レンズ成形装置およびレンズ成形方法
【課題】高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形装置およびレンズ成形方法を実現する。
【解決手段】本発明に係るレンズ成形装置１００は、金型１、絶縁基板２、ステージ３、電源４、スイッチ５、およびＵＶ照射装置６を備える。絶縁基板２上には、誘電体樹脂８が供給され、金型１の転写面１ａを誘電体樹脂８に押し当てることにより、誘電体樹脂８にレンズ形状を転写する。このとき、電源４によって金型１に電圧を印加して、金型１と絶縁基板２との間に電界を形成すると、静電引力により、誘電体樹脂８は、上端が細い尖形の状態で、金型１の転写面１ａに引き寄せられる。これにより、転写面１ａと誘電体樹脂８との間に気泡が入り込みにくくなるので、高精度なレンズ形状を誘電体樹脂８に転写することができる。
【解決手段】本発明に係るレンズ成形装置１００は、金型１、絶縁基板２、ステージ３、電源４、スイッチ５、およびＵＶ照射装置６を備える。絶縁基板２上には、誘電体樹脂８が供給され、金型１の転写面１ａを誘電体樹脂８に押し当てることにより、誘電体樹脂８にレンズ形状を転写する。このとき、電源４によって金型１に電圧を印加して、金型１と絶縁基板２との間に電界を形成すると、静電引力により、誘電体樹脂８は、上端が細い尖形の状態で、金型１の転写面１ａに引き寄せられる。これにより、転写面１ａと誘電体樹脂８との間に気泡が入り込みにくくなるので、高精度なレンズ形状を誘電体樹脂８に転写することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑な形状を有するレンズを高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形装置およびレンズ成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レンズを製造する最も一般的な技術として、例えば特許文献１に記載のような、研磨加工による方法が用いられている。特許文献１には、研磨皿を予め加工すべきレンズ形状と相反関係をなす形状に加工しておき、この研磨皿をガラス素材に押し当て、砥粒を研磨皿とガラス素材との隙間に供給してこすり合わせる方法が開示されている。
【０００３】
また、光学系の高性能化が要求されるのにともなって、レンズ加工の高精度化とともに、非球面形状のレンズ加工技術が重要となっている。しかしながら、特許文献１に記載の研磨加工方法では、非球面のレンズ形状に加工することは困難である。そのため、各種光学的収差、例えば球面収差、コマ収差、非点収差等を補正するために、複数枚のガラスレンズを組み合わせる必要があり、製造コストが非常に高いという問題があった。
【０００４】
これに対し、例えば特許文献２には、ガラスレンズ母材に樹脂層を接合することにより、偏肉性が大きく、非球面量を大きくすることができるハイブリッドレンズが開示されている。図１６は、特許文献２に記載のハイブリッドレンズ２００を示す断面図である。ハイブリッドレンズ２００は、球面ガラスレンズ母材２０２の一面側又は両面に、外面形状が非球面の樹脂層２０３が接合された構造を有する。球面ガラスレンズ母材２０２は、凸レンズ、凹レンズのいずれでもよい。レンズの有効径の範囲内での樹脂層２０３の最大厚みＴｍａｘは、１ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは２〜８ｍｍの範囲である。このように、ハイブリッドレンズ２００は、厚みのある樹脂層２０３を有し、偏肉性が大きく、非球面量を大きくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２０３７４４号公報（１９８７年９月８日公開）
【特許文献２】特開２００５−６０６５７号公報（２００５年３月１０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献２に記載の技術では、ハイブリッドレンズ２００の非球面量を大きくするために、ガラスレンズ母材２０２および樹脂層２０３を形成する樹脂材料が必要となる。そのため、収差補正に必要なレンズ枚数が増加し、コストが高くなってしまう。また、特許文献２に記載の技術では、非球面量が大きい非球面レンズなどの複雑な形状を有するレンズを製造することが難しい。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、複雑な形状を有するレンズを、高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形装置およびレンズ成形方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係るレンズ成形装置は、基板と、前記基板上に誘電体を供給する供給手段と、前記誘電体にレンズ形状を転写するための転写面を有するモールドと、前記転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写手段と、前記転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化手段と、を有するレンズ成形装置において、前記モールドと前記基板との間に電界を形成する電界形成手段を備えることを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、供給手段によって基板上に供給された誘電体に、レンズ形状を転写するための転写面を有するモールドが転写手段によって押し当てられることにより、誘電体にレンズ形状が転写され、さらに、硬化手段によって誘電体が硬化されることによりレンズが成形される。ここで、電界形成手段によって、モールドと基板との間に電界が形成されるので、静電引力により、誘電体が転写面に引き寄せられる。このとき、誘電体の形状は、転写面に向かう上端が細い尖形となるため、転写面を誘電体に押し当てる際に、転写面と誘電体との間に気泡が入り込みにくくなる。これにより、高精度なレンズ形状を誘電体に転写することができる。また、電界の形成により発生する静電引力は、転写面の中心が最も強いので、転写面が誘電体に押し当てられた状態では、誘電体は、転写面の中心部に向かって引き寄せられ、モールドの側面に誘電体が付着することはない。そのため、モールドの側面に誘電体が付着したまま誘電体を硬化させた場合に、レンズ形状の周囲に形成される凸部分を削る作業が不要となる。したがって、複雑な形状を有するレンズを、高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形装置を実現することができる。
【００１０】
本発明に係るレンズ成形装置では、前記電界形成手段は、前記モールドと前記基板との間に直流電圧を印加する直流電源であってもよい。
【００１１】
本発明に係るレンズ成形装置では、前記電界形成手段は、前記モールドと前記基板との間に交流電圧を印加する交流電源であってもよい。
【００１２】
本発明に係るレンズ成形装置では、誘電体にレンズ形状を転写するための第１の転写面を有する第１のモールドと、誘電体にレンズ形状を転写するための第２の転写面を有し、当該第２の転写面が前記第１の転写面と対向している第２のモールドと、前記第１の転写面上に前記誘電体を供給する供給手段と、前記第２の転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写手段と、前記第２の転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化手段と、を有するレンズ成形装置において、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に電界を形成する電界形成手段を備えることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、供給手段によって第１のモールドの第１の転写面上に供給された誘電体に、第２のモールドの第２の転写面が転写手段によって押し当てられることにより、誘電体にレンズ形状が転写され、さらに、硬化手段によって誘電体が硬化されることにより、両面レンズが成形される。ここで、電界形成手段によって、第１のモールドと第２のモールドとの間に電界が形成されるので、静電引力により、誘電体が第２の転写面に引き寄せられる。このとき、誘電体の形状は、第２の転写面に向かう上端が細い尖形となるため、第２の転写面を誘電体に押し当てる際に、第２の転写面と誘電体との間に気泡が入り込みにくくなる。これにより、高精度なレンズ形状を誘電体に転写することができる。また、電界の形成により発生する静電引力は、転写面の中心が最も強いので、転写面が誘電体に押し当てられた状態では、誘電体は、転写面の中心部に向かって引き寄せられ、モールドの側面に誘電体が付着することはない。そのため、モールドの側面に誘電体が付着したまま誘電体を硬化させた場合に、レンズ形状の周囲に形成される凸部分を削る作業が不要となる。したがって、複雑な形状を有するレンズを、高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形装置を実現することができる。
【００１４】
本発明に係るレンズ成形装置では、前記電界形成手段は、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に直流電圧を印加する直流電源であってもよい。
【００１５】
本発明に係るレンズ成形装置では、前記電界形成手段は、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に交流電圧を印加する交流電源であってもよい。
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明に係るレンズ成形方法は、基板上に誘電体を供給する供給工程と、前記誘電体にレンズ形状を転写するための転写面を有するモールドの前記転写面を、前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写工程と、前記転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化工程と、を有するレンズの成形方法において、前記転写面を前記誘電体に押し当てるときに、前記モールドと前記基板との間に電界を形成する電界形成工程を有することを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、供給工程において基板上に誘電体が供給され、転写工程において、レンズ形状を転写するための転写面を有するモールドが押し当てられることにより、誘電体にレンズ形状が転写され、さらに、硬化工程において誘電体が硬化されることによりレンズが成形される。ここで、上記方法は、モールドと基板との間に電界を形成する電界形成工程を有しており、電界形成工程では、静電引力により、誘電体が転写面に引き寄せられる。このとき、誘電体の形状は、転写面に向かう上端が細い尖形となるため、転写面を誘電体に押し当てる際に、転写面と誘電体との間に気泡が入り込みにくくなる。これにより、高精度なレンズ形状を誘電体に転写することができる。したがって、複雑な形状を有するレンズを、高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形方法を実現することができる。
【００１８】
本発明に係るレンズ成形方法は、誘電体にレンズ形状を転写するための第１の転写面を有する第１のモールドの前記第１の転写面上に前記誘電体を供給する供給工程と、誘電体にレンズ形状を転写するための第２の転写面を有し、当該第２の転写面が前記第１の転写面と対向している第２のモールドの前記第２の転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写工程と、前記第２の転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化工程と、を有するレンズの成形方法において、前記第２の転写面を前記誘電体に押し当てるときに、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に電界を形成する電界形成工程を有することを特徴としている。
【００１９】
上記の構成によれば、供給工程において第１のモールドの第１の転写面上に誘電体が供給され、転写工程において、第２のモールドの第２の転写面が押し当てられることにより、誘電体にレンズ形状が転写され、さらに、硬化工程において誘電体が硬化されることにより両面レンズが成形される。ここで、上記方法は、第１のモールドと第２のモールドとの間に電界を形成する電界形成工程を有しており、電界形成工程では、静電引力により、誘電体が第２の転写面に引き寄せられる。このとき、誘電体の形状は、第２の転写面に向かう上端が細い尖形となるため、第２の転写面を誘電体に押し当てる際に、第２の転写面と誘電体との間に気泡が入り込みにくくなる。これにより、高精度なレンズ形状を誘電体に転写することができる。したがって、複雑な形状を有するレンズを、高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形方法を実現することができる。
【００２０】
本発明に係るレンズ成形方法では、前記電界の形成は、前記硬化工程の間も継続されることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、誘電体が転写面により密着するので、さらに高精度なレンズ形状を成形することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明に係るレンズ成形装置は、基板と、前記基板上に誘電体を供給する供給手段と、前記誘電体にレンズ形状を転写するための転写面を有するモールドと、前記転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写手段と、前記転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化手段と、を有するレンズ成形装置において、前記モールドと前記基板との間に電界を形成する電界形成手段を備えている。また、本発明に係るレンズ成形方法は、基板上に誘電体を供給する供給工程と、前記誘電体にレンズ形状を転写するための転写面を有するモールドの前記転写面を、前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写工程と、前記転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化工程と、を有するレンズの成形方法において、前記転写面を前記誘電体に押し当てるときに、前記モールドと前記基板との間に電界を形成する電界形成工程を有している。したがって、複雑な形状を有するレンズを、高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形装置およびレンズ成形方法を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係るレンズ成形装置の構成を示す断面図である。
【図２】上記レンズ成形装置において、絶縁基板上に誘電体樹脂を供給した状態を示す断面図である。
【図３】上記レンズ成形装置において、誘電体樹脂が絶縁基板と金型の転写面との間に位置するようにセットした状態を示す断面図である。
【図４】上記レンズ成形装置において、金型と絶縁基板との間に電界を形成した状態を示す断面図である。
【図５】上記レンズ成形装置において、金型の転写面が誘電体樹脂に押し当てられた状態を示す断面図である。
【図６】上記レンズ成形装置において、片面レンズが形成された状態を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、金型と絶縁基板との間に電界が形成されたときの、金型、誘電体樹脂および絶縁基板の帯電状態を示す図であり、（ｂ）は、金型と絶縁基板との間に電界が形成されたときの、金型、誘電体樹脂および絶縁基板に作用する力を示す図である。
【図８】金型と絶縁基板との間に電界が形成されたときの電気力線を示す図である。
【図９】金型の側面に誘電体樹脂が付着した状態を示す断面図である。
【図１０】（ａ）は、金型の転写面の中心と誘電体樹脂の中心とがずれている状態を示す断面図であり、（ｂ）は、金型と絶縁基板との間に電界を形成することにより、誘電体樹脂が転写面の中心に向かって引き寄せられた状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態の変形例に係るレンズ成形装置の構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施形態の他の変形例に係るレンズ成形装置の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施形態のさらに他の変形例に係るレンズ成形装置の構成を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施形態のさらに他の変形例に係るレンズ成形装置の構成を示す断面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例におけるレンズ成形工程を示す写真である。
【図１６】従来のハイブリッドレンズを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の一形態について、図１〜図１４に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００２５】
図１は、本実施形態に係るレンズ成形装置１００の構成を示す断面図である。レンズ成形装置１００は、金型１、絶縁基板２、ステージ３、電源４、スイッチ５、およびＵＶ照射装置６を備えており、絶縁基板２上に供給される誘電体樹脂からレンズを成形する装置である。
【００２６】
金型１は、特許請求の範囲に記載のモールドに相当する。金型１は、絶縁基板２の上方に設けられ、誘電体樹脂にレンズ形状を転写するための転写面１ａを有している。転写面１ａは、絶縁基板２に対向しており、転写面１ａの中心部には、非球面形状の凹部が形成されている。絶縁基板２は、ステージ３上に載置される。ステージ３には、中央部に円形の穴が設けられており、当該穴の下方にＵＶ照射装置６が設けられている。
【００２７】
金型１は、スイッチ５を介して電源４に接続されている。本実施形態では、電源４は、直流電源であり、スイッチ５がＯＮすることにより、金型１に直流電圧を印加することができる。一方、ステージ３は、接地されている。
【００２８】
続いて、レンズ成形装置１００におけるレンズの成形工程について、図２〜図６を参照して説明する。
【００２９】
まず、図２に示すように、ディスペンサ７を用いて、絶縁基板２上に誘電体樹脂８を供給する。誘電体樹脂８は、ＵＶを照射されることにより硬化する光硬化樹脂である。この工程は、特許請求の範囲に記載の供給工程に相当し、ディスペンサ７は、特許請求の範囲に記載の供給手段に相当する。
【００３０】
続いて、図３に示すように、誘電体樹脂８が絶縁基板２と金型１の転写面１ａとの間に位置するようにセットする。この状態で、図示しない金型１の支持装置によって、金型１を下方に移動させる。なお、この支持装置は、特許請求の範囲に記載の転写手段に相当する。
【００３１】
続いて、図４に示すように、スイッチ５をＯＮにして、金型１に直流電圧を印加する。このとき、後述するように、金型１と絶縁基板２との間には電界が形成され、静電引力により、誘電体樹脂８が金型１の転写面１ａに引き寄せられる。また、ＵＶ照射装置６によって誘電体樹脂８にＵＶが照射される。なお、電源４およびＵＶ照射装置６は、それぞれ特許請求の範囲に記載の電界形成手段および硬化手段に相当する。
【００３２】
金型１をさらに下降させることにより、図５に示すように、金型１の転写面１ａが誘電体樹脂８に押し当てられ、転写面１ａに誘電体樹脂８が密着する。これにより、誘電体樹脂８にレンズ形状が転写される。この状態で、ＵＶ照射装置６によって誘電体樹脂８にＵＶが照射されることにより、誘電体樹脂８が硬化する。
【００３３】
誘電体樹脂８を十分に硬化させた後、図６に示すように、スイッチ５をＯＦＦして、金型１を上昇させる。これにより、非球面形状を有する片面レンズ１８が形成される。
【００３４】
本実施形態では、図４に示すように、金型１を誘電体樹脂８に接近させる際に、金型１と絶縁基板２との間に電界を発生させる。このとき、誘電体樹脂８の形状は、上端が細い尖形となるため、誘電体樹脂８が金型１の転写面１ａに最初に接触する時点における接触面積を非常に小さくすることができる。その後、誘電体樹脂８と転写面１ａとの接触部分は、最初の接触位置からその周囲に徐々に広がるため、転写面１ａを誘電体樹脂８に押し当てる際に、転写面１ａと誘電体樹脂８との間に気泡が入り込みにくくなる。したがって、金型１と絶縁基板２との間に電界を発生させることなく誘電体樹脂８にレンズ形状を転写する場合に比べて、高精度なレンズ形状を誘電体樹脂８に転写することができる。
【００３５】
光学系の高性能化にともない、レンズ形状には、ｎｍオーダーの精度が要求される。しかしながら、非球面量が大きいレンズや、コバ形状が複雑なレンズを成形する場合、金型１と絶縁基板２との間に電界を印加せずに、転写面１ａを誘電体樹脂８に押し当てると、転写面１ａと誘電体樹脂８との間に、μｍオーダーの気泡が無数に発生していた。これに対し、本実施形態では、転写面１ａと誘電体樹脂８との間に気泡がほとんど発生しないので、光学系の高性能化に対応可能なレンズを成形できる。
【００３６】
また、形成されるレンズの厚みやサグ量が大きい場合、金型１と絶縁基板２との間に電界を印加しない状態では、重力や表面張力の作用により、誘電体樹脂８が転写面１ａに沿って追従しにくいため、転写面１ａの形状を誘電体樹脂８に転写することが難しい。これに対し、本実施形態では、金型１と絶縁基板２との間に電界を形成することにより、誘電体樹脂８の重力および表面張力よりも大きな静電引力を発生させるため、誘電体樹脂８が転写面１ａに引き寄せられ、転写面１ａの形状を誘電体樹脂８に高精度に転写することが可能となる。
【００３７】
電界を形成するタイミングに関して、本実施形態では、図４〜図５に示すように、金型１が下降し始めてから誘電体樹脂８の硬化が完了するまでの間、電界を形成していたが、これに限定されない。例えば、転写面１ａに誘電体樹脂８が接触してから、誘電体樹脂８が転写面１ａに密着するまでの間のみ、電界を形成してもよい。なお、本実施形態のように、ＵＶ照射時も、電界の形成を継続することで、誘電体樹脂８が転写面１ａにより密着するので、さらに高精度なレンズ形状を成形することができる。
【００３８】
また、ＵＶを照射するタイミングに関して、図５に示すように、誘電体樹脂８が転写面１ａに完全に密着してから、ＵＶを照射してもよい。
【００３９】
続いて、金型１と絶縁基板２との間に電界が形成されたときに、誘電体樹脂８の形状が尖形となるメカニズムについて説明する。
【００４０】
図７（ａ）は、金型１と絶縁基板２との間に電界が形成されたときの、金型１、誘電体樹脂８および絶縁基板２の帯電状態を示す図であり、図７（ｂ）は、金型１と絶縁基板２との間に電界が形成されたときの、金型１、誘電体樹脂８および絶縁基板２に作用する力を示す図である。なお図７では、簡略化のため、誘電体樹脂８の形状を矩形としている。
【００４１】
図７（ａ）に示すように、金型１には電源４によって直流電圧が印加されるため、正に帯電する。また、誘電体樹脂８は絶縁体であるため、誘電分極によって、誘電体樹脂８の金型１と対向する部分（上側）は、負に帯電し、誘電体樹脂８の金型１と対向する部分と反対側の部分（下側）は、正に帯電する。同様に、絶縁基板２の誘電体樹脂８との接触面は、負に帯電し、絶縁基板２の誘電体樹脂８との接触面と反対側の面は、正に帯電する。これにより、金型１は陽極として機能し、絶縁基板２は陰極として機能する。
【００４２】
このように、金型１と誘電体樹脂８の上側とが、逆の極性に帯電しているため、図７（ｂ）の上方向矢印に示すように、誘電体樹脂８を金型１に引き寄せる静電引力が発生する。なお、誘電体樹脂８にＵＶを照射すると、硬化収縮により下方向矢印および横方向矢印に示す収縮力が発生する。しかしながら、この収縮力は、静電引力に比べて小さいため、結果的には誘電体樹脂８が金型１に引き寄せられる。
【００４３】
なお、形成する電界の強さは、電界によって発生する静電引力が、重力と誘電体樹脂８の収縮力との和よりも大きくなるように、誘電体樹脂８の誘電率に合わせて適宜設定すればよい。
【００４４】
図８は、金型１と絶縁基板２との間に電界が形成されたときの電気力線を示している。電気力線は、金型１の転写面１ａの中心において最も強くなり、中心から離れるほど弱くなる。そのため、図４に示すように、誘電体樹脂８は、転写面１ａの凹部に向かって先細りした形状となる。
【００４５】
なお、金型１と絶縁基板２との間に電界を発生させずに、転写面１ａを誘電体樹脂８に押し当てた場合、図９の円内に示すように、金型１の側面に誘電体樹脂８が付着することがある。この状態で、誘電体樹脂８を硬化させると、レンズ形状の周囲に凸部分が形成されるため、後の工程で、この凸部分を削る必要があった。
【００４６】
ここで、図８に示すように、金型１の側面では、電気力線が長くなるので、金型１の側面における静電引力は、金型１の転写面１ａにおける静電引力に比べ弱くなる。そのため、転写面１ａが誘電体樹脂８に押し当てられた状態では、誘電体樹脂８は、転写面１ａの中心部に向かって引き寄せられ、金型１の側面に誘電体樹脂８が付着することはない。これにより、図９に示すような、レンズ形状の周囲に形成された凸部分を削る必要がないので、金型１の側面に誘電体樹脂８が付着した場合に比べ、誘電体樹脂８の材料を３０％程度節約できる。したがって、材料のマージンが広がり、製造コストを低減させることができる。
【００４７】
また、レンズ成形装置１００では、誘電体樹脂８を供給する位置が多少ずれていても、高精度にレンズ形状を誘電体樹脂８に転写することができる。図１０（ａ）は、金型１の転写面１ａの中心と誘電体樹脂８の中心とが、距離Ｒだけずれている状態を示す断面図である。この状態であっても、図１０（ｂ）に示すように、スイッチ５をＯＮして金型１と絶縁基板２との間に電界を形成することにより、誘電体樹脂８が転写面１ａの中心に向かって引き寄せられるので、誘電体樹脂８を転写面１ａに密着させることができる。このように、本実施形態では、誘電体樹脂８を供給する位置がずれていても、誘電体樹脂８のセルフアライメントが可能となっている。具体的には、金型１の転写面１ａの中心と誘電体樹脂８の中心とのずれに相当する距離Ｒが、誘電体樹脂８の直径の１／３程度以下であれば、誘電体樹脂８を転写面１ａに密着させることができる。
【００４８】
続いて、本実施形態の変形例について、図１１〜図１４を参照して説明する。
【００４９】
図１１は、本実施形態の変形例に係るレンズ成形装置１１０の構成を示す断面図である。レンズ成形装置１１０は、図１に示すレンズ成形装置１００において、金型１を金型１１に置き換えた構成である。金型１１の転写面１１ａには、凸部が形成されている。これにより、誘電体樹脂８に凹形状を転写することができる。
【００５０】
図１２は、本実施形態の他の変形例に係るレンズ成形装置１２０の構成を示す断面図である。レンズ成形装置１２０は、図１に示すレンズ成形装置１００において、金型１を金型２１に置き換えた構成である。金型２１の転写面２１ａには、複数の凹部がアレイ状に形成されている。これにより、複数の凸面を備えるレンズを成形することができる。
【００５１】
図１３は、本実施形態のさらに他の変形例に係るレンズ成形装置１３０の構成を示す断面図である。レンズ成形装置１３０は、図１に示すレンズ成形装置１００において、金型１を金型３１に置き換えた構成である。金型３１の転写面３１ａには、複数の凸部がアレイ状に形成されている。これにより、複数の凹面を備えるレンズを成形することができる。
【００５２】
図１４は、本実施形態のさらに他の変形例に係るレンズ成形装置１４０の構成を示す断面図である。レンズ成形装置１４０は、図１３に示すレンズ成形装置１３０において、絶縁基板２およびステージ３を金型４１に置き換え、金型４１が接地された構成である。なお、金型３１および金型４１は、それぞれ特許請求の範囲に記載の第２のモールドおよび第１のモールドに相当する。
【００５３】
レンズ成形装置１４０では、金型４１の転写面４１ａに誘電体樹脂８が供給される。その後、金型４１の転写面４１ａと金型３１の転写面３１ａとを対向させて、金型３１の転写面３１ａを誘電体樹脂８に押し当て、誘電体樹脂８にＵＶを照射する。このとき、スイッチ５をＯＮにして、金型３１と金型４１との間に電界を形成する。これにより、誘電体樹脂８は、転写面３１ａに密着するので、高精度なレンズ形状を有する両面レンズを成形することができる。
【実施例】
【００５４】
本発明に係るレンズ成形装置によって、高精度なレンズ形状を有するレンズが成形できることを確認するため、試作品を用いて実験を行った。試作品では、絶縁基板として石英ガラス基板を使用し、金型と石英ガラス基板との間に電界を形成するための電界形成手段として、６ｋｖの直流電源を使用した。
【００５５】
図１５（ａ）〜（ｅ）は、本実施例におけるレンズ成形工程を示す写真である。
【００５６】
図１５（ａ）に示すように、石英ガラス基板上に誘電体である光硬化樹脂を供給する。続いて、図１５（ｂ）に示すように、金型の転写面を光硬化樹脂と対向させて、金型を下降させると同時に、金型に６ｋｖの直流電圧を印加する。これにより、石英ガラス基板と金型との間に電界が形成され、光硬化樹脂は、転写面の中心に引き寄せられる。
【００５７】
このとき、図１５（ｃ）に示すように、光硬化樹脂の形状は、上端が細い尖形となっていることが確認できる。続いて、図１５（ｄ）に示すように、光硬化樹脂と転写面との接触部分が、転写面の中心から外側に向かって広がり、図１５（ｅ）に示すように、光硬化樹脂と転写面全体とが密着する。また、図１５（ｅ）では、光硬化樹脂が金型の側面には付着していないことが分かる。
【００５８】
〔実施形態の総括〕
上記の実施形態では、金型に電圧を印加し、絶縁基板を接地することにより、金型と絶縁基板との間に電界を形成していたが、これに限定されない。例えば、金型を接地し、絶縁基板に電圧を印加してもよい。また、図１４に示すレンズ成形装置１４０では、金型３１を接地し、金型４１に電圧を印加する構成としてもよい。
【００５９】
上記の実施形態では、金型と絶縁基板との間に直流電圧を印加することにより、金型と絶縁基板との間に電界を形成していたが、金型と絶縁基板との間に交流電圧を印加することにより、金型と絶縁基板との間に電界を形成する構成としてもよい。
【００６０】
上記の実施形態では、誘電体樹脂にレンズ形状を転写するためのモールドとして、金型を使用したが、電界を形成するための電極として機能する材料であれば、金型に限定されない。
【００６１】
上記の実施形態では、誘電体樹脂にＵＶを照射することによって誘電体樹脂を硬化させていたが、これに限定されない。例えば、誘電体樹脂を加熱することによって誘電体樹脂を硬化させる構成や、誘電体ガラスを冷却することによって誘電体ガラスを固化させる構成としてもよい。
【００６２】
上記の実施形態では、誘電体が光硬化樹脂である場合について説明したが、これに限定されず、例えば、誘電体として溶融ガラスを用いてもよい。この場合、高温環境下で電界を形成することにより、溶融ガラスを金型の転写面に密着させることができ、その後、溶融ガラスを冷却して硬化させることにより、レンズを成形することができる。
【００６３】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、モールドを用いて誘電体に特定の形状を転写する技術に利用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１ 金型（モールド）
１ａ 転写面
２ 絶縁基板（基板）
３ ステージ
４ 電源（電界形成手段）
５ スイッチ
６ ＵＶ照射装置（硬化手段）
７ ディスペンサ（供給手段）
８ 誘電体樹脂（誘電体）
１１ 金型（モールド）
１１ａ 転写面
１８ 片面レンズ（レンズ）
２１ 金型（モールド）
２１ａ 転写面
３１ 金型（第２のモールド）
３１ａ 転写面（第２の転写面）
４１ 金型（第１のモールド）
４１ａ 転写面（第１の転写面）
１００ レンズ成形装置
１１０ レンズ成形装置
１２０ レンズ成形装置
１３０ レンズ成形装置
１４０ レンズ成形装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑な形状を有するレンズを高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形装置およびレンズ成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レンズを製造する最も一般的な技術として、例えば特許文献１に記載のような、研磨加工による方法が用いられている。特許文献１には、研磨皿を予め加工すべきレンズ形状と相反関係をなす形状に加工しておき、この研磨皿をガラス素材に押し当て、砥粒を研磨皿とガラス素材との隙間に供給してこすり合わせる方法が開示されている。
【０００３】
また、光学系の高性能化が要求されるのにともなって、レンズ加工の高精度化とともに、非球面形状のレンズ加工技術が重要となっている。しかしながら、特許文献１に記載の研磨加工方法では、非球面のレンズ形状に加工することは困難である。そのため、各種光学的収差、例えば球面収差、コマ収差、非点収差等を補正するために、複数枚のガラスレンズを組み合わせる必要があり、製造コストが非常に高いという問題があった。
【０００４】
これに対し、例えば特許文献２には、ガラスレンズ母材に樹脂層を接合することにより、偏肉性が大きく、非球面量を大きくすることができるハイブリッドレンズが開示されている。図１６は、特許文献２に記載のハイブリッドレンズ２００を示す断面図である。ハイブリッドレンズ２００は、球面ガラスレンズ母材２０２の一面側又は両面に、外面形状が非球面の樹脂層２０３が接合された構造を有する。球面ガラスレンズ母材２０２は、凸レンズ、凹レンズのいずれでもよい。レンズの有効径の範囲内での樹脂層２０３の最大厚みＴｍａｘは、１ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは２〜８ｍｍの範囲である。このように、ハイブリッドレンズ２００は、厚みのある樹脂層２０３を有し、偏肉性が大きく、非球面量を大きくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２０３７４４号公報（１９８７年９月８日公開）
【特許文献２】特開２００５−６０６５７号公報（２００５年３月１０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献２に記載の技術では、ハイブリッドレンズ２００の非球面量を大きくするために、ガラスレンズ母材２０２および樹脂層２０３を形成する樹脂材料が必要となる。そのため、収差補正に必要なレンズ枚数が増加し、コストが高くなってしまう。また、特許文献２に記載の技術では、非球面量が大きい非球面レンズなどの複雑な形状を有するレンズを製造することが難しい。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、複雑な形状を有するレンズを、高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形装置およびレンズ成形方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係るレンズ成形装置は、基板と、前記基板上に誘電体を供給する供給手段と、前記誘電体にレンズ形状を転写するための転写面を有するモールドと、前記転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写手段と、前記転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化手段と、を有するレンズ成形装置において、前記モールドと前記基板との間に電界を形成する電界形成手段を備えることを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、供給手段によって基板上に供給された誘電体に、レンズ形状を転写するための転写面を有するモールドが転写手段によって押し当てられることにより、誘電体にレンズ形状が転写され、さらに、硬化手段によって誘電体が硬化されることによりレンズが成形される。ここで、電界形成手段によって、モールドと基板との間に電界が形成されるので、静電引力により、誘電体が転写面に引き寄せられる。このとき、誘電体の形状は、転写面に向かう上端が細い尖形となるため、転写面を誘電体に押し当てる際に、転写面と誘電体との間に気泡が入り込みにくくなる。これにより、高精度なレンズ形状を誘電体に転写することができる。また、電界の形成により発生する静電引力は、転写面の中心が最も強いので、転写面が誘電体に押し当てられた状態では、誘電体は、転写面の中心部に向かって引き寄せられ、モールドの側面に誘電体が付着することはない。そのため、モールドの側面に誘電体が付着したまま誘電体を硬化させた場合に、レンズ形状の周囲に形成される凸部分を削る作業が不要となる。したがって、複雑な形状を有するレンズを、高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形装置を実現することができる。
【００１０】
本発明に係るレンズ成形装置では、前記電界形成手段は、前記モールドと前記基板との間に直流電圧を印加する直流電源であってもよい。
【００１１】
本発明に係るレンズ成形装置では、前記電界形成手段は、前記モールドと前記基板との間に交流電圧を印加する交流電源であってもよい。
【００１２】
本発明に係るレンズ成形装置では、誘電体にレンズ形状を転写するための第１の転写面を有する第１のモールドと、誘電体にレンズ形状を転写するための第２の転写面を有し、当該第２の転写面が前記第１の転写面と対向している第２のモールドと、前記第１の転写面上に前記誘電体を供給する供給手段と、前記第２の転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写手段と、前記第２の転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化手段と、を有するレンズ成形装置において、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に電界を形成する電界形成手段を備えることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、供給手段によって第１のモールドの第１の転写面上に供給された誘電体に、第２のモールドの第２の転写面が転写手段によって押し当てられることにより、誘電体にレンズ形状が転写され、さらに、硬化手段によって誘電体が硬化されることにより、両面レンズが成形される。ここで、電界形成手段によって、第１のモールドと第２のモールドとの間に電界が形成されるので、静電引力により、誘電体が第２の転写面に引き寄せられる。このとき、誘電体の形状は、第２の転写面に向かう上端が細い尖形となるため、第２の転写面を誘電体に押し当てる際に、第２の転写面と誘電体との間に気泡が入り込みにくくなる。これにより、高精度なレンズ形状を誘電体に転写することができる。また、電界の形成により発生する静電引力は、転写面の中心が最も強いので、転写面が誘電体に押し当てられた状態では、誘電体は、転写面の中心部に向かって引き寄せられ、モールドの側面に誘電体が付着することはない。そのため、モールドの側面に誘電体が付着したまま誘電体を硬化させた場合に、レンズ形状の周囲に形成される凸部分を削る作業が不要となる。したがって、複雑な形状を有するレンズを、高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形装置を実現することができる。
【００１４】
本発明に係るレンズ成形装置では、前記電界形成手段は、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に直流電圧を印加する直流電源であってもよい。
【００１５】
本発明に係るレンズ成形装置では、前記電界形成手段は、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に交流電圧を印加する交流電源であってもよい。
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明に係るレンズ成形方法は、基板上に誘電体を供給する供給工程と、前記誘電体にレンズ形状を転写するための転写面を有するモールドの前記転写面を、前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写工程と、前記転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化工程と、を有するレンズの成形方法において、前記転写面を前記誘電体に押し当てるときに、前記モールドと前記基板との間に電界を形成する電界形成工程を有することを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、供給工程において基板上に誘電体が供給され、転写工程において、レンズ形状を転写するための転写面を有するモールドが押し当てられることにより、誘電体にレンズ形状が転写され、さらに、硬化工程において誘電体が硬化されることによりレンズが成形される。ここで、上記方法は、モールドと基板との間に電界を形成する電界形成工程を有しており、電界形成工程では、静電引力により、誘電体が転写面に引き寄せられる。このとき、誘電体の形状は、転写面に向かう上端が細い尖形となるため、転写面を誘電体に押し当てる際に、転写面と誘電体との間に気泡が入り込みにくくなる。これにより、高精度なレンズ形状を誘電体に転写することができる。したがって、複雑な形状を有するレンズを、高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形方法を実現することができる。
【００１８】
本発明に係るレンズ成形方法は、誘電体にレンズ形状を転写するための第１の転写面を有する第１のモールドの前記第１の転写面上に前記誘電体を供給する供給工程と、誘電体にレンズ形状を転写するための第２の転写面を有し、当該第２の転写面が前記第１の転写面と対向している第２のモールドの前記第２の転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写工程と、前記第２の転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化工程と、を有するレンズの成形方法において、前記第２の転写面を前記誘電体に押し当てるときに、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に電界を形成する電界形成工程を有することを特徴としている。
【００１９】
上記の構成によれば、供給工程において第１のモールドの第１の転写面上に誘電体が供給され、転写工程において、第２のモールドの第２の転写面が押し当てられることにより、誘電体にレンズ形状が転写され、さらに、硬化工程において誘電体が硬化されることにより両面レンズが成形される。ここで、上記方法は、第１のモールドと第２のモールドとの間に電界を形成する電界形成工程を有しており、電界形成工程では、静電引力により、誘電体が第２の転写面に引き寄せられる。このとき、誘電体の形状は、第２の転写面に向かう上端が細い尖形となるため、第２の転写面を誘電体に押し当てる際に、第２の転写面と誘電体との間に気泡が入り込みにくくなる。これにより、高精度なレンズ形状を誘電体に転写することができる。したがって、複雑な形状を有するレンズを、高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形方法を実現することができる。
【００２０】
本発明に係るレンズ成形方法では、前記電界の形成は、前記硬化工程の間も継続されることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、誘電体が転写面により密着するので、さらに高精度なレンズ形状を成形することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明に係るレンズ成形装置は、基板と、前記基板上に誘電体を供給する供給手段と、前記誘電体にレンズ形状を転写するための転写面を有するモールドと、前記転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写手段と、前記転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化手段と、を有するレンズ成形装置において、前記モールドと前記基板との間に電界を形成する電界形成手段を備えている。また、本発明に係るレンズ成形方法は、基板上に誘電体を供給する供給工程と、前記誘電体にレンズ形状を転写するための転写面を有するモールドの前記転写面を、前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写工程と、前記転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化工程と、を有するレンズの成形方法において、前記転写面を前記誘電体に押し当てるときに、前記モールドと前記基板との間に電界を形成する電界形成工程を有している。したがって、複雑な形状を有するレンズを、高精度かつ低コストで成形可能なレンズ成形装置およびレンズ成形方法を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係るレンズ成形装置の構成を示す断面図である。
【図２】上記レンズ成形装置において、絶縁基板上に誘電体樹脂を供給した状態を示す断面図である。
【図３】上記レンズ成形装置において、誘電体樹脂が絶縁基板と金型の転写面との間に位置するようにセットした状態を示す断面図である。
【図４】上記レンズ成形装置において、金型と絶縁基板との間に電界を形成した状態を示す断面図である。
【図５】上記レンズ成形装置において、金型の転写面が誘電体樹脂に押し当てられた状態を示す断面図である。
【図６】上記レンズ成形装置において、片面レンズが形成された状態を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、金型と絶縁基板との間に電界が形成されたときの、金型、誘電体樹脂および絶縁基板の帯電状態を示す図であり、（ｂ）は、金型と絶縁基板との間に電界が形成されたときの、金型、誘電体樹脂および絶縁基板に作用する力を示す図である。
【図８】金型と絶縁基板との間に電界が形成されたときの電気力線を示す図である。
【図９】金型の側面に誘電体樹脂が付着した状態を示す断面図である。
【図１０】（ａ）は、金型の転写面の中心と誘電体樹脂の中心とがずれている状態を示す断面図であり、（ｂ）は、金型と絶縁基板との間に電界を形成することにより、誘電体樹脂が転写面の中心に向かって引き寄せられた状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態の変形例に係るレンズ成形装置の構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施形態の他の変形例に係るレンズ成形装置の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施形態のさらに他の変形例に係るレンズ成形装置の構成を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施形態のさらに他の変形例に係るレンズ成形装置の構成を示す断面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例におけるレンズ成形工程を示す写真である。
【図１６】従来のハイブリッドレンズを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の一形態について、図１〜図１４に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００２５】
図１は、本実施形態に係るレンズ成形装置１００の構成を示す断面図である。レンズ成形装置１００は、金型１、絶縁基板２、ステージ３、電源４、スイッチ５、およびＵＶ照射装置６を備えており、絶縁基板２上に供給される誘電体樹脂からレンズを成形する装置である。
【００２６】
金型１は、特許請求の範囲に記載のモールドに相当する。金型１は、絶縁基板２の上方に設けられ、誘電体樹脂にレンズ形状を転写するための転写面１ａを有している。転写面１ａは、絶縁基板２に対向しており、転写面１ａの中心部には、非球面形状の凹部が形成されている。絶縁基板２は、ステージ３上に載置される。ステージ３には、中央部に円形の穴が設けられており、当該穴の下方にＵＶ照射装置６が設けられている。
【００２７】
金型１は、スイッチ５を介して電源４に接続されている。本実施形態では、電源４は、直流電源であり、スイッチ５がＯＮすることにより、金型１に直流電圧を印加することができる。一方、ステージ３は、接地されている。
【００２８】
続いて、レンズ成形装置１００におけるレンズの成形工程について、図２〜図６を参照して説明する。
【００２９】
まず、図２に示すように、ディスペンサ７を用いて、絶縁基板２上に誘電体樹脂８を供給する。誘電体樹脂８は、ＵＶを照射されることにより硬化する光硬化樹脂である。この工程は、特許請求の範囲に記載の供給工程に相当し、ディスペンサ７は、特許請求の範囲に記載の供給手段に相当する。
【００３０】
続いて、図３に示すように、誘電体樹脂８が絶縁基板２と金型１の転写面１ａとの間に位置するようにセットする。この状態で、図示しない金型１の支持装置によって、金型１を下方に移動させる。なお、この支持装置は、特許請求の範囲に記載の転写手段に相当する。
【００３１】
続いて、図４に示すように、スイッチ５をＯＮにして、金型１に直流電圧を印加する。このとき、後述するように、金型１と絶縁基板２との間には電界が形成され、静電引力により、誘電体樹脂８が金型１の転写面１ａに引き寄せられる。また、ＵＶ照射装置６によって誘電体樹脂８にＵＶが照射される。なお、電源４およびＵＶ照射装置６は、それぞれ特許請求の範囲に記載の電界形成手段および硬化手段に相当する。
【００３２】
金型１をさらに下降させることにより、図５に示すように、金型１の転写面１ａが誘電体樹脂８に押し当てられ、転写面１ａに誘電体樹脂８が密着する。これにより、誘電体樹脂８にレンズ形状が転写される。この状態で、ＵＶ照射装置６によって誘電体樹脂８にＵＶが照射されることにより、誘電体樹脂８が硬化する。
【００３３】
誘電体樹脂８を十分に硬化させた後、図６に示すように、スイッチ５をＯＦＦして、金型１を上昇させる。これにより、非球面形状を有する片面レンズ１８が形成される。
【００３４】
本実施形態では、図４に示すように、金型１を誘電体樹脂８に接近させる際に、金型１と絶縁基板２との間に電界を発生させる。このとき、誘電体樹脂８の形状は、上端が細い尖形となるため、誘電体樹脂８が金型１の転写面１ａに最初に接触する時点における接触面積を非常に小さくすることができる。その後、誘電体樹脂８と転写面１ａとの接触部分は、最初の接触位置からその周囲に徐々に広がるため、転写面１ａを誘電体樹脂８に押し当てる際に、転写面１ａと誘電体樹脂８との間に気泡が入り込みにくくなる。したがって、金型１と絶縁基板２との間に電界を発生させることなく誘電体樹脂８にレンズ形状を転写する場合に比べて、高精度なレンズ形状を誘電体樹脂８に転写することができる。
【００３５】
光学系の高性能化にともない、レンズ形状には、ｎｍオーダーの精度が要求される。しかしながら、非球面量が大きいレンズや、コバ形状が複雑なレンズを成形する場合、金型１と絶縁基板２との間に電界を印加せずに、転写面１ａを誘電体樹脂８に押し当てると、転写面１ａと誘電体樹脂８との間に、μｍオーダーの気泡が無数に発生していた。これに対し、本実施形態では、転写面１ａと誘電体樹脂８との間に気泡がほとんど発生しないので、光学系の高性能化に対応可能なレンズを成形できる。
【００３６】
また、形成されるレンズの厚みやサグ量が大きい場合、金型１と絶縁基板２との間に電界を印加しない状態では、重力や表面張力の作用により、誘電体樹脂８が転写面１ａに沿って追従しにくいため、転写面１ａの形状を誘電体樹脂８に転写することが難しい。これに対し、本実施形態では、金型１と絶縁基板２との間に電界を形成することにより、誘電体樹脂８の重力および表面張力よりも大きな静電引力を発生させるため、誘電体樹脂８が転写面１ａに引き寄せられ、転写面１ａの形状を誘電体樹脂８に高精度に転写することが可能となる。
【００３７】
電界を形成するタイミングに関して、本実施形態では、図４〜図５に示すように、金型１が下降し始めてから誘電体樹脂８の硬化が完了するまでの間、電界を形成していたが、これに限定されない。例えば、転写面１ａに誘電体樹脂８が接触してから、誘電体樹脂８が転写面１ａに密着するまでの間のみ、電界を形成してもよい。なお、本実施形態のように、ＵＶ照射時も、電界の形成を継続することで、誘電体樹脂８が転写面１ａにより密着するので、さらに高精度なレンズ形状を成形することができる。
【００３８】
また、ＵＶを照射するタイミングに関して、図５に示すように、誘電体樹脂８が転写面１ａに完全に密着してから、ＵＶを照射してもよい。
【００３９】
続いて、金型１と絶縁基板２との間に電界が形成されたときに、誘電体樹脂８の形状が尖形となるメカニズムについて説明する。
【００４０】
図７（ａ）は、金型１と絶縁基板２との間に電界が形成されたときの、金型１、誘電体樹脂８および絶縁基板２の帯電状態を示す図であり、図７（ｂ）は、金型１と絶縁基板２との間に電界が形成されたときの、金型１、誘電体樹脂８および絶縁基板２に作用する力を示す図である。なお図７では、簡略化のため、誘電体樹脂８の形状を矩形としている。
【００４１】
図７（ａ）に示すように、金型１には電源４によって直流電圧が印加されるため、正に帯電する。また、誘電体樹脂８は絶縁体であるため、誘電分極によって、誘電体樹脂８の金型１と対向する部分（上側）は、負に帯電し、誘電体樹脂８の金型１と対向する部分と反対側の部分（下側）は、正に帯電する。同様に、絶縁基板２の誘電体樹脂８との接触面は、負に帯電し、絶縁基板２の誘電体樹脂８との接触面と反対側の面は、正に帯電する。これにより、金型１は陽極として機能し、絶縁基板２は陰極として機能する。
【００４２】
このように、金型１と誘電体樹脂８の上側とが、逆の極性に帯電しているため、図７（ｂ）の上方向矢印に示すように、誘電体樹脂８を金型１に引き寄せる静電引力が発生する。なお、誘電体樹脂８にＵＶを照射すると、硬化収縮により下方向矢印および横方向矢印に示す収縮力が発生する。しかしながら、この収縮力は、静電引力に比べて小さいため、結果的には誘電体樹脂８が金型１に引き寄せられる。
【００４３】
なお、形成する電界の強さは、電界によって発生する静電引力が、重力と誘電体樹脂８の収縮力との和よりも大きくなるように、誘電体樹脂８の誘電率に合わせて適宜設定すればよい。
【００４４】
図８は、金型１と絶縁基板２との間に電界が形成されたときの電気力線を示している。電気力線は、金型１の転写面１ａの中心において最も強くなり、中心から離れるほど弱くなる。そのため、図４に示すように、誘電体樹脂８は、転写面１ａの凹部に向かって先細りした形状となる。
【００４５】
なお、金型１と絶縁基板２との間に電界を発生させずに、転写面１ａを誘電体樹脂８に押し当てた場合、図９の円内に示すように、金型１の側面に誘電体樹脂８が付着することがある。この状態で、誘電体樹脂８を硬化させると、レンズ形状の周囲に凸部分が形成されるため、後の工程で、この凸部分を削る必要があった。
【００４６】
ここで、図８に示すように、金型１の側面では、電気力線が長くなるので、金型１の側面における静電引力は、金型１の転写面１ａにおける静電引力に比べ弱くなる。そのため、転写面１ａが誘電体樹脂８に押し当てられた状態では、誘電体樹脂８は、転写面１ａの中心部に向かって引き寄せられ、金型１の側面に誘電体樹脂８が付着することはない。これにより、図９に示すような、レンズ形状の周囲に形成された凸部分を削る必要がないので、金型１の側面に誘電体樹脂８が付着した場合に比べ、誘電体樹脂８の材料を３０％程度節約できる。したがって、材料のマージンが広がり、製造コストを低減させることができる。
【００４７】
また、レンズ成形装置１００では、誘電体樹脂８を供給する位置が多少ずれていても、高精度にレンズ形状を誘電体樹脂８に転写することができる。図１０（ａ）は、金型１の転写面１ａの中心と誘電体樹脂８の中心とが、距離Ｒだけずれている状態を示す断面図である。この状態であっても、図１０（ｂ）に示すように、スイッチ５をＯＮして金型１と絶縁基板２との間に電界を形成することにより、誘電体樹脂８が転写面１ａの中心に向かって引き寄せられるので、誘電体樹脂８を転写面１ａに密着させることができる。このように、本実施形態では、誘電体樹脂８を供給する位置がずれていても、誘電体樹脂８のセルフアライメントが可能となっている。具体的には、金型１の転写面１ａの中心と誘電体樹脂８の中心とのずれに相当する距離Ｒが、誘電体樹脂８の直径の１／３程度以下であれば、誘電体樹脂８を転写面１ａに密着させることができる。
【００４８】
続いて、本実施形態の変形例について、図１１〜図１４を参照して説明する。
【００４９】
図１１は、本実施形態の変形例に係るレンズ成形装置１１０の構成を示す断面図である。レンズ成形装置１１０は、図１に示すレンズ成形装置１００において、金型１を金型１１に置き換えた構成である。金型１１の転写面１１ａには、凸部が形成されている。これにより、誘電体樹脂８に凹形状を転写することができる。
【００５０】
図１２は、本実施形態の他の変形例に係るレンズ成形装置１２０の構成を示す断面図である。レンズ成形装置１２０は、図１に示すレンズ成形装置１００において、金型１を金型２１に置き換えた構成である。金型２１の転写面２１ａには、複数の凹部がアレイ状に形成されている。これにより、複数の凸面を備えるレンズを成形することができる。
【００５１】
図１３は、本実施形態のさらに他の変形例に係るレンズ成形装置１３０の構成を示す断面図である。レンズ成形装置１３０は、図１に示すレンズ成形装置１００において、金型１を金型３１に置き換えた構成である。金型３１の転写面３１ａには、複数の凸部がアレイ状に形成されている。これにより、複数の凹面を備えるレンズを成形することができる。
【００５２】
図１４は、本実施形態のさらに他の変形例に係るレンズ成形装置１４０の構成を示す断面図である。レンズ成形装置１４０は、図１３に示すレンズ成形装置１３０において、絶縁基板２およびステージ３を金型４１に置き換え、金型４１が接地された構成である。なお、金型３１および金型４１は、それぞれ特許請求の範囲に記載の第２のモールドおよび第１のモールドに相当する。
【００５３】
レンズ成形装置１４０では、金型４１の転写面４１ａに誘電体樹脂８が供給される。その後、金型４１の転写面４１ａと金型３１の転写面３１ａとを対向させて、金型３１の転写面３１ａを誘電体樹脂８に押し当て、誘電体樹脂８にＵＶを照射する。このとき、スイッチ５をＯＮにして、金型３１と金型４１との間に電界を形成する。これにより、誘電体樹脂８は、転写面３１ａに密着するので、高精度なレンズ形状を有する両面レンズを成形することができる。
【実施例】
【００５４】
本発明に係るレンズ成形装置によって、高精度なレンズ形状を有するレンズが成形できることを確認するため、試作品を用いて実験を行った。試作品では、絶縁基板として石英ガラス基板を使用し、金型と石英ガラス基板との間に電界を形成するための電界形成手段として、６ｋｖの直流電源を使用した。
【００５５】
図１５（ａ）〜（ｅ）は、本実施例におけるレンズ成形工程を示す写真である。
【００５６】
図１５（ａ）に示すように、石英ガラス基板上に誘電体である光硬化樹脂を供給する。続いて、図１５（ｂ）に示すように、金型の転写面を光硬化樹脂と対向させて、金型を下降させると同時に、金型に６ｋｖの直流電圧を印加する。これにより、石英ガラス基板と金型との間に電界が形成され、光硬化樹脂は、転写面の中心に引き寄せられる。
【００５７】
このとき、図１５（ｃ）に示すように、光硬化樹脂の形状は、上端が細い尖形となっていることが確認できる。続いて、図１５（ｄ）に示すように、光硬化樹脂と転写面との接触部分が、転写面の中心から外側に向かって広がり、図１５（ｅ）に示すように、光硬化樹脂と転写面全体とが密着する。また、図１５（ｅ）では、光硬化樹脂が金型の側面には付着していないことが分かる。
【００５８】
〔実施形態の総括〕
上記の実施形態では、金型に電圧を印加し、絶縁基板を接地することにより、金型と絶縁基板との間に電界を形成していたが、これに限定されない。例えば、金型を接地し、絶縁基板に電圧を印加してもよい。また、図１４に示すレンズ成形装置１４０では、金型３１を接地し、金型４１に電圧を印加する構成としてもよい。
【００５９】
上記の実施形態では、金型と絶縁基板との間に直流電圧を印加することにより、金型と絶縁基板との間に電界を形成していたが、金型と絶縁基板との間に交流電圧を印加することにより、金型と絶縁基板との間に電界を形成する構成としてもよい。
【００６０】
上記の実施形態では、誘電体樹脂にレンズ形状を転写するためのモールドとして、金型を使用したが、電界を形成するための電極として機能する材料であれば、金型に限定されない。
【００６１】
上記の実施形態では、誘電体樹脂にＵＶを照射することによって誘電体樹脂を硬化させていたが、これに限定されない。例えば、誘電体樹脂を加熱することによって誘電体樹脂を硬化させる構成や、誘電体ガラスを冷却することによって誘電体ガラスを固化させる構成としてもよい。
【００６２】
上記の実施形態では、誘電体が光硬化樹脂である場合について説明したが、これに限定されず、例えば、誘電体として溶融ガラスを用いてもよい。この場合、高温環境下で電界を形成することにより、溶融ガラスを金型の転写面に密着させることができ、その後、溶融ガラスを冷却して硬化させることにより、レンズを成形することができる。
【００６３】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、モールドを用いて誘電体に特定の形状を転写する技術に利用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１ 金型（モールド）
１ａ 転写面
２ 絶縁基板（基板）
３ ステージ
４ 電源（電界形成手段）
５ スイッチ
６ ＵＶ照射装置（硬化手段）
７ ディスペンサ（供給手段）
８ 誘電体樹脂（誘電体）
１１ 金型（モールド）
１１ａ 転写面
１８ 片面レンズ（レンズ）
２１ 金型（モールド）
２１ａ 転写面
３１ 金型（第２のモールド）
３１ａ 転写面（第２の転写面）
４１ 金型（第１のモールド）
４１ａ 転写面（第１の転写面）
１００ レンズ成形装置
１１０ レンズ成形装置
１２０ レンズ成形装置
１３０ レンズ成形装置
１４０ レンズ成形装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に誘電体を供給する供給手段と、
前記誘電体にレンズ形状を転写するための転写面を有するモールドと、
前記転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写手段と、
前記転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化手段と、
を有するレンズ成形装置において、
前記モールドと前記基板との間に電界を形成する電界形成手段を備えることを特徴とするレンズ成形装置。
【請求項２】
誘電体にレンズ形状を転写するための第１の転写面を有する第１のモールドと、
誘電体にレンズ形状を転写するための第２の転写面を有し、当該第２の転写面が前記第１の転写面と対向している第２のモールドと、
前記第１の転写面上に前記誘電体を供給する供給手段と、
前記第２の転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写手段と、
前記第２の転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化手段と、
を有するレンズ成形装置において、
前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に電界を形成する電界形成手段を備えることを特徴とするレンズ成形装置。
【請求項３】
前記電界形成手段は、前記モールドと前記基板との間に直流電圧を印加する直流電源であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ成形装置。
【請求項４】
前記電界形成手段は、前記モールドと前記基板との間に交流電圧を印加する交流電源であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ成形装置。
【請求項５】
前記電界形成手段は、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に直流電圧を印加する直流電源であることを特徴とする請求項２に記載のレンズ成形装置。
【請求項６】
前記電界形成手段は、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に交流電圧を印加する交流電源であることを特徴とする請求項２に記載のレンズ成形装置。
【請求項７】
基板上に誘電体を供給する供給工程と、
前記誘電体にレンズ形状を転写するための転写面を有するモールドの前記転写面を、前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写工程と、
前記転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化工程と、
を有するレンズの成形方法において、
前記転写面を前記誘電体に押し当てるときに、前記モールドと前記基板との間に電界を形成する電界形成工程を有することを特徴とするレンズの成形方法。
【請求項８】
誘電体にレンズ形状を転写するための第１の転写面を有する第１のモールドの前記第１の転写面上に前記誘電体を供給する供給工程と、
誘電体にレンズ形状を転写するための第２の転写面を有し、当該第２の転写面が前記第１の転写面と対向している第２のモールドの前記第２の転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写工程と、
前記第２の転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化工程と、
を有するレンズの成形方法において、
前記第２の転写面を前記誘電体に押し当てるときに、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に電界を形成する電界形成工程を有することを特徴とするレンズの成形方法。
【請求項９】
前記電界の形成は、前記硬化工程の間も継続されることを特徴とする請求項７または８に記載のレンズの成形方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に誘電体を供給する供給手段と、
前記誘電体にレンズ形状を転写するための転写面を有するモールドと、
前記転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写手段と、
前記転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化手段と、
を有するレンズ成形装置において、
前記モールドと前記基板との間に電界を形成する電界形成手段を備えることを特徴とするレンズ成形装置。
【請求項２】
誘電体にレンズ形状を転写するための第１の転写面を有する第１のモールドと、
誘電体にレンズ形状を転写するための第２の転写面を有し、当該第２の転写面が前記第１の転写面と対向している第２のモールドと、
前記第１の転写面上に前記誘電体を供給する供給手段と、
前記第２の転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写手段と、
前記第２の転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化手段と、
を有するレンズ成形装置において、
前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に電界を形成する電界形成手段を備えることを特徴とするレンズ成形装置。
【請求項３】
前記電界形成手段は、前記モールドと前記基板との間に直流電圧を印加する直流電源であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ成形装置。
【請求項４】
前記電界形成手段は、前記モールドと前記基板との間に交流電圧を印加する交流電源であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ成形装置。
【請求項５】
前記電界形成手段は、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に直流電圧を印加する直流電源であることを特徴とする請求項２に記載のレンズ成形装置。
【請求項６】
前記電界形成手段は、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に交流電圧を印加する交流電源であることを特徴とする請求項２に記載のレンズ成形装置。
【請求項７】
基板上に誘電体を供給する供給工程と、
前記誘電体にレンズ形状を転写するための転写面を有するモールドの前記転写面を、前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写工程と、
前記転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化工程と、
を有するレンズの成形方法において、
前記転写面を前記誘電体に押し当てるときに、前記モールドと前記基板との間に電界を形成する電界形成工程を有することを特徴とするレンズの成形方法。
【請求項８】
誘電体にレンズ形状を転写するための第１の転写面を有する第１のモールドの前記第１の転写面上に前記誘電体を供給する供給工程と、
誘電体にレンズ形状を転写するための第２の転写面を有し、当該第２の転写面が前記第１の転写面と対向している第２のモールドの前記第２の転写面を前記誘電体に押し当てて前記誘電体にレンズ形状を転写する転写工程と、
前記第２の転写面が押し当てられた前記誘電体を硬化させてレンズを成形する硬化工程と、
を有するレンズの成形方法において、
前記第２の転写面を前記誘電体に押し当てるときに、前記第１のモールドと前記第２のモールドとの間に電界を形成する電界形成工程を有することを特徴とするレンズの成形方法。
【請求項９】
前記電界の形成は、前記硬化工程の間も継続されることを特徴とする請求項７または８に記載のレンズの成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−７３３００（Ｐ２０１１−７３３００Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２７５３３（Ｐ２００９−２２７５３３）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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