JP2009040642A - 光学素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス成形によって製造される光学素子において、非光学有効部の稜線部付近で割れ等の不良を発生させることなく迷光防止用の黒塗りの被膜を簡単に形成する。
【解決手段】下型１、胴型３等を含むプレス成形型を用いて成形される光学素子１０の外周部の非光学有効部１２に、迷光防止用の黒塗りを施す。黒色塗料の塗布を簡単にするために、例えばＲａ＝０．１μｍ以上の表面粗さを下型１や胴型３の金型面によって非光学有効部１２に転写する。稜線部１３においては、表面粗さが大きいと割れ等の不良が発生するため、稜線部１３を挟む２つの非光学有効部形成面１４の表面粗さが稜線部１３に向かって小さくなるように表面粗さの分布を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、金型を用いたプレス成形により製造されるレンズ等の高精度な光学素子及びその製造方法に関するものである。

近年、光学素子のさらなる高性能化が進められてきている。そのため、画像にゴーストやフレアを生じさせ、画質低下の原因の一つとなる迷光（結像に関与する光束以外の光）の防止が強く求められている。

なかでも、光学素子を組み合わせて構成される光学系においては、組み込まれる光学素子の周辺部等に乱反射して生ずる迷光が発生し易い。これに対する対策として、従来においては、例えば、レンズの外周部を芯取り加工する際に、これら外周部に生じる荒ずり面に、迷光を吸収する黒色の塗料等を塗布する等の方法が採られてきた。

例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３では、レンズやプリズムの周辺部に、墨やガラス用の黒色塗料といった、迷光を吸収して内面反射を防止するための塗料を塗布することにより、迷光を回避する提案がなされている。

一方、近年において、上記のような芯取り加工を省略し、簡単かつ安価にレンズを製造するため、プレス成形により光学素子を成形する方法が開発されてきた。例えば、特許文献４に開示されたように、金型を用いてガラス素材（光学材料）をプレス成形する光学素子の成形方法が開発されてきた。

これは、図６に示すように、上型１１１、下型１１２及び円周上の胴型１１３と接触するようにガラス素材Ｗを充填させ、プレス成形により上記金型内で光学素子を成形する。

特開平３−１２６０２号公報 特開平５−１８１００５号公報 特開平９−２５８００５号公報 特開平７−２４７１２８号公報

上記従来例による黒色塗料等を塗布するものでは、レンズ等の外周部の荒ずり面に黒色塗料を塗布することで、迷光の防止を図ることができる。しかし、特許文献４に開示されたように、成形品を上型、下型及び胴型内面と接触させて、プレス成形するものにおいては、側面部が荒ずり面にならないため、黒色塗料を塗布する上で不都合が生じる。すなわち、光学素子の外周側面部に荒ずり面が形成されないため、この側面部に黒色塗料を塗布した際に塗料がなじみにくく、多数回塗りを重ねても内面反射防止性能を得るように塗布することが困難となる。

このため、金型の成形面外周部をあらかじめ、荒ずりの状態に処理しておき、それを転写させて外周部に荒ずり面をもつ光学素子を成形しようとする試みも行われたが、光学素子の稜線部付近で割れ等の不良が発生しやすくなってしまうという問題があった。

本発明は、成形品における稜線部付近の割れ等の不良発生を防ぎつつ、光学素子の非光学有効部による迷光を抑制する反射防止性能を向上させた光学素子及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の光学素子は、金型を用いて光学材料をプレス成形することによって得られた光学有効部及び少なくとも１つの稜線部を備えた非光学有効部と、前記非光学有効部に施された黒塗りの被膜と、を有し、プレス成形された前記非光学有効部の表面粗さは、前記稜線部に近接する領域において、前記稜線部に向けて小さくなることを特徴とする。

また「黒塗りの被膜」とは内面反射を30％以上、100％以下に抑制させるための被膜であって、一般的に黒色塗料が用いられるが、これに限定されるものではない。

本発明の光学素子の製造方法は、光学材料を金型に充填してプレス成形し、光学有効部及び少なくとも１つの稜線部を備えた非光学有効部を有する光学素子を形成する工程と、前記非光学有効部に黒塗りの被膜を施す工程と、を有し、プレス成形された前記光学素子の前記非光学有効部の表面粗さは、前記稜線部に近接する領域において、前記稜線部に向けて小さくなることを特徴とする。

プレス成形される光学素子の非光学有効部における稜線部付近の表面粗さを小さくすることで、割れ等の不良発生を防ぐ。非光学有効部の残りの領域では、迷光を抑制する黒色塗料等の塗布を簡便にするための荒ずりの表面状態となるようにプレス成形を行う。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、実施例１による光学素子の製造方法に用いるプレス成形型（金型）の構成を示す。この金型は、レンズ成形用の下型１、レンズ成形用の上型２と、胴型３と、を備え、プレス成形される光学材料であるガラス素材Ｗは下型１に載置（充填）される。

胴型３は、下型１と上型２の位置を規制し、支持するとともに、下型１及び上型２を加熱するためのヒーターを内部に備えている。

図２の（ａ）は、図１の円Ａ１で示す部位を拡大して示す。胴型３の内側表面（金型面）３ａの表面粗さ（Ｒａ）は、Ｒａ＝０．５μｍから、同図の（ｂ）に示す成形品である光学素子（レンズ）１０の光学有効部１１の外周部に配置される非光学有効部１２の少なくとも１つの稜線部１３を転写する部位３ｂに向けて小さくなる。例えば、稜線部１３を挟む２つの非光学有効部形成面１４のうちの一方を転写する胴型３の内側表面３ａにおいて、稜線部１３を転写する部位３ｂから幅１ｍｍの範囲（領域）はＲａ＝０．１μｍ、残りの領域はＲａ＝０．５μｍである。

下型１は、光学素子１０の稜線部１３を形成する２つの非光学有効部形成面１４のうちの他方を転写するための金型面であるフラット部１ａを有する。フラット部１ａについても上記と同様に表面粗さはＲａ＝０．５μｍから、稜線部１３を転写する部位１ｂに向けて表面粗さが小さくなるように構成され、稜線部１３から幅１ｍｍの範囲（領域）はＲａ＝０．１μｍである。ガラス素材Ｗは、胴型３の内側表面３ａと、下型１のフラット部１ａを転写することによってレンズのコバ部である非光学有効部１２が製品形状に成形される。

次に、ガラス素材Ｗのプレス成形によって光学素子１０を製造する方法について説明する。

まず、胴型３と、下型１及び上型２と、ガラス素材Ｗが、胴型３に設けられたヒーターによって成形に必要な温度まで加熱される。

つぎに、上型２に図示されないプレス軸より荷重を加え、ガラス素材Ｗをプレス成形する。

ガラス素材Ｗに上型２と下型１と胴型３の金型面を転写し、室温まで冷却して成形を完了させる。

図２の（ｂ）に示すように、成形された光学素子１０は、光学有効部１１及びレンズのコバ部である非光学有効部１２を有し、２つの非光学有効部形成面１４のうちの一方はレンズ側面部、他方はレンズフラット部である。

成形された光学素子１０の２つの非光学有効部形成面１４には、それぞれ胴型３の内側表面３ａと、下型１のフラット部１ａが正確に転写される。転写された非光学有効部１２の表面粗さは、稜線部１３に近接する領域において、Ｒａ＝０．５μｍから稜線部１３に向けて表面粗さが小さくなるよう形成されており、稜線部１３から幅１ｍｍの範囲はＲａ＝０．１μｍであった。

以上のようにして成形されたレンズのコバ部には、割れ等の不良は発生しなかった。またコバ部の側面部及びレンズフラットにおいて、黒色塗料を稜線部まで良好に塗布して、黒塗りの被膜を施すことが可能であった。この光学素子をレンズユニットに組み込み、その性能を評価したところ、ゴースト、フレアー等の不具合がなく、外観形状も問題ない良品であることが確認できた。

本実施例においては、実施例１の型構造の一部を変更し、凹メニス形状を成形する型構造に変更した点だけが実施例１と異なり、他は実施例１と同様であるから、重複する部分の説明は省略する。

図３は、本実施例における光学素子の製造に用いるプレス成形型（金型）の構成を示す。

実施例１の上型２の代わりに上駒４を用いる。上駒４は下型１と同様に非光学有効部分にフラット部４ａを有する。

図４の（ａ）は、図３の円Ａ２で示す部位を示す。胴型３の内側表面３ａには、表面粗さＲａ＝０．５μｍから図４の（ｂ）に示す光学素子２０の稜線部２３を転写する部位３ｂに向けて表面粗さが小さくなる表面形状が形成されており、稜線部２３を転写する部位３ｂから幅１ｍｍの範囲はＲａ＝０．１μｍである。

上駒４のフラット部４ａの表面粗さは、稜線部２３を転写する部位４ｂに向けて２段階に表面粗さが小さくなるよう構成され、稜線部２３を転写する部位４ｂから幅０．５ｍｍ以内の範囲はＲａ＝０．０５μｍ、０．５ｍｍ以上の範囲はＲａ＝０．５μｍである。このような構成により、側面やフラット面を含むレンズの全ての表面形状が製品形状に成形される。

この装置を用いて実施例１と同様にプレス成形を行った。得られた光学素子２０は、金型面に形成した表面粗さを転写しており、また稜線部２３においても割れ等の不良の発生はなかった。さらにレンズのコバ部である非光学有効部形成面２４に黒色塗料を塗布して黒塗りの被膜２５を形成した。稜線部２３を含めて黒色塗料を良好に塗布することが可能であった。この光学素子を実施例１と同様に評価したところ、良品であることが確認できた。

（比較例）
本比較例においては、実施例１の型構造の表面粗さを変更した点だけが異なり、他は実施例１と同様である。

図１の装置において、胴型３の内側表面３ａ及び下型１のフラット部１ａの表面粗さが異なる型を５種類準備した。

胴型の内側表面の表面粗さはそれぞれ次のようである。ケース１はＲａ＝１．１μｍから稜線部に向けて表面粗さが小さくなるよう構成されており、稜線部から幅１ｍｍの範囲はＲａ＝０．５μｍである。ケース２はＲａ＝３μｍから稜線部に向けて表面粗さが小さくなるよう構成されており、稜線部から幅１ｍｍの範囲はＲａ＝０．５μｍである。ケース３はＲａ＝０．５μｍから稜線部に向けて表面粗さが小さくなるよう構成されており、稜線部から幅１ｍｍの範囲はＲａ＝０．００９μｍである。ケース４はＲａ＝０．９μｍから稜線部に向けて表面粗さが小さくなるよう構成されており、稜線部から幅１ｍｍの範囲はＲａ＝０．６μｍである。ケース５はＲａ＝０．０９μｍから稜線部に向けて表面粗さが小さくなるよう構成されており、稜線部から幅１ｍｍの範囲はＲａ＝０．０５μｍである。

また下型は非光学有効部分にフラット部を有する。フラット部についてもケース１〜５と同様の表面粗さが形成されている。

次に、実施例１を含めてケース１〜５によるプレス成形を行い、成形品の評価を行った結果を図５の表に示す。判定は得られた成形品である光学素子が良品である場合を○、不良である場合を×、良品ではあるが注意が必要な場合を△とした。ケース１〜３より０．０１μｍ≦Ｒａ≦１μｍであれば成形品が良品として得られることがわかる。

また、ケース４、５より表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ≦Ｒａ≦０．５μｍの範囲を含めば成形品が良品となる可能性が上昇することがわかる。さらに、稜線部から幅１ｍｍの領域は、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下であるのが望ましいことがわかる。

実施例１による光学素子の製造に用いるプレス成形型の構成を示す図である。 プレス成形型の主要部と成形品である光学素子を示すもので、（ａ）は、図１の装置の円Ａ１で示す部位を拡大して示す部分拡大図、（ｂ）は光学素子を示す模式図である。 実施例２による光学素子の製造に用いるプレス成形型の構成を示す図である。 プレス成形型の主要部と成形品である光学素子を示すもので、（ａ）は、図３の装置の円Ａ２で示す部位を拡大して示す部分拡大図、（ｂ）は光学素子を示す模式図である。 実施例１と比較例によるプレス成形の判定結果を示す表である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１ 下型
２ 上型
３ 胴型
４ 上駒
１０、２０ 光学素子
１１、２１ 光学有効部
１２、２２ 非光学有効部
１３、２３ 稜線部
１４、２４ 非光学有効部形成面
２５ 被膜

Claims (4)

1. 金型を用いて光学材料をプレス成形することによって得られた光学有効部及び少なくとも１つの稜線部を備えた非光学有効部と、
   前記非光学有効部に施された黒塗りの被膜と、を有し、
   プレス成形された前記非光学有効部の表面粗さは、前記稜線部に近接する領域において、前記稜線部に向けて小さくなることを特徴とする光学素子。
2. 前記稜線部から幅１ｍｍの領域における表面粗さ（Ｒａ）は、０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 前記非光学有効部の表面粗さ（Ｒａ）は、０．０１μｍ≦Ｒａ≦１μｍであることを特徴とする請求項２記載の光学素子。
4. 光学材料を金型に充填してプレス成形し、光学有効部及び少なくとも１つの稜線部を備えた非光学有効部を有する光学素子を形成する工程と、
   前記非光学有効部に黒塗りの被膜を施す工程と、を有し、
   プレス成形された前記光学素子の前記非光学有効部の表面粗さは、前記稜線部に近接する領域において、前記稜線部に向けて小さくなることを特徴とする光学素子の製造方法。

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