JPH0693043B2

JPH0693043B2 - 非球面レンズ

Info

Publication number: JPH0693043B2
Application number: JP61101149A
Authority: JP
Inventors: 晴夫友野; 嘉土志田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1994-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPS62258401A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は写真撮影用カメラ、ビデオカメラ、顕微鏡、望
遠鏡あるいは光学ディスクピックアップ部品等の光学系
を構成している非球面レンズのうち、母材となるガラス
レンズの表面に紫外線硬化型樹脂層を所望の形状に設け
たことを特徴とする非球面レンズに関する。

〔従来の技術〕

従来、上述の様な非球面レンズの樹脂層に紫外線硬化型
樹脂を用いた例は多くあるが、従来の紫外線硬化型樹脂
組成物は、硬化後の耐熱性、耐湿性や硬度等を良好にす
ることと、硬化成形時の形状精度を高くすることとを両
立することが不可能であった。

たとえば、従来から使用されている光硬化型アクリレー
ト系樹脂のうち多官能系のものは、レンズ材料としての
光線透過率、硬さが良好で、しかも耐高温高湿環境特性
や耐光性は良好であるが、硬化収縮率が大きく形状精度
が出しにくい、という問題があった。

また、最近開発された紫外線硬化型のエポキシ系樹脂
は、収縮率が３％程度で、従来からあるアクリレート系
樹脂の収縮率８〜９％程度に比較して小さいため所望の
形状精度が出しやすい。しかし、光硬化型のエポキシ系
樹脂には重合開始用酸触媒等が使われているため耐高温
高湿環境特性が悪く、またエポキシ特有の着色がありそ
れに起因すると考えられる耐光性にも問題があり実用化
が困難であった。

上記のような樹脂自体の問題点を解決するために２層構
造の樹脂層を設けたレンズが知られている（特開昭60-5
6544）。これは、収縮率が比較的小さく形状精度は出し
やすいが硬度が低く吸湿しやすい、従って耐高温高湿環
境特性が悪い紫外線硬化型アクリレート系樹脂層の上
に、収縮率は大きいが耐高温高湿環境特性が良好で硬度
の高い多官能の紫外線硬化型アクリレート樹脂の薄い層
を設けたレンズである。このレンズは、各層の特性を備
えていて優れたものではあるが、製造するためには紫外
線硬化の工程を２度行なわなければならず生産設備が増
える、工程が長くなりスペースをとる、時間がかかる等
の問題があり、コストアップにつながるものであるた
め、大量ロット製品にしか適用ができなく実用化の範囲
がせまいものである。

また、上記のような樹脂自体の問題点を解決するため
に、硬化時に加圧するという成形方法が知られている。
この方法は多官能のアクリレートよりなる樹脂組成物を
硬化させるときに、母材レンズと金型の間隔をせばめる
方向に加圧する方法である。この方法を用いると、成形
される樹脂の形状精度は上がるが、低圧ではあまり効果
がないためある程度の圧力をかける必要がある。その結
果工程中母材レンズが割れるおそれがあり、強度の高い
材質のレンズや厚いレンズにしか使用できないという問
題点があった。

本発明は上記問題点に鑑み成されたものであり、その目
的は紫外線効果型アクリレート系樹脂の硬度の高さ、耐
高温高湿環境性、光線透過率の良さ、耐光性等、光学レ
ンズに必要な物性をそこなうことなく、さらに硬化収縮
率の小さな表面層を設けた非球面レンズを提供すること
にある。また、表面層（紫外線硬化型樹脂層）が一層構
造であり、加圧することなく優れた形状精度を出せる非
球面レンズを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記目的は母材となるガラスレンズ表面に紫外
線硬化型樹脂層を所望の形状に設けた非球面レンズにお
いて、該紫外線硬化型樹脂層が、（Ａ）多塩基酸と多価アルコールを反応させて得られる
ポリエステルオリゴマーに、ジイソシアネート及び、ヒ
ドロキシル基を分子中に有する（メタ）アクリレートを
反応させて得られる２〜４官能ウレタン変性ポリエステ
ル（メタ）アクリレートと（Ｂ）３官能（メタ）アクリレートと（Ｃ）単官能（メタ）アクリレートと（Ｄ）光重合開始剤とを含有する組成物を紫外線により重合硬化したもので
ある非球面メンズによって達成される。

第１図に本発明の非球面レンズの構成を示す。

本発明の非球面レンズは、母材１の上に紫外線硬化型樹
脂層２が積層されてなる。

母材は、通常の光学用ガラスの球面研磨により作成した
安価なレンズである。紫外線硬化型樹脂層２は、母材に
比べて薄く、通常は10〜300μｍの平均厚みを持ち、光
軸に対して回転対称な非球面形状を有する。

本発明のレンズは、所望の非球面形状とは反対の転写層
をもつ非球面金型に、一定量の紫外線硬化型モノマー液
を流し、その上に、非球面にしようとする母材レンズ面
を、金型との間隔を一定に保つよう金型面に向けて固定
し、レンズ側から紫外線を照射し、加圧することなくモ
ノマーを重合硬化させた後金型を剥離させることにより
得られる。

本発明の非球面レンズは、第１図のように母材の凸面側
に樹脂層を設けるものに限らず、変形例として第２図に
示すように、母材レンズの凹面側に樹脂層を設ける場合
や、第３図に示すように母材レンズの両面に樹脂層を設
けてもよい。さらに、樹脂とガラスの密着を向上させる
ために第５図に示すように通常接着力向上のために使用
されるシランカップリング材等をガラス面に塗布してか
ら樹脂層を設けてもよい。また、樹脂層を設けた後に、
第６図のように樹脂層の上に防湿のための保護層や反射
防止のための蒸着膜を１層または２層以上設けてもよ
い。

本発明は、非球面レンズを目的にしたものであるが、フ
ネレルレンズ、カメラのピント板、ビームスプリッター
素子に見られるような山形のくりかえし形状を施す（第
４図）、用途にも応用が可能である。

本発明の非球面レンズに使用される紫外線硬化型樹脂層
２をなす（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分、（Ｄ）
成分について以下に説明する。

（Ａ）成分は、多価アルコールと多塩基酸とがなすポリ
エステルオリゴマーを主鎖骨格としており、このポリエ
ステルオリゴマーは少くとも２〜４価のアルコールか２
〜４塩基酸が使用されて合成されたものである。（Ａ）
成分は、このポリエステルオリゴマーの主鎖および側鎖
の末端部分のヒドロキシル基に、ジイソシアネートの一
端のイソシアナト基が結合し、該ジイソシアネートのも
う一端のイソシアナト基に、ヒドロキシル基を分子中に
有する（メタ）アクリレートが結合してなる、２〜４官
能ウレタン変性ポリエステル（メタ）アクリレートであ
る。

前記４塩基酸としては、無水ピロメリット酸、2,3,3′,
4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ベンゾフ
ェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス（3,4-ジカルボ
ンキシフェニル）メタン二無水物等の４塩基酸等が使用
される前記３塩基酸としては、無水トリメリット酸等の３塩基
酸；無水ピロメリット酸、2,3,3′,4′‐ビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボ
ン酸二無水物、ビス（3.4-ジカルボキシフェニル）メタ
ン二無水物等の４塩基酸を部分エステル化して得た３塩
基酸等が使用される。

また、２塩基酸としては、無水フタル酸、イソフタル
酸、テレフタル酸、（無水）コハク酸、アジピン酸、ア
ゼライン酸、セバシン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、
ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水ハイミック酸、無水マ
レイン酸、フマル酸、イタコン酸等が使用される。

前記３あるいは４価アルコールとしては、グリセリン、
トリメチロールメタン、トリメチロールエタン、トリメ
チロールプロパン、ペンタエリスリトールモノアリエー
テルあるいはペンタエリスリトール等が使用される。

また２価アルコールとしては、エチレングリコール、プ
ロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジエチ
レングリコール、ジプロピレングリコール、水素化ビス
フェノールＡ、2,2′‐ジ（4-ヒドロキシプロポキシフ
ェニル）プロパン、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジ
オール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオー
ル、トリメチレングリコール、トリエチレングリコー
ル、ペンタエリスリトールジアリルエーテル等が使用さ
れる。

前記ジイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネ
ート、4,4′‐ジフェニルメタンジイソシアネート、キ
シリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシア
ネート、イソホロンジイソシアネート、リジンジイソシ
アネート、水添キシリレンジイソシアネート等が使用さ
れる。

前記ヒドロキシル基を分子中に有する（メタ）アクリレ
ートとしては、2-ヒドロキシエチル（メタ）アクリレー
ト、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ポリエ
チレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロ
ピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、グリセリ
ンモノアクリレート、グリセリンジアクリレート等が使
用される。

（Ａ）成分は、多価アルコールと多塩基酸とを縮合反応
させてポリエステルオリゴマーを得、続いてジイソシア
ネートを付加反応させ、更に（メタ）アクリレートを付
加反応させて得られる。

（Ａ）成分として、他に一般式（Ｒは水素又はメチル基、Ｒ′は−COOC_n H_2n−（ｎは
１〜８の整数））で表わされる、不飽和基を有するイソ
シアネート類を使用する事も可能で、この場合は、前記
ポリエステルオリゴマーの主鎖および側鎖の末端部分の
ヒドロキシ基二、イソシアナト基を反応させる事によ
り、ウレタン変性ポリエステル（メタ）アクリレートが
得られる。該イソシアネート類は、例えば、2-イソシア
ネートメチル（メタ）アクリレート、2-イソシアネート
エチル（メタ）アクリレート、2-イソシアネートプロピ
ル（メタ）アクリレート、2-イソシアネートオクチル
（メタ）アクリレート、P-イソプロペニル−α，α−ジ
メチルベンジルイソシアネート、m-イソプロペニル−
α，α−ジメチルベンジルイソシアネート、P-エチレニ
ル−α，α‐ジメチルベンジルイソシアネート、m-エチ
レニル−α，α‐ジメチルベンジルイソシアネート等が
挙げられる。

（Ｂ）成分の３官能の（メタ）アクリレートとしては、
トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ト
リス（2-ヒドロキシエチル）イソシアヌレートのトリ
（メタ）アクリレート、トリス（ヒドロキシプロピル）
イソシアヌレートのトリ（メタ）アクリレート等があげ
られる。

（Ｃ）成分の単官能の（メタ）アクリレートとしては、
例えばメチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）ア
クリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ジ
シクロペンチル（メタ）アクリレート、イソボロニル
（メタ）アクリレート、ボロニル（メタ）アクリレー
ト、フェニル（メタ）アクリレート、ハロゲン置換フェ
ニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレ
ート、α−ナフチル（メタ）アクリレート、β−ナフチ
ル（メタ）アクリレート、ジシクロペンチルオキシエチ
ルアクリレート等があげられる。

（Ｄ）成分の光重合開始剤としては、ベンゾフェノン及
びヒドロキシベンゾフェノンメタンスルホネートエステ
ル、0-ベンゾイル−メチルベンゾエート、p-クロロベン
ゾフェノン、p-ジメチルアミンベンゾフェノン等のベン
ゾフェノンの置換誘導体、ベンゾイン及びベンゾインア
リルエーテル、アルキル基がメチル、エチル、イソブチ
ル、イソプロピル等であるベンゾインアルキルエーテル
等のベンゾインの置換誘導体、アセトフェノン及びジエ
トキシアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフ
ェニルケトン，ベンジルジメチルケタール、2-ヒドロキ
シ‐2-メチルプロピオフェノン、1-（4-イソプロピルフ
ェニル）‐2-ヒドロキシ‐2-メチルプロピオフェノン等
のアセトフェノンの置換誘導体、ベンジル、及び1-フェ
ニル‐1,2-プロパンジオン‐2-0-ベンゾイルオキシム等
のオキシム系化合物、等から選択された１種又は２種以
上を用いる。

前記（Ａ）成分、（Ｂ）成分のポリエステルオリゴマー
合成時の縮合反応は、公知の方法で加熱反応させれば良
く、例えば、原料仕込み後、150〜250℃で撹拌下に反応
させ、酸価が目標値になった所で反応終了させる。以上
において、多塩基酸と多価アルコールの使用割合は、当
量比で1:2前後が好ましいが、分子量、残存アルコール
基数等に応じて変えられる。

本発明の非球面レンズの紫外線硬化型樹脂層において
は、前記（Ａ）成分は耐湿性や耐熱性や耐紫外線性等の
耐環境性を良好に保つための成分で、通常は、10〜90重
量％、好ましくは25〜70重量％使用する。10重量％未満
では耐環境性が劣り、90重量％を越えると、粘度の増加
が著しく、作業性が低下するためである。

また（Ｂ）成分は硬度、熱変形温度等の物性を向上させ
るための成分で、通常は10〜70重量％使用する。10重量
％以下では前記物性の向上は望まれず、70重量％を越え
ると硬化物が脆くなったり、硬化時の収縮率が大きくな
り加工精度が悪くなるためである。

また（Ｃ）成分は、本発明の非球面レンズの紫外線硬化
型樹脂層の成形時の流動性や粘度、硬化物物性等のバラ
ンスを調整するための成分であり、所望の配合量使用さ
れるが、通常前記（Ａ）と（Ｂ）とを有する樹脂組成物
100重量部に対し、20〜400重量部程度である。

また（Ｄ）成分は、照射された光を吸収して重合を開始
させる能力を有する成分で、硬化性、硬化物物性等から
所望の配合量使用されるが、通常前記（Ａ）〜（Ｃ）の
樹脂組成物に対し、0.5〜10重量部程度である。

本発明の非球面レンズの紫外線硬化型樹脂層には、必要
に応じて公知の重合促進剤、重合防止剤、離型剤、表面
平滑剤、消泡剤等を添加する事も出来る。

紫外線照射に用いる光源は、ケミカルランプ、低圧水銀
灯、高圧水銀灯、カーボンアーク、キセノランプ等が使
用される。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例によってさらに具体的に説明す
る。

製造例−１コンデンサ、窒素ガス導入管、温度計、撹拌機を取付け
た四ッ口フラスコに、無水トリメット酸96g、プロピレ
ングリコール228g、無水フタル酸111gを仕込み窒素雰囲
気下に加熱撹拌する。

150℃まで昇温後２時間保持し、その後徐々に昇温して2
00℃で反応を進め、酸価が５以下となった所で反応を終
了した。室温まで冷却後、イソホロンジイソシアネト27
7g、2-ヒドロキシエチルアクリレート174g、ジブチル錫
ジラウレート0.17gを添加して反応系の温度が80℃を越
えない様に穏やかに加熱させながら３時間反応後、100
℃まで１時間かけて昇温後、３時間反応させてウレタン
変性ポリエステルアクリレート（Ｉ）を得た。

製造例−２製造例−１と同様にしてトリメチロールプロパン54g、
テトラヒドロ無水フタル酸182g、1,3-ブチレングリコー
ル108gを仕込み窒素雰囲気下に加熱撹拌する。150℃ま
で昇温後２時間保持し、その後徐々に昇温して200℃で
反応を進め、酸価が５以下となった所で反応を終了し
た。

室温まで冷却後、イソホロンジイソシアネート222g、ヒ
ドロキシプロピルアクリレート156g、ジブチル錫ジラウ
レート0.14gを添加して反応系の温度が80℃を越えない
様に穏やかに加熱させながら３時間反応後、100℃まで
１時間かけて昇温後、３時間反応させてウレタン変性ポ
リエステルアクリレート（II）を得た。

非球面レンズの物性テスト試験例１〜６上記製造例１、２で得られたウレタン変性ポリエステル
アクリレートを、第１表に示す他の成分と同表に示すよ
うな配合割合で混合して６種類の組成物（本発明に係る
樹脂層の組成物1,2と比較組成物１〜４）を得た。

これらの組成物を、φ＝40.5mm、R1＝41.34mm凸、R2＝2
03mm凹、中心厚＝11.33mm、材質BK7の母材球面レンズの
R1凸面側に、中心厚みが150μｍでＲ＝41.49mmになるよ
うに前記製法に従って、球面樹脂層を設けて、６種類の
複合型球面レンズを得た。

（１）形状精度上記のようにして得られた複合型球面レンズの面形状を
ザイゴ干渉測定機により観測し、得られた干渉縞の乱れ
から、形状精度を求めた。その結果を第１表に示す。

（２）硬化収縮率 JISK-7112に基づき、ピクノメーターを用いて硬化前
（液状）と硬化後（前記注型板）の比重を測定し、その
比重差を硬化後の比重で除した数値を硬化収縮率とし
た。

（３）耐高温高湿環境特性得られたレンズを70℃85％RHの高温高湿槽中に500時間
放置し、放置前後の外観、顕微鏡観察（X200）、形状制
度等をチェックした。

（４）鉛筆硬度各硬度の鉛筆によりレンズ表面に対しひっかき試験を行
ない、樹脂面上にキズのつかなかった最高の硬度を鉛筆
硬度とした。

比較組成物１〜４においては、形状精度が±1.2μｍ以
上であり、しかも高温高湿環境に置いた場合の外観変化
や、硬度の低下を起こしているのに対し、本発明に係る
樹脂層の組成物１、２においては、形状精度は±0.6μ
ｍ以下と良好な値を示し、撮影用光学レンズとして充分
使用できるものであり、かつ耐高温高湿環境特性や硬度
の低下が見られなかった。

実施例１本発明に係る樹脂層の組成物１を用いて市販の１眼レフ
カメラ用レンズに使用されている非球面レンズと同形状
のレンズを作成し、形状を接触式非球面測定機により測
定した結果を第７図に示す。ｎ＝２で測定したところ、
いずれも最大誤差±0.5μｍ以内におさまり、当樹脂配
合物を使用すると、非球面形状が精度良く成形されるこ
とを確認した。

〔発明の効果〕以上のように本発明の複合型非球面レンズは・耐高温高湿環境特性、硬度等の光学レンズとして必要
な諸特性をそこなうことなく、高度の形状精度を備えて
おり、・紫外線硬化型樹脂層が一層構造であるため、余分な生
産設備が不用で、生産工程も短縮され、下降コストが低
下するため、小ロットの生産等も可能である、・また、紫外線硬化型樹脂層の硬化収縮率が小さく、硬
化時加圧が不用であるため、加圧すると割れやすい材質
のレンズや薄肉レンズにも使用でき、レンズの形状や材
質（屈折率）に巾を持たせた光学設計が可能になる、等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の非球面レンズの断面図であり、第２
図、第３図、第５図、第６図は本発明の非球面レンズの
他の態様例であり、第４図は山形のくりかえし形状を有
する複合型光学素子であり、第７図は非球面レンズの形
状精度の測定結果を示すグラフである。 1:母材ガラス基盤 1a:複合型光学素子の基盤 2:非球面樹脂層 3:山形のくりかえし形状を設けた樹脂層 4:シランカップリング材等の層 5:防湿保護層又は反射防止膜層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】母材となるガラスレンズ表面に紫外線硬化
型樹脂層を所望の形状に設けた非球面レンズにおいて、
該紫外線硬化型樹脂層が、（Ａ）多塩基酸と多価アルコールを反応させて得られる
ポリエステルオリゴマーに、ジイソシアネート及び、ヒ
ドロキシル基を分子中に有する（メタ）アクリレートを
反応させて得られる２〜４官能ウレタン変性ポリエステ
ル（メタ）アクリレートと（Ｂ）３官能（メタ）アクリレートと（Ｃ）単官能（メタ）アクリレートと（Ｄ）光重合開始剤とを含有する組成物を紫外線により重合硬化したもので
あることを特徴とする非球面レンズ。