[发明专利]光学元件的成型方法和装置以及光学元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学元件成型方法、光学元件成型装置和光学元件。更具体而言，本发明涉及一种可以使用纳米复合树脂形成光学特性优异的光学元件的光学元件成型方法和光学元件成型装置，以及光学元件。

背景技术

随着近年来便携式照像机和诸如DVD、CD和MO驱动器等光学信息记录装置的高性能化、小型化和低成本化，强烈要求开发对于这些记录装置中使用的诸如光学透镜或过滤器等光学元件的优质材料和工艺。

塑料透镜比诸如玻璃等无机材料更轻巧、更难于破碎，可以加工成各种形状，并且可以比玻璃透镜更低的成本生产，因此，塑料透镜的应用正在迅速普及到不仅是眼镜，而且普及到上述光学透镜。这包括使透镜尺寸和厚度减小，并且为了实现这种减小，例如，需要提高材料本身的折射率，或使得光学折射率相对于热膨胀和温度的变化稳定。作为一种对策，已经提出了不同的方式来形成纳米复合树脂，通过将诸如金属氧化物微粒等无机微粒均匀分散在塑料透镜中，从而增大光学折射率或抑制热膨胀系数或光学折射率的温度依赖性变化(参见，例如，JP-A-2006-343387和JP-A-2003-147090)。

在使用纳米复合树脂成型光学元件的情况下，并且当光学元件需求高透明度时，为减小光散射，需要将无机微粒分散成产生无机微粒的粒径至少小于所用的光波长的状态。此外，应该制备和分散粒子大小为15nm以下的均匀纳米粒子，以保持透过光强度不会因瑞利散射而衰减。此外，为有效地提高光学折射率，要求均匀分散无机微粒。

通过在塑料树脂中分散无机微粒来制备纳米复合材料的技术包括以下方法：

(1)将无机微粒直接加到塑料树脂中并混合，

(2)将无机微粒以在溶剂中的含液体形式与塑料树脂混合，然后通过加热等除去溶剂，和

(3)混合单体和无机微粒，然后使单体聚合，使其含有无机微粒。

这样制备的纳米复合树脂可以成型成具有所需形状的光学元件，例如，通过(1)使用注射成型的方法，(2)引起块的大塑性变形的方法，或(3)将液态化的树脂浇铸到模具中，并转印形状的方法(浇铸成型方法)。在方法(1)中，纳米复合树脂即使在高温下也表现出很差的流动性，不仅注射成型困难，而且微粒局部地聚集，从而不能获得恒定分散密度的透明光学元件。此外，因为光学元件要求具有高质量，所以注射成型中流道中残留的材料由于质量劣化而不能再用，被废弃，这造成按整个加入量计，大约90％的材料损失，从而高附加价值的材料如纳米复合树脂的成本增大。在方法(2)中，存在变形并影响光学特性。在方法(3)中，纳米复合树脂即使在加热下也不能液化到满意地转移的程度，并且通过加入溶剂使树脂成为溶液状态，然后浇铸，但是在这种情况下，由于常规模具的门部很长，使得可以防止除去溶剂时发生的体积减小到达产品部，这样扩散长度变大，需要很长时间实现不会引起形状变化的残留溶剂量。为了解决该问题，例如，JP-A-5-90645记载了一种方法，其中对产品的一个面、然后另一个面分两次进行浇铸成型，以缩短扩散长度。然而，该方法的缺点在于，例如，光在光学元件内部产生的界面上发生反射，并且容易引起光学轴移位。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学元件成型方法和光学元件成型装置，其中可以由在热塑性树脂中含有无机微粒的纳米复合树脂的溶液形成具有稳定的光学特性的光学元件，还提供光学元件。

通过以下光学元件成型方法可以实现本发明的上述目的。

(1)一种由纳米复合树脂材料成型透光性光学元件的光学元件成型方法，所述纳米复合树脂材料包含含有无机微粒的热塑性树脂，所述光学元件成型方法包括以下步骤：将含有溶剂和纳米复合树脂的溶液加到具有至少光学面形状和向环境的开口的容器中的溶液加入步骤；和从所述开口蒸发所述溶剂，以固化并使透光性光学元件的光学面形成为最终形状的光学元件形成步骤。

根据上述光学元件成型方法，其中均匀分散有纳米复合树脂的溶液以均匀分散态原样固化而形成光学元件，使得可以由之前难以成型的纳米复合树脂成型光学元件。

此外，由其中均匀分散有纳米复合树脂的溶液形成光学元件，使得可以成型具有通过在塑料树脂中均匀分散无机微粒如金属氧化物微粒得到的高折射率和优异光学性能的光学元件。

(2)如上面(1)中所述的光学元件成型方法，其中，在溶液加入步骤中，加入溶液的状态使得所述光学面形状包括所述容器内底面的第一光学面形状和在溶液中距所述第一光学面形状所需距离位置的第二光学面形状。