JP3802665B2 - 複合型光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子基材表面上に樹脂層を形成した複合型光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学素子基材表面上に樹脂層を形成した複合型光学素子の製造方法については、「複合型光学素子の製造方法およびその製造装置」として、特開平４−７８５０５号公報所載の技術が開示されている。この技術は、複合型光学素子の製造プロセス中における光学素子基材（以下、基材という）へのエネルギー硬化型樹脂（以下、樹脂という）の供給を、基材の成形面（樹脂層を形成する面）の中心の１点に対して連続的に行うものである。従って、基材の成形面上に供給された樹脂は、基材の光軸（基材の成形面の曲率中心と基材の非成形面（樹脂層を形成しない面）の曲率中心を結ぶ軸心）に対して、回転対称形状に押し拡げられる。この状況を図１９および図２０を用いて詳しく説明する。
【０００３】
図１９に示すように、樹脂１１０が吐出された基材１２０を基材受台１３２上にセットした後、シリンダ１３３を作動して、シリンダロッド１３４を下降させる。これにより金型１３５が下降して基材１２０に接近するが、この接近はマイクロメータヘッド１３７のヘッド部１３８がベース１３１上面に当接することにより停止する。この停止状態では、金型１３５と樹脂１１０とは１ｍｍ以下の間隔を有した非接触状態となっている。この停止後、パルスモータ１３９が駆動してマイクロメータヘッド１３７のヘッド部１３８を縮めて、シリンダ１３３と共に金型１３５を下降させる。この下降により金型１３５の成形面が基材１２０に接近しながら樹脂１１０を押圧して、樹脂１１０を基材１２０に沿って押し拡げる。かかる金型１３５の基材１２０への接近速度は、金型１３５による樹脂１１０の押し拡げが緩速度となるように設定されるものであり、例えば０．０７ｍｍ／ｓの緩やかな接近速度となるようにパルスモータ１３９の回転数が制御される。
【０００４】
図２０（ａ）〜（ｃ）はこの金型１３５の緩速度によって樹脂１１０が押し拡げられる過程を示し、押し拡げが進行するに従って、不均一な拡がり部分１０７が生じるが（同図（ｂ））、押し拡がり速度が遅いため、この不均一な拡がり部分１０７が矯正され、これにより気泡混入のない押し拡げを行うこができる。このようにして、気泡混入のない押し拡げにより樹脂厚が所定の厚さになると、パルスモータ１３９の駆動を停止する。これにより金型１３５は樹脂１１０を押圧した状態で停止し、この停止後、光源１４３から紫外線を照射して樹脂１１０を硬化させ、樹脂１１０が基材１２０に密着した複合型光学素子を成形する。そして、シリンダ１３３を逆駆動して金型１３５を上昇させることにより、複合型光学素子を金型１３５から離型させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来技術には、つぎのような問題点があった。基材の光軸に対して回転対称形状に供給された樹脂を、金型と基材とを相対的に接近させることにより拡げると、樹脂は光軸に対して同心円上に拡がる。すなわち、所望の樹脂層形状が、回転対称形状の場合はよいが、所望の樹脂層形状が回転対称形状でない場合は、樹脂が所望の範囲からはみ出すことになる。そして、この樹脂のはみ出し部分は、不要の部分であるため、そのまま残せば製品のコンパクト化を妨げるし、製造完了後に削除するとしても、余分なコストがかかることになる。例えば、カメラに用いるフィルムは長方形であるため、フィルムに近い部分の光学素子では、性能確保が必要な部分の概略形状も長方形となる。これに対して、同心円上の光学素子を製造すれば、前記長方形以外の部分は不要な部分となる。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、請求項１、２または３に係る発明の課題は、複合型光学素子の所望の樹脂層形状が、円欠形状もしくは長方形であっても、樹脂を拡げる工程において、樹脂が基材からはみ出すことなく、かつ製造後に不要部分の削除を必要としない複合型光学素子の製造法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明の複合型光学素子の製造方法は、光学素子基材表面上にエネルギー硬化型樹脂を供給し、所望の樹脂層表面を形成するための光学面を有する金型と前記光学素子基材とを相対的に接近させて、供給された前記エネルギー硬化型樹脂を押し拡げて前記金型と前記光学素子基材との間に樹脂層を形成し、該樹脂層にエネルギーを照射して硬化させた後、硬化した樹脂層と金型とを剥離する複合型光学素子の製造方法において、円欠形状もしくは長方形の前記光学素子基材表面上の前記エネルギー硬化型樹脂が該光学素子基材からはみ出さぬように、該光学素子基材の円欠形状もしくは長方形の長軸方向に沿って前記エネルギー硬化型樹脂を楕円形状もしくは繭形に供給する。
また、請求項２に係る発明の複合型光学素子の製造方法は、請求項１に係る発明の複合型光学素子の製造方法において、前記供給は、前記光学素子基材の光軸を原点とする点対称位置の２点間を、樹脂供給装置のニードルが移動しつつ、前記エネルギー硬化型樹脂を供給して行う。
さらに、請求項３に係る発明の複合型光学素子の製造方法は、請求項１に係る発明の複合型光学素子の製造方法において、前記供給は、前記光学素子基材表面上の２点以上に対して、前記エネルギー硬化型樹脂を同時に供給して行う。
【０００８】
すなわち、請求項１に係る発明の複合型光学素子の製造方法は、円欠形状もしくは長方形の光学素子基材からエネルギー硬化型樹脂がはみ出ぬように該光学素子基材の長軸方向に沿って前記エネルギー硬化型樹脂を楕円形状もしくは繭形に供給する。また、請求項２に係る発明の複合型光学素子の製造方法は、光学素子基材の光軸を基点とする点対称位置の２点間を、樹脂供給装置のニードルが移動しつつ前記エネルギー硬化型樹脂を供給する。さらに、請求項３に係る発明の複合型光学素子の製造方法は、光学素子基材表面上の２点以上に対して、前記エネルギー硬化型樹脂を同時に供給する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態では、複合型光学素子として、外形が平行な直線で２面を形成した円欠形状の例を説明するが、これに限定されるものではなく、三角形や平行四辺形などに近似の形状の複合型光学素子にも、樹脂供給装置のニードルの軌跡の変更、または２点以上の供給点を設定することにより、本発明の実施の形態を実施することができる。以下、具体的な実施の形態について説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１〜図７は実施の形態１を示し、図１は光学素子基材の正面図、図２は光学素子基材の平面図、図３は成形装置の概略構成図、図４は光学素子基材上に円形状の樹脂を供給した状態の平面図、図５は光学素子基材上の円形状の樹脂を押し拡げた状態の平面図、図６は光学素子基材上に楕円形状の樹脂を供給した状態の平面図、図７は光学素子基材上の楕円形状の樹脂を押し拡げた状態の平面図である。
【００１１】
図１に示すように、光学素子基材としての基材２は、ガラス製の両凹レンズであり、成形面（樹脂層を形成する面）２ａの曲率半径は１００ｍｍ、非成形面（樹脂層を形成しない面）２ｂの曲率半径は５０ｍｍである。また基材２の光軸（成形面２ａの曲率中心と非成形面２ｂの曲率中心とを結ぶ軸心）ｍと基材２の成形面２ａとの交点を通り、光軸ｍに垂直なｘｙ平面を設け、成形面２ａの外周部の点を光軸ｍに平行にｘｙ平面まで移動した形状は、図２に示すように、円欠形状となる。図２において、ｘ軸に対して上下５０度の範囲は、直径２５ｍｍの円弧外周２ｃを形成し、他の部分は２つの円弧外周２ｃの端点を結ぶｙ座標が一定の直線外周２ｄを形成している。基材２の成形面２ａと光軸ｍとの交点をｘｙ平面の原点Ｏとすると、この基材２のｘ軸上の直径は２５ｍｍ、ｙ軸上の直径は約１９ｍｍとなる。
【００１２】
つぎに、この基材２の成形面２ａ上への紫外線硬化型樹脂（以下、樹脂という）の供給方法の違いによる樹脂の拡がるプロセスの違いを説明する。ここで、図３に示すように、樹脂５は基材２と金型１を相対的に接近させることにより拡げるものとし、金型１の光学面としての樹脂押圧面１ａの曲率中心は、常に基材２の光軸ｍ上にあり、また、金型１の樹脂押圧面１ａの外周部の点を光軸ｍに平行にｘｙ平面まで移動したものは、常に図２に示した形状と同一となるように金型１は移動するものとする。
【００１３】
まず、図４に示すように、基材２の成形面２ａ上の原点Ｏに対して、回転対称形状である同心円形状となるように、樹脂５を供給した場合について説明する。樹脂５の供給完了後、金型１と基材２とを相対的に接近させることにより樹脂５を徐々に拡げていくと、樹脂５は同心円状に拡がり、やがて図５に示すように、ｙ軸上において、基材２の直線外周２ｄに樹脂５の外周部５ａが到達する。しかし、ｘ軸上においては、基材２の円弧外周２ｃには到達せず、ｘ軸上において樹脂５の外周部５ａを基材２の外周部２ｃにまで到達させようとすると、ｙ軸上において、樹脂５のはみ出しが発生することとなる。
【００１４】
つぎに、図６に示すように、成形面２ａ上の原点Ｏに対して、ｘ軸上の直径が１０ｍｍ、ｙ軸上の直径が４ｍｍの楕円形状となるように、樹脂５を供給した場合について説明する。この樹脂５の楕円形状を形成するには、例えば、樹脂供給装置のニードルの穴の形状を樹脂５の楕円形状に相似とすることにより行う。樹脂５の供給完了後、金型１と基材２とを相対的に接近させることにより樹脂５を徐々に拡げていくと、樹脂外周部５ｂは同一速度で原点Ｏから離れる方向へ進む。従って、図７に示すように、ｘ軸上の直径が２４ｍｍの時点では、ｙ軸上の直径は１８ｍｍとなり、基材２上から樹脂５のはみ出しがなく、基材２上のほとんどの部分に樹脂５が到達する。
【００１５】
本実施の形態によれば、複合型光学素子の所望の樹脂層形状が、円欠形状であっても、樹脂を拡げる工程において、樹脂が光学素子基材からはみ出すことなく、かつ製造後に不要部分の削除を必要としない複合型光学素子を得ることができる。したがって、回転対称形状の複合型光学素子に比べて、スペース的に余裕があるので、カメラ等のコンパクト化に有利となる。
【００１６】
（実施の形態２）
図８〜図１５は実施の形態２を示し、図８は光学素子基材の正面図、図９は光学素子基材の平面図、図１０は光学素子基材上に楕円形状の樹脂を供給した状態の平面図、図１１は光学素子基材上に樹脂を供給する方法の説明図、図１２は光学素子基材上の樹脂を押し拡げる方法の説明図、図１３は金型の下面図、図１４は成形が終了し密着体を形成した状態の正面図、図１５は複合型光学素子を金型から剥離する状態の正面図である。
【００１７】
図８に示すように、光学素子基材としての基材１２は、ガラス製の両凹レンズであり、成形面１２ａの曲率半径は１００ｍｍ、非成形面１２ｂの曲率半径は５０ｍｍである。また基材１２の光軸（成形面１２ａの曲率中心と非成形面１２ｂの曲率中心とを結ぶ軸心）ｍと基材１２の成形面１２ａとの交点を通り、光軸ｍに垂直なｘｙ平面を設け、成形面１２ａの外周部の点を光軸ｍに平行にｘｙ平面まで移動した形状は、図９に示すように、円欠形状となる。図９において、ｘ軸に対して上下４０度の範囲は、直径２５ｍｍの円弧外周１２ｃを形成し、他の部分は２つの円弧外周１２ｃの端点を結ぶｙ座標が一定の直線外周１２ｄを形成している。基材１２の成形面１２ａと光軸ｍとの交点をｘｙ平面の原点Ｏとすると、この基材１２のｘ軸上の直径は２５ｍｍ、ｙ軸上の直径は１６．０７ｍｍとなる。
【００１８】
つぎに、図１０に示すように、基材１２の成形面１２ａ上の原点Ｏに対して、ｘ軸上の直径が１２ｍｍ、ｙ軸上の直径が３ｍｍの楕円形状となるように、紫外線硬化型樹脂である樹脂１５を供給する。なお、樹脂１５の供給は、図１１に示すように、樹脂供給装置（不図示）のニードル１７をｘ軸上において一定速度で移動することにより行う。また、この場合の供給開始位置は、基材１２の成形面１２ａのｘ軸上において、原点Ｏから５ｍｍ離れた点であり、供給終了位置は、原点Ｏに対して供給開始位置と点対称の位置である。ただし、樹脂１５の必要量および樹脂１５の供給に必要な時間は予め求められており、この場合は樹脂１５の供給に５ｓｅｃかかることが分かっている。従って、樹脂供給開始位置と樹脂供給終了位置が１０ｍｍ離れていることから、ニードル１７はｘ軸上を２ｍｍ／ｓｅｃで移動すればよい。
【００１９】
つぎに、図１２に示すように、金型１１の光学面としての樹脂押圧面１１ａを下降して基材１２に接近させることにより、樹脂１５を拡げ、樹脂１５が所望の厚さ（０．１ｍｍ）の樹脂層１３を形成する位置で、金型１１の下降を停止する。このとき、基材１２上の樹脂層１３の形状は、ｘ軸上の直径が２４ｍｍ、ｙ軸上の直径が１５ｍｍの概略円欠形状となっており、光学性能の確保が必要な部分の全面に樹脂１５が到達し、かつ基材１２から樹脂１５がはみ出してはいない。なお、金型１１は樹脂押圧面１１ａの曲率半径が９０ｍｍで、曲率中心が基材１２の光軸ｍ上にあり、光軸ｍに平行な方向には、上下動自在に保持されている。また、金型１１の樹脂押圧面１１ａの外周部を形成する点の集合を、光軸ｍに平行にｘｙ平面上に移動すると、図１３に示すように、ｘ軸に対して上下４０度の範囲は直径２３ｍｍの円弧外周１１ｂであり、他の部分は２つの円弧外周１１ｂの端点を結ぶｙ座標が一定の直線外周１１ｃを形成している。この円弧外周１１ｂと直線外周１１ｃとが金型１１の外形形状でもある。また、この金型１１のｘ軸上の直径が２３ｍｍ、ｙ軸上の直径は１４．７８ｍｍである。
【００２０】
つぎに、図１４に示すように、基材１２の下方より、図示しない手段により紫外線を照射することにより、樹脂層１３を硬化する。エネルギーの照射が完了した時点では、金型１１、基材１２および樹脂層１３が一体となった密着体１０が形成される。つぎに、密着体１０を上昇させると、光軸ｍからの距離が１２ｍｍの位置において、予め基材１２の上方に設けられていた剥離用の部材１４が基材１２と接触する。そこで、このまま密着体１０の上昇を続けると、図１５に示すように、金型１１より、基材１２と樹脂層１３とが一体となった複合型光学素子１６が剥離される。
【００２１】
本実施の形態によれば、複合型光学素子の所望の樹脂層形状が、円欠形状であっても、樹脂を拡げる工程において、樹脂が光学素子基材からはみ出すことなく、かつ製造後に不要部分の削除を必要としない複合型光学素子を得ることができる。したがって、回転対称形状の複合型光学素子に比べて、スペース的に余裕があるので、カメラ等のコンパクト化に有利となる。また、ニードルの位置および移動距離を制御することにより、さまざまな形状の樹脂層形状が形成できるので、樹脂供給装置が汎用化される。
【００２２】
本実施の形態では、樹脂の供給手段として、基材を不動のままニードルを一定速度で移動させたが、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、基材に対するニードルの相対速度が一定であればよく、ニードルを不動のまま基材を一定速度で移動させる等の手段でも、同様の効果を得ることができる。
【００２３】
（実施の形態３）
図１６〜図１７は実施の形態３を示し、図１６は光学素子基材上の２点に樹脂を供給した状態の平面図、図１７は光学素子基材上の樹脂を押し拡げた状態の平面図である。本実施の形態では、金型および基材の形状、金型と基材の位置関係、および樹脂を硬化する以降の工程は実施の形態２と同様のため、実施の形態２と異なる樹脂を供給する工程および樹脂を拡げる工程のみ説明し、他の部分の図と説明を省略する。また、図１６および図１７においても、実施の形態２と同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２４】
図１６に示すように、基材１２の成形面１２ａ上において、ｘ軸上の原点Ｏから３ｍｍ離れた位置の２ヶ所に、それぞれの位置に供給した樹脂２５の直径が８ｍｍの円形状となるように、紫外線硬化型樹脂である樹脂２５を供給する。なお、樹脂２５の供給は、図示しない樹脂供給装置を用いて、２ヶ所同時に行うものとする。ただし、樹脂の必要量および樹脂の供給に必要な時間は予め求められている。この結果、供給された樹脂２５の形状は、繭形形状となっている。
【００２５】
つぎに、金型１１（図１４参照）を下降して基材１２に接近させることにより、樹脂２５を拡げ、樹脂２５が所望の厚さ（０．１ｍｍ）の樹脂層２３を形成する位置で、金型１１の下降を停止する。このとき、図１７に示すように、基材１２上の樹脂層２３の形状は、ｘ軸上の直径が２４ｍｍ、ｙ軸上の直径が１５ｍｍで、基材２２と概略相似形状となっており、光学性能の確保が必要な部分の全面に樹脂が到達しており、かつ、基材１２から樹脂２５がはみ出していない。
【００２６】
本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、樹脂供給装置のニードルの移動が不要なので、樹脂供給装置の構成が簡略化される。
【００２７】
（実施の形態４）
図１８は実施の形態４を示し、光学素子基材上に樹脂を供給する方法の説明図である。本実施の形態は、樹脂の供給方法のみが実施の形態３と異なり、他の部分は実施の形態３と同様のため、樹脂を供給する方法のみ説明し、他の図と説明を省略する。また、図１８においても、実施の形態３と同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２８】
本実施の形態では、図１８に示すように、樹脂供給装置（不図示）のニードル１７を、ｘ軸上において移動することにより、基材１２上に供給した樹脂３５の概略形状を、実施の形態３において基材１２上に供給した樹脂２５の繭形の形状（図１６参照）とするものである。
【００２９】
図１８において、樹脂３５の供給開始位置は、基材１２の成形面１２ａのｘ軸上において、原点Ｏから６ｍｍ離れた点であり、供給終了位置は、原点Ｏに対して供給開始位置と点対称の位置である。ただし、樹脂供給完了後の基材１２上の樹脂３５の所望形状は、他の部分に比べて少なくなっているので、ニードル１７の移動を樹脂供給開始点から樹脂供給終了位置まで一定速度で行うと、所望の形状が得られないので、原点Ｏ付近のニードル移動速度を速くしなければならない。そのため、検討を行ったところ、原点Ｏからの距離ｘに対して、ニードル移動速度Ｖ＝３．３−０．１ｘ² となるようにニードル１７を移動させれば、基材１２上の樹脂３５が所望形状となることが分かった。
【００３０】
本実施の形態によれば、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
本実施の形態においても、実施の形態２で示した変形例はそのまま適用することができる。
また、上記各実施の形態では、基材上の樹脂を拡げる工程において、金型を下降しているが、本発明の実施の形態はこれに限定されるものではなく、金型と基材とが相対的に接近すればよく、基材を上昇する等の手段でも同様の効果を得るこができる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１、２または３に係る発明の複合型光学素子の製造方法によれば、複合型光学素子の所望の樹脂層形状が、円欠形状もしくは長方形であっても、樹脂を拡げる工程において、樹脂が基材からはみ出すことなく、かつ製造後に不要部分の削除を必要としない複合型光学素子を得ることができる。
請求項２に係る発明の複合型光学素子の製造方法によれば、上記効果に加え、ニードルの移動速度や２点間の距離を制御することにより、供給する樹脂の形状を任意に形成することができる。
請求項３に係る発明の複合型光学素子の製造方法によれば、上記効果に加え、樹脂供給装置の構成を簡略にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の光学素子基材の正面図である。
【図２】実施の形態１の光学素子基材の平面図である。
【図３】実施の形態１の成形装置の概略構成図である。
【図４】実施の形態１の光学素子基材上に円形状の樹脂を供給した状態の平面図である。
【図５】実施の形態１の光学素子基材上の円形状の樹脂を押し拡げた状態の平面図である。
【図６】実施の形態１の光学素子基材上に楕円形状の樹脂を供給した状態の平面図である。
【図７】実施の形態１の光学素子基材上の楕円形状の樹脂を押し拡げた状態の平面図である。
【図８】実施の形態２の光学素子基材の正面図である。
【図９】実施の形態２の光学素子基材の平面図である。
【図１０】実施の形態２の光学素子基材上に楕円形状の樹脂を供給した状態の平面図である。
【図１１】実施の形態２の光学素子基材上に樹脂を供給する方法の説明図である。
【図１２】実施の形態２の光学素子基材上の樹脂を押し拡げる方法の説明図である。
【図１３】実施の形態２の金型の下面図である。
【図１４】実施の形態２の成形が終了し密着体を形成した状態の正面図である。
【図１５】実施の形態２の複合型光学素子を金型から剥離する状態の正面図である。
【図１６】実施の形態３の光学素子基材上の２点に樹脂を供給した状態の平面図である。
【図１７】実施の形態３の光学素子基材上の樹脂を押し拡げた状態の平面図である。
【図１８】実施の形態４の光学素子基材上に樹脂を供給する方法の説明図である。
【図１９】従来技術の樹脂押し拡げ機構の側面図である。
【図２０】従来技術の樹脂押し拡げ工程を示す平面図である。
【符号の説明】
１１ 金型
１２ 基材
１３ 樹脂層
１５ エネルギー硬化型樹脂
ｍ 光軸

Claims (3)

1. 光学素子基材表面上にエネルギー硬化型樹脂を供給し、所望の樹脂層表面を形成するための光学面を有する金型と前記光学素子基材とを相対的に接近させて、供給された前記エネルギー硬化型樹脂を押し拡げて前記金型と前記光学素子基材との間に樹脂層を形成し、該樹脂層にエネルギーを照射して硬化させた後、硬化した樹脂層と金型とを剥離する複合型光学素子の製造方法において、
   円欠形状もしくは長方形の前記光学素子基材表面上の前記エネルギー硬化型樹脂が該光学素子基材からはみ出さぬように、該光学素子基材の円欠形状もしくは長方形の長軸方向に沿って前記エネルギー硬化型樹脂を楕円形状もしくは繭形に供給することを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
2. 前記供給は、前記光学素子基材の光軸を原点とする点対称位置の２点間を、樹脂供給装置のニードルが移動しつつ、前記エネルギー硬化型樹脂を供給して行うことを特徴とする請求項１記載の複合型光学素子の製造方法。
3. 前記供給は、前記光学素子基材表面上の２点以上に対して、前記エネルギー硬化型樹脂を同時に供給して行うことを特徴とする請求項１記載の複合型光学素子の製造方法。

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