(57)【要約】【課題】  光硬化性樹脂を用いて光学素子を製造する際、ラジカル系光重合開始剤を用いると硬化阻害が生じる恐れがあり、カチオン系光重合開始剤を用いると光学素子が着色してしまった。光学素子表面の硬化が進んだ透明な成形品、更に離型性がよく転写性のよい成形品を製造できるようにする。【解決手段】  予め型の表面に反応の十分進んだ重合体を塗付しておき、この型を用いて光硬化性樹脂を成形する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を成形するための型の表面に重合体１を溶解した溶液を塗付する塗布工程と、溶剤を乾燥除去する乾燥工程と、光硬化性組成物を前記型の表面に供給する供給工程と、前記組成物に光を照射して硬化させ重合体２を得る硬化工程とから成ることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
更に前記供給工程と硬化工程との間に、前記組成物上に光学素子の母体となる光学素子ブランクを前記組成物の上に載置する載置工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記重合体１を溶解した溶液の粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記溶剤を乾燥除去後の重合体１の膜の厚さが５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法により製造されたことを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ、プリズム、回折光学素子等の光学素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光硬化性組成物を用いて成形によって光学素子を製造する方法において、光硬化性組成物の重合を開始させるために、ラジカル系光重合開始剤或いはカチオン系光重合開始剤が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３３６１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記光重合開始剤の内、ラジカル系光重合開始剤は、酸素の存在下において硬化阻害が生ずるという特性を有している。このため、型の表面に酸素ガスが吸着していると、型側の樹脂が十分に硬化せず、正確な成形が困難であるという問題があった。特に、光学素子として表面に微小な溝を有する回折格子を製造する場合には、精密な形状の転写が求められる一方で、これらの溝に空気が残りやすく、前記硬化阻害の問題は深刻であった。
【０００４】
前記の硬化阻害を回避する方法としては、光学素子の成形を窒素ガス雰囲気下で行うことが考えられるが、設備が大型化するといった新たな問題が生じてしまう。
【０００５】
これに対して、カチオン系光重合開始剤は、前記のような問題は発生しないが、可視光の波長領域に吸収をもつものが多く、光学素子の製造には適してなかった。特に、５０μｍ以上の厚みを有する光学素子を、カチオン系光重合開始剤を用いて製造した場合、光学素子が着色されてしまい好ましくなかった。
【０００６】
一方、特許文献１には、重合阻害を生じさせることなく、十分な硬化速度を得るために、光硬化性樹脂にカチオン系光重合開始剤とラジカル系光重合開始剤とを混合して成る組成物を用いて光ファイバーを被覆した例が記載されている。しかしながら、この例においては、光ファイバーそのものでなく、その被覆材に前記組成物を用いたものなので、光の吸収に関しては考慮されてない。このため、特許文献１に記載された組成物を用いて光学素子を製造した場合には、十分な透明性が得られないことが考えられた。
【０００７】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、硬化阻害を生ずることなく精密な形状の製造が可能で、且つ、光の吸収の小さい光学素子及びその製造方法を提供することにある。本発明によれば、型表面において型表面の樹脂は十分に硬化が進んでいるため、離型性が良く、また転写性のよい光学素子を製造することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明に係わる光学素子の製造方法は、光学素子を成形するための型の表面に重合体１を溶解した溶液を塗付する塗布工程と、溶剤を乾燥除去する乾燥工程と、光重合開始剤を含む組成物を前記型の表面に供給する供給工程と、前記組成物に光を照射して硬化させ重合体２を得る硬化工程とから成るものである。
【０００９】
前記の光学素子の製造方法において、更に前記供給工程と硬化工程との間に、前記組成物上に光学素子の母体となる光学素子ブランクを載置する載置工程を備えても良い。
【００１０】
更に、前記重合体１を溶かした溶液の粘度は５０００ｍＰａ・ｓ以下であることが良く、又、前記溶剤を乾燥除去後の重合体１の膜の厚さが５００μｍ以下であることが良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、予め型の表面に反応が十分進んだ重合体を塗付しておき、この型を用いて光硬化性樹脂を成形するようにしたので、光学素子表面の強度が増し、離型性が良く、また転写性のよい光学素子を製造することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１３】
図１乃至図３は、本発明の第１の実施形態における光学素子の製造工程を説明するための側方断面図である。図１乃至図３において、１は回折格子形状が形成された金型、２はレンズブランク、３は金型固定枠をそれぞれ示す。また、４は光硬化性樹脂、５は格子面、６は重合体１をそれぞれ示す。
【００１４】
製造工程は、まず図１に示すように格子形状が形成された金型１を用意する。このような金型１は、リン青銅などの金属をダイヤモンドバイト等を用いて切削加工して成形することができる。格子形状としては、階段状（マルチレベル）或いはのこぎり刃状（ブレーズ）上のものが用いられる。また、このような格子形状を有するものに限らず、金型１として表面が球面あるいは非球面の光学面が形成されたものを用いても良い。
【００１５】
次に、金型１の表面に重合体１を溶解した溶液をハケ等を用いて塗付する。重合体１は（メタ）アクリロイル基等のエチレン性不飽和基を１分子中に１個有するモノマーを通常の方法で重合して得られ、透明でトルエン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、アセトン等の有機溶剤に可溶なものを用いることができる。
【００１６】
例えば、ポリスチレン、ポリメチル（メタ）クリレート、ポリカーボネート、環状オレフィン樹脂、ポリエーテルポリオール系ウレタン樹脂、これらの共重合体、これらの誘導体から派生する重合体もしくは共重合体、これらの混合物などを用いることができる。
【００１７】
重合体１は透明なものであり、光硬化モノマーを硬化して得られる重合体２と屈折率の差が０．０１以下のものが好ましい。屈折率の差が０．０１以上あると、重合体１と光硬化させてえられる重合体２の間に界面が生じ、光学素子として用いる場合、そこで光の方向が変化するので好ましくない。好ましくはモノマーと化学構造の骨格が同じもの、類似したものがよい。
【００１８】
重合体１を溶かした溶液の粘度は５０００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、５０００ｍＰａ・ｓ以上であると金型表面に流延するとき空気を巻き込みやすくなる。溶液の粘度は溶剤に対する重合体の濃度できまり、重合体１が溶剤に溶解する濃度範囲内で自由に設定できる。
【００１９】
続いて、風乾あるいは加熱によって溶剤を蒸発させ、金型壁面に重合体１を付着させる。前記溶剤を乾燥除去後の重合体１の膜の厚さが５００μｍ以下であることを特徴とする。重合体１の膜の厚さが５００μｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以上であると乾燥後の膜にヒビ割れが生じやすくなったり、金型１から乾燥中に剥がれたりするので好ましくない。
【００２０】
重合体１の塗付にはスピンコータを用いても良い。この金型１を金型固定枠３に固定し、この上に組成物４を適量滴下し、上からレンズブランク２を重ねて図２のように組成物４を押し広げる。組成物４は光重合開始剤を含む光硬化性モノマーであり、光照射により重合して重合体２となる。
【００２１】
重合体２は光硬化性モノマーを光重合させて得られるものであり、光硬化性モノマーとしては、（メタ）アクリロイル基等のエチレン性不飽和基を１分子中に１〜５個、好ましくは２〜３個有するモノマーを挙げることができる。
【００２２】
例えば、光重合性モノマーとして、スチレン、メチル（メタ）アクリレート、Ｎ−ビニルカルバゾール、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニルホルムアミド、メトキシエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、ノニルフェノキシエチル（メタ）アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、フェノキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、ブトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、アルキル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート等が挙げられる。これらのラジカル重合性モノマーは単独に、もしくは２種以上混合して用いることができる。
【００２３】
光重合開始剤は、光などのエネルギー線照射により、ラジカルを発生することが可能な化合物であり、このような光ラジカル重合開始剤としては、例えば１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、キサントン、フルオレノン、ベンズアルデヒド、フルオレン、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、３−メチルアセトフェノン、４−クロロベンゾフェノン、４，４’−ジメトキシベンゾフェノン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインエチルエーテル等が挙げられる。光重合開始剤はモノマーに対して０．０５〜１０重量％、好ましくは０．１〜５重量％である。
【００２４】
また、モノマーには、トリエチルアミン、ジエチルアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、エタノールアミン、４−ジメチルアミノ安息香酸、４−ジメチルアミノ安息香酸メチル、４−ジメチルアミノ安息香酸エチル、４−ジメチルアミノ安息香酸イソアミルなどの光増感剤を添加してもよい。
【００２５】
更に、モノマーには、前記成分以外の配合剤を必要に応じて加えてもよい。このような配合剤としては、例えば酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱重合禁止剤、レベリング剤、界面活性剤、保存安定剤、可塑剤、滑剤、溶媒、濡れ性改良剤、フィラーなどが挙げられる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、具体的に説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１乃至図３は、本発明の実施例１における光学素子の製造工程を示す側断面図である。
【００２８】
図１乃至図３において、１は回折格子形状の形成された金型であリ、表面はダイヤモンドバイトを用いて金属を加工し、のこぎり刃状（フレーズ）に格子が形成されている。２は材質ＢＫ−７から成るφ２６ｍｍのレンズブランクである。金型１とレンズブランク２とは対向配置されている。レンズブランク２の上方には紫外線を発生する高圧水銀ランプ（不図示）が設置されている。
【００２９】
光学素子の製造方法は、まず金型１上にウレタンアクリレート重合体（ポリスチレン換算重量平均分子量：３００００）を１０重量部含むトルエン溶液（粘度３００ｍＰａ・ｓ）を０．５ｃｃ滴下し、スピンコータで遠心、流延、塗付、乾燥させた。さらに５０℃で１時間乾燥させた後、乾燥後のウレタンアクリレート重合体の膜厚は１０μｍであった。この金型１を金型固定枠３に固定し、金型１上に光重合開始剤であるイルガキュア１８４（ラジカル系光重合開始剤：チバスペシャリティケミカルズ（株）社製）３重量部を含む多官能ウレタンアクリレート系モノマー４を適量適下し、その上に材質ＢＫ−７から成るφ２６ｍｍのレンズブランク２を重ね、レンズブランク２の中心軸と金型１の中心軸とが合うようにしながら、多官能ウレタンアクリレート系モノマー４を押し広げた。
【００３０】
しかる後、高圧水銀ランプにより４０ｍＷ、１２Ｊの条件で紫外線を照射し、樹脂が硬化した後、レンズブランク２と金型１を離型して、レンズブランク２の片面に中心肉厚２００μｍ、最大樹脂厚差５０μｍ、樹脂径φ２０ｍｍの回折格子形状の樹脂層が形成された光学素子を得た。
【００３１】
格子面５のピッチに欠けはなくスムーズに脱型できた。また樹脂層は透明なものであった。
【００３２】
（比較例１）
金型１上にウレタンアクリレート重合体を１０重量部含むトルエン溶液を塗付せずに、第１の実施形態と同様に成形を行った。脱型が第１の実施形態と比べて２倍ほどの力を要し、樹脂は透明であったが、格子面５の一部ピッチに欠けが認められた。また格子面５の表面にタック性（ベタツキ）が認められた。
【００３３】
(比較例２)
金型１上にイルガキュア２６１の１重量部を含む多官能ウレタンアクリレート系オリゴマーのトルエン溶液（濃度０．５％、粘度１ｍＰａ）を０．５ＣＣ適下し、スピンコータで塗付させた。乾燥後のウレタンアクリレート重合体の膜厚は０．１μｍであった。第１の実施形態と同様に成形して光学素子を得た。脱型が第１の実施形態と比べて２倍ほどの力を要し、樹脂は透明であったが、格子面５の一部ピッチに欠けが認められた。また格子面５の表面にはややタック性（ベタツキ）が認められた。
【００３４】
（実施例２）
重合体１としてポリビニルカルバゾール（ＡＣＲＯＳ  ＯＲＡＧＡＮＩＣＳ社製）、モノマーとしてＮ−ビニルカルバゾール（和光純薬株式会社製）、反応温度を８０℃と設定した以外は実施例１と同様に製造した。レンズブランク２の片面に中心肉厚２００μｍ、最大樹脂厚差５０μｍ、樹脂径φ２０ｍｍの回折格子形状の樹脂層が形成された光学素子を得た。
【００３５】
格子面５のピッチに欠けはなくスムーズに脱型できた。また樹脂層は透明なものであった。
【００３６】
本発明は、以上説明した実施例の他にも様々な変形が可能である。例えば、重合体１を溶解した溶液には、必要に応じて種々の配合剤を添加しても良い。このような配合剤としては、離型剤、界面活性剤、滑剤、酸化防止剤、保存安定剤、紫外線吸収剤、金属酸化物微粒子、無機フィラーなどが挙げられる。本発明は、このような変形例を全て包含するものである。
【００３７】
尚、前記の実施形態では高圧水銀ランプを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ等をも用いることもできる。
【００３８】
また、材料自体やそれらの組合せは、条件を満せば特に制限を受けるものではなく、使用目的に応じて選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１における光学素子の製造工程を示す側断面図である。
【図２】実施例１における光学素子の製造工程を示す側断面図である。
【図３】実施例１における光学素子の製造工程を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  金型
２  レンズブランク
３  金型固定枠
４  光硬化性樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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