(57)【要約】【課題】遮光部の均一性を向上させることができるフレネルレンズ、及びその製造方法を提供することである。【解決手段】実施形態に係るフレネルレンズは、複数のフレネル面と、隣接する前記複数のフレネル面同士の間に設けられたライズ面と、前記ライズ面に設けられ、単層配列した複数の分子を有する第１の分子膜部と、前記第１の分子膜部の複数の分子のそれぞれに化学結合し、可視光を吸収する分子を有する第２の分子膜部と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフレネル面と、
隣接する前記複数のフレネル面同士の間に設けられたライズ面と、
前記ライズ面に設けられ、単層配列した複数の分子を有する第１の分子膜部と、
前記第１の分子膜部の複数の分子のそれぞれに化学結合し、可視光を吸収する分子を有する第２の分子膜部と、
を備えたフレネルレンズ。
【請求項２】
前記第１の分子膜部は、シランカップリング剤を含む請求項１記載のフレネルレンズ。
【請求項３】
前記第２の分子膜部は、可視光を吸収する色素およびカーボンの少なくともいずれかを含む請求項１または２に記載のフレネルレンズ。
【請求項４】
前記第１の分子膜部は、前記複数のフレネル面にさらに設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載のフレネルレンズ。
【請求項５】
前記複数のフレネル面に設けられた前記第１の分子膜部の複数の分子のそれぞれに化学結合した前記可視光を吸収する分子の断片をさらに有した請求項４記載のフレネルレンズ。
【請求項６】
前記複数のフレネル面と、前記第１の分子膜部と、の間、および、前記ライズ面と、前記第１の分子膜部と、の間、に設けられ、透光性を有する無機材料を含む保護膜をさらに備えた請求項１〜５のいずれか１つに記載のフレネルレンズ。
【請求項７】
複数のフレネル面と、隣接する前記複数のフレネル面同士の間に設けられたライズ面と、を有する基体を形成する工程と、
前記複数のフレネル面、および前記ライズ面に複数の分子を単層配列させて第１の分子膜部を形成する工程と、
前記第１の分子膜部の複数の分子のそれぞれに可視光を吸収する分子を化学結合させて第２の分子膜部を形成する工程と、
前記複数のフレネル面に形成された前記第２の分子膜部を透光化または除去する工程と、
を備えたフレネルレンズの製造方法。
【請求項８】
前記第２の分子膜部は、アジン系色素を含み、
前記複数のフレネル面に形成された前記第２の分子膜部を透光化または除去する工程において、
前記複数のフレネル面に紫外線を照射して前記第２の分子膜部を透光化する請求項７記載のフレネルレンズの製造方法。
【請求項９】
前記第２の分子膜部は、カーボンを含み、
前記複数のフレネル面に形成された前記第２の分子膜部を透光化または除去する工程において、
前記複数のフレネル面に形成された前記第２の分子膜部に選択的にレーザ光を照射して前記第２の分子膜部を除去する請求項７記載のフレネルレンズの製造方法。
【請求項１０】
前記複数のフレネル面、および前記ライズ面に複数の分子を単層配列させて第１の分子膜部を形成する工程において、
シランカップリング剤を含む溶液を前記複数のフレネル面と、前記ライズ面と、に供給する請求項７〜９のいずれか１つに記載のフレネルレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、フレネルレンズ、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラなどに用いられるＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)や、投射型表示装置などの光学装置においては、軽量化や薄型化などのためにフレネルレンズ（Fresnel lens）が用いられている。  
フレネルレンズは、集光する機能を有するフレネル面と、隣接するフレネル面同士を接続するライズ面とを有する。  
ここで、光がライズ面に入射すると、光がライズ面で屈折したり全反射したりして迷光が発生し、２重像（ゴースト）が発生する要因となる。  
そのため、ライズ面に遮光部を設けて迷光の発生を抑制する技術が提案されている。  
しかしながら、ライズ面に設けられた遮光部の厚み寸法や密度のバラツキが大きい、すなわち、遮光部の均一性が低いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−３０６３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、遮光部の均一性を向上させることができるフレネルレンズ、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係るフレネルレンズは、複数のフレネル面と、隣接する前記複数のフレネル面同士の間に設けられたライズ面と、前記ライズ面に設けられ、単層配列した複数の分子を有する第１の分子膜部と、前記第１の分子膜部の複数の分子のそれぞれに化学結合し、可視光を吸収する分子を有する第２の分子膜部と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態に係るフレネルレンズ１を例示するための模式図である。
【図２】第１の実施形態に係るフレネルレンズ１を例示するための模式図である。
【図３】第２の実施形態に係るフレネルレンズ２１を例示するための模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態に係るフレネルレンズの製造方法を例示するための模式工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
[第１の実施形態]  
図１、図２は、第１の実施形態に係るフレネルレンズ１を例示するための模式図である。
図１（ａ）は、フレネルレンズ１の正面図である。  
図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。  
図２は、図１（ｂ）におけるＢ部の模式拡大図である。
【０００８】
図１（ａ）、図１（ｂ）、図２に示すように、フレネルレンズ１は、レンズ部１１、レンズ部１２、および遮光部１５を有する。  
フレネルレンズ１の正面から見た場合の外形は円形を呈している。ただし、フレネルレンズ１の正面から見た場合の外形は円形に限定されるわけではなく、フレネルレンズ１が設けられる光学装置に応じて適宜変更することができる。フレネルレンズ１の正面から見た場合の外形は、例えば、矩形などとすることもできる。
【０００９】
レンズ部１１は、フレネルレンズ１の一方の面１３の中央部分に設けられている。レンズ部１１の表面形状は、凸レンズの光軸近傍の曲面形状とすることができる。この場合、レンズ部１１の光軸は、フレネルレンズ１の光軸１ａと一致している。ただし、レンズ部１１の表面形状は、これに限定されるわけではない。レンズ部１１の表面形状は、フレネルレンズ１が設けられる光学装置の用途などに応じて任意の曲面形状や傾斜面形状とすることができる。例えば、レンズ部１１の表面形状は、凹レンズの光軸近傍の曲面形状とすることもできるし、互いに逆方向に傾斜する２つのフレネル面より構成されるものとすることもできる。
【００１０】
レンズ部１２は、レンズ部１１の周囲に複数設けられている。レンズ部１２の正面から見た場合の外形は円環状を呈している。複数のレンズ部１２は、フレネルレンズ１の光軸１ａに対して、同軸となるように設けられている。  
レンズ部１２は、フレネル面１２ａと、ライズ面１２ｂを有する。
【００１１】
フレネル面１２ａは、傾斜面とすることができる。フレネル面１２ａの傾斜角度（フレネルレンズ１の光軸１ａに垂直な方向に対する角度）は、例えば、傾斜面が、フレネルレンズ１の焦点距離に対応する曲率半径を有する曲面の対応部分に近似する様な角度とすることができる。  
ライズ面１２ｂは、隣接する複数のフレネル面１２ａ同士の間に設けられている。  
図１、図２に例示をしたフレネル面１２ａおよびライズ面１２ｂは平面からなるが、フレネル面１２ａおよびライズ面１２ｂの少なくともいずれかが曲面よりなるものであってもよい。
【００１２】
フレネルレンズ１の面１３に対峙する面１４は、平面となっている。ただし、面１４は、平面に限定されるわけではない。面１４にもレンズ部１１、レンズ部１２、および遮光部１５を設けることもできる。
【００１３】
レンズ部１１およびレンズ部１２は、透光性を有する材料から形成されている。レンズ部１１およびレンズ部１２は、例えば、アクリル樹脂やポリエチレンなどの有機材料、ガラスなどの無機材料などから形成することができる。
【００１４】
図２に示すように、遮光部１５は、複数のライズ面１２ｂのそれぞれに設けられている。
遮光部１５は、第１の分子膜部１５ａと、第２の分子膜部１５ｂを有する。  
第１の分子膜部１５ａは、複数のライズ面１２ｂのそれぞれに設けられている。第１の分子膜部１５ａは、単層配列した複数の分子を有する。すなわち、第１の分子膜部１５ａは、単分子膜とすることができる。なお、第１の分子膜部１５ａは、単分子膜となっているので透光性を有している。そのため、フレネル面１２ａ、レンズ部１１の表面、および面１４にも第１の分子膜部１５ａが形成されていてもよい。第１の分子膜部１５ａは、例えば、シランカップリング剤をライズ面１２ｂに化学結合させることで形成することができる。この場合、第１の分子膜部１５ａは、シランカップリング剤を含むことになる。
【００１５】
第２の分子膜部１５ｂは、第１の分子膜部１５ａの複数の分子のそれぞれに化学結合し、可視光を吸収する分子を有している。  
第２の分子膜部１５ｂは、例えば、可視光を吸収する色素を含むものとすることができる。第２の分子膜部１５ｂは、例えば、赤色光を吸収する色素と、緑色光を吸収する色素と、青色光を吸収する色素と、を含むものとすることができる。
【００１６】
赤色光を吸収する色素と、緑色光を吸収する色素と、青色光を吸収する色素と、を含むものとすれば、可視光領域における光を偏りなく吸収することができる。  
赤色光を吸収する色素、緑色光を吸収する色素、および青色光を吸収する色素としては、例えば、アジン系色素を例示することができる。
【００１７】
また、第２の分子膜部１５ｂは、例えば、黒色の色素を含むものとすることができる。黒色の色素を含むものとしても、可視光領域における光を偏りなく吸収することができる。黒色の色素を含むものとしては、例えば、カーボンを含むものを例示することができる。
例えば、第２の分子膜部１５ｂは、可視光を吸収する色素およびカーボンの少なくともいずれかを含む。  
また、後述するように、フレネル面１２ａおよびレンズ部１１の表面には、第１の分子膜部１５ａの複数の分子のそれぞれに化学結合した可視光を吸収する分子の断片が設けられていてもよい。
【００１８】
本実施の形態に係るフレネルレンズ１においては、遮光部１５は、単層配列した複数の分子を有する第１の分子膜部１５ａと、第１の分子膜部１５ａの複数の分子のそれぞれに化学結合し、可視光を吸収する分子を有する第２の分子膜部１５ｂを有している。  
そのため、遮光部１５の厚み寸法や密度の均一化を図ることができる。すなわち、遮光部１５の均一性を向上させることができる。
【００１９】
[第２の実施形態]  
図３は、第２の実施形態に係るフレネルレンズ２１を例示するための模式図である。  
図３は、フレネルレンズ２１の断面の模式拡大図である。  
図３に示すように、フレネルレンズ２１は、レンズ部１１、レンズ部１２、遮光部１５、および保護膜１６を有する。  
保護膜１６は、レンズ部１１、フレネル面１２ａ、およびライズ面１２ｂを覆うように設けられている。  
第１の分子膜部１５ａは、複数のライズ面１２ｂにそれぞれ設けられた保護膜１６の上に設けられている。第２の分子膜部１５ｂは、複数の第１の分子膜部１５ａのそれぞれの上に設けられている。なお、前述したように、透光性を有する第１の分子膜部１５ａは、フレネル面１２ａ、レンズ部１１の表面、および面１４にも設けられていてもよい。
【００２０】
保護膜１６は、アルコールなどの有機溶剤に対する耐性を有し、透光性を有する材料から形成されている。保護膜１６は、例えば、透光性を有する無機材料から形成することができる。透光性を有する無機材料は、例えば、シリコン酸化物などとすることができる。  保護膜１６の厚み寸法は、例えば、１μｍ以下とすることができる。
【００２１】
第１の分子膜部１５ａまたは第２の分子膜部１５ｂを形成する際にアルコールなどの有機溶剤が用いられる場合がある。この場合、レンズ部１１およびレンズ部１２が、例えば、アクリル樹脂やポリエチレンなどの有機材料から形成されている場合には、レンズ部１１およびレンズ部１２の透光性が劣化したり、形状が変化したりするおそれがある。
【００２２】
本実施の形態に係るフレネルレンズ２１においては、レンズ部１１、フレネル面１２ａ、およびライズ面１２ｂを覆うように保護膜１６が設けられている。そして、保護膜１６は、アルコールなどの有機溶剤に対する耐性を有し、透光性を有する材料から形成されている。そのため、第１の分子膜部１５ａまたは第２の分子膜部１５ｂを形成する際にアルコールなどの有機溶剤が用いられても、レンズ部１１およびレンズ部１２の透光性が劣化したり、形状が変化したりするおそれがない。  
また、前述したフレネルレンズ１の場合と同様に、遮光部１５の厚み寸法や密度の均一化を図ることができる。すなわち、遮光部１５の均一性を向上させることができる。
【００２３】
[第３の実施形態]  
図４（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態に係るフレネルレンズの製造方法を例示するための模式工程断面図である。  
まず、レンズ部１１およびレンズ部１２からなる基体１７を形成する。  
すなわち、複数のフレネル面１２ａと、隣接する複数のフレネル１２ａ面同士の間に設けられたライズ面１２ｂと、を有する基体１７を形成する。  
例えば、レンズ部１１およびレンズ部１２がアクリル樹脂やポリエチレンなどの有機材料から形成される場合には、レンズ部１１およびレンズ部１２からなる基体１７は、射出成型法、圧縮成形法、インプリント法などを用いて形成することができる。  
レンズ部１１およびレンズ部１２がガラスなどの無機材料から形成される場合には、レンズ部１１およびレンズ部１２からなる基体１７は、溶融させたガラスなどの無機材料をプレス成形型でプレスして形成することができる。
【００２４】
次に、図４（ａ）に示すように、レンズ部１１、フレネル面１２ａ、およびライズ面１２ｂを覆うように第１の分子膜部１５ａを形成する。  
すなわち、レンズ部１１の表面、複数のフレネル面１２ａ、およびライズ面１２ｂに複数の分子を単層配列させて第１の分子膜部１５ａを形成する。
【００２５】
例えば、シランカップリング剤を含む溶液を生成し、レンズ部１１およびレンズ部１２からなる基体１７の表面にシランカップリング剤を含む溶液を供給し、これを乾燥させることで、レンズ部１１およびレンズ部１２からなる基体１７の表面を覆うように第１の分子膜部１５ａを形成する。
【００２６】
シランカップリング剤を含む溶液としては、例えば、水にシランカップリング剤を溶かした溶液や、アルコールなどの有機溶剤にシランカップリング剤を溶かした溶液などを例示することができる。
【００２７】
シランカップリング剤の種類によっては、水に溶けにくいものもある。その場合には、ｐＨ調整剤を添加してシランカップリング剤を含む溶液の水素イオン濃度指数を調整すればよい。ｐＨ調整剤としては、酢酸、蟻酸、乳酸などの有機酸を用いることができる。そして、有機酸などを用いて、例えば、シランカップリング剤を含む溶液の水素イオン濃度指数がｐＨ４程度となるように調整することができる。  
また、乾燥時における蒸発速度の面内分布のバラツキを抑制するために、トルエンやブタノールなどのアルコールよりも高沸点の溶剤を添加することもできる。
【００２８】
シランカップリング剤を含む溶液の供給は、例えば、シランカップリング剤を含む溶液中に、レンズ部１１およびレンズ部１２からなる基体１７を浸漬させることで行うことができる。  
なお、スプレー法やスピンコート法などを用いて、シランカップリング剤を含む溶液をレンズ部１１およびレンズ部１２からなる基体１７の表面に供給することもできる。
【００２９】
供給されたシランカップリング剤を含む溶液の乾燥は、例えば、室温から１００℃程度の温度で行うことができる。例えば、自然乾燥としてもよいし、温風などにより乾燥させてもよい。  
供給されたシランカップリング剤を含む溶液を乾燥させることで、レンズ部１１およびレンズ部１２からなる基体１７の表面にシランカップリング剤が化学結合して第１の分子膜部１５ａが形成される。
【００３０】
ここで、第１の分子膜部１５ａは、ライズ面１２ｂのみならず、フレネル面１２ａ、レンズ部１１の表面、および面１４にも形成されることになる。第１の分子膜部１５ａは、単分子膜となっているので透光性を有している。そのため、フレネル面１２ａ、レンズ部１１の表面、および面１４に形成された第１の分子膜部１５ａを除去する必要はない。
【００３１】
また、レンズ部１１およびレンズ部１２からなる基体１７がアクリル樹脂やポリエチレンなどの有機材料から形成されている場合には、シランカップリング剤を含む溶液に含まれている有機溶剤により、レンズ部１１およびレンズ部１２の透光性が劣化したり、形状が変化したりするおそれがある。  
そのため、第１の分子膜部１５ａを形成する前に、保護膜１６を形成することもできる。
【００３２】
例えば、レンズ部１１およびレンズ部１２からなる基体１７の表面に透光性を有する無機材料からなる膜を形成することで、保護膜１６を形成することができる。  
例えば、スパッタリング法などを用いて、シリコン酸化物などからなる保護膜１６を形成することができる。  
保護膜１６の厚み寸法は、例えば、１μｍ以下とすることができる。
【００３３】
この場合、保護膜１６は、透光性を有する無機材料から形成されるので、ライズ面１２ｂやフレネル面１２ａのみならず、レンズ部１１の表面や面１４などにも保護膜１６を形成することができる。
【００３４】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１の分子膜部１５ａの上に第２の分子膜部１５ｂを形成する。  
すなわち、第１の分子膜部１５ａの複数の分子のそれぞれに可視光を吸収する分子を化学結合させて第２の分子膜部１５ｂを形成する。
【００３５】
例えば、可視光を吸収する色素を含む溶液を生成し、第１の分子膜部１５ａが形成された基体１７の表面に可視光を吸収する色素を含む溶液を供給し、可視光を吸収する色素の余剰な分を除去し、その後これを乾燥させることで、第１の分子膜部１５ａの上に第２の分子膜部１５ｂを形成する。
【００３６】
可視光を吸収する色素を含む溶液は、例えば、アルコールなどの有機溶剤に色素を溶かすことで生成することができる。  
この場合、可視光を吸収する色素を含む溶液は、赤色光を吸収する色素と、緑色光を吸収する色素と、青色光を吸収する色素と、を含むものとすることができる。その様にすれば、可視光領域における光を偏りなく吸収することができる。
【００３７】
赤色光を吸収する色素、緑色光を吸収する色素、および青色光を吸収する色素としては、例えば、アジン系色素を例示することができる。
【００３８】
また、可視光を吸収する色素を含む溶液は、黒色の色素を含むものとすることもできる。黒色の色素を含むものとしても、可視光領域における光を偏りなく吸収することができる。黒色の色素を含むものとしては、例えば、カーボンを含むものを例示することができる。
【００３９】
可視光を吸収する色素を含む溶液の供給は、第１の分子膜部１５ａが形成された基体１７の面１３の側（レンズ部１１およびレンズ部１２が形成された側）に可視光を吸収する色素を含む溶液を供給することで行うことができる。可視光を吸収する色素を含む溶液の供給は、例えば、スプレー法やスピンコート法などを用いて行うことができる。
【００４０】
可視光を吸収する色素の余剰な分の除去は、基体１７の表面に純水を供給して行うことができる。可視光を吸収する色素の余剰な分の除去は、例えば、超音波洗浄法や、スピン洗浄法などを用いて行うことができる。なお、可視光を吸収する色素の余剰な分は、第１の分子膜部１５ａを構成する分子に化学結合していない可視光を吸収する色素である。
【００４１】
供給された可視光を吸収する色素を含む溶液の乾燥は、例えば、室温から１００℃程度の温度で行うことができる。例えば、自然乾燥としてもよいし、温風などにより乾燥させてもよい。  
供給された可視光を吸収する色素を含む溶液を乾燥させることで、第１の分子膜部１５ａの単層配列された分子に、可視光を吸収する色素の分子が化学結合して第２の分子膜部１５ｂが形成される。すなわち、第１の分子膜部１５ａの上に第２の分子膜部１５ｂが形成される。
【００４２】
この場合、図４（ｃ）に示すように、ライズ面１２ｂのみならず、フレネル面１２ａやレンズ部１１の表面にも第２の分子膜部１５ｂが形成される。  
そのため、図４（ｄ）に示すように、フレネル面１２ａやレンズ部１１の表面に形成された第２の分子膜部１５ｂを透光化または除去する。
【００４３】
第２の分子膜部１５ｂがアジン系色素を含むものであれば、紫外線Ｌを照射することで第２の分子膜部１５ｂを透光化することができる。  
アジン系色素を含む第２の分子膜部１５ｂに紫外線Ｌが照射されると、アジン系色素のＮ−Ｎ結合、または、Ｎ＝Ｃ結合が切断され、アジン系色素が分断される。アジン系色素が分断されると、第２の分子膜部１５ｂを構成する分子の長さが可視光の波長以下となるので、断片化された第２の分子膜部１５ｂが透光化される。
【００４４】
この場合、基体１７の正面側から紫外線Ｌを照射すれば、フレネル面１２ａやレンズ部１１の表面に紫外線Ｌが入射しやくなる。そのため、フレネル面１２ａやレンズ部１１の表面に形成された第２の分子膜部１５ｂを透光化し、ライズ面１２ｂに形成された第２の分子膜部１５ｂに可視光に対する吸収性を持たせたままとすることができる。
【００４５】
第２の分子膜部１５ｂがカーボンを含むものであれば、フレネル面１２ａやレンズ部１１の表面に形成された第２の分子膜部１５ｂに選択的にレーザ光を照射し、フレネル面１２ａやレンズ部１１の表面に形成された第２の分子膜部１５ｂを分解すればよい。  
なお、第２の分子膜部１５ｂがアジン系色素や黒色の色素を含むものであっても、フレネル面１２ａやレンズ部１１の表面に形成された第２の分子膜部１５ｂに選択的にレーザ光を照射し、フレネル面１２ａやレンズ部１１の表面に形成された第２の分子膜部１５ｂを分解することができる。
【００４６】
また、分断されたアジン系色素、分解されたカーボン、分解されたアジン系色素、および分解された黒色の色素を除去するための洗浄工程をさらに設けることができる。  
洗浄は、純水や洗浄水を基体１７の表面に供給して行うことができる。洗浄は、例えば、超音波洗浄法や、スピン洗浄法などを用いて行うことができる。
【００４７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  フレネルレンズ、１ａ  光軸、１１  レンズ部、１２  レンズ部、１２ａ  フレネル面、１２ｂ  ライズ面、１３  面、１４  面、１５  遮光部、１５ａ  第１の分子膜部、１５ｂ  第２の分子膜部、１６  保護膜、１７  基体、２１  フレネルレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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