JP2011095492A - ハイブリッドレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】加工成形し易く、高輝度光や光源の熱に長時間曝されてもそれによる熱で変形せず、焦点のずれを引き起こさないで一定の焦点を維持できるうえ、長期間使用しても黄変、変形、溶融、劣化を生じず、軽く、耐候性や耐熱性に優れるハイブリッドレンズを提供する。
【解決手段】ハイブリッドレンズ１は、シリコーン樹脂で成形された第一レンズ２と、無機ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂又はシクロオレフィンポリマー樹脂で成形された第二レンズ３とが、光源５から被照射体への共通する光軸を有しつつ、重なり合っている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用ヘッドライト、サーチライト、プロジェクターライト、スポットライトのような大型ライトに装着する大口径レンズや、太陽光発電の大型集光レンズとして用いられ、異なる材質のレンズを組み合わせたハイブリッドレンズに関するものである。

レンズは、カメラ、車両用ヘッドライトなどの各種光学機器や太陽光発電の集光レンズなどに用いられており、その機器の目的に応じた特有の優れた光学特性を必要とするものである。また、その機器の使用態様に合わせて、優れた耐熱性や耐候性等の耐久特性と、軽量化、小型化若しくは大型化した特定の形状に均一で均質に歩留まり良く大量に成形できる製造特性とが、求められている。これらのニーズに応えるため、レンズ原材料として、無機ガラスのような透明無機材料や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂のような透明高分子材料が、汎用されている。

透明無機材料、特に無機ガラス製のレンズは、光学特性、耐熱性、耐候性に優れている反面、比重が約２．５以上と大きくて重く、加工性を向上させるために有害な鉛を含んでおり、しかも衝撃に弱くて割れ易く、切削等で再加工し難い。そのため最近は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＣＯＰ樹脂などの透明高分子材料で成形されたレンズが用いられている。

特にアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂やＣＯＰ樹脂で成形されたレンズは、軽く、衝撃に強く、線膨張係数が小さいため温度変化によりレンズ曲率が変化し難いことからレンズに汎用されているが、素材の耐熱性の低さから、高輝度光源による熱で経時的に黄変、変形、溶融してしまうという性質を抱えている。更にアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＣＯＰ樹脂を金型内において大口径で厚みのあるレンズを射出成形すると、その溶融した素材が冷却硬化する際にレンズ外部が先に冷えて硬化するが、レンズ内部はまだ溶融しているため、外部と内部とに温度差が生じたまま硬化が進むために僅かに収縮の差が生じる。得られたレンズは、大口径になるにつれ、レンズ全体に歪みが生じ、所謂ヒケを生じる結果、光学特性を損ねてしまい、実用上、最大でも直径４０ｍｍ×厚み３０ｍｍ程度のものしか得られないという問題がある。

一方、シリコーン樹脂で成形されたレンズは、２液付加硬化タイプシリコーンで成形した場合、表面と内部が均一に硬化する深部硬化性を有している。そのため、このようなレンズは、大口径で厚みのあるレンズに成形したとしてもヒケが生じにくく、加工性、特に金型からの離型性や転写性に優れ、無色透明で、比重が１．１程度と小さく、鉛も含まず、衝撃に強く、耐熱性も高く、高輝度光や熱に長期間曝されても黄変、変形、溶融、劣化をせず、耐候性に優れていることから、光半導体である太陽電池や、鉛フリーリフローを通す発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたレンズに向いている。

このようなシリコーン樹脂製のレンズとして、特許文献１に、オルガノポリシロキサンを含有する組成物で成形されたシリコーンレンズが開示されている。

シリコーン樹脂は一般的にアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂やＣＯＰ樹脂に比べ線膨張係数が大きい。そのため、シリコーン樹脂製のレンズは、高輝度光に曝されたときにその光により生じる熱や光源の熱で膨張してレンズ曲率が変化し、光軸がずれたり焦点が合わなくなったりするという問題がある。

他方、ガラスレンズに被覆した複合レンズとして、特許文献２に、ガラスレンズと、その一方のレンズ面にエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂のような有機高分子系樹脂が積層されガラスレンズの外周に延出する支持レンズとが、一体接合されたハイブリッドレンズが開示されている。このような熱硬化性樹脂にも、高輝度光源による熱で経時的に黄変や変形等を引き起こしてしてしまうという性質があるため、このようなハイブリッドレンズにしても、精密な大口径レンズや大型集光レンズとして、不十分である。また、熱硬化樹脂の黄変を目立たなくするために、ガラスの領域を大きくすると重くなり、或いは軽量化のために熱硬化樹脂の領域を大きくすると、黄変による光透過率が低下してしまう。

特開２００６−３２８１０３号公報 特開２００６−１７１１６４号公報

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、加工成形し易く、高輝度光や光源の熱に長時間曝されてもそれによる熱で変形せず、焦点のずれを引き起こさないで一定の焦点を維持できるうえ、長期間使用しても黄変、変形、溶融、劣化を生じず、軽量で耐候性や耐熱性に優れるハイブリッドレンズを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項１に記載のハイブリッドレンズは、シリコーン樹脂で成形された第一レンズと、無機ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、又はシリコーン変性エポキシ樹脂で成形された第二レンズとが、光源から被照射体への共通する光軸を有しつつ、重なり合っていることを特徴とする。

請求項２に記載のハイブリッドレンズは、請求項１に記載されたもので、前記第一レンズと前記第二レンズとが、透明接着剤を介して接着していることにより、前記重なり合っていることを特徴とする。

請求項３に記載のハイブリッドレンズは、請求項２に記載されたもので、前記透明接着剤が、前記第一レンズと前記第二レンズとの各接合面を粘着及び／又は密着させて前記接着させるシリコーンゲル若しくはシリコーンエラストマー、又は前記第一レンズと前記第二レンズとの各接合面の活性基同士を化学的結合によって接着させるシロキサンポリマーであることを特徴とする。

請求項４に記載のハイブリッドレンズは、請求項３に記載されたもので、前記シリコーン樹脂がジメチルシロキシ基若しくはジフェニルシロキシ基を繰り返し単位として有しつつ前記シリコーンゲル若しくは前記シリコーンエラストマーで前記接着されており、又は前記シリコーン樹脂がヒドロシリル基含有シリル基、ビニル含有シリル基、アルコキシシリル含有シリル基、及び加水分解性基含有シリル基の何れかの活性シリル基を有しつつ前記第二レンズの表面の活性基に結合したビニルアルコキシシロキサンホモポリマーで前記化学結合によって接着されていることを特徴とする。

請求項５に記載のハイブリッドレンズは、請求項３に記載されたもので、前記シリコーンゲル若しくは前記シリコーンエラストマーが、針入度を最大で１５０とし、又はショアＡ硬度(Shore A硬度)を最大で６０とすることを特徴とする。

請求項６に記載のハイブリッドレンズは、請求項１に記載されたもので、前記第一レンズが前記光源の側にあって凸レンズであり、前記第二レンズが前記被照射体の側にあって凸メニスカスレンズであることを特徴とする。

請求項７に記載のハイブリッドレンズは、請求項１に記載されたもので、前記第一レンズと前記第二レンズとの何れかが、前記被照射体の側にあってフレネルレンズであることを特徴とする。

本発明のハイブリッドレンズは、線膨張係数が比較的大きいシリコーン樹脂で加工成形された第一レンズと、線膨張係数が比較的小さい無機ガラスやアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂のようなレンズ原材料で加工成形された第二レンズとが、重なり合っている。そのため、大きい線膨張係数を有する第一レンズを、小さい線膨張係数を有する第二レンズで補償している結果、高輝度ＬＥＤによる高輝度光に長時間曝されてもそれによる熱で変形せず、光軸のずれを引き起こさず一定の焦点のまま維持できる。

しかも、このハイブリッドレンズは、加工成形性に優れたシリコーン樹脂原材料を用いて成形されているから、それのひけを生じることなく、しかも均一で均質な直径４０ｍｍを超える大口径にすることができ、軽量化ができ、歩留まり良く大量に製造できるものである。

このハイブリッドレンズは、第一レンズと第二レンズとの素材の優れた特性を組み合わせることにより、従来のレンズが有する様々な不具合を解消している。即ち、このハイブリッドレンズは、透明熱可塑性樹脂の厚物成形や耐熱性の低さから、大口径で相当な厚みを有していても、ヒケが生じない。またこのハイブリッドレンズは、高温環境下では、変形も溶融も起こさず、シリコーン樹脂の線膨張係数の大きさに起因して光源の熱などによるレンズ曲率の変化を生じず、焦点がずれることがない。

さらに、このハイブリッドレンズは、熱可塑性樹脂の成形時に量産性に優れ安価に所望の大きさや厚みに調整できる樹脂レンズと、耐熱性と肉厚成形性とに優れたシリコーン樹脂製のレンズとを、組み合わせたことにより、夫々単独では不十分であった耐熱性を、格段に向上させた安価な大口径レンズとすることができる。そのため、線膨張による焦点のずれを、抑制できる。さらに、アッベ数、屈折率の異なる素材を組み合わせることにより、光学設計の自由度が高まり、単独素材のレンズよりも色収差を改善する光学設計をすることができる。

本発明を適用するハイブリッドレンズの概要を示す図である。 本発明を適用する別なハイブリッドレンズの概要を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。

本発明のハイブリッドレンズの好ましい一形態について、図１を参照しながら、詳細に説明する。

このハイブリッドレンズ１は、図１に示す通り、シリコーン樹脂製の平凸レンズである第一レンズ２と、アクリル樹脂製の凸メニスカスレンズである第二レンズ３とが、重ね合わされ密着されたものである。ハイブリッドレンズ１は、光源５と被照射体（不図示）との間に配置される。第一及び第二レンズ２・３は、夫々性質の異なる原材料から成形されている。

光源５側に配置される第一レンズ２は、シリコーン樹脂原材料の硬化により成形されており、光源５から出射される光６の入射側が平面形状であり、その光６の出射側が凸面形状の平凸レンズである。この第一レンズ２の材質であるシリコーン樹脂は、金型成形による精密な転写性に優れ、また耐擦傷性にも優れ、様々な波長の光に対する透過率が比較的高く、入射光の損失が少なく、高輝度光照射によっても経時的な黄変や変質のような劣化を引き起こさず、赤外線や紫外線等の光、水、熱、振動に対して安定なものである。これにより、第一レンズ２は、成形性、耐熱性、耐候性、透光性に優れた信頼性の高いものとなっている。

第一レンズ２を成形するのに用いられるシリコーン樹脂の原材料として、ポリ(ジメチルシロキサン)のようなポリ（ジアルキルシロキサン）やポリ（ジフェニルシロキサン）のようなポリ（ジアリールシロキサン）で例示されるポリシロキサン化合物が挙げられる。また、このようなシリコーン原料は、三次元架橋するシリコーンであってもよい。この三次元架橋するポリシロキサン化合物は、その途中のＳｉ基が、アルキルオキシシリル基やジアルキルオキシシリル基、ビニルシリル基やジビニルシリル基、ヒドロシリル基やジヒドロシリル基であったり、それらの基が複数存在したりすることにより、網目状に三次元的に架橋するというものである。シロキサン化合物同士や、シロキサン化合物と必要に応じて用いられるシランカップリング剤とは、夫々のアルキルオキシシリル基又はジアルキルオキシシリル基同士が脱アルコール化反応により縮合して架橋したり、ビニルシリル基やジビニルシリル基とヒドロシリル基やジヒドロシリル基とが白金錯体等の白金触媒存在下で、無溶媒中、加熱や光照射によって付加して架橋したりする。シロキサン化合物はその中でも、付加して架橋するポリシロキサン化合物が好ましい。ジフェニルシロキシ基（-Ｓｉ(Ｃ_６Ｈ_５)_２-Ｏ-）やジメチルシロキシ基（-Ｓｉ(ＣＨ_３)_２-Ｏ-）のような繰り返し単位を有するシロキサン化合物であってもよい。シロキサン化合物は、ジメチルシロキシ基の繰り返し単位を有し、アルキルオキシシリル基、ジアルキルオキシシリル基、ビニルシリル基、ジビニルシリル基、ヒドロシリル基、ジヒドロシリル基を有しているポリシロキサン化合物であると、一層好ましい。

第一レンズ２を成形するシリコーン樹脂は、アッベ数が高く色分離しないレンズを成形することができるポリジメチルシリコーンが好ましい。ポリジフェニルシリコーンは、フェニル基が長時間の照射で経時的に黄変する要因となるが、ポリジフェニルシリコーンの屈折率が１．５以上であってポリジメチルシリコーンの屈折率１．４１よりも大きいから、レンズを薄型化するのに適し、物理的特性も優れているため、ハイブリッドレンズの材料として、有効である。

また、アッベ数の異なる素材の組み合わせ、例えば無機ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＣＯＰ樹脂、又はシリコーン変性エポキシ樹脂と、ポリジフェニルシリコーン、又はポリジメチルシリコーンとの組み合わせにより、色収差を低減する光学設計を行うことも可能である。例えば、シリコーン樹脂同士の組合せの場合、ポリジメチルシリコーン（透過率９４％、屈折率１．４１、アッベ数５３、線膨張係数２５０ｐｐｍ、硬度Shore A７５）を用いて両面凸レンズを成形し、ポリジフェニルシリコーン（透過率９２％、屈折率１．５２、アッベ数３５、線膨張率１９０ｐｐｍ、硬度Shore D７０）を用いて、片面平凹レンズと組み合わせることにより、補色である赤色光と青色光とを重ならせ、色消しすることで、補正することができる。このように線膨張率や、各光学特性の異なる素材を組み合わせて、線膨張の変化による焦点のずれを防止したり、色収差を低減したレンズを作ることができる。

第一レンズ２の線膨張係数は、３００〜１７０ｐｐｍであることが好ましい。特に、ポリジメチルシリコーン樹脂の場合、硬さがshore A７０〜Shore D５０で、透過率９２％以上、であることが好ましく、ポリジフェニルシリコーン樹脂の場合、硬さがShore D２０〜D７０で、透過率が９０％以上であるとレンズとして透明性に優れ、硬度が大きいことから線膨張率も小さく抑えられ、レンズへのゴミの付着も低減でき、照明器具への固定の際に変形も防止できるなど取り扱いも容易になることから好ましい。

被照射体側に配置される第二レンズ３は、アクリル樹脂原材料の硬化により成形されており、光源５からの光６の入射側が、第一レンズ２の凸面形状に整合する凹面形状となっており、その光６の出射側が、入射側の凹面形状の曲率よりも大きい曲率の凸面形状となった凸メニスカスレンズである。この第二レンズ３は、第一レンズ２の凸面形状を覆いつつ透明接着剤層４を介してそこへ密着して接着されている。この第二レンズ３の材質であるアクリル樹脂は、線膨張係数がシリコーン樹脂よりも小さいものである。

第二レンズ３は、アクリル樹脂で成形された例を示したが、それに変えて、アクリル樹脂と同様に線膨張率がシリコーン樹脂よりも小さいポリカーボネート樹脂やＣＯＰ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂で成形されていてもよく、また無機ガラスで成形されていてもよい。

この第二レンズ３の材質であるアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂やＣＯＰ樹脂やシリコーン変性エポキシ樹脂や無機ガラスは、様々な波長の光に対する透過率が比較的高く、入射光の損失が少ないものである。

第二レンズ３の線膨張係数は、２００〜０．３ｐｐｍであることが好ましい。

第一及び第二レンズ２・３は、必要に応じ、用途に合わせて、拡散剤、ガラスビーズ、顔料、蛍光体、紫外線吸収剤を分散していてもよいし、レンズ表面に紫外線カット、赤外線カット、反射防止コート、アンチグレアコート、バンドパスフィルターなどを蒸着、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理、コーティングにより表面処理を行ってもよいし、表面を粗面化して拡散効果を出す梨地加工を行ってもよい。

第一及び第二レンズ２・３を接着している透明接着剤層４は、シリコーンゲル層、例えば、ＪＩＳ Ｋ２２２０に準拠し針入度計で測定した針入度が９０〜３７の硬さのポリジメチルシロキサンのゲル膜やシリコーンエラストマー層、ＪＩＳ Ｚ２２４６に準拠したＳｈｏｒｅＡ硬度計で測定した５〜６０のショア硬さのポリジメチルシロキサンのエラストマー層が挙げられる。透明接着剤４は、低分子シロキサンカット品、例えばＬＰＳ−１４００、ＬＰＳ−２４００（何れも信越化学工業株式会社製；商品名）、ＯＥ−６２５０、ソテファ、ＳＥ１７４０（何れも東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製；商品名）のような市販品であってもよい。このシリコーンゲル層のようなゲル状物質の物理的な粘着性やシリコーンエラストマー層の物理的弾性によって両レンズ２・３が隙間無く、密着している。

透明接着剤層４が、シリコーンゲル層又はシリコーンエラストマー層であると、第一及び第二レンズ２・３の線膨張係数の相違に基づく応力を緩和するのに、役立つ。

第一及び第二レンズ２・３を透明接着剤層４で接着した例を示したが、化学結合を介して接合されていてもよい。透明接着剤層４の接着剤の屈折率は、第一又は第二レンズ２・３を形成する素材、例えばポリジメチルシリコーンやポリジフェニルシリコーンの屈折率と同等か、目視で屈折程度の違いを認識し得ない程度しか相違しない略同程度であると表面反射の回数を減らすことができるため好ましい。また、この接着剤の屈折率は、第一又は第二レンズ２・３を形成する素材の中間の屈折率であると、界面反射を小さくできるため、より好ましい。

第一レンズ２と第二レンズ３とが透明接着剤を介して接着され又は化学結合を介して接合されていることによって強固に密着されたハイブリッドレンズ１は、高温に曝されて線膨張率の大きな第一レンズ２が幾分線膨張するとしても、線膨張率の小さな第二レンズ３が第一レンズ２の線膨張を抑制することによって補償する結果、光軸や焦点がずれないようになっている。

このハイブリッドレンズ１は、第一レンズ２と第二レンズ３とが重ねられて接着されている例を示したが、これらが密着されて重ねられたものであってもよく、粘着されて重ねられたものでもよい。

ハイブリッドレンズ１は、光源５側に無機ガラス、アクリル樹脂、又はポリカーボネート、ＣＯＰ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂で成形された第二レンズを配置し、被照射体側にシリコーン樹脂で成形された第二レンズ３を配置していてもよい。第一レンズ２と第二レンズ３との材質が逆であってもよい。

このハイブリッドレンズ１は、形状や大きさに特に制限はないが、レンズ直径が最大で１０００ｍｍ、好ましくは４０〜１５０ｍｍの大口径レンズである。又はハイブリッドレンズ１の透過率は、９０％以上であることが好ましい。

ハイブリッドレンズ１は、成形性に優れておりレンズに厚みを持たせることができ、その厚さは、最大で１０００ｍｍ、好ましくは２０〜１００ｍｍである。第一レンズ２と第二レンズ３との厚みは、特に限定されず、一方が薄く他方が厚くてもよい。

別なハイブリッドレンズ１ａは、図２に示されるように、板状であってシリコーン樹脂から成形されている第一レンズ２と、フレネルレンズであって無機ガラス、アクリル樹脂又はポリカーボネート樹脂、ＣＯＰ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂から成形されている第二レンズ３とが、重ねられて成形されているものである。

なお、第一レンズ２及び第二レンズ３の形状は限定されず、光の集光、拡散、屈折、反射等、入射光を透過し出射する過程で光を変更するレンズであればよく、両凸レンズ、平凸レンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズ、凹メニスカスレンズ、プリズムであってもよい。またそれらを各々の組み合わせで重ね合わせることが可能である。

また、第一レンズ２、又は第二レンズ３は、成形時のヒケを最小にするために肉厚一定の単なるドーム形状やフラットな板でもよく、何れか一方では光の集光、拡散、屈折、反射等、入射光を透過し出射する過程で光を変更する効果が無いが、複合して用いることによりレンズ効果を奏するものであればよい。

第一レンズ２と第二レンズ３とからなる単一のハイブリッドレンズの例を示したが、そのハイブリッドレンズの複数が並び、又は縦横に列を為し、又は同心円状に列を為して、ハイブリッドレンズの集合体となっていてもよい。

第一レンズ２が光源５側に配置されている例を示したが、光が集光する部分も高熱になるため、光源や照明器具の構造、用途、使用環境に合わせて、第二レンズ３が光源５側に配置されていてもよい。また、ハイブリッドレンズとして、第一レンズ２、第二レンズ３の組合せている例を示したが、第三レンズを組み合わせて、用途に合わせて３つのレンズの組み合わせによるハイブリッドレンズとなってもよい。

図１に示すハイブリッドレンズ１は、以下のような製法により作製される。

第一の製法は、以下の通りである。先ず、シリコーン樹脂原料組成物を雌金型に流し込み、雄金型を嵌め合わせて、その隙間で、成型しつつ硬化させて第一レンズ２を成形する。またアクリル樹脂原料組成物を金型に流し込み、雄金型を嵌め合わせて、その隙間で、成型しつつ硬化させて第二レンズ３を成形する。第二レンズ３の凹面に透明接着剤であるジメチルシリコーンゲルを垂らし込み、そこに第一レンズ２の凸面を嵌合させて密着させ、そのゲル層４を介して接着することによって、ハイブリッドレンズ１を成形する。

以下のような別な第二の製法によって作製してもよい。先ず、ヒドロシリル基含有シリル基を有するシリコーン樹脂成分が含まれているシリコーン原料組成物を、雌金型に流し込み、雄金型を嵌め合わせて、その隙間で、成型しつつ硬化させて第一レンズ２を成形する。またアクリル樹脂原料組成物を金型に流し込み、雄金型を嵌め合わせて、その隙間で、成型しつつ硬化させて第二レンズ３を成形する。第二レンズ３の接合すべき面を、脱脂してから、コロナ放電処理、大気圧プラズマ処理又は紫外線処理の表面処理を施し、その接合表面から水酸基を露出させたり新たに生成させたりする。その接合面を、CH₂=CH-Si(OCH₃)₂-O-[(CH₂=CH-)Si(-OCH₃)-O-]_j-Si(OCH₃)₂-CH=CH₂（jは３〜４）で例示されるビニルメトキシシロキサンホモポリマーのようなビニルアルコキシシロキサンホモポリマーの溶液に浸漬したりその溶液を塗布したりしてから、熱処理し、その接合表面上に生成させた水酸基とビニルメトキシシロキサンホモポリマーとを反応させ、シリルエーテルを成形させて、ビニルシリル基含有シリル基である活性シリル基を生成させる。反応性を向上させるために、それを白金触媒懸濁液に浸し、活性シリル基中のビニル基に白金触媒を保持させる。そこに必要に応じ同様に脱脂処理や表面処理した第一レンズ２の接合面を、接触させ、加熱して加硫すると、ビニルシリル基含有シリル基のビニルと、ヒドロシリル基含有シリル基のヒドロシリルとが付加型反応をする結果、第一レンズ２と第二レンズ３とが強固な化学結合を介して付され確りと結合される。

活性基がビニル基であるビニルメトキシシロキサンホモポリマーを用い第二レンズ表面に結合させ、反応性基がヒドロシリル基であるヒドロシリル基含有シリル基含有シリコーン樹脂成分が含まれているシリコーン組成物を用いた例を示したが、活性基が、ヒドロシリル含有シリル基、ビニル含有シリル基、アルコキシシリル含有シリル基、加水分解性基含有シリル基の何れかの活性シリル基であり、反応性基が、前記シリコーン樹脂成分中のヒドロシリル基含有シリル基、ビニルシリル基含有シリル基、アルコキシシリル含有シリル基、加水分解性基含有シリル基の何れかの反応性シリル基であってもよい。活性基と反応性基との組み合わせは、何れかがヒドロシリル基含有シリル基である場合に他方がビニルシリル基含有シリル基であり、何れかがアルコキシシリル含有シリル基である場合に他方がアルコキシシリル含有シリル基又は加水分解性基含有シリル基であり、何れもが加水分解性基含有シリル基であるものが、挙げられる。

このような活性シリル基は何れも、レンズの表面の水酸基に機能性アルコキシシリル化合物のアルコキシシリル基が反応することにより、成形されるものである。

シリコーン樹脂の特性により、金型による成形方法は、その金型に加工することで、複雑で細かい形状であるレンズであっても容易に成形することができる。

第一レンズ２及び第二レンズ３の成形は、研磨加工であってもよい。

また、第一レンズ２と第二レンズ３とを別々で成形してハイブリッドレンズ１を成形する例を示したが、第一レンズ２と第二レンズ３とを一体成形してもよい。第一レンズ２と第二レンズ３とをインサート成形してもよい。

ハイブリッドレンズ１は、以下のようにして使用される。

図１に示すようにシリコーン樹脂製の平凸レンズである第一レンズ２と、アクリル樹脂製の凸メニスカスレンズである第二レンズ３とが、透明接着剤であるシリコーンゲルの層４を介して、重ねられて密着しているハイブリッドレンズ１を例に説明する。

光源５例えば高輝度ＬＥＤからの高輝度光６が、第一レンズ２へ入射し、さらにシリコーンゲル層４を経て、第二レンズ３から出射し、被照射体を照らす。この光６で加熱されて第一レンズ２が線膨張するが、第二レンズ３とシリコーンゲル層４を介して密着し固定されていることに起因して、線膨張率の大きな第一レンズ２が幾分線膨張しても、線膨張率の小さな第二レンズ３が第一レンズ２の線膨張を抑制して変形を防止し線膨張率を補償する結果、シリコーン製の第一レンズ２のみならず第二レンズ３の光軸や焦点がずれない。しかも、第一レンズ２は高輝度光６による経時的な黄変を生じさせないことと第二レンズ３への熱伝導を抑制していることとに起因して、第二レンズ３の黄変も抑制している。

以下、本発明を適用するハイブリッドレンズを試作した実施例について、詳細に説明する。

（実施例１）
第二レンズ３の成形用素材として、アクリペット 導光板グレード ＶＨ５（三菱レイヨン株式会社製；商品名、アクリペットは同社登録商標）を、用いた。それを、射出成形機で、図１のように光学設計した曲面を有する直径６５ｍｍで厚み２ｍｍの内面ドーム型非球面形状レンズである凸メニスカスレンズを成形するレンズ成型金型へ射出して、凸メニスカスレンズである第二レンズ３の成形物を得た。
別途、第一レンズ２の成形用素材として、シリコーン樹脂 ＬＰＳ−３４００（信越化学工業株式会社製；商品名、ゴム硬度ＳｈｏｅｒＡが７５）を、用いた。それを、先に成形した第二レンズ３の内面ドーム形状よりもやや小さいものであって図１のように光学設計した曲面を有する半球状レンズを成形するためのレンズ成型金型へ流し込み、真空脱泡後、コンプレッション成形により１８０℃×３０分間の条件で硬化させ、第二レンズ３の内面ドーム形状よりやや小さな半球状の第一レンズ２である成形物を得た。
次に、第一レンズ２と第二レンズ３との両方の接着面にコロナ処理を施した。シリコーン接着剤であるＳＥ１７４０（東レ・ダウコーニング株式会社製；商品名、ＳｈｏｅｒＡ硬度は３４）を、第二レンズ３の接着面である内面ドーム形状の頂部に盛り上がるように塗布し、その内面ドーム形状に嵌合するように第一レンズ２を挿入し、空気を巻き込まないように接着剤を押し広げ、その透明接着剤層４で、両レンズ２・３を密着した。その後、両レンズ２・３ごとホルダー（不図示）で周囲を押さえ付けて上下固定し、そのまま加熱オーブンを用いて７０℃×１時間の条件で接着剤を硬化させて、接着を行い、ヘッドライト用ハイブリッドレンズ１を作製した。

（実施例２）
第二レンズ３の成形用素材として、シリコーン樹脂 ＬＰＳ−３４００（信越化学工業株式会社製；商品名、ゴム硬度ＳｈｏｅｒＡが７５）を、用いた。それを、図２のように光学設計したフレネルレンズを成形するレンズ成形金型へ流し込み、真空脱泡後、コンプレッション成形により１８０℃×３０分間の条件で硬化させ、３００ｍｍ四方のフレネルレンズ成形体である第二レンズ３の成形物を、得た。
別途、第一レンズ２の成形用素材として、太陽電池用カバーガラス ソライト（旭硝子株式会社製；商品名）を、３００ｍｍ四方のサイズにカットし、準備した。
次に、東レ・ダウ・コーニング製 シリコーン接着剤であるＣＹ５２−２７６（東レ・ダウコーニング株式会社製；商品名、ＪＩＳ Ｋ２２２０に準拠した針入度は７５）を、第一レンズ２のガラス接着面へ塗布した。第二レンズ３のフレネルレンズ接着面と第一レンズ２のガラス接着面とを密着させ、５０℃×１時間の条件で接着剤を硬化させて、接着を行い、太陽電池用の集光レンズであるハイブリッドレンズ１を作製した。

（実施例３）
第二レンズ３の成形用素材として、アクリペット 導光板グレード ＶＨ５（三菱レイヨン株式会社製；商品名、アクリペットは同社登録商標）を、用いた。それを、射出成形機で、図１のように光学設計した曲面を有する直径６５ｍｍで厚み２ｍｍの内面ドーム型非球面形状レンズである凸メニスカスレンズを成形するレンズ成型金型へ射出して、凸メニスカスレンズである第二レンズ３の成形物を得た。
別途、第一レンズ２の成形用素材として、シリコーン樹脂 ＬＰＳ−５５１０（信越化学工業株式会社製；商品名、樹脂硬度Ｓｈｏｅｒ Ｄ硬度が６０）を、用いた。それを、先に成形した第二レンズ３の内面ドーム形状よりもやや小さいものであって図１のように光学設計した曲面を有する半球状レンズを成形するためのレンズ成型金型へ流し込み、真空脱泡後、コンプレッション成形により１８０℃×３０分間の条件で硬化させ、第二レンズ３の内面ドーム形状よりやや小さな半球状の第一レンズ２であるレンズ成形物を得た。
次に、第一レンズ２と第二レンズ３との両方の接着面にコロナ処理を施した。それらをビニルメトキシシロキサンホモポリマーの溶液に浸漬し乾燥させた後、シリコーン接着剤としてシリコーンエラストマー ＬＰＳ−２４００（信越化学工業株式会社製；商品名、ゴム硬度ＳｈｏｅｒＡが２４）を、第二レンズ３の接着面である内面ドーム形状の頂部に盛り上がるように塗布し、第一レンズ２を挿入し、空気を巻き込まないように接着剤を押し広げた、その透明接着剤層４で、両レンズ２・３を密着した。その後、両レンズ２・３ごとホルダー（不図示）で周囲を押さえ付けて上下固定し、そのまま加熱オーブンを用いて７０℃×１時間の条件で接着剤を硬化させて、接着を行い、ヘッドライト用ハイブリッドレンズ１を作製した。

（実施例４）
第二レンズ３の成形用素材として、アクリペット 導光板グレード ＶＨ５（三菱レイヨン株式会社製；商品名、アクリペットは同社登録商標）を、用いた。それを、射出成形機で、図１のように光学設計した曲面を有する直径６５ｍｍで厚み２ｍｍの内面ドーム型非球面形状レンズである凸メニスカスレンズを成形するレンズ成型金型へ射出して、凸メニスカスレンズである第二レンズ３の成形物を得た。
別途、第一レンズ２として、直径６５ｍｍで厚み２ｍｍの白ガラスを準備した。
次に、第一レンズ２と第二レンズ３との両方の接着面にコロナ処理を施した。それらをビニルメトキシシロキサンホモポリマーの溶液に浸漬し乾燥させた後、シリコーンエラストマーであるＷＡＣＫＥＲ ＳｉｒｉＧｅｌ ６１２（旭化成ワッカーシリコーン株式会社製；商品名）を第三レンズとして、第二レンズ３の内面ドーム内に充填し、第一レンズ２で蓋をするように封止し、室温で硬化させ、ハイブリッドレンズ１を作製した。

（実施例５）
第一レンズ２の成形用素材として、アクリペット 導光板グレード ＶＨ５（三菱レイヨン株式会社製；商品名、アクリペットは同社登録商標）を、用いた。それを、射出成形機で、光学設計した曲面を有する直径６０ｍｍの両面凸形状の両凸レンズを成形するレンズ成型金型へ射出して、両凸レンズである第一レンズ２の成形物を得た。
別途、第二レンズ３の成形用素材として、シリコーン樹脂 ＳＲ７０１０（東レ・ダウコーニングシリコーン株式会社製；商品名）を用いた。それを、直径６５ｍｍで片面が先に成形した第一レンズ２の凸形状に合わせ他の片面を平面とする平凹レンズを成形するためのレンズ成型金型へ流し込み、平凹レンズである第二レンズ３を成形した。
次に、第一レンズ２と第二レンズ３との両方の接着面にコロナ処理を施した。それらを、ビニルメトキシシロキサンホモポリマーの溶液に浸漬し乾燥させた後、シリコーンエラストマーであるＷＡＣＫＥＲ ＳｉｒｉＧｅｌ ６１２（旭化成ワッカーシリコーン株式会社製；商品名）を緩衝層として用いて、両レンズ２・３を接合し、アッベ数の異なる素材を組み合わせて、色収差を低減させたハイブリッドレンズ１を作製した。

これらのレンズは、比較的大きい線膨張係数を有するシリコーン樹脂製のレンズを、比較的小さい線膨張係数を有するレンズで補償している結果、高輝度ＬＥＤに長時間曝されたときの熱で変形せず、焦点を一定に維持している。

本発明のハイブリッドレンズは、大型レンズとして有用であって、車両用ヘッドライト用のレンズ、サーチライトやプロジェクター等の投影機用のレンズ、灯台の投光器用のレンズ、高輝度発光ダイオード搭載照明器具用のレンズ、太陽光発電の集光レンズなどに用いられる。

１，１ａはハイブリッドレンズ、２は第一レンズ、３は第二レンズ、４は透明接着剤層、５は光源、６は光である。

Claims (7)

1. シリコーン樹脂で成形された第一レンズと、無機ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、又はシリコーン変性エポキシ樹脂で成形された第二レンズとが、光源から被照射体への共通する光軸を有しつつ、重なり合っていることを特徴とするハイブリッドレンズ。
2. 前記第一レンズと前記第二レンズとが、透明接着剤を介して接着していることにより、前記重なり合っていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドレンズ。
3. 前記透明接着剤が、前記第一レンズと前記第二レンズとの各接合面を粘着及び／又は密着させて前記接着させるシリコーンゲル若しくはシリコーンエラストマー、又は前記第一レンズと前記第二レンズとの各接合面の活性基同士を化学的結合によって接着させるシロキサンポリマーであることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドレンズ。
4. 前記シリコーン樹脂がジメチルシロキシ基若しくはジフェニルシロキシ基を繰り返し単位として有しつつ前記シリコーンゲル若しくは前記シリコーンエラストマーで前記接着されており、又は前記シリコーン樹脂がヒドロシリル基含有シリル基、ビニル含有シリル基、アルコキシシリル含有シリル基、及び加水分解性基含有シリル基の何れかの活性シリル基を有しつつ前記第二レンズの表面の活性基に結合したビニルアルコキシシロキサンホモポリマーで前記化学結合によって接着されていることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッドレンズ。
5. 前記シリコーンゲルが、前記シリコーンゲル若しくは前記シリコーンエラストマーが、針入度を最大で１５０とし、又はショアＡ硬度を最大で６０とすることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッドレンズ。
6. 前記第一レンズが前記光源の側にあって凸レンズであり、前記第二レンズが前記被照射体の側にあって凸メニスカスレンズであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドレンズ。
7. 前記第一レンズと前記第二レンズとの何れかが、前記被照射体の側にあってフレネルレンズであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドレンズ。

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