JP2005081782A - 光学素子、および、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂層の金型に対する剥離に要する力の低減を図ることができ、しかも、樹脂層を形成する樹脂の注入制御も容易に行うことができる。
【解決手段】 回折格子２の薄層部６が、その最外の円周面上に均等に４箇所、略尖塔状の突起部６Ｐを突き出しピン１６の位置に対応して有している。
【選択図】 図７

Description

本発明は、樹脂で形成される薄層部を有する光学素子およびその製造方法に関する。

レンズ、回析格子等の光学素子は、例えば、ガラスあるいはプラスチック材料で一体に成形されるもの、または、ガラス等の基材の表面に樹脂等の薄層部が形成された構造を有するものが実用に供されている。

このような光学素子を製造するにあたっては、ガラスの研削、研摩や型を用いた精密成形、熱可塑性樹脂の射出成形やプレス成形等の方法がある。その製造方法は、例えば、機能やコスト、要求精度等により使い分けられている。

例えば、カメラ等に使用される結像系のレンズとしての球面レンズの場合、温度、湿度の環境変化に関して性能劣化が少なく、経済的にも有利であるガラスの研削、研摩の方法により製造される。一方、非球面レンズの場合、型を用いたガラスの精密成形により製造される。カメラにおけるファインダーに使用されるレンズは、優れた結像性能を要求されないのでそのコスト面から樹脂の射出成形により製造される。

大きな非球面レンズは、ガラスの精密成形では形状精度が悪くなり、精度を確保しようとすると成形時間が長くなりコスト高になる。微細な凹凸形状を有する光学素子もガラスでは離型時に凹凸部が破壊し製造できないので、そのような光学素子の場合、樹脂による製造が必須となる。

光学素子全体が樹脂の場合、環境変化に対する性能劣化が大きいので樹脂部が薄層とされ、その影響を小さくするような方法により製造される。

即ち、直径が３０ｍｍ以上の非球面レンズ、または、表面に微細な凹凸形状を有する光学素子においては、ガラス製の基材上に、光エネルギー硬化型樹脂の薄層が成形された後、それが硬化されることにより、所要の表面形状を形成する方法が用いられている。

このような成形方法において、特に、光エネルギー硬化型樹脂の成形において、離型のとき、作用する応力に起因して成形された樹脂が基材から剥離してしまったり、その樹脂の表面形状が変化する場合がある。また、表面に微細な凹凸を有する光学素子等においては、その凹凸部が破壊したりする場合がある。さらに、離型の工程は、製品の形状精度への悪影響だけでなく生産タクト（成形時間）や型の耐久性の点からもコストに大きく影響することとなる。こうした離型の工程を改善すべく、種々の離型方法が提案されている。

光エネルギー硬化型樹脂の成形における離型方法の一つとしては、例えば、特許文献１に示されるような、突き出しによる離型方法、特許文献２に示されるような加熱、冷却による熱応力を利用した離型方法、特許文献３に示されるような振動による離型方法等が提案されている。

離型の工程における他の改善方法として、型表面材や樹脂組成の改良が提案されている。例えば、特許文献４に示されるように離型性の良い型を採用する方法、特許文献５に示されるように、離型剤処理を施した型を利用する方法、特許文献６に示されるように、樹脂に内填離型剤を含有させる方法等の提案もなされている。

また、例えば、特許文献７にも示されるように、そのような樹脂成形層を金型から容易に取り外すためにガラスレンズの表面に形成される紫外線硬化性樹脂の成形層部分の最外周部分に、新たに樹脂液が金型から一部だけややはみ出る程度に加えられた後、金型からはみ出た樹脂成形層部分に対し紫外線が照射されることにより、一部が凸状となった樹脂成形層部分が成形される方法が提案されている。この方法によれば、樹脂成形層部分の凸状部分を剥離動作開始の起点として樹脂成形層を金型から剥離させることができることとなる。

さらに、例えば、特許文献８にも示されるように、離型のときにおける基材レンズの破損を防止するために樹脂成形層を有する基材レンズが金型から取り外されるとき、樹脂成形層の周縁に、離型部材の端面と基材レンズの周縁との双方に係合する偏心荷重部材が設けられる構成が提案されている。このような構成においては、離型部材の端面に接着される偏心荷重部材が、基材レンズの樹脂成形層の周縁に当接し押圧することにより、基材レンズの樹脂成形層が、偏心荷重部材を剥離動作開始の起点として金型から取り外されることとなる。

特開昭６３−１３１３５２号公報 特開平０１−１５２０１５号公報 特開昭６２−１１７１５４号公報 特許第２６８０１７５号公報 特許第３００６１９９号公報 特開平０４−２５４８０１号公報 特開平０６−２７０１６６号公報 特開平０７−２２７９１６号公報

（１）上述の特許文献１乃至３に示される提案においては、樹脂層の金型に対する剥離に要する力の低減が図られたものではないので離型のとき、相当の応力が樹脂／型界面に働き上記の不具合が全て改善されない場合がある。

（２）また、上述の特許文献４乃至６に示される提案においては、型表面材および樹脂組成の改良が考えられている。しかし、型表面材で離型性が良いものは、テフロン（登録商標）のように表面粗さが悪く光学用途には使用できず、内填離型剤は、その耐久性の寿命が短かったり、製品の外観や成形後の樹脂における環境に対する耐久性に悪影響を与える虞がある。

（３）さらに、上述の特許文献７に示される提案においては、新たに樹脂液が金型から一部だけややはみ出る程度に加える制御が容易でなく、そのはみ出し量によっては、他の部分に樹脂が付着することにより、却って離型が円滑に行われない虞もある。特許文献８に示される提案においては、突き出しピンの先端を基材レンズの端部における１箇所に当てて押し上げる、所謂、片爪はがし法と変わらないので部分的な応力集中が基材レンズの端部に生じ必ずしも損傷しないとは限らない。

以上の問題点を考慮し、本発明は、樹脂で形成される薄層を有する光学素子およびその製造方法であって、樹脂層の金型に対する剥離に要する力の低減を図ることができ、しかも、樹脂層を形成する樹脂の注入制御も容易に行うことができる光学素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る光学素子は、光入射面を形成する端面を有する基材と、基材の端面に樹脂で光入射面を形成する薄層部と、を備え、薄層部は、成形用型のキャビティから基材が取り外されるとき、突き出し部材により押圧される突起部を複数箇所に突き出し部材に対応して有することを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子の製造方法は、成形用材料が注入される成形用型のキャビティの周囲に、内周部に切欠部を複数箇所に有し光学素子の基材の表面とキャビティとの相対位置を規制するスペーサ部材を配置する工程と、スペーサ部材上に光学素子の基材を配置し、キャビティ内の成形用材料を光学素子の基材と一体となるように硬化させスペーサ部材の切欠部に対応した複数の突起部を光学素子の基材上に形成する工程と、スペーサ部材をキャビティに対し離隔させるとともに、成形用材料と一体化された光学素子の基材および成形用材料を成形用型から取り出す取出工程と、を含み、取出工程において、光学素子の基材上に形成される複数の突起部近傍を所定値の圧力で所定期間、押圧し、突起部を該キャビティの周縁から離隔させた後、光学素子の基材を所定値未満の圧力で押圧することを特徴とする。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る光学素子およびその製造方法によれば、
基材の端面に樹脂で光入射面を形成する薄層部は、成形用型のキャビティから基材が取り外されるとき、突き出し部材により押圧される突起部を複数箇所に突き出し部材に対応して有することにより、薄層部はキャビティの周縁にある各突起部から引き離されるので
樹脂層の金型に対する剥離に要する力の低減を図ることができる。また、スペーサ部材上に光学素子の基材を配置し、キャビティ内の成形用材料を光学素子の基材と一体となるように硬化させるので樹脂層を形成する樹脂の注入制御も容易に行うことができる

図７（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明に係る光学素子の第１実施例の外観および断面を示す。

図７（Ａ）および（Ｂ）において、光学素子は、例えば、回折格子２とされる。
回折格子２は、ガラス製の円板状の基材４と、その基材４の一方の平坦面上に凹凸を形成する薄層部６とを含んで構成されている。所定の膜厚の薄層部６は、樹脂材料で凹凸に形成されており、その中心軸線を中心として同心円上に複数の凸部６ａｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）を所定の間隔で有している。樹脂材料は、例えば、紫外線硬化性樹脂とされる。薄層部６は、最外の円周面上に均等に４箇所、略尖塔状の突起部６Ｐを有している。突起部６Ｐは、所定の曲率半径の円弧を先端に有している。突起部６Ｐの位置は、後述する突き出し部材の位置に対応して形成されている。

このような回折格子２を製造するにあたっては、図５に示されるような、光学素子の製造装置が利用される。

製造装置は、支持台１０上に配されコア型１４を収容する金型１２と、金型１２内に昇降動可能に配され成形された回折格子２をコア型１４から押し出す突き出し部材としての複数の突き出しピン１６と、複数の突き出しピン１６の一端部をそれぞれ独立して支持する支持板２０を金型１２に対し昇降動可能に駆動するアクチュエータ１８と、金型１２の一方の平坦面に移動可能に配され回折格子２の基材４を支持するスペーサユニット２２と、紫外線を回折格子２の基材４に対し紫外線ビームを照射する光源としての紫外線ランプ２４と、を主な要素として含んで構成されている。

金型１２は、その中央部にコア型１４を収容する収容部１２ａを有している。コア型１４は、図６（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、例えば、燐青銅で作られた円柱状の基台１４Ｂと、基台１４Ｂの一方の端面に形成され、キャビティの一部を形成するめっき層１４Ａとを含んで構成されている。めっき層１４Ａは、窒化カリウム（ＫＮ）めっきにより形成され所定の膜厚、例えば、１００μｍの膜厚を有している。めっき層１４Ａは、上述の回折格子２の凸部６ａｉの相互間の隙間に対応して凸部１４ａｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）を中心軸を中心とした同心円上に所定の間隔で有している。凸部１４ａｉの相互間には、例えば、最大深さ約３０μｍの凹部が形成されている。この各凹部が、回折格子２の凸部６ａに対応して形成されている。これらの凹部および凸部１４ａｉは、例えば、切削加工により形成される。

上述の収容部１２ａの周囲には、突き出しピン１６がそれぞれ挿入される孔１２ｂが、均等に９０度間隔で４箇所に設けられている。所定の長さおよび直径を有する突き出しピン１６の下端は、それぞれ、支持板２０に固定されている。

各支持板２０は、往復動可能に基台１０内に支持されている。また、各支持板２０は、往復動駆動手段としてのアクチュエータ１８の各ピストン部に連結されている。図示が省略される各ピストン部は、個別に駆動制御される構成を有する。

空気圧式とされるアクチュエータ１８は、後述する空気圧制御部からの駆動制御信号に基づいて制御される。なお、アクチュエータ１８は、空気圧式に限られることなく、例えば、油圧式、電動式であってもよい。

また、支持板２０と各突き出しピン１６の下端との間には、突き出しピン１６の押圧力を検出する圧力検出部２８がそれぞれ設けられている。圧力検出部２８は、例えば、ロードセル等とされ、突き出しピン１６の押圧力に応じて検出出力信号ＳＰ１、ＳＰ２，ＳＰ３，およびＳＰ４を後述する制御ユニット４０に供給する。

一方、コア型１４におけるめっき層１４Ａは、図１に示されるように、上方に向けて露出しており、その上面の最外周部近傍に環状の平坦部１４ｆを有している。環状の平坦部１４ｆには、環状のスペーサユニット２２が載置されている。

スペーサユニット２２は、図４に示されるように、円周方向に沿って配列される４個のスペーサ部材２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃおよび２２Ｄから構成されている。スペーサ部材２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃおよび２２Ｄは、その半径方向に移動可能に金型１２の上面に配されるスライドベース２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，および２６Ｄにそれぞれ、連結されている。

扇形のスペーサ部材２２Ａ〜２２Ｄは、それぞれ、例えば、所定の厚さのテフロン（登録商標）で作られ、約９０度の円周角を有している。その厚さは、後述する薄層部の膜厚に応じて設定される。また、各スペーサ部材２２Ａ〜２２Ｄの内面には、上述の回折格子２の突起部６Ｐを形成する切欠部２２ｎａ，２２ｎｂ，２２ｎｃ，および２２ｎｄが形成されている。所定の深さを有する切欠部２２ｎａ〜２２ｎｄの底部は、例えば、約２ｍｍの曲率半径の円弧を有している。

金型１２の上面に摺動可能に支持されるスライドベース２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，および２６Ｄの一端は、図５に示されるように、スライドベース２６Ａ〜２６Ｄをそれぞれ、個別に、コア型１４に対し近接または離隔させるように往復動させるアクチュエータ３０Ａ、３０Ｂ，３０Ｃ，および３０Ｄの駆動軸に連結されている。アクチュエータ３０Ａ、３０Ｂ，３０Ｃ，および３０Ｄは、それぞれ、スライドベース２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，および２６Ｄに対応して設けられている。アクチュエータ３０Ａ、３０Ｂ，３０Ｃ，および３０Ｄは、後述する制御ユニット４０からの制御信号により制御される。従って、スペーサ部材２２Ａ〜２２Ｄは、図４にニ点鎖線で示されるように、互いに離隔し、または、実線で示されるように互いに近接し接触するように移動せしめられることとなる。その結果、スペーサ部材２２Ａ〜２２Ｄは、金型１２の上面、および、基材素材４’に対し相対的に移動せしめられる。

なお、図５においては、スペーサ部材２２Ａ〜２２Ｄの周囲に相対向して設けられるアクチュエータ３０Ａおよび３０Ｃのみを示し、他のアクチュエータ３０Ｂおよび３０Ｄの図示が省略されている。

コア型１４の上方には、光源としての紫外線ランプ２４が設けられている。紫外線ランプは、例えば、キセノンランプ等とされる。

斯かる構成に加えて、本発明に係る光学素子の製造方法の一例に用いられる製造装置は、制御ユニット４０を備えている。

制御ユニット４０は、内部に、動作プログラムデータ、および、供給される検出出力信号を表すデータ等を格納するメモリ部４０Ｍを備えている。

制御ユニット４０には、上述の圧力検出部２８からのそれぞれの検出出力信号ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４が供給される。また、図示が省略される生産管理用のホストコンピュータからのスペーサユニット２２における待機位置への移動開始をあらわす指令信号Ｓｉ，および、成形作業終了後の成形品の取り出し動作の開始をあらわす指令信号Ｓｅが供給される。

上述の光学素子２を製造するにあたり、先ず、図８（Ａ）に示されるように、コア型１４のめっき層１４Ａ上に溶融した紫外線硬化型の樹脂材料Ｒｅが所定量、塗布される。

次に、図８（Ｂ）および、図１に拡大されて示されるように、基材素材４’が樹脂材料Ｒｅを覆うように互いに近接された位置にあるスペーサユニット２２上に位置決められ載置される。密着性向上のために基材素材４’におけるコア型１４のめっき層１４Ａに対向する面に、シランカップリング剤が塗布されている。

続いて、紫外線ランプ２４が作動状態とされることにより、所定量の紫外線ビームＵＶが基材素材４’の光入射面を通じて樹脂材料Ｒｅに照射される。これにより、樹脂材料Ｒｅがめっき層１４Ａと基材素材４’の表面との間の空間内で硬化することとなる。

続いて、制御ユニット４０は、指令信号Ｓｉに基づいて制御信号Ｃａを形成しそれを空気圧制御部４２に供給する。空気圧制御部４２は、制御信号Ｃａに基づいて駆動信号群ＣＡを形成し、それらを各アクチュエータ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，および３０Ｄに供給する。これにより、各アクチュエータ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，および３０Ｄは、図８（Ｃ）に示されるように、スペーサユニット２２のスペーサ部材２２Ａ〜２２Ｄが互いに離隔し所定の待機位置に移動するようにスライドベース２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，および２６Ｄを移動させる。

続いて、制御ユニット４０は、各突き出しピン１６の先端が所定量移動し基材素材４’の端面に当接し所定の圧力、例えば、約２０ｋＮで押圧し所定期間、保持すべく、検出出力信号ＳＰ１〜ＳＰ４に基づいて制御信号Ｃｄを形成しそれを空気圧制御部４４に供給する。空気圧制御部４４は、制御信号Ｃｄに基づいて駆動信号群を形成しそれをアクチュエータ１８に供給する。これにより、硬化した薄層部６における位置Ｌｏ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３（図３参照）に対向する部分が、約２０ｋＮ程度でめっき層１４Ａの表面から離隔し始める。なお、硬化した薄層部６における他の位置Ｌｏ，Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３に対向する部分のうち少なくとも１箇所においてその離隔が認められない場合であっても、約２５ｋＮ程度で増圧することにより、その対向する部分がめっき層１４Ａの表面から離隔し始めることが、本願の発明者の実験により確認されている。

続いて、制御ユニット４０は、上述の離隔開始直後、検出出力信号ＳＰ１、ＳＰ２，ＳＰ３、および、ＳＰ４に基づいてすべての突き出しピン１６の押圧力を例えば、１５ｋＮ未満に一旦、低減した後、再度すべての突き出しピン１６の押圧力を所定期間、例えば、約６秒間、１５ｋＮ以上とすべく、制御信号Ｃｄを形成しそれを空気圧制御部４４に供給する。これにより、突き出しピン１６の押圧力が約１５ｋＮのとき、硬化した薄層部６の他の部分の全体が、めっき層１４Ａの表面から離隔することとなる。

本願発明者の実験による検証により、成形された薄層部６は、基材４との剥離はなく、格子のエッジ部の欠けや変形もなく、しかも、コア型１４においては、繰り返し１０００ｓｈｏｔの成形でめっき層１４Ａの形状の変化は見られなかったことが確認されている。

従って、薄層部６の型に対する剥離に要する力の低減を図ることができ、しかも、薄層部６を形成する樹脂の注入制御も容易に行うことができることとなる。

図９（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明に係る光学素子の第２実施例の外観および断面を示す。

図９（Ａ）および（Ｂ）において、光学素子は、例えば、回折格子５０とされる。
回折格子５０は、ガラス製の円板状の基材５２と、その基材５２の一方の平坦面上に凹凸を非球面状に形成する薄層部５４とを含んで構成されている。所定の膜厚の薄層部５４は、樹脂材料で凹凸に形成されており、その中心軸線を中心として同心円上に複数の凸部５４ａｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）を所定の間隔で有している。樹脂材料は、例えば、紫外線硬化性樹脂とされる。薄層部５４は、最外の円周面上に１箇所、略尖塔状の突起部５４Ｐを有している。突起部５４Ｐは、所定の曲率半径の円弧を先端に有している。突起部５４Ｐの位置は、後述する突き出し部材の位置に対応して形成されている。

このような回折格子５０を製造するにあたっては、図１０に示されるような、光学素子の製造装置が利用される。なお、図１０において、上述の図５に示される例において構成される同一の構成要素は、同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。

製造装置は、支持台１０上に配されコア型６０を収容する金型１２’と、金型１２’内に昇降動可能に配され成形された回折格子５０をコア型６０から押し出す突き出し部材としての複数の突き出しピン５８と、突き出しピン５８の一端部を支持する支持板２０を金型１２に対し昇降動可能に駆動するアクチュエータ１８と、金型１２’の一方の平坦面に移動可能に配され回折格子５０の基材５２を支持するスペーサユニット６２と、紫外線を回折格子５０の基材５２に対し紫外線ビームを照射する光源としての紫外線ランプ２４と、を主な要素として含んで構成されている。

金型１２’は、その中央部にコア型６０を収容する収容部１２ａを有している。コア型６０は、図１１（Ａ）、および（Ｂ）に示されるように、例えば、燐青銅で作られた円柱状の基台６０Ｂと、基台６０Ｂの一方の端面に形成されキャビティの一部を形成する鋸歯状部６０Ａとを含んで構成されている。鋸歯状部６０Ａは、例えば、石英上にグレーマスクを用いたフォトリソ法とエッチング法により形成される。

鋸歯状部６０Ａは、上述の回折格子５０の凸部５４ａｉの相互間の隙間に対応して凸部６０ａｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）を中心軸を中心とした同心円上に所定の間隔で有している。凸部６０ａｉの相互間には、例えば、最大深さ約７μｍの凹部が形成されている。この各凹部が、回折格子５０の凸部５４ａｉに対応して形成されている。

上述の収容部１２’ａの周囲には、突き出しピン５８が挿入される孔１２’ｂが、１箇所に設けられている。所定の長さおよび直径を有する突き出しピン５８の下端は、支持板２０の表面部に固定されている。

また、支持板２０と突き出しピン５８の下端との間には、突き出しピン５８の押圧力を検出する圧力検出部２８が設けられている。圧力検出部２８は、例えば、ロードセル等とされ、突き出しピン５８の押圧力に応じて検出出力信号ＳＰ１を制御ユニット４０に供給する。

一方、コア型６０における鋸歯状部６０Ａは、図１０に示されるように、上方に向けて露出しており、その上面の最外周部近傍に環状の平坦部６０ｆを有している。環状の平坦部６０ｆには、図１２に示されるような環状のスペーサユニット６２が載置されている。

スペーサユニット６２は、図１２に示されるように、円周方向に沿って配列される２個のスペーサ部材６２Ａ，および、６２Ｂから構成されている。スペーサ部材６２Ａ，６２Ｂは、その半径方向に移動可能に金型１２’の上面に配されるスライドベース２６Ａ，および２６Ｂにそれぞれ、連結されている。

半円状のスペーサ部材２２Ａ、および、２２Ｂは、それぞれ、例えば、所定の厚さのテフロン（登録商標）で作られ、約１８０度の円周角を有している。また、各スペーサ部材６２Ａ、６２Ｂの内面には、上述の回折格子５０の突起部５４Ｐを形成する切欠部６２ｎａが形成されている。所定の深さを有する切欠部６２ｎａの底部は、例えば、約２ｍｍの曲率半径の円弧を有している。

金型１２’の上面に摺動可能に支持されるスライドベース２６Ａ，および２６Ｂの一端は、図１０に示されるように、スライドベース２６Ａ、および２６Ｂをそれぞれ、個別に、コア型６０に対し近接または離隔させるように往復動させるアクチュエータ５６Ａ、および５６Ｂの駆動軸に連結されている。アクチュエータ５６Ａ、および、５６Ｂは、それぞれ、スライドベース２６Ａ，および、２６Ｂに対応して設けられている。アクチュエータ５６Ａ、および、５６Ｂは、後述する制御ユニット４０からの制御信号により制御される。
斯かる構成に加えて、本発明に係る光学素子の製造方法に用いられる製造装置は、上述の例と同様な制御ユニット４０を備えている。

制御ユニット４０には、上述の圧力検出部２８からのそれぞれの検出出力信号ＳＰ１が供給される。また、図示が省略される生産管理用のホストコンピュータからのスペーサユニット２２における待機位置への移動開始をあらわす指令信号Ｓｉ，および、成形作業終了後の成形品の取り出し動作の開始をあらわす指令信号Ｓｅが供給される。

上述の光学素子５０を製造するにあたり、先ず、図１３（Ａ）に示されるように、コア型６０の鋸歯状部６０Ａ上に溶融した紫外線硬化型の樹脂材料Ｒｅが所定量、塗布される。

次に、図１３（Ｂ）に示されるように、基材素材５２’が樹脂材料Ｒｅを覆うように互いに近接された位置にあるスペーサユニット６２上に位置決められ載置される。基材素材５２’におけるコア型６０の鋸歯状部６０Ａに対向する面には、密着性向上のためにシランカップリング剤が塗布されている。

続いて、紫外線ランプ２４が作動状態とされることにより、所定量の紫外線ビームＵＶが基材素材５２’の光入射面を通じて樹脂材料Ｒｅに照射される。これにより、樹脂材料Ｒｅが鋸歯状部６０Ａと基材素材５２’の表面との間の空間内で硬化することとなる。

続いて、制御ユニット４０は、指令信号Ｓｉに基づいて制御信号Ｃａを形成しそれを空気圧制御部４２に供給する。空気圧制御部４２は、制御信号Ｃａに基づいて駆動信号群ＣＡを形成し、それらを各アクチュエータ５６Ａ，および５６Ｂに供給する。これにより、各アクチュエータ５６Ａ，および５６Ｂは、図１２（Ｃ）に示されるように、スペーサユニット６２のスペーサ部材６２Ａおよび６２Ｂが互いに離隔し所定の待機位置に移動するようにスライドベース２６Ａ，および２６Ｂを移動させる。

続いて、制御ユニット４０は、突き出しピン５８の先端が所定量移動し基材素材５２’の端面に当接し、かつ、約２５ｋＮで押圧し所定期間保持すべく、検出出力信号ＳＰ１に基づいて制御信号Ｃｄを形成しそれを空気圧制御部４４に供給する。空気圧制御部４４は、制御信号Ｃｄに基づいて駆動信号を形成しそれをアクチュエータ１８に供給する。これにより、硬化した樹脂Ｒｅ’の薄層部５４における突起部５４Ｐが、約２５ｋＮ程度で鋸歯状部６０Ａの表面から離隔し始め、一方、硬化した薄層部５４における他の位置のすべての部分も、その後、約１０秒経過後、約２５ｋＮ程度で鋸歯状部６０Ａの表面から完全に離隔することが、本願の発明者の実験により確認されている。

本願発明者の実験による検証により、成形された薄層部５４は、基材５２との剥離はなく、格子のエッジ部の欠けや変形もなく、しかも、コア型１４においては、繰り返し１０００ｓｈｏｔの成形で鋸歯状部６０Ａの形状の変化は見られなかったことが確認されている。

図１４（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明に係る光学素子の第３実施例の外観および断面を示す。

図１４（Ａ）および（Ｂ）において、光学素子は、例えば、矩形状の回折格子７０とされる。

回折格子７０は、ガラス製の円板状の基材７２と、その基材７２の一方の平坦面上に凹凸を非球面状に形成する薄層部７４とを含んで構成されている。所定の膜厚の薄層部７４は、樹脂材料で凹凸に形成されており、その中心軸線を中心として同心円上に複数の凸部７４ａｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）を所定の間隔で有している。樹脂材料は、例えば、紫外線硬化性樹脂とされる。薄層部７４は、最外の外周面上の４隅に、略尖塔状の突起部７４Ｐを有している。突起部７４Ｐは、所定の曲率半径の円弧を先端に有している。突起部７４Ｐの位置は、後述する突き出し部材の位置に対応して形成されている。

このような回折格子７０を製造するにあたっては、上述した図５に示される例のような、光学素子の製造装置が利用される。本実施例においては、後述するコア型８０およびスペーサユニットの構成を除き、他の構成要素は、図５に示される例における構成要素と同一とされる。

製造装置は、支持台１０上に配されコア型８０を収容する金型１２と、金型１２内に昇降動可能に配され成形された回折格子７０をコア型８０から押し出す突き出し部材としての複数の突き出しピン１６と、複数の突き出しピン１６の一端部を支持する支持板２０を金型１２に対し昇降動可能に駆動するアクチュエータ１８と、金型１２の一方の平坦面に移動可能に配され回折格子７０の基材７２を支持するスペーサユニット８２と、紫外線を回折格子７０の基材７２に対し紫外線ビームを照射する光源としての紫外線ランプ２４と、を主な要素として含んで構成されている。

コア型８０は、図１５（Ａ）、および（Ｂ）に示されるように、例えば、燐青銅で作られた円柱状の基台８０Ｂと、基台８０Ｂの一方の端面に形成され、キャビティの一部を形成するめっき層８０Ａとを含んで構成されている。めっき層８０Ａは、窒化カリウム（ＫＮ）めっきにより形成され所定の膜厚、例えば、１００μｍの膜厚を有している。めっき層８０Ａは、上述の回折格子７０の凸部７０ａｉの相互間の隙間に対応して凸部８０ａｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）を中心軸を中心とした同心円上に所定の間隔で有している。凸部８０ａｉの相互間には、例えば、最大深さ約４０μｍの凹部が形成されている。この各凹部が、回折格子７０の凸部７０ａｉに対応して形成されている。これらの凹部および凸部７０ａｉは、例えば、切削加工により形成される。

コア型８０におけるめっき層８０Ａは、上方に向けて露出しており、その上面の最外周部近傍に環状の平坦部８０ｆを有している。環状の平坦部８０ｆには、全体の輪郭が矩形状のスペーサユニット８２が載置されている。

額縁状のスペーサユニット８２は、図１６に示されるように、円周方向に沿って配列される４個のスペーサ部材８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃおよび８２Ｄから構成されている。スペーサ部材８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃおよび８２Ｄは、その半径方向に、即ち、図１６の矢印の示す方向に移動可能に金型１２の上面に配されるスライドベース２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，および２６Ｄにそれぞれ、連結されている。

スペーサ部材８２Ａ〜８２Ｄは、それぞれ、例えば、所定の厚さのテフロン（登録商標）で作られている。その厚さは、薄層部の膜厚により設定される。また、各スペーサ部材８２Ａ〜８２Ｄの内面には、上述の回折格子７０の突起部７４Ｐを形成する切欠部８２ｎａ，８２ｎｂ，８２ｎｃ，および８２ｎｄが形成されている。所定の深さを有する切欠部８２ｎａ〜８２ｎｄの底部は、例えば、約２ｍｍの曲率半径の円弧を有している。

上述の光学素子７０を製造するにあたり、先ず、コア型８０のめっき層８０Ａ上に溶融した紫外線硬化型の樹脂材料Ｒｅが所定量、塗布される。

次に、基材素材が樹脂材料Ｒｅを覆うように互いに近接された位置にあるスペーサユニット８２上に位置決められ載置される。基材素材は、コア型８０のめっき層８０Ａに対向する面に、シランカップリング剤が密着性向上のために塗布されている。

続いて、紫外線ランプ２４が作動状態とされることにより、所定量の紫外線ビームＵＶが基材素材の光入射面を通じて樹脂材料Ｒｅに照射される。これにより、樹脂材料Ｒｅがめっき層８０Ａと基材素材の表面との間の空間内で硬化することとなる。

続いて、制御ユニット４０は、指令信号Ｓｉに基づいて制御信号Ｃａを形成しそれを空気圧制御部４２に供給する。空気圧制御部４２は、制御信号Ｃａに基づいて駆動信号群ＣＡを形成し、それらを各アクチュエータ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，および３０Ｄに供給する。これにより、各アクチュエータ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，および３０Ｄは、スペーサユニット２２のスペーサ部材８２Ａ〜８２Ｄが互いに離隔し所定の待機位置に移動するようにスライドベース２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，および２６Ｄを移動させる。

続いて、制御ユニット４０は、各突き出しピン１６の先端が所定量移動し基材素材４’の端面に当接し所定の圧力、例えば、約２０ｋＮで押圧し所定期間、保持すべく、検出出力信号ＳＰ１〜ＳＰ４に基づいて制御信号Ｃｄを形成しそれを空気圧制御部４４に供給する。空気圧制御部４４は、制御信号Ｃｄに基づいて駆動信号群を形成しそれをアクチュエータ１８に供給する。これにより、硬化した薄層部６における位置Ｌｏ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３（図３参照）に対向する部分が、約２０ｋＮ程度でめっき層１４Ａの表面から離隔し始める。なお、硬化した薄層部６における他の位置Ｌｏ，Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３に対向する部分のうち少なくとも１箇所においてその離隔が認められない場合であっても、約２５ｋＮ程度で増圧することにより、その対向する部分がめっき層１４Ａの表面から離隔し始めることが、本願の発明者の実験により確認されている。

続いて、制御ユニット４０は、上述の離隔開始直後、検出出力信号ＳＰ１、ＳＰ２，ＳＰ３、および、ＳＰ４に基づいてすべての突き出しピン１６の押圧力を例えば、１５ｋＮ未満に一旦、低減した後、再度すべての突き出しピン１６の押圧力を所定期間、例えば、約５秒間、１５ｋＮ以上とすべく、制御信号Ｃｄを形成しそれを空気圧制御部４４に供給する。これにより、突き出しピン１６の押圧力が約１５ｋＮのとき、硬化した薄層部７４の他の部分の全体が、めっき層８０Ａの表面から離隔することとなる。

本願発明者の実験による検証により、成形された薄層部７４は、基材７２との剥離はなく、格子のエッジ部の欠けや変形もなく、しかも、コア型８０においては、繰り返し１０００ｓｈｏｔの成形でめっき層８０Ａの形状の変化は見られなかったことが確認されている。

図１８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）は、それぞれ、上述した第１実施例における製造方法の変形例の各工程を示す。

図１８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）に示される一連の工程により製造される光学素子は、上述の例における回折格子２と同様とされる。また、図１８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）に示される一連の工程に用いられる製造装置は、上述のスペーサユニット２２を用いることなく、後述するマスク部材８８を用いることを除き、上述の図５に示される製造装置と同様な構成の製造装置とされる。

本実施例に用いられる環状のマスク部材８８は、紫外線ビームの照射工程において、照射される紫外線ビームの一部を遮蔽するために用いられる。所定の厚さを有するマスク部材８８の外径は、上述の回折格子２の基材４の外径と略同一もしくは大に設定されている。また、マスク部材８８の内径は、成形される薄層部６の外径と略同一に設定されている。さらに、マスク部材８８の内周部には、円周上に均等に９０度間隔で配置された切欠部８８ｎが形成されている。切欠部８８ｎの底部は、曲率半径が約２ｍｍ程度の円弧を有している。

上述の光学素子２を製造するにあたり、先ず、図１８（Ａ）に示されるように、コア型１４のめっき層１４Ａ上に溶融した紫外線硬化型の樹脂材料Ｒｅが所定量、塗布される。

次に、図８（Ｂ）に示されるように、基材素材４’が、樹脂材料Ｒｅを覆うように４本の突き出しピン１６の一端面により位置決められ支持される。基材素材４’は、コア型１４のめっき層１４Ａに対向する面に、シランカップリング剤が密着性向上のために塗布されている。なお、突き出しピン１６の先端は、予め、めっき層１４Ａの表面よりも上方に所定量、突出するように位置決めされている。これにより、成形される薄層部６の厚さが設定されることとなる。

続いて、図１８（Ｃ）に示されるように、マスク部材８８が、基材素材４’の平坦面に対し略平行に、かつ、基材素材４’の上方の所定位置に配された後、紫外線ランプ２４が作動状態とされることにより、所定量の紫外線ビームＵＶがマスク部材８８の内周部を通じて基材素材４’の光入射面を通じて樹脂材料Ｒｅに照射される。これにより、樹脂材料Ｒｅにおけるマスク部材８８の内周部に対応した部分だけがめっき層１４Ａと基材素材４’の表面との間の空間内で硬化することとなる。一方、樹脂材料Ｒｅにおいてマスク部材８８の環状部により紫外線ビームＵＶが遮蔽された部分Ｍｅは、未硬化状態となる。その際、部分Ｍｅは、例えば、４本の突き出しピン１６の先端が、一旦、基材素材４’の表面に対し離隔されるとき、アセトン等により除去される。

続いて、制御ユニット４０は、各突き出しピン１６の先端が所定量移動し基材素材４’の端面に当接し所定の圧力、例えば、約２３ｋＮで押圧し所定期間、保持すべく、検出出力信号ＳＰ１〜ＳＰ４に基づいて制御信号Ｃｄを形成しそれを空気圧制御部４４に供給する。空気圧制御部４４は、制御信号Ｃｄに基づいて駆動信号群を形成しそれをアクチュエータ１８に供給する。これにより、硬化した薄層部６における位置Ｌｏ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３（図３参照）に対向する部分が、約２３ｋＮ程度でめっき層１４Ａの表面から離隔し始める。

続いて、制御ユニット４０は、上述の離隔開始直後、検出出力信号ＳＰ１、ＳＰ２，ＳＰ３、および、ＳＰ４に基づいてすべての突き出しピン１６の押圧力を例えば、１８ｋＮ未満に一旦、低減した後、再度すべての突き出しピン１６の押圧力を所定期間、例えば、約８秒間、１８ｋＮ以上とすべく、制御信号Ｃｄを形成しそれを空気圧制御部４４に供給する。これにより、突き出しピン１６の押圧力が約１８ｋＮのとき、硬化した薄層部６の他の部分の全体が、めっき層１４Ａの表面から離隔することとなる。

本願発明者の実験による検証により、成形された薄層部６は、基材４との剥離はなく、格子のエッジ部の欠けや変形もなく、しかも、コア型１４においては、繰り返し１０００ｓｈｏｔの成形でめっき層１４Ａの形状の変化は見られなかったことが確認されている。

図１９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）は、それぞれ、上述した第１実施例における製造方法のさらなる他の変形例の各工程を示す。

図１９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）に示される一連の工程により製造される光学素子は、上述の例における回折格子２における薄層部６が、上述の例と異なり光硬化型樹脂に代えて、熱硬化型樹脂により形成されるものとされる。また、図１９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）に示される一連の工程に用いられる製造装置は、上述の光源４を用いることなく、後述する加熱源としてのヒータ９０を用いることを除き、上述の図５に示される製造装置と同様な構成の製造装置とされる。

ヒータ９０は、コア型１４の基台部１４Ｂ内に設けられている。ヒータ９０は、上述の制御ユニット４０の制御により、所定のタイミングで例えば、３０分間、コア型１４の温度が８０℃に保持されるように作動状態とされる。

上述の光学素子を製造するにあたり、先ず、図１９（Ａ）に示されるように、コア型１４のめっき層１４Ａ上に溶融した熱硬化型の樹脂材料Ｒｅｈが所定量、塗布される。

次に、図１９（Ｂ）に示されるように、基材素材４’が樹脂材料Ｒｅｈを覆うように互いに近接された位置にあるスペーサユニット２２上に位置決められ載置される。基材素材４’は、コア型１４のめっき層１４Ａに対向する面に、シランカップリング剤が密着性向上のために塗布されている。

続いて、ヒータ９０が作動状態とされることにより、樹脂材料Ｒｅｈがめっき層１４Ａと基材素材４’の表面との間の空間内で硬化することとなる。

続いて、制御ユニット４０は、指令信号Ｓｉに基づいて制御信号Ｃａを形成しそれを空気圧制御部４２に供給する。空気圧制御部４２は、制御信号Ｃａに基づいて駆動信号群ＣＡを形成し、それらを各アクチュエータ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，および３０Ｄに供給する。これにより、各アクチュエータ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，および３０Ｄは、図８（Ｃ）に示されるように、スペーサユニット２２のスペーサ部材２２Ａ〜２２Ｄが互いに離隔し所定の待機位置に移動するようにスライドベース２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，および２６Ｄを移動させる。

続いて、制御ユニット４０は、各突き出しピン１６の先端が所定量移動し基材素材４’の端面に当接し所定の圧力、例えば、約２１ｋＮで押圧し所定期間、保持すべく、検出出力信号ＳＰ１〜ＳＰ４に基づいて制御信号Ｃｄを形成しそれを空気圧制御部４４に供給する。空気圧制御部４４は、制御信号Ｃｄに基づいて駆動信号群を形成しそれをアクチュエータ１８に供給する。これにより、硬化した薄層部６における位置Ｌｏ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３（図３参照）に対向する部分が、約２０ｋＮ程度でめっき層１４Ａの表面から離隔し始める。なお、硬化した薄層部６における他の位置Ｌｏ，Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３に対向する部分のうち少なくとも１箇所においてその離隔が認められない場合であっても、約２５ｋＮ程度で増圧することにより、その対向する部分がめっき層１４Ａの表面から離隔し始めることが、本願の発明者の実験により確認されている。

続いて、制御ユニット４０は、上述の離隔開始直後、検出出力信号ＳＰ１、ＳＰ２，ＳＰ３、および、ＳＰ４に基づいてすべての突き出しピン１６の押圧力を例えば、１６ｋＮ未満に一旦、低減した後、再度すべての突き出しピン１６の押圧力を所定期間、例えば、約９秒間、１６ｋＮ以上とすべく、制御信号Ｃｄを形成しそれを空気圧制御部４４に供給する。これにより、突き出しピン１６の押圧力が約１６ｋＮのとき、硬化した薄層部６の他の部分の全体が、めっき層１４Ａの表面から離隔することとなる。

本願の発明者の実験による検証により、成形された薄層部６は、基材４との剥離はなく、格子のエッジ部の欠けや変形もなく、しかも、コア型１４においては、繰り返し１０００ｓｈｏｔの成形でめっき層１４Ａの形状の変化は見られなかったことが確認されている。

なお、本例において、熱エネルギー源としてコア型１４に内蔵するヒータ９０を示したが、斯かる例に限られることなく、例えば、型および樹脂とスペーサユニットとがセットされた状態（図１９（Ｃ）参照）のものに対してオーブンやホットプレート等により、同等の熱エネルギー量が加えられる構成を備えるものであっても良い。

さらになお、本発明に係る光学素子、および、その製造方法の各実施例においては、光学素子として回折格子について適用されているが、斯かる例に限られることなく、本発明は、フレネルレンズ等の他の光学素子に適用されてもよいことは勿論である。

本発明に係る光学素子の第１実施例における製造工程における要部を拡大して示す部分断面図である。 本発明に係る光学素子の第１実施例における製造工程の説明に供される図である。 図２に示される例における平面図である。 図１に示される例において用いられるスペーサユニットを示す平面図である。 本発明に係る光学素子の製造方法の第１実施例が適用された製造装置の構成を概略的に示す構成図である。 （Ａ）は、図５に示される例において用いられるコア型を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示すコア型の正面図である。 （Ａ）は、本発明に係る光学素子の第１実施例の外観を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示される光学素子の断面図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）、および（Ｄ）は、それぞれ、本発明に係る光学素子の製造方法の第１実施例の各工程の説明に供される図である。 （Ａ）は、本発明に係る光学素子の第２実施例の外観を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示される光学素子の断面図である。 本発明に係る光学素子の製造方法の第２実施例が適用された製造装置の構成を概略的に示す構成図である。 （Ａ）は、図１０に示される例において用いられるコア型を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示すコア型の正面図である。 図１０に示される例において用いられるスペーサユニットを示す平面図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）、および（Ｄ）は、それぞれ、本発明に係る光学素子の製造方法の第２実施例の各工程の説明に供される図である。 （Ａ）は、本発明に係る光学素子の第３実施例の外観を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示される光学素子の断面図である。 （Ａ）は、図１４に示される例において用いられるコア型を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示すコア型の正面図である。 図１４に示される例において用いられるスペーサユニットを示す平面図である。 上述した第１実施例における製造方法の変形例に用いられるマスク部材を示す平面図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）、および（Ｄ）は、それぞれ、本発明に係る光学素子の製造方法の第１実施例の変形例における各工程の説明に供される図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）、および（Ｄ）は、それぞれ、本発明に係る光学素子の製造方法の第１実施例のさらなる変形例における各工程の説明に供される図である。

符号の説明

２、５０、７０ 回折格子
４ 基材
６ 薄層部
６Ｐ 突起部
２２Ａ、２２Ｂ，２２Ｃ、２２Ｄ、８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ スペーサ部材
２４ 紫外線ランプ
８２ｎａ，８２ｎｂ，８２ｎｃ，２２ｎａ，２２ｎｂ，２２ｎｃ 切欠部
８８ マスク部材
９０ ヒータ

Claims (6)

1. 光入射面を形成する端面を有する基材と、
   前記基材の端面に樹脂で前記光入射面を形成する薄層部と、を備え、
   前記薄層部は、成形用型のキャビティから前記基材が取り外されるとき、突き出し部材により押圧される突起部を複数箇所に該突き出し部材に対応して有することを特徴とする光学素子。
2. 前記薄層部は、光エネルギー硬化性樹脂材料で形成されることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 前記薄層部は、熱エネルギー硬化性樹脂材料で形成されることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
4. 成形用材料が注入される成形用型のキャビティの周囲に、内周部に切欠部を複数箇所に有し光学素子の基材の表面と該キャビティとの相対位置を規制するスペーサ部材を配置する工程と、
   前記スペーサ部材上に前記光学素子の基材を配置し、前記キャビティ内の成形用材料を光学素子の基材と一体となるように硬化させ前記スペーサ部材の切欠部に対応した複数の突起部を該光学素子の基材上に形成する工程と、
   前記スペーサ部材を前記キャビティに対し離隔させるとともに、前記成形用材料と一体化された光学素子の基材および成形用材料を前記成形用型から取り出す取出工程と、を含み、
   前記取出工程において、前記光学素子の基材上に形成される複数の突起部近傍を所定値の圧力で所定期間、押圧し、該突起部を該キャビティの周縁から離隔させた後、該光学素子の基材を該所定値未満の圧力で押圧することを特徴とする光学素子の製造方法。
5. 前記キャビティ内の成形用樹脂材料が光学素子の基材と一体となるように光エネルギーまたは熱エネルギーを該成形用樹脂材料に加えることにより、硬化させ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. 前記光エネルギーを該成形用樹脂材料に加えることにより、硬化させる場合、前記光学素子の基材の外周縁に対しマスク処理を施した後、該外周縁を除去することを特徴とする請求項５記載の光学素子の製造方法。
   

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