JP2000180602A - ハイブリッドレンズとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズの光学特性に影響を及ぼすようなレン
ズ表面の微小な凹凸や形状うねりを低減する。 【解決手段】 微小な凹凸を持つガラスからなる基板レ
ンズ上に、屈折率が基板レンズとほぼ等しい樹脂からな
るプラスチックレンズ層を積層して、一体接合成形する
事により、目的のハイブリッドレンズを実現する。基板
レンズの表面に微小な凹凸があり、プラスチックレンズ
材に基板レンズとほぼ等しい屈折率の紫外線硬化樹脂を
用いているために基板ガラスレンズと同等の光学特性の
ハイブリッドレンズを得る事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複雑な形状を有する
レーザプリンタ用非球面ｆθレンズを容易に製造できる
ハイブリッドレンズの製造方法及びそれを用いたレーザ
ープリンタなどの電子写真装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来レンズ製造技術として最も一般的な
技術は研磨方法によるものである。例えば、特開昭６２
−２０３７４４に記載されているように研磨皿を予め加
工すべきレンズ形状と相反関係をなす形状に加工してお
き、この研磨皿をガラス素材に押し当て、砥粒を研磨皿
とガラス素材の隙間に供給しこすり合わせる方法であ
る。この方法では非常に微細な砥粒を用いて研磨を行う
ため、加工時に硝材に加わる加工応力は小さく、したが
って被加工物内部に残留する歪は少ないと言う利点を有
する。しかし、被加工物の最終仕上がり形状が単純な形
状でないと加工が行なえないため、加工形状選択の自由
度は小さい。一方、光学系の高性能化が要求されるのに
従い、レンズ形状精度の高精度化とともにレンズ形状の
非球面化技術が重要となる。上述の研磨加工方法で非球
面を加工することは困難であり一般的にはＮＣ制御を用
いて機械加工により非球面を形成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】非軸対称非球面レンズ
を加工する方法として、ＮＣ制御による研削加工法が提
案されている（特願平２−５３５５７号明細書参照）。
この方法によれば、被加工物がモータで回転するテーブ
ル上に取り付けられるとともに、これらの被加工物を加
工するための砥石がエアスピンドルに取り付けられて、
１００００ｒｐｍ程度の回転数で回転している。そし
て、回転テーブルの回転軸に直結したロータリーエンコ
ーダーからのパルスを検出して、そのパルスをもとに加
工データをピエゾアクチュエータに供給し、直進テーブ
ルを連続的に前後に動かす。また、エアスピンドルは、
回転テーブルの一回転毎にステップ送りされて、その位
置を変化させることにより、砥石と被加工物の接触位置
を変えている。この方法によれば、任意の非軸対称非球
面形状を加工することができる。レンズ用硝材にはさま
ざまな種類のものがあり、一般にガラスの硬度が大きく
なるほど、ガラスの研削性は悪くなるため、研削法によ
りガラスを鏡面に仕上げることは困難になる。一方、光
学系設計の幅を広げようとすれば、多種類の光学ガラス
を用いてレンズを製造する技術が必要となる。そこで、
例えば、硬度の大きな硝材を用いて非軸対称非球面レン
ズを加工した場合、全体的な形状は完成しても、加工痕
がレンズ表面に多数残る。レンズに要求される分解能が
上がれば、このようなレンズ表面の微小な凹凸がレンズ
集光特性に及ぼす影響は大きくなる。したがって機械加
工で作製したレンズは精度向上のために表面の凹凸を低
減させるような仕上げ加工が必要となる。一般的には研
磨加工を用いて表面の凸部を削り取ることにより仕上げ
を行う。しかしこの方法では加工時間が長くなること
や、研磨回数が多くなるとレンズの形状誤差が大きくな
り所望のレンズ形状を得ることが困難になる等、問題が
多い。本発明の目的は、これらの課題を解決し、量産性
が良く、かつ形状精度及び面粗さに優れたレーザープリ
ンタ用非球面ｆθレンズ及びその製造方法を提供するこ
とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のレンズ製造方法は以下の通りである。すなわ
ち、マスターとなる非球面金型と非球面ガラスレンズ
（基板レンズ）の間に樹脂を挟み込み、成形硬化させて
金型の平滑な表面状態を基板レンズ表面に転写すること
によりガラスレンズ部分とプラスチックレンズ部分から
なるハイブリッドレンズを製造することができる。基板
レンズの前加工状態が悪く、表面に加工痕が多数残存し
レンズ表面の鏡面性が損なわれている場合でも、鏡面を
有する金型を用いて、基板レンズ表面に樹脂層を形成す
るため、得られるハイブリッドレンズの表面は鏡面とな
る。また、基板レンズの形状精度が悪い場合でも、金型
の形状精度が良好であれば形状転写後のハイブリッドレ
ンズの形状精度は金型のそれと同程度に良好になる。さ
らに積層形成される樹脂の屈折率は基板レンズのそれと
ほぼ同一の値であるため、完成したハイブリッドレンズ
はガラスレンズ単体の場合と、ほぼ同じ光学性能を得る
ことができる。本発明のハイブリッドレンズは、プラス
チックレンズ材に紫外線硬化樹脂を用いており、紫外線
を照射することによりガラスレンズ上にプラスチックレ
ンズ部分を成形するため、レンズ成形時に樹脂に高圧力
を加える必要がない。したがって、成形後のプラスチッ
クレンズ部分には残留ひずみの発生を小さく押さえるこ
とができると共に、残留応力によりレンズに変形を招い
たり、光学特性の劣化を招くことがほとんどない。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下実施例図面を参照して本発明
を説明する。図１は本発明の一実施例を示すハイブリッ
ド非球面レンズの製造方法の工程説明図である。本発明
においては、図１（ａ）に示すように、まずマスターと
なる非球面金型１を準備する。この非球面金型１は数値
制御により高精度に加工する。本実施例ではステンレス
系の鋼材を用いている。

【０００６】次にアセトン、イソプロピルアルコール等
の有機溶剤を用いて、土台となる金型１を十分に洗浄す
る。さらに、金型１の表面に紫外線照射オゾン処理を5
分間行った後、離型剤を塗布し１００℃で１０分加熱す
る。

【０００７】次に、基板レンズ３と紫外線硬化樹脂２と
の接着性を向上させるために基板レンズ３を上記と同じ
洗浄工程で洗浄した後、基板レンズ３の表面に紫外線照
射オゾン処理を5分間行う。その後、シランカップリン
グ剤を塗布し、８０℃で１５分間加熱する。

【０００８】図１（ｂ）に示すように、金型１に対し
て、適量の紫外線硬化樹脂２を滴下して、その上に基板
レンズ３を載せて、脱泡処理を行った後、紫外線を３０
秒照射し、プラスチックレンズ部分を硬化させる。

【０００９】最後に、図１（ｃ）に示すように基板レン
ズ３と紫外線硬化樹脂2からなるハイブリッドレンズ４
を金型１から離型させる。図２に完成したハイブリッド
レンズの構成図を示す。非球面形状からなるガラスレン
ズ３(第一レンズ部）の表面に均一な膜厚のプラスチッ
クレンズ層５（第二レンズ部）が形成されている。プラ
スチックレンズ部の膜厚は２０μｍ以下である。また、
プラスチックレンズ層５の材質である紫外線硬化樹脂２
は、ベースとなるガラスレンズ３の屈折率に極めて近
く、かつ耐環境性に優れた樹脂であることが望ましい。

【００１０】マスターとなる非球面金型１と基板レンズ
３及びハイブリッドレンズ４の形状を三次元形状測定機
を用いて測定した結果、非球面金型１の曲率半径はレン
ズ面中央部で４６．３９２ｍｍ、形状精度０．２μｍ、
最大面粗さは０．０８７μmであったのに対して、本発
明により製作されたハイブリッドレンズ４の曲率半径
は、レンズ中央部で４６．３９１ｍｍ、形状精度０．２
３μｍ、最大面粗さは０．０９０μmであった。なお、
基板レンズ３の曲率半径はレンズ中央部で４６．４０２
ｍｍ、形状精度０．５４μｍ、最大面粗さは０．４２６
μｍであった。

【００１１】また、比較の為、研磨加工によりレンズ面
の仕上げ加工を行った例について示す。研磨加工を施す
非球面ガラスレンズの面状態は上述の基板レンズと同一
程度のレンズである。すなわち、レンズ中央部での曲率
半径が、４６．３９５ｍｍ、形状精度０．５２μｍ、最
大面粗さ０．４３１μｍである。加工に用いた遊離砥粒
は粒径が３μｍ及び1μｍのダイヤモンドペーストであ
る。研磨ヘッドにはフェルトを用いた。研磨ヘッドを毎
分３００回転で回転させ、レンズ表面に適度な荷重で押
し付けながら研磨する。被研磨面の最大面粗さが０．１
５μｍ程度になるまでは粒径3μｍのダイヤモンドペー
ストで研磨する。次に粒径１μｍのダイヤモンドペース
トを用いて被研磨面の最大面粗さが０．０９μｍ程度に
なるまで研磨する。ハイブリッドレンズの場合と同様
に、三次元形状測定機を用いて研磨後の非球面ガラスレ
ンズの形状を測定した結果、レンズ中央部での曲率半径
は４６．４０３ｍｍ、形状精度０．８７μｍ、最大面粗
さ０．０９１μｍであった。

【００１２】レンズの曲率半径の大きさはいずれの場合
も処理の前後でほとんど変化が認められない。そこで面
粗さの比較結果を図３、形状精度の比較結果を図４に示
す。

【００１３】図３から明らかなように面粗さに関しては
ハイブリッドレンズ方式も研磨方式も大差はなく、どち
らも最大面粗さが０．０９μm程度に向上している。一
方、形状精度は図４から明らかなように研磨方式では低
下しているがハイブリッド方式では向上している。本発
明のレンズ製造方法は加工精度以外にも下記のメリット
がある。

【００１４】（１）金型に紫外線硬化樹脂を流し込み、
その上に土台となるガラスレンズを載せて、紫外線を照
射することにより、紫外線硬化樹脂とガラスレンズ部と
を一体接合成形することが可能である。したがって、製
造工程は少なくてすみ、レンズ一個あたりの成形時間が
短縮され、その結果、レンズの量産性を向上させること
ができる。

【００１５】（２）基板レンズとほぼ等しい屈折率を有
する紫外線硬化樹脂を用いているため、基板レンズ表面
に微小な凹凸が存在していてもハイブリッドレンズの光
学特性が影響を受けることはない。

【００１６】（３）本発明のハイブリッドレンズはプラ
スチックレンズ部を備えているにも関わらず、レンズ成
形工程中に加圧工程や高温にさらされる工程がないた
め、プラスチックレンズ内部に残留応力が発生せず、形
状精度に優れたレンズを得ることができる。

【００１７】このレンズをレーザープリンタの光学系に
搭載し、集光特性を測ったところ、走査幅全域において
６０μmの均一なビーム径を得ることができた。また、
このレンズを搭載したプリンタで印刷を行なったとこ
ろ、ＮＣ機械加工方法のみで作製したレンズと比べ高品
質の印刷性能を得ることができた。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば光学特性と形状精度と成
形性に優れたハイブリッドレンズを量産する事ができ、
これをレーザープリンターに適用すれば、高精度でかつ
低コストの装置を得る事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すレンズの製造工程を
示す模式図である。

【図２】 ハイブリッドレンズの構成を示す模式図であ
つ。

【図３】 最大面粗さを比較したグラフである。

【図４】 形状精度を比較したグラフである。

【符号の説明】

１：非球面金型、２：紫外線硬化樹脂、３：基板レンズ
（第一レンズ部）、４：ハイブリッドレンズ、５：プラ
スチックレンズ層（第二レンズ部）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一レンズ部と第二レンズ部を有するハ
   イブリッドレンズにおいて、微小な凹凸部が存在する第
   一レンズ部表面に、屈折率などの光学特性が第一レンズ
   部材質と同じか又は極めて近い有機高分子系材料を充填
   して被膜を形成することにより、第二レンズ部を第一レ
   ンズ表面に積層したことを特徴とするハイブリッドレン
   ズ。
2. 【請求項２】 第一レンズ部表面に存在する凹凸部の幅
   の最大値が５００μｍ、凹凸部の深さの最大値が１μ
   ｍ、凹凸部のピッチの最大値が５００μｍであることを
   特徴とする請求項１記載のハイブリッドレンズ。
3. 【請求項３】 第二レンズ部の材質が、紫外線硬化樹脂
   であることを特徴とする請求項２記載のハイブリッドレ
   ンズ。
4. 【請求項４】 マスター形状を第一レンズ表面に転写し
   複製する方法を用いて第二レンズ部の形状を創成したこ
   とを特徴とする請求項３記載のハイブリッドレンズの製
   造方法。
5. 【請求項５】 第一レンズの材質がガラスであることを
   特徴とする請求項１記載のハイブリッドレンズ。
6. 【請求項６】 第一レンズの材質がプラスチックである
   ことを特徴とする請求項１記載のハイブリッドレンズ。