(57)【要約】【課題】曲率の大きな光学面を有する場合であっても、曇りや筋に因るゴーストを生じさせることのない投影用樹脂レンズを、提供する。【解決手段】二つの光学面のうち少なくとも一方が、光軸に対して法線が４０°以上傾く領域を有するように、投影用樹脂レンズ１を構成する。また、無機系微粒子，紫外線硬化型有機樹脂，及びシランカップリング剤を含む溶液がレンズ基材の表面に満遍なく塗られるとともに、この溶液が塗られたレンズ基材に紫外線が照射されることにより、レンズ基材の表面に密着層が形成されるように、投影用樹脂レンズ１を構成する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの光学面のうちの少なくとも一方は、光軸に対して法線が４０°以上傾く領域を有している投影用樹脂レンズであって、
無機系微粒子，紫外線硬化型有機樹脂，及びシランカップリング剤からなるとともに、レンズ基材の表面に形成される密着層と、
複数の層からなるとともに、前記密着層の外側に形成される反射防止膜と
を備えることを特徴とする投影用樹脂レンズ。
【請求項２】
前記密着層は、前記無機系微粒子，前記紫外線硬化型有機樹脂，及び前記シランカップリング剤を含む溶液が前記レンズ基材の表面に塗られるとともに、このレンズ基材の表面に塗られた溶剤へ紫外線が照射されることにより、形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の投影用樹脂レンズ。
【請求項３】
前記溶液は、浸漬法により、前記レンズ基材の表面に塗られる
ことを特徴とする請求項２記載の投影用樹脂レンズ。
【請求項４】
前記光学面を光軸に直交する平面に投影した場合において、その光学面における光軸に対して法線が４０°以上傾く領域の面積は、その光学面全体の面積の１０％以上を、占めている
ことを特徴とする請求項１，２又は３記載の投影用樹脂レンズ。
【請求項５】
前記レンズ基材の材料は、アクリル樹脂である
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の投影用樹脂レンズ。
【請求項６】
前記密着層の膜厚は、２μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の投影用樹脂レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクターに用いられる投影用樹脂レンズに、関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、レンズの表面には、入射してきた光を表面反射させないようにするための反射防止膜が、形成される。反射防止膜をレンズの表面に形成する方法としては、製造コスト，品質管理の労力，及び工数を低く抑えられるという理由から、真空蒸着やスパッタ等の物理蒸着が、一般的に利用されている。この物理蒸着によると、レンズの光軸の延長線上の或る位置から蒸着物質をレンズに向けて飛ばすことにより、レンズ基材の表面に反射防止膜が薄膜として形成される。
【０００３】
近年、材料費が安く且つ加工が容易であるという理由により、樹脂製のレンズが用いられるようになってきた。但し、樹脂レンズ（特にアクリルレンズ）に蒸着された反射防止膜の密着性が低いため、樹脂レンズから剥離した部分に因って像内にゴーストが形成されることがある。そのため、物理的膜厚がやや厚めで珪素酸化物からなる密着層を樹脂レンズの表面に蒸着しておき、その密着層の外側に反射防止膜を蒸着することにより、反射防止膜の密着性を高める方法が、知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２２１７７０号公報
【特許文献２】
特開２００１−０１３３０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、曲率の大きな光学面を有する樹脂レンズに対して上述したような密着層を蒸着によって形成すると、曲率の大きな光学面における光軸方向（蒸発物質の進行方向）に対する傾斜量の大きい部分（光軸方向に対する法線の傾き角度が４０°を超える領域）に、肉眼にて識別することができない曇りや筋が、形成されることが、判明しつつある。この曇りや筋の発生原因は、特定されていないが、曇りは、本来非晶質状態である蒸着物質が結晶化することに因り、また、筋は、金型の研磨傷に因ってレンズ面上に成型されている非常に微少な筋状の突起に蒸着物質が偏って堆積してしまうこと（シャドー効果）に因り発生すると、考えられている。
【０００６】
但し、このような曇りや筋を有する樹脂レンズが、例えば写真機用やビデオカメラ用や眼鏡用の対物光学系のような比較的弱い光を用いる光学系に組み込まれた場合、その曇りや筋が像に影響を及ぼすことがなかったため、このような曇りや筋が問題視されることは全くなかった。しかし、このような曇りや筋を有する樹脂レンズが、プロジェクター用の投影光学系のような非常に強い光を用いる光学系に組み込まれると、曇りや筋が像にゴーストを生じさせるという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、上述したような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、曲率の大きな光学面を有する場合であっても曇りや筋に因るゴーストを生じさせることのない投影用樹脂レンズを、提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明による投影用樹脂レンズは、以下のような構成を採用した。
【０００９】
すなわち、本発明による投影用樹脂レンズは、二つの光学面のうちの少なくとも一方は、光軸に対して法線が４０°以上傾く領域を有している投影用樹脂レンズであって、無機系微粒子，紫外線硬化型有機樹脂，及びシランカップリング剤からなるとともに、レンズ基材の表面に形成される密着層と、複数の層からなるとともに、前記密着層の外側に形成される反射防止膜とを備えることを、特徴としている。
【００１０】
このように構成されるので、密着層は、無機系微粒子，紫外線硬化型有機樹脂，及びシランカップリング剤を含む溶液がレンズ基材の表面に満遍なく塗られるとともに、この溶液が塗られたレンズ基材に紫外線が照射されることにより、レンズ基材の表面に形成される。このため、曲率の大きな光学面のうち、特に光軸方向に対して傾斜量の大きい部分に、物理蒸着により生ずる曇りや筋、すなわち、蒸着物質の結晶化に因ると考えられている曇りや、シャドー効果に因ると考えられている筋が、形成されることがない。従って、本発明による投影用樹脂レンズが組み込まれた投影光学系（プロジェクター）を用いて、投影用スクリーンに像を投影しても、その像には、曇りや筋に因るゴーストが生じることがない。
【００１１】
本発明による投影用樹脂レンズにおいて、無機系微粒子，紫外線硬化型有機樹脂，及びシランカップリング剤を含む溶液をレンズ基材の表面に塗る方法としては、浸漬法であっても良いし、刷毛塗り法であっても良いし、流し塗り法であっても良いし、スプレー法であっても良いし、スピンコート法であっても良いし、その他の方法であっても良い。
【００１２】
また、本発明による投影用樹脂レンズでは、その光学面を光軸に直交する平面に投影した場合において、光軸に対して法線が４０°以上傾く領域の面積が、その光学面全体の面積の１０％以上を占めていても良いし、その光学面全体の面積の１０％未満を占めていても良い。なお、光学面全体の面積のうちで上記領域の面積が占める割り合いが１０％を超えると、像内にゴーストが明確に現れるようになるので、本発明は、その領域の面積が全体の面積を占める割り合いが１０％以上を超えている投影用樹脂レンズに対し、適用されることが望ましい。
【００１３】
さらに、本発明による投影用樹脂レンズのレンズ基材は、アクリル樹脂であっても良いし、ポリカーボネート樹脂であっても良いし、ポリオレフィン樹脂であっても良いし、ポリエステル樹脂であっても良い。なお、レンズ基材がアクリル樹脂である場合に、従来の物理蒸着により形成される密着層の密着性が最も低いので、本発明は、レンズ基材がアクリル樹脂である場合に最も有効である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態である投影用樹脂レンズ１の正面図であり、図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿って半分に切断された投影用樹脂レンズ１を図１の下側から見たときの側面図である。
【００１６】
本実施形態の投影用樹脂レンズ１は、例えばリア型プロジェクターに組み込まれる投影光学系の一つの光学素子として用いられるレンズであり、レンズ基材と反射防止膜と密着層とを、備えている。
【００１７】
レンズ基材は、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂を材料として、レンズ形状に形成されており、図１及び図２に示されるように、回転対称な光学面１ａ，１ｂを有している。また、両光学面１ａ，１ｂのうち、少なくとも一方は、大きな曲率を有し、より具体的には、光軸方向に対する法線の傾きが４０°を超える領域を有している。なお、本実施形態の投影用樹脂レンズ１は、前側（図２の上側）の光学面（以下、前面という）１ａが凹面であるとともに後側（図２の下側）の光学面（以下、後面という）１ｂが凸面であることにより、全体としてドーム型に構成されているが、両凸又は両凹のレンズ形状であってもかまわない。
【００１８】
また、レンズ基材は、前面１ａと後面１ｂとの間に、その光軸に直交する径方向へ突出するフランジ状の突出部１ｃを、有している。なお、この突出部１ｃには、鏡枠などに取り付けられる際に用いられる位置決め構造１ｄが設けられているが、本発明とは関係ないので、この構造１ｄの説明を省略する。
【００１９】
反射防止膜は、投影用樹脂レンズ１に入射してくる光が表面反射されることを防止するための複数の層からなる薄膜である。本実施形態では、反射防止膜は、、レンズ基材側から順番に、酸化チタンからなる第１層、酸化珪素からなる第２層、酸化チタンからなる第３層、酸化珪素からなる第４層、酸化チタンからなる第５層、酸化珪素からなる第６層が積層されることによって、構成されている。
【００２０】
密着層は、アクリル樹脂製のレンズ基材の表面に上記反射防止膜を密着させるための薄膜であり、無機系微粒子，紫外線硬化型有機樹脂，及びシランカップリング剤から構成される。無機系微粒子は、酸化珪素や酸化チタンなどのコロイド粒子であり、その平均粒径は、１乃至２００ｎｍである。紫外線硬化型有機樹脂は、アクリル系やエポキシ系等の有機樹脂であり、紫外線が照射されることにより硬化するタイプの有機樹脂である。シランカップリング剤は、無機系微粒子と有機樹脂の材料界面を強い化学結合によって架橋する有機珪素化合物である。この密着層において、無機系微粒子の含有量は、５乃至８０重量％である。なお、この密着層が形成された際、レンズ基材が歪むことがないようにするためには、密着層の物理的膜厚が２μｍ以下であることが望ましい。
【００２１】
この密着層の形成方法は、以下の通りである。まず、無機系微粒子，紫外線硬化型有機樹脂，及びシランカップリング剤を所定の溶剤中に混入攪拌することによって溶液を生成し、次に、図１及び図２に示される形状に形成されたアクリル樹脂製のレンズ基材をその溶液中に所定期間だけ浸漬し、続いて、このレンズ基材を溶液から所定速度にて引き上げ、最後に、溶液が満遍なく付着したレンズ基材に所定強度の紫外線を所定期間だけ照射する。すると、溶液中の紫外線硬化型有機樹脂が硬化し、レンズ基材の表面に非常に強固な密着層が形成される。
【００２２】
なお、反射防止膜は、この密着層の外側に各層の薄膜材料を順に蒸着させることにより、形成されている。
【００２３】
以上に示したように、本実施形態の投影用樹脂レンズ１の密着層は、溶液をレンズ基材に満遍なく塗って紫外線によって硬化させることにより、形成される。このため、一般的に用いられている手法である物理蒸着による生ずる曇りや筋が、特に前面１ａ及び／又は後面１ｂにおける光軸方向に対する法線の傾き角度が４０°を超える領域に、形成されることがない。従って、当該レンズ１が組み込まれた投影光学系（プロジェクター）を用いて、投影用スクリーンに像を投影しても、その像には、曇りや筋に因るゴーストが生じることがない。
【００２４】
以下に、本実施形態の実施例を二例示す。
【００２５】
【実施例１】
第１の実施例の投影用樹脂レンズ１では、前面１ａ及び後面１ｂとも、回転対称非球面である。
【００２６】
なお、回転対称非球面は、光軸と平行な方向をｘ方向とし、光軸に垂直な方向への光軸からの距離を高さｈ（＝√（ｙ２＋ｚ２））とすると、高さｈの点での光軸上の接平面からのｘ方向のサグ量Ｘ（ｈ）、
Ｘ（ｈ）＝Ｃｈ２／｛１＋√［１−（１＋κ）Ｃ２ｈ２］｝＋Ａ２ｈ２＋Ａ４ｈ４＋Ａ６ｈ６＋…　−−−（１）
によって、表現される。なお、上式（１）中、Ｃは、曲率（近軸の曲率半径の逆数）であり、κは円錐係数であり、Ａ２，Ａ４，Ａ６，…は、それぞれ、２次，４次，６次，…の非球面係数である。
【００２７】
第１の実施例の投影用樹脂レンズ１の前面１ａ及び後面１ｂを式（１）によって表現したときの具体的な数値構成として、近軸の曲率半径，円錐係数，及び非球面係数を、表１及び表２に示す。なお、表示が省略されている非球面係数は、ゼロである。
【００２８】
【表１】
2004126146.tif 000003
【００２９】
【表２】
2004126146.tif 000004
【００３０】
このように具体的に表現される第１の実施例の投影用樹脂レンズ１の前面１ａの形状を視覚的に表現するグラフを図３乃至図５に、その後面１ｂの形状を視覚的に表現するグラフを図６乃至図８に、それぞれ示す。
【００３１】
なお、図３及び図６は、光軸上の接平面からのサグ量（単位は［ｍｍ］）を、光軸に直交する径方向における各地点について示したグラフであり、図４及び図７は、その径方向における各地点での曲率半径（単位は［ｍｍ］）を示すグラフであり、図５及び図８は、その径方向における各地点での法線の光軸に対する傾き角度（単位は［°］）を示すグラフである。これら図３乃至図８のグラフにおいて、径方向における各地点は、光軸と接平面との交点を原点としたときに、その接平面内での原点からの距離（単位は［ｍｍ］）として表現されている。また、第１の実施例の前面１ａの有効口径は６３．３２ｍｍであり、後面１ｂの有効口径は７０．００ｍｍである。
【００３２】
図５及び図８に示されるように、光軸に対して法線が傾く角度が４０°を超える領域は、前面１ａでは、径方向における２７．００ｍｍから３１．６６ｍｍの範囲にあり、後面１ｂでは、径方向における２４．００ｍｍから３５．００ｍｍの範囲にある。つまり、この第１の実施例の投影用樹脂レンズ１をその光軸上の接平面へ投影した場合において、光軸に対する法線の傾き角度が４０°を超える領域の面積が光学面全体の面積（有効口径によって算出される円の面積）を占める割り合いは、それぞれ、１００×｛１−（２４．００／３１．６６）２｝＝４２．５％，及び、１００×｛１−（２７．００／３５．００）２｝＝４０．５％である。従って、第１の実施例の投影用樹脂レンズ１においては、前後面１ａ，１ｂとも、大きな曲率を有する光学面である。
【００３３】
また、第１の実施例の投影用樹脂レンズ１に形成される密着層及び反射防止膜の具体的な数値構成を、表３に示す。
【００３４】
【表３】
2004126146.tif 000005
【００３５】
この表３において、光学的膜厚とは、波長５５０ｎｍでの屈折率に物理的膜厚を乗じて得られる空気換算膜厚である。なお、この密着層は、コロイダルシリカを含有する溶液の中にレンズ基材を２０秒浸漬した後、２４０ｍｍ／分の速度にて溶液からレンズ基材を引き上げ、その後に、８５ｍＪ／ｃｍ２の強度を有する紫外線を照射することにより、レンズ基材の表面に形成されたものである。この第１の実施例においては、密着層の膜厚は０．５μｍである。
【００３６】
図９は、表３のような数値構成を有する密着層及び反射防止膜へ入射する光に対する反射率の分光特性を示すグラフである。この図９に示されるように、可視領域の波長帯（約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）の光束に対する反射率が１．０％以下に抑えられており、この密着層及び反射防止膜は、良好な光学特性を有している。
【００３７】
また、この密着層及び反射防止膜に対し、粘着テープを貼り付けてから引き剥がす試験を行った。さらに、耐湿試験（温度６０°及び湿度９０％で４８時間放置），及び耐温試験（室温６０°で７８時間放置）を行った。そして、これらの試験後の投影用樹脂レンズ１を投影光学系に組み込み、この投影用光学系に実際に光を通してみたところ、投影用スクリーンに映し出された像の中には、従来見かけられたようなゴーストが、見あたらなかった。従って、第１の実施例の投影用樹脂レンズ１は、曲率の大きな光学面を両側に有するにも拘わらず、曇りや筋に因るゴーストを生じさせることがなく、優れた光学特性を発揮し、然も、非常に高い耐久性を有している。
【００３８】
【実施例２】
第２の実施例の投影用樹脂レンズ１においても、前面１ａ及び後面１ｂとも、回転対称非球面である。従って、両面の面形状は、上記式（１）によって表現することができる。第２の実施例の投影用樹脂レンズ１の前面１ａ及び後面１ｂを式（１）によって表現したときの具体的な数値構成として、近軸の曲率半径，円錐係数，及び非球面係数を、表４及び表５に示す。なお、表示が省略されている非球面係数は、ゼロである。
【００３９】
【表４】
2004126146.tif 000006
【００４０】
【表５】
2004126146.tif 000007
【００４１】
このように具体的に表現される第２の実施例の投影用樹脂レンズ１の前面１ａの形状を視覚的に表現するグラフを図１０乃至図１２に、その後面１ｂの形状を視覚的に表現するグラフを図１３乃至図１５に、それぞれ示す。
【００４２】
なお、図１０及び図１３は、光軸上の接平面からのサグ量（単位は［ｍｍ］）を、光軸に直交する径方向における各地点について示したグラフであり、図１１及び図１４は、その径方向における各地点での曲率半径（単位は［ｍｍ］）を示すグラフであり、図１２及び図１５は、その径方向における各地点での法線の光軸に対する傾き角度（単位は［°］）を示すグラフである。これら図１０乃至図１５のグラフにおいて、径方向における各地点は、光軸と接平面との交点を原点としたときに、その接平面内での原点からの距離（単位は［ｍｍ］）として表現されている。また、第２の実施例の前面１ａの有効口径は６６．９２ｍｍであり、後面１ｂの有効口径は７７．４０ｍｍである。
【００４３】
図１２及び図１５に示されるように、光軸に対して法線が傾く角度が４０°を超える領域は、前面１ａには無く、後面１ｂでは、径方向における３４．００ｍｍから３８．７０ｍｍの範囲にある。つまり、この第２の実施例の投影用樹脂レンズ１をその光軸上の接平面へ投影した場合において、光軸に対する法線の傾き角度が４０°を超える領域の面積が光学面全体の面積を占める割り合いは、それぞれ、０％，及び、１００×｛１−（３４．００／３８．７０）２｝＝２２．８％である。従って、第２の実施例の投影用樹脂レンズ１においては、後面１ｂが、大きな曲率を有する光学面である。
【００４４】
また、第２の実施例の投影用樹脂レンズ１に形成される密着層及び反射防止膜は、第１の実施例の密着層及び反射防止膜と同様に、表３に示される数値構成を有する。このため、図９に示されるような反射率の分光特性を示す。従って、第２の実施例の密着層及び反射防止膜は、良好な光学特性を有している。
【００４５】
このような第２の実施例の投影用樹脂レンズ１を投影光学系に組み込み、この投影用光学系に実際に光を通してみたところ、投影用スクリーンに映し出された像の中には、従来見かけられたようなゴーストが、見あたらなかった。また、上述した３つの試験（粘着テープ試験，耐湿試験，及び耐温試験）を行った場合でも、像の中には、ゴーストが見あたらなかった。従って、第２の実施例の投影用樹脂レンズ１も、曲率の大きなレンズ面を一方に有するにも拘わらず、曇りや筋に因るゴーストを生じさせることがなく、優れた光学特性を発揮し、然も、非常に高い耐久性を有している。
【００４６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、曲率の大きな光学面を有する場合であっても、曇りや筋に因るゴーストを生じさせることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である投影用樹脂レンズの正面図
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿って半分に切断された投影用樹脂レンズを図１の下側から見たときの側面図
【図３】第１の実施例の前面についての光軸上の接平面からのサグ量を光軸の径方向における各地点について示したグラフ
【図４】第１の実施例の前面についての光軸の径方向における各地点での曲率半径を示すグラフ
【図５】第１の実施例の前面についての光軸の径方向における各地点での法線の光軸に対する傾き角度を示すグラフ
【図６】第１の実施例の後面についての光軸上の接平面からのサグ量を光軸の径方向における各地点について示したグラフ
【図７】第１の実施例の後面についての光軸の径方向における各地点での曲率半径を示すグラフ
【図８】第１の実施例の後面についての光軸の径方向における各地点での法線の光軸に対する傾き角度を示すグラフ
【図９】密着層及び反射防止膜へ入射する光に対する反射率の分光特性を示すグラフ
【図１０】第２の実施例の前面についての光軸上の接平面からのサグ量を光軸の径方向における各地点について示したグラフ
【図１１】第２の実施例の前面についての光軸の径方向における各地点での曲率半径を示すグラフ
【図１２】第２の実施例の前面についての光軸の径方向における各地点での法線の光軸に対する傾き角度を示すグラフ
【図１３】第２の実施例の後面についての光軸上の接平面からのサグ量を光軸の径方向における各地点について示したグラフ
【図１４】第２の実施例の後面についての光軸の径方向における各地点での曲率半径を示すグラフ
【図１５】第２の実施例の後面についての光軸の径方向における各地点での法線の光軸に対する傾き角度を示すグラフ
【符号の説明】
１　　レンズ
１ａ　前面
１ｂ　後面
１ｃ　突出部
【図１】
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【図２】
2004126146.tif 000009
【図３】
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【図４】
2004126146.tif 000011
【図５】
2004126146.tif 000012
【図６】
2004126146.tif 000013
【図７】
2004126146.tif 000014
【図８】
2004126146.tif 000015
【図９】
2004126146.tif 000016
【図１０】
2004126146.tif 000017
【図１１】
2004126146.tif 000018
【図１２】
2004126146.tif 000019
【図１３】
2004126146.tif 000020
【図１４】
2004126146.tif 000021
【図１５】
2004126146.tif 000022