光学元件的制造方法以及光学元件

摘要

一种在玻璃基板(2)上以各层重叠的方式成形有两个树脂层(4、6)的光学元件(1)的制造方法，在使两个树脂层(4、6)中从玻璃基板(2)侧起计数的第二层树脂层(6)成形时，以使第二层树脂层(6)的外周部与比该第二层树脂层(6)靠玻璃基板(2)侧的第一层树脂层(4)的外周部相比位于内侧的方式进行成形。

权利要求

1.一种光学元件的制造方法，在基材上以各层重叠的方式使多个层成形，其特征在于，在使所述多个层中从所述基材侧起计数的第二层以后的层成形时，以使进行成形的层的外周部与比该层靠所述基材侧的层的外周部相比位于内侧的方式进行所述成形。

2.根据权利要求1所述的光学元件的制造方法，其特征在于，所述多个层为两个层，在使所述两个层中从所述基材侧起计数的第二层成形时，以使所述第二层的外周部与比所述第二层靠所述基材侧的第一层的外周部相比位于内侧的方式进行所述成形。

3.根据权利要求2所述的光学元件的制造方法，其特征在于，使用树脂材料将所述第一层和所述第二层分别成形，在使所述第二层成形时使用的树脂材料的粘度为3000mPa·s以上7000mPa·s以下。

4.根据权利要求3所述的光学元件的制造方法，其特征在于，在所述基材上使具有衍射光栅的所述第一层成形，在所述第一层上以与所述衍射光栅紧贴的方式使所述第二层重叠成形，在使所述第一层成形时使用的树脂材料的粘度为200mPa·s以上800mPa·s以下。

5.根据权利要求1所述的光学元件的制造方法，其特征在于，使用树脂材料将所述各层分别成形，

在使所述多个层中至少某一层成形时使用的树脂材料的粘度为3000mPa·s以上

7000mPa·s以下。

6.根据权利要求1至5的任意一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于，所述各层的厚度分别在50μm以上400μm以下。

7.一种光学元件，其特征在于，利用权利要求1至6的任意一项所述的光学元件的制造方法制造而成。

8.一种光学元件，其特征在于，

具备基材以及重叠成形在所述基材上的多个层，所述多个层中从所述基材侧起计数的第二层以后的层的外周部与比该层靠所述基材侧的层的外周部相比位于内侧。

9.根据权利要求8所述的光学元件，其特征在于，所述多个层为两个层，

所述两个层中从所述基材侧起计数的第二层的外周部与比所述第二层靠所述基材侧的第一层的外周部相比位于内侧。

10.根据权利要求9所述的光学元件，其特征在于，所述第一层和所述第二层分别使用树脂材料成形，所述第二层成形所使用的树脂材料的粘度为3000mPa·s以上7000mPa·s以下。

11.根据权利要求10所述的光学元件，其特征在于，在所述基材上使具有衍射光栅的所述第一层成形，在所述第一层上以与所述衍射光栅紧贴的方式使所述第二层重叠成形，所述第一层成形所使用的树脂材料的粘度为200mPa·s以上800mPa·s以下。

12.根据权利要求8所述的光学元件，其特征在于，所述多个层中的各层分别使用树脂材料而成形，所述多个层中至少某一层成形所使用的树脂材料的粘度为3000mPa·s以上

7000mPa·s以下。

13.根据权利要求8至12的任意一项所述的光学元件，其特征在于，所述多个层中的各层的厚度分别在50μm以上400μm以下。

说明书

光学元件的制造方法以及光学元件

技术领域

[0001] 本发明涉及光学元件及其制造方法。

背景技术

[0002] 在光学元件的制造中经常采用成形加工(例如，参照专利文献1)。例如，在进行作为紧贴多层型的衍射光学元件的菲涅尔相位透镜的成形加工时，向圆盘状的玻璃基板和与该玻璃基板接近的成形模具的间隙填充第一树脂材料，使具有衍射光栅的第一层树脂层成形。接着，使成形模具对滴到第一层树脂层上的与第一树脂材料折射率不同的第二树脂材料进行按压，使第二层树脂层成形。由此，能够使紧贴多层型的衍射光学元件成形。

[0003] 在先技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：日本专利第4029208号公报

发明内容

[0006] 发明要解决的课题

[0007] 然而，在以上述的方法使多个层成形时，如果第二层的层外径比第一层的层外径大，则容易由从第一层的层伸出的第二层的层的外周部将气体卷入到内侧，存在着在光学元件混入气泡而外观变差的问题。

[0008] 本发明正是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种防止气泡的混入的光学元件的制造方法和光学元件。

[0009] 用于解决课题的方案

[0010] 为了达成这样的目的，本发明涉及的光学元件的制造方法，在基材上以各层重叠的方式使多个层成形，其中，在使所述多个层中从所述基材侧起计数的第二层以后的层成形时，以使进行成形的层的外周部与比该层靠所述基材侧的层的外周部相比位于内侧的方式进行所述成形。

[0011] 另外，在上述的制造方法中优选的是，所述多个层为两个层，在使所述两个层中从所述基材侧起计数的第二层成形时，以使所述第二层的外周部与比所述第二层靠所述基材侧的第一层的外周部相比位于内侧的方式进行所述成形。

[0012] 而且，在上述的制造方法中可以是，使用树脂材料将所述第一层和所述第二层分别成形，在使所述第二层成形时使用的树脂材料的粘度为3000mPa·s以上7000mPa·s以下。

[0013] 而且，在上述的制造方法中优选的是，在所述基材上使具有衍射光栅的所述第一层成形，在所述第一层上以与所述衍射光栅紧贴的方式使所述第二层重叠成形，在使所述第一层成形时使用的树脂材料的粘度为200mPa·s以上800mPa·s以下。

[0014] 而且，在上述的制造方法中可以是，使用树脂材料将所述各层分别成形，在使所述多个层中至少某一层成形时使用的树脂材料的粘度为3000mPa·s以上7000mPa·s以下。

[0015] 而且，在上述的制造方法中优选的是，所述各层的厚度分别在50μm以上400μm以下。

[0016] 而且，第一种本发明涉及的光学元件是利用上述的光学元件的制造方法制造而成的。

[0017] 而且，第二种本发明涉及的光学元件具备基材以及重叠成形在所述基材上的多个层，所述多个层中从所述基材侧起计数的第二层以后的层的外周部与比该层靠所述基材侧的层的外周部相比位于内侧。

[0018] 另外，在第二种光学元件中优选的是，所述多个层为两个层，所述两个层中从所述基材侧起计数的第二层的外周部与比所述第二层靠所述基材侧的第一层的外周部相比位于内侧。

[0019] 而且，在第二种光学元件中可以是，所述第一层和所述第二层分别使用树脂材料成形，所述第二层成形所使用的树脂材料的粘度为3000mPa·s以上7000mPa·s以下。

[0020] 而且，在第二种光学元件中优选的是，在所述基材上使具有衍射光栅的所述第一层成形，在所述第一层上以与所述衍射光栅紧贴的方式使所述第二层重叠成形，所述第一层成形所使用的树脂材料的粘度为200mPa·s以上800mPa·s以下。

[0021] 而且，在第二种光学元件中可以是，所述多个层中的各层分别使用树脂材料而成形，所述多个层中至少某一层成形所使用的树脂材料的粘度为3000mPa·s以上7000mPa·s以下。

[0022] 而且，在第二种光学元件中优选的是，所述多个层中的各层的厚度分别在50μm以上400μm以下。

[0023] 发明效果

[0024] 根据本发明，能够防止气泡混入光学元件。

附图说明

[0025] 图1(a)～(e)是依次示出第一实施方式涉及的菲涅尔相位透镜的成形工序的示意图，(f)是示出菲涅尔相位透镜的变形例的示意图。

[0026] 图2是第一实施方式涉及的菲涅尔相位透镜的侧剖视图。

[0027] 图3是示出菲涅尔相位透镜的制造方法的流程图。

[0028] 图4是第二实施方式涉及的菲涅尔相位透镜的侧剖视图。

[0029] 图5是按照(a)～(d)的顺序示出第二实施方式涉及的菲涅尔相位透镜的成形工序的示意图。

具体实施方式

[0030] 下面，参照附图说明本发明的优选实施方式。作为第一实施方式的光学元件的一例，在图2中示出作为紧贴多层型衍射光学元件的菲涅尔相位透镜(以下，称为PF透镜1)。第一实施方式的PF透镜1构成为具有：玻璃基板2、在玻璃基板2上成形的第一层树脂层4以及在第一层树脂层4上重叠成形的第二层树脂层6。玻璃基板2使用透明的玻璃材料成形为圆盘状，在玻璃基板2的一个面(与第一层树脂层4接合的一侧的面)形成有由硅烷偶联剂构成的底料层3。

[0031] 在从玻璃基板2侧起计数的第一层树脂层4使用透明的树脂材料成形为圆盘状，在第一层树脂层4的一个面(与第二层树脂层6接合的一侧的面)形成有多个轮带呈同心圆状排列的衍射光栅5。第一层树脂层4的直径比玻璃基板2的直径稍小(且比PF透镜1的有效直径大)，第一层树脂层4的外周部位于比玻璃基板2的外周部靠内侧的位置。而且，第一层树脂层4的厚度例如为50μm～400μm。另外，在各图中，为了使说明容易化，减少记载了衍射光栅5的轮带的数量，实际的轮带数量足够多以达到可供使用的程度。而且，在各图中，为了使说明容易化，省略了剖视图的影线。

[0032] 从玻璃基板2起计数的第二层树脂层6采用与第一层树脂层4折射率不同的透明的树脂材料成形为圆盘状。第二层树脂层6的直径比第一层树脂层4的直径稍小(且比PF透镜1的有效直径大)，第二层树脂层6的外周部位于比第一层树脂层4的外周部靠内侧的位置。而且，第二层树脂层6的厚度例如为50μm～400μm。

[0033] 对于如上构成的PF透镜1的制造方法，参照图3所示的流程图进行说明。首先，使第一层树脂层4成形并接合到玻璃基板2上(步骤S101)。如图1(a)所示，当使第一层树脂层4成形时，通过旋涂将硅烷偶联剂/乙醇/水(借助醋酸而稍偏酸性的水)的混合液全面地涂布到玻璃基板2的一个面，烘焙而形成底料层3。使玻璃基板2的形成有底料层3的一侧的面接近具有预定的光栅形状的第一成形模具(模具)10，如图1(b)所示，向其间隙填充用于使第一层树脂层4成形的未固化的树脂材料4a。在该状态下，从玻璃基板2的
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另一侧的面朝向树脂材料4a照射预定的照射量(例如，2000～4000mJ/cm)的紫外线，使未固化的树脂材料4a固化后，进行脱模。

[0034] 由此，第一成形模具10的光栅形状转印到树脂材料4a从而使具有衍射光栅5的第一层树脂层4成形，并且使该第一层树脂层4经由底料层3与玻璃基板2的一侧的面接合。另外，用于第一层树脂层4的树脂材料(树脂材料4a)为紫外线固化树脂，其未固化状态下的粘度为200mPa·s～800mPa·s。而且，在成形时，以使第一层树脂层4的外周部位于玻璃基板2的外周部的内侧的方式进行树脂材料4a的填充。

[0035] 接着，使第二层树脂层6重叠成形并接合到第一层树脂层4上(步骤S102)。在使第二层树脂层6成形时，如图1(c)所示，将用于使第二层树脂层6成形的未固化的树脂材料6a滴到第一层树脂层4上，如图1(d)所示，在使第二成形模具(模具)12与滴下的树脂材料6a抵接而进行成形之后，与第一层同样地进行紫外线固化并脱模。另外，第二成形模具12的表面(转印面)形成为平面。此外，第二成形模具12的表面(转印面)也可以是球面或非球面，其根据第二层树脂层6的形状决定。

[0036] 由此，如图1(e)所示，以使另一侧的面与衍射光栅5紧贴的方式使第二层树脂层6成形，并且将该第二层树脂层6与第一层树脂层4的一侧的面接合。另外，用于第二层树脂层6的树脂材料(树脂材料6a)为紫外线固化树脂，其未固化状态下的粘度为3000mPa·s～7000mPa·s。而且，在成形时，以使第二层树脂层6的外周部位于第一层树脂层4的外周部的内侧的方式使第二成形模具12与树脂材料6a抵接。这样，制造在玻璃基板2上成形有两个树脂层4、6的PF透镜1。

[0037] 其结果是，根据第一实施方式，由于第二层树脂层6的外周部相比处于该第二层树脂层6的玻璃基板2侧的第一层树脂层4的外周部位于内侧，因此在成形时不存在第二层的树脂材料6a的外周部从第一层树脂层4伸出而将气体卷入到内侧的情况，能够防止气泡混入PF透镜1。

[0038] 而且，使第二层树脂层6成形时使用的树脂材料(树脂材料6a)的粘度为3000mPa·s～7000mPa·s，在将这样粘度比较高的树脂材料用于第二层树脂层6的情况下，在成形时如果第二层树脂材料6a的外周部从第一层树脂层4伸出，则容易将气体卷入到内侧，因此能够有效地防止气泡混入PF透镜1。也可以将第二层树脂层6成形时使用的树脂材料(树脂材料6a)的粘度的范围设为4600mPa·s～5400mPa·s。

[0039] 而且，在使第一层树脂层4成形时使用的树脂材料(树脂材料4a)的粘度为200mPa·s～800mPa·s，通过使第一层树脂层4采用比第二层树脂层6粘度低的树脂材料，能够利用第一层树脂层4防止气泡混入。另外，也可以是将第一层树脂层4成形时使用的树脂材料(树脂材料4a)的粘度的范围设为400mPa·s～600mPa·s。

[0040] 而且，第一层树脂层4和第二层树脂层6的厚度分别为50μm～400μm，各层的厚度在这样的范围，能够将两个树脂层适当地成形。

[0041] 接着，参照图4说明PF透镜的第二实施方式。第二实施方式的PF透镜21构成为具有：第一玻璃基板22、在第一玻璃基板22上成形的第一层树脂层24、在第一层树脂层24上重叠成形的第二层树脂层26、以及在第二层树脂层26上重叠接合的第二玻璃基板28。第一玻璃基板22使用透明的玻璃材料成形为圆盘状，在第一玻璃基板22的一个面(与第一层树脂层24接合的一侧的面)形成有由硅烷偶联剂构成的底料层23。

[0042] 从第一玻璃基板22侧起计数的第一层树脂层24使用透明的树脂材料成形为圆盘状，在第一层树脂层24的一个面(与第二层树脂层26接合的一侧的面)形成有多个轮带呈同心圆状排列的衍射光栅25。第一层树脂层24的直径比第一玻璃基板22的直径稍小(且比PF透镜21的有效直径大)，第一层树脂层24的外周部位于比第一玻璃基板22的外周部靠内侧的位置。而且，第一层树脂层24的厚度例如为50μm～400μm。

[0043] 从第一玻璃基板22侧起计数的第二层树脂层26采用与第一层树脂层24折射率不同的透明的树脂材料成形为圆盘状。第二层树脂层26的直径比第一层树脂层24的直径稍小(且比PF透镜21的有效直径大)，第二层树脂层26的外周部位于比第一层树脂层24的外周部靠内侧的位置。而且，第二层树脂层26的厚度例如为50μm～400μm。

[0044] 第二玻璃基板28使用透明的玻璃材料成形为圆盘状，在第二玻璃基板28的另一侧的面(与第二层树脂层26接合的一侧的面)形成有由硅烷偶联剂构成的底料层29。

[0045] 对如上构成的PF透镜21的制造方法进行说明。第二实施方式涉及的PF透镜21的制造方法为与第一实施方式的情况同样的流程，使用图3所示的流程图进行说明。首先，使第一层树脂层24成形并接合到第一玻璃基板22上(步骤S101)。如图5(a)所示，当在第一玻璃基板22上使第一层树脂层24成形时，通过旋涂将硅烷偶联剂/乙醇/水(借助醋酸而稍偏酸性的水)的混合液全面地涂布到第一玻璃基板22的一个面，烘焙而形成底料层23。使第一玻璃基板22的形成有底料层23的一侧的面接近具有预定的光栅形状的成形模具(模具)30，如图5(b)所示，向其间隙填充用于使第一层树脂层24成形的未固化的树脂材料24a。在该状态下，从第一玻璃基板22的另一侧的面朝向树脂材料24a照射预定时间(例如，2分钟)的紫外线，在使未固化的树脂材料24a固化后，进行脱模。

[0046] 由此，成形模具30的光栅形状转印到树脂材料24a从而使具有衍射光栅25的第一层树脂层24成形，并且使该第一层树脂层24经由底料层23与玻璃基板22的一侧的面接合。另外，用于第一层树脂层24的树脂材料(树脂材料24a)为紫外线固化树脂，其未固化状态下的粘度为200mPa·s～800mPa·s。而且，在成形时，以使第一层树脂层24的外周部位于第一玻璃基板22的外周部的内侧的方式进行树脂材料24a的填充。

[0047] 接着，使第二层树脂层26重叠成形并接合到第一层树脂层24上(步骤S102)。在使第二层树脂层26成形时，如图5(c)所示，将用于使第二层树脂层26成形的未固化的树脂材料26a滴到第一层树脂层24上，如图5(d)所示，在使第二玻璃基板28与滴下的树脂材料26a抵接而进行成形之后，与第一层同样地进行紫外线固化。另外，此时，与第一玻璃基板22同样地在第二玻璃基板28的另一侧的面形成底料层29，通过将该底料层29与树脂材料26a抵接，能够同时进行第二层树脂层26的成形和第二玻璃基板28相对于第二层树脂层26的接合。

[0048] 由此，以另一侧的面与衍射光栅25紧贴的方式使第二层树脂层26成形，并且该第二层树脂层26与第一层树脂层24的一侧的面接合，同时，第二玻璃基板28经由底料层29与第二层树脂层26的一侧的面接合。另外，用于第二层树脂层26的树脂材料(树脂材料26a)为紫外线固化树脂，其未固化状态下的粘度为3000mPa·s～7000mPa·s。而且，在成形时，以使第二层树脂层26的外周部位于第一层树脂层24的外周部的内侧的方式使第二玻璃基板28与树脂材料26a抵接。这样，制造在两个玻璃基板22、28之间成形有两个树脂层24、26的PF透镜21。

[0049] 其结果是，根据第二实施方式，能够得到与第一实施方式的情况相同的效果。而且，根据第二实施方式，使形成有底料层29的第二玻璃基板28与树脂材料26a抵接来使第二层树脂层26成形，因此能够同时进行第二层树脂层26的成形和第二玻璃基板28相对于第二层树脂层26的接合。因此，当制造在两个玻璃基板22、28之间成形有两个树脂层24、26的PF透镜21时，无需利用成形模具使第二层树脂层26成形，能够使PF透镜21的制造工序简化。

[0050] 另外，在上述第二实施方式中，使形成有底料层29的第二玻璃基板28与树脂材料26a抵接来使第二层树脂层26成形，不过不限于此。例如，也可以如图1(a)～(e)所示，与上述第一实施方式相同地在(第一)玻璃基板2上使两个树脂层4、6成形后，如图1(f)所示，使用粘接剂将第二玻璃基板8重叠粘接(接合)到第二层树脂层6上。这样的话，由于使用粘接剂9粘接第二玻璃基板8，因此当制造在两个玻璃基板2、8之间形成有两个树脂层
4、6的PF透镜41时，不必在第二玻璃基板8形成底料层，能够使PF透镜41的制造工序简化。

[0051] 而且，在上述各实施方式中，在(第一)玻璃基板上使两个树脂层成形，不过不限于此，例如也可以使三层以上树脂层成形，在基材上以各层重叠的方式成形有多个层的情况都能够应用本发明。在该情况下，使多个层中的至少某个层成形时所使用的树脂材料的粘度可以设为3000mPa·s～7000mPa·s。另外也可以使树脂材料的粘度为4600mPa·s～5400mPa·s。

[0052] 而且，在上述各实施方式中，作为基材使用玻璃基板，然而不限于此，例如也可以是塑料制的基板，只要是透明的材料即可。

[0053] 而且，在上述各实施方式中，玻璃基板、第一层树脂层和第二层树脂层分别形成为圆盘状，不过不限于此，玻璃基板、第一层树脂层和第二层树脂层的至少某一个面(一侧或者另一侧的面)也可以是球面或者非球面。而且，也可以是，在玻璃基板上使第一层树脂层和第二层树脂层成形后，切削外周部而精加工成所希望的形状。另外，在第二层树脂层具有非球面的情况下，可以使第二层树脂层的厚度为50μm～1000μm。

[0054] 而且，在上述各实施方式中，以衍射光学元件的一种即PF透镜为例进行了说明，不过不限于此，一般的菲涅尔透镜、非球面透镜、微透镜阵列等光学元件也能够应用本发明。

[0055] 标号说明

[0056] 1：PF透镜(第一实施方式)；2：玻璃基板(基材)；

[0057] 4：第一层树脂层；5：衍射光栅；

[0058] 6：第二层树脂层；

[0059] 21：PF透镜(第二实施方式)；22：第一玻璃基板(基材)；

[0060] 24：第一层树脂层；25：衍射光栅；

[0061] 26：第二层树脂层；

[0062] 41：PF透镜(变形例)。