JP2012003089A - レンズ用光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ基板の形状の違いによる照射条件の差を抑えることが可能なレンズ用光照射装置を提供する。
【解決手段】光源と、この光源に対向して配置され、凸面側を光源側としてレンズ基板３０を載置するレンズ載置台２８と、レンズ載置台２８にレンズ基板３０を載置した状態で、このレンズ基板３０に光源からの光の反射光を導く反射面２２を有する反射部２１と、を備える。反射面２２は、レンズ基板３０の中央部に比べて、その周辺部に向かう反射光量がほぼ同等か、それ以上となるように、周辺部への照射光量が調整可能な形状及び配置とされ、反射面２２からの反射光量により、レンズ基板３０の中央部と周辺部とにおける照射光量の差を調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は、眼鏡用プラスチックレンズ等の各種レンズに対して、主に塗膜形成用を目的として紫外線等の光照射を行うレンズ用光照射装置に関する。

近年、有機フォトクロミック染料を応用したプラスチック製フォトクロミックレンズ（調光レンズともいう）が眼鏡用として市販されている。このフォトクロミックレンズは、明るい屋外で発色して高濃度のカラーレンズと同様な防眩効果を有し、室内に移ると高い透過率を回復する機能をもつ。

このフォトクロミックレンズとしては、フォトクロミック色素を含むフォトクロミック膜をレンズ基板上に設ける構成のレンズが広く用いられている。フォトクロミック膜については、優れた光応答性（反応速度及び発色濃度）、発色時の色調、及び、レンズ基板やハードコート層との密着性に優れたフォトクロミックレンズを得るための材料構成やその製造方法が種々検討されている。

このようなフォトクロミック膜用のコーティング剤には光重合性のものがある。光重合性のコーティング剤を用いてフォトクロミック膜を形成するには、レンズ基材の表面にコーティング剤を塗布して塗膜を形成した後に紫外線等の光を照射してこの塗膜を硬化させる。特に眼鏡用プラスチックレンズ等の、複雑な曲面を有する光学面に対してこのようなコーティング液を用いて均一な膜を塗布して硬化する方法やその装置については、様々な提案がなされている（特許文献１、２参照）。

国際公開ＷＯ２００３／０９９５５０号 特開２００４−２９０８５７号公報

しかしながら、レンズの光学的設計方法の多様化や機械的加工技術の向上に伴い、レンズ表面自体が様々な曲面、曲率を有するようになっているため、レンズ上の位置により紫外線等の光を照射する条件が一定ではなくなってしまうという問題が生じている。例えば、表面のカーブが強く、すなわち曲率半径の小さいレンズについては、周辺部分へ十分な光照射を行うことができない場合がある。特に上述したフォトクロミック膜の硬化を行う場合、フォトクロミック膜の材料によってはその膜厚を１０μｍ以上、３０〜５０μｍ程度と比較的厚く成膜するときは、レンズ周辺部において膜が硬化しないまま工程が終了してしまうという問題が発生する恐れがある。

そこでレンズ周辺部に十分な光照射を行うために、光の照射強度そのものを上げるということも考えられる。しかしながらこの場合は、レンズ中央部に必要以上のエネルギーを照射してしまうこととなる。したがってレンズ中央部と周辺部で硬化膜の性能が異なってしまう可能性があり、製品としての条件を満たすことが難しいという問題がある。

上述の課題に鑑みて、本発明は、このようなレンズ基板の形状の違いによる照射条件の差を抑えることが可能なレンズ用光照射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明によるレンズ用光照射装置は、光源と、この光源に対向して配置され、レンズ基板の凸面側を光源側としてこのレンズ基板を載置するレンズ載置台と、レンズ載置台にレンズ基板を載置した状態で、このレンズ基板に光源からの光の反射光を導く反射面を有する反射部と、を備える。そしてこの反射面は、レンズ基板の中央部に照射される光量に比べて照射光量の少ないレンズ基板の周辺部に対し、それを補うように照射光量を調整可能とする形状及び配置とされ、反射面からの反射光量により、レンズ基板の中央部と周辺部とにおける照射光量の差が調整される構成とする。

このように、本発明のレンズ用光照射装置においては、レンズ載置台上にレンズ基板を載置した状態で、このレンズ基板の周辺部に、中央部との光量差を補うかたちで反射光を導く反射面を有する反射部を備える。このため、光源から出射される光の一部がこの反射部の反射面で反射されてレンズ基板の周辺部に向かうこととなる。したがって、例えば曲率半径の小さいレンズ基板に対して光照射を行う場合においても、光源からこのレンズ周辺部へ向かって直接入射する光に加えて反射部からの反射光が追加されることとなり、レンズ周辺部への照射光量をレンズ中央部への照射光量との差を調整することができる。

なお、本明細書において反射面とは、表面が鏡面状等とされることで、光源から出射される波長帯域の光（可視域に限定されず、赤外光や紫外光を含む）を適度な反射率で反射する平面又は曲面を含むものとする。ここで適度な反射率とは、必ずしも高い反射率である必要はなく、ある程度の光量を反射してレンズ基板の周辺部に向かわせ、レンズ基板の中央部における照度に周辺部の照度を近づける程度の反射率があればよい。また反射部は、例えばレンズ基板の周囲を取り囲む枠状の部材のうち、レンズ基板の周辺部と対向する面の少なくとも一部に、上述した反射面を備える構成を含むものであればよい。

ここで「レンズ基板の周辺部と対向する面」とは、反射部上において光源から出射される光が入射される範囲の面のうち、光が反射されてレンズ基板の周辺部に向かわせることが可能な面を示す。つまり、反射部の反射面はレンズ基板の周辺部に対して傾斜して向かい合う面であり、平面に限らず曲面であってもよい。また、光源からの光がレンズ基板を通過後に反射されて再度レンズ基板の周辺部に向かうような面も含まれる。このような面としては、レンズ基板を介して光源とは反対側の面である、レンズ基板の裏面側に位置する面がある。

つまり、本発明のレンズ用光照射装置においては、反射部の反射面がレンズ載置台の下面側を含む位置に配置されていてもよい。レンズ載置台の下面側に反射面を設けることで、レンズ基板の下面側からの反射光も照射光量に寄与する。このため、レンズ基板の周辺部を含みレンズ基板裏面への照射光量が増加し、相対的にレンズ中央部との照射光量の差を小さくしたり、場合によっては周辺部への照射光量を僅かに多くしたりすることが可能となる。また、光重合性の塗膜に照射する場合、塗膜とレンズ基板との界面での光重合に寄与することができる。

また、本発明のレンズ用光照射装置において、光源が線状である場合は、反射面をこの光源の長手方向と直交する方向に相対向する配置とすることが好ましい。ここで相対向する、とは、光源の長手方向と直交する方向に関して少なくとも一対の反射面が互いに傾斜した状態で向き合う構成を示し、曲面同士が向き合う構成も含まれる。このような反射部を設けることで、光源の長手方向と直交する方向に関してレンズ基板の中央部から周辺部にかけて照射光量が徐々に低下しても、反射面からの反射光によりその分の照射光量を補うことができる。

なお、光源が線状の場合に、光源の長手方向と直交する方向に相対向する反射面を配置すると共に、レンズ載置台の下面側に反射面を配置してもよい。また、レンズ載置台の下面側に設ける反射面を、光源の長手方向と直交する方向に相対向する配置としてもよい。

また、本発明のレンズ用光照射装置においては、反射部の反射面を含む少なくとも一部に、撥水性又は撥油性の少なくともいずれかの機能を有する被覆層が形成されることが好ましい。レンズ基板に対し光照射を行う際に、レンズ基板を回転する場合もある。また、光照射の目的が光重合である場合、レンズ基板の回転によって、重合前の塗膜材料が周囲に飛散すると、反射面が汚損する。このため、このような塗膜材料等が付着する恐れのある部分に、撥水性又は撥油性の少なくともいずれか、好ましくは両方の機能を有する被覆層を形成することによって、反射面の反射率低下を抑えると共に、装置の維持管理の作業性低下を抑えることが可能となる。なお、このような被覆層を形成する構成は、上述したいずれの構成の反射面にも適用できる。

更にまた、本発明のレンズ用光照射装置において、レンズ載置台に回転機構部を備えることが好ましい。この場合は、反射部として平面ミラー等の平面状部材を用いて、レンズ基板の周囲全てではなく、一部に対向させて配置しても、レンズ基板の周辺部に対してほぼ均等に反射光を照射することが可能となる。この場合は、反射部の加工が容易となり、またその位置調整も簡易化されるという利点を有する。

そして、本発明のレンズ用光照射装置においては、反射部の反射面を、レンズ載置台の載置面に対して９０°を超え１４５°未満の角度を有する面を含む形状であることが好ましい。このような形状とする場合は、レンズ基板として例えばレンズ径が７０ｍｍ以上、ＢＣ（ベースカーブ）９以上程度の眼鏡レンズ、すなわち周辺部の外周端における接線の傾斜角度が３４°以上程度の曲率の大きいレンズに対して、良好に周辺部の照射光量の調整を行うことが可能となる。

本発明のレンズ用光照射装置によれば、例えば表面の曲率半径が比較的小さいレンズに対してもレンズ中央部と周辺部とにおける照射光量の差を少なくすることができ、レンズ基板の形状によって生じる照射条件の差を調整することができる。

本発明の実施の形態に係るレンズ用光照射装置の概略構成図である。 レンズ用光照射装置において光源とレンズ基板との配置例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るレンズ用光照射装置に用いる反射部及びレンズ載置台の一例の断面構成図である。 本発明の実施の形態に係るレンズ用光照射装置に用いる反射部の斜視図であり、Ａは一部を切り欠いた斜視図、Ｂは全体の斜視図である。 本発明の実施の形態に係るレンズ用光照射装置に用いる反射部の反射面の傾斜角度の説明図である。 本発明の実施の形態に係るレンズ用光照射装置に用いる反射部の第１の変形例の構成図である。 本発明の実施の形態に係るレンズ用光照射装置に用いる反射部の第２の変形例の構成図である。 曲率半径の小さいレンズに対して光照射を行う場合の模式的説明図である。 レンズの曲率（ベースカーブ）に対するレンズ上の各位置における照射光の光路長を示す図である。 レンズの曲率（ベースカーブ）に対するレンズ上の各位置における透過率（波長４０５ｎｍ）を示す図である。 光照射前後におけるフォトクロミック膜の厚さに対する透過率（波長４０５ｎｍ）を示す図である。 フォトクロミック膜に照射する光の積算光量に対するビッカース硬度を示す図である。 フォトクロミック膜に照射する光の積算光量に対する色変化時間を示す図である。 フォトクロミック膜に照射する光の積算光量に対する密着性の照度依存と時間依存とを比較して示す図である。 図１４に示す各値の照射条件を示す図である。 レンズ凸面側におけるフォトクロミック膜に照射する光の積算光量に対する色変化時間の照度依存と時間依存とを比較して示す図である。 レンズ凹面側におけるフォトクロミック膜に照射する光の積算光量に対する色変化時間の照度依存と時間依存とを比較して示す図である。 フォトクロミック膜に照射する光の積算光量に対する色差を示す図である。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．レンズ用光照射装置の実施の形態
（１−１）装置構成例
（１−２）反射部の構成例
（１−３）反射面の角度の検討
（１−４）反射部の変形例
２．光重合性フォトクロミック膜硬化処理への適用例
（２−１）実施例及び比較例

１．レンズ用光照射装置の実施の形態
（１−１）装置構成例
図１は、本発明の一実施形態としての、眼鏡レンズ等の塗膜硬化用に用いるレンズ用光照射装置１００の概略構成図である。図１に示すように、このレンズ用光照射装置１００は、例えば中心波長４０５ｎｍの波長帯域の紫外光を出射する光源１１を備える光源部１０とレンズ載置台２８を有するレンズ容器２０とを備える。またレンズ容器２０と光源部１０との間には、光源１１からレンズ載置台２８上のレンズ基板３０に至る光路上を密閉する筐体２６が配置され、この筐体２６により、外部から塵埃等の混入を阻止する構成とすることが好ましい。

そしてレンズ容器２０内には、レンズ載置台２８に載置されるレンズ基板３０の周辺部と対向する位置に反射面を備える反射部２１が配置される。反射面としては、鏡面状等の高反射率の面とする他、例えば白色光沢面等、適度な光量の反射光を反射する材料より成る面であればよい。この反射部２１の詳細な構造については後述する。

光源部１０に設ける光源１１としては種類を問わず、ハロゲンランプや紫外線ランプ等、目的に合わせて種々の光源を用い得る。光源部１０や筐体２６には、図示しないが例えば内部を低圧に保持するための排気管や、例えば光源１１の過熱を抑える目的で冷却ガス導入用等の配管が接続されていてもよい。

レンズ容器２０と筐体２６との間には、例えばレンズ容器２０内を密閉する目的で光透過性基板２７を設けてもよい。レンズ容器２０と光透過性基板２７、及び光透過性基板２７と筐体２６との接続部は、適切な密封性が得られる構造であればよく、その接続態様は問わない。例えば光透過性基板２７としてガラス板や樹脂基板等を用いる場合、レンズ容器２０と接続する部分の表面を鏡面状とし、レンズ容器２０の端部にＯリング等のシール材を配置して光透過性基板２７の表面に密着させて密閉する構造としてもよい。また筐体２６との接続部においても同様である。筐体２６及びレンズ容器２０は一体に構成されていてもよいが、個別に設ける場合はレンズ基板３０の交換時の作業が容易であり、またレンズ容器２０内や筐体２６内の清浄化等の維持作業も容易となる。

またレンズ容器２０と、筐体２６及び光源部１０とはそれぞれ相対的に移動可能な構成であってもよく、例えばレンズ塗膜装置と光照射装置とを一体化した本出願人の出願による特開２００５−２４６２６５号公報に記載されたコーティング装置と同様の各種の駆動機構を備えていてもよい。図１に示す例では１つのレンズ容器２０に１つのレンズ基板３０を載置した例を示すが、上記公報に記載されている装置のように、レンズ容器２０を並置して２つのレンズ基板３０に対して一度に光照射を行う構造としてもよい。更に、レンズ載置台２８上のレンズ基板３０の保持態様は単にレンズ基板３０を載置するのみでもよいが、例えばレンズ基板３０を固定保持し、光照射時にレンズ基板３０を回転させる機構を備えていてもよい。また、レンズ基板３０をレンズ容器２０からコーティング装置等の外部の処理装置に移動可能とする移動機構を設けるなど、その他種々の機構部を付加してもよい。

（１−２）反射部の構成例
次に、図１に示すレンズ用光照射装置１００に用いて好適な反射部２１の一例を、レンズ載置台２８の一例の構成と共に詳細に説明する。図２は、図１に示すレンズ用光照射装置１００において、直管型ＵＶランプ等の線状の光源を用いる場合に、レンズ基板３０に対して光照射を行う場合の配置例を示す平面図である。

このように線状の光源１１を用いる場合、その長手方向（図２中ｘ方向）と、これとは直交する方向（図２中ｙ方向）とで強度分布が非対称となる。このため、レンズ基板３０上では、中央部のＰ０と、周辺部の点Ｐ１〜Ｐ４とにおいて光量が異なるだけでなく、周辺部においても光源１１の直下に位置する点Ｐ１及びＰ３よりも、光源１１の直下から外れた位置となる点Ｐ２及びＰ４とでの光量が小さくなり、照射光量にばらつきが生じることとなる。

このような照度の差を解消するための一手法として、例えば図１に示すレンズ用光照射装置１００のレンズ載置台２８に、回転機構を設けることが考えられる。しかしながらレンズ基板３０を回転させてもなお光量の差が生じて、光照射によって例えば塗膜硬化の条件が異なってしまう場合には、この光量のばらつきを抑える反射部２１を用いることが好ましい。

図３は、このような場合に好ましく利用可能な反射部２１をレンズ載置台２８の周囲に配置した場合の断面構成図である。図３に示す例においては、反射部２１でレンズ載置台２８の周囲を覆う構成とし、図１に示すレンズ容器２０内に収容し、上部に光透過性基板２７を載置する構成としている。またレンズ載置台２８に回転機構部２５を設けており、レンズ基板３０の光軸を回転機構部２５の回転軸Ｃ１に合致させて固定し、１０〜８０ｒｐｍ程度の例えば４０ｒｐｍの回転数で回転させた状態で、図示しない光源からの光をレンズ基板３０に照射する構成としている。図３において、レンズ基板３０の内面（この場合凹面）を破線で示す。

そして、回転機構部２５の周囲に反射部２１が設けられる。この反射部２１の一部を切り欠いた斜視図を図４Ａに示し、全体の斜視図を図４Ｂに示す。これら図３及び図４において、図２におけるｘ方向（光源の長手方向）及びｙ方向（長手方向と直交する方向）を同様に示す。反射部２１の枠体２３は、例えば平面がほぼ長方形で、外側の４つの角部は円弧状の曲線とされ、側面２３ａは底面２３ｂに対し垂直に設けられてレンズ載置台２８上のレンズ基板３０の周囲を覆うように配置される。また底面２３ｂは平面状であり、中央部に長方形の孔部２３ｃが設けられる。そして図３に示すように、この孔部２３ｃ内に回転機構部２５及びレンズ載置台２８が配置され、回転機構部２５が図示しない外部の回転駆動部に接続される。

このように、レンズ載置台２８に回転機構部２５が設けられる場合は、反射部２１として平面状の部材を、レンズ基板３０の周囲全面ではなく一部にのみ設けても、レンズ基板３０の周辺部に対して均等に反射光を照射することができるという利点を有する。この例においては、反射部２１の反射面２２には、鏡面や光沢面等の適度な反射率を有する平板状の部材が用いられる。また、枠体２３の側面２３ａのうち、ｙ方向（光源の長手方向と直交する方向）に相対向する面上に、底面２３ｂに対し斜めに配置される。反射面２２の平面形状はほぼ長方形の平板状とされる。図４においては、上端側の角部が円弧状等の曲線状に形成される例を示すが、反射面２２の形状はこれに限定されるものではない。また、この例では平板状の部材を用いているが少なくとも一部に曲面を有していてもよい。図３及び図４においては、反射部２１の反射面２２と枠体２３との固定部材や枠体２３とレンズ載置台２８との固定部材、レンズ載置台２８と回転機構部２５との接続部材等を省略しているが、これらの固定又は接続態様は特に限定されず、例えば螺子止めや接着、弾性体を用いた固定等いずれの態様でもよい。

なお、このようにレンズ載置台２８に回転機構部２５を設け、一定の回転速度でレンズ基板３０を回転させて光照射を行う場合、反射部２１の反射面２２及び枠体２３の表面は、撥水性、撥油性の少なくともいずれかの機能をもつ被覆層が形成されていることが好ましい。このような被覆層のコーティングを施すことで、レンズ基板３０上の塗膜が回転により飛散して付着する場合でも、表面の清浄化等のメンテナンス作業が容易となる。また、このような構成の反射部２１を図１に示すレンズ容器２０内に収容し、枠体２３の側面２３ａ及び底面２３ｂでレンズ容器２０の側面及び底面を覆う構成としてもよい。この場合は、レンズ容器２０の内面への汚損を抑えることができ、いわば反射部２１をレンズ容器カバーとして用いることができる。

適度な撥水性、撥油性を有する材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン等のコーティング剤が挙げられる。またこのようなコーティング剤としては白色タイプ、透明タイプ、黒色タイプ等があるが、反射面２２としては白色タイプの光沢面とする場合に好ましい反射性が得られ、レンズ基板３０の周辺部に向かって適度な光量の光を反射することが可能となる。

また、図３に示すように、この例では反射面２２の傾斜角度は、レンズ基板３０の光軸方向と平行な方向に対し、光軸に沿う断面において２０°として構成される。つまり、レンズ基板３０の光軸と平行な方向（図１中の一点鎖線Ｃ２）に沿って、光源（図示せず）から光Ｌ１１が入射すると、反射面２２で反射される光Ｌ２１は、レンズ基板３０の周辺部においてもより面法線方向に近い方向から照射されることとなる。

このように反射部２１を用いて光量を調整する様子を、図１において光量の大小を太さで模式的に示す光Ｌ０〜Ｌ４、Ｌ１０〜Ｌ１４、Ｌ２１及びＬ２２により説明する。図１中光Ｌ０〜Ｌ４は光源１１から光透過性基板２７まで、光Ｌ１０〜Ｌ１４、Ｌ２１及びＬ２２は光透過性基板２７を通過後における光の進行方向と光量を模式的に示している。光透過性基板２７は透過光量に変化を与えないとしてよい。例えば光源１１が直管型ランプ等の長手状とされる場合、長手方向の中央部での光Ｌ０及びＬ１０の光量は、両端部の光Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ１１〜Ｌ１４の光量に比べやや大きい。レンズ基板３０の周辺部に直接照射される光Ｌ１３、Ｌ１４のみでは照射光量が比較的小さい。しかしながら、反射部２１を設けることで、その反射面２２からの反射によって、レンズ基板３０の周辺部より外側に向かう光Ｌ１１及びＬ１２の反射光Ｌ２１及びＬ２２の光量が追加されることとなる。これにより、レンズ基板３０の中央部に照射される光Ｌ１０の光量と、周辺部へ照射される光Ｌ１１及びＬ２１の光量の和、光Ｌ１２及びＬ２２の光量の和とを近づけることができる。このため、曲率半径が比較的小さいレンズにおいて例えば塗膜を比較的厚くする場合においても、反射面２２の反射率や傾斜角度を調整することで、レンズ基板３０の中央部と周辺部とにおける照射光量を調整し、照射条件の差を抑えることが可能となる。なお、フォトクロミック膜に対し光重合を行う場合の照射条件の適用例については後述する。

図５は、この反射面２２の傾斜角度の説明図であり、レンズ基板３０の光軸に沿う断面図を用いて、周辺部の傾斜角度と光源（図示せず）からの光が反射する方向との関係を示している。図５においては、レンズ基板３０の下端面を一点鎖線ｈ、レンズ基板３０の外周端３０ｅにおけるレンズ基板３０の光軸方向と平行な方向を一点鎖線ｖ１、外周端３０ｅの接線方向を一点鎖線ｔ、面法線方向をｖＬとして示す。また、反射面２２と面法線方向ｖＬとの交点においてレンズ基板３０の光軸方向と平行な方向を一点鎖線ｖ２として示す。図５に示すように、レンズ基板３０の外周端３０ｅにおける接線ｔの傾斜角度をθとすると（以下この角度をレンズ基板３０の「外周部角度」とする）、反射面２２の傾斜角度をθ／２とすると、光軸と平行な方向から入射される光Ｌ１１は外周端３０ｅの面法線方向ｖＬに沿って反射され、つまり外周端３０ｅにおいて面法線方向から入射される。

レンズ基板として、眼鏡用のレンズ基板に照射する場合、外周部角度が大きくなるレンズ基板としては、例えばレンズ径がφ６５ｍｍ、ＢＣ（ベースカーブ）１３と曲率半径が比較的小さいレンズ基板が挙げられる。この場合、レンズ周辺部（累進屈折力レンズにおいては近用部）における外周部角度は５０°程度となる。

本発明者等の検討の結果、このように曲率半径の小さいレンズ基板に対して光重合性の塗膜材料に対して光照射を行う場合に、光源からレンズ基板に向かって直進する方向に対して、レンズ基板周辺部の面法線方向が３０°以上の場合は、重合後の塗膜の密着性等に問題が生じることが分かった。このため、光重合性の塗膜の硬化を行う用途の場合は、レンズ基板の周辺部に対して、光源からの光が面法線方向から３０°未満の範囲に入射されるように反射面を構成することが好ましいといえる。

レンズ基板３０の外周部角度θが３０°のとき、外周端３０ｅの面法線方向に光を反射させるような反射面２２の最適な角度は９０°＋３０°／２＝１０５°となる。例えば外周部角度が５０°の場合は、反射面２２の最適な角度は９０°＋５０°／２＝１１５°となる。上述したように、光重合硬化の用途の場合は、光が外周端３０ｅにおける面法線方向から３０°未満の範囲で入射されるようにすればよいので、１１５°＋３０°＝１４５°であるから、レンズ基板３０の外周部角度が５０°の場合は、反射面２２の傾斜角度の上限は１４５°未満であればよく、好ましくは１４０°以下、更に好ましくは１２０°以下であればよい。一方、反射面２２の傾斜角度が９０°以下では光源からの光を殆ど反射することができないので、９０°を超える傾斜角度であればよい。

以上説明した例においては、反射部２１の反射面２２が平面状である場合について説明したが、曲面状とすることも可能である。図６にこの場合の反射部４１の概略斜視図を示す。この例においては、反射部４１を円錐面の一部を切り取った形状とするものであり、円錐面の一部より成る反射面４２と円形の底面４３とより構成され、底面４３から離間するにつれ内径が大となるように、すなわち上部にかけて外側に広がる円錐面状として反射面４２が構成される。この反射面４２の傾斜角度としては、円錐面の中心軸に沿う断面における底面４３に対する角度とすると、図３において説明した反射面２２と同様に、９０°を超え１４５°未満とすればよく、１４０°以下とすることが好ましい。つまり、反射面４２は、レンズ載置面に対して９０°を超え１４５°未満の角度の面を含む平面又は曲面であればよい。また、底面４３の中央部に例えば円形の孔部４３ａを設け、図３に示すレンズ載置台２８を配置してもよい。反射部２１をこのような構成とする場合、レンズ基板３０の周辺部に対し３６０°の方向から反射光を照射することができることとなる。したがって、光源（図示せず）が線状等の非対称な形状ではなく、球状等の場合に有利であるが、光源が線状とされる場合においても、レンズ基板３０の周辺部に対する照射光量を高める効果は得られ、つまり、レンズ基板３０の中央部と周辺部とにおける照射条件を調整することが可能である。

また、図７は、レンズ基板３０の下面側に配置する反射部５１の一例の概略斜視図である。この反射部５１は、図６に示す例と同様に円錐面の一部を切り取った形状とする場合であるが、反射面５２は上部から入射される光を外側に反射する形状とされ、底部から上部にかけて径の小さくなる円錐面とされる。この場合、レンズ基板３０の下部に載置されることで、反射面５２により上部からレンズ基板３０を通過して入射される光を、レンズ基板３０の裏面側から周辺部に向けて反射することが可能である。このようにレンズ基板３０の裏面からの反射光を照射する他の例としては、例えば平面円形や四角形等の平板状の鏡面や白色光沢面より成る反射面も利用可能である。

なお、上述した反射部２１の反射面２２は、例えば反射部２１から取り外し可能に取り付けられることが好ましく、また反射部２１、４１及び５１は、レンズ容器２０から取り外し可能に取り付けられることが好ましい。これらを取り外し可能とすることで、種々の曲率半径や外周部角度のレンズ基板３０に対応して光照射を行うことが可能となる。更に、図３及び図４に示す例において、反射部２１における反射面２２の傾斜角度を可変としてもよい。また、レンズ容器２０内にレンズ載置台２８を２以上設けて、２以上のレンズ基板３０を同時に光照射する構成とする場合、例えば一方のみに反射面２２を取り付けるとか、傾斜角度の異なる反射面２２を設けることにより、異なる曲率半径を有するレンズ基板３０に対して照射条件をそれぞれ調整することも可能となる。更に、上述した裏面側からの反射光量も調整することで、例えばレンズ基板３０における塗膜の厚さむらや重合条件等を考慮して、レンズ基板３０の中央部よりも周辺部に対して、照射光量をより多くするよう形状、配置とすることも可能である。

２．光重合性フォトクロミック膜硬化処理への適用例
次に、上述した本発明の実施の形態に係るレンズ用光照射装置１００を用いて、光重合性のフォトクロミック膜を硬化する例への適用を検討した結果を説明する。

まず、光重合性フォトクロミック膜を形成する際のレンズ基板の周辺部における密着性不良等の不具合の原因として考えられる事項を検討した。この原因としては下記の５項目が挙げられる。
＜１＞曲率半径が小さいレンズ基板に光照射する場合、上部から照射される光は、レンズ基板中央部では反射せずに内部に入射されるが、周辺部では斜め入射となり、全反射臨界角を超えるカーブの領域では光を反射してしまう。
＜２＞周辺部は中央部に比べて光源からの距離が遠くなり、照度が相対的に弱くなる。
＜３＞＜２＞と関連して、光源の形状が非対称である場合、光源の直下から外れた位置での照度は、光源から遠くなるため相対的に弱くなる。
＜４＞フォトクロミック膜の膜厚は一定でも、曲率半径が小さいレンズ基板では、光の進行方向の厚さが中央部と周辺部とでは異なる。
＜５＞周辺部はレンズ基板にカーブがあるため斜め入射となり、レンズ表面面積に対して照射量が少なくなる。

上記項目のうち＜１＞については、曲率半径が小さいレンズ基板の一例として、ＢＣ（ベースカーブ）１３、屈折率１．５３、レンズ径５０ｍｍ、レンズ基板の外周部角度が３５．４°のレンズ基板について入射角度計算を行ったところ、照度低下量は１０％以内であることがわかった。したがって、周辺部において斜め入射となることによる影響度は少ないと考えられる。

また、上記項目のうち＜２＞について、レンズ基板の周辺部において光源からの距離が中央部よりも長くなることの対策として、全体の照度を１０％上げて照射してアクリル系のフォトクロミック膜を用いて重合を行った。しかしながら周辺部の密着性について十分な改善はできなかった。照度をこれ以上大きくするとフォトクロミック膜の重合後の特性に影響があるため、光源の照度を一律に上げる方法では、周辺部の密着性低下の問題は改善できないといえる。

このため、上記項目の＜２＞〜＜５＞に挙げた照度の差と光路長の違いによる問題を改善する手法として、透過光量を部分的に調整する方法が有効であることを確認した。本実施形態のレンズ用光照射装置は、この透過光量を部分的に調整する方法を実現するものである。まず、レンズ基板の中央部と周辺部との光路長の違いについて、その様子を模式的に示す図８を参照して説明する。

図８は、凸状曲面を有するプラスチック等のレンズ基板３００上に、均一な膜厚で光重合性のフォトクロミック膜３０１が形成されている場合の中央部と周辺部の断面図である。光源から出射される光が中央部で矢印Ｌ４０で示すように、また周辺部で矢印Ｌ４１で示すように同一方向に照射されるとする。周辺部では、膜内の光の進行方向に沿って中央部と同じ膜厚ｔ０分に加え、レンズ基板３００までの距離の差分ｄが膜厚の差分として追加される。この膜厚の差分ｄは、レンズ基板３００の曲率半径が小さく、またレンズ径が大きくなって外周部角度が大きくなるほど増加する。このため、レンズ基板３００の中央部付近で最適な硬化条件にて照射を行うと、周辺部で未硬化部分が発生するものと考えられる。

また、図８においては光源からの光が中央部と周辺部とで同一方向に入射するという前提であるが、光源の種類や位置、光源と硬化膜との距離によっては光が斜めに照射される。照射条件の対称性を考慮すると、中央部においてはレンズ基板３００に対し垂直に（法線方向に）光が入射されることが好ましいが、この場合周辺部においては斜めに入射されることとなり、光の入射方向延長上での膜厚の差分は、図８に示す例よりも大きくなる。

一例として、眼鏡用のレンズ基板（屈折率１．５３、レンズ径７０ｍｍ）におけるＢＣを変化させた場合の、レンズ基板に対し垂直に光が入射する場合のレンズ基板上の位置に対する硬化膜内の光路長を計算により求めた。この結果を図９に示す。この場合、レンズ基板の外周部角度は、ＢＣ＝１で２．１°、ＢＣ＝２で５．８°、ＢＣ＝３で９．６°、ＢＣ＝４で１３．３°、ＢＣ＝５で１７．２°、ＢＣ＝６で２１．１°、ＢＣ＝７で２５．６°、ＢＣ＝８で２９．４°、ＢＣ＝９で３４．６°、ＢＣ＝１１で４４．０°、ＢＣ＝１３で５４．１°となる。レンズ基板がＢＣ１１の場合で中央部との差が１５μｍを超え、ＢＣ１３の場合は２５μｍを超える光路長差が生じていることが分かる。

この光路長差（すなわち膜厚の差）に対する透過率の変化について、一例としてアクリル系の光重合性フォトクロミック膜に対し波長４０５ｎｍの光の透過率を計算により求めた。その結果を図１０に示す。この結果から、周辺部における透過率はＢＣ９で０．６％近く、ＢＣ１１で０．５％未満、ＢＣ１３で０．３％未満まで低下することが分かる。

図１１は、フォトクロミック膜の膜厚に対して、波長４０５ｎｍの光の透過率を測定したものである。図１１中記号○は０秒（すなわち照射前）、記号×は９００ｓ照射した時点での透過率を示す。この結果、照射時間９００ｓが経過した後も、膜厚が厚くなる程透過率が減少する傾向は変わらず、膜厚に対して透過光量が減衰していることが分かる。

次に、硬化処理後の密着性と色変化特性について検討した。この例においては、ＢＣ７、屈折率１．５９、加入度数３．００の眼鏡用のプラスチックレンズ基板を用いて、フォトクロミック膜としてアクリル系の材料を用いた。

図１２は、積算光量に対するビッカース硬度の違いを示す図である。図１２中において記号◆はレンズ基板の中央部、■はレンズ基板の周辺部における結果を示す。また、破線はビッカース硬度目標値のレベルを示し、このレベル以上の硬度が得られれば硬化処理後の密着性が安定となる。

また、同様に積算光量に対する色変化時間の変化についても測定した。この結果を図１３に示す。この例でも、記号◆はレンズ基板の中央部、■はレンズ基板の周辺部における結果を示す。硬化が十分である場合、フォトクロミック膜に光を照射した場合の色変化は９００ｓでほぼ飽和するように設定される。このため、硬化の目安として、色の変化量１００％に対して５０％の色変化が認められた時間を、色変化時間の目安として測定した。破線は硬化が十分である膜における色変化５０％となる基準時間のレベルを示す。この基準レベル以上の時間を超える場合は密着性が十分であると考えられる。

これら図１２及び図１３の結果から、レンズ基板の周辺部において中央部と同様の硬度を得る条件は、約１．４倍の照度（積算光量）とする照射条件が必要であることが分かる。

なお、積算光量を大きくするには、照度を増加するのみではなく時間を長くする方法が考えられる。しかしながら、本発明者等は、照射時間を長くしても効果が得られないことを確認した。図１４は、照度と時間の条件を変え、積算光量を変化させて光重合を行ったフォトクロミック膜のレンズ基板外周部における密着性の度合いを測定したものである。レンズ基板及びフォトクロミック膜は、図１２及び図１３の測定において用いたものと同一とした。また密着性は、目標値を１００として百分率にて示した。照度条件としては、波長４０５ｎｍのＵＶランプ光源を用いて、その最大出力２．４ｋＷに対して入力値を８段階のレベルとした場合の２，５，６，８レベルに変化することで、距離３００ｍｍの位置に配置したレンズ基板上での照度を１３２．２ｍＷ／ｃｍ^２から２６４．２ｍＷ／ｃｍ^２まで変化させた。時間については、照度を一定（１３２．２ｍＷ／ｃｍ^２）として照射時間を１８０ｓから２７０ｓまで３段階に変化させて測定した。なお、図１４において、記号◆は照度依存、■は時間依存の条件での密着性の結果を示す。また、図１４に示す各点の照射条件を図１５に示す。図１４の結果から、密着性については、同じ積算光量に対して時間より照度を上げる方が改善され、すなわち時間より照度依存性が高いことが分かる。

更に、フォトクロミック膜の表面側とレンズ基板側とにおける硬度の違いについても確認した。レンズ基板及びフォトクロミック膜は図１２及び図１３において用いたものと同一とした。この例では、フォトクロミック膜内側の硬度の指標として、前述の図１３で示す色変化時間を用いた。そして、レンズ基板の凸面側から光を照射した場合の色変化時間と、これとは反対側の凹面側から光を照射した場合の色変化時間を、それぞれ積算光量に対して照射依存と時間依存とについて調べた。この結果を図１６及び図１７に示す。図１６においてはレンズ凸面側、図１７においてはレンズ凹面側の結果であり、各図において記号◆は照度依存、●又は■は時間依存の結果を示す。これら図１６及び図１７の結果から、硬度についても、同じ積算光量に対して時間より照度を上げる方が改善され、時間より照度依存性が高いことが分かる。

このように、密着性及び硬度の両方について照度依存性が高いことから、本実施形態のレンズ用光照射装置を用いて、部分的に照度を調整してレンズ基板中央部と外周部とにおける照射条件を均一化する方法が、フォトクロミック膜の膜質改善に有効であることが分かる。また、時間依存性が低いことから、照射時間の延長は不要であり、成膜工程にかかるタクトタイムを増加することなく、密着性改善を図ることができるといえる。

ところで、フォトクロミック膜は一般に照度を上げることで、発色時の色差は増加傾向を示す。そこで積算光量を増加させた場合に、色差がどの程度変化するかを確認した。この結果を図１８に示す。この例においては、アクリル系のフォトクロミック膜に対して波長４０５ｎｍの光を照射した場合を示す。図１８の結果から、照度を変えて積算光量を１９０００ｍＪから３６０００ｍＪ程度と２倍近くまで増加させても、発色時の色差ΔＥ^＊ａｂは１以内であることが分かった。１つのレンズ基板内の色差としては許容範囲となる結果が得られた。

以上の結果から、一定の光照射条件においてもレンズ基板の中心部から周辺部にかけて、徐々にまたは段階的に照度を調整して照射することによって、色差やタクトタイムの増加を抑え、確実にフォトクロミック膜の密着性、硬度の改善を図ることができることが分かる。

なお、上述したフォトクロミック膜の評価例においては、直管型のＵＶランプを光源として用いており、中央部と外周部における硬化条件の違いについては、光源の長手方向（図２における点Ｐ０と、点Ｐ１及びＰ３とにおける比較）の評価を行った結果である。光源が線状の場合、前述の＜３＞においても説明したように長手方向と、これとは直交する方向とでレンズ基板の周辺部同士の照射条件が異なる。この場合、例えば図３及び図４に示す反射部２１を用いることにより、周辺部における照射条件を調整することで照度の均一化を測り、同様に周辺部におけるフォトクロミック膜の密着性、硬度の改善を図ることが可能である。

（２−１）実施例及び比較例
次に、曲率半径の異なる２種類の眼鏡用プラスチックレンズをレンズ基板として用意し、それぞれにフォトクロミック膜材料をコーティングし、光重合を行って密着性について確認した。レンズ基板材料は、屈折率１．５３、ＢＣ１３．００、φ６５ｍｍ（曲率半径Ｒ＝４３．１７８ｍｍ、外周部角度約４９°）の単焦点レンズ構成のレンズ基板１と、屈折率１．５９、ＢＣ７．２５、加入度数３．００、φ７５ｍｍ（近用部における外周部角度約４８°）の累進屈折力レンズ構成のレンズ基板２とを用意した。

フォトクロミック膜のコーティング材料としては、アクリル系原料を用い、膜厚を４０μｍとして成膜した。

コーティング装置及び光照射装置としては、本出願人の出願による特開２００５−２４６２６５号公報に記載の装置を使用し、実施例においては、レンズ容器２０の上面に載置する光透過性基板２７に、パイレックス（コーニング社製）基板を用いて光照射を行った。光源は、波長４０５ｎｍの紫外光を出射する直管型のＵＶランプを用いた。また、回転載置台２８を駆動して回転数１０ｒｐｍとしてレンズ基板１，２を回転しながら光照射を行った。

反射部２１としては、前述の図３及び図４に示す構成の反射部２１を用いた。実施例においては、反射部２１の反射面２２を含む内面全面に黒色のポリテトラフルオロエチレンより成るコーティングを施して用いた。比較例においては、反射部２１をレンズ容器２０内に設置しない状態で照射を行った。

これら実施例及び比較例による試験を各レンズ基板１及び２に対してそれぞれ行ったところ、実施例によるレンズ基板１及び２では硬化後のフォトクロミック膜の剥がれは見られなかったが、比較例によるレンズ基板１及び２では、周辺部にフォトクロミック膜の剥離が見られた。また、実施例による場合はコーティング液であるフォトクロミック膜材料の一部が反射部２１に付着したが、容易に除去することができた。比較例においては、フォトクロミック膜材料の一部がレンズ容器２０内に付着し、除去が困難であった。

以上説明したように、本実施形態のレンズ用光照射装置によれば、レンズ基板の中央と周辺部とにおいて、反射部を設けて光照射の際の照度を調整することにより、フォトクロミック膜形成時のレンズ周辺部における密着性の問題を改善することができる。

なお、本発明によるレンズ用光照射装置は、フォトクロミック膜に対する光重合の際にのみ適用されるものではなく、その他、レンズ基板の曲率半径が小さく、また光重合を行う膜の厚さが比較的厚い場合に好適に用いることができる。レンズ基板の曲率半径の目安としては、眼鏡レンズの場合レンズ径が７０ｍｍとするとＢＣ９以上、好ましくはＢＣ１１以上の場合、外周部角度で示すと３４°以上、好ましくは４４°以上の場合に好適である。また、レンズ基板の中央部と周辺部との光路差が大きく、照射条件に影響するのは硬化する膜の膜厚が比較的厚い場合であり、重合する膜の厚さが１０μｍ以上である場合に、本発明を好ましく適用できる。

１０．光源部、１１．光源、２０．レンズ容器、２１，４１，５１．反射部、２２，４２，５２．反射面、２３．枠体、２３ａ．側面、２３ｂ、４３．底部、２３ｃ，４３ａ．孔部、２５．回転機構部、２６．筐体、２７．光透過性基板、２８．レンズ載置台、３０，３００．レンズ基板、１００．レンズ用光照射装置、３０１．フォトクロミック膜

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源に対向して配置され、レンズ基板の凸面側を前記光源側として当該レンズ基板を載置するレンズ載置台と、
   前記レンズ載置台に前記レンズ基板を載置した状態で、前記レンズ基板に前記光源からの光の反射光を導く反射面を有する反射部と、を備え、
   前記反射面は、前記レンズ基板の周辺部に対し反射光の照射光量を調整可能とする形状及び配置とされ、
   前記反射面からの反射光量により、前記レンズ基板の中央部と周辺部とにおける照射光量の差が調整される
   レンズ用光照射装置。
2. 前記光源が線状の光源とされ、
   前記反射面が、前記光源の長手方向と直交する方向に相対向する位置に配置される請求項１に記載のレンズ用光照射装置。
3. 前記レンズ載置台に回転機構部を備える請求項１又は２に記載のレンズ用光照射装置。
4. 前記反射面は、前記レンズ載置台の載置面に対して、９０°を超え１４５°未満の角度の面を含む形状である請求項１〜３のいずれかに記載のレンズ用光照射装置。
   

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