JP2006232626A

JP2006232626A - 光学素子の製造方法および光学素子の製造装置

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Publication number: JP2006232626A
Application number: JP2005050338A
Authority: JP
Inventors: Tadao Kojima; 忠雄児島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】転写型をさらに容易に離型できる光学素子の製造装置および製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス基材２の少なくとも一方の面２１に転写用の上型４を対向した状態で配置し、ガラス基材２と上型４との間に樹脂を注入して樹脂層３を形成する成形工程を有するハイブリッドレンズ１の製造方法において、上型４を離型する前に、上型４のみを加熱する熱処理工程を設ける。これにより、上型４と樹脂層３との境界（表層部）３１と、樹脂層３とガラスレンズ基材２との境界（成形面）２１との間に温度差をつけて、境界３１の熱膨張量の差により上型４が剥離しやすいようにする。これにより、外部から加える離型力を低減でき、型に忠実な樹脂層３を成形できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガラス製のレンズ基材と樹脂を接合したハイブリッドレンズ等の光学素子の製造方法、およびその製造装置に関するものである。

レンズや反射鏡等の光学素子を備えた各種の光学機器において、高性能化、小型軽量化、低コスト化を図るために、非球面レンズを有する光学素子を用いることが増加している。例えば、液晶プロジェクタ用の投射レンズは、高拡大の画像を近距離で投影しようとすると、収差補正に必要なレンズが多数枚必要となると共に、最もスクリーン側の最後（出射側）のレンズは大口径となる。したがって、最もスクリーン側の大口径レンズを非球面化して結像性能の向上と、レンズ枚数の削減の効果を得ようとすることが多い。

しかしながら、大口径の非球面レンズを、ガラスレンズを精密研削・研磨して製造する方法はコストが高く、家電としてのプロジェクタを提供する場合には用いることができない。これに対して、球面ガラスレンズの上に非球面形状の樹脂層を重ねて形成する製造方法は、低コストで大口径の非球面レンズを製造できるので好ましい。ガラスレンズと樹脂層との組み合わせからなるレンズはハイブリッドレンズと呼ばれている。

ハイブリッドレンズの製造過程は、まず、球面ガラスレンズを母材として、そのガラスレンズと、その一方あるいは両方に非球面形状を転写する成形金型とを組合せる。次に、母材と成形金型との間に樹脂組成物を充填し、硬化する。紫外線硬化性樹脂の場合は、成形金型がガラスなどの透明な場合は、成形金型および母材の一方あるいは両方から、成形金型が金属などの紫外線を透過しないものである場合は母材側から紫外線を照射して硬化させる。この後に、成形金型を脱離することにより、表面が非球面形状になったハイブリッドレンズが製造される。
特開昭５４−６００６号公報

特許文献１には、金型を用いてハイブリッドレンズを製造する際に、恒温槽で６０℃〜８０℃程度の温度で全体を維持して重合を完結させた後、温度を急激に下げたり、離型剤を樹脂に混入させることにより金型と重合物層との離型を促進できることが開示されている。この方法は、金型と樹脂層（樹脂部）との熱膨張係数の差を利用して金型を樹脂部から離型する方法である。したがって、型がレンズ母材（基材）と同じくガラスの場合には適用できない。すなわち、紫外線硬化型の樹脂を用いる場合、硬化速度を向上したり、硬化状態のアンバランスを防止するためには、多方向から紫外線を照射することが好ましく、このためにガラスを型材として利用することが検討されており、その場合、型材とレンズ基材との熱膨張係数はほぼ等しいので、急冷して型材と樹脂層とを剥離しようとすると、レンズ基材と樹脂層も剥離する可能性が高くなる。さらに、両面ハイブリッドレンズの場合は、型材としてガラスを採用せざるを得ず、急冷により型材の離型を促すことは難しい。

一方、離型剤を多く塗布し、容易に離型できるようにすることも考えられるが、樹脂層の成分の重合収縮時に重合剥離が生じることがあり、この方法でも、レンズ基材と型材の両方に剥離が発生してしまい、型材を選択的に剥離することができない。

そこで、本発明では、型材（転写型）を離型する際に、基材と樹脂層との結合にダメージを与えずに容易に転写型を剥離できる光学素子の製造装置および製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、ガラス製のレンズ基材の少なくとも一方の面に転写型を対向した状態で配置し、レンズ基材と転写型との間に樹脂を注入後、樹脂を硬化して樹脂層を形成する成形工程と、転写型を離型するとき、および／またはその前に、転写型のみを加熱する熱処理工程とを有する光学素子の製造方法を提供する。すなわち、レンズ基材の一方の面の転写型を加熱し、レンズ基材の他の側は少なくとも加熱を行わないようにする。

本発明では、ガラス製のレンズ基材と樹脂層が成形された転写型を離型する際に、熱処理工程において、転写型のみを加熱し転写型と樹脂層の境界（界面）と、樹脂層とレンズ基材の境界との間に温度差を発生させて、転写型と樹脂層との境界では温度を上げることにより線膨張率差を利用して転写型と樹脂層とを選択的に剥離し、レンズ基材と樹脂層との境界では温度を上げないことにより線膨張率差が発生しないようにしている。したがって、転写型がガラスなどの材質であり、レンズ基材と転写型とで熱膨張係数に差がないようなケースでも、転写型と樹脂層を選択的に剥離でき、それにより、離型する際に加える機械的な力を低減できる。さらに、転写型が金属などの材質であり、レンズ基材あるいは樹脂層の熱膨張係数と差がある場合は、さらに転写型と樹脂層とを選択的に剥離させやすい。

従来の方法により熱膨張係数の差を用いて剥離する際に、急冷する前に加熱する温度は、高いほど剥離しやすくなるが、樹脂層の温度がガラス転移温度（Ｔｇ）以上になると、転写性が崩れる可能性が生じるので、通常はガラス転移温度以下に止められる。これに対し、本発明の製造方法であれば、転写型を急激に加熱して温度を高くすることにより、転写型と樹脂層との界面付近の温度が樹脂層のガラス転移温度（Ｔｇ）に達する前に剥離することができる。したがって、加熱を短時間に止めることにより、樹脂層の転写性を損なうことなく剥離できる。

転写型と樹脂層の境界と、樹脂層とガラス基材の境界との間に温度差を発生させる点では、転写型のみを急冷する方法もあるが、常温からの急冷は技術的に温度差を確保することが難しく、上述したように、急冷する前に加熱して転写型のみならず、樹脂層およびレンズ基材も含めて高温にする必要があり、ガラス転移温度との関係で急冷する際の温度差を確保することは難しい。これに対し、転写型のみを加温あるいは加熱する本発明においては、転写型と樹脂層の境界と、樹脂層とガラスレンズ基材の境界との間の温度差を十分に確保でき、樹脂層の性能を損なうこともない。

さらに、熱処理工程では、加熱される転写型が配置されるレンズ基材の面側とは反対の面側を放熱状態にすることが望ましい。本発明は、レンズ基材の両面に転写型を用いて樹脂層を形成する両面ハイブリッドの光学素子の製造方法も含み、この場合は、両面の転写型を急速に加熱してガラスレンズ基材との間に温度差を発生して選択的に剥離することも可能である。

しかしながら、両面を加熱すると、温度差の管理が難しくなる可能性がある。したがって、レンズ基材の一方の面を加熱し、他方の面を用いてレンズ基材を含めて温度管理を行うことが望ましい。レンズ基材の他方の面は、特に何もせず自然に放熱させても良い。空気を循環させて、放熱を促すようにしても良い。積極的に冷風などを当て放熱をさらに加速させることも可能であるが、レンズ基材と樹脂層の境界に大きな温度差を発生させないようにすることが重要である。また、加熱した転写型を取り除いた後に、薄い樹脂層が急冷される可能性があり、その際、レンズ基材側の温度が高いと、レンズ基材と樹脂層の境界に剥離が発生する可能性があるので、その点でも、レンズ基材の側の温度を常温程度に保つことは重要である。また、転写型を離型した後に樹脂層が急冷されるような事態も防ぐことが望ましい。

また、転写型と樹脂層の境界を選択的に剥離するためには、成形工程では、樹脂を注入する前に転写型の転写面に離型剤が塗布されることが望ましい。そして、本発明においては、温度差により選択的に剥離させやすくなる。このため、アルコール系溶液中の濃度が２００ｐｐｍから１０００ｐｐｍとなるようにシリコーン系離型剤を含有するシリコーン系離型剤溶液を用いることができる。このように、離型剤を過剰に塗布する必要がなく、離型剤の濃度を低減することで、転写型に塗られた離型剤が樹脂層の重合収縮時に重合剥離の要因となる可能性を低減できる。

したがって、本発明においては、転写型に、レンズ基材と同じ材質で、樹脂層を硬化させるための紫外線を照射し易い透明なガラスを用いることが可能となる。このため、樹脂層に対して様々な方向から紫外線を照射することができ、硬化速度を制御して、いっそう均一な樹脂層を成形することができるので、さらに光学的な性能の良い光学素子を製造できる。

さらに本発明では、ガラス製のレンズ基材の少なくとも一方の面に対向した状態で配置された転写型とレンズ基材との間に樹脂が注入、硬化されたワークの、転写型のみを加熱する手段と、ワークから転写型を離型する手段とを有する光学素子の製造装置を提供できる。

この製造装置の加熱する手段によって、上述したように転写型のみを部分的（局部的）に加熱することにより、温度差を用いて転写型と樹脂層の境界を選択的に剥離できる。転写型のみを選択的に加熱する手段としては、例えば、温風や熱波を転写型に向けて集中的に出力するヒータ、転写型に直にあるいは適当な熱伝達部材を用いて取り付けられたホットプレート、転写型に埋設された電熱線などを用いることができる。

加熱する手段では、さらに、加熱される転写型が配置されるレンズ基材の面とは反対の面側へ０℃から２０℃の気体を送風して放熱する手段を設けることが望ましい。送風する空気の温度は、０℃を下回ると、樹脂とガラス製のレンズ基材との剥離が生じ易く、２０℃を上回ると、放熱効果が低下し、樹脂から転写型を剥離し難くなる。

レンズ基材の他方の側は、加熱さえしなければ積極的に放熱しなくても良いが、レンズ基材の温度も管理して、レンズ基材と樹脂層との間の温度差を離型中およびその後もできるだけ生じないようにすることが望ましい。

加熱する手段は、温風により転写型を加熱することが望ましい。温風であれば、間接的に転写型を広範囲に渡って加熱することが容易であり、温度むらの発生を防止できる。

以下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１に、ハイブリッドレンズの一例を示してある。このハイブリッドレンズ１は、大口径の液晶プロジェクタ用の投写レンズシステムの一部であり、ガラス製で球面のレンズ基材２の片面に樹脂層３がモールドされて、非球面が形成されている。

図２（ａ）〜（ｃ）および図３（ａ）〜（ｃ）に、ハイブリッドレンズ１の製造工程を模式的に示してある。

（成形型の選定・前処理工程）
先ず、図２（ａ）において、成形用のレンズ基材と、モールド用の転写型を用意する。このハイブリッドレンズ１においては、ガラス製のレンズ基材２がレンズの一部となると共に、樹脂モールドする際の一方の型となる。したがって、この工程では、ガラス製のレンズ基材２と、その一方の非球面化する面（成型面）２１に重ねる上型４とを用意する。ガラス製のレンズ基材２は、両面が研磨された球面の凸レンズあるいは凹レンズである。本例のレンズ基材２は、液晶プロジェクタ用の投射レンズの最もスクリーン側のレンズを構成する負のメニスカスレンズとなっており、その凸面を成型面２１として、非球面化する。レンズ基材１のガラスの材質は屈折率と分散性を考慮して決定される。

本例の上型４は、ガラス製であり、非球面形状を転写する転写面４１と、この転写面４１に対向する外面４２とを有する。転写面４１は、鏡面研磨されており、外面４２は平面（平坦面）となっている。また、ガラスレンズ基材２と上型４の外径はほぼ同じであり、両者とも円周面状の側面を有している。

さらに、上型４にガラス基材２をセットする前に、以下のような前処理を行う。先ず、ガラスレンズ基材２の樹脂層３を形成する成型面２１を洗浄する。そして、成型面２１に、樹脂層３の密着性を改良する目的で、シランカップリング剤を３〜１０％程度含む液体を塗布し、１００℃〜１３０℃で加熱焼成することでガラスレンズ基材２の面２１の上にＳｉ−Ｏ基を強固に結合する。シランカップリング剤の塗布は、成型面２１に出来るだけ均一に塗布する必要があり、スピンコーターを用いたスピン塗布装置や、引き上げ速度を制御したディップ装置などを用いて行うことが好ましい。シランカップリング剤の構造は下記の化学構造式(Ｉ)で表され、一分子中に少なくとも２種類の反応性の異なる官能基を持っている。

シランカップリング剤のアルコキシシリル基（Ｓｉ−ＯＲ）が水または湿気により加水分解され、シラノール基になり、このシラノール基と無機質表面とが縮合反応により、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を形成する。一方の反応基Ｘ−は有機基と結合あるいは相溶化して樹脂層との強力な結合が形成される。ガラス基材面に塗布するシランカップリング剤の必要塗布量は以下の式（１）で求められるが、希釈溶媒の種類や濃度、塗布方法などの影響も考慮し、調整して使用した方が好ましい。
シランカップリング剤処理量（ｇ）＝ガラス基材の樹脂層との接着面の表面積（ｍ^２）／シランカップリング剤の最小被覆面積（ｍ^２／ｇ）・・・（１）

本例において具体的には、鏡面仕上げした外径１００ｍｍ、曲率１２０ｍｍのガラス基材レンズ２の樹脂層３との成型面（接着面）２１に、シランカップリング剤として、５％のＭＴＳ溶液を塗布した後、１２０℃のオーブンに入れ、約２０分間焼成して下地加工を行った。

一方、上型４の転写面４１は洗浄を行うと共に離型剤を予め塗布した。転写面４１に離型剤を塗布しておくことにより、成型後、上型４を容易に樹脂層から脱離することができる。本例において具体的には、離型剤としてシリコーン系離型剤（信越化学工業（株）製：商品名ＫＭ−９７３０）を２００〜１０００ｐｐｍ含むアルコール系溶液として、エチルアルコールを用意し、それを転写面４１に塗布した。尚、アルコール系溶液は、エチルアルコール以外にイソプロピロアルコール等を用いることも可能である。

（型の組立工程）
次に、図２（ｂ）に示すように、ガラスレンズ基材２の成型面２１を上にしてガラスレンズ基材２を水平に保持し、上型４の転写面４１を下にしてガラスレンズ基材２の成型面２１との間に所定の距離を設けて対向配置して保持する。そして、これらのガラスレンズ基材２と上型４の側面に跨って粘着テープ５を巻き付け、１周より余分に巻き付け、粘着テープ５が重なる領域を形成する。これによって、成型面２１と転写面４１と粘着テープ５とで囲まれたキャビティ６が形成され、ハイブリッドレンズの樹脂層を形成する成形型（転写型）７を組み立てることができる。

ガラスレンズ基材２と上型４とを対向配置し、これらの側面に粘着テープ５を貼着してガラスレンズ基材２と上型４の間の空隙を封止してハイブリッドレンズ成形型（転写型）７を組み立てる粘着テープ封止方法は、従来のスリーブや型枠を用いてガラスレンズ基材２と上型４を保持する方法よりも、厚みのあるキャビティを容易にかつ簡便に形成することができる。

具体的には、ガラスレンズ基材２と、転写面４１に離型剤を塗布した外径１００ｍｍのガラス製上型４とを、中心の厚みを０．５ｍｍ、最大樹脂層厚５ｍｍとなるように組合せて、ハイブリッドレンズ用の成形型７とした。

（注入工程）
次に、図２（ｃ）に示すように、粘着テープ５同士が重なっている部分を剥がし、キャビティ６へ繋がる小さな開口部６ａを形成し、この開口部６ａから注射針などの細い注入管８を介して、紫外線硬化性の樹脂組成物９をキャビティ６へ注入し、剥がした部分の粘着テープ５を再び貼り付け、キャビティ６を封止する。この工程において注入される樹脂組成物９は以下のように調整される。

（モノマー調合工程）
ハイブリッドレンズ１の樹脂層（プラスチックレンズ）３には、ラジカル重合性モノマーとシランカップリング剤をある特定の割合で混合した樹脂組成物を用いることができる。本例で用いた樹脂組成物の組成液（注入液）９はラジカル重合性モノマーであり、以下の成分（Ａ）〜（Ｃ）の重合性モノマー混合物から構成される。

成分（Ａ）：一般式（ＩＩ）で示されるジ（メタ）アクリレート化合物

成分（Ｂ）：１分子中に（メタ）アクリロイルオキシ基を２個以上有するウレタンポリ（メタ）アクリレートあるいはエポキシポリ（メタ）アクリレート

成分（Ｃ）：一般式（ＩＩＩ）で示されるモノ（メタ）アクリレート化合物

これらラジカル重合性モノマーにおいて、各成分（Ａ）〜（Ｃ）の最適含有量は、成分（Ａ）は３０〜９０重量％、成分（Ｂ）は５〜５０重量％、成分（Ｃ）は５〜４０重量％、さらにシランカップリング剤は０．０５〜１０重量％である。

成分（Ａ）が３０重量％未満では、レンズに十分な耐衝撃性が得られず、環境温度変化に対応する耐熱性が不十分であり、かつ吸水量の抑制もできない。一方、９０重量％を超えると表面硬度の低下が著しく望ましくない。好ましくは５０〜８０重量％が良い。

また、成分（Ｂ）が５重量％未満では、十分な耐熱性を与えることができず、５０重量％を超えると組成物の粘度が高くなり、注入時の作業性が低下する。好ましくは１０〜３０重量％が良い。

さらに、成分（Ｃ）が５重量％未満では、十分な面精度を得ることができず、４０重量％を超えるとレンズの耐熱性が低下し望ましくない。好ましくは１０〜３０重量％が良い。

シランカップリング剤は、硬化成型時にガラス基材と樹脂層を接着する成分である。このため、シランカップリング剤の含有量が１０重量％より多いと樹脂組成物中でゲル化する可能性があり、樹脂組成物のポットライフの低下の危険性が生じ、ゲル化による増粘によって注入時の作業性の低下も危惧される。好ましくは、３〜５重量％が良い。この点、本例のハイブリッドレンズ１の製造方法では、図２（ａ）の前処理工程において、予めガラス基材２の樹脂層３と接着する成形面２１にシランカップリング剤を塗布することにより、樹脂組成物中のシランカップリング剤の濃度を低くしても、ガラスレンズ基材２と樹脂層３とが強力に接合される。したがって、増粘やポットライフの低下、上型の離型性の低下といった不具合の発生を未然に防止でき、量産性が高い。

さらに、本例のハイブリッドレンズ用の樹脂組成物９は、必要に応じて、酸化防止剤、黄変防止剤、紫外線吸収剤、染料、顔料等の添加剤が本発明の効果を損なわない範囲で配合されても良い。これらのラジカル重合性モノマー成分（Ａ）〜（Ｃ）並びにシランカップリング剤を混合撹拌して、さらに必要に応じて各種添加剤を配合して、本例のハイブリッドレンズ１の樹脂層３を形成するための紫外線硬化性の樹脂組成物（注入液）９として調合される。本例において、さらに具体的には、上述した成分（Ａ）〜（Ｃ）のラジカル重合性モノマーおよびシランカップリング剤は次の通りであり、これらを適宜混合した。９ＢＧＤＭ（ノナブチレングリコールジメタクリレート（三菱レイヨン（株）製：商品名アイキュアＭ−７０））６５重量％、ＵＤＡ２（トリレンジイソシアネートと２−ヒドロキシエチルアクリレートとを反応させて得られたウレタンジアクリレート（三菱レイヨン（株）製：商品名ダイヤビームＵ−１２））１０重量％、ＴＣＤＭ（トリシクロ（５，２，１，０^2,6）デカン−８−イルメタクリレート（日立化成工業（株）製：商品名ＦＡ−５１３ＭＳ））２２重量％、ＭＴＳ（γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（ＧＥ東芝シリコーン（株）製：商品名オルガノシランＴＳＬ−８７３０））５重量％、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルフォスフィンオキサイド（チバ・スペシャルティー・ケミカルズ（株）製：商品名ＩＲＧＡＣＵＲＥ８１９）５００ｐｐｍ、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート（日本油脂（株）製：商品名パーブチルＩＢ）１２００ｐｐｍを混合し、室温でよく攪拌した。その後、４０ｍｍＨｇに減圧して１５分間脱気し、樹脂層３用の組成液（注入液）９を調製した。

（硬化工程（成型工程））
次に、図３（ａ）に示すように、透明なガラス製の上型４と、ガラスレンズ基材２との両側から、キャビティ６の中の紫外線硬化性の樹脂組成物９に対して紫外線を照射して、樹脂組成物９を硬化する。本例においては、１００ｍＷのＵＶ照射装置（不図示）により、紫外線（ＵＶ）を２００秒間照射する。ＵＶ照射装置は、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等であり、これら紫外線照射源をガラスレンズ基材２とガラス製上型４の両側に配置したり、あるいは反射鏡などの適当な光学系を用いてガラス製上型４とガラスレンズ基材２の両方から内部のキャビティ６の紫外線硬化性の樹脂組成物９に紫外線を照射し、紫外線硬化性の樹脂組成物９に対して略一様な紫外線を照射して短時間にほぼ完全に硬化させ、樹脂層３を形成する。この樹脂層３が上型４とガラス基材２との間に形成されたものをワーク（ユニット）７０とする。

紫外線の照射時間は５０〜３００秒の範囲が好ましく、室温でも１２０℃までの加熱雰囲気下で紫外線を照射しても良い。紫外線の照射強度は、片側５０〜１５０ｍＷ程度が好ましく、本例のように両側から照射する場合は、照射強度は概ね等しくすることが好ましい。紫外線の照射量は、特に制限されないが、１〜５００Ｊ／ｃｍ^２程度が好ましい。

（熱処理・離型工程）
次に、図３（ｂ）に示すように、樹脂層３が硬化した後に、上型４のみを加熱して剥離を促進させる。この熱処理および剥離する工程は、図４に示した離型装置（光学素子の製造装置）５０を用いて行うことができる。この離型装置５０は、成形型７（ワーク７０）のガラスレンズ基材２の周囲を支持する支持台５３と、成形型７の上型４に対して、ガラスレンズ基材２の反対側（上方）から熱風を送風して加熱する加熱装置（温風発生装置）５１と、ガラスレンズ基材２の上型４と反対側（下方）に冷却用の空気を送風して放熱を促す放熱装置５２とを備えている。冷却用の空気の温度は、０℃から２０℃が好ましい。０℃を下回ると、樹脂層３とガラスレンズ基材２との剥離が生じ易く、２０℃を上回ると放熱効果が低下し、樹脂層３から上型４を剥離し難くなる。

この離型装置５０では、上型４を集中的に加熱することにより、上型４と樹脂層３との間に温度差を発生させ、樹脂層３とガラスレンズ基材２との間には温度差をできるだけ発生させないようにして、上型４と樹脂層３との境界である表層部（境界）３１に熱膨張量（線膨張量）の差を発生させて、表層部３１が選択的に剥離しやすくなるようにしている。さらに、上型４と樹脂層３との間に、正確にくさび１１を打ち込み、力Ｆを加えて樹脂層３から上型４を脱離（離型）する。上型４を加熱する時間は、樹脂層との間に温度差を発生させるため、樹脂層の温度を高くしないようにするためにも短いほうが好ましく、１枚の離型に要する温度保持の時間は約１０分程度としている。

なお、加熱装置５１は、温風式に限定されず、上型４に接触するホットプレートのような電熱ヒータであっても良く、さらには、上型４の内部に電熱ヒータを埋め込むことも可能である。また、放熱装置５２は、ガラスレンズ基材２と樹脂層３との間に温度差を発生させることは好ましくなく、このため、ガラスレンズ基材２を極端に冷却するのではなく、温度上昇を防止する程度であることが望ましい。

（アニーリング工程）
次に、図３（ｃ）に示すように、上型４から離型したハイブリッドレンズ１をアニールする。このアニーリング工程は、重合歪みの除去が目的であり、紫外線硬化性樹脂組成物の硬化物（樹脂層）３のガラス転移点より低い温度雰囲気下で、好ましくはガラス転移温度より１０℃以上低い温度雰囲気下で、３０分〜２時間程度加熱処理を行うことで重合歪みを低減することができる。

得られたハイブリッドレンズ１には、必要に応じて、樹脂層３にハードコート処理、反射防止コート処理を行い、ガラスレンズ基材２に反射防止コート処理を行う。

（加熱温度と離型力に関する実験）
次に、上述した図３（ｂ）において、上型４を加熱する温度により上型４をくさび１１により離型するために必要な力Ｆの変動を測定した。この結果を図５に纏めて示してある。図５に示した温度Ｉは、熱処理工程（図３（ｂ））において、加熱された上型４の温度を示し、温度ＩＩは、ガラスレンズ基材２の温度を示している。また、離型力Ｆは、上型４の離型のためにくさび１１を打ち込むのに要するトルクの大きさを、ユニットＡで必要なトルクを１００とした場合の相対値で示してある。

ユニットＡは、熱処理工程において、上型４の温度Ｉが３５．２℃で、ガラスレンズ基材２の温度ＩＩが２４．８℃で、この際の離型力が１００であった。ユニットＢは、上型４の温度Ｉが５１．３℃でガラスレンズ基材２の温度ＩＩが２６．３℃で、この際の離型力が８５であった。ユニットＣは、上型４の温度Ｉが６９．８℃で、ガラスレンズ基材２の温度ＩＩが２８．０℃で、この際の離型力が７０であった。ユニットＤは、上型４の温度Ｉが８３．６℃で、ガラスレンズ基材２の温度ＩＩが３０．４℃で、この際の離型力が５０であった。ユニットＥは、上型４の温度Ｉが１０６．４℃で、ガラス基材２の温度ＩＩが３５．２℃で、この際の離型力が４０であった。

なお、本例の樹脂層３を形成する注入液（樹脂組成液）９で、厚さ２ｍｍ、外径８０ｍｍの円盤状平板（樹脂板）を成型し、測定に必要なサイズに切り出して試験片として、熱分析装置システムＴＭＡ−６０（（株）島津製作所製）にて、ガラス転移温度を測定した。その樹脂層３のガラス転移温度（Ｔｇ）は８４．６℃であった。また、ガラス製の上型４およびガラスレンズ基材２は、Ｓ−３（ショット（株）製）あるいはＢＫ７などの光学ガラスが用いられ、その線膨張率は、約７×１０^−５（／℃）である。一方、本例の樹脂層３の線膨張率は約１．２×１０^−４（／℃）である。

図５に示すように、上型４のみを加熱すると、上型４の温度Ｉが高くなるのに対し、レンズ基材２の温度ＩＩはそれほど上昇しない。したがって、上型４を加熱することにより、上型４と樹脂層３と境界（表層部）３１の温度が上昇し、上型４と樹脂層３の線膨張率の差の約５×１０^−５（／℃）により熱膨張量が異なり、それが離型を促す力として働く一方、樹脂層３とレンズ基材２との境界（成形面、接着面）２１においては温度が上昇しないので線膨張率の差による熱膨張量の差がほとんどなく、剥離は発生しない。このため、上型４の温度を上昇させるほど、くさび１１に加える力（離型力）Ｆを小さくすることができ、上型４を剥離しやすくなる。

これに対し、成形型７を全体的に加熱すると、上型４と樹脂層３の境界（表層部）３１に限らず、樹脂層３とガラス基材２と境界（成形面）２１も同様に温度が上昇するので、境界２１にも境界３１と同じ力が働き、基材２からの樹脂ハガレを誘引する。

上型４を剥離しやすくさせるために、線膨張率差による熱膨張量の差を大きくするためは上型４の温度を高くすることが好ましい。本例の樹脂組成（注入液９）の場合は、上型４の温度Ｉが５０℃以上になるように加熱することが好ましい。しかしながら、樹脂層の温度がガラス転移温度（Ｔｇ、本例では８４．６℃）以上になると、転写性が崩れる可能性が生じる。このため、樹脂層３との境界３１の温度がＴｇに達しない程度の温度に上型４を加熱することが望ましい。表層部３１の温度がＴｇに達しても、短時間の加熱で、上型４が直ぐに剥離される環境であれば、転写性が崩れる恐れはそれほどなく、上型４の温度管理の精度はそれほど要求されない。この点も、本発明の製造方法のメリットの１つである。

さらに、本例の製造方法では、上型４に局部的に熱を加え、材料の差に基づく熱膨張量の差により表面剥離を起こさせながら離型力Ｆを低減させて上型４を剥離できる。したがって、剥離した面３１は上型４の転写面４１に忠実に離型される。さらに、樹脂層３の重合収縮時に重合剥離の要因となる可能性がある、上型４に塗布されたシリコーン系離型剤の濃度を削減することができる。例えば、従来は、アルコール系溶液中のシリコーン系離型剤の濃度が１０００〜２０００ｐｐｍであったのに対して、本例では１０００ｐｐｍ以下に、２００〜１０００ｐｐｍ程度まで削減することができる。

なお、上記の実施例では、ガラス製の上型４を採用しているので、樹脂層３への光（紫外線）の照射は、ガラス基材２および上型４の両方から行うことができる。本発明はこれに限られるものではなく、例えば上型として金型を用い、透明なガラス基材側からのみの照射でも良い。しかしながら、樹脂層の厚いレンズや樹脂層の厚みの差が大きい（いわゆる偏肉性の強い）レンズを成型する場合にはＳ−３（ショット（株）製）やＢＫ７などの光学ガラスを研削加工したガラス型を用いて、紫外線を樹脂層の上下両面から照射するようにして成型した方が光学歪み防止のためにも好ましい。本例の製造方法においては、レンズ基材と同じ材質の成形型（上型）を用いた場合にも、上型を容易に剥離できるので、ガラス製の上型を用いてハイブリッドレンズを製造するのに好適である。

また、本発明には、上記では、ガラス基材の片面に樹脂層（プラスチックレンズ）が成形されたハイブリッドレンズを説明しているが、これに限らず、ガラス基材の両面が樹脂層で成形されている両面ハイブリッドレンズも含まれる。

本発明に係る製造方法により得られたハイブリッドレンズ１は、例えば、レンズ、プリズム、回折格子などとして使われるが、非球面レンズとして適用した場合、優れた効果を得ることができる。すなわち、従来のハイブリッドレンズと比較してより高い収差補正能力が得られるため、レンズ構成枚数をより一層削減でき、小型で軽量な光学系を実現することが出来る。

さらに、上記のハイブリッドレンズを構成要素とする光学レンズ素子は、投影機用非球面レンズとして適用された場合に、最も優れた効果を発揮することができるが、その他にスチルカメラや、ビデオカメラ、それらの交換レンズ、眼鏡レンズ、望遠鏡、双眼鏡、顕微鏡、光ディスク／光磁気ディスク読取用ピックアップレンズ等の光学部品にも適用できる。

さらに、樹脂層３の組成液（注入液）９は、上記のものに限らず、次のようなラジカル性重合モノマー（上記の成分（Ａ）〜（Ｃ））およびシランカップリング剤を用いることも可能である。成分（Ａ）として、１２ＢＧＤＭ（ドデカブチレングリコールジメタクリレート）、９ＥＧＤＭ（ノナエチレングリコールジメタクリレート）、成分（Ｂ）として、ＵＤＭ１（イソホロンジイソシアネートと２−ヒドロキシプロピルメタクリレートとを反応させて得られたウレタンジメタクリレート）、ＥＤＭ１（ビスフェノールＡジグリシジルエーテルとメタクリル酸とを反応させたエポキシジメタクリレート）、成分（Ｃ）として、ＣＨＭ（シクロヘキシルメタクリレート）、シランカップリング剤として、ＭＤＳ（γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン）等がある。

ハイブリッドレンズの一例を示す断面図。ハイブリッドレンズの製造プロセスの模式図。本発明に係るハイブリッドレンズの製造プロセスの模式図。本発明に係る光学素子の製造装置の模式図。本発明に係る光学素子離型工程での温度と離型力の関係を纏めた表。

符号の説明

１ハイブリッドレンズ、２ガラス基材、３樹脂層
４ガラス製の上型（転写型）、７ハイブリッドレンズの成形型
１１くさび、２１成型面（境界）、３１表層部（境界）、４１転写面
５０熱処理装置、５１加熱装置、５２放熱装置
７０ワーク（ユニット）

Claims

ガラス製のレンズ基材の少なくとも一方の面に転写型を対向した状態で配置し、前記レンズ基材と前記転写型との間に樹脂を注入後、前記樹脂を硬化して樹脂層を形成する成形工程と、
前記転写型を離型するとき、および／またはその前に、前記転写型のみを加熱する熱処理工程とを有する、光学素子の製造方法。
請求項１において、前記熱処理工程では、前記加熱される転写型が配置される前記レンズ基材の面側とは反対の面側を放熱状態にする、光学素子の製造方法。
請求項１または２において、前記成形工程では、前記樹脂を注入する前に前記転写型の転写面に、アルコール系溶液中の濃度が２００ｐｐｍから１０００ｐｐｍとなるようにシリコーン系離型剤を溶解したシリコーン系離型剤溶液を塗布する、光学素子の製造方法。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記転写型はガラスである、光学素子の製造方法。
ガラス製のレンズ基材の少なくとも一方の面に対向した状態で配置された転写型と前記レンズ基材との間に樹脂が注入、硬化されたワークの、前記転写型のみを加熱する手段と、
前記ワークから前記転写型を離型する手段とを有する、光学素子の製造装置。
請求項５において、前記加熱する手段では、
さらに、前記加熱される転写型が配置される前記レンズ基材の面とは反対の面側へ０℃から２０℃の気体を送風して放熱する手段を有する、光学素子の製造装置。
請求項５または６において、前記加熱する手段は、温風により前記転写型を加熱する、光学素子の製造装置。