JP4839031B2 - 光学素子の成形方法および光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子の成形方法および光学素子に関し、特に、光学ガラスと樹脂等の異種の素材を組み合わせて構成される光学素子の型成形技術に関する。

光学素子の製造工程においては、光学ガラス等の基材に型成形にて所望の光学面を有する樹脂を被着させることで、多様な形状の光学面、例えば非球面を有する光学素子を製造している。

たとえば、特許文献１に記載の成形方法では、所望の光学面形状を有する金型上に、必要量のエネルギー硬化型樹脂（以下、単に樹脂とする）を吐出し、所望の光学面形状を有する硝子基材を金型に近接させることで、樹脂を押し広げる。そして、所望の樹脂厚となった時点で近接を停止し、樹脂を硬化させた後、金型から樹脂部を離型する。このようにすることで、硝子と樹脂層が密着した光学素子を成形していた。ここで、上記の必要量とは、金型と硝子基材を近接させ所望の樹脂厚となった時点で、樹脂の外径が目的の光学有効径以上になるのに必要な樹脂量のことである。

他の特許文献２に記載の成形方法は、金型の成形面外周部に基材支持部を設け、金型に樹脂を吐出後、樹脂を押し広げる基材を支持部に当接する位置まで接近させて載置する方法である。

また、他の特許文献３に記載の成形方法は、筒状の側枠内に嵌合した金型に樹脂を供給し、その後、基材を側枠に挿入しつつ樹脂を押延していく方法である。
特開平９−７１４３９号公報 特開平１１−３４１７８号公報 特開２００１−１２１５５４号公報

特許文献１の方法では、樹脂層の所望の偏肉量（最大厚／最小厚）が大きかったり、要求される樹脂厚そのものが大きいことで樹脂の必要量が多い場合、また、金型の所望の光学面形状において曲率半径が大きい場合、さらに、使用する樹脂の粘度が低い場合に、以下のような技術的課題を生じる。

金型に樹脂を吐出した時点で、樹脂が有効径外まで広がる（図１６Ａ）。そのため、基材を近接させても、金型側の樹脂径は小さくならない（図１６Ｂ）。また、基材と樹脂の界面における有効径以上に樹脂を広げる為には、必要以上の樹脂量が必要になり、コスト高となる。また、界面の樹脂径に対し、金型成形面側の樹脂径が大きくなり、素子の小型化の妨げとなる。さらに、樹脂外周部の形状が、鋭角形状のバリとなる（図１６Ｃ）。そのため、このバリが、素子の取扱い時に欠け易い。また、欠けが有効径内に及ぶと、性能の劣化を招く。

特許文献２の方法では、供給する樹脂の量は、基材と金型の支持部内に形成される密閉空間の体積と同量であれば良い。しかしながら、樹脂の吐出量のばらつきや、硬化収縮による樹脂体積減少の補填のために、支持部の外周まで樹脂をはみ出させる必要がある。そのため、光学有効径外への樹脂付着が発生し、樹脂のロスとなる。

特許文献３の方法では、基材の外径と樹脂径がほぼ同径となるので、有効径がより大きく取れる。このようなことから、特許文献３の方法では、必要最小限の基材径で成形可能である。しかしながら、基材外径はその製造方法上一定とすることが困難であるので、側枠内径よりも基材外径を小さくする必要がある。従って、樹脂の押延時に、基材外周と側枠内周の隙間に樹脂が入り込む。この状態で硬化を行なうと、当該隙間に入り込んだ樹脂が硬化するため、成形後の光学素子を側枠から外すことが困難となる。その結果、量産性が著しく低下することが懸念される。その低下傾向は、樹脂の粘度が低くなるほど顕著である。そのため、特許文献３の方法では、樹脂の選択の自由度が低くなる。

本発明の目的は、樹脂等の成形素材の無駄を生じることなく、任意の光学面形状を有する高性能の光学素子を得ることにある。
本発明の他の目的は、樹脂等の成形素材の性質に制約を生じることなく、良好な量産性にて光学素子を得ることにある。

本発明の第１の観点は、基材と、前記基材の表面に形成された樹脂とを含む光学素子の成形方法であって、
所定の形状を有する光学成形面と、前記光学成形面における光学有効径の外側に設けられた周縁部と、を含み、前記周縁部が、周縁部端面と周縁部内周面を有し、前記光学成形面の外周端に、前記周縁部内周面が接している成形用金型を準備する工程と、
前記金型の光学成形面に、エネルギー硬化型の樹脂を吐出する工程と、
前記樹脂と基材とを相対的に接近させて、前記樹脂を押し広げる工程と、
所定の間隔になったときに、前記樹脂と前記基材の接近を停止する工程と、
前記樹脂を硬化させる工程と、
前記基材および前記樹脂を前記成形面から剥離する工程とを含む光学素子の成形方法であって、
前記樹脂を吐出する工程において、前記所定の間隔になったときに、前記樹脂の外周部が、前記金型周縁部内周面でメニスカスを形成する量の樹脂を吐出し、
前記接近を停止する工程において、前記所定の間隔になったときに、前記成形面と前記基材が分離している状態で接近を停止する
光学素子の成形方法を提供する。

本発明の第２の観点は、基材と、前記基材の表面に形成された樹脂とを含む光学素子であって、前記樹脂は、光学面と、前記光学面を取り囲む樹脂外周部と、一端が前記樹脂外周部と接し、他端が前記基材に接し、前記光学素子の中心に向かって形成されたくびれ部と、を有する光学素子を提供する。

上記した本発明によれば、成形用金型において、所望光学面形状を有する光学成形面の光学有効径の外側に、基材に近接する方向の周縁部を設けているため、樹脂の粘度が低粘度であっても、また、金型の光学成形面の形状の曲率半径が大きくても、光学成形面に吐出供給した樹脂は、その表面張力によって周縁部の内側に止まるため有効径外に大きくはみ出すことがない。

さらに、前記周縁部と基材とが接することなく金型と基材を相対的に接近させて樹脂を押し広げるため、吐出量のばらつきが生じても有効径の外近傍で、金型側の周縁部と、基材との間隙に形成される樹脂のメニスカスによって、樹脂量のばらつきを吸収でき、有効径外への樹脂のはみ出しを抑制することができる。

この結果、成形時の過剰な樹脂のはみ出しに起因する異物や欠損等の性能低下を生じることなく、また樹脂の無駄を生じることなく、任意の形状の基材に対して任意の形状の樹脂を被着した高性能の光学素子を得ることができる。

また、使用する樹脂の粘性等の性質に制約がなく、さらに、金型からの樹脂の離型も容易であるため、樹脂等の成形素材の性質に制約を生じることなく、良好な量産性にて光学素子を得ることができる。

本発明によれば、樹脂等の成形素材の無駄を生じることなく、任意の光学面形状を有する高性能の光学素子を得ることができる。
また、樹脂等の成形素材の性質に制約を生じることなく、良好な量産性にて光学素子を得ることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［実施の形態１］
本発明の一実施の形態である成形用金型、光学素子の成形方法及び光学素子について説明する。図１は、本実施の形態の成形用金型の構成の一例を示す断面図であり、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、本実施の形態の成形用金型を用いた光学素子の成形方法の一例を工程順に例示した断面図である。また、図３は、成形用金型を使った成形方法にて得られる光学素子の構成の一例を示す断面図、図４は、図２Ｃの一部を拡大して示す断面図である。

図１に例示されるように、本実施の形態の成形用金型１０（以下、成形用金型を、単に、金型と称する。）は、光学成形面１１と周縁部１２を備えており、光学成形面１１は、所望の光学面形状を有する凹形状の面である。また、光学成形面１１は、面全体のうち、所定の範囲（光学有効径）Ｄ０が光学有効面となっており、この光学有効径Ｄ０は、面の外径よりも小さく設定されている。

光学成形面１１は、たとえば、近似曲率半径Ｒ０が２０ｍｍの非球面形状を呈している。また、その光学有効径Ｄ０は、たとえば８ｍｍである。よって、（光学有効径）／（近似曲率半径）＝０．４となる。

また、周縁部１２は、光学成形面１１の外側に、光学成形面１１を取り囲むように形成されている。この周縁部１２は、光学成形面１１と一体に形成されており、周縁部内周面１２ａと周縁部端面１２ｂで構成されている。周縁部内周面１２ａは、光学成形面１１の外周端と接している。図１において、Ｄ１は、周縁部内径（周縁部内周面１２ａの内径）を示している。また、周縁部端面１２ｂは、光学成形面１１に対して突出している。

図１に示すように、周縁部１２は、周縁部内径Ｄ１（たとえば８．５ｍｍ）の位置で光学成形面１１と隣接している。ここで、周縁部内周面１２ａは、逆円錐状の面となっている。すなわち、光学成形面１１の中心における面の法線をＺＡ、周縁部内周面１２ａの母線をＺＢとすると、法線ＺＡと母線ＺＢとなす角度θ１ａが１０度となるように、周縁部内周面１２ａは形成されている。また、光学成形面１１と周縁部１２との隣接部（光学成形面１１と周縁部内周面１２ａの下端部との交差部）から周縁部端面１２ｂまでの高さＨは、たとえば０．２ｍｍとなっている。

一方、本実施の形態にて用いられる基材２１は、研磨硝子であり、図２Ａに示すように、両面が回転対称な球面からなるレンズである。この基材２１は、一例として、硝材がＳ−ＢＳＬ７（株式会社オハラ製）で、外径Ｄ２が１０ｍｍ、樹脂成形面２１ａの曲率半径Ｒ１が１２．６ｍｍ、中心肉厚Ｈ１が４．５ｍｍとなっている。

以下、図２Ａ〜図２Ｃを参照して、本実施の形態の成形方法における作用の一例について説明する。
まず、上述の金型１０の光学成形面１１上に、所望量の紫外線硬化型の樹脂２２を吐出する。この樹脂２２は、たとえば粘度が３５００ｍＰａ・ｓである。

吐出された樹脂２２は、金型１０の周縁部内周面１２ａまで達し、さらに表面張力により周縁部端面１２ｂよりも盛り上がった状態となる（図２Ａ）。
次に、この状態で、基材２１と金型１０を、相対的に接近させる。ここでは、法線ＺＡと平行な方向に沿って、基材２１を金型１０に接近させる。これにより、光学成形面１１と樹脂成形面２１ａとの間の空間に、樹脂２２を広げていく（図２Ｂ）。そして、樹脂２２の光軸ＺＣ部分における厚さが所望の値となったところで、基材２１の接近を停止する（図２Ｃ）。この停止した状態では、金型１０の周縁部１２と基材２１は接触していない。また、図４に示すように、基材２１と周縁部１２との間には、樹脂２２の表面張力によるメニスカス（くびれ部２２ｃ）が形成され、この表面張力により、基材２１と周縁部１２との間から、周縁部端面１２ｂに向かって樹脂２２が溢れ出ることがない。

なお、樹脂２２を吐出する際の所望量とは、接近を停止した状態における樹脂２２が、図４に示す状態になるような量である。すなわち、所望量は、樹脂２２の外周部の端（樹脂外周部２２ｂ及びくびれ部２２ｃ）が、基材２１の樹脂成形面２１ａの側では光学有効径Ｄ０よりも広がり、金型１０の側ではエッジ部１２ｃ（周縁部１２における周縁部内周面１２ａと周縁部端面１２ｂとが交差する部分）からはみ出さない量（たとえば、約１５ｍｇ）である。

続いて、図２Ｃのように、基材２１の側から紫外線６０を照射し、樹脂２２を硬化させる。
その後、金型１０の光学成形面１１から樹脂２２を剥離し、基材２１と硬化した樹脂２２からなる光学素子２０を得る。この光学素子２０では、樹脂２２の光軸ＺＣ部分（中心部）の樹脂厚は、たとえば０．１ｍｍであり（最薄部）、光学有効径Ｄ０における樹脂厚は、たとえば０．３５ｍｍ（最厚部）である。

そして、光学素子２０は、図３に例示されるように、光学有効径Ｄ０の外側に、樹脂外周部２２ｂとくびれ部２２ｃとを有する。樹脂外周部２２ｂは、周縁部内周面１２ａにて形成された部分で、光学素子２０の光軸ＺＣと母線ＺＤとのなす角度θ１ｂが、θ１ｂ＝１０度となっている。また、くびれ部２２ｃは、成形時に金型１０にも基材２１にも接しなかった部分である。すなわち、このくびれ部２２ｃは、樹脂２２の表面張力によって、基材２１の樹脂成形面２１ａと周縁部１２のエッジ部１２ｃとの間に形成されたメニスカス部分が硬化したものである。

このくびれ部２２ｃの存在は、次のような効果を奏する。例えば、樹脂２２の必要量に対して、光学成形面１１に供給される樹脂２２の吐出量にばらつきが発生しても、周縁部端面１２ｂが基材２１と接していないことから、このメニスカスの形状（曲率）が変化するだけなので、樹脂２２が大きくはみ出すことがない。すなわち、図４のように、メニスカス（くびれ部２２ｃ）の外周寸法は、樹脂２２の供給量の過不足を吸収するように自在に変化する。

また、樹脂２２の外周部の端には、樹脂外周部２２ｂが形成される。この樹脂外周部２２ｂは、周縁部端面１２ｂによって樹脂２２がせき止められることで形成される。そのため、樹脂２２の外周部には、鋭利な形状のバリ等が形成されることがない。鋭利な形状のバリ等は、樹脂から分離することで異物となるが、本実施の形態では、この異物の発生原因となるバリ等がないので、異物の発生も当然生じない。

本実施の形態では、θ１ａ（θ１ｂ）を一例として１０度としたが、これに限定するものではない。ただし、角度θ１ａ（θ１ｂ）を大きくすれば、樹脂２２の外径が光学有効径Ｄ０に対しより大きくなり、樹脂２２の節約の効果が小さくなる。よって、角度θ１ａ（θ１ｂ）は、３０度以下が望ましい。
［実施の形態２］
図５は、本発明の他の実施の形態の金型の構成の一例を示す断面図であり、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、この金型を用いた光学素子の成形方法の一例を工程順に例示した断面図である。また、図７は、本実施の形態の光学素子の成形方法にて得られる光学素子の構成の一例を示す断面図、図８は、図６Ｃの一部を拡大して示す断面図である。

図５に例示されるように、本実施の形態の金型３０は、光学成形面３３と周縁部３４を備えている。光学成形面３３は、成形駒３１に形成され、所望の光学面形状を有する凹形状の面である。また、光学成形面３３は、面全体のうち、所定の範囲（光学有効径）Ｄ０が光学有効面となっており、この光学有効径Ｄ０は、面の外径よりも小さく設定されている。

光学成形面３３は、たとえば、近似曲率半径Ｒ０が３０ｍｍの非球面形状を呈している。また、その光学有効径Ｄ０は、たとえば８ｍｍである。よって、（光学有効径）／（近似曲率半径）＝０．２７となる。

また、周縁部３４は、成形駒３１を収容する周縁駒３２の端部に形成されており、 周縁部内周面３４ａと周縁部端面３４ｂで構成されている。周縁部内周面３４ａは、 光学成形面３３の外周端と接している。図５において、Ｄ１（たとえば、９ｍｍ）は 、周縁部内径（周縁部内周面３４ａの内径）を示している。また、周縁部端面３４ｂ は、光学成形面３３に対して突出している。この成形駒３１および周縁駒３２は、た とえば同種の鋼材等で構成することができる。

周縁部内周面３４ａの母線ＺＢは、光学成形面３３の中心における面の法線ＺＡとなす角度θ１ａが０度（法線ＺＡと母線ＺＢが平行）となるように、周縁部内周面３４ａが形成されている。また、周縁部端面３４ｂは、逆円錐状の面となっており、光学成形面３３の中心における面の法線ＺＡと、周縁部端面３４ｂの母線ＺＥとのなす角度θ２が６５度に形成されている。さらに、光学成形面３３と周縁部内周面３４ａとの隣接部（交差部）から周縁部端面３４ｂまでの高さＨは０．３ｍｍとなっている。

一方、本実施の形態にて用いられる基材２１は、上述の実施の形態１のものと同様のものを用いる。
以下、図６Ａ〜図６Ｃ等を参照して、本実施の形態２の成形方法における作用の一例について説明する。

まず、上述のように構成の金型３０の光学成形面３３上に、所望量の紫外線硬化型の樹脂２２を吐出する。この樹脂２２の粘度は、たとえば１５００ｍＰａ・ｓである。
吐出された樹脂２２は金型３０の周縁部３４まで達し、さらに表面張力により周縁部端面３４ｂから盛り上がった状態となる（図６Ａ）。

所望の形状を有する研磨硝子基材等からなる基材２１は実施の形態１と同様であり、この基材２１を法線ＺＡと平行な方向に金型３０に接近させ、光学成形面３３と樹脂成形面２１ａとの間の空間に、樹脂２２を広げていく（図６Ｂ）。

そして、樹脂２２が光学成形面３３と樹脂成形面２１ａの間で所望の樹脂厚となったところで、基材２１の金型３０に対する接近を停止する。この停止した状態では、金型３０の周縁部３４と基材２１の樹脂成形面２１ａは接触していない（図６Ｃ）。また、図８に示すように、樹脂２２の外周部にはくびれ部２２ｃとなるメニスカスが表面張力により形成されている。この表面張力により、基材２１と周縁部３４との間から、周縁部端面３４ｂに向かって樹脂２２が溢れ出ることがない。

なお、上述の吐出工程における樹脂２２の前記所望量とは、接近を停止した状態における樹脂２２の外周部が、図８に示す状態になるような量である。すなわち、樹脂２２の外周部の端（樹脂外周部２２ｂ及びくびれ部２２ｃ）が、基材２１の樹脂成形面２１ａの側では光学有効径Ｄ０よりも広がり、金型３０の側では周縁部３４における周縁部内周面３４ａと周縁部端面３４ｂの交差するエッジ部３４ｃからはみ出さない量（たとえば約２７ｍｇ）である。

続いて、図６Ｃのように基材２１の側から紫外線６０を照射し、樹脂２２を硬化させる。
その後、金型３０の光学成形面３３及び周縁部内周面３４ａから樹脂２２を剥離し、図７に例示されるような基材２１と樹脂２２からなる光学素子２０を得る。この実施の形態２の光学素子２０は、中心部（光軸ＺＣ部）の樹脂２２の厚さが０．２ｍｍ（最薄部）で、光学有効径Ｄ０における樹脂２２の厚さは０．５８ｍｍ（最厚部）である。そして、光学素子２０は、図７に示されるように、光学有効径Ｄ０の外側に、樹脂外周部２２ｂとくびれ部２２ｃとを有する。樹脂外周部２２ｂは、周縁部内周面３４ａにて形成された部分で、光軸ＺＣと樹脂外周部２２ｂの母線ＺＤとのなす角度が０度となっている。また、くびれ部２２ｃは、成形時に金型３０にも基材２１にも接しなかった部分であり、樹脂２２の表面張力によって、基材２１の樹脂成形面２１ａと周縁部３４のエッジ部３４ｃとの間に形成されたメニスカス部分が硬化したものである。

図８に例示されるように、本実施の形態２の場合も、最初に光学成形面３３に吐出される樹脂量の適正量からのばらつきが発生しても、周縁部端面３４ｂが基材２１の樹脂成形面２１ａと接していないことから、このくびれ部２２ｃ（メニスカス）の形状が変化するだけなので、樹脂２２が金型３０と基材２１の間から大きくはみ出すことがない。

また、樹脂２２の外周部の端には、周縁部３４の周縁部内周面３４ａにより、平坦な樹脂外周部２２ｂが形成されるため、樹脂２２の外周部におけるバリ等の形成による異物の発生の懸念もない。

本実施の形態２では、周縁部内周面３４ａの母線ＺＢが法線ＺＡに対してなす角度θ１ａおよび、樹脂外周部２２ｂの母線ＺＤが光軸ＺＣに対してなす角度θ１ｂを０度としたが、これに限定するものではない。上述の実施の形態１と同様に角度をつけても良いが、角度θ１ａ（θ１ｂ）を大きくすれば、樹脂２２の外径が光学有効径Ｄ０に対しより大きくなり、樹脂２２の供給量の節約効果等が小さくなるため、３０度以下が望ましい。

また、本実施の形態２では、周縁部端面３４ｂが法線ＺＡとなす角度θ２は表面張力による樹脂２２の盛り上がりを確実にする為に６５度とし、周縁部内周面３４ａとの交差角度を鋭角にしているが、これに限定するものではない。

本実施の形態２では、周縁部３４を構成する周縁駒３２を、光学成形面３３を有する成形駒３１と別体としているため、成形駒３１に対して周縁駒３２を法線ＺＡ方向に相対的に変位させることができる。これにより、周縁部３４の高さＨ（すなわち樹脂外周部２２ｂの寸法）の調整が随意かつ容易に設定／変更可能であり、必要量の樹脂２２に対して、充分な表面張力による盛り上がりが得られ、且つ、周縁部３４への樹脂２２のはみ出しが生じない最適な高さに調整することができる。

また、上述の実施の形態１に比べ、樹脂２２の押延後（図６Ｃの状態）の基材２１と周縁部３４との間隔を広くすることが可能となり、より吐出供給量のばらつきを吸収することができる。
［実施の形態３］
図９Ａおよび図９Ｂは、本発明のさらに他の実施の形態である金型の構成および作用（光学素子の成形方法）の一例を工程順に例示した断面図である。

この実施の形態３では、周縁部３４を構成する周縁駒３２−１の素材を、光学成形面３３を構成する成形駒３１の素材とは異なる性質のものを用いた点が、上述の実施の形態２と異なっている。

すなわち、周縁部３４を構成する周縁駒３２−１を、実施の形態２の場合の鋼材から、光学成形面３３を構成する成形駒３１よりも樹脂２２との濡れ性の悪い、たとえばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の部材を用いて製作したものである。

そして、基材２１の樹脂成形面２１ａにおける曲率半径Ｒ１を１０．５ｍｍ、成形完了時の所望の中心部（光軸Ｚ部）の樹脂２２の厚さを０．３ｍｍとして成形を行った。なお、樹脂２２の粘度は上述の実施の形態２と同様である。

すなわち、図９Ａのように、金型３０の光学成形面３３に所望量の樹脂２２を吐出した後、基材２１を接近させて、図９Ｂのように、周縁駒３２−１の周縁部３４と基材２１の樹脂成形面２１ａとが非接触の状態のままで成形を完了した。

上述の実施の形態２の樹脂量に対し、基材２１の樹脂成形面２１ａの曲率半径Ｒ１が小さく、且つ、成形完了時の中心部の樹脂２２の厚さが厚くなった分、必要な樹脂２２の量は約３８ｍｇとなるが、樹脂２２に対する周縁駒３２−１の濡れ性が成形駒３１の鋼材に比べ悪いため、周縁部３４の高さＨの寸法は上述の実施の形態２と同様の０．３ｍであっても、より大きな表面張力による樹脂２２の盛り上がりが得られ、図９Ｂのような成形完了状態において、樹脂２２が周縁部３４の外周に流れ出すことがない。

なお、実施の形態３における光学素子２０の樹脂２２の厚さは、中心部（光軸Ｚ部）の樹脂の厚さは０．３ｍｍ（最薄部）、光学有効径Ｄ０における樹脂２２の厚さは０．８２ｍ（最厚部）である。

本実施の形態３では、上述の実施の形態２と同様に、周縁駒３２−１に角度θ２の周縁部端面３４ｂを設けたことと、さらに周縁駒３２−１に濡れ性の悪い部材を用いたことにより、基材２１と周縁部３４の間隔をより大きくすることが出来るため、樹脂２２のくびれ部２２ｃ（メニスカス）において、より大きな樹脂量のばらつきを吸収することができる。

さらに、周縁駒３２−１の樹脂２２に対する濡れ性を悪くした新たな効果として、光学成形面３３に対する樹脂２２に吐出供給時において、表面張力による樹脂２２の盛り上がりをより大きくすることができ、吐出後の樹脂２２の表面が凸のＲ面となる。従って、基材２１を樹脂２２に接近させて接触させる際に、接触開始部が確実に点接触となり、この点接触の状態から周囲に接触領域が広がるため、基材２１の樹脂成形面２１ａと樹脂２２との間における気泡の巻き込みが減少する。
［実施の形態４］
図１０Ａは、本発明のさらに他の実施の形態の金型の構成を示す断面図であり、図１０Ｂは、その一部を拡大して示す断面図である。また、図１１Ａおよび図１１Ｂは、本実施の形態の金型を用いた光学素子の成形方法の一例を工程順に示す断面図であり、図１２は、図１１Ｂの一部を拡大して示す断面図である。

図１０Ａおよび図１０Ｂに例示されるように、本実施の形態４では、光学成形面３３が形成される成形駒３１の外径を光学有効径Ｄ０に設定した。さらに、周縁部３４が形成される周縁駒３２−２は、下端側が成形駒３１の光学成形面３３に連続し、上端側が周縁部端面３４ｂに連続する周縁部曲面３５が設けられている点が、上述の実施の形態３と異なっている。また、周縁部端面３４ｂは光学成形面３３の中心における面の法線ＺＡに直交する平坦な平面で構成されている。

本実施の形態４で、光学成形面３３は、近似曲率半径Ｒ０が１５０ｍｍで、所望の光学面形状を有する凸形状（非球面形状）を呈している。この光学成形面３３の光学有効径Ｄ０（この場合、Ｄ０＝８ｍｍ）の外側に、光学成形面３３を構成する成形駒３１とは異なる部材からなる周縁駒３２−２によって周縁部３４が構成されている。

この周縁部３４に設けられた周縁部曲面３５の下端は、上述のように、光学成形面３３と光学有効径Ｄ０（＝８ｍｍ）の位置で隣接（交差）し、また半径Ｒ２が、たとえば０．４ｍｍの曲面となっており、光学成形面３３と周縁部３４との隣接部から周縁部端面３４ｂまでの高さＨは０．４ｍｍとなっている。

さらに、周縁駒３２−２の周縁部端面３４ｂには、樹脂２２との濡れ性が悪いフツ素樹脂等からなる濡れ性制御部材３６がコーティングされている。
以下、本実施の形態４の作用の一例について説明する。

上述の図１０Ａおよび図１０Ｂのような構成の金型３０の光学成形面３３上に所望量の紫外線硬化型の樹脂２２を吐出する。この場合、樹脂２２の粘度は、たとえば４５００ｍＰａ・ｓである。

その際、樹脂２２は金型３０の周縁部３４まで達し、周縁部３４の周縁部曲面３５と周縁部端面３４ｂが交わるエッジ部３４ｃから表面張力により盛り上がっている状態となる（図１１Ａ）。

その後、基材２１を、法線ＺＡと平行な方向に金型３０に近接させ、光学成形面３３上の樹脂２２を広げていく。この場合、基材２１は、所望の形状を有する研磨硝子基材（硝材Ｓ−ＢＳＬ７：株式会社オハラ製）で構成され、外径Ｄ２＝１０ｍｍ、樹脂成形面２１ａの曲率半径Ｒ１＝５０ｍｍ、中心肉厚Ｈ１＝３ｍｍ、の寸法形状を呈する球面両凸レンズからなる。

次に、光軸ＺＣ部（中心部）で所望の厚さとなったところで基材２１の接近を停止する（図１１Ｂ）。その際、本実施の形態４でも、金型３０の周縁部３４と基材２１の樹脂成形面２１ａは接触しておらず、樹脂２２のメニスカスが形成されている。また、上述の吐出工程における樹脂２２の所望量とは、この図１１Ｂの状態における樹脂２２の外周部が、基材２１の側では光学有効径Ｄ０よりも広がり、金型３０の側では周縁部３４の周縁部端面３４ｂと周縁部曲面３５が交差するエッジ部からはみ出さない量（この場合、約２５ｍｇ）である。

続いて、基材２１の側から紫外線６０を照射し、樹脂２２を硬化させる。
その後、金型３０の光学成形面３３及び周縁部曲面３５から樹脂２２を剥離し、基材２１と樹脂２２からなる光学素子２０を得る。この場合、光学素子２０において、中心部（光軸Ｚ部）の樹脂２２の厚さは０．３ｍｍ（最薄部）、光学有効径Ｄ０における樹脂２２の厚さは０．５１ｍｍ（最厚部）である。

図１２に例示されるように、周縁部３４の周縁部端面３４ｂが基材２１の樹脂成形面２１ａと接していないことから、基材２１の樹脂成形面２１ａと、周縁部曲面３５と周縁部端面３４ｂが交差するエッジ部３４ｃとの間に樹脂２２の表面張力によって形成されるメニスカス（くびれ部２２ｃ）が形成される。樹脂２２の光学成形面３３に対する吐出量のばらつきは、このくびれ部２２ｃ（メニスカス）の形状が変化することによって、当該樹脂２２が基材２１と周縁部３４の間から大きくはみ出すことなく吸収できる。また、周縁部端面３４ｂに樹脂２２に対して濡れ性の悪い物質からなる濡れ性制御部材３６をコーティングしてあるために、樹脂２２が周縁部端面３４ｂ上にさらにはみ出し難く、より大きな吐出量のばらつきを吸収できる。

また、周縁部３４に周縁部曲面３５を設けることで曲線形状としているため、樹脂２２の吐出時に、樹脂２２の広がりが光学成形面３３と周縁部３４の隣接部を通過する際の空気の巻き込みが無く、基材２１および樹脂２２からなる光学素子２０の外観品質の向上を実現できる。
［実施の形態５］
図１３Ａは、本発明のさらに他の実施の形態である金型の平面図であり、図１３Ｂは、その断面図、図１４Ａおよび図１４Ｂは、本実施の形態の金型を用いた光学素子の成形方法を工程順に説明する断面図である。また、図１５Ａは本実施の形態の光学素子の成形方法で得られた光学素子の構成の一例を示す側面図、図１５Ｂは、その平面図である。

図１３Ａおよび図１３Ｂに例示されるように、本実施の形態５の場合、光学成形面３３が形成される成形駒３１および周縁部３４が形成される周縁駒３２は、矩形の断面形状を呈している。光学成形面３３は、所望の光学面形状を有する凸形状を呈し、その近似曲率半径Ｒ０は４０ｍｍ、の球面形状である。また、光学成形面３３における光学有効幅Ｗ０は、縦横の各々において１２ｍｍ×１２ｍｍであり、その外側を取り囲むように、成形駒３１とは異なる部材からなる周縁駒３２を配置して、この周縁駒３２の端部が光学成形面３３よりも突出することにより周縁部３４を形成している。また、周縁部３４における周縁部内周面３４ａは、光学成形面３３の中心における法線ＺＡと平行な平面となっており、さらに、周縁部端面３４ｂは光学成形面３３の中心における面の法線ＺＡに直交する平坦な平面で構成されている。

光学成形面３３の外形幅寸法Ｗ１（すなわち、周縁部３４における周縁部内周面３４ａの幅寸法）は、１２．６ｍｍ×１２．６ｍｍである。光学成形面３３と周縁部３４との隣接部から周縁部端面３４ｂまでの高さＨは０．４５ｍｍとなっている。

以下、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して、本実施の形態の光学素子の成形方法の一例を説明する。
まず、図１４Ａのように、上述の金型３０の光学成形面３３上に所望量の紫外線硬化型の樹脂２２を吐出する（この場合、樹脂２２の粘度は、８００ｍＰａ・ｓである）。この吐出の際、樹脂２２は光学成形面３３を取り囲む周縁部３４まで達し、周縁部端面３４ｂから表面張力により盛り上がっている状態となる。

次に、所望の形状を有する研磨硝子基材からなる基材２１−１を、光軸Ｚと平行方向に金型３０に接近させ、樹脂成形面２１ａと光学成形面３３の間で樹脂２２を広げていく。この場合、基材２１−１は、たとえば、硝材Ｓ−ＢＳＬ７（株式会社オハラ製）で構成され、矩形の樹脂成形面２１ａ（外形幅Ｗ２＝１４ｍｍ×１４ｍｍ、樹脂成形面２１ａの曲率半径Ｒ１＝∞）を備えたプリズムからなる。

そして、図１４Ｂのように、たとえば光軸Ｚ部の樹脂２２が所望の厚さとなったところで基材２１−１の接近を停止する。この時、金型３０の周縁部３４と基材２１−１は接触しておらず、樹脂２２のメニスカスが形成されている。ここで、上述の図１４Ａの吐出工程での樹脂２２の前記所望量とは、この図１４Ｂの状態における樹脂２２の外周部が、基材２１−１の側では光学有効径（光学有効幅Ｗ０）よりも広がり、金型３０の側では周縁部３４の周縁部内周面３４ａと周縁部端面３４ｂの交わるエッジ部からはみ出さない量（この場合、約１１０ｍｇ）である。

続いて、基材２１−１の側から紫外線６０を照射し、樹脂２２を硬化する。そして、樹脂２２を、金型３０の光学成形面３３及び周縁部内周面３４ａから剥離することで、基材２１−１と樹脂２２からなる光学素子２０−１を得る。この場合、光学素子２０−１において、中心部（光軸Ｚ部）の樹脂２２の厚さは０．３ｍｍ（最薄部）、光学有効幅Ｗ０における樹脂２２の厚さは１．２ｍｍ（最厚部）である。

この実施の形態５の場合にも、成形中および完了時に基材２１−１の樹脂成形面２１ａと金型３０の周縁部３４とが非接触であるため、樹脂成形面２１ａと周縁部３４のエッジ部の間に形成されるメニスカス（くびれ部２２ｃ）が、光学成形面３３に供給された樹脂２２の量の過不足に応じて形状が変化することで、当該樹脂２２の過不足が吸収され、基材２１−１と金型３０の周縁部３４の間から余剰の樹脂２２が溢れ出ることがない。このため、溢れ出た樹脂２２が、バリ等となって剥がれ落ちることに起因する異物の発生や、光学有効幅Ｗ０の内側の樹脂２２の損傷を防止することができる。

また、プリズムのように樹脂成形面２１ａが平坦な基材２１−１を用いる場合でも、光学成形面３３の上に吐出された樹脂２２が、周縁部３４のエッジ部の内側で表面張力により盛り上がるように保持されるので、基材２１−１の樹脂成形面２１ａを最初に樹脂２２に接触させる際に点接触となり、樹脂成形面２１ａと樹脂２２との間における気泡の巻き込み等の欠陥の発生を防止できる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、上述の各実施の形態では、種々の数値を例示しているが、これらは、一例であり、本発明が、これらの数値の例示に限定されるものではない。

本発明の一実施の形態である光学素子の成形方法を実施する成形用金型の構成の一例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である成形用金型を用いた光学素子の成形方法の一例を工程順に例示した断面図である。 本発明の一実施の形態である成形用金型を用いた光学素子の成形方法の一例を工程順に例示した断面図である。 本発明の一実施の形態である成形用金型を用いた光学素子の成形方法の一例を工程順に例示した断面図である。 本発明の一実施の形態である光学素子の成形方法にて得られる光学素子の構成の一例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である光学素子の成形方法にて得られる光学素子の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の他の実施の形態である成形用金型の構成の一例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である成形用金型を用いた光学素子の成形方法の一例を工程順に例示した断面図である。 本発明の一実施の形態である成形用金型を用いた光学素子の成形方法の一例を工程順に例示した断面図である。 本発明の一実施の形態である成形用金型を用いた光学素子の成形方法の一例を工程順に例示した断面図である。 本発明の一実施の形態である光学素子の成形方法にて得られる光学素子の構成の一例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である光学素子の成形方法にて得られる光学素子の一部を拡大して示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態である成形用金型の構成および作用の一例を工程順に例示した断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態である成形用金型の構成および作用の一例を工程順に例示した断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態である成形用金型の構成を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態である成形用金型の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施の形態である成形用金型を用いた光学素子の成形方法の一例を工程順に示す断面図である。 本発明の一実施の形態である成形用金型を用いた光学素子の成形方法の一例を工程順に示す断面図である。 本発明の一実施の形態である光学素子の成形方法にて得られる光学素子の一部を拡大して示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態である成形用金型の平面図である。 本発明のさらに他の実施の形態である成形用金型の断面図である。 本発明の一実施の形態である成形用金型を用いた光学素子の成形方法を工程順に説明する断面図である。 本発明の一実施の形態である成形用金型を用いた光学素子の成形方法を工程順に説明する断面図である。 本発明の一実施の形態である光学素子の成形方法で得られた光学素子の構成の一例を示す側面図である。 本発明の一実施の形態である光学素子の成形方法で得られた光学素子の構成の一例を示す平面図である。 従来技術の光学素子の成形方法を説明する説明図である。 従来技術の光学素子の成形方法を説明する説明図である。 従来技術の光学素子の成形方法で得られた光学素子の説明図である。

符号の説明

１０ 金型
１１ 光学成形面
１２ 周縁部
１２ａ 周縁部内周面
１２ｂ 周縁部端面
２０ 光学素子
２０−１ 光学素子
２１ 基材
２１−１ 基材
２１ａ 樹脂成形面
２２ 樹脂
２２ｂ 樹脂外周部
２２ｃ くびれ部
３０ 金型
３１ 成形駒
３２ 周縁駒
３２−１ 周縁駒
３２−２ 周縁駒
３３ 光学成形面
３４ 周縁部
３４ａ 周縁部内周面
３４ｂ 周縁部端面
３５ 周縁部曲面
３６ 濡れ性制御部材
６０ 紫外線
Ｄ０ 光学有効径
Ｄ１ 周縁部内径

Claims (7)

1. 基材と、前記基材の表面に形成された樹脂とを含む光学素子の成形方法であって、
   所定の形状を有する光学成形面と、前記光学成形面における光学有効径の外側に設けられた周縁部と、を含み、前記周縁部が、周縁部端面と周縁部内周面を有し、前記光学成形面の外周端に、前記周縁部内周面が接している成形用金型を準備する工程と、
   前記金型の光学成形面に、エネルギー硬化型の樹脂を吐出する工程と、
   前記樹脂と基材とを相対的に接近させて、前記樹脂を押し広げる工程と、
   所定の間隔になったときに、前記樹脂と前記基材の接近を停止する工程と、
   前記樹脂を硬化させる工程と、
   前記基材および前記樹脂を前記成形面から剥離する工程とを含む光学素子の成形方法であって、
   前記樹脂を吐出する工程において、前記所定の間隔になったときに、前記樹脂の外周部が、前記金型周縁部内周面でメニスカスを形成する量の樹脂を吐出し、
   前記接近を停止する工程において、前記所定の間隔になったときに、前記成形面と前記基材が分離している状態で接近を停止することを特徴とする光学素子の成形方法。
2. 請求項１記載の光学素子の成形方法において、
   前記光学成形面に前記樹脂を吐出する工程では、前記周縁部の端面以上の高さに達するまで前記樹脂を前記光学成形面に吐出することを特徴とする光学素子の成形方法。
3. 基材と、前記基材の表面に形成された樹脂とを含む光学素子であって、前記樹脂は、光学面と、前記光学面を取り囲む樹脂外周部と、一端が前記樹脂外周部と接し、他端が前記基材に接し、前記光学素子の中心に向かって形成されたくびれ部と、を有することを特徴とする光学素子。
4. 請求項３記載の光学素子において、前記樹脂外周部の母線と前記光学素子の光軸となす角度が０度以上３０度以下であることを特徴とする光学素子。
5. 請求項３記載の光学素子において、前記樹脂の硬化前の粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする光学素子。
6. 請求項３記載の光学素子において、前記樹脂の前記光学素子における光軸方向の厚さが、最薄部で０．１ｍｍ以上、最厚部で０．３ｍｍ以上であることを特徴とする光学素子。
7. 請求項３記載の光学素子において、前記樹脂の光学面は、（光学有効径）／（近似曲率半径）≦０．５、を満たす凸面、又は凹面であることを特徴とする光学素子。

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