(57)【要約】【課題】レプリカ成形における生産性を向上させ、コスト削減を図り、かつ十分な光学的機能を満たした所望形状の回折光学素子を得ることを目的とする。【解決手段】光学的所望かつ機構的所望の微細形状を有する型面上に光硬化性樹脂を滴下し、当該光硬化性樹脂を、平面または曲面レンズブランクで押圧充填し、光照射することにより回折光学素子を成形する成形技術において、その押圧充填の際に硬化前の液状光硬化性樹脂と表面エネルギーや分子密度において異なる物質を当該光硬化性樹脂に接触させて界面を形成する手段の後に、当該界面に対して光照射を行うことを特徴とする回折光学素子の成形方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的所望かつ機構的所望の微細形状を有する型面上に光硬化性樹脂を滴下し、当該光硬化性樹脂を、平面または曲面レンズブランクで押圧充填し、光照射することにより回折光学素子を成形する成形技術において、その押圧充填の際に硬化前の液状光硬化性樹脂と表面エネルギーや分子密度において異なる物質を当該光硬化性樹脂に接触させて界面を形成する手段の後に、当該界面に対して光照射を行うことを特徴とする回折光学素子の成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載の成形方法を用いて製造されたことを特徴とする回折光学素子。
【請求項３】
前記回折光学素子は、その成形面上に光学的所望かつ機構的所望の微細形状を有し、当該機構的所望の微細形状をもって光学的位置合わせを行うことを特徴とする請求項２記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記界面を形成する手段は、レンズブランクにより光硬化性樹脂を押圧充填された型面上の機構的所望の微細形状部と光硬化用光源との間に遮光体を設置し、当該遮光体を通して光照射を行うことを特徴とする請求項１記載の回折光学素子の成形方法。
【請求項５】
前記界面を形成する手段は、レンズブランクにより光硬化性樹脂を押圧充填された型面上の機構的所望の微細形状部に対して、光硬化用のレーザー光または光学系を用いて集光させた光を照射することを特徴とする請求項１記載の回折光学素子の成形方法。
【請求項６】
前記界面を形成する手段は、レンズブランクにより光硬化性樹脂を押圧充填された型面上の機構的所望の微細形状部に、弾性材により構成された針状や帯状または粒状のスペーサーを設置するか、または当該スペーサーを設置した後に当該スペーサーを除くことで空孔を形成することを特徴とする請求項１記載の回折光学素子の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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法、およびそれを用いて形成された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型成形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、当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う。
【０００３】
当該レプリカ成形技術で成形された回折光学素子は、カメラや複写機等の光学系で用いられる場合においてレンズ鏡筒ユニット中に組み込まれるが、当該回折光学素子のユニットへの芯だし位置決めと固定接着は、図１にあるような回折光学素子１の光学有効径外の機構部形状２’とレンズ鏡筒中の受け形状３’をもって行うことが容易であり、これにより光学的に高精度なレンズ鏡筒ユニットが得られる。
【０００４】
さらに、レプリカ成形技術で成形された凹凸１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目的で、互いに張り合わせ素子化させる接合技術がある。
【０００５】
例えば、図２にあるように、回折光学素子３と４を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機構部形状２が設置されており、当該機構部形状を互いに高精度に張り合わせをして、接着剤で固着することで接合素子化を行う。
【０００６】
これら光学有効径外の機構部形状は、レプリカ成形技術における成形型に設置された当該機構部形状の反転形状を転写して成形される。
【０００７】
これら所望形状を有する回折光学素子を成形するレプリカ成形法においては、転写性に優れて、かつ変形や欠損が少ない高精度な成形品を得る目的での提案が数多くされている。
【０００８】
本発明の課題についての先例提案としては、特許文献１において、所望の光学有効非球面領域の外側まで光硬化性樹脂を広がらせた後に、当該非球面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、当該非球面領域の転写性を向上させる方法が提案されている。また、特許文献２においては、押圧充填前の光硬化性樹脂に対して予め弱い光照射を与えてゲル状とすることで、先に硬化収縮の大部分を終了させておく。さらには、成形時に光硬化性樹脂の硬化収縮に合わせて、レンズブランクと成形型を光硬化性樹脂に対して押圧することで硬化収縮によるヒケを軽減する方法が提案されている。また、特許文献３においては、短波長遮断用ガラスを用いて、光硬化性樹脂の光吸収剤の吸収波長より長波長側を先に照射することで硬化反応を緩やかに進ませ、後に短波長側も照射して完全硬化を行うことでヒケを軽減する方法が提案されている。また、特許文献４においては、非反射膜を施した成形用金型を用いて充填した光硬化性樹脂中の照度分布をコントロールして光硬化性樹脂の中央から光硬化させることで転写性を向上させる方法が提案されている。
【０００９】
しかしながら、前記先例提案（特許文献１〜４）においては、素子構成やその目的の差異、また本発明の回折光学素子のレプリカ成形において適応できない手法もあり、より高精度な光学的位置合わせと効率的な生産性を求める場合には次に上げるような課題が発生する。
【特許文献１】特開平６−７５１０６号公報
【特許文献２】特開平２−３０４５０５号公報
【特許文献３】特開平５−１８１００３号公報
【特許文献４】特開平８−１４２０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記したレプリカ成形による回折光学素子の光学的位置合わせは、機構部形状の成形精度によって極めて左右される。よって、成形材料である光硬化性樹脂の硬化収縮による機構部形状の未転写や当該機能部形状の離型による変形や欠損などの要因によって、高精度な光学的位置合わせが困難になると同時に、回折光学素子の光学的位置ズレにより光学系そのものの光学性能を著しく低下させる。
【００１１】
これら回折光学素子の機構部形状は、その位置決め精度や張り合わせ強度を高めるために図１の機構部形状２’において示されるような凹凸形状が一般的に用いられ、その成形材料も多種多様である。
【００１２】
一般的に、レプリカ成形の硬化プロセスにおける成形材料の硬化収縮によるヒケは多少なりとも避けがたいとはいえ、当該機構部形状を有する本発明の回折光学素子においては、押圧充填された成形材料の膜厚差が大きいことから樹脂の硬化収縮によるヒケがより顕著に発生しやすく、複雑な形状での離型による変形や欠損も発生しやすい。具体的には、図３にある機構部形状の外周端部５（膜厚２０μｍ）と機構部形状２（膜厚６０μｍ）を同時に光硬化させた場合、外周端部５において薄膜となった成形材料の外周方向への毛細管現象と、当該外周端部５と機構部形状２との膜厚差により、当該機構部形状２の先端部に優先的にヒケが発生する。また、当該機構部形状２において硬化収縮率が大きい樹脂や低粘度の樹脂を成形材料として用いた場合にはヒケが顕著に現れ、硬化後の脆性や弾性が低い樹脂を成形材料として用いた場合には離型による変形や欠損が増加することがわかっている。具体的には、硬化収縮率が大きい樹脂を用いた場合に、外周端部５の薄膜部と機構部形状２の厚膜部における硬化収縮量により格差が生じる。さらに、低粘度の樹脂を用いた場合には、外周端部５の薄膜部における外周方向への毛細管現象がより活性化することがわかっている。
【００１３】
しかるに、レプリカ成形における非球面領域の転写性を向上させる目的での前記特許文献１においては、非球面光学有効領域外の円周方向における既定領域を遮光するものであり、この手法により形成された形状はその機能と素子構成において本発明とは異なるものである。レプリカ成形における硬化収縮によるヒケを軽減する目的での前記特許文献２においては、型作動行程による生産タクトの長時間化、また生産装置自体の大規模化につながることから、生産性を低下させるだけでなく大幅なコストアップとなる。同様に、レプリカ成形における硬化収縮によるヒケを軽減する目的での前記特許文献３においては、長波長光照射を先行させることで本発明の回折光学素子の良好な転写性が認められたが、完全硬化のための短波長光照射に続く一連の光照射プロセスによる生産タクトの長時間化と生産性の低下が見込まれた。さらに、レプリカ成形における光学領域の転写性を向上させる目的での前記特許文献４においては、成形型上の非反射膜や光照射を制御するためのシャッター等を用いて充填した光硬化性樹脂の中央から光硬化させる硬化プロセスのみでは、機構部形状における膜厚差が顕著な本発明の回折光学素子にその効果を十分に与えないことが認められ、また成形型や生産装置自体のコストアップにつながる。
【００１４】
因って本発明は、先例提案とは異なる構成において、または前述した方法例を使うことなく、その光硬化性樹脂の押圧充填の際に硬化前の液状光硬化性樹脂と表面エネルギーや分子密度において異なる物質を当該光硬化性樹脂に接触させて界面を形成する手段の後に、当該界面に対して光照射を行うという容易な方法により、本発明の回折光学素子の機構部形状を形成して光学的位置合わせを高精度に行うものである。
【００１５】
これにより、レプリカ成形における生産性を向上させ、コスト削減を図り、かつ十分な光学的機能を満たした所望形状の回折光学素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前述の課題を解決するための請求項１の発明は、光学的所望かつ機構的所望の微細形状を有する型面上に光硬化性樹脂を滴下し、当該光硬化性樹脂を、平面または曲面レンズブランクで押圧充填し、光照射することにより回折光学素子を成形する成形技術において、その押圧充填の際に硬化前の液状光硬化性樹脂と表面エネルギーや分子密度において異なる物質を当該光硬化性樹脂に接触させて界面を形成する手段の後に、当該界面に対して光照射を行うことを特徴とする回折光学素子の成形方法である。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の成形方法を用いて製造されたことを特徴とする回折光学素子である。
【００１８】
請求項３の発明は、その成形面上に光学的所望かつ機構的所望の微細形状を有し、当該機構的所望の微細形状をもって光学的位置合わせを行うことを特徴とする請求項２記載の回折光学素子である。
【００１９】
請求項４の発明は、レンズブランクにより光硬化性樹脂を押圧充填された型面上の機構的所望の微細形状部と光硬化用光源との間に遮光体を設置し、当該遮光体を通して光照射を行うことを特徴とする請求項１記載の回折光学素子の成形方法である。
【００２０】
請求項５の発明は、レンズブランクにより光硬化性樹脂を押圧充填された型面上の機構的所望の微細形状部に対して、光硬化用のレーザー光または光学系を用いて集光させた光を照射することを特徴とする請求項１記載の回折光学素子の成形方法である。
【００２１】
請求項６の発明は、レンズブランクにより光硬化性樹脂を押圧充填された型面上の機構的所望の微細形状部に、弾性材により構成された針状や帯状または粒状のスペーサーを設置するか、または当該スペーサーを設置した後に当該スペーサーを除くことで空孔を形成することを特徴とする請求項１記載の回折光学素子の成形方法である。
【００２２】
［作用］
請求項１および２および３および４および５および６の構成を用いることにより、以下に示すような作用を得る。
【００２３】
図３は、レプリカ成形における光学的位置合わせのための機構部形状２を有する回折光学素子１とその成形型６との模式図である。成形型上の機構部形状２は、深さ６０μｍ幅０．５ｍｍ内径２０ｍｍで同心円状に設置されており、当該機構部形状２には光硬化性樹脂７が均一に隙間なく充填されている。
【００２４】
レプリカ成形の硬化プロセスにおいては、充填された光硬化性樹脂７に対して光源からの硬化光をレンズブランク８を通して照射するため、光源側（レンズブランク側）から硬化し始める光硬化性樹脂は徐々に硬化収縮を伝播して、その最深部（成形型側）において硬化収縮によるヒケが表れる。
【００２５】
さらに、硬化収縮によるヒケの要因としては、以下に示すような機構部に独特の形状要因も上げられる。図４にある機構部形状が設置されていない成形型においては、その硬化収縮によるヒケの大部分が光硬化性樹脂と空気層の界面５’において発生するのに対して、当該機構部形状２を有する成形型６においては、光硬化性樹脂と空気層の界面以外にも接合部位置出し面２ａにヒケが顕著に表れる。これは、硬化収縮により減少した樹脂の容積の大部分を、前者が空気層から補充したのに対して、後者は空気層から補充できずに当該接合部位置だし面２ａに真空の空孔を発生させたことによる。詳しくは、図３にある機構部形状２を有する成形型６において、光硬化性樹脂７と空気層からなる界面を有する樹脂層上部が、成形型６の機構部形状２内に充填された樹脂よりも先に光硬化することで、当該樹脂層上部が機構部形状２に対して蓋構造をなし、当該機構部形状２内の硬化収縮により減少した容積分の補充を行えなくすることによる。
【００２６】
さらに、レプリカ成形の硬化収縮によるヒケの要因をより詳細に検討すると、硬化前の液状光硬化性樹脂と当該液状光硬化性樹脂に接触させた表面エネルギーや分子密度において異なる物質から成る界面の影響が上げられる。
【００２７】
例えば、図５に示すように硬化前の液状光硬化性樹脂が、固定された物質Ａと物質Ｂに接触した状態で挟まれているとする。ここで、物質ＡをＮｉ表面に撥水膜を成膜した成形型、物質Ｂをその表面に密着膜を成膜したレンズブランク、所謂レプリカ成形の一般的な構成として、液状光硬化性樹脂を図示方向から光硬化させたとする。この時、レンズブランクと樹脂の界面は密着したまま硬化され、一方の成形型と樹脂の界面には硬化収縮が集中することで、成形型と樹脂の密着が分離される界面破壊が生じる。これは、成形型表面とレンズブランク表面の光硬化性樹脂に対する濡れ性の相対的な影響であり、２つの界面の濡れ性を比較して、濡れ性が良い面に対しては密着力が強化され、濡れ性が悪い面に対しては界面分離が集中することになる。
【００２８】
また、物質Ａを同じくＮｉ表面に撥水膜を成膜した成形型、物質Ｂを空気層として、液状光硬化性樹脂を図示方向から光硬化させたとする。この時、成形型と樹脂の界面は密着したまま硬化され、一方の空気層と樹脂の界面に硬化収縮が集中することになる。
【００２９】
さらに、レプリカ成形の硬化収縮によるヒケの要因を考える上で、前述したような異なる界面での密着力の相対評価に加えて、液状光硬化性樹脂自体の粘弾性による内部応力の作用も考慮しなければならない。具体的には、物質Ａと物質Ｂを同物質として硬化前の液状光硬化性樹脂を挟んだとすると、２つの界面の条件は等しいが、発生する硬化収縮によるヒケは当該界面の条件と液状樹脂自体がもつ内部応力により異なるものとなる。例えば、物質Ａと物質Ｂを空気層として、液状光硬化性樹脂を図示方向から光硬化させたとする。この時、空気層と樹脂の界面には硬化収縮によるヒケが集中して、樹脂自体はその重心に向かって収縮する。さらに、物質Ａと物質Ｂを同液状樹脂の硬化物として、液状光硬化性樹脂を図示方向から光硬化させたとする。この時、硬化物と液状樹脂の界面は密着したまま硬化され、液状樹脂の重心を含む内部には硬化収縮によるヒケ（空孔）が複数発生する。
【００３０】
これらの現象は、樹脂自体が縮もうとする内部応力と樹脂が界面と密着しようとする密着力との反発しあう相対的な応力関係を起因として発生し、当該内部応力が優勢の時は界面の分離が生じ、当該密着力が優勢の時は、界面の密着が生じることになる。この界面の条件は、濡れ性等の表面自由エネルギーとファンデルワールス力や化学結合等の分子間力の相互作用によって決定される。
【００３１】
因って、前述したこれら界面の作用を有効に活用し、以下に示す実施例において応用することで、硬化収縮によるヒケを制御した高精度な転写性を得ることを目的とする。
【発明の効果】
【００３２】
本願の請求項１及び請求項２及び請求項３及び請求項４及び請求項５及び請求項６に記載した発明によるその効果は、その光硬化性樹脂の押圧充填の際に硬化前の液状光硬化性樹脂と表面エネルギーや分子密度において異なる物質を当該光硬化性樹脂に接触させて界面を形成する手段の後に、当該界面に対して光照射を行うという容易な方法により、本発明の回折光学素子の機構部形状を形成して光学的位置合わせを高精度に行うものである。
【００３３】
これにより、レプリカ成形における生産性を向上させ、コスト削減を図り、かつ十分な光学的機能を満たした所望形状の回折光学素子を得ることを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００３５】
図６は本発明のレプリカ成形装置における実施例１を示す概略構成図である。６は所望とする光学機能形状の反転形状９と位置合わせ用の機構部形状２をその成形面に設けた成形型である。成形型６は固定されており、成形型６を嵌め込んでいるリング状のレンズブランク保持部材１０上にはレンズブランク８が載置され、レンズブランク８の中心軸と成形型６の成形面の中心軸との合わせは、当該レンズブランク保持材１０の勘合部にレンズブランク８を嵌め込むことで実現する。レンズブランク８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１０は上下動自在に保持されている。成形型６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７が供給されており、レンズブランク８の上方には紫外線照射ランプ１１が成形型光学機能面に対して紫外線が垂直に入射されるように設置されている。光硬化性樹脂７としては、波長３６５ｎｍ付近をピークとして重合が開始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等の波長３６５ｎｍ付近に発振のピークを有する光源を使用する。
【００３６】
図７は、本実施例における成形型６の上面図と側面図を示す。光学機能面９を形成する微細形状は、光学有効径２０ｍｍ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。光学有効径外の型成形面には、溝深さ４０〜２００μｍ、溝幅０．５〜１ｍｍの位置合わせ用の機構部形状２を同心円状に配置する。当該機構部形状２は、図８に示されるように、硬化した光硬化性樹脂の強度物性や鏡筒等における受け形状を考慮して、その形状や大きさを選択する。
【００３７】
図９は、当該成形型６により理想的に作製される回折光学素子を示す。レンズブランク８上に形成された樹脂層の光学機能面９’は、ブレーズ型回折格子の中心への凹形状、即ち当該成形型の反転形状として同心円状に形成される。回折光学素子の光学有効径外においては、型成形面の反転形状である位置決め用の機構部形状２’が同心円状に形成される。
【００３８】
以下、本実施例における成形プロセスを図６，図１０において説明する。まず、成形型６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７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カップリング処理を片面に施したレンズブランク８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１０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８を保持するための機構を備えても良い。その後、リング状のレンズブランク保持部材１０を下降させ、成形型６とレンズブランク８を相対的に接近させ、光硬化性樹脂７を所望の厚み、かつ光学有効径外の位置合わせ用の機構部形状２を有する外周まで満たすように充填させる。この時、光硬化性樹脂７への気泡混入や型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。
【００３９】
その後、図１１の上面図と側面図において示されるような厚さ１ｍｍのゴム板より切り抜かれた遮光板１２をレンズブランク８上に正確に設置して、紫外線照射ランプ１１により１０［ｍＷ／ｃｍ２］の紫外線を樹脂層の非遮光部に対して３０秒照射する。当該遮光板１２は、位置合わせ用の機構部形状２を周方向に交互に遮光する形状を有しており、その素材もレンズブランクに傷を付けず且つ硬化光を透さない素材であれば良い。遮光板１２を介した光照射の直後には当該遮光板１２を取り除き、紫外線照射ランプ１１により１５０［ｍＷ／ｃｍ２］の紫外線を樹脂全面に対して３分間照射することで、遮光板１２により遮光されていた光硬化性樹脂の未硬化部も完全硬化させる。全面照射による光硬化性樹脂全体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１０を上昇させることで、成形型６から硬化した光硬化性樹脂７とレンズブランク８から成る回折光学素子を剥離させる。
【００４０】
本発明の作用において前述したように、光硬化性樹脂の硬化収縮によるヒケは界面の条件と樹脂の内部応力に依存する。本実施例においては、位置合わせ用の機構部形状２に対して遮光板１２を介して硬化光を照射することで、樹脂の内部応力を制御して、同樹脂ながらも硬化樹脂と未硬化樹脂という異なる物性から成る界面を形成した。詳しくは、遮光板１２を介しての光照射の直後に、その照射部においては樹脂照射部内での重心方向への硬化収縮が生じ、非照射部では照射部の硬化収縮に合わせて液状の未硬化樹脂を当該照射部の硬化収縮分だけ供給しようとする内部応力が発生する。さらに、遮光板１２を取り除いた後の全面照射の際にも、硬化樹脂と未硬化樹脂から成る界面においては、当該未硬化樹脂が硬化樹脂へと密着しようとする内部応力が発生する。しかるに、本実施例における遮光板１２を用いた一連の硬化プロセスにおいては、遮光部内の未硬化樹脂が非遮光部内の硬化樹脂の硬化収縮分へと常に供給されるため、高精度に転写された機構部形状２と大きくヒケを発生させた機構部形状２とに差別化できる。
【００４１】
また、遮光板１２を用いずに全面に対して光硬化を行った場合には、機構部形状２の全周において同時にヒケが発生する。これら全周にわたりヒケが発生した回折光学素子による鏡筒への光学的位置合わせや当該回折光学素子同士の張り合わせ素子化においては、その光学性能は十分に満たされなかったが、本実施例による回折光学素子のそれは十分に満たされた。これは、光学的位置合わせにおいて、機構部形状２の全周にヒケが発生した場合には、すべての位置合わせ面が不確定に構成されているのに対して、本実施例においては、複数点の高精度な機構部形状が形成されてさえいれば、十分な位置合わせ性能を満たすことが可能であることを示している。
【００４２】
さらに、前述した遮光板１２と同等の作用を及ぼすものとして、当該遮光板１２と遮光形状において異なる図１２の遮光板１３が上げられる。
【００４３】
当該遮光板１３は、図１２の上面図と側面図において示されるように位置合わせ用の機構部形状２における照射部と非照射部の界面を径方向に分割して、周方向においては連続する円形状を有しており、その素材もレンズブランクに傷を付けず且つ硬化光を透さない素材であれば良い。当該遮光板１３を介した光硬化により、位置合わせ用の機構部形状２は、全周において径方向の硬化収縮によるヒケを発生させ、図１２にある垂直方向の位置合わせ面２ｂと水平方向の接合部位置出し面２ａの一部を高精度に転写する。しかるに、当該遮光板１３を用いた実施例においても、複数点の高精度な機構部が形成されることで、十分な光学的位置合わせを可能とする。
【００４４】
また、本実施例においては、光硬化性樹脂７と密着する金型やレンズブランク等の物質に対してなんら表面処理は行っていない。しかし、光硬化性樹脂７に対して、その密着力や撥水性を制御するため、界面の密着力を強化するための膜や界面分離を発生しやすくするための撥水膜を成膜しても良い。具体的に、密着力を強化するための膜にはシラン系カップリング剤などが上げられ、撥水膜にはフッ素系離型剤などが上げられる。
【００４５】
因って、本実施例の構成において、本発明の回折光学素子の機構部形状２’を形成して光学的位置合わせを高精度に行うものである。これにより、レプリカ成形における生産性を向上させ、コスト削減を図り、かつ十分な光学的機能を満たした所望形状の回折光学素子を得ることを目的とする。
【実施例２】
【００４６】
図１３は本発明のレプリカ成形装置における実施例２を示す概略構成図である。
【００４７】
本実施例の装置構成は、前記実施例１の装置構成に比較して、遮光板１２を用いずに光硬化用のレーザー光源１４または光学系を用いて集光させる光源１４を設置したもので、他の構成は同一な構成部分から成るものであり、その説明を省略する。
【００４８】
以下、本実施例における成形プロセスを図１３，図１４において説明する。まず、成形型６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７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カップリング処理を片面に施したレンズブランク８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１０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８を保持するための機構を備えても良い。その後、リング状のレンズブランク保持部材１０を下降させ、成形型６とレンズブランク８を相対的に接近させ、光硬化性樹脂７を所望の厚み、かつ光学有効径外の位置合わせ用の機構部形状２を有する外周まで満たすように充填させる。この時、樹脂７への気泡混入や型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。
【００４９】
その後、光硬化用のレーザー光源１４または光学系を用いて集光させる光源１４を用いて、機構部形状２に対して１０［ｍＷ／ｃｍ２］の硬化光を１０秒間照射する。当該レーザー光源１４または光学系を用いて集光させる光源１４により集光された光は、機構部形状２においてスポット径がφ０．５ｍｍ以下に集光されており、当該照射部は実施例１の遮光板１２による非遮光部に等しい。集光されたスポット光は、実施例１の遮光板１２による非遮光部の形状に等しく走査されるが、その走査機能は光源の精密駆動と点滅制御による。
【００５０】
当該スポット光の機構部形状２に対する照射の後、紫外線照射ランプ１１により１５０［ｍＷ／ｃｍ２］の紫外線を樹脂全面に対して３分間照射することで、機構部形状２の非照射部と光学機能部を含む光硬化性樹脂７の未硬化部も完全硬化させる。全面照射による光硬化性樹脂７全体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１０を上昇させることで、成形型６から硬化した光硬化性樹脂７とレンズブランク８から成る回折光学素子を剥離させる。
【００５１】
本発明の作用において前述したように、光硬化性樹脂の硬化収縮によるヒケは界面の条件と樹脂の内部応力に依存する。本実施例においては、位置合わせ用の機構部形状２に対して、光硬化用のレーザー光源１４または光学系を用いて集光させる光源１４からのスポット光を照射することで、樹脂の内部応力を制御して、同樹脂ながらも硬化樹脂と未硬化樹脂という異なる物性から成る界面を形成した。詳しくは、スポット光照射の直後に、そのスポット光照射部内においては樹脂照射部内での重心方向への硬化収縮が生じ、非照射部では照射部の硬化収縮に合わせて液状の未硬化樹脂を当該照射部の硬化収縮分だけ供給しようとする内部応力が発生する。さらに、スポット光照射後の全面照射の際にも、硬化樹脂と未硬化樹脂から成る界面においては、当該未硬化樹脂が硬化樹脂へと密着しようとする内部応力が発生する。しかるに、本実施例におけるスポット光照射を用いた一連の硬化プロセスにおいては、非照射部内の未硬化樹脂がスポット光照射部内の硬化樹脂の硬化収縮分へと常に供給されるため、高精度に転写された機構部形状２と大きくヒケを発生させた機構部形状２とに差別化できる。
【００５２】
さらに、本実施例での機構部形状２’を用いた光学的位置合わせにおいては、実施例１の効果に同じく複数点の高精度な機構部が形成されているため、十分な位置合わせ性能を満たすことが可能であった。
【００５３】
また、本実施例のスポット光による照射領域は、前述した機構部形状２を周方向に交互に走査する照射領域、または機構部形状２における照射部と非照射部の界面を径方向に分割して、周方向においては連続する円周上で走査する照射領域であり、図１１図１２にある実施例１の非遮光形状に等しく、同様の効果を与える。
【００５４】
また、本実施例においては、光硬化性樹脂７と密着する金型やレンズブランク等の物質に対してなんら表面処理は行っていない。しかし、光硬化性樹脂７に対して、その密着力や撥水性を制御するため、界面の密着力を強化するための膜や界面分離を発生しやすくするための撥水膜を成膜しても良い。具体的に、密着力を強化するための膜にはシラン系カップリング剤などが上げられ、撥水膜にはフッ素系離型剤などが上げられる。
【００５５】
因って、本実施例の構成において、本発明の回折光学素子の機構部形状２’を形成して光学的位置合わせを高精度に行うものである。これにより、レプリカ成形における生産性を向上させ、コスト削減を図り、かつ十分な光学的機能を満たした所望形状の回折光学素子を得ることを目的とする。
【実施例３】
【００５６】
図１５は本発明のレプリカ成形装置における実施例３を示す概略構成図である。
【００５７】
本実施例の装置構成は、前記実施例１の装置構成に比較して、レンズブランク保持部材１０を通して樹脂層の機構部形状２に対して出し入れ可能な弾性材スペーサー１５を設置したもので、他の構成は同一な構成部分から成るものであり、その説明を省略する。
【００５８】
以下、本実施例における成形プロセスを図１５，図１６において説明する。まず、成形型６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７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カップリング処理を片面に施したレンズブランク８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１０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８を保持するための機構を備えても良い。その後、リング状のレンズブランク保持部材１０を下降させ、成形型６とレンズブランク８を相対的に接近させ、光硬化性樹脂７を所望の厚み、かつ光学有効径外の位置合わせ用の機構部形状２を有する外周まで満たすように充填させる。この時、樹脂７への気泡混入や型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。さらに、図１６，図１７に示されるように、光硬化性樹脂７を通して幅１ｍｍ厚さ５０μｍの弾性材スペーサー１５を８方向より成形型面の当該機構部形状２上に設置する。当該弾性材スペーサー１５を予め光硬化性樹脂７の充填前に設置して、その後に光硬化性樹脂７を充填させても良い。当該弾性材スペーサー１５は、光硬化性樹脂７に対する界面の密着力性または界面分離を発生しやすくするための撥水性のどちらか一方の表面物性を有し、波長３６５ｎｍの紫外線に対して１０％以上の透過率を有する。その後、紫外線照射ランプ１１により１０［ｍＷ／ｃｍ２］の紫外線を光硬化性樹脂７の全面に対して３０秒間照射する。光硬化性樹脂７が当該照射によりある程度硬化した後に、８方向からの弾性材スペーサー１５を光硬化性樹脂７中から取り出し、さらに紫外線照射ランプ１１により１５０［ｍＷ／ｃｍ２］の紫外線を樹脂全面に対して３分間照射することで、光硬化性樹脂７を完全硬化させる。光硬化性樹脂全体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１０を上昇させることで、成形型６から光硬化性樹脂７とレンズブランク８から成る回折光学素子を剥離させる。
【００５９】
本発明の作用において前述したように、光硬化性樹脂の硬化収縮によるヒケは界面の条件と樹脂の内部応力に依存する。本実施例においては、位置合わせ用の機構部形状２上の光硬化性樹脂７中に当該光硬化性樹脂とは異なる弾性材スペーサー１５を設置することで、異なる物性から成る界面を形成した。詳しくは、当該弾性材スペーサー１５が光硬化性樹脂７に対する界面の密着力性または界面分離を発生しやすくするための撥水性のどちらか一方の表面物性を有しており、光照射時での樹脂硬化においては、前者が樹脂の界面への密着力が発生するのに対して、後者は界面から分離しようとする樹脂の硬化収縮による内部応力が発生する。弾性材スペーサー１５に対して光硬化性樹脂７の密着が生じた場合、当該弾性材スペーサー１５の周囲に光硬化性樹脂７が集まり、スペーサーとスペーサーの間には硬化収縮によるヒケ（空孔）が集中する。また、弾性材スペーサー１５に対して樹脂の分離が生じた場合、当該弾性材スペーサー１５の周囲に硬化収縮によるヒケ（空孔）が発生し、スペーサーとスペーサーの間には光硬化性樹脂７が集中する。しかるに、本実施例における弾性材スペーサー１５を用いた一連の硬化プロセスにおいては、弾性材スペーサー１５の周囲に充填した光硬化性樹脂７の当該弾性材スペーサー１５に対する密着性と分離性を制御できるため、高精度に転写された機構部形状２と大きくヒケを発生させた機構部形状２とに差別化できる。さらに、本実施例での機構部形状２’を用いた光学的位置合わせにおいては、実施例１の効果に同じく複数点の高精度な機構部形状２’が形成されているため、十分な位置合わせ性能を満たすことが可能であった。
【００６０】
また、前述した本実施例においては、弾性材スペーサー１５を光硬化性樹脂７の硬化後に引き抜いているが、光硬化前の未硬化光硬化性樹脂７の充填段階で当該スペーサー１５を引き抜いても良い。この時、当該スペーサー１５が引き抜かれた後には空気による空孔が形成されており、空気層と光硬化性樹脂層７による界面が存在することになる。当該界面への光照射においては、光硬化性樹脂７の空気層とは逆方向への硬化収縮が発生するため、前記実施例と同様に高精度に転写された機構部形状２と大きくヒケを発生させた機構部形状２とに差別化できる。
【００６１】
また、本実施例において、当該弾性材スペーサー１５には平板の樹脂フィルムなどを用いて良いが、その他形状として針状スペーサーや粒状スペーサーなどが上げられ、所望の機構部形状２や樹脂膜厚に合わせてその形状や設置位置を設定する。針状スペーサーの具体例としては、本実施例における機構同様に、レンズブランク保持部材１０を通して樹脂層の機構部形状２に対して出し入れ可能なφ５０μｍの針状スペーサーが上げられる。さらに、粒状スペーサーの具体例としては、硬化光を透過する樹脂で作製されるφ３０μｍの粒子が上げられる。図１８にあるように当該粒状スペーサー１６を成形型面上の機構部形状２内の各８方向に設置してから光硬化性樹脂７と同時に充填させることで、異なる物性から成る界面を形成し、本実施例同様の効果を得る。当該粒状スペーサー１６は、これまでに例示した実施例のスペーサーとは異なり、光硬化性樹脂７中に充填されるため、当該スペーサー１６を取り除く必要がない。さらに、本実施例において例示したスペーサーの素材は、成形型やレンズブランクに傷を付けない弾性材が好ましく、且つ硬化光を透過させる素材であれば良い。
【００６２】
また、本実施例においては、光硬化性樹脂７と密着するスペーサーや金型やレンズブランク等の物質に対してなんら表面処理は行っていない。しかし、光硬化性樹脂７に対して、その密着力や撥水性を制御するため、界面の密着力を強化するための膜や界面分離を発生しやすくするための撥水膜を成膜しても良い。具体的に、密着力を強化するための膜にはシラン系カップリング剤などが上げられ、撥水膜にはフッ素系離型剤などが上げられる。
【００６３】
因って、本実施例の構成において、本発明の回折光学素子の機構部形状２’を形成して光学的位置合わせを高精度に行うものである。これにより、レプリカ成形における生産性を向上させ、コスト削減を図り、かつ十分な光学的機能を満たした所望形状の回折光学素子を得ることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態を示す光学素子の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す光学素子の説明図である。
【図３】従来例の照射方法とその作用を説明する図である。
【図４】従来例の照射方法とその作用を説明する図である。
【図５】本発明の作用を説明する図である。
【図６】本発明の実施例１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の断面図と上面図である。
【図８】本発明の実施の形態を示す成形型の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態を示す光学素子の断面図と上面図である。
【図１０】本発明の実施例１を示す成形型と成形装置の断面図である。
【図１１】本発明の実施例１を示す界面を形成する手段の説明図である。
【図１２】本発明の実施例１を示す界面を形成する手段の説明図である。
【図１３】本発明の実施例２を示す成形型と成形装置の断面図である。
【図１４】本発明の実施例２を示す成形型と成形装置の断面図である。
【図１５】本発明の実施例３を示す成形型と成形装置の断面図である。
【図１６】本発明の実施例３を示す成形型と成形装置の断面図である。
【図１７】本発明の実施例３を示す界面を形成する手段の説明図である。
【図１８】本発明の実施例３を示す界面を形成する手段の説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    回折光学素子
２    成形型の機構部形状
２ａ  接合部位置出し面
２ｂ  機構部形状における垂直方向の位置合わせ面
２’  回折光学素子の機構部形状
３    回折光学素子
３’  レンズ鏡筒中の受け形状
４    回折光学素子
５    機構部形状の外周端部
６    成形型
７    光硬化性樹脂
８    レンズブランク
９    光学機能形状
１０  レンズブランク保持部材
１１  紫外線照射ランプ
１２  遮光板
１３  遮光板
１４  レーザー光源または光学系を用いて集光させる光源
１５  弾性材スペーサー
１６  粒状スペーサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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