JP2006231559A - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂層を有する任意形状の光学素子を短時間で製造できる光学素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 透光性基材の表面に未硬化の光学材料樹脂を塗布し、該光学材料樹脂を硬化させて樹脂層を有する光学素子を形成する工程と、前記樹脂層の形成後に前記光学素子の外周部をレーザー加工で切断する切断工程と、によって光学素子が製造される。
【選択図】 図１

Description

本発明は樹脂層を有する光学素子の製造方法に関する。

従来から、ハードコート用の樹脂層や回折機能を有する樹脂層を光学面に形成してなる光学素子は広く一般に知られている。かかる樹脂層を形成する場合の一手法として、光学素子の中央に滴下した未硬化の光学材料樹脂を押し広げて塗布し、光学材料樹脂を硬化させて樹脂層を形成する方法が知られている。また、レンズ周縁を研削加工して外周形状が非円形状のレンズを形成する技術も公知である（特許文献１参照）。
実開平５−９３７５２号公報

ここで、外周形状が非円形状にカットされた光学素子に樹脂層を形成する場合、光学材料樹脂を中央から押し広げて塗布する方法では光学素子の長手方向端部まで樹脂をむらなく塗布するのが困難となる。そのため、樹脂層を有する外周形状が非円形状の光学素子を製造する場合には、光学素子に樹脂層を形成してから不要部分を切断して外周形状を非円形状に形成する製造方法が有効となりうる。

しかし、上記特許文献１のように外周形状が非円形状の光学素子を機械加工で形成する場合には加工時間が長くなる点で改善の余地があった。
本発明は上記従来技術の課題を解決するものであって、その目的は、樹脂層を有する任意形状の光学素子を短時間で製造できる光学素子の製造方法を提供することである。

第１の発明に係る光学素子の製造方法は、透光性基材の表面に未硬化の光学材料樹脂を塗布し、該光学材料樹脂を硬化させて樹脂層を有する光学素子を形成する工程と、前記樹脂層の形成後に前記光学素子の外周部をレーザー加工で切断する切断工程と、を有することを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、前記透光性基材は外周部が円形状であって、前記光学素子は切断工程により外周部が非円形状に形成されることを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記切断工程前に前記光学素子のレーザー入射面の背面側に保護被膜を形成する工程と、前記切断工程の後に前記光学素子から前記保護被膜を除去する工程と、をさらに有することを特徴とする。
第４の発明は、第３の発明において、前記保護被膜の熱変形温度が前記光学素子の熱変形温度よりも高いことを特徴とする。

第５の発明は、第３または第４の発明において、前記保護被膜がポリイミドまたはフッ素樹脂で形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、樹脂層の形成後に光学素子の外周部をレーザー加工で切断することで、樹脂層を有する任意形状の光学素子をきわめて短時間で製造できる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１および図２は本発明の１実施形態である光学素子の製造方法を示す概要図である。本実施形態では以下の（１）〜（５）の工程により、光学材料樹脂で回折格子を形成した矩形レンズを製造する。
（１）第１樹脂層の形成（図１（ａ）〜（ｃ））
まず、第１の金型１１の中心に未硬化の紫外線硬化型樹脂（光学材料樹脂）１２を滴下する。この第１の金型１１には回折格子を構成する鋸刃状の凹凸が同心円状に形成されている。そして、透光性を有する円形のレンズ基材（透光性基材）１３を第１の金型１１の上方からセットする。このレンズ基材１３はプラスチックまたはガラスで構成され、上記材料を成形型で加圧成形してレンズ作用を有する光学面が形成されている。

次に、レンズ基材１３を第１の金型１１に押しつけて、未硬化の紫外線硬化型樹脂１２を第１の金型１１上に押し広げて塗布する（図１（ａ）参照）。このとき、紫外線硬化型樹脂１２は金型中心から同心円状に広がって、レンズ基材１３の全体にむらなく塗布される。
そして、図１（ｂ）に示すようにレンズ基材１３に紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂１２を硬化させる。その後、第１の金型１１からレンズ基材１３を取り外す（図１（ｃ）参照）。以上で、レンズ基材１３の表面に回折格子を構成する第１樹脂層が形成される。

（２）第２樹脂層の形成（図１（ｄ）〜（ｆ））
所定の曲面が形成された第２の金型１４の中心に未硬化の紫外線硬化型樹脂（光学材料樹脂）１５を滴下する。なお、この（２）の工程の紫外線硬化型樹脂１５には、上記（１）の紫外線硬化型樹脂１２とは屈折率および分散が異なる別の樹脂が使用される。
第１樹脂層を下向きにしたレンズ基材１３を第２の金型１４の上方からセットし、レンズ基材１３を第２の金型１４に押しつける（図１（ｄ）参照）。これにより、紫外線硬化型樹脂１５はレンズ基材１３の第１樹脂層の表面全体にむらなく塗布される。

そして、図１（ｅ）に示すようにレンズ基材１３に紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂１５を硬化させる。その後、第２の金型１４からレンズ基材１３を取り外す（図１（ｆ）参照）。上記工程によって、第１樹脂層とかみ合う形状の回折格子を構成する第２樹脂層が第１樹脂層の表面に形成される。以上で、それぞれ回折素子をなす第１樹脂層および第２樹脂層がレンズ基材１３上に積層されてなる円形のレンズ（光学素子）１６が形成される。

なお、本実施形態で円形のレンズ基材に樹脂層を形成するのは以下の理由による。
すなわち、矩形にカットされたレンズ基材を用いる場合、同心円状に押し広げた樹脂がレンズ基材の短手方向端部まで到達すると、それ以後はレンズ基材から樹脂がはみ出して金型側面に回り込みだす。したがって、上記の場合にはレンズ基材の長手方向には十分に樹脂が行き渡らないので樹脂を均一に塗布するのが困難である。しかも、矩形のレンズ基材からはみ出した樹脂は金型側面を著しく汚すこととなる。一方、レンズ基材の形状に合わせた土手を設けたとしても樹脂の膜厚にムラが生じるので、矩形のレンズ基材の全面に均一に樹脂を塗布するのはやはり困難なためである。そのため、本実施形態では、所望の有効径まで樹脂をむらなく塗布するのが容易となるように、レンズの長径方向の長さよりも直径の大きい円形のレンズ基材を用いている。

（３）保護被膜の形成（図２（ａ））
円形のレンズ１６の片面に、ドロスから光学面を保護するための保護被膜１７を形成する。保護被膜１７の形成方法としては、例えば、保護被膜１７のフイルムに粘着剤を塗布してなる粘着テープをレンズ１６に貼り付ける方法や、あるいはスプレー等で液状の保護被膜１７の材料をレンズ１６に塗布して固化させる方法などが挙げられる。

ここで、ドロスとは、後述のレーザー加工時に溶融した被加工材が飛散して固化したものであって、主にレーザー出口の界面（レーザー入射面の背面側）でレンズ１６の切断線に沿って付着するものが特に多い。そのため、少なくとも保護被膜１７は、レンズ１６の切断線の近傍を覆うように形成される。なお、光学面へのドロス付着をより効果的に防止するためには、レンズ１６の片面全体に保護被膜１７を形成するのがより好ましい。

また、レーザー加工時の熱変形によるレンズ１６からの剥離を防止するために、保護被膜１７の熱変形温度がレンズの熱変形温度よりも高くなるように設定するのが好ましい。さらに、保護被膜１７の除去後にレンズ１６の光学性能が劣化するのを防止するために、保護被膜１７にはレンズ１６の材質との相溶性が低い材質を選択するのが好ましい。さらにまた、保護被膜１７がレーザーを反射し易い材質である場合（例えば、金属テープで保護被膜を形成した場合など）には、レーザー加工時に保護被膜１７が切断されず、レーザーの反射で発生した熱の影響によってレンズ１６が白濁してしまうおそれがある。そのため、保護被膜１７の材質にはレーザーの波長の反射率が低いものを選択し、レーザー加工時に保護被膜１７がレンズ１６とともに切断されるようにするのが好ましい。

なお、保護被膜１７の材質としては、耐熱性能の高いポリイミドや、ドロスの剥離性が良好であるフッ素樹脂（例えば、テトラフロロエチレン樹脂、パーフロロアルコキシ樹脂、フッ化エチレンプロピレン樹脂など）が好ましい。特に保護被膜１７の形成方法としては、ポリイミドフイルムの粘着テープ（デュポン社製カプトンテープ（商標））で保護被膜１７を形成するか、あるいはフッ素系樹脂をレンズ表面に塗布して保護被膜１７を形成するのが好ましい。また、セロファンテープ（積水化学製）、紙テープ、マスキングテープ、ポリエステルフイルム（寺岡製作所製）などをレンズ１６に貼り付けて保護被膜１７を形成するようにしてもよい。

（４）レンズの切断（図２（ｂ）、（ｃ））
上記（３）の工程の後、保護被膜１７の形成面がレーザー入射面の背面側となるように円形のレンズ１６をレーザー加工機にセットする（レーザー加工機の図示は省略する）。そして、レンズ１６の外周部をレーザー加工機で切断してレンズ１６を矩形に加工する（図２（ｂ）参照）。なお、図２（ｃ）に示すように、レーザー加工で発生したドロスは保護被膜１７に付着する。

（５）保護被膜の除去（図２（ｄ））
最後に矩形に切断されたレンズ１６からドロスの付着した保護被膜１７を除去する。以上で、本実施形態の樹脂層を有する矩形レンズが完成する。
以下、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態では第１樹脂層および第２樹脂層の形成後に円形のレンズ外周部をレーザー加工で切断するので、研削等の機械加工による場合と比べて樹脂層を有する矩形レンズをきわめて短時間で製造できる。

また、本実施形態では円形のレンズ基材１３に樹脂層を形成するので、紫外線硬化型樹脂１２、１５を金型中央から押し広げてレンズ１６の有効径の範囲にむらなく塗布することは容易となる。また、矩形のレンズ基材に樹脂を塗布する場合と比べて、紫外線硬化型樹脂１２、１５による金型の側面の汚れも抑制される。
さらに、本実施形態ではレンズ１６のレーザー入射面の背面側に保護被膜１７を形成し、レーザー加工後にレンズの光学面からドロスを保護被膜１７ごと除去する。そのため、光学面にドロスのない矩形のレンズを得ることができる。

（実施例）
以下、本発明の実施例を説明する。まず、膜厚０．２ｍｍ程度の樹脂層を形成した円形のプラスチックレンズ（材質：日本ゼオン製ゼオネックス４８０Ｒ、直径３０ｍｍ、厚さ約４ｍｍ）の片面全体に、デュポン社製カプトンテープ（型番：２５０Ｆ０２９）を貼付して保護被膜を形成した。そして、保護被膜の面がレーザー入射面の背面側となるように上記のプラスチックレンズをレーザー加工機にセットし、レンズ外周をレーザー加工機で切断して１９ｍｍ×１４ｍｍの矩形にレンズを切り出した。なお、その他の加工条件については以下の通りである。

レーザー加工機：三菱電機製炭酸ガスレーザー加工機（型番：ＭＬ２５１２ＨＶ−４０ＣＦ）、出力：６００Ｗ、ビーム送り量：４ｍ／ｍｉｎ、加工ガス圧力：０．０１ＭＰａ、デューティレシオ（duty ratio:全加工時間に対するビーム発生時間の比）:１００％
本実施例ではレンズを上記の形状に約２秒で切り出すことができた。なお、本実施例と同様の条件で機械加工でレンズを円形から矩形に切り出す場合、一般的に１分から２分程度の加工時間が必要となる。

また、保護被膜の剥離後においてレンズの光学面にはドロスの付着は認められなかった。さらに、レンズの切断面近傍にはレーザーによる加工変質層が発生するものの、加工変質層以外でのレンズの加工面精度はレーザー加工前の形状が維持されることも確認できた。
（実施形態の補足事項）
以上、本発明を上記の実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、スピンコートで円形のレンズ基材に樹脂をコーティングして樹脂層を形成した後、レンズの外周形状を非円形状に切断する光学素子の製造方法も本発明の技術的範囲に含まれる。

また、レンズに形成する樹脂層は回折格子に限定されることなく、例えばハードコート用の樹脂層などであってもよい。さらに、レンズを切断する形状は矩形に限定されるものではない。さらにまた、光学材料樹脂は紫外線硬化性樹脂に限定されることなく、例えば熱硬化性樹脂であってもよい。

本実施形態の光学素子の製造方法を示す概要図 本実施形態の光学素子の製造方法を示す概要図

符号の説明

１１、１４ 金型
１２、１５ 紫外線硬化型樹脂
１３ レンズ基材
１６ レンズ
１７ 保護被膜

Claims (5)

1. 透光性基材の表面に未硬化の光学材料樹脂を塗布し、該光学材料樹脂を硬化させて樹脂層を有する光学素子を形成する工程と、
   前記樹脂層の形成後に前記光学素子の外周部をレーザー加工で切断する切断工程と、を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記透光性基材は外周部が円形状であって、前記光学素子は切断工程により外周部が非円形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記切断工程前に前記光学素子のレーザー入射面の背面側に保護被膜を形成する工程と、前記切断工程の後に前記光学素子から前記保護被膜を除去する工程と、をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記保護被膜の熱変形温度が前記光学素子の熱変形温度よりも高いことを特徴とする請求項３に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記保護被膜がポリイミドまたはフッ素樹脂で形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光学素子の製造方法。
   

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