WO2017212529A1 - 光学素子の製造方法、及び光学素子の製造装置 - Google Patents

光学素子の製造方法、及び光学素子の製造装置 Download PDF

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花野　和成
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Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to an optical element manufacturing method and an optical element manufacturing apparatus.
  • a so-called 3D printer that produces a three-dimensional object by discharging a resin material that is cured when irradiated with ultraviolet rays or the like from a nozzle and irradiating the discharged droplets with ultraviolet rays has been put into practical use.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2000-296561 describes a modeling apparatus as a 3D printer.
  • a three-dimensional object that requires a fine shape such as an optical element is manufactured by a 3D printer.
  • the droplet discharge amount is small, the number of droplet discharges required to form the three-dimensional object increases.
  • the time required for manufacturing the three-dimensional object increases.
  • An object of the present invention is to provide an optical element manufacturing method and an optical element manufacturing apparatus capable of achieving both high shape accuracy and a reduction in time required for manufacturing.
  • the optical element manufacturing method includes a base forming step of forming a base that supports a curved surface of the optical element by discharging a light-transmitting material with a first discharge amount, and the first discharge amount.
  • an optical element manufacturing method and an optical element manufacturing apparatus capable of achieving both high shape accuracy and shortening of the time required for manufacturing.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a 3D printer according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration example of a variable nozzle according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration example of a variable nozzle according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a process of forming a part of the base portion of the optical element according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a process for forming a part of the surface layer portion of the optical element according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for describing an example of an optical element according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a view for explaining an example of the resin structure of the optical element according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a 3D printer according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration example of a variable nozzle according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of the resin structure of the optical element according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an example of a 3D printer according to another embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration example of a nozzle according to another embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of a process of forming a part of a base portion of an optical element according to another embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an example of a process of forming a part of the surface layer portion of the optical element according to another embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram for describing an example of an optical element according to another embodiment.
  • an optical element of a lens unit used in an imaging apparatus is formed by a so-called 3D printer that manufactures a three-dimensional object based on three-dimensional data.
  • a 3D printer an ink jet 3D printer that discharges a liquid resin that is cured by light (for example, ultraviolet rays) and cures the resin by ultraviolet rays to form a three-dimensional object will be described as an example.
  • the 3D printer is not limited to the inkjet method.
  • the 3D printer modeling method may be any method as long as a liquid resin is discharged.
  • the 3D printer forms the optical element portion of the lens unit with a resin material that transmits light (transmitting material).
  • the three-dimensional data in the present embodiment is shape data in a three-dimensional space having a width, a depth, and a height.
  • the width direction is the X direction
  • the depth direction is the Y direction
  • the height direction is the Z direction.
  • the shape data includes information on the material for each coordinate determined from the position in the X direction, the position in the Y direction, and the position in the Z direction.
  • the information on the material is information indicating the discharge amount of the transmissive material, for example.
  • the three-dimensional data may be data obtained by converting data such as 3D-CAD or 3D-CG according to the resolution of the 3D printer.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an example of the 3D printer 1 according to the first embodiment.
  • the 3D printer 1 is an optical element manufacturing apparatus that manufactures optical elements.
  • the 3D printer 1 includes a print head 2, a stage 3, a positioning mechanism 4, and a control unit 6.
  • Print head 2 ejects liquid resin as droplets.
  • the print head 2 includes a variable nozzle 11 and an ultraviolet lamp 13.
  • the print head 2 includes a pressure chamber (not shown) filled with a permeable material.
  • the print head 2 sends out liquid resin in the pressure chamber to the variable nozzle 11 by controlling the pressure in the pressure chamber according to the three-dimensional data.
  • the variable nozzle 11 discharges the permeable material in the pressure chamber as droplets.
  • the variable nozzle 11 includes an opening for discharging the resin extruded from the pressure chamber and an opening / closing mechanism for switching the area of the opening.
  • the variable nozzle 11 switches the area of the opening by changing the shape of the opening by an opening / closing mechanism. For example, the variable nozzle 11 switches the area of the opening portion between a first opening area and a second opening area smaller than the first opening area. Thereby, the variable nozzle 11 switches the discharge amount of the droplet discharged from the opening portion between the first discharge amount and the second discharge amount.
  • the ultraviolet lamp 13 cures the droplets by irradiating the droplets discharged from the variable nozzle 11 with ultraviolet rays, and forms a partial structure (referred to as a resin structure) of the three-dimensional object.
  • the ultraviolet lamp 13 may be configured to output ultraviolet light when droplets are ejected from the variable nozzle 11 or may be configured to always output ultraviolet light.
  • the layout of the ultraviolet lamp 13 in the print head 2 is determined so that the droplets discharged from the nozzles are sufficiently irradiated with ultraviolet rays.
  • Stage 3 is a member that supports the droplets discharged from the print head 2.
  • the stage 3 has a modeling surface that is formed flush.
  • the positioning mechanism 4 moves the print head 2 to determine the landing position of the liquid droplets ejected from the print head 2. For example, the positioning mechanism 4 moves the print head 2 in the width direction (corresponding to the x direction) parallel to the modeling surface of the stage 3 and the depth direction (corresponding to the y direction), thereby being parallel to the modeling surface of the stage 3. The landing position of the droplet in the plane is adjusted. Further, the positioning mechanism 4 adjusts the distance between the modeling surface of the stage 3 and the print head 2 by moving the print head 2 in a direction orthogonal to the modeling surface of the stage 3 (corresponding to the z direction).
  • the control unit 6 controls the operation of each unit of the 3D printer 1.
  • the control unit 6 is configured to be communicable with the print head 2 and the positioning mechanism 4 and controls operations of the print head 2 and the positioning mechanism 4.
  • the control unit 6 is provided integrally with the print head 2, but may be provided in any location as long as it can communicate with the print head 2 and the positioning mechanism 4.
  • the control unit 6 acquires three-dimensional data, and ejects droplets from the print head 2 while moving the print head 2 by the positioning mechanism 4 according to the acquired three-dimensional data. Further, by controlling the pressure in the pressure chamber, liquid resin in the pressure chamber is sent to the variable nozzle 11. Further, the control unit 6 determines whether to discharge droplets from the variable nozzle 11 with the first discharge amount or the second discharge amount, and discharges the droplets discharged from the variable nozzle 11 according to the determination result. The amount is switched between the first discharge amount and the second discharge amount.
  • the 3D printer 1 having the above-described configuration discharges droplets from the print head 2 to the stage 3 while moving the print head 2 in the X direction and the Y direction by the positioning mechanism 4, thereby forming the resin structure layer.
  • the 3D printer 1 moves the print head 2 to a position corresponding to the coordinates of the three-dimensional data by the positioning mechanism 4.
  • the 3D printer 1 determines the droplet discharge amount in accordance with the coordinate shape data. For example, the 3D printer 1 determines whether to discharge a droplet, discharge a droplet with a first discharge amount, or discharge a droplet with a second discharge amount, according to shape data for each coordinate. Then, the print head 2 is operated according to the determination result.
  • the 3D printer 1 forms layers while switching the amount of droplets to be ejected according to the three-dimensional data between the first ejection amount and the second ejection amount. Furthermore, the 3D printer 1 forms a resin layer while moving the print head 2 in the Z direction by the positioning mechanism 4, thereby forming a three-dimensional object having a stacked structure in which the above layers are stacked.
  • the support member may be a resin structure of a layer below it, or may be any object placed on the modeling surface of the stage 3.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the tip of the variable nozzle 11.
  • FIG. 2A shows a configuration example of a variable nozzle 11 ⁇ / b> A that is an example of the variable nozzle 11.
  • FIG. 2B shows a configuration example of a variable nozzle 11 ⁇ / b> B that is an example of the variable nozzle 11.
  • the variable nozzle 11A includes a pair of sealing plates 23 as an opening / closing mechanism.
  • the pair of sealing plates 23 forms at least a part of the opening.
  • the sides forming the openings of the pair of sealing plates 23 may have a predetermined curvature.
  • the pair of sealing plates 23 increase or decrease the area of the opening by being driven in opposite directions by a driving mechanism (not shown).
  • the pair of sealing plates 23 is driven by a drive mechanism in a direction approaching each other, thereby reducing the area of the opening.
  • the pair of sealing plates 23 is driven by a driving mechanism in a direction away from each other, thereby increasing the area of the opening.
  • variable nozzle 11A drives the pair of sealing plates 23 away from each other to form the opening 21 having the first opening area.
  • variable nozzle 11A drives the pair of sealing plates 23 in a direction approaching each other to form the opening 22 having the second opening area.
  • variable nozzle 11B includes a plurality of sealing plates 24 as an opening / closing mechanism.
  • the variable nozzle 11 ⁇ / b> B includes four sealing plates 24.
  • the four sealing plates 24 form openings.
  • the sealing plate 24 is driven to rotate about the rotation shaft 25 by a driving mechanism (not shown), thereby increasing or decreasing the area of the opening.
  • each of the four sealing plates 24 is rotationally driven by a driving mechanism in a direction to close the opening, thereby reducing the area of the opening.
  • each of the four sealing plates 24 is rotationally driven by the driving mechanism in a direction to open the opening, thereby increasing the area of the opening.
  • variable nozzle 11B drives each of the four sealing plates 24 in a direction to close the opening, thereby forming the opening 21 having the first opening area.
  • variable nozzle 11B drives each of the four sealing plates 24 in a direction to open the opening to form the opening 22 having the second opening area.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the positional relationship of the variable nozzles 11 of the print head 2.
  • FIG. 3A is an explanatory diagram for explaining the positional relationship between the variable nozzle 11 in which the opening 21 having the first opening area is formed and the modeling surface of the stage 3.
  • FIG. 3B is an explanatory diagram for explaining the positional relationship between the variable nozzle 11 in which the opening 22 having the second opening area is formed and the modeling surface of the stage 3.
  • the 3D printer 1 changes the movement amount when the variable nozzle 11 of the print head 2 is moved in a plane parallel to the modeling surface of the stage 3 by the positioning mechanism 4 according to the droplet discharge amount. Further, the 3D printer 1 changes the distance between the variable nozzle 11 of the print head 2 and the droplet landing position in the direction orthogonal to the modeling surface of the stage 3 by the positioning mechanism 4 according to the droplet discharge amount.
  • variable nozzle 11 when the variable nozzle 11 is formed with the opening 21 having the first opening area, the variable nozzle 11 and the droplet landing position The variable nozzle 11 is moved to a position where the distance becomes the first distance L1. Further, in the 3D printer 1, when the opening 21 having the opening area of the first opening area is formed in the variable nozzle 11, the first interval P ⁇ b> 1 corresponding to the first resolution is incremented in the X direction or Y direction. While moving the variable nozzle 11 in the direction, the first discharge amount of droplets 31 is discharged from the variable nozzle 11.
  • the 3D printer 1 ejects the first ejection amount of the droplets 31 from the variable nozzle 11
  • the minimum interval between the landing positions of the droplets 31 ejected from the variable nozzle 11 corresponds to the first resolution.
  • the amount of movement of the print head 2 by the positioning mechanism 4 is set so that the interval P1 is 1.
  • the 3D printer 1 when the opening 22 having the second opening area is formed in the variable nozzle 11, the landing of the droplet with the variable nozzle 11.
  • the variable nozzle 11 is moved to a position where the distance to the position becomes the second distance L2 shorter than the first distance L1.
  • the 3D printer 1 when the opening 22 whose opening area is the second opening area is formed in the variable nozzle 11, the 2D according to the second resolution smaller than the first resolution. While the variable nozzle 11 is moved in the X direction or the Y direction by the interval P2, the second discharge amount of the liquid droplets 32 is discharged from the variable nozzle 11.
  • the 3D printer 1 discharges the second discharge amount of the droplets 32 from the variable nozzle 11
  • the minimum interval between the landing positions of the droplets 32 discharged from the variable nozzle 11 corresponds to the second resolution and the second resolution.
  • the amount of movement of the print head 2 by the positioning mechanism 4 is set so that the second interval P2 is narrower than the one interval P1.
  • the print head 2 When the print head 2 is moved, the fluctuation of the print head 2 in the vertical direction increases according to the movement distance in the X direction or the Y direction.
  • the distance between the variable nozzle 11 and the landing position of the droplet is longer than the second distance L2.
  • the relationship between the second distance P2 and the second distance L2 when an opening 22 is formed is preferably 0.5 ⁇ (P1 / L1) / (P2 / L2) ⁇ 2.
  • the first opening area is desirably about 10 times larger than the second opening area, for example. When the first opening area is about 10 times larger than the second opening area, it is possible to sharpen the case where the lamination time is important and the case where the shape accuracy is important.
  • the 3D printer 1 ejects droplets from the variable nozzle 11 while moving the print head 2 in the X direction and the Y direction, and forms a layer of a permeable resin structure on the stage 3.
  • the 3D printer 1 forms an optical element 5 having a base 41 and a surface layer 42 by laminating layers of a resin structure while moving the print head 2 in the Z direction.
  • the base portion 41 is a portion that supports the surface layer portion 42 constituting the curved surface 43 formed on the most distal end side of the optical element 5.
  • the surface layer portion 42 is a portion that is formed on the distal end side of the base portion 41 of the optical element 5 and the surface forms a curved surface 43.
  • the shape accuracy of the curved surface 43 affects the optical characteristics of the optical element 5, a higher shape accuracy than that of the base portion 41 is required.
  • the shape accuracy of the resin structure is determined according to the amount of droplets discharged from the variable nozzle 11. That is, it is easier to form a fine resin structure when the discharge amount is reduced than when the discharge amount is increased. For this reason, in the 3D printer 1, the resin structure is formed with a higher shape accuracy when the resin structure is formed with the second discharge amount of the droplets 32 than when the resin structure is formed with the first discharge amount of the droplets 31. A structure can be formed.
  • the formation speed of the resin structure is determined according to the amount of droplets discharged from the variable nozzle 11. That is, when the discharge amount is reduced, it takes time to form the resin structure. Therefore, the 3D printer 1 forms the resin structure faster when the resin structure is formed by the first discharge amount of the droplets 31 than when the resin structure is formed by the second discharge amount of the droplets 32. can do.
  • the 3D printer 1 controls the operations of the print head 2 and the positioning mechanism 4 so that the base 41 is formed by the first discharge amount of the droplets 31, and the curved surface 43 is formed by the second discharge amount of the droplets 32.
  • the operations of the print head 2 and the positioning mechanism 4 are controlled so as to form the surface layer portion 42 having the same.
  • the 3D printer 1 when the print head 2 reaches the position where the base portion 41 of the optical element 5 is to be formed while the print head 2 is moved by the positioning mechanism 4, the 3D printer 1 has a first discharge amount of liquid droplets. 31 is discharged from the variable nozzle 11. Further, when the print head 2 reaches the position where the surface layer portion 42 having the curved surface 43 of the optical element 5 is to be formed while moving the print head 2 by the positioning mechanism 4, the 3D printer 1 has the second discharge amount. The droplet 32 is ejected from the variable nozzle 11.
  • the optical element 5 having an axially symmetric shape about the optical axis of the optical element 5 is manufactured.
  • the portion of the optical element 5 that is on the subject side when the optical element 5 is directed toward the subject is referred to as the front end side
  • the portion that is on the image side is referred to as the rear end side.
  • the optical element 5 is manufactured by sequentially laminating resin structures from the rear end side.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a process of forming a part of the base 41 of the optical element 5 with a resin material.
  • the formed resin structure is shown as a cross section when cut by a plane including the optical axis of the optical element 5.
  • the 3D printer 1 irradiates the droplets 31 with ultraviolet rays by the ultraviolet lamp 13 while ejecting the droplets 31 of the first ejection amount onto the modeling surface of the stage 3, whereby the base 41 of the optical element 5.
  • the rear end side of the base 41 is formed in a shape corresponding to the modeling surface of the stage 3. According to this example, the rear end side of the base 41 is formed to be flush with the modeling surface.
  • a curved surface can be formed on the rear end side of the base 41 by disposing a base material having a curved surface on the modeling surface and forming a resin structure on the curved surface of the base material.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a process of forming a part of the surface layer portion 42 of the optical element 5 with a resin material.
  • the 3D printer 1 forms the surface layer portion 42 of the optical element 5 by irradiating the droplets 32 with ultraviolet rays by the ultraviolet lamp 13 while ejecting the second ejection amount of droplets 32 onto the upper surface of the base portion 41. .
  • FIG. 6 is an explanatory view showing an example of the optical element 5 formed of a resin material.
  • the 3D printer 1 forms a curved surface 43 having a predetermined curvature according to the three-dimensional data on the surface of the surface layer portion 42.
  • FIG. 7 and 8 are enlarged views showing the resin structure in the vicinity of the boundary P between the base portion 41 and the surface layer portion 42.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the resin structure 51 in which the boundary P between the base portion 41 and the surface layer portion 42 is formed in a planar shape.
  • FIG. 8 is an enlarged view showing the resin structure 52 and the curved surface 43 in which the boundary P between the base portion 41 and the surface layer portion 42 is formed stepwise.
  • the circular two-dot chain line in FIG.7 and FIG.8 shows a droplet typically, respectively. Actually, the liquid droplets are integrated and cured with the resin structure at the landing position after landing.
  • the resin structure is formed at a higher speed than the surface layer portion 42.
  • the surface layer portion 42 is formed by the droplets 32 having a smaller discharge amount than the base portion 41, a finer resin structure is formed compared to the base portion 41.
  • the surface layer portion 42 has a curved surface 43 having a higher shape accuracy than the base portion 41, although it is necessary to overlap a plurality of layers in order to form a resin structure having the same height as the height of one layer of the base portion 41. Formed on the surface.
  • the 3D printer 1 forms the base 41 that does not require shape accuracy with the first discharge amount of the droplets 31 at high speed, and the surface layer portion 42 that requires shape accuracy on the base 41. It is formed with high accuracy by the droplets 32 of the second discharge amount smaller than the amount. As a result, the 3D printer 1 can achieve both high shape accuracy and a reduction in time required for manufacturing.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining an example of the 3D printer 1A according to the second embodiment.
  • the 3D printer 1 ⁇ / b> A is an optical element manufacturing apparatus that manufactures the optical element 5.
  • the 3D printer 1A includes a print head 2A, a stage 3, a positioning mechanism 4, and a control unit 6.
  • Print head 2A discharges liquid resin as droplets.
  • the print head 2 ⁇ / b> A includes a first nozzle 15, a second nozzle 16, and an ultraviolet lamp 13.
  • the second nozzle 16 is provided with a tip closer to the modeling surface of the stage 3 than the first nozzle 15.
  • the print head 2A includes a pressure chamber (not shown) filled with a permeable material.
  • the pressure chamber may be provided for each nozzle, or a plurality of nozzles may communicate with one pressure chamber.
  • the print head 2 ⁇ / b> A sends the liquid resin in the pressure chamber to the first nozzle 15 or the second nozzle 16 by controlling the pressure in the pressure chamber according to the three-dimensional data.
  • the print head 2 ⁇ / b> A switches between the first nozzle 15 and the second nozzle 16 for ejecting droplets in accordance with the droplet ejection amount.
  • the 3D printer 1A forms a resin structure layer by discharging droplets from the print head 2A to the stage 3 while moving the print head 2A in the X direction and the Y direction by the positioning mechanism 4. Specifically, the 3D printer 1A moves the print head 2A to a position corresponding to the coordinates of the three-dimensional data by the positioning mechanism 4. Further, the 3D printer 1A determines a droplet discharge amount according to the shape data of the coordinates. For example, the 3D printer 1A determines whether to discharge a droplet, to discharge a droplet with a first discharge amount, or to discharge a droplet with a second discharge amount, according to shape data for each coordinate. Then, the print head 2A is operated according to the determination result.
  • the 3D printer 1 forms layers while switching the amount of droplets to be ejected according to the three-dimensional data between the first ejection amount and the second ejection amount. Furthermore, the 3D printer 1 ⁇ / b> A forms a resin layer while moving the print head 2 ⁇ / b> A in the Z direction by the positioning mechanism 4, thereby forming a three-dimensional object having a stacked structure in which the above layers are stacked.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a configuration example of the tips of the first nozzle 15 and the second nozzle 16 and the positional relationship between the nozzles.
  • FIG. 10A shows a configuration example of the first nozzle 15 and a positional relationship between the first nozzle 15 and the modeling surface of the stage 3.
  • FIG. 10B shows a configuration example of the second nozzle 16 and a positional relationship between the second nozzle 16 and the modeling surface of the stage 3.
  • the movement amount when the first nozzle 15 and the second nozzle 16 of the print head 2A are moved in a plane parallel to the modeling surface of the stage 3 by the positioning mechanism 4 is set as the droplet discharge amount. Change accordingly. Also, the 3D printer 1A determines the distance between the first nozzle 15 and the second nozzle 16 of the print head 2A and the landing position of the liquid droplet in the direction orthogonal to the modeling surface of the stage 3 according to the amount of liquid droplet discharged. The position is changed by the positioning mechanism 4.
  • the first nozzle 15 has a first opening 26 whose opening area is the first opening area.
  • the first opening 26 is a circular hole having a diameter D1.
  • the 3D printer 1 ⁇ / b> A discharges the droplet 31 with the first discharge amount
  • the 3D printer 1 ⁇ / b> A discharges the droplet 31 from the first nozzle 15.
  • the 3D printer 1A moves the first nozzle 15 to a position where the distance between the first nozzle 15 and the landing position of the droplet becomes the first distance L1.
  • the 3D printer 1A moves the first nozzle 15 in the X direction or the Y direction by the first interval P1 corresponding to the first resolution, and drops the first discharge amount from the first nozzle 15. 31 is discharged.
  • the second nozzle 16 has a second opening 27 whose opening area is the second opening area.
  • the second opening 27 is a circular hole having a diameter D2.
  • the 3D printer 1 ⁇ / b> A discharges the droplet 32 with the second discharge amount
  • the 3D printer 1 ⁇ / b> A discharges the droplet 32 from the second nozzle 16.
  • the 3D printer 1A moves the second nozzle 16 to a position where the distance between the second nozzle 16 and the landing position of the droplet becomes the second distance L2.
  • the 3D printer 1A moves the second nozzle 16 in the X direction or the Y direction by the second interval P2 corresponding to the second resolution, and drops the second discharge amount from the second nozzle 16. 32 is discharged.
  • the fluctuation of the print head 2A up and down is increased according to the movement distance in the X direction or the Y direction.
  • the distance between the first nozzle 15 and the landing position of the droplet 31 is greater than the second distance L2.
  • the diameter D2 of the opening 27 of the second nozzle 16, the second interval P2 that is the interval of movement of the second nozzle 16, and the second distance L2 that is the distance between the second nozzle 16 and the landing position And the relationship between the first relationship of about 0.5 ⁇ (L1 / D1) / (L2 / D2) ⁇ 2, and the relationship of about 0.5 ⁇ (P1 / L1) / (P2 / L2) ⁇ 2. It is desirable to satisfy any one of the second relationships. It is more desirable to satisfy both the first relationship and the second relationship.
  • the diameter D1 is desirably four times or more than the diameter D2. That is, the first opening area is desirably about 10 times larger than the second opening area, for example. When the first opening area is about 10 times larger than the second opening area, it is possible to sharpen the case where the lamination time is important and the case where the shape accuracy is important.
  • the 3D printer 1 ⁇ / b> A ejects liquid droplets from the first nozzle 15 and the second nozzle 16 while moving the print head 2 ⁇ / b> A in the X direction and the Y direction, and forms a transparent resin structure layer on the stage 3. .
  • the 3D printer 1A forms the optical element 5 having the base portion 41 and the surface layer portion 42 by laminating layers having a resin structure while moving the print head 2A in the Z direction.
  • the 3D printer 1A in the present embodiment controls the operations of the print head 2A and the positioning mechanism 4 so that the base 41 is formed by the droplets 31 having the first ejection amount, and the second 2D The operations of the print head 2A and the positioning mechanism 4 are controlled so that the surface layer portion 42 having the curved surface 43 is formed by the discharge amount of the droplets 32.
  • the 3D printer 1 ⁇ / b> A moves the print head 2 ⁇ / b> A by the positioning mechanism 4, and when the print head 2 ⁇ / b> A reaches a position where the base 41 of the optical element 5 is to be formed, the first discharge amount of droplets 31 is discharged from the first nozzle 15.
  • the 3D printer 1A has the second discharge amount.
  • a droplet 32 is ejected from the second nozzle 16.
  • the optical element 5 having an axially symmetric shape about the optical axis of the optical element 5 is manufactured.
  • the portion of the optical element 5 that is on the subject side when the optical element 5 is directed toward the subject is referred to as the front end side
  • the portion that is on the image side is referred to as the rear end side.
  • the optical element 5 is manufactured by sequentially laminating resin structures from the rear end side.
  • FIG. 11 is an explanatory view showing an example of a process of forming a part of the base 41 of the optical element 5 with a resin material.
  • the formed resin structure is shown as a cross section when cut by a plane including the optical axis of the optical element 5.
  • the 3D printer 1A irradiates the droplets 31 with ultraviolet rays by the ultraviolet lamp 13 while ejecting the droplets 31 of the first ejection amount from the first nozzle 15 to the modeling surface of the stage 3. A part of the base 41 of the optical element 5 is formed.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a process of forming a part of the surface layer portion 42 of the optical element 5 with a resin material.
  • the 3D printer 1 ⁇ / b> A irradiates the droplet 32 with ultraviolet rays by the ultraviolet lamp 13 while ejecting the droplets 32 of the second ejection amount from the second nozzle 16 onto the upper surface of the base 41, thereby causing the optical element 5.
  • the surface layer portion 42 is formed.
  • FIG. 13 is an explanatory view showing an example of the optical element 5 formed of a resin material.
  • the 3D printer 1 ⁇ / b> A forms a curved surface 43 having a predetermined curvature according to the three-dimensional data on the surface of the surface layer portion 42.
  • the 3D printer 1 forms the base 41 that does not require shape accuracy at high speed with the first discharge amount of the droplets 31, and the surface layer portion 42 that requires shape accuracy on the base 41. It is formed with high accuracy by the droplets 32 of the second discharge amount that is smaller than the discharge amount. As a result, the 3D printer 1 can achieve both high shape accuracy and a reduction in time required for manufacturing.
  • the optical element 5 has been described as having an axial shape centered on the optical axis, but is not limited to this configuration.
  • the lens is manufactured in a circular shape in order to facilitate the grinding and polishing of the glass or the resin when manufacturing the lens.
  • any shape can be used.
  • the optical element 5 can be manufactured by the same process.
  • the imaging element 5 may be formed in a shape corresponding to the effective area of the optical element 5 determined by the shape of the imaging element. According to such a configuration, since light passing outside the effective area of the optical element can be cut, generation of unnecessary light can be suppressed. Further, it can be configured more compactly than the optical element 5 using a circular lens. Moreover, since it can comprise compactly, the resin material required for manufacture of the optical element 5 can be reduced.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the direction in which the resin structures are laminated may be any direction.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

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Abstract

光学素子の製造方法は、光を透過する透過性材料を第１の吐出量で吐出して光学素子（５）の曲面（４３）を支える基部（４１）を形成する基部形成工程と、前記第１の吐出量より少ない第２の吐出量で前記透過性材料を前記基部に対して吐出して、前記曲面を形成する曲面形成工程と、を具備する。

Description

光学素子の製造方法、及び光学素子の製造装置
　本発明の実施形態は、光学素子の製造方法、及び光学素子の製造装置に関する。
　例えば紫外線などが照射された場合に硬化する樹脂材料をノズルから吐出し、吐出された液滴に紫外線を照射することにより立体物を製造する所謂３Ｄプリンタが実用化されている。例えば、日本国特開２０００－２９６５６１号公報には、３Ｄプリンタとしての造形装置が記載されている。
　３Ｄプリンタにより例えば光学素子などの精細な形状が要求される立体物を製造することが想定される。例えば、ノズルからの液滴の吐出量を少なくすることにより、精細な形状が要求される立体物を製造することが可能になる。しかしながら、液滴の吐出量が少ない場合、立体物の形成に要する液滴の吐出回数が増える。この結果、立体物の製造に要する時間が増加するという課題がある。
　本発明は、高い形状精度と製造に要する時間の短縮とを両立することが可能な光学素子の製造方法、及び光学素子の製造装置を提供することを目的とする。
　一実施形態に係る光学素子の製造方法は、光を透過する透過性材料を第１の吐出量で吐出して光学素子の曲面を支える基部を形成する基部形成工程と、前記第１の吐出量より少ない第２の吐出量で前記透過性材料を前記基部に対して吐出して、前記曲面を形成する曲面形成工程と、を具備する。
　本発明によれば、高い形状精度と製造に要する時間の短縮とを両立することが可能な光学素子の製造方法、及び光学素子の製造装置を提供することができる。
図１は、一実施形態に係る３Ｄプリンタの例について説明する為の図である。 図２は、一実施形態に係る可変ノズルの構成例について説明する為の図である。 図３は、一実施形態に係る可変ノズルの構成例について説明する為の図である。 図４は、一実施形態に係る光学素子の基部の一部を形成する工程の例について説明する為の図である。 図５は、一実施形態に係る光学素子の表層部の一部を形成する工程の例について説明する為の図である。 図６は、一実施形態に係る光学素子の例について説明する為の図である。 図７は、一実施形態に係る光学素子の樹脂構造の例について説明する為の図である。 図８は、一実施形態に係る光学素子の樹脂構造の例について説明する為の図である。 図９は、他の実施形態に係る３Ｄプリンタの例について説明する為の図である。 図１０は、他の実施形態に係るノズルの構成例について説明する為の図である。 図１１は、他の実施形態に係る光学素子の基部の一部を形成する工程の例について説明する為の図である。 図１２は、他の実施形態に係る光学素子の表層部の一部を形成する工程の例について説明する為の図である。 図１３は、他の実施形態に係る光学素子の例について説明する為の図である。
実施形態
　以下、光学素子の製造方法、及び撮像装置の製造方法について詳細に説明する。
　本実施形態では、３次元データに基づいて立体物を製造する所謂３Ｄプリンタにより撮像装置に用いられるレンズユニットの光学素子を形成する。なお、３Ｄプリンタの例として、光（例えば紫外線）により硬化する液体状の樹脂を吐出させ、紫外線により樹脂を硬化させて立体物を形成するインクジェット方式の３Ｄプリンタを例に挙げて説明するが、３Ｄプリンタはインクジェット方式に限定されない。３Ｄプリンタの造形の方式は、液体状の樹脂を吐出する方式であれば如何なるものであってもよい。
　また、本実施形態では、３Ｄプリンタは、光を透過する樹脂材料（透過性材料）によってレンズユニットの光学素子の部分を形成する。
　また、本実施形態における３次元データは、幅と奥行きと高さとを有する３次元空間内における形状データである。以下、例えば、幅方向をＸ方向とし、奥行き方向をＹ方向とし、高さ方向をＺ方向とする。形状データは、Ｘ方向における位置と、Ｙ方向における位置と、Ｚ方向における位置とから定まる座標毎の材料に関する情報を含む。材料に関する情報は、例えば透過性材料の吐出量を示す情報である。なお、３次元データは、例えば３Ｄ－ＣＡＤ、または３Ｄ－ＣＧなどのデータを３Ｄプリンタの分解能に応じて変換されたデータであってもよい。
　（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る３Ｄプリンタ１の例について説明する為の説明図である。３Ｄプリンタ１は、光学素子を製造する光学素子の製造装置である。３Ｄプリンタ１は、プリントヘッド２、ステージ３、位置決め機構４、及び制御部６を備える。
　プリントヘッド２は、液体状の樹脂を液滴として吐出する。プリントヘッド２は、可変ノズル１１、及び紫外線ランプ１３を備える。また、プリントヘッド２は、透過性材料が充填された図示されない圧力室を備える。例えばプリントヘッド２は、３次元データに応じて圧力室内の圧力を制御することにより、圧力室内の液体状の樹脂を可変ノズル１１に送り出す。
　可変ノズル１１は、圧力室内の透過性材料を液滴として吐出する。可変ノズル１１は、圧力室から押し出された樹脂を吐出する開口部と、開口部の面積を切り替える為の開閉機構を備える。可変ノズル１１は、開閉機構によって開口部の形状を変形させることによって開口部の面積を切り替える。例えば、可変ノズル１１は、開口部の面積を第１の開口面積と、第１の開口面積よりも小さい第２の開口面積とで切り替える。これによって、可変ノズル１１は、開口部から吐出する液滴の吐出量を第１の吐出量と第２の吐出量とで切り替える。
　紫外線ランプ１３は、可変ノズル１１から吐出された液滴に対して紫外線を照射することにより液滴を硬化させ、立体物の一部の構造（樹脂構造と称する）を形成する。紫外線ランプ１３は、可変ノズル１１から液滴を吐出した場合に紫外線を出力する構成であってもよいし、常時紫外線を出力する構成であってもよい。紫外線ランプ１３は、ノズルから吐出した液滴に対して十分に紫外線が照射されるようにプリントヘッド２におけるレイアウトが決められている。
　ステージ３は、プリントヘッド２から吐出された液滴を支持する部材である。ステージ３は、面一に形成された造形面を有する。
　位置決め機構４は、プリントヘッド２を移動させることにより、プリントヘッド２から吐出された液滴の着弾位置を決める。例えば、位置決め機構４は、プリントヘッド２をステージ３の造形面と平行な幅方向（ｘ方向に対応）及び奥行方向（ｙ方向に対応）に移動させることにより、ステージ３の造形面と平行な面内における液滴の着弾位置を調整する。また、位置決め機構４は、プリントヘッド２をステージ３の造形面と直交する方向（ｚ方向に対応）に移動させることにより、ステージ３の造形面とプリントヘッド２との距離を調整する。
　制御部６は、３Ｄプリンタ１の各部の動作を制御する。例えば、制御部６は、プリントヘッド２及び位置決め機構４と通信可能に構成されており、プリントヘッド２及び位置決め機構４の動作を制御する。図１の例では、制御部６は、プリントヘッド２と一体に設けられているが、プリントヘッド２及び位置決め機構４と通信可能であれば如何なる場所に設けられていてもよい。
　制御部６は、３次元データを取得し、取得した３次元データに応じて位置決め機構４によりプリントヘッド２を移動させつつプリントヘッド２から液滴を吐出させる。また、圧力室内の圧力を制御することにより、圧力室内の液体状の樹脂を可変ノズル１１に送り出す。さらに、制御部６は、可変ノズル１１から液滴を第１の吐出量で吐出させるか第２の吐出量で吐出させるか判定し、判定結果に応じて可変ノズル１１から吐出させる液滴の吐出量を第１の吐出量と第２の吐出量とで切り替える。
　上記した構成を備える３Ｄプリンタ１は、位置決め機構４によってＸ方向及びＹ方向にプリントヘッド２を移動させつつ、プリントヘッド２からステージ３に対して液滴を吐出することにより、樹脂構造の層を形成する。具体的には、３Ｄプリンタ１は、位置決め機構４によって３次元データの座標に応じた位置にプリントヘッド２を移動させる。さらに、３Ｄプリンタ１は、この座標の形状データに応じて、液滴の吐出量を決定する。例えば、３Ｄプリンタ１は、座標毎の形状データに応じて、液滴を吐出しないか、液滴を第１の吐出量で吐出するか、液滴を第２の吐出量で吐出するかを判定し、判定結果に応じてプリントヘッド２を動作させる。即ち、３Ｄプリンタ１は、３次元データに応じて吐出する液滴の量を第１の吐出量と前記第２の吐出量とで切り替えつつ層を形成する。さらに、３Ｄプリンタ１は、位置決め機構４によってＺ方向にプリントヘッド２を移動させつつ樹脂の層の形成を行うことにより、上記の層が積層された積層構造の立体物を形成する。
　なお、ステージ３の造形面からＺ方向において離れた位置に樹脂構造を形成する為には、液滴を支える支持部材が必要になる。支持部材は、１つ下の層の樹脂構造であってもよいし、ステージ３の造形面に置かれた何らかの物体であってもよい。
　図２は、可変ノズル１１の先端の構成例を示す図である。図２（ａ）は、可変ノズル１１の一例である可変ノズル１１Ａの構成例を示す。図２（ｂ）は、可変ノズル１１の一例である可変ノズル１１Ｂの構成例を示す。
　図２（ａ）に示されるように、可変ノズル１１Ａは、開閉機構としての一対の封止板２３を備える。一対の封止板２３は、開口部の少なくとも一部を形成する。一対の封止板２３の開口部を形成する辺は、所定の曲率が形成されていてもよい。一対の封止板２３は、図示されない駆動機構により互いに逆向きに駆動されることによって、開口部の面積を増減する。例えば、一対の封止板２３は、互いに近づく方向に駆動機構により駆動されることによって、開口部の面積を減少させる。また、一対の封止板２３は、互いに遠ざかる方向に駆動機構により駆動されることによって、開口部の面積を増加させる。具体的には、可変ノズル１１Ａは、一対の封止板２３を互いに遠ざかる方向に駆動して、第１の開口面積の開口部２１を形成する。また、可変ノズル１１Ａは、一対の封止板２３を互いに近づく方向に駆動して、第２の開口面積の開口部２２を形成する。
　また、図２（ｂ）に示されるように、可変ノズル１１Ｂは、開閉機構としての複数枚の封止板２４を備える。例えば、可変ノズル１１Ｂは、４枚の封止板２４を備える。４枚の封止板２４は、開口部を形成する。封止板２４は、図示されない駆動機構により回転軸２５を中心にそれぞれ回転駆動されることによって、開口部の面積を増減する。例えば、４枚の封止板２４は、それぞれが開口部を塞ぐ方向に駆動機構により回転駆動されることによって、開口部の面積を減少させる。また、４枚の封止板２４は、それぞれが開口部を開放する方向に駆動機構により回転駆動されることによって、開口部の面積を増加させる。具体的には、可変ノズル１１Ｂは、４枚の封止板２４のそれぞれを開口部を塞ぐ方向に駆動して、第１の開口面積の開口部２１を形成する。また、可変ノズル１１Ｂは、４枚の封止板２４のそれぞれを開口部を開放する方向に駆動して、第２の開口面積の開口部２２を形成する。
　図３は、プリントヘッド２の可変ノズル１１の位置関係について説明する為の説明図である。図３（ａ）は、第１の開口面積の開口部２１が形成された可変ノズル１１とステージ３の造形面との位置関係について説明する為の説明図である。図３（ｂ）は、第２の開口面積の開口部２２が形成された可変ノズル１１とステージ３の造形面との位置関係について説明する為の説明図である。
　３Ｄプリンタ１は、位置決め機構４によってステージ３の造形面と平行な面内でプリントヘッド２の可変ノズル１１を移動させる際の移動量を、液滴の吐出量に応じて変更する。また、３Ｄプリンタ１は、ステージ３の造形面に直交する方向におけるプリントヘッド２の可変ノズル１１と液滴の着弾位置との距離を、液滴の吐出量に応じて位置決め機構４によって変更する。
　例えば図３（ａ）に示されるように、３Ｄプリンタ１は、可変ノズル１１に面積が第１の開口面積である開口部２１が形成されている場合、可変ノズル１１と液滴の着弾位置との距離が第１の距離Ｌ１になる位置に可変ノズル１１を移動させる。さらに、３Ｄプリンタ１は、可変ノズル１１に開口部の面積が第１の開口面積である開口部２１が形成されている場合、第１の分解能に応じた第１の間隔Ｐ１ずつＸ方向またはＹ方向に可変ノズル１１を移動させつつ、可変ノズル１１から第１の吐出量の液滴３１を吐出させる。即ち、３Ｄプリンタ１は、可変ノズル１１から第１の吐出量の液滴３１を吐出させる場合、可変ノズル１１から吐出された液滴３１の着弾位置の最小間隔が第１の分解能に応じた第１の間隔Ｐ１となるように、位置決め機構４によるプリントヘッド２の移動量を設定する。
　また、例えば図３（ｂ）に示されるように、３Ｄプリンタ１は、可変ノズル１１に面積が第２の開口面積である開口部２２が形成されている場合、可変ノズル１１と液滴の着弾位置との距離が第１の距離Ｌ１よりも短い第２の距離Ｌ２になる位置に可変ノズル１１を移動させる。さらに、３Ｄプリンタ１は、可変ノズル１１に開口部の面積が第２の開口面積である開口部２２が形成されている場合、第１の分解能よりも細かい第２の分解能に応じた第２の間隔Ｐ２ずつＸ方向またはＹ方向に可変ノズル１１を移動させつつ、可変ノズル１１から第２の吐出量の液滴３２を吐出させる。即ち、３Ｄプリンタ１は、可変ノズル１１から第２の吐出量の液滴３２を吐出させる場合、可変ノズル１１から吐出された液滴３２の着弾位置の最小間隔が第２の分解能に応じ且つ第１の間隔Ｐ１よりも狭い第２の間隔Ｐ２となるように、位置決め機構４によるプリントヘッド２の移動量を設定する。
　プリントヘッド２を移動させる場合の上下へのプリントヘッド２の変動は、Ｘ方向またはＹ方向への移動距離に応じて大きくなる。しかし上記のように、第２の間隔Ｐ２より大きな第１の間隔Ｐ１でプリントヘッド２を移動させる場合、可変ノズル１１と液滴の着弾位置との距離が第２の距離Ｌ２よりも長い第１の距離Ｌ１になるようにプリントヘッド２の位置決めを行うことにより、プリントヘッド２の上下への変動によって可変ノズル１１が樹脂構造に接触することを防ぐことができる。
　なお、可変ノズル１１に面積が第１の開口面積である開口部２１が形成されている場合の第１の間隔Ｐ１及び第１の距離Ｌ１と、可変ノズル１１に面積が第２の開口面積である開口部２２が形成されている場合の第２の間隔Ｐ２及び第２の距離Ｌ２と、の関係は、０．５＜（Ｐ１／Ｌ１）／（Ｐ２／Ｌ２）＜２となることが望ましい。また、第１の開口面積は、例えば第２の開口面積に対して１０倍程度大きいことが望ましい。第１の開口面積が第２の開口面積に対して１０倍程度大きい場合、積層時間を重視する場合と、形状精度を重視する場合とでメリハリをつけることが可能になる。
　次に、図４乃至図６を参照しつつ第１の実施形態に係る光学素子５の具体的な製造方法について説明する。３Ｄプリンタ１は、プリントヘッド２をＸ方向及びＹ方向に移動させつつ可変ノズル１１から液滴を吐出させ、ステージ３上に透過性の樹脂構造の層を形成する。３Ｄプリンタ１は、プリントヘッド２をＺ方向に移動させつつ樹脂構造の層を積層することにより、基部４１と表層部４２とを有する光学素子５を形成する。
　基部４１は、光学素子５の最も先端側に形成される曲面４３を構成する表層部４２を支持する部分である。表層部４２は、光学素子５の基部４１より先端側に形成され、表面が曲面４３を構成する部分である。表層部４２では、曲面４３の形状精度が光学素子５の光学特性に影響を与える為、基部４１に比べて高い形状精度が要求される。
　樹脂構造の形状精度は、可変ノズル１１からの液滴の吐出量に応じて定まる。即ち、吐出量を少なくした方が吐出量を多くするよりも微細な樹脂構造の形成が容易になる。この為、３Ｄプリンタ１は、第２の吐出量の液滴３２により樹脂構造を形成する場合、第１の吐出量の液滴３１により樹脂構造を形成する場合に比べてより高い形状精度で樹脂構造を形成することができる。
　また、樹脂構造の形成速度も、可変ノズル１１からの液滴の吐出量に応じて定まる。即ち、吐出量を少なくした場合、樹脂構造の形成に時間がかかる。この為、３Ｄプリンタ１は、第１の吐出量の液滴３１により樹脂構造を形成する場合、第２の吐出量の液滴３２により樹脂構造を形成する場合に比べてより速く樹脂構造を形成することができる。
　そこで、３Ｄプリンタ１は、第１の吐出量の液滴３１によって基部４１を形成するようにプリントヘッド２及び位置決め機構４の動作を制御し、第２の吐出量の液滴３２によって曲面４３を有する表層部４２を形成するように、プリントヘッド２及び位置決め機構４の動作を制御する。
　具体的には、３Ｄプリンタ１は、プリントヘッド２を位置決め機構４によって移動させつつ、プリントヘッド２が光学素子５の基部４１を形成すべき位置に達したときには、第１の吐出量の液滴３１を可変ノズル１１から吐出させる。また、３Ｄプリンタ１は、プリントヘッド２を位置決め機構４によって移動させつつ、プリントヘッド２が光学素子５の曲面４３を有する表層部４２を形成すべき位置に達したときには、第２の吐出量の液滴３２を可変ノズル１１から吐出させる。
　図４乃至図６の例では、光学素子５の光軸を中心とした軸対称な形状の光学素子５を製造する。なお、光学素子５を被写体に向けたときに被写体側となる光学素子５の部位を先端側と称し、像側になる部位を後端側と称する。本実施形態では、樹脂構造を後端側から順に積層していくことにより光学素子５を製造する例について説明する。
　図４は、樹脂材料により光学素子５の基部４１の一部を形成する工程の例を示す説明図である。以降の図面では、形成した樹脂構造を光学素子５の光軸を含む面で切断した場合の断面として示す。
　まず、３Ｄプリンタ１は、ステージ３の造形面に対して第１の吐出量の液滴３１を吐出しつつ、紫外線ランプ１３によって液滴３１に紫外線を照射することによって、光学素子５の基部４１の一部を形成する。
　なお、基部４１の後端側は、ステージ３の造形面に応じた形状で形成される。本例によると、基部４１の後端側は、造形面と同じ面一状に形成される。例えば、造形面に曲面を有する基材を配置し、この基材の曲面上に樹脂構造を形成することにより、基部４１の後端側に曲面を形成することができる。
　図５は、樹脂材料により光学素子５の表層部４２の一部を形成する工程の例を示す説明図である。３Ｄプリンタ１は、基部４１の上面に対して第２の吐出量の液滴３２を吐出しつつ、紫外線ランプ１３によって液滴３２に紫外線を照射することによって光学素子５の表層部４２を形成する。
　図６は、樹脂材料により形成された光学素子５の例を示す説明図である。３Ｄプリンタ１は、表層部４２の表面に３次元データに応じた所定の曲率の曲面４３を形成する。
　図７及び図８は、基部４１と表層部４２との境界Ｐ付近の樹脂構造を拡大して示す図である。図７は、基部４１と表層部４２との境界Ｐが平面状に形成された樹脂構造５１を拡大して示す図である。図８は、基部４１と表層部４２との境界Ｐが階段状に形成された樹脂構造５２と曲面４３とを拡大して示す図である。なお、図７及び図８における円状の二点鎖線は、それぞれ液滴を模式的に示すものである。実際には、液滴は、着弾後に着弾位置の樹脂構造と一体化して硬化する。
　図７及び図８に示されるように、基部４１は、表層部４２に比べて吐出量が多い液滴３１によって形成される為、表層部４２に比べてより高速に樹脂構造が形成される。これに対し、表層部４２は、基部４１に比べて吐出量が少ない液滴３２によって形成される為、基部４１に比べてより微細な樹脂構造が形成される。これにより、表層部４２は、基部４１の１層分の高さと同じ高さの樹脂構造を形成する為に複数の層を重ねる必要があるものの、基部４１に比べて形状精度が高い曲面４３が表面に形成される。このように、３Ｄプリンタ１は、形状精度が要求されない基部４１を第１の吐出量の液滴３１により高速に形成し、形状精度が要求される表層部４２を基部４１上に第１の吐出量より少ない第２の吐出量の液滴３２により高精度で形成する。この結果、３Ｄプリンタ１は、高い形状精度と製造に要する時間の短縮とを両立することが可能になる。
　（第２の実施形態）
　次に、図９乃至図１３を参照しつつ第２の実施形態に係る光学素子５の具体的な製造方法について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成には同じ参照符号を付し詳細な説明を省略する。
　図９は、第２の実施形態に係る３Ｄプリンタ１Ａの例について説明する為の説明図である。３Ｄプリンタ１Ａは、光学素子５を製造する光学素子の製造装置である。３Ｄプリンタ１Ａは、プリントヘッド２Ａ、ステージ３、位置決め機構４、及び制御部６を備える。
　プリントヘッド２Ａは、液体状の樹脂を液滴として吐出する。プリントヘッド２Ａは、第１のノズル１５、第２のノズル１６、及び紫外線ランプ１３を備える。第２のノズル１６は、先端が第１のノズル１５よりもステージ３の造形面に近い位置に設けられている。また、プリントヘッド２Ａは、透過性材料が充填された図示されない圧力室を備える。圧力室は、ノズル毎に設けられていてもよいし、１つの圧力室に複数のノズルが連通していてもよい。例えばプリントヘッド２Ａは、３次元データに応じて圧力室内の圧力を制御することにより、圧力室内の液体状の樹脂を第１のノズル１５または第２のノズル１６に送り出す。プリントヘッド２Ａは、液滴の吐出量に応じて液滴を吐出するノズルを第１のノズル１５と第２のノズル１６とで切り替える。
　３Ｄプリンタ１Ａは、位置決め機構４によってＸ方向及びＹ方向にプリントヘッド２Ａを移動させつつ、プリントヘッド２Ａからステージ３に対して液滴を吐出することにより、樹脂構造の層を形成する。具体的には、３Ｄプリンタ１Ａは、位置決め機構４によって３次元データの座標に応じた位置にプリントヘッド２Ａを移動させる。さらに、３Ｄプリンタ１Ａは、この座標の形状データに応じて、液滴の吐出量を決定する。例えば、３Ｄプリンタ１Ａは、座標毎の形状データに応じて、液滴を吐出しないか、液滴を第１の吐出量で吐出するか、液滴を第２の吐出量で吐出するかを判定し、判定結果に応じてプリントヘッド２Ａを動作させる。即ち、３Ｄプリンタ１は、３次元データに応じて吐出する液滴の量を第１の吐出量と前記第２の吐出量とで切り替えつつ層を形成する。さらに、３Ｄプリンタ１Ａは、位置決め機構４によってＺ方向にプリントヘッド２Ａを移動させつつ樹脂の層の形成を行うことにより、上記の層が積層された積層構造の立体物を形成する。
　図１０は、第１のノズル１５、及び第２のノズル１６の先端の構成例と、それぞれのノズルの位置関係とについて説明する為の説明図である。図１０（ａ）は、第１のノズル１５の構成例と、第１のノズル１５とステージ３の造形面との位置関係とを示す。図１０（ｂ）は、第２のノズル１６の構成例と、第２のノズル１６とステージ３の造形面との位置関係とを示す。
　３Ｄプリンタ１Ａは、位置決め機構４によってステージ３の造形面と平行な面内でプリントヘッド２Ａの第１のノズル１５及び第２のノズル１６を移動させる際の移動量を、液滴の吐出量に応じて変更する。また、３Ｄプリンタ１Ａは、ステージ３の造形面に直交する方向におけるプリントヘッド２Ａの第１のノズル１５及び第２のノズル１６と液滴の着弾位置との距離を、液滴の吐出量に応じて位置決め機構４によって変更する。
　図１０（ａ）に示されるように、第１のノズル１５は、開口部の面積が第１の開口面積である第１の開口部２６を有する。第１の開口部２６は、径がＤ１である円状の孔である。３Ｄプリンタ１Ａは、第１の吐出量で液滴３１を吐出する場合、第１のノズル１５から液滴３１を吐出させる。この場合、３Ｄプリンタ１Ａは、第１のノズル１５と液滴の着弾位置との距離が第１の距離Ｌ１になる位置に、第１のノズル１５を移動させる。さらに、３Ｄプリンタ１Ａは、第１の分解能に応じた第１の間隔Ｐ１ずつＸ方向またはＹ方向に第１のノズル１５を移動させつつ、第１のノズル１５から第１の吐出量の液滴３１を吐出させる。
　また、図１０（ｂ）に示されるように、第２のノズル１６は、開口部の面積が第２の開口面積である第２の開口部２７を有する。第２の開口部２７は、径がＤ２である円状の孔である。３Ｄプリンタ１Ａは、第２の吐出量で液滴３２を吐出する場合、第２のノズル１６から液滴３２を吐出させる。この場合、３Ｄプリンタ１Ａは、第２のノズル１６と液滴の着弾位置との距離が第２の距離Ｌ２になる位置に、第２のノズル１６を移動させる。さらに、３Ｄプリンタ１Ａは、第２の分解能に応じた第２の間隔Ｐ２ずつＸ方向またはＹ方向に第２のノズル１６を移動させつつ、第２のノズル１６から第２の吐出量の液滴３２を吐出させる。
　プリントヘッド２を移動させる場合の上下へのプリントヘッド２Ａの変動は、Ｘ方向またはＹ方向への移動距離に応じて大きくなる。しかし上記のように、第２の間隔Ｐ２より大きな第１の間隔Ｐ１でプリントヘッド２Ａを移動させる場合に、第１のノズル１５と液滴３１の着弾位置との距離が第２の距離Ｌ２よりも長い第１の距離Ｌ１になるようにプリントヘッド２Ａの位置決めを行うことにより、プリントヘッド２Ａの上下への変動によって第１のノズル１５が樹脂構造に接触することを防ぐことができる。
　第１のノズル１５の開口部２６の径Ｄ１、第１のノズル１５の移動の間隔である第１の間隔Ｐ１、及び第１のノズル１５と着弾位置との距離である第１の距離Ｌ１と、第２のノズル１６の開口部２７の径Ｄ２、第２のノズル１６の移動の間隔である第２の間隔Ｐ２、及び第２のノズル１６と着弾位置との距離である第２の距離Ｌ２と、の関係は、０．５＜（Ｌ１／Ｄ１）／（Ｌ２／Ｄ２）＜２程度である第１の関係と、０．５＜（Ｐ１／Ｌ１）／（Ｐ２／Ｌ２）＜２程度である第２の関係とのいずれかを満たすことが望ましい。なお、より望ましくは第１の関係と第２の関係との両方を満たすことが望ましい。また、径Ｄ１は、径Ｄ２の４倍以上であることが望ましい。即ち、第１の開口面積は、例えば第２の開口面積に対して１０倍程度大きいことが望ましい。第１の開口面積が第２の開口面積に対して１０倍程度大きい場合、積層時間を重視する場合と、形状精度を重視する場合とでメリハリをつけることが可能になる。
　次に、図１１乃至図１３を参照しつつ第２の実施形態に係る光学素子５の具体的な製造方法について説明する。３Ｄプリンタ１Ａは、プリントヘッド２ＡをＸ方向及びＹ方向に移動させつつ第１のノズル１５及び第２のノズル１６から液滴を吐出させ、ステージ３上に透過性の樹脂構造の層を形成する。３Ｄプリンタ１Ａは、プリントヘッド２ＡをＺ方向に移動させつつ樹脂構造の層を積層することにより、基部４１と表層部４２とを有する光学素子５を形成する。
　本実施形態における３Ｄプリンタ１Ａも第１の実施形態と同様に、第１の吐出量の液滴３１によって基部４１を形成するようにプリントヘッド２Ａ及び位置決め機構４の動作を制御し、第２の吐出量の液滴３２によって曲面４３を有する表層部４２を形成するようにプリントヘッド２Ａ及び位置決め機構４の動作を制御する。
　具体的には、３Ｄプリンタ１Ａは、プリントヘッド２Ａを位置決め機構４によって移動させつつ、プリントヘッド２Ａが光学素子５の基部４１を形成すべき位置に達したときには、第１の吐出量の液滴３１を第１のノズル１５から吐出させる。また、３Ｄプリンタ１Ａは、プリントヘッド２Ａを位置決め機構４によって移動させつつ、プリントヘッド２Ａが光学素子５の曲面４３を有する表層部４２を形成すべき位置に達したときには、第２の吐出量の液滴３２を第２のノズル１６から吐出させる。
　図１１乃至図１３の例では、光学素子５の光軸を中心とした軸対称な形状の光学素子５を製造する。なお、光学素子５を被写体に向けたときに被写体側となる光学素子５の部位を先端側と称し、像側になる部位を後端側と称する。本実施形態では、樹脂構造を後端側から順に積層していくことにより光学素子５を製造する例について説明する。
　図１１は、樹脂材料により光学素子５の基部４１の一部を形成する工程の例を示す説明図である。以降の図面では、形成した樹脂構造を光学素子５の光軸を含む面で切断した場合の断面として示す。
　まず、３Ｄプリンタ１Ａは、ステージ３の造形面に対して第１のノズル１５から第１の吐出量の液滴３１を吐出しつつ、紫外線ランプ１３によって液滴３１に紫外線を照射することによって、光学素子５の基部４１の一部を形成する。
　図１２は、樹脂材料により光学素子５の表層部４２の一部を形成する工程の例を示す説明図である。３Ｄプリンタ１Ａは、基部４１の上面に対して第２のノズル１６から第２の吐出量の液滴３２を吐出しつつ、紫外線ランプ１３によって液滴３２に紫外線を照射することによって、光学素子５の表層部４２を形成する。
　図１３は、樹脂材料により形成された光学素子５の例を示す説明図である。３Ｄプリンタ１Ａは、表層部４２の表面に３次元データに応じた所定の曲率の曲面４３を形成する。
　上記の構成によっても、３Ｄプリンタ１は、形状精度が要求されない基部４１を第１の吐出量の液滴３１により高速に形成し、形状精度が要求される表層部４２を基部４１上に第１の吐出量より少ない第２の吐出量の液滴３２により高精度で形成する。この結果、３Ｄプリンタ１は、高い形状精度と製造に要する時間の短縮とを両立することが可能になる。
　なお、上記の実施形態では、光学素子５は、光軸を中心とした軸対象な形状であると説明したが、この構成に限定されない。従来の方法によるとレンズを製造する際のガラスまたは樹脂の研削研磨を容易にするためにレンズを円形に製造しているが、３Ｄプリンタ１を用いて光学素子５を製造する場合、如何なる形状でも同様の工程によって光学素子５を製造することができる。
　例えば、撮像素子の形状によって定まる光学素子５の有効領域に応じた形状で撮像素子５を形成してもよい。このような構成によると、光学素子の有効領域外を通る光をカットすることができる為、不要光の発生を抑制することができる。また、円形のレンズを用いた光学素子５に比べてコンパクトに構成することができる。また、コンパクトに構成できる為、光学素子５の製造に要する樹脂材料を削減することができる。
　なお、上記の実施形態では、樹脂構造を光学素子５の後端側から順に積層していくことにより光学素子５を製造する例について説明したがこの構成に限定されない。樹脂構造を積層する向きは、如何なる方向であってもよい。
　なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

Claims (11)

  1. 　光を透過する透過性材料を第１の吐出量で吐出して光学素子の曲面を支える基部を形成する基部形成工程と、
    　前記第１の吐出量より少ない第２の吐出量で前記透過性材料を前記基部に対して吐出して、前記曲面を形成する曲面形成工程と、
    　を具備する光学素子の製造方法。
  2. 　前記光学素子の形状を示す３次元データに応じて前記透過性材料を前記第１の吐出量で吐出するか前記第２の吐出量で吐出するかを判定し、判定結果に応じて前記第１の吐出量と前記第２の吐出量とを切り替える吐出量切替工程をさらに具備する請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  3. 　前記吐出量切替工程は、前記透過性材料を吐出するノズルの開口部の形状を変形して、前記開口部の面積を第１の開口面積と前記第１の開口面積よりも小さい第２の開口面積とに切り替えることにより、前記第１の吐出量と前記第２の吐出量とを切り替える請求項２に記載の光学素子の製造方法。
  4. 　前記吐出量切替工程は、前記透過性材料を吐出するノズルを開口部の面積が第１の開口面積である第１のノズルと、開口部の面積が前記第１の開口面積よりも小さい第２の開口面積である第２のノズルとで切り替えることにより、前記第１の吐出量と前記第２の吐出量とを切り替える請求項２に記載の光学素子の製造方法。
  5. 　前記３次元データに応じて前記透過性材料を吐出するノズルを移動させる位置決め工程をさらに具備し、
    　前記位置決め工程は、前記ノズルの移動距離の分解能を前記透過性材料の吐出量に応じて変更する請求項２に記載の光学素子の製造方法。
  6. 　前記３次元データに応じて前記透過性材料を吐出するノズルと、前記ノズルから吐出された前記透過性材料の液滴の着弾位置との距離を調整する位置決め工程をさらに具備し、
    　前記位置決め工程は、前記ノズルと前記着弾位置との距離を前記透過性材料の吐出量に応じて変更する請求項２に記載の光学素子の製造方法。
  7. 　３次元データを取得する取得部と、
    　光を透過する透過性材料を、第１の吐出量と前記第１の吐出量より少ない第２の吐出量とのいずれかで吐出する吐出部と、
    　前記３次元データに基づいて前記第１の吐出量で前記透過性材料を吐出して光学素子の曲面を支える基部を形成するように前記吐出部を制御し、前記３次元データに基づいて前記第２の吐出量で前記透過性材料を前記基部に対して吐出して、前記曲面を形成するように前記吐出部を制御する制御部と、
    　を具備する光学素子の製造装置。
  8. 　前記吐出部は、前記透過性材料を吐出するノズルの開口部の形状を変形して、前記開口部の面積を第１の開口面積と前記第１の開口面積よりも小さい第２の開口面積とに切り替えることにより、前記第１の吐出量と前記第２の吐出量とを切り替える請求項７に記載の光学素子の製造装置。
  9. 　前記吐出部は、開口部の面積が第１の開口面積である第１のノズルと、開口部の面積が前記第１の開口面積よりも小さい第２の開口面積である第２のノズルと、を具備し、前記制御部の制御に基づいて、前記透過性材料を吐出するノズルを前記第１のノズルと前記第２のノズルとで切り替えることにより、前記第１の吐出量と前記第２の吐出量とを切り替える請求項７に記載の光学素子の製造装置。
  10. 　前記３次元データに応じて前記透過性材料を吐出するノズルを移動させる位置決め機構をさらに具備し、
    　前記制御部は、前記ノズルの移動距離の分解能を前記透過性材料の吐出量に応じて変更する請求項７に記載の光学素子の製造装置。
  11. 　前記３次元データに応じて、前記透過性材料を吐出するノズルと前記ノズルから吐出された前記透過性材料の液滴の着弾位置との距離を調整する位置決め機構をさらに具備し、
    　前記制御部は、前記ノズルと前記着弾位置との距離を前記透過性材料の吐出量に応じて変更する請求項７に記載の光学素子の製造装置。
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