JP2006251543A - フレーム一体型光学部品、及びフレーム一体型光学部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学素子が、フレームに対して正確に位置決めされているフレーム一体型光学部品を提供する。
【解決手段】 本発明に係るフレーム一体型光学部品１は、あらかじめ製造したフレーム１０を成形型３のキャビティＣ内に配置した状態で樹脂材料２３を供給することにより、表面に可視光線の波長以下の微細凹凸部２１ａを形成した光学素子２０を、前記フレームと一体的に成形した構成としてある。好ましくは、フレーム１０の耐熱温度を光学素子２０の成形温度よりも高くし、又は、光学素子２０を形成する樹脂材料２３を紫外線硬化型樹脂とした構成とする。
【選択図】 図３Ｂ

Description

本発明は、光学素子と、光学素子を保持するフレームとを有するフレーム一体型光学部品、及びフレーム一体型光学部品の製造方法に関する。

従来から、光学部材の表面に、微細凹凸部を形成することが知られている。この微細凹凸部は、Ｓｕｂ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ＳＷＳ）と呼ばれ、レンズ等の光学部材の表面における反射光を減少させる効果がある。

例えば、引用文献１では、光学部材の表面に、入射光の波長以下の周期を有する微細凹凸部を形成することが開示されている。この微細凹凸部により、光学部材の表面でのフレネル反射を低減させるとともに、透過率を向上させている、さらに、この微細凹凸部により、複数の光学機能面間で、面反射ゴーストが発生することを防止している。

また、引用文献２では、次のような製造方法が提案されている。まず、目的とする光学部材の反転形状の成形面を、成形型に形成している。次いで、成形面に、エッチング速度傾斜材料からなる層を形成する。そして、傾斜材料層を、マスクを介してエッチングする。このエッチングにより、成形面に多数の微細な凹凸部を略稠密状に形成する。続いて、この成形面上に、光学部材となる原料を供給して成形を行う。さらに、原料を紫外線などで硬化させる。
特開２００３−３２２７１１号公報 特開２００３−４３２０３号公報

一般に、レンズ等の光学部材は、フレーム等の部品に組み込まれた状態になっている。そして、最終的には、この状態で光学機器等に組み込まれる。しかし、光学部材の表面に微細凹凸部を形成した状態（この状態のものを、以下、単に光学素子という）は、微細凹凸部に直接触れることができなくなる。このため、吸着や押圧といった手段により、光学素子をフレームに組み込むことができない。このようなことから、組み込み工程において、光学素子の取り扱いが困難であるという問題があった。

また、フレームに対して光学部材を位置決めするときには、光学部材からの反射光を利用する調整装置を使用する。しかしながら、微細凹凸部は、広い波長帯域において反射防止効果を発揮する。よって、光学素子の場合は、上記の調整装置を使用することができない。そのため、光学素子の正確な位置決めが困難であるという問題もあった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、光学素子が、フレームに対して正確に位置決めされているフレーム一体型光学部品、及び、光学素子を、フレームに対して正確に位置決めすることが可能なフレーム一体型光学部品の製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のフレーム一体型光学部品は、表面に微細凹凸部を形成した光学部材と、フレームとを有し、前記微細凹凸部の凹凸間隔が可視光線の波長以下であって、前記光学部材とフレームとを一体的に成形した構成としてある。

好ましくは、前記光学部材が、前記微細凹凸部を形成した光学機能部と、該光学機能部の外周に設けた外周側面部とを備え、該光学部材の外周側面部が、前記フレームと接触する構成、又は、前記フレームが、内周面に凹部を有し、前記光学部材の外周側面部が、前記凹部に接触する構成、若しくは、前記光学部材の微細凹凸部を、前記外周側面部まで形成した構成とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る第１のフレーム一体型光学部品の製造方法は、あらかじめ製造したフレームを成形型内に配置した状態で樹脂材料を供給することにより、表面に凹凸の間隔が可視光線の波長以下の微細凹凸部を形成した光学素子を、前記フレームと一体的に成形するようにしてある。

上記目的を達成するために、本発明に係る第２のフレーム一体型光学部品の製造方法は、あらかじめ製造したフレームと、光学素子であるガラス基材との組立体を成形型内に配置した状態で樹脂材料を供給することにより、前記ガラス基材の表面に凹凸の間隔が可視光線の波長以下の微細凹凸部を形成するようにしてある。

好ましくは、前記光学素子又は微細凹凸部の成形温度を、前記フレームの耐熱温度よりも低くし、又は、前記光学素子又は微細凹凸部を形成する樹脂材料を紫外線硬化型樹脂とするようにする。

本発明に係るフレーム一体型光学部品、及び第１のフレーム一体型光学部品の製造方法によれば、あらかじめ製造したフレームに、微細凹凸部を有する光学素子を一体的に成形しているので、光学素子のフレームへの組み込み作業が不要となる。また、光学素子をフレームの所定位置に一体的に成形しているので、成形と同時に光学素子をフレームに正確に位置決めすることができる。

また、第２のフレーム一体型光学部品の製造方法によれば、表面に微細凹凸部を形成する前の段階で、ガラス基材をフレームに容易に組み込むことができるとともに、ガラス基材をフレームに対して正確に位置決めすることができる。

以下、本発明の実施形態に係るフレーム一体型光学部品、及びフレーム一体型光学部品の製造方法について、図面を参照しつつ説明する。まず、本発明の第１実施形態に係るフレーム一体型光学部品、及びフレーム一体型光学部品の製造方法について、図１、図２、図３Ａ〜Ｃを参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るフレーム一体型光学部品を示す部分断面図である。図２は、上記フレーム一体型光学部品を構成する光学素子を示す側面図である。

図１において、１は本実施形態に係るフレーム一体型光学部品（以下、単に光学部品とという）であり、光学素子（凸メニスカスレンズ）２０を、短筒状のフレーム１０で保持した構成としてある。フレーム１０の内周面には、環状の係合凹部１１が形成してある。係合凹部１１は、光学素子２０の環状の係合凸部２２を保持している。この係合凸部２２は、光学素子２０の外周側面に設けてある。なお、この外周側面は、光学素子２０の光学機能部２１以外の部位である。

フレーム１０には、１つの貫通孔１２が穿設してある。この貫通孔１２は、フレーム１０の内周面から外周面に連通している。貫通孔１２には、光学素子２０を形成する樹脂材料２３（図３Ｂ参照）の余剰分（余剰樹脂材料）２３ａが充填されている。

光学素子２０には、光学部材として、凸メニスカスレンズを用いている。そして、図２に示すように、光学素子２０は、光学機能部２１の表面に、微細凹凸部２１ａを有している。微細凹凸部２１ａは、多数の微細な凹凸部からなっている（図２中の部分拡大図参照）。この凹凸部は、反射防止の対象となる波長以下の凹凸間隔で形成してある。本実施形態では、凹凸部の凹凸間隔を、可視光線の領域以下の２０〜４００ｎｍとしてある。これにより、微細凹凸部２１ａは、可視光線を確実に透過しつつ、可視光以外の波長の光に対しては、顕著な反射防止効果を奏する。また、凹凸部は、例えば、円錐，四角錐，三角錐等の錐体形状と規則的に配置したもの、若しくは、前記形状をランダムに配置したものとすることができる。なお、反射防止効果が得られるならば、これら以外の形状、例えば、釣り鐘状等の形状を含んだものとすることもできる。

ここで、光学素子２０は、フレーム１０を成形型３（図３Ａ参照）内に配置した状態で樹脂材料２３を供給することにより、フレーム１０と一体的に成形される。したがって、フレーム１０の耐熱温度が、光学素子２０の成形温度よりも低い場合は、フレーム１０が劣化してしまう。そこで、フレーム１０の耐熱温度を、光学素子２０の成形温度よりも高くする必要がある。なお、フレーム１０は、あらかじめ製造されているものとする。

例えば、本実施形態では、光学素子２０を形成する樹脂材料２３を、紫外線硬化型樹脂としている。よって、常温で、光学素子２０の成形を可能としている。この場合、フレーム１０を合成樹脂製又は金属製のいずれとしてもよい。また、光学素子２０を、加熱溶融させたプラスチック等の樹脂材料により射出成形してもよい。この場合、フレーム１０を金属製とする。また、光学素子２０を、加熱軟化させたガラス素材によりプレス成形するようにしてもよい。この場合も、フレーム１０を金属製とする。これにより、光学素子２０の成形時におけるフレーム１０の劣化を確実に防止することができる。

次に、図１に示す光学部品１の製造方法について、図３Ａ〜Ｃを参照しつつ説明する。図３Ａ〜Ｃは本発明の第１実施形態に係る光学部品の製造方法の各工程を示すものであり、同図Ａは成形型の組立状態を示す断面図、同図Ｂは光学部品の成形工程を示す断面図、同図Ｃは光学部品の離型工程を示す断面図である。

図３Ａにおいて、成形型３は、光学部品１（図１参照）を成形するためのものであり、可動型３０と固定型４０とからなっている。可動型３０は、凸面状の成形面３０ａを有している。この可動型３０は、図示しない油圧シリンダ等の駆動源と接続してあり、固定型４０と接離可能としてある。

一方、固定型４０は、紫外線の透過が可能なガラス型４２を、金属製の型板４１の中心に嵌合する構成となっている。これとともに、固定型４０は、型板４１と接するように、短円筒状の胴型４３を取り付けた構成としてある。ガラス型４２は、凹面状の成形面４２ａを有している。また、胴型４３には、後述する樹脂材料２３（図３Ｂ参照）の注入口４３ａが穿設してある。なお、本実施形態では、樹脂材料２３として紫外線硬化型樹脂を用いている。

光学部品１を製造する場合は、まず、固定型４０を組み立てて、ガラス型４２と胴型４３との間にフレーム１０を取り付ける。このとき、注入口４３ａが最上部に位置するように、胴型４３を組み付ける。これとともに、胴型４３の注入口４３ａと、フレーム１０の貫通孔１２とを一致させる。

そして、可動型３０と固定型４０とを突き合わせて、キャビティＣを形成する。本実施形態では、キャビティＣは、可動型３０の成形面３０ａと、固定型４０（ガラス型４２）の成形面４２ａと、フレーム１０の係合凹部１１とにより形成されている。

次いで、胴型４３の最上部の注入口４３ａに、図示しないシリンジのノズルを挿入する。そして、シリンジ内の樹脂材料２３を、キャビティＣ内の最下部から最上部へと注入する。すると、図３Ｂに示すように、キャビティＣ内に樹脂材料２３が充填される。ここで、キャビティＣ内の最上部には、フレーム１０の係合凹部１１が位置している。さらに、係合凹部１１には、貫通孔１２が設けてある。よって、充填が進行すると、フレーム１０の係合凹部１１に、樹脂材料２３が充填される。そして、フレーム１０の係合凹部１１から余剰樹脂材料２３ａが溢れ出る。この溢れた余剰樹脂材料２３ａは、係合凹部１１と連通する貫通孔１２内に充填される。

次いで、図３Ｂ中の矢印に示すように、ガラス型４２の背面側からキャビティＣ内の樹脂材料２３に紫外線を照射し、樹脂材料２３を硬化させて光学素子２０をフレーム１０と一体に成形する。その後、図３Ｃに示すように、可動型３０を駆動源により後退させる。そして、光学部品１を、可動型３０及び固定型４０の成形面３０ａ，４２ａから離型する。

このような本実施形態の光学部品の製造方法によれば、あらかじめ製造したフレーム１０に、微細凹凸部２１ａを有する光学素子２０を一体的に成形しているので、光学素子２０のフレーム１０への組み込み作業が不要となる。また、光学素子２０の係合凸部２２を、フレーム１０の係合凹部１１内に一体的に成形することにより、成形と同時に光学素子２０が、フレーム１０内の所定位置に正確に位置決めされる。

次に、本発明の第２実施形態に係る光学部品、及び光学部品の製造方法について、図４、図５Ａ及びＢを参照しつつ説明する。図４は本発明の第２実施形態に係る光学部品を示す部分断面図である。また、図５Ａ及びＢは本発明の第２実施形態に係る光学部品の製造方法の各工程を示すものであり、同図Ａは成形型の組立状態を示す断面図、同図Ｂは光学部品の成形工程を示す断面図である。なお、上述した第１実施形態と同一の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図４において、本実施形態の光学部品２は、あらかじめ製造したフレーム５０と、凹メニスカスレンズであるガラス基材６１とを用いる。すなわち、事前に、フレーム５０とガラス基材６１を組み立てておく。そして、この組立体を、後述する成形型３（図５Ｂ参照）内に配置した状態で、樹脂材料２３（図５Ａ参照）を供給する。これにより、ガラス基材６１の表面に、微細凹凸部６２ａを有する樹脂層６２を事後的に形成している。なお、実施形態では、ガラス基材６１と樹脂層６２とで、光学素子６０を形成していることになる。

フレーム５０の内周面には、環状かつ段差状の第１及び第２係合凹部５１，５２が形成してある。第１係合凹部５１には、第１係合凸部６１ａが係合している。この第１係合凸部６１ａは、ガラス基材６１の外周側面に設けてある。また、第２係合凹部５２には、第２係合凸部６２ｂが充填されている。この第２係合凸部６２ｂは、樹脂層６２を形成する樹脂材料２３からなる。

次に、図４に示す光学部品２の製造方法について図５Ａ及びＢを参照しつつ説明する。図５Ａに示すように、まず、あらかじめ製造したフレーム５０にガラス基材６１を組み込んで組立体を形成する。このとき、ガラス基材６１の表面には、未だ微細凹凸部６２ａが形成されてない。よって、ガラス基材６１を、吸着や押圧といった手段により、容易にフレーム５０に組み込むことができる。また、ガラス基材６１をフレーム５０に組み込むことにより、同時にガラス基材６１がフレーム５０の所定位置に位置決めされる。

次いで、成形型３の可動型３０（図５Ｂ参照）と固定型４０とを、型開きした状態にする。そして、フレーム５０とガラス基材６１との組立体を、固定型４０にセットする。その後、ガラス基材６１の表面に、樹脂材料２３を供給する。樹脂材料２３には、上記実施形態と同様に、紫外線硬化型樹脂を用いている。
次いで、図５Ｂに示すように、図示しない駆動源を駆動させて、樹脂材料２３の厚さが所定量となる位置まで可動型３０を下降させる。すると、樹脂材料２３が押し広げられ、ガラス基材６１の表面に、微細凹凸部６２ａを有する樹脂層６２が形成される。これと同時に、樹脂材料２３がフレーム５０の第２係合凹部５２内に充填され、第２係合凸部６２ｂが形成される。

その後、ガラス型４２の背面側からキャビティＣ内の樹脂材料２３に紫外線を照射し、樹脂材料２３を硬化させる。最後に、可動型３０を駆動源により上昇させ、光学部品２を可動型３０及び固定型４０から離型する。

このような本実施形態の光学部品、及び光学部品の製造方法によれば、表面に微細凹凸部６２ａを形成する前の段階で、光学素子６０を構成するガラス基材６１をフレーム５０に容易に組み込むことができるとともに、ガラス基材６１をフレーム５０に対して正確に位置決めすることができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る光学部品、及び光学部品の製造方法について、図６、図７Ａ及びＢを参照しつつ説明する。図６は本発明の第３実施形態に係る光学部品を示す部分断面図である。また、図７Ａ及びＢは本発明の第３実施形態に係る一体型光学部品の製造方法の各工程を示すものであり、同図Ａは成形型の組立状態を示す断面図、同図Ｂは光学部品の成形工程を示す断面図である。なお、上述した第１実施形態と同一の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図６において、本実施形態の光学部品４は、上述した第２実施形態と同様、あらかじめ製造したフレーム７０と、凹メニスカスレンズであるガラス基材８１とで、組立体を形成しておく。そして、この組立体を、後述する成形型３（図７Ｂ参照）内に配置した状態で、樹脂材料２３（図７Ａ参照）を供給する。これにより、ガラス基材８２の表面に、微細凹凸部８２ａを有する樹脂層８２を事後的に形成してある。なお、ガラス基材８１と樹脂層８２とで、光学素子８０を形成していることになる。

但し、上述した第２実施形態と異なり、本実施形態では、フレーム７０の内周面に環状の係合凹部７１を形成するとともに、ガラス基材８１の外周側面に係合凸部８１ａを設けてある。そして、フレーム７０の係合凹部７１に、ガラス基材８１の係合凸部８１ａを圧入することで、光学素子８０のフレーム７０への固定及び位置決めを行っている。これにより、光学部品４を製造した後に、フレーム７０から光学素子８０を取り外すことが可能となる。

次に、図６に示す光学部品４の製造方法について図７Ａ及びＢを参照しつつ説明する。図７Ａに示すように、まず、あらかじめ製造したフレーム７０にガラス基材８１を組み込んで組立体を形成する。このとき、ガラス基材８１の表面には、未だ微細凹凸部８２ａが形成されてない。よって、ガラス基材８１を吸着や押圧といった手段により、容易にフレーム７０に組み込むことができる。また、ガラス基材８１をフレーム７０に組み込むことにより、同時にガラス基材８１がフレーム７０の所定位置に位置決めされる。

次いで、成形型３の可動型３０（図７Ｂ参照）と固定型４０とを型開きした状態にし、フレーム７０とガラス基材８１との組立体を固定型４０にセットする。その後、ガラス基材８１の表面に樹脂材料２３を供給する。樹脂材料２３は、上記実施形態と同様に紫外線硬化型樹脂を用いている。

次いで、図７Ｂに示すように、図示しない駆動源を駆動させて、樹脂材料２３の厚さが所定量となる位置まで可動型３０を下降させる。すると、樹脂材料２３が押し広げられ、ガラス基材８１の表面に、微細凹凸部８２ａを有する樹脂層８２が形成される。

その後、ガラス型４２の背面側からキャビティＣ内の樹脂材料２３に紫外線を照射し、樹脂材料２３を硬化させる。最後に、可動型３０を駆動源により上昇させ、フレーム一体型光学部品４を可動型３０及び固定型４０から離型する。

このような本実施形態の光学部品、及び光学部品の製造方法によれば、上述した第２実施形態と同様に、表面に微細凹凸部８２ａを形成する前の段階で、光学素子８０を構成するガラス基材８１をフレーム７０に容易に組み込むことができるとともに、ガラス基材８１をフレーム７０に対して正確に位置決めすることができる。

本発明の第１実施形態に係るフレーム一体型光学部品を示す部分断面図である。 上記フレーム一体型光学部品を構成する光学素子を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係るフレーム一体型光学部品の製造方法における成形型の組立状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るフレーム一体型光学部品の製造方法における光学部品の成形工程を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るフレーム一体型光学部品の製造方法におけるフレーム一体型光学部品の離型工程を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るフレーム一体型光学部品を示す部分断面図である。 本発明の第２実施形態に係るフレーム一体型光学部品の製造方法における成形型の組立状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るフレーム一体型光学部品の製造方法における光学部品の成形工程を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るフレーム一体型光学部品を示す部分断面図である。 本発明の第３実施形態に係るフレーム一体型光学部品の製造方法における成形型の組立状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るフレーム一体型光学部品の製造方法における同図Ｂは光学部品の成形工程を示す断面図である。

符号の説明

１，２，４ フレーム一体型光学部品
１０ フレーム
１１ 係合凹部
１２ 貫通孔
２０ 光学素子
２１ 光学機能部
２１ａ 微細凹凸部
２２ 係合凸部
２３ 樹脂材料
２３ａ 余剰樹脂材料
３ 成形型
３０ 可動型
３０ａ 成形面
４０ 固定型
４１ 型板
４２ ガラス型
４２ａ 成形面
４３ 胴型
２ フレーム一体型光学部品
５０ フレーム
５１ 第１係合凹部
５２ 第２係合凹部
６０ 光学素子
６１ ガラス基材
６１ａ 第１係合凸部
６２ 樹脂層
６２ａ 微細凹凸部
６２ｂ 第２係合凸部
４ フレーム一体型光学部品
７０ フレーム
７１ 係合凹部
８０ 光学素子
８１ ガラス基材
８１ａ 係合凸部
８２ 樹脂層
８２ａ 微細凹凸部
Ｃ キャビティ

Claims (8)

1. 表面に微細凹凸部を形成した光学部材と、フレームとを有し、前記微細凹凸部の凹凸間隔が可視光線の波長以下であって、前記光学部材とフレームとを一体的に成形したことを特徴とするフレーム一体型光学部品。
2. 前記光学部材が、前記微細凹凸部を形成した光学機能部と、該光学機能部の外周に設けた外周側面部とを備え、該光学部材の外周側面部が、前記フレームと接触することを特徴とする請求項１に記載のフレーム一体型光学部材。
3. 前記フレームが、内周面に凹部を有し、前記光学部材の外周側面部が、前記凹部に接触することを特徴とする請求項２に記載のフレーム一体型光学部品。
4. 前記光学部材の微細凹凸部を、前記外周側面部まで形成したことを特徴とする請求項２又は３に記載のフレーム一体型光学部品。
5. あらかじめ製造したフレームを成形型内に配置した状態で樹脂材料を供給することにより、表面に凹凸の間隔が可視光線の波長以下の微細凹凸部を形成した光学素子を、前記フレームと一体的に成形することを特徴とするフレーム一体型光学部品の製造方法。
6. あらかじめ製造したフレームと、光学素子であるガラス基材との組立体を成形型内に配置した状態で樹脂材料を供給することにより、前記ガラス基材の表面に凹凸の間隔が可視光線の波長以下の微細凹凸部を形成することを特徴とするフレーム一体型光学部品の製造方法。
7. 前記光学素子又は微細凹凸部の成形温度を、前記フレームの耐熱温度よりも低くしたことを特徴とする請求項５又は６記載のフレーム一体型光学部品の製造方法。
8. 前記光学素子又は微細凹凸部を形成する樹脂材料を紫外線硬化型樹脂としたことを特徴とする請求項５〜７いずれか記載のフレーム一体型光学部品の製造方法。