(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂成形により製造するレンズの製造方法であって、
光硬化樹脂を硬化させるための光が透過する照射窓を有するカバーガラスと、成形樹脂レンズの平面形状に対応する成形空間を形成する孔を有する第１金型と、この第１金型の孔に挿入される凸部を有する第３金型と、この第３金型の凸部の第１金型の孔に対する進入量を規定する第２金型とを有し、カバーガラス、第１金型の孔及び第３金型の凸部先端により樹脂レンズの成形用キャビティを構成する成形セルを準備するステップと、
真空容器内に光硬化樹脂を湛えた受け皿と成形セルとを配置するステップと、
真空容器内を真空雰囲気状態に真空引きしたのち、成形セルを受け皿内の光硬化樹脂に浸漬するステップと、
真空容器内の真空状態を解除させて成形セルのキャビティ内部に差圧で光硬化樹脂を注入するステップと、
カバーガラスの光照射窓を介して光を照射してキャビティ内部の光硬化樹脂を硬化するステップと、
成形セルからカバーガラス及び第２金型を除去し、第３金型の凸部を第１金型の孔内に進入させて第１金型の孔からキャビティ内部の成形樹脂レンズを取り出すステップと、を有することを特徴とするレンズの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のレンズの製造方法において、
前記第３金型の凸部先端には、回折格子を形成するための輪帯が刻設されているレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、レンズの製造方法及びこれに使用する成形セルに関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
例えば、微小な回折部を設けた直径５ｍｍ程度の微小な樹脂レンズが知られている。この樹脂レンズは、一般に、射出成形方法により、加熱して溶かした樹脂を金型内に高圧で流し込み、その後、冷却して形成している。
【０００３】
しかしながら、このような成形方法によれば、数ｎｍから数μｍという微小な回折部のエッジ形状を金型から正確に転写させて形成するのが非常に困難であった。即ち、これは、加熱されて金型内に流れ込む樹脂から気化して発生するガスのため、金型内部の真空度が上がり難く、金型内の微細部分にそのガスが残留してしまうといったことが原因として考えられる。また、この他に、流し込む樹脂材料の粘度が高いといったことも、その一因と見られている。
【０００４】
【発明の目的】
そこで、本発明は、上記した事情に鑑み、微細な形状を正確に転写・成形することが可能なレンズの製造方法及びこれに使用する成形セルを提供することを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、樹脂成形により製造するレンズの製造方法であって、光硬化樹脂を硬化させるための光が透過する照射窓を有するカバーガラスと、成形樹脂レンズの平面形状に対応する成形空間を形成する孔を有する第１金型と、この第１金型の孔に挿入される凸部を有する第３金型と、この第３金型の凸部の第１金型の孔に対する進入量を規定する第２金型とを有し、カバーガラス、第１金型の孔及び第３金型の凸部先端により樹脂レンズの成形用キャビティを構成する成形セルを準備するステップと、真空容器内に光硬化樹脂を湛えた受け皿と成形セルとを配置するステップと、真空容器内を真空雰囲気状態に真空引きしたのち、成形セルを受け皿内の光硬化樹脂に浸漬するステップと、真空容器内の真空状態を解除させて成形セルのキャビティ内部に差圧で光硬化樹脂を注入するステップと、カバーガラスの光照射窓を介して光を照射してキャビティ内部の光硬化樹脂を硬化するステップと、成形セルからカバーガラス及び第２金型を除去し、第３金型の凸部を第１金型の孔内に進入させて第１金型の孔からキャビティ内部の成形樹脂レンズを取り出すステップと、を有することを特徴としている。
【０００６】
第３金型の凸部先端には、回折格子を形成するための輪帯を刻設することができる。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は、この発明の実施形態に係るレンズの製造方法に使用する成形セルＡを示すものであり、この成形セルＡは、大略構成として、カバーガラス１と、金型２とで構成されている。なお、これら双方は、レンズ成形の際には、適宜の機械的な手段で、接合面に塗布した適宜の離型剤を介して気密状態に固定される（図５参照）。
【００１１】
カバーガラス１は、成形材料である樹脂(以下、紫外線硬化樹脂とよぶ)に照射させて硬化させる紫外線を透過させる材質のもので形成しており、この実施形態では透明略平板状のもので構成している。このカバーガラス１は、少なくとも後述する金型２の孔２１Ａ（キャビティ）を臨む部位（以下、照射窓Ｗとよぶ）が、つまり少なくともその円形の照射窓Ｗの部分が紫外線を透過することができるように形成されていればよい。また、このカバーガラス１は、成形したレンズの一面が凸面となるようにするため、例えば図３に示すように、接合面の照射窓Ｗに相当する部分、つまりパーティングライン（Ｐ．Ｌ．）に臨む内側面部分が、凹状に窪んだ形状を呈するようにしてもよい。このような形状のもので成形すれば、凸レンズの機能を付加することができる。
【００１２】
金型２は、３層構造のものを着脱可能に、かつ、気密状態に積層させた構成のものであり、この実施形態では図４に示すように、第１金型部材２１乃至第３金型部材２３から構成されている。
【００１３】
このうち、第１金型部材２１は、表面中央部から裏面中央部を貫通して孔２１Ａを形成している。この孔２１Ａには、後述する第３金型部材２３の凸部２３Ａが入り込んでおり、この孔２１Ａとカバーガラス１とによってレンズを形成するためのキャビティとなる空間を形成している。また、この第１金型部材２１には、受け皿Ｂ（図８参照）からその孔２１Ａへ紫外線硬化樹脂Ｃを流し込ませるための注入路２１Ｂも形成されている。
また、この第１金型部材２１には、カバーガラス１と接合する表面側が一定量Ｘ（図１参照）だけ下方に突出した構成となっている。これにより、例えば図９に示すように、受け皿Ｂの紫外線硬化樹脂Ｃに浸漬したときに、その受け皿Ｂの周縁部に第１金型部材２１の底部２１Ｃを係止させておけば、他の接合面、即ち、第１金型部材２１と第２金型部材２２との間や、第２金型部材２２と第３金型部材２３との間が紫外線硬化樹脂に浸漬されないようになる。なお、この下方への突出量Ｘは、受け皿Ｂに金型２を浸漬させたときに、収容する紫外線硬化樹脂の液の深さを上回る程度の長さにするのが好ましい。
【００１４】
第２金型部材２２は、厚さｔ（成型するレンズの厚さ程度）を有する略平板状のもので構成されており、第１金型部材２１と第３金型部材２３との間に、着脱自在に、しかも気密状態でセットしておくようになっている。即ち、この第２金型部材２２は、成型の際には、第１金型部材２１と第３金型部材２３との間に気密状態でセットしておき、成型後には、つまりレンズとなる成形品を取り出す際には、第１金型部材２１と第３金型部材２３との間から抜き取るようになっている。これにより、第３金型部材２３側の凸部２３Ａが、その厚さｔの分だけ孔２１Ａの内部を前進できるようになるから、例えばこの凸部２３Ａの先端面が孔２１Ａの出口付近まで達するように構成すれば、レンズとなる成形品を第１金型部材の孔２１Ａから外部へ押し出すことができるわけである。
なお、この第２金型部材２２には、第３金型部材２３の凸部２３Ａが第１金型部材２１まで貫通することができるようにするため、開口部２２Ａが形成されている。この開口部２２Ａの形状は、特にこの実施形態のものに限定されるものではない。
【００１５】
第３金型部材２３は、一方の面から一定長さＬだけ突出させた凸部２３Ａを設けており、この凸部２３Ａが孔２１Ａ内に一定深さだけ進入する。この凸部２３Ａは、先端部分が孔２１Ａの底部、つまりキャビティの一部を構成するものであり、特に成形するレンズに回折格子を形成させるため、先端面部分には規則的な溝などからなる輪帯２３Ｂが刻設されている。さらに、この凸部２３Ａは、前述したように、キャビティの一部を構成する第１金型部材２１の孔２１Ａに留まる成形品を傷つけずにキャビティから剥がして取り出す離型手段、或いは成形品を外部へ押し出すプッシャとしての機能も有している。
【００１６】
なお、カバーガラス１と金型２とで構成されたこの成形セルＡは、１個のもので１個のレンズを成型する構成のものに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、複数のキャビティを有する成形セルＡ´とこの成形セルＡ´が同時に浸漬できる受け皿Ｂ´とを有し、複数の成形品(レンズ)を同時に一括して成型するような構成であってもよい。
【００１７】
次に、この発明に係る微小レンズの製造方法について、先の実施形態に係る成形セルを用いて説明する。
この実施形態の微小レンズの製造方法は、図７に示すように、大略、第１ステップＳ１から第１０ステップＳ１０で構成されている。
【００１８】
第１ステップＳ１では、図８に示すように、先の実施形態に係る成形セルＡと、紫外線硬化樹脂Ｃを湛えた受け皿Ｂを用意する。この成形セルＡでは、カバーガラス１と金型２とが、接合面に離型剤を塗布してから適宜の手段でしっかりと固定されている。なお、これらのものは図示外の真空ベルジャ内部に設置しており、特に成形セルＡは、外部からの操作で受け皿Ｂの内部に降下させることができる適宜の手段を付設してあるが、この段階では、図８に示すように、まだ成形セルＡが受け皿Ｂ内の紫外線硬化樹脂Ｃに浸漬されていない。従って、注入路２１Ｂは開口したままであり、外部と連通している。
【００１９】
第２ステップＳ２では、真空べルジャを真空引きして真空べルジャ内部を、例えば、１０-3ｔｏｒｒ（≒１．３３×１０-1Ｐａ）程度まで真空度を高める。この場合、成形セルＡでは、キャビティ内部が注入路２１Ｂを介して外部と連通しているから、キャビティ内部も真空状態となっている。
【００２０】
第３ステップＳ３では、この真空度状態をそのまま維持しておく。
【００２１】
第４ステップＳ４では、キャビティ内部も含め真空べルジャ内部をこの真空度状態のままで成形セルＡを降下させ、図９に示すように、少なくとも注入路２１Ｂを受け皿Ｂ内の紫外線硬化樹脂Ｃに浸漬する。このとき、その紫外線硬化樹脂Ｃが注入路２１Ｂ内に一部進入して出口を塞いだ状態になる。これにより、キャビティ内部は外部との流通が遮断される。
【００２２】
第５ステップＳ５では、その後、真空ベルジャを徐々にリークさせることにより、真空ベルジャ内部の気圧を昇圧していく。このとき、注入路２１Ｂを塞がれたキャビティ内部は、先の真空度状態が維持されている。
【００２３】
第６ステップＳ６では、このリークによって真空ベルジャ内部の気圧が上昇するが、キャビティ内部は、前述の真空度状態がそのまま維持されている。これにより、成形セルＡのキャビティ内外の差圧により、つまり図１０に示すように、圧力の高い外部から圧力の低いキャビティ内部へ向けて、紫外線硬化樹脂Ｃが侵入していく。
【００２４】
第７ステップＳ７では、これにより、図１１に示すように、キャビティ内部への紫外線硬化樹脂Ｃの注入が完了する。
【００２５】
第８ステップＳ８では、図１２に示すように、図示外の紫外線照射源により紫外線照射窓Ｗを介して紫外線ＵＶをキャビティ内部へ照射する。これにより、紫外線ＵＶでキャビティ内部の紫外線硬化樹脂Ｃが硬化する。
【００２６】
第９ステップＳ９では、完全にキャビティ内部の樹脂が硬化したら、受け皿Ｂから成形セルＡ毎引き上げてきて、カバーガラス１と金型２とを離間させる。これにより、金型２内部の成形品が孔２１Ａ内部に留まっているが、第２金型部材２２を抜き出して、第１金型部材２１に第３金型部材２３を直接接合する。そして、離型手段である突起２３Ａを押し込むことにより、孔２１Ａ内に留まっている成形品を押し出して外部へ取り出すことができる。
【００２７】
第１０ステップＳ１０では、図１３に示すように、孔２１Ａから取出してきた成形品Ｄであるレンズと一体に成形されている（注入路２１Ｂに残留する）ゲートに形成された不要な紫外線硬化樹脂部分Ｅを、ナイフその他の適宜の切断手段でカットして除去する。これにより、一面側に回折格子Ｆを形成した所望のレンズが出来上がる。
【００２８】
なお、この実施形態では、成形材料として紫外線硬化樹脂を使用したが、これ以外に、例えば紫外線以外の適宜の波長の光を照射して硬化する材料（光硬化樹脂材料）のものでも構わない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、樹脂成形により製造するレンズの製造方法であって、光硬化樹脂を硬化させるための光が透過する照射窓を有するカバーガラスと、成形樹脂レンズの平面形状に対応する成形空間を形成する孔を有する第１金型と、この第１金型の孔に挿入される凸部を有する第３金型と、この第３金型の凸部の第１金型の孔に対する進入量を規定する第２金型とを有し、カバーガラス、第１金型の孔及び第３金型の凸部先端により樹脂レンズの成形用キャビティを構成する成形セルを準備するステップと、真空容器内に光硬化樹脂を湛えた受け皿と成形セルとを配置するステップと、真空容器内を真空雰囲気状態に真空引きしたのち、成形セルを受け皿内の光硬化樹脂に浸漬するステップと、真空容器内の真空状態を解除させて成形セルのキャビティ内部に差圧で光硬化樹脂を注入するステップと、カバーガラスの光照射窓を介して光を照射してキャビティ内部の光硬化樹脂を硬化するステップと、成形セルからカバーガラス及び第２金型を除去し、第３金型の凸部を第１金型の孔内に進入させて第１金型の孔からキャビティ内部の成形樹脂レンズを取り出すステップと、を有している。
【００３０】
即ち、この発明によれば、成形時に発生するガスなどがキャビティ内部に残留することなどの理由により、成形品を正確に成形できない原因となっていた射出成形方法による樹脂成形を避けて成形するように構成したので、微細な形状を正確に転写・成形することが可能になり、高精度の樹脂成形品が実現でき、便宜である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のレンズの製造方法に使用する成形セルの分解斜視図である。
【図２】同成形セルの断面図である。
【図３】この発明に係る成形セルのガラスカバー部分の変形例を示す分解斜視図である。
【図４】成形セルの金型部分を示す分解斜視図である。
【図５】成形セルを示す斜視図である。
【図６】成形セル及び受け皿の変形例を示す正面図である。
【図７】この発明に係るレンズの製造方法を示す工程図である。
【図８】この発明に係るレンズの製造方法の第１ステップを示す説明図である。
【図９】第４ステップを示す説明図である。
【図１０】第６ステップを示す説明図である。
【図１１】第７ステップを示す説明図である。
【図１２】第８ステップを示す説明図である。
【図１３】第１０ステップを示す説明図である。
【符号の説明】
１        カバーガラス
２        金型
２１      第１金型部材
２１Ａ    孔（キャビティ）
２１Ｂ    注入路
２２      第２金型部材
２３      第３金型部材
２３Ａ    凸部（離型手段）
２３Ｂ    輪帯
Ａ        成形セル
Ｂ        受け皿
Ｃ        紫外線硬化樹脂
Ｄ        成形品(レンズ)
Ｆ        回折格子
Ｐ．Ｌ．  パーティングライン
Ｗ        紫外線照射窓
【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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