CN100472226C

CN100472226C - 复合透镜、复合透镜的制造方法及透镜组件

Info

Publication number: CN100472226C
Application number: CNB2005100966836A
Authority: CN
Inventors: 中川洋平
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2025-08-31
Also published as: US7599120B2; JP4467388B2; JP2006076026A; CN1746701A; CN101446649A; US20060050399A1

Abstract

本发明的目的在于提供一种可以改善热循环特性等的可靠性且制作成本低的复合透镜、该复合透镜的制造方法及具备该复合透镜的透镜组件。一种复合透镜，将由通过紫外线聚合的树脂组成的树脂层设置在玻璃基体材料表面的至少一部分，树脂层是由完全固化树脂层和不完全固化树脂层组成的。可以在透镜的有效直径外侧形成不完全固化树脂层，优选不完全固化树脂层的聚合度为60～90%。

Description

复合透镜、复合透镜的制造方法及透镜组件

技术领域

本发明涉及一种在玻璃基体材料表面粘合形成活性能量线固化性树脂的非球面透镜、菲涅耳透镜、消色差透镜、衍射光栅等的复合透镜、该复合透镜的制造方法及具备该复合透镜的透镜组件。

背景技术

近年来，开发了在玻璃基体材料表面粘合形成活性能量线固化性树脂的技术，作为非球面透镜等的制造方法得到利用(参照专利文献1、2)。

专利文献1：特开平1—171932号公报

专利文献2：特开平3—13902号公报

但是，在玻璃基体材料表面想要形成树脂时，由于树脂固化时的收缩，树脂层内部应力残留，在成为成品后由于使用气氛的温度变化，树脂层从玻璃基体材料剥离或树脂层发生裂化。因此，提出了分两阶段将树脂固化的方法，以及用掩膜只使树脂的中心部分先固化，最后再使全部固化的方法(参照专利文献3、4)。但是在上述方法中，又存在工序增加、生产成本提高的问题。

专利文献3：特许第2722623号公报

专利文献4：特许第3111677号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可以改善热循环特性等的可靠性且制作成本低的复合透镜、该复合透镜的制造方法及具备该复合透镜的透镜组件。

第1发明是一种复合透镜，将由通过紫外线聚合的树脂组成的树脂层设置在玻璃基体材料表面的至少一部分上，树脂层是由完全固化树脂层和不完全固化树脂层组成的。也可以在透镜的有效直径外侧形成不完全固化树脂层，优选不完全固化树脂层的聚合度为60～90％。

树脂由于聚合度不同，折射率可以不同，或者可见光的透过率可以不同。

树脂层也可以由有机无机复合物形成。有机无机复合物可以由有机聚合物和烷氧基金属形成。并且，有机无机复合物可以由至少一种烷氧基金属形成。该种情况下，优选至少由两种烷氧基金属形成。

在有机无机复合物中，通过适当调整有机聚合物和烷氧基金属的组合、或至少两种烷氧基金属的组合，可以调整最终形成的有机无机复合物的折射率。

作为烷氧基金属，可以使用具有通过光聚合的聚合性基团的烷氧基金属。该种情况下，优选将具有通过光或热聚合的聚合性基团的烷氧基金属和不具有该聚合性基团的烷氧基金属组合使用。前述聚合性基团例如有：甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氧基及苯乙烯基等。

使用具有聚合性基团的烷氧基金属时，优选通过光使烷氧基金属的聚合性基团聚合。

烷氧基金属特别例如有：Si、Ti、zr、Al、Sn、Zn等的烷氧化物。尤其优选使用Si、Ti或Zr的烷氧化物。因此，优选使用烷氧基硅烷、烷氧基钛及烷氧基锆，尤其优选使用烷氧基硅烷。

烷氧基硅烷具体例如有：四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、四异丁氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷(PhTES)、苯基三甲氧基硅烷(PhTMS)等。

具有前述聚合性基团的烷氧基硅烷，例如有：3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(MPTES)、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、对苯乙烯基三乙氧基硅烷、对苯乙烯基三甲氧基硅烷等。

烷氧基钛具体例如有：异丙氧基钛、丁氧基钛等。烷氧基锆具体例如有：异丙氧基锆、丁氧基锆等。

作为烷氧基金属，可以使用上述物质，一般可以使用能用通式M(OR)_n、R’M(OR)_n-1或R’₂M(OR)_n-2(在此，M表示金属，n表示2，3，4或5，R及R’表示有机基团)表示的物质。有机基团例如有：烷基、芳基、具有上述聚合性基团的有机基团等。M如上所述例如有：Si、Ti、Zr、Al、Sn、Zn等。烷基优选使用碳数1～5的。

在由有机聚合物和烷氧基金属形成有机无机复合物时，有机聚合物只要是能与烷氧基金属形成有机无机复合物，就不特别限定。有机聚合物例如有：具有羰基的高分子聚合物、具有苯环的高分子聚合物及具有萘环的高分子聚合物。

作为有机聚合物的具体例，例如：聚乙烯吡咯烷酮、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂等。从形成光学透明性优良的有机无机复合物的观点考虑，优选使用聚乙烯吡咯烷酮、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、环氧树脂或这些物质的混合物作为有机聚合物。

用光(紫外线)使有机无机聚合物固化时，优选加入光聚合引发剂。通过加入光聚合引发剂，可以用一点点光(紫外线)的照射量进行光固化。

作为光聚合引发剂的具体例，例如：苄基缩酮、α-羟基乙酰苯、α-氨基乙酰苯、酰基膦氧化物、1-羟基-环己基-苯基-酮、2-苄基-2-二甲胺基-1-(4-吗啉基苯基)-丁酮-1，三氯甲基三嗪、二苯基碘鎓盐、三苯基锍盐、酰亚胺磺酸盐等。

第2发明是一种复合透镜的制造方法，其包括：在玻璃基体材料上涂敷树脂液的工序；使锻模接触到前述玻璃基体材料及树脂液的工序；照射具有非均匀强度分布的紫外线，在树脂液完全固化前使紫外线照射结束，从而形成完全固化树脂层和不完全固化树脂层的工序。

第3发明是一种将第1发明的复合透镜作为使可见光聚光的介质使用的透镜组件。

第1发明的复合透镜通过抑制以前完全固化了的树脂层的一部分的聚合度，置换成不完全固化树脂层，可以使玻璃基体材料和树脂的粘合性不衰退，缓和由于树脂固化产生的应力。因而，可以规避由于热循环和热冲击等的外部因素作用于复合透镜而引起的剥离及裂化。

不完全固化树脂层有时随着时间的经过而收缩，形状发生变化，这种情况下，不完全固化树脂层的曲率变化，光学性能变差。因而，如果在复合透镜的透镜有效直径的外侧设有不完全固化树脂层，则即使发生了曲率变化，由于不是在透镜有效直径内，因此其光学性能不会变差。

如果将不完全固化树脂层的聚合度调整至60％以下，由于树脂层柔软，其表面容易产生缺陷。相反地，如果将聚合度调整至90％以上，其应力的缓和程度小，剥离及裂化发生的可能性就会增大。因而，将不完全固化树脂层的聚合度调整至60至90％，就可以防止上述说明的问题发生。

由于聚合度不同折射率也不同的树脂，例如将聚合度一低折射率就变小的树脂形成于凸状玻璃基体材料时，由于透镜有效直径外侧的不完全固化树脂层折射率变小，所以，从凸面射出的光中，通过透镜有效直径外侧的无效的光难以聚光，可以防止引起重影。另外，相反将形成聚合度一低折射率就变大的树脂形成于凹状玻璃基体材料上时，由于透镜有效直径外侧的不完全固化树脂层折射率变大，凹面射出的光中，通过透镜有效直径外侧的无效的光难以聚光，可以防止引起重影。

另外，由于聚合度不同透过率不同的树脂，例如当使用聚合度一低透过率就变小的树脂时，由于透镜有效直径外侧的不完全固化树脂层透过率变小，因此就可以除去通过透镜有效直径外侧的无效的光。其时可以使用的树脂例如有：相对于3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(MPTES)5.5ml、乙醇20.5ml、盐酸(2N)1.65ml及苯基三甲氧基硅烷3.75ml，使氧化钛混合20wt％形成的树脂。该树脂由于聚合度变化会引起透过率明显变化，因此可以只使透镜有效直径外侧的树脂层的透过率大大降低。而且，如果将相对于透镜有效直径外侧的树脂层的可见光的平均透过率调整至相对于透镜有效直径内树脂层的可见光的平均透过率的50％以下，就可以抑制重影的发生。

在有机无机复合物中，通过适当调整有机聚合物和烷氧基金属的组合，或至少两种烷氧基金属的组合，可以调整最终形成的有机无机复合物的折射率。

另外，用光(紫外线)使有机无机复合物固化时，通过加入光聚合引发剂，可以用一点点光(紫外线)的照射量进行光固化。

根据第2发明，由于不像以前那样用2阶段紫外线固化，而是1阶段紫外线固化，因此可以降低成本。另外，由于照射的紫外线容易维持强度分布，不会提高成本。亦即，可以成本低廉地制作出复合透镜。

根据第3发明，通过具备以低成本的复合透镜为聚光透镜的光学组件，可以降低光学组件自身的成本。另外，还可以提高热循环等的可靠性。

附图说明

图1是本发明涉及的复合透镜的剖面图。

图2是说明制作平板状样品的工序的剖面图。

图3是表示紫外线照射时间和树脂硬度的关系图。

图4是说明制作本发明涉及的实施例1的复合透镜工序的剖面图。

图5是在制作本发明的实施例1的复合透镜工序中照射紫外线的强度分布图。

图6是说明制作比较例2的复合透镜工序的剖面图。

图7是表示实施例、比较例的硬度分布的图。

具体实施方式

下面，通过实施例对本发明的实施方式作更具体的说明，但本发明并不限定于以下的实施例，在不变更其要点的范围内，可以适当变更进行实施。

首先，按以下顺序准备用于实施例及比较例中使用的有机无机复合物的溶液。将3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(MPTES)5.5ml、乙醇20.5ml、盐酸(2N)1.65ml及苯基三甲氧基硅烷3.75ml混合，在24℃放置72小时后，混入1wt％的用于促进紫外线固化的光聚合引发剂1-羟基-环己基-苯基-酮，在100℃加热1小时使乙醇蒸发制作成有机无机复合物溶液。

然后，考察紫外线照射时间和树脂硬度的关系。图2是说明制作以下说明的平板状样品8的工序的剖面图。准备2张由市售的硝材(玻璃材料)BK-7组成的平板9(板厚约1mm)，如同图(a)一样将2张平板9对置成间隔100μm。如同图(b)一样在平板9之间填充有机无机复合物溶液3L，将中心波长约为365nm的紫外线沿箭头方向以1mW/cm²的强度均匀照射。如同图(c)一样将一方的平板9卸下，完成在另一方的平板9上形成树脂层3的平板状样品8。以该照射时间为参数(1～60分)制作多个的平板状样品8。用维氏硬度计(アカシ社制)分别测定其硬度(负荷100gf、保持20秒)，另外，对于硬度和聚合度的关系，如果聚合度增高硬度也会增高。硬度测定结果如图3所示。图3结果表明，照射时间至10分钟时，硬度为10Hv，保持恒定，达到完全固化。

(实施例1)

图4是说明制作实施例1的复合透镜工序的剖面图。将市售的硝材BK-7研磨，制作成如同图(a)一样直径10mm、F＝30mm的平凸透镜状玻璃基体材料2。如同图(b)一样，在该玻璃基体材料2上，将前述有机无机复合物溶液3L涂敷，控制其不混入气泡，之后，如同图(c)一样，将表面镀镍的锻模4推上，朝向玻璃基体材料2的平面侧，将中心波长约为365nm的紫外线(用箭头表示)保持图5所示的强度分布，照射10分钟，由此使有机无机复合物溶液固化，形成树脂层。然后将锻模4卸下，完成图4(d)所示的复合透镜1。形成的树脂层3的厚度约为100μm。

图1所示的是完成后的复合透镜1的剖面图。A表示透镜有效直径，B表示树脂层外径。用维氏硬度计(アカシ社制)测定形成的树脂层的硬度(负荷100gf、保持20秒)。离开透镜中心的距离和硬度的关系如图7(a)所示。横轴的a表示透镜有效直径A的半径，b表示树脂层外径B的半径。可知，在从透镜中心到a的区域，硬度达到10Hv，树脂即完全固化。与此相对应，在从a到b的区域，硬度是10～6Hv，硬度为完全效果树脂层的100～60％程度即为不完全固化树脂层。因此，可知不完全固化树脂层的聚合度为100～60％。

(比较例1)

和实施例1同样，将市售的硝材BK-7研磨，制作成直径10mm、F＝30mm的平凸透镜状玻璃基体材料。在该玻璃基体材料上，将前述有机无机复合物溶液涂敷，控制其不混入气泡，之后，将表面镀镍的锻模推上，朝向玻璃基体材料的平面侧，将中心波长约为365nm的紫外线，以1mW/cm²的强度均匀照射10分钟，由此使有机无机复合物固化，形成树脂层。然后，将锻模卸下，完成复合透镜。形成的树脂层的厚度约为100μm。

用维氏硬度计(アカシ社制)测定形成的树脂层的硬度(负荷100gf、保持20秒)。离开透镜中心的距离和硬度的关系如图7(b)所示。横轴的a表示有效直径A的半径，b表示树脂层外径B的半径。可知，在从透镜中心到b的区域，硬度达到10Hv，树脂全部完全固化。因此，树脂层的聚合度为100％。

(比较例2)

图6是说明制作比较例2的复合透镜1a工序的剖面图。和实施例1同样，将市售的硝材BK-7研磨，制作成如同图(a)一样制作直径10mm、F＝30mm的平凸透镜状玻璃基体材料2。如同图(b)一样，在该玻璃基体材料2上，将前述有机无机复合物溶液3L涂敷，控制其不混入气泡，之后，如同图(c)一样，将表面镀镍的锻模4推上，进一步配置掩膜5，朝向玻璃基体材料2的平面侧，将中心波长约为365nm的紫外线(用箭头表示)，以1mW/cm²的强度均匀照射10分钟，由此使有机无机复合物溶液固化，形成树脂层。另外，前述掩膜5具有和透镜有效直径A大致相同的直径开口51，可以只对透镜有效直径A的内侧区域的有机无机复合物溶液照射紫外线。然后将锻模4卸下后，用乙醇洗净除去透镜有效直径A外侧未固化的有机无机复合物溶液3L，完成复合透镜1a。形成的树脂层的厚度约为100μm。

用维氏硬度计(アカシ社制)测定形成的树脂层的硬度(负荷100gf、保持20秒)。离开透镜中心的距离和硬度的关系如图7(c)所示。横轴的a表示有效直径A的半径。可知，在从透镜中心到a的区域，硬度达到10Hv，只有透镜有效直径A内的树脂全部完全固化。因此，树脂层的聚合度为100％。

(热循环特性)

对于实施例1、比较例1的样品，进行在85℃(保持30分钟)、-40℃(保持30分钟)、500循环的热循环试验。其结果表明，比较例1的10个样品中有7个样品发生了裂化。而实施例1的10个样品中没有发生裂化、剥离的。由此可知，通过在透镜的外围部分设置不完全固化树脂层，可以缓和应力，防止裂化、剥离的发生。

另外，在实施例1中，透镜有效直径A外侧的聚合度是60～100％，当然，如果将其调整至60～90％，就能够改善防止裂化、剥离的效果。

(粘合力的测定)

相对实施例1、比较例1及2的样品玻璃基体材料，进行树脂层的拉力试验。其结果表明，树脂层和玻璃基体材料的粘合力分别为：实施例1，15kgf；比较例1，15kgf；比较例2，11kgf。实施例1和比较例1的粘合力都是15kgf，由此可知，即使像实施例1那样其透镜有效直径外侧部分变成不完全固化树脂层，也具有比较例1这样的整个树脂是完全固化树脂层时同等的粘合力。另外，在比较例2中，由于在透镜有效直径外的区域没有树脂，玻璃基体材料和树脂层的接触面积少，因此粘合力也小。

因此，实施例1的复合透镜，可以说是不降低粘合力且能够改善热循环特性即可靠性的复合透镜。

在实施例1中对设置厚度为100μm的树脂层的复合透镜进行了说明，但树脂层的厚度、形状等并不限定于此，例如，相对透镜中央部分透镜外围部分的树脂层的厚度小的，以及相反地相对透镜中央部分透镜外围部分的树脂层的厚度大的，不用说，也有同样效果。

另外，在实施例1中，通过向玻璃基体材料的平面侧照射紫外线，透过玻璃基体材料的紫外线使得有机无机复合物溶液固化，但并不限定于此，如果用例如石英等的透过紫外线材料制作锻模，通过向该锻模照射紫外线，透过锻模的紫外线可以使有机无机复合物溶液固化。

省略详细说明，但实施例1的复合透镜作为非球面透镜、菲涅耳透镜、消色差透镜、衍射光栅，可以用作例如光学拾波器和便携式电话机用照相机组件等的透镜组件。

Claims

1.一种复合透镜，将由通过紫外线聚合的树脂组成的树脂层设置在玻璃基体材料表面的至少一部分，其特征在于，所述树脂层是由完全固化树脂层和不完全固化树脂层组成的。

2.如权利要求1所述的复合透镜，其特征在于，所述不完全固化树脂层在透镜的有效直径外侧形成。

3.如权利要求1所述的复合透镜，其特征在于，所述不完全固化树脂层的聚合度为60～90％。

4.如权利要求1所述的复合透镜，其特征在于，所述树脂根据聚合度不同，其折射率不同，或者可见光的透过率不同。

5.如权利要求1～4中任一项所述的复合透镜，其特征在于，所述树脂层是由有机无机复合物形成的。

6.如权利要求5所述的复合透镜，其特征在于，所述有机无机复合物是由有机聚合物和烷氧基金属形成的。

7.如权利要求5所述的复合透镜，其特征在于，所述有机无机复合物是由至少一种烷氧基金属形成的。

8.一种复合透镜的制造方法，其特征在于，其包括：在玻璃基体材料上涂敷树脂液的工序；将锻模推到所述玻璃基体材料及树脂液上的工序；以及照射具有不均匀的强度分布的紫外线，在树脂液完全固化前使紫外线照射结束，从而形成完全固化树脂层和不完全固化树脂层的工序。

9.一种透镜组件，其特征在于，包括权利要求1～7中任一项所述的复合透镜，且将该复合透镜作为使可见光聚光的介质使用。