(57)【要約】【課題】レプリカ成形法で成形された一対の回折光学素子を互いに張り合わせることで積層型回折光学素子を形成する接合技術において、強固な接合が得られ且つ接合工程の効率化と大幅なコストダウンが可能となる積層型回折光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】回折光学素子のレプリカ成形工程において、一方の回折光学素子の接合部を形成し、対となるもう一方の回折光学素子の光硬化性樹脂未硬化部を形成する。さらに、レプリカ成形工程で成形された一対の回折光学素子を互いに張り合わせることで積層型回折光学素子を形成する接合工程において、該回折光学素子の接合部と該光硬化性樹脂未硬化部とを接合し、該接合部と該光硬化性樹脂未硬化部に対して硬化光を照射する。【選択図】        図２
2006221062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の光学形状を有する成形型面上に光硬化性樹脂を滴下し、該光硬化性樹脂を平面または曲面ガラス基板で押圧充填し、光照射の後に該光硬化性樹脂とガラス基板から成る成形品を離型することで回折光学素子を形成し、対となる該回折光学素子を接合することで積層型回折光学素子を製造する製造方法において、一方の回折光学素子の接合部を形成する工程と、対となるもう一方の回折光学素子の光硬化性樹脂未硬化部を形成する工程と、該回折光学素子の接合部と該光硬化性樹脂未硬化部とを接合する工程と、該接合部と該光硬化性樹脂未硬化部に対して光を照射する工程から成ることを特徴とする積層型回折光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記回折光学素子の接合部を形成する工程は、回折光学素子の成形型面上に該接合部の反転形状を有した成形型を用いて該回折光学素子を成形することを特徴とする積層型回折光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記回折光学素子の光硬化性樹脂未硬化部を形成する工程は、該光硬化性樹脂未硬化部の形成部と光硬化用の光源との間に遮光用マスクを配置し、該遮光用マスクを介して回折光学素子に光照射を行なうことを特徴とする積層型回折光学素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１及び２及び３いずれかに記載の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする積層型回折光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の製造方法及び光学素子に関し、特に成形用型により光硬化性樹脂に成形面を転写して所望の光学面形状を得る所謂レプリカ成形による積層型回折光学素子の製造方法及び積層型回折光学素子と、該回折光学素子を張り合わせることで形成される積層型回折光学素子の製造方法及び積層型回折光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回折光学素子や非球面レンズなど光学素子の成形技術のひとつとして、大面積成形性と高転写性に優れたことを特徴とし、その成形技術の容易さから大量生産に適しているレプリカ成形技術がある。このレプリカ成形技術は、所望の光学形状の反転形状を有する成形型面上に光硬化性樹脂を滴下し、その上からレンズブランクを圧着させて押し広げ、所望の形状になったところで、光源からの光を照射し光硬化性樹脂を硬化させ、該硬化樹脂をレンズブランクと共に離型することで成形を行なう。
【０００３】
さらに、該レプリカ成形技術で成形された一対の回折光学素子を、小型かつ高性能な光学性能を付加させるために、互いに張り合わせ接合することで積層型回折光学素子を形成する接合技術がある。
【０００４】
例えば、図１にあるように、対となる回折光学素子１と２を互いに張り合わせ接合する場合、それぞれの回折光学素子の光学有効径外端部外周に平面部３が設置されており、該平面部を互いに張り合わせ高精度に位置決めをし、接着剤で固着することで積層型回折光学素子４を形成する。この平面部３の形状は、レプリカ成形における成形型の外周部に設置された該平面部の反転形状を転写することで、光学有効面と同時に成形される。
【０００５】
回折光学素子や非球面レンズを成形する該レプリカ成形法においては、所望とする光学形状や前述した平面部３のような機構形状を高精度に成形する方法が数多く提案されている。
【０００６】
本発明の課題を対象とした先例提案としては、特許文献１において、所望の光学有効領域の外側まで光硬化性樹脂を充填した後に、該光学有効領域の外側を遮光するマスクを介して光硬化性樹脂に光を照射することで、該光学有効領域の転写性を向上させる方法が提案されている。
【０００７】
さらに、該レプリカ成形法で成形された一対の回折光学素子を互いに張り合わせることで積層型回折光学素子を形成する接合技術においては、高精度且つ強固に効率良く接合する方法がいくつか提案されている。
【０００８】
本発明の課題を対象とした先例提案としては、特許文献２において、互いに張り合わせる回折光学素子の光学有効径外の外周部に接着剤を塗布しこれを硬化させることで、高精度且つ強固に接合する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平６−７５１０６号公報
【特許文献２】特開２００２−１８２０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
レプリカ成形法で成形された一対の回折光学素子を、互いに張り合わせることで積層型回折光学素子を形成する接合技術においては、高精度な位置決めと強固な接合、さらには接合工程の効率化が求められている。通常、２つの回折光学素子の中心軸は±２μｍ未満の精度で位置決めされるが、この位置が±２μｍ以上でずれた場合、光学性能を表す回折効率にリップルが発生するなど、積層型回折光学素子の光学性能を著しく低下させる。また、接着不良などで２つの回折光学素子の接合が強固でない場合、温度湿度などの環境変動や外部からの小さな衝撃で簡単に積層型回折光学素子が壊れてしまう。
【００１０】
しかるに、特許文献１においては、光学有効領域の外側を遮光するマスクを介して光硬化性樹脂に光を照射することで、光学有効領域の外側に未硬化樹脂部が形成されるが、該未硬化樹脂部は光学素子の接合時における接着工程になんら寄与しないため、回折光学素子を強固に接合することができない。
【００１１】
さらに、特許文献２においては、互いに張り合わせる回折光学素子の光学有効径外の外周部に接着剤を塗布しこれを硬化させることで、２つの回折光学素子を高精度且つ強固に接合するが、以下にあるような理由から接合工程をより効率化することができない。
【００１２】
具体的に説明すると、特許文献２における接合工程は、それぞれの回折光学素子の光学有効径外に設置された平面部を互いに張り合わせ高精度に位置決めをする工程と、位置決めされた一対の回折光学素子を接着剤で固着する工程から構成している。回折光学素子の光学有効径外に設置された平面部を互いに張り合わせ高精度に位置決めをする工程は、位置を認識する画像処理技術や位置を制御する精密駆動技術を用いることで効率良く行なうことができる。しかしながら、位置決めされた一対の回折光学素子を接着剤で固着する工程は、接着剤塗布装置を用いて、光硬化性樹脂等の微量な接着剤を回折光学素子外周部の３点以上に精密に塗布しなければならないため、長い時間がかかり生産効率を低下させる。さらには、該接着剤と接着剤塗布装置の使用や、接着剤の塗布の失敗による歩留まりの悪化が製品のコストアップにつながる。
【００１３】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、レプリカ成形法で成形された一対の回折光学素子を互いに張り合わせることで積層型回折光学素子を形成する接合技術において、従来のものに比して、強固な接合が得られ且つ接合工程の効率化と大幅なコストダウンが可能となる積層型回折光学素子の製造方法及び積層型回折光学素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述の課題を解決するための請求項１の発明は、所望の光学形状を有する成形型面上に光硬化性樹脂を滴下し、該光硬化性樹脂を平面または曲面ガラス基板で押圧充填し、光照射の後に該光硬化性樹脂とガラス基板から成る成形品を離型することで回折光学素子を形成し、対となる該回折光学素子を接合することで積層型回折光学素子を製造する製造方法において、一方の回折光学素子の接合部を形成する工程と、対となるもう一方の回折光学素子の光硬化性樹脂未硬化部を形成する工程と、該回折光学素子の接合部と該光硬化性樹脂未硬化部とを接合する工程と、該接合部と該光硬化性樹脂未硬化部に対して光を照射する工程から成ることを特徴とする積層型回折光学素子の製造方法である。
【００１５】
上記構成において、一方の回折光学素子の接合部を形成する工程では、一方の回折光学素子の光学有効外に接合のための形状を形成し、対となるもう一方の回折光学素子の光硬化性樹脂未硬化部を形成する工程では、対となるもう一方の回折光学素子の前述した一方の回折光学素子における接合のための形状と合う箇所に光硬化性樹脂未硬化部を形成し、該回折光学素子の接合部と該光硬化性樹脂未硬化部とを接合する工程では、前述した一方の回折光学素子における接合のための形状ともう一方の回折光学素子の光硬化性樹脂未硬化部とを互いに嵌め合わせることで接合形状を形成し、該接合部と該光硬化性樹脂未硬化部に対して光を照射する工程では、前述した接合形状に対して光を照射し該光硬化性樹脂未硬化部を硬化させることで、２枚の回折光学素子が固着された積層型回折光学素子を形成する。
【００１６】
請求項２の発明は、回折光学素子の成形型面上に該接合部の反転形状を有した成形型を用いて該回折光学素子を成形することを特徴とする積層型回折光学素子の製造方法である。
【００１７】
上記構成において、回折光学素子の成形型面上に接合部の反転形状を有した成形型を用いて該回折光学素子を成形し、該回折光学素子の光学形状と接合のための形状を同時に形成する。
【００１８】
請求項３の発明は、該光硬化性樹脂未硬化部の形成部と光硬化用の光源との間に遮光用マスクを配置し、該遮光用マスクを介して回折光学素子に光照射を行なうことを特徴とする積層型回折光学素子の製造方法である。
【００１９】
上記構成において、光硬化性樹脂未硬化部の形成部と光硬化用の光源との間に遮光用マスクを配置し、該遮光用マスクを介して回折光学素子に光照射を行ない、該回折光学素子の光学形状と接合のための光硬化性樹脂未硬化部を同時に形成する。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１及び２及び３いずれかに記載の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする積層型回折光学素子である。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本出願に係る第１の発明によれば、レプリカ成形法で成形された一対の回折光学素子を互いに張り合わせることで積層型回折光学素子を形成する接合技術において、従来のものに比して、強固な接合が得られ且つ接合工程の効率化と大幅なコストダウンが可能となる。
【００２２】
また、本出願に係る第２の発明によれば、回折光学素子の光学形状と接合のための形状を同時に形成できるので、さらなる接合工程の効率化と大幅なコストダウンが可能となる。
【００２３】
また、本出願に係る第３の発明によれば、回折光学素子の光学形状と接合のための光硬化性樹脂未硬化部を同時に形成できるので、さらなる接合工程の効率化と大幅なコストダウンが可能となる。
【００２４】
また、本出願に係る第４の発明によれば、非球面レンズや蛍石等を用いた従来の光学系に比して、光学系全体の小型軽量化が可能になり、且つ良好に光学色収差を補正できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の実施の形態として、光硬化性樹脂を用いた回折光学素子のレプリカ成形と、該レプリカ成形で成形された一対の回折光学素子を張り合わせ積層型回折光学素子を形成する接合工程について説明する。
【実施例１】
【００２６】
図２は本発明の第１の実施形態に係わるカメラレンズに用いられる回折光学素子のレプリカ成形装置を示す概略構成図である。図２において、５は所望とする光学機能形状の反転形状６と接合部の形状７とをその成形面に設けた成形金型である。成形金型５は固定されており、成形金型５を嵌め込んでいるリング状のレンズブランク保持部材８上にはレンズブランク９が載置される。レンズブランク９の中心軸と成形金型５の成形面の中心との軸合わせは、レンズブランク保持材８上のレンズブランク９を載置する内周部の全周に、成形金型５の成形面の中心と軸を合わせた深さ１ｍｍ幅１ｍｍ程度の嵌合部を設け、該嵌合部にレンズブランク９の外周部を嵌め込むことで実現する。レンズブランク９は、ガラスまたはプラスティックの材質から成り、光学面においては平面または曲面を有する。リング状のレンズブランク保持部材８は上下動自在に保持されている。成形金型５の成形面上には不図示のディスペンサーにより光硬化性樹脂１０が適量供給され、レンズブランク９の上方には紫外線照射ランプ１１が成形金型５の光学機能面に対して紫外光が垂直に入射するように設置されている。光硬化性樹脂１０としては、光開始剤の紫外線波長３６５ｎｍ付近の吸収からラジカルが生成されるアクリレート系またはメタクリレート系またはエポキシ等の光学用樹脂を使用しており、紫外線照射ランプ１１は、高圧水銀ランプまたは超高圧水銀ランプの波長３６５ｎｍ付近に発振のピークを有する光源を使用する。
【００２７】
図８は本発明の第１の実施形態に係わるカメラレンズに用いられる回折光学素子のレプリカ成形装置を示す概略構成図である。図８において、１８は所望とする光学機能形状の反転形状６をその成形面に設けた成形金型である。成形金型１８は固定されており、成形金型１８を嵌め込んでいるリング状のレンズブランク保持部材８上にはレンズブランク９が載置される。レンズブランク９の中心軸と成形金型１８の成形面の中心との軸合わせは、レンズブランク保持材８上のレンズブランク９を載置する内周部の全周に、成形金型１８の成形面の中心と軸を合わせた深さ１ｍｍ幅１ｍｍ程度の嵌合部を設け、該嵌合部にレンズブランク９の外周部を嵌め込むことで実現する。レンズブランク９は、ガラスまたはプラスティックの材質から成り、光学面においては平面または曲面を有する。リング状のレンズブランク保持部材８は上下動自在に保持されている。成形金型１８の成形面上には不図示のディスペンサーにより光硬化性樹脂１０が適量供給され、レンズブランク９上にはリング状の遮光用マスク１９が設置され、該レンズブランク９の上方には紫外線照射ランプ１１が成形金型１８の光学機能面に対して紫外光が垂直に入射するように設置されている。光硬化性樹脂１０としては、光開始剤の紫外線波長３６５ｎｍ付近の吸収からラジカルが生成されるアクリレート系またはメタクリレート系またはエポキシ等の光学用樹脂を使用しており、紫外線照射ランプ１１は、高圧水銀ランプまたは超高圧水銀ランプの波長３６５ｎｍ付近に発振のピークを有する光源を使用する。
【００２８】
図３は、本実施例における成形金型５の上面図と側面図を示している。光学機能面６を形成する微細形状は、光学有効径φ２０ｍｍにおいて、平面上に格子高さ５〜２０μｍ、格子幅０．１〜３ｍｍのブレーズ型回折格子を有し、上面図に示されるように中心への凸形状で同心円状に配置されている。また、接合部の形状７は、光学有効径外において、高さ３０〜２００μｍ、幅０．１〜１ｍｍの楔型の溝形状で同心円状に配置されている。該成形面の微細形状は、金型メッキ層の切削法等により形成される。
【００２９】
図９は、本実施例における成形金型１８の上面図と側面図を示している。光学機能面６を形成する微細形状は、光学有効径φ２０ｍｍにおいて、平面上に格子高さ５〜２０μｍ、格子幅０．１〜３ｍｍのブレーズ型回折格子を有し、上面図に示されるように中心への凹形状で同心円状に配置されている。該成形面の微細形状は、金型メッキ層の切削法等により形成される。
【００３０】
図４は、本実施例における該成形金型５により理想的に作製される回折光学素子１２を示している。レンズブランク９上に形成された樹脂層の光学機能面６’は、ブレーズ型回折格子の中心への凹形状、即ち該成形金型５の反転形状として同心円状に形成される。また、樹脂層の接合部の形状７’も同様に、成形金型５における接合部の形状７の反転形状として同心円状に形成される。
【００３１】
図１０は、本実施例における該成形金型１８により理想的に作製される回折光学素子２０を示している。レンズブランク９上に形成された樹脂層の光学機能面６’は、ブレーズ型回折格子の中心への凸形状、即ち該成形金型１８の反転形状として同心円状に形成される。１７は、本実施例の成形プロセスにおいて形成される光硬化性樹脂未硬化部であり、光学有効径外において幅０．１〜１ｍｍで同心円状に形成される。
【００３２】
図５は、本実施例における回折光学素子の張り合わせ接合装置を示す概略構成図である。１３は回折光学素子保持部材であり、下に設置された一方の回折光学素子１２の下面を真空吸着により保持するための真空系機構が設けられている。１４はピエゾ圧電素子を備えた回折光学素子の中心軸合わせ機構であり、上に設置されたもう一方の回折光学素子２０のレンズブランク側面を少なくとも２方向から押圧できるように配置されている。光学顕微鏡１５は、回折光学素子の上方に設置され、該回折光学素子の回折格子の形状部に焦点が合うように調整されるが、作業の利便上のためできるだけ焦点深度が深いことが望ましい。１６は紫外線照射ランプであり、高圧水銀ランプまたは超高圧水銀ランプの波長３６５ｎｍ付近に発振のピークを有する光源を使用する。７’と１７は、それぞれ回折光学素子１２における接合部の形状と、回折光学素子２０における光硬化性樹脂未硬化部を表す。
【００３３】
次に、本実施例における回折光学素子１２の成形プロセスを図２と図６を参照して説明する。まず、成形金型５の成形面上中央付近に不図示のディスペンサーにて光硬化性樹脂１０を適量供給し、あらかじめ樹脂との密着力を上げるためのシランカップリング処理を片面に施したレンズブランク９を、カップリング処理面を下にしてリング状のレンズブランク保持部材８上の内周に設けられた嵌合部に嵌め込む。この際に、芯だし用チャックやベルクランプ方式等、さらにレンズブランク９を保持するための機構を備えても良い。
【００３４】
次に、図６に示されるように、リング状のレンズブランク保持部材８を下降させ、成形金型５とレンズブランク９を相対的に接近させ、光硬化性樹脂１０を所望の厚み、かつ光学有効径外周まで満たすように押し広げる。この時、光硬化性樹脂１０への気泡混入や型の成形形状への樹脂未充填を防止するために、樹脂の粘度や型の成形面の濡れ性を考慮して、接液速度を調整しなければならない。
【００３５】
次に、充填された光硬化性樹脂１０に対して、紫外線照射ランプ１１による紫外光を２４Ｊ（４０［ｍＷ／ｃｍ２］×１０分）照射する。光硬化性樹脂１０の重合硬化が完了した後、リング状のレンズブランク保持部材８を上昇させることで、成形金型５から硬化した光硬化性樹脂１０とレンズブランク９とから成る回折光学素子１２を剥離させる。
【００３６】
次に、本実施例における回折光学素子２０の成形プロセスを図８と図７を参照して説明する。まず、成形金型１８の成形面上中央付近に不図示のディスペンサーにて光硬化性樹脂１０を適量供給し、あらかじめ樹脂との密着力を上げるためのシランカップリング処理を片面に施したレンズブランク９を、カップリング処理面を下にしてリング状のレンズブランク保持部材８上の内周に設けられた嵌合部に嵌め込む。この際に、芯だし用チャックやベルクランプ方式等、さらにレンズブランク９を保持するための機構を備えても良い。
【００３７】
次に、図７に示されるように、リング状のレンズブランク保持部材８を下降させ、成形金型１８とレンズブランク９を相対的に接近させ、光硬化性樹脂１０を所望の厚み、かつ光学有効径外周まで満たすように押し広げる。この時、光硬化性樹脂１０への気泡混入や型の成形形状への樹脂未充填を防止するために、樹脂の粘度や型の成形面の濡れ性を考慮して、接液速度を調整しなければならない。
【００３８】
次に、レンズブランク９上の光学有効径外に配置されたリング状の遮光用マスク１９を介して、充填された光硬化性樹脂１０に対して紫外線照射ランプ１１による紫外光を１８Ｊ（１００［ｍＷ／ｃｍ２］×３分）照射する。この時、光硬化性樹脂１０のリング状の遮光用マスク１９によって遮光された樹脂部は硬化しないため、光硬化性樹脂未硬化部１７が形成される。光照射が完了した後、リング状のレンズブランク保持部材８を上昇させることで、成形金型１８から光硬化性樹脂未硬化部１７を含む光硬化性樹脂１０とレンズブランク９とから成る回折光学素子２０を剥離させる。
【００３９】
次に、本実施例における回折光学素子の張り合わせ接合プロセスについて図５を参照して説明する。上述したレプリカ成形工程から得られた回折光学素子１２を回折光学素子保持部材１３に嵌め込み、回折光学素子保持部材１３に備えられた真空系機構を起動することで該回折光学素子１２を吸着保持し、対を成す回折光学素子２０を回折光学素子１２上に載置する。この時、光硬化性樹脂未硬化部１７の中に接合部の形状７’が挿入して載置される。回折光学素子１２と回折光学素子２０の載置順は逆にしても良い。
【００４０】
次に、光学顕微鏡１５を用いて張り合わせ接合位置を常時確認しながら、ピエゾ圧電素子を備えた回折光学素子の中心軸合わせ機構１４により正確な位置決めを行なう。さらに、位置決めされた回折光学素子２０の光硬化性樹脂未硬化部１７に対して紫外線照射ランプ１６による紫外光を１８Ｊ（１００［ｍＷ／ｃｍ２］×３分）照射する。この時、光硬化性樹脂未硬化部１７が硬化することで該光硬化性樹脂未硬化部１７と接合部の形状７’が固着されるので、一対の回折光学素子が接合された積層型回折光学素子が形成される。
【００４１】
このように、本実施例によれば、従来のものに比して、接着剤を用いないで成形用の光硬化性樹脂そのもので接合するために強固な接合が得られる。また、接着剤と接着剤塗布装置を必要としないので、接合工程の効率化と大幅なコストダウンが可能となる。また、このような優れた積層型回折光学素子を用いて光学系を構成し、それらを撮影装置あるいは観察装置等に適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来例の積層型回折光学素子を説明する断面図と上面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す成形型と成形装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態を示す成形金型の断面図と上面図である。
【図４】本発明の実施の形態を示す回折光学素子の断面図と上面図である。
【図５】本発明の実施の形態を示す接合装置と回折光学素子の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態を示す成形型と成形装置の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態を示す成形型と成形装置の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態を示す成形型と成形装置の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態を示す成形金型の断面図と上面図である。
【図１０】本発明の実施の形態を示す回折光学素子の断面図と上面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    回折光学素子
２    回折光学素子
３    光学有効径外端部外周の平面部
４    積層型回折光学素子
５    成形金型
６    光学機能形状
６’  光学機能形状
７    接合部の形状
７’  接合部の形状
８    レンズブランク保持部材
９    レンズブランク
１０  光硬化性樹脂
１１  紫外線照射ランプ
１２  回折光学素子
１３  回折光学素子保持部材
１４  回折光学素子の中心軸合わせ機構
１５  光学顕微鏡
１６  紫外線照射ランプ
１７  光硬化性樹脂未硬化部
１８  成形金型
１９  リング状の遮光用マスク
２０  回折光学素子
【図１】
2006221062.tif 000003
【図２】
2006221062.tif 000004
【図３】
2006221062.tif 000005
【図４】
2006221062.tif 000006
【図５】
2006221062.tif 000007
【図６】
2006221062.tif 000008
【図７】
2006221062.tif 000009
【図８】
2006221062.tif 000010
【図９】
2006221062.tif 000011
【図１０】
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