複合光学素子の製造方法
【課題】樹脂層の偏肉を小さくして内部応力の小さいヒケのない複合光学素子を提供する。
【解決手段】複合光学素子の製造方法は、基材レンズに第１の紫外線硬化型樹脂１１を吐出する第１の吐出工程と、第１の紫外線硬化型樹脂１１に紫外線２００を照射し硬化させる第１の照射工程と、硬化した第１の紫外線硬化型樹脂１１の表面にさらに第２の紫外線硬化型樹脂１２を吐出する第２の吐出工程と、金型１５を第２の紫外線硬化型樹脂１２に近接しこれを拡げる引き延ばし工程と、拡げた第２の紫外線硬化型樹脂１２に紫外線２００を照射し硬化させる第２の照射工程とを有する。そして、第１の照射工程は、第１の紫外線硬化型樹脂１１が吐出された基材レンズを所定の周速度で回転させながら行う。
【解決手段】複合光学素子の製造方法は、基材レンズに第１の紫外線硬化型樹脂１１を吐出する第１の吐出工程と、第１の紫外線硬化型樹脂１１に紫外線２００を照射し硬化させる第１の照射工程と、硬化した第１の紫外線硬化型樹脂１１の表面にさらに第２の紫外線硬化型樹脂１２を吐出する第２の吐出工程と、金型１５を第２の紫外線硬化型樹脂１２に近接しこれを拡げる引き延ばし工程と、拡げた第２の紫外線硬化型樹脂１２に紫外線２００を照射し硬化させる第２の照射工程とを有する。そして、第１の照射工程は、第１の紫外線硬化型樹脂１１が吐出された基材レンズを所定の周速度で回転させながら行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子基材とエネルギー硬化型樹脂とが界面で接合されて形成される複合光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスなどの基材レンズにエネルギー硬化型樹脂などの樹脂層を形成して、加工が困難な非球面レンズ（複合光学素子）を成形する製造方法が公知である。
例えば特許文献１には、金型の成形面に必要量のエネルギー硬化型樹脂を吐出し、この吐出した樹脂に基材レンズを近接させて樹脂を拡げ、所望の樹脂厚となった時点で近接を停止して樹脂を硬化させ、金型から離型するという技術が開示されている。
【０００３】
ここで、必要量のエネルギー硬化型樹脂とは、吐出した樹脂に基材レンズを近接させて所望の樹脂厚となった時点で、エネルギー硬化型樹脂の外径が光学有効径以上になるのに必要な樹脂量のことである。
【０００４】
しかし、複合光学素子は一般に非球面レンズである。このため、複合光学素子の樹脂層は均肉ではなく、光軸の中心から周辺に行くに従い肉厚が変化する（以下、「偏肉」という）。この偏肉により、以下のような問題が生じる。
【０００５】
この偏肉は、金型の成形面と基材レンズとの間に樹脂が介在している硬化前の状態においても生じている。この状態で、エネルギーを照射し樹脂を硬化させると、樹脂層の厚い部分と薄い部分の硬化収縮量が異なり、その差が硬化後の樹脂層の内部応力となる。この内部応力が、成形面の転写精度の低下や温度耐久性の低下などを引き起こす。
【０００６】
これを抑えるには、偏肉を小さくしなければならないため、設計の自由度が制限されてしまう。
これを解決すべく、例えば特許文献２及び特許文献３に記載の技術が提案されている。
【０００７】
特許文献２では、基材レンズの樹脂層形成面の形状を、樹脂層の所望形状と同一又は近似の形状とする技術である。
また、特許文献３では、金型に樹脂を吐出し硬化させて第１の樹脂層を形成し、その後、第２の樹脂層を介して第１の樹脂層と基材レンズを複合化する技術である。
【０００８】
具体的には、図７Ａに示すように、金型１１５に形成されたキャビティ１１６に該キャビティ１１６と略同体積の樹脂を充填し、これを硬化させて第１の樹脂層１１１を形成する。次いで、この第１の樹脂層１１１に同材質の樹脂を少量滴下し（第２の樹脂層１１２）、その上に基材レンズ１１０を載置して硬化させていた。
【特許文献１】特開昭６３−９５９１２号公報
【特許文献２】特開昭６３−１５７１０３号公報
【特許文献３】特開平 ６−２５４８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２では、所望の樹脂形状と近似の形状を有する基材レンズを用いることで、偏肉を小さくすることが可能である。しかしながら、光学性能に影響を及ぼす基材レンズと樹脂の界面の形状を自由に選択することができない。このため、設計の自由度が制限されるという課題があった。
【００１０】
また、特許文献３では、金型１１５と接していない側の第１の樹脂層１１１のＡ面は、大気開放されているためほぼ平面となる。従って、第２の樹脂層１１２を均肉にするためには、基材レンズ１１０の第２の樹脂層１１２との接触面をほぼ平面又は曲率半径の大きな曲面にしなければならない。しかし、これでは基材レンズ１１０の設計の自由度が制限されてしまう。
【００１１】
そこで、図７Ｂに示すように、基材レンズ１１０の設計の自由度を大きくすべく、キャビティ１１６と略同体積ではない第１の樹脂層１１１を形成したとする。すると、第１の樹脂層１１１は破線部のようになり、中心樹脂厚は薄くなる。しかし、第２の樹脂層１１２の偏肉が大きくなり、内部応力が大きくなってしまう。
【００１２】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、樹脂層の偏肉を小さくして内部応力の小さいヒケのない複合光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するため、本発明は、
光学素子基材又は金型に第１の樹脂を吐出する第１の吐出工程と、
前記第１の樹脂に硬化エネルギーを照射し硬化させる第１の照射工程と、
硬化した前記第１の樹脂の表面にさらに第２の樹脂を吐出する第２の吐出工程と、
前記光学素子基材又は前記金型を前記第２の樹脂に近接し該第２の樹脂を拡げる引き延ばし工程と、
拡げた前記第２の樹脂に硬化エネルギーを照射し硬化させる第２の照射工程と、を有し、
前記第１の照射工程は、前記第１の樹脂が吐出された前記光学素子基材又は前記金型を所定の周速度で回転させながら又は回転させた後に行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記第１の照射工程後の前記第１の樹脂の中心樹脂厚をｔ１、
前記光学素子基材を除く成形後の前記第１及び第２の樹脂の中心樹脂厚をｔ２、
としたときに
ｔ２＞ｔ１≧ｔ２／２
の関係を有することが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記第１の照射工程は、前記第１の樹脂が吐出された前記光学素子基材又は前記金型を回転させる周速度を変えて行うことが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記第１及び第２の樹脂は紫外線硬化型樹脂からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、樹脂層の偏肉を小さくして内部応力の小さいヒケのない複合光学素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１Ａ〜図１Ｅは、第１の実施形態の複合光学素子１の製造工程を示している。
【００１９】
図１Ａは、光学素子基材としての基材レンズ１０の断面を示している。
この基材レンズ１０は、ガラス（硝材 ＢＳＬ７ （株）オハラ製）で構成されている。この基材レンズ１０は、光学機能面１０ａと光学機能面１０ｂとを有する両凹レンズ形状をなしている。光学機能面１０ａ、１０ｂは凹状の球面又は非球面をなしている。
【００２０】
また、基材レンズ１０は、外径Ｄ１＝２０ｍｍ、光学機能面１０ａの近似曲率半径ρ１＝２５ｍｍ、光学機能面１０ｂの近似曲率半径ρ２＝３８ｍｍ、光学有効径Ｄ２＝１５ｍｍ、中心Ｏを通る中心肉厚ｔ０＝１ｍｍである。
【００２１】
なお、基材レンズ１０は、例えば対向配置された不図示の金型内にガラス素材を配置して加圧成形し、冷却することで得られる。また、圧縮成形以外にも、切削加工や研磨加工等により得ることができる。また、ガラス素材の代わりに透明な合成樹脂を用いて、射出成形により得ることもできる。
【００２２】
本実施形態では、図１Ｂに示すように、基材レンズ１０（光学機能面１０ａ）に、第１の樹脂としての微量の未硬化の紫外線硬化型樹脂１１を吐出する（第１の吐出工程）。なお、基材レンズ１０に紫外線硬化型樹脂１１を吐出するのは、樹脂が流れないように凹面に吐出するためである。従って、後述するように（図５Ａ参照）、基材レンズが凸面の場合は金型に紫外線硬化型樹脂１１を吐出する。
【００２３】
基材レンズ１０への紫外線硬化型樹脂１１の吐出重量Ｗ１はＷ１≒３８ｍｇとした。
次に、図１Ｃに示すように、樹脂が吐出された基材レンズ１０を、その光軸の中心Ｏを回転軸として２回転／ｓｅｃの速度（１２０ｒｐｍ）で回転させる。これにより、未硬化の紫外線硬化型樹脂１１に遠心力が作用し、紫外線硬化型樹脂１１は吐出時の径よりも大きく拡げられる。これと同時に、吐出された紫外線硬化型樹脂１１は、空気との接触面側は凹面に形成される。
【００２４】
そして、基材レンズ１０を回転させながら、基材レンズ１０を通して紫外線ランプ１４により硬化エネルギーとしての紫外線１００を照射する（第１の照射工程）。すなわち、光学機能面１０ａと反対側の光学機能面１０ｂ側から紫外線１００を照射する。なお、光学機能面１０ａ側から紫外線１００を照射してもよい。こうして、吐出された紫外線硬化型樹脂１１を硬化させる。
【００２５】
このときの硬化条件は、紫外線照度ＬがＬ＝２０±２ｍＷ／ｃｍ２の略均一な照度分布をもつ紫外線を８秒間照射した。
照射後の紫外線硬化型樹脂１１は、ほぼ硬化収縮を完了し、中心の樹脂厚ｔ１がｔ１≒０．４ｍｍとなっている。また、固化した状態で空気に触れている面は酸素による硬化阻害で未硬化樹脂が薄膜状に残っている。
【００２６】
すなわち、紫外線硬化型樹脂１１は、基材レンズ１０を回転させながら紫外線１００を照射することで硬化する。この場合、紫外線硬化型樹脂１１の基材レンズ１０と接触していない側の面は、遠心力で凹面となる。
【００２７】
さらに、この紫外線硬化型樹脂１１の硬化収縮は、基材レンズ１０と接触していない側の面は拘束されていないため自由収縮する。こうして、紫外線硬化型樹脂１１は、硬化後の樹脂内部の応力が非常に小さい状態で硬化することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、略均一な照度分布を有する紫外線を照射した場合について説明したが、必ずしも均一な照度分布である必要はない。例えば、紫外線硬化型樹脂１１の厚い部分と薄い部分とを同じような硬化速度にするために、紫外線１００の周辺照度を下げてもよい。また、紫外線照度Ｌも前述した値に限定するものではない。
【００２９】
次に、図１Ｄに示すように、硬化した紫外線硬化型樹脂１１の凹状の表面に、第２の樹脂としての紫外線硬化型樹脂１２を吐出する（第２の吐出工程）。なお、紫外線硬化型樹脂１１が完全に硬化するまで待つ必要はなく、形状が維持できる程度に硬化した時点で第２の吐出を行えばよい。また、紫外線硬化型樹脂１１と紫外線硬化型樹脂１２とは同一の材質を用いている。
【００３０】
このときの紫外線硬化型樹脂１２の吐出量は、最終的に必要な樹脂量（略９８ｍｇ）から第１の吐出工程で塗布した量（略３８ｍｇ）を引いた量である。本実施形態では、重量Ｗ２は、Ｗ２≒６０ｍｇとした。
【００３１】
次に、図１Ｅに示すように、この第２の吐出工程の後、所望の光学面形状を成形面１５ａとして有する金型１５を、光学機能面１０ａ側から基材レンズ１０に近接させる。このときの成形面１５ａの光学面形状は、凸形状で近似曲率半径がρ＝４５ｍｍの非球面形状である。この状態で、金型１５の成形面１５ａの中心と基材レンズ１０の光軸の中心Ｏを一致させつつ、金型１５を光軸方向と略平行に近接させる。
【００３２】
こうして、成形面１５ａを押圧して第２の吐出工程で塗布した紫外線硬化型樹脂１２を拡げて引き延ばす。そして、紫外線硬化型樹脂１１、１２を加えた樹脂層の中心樹脂厚ｔ２が所望の樹脂厚となったところで金型１５の押圧を停止する。本実施形態では、中心樹脂厚ｔ２はｔ２＝０，８ｍｍである。
【００３３】
その後、光学機能面１０ｂ側から基材レンズ１０を通して紫外線ランプ２４により硬化エネルギーとしての紫外線２００を照射する（第２の照射工程）。これにより、紫外線硬化型樹脂１２を硬化させる。
【００３４】
この第２の照射工程では、紫外線照度Ｌ１がＬ１＝が２０±２ｍＷ／ｃｍ２のほぼ均一な照度分布をもつ紫外線を２０秒間照射した。その後、紫外線照度Ｌ２がＬ２＝が１００±５ｍＷ／ｃｍ２のほぼ均一な照度分布をもつ紫外線を９０秒間照射した。
【００３５】
このとき、第２の照射工程で硬化すべき樹脂層（紫外線硬化型樹脂１２）は、第１の照射工程で硬化した樹脂層（紫外線硬化型樹脂１１）があるため、紫外線硬化型樹脂１２の樹脂厚分布は均肉に近くなっている。このため、樹脂厚差（偏肉）による硬化収縮量の差が小さくなり、樹脂の内部応力が小さくなるという利点を有している。
【００３６】
本実施形態では、第１吐出で基材レンズ１０に吐出された紫外線硬化型樹脂１１は、基材レンズ１０を回転させながら、第１照射により、吐出された紫外線硬化型樹脂１１は硬化するが、第１照射により得られた樹脂層の基材レンズ１０と接触していない側の面は、回転しながら硬化したことにより遠心力で凹面となる。更に、この際発生する紫外線硬化型樹脂１１の硬化収縮は、基材レンズ１０との接触面と反対側が拘束されていないため自由収縮し、硬化後の樹脂内部の応力が非常に小さい状態で硬化することができた。
【００３７】
そして、第１吐出で基材レンズ１０に吐出された紫外線硬化型樹脂１１の樹脂量と、基材レンズ１０を回転させる周速度は、第１照射によって硬化された紫外線硬化型樹脂１１の中心部の厚さｔ１が、最終的に複合光学素子として必要な樹脂厚ｔ２の１／２と概ね等しくなるように設定されている。
【００３８】
その後、第２吐出によって必要量の樹脂を吐出し、所望面形状を有する金型１５により、第２吐出で塗布された紫外線硬化型樹脂１２を、所望樹脂厚ｔ２になるまで押し延ばし、第２照射により硬化させた。
【００３９】
第２照射で硬化すべき紫外線硬化型樹脂１２は、第１照射にて硬化した紫外線硬化型樹脂１１があるため、その樹脂厚分布は均肉に近くなっている。このため、樹脂厚差による硬化収縮量の差が小さくなり、紫外線硬化型樹脂１２の内部応力が小さくなる。
【００４０】
さらに、第１の照射工程後の紫外線硬化型樹脂１１の中心樹脂厚をｔ１、基材レンズ１０を除く成形後の紫外線硬化型樹脂１１、１２の中心樹脂厚をｔ２、としたときに
ｔ２＞ｔ１≧ｔ２／２
の関係を有するときに、樹脂の内部応力がより小さくなることがわかった。
【００４１】
さらに、図１Ｆに示すように、第２の照射工程の後、金型１５から基材レンズ１０及び樹脂層１７（紫外線硬化型樹脂１１＋紫外線硬化型樹脂１２）を離型し、複合光学素子１を得た。
【００４２】
なお、本実施形態では、第１の照射工程は、紫外線硬化型樹脂１１が吐出された基材レンズ１０を所定の周速度で回転させながら行う場合について説明したが、これに限らない。例えば、第１の照射工程を、基材レンズ１０を所定の周速度で回転させた後に行ってもよい。すなわち、基材レンズ１０を所定の周速度で回転させた後に停止させ、吐出された紫外線硬化型樹脂１１が凹面に形成されているうちに（形状が元に戻る前に）、第１の照射を行ってもよい。
【００４３】
図２は、成形された複合光学素子１の樹脂厚分布を示している。
本実施形態の複合光学素子１は、中心樹脂厚ｔ２がｔ２＝０．８ｍｍ、有効径部の樹脂厚ｔ３（図２参照）がｔ３≒０．２ｍｍである。このように、所望の複合光学素子１における樹脂厚分布は、偏肉が極めて大きく、急激な樹脂厚変化があることがわかる。
【００４４】
これを、例えば従来の製造方法で成形したとすると、中心樹脂厚（０．８ｍｍ）と周辺樹脂厚（０．２ｍｍ）との差が大きいため、硬化中に樹脂層１７が金型１５から剥離するいわゆるヒケが中心付近に発生してしまう。
【００４５】
本実施形態では、基材レンズ１０の光学機能面１０ａに吐出された紫外線硬化型樹脂１１を回転させながら硬化させているため、この硬化した紫外線硬化型樹脂１１が凹面形状となっている。これにより、紫外線硬化型樹脂１２の樹脂層分布は、より均一な厚さとすることができる。
【００４６】
また、本実施形態において、第１の照射工程での回転数は、樹脂の粘度や基材レンズ１０の形状によって適正な回転数が異なる。また、このときの回転数を、紫外線硬化型樹脂１１の硬化後の表面の凹形状が、紫外線硬化型樹脂１２の樹脂厚分布がより均一になるように設定するものであるため、回転数は前述した速度に限定されない。
【００４７】
そして、少なくとも、紫外線硬化型樹脂１１の硬化後の厚さｔ１が、所望の複合光学素子１の樹脂層の厚さｔ２に対し、ｔ２＞ｔ１≧ｔ２／２となるような回転数と、第１の吐出工程で吐出する紫外線硬化型樹脂１１の樹脂量とを選択すればよい。
【００４８】
本実施形態によれば、樹脂層１７（図１Ｆ参照）の偏肉が大きくても、内部応力の非常に小さい樹脂層を得ることができるとともに、金型成形面の転写精度や温度耐久性の良好な複合光学素子１を得ることができる。
［第２の実施の形態］
図３Ａ及び図３Ｂは、第２の実施の形態の複合光学素子の製造方法を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００４９】
本実施形態では、基材レンズ１０を回転させながら紫外線１００による第１照射を行う工程において、基材レンズ１０の回転数を変化させる点が第１の実施の形態と相違している。
【００５０】
具体的には、前述した図１Ｃにおいて、基材レンズ１０をその光軸の中心Ｏを回転軸として２．５回転／ｓｅｃの速度（１５０ｒｐｍ）で３ｓｅｃ間回転させる。その後、紫外線１００の第１照射時に、基材レンズ１０の回転数を２回転／ｓｅｃの速度（１２０ｒｐｍ）に下げる。また、回転数を下げた状態で光学機能面１０ｂ側から基材レンズ１０を通して紫外線１００を照射する。
【００５１】
すなわち、本実施形態では、紫外線１００の第１照射時に基材レンズ１０の回転数を遅くした点に特徴を有する。
図３Ａに示すように、通常、基材レンズ１０に紫外線硬化型樹脂１１を吐出した状態では、その紫外線硬化型樹脂１１の最外周部は基材レンズ１０に対して接触角θ１を有している。
【００５２】
この接触角θ１は、基材レンズ１０と紫外線硬化型樹脂１１とのヌレ性により、紫外線硬化型樹脂１１の最外周部の輪郭に引いた接線と基材レンズ１０との間に生じる角度である。この状態は、基材レンズ１０の回転中における紫外線硬化型樹脂１１の最外周部においても同様である。
【００５３】
すなわち、接触角θ１を有した状態で、紫外線硬化型樹脂１１に紫外線１００を照射（第１照射）して硬化させた後に、さらに紫外線硬化型樹脂１２を第２吐出したとする。すると、基材レンズ１０と紫外線硬化型樹脂１１の最外周部との間にエアポケット１８が生じてしまう。
【００５４】
そして、この接触角θ１を有する紫外線硬化型樹脂１１の最外周部の上から紫外線硬化型樹脂１２が広がる際に、前述したエアポケット１８を気泡として巻き込みやすくなる。
この気泡は、光学素子の外観上も性能上も問題となる。
【００５５】
本実施形態では、紫外線１００の第１照射時に基材レンズ１０の回転数を遅くすることで、吐出された紫外線硬化型樹脂１１の遠心力が低下する。これにより、紫外線硬化型樹脂１１は光軸の中心Ｏ側に移動しようとする。このとき、基材レンズ１０の表面は紫外線硬化型樹脂１１の中心方向への移動によりヌレた状態となる。
【００５６】
このため、図３Ｂに示すように、紫外線硬化型樹脂１１の最外周部の輪郭に引いた接線と基材レンズ１０との接触角θ２は、最初の接触角θ１よりも小さくなる。これにより、紫外線硬化型樹脂１２を吐出（第２の吐出工程）する際に、該紫外線硬化型樹脂１２による気泡の巻き込みをなくすことができる。
【００５７】
これに対し、比較例として、第１吐出の紫外線硬化型樹脂１１の樹脂量を、第１吐出後の該紫外線硬化型樹脂１１の中心厚さが０．７ｍｍとなるように設定した。そして、基材レンズ１０を回転させずに紫外線１００の第１照射を行った。
【００５８】
その後、紫外線硬化型樹脂１２の第２吐出を行い、図１Ｅと同様に、金型１５により樹脂層（紫外線硬化型樹脂１１＋紫外線硬化型樹脂１２）を形成し、さらに紫外線２００の第２照射によって樹脂層を硬化させた後、離型を行って複合光学素子１を得た。
【００５９】
図４は、このときの第２照射時の樹脂厚分布を示す。
これによれば、図２の場合と比較して、紫外線硬化型樹脂１２の偏肉が大きく、樹脂厚の急激な変化が見られる。
【００６０】
比較例の第２照射時には、厚肉部付近に偏肉の影響と思われる樹脂収縮時に発生する金型１５の転写不良（ヒケ）が発生した。また、樹脂厚が急変している部位の金型形状の転写性が著しく悪くなった。
【００６１】
本実施形態では、第１照射時に基材レンズ１０の回転数を変化させた（遅くした）ことで、吐出された紫外線硬化型樹脂１１の遠心力を低下させた。これにより、本実施形態によれば、紫外線硬化型樹脂１２を吐出する際に、該紫外線硬化型樹脂１２による気泡の巻き込みをなくすことができた。
【００６２】
よって、きわめて高品位の複合光学素子を得ることができた。
［第３の実施の形態］
図５Ａ〜図５Ｄは、第３の実施形態の複合光学素子の製造工程を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００６３】
本実施形態では、図５Ａに示すように、所望の光学面形状を成形面２５ａとして有する金型２５に、エネルギー硬化型樹脂としての紫外線硬化型樹脂１１を吐出する（第１の吐出工程）。
【００６４】
この成形面２５ａは、凹形状で近似曲率半径ρ＝１４．５ｍｍ、光学有効径φ＝１０ｍｍ、非球面形状を有している。
本実施形態における第１吐出の紫外線硬化型樹脂１１の吐出重量Ｗ１はＷ１≒２０ｍｇとした。
【００６５】
次に、図５Ｂに示すように、紫外線硬化型樹脂１１が吐出された金型２５を、金型２５の中心Ｏを回転軸として４回転／ｓｅｃ（２４０ｒｐｍ）の速度で３秒間回転させる。その後、回転数を２回転／ｓｅｃ（１２０ｒｐｍ）に下げ、金型２５の成形面２５ａの上方から紫外線１００を照射することで紫外線硬化型樹脂１１を硬化させた（第１の照射工程）。
【００６６】
このときの硬化条件は、紫外線照度ＬがＬ＝２０±２ｍＷ／ｃｍ２の略均一な照度分布を持つ紫外線を１０秒間照射した。照射後の紫外線硬化型樹脂１１は、ほぼ硬化収縮を完了し固化した状態で、中心の樹脂厚ｔ１がｔ１≒０．５ｍｍとなっている。また、空気に触れている面は酸素による硬化阻害で未硬化樹脂が薄膜状に残っている。
【００６７】
本実施形態では、ほぼ均一な照度分布を有する紫外線１００を第１照射で照射しているが、必ずしも照度分布は均一である必要はない。例えば、紫外線硬化型樹脂１１の層の厚い部分と薄い部分を同じような硬化速度にするために、紫外線１００の周辺照度を下げてもよい。また、第１照射で照射した以上の照度分布をもつ紫外線１００を用いてもよい。
【００６８】
次に、図５Ｃに示すように、第１照射後の紫外線硬化型樹脂１１の硬化層に、第１吐出した樹脂と同じ材質の紫外線硬化型樹脂１２を吐出する（第２の吐出工程）。このときの吐出量は、最終的に複合光学素子１として必要な樹脂量（略４３ｍｇ）から第１吐出で塗布した量（略２０ｍｇ）を引いた量で、本実施形態の場合は、重量Ｗ２はＷ２≒２３ｍｇである。
【００６９】
次に、図５Ｄに示すように、第２吐出後、球面研磨した基材レンズ２０を、金型２５の成形面２５ａの中心Ｏと基材レンズ２０の光軸とを一致させつつ、光軸と平行方向に金型２５に近接させる。この基材レンズ２０は、ガラス（硝材 ＢＡＬ４２ （株）オハラ製）で構成されている。この基材レンズ２０は、外径φ＝１４ｍｍ、成形面曲率半径ρ＝３８．５ｍｍ、凹メニスカス形状である。
【００７０】
なお、基材レンズ２０は、前述したように、例えば対向配置された不図示の金型内にガラス素材を配置して加圧成形し、冷却することで得られる。また、圧縮成形以外にも、切削加工や研磨加工等により得ることができる。また、ガラス素材の代わりに透明な合成樹脂を用いて、射出成形により得ることもできる。
【００７１】
こうして、基材レンズ２０を押圧して第２吐出で吐出した紫外線硬化型樹脂１２を拡げていき、所望の樹脂厚となったところで基材レンズ２０の押圧を停止する。
本実施形態では、複合光学素子１の基材レンズ２０を除く中心樹脂厚ｔ２はｔ２＝０．７ｍｍである。
【００７２】
その後、基材レンズ２０の上方から紫外線ランプ３４により紫外線３００を照射することで、紫外線硬化型樹脂１２を硬化させる（第２の照射工程）。
本実施形態では、紫外線照度Ｌ１がＬ１＝２０±２ｍＷ／ｃｍ２の略均一な照度分布を持つ紫外線３００を２０秒間照射した。その後、紫外線照度Ｌ２がＬ２＝１００±５ｍＷ／ｃｍ２の略均一な照度分布を持つ紫外線３００を９０秒間照射した。
【００７３】
次に、図５Ｅに示すように、紫外線３００の第２照射後、金型２５から樹脂層１７（紫外線硬化型樹脂１１＋紫外線硬化型樹脂１２）を離型し、基材レンズ２０及び樹脂層１７からなる複合光学素子１を得た。
【００７４】
本実施形態における複合光学素子１の樹脂厚分布は、図６に示すように、中心樹脂厚ｔ２がｔ２＝０．７ｍｍ、有効径部の樹脂厚ｔ３がｔ３≒０．２５ｍｍである。
これを、従来の製造方法で成形したとすると、中心樹脂厚（０．７ｍｍ）と周辺樹脂厚（０．２５ｍｍ）の差が大きいため、硬化中に樹脂部が金型２５から剥離するいわゆるヒケが中心付近に発生してしまう。
【００７５】
本実施形態によれば、樹脂層１７の偏肉を小さくして内部応力の非常に小さい複合光学素子１を得ることができた。また、金型成形面２５ａの転写精度や温度耐久性の良好な複合光学素子１を得ることができた。
【００７６】
なお、第１〜第３の実施の形態において、基材レンズ２０又は金型２５に紫外線硬化型樹脂１１を吐出してから回転させる場合について説明したがこれに限らない。例えば、基材レンズ２０又は金型２５を回転させながら紫外線硬化型樹脂１１を吐出してもよい。
【００７７】
この場合は、基材レンズ２０又は金型２５と紫外線硬化型樹脂１１との間に気泡が入り込むおそれがあるが、偏肉をなくすという効果は維持できる。
また、第１〜第３の実施の形態においても、基材レンズ２０又は金型２５に吐出される樹脂として紫外線硬化型樹脂１１を用いたが、熱可塑硬化性樹脂などの他のエネルギー硬化性樹脂でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１Ａ】第１の実施の形態における基材レンズの断面を示す図である。
【図１Ｂ】同上の第１の吐出工程を示す図である。
【図１Ｃ】同上の第１の照射工程を示す図である。
【図１Ｄ】同上の第２の吐出工程を示す図である。
【図１Ｅ】同上の引き延ばし工程と第２の照射工程を示す図である。
【図１Ｆ】同上の成形された複合光学素子の外観を示す図である。
【図２】同上の成形された複合光学素子の樹脂厚分布を示す図である。
【図３Ａ】第２の実施の形態の複合光学素子の製造方法を示す図である。
【図３Ｂ】第２の実施の形態の複合光学素子の製造方法を示す図である。
【図４】比較例の複合光学素子の樹脂厚分布を示す図である。
【図５Ａ】第３の実施の形態における第１の吐出工程を示す図である。
【図５Ｂ】同上の第１の照射工程を示す図である。
【図５Ｃ】同上の第２の吐出工程を示す図である。
【図５Ｄ】同上の引き延ばし工程と第２の照射工程を示す図である。
【図５Ｅ】同上の成形された複合光学素子の外観を示す図である。
【図６】同上の成形された複合光学素子の樹脂厚分布を示す図である。
【図７Ａ】従来の複合光学素子の製造方法を示す図である。
【図７Ｂ】従来の複合光学素子の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 複合光学素子
１０ 基材レンズ
１０ａ 光学機能面
１０ｂ 光学機能面
１１ 紫外線硬化型樹脂
１２ 紫外線硬化型樹脂
１４ 紫外線ランプ
１５ 金型
１５ａ 成形面
１７ 樹脂層
１８ エアポケット
２０ 基材レンズ
２４ 紫外線ランプ
２５ 金型
２５ａ 成形面
３４ 紫外線ランプ
１００ 紫外線
２００ 紫外線
３００ 紫外線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子基材とエネルギー硬化型樹脂とが界面で接合されて形成される複合光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスなどの基材レンズにエネルギー硬化型樹脂などの樹脂層を形成して、加工が困難な非球面レンズ（複合光学素子）を成形する製造方法が公知である。
例えば特許文献１には、金型の成形面に必要量のエネルギー硬化型樹脂を吐出し、この吐出した樹脂に基材レンズを近接させて樹脂を拡げ、所望の樹脂厚となった時点で近接を停止して樹脂を硬化させ、金型から離型するという技術が開示されている。
【０００３】
ここで、必要量のエネルギー硬化型樹脂とは、吐出した樹脂に基材レンズを近接させて所望の樹脂厚となった時点で、エネルギー硬化型樹脂の外径が光学有効径以上になるのに必要な樹脂量のことである。
【０００４】
しかし、複合光学素子は一般に非球面レンズである。このため、複合光学素子の樹脂層は均肉ではなく、光軸の中心から周辺に行くに従い肉厚が変化する（以下、「偏肉」という）。この偏肉により、以下のような問題が生じる。
【０００５】
この偏肉は、金型の成形面と基材レンズとの間に樹脂が介在している硬化前の状態においても生じている。この状態で、エネルギーを照射し樹脂を硬化させると、樹脂層の厚い部分と薄い部分の硬化収縮量が異なり、その差が硬化後の樹脂層の内部応力となる。この内部応力が、成形面の転写精度の低下や温度耐久性の低下などを引き起こす。
【０００６】
これを抑えるには、偏肉を小さくしなければならないため、設計の自由度が制限されてしまう。
これを解決すべく、例えば特許文献２及び特許文献３に記載の技術が提案されている。
【０００７】
特許文献２では、基材レンズの樹脂層形成面の形状を、樹脂層の所望形状と同一又は近似の形状とする技術である。
また、特許文献３では、金型に樹脂を吐出し硬化させて第１の樹脂層を形成し、その後、第２の樹脂層を介して第１の樹脂層と基材レンズを複合化する技術である。
【０００８】
具体的には、図７Ａに示すように、金型１１５に形成されたキャビティ１１６に該キャビティ１１６と略同体積の樹脂を充填し、これを硬化させて第１の樹脂層１１１を形成する。次いで、この第１の樹脂層１１１に同材質の樹脂を少量滴下し（第２の樹脂層１１２）、その上に基材レンズ１１０を載置して硬化させていた。
【特許文献１】特開昭６３−９５９１２号公報
【特許文献２】特開昭６３−１５７１０３号公報
【特許文献３】特開平 ６−２５４８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２では、所望の樹脂形状と近似の形状を有する基材レンズを用いることで、偏肉を小さくすることが可能である。しかしながら、光学性能に影響を及ぼす基材レンズと樹脂の界面の形状を自由に選択することができない。このため、設計の自由度が制限されるという課題があった。
【００１０】
また、特許文献３では、金型１１５と接していない側の第１の樹脂層１１１のＡ面は、大気開放されているためほぼ平面となる。従って、第２の樹脂層１１２を均肉にするためには、基材レンズ１１０の第２の樹脂層１１２との接触面をほぼ平面又は曲率半径の大きな曲面にしなければならない。しかし、これでは基材レンズ１１０の設計の自由度が制限されてしまう。
【００１１】
そこで、図７Ｂに示すように、基材レンズ１１０の設計の自由度を大きくすべく、キャビティ１１６と略同体積ではない第１の樹脂層１１１を形成したとする。すると、第１の樹脂層１１１は破線部のようになり、中心樹脂厚は薄くなる。しかし、第２の樹脂層１１２の偏肉が大きくなり、内部応力が大きくなってしまう。
【００１２】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、樹脂層の偏肉を小さくして内部応力の小さいヒケのない複合光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するため、本発明は、
光学素子基材又は金型に第１の樹脂を吐出する第１の吐出工程と、
前記第１の樹脂に硬化エネルギーを照射し硬化させる第１の照射工程と、
硬化した前記第１の樹脂の表面にさらに第２の樹脂を吐出する第２の吐出工程と、
前記光学素子基材又は前記金型を前記第２の樹脂に近接し該第２の樹脂を拡げる引き延ばし工程と、
拡げた前記第２の樹脂に硬化エネルギーを照射し硬化させる第２の照射工程と、を有し、
前記第１の照射工程は、前記第１の樹脂が吐出された前記光学素子基材又は前記金型を所定の周速度で回転させながら又は回転させた後に行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記第１の照射工程後の前記第１の樹脂の中心樹脂厚をｔ１、
前記光学素子基材を除く成形後の前記第１及び第２の樹脂の中心樹脂厚をｔ２、
としたときに
ｔ２＞ｔ１≧ｔ２／２
の関係を有することが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記第１の照射工程は、前記第１の樹脂が吐出された前記光学素子基材又は前記金型を回転させる周速度を変えて行うことが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記第１及び第２の樹脂は紫外線硬化型樹脂からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、樹脂層の偏肉を小さくして内部応力の小さいヒケのない複合光学素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１Ａ〜図１Ｅは、第１の実施形態の複合光学素子１の製造工程を示している。
【００１９】
図１Ａは、光学素子基材としての基材レンズ１０の断面を示している。
この基材レンズ１０は、ガラス（硝材 ＢＳＬ７ （株）オハラ製）で構成されている。この基材レンズ１０は、光学機能面１０ａと光学機能面１０ｂとを有する両凹レンズ形状をなしている。光学機能面１０ａ、１０ｂは凹状の球面又は非球面をなしている。
【００２０】
また、基材レンズ１０は、外径Ｄ１＝２０ｍｍ、光学機能面１０ａの近似曲率半径ρ１＝２５ｍｍ、光学機能面１０ｂの近似曲率半径ρ２＝３８ｍｍ、光学有効径Ｄ２＝１５ｍｍ、中心Ｏを通る中心肉厚ｔ０＝１ｍｍである。
【００２１】
なお、基材レンズ１０は、例えば対向配置された不図示の金型内にガラス素材を配置して加圧成形し、冷却することで得られる。また、圧縮成形以外にも、切削加工や研磨加工等により得ることができる。また、ガラス素材の代わりに透明な合成樹脂を用いて、射出成形により得ることもできる。
【００２２】
本実施形態では、図１Ｂに示すように、基材レンズ１０（光学機能面１０ａ）に、第１の樹脂としての微量の未硬化の紫外線硬化型樹脂１１を吐出する（第１の吐出工程）。なお、基材レンズ１０に紫外線硬化型樹脂１１を吐出するのは、樹脂が流れないように凹面に吐出するためである。従って、後述するように（図５Ａ参照）、基材レンズが凸面の場合は金型に紫外線硬化型樹脂１１を吐出する。
【００２３】
基材レンズ１０への紫外線硬化型樹脂１１の吐出重量Ｗ１はＷ１≒３８ｍｇとした。
次に、図１Ｃに示すように、樹脂が吐出された基材レンズ１０を、その光軸の中心Ｏを回転軸として２回転／ｓｅｃの速度（１２０ｒｐｍ）で回転させる。これにより、未硬化の紫外線硬化型樹脂１１に遠心力が作用し、紫外線硬化型樹脂１１は吐出時の径よりも大きく拡げられる。これと同時に、吐出された紫外線硬化型樹脂１１は、空気との接触面側は凹面に形成される。
【００２４】
そして、基材レンズ１０を回転させながら、基材レンズ１０を通して紫外線ランプ１４により硬化エネルギーとしての紫外線１００を照射する（第１の照射工程）。すなわち、光学機能面１０ａと反対側の光学機能面１０ｂ側から紫外線１００を照射する。なお、光学機能面１０ａ側から紫外線１００を照射してもよい。こうして、吐出された紫外線硬化型樹脂１１を硬化させる。
【００２５】
このときの硬化条件は、紫外線照度ＬがＬ＝２０±２ｍＷ／ｃｍ２の略均一な照度分布をもつ紫外線を８秒間照射した。
照射後の紫外線硬化型樹脂１１は、ほぼ硬化収縮を完了し、中心の樹脂厚ｔ１がｔ１≒０．４ｍｍとなっている。また、固化した状態で空気に触れている面は酸素による硬化阻害で未硬化樹脂が薄膜状に残っている。
【００２６】
すなわち、紫外線硬化型樹脂１１は、基材レンズ１０を回転させながら紫外線１００を照射することで硬化する。この場合、紫外線硬化型樹脂１１の基材レンズ１０と接触していない側の面は、遠心力で凹面となる。
【００２７】
さらに、この紫外線硬化型樹脂１１の硬化収縮は、基材レンズ１０と接触していない側の面は拘束されていないため自由収縮する。こうして、紫外線硬化型樹脂１１は、硬化後の樹脂内部の応力が非常に小さい状態で硬化することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、略均一な照度分布を有する紫外線を照射した場合について説明したが、必ずしも均一な照度分布である必要はない。例えば、紫外線硬化型樹脂１１の厚い部分と薄い部分とを同じような硬化速度にするために、紫外線１００の周辺照度を下げてもよい。また、紫外線照度Ｌも前述した値に限定するものではない。
【００２９】
次に、図１Ｄに示すように、硬化した紫外線硬化型樹脂１１の凹状の表面に、第２の樹脂としての紫外線硬化型樹脂１２を吐出する（第２の吐出工程）。なお、紫外線硬化型樹脂１１が完全に硬化するまで待つ必要はなく、形状が維持できる程度に硬化した時点で第２の吐出を行えばよい。また、紫外線硬化型樹脂１１と紫外線硬化型樹脂１２とは同一の材質を用いている。
【００３０】
このときの紫外線硬化型樹脂１２の吐出量は、最終的に必要な樹脂量（略９８ｍｇ）から第１の吐出工程で塗布した量（略３８ｍｇ）を引いた量である。本実施形態では、重量Ｗ２は、Ｗ２≒６０ｍｇとした。
【００３１】
次に、図１Ｅに示すように、この第２の吐出工程の後、所望の光学面形状を成形面１５ａとして有する金型１５を、光学機能面１０ａ側から基材レンズ１０に近接させる。このときの成形面１５ａの光学面形状は、凸形状で近似曲率半径がρ＝４５ｍｍの非球面形状である。この状態で、金型１５の成形面１５ａの中心と基材レンズ１０の光軸の中心Ｏを一致させつつ、金型１５を光軸方向と略平行に近接させる。
【００３２】
こうして、成形面１５ａを押圧して第２の吐出工程で塗布した紫外線硬化型樹脂１２を拡げて引き延ばす。そして、紫外線硬化型樹脂１１、１２を加えた樹脂層の中心樹脂厚ｔ２が所望の樹脂厚となったところで金型１５の押圧を停止する。本実施形態では、中心樹脂厚ｔ２はｔ２＝０，８ｍｍである。
【００３３】
その後、光学機能面１０ｂ側から基材レンズ１０を通して紫外線ランプ２４により硬化エネルギーとしての紫外線２００を照射する（第２の照射工程）。これにより、紫外線硬化型樹脂１２を硬化させる。
【００３４】
この第２の照射工程では、紫外線照度Ｌ１がＬ１＝が２０±２ｍＷ／ｃｍ２のほぼ均一な照度分布をもつ紫外線を２０秒間照射した。その後、紫外線照度Ｌ２がＬ２＝が１００±５ｍＷ／ｃｍ２のほぼ均一な照度分布をもつ紫外線を９０秒間照射した。
【００３５】
このとき、第２の照射工程で硬化すべき樹脂層（紫外線硬化型樹脂１２）は、第１の照射工程で硬化した樹脂層（紫外線硬化型樹脂１１）があるため、紫外線硬化型樹脂１２の樹脂厚分布は均肉に近くなっている。このため、樹脂厚差（偏肉）による硬化収縮量の差が小さくなり、樹脂の内部応力が小さくなるという利点を有している。
【００３６】
本実施形態では、第１吐出で基材レンズ１０に吐出された紫外線硬化型樹脂１１は、基材レンズ１０を回転させながら、第１照射により、吐出された紫外線硬化型樹脂１１は硬化するが、第１照射により得られた樹脂層の基材レンズ１０と接触していない側の面は、回転しながら硬化したことにより遠心力で凹面となる。更に、この際発生する紫外線硬化型樹脂１１の硬化収縮は、基材レンズ１０との接触面と反対側が拘束されていないため自由収縮し、硬化後の樹脂内部の応力が非常に小さい状態で硬化することができた。
【００３７】
そして、第１吐出で基材レンズ１０に吐出された紫外線硬化型樹脂１１の樹脂量と、基材レンズ１０を回転させる周速度は、第１照射によって硬化された紫外線硬化型樹脂１１の中心部の厚さｔ１が、最終的に複合光学素子として必要な樹脂厚ｔ２の１／２と概ね等しくなるように設定されている。
【００３８】
その後、第２吐出によって必要量の樹脂を吐出し、所望面形状を有する金型１５により、第２吐出で塗布された紫外線硬化型樹脂１２を、所望樹脂厚ｔ２になるまで押し延ばし、第２照射により硬化させた。
【００３９】
第２照射で硬化すべき紫外線硬化型樹脂１２は、第１照射にて硬化した紫外線硬化型樹脂１１があるため、その樹脂厚分布は均肉に近くなっている。このため、樹脂厚差による硬化収縮量の差が小さくなり、紫外線硬化型樹脂１２の内部応力が小さくなる。
【００４０】
さらに、第１の照射工程後の紫外線硬化型樹脂１１の中心樹脂厚をｔ１、基材レンズ１０を除く成形後の紫外線硬化型樹脂１１、１２の中心樹脂厚をｔ２、としたときに
ｔ２＞ｔ１≧ｔ２／２
の関係を有するときに、樹脂の内部応力がより小さくなることがわかった。
【００４１】
さらに、図１Ｆに示すように、第２の照射工程の後、金型１５から基材レンズ１０及び樹脂層１７（紫外線硬化型樹脂１１＋紫外線硬化型樹脂１２）を離型し、複合光学素子１を得た。
【００４２】
なお、本実施形態では、第１の照射工程は、紫外線硬化型樹脂１１が吐出された基材レンズ１０を所定の周速度で回転させながら行う場合について説明したが、これに限らない。例えば、第１の照射工程を、基材レンズ１０を所定の周速度で回転させた後に行ってもよい。すなわち、基材レンズ１０を所定の周速度で回転させた後に停止させ、吐出された紫外線硬化型樹脂１１が凹面に形成されているうちに（形状が元に戻る前に）、第１の照射を行ってもよい。
【００４３】
図２は、成形された複合光学素子１の樹脂厚分布を示している。
本実施形態の複合光学素子１は、中心樹脂厚ｔ２がｔ２＝０．８ｍｍ、有効径部の樹脂厚ｔ３（図２参照）がｔ３≒０．２ｍｍである。このように、所望の複合光学素子１における樹脂厚分布は、偏肉が極めて大きく、急激な樹脂厚変化があることがわかる。
【００４４】
これを、例えば従来の製造方法で成形したとすると、中心樹脂厚（０．８ｍｍ）と周辺樹脂厚（０．２ｍｍ）との差が大きいため、硬化中に樹脂層１７が金型１５から剥離するいわゆるヒケが中心付近に発生してしまう。
【００４５】
本実施形態では、基材レンズ１０の光学機能面１０ａに吐出された紫外線硬化型樹脂１１を回転させながら硬化させているため、この硬化した紫外線硬化型樹脂１１が凹面形状となっている。これにより、紫外線硬化型樹脂１２の樹脂層分布は、より均一な厚さとすることができる。
【００４６】
また、本実施形態において、第１の照射工程での回転数は、樹脂の粘度や基材レンズ１０の形状によって適正な回転数が異なる。また、このときの回転数を、紫外線硬化型樹脂１１の硬化後の表面の凹形状が、紫外線硬化型樹脂１２の樹脂厚分布がより均一になるように設定するものであるため、回転数は前述した速度に限定されない。
【００４７】
そして、少なくとも、紫外線硬化型樹脂１１の硬化後の厚さｔ１が、所望の複合光学素子１の樹脂層の厚さｔ２に対し、ｔ２＞ｔ１≧ｔ２／２となるような回転数と、第１の吐出工程で吐出する紫外線硬化型樹脂１１の樹脂量とを選択すればよい。
【００４８】
本実施形態によれば、樹脂層１７（図１Ｆ参照）の偏肉が大きくても、内部応力の非常に小さい樹脂層を得ることができるとともに、金型成形面の転写精度や温度耐久性の良好な複合光学素子１を得ることができる。
［第２の実施の形態］
図３Ａ及び図３Ｂは、第２の実施の形態の複合光学素子の製造方法を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００４９】
本実施形態では、基材レンズ１０を回転させながら紫外線１００による第１照射を行う工程において、基材レンズ１０の回転数を変化させる点が第１の実施の形態と相違している。
【００５０】
具体的には、前述した図１Ｃにおいて、基材レンズ１０をその光軸の中心Ｏを回転軸として２．５回転／ｓｅｃの速度（１５０ｒｐｍ）で３ｓｅｃ間回転させる。その後、紫外線１００の第１照射時に、基材レンズ１０の回転数を２回転／ｓｅｃの速度（１２０ｒｐｍ）に下げる。また、回転数を下げた状態で光学機能面１０ｂ側から基材レンズ１０を通して紫外線１００を照射する。
【００５１】
すなわち、本実施形態では、紫外線１００の第１照射時に基材レンズ１０の回転数を遅くした点に特徴を有する。
図３Ａに示すように、通常、基材レンズ１０に紫外線硬化型樹脂１１を吐出した状態では、その紫外線硬化型樹脂１１の最外周部は基材レンズ１０に対して接触角θ１を有している。
【００５２】
この接触角θ１は、基材レンズ１０と紫外線硬化型樹脂１１とのヌレ性により、紫外線硬化型樹脂１１の最外周部の輪郭に引いた接線と基材レンズ１０との間に生じる角度である。この状態は、基材レンズ１０の回転中における紫外線硬化型樹脂１１の最外周部においても同様である。
【００５３】
すなわち、接触角θ１を有した状態で、紫外線硬化型樹脂１１に紫外線１００を照射（第１照射）して硬化させた後に、さらに紫外線硬化型樹脂１２を第２吐出したとする。すると、基材レンズ１０と紫外線硬化型樹脂１１の最外周部との間にエアポケット１８が生じてしまう。
【００５４】
そして、この接触角θ１を有する紫外線硬化型樹脂１１の最外周部の上から紫外線硬化型樹脂１２が広がる際に、前述したエアポケット１８を気泡として巻き込みやすくなる。
この気泡は、光学素子の外観上も性能上も問題となる。
【００５５】
本実施形態では、紫外線１００の第１照射時に基材レンズ１０の回転数を遅くすることで、吐出された紫外線硬化型樹脂１１の遠心力が低下する。これにより、紫外線硬化型樹脂１１は光軸の中心Ｏ側に移動しようとする。このとき、基材レンズ１０の表面は紫外線硬化型樹脂１１の中心方向への移動によりヌレた状態となる。
【００５６】
このため、図３Ｂに示すように、紫外線硬化型樹脂１１の最外周部の輪郭に引いた接線と基材レンズ１０との接触角θ２は、最初の接触角θ１よりも小さくなる。これにより、紫外線硬化型樹脂１２を吐出（第２の吐出工程）する際に、該紫外線硬化型樹脂１２による気泡の巻き込みをなくすことができる。
【００５７】
これに対し、比較例として、第１吐出の紫外線硬化型樹脂１１の樹脂量を、第１吐出後の該紫外線硬化型樹脂１１の中心厚さが０．７ｍｍとなるように設定した。そして、基材レンズ１０を回転させずに紫外線１００の第１照射を行った。
【００５８】
その後、紫外線硬化型樹脂１２の第２吐出を行い、図１Ｅと同様に、金型１５により樹脂層（紫外線硬化型樹脂１１＋紫外線硬化型樹脂１２）を形成し、さらに紫外線２００の第２照射によって樹脂層を硬化させた後、離型を行って複合光学素子１を得た。
【００５９】
図４は、このときの第２照射時の樹脂厚分布を示す。
これによれば、図２の場合と比較して、紫外線硬化型樹脂１２の偏肉が大きく、樹脂厚の急激な変化が見られる。
【００６０】
比較例の第２照射時には、厚肉部付近に偏肉の影響と思われる樹脂収縮時に発生する金型１５の転写不良（ヒケ）が発生した。また、樹脂厚が急変している部位の金型形状の転写性が著しく悪くなった。
【００６１】
本実施形態では、第１照射時に基材レンズ１０の回転数を変化させた（遅くした）ことで、吐出された紫外線硬化型樹脂１１の遠心力を低下させた。これにより、本実施形態によれば、紫外線硬化型樹脂１２を吐出する際に、該紫外線硬化型樹脂１２による気泡の巻き込みをなくすことができた。
【００６２】
よって、きわめて高品位の複合光学素子を得ることができた。
［第３の実施の形態］
図５Ａ〜図５Ｄは、第３の実施形態の複合光学素子の製造工程を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００６３】
本実施形態では、図５Ａに示すように、所望の光学面形状を成形面２５ａとして有する金型２５に、エネルギー硬化型樹脂としての紫外線硬化型樹脂１１を吐出する（第１の吐出工程）。
【００６４】
この成形面２５ａは、凹形状で近似曲率半径ρ＝１４．５ｍｍ、光学有効径φ＝１０ｍｍ、非球面形状を有している。
本実施形態における第１吐出の紫外線硬化型樹脂１１の吐出重量Ｗ１はＷ１≒２０ｍｇとした。
【００６５】
次に、図５Ｂに示すように、紫外線硬化型樹脂１１が吐出された金型２５を、金型２５の中心Ｏを回転軸として４回転／ｓｅｃ（２４０ｒｐｍ）の速度で３秒間回転させる。その後、回転数を２回転／ｓｅｃ（１２０ｒｐｍ）に下げ、金型２５の成形面２５ａの上方から紫外線１００を照射することで紫外線硬化型樹脂１１を硬化させた（第１の照射工程）。
【００６６】
このときの硬化条件は、紫外線照度ＬがＬ＝２０±２ｍＷ／ｃｍ２の略均一な照度分布を持つ紫外線を１０秒間照射した。照射後の紫外線硬化型樹脂１１は、ほぼ硬化収縮を完了し固化した状態で、中心の樹脂厚ｔ１がｔ１≒０．５ｍｍとなっている。また、空気に触れている面は酸素による硬化阻害で未硬化樹脂が薄膜状に残っている。
【００６７】
本実施形態では、ほぼ均一な照度分布を有する紫外線１００を第１照射で照射しているが、必ずしも照度分布は均一である必要はない。例えば、紫外線硬化型樹脂１１の層の厚い部分と薄い部分を同じような硬化速度にするために、紫外線１００の周辺照度を下げてもよい。また、第１照射で照射した以上の照度分布をもつ紫外線１００を用いてもよい。
【００６８】
次に、図５Ｃに示すように、第１照射後の紫外線硬化型樹脂１１の硬化層に、第１吐出した樹脂と同じ材質の紫外線硬化型樹脂１２を吐出する（第２の吐出工程）。このときの吐出量は、最終的に複合光学素子１として必要な樹脂量（略４３ｍｇ）から第１吐出で塗布した量（略２０ｍｇ）を引いた量で、本実施形態の場合は、重量Ｗ２はＷ２≒２３ｍｇである。
【００６９】
次に、図５Ｄに示すように、第２吐出後、球面研磨した基材レンズ２０を、金型２５の成形面２５ａの中心Ｏと基材レンズ２０の光軸とを一致させつつ、光軸と平行方向に金型２５に近接させる。この基材レンズ２０は、ガラス（硝材 ＢＡＬ４２ （株）オハラ製）で構成されている。この基材レンズ２０は、外径φ＝１４ｍｍ、成形面曲率半径ρ＝３８．５ｍｍ、凹メニスカス形状である。
【００７０】
なお、基材レンズ２０は、前述したように、例えば対向配置された不図示の金型内にガラス素材を配置して加圧成形し、冷却することで得られる。また、圧縮成形以外にも、切削加工や研磨加工等により得ることができる。また、ガラス素材の代わりに透明な合成樹脂を用いて、射出成形により得ることもできる。
【００７１】
こうして、基材レンズ２０を押圧して第２吐出で吐出した紫外線硬化型樹脂１２を拡げていき、所望の樹脂厚となったところで基材レンズ２０の押圧を停止する。
本実施形態では、複合光学素子１の基材レンズ２０を除く中心樹脂厚ｔ２はｔ２＝０．７ｍｍである。
【００７２】
その後、基材レンズ２０の上方から紫外線ランプ３４により紫外線３００を照射することで、紫外線硬化型樹脂１２を硬化させる（第２の照射工程）。
本実施形態では、紫外線照度Ｌ１がＬ１＝２０±２ｍＷ／ｃｍ２の略均一な照度分布を持つ紫外線３００を２０秒間照射した。その後、紫外線照度Ｌ２がＬ２＝１００±５ｍＷ／ｃｍ２の略均一な照度分布を持つ紫外線３００を９０秒間照射した。
【００７３】
次に、図５Ｅに示すように、紫外線３００の第２照射後、金型２５から樹脂層１７（紫外線硬化型樹脂１１＋紫外線硬化型樹脂１２）を離型し、基材レンズ２０及び樹脂層１７からなる複合光学素子１を得た。
【００７４】
本実施形態における複合光学素子１の樹脂厚分布は、図６に示すように、中心樹脂厚ｔ２がｔ２＝０．７ｍｍ、有効径部の樹脂厚ｔ３がｔ３≒０．２５ｍｍである。
これを、従来の製造方法で成形したとすると、中心樹脂厚（０．７ｍｍ）と周辺樹脂厚（０．２５ｍｍ）の差が大きいため、硬化中に樹脂部が金型２５から剥離するいわゆるヒケが中心付近に発生してしまう。
【００７５】
本実施形態によれば、樹脂層１７の偏肉を小さくして内部応力の非常に小さい複合光学素子１を得ることができた。また、金型成形面２５ａの転写精度や温度耐久性の良好な複合光学素子１を得ることができた。
【００７６】
なお、第１〜第３の実施の形態において、基材レンズ２０又は金型２５に紫外線硬化型樹脂１１を吐出してから回転させる場合について説明したがこれに限らない。例えば、基材レンズ２０又は金型２５を回転させながら紫外線硬化型樹脂１１を吐出してもよい。
【００７７】
この場合は、基材レンズ２０又は金型２５と紫外線硬化型樹脂１１との間に気泡が入り込むおそれがあるが、偏肉をなくすという効果は維持できる。
また、第１〜第３の実施の形態においても、基材レンズ２０又は金型２５に吐出される樹脂として紫外線硬化型樹脂１１を用いたが、熱可塑硬化性樹脂などの他のエネルギー硬化性樹脂でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１Ａ】第１の実施の形態における基材レンズの断面を示す図である。
【図１Ｂ】同上の第１の吐出工程を示す図である。
【図１Ｃ】同上の第１の照射工程を示す図である。
【図１Ｄ】同上の第２の吐出工程を示す図である。
【図１Ｅ】同上の引き延ばし工程と第２の照射工程を示す図である。
【図１Ｆ】同上の成形された複合光学素子の外観を示す図である。
【図２】同上の成形された複合光学素子の樹脂厚分布を示す図である。
【図３Ａ】第２の実施の形態の複合光学素子の製造方法を示す図である。
【図３Ｂ】第２の実施の形態の複合光学素子の製造方法を示す図である。
【図４】比較例の複合光学素子の樹脂厚分布を示す図である。
【図５Ａ】第３の実施の形態における第１の吐出工程を示す図である。
【図５Ｂ】同上の第１の照射工程を示す図である。
【図５Ｃ】同上の第２の吐出工程を示す図である。
【図５Ｄ】同上の引き延ばし工程と第２の照射工程を示す図である。
【図５Ｅ】同上の成形された複合光学素子の外観を示す図である。
【図６】同上の成形された複合光学素子の樹脂厚分布を示す図である。
【図７Ａ】従来の複合光学素子の製造方法を示す図である。
【図７Ｂ】従来の複合光学素子の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 複合光学素子
１０ 基材レンズ
１０ａ 光学機能面
１０ｂ 光学機能面
１１ 紫外線硬化型樹脂
１２ 紫外線硬化型樹脂
１４ 紫外線ランプ
１５ 金型
１５ａ 成形面
１７ 樹脂層
１８ エアポケット
２０ 基材レンズ
２４ 紫外線ランプ
２５ 金型
２５ａ 成形面
３４ 紫外線ランプ
１００ 紫外線
２００ 紫外線
３００ 紫外線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子基材又は金型に第１の樹脂を吐出する第１の吐出工程と、
前記第１の樹脂に硬化エネルギーを照射し硬化させる第１の照射工程と、
硬化した前記第１の樹脂の表面にさらに第２の樹脂を吐出する第２の吐出工程と、
前記光学素子基材又は前記金型を前記第２の樹脂に近接し該第２の樹脂を拡げる引き延ばし工程と、
拡げた前記第２の樹脂に硬化エネルギーを照射し硬化させる第２の照射工程と、を有し、
前記第１の照射工程は、前記第１の樹脂が吐出された前記光学素子基材又は前記金型を所定の周速度で回転させながら又は回転させた後に行う
ことを特徴とする複合光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１の照射工程後の前記第１の樹脂の中心樹脂厚をｔ１、
前記光学素子基材を除く成形後の前記第１及び第２の樹脂の中心樹脂厚をｔ２、
としたときに
ｔ２＞ｔ１≧ｔ２／２
の関係を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の照射工程は、前記第１の樹脂が吐出された前記光学素子基材又は前記金型を回転させる周速度を変えて行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の樹脂は紫外線硬化型樹脂からなる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項１】
光学素子基材又は金型に第１の樹脂を吐出する第１の吐出工程と、
前記第１の樹脂に硬化エネルギーを照射し硬化させる第１の照射工程と、
硬化した前記第１の樹脂の表面にさらに第２の樹脂を吐出する第２の吐出工程と、
前記光学素子基材又は前記金型を前記第２の樹脂に近接し該第２の樹脂を拡げる引き延ばし工程と、
拡げた前記第２の樹脂に硬化エネルギーを照射し硬化させる第２の照射工程と、を有し、
前記第１の照射工程は、前記第１の樹脂が吐出された前記光学素子基材又は前記金型を所定の周速度で回転させながら又は回転させた後に行う
ことを特徴とする複合光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１の照射工程後の前記第１の樹脂の中心樹脂厚をｔ１、
前記光学素子基材を除く成形後の前記第１及び第２の樹脂の中心樹脂厚をｔ２、
としたときに
ｔ２＞ｔ１≧ｔ２／２
の関係を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の照射工程は、前記第１の樹脂が吐出された前記光学素子基材又は前記金型を回転させる周速度を変えて行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の樹脂は紫外線硬化型樹脂からなる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合光学素子の製造方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図２】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図２】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【公開番号】特開２００９−２４８４８３（Ｐ２００９−２４８４８３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１００５２８（Ｐ２００８−１００５２８）
【出願日】平成２０年４月８日（２００８．４．８）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月８日（２００８．４．８）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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