JPH10113995A - 樹脂接合型非球面レンズの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂接合型非球面レンズの樹脂層を設計値通
りに形成させる方法と装置を提供する。 【解決手段】 光硬化型樹脂に光を照射して樹脂層をガ
ラスレンズの表面に形成するときに、被照射面に均一な
照度分布を有する光を照射する。そのために、光発生装
置にその光源から出射し集光された光を被照射面に導く
光ファイバー束を設ける。さらに照度分布を均一化する
ために、光ファイバー束を構成する複数の光ファイバー
の配列をランダムミックス配列とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂接合型非球面
レンズを製造する方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カメラ、顕微鏡などの光学製品では、主
としてガラスレンズが用いられている。一般に、ガラス
レンズは、溶融状態のガラスからプレス成形をされたガ
ラスブロック（レンズブランクとも呼ばれる）を、所望
の曲率となるように機械加工することによって製造して
いる。また、ガラスに代えて樹脂を用い、プレス成形、
射出成形、注型などの方法で樹脂レンズを製造する方法
も実用化されている。この方法は、一度鋳型を製作して
おけば、それを用いて大量のレンズを量産できることか
ら、製造コストが低いという特徴がある。しかし、樹脂
レンズには、ガラスレンズに比べて、温度変化による光
学性能の変動が大きいという欠点があるために、高精度
なレンズには使用されていない。ところで、レンズには
表面形状が非球面の非球面レンズがある。これは、球面
レンズでは得られない優れた性能を有することから重用
されている。現在、ガラスから非球面レンズを製造する
方法には主に、研削加工する方法、ダイレクトプレス
法、ＰＧＭ（高精度ガラス成形）法がある。しかし、研
削加工は量産性が低く、またダイレクトプレス法やＰＧ
Ｍ法は硝種の種類や大きさに制限があり設備も高価にな
るという欠点がある。この欠点を解決するため、図５
（ａ）あるいは（ｂ）の断面図に示すような樹脂接合型
非球面レンズが開発された。これは、非球面を有する薄
い（例えば、5〜 100μm の厚さ）樹脂層と基体たるガ
ラスレンズとから構成される。

【０００３】図５（ａ）は、基体たるガラスレンズ１１
が球面を有し、その球面上に樹脂層１２が非球面を形成
するような厚さ分布をもって接合されている。一方、図
５（ｂ）は、基体たるガラスレンズ１３が理論非球面か
らやや外れた「粗い非球面」を有し、その粗い非球面上
に樹脂層１４が非球面を形成するような厚さ分布をもっ
て接合されている。これらの樹脂接合型非球面レンズ
は、安価な製造コストで製造でき、例えば、図４に示す
製法により製造される。図４は、従来の製造方法で図５
（ｂ）に示す樹脂接合型非球面レンズを製造する工程を
説明するための断面図である。先ず、図４（ａ）に示す
ように、所定の非球面を有する金型１５を水平に置き、
金型１５の中央部に所定量の光硬化型樹脂液１４ａを垂
らす。ガラスレンズ１３を金型１５の上に載せ、ガラス
レンズ１３と金型１５との間隔を所定値まで接近させ
る。次に、図４（ｂ）に示すように、ガラスレンズ１３
と金型１５との間に挟まれた樹脂液１４ａに、光をガラ
スレンズ１３を透過させて照射する。樹脂液１４ａは、
光の照射によって重合反応を生じて硬化し、樹脂層１４
が形成される。

【０００４】硬化して得られた樹脂層１４を金型１５と
の界面から剥離する。剥離方法としては、荷重をかけた
り、剥離剤を用いたり、樹脂層と金型との熱膨張差を利
用するものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、光硬化型樹脂
（又は、樹脂と略称する）を用いた樹脂接合型非球面レ
ンズの光学面形状は、金型の光学面を転写することによ
り得られる。しかし、硬化後の樹脂層の光学面形状は、
樹脂の硬化収縮により、金型の光学面形状とは少し違う
形状となる。このように、硬化後の樹脂の光学面形状
は、硬化時の収縮率により決定されるが、この収縮率は
硬化時に照射される光の照度によって変化する。つま
り、光の照度が変化すると樹脂層の光学面形状が変化し
てしまい、所望の樹脂接合型非球面レンズが得られな
い。

【０００６】実際、樹脂接合型非球面レンズの製造で一
般的に使用されている光発生装置からの光の光度は、使
用時間の経過に伴い徐々に低下することが知られてい
る。例えば、超高圧水銀灯から発生する光の光量の経時
変化を調べてみると、1000時間後には半分程度に低下し
てしまう。一方、実際の光源から放射する光は、放射方
向によって光度が異なり、つまり光度分布を有し、さら
に、光源と被照射物との間に存在する中間の光学系によ
る反射や屈折も均一ではない。従って、樹脂液全面にわ
たって等しい照度が得られない。この照度分布について
は、従来の、樹脂接合型非球面レンズの製造方法におい
ては、充分な検討がなされていなかった。

【０００７】この照度分布を有するままの光で、設計値
通りの光学面形状が得られる製造条件を見出すことも可
能であるが、この場合、その照度分布があるために照射
位置とガラスレンズ又は金型との位置の相対精度が厳し
くなり、良品率が低下する。また、この照度分布は常に
一定なのではなく、ランプ交換時や同一のランプであっ
ても長期間使用している間に変化する。このため、ある
時点で、この照度分布を有する光で、設計値通りの樹脂
層の光学面形状が得られる製造条件を見出したとして
も、別の時点では設計値から外れてしまうという問題が
あった。以上の問題点に鑑み、本発明は、光発生装置の
光源の光量が変動しても、光源からの光に光度分布があ
っても、常に所望の面形状の樹脂接合型非球面レンズが
得られる製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の光量変動や光度分
布にともない樹脂層の光学面形状が変化する。その対応
策として、照射距離の調整、照射時間の調整等の方法が
考えられている。本発明者は、樹脂液硬化のために照射
する光の照度を簡易に均一にする光発生装置を検討し、
光ファイバー束を用いて樹脂液に光を照射することが最
も有効であることを見出した。そして、樹脂液に光を照
射して樹脂液を硬化させるための光発生装置に、光源か
ら出射し集光された光を上記樹脂液の近傍に導く光ファ
イバー束を設けた。さらに、樹脂液に照射する光の照度
分布を均一化するために、上記の光ファイバー束を構成
する複数の光ファイバーの配列をランダムミックス配列
とした。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明で用いられる光発
生装置の概略図であり、光源１、反射光学系２、集光光
学系３及び光ファイバー束４から構成される。光源１に
超高圧水銀灯を用い、反射光学系２に用いた楕円反射鏡
で光を集光光学系３に導き、集光光学系３で光ファイバ
ー束４の入射面４ａに集光させる。そして、光ファイバ
ー束４により導かれた光をその出射面４ｂから樹脂液の
硬化のために照射する。このように、光発生装置に光フ
ァイバー束を設けることにより、光ファイバー束の出射
面４ｂを被照射物に向けて細かく位置調整できるので、
樹脂液の全面に均一に光を照射することが可能となる。

【００１０】本発明の光ファイバー束４は複数の光ファ
イバーを束ねたものである。光ファイバー束４の１本１
本の光ファイバーの配列は、図２に示すように、（ａ）
ランダムミックス配列と（ｂ）単純配列の２種類があ
る。単純配列の光ファイバー束では、光源の光度分布や
中間の光学系の反射率や屈折率の分布がそのまま光ファ
イバー束の出射側に反映される。従って、このような分
布を少なくするためには、光ファイバー束の入射側ある
いは出射側に拡散板などを設ければよい。それに対し
て、ランダムミックス配列の光ファイバー束は、入射側
と出射側とで光ファバー束を構成している１本１本の光
ファイバーがランダムに交差するように配列されてい
る。このため光ファイバー束の入射側に照度分布があっ
ても出射側で照度が平均化され、均一な照度分布を有す
る光を得ることができる。

【００１１】すなわち、本発明によれば、光の照度分布
が均一なため、ガラスレンズ又は金型に対する照射位置
に多少の誤差があっても、樹脂層の硬化収縮率の誤差が
少ないので良品率が低下することはない。また、光発生
装置の光源は熱の発生源となるために、光源をガラスレ
ンズや金型に近づけると、レンズや金型が膨張による寸
法変化を引き起こし、樹脂接合型非球面レンズの良品率
を低下させる恐れがある。しかし、本発明では、光ファ
イバー束をライトガイドとして用いることで、光発生装
置の光源をガラスレンズや金型から遠ざけて配置するこ
とができるので良品率低下の原因とならない。以下、本
発明の製造方法をさらに詳しく説明する。図３は、本発
明の製造方法で樹脂接合型非球面レンズを製造する工程
を説明するための断面図である。ガラスレンズ５は外径
φ40mm、中心部の厚さ 5mmの凹レンズであり、両面とも
に球面に仕上げられている。金型７は、ステンレス鋼系
列の合金であり、その表面にはニッケルメッキが施され
ている。

【００１２】以下の工程説明において括弧内の数字は図
３の（１）〜（３）に対応する。 （１）所定の非球面を有する金型７を水平に置き、金型
７の中央部に所定量の光硬化型樹脂液６ａを垂らす。樹
脂液６ａとしては、例えば、東亜合成化学株式会社製の
商品名アロニックスUV3700又はアロニックス3033HVを用
いた。ガラスレンズ５には、樹脂層６との接着力を向上
させるために、その表面にシランカップリング処理が施
されている。シランカップリング剤としては信越化学株
式会社製の商品名KBM503を用い、これをエタノールに希
釈して２wt％エタノール溶液として使用した。 （２）ガラスレンズ５を金型７に向かって降下させ、ガ
ラスレンズ５と金型７との間隔を接近させるにつれて、
樹脂液６ａはガラスレンズ５と金型７の間隙で流動して
広がっていく。

【００１３】（３）ガラスレンズ５と金型７との間隔を
所定値まで接近させ、この状態を保持して、光ファイバ
ー束４にて導かれた光（紫外線）をガラスレンズ５を通
して樹脂液６ａに照射した。光ファイバー束４の直径は
7.5mm であり、光ファイバー束４の出射面と樹脂液６ａ
との距離を10cmとした。光ファイバー束４の出射面は、
ガラスレンズ５の中心軸の延長線上に定めた。この配置
により、光ファイバー束４から出射した光は、樹脂層形
成範囲（ガラスレンズ５の有効領域）を均一に照射す
る。

【００１４】光照射装置の光源として出力 150Ｗのキセ
ノンランプを用いて約30秒間照射すると、樹脂液６ａは
重合反応によって硬化し、中心の厚さ30μm の樹脂層６
が形成された。樹脂層６の形成のために、光ファイバー
束４としてランダムミックス配列のものを使用すると、
樹脂層６の寸法精度が一層高いものが得られた。樹脂の
硬化後に、樹脂層６を金型７との界面から剥離して、樹
脂接合型非球面レンズが完成した。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、光発生装置に光ファイ
バー束を設けることにより、光ファイバー束の出射面を
被照射物に向けて細かく位置調整できるので、樹脂液の
全面に均一に光を照射することが可能となる。さらに、
光ファイバー束としてランダムミックス配列のものを使
用すれば、光の照度分布が均一になるために、樹脂層の
硬化収縮率に誤差が少ない樹脂接合型非球面レンズが得
られる。

【００１６】また、発熱体である光源をガラスレンズや
金型から遠ざけて配置することができるので、金型等の
寸法精度の低下を回避でき、高精度の樹脂接合型非球面
レンズが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る光発生装置の概略図で
ある。

【図２】本発明の実施形態に係る光ファイバー束の部分
模式図である。

【図３】本発明の実施形態に係る樹脂接合型非球面レン
ズの製造工程を示す断面図である。

【図４】従来の樹脂接合型非球面レンズの製造工程を示
す断面図である。

【図５】樹脂接合型非球面レンズの構造を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１・・・・・・光源 ２・・・・・・反射光学系 ３・・・・・・集光光学系 ４・・・・・・光ファイバー束 ５・・・・・・ガラスレンズ ６・・・・・・樹脂層 ６ａ・・・・・樹脂液 ７・・・・・・金型

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスレンズと所定の非球面を有する金
   型との間に光硬化型樹脂液を挟む第１工程と、前記ガラ
   スレンズと前記金型との間隔を所定値まで接近させる第
   ２工程と、前記樹脂液に光を照射することにより硬化さ
   せる第３工程と、硬化して得られた樹脂層を前記金型と
   の界面から剥離する第４工程と、からなる樹脂接合型非
   球面レンズの製造方法において、 前記第３工程は、前記樹脂液に均一な照度分布を有する
   光を照射することを特徴とする、樹脂接合型非球面レン
   ズの製造方法。
2. 【請求項２】 ガラスレンズと所定の非球面を有する金
   型との間に光硬化型樹脂液を挟み、前記ガラスレンズと
   前記金型との間隔を所定値まで接近させ、前記樹脂液に
   光を照射することにより硬化させ、硬化して得られた樹
   脂硬化層を前記金型との界面から剥離する、樹脂接合型
   非球面レンズの製造装置において、 前記樹脂液に光を照射することにより硬化させるための
   光発生装置に、光源から出射し集光された光を前記樹脂
   液の近傍に導く光ファイバー束を設けたことを特徴とす
   る、樹脂接合型非球面レンズの製造装置。
3. 【請求項３】 前記光ファイバー束を構成する複数の光
   ファイバーの配列はランダムミックス配列であることを
   特徴とする、請求項２に記載の樹脂接合型非球面レンズ
   の製造装置。