JP2010184825A - 複合型光学素子の製造方法および複合型光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】複合型光学素子において基材や樹脂の種類および組み合わせ、さらには形状等に制約を生じることなく、温度や湿度等の環境変化における基材ワレやクラックを防止する。
【解決手段】ガラス基材１１の光学機能面１１ａに成形樹脂層１３を被着した構成の複合型光学素子１０において、成形樹脂層１３が被着される光学機能面１１ａの表面に所定の厚さの圧縮応力層、または所定の深さに異質相を形成してマイクロクラックの生成や成長を抑制することで、ガラス基材１１や成形樹脂層１３の形状や素材の組合せに制約を受けることなく、ガラス基材１１の温度や湿度等の環境変化における基材ワレやクラックを防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複合型光学素子の製造方法および複合型光学素子に関する。

従来、カメラ、ビデオカメラあるいはカメラ付携帯電話、テレビ電話あるいはカメラ付ドアホン等に、撮像モジュールが用いられている。この撮像モジュールについては、近年その光学系の小型軽量化、低コスト化が大きな課題となっている。

光学系の小型軽量化、低コスト化を実現する方法としては、非球面レンズや異常分散ガラス、あるいはプラスチックレンズの使用がある。
ところで、光学用途で用いられる硝子やプラスチック材料は多くの種類がある。しかしながら、光学設計において要求される光学特性を、それら材料単独では実現できない場合がある。

このような技術的課題を解決するため、たとえば特許文献１に開示されているような複合レンズがある。この複合レンズは、硝子やプラスチック材料を基材に用い、その上に樹脂化合物を積層、硬化させることで、新たな光学特性を得ようとするものである。

しかしながら、複合レンズは異種材料を積層するため、硬化時に応力が発生し、それが複合レンズ内部に蓄積される。また、異種材料では、熱膨張係数の差が異なるため、温度や湿度などの変化をうけると、応力や熱膨張係数の差が原因となって基材にワレやクラックなどを生じる。

このため、特許文献１では、軟硝材を複合型光学部品の基材に用いる際に生じるガラス基材の割れを防止するために樹脂層の外周部を凹形状にすることで応力の発生を抑えガラス割れを回避している。

特開２０００−２３３９４５号公報

しかしながら、特許文献１では、樹脂層の外周部を凹形状にしなければならないため、外形上の制約が多い。また、樹脂層の外周部を凹形状にするために、樹脂を吐出する際に吐出量のばらつきを抑える必要や、金型を移動させながら樹脂の硬化を行なう必要があるなど、製造上の制約が多かった。

本発明の目的は、温度や湿度等の環境変化が生じても、基材ワレやクラックの発生を防止できる複合型光学素子の製造方法および複合型光学素子を提供することにある。また、このような複合型光学素子の製造方法および複合型光学素子を提供するにあたり、形状等に制約を生じることなく、しかも製造上の制約を少なくすることにある。

上記課題を解決するため、本発明の複合型光学素子の製造方法は、ガラス基材を準備する第１工程と、前記ガラス基材に、圧縮応力層または当該ガラス基材と組成の異なる異質相の少なくとも一方を形成する第２工程と、前記ガラス基材に樹脂層を形成する第３工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の複合型光学素子は、ガラス基材と、前記ガラス基材に被着された樹脂層とを含む複合型光学素子であって、前記ガラス基材は、圧縮応力層または当該ガラス基材と組成の異なる異質相の少なくとも一方を有することを特徴とする。

本発明によれば、温度や湿度等の環境変化が生じても、基材ワレやクラックの発生を防止できる複合型光学素子の製造方法および複合型光学素子を提供することができる。また、このような複合型光学素子の製造方法および複合型光学素子を提供するにあたり、形状等に制約を生じることなく、しかも製造上の制約を少なくすることができる。

本発明の一実施の形態である複合型光学素子の製造方法によって製造された複合型光学素子の構成の一例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である複合型光学素子の製造方法によって製造された複合型光学素子の表面部の構成の一例を示す拡大断面図である。 本発明の一実施の形態である複合型光学素子の製造方法によって製造された複合型光学素子の表面部の構成の一例を示す拡大断面図である。 本発明の一実施の形態である複合型光学素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態である複合型光学素子の製造方法における成形工程の一例を示す断面図である。

発明者らによる鋭意研究の結果、基材ワレやクラックの発生は、エネルギー硬化型樹脂を積層する前にガラス基材をガラス強化処理することで防止できることが判明した。具体的には、ガラス基材の表面に圧縮応力層あるいは異質相を形成させることで、温度・湿度等の環境変化が生じても、基材ワレやクラックのない複合型光学素子が得られることがわかった。このように、ガラス強化処理とは、ガラス基材の表面に圧縮応力層あるいは異質相を形成させることである。

このようなことから、実施形態の複合型光学素子の製造方法（以下、単に実施形態の製造方法とする）では、ガラス基材を準備する第１工程と、ガラス基材に、圧縮応力層またはガラス基材と組成の異なる異質相の少なくとも一方を形成する第２工程と、ガラス基材に樹脂層を形成する第３工程と、を含むようにした。

このように、本実施形態の製造方法によれば、ガラス基材に、圧縮応力層またはガラス基材と組成の異なる異質相の少なくとも一方を形成する工程を備えるので、温度や湿度等の環境変化が生じても、基材ワレやクラックの発生を防止できる。

また、ガラス基材に樹脂層を形成する工程では、図２に示すように、基材上に適量の樹脂を吐出して、所望の厚みとなるように樹脂を押し広げた後、硬化させるだけで済む。よって、形状等に制約を生じることなく、しかも製造上の制約を少なくすることができる。

ここで、本実施の形態における圧縮応力層とは、ガラス基材の表面からガラス基材の内部に向かって形成される層であって、ガラス基材本来の密度よりも高い密度を有する部分のことである。この圧縮応力層は、後述するように、ガラス基材にイオン交換処理を施すことや、ガラス基材を急冷することによって形成することができる。

また、本実施の形態における異質相とは、ガラス全体の組成に対して局所的に化学組成が異なる部分のことである。この異質相は、後述するように、イオン注入や超短パルスレーザー照射などにより形成することができる。

また、本実施形態の製造方法において、ガラス基材の最表面部から２５０μｍまでの深さに、圧縮応力層または前記異質相を形成することが好ましい。
圧縮応力層あるいは異質相は、その厚さや位置に制限はない。よって、どのような厚さや位置でも、基材ワレやクラックの発生を防ぐ効果は生じる。しかしながら、ガラス基材の最表面部から２５０μｍまでの位置に圧縮応力層あるいは異質相を形成させると、ガラス基材の光学特性に影響を与えることなく、温度・湿度変化によるガラス基材ワレやクラックの発生を防ぐことが可能となる。

また、本実施形態の製造方法において、イオン交換法を用いて圧縮応力層を形成することが好ましい。
ガラス強化処理としては、化学的強化法と物理的強化法がある。 化学的強化法とはガラス基材に化学的な処理を行うことでガラス基材の表面あるいは一部の組成分布を変化させ、圧縮応力層や異質相を形成させるものである。一方、物理的強化法とはガラス基材を加熱・急冷、電子線照射、レーザー照射といった物理的処理を行うことでガラス基材の表面あるいは一部に圧縮応力層や異質相を形成させるものである。

ガラス基材に圧縮応力層を形成させる方法としては、化学的強化法であるイオン交換法と、物理的強化法である風冷強化法がある。このうち、本実施形態の製造方法としては、イオン交換法を用いるとより好ましい。

イオン交換法であれば、どのような厚さ、形状のガラスへも形状変化を起こさずにガラス強化処理が可能となる。
一方、風冷強化法によるガラス強化処理では高温の熱処理を行うため、ガラス基材はこの処理に耐えうるだけの厚さを有している必要があり、厚さ３．２ミリ以下の薄いレンズへは適用することが困難である。また、高温の熱処理によって、ガラスの形状変化や歪みが起きることもある。このように、風冷強化法ではガラス基材の厚さが制限され、所望の形状や大きさの複合型光学素子が得られないだけでなく、ガラス基材の光学特性が変化する恐れがある。

また、本実施形態の製造方法において、圧縮応力層の表面圧縮応力値が６．６０ＭＰａ以上で１０．０ＭＰａ以下となるように、圧縮応力層を形成することが望ましい。
ここで表面圧縮応力値とはガラス表面の圧縮応力層が有する応力の値のことであり、一般的にガラス強度計を用いて測定することが可能である。

本実施の形態における複合型光学素子の圧縮応力層では、圧縮応力層の表面圧縮応力値の値によらず、温度・湿度変化によるガラス基材ワレやクラックの発生を防ぐことが可能となる。しかしながら、発明者らが鋭意検討した結果、ガラス基材に形成される圧縮応力層における表面圧縮応力値が６．６０ＭＰａ未満のときよりも６．６０ＭＰａ以上のほうが環境試験（温度・湿度変化）に対する基材ワレが起きにくいことがわかった。従って、ガラス基材に形成される圧縮応力層における表面圧縮応力値は６．６０ＭＰａ以上であることが望ましい。また、ガラス基材に形成される圧縮応力層における表面圧縮応力値が１０．０ＭＰａよりも大きいとガラス基材の光学特性に影響を与える可能性があることもわかった。

従って、圧縮応力層の表面圧縮応力値は、基材ワレが起こりにくく、さらにガラス基材の光学特性が変化することのない６．６０ＭＰａ以上で１０．０ＭＰａ以下が望ましい。
また、本実施形態の製造方法において、ガラス基材の表面に存在するマイクロクラックよりも深い位置に異質相を形成することが好ましい。

マイクロクラックとはガラスを鏡面加工する際にガラス表面に生じる数μｍオーダーの小さな傷のことである。マイクロクラックの深さよりも浅い位置に異質相を形成すると、基材ワレやクラックの発生防止が困難になる。

また、本実施形態の製造方法において、ガラス基材の最表面から１０μｍ以上で１００μｍ以下の深さに異質相を形成することが好ましい。
上述のマイクロクラックの深さは、一般的に１０μｍ以下であることが知られている。そこで、ガラス基材の表面から１０μｍよりも浅い位置と深い位置に異質相を形成させ、耐性試験前後の基材ワレの防止効果を比較した。その結果、１０μｍよりも深い位置に異質相を形成させたときのほうが、基材ワレやクラックの発生防止により有効であることがわかった。また、表面から１００μｍよりも深い位置に異質相を形成させると、１００μｍよりも浅い位置に異質相を形成させた場合よりもマイクロクラックの進展を防ぎにくくなる（すなわち基材ワレやクラックの発生を防止する効果が低下する）こともわかった。

従って、ガラス基材の最表面部からの深さが１０μｍ以上で１００μｍ以下の部分（１０μｍより深い位置から１００μｍより浅い位置までの範囲）に異質相を形成させると良い。

また、本実施形態の製造方法において、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）のいずれか１種のイオンをガラス基材に注入するイオン注入法によって異質相を形成することが好ましい。

イオン注入法は、注入するイオン種を自由に選ぶことが可能である。そのため、イオン注入法を用いると、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）といったイオンについても、装置などを変えることなく異質相の形成が可能である。

また、イオン注入法では、一度にイオンを注入できる面積が大きいため短時間でガラス強化を行うことができるほか、イオンのガラス表面からの進入深さをガラスの厚さや表面形状に影響されず一定にすることができる。このため、イオンビームの焦点をガラス基材の表面形状に合わせて変化させる必要がなく、球面、非球面といったレンズ形状にも容易に処理が可能であるといった利点がある。

イオン注入するイオン種はどのイオン種を用いてもよいが、イオン種としてジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）の中から１種を選択して異質相を形成させると、基材ワレとクラックの発生防止に加えて、ガラス基材の安定化を同時に行うことができる。

また、ガラス中でジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）が高濃度に存在している領域では、その他の部分と比べて機械的強度が強く化学的に安定化する。この場合、その化学的安定性によって、からガラスの内部成分の浸出を抑制することが可能となる。

従って、イオン種としてはジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）の中から１種を選択することが望ましい。
また、本実施形態の製造方法において、ガラス基材に対する超短パルスレーザーの照射によって異質相を形成することが好ましい。

超短パルスレーザー照射法も、上述のイオン注入法と同様に、ガラスの厚みや種類に制限なくどのガラスにも処理が可能である。また、加速電圧などによって異質相を形成する深さを任意で決定することが可能であるほか、１〜数十ｎｍのスポットに集光することができるため、近年小型化の進む光学素子への処理に有効である。

また、本実施形態の製造方法において、超短パルスレーザーとしてチタンサファイアレーザーを用いて異質相を形成することが好ましい。
また、本実施形態の製造方法において、組成中に少なくともフッ素を含む前記ガラス基材を準備することが好ましい。

また、本実施形態の複合型光学素子は、ガラス基材と、ガラス基材に被着された樹脂層とを含む複合型光学素子であって、ガラス基材は、圧縮応力層またはガラス基材と組成の異なる異質相の少なくとも一方を有することが好ましい。

本実施形態の複合型光学素子は、具体的には、エネルギー硬化型樹脂をガラス基材の表面にのせた状態で硬化させて、ガラス基材とエネルギー硬化型樹脂の硬化物とを積層させることによって製造することができる。このとき、ガラス基材にガラス強化処理を施すことで、圧縮応力層または前記異質相を複合型光学素子に形成することができる。その結果、基材ワレやクラックの発生を防ぐことができる。また、基材そのものの強度をこの応力に耐え得る強度とすることができるので、ガラス基材が割れることを防ぐことが可能となる。

また、本実施形態の複合型光学素子において、圧縮応力層または異質相は、樹脂層が被着されるガラス基材の表面から２５０μｍ以内の深さに形成されてなることが好ましい。
また、本実施形態の複合型光学素子において、圧縮応力層の表面圧縮応力値が６．６０ＭＰａ以上で１０ＭＰａ以下であることが好ましい。

また、本実施形態の複合型光学素子において、異質相は、ガラス基材の表面に存在するマイクロクラックよりも深い位置に形成されていることが好ましい。
また、本実施形態の複合型光学素子において、異質相は、ガラス基材の表面から１０μｍ以上で１００μｍ以下の深さに形成されていることが好ましい。

また、本実施形態の複合型光学素子において、ガラス基材は少なくともフッ素を含むことが好ましい。
また、本実施形態の複合型光学素子は、光学基材（ガラス基材）と樹脂組成物の硬化物の界面が、球面、非球面、自由曲面あるいは回折面を有する複合型光学素子とすることができる。

また、本実施形態の複合型光学素子は、光学基材としては、所望の形状に加工するときに、欠け、表面変色、失透やあるいは濁り等の問題が起きない通常の光学用ガラスに加えて、光学用樹脂を用いることができる。

また、本実施形態の複合型光学素子において、ガラス基材に用いられる光学用ガラスとしては、石英、ＢＫ７（ＳＣＨＯＴＴ）、ＢＡＣＤ１１（ＨＯＹＡ）、ＢＡＬ４２、ＬＡＨ５３（オハラ社）等を挙げることができる。

とりわけ、フッ素やリン酸が含まれている硝材をガラス基材は、軟硝材と呼ばれる脆性なガラス材料である。このような軟硝材をガラス基板として用いる場合、本実施形態の製造方法は特に有効である。これらの軟硝材と呼ばれる硝子材の例としては、ＦＣＤ１（ＨＯＹＡ）、ＦＰＬ５１、ＦＳＬ５（ＯＨＡＲＡ）などが挙げられる。

本実施形態の複合型光学素子において、樹脂層を構成する光学用樹脂としては非晶質ポリオレフィンであるゼオネックス（日本ゼオン）、ＡＲＴＯＮ（ＪＳＲ）、アペル（三井化学）等、アクリル樹脂であるアクリペット（三菱レイヨンルデルペット（旭化成）等を挙げることができる。

以下、図面を参照しながら、本実施の形態の複合型光学素子およびその製造方法について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である複合型光学素子の製造方法によって製造された複合型光学素子の構成の一例を示す断面図である。

図２は、本発明の一実施の形態である複合型光学素子の製造方法によって製造された複合型光学素子の表面部の構成の一例を示す拡大断面図である。
図３は、本発明の一実施の形態である複合型光学素子の製造方法によって製造された複合型光学素子の表面部の構成の一例を示す拡大断面図である。

図４は、本発明の一実施の形態である複合型光学素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。
図５は、本発明の一実施の形態である複合型光学素子の製造方法における成形工程の一例を示す断面図である。

図１に例示されるように、本実施の形態の複合型光学素子１０は、たとえば、ガラス基材１１と成形樹脂層１３で構成されている。ガラス基材１１は、光学機能面１１ａおよび光学機能面１１ｂを備えた両凹レンズ形状となっている。このガラス基材１１の一方の光学機能面１１ａに、成形樹脂層１３が被着されている。そして、成形樹脂層１３は光学機能面１３ａを有している。

ガラス基材１１における光学機能面１１ａは曲率半径Ｒ１の凹形であり、光学機能面１１ｂは曲率半径Ｒ２の凹形である。
ガラス基材１１の外径部分はレンズ径Ｌ１で、レンズ厚さＬ３となっている。

ガラス基材１１の光学機能面１１ａに被着された成形樹脂層１３は、光学機能面１３ａが曲率半径Ｒ３の凹形で口径Ｌ２の凸メニスカスレンズ形状となっている。
このように、複合型光学素子１０は、ガラス基材１１の両凹レンズと、成形樹脂層１３の凸メニスカスレンズからなる複合レンズである。

そして、この複合型光学素子１０におけるガラス基材１１の表面部には、２５０μｍ以内の深さで、図２に例示される圧縮応力層１１ｃ、または図３に例示される異質相１１ｄが形成されている。

図２に例示されるように、ガラス基材１１に圧縮応力層１１ｃを形成されているが、この圧縮応力層１１ｃ、たとえば、イオン交換法を用いて、ガラス基材１１の表面（光学機能面１１ａ）に厚さｈ０で圧縮応力層１１ｃが形成されている。なお、圧縮応力層１１ｃが形成されている面は、成形樹脂層１３が被着される面である。

また、圧縮応力層１１ｃの厚さｈ０は、ｈ０≦２５０μｍを満足することが好ましい。ここでは、一例として、２０μｍ≦ｈ０≦５０μｍとなっている。
また、圧縮応力層１１ｃの表面圧縮応力値は、６．６０ＭＰａ以上で１０ＭＰａ以下の範囲に含まれる値になっている。

また、ガラス基材１１の表面に圧縮応力層１１ｃを形成する際に、ガラス基材１１の表面に存在していたマイクロクラックは、圧縮応力層１１ｃの圧縮応力によって押しつぶされて消失している。

このように、複合型光学素子１０には、ガラス基材１１の表面に圧縮応力層１１ｃが形成されているので、たとえば、マイクロクラックを起点とするガラス基材１１の破断（基材ワレ）を防止することができる。

なお、複合型光学素子１０のガラス基材１１に、圧縮応力層１１ｃの代わりに、図３に例示されるように異質相１１ｄを形成することもできる。
図３の例では、ガラス基材１１の表面（光学機能面１１ａ）から深さｈ１の位置に異質相１１ｄが形成されている。

この場合、イオン注入法によって異質相１１ｄを、深さｈ１の位置に形成する。このとき、たとえば、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）のいずれか１種のイオンをガラス基材１１に注入すれば良い。

この異質相１１ｄが形成される深さｈ１は、ガラス基材１１の表面に存在するマイクロクラック１１ｅよりも深い値に設定され、マイクロクラック１１ｅの深さ方向への成長を異質相１１ｄによって阻止する。

この場合、異質相１１ｄにおいて深さｈ１は、ｈ１≦２５０μｍを満足することが好ましい。ここでは、一例として、１０μｍ≦ｈ１≦１００μｍとなっている。
このように、複合型光学素子１０には、ガラス基材１１の表面から所定の深さｈ１の位置に異質相１１ｄが形成されている。よって、ガラス基材１１の表面にマイクロクラック１１ｅが存在していても、マイクロクラック１１ｅの深さ方向への成長によるガラス基材１１の破断（基材ワレ）を防止することができる。

次に、図４のフローチャートを参照して、本実施の形態の複合型光学素子１０の製造方法の一例を説明する。
まず、ガラス基材１１を準備する（ステップ１０１）。

このガラス基材１１は、たとえば、型成形や研磨等の方法で製作される。
本実施の形態の場合には、ガラス基材１１は、凹形の光学機能面１１ａ（曲率半径Ｒ１）および光学機能面１１ｂ（曲率半径Ｒ２）を備えた両凹レンズである。

次に、本実施の形態の場合には、このガラス基材１１の表面に、上述のような圧縮応力層１１ｃまたは異質相１１ｄを形成する（ステップ１０２）。
なお、圧縮応力層１１ｃまたは異質相１１ｄは、成形樹脂層１３が被着される光学機能面１１ａのみに形成してもよいし、ガラス基材１１の表面全体に形成してもよい。

次に、ガラス基材１１の光学機能面１１ａに、たとえば、凸メニスカスレンズ形の成形樹脂層１３を被着形成する。
本実施の形態の場合には、この成形樹脂層１３は、エネルギー硬化型樹脂１２の型成形によって形成する。

すなわち、図５に例示されるように、ガラス基材１１の凹形の光学機能面１１ａの中央部に流動性のエネルギー硬化型樹脂１２を供給する（ステップ１０３）。
そして、上方の光軸方向から曲率半径Ｒ３の凸の成形面２０１を備えた成形型２００をエネルギー硬化型樹脂１２に接近させて接触させ、エネルギー硬化型樹脂１２を成形する（ステップ１０４）。

そして、所定の距離の光学機能面１１ａと成形面２０１との間にエネルギー硬化型樹脂１２を挟んで凸メニスカスレンズ形の成形樹脂層１３に成形した状態で、紫外線を照射して硬化させる（ステップ１０５）。

この際に用いる成形型２００は、金属製でもガラス製でも良いが、ガラス基材１１の反対面（光学機能面１１ａ）の側から紫外線を照射して当該エネルギー硬化型樹脂１２を硬化させる場合は、ガラス製の成形型２００を用いる。

また、金属製の成形型２００を用いた場合は、ガラス基材１１の下側の光学機能面１１ｂの側からガラス基材１１を透過した紫外線を照射してエネルギー硬化型樹脂１２を硬化させる。

その後、成形型２００を上昇させて成形型２００を成形樹脂層１３から離型させる（ステップ１０６）。
このような方法により、例えば、上述の図１のような複合型光学素子１０を製造することができる。

以下、本実施の形態の複合型光学素子１０のより具体的な実施例を示す。

（実施例１）
（基材の強化処理）
ガラス強化処理法として化学強化法であるイオン交換法を用いてガラス基材１１の表面に厚さｈ０の圧縮応力層１１ｃを形成させ、ガラス基材１１の強化処理を行った。

ガラス基材１１のガラス強化処理を行うイオン溶融液はＫＮＯ_３を６０％、ＮａＮＯ_３を４０％の割合で混合したイオン溶融液を用いた。
両凹レンズ形状のＦＰＬ−５２（（株）オハラ製）からなるガラス基材１１をイオン溶融液に４００℃、３時間浸漬して強化を行った。

得られたガラス基材１１の圧縮応力層１１ｃの厚さｈ０と表面圧縮応力値はバビネ型断面応力計ＳＶＰ−３０００（（有）折原製作所製）を用いて測定した。
本実施例１の場合、ガラス基材１１に形成された圧縮応力層１１ｃは、厚さｈ０＝２０ミクロン、表面圧縮応力値＝５Ｍｐａであった。
（複合型光学素子１０の作製）
上述のようにガラス強化したガラス基材１１に、０．１ｗｔ％の重合開始剤イルガキュア１８９を混合したエネルギー硬化型樹脂ライトアクリレートＤＣＰ−Ａ（共栄社化学（株）製）からなる成形樹脂層１３（エネルギー硬化型樹脂１２）を積層し、図１の形状の複合型光学素子１０を作製した。

この成形樹脂層１３は、エネルギー硬化型樹脂１２に対して、照度：１００ｍｗ／ｃｍ^２（波長：４０５ｎｍ）の紫外線を１００秒照射し、その後、８０℃、１時間の加熱条件で熱処理することで硬化を行って得た。

なお、図１において、ガラス基材１１のガラスレンズの諸元は、一例として、光学機能面１１ａの曲率半径Ｒ１＝１６ｍｍ、光学機能面１１ｂの曲率半径Ｒ２＝１６ｍｍ、ガラス基材１１のレンズ径Ｌ１＝２０ｍｍ、ガラス基材１１のレンズ厚さＬ３＝５ｍｍである。

このガラス基材１１の光学機能面１１ａの上に、光学機能面１３ａの曲率半径Ｒ３＝２６ｍｍ、口径Ｌ２＝１６ｍｍ、の成形樹脂層１３を、樹脂外周部が凹面にならないように被着して複合型光学素子１０を作製した。
（耐性試験評価−基材ワレの確認）
得られた複合型光学素子１０を、＋１００℃で１．０ｈｒ保持、−２０℃で１．０ｈｒ保持、を１サイクルとする温度サイクル耐性試験を１０サイクル行い、試験前後の外観変化を観察した。

耐性試験後にガラス基材１１が割れていない場合を“○”、ガラス基材１１が割れている場合を“×”とした。
この結果、本実施例１の複合型光学素子１０の場合は、耐性試験後の外観は“○”であった。
（実施例２）
上述の実施例１と同様のイオン溶融液を用いてガラス強化処理を行った。

イオン溶融液へのガラス基材１１の浸漬時間を６時間とし、イオン交換時間を長くすることで、上述の実施例１の場合と厚さｈ０および表面圧縮応力値の異なる圧縮応力層１１ｃを有するガラス基材１１を作製した。

本実施例２の場合、ガラス基材１１に形成された圧縮応力層１１ｃは、厚さｈ０＝５０ミクロン、表面圧縮応力値が８Ｍｐａであった。
ガラス基材１１として、この圧縮応力層１１ｃを有するガラス基材１１を用いて実施例１と同様の方法によって複合型光学素子１０を作製し、耐性試験評価を行った。

この結果、本実施例２の複合型光学素子１０の場合は、耐性試験後の外観は“○”であった。
（実施例３）
（基材の強化処理）
ガラス強化処理法として化学強化法であるイオン注入法を用いてガラス基材１１に異質相１１ｄを形成させることで、ガラス強化処理を行った。

実施例１と同様な形状に加工したＦＰＬ−５１（（株）オハラ製）からなるガラス基材１１に加速電圧：２００ｋｅＶでＺｒイオンを注入し、基材の表面から深さｈ１＝５μｍの位置に異質相１１ｄを形成させ、ガラス基材１１の強化を行った。

強化処理後のガラス基材１１の断面を日立透過電子顕微鏡Ｈ−９５００（（株）日立ハイテクノロジーズ製）を用いて観察することで異質相１１ｄの形成状態の確認を行った。
（複合型光学素子１０の作製）
上述のようにガラス強化したＦＰＬ−５１からなるガラス基材１１を上述の実施例１と同様な方法を用いて複合型光学素子１０を作製し、耐性試験評価前後の外観変化を観察した。

この結果、本実施例３の複合型光学素子１０の場合は、耐性試験後の外観は“○”であった。
（実施例４）
上述の実施例３のガラス基材１１における異質相１１ｄを形成させる位置（深さｈ１）を基材の表面から１５μｍとし、他の操作は実施例３と同様の手法を用いて複合型光学素子１０を作製した。

この結果、本実施例４の複合型光学素子１０の場合は、耐性試験後の外観は“○”であった。
（実施例５）
（基材の強化処理）
ガラス強化法として物理強化法である超短パルスレーザー処理法を用いてガラス基材１１に対して深さｈ１の位置に異質相１１ｄを形成させることでガラス基材１１の強化処理を行った。

ＦＰＬ−５１からなるガラス基材１１にＴｉサファイアレーザーから発振されたフェムト秒レーザー光をパルス幅：１００フェムト秒において基材の表面から１５μｍの深さに集光し、深さｈ１＝１５ミクロンの位置に異質相１１ｄを形成させてガラス基材１１の強化を行った。

ガラス基材１１における異質相１１ｄの形成状態の確認、複合型光学素子１０の作製、耐性試験評価は上述の実施例３と同様の方法を用いて行った。
この結果、本実施例５の複合型光学素子１０の場合は、耐性試験後の外観は“○”であった。
（比較例）
比較例として、図１に示した形状に加工したＦＰＬ−５１からなるガラス基材１１を実施例１と同様な方法を用いて複合型光学素子を作製し、耐性試験評価前後の外観変化を観察した。

この結果、本比較例の複合型光学素子の場合は、耐性試験後の外観は“×”であった。
表１には、上述の本実施の形態の実施例１から実施例５の各々と、比較例の諸元および耐性試験の結果を対照して示されている。

この表１より明らかなように、本実施の形態の複合型光学素子１０のように、ガラス基材１１に圧縮応力層１１ｃあるいは異質相１１ｄを形成してガラス強化処理を施すことにより、温度や湿度変化等で発生するガラス基材１１の基材ワレを起こさない複合型光学素子１０を提供することができる。

すなわち、本実施の形態の複合型光学素子１０の場合には、複合型光学素子１０において、成形樹脂層１３の素材や形状、寸法等に制約を受けることなく、また、ガラス基材１１の形状等にも制約を受けることなく、任意の形状のガラス基材１１と成形樹脂層１３を組み合わせた複合型光学素子１０を提供することができる。

すなわち、本実施の形態によれば、複合型光学素子１０においてガラス基材１１や成形樹脂層１３の種類および組み合わせ、さらには形状等に制約を生じることなく、温度や湿度等の環境変化におけるガラス基材１１の基材ワレやクラックを防止することができる、という効果が得られる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、ガラス基材１１において、圧縮応力層１１ｃと異質相１１ｄの双方を備えた構成としてもよい。

１０ 複合型光学素子
１１ ガラス基材
１１ａ 光学機能面
１１ｂ 光学機能面
１１ｃ 圧縮応力層
１１ｄ 異質相
１１ｅ マイクロクラック
１２ エネルギー硬化型樹脂
１３ 成形樹脂層
１３ａ 光学機能面
２００ 成形型
２０１ 成形面
ｈ０ 圧縮応力層１１ｃの厚さ
ｈ１ 異質相１１ｄの深さ

Claims (16)

1. ガラス基材を準備する第１工程と、
   前記ガラス基材に、圧縮応力層または当該ガラス基材と組成の異なる異質相の少なくとも一方を形成する第２工程と、
   前記ガラス基材に樹脂層を形成する第３工程と、
   を含むことを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
2. 請求項１記載の複合型光学素子の製造方法において、
   前記ガラス基材の表面から２５０μｍ以内の深さに前記圧縮応力層または前記異質相を形成することを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
3. 請求項１または請求項２記載の複合型光学素子の製造方法において、
   イオン交換法を用いて前記圧縮応力層を形成することを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合型光学素子の製造方法において、
   前記圧縮応力層の表面圧縮応力値が６．６０ＭＰａ以上で１０．０ＭＰａ以下となるように、前記圧縮応力層を形成することを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
5. 請求項１または請求項２記載の複合型光学素子の製造方法において、
   前記ガラス基材の表面に存在するマイクロクラックよりも深い位置に前記異質相を形成することを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
6. 請求項５記載の複合型光学素子の製造方法において、
   前記ガラス基材の表面から１０μｍ以上で１００μｍ以下の深さに前記異質相を形成することを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
7. 請求項５または請求項６記載の複合型光学素子の製造方法において、
   ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）のいずれか１種のイオンを前記ガラス基材に注入するイオン注入法によって前記異質相を形成することを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
8. 請求項５または請求項６記載の複合型光学素子の製造方法において、
   前記ガラス基材に対する超短パルスレーザーの照射によって前記異質相を形成することを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
9. 請求項８記載の複合型光学素子の製造方法において、
   前記超短パルスレーザーとしてチタンサファイアレーザーを用いて前記異質相を形成することを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
10. 請求項３、請求項４、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９のいずれか１項に記載の複合型光学素子の製造方法において、
    組成中に少なくともフッ素を含む前記ガラス基材を準備することを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
11. ガラス基材と、前記ガラス基材に被着された樹脂層とを含む複合型光学素子であって、
    前記ガラス基材は、圧縮応力層または当該ガラス基材と組成の異なる異質相の少なくとも一方を有することを特徴とする複合型光学素子。
12. 請求項１１記載の複合型光学素子において、
    前記圧縮応力層または前記異質相は、前記樹脂層が被着される前記ガラス基材の表面から２５０μｍ以内の深さに形成されてなることを特徴とする複合型光学素子。
13. 請求項１１または請求項１２記載の複合型光学素子において、
    前記圧縮応力層の表面圧縮応力値が６．６０ＭＰａ以上で１０．０ＭＰａ以下であることを特徴とする複合型光学素子。
14. 請求項１１または請求項１２記載の複合型光学素子において、
    前記異質相は、前記ガラス基材の表面に存在するマイクロクラックよりも深い位置に形成されていることを特徴とする複合型光学素子。
15. 請求項１４記載の複合型光学素子において、
    前記異質相は、前記ガラス基材の表面から１０μｍ以上で１００μｍ以下の深さに形成されていることを特徴とする複合型光学素子。
16. 請求項１３または請求項１５記載の複合型光学素子において、
    前記ガラス基材は少なくともフッ素を含むことを特徴とする複合型光学素子。

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