JP2005128181A - 非球面光学素子の製作法 - Google Patents

Abstract

【課題】 マスター型となる非球面光学素子と近似の球面もしくは平面基板を用いて樹脂によるレプリカ法により非球面光学素子を製作する場合において、従来より高精度な非球面光学素子を低コストで製作する製作法を提供する。
【解決手段】 本発明方法は、マスター型１となる高精度に研磨加工された非球面光学素子に対して凹凸反転した形状をもつ非球面基板３を用いて樹脂によるレプリカ法によりネガ型２３を作成することを特徴とする。このようにすることで、樹脂層２の厚さの差が球面を基板に用いた場合よりも少なくなり、樹脂層２に硬化収縮があっても面精度が悪化しにくくなる。このようにして製作されたネガ型２３を用いて、球面もしくは平面基板表面に樹脂層を付加するレプリカ法により従来より高精度な非球面光学素子が低コストで製作できるようになる。
【選択図】 図１

Description

本発明は各種計測装置などに用いられる非球面光学素子の製作法に関するものである。

従来、安価に非球面光学素子を製作するには樹脂によるレプリカ法が用いられた。この方法は、まずマスター型となる高精度に研磨加工された非球面光学素子の表面を剥離剤で処理し、ネガ型母材となる球面もしくは平面基板上に付加した樹脂によりマスター型の反転形状を写し取る方法によりネガ型を製作し、その後、このネガ型を用いて再度球面もしくは平面基板上に付加した樹脂上にネガ型の反転形状を写し取ることによりマスター型と同じ形状の非球面光学素子を製作する方法である。
同じく樹脂によるレプリカ法であるが、所望の非球面光学素子の反転形状のネガ型を直接製造し、この反転形状を球面もしくは平面基板上の樹脂に写し取る方法により非球面光学素子を製作する場合もある。

また、高精度を得るために製品の基板そのものを粗い非球面にする方法も提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭63−157103号公報

マスター型となる光学素子の非球面形状と近似の球面もしくは平面基板を用いて樹脂によるレプリカ法により非球面光学素子を製作する場合、型と基板間の形状の差が大きくなると、樹脂の硬化収縮により、製作された非球面光学素子の精度が得難くなる。このとき精度のずれの概算値は、形状の差に硬化収縮率を掛けたものになる。例えば、形状の差が３０μｍで、硬化収縮率が２％の樹脂を用いた場合、硬化収縮のみで３０×２÷１００＝０．６μｍも精度が悪化してしまう。この精度が悪化したものをネガ型として用い、もう一度レプリカ法により反転形状をとるので製品の面精度は一層悪化する。

これを解決するために前記特許文献１に記されているように製品の基板そのものを粗い非球面にした場合は、いかに粗い非球面とはいえ平面や球面に比較すると製造工程が複雑化することは避けられず、全ての製品に非球面基板を用いることはコストの面で得策ではない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、マスター型となる非球面光学素子と近似の球面もしくは平面基板を用いて、安価により高精度な非球面光学素子を製作する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明方法では、マスター型となる高精度に研磨加工された非球面光学素子に対して凹凸反転した形状をもつ非球面形状の基板を用いて樹脂によるレプリカ法によりネガ型を作成するようにした。このようにすることで、マスター型と基板との間の樹脂厚さの差が球面を基板に用いた場合よりも少なくなり、樹脂に硬化収縮があっても面精度が悪化しにくくなる。

上記のように、本発明により製作されるネガ型の基板は非球面形状であって加工コストはやや高くなるが、一度レプリカ法によりネガ型を作成してしまえば何度も繰り返し利用できるために、製品の基板そのものを非球面にした従来法に比べて格段に安く非球面光学素子を製作することができる。
即ち、本発明になる製作法は、より高精度な非球面光学素子を低コストで量産できるという優れた効果を有する。

以下、本発明の実施の形態を図１及び図２に従って説明する。
図１はマスター型１からネガ型２３を製作する過程を示したもので、先ず、マスター型１となる高精度に研磨加工された非球面光学素子表面を剥離剤で処理をしておく。次に、図１Ａのように１０μｍ以下の精度で作成した非球面基板３とマスター型１との間に樹脂層２を挟み、熱または光６により樹脂層２を硬化させる。これにより樹脂層２の表面にマスター型１の反転形状が写し取られると共に樹脂層２と非球面基板３とは接合されてネガ型２３となる。
樹脂層２が硬化した後に、図１Ｂのようにマスター型１からネガ型２３を分離する。

上記において、ネガ型２３の母材として用いる非球面基板３の形状のマスター型１の非球面とのずれを１０μｍ以下にすることで実用上十分な精度を得ることができる。ネガ型２３の母材をこの程度の精度で加工することは、各種加工機を用いることにより容易に達成できる。

図２は、上記により製作されたネガ型２３を用いて製品となる非球面光学素子４５を製作する過程を示したもので、この過程は基本的に従来と同じである。
即ち、このネガ型２３の表面を前記マスター型１の場合と同じように剥離剤で処理をした後、図２Ａのように球面もしくは平面基板５とこのネガ型２３との間に樹脂層４を挟み、熱または光６により樹脂層４を硬化させる。硬化することにより接合された樹脂層４と球面もしくは平面基板５とが合わさったものが本発明により製作される非球面光学素子４５となる。樹脂層４が硬化した後に、図２Ｂのようにネガ型２３から非球面光学素子４５を分離する。
このようにして、球面もしくは平面基板５の表面に樹脂層４を付加することにより非球面光学素子４５を製作する。

一方の面が回転対称非球面であるガラスレンズの製作法について説明する。
まず、マスター型となる高精度に研磨加工された非球面レンズを用意する。このレンズの非球面側の面にＵＶ硬化樹脂との剥離性をもつ物質をディップ法や蒸着法などにより積層する。この時表面を保護するために剥離層とマスターとの間に保護層を設けてもよい。
次に、ＮＣ旋盤によりマスター型の非球面と凹凸が反転した形状の非球面基板を製作する。この時非球面基板の表面形状は、マスター型の非球面との形状のずれを１０μｍ以下に仕上げるが、必ずしも鏡面に仕上がっている必要はない。
非球面基板表面にＵＶ硬化樹脂を滴下し、マスター型で挟み込み、ＵＶ光を照射して樹脂を硬化させ、その後、マスター型と非球面基板を分離する。非球面基板表面はＵＶ硬化樹脂により、マスター型の表面が面粗さも含めて反転転写される。この非球面基板全体をネガ型として使用するので、その表面にマスター型と同様に剥離層を設ける。
別途、一般的な研磨法により非球面と近似の球面にしてあるガラス基板を製作しておき、ネガ型表面に滴下したＵＶ硬化樹脂をこの球面ガラス基板で挟み込み、ＵＶ光を照射し樹脂を硬化させる。その後、樹脂層が接合された球面ガラス基板からネガ型を分離すればマスター型と同形の非球面レンズが得られる。
両面が非球面の場合は、同様の工程を両面に対して行うことで対応できる。

次に軸外楕円面鏡の製作法について説明する。
マスター型となる高精度に研磨加工された軸外楕円面鏡を用意し、マスター型の表面に金を蒸着し剥離層とする。次に、ＮＣ研削機によりマスター型の軸外楕円面と凹凸が反転した形状の軸外楕円面基板を製作する。
軸外楕円面基板表面に熱硬化樹脂を滴下し、マスター型の軸外楕円面で挟み込み加熱し、樹脂を硬化させる。その後、マスター型と軸外楕円面基板を分離する。軸外楕円面基板表面は熱硬化樹脂により、マスター型の表面が面粗さも含めて反転転写される。この軸外楕円面基板全体をネガ型として使用するため、その表面に金を蒸著し剥離層を設けておく。
続いて、軸外楕円面鏡の基板となる金属材料を機械加工により軸外楕円面と近似の球面形状にしておく。
ネガ型表面に熱硬化樹脂を滴下し、上記球面金属基板で挟み込み加熱し、樹脂を硬化させる。その後、ネガ型と球面金属基板を分離する。分離後の球面金属基板表面の熱硬化樹脂上にアルミや金を蒸着することにより、軸外楕円面鏡を製作する。

本発明の非球面光学素子の製作法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることにより広範囲の利用可能性がある。

本発明において非球面マスター型からネガ型を製作する過程を示す断面図。 本発明においてネガ型から製品となる非球面光学素子を製作する過程を示す断面図。

符号の説明

１ マスター型
２ 樹脂層
３ 非球面基板
４ 樹脂層
５ 球面もしくは平面基板
６ 熱または光
２３ ネガ型
４５ 非球面光学素子

Claims (2)

1. 少なくとも１面が球面もしくは平面である基板表面に樹脂層を付加してレプリカ法により非球面光学素子を製作する製作法であって、マスター型となる研磨加工された非球面光学素子に対して凹凸反転した形状をもつ非球面基板をネガ型母材として用いて樹脂によるレプリカ法によりネガ型を作成し、このネガ型を用いて樹脂によるレプリカ法により非球面光学素子を製作する製作法。
2. マスター型となる非球面との形状のずれを１０μm以下にした非球面基板を前記ネガ型母材として用いる請求項１に記載の非球面光学素子の製作法。

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