JPH0772310A

JPH0772310A - 非球面光学素子の製造方法

Info

Publication number: JPH0772310A
Application number: JP5221005A
Authority: JP
Inventors: Akira Kondo; 明近藤; Shigeo Tokuchi; 滋生徳地
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1993-09-06
Publication date: 1995-03-17
Anticipated expiration: 2018-05-26
Also published as: JP3409383B2

Abstract

(57)【要約】【目的】精度を低下させずに非球面光学素子を製造し
良品率を向上させる。【構成】所望の非球面とは反転した非球面を有する金
型３と素子基材１との間に樹脂液２ａを挟み、該樹脂液
を所望の領域の外側まで広げてから硬化させて非球面樹
脂成形層２を形成し、該非球面樹脂成形層を金型との界
面から剥離させることで、「有効径付近の樹脂厚が外周
部に向かうにつれて薄くなるように形成された非球面樹
脂成形層と素子基材からなる非球面光学素子」を得る非
球面光学素子の製造方法において、金型または素子基材
の少なくとも一方に対し、光学素子の有効径より外側と
なる外周部に切り欠け３ａを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非球面樹脂成形層と素
子基材とからなる非球面光学素子を製造する方法に関す
る。ここで「非球面光学素子」とは、例えば、非球面レ
ンズや「非球面の反射面を持つ反射鏡のブランク」を指
す。このブランクにアルミニウムや銀や多層光学薄膜か
らなる反射層を形成すると反射鏡となる。本発明により
製造される素子の一例は、従来、樹脂接合型レンズと呼
ばれたものである。

【０００２】

【従来の技術】カメラ、顕微鏡などの光学製品に使用さ
れるレンズは、主としてガラス製レンズが用いられてい
る。ガラス製レンズは、溶融状態のガラスからプレス成
形されたガラスブロック（レンズブランクと呼ばれる）
に機械加工を行うことにより所望の曲率を有するレンズ
を製造している。ガラスに代えて樹脂を用い、プレス成
形、射出成形、注型などの方法で樹脂レンズを製造する
方法も実用化されている。この方法は、一度鋳型を製作
しておけば、それを用いて大量のレンズを量産できるこ
とから、製造コストが安いという特徴がある。しかし、
樹脂レンズは、温度や湿度の変化により光学性能が大き
く変動するという致命的欠点があり、精密なレンズには
使用されていない。

【０００３】ところで、レンズには、非球面レンズがあ
り、表面形状が非球面である。この非球面は一般には光
軸を中心にして回転対称である。非球面レンズは、球面
レンズでは得られない優れた性能を有することから重用
されている。しかし、非球面レンズを球面レンズと同様
の工程（研削→研磨）で製造すると、非常に手間と時間
がかかる。そのため、製造コストが、球面レンズよりも
相当に高くなるという欠点がある。

【０００４】この欠点を解決するため、図７、図８に示
すような樹脂接合型非球面レンズが開発された。これ
は、非球面を有する薄い（例えば、５〜100 μm ）樹脂
成形層２と主体となるガラス製レンズ（素子基材）１と
からなる。素子基材１は、球面（図７：特開昭60-56544
号参照）または粗い非球面（図８：特開昭63-157103 号
参照）を有する。両者はいずれも安価な製造コストで入
手できる。このような樹脂接合型非球面レンズは、例え
ば、次の（ａ）〜（ｂ）の工程からなる製法により製造
される。図９を参照されたい。（ａ）所望の非球面とは反転した非球面を有する金型３
を水平に置く工程（ｂ）金型３の中央部に所定量の放射線硬化型樹脂液２
ａを垂らす工程（ｃ）球面または粗い非球面を有するガラスレンズ１を
金型３の上に載せる工程（ｄ）ガラスレンズ１と金型３との間隔を所定値まで接
近させる（このとき、樹脂液は目的とするレンズの有効
径より外まで広がっている）工程（ｅ）ガラスレンズ１と金型３との間に挟まれた樹脂液
２ａに放射線４を照射することにより硬化させる工程（ｆ）硬化して得られた樹脂成形層２を金型３との界面
から剥離する工程

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のような非球面光
学素子では、該光学素子の有効径付近において、樹脂成
形層の厚さが外周部に向かうにつれて厚くなる場合（図
３参照）と、薄くなる場合（図４参照）とがある。とこ
ろで、従来の製法では、樹脂液に放射線を照射して硬化
させる際、硬化途中に樹脂層が金型や基材（ガラスレン
ズ）から剥離したり、樹脂成形層の外周部に泡（気泡）
が巻き込まれたりしていた。そのため、樹脂成形層２の
表面（非球面）の形状精度が低くなる例が多かった。特
に、図４に示すように樹脂成形層が有効径の外周部に向
かうにつれて薄くなるような形状の場合、このような現
象が生じ易かった。樹脂成形層表面の形状精度が低い製
品は不良品となるため、従来の製法は良品率が低いとい
う問題があった。本発明の目的は、形状精度が低くなる
例を減少させることにより良品率を向上させることにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的のために、本発
明では、所望の非球面とは反転した非球面を有する金型
と素子基材との間に樹脂液を挟み、該樹脂液を所望の領
域の外側まで広げてから硬化させて非球面樹脂成形層を
形成し、該非球面樹脂成形層を前記金型との界面から剥
離させることで、「有効径付近の樹脂厚が外周部に向か
うにつれて薄くなるように形成された非球面樹脂成形層
と素子基材からなる非球面光学素子」を得る非球面光学
素子の製造方法において、前記金型または素子基材の少
なくとも一方に対し、前記光学素子の有効径より外側と
なる外周部に切り欠けを設けた。

【０００７】

【作用】本発明者らの鋭意研究の結果、金型または素子
基材の外周部に切り欠けを設けると、樹脂液の硬化が進
行する間に発生する該液の硬化収縮分が切り欠け部分に
蓄えられた樹脂液で補われるため、硬化途中に樹脂成形
層（液）が金型や素子基材から剥離したり樹脂成形層の
外周部に泡（気泡）が巻き込まれたりしないことが分か
った。本発明では、切り欠けを設ける位置を、所望の非
球面光学素子の有効径よりも外側となる金型または素子
基材の外周部に設定することで、得られた光学素子の性
能に影響を与えないようにしている。なお、切り欠けは
金型、素子基材の少なくとも一方に設ければよいが、素
子基材に設けた場合は非球面光学素子の個々の素子基材
に同様の処理を施す必要が生じて手数がかかるため金型
に設ける方が好ましい。

【０００８】樹脂液を硬化させる際は、先ず、前記切り
欠け部分を遮光する遮光部材を介して前記樹脂液に放射
線を照射し、その後、前記遮光部材により遮光されてい
た部分を含めて前記樹脂液に放射線を照射するとよい。
この場合、始めの照射の際は切り欠け部に溜まった樹脂
液が未硬化の状態になっているため、樹脂が移動し易く
樹脂液の硬化収縮分の補充効果がより顕著になる。

【０００９】本発明において主体となる素子基材は、ガ
ラス製であることが好ましいが、場合により樹脂製とし
てもよい。形状は、目的とする光学素子に応じて設定す
ればよく、凸レンズ形状や凹レンズ形状や平板や直方体
でもよい。一般的には、基材はガラス製の球面レンズで
ある。しかし、接合面が粗い非球面を有するガラス製レ
ンズでも構わない。粗い非球面とは、所望の加工精度ま
たは面精度（例えば６μm 以下または３μm 以下）より
も荒い加工精度を有し、かつ、所望の非球面と同一また
は近似の非球面を有するものを言う。このようなガラス
製レンズは、所望の加工精度よりも粗くてよいことか
ら、非球面レンズとはいうものの、さほど製造コストは
高くならない。このような非球面レンズの製造方法は、
既に公知であり、また市販の研削機械により容易に製造
可能である。

【００１０】樹脂（層）との接着力を向上させるため
に、ガラス製素子基材は予めシランカップリング処理し
ておくことが好ましい。樹脂成形層の厚さは、一般には
中心で１〜 500μm 好ましくは５〜 100μm である。目
的とする素子が粗い加工精度の非球面に成形されている
場合以外は、必ずしも樹脂成形層と素子基材との屈折率
が一致している必要はない。

【００１１】この樹脂成形層は、樹脂液を硬化させるこ
とにより形成される。使用される樹脂（液）としては、
熱可塑性樹脂、放射線硬化型樹脂（熱硬化性樹脂）、モ
ノマー等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリメ
チルメタクリレート（アクリル樹脂）、熱可塑性ボリエ
ステル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネ
ート等が使用できる。この場合、加熱して溶融した樹脂
液を素子基材と金型との間に挟み込んで所望の領域の外
側まで広げた後、冷却して硬化させることで樹脂成形層
を得る。

【００１２】放射線硬化型樹脂としては、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル、ポリウレタン、紫外線硬化型
樹脂、変成アクリル樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられ
る。これらは、液状のまま素子基材と金型との間に挟み
込んで所望の領域の外側まで広げた後、放射線を照射し
て硬化させることで樹脂成形層を得る。放射線として
は、例えば、紫外線、電子線、γ線、α線などが使用さ
れる。また、単に加熱するだけで硬化する場合は、金
型、素子基材ごと温水に入れる等して硬化させてもよ
い。

【００１３】モノマーとしては、メチルメタクリレー
ト、エチレンメタクリレート、メチルアクリレート、エ
チルアクリレート、ブチルアクリレート等のアクリレー
トおよびアクリル酸、スチレン、ブタジエン、ジビニル
ベンゼン等のエチレン系不飽和モノマー等が挙げられ
る。以下、図面を引用して本発明の実施例を説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。

【００１４】

【実施例】図２は、本実施例により製造された非球面レ
ンズ（非球面光学素子）の垂直断面図である。このレン
ズは、素子基材であるガラスレンズ１とその表面に形成
された非球面樹脂成形層２とで構成されている。ガラス
レンズ１は、球面を有する凹レンズであり、直径27mm、
凹面Ｒ₁の曲率半径11.170mm、凸面Ｒ₂の曲率半径25.8
0 mm、中心厚1.5 mmとなるように形成した。ガラスレン
ズ１は、樹脂成形層２との接着力を向上させるために、
その表面を予めシランカップリング処理を施してある。
シランカップリング剤として、ここでは商品名KBM503
（信越化学株式会社製）を２wt％エタノール溶液に稀釈
して使用した。樹脂成形層２は、ガラスレンズ１の凸面
Ｒ₂側にあり、その中心厚は約30μｍである。また、樹
脂成形層２は非球面レンズの有効径の外周部に向かうに
つれて薄くなるように形成されており、レンズ１と金型
３との形状もそれに合わせて成形されている。

【００１５】製造に使用した金型はステンレス合金から
なり、樹脂と接する側に曲率半径28.8mmの非球面を有す
る。金型表面にはニッケルメッキを施してある。また、
金型３には、製造する非球面レンズの有効径より外側と
なる外周部に切り欠け３ａ（図では誇張して示してい
る）が設けられている。樹脂成形層２を形成する樹脂液
２ａ（図１参照）には、ウレタンアクリレート系の紫外
線硬化型樹脂液を使用した。

【００１６】樹脂液を硬化させる際に用いるマスク５
は、開口径がφ＝18mmである。この開口径は、ガラスレ
ンズ１から110mm 離れた点光源から紫外線が出射して樹
脂液に到達したとき、紫外線が所定の有効径より僅かに
広い範囲内を照射できるものである（図５参照）。次
に、図１を引用して本実施例の製法を各工程ごとに説明
する。（イ）第１工程：所望の非球面とは反転した非球面と、
切り欠け３ａとを有する金型３上に紫外線硬化型樹脂液
２ａを70mg滴下した。そして、この樹脂液２ａに素子基
材であるガラスレンズ１を押し付けるとともに、金型３
とガラスレンズ１の少なくとも一方を非球面レンズの光
軸を回転軸として回転させながら樹脂液２ａを挟み込
み、成形される樹脂成形層の中心厚が30μｍとなるよう
に金型３とガラスレンズ１との間隔を設定した。これに
より、樹脂液２ａは目的とする非球面レンズの有効径よ
り外まで広がっている状態となった。（ロ）第２工程：ガラスレンズ１の上にマスク５を配置
し、このマスク５およびガラスレンズ１を介して樹脂液
２ａに紫外線を照射した。紫外線の光源としては、図示
していない出力 150Ｗのキセノンランプ（点光源）を用
いた。この光源は、ガラスレンズ１から110mm 離れた上
に設置してある。紫外線の照射強度は、樹脂液２ａ上で
30mW／cm²となるようにした。紫外線の照射時間（照射
開始から終了までの時間）は、約30秒間とした。照射
時、切り欠け３ａ部を含む有効径の外側は、マスク５に
よって遮光されている。遮光された部分と遮光されてい
ない部分との境界での樹脂液２ａの厚さは約50μｍ、レ
ンズ有効径よりやや内側にある樹脂液２ａの最大厚さは
約 180μｍである（図６参照）。（ハ）第３工程：マスク５を外して樹脂液２ａ全体に同
一の条件で紫外線を30秒間照射した。これにより、樹脂
液２ａが硬化して非球面樹脂成形層２が形成された。（ニ）第４工程：得られた非球面樹脂成形層２を金型３
との界面から剥離することにより、図２に示すような非
球面レンズを得た。

【００１７】本実施例により製造された非球面レンズ
は、樹脂成形層の外周部への泡の巻き込みや樹脂成形層
の素子基材からの剥離が発生せず、樹脂成形層の表面か
所望の形状精度となった。また、前記第１工程で樹脂液
２ａを押し広げる際に、金型３とガラスレンズ１の少な
くとも一方を回転させたことにより、樹脂液２ａを真円
状に広げることができる。そのため、非球面光学素子の
樹脂成形層２の真円度が向上するという効果も得られ
る。

【００１８】なお、本実施例では、金型３に切り欠けを
設けたが、ガラスレンズ１の非球面レンズの有効径より
外側となる外周部に切り欠けを用いても同様の効果を奏
することができる。また、金型３に透明なものを用い、
金型３側から紫外線を照射するようにしてもよい。さら
に、マスク５は、別部材とすることなく、ガラスレンズ
１の上にマスキング塗料を塗布することで形成してもよ
い。マスキング塗料の代わりに、一般に使用されている
レンズの内面反射防止塗料を用いてもよい。これらの場
合、前記第３工程ではマスク５を外す代わりに前記点光
源を樹脂液２ａに接近させるようにすればよい。こうす
ることで、塗料によって遮光されていた領域まで紫外線
の照射範囲が広がるので、樹脂液全体に紫外線が照射さ
れる。また、マスク５を用いた場合でも、第３工程でわ
ざわざマスク５を外さずに点光源を接近させれば同様の
効果が得られる。本発明の製造方法は、図１０に示すよ
うな基材レンズ８１の凸面側および凹面側の両方に樹脂
成形層８２が形成されている非球面レンズにも適用する
ことができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、「有効径の外周部に向
かうにつれて薄くなるように形成された非球面樹脂成形
層と素子基材からなる非球面光学素子」を製造する際
に、樹脂成形層の硬化時の収縮による泡の巻き込みや樹
脂成形層の素子基材からの剥離が発生しなくなる。その
ため、非球面の形状精度を低下させずに非球面光学素子
を製造することができ、製品の良品率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の実施例にかかる製造方法の各工程
におけるレンズ等の垂直断面を示す概略図である。

【図２】は、本発明の実施例で製造された（樹脂接合
型）非球面レンズの概略垂直断面図である。

【図３】は、樹脂液（樹脂成形層）が有効径の外周部に
向かうにつれて厚くなる非球面レンズにおける基材レン
ズの半径方向に対する樹脂液（樹脂成形層）の厚さを示
す概略図である。

【図４】は、樹脂液（樹脂成形層）が有効径の外周部に
向かうにつれて薄くなる非球面レンズにおける基材レン
ズの半径方向に対する樹脂液（樹脂成形層）の厚さを示
す概略図である。

【図５】は、マスク５を設置した際の紫外線の照射範囲
を示す概略図である。

【図６】は、ガラスレンズの半径方向に対する樹脂液の
厚さを示す概略図である。

【図７】は、従来の樹脂接合型非球面レンズの概略垂直
断面図である。

【図８】は、従来の樹脂接合型非球面レンズの概略垂直
断面図である。

【図９】は、従来の製造方法の各工程におけるレンズ等
の垂直断面を示す概略図である。

【図１０】は、（樹脂接合型）非球面レンズの概略垂直
断面図である。

【主要部分の符号の説明】

１ガラスレンズまたは素子基材または基材レンズ２非球面樹脂成形層２ａ樹脂液（紫外線硬化型樹脂液）３金型３ａ切り欠け４放射線（紫外線）５マスク（遮光手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所望の非球面とは反転した非球面を有す
る金型と素子基材との間に樹脂液を挟み、該樹脂液を所
望の領域の外側まで広げてから硬化させて非球面樹脂成
形層を形成し、該非球面樹脂成形層を前記金型との界面
から剥離させることで、「有効径付近の樹脂厚が外周部
に向かうにつれて薄くなるように形成された非球面樹脂
成形層と素子基材からなる非球面光学素子」を得る非球
面光学素子の製造方法において、前記金型または素子基材の少なくとも一方に対し、前記
光学素子の有効径より外側となる外周部に切り欠けを設
けたことを特徴とする非球面光学素子の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の非球面光学素子の製造方
法において、前記樹脂液を硬化させる際に、先ず、「該樹脂液におけ
る前記所望の領域の外側」を遮光する遮光手段を介して
前記樹脂液に放射線を照射し、その後、前記遮光手段に
より遮光されていた部分を含めて前記樹脂液に放射線を
照射することを特徴とする非球面光学素子の製造方法。