(57)【要約】【課題】２つの異なる光学材料を界面で積層した積層光学素子の密着強度を高くする。【解決手段】積層光学素子１０は、熱可塑性樹脂１２と紫外線硬化型樹脂１４とが界面で積層されていて、界面には、薄膜１６が形成されている領域と形成されていない領域とが存在している。薄膜が形成された領域では、樹脂材料の互いの有機成分の移行を阻止すると共に、薄膜が形成されていない領域では、樹脂材料の互いの有機成分が移行して溶融することによって、密着強度の高い積層光学素子が得られる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂よりなる第１の光学材料と樹脂よりなる第２の光学材料とが界面で積層された積層光学素子において、
前記界面には、薄膜が形成されている領域と形成されていない領域とが存在する
ことを特徴とする積層光学素子。
【請求項２】
前記薄膜が形成されている領域では、前記第１の光学材料と前記第２の光学材料の有機成分が移行せず、前記薄膜が形成されていない領域では、前記有機成分が移行していることを特徴とする請求項１に記載の積層光学素子。
【請求項３】
前記薄膜が形成されている領域は、前記積層光学素子の前記界面での光学有効径を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層光学素子。
【請求項４】
前記積層光学素子の前記界面での光学有効径をＥ、前記第１の光学材料の外径をＤ、前記第２の光学材料の外径をＨ、前記薄膜が形成されている領域の径をＲ、とすると
Ｄ≧Ｈ＞Ｒ＞Ｅ
の関係を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の積層光学素子。
【請求項５】
前記薄膜が形成されていない領域での前記第１の光学材料と前記第２の光学材料の密着強度が、前記薄膜と前記第１の光学材料との密着強度、又は前記薄膜と前記第２の光学材料との密着強度の少なくとも一方よりも高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の積層光学素子。
【請求項６】
前記第１の光学材料は熱可塑性樹脂であり、前記第２の光学材料は紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の積層光学素子。
【請求項７】
前記第２の光学材料は重合性組成物で形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の積層光学素子。
【請求項８】
前記界面は非球面若しくは自由曲面である
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の積層光学素子。
【請求項９】
前記界面は不連続な光学面である
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の積層光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材となる第１の光学材料の表面に第２の光学材料を積層した積層光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、球面ガラスレンズの上に樹脂層を接合して表面形状を非球面に加工したり、異種の樹脂同士を接合した積層光学素子が実用化されている。
例えば、特許文献１には、屈折率の異なる２つの樹脂材料を積層して、その界面にはバリア層を挟んで、マイクロレンズパターンが形成されたマイクロレンズ基板が開示されている。
【０００３】
そして、このバリア層は、樹脂材料を直接積層することにより、樹脂材料の有機成分が界面で互いに移行して、樹脂材料の屈折率が変化して所望の光学特性が得られなくなるのを防止するために形成されている。
【０００４】
また、特許文献２には、屈折率の異なる２つの樹脂材料を積層して、ブレーズ形状が形成された回折光学素子が開示されている。そして、樹脂材料を直接積層することによる有機成分の溶融を防止するために、溶融しにくい特性を有する樹脂材料を選択している。
【０００５】
さらに、特許文献３には、屈折率の異なる２つの樹脂材料を積層して、その界面には密着強度を高くするための透過性薄膜を挟んで、ブレーズ形状やバイナリー形状のような凹凸パターンを形成した回折光学素子が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−５１１０３号公報
【特許文献２】特開２００１−１０００２６号公報
【特許文献３】特開２００４−１３０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に開示された積層光学素子では、温度又は湿度等の外部環境が変化したときに、積層された樹脂層の応力が変化することによって、樹脂層とバリア層との界面、あるいは樹脂層の界面で、割れ、ひび、剥がれ等が発生するおそれがある。
【０００７】
また、特許文献３に開示された積層光学素子では、薄膜だけで２つの樹脂層を強固に密着させることは難しい。
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、２つの異なる光学材料同士を界面で積層した密着強度の高い積層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】
【０００８】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
樹脂よりなる第１の光学材料と樹脂よりなる第２の光学材料とが界面で積層された積層光学素子において、
前記界面には、薄膜が形成されている領域と形成されていない領域とが存在することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の積層光学素子において、
前記薄膜が形成されている領域では、前記第１の光学材料と前記第２の光学材料の有機成分が移行せず、前記薄膜が形成されていない領域では、前記有機成分が移行していることを特徴とする。
【００１０】
ここで、有機成分の移行とは、有機成分が互いに混ざり合って溶融することをいう。以下同じ。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の積層光学素子において、
前記薄膜が形成されている領域は、前記積層光学素子の前記界面での光学有効径を含んでいることを特徴とする。
【００１１】
ここで、光学有効径とは、光学設計上の光学機能を有する光学面上の領域の直径である。以下同じ。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の積層光学素子において、
前記積層光学素子の前記界面での光学有効径をＥ、前記第１の光学材料の外径をＤ、前記第２の光学材料の外径をＨ、前記薄膜が形成されている領域の径をＲ、とすると
Ｄ≧Ｈ＞Ｒ＞Ｅ
の関係を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の積層光学素子において、
前記薄膜が形成されていない領域での前記第１の光学材料と前記第２の光学材料の密着強度が、前記薄膜と前記第１の光学材料との密着強度、又は前記薄膜と前記第２の光学材
料との密着強度の少なくとも一方よりも高いことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の積層光学素子において、
前記第１の光学材料は熱可塑性樹脂であり、前記第２の光学材料は紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の積層光学素子において、
前記第２の光学材料は重合性組成物で形成されていることを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の積層光学素子において、
前記界面は非球面若しくは自由曲面であることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の積層光学素子において、
前記界面は不連続な光学面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、２つの異なる光学材料同士を界面で積層した密着強度の高い積層光学素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［積層光学素子の説明］
図１は、本実施形態の一例としての積層光学素子１０を形成する工程を示す図である。また、図２は、成形された積層光学素子１０の断面図を示す。
【００１８】
積層光学素子１０の成形において、まず、第１の光学材料としての熱可塑性樹脂１２の表面に、薄膜１６を形成する。次に、第２の光学材料としての液状の紫外線硬化型樹脂（例えば、液状の重合性組成物）１４’を滴下して固化させる。
【００１９】
この場合、所定の成形面４１ａを有する上型４１を光軸（Ｏ−Ｏ軸）方向に押圧して所定位置で停止させる。こうして、紫外線硬化型樹脂１４’を所定形状に成形する。次いで、熱可塑性樹脂１２の下方に配置された紫外線照射装置４２の紫外線ランプ４２ａから紫外線硬化型樹脂１４’に下方から紫外線を照射する。
【００２０】
この結果、紫外線硬化型樹脂１４’は硬化し、図２に示すように、熱可塑性樹脂１２の表面に、薄膜１６を挟んで、薄い紫外線硬化型樹脂１４が積層された積層光学素子１０が得られる。
［第１実施形態］
図３は、第１実施形態の積層光学素子１０を示す図であり、図４は、その要部拡大を示す図である。
【００２１】
積層光学素子１０は、第１の光学材料としての熱可塑性樹脂１２と第２の光学材料としての紫外線硬化型樹脂１４とを積層して形成されている。
ここで、熱可塑性樹脂１２と紫外線硬化型樹脂１４は、溶解しやすい特性を持つ樹脂で
ある。ところで、物質の溶解度を表す物理的な指標として、ＳＰ値（Solubility  Parameter）が知られている。このＳＰ値とは、溶解度パラメータ又は溶解性パラメータと呼ばれるもので、物質がどれだけ溶剤などに溶けやすいかということを数値化したものである（単位は（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２）。
【００２２】
物質と溶剤においてこのＳＰ値が近いほど（ＳＰ値の差が小さいほど）、溶解度が大となり、物質は溶剤によく溶けることが経験的に知られている。また、物質を溶剤に溶解させる場合と同様に、ＳＰ値の差が小さい２つの樹脂材料を積層した場合でも、積層界面で２つの樹脂材料に含まれる有機成分が移行して、互いに溶融する現象が起こることが知られている（特許文献１参照）。
【００２３】
このような熱可塑性樹脂としては、例えば、パンライト（登録商標、帝人化成（株）製）、ユーロピン（登録商標、三菱エンジニアリングプラスチックス（株）製）、ＯＫＰ４（大阪ガスケミカル（株）製）、エスチレン（登録商標、新日鐵化学（株）製）等がある。また、紫外線硬化型樹脂としては、例えば、ＵＶ−１０００（三菱化学（株）製）、ＥＡ−Ｆ５００５（大阪ガスケミカル（株）製）等がある。
【００２４】
また、これらの樹脂材料のＳＰ値は、蒸発熱や屈折率等の物理的特性の実測値に基づいて計算する方法や、分子構造式から計算する方法の他、いくつかの方法が知られている。  本実施形態では、いずれの方法で求めたＳＰ値を用いても、同じ方法で求めた熱可塑性樹脂と紫外線硬化型樹脂のＳＰ値の差が、略２．０（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２以下であることが好ましい。
【００２５】
また、薄膜１６の薄膜材料は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、窒化物系セラミック等、あるいは少なくともカルバゾール骨格を有する物質を含む硬化性樹脂、パリキシレン樹脂のうち少なくとも１種類を含む薄膜材料が好ましい。
【００２６】
なお、この薄膜１６は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、又は化学蒸着法等により形成することができる。また、薄膜の平均膜厚は特に制限されないが、有機成分の移行が阻止できる範囲で、略０．１μｍ以下が好ましい。
【００２７】
また、界面での光学有効径をＥ、熱可塑性樹脂１２の外径をＤ、紫外線硬化型樹脂１４の外径をＨ、薄膜が形成されている領域の径をＲとすると、
Ｄ≧Ｈ＞Ｒ＞Ｅ
の関係を有している。
【００２８】
ここで、光学有効径とは、光学設計上の光学機能を有する光学面上の領域の直径である。
薄膜１６が形成されている領域の径Ｒは、界面での光学有効径Ｅよりも大きく、かつ、紫外線硬化型樹脂１４の外径Ｈよりも小さい。すなわち、少なくとも界面での光学有効径Ｅ内には薄膜１６が形成されており、界面での光学有効径Ｅの外側と熱可塑性樹脂１２の外径Ｄ、または紫外線硬化型樹脂１４の外径Ｈの間の領域には、薄膜１６が形成されていない領域が存在することになる。
【００２９】
なお、熱可塑性樹脂１２と紫外線硬化型樹脂１４との界面は、非球面若しくは自由曲面となっている。
ここで、薄膜１６が形成されていない領域の界面では、熱可塑性樹脂１２と紫外線硬化型樹脂１４のＳＰ値の差が小さいために、互いの有機成分が移行して溶融することになる。一方、薄膜１６が形成されている領域の界面では、薄膜１６によって互いの有機成分の移行が阻止されて、溶融しないことになる。
【００３０】
すなわち、薄膜１６が形成されている領域の界面では、屈折率の変化等による光学特性の変化が発生しないため、その領域を光学面として使用することができる。一方、薄膜１６が形成されていない領域では、樹脂材料が互いに溶融することにより、強固に密着されることになる。
【００３１】
この溶融による密着強度は、薄膜１６と熱可塑性樹脂１２との密着強度、又は薄膜１６と紫外線硬化型樹脂１４との密着強度よりも高くなる。その結果、温度又は湿度等の外部環境の変化に強く、落下時等の高い耐衝撃性も兼ね備えた積層光学素子が得られる。
【００３２】
また、２つの樹脂材料の有機成分の移行を阻止する目的を優先させて、界面に形成される薄膜１６の薄膜材料を選択できる。そのため、薄膜１６の膜設計の自由度を確保することができる。もちろん、２つの樹脂材料との密着強度を高くするような薄膜材料を選択して薄膜１６を形成すれば、さらに密着強度を高くすることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、紫外線硬化型樹脂１４の積層により光学素子を形成した場合について説明したが、熱硬化型樹脂その他のエネルギー硬化型の樹脂を用いてもよい。
［第２実施形態］
図５は、第２実施形態の積層光学素子２０の拡大断面図である。
【００３４】
本実施形態においては、積層光学素子２０は、第１の光学材料としての熱可塑性樹脂２２と、第２の光学材料としての紫外線硬化型樹脂２４との界面に不連続な光学面としての微細な凹凸面２８が形成された回折光学素子である。
【００３５】
また、本実施形態においては、第１実施形態と同様に、積層する２つの光学材料である熱可塑性樹脂２２及び紫外線硬化型樹脂２４は、第１実施形態と同様に、いずれも溶融しやすい特性を持つ樹脂である。
【００３６】
光学面の微細な凹凸面２８としては、例えばブレーズ形状（鋸歯状の凹凸形状）やフレネルゾーンプレート形状（輪帯状の凹凸形状）等が考えられる。もしも、界面において、このような光学面の微細な形状パターンが溶融してしまうと、光学素子としての所望の光学機能を有さなくなる。
【００３７】
すなわち、この場合には、微細な凹凸面２８を回折光学素子として使うことができなくなる。
そこで、本実施形態では、積層光学素子２０の微細な凹凸面２８のうち、光学有効径Ｅを含む領域に薄膜２６を形成することで、有機成分の移行を阻止した。
【００３８】
本実施形態によれば、積層光学素子２０は、薄膜２６が形成されている領域Ｒの外周部には薄膜２６が形成されていない領域がある。すなわち、薄膜２６が形成されている領域Ｒでは、樹脂材料同士の有機成分の移行が阻止されると共に、薄膜２６が形成されていない領域では、互いの有機成分が移行して樹脂が溶解し、密着強度が高くなる。
【００３９】
本実施形態によれば、界面に不連続な光学面が形成されているために、樹脂材料同士の密着強度が低下しやすい積層光学素子であっても、高い密着強度が得られる。
［第３実施形態］
図６は、第３実施形態の積層光学素子３０の拡大断面図である。
【００４０】
本実施形態においては、積層光学素子３０は、第１の光学材料としての熱可塑性樹脂３２と、第２の光学材料としての紫外線硬化型樹脂３４との界面に不連続な光学面としてのマイクロレンズ面３８が形成されている。このマイクロレンズ面３８には、多数の凸状の球面レンズ又は非球面レンズが２次元的に隣接して形成されている。
【００４１】
本実施形態では、積層光学素子３０のマイクロレンズ面３８のうち、光学有効径Ｅを含む領域には薄膜３６が形成されている。すなわち、多数の凸状のレンズが形成された光学有効径Ｅ内の界面上に、一様に薄膜３６が形成されている。
【００４２】
また、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、薄膜３６が形成されている領域Ｒの外周部には薄膜３６が形成されていない領域がある。この領域では、有機成分の移行により樹脂が溶融している。この結果、この領域では、樹脂層が強固に密着される。一方、薄膜３６が形成されている領域の界面では、樹脂材料同士の有機成分の移行が阻止されている。
【００４３】
本実施形態によれば、薄膜３６が形成されている領域Ｒでは、マイクロレンズ面としての所望の光学機能が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】基材となる光学材料の表面に樹脂層を形成する工程を示す図である。
【図２】積層光学素子の断面を示す図である。
【図３】第１実施形態の積層光学素子を示す図である。
【図４】同上の要部拡大を示す図である。
【図５】第２実施形態の積層光学素子の拡大断面図である。
【図６】第３実施形態の積層光学素子の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０      積層光学素子
１２      熱可塑性樹脂
１４      紫外線硬化型樹脂
１４’    紫外線硬化型樹脂
１６      薄膜
２０      積層光学素子
２２      熱可塑性樹脂
２４      紫外線硬化型樹脂
２６      薄膜
２８      凹凸面
３０      積層光学素子
３２      熱可塑性樹脂
３４      紫外線硬化型樹脂
３６      薄膜
３８      マイクロレンズ面
４１      上型
４１ａ    成形面
４２      紫外線照射装置
４２ａ    紫外線ランプ
【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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