JP2005305938A - 複合レンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 メンテナンスや金型交換のサイクルを延長できるモールドガラスレンズと樹脂層とを接合した複合レンズの製造方法を提供する。
【解決手段】 モールドガラスレンズ成形用の第一の金型（４）と第二の金型（５）との間に供給した軟化状態のガラス（６）を、第一の金型（４）と第二の金型（５）とによって加圧成形し、モールドガラスレンズとする。その後、前記第二の金型（５）を樹脂層成形用の第三の金型（１２）と入れ替え、第三の金型（１２）と第一の金型（４）とによってモールドガラスレンズと軟化状態の樹脂とを加圧成形する。その後、軟化状態の樹脂を硬化させて複合レンズ（１）とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カメラ、プロジェクター等光学製品に用いられる、モールドガラスレンズと樹脂層とを接合した複合レンズの製造方法に関する。

従来、カメラ、プロジェクター等に用いるレンズとして、球面レンズや非球面レンズといったものが使用されている。特に、デジタルカメラ等に用いられるレンズは、画素数の向上に伴う収差の問題を解決すべく、非球面レンズが用いられることが多い。
この非球面レンズは、その表面形状が複雑な曲面となっており、このような形状を実現するためには、高精度の研削、研磨作業を行う必要がある。このため、非球面レンズの製造は、手間がかかるものであり、また、どうしてもコスト高を伴うものであった。
また、複雑な曲面の再現のしやすさから、プラスチック製のレンズが用いられることもあるが、光学的特性がガラスレンズと比較して劣るという問題があった。
このような問題を解決するものとして、特許文献１や特許文献２の提案がされている。

特許文献１には、軟化状態のガラスを金型成形してガラスレンズ（モールドガラスレンズ）を製造する技術が開示されている。このように金型成形するようにすれば、切削、研磨で成形するのが困難である非球面レンズの複雑な形状も、容易に再現でき、非球面レンズを容易に製造することができる。一方、特許文献２には、ガラスレンズと樹脂とを金型によって一体化した複合（接合）型レンズを製造する技術が開示されている。このようにすれば、ガラスレンズの有する光学的特性と、プラスチックレンズの有する良好な加工性を備えたレンズとすることができる。

特公平２−１６２５１号公報 特開昭６０−５６５４４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された製造方法では以下のような問題があった。
特許文献１の製造方法では、一対の金型のそれぞれの転写面から転写された形状が、そのままガラスレンズ表面の形状として反映される。このため、一対の金型は、常に、高い精度でそれぞれの転写面の表面形状を保っていなければならない。
ところが、ガラスを金型で成形するためには、材料となるガラスを軟化温度以上として加工しなければならないが、ガラスの軟化温度はかなりの高温（６００℃〜７００℃程度）であり、この高温が金型の転写面の劣化、損傷を早める原因となっていた。また、高温のガラスから発せられる揮発成分も金型の転写面を腐食、損傷させる原因となっていた。金型の転写面が損傷すると、ガラスレンズの品質維持のために金型を交換せざるを得ないが、高温のガラスに起因して短期間で金型の転写面の損傷が生じると、金型のメンテナンスサイクル、交換サイクルも短くなり、これにより製造効率の低下を招く。また、金型代が嵩む等、コストアップに繋がるという問題を有していた。

一方、特許文献２に開示され製造方法では以下のような問題があった。
特許文献２の製造方法では、複合レンズとしたときに非球面とする側のガラスレンズの曲面を所望の曲面（非球面）に近似する形状に研磨しておき、このガラスレンズを、樹脂を供給した金型の上に載置して複合レンズとしている。ここで、樹脂層とガラスレンズとは光軸が一致していなければならない。
このため、ガラスレンズを樹脂層上に載置する際に用いる治具にガラスレンズを固定してセットするときは、高い位置合わせ精度が必要とされている。このような位置合わせ作業は非常に手間がかかり、また、時間を要するものであった。さらに、位置合わせ作業は別途製作したガラスレンズを治具にセットする毎に行わなければならず、特許文献１の製造方法と同様に製造効率の低下を招き、コストアップに繋がるという問題を有していた。

そこで本発明は、製造効率が高く、製造コストを抑えることができるモールドガラスレンズと樹脂層とを接合した複合レンズの製造方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するための本発明は、モールドガラスレンズ成形用の第一の金型と第二の金型との間に供給した軟化状態のガラス素材を、前記第一の金型と前記第二の金型とによって加圧成形し、モールドガラスレンズの成形を行う工程と、モールドガラスレンズ成形用の前記第二の金型を樹脂層成形用の第三の金型と入れ替え、当該第三の金型と前記モールドガラスレンズとの間に軟化状態の樹脂を供給する工程と、前記モールドガラスレンズと前記軟化状態の樹脂とを、前記第一の金型と前記第三の金型とによって加圧成形し、樹脂層の成形を行う工程と、当該樹脂層を硬化させ、当該樹脂層と前記モールドガラスレンズとを固着一体化して接合し、複合レンズとする工程と、を含むことを特徴とする複合レンズの製造方法である（請求項１）。

本発明の製造方法は、軟化状態のガラスをモールドガラスレンズに成形する段階から、樹脂をモールドガラスレンズと共に加圧成形し、樹脂層の成形を行う段階まで、第一の金型を取り替えることなく、一貫して使用し、この間、第一の金型とモールドガラスレンズとが分離されることがない。このため、第一の金型とモールドガラスレンズの位置合わせを必要としない。従って、複合レンズの光軸を合わせるためには、第一の金型と、第三の金型との位置合わせ、すなわち、金型同士の位置合わせさえできていればよい。これにより煩わしい光軸を一致させるための位置合わせ作業から開放され、製造効率の高い製造方法とすることができた。

以上のような工程を有する本発明の複合レンズの製造方法において、前記モールドガラスレンズの成形を行う工程でモールドガラスレンズの成形を行った後に、当該モールドガラスレンズと前記第一の金型とを固定し、その後、モールドガラスレンズ成形用の前記第二の金型を樹脂層成形用の第三の金型と入れ替える工程に移行することが望ましい（請求項２）。

このようにモールドガラスレンズと第一の金型とを固定しておけば、以後の工程において種々の操作が容易であり、また、第一の金型とモールドガラスレンズとの位置関係が変化しないため、作業中にモールドガラスレンズの光軸がずれることがない。

また、本発明の複合レンズの製造方法では、前記樹脂を光硬化型樹脂とし、前記樹脂層の成形を行う工程で樹脂層の成形を行った後、軟化状態の光硬化型樹脂を介して前記第三の金型と前記モールドガラスレンズとを固定し、その後、前記第一の金型を取り外し、前記モールドガラスレンズ側から光を照射して光硬化型樹脂を硬化させ、前記樹脂層と前記モールドガラスレンズとを固着一体化して接合し、複合レンズとすることができる（請求項３）。また、前記樹脂を光硬化型樹脂とし、前記樹脂層の成形を行う工程で樹脂層の成形を行った後、軟化状態の光硬化型樹脂の周方向から光を照射して、前記モールドガラスレンズと前記樹脂層とを固定し、その後、前記第一の金型を取り外し、前記モールドガラスレンズ側から光を照射して光硬化型樹脂を硬化させ、前記樹脂層と前記モールドガラスレンズとを固着一体化して接合し、複合レンズとすることもできる（請求項４）。

「軟化状態の光硬化型樹脂を介して前記第三の金型と前記モールドガラスレンズとを固定」する措置、及び「軟化状態の光硬化型樹脂の周方向から光を照射して、前記モールドガラスレンズと前記樹脂層とを固定」する措置は、いずれも第一の金型と第三の金型との位置関係によって一致させたモールドガラスレンズと樹脂層との光軸を、その後の工程における種々の操作で狂わせないためのものである。
この固定は治具を用いてもよいし、光硬化型樹脂の性質を利用し、軟化状態の光硬化型樹脂の周方向から光を照射してモールドガラスレンズの周縁部で樹脂層との固定を行ってもよい。

また、本発明の他の発明は、前記のようなような工程を有する本発明の複合レンズの製造方法において、前記樹脂を熱硬化型樹脂とし、樹脂層の成形を行う工程において樹脂層の成形を行った後、前記熱硬化型樹脂に熱を加え、当該樹脂層を硬化させ、当該樹脂層と前記モールドガラスレンズとを固着一体化して接合するするようにしてもよい（請求項５）。さらに、前記樹脂を熱可塑型樹脂とし、樹脂層の成形を行う工程において樹脂層の成形を行った後、前記熱可塑型樹脂を冷却し、当該樹脂層を硬化させ、当該樹脂層と前記モールドガラスレンズとを固着一体化して接合するようにしてもよい（請求項６）。

すなわち、熱硬化型樹脂、熱可塑型樹脂を用いても、光硬化型樹脂を用いた場合とほぼ同様の工程を経ることができ、煩わしい光軸を一致させるための位置合わせ作業から解放され、製造効率の高い製造方法とすることができる。なお、光硬化型樹脂を用いる場合は、ガラスレンズを通して光硬化型樹脂に光を照射すべく、光の照射以前に第一の金型を取り去ることが必要であるが、熱硬化型樹脂、熱可塑型樹脂を用いる場合は、樹脂層の成形を行った後であれば、いつ、分離、取り外しを行ってもよい。

以上のような本発明の製造方法において、前記第一の金型の転写面と前記第三の金型の転写面の少なくとも一方は、非球面形状とすることができる。

本発明の製造方法は、複合レンズのガラスレンズ側表面形状、樹脂層側表面形状いずれも金型による成形を行うので複雑な表面形状にも対応できる。すなわち、本発明の製造方法は、複雑な表面形状を有する非球面レンズの製造に適している。

本発明によれば、金型の交換サイクル、メンテナンスサイクルを延長でき、光軸調整に要する労力、時間を軽減し、製造効率に優れた複合レンズの製造方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

まず、複合レンズ１の樹脂層２をなす樹脂として光硬化型樹脂を用いる製造方法の実施例について図１に示した（ａ）〜（ｋ）の工程に沿って説明する。
なお、光硬化型樹脂は、紫外線照射により硬化する紫外線硬化型樹脂を採用した。また、モールドガラスレンズ３の素材として、ガラス転移点が６６３℃である株式会社オハラ製ＳＫ５（製品名）を採用した。

〔工程（ａ）〕
まず、図１（ａ）に示すように、転写面４ａが形成された第一の金型４と、転写面５ａが形成された第二の金型５との間に軟化状態のガラス素材６を供給する。
ここで、第一の金型４の転写面４ａは、最終製品状態である複合レンズ１のモールドガラスレンズ表面３ａを造形する転写面となるので、表面粗さ等の加工精度は製品要求レベルのものとする。一方、転写面５ａにより転写したガラス面３ｂには、後の工程で、樹脂層を形成する。このため、図１中、転写面５ａやモールドガラスレンズ面３ｂを誇張した凹凸で描き表したように、第二の金型５の転写面５ａは、さほど加工精度を要求されるものではない。
なお、転写面４ａは非球面形状をなしている。

〔工程（ｂ）〕
次に、ガラス素材６を第一の金型４と第二の金型５とによって、矢示７、８の方向から加圧し、モールドガラスレンズ３の形状に成形する。このとき、第一の金型４と、第二の金型５とは図示しないガイドに沿って矢示７、８の方向に加圧する。ガラス素材６（モールドガラスレンズ３）は、この時点で、ガラス転移点である６６３℃以上の高温となっている。

〔工程（ｃ）〕
次に、治具９を用いて第一の金型４とガラス素材６から成形したモールドガラスレンズ３とを固定する。この固定は、第一の金型４とガラスレンズ３との境界部に、矢示１０、１１の方向から治具９を押し付け、摩擦により、両者を同時に挟持するものである。これにより、第一の金型４とモールドガラスレンズ３との位置関係が変わらないようにする。

〔工程（ｄ）〕
次に、治具９によって一体的に固定した第一の金型４及びガラスレンズ３と、第二の金型５とを分離する。

〔工程（ｅ）〕
その後、分離した第二の金型５を第三の金型１２に入れ替え、その第三の金型１２とモールドガラスレンズ３との間に紫外線硬化型樹脂１３を供給する。
ここで、第三の金型１２の転写面１２ａは、最終製品状態である複合レンズ１の樹脂層表面２ａを造形する転写面となるので、表面粗さ等の加工精度は第一の金型４と同様に、製品要求レベルのものとする。
なお、転写面１２ａは非球面形状をなしている。

〔工程（ｆ）〕
次に、紫外線硬化型樹脂１３をモールドガラスレンズ３と共に第一の金型４と第三の金型１２とによって、矢示１４、１５の方向から加圧して、樹脂層２を形成し、樹脂層表面２ａの成形を行う。このとき、第一の金型４と、第三の金型１２とは図示しないガイドに沿って矢示１４、１５の方向に加圧する。第一の金型４と第三の金型１２とは位置合わせが行われており、その位置関係が変化することはない。従って、この時点で、モールドガラスレンズ３と樹脂層２との光軸とが一致している。
なお、モールドガラスレンズ３は、この時点で、紫外線硬化型樹脂１３の耐熱温度以下となっている。

〔工程（ｇ）〕
次に、治具１９を用いて、未だ軟化状態の光硬化型樹脂１３を介して第三の金型１２とモールドガラスレンズ３とを固定する。この固定は、モールドガラスレンズ３、樹脂層２（光硬化型樹脂１３）、第三の金型１２との境界部に、矢示１７、１８の方向から治具１９を押し付け、摩擦により、これらを同時に挟持するものである。これにより、第三の金型１２とモールドガラスレンズ３との位置関係が変わらないようにする。この時点で、光硬化型樹脂１３は、未だ硬化していないが、樹脂層２とモールドガラスレンズ２との光軸は一致している。

〔工程（ｈ）〕
次に、治具９による締め付けを緩め、矢示２０のように第一の金型４とモールドガラスレンズ３とを分離し、第一の金具４を取り去る。このときも、モールドガラスレンズ３と樹脂層２は、第三の金型１２と共に治具１９によって固定されているので、モールドガラスレンズ３と樹脂層２との光軸がずれることはない。

〔工程（ｉ）〕
次に、モールドガラスレンズ３側から紫外線２１を照射する。照射された紫外線２１は、モールドガラスレンズ３を透過し、未だ軟化状態の光硬化型樹脂１３に到達すると、その光硬化型樹脂１３を硬化させる。光硬化型樹脂１３は、硬化し始めると、徐々にモールドガラスレンズ３と一体化した樹脂層２に変化する。

〔工程（ｊ）〕〜〔工程（ｋ）〕
工程（ｉ）で光硬化型樹脂１３が完全に硬化すれば、複合ガラス１が完成する。後は、治具１９を緩めて、複合レンズ１を取り出せばよい。以上の工程で光軸２２が一致した複合レンズ１の製造工程が終了する（工程（ｋ））。

以上説明した工程を繰り返すことにより、複合レンズ１を大量に生産することができる。
ここで、第一の金型４と第二の金型５は、ガラス素材６のガラス転移点である６６３℃以上の高温にさらされることとなる。このため、両金型は、いずれも損傷が進みやすい。
しかし、最終的な製品である複合レンズ１の表面形状の形成に拘わるのは、第一の金型４のみである。従って、第二の金型５は多少表面が粗くなってきた状態で使い続けても、差し支えない。
すなわち、第一の金型４に対してのみ、注意深く損傷の程度を確認し、メンテナンス、交換作業を行うことが必要であり、第二の金型５に対しては、それ程、神経質にメンテナンス、交換作業を行う必要がない。

次に本発明の他の実施例について図２を参照しつつ説明する。実施例１では、工程（ｇ）において、治具１９を用いて、未だ軟化状態の光硬化型樹脂１３を介して第三の金型１２とモールドガラスレンズ３とを固定していたが、この実施例では、軟化状態の光硬化型樹脂１３の周方向（図２左右方向）から光を照射して、モールドガラスレンズ３と樹脂層２とを固定している。

すなわち、工程（ｇ´）で、図２に示す工程（ｇ´）〜工程（ｉ´）において参照番号２４を付し、○で囲んで示した部分に予め紫外線２３を照射してモールドガラスレンズ３と樹脂層２とを固定している点で、実施例１と異なる。これにより、実施例１で用いた治具１９を準備する必要がなくなる。

なお、他の工程、すなわち工程（ａ）〜工程（ｆ）、工程（ｊ）〜工程（ｋ）は実施例１と同様であるため、同一の構成要素には同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。また、工程（ｆ´）、工程（ｉ´）は、治具１９を用いていない点以外は実施例１の工程（ｆ）、工程（ｉ）と同様である。

次に本発明のさらに他の実施例について図３を参照しつつ説明する。この実施例が実施例１と異なる点は、実施例１では紫外線硬化型樹脂１３を用いていたのに対し、この実施例では、熱硬化型樹脂２５を用いた点である。

このため、図３中、工程（ｅ´）では、図１における工程（ｅ）で供給していた紫外線硬化型樹脂１３に代えて、熱硬化型樹脂２５を供給し、その後、工程（ｆ）では、実施例１と同様の操作を行っている。

実施例１では工程（ｇ）〜工程（ｉ）にかけて、紫外線２１を照射する操作を行うが、この実施例では、紫外線を照射する工程は不要であるので、工程（ｇ´´）で熱硬化型樹脂２５に熱２６を加えている。工程（ｇ´´）で、熱硬化型樹脂２５が硬化し、硬化した樹脂層２が形成されれば、その後の工程（ｊ）、工程（ｋ）は実施例１と同様である。

次に本発明のさらに他の実施例について説明する。この実施例が実施例３と異なる点は、実施例３では熱硬化型樹脂２５を用いていたのに対し、この実施例では、熱可塑型樹脂を用いた点である。すなわち、図３における工程（ｅ´）において熱硬化性樹脂２５に代えて熱可塑型樹脂を供給し、工程（ｇ´´）において熱可塑型樹脂を冷却して複合レンズ１を製造することもできる。

なお、上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

例えば、上記実施例では、モールドガラスレンズ成形用の第二の金型を樹脂層成形用の第三の金型と入れ替え、最終的な複合レンズの表面の形状は第三の金型によって担保しているが、モールドガラスレンズ成形用の第一の金型を樹脂層成形用の、例えば、第四の金型と入れ替えて、最終的な複合レンズの表面の形状を成形するようにすることもできる。
すなわち、複合レンズの一面側をガラス、他面側を樹脂層とするのではなく、両面側とも樹脂層とすることができる。
このようにすれば、モールドガラスレンズ成形用の第一の金型、第二の金型のメンテナンス、交換サイクルを延長することができ、低コスト化を図ることができる。
この場合、樹脂層成形用の第三の金型と第四の金型との位置決めができていれば、複合レンズの光軸の一致を担保することができる。

樹脂層を形成する樹脂として紫外線硬化型樹脂を用いた複合レンズの製造方法を示す工程図である。 樹脂層を形成する樹脂として紫外線硬化型樹脂を用いた複合レンズの他の製造方法を示す工程図である。 樹脂層を形成する樹脂として熱硬化型樹脂を用いた複合レンズの製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１ 複合レンズ
２ 樹脂層
３ モールドガラスレンズ
４ 第一の金型
５ 第二の金型
６ ガラス素材
９、１９ 治具
１２ 第三の金型
１３ 紫外線硬化型樹脂
２１、２３ 紫外線
２５ 熱硬化型樹脂
２６ 熱

Claims (7)

1. モールドガラスレンズ成形用の第一の金型と第二の金型との間に供給した軟化状態のガラス素材を、前記第一の金型と前記第二の金型とによって加圧成形し、モールドガラスレンズの成形を行う工程と、
   モールドガラスレンズ成形用の前記第二の金型を樹脂層成形用の第三の金型と入れ替え、当該第三の金型と前記モールドガラスレンズとの間に軟化状態の樹脂を供給する工程と、
   前記モールドガラスレンズと前記軟化状態の樹脂とを、前記第一の金型と前記第三の金型とによって加圧成形し、樹脂層の成形を行う工程と、
   当該樹脂層を硬化させ、当該樹脂層と前記モールドガラスレンズとを固着一体化して接合し、複合レンズとする工程と、
   を含むことを特徴とする複合レンズの製造方法。
   
2. 請求項１記載の複合レンズの製造方法において、前記モールドガラスレンズの成形を行う工程でモールドガラスレンズの成形を行った後に、当該モールドガラスレンズと前記第一の金型とを固定し、その後、モールドガラスレンズ成形用の前記第二の金型を樹脂層成形用の第三の金型と入れ替える工程に移行することを特徴とする複合レンズの製造方法。
   
3. 請求項１又は２記載の複合レンズの製造方法において、前記樹脂を光硬化型樹脂とし、前記樹脂層の成形を行う工程で樹脂層の成形を行った後、軟化状態の光硬化型樹脂を介して前記第三の金型と前記モールドガラスレンズとを固定し、その後、前記第一の金型を取り外し、前記モールドガラスレンズ側から光を照射して光硬化型樹脂を硬化させ、前記樹脂層と前記モールドガラスレンズとを固着一体化して接合し、複合レンズとすることを特徴とする複合レンズの製造方法。
   
4. 請求項１又は２記載の複合レンズの製造方法において、前記樹脂を光硬化型樹脂とし、前記樹脂層の成形を行う工程で樹脂層の成形を行った後、軟化状態の光硬化型樹脂の周方向から光を照射して、前記モールドガラスレンズと前記樹脂層とを固定し、その後、前記第一の金型を取り外し、前記モールドガラスレンズ側から光を照射して光硬化型樹脂を硬化させ、前記樹脂層と前記モールドガラスレンズとを固着一体化して接合し、複合レンズとすることを特徴とする複合レンズの製造方法。
   
5. 請求項１又は２記載の複合レンズの製造方法において、前記樹脂を熱硬化型樹脂とし、樹脂層の成形を行う工程において樹脂層の成形を行った後、前記熱硬化型樹脂に熱を加え、当該樹脂層を硬化させ、当該樹脂層と前記モールドガラスレンズとを固着一体化して接合することを特徴とする複合レンズの製造方法。
   
6. 請求項１又は２記載の複合レンズの製造方法において、前記樹脂を熱可塑型樹脂とし、樹脂層の成形を行う工程において樹脂層の成形を行った後、前記熱可塑型樹脂を冷却し、当該樹脂層を硬化させ、当該樹脂層と前記モールドガラスレンズとを固着一体化して接合することを特徴とする複合レンズの製造方法。
   
7. 前記第一の金型の転写面と前記第三の金型の転写面の少なくとも一方は、非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の複合レンズの製造方法。

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