JP2909263B2

JP2909263B2 - 光学素子の成形方法

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Publication number: JP2909263B2
Application number: JP3166652A
Authority: JP
Inventors: 隆新井; 幸久馬場; 幸夫梅津
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JPH058231A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硝子部材の表面に、樹
脂層を一体的に形成するための光学素子の成形方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、硝子部材の表面に、樹脂材料
から成る薄い膜を成形加工することにより、硝子材料で
は加工しにくい非球面形状を有するレンズを形成する方
法が知られている。この様な方法により成形されたレン
ズは、一般的にレプリカレンズと呼ばれている。

【０００３】このレプリカレンズの成形に当たっては、
従来、図１１に示す様に、所望の非球面形状の成形面５
２ａを有する型部材５２の上に、この非球面形状に近い
曲率を有する球面形状に加工された硝子部材５０を載置
し、この硝子部材５０の表面５０ａと、型部材５２の成
形面５２ａとの間に規定される空間部５４に充填された
液体状の樹脂を硬化させることにより、所望の非球面形
状を有するレプリカレンズ５５を形成するという方法が
取られている。

【０００４】そして、この様な成形方法においては、通
常、硝子部材５０を型部材５２の上に載置する前に、型
部材５２の成形面５２ａの表面に、あらかじめ樹脂材料
を供給しておき、その後に、硝子部材５０を型部材５２
の上に載置するという方法が取られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法においては、硝子部材５０を型部材５２の上に載置
する時に、樹脂材料中に気泡が混入する恐れがあるとい
う問題点があった。このように樹脂材料中に気泡が混入
した状態で樹脂材料を硬化させた場合には、例え、光学
性能に影響がない程度であっても、目視で気泡が確認で
きる場合には、製品として出荷することが不可能にな
る。そのため、製造されたレプリカレンズの歩留りが悪
くなるという問題点があった。

【０００６】従って、本発明は上述の課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、硝子部材を
型部材上に載置する時に、樹脂材料に気泡が混入するこ
とを確実に防止し、光学素子の歩留りを向上させること
ができる様な光学素子の成形方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明の光学素子の成形方法は、
硝子部材の表面に、所定の表面形状を有する樹脂層を、
成形加工によって形成することにより、硝子材料と樹脂
材料とを一体化した光学素子を形成するための、光学素
子の成形方法において、前記樹脂層の表面に前記所定の
表面形状を転写するための成形面上に、前記樹脂材料を
供給する第１の工程と、前記硝子部材を、該硝子部材の
表面が前記成形面から所定距離だけ離れた第１の位置か
ら、前記硝子部材の表面が前記成形面上に供給された前
記樹脂材料に接する直前の第２の位置まで第１の速度で
移動させる第２の工程と、前記硝子部材を、前記第２の
位置から、前記硝子部材の表面が前記樹脂材料の上端部
に接する第３の位置まで、前記第１の速度に対して低速
な第１の低速で移動させる第３の工程と、前記硝子部材
を、前記第３の位置から、前記硝子部材が、該硝子部材
の表面を前記成形面から前記樹脂層の厚みを規定する距
離だけ離間させた状態で支持するための支持部上に接す
る第４の位置まで、前記第１の低速に対して高速で且つ
前記第１の速度に対して低速な第２の低速で移動させる
第４の工程とを具備することを特徴としている。

【０００８】また、この発明に係わる光学素子の成形方
法において、前記第４の工程は、前記硝子部材を前記第
３の位置に所定時間保持する第１のサブ工程と、前記硝
子部材を前記第３の位置から前記第４の位置まで移動さ
せる第２のサブ工程とを具備することを特徴としてい
る。

【０００９】

【作用】以上の様に、この発明に係わる光学素子の成形
方法は構成されているので、硝子部材を、その表面が成
形面から離れた位置から成形面上の樹脂材料に接触する
直前の位置までは高速で移動させ、硝子部材の表面が樹
脂材料に接する直前の位置から支持部上に接触するまで
低速で移動させることにより、樹脂材料に気泡が混入す
ることを防止することができ、光学素子の歩留りを確実
に向上させることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の好適な一実施例について、添
付図面を参照して詳細に説明する。図１は、一実施例の
光学素子の成形方法により、非球面レンズを成形する場
合に使用される成形装置の概略構造を示した図である。

【００１１】まず、成形装置の構成について説明する前
に、一実施例の光学素子の成形方法の概略内容について
説明する。この一実施例の光学素子の成形方法は、ガラ
ス材料の表面に、ガラス材料では、加工しにくいような
形状を形成するためのものであり、比較的加工し易い形
状に加工したガラス部材の表面に、樹脂材料から成る所
望の複雑な表面形状の樹脂層を形成するものである。例
としては、球面形状に加工した硝子部材の表面に、非球
面形状の樹脂の膜を成形し、ガラス材料と樹脂材料とを
組み合わせた非球面レンズを作成することがあげられ
る。すなわち、単レンズで収差を補正したレンズを提供
するためには、レンズの表面形状を非球面形状にする必
要があるが、ガラス材料を非球面形状に加工することは
容易ではなく、また、非球面形状に成形し易い樹脂を用
いたレンズでは、レンズのパワーを稼ぎにくいため、こ
の両者を組み合わせることにより、この両者の長所のみ
を生かそうとするものである。このようにして製造され
たレンズをレプリカレンズと呼ぶ。

【００１２】具体的には、図１に示す様に、表面を球面
状に加工された硝子部材３０の片面である接合面３０ａ
に、活性エネルギー線硬化型樹脂の薄い膜から成る樹脂
層３２を形成するものである。硝子部材３０は、その外
周部にフランジ状の胴付き部３０ｂを有しており、この
胴付き部３０ｂが、支持部材１４の上端面１４ｂに当接
した状態で、支持部材１４上に保持されている。この上
端面１４ｂは、樹脂材料の表面形状を形成するための、
型部材１２の成形面１２ｂのエッジ部から、高さｈだけ
突出している。この突出量ｈにより、樹脂層３２の厚み
が最も薄くなる部位においても所定の厚みを有する様に
規定される（成形面１２ｂが非球面形状であるため、樹
脂層の厚みは場所により異なる）。そして、型部材１２
の成形面１２ｂと、接合面３０ａとにより規定される空
間内に充填された液体状の樹脂材料に、活性エネルギー
線を照射することにより、この樹脂材料を硬化させ、レ
プリカレンズ３３を完成させる。

【００１３】以下、図１に基づいて、レプリカレンズを
成形加工するための装置の構成について説明する。参照
番号１０は、樹脂層３２を成形するための型部材１２
や、硝子部材３０を支持するための支持部材１４等を保
持するための基板を示しており、水平線に沿って延出す
る様に設けられている。この基板１０の上面には、型部
材１２、支持部材１４及び、型枠１６が支持されてお
り、基板１０の下面には、支持部材１４を、型部材１２
に対して相対的に移動させるためのエアシリンダ２０が
配設されている。

【００１４】詳しくは、基板１０の上面には、中心部に
鉛直上方に開口した円柱状の凹部１６ａを有する型枠１
６が固定されている。円柱状の凹部１６ａの内側には、
この凹部１６ａの内径よりも僅かに細い外径を有する、
円筒状の支持部材１４が挿入されている。すなわち、こ
の支持部材１４は、その外周面が凹部１６ａの内周面に
嵌合した状態で、型枠１６に対して軸方向に沿って（す
なわち、図中上下方向に沿って）スライド可能に嵌入さ
れている。また、この支持部材１４は、その下側端面１
４ａが、凹部１６ａの底面１６ｂに当接することによ
り、それ以上下方に移動することを阻止されている。

【００１５】支持部材１４の内側には、外径が支持部材
１４の内径よりもわずかに細くされた円柱状の型部材１
２が、さらに挿入されており、支持部材１４と型部材１
２とは、型部材１２の外周面と支持部材１４の内周面が
互いに摺動可能に嵌合した状態で、相対的にスライドす
ることが可能である。ここで、型部材１２は、その底面
１２ａを凹部１６ａの底面１６ｂに固定されているの
で、支持部材１４は、その内周面と外周面とを、それぞ
れ型部材１２の外周面と、型枠１６の内周面に案内され
た状態で、上下方向にスライド可能にされている。

【００１６】一方、基板１０の下側の面には、支持部材
１４を、型部材１２及び型枠１６に対して、上下方向に
移動させるためのエアシリンダ２０が固定されている。
エアシリンダ２０は、その上部にエアシリンダ本体２０
ａに対して相対的に移動するシリンダロッド２０ｂを有
しており、このシリンダロッド２０ｂの上面には、支持
部材１４に接続するための円柱状の連結部材２２が取り
つけられている。そして、これらのシリンダロッド２０
ｂ及び連結部材２２は、基板１０に穿設された透穴１０
ａを通して、基板１０の上側に配設された機構部材と連
結されている。

【００１７】連結２２の外周部には、フランジ部２２ａ
が形成されており、このフランジ部２２ａの上面の円周
上３か所には、接続ロッド２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ（２
４Ｃのみ不図示）が直立した状態で固定されている。こ
の接続ロッド２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの上端部は、型枠
１６の底部の３か所に穿設された透穴１６ｃ，１６ｄ，
１６ｅ（１６ｅのみ不図示）をそれぞれ通して、円柱状
凹部１６ａ内に進入し、支持部材１４の下側の端面１４
ａに接続されている。従って、エアシリンダ２０が作動
して、連結部材２２が上側に移動すると、接続ロッド２
４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを介して、支持部材１４が上方向
に押し上げられることとなる。

【００１８】支持部材１４がもっとも押し上げられた状
態を示した図が、図１であり、この状態では、支持部材
１４の上端面１４ｂは、型部材１２の上面である樹脂材
料の成形面１２ｂのエッジ部よりも突出量ｈだけ突出し
ている。ここで、型部材１２の成形面１２ｂは、レプリ
カレンズ３３の完成形状に要求される非球面形状に加工
されているので、この支持部材１４の上端面１４ｂ上に
硝子部材３０を載置した状態で、硝子部材３０の接合面
３０ａと成形面１２ｂとにより規定される空間内に充填
されている樹脂材料を硬化させることにより、硝子部材
３０の表面に、成形面１２ｂの非球面形状が転写された
樹脂層３２を形成することができる。

【００１９】このとき、図を見れば分かる様に、支持部
材１４の突出量ｈは、硝子部材３０上に形成される樹脂
層３２の厚みを規定するものであり、この突出量ｈを正
確に規定するために、連結部材２２の上面には当接面２
２ｂが形成されている。そして、この当接面２２ｂが型
枠１６の下面１６ｆに当接することにより、支持部材１
４の突出量ｈが規定される。ここで、突出量ｈの値は、
成形面１２ｂの非球面の度合いによって異なるが、樹脂
層３２が最も薄くなる位置で、この樹脂層３２の厚みが
例えば３０μｍよりも薄くならない程度の値に設定され
ている。

【００２０】なお、支持部材１４の上端部には、樹脂材
料のはみ出し分を収容するための逃げ部１４ｃが形成さ
れており、はみ出した樹脂材料が支持部材１４に付着す
ることを防止すると共に、硝子部材３０と、支持部材１
４の上端面１４ｂとの接触部分から樹脂材料がはみ出し
てバリが形成されることを防止する様にされている。ま
た、型枠１６の下面１６ｆと、連結部材２２のフランジ
部２２ａの上面の間には、接続ロッド２４Ａ，２４Ｂ，
２４Ｃの外周に緩く嵌合した状態で、圧縮バネ２６Ａ，
２６Ｂ，２６Ｃ（２６Ｃのみ不図示）が配置されてお
り、これにより、連結部材２２は、型枠１６の下面１６
ｆに対して押し下げられる方向に付勢されている。従っ
て、エアシリンダ２０の作動が解除されると、シリンダ
ロッド２０ｂ及び、連結部材２２は、これらの自重及
び、圧縮バネ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの付勢力により下
方に押し下げられ、支持部材１４は、型部材１２及び型
枠１６に対して、下側に移動する。これにより、支持部
材１４の上端面１４ｂは、型部材１２の成形面１２ｂと
同じ程度の高さまで下げられることとなり、支持部材１
４による硝子部材３０の支持状態が解除される。

【００２１】硝子部材３０の上方には、活性エネルギー
線を照射するための照射装置３４が配置されており、こ
の照射装置３４によって、活性エネルギー線を樹脂層３
２に照射することにより、樹脂層３２を硬化させること
ができる。この照射装置３４は、移動機構３６に支持さ
れており、必要に応じて硝子部材３０の光軸上から退避
できる様にされている。

【００２２】一方、硝子部材３０の上方には、照射装置
３４以外に、硝子部材３０の光軸上の位置と退避位置と
の間を移動可能とする移動機構３８に支持された、樹脂
材料の供給装置４０が配置されている。この供給装置４
０は、移動機構３８に保持された上下方向の昇降機構４
２と、この昇降機構４２に支持されたシリンジ４４と、
このシリンジ４４のピストンを駆動するための駆動装置
４６とを備えている。そして、この供給装置４０によ
り、型部材１２の成形面１２ｂに樹脂材料が所定量供給
される。

【００２３】さらに、その全体は図示しないが、型部材
１２上に硝子部材３０を供給するための吸着式ハンド４
７ａを備える供給ロボット４７（図３参照）が、型部材
１２に対して所定の位置に配置されている。次にこのよ
うに構成された成形装置において、レプリカレンズを成
形加工する手順について説明する。レプリカレンズ３３
の成形に当たっては、まず、型部材１２の成形面１２ｂ
に樹脂材料を供給しておく必要がある。図２は、この樹
脂材料の供給動作の手順を示した図である。

【００２４】まず、移動機構３８を作動させて供給装置
４０を、型部材１２に対して、そのシリンジ４４の先端
部が、成形面１２ｂの中央に来る様に位置決めする。こ
の状態を示したものが図２（ａ）である。この状態か
ら、図２（ｂ）に示す様に昇降機構４２を作動させて、
シリンジ４４を成形面１２ｂに近づける様に下降させて
いき、シリンジ４４の先端部が成形面１２ｂに接する直
前で停止させる。この状態で、図２（ｃ）に示す様に、
樹脂材料をシリンジ４４の先端部から少しずつ吐出させ
ていき、この吐出開始と同時または、吐出開始から所定
時間経過後に、シリンジ４４を、図２（ｄ）に示した様
にゆっくりと上昇させる。このシリンジ４４の上昇時に
おいても継続的に樹脂材料の吐出動作は続けられ、樹脂
材料の供給量が所定値に達したところで、吐出動作を終
了する。ただし、このときの樹脂材料の吐出速度及びシ
リンジ４４の上昇速度は、このシリンジ４４の上昇時
に、成形面１２ｂとシリンジ４４の先端部との間で、樹
脂材料が途切れない様な速度に設定される。その後シリ
ンジ４４が所定の高さに達したところで、昇降機構４２
の動作を停止させる。

【００２５】この樹脂材料の供給動作の一つの具体的な
例として、樹脂材料にウレタン変性アクリレート及びア
クリレートをモノマー成分とする紫外線硬化型樹脂を使
用し、直径１８ｍｍのガラスレンズの表面に中心部の厚
さ３０μｍ、最大厚さ６０μｍの非球面形状の樹脂層を
成形する場合（このときの樹脂材料の供給される体積
は、１４×１０^-3ｃｃである）について説明する。ま
ず、図２（ａ）において、シリンジ４４の先端部の成形
面１２ｂからの高さＨ１は１００ｍｍであり、この位置
から、シリンジ４４をＶ１＝１００ｍｍ／ｓの速度で下
降させ、シリンジ４４の先端部が、図２（ｂ）に示す様
に、成形面１２ｂから高さＨ２＝１．１ｍｍとなった位
置で停止させる。

【００２６】次に、図２（ｂ）に示した状態で、樹脂材
料を３．５×１０^-3ｃｃ／ｓの速度で、シリンジ４４か
ら吐出させ始め、図２（ｃ）に示した様にシリンジ４４
の先端から３．５×１０^-3ｃｃの樹脂材料が吐出され
て、この樹脂材料が成形面１２ｂに接触したところで、
シリンジ４４をゆっくりと上昇させ始める。このときの
上昇速度は、０．２ｍｍ／ｓである。このシリンジ４４
を上昇させている状態においても、図２（ｄ）に示す様
に樹脂材料の吐出動作は続けて行われ、樹脂材料の吐出
を開始してから４秒後には、樹脂材料の適正供給量であ
る１４×１０^-3ｃｃの吐出を終了する。このとき、シリ
ンジ４４の先端部は、成形面１２ｂから１．７ｍｍの高
さにあるが、この後も、シリンジ４４の上昇動作は続け
て行われ、シリンジ４４の先端部が成形面１２ｂから６
ｍｍとなった位置で停止する。その後、シリンジ４４
は、高速で上昇され、図２（ｃ）に示したように、図２
（ａ）に示した位置と同じ位置に戻り、樹脂材料の供給
の工程を終了する。

【００２７】樹脂材料の供給の工程を上記のようにする
ことにより、以下のような２つの効果が得られる。（１）樹脂材料を、成形面１２ｂの上方の高い位置から
落下させずに、樹脂材料を、その表面張力により玉状に
なった状態で、成形面１２ｂに接触させているので、樹
脂材料の落下のショックにより、樹脂材料に気泡が混入
することを防止できる。（２）成形面１２ｂに近い位置で、吐出を続けた場合に
は、樹脂材料の表面張力により、シリンジ４４の先端部
分を包み込む様に、樹脂材料の玉が形成されるため、シ
リンジ４４の先端部に樹脂材料が付着し、供給量が不正
確になる。これに対し、吐出につれてシリンジ４４の先
端部を上昇させた場合には、シリンジ４４の先端部に樹
脂材料が付着することがなくなり、樹脂材料の供給量を
正確に制御することができる。

【００２８】（１）に関していえば、この樹脂材料の供
給の工程の後の、硝子部材３０を支持部材１４上に載置
する工程においても、樹脂材料の中に気泡が混入するこ
とが考えられるので、それぞれの工程において、気泡が
混入しない様に管理することは極めて重要である。たと
え、光学性能に影響のない程度の気泡であっても、目視
で確認することができる様な気泡が混入した場合は、製
品として出荷することは不可能になるため、製品の歩留
りを向上させる上でも重要である。

【００２９】また、（２）に関しては、硝子部材３０の
接合面３０ａと成形面１２ｂとの間に充填される樹脂材
料の量が極めて微量であるため、この樹脂材料の量を精
密に一定量に制御することは重要である。その点上記の
ような方法をとることにより、供給する樹脂材料の体積
を、正確に一定量に制御することができる。ここで、例
えば、供給時に樹脂材料の重量を制御する様にした場合
には、重量が一定であっても、樹脂材料の体積は、温度
と湿度により大きく変化するため、接合面３０ａと成形
面１２ｂとの間に、隅々まで樹脂材料を行き渡らせ、且
つはみ出し量も多くならない様にするためには、温度及
び湿度を厳密に管理する必要がある。そのため、樹脂材
料の供給量は、体積で制御することがもっとも好まし
い。

【００３０】樹脂材料の供給が終了すると、移動機構３
８を作動させて、供給装置４０を、硝子部材３０の光軸
上から退避させる。そして、図１に示した様に、エアシ
リンダ２０を作動させて支持部材１４を上昇させ、支持
部材１４の上端面１４ｂが型部材１２の成形面１２ｂの
エッジ部から突出量ｈだけ突出した状態にする。この状
態で、支持部材１４の上端面１４ｂに、接合面３０ａに
樹脂層３２を剥離しにくくするためのカップリング剤を
コーティングした硝子部材３０を、その胴付き部３０ｂ
が当接する様に載置する。

【００３１】この硝子部材３０を支持部材１４上に載置
する工程は、樹脂材料中に気泡が混入しない様に、慎重
に行う必要がある。図３は、樹脂材料中に気泡が混入し
ない様にするための硝子部材３０の載置手順を示した図
である。まず、硝子部材３０を吸着ハンド４７ａに吸着
した状態で、供給ロボット４７により、型部材１２の上
方において、硝子部材３０の光軸が型部材１２の中心軸
に一致する様に位置決めする。この状態を示したものが
図３（ａ）である。この状態から図３（ｂ）に示す様に
供給ロボット４７を作動させて、硝子部材３０を成形面
１２ｂに近づける様に高速で下降させていき、硝子部材
３０の接合面３０ａの中心部が成形面１２ｂ上に既に供
給されている樹脂材料に接する直前で停止させる。

【００３２】次にこの状態から、供給ロボット４７を再
び作動させて硝子部材３０の接合面３０ａの中心部が成
形面１２ｂ上の樹脂材料に接するまで第１の低速で下降
させ、接したところで再び停止させる。この接合面３０
ａの中心部が樹脂材料に接した状態を示したものが図３
（ｃ）であり、この位置で硝子部材３０を所定時間保持
する。このように硝子部材３０を樹脂材料に接した状態
で保持することにより、樹脂材料と接合面３０ａとの接
触面積は、図３（ｄ）に示した様に、徐々に広がってい
く。

【００３３】樹脂材料と接合面３０ａとの接触面積が十
分広がったところで、再び供給ロボット４７を作動さ
せ、今度は、第１の低速よりも若干速い第２の低速で硝
子部材３０を下降させる。そして、硝子部材３０の胴付
き部３０ｂが支持部材１４の上端面１４ｂに接触したと
ころで供給ロボット４７を停止させる。この硝子部材３
０の支持部材１４上への載置動作の一つの具体的な例と
して、前記の樹脂材料の供給動作のところで述べた条件
と同様に、樹脂材料にウレタン変性アクリレート及びア
クリレートをモノマー成分とする紫外線硬化型樹脂（粘
度は約２５００ｃｐｓ）を使用し、直径１８ｍｍの硝子
レンズの表面に中心部の厚さ３０μｍ、最大厚さ６０μ
ｍの非球面形状の樹脂層を形成する場合について説明す
る。

【００３４】まず、図３（ａ）において、型部材１２の
成形面１２ｂの表面には、前述した様に、既に樹脂材料
が１４×１０^-3ｃｃだけ供給されている。図３（ａ）に
おいて、硝子部材３０の成形面１２ｂからの高さＨ１′
は、約１００ｍｍであり、この位置から硝子部材３０を
Ｖ３＝１０ｍｍ／ｓの速度で下降させ、図３（ｂ）に示
す様に、硝子部材３０の接合面３０ａの中央部が、樹脂
材料に接触する直前で停止させる。この時、硝子部材３
０が下降し始めてから樹脂材料に接するまでの時間Ｔ
は、成形面１２ｂ上での樹脂材料の表面張力による滴の
高さをＨ２′とすれば、略Ｔ＝（Ｈ１′−Ｈ２′）／Ｖ
３となる。樹脂材料の滴の高さＨ２′は、樹脂材料の表
面張力及び成形面１２ｂの濡れ性等の性質により決定さ
れるものであるが、この高さＨ２′の値は、これらの物
性値をもとにした計算、あるいは実験等により既に確認
されている。そのため、硝子部材３０が樹脂材料に接す
るまでの時間Ｔを計算することができるので、硝子部材
３０の下降は、この硝子部材３０の下降動作を始めてか
らの経過時間がＴになる直前で停止される。

【００３５】次に、図３（ｂ）に示した状態から、第１
の低速であるＶ４＝０．１ｍｍ／ｓの速度で硝子部材３
０を下降させ、図３（ｃ）に示した様に、接合面３０ａ
の中央部が樹脂材料に接したところで停止させる。この
時の停止タイミングも硝子部材３０を下降させ始めてか
らの時間を測定することにより決定される。硝子部材３
０の接合面３０ａが樹脂材料に接した位置で、この硝子
部材３０を約１秒間保持する。この約１秒間の間に、樹
脂材料と接合面３０ａとの接触面積は、図３（ｃ）に示
した状態から次第に広がっていき、図３（ｄ）に示した
様な状態となる。

【００３６】次に、図３（ｄ）に示した状態になった後
に、再び硝子部材３０を、第２の低速であるＶ５＝０．
５ｍｍ／ｓで下降させる。ここで、第２の低速であるＶ
５を第１の低速であるＶ４よりも速くするのは、硝子部
材３０が樹脂材料に衝突する瞬間が、樹脂材料に最も気
泡が混入し易く、その後は、この衝突の瞬間に比較すれ
ば気泡が混入しにくいので、後半の下降速度を上げて生
産性の向上を図るためである。そして、硝子部材３０の
下降動作を続けて行わせ、図３（ｅ）に示した様に、硝
子部材３０が支持部材１４に接したところで下降動作を
停止させ、硝子部材３０の支持部材１４上への載置動作
を終了する。

【００３７】硝子部材３０の載置工程を上記の様に行う
ことにより以下の様な効果が得られる。まず、レプリカ
レンズの性能に影響を与える様な要素を含んでいない最
初の下降工程を高速で行わせることにより、載置工程に
かかる時間を短縮することができる。そして、硝子部材
３０が樹脂材料に接触する瞬間、すなわち、樹脂材料に
気泡が最も混入し易い瞬間に硝子部材３０の下降速度を
極めて遅くすることにより、樹脂材料への気泡の混入を
確実に防止することができる。また、硝子部材３０が樹
脂材料に僅かに接触した状態で、所定時間放置すること
により、樹脂材料と硝子部材３０との接触面積が広がっ
ていき、この後の硝子部材３０の下降工程での気泡の混
入の可能性をさらに低下させることができる。さらに、
この後の下降工程での下降速度を若干速くすることによ
り、やはり、載置工程にかかる時間を短縮することがで
きる。

【００３８】そして、上記の一例で示した条件で、硝子
部材３０を支持部材１４上に載置した場合には、樹脂材
料中に目視で確認できる様な気泡が混入する確率は約１
％であった。すなわち上記の条件で硝子部材３０の載置
を行った場合には、レプリカレンズの良品率は９９％と
なり、レプリカレンズの歩留りを確実に向上させること
ができることが確認された。

【００３９】なお、上記の樹脂材料の供給工程及び硝子
部材の載置工程において、樹脂材料が接合面３０ａと型
部材１２の成形面１２ｂとの間の空間の隅々まで行き渡
り、且つ、はみ出しが全くない様にすることは、実際に
は不可能である。そのため、必ず成形面１２ｂのエッジ
から少量の樹脂材料がはみ出すことになる。そして、こ
のはみ出した樹脂材料が硝子部材３０の胴付き部３０ｂ
に付着した場合には、完成したレプリカレンズ３３を鏡
筒に組み込む時に鏡筒の光軸に対して、このレプリカレ
ンズ３３が傾いて取りつけられることになり、光学性能
を低下させることとなる。そのため、このはみ出した樹
脂材料が胴付き部３０ｂに付着しない様に、硝子部材３
０には、光線有効径Ｄの外側と胴付き部３０ｂとの間
に、樹脂材料のはみ出し部３０ｃが設けられている（図
６参照）。

【００４０】このはみ出し部３０ｃは、硝子部材３０の
接合面３０ａの延長面よりも、上方に向かって急な斜面
を形成する様に硝子部材３０を削り込んだものである。
はみ出した樹脂材料は、重力に従って、下方に移動しよ
うとするため、このようにはみ出し部３０ｃを上側に向
かう急な斜面とすることにより、樹脂材料が胴付き部３
０ｂにまで回り込むことを防ぐことができる。

【００４１】また、支持部材１４の上端部にも、逃げ部
１４ｃが形成されており、はみ出した樹脂材料が支持部
材１４に付着することを防止する様にされている。硝子
部材３０を、支持部材１４上に載置する作業が終了する
と、次に、移動機構３６を作動させて、照射装置３４を
硝子部材３０の光軸上に移動させる。そして、硝子部材
３０を通して、活性エネルギー線としての紫外線を樹脂
層３２に照射する。この照射により、樹脂層３２は硬化
を始める。

【００４２】ここで、紫外線硬化型の樹脂に限らず、接
着剤の類は、その硬化時に、一般的に、その体積が収縮
する。そのため、樹脂層３２が完全に硬化するまで、支
持部材１４により硝子部材３０を保持していた場合に
は、この樹脂層３２の収縮により、樹脂層３２と硝子部
材３０の接合面３０ａとの間、または成形面１２ｂとの
間に剥離が生ずることがある。これを解決するために、
一実施例においては、樹脂層３２が硝子部材３０を保持
できる程度の硬度まで硬化した状態で、図４に示す様
に、支持部材１４の支持状態を解除する様にしている。
この様にすれば、硝子部材３０が、樹脂層３２の収縮に
つれて移動することができるので、剥離現象を防止する
ことができる。

【００４３】これを一つの具体的な例について説明する
と、樹脂材料として、前述したウレタン変性アクリレー
ト及びアクリレートをモノマー成分とする紫外線硬化型
の樹脂を使用した場合には、まず、照射装置３４内の蛍
光ランプにより、樹脂層３２に対して中心波長３６５ｎ
ｍの紫外線を、３０ｍＷ／ｃｍ²の照射強度で３０秒間
照射する。この１段目の照射による１ｃｍ² あたりの照
射エネルギー量は３０ｍＷ×３０ｓｅｃ＝９００ｍＷｓ
＝９００ｍＪであり、このときの樹脂材料の重合度は、
図４の照射エネルギーと重合度の関係を示すグラフ上に
白丸で示した様に、約７０％である。重合度が約７０％
になった状態では、樹脂層は、支持部材１４による硝子
部材３０の支持を解除しても、もはや硝子部材３０と、
成形面１２ｂの芯ずれが起こらない程度の硬度に達して
いる。ただし、この状態でも、外部から力を加えれば、
硝子部材３０を型部材１２に対して移動させることは可
能である。

【００４４】そして、この１段目の照射が終了したとこ
ろで、図４に示した様にエアシリンダ２０の作動を解除
し、支持部材１４による硝子部材３０の支持状態を解除
する。この後、照射装置３４内のもう一つの光源である
高圧水銀キセノンランプにより、樹脂層３２に対して、
同じく中心波長３６５ｎｍの紫外線を、１００ｍＷ／ｃ
ｍ² の照射強度で６０秒間照射する。この２段目の照射
による１ｃｍ² あたりの照射エネルギー量は１００ｍＷ
×６０ｓｅｃ＝６０００ｍＪであり、１段目の照射エネ
ルギー量とのトータルでは、照射エネルギー量は、６９
００ｍＪとなる。この照射エネルギー量に対応する重合
度は、図５に黒丸で示した様に、９６％程度であり、略
完全な硬化状態となっている。

【００４５】なお、上記の例では、１段目の照射によ
り、樹脂材料の重合度が７０％となる様に、照射強度及
び照射時間を設定しているが、この重合度の設定値は７
０％に限られるものではなく、実際には、５０％〜９０
％の範囲で設定すれば同様の効果を得ることができる。
そして、この様に樹脂層３２の硬化が完了したレプリカ
レンズ３３を、型部材１２から離型し、上下の面に所定
のコーティング（例えば反射防止コーティング）を施し
てレプリカレンズ３３が完成する。このレプリカレンズ
３３の完成形状を示した図が図６である。

【００４６】次に、このレプリカレンズ３３を取りつけ
るレンズ鏡筒の例を示した図が、図７である。図７にお
いて、レンズ鏡筒４０には、前述したレプリカレンズ３
３の胴付き部３０ｂに当接して、このレプリカレンズ３
３の中心位置と、光軸に沿う方向の位置を規定するため
の位置決め部４０ａが設けられている。また、レプリカ
レンズ３３の樹脂のはみ出し部３０ｃにはみ出した樹脂
材料を収容するための逃げ部４０ｂが形成されている。
そして、レンズ鏡筒４０の入射側、すなわちレプリカレ
ンズ３３の前方には、入射光線の有効径よりも僅かに大
きい内径を有し、この樹脂のはみ出し部３０ｃの部分に
光線が入射することを防止するための遮光部４０ｃが設
けられている。

【００４７】この様に、レンズ鏡筒４０に、樹脂材料の
はみ出し分を収容するための逃げ部４０ｂを設け、さら
に光線入射側の前方に遮光部４０ｃを設けることによ
り、レプリカレンズ３３をレンズ鏡筒４０に対して正確
に位置決めすることができると共に、不規則な表面形状
をしている樹脂材料のはみ出し部に光線が入射すること
により生ずる、光線の好ましくない乱反射や、光線の不
規則な屈折を防止して、画質の劣化を防止することがで
きる。

【００４８】なお、上記の実施例においては、凸面を有
するレプリカレンズを成形する場合について説明した
が、一実施例の光学素子の成形方法は、凹面を有するレ
プリカレンズを成形する場合についても全く同様に適用
可能である。図８は、凹面を有するレプリカレンズ３３
を成形する場合の成形装置を示したものであるが、これ
は、図１に示した成形装置において、型部材１２を、凹
面に対応した型部材に置き換えたのみで、その他の構成
及びその成形動作は、図１に示した成形装置と全く同様
である。

【００４９】また、図９は、凹面を有するレプリカレン
ズ３３の完成形状を示したものであり、凸面を有するも
のと同様に、胴付き部及び樹脂材料の逃げ部を有してい
る。また、図１０は、凹面を有するレプリカレンズ３３
を取りつけるレンズ鏡筒を示した図であり、図７に示し
たレンズ鏡筒４０と全く同様に、レプリカレンズ３３の
位置決め部、はみ出した樹脂を収容するための逃げ部、
及び樹脂のはみ出し部に光線が入射することを防止する
ための遮光部を有している。

【００５０】なお、本発明は、その主旨を逸脱しない範
囲で、上記実施例を修正または変形したものに適用可能
である。例えば、上記実施例では、活性エネルギー線硬
化型の樹脂として、紫外線硬化型の樹脂を用いる場合に
ついて説明したが、これに限定されることなく、Ｘ線硬
化型の樹脂や、赤外線硬化型の樹脂を使用しても良い。

【００５１】また、樹脂材料の型部材への供給時の、吐
出速度、シリンジの移動速度等の条件、及び硝子部材の
下降速度等の条件、及び紫外線照射時の照射強度、照射
時間等の条件に関しては、上記実施例で示したものは、
１つの好適な例であり、本発明は、上記の実施例に示し
た条件に限定されるものではない。また、硝子部材が樹
脂材料に接したところで一旦停止させる様に説明した
が、停止させずに連続的に下降させる様にしてもよい
し、また、低速で下降させる時の速度を変化させずに一
定の低速で下降させる様にしてもよい。この様にした場
合でも、硝子部材と樹脂材料との接触の瞬間の速度が十
分に遅ければ、樹脂材料中への気泡の混入を防止するこ
とができる。

【００５２】また、レプリカレンズを形成する場合につ
いて説明したが、本発明は、硝子材料の表面に樹脂層を
形成するものであれば、他の種類の光学素子にも同様に
適用可能である。また、支持部材を上下させるために、
エアシリンダーとバネを用いる場合について説明した
が、これらを、ボールネジと、ステッピングモータ、あ
るいはＤＣサーボモータ等を組み合わせた様な昇降機構
で置き換えても良いことは言うまでもない。また、型部
材を固定して、支持部材を型部材に対して上下させる様
に説明したが、逆に支持部材を固定して型部材を上下さ
せる様にしても良い。

【００５３】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の光学素子の
成形方法によれば、硝子部材を、その表面が成形面から
離れた位置から成形面上の樹脂材料に接触する直前の位
置までは高速で移動させ、硝子部材の表面が樹脂材料に
接する直前の位置から支持部上に接触するまで低速で移
動させることにより、樹脂材料に気泡が混入することを
防止することができ、光学素子の歩留りを確実に向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の光学素子の成形装置の構成を示した
図である。

【図２】樹脂材料の供給動作の手順を示した図である。

【図３】硝子部材の載置動作の手順を示した図である。

【図４】図１に示した成形装置の支持部材を解除した状
態を示した図である。

【図５】照射エネルギー量と重合度の関係を示した図で
ある。

【図６】凸面を有するレプリカレンズの完成形状を示し
た図である。

【図７】図５のレプリカレンズを取りつけるレンズ鏡筒
の例を示した図である。

【図８】凹面を有するレプリカレンズの成形装置の構成
を示した図である。

【図９】凹面を有するレプリカレンズの完成形状を示し
た図である。

【図１０】図９のレプリカレンズを取りつけるレンズ鏡
筒の例を示した図である。

【図１１】従来例を示した図である。

【符号の説明】

１０基板１２型部材１４支持部材１６型枠２０エアシリンダ２２連結部材２４連結ロッド２６圧縮バネ３０硝子部材３２樹脂層３３レプリカレンズ３４照射装置３６移動機構３８移動機構４０供給装置４２昇降機構４４シリンジ４６駆動装置４７供給ロボット

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 39/00 - 39/44 C03B 11/00 - 11/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】硝子部材の表面に、所定の表面形状を有
する樹脂層を、成形加工によって形成することにより、
硝子材料と樹脂材料とを一体化した光学素子を形成する
ための、光学素子の成形方法において、前記樹脂層の表面に前記所定の表面形状を転写するため
の成形面上に、前記樹脂材料を供給する第１の工程と、前記硝子部材を、該硝子部材の表面が前記成形面から所
定距離だけ離れた第１の位置から、前記硝子部材の表面
が前記成形面上に供給された前記樹脂材料に接する直前
の第２の位置まで第１の速度で移動させる第２の工程
と、前記硝子部材を、前記第２の位置から、前記硝子部材の
表面が前記樹脂材料の上端部に接する第３の位置まで、
前記第１の速度に対して低速な第１の低速で移動させる
第３の工程と、前記硝子部材を、前記第３の位置から、前記硝子部材
が、該硝子部材の表面を前記成形面から前記樹脂層の厚
みを規定する距離だけ離間させた状態で支持するための
支持部上に接する第４の位置まで、前記第１の低速に対
して高速で且つ前記第１の速度に対して低速な第２の低
速で移動させる第４の工程とを具備することを特徴とす
る光学素子の成形方法。
【請求項２】前記第４の工程は、前記硝子部材を前記
第３の位置に所定時間保持する第１のサブ工程と、前記
硝子部材を前記第３の位置から前記第４の位置まで移動
させる第２のサブ工程とを具備することを特徴とする請
求項１に記載の光学素子の成形方法。