(57)【要約】      （修正有）【課題】複雑な装置や成形型を用いることなく高精度な光学機能面を有する光学素子を得る。【解決手段】樹脂製の光学素子３０は、第１光学面３０１及びこれに対向する第２光学面３０３と、第１光学面３０１及び第２光学面３０３に挟まれた第１側面３０２、第２側面３０４、凹曲面３０５を有し、第１光学面３０１の面積は、第２光学面３０３の面積よりも小さい。第１光学面３０１及び第２光学面３０３を、光軸を含む平面で切断したとき、前記凹曲面３０５の断面の両端Ｐ、Ｑを結ぶ直線の中心Ｒを通る法線が前記光軸に対して傾斜し、かつ、前記法線が前記第１光学面と前記第２光学面の一方の光学面と交差する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製の光学素子であって、
少なくとも第１光学面及びこれに対向する第２光学面と、
前記第１光学面及び前記第２光学面に挟まれた側面と、
前記側面の少なくとも一部に形成された凹曲面と、を有し、
前記第１光学面の面積は、前記第２光学面の面積よりも小さい
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１光学面及び前記第２光学面を、光軸を含む平面で切断したとき、前記凹曲面の断面の両端を結ぶ直線の中心を通る法線が前記光軸に対して傾斜し、かつ、前記法線が前記第１光学面と前記第２光学面の一方の光学面と交差する
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記凹曲面は、前記側面に形成されたヒケ領域である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１光学面から前記第２光学面に向けて、前記光軸に垂直な断面の面積が徐々に大きくなる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
少なくとも第１光学面及び第２光学面を有する樹脂製の光学素子の製造方法であって、
前記第１光学面を成形する第１の型、及び当該第１の型に対向配置され前記第１光学面よりも大きい面積の前記第２光学面を成形する第２の型を用い、前記第２の型にエネルギー硬化型樹脂を滴下する工程と、
前記第１の型及び前記第２の型の間に所定の間隙を有したまま前記第１の型を前記エネルギー硬化型樹脂に密着させ、前記エネルギー硬化型樹脂の表面に前記第１光学面及び前記第２光学面を転写する工程と、
前記エネルギー硬化型樹脂を硬化させ、前記第１光学面及び前記第２光学面に挟まれた側面に凹曲面状のヒケ領域を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記ヒケ領域を、前記所定の間隙に満たした空気又は活性化ガスの雰囲気下で形成する
ことを特徴とする請求項５に記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製のレンズ等の光学素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱や光、電子線などのエネルギーを加えることによって硬化するエネルギー硬化型樹脂が公知である。このエネルギー硬化型樹脂を、金型を用いて成形する場合、樹脂は金型に接した状態で硬化する。
【０００３】
このとき、エネルギー硬化型樹脂は、硬化時に、内部応力によって収縮するため、樹脂と金型の間には、離反しようとする力が作用する。
一方、樹脂と金型との間には、表面自由エネルギーやファンデルワールス力等によって、互いに密着しようとする密着力も働く。
【０００４】
従って、樹脂と金型とは、樹脂と金型の間の密着力が強い場合には、両者の界面で密着するが、樹脂の内部応力が強い場合には、両者の界面で分離する。このように、樹脂と金型が界面で分離した場合、樹脂の表面にいわゆるヒケが発生する。
【０００５】
ここで、エネルギー硬化型樹脂を用いて、対向する２つの光学機能面を有する光学素子を成形する場合を考える。例えば、レンズを成形する場合、異なる２つの光学機能面が相対向した状態で成形される。
【０００６】
このとき、一方の光学機能面における金型と樹脂との間の分離又は密着の条件のみならず、対向する２つの光学機能面間の条件も、ヒケが発生するか否かの要因となる。
具体的には、一方の光学機能面が樹脂と金型との間の界面で強く密着しており、他方の光学機能面が十分に密着していないとする。
【０００７】
この場合、他方の光学機能面の方が、一方の光学機能面に比べて相対的に密着力が弱い。このため、相対的に密着力の弱い他方の光学機能面の表面は、樹脂の内部応力によって大きく収縮する。こうして、他方の光学機能面の面精度が低下する。
【０００８】
これに関し、例えば、特許文献１には、ミラー面と面対向する背面を粗面とし、かつ、ヒケを生じさせる構成とした光学用反射ミラーの製造技術が開示されている。そして、金型に密着させたミラー成形面は、高い面精度を持つが、それに対向する密着の弱い背面は、ヒケが発生するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２３４００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１では、光学用反射ミラーの有する２つの光学機能面（ミラー面と背面）のうち、一方の光学機能面（背面）を全面にわたってヒケさせている。このため、一方の光学機能面の面精度が全面にわたって低くなるという課題があった。
【００１１】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、複雑な装置や成形型を用いることなく高精度な光学機能面を有する光学素子とそ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】
【００１２】
前記目的を達成するため、本発明は、樹脂製の光学素子であって、少なくとも第１光学面及びこれに対向する第２光学面と、
前記第１光学面及び前記第２光学面に挟まれた側面と、前記側面の少なくとも一部に形成された凹曲面と、を有し、前記第１光学面の面積は、前記第２光学面の面積よりも小さいことを特徴とする。
【００１３】
また、上記の光学素子において、前記第１光学面及び前記第２光学面を、光軸を含む平面で切断したとき、前記凹曲面の断面の両端を結ぶ直線の中心を通る法線が前記光軸に対して傾斜し、かつ、前記法線が前記第１光学面と前記第２光学面の一方の光学面と交差することを特徴とする。
【００１４】
また、上記の光学素子において、前記凹曲面は、前記側面に形成されたヒケ領域であることが好ましい。
また、上記の光学素子において、前記第１光学面から前記第２光学面に向けて、前記光軸に垂直な断面の面積が徐々に大きくなることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、少なくとも第１光学面及び第２光学面を有する樹脂製の光学素子の製造方法であって、前記第１光学面を成形する第１の型、及び当該第１の型に対向配置され前記第１光学面よりも大きい面積の前記第２光学面を成形する第２の型を用い、前記第２の型にエネルギー硬化型樹脂を滴下する工程と、前記第１の型及び前記第２の型の間に所定の間隙を有したまま前記第１の型を前記エネルギー硬化型樹脂に密着させ、前記エネルギー硬化型樹脂の表面に前記第１光学面及び前記第２光学面を転写する工程と、前記エネルギー硬化型樹脂を硬化させ、前記第１光学面及び前記第２光学面に挟まれた側面に凹曲面状のヒケ領域を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、上記の光学素子の製造方法において、前記ヒケ領域を、前記所定の間隙に満たした空気又は活性化ガスの雰囲気下で形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複雑な装置や成形型を用いることなく高精度な光学機能面を有する光学素子とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１の光学素子の製造装置の概略構成を示す図である。
【図２】下型にエネルギー硬化型樹脂を滴下する状態を示す断面図である。
【図３】下型に対し上型を接近移動させた状態の断面図である。
【図４】光学素子の部分拡大図である。
【図５】製造された光学素子の拡大外観図である。
【図６】実施の形態２の光学素子の製造装置の概略構成を示す図である。
【図７】実施の形態３の光学素子の製造装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［発明の概要］
エネルギー硬化型樹脂等は、金型と密接していない部分を基点にヒケが発生することが知られている。そのため、密閉した金型のキャビティ（空間）に樹脂を充填して所望の成形品を得ようとすると、キャビティに樹脂を完全に充填する必要がある。
【００２０】
すなわち、樹脂は密閉されていない部分（金型と接していない部分）からヒケが発生するので、気泡の巻き込みなどがあってはならない。
本実施の形態では、エネルギー硬化型樹脂に金型と接していない部分を設け、その部位でヒケを誘発させる。また、その誘発部位の容積は、全体の収縮量よりも大きくする必要がある。全体の収縮量よりも小さいと、収縮による影響（ヒケ）が光学素子の外形に影響するためである。
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態の光学素子の製造装置の概略構成を示す図である。
【００２１】
この光学素子の製造装置１０は、第１の型としての上型１２と、この上型１２に対向配置された第２の型としての下型１４とを有している。これら上型１２と下型１４とは、型中心線Ｏ−Ｏ（光軸と一致）を中心として相対的に上下（矢印Ａ方向）に移動自在に配置されている。また、上型１２と下型１４とは、移動の前後及び移動中において高精度に位置決めされている。
【００２２】
なお、上型１２及び下型１４の上底面１２ａ及び下底面１４ａは、光学機能面を形成するように、研削・研磨して仕上げられている。
上型１２は、上底面１２ａ及び上側面１２ｂからなる薄肉の円柱形状の成形面を有している。この上底面１２ａ及び上側面１２ｂが、後述する光学素子に第１光学面３０１及び第１側面３０２として転写される。なお、本実施の形態では、成形面を円柱形状として説明するが、これに限らない。例えば、四角柱状、その他の多角柱状であってもよい。また、上底面１２ａは平坦面として説明するが、これに限らない。例えば、球面や非球面、ブレーズを有する面等であってもよい。
【００２３】
下型１４も、下底面１４ａ及び下側面１４ｂからなるやや厚肉の円柱状の成形面を有している。この下底面１４ａ及び下側面１４ｂが、後述する光学素子に第２光学面３０３及び第２側面３０４として転写される。この成形面も、円柱形状以外の任意形状に設計変更することができる。また、下底面１４ａも、平坦面以外の球面や非球面、ブレーズを有する面等であってもよい。
【００２４】
なお、後述するように、成形樹脂として紫外線硬化型樹脂１６を用いた場合、この紫外線硬化型樹脂１６を硬化する際に、上型１２又は下型１４として紫外線が透過しやすい材料を用いる。このため、例えば、上型１２及び下型１４の少なくとも一方をガラス型で形成するのが好ましい。
【００２５】
また、本実施の形態では、図１に示すように上型１２の上底面１２ａの面積は下型１４の下底面１４ａの面積よりも小さく形成されている。すなわち、上型１２の直径Ｄ１は下型１４の直径Ｄ２よりも小さい。
【００２６】
次に、図２〜図４は、本実施の形態の光学素子の製造工程を示す図であり、図５は、本実施の形態により製造された光学素子３０の拡大外観図である。
なお、本実施の形態では、大気圧下で光学素子の製造を行う場合を想定している。これにより、装置構成が簡素化されるとともに、製造された光学素子３０（図３等参照）に内部応力が生じないという利点を有する。
【００２７】
図２は、下型１４にエネルギー硬化型樹脂を滴下する状態を示している。
すなわち、下型１４の下底面１４ａにエネルギー硬化型樹脂としての紫外線硬化型樹脂１６を滴下する。なお、本実施の形態では、エネルギー硬化型樹脂として紫外線硬化型樹脂１６を用いるが、これに限らない。例えば、熱エネルギー硬化型樹脂や電子線エネルギー硬化型樹脂等を用いることもできる。
【００２８】
紫外線硬化型樹脂１６を滴下する場合、図示しない樹脂供給ノズルから所定量の紫外線硬化型樹脂１６を滴下する。この場合、ヒケによる収縮量を考慮して、予め計量された所定容積の紫外線硬化型樹脂１６が供給される。
【００２９】
次いで、下型１４に対し上型１２を矢印Ａ方向（型中心線Ｏ−Ｏと同方向）に接近移動させる。この移動中も、前述したように、上型１２は下型１４に対し型中心線Ｏ−Ｏに沿って高精度に位置決めされた状態で移動する。
【００３０】
図３は、下型１４に対し上型１２を所望の位置に接近移動させた状態を示している。
すなわち、上型１２と下型１４との間に所定の間隙Ｈを有したまま、上型１２の成形面（１２ａ、１２ｂ）を紫外線硬化型樹脂１６に密着させる。こうして、紫外線硬化型樹脂１６の表面に第１光学面３０１及び第２光学面３０３を転写する。
【００３１】
これと同時に、下型１４の成形面（１４ａ、１４ｂ）が紫外線硬化型樹脂１６に密着することにより、紫外線硬化型樹脂１６の表面に第２光学面３０３及び第２側面３０４が転写される。
【００３２】
次いで、下型１４の下方から紫外線ランプ１８により紫外線を照射する。こうして、紫外線硬化型樹脂１６を硬化させる。
成形される光学素子３０は、第１光学面３０１と第１側面（側面）３０２、第２光学面３０３と第２側面（側面）３０４、及びヒケによる凹曲面（側面）３０５を有する段付き円柱形状のレンズである。なお、本実施の形態では、第１光学面３０１と第２光学面３０３との間の側面の一部に、凹曲面３０５が形成された場合について説明するが、これに限らない。例えば、第１光学面３０１と第２光学面３０３との間に、第１側面３０２と第２側面３０４を形成することなく、凹曲面３０５のみを形成してもよい。
【００３３】
このとき、上型１２の直径Ｄ１は下型１４の直径Ｄ２よりも小さく形成されているので、詳しくは後述するが、第１光学面３０１と第２光学面３０３に挟まれた側方に凹曲面３０５が形成される。この凹曲面３０５は、樹脂と空気との接触により形成されるヒケ領域である。
【００３４】
図４は、成形される光学素子３０の部分拡大図を示している。
図４に示すように、この凹曲面３０５は、第１光学面３０１と第２光学面３０３の光軸Ｏ−Ｏを含む断面において、凹曲面３０５の断面の両端のＰ点とＱ点を結ぶ直線の中心Ｒを通る法線Ｓが光軸Ｏ−Ｏに対して角度θだけ傾斜している。さらに、この法線Ｓは、第１光学面３０１と第２光学面３０３の一方の光学面（本実施の形態では第２光学面３０３）と交差している。この交差点をＴ点とする。
【００３５】
すると、法線Ｓと交差するＴ点の周辺の第２光学面３０３が、高い面精度で形成されるという利点を有している。これを、図４に基づいて考察する。なお、図４において、光学素子３０のみしか記載されていないが、実際には、第１光学面３０１と第２光学面３０３のそれぞれは、上型１２と、下型１４と、に接している。
【００３６】
まず、樹脂の収縮について考えると、樹脂は空気と接している凹曲面３０５の側の硬化が遅れると考えられる。すなわち、樹脂は空気と接していない金型側から硬化が始まる。（図４の波状の円弧参照）。
【００３７】
このとき、樹脂は硬化に伴って収縮する。このため、第２光学面３０３のＴ点付近が硬化のため収縮しようとすると、凹曲面３０５の付近の樹脂が法線Ｓの方向に移動してＴ点付近の収縮量を補う。すなわち、このＴ点付近に発生するはずのヒケを、凹曲面３０５の付近のヒケが補ってくれる。これにより、ヒケを誘発させた凹曲面３０５と対向する第２光学面３０３の面精度がよくなると考えられる。
【００３８】
このため、樹脂の硬化収縮の際に、特に法線Ｓと交差するＴ点付近の樹脂密度が高くなり、第２光学面３０３の面精度が良くなる。これは、本実施の形態のように、第１光学面３０１よりも外径の大きい方の第２光学面３０３の面精度を良くしたい場合に好適である。
【００３９】
すなわち、上型１２と下型１４との間の所定の間隙Ｈの部分は、空気と接しているため、ヒケが誘発されやすい。そこで、間隙Ｈの部分に収縮を優先的に発生させることができ、凹曲面３０５が形成される。こうして、本実施の形態によれば、特に第２光学面３０３の面精度や、その近傍の第２側面３０４の寸法精度を高くすることができる。
【００４０】
なお、上型１２と下型１４との間の間隙Ｈの部分に、酸素（Ｏ２）等の活性化ガスを雰囲気として満たすことで、凹曲面３０５付近の樹脂の硬化を遅らせることができる。凹曲面３０５の付近の樹脂の硬化が遅れると、凹曲面３０５と対向する第２光学面３０３が硬化収縮する時のヒケを十分に補ってくれる。これにより、第２光学面３０３の樹脂密度を一層高くすることができ、高精度な平面度の面が得られる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、光学素子３０の形状を段付き円柱状の場合を例として説明したが、これに限らない。例えば、光学素子３０の形状を、第１光学面３０１から第２光学面３０３に向けて、光軸Ｏ−Ｏに垂直な断面の面積が徐々に大きくなるような形状に形成してもよい。
【００４２】
次に、図５は、本実施の形態により製造された光学素子３０の拡大外観図である。
図５において、第１光学面３０１の外径をφＤ１、第２光学面３０３の外径をφＤ２、凹曲面３０５の平均外径をφＤ３とする。また、第１光学面３０１の厚さをｔ１、第２光学面３０３の厚さをｔ２、凹曲面３０５の厚さをｔ３とする。
【００４３】
本実施の形態では、第１光学面３０１の外径φＤ１は第２光学面３０３の外径φＤ２よりも小さい。また、凹曲面３０５の平均外径φＤ３は第１光学面３０１の外径φＤ１と同等か又は小さい。さらに、凹曲面３０５は、第１側面３０２と第２側面３０４の外周部（Ｐ点とＱ点）と連続的につながっている。
【００４４】
さらに、第１光学面３０１で形成される容積をＧ１、第２光学面３０３で形成される容積をＧ２、凹曲面３０５で形成される容積をＧ３、紫外線硬化型樹脂１６の収縮率をαとしたとき、凹曲面３０５の部分の厚さｔ３は、以下の式で定義される。
【００４５】
ｔ３≧４×（α／（Ｄ３２×π））×（Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３）
なお、Ｄ３＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２とする。
また、本実施の形態のように、光学素子３０の第１光学面３０１と第２光学面３０３が平面であるとしたとき、凹曲面３０５の部分の厚さｔ３は、以下の式で定義される。
【００４６】
ｔ３≧（α／（１−α））×（（Ｄ１２×ｔ１＋Ｄ２２×ｔ２）／Ｄ３２）
本実施の形態によれば、上型１２を所定圧で押圧する等の複雑な装置構成を必要とすることなく、容易に高精度な光学素子３０を得ることができる。
【００４７】
また、上型１２と下型１４との間の間隙Ｈの部分は空気と接しているため、ヒケが誘発されて凹曲面３０５ができやすい。このように、ヒケによる収縮を優先的に発生させることができるため、第２光学面３０３の面精度や光学素子３０の外形の寸法精度をよくすることができる。
【００４８】
また、第１光学面３０１は第２光学面３０３よりも小さな径であるので、第２側面３０４を用いて鏡枠などの嵌合部材に適合させて光学素子３０を簡単に取り付けることができる。
【００４９】
さらに、凹曲面３０５の部分の厚みｔ３を光学素子の総容積に対する収縮量よりも大きくすることで、凹曲面３０５の部分のみでヒケが発生するので、第１光学面３０１及び第２光学面３０３を有する第１側面３０２及び第２側面３０４でのヒケの発生を防止することができる。
［実施の形態２］
図６は、実施の形態２の光学素子の製造装置の概略構成を示す図である。
【００５０】
本実施の形態では、上型１２の外周部に撥水作用を有する表面活性剤の薄膜２１を形成したものである。
なお、この薄膜２１として、フッ素系のコーティング膜を用いてもよい。また、離型用の膜を蒸着等により形成してもよい。さらに、上型１２のみならず、下型１４の下側面１４ｂの外周部にも薄膜２１を形成してもよい。
【００５１】
この撥水作用のある薄膜２１により、硬化前の紫外線硬化型樹脂１６は、上側面１２ｂの外周側には広がらない。このため、光学素子３０として、第２光学面３０３よりも小さな面積を有する第１光学面３０１を得ることができる。
【００５２】
本実施の形態によれば、凹曲面３０５の部分に優先的に、ヒケを発生させることができるため、第２光学面３０３の面精度をよくすることができる。
また、上型１２の上側面１２ｂの外側に撥水作用のある薄膜２１を形成することで、上側面１２ｂの外側には樹脂が広がらないようにして、第１光学面３０１の寸法を規制することができる。こうして、第２光学面３０３よりも径の小さな第１光学面３０１を有する外径寸法の精度のよい光学素子３０を得ることができる。
［実施の形態３］
図７は、実施の形態３の光学素子の製造装置の概略構成を示す図である。
【００５３】
本実施の形態では、下型１４に超音波振動を加えて光学素子３０を成形する点に特徴を有している。
すなわち、成形時に、まず下型１４の下底面１４ａに紫外線硬化型樹脂１６を滴下する。次いで、下型１４に対し上型１２を接近移動させる途中、又は、上型１２を接近移動させた後に、下型１４の下側面１４ｂに、不図示の超音波振動装置により超音波振動を加える。
【００５４】
この超音波振動により、滴下された紫外線硬化型樹脂１６は、下型１４の下底面１４ａと下側面１４ｂで囲まれた空間に押し広げられて短時間で充填される。
この場合も、実施の形態２と同様に、超音波振動の付加と併せて、上型１２の上側面１２ｂの外周部に撥水作用のある薄膜２１を形成してもよい。
【００５５】
本実施の形態によれば、凹曲面３０５の部分に優先的に、ヒケを発生させることができるため、第２光学面３０３の面精度をよくすることができる。
また、下型１４に紫外線硬化型樹脂１６を滴下して、下底面１４ａと下側面１４ｂとで囲まれた空間に樹脂を拡げるときに、下型１４に振動を加えることで、より短時間でかつ確実に紫外線硬化型樹脂１６を広げて充填することができる。このため、外径寸法の精度のよい光学素子３０を得ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０      光学素子の製造装置
１２      上型
１２ａ    上底面
１２ｂ    上側面
１４      下型
１４ａ    下底面
１４ｂ    下側面
１６      紫外線硬化型樹脂
１８      紫外線ランプ
２１      薄膜
３０      光学素子
３０１    第１光学面
３０２    第１側面
３０３    第２光学面
３０４    第２側面
３０５    凹曲面
【図１】
2010231159.tif 000003
【図２】
2010231159.tif 000004
【図３】
2010231159.tif 000005
【図４】
2010231159.tif 000006
【図５】
2010231159.tif 000007
【図６】
2010231159.tif 000008
【図７】
2010231159.tif 000009