JP2013254200A - 複合型光学素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学有効部と前記光学有効部に樹脂を不足なく充填するために設けた光学有効外部のはみ出し部にも、樹脂が均一に充填された樹脂層を有する複合型光学素子を提供する。
【解決手段】 基板上に、光学有効部と前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部を有する樹脂層が形成された複合型光学素子において、前記樹脂層の光学有効外部の形状は、基板の外周方向に膜厚が薄くなっていく連続的な形状であり、かつ前記連続的な形状の両端部を結ぶ直線と、基板表面に近い方の端部に対向する点における基板表面の接線との角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする複合型光学素子。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複合型光学素子およびその製造方法に関し、特にカメラやビデオ等の光学機器に使用される複合型光学素子を、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いたレプリカ成形により製造する方法に関するものである。

光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を成形することにより得られる複合型光学素子として、回折光学素子や非球面レンズやピックアップレンズなどが挙げられる。これらの複合型光学素子の成形方法として代表的なものがレプリカ成形法である。レプリカ成形法は、微細形状をもつ型を用い、型または基板に樹脂を滴下し樹脂を充填する工程、エネルギーを与えて樹脂を硬化させる工程、その後、樹脂と基板を一体として型から離型する工程からなる成形方法である。

レプリカ成形法において、型に樹脂を不足なく充填する方法としては、特許文献１のように、型の光学有効部の外周にはみ出した樹脂を充填する部分を設ける方法がある。型や基板に滴下する樹脂量のばらつきや、初期のレンズと型の位置ズレなどにより、光学有効部には未充填が発生する。そこで、その未充填を無くすため、予め樹脂を余分に滴下して光学有効部に未充填が発生することを防ぎ、樹脂の余剰分を外周に設けたはみ出し部に充填する。これにより、型から樹脂をはみ出させることなく光学有効部に樹脂を不足なく充填することができる。

特開平５−１１９２０２号公報

しかしながら、透過率が悪い樹脂、たとえば微粒子を分散させた樹脂をレプリカ成形法に用いる場合には、光学特性を満たすため樹脂層の厚みを薄く均一に成形する必要がある。薄く均一に樹脂を充填するためには、基板を加圧しながら樹脂を充填する必要がある。加圧して樹脂を充填する場合、加圧面の軸と基板面・型面の軸との平行度調整に限界があるため、軸の傾きに応じて樹脂が偏って、樹脂の充填性が悪化する。

このような樹脂の充填性の悪化に対し、上記特許文献１に記載の技術を用いた際には、光学有効部内に樹脂を不足なく充填することはできるが、前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部に設ける樹脂のはみ出し部では樹脂が不均一に充填される。また、加圧することにより樹脂の広がりの真円度は大きく悪化する。その結果、光学有効外部のはみ出し部では、樹脂が充填される部分と充填されない部分が円周方向にランダムに存在することとなる。カメラやビデオ等の光学機器に、このような複合型光学素子を搭載する場合には、はみ出し部のランダムな充填状態が外観上問題となる。特に、透過率が悪い樹脂を用いる際には、樹脂が充填されている部分と充填されていない部分とでは透過率が大きく異なる。透過率が大きく異なると、目視で確認しやすくなるため、製品の外観の観点から問題となるという課題がある。

そこで、本発明は、光学有効部と前記光学有効部に樹脂を不足なく充填するために設けた光学有効外部のはみ出し部にも、樹脂が均一に充填された樹脂層を有する複合型光学素子およびその製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決する第１の複合型光学素子は、基板上に、光学有効部と前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部を有する樹脂層が形成された複合型光学素子において、前記樹脂層の光学有効外部の形状は、基板の外周方向に膜厚が薄くなっていく連続的な形状であり、かつ前記連続的な形状の両端部を結ぶ直線と、基板表面に近い方の端部に対向する点における基板表面の接線との角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする。

上記の課題を解決する第２の複合型光学素子は、基板上に、光学有効部と前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部を有する樹脂層が形成された複合型光学素子であって、
前記樹脂層の光学有効外部の形状は、基板の外周方向に膜厚が薄くなっていく連続的な第１の形状と、前記第１の形状に隣接して基板の外周方向に膜厚が厚くなっている第２の形状とを少なくとも有し、
前記膜厚が薄くなっていく連続的な第１の形状の両端部を結ぶ直線と、基板表面に近い方の端部に対向する点における基板表面の接線との角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする。

上記の課題を解決する第１の複合型光学素子の製造方法は、基板と、型の間に樹脂を介在させ前記樹脂を硬化する工程と、前記型を分離して、前記基板上に、光学有効部と前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部を有する樹脂層が形成する工程と、を有する複合型光学素子の製造方法であって、前記型の前記光学有効外部を形成する部分の形状は、外周方向に型厚が厚くなっていく連続的な形状であり、前記樹脂を硬化する工程で、前記型の前記連続的な形状の両端部を結ぶ直線と、基板表面に近い方の端部に対向する点における基板表面の接線との角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする。

上記の課題を解決する第２の複合型光学素子の製造方法は、基板と、光学有効部と前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部を有する型の間に樹脂を介在させ樹脂を硬化した後、型を分離して、基板上に、光学有効部と前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部を有する樹脂層が形成された複合型光学素子を製造する方法において、前記型の光学有効外部の形状は、基板の外周方向に型厚が厚くなっていく連続的な第１の形状と、前記第１の形状に隣接して基板の外周方向に型厚が薄くなっている第２の形状とを少なくとも有し、かつ前記型厚が厚くなっていく連続的な第１の形状の両端部を結ぶ直線と、基板の接線との間の角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする。

本発明によれば、光学有効部と前記光学有効部に樹脂を不足なく充填するために設けた光学有効外部のはみ出し部にも、樹脂が均一に充填された樹脂層を有する複合型光学素子およびその製造方法を提供することができる。

本発明の複合型光学素子の光学有効外部を示す部分断面図である。 本発明の複合型光学素子の製造方法に用いる型を示す部分断面図である。 本発明の複合型光学素子の光学有効外部の他の形状を示す部分断面図である。 本発明の複合型光学素子の製造方法の一実施態様を示す工程図である。 本発明との比較を行うための回折光学素子の一例を示す図である。 本発明の製造方法における光学有効外部への樹脂の充填状態を説明する説明図である。 本発明の製造方法における樹脂の充填工程を示す模式図である。 本発明の実施例２の複合型光学素子の製造方法を示す工程図である。

以下、本発明の複合型光学素子について説明する。

図１は、本発明の複合型光学素子の光学有効外部を示す部分断面図である。図１（ａ）から（ｃ）は、複合型光学素子の光学有効外部の実施態様を示す。

図１（ａ）に示す本発明の複合型光学素子は、基板１上に、光学有効部４と前記光学有効部４に隣接して設けられた光学有効外部５を有する樹脂層１０が形成された構成からなる。前記樹脂層１０の光学有効外部５の形状は、基板の外周方向に膜厚が薄くなっていく連続的な形状１２であり、かつ前記連続的な形状の両端部１０ａと１０ｂを結ぶ直線と、基板表面に近い方の端部１０ａに対向する点１０ａ´における基板の接線１１との間の角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする。基板表面に近い方の端部１０ａに対向する点１０ａ´は、端部１０ａと最も近い距離にある基板上の点である。

図１（ｂ）に示す本発明の複合型光学素子は、基板上１に、光学有効部４と前記光学有効部４に隣接して設けられた光学有効外部５を有する樹脂層１０が形成された複合型光学素子において、前記樹脂層１０の光学有効外部５の形状は、基板の外周方向に膜厚が薄くなっていく連続的な第１の形状１４と、前記第１の形状に隣接して基板の外周方向に膜厚が厚くなっている第２の形状１５とを少なくとも有し、かつ前記膜厚が薄くなっていく連続的な第１の形状１４の両端部を結ぶ直線と、基板表面に近い方の端部１４ａに対向する点１４ａ´における基板表面の接線１１との角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする。

図１（ｃ）に示す本発明の複合型光学素子は、複合型光学素子の樹脂層１０の光学有効外部の形状は、基板の外周方向に膜厚が薄くなっていく連続的な第１の形状１４と、前記第１の部分に隣接して基板の外周方向に膜厚が厚くなっている第２の形状１５とを１組として、２組以上１０組以下を繰り返し有していることを特徴とする。図１において、基板の接線１１は基板の表面１３と並行である。

本発明において、前記樹脂層１０の光学有効外部の膜厚が薄くなっていく連続的な形状１２の外面の形状は、傾斜面または曲面であることが好ましい。図１に示す連続的な形状１２の外面の形状は、傾斜面を表している。図３は、本発明の複合型光学素子の光学有効外部の他の形状を示す部分断面図である。図３では、連続的な形状１２の外面の形状は、曲面を表している。

本発明における基板の外周方向に膜厚が薄くなっていく連続的な形状１２の両端部１０ａと１０ｂを結ぶ直線と、基板表面に近い方の端部１０ａに対向する点１０ａ´における基板表面の接線１１との角度θが２０度以上６０度以下、好ましくは３５度以上５５度以下が望ましい。連続的な形状１２の両端部１０ａと１０ｂを結ぶ直線とは、図１に示す様に連続的な形状１２が傾斜面である場合には、傾斜面の傾斜線を表す。また、図３に示す様に連続的な形状１２が曲面である場合には、光学有効部４と接する光学有効外部の端部１０ｂと、基板の外周方向に膜厚が最も薄くなる端部１０ａとを結んだ直線を表す。

本発明の基板には、ガラス、レンズ等を用いることができる。

本発明の樹脂層には、熱硬化性樹脂および光硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂を用いることができる。光硬化性樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂およびフッ素樹脂を用いることができる。

本発明の樹脂層には、金属微粒子を含有することができる。金属微粒子としては、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、酸化アンチモン、スズをドープした酸化インジウム（以下、「ＩＴＯ」と記載する。）、アンチモンをドープした酸化スズ（ＡＴＯ）、亜鉛をドープした酸化インジウム（ＩＺＯ）、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（ＡＺＯ）、及び、フッ素をドープした酸化スズ（ＦＴＯ）を用いることができる。これらの中で、ＩＴＯを用いるこが好ましい。

金属微粒子の個数平均粒径は、
次に、本発明の複合型光学素子の製造方法について説明する。

図２は、本発明の複合型光学素子の製造方法に用いる型を示す部分断面図である。図２（ａ）から（ｃ）は、型の光学有効外部の実施態様を示す。

図２（ａ）に示す本発明の複合型光学素子の製造方法は、基板１と、型２の間に樹脂を介在させ前記樹脂を硬化する工程と、型を分離して、基板上に、光学有効部と前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部を有する樹脂層を形成する工程と、を有する複合型光学素子を製造する方法であって、前記型２の光学有効外部５を形成する部分の形状は、外周方向に型厚が厚くなっていく連続的な形状２２であり、前記樹脂を硬化する工程で、前記連続的な形状の両端部２ａ，２ｂを結ぶ直線と、基板方向に近い方の端部２ａに対向する点２ａ´における基板表面の接線１１との間の角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする。

図２（ｂ）に示す本発明の複合型光学素子の製造方法は、基板１と、型２の間に樹脂を介在させ樹脂を硬化する工程と、型を分離して、基板上に、光学有効部と前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部を有する樹脂層を形成する工程と、を有する複合型光学素子の製造方法であって、前記型２の光学有効外部を形成する部分の形状は、外周方向に型厚が厚くなっていく連続的な第１の形状２４と、前記第１の形状に隣接して外周方向に型厚が薄くなっている第２の形状２５とを少なくとも有し、前記樹脂を硬化する工程で、前記型厚が厚くなっていく連続的な第１の形状２４の両端部２４ａ，２４ｂを結ぶ直線と、基板方向に近い方の端部２４ａに対向する点２４ａ´における基板表面の基板の接線１１との間の角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする。

図２（ｃ）に示す本発明の複合型光学素子の製造方法は、型２の光学有効外部５の形状は、外周方向に型厚が厚くなっていく連続的な第１の形状２４と、前記第１の部分に隣接して外周方向に型厚が薄くなっている第２の形状２５とを１組として、２組以上１０組以下を繰り返し有していることを特徴とする。

前記型の光学有効外部５の基板に対向する外面の形状は、傾斜面または曲面であることが好ましい。また、基板の外周方向に型厚が薄くなっていく連続的な形状の両端部を結ぶ直線と、基板の接線との間の角度θが２０度以上６０度以下、好ましくは３５度以上５５度以下が望ましい。

本発明の複合型光学素子の製造方法において、型の光学有効外部に設けたはみ出し部に樹脂が充填されていく際に、基板の円周方向に回り込むように樹脂が広がっていくため、はみ出し部での樹脂の充填性が向上する。

図２（ａ）に示す様に、型の光学有効外部のはみ出し部形状が、型厚が厚くなる連続的な形状であると、基板の外周方向に向かう樹脂の流れに対し大きな反力が発生する。これにより、はみ出し部内の充填されていない箇所への円周方向に向かって流れが樹脂の広がりにおいて支配的となり、はみ出し部でも真円状に樹脂が充填されていく。これにより、加圧して樹脂を薄く均一にする必要がある複合型光学素子の製造においても、光学有効部内に未充填部が無く、かつ光学有効外部に樹脂が同心円状に充填された素子となる。これにより、カメラやビデオ等に搭載した際に、目視で素子を確認しても外観上問題とならない。

図２（ｂ）に示す本発明の複合型光学素子の製造方法によれば、型の光学有効外部のはみ出し部の型厚が薄くなっていく連続的な形状２４の部分で、図２（ａ）に示す形状と同様の効果が見られ、基板の円周方向への樹脂の回り込みが発生する。さらに、型厚が厚くなっていく連続的な形状２４の直後に型厚を薄くする部分２５を設けることで、厚くなっていく連続的な形状２４から溢れた樹脂が、型厚が薄くなる部分２５で再度円周方向への回り込みの流れを起こし、より光学有効外部での充填性が均一なものとなる。

図２（ｃ）に示す本発明の複合型光学素子の製造方法によれば、図２（ｂ）に示す形状の型厚が厚くなっていく連続的な形状２４の直後に型厚が薄くなる形状２５を複数回繰り返すことで、光学有効外部の充填性をさらに向上させることができる。これにより、レンズ径の大きい複合型光学素子の製造においても、光学有効外部の充填性を十分に向上することができる。また、形状の繰り返し数を２回以上１０回以下とすることで、光学有効外部を不要に広げることなく、所望の充填性を実現することができる。

本発明の複合型光学素子において、樹脂層の光学有効部は、前記基板上に略均一に形成されていることが好ましい。また、樹脂層の光学有効部の厚みのばらつきは、前記光学有効部の平均の厚みの１０％未満であることが好ましい。この複合型光学素子では、膜厚を均一な状態で型上に充填する必要があり、加圧が必要となる工程においても、光学有効外部に設けた樹脂のはみ出し部で充填性を向上させることができる。

以下に本発明の複合型光学素子の製造方法を実施するための最良の形態として、微粒子分散光硬化性樹脂を用いてレプリカ成形法で回折光学素子を成形する方法を例に説明する。
図４は、本発明の複合型光学素子の製造方法の一実施態様を示す工程図である。図４は、本発明の回折光学素子のレプリカ成形を示している。１は基板であり、成形用のレンズ基板を示す。２は所望の形状の反転形状を有する型、３は微粒子分散光硬化性樹脂、４は光学有効部、５は光学有効外部で樹脂はみ出し部を示す。６は成形用のレンズ基板１を離型するためのイジェクタである。

まず、成形用のレンズ基板１の成形面側に樹脂３を滴下し、型２上にレンズ基板１を載せる。若しくは、樹脂３を型２の成形面の中央付近に滴下する、またはレンズ基板１と型２の両方に滴下したのち、型２上に成形用レンズ基板１を載せてもよい（図４（ａ））。次に、レンズ基板１を型２に近づけ、樹脂３を型２に充填させ、樹脂３を硬化する（図４（ｂ））。樹脂３は型２から離型できる硬化度まで反応が進んでいれば、完全硬化する必要はない。最後に、レンズ基板１をイジェクタ６により持ち上げることで、硬化した樹脂３とともに成形用レンズ基板１を型２から離型する（図４（ｃ））。

ここで、使用する微粒子分散光硬化性樹脂３はフッ素系光硬化性樹脂とアクリル系光硬化性樹脂とにナノサイズのＩＴＯ微粒子を分散させたものであり、１０μｍ厚における波長５８７．６ｎｍの内部透過率は約８８％である。樹脂の内部透過率が低いため、撮像系の光学素子として使用するためには、樹脂の膜厚を薄く均一にすることが求められる。

型上に樹脂を薄く均一に充填するためには、レンズ基板の上面に力を加えて、樹脂を加圧する必要がある。加圧しながら樹脂を充填すると、型の上面・レンズ基板面・加圧面の平行度により力の方向にバラツキが発生し、それらの平行度調整には限界があるため、樹脂の充填性に大きな偏りが生じる。

このような状況において、型上の光学有効外部に樹脂のはみ出し部（光学有効外部）５を設け、樹脂を余剰に滴下して光学有効内を不足なく充填すると、図５に示すように成形した回折光学素子の樹脂のはみ出し部では大きな充填の不均一性が生じる。図５は、本発明との比較を行うための回折光学素子の一例を示す図である。そこで、図２（ａ）のように型の光学有効外部のはみ出し部の形状を型厚が厚くなっていく連続的な形状とすることで、はみ出し部での樹脂の充填を均一化することができる。

図６は、本発明の製造方法における光学有効外部への樹脂の充填状態を説明する説明図である。樹脂の充填が不均一な状態では、充填が速い部分の樹脂が先に光学有効外部５のはみ出し部に到達する。はみ出し部に到達した樹脂は、膜厚が薄くなっていく連続的な形状に流れ込んで行くが、この形状の特徴から流動抵抗が大きくなるため、外周方向Ａへの樹脂の流動速度は遅くなる。また、この場合には、はみ出し部の外周方向Ａへの流動抵抗に比べて、円周方向Ｂへの流動抵抗が低くなり、樹脂は基板の径方向Ｃに回り込むように流動する。この効果から、充填が速い部分がはみ出し部に到達した際には、その箇所から樹脂が径方向Ｃに回り込み、加圧による充填の不均一性を打ち消すように樹脂の流動が生じる。

外周方向への樹脂の流動抵抗を大きくするためには、はみ出し部は膜厚が急激に薄くなる形状であることが必要となる。しかし、はみ出し部の膜厚変化が急激であり過ぎると、径方向に樹脂が回り込む作用が小さくなるというトレードオフが発生する。

簡易的に定常状態を想定し、樹脂の外周方向への流動速度と、回り込みの流動速度の関係から連続形状の膜厚変化と充填性の関係を計算した。型のはみ出し部５の型厚が厚くなっていく連続的な形状の端点を結んだ直線と，レンズ基板の接線との成す角θを変化させ、その際に光学有効外部でも真円に充填可能であるレンズ径を計算により求めた。光学有効外部の膜厚が２０μｍである場合に、はみ出し部の型厚が厚くなっていく連続形状の角度θと、充填が可能となるレンズ径の関係を下記の表１に示す。

表の結果から、連続形状の角度が小さいと、外周方向への樹脂の流動抵抗が十分に小さくならず、充填できるレンズ直径が小さいことが分かる。また、連続形状の角度が大きすぎると、外周方向への樹脂の流動抵抗は小さくなる一方で回りこみの作用が小さくなり、充填できるレンズ直径が小さい。直径１０ｍｍ以上のレンズのはみ出し部を同心円状に充填するには、連続形状の角度θは２０度以上６０度以下であることが好ましい。

さらに、図２（ｂ）のように光学有効外部５のはみ出し部を、型厚が厚くなる連続的な形状の直後に型厚が薄くなる部分がある形状とすることで、径方向の回り込み効果を高めることができる。これは、型厚が厚くなる連続的な形状を樹脂が流動し終え乗り越えた樹脂が、型厚が薄くなる部分であらゆる方向に流れ込むこととなり、径方向への回り込み作用が大きくなるためである。

また、図２（ｃ）のように、図２（ｂ）の形状を繰り返し設けることで、充填の不均一性が非常に大きい場合や、レンズ径の大きい場合にも対応することができる。

図７は、本発明の製造方法における樹脂の充填工程を示す模式図であり、樹脂の充填性が改善していく様子を示している。１は基板を示し、成形用のレンズ基板である。２は所望の形状の反転形状を有する型である。３は微粒子分散光硬化性樹脂である。４は光学有効部を示し、５は光学有効外部で樹脂はみ出し部である。以下に、樹脂の充填性が改善する過程について図を用いて説明する。

まず、図７（ａ）のように樹脂３を薄く均一にするための加圧により、樹脂の充填性が悪化し、充填が早い箇所ではみ出し部５に樹脂が到達する。はみ出し部に到達した樹脂は、型厚が厚くなる連続形状により外周方向Ａへの流動抵抗が大きくなるため、外周方向への充填が妨げられ、樹脂は円周方向Ｂに回りこみ充填性が改善していく（図７（ｂ））。その後、型厚が厚くなる連続形状を樹脂が乗り越えると、型厚が薄くなる部分に樹脂が流れ込み、全ての方向へ樹脂が延び再び充填性は改善する（図７（ｃ））。この効果を数回繰り返すことで、レンズ径が大きい場合でもはみ出し部での樹脂の充填性を十分に改善することができる（図７（ｄ））。

図７の形状では、型厚が連続的に厚くなる形状と、その後型厚が薄くなる形状を１０回繰り返すことで、最大Φ２２０ｍｍのレンズではみ出し部の充填性を改善することができ、十分な効果が得られる。１０回以上の形状の繰り返しは、光学有効外部の長さを不要に広くしレンズ径を大きくしてしまうため、繰り返し形状は２回以上１０回以下が好ましい。

（実施例１）
本実施例において製造される回折光学素子を、図４を参照して説明する。

回折格子成形用レンズ基板１は、Φ２０ｍｍの平面レンズである。樹脂３はＩＴＯ微粒子を分散したフッ素樹脂であり、光硬化性を有しており、フッ素樹脂中にナノサイズのＩＴＯ微粒子を２０ｖｏｌ％で均一に分散させているので、濃青色の外観である。成形する回折光学素子の格子形状は、格子高さ９から１１μｍ、格子幅０．１から１０ｍｍのブレーズ型回折格子であり、同心円状に形成され、光学有効径はΦ１８ｍｍである。型２は、その成形面の光学有効部４に所望の回折格子の反転形状と、光学有効外部５にレンズ基板との成す角度θが４０度の斜面形状である樹脂はみ出し部５を有している。型２の成形面は、金属母材上にメッキ層として形成されたＮｉＰ上への切削によって形成されているが、マスター型からの成形により得られたものでもよいし、母材もしくは母材上に形成されたメッキ層への研磨法等によって形成されたものでもよい。

本実施例の回折光学素子の成形方法を順に説明する。

まず、成形用レンズ基板１の成形面に、樹脂３であるＩＴＯ微粒子を分散したフッ素樹脂との密着を強くするためのシランカップリング処理を施す。次に、成形用レンズ基板１のシランカップリング処理面の中央付近に、樹脂３を適量滴下する。

型２上に成形用レンズ基板１を載せ、５０ｋｇｆで押圧することで、成形用レンズ基板１を型２に接近させ樹脂３を型２上に薄く均一に充填する。樹脂３であるＩＴＯ微粒子を分散したフッ素樹脂は濃青色の外観を有するため、格子部分を除く厚さを２μｍまで薄く均一に引き延ばして透明性を高める必要がある。

成形用レンズ基板１を押圧すると、レンズ基板面と型面、加圧面の３面における平行度の違いにより、円周方向の充填性に大きな不均一性が発生する。樹脂はみ出し部５が斜面形状を形成していない場合には、加圧による充填の不均一性が改善されないため、樹脂はみ出し部５内での周方向の充填ばらつきは大きい。それに対し、本実施例のような型厚が厚くなっていく斜面形状を用いた場合には、周方向に樹脂の回り込み作用が生じ、はみ出し部５での充填性が大きく改善した。

下記の表２に、はみ出し部に斜面形状を有さない場合と、本実施例のはみ出し部での充填性の違いを示す。表２における角度方向０°から３１５°は、ある位置を０°とした場合に、レンズの外周に沿って周方向に角度を回転させた位置を表す。斜面形状を有さない場合には、光学有効部内（半径９．０ｍｍ）では全方向で樹脂が充填されているが、はみ出し部（半径９．０から９．５ｍｍ）では樹脂が充填されている場所とされていない場所が存在する。本実施例では、型のはみ出し部の型厚が厚くなっていく形状の効果により、はみ出し部での充填性が大きく改善していることが分かる。

次に、型上に充填した樹脂３に対して、不図示の紫外線照射ランプによる紫外光を照射して、樹脂３を光硬化させ、イジェクタ６を型２に対して上昇させることで、硬化した樹脂３を成形用レンズ基板１とともに離型する。

このように、本実施例によれば、光学有効内を不足なく充填するために設けた樹脂はみ出し部においても、ほぼ同心円状に樹脂が充填された回折光学素子を製造することができる。これにより、回折光学素子を搭載するカメラやビデオ等の光学機器から素子を目視で確認した場合にも、外観上問題ない素子となり、製品に搭載することができる。

（実施例２）
図８は、本実施例の複合型光学素子の製造方法を示す工程図である。本実施例において製造される回折光学素子を、図８を参照して説明する。

本実施例の回折光学素子は、成形用レンズ基板１とＺｒＯ_２（酸化ジルコニア）微粒子を分散したエポキシ樹脂３と、ＩＴＯ微粒子を分散したアクリル樹脂７と接合用レンズ基板８から構成される。成形用レンズ基板１は、Φ６０ｍｍの凹レンズの形状である。ＺｒＯ_２微粒子を分散したエポキシ樹脂３は、光硬化性を有しており、エポキシ樹脂中にナノサイズのＺｒＯ_２微粒子を２０ｖｏｌ％で均一に分散させており、無色透明の外観である。ＩＴＯ微粒子を分散したアクリル樹脂７は、同様に光硬化性を有しており、アクリル樹脂中にナノサイズのＩＴＯ微粒子を１６ｖｏｌ％で均一に分散させているので、青色の外観である。接合用レンズ基板８は、Φ５５ｍｍの凸レンズの形状である。ＺｒＯ_２微粒子を分散したエポキシ樹脂３とＩＴＯ微粒子を分散したアクリル樹脂７の間の回折格子は、格子高さ１０から１２μｍ、格子幅０．１から２ｍｍのブレーズ型回折格子であり、同心円状に形成されており、光学有効部はΦ５１ｍｍである。

本実施例の回折光学素子の成形に用いる型を、図８（ａ）を参照して説明する。型２は、その成形面に所望の回折格子の反転形状を有し、中心への凹形状で同心円状に形成されている。また、型２の光学有効外部には、型厚が厚くなっていく斜面形状があり、斜面形状と基板面との成す角度θが５０度であり、その後型厚が薄くなる形状の繰り返しが８回成された形状を有している。型２の成形面は、金属母材上にメッキ層として形成されたオプトカッパー（製品名、共和産業社製）上への切削によって形成されている。

本実施例の回折光学素子の製造方法を、順次説明する。

先ず、成形用レンズ基板１の片面に、ＺｒＯ_２微粒子を分散したエポキシ樹脂３との密着を強くするためのシランカップリング処理を施す。成形用レンズ基板１のシランカップリング処理面の中央付近にディスペンサーにて、ＺｒＯ_２微粒子を分散したエポキシ樹脂３を適量滴下する。

次に、成形用レンズ基板１を型２上に載せ、ＺｒＯ_２微粒子を分散したエポキシ樹脂３を型２上に充填する（図８（ｂ））。充填したＺｒＯ_２微粒子を分散したエポキシ樹脂３に対して、紫外線照射ランプによる紫外光を照射して、ＺｒＯ_２微粒子を分散したエポキシ樹脂３を硬化させる。さらに、硬化したエポキシ樹脂３と成形用レンズ基板１をイジェクタ６により離型し、成形品を得る。これにより得られた成形品は、図８（ｃ）のように光学有効部４に所望の回折面を有し、光学有効外部に接合時の樹脂はみ出し部５を有した形状となっている。

続いて、接合用レンズ基板８の片面に、ＩＴＯ微粒子を分散したアクリル樹脂７との密着を強くするためのシランカップリング処理を施す。接合用レンズ基板８のシランカップリング処理面の中央付近にディスペンサーにて、ＩＴＯ微粒子を分散したアクリル樹脂７を適量滴下する。若しくはＩＴＯ微粒子を分散したアクリル樹脂７を、成形用レンズ基板１の上に成形したＺｒＯ_２微粒子を分散したエポキシ樹脂３から成る回折格子面の中央付近に滴下しても良い。

次に、ＺｒＯ_２微粒子を分散したエポキシ樹脂３上に載せた接合用レンズ基板８を３００ｋｇｆで押圧して、ＩＴＯ微粒子を分散したアクリル樹脂７を接合用レンズ基板８上に充填する（図８（ｄ））。接合用レンズ基板８を３００ｋｇｆで押圧することで、ＩＴＯ微粒子を分散したアクリル樹脂７は薄く均一に引き延ばされる。ＩＴＯ微粒子を分散したアクリル樹脂７は青色の外観を有するため、厚さを２μｍまで引き延ばして透明性を高める必要がある。

接合用レンズ基板８を押圧すると、接合用レンズ基板面と成形用レンズ基板面、加圧面の３面における平行度の差により、円周方向の充填に不均一性が発生する。また、特に用いるレンズの曲率が小さい場合には、充填の不均一性はレンズ同士の位置ズレによっても発生するため、非常に大きくなる。

光学有効外部に成形によって得られる樹脂はみ出し部が斜面形状等を有していない場合には、加圧による充填の不均一性が改善されないため、樹脂はみ出し部での周方向の充填ばらつきは大きい。それに対し、本実施例のような斜面形状を繰り返したはみ出し部５を有している場合には、周方向の樹脂の回り込み作用が生じ、はみ出し部５での充填性が大きく改善した。

本実施例と、はみ出し部に斜面と型厚が厚くなる繰り返し形状を有さない場合とでのＩＴＯ微粒子を分散したアクリル樹脂７の充填性の比較を行った。アクリル樹脂７が充填された部分の中心からの距離を８方向で測定し、比較した結果を下記の表３に示す。

繰り返し形状を有さない場合には、光学有効内（半径２５．５ｍｍ）では全域で樹脂が充填されているが、はみ出し部（半径２５．５から２７．０ｍｍ）では樹脂が充填されている場所とされていない場所が存在する。また、ある方向ではレンズから樹脂が溢れだしてしまう。それに対し、本実施例では、はみ出し部の形状の効果により、周方向での回り込みの作用が生じ、充填性が大きく改善していることが分かる。

最後に、充填したＩＴＯ微粒子を分散したアクリル樹脂７に対して、不図示の紫外線照射ランプによる紫外光を照射して硬化させる。

このように、本実施例によれば、レンズ同士の接合を行う際に、加圧を行いながら薄く均一に樹脂を充填する必要がある場合にも、はみ出し部において同心円状に樹脂が充填された回折光学素子を製造することができる。これにより、回折光学素子を搭載するカメラやビデオ等の光学機器から素子を目視で確認した場合にも、外観上問題ない素子となり、製品に搭載することができる。

本発明の複合型光学素子は、光学有効部と前記光学有効部に樹脂が均一に充填された樹脂層を有するので、カメラやビデオ等の光学機器に利用することができる。

１ 基板
２ 型
２ａ，２ｂ 端部
３ 成形用光学樹脂
４ 光学有効部
５ 光学有効外部（樹脂はみ出し部）
６ イジェクタ
７ 接合用光学樹脂
８ 接合用レンズ基板
１０ 樹脂層
１０ａ、１０ｂ 端部
１１ 基板の接線
１２ 連続的な形状
１４ 第１の形状
１５ 第２の形状
２２ 連続的な形状
２４ 第１の形状
２５ 第２の形状

Claims (10)

1. 基板上に、光学有効部と前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部を有する樹脂層が形成された複合型光学素子において、
   前記樹脂層の光学有効外部の形状は、基板の外周方向に膜厚が薄くなっていく連続的な形状であり、かつ前記連続的な形状の両端部を結ぶ直線と、基板表面に近い方の端部に対向する点における基板表面の接線との角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする複合型光学素子。
2. 前記樹脂層の光学有効外部の外面の形状は、傾斜面または曲面である請求項１に記載の複合型光学素子。
3. 基板上に、光学有効部と前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部を有する樹脂層が形成された複合型光学素子であって、
   前記樹脂層の光学有効外部の形状は、基板の外周方向に膜厚が薄くなっていく連続的な第１の形状と、前記第１の形状に隣接して基板の外周方向に膜厚が厚くなっている第２の形状とを少なくとも有し、
   前記膜厚が薄くなっていく連続的な第１の形状の両端部を結ぶ直線と、基板表面に近い方の端部に対向する点における基板表面の接線との角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする複合型光学素子。
4. 前記樹脂層の光学有効外部の形状は、基板の外周方向に膜厚が薄くなっていく連続的な第１の形状と、前記第１の部分に隣接して基板の外周方向に膜厚が厚くなっている第２の形状とを１組として、２組以上１０組以下を繰り返し有していることを特徴とする請求項３に記載の複合型光学素子。
5. 前記樹脂層は、錫でドープした酸化インジウムの粒子を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の複合型光学素子。
6. 前記樹脂層の光学有効部の厚みのばらつきは、前記光学有効部の平均の厚みの１０％未満であることを特徴とする請求項５に記載の複合型光学素子。
7. 基板と、型の間に樹脂を介在させ前記樹脂を硬化する工程と、前記型を分離して、前記基板上に、光学有効部と前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部を有する樹脂層が形成する工程と、を有する複合型光学素子の製造方法であって、
   前記型の前記光学有効外部を形成する部分の形状は、外周方向に型厚が厚くなっていく連続的な形状であり、
   前記樹脂を硬化する工程で、前記型の前記連続的な形状の両端部を結ぶ直線と、基板表面に近い方の端部に対向する点における基板表面の接線との角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
8. 前記型の前記光学有効外部を形成する部分の基板に対向する外面の形状は、傾斜面または曲面である請求項７に記載の複合型光学素子の製造方法。
9. 基板と、型の間に樹脂を介在させ樹脂を硬化する工程と、前記型を分離して、前記基板上に、光学有効部と前記光学有効部に隣接して設けられた光学有効外部を有する樹脂層が形成された複合型光学素子を製造する方法であって、
   前記型の前記光学有効外部を形成する部分の形状は、外周方向に型厚が厚くなっていく連続的な第１の形状と、前記第１の形状に隣接して外周方向に型厚が薄くなっている第２の形状とを少なくとも有し、
   前記樹脂を硬化する工程で、前記型の前記型厚が厚くなっていく連続的な第１の形状の両端部を結ぶ直線と、基板表面に近い方の端部に対向する点における基板表面の接線との角度θが２０度以上６０度以下であることを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
10. 前記型の前記光学有効外部を形成する部分の形状は、外周方向に型厚が厚くなっていく連続的な第１の形状と、前記第１の部分に隣接して外周方向に型厚が薄くなっている第２の形状とを１組として、２組以上１０組以下を繰り返し有していることを特徴とする請求項９に記載の複合型光学素子の製造方法。

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