうち、少なくとも１つの面と同一面方向に透光性材料のバリを有するものである。ここで、一端における光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面が垂直面を有し、他端における光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面が傾斜面を有することができる。また、複数の段差を有し、各段差に形成される光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面のうちの少なくとも１つの面と同一面方向に透光性材料のバリを有することができる。上記垂直面には拡散素子、反射素子および反射拡散素子の少なくとも１つを備えることができる。
このように構成することにより、バリが発生した場合においても、光学特性上、問題の生じない光学素子、その成形型および、光学素子の製造方法を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明に係る光学素子の成形型および光学素子の製造方法の一実施例を示す図、（ｂ）はこの方法で製造された光学素子を示す概略図である。本実施例では射出成形法が用いられる。光学素子の成形型１０は、図１（ａ）に示すように、分離可能な金型１１，１２を有し、それにより光学素子の成形のためのキャビティ１３が形成されている。金型１１，１２は、それぞれ光学素子の光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面を形成するための面部分１４ａ，１４ｂと他の金型の面に合わせるための面部分１５ａ，１５ｂとを１つの面に有する。
【００１４】
射出成形は、例えば次のような条件で行われる。成形機はＦＮ１０００（日精樹脂工業製）、型締め圧力は８０ＫＮ（８０トン）、射出圧は１００ＭＰａ、射出速度は１００ｍｍ／ｓ、金型温度は８０℃、シリンダ温度は２７５℃、材料はＺＥＯＮＥＸ ４８０Ｒ（日本ゼオン製）である。図示のように、キャビティ１３に樹脂を注入するために、金型１２にゲート１６が設けられている。一方、シリンダ１７内には樹脂材料１８が充填されており、ヒータ１９で加熱されている。光学素子を射出成形する場合、まずシリンダ１７の先端からゲート１６を介してキャビティ１３に樹脂材料１８を矢印方向に注入する。これにより光学素子２０が金型１１，１２間に形成され、冷却後、金型１１，１２を分離して、透光性樹脂材料からなる光学素子２０を取り出す。
【００１５】
成形された光学素子２０は、図１（ｂ）に示すように、光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面２１ａ，２１ｂと同一面方向にそれぞれ樹脂材料のバリ２２ａ，２２ｂを有する。このバリ２２ａ，２２ｂは、射出成形中に、金型１１，１２の面１５ａ，１５ｂに樹脂材料１８の一部が進入することにより生ずる。このバリ２２ａ，２２ｂの生ずる方向は面２１ａ，２１ｂと同一面方向である。このバリの発生方向は、光学素子の光学特性上、比較的問題の生じない方向であり、また光学素子の取扱いにおいても問題ない。
【００１６】
図２は、図１の実施例により製造された光学素子におけるバリの発生状況の一例を示す斜視図である。本例の光学素子２０は直方体形状の透光性媒体である。その寸法は、厚さ０．２５ｍｍ、幅２．５ｍｍ、長さ１０．２ｍｍである。即ち、光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面２１ａ，２１ｂは、０．２５ｍｍ×２．５ｍｍの寸法を有する。面２１ａ，２１ｂと同一面方向に生じた樹脂材料のバリ２２ａ，２２ｂは、面２１ａ，２１ｂからの突出距離が５０μｍ、厚さ２０μｍである。バリ２２ａ，２２ｂは、図の矢印２３で示す光の進行方向に向いていないので、バリ２２ａ，２２ｂが存在しても光学素子２０の特性上、問題はない。これに対して、バリが矢印２３で示す光の進行方向に向いた方向にある場合は、このバリ部分より光が抜けて損失原因となる。垂直面を光入射部として使用し、垂直面に拡散素子を配置した場合においても、バリの発生方向が、垂直面と同一面方向となるため、光学素子と拡散素子を密着させて配置することが可能となる。
【００１７】
図３は本発明に係る光学素子の成形型の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。本実施例では図１と同様に射出成形法が用いられる。また、図を見易くするため上側の金型および樹脂注入用のゲートを省略している。光学素子の成形型３０は、図３（ａ）に示すように、金型３１〜３４を有し、これらによりキャビティ３５が形成される。金型３１，３２は、それぞれ光学素子の光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面を形成するための面部分３６ａ，３６ｂと、他の金型の面に合わせるための面部分３７ａ，３７ｂとを１つの面に有する。本実施例では、面部分３６ａ，３６ｂおよび面部分３７ａ，３７ｂはともに垂直面とされている。
【００１８】
本実施例により成形された光学素子は、図示はしないが、光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面と同一面方向にそれぞれ樹脂材料のバリを有する。このバリは、射出成形中に、金型３１，３２の面部分３７ａ，３７ｂに樹脂３８の一部が進入することにより生ずる。このバリの生ずる方向は光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面と同一面方向である。このバリの発生方向は、光学素子の光学特性上、比較的問題の生じない方向であり、また光学素子の取扱いにおいても問題ない。
【００１９】
図４は本発明に係る光学素子の成形型の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。本実施例は、傾斜面を有する光学素子を作製するためのものであり、図１と同様に射出成形法が用いられる。また、図を見易くするため上側の金型および樹脂注入用のゲートを省略している。光学素子の成形型４０は、図４（ａ）に示すように、金型４１〜４４を有し、それらによりキャビティ４５が形成される。金型４１，４２は、それぞれ光学素子の光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面を形成するための面部分４６ａ，４６ｂと他の金型の面に合わせるための面部分４７ａ，４７ｂとを１つの面に有する。ここで、金型４１の面部分４６ａ、面部分４７ａは傾斜面を有し、金型４２の面部分４６ｂ、面部分４７ｂは垂直面を有する。このように光学素子の傾斜面を形成する金型４１の面部分４６ａを面部分４７ａと共通の傾斜面とすることで、精度のよい光学素子の傾斜面を得ることができる。
【００２０】
本実施例により成形された光学素子は、図示はしないが、光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面と同一面方向にそれぞれ樹脂材料のバリを有する。このバリは、射出成形中に、金型４１，４２の面部分４７ａ，４７ｂに樹脂４８の一部が進入することにより生ずる。このバリの生ずる方向は光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面と同一面方向である。このバリの発生方向は、光学素子の光学特性上、比較的問題の生じない方向であり、また光学素子の取扱いにおいても問題ない。
【００２１】
図５は本発明に係る光学素子の成形型の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。本実施例は、端部に傾斜面を有する複数の段差を備えた光学素子を成形するためのものであり、図１と同様に射出成形法が用いられる。また、図を見易くするため上側の金型および樹脂注入用のゲートを省略している。光学素子の成形型５０は、図５（ａ）に示すように、金型５１〜５６を有し、それらにより複数の段差を備えたキャビティ５９が形成される。金型５１，５４〜５６、および金型５２は、光学素子の光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面を形成するための面部分５６ａ１，５６ａ２，５６ａ３および５６ｂと、他の金型の面に合わせるための面部分５７ａ１，５７ａ２，５７ａ３，および５７ｂとをそれぞれ１つの面に有する。ここで、金型５１，５４，５５の面部分５６ａ１，５６ａ２，５６ａ３、および面部分５７ａ１，５７ａ２，５７ａ３は傾斜面を有し、金型５２の面５６ｂおよび面５７ｂは垂直面を有する。光学素子の傾斜面を形成する金型５１，５４，５５の面部分５６ａ１，５６ａ２，５６ａ３を面部分５７ａ１，５７ａ２，５７ａ３と共通の傾斜面とすることで、精度のよい光学素子の傾斜面を得ることができる。
【００２２】
図６は図５と同種の成形型により作製された光学素子の一例を示す透光性媒体の図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は透光性媒体の段差部の斜視図、（ｄ）は先端の段差部の拡大図である。本例の光学素子６０は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、全長１９２．４ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ１ｍｍであり、透光性媒体の光伝達部６１の長さが１００ｍｍ、複数の入出射部６２の長さが９２．４ｍｍ、階段状の段差部６３の長さが１３．２ｍｍ、階段状の段差部６３の幅が１ｍｍとされる。また、各入出射部にはそれぞれ４５°の角度の傾斜面６４が形成されている。
【００２３】
図６（ｄ）は、透光性媒体におけるバリの発生状況の一例を示す斜視図であり、図６（ｃ）の破線で囲んだ部分に相当する。図示のように、傾斜面６４と同一面方向に生じた樹脂材料のバリ６５は、傾斜面６４からの突出距離が３０μｍ、厚さ１５μｍである。バリ６５は、図の矢印６６で示す光の進行方向に向いていないので、バリ６５が存在しても透光性媒体６０の特性上問題ない。これに対して、バリが矢印６６で示す光の進行方向に向いた方向にある場合は、このバリ部分より光が抜けて損失原因となる。
【００２４】
また本発明では、溶液キャスト法により、上記と同様な成形型を用いて、次のようにして光学素子を成形することができる。即ち、まず、上述した成形型のキャビティに熱硬化型樹脂溶液を流延する。そして、必要に応じて樹脂溶液の厚さを調整した後、熱風乾燥等により樹脂溶液の溶媒を除去する。その後、成形されたキャビティから取り出す。熱硬化型樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。樹脂溶液の流延、厚さの調整は、通常の方法を用いることができる。また熱硬化型樹脂以外にも、紫外線硬化型樹脂（例えば、紫外線硬化型エポキシ樹脂）等を用いることも可能である。
【００２５】
以上のように構成することにより、長手方向に非常に大きいサイズの光学素子や、厚さ方向において非常に薄いサイズの光学素子を、その光学特性（損失）を劣化させることなく作製することが可能となる。また、光の入射や反射を担う面に拡散素子を密着させて取り付けることが可能となり、損失に影響を与えない光伝送装置を作製することができる。本発明は、透光性媒体（導光路）、レンズ、ミラーなどの光学素子の作製に特に有用である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、バリが発生した場合においても、光学特性上、問題の生じない光学素子、その成形型および、光学素子の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る光学素子の成形型および光学素子の製造方法の一実施例を示す図、（ｂ）はこの方法で製造された光学素子を示す概略図である。
【図２】図１の実施例により製造された光学素子におけるバリの発生状況の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る光学素子の成形型の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】本発明に係る光学素子の成形型の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図５】本発明に係る光学素子の成形型の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図６】図５と同種の成形型により作製された光学素子の一例を示す透光性媒体の図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は透光性媒体の段差部の斜視図、（ｄ）は先端の段差部の拡大図である。
【符号の説明】
１０ 成形型
１１，１２ 金型
１３ キャビティ
１４ａ，１４ｂ 面部分
１５ａ，１５ｂ 面部分
１６ ゲート
１７ シリンダ
１８ 樹脂材料
１９ ヒータ
２０ 光学素子
２１ａ，２１ｂ 光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面
２２ａ，２２ｂ バリ

Claims (11)

1. 複数の金型からなる光学素子の成形型であって、光学素子の光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面を形成するための面部分と他の金型に合わせるための面部分とを１つの面に有する金型を備え、この金型の前記１つの面が光学素子成形のためのキャビティ長手方向に対して傾斜していることを特徴とする光学素子の成形型。
2. 複数の金型からなる光学素子の成形型であって、光学素子の一端の光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面を形成するための面部分と他の金型に合わせるための面部分とを１つの面に有する第１の金型と、光学素子の他端の光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面を形成するための面部分と他の金型に合わせるための面部分とを１つの面に有する第２の金型とを備え、第２の金型の前記１つの面が光学素子成形のためのキャビティ長手方向に対して傾斜していることを特徴とする光学素子の成形型。
3. 第２の金型を複数備えたことを特徴とする請求項２記載の光学素子の成形型。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の成形型に透光性材料を注入し、金型の前記１つの面と同一面方向に透光性材料のバリを発生させることを特徴とする光学素子の製造方法。
5. 射出成形法を用いることを特徴とする請求項４記載の光学素子の製造方法。
6. 溶液キャスト法を用いることを特徴とする請求項４記載の光学素子の製造方法。
7. 透光性材料からなる光学素子であって、光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面が光学素子長手方向に対して傾斜しており、かつ前記傾斜している面と同一面方向に透光性材料のバリを有することを特徴とする光学素子。
8. 少なくとも光の入射を担う面に、拡散素子を備えたことを特徴とする請求項７記載の光学素子。
9. 透光性材料からなる光学素子であって、一端における光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面、および他端における光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面を有し、前記他端における光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面が光学素子長手方向に対して傾斜しており、かつ前記傾斜している面と同一面方向に透光性材料のバリを有することを特徴とする光学素子。
10. 前記他端において光学素子長手方向に複数の段差を有し、各段差に形成される光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面が光学素子長手方向に対して傾斜しており、かつ前記傾斜している面と同一面方向に透光性材料のバリを有することを特徴とする請求項９記載の光学素子。
11. 前記一端における光の入射、出射および反射の少なくとも１つを担う面が光学素子長手方向に対して垂直であり、前記垂直の面に拡散素子、反射素子および反射拡散素子の少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項９または１０記載の光学素子。

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