特開 2022-83016 光学素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022083016

(43)【公開日】2022-06-03

(54)【発明の名称】光学素子

(51)【国際特許分類】

   G02B 3/00 20060101AFI20220527BHJP

   G02B 3/02 20060101ALI20220527BHJP

   B29D 11/00 20060101ALI20220527BHJP

【ＦＩ】

G02B3/00 Z

G02B3/02

B29D11/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020194238

(22)【出願日】2020-11-24

(71)【出願人】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】出口 健太

(72)【発明者】

【氏名】角田 篤史

(72)【発明者】

【氏名】窪田 統

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AA21

4F213AH74

(57)【要約】

【課題】レンズ有効部の寸法及び形状の不良を低減する、技術を提供する。
【解決手段】光学素子は、硬化性樹脂組成物の硬化物である樹脂レンズと、前記樹脂レンズを支持する基材と、を有する。前記樹脂レンズは、光軸を含むレンズ有効部と、前記レンズ有効部を取り囲むレンズ外縁部と、を含む。前記光軸と直交する方向における前記光軸からの距離をｘとし、前記樹脂レンズの前記基材とは反対向きの表面の高さをｆ（ｘ）とし、ｆ（ｘ）の１階微分値がゼロになるｘであって前記レンズ有効部に最も近いｘを基準点とする。前記基準点から±０．０３０ｍｍの範囲において、ｆ（ｘ）の２階微分値のピーク値の絶対値が２０以上２００００以下である。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

硬化性樹脂組成物の硬化物である樹脂レンズと、前記樹脂レンズを支持する基材と、を有する、光学素子であって、
前記樹脂レンズは、光軸を含むレンズ有効部と、前記レンズ有効部を取り囲むレンズ外縁部と、を含み、
前記光軸と直交する方向における前記光軸からの距離をｘとし、前記樹脂レンズの前記基材とは反対向きの表面の高さをｆ（ｘ）とし、ｆ（ｘ）の１階微分値がゼロになるｘであって前記レンズ有効部に最も近いｘを基準点とすると、前記基準点から±０．０３０ｍｍの範囲において、ｆ（ｘ）の２階微分値のピーク値の絶対値が２０以上２００００以下である、光学素子。

【請求項2】

前記樹脂レンズは、凹レンズであり、
前記樹脂レンズの前記表面は、前記基準点から±０．０３０ｍｍの範囲に凸状の部分を含む、請求項１に記載の光学素子。

【請求項3】

前記凸状の部分は、局所的に窪んだ部分を含む、請求項２に記載の光学素子。

【請求項4】

前記樹脂レンズは、凸レンズであり、
前記樹脂レンズの前記表面は、前記基準点から±０．０３０ｍｍの範囲に凹状の部分を含む、請求項１に記載の光学素子。

【請求項5】

前記凹状の部分は、局所的に突出した部分を含む、請求項４に記載の光学素子。

【請求項6】

前記基準点から±０．０１５ｍｍの範囲において、ｆ（ｘ）の２階微分値のピーク値の絶対値が２０以上２００００以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載の光学素子。

【請求項7】

前記基準点から±０．０１０ｍｍの範囲において、ｆ（ｘ）の２階微分値のピーク値の絶対値が２０以上２００００以下である、請求項６に記載の光学素子。

【請求項8】

前記基準点から±０．０３０ｍｍの範囲において、ｆ（ｘ）の２階微分値のピーク値の絶対値が１５０以上２００００以下である、請求項１～７のいずれか１項に記載の光学素子。

【請求項9】

前記基準点から±０．０３０ｍｍの範囲において、ｆ（ｘ）の２階微分値のピーク値の絶対値が４３０以上２００００以下である、請求項８に記載の光学素子。

【請求項10】

前記樹脂レンズは、前記基材の上に複数設けられ、互いに離れて設けられる、請求項１～９のいずれか１項に記載の光学素子。

【請求項11】

前記樹脂レンズは、アクリル基及び／又はメタクリル基を有する硬化性樹脂組成物の硬化物である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の光学素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光学素子に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載の複製ツールは、複製材料から素子を複製する。複製材料は、ポリマー材料、つまりモノマーである。複製材料は、複製ツールと基板との間に挟まれた状態で硬化される。複製される素子は、レンズである。複製ツールは、複製面と、複製面上の複数のキャビティと、を備える。キャビティの各々が、１つの素子又は一群の素子の形状を定義する。複製ツールは、複製面上に、キャビティから突出した少なくとも１つの突起部分を更に備える。突起部分において、複製ツールと基板との間隔が最小となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２２２１６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

樹脂レンズは、硬化性樹脂組成物の硬化物であり、成形型を用いて成形される。樹脂レンズは、光軸を含むレンズ有効部と、レンズ有効部を取り囲むレンズ外縁部と、を含む。

【0005】

本開示の一態様は、レンズ有効部の寸法及び形状の不良を低減する、技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る光学素子は、硬化性樹脂組成物の硬化物である樹脂レンズと、前記樹脂レンズを支持する基材と、を有する。前記樹脂レンズは、光軸を含むレンズ有効部と、前記レンズ有効部を取り囲むレンズ外縁部と、を含む。前記光軸と直交する方向における前記光軸からの距離をｘとし、前記樹脂レンズの前記基材とは反対向きの表面の高さをｆ（ｘ）とし、ｆ（ｘ）の１階微分値がゼロになるｘであって前記レンズ有効部に最も近いｘを基準点とする。前記基準点から±０．０３０ｍｍの範囲において、ｆ（ｘ）の２階微分値のピーク値の絶対値が２０以上２００００以下である。

【発明の効果】

【0007】

本開示の一態様によれば、レンズ外縁部からレンズ有効部への未硬化樹脂の流れ込みを抑制でき、レンズ有効部の寸法及び形状の不良を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る光学素子を示す断面図である。

【図2】図２は、図１の光学素子の製造に用いるモールドを示す断面図である。

【図3】図３は、図２の硬化性樹脂組成物の硬化を示す断面図である。

【図4】図４は、図３のモールドと光学素子との離型を示す断面図である。

【図5】図５は、図１の領域Ｖにおける未硬化樹脂の流動を示す断面図である。

【図6】図６は、図５の比較例を示す断面図である。

【図7】図７は、図１の領域Ｖにおける樹脂レンズの表面形状を示す図である。

【図8】図８は、図７の比較例を示す図である。

【図9】図９は、第２実施形態に係る光学素子を示す断面図である。

【図10】図１０は、図９の領域Ｘにおける樹脂レンズの表面形状を示す図である。

【図11】図１１は、図１０の比較例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。また、明細書中、数値範囲を示す「～」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。

【0010】

（第１実施形態）
図１を参照して、第１実施形態に係る光学素子１について説明する。光学素子１は、硬化性樹脂組成物の硬化物である樹脂レンズ２と、樹脂レンズ２を支持する基材３と、を含む。樹脂レンズ２は、本実施形態では基材３の上で成形されるが、後述するように基材３とは別の基材の上で成形された後で、基材３に接着されてもよい。

【0011】

基材３は、光学系で使用される光の波長帯の一部（例えば可視光（波長４００ｎｍ～７００ｎｍ））を透過すればよく、他の一部を反射するか吸収してもよい。つまり、基材３は、一部の波長帯の光を反射するか吸収する光学フィルタ機能を有してもよい。また、基材３は、プリズムの機能を有してもよい。

【0012】

基材３は、例えばガラス基材又は樹脂基材で構成される。ガラス基材又は樹脂基材は、赤外線、可視光、及び紫外線のいずれか１つ、又は２つ以上に対して反射機能又は吸収機能を有し、特定の波長帯の光を透過する構成としてもよい。基材３は、単一の基材の単層構造でもよいし、主基材（ガラス基材又は樹脂基材）に反射や吸収機能を付与する膜を積層し特定の波長帯の光を透過させる複数層構造でもよい。また、基材３は、反射機能や吸収機能の他に、防汚などの機能を付与する膜を積層してもよい。

【0013】

例えば、基材３は、ガラス基材又は樹脂基材の他に、更に樹脂膜又は無機膜を含んでもよい。樹脂膜は、例えば、色調補正フィルタ、シランカップリング剤等の下地膜、又は防汚膜等の機能を有する膜である。樹脂膜は、例えば、スクリーン印刷、蒸着、スプレーコート又はスピンコート法等で形成される。無機膜は、例えば光干渉膜（反射防止や波長選択フィルタ）としての機能を有する金属酸化物膜等である。無機膜は、例えば、スパッタリング法、蒸着、又はＣＶＤ法等で形成される。

【0014】

樹脂レンズ２は、基材３の成形面３１に成形される。成形面３１は、本実施形態では平坦面であるが、凹凸面であってもよく、凹部と凸部とを有してもよい。凹部と凸部を有する場合は、下記（１）～（３）の構成を含む。

【0015】

（１）成形面３１において、凹部は、凸部を囲むように形成される。凸部の頂面に、硬化性樹脂組成物が塗布され、樹脂レンズ２が成形される。（２）成形面３１において、凸部は、凹部を囲むように形成される。凹部の底面に、硬化性樹脂組成物が塗布され、樹脂レンズ２が形成される。（３）成形面３１において、凹部が形成される。凹部の底面に、硬化性樹脂組成物が塗布され、樹脂レンズ２が形成される。

【0016】

凹凸面は、凹部又は凸部を形成することにより得られる。凹部の形成方法としては、例えば、エンドミル等による切削加工、エッチング加工、又はレーザ加工等が挙げられる。一方、凸部の形成方法としては、例えばフォトリソグラフィ法、リフトオフ法、又はインプリント法等が挙げられる。

【0017】

樹脂レンズ２は、光を集束、又は発散させる。樹脂レンズ２は、球面レンズでもよいし、非球面レンズでもよい。また、樹脂レンズ２は、本実施形態では凹レンズであるが、後述するように凸レンズでもよい。

【0018】

なお、基材３の成形面３１は、本実施形態では平坦面であるが、曲面であってもよい。従って、樹脂レンズ２は、両凹レンズ、平凹レンズ、凹メニスカスレンズ、両凸レンズ、平凸レンズ、及び凸メニスカスレンズのいずれでもよい。

【0019】

樹脂レンズ２は、硬化性樹脂組成物で成形される。硬化性樹脂組成物を、以下、単に「樹脂組成物」とも呼ぶ。樹脂組成物は、例えば、光硬化性である。光硬化性の樹脂組成物は、紫外線等の光の照射によって硬化する。その硬化物は、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、又はアクリル樹脂などである。

【0020】

ここで、本願に使用できる光硬化性の樹脂組成物についてさらに説明する。例えば、本願の光硬化性の樹脂組成物として、光重合性基を有する樹脂組成物が挙げられる。光重合性基には、ラジカル重合性の官能基（アクリル基やメタクリル基など）や、イオン重合性の官能基（例えばエポキシ基など）が挙げられる。本願の樹脂レンズは特に限定されるものではないが、ラジカル重合性の官能基を有する樹脂組成物を硬化して得ることが好ましい。ラジカル重合性の樹脂組成物は、イオン重合性の樹脂組成物よりも硬化速度が速く、生産性良く硬化物（樹脂レンズ２）を得ることができる。ラジカル重合性の樹脂組成物は、アクリル基及び／又はメタクリル基を有する。

【0021】

なお、樹脂組成物は、光硬化性のものには限定されず、熱硬化性のものなどであってもよい。熱硬化性の樹脂組成物は、加熱によって硬化する。その硬化物は、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、又はフェノール樹脂などである。

【0022】

光硬化性の樹脂組成物は、熱硬化性の樹脂組成物とは異なり、室温でも硬化できるので、基材３との熱膨張差による寸法精度の低下を抑制できる。そのため光硬化性の樹脂組成物は、熱硬化性の樹脂組成物に比べて、大面積の塗布が容易である。また、光硬化性の樹脂組成物は、熱硬化性の樹脂組成物とは異なり、温度変化を伴わないため、リードタイムが短くなり、生産性が向上する。

【0023】

一方、熱硬化性の樹脂組成物は、光硬化性の樹脂組成物に比べて、硬化後の耐熱性に優れており、硬化後の耐リフロー性に優れている。

【0024】

樹脂組成物は、本実施形態では成形型の表面に塗布されるが、基材３の表面に塗布されてもよい。樹脂組成物は、例えばディスペンサによって塗布される。ディスペンサは、樹脂組成物の塗布量を細かく調整できる。樹脂組成物の塗布量は、樹脂組成物の硬化時の収縮率と、硬化物である樹脂レンズ２の体積とに応じて設定される。なお、樹脂組成物の塗布方法は、特に限定されず、例えばスクリーン印刷法などでもよい。

【0025】

樹脂組成物が光硬化性である場合、その硬化は紫外線等の光の照射によって行われる。光は、基材３を介して樹脂組成物に照射されてもよいし、成形型を介して樹脂組成物に照射されてもよく、基材３と成形型の両方を介して樹脂組成物に照射されてもよい。

【0026】

一方、樹脂組成物が熱硬化性である場合、その硬化は加熱によって行われる。ヒータは、基材３を介して樹脂組成物を加熱してもよいし、成形型を介して樹脂組成物を加熱してもよく、基材３と成形型の両方を介して樹脂組成物を加熱してもよい。

【0027】

樹脂レンズ２は、光軸ＯＡを含むレンズ有効部２１と、レンズ有効部２１を取り囲むレンズ外縁部２２とを有する。レンズ有効部２１は、レンズを含む光学系の像面に位置するセンサーに到達する光の通る部分のことである。レンズ外縁部２２は、レンズ有効部２１を除く残りの部分のことである。レンズ有効部２１とレンズ外縁部２２の境界を、図１に破線で示す。

【0028】

樹脂レンズ２は、例えばインプリント法で成形される。インプリント法では、基材３と成形型の間に樹脂組成物を挟み、成形型の凹凸パターンを樹脂組成物に転写し、樹脂組成物を硬化する。インプリント法を用いれば、同一の寸法及び形状を有する樹脂レンズ２を大量生産できる。

【0029】

次に、図２～図４を参照して、図１に示す光学素子１の製造方法について説明する。光学素子１の製造には、成形型８が用いられる。成形型８は、樹脂レンズ２の形状を反転した形状のレンズ型８１を有する。樹脂レンズ２毎に、レンズ型８１が設けられる。図２に示すように、複数のレンズ型８１が、互いに離間して設けられる。各レンズ型８１に、各レンズ型８１からこぼれ落ちないように樹脂組成物２Ａが塗布される。

【0030】

次に、図３に示すように、樹脂組成物２Ａが、成形型８と基材３とで挟持される。その結果、成形型８の凹凸パターンが樹脂組成物２Ａに転写される。転写精度を向上すべく、成形型８と基材３をプレスしてもよい。そのプレス圧力（ゲージ圧）は、例えば０ＭＰａよりも大きく１０ＭＰａ以下であり、好ましくは０．１ＭＰａ～５ＭＰａである。

【0031】

成形型８と基材３とが樹脂組成物を挟持した状態で、樹脂組成物２Ａが硬化され、その硬化物である樹脂レンズ２と基材３とを含む光学素子１が得られる。樹脂組成物２Ａが光硬化性である場合、例えば図３に矢印で示すように紫外線が樹脂組成物２Ａに照射される。紫外線は、成形型８を介して樹脂組成物２Ａに照射されるが、基材３を介して照射されてもよい。

【0032】

紫外線の光源は、例えば、ＵＶ－ＬＥＤ、低圧水銀灯、高圧水銀灯、又は超高圧水銀灯である。紫外線の照射量は、例えば１００ｍＪ／ｃｍ^２～３００００ｍＪ／ｃｍ^２であり、く、好ましくは１０００ｍＪ／ｃｍ^２～２００００ｍＪ／ｃｍ^２がより好ましい。紫外線照射時の樹脂組成物２Ａの温度は、例えば０℃～１１０℃であり、好ましくは１０℃～８０℃である。

【0033】

なお、樹脂組成物２Ａが熱硬化性である場合、ヒータが成形型８又は基材３を介して樹脂組成物２Ａを加熱し、樹脂組成物２Ａが硬化される。なお、樹脂組成物２Ａが光硬化性である場合も、その硬化反応を促進すべく、ヒータが成形型８又は基材３を介して樹脂組成物２Ａを加熱してもよい。

【0034】

最後に、図４に示すように、光学素子１と成形型８が離型される。その結果、複数の樹脂レンズ２が互いに離間して基材３の上に並ぶ光学素子１が得られる。光学素子１は、例えば、ウエハレベルレンズである。

【0035】

なお、本実施形態の樹脂レンズ２は、基材３の上で成形されるが、基材３とは別の基材の上で成形された後で、基材３に接着されてもよい。後者の場合、光学素子１は、樹脂レンズ２と基材３の間に接着層を有する。

【0036】

接着層は、例えば、透明光学粘着剤（ＯＣＡ）、液体接着剤（ＯＳＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、又は熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）である。

【0037】

なお、射出成形用の金型の内部に基材３を設置し、樹脂レンズ２を成形してもよい。この射出成形を、インモールド成形とも呼ぶ。インモールド成形によって樹脂レンズ２と基材３とが一体化される場合、接着層は不要である。

【0038】

ところで、樹脂組成物２Ａが特にラジカル重合性の樹脂組成物である場合、樹脂組成物２Ａの硬化時に、酸素阻害が生じることがある。酸素阻害は、大気中の酸素ガスによって、樹脂組成物２Ａの硬化が妨げられる現象である。各樹脂レンズ２の大気に接する部分、つまり、各樹脂レンズ２の成形型８と接しない側面にて、酸素阻害が生じて、未硬化樹脂が生じうる。

【0039】

同様に、樹脂組成物２Ａがイオン重合性の樹脂組成物である場合、大気中の水分によって硬化性の悪化が起こり、各樹脂レンズ２の大気に接する部分、つまり、各樹脂レンズ２の成形型８と接しない側面に未硬化樹脂（後述の未硬化樹脂２Ｂ）が生じうる。

【0040】

樹脂組成物２Ａの硬化後に、離型が行われる。離型の際に、光学素子１と成形型８の間に隙間が生じ、真空の空間が生じる。その結果、樹脂レンズ２の外縁と中心とで気圧差が生じ、その気圧差によって未硬化樹脂２Ｂが図５に示すように流れ込むことがある。

【0041】

未硬化樹脂２Ｂは、各樹脂レンズ２の外縁から中心に向けて流れる。また、未硬化樹脂２Ｂは、樹脂レンズ２の成形型８に接触する表面２３、つまり、樹脂レンズ２の基材３とは反対向きの表面２３に沿って流れる。

【0042】

そこで、樹脂レンズ２の表面２３は、図５に示すように、レンズ外縁部２２に凸状の部分２４を含む。凸状の部分２４は、レンズ有効部２１よりも、基材３とは反対向きに突出している。そして、凸状の部分２４が局所的に窪んだ部分２４ａを含むことで、樹脂レンズ２の表面２３の傾きが急激に変化している。

【0043】

樹脂レンズ２の表面２３の傾きが急激に変化する位置では、未硬化樹脂２Ｂが移動する際に生じる障壁が高い。従って、未硬化樹脂２Ｂが、凸状の部分２４を乗り越えられず、レンズ外縁部２２からレンズ有効部２１に流れ込まない。その結果、レンズ有効部２１の寸法及び形状の不良を低減できる。

【0044】

一方、図６に示すように、凸状の部分２４において、樹脂レンズ２の表面２３の傾きが緩やかに変化する場合、未硬化樹脂２Ｂが移動する際に生じる障壁が低い。従って、未硬化樹脂２Ｂが、凸状の部分２４を乗り越え、レンズ外縁部２２からレンズ有効部２１に流れ込んでしまう。その結果、レンズ有効部２１の寸法及び形状の不良が発生してしまう。

【0045】

本実施形態によれば、図５に示すように、凸状の部分２４において、樹脂レンズ２の表面２３の傾きが急激に変化するので、未硬化樹脂２Ｂが移動する際に生じる障壁が高く、未硬化樹脂２Ｂの流れが止まる。従って、レンズ外縁部２２からレンズ有効部２１への未硬化樹脂２Ｂの流れ込みを抑制でき、レンズ有効部２１の寸法及び形状の不良を低減できる。

【0046】

次に、図７を参照して、凸状の部分２４について具体的に説明する。光軸ＯＡと直交する方向（図７において左右方向）における光軸ＯＡからの距離（単位：ｍｍ）をｘとし、樹脂レンズ２の表面２３の高さ（単位：ｍｍ）をｆ（ｘ）とする。高さの基準面（高さがゼロになる面）は、例えば、基材３の成形面３１である。なお、高さの基準面は、光軸ＯＡに直交する平面であれば、特に限定されない。

【0047】

ｆ（ｘ）は、光軸ＯＡと直交する方向に０．００１ｍｍピッチで計測する。その計測には、市販の三次元測定機が用いられる。具体的には、例えば、パナソニック社製の超高精度三次元測定機（商品名：ＵＡ３Ｐ）が用いられる。ＵＡ３Ｐは接触式であり、接触針の先端径（半径）は５μｍのものを用いる。樹脂レンズ２の断面は図１に示すように光軸ＯＡを中心に線対称であるので、ｆ（ｘ）は光軸ＯＡの片側で計測する。

【0048】

ｆ（ｘ）の１階微分値は、下記式（１）を用いて算出される。

【0049】

【数1】

上記式（１）において、ｘ_ｍは、ｍ（ｍは１以上の自然数）番目の計測点の、光軸ＯＡからの距離を表す。ｆ（ｘ_ｍ）の１階微分値ｆ´（ｘ_ｍ）は、５つの計測点（ｘ＝ｘ_ｍ－２、ｘ＝ｘ_ｍ－１、ｘ＝ｘ_ｍ、ｘ＝ｘ_ｍ＋１、ｘ＝ｘ_ｍ＋２）で計測したｘとｆ（ｘ）の分布傾向を表す回帰直線の傾きである。

【0050】

ｆ（ｘ）の１階微分値がゼロになるｘであって、レンズ有効部２１に最も近いｘを基準点Ｐ０とする。基準点Ｐ０はレンズ外縁部２２に存在する。計測点がレンズ有効部２１から遠ざかるようにｘが大きくなる過程で、最初に１階微分値の正負が入れ替わる計測点が基準点Ｐ０である。２つの計測点の間で１階微分値の正負が入れ替わる場合、２つの計測点のうちレンズ有効部２１から遠い方の計測点が基準点Ｐ０である。

【0051】

図７に示すように、基準点Ｐ０は、例えば凸状の部分２４の頂上に存在する。凸状の部分２４は、基準点Ｐ０から±０．０３０ｍｍの範囲Ｘ_ＺＯＮＥに存在する。ここで、「＋」は光軸ＯＡから遠ざかることを意味し、「－」は光軸ＯＡに近づくことを意味する。

【0052】

凸状の部分２４において樹脂レンズ２の表面２３の傾きの変化がどの程度急激であるのかは、Ｘ_ＺＯＮＥにおけるｆ（ｘ）の２階微分値のピーク値（図７では負の値）の絶対値で表される。ｆ（ｘ）の２階微分値は、下記式（２）を用いて算出される。

【0053】

【数2】

上記式（２）において、ｆ（ｘ_ｍ）の２階微分値ｆ´´（ｘ_ｍ）は、５つの計測点（ｘ＝ｘ_ｍ－２、ｘ＝ｘ_ｍ－１、ｘ＝ｘ_ｍ、ｘ＝ｘ_ｍ＋１、ｘ＝ｘ_ｍ＋２）で計測したｘとｆ´（ｘ）の分布傾向を表す回帰直線の傾きである。

【0054】

本実施形態によれば、Ｘ_ＺＯＮＥにおいて、ｆ（ｘ）の２階微分値のピーク値ｆ´´_ＰＥＡＫの絶対値｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が２０以上２００００以下である。

【0055】

Ｘ_ＺＯＮＥにおいて｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が２０以上であれば、凸状の部分２４において樹脂レンズ２の表面２３の傾きの変化が急激であり、凸状の部分２４において未硬化樹脂２Ｂの流れが止まる。従って、レンズ外縁部２２からレンズ有効部２１への未硬化樹脂２Ｂの流れ込みを抑制でき、レンズ有効部２１の寸法及び形状の不良を低減できる。Ｘ_ＺＯＮＥにおいて｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜は、好ましくは１５０以上であり、より好ましくは４３０以上である。Ｘ_ＺＯＮＥにおいて｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が大きいほど、凸状の部分２４において樹脂レンズ２の表面２３の傾きの変化が急激である。

【0056】

一方、Ｘ_ＺＯＮＥにおいて｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が２００００以下であれば、凸状の部分２４において樹脂レンズ２の表面２３の傾きの変化が急激過ぎず、凸状の部分２４において離型抵抗が小さい。従って、離型時に樹脂レンズ２の損傷を抑制でき、レンズ有効部２１の寸法及び形状の不良を低減できる。Ｘ_ＺＯＮＥにおいて｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜は、好ましくは１００００以下であり、より好ましくは５０００以下であり、特に好ましくは１０００以下である。

【0057】

｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜を算出するＸ_ＺＯＮＥは、本実施形態では基準点Ｐ０から±０．０３０ｍｍの範囲であるが、好ましくは基準点Ｐ０から±０．０１５ｍｍの範囲であり、より好ましくは基準点Ｐ０から±０．０１０ｍｍの範囲である。

【0058】

次に、図８を参照して、凸状の部分２４において樹脂レンズ２の表面２３の傾きが緩やかに変化する場合について説明する。なお、図８において、太い破線は、図７に示す傾きが急激に変化する場合のｆ（ｘ）を表す。

【0059】

図８に示すように、傾きが緩やかに変化する場合も、傾きが急激に変化する場合と同様に、計測点がレンズ有効部２１から遠ざかるようにｘが大きくなる過程で、最初に１階微分値の正負が入れ替わる基準点Ｐ０が存在する。

【0060】

但し、図８に示すように、傾きが緩やかに変化し、未硬化樹脂２Ｂが凸状の部分２４を乗り越える場合には、Ｘ_ＺＯＮＥにおいてｆ´´（ｘ）の波形にピークは認められず、｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が２０未満になる。なお、Ｘ_ＺＯＮＥにおいてｆ´´（ｘ）の波形にピークは認められないが、微小な凹凸は認められてもよい。

【0061】

（第２実施形態）
次に、図９等を参照して、第２実施形態に係る光学素子１について説明する。以下、上記第１実施形態との相違点について主に説明する。

【0062】

本実施形態の光学素子１も、上記第１実施形態の光学素子１と同様に、硬化性樹脂組成物の硬化物である樹脂レンズ２と、樹脂レンズ２を支持する基材３と、を含む。但し、本実施形態の樹脂レンズ２は、上記第１実施形態の樹脂レンズ２とは異なり、凸レンズである。凸レンズは、凹レンズと同様に、レンズ有効部２１とレンズ外縁部２２とを有する。レンズ有効部２１とレンズ外縁部２２の境界を、図９に破線で示す。

【0063】

本実施形態の樹脂レンズ２も、上記第１実施形態の樹脂レンズ２と同様に、インプリント法などで成形される。それゆえ、樹脂組成物の硬化時に、大気中の酸素又は水分によって、硬化が阻害されることがある。硬化の阻害は、各樹脂レンズ２の大気に接する部分、つまり、各樹脂レンズ２の外縁にて生じる。

【0064】

樹脂組成物の硬化後に、離型が行われる。離型の際に、光学素子１と成形型の間に隙間が生じ、真空の空間が生じる。その結果、樹脂レンズ２の外縁と中心とで気圧差が生じ、その気圧差によって未硬化樹脂が各樹脂レンズ２の外縁から中心に向けて流れることがある。未硬化樹脂は、樹脂レンズ２の成形型に接触する表面２３、つまり、樹脂レンズ２の基材３とは反対向きの表面２３に沿って流れる。

【0065】

そこで、樹脂レンズ２の表面２３は、図９に示すように、レンズ外縁部２２に凹状の部分２５を含む。凹状の部分２５は、レンズ有効部２１よりも、基材３に近づくように窪んでいる。そして、凹状の部分２５が局所的に突出した部分２５ａを含むことで、樹脂レンズ２の表面２３の傾きが急激に変化している。

【0066】

樹脂レンズ２の表面２３の傾きが急激に変化する位置では、未硬化樹脂が移動する際に生じる障壁が高い。従って、未硬化樹脂が、凹状の部分２４を通過できず、レンズ外縁部２２からレンズ有効部２１に流れ込まない。その結果、レンズ有効部２１の寸法及び形状の不良を低減できる。

【0067】

次に、図１０を参照して、凹状の部分２５について具体的に説明する。光軸ＯＡと直交する方向（図１０において左右方向）における光軸ＯＡからの距離（単位：ｍｍ）をｘとし、樹脂レンズ２の表面２３の高さ（単位：ｍｍ）をｆ（ｘ）とする。高さの基準面（高さがゼロになる面）は、例えば、基材３の成形面３１である。なお、高さの基準面は、光軸ＯＡに直交する平面であれば、特に限定されない。

【0068】

ｆ（ｘ）は、光軸ＯＡと直交する方向に０．００１ｍｍピッチで計測する。ｆ（ｘ）の１階微分値は、上記式（１）を用いて算出される。ｆ（ｘ）の１階微分値がゼロになるｘであって、レンズ有効部２１に最も近いｘを基準点Ｐ０とする。

【0069】

図１０に示すように、基準点Ｐ０は、例えば凹状の部分２５の谷底に存在する。凹状の部分２５は、基準点Ｐ０から±０．０３０ｍｍの範囲Ｘ_ＺＯＮＥに存在する。

【0070】

凹状の部分２５において樹脂レンズ２の表面２３の傾きの変化がどの程度急激であるのかは、Ｘ_ＺＯＮＥにおけるｆ（ｘ）の２階微分値のピーク値（図１０では正の値）の絶対値で表される。ｆ（ｘ）の２階微分値は、上記式（２）を用いて算出される。

【0071】

本実施形態によれば、Ｘ_ＺＯＮＥにおいて、ｆ（ｘ）の２階微分値のピーク値ｆ´´_ＰＥＡＫの絶対値｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が２０以上２００００以下である。

【0072】

Ｘ_ＺＯＮＥにおいて｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が２０以上であれば、凹状の部分２５において樹脂レンズ２の表面２３の傾きの変化が急激であり、凹状の部分２５において未硬化樹脂の流れが止まる。従って、レンズ外縁部２２からレンズ有効部２１への未硬化樹脂の流れ込みを抑制でき、レンズ有効部２１の寸法及び形状の不良を低減できる。Ｘ_ＺＯＮＥにおいて｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜は、好ましくは１５０以上であり、より好ましくは４３０以上である。Ｘ_ＺＯＮＥにおいて｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が大きいほど、凹状の部分２５において樹脂レンズ２の表面２３の傾きの変化が急激である。

【0073】

一方、Ｘ_ＺＯＮＥにおいて｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が２００００以下であれば、凹状の部分２５において樹脂レンズ２の表面２３の傾きの変化が急激過ぎず、凹状の部分２５において離型抵抗が小さい。従って、離型時に樹脂レンズ２の損傷を抑制でき、レンズ有効部２１の寸法及び形状の不良を低減できる。Ｘ_ＺＯＮＥにおいて｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜は、好ましくは１００００以下であり、より好ましくは５０００以下であり、特に好ましくは１０００以下である。

【0074】

｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜を算出するｘのＸ_ＺＯＮＥは、本実施形態では基準点Ｐ０から±０．０３０ｍｍの範囲であるが、好ましくは基準点Ｐ０から±０．０１５ｍｍの範囲であり、より好ましくは基準点Ｐ０から±０．０１０ｍｍの範囲である。

【0075】

次に、図１１を参照して、凹状の部分２５において樹脂レンズ２の表面２３の傾きが緩やかに変化する場合について説明する。なお、図１１において、太い破線は、図１０に示す傾きが急激に変化する場合のｆ（ｘ）を表す。

【0076】

図１１に示すように、傾きが緩やかに変化する場合も、傾きが急激に変する場合と同様に、計測点がレンズ有効部２１から遠ざかるようにｘが大きくなる過程で、最初に１階微分値の正負が入れ替わる基準点Ｐ０が存在する。

【0077】

但し、図１１に示すように、傾きが緩やかに変化し、未硬化樹脂が凹状の部分２５を乗り越える場合には、Ｘ_ＺＯＮＥにおいてｆ´´（ｘ）の波形にピークは認められず、｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が２０未満になる。なお、Ｘ_ＺＯＮＥにおいてｆ´´（ｘ）の波形にピークは認められないが、微小な凹凸は認められてもよい。

【実施例0078】

以下、実験データについて説明する。例１～例４では、インプリント法を用いて、成形型以外、同じ条件で光学素子を製造した。製造した光学素子は、いずれも、凹レンズのレンズ外縁部に凸状の部分を有するものであった。例１～例４では、凸状の部分に相当する部分以外、同じ寸法及び同じ形状を有する成形型を用いた。例１～例３が実施例であり、例４が比較例である。

【0079】

例１～例４で製造した光学素子は、基材と、凹レンズとを含むものであった。基材は、厚さ０．５ｍｍ、直径２００の円盤状のソーダライムガラス基板であった。凹レンズの樹脂はアクリル樹脂であって、樹脂組成物は紫外線硬化性であった。紫外線の光源は、波長３６５ｎｍのＵＶ－ＬＥＤであった。紫外線の照射量は、３０００ｍＪ／ｃｍ^２であった。各基材の上には、例１～例３は７０個の凹レンズを同時に成形した。例４は、基材の上に、５６個の凹レンズを同時に成形した。

【0080】

表１に実験結果を示す。

【0081】

【表1】

表１において、「〇」の数はレンズ外縁部からレンズ有効部への未硬化樹脂の流れ込みの跡が認められなかった凹レンズの数、つまり良品の数であり、「×」の数はレンズ外縁部からレンズ有効部への未硬化樹脂の流れ込みの跡が認められた凹レンズの数、つまり不良品の数である。「〇」の数と「×」の数の和は、例１～例３は７０個、例４は５６個である。例１～例３の場合は７０個の｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜の平均値、例４の場合は５６個の｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜の平均値が、表１に記載の「｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜の平均値」である。｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜を算出するｘのＸ_ＺＯＮＥは、基準点Ｐ０から±０．０３０ｍｍの範囲であった。なお、基準点Ｐ０から±０．０１５ｍｍの範囲で｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜を算出しても、また基準点Ｐ０から±０．０１０ｍｍの範囲で｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜を算出しても、ほぼ表１に記載の数値と同じであった。

【0082】

表１から明らかなように、例１～例３で製造した光学素子は、いずれも、｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が２０以上であったので、良品の割合が大きかった。特に、例２～例３で製造した光学素子は、いずれも、｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が１５０以上であったので、良品の割合が特に大きかった。一方、例４で製造した光学素子は、｜ｆ´´_ＰＥＡＫ｜が２０未満であったので、良品の割合が不良品の割合と同程度であった。

【0083】

以上、本開示に係る光学素子について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

【符号の説明】

【0084】

１ 光学素子
２ 樹脂レンズ
２１ レンズ有効部
２２ レンズ外縁部
３ 基材
ＯＡ 光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】