(57)【要約】【課題】所望の異常分散性を有する複合光学素子を提供することを目的とする。【解決手段】上記課題を解決するハイブリッドレンズ１０（複合光学素子の一例）は、第1レンズ１１と第２レンズ１２とで構成されている。第1レンズはガラスで形成されている。第２レンズ１２は、樹脂３１中に有機半導体材料３３と無機微粒子３２が分散されたコンポジット材料で形成されている。このような構成により、所望の異常分散を有する複合光学素子を実現することができる。【選択図】図２
2015155928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスレンズと、前記ガラスレンズ上に形成される樹脂レンズとを備え、前記樹脂レンズ
は、樹脂材料と、前記樹脂材料中に分散された有機半導体材料と、を備える複合光学素子
【請求項２】
前記樹脂材料の異常分散性を示す△PgFが下記式を満たす請求項1に記載の複合光学素子。
△PgF＜0.03
【請求項３】
前記有機半導体材料は、硫黄を含む、請求項1及び2に記載の複合光学素子。
【請求項４】
前記有機半導体材料は、芳香環を有する、請求項1〜3に記載の複合光学素子。
【請求項５】
前記重合開始剤は、分子量２５０以上２０００以下のヒドロキシケトン化合物であることを特徴とする請求項1〜4に記載の複合光学素子。
【請求項６】
無機材料からなるナノ微粒子をさらに含む、請求項1〜5に記載の複合光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガラスレンズ上に樹脂レンズが積層されたハイブリッドレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学特性の幅を広げるために、樹脂などのマトリクス材料の中に無機微粒子が分散された光学材料が知られている。以下、このような構成の材料をコンポジット材料と称する。
【０００３】
このようなコンポジット材料を用いて、異常分散性を実現する技術が知られている。
【０００４】
例えば特許文献１には、アンチモンドープ酸化スズ粒子（Ａ）１〜３０質量％と、１分子中に１個以上の重合性官能基を有する有機化合物（Ｂ）６５質量％以上、９８質量％未満と、重合開始剤（Ｃ）０．１〜５質量％を含む材料組成物およびそれを用いた光学素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、所望の異常分散性を有する複合光学素子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】
【０００７】
上記課題を解決する複合光学素子は、ガラスレンズと、ガラスレンズ上に形成される樹脂レンズとを備える。樹脂レンズは、樹脂材料と、樹脂材料中に分散された有機半導体材料と、重合開始剤を備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記光学材料によれば、所望の異常分散を有する光学素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ハイブリッドレンズの概略断面図
【図２】コンポジット材料を説明するための概略図
【図３】ハイブリッドレンズの製造工程を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜実施の形態１＞
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［１．ハイブリッドレンズ］
図１は、本実施形態に係るレンズ１０の概略図である。
【００１１】
次に実施の形態２に係るハイブリッドレンズ４０について図面を用いて説明する。
【００１２】
ハイブリッドレンズレンズ１０は、第１レンズ１１と第２レンズ１２とで構成されている。ハイブリッドレンズ１０は、複合光学素子の一例である。
【００１３】
第１レンズ１１は、ガラス材料で形成されている。第１レンズ１１は、ガラスレンズの一例である。第１レンズ１１は、両凸形状のレンズである。
【００１４】
第２レンズ１２は、樹脂材料中に無期微粒子が分散されたコンポジット材料で形成されている。第２レンズ１２は、第１レンズ１１の一方の光学面上に積層されている。第２レンズ１２は、樹脂レンズの一例である。
［２．コンポジット材料］
図２は、第２レンズ１２を詳細に説明するための断面図である。
【００１５】
図２に示すように、第２レンズ１２は、コンポジット材料３５で形成されている。コンポジット材料３５は、マトリクス材としての樹脂３１と、無機微粒子３２とで構成され、さらに有機半導体材料３３が添加されている。
【００１６】
無機微粒子３２は樹脂よりも屈折率が高いものを用いている。無機微粒子の材料や粒径、数などを調整することにより、樹脂に無機微粒子を分散させたコンポジット材料の屈折率を調整することができる。
【００１７】
無機微粒子３２は、一般的には一次粒子３２ａと、一次粒子３２ａが複数個凝集してなる二次粒子３２ｂを含んで構成されている。したがって、「無機微粒子３２が樹脂３１中に均一に分散されている」とは、無機微粒子３２の一次粒子３２ａおよび二次粒子３２ｂがコンポジット材料３５内の特定の位置に偏在することなく、実質的に均一に分散していることを意味する。光学用材料として透光性を損なわないためには良好な粒子の分散性を有することが好ましい。そのため無機微粒子３２は一次粒子３２ａのみで構成されているのが好ましい。
【００１８】
無機微粒子３２を分散させたコンポジット材料３５の透光性を確保するためには、無機微粒子３５の粒径が重要となる。無機微粒子３２の粒径が光の波長よりも十分小さいときは、無機微粒子３２が分散されているコンポジット材料３５を屈折率のばらつきがない均質な媒体とみなすことができる。したがって、無機微粒子３２の粒径は、可視光の波長以下の大きさであることが好ましい。例えば可視光は４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲の波長であるため、無機微粒子２０の粒径は４００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
無機微粒子２０の粒径が光の波長の1/4より大きい場合は、レイリー散乱によって透光性が損なわれるおそれがある。そのため、可視光域において高い透光性を実現するためには、無機微粒子３２の粒径は100nm以下であることが好ましい。ただし、無機微粒子の粒径が１ｎｍ未満になると、無機微粒子が量子的な効果を発現する材質からなる場合には蛍光を生じることがあり、これがコンポジット材料３５を用いて形成した光学部品の特性に影響をおよぼす場合がある。以上の観点から、無機微粒子の実効粒径は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、１ｎｍから５０ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。特に、無機微粒子３２の粒径を２０ｎｍ以下とすることで、レイリー散乱の影響が非常に小さくなり、コンポジット材料３５の透光性が特に高くなるのでさらに好ましい。
［３．無機微粒子］
無機微粒子３２の材料としては、金属元素の酸化物や、フッ化物が挙げられる。金属元素の酸化物であれば、酸化珪素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、チタン酸バリウム、酸化ユウロビウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化インジウム、リン酸インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化セリウム、硫酸バリウム、酸化ガドリ二ウム、酸化ランタン、などが挙げられる。酸化珪素には、ポーラスシリカのように内部に空隙が形成されているものも含まれる。
【００２０】
フッ化物であれば、フッ化マグネシウム、フッ化セリウム、フッ化ランタン、フッ化ニオブ、フッ化イットリウムなどが挙げられるが、当然これらに限定されない。
【００２１】
これらの無機微粒子の屈折率は、材料によって屈折率が異なる。そのため、材料によっては、樹脂よりも屈折率が高いものや、屈折率が低いものがある。レンズ１に求められる光学特性に応じて、適宜材料を使い分ければよい。
【００２２】
無機微粒子は、一般的に１次粒子と、１次粒子が複数個凝集してなる２次粒子を含んで構成されている。無機微粒子を含む光学部２の透光性を確保するには、無機微粒子の粒径が重要となる。無機微粒子の粒径が光の波長の１／４より大きい場合は、レイリー散乱によって透光性が損なわれるおそれがある。そのため、可視光域において高い透光性を実現するためには、可視光は４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲の波長であるため、無機微粒子の粒径は１００ｎｍ以下であることが好ましい。ただし、無機微粒子の粒径が１ｎｍ未満になると、無機微粒子が量子的な効果を発現する材質からなる場合には蛍光を生じることがあり、これが光学部２を用いて形成した光学部品の特性に影響をおよぼす場合がある。以上の観点から、無機微粒子の実効粒径は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、１ｎｍから５０ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。
［４．樹脂材料］
樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、及びエネルギー線硬化性樹脂等の樹脂の中から、透光性の高い樹脂を用いることができる。例えば、アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル等のメタクリル樹脂、エポキシ樹脂；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びポリカプロラクトン等のポリエステル樹脂、ポリスチレン等のポリスチレン樹脂、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂、ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリイミドやポリエーテルイミド等のポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール、ブチラール樹脂、酢酸ビニル樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂を用いてもよい。また、ポリカーボネート、液晶ポリマー、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、非晶性ポリオレフィン等のエンジニアリングプラスチックを用いてもよい。また、これらの樹脂（高分子）の混合体や共重合体を用いてもよい。また、これらの樹脂を変性した樹脂を用いても良い。
【００２３】
【化１】
2015155928.tif 000003
【００２４】
【化２】
2015155928.tif 000004
【００２５】
【化３】
2015155928.tif 000005
【００２６】
【化４】
2015155928.tif 000006
【００２７】
【化５】
2015155928.tif 000007
【００２８】
【化６】
2015155928.tif 000008
【００２９】
【化７】
2015155928.tif 000009
【００３０】
【化８】
2015155928.tif 000010
【００３１】
【化９】
2015155928.tif 000011
【００３２】
【化１０】
2015155928.tif 000012
【００３３】
【化１１】
2015155928.tif 000013
【００３４】
【化１２】
2015155928.tif 000014
【００３５】
【化１３】
2015155928.tif 000015
【００３６】
【化１４】
2015155928.tif 000016
【００３７】
【化１５】
2015155928.tif 000017
【００３８】
【化１６】
2015155928.tif 000018
【００３９】
【化１７】
2015155928.tif 000019
【００４０】
【化１８】
2015155928.tif 000020
【００４１】
【化１９】
2015155928.tif 000021
【００４２】
【化２０】
2015155928.tif 000022
【００４３】
【化２１】
2015155928.tif 000023
【００４４】
【化２２】
2015155928.tif 000024
【００４５】
【化２３】
2015155928.tif 000025
【００４６】
【化２４】
2015155928.tif 000026
【００４７】
【化２５】
2015155928.tif 000027
【００４８】
【化２６】
2015155928.tif 000028
【００４９】
【化２７】
2015155928.tif 000029
【００５０】
【化２８】
2015155928.tif 000030
【００５１】
【化２９】
2015155928.tif 000031
【００５２】
【化３０】
2015155928.tif 000032
【００５３】
【化３１】
2015155928.tif 000033
【００５４】
【化３２】
2015155928.tif 000034
【００５５】
【化３３】
2015155928.tif 000035
【００５６】
【化３４】
2015155928.tif 000036
【００５７】
【化３５】
2015155928.tif 000037
【００５８】
【化３６】
2015155928.tif 000038
【００５９】
【化３７】
2015155928.tif 000039
【００６０】
【化３８】
2015155928.tif 000040
【００６１】
【化３９】
2015155928.tif 000041
【００６２】
【化４０】
2015155928.tif 000042
【００６３】
【化４１】
2015155928.tif 000043
【００６４】
【化４２】
2015155928.tif 000044
【００６５】
【化４３】
2015155928.tif 000045
【００６６】
【化４４】
2015155928.tif 000046
【００６７】
【化４５】
2015155928.tif 000047
【００６８】
【化４６】
2015155928.tif 000048
【００６９】
【化４７】
2015155928.tif 000049
【００７０】
［５．有機半導体材料］
本実施形態では、樹脂３１中に、有機半導体材料３２が添加されている。添加する有機半導体材料３２は、導電性を有する有機材料であれば良く、添加量は樹脂材料に対して０．０１ｗｔ％以上が好ましい。
【００７１】
有機半導体材料３２は、硫黄原子、炭素原子、水素原子、酸素原子、窒素原子等から構成され、少なくとも1つの環状構造を有する化合物が好ましい。
【００７２】
有機半導体材料３３として、例えば、以下のようなものが使用可能である。
【００７３】
ポリ(3-へキシルチオフェン-2,5-ジイル)、ポリ(3−オクチルチオフェン−2,5−ジイル)、ポリ(3−ドデシルチオフェン−2,5−ジイル)、ポリ[ビス(4-フェニル)(2,4,6-トリメチルフェニル)アミン、ポリ[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシロキシ)-1,4-フェニレンビニレン])、ポリ[2-メトキシ-5-(3’,7’-ジメチルオクチロキシ)-1,4-フェニレンビニレン])、ポリ[(9,9-ジ-n-オクチルフルオレニル-2,7-ジイル)-alt-(ベンゾ[2,1,3]チアジアゾ-4,8-ジイル)]、poly[(9,9-ジオクチルフルオレニル-2,7-ジイル)-co-ビチオフェン])、poly(3-オクチルチオフェン-2,5-ジイル-co-3-デシロキシチオフェン-2,5-ジイル)、poly(3,4-エチレンジオキシチオフェン)・poly(スチレンサルフォネート)、ペンタセン、アントラセン、ルブレン、2,7-ジトリデシル[1]ベンゾチエノ[3,2-b]ベンゾチオフェン、ジナフタ[2,3-b:2’3’-f]チアフェナ[3,2-b]チアフェン、2,6-ジフェニルベンゾ[1,2-b:4,5-b]ジチオフェン、オリゴ（p-フェニレンビニレン、他に、TCNQ、ポリアセチレン、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン、ポリピロール、ポリアニリンなども使用可能である。
【００７４】
また、以下のモノマーなども使用可能である。
【００７５】
2-ブロモ-3-(ブロモメチル)チオフェン、3-ブロモ-4-メチルチオフェン、2,5-ジブロモチオフェン、チエノ[3,2-b]チオフェン、5-フルオロ-2,3-チオフェンジカルボキシアルデヒド、2,5-ジブロモ-3,4-エチレンジオキシチオフェン、チエノ[2,3-b]チオフェン、3,4-エチレンジオキシチオフェン、ジチエノ
[3,2-b]チオフェン、2,2’:5,5’-ターチオフェン。
［６．異常分散性］
以下、異常分散性について説明する。
【００７６】
異常分散性（ΔＰｇ，Ｆ）は、個々の材料のνｄに対応する正常分散ガラスの標準線上の点とその材料のＰｇ，Ｆとの偏差としているとしている。部分分散比Ｐｇ,Ｆは、下記式（２）により定義される数値である。式（１）において、ｎF、ｎCはそれぞれ、Ｆ線（波長４８６ｎｍ）ならびにＣ線（波長６５６ｎｍ）における屈折率である。
【００７７】
【数１】
2015155928.tif 000050
【００７８】
［７．製造方法］
次にハイブリッドレンズ１０について図面を用いて説明する。ここでは、コンポジット材料３５を構成する樹脂材料は、紫外線硬化樹脂とする。
【００７９】
図３は、ハイブリッドレンズ１０の製造工程を示す概略図である。
【００８０】
まず、第１レンズ１１を成形する。第１レンズ１１は、射出成形やプレス成形など、公知の製造方法を用いて成形される。
【００８１】
次に、図３（ａ）に示すように、ディスペンサー５０を用いて、成形型５１の成形面にコンポジット材料３５を吐出する。そして、コンポジット材料３５の上方から第１レンズ１１を載せて、コンポジット材料３５が所定の厚みになるまで押し広げる。
【００８２】
このとき、樹脂層の厚みが薄いほど△PgF値は小さくなる傾向にある。これについては、以下のような理由が考えられる。まず、樹脂層がレンズ-金型間で押し広げられた結果、有機半導体材料も押し広げられる。これにより、半導体材料がレンズ表面に平行方向に配向する。これにより、有機半導体材料の移動度が向上した結果、樹脂層の厚みが薄いほど△PgF値は小さくなる。
【００８３】
次に、図３（ｂ）に示すように、成形型５１を回転台５２に載せて回転させる。そして、図３（ｃ）に示すように、第１レンズ１１の上方から光源５３から紫外線を照射することで、コンポジット材料３５を硬化させる。
【００８４】
なお、屈折率・アッベ数・△PgFの測定には、プリズムカップラー（Metricon社MODEL 2010）を用いることができる。
【実施例】
【００８５】
以下、実施例について説明する。表１は、実施例および比較例をまとめた表である。
【００８６】
【表１】
2015155928.tif 000051
【００８７】
＜実施例1＞
化学式（1）及び化学式（37）で示される化合物（以下、樹脂材料Ａと称する。）を10:1で混合後、重合開始剤Irgacure184 (BASF社製)を3wt%添加した樹脂材料AとZnO微粒子を含有するコンポジット材料において、樹脂材料Aに有機半導体材料としてポリ(3-へキシルチオフェン-2,5-ジイル)(Aldrich社製。表１中ではＸと表記)を1wt%添加・混合後、レンズ・型間に挟持し、UV光（80mw/cm2・90sec.:ウシオ社製SP-9）を照射してサンプルを作製した。サンプルの厚みは50μmとした。なお、以降の実施例および比較例についても同じ手順で作製した。
【００８８】
このように作製した実施例１のサンプルの光学特性は以下の通りであった。
【００８９】
nd：1.61292 アッベ数：26.4 △PgF:0.014
実施例１のサンプルは、小さい異常分散を示した。
＜実施例２＞
実施例２のサンプルは、サンプル厚みを30μmにした点で、実施例１と異なる。サンプルの光学特性を測定した結果は以下の通りであった。
【００９０】
nd：1.6094 アッベ数：24.7 △PgF:-0.004
実施例２のサンプルは、負の異常分散を示した。
＜実施例３＞
実施例３のサンプルは、有機半導体材料33の添加量を5wt%に増加させた点で、実施例１と異なる。サンプルの光学特性を測定した結果は以下の通りであった。
【００９１】
nd：1.61496 アッベ数：25.8 △PgF:0.018
実施例３のサンプルは、小さい異常分散を示した。
＜実施例４＞
実施例４のサンプルは、樹脂材料に化学式（5）を用い、有機半導体に2,7-ジトリデシル[1]ベンゾチエノ[3,2-b]ベンゾチオフェン（Aldrich社製。表
１中ではＹと表記。）を用いた点で、実施例１と異なる。サンプルのの光学特性を測定した結果は以下の通りであった。
【００９２】
nd：1.5675 アッベ数：32.5 △PgF:0.012
実施例４のサンプルは、小さな異常分散を示した。
＜実施例５＞
実施例５のサンプルは、光重合開始剤として光重合開始剤ＫＩＰ１５０（ｌａｍｂｅｒｔｉ社製）を使用した点で、実施例１と異なる。実施例５のサンプルの光学特性を測定した結果は以下の通りであった。
【００９３】
nd：1.6131 アッベ数：26.0 △PgF:0.010
実施例５のサンプルは、小さな異常分散を示した。
＜比較例１＞
比較例１のサンプルは、有機半導体を使用しなかった点で、実施例１と異なる。比較例１のサンプルの光学特性を測定した結果は以下の通りであった。
【００９４】
nd：1.5906 アッベ数：29.1 △PgF:0.04
比較例１のサンプルは、正の大きな異常分散を示した。これは、有機半導体材料を含まないため特に短波長領域の吸収特性が増加したためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明の光学材料は、レンズやプリズム等の光学素子に対して好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００９６】
１０  ハイブリッドレンズ
１１  第１レンズ
１２  第２レンズ
３２  無機微粒子
３２ａ  １次粒子
３２ｂ  ２次粒子
３５  コンポジット材料
５０  ディスペンサー
５１  成形型
５３  光源
【図１】
2015155928.tif 000052
【図２】
2015155928.tif 000053
【図３】
2015155928.tif 000054