JPH04362026A - 光学部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学機器等に使用される
レンズ、プリズム等の光学部品およびその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学レンズ等を研磨工程なしの一
発成形により形成する試みが多くなされ、現在、各社で
は量産段階にある。光学部品を構成する光学材料がガラ
ス等、無機材料の成形では、ガラス素材を溶融状態から
型に流しこみ加圧成形する方法が最も能率的であるが、
冷却時の収縮を制御することが難しく、精密なレンズ成
形には適さない。

【０００３】従ってガラス素材を一定の形状に予備加工
して、これを型の間に供給し、加熱、押圧成形するのが
一般的な方法である。（例えば、特開昭５８−８４１３
号広報、６０−２００８３３号広報等）である。

【０００４】第４図は本発明者らが行っていた従来法の
ひとつにより、円板状のガラス素材を成形してレンズを
形成した状態を示す断面図である。５４は成形されたレ
ンズ、５１、５２は一対の成形型、５３は胴型である。 ５５は加熱板、５６はヒ−タ−、５７は加圧機構、５８
は冷却板、５９は基台で構成された成形装置を用いてレ
ンズ成形を行う。レンズ素材を成形型の中に供給しヒ−
タ−５６、により加熱された加熱板５５、を用いて型お
よびレンズ素材をガラスの軟化点近傍の温度まで加熱し
、５１、５２の型により加圧変形する。変形が終了後は
成形されたレンズを徐々に冷却してレンズの取り出せる
温度になると型を開きレンズを取り出し成形を完了する
。

【０００５】上述した方法は、ガラスレンズ成形の例を
示しており、その成形温度は、通常５００〜７００℃の
高温で行われる。ガラスの熱特性は、ガラス転移点を越
えると異常膨脹する領域温度があり、冷却の際には大き
な収縮となって成形品にヒケが生じる。ヒケは、成形品
の表面と内部の温度差を極力、小さくすることで改善さ
れるが、レンズの外径、肉圧が大きな（大容積）レンズ
においては、非常に長い時間をかけて冷却し、上記の温
度差を少なくする方法か、又はガラスの内部から冷却が
行えるような発明がないかぎり、大容積のレンズにおい
ては、高精度なレンズ性能と、量産性の両者を満足する
ものが得られなかった。

【０００６】上記したようにレンズの性能、量産性の両
方の観点から判断すれば、従来のガラス成形においては
、現実的にはレンズ外径として３５ｍｍ、程度、レンズ
肉圧は８ｍｍ程度であることを発明者らが数多くの実験
結果として得た結論である。

【０００７】一方、樹脂成形においては、射出成形法が
主体であり、その成形温度は１４０〜２５０℃とガラス
に較べ比較的低い温度で成形できる。しかし、樹脂の場
合は特に熱による膨脹収縮が、前記したガラスに較べ一
桁大きく、レンズ体積の大きなものでは、精度の高い性
能を満足しながら量産性を高めるのは至難の技である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって、ガラスお
よび樹脂材料を単体として用いたレンズを含む大容積の
光学部品において、いかにして成形品のヒケを少なくし
て性能を高め、安定させ、さらに、量産性を高めること
が従来からの課題である。

【０００９】本発明は上記課題に鑑み、大容積の光学部
品であっても、ヒケの少ない高い形状精度と面精度を有
し、かつ量産性の高い光学部品と、その光学部品を高い
量産性で製造することのできる製造方法を提供するもの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願発明の光学部品は所定の光学定数を有し、固体
状であり無機系材料からなる第１の光学材料と、所定の
光学定数が、前記、第１の光学材料と近似し、かつ、有
機系材料からなる第２の光学材料からなり、前記、二つ
の光学材料が等方的に分散され、かつ、共有させること
を解決の手段とする。

【００１１】また本願発明の光学部品の製造方法は、固
体状からなる無機系の光学材料と、固体状、又は液体状
の有機系からなる光学材料を加熱混練する工程と、前記
、混練された材料を所定の体積に計量する工程と、該、
計量された材料を所定の光学形状面を有する金型内に充
填する工程と、前記、充填された材料を、前記、金型内
で加熱、押圧成形する工程と、前記、押圧成形後、冷却
固化する冷却工程とが具備することで製造し、解決の手
段とする。

【００１２】

【作用】本発明で構成される光学部品は、ガラス等の無
機系の光学材料と、アクリル（ＰＭＭＡ）等の有機系の
光学材料とが共有されたものであり、前者は、光学部品
が成形された後、冷却中にガラス転移点から室温に至る
までに発生する総収縮量を抑えてヒケを少なくし、後者
は、量産性を高めるのに作用する。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を説明する前に、若干、基本
になる概念を説明する。

【００１４】ここで一辺が１０ｍｍの立方体のガラスを
押圧成形し、冷却した場合の総収縮量を計算する。使用
する材料はＢＫ−３で、ガラス転移点５６０℃である。 また熱膨脹係数は６３×１０−７である。ガラス転移点
から室温（２０℃）までの温度差５４０℃に一辺の長さ
１０ｍｍと熱膨張係数を乗じることで総収縮量０．０３
４ｍｍが求められる。

【００１５】一方同形状のアクリル樹脂を同様に成形し
た場合の総収縮量を計算する。転移点は１０５℃、熱膨
張係数が７００×１０−７で求めた結果、総収縮量０．
０６ｍｍである。

【００１６】次に上記した二種類の光学材料を使用し、
同形状にアクリルを成形した温度で押圧成形を行った場
合の計算結果は、０．０１６ｍｍとなる。尚、前記、二
種類の体積比はガラス８０％、アクリル２０％である。

【００１７】上記、三つの計算結果より、ガラス、樹脂
の単体で成形された光学部品よりも二種類の光学材料を
共有させた光学部品のほうが総収縮量として少なく、し
たがってヒケの量も少ない。本発明の基本となるものは
上記の概念によるものである。

【００１８】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例を
示すもので、具体的には大容積の光学部品である。図１
（ａ）は投射形テレビ等の光学系に用いられる球面レン
ズの断面図であり、１１は得られたレンズ、１２は第１
の光学材料であるガラス、１３は第２の光学材料である
アクリル樹脂、１４は上下の光学機能面で構成されてい
る。

【００１９】図１（ｂ）はレ−ザ−ビ−ムプリンタ−等
の走査光学系に用いられるト−リックレンズの斜視図で
あり、２１はレンズ、２２はファイバ−ガラス、２３は
アクリル樹脂、２４は上下の光学機能面で構成された光
学部品である。

【００２０】本実施例では、第１および第２の材料の容
積比率を８０：２０とした。ガラスはＢＫ−３を粉砕し
熱流をかけて、粒径が３０〜６０ミクロンのほぼ球形状
のビ−ズを使用した。一方、アクリル樹脂は４ｍｍ前後
のペレットを使用した。両者を前記した比率で混ぜ、２
６０℃の温度条件下で、樹脂に気泡が巻き込まないよう
に混練と真空脱泡を繰り返し行った。本実施例で粒径の
異なるビ−ズを使用した理由はガラスの密度を均一にす
るためである。ファイバ−を用いた理由は、線径の精度
が高く精密に配列出来るのと、レンズの光軸に対して外
形形状が非対象な場合や、長さ方向に曲がりの大きい場
合には曲げに対して強い事からである。

【００２１】次に、混練された材料を図１（ａ）、（ｂ
）と同容積となるような重量に計量する。計量は通常の
天秤等を用い材料温度の高い状態で押圧成形金型の中に
充填する。

【００２２】図２は上記、金型内に充填された材料を図
１（ａ）のレンズを押圧成形前の状態図を示し、基本的
には第４図の従来例で説明した構成と同様である。３１
は成形されるレンズ素材、３２、３３は光学機能面を形
成させる上下型、３４はレンズの外径を規制する胴型で
ある。従来例と本実施例とで大きく異なる点は成形温度
であり、本実施例では樹脂の軟化温度の１５０℃付近の
温度条件で成形が行える。又、押圧力は２００Ｋｇ／Ｃ
ｍ２で変形を完了させ、押圧を継続しながら８０℃まで
冷却した時点で押圧力を開放し、その後室温まで冷却し
金型内よりレンズを取り出して成形を完了する。完成し
たレンズをフィゾ−式の干渉計で測定したところ充分、
光学機能を満足するものであった。

【００２３】尚、本実施例では温度の高いまま計量して
金型内に充填したが、計量の際に仮の型内に充填しその
まま冷却固化したものをレンズ素材としてもよく、また
押圧成形の他に射出成形法でもよい。

【００２４】図３には本発明による更に他の実施例を示
し、第１の光学材料はガラスを用い、第２の光学材料に
は液体状の樹脂（例えば光硬化性樹脂等）を用いた例で
ある。４１はレンズ、４２、４３は光が透過可能な（例
えばガラス）上下型、４４は同型、４５は押圧フランジ
、４６は可動軸、４７は基台、４８、４９は上下の紫外
線照射ランプである。

【００２５】混練工程、計量工程、充填工程、は図１の
光学部品の実施例の場合と同様であるのでここでは詳し
い説明を省略するが、只、本実施例の場合には、上記三
つの工程中において紫外線を遮断する工夫を必要とする
。成形工程は可動軸４６に連結されたエア−シリンダ−
等の駆動源（図示せず）により押圧フランジ４５を上型
４２に当接させレンズ材料が変形し胴型４４に当接する
まで押圧する。胴型４４は上下型の平行を維持できる。 押圧を継続しながら上下の紫外線照射ランプ４８、４９
で紫外線を照射しレンズ材料を硬化させた後、押圧力を
開放し金型内よりレンズ４１を取り出して成形を完了す
る。取り出したレンズを図１の実施例の場合と同様に測
定したところ若干精度は劣るものの実用可能な精度であ
った。

【００２６】尚、上記各実施例で用いたガラスおよび樹
脂の光学定数（屈折率）は、ほぼ近似したものを使用し
たが、光の散乱、屈折等の問題を考えれば同一とした方
が良いことはゆうまでもない。また両材料の混合比率は
成形後のヒケの状態、混錬性成形性等から決定されるも
ので、本実施例に限るものではない

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明の効果は、形成され
る光学部品の大半が成形における収縮に対して抑止効果
を持つ熱膨張係数の小さいガラスを用い、熱膨張係数の
大きな樹脂の量を少なくすることで、全体の収縮量を抑
えたヒケの少ない光学部品を提供する。又、本発明はガ
ラスの特性を維持しつつ、ガラスよりも軟化点の低い樹
脂を用いることによって、充分に成形温度を低くするこ
とが可能となり、ガラスの転移点以下で成形が可能で効
率と量産性を高めた効果を有する製造方法を提供する。

【００２８】さらに従来法で用いていた成形金型でも成
形が可能であるため、成形温度が低下できたぶんだけ金
型寿命を延ばす効果を有する製造方法を提供するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の光学部品の一実施例を示す
断面図（ｂ）は、本発明の光学部品の他の実施例を示す
断面図

【図２】図１（ａ）の実施例光学部品の製造工程の説明
図

【図３】本発明の光学部品の他の実施例の製造工程の説
明図

【図４】従来の光学部品とその製造工程の説明図

【符号の説明】

１１、２１、３１、４１　　レンズ １２、２２　　ガラス １３、２３　　樹脂 ３２、４２　　上型 ３３、４３　　下型 ３４、４４　　胴型 ４５　　押圧フランジ ４６　　可動軸 ４８、４９　　紫外線照射ランプ ４７　　基台

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　所定の光学定数を有し、固体状であり
   無機系材料からなる第１の光学材料と、所定の光学定数
   が前記第１の光学材料と近似し、かつ、有機系材料から
   なる第２の光学材料からなり、前記二つの光学材料が等
   方的に分散され、かつ、共有されたことを特徴とする光
   学部品。
2. 【請求項２】　　第１の光学材料の形状が、球形状の粒
   状若しくは針状であることを特徴とする請求項１記載の
   光学部品。
3. 【請求項３】　　第２の光学材料の軟化点が、第１の光
   学材料の転移温度より低いことを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の光学部品。
4. 【請求項４】　　固体状からなる無機系および有機系の
   光学材料を加熱混練する工程と、前記混練された材料を
   所定の体積に計量する工程と、計量された前記材料を所
   定の光学形状面を有する金型内に充填する工程と、前記
   充填された材料を加熱および押圧成形する工程と、前記
   押圧後冷却固化する冷却工程とからなり、前記各工程は
   、前記記載の順に実施される光学部品の製造方法。
5. 【請求項５】　　加熱、押圧温度が有機系材料の軟化点
   以上で無機系材料の軟化点以下であることを特徴とする
   請求項４記載の光学部品の製造方法。
6. 【請求項６】　　固体状からなる無機系の光学材料と、
   液体状からなり、紫外線硬化形の有機系光学材料を混練
   する工程と、前記混練された光学材料を所定の体積に計
   量する工程と、該、計量された材料を所定の光学面形状
   で、かつ、光透過性を有する金型内に充填する工程と、
   前記、金型外部より紫外線を照射し固化する工程とから
   なり、前記各工程は、前記記載の順に実施されるる光学
   部品の製造方法。