JP4781001B2 - 複合レンズの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラ、携帯電話機等に使用される撮像レンズ系、光ピックアップ用レンズ、或いは光通信の集光用・発散用レンズなどに応用される複合レンズの製造方法に関するものである。

例えばデジタルカメラ、携帯電話機、光ピックアップ、光通信機器等の光学機器には１つ又は複数のレンズが使用されている。レンズに球面レンズを使用すると焦点距離が長くなるため光学系が大型化し、市場が要求する光学機器の小型軽量化の障害となっていた。そこで、ガラス又は透明プラスチックからなる球面レンズをレンズ基体とし、その表面に紫外線硬化樹脂層を形成することによって非球面レンズとして機能する複合レンズを作製し、該複合レンズを光学系に具備することで焦点距離を短くして、光学系を小型化、即ち光学機器を小型化をしていた。

従来の従来の複合レンズを図６に示す。図６を見ればわかるように、従来の複合レンズ1aは、レンズ基体２の一方の主面に第１の樹脂層31を形成し、さらに前記第１の樹脂層上に第２の樹脂層32を形成したものである。

従来の複合レンズの製造工程を図７を参照して説明する。

まず、ガラス製または透明プラスチック製の両凸の球面レンズからなるガラス基体２を用意する。同図（ａ）のように樹脂層形成用の型45の凹部451に紫外線硬化樹脂溶液である第１の樹脂液31Lを所定量だけ付与する。次いで、同図（ｂ）のようにレンズ基体２を型45の凹部451の所定の位置に押接する。これにより第１の樹脂液31Lは型45の凹部451の表面とレンズ基体２との間の空間に隙間無く充填される。

その後、紫外線（矢印で示す）をレンズ基体２側から照射すると紫外線はレンズ基体２を透過して第１の樹脂液31Lに到達し、第１の樹脂液31Lを硬化させる。第１の樹脂液31Lは硬化して第１の樹脂層31となるが、硬化の際に生じる収縮により形状変化やヒケが発生し、第１の樹脂層31と型45の凹部451との間には空隙31Sができている。

この状態の樹脂層では複合レンズとしては満足な光学特性が得られないため、樹脂層が所望の形状となるように、更に樹脂層を形成するという方法がとられていた。（特許文献１及び２参照）。

即ち、型45から第１の樹脂層31が形成されたレンズ基体２（以下、レンズ一次成形品11という）を取り外し、同図（ｄ）のように型45の凹部451に紫外線硬化樹脂溶液である第２の樹脂液32Lを所定量だけ付与する。次いで、同図（ｅ）の如く、レンズ一次成形品11を型45の凹部451の所定の位置に押接する。これにより第２の樹脂液32Lは、型45の凹部451の表面とレンズ一次成形品11との間の空隙31Sに隙間無く充填される。その後、紫外線（矢印で示す）をレンズ基体２側から１０分間照射すると、紫外線はレンズ基体２、第１の樹脂層31を透過して第２の樹脂液32Lに到達し、第２の樹脂液32Lを硬化させる。同図（ｆ）のように、第２の樹脂液32Lは硬化して第２の樹脂層32となる。

次に、第１及び第２の樹脂層31、32が形成されたレンズ基体２を型45から取り外すと、図６に示す従来の複合レンズ1aが完成することとなる。
特開昭６０−５６５４４号公報 特開平１−１７１９３２号公報

第１の樹脂層の形成（１回目の形成）と第２の樹脂層の形成（２回目の形成）に際しては同じ型45を使うため、２回目の成形では型45とレンズ一次成形品11とを正確に当接させることができない。そのため、レンズ一次成形品11が型45の所定位置の手前で止まることにより第２の樹脂層32の厚さが所定量よりも大きくなることや、レンズ基体2の光軸に対して第２の樹脂層32が偏心し易いという問題があった。

又、２回目の形成では薄い樹脂層を形成するため、第２の樹脂液32Lの収縮量は小さいが、第２の樹脂層32と型45とが吸着し易く、第１及び第２の樹脂層31、32が形成されたレンズ基体２を型45から離型する際に大きな力が必要になり、レンズ基体２、第１の樹脂層31、第２の樹脂層32に損傷を与える虞があった。

そこで、本発明は、寸法精度が高く、レンズ基体、第１の樹脂層、第２の樹脂層に損傷を与える虞がない複合レンズの製造方法を提供することを目的とするものである。

第１の発明は、レンズ基体又は第１の型の凹部に第１の樹脂液を付与する工程と、レンズ基体と第１の型を押接させる工程と、紫外線を照射して第１の樹脂液を硬化させて第１の樹脂層を形成する工程と、第１の樹脂層が形成されたレンズ基体を第１の型から取り外す工程と、形成された第１の樹脂層又は第２の型の凹部に第２の樹脂液を付与する工程と、紫外線を照射して第２の樹脂液を硬化させて第２の樹脂層を形成する工程と、第１及び第２の樹脂層が形成されたレンズ基体を第２の型から取り外す工程と、を含む複合レンズの製造方法において、第２の樹脂層に対応する第２の型の凹部は、第１の樹脂層に対応する第１の型の凹部と形状が異なっており、第２の樹脂層が第１の樹脂層を覆って形成されることとなるように、第２の型の凹部は第１の型の凹部を内包する形状となっていて、前記第２の樹脂液を硬化させるときに前記第２の型の凹部は前記第１の樹脂層と接触しない、複合レンズの製造方法である。

第１の型の凹部表面の材料が、第２の型の凹部表面の材料と異ならせることができる。

本発明により以下の効果が達成される。

最初に形成された第１の樹脂層は、２回目の樹脂層形成で使用する第２の型の凹部に内包されるため、即ち、第２の型の凹部よりも小さいため、２回目の樹脂層成形に際しては、第１の樹脂層を成形したレンズ基体を第２の型の凹部に正確に押接することができる。よって、第２の樹脂層の厚みの誤差や、レンズ基体の光軸に対する第２の樹脂層の偏心を回避することができる。

第２の樹脂層の有効径内の膜厚を２〜１０μｍと薄く形成しているため、第２の樹脂層の形成に際しては有効径内での樹脂収縮量を小さく抑えることができるので、表面形状の正確さが必要となる有効径内の領域で所望の表面形状を得ることができる。

第２の樹脂層の有効径外の最大肉厚部の膜厚を２０μm以上としているため、当該部分では収縮量が大きくなり、第２の型から第２の樹脂層が離型し易くなる。

第２の樹脂液の付与量を、第２の型の凹部の表面とレンズ一次成形体との間の空間の体積よりもやや少なくすると、第２の樹脂層の厚さが厚くなる有効径外で気泡やヒケが発生しやすくなるため、離型がし易くなる。

第２の樹脂層の表面形状は正確さが要求されるが、第１の樹脂層の表面形状については正確さは要求されない。そのため、第１の型の少なくとも凹部については離型性を重視してテトラフルオロエチレン樹脂等の離型し易い材料で製作すれば、第１の樹脂層が形成されたレンズ基体を第１の型から容易に取り外すことができる。

従って、従来の製造方法に比較して離型が容易となっているため、レンズ基体、第１の樹脂層、第２の樹脂層に損傷を与える虞がない
本発明による複合レンズをデジタルカメラ、携帯電話機、光ピックアップ、光通信機器等の光学機器に具備すれば当該光学機器を小型化することができる。

本発明の実施形態を実施例により具体的に説明する。

実施例の複合レンズ１の断面図を図１に示す。複合レンズ１は、ガラスからなる両凸の球面レンズ状のレンズ基体２と、レンズ基体２の一方の主面に形成された第１の樹脂層31と、前記第１の樹脂層31を覆って形成された第２の樹脂層32とを具備している。第１の樹脂層31の半径方向の最外縁は、有効径Ｄ（＝２．６ｍｍ）の外側にまで延在している。

実施例の複合レンズの製造方法について以下に説明する。

まず、第１及び第２の樹脂層となる、紫外線硬化樹脂溶液を以下の手順で準備する。３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン（ＭＰＴＥＳ）５．５ｍｌ、エタノール２０．５ｍｌ、塩酸（２Ｎ）１．６５ｍｌ、及びフェニルトリメトキシシラン３．７５ｍｌを混合し、２４℃で７２時間放置した後、紫外線硬化を促進するために光重合開始剤である１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトンを１ｗｔ％混入し、１００℃で１時間加熱してエタノールを蒸発させて紫外線硬化樹脂溶液を作製した。

次いで、レンズ基体に第１及び第２の樹脂層を形成する工程について図２を参照して説明する。

市販の硝材ＢＫ−７を研磨して、同図（ａ）の如く、直径３．６ｍｍ、曲率半径７．３ｍｍの両凸の球面レンズからなるガラス基体２を作製する。ガラス基体２の表面に樹脂との密着を良くするためにシラン系カップリング剤を塗布する。

ここで、第１の樹脂層を形成するための第１の型41を用意する。前記第１の型41は、少なくとも第１の樹脂層に対応する部分がテトラフルオロエチレン樹脂等の離型し易い材料からなるものである。まず、第１の型41にフッ素系離型剤を塗布する。そして、第１の型41の凹部411に前記紫外線硬化樹脂溶液からなる第１の樹脂液31Lを泡が混入しないように所定量だけ付与する。次いで、同図（ｂ）の如く、レンズ基体２の中心と凹部411の中心を正確に合わせながらレンズ基体２を第１の型41に押接する。これにより第１の樹脂液31Lは第１の型41の凹部411の表面とレンズ基体２との間の空間に隙間無く充填される。その後、紫外線（矢印で示す）をレンズ基体２側から１０分間照射することにより、同図（ｃ）のように、第１の樹脂液31Lが硬化して第１の樹脂層31が形成される。第１の樹脂層31の厚さは、光軸部では１５μｍ、有効径外縁部では１３０μｍ、有効径外では１３０μｍである。

次に、第１の樹脂層が形成されたレンズ基体2（以下、レンズ一次成形体１1という）を第１の型41から取り外し、１２０℃の恒温槽に入れて６時間熱エージングした。

ここで、第２の樹脂層を形成するための第２の型42を用意する。前記第２の型42は、形成された第２の樹脂層の表面形状の正確さの方を離型性よりも重視するため、第１の型とは異なり、ニッケルで製作されている。第２の樹脂層32に対応する第２の型42の凹部421は、第１の樹脂層31に対応する第１の型41の凹部411と形状が異なっており、第２の樹脂層32が第１の樹脂層31を覆って形成されることとなるように、第２の型42の凹部421は第１の型41の凹部411を内包する形状となっている。この第２の型42にフッ素系離型剤を塗布する。同図（ｄ）に示すように、第２の型42の凹部421に前記紫外線硬化樹脂溶液からなる第２の樹脂液32Lを泡が混入しないように所定量だけ付与する。尚、付与量を、第２の型42の凹部421の表面と、レンズ一次成形体11との間の空間の体積よりもやや少なくすると、第２の樹脂層32の厚さが厚くなる有効径外で気泡やヒケが発生しやすくなるため、離型には効果的である。

次いで、同図（ｅ）の如く、レンズ一次成形体11の中心と凹部421の中心を正確に合わせながらレンズ一次成形体11を第２の型42に押接する。これにより第２の樹脂液32Lは、第２の型42の凹部421の表面と、レンズ一次成形体11との間の空間に隙間無く充填される。その後、紫外線（矢印で示す）をレンズ基体２側から１０分間照射することにより、同図（ｆ）のように、第２の樹脂液32Lが硬化して第２の樹脂層32が形成される。

次に、第１及び第２の樹脂層31、32が形成されたレンズ基体２を第２の型42から取り外し、１２０℃の恒温槽に入れて６時間熱エージングすることにより、図１に示す実施例の複合レンズ１が完成することとなる。

第２の樹脂層の有効径内膜厚Ｔ１を最適化するため、数種類の複合レンズを試作して特性を調べた。具体的には、有効径内膜厚Ｔ１については２μｍ未満のものを作製するのは困難であるため、２〜２０μｍのものを試作し、複合レンズの表面形状、即ち形成された第２の樹脂層の表面形状について設計値からのズレ量（以下、Ｐ−Ｖ値という）を測定した。その結果を図４に示す。同図を見れば分かるように、有効径内膜厚Ｔ１が小さくなればＰ−Ｖ値も小さくなり、有効径内膜厚Ｔ１が１０μｍ以下であればＰ−Ｖ値は０．５μｍ以下となる。Ｐ−Ｖ値が０．５μｍ以下であれば、収差にはほとんど影響を及ぼさない。従って、第２の樹脂層の有効径内膜厚Ｔ１は、２〜２０μｍとするのが好ましいことがわかる。

次に、第２の樹脂層の有効径外における最大肉厚部膜厚Ｔ２を最適化するため、数種類の複合レンズを試作して特性を調べた。具体的には、有効径外最大肉厚部膜厚Ｔ２については０〜５０μｍのものを試作した。ここで、膜厚Ｔ２が０μｍというのは、従来の複合レンズに該当するものである。

第１及び第２の樹脂層31、32が形成されたレンズ基体２を第２の型42から離型させるために要する力を確認するため、第１及び第２の樹脂層31、32が形成されたレンズ基体２の第２の型42に対する剥離強度を測定した。その結果を図５に示す。同図を見れば分かるように、有効径外最大肉厚部膜厚Ｔ２が０〜２０μm程度までの範囲では、有効径外最大肉厚部膜厚Ｔ２が大きくなるにつれて剥離強度は低下し、有効径外最大肉厚部膜厚Ｔ２が２０μｍ以上であれば剥離強度は０．２5〜０．３０ｋｇ程度でほぼ一定となる。剥離強度は０．５ｋｇ以下であれば、第１及び第２の樹脂層31、32が形成されたレンズ基体２を第２の型42から容易に離型することができる。従って、第２の樹脂層の有効径外最大肉厚部膜厚Ｔ２については２０μｍ以上とするのが好ましいことがわかる。

本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

例えば、実施例ではレンズ基体２の一方の主面のみに第１及び第２の樹脂層31、32を形成したが、図３に示すようにレンズ基体２の両方の主面に第１及び第２の樹脂層31、32を形成しても良い。また、レンズ基体２も両凸レンズに限定されず、両凹レンズ、メニスカスレンズ、平凸レンズ、平凹レンズのいずれを用いても良い。

実施例における製造方法においては、型に樹脂液を付与した後にレンズ基体又はレンズ一次成形体を型に押接させたが、レンズ基体又はレンズ基体上に形成された第１の樹脂層に樹脂液を付与した後にレンズ基体又はレンズ一次成形体を型に押接させても良い。

又、実施例における型には１つの凹部だけを具備していたが、複数の凹部を具備させることも可能であり、そのような構成とすれば一度に複数の複合レンズを作製することができるという利点がある。

本発明により、寸法精度が高く、レンズ基体、第１の樹脂層、第２の樹脂層に損傷を与える虞がない複合レンズの製造方法を提供することが可能となる。

本発明に係る実施例の複合レンズの断面図である。 本発明に係る実施例の複合レンズの部分工程図である。 本発明に係る他の実施例の複合レンズの断面図である。 第２の樹脂層の有効径内膜厚Ｔ１とＰ−Ｖ値の関係を示す図である。 第２の樹脂層の有効径外の最大肉厚部の膜厚Ｔ２と剥離強度の関係を示す図である。 従来の複合レンズの断面図である。 従来の複合レンズの部分工程図である。

符号の説明

１…複合レンズ
１１…レンズ一次成形体
２…レンズ基体
３１…第１の樹脂層
３１Ｌ…第１の樹脂液
３２…第２の樹脂層
３２Ｌ…第２の樹脂液
４１…第１の型
４１１…凹部
４２…第２の型
４２１…凹部

Claims (2)

1. レンズ基体又は第１の型の凹部に第１の樹脂液を付与する工程と、レンズ基体と第１の型を押接させる工程と、紫外線を照射して第１の樹脂液を硬化させて第１の樹脂層を形成する工程と、第１の樹脂層が形成されたレンズ基体を第１の型から取り外す工程と、形成された第１の樹脂層又は第２の型の凹部に第２の樹脂液を付与する工程と、紫外線を照射して第２の樹脂液を硬化させて第２の樹脂層を形成する工程と、第１及び第２の樹脂層が形成されたレンズ基体を第２の型から取り外す工程と、を含む複合レンズの製造方法において、
   第２の樹脂層に対応する第２の型の凹部は、第１の樹脂層に対応する第１の型の凹部と形状が異なっており、第２の樹脂層が第１の樹脂層を覆って形成されることとなるように、第２の型の凹部は第１の型の凹部を内包する形状となっていて、前記第２の樹脂液を硬化させるときに前記第２の型の凹部は前記第１の樹脂層と接触しないことを特徴とする複合レンズの製造方法。
2. 前記第１の型の凹部表面の材料が、前記第２の型の凹部表面の材料と異なることを特徴とする請求項１に記載の複合レンズの製造方法。
   

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