CN103189192B - 生产复合光学元件的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种生产复合光学元件的方法，包括：在通过在加热状态下将树脂材料（2）与玻璃材料（1）的一个表面合成为一体而模制复合光学元件之后执行应力去除，其中，在把模制中制备的复合光学元件冷却至低于树脂材料玻璃转变温度的第一冷却温度后，通过使具有树脂材料红外吸收率高于玻璃材料红外吸收率的波长范围的红外光从玻璃材料的另一表面进入，把树脂材料的接触玻璃材料的界面层加热至等于或高于树脂材料玻璃转变温度的温度，且之后把复合光学元件冷却至低于第一冷却温度的第二冷却温度。

Description

生产复合光学元件的方法

技术领域

本发明涉及一种生产复合光学元件的方法，其中，透明的热塑性树脂材料与透明玻璃材料的一个表面合成为一体；且更特别地，涉及一种用于在去除了冷却处理中因树脂材料和玻璃材料之间收缩差异而产生的冷却应变的同时生产复合光学元件的方法和设备。

背景技术

实践中已经生产了一种复合光学元件，其中，透明的热塑性树脂材料与透明玻璃材料的一个表面合成为一体。复合光学元件的实例包括通过模制作为两个玻璃透镜之间的分隔物的树脂材料而生产的光学元件，以及通过在玻璃板的一个表面上将赋予了特殊光学性能的树脂材料模制到光学波导或棱镜中而生产的光学元件。

PLT1公开了一种用于通过在放置有玻璃基片的模具中执行热塑性树脂材料的注射模塑而模制复合光学元件的技术。此外，PTL2公开了一种用于生产复合光学元件的技术，其中，通过在玻璃基片上执行树脂材料的注射模塑而形成树脂层，且之后切割树脂层的轮廓以使该轮廓具有理想的非球面表面，随后进行抛光。

PTL3公开了一种用于通过压缩来模制复合光学元件的技术，其中，通过从上方把由上模支承的玻璃基片压到放置在下模中的熔化树脂材料上，随后在压力下加热。

引用列表

专利文献

PTL1：No.H03-133611号日本专利申请特开。

PTL2:No.H05-254862号日本专利申请特开。

PTL3:No.2005-305938号日本专利申请特开。

发明内容

技术问题

然而，当采用上述任何一种生产复合光学元件的方法时，在加热状态下把树脂材料和玻璃材料合成为一体，随后冷却至室温，且因此，在冷却处理中，玻璃材料和树脂材料中都产生了残余应力。通常，与玻璃材料相比树脂材料具有更高的热膨胀系数，并且在其固化时收缩，因此，在由玻璃材料约束的树脂材料中产生复杂的冷却应变。当在较厚的树脂层中发生应变时，树脂材料的折射率局部地改变，导致生成的光学元件性能下降。

此处，为了在冷却之后减小残余应力（或冷却应变），选择热膨胀系数接近于玻璃材料热膨胀系数的树脂材料可以是一种办法。然而，可用作复合光学材料的树脂材料的种类是有限的，因此，选择这种材料比较困难。此外，混入添加剂以降低树脂材料在其固化时的收缩程度也是一种办法。然而，该添加剂会削弱树脂材料的关键光学特性。

因此，通过在加热状态下将树脂材料和玻璃材料合成为一体所生产的复合光学元件具有低光学性能且在品质上具有较大的变化，因此，该复合光学元件不能够用作高等级光学元件或大尺寸光学元件。

问题解决方案

本发明的目的是提供一种生产复合光学元件的方法，该方法能够通过在加热状态下把树脂材料和玻璃材料合成为一体而生产出复合光学元件并减小该复合光学元件的残余应变，而不会削弱树脂材料光学特性，从而提供具有高质量和高功能性的光学元件。

本发明的生产复合光学元件的方法是一种生产通过加热将透明热塑性树脂材料与透明玻璃材料的一个表面合成为一体的所谓复合光学元件的方法。此外，该方法包括：模制步骤，通过在加热状态中将树脂材料与玻璃材料的一个表面合成为一体而模制复合光学元件；冷却步骤，将模制步骤中制备的复合光学元件冷却至低于树脂材料玻璃转变温度的第一冷却温度；加热步骤，通过使红外光从玻璃材料的另一表面进入，将树脂材料的界面层的温度加热至等于或高于树脂材料的玻璃转变温度，其中，该界面层接触玻璃材料，该红外光的波长范围是使得树脂材料的红外吸收率高于玻璃材料的红外吸收率；以及应力去除步骤，将复合光学元件冷却至低于第一冷却温度的第二冷却温度。

在本发明的生产复合光学元件的方法中，通过选择红外光波长范围，在不会过度加热玻璃材料的情况下，集中地加热树脂材料的接触玻璃材料的界面层，从而根据应力来转移界面层的组织。在整个生成的复合光学元件的温升被抑制为较低的同时，仅仅是界面层软化了，并且通过使玻璃材料和界面层外部的树脂材料好像是在界面层处相对彼此滑移，玻璃材料和树脂材料的残余应力被释放。之后，玻璃材料和界面层外部的树脂材料的温升被抑制为较低，这样导致了在随后的冷却处理中仅有非常少量的冷却应力产生。

因此，通过在加热状态下将树脂材料和玻璃材料合成为一体而生产复合光学元件并减小该复合光学元件的残余应变，而不会削弱树脂材料光学特性，从而能够提供具有高质量和高功能性的光学元件。另外，也能够生产用于高等级用途的复合光学元件或大尺寸的光学元件。

参考附图，本发明的其它特征将从随后的示范性实施例的说明中变得明显。

附图说明

[图1A和1B]图1A和1B是复合光学元件的说明图。

[图2]图2是用于复合光学元件的生产设备的结构的说明图。

[图3]图3是用于复合光学元件的生产设备的动作的说明图。

[图4]图4是在复合光学元件的冷却处理中树脂层温度控制的说明图。

[图5]图5是在复合光学元件另一冷却处理中树脂层的温度控制的说明图。

[图6]图6是用于复合光学元件的另一生产设备的结构的说明图。

[图7A和7B]图7A和7B分别是树脂材料和玻璃材料红外透射率的曲线图。

具体实施方式

参考附图在下文中详细描述本发明的一个实施例。通过用替代结构来替换该实施例的部分或全部结构，本发明也能够以其他实施例实施，只要树脂材料的界面层（界面层接触玻璃材料）通过红外光被集中加热。

因此，本发明不但适用于生产玻璃材料被放置在树脂材料的一个表面上的复合光学元件，也适用于生产玻璃材料被放置在树脂材料两个表面上的复合光学元件。复合光学元件的具体应用实例包括用于相机的透镜或棱镜、用于液晶投影仪的透镜、用于激光束打印机的fθ透镜、用于DVD或CD的拾取透镜、衍射光学元件以及光学波导。

<复合光学元件>

图1A和1B是本发明的复合光学元件的说明图。图1A示出了树脂材料1被粘合到玻璃基片2上的复合光学元件。图1B示出了树脂材料1被粘合到两个玻璃基片2从而被夹在其中间的复合光学元件。

<玻璃材料>

任何玻璃材料都可用于实例中的透镜，没有特殊限制。任何适用于树脂材料和玻璃材料复合模制的透明玻璃都是完全可以接受的。可使用各种玻璃材料，例如普通光学玻璃，典型地有硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃和磷酸盐玻璃，石英玻璃和玻璃陶瓷。

本实例中玻璃基片的形状不会因复合模制而变化，且因此使用预先精确制造的基片，以匹配所要模制的模制复合元件的形状。圆形、方形或任何其它任意形状都可用作玻璃基片的形状（就外部形状而言）。就玻璃基片的光学功能表面而言，可从平面、球面、轴对称非球面表面以及自由形式的表面中选择表面。作为生产玻璃基片的方法，例如有切割加工、磨削加工、抛光加工以及加压模制。

为了改进与树脂材料的粘结性，在树脂材料所要紧密粘结的玻璃基片表面上对玻璃基片进行预处理是理想的。通过用各种具有良好树脂亲和性的硅烷偶联剂中的任意一种适当地进行偶联处理，而在玻璃基片表面上进行预处理。硅烷偶联剂的具体例子包括六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷以及三乙基氯硅烷。

<树脂材料>

任何树脂材料都可用于实例中的透镜，没有特殊限制。任何适用于树脂材料和玻璃材料复合模制的透明热塑性树脂都是完全可以接受的。例如，可使用基于聚烯烃的树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯。此外，为了调节树脂的光学物理性质和机械物理性质，其他有机物质和无机物质也可混入到这些树脂中。

<用于复合光学元件的生产设备>

图2是用于复合光学元件的生产设备的结构的说明图。图3是用于复合光学元件的生产设备的动作的说明图。需要注意，在下面对附图的描述中，与图2中使用的那些参考标记相同的参考标记是指同样的结构元件。

如图2中所示，用于复合光学元件的生产设备100通过压缩模制来生产由玻璃材料和树脂材料形成的复合透镜元件，压缩模制是通过将树脂材料供给到玻璃基片2和下模4之间随后加热压缩来进行的。相对于具有1μm以上至4μm以下的波长范围的红外光，作为第一支承部件一个实例的上模3由与树脂材料相比具有更低吸收率的材料形成，并且在玻璃材料侧上与复合光学元件的表面紧密接触。作为第二支承部件一个实例的下模4在与上模3相反的一侧与复合光学元件紧密接触，并且与上模3一起挤压复合光学元件。作为红外光源一个实例的红外灯8采用穿过上模3和玻璃基片2的红外光照射复合光学元件中的树脂材料，该红外光具有1μm以上至4μm以下的波长范围。

复合光学元件生产设备100中使用的压缩模具101具有以可滑动方式设在圆筒状主体模具7中的上模3和下模4。支承玻璃基片2的上模3由透射红外线的材料制成。上模3的材料没有特别限制，任何能够透射红外线且能够抵抗压缩模制压力的材料都是完全可以接受的。例如，可使用玻璃、氟化钙、硒化锌、硅和锗。

通过使用由温度控制电路111控制的加热装置（加热器）110，能够把用于保持上模3的上板5和用于保持下模4的下板6加热至任意温度。该温度控制电路111基于连接至主体模具7的温度检测元件（热敏电阻器）112的输出来控制树脂在模制时的温度。

驱动机构（压力凸轮）120把上板5朝下驱动，并且将上模3保持的玻璃基片2压到在下模4上已软化的树脂材料1上，从而在压力下压延树脂材料1。控制部121基于设在下板6处的载荷检测传感器122的输出，以高精度控制在压力下压延树脂材料1时施加在树脂上的压力。

在树脂材料1模制之后，冷却装置（冷却风扇）130冷却主体模具7，从而固化树脂材料。控制部121通过控制温度控制电路111来启动冷却装置（冷却风扇）130。

为了在模制后通过控制冷却处理而执行再次加热，设置了遮板9和红外灯8。遮板9和红外灯8的动作均由控制部121控制。当从红外灯8发出红外线时，通过控制遮板9的开闭，控制部121能够精确控制由经过上模3的红外线所加热的树脂材料1的加热状况。

红外灯没有特别限制，任何灯都是可接受的，只要灯能发出红外线。例如，可以使用卤素灯、金属卤化物灯、氙灯、碳加热器、陶瓷加热器，或者红外激光器，例如二氧化碳激光器或YAG激光器。

能够透射过玻璃基片2且被树脂材料1吸收的任何波长的红外线都完全可以接受。具体地，波长为1μm至4μm，且理想地为1.5μm至3μm，更理想地为2μm至2.8μm。

红外照射加热的树脂的温度控制可通过使用非接触型辐射温度计执行对红外灯8输出的回馈而完成。然而，在这一情形下，红外灯8的发射强度及照射时间与树脂温度之间的关系被预先测定，且通过调节红外灯8的发射强度及照射时间来间接控制树脂的温度。

需要注意的是，普通红外灯（而非激光器）发出具有宽带波长的红外线，且因此理想的是使用带通滤光器8F（或冷光镜）来用于切断可见光和具有不必要波长的红外光。

在用于复合光学元件的生产设备100中，进入玻璃基片2的红外光具有在1μm以上至4μm以下的范围内的波长峰值。当红外光的波长范围为1μm至4μm时，如图7A和7B中所示，红外光选择性地仅仅加热玻璃基片2和树脂材料1之间界面附近的树脂，因此能够充分提供应力去除步骤的效果（参见图7A和7B）。照射的红外光几乎不被玻璃基片吸收，而是被透明树脂吸收。

当红外线的波长短于1μm时，大部分红外线透过透明树脂而不会被透明树脂吸收，且因此红外线不能加热树脂。此外，即便树脂在一定程度上吸收红外线，红外线也加热所有树脂，因此很难选择性地仅仅加热位于界面附近和接触玻璃基片2的树脂层。另一方面，当红外线的波长大于4μm时，大部分红外线被玻璃材料吸收，且因此很难仅仅加热位于界面附近和接触玻璃基片2的树脂层。

<模制步骤>

接下来，描述用于控制复合光学元件生产设备100的方法。首先，操作者将树脂材料1和玻璃基片2放到压缩模具101中，并向控制部121输入指令以启动复合透镜元件的模制。根据预先设定的程序，控制部121控制温度控制电路111、加热装置110、冷却装置130以及驱动机构120，因此生产出复合透镜元件。

控制部121控制温度控制电路111，以使用加热装置110加热上板5和下板6，从而将树脂材料1加热至模制温度，该模制温度等于或高于树脂材料的玻璃转变温度。模制温度是树脂材料可模制的温度，并且不会使树脂材料降级的任何温度都完全可以接受。模制温度的范围为60℃至400℃，且理想地为80℃至300℃，更理想地为100℃至250℃。

然后，控制部121控制驱动机构120以朝下移动上板5，以把由上模3保持的玻璃基片2压到已软化的树脂材料1上，从而在压力下压延树脂材料1，以获得如图3中所示的树脂层10。在这一情形中，施加到树脂材料1的模制压力为1MPa至500MPa，且理想地为3MPa至200MPa，更理想地为5MPa至100MPa。当要施加压力时，可从开始就施加模制压力，但理想的是分阶段地把压力从较低压力增至模制压力。

然后，在施加模制压力的同时，控制部121控制冷却装置130以冷却上板5和下板6，从而冷却所有树脂至等于或低于玻璃转变温度的温度，导致整个树脂固化。

<应力去除步骤>

图4是复合光学元件冷却处理中树脂层温度控制的说明图。如图3中所示，当所填充的接触玻璃基片2的熔化树脂被冷却和固化时，在熔化树脂的温度变得低于树脂材料的玻璃转变温度之后，树脂层10的流动性丧失，导致了其形状固化。之后，当玻璃基片2与树脂层10成为一体的模制体被冷却至室温时，树脂层10较玻璃基片2更容易收缩，这是因为树脂层10的收缩量大于玻璃基片2的收缩量。

然而，因为玻璃基片2和树脂层10被紧密粘合，与用作玻璃基片2的玻璃材料相比具有更小杨氏模量的树脂层10被抑制了收缩，从而在内部产生应变。结果，因为树脂层的密度差异，在树脂层中出现了折射率变化，且树脂层由于其内应力而出现了翘曲和变形，导致了生成的光学元件性能降低。

因此，复合光学元件的生产设备100包括应力去除步骤，用于在模制步骤之后释放树脂层中的应变，该模制步骤用于在玻璃基片2和下模4之间填充加热熔化的树脂。在应力去除步骤中，当树脂被冷却和固化时，可透射过玻璃基片2且被树脂材料吸收的具有一定波长范围的红外线从玻璃基片侧被施加，从而以等于或高于玻璃转变温度的温度仅仅加热玻璃基片2和树脂层10之间界面附近的树脂。也就是说，在所有熔化树脂被冷却至等于或低于玻璃转变温度的温度时，红外线从玻璃基片侧发出，以便以等于或高于树脂的玻璃转变温度的温度仅仅加热玻璃基片2和树脂层10之间界面附近的树脂，从而释放树脂层中的应变。

如图3中所示，控制部121驱动且打开遮板9，从而将从红外灯8发出的红外线穿过上模3和玻璃基片2施加到树脂层10上。之后，当玻璃基片2和树脂层10之间界面附近的树脂温度达到等于或高于其玻璃转变温度的温度时，控制部121驱动并关闭遮板9，以阻止红外线的发出。

图4示出了此时在界面附近的树脂温度和内部树脂温度的变化。控制部121控制复合光学元件的冷却处理，以使图4中实线所表示的界面附近的树脂温度超过玻璃转变温度，但内部树脂温度未超过玻璃转变温度。

通过从红外灯8发出的红外线而加热至等于或高于玻璃转变温度的温度的界面层的厚度为10μm至450μm，且理想地为20μm至200μm，更理想地为30μm至100μm。

最终，控制部121使上板5朝上移动从而释放施加到树脂的压力，并且控制冷却装置130以将主体模具7的温度降至室温，且因此，生成的复合透镜元件准备好拿出。在主体模具7被冷却至室温之后，操作者从压缩模具101拿出复合透镜元件的模制体，因此获得复合光学元件。

<应力去除步骤的效果>

从良好成型性及大批量生产效率的观点看，树脂形成的元件被广泛用作光学元件，例如光学透镜、棱镜以及光学波导。此外，通过向树脂材料添加其他组分例如无机微粒，易于调节树脂材料的光学特性例如折射率和散射，因此树脂材料可用作需要具有特殊光学特性的消色差透镜等。然而，100%的树脂光学元件易受温度改变的影响，造成了尺寸的显著变化和折射率的显著变化。因此，100%的树脂光学元件有时不能满足在宽温度范围中使用的光学元件所需的性能，例如相机透镜。

为了解决这一问题，已经提出通过把透明玻璃材料和透明热塑性树脂材料组合来生产兼具树脂材料良好成型性和光学特性以及玻璃材料尺寸稳定性的复合光学元件。此外，也已提出一种复合光学元件的模制方法，其中，透明的玻璃基片和透明的热塑性树脂模制层合成为一体。

然而，当树脂材料和玻璃材料在加热下被模制成一体并随后冷却至室温时，玻璃材料和热塑性材料之间收缩程度的差别会在生成的树脂层中引起残余应变，有可能导致最终生成的光学元件的性能下降。然而，上述的PTL3并未公开用于改进在树脂层中因玻璃和树脂之间收缩量不同而引起应变的技术。

通过组合玻璃基片和透明树脂，可生产兼具树脂的良好成型性和光学特性以及玻璃的尺寸稳定性的光学元件。在这一情形下，为了使该光学元件具有与玻璃相似的尺寸稳定性，玻璃基片和树脂需要彼此牢固地粘合。之后，在复合模制的冷却步骤中，玻璃和树脂之间收缩程度的差异阻碍了树脂收缩，导致了树脂中产生应变。在冷却和固化时因玻璃基片和树脂之间的收缩量差异而引起的内部应变主要发生在尤其是玻璃基片和树脂之间界面附近的树脂中。

相反，通过使用复合光学元件的生产设备100，可获得兼具树脂的良好成型性和光学特性以及玻璃的尺寸稳定性并且在树脂层中具有较小应变的复合光学元件。这是因为：执行模制步骤，在该模制步骤中，通过在加热下将树脂材料与玻璃材料一个表面合成一体而模制复合光学元件；随后执行应力去除步骤，从而去除了树脂材料的内部应变。

在应力去除步骤中，在模制步骤中生产的复合光学元件被冷却至低于树脂材料玻璃转变温度的第一冷却温度，且之后，使具有树脂材料的红外吸收率高于玻璃材料的红外吸收率的波长范围的红外光从玻璃材料的另一表面进入。树脂材料的界面层（该界面层接触玻璃材料）通过红外光被加热至等于或高于树脂材料玻璃转变温度的温度，随后将该界面层冷却至低于第一冷却温度的第二冷却温度。

具有一定波长范围的照射红外线几乎不被玻璃材料吸收但被树脂材料吸收，因此，仅仅玻璃基片和树脂层材料之间界面附近的树脂层可被选择性地加热。之后，玻璃基片和已模制的树脂层被冷却至室温，造成了树脂层中应变减小。

通过在具有较小内部应变的内部树脂的温度保持在低温的同时，特别是将仅位于界面附近且具有大的内部应变的树脂加热至等于或高于其玻璃转变温度的温度，界面附近中的内部应变可被减小。之后，当再次执行冷却和固化时，收缩量的差异相似地引起了新的内部应变，但因为内部树脂的收缩量较小，因此，与再次加热之前的状态下相比，内部树脂收缩量相对于玻璃基片收缩量的差异更小，且因此能够获得具有较小内部应变的复合光学元件。

<第二和第三应力去除步骤>

图5是复合光学元件另一冷却处理中树脂层的温度控制的说明图。如图4中所示，即便在复合透镜元件模制之后在冷却处理中执行一次通过红外线照射来加热树脂，该加热对于减小内部应变也是有效的。然而，如图5中所示，更为理想的是采用这样一种温度曲线，其中，应力去除步骤重复多次，以逐渐降低冷却温度。应力去除步骤重复多次，从而能够生产出树脂材料具有较小内部应变的复合光学元件。

此处，在复合光学元件在第一应力去除步骤中被冷却至第二冷却温度之后，该复合光学元件被红外光再次照射，从而将界面层加热至等于或高于树脂材料玻璃转变温度的温度，且之后被冷却至低于第二冷却温度的第三冷却温度。之后，在复合光学元件在第二应力去除步骤中被冷却至第三冷却温度时，该复合光学元件被红外光再次照射，从而把界面层加热至等于或高于树脂材料玻璃转变温度的温度，且之后被冷却至低于第三冷却温度的第四冷却温度。

也就是说，在冷却和固化时，树脂的形状在低于树脂的玻璃转变温度的温度下被固定，并且由于树脂温度降低，树脂的内部应变变大。此处，如果树脂温度充分降低，则内部应变增加且玻璃基片与树脂之间界面附近的内部应变扩展到树脂内部。之后，即便通过后续的红外线加热而减小界面附近的树脂层的内部应变，树脂内部的内部应变最终也仍将残留。

此外，如果在树脂温度下降至低于其玻璃转变温度后立刻通过红外线加热而减小内部应变，在后续冷却和固化时的收缩也会引起较大的应变，这是因为树脂内部温度仍旧高到与其玻璃转变温度接近。因此，在冷却和固化时，当内部应变积累了一点时，通过红外线加热而一次减少内部应变。通过这样重复多次，能够在降低树脂内部温度时减小内部应变，同时防止了玻璃基片和树脂之间界面附近的内部应变扩展到树脂内部。因此，当树脂最终被冷却至室温时，其内部应变能够被进一步减小。

<用于复合光学元件的另一生产设备>

图6是用于复合光学元件的另一生产设备的结构的说明图。

如图6中所示，通过将玻璃基片和热塑性树脂模制成一体形状来生产复合光学元件的方法并不限于在实例1中所描述的通过将树脂材料供给到玻璃基片和模具之间并随后在加热下压缩而执行的压缩模制。在实例2中用于复合光学元件的生产设备200通过这样一种压缩模制来生产由玻璃材料和树脂材料形成的复合透镜：将树脂材料供给到玻璃基片2A和玻璃基片2B之间，而后在加热下压缩。

如图6中所示，使用了这样一种模制设备，其中，下模11和下板12使用能透射红外线的材料，且红外灯13设置在下板12的下方，并且树脂材料被供给到玻璃基片2A和玻璃基片2B之间的空间内。之后，生成的树脂层的上、下两个表面都通过执行与参考图1A和1B所描述相同的模制步骤而被模制，并且树脂层的应变通过执行与参考图2所描述相同的应力去除步骤而被去除。结果，可以获得这样一种复合光学元件，其中，树脂在两个玻璃基片之间与两个玻璃基片合成为一体。

需要注意的是，作为通过将玻璃基片和热塑性树脂模制成一体形状来生产复合光学元件的方法，可适当地采用嵌件成型法，其中，通过将熔化的树脂注射到放置有玻璃基片的注射模具中而将玻璃基片和树脂合成为一体。

（实例1）

图7A和7B是树脂材料和玻璃材料的红外透射率的曲线图。在实例1中，图2中所示的用于复合光学元件的生产设备100被用于执行模制步骤，且之后控制如图4中所示的冷却处理，从而模制出盘状复合模制体。之后，在被冷却至室温之后，测量复合光学元件的折射率分布，进而评估其光学性能。

在实例1中，作为透明的热塑性树脂材料，使用了由Zeon公司制造的ZEONEX E48R（产品名称）（玻璃转变温度：139℃），该产品是基于聚烯烃的树脂。如图1A和1B中所示，作为玻璃基片2，使用了由OHARA公司制造的S-BSL7（产品名称），该产品被加工成具有两个平表面的盘状，直径20mm且厚度为3mm。采用CovalentMaterial公司制造的QCH-HEATER（产品名称）（输出120W）作为红外灯8。如图7A和7B中所示，考虑到树脂材料和玻璃材料的红外透射率，使用了带通滤光器8F，并使用了波长为2.4μm至2.6μm的红外线。

首先，把0.63g的树脂材料1和玻璃基片2放置在压缩模具101中，且把树脂材料1加热至180℃。之后，把310kg的载荷施加到上模3，并且树脂材料1在压力下被压延，以在玻璃基片2的表面上形成树脂层（10：图3）。接下来，在保持载荷的同时，该树脂被冷却至90℃，并且打开遮板9以发出红外线。在红外线被发出3秒钟后，关闭遮板9。在这一情形下，被加热至温度等于或高于其玻璃转变温度的树脂的厚度为60μm。之后，生成的复合光学元件被冷却至室温，生产出模制体。

（实例2）

执行与实例1中相同的模制步骤以模制复合光学元件，并且在应力去除步骤中，执行4秒钟的红外照射，这比实例1中的照射时间更长。计算机模拟显示，在这一情形中，被加热至温度等于或高于其玻璃转变温度的树脂的厚度为450μm。模制出具有与实例1中相同外形的复合光学元件，生产出模制体。

（实例3）

执行与实例1中相同的模制步骤以模制复合光学元件，并且在应力去除步骤中，控制如图5中所示的冷却处理。树脂在压力下被压延以形成树脂层10。当树脂层10被冷却至110℃时，树脂层10被红外线照射2.4秒钟。接下来，当树脂层10被冷却至90℃时，树脂层10被红外线照射3秒钟。接下来，当树脂层10被冷却至60℃时，树脂层10被红外线照射4秒钟。计算机模拟显示，在这一情形中，通过各次红外照射而被加热至温度等于或高于其玻璃转变温度的树脂的厚度为60μm。因此，模制出具有与实例1中相同外形的复合光学元件，生产出模制体。

（比较例1）

执行与实例1中相同的模制步骤以模制复合光学元件，并且在应力去除步骤中未执行红外照射，除此之外，执行了与实例1中相同的方法以模制具有与实例1中相同外形的复合光学元件，生产出模制体。

（比较例2）

执行与实例1中相同的模制步骤以模制复合光学元件，并且在应力去除步骤中，进行5秒钟的红外照射，这一时间比实例2中的照射时间更长。计算机模拟显示出，在这一情形中，被加热至温度等于或高于其玻璃转变温度的界面树脂的厚度为900μm。除了这点之外，执行了与实例1中相同的方法以模制具有与实例1中相同外形的复合光学元件，生产出模制体。

<模制体的测量和评估>

下面描述测量和评估这样生产出的各个模制体的方法。通过使用干涉仪来测量模制体的光路长度的分布，计算这样生产出的复合光学元件的模制体的折射率分布。首先，把模制体浸入到匹配油中，该匹配油制备成具有与模制体平均折射率相匹配的折射率。接下来，使用干涉仪（由Zygo公司制造的GPI（产品名称））来测量模制体的光路长度的分布，布置顺序为：相对于干涉仪而言，测量对象和反射镜。接下来，测量的光路长度分布乘以干涉仪的测量波长（632.8nm），之后再除以模制体的厚度，从而计算出模制体的折射率分布。

表1显示了获得的结果。

表1

在表1中，基于下列标准来表示对各个模制体的折射率分布的评估。折射率分布为1×10^-4以下的模制体用A来表示，折射率分布为1×10^-4至2×10^-4的模制体用B来表示，且折射率分布大于2×10^-4的模制体用C来表示。

从表1的结果中可以清楚地发现，通过使用复合光学元件生产设备100利用实例1至3中任一方法模制的模制体都具有较小的折射率分布，并且各个模制体的树脂材料中具有较小的内部应变。

因此，在应力去除步骤中温度被加热至等于或高于玻璃转变温度的树脂层的厚度优选在10μm以上至450μm以下的范围中。这是因为，当温度被加热至等于或高于玻璃转变温度的树脂层的厚度在10μm以上至450μm以下的范围中时，可获得在树脂中具有较小应变的复合光学元件。

相反，当温度被加热至等于或高于玻璃转变温度的树脂的厚度低于10μm时，树脂的整个界面不一定具有均匀的玻璃转变温度，因此整个树脂层中的应变不会被充分地减小，且应力去除步骤的效果不会被充分地提供。基于对树脂界面温度分布的计算机模拟结果而确定了下限10μm。

另一方面，当温度被加热至等于或高于玻璃转变温度的树脂的厚度高于450μm时，一次加热减小树脂中的应变，但在后续冷却和固化时，再次出现较大的内部应变。因此，释放残余应力的效果不能被充分地提供。

（实例4）

生产复合光学元件的方法并不限于这样的方法，即：实施复合光学元件的模制步骤，之后立即实施应力去除步骤。也就是说，经模制步骤、随后以普通方式被冷却至室温而获得的复合光学元件能够独立地仅经受通过将复合光学元件加热至略低于树脂材料玻璃转变温度的温度而进行的应力去除步骤。通过控制如图4或图5中所示的冷却处理，可从以低于树脂材料玻璃转变温度的温度加热的复合光学元件去除玻璃材料和树脂材料的应力。

在应力去除步骤中，如上所述，使红外光从复合光学元件的玻璃材料侧的表面进入，该红外光具有的波长范围是使得树脂材料的红外吸收率高于玻璃材料的红外吸收率。结果，树脂材料的界面层（该界面层接触玻璃材料）能够被选择性地加热至等于或高于树脂材料玻璃转变温度的温度。之后，后续的冷却去除了界面层外部树脂材料和玻璃材料的应力，这两种材料都被保持在低于树脂材料玻璃转变温度的温度下。

尽管已参考示范性实施例描述了本发明，但应理解的是，本发明并不限于已公开的示范性实施例。随后的权利要求的范围应给予最宽泛的解释，以涵盖所有的修改和等同结构及功能。

本申请要求2010年11月9日申请的No.2010-250905号日本专利申请的优先权，在此通过引用将该申请全部并入于此。

Claims (4)

1.一种生产复合光学元件的方法，其中，通过加热把透明热塑性树脂材料与透明玻璃材料的一个表面合成为一体，该方法包括：

模制步骤，通过在加热状态中将透明热塑性树脂材料与透明玻璃材料的一个表面合成为一体而模制复合光学元件；

冷却步骤，将模制步骤中制备的复合光学元件冷却至低于透明热塑性树脂材料的玻璃转变温度的第一冷却温度；

加热步骤，通过使红外光从透明玻璃材料的另一表面进入，将透明热塑性树脂材料的界面层的温度加热至等于或高于透明热塑性树脂材料的玻璃转变温度，其中，该界面层接触透明玻璃材料，该红外光的波长范围是使得透明热塑性树脂材料的红外吸收率高于透明玻璃材料的红外吸收率；以及

应力去除步骤，将复合光学元件冷却至低于第一冷却温度的第二冷却温度；

其中，温度被加热至等于或高于透明热塑性树脂材料的玻璃转变温度的界面层具有10μm以上至450μm以下的厚度。

2.根据权利要求1的生产复合光学元件的方法，还包括，在把复合光学元件冷却至第二冷却温度之后：

使具有所述波长范围的红外光从透明玻璃材料的所述另一表面再次进入，从而将界面层的温度加热至等于或高于透明热塑性树脂材料的玻璃转变温度；并且，之后再次将该复合光学元件冷却至低于第二冷却温度的第三冷却温度。

3.根据权利要求2的生产复合光学元件的方法，还包括，在把复合光学元件冷却至第三冷却温度之后：

使具有所述波长范围的红外光从透明玻璃材料的所述另一表面再次进入，从而将界面层的温度加热至等于或高于透明热塑性树脂材料的玻璃转变温度；并且，之后将该复合光学元件冷却至低于第三冷却温度的第四冷却温度。

4.根据权利要求1所述生产复合光学元件的方法，其中，具有所述波长范围的红外光具有1μm以上至4μm以下的波长峰值。