JP2004317755A

JP2004317755A - 光学素子及び光学素子の製造方法

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Publication number: JP2004317755A
Application number: JP2003110952A
Authority: JP
Inventors: Akiko Miyagawa; 晶子宮川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】複数の樹脂層を有する光学素子で、特性の劣化を起こしにくいもの、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】紫外線に対して透明な基板１と型２を対向させてその間に隙間を作る。（ａ）。そして、隙間に紫外線型硬化樹脂３を充填し、基板１の裏面から紫外線を照射して、紫外線型硬化樹脂３を硬化させる（ｂ）。その後、型２を取り除くと、紫外線型硬化樹脂３により回折格子が形成される（ｃ）。次に、紫外線型硬化樹脂３の表面に紫外線吸収層４を塗布等により成膜する（ｄ）。その後、紫外線型硬化樹脂３に対向させて第２の型５を配置し、紫外線型硬化樹脂３との間に隙間を作る。そして、隙間に第２の紫外線型硬化樹脂６を射出成形等により充填し、第２の型５の裏面から紫外線を照射して、紫外線型硬化樹脂６を硬化させる（ｆ）。その後、第２の型５を取り除くと、２層の紫外線型硬化樹脂３、６からなる回折格子が形成される（ｇ）。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の積層された樹脂層を有する光学素子、及びその光学素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子の１種である回折格子は、ガラスや石英等の基板表面に凹凸を形成して製造される。そして、その回折格子部を保護したり、回折格子に入射する光を制御するために、回折格子の表面に樹脂からなる層が積層されることがある。又、光学素子には、複数の樹脂を成形して積層し、所定の光学特性を得るものがある。
【０００３】
このような光学素子に使用される樹脂には、紫外線硬化型樹脂が使用されることが多い。すなわち、紫外線硬化型樹脂を注型成形等により充填し、その後、紫外線を照射することによって硬化させ、安定な樹脂層を形成する。
【０００４】
ガラスや石英等で回折格子を製造する場合、その格子はエッチングプロセス等で形成されるので、工程が複雑になり高価なものとなる。そのため、このような回折格子を、樹脂により形成することが試みられている。樹脂による成形方法としては、例えばガラス等の透明な基板と、回折格子のパターンが形成された型との間に、ディスペンサー等により紫外線硬化型樹脂を充填し、その後、透明な基板側から紫外線を照射することによって硬化させて、回折格子を形成する。
【０００５】
そして、その上に異なる屈折率を有する樹脂層を形成する場合には、前記回折格子パターンが形成された樹脂層と、型との間に、第２の樹脂を注型成形等により充填し、再び、透明な基板側から紫外線を照射することによって硬化させて、第２の樹脂層を形成する。その１例を図３に示す。
【０００６】
まず紫外線に対して透明な基板１１を用意し、それと型１２を対向させてその間に隙間を作る。型１２としては、通常金型が用いられる。この型１２には、回折格子を構成する凹凸が形成されている（ａ）。そして、隙間に紫外線硬化型樹脂１３をディスペンサー等により充填し、基板１１の裏面から紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂１３を硬化させる（ｂ）。その後、型１２を取り除くと、紫外線硬化型樹脂１３により回折格子が形成される。
【０００７】
その後、紫外線硬化型樹脂１３に対向させて第２の型１５を配置し、紫外線硬化型樹脂１３との間に隙間を作る。第２の型１５としては、通常金型が用いられる。紫外線硬化型樹脂１３には、光学素子に必要とされる表面形状が形成されている（ｄ）。そして、隙間に第２の紫外線硬化型樹脂１６をディスペンサー等により充填し、基板１１の裏面から紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂１６を硬化させる（ｅ）。その後、第２の型１５を取り除くと、２層の紫外線硬化型樹脂１３、１６からなる回折格子が形成される（ｆ）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に有機物からなる紫外線硬化型樹脂は、過度に紫外線を照射すると変質して、例えば黄色着色が起こり、光学特性が劣化する。図３に示す工程では、（ｂ）の工程と（ｅ）の工程において２回紫外線照射が行われ、紫外線硬化型樹脂１３は２回に亘って紫外線照射を受けることになる。このうち、（ｂ）の工程は、紫外線硬化型樹脂１３それ自身を硬化させるためのものであるので必要不可欠であるが、（ｅ）の工程における紫外線照射は、紫外線硬化型樹脂１３にとっては余分なものである。
【０００９】
このように、複数層の紫外線硬化型樹脂を有する光学素子を形成しようとする場合、その一部の紫外線硬化型樹脂が不必要な過度の紫外線照射を受けざるを得ず、そのために発生する黄色着色等のために、実際には、所望の光学素子が形成できない場合があった。
【００１０】
また、複数の樹脂を積層したり、複数の樹脂を、ガラスや石英等の樹脂以外の物質を挟んで設けて構成される光学素子は、その形状を型により形成できる。従って、研磨により形状を形成する光学素子に対して製造コストを低減し、かつ、非球面等の複雑な形状を有するものが製造しやすい。しかし、上記のような理由により、実際には、所望の特性のものが得られないという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、複数の樹脂層を有する光学素子で、特性の劣化を起こしにくいもの、及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、複数の積層された樹脂層を有する光学素子であって、前記複数の積層された樹脂層のうち、少なくとも２つの前記樹脂層の間に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層又はその変質層を有することを特徴とする光学素子（請求項１）である。
【００１３】
後に説明するように、このような光学素子は、その製造工程において、硬化済の紫外線硬化型樹脂が不必要な紫外線照射を受けることが少なくなるので、変質したり黄色着色を起こしたりすることが少なくなる。なお、紫外線吸収層の変質層とは、紫外線照射により紫外線吸収層自身が変質することがあるので、このような変質した物質を意味し、これは本明細書全体において同じである。
【００１４】
前記課題を解決するための第２の手段は、透明体の基板の両側に、少なくとも各１層の樹脂層を有する光学素子であって、前記透明基板と、少なくとも片側の樹脂層との間に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層又はその変質層を有することを特徴とする光学素子（請求項２）である。
【００１５】
後に説明するように、このような光学素子も、その製造工程において、硬化済の紫外線硬化型樹脂が不必要な紫外線を受けることが少なくなるので、変質したり黄色着色を起こしたりすることが少なくなる。
【００１６】
前記課題を解決するための第３の手段は、透明体の基板の上に、紫外線硬化型樹脂により１層目の樹脂層を積層した後、前記基板を通して、前記１層目の樹脂層に前記紫外線を照射して硬化させ、硬化した前記１層目の樹脂層の上に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層を形成し、その上に紫外線硬化型樹脂により２層目の樹脂層を積層した後、前記基板と反対側から、前記２層目の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項３）である。
【００１７】
本手段においては、２層目の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる場合に、紫外線吸収層が形成されているために、紫外線が硬化済の第１層目の樹脂中に照射されにくい。よって、第１層目の樹脂が過度の紫外線照射を受ける可能性が少なくなる。この紫外線吸収層は、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明であるので、これらの光線を使用するときに問題になることがない。実質的に透明であるとは、当該光学素子としての機能を発揮できる程度に透明であることを言い、このことは、本明細書中において同様である。
【００１８】
前記課題を解決するための第４の手段は、紫外線硬化型樹脂で形成された第１の樹脂層の上に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層を形成し、その上に紫外線硬化型樹脂により第２の樹脂層を積層した後、前記第１の樹脂層と反対側から、前記第２の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項４）である。
【００１９】
本手段においても、第２の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる場合に、紫外線吸収層が形成されているために、紫外線が硬化済の第１の樹脂中に照射されにくい。よって、第１の樹脂が過度の紫外線照射を受ける可能性が少なくなる。この紫外線吸収層は、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明であるので、これらの光線を使用するときに問題になることがない。
【００２０】
前記課題を解決するための第５の手段は、透明体の基板の上に、紫外線硬化型樹脂により第１の樹脂層を積層した後、前記基板を通して、前記第１の樹脂層に紫外線を照射して硬化させ、その後、前記基板の、前記第１の樹脂層が形成された面と反対側の面に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層を形成し、その上に紫外線硬化型樹脂により第２の樹脂層を積層した後、前記第２の樹脂層側から、前記第２の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項５）である。
【００２１】
本手段においても、第２の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる場合に、紫外線吸収層が形成されているために、紫外線が硬化済の第１の樹脂層中に照射されにくい。よって、第１の樹脂層が過度の紫外線照射を受ける可能性が少なくなる。この紫外線吸収層は、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明であるので、これらの光線を使用するときに問題になることがない。
【００２２】
前記課題を解決するための第６の手段は、透明体の基板の上に、紫外線硬化型樹脂により第１の樹脂層を積層した後、前記第１の樹脂層側から、前記第１の樹脂層に紫外線を照射して硬化させ、その後、前記基板の、前記第１の樹脂層が形成された面と反対側の面に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層を形成し、その上に紫外線硬化型樹脂により第２の樹脂層を積層した後、前記第２の樹脂層側から、前記第２の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項６）である。
【００２３】
本手段においても、第２の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる場合に、紫外線吸収層が形成されているために、紫外線が硬化済の第１の樹脂層中に照射されにくい。よって、第１の樹脂層が過度の紫外線照射を受ける可能性が少なくなる。この紫外線吸収層は、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明であるので、これらの光線を使用するときに問題になることがない。
【００２４】
前記課題を解決するための第７の手段は、透明体の基板の上に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層を形成し、その上に紫外線硬化型樹脂により第１の樹脂層を積層した後、前記第１の樹脂層側から、前記第１の樹脂層に紫外線を照射して硬化させ、その後、前記基板の、前記第１の樹脂層が形成された面と反対側の面に、紫外線硬化型樹脂により第２の樹脂層を積層した後、前記第２の樹脂層から、前記第２の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項７）である。
【００２５】
本手段においても、第２の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる場合に、紫外線吸収層が形成されているために、紫外線が硬化済の第１の樹脂層中に照射されにくい。よって、第１の樹脂層が過度の紫外線照射を受ける可能性が少なくなる。この紫外線吸収層は、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明であるので、これらの光線を使用するときに問題になることがない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の例である、光学素子の製造方法を示す概要図である。
まず紫外線に対して透明な基板１を用意し、それと型２を対向させてその間に隙間を作る。型２としては、通常金型が用いられる。この型２には、回折格子を構成する凹凸が形成されている（ａ）。そして、隙間に紫外線硬化型樹脂３をディスペンサー等により充填し、基板１の裏面から紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂３を硬化させる（ｂ）。その後、型２を取り除くと、紫外線硬化型樹脂３により回折格子が形成される（ｃ）。
【００２７】
次に、紫外線硬化型樹脂３の表面に、この回折格子が使用される波長域（「可視光、赤外光の少なくとも一方の波長域」に対して実質的に透明な紫外線吸収層４を塗布等により成膜する（ｄ）。
【００２８】
その後、紫外線硬化型樹脂３に対向させて第２の型５を配置し、紫外線硬化型樹脂３との間に隙間を作る。第２の型５としては、ガラスや石英等紫外線を透過する材料で形成したものを用いる。第２の型５には、光学素子に必要とされる表面形状が形成されている（ｅ）。そして、隙間に第２の紫外線硬化型樹脂６をディスペンサー等により充填し、第２の型５の裏面から紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂６を硬化させる（ｆ）。その後、第２の型５を取り除くと、２層の紫外線硬化型樹脂３、６からなる回折格子が形成される（ｇ）。
【００２９】
なお、この実施の形態においては、紫外線硬化型樹脂３を紫外線照射により硬化させるとき、基板１の裏面から紫外線を照射しているが、型２を紫外線を透過させる材料で形成し、型２の裏面側から紫外線を照射するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００３０】
図２は、本発明の第２の実施の形態の例である、光学素子の製造方法を示す概要図である。この例は、板状平面形状を有するガラスや石英等の基板の両面に曲面の表面を有する樹脂材料を設けることにより、非球面レンズ等の複雑な表面形状を有する光学素子を、簡単に製造する方法の例を示すものである。
【００３１】
まず紫外線に対して透明な基板１を用意し、それと型２を対向させてその間に隙間を作る。型２としては、通常金型が用いられる。この型２には、所定の形状が形成されている（ａ）。そして、隙間に紫外線硬化型樹脂３をディスペンサー等により充填し、基板１の裏面から紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂３を硬化させる（ｂ）。その後、型２を取り除くと、紫外線硬化型樹脂３により所定の形状の表面を有する樹脂層が形成される（ｃ）。
【００３２】
次に、基板１の裏面に、この光学素子が使用される波長域（「可視光、赤外光の少なくとも一方の波長域」）に対して実質的に透明な紫外線吸収層４を塗布等により成膜する（ｄ）。
【００３３】
その後、基板１に対向させて第２の型５を配置し、基板１との間に隙間を作る。第２の型５としては、ガラスや石英等紫外線を透過する材料で形成したものを用いる。第２の型５には、光学素子に必要とされる表面形状が形成されている（ｅ）。そして、隙間に第２の紫外線硬化型樹脂６をディスペンサー等により充填し、第２の型５の裏面から紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂６を硬化させる（ｆ）。その後、第２の型５を取り除くと、基板１の両面に所定の曲面形状の表面を有する紫外線硬化型樹脂３、紫外線硬化型樹脂６からなる光学素子が形成される（ｇ）。
【００３４】
なお、この実施の形態においては、（ｂ）の工程において基板１の裏面側から紫外線を照射しているが、型２を、ガラスや石英等の紫外線を透過する材料で作り、型２の裏面側から紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂３を硬化させるようにしてもよい。この場合は、（ａ）の工程に先立って、基板１の型２と対向する表面に紫外線吸収層４を成膜するようにしてもよい。その場合は、（ｄ）の工程は必ずしも必要としない。
【００３５】
【実施例】
（実施例）
直径３０ｍｍ、厚さ３ｍｍの平板基板（ＢＫ７）の成形面と金型を対向させ、その間にアクリル系紫外線硬化型樹脂（商品名ＲＣ−８７２０（大日本インキ化学工業製））の未硬化物を充填した。ＢＫ７の平面基板を通して、紫外線をを６０００ｍＪ／ｃｍ^２照射し、第１の樹脂を硬化させた後雛型した。樹脂厚は２００μｍ、第１の樹脂の屈折率は１．５２であった。
【００３６】
次に、第１の樹脂層の上に酸化セリウム系の紫外線吸収剤（商品名ＣＰ−１（多木化学製）を約１μｍ塗布し、紫外線吸収層を成膜した。
【００３７】
さらに、第１の樹脂層に石英からなる型を対向させ、その間に第１の樹脂とは異なる第２のフッ素系紫外線硬化型樹脂の未硬化物を充填した。そして、石英からなる型を通して、紫外線を６０００ｍＪ／ｃｍ^２照射し、樹脂を硬化させた後雛型した。樹脂厚は２００μｍ、第２の樹脂の樹脂の屈折率は１．４９であった。
【００３８】
前記第２のフッ素系紫外線硬化型樹脂は、２，２，２，−トリフルオロエチルメタクレートと、２−Ｐｒｏｐｅｎｏｉｃａｃｉｄ［５，５’−［９Ｈ−ｆｒｕｏｌｅｎｅ−９−ｙｌｉｄｅｎｅ］ｂｉｓ［（１，１’−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）−２−ｐｏｌｙ（ｏｘｙ−２，１−ｅｔｈａｎｅｄｉｙｌ）ｅｓｔｅｒ］と、メトキシジメチレングリコールメタクレートの混合物に光開始剤であるイルガキュア１８４（商品名：チバスペシャリティケミカルズ製）を添加したものである。
【００３９】
こうして樹脂を２層積層した樹脂接合型光学素子が製作された。この光学素子においては、黄色味が見られなかった。さらに、波長３８０ｎｍの光の透過率は９０％であった。
【００４０】
（比較例）
上記実施例のうち、紫外線吸収層を成膜しなかったこと、第２の樹脂層の成形型に石英からなる型ではなく金型を使用し、基板側から紫外線を照射して硬化させたこと以外は、実施例と同様な方法で、樹脂接合型光学素子を製作した。この光学素子においては、第１の樹脂に黄色味が見られた。さらに、波長３８０ｎｍの光の透過率は７０％であり、実施例に比較して大幅に低下していた。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の樹脂層を有する光学素子で、特性の劣化を起こしにくいもの、及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の例である、光学素子の製造方法を示す概要図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の例である、光学素子の製造方法を示す概要図である。
【図３】従来の方法による光学素子の製造方法とその問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１…基板
２…型
３…紫外線硬化型樹脂
４…紫外線吸収層
５…型
６…紫外線硬化型樹脂

Claims

複数の積層された樹脂層を有する光学素子であって、前記複数の積層された樹脂層のうち、少なくとも２つの前記樹脂層の間に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層又はその変質層を有することを特徴とする光学素子。
透明体の基板の両側に、少なくとも各１層の樹脂層を有する光学素子であって、前記透明基板と、少なくとも片側の樹脂層との間に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層又はその変質層を有することを特徴とする光学素子。
透明体の基板の上に、紫外線硬化型樹脂により１層目の樹脂層を積層した後、前記基板を通して、前記１層目の樹脂層に前記紫外線を照射して硬化させ、硬化した前記１層目の樹脂層の上に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層を形成し、その上に紫外線硬化型樹脂により２層目の樹脂層を積層した後、前記基板と反対側から、前記２層目の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
紫外線硬化型樹脂で形成された第１の樹脂層の上に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層を形成し、その上に紫外線硬化型樹脂により第２の樹脂層を積層した後、前記第１の樹脂層と反対側から、前記第２の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
透明体の基板の上に、紫外線硬化型樹脂により第１の樹脂層を積層した後、前記基板を通して、前記第１の樹脂層に紫外線を照射して硬化させ、その後、前記基板の、前記第１の樹脂層が形成された面と反対側の面に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層を形成し、その上に紫外線硬化型樹脂により第２の樹脂層を積層した後、前記第２の樹脂層側から、前記第２の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
透明体の基板の上に、紫外線硬化型樹脂により第１の樹脂層を積層した後、前記第１の樹脂層側から、前記第１の樹脂層に紫外線を照射して硬化させ、その後、前記基板の、前記第１の樹脂層が形成された面と反対側の面に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層を形成し、その上に紫外線硬化型樹脂により第２の樹脂層を積層した後、前記第２の樹脂層側から、前記第２の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
透明体の基板の上に、可視光、赤外光の少なくとも一方に対して実質的に透明な紫外線吸収層を形成し、その上に紫外線硬化型樹脂により第１の樹脂層を積層した後、前記第１の樹脂層側から、前記第１の樹脂層に紫外線を照射して硬化させ、その後、前記基板の、前記第１の樹脂層が形成された面と反対側の面に、紫外線硬化型樹脂により第２の樹脂層を積層した後、前記第２の樹脂層から、前記第２の樹脂層に紫外線を照射して硬化させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。