複合光学素子の製造方法と複合光学素子
【課題】フッ素系ガラス基材と樹脂との密着力を確保して耐熱性に富む複合光学素子を得る。
【解決手段】フッ素化合物を含有するガラスレンズ１２と紫外線硬化型樹脂１４とを接合してなる複合光学素子１０の製造方法において、ガラスレンズ１２をガラス転移点を越えない温度に加熱又は紫外線オゾン処理することによりガラスレンズ１２の表面を酸化させて酸化層１６を形成する工程と、形成された酸化層１６の表面にＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３等の酸化膜１８を形成する工程と、を備える。
【解決手段】フッ素化合物を含有するガラスレンズ１２と紫外線硬化型樹脂１４とを接合してなる複合光学素子１０の製造方法において、ガラスレンズ１２をガラス転移点を越えない温度に加熱又は紫外線オゾン処理することによりガラスレンズ１２の表面を酸化させて酸化層１６を形成する工程と、形成された酸化層１６の表面にＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３等の酸化膜１８を形成する工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ素系ガラス基材に樹脂を接合して構成される複合光学素子の製造方法と複合光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ベースとなるガラスレンズの光学機能面に非球面等の樹脂層を形成し、全体として収差補正の性能を向上させた複合レンズが提案されている。このような複合レンズは、単一の光学レンズでは得られない優れた光学性能を有する。
【０００３】
しかし、ガラスと樹脂との線膨張係数の違いに起因する熱応力により、剥離しやすいことが欠点である。特に、フッ素系ガラスは、樹脂との密着性が悪いため、フッ素系ガラス基材と樹脂との密着力の向上が要求されている。
【０００４】
このようなフッ素系ガラスと樹脂との接合に関し、例えば特許文献１では、フッ素系ガラスの表面にオゾン処理を行って表面のフッ素を遊離させる方法が提案されている。これにより、フッ素系ガラスとの密着力を上げて樹脂層を形成するというものである。
【特許文献１】特開平７−２６７６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、オゾン処理によりフッ素系ガラスの表面の酸化の程度は２％以下の変化でしかない。このため、レンズの表面酸素濃度を向上させるには至らない。よって、十分な密着力を得ることはできない。
【０００６】
そして、レンズ表面の酸素濃度が十分でない場合、カップリング剤を塗布しても（或いはＳｉＯ２等の酸化膜を施してからカップリング剤を塗布しても）、成形された複合レンズは十分な密着力が得られない。
【０００７】
このため、熱衝撃試験において、低温時（例えば−３０℃）にフッ素系ガラスと樹脂との間で剥離或いはそれに伴う樹脂割れ、又はガラス割れが生じる。
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、フッ素系ガラス基材と樹脂との密着力を確保して耐熱性に富む複合光学素子の製造方法と複合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、本発明は、
フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材と樹脂とを接合してなる複合光学素子の製造方法において、
前記フッ素系ガラス基材の表面に酸化層を形成する工程と、
形成された前記酸化層の表面に酸化膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記酸化層の酸素濃度は、前記フッ素系ガラス基材の酸素濃度よりも５ａｔｍ％以上多いことが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記酸化層を形成する工程が、前記フッ素系ガラス基材のガラス転移点を越えない温度に加熱又は紫外線オゾン処理することで前記フッ素系ガラス基材の表面を酸化させて酸化層を形成する工程であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記酸化層を形成する工程が、前記フッ素系ガラス基材の表面に酸素イオンを注入して酸化層を形成する工程であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記酸化層を形成する工程が、ガラス型、または、成形面に酸化膜をコーティングした複数の型を用いて酸化層を形成する工程であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記酸化膜を形成する工程が、前記酸化層の表面に、膜厚２０ｎｍ以上のＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３の単層膜あるいはこれらを含む多層膜を形成することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る複合光学素子の発明は、
フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材と、
該フッ素系ガラス基材の表面に形成された酸化層と、
該酸化層の表面に形成されたＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３の酸化膜と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フッ素系ガラス基材の表面に酸化層を形成し、該酸化層の表面に酸化膜を形成しているので、フッ素系ガラス基材と樹脂との密着性を確保して耐熱性に富む複合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】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態における複合光学素子の断面正面図である。
【００１７】
この複合光学素子１０は、両凹レンズのガラスレンズ１２と、非球面を有する紫外線硬化型樹脂１４と、によって構成されている。ガラスレンズ１２の表面には、酸化層１６、酸化膜１８、シランカップリング剤２０、が順に形成されている。そして、ガラスレンズ１２は、酸化層１６と、酸化膜１８と、シランカップリング剤２０と、を挟んで、紫外線硬化型樹脂１４に接合されている。
【００１８】
ガラスレンズ１２は、フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材である。
なお、フッ素系ガラスとは、リン酸やケイ酸を主成分とし、さらにフッ素若しくはフッ化物が含まれているようなガラスをいう。このようなガラスは、フッ素元素の特性により高アッベ数、低屈折率、正の異常分散性を示すといった特徴がある。フッ素系ガラスは、この性質を利用して特殊なレンズ等に用いられる。
【００１９】
このようなフッ素系ガラスとして、例えば以下のものが知られている。
ＦＰＬ５１（ＯＨＡＲＡ製）： 屈折率１．４９７００ アッベ数８１．６
ＦＰＬ５３（ＯＨＡＲＡ製）： 屈折率１．４３８７５ アッベ数９５．０
ＦＳＬ５ （ＯＨＡＲＡ製）： 屈折率１．４８７４９ アッベ数７０．２
ＦＣＤ１ （ＨＯＹＡ製）： 屈折率１．４９７ アッベ数８１．６１
本実施形態では、フッ素系のガラスレンズ１２としてＦＣＤ１（ＨＯＹＡ製）を用いた。
【００２０】
シランカップリング剤２０は、１分子中に有機官能基と加水分解基を持っている。このため、シランカップリング剤２０は、無機物と有機樹脂とを結びつけて強固に接着することができる。なお、無機物と有機樹脂を結びつけることができるのであれば、シランカップリング剤２０に代えて、通常の接着剤等を用いても構わない。
【００２１】
ここで、ガラスレンズ１２は、フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材であるため、シランカップリング剤２０と反応するＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３の成分（無機物）が少ない。このため、ガラスレンズ１２にシランカップリング剤２０を塗布したとしても、ガラスレンズ１２と紫外線硬化型樹脂１４（有機樹脂）の密着性を確保できない。
【００２２】
また、単にＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３をガラスレンズ１２にコーティングするだけでは、ガラスレンズ１２とコーティング膜（酸化膜１８）との密着性を確保できない。前述したように、ガラスレンズ１２の表面には、フッ素が多く残存しているためである。
【００２３】
そこで、本実施形態では、ガラスレンズ１２の表面に酸化層１６、酸化膜１８（無機物）形成すると共に、シランカップリング剤２０を用いることで、ガラスレンズ１２と、紫外線硬化型樹脂１４（有機樹脂）との密着性を強化した。
【００２４】
次に、複合光学素子１０の製造方法について、具体的に記載する。
まず、このガラスレンズ１２の表面を加熱又はＯ２プラズマ処理等により酸化させて、ガラスレンズ１２の表面に酸化層１６を形成する。フッ素化合物を含有するガラス表面は、多くのフッ素で覆われている。そこで、酸化させることでフッ素原子を遊離させてガラス表面におけるフッ素の含有率を低くしている。
【００２５】
次いで、この形成した酸化層１６の表面に、さらに酸化膜１８を所定厚さにコーティングする。ここで、酸化膜１８としては、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）、ＴｉＯ２（酸化チタン）又はＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）等が挙げられる。
【００２６】
この場合、ガラス表面を酸化させて酸化層１６を形成したことで、コーティングされるＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３等と、ガラスレンズ１２と、の密着性は高められる。
そして、このコーティングした酸化膜１８の表面に、シランカップリング剤２０を塗布してシランカップリング処理を行なう。これは、酸化膜１８と樹脂層（紫外線硬化型樹脂１４）との接着強度を増大させるためである。
【００２７】
そして、シランカップリング剤２０の表面にエネルギー硬化型樹脂（液状）を滴下する。次いで、金型の成形面を、ガラスレンズ１２対して、所定の距離まで近接させてエネルギー硬化型樹脂（液状）を所望の形状に成形する。さらに、ガラスレンズ１２の下方からエネルギー硬化型樹脂に紫外線を照射し、固化させてガラスレンズ１２に接合する。
【００２８】
こうして、ガラスレンズ１２に紫外線硬化型樹脂１４が接合された複合光学素子１０が得られる。
本実施形態によれば、ガラスレンズ１２の表面に酸化層１６を形成し、さらにその表面に酸化膜１８を形成したことにより、ガラスレンズ１２と紫外線硬化型樹脂１４との十分な密着力を備えた複合光学素子１０を得ることができる。
［第２の実施の形態］
図２Ａ〜図２Ｅは、複合光学素子の製造方法の工程説明図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００２９】
図２Ａに示すように、フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材として、フッ素系ガラス（ＦＣＤ１（ＨＯＹＡ製））を成形したガラスレンズ１２を用いる。このガラスレンズ１２は、光学機能面１２ａ，１２ｂの曲率半径が夫々異なる両凹レンズである。そして、このガラスレンズ１２の一方の光学機能面１２ａに、紫外線硬化型樹脂１４を形成する場合について説明する。
【００３０】
一般に、フッ素系ガラスの表面にカップリング剤を用いて表面処理を行って樹脂を貼り付けても、前述したように、ガラスと樹脂との密着力は弱い。しかし、界面（接合面）に酸化膜を作成すると密着力を高めることができる。
【００３１】
そこで、図２Ｂに示すように、このガラスレンズ１２を加熱炉内に入れて最高温度４５０℃に加熱する。この温度（４５０℃）は、ガラスレンズ１２の基材であるフッ素系ガラスのガラス転移点（Ｔｇ＝４６０℃）を超えない温度である。この加熱により、ガラスレンズ１２の表面に酸化層１６が形成される。
【００３２】
このときの酸化層１６の厚さは、例えば１００ｎｍ程度である。そして、この酸化層１６の酸素濃度は、ガラスレンズ１２の酸素濃度よりも５ａｔｍ％以上多いことが好ましい。酸化層１６の酸素濃度が低いと、フッ素の含有率が多く、ガラスレンズ１２とコーティング膜（後述する酸化膜１８）との密着性を確保できないためである。この加熱後、ガラスレンズ１２を徐冷する。
【００３３】
なお、このように両凹レンズを高温加熱して酸化層１６を形成する場合に限らず、例えば、短波長紫外線照射（オゾン処理）等の手段によりガラスレンズ１２の表面に酸化層１６を形成してもよい。
【００３４】
表−１に、４５０℃で加熱した後のガラスレンズ１２の表面の元素分析結果を示す。
なお、この元素分析では、Ｘ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）を用いた（日本電子製光電子分光分析装置（ＪＰＳ−９０ＭＸ））。
【表−１】
【００３５】
この装置は、試料の固体表面から数ｎｍの深さ領域に関する元素及び化学結合状態の分析に用いられる。例えば、光電子の運動エネルギーを測定することにより、エネルギーのピークから元素の同定を行うことができる。また、光電子の量（強度）を測定することにより、元素の比率等の定量分析が行える。
【００３６】
同表−１によれば、加熱前のガラスレンズ１２の表面の酸素濃度は３４ａｔｍ％であったのが、加熱後のガラスレンズ１２の表面の酸素濃度は５１．７ａｔｍ％に上昇している。
【００３７】
また、フッ素が遊離された結果、加熱前のガラスレンズ１２の表面のフッ素含有率は２４．６ａｔｍ％であったのが、加熱後のガラスレンズ１２の表面のフッ素含有率は３．２ａｔｍ％に低下している。すなわち、ガラスレンズ１２の加熱によって、表面の酸素濃度が増え、フッ素含有率が低下している。
【００３８】
次に、図２Ｃに示すように、酸化層１６を設けたガラスレンズ１２の表面に、ＳｉＯ２の酸化膜１８（２５０ｎｍ）をコーティングする。なお、ＳｉＯ２の酸化膜１８の替わりにＡｌ２Ｏ３の酸化膜をコーティングしてもよい。
【００３９】
次に、図２Ｄに示すように、酸化膜１８の表面にシランカップリング剤２０（ＫＢＭ５０３（信越化学製））を塗布する。この塗布したシランカップリング剤２０を１００℃で加熱して、後述する紫外線硬化型樹脂１４と酸化膜１８との密着性を向上させる。
【００４０】
次に、図２Ｅに示すように、シランカップリング剤２０の表面に、液状の紫外線硬化型樹脂１４（エネルギー硬化型樹脂）を滴下する。次いで、ガラスレンズ１２の上方から、不図示の金型の成形面を、ガラスレンズ１２に対して、所望の距離まで接近移動させる。
【００４１】
次いで、この液状の紫外線硬化型樹脂１４に紫外線を照射し、固化させて複合光学素子１０を得る。この複合光学素子１０は、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚は０．７ｍｍである。
【００４２】
なお、この複合光学素子１０に対しては、カメラ規格である−３０℃〜８０℃の熱衝撃試験を行った。この熱衝撃試験では、２５℃で３０分→−２０℃で３０分→２５℃で３０分→８０℃で３０分を１サイクルとして、複合光学素子１０が載置された場所の、環境温度を変化させる試験を、１０サイクル繰り返した。
【００４３】
次に、比較例１〜比較例３を示す。
（比較例１）
比較例１として、フッ素系ガラスＦＰＬ５２（ＯＨＡＲＡ製）のガラス基材に対し、紫外線オゾン処理を５分間行い、紫外線硬化型シリコン系樹脂を滴下してガラスレンズを接合した。
（比較例２）
比較例２として、フッ素系ガラスＦＰＬ５２（ＯＨＡＲＡ製）のガラス基材に対し、紫外線オゾン処理を５分間行い、紫外線硬化型シリコン系樹脂を滴下しＰＭＭＡ（アクリル樹脂）のレンズを接合した。
（比較例３）
フッ素系ガラスＦＰＬ５２（ＯＨＡＲＡ製）のガラス基材に対し、紫外線オゾン処理を５分間行い、シランカップリング剤を塗布し、ウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂を滴下し、中心樹脂厚１００μｍで複合レンズを成形した。
【００４４】
これら比較例１〜比較例３では、前述した熱衝撃試験において、いずれもレンズ投入数２０枚に対し、２０枚に樹脂又はガラスの破損（剥離）が確認された。
これに対し、本実施形態では、前述した熱衝撃試験において、レンズ投入数２０枚に対し、いずれのものにも樹脂又はガラスの破損（剥離）が確認されなかった。
【００４５】
本実施形態によれば、ガラスレンズ１２と紫外線硬化型樹脂１４との十分な密着力を確保して耐熱性に富む複合光学素子を得ることができる。すなわち、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚を０．７ｍｍとしても、カメラ規格である−３０℃〜８０℃の熱衝撃試験において、紫外線硬化型樹脂１４とガラスレンズ１２との剥離、樹脂割れ、ガラス割れの不具合が生じなかった。
［第３の実施の形態］
図３Ａ〜図３Ｅは、複合光学素子の製造方法の工程説明図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００４６】
図３Ａに示すように、フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材として、フッ素系ガラス（ＦＰＬ５２（ＯＨＡＲＡ製））を成形したガラスレンズ１２を用いる。このガラスレンズ１２は、光学機能面１２ａ，１２ｂの曲率半径が夫々異なる両凹レンズである。そして、このガラスレンズ１２の一方の光学機能面１２ａに、紫外線硬化型樹脂１４を形成する場合について説明する。
【００４７】
前述したように、フッ素系ガラスの表面にカップリング剤を用いて表面処理を行って樹脂を貼り付けても、ガラスと樹脂との密着力は弱い。しかし、界面（接合面）に酸化膜を作成すると密着力を高めることができる。
【００４８】
そこで、図３Ｂに示すように、このガラスレンズ１２の表面に酸素イオン（Ｏ２イオン）３０を注入して該表面に酸化層１６を形成する。
この場合、Ｏ２プラズマをベースにした三次元のイオン注入法（ＰＢＩＩ）（Ｐｌａｓｍａ Ｂａｓｅｄ Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）を用いる。これは、Ｏ２プラズマ中にガラスレンズ１２を入れ、このガラスレンズ１２に電圧を印加する。すると、酸素イオン（Ｏ２イオン）は、その電圧により加速され、ガラスレンズ１２に注入される。このため、ガラスレンズ１２の表面だけに酸化層１６が形成されて表面を改質することができる。
【００４９】
次に、図３Ｃに示すように、酸化層１６を設けたガラスレンズ１２の表面に、多層膜１８をコーティングする。多層膜１８は、ＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３を含む多層膜である。また、このとき、最下層にＭｇＦ２をコーティングしてもよい。
【００５０】
次に、図３Ｄに示すように、シランカップリング剤（ＫＢＭ５０３（信越化学製））２０を塗布する。このシランカップリング剤２０を１００℃で加熱して、後述する紫外線硬化型樹脂１４との密着性を向上させる。
【００５１】
次に、図３Ｅに示すように、シランカップリング剤２０を塗布したガラスレンズ１２の表面に、液状の紫外線硬化型樹脂１４（エネルギー硬化型樹脂）を滴下する。次いで、ガラスレンズ１２の上方から、不図示の金型の成形面を、ガラスレンズ１２に対して、所望の距離まで接近移動させる。次いで、この液状の紫外線硬化型樹脂１４に紫外線を照射し、固化させて複合光学素子１０を得る。この複合光学素子１０は、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚は０．７ｍｍである。
【００５２】
本実施形態によれば、フッ素系のガラスレンズ１２と樹脂との密着力を確保して耐熱性に富む複合光学素子を得ることができる。すなわち、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚を０．７ｍｍとしても、カメラ規格である−３０℃〜８０℃の熱衝撃試験において、紫外線硬化型樹脂１４とガラスレンズ１２との剥離、樹脂割れ、ガラス割れの不具合が生じなかった。
［第４の実施の形態］
図４Ａ〜図４Ｄは、複合光学素子の製造方法の工程説明図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００５３】
図４Ａに示すように、フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材として、ガラスプリフォーム（ＦＣＤ１（ＨＯＹＡ製））を用いて成形したガラスレンズ１２を用いる。すなわち、ガラスプリフォーム２２を、対向配置された上型２４及び下型２６間に配置する。
【００５４】
この上型２４及び下型２６は、スリーブ２８の内部で、それぞれの成形面２４ａ，２６ａが対向するようにスリーブ２８の両端側から嵌挿されている。上型２４の成形面２４ａは凸非球面形状をなし、下型２６の成形面２６ａは凹非球面形状をなしている。こうして、メニスカス状のガラスレンズ１２が成形される。そして、このガラスレンズ１２の一方の光学機能面１２ａに、紫外線硬化型樹脂１４を形成する場合について説明する。
【００５５】
なお、成形面２４ａ、２６ａは、成形するガラスレンズ１２の形状に応じて、球面形状であってもよい。
この場合、成形型としてガラス型、又は成形面２４ａ，２６ａに酸化膜をコーティングした上型２４及び下型２６を用いる。
【００５６】
ガラスは、酸化物である。従って、ガラス型を用いる場合は、成形時にガラス型を加熱することにより、成形されるガラスレンズ１２の表面に酸化層１６が形成される。
一方、ガラス型でない成形型を用いる場合は、型が酸化されるのを防止するため、不活性ガス中で成形される。
【００５７】
従って、このような成形型を用いて、成形時に成形型を加熱してもガラスレンズ１２の表面には酸化層１６は形成されない。このような場合、酸化膜をコーティングした上型２４及び下型２６を用いることで、成形面２４ａ，２６ａの酸化膜により、ガラスレンズ１２の表面に酸化層１６が形成される。
【００５８】
次に、図４Ｂに示すように、成形されたガラスレンズ１２の表面に、ＳｉＯ２の酸化膜１８（膜厚２５０ｎｍ）をコーティングする。なお、ＳｉＯ２の酸化膜１８の替わりにＡｌ２Ｏ３の酸化膜をコーティングしてもよい。
【００５９】
次に、図４Ｃに示すように、シランカップリング剤（ＫＢＭ５０３（信越化学製））２０を塗布する。このシランカップリング剤２０を１００℃で加熱して、後述する紫外線硬化型樹脂１４との密着性を向上させる。
【００６０】
次に、図４Ｄに示すように、シランカップリング剤２０の表面に、液状の紫外線硬化型樹脂１４（エネルギー硬化型樹脂）を滴下する。次いで、ガラスレンズ１２の上方から、不図示の金型の成形面を、ガラスレンズ１２に対して、所望の距離まで接近移動させる。
【００６１】
次いで、この液状の紫外線硬化型樹脂１４に紫外線を照射し、固化させて複合光学素子１０を得る。この複合光学素子１０は、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚は０．５ｍｍである。
【００６２】
本実施の形態によれば、フッ素系のガラスレンズ１２と樹脂との密着力を確保して耐熱性に富む複合光学素子を得ることができる。すなわち、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚を０．５ｍｍとしても、カメラ規格である−３０℃〜８０℃の熱衝撃試験において、紫外線硬化型樹脂１４とガラスレンズ１２との剥離、樹脂割れ、ガラス割れの不具合が生じなかった。
［第５の実施の形態］
図５Ａ〜図５Ｅは、複合光学素子の製造方法の工程説明図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００６３】
以上の各実施形態では、ガラスレンズ１２を加熱するか又はガラスレンズ１２に酸素イオンを注入することでその表面を酸化させる場合について説明した。しかし、例えばエキシマ光を用いてガラスレンズ１２の表面を酸化させることもできる。
【００６４】
図５Ａに示すように、フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材として、フッ素系ガラス（ＦＣＤ１（ＨＯＹＡ製））を成形したガラスレンズ１２を用いる。このガラスレンズ１２は、光学機能面１２ａ，１２ｂの曲率半径が夫々異なる両凹レンズである。そして、このガラスレンズ１２の一方の光学機能面１２ａに、紫外線硬化型樹脂１４を形成する場合について説明する。
【００６５】
一般に、フッ素系ガラスの表面にカップリング剤を用いて表面処理を行って樹脂を貼り付けても、ガラスと樹脂との密着力は弱い。しかし、界面（接合面）に酸化膜を作成すると密着力を高めることができる。
【００６６】
そこで、図５Ｂに示すように、このガラスレンズ１２の表面にエキシマ光（ウシオ電機；波長１７２ｎｍの真空紫外線）を２分間照射する。このエキシマ光３２は波長が短い（エネルギーが大きい）ので、ガラスレンズ１２の表面に酸化層１６を形成することができる。例えば、キセノンガスを用いたエキシマ光は、波長１７２ｎｍの真空紫外光で材料表面の光分解洗浄や光表面改質などに応用されている。なお、コロナ放電処理でも同じ酸化効果がある。
【００６７】
次に、図５Ｃに示すように、酸化層１６を形成したガラスレンズ１２の表面に、Ａｌ２Ｏ３（膜厚２５０ｎｍ）の酸化膜１８をコーティングする。なお、Ａｌ２Ｏ３の酸化膜１８の替わりにＳｉＯ２の酸化膜をコーティングしてもよい。
【００６８】
次に、図５Ｄに示すように、シランカップリング剤（ＫＢＭ５０３（信越化学製））２０を塗布する。このシランカップリング剤２０を１００℃で加熱して、後述する紫外線硬化型樹脂１４との密着性を向上させる。
【００６９】
次に、図５Ｅに示すように、シランカップリング剤２０を塗布したガラスレンズ１２の表面に、液状の紫外線硬化型樹脂１４（エネルギー硬化型樹脂）を滴下する。次いで、ガラスレンズ１２の上方から、不図示の金型の成形面を、ガラスレンズ１２に対して、所望の距離まで接近移動させる。次いで、この液状の紫外線硬化型樹脂１４に紫外線を照射し、固化させて複合光学素子１０を得る。この複合光学素子１０は、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚は０．５ｍｍである。
【００７０】
本実施形態によれば、フッ素系のガラスレンズ１２と樹脂との密着力を確保して耐熱性に富む複合光学素子を得ることができる。すなわち、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚を０．５ｍｍとしても、カメラ規格である−３０℃〜８０℃の熱衝撃試験において、紫外線硬化型樹脂１４とガラスレンズ１２との剥離、樹脂割れ、ガラス割れの不具合が生じなかった。
【００７１】
なお、第１から第５の何れの実施の形態においても、ガラス基材に接合される樹脂層として、紫外線硬化型樹脂１４を用いたが、熱可塑性樹脂でもよい。
なお、第１から第５の実施の形態において、ガラスレンズ１２は、両凹レンズとしたが、その形状は特に限定されない。
【００７２】
なお、第１から第５の実施の形態において、酸化膜１８は、単層であっても多層であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１実施形態における複合光学素子の断面正面図である。
【図２Ａ】第２実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ガラス基材の搬入）の説明図である。
【図２Ｂ】第２実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（４５０℃に加熱）の説明図である。
【図２Ｃ】第２実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ＳｉＯ２のコーティング）の説明図である。
【図２Ｄ】第２実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（シランカップリング処理）の説明図である。
【図２Ｅ】第２実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（複合レンズの成形）の説明図である。
【図３Ａ】第３実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ガラス基材の搬入）の説明図である。
【図３Ｂ】第３実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（酸素イオンの注入）の説明図である。
【図３Ｃ】第３実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ＳｉＯ２のコーティング）の説明図である。
【図３Ｄ】第３実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（シランカップリング処理）の説明図である。
【図３Ｅ】第３実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（複合レンズの成形）の説明図である。
【図４Ａ】第４実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ガラス基材の成形）の説明図である。
【図４Ｂ】第４実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ＳｉＯ２のコーティング）の説明図である。
【図４Ｃ】第４実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（シランカップリング処理）の説明図である。
【図４Ｄ】第４実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（複合レンズの成形）の説明図である。
【図５Ａ】第５実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ガラス基材の搬入）の説明図である。
【図５Ｂ】第５実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（エキシマ光の照射）の説明図である。
【図５Ｃ】第５実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（Ａｌ２Ｏ３のコーティング）の説明図である。
【図５Ｄ】第５実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（シランカップリング処理）の説明図である。
【図５Ｅ】第５実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（複合レンズの成形）の説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 複合光学素子
１２ ガラスレンズ
１２ａ 光学機能面
１２ｂ 光学機能面
１４ 紫外線硬化型樹脂
１６ 酸化層
１８ 酸化膜
２０ シランカップリング剤
２２ ガラスプリフォーム
２４ 上型
２６ 下型
２８ スリーブ
３０ 酸素イオン
３２ エキシマ光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ素系ガラス基材に樹脂を接合して構成される複合光学素子の製造方法と複合光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ベースとなるガラスレンズの光学機能面に非球面等の樹脂層を形成し、全体として収差補正の性能を向上させた複合レンズが提案されている。このような複合レンズは、単一の光学レンズでは得られない優れた光学性能を有する。
【０００３】
しかし、ガラスと樹脂との線膨張係数の違いに起因する熱応力により、剥離しやすいことが欠点である。特に、フッ素系ガラスは、樹脂との密着性が悪いため、フッ素系ガラス基材と樹脂との密着力の向上が要求されている。
【０００４】
このようなフッ素系ガラスと樹脂との接合に関し、例えば特許文献１では、フッ素系ガラスの表面にオゾン処理を行って表面のフッ素を遊離させる方法が提案されている。これにより、フッ素系ガラスとの密着力を上げて樹脂層を形成するというものである。
【特許文献１】特開平７−２６７６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、オゾン処理によりフッ素系ガラスの表面の酸化の程度は２％以下の変化でしかない。このため、レンズの表面酸素濃度を向上させるには至らない。よって、十分な密着力を得ることはできない。
【０００６】
そして、レンズ表面の酸素濃度が十分でない場合、カップリング剤を塗布しても（或いはＳｉＯ２等の酸化膜を施してからカップリング剤を塗布しても）、成形された複合レンズは十分な密着力が得られない。
【０００７】
このため、熱衝撃試験において、低温時（例えば−３０℃）にフッ素系ガラスと樹脂との間で剥離或いはそれに伴う樹脂割れ、又はガラス割れが生じる。
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、フッ素系ガラス基材と樹脂との密着力を確保して耐熱性に富む複合光学素子の製造方法と複合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、本発明は、
フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材と樹脂とを接合してなる複合光学素子の製造方法において、
前記フッ素系ガラス基材の表面に酸化層を形成する工程と、
形成された前記酸化層の表面に酸化膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記酸化層の酸素濃度は、前記フッ素系ガラス基材の酸素濃度よりも５ａｔｍ％以上多いことが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記酸化層を形成する工程が、前記フッ素系ガラス基材のガラス転移点を越えない温度に加熱又は紫外線オゾン処理することで前記フッ素系ガラス基材の表面を酸化させて酸化層を形成する工程であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記酸化層を形成する工程が、前記フッ素系ガラス基材の表面に酸素イオンを注入して酸化層を形成する工程であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記酸化層を形成する工程が、ガラス型、または、成形面に酸化膜をコーティングした複数の型を用いて酸化層を形成する工程であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、上記の複合光学素子の製造方法において、
前記酸化膜を形成する工程が、前記酸化層の表面に、膜厚２０ｎｍ以上のＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３の単層膜あるいはこれらを含む多層膜を形成することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る複合光学素子の発明は、
フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材と、
該フッ素系ガラス基材の表面に形成された酸化層と、
該酸化層の表面に形成されたＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３の酸化膜と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フッ素系ガラス基材の表面に酸化層を形成し、該酸化層の表面に酸化膜を形成しているので、フッ素系ガラス基材と樹脂との密着性を確保して耐熱性に富む複合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】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態における複合光学素子の断面正面図である。
【００１７】
この複合光学素子１０は、両凹レンズのガラスレンズ１２と、非球面を有する紫外線硬化型樹脂１４と、によって構成されている。ガラスレンズ１２の表面には、酸化層１６、酸化膜１８、シランカップリング剤２０、が順に形成されている。そして、ガラスレンズ１２は、酸化層１６と、酸化膜１８と、シランカップリング剤２０と、を挟んで、紫外線硬化型樹脂１４に接合されている。
【００１８】
ガラスレンズ１２は、フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材である。
なお、フッ素系ガラスとは、リン酸やケイ酸を主成分とし、さらにフッ素若しくはフッ化物が含まれているようなガラスをいう。このようなガラスは、フッ素元素の特性により高アッベ数、低屈折率、正の異常分散性を示すといった特徴がある。フッ素系ガラスは、この性質を利用して特殊なレンズ等に用いられる。
【００１９】
このようなフッ素系ガラスとして、例えば以下のものが知られている。
ＦＰＬ５１（ＯＨＡＲＡ製）： 屈折率１．４９７００ アッベ数８１．６
ＦＰＬ５３（ＯＨＡＲＡ製）： 屈折率１．４３８７５ アッベ数９５．０
ＦＳＬ５ （ＯＨＡＲＡ製）： 屈折率１．４８７４９ アッベ数７０．２
ＦＣＤ１ （ＨＯＹＡ製）： 屈折率１．４９７ アッベ数８１．６１
本実施形態では、フッ素系のガラスレンズ１２としてＦＣＤ１（ＨＯＹＡ製）を用いた。
【００２０】
シランカップリング剤２０は、１分子中に有機官能基と加水分解基を持っている。このため、シランカップリング剤２０は、無機物と有機樹脂とを結びつけて強固に接着することができる。なお、無機物と有機樹脂を結びつけることができるのであれば、シランカップリング剤２０に代えて、通常の接着剤等を用いても構わない。
【００２１】
ここで、ガラスレンズ１２は、フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材であるため、シランカップリング剤２０と反応するＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３の成分（無機物）が少ない。このため、ガラスレンズ１２にシランカップリング剤２０を塗布したとしても、ガラスレンズ１２と紫外線硬化型樹脂１４（有機樹脂）の密着性を確保できない。
【００２２】
また、単にＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３をガラスレンズ１２にコーティングするだけでは、ガラスレンズ１２とコーティング膜（酸化膜１８）との密着性を確保できない。前述したように、ガラスレンズ１２の表面には、フッ素が多く残存しているためである。
【００２３】
そこで、本実施形態では、ガラスレンズ１２の表面に酸化層１６、酸化膜１８（無機物）形成すると共に、シランカップリング剤２０を用いることで、ガラスレンズ１２と、紫外線硬化型樹脂１４（有機樹脂）との密着性を強化した。
【００２４】
次に、複合光学素子１０の製造方法について、具体的に記載する。
まず、このガラスレンズ１２の表面を加熱又はＯ２プラズマ処理等により酸化させて、ガラスレンズ１２の表面に酸化層１６を形成する。フッ素化合物を含有するガラス表面は、多くのフッ素で覆われている。そこで、酸化させることでフッ素原子を遊離させてガラス表面におけるフッ素の含有率を低くしている。
【００２５】
次いで、この形成した酸化層１６の表面に、さらに酸化膜１８を所定厚さにコーティングする。ここで、酸化膜１８としては、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）、ＴｉＯ２（酸化チタン）又はＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）等が挙げられる。
【００２６】
この場合、ガラス表面を酸化させて酸化層１６を形成したことで、コーティングされるＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３等と、ガラスレンズ１２と、の密着性は高められる。
そして、このコーティングした酸化膜１８の表面に、シランカップリング剤２０を塗布してシランカップリング処理を行なう。これは、酸化膜１８と樹脂層（紫外線硬化型樹脂１４）との接着強度を増大させるためである。
【００２７】
そして、シランカップリング剤２０の表面にエネルギー硬化型樹脂（液状）を滴下する。次いで、金型の成形面を、ガラスレンズ１２対して、所定の距離まで近接させてエネルギー硬化型樹脂（液状）を所望の形状に成形する。さらに、ガラスレンズ１２の下方からエネルギー硬化型樹脂に紫外線を照射し、固化させてガラスレンズ１２に接合する。
【００２８】
こうして、ガラスレンズ１２に紫外線硬化型樹脂１４が接合された複合光学素子１０が得られる。
本実施形態によれば、ガラスレンズ１２の表面に酸化層１６を形成し、さらにその表面に酸化膜１８を形成したことにより、ガラスレンズ１２と紫外線硬化型樹脂１４との十分な密着力を備えた複合光学素子１０を得ることができる。
［第２の実施の形態］
図２Ａ〜図２Ｅは、複合光学素子の製造方法の工程説明図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００２９】
図２Ａに示すように、フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材として、フッ素系ガラス（ＦＣＤ１（ＨＯＹＡ製））を成形したガラスレンズ１２を用いる。このガラスレンズ１２は、光学機能面１２ａ，１２ｂの曲率半径が夫々異なる両凹レンズである。そして、このガラスレンズ１２の一方の光学機能面１２ａに、紫外線硬化型樹脂１４を形成する場合について説明する。
【００３０】
一般に、フッ素系ガラスの表面にカップリング剤を用いて表面処理を行って樹脂を貼り付けても、前述したように、ガラスと樹脂との密着力は弱い。しかし、界面（接合面）に酸化膜を作成すると密着力を高めることができる。
【００３１】
そこで、図２Ｂに示すように、このガラスレンズ１２を加熱炉内に入れて最高温度４５０℃に加熱する。この温度（４５０℃）は、ガラスレンズ１２の基材であるフッ素系ガラスのガラス転移点（Ｔｇ＝４６０℃）を超えない温度である。この加熱により、ガラスレンズ１２の表面に酸化層１６が形成される。
【００３２】
このときの酸化層１６の厚さは、例えば１００ｎｍ程度である。そして、この酸化層１６の酸素濃度は、ガラスレンズ１２の酸素濃度よりも５ａｔｍ％以上多いことが好ましい。酸化層１６の酸素濃度が低いと、フッ素の含有率が多く、ガラスレンズ１２とコーティング膜（後述する酸化膜１８）との密着性を確保できないためである。この加熱後、ガラスレンズ１２を徐冷する。
【００３３】
なお、このように両凹レンズを高温加熱して酸化層１６を形成する場合に限らず、例えば、短波長紫外線照射（オゾン処理）等の手段によりガラスレンズ１２の表面に酸化層１６を形成してもよい。
【００３４】
表−１に、４５０℃で加熱した後のガラスレンズ１２の表面の元素分析結果を示す。
なお、この元素分析では、Ｘ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）を用いた（日本電子製光電子分光分析装置（ＪＰＳ−９０ＭＸ））。
【表−１】
【００３５】
この装置は、試料の固体表面から数ｎｍの深さ領域に関する元素及び化学結合状態の分析に用いられる。例えば、光電子の運動エネルギーを測定することにより、エネルギーのピークから元素の同定を行うことができる。また、光電子の量（強度）を測定することにより、元素の比率等の定量分析が行える。
【００３６】
同表−１によれば、加熱前のガラスレンズ１２の表面の酸素濃度は３４ａｔｍ％であったのが、加熱後のガラスレンズ１２の表面の酸素濃度は５１．７ａｔｍ％に上昇している。
【００３７】
また、フッ素が遊離された結果、加熱前のガラスレンズ１２の表面のフッ素含有率は２４．６ａｔｍ％であったのが、加熱後のガラスレンズ１２の表面のフッ素含有率は３．２ａｔｍ％に低下している。すなわち、ガラスレンズ１２の加熱によって、表面の酸素濃度が増え、フッ素含有率が低下している。
【００３８】
次に、図２Ｃに示すように、酸化層１６を設けたガラスレンズ１２の表面に、ＳｉＯ２の酸化膜１８（２５０ｎｍ）をコーティングする。なお、ＳｉＯ２の酸化膜１８の替わりにＡｌ２Ｏ３の酸化膜をコーティングしてもよい。
【００３９】
次に、図２Ｄに示すように、酸化膜１８の表面にシランカップリング剤２０（ＫＢＭ５０３（信越化学製））を塗布する。この塗布したシランカップリング剤２０を１００℃で加熱して、後述する紫外線硬化型樹脂１４と酸化膜１８との密着性を向上させる。
【００４０】
次に、図２Ｅに示すように、シランカップリング剤２０の表面に、液状の紫外線硬化型樹脂１４（エネルギー硬化型樹脂）を滴下する。次いで、ガラスレンズ１２の上方から、不図示の金型の成形面を、ガラスレンズ１２に対して、所望の距離まで接近移動させる。
【００４１】
次いで、この液状の紫外線硬化型樹脂１４に紫外線を照射し、固化させて複合光学素子１０を得る。この複合光学素子１０は、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚は０．７ｍｍである。
【００４２】
なお、この複合光学素子１０に対しては、カメラ規格である−３０℃〜８０℃の熱衝撃試験を行った。この熱衝撃試験では、２５℃で３０分→−２０℃で３０分→２５℃で３０分→８０℃で３０分を１サイクルとして、複合光学素子１０が載置された場所の、環境温度を変化させる試験を、１０サイクル繰り返した。
【００４３】
次に、比較例１〜比較例３を示す。
（比較例１）
比較例１として、フッ素系ガラスＦＰＬ５２（ＯＨＡＲＡ製）のガラス基材に対し、紫外線オゾン処理を５分間行い、紫外線硬化型シリコン系樹脂を滴下してガラスレンズを接合した。
（比較例２）
比較例２として、フッ素系ガラスＦＰＬ５２（ＯＨＡＲＡ製）のガラス基材に対し、紫外線オゾン処理を５分間行い、紫外線硬化型シリコン系樹脂を滴下しＰＭＭＡ（アクリル樹脂）のレンズを接合した。
（比較例３）
フッ素系ガラスＦＰＬ５２（ＯＨＡＲＡ製）のガラス基材に対し、紫外線オゾン処理を５分間行い、シランカップリング剤を塗布し、ウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂を滴下し、中心樹脂厚１００μｍで複合レンズを成形した。
【００４４】
これら比較例１〜比較例３では、前述した熱衝撃試験において、いずれもレンズ投入数２０枚に対し、２０枚に樹脂又はガラスの破損（剥離）が確認された。
これに対し、本実施形態では、前述した熱衝撃試験において、レンズ投入数２０枚に対し、いずれのものにも樹脂又はガラスの破損（剥離）が確認されなかった。
【００４５】
本実施形態によれば、ガラスレンズ１２と紫外線硬化型樹脂１４との十分な密着力を確保して耐熱性に富む複合光学素子を得ることができる。すなわち、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚を０．７ｍｍとしても、カメラ規格である−３０℃〜８０℃の熱衝撃試験において、紫外線硬化型樹脂１４とガラスレンズ１２との剥離、樹脂割れ、ガラス割れの不具合が生じなかった。
［第３の実施の形態］
図３Ａ〜図３Ｅは、複合光学素子の製造方法の工程説明図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００４６】
図３Ａに示すように、フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材として、フッ素系ガラス（ＦＰＬ５２（ＯＨＡＲＡ製））を成形したガラスレンズ１２を用いる。このガラスレンズ１２は、光学機能面１２ａ，１２ｂの曲率半径が夫々異なる両凹レンズである。そして、このガラスレンズ１２の一方の光学機能面１２ａに、紫外線硬化型樹脂１４を形成する場合について説明する。
【００４７】
前述したように、フッ素系ガラスの表面にカップリング剤を用いて表面処理を行って樹脂を貼り付けても、ガラスと樹脂との密着力は弱い。しかし、界面（接合面）に酸化膜を作成すると密着力を高めることができる。
【００４８】
そこで、図３Ｂに示すように、このガラスレンズ１２の表面に酸素イオン（Ｏ２イオン）３０を注入して該表面に酸化層１６を形成する。
この場合、Ｏ２プラズマをベースにした三次元のイオン注入法（ＰＢＩＩ）（Ｐｌａｓｍａ Ｂａｓｅｄ Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）を用いる。これは、Ｏ２プラズマ中にガラスレンズ１２を入れ、このガラスレンズ１２に電圧を印加する。すると、酸素イオン（Ｏ２イオン）は、その電圧により加速され、ガラスレンズ１２に注入される。このため、ガラスレンズ１２の表面だけに酸化層１６が形成されて表面を改質することができる。
【００４９】
次に、図３Ｃに示すように、酸化層１６を設けたガラスレンズ１２の表面に、多層膜１８をコーティングする。多層膜１８は、ＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３を含む多層膜である。また、このとき、最下層にＭｇＦ２をコーティングしてもよい。
【００５０】
次に、図３Ｄに示すように、シランカップリング剤（ＫＢＭ５０３（信越化学製））２０を塗布する。このシランカップリング剤２０を１００℃で加熱して、後述する紫外線硬化型樹脂１４との密着性を向上させる。
【００５１】
次に、図３Ｅに示すように、シランカップリング剤２０を塗布したガラスレンズ１２の表面に、液状の紫外線硬化型樹脂１４（エネルギー硬化型樹脂）を滴下する。次いで、ガラスレンズ１２の上方から、不図示の金型の成形面を、ガラスレンズ１２に対して、所望の距離まで接近移動させる。次いで、この液状の紫外線硬化型樹脂１４に紫外線を照射し、固化させて複合光学素子１０を得る。この複合光学素子１０は、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚は０．７ｍｍである。
【００５２】
本実施形態によれば、フッ素系のガラスレンズ１２と樹脂との密着力を確保して耐熱性に富む複合光学素子を得ることができる。すなわち、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚を０．７ｍｍとしても、カメラ規格である−３０℃〜８０℃の熱衝撃試験において、紫外線硬化型樹脂１４とガラスレンズ１２との剥離、樹脂割れ、ガラス割れの不具合が生じなかった。
［第４の実施の形態］
図４Ａ〜図４Ｄは、複合光学素子の製造方法の工程説明図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００５３】
図４Ａに示すように、フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材として、ガラスプリフォーム（ＦＣＤ１（ＨＯＹＡ製））を用いて成形したガラスレンズ１２を用いる。すなわち、ガラスプリフォーム２２を、対向配置された上型２４及び下型２６間に配置する。
【００５４】
この上型２４及び下型２６は、スリーブ２８の内部で、それぞれの成形面２４ａ，２６ａが対向するようにスリーブ２８の両端側から嵌挿されている。上型２４の成形面２４ａは凸非球面形状をなし、下型２６の成形面２６ａは凹非球面形状をなしている。こうして、メニスカス状のガラスレンズ１２が成形される。そして、このガラスレンズ１２の一方の光学機能面１２ａに、紫外線硬化型樹脂１４を形成する場合について説明する。
【００５５】
なお、成形面２４ａ、２６ａは、成形するガラスレンズ１２の形状に応じて、球面形状であってもよい。
この場合、成形型としてガラス型、又は成形面２４ａ，２６ａに酸化膜をコーティングした上型２４及び下型２６を用いる。
【００５６】
ガラスは、酸化物である。従って、ガラス型を用いる場合は、成形時にガラス型を加熱することにより、成形されるガラスレンズ１２の表面に酸化層１６が形成される。
一方、ガラス型でない成形型を用いる場合は、型が酸化されるのを防止するため、不活性ガス中で成形される。
【００５７】
従って、このような成形型を用いて、成形時に成形型を加熱してもガラスレンズ１２の表面には酸化層１６は形成されない。このような場合、酸化膜をコーティングした上型２４及び下型２６を用いることで、成形面２４ａ，２６ａの酸化膜により、ガラスレンズ１２の表面に酸化層１６が形成される。
【００５８】
次に、図４Ｂに示すように、成形されたガラスレンズ１２の表面に、ＳｉＯ２の酸化膜１８（膜厚２５０ｎｍ）をコーティングする。なお、ＳｉＯ２の酸化膜１８の替わりにＡｌ２Ｏ３の酸化膜をコーティングしてもよい。
【００５９】
次に、図４Ｃに示すように、シランカップリング剤（ＫＢＭ５０３（信越化学製））２０を塗布する。このシランカップリング剤２０を１００℃で加熱して、後述する紫外線硬化型樹脂１４との密着性を向上させる。
【００６０】
次に、図４Ｄに示すように、シランカップリング剤２０の表面に、液状の紫外線硬化型樹脂１４（エネルギー硬化型樹脂）を滴下する。次いで、ガラスレンズ１２の上方から、不図示の金型の成形面を、ガラスレンズ１２に対して、所望の距離まで接近移動させる。
【００６１】
次いで、この液状の紫外線硬化型樹脂１４に紫外線を照射し、固化させて複合光学素子１０を得る。この複合光学素子１０は、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚は０．５ｍｍである。
【００６２】
本実施の形態によれば、フッ素系のガラスレンズ１２と樹脂との密着力を確保して耐熱性に富む複合光学素子を得ることができる。すなわち、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚を０．５ｍｍとしても、カメラ規格である−３０℃〜８０℃の熱衝撃試験において、紫外線硬化型樹脂１４とガラスレンズ１２との剥離、樹脂割れ、ガラス割れの不具合が生じなかった。
［第５の実施の形態］
図５Ａ〜図５Ｅは、複合光学素子の製造方法の工程説明図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００６３】
以上の各実施形態では、ガラスレンズ１２を加熱するか又はガラスレンズ１２に酸素イオンを注入することでその表面を酸化させる場合について説明した。しかし、例えばエキシマ光を用いてガラスレンズ１２の表面を酸化させることもできる。
【００６４】
図５Ａに示すように、フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材として、フッ素系ガラス（ＦＣＤ１（ＨＯＹＡ製））を成形したガラスレンズ１２を用いる。このガラスレンズ１２は、光学機能面１２ａ，１２ｂの曲率半径が夫々異なる両凹レンズである。そして、このガラスレンズ１２の一方の光学機能面１２ａに、紫外線硬化型樹脂１４を形成する場合について説明する。
【００６５】
一般に、フッ素系ガラスの表面にカップリング剤を用いて表面処理を行って樹脂を貼り付けても、ガラスと樹脂との密着力は弱い。しかし、界面（接合面）に酸化膜を作成すると密着力を高めることができる。
【００６６】
そこで、図５Ｂに示すように、このガラスレンズ１２の表面にエキシマ光（ウシオ電機；波長１７２ｎｍの真空紫外線）を２分間照射する。このエキシマ光３２は波長が短い（エネルギーが大きい）ので、ガラスレンズ１２の表面に酸化層１６を形成することができる。例えば、キセノンガスを用いたエキシマ光は、波長１７２ｎｍの真空紫外光で材料表面の光分解洗浄や光表面改質などに応用されている。なお、コロナ放電処理でも同じ酸化効果がある。
【００６７】
次に、図５Ｃに示すように、酸化層１６を形成したガラスレンズ１２の表面に、Ａｌ２Ｏ３（膜厚２５０ｎｍ）の酸化膜１８をコーティングする。なお、Ａｌ２Ｏ３の酸化膜１８の替わりにＳｉＯ２の酸化膜をコーティングしてもよい。
【００６８】
次に、図５Ｄに示すように、シランカップリング剤（ＫＢＭ５０３（信越化学製））２０を塗布する。このシランカップリング剤２０を１００℃で加熱して、後述する紫外線硬化型樹脂１４との密着性を向上させる。
【００６９】
次に、図５Ｅに示すように、シランカップリング剤２０を塗布したガラスレンズ１２の表面に、液状の紫外線硬化型樹脂１４（エネルギー硬化型樹脂）を滴下する。次いで、ガラスレンズ１２の上方から、不図示の金型の成形面を、ガラスレンズ１２に対して、所望の距離まで接近移動させる。次いで、この液状の紫外線硬化型樹脂１４に紫外線を照射し、固化させて複合光学素子１０を得る。この複合光学素子１０は、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚は０．５ｍｍである。
【００７０】
本実施形態によれば、フッ素系のガラスレンズ１２と樹脂との密着力を確保して耐熱性に富む複合光学素子を得ることができる。すなわち、紫外線硬化型樹脂１４の中心樹脂厚を０．５ｍｍとしても、カメラ規格である−３０℃〜８０℃の熱衝撃試験において、紫外線硬化型樹脂１４とガラスレンズ１２との剥離、樹脂割れ、ガラス割れの不具合が生じなかった。
【００７１】
なお、第１から第５の何れの実施の形態においても、ガラス基材に接合される樹脂層として、紫外線硬化型樹脂１４を用いたが、熱可塑性樹脂でもよい。
なお、第１から第５の実施の形態において、ガラスレンズ１２は、両凹レンズとしたが、その形状は特に限定されない。
【００７２】
なお、第１から第５の実施の形態において、酸化膜１８は、単層であっても多層であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１実施形態における複合光学素子の断面正面図である。
【図２Ａ】第２実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ガラス基材の搬入）の説明図である。
【図２Ｂ】第２実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（４５０℃に加熱）の説明図である。
【図２Ｃ】第２実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ＳｉＯ２のコーティング）の説明図である。
【図２Ｄ】第２実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（シランカップリング処理）の説明図である。
【図２Ｅ】第２実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（複合レンズの成形）の説明図である。
【図３Ａ】第３実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ガラス基材の搬入）の説明図である。
【図３Ｂ】第３実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（酸素イオンの注入）の説明図である。
【図３Ｃ】第３実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ＳｉＯ２のコーティング）の説明図である。
【図３Ｄ】第３実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（シランカップリング処理）の説明図である。
【図３Ｅ】第３実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（複合レンズの成形）の説明図である。
【図４Ａ】第４実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ガラス基材の成形）の説明図である。
【図４Ｂ】第４実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ＳｉＯ２のコーティング）の説明図である。
【図４Ｃ】第４実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（シランカップリング処理）の説明図である。
【図４Ｄ】第４実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（複合レンズの成形）の説明図である。
【図５Ａ】第５実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（ガラス基材の搬入）の説明図である。
【図５Ｂ】第５実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（エキシマ光の照射）の説明図である。
【図５Ｃ】第５実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（Ａｌ２Ｏ３のコーティング）の説明図である。
【図５Ｄ】第５実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（シランカップリング処理）の説明図である。
【図５Ｅ】第５実施形態における複合光学素子の製造方法の工程（複合レンズの成形）の説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 複合光学素子
１２ ガラスレンズ
１２ａ 光学機能面
１２ｂ 光学機能面
１４ 紫外線硬化型樹脂
１６ 酸化層
１８ 酸化膜
２０ シランカップリング剤
２２ ガラスプリフォーム
２４ 上型
２６ 下型
２８ スリーブ
３０ 酸素イオン
３２ エキシマ光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材と樹脂とを接合してなる複合光学素子の製造方法において、
前記フッ素系ガラス基材の表面に酸化層を形成する工程と、
形成された前記酸化層の表面に酸化膜を形成する工程と、を備える
ことを特徴とする複合光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記酸化層の酸素濃度は、前記フッ素系ガラス基材の酸素濃度よりも５ａｔｍ％以上多い
ことを特徴とする請求項１に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記酸化層を形成する工程が、前記フッ素系ガラス基材のガラス転移点を越えない温度に加熱又は紫外線オゾン処理することで前記フッ素系ガラス基材の表面を酸化させて酸化層を形成する工程である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記酸化層を形成する工程が、前記フッ素系ガラス基材の表面に酸素イオンを注入して酸化層を形成する工程である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記酸化層を形成する工程が、ガラス型、または、成形面に酸化膜をコーティングした複数の型を用いて酸化層を形成する工程である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記酸化膜を形成する工程が、前記酸化層の表面に、膜厚２０ｎｍ以上のＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３の単層膜あるいはこれらを含む多層膜を形成する工程である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項７】
フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材と、
該フッ素系ガラス基材の表面に形成された酸化層と、
該酸化層の表面に形成された酸化膜と、を有する
ことを特徴とする複合光学素子。
【請求項１】
フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材と樹脂とを接合してなる複合光学素子の製造方法において、
前記フッ素系ガラス基材の表面に酸化層を形成する工程と、
形成された前記酸化層の表面に酸化膜を形成する工程と、を備える
ことを特徴とする複合光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記酸化層の酸素濃度は、前記フッ素系ガラス基材の酸素濃度よりも５ａｔｍ％以上多い
ことを特徴とする請求項１に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記酸化層を形成する工程が、前記フッ素系ガラス基材のガラス転移点を越えない温度に加熱又は紫外線オゾン処理することで前記フッ素系ガラス基材の表面を酸化させて酸化層を形成する工程である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記酸化層を形成する工程が、前記フッ素系ガラス基材の表面に酸素イオンを注入して酸化層を形成する工程である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記酸化層を形成する工程が、ガラス型、または、成形面に酸化膜をコーティングした複数の型を用いて酸化層を形成する工程である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記酸化膜を形成する工程が、前記酸化層の表面に、膜厚２０ｎｍ以上のＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３の単層膜あるいはこれらを含む多層膜を形成する工程である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子の製造方法。
【請求項７】
フッ素化合物を含有するフッ素系ガラス基材と、
該フッ素系ガラス基材の表面に形成された酸化層と、
該酸化層の表面に形成された酸化膜と、を有する
ことを特徴とする複合光学素子。
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図１】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図１】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【公開番号】特開２００９−２４９２２９（Ｐ２００９−２４９２２９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９９１１９（Ｐ２００８−９９１１９）
【出願日】平成２０年４月７日（２００８．４．７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月７日（２００８．４．７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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