(57)【要約】【課題】樹脂の厚みの差が大きいために硬化時に型から剥離してしまうヒケを防止するとともに、樹脂内の複屈折による光学性能の低下を防ぐことができる光学素子の製造方法を提供すること。【解決手段】光エネルギー硬化型樹脂を、ガラス基板上に型を用いて成形、硬化し、一体化した複合型光学素子の製造方法として、第１の樹脂を型上に滴下する工程と、前記第１の樹脂を平面、球面等所要の形状にならす工程と、前記第１の樹脂を縦弾性率１００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下に硬化させる工程と、第２の樹脂を第１の樹脂の上に滴下する工程と、前記第２の樹脂の上にガラス基板を接液する工程と、前記第２の樹脂を硬化させる工程と、型から樹脂を剥離する工程を経て光学素子を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光エネルギー硬化型樹脂を、ガラス基板上に型を用いて成形、硬化し、一体化した複合型光学素子の製造方法において、
第１の樹脂を型上に滴下する工程と、前記第１の樹脂を平面、球面等所要の形状にならす工程と、前記第１の樹脂を縦弾性率１００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下に硬化させる工程と、第２の樹脂を第１の樹脂の上に滴下する工程と、前記第２の樹脂の上にガラス基板を接液する工程と、前記第２の樹脂を硬化させる工程と、型から樹脂を剥離する工程と、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】
前記第１の樹脂が嫌気性樹脂であり、酸素含有雰囲気で前記第１の樹脂を硬化させることを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１、第２の樹脂が異なることを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非球面を有するレンズや表面に微細な形状（凹凸）を有する素子、例えば回折格子やフレネルレンズ、光ディスク基板等の作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学素子の製造方法にはガラスの研削、研摩や型を用いた精密成形、熱可塑性樹脂の射出成形やプレス成形等があり、機能やコスト、
要求精度等により使い分けられている。例えば、カメラ等に使用される結像系のレンズには球面レンズとしては温度、 湿度の環境変動に関して性能劣化が少なく、 経済的にも有利なガラスの研削、研摩により製造され、非球面レンズに関しては、型を用いたガラスの精密成形により製造される。カメラでもファインダーに使用されるレンズは優れた結像性能を要求されないため、コスト面から樹脂の射出成形により製造される。
【０００３】
又、径が３０ｍｍ以上の非球面レンズや表面に微細な凹凸形状を有する光学素子では、ガラス基材の上に光エネルギー硬化型樹脂の薄層を成形し、硬化させることにより所要の表面形状を形成する方法が用いられる。大きな非球面レンズはガラスの精密成形では形状精度が悪くなり、精度を確保しようとすると成形時間が長くなりコスト高になる。微細な凹凸形状を有する光学素子もガラスでは離型時に凹凸部が破壊し製造できず、樹脂による製造が必須となるが、素子全体が樹脂では、環境変動に対する性能劣化が大きく樹脂部を薄層にする上記の方法によりその影響を小さくする。
【０００４】
この光エネルギー硬化型樹脂の製造方法としては、例えば特許文献１，２等がある。
【０００５】
特許文献１では、第１の樹脂を型全面に塗布し、更に第２の樹脂を薄いベースフィルムを介して加圧ロールで均して第２の樹脂を積層した後硬化、離型することにより気泡を巻き込まないフレネル形状等を有したレンズシートの製造方法を提案している。
【０００６】
又、特許文献２では、第１の樹脂を型上に充填し、硬化させた後、第２の樹脂を充填、母材を載置した後硬化させることにより、樹脂層の厚み偏差が大きい場合に生ずるヒケや歪み等の転写不良のない非球面レンズ等の製造方法が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２６０８４４０号公報
【特許文献２】特許第２８４９２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光エネルギー硬化型樹脂の成形において、特許文献２にも記載されているように、樹脂の厚み差が大きい形状、図７（ａ）のマイクロレンズレンズや図８（ａ）の回折格子等（厚みＨ１と厚みＨ２の差大）は、図７（ｂ）、図８（ｂ）の３１ａ，３２ａのように硬化時に型から樹脂が部分的に剥離してしまい形状不良となる。又、これを防ぐために特許文献２では、第１の樹脂を型上に充填し硬化させた後、第２の樹脂を充填硬化させることにより、硬化時の型からの剥離を防いでいるが、この場合、第１の樹脂と第２の樹脂に硬化収縮量に差があるため（第１の樹脂は２回紫外線が照射される）樹脂内の残留応力により複屈折となり、光学性能に影響を与える。特に、第１の樹脂の開放側の面形状が悪いと大きく光学性能が低下する。
【０００９】
又、離型時に型と樹脂の密着力、樹脂とガラス基板の密着力が大きい場合には、第１の樹脂と第２の樹脂の界面で剥離してしまうといった課題がある。
【００１０】
更に、光学素子に用いる樹脂として機能を分離するために複数種類の樹脂を積層する必要がある。例えば、光の透過率が小さい樹脂を使用する場合、機能部の樹脂の厚みを最小限にし、残りの部分を透過率の大きい樹脂にするような場合である。
【００１１】
従って、本発明の第１の目的は、樹脂の厚みの差が大きいために硬化時に型から剥離してしまうヒケを防止するとともに、樹脂内の複屈折による光学性能の低下を防ぐことができる光学素子の製造方法を提供することにある。
【００１２】
又、本発明の第２の目的は、更に離型時の樹脂界面での剥離を防止するために界面の密着力を向上させることができる光学素子の製造方法を提供することにある。
【００１３】
更に、本発明の第３の目的は、樹脂の機能を分離した複数種類の樹脂を積層した光学素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、光エネルギー硬化型樹脂を、ガラス基板上に型を用いて成形、硬化し、一体化した複合型光学素子の製造方法として、第１の樹脂を型上に滴下する工程と、前記第１の樹脂を平面、球面等所要の形状にならす工程と、前記第１の樹脂を縦弾性率１００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下に硬化させる工程と、第２の樹脂を第１の樹脂の上に滴下する工程と、前記第２の樹脂の上にガラス基板を接液する工程と、前記第２の樹脂を硬化させる工程と、型から樹脂を剥離する工程を経て光学素子を製造することを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の樹脂が嫌気性樹脂であり、酸素含有雰囲気で前記第１の樹脂を硬化させることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１、第２の樹脂が異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、樹脂硬化時のヒケ等の形状不良を防止することができるとともに、残留応力に起因する複屈折よる光学性能の低下を防止することができる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、離型時の積層樹脂間の密着力を向上させて樹脂間の剥離を防止することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、樹脂の機能を分離した光学素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本出願に係る発明の実施形態としては、ガラス基板に光エネルギー硬化型樹脂を一体化した複合型光学素子を製造する方法として、成形された樹脂表面の機能面に対応した型を用意し、その上に光エネルギー硬化型樹脂を所要量滴下し、この樹脂を一体化するガラス基板の形状に対応した形状に均す。
【００２１】
一体化するガラス基板の樹脂接触面が平面の場合には平面に球面の場合には球面に均す。そして、この光エネルギー硬化型樹脂をこの樹脂の縦弾性率が１００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下の状態に光エネルギーを与えることにより硬化させる。このとき、この樹脂は望ましくは嫌気性樹脂、即ち酸素が存在した状態では硬化が進行しない樹脂を用い、且つ、酸素が存在した雰囲気で硬化させることにより表面のみが未硬化の状態で硬化させる。
【００２２】
その後、同じ樹脂を縦弾性率が１００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下に硬化した第１の樹脂の上に所要量滴下した後、ガラス基板をこの第２の樹脂の上に接液し、所要の屈折率になるまでガラス基板越しに光エネルギーを与えることにより第１の樹脂及び第２の樹脂を硬化させる。そして、型から第１の樹脂を剥離することにより、表面に機能面を有するガラス基板に一体化された第１及び第２の樹脂を得る。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明に係る製造方法の概略を示す図面であり、図１において、１は硬化前のエネルギー硬化型樹脂、２は樹脂表面の機能面を形成するための型、３は滴下した樹脂を平面に均すためのへら状部材であり、不図示の機構により型上を移動する。４は紫外線、５は縦弾性率が５００ＭＰａに硬化した第１の樹脂、６はエネルギー硬化型樹脂１と同じ材質の光エネルギー硬化型樹脂、７はガラス基板、８は紫外線、９は型から樹脂を剥離させるためのエジェクターで不図示の機構により上に持ち上げられる。１０，１１は硬化した第１、第２の樹脂、１２は樹脂とガラス基板が一体化した複合型光学素子である。
【００２４】
先ず、型２の上に液状の光エネルギー硬化型樹脂を所要量滴下する（図１（ａ））。型２は表面に高さ１０μｍピッチ９００μｍ〜２００００μｍの微細な鋸歯状の形状が同心円状に形成されている。この樹脂をへら３を用いて平面に均すが、へらは鋸歯の頂点より１μｍ高くなっている型の外周突き当て部２ａに突き当たった状態で型上を移動することにより、樹脂の厚みは１１μｍに均される（図１（ｂ））。
【００２５】
平面に均された樹脂１に波長３６０μｍの強度が２ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２５ｓｅｃ照射することにより、樹脂１を硬化させる。この状態で樹脂１は縦弾性率は５００Ｍｐａにまで硬化している（図１（ｃ））。この上に樹脂１と同じ材質の第２の樹脂６を所要量滴下する（図１（ｄ））。この上に樹脂接触面７ａが平面のガラス基板７を接液する。ガラス基板は鋸歯の頂点より４μｍ高くなっている型の外周突き当て部２ｂに突き当り、第２の樹脂６の鋸歯上の厚みは３μｍとなる（図１（ｅ））。この状態でガラス基板７越しに波長３６０μｍの強度が５０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線８を２４０ｓｅｃ照射することにより第１の樹脂１及び第２の樹脂６を硬化させる（図１（ｆ））。
【００２６】
その後、エジェクター９をガラス基板の外周部７ｂに突き当て上に持ち上げることにより、硬化した樹脂１０を型２から剥離し、硬化した第１、第２の樹脂１０，１１とガラス基板７が一体化した複合型光学素子１２を得る。
【００２７】
得られた素子は、鋸歯上の部分を形成する樹脂１０の表面にはヒケ等も無く、形状精度は良好であり、又、硬化した第２の樹脂１１の屈折率ｎｄは１．６３５８、樹脂１１よりも５０ｍＪ多く紫外線を照射された樹脂１０の屈折率ｎｄもほぼ同値の１．６３５８であり、樹脂１１と１０の屈折率差は測定誤差内であり、回折光学素子としての光学性能は十分仕様を満たすものであった。
【００２８】
＜比較例１＞
比較例１として、図２に示すように樹脂を２層に分けて硬化させず、上記実施例１の第１の樹脂の硬化工程を省いて成形した。即ち、型２の上に所要量の樹脂１３（上記実施例１の第１の樹脂と第２の樹脂量の和）を滴下し（図２（ａ））、平面のガラス基板７を接液した後（図２（ｂ））、ガラス基板越しに最初に波長３６０ｎｍの強度が２ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２５ｓｅｃ照射、続いて５０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２４０ｓｅｃ照射し（図２（ｃ））、型から樹脂を剥離させて（図２（ｄ））ガラス基板と一体化した複合型光学素子１４を得た。しかし、この素子の樹脂面は鋸歯部の斜面の所々にヒケが発生しており、光学素子として使用できる状態ではなかった。
【００２９】
＜比較例２＞
比較例２として、前記実施例１の製造方法に対して第１の樹脂の硬化を波長３６０μｍの強度が２ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を１０ｓｅｃ照射することにより、樹脂１を硬化させ、第１の樹脂の縦弾性率を１００ＭＰａ未満にしたこと以外同様な方法で製造した。この素子の樹脂面にも鋸歯部の斜面の所々にヒケが発生していた。照射時間を２０ｓｅｃにしたところ、第１の樹脂の縦弾性率は１００ＭＰａとなり、ヒケの発生はなかった。
【００３０】
＜比較例３＞
比較例３として、前記実施例１の製造方法に対して第１の樹脂の硬化を波長３６０μｍの強度が２ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を１５０ｓｅｃ照射することにより、樹脂１を硬化させ、第１の樹脂の縦弾性率を２０００ＭＰａにしたこと以外同様な方法で製造した。この素子にはヒケの発生はなかったが、樹脂内に硬化収縮量の差に起因する残留応力が発生し、複屈折による光学性能の低下を招いた。照射時間を１００ｓｅｃにしたところ、縦弾性率は１５００ＭＰａ、硬化収縮量の差は小さくなり複屈折は発生しなかった。
【実施例２】
【００３１】
図３は実施例２の製造方法を示す概略図であり、図４に示すようなマイクロレンズの製造方法である。図３の１５は硬化前のエネルギー硬化型樹脂で、１６はマイクロレンズの曲面を成形する型、１７は滴下した樹脂を平面に均すためのへら状部材であり、不図示の機構により型上を移動する。１８は紫外線、１９は縦弾性率が５００ＭＰａに硬化した第１の樹脂、２０はエネルギー硬化型樹脂１５と同じ材質の光エネルギー硬化型樹脂、２１はガラス基板、２２は紫外線、２３は型から樹脂を剥離させるためのエジェクターで不図示の機構により上に持ち上げられる。２４，２５は硬化した第１、第２の樹脂で、２６は樹脂とガラス基板が一体化した複合型光学素子である。
【００３２】
型１６の上に液状の光エネルギー硬化型樹脂を所要量滴下する（図３（ａ））。型１６には表面に深さ１８０μｍの曲率半径１２０μｍの凹部が多数形成されており、図３はその一部を示している。この樹脂をへら１７を用いて平面に均すが、へらは型１６の平坦部１６ａより３０μｍ高くなっている型の外周突き当て部１６ｂに突き当たった状態で型上を移動することにより、樹脂の厚みは平坦部１５ａの厚みが３０μｍに均される（図３（ｂ））。
【００３３】
平面に均された樹脂１５に波長３６０μｍの強度が２ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２５ｓｅｃ照射することにより、樹脂１５を硬化させる。この状態で樹脂１９は縦弾性率は５００Ｍｐａに迄硬化している（図３（ｃ））。この上に樹脂１５と同じ材質の第２の樹脂を所要量滴下する（図３（ｄ））。この上に樹脂接触面２１ａが平面のガラス基板２１を接液する。ガラス基板は型平坦部１６ａより５０μｍ高くなっている型の外周突き当て部１６ｃに突き当り、第２の樹脂２０の厚みは２０μｍとなる（図３（ｅ））。この状態でガラス基板２１越しに波長３６０μｍの強度が５０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線２２を２４０ｓｅｃ照射することにより第１の樹脂１５と第２の樹脂２０を硬化させる（図３（ｆ））。
【００３４】
その後、エジェクター２３をガラス基板の外周部２１ｂに突き当て上に持ち上げることにより硬化した樹脂２４を型１６から剥離し、硬化した第１、
第２の樹脂２４，２５とガラス基板２１が一体化した複合型光学素子２６を得る。
【００３５】
得られた素子はマイクロレンズの凸部２６ａにヒケ等も無く、形状精度は良好であり、又、硬化した樹脂２５の屈折率ｎｄは１．６３５８、樹脂２５よりも５０ｍＪ多く紫外線を照射された樹脂２４の屈折率ｎｄもほぼ同値の１．６３５８であり、樹脂２４と２５の屈折率差は測定誤差内で、撮像用のマイクロレンズとしての光学性能は十分仕様を満たすものであった。
【００３６】
＜比較例４＞
比較例４として、図５に示すように樹脂を２層に分けて硬化させず、上記実施例２の第１の樹脂の硬化工程を省いて成形した。即ち、型１６の上に所要量の樹脂２７（上記実施例２の第１の樹脂と第２の樹脂量の和）を滴下し（図５（ａ））、平面のガラス基板２１を接液した後（図５（ｂ））、ガラス基板越しに最初に波長３６０ｎｍの強度が２ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２５ｓｅｃ照射、続いて５０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２４０ｓｅｃ照射し（図５（ｃ））、型から樹脂を剥離させて（図５（ｄ））ガラス基板と一体化した複合型光学素子２８を得た。しかし、この素子の曲率部２８ａにはヒケが発生しており、光学素子として使用できる状態ではなかった。
【００３７】
＜比較例５＞
比較例５として、前記実施例２の製造方法に対して第１の樹脂の硬化を波長３６０μｍの強度が２ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を１０ｓｅｃ照射することにより、樹脂１５を硬化させ、第１の樹脂の縦弾性率を１００ＭＰａ未満にしたこと以外同様な方法で製造した。この素子の樹脂面にも鋸歯部の斜面の所々にヒケが発生していた。照射時間を２０ｓｅｃにしたところ、第１の樹脂の縦弾性率は１００ＭＰａとなり、ヒケの発生はなかった。
【００３８】
＜比較例６＞
比較例６として、前記実施例２の製造方法に対して第１の樹脂の硬化を波長３６０μｍの強度が２ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を１５０ｓｅｃ照射することにより、樹脂１５を硬化させ、第１の樹脂の縦弾性率を２０００ＭＰａにしたこと以外同様な方法で製造した。この素子にはヒケの発生はなかったが、樹脂内に硬化収縮量の差に起因する残留応力が発生し、複屈折による光学性能の低下を招いた。照射時間を１００ｓｅｃにしたところ、縦弾性率は１５００ＭＰａ、硬化収縮量の差は小さくなり複屈折は発生しなかった。
【００３９】
＜比較例７＞
比較例７として、前記実施例２に対して図６に示すように、第１の樹脂を滴下した後、平面に均さず成形した。即ち、型１６の上に所要量の樹脂を滴下した後（図６（ａ））そのまま第１の樹脂を硬化させた（図６（ｂ））。このとき、硬化した樹脂２９は表面が約３０μｍ高さの凸状になっていた。その後、第２の樹脂を滴下し（図６（ｃ））、平面のガラス基板２１を接液した後（図６（ｄ））、ガラス基板越しに最初に波長３６０ｎｍの強度が２ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を１００ｓｅｃ照射、続いて５０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２４０ｓｅｃ照射し（図６（ｅ））、型から樹脂を剥離させて（図６（ｆ））ガラス基板と一体化した複合型光学素子３０を得た。
【００４０】
この素子は曲率部にヒケはなかったが、樹脂内に第１層目の形状に対応した複屈折が発生し、所要の光学特性が得られなかった。これは第１の樹脂と第２の樹脂の界面の形状が前記実施例２では平面であるが、比較例７では曲面になっており、第１の樹脂と第２の樹脂の間で硬化収縮量の差による残留応力が不均一に発生し、複屈折量としては少ないものの光学性能に影響を与えることになった。更に、同様の方法で５回繰り返し製造したところ、第１の樹脂の凸部の形状は安定せず、それに伴い光学性能も安定しなかった。
【００４１】
以上から第１の樹脂を所要の形状に均し、表面を自由な状態で樹脂の縦弾性率を１００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下に硬化した後、第２の樹脂を滴下し、ガラス基板越しに硬化後、離型させることにより、表面にヒケがなく、第１の樹脂と第２の樹脂の硬化状態の違いによる光学性能の低下を防ぐことができる。
【実施例３】
【００４２】
実施例１の方法で複合型光学素子を１００回成形したところ、そのうちの５回で型から樹脂を剥離するとき、型と樹脂の界面で剥離せず第１の樹脂と、第２の樹脂の界面で剥離してしまい、第２の樹脂が型に残ってしまった。
【００４３】
実施例３として実施例１に対して、樹脂材料を嫌気性の樹脂にして、大気中で第１の樹脂を硬化した以外は、実施例１と同様に１００回成形したところ、離型時に第１の樹脂と、第２の樹脂の界面で剥離することはなく、ヒケの無い形状精度の良好な成形品を得るができた。
【実施例４】
【００４４】
実施例４として実施例１に対して、回折光学素子の回折効率を向上するために、異なった光学定数を有する樹脂を用いて成形した。ここで用いた樹脂は光の透過率が小さいため第１の樹脂としては、この材料を用い、第２の樹脂としては光の透過率の大きい樹脂を用いて実施例１と同様に成形したところ、鋸歯状の部分にヒケも無く形状精度は良好であったが、所要の光学性能を得ることはできなかった。これは、第１の樹脂と第２樹脂で屈折率が異なるため、この界面で光の屈折が生じたためである。そこで、この屈折量を見込んで光学設計を行い、鋸歯の高さやピッチ、曲率半径を変更した型を用いて成形したところ、得られた光学素子は所要の光学性能を満たした。
【００４５】
＜比較例８＞
比較例８として、上記実施例１に対して、球面に均さず成形した。ヒケ等は無く形状精度は良好であったが、比較例７でも述べたように当然のことながら、第１の樹脂の表面形状は安定せず、これによる光の屈折量が変化、更に第１の樹脂の形状に対応した複屈折により、所要の光学特性は得られなかった。
【００４６】
以上から第１の樹脂を所要の形状に均し、表面を自由な状態で樹脂の縦弾性率を１００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下に硬化した後、第２の樹脂を滴下し、ガラス基板越しに硬化後、離型させることにより、表面のヒケによる光学性能の低下を防ぐことができるとともに、第１の樹脂と第２の樹脂を異なった樹脂が使用可能となり、機能を分離したより高性能な光学素子の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１での成形工程を示す概略図である。
【図２】比較例１の成形工程を示す概略図である。
【図３】本発明の実施例２での成形工程を示す概略図である。
【図４】本発明の実施例２で成形する素子を示す図である。
【図５】比較例４の成形工程を示す概略図である。
【図６】比較例７の成形工程を示す概略図である。
【図７】本発明の製造方法に適したマイクロレンズの断面図である。
【図８】本発明の製造方法に適した回折格子の断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１，６，１３，１５，２０，２７，２９  光エネルギー硬化型樹脂樹脂
２，１６    型
３，１７    へら
４，８，１８，２２，２８    紫外線
５，１０，１１，１９，２４，２５  硬化した樹脂
７，２１    ガラス基板
９，２３    エジェクター
１２，１４，２６，２８，３０  成形された複合化た光学素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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