JP4281146B2

JP4281146B2 - 樹脂接合型光学素子

Info

Publication number: JP4281146B2
Application number: JP07471799A
Authority: JP
Inventors: 耕司中田; 治彦角田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: JP2000266907A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材上に硬化樹脂層を設けてなる樹脂接合型光学素子（例えば、ガラス基材と樹脂とが接合されて構成された複合型光学部品）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子であるレンズには、表面形状が非球面の非球面レンズがある。この非球面レンズは、球面レンズによる球面収差や広角レンズによるディストーションを除去出来る等、球面レンズ等では得られない優れた性能を有することから重用されている。
【０００３】
このような非球面形状を有する光学部品としては、例えば、特開昭５９−１２４１２号公報（ミノルタ）に開示されるように、ガラス基材上に樹脂層を形成した樹脂接合型光学素子である複合型光学部品が提案されている。
かかる複合型非球面レンズ（樹脂接合型光学素子）では一般に、例えば図１に示す様に硬化樹脂層が設けられたレンズ面とは反対側のレンズ面に、単層膜または多層膜の反射防止用薄膜（反射防止膜）３が形成されている。
【０００４】
ここで、反射防止膜としては、カメラ等の光学部品に用いられる広帯域な多層膜が形成される場合が多く、その反射率特性を図３に示す。
この広帯域な多層膜の性能には、カメラ等の光学部品におけるカラーバランス等の要求品質より、可視域（４００nm〜７００nm）に於いて１％以下の反射率が求められる。
【０００５】
また、この反射防止膜は一般的には、真空蒸着法により形成されるので、薄膜形成時にレンズ面は２５０℃程度の高温になる。そのため、レンズ面に硬化樹脂層を形成する前に反射防止膜が蒸着される。
というのは、前記硬化樹脂層を構成する紫外線硬化型樹脂は一般に、前記の様な高温環境下に放置すると劣化して、光学部品としての品質（外観、非球面形状、屈折率）を低下させるからである。
【０００６】
図２に複合型非球面レンズ（樹脂接合型光学素子）の一般的な製造工程を示す。
図２の第１工程では、先ずガラスレンズ（基材）１を用意する。
次に、第２工程では、ガラスレンズ１の一方の表面（硬化樹脂層を形成するレンズ面Ａとは反対側のレンズ面Ｂ）に反射防止膜３をコーティングする。
【０００７】
そして、第３工程では、ガラスレンズ１の他方の表面（反射防止膜３をコーティングしていないレンズ面Ａ）に硬化樹脂層２を形成して非球面形状を創生する。ここで、硬化樹脂層２の形成は例えば以下のように行う（図11参照）。
▲１▼先ず、レンズ基材51の表面Ａと、金型53の所定形状を有する金型面との間に紫外線硬化型樹脂液52aを挟む。
【０００８】
▲２▼次に、前記樹脂液52aを押し広げながら、前記レンズ基材51と前記金型53との間隔が所定値または所定範囲となる位置まで両者を接近させる。
▲３▼前記レンズ基材51及び金型53の位置を保持した状態で、レンズ基材51の反射防止膜を形成した表面Ｂ側から前記樹脂液52aに光（紫外線）54を照射することにより樹脂液を硬化させ、硬化樹脂層52を形成して前記レンズ基材51と一体化させるとともに、該硬化樹脂層52の表面に前記金型面の形状を転写させて非球面形状を創生する。
【０００９】
▲４▼前記硬化樹脂層52が一体に形成されたレンズ基材51を前記金型面から剥離する。
最後に第４工程では、前記硬化樹脂層２の上に反射防止膜４をコーティングする（図２）。
以上のような工程（一例）により、従来の複合型非球面レンズ（樹脂接合型光学素子）が得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の樹脂接合型光学素子（例えば複合型非球面レンズ）は、所望の光学面形状（例えば非球面形状）から大きく外れた形状を有することが多く、必要な光学性能を充分に果たす樹脂接合型光学素子（例えば複合型非球面レンズ）を得がたいという問題点があった。
【００１１】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、所望の光学面形状（例えば非球面形状）から大きく外れることなく、必要な光学性能を充分に果たすことができる樹脂接合型光学素子（例えば複合型非球面レンズ）を提供することを目的とする。
【００１２】
そのため、本発明は第一に「基材上に硬化樹脂層を設けてなる樹脂接合型光学素子において、前記硬化樹脂層は前記基材の一方の表面に設けられ、該基材の他方の表面には前記硬化樹脂層の形成の前に設けられた、波長３６５nmの光に対する反射率が１％以下でありかつ可視域（４００〜７００nm）の光に対する反射率も１％以下である反射防止膜が設けられていることを特徴とする樹脂接合型光学素子。（請求項１）」を提供する。
【００１３】
また、本発明は第二に「前記硬化樹脂層の上に可視域（４００〜７００nm）の光に対する反射率が１％以下の反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂接合型光学素子。（請求項２）」を提供する。
また、本発明は第三に「前記硬化樹脂層を設けた基材表面（第１面）の光学的有効径が前記反射防止膜を設けた基材表面（第２面）の光学的有効径に比べて大きく、前記第２面の光学的有効径部分の周辺部は、反射防止膜が設けられていないアラズリ部であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の樹脂接合型光学素子。（請求項３）」を提供する。
【００１４】
また、本発明は第四に「前記基材の材料が光学ガラスまたは結晶性光学材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂接合型光学素子。（請求項４）」を提供する。
また、本発明は第五に「少なくとも一つの非球面形状光学面を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂接合型光学素子。（請求項５）」を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、従来の樹脂接合型光学素子（例えば複合型非球面レンズ）が所望の光学面形状（例えば非球面形状）から大きく外れた形状を有することが多い原因を見出し、これに基づいて本発明をなすに至ったので、これについて先ず説明を行う。
【００１８】
基材（例えばレンズ基材）の一つの光学面に硬化樹脂層を形成する場合に、その材料には紫外線等の比較的短波長の光により硬化する光硬化型樹脂液（例えば、紫外線硬化型樹脂液）が多く用いられる。
そして、前記紫外線としては、ｉ線と呼ばれる波長３６５nmの光が一般的であり、市販の紫外線照射装置の多くはこの波長光を採用している。
【００１９】
ここで、硬化樹脂層を形成する際の紫外線量は、非常に精密に管理する必要がある。これは、紫外線硬化型樹脂液は、紫外線照射による硬化反応が急激であり（紫外線を照射すると、数秒で硬化が始まり、１０数秒で硬化が完了する）、照射する紫外線量が基材毎に同一となるように管理しないと、形成される硬化樹脂層の表面形状（例えば非球面形状）が基材毎に大きくばらつく原因となるからである。
【００２０】
ところで、従来の反射防止膜は、光学部品（例えばカメラ等の鏡玉）における要求品質を可視域（４００nm〜７００nm）についてのみ規格設定しているが、樹脂層を形成する際に使用する紫外線（ｉ線：波長３６５nm）に対しては、規定設定等の注意を特に払っていなかった。
そのため、紫外線（ｉ線：波長３６５nm）に対する前記従来の反射防止膜の反射率（逆に言うと透過率）は、成膜誤差によりその値が大きくばらついていた。
【００２１】
即ち、反射防止膜を例えば蒸着法により成膜する際に、成膜物質（ターゲット）と被成膜基材の距離誤差と角度誤差により製造（成膜）誤差が製造ロット毎に発生し、得られた反射防止膜の分光特性全体がシフト（波長シフト）して、その結果、紫外線（ｉ線：波長３６５nm）に対する従来の反射防止膜の反射率は、成膜誤差によりその値が大きくばらついていた。
【００２２】
ところで、前述したように、基材の光学面に硬化樹脂層を形成する際には、基材の反射防止膜を形成した光学面側から樹脂液に紫外線（波長３６５nm）を照射するが（図11参照）、紫外線に対する反射防止膜の反射率が製造ロット毎に大きくばらつくと、紫外線の透過率が大きく変化して、樹脂液に到達する単位時間当たりの紫外線透過量も無視できない程度に変動することとなる。
【００２３】
即ち、従来の樹脂接合型光学素子（例えば複合型非球面レンズ）が所望の光学面形状（例えば非球面形状）から大きく外れた形状を有することが多い原因は、光学素子の基材に形成された反射防止膜の紫外線（波長３６５nm）に対する反射率の大きなばらつきにより、樹脂液に到達する単位時間当たりの紫外線透過量が大きく変動して、形成される硬化樹脂層の表面形状が製造ロット毎に無視できない程度にばらつくためである。
【００２４】
例えば図４に示すようなレンズ形状の場合には、硬化樹脂層を形成するために照射する紫外線は、レンズ面Ｂに施された反射防止膜の部分Ｄを透過する紫外線５とレンズ外周部のアラズリ部Ｃを透過する紫外線６に分けられる。
一般にアラズリ部Ｃには反射防止膜を施さないので、アラズリ部Ｃを透過する紫外線６の量は、レンズ毎にみても一定であるが、反射防止膜部分Ｄを透過する紫外線５の量は、前述した理由（反射率のばらつき）によりレンズ毎に変動する。
【００２５】
即ち、図４に示すようなレンズ形状の場合には、アラズリ部Ｃと反射防止膜部分Ｄを透過する各紫外線の量のバランスはレンズ毎に大きく異なるので、硬化樹脂層における非球面形状のばらつき量は、アラズリ部のないレンズ形状の場合と比較して一層大きくなり、所望の非球面形状を有する複合型非球面レンズ（樹脂接合型光学素子）は更に得難くなる。
【００２６】
そこで、本発明においては、従来の樹脂接合型光学素子（例えば複合型非球面レンズ）が所望の光学面形状（例えば非球面形状）から大きく外れた形状を有することが多い原因となる、光学素子の基材に形成された反射防止膜の紫外線（波長３６５nm）に対する反射率のばらつきを、形成される硬化樹脂層の表面形状のばらつきが無視できる程度となるように低減することとした。
【００２７】
即ち、基材の一方の表面に硬化樹脂層を設けてなる本発明（請求項１〜８）にかかる樹脂接合型光学素子では、基材の他方の表面（硬化樹脂層を形成しない光学面）に設けた反射防止膜の波長３６５nmの光に対する反射率を１％以下に設定した。
かかる構成を採用した本発明（請求項１〜８）の樹脂接合型光学素子は、その光学面形状が所望形状（例えば非球面形状）から僅かに外れるだけなので、必要な光学性能を充分に果たすことができる。
【００２８】
本発明にかかる反射防止膜は、所望の光学面形状（例えば非球面形状）を有する樹脂接合型光学素子が安定して得られるように、蒸着角度条件等の製造誤差による設定分光特性からの波長シフトが±１０nm生じても、波長３６５nmの光に対する実測反射率が安定して１％以下となるような分光特性を有するようにすることが好ましい（請求項２）。
【００２９】
本発明にかかる反射防止膜としては、例えば、基材側に位置する高屈折率物質と中屈折率物質との交互多層膜と、該交互多層膜上に形成された低屈折率物質の最外層により、多層に積層して構成されたものを使用することができる（請求項３）。以下にその具体例を示す。
基材/M/H/M/H/M/H/M/H/L（基材上に設けた９層構成の反射防止膜）
ここで、H：高屈折率（2.0〜2.2）の物質層（例：TiO₂層またはZr0₂層）
M：中屈折率（1.6〜1.7）の物質層（例：Al₂O₃層）
Ｌ：低屈折率（1.38〜1.4）の物質層（例：MgF₂層）
また、本発明にかかる反射防止膜は、可視域（４００〜７００nm）の光に対する反射率も１％以下となるように構成して、かかる特性が要求されるカメラ等の光学部品に適用できるようにしてもよい（請求項４）。
【００３０】
また、本発明においては、硬化樹脂層の上に可視域（４００〜７００nm）の光に対する反射率が１％以下の反射防止膜を更に設けてもよい（請求項５）。
また、本発明は、硬化樹脂層を設けた基材表面（第１面）の光学的有効径が反射防止膜を設けた基材表面（第２面）の光学的有効径に比べて大きく、前記第２面の光学的有効径部分の周辺部が反射防止膜が設けられていないアラズリ部である樹脂接合型光学素子に適用すると、より効果的である（請求項６）。
【００３１】
本発明にかかる樹脂接合型光学素子の基材材料としては、例えば光学ガラスや結晶性光学材料を使用することができる（請求項７）。
また、本発明は、少なくとも一つの非球面形状光学面を有する樹脂接合型光学素子に用いて好適である（請求項８）。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００３２】
【実施例１】
基材上に硬化樹脂層を設けてなる本実施例の複合型光学部品（樹脂接合型光学素子）であるレンズは、硬化樹脂層４が基材１の一方の表面Ａに設けられ、該基材１の他方の表面Ｂには波長３６５nmの光に対する反射率が１％以下の反射防止膜３が設けられている。
【００３３】
本実施例にかかる複合型光学部品（レンズ）を図１に示す。また、前記反射防止膜の反射分光特性を図５に示す。
レンズ基材１は、Ｓ−ＬＡＨ５５(オハラ硝材)により構成され、そのレンズ面Ｂには図５に示す特性を有する反射防止膜３が形成されている。
この反射防止膜３の波長３６５nmの光に対する反射率は０．１％以下であり、また波長４００nm〜７００nmの光に対する反射率は１％以下である。
【００３４】
また、レンズ基材１のレンズ面Ａには硬化樹脂層４が形成されている。
本実施例の複合型光学部品（レンズ）は、図２に示す工程により製造される。
先ず第１工程では、レンズ基材１を用意する。
次に、第２工程では、レンズ基材１の一方の表面（硬化樹脂層を形成するレンズ面Ａとは反対側のレンズ面Ｂ）に反射防止膜３をコーティングする。
【００３５】
そして、第３工程では、レンズ基材１の他方の表面（反射防止膜３をコーティングしていないレンズ面Ａ）に硬化樹脂層２を形成して非球面形状を創生する。ここで、硬化樹脂層２の形成は例えば図11に示す工程により行う。
図７は、以上のようにして製造した本実施例の複合型光学部品（レンズ）の非球面形状を測定した結果である。横軸（Ｘ軸）は半径位置を表し、縦軸（Ｙ軸）は設計値からのズレ量を表している。
【００３６】
なお、非球面形状を測定した本実施例にかかるレンズは１０枚あり、各レンズ面Ｂの反射防止膜３はそれぞれ異なるバッチにて処理したものである。
図７の測定結果よりレンズの非球面形状のバラツキは０．３μm以下であり非常に小さいことが判る。
また、図８には１０枚のレンズについて、各レンズ面Ｂにコーティングした反射防止膜の反射特性のバラツキを示した。これによれば、波長３６５nmの光に対する反射率のバラツキは０．０５％〜０．３％であり十分に小さいことが判る。
【００３７】
このように、本実施例の複合型光学部品（レンズ）は、その光学面形状が所望形状（非球面形状）から僅かに外れるだけなので、必要な光学性能を充分に果たすことができる。
【００３８】
【実施例２】
基材上に硬化樹脂層を設けてなる本実施例の複合型光学部品（樹脂接合型光学素子）であるレンズは、硬化樹脂層４が基材１１の一方の表面Ａに設けられ、該基材１１の他方の表面Ｂには波長３６５nmの光に対する反射率が１％以下の反射防止膜３が設けられている。
【００３９】
本実施例にかかる複合型光学部品（レンズ）を図６に示す。また、前記反射防止膜の反射分光特性を図５に示す。
レンズ基材１１は、Ｓ−ＬＡＨ５５(オハラ硝材)により構成され、そのレンズ面Ｂには図５に示す特性を有する反射防止膜３が形成されている。
この反射防止膜３の波長３６５nmの光に対する反射率は０．１％以下であり、また波長４００nm〜７００nmの光に対する反射率は１％以下である。
【００４０】
また、レンズ基材１１のレンズ面Ａには硬化樹脂層４が形成されている。
本実施例の複合型光学部品（レンズ）は、図２に示す工程により製造される。
本実施例の複合型光学部品（レンズ）の１０枚について、その非球面形状をそれぞれ測定したところ、非球面形状のバラツキは０．３μm以下であり非常に小さいことが判った。
【００４１】
また、１０枚のレンズについて、各レンズ面Ｂに形成した反射防止膜３の波長３６５nmの光に対する反射率のバラツキは０．０５％〜０．３％であり十分に小さいことが判った。
このように、本実施例の複合型光学部品（レンズ）は、その光学面形状が所望形状（非球面形状）から僅かに外れるだけなので、必要な光学性能を充分に果たすことができる。
【００４２】
【比較例】
基材上に硬化樹脂層を設けてなる本比較例の複合型光学部品（樹脂接合型光学素子）であるレンズは、硬化樹脂層が基材（実施例２と同一）の一方の表面に設けられ、該基材の他方の表面には波長３６５nmの光に対する反射率が１％を越える反射防止膜（図３の分光特性を有する）が設けられている。
【００４３】
本比較例の複合型光学部品（レンズ）の１０枚について、その非球面形状をそれぞれ測定したところ、非球面形状のバラツキは２μm程度あり、前記各実施例と比較すると非常に大きいことが判った。
本比較例の複合型光学部品（レンズ）は、その光学面形状が所望形状（非球面形状）から大きく外れるので、必要な光学性能を充分に果たすことができない。
【００４４】
なお、１０枚のレンズについて、各レンズ面の反射防止膜の波長３６５nmの光に対する反射率のバラツキは６％〜１６％であり、非常に大きいことが判った。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明（請求項１〜８）の樹脂接合型光学素子は、その光学面形状が所望形状（例えば非球面形状）から僅かに外れるだけなので、必要な光学性能を充分に果たすことができる。
例えば、本発明によれば、硬化樹脂層の形成時に、レンズ基材面を透過する紫外線量を従来よりも安定化できるので、硬化樹脂層表面の非球面形状を安定して創生できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、実施例１の複合型光学部品（樹脂接合型光学素子、レンズ）を示す構成説明図である。
【図２】は、実施例１の複合型光学部品（樹脂接合型光学素子、レンズ）の製造工程図である。
【図３】は、従来（例えば比較例）の反射防止膜の反射特性図である。
【図４】は、硬化樹脂層を形成するために照射する紫外線がレンズ面Ｂに施された反射防止膜の部分Ｄを透過する紫外線５とレンズ外周部のアラズリ部（反射防止膜なし）Ｃを透過する紫外線６に分けられる様子を示す説明図である。
【図５】は、本発明にかかる反射防止膜（一例）の分光反射特性図である。
【図６】は、実施例２の複合型光学部品（樹脂接合型光学素子、レンズ）を示す構成説明図である。
【図７】は、実施例１の複合型光学部品（レンズ）１０枚の非球面形状を測定したデータ図である。
【図８】は、実施例１の１０枚のレンズについて、各レンズ面の反射防止膜の分光反射特性のバラツキを示したデータ図である。
【図９】は、従来（比較例）の複合型光学部品（レンズ）１０枚の非球面形状を測定したデータ図である。
【図１０】は、比較例の１０枚のレンズについて、各レンズ面の反射防止膜の分光反射特性のバラツキを示したデータ図である。
【図１１】は、基材上に硬化樹脂層を形成する方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１、１１、５１・・・光学素子の基材
２・・・硬化樹脂層
３・・・反射防止膜（基材面上）、
４・・・反射防止膜（硬化樹脂層上）
５・・・紫外線（反射防止膜部分Ｄを透過する紫外線）、
６・・・紫外線（アラズリ部Ｃを透過する紫外線）
５２・・・硬化樹脂層
５２ａ・・・光硬化型樹脂液
５３・・・金型
５４・・・光（紫外線）
Ａ・・・基材の硬化樹脂層形成面
Ｂ・・・基材面Ａとは反対側の基材面
Ｃ・・・基材面Ｂのあらずり部
Ｄ・・・基材面Ｂの反射防止膜形成部分
以上

Claims

基材上に硬化樹脂層を設けてなる樹脂接合型光学素子において、
前記硬化樹脂層は前記基材の一方の表面に設けられ、該基材の他方の表面には前記硬化樹脂層の形成の前に設けられた、波長３６５nmの光に対する反射率が１％以下でありかつ可視域（４００〜７００nm）の光に対する反射率も１％以下である反射防止膜が設けられていることを特徴とする樹脂接合型光学素子。
前記硬化樹脂層の上に可視域（４００〜７００nm）の光に対する反射率が１％以下の反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂接合型光学素子。
前記硬化樹脂層を設けた基材表面（第１面）の光学的有効径が前記反射防止膜を設けた基材表面（第２面）の光学的有効径に比べて大きく、
前記第２面の光学的有効径部分の周辺部は、反射防止膜が設けられていないアラズリ部であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の樹脂接合型光学素子。
前記基材の材料が光学ガラスまたは結晶性光学材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂接合型光学素子。
少なくとも一つの非球面形状光学面を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂接合型光学素子。