JP2006142722A - 樹脂複合レンズの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 しわの発生が無い樹脂複合レンズの製造方法を提供する。
【解決手段】 樹脂層４１を形成するために必要な紫外線硬化樹脂が金型の型面３４１に供給され、単レンズ４０が上部プレートに配置される。試料ホルダにより単レンズ４０が上部プレートに支持された状態で固定される。次いで、第１の凸レンズ２２と第２の凸レンズ２６の間隔と、第２の凸レンズ２６と単レンズ４０との距離を同時に調整する。この状態で光源からの紫外線を集光して、樹脂層４１の中央部を照射する。紫外線を照射しつつ第２の凸レンズ２６の焦点位置を金型側に順次移動し、中央から周辺に向かって樹脂層４１全体に照射範囲を拡大して、紫外線硬化樹脂を硬化させ、樹脂複合レンズを製造する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複合レンズの製造方法及び製造装置に関する。

近年、ガラスレンズに高分子樹脂層を積層した複合レンズがデジタルカメラや光ピックアップ装置等の光学装置に広く使用されている。

通常、特許文献１に開示されるように、ガラスレンズの片面または両面に未硬化の紫外線硬化樹脂層を形成し、光透過性の型を介して平行な紫外線を照射することにより、未硬化の樹脂を硬化させて高分子樹脂層の積層された複合レンズが製造される。
特許第３０９５８１２号公報

この場合、光透過性の型による紫外線の吸収や散乱のために、未硬化の紫外線硬化樹脂層全体には均一に紫外線が照射されず、硬化反応が部分的に不均一となり形成された高分子樹脂層にしわが発生することがあった。
さらに、ガラスレンズ越しに紫外線を照射する必要がある場合には、レンズの特性によって入射した紫外線が集光または拡散され、樹脂に対する照射量が部位によって異なるため、上記のしわの発生が顕著であった。

また、樹脂の厚い部分には紫外線の照射量を多くし、薄い部分には照射量を少なくするような、レンズ設計に対応した照射ができないという欠点があった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、しわの発生が無い樹脂複合レンズの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、紫外線の照射量の制御が可能な樹脂複合レンズの製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る樹脂複合レンズの製造方法は、
球面ガラスレンズの一面に光線の照射により硬化する光硬化性樹脂からなる非球面形状の樹脂層を形成し、
前記非球面状の樹脂層に光源から照射された光線を集光手段により集光して照射し、
前記集光手段の焦点位置を前記球面ガラスレンズの光軸方向に移動させることにより、前記非球面形状の樹脂層に照射される光線の照射量を制御して、前記光硬化性樹脂を硬化させる、
ことを特徴とする。

非球面形状の樹脂層に照射される光線の照射範囲を制御して光硬化性樹脂を硬化させることが望ましい。

球面ガラスレンズ上に形成された光硬化性樹脂をレンズの中心から周辺に向かって硬化させてもよい。

集光手段の焦点位置を球面ガラスレンズの非球面形状の樹脂層の形成された側で移動させることにより該非球面形状の樹脂層に照射される光線の照射範囲を制御することが望ましい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る樹脂複合レンズの製造装置は、
少なくとも一面に光線の照射により硬化する光硬化性樹脂からなる非球面形状の樹脂層が形成された球面ガラスレンズを保持する保持部と、
前記非球面形状の樹脂層に所定の波長の光線を照射する光源と、
前記光源と前記保持部の間に前記球面ガラスレンズの光軸と同軸に配置され前記光源から照射された光線を集光して前記非球面形状の樹脂層に照射する集光部と、
を備え、
前記集光部は、その焦点位置を前記球面ガラスレンズの光軸方向に移動することにより、集光した光線の照射量を制御して前記非球面形状の樹脂層に照射する、
ことを特徴とする。

集光部は、光源からの光線を集光する第１のレンズと、第１のレンズにより集光された光線の照射範囲を変更する第２のレンズと、を備えてもよい。
この場合、集光部は、第１及び第２のレンズを球面ガラスレンズの光軸方向に移動させるための移動手段を備えることが望ましい。

本発明によれば、しわの発生が無い樹脂複合レンズの製造方法を提供することができる。また、光線の照射量の制御が可能な樹脂複合レンズの製造装置を提供することができる。

本発明の実施の形態にかかる複合レンズ製造装置について、以下図面を参照して説明する。

図１に示すように、複合レンズ製造装置１は、光源１０と、光源１０から放射された光線を集光する集光部２０と、複合レンズの母体となる単レンズ４０を保持する保持部３０と、制御部５０から構成される。

光源１０は、所定の波長、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長の紫外線を放射する高圧水銀灯と、高圧水銀灯に電圧を供給する電源とを有する。

集光部２０は、第１のレンズ部２１と第２のレンズ部２５とを有する。

第１のレンズ部２１は、第１の凸レンズ２２と、第１のレンズホルダ２３と、第１のガイド部２４とから構成される。

第１の凸レンズ２２は、光源１０から放射された平行光線を集光する。

第１のレンズホルダ２３は、第１の凸レンズ２２を単レンズ４０の光軸と同軸に保持する。

第１のガイド部２４は、ガイドシャフト２４１と、ガイドシャフト２４１に挿通された固定筒２４２と、固定筒２４２内に回転可能に保持されたカム筒２４３と、ガイドシャフト２４１に沿って移動可能なスライド筒２４４と、カム筒２４３を回転させる駆動モータ２４５とから構成される。

ガイドシャフト２４１は、保持部３０の上部プレートのなす水平面に対し略垂直に固定されている。

固定筒２４２には、スライド筒２４４のガイドピンが係合する案内溝２４６が形成されている。

カム筒２４３には、スライド筒２４４のガイドピンが係合するカム溝２４７が形成されている。カム筒２４３には、駆動モータ２４５の出力ギヤと噛合するリングギヤ２４８が形成されている。

スライド筒２４４には、ガイドピン２４９が外周面の周方向に等間隔で配置されている。
ガイドピン２４９は、カム筒２４３のカム溝２４７と固定筒２４２の案内溝２４６の両方に係合するので、スライド筒２４４は、カム筒２４３の回転に伴って、回転することなくガイドシャフト２４１に沿って移動する。
スライド筒２４４は、第１のレンズホルダ２３と結合されている。

駆動モータ２４５は、サーボモータから構成され、出力シャフトにカム筒２４３のリングギヤ２４８と噛合する出力ギヤを有する。駆動モータ２４５は、その回転方向に応じて、カム筒２４３を回転させる。

第２のレンズ部２５は、第２の凸レンズ２６と、第２のレンズホルダ２７と、第２のガイド部２８とから構成される。

第２の凸レンズ２６は、第１の凸レンズ２２により集光された光線の照射範囲を変更する。

第２のレンズホルダ２７は、第２の凸レンズを単レンズ４０の光軸と同軸に保持する。

第２のガイド部２８は、ガイドシャフト２４１と、ガイドシャフト２４１に挿通された固定筒２８２と、固定筒２８２内に回転可能に保持されたカム筒２８３と、ガイドシャフト２４１に沿って移動可能なスライド筒２８４と、カム筒２８３を回転させる駆動モータ２８５とから構成される。

固定筒２８２には、スライド筒２８４のガイドピンが係合する案内溝２８６が形成されている。

カム筒２８３には、スライド筒２８４のガイドピンが係合するカム溝２８７が形成されている。カム筒２８３には、駆動モータ２８５の出力ギヤと噛合するリングギヤ２８８が形成されている。

スライド筒２８４には、ガイドピン２８９が外周面の周方向に等間隔で配置されている。
ガイドピン２８９は、カム筒２８３のカム溝２８７と固定筒２８２の案内溝２８６の両方に係合するので、スライド筒２８４は、カム筒２８３の回転に伴って、回転することなくガイドシャフト２４１に沿って移動する。
スライド筒２８４は、第２のレンズホルダ２７と結合されている。

駆動モータ２８５は、サーボモータから構成され、出力シャフトにカム筒２８３のリングギヤ２８８と噛合する出力ギヤを有する。駆動モータ２８５は、その回転方向に応じて、カム筒２８３を回転させる。

保持部３０は、試料ホルダ３１と、上部プレート３２と、下部プレート３３と、金型３４とを有する。

試料ホルダ３１は、ガイドシャフト２４１に挿通され、図示しない固定手段により、任意の高さに固定可能である。

上部プレート３２は、その表面３２１が略水平に形成され、中央に丸孔３２２が形成されている。上部プレート３２は、丸孔３２２の周縁で単レンズ４０を支持する。上部プレート３２は、金型３４を収容する中空部３２３を有し、その内壁に金型３４を保持するリテーナ３２４が配置されている。上部プレート３２は、高さ調整用ワッシャー３２５を介して下部プレート３３と結合されている。

丸孔３２２の内周面は、テフロン（登録商標）によりコーティングされている。金型３４に保持された紫外線硬化樹脂が上部及び下部プレート３２，３３内部の可動部に入ることを防止するために、コーティング面と金型３４とのクリアランスは約０．００５ｍｍとなるように調整されている。

下部プレート３３は、その中央に金型３４を収容する中空部３３１が形成されている。

金型３４は、凹状に形成された型面３４１に図示しない供給装置から供給された紫外線硬化樹脂を保持する。金型３４は、その下部をばね３５を介して下部プレート３３に固定ボルト３６により固定されている。ここで、上部プレート３２の高さは、下部プレート３３に対して相対的に高さ調整ワッシャー３２５により調整可能であるので、金型３４は、所望の厚さの樹脂層を形成するために必要な紫外線硬化樹脂を保持することができる。

単レンズ４０は、外径１０〜３０ｍｍのガラス製の球面レンズである。

樹脂層４１は、アクリル系またはエポキシ系の透明な紫外線硬化樹脂から構成され、周知の光重合開始剤を含む。

制御部５０は、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、各種メモリなどから構成される。制御部５０は、光源１０の電源を制御して、所定の強度の紫外線を高圧水銀灯から放射させる。

制御部５０は、図示しない駆動部を介して駆動モータ２４５，２８５を駆動して、メモリに格納された第１及び第２の凸レンズ２２，２６の設計値（凸面の曲率、屈折率などを含む）に基づいて、第１及び第２のレンズホルダ２３，２７を移動させ、第２の凸レンズ２６の焦点位置と、焦点を結ぶ光線の角度を制御する。

次に、複合レンズ製造装置１の動作について説明する。

所望の厚さの樹脂層を形成するために必要な紫外線硬化樹脂が、図示しない供給装置から金型の型面３４１に供給され、複合レンズの母材となる単レンズ４０が図示しない搬送装置により上部プレート３２に丸孔３２２の中心軸と同軸に配置される。次いで、試料ホルダ３１により単レンズ４０が丸孔３２２の周縁に支持された状態で固定される。

図２に示すように、制御部は、駆動モータを制御して、第１及び第２のレンズホルダ２３，２７をそれぞれ移動させて、第１の凸レンズ２２と第２の凸レンズ２６の間隔と、第２の凸レンズ２６と単レンズ４０との距離を同時に調整する。

より詳細には、制御部５０は、第１の凸レンズ２２と第２の凸レンズ２６の間隔を、光線の角度θが樹脂層４１全体を照射可能な所定の値となるように調整する。すなわち、第１の凸レンズ２２と第２の凸レンズ２６の間隔を縮めることにより焦点を結ぶ光線の角度θが縮小し（図２−（ａ））、この間隔を拡大させることにより光線の角度θも拡大する（図２−（ｂ））ように調整される。これとともに、図３−（ａ）に示すように、制御部は、第２の凸レンズ２６と単レンズ４０との距離を、第２の凸レンズ２６の焦点位置を金型の型面３４１より下方に移動させ、単レンズ４０を通過した光線の焦点位置を型面３４１に合わせるように制御する。

制御部５０は、光源１０を制御して、所定の波長の紫外線の平行光線を第１の凸レンズ２２に入射させる。このとき、図示するように、樹脂層４１の中央部に紫外線が照射される。

次に、図３−（ｂ）に示すように、制御部は、第１及び第２のレンズホルダ２３，２７を共に下方に移動させ、第１の凸レンズ２２と第２の凸レンズ２６の間隔を維持しつつ、第２の凸レンズ２６の焦点位置をさらに型面３４１下方に移動する。このとき、図示するように、紫外線は、樹脂層４１の中央から周辺に向かって照射範囲が拡大される。

最後に、図３−（ｃ）に示すように、制御部は、第１及び第２のレンズホルダ２３，２７をさらに下方に移動させ、第２の凸レンズ２６の焦点位置を型面３４１からさらに離間させる。このとき、図示するように、紫外線は、樹脂層４１のほぼ全体に照射範囲が拡大される。

ここで、紫外線の照射時間は、典型的には、３０秒間から１分間に制御される。これにより、樹脂層４１の紫外線硬化樹脂は、照射量が制御された紫外線により均一に硬化される。

以上説明したように、第１の凸レンズ２２と第２の凸レンズ２６の位置をそれぞれ制御し、焦点を結ぶ光線の角度θを所望の値に設定して、第２の凸レンズの焦点位置を順次下方に移動させる。これに伴って、紫外線の照射範囲が紫外線硬化樹脂の中央から周辺に向かって拡大される。このため、形成された樹脂層４１にはしわ等が発生し難い。

本発明は、上記の実施の形態に限定されず、その応用及び変形等は任意である。
例えば、上記の実施の形態では、単レンズの片面に樹脂層を形成したが、単レンズの両面に樹脂層を形成することも可能である。

上記の実施の形態では、第２の凸レンズ２６の焦点位置を金型３４の型面３４１に合わせ、順次下方に移動させると説明した。しかし、焦点の設定位置は、単レンズ４０の樹脂層４１側ではなく、光源１０側であってもよい。

図４−（ａ）に示すように、まず、第１の凸レンズ２２と第２の凸レンズ２６の間隔を、光線の角度θが樹脂層４１全体を照射可能な所定の値となるように調整するとともに、第２の凸レンズ２６と単レンズ４０との距離を、第２の凸レンズ２６の焦点位置を単レンズ４０の光源側１０に合わせる。このとき、図示するように、樹脂層４１の中央部に紫外線が照射される。

次いで、図４−（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１の凸レンズ２２と第２の凸レンズ２６の間隔を維持して第１及び第２のレンズホルダ２３，２７を共に上方に移動させ、第２の凸レンズ２６の焦点位置を順次上方に移動させる。これにより、図示するように、紫外線は、中央から周辺に向かって樹脂層４１全体に照射範囲が拡大される。

上記の実施の形態では、第１のガイド部２４と第２のガイド部２８とは別体に構成されると説明したが、第１のガイド部と第２のガイド部とを一体に形成してもよく、第１の凸レンズ２２と第２の凸レンズ２６の位置を、それぞれ制御できる移動機構であればよい。

図５は、第１のガイド部６４と第２のガイド部６８とを一体に形成した例を示す。第１のガイド部６４は、上記の実施の形態の第１のガイド部２４と同一の構成を有し、ガイドシャフト６４１と、ガイドシャフト６４１に挿通された固定筒６４２と、固定筒６４２内に回転可能に保持されたカム筒６４３と、ガイドシャフトに沿って移動可能なスライド筒６４４と、カム筒６４３を回転させる駆動モータ６４５とから構成される。

上記の実施の形態と同様に、固定筒６４２には、スライド筒６４４のガイドピン６４９と係合する案内溝６４６が、カム筒６４３には、該ガイドピンと係合するカム溝６４７が、形成されているので、スライド筒６４４は、カム筒６４３の回転に伴って、回転することなくガイドシャフト６４１に沿って移動する。

第２のガイド部６８は、第１のガイド部のスライド筒６４４に固定された固定筒６８２と、固定筒内に回転可能に保持されたカム筒６８３と、第１のガイド部のスライド筒６４４に沿って移動可能なスライド筒６８４と、カム筒を回転させる駆動モータ６８５とから構成される。

第１のガイド部６４と同様に、固定筒６８２には、スライド筒６８４のガイドピン６８９と係合する案内溝６８６が、カム筒６８３には、該ガイドピンと係合するカム溝６８７が、それぞれ形成されている。このため、スライド筒６８４は、カム筒６８３の回転に伴って、回転することなく第１のガイド部のスライド筒６４４に沿って移動する。したがって、制御部５０は、第２のレンズホルダ２７を、第１のレンズホルダ２３の移動に伴って移動させる一方、第１のガイド部のスライド筒６４４上での相対的な位置を変更して、その位置を制御する。

上記の実施の形態では、絞り機構について説明しなかったが、集光した光線の一部を遮るための絞り機構が第１のレンズ部と第２のレンズ部との間に配置されてもよい。これにより、集光部は、より精密に照射量などを制御することができる。

本発明の実施の形態にかかる複合レンズ製造装置の基本構造を示す断面図である。 図１の複合レンズ製造装置の集光部の機能を示す模式図である。 図１の複合レンズ製造装置の照射範囲を示す模式図である。 図１の複合レンズ製造装置の照射範囲を示す模式図である。 図１の複合レンズ製造装置のガイド部の変形例を示す模式図である。

符号の説明

１ 複合レンズ製造装置
１０ 光源
２０ 集光部
２１ 第１のレンズ部
２２ 第１の凸レンズ
２３ 第１のレンズホルダ
２４ 第１のガイド部
２５ 第２のレンズ部
２６ 第２の凸レンズ
２７ 第２のレンズホルダ
２８ 第２のガイド部
３０ 保持部
３１ 試料ホルダ
３２ 上部プレート
３３ 下部プレート
３４ 金型
４０ 単レンズ
４１ 樹脂層
５０ 制御部
３４１ 型面

Claims (7)

1. 球面ガラスレンズの一面に光線の照射により硬化する光硬化性樹脂からなる非球面形状の樹脂層を形成し、
   前記非球面形状の樹脂層に光源から照射された光線を集光手段により集光して照射し、
   前記集光手段の焦点位置を前記球面ガラスレンズの光軸方向に移動させることにより、前記非球面形状の樹脂層に照射される光線の照射量を制御して、前記光硬化性樹脂を硬化させる、
   ことを特徴とする樹脂複合レンズの製造方法。
2. 前記非球面形状の樹脂層に照射される光線の照射範囲を制御して前記光硬化性樹脂を硬化させる、ことを特徴とする請求項１に記載の樹脂複合レンズの製造方法。
3. 前記球面ガラスレンズ上に形成された前記光硬化性樹脂を前記レンズの中心から周辺に向かって硬化させる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂複合レンズの製造方法。
4. 前記集光手段の焦点位置を前記球面ガラスレンズの前記非球面形状の樹脂層の形成された側で移動させることにより該非球面形状の樹脂層に照射される前記光線の照射範囲を制御する、ことを特徴とする請求項３に記載の樹脂複合レンズの製造方法。
5. 少なくとも一面に光線の照射により硬化する光硬化性樹脂からなる非球面形状の樹脂層が形成された球面ガラスレンズを保持する保持部と、
   前記非球面形状の樹脂層に所定の波長の光線を照射する光源と、
   前記光源と前記保持部の間に前記球面ガラスレンズの光軸と同軸に配置され前記光源から照射された光線を集光して前記非球面形状の樹脂層に照射する集光部と、
   を備え、
   前記集光部は、その焦点位置を前記球面ガラスレンズの光軸方向に移動することにより、集光した光線の照射量を制御して前記非球面形状の樹脂層に照射する、
   ことを特徴とする樹脂複合レンズの製造装置。
6. 前記集光部は、前記光源からの光線を集光する第１のレンズと、前記第１のレンズにより集光された光線の照射範囲を変更する第２のレンズと、を備える、ことを特徴とする請求項５に記載の樹脂複合レンズの製造装置。
7. 前記集光部は、前記第１及び第２のレンズを前記球面ガラスレンズの光軸方向に移動させるための移動手段を備える、ことを特徴とする請求項６に記載の樹脂複合レンズの製造装置。

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