JP4777210B2 - 光学素子の製造方法および光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、光学材料をモールド成形することにより、レンズやプリズム等の高精度な光学素子を得る光学素子の製造方法および光学素子に関するものである。

近年において、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、乱反射や散乱による迷光（結像に関与する光束以外の光）においても、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ことから、その防止がより一層強く求められている。

中でも、光学素子を組み合わせて構成される光学系においては、光学系の中に組み込まれる主要構成部品であるレンズやプリズムの周辺部等に、乱反射や散乱による迷光を生じ易い。

このような問題に対する対策として、従来は、例えば、レンズやプリズム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、プレス機を用いたモールド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のような型構造を用いてガラス素材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。

これによると、図５に示すように、上型１１１、下型１１２および円筒状の胴型１１３と接触するようにガラス素材１１４を充填させ、矢印Ｐ１、Ｐ２の方向に加圧するプレス成形により、上記型内で光学素子が成形される。

さらには、特許文献５に開示されたように、型構造に設けた光軸方向と径方向で異なる表面粗さをレンズ外周に転写することによって、迷光を回避する提案がなされている。
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 特開昭６４−６１３２８号公報

一般的に、上型、下型および胴型を用いて光学素子をプレス成形する場合は、側面部（外周部）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、光学素子の外周部に荒ずり面が形成されないため、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。

また特許文献５においては、外周部の表面粗さについて、光軸方向より径方向を大きくすることで、迷光を回避する提案がなされている。しかしながら、光学材料を充填する際に径方向の表面粗さが大きいと、光学材料が型の転写面と接触して円周方向に押し流される際に型の転写面との摩擦が大きくなり、光学材料を均一に充填させることが困難となる。

本発明は、光学素子の外周部の迷光を効果的かつ簡便に抑制可能である光学素子の製造方法および光学素子を提供することを目的とするものである。

本発明の光学素子の製造方法は、上型、下型及び胴型からなる金型を用いたモールド成形によって光学素子を形成する光学素子の製造方法において、
前記光学素子の非光学有効部分を成形する前記金型の転写面は、前記転写面の円周方向における表面粗さと、光軸方向または径方向における表面粗さとの間に以下の２式で表わされる関係が成立していることを特徴とする。
０．０１≦Ｒａ（１）／Ｒａ（２）≦０．８
０．０１μｍ≦Ｒａ（１）≦０．５μｍ
ここで、Ｒａ（１）：円周方向に測定した表面粗さＲａ
Ｒａ（２）：光軸方向または径方向に測定した表面粗さＲａ

光学素子の非光学有効部分に、迷光を抑制するための黒色塗料等を簡便に塗布することができ、かつ、金型内の光学材料の均一な充填を障げることのない表面粗さを転写する。

金型およびその成形品である光学素子の外周部において、Ｒａ（１）＞０．５μｍであると未充填が発生し、不良となり、Ｒａ（１）＜０．０１μｍであると黒色塗料等の塗布に不具合が起きる。また、Ｒａ（１）／Ｒａ（２）＜０．０１のとき、金型からの離型が悪化し、Ｒａ（１）／Ｒａ（２）＞０．８のときは、未充填が発生し、不良となる。

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に用いるプレス成形型（金型）の構成を示すもので、成形用の下型１および上型２と、胴型３と、を有し、これらによって成形素材（光学材料）であるガラス素材４のプレス成形を行う。

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および上型２を加熱するための図示しないヒーターを内部に備えている。

胴型３の内側表面（転写面）３ａは、光軸方向の表面粗さＲａ（２）＝０．５μｍ、円周方向の表面粗さＲａ（１）＝０．０８μｍに加工されており、同等の表面粗さを成形品の側面部に転写するように構成されている。

このプレス成形型を用いて、光学素子を製造する方法について説明する。

まず、胴型３、下型１および上型２、ガラス素材４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に対して、図示しないプレス軸より矢印Ｐで示す方向に荷重を加え、ガラス素材４をプレス成形する。ガラス素材４は上型２および下型１の転写面と、胴型３の内側表面３ａを転写され、室温まで冷却することで成形を完了させる。

図２は成形された光学素子１０を示すもので、光学有効部分の外側の非光学有効部分は、胴型３の内側表面３ａを転写した外周面１１を有する。

すなわち、光学素子１０の外周面１１には、胴型３の内側表面３ａが転写され、胴型３の内側表面３ａと同等に、光軸方向の表面粗さＲａ（２）＝０．５μｍ、円周方向の表面粗さＲａ（１）＝０．０８μｍであり、しかも光学材料は均一に充填されていた。

このように粗面化された光学素子１０の外周面１１は、迷光を抑制するための黒色塗料を良好に塗布することが可能であった。光学素子１０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。

本実施例において成形される光学材料はガラスであるが、これに限らず、プラスチックや金属であっても良い。

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である点だけが実施例１と異なる。他は実施例１と同様である。

図３は本実施例によ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２２を用いる。上駒２２は、非光学有効部分を転写するフラット部２２ａを有し、胴型３の内側表面３ａと同様に、フラット部２２ａにおける径方向の表面粗さＲａ（２）＝０．５μｍ、円周方向の表面粗さＲａ（１）＝０．０８μｍである。

図４に示すように、成形品である光学素子３０は、外周面３１と上面側のフラット部３２において上記のプレス成形型と同等の表面粗さを有する。

光学素子３０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）
実施例１と同様のプレス成形型において、胴型の内側表面の表面粗さが光軸方向にＲａ（２）＝０．７μｍ、円周方向にＲａ（１）＝０．００９μｍ、０．０１μｍ、０．５μｍ、０．６μｍにそれぞれ加工された胴型サンプルＳ１〜Ｓ４を用意した。

胴型サンプルＳ１〜Ｓ４を用いてプレス成形した成形品である光学素子の評価を実施例１と同様に行った結果を表１に示す。判定は得られた光学素子が良品である場合を○、不良である場合を×とした。

表１より、Ｒａ（１）が０．０１μｍ以上、０．５μｍ以下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、同様に胴型の内側表面の表面粗さをＲａ（１）＝０．０１μｍ、Ｒａ（２）＝１．１１μｍとした胴型サンプルＳ５と、Ｒａ（１）＝０．０１μｍ、Ｒａ（２）＝１μｍとした胴型サンプルＳ６を用意した。また、Ｒａ（１）＝０．５μｍ、Ｒａ（２）＝０．６２５μｍとした胴型サンプルＳ７と、Ｒａ（１）＝０．５μｍ、Ｒａ（２）＝０．５５５μｍとした胴型サンプルＳ８を用意した。胴型サンプルＳ５〜Ｓ８を用いて、それぞれ実施例１と同様に成形および評価を行った。その結果を表２に示す。判定は得られた光学素子が良品である場合を○、不良である場合を×とした。

表２より、Ｒａ（１）／Ｒａ（２）が０．０１以上、０．８以下であれば成形品が良品となることがわかる。

実施例１における光学素子の製造に用いるプレス成形型の構成を示す模式断面図である。 実施例１による光学素子を示す模式断面図である。 実施例２における光学素子の製造に用いるプレス成形型の構成を示す模式断面図である。 実施例２による光学素子を示す模式断面図である。 一従来例によるプレス成形型を示す模式断面図である。

符号の説明

１ 下型
２ 上型
３ 胴型
３ａ 内側表面
１０ 光学素子
２２ 上駒
２２ａ フラット部

Claims (4)

1. 上型、下型及び胴型からなる金型を用いたモールド成形によって光学素子を形成する光学素子の製造方法において、
   前記光学素子の非光学有効部分を成形する前記金型の転写面は、前記転写面の円周方向における表面粗さと、光軸方向または径方向における表面粗さとの間に以下の２式で表わされる関係が成立していることを特徴とする光学素子の製造方法。
   ０．０１≦Ｒａ（１）／Ｒａ（２）≦０．８
   ０．０１μｍ≦Ｒａ（１）≦０．５μｍ
   ここで、Ｒａ（１）：円周方向に測定した表面粗さＲａ
   Ｒａ（２）：光軸方向または径方向に測定した表面粗さＲａ
2. 請求項１に記載の方法で製造した光学素子の非光学有効部分に、黒色塗料を塗布することを特徴とする光学素子の製造方法。
3. 成形素材をモールド成形することにより形成され、光学有効部分の外側に非光学有効部分を備えた光学素子において、前記非光学有効部分の円周方向における表面粗さと、光軸方向または径方向における表面粗さとの間に以下の２式で表わされる関係が成立することを特徴とする光学素子。
   ０．０１≦Ｒａ（１）／Ｒａ（２）≦０．８
   ０．０１μｍ≦Ｒａ（１）≦０．５μｍ
   ここで、Ｒａ（１）：円周方向に測定した表面粗さＲａ
   Ｒａ（２）：光軸方向または径方向に測定した表面粗さＲａ
4. 光学有効部分の外側に非光学有効部分を備えた光学素子において、前記非光学有効部分の円周方向における表面粗さと、光軸方向または径方向における表面粗さとの間に以下の２式で表わされる関係が成立し、前記非光学有効部分には黒色塗料が塗布されていることを特徴とする光学素子。
   ０．０１≦Ｒａ（１）／Ｒａ（２）≦０．８
   ０．０１μｍ≦Ｒａ（１）≦０．５μｍ
   ここで、Ｒａ（１）：円周方向に測定した表面粗さＲａ
   Ｒａ（２）：光軸方向または径方向に測定した表面粗さＲａ

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