JPH0789162B2

JPH0789162B2 - 光学素子の製造方法

Info

Publication number: JPH0789162B2
Application number: JP9949086A
Authority: JP
Inventors: 哲志野瀬; 敏之中島; 健馬場; 信男櫛引; 英悟川上; 優和真継
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-05-01
Filing date: 1986-05-01
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS62256641A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、弾性率の異なる弾性体層からなる積層弾性体
を利用した光学素子を、精度よく製造する方法に関す
る。

背景技術カメラ、ビデオ等の光学機器や光通信、レーザーディス
クをはじめとするエレクトロオプティクス機器に用いら
れる光学素子として、光学表面形状を変化させることに
より、焦点距離を可変とした光学素子が本出願人により
提案されている（特開昭60−111201号公報）。

この可変焦点光学素子は、弾性体と、開口部を有し、該
弾性体に接触する比較的硬い開口部材とからなり、上記
弾性体を変形させて開口部材の開口部から露出した弾性
体の光学表面（以下「開口表面という）の形状を変化さ
せることにより、比較的小さな外力の変化で大きな焦点
距離の変化を得ることを可能としたものである。

この可変焦点光学素子の望ましい光学的特性を保持しつ
つ、該光学素子の小型化を図るためには、前記した弾性
体の開口表面（特にその外縁部）を望まし形状（球面
等）に維持しつつ該弾性体を変形させることが必要であ
る。このような好ましい変形特性を有する光学素子とし
て、本出願人は先に、異なる弾性率を有する２以上の弾
性体層を光軸方向に積層してなる積層弾性体を利用した
可変焦点光学素子を提案した（特願昭60−80863号）。

この光学素子の積層弾性体においては、異なる弾性率
（したがって異なる変形特性）を有する複数の弾性体の
変形をバランスさせることにより、積層弾性体全体とし
て好ましい変形特性を得るものであるが、このような好
ましい変形特性を得るためには、該積層弾性体を構成す
るそれぞれの弾性体層の形状、肉厚等を精度よくコント
ロールすることが不可欠である。

しかしながら、この積層弾性体は、（前述したように優
れた変形特性、光学的特性を有する反面）、単一の弾性
体からなる単層弾性体に比べて構成が複雑で、高精度で
形成することが相対的に困難であるため、このような積
層弾性体を高精度で形成できるような光学素子の製造方
法が切望されていた。

発明の目的本発明の主要な目的は、上述したような積層弾性体を高
精度で形成することにより、優れた光学的特性を有する
可変焦点光学素子を与える製造方法を提供することにあ
る。

発明の概要本発明の光学素子製造方法は、上記目的を達成するため
に開発されたものであり、光軸方向に沿って、互いに異
なる弾性率を有する２以上の弾性体層からなる積層弾性
体と、２以上の弾性体層の少なくとも１層に接した開口
部を有する開口部材とからなる光学素子を製造するに際
して、前記積層弾性体を製造する工程が、相対的に大き
い弾性率を有する第１弾性体層に、相対的に小さい弾性
率を有する第２弾性体層を積層する工程からなることを
特徴とするものである。

本発明の製造方法においては、弾性率の大きい第１弾性
体層に、弾性率の小さい第２弾性体層を積層することに
より、この積層工程におけるそれぞれの弾性体の変形を
最小限に抑制している。

したがって、本発明の製造方法によれば、第１および第
２弾性体層の形状、肉厚等を精度よく制御することによ
り、優れた変形特性を有する積層弾性体を得ることがで
き、この積層弾性体を用いることにより、優れた光学的
特性をする可変焦点光学素子が得られる。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を更に詳
細に説明する。以下の記録において量比を表わす「％」
および「部」は、特に断らない限り重量基準とする。

発明の具体的説明本発明の特徴を詳細に説明するために、（本発明の積層
工程とは異なり）相対的に小さい弾性率を有する第２弾
性体層に、相対的に大きい弾性率を有する第１弾性体層
を積層して積層弾性体を形成する方法（以下「参考積層
方法」という。）の概略について、まず説明する。

第１図（ａ）ないし（ｃ）は、このような参考積層方法
を説明するための、弾性体層の厚さ方向模式断面図であ
る。

この参考積層方法においては、第１図（ａ）に示すよう
に、上型1dおよび側型1eを用いて、底板３上に、まず
（相対的に小さい弾性率を有する）第２弾性体層22を形
成する。

次いで、第１図（ｂ）に示すように、上記により形成さ
れた第２弾性体層22と、これに所望の間隔をもって対向
させた上型1fと、側型1gとから形成される間隙部分に、
第１弾性体層21の原料を注入した後、硬化させることに
より、相対的に小さい弾性率を有する第２弾性体層22
に、相対的に大きい弾性率を有する第１弾性体層21を積
層する。

この際、この参考積層方法においては、第１弾性体層21
成形時の型（の一方）を兼ねる弾性率の小さい第２弾性
体層22は、第１弾性体原料注入時におけるわずかの力に
よって表面の変形を生ずるため、この参考積層工程によ
り形成された第１弾性体層21においては、その肉厚の所
望の値からのズレ、あるいは肉厚ラムが生ずることは避
けがたい。

したがって、第１図（ｃ）に示すように、上型1fを分離
した後の積層弾性体24においては、その形状、特に、第
１弾性体層21の空気接触面（光学面）の形状を高い精度
で形成することは困難であるのみならず、前述した第１
弾性体層21の肉厚ムラ等に起因する変形特性の低下のた
め、この積層弾性体の空気接触面を所望の形状（球面
等）に維持しつつ、変形させることは困難である。

本発明の光学素子製造方法は、以上において説明した参
考積層方法とは異なり、第１弾性体層21の変形を抑制し
つつ、該第１弾性体層21に第２弾性体層22を積層して積
層弾性体２を高い精度で形成することにより、初期形状
および変形特性に優れる積層弾性体を得るものである。

第２図（ａ）ないし（ｄ）は、本発明の光学素子製造方
法の典型的な実施態様を説明するための弾性体層の厚さ
方向模式断面図である。

第２図（ａ）を参照して、第１の工程において、円柱状
の上型1aと、これと一定の間隔をもって対向する円柱状
の下型1bと、これらの上型1aおよび1bの外周面に接触す
る円筒状の側型1cとから構成される成形型１中に、シリ
コーン等からなる第１弾性体層21の原料を注入し該弾性
体原料を硬化させて、（相対的に大きい弾性率を有す
る）第１弾性体層21を形成する（キャスティング法）。

次いで、第２図（ｂ）に示すように、このように形成し
た第１弾性体層21から上型1aを分離するが、この際、必
要に応じて、第１弾性体層21の上型1aと分離した面に、
この第１弾性体層21と、後述する第２弾性体層22との接
着性を向上させるための処理を施してもよい。

第２の工程においては、第２図（ｃ）に示すように、側
型1cの上部（上型1aを取り去った部分）に、ガラス等か
らなる円形底板３を、該底板３が先に形成した第１弾性
体層21と所定の間隙を形成するように配置した後、シリ
コーン等からなる第２弾性体層22の原料を注入し、硬化
材等により該原料を硬化させて、（相対的に小さい弾性
率を有する）第２弾性体層22を（先に形成した第１弾性
体層21と光軸ｈ方向に積層するように）形成し、本発明
に用いる円柱状の積層弾性体２を得る。

この際、先に形成した第１弾性体層21は、これに積層さ
れる第２弾性体層22の成形型（の一方）を兼ねることに
なるが、この第１弾性体層21は相対的に大きい弾性率を
有するため、第２弾性体層22の原料注入時における第１
弾性体層21の変形は最小限に抑制される。したがって、
上述の方法により、相対的に小さい弾性率を有する第２
弾性体層22も精度よく形成することができる。

次いで、上記のように形成された積層弾性体２は下型1b
および側壁1cから分離される。

更に、第２図（ｄ）に示すように、第３の工程におい
て、上記により得た積層弾性体２を、円形開口部4aを有
し、金属、樹脂等の比較的硬い材料からなる円筒状の開
口部材４中に配置して、可変焦点光学素子５とする。こ
の光学素子５において、底板３は、開口部材４に対して
光軸ｈ方向に移動可能なように設けられる。

本発明の光学素子製造方法の概要は上述した通りである
が、上記第１工程における第１弾性体層21の成形方法と
しては、前記したキャスティング法の他に、例えばイン
ジェクション法、コンプレッション法等のプラスチック
の分野において公知の成形方法が同様に使用できる。

上型1a、下型1bおよび側型1cはいずれも金属（例えば真
ちゅう）、ガラス等からなるが、第１工程（第２図
（ａ））において形成した第１弾性体層21と型との離型
性を向上させるために、上型1a、下型1b等の該弾性体層
接触面に適宜、離型剤等による離型処理を施してもよ
い。特に、上型1aの第１弾性体層接触面は、（例えばテ
フロンコーティング等の方法により）下型1bの第１弾性
体層接触面よりも離型性を向上させておくことが好まし
い。

また、これとは別に、第２弾性体層22（この弾性体層表
面は第１弾性体層21の表面よりも粘着性が大きい場合が
多い）の側型1cからの離型性を考慮して、第３図に示す
ように、第１弾性体層21のみが該側型1cに接触するよう
な態様で該弾性体層21を形成してもよい。

更に、前述した第２工程において、第１弾性体層21と底
板３との間隙部分に第２弾性体層22の原料を注入する際
（第２図（ｃ））は、側型1cや底板３等の光線が通らな
い部分に設けた注入口を通じて、該第２弾性体原料を注
入することが好ましい。

以上に述べた本発明の光学素子製造方法に用いる弾性体
層21ないし22を構成する材料としては、光学素子使用温
度においてエラストマーたる性質を示す天然ないし合成
の高分子物質を特に制限なく使用することができる。

このような弾性体としては、本発明により得られる光学
素子をレンズとして使用する場合には、（少なくとも使
用する波長の光に対して）透明度の高いものを用いるこ
とが好ましい。

本発明においては、例えば、以下に列挙するような弾性
体材料が用いられる。

（イ）ジエン系ゴム例えば、ブタジエン、イソプレン等のジエン系共重合
体、ニトリルゴム、アクリルゴム等のジエン−ビニル系
共重合体。

（ロ）エチレン系共重合体例えば、α−オレフィン、ジエン、極性基モノ置換ビニ
ル化合物（アクリル酸類、メタアクリル酸類、スチレ
ン、塩化ビニル、ビニルエーテル等）、ジ置換ビニル化
合物（マレイン酸類）等から選ばれた１種ないし数種の
化合物と、エチレンとの共重合体（これらのエチレン系
共重合体は、エチレンの結晶化度を著しく減少ないし消
失させたものである。）（ハ）例えば、ポリイソブテン、アタクチックポリプロ
ピレン、アクリル酸ないしアクリル酸エステルの２種以
上のモノマーからなる共重合体、２種以上のアクリル酸
誘導体モノマーからなる共重合体（水ないし高沸点溶媒
を含有させたもの）。

（ニ）その他のゴム例えば、ポリ塩化ビニル（可塑剤を比較的多量に混合し
たもの）、シリコーンポリマー（ジメチルシリコーンポ
リマー、ジフェニルシリコーンポリマー等）、ホスファ
ゼンポリマー。

以上に列挙したような弾性体材料は必要に応じて架橋さ
れるが、例えば、この架橋の程度を制御することによっ
て、弾性体の弾性率Ｅを変化させることができる。この
架橋は、例えば、イオウやパーオキサイド等からなる架
橋剤を用いて行えばよい。

本発明において、第１弾性体層21ないし第２弾性体層22
を構成する材料としては、上述したような種々のエラス
トマーが用いられるが、好ましい力学的特性（弾性率
等）、あるいは好ましい光学的特性（透明度、屈折率
等）を有する弾性体を容易に形成できる点からは、シリ
コーンゴム、エチレン−プロピレンゴム等が特に好まし
く用いられる。

第２図（ｄ）を参照して、上述したような弾性体材料か
ら構成される第１弾性体および第２弾性体の弾性率をそ
れぞれE₁およびE₂（N/m²）、第１弾性体層21および第２
弾性体層22の光軸ｈ上の層厚をそれぞれt₁、t₂（mm）と
すると、この第１図（ａ）ないし（ｄ）に示す実施態様
においては、E₁＞E₂であり、更には、このようなE₁、E₂
の関係においては、t₁≦t₂であることが好ましい。この
場合、t₁＞t₂では積層弾性体２の変形に要する力が増大
することとなる。

また、このような弾性体層21および22からなる積層弾性
体２を変形させる場合には、該弾性体２の（開口部材４
の開口部4aから露出した）開口表面21aを球面に近い形
状に維持しつつ変形させる点からは、５＜（E₁×t₁）／（E₂×t₂）＜100 ・・・（１）の関係があることが好ましい。

また、光学素子５を通常のレンズとして使用する場合に
は、２≦t₁＋t₂≦30程度であることが好ましい。第１弾
性体層21の厚さ（t₁）の下限は特にないが、t₁が極端に
小さい場合は、第１弾性体層21の強度が不足したり、あ
るいは、該弾性体層21にシワ等が発生し易くなる。

第１弾性体層21と、第２弾性体層22とは、同種の材料を
用いて形成してもよく、また異種の材料を用いて形成し
てもよいが、第１弾性体と第２弾性体との屈折率の差を
比較的小さくして、優れた光学特性を有する光学素子５
を容易に成形する点、あるいは、第１弾性体層21と第２
弾性体層との接着性を好ましい範囲に維持する点から
は、同種の材料（例えばシリコーンゴム）を用いてこれ
らの弾性体層21および22を構成することが好ましい。

これらの弾性体層21ないし22の層厚が、（光軸ｈ方向に
関して）均一な厚さであることは必ずしも必要とされな
い。例えば、第１弾性体層21の層厚にある程度の分布を
与えることにより、積層弾性体２の開口表面21aの形状
変化をコントロールすることも可能である。このような
場合、例えば、第１弾性体層21の厚さが、その中央部
（光軸ｈの近傍）で相対的に薄く、その外縁部（光軸ｈ
から遠い部分）で相対的に厚い場合には、前記した（E₁
×t₁）／（E₂×t₂）の値の好ましい範囲は、前述の
（１）式で示した範囲より小さい値の方向に移動し、一
方、第１弾性体層21が中央部で相対的に厚く外縁部で相
対的に薄い場合は、（E₁×t₁）／（E₂×t₂）の値の好ま
しい範囲は、前述の（１）式で示した範囲より大きい値
の方向に移動する。

第２図（ｄ）を参照して、上述した積層弾性体２を収容
する開口部材４は、金属、ガラス、樹脂等の比較的硬い
材料からなる好ましくは厚さ0.5〜5mm程度の板を、円形
の開口部4aを有する円筒状に形成してなる。

この開口部材４は、不透明の材料から構成されることが
好ましい。

上述した開口部材４とともに積層弾性体２を挾持する円
形底板３は、透明で比較的硬い材料であるガラス、樹脂
等からなり、その厚さは0.5〜5mm程度であることが好ま
しい。

光学素子５は、上記したような積層弾性体２と、開口部
材４と、底板３とからなり、該光学素子５全体は第２図
（ｄ）に示すような円筒形状に形成されるが、本発明に
おいて、例えば、直方体状に形成した積層弾性体と、矩
形の開口部を有する直方体状の開口部材とを用いて光学
素子を構成してもよい。このような光学素子の矩形状の
開口表面は、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ
等として用いることが可能である。

次に、本発明の製造方法により得られた光学素子５の使
用方法について、第２図（ｄ）および（ｅ）を参照しつ
つ説明する。

第２図（ｄ）にその初期状態（積層弾性体２を変形させ
６ていない状態）を示すような光学素子５に、第２図
（ｅ）に示すように、底板３に図面下方から圧力を印加
して該弾性体２を加圧変形させると、この圧力の大きさ
に対応して、積層弾性体２の開口表面21aが開口部材４
の開口部4aから凸レンズ状に突出する。積層弾性体２に
印加する上記圧力の大きさを制御することにより、上記
開口表面21aの凸レンズ形状を可逆的に変化させること
ができるため、この光学素子５を用いて所望の焦点距離
を得ることができる。

一方、上記とは逆に、弾性体２に負圧を印加した場合に
おいては、この弾性体２の開口表面21aは、可逆的に変
化しうる凹レンズ形状（図示せず）を与える。

上述したように積層弾性体２を変形させる際における該
弾性体２の開口表面21aの変化の様子は、後述するよう
に、有限要素法により構造解析プログラムを用いて解析
することができるが、このような積層弾性体２の変形の
際に、第１弾性体層21および第２弾性体層22は、これら
の層の境界面において好ましい力のバランスを保ちつつ
変形するため、積層弾性体２の開口表面21aは（球面等
の）所望の形状を維持しつつ変形する。

以上においては、本発明の製造方法により第２図（ｄ）
に示したような積層弾性体２と、開口部材４と、底板３
とから構成される光学素子５を形成する態様について説
明したが、本発明の製造方法によれば、他の構成を有す
る光学素子をも好適に得ることができる。このような他
の構成を有する光学素子の例について、その概略を以下
に述べる（参考のため、前述した本出願人の特開昭60−
111201号に係り、円柱状の単層弾性体25と、円形の開口
板41と、円形の底板３と、円筒状の側壁６とからなる光
学素子７の構成を第４図（ａ）に、この光学素子７の単
層弾性体25を変形させた場合の態様を第４図（ｂ）に示
す）。

第５図ないし第10図は、本発明の製造方法によつて得ら
れる光学素子の例を示す、積層弾性体２の厚さ方向模式
断面図である。

第５図は、積層弾性体２の開口表面21aの初期形状をフ
ラットな形状とし、開口板41を側壁６に対して移動可能
に配置した光学素子5aを示す。このように積層弾性体２
の外周面が側壁６によって拘束される光学素子5aにおい
ては、第１弾性体層21と第２弾性体層22との弾性率の比
（E₁/E₂）をやや大きくし、E₁/E₂＝100程度とすること
が、開口表面21aを球面形状に保ちつつ積層弾性体２を
変形できる点から好ましい。

第６図（ａ）は、積層弾性体２を開口板41と底板３とで
挾持した光学素子5bを示し（この光学素子5bにおいて
は、側壁６が設けられていない）、この光学素子5bの積
層弾性体２を変形させた場合の態様を第６図（ｂ）に示
す。参考までに、この光学素子5bにおいて、第１弾性体
層21および第２弾性体層22のそれぞれの弾性率をE₁＝６
×10⁵（N/m²）、E₂＝１×10⁴（N/m²）、（E₁/E₂＝6
0）、これらの弾性体層のポアソン比をいずれも0.47、
これらの弾性体層21および22の光軸ｈ上の厚さをそれぞ
れt₁＝１（mm）、t₂＝４（mm）、円柱状の積層弾性体２
の底面径（ｄ）を25mm、円形の開口表面21aの径（ｌ）
を20mm、この開口表面21aの形状および第１弾性体層21
と第２弾性体層22との境界面の形状を、いずれも曲率半
径50mmの球面と仮定した場合の有限要素法による構造解
析の具体例を示す。

このような第６図（ａ）の光学素子5bの開口板41と底板
３との距離（Ｚ）をΔＺだけ縮めて第６図（ｂ）の状態
とした場合、積層弾性体２の開口表面21aの形状がどの
ように変形するかを、「応用有限要素解析」（Larry J.
Segerlind著、川井忠彦監訳丸善刊）に記載された方
法に準じて有限要素法による構造解析プログラムを用い
て解析したところ、ΔＺ＝0.4mmで開口表面21aの曲率半
径は約30.2mmであり、ΔＺを０〜0.4mmの範囲で変化さ
せると、上記開口表面21aは、曲率半径は50〜30.2mmの
間でほぼ球面形状を保持しつつ変形し、（このΔＺ＝０
〜0.4mmの範囲で）開口表面21a形状の球面からのずれ
は、常に10μｍ以下であった。

上述したような構造解析の結果から、この光学素子5bの
開口表面21aを（例えば蒸着等により）反射面として利
用する場合、Ｚを0.4mm変化させるだけで26ディオプタ
ーの屈折力変化が得られ、また、開口表面21aを屈折面
として利用する場合（第１弾性体および第２弾性体の屈
折率をいずれも1.5と仮定すると）、6.6ディオプターの
屈折力変化が得られることとなる。

第７図（ａ）は、光軸ｈに沿って図面上方から、第１弾
性体層21（弾性率E₁）と、第２弾性体層22（弾性率E₂）
と、第３弾性体層23（弾性率E₃）とを順次積層してなる
弾性体2aを用い、且つ、開口板を複数（41および42）用
いて開口表面（21aおよび23a）を複数設けてなる光学素
子5cを示す。この第７図（ａ）の態様光学素子5cにおい
ては、E₁＞E₂、且つE₃＞E₂であるが、E₁とE₃は等しくな
くてもよい。また、開口板41および42のうち、少くとも
一方は側壁６に沿って移動可能に設けられる。

この第７図（ａ）の光学素子5cを得るには、例えば第７
図（ｂ）に示すように、前述した方法を用いて第１弾性
体層21を上型1b上で、第３弾性体層23を下型1h上でそれ
ぞれ形成した後、第１弾性体層21と第３弾性体層23が所
定の間隔で対向するように、側壁1c中で上型1bおよび下
型1hを配置し、第１弾性体層21と第３弾性体層23との間
隙に、第２弾性体層22の原料を側型1cに設けた注入口８
より注入した後、該原料を硬化させることにより第２弾
性体層22を形成し、積層弾性体2aを得ればよい。

第８図は、積層弾性体２内部の第２弾性体層22の表面に
開口板41を設けてなる（開口板41は第１および第２弾性
体層と接着されている）光学素子5dを示し、第９図は積
層弾性体2aの外周に圧電体素子からなる円筒状の側壁９
を設けてなり、この側壁９に印加する電圧を制御するこ
とにより側壁９の内径を変化させて、積層弾性体2aを変
形させる態様の光学素子5eを示す。

第10図（ａ）ないし（ｃ）は、積層弾性体２と、光学的
有効面を構成する底板3a（非弾性体）とを組合せて用い
る態様の光学素子5f、5gおよび5hを示す。

このような光学素子5fないし5hに用いる積層弾性体２は
その構造が比較的複雑であって、所望の光学特性を得る
ためには特に高い精度で形成することが要求されるた
め、本発明の製造方法がより好適に用いられる。

第10図（ａ）を参照して、積層弾性体２は、開口板41
と、ガラス、樹脂等の透明な非弾性体からなる底板3aと
によって挾持されるが、第１弾性体層21は開口板41に接
着剤等により接着されていることが好ましい。

この底板3aの形状、あるいは積層弾性体２の形状を適宜
組合せることによって、本発明の方法により種々の光学
的特性を有する光学素子を製造することができる。例え
ば、全体をメニスカスレンズとした光学素子5f（第10図
（ａ））の他、全体を両凸レンズ状とした光学素子5g
（第10図（ｂ））、全体を両凹レンズ状とした光学素子
5h（第10図（ｃ））等も好適に製造することができる。

以上において説明した本発明の態様においては、第１弾
性体層21に第２弾性体層22を積層してなる積層弾性体２
の、相対的に大きい弾性率を有する第１弾性体層21側に
開口部材４（ないし開口板41）を配置することによっ
て、第１弾性体層21の表面を開口表面21aとしている
が、本発明において、精度よく形成された積層弾性体２
の（相対的に小さい弾性率を有する）第２弾性体層22側
に開口部材４等を配置して、該第２弾性体層22の表面を
開口表面としてもよい。

また、これとは別に、前述したように積層弾性体２の開
口表面に金属を蒸着させる等の方法により、この開口表
面を反射面として利用することも可能である。このよう
な態様においては、弾性体を構成する材料は透明である
必要はなく、また、該弾性体中に金属粉末等の充填剤が
分散されていてもよい。

以上においては、第２図等を参照しつつ、本発明の製造
方法の典型的な実施態様について説明した。

上述した実施態様においては、（弾性率の大きい）第１
弾性体層21の開口表面21a側の表面のみならず、該弾性
体層21の第２弾性体層22対向面側の表面とも高精度で形
成するために、複数の型（第２図（ａ）における上型1a
と下型1b）を用いて該第１弾性体層21を形成している。

この第１弾性体層21の開口表面21a側の形状は、光学特
性に大きく影響するため高い精度が要求されるが、第１
弾性体層21の第２弾性体層22対向面側の形状において
は、（例えば、第１弾性体と第２弾性体との屈折率の差
が比較的小さい場合には）、成形の精度がやや低いもの
であっても、望ましい光学的特性の点からは充分である
場合がある。特に、弾性体層21および22が弾性率のみが
異なる同種の材料からなる場合（例えば、両弾性体がと
もにシリコーンゴムからなる場合）には、弾性体層21と
22との屈折率差はほとんど無視できる程度に小さいの
で、第１弾性体層21を成形する際に要求される精度は、
例えば、第１弾性体層21の層厚ないし第１弾性体層21と
第２弾性体層22との境界面の形状等に関してやや低い水
準で足りることとなる。

このような場合は、前述した典型的な実施態様における
第１の工程（すなわち、成形型１を用いて、第１弾性体
層21を成形する工程）に代えて、複数の型を用いること
が不要で、且つ簡便な成形方法である（イ）スピンキャ
スティング法、（ロ）スピンナー塗布法、（ハ）スプレ
ー法ないしディッピング法等を採用することが可能であ
る。

以下、本発明におけるそれぞれの成形方法の概略につい
て述べる。

（イ）スピンキャスティング法例えば、所定形状の型に、第１弾性体層21の液状原料を
注入し、この型を回転させることにより、上記弾性体原
料の液面に所望の形状を付与しつつ、該原料を加熱等の
手段により硬化させて第１弾性体層21を成形すればよ
い。

（ロ）スピンナー塗布法例えば、所定形状の型に、比較的粘度の高い第１弾性体
層21の原料をスピンナーで所望の厚さに塗布した後、該
原料を加熱等の手段により硬化させることにより、第１
弾性体層21を成形すればよい。

（ハ）スプレー法ないしディッピング法例えば、第１弾性体層21の原料を、均一な厚さの膜を形
成することが可能なワニス状態とし、このワニスを所定
形状の型面にスプレーないしディッピング等の手段によ
り塗布して、所望の厚さの膜を形成した後、この膜を加
熱等の手段により硬化させて、第１弾性体層21を成形す
ればよい。

これらのスピンキャスティング法、スピンナー塗布法、
スプレー法ないしディッピング法等により、第１弾性体
層21を成形した後、この第１弾性体層21が付着した型を
そのまま第２図（ｃ）の下型1bとして用い、第２図
（ｃ）以下の説明において述べたと同様の方法により、
上記第１弾性体層21に第２弾性体層22を積層して、光学
素子５を得ることができる。

以上に述べた光学素子の製造方法においては、先に形成
した第１弾性体層21を成形型の一部として用い、該第１
弾性体層21上で直接に第２弾性体層22を形成することに
より積層弾性体２を形成しているが、本発明において
は、この第２弾性体層22を（第１弾性体層21とは別個
に）キャスティング法等により成形し、その後に、成形
後の第２弾性体層22を第１弾性体層21に重ね合わせるこ
とにより積層弾性体２を得てもよい。

発明の効果上述したように本発明によれば、積層弾性体を有する光
学素子を製造するに際し、相対的に大きい弾性率を有す
る第１弾性体層をまず形成し、その後に、この第１弾性
体層に、相対的に小さい弾性率を有する第２弾性体層を
積層する光学素子の製造方法が提供される。

この本発明の製造方法によれば、積層弾性体を有する種
々の態様の光学素子を高い精度で製造することにより、
光学的特性に優れる光学素子を得ることができる。

以下、本発明の製造方法を、実施例を用いて更に具体的
に説明する。

実施例１第２図（ａ）を参照して、第１弾性体層21との接触面
（成形面）にテフロンコーティングしてなる真ちゅうか
らなり、凸状球面（曲率半径50mm、凸部の径ｌが20mm）
をその表面（成形面）に有する直径（ｄ）が25mmφの円
柱状の上型1aと、曲率半径50mmの凹状球面をその表面に
有する、真ちゅう製の円柱状下型1b（直径ｄが25mmφ）
と、内径25mmφの真ちゅう製円筒状の側型1cとからなる
成形型１を用意する。

シリコーンゴム（KE106、信越化学工業社製）100部に硬
化触媒（Cata RG、信越化学工業社製）10部を添加し、
撹拌、真空脱泡してなる混合物を、上記した成形型１中
に注入した後、65℃で４時間放置し、上記シリコーンゴ
ム混合物を硬化させて透明な第１弾性体層21（弾性率E₁
が約1.2×10⁵N/m²、光軸ｈ上の肉厚t₁が1mm）を得た。

次に、第２図（ｂ）に示すように、上型1aを硬化後の第
１弾性体層21から分離した後、第２図（ｃ）に示すよう
に、透明なガラスからなる直径（ｋ）が28mmφの円形底
板３（厚さ3mm）を側型1cの上部（上型1aを取り去った
部分）に配置した。

シリコーンゴムKE104Gelと、硬化触媒Catalyst104（い
ずれも信越化学工業社製）とを重量比10:1で混合し、真
空脱泡した混合物を、上記した下型1b、側型1c、および
底板３からなる間隙中に注入した後、40℃で72時間放置
し、上記シリコーンゴム混合物を硬化させて、（先に形
成した）第１弾性体層21上に、透明な第２弾性体層22
（弾性率E₂が約２×10³N/m²、光軸ｈ上の肉厚4mm）を形
成し、積層弾性体２を得た。

上記により得た積層弾性体２を、第２図（ｄ）に示すよ
うに、直径（ｌ）が20mmφの開口部4aを有する円筒状の
開口部材４中に配置し、光学素子５とした。

この光学素子５を用い、ガラス底板３を光軸ｈ方向に移
動させて、積層弾性体２の開口表面21aの形状変化を測
定した。第２図（ｅ）に示すように、ガラス底板３を、
弾性体２を加圧する方向に、光軸ｈに沿って０〜0.4mm
の移動量で移動させたところ、積層弾性体２の開口表面
21aの形状は、ほぼ球面形状を保持しつつ変形し、該開
口表面21aの曲率半径は50〜35mmの間で可逆的且つ連続
的に変化させることができた。

実施例２実施例１で用いたものと同様の第１弾性体の原料たるシ
リコーンゴム混合物を、実施例１で用いた下型1bの成形
面（凹状球面を有する面）にスピンナーを用いて塗布し
た後、150℃で30分間加熱して硬化させることにより、
この下型1bに光軸ｈ上の肉圧が0.1mmの第１弾性体層21
を形成した。

次に、上記下型1bを第２図（ｂ）に示すように、実施例
１で用いた側型1c中に配置した後は、実施例１と同様に
処理して、光学素子を得た。

実施例３実施例１で用いた下型1bの成形面に、シリコーンワニス
（ペルガンＺ、ダウコーニング社製）をディッピング法
により塗布した後、20゜で20時間放置して硬化させるこ
とにより、この下型1b上に光軸ｈ上の肉厚が0.1mmの第
１弾性体層21を形成した。

次に、上記下型1bを第２図（ｂ）に示すように、実施例
１で用いた側型1c中に配置した後、シリコーンゴムKE10
4Gel（信越化学工業社製）100部に硬化触媒Catalyst104
（信越化学工業社製）10部を混合し、真空脱泡したシリ
コーンゴム混合物を用い、この混合物を40℃、72時間放
置して硬化させる他は、実施例１と同様に処理して、光
学素子を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第10図はいずれも弾性体層の厚さ方向模式
断面図であり、第１図（ａ）ないし（ｃ）は参考積層方
法を説明するための図、第２図（ａ）ないし（ｅ）、第
３図および第７図（ｂ）は本発明の光学素子製造方法の
実施態様を説明するための図、第４図（ａ）および
（ｂ）は従来の単層弾性体を利用した光学素子を示す図
であり、第５図ないし第６図、第７図（ａ）、第８図な
いし第10図は本発明の製造方法によって得られる光学素
子の態様を示す図である。１……成形型 1a……上型 1b……下型 1c……側壁２……積層弾性体 21a……開口表面 21……第１弾性体層 22……第２弾性体層３……底板４……開口部材５……光学素子６……側壁７……単層弾性体を有する光学素子８……注入口代表図：第２図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者櫛引信男東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者川上英悟東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者真継優和東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光軸方向に沿って、互いに異なる弾性率を
有する２以上の弾性体層からなる積層弾性体と、２以上
の弾性体層の少なくとも１層に接した開口部を有する開
口部材とからなる光学素子を製造するに際して、前記積
層弾性体を製造する工程が、相対的に大きい弾性率を有
する第１弾性体層に、相対的に小さい弾性率を有する第
２弾性体層を積層する工程からなることを特徴とする光
学素子の製造方法。
【請求項２】前記積層弾性体を製造する工程が、２つの
型に挾持させつつ第１弾性体層を形成する工程と、上記
２つの型の一方を第１弾性体層から分離する工程と、該
第１弾性体層の型と分離した後の表面に第２弾性体層を
積層する工程と、第１弾性体層に接触している型を該第
１弾性体層から分離する工程とからなる特許請求の範囲
第１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】前記積層弾性体を製造する工程が、第１弾
性体の液状原料を型の表面に塗布する工程と、該液状原
料からなる塗布層を硬化させて第１弾性体層を形成する
工程と、該第１弾性体層の型との接触面と反対側の表面
に第２弾性体層を積層する工程と、第１弾性体層から型
を分離する工程とからなる特許請求の範囲第１項に記載
の光学素子の製造方法。