JPH10186197A - プラスチックレンズを用いた光学ユニット、及びプラスチックレンズの歪み解放方法と取付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歪みの消滅／低減を容易に行うプラスチック
レンズの歪み解放方法、歪みを解放させたプラスチック
レンズの取付け方法、および歪みのないプラスチックレ
ンズを用いた光学ユニットを提供する。 【解決手段】 プラスチックレンズ１０の長手方向の両
端に配設するレンズの取付部１３はレンズ本体側への加
圧力が付加されて光学ユニット５０に支持される。プラ
スチックレンズ１０は偏光盤２０の透過光によりレンズ
内部の歪みを透過光の色により判定され、プラスチック
レンズに付加する外力を調整して歪みを解放する。付加
される外力はプラスチックレンズの内部応力を緩和する
方向に作用させ、内部応力を解放させて光学特性を調整
した後にプラスチックレンズを固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱可塑性樹脂成形材
料を原料とした光学レンズを用いた光学系に関し、特に
プラスチックレンズの歪みの解放に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂成形材料を用いて射出成形
による光学レンズを成形する場合は、図１１に示すよう
な工程で行われる。ステップＳＴ１で金型に合成材料を
供給し、ステップＳＴ２で保圧または圧縮圧により成形
する。所定時間の冷却後、ステップＳＴ３で成形品を金
型から取り出し、ステップＳＴ４で外観をチェックす
る。外観チェックは目視で行い、ボイド、異物、また、
偏光盤による歪みのチェック等を行う。外観チェックで
歪み等が検出された場合は、ステップＳＴ７に進み、成
形の条件（射出条件、金型温度、型閉め条件、保圧また
は圧縮力等）を確認後、ステップＳＴ２に戻る。一方、
外観チェックがＯＫとなった成形品については、２４時
間放置後に、ステップＳＴ５でプロファイル、歪み、透
過率等の測定を行い、ステップＳＴ６で評価して終了す
る。

【０００３】このようにして成形された熱可塑性樹脂成
形材料を用いた光学レンズは、ステップＳＴ３の取り出
し時に、金型温度から急激に室温に冷却されてしまう。
この時、レンズ成形品は、室温に最初に接するレンズ表
面から先に固化してしまう。熱可塑性樹脂成形材料を用
いた光学レンズは表面が固化した後、内部が徐々に固化
されるのであるが、この段階でレンズの内部と表面には
温度差が生ずる。熱可塑性樹脂成形材料は、冷却時に熱
収縮をするのであるが、表面との温度差によりレンズ内
部には応力が残留し、これが原因となって成形品（プラ
スチックレンズ）に歪みが発生してしまった。

【０００４】この問題を解決するための先行技術として
以下の提案がある。 １）特開平５−３２９８６３号公報には、金型温度を成
形材料のガラス転移点以上とし、金型キャビティに樹脂
を充填後ゆっくりと徐冷し、歪みの発生を極少化する技
術が開示されている。 ２）特開平６−３２０５６８号公報には、樹脂の射出時
の金型温度を樹脂のガラス転移点より、低温に設定し、
緩和終了後（徐冷開始時）に金型温度を樹脂のガラス転
移点以上の温度に昇温させ、歪みの発生を極少化する構
成が開示されている。 ３）特開平７−２７１４８３号公報には、成形終了後の
成形品に対して、ガラス転移点以下（ガラス転移点−２
５℃〜−５５℃）の温度で約２時間から１５時間アニー
ルを行い、残留歪みの解放を行う構成が開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、複写機やレーザ
ービームプリンタなどの書き込み部分などに熱可塑性樹
脂成形材料の光学部品が数多く用いられている。そし
て、複写機やレーザービームプリンタなどの高解像度化
に伴い、用いられている光学部品はより高精度なものが
要求される。また、同時にこれら光学部品を熱可塑性樹
脂成形材料によって成形することで、従来のガラスのも
のに対しての大幅な製造コストの低減が期待されてい
る。つまり、光学部品を熱可塑性樹脂成形材料で成形す
ることで従来の無機材料と同等の精度を満たし、かつコ
ストを下げることが同時に要求されているのである。

【０００６】しかし、プラスチックレンズを一般的な射
出成形によって成形した場合、上記のように、成形段階
でガラス等の無機材料ではほぼ皆無に等しかった歪みが
発生した。この歪みがプラスチックレンズの光学特性を
悪化させてしまっていた。成形品となったプラスチック
レンズの歪みを消滅／低減させることは非常に困難、か
つ重要な問題となっており、上記のように多々の開発が
試みられている。

【０００７】そこで、本発明は歪みを消滅／低減させた
プラスチックレンズの提供、すなわち、歪みの消滅／低
減を容易に行うプラスチックレンズの歪み解放方法、歪
みを解放させたプラスチックレンズの取付け方法、およ
び歪みのないプラスチックレンズを用いた光学ユニット
を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のプラスチックレンズを用いた光学ユニットは、プラス
チックレンズの長手方向の両端に配設するレンズの取付
部が光学ユニットに支持されると共に、支持されたプラ
スチックレンズはレンズ本体側への加圧力が付加されて
配設される構成を具備する。さらに、プラスチックレン
ズは一端部の取付部が固定され、他端部の取付部はプラ
スチックレンズの長手方向に付加する外力の調節機構に
連設される光学ユニットである。

【０００９】請求項３記載の発明は、射出成形により成
形されたプラスチックレンズの内部の歪みを外力を付加
して解放させる構成を具備する。また、本発明の請求項
４記載の歪み解放方法は、偏光盤の透過光によりプラス
チックレンズ内部の歪みを判定する歪み判定工程と、プ
ラスチックレンズに外力を作用させる外力付加工程とを
有し、外力付加工程において歪み判定工程を同時に実行
すると共に、歪みの判定は透過光の色により判定する構
成を具備する。ここで、プラスチックレンズに作用させ
る外力はレンズ本体方向への圧縮力であり、外力の大き
さは可変である構成を有する。

【００１０】請求項６に記載の自由状態で内部に応力に
よる歪みが存在するレンズとして機能する部分を含むプ
ラスチックレンズの歪み解放方法は、プラスチックレン
ズのレンズとして機能する部分の長手方向の一端あるい
は両端方向より、応力を緩和する方向に外力を作用さ
せ、内部応力を解放させて光学特性を調整する構成を具
備する。請求項７に記載の自由状態で内部に応力による
歪みが存在するレンズとして機能する部分を含むプラス
チックレンズの取付方法は、プラスチックレンズのレン
ズとして機能する部分の長手方向の一端を固定する端部
固定工程と、固定端部の他端部にプラスチックレンズの
長手方向への外力を付加する外力付加工程と、偏光盤の
透過光によりプラスチックレンズ内部の歪みの状況を判
定する歪み判定工程とを備え、外力付加工程は付加する
外力が調整可能であると共に、歪み判定工程において、
所望のレンズ特性を有する歪みが判定されたとき、プラ
スチックレンズの固定端部の他端部を固定する構成を具
備する。

【００１１】ここで、外力付加工程で付加される外力は
プラスチックレンズの内部応力を緩和する方向に作用さ
せ、内部応力を解放させて光学特性を調整した後にプラ
スチックレンズを固定する方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面により
詳述する。図３はプラスチックレンズの斜視図である。
プラスチックレンズ１０はレンズ本体１１とその両端に
突出する取付部１３よりなり、両取付部１３方向をレン
ズの長手方向Ｗとするレンズ本体１１に対してビームは
矢印Ｘ方向に照射される。ここで矢印Ｘ方向をプラスチ
ックレンズ１０におけるビーム透過方向、ビーム透過方
向に直交する矢印Ｙで示す方向をビーム非透過方向とす
る。

【００１３】次に、成形工程における、金型から取り出
されたプラスチックレンズの外観チェック（ステップＳ
Ｔ４）における外観チェック、特に、偏光盤による歪み
のチェック方法を図４を参照して説明する。被検体（プ
ラスチックレンズ）１０に対してビーム透過方向の下部
に第１の偏光盤２０ａ、上部に第２の偏光盤２０ｂを設
置し、ビーム照射方向の上部から目視３０により、歪み
をチェックする。通常、アニールによる歪みが解放され
た状態のプラスチックレンズのビーム透過方向Ｘの透過
光（観察色）は白色になる。そこで、この発明はプラス
チックレンズ１０の歪みの解放を、偏光盤２０ａ、２０
ｂの透過光の色で検出しようとするものである。すなわ
ち、プラスチックレンズ１０において、内部の歪みが解
放されたとみなす基準を、ビーム透過方向における偏光
盤の透過光の色が白色となるときとした。

【００１４】次に、偏光盤２０ａ、２０ｂの透過光の色
による歪みの検出方法を説明する。 （１） 透過光が白色であるプラスチックレンズ１０の
レンズ長手方向Ｗに引っ張り方向への外力ｆ１を加え
る。……図５参照 プラスチックレンズ１０の内面には矢印ｆｏの外方への
力が働く。この状態で偏光盤２０ａ、２０ｂの透過光を
観察した。偏光盤２０の色は、白色 → 橙色 → 桃色
→ 青色 へと段階的に変化した。 （２） 次に、プラスチックレンズ１０のレンズ長手方
向Ｗに圧縮方向の外力ｆ２を加える。……図４参照 圧縮方向の外力ｆ２を加えていくと、引っ張り方向への
外力ｆ１を加えた場合とは逆に、偏光盤２０の透過光の
色は、青色 → 桃色 → 橙色 → 白色 と変化した。

【００１５】そこで、引っ張り力と歪みによる透過光の
観察色との関係を測定した。結果を図６に示す。このグ
ラフは引っ張り力に対する歪みを偏光盤の透過光の色で
表している。このグラフが示すように、引っ張り力をゼ
ロとすると、偏光盤の透過光の色は白色であるが、プラ
スチックレンズ長手方向に働く引っ張り力を大きくする
に従って、偏光盤の透過光の色は橙色、桃色、青色に変
化して行く。

【００１６】以上の事実より、プラスチックレンズ１０
の内部の歪みは、プラスチックレンズ１０の内面に働く
引っ張り力ｆｏに関係することが判明した。すなわち、
プラスチックレンズ１０に働く引っ張り力ｆｏが強くな
るに従い、内面の歪みの度合が大きくなり、プラスチッ
クレンズ１０の透過方向での偏光盤２０の透過光の色
が、白色 → 橙色 → 桃色 → 青色 と変化することが
わかった。

【００１７】そこで、この発明はプラスチックレンズ１
０の内部にある引っ張り力に対向し、引っ張り応力に対
応した外力をプラスチックレンズ１０の長手方向から付
加させることにより、歪みを解放させようとするもので
ある。ここで、プラスチックレンズ１０の歪みによる透
過光の観察色と、引っ張り力の関係から、レンズ内部に
働く引っ張り力に対向する力を付加させることによる、
レンズ内部の歪みの消滅、もしくは低減を図１により説
明する。

【００１８】図１はプラスチックレンズ１０の正面図
（ａ）、と上面図（ｂ）を示す。従来の成形工程により
成形されたプラスチックレンズ１０の内部には、レンズ
本体１１方向から取付部１３方向への力Ｆの引っ張り力
が働いている。このプラスチックレンズ１０に自由状態
で働く引っ張り力の大きさは、歪みの観察色としては橙
色〜桃色であって、５Ｋｇｆ〜２２Ｋｇｆ程度とする。

【００１９】次に、プラスチックレンズ１０の長手方向
両端（取付部１３方向）からレンズ本体１１方向に、内
部に働く力Ｆに対応する力Ｆ（圧縮力）を加える。この
とき、偏光盤２０の透過光を観察すると、桃色、橙色か
ら白色の方向へと変化する。この現象はプラスチックレ
ンズ１０内の引っ張り力が減少して、図２に示すよう
に、力ｆとなったものと思われる。すなわち、力Ｆ＞力
ｆの関係となり、プラスチックレンズ１０内に残留する
引っ張り力が小さくなり、歪みが減少して透過光が白色
に変化している。

【００２０】このように、外力を加えることによりプラ
スチックレンズ１０の内部に働く引っ張り力（力ｆ）が
小さくなり、歪みが減少している。本発明におけるプラ
スチックレンズ成形品は、成形後に歪みを解放すること
ができるので、成形加工時に特に冷却時の収縮による歪
みの発生を抑える必要はなく、むしろ積極的に内部に一
定の引っ張り力（歪み）が存在することを前提としてい
ることを特徴とするものである。また、本発明における
プラスチックレンズの歪み解放方法は、長手引っ張り方
向に引っ張り力に対応した圧縮の外力を付加することに
より歪みを解放している。

【００２１】このように、本発明は、従来のような熱に
よってプラスチックレンズの成形時の歪みの消滅／低減
を行っているのに対し、外力を付加することによって歪
みを容易に消滅、または低減させるものであり、取扱が
容易であると共に、数時間〜１０数時間を要するアニー
ル時間が不必要となり、製作工程、時間の省力化が達成
できる。

【００２２】次に、上記プラスチックレンズの歪み解放
方法を利用したプラスチックレンズの取付方法の実施例
を説明する。 実施例 １（図７、図８参照） プラスチックレンズ１０の取付部１３をハウジングの部
材５０で挾持させて所定の位置に配置する。そして、プ
ラスチックレンズ１０の一方の取付部１３に当接部材６
０を接触させる。他方の取付部１３には外力付加用の調
節機構７０を配設する。この例に示す調節機構７０は調
整用ネジ７５を用いている。

【００２３】この取付方法は直交ニコルの位置に配置し
た２枚の偏光盤２０ａ、２０ｂの間にレンズ１０を置
き、ネジ７５等の調節機構７０によって外力を調整しな
がら付加する。偏光盤２０ｂの上部から歪みの度合によ
り変化する透過光の観察色を目３０で見ながら、透過光
が白を呈するように、調整用ネジ７５を締めて圧縮力を
調節する。この場合、プラスチックレンズ１０の長手方
向に付加する外力（圧縮力）Ｆは５〜１５ｋｇｆであっ
た。なお、調節機構７０は図９に示すように、圧縮バネ
７７であっても良い。圧縮バネ７７はプラスチックレン
ズ１０を長手方向レンズ本体１１方向に付勢しており、
外力付加手段として作動する。

【００２４】実施例 ２（図１０参照） この取付方法は、まず、当接部材６０にプラスチックレ
ンズ１０の一端取付部１３を当接し、他端の取付部１３
に力Ｆの外力を付加する。歪みの観察色をみながら外力
を付加し、観察色が白色となったところで接着剤８０等
の固着手段により光学ユニットに固定する。この実施例
によると、取付け前にプラスチックレンズ１０の長手方
向に対して圧縮の外力Ｆを付加して、所望の光学性能を
有するプラスチックレンズとした後に光学ユニットに取
り付けている。この取付方法により、確実に歪みの解放
されたプラスチックレンズを容易に配設できると共に、
プラスチックレンズを取り付けた光学ユニットは歪みの
ないレンズ系を構成できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、レンズ内部に発生している歪
みを外力付加により容易に均一に消滅／低減することが
できると共に、プラスチックレンズを光学ユニットに取
り付時に歪みを解放させることができる。また、成形工
程中の成形品を徐冷することによって歪みの発生を防ぐ
先行技術および後工程にアニールを行い歪みの低減する
先行技術と比較して、本発明では取付時に歪みを解放さ
せているため、プラスチックレンズの加工時間が低減で
き、歪みのない精巧なプラスチックレンズ、およびレン
ズ系を安価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 プラスチックレンズの正面図（ａ）、と上面
図（ｂ）。

【図２】 外力を付加させた場合のプラスチックレンズ
の正面図（ａ）、と上面図（ｂ）。

【図３】 プラスチックレンズの斜視図。

【図４】 歪みのチェック方法の説明図。

【図５】 プラスチックレンズ内部の引っ張り力の説明
図。

【図６】 引っ張り力と歪みの観察力との関係を示すグ
ラフ。

【図７】 プラスチックレンズの取付方法の実施例説明
図。

【図８】 プラスチックレンズの取付構成説明図。

【図９】 圧力付加の調整用にネジの代わりにバネを用
いる取付方法の説明図。

【図１０】 長手方向に圧縮力を加えた後に接着剤で光
学ユニット上に固定する取付方法の説明図。

【図１１】 プラスチックレンズの成形フローチャー
ト。

【符号の説明】

１０ プラスチックレンズ、 １１ レンズ本体、 １
３ 取付部、 ２０偏光盤、 ３０ 目、 ５０ ハウ
ジング、 ６０ 当接部、 ７０ 外力調節機構。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズとして機能するレンズ本体と、レ
   ンズ本体の長手方向両端に配設するレンズの取付部を有
   するプラスチックレンズを用いた光学ユニットにおい
   て、 プラスチックレンズは長手方向の両端に配設するレンズ
   の取付部が光学ユニットに支持されると共に、支持され
   たプラスチックレンズはレンズ本体側への加圧力が付加
   されて配設されるプラスチックレンズを用いた光学ユニ
   ット。
2. 【請求項２】 プラスチックレンズは一端部の取付部が
   固定され、他端部の取付部はプラスチックレンズの長手
   方向に付加する外力の調節機構に連設されてなる請求項
   １記載のプラスチックレンズを用いた光学ユニット。
3. 【請求項３】 射出成形により成形されたプラスチック
   レンズの内部の歪みを外力を付加して解放させるプラス
   チックレンズの歪み解放方法。
4. 【請求項４】 偏光盤の透過光によりプラスチックレン
   ズ内部の歪みを判定する歪み判定工程と、プラスチック
   レンズに外力を作用させる外力付加工程とを有し、外力
   付加工程において歪み判定工程を同時に実行すると共
   に、歪みの判定は透過光の色によりなすプラスチックレ
   ンズの歪み解放方法。
5. 【請求項５】 プラスチックレンズに作用させる外力は
   レンズ本体方向への圧縮力であり、外力の大きさは可変
   である請求項３、または４記載のプラスチックレンズの
   歪み解放方法。
6. 【請求項６】 自由状態で内部に応力による歪みが存在
   するレンズとして機能する部分を含むプラスチックレン
   ズの歪み解放方法であって、 プラスチックレンズのレンズとして機能する部分の長手
   方向の一端あるいは両端方向より、応力を緩和する方向
   に外力を作用させ、内部応力を解放させて光学特性を調
   整するプラスチックレンズの歪み解放方法。
7. 【請求項７】 自由状態で内部に応力による歪みが存在
   するレンズとして機能する部分を含むプラスチックレン
   ズの取付方法であって、 プラスチックレンズのレンズとして機能する部分の長手
   方向の一端を固定する端部固定工程と、固定端部の他端
   部にプラスチックレンズの長手方向への外力を付加する
   外力付加工程と、偏光盤の透過光によりプラスチックレ
   ンズ内部の歪みの状況を判定する歪み判定工程と、を備
   え、 外力付加工程は付加する外力が調整可能であると共に、
   歪み判定工程において、所望のレンズ特性を有する歪み
   が判定されたとき、プラスチックレンズの固定端部の他
   端部を固定するプラスチックレンズの取付方法。
8. 【請求項８】 外力付加工程で付加される外力はプラス
   チックレンズの内部応力を緩和する方向に作用させ、内
   部応力を解放させて光学特性を調整した後、プラスチッ
   クレンズを固定する請求項７記載のプラスチックレンズ
   の取付け方法。