JPH0675875B2 - 複合型光学素子の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガラスまたはプラスチック材料にて形成された
光学素子の基材と、この基材表面に形成された合成樹脂
層から成る複合型光学素子の製造方法と装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、非球面レンズを製造する一般的な方法としては、
透明な熱可塑性樹脂を成形用金型に注入して成形加工す
る、所謂プラスチックレンズの製造方法が存在する。

しかるに、当該方法は、低コストで量産が可能である反
面、成形後の冷却の際にひけが生じ易いため焦点距離が
狂ってしまう等の光学特性精度にバラツキを生ずる欠点
がある。

従って、かかる欠点を解消する製造方法として、所望の
光学的形状の成形面を有する金型とガラスまたはプラス
チック基材間に硬化型樹脂を介在させて硬化することに
より、前記基材表面に、前記金型の成形面を転写せしめ
た光学的面を有する樹脂層を設けた光学部品を成形する
所謂複合型光学素子の製造方法が開発実施されている。

かかる製造方法によれば、樹脂層が薄膜となっているた
め、熱膨張や熱による屈折率変化の影響も小さく、さら
には、歪みやひけの発生も抑えることができ、光学特性
精度のバラツキのない非球面レンズを量産し得る。

但し、前記複合型光学素子の製造方法において、金型と
基材間に硬化型樹脂を介在させる際に、基材表面に所要
量の硬化型樹脂を吐出する方法が採用されるが、基材に
吐出された樹脂の位置が、基材中心よりズレたり、ある
いは吐出樹脂の真円度が悪い場合、これに金型を押圧し
て基材表面に樹脂を拡げると、樹脂は基材中心よりズレ
た状態にて拡がったり、あるいは楕円状に拡がってしま
う等、基材表面に光軸を中心に一様に拡がってくれない
欠点を有することから、かかる欠点を解消しつつ製造す
る方法を、出願人は特願平１−148947号にて提案してい
る。

すなわち、当該出願に係る方法は、金型または基材の光
学的な有効径の外側に環状の凸条または凹溝を形成し、
この環状の凸条または凹溝によって基材表面に形成され
る樹脂層の外周部を結合することにより所要の樹脂層の
真円性あるいは基材中心と樹脂層中心との一致性を担保
せしめたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、前記複合型光学素子の製造方法における、環
状の凸条または凹溝により樹脂層の真円性あるいは基材
中心と樹脂層中心を一致させる方法においては、環状の
凸条または凹溝が光学的に必要な径より外周に存在する
としても、その凸条または凹溝を通る光線は大きく屈折
されることから、これを撮影レンズ等に用いた場合、ゴ
ーストが発生し易くなる。

また、金型または基材に環状の凸条や凹溝を加工しなけ
ればならなず、成形に際して金型内や基材面に損傷を生
ずる可能性等の問題点が判明した。

因って、本発明は前記問題点を解消すべく開発されたも
ので、成形の際に吐出される硬化型樹脂の位置ずれ、真
円度等に影響されず、しかも金型や基材に対する２次的
な加工を施すことなく、基材中心と樹脂層中心を一致さ
せた光学特性等にバラツキがなく、かつゴーストの発生
しない複合型光学素子を製造し得る方法と装置の提供を
目的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕

第１図は本発明の概念図である。

ガラスまたはプラスチックにより形成した基材１を回転
自在に保持するとともにこの基材１の光軸３に軸心を一
致せしめて、金型４を基材１に対して昇降自在に対向配
置し、かつエネルギー硬化型樹脂２の吐出手段（不図
示）を介して、前記基材１の樹脂層の形成表面上に所要
量のエネルギー硬化型樹脂２を吐出した後、前記基材１
を光軸３を中心に回転するとともにこの回転する基材１
の表面に吐出されたエネルギー硬化型樹脂２に、前記金
型４を降下せしめて、その成形面を当接して前記エネル
ギー硬化型樹脂２を基材１表面に展延し、さらに、前記
基材１表面に展延されたエネルギー硬化型樹脂２を、前
記金型４の成形面を転写せしめつつ硬化することにより
基材１と樹脂層から成る複合型光学素子を成形するもの
である。

しかして、基材１上に吐出されたエネルギー硬化型樹脂
２を金型４の成形面を転写しつつ基材１表面に所要の光
学面を備える樹脂層を成形するに当り、前記基材１を光
軸を中心に回転しつつ金型４をエネルギー硬化型樹脂２
に当接することによって、エネルギー硬化型樹脂２を基
材１表面に、基材１の光軸を中心にして同径に展延し、
前記基材１表面に対するエネルギー硬化型樹脂２の吐出
状態に左右されることのないエネルギー硬化型樹脂の展
延作用を得ることができる。

尚、前記作用を得るに要する構成要件としての基材１の
回転は金型４と相対的な回転によっても同様の作用が得
られ、具体的には基材１の回転に換えて、金型４を回転
する構成あるいは基材１と金型４を同時に回転する構
成、かつ両者を同時に回転する構成においては両者を同
一方向に回転するかあるいは両者を互いに逆方向に回転
する構成を挙げることができる。

また、前記エネルギー硬化型樹脂２としては紫外線硬化
型樹脂、熱硬化型樹脂あるいは電子線硬化型樹脂を具体
的に挙げることができ、前記各エネルギー硬化型樹脂の
硬化は紫外線照射装置、加熱装置およびアルファ線、ガ
ンマ線、Ｘ線あるいは電磁線の照射装置を介して遂行さ
れる。

さらに、前記エネルギー硬化型樹脂を基材１と金型４に
介在する方法としては、前記基材１の表面に吐出する方
法に加えて、金型４の成形面に吐出する方法を挙げ得る
とともに前記基材１あるいは金型４の成形面をエネルギ
ー硬化型樹脂２に当接する方法としては、基材１に対し
て金型４を移動する方法に換えて、基材１を金型４方向
に移動せしめて当接する方法あるいは両者を同時に対向
方向に移動せしめて当接する方法を挙げることができ
る。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面とともに説明する。

（第１実施例） 第２図は、本発明の第１実施例を示す、一部を縦断した
製造装置の正面図である。

基材１の保持手段は、支持枠（不図示）により支持され
る支持台８に筒状の受け部７を取付けるとともにこの受
け部７に環状のベアリング６を介装して基材１の保持筒
５を回転自在に取付けることにより構成されている。

また、前記保持筒５の上部の内周部には基材１の環状の
係合縁16を設けるとともに下部にはプーリ17を一体に形
成してある。

そして、前記支持台８の下部にはモータ９を固定すると
ともにこのモータ９の駆動軸9aにプーリ18を取付け、こ
のプーリ18と前記保持筒５のプーリ17間にベルト10を張
設することにより保持筒５に保持する基材１の回転手段
を構成している。

尚、13、14は前記受け部７および保持筒５間にベアリン
グ６を固定するための受け部７および保持筒５のネジ部
7aおよび5aに螺着した押えリングである。

また、前記保持筒５の受け部16に載置して保持せしめた
基材１の光軸３に金型４の軸を一致せしめつつ金型４を
保持する手段は、前記支持台８の上側に支持柱15を立設
するとともにこの支持柱15にシリンダ11を取付け、かつ
このシリンダ11のシリンダロッド12に金型４を取付ける
ことにより構成されている。

尚、前記金型４の成形面4aには、樹脂層に所要の光学表
面を成形するに足る凸状の成形面が設けられている。

さて、以上の構成から成る製造装置により複合型光学素
子を成形する場合について説明すると、まず、基材１は
光学硝材（BK−７）に所要の形状の研摩加工を施すこと
により形成した研摩レンズであって、この基材１の樹脂
層の成形表面20に、樹脂層との密着性を向上すべくカッ
プリング処理を施す。

このカップリング処理はメタアクリレート系シランカッ
プリング剤KBM−503（商品名・信越化学工業株式会社
製）１重量％とエタノール99重量％の組成から成る希釈
液を基材１の表面20に塗布し、これを80℃にて20分間エ
ージリング処理することにより実施した。

しかる後、カップリング処理後の基材１を保持筒５の係
合縁16に係止しつつ乗載するとともに基材１の表面20に
エネルギー硬化型樹脂２を吐出手段（不図示）を介し
て、所要量吐出する。

前記エネルギー硬化型樹脂２としては紫外線硬化型ウレ
タンアクリレート系樹脂を用い、基材１の表面20に対す
る吐出位置あるいは吐出形状の真円度等については全く
管理することなく吐出した。

また、金型４の成形面4aについては、シリコン系焼付型
離型剤KS−701（商品名・信越化学工業株式会社製）10
重量％と（トルエン90重量％）の組成から成る希釈液を
塗布し、200℃にて１時間の焼付けを行うことにより離
型処理した後、シリンダ11を作動して0.5〜2mm/secの速
度にて下降させるとともにモータ９を作動して、保持筒
５を回転することにより、これに乗載した基材１を５〜
20rpmの回転数にて回転させる。

しかして、前記金型４の成形面4aが基材１の表面20に吐
出された紫外線硬化型樹脂２に当接し、基材１の回転に
伴って、表面20に展延され、基材１の表面20に必要膜厚
の樹脂層を得るに足る樹脂２の展延を確認した時点に
て、シリンダ11とモータ９を停止して、基材１の回転お
よび金型４の下降を停止した後、基材１側から紫外線照
射装置（不図示）を介して紫外線を照射して金型４と基
材１間の紫外線硬化型樹脂２を硬化することにより、金
型４の成形面4aが転写された光学表面を有する樹脂層を
基材１の表面20に形成することができる。

因って、これを金型４の成形面4aより成形品を離型する
ことにより所望のガラスレンズから成る基材１と樹脂層
から成る複合型光学素子を得ることができる。

尚、こうして得られた複合型光学素子の基材１と樹脂層
の中心は一致し、樹脂層の真円度も良好であった。

しかして、前記本発明の実施例における作用効果を第３
図によって具体的に説明する。

まず、第３図ａは基材１の表面20上に吐出された紫外線
硬化型樹脂21の形状を示す。

ここで、基材１の表面20と樹脂21の中心は一致しておら
ず、また、樹脂21の真円度も悪い。

次に、第３図ｂは基材１を回転させながら金型４を下降
し、樹脂21を拡げている状態を示している。

樹脂21は基材１の回転に伴って、基材１の光軸中心に沿
って均一に拡がっている部分22と不均一な展延部分23が
残っている。

また、第３図ｃは、第３図ｂの状態よりさらに樹脂21の
展延を進めた状態を示すもので、樹脂21の均一に拡がっ
ている部分22が大半をしめるとともに不均一な展延部分
23は極一部分となっている。

これによって、最終的には必要な樹脂層を得るまで、金
型４を下降しつつ基材１を回転した場合、基材１の表面
20の回転中心と樹脂層中心が一致するとともに所望の真
円度を得ることができる。

かかる結果は、液状体が回転中心に同径に拡がるという
特徴を利用したもので、特に、本発明の複合型光学素子
に用いるエネルギー硬化型樹脂は、粘度が数千cpsであ
るため、回転中心に樹脂が寄り易くまた、樹脂の揺変性
も回転しつつ展延せしめることによって得られる前記作
用を得るのに役立っている。

従って、金型４の下降速度、基材１の回転速度およびエ
ネルギー硬化型樹脂の吐出量等の展延条件は基材１の
径、硬化型樹脂によって形成する樹脂層の径、厚み等に
よって決定される。

（比較例） 因みに、前記第１実施例の装置を用いて、前記第１実施
例の方法中、モータ９による基材１の回転をせずにその
他は、同様の方法によって複合型光学素子の成形を行っ
たところ、基材１の成形面20に対する硬化型樹脂２の吐
出位置が悪い場合には、拡げられた樹脂２はその偏より
を修正できず、基材１の光軸中心と樹脂層の中心がズレ
てしまうとともにその真円度も悪いことが判明した。

（第２実施例） 第４図は本発明の第２実施例を示す、一部を縦断した製
造装置の正面図である。

本実施例の複合型光学素子の製造装置は、基材１を回転
自在に保持するとともに当該基材１に対して金型４を対
向方向に昇降自在に保持して構成した第１実施例の製造
装置とは逆に、基材１を昇降自在に保持するとともに金
型４を回転自在に保持することにより構成したものであ
る。

しかして、基材１の保持手段は支持枠（不図示）に支持
される支持台32上側にガイド支柱35、35を立設するとと
もにこのガイド支柱35、35間にガイドブッシュ39を介装
しつつ基材１の保持台36を昇降自在に渡架し、かつ前記
ガイド支柱35、35間に渡架して固定した支持台37にシリ
ンダ110を取付けるとともにこのシリンダ110のシリンダ
ロッド120に前記保持台36を連結することにより構成さ
れている。

また、前記基材１の保持台36の中央部には円形状の基材
１の嵌合孔40を設けるとともにこの嵌合孔40の内周壁に
環状の段部から成る基材１の係合縁41を設け、かつこの
係合縁41の径より大径の環状壁面に設けたネジ部42に基
材１の押え環38を着脱自在に螺着してある。

さらに、金型４の保持手段は、前記支持台32に筒状の受
け部31を取付けるとともにこの受け部31にベアリング60
を介装して金型４を回転自在に取付けることにより構成
されている。

また、前記金型４の下部にはプーリ43を一体に形成する
とともに前記支持台32の下部に固定されるモータ90の駆
動軸90aに取付けたプーリ44を前記プーリ43にベルト100
を張設して連結することにより前記金型４の回転手段を
構成してある。

尚、33、34は前記受け部31および金型４の外周間に前記
ベアリング60を固定するための受け部31および金型４の
ネジ部31aおよび4bに螺着した押えリングである。

また、前記金型４の回転中心と前記保持台36に保持され
る基材１の光軸３とが同軸となるように金型４と保持台
36が対向配設されるとともに金型４と成形面4aは基材１
の成形面に成形する樹脂層に対して所要の光学表面を成
形するに足る凹状の成形面が設けられている。

さて、以上の構成から成る複合型光学素子の製造装置に
よる成形方法について以下に説明する。

まず、基材１の成形材料、基材１の成形面20に対するカ
ップリング処理、金型４の成形面4aに対する離型処理に
ついては第１実施例と同様である。

しかして、カップリング処理後の基材１を保持台36の嵌
合孔40中に落とし込むとともに外周縁を係合縁41に係止
せしめた後、ネジ部42に押え環38を螺着することによ
り、基材１の外周縁を係合縁41と押え環38間に固定し、
かつ金型４の成形面4a上に所要量の紫外線硬化型樹脂２
を吐出する。

しかる後、前記シリンダ110を作動して基材１を保持す
る保持台36を下降しつつ、基材１を、下方の金型４方向
に0.5〜2mm/secの速度で下降させるとともにモータ90を
作動してプーリ44、ベルト100およびプーリ43を介して
金型４を５〜20rpmの回転数にて回転させる。

そこで、金型４の成形面4aに吐出される紫外線硬化型樹
脂２に基材１の樹脂層成形面20が当接されると金型４の
回転に伴って、前述の第３図示と同様の状態下に樹脂２
が基材１の光軸を中心に展延される。

従って、基材１の成形面20に樹脂２が必要な径と厚みを
以て展延された時点にてシリンダ110およびモータ90を
停止した後、基材１側から紫外線を照射して樹脂２を硬
化させるとともに金型４より離型することによって基材
１の成形面20に所望の光学表面を有する樹脂層を具備す
る複合型光学素子を成形することができる。

かかる方法により得られた複合型光学素子は、第１実施
例にて得られた複合型光学素子と同様に基材１と樹脂層
の光学中心は一致するとともに樹脂層の真円度も良好で
あった。

尚、以上の第１および第２実施例における製造装置にお
いて、基材１あるいは金型４の回転手段および移動手段
の構成をモータ９、90、プーリ17、18、43、44およびベ
ルト10、100とシリンダ11、110により構成した実施例を
挙げたが、同様の動作が達成し得るその他の構成手段に
て実施可能で、前述の各実施例に限定されるものではな
い。

また、第１および第２実施例においては基材１あるいは
金型４のいずれか一方を回転し、他方を対向方向に移動
する場合について述べたが、基材１あるいは金型４のい
ずれか一方を固定し、他方を回転かつ移動せしめる実施
例、あるいは両者を回転し、いずれか一方を対向方向に
移動する実施例に加えて、両者を回転し（両者を同一あ
るいは互いに逆方向に回転し）、かつ互いに対向方向に
移動させて実施することによっても、前記各実施例と同
様の作用硬化を得つつ、所要の複合型光学素子の製造を
行うことができる。

さらに、前記した紫外線硬化型樹脂２については、これ
に限定されず、その他の熱硬化型樹脂、あるいは電子線
硬化型樹脂のエネルギー硬化型樹脂を使用しつつ実施で
き、これの硬化には加熱装置あるいはアルファ線、ガン
マ線、Ｘ線、電磁線の対応する照射装置を使用しつつ、
硬化することにより実施する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、基材と金型間に介在されるエネルギー
硬化型樹脂の位置あるいは真円度に左右されることな
く、良好な真円度と光軸中心の一致する樹脂層を基材に
成形することができ、構成上ゴーストの発生もなく、光
学特性にバラツキのない優れた製品精度を有する複合型
光学素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の概念図、第２図は本発明の第１実施例
を示す一部縦断正面図、第３図ａ〜ｃはエネルギー硬化
型樹脂の展延状態を示す説明図、第４図は本発明の第２
実施例を示す一部縦断正面図である。 １……基材 ２……エネルギー硬化型樹脂 ３……光軸 ４……金型 ５……保持筒 ６、60……ベアリング ７、31……受け部 ８、32……支持台 ９、90……モータ 10、100……ベルト 11、110……シリンダ 12、120……シリンダロッド 13、14、33、34……押えリング 15……支持柱 16、41……係合縁 17、18、43、44……プーリ 20……基材表面 21……エネルギー硬化型樹脂 22……均一展延部分 23……不均一展延部分 35……ガイド支柱 36……保持台 37……支持台 38……押え環 39……ガイドブッシュ 40……嵌合孔 42……ネジ部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラスまたはプラスチック基材の表面また
   は金型の成形面にエネルギー硬化型樹脂を吐出し、当該
   硬化型樹脂の樹脂層を前記基材表面に金型の成形面の転
   写にて形成した後、硬化することにより前記基材と樹脂
   層から成る複合型光学素子を製造する方法において、 前記基材表面または金型成形面に吐出されたエネルギー
   硬化型樹脂に前記金型の成形面または基材表面を当接し
   つつ、基材または金型の少なくとも一方を、その光軸を
   中心に回転し、前記樹脂層を形成することを特徴とする
   複合型光学素子の製造方法。
2. 【請求項２】ガラスまたはプラスチック基材と成形用金
   型を光軸を一致せしめつつ対向保持する手段と、前記保
   持手段にて対向保持した基材または金型の少なくともい
   ずれか一方を対向方向に移動する手段と、前記保持手段
   にて対向保持した基材または金型の少なくともいずれか
   一方を、その光軸を中心に回転する手段とから成る複合
   型光学素子の製造装置。