JPH0899367A - 複合型光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 樹脂層に硬化収縮が発生しても、金型と基材
の中心軸にずれを生じさせずに、偏芯精度が高い複合型
光学素子を製造する。 【構成】 光学素子基材表面にエネルギー硬化型の樹脂
を供給し、所望の樹脂層表面を形成するための光学面を
有する金型と基材とを相対的に接近させることにより樹
脂を押圧して広げ金型と基材との間に所望の樹脂層を形
成した後、エネルギーの照射により樹脂層を硬化させ、
その後、硬化した樹脂層と金型を剥離する複合型光学素
子の製造方法において、エネルギー照射中における樹脂
の硬化収縮による基材の変形量が最も大きい位置での基
材の変形を打ち消すように金型と基材を光軸に平行な方
向に相対的に接近させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学素子基材上に樹脂
層を載置した複合型光学素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の技術としては、特開平３−
１８４８１３号が知られている。これは、金型と基材の
中心軸を一致させるときに、基材の外周部を保持して位
置決めする方法である。これによると基材の曲率半径に
関係なく金型と基材の中心軸を精度よく一致させること
ができる。また同公報には、エネルギー照射中に金型が
樹脂を押圧する圧力を一定とすることにより、金型を樹
脂の硬化収縮に合わせて追従させる方法も開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の従来
技術では、次のような問題点があった。

【０００４】複合型光学素子の樹脂層は中心軸からの距
離によって厚さが異なるので、樹脂の硬化収縮量も中心
軸からの距離により異なるのが一般的である。また、基
材の中心軸に近い部分に外力を加えるよりも、基材の中
心軸から遠い部分に外力を加えたほうが基材は変形しや
すい。また、両凹や両凸の場合よりもメニスカス形状の
レンズの方が変形しやすい。つまり、基材の変形量は中
心軸からの距離と樹脂の収縮量（物性値）と基材の変形
しやすさにより異なり、従来技術のように金型が樹脂を
押圧する圧力が一定の場合でも基材は部分的に変形して
しまう。非球面光学素子の場合は最外周部付近の樹脂層
の厚さが最大となることが多いので、基材の変形が最大
となる位置も、樹脂層の最外周部付近となることが多
い。

【０００５】そのため、特開平３−１８４８１３号記載
の方法では、基材側面を保持しているにも関わらず、基
材が金型の方向に引張られて基材と金型の中心軸がずれ
るという問題が発生する。それは、３個の基材保持部材
と基材の摩擦係数が全く同じ場合は基材が中心軸に平行
に金型の方向に引張られるので、基材の中心軸と金型の
中心軸がずれることはないが、現実に３箇所の摩擦係数
を一致させることは不可能なので結果的に中心軸がずれ
るためである。また、基材保持部材が変形することもあ
る。

【０００６】この問題を解決するために保持力を強くす
るという方法も考えられるが、この場合は保持力そのも
のの力で基材が変形するという新たな問題が発生する。
この現象は基材の剛性が低い場合に顕著に現れる。

【０００７】本発明の目的は、基材を保持する力自体で
基材が変形することなく、且つ、樹脂層の硬化収縮によ
って金型と基材の中心軸がずれることのない複合型光学
素子の製造方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の複合型光学素子の製造方法では、光学素子基
材表面にエネルギー硬化型の樹脂を供給し、所望の樹脂
層表面を形成するための光学面を有する金型と基材とを
相対的に接近させることにより樹脂を押圧して広げ金型
と基材との間に所望の樹脂層を形成した後、エネルギー
の照射により樹脂層を硬化させ、その後、硬化した樹脂
層と金型を剥離する複合型光学素子の製造方法におい
て、エネルギー照射中における樹脂の硬化収縮による基
材の変形量が最も大きい位置での基材の変形を打ち消す
ように金型と基材を光軸に平行な方向に相対的に接近さ
せることを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記構成を添付図面を参照して具体的に説明す
れば次の通りである。

【００１０】図１６に示すような直径２２ｍｍ、厚さ２
ｍｍの円柱状の基材５２上に中心軸上の厚さｔ（０）が
０．１ｍｍで、中心軸からの距離がｘ（ｍｍ）の場合の
中心軸に平行な方向の厚さｔ（ｘ）がｔ（ｘ）＝０．１
＋０．０３ｘ（０≦ｘ≦１０）の樹脂層５３が載置さ
れ、且つ、樹脂層表面５３ａが金型５１の光学面（樹脂
層を押圧する面）５１ａと密着している場合を説明す
る。

【００１１】基材の中心軸は芯出し部材５４により予め
金型の中心軸と一致するように調整されており、図１７
に示すように芯出し部材は基材の外周部において均等な
間隔で３箇所に設けられている。この状態で樹脂層にエ
ネルギーを照射すると樹脂層の硬化が始まり、同時に樹
脂層に収縮が発生する。すると、樹脂層内部には金型と
基材の距離を相対的に接近させる方向の力が発生する
が、通常は金型が容易に変形できないように固定するの
で、樹脂層の硬化収縮により基材が金型に接近する方向
に引張られることになる。

【００１２】ここで、樹脂の収縮量が最も大きいのは基
材の最外周部付近外なので、中心軸からの距離と収縮量
の積が最も大きいのも樹脂層の最外周部付近となり、基
材に最も大きな応力がかかるのも基材の外周部付近とな
る。従って、基材が最も変形するのは樹脂層の最外周部
付近となる。このとき、従来技術に示されている方法を
用いて金型が樹脂を押圧する圧力が一定となるように金
型を基材に接近させると基材の外周部付近の変形も、あ
る程度、抑制することができる。しかし、基材の変形量
が最も多いのは基材の外周部付近なので、基材を保持し
ている位置で基材が金型の方向に引張られて金型と基材
の中心軸がずれるという問題が発生する。

【００１３】そこで、最大変形を常に打ち消すように、
金型を基材の方向に移動させる。すると、基材が金型の
方向に引張られることがなくなり、基材と金型の中心軸
がずれるという問題を解決することができる。このと
き、基材が最大変形している部分以外では、金型を基材
に接近させることにより樹脂層に圧縮応力がかかること
になるが、基材と樹脂層は弾性変形するので、エネルギ
ーの照射完了後に金型と樹脂層を剥離すると、基材と樹
脂層に加えられていた圧縮応力は解放されるので問題と
はならない。

【００１４】なお、樹脂層の任意の位置における収縮量
は、エネルギーを照射する前の樹脂層の厚さ（金型の光
学面と基材の成形面形状が既知なので計算により求め
る）とエネルギーの照射完了後に金型から剥離した複合
型光学素子の樹脂層の厚さ（樹脂層表面の形状を測定す
ることにより求められる）を比較すれば、容易に求める
ことができる。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明に係る複合
型光学素子の製造方法の実施例を説明する。

【００１６】（実施例１）まず、図１に示すように両面
が凹面のガラス製の基材２の成形面（樹脂層を載置する
光学機能面）に紫外線硬化型樹脂５を必要量吐出する。
ここで、基材２は成形面の曲率半径が１８ｍｍ、非成形
面（樹脂層を載置しない光学機能面）の曲率半径が１０
０ｍｍ、外径が２５ｍｍであり、基材２の成形面の最外
周部には中心軸に対して垂直で半径方向の幅が１．５ｍ
ｍの端面２ａが基材の中心軸に対して軸対称形状になる
ように設けられている。また、基材は図１６および図１
７に示す方法で保持されている。

【００１７】次に、図２に示すように所望の樹脂層表面
を形成するための光学面（樹脂を押圧する面）１ａを有
し、光学面１ａの直径が２０ｍｍで、且つ、中心軸が基
材２の中心軸と同一で上下動自在に保持された金型１を
下降させて基材２に近づけることにより樹脂５を広げ、
樹脂５が所望の厚さの樹脂層３を形成する位置で金型１
の下降を停止する。ここで、樹脂層３の中心軸上の厚さ
は０．１ｍｍ、有効直径Ｄは１９ｍｍであり、樹脂層３
の最外周部は有効直径Ｄより外側に到達しており、且
つ、基材２の端面２ａ上および金型１の光学面１ａより
外側には到達していない。また、中心軸からの距離をｘ
とすると、中心軸に平行な方向の樹脂層の厚さｔ（ｘ）
はおおむね０．１＋０．０３ｘである。

【００１８】次に、基材２の下方より不図示の手段によ
り紫外線を樹脂層全面に照射して樹脂層３の硬化を開始
する。ここで、紫外線の照射時間を６０sec とすると、
樹脂の収縮量が最も大きいのは中心軸からの距離が９ｍ
ｍの位置であり、その位置における中心軸に平行な方向
の樹脂の硬化収縮量（積算値）は図３に示すように１０
sec で１０μｍ，２０sec で１２μｍ，４０sec で１４
μｍ，６０sec で１５μｍとなることが実験により求め
られた。

【００１９】そこで、エネルギーの照射中は図３に示し
た樹脂の硬化収縮量を常に打ち消すように金型を基材の
方向に接近させる。すると、樹脂層外周部において基材
側面と芯出し部材に摩擦が発生することなく基材と金型
が相対的に接近するので、基材と金型の中心軸がずれる
ことはない。ただし、この時点では樹脂層の収縮量が少
ない部分において樹脂層を圧縮する力が発生しているこ
とになる。そして、エネルギーの照射が完了した時点で
は金型１、基材２および樹脂層３が一体となった密着体
が形成されている。

【００２０】次に、図４に示すように密着体を上昇させ
ると、予め基材２の端面２ａの一部の上方に設けられて
いた剥離用の部材４が基材２の端面２ａと面接触する。
ここで、剥離用の部材４の下部は基材２の端面２ａと平
行な平面４ａが形成されている。そして、基材２の端面
２ａ上の剥離用の部材の平面４ａが接触した部分にまず
荷重が集中し、その後、荷重が基材全体に分散する。

【００２１】ここで、密着体の上昇を続けると、図５に
示すように、容易、且つ、瞬時に金型１より基材２と樹
脂層３とが一体となった複合型光学素子６が剥離され
る。このとき、今まで樹脂層内部に蓄積されていた圧縮
応力は解放される。ここで、完成した複合型光学素子は
基材と金型の中心軸にずれが生じていないので、偏芯精
度が極めて良好である。

【００２２】本実施例の製造方法によると、基材の外周
部を保持して基材と金型の中心軸を一致させる方法を用
いて、偏芯精度が極めて高い複合型光学素子を得ること
ができる。

【００２３】（実施例２）まず、図６に示すように両面
が凸面のガラス製の基材１２の成形面に紫外線硬化型樹
脂５を必要量吐出する。ここで、基材２は成形面の曲率
半径が５０ｍｍ、非成形面の曲率半径が３０ｍｍ、外径
が２０ｍｍであり、基材２の側面には幅２ｍｍ、深さ１
ｍｍのｖ型溝１２ａが中心軸に対して軸対称形状になる
ように設けられている。また、基材は図１６および図１
７に示す方法で保持されている。

【００２４】次に、図７に示すように所望の樹脂層表面
を形成するための光学面１１ａを有し、光学面１１ａの
直径が１８ｍｍで、且つ、中心軸が基材１２の中心軸と
同一で上下動自在に保持された金型１１を下降させ基材
１２に近づけることにより樹脂５を広げ、樹脂５が所望
の厚さの樹脂層１３を形成する位置で金型１１の下降を
停止する。ここで、樹脂層１３の中心軸上の厚さは０．
１２ｍｍ、有効直径Ｄは１７ｍｍであり、樹脂層１３の
最外周部は有効直径Ｄより外側に到達しており、且つ、
金型１１の光学面１１ａの外側には到達していない。ま
た、中心軸からの距離をｘとすると、中心軸に平行な方
向の樹脂層の厚さｔ（ｘ）はおおむね０．１２＋０．０
２ｘである。

【００２５】次に、基材２の下方より不図示の手段によ
り紫外線を樹脂層全面に照射して樹脂層１３の硬化を開
始する。ここで、紫外線の照射時間を４０sec とする
と、樹脂の収縮量が最も大きいのは中心軸から８．５ｍ
ｍの位置であり、その位置における中心軸に平行な方向
の樹脂の硬化収縮量（積算値）は図８に示すように１０
sec で７．５μｍ，２０sec で９μｍ，３０sec で９．
７μｍ，４０sec で１０μｍとなることが実験により求
められた。

【００２６】そこで、エネルギーの照射中は図８に示し
た樹脂の硬化収縮量を常に打ち消すように金型を基材の
方向に接近させる。すると、樹脂層外周部において基材
側面と芯出し部材に摩擦が発生することなく基材と金型
が相対的に接近するので、基材と金型の中心軸がずれる
ことはない。ただし、この時点では樹脂層の収縮量が少
ない部分において樹脂層を圧縮する力が発生しているこ
とになる。そして、エネルギーの照射が完了した時点で
は金型１１、基材１２および樹脂層１３が一体となった
密着体が形成されている。

【００２７】次に、図９に示すように予め基材１２の側
面の外周部に設けられており、先端部１４ａが基材の側
面のｖ型溝１２ａを反転した形状の剥離用の部材１４を
中心軸に対して接近させ、剥離用の部材の先端部１４ａ
を基材の側面のｖ型溝１２ａに接触させる。ここで、剥
離用の部材１４の位置は剥離用の部材の先端部１４ａが
基材の側面のｖ型溝１２ａに挿入可能なように調整され
ているものとする。次に、密着体を上昇させると、基材
１２の側面のｖ型溝１２ａの剥離用の部材１４が接触す
る部分にまず荷重が集中し、その後、荷重が基材全体に
分散する。

【００２８】ここで、密着体の上昇を続けると図１０に
示すように容易、且つ、瞬時に金型１１より基材１２と
樹脂層１３とが一体となった複合型光学素子１６が剥離
される。このとき、今まで樹脂層内部に蓄積されていた
圧縮応力は解放される。ここで、完成した複合型光学素
子は基材と金型の中心軸にずれが生じていないので、偏
芯精度が極めて良好である。

【００２９】本実施例の製造方法によると、基材の外周
部を保持して基材と金型の中心軸を一致させる方法を用
いて、偏芯精度が極めて高い複合型光学素子を得ること
ができる。

【００３０】（実施例３）まず、図１１に示すように成
形面が凹面で非成形面が凸面のガラス製の基材２２の成
形面に紫外線硬化型樹脂５を必要量吐出する。ここで、
基材２２は成形面の曲率半径が９０ｍｍ、非成形面の曲
率半径が２５ｍｍ、外径が２０ｍｍであり、基材２２の
成形面の最外周部には中心軸に対して垂直で半径方向の
幅が１ｍｍの端面２２ａが基材の中心軸に対して軸対称
形状になるように設けられている。また、基材は図１６
および図１７に示す方法で保持されている。

【００３１】次に、図１２に示すように所望の樹脂層表
面を形成するための光学面２１ａを有し、光学面２１ａ
の直径が１８ｍｍで、且つ、中心軸が基材２２の中心軸
と同一で上下動自在に保持された金型２１を下降させ基
材２２に近づけることにより樹脂５を広げ、樹脂５が所
望の厚さの樹脂層２３を形成する位置で金型２１の下降
を停止する。ここで、樹脂層２３の中心軸上の厚さは
０．０５ｍｍ、有効直径Ｄは１７ｍｍであり、樹脂層２
３の最外周部は有効直径Ｄより外側に到達しており、且
つ、基材２２の端面２２ａ上および金型２１の光学面２
１ａの外側には到達していない。また、中心軸からの距
離をｘとすると、中心軸に平行な方向の樹脂層の厚さｔ
（ｘ）はおおむね０．０５＋０．０２５ｘである。

【００３２】次に、基材２２の下方より不図示の手段に
より紫外線を樹脂層全面に照射して樹脂層２３の硬化を
開始する。ここで、紫外線の照射時間を５０sec とする
と、樹脂の収縮率が最も大きいのは中心軸からの距離が
８．５ｍｍの位置であり、その位置における中心軸に平
行な方向の樹脂の硬化収縮量（積算値）は図１３に示す
ように１０sec で１０μｍ，２０sec で１２．５μｍ，
３０sec で１４μｍ，４０sec で１４．６μｍ，５０se
c で１５μｍとなることが実験により求められた。

【００３３】そこで、エネルギーの照射中は図１３に示
した樹脂の硬化収縮量を常に打ち消すように金型を基材
の方向に接近させる。すると、樹脂層外周部において基
材側面と芯出し部材に摩擦が発生することなく基材と金
型が相対的に接近するので、基材と金型の中心軸がずれ
ることはない。ただし、この時点では樹脂層の収縮量が
少ない部分において樹脂層を圧縮する力が発生している
ことになる。そして、エネルギーの照射が完了した時点
では金型２１、基材２２および樹脂層２３が一体となっ
た密着体が形成されている。

【００３４】次に、図１４に示すように密着体を上昇さ
せると、予め基材２２の端面２２ａの一部の上方に設け
られていた剥離用の部材２４が基材２２の端面２２ａと
面接触する。ここで、剥離用の部材２４の下部は基材２
２の端面２２ａと平行な平面２４ａが形成されている。
そして、基材２２の端面２２ａ上の剥離用の部材の平面
２４ａが接触した部分にまず荷重が集中し、その後、荷
重が基材全体に分散する。

【００３５】ここで、密着体の上昇を続けると、図１５
に示すように、容易、且つ、瞬時に金型２１より基材２
２と樹脂層２３とが一体となった複合型光学素子２６が
剥離される。このとき、今まで樹脂層内部に蓄積されて
いた圧縮応力は解放される。ここで、完成した複合型光
学素子は基材と金型の中心軸にずれが生じていないの
で、偏芯精度が極めて良好である。

【００３６】本実施例の製造方法によると、基材の外周
部を保持して基材と金型の中心軸を一致させる方法を用
いて、偏芯精度が極めて高い複合型光学素子を得ること
ができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の製造方法によると、樹脂層に硬
化収縮が発生しても、金型と基材の中心軸にずれを生じ
させることなく、偏芯精度が高い複合型光学素子を製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による複合型光学素子の製造
方法を工程順に説明するための図である。

【図２】本発明の実施例１による複合型光学素子の製造
方法を工程順に説明するための図である。

【図３】実施例１における紫外線照射時間と樹脂の硬化
収縮量との関係を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例１による複合型光学素子の製造
方法を工程順に説明するための図である。

【図５】本発明の実施例１による複合型光学素子の製造
方法を工程順に説明するための図である。

【図６】本発明の実施例２による複合型光学素子の製造
方法を工程順に説明するための図である。

【図７】本発明の実施例２による複合型光学素子の製造
方法を工程順に説明するための図である。

【図８】実施例２における紫外線照射時間と樹脂の硬化
収縮量との関係を示すグラフである。

【図９】本発明の実施例２による複合型光学素子の製造
方法を工程順に説明するための図である。

【図１０】本発明の実施例２による複合型光学素子の製
造方法を工程順に説明するための図である。

【図１１】本発明の実施例３による複合型光学素子の製
造方法を工程順に説明するための図である。

【図１２】本発明の実施例３による複合型光学素子の製
造方法を工程順に説明するための図である。

【図１３】実施例３における紫外線照射時間と樹脂の硬
化収縮量との関係を示すグラフである。

【図１４】本発明の実施例３による複合型光学素子の製
造方法を工程順に説明するための図である。

【図１５】本発明の実施例３による複合型光学素子の製
造方法を工程順に説明するための図である。

【図１６】本発明を原理的に説明するための正面図であ
る。

【図１７】本発明を原理的に説明するための平面図であ
る。

【符号の説明】

１ 金型 １ａ 光学面 ２ 基材 ２ａ 端面 ３ 樹脂層 ４ 剥離用の部材 ４ａ 平面 ５ 紫外線硬化型樹脂 ６ 複合型光学素子 １１ 金型 １１ａ 光学面 １２ 基材 １２ａ ｖ型溝 １３ 樹脂層 １４ 剥離用の部材 １４ａ 先端部 １６ 複合型光学素子 ２１ 金型 ２１ａ 光学面 ２２ 基材 ２２ａ 端面 ２３ 樹脂層 ２４ 剥離用の部材 ２４ａ 平面 ２６ 複合型光学素子 ５１ 金型 ５１ａ 光学面 ５２ 基材 ５３ 樹脂層 ５３ａ 樹脂層表面 ５４ 芯出し部材 Ｄ 有効直径

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学素子基材表面にエネルギー硬化型の
   樹脂を供給し、所望の樹脂層表面を形成するための光学
   面を有する金型と基材とを相対的に接近させることによ
   り樹脂を押圧して広げ金型と基材との間に所望の樹脂層
   を形成した後、エネルギーの照射により樹脂層を硬化さ
   せ、その後、硬化した樹脂層と金型を剥離する複合型光
   学素子の製造方法において、エネルギー照射中における
   樹脂の硬化収縮による基材の変形量が最も大きい位置で
   の基材の変形を打ち消すように金型と基材を光軸に平行
   な方向に相対的に接近させることを特徴とする複合型光
   学素子の製造方法。