JP4481531B2

JP4481531B2 - 光学素子

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Publication number: JP4481531B2
Application number: JP2001208152A
Authority: JP
Inventors: 和人窪
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2021-07-09
Also published as: JP2003019725A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レプリカ成形法により成形された光学素子及びその成形用金型及び成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学素子の成形技術のひとつとして、大面積成形性と高転写性に優れたことを特徴とし、その成形技術の容易さから大量生産に適しているレプリカ成形技術が知られている。このレプリカ成形技術は、所望の光学形状の反転形状を有する型成形面上に光硬化性樹脂を滴下し、その上からレンズブランクを圧着させて押し広げ、所望の形状になったところで、光源からの光を照射し光硬化性樹脂を硬化させ、それを離型することで成形を行うものである。
【０００３】
さらに、このレプリカ成形技術で成形された２つの光学素子を、小型かつ高性能な光学機能を付加させる目的で、互いに貼り合わせて素子化させる接合技術がある。
【０００４】
例えば、図９に示すように、光学素子１と２を接合する場合、それぞれの光学素子の光学有効径外周に平面部３が形成されており、この平面部を互いに当接させ高精度に位置決めをし、接着剤で固着することで接合素子化を行う。この光学有効径外周部は、レプリカ成形技術における成形型の外周部に形成された反転形状を転写して成形される。
【０００５】
これまでに、この型面上の外周部は、特開２０００−２９２６１２号公報等に示される平坦構造、または特開平６-３１５９９号公報等に示される光の乱反射を防ぐ等の目的で所定の段差を設ける形状が提案されているが、貼り合わせ接合プロセスについては考慮されていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レプリカ成形技術で成形された２つの光学素子を、互いに貼り合わせて素子化させる接合技術においては、それぞれの光学素子の光学有効径外に形成された接合面を互いに貼り合わせ、高精度に位置決めをし、接着剤で固着することで接合素子化を行う。
【０００７】
しかるに、上記の特開２０００−２９２６１２号公報、特開平６−３１５９９号公報においては、素子の貼り合わせに用いる型成形面上の外周部接合面が平坦面、または接合面を有しない構造をもつため、この型構造から成形された光学素子の貼り合わせ接合時には以下のような問題が生じる。
【０００８】
例えば、図９に示すように、外周部接合平面が高い平坦性を有している２つの素子を貼り合わせる場合、その両接合面を合わせたと同時に２つの素子が吸着してしまうという現象が生じ、後行程である高精度な位置決め、さらには接着剤による固着等の製造プロセスを行うことが不可能となる。
【０００９】
これは、樹脂硬化成形品の適度な硬度と接触角が小さい表面物性、さらには高い平坦性を有する素子接合面による吸着が発生してしまうことが原因であり、この吸着した素子を引き離す方向に力を加えたとしても、素子内の中間空気層の膨張に抗する吸引力のために分離はより困難なものとなる。
【００１０】
また、この吸着した素子を分離できたとしても、光学性能有効部に変形や欠損を与える可能性が高く、素子の光学性能を著しく低下させ、素子不良を引き起こす。これは素子の生産における歩留まりを悪化させ、生産性を低下させるだけでなく大きなコストアップにもつながる。
【００１１】
したがって、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、レプリカ成形技術で成形された光学素子を貼り合わせる場合に、接合不良を回避することができる光学素子及びその成形用金型及び成形方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる光学素子は、光硬化性樹脂を硬化させレンズブランクと一体化させた凸型光学素子と凹型光学素子とを接合して形成される光学素子において、前記凸型光学素子と凹型光学素子は、凸型光学素子と凹型光学素子のうちの少なくとも一方の光学素子の光学有効部の外側に設けられた曲率を有する接合面により接合されていることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１６】
本実施形態では、光学的所望の微細形状を有する型成形面上に光硬化性樹脂を滴下し、この光硬化性樹脂をガラスまたは樹脂基板で押圧し、光照射することにより光学素子を硬化成形する成形用型において、成形用型の光学有効部外の成形面に、接合面積を小さくした接合面を設けている。
【００１７】
この構成により、光学有効部外の外周部に小さな接合面積の貼り合わせ接合面を設けた成形品を製造することができる。そのため、レプリカ成形法で得られた２つの光学素子の貼り合わせ接合において、従来ならば接合面同士の吸着により素子不良が発生してしまう素子接合を、吸着無く効率良く行うことが可能になる。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は本発明のレプリカ成形装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。図１において、４は貼り合わせ接合面５と光学機能形状の反転形状６をその成形面に設けた金型である。金型４は固定されており、金型４を嵌め込んでいるレンズブランク保持部材７上にはレンズブランク８が載置され、レンズブランク８の中心軸と型４の成形面の中心軸との位置合わせは、レンズブランク保持材７の嵌合部にレンズブランク８を嵌め込むことで実現する。レンズブランク保持部材７は上下動自在に保持されている。金型４の成形面上には光硬化性樹脂９が供給され、レンズブランク８の上方には紫外線照射ランプ１０が設置されている。
【００１９】
紫外線硬化性樹脂９としては、波長３６５ｎｍ付近をピークとして重合が開始する樹脂を使用しており、紫外線照射ランプ１０には、高圧水銀ランプまたは超高圧水銀ランプ等の波長３６５ｎｍ付近に発振のピークを有する光源を使用する。
【００２０】
図６は、本実施形態の貼り合わせ接合装置により２つのレンズを接合する様子を示す図である。
【００２１】
図６において、１１，１２はレンズブランク保持部材であり、１１にはレンズブランクを真空吸着により保持するための真空系機構が設けられている。１４はピエゾ圧電素子を備えた位置決め機構であり、上段に設置された光学素子１を少なくとも水平面内の２方向について移動させることが可能である。１３は光学顕微鏡であり、焦点深度が深いものを使用する。
【００２２】
本装置を用いたレプリカ成形法により得るレンズは非球面レンズが多いが、本実施形態においては、レプリカ成形法と貼り合わせ接合技術により形成される図９に示すような丸型２層型回折光学素子の製造方法を例に挙げる。この光学素子は、図９に示すように同心円状のブレーズ型格子を複数本有しており、レプリカ成形法で得られた凸型回折光学素子１と凹型回折光学素子２を互いに貼り合わせ接合することにより形成される。
【００２３】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、レプリカ成形に用いる凸型回折光学素子と凹型回折光学素子それぞれの成形用金型の概略図であり、その成形面上に光学的所望形状の反転形状６と、本実施形態における貼り合わせ接合面５を有する。貼り合わせ接合面５は、図４（ａ）に示すような従来の平坦な外周部とは異なり、図４（ｂ）に示すような凹形の曲率を設ける。この型を用いたレプリカ成形による成形品の外周部には、その反転形状である凸形状の貼り合わせ接合面が同心円状に形成されることになる。この成形面形状は、金型メッキ層の切削法等により形成される。
【００２４】
以下、本実施形態における成形プロセスを図５を参照して説明する。
【００２５】
まず、金型４の成形面上中央付近に不図示のディスペンサーにて紫外線硬化性樹脂９を適量供給し、あらかじめ樹脂との密着力を上げるためのカップリング処理を片面に施したレンズブランク８を、カップリング処理面を下にしてレンズブランク保持部材７に嵌め込む。この際に、さらにレンズブランク８を保持するための機構を備えても良い。その後、金型４とレンズブランク８を相対的に接近させ、紫外線硬化性樹脂９を所望の厚み、かつ貼り合わせ接合面の反転形状を有する外周まで満たすように充填させる。そして、紫外線照射ランプ１０により紫外線を樹脂層に対して照射する。重合硬化が完了した後、金型４から硬化した樹脂９とレンズブランク８とから成る回折光学素子を同時に剥離させる。凸型回折光学素子と凹型回折光学素子ともに成形型が異なる以外は同様の方法で製造する。
【００２６】
さらに、本実施形態における貼り合わせ接合プロセスを図６を参照して説明する。前述したレプリカ成形プロセスで得られた凹型回折光学素子２をレンズブランク保持部材１１，１２に嵌め込み、１１に備えられた真空系機構を起動させてこの回折光学素子２を保持し、対を成す凸型回折光学素子１を、保持された凹型回折光学素子２上に載置する。この時、凹型光学素子と凸型光学素子の載置順を逆にしても良い。光学顕微鏡１３により貼り合わせ接合位置を常時確認しながら、ピエゾ圧電素子を備えた位置決め機構１４により正確な位置決めを行い、不図示のディスペンサーにて接着剤を素子円周側面に塗布または凹型凸型素子間の隙間に注入し固着させることで、丸型２層型回折光学素子を製造する。
【００２７】
従来の平坦な貼り合わせ接合面を有した回折光学素子を接合する場合、一方の回折光学素子を、保持された対を成す他方の回折光学素子上に載置する際に、本発明の課題である吸着が発生していた。しかるに、本実施形態によれば、図７（ａ）に示すような曲率を有する接合面を形成することができるために、貼り合わせ接合面同士の吸着を極力抑え、素子内中間空気層による吸引力を発生させにくくする。または、図７（ｂ）に示すように、一方は従来の平坦接合面を用いて、もう一方に曲率接合面を設けた場合にも前記曲率接合面同士の接合（図７（ａ））に近い効果が得られる。
【００２８】
これにより、貼り合わせ接合プロセス時における接合面同士の吸着による接合不良を回避し、貼り合わせ接合を効率良く行うことができる。
【００２９】
（参考例）
図８は参考例の丸型２層型回折光学素子における貼り合わせ接合面を示した図である。本参考例は、第１の実施形態における外周部貼り合わせ接合面の形状が異なるもので、他の構成は同一な構成部分から成るものであり、その説明を省略する。
【００３０】
本参考例においては、図８に示すように曲率を有さずにできるだけ接触面を小さくした接合面を設けることで、第１の実施形態と同様の効果を得る。
【００３１】
（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態における丸型２層型回折光学素子の上面図である。本実施形態は、第１の実施形態における外周部貼り合わせ接合面の構造が異なるもので、他の構成は同一な構成部分から成るものであり、その説明を省略する。
【００３２】
本実施形態においては、図２に示すような光学有効径外の同心円状の外周部３に対して、貼り合わせ接合面を図２の斜線部のように非連続に設け、貼り合わせに用いる接触面積を小さくすることで、第１の実施形態と同様の効果を得る。本実施形態における貼り合わせ接合面の形状は、従来の平坦面形状、または第１の実施形態における曲率を有する形状、または第２の実施形態における曲率を有さずにできるだけ接触面を小さくした面形状でも良い。
【００３３】
以上説明した様に、上記の実施形態によれば、所望の光学形状を有するレプリカ成形用型の光学有効径外の成形面上に貼り合わせのための接合形状を設けるという容易な方法で、この型で成形された光学素子の貼り合わせ接合時における吸着等の素子接合不良を回避することができる。これにより、貼り合わせ接合プロセスの効率化を達成し、生産性を向上させ、コスト削減を図り、かつ十分な光学的機能を満たした所望の光学素子を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、レプリカ成形技術で成形された光学素子を貼り合わせる場合に、接合不良を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる成形型と成形装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わる光学素子の上面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わる成形型の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係わる光学素子と従来の光学素子の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係わる成形型と成形装置の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係わる接合装置と得られる光学素子の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係わる光学素子の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係わる光学素子の断面図である。
【図９】従来例の光学素子を説明する図である。
【符号の説明】
１凸型回折光学素子
２凹型回折光学素子
３貼り合わせ接合面
４レプリカ用成形型
５貼り合わせ接合形状
６光学機能形状
７レンズブランク保持部材
８レンズブランク
９光硬化性樹脂
１０光源
１１レンズブランク保持部材
１２レンズブランク保持部材
１３光学顕微鏡
１４位置決め機構

Claims

光硬化性樹脂を硬化させレンズブランクと一体化させた凸型光学素子と凹型光学素子とを接合して形成される光学素子において、
前記凸型光学素子と凹型光学素子は、凸型光学素子と凹型光学素子のうちの少なくとも一方の光学素子の光学有効部の外側に設けられた曲率を有する接合面により接合されていることを特徴とする光学素子。