JPH02108001A - 複合型光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複合型光学素子に関する。

従来技術 レンズ枚数の削減、コンパクト化等で非球面レンズへの
期待が高まっている。非球面は球面と比べてはるかに加
工が困難であるため、成型が容易な、有機高分子樹脂等
を使用して、ガラスレンズ上に非球面を形成する技術が
提案されている。係る有機高分子樹脂としては、例えば
エネルギー硬化型樹脂等が使用されるが、従来のエネル
ギー硬化型樹脂組成物では、硬化後の耐熱性、耐湿性や
硬度等を良好にすることと、硬化成形等の形状精度を高
くすることを両立させるのが不可能であっＩこ。

たとえば、硬化成形時の形状精度を高くするために１〜
３官能のアクリレートを用いたり、ウレタン変性ポリエ
ステルアクリレートを用いると、硬度が低くなり、耐環
境特性を良好にすることが難しいという問題があった。

また、エネルギー照射硬化型のエポキシ系樹脂は一般的
にアクリレート系樹脂より収縮率が小さいため、所望の
形状精度は出しやすいが、重合開始用酸触媒等が使われ
ているため耐高温高温環境特性が悪く、又、エポキシ特
有の着色があり、それに起因すると考えられる耐候性に
も問題があり、光学素子としての実用化が困難であった
。

さらに、硬化後の耐熱性・耐湿性や硬度などを良好にす
るために、多官能系のエネルギー照射硬化型アクリレー
トを用いる技術が提案されているが、硬化収縮率が大き
く、歪発生が大きいため母材となるガラスレンズを歪ま
せたり、成形不可能となる場合があった。また、最大非
球面量はレンズ外径、形状などにより異なるが、通常１
００μｍ程度が限界であった。

このような非球面量の小さいレンズは、硬化収縮率の比
較的大きな樹脂を用いても一層成形で製作可能であるが
、非球面量が大きいレンズは一層成形が不可能であり、
従来、二層構造の樹脂層を設けることによりなされてい
る（例えば特開昭６０−５６５４４号公報）。しかし、
二層構造の複合型非球面レンズの製造は成形工程を２回
行う必要があり、コストアップの要因となっていた。

そこで、非球面量の大きいレンズに対しても、−層成形
を可能とし硬化収縮率が小さく、かつ表面硬度が高く、
耐高温高湿環境特性が良好な樹脂の開発が必要とされる
。

かかる樹脂として２〜４官能ウレタン変性ポリ脂層が４
官能以上の多官能（メタ）アクリレートで、平均官能基
間炭素数が１５以上の七ツマ−を３０重量％以上含有す
る組成物をエネルギー照射により重合硬化したものであ
ることを特徴とする複合型光学素子に関する。

基本単位となるモノマーとしては４官能以上の（メタ）
アクリレートであり、（メタ）アクリロイル基と他の（
メタ）アクリロイル基の間に含まれる炭素数が平均１５
以上という特徴を有するものである。

具体的には、例えば下記一般式（１）；［式中、Ｒは水
素原子またはメチル基を表わす；ｍは１または２の整数
、ｎは４，５または６の整数を示す１ で表わされる多官能（メタ）アクロイル仕上ツマ−を挙
げることができる。

エステル（メタ）アクリレートと３官能（メタ）アクリ
レートと単官能（メタ）アクリレートと光重合開始剤と
を含有する組成物の紫外線硬化型樹脂が知られているが
（例えば特開昭６２−２５８４０１号公報）、硬度が低
く表面層として必要な耐環境特性に欠ける。又、硬度が
低いため、樹脂層の上に反射防止のための蒸着膜を設け
た場合、シワや膜ヌケなどがおこるなどの問題があり、
実用化の可能性の低いものである。

発明が解決しようとする課題 本発明は、上記した問題に鑑みなされたものであって、
非球面量が大きくても一層構造で成型が可能であるエイ
・ルギー照射硬化型樹脂組成物を用いて、形状精度、表
面硬度、および耐環境特性に優れた複合型光学素子（レ
ンズ）を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は母材となるレンズ基材表面に、エネルギー照射
硬化型樹脂層を所望の形状に設けた複合型光学素子にお
いて、該エネルギー照射硬化型樹所望の樹脂硬度も達成
するために、（メタ）アクロイル官能基を４つ以上（ｎ
が４以上）必要とする。

（メタ）アクロイル官能基が３以下（ｎが３以下）の場
合は、所望の硬度を達成できない。

上記化合物は（メタ）アクロイル官能基と（メタ）アク
ロイル官能基間に少なくとも１５炭素数を有し、二重結
合や芳香族、シクロ環などを含んでいないため分子回転
やミクロブラウン運動を行なうことができ、柔軟性をも
付与することができ、両アクロイル官能基間の平均炭素
数を変化させることにより得られる樹脂の硬度を制御す
ることができる。

上記平均炭素数は、たとえば、上記一般式（Ｉ）におい
て、６（メタ）アクリロイル官能性（ｎ＝６）七ツマ−
の場合、ｍ＝１のときは、平均官能基間炭素数が１６．
８であり、ｍ＝２のときは、平均官能基炭素数は２８．
８である。

しかし、該平均炭素数が１５以上であっても、官能基の
数が３より小さい（ｎ＜　３　）場合には先に述べたよ
うに所望の硬度を達成できない。

上記一般式（Ｉ）で表わされるモノマーは例えば商品名
ＤＰＣＡ−６０（日本化薬製）（その商品はｍ＝Ｌｎ＝
６）として入手可能である。

一般式（Ｉ）で表わされるモノマーから、レンズ基村上
に非球面状に樹脂を形成するには、レンズ基材と所望の
非球面形状と凹凸の関係にある型の間に上記七ツマ−を
流し込み、光を照射し、光重合すればよい。もちろん、
非球面状樹脂形成と同様に球面状に樹脂形成することも
可能である。

レンズ基材としては、公知の光学用レンズ、例えば、両
凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、メン
ス力スレンズ等を使用でき、その材質も、ガラスに限ら
ず、プラスチック樹脂、水晶などの結晶材料等で構成さ
れていてもよい。本発明はさらに７レネルレンズ、カメ
ラのピント板、ビームスプリッタ−素子に見られるよう
な山形のくり返し形状を施す用途にも応用可能である。

光重合は、光源として波長３５０〜４００ｎｍの光を照
射して行なう。具体的重合条件（例えば温度、照射時間
、照射強度、照度分布等）は個々の常０〜５０重量％使
用する。好ましくは２０〜４０重量％使用する。５０重
量％を越えると粘度の増加が著しく作業性が低下し、耐
湿性や耐熱性、耐紫外線性等の耐環境性が低下し硬度も
低下するためである。

なお、ウレタン変性ポリエステル（メタ）アクリレート
モノマーを使用するときは、前記一般式（Ｉ）で表わさ
れる化合物の使用量は、５０重量％以上の量で使用する
。５０重量％未満であると、この樹脂のもつ特性（硬度
大、柔軟性大）が生かせない。

ウレタン変性ポリエステル（メタ）アクリレトモツマ−
は、多価アルコールと多塩基酸から合成されるポリエス
テルオリゴマーを主鎖骨格としてなる。このポリエステ
ルオリゴマーは、少なくとも２〜４価のアルコールと２
〜４塩基酸が使用されて合成され、そのポリエステルオ
リゴマーの主鎖および側鎖の末端部分のヒドロキシ基に
ジイソシアナトの一端のインシアナト基が結合し、該ジ
イソシアナトのもう一端のインシアナト基に、千ツマー
基板材料、所望形状により適宜選択すればよい。

光重合開始剤は、紫外線硬化樹脂にとって必須の成分で
あり、例えば実用的な面から有効な光重合開始剤として
は、ベンゾインエーテル、ベンゾフェノン、ベンジル、
２，２−ジェトキシアセトフェノン、２．２−ジメトキ
シ−２−フェニルアセトフェノン、２−アルキルアント
ラキノン、ミヒラーズケトンなどがよく使用されている
。

光重合開始剤の使用量は、通常の使用量でよく、七ツマ
ー成分（後述する他のモノマー成分を含む場合はその合
計量）に対して０．５〜５重量％用いれば充分である。

本発明においては、さらに他のモノマーと共重合しても
よく、係るモノマーとしては例えば、ウレタン変性ポリ
エステル（メタ）アクリレートを挙げることができる。

係るモノマーは、柔軟性を付与し、硬化時の収縮歪を小
さくするための成分であり、又、エネルギー照射硬化型
樹脂層の成形時の粘度バランスを調整するための成分で
あり、通ヒドロキシ基を分子中に有する（メタ）アクリ
レートが結合してなる２〜４官能ウレタン変性ポリエス
テル（メタ）アクリレートである。例として、２官能ウ
レタン変性ポリエステルアクリレートの構造（ＩＩ）を
下記する。

（Ｉ［） ［式中、ＤＩはジイソシアナト、Ａは多価アルコル、Ｂ
Ａは多塩基酸を示す。］ 実施例１ 本発明の多官能アクリレートとして、次の２種類（ＡＩ
およびＡＩ［）を使用した。

多官能アクリレート（Ａ　Ｉ　Ｘ一般式（Ｉ）中、ｍ＝
２、ｎ＝６、Ｒ−ＨＸ平均官能基間炭素数＝２８．８）
多官能アクリレート（ＡＩ［Ｘ一般式（Ｉ）中、ｍ−１
、ｎ＝６、Ｒ＝ＨＸ平均官能基間炭素数−１６，８ウレ
タン変性ポリアクリレートとして下記構造式（Ｃ）； またポリエステルアクリレートとして下記構造０Ｈ２＝
　ＣＨ−Ｃ−ＯＣＨ２ＣＨ２０イＴＤＩ：＋（ＥＧ−Ａ
ＤＡ端（−ＥＧ）（ＴＤＩ升０ＣＨ２ＣＨ２０−Ｃ−Ｃ
Ｈ＝　ＣＨ２（Ｃ） ［式中、ＴＤＩはトルエンジイソシアナト、ＰＧはプロ
ピレングリコール、ＡＤＡはアジピン酸を示す。］ を用いた。

光重合開始剤として下記構造式； の化合物を用いた。

比較組成物として、下記構造式の多官能アクリレート（
ＢＩ［［）　　； の化合物を用いた。（平均官能基間炭素数＝１０．８）
式（Ｅ）、（Ｆ）； ［式中、Ｇはグリセリン、ＡＤＡはアジピン酸、ＥＧは
エチレングリコールを表わす。１（Ｆ） を用いた。

以上のものを表１に示した配合割合で混合して、６種類
の組成物（本発明に係る樹脂層の組成１〜３と比較組成
１〜３）を得た。これら組成物を一＝　３５．０ｍｍ、
　ＲＩ　＝　３７．５ｍｍ凸、Ｒ２＝１０４゜Ｑｍｍ凹
、中心厚−５−Ｏｍｍ、材質ＢＫ７の母材球面レンズの
Ｒ２凹面側に中心厚＝５０μｍ１最大樹脂厚差＝１５０
μｍになるようにｕ＝３３．０ｍｍ。

Ｒ＝９０．５ｍｍの金型を用い１球面樹脂層を設けて、
６種類の複合型球面レンズを得、以下の評価を行なった
。結果を表１に示した。

（１）硬化収縮率 ＪＩＳＫ−７１１２に基づき、ビクノメーターを用いて
硬化前と硬化後の比重を測定し、その比重差を硬化後の
比重で除した数値を硬化収縮率とした。

（２）鉛筆硬度 ＪＩＳＫ−５４０１に基づき、各硬度の鉛筆によりレン
ズ表面に対し、ひつかき試験を各５回ずつ行ない、レン
ズ表面のキズがはじめて２回以上となった最低の硬度を
鉛筆硬度とした。

（３）吸水率 ＪＩＳＫ−６９１１に基づき、煮沸前後の重量測定によ
り求めた。

（４）耐高温高湿環境特性 得られたレンズに反射防止のだめの蒸着膜を設けた後、
７０°０８０％ＲＨの高温高湿槽中に５００時間放置し
、放置前後の外観をチエツクした。

（以下、余白） 比較組成物１については、本発明組成物３と比較すると
明らかなように、多官能アクリレート（Ｂ■）の平均官
能基間炭素数が１５以下であるため、比較組成物１は硬
化収縮率が大きく、硬化時にヒケが発生し、最大樹脂厚
差１５０μｍのレンズを成形することは不可能であった
。比較組成物２については、表面硬度が低く、高温高湿
環境に置いた場合に外観変化を起こしている。比較組成
物３については、硬化収縮が大きいため、硬化時にヒケ
が発生し、最大樹脂厚差１５０μｍのレンズを成形する
ことは不可能であった。

それに対し、本発明組成物については硬化収縮率が小さ
いにもかかわらず、表面硬度は高く高温高湿環境に置い
ても変化が見られなかった。

実施例２ 実施例１で用いた本発明の樹脂組成物１を用いて一眼レ
フ用非球面レンズを設計し、外径３１．５ｍｍ、中心樹
脂厚−８０μｍ１最大非球面量＝２５０μｍの非球面レ
ンズを作成したところ、形状精度、耐環境特性共に良好
なものが得られた。作成した非球面レンズの樹脂層形状
を第１図に示す。

発明の効果 本発明は、多官能でかつ官能基間炭素数の多いアクリレ
ートを用いることにより、硬化収縮率が小さく、しかも
表面硬度が高く、耐環境特性の良好なエネルギー照射硬
化型樹脂を提供した。本発明はさらに非球面量が大きく
ても一層構造であり、形状精度が出せる複合型非球面レ
ンズを提供した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、非球面レンズの樹脂層形状を示す図である。 特許出願人　ミノルタカメラ株式会社 代理　人　弁理士前　山　葆　はか１名＝１６− 手続補正書 第１図 ２、発明の名称 複合型光学素子 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　（６０７） ミノルタカメラ株式会社 ４、代理人 住所　〒５４０ 大阪府大阪市東区域見２丁目１番６１号ツイン２１　Ｍ
ＩＤタワー内　電話（０６）９４９−１２６１＃Ｒ′＆
厚ｈｍ） ６６　　補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 ７、補正の内容 （１）明細書第６頁第１行、「樹脂硬度も」とあるを「
樹脂硬度を」に訂正する。 （２）同第１１頁、式（Ｃ）の下策１行〜第２行、ｒＰ
Ｇはプロピレングリコール」とあるをｒＥＧはエチレン
グリコール」に訂正する。 （３）同第１２頁に記載の式（Ｅ） ［ （Ｅ） 」 に訂正する。 以 上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、母材となるレンズ基材表面に、エネルギー照射硬化
   型樹脂層を所望の形状に設けた複合型光学素子において
   、該エネルギー照射硬化型樹脂層が４官能以上の多官能
   （メタ）アクリレートで、平均官能基間炭素数が１５以
   上のモノマーを３０重量％以上含有する組成物をエネル
   ギー照射により重合硬化したものであることを特徴とす
   る複合型光学素子。