(57)【要約】【課題】従来の三次元形状をした立体レンズと同じ光学性能のものを、金型を使用せずに印刷工程のみで製作することのできる光学部品とその製造方法を提供する。【解決手段】透光性を有する基材２の少なくとも一方の面に、所望の光学性能と等価な屈折率分布パターンを有する屈折率分布層３を設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する基材の少なくとも一方の面に、所望の光学性能と等価な屈折率分布パターンを有する屈折率分布層を備えたことを特徴とする光学部品。
【請求項２】
前記屈折率分布層は、空気と異なる屈折率を有する透光性インクが浸透したインク受容層であることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
透光性を有する平面状の基材の少なくとも一方の面に、空気と異なる屈折率を有する透光性インクが浸透可能なインク受容層を塗布し、該インク受容層に前記透光性インクを印刷して所望の光学性能と対応する光屈折率分布パターンを形成し、該光屈折率分布パターンを形成した前記インク受容層に、光又は熱エネルギーを与えることにより前記インク受容層と前記透光性インクとを反応させて前記光屈折率分布パターンを所望の光学性能と等価なものとすることを特徴とする光学部品の製造方法。
【請求項４】
前記透光性インクの印刷は、前記光屈折率分布パターンに対応させてスリットのパターンが調整されているスクリーンを用いたスクリーン印刷であることを特徴とする請求項３に記載の光学部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、従来の三次元形状の立体レンズと同じ光学性能のものを、印刷により製作することのできる光学部品とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、ガラスやプラスチック等の透明材料を直接に切削加工や研磨加工等をすることにより、目的とする三次元形状の立体レンズを製作していたが、切削加工や研磨加工等の加工に要する加工機械が高価であり、その加工にも熟練を必要とするといった問題があった。
【０００３】
また、最終形状の三次元形状の彫り込みをした金型を用いて、この金型にガラスやプラスチック等の透明材料を充填し、圧縮成形、射出成形等の加熱加圧処理を施して金型に彫り込まれた三次元形状を透明材料に転写して、三次元形状の立体レンズを製作していたが、金型には高い表面精度が要求され、金型の製作に多大な費用と時間がかかるという問題があった。さらに、金型を用いた加熱加圧処理による成形方法においては、加熱によって金型の表面が酸化し表面精度が変化するため品質安定性に欠け、かつ、加熱加圧した後に熱変形温度以下に冷却する必要があるため、完成に長時間を要するといった問題があった。
【０００４】
この問題を解決するものとして、外周部に所望の形状をした型が形成されている２本のロール型を用いて、アクリル系樹脂等の透明性の優れた熱可塑性樹脂を押出成形することによりリニアフレネルレンズを作成する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。これにより、熱可塑性樹脂がロール型に入り込む際には完全に溶融状態であるため、ロール型を傷つけることがほとんどなく、しかも連続で成形品が得られるため生産性が高いといった利点を有している。
【０００５】
さらに、最終形状の三次元形状の彫り込みをした金型又はロール型を使用しないレンズの製造方法としては、シート状基材の表面に凸条状に列設したインク列を印刷し、そのインクの表面張力と重力の作用によって凸レンズ状列に変形させた後、紫外線を照射し硬化させて凸レンズ状列からなるレンチキュラーレンズを製作する方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。これにより、高い表面精度を要求される金型を製作する必要がないので、金型の製作のために必要とされていた多大な費用と時間とが不要になった。
【０００６】
【特許文献１】
特許３３１０３３２号公報（第１図）
【特許文献２】
特許３０３８３２９号公報（第１図）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２本のロール型を用いた押出成形によって薄板状のレンズを製作する方法では、最終形状の三次元形状の彫り込みをした金型を用いないため、連続した断面を有する形状のものしか成形できないものであって、その用途はリニアフレネルレンズやレンチキュラーレンズといったものに限られていた。
【０００７】
また、凸レンズ状列を有するレンチキュラーレンズを製作する方法では、高い表面精度を要求される金型の製作という費用や時間のかかる工程は必要としないが、インクの表面張力と重力の作用によってレンズの形状を形成するため、凸レンズ状列からなるレンチキュラーレンズしか製作できないといった制約があった。
【０００８】
そこで、この発明は以上のような従来の問題点に鑑み、従来の三次元形状をした立体レンズと同じ光学性能のものを、金型を使用せずに印刷工程のみで製作することのできる光学部品とその製造方法を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、透光性を有する基材の少なくとも一方の面に、所望の光学性能と等価な屈折率分布パターンを有する屈折率分布層を備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成に加えて、前記屈折率分布層は、空気と異なる屈折率を有する透光性インクが浸透したインク受容層であることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、透光性を有する平面状の基材の少なくとも一方の面に、空気と異なる屈折率を有する透光性インクが浸透可能なインク受容層を塗布し、該インク受容層に前記透光性インクを印刷して所望の光学性能と対応する光屈折率分布パターンを形成し、該光屈折率分布パターンを形成した前記インク受容層に、光又は熱エネルギーを与えることにより前記インク受容層と前記透光性インクとを反応させて前記光屈折率分布パターンを所望の光学性能と等価なものとすることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３の構成に加えて、前記透光性インクの印刷は、前記光屈折率分布パターンに対応させてスリットのパターンが調整されているスクリーンを用いたスクリーン印刷であることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図１乃至図７によって説明する。
【００１４】
［発明の実施の形態１］
最初に、この発明の実施の形態１に係る光学部品の構成について説明する。
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態１に係る光学部品の断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）をさらに拡大した断面図である。
【００１６】
図中の２は、例えば、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、ガラス類等の透光性を有する平面状の基材であり、その表面には所望の光学性能と等価な屈折率分布パターンを有する表面が平滑な屈折率分布層３を備えている。
【００１７】
実施の形態１では、屈折率分布層３を空気と異なる屈折率を有する透光性インクの濃度差や厚みを、基材２へ塗布する箇所によって変えることで、所望の光学性能を有する屈折率分布パターンを形成している。
【００１８】
ここで、基材２の厚みは０．０５〜１．０ｍｍ、より好ましくは０．１〜０．５ｍｍとする。基材２の厚みが０．０５ｍｍ未満では、柔らか過ぎて平面度が保てないため光学部品としての光学性能が不安定となり好ましくない。基材２の厚みが１．０ｍｍを超えると、従来の表面に凹凸を有する光学部品と同じような厚みとなってしまい、透光性インクの濃度差や厚みを調整して屈折率分布パターンを形成する手間をかけるだけのコスト効果が望めないので好ましくない。
【００１９】
透光性インク４とインク受容層８の組み合わせとしては、例えば、末端に第１，２，３級アミンを持つ化合物（例えば、イミダゾールやその誘導体）とエポキシ基を持つ化合物（例えば、エポキシ樹脂）の組み合わせ、酸無水物硬化剤（例えば、無水トリメリット酸（ＴＭＡ））とエポキシ基を持つ化合物（例えば、エポキシ樹脂）の組み合わせ、光重合開始剤（例えば、α−ヒドロキシケトン）とアクリレート基を持つ化合物（例えば、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート）の組み合わせ、イソシアネート基を持つ化合物（例えば、ウレタン）とポリオールの組み合わせ等があげられる。
【００２０】
屈折率分布層３の厚みは１〜１００μｍ、より好ましくは５〜２０μｍとする。屈折率分布層３の厚みが１μｍ未満では、種々の屈折率分布パターンを作り出すことが難しく、屈折率分布層３の厚みが１００μｍを超えると屈折率分布パターンの形成に手間と時間がかかり、コスト高になるため好ましくない。
【００２１】
屈折率分布層３により屈折率分布パターンを形成する方法としては、例えば、図１（ｂ）に示したように、屈折率分布層３の裏面（基材２に接する側の面）側に凹部３ｂを設けることや、屈折率分布層３の厚みを変化させること、及び屈折率分布層３を構成する透光性インクの濃度を変化させることで実現することができる。なお、凹部３ｂを設けるに当たって、予め、基材２の表面に凹部３ｂに対応した凸部を形成しておくことで、凹部３ｂを形成し易くするようにしてもよい。
【００２２】
次に、この発明の実施の形態１に係る光学部品の製造方法について説明する。
【００２３】
図２は、この発明の実施の形態１に係る光学部品の製造方法を示した概念図である。
【００２４】
まず、空気と異なる屈折率を有する透光性インク４が通過するスリット５を備えたスクリーン６を、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、ガラス類等の透光性を有する平面状の基材２の表面の直上に、その版面が水平になるように配置する。
【００２５】
次に、スクリーン６の表面に透光性インク４を流してバーコータ７を水平に移動して透光性インク４をスクリーン６の表面に塗り付けるようにする。すると、透光性インク４はスクリーン６のスリット５を通過して、基材２の表面に印刷塗布される。ここで、スクリーン６のスリット５のパターンは、予め、所望の光学性能と等価な光屈折率分布パターンに対応させて調整されていることが必要である。
【００２６】
次に、基材２の表面に印刷塗布された透光性インク４を空気中での自然乾燥乃至熱風を吹き付ける等の強制乾燥を施すことで、所望の光学性能と等価な光屈折率分布パターンが固定化された状態の光学部品１が完成する。
【００２７】
透光性インク４を基材２の表面に印刷するに当たっては、所望の光学性能と等価な光屈折率分布パターンがどのようなものかが決定されていることが必要となる。具体的には、所望の光学性能に対応する光屈折率分布の状態を示す分布関数を求め、その分布関数に対応する光屈折率分布パターンが決定される。
【００２８】
透光性インク４の所望の光学性能を有する光屈折率分布パターンに対応した印刷の方法としては、上述したスクリーン印刷の他、インク滴を吹き付けるインクジェット印刷や、熱昇華性の塗料をフィルムに塗布しこのフィルムに塗布した熱昇華性の塗料を印刷面に重ねてフィルムの背面から発熱素子を押し付けることで印刷面にインクを塗布する昇華型熱転写印刷等が採用できる。
【００２９】
屈折率分布層３は、平面状の基材２の表面に僅かな厚みの透光性インク４を印刷することで形成されるものであるから、その表面は肉眼で確認できる範囲では平滑であるといえるものであって、従来の肉眼でその表面の凹凸が確認できる光学部品とは明らかに異なる外観を呈するものとなっているのが特徴である。
【００３０】
［発明の実施の形態２］
次に、この発明の実施の形態２に係る光学部品の構成について説明する。
【００３１】
図３は、この発明の実施の形態２に係る光学部品の断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）をさらに拡大した断面図である。
【００３２】
実施の形態２の屈折率分布層３は、空気と異なる屈折率を有する透光性インク４とこの透光性インク４が浸透可能なインク受容層８とを有している。
【００３３】
透光性インク４は所望の屈折率分布パターンを形成すべく、インク受容層８の内部に浸透しているため、屈折率分布層３の表面に突出する部分はなく、インク受容層８の表面が確認できるだけである。したがって、屈折率分布層３の表面は実施の形態１に比べ、さらに平滑な状態にある。
【００３４】
次に、この発明の実施の形態２に係る光学部品の製造方法について説明する。
【００３５】
図４は、この発明の実施の形態２に係る光学部品の製造方法を示した概念図である。
【００３６】
まず、透光性と剛性を有する平面状の基材２の表面に、透光性インク４が浸透可能な均一な厚みのインク受容層８を塗布し、このインク受容層８の表面に空気と異なる屈折率を有する透光性インク４を印刷して、所望の光学性能と対応する光屈折率分布パターンを形成する。その後、透光性インク４とインク受容層８との化学的性質により、インク受容層８の表面に印刷された透明インク４がインク受容層８の内部に浸透していき、ついにはインク受容層８とその内部に浸透した透光性インク４とが一体となって、均一な厚みで表面の平滑な所望の光学性能と等価な光屈折率分布パターンを有する屈折率分布層３が完成する。
【００３７】
ここで、インク受容層８の表面に印刷された透光性インク４は、インク受容層８に浸透し、インク受容層８内を透光性インク４が次第に拡散していき、所望の光学性能と等価な光屈折率分布パターンでその拡散が停止して安定な状態になるように、光や熱等のエネルギーを与える。
【００３８】
インク受容層８へ透光性インク４が浸透し拡散していく場合、通常ではその拡散する速度がインク受容層８の垂直方向と水平方向とでほぼ同じとなるが、所望の光学性能と等価な屈折率分布パターンを形成するに当たっては、この拡散の方向バランスを制御することが重要となる。その制御方法としては、使用する透光性インク４とインク受容層８との組み合わせの種類毎に、インク受容層８に透光性インク４が所定の距離だけ垂直方向に拡散した時点での横方向の拡散距離を確認しておき、この関係を設計のパラメータとして採用することができる。さらに、透光性インク４とインク受容層８との組み合わせの種類毎に、インク受容層８での透光性インク４の拡散速度が異なるから、この関係についても設計のパラメータとして採用することができる。
【００３９】
例えば、透過性インク４とインク受容層８の組み合わせに、光重合開始剤（例えば、α−ヒドロキシケトン）とアクリレート基を持つ化合物（例えば、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート）の組み合わせ等の紫外線反応機構を使用した場合には、予め、インク受容層８との関係で透光性インク４がインク受容層８内を拡散して所望の光学性能と等価な光屈折率分布パターンを形成するための時間を考慮して、最適なタイミングで透光性インク４が浸透したインク受容層８に紫外線を照射することで、例えば、図３（ｂ）に示したように、光学部品１の中央部と周辺部とでインク受容層８へ浸透する深さを変えることで、所望の光学性能と等価な光屈折率分布パターンを固定化した屈折率分布層３を完成させる。
【００４０】
なお、レーザ又は電子線の強弱やそれらの指向性を利用した拡散の方向バランスを制御する方法も考えられ、必要に応じてこれらを採用することは任意である。
【００４１】
例えば、図５（ａ）のように光屈折率分布パターンの光屈折率を中央部が高く、外側へ行くに従って次第に低くなるように設定すると、図５（ｂ）に示す従来の凸レンズと同じような光学性能を発揮できる。
【００４２】
［発明の実施の形態３］
次に、この発明の実施の形態３に係る光学部品の構成について説明する。
【００４３】
実施の形態３にあっては、基材２の表裏の両面に、互いに異なる光屈折率分布パターンを有する第一光屈折率分布層９と第二光屈折率分布層１０とを設けている。
【００４４】
そこで、図６（ａ）のように、第一光屈折率分布層９の光屈折率を中央部が高く、外側へ行くに従って次第に低くなるように設定し、第二光屈折率分布層１０の光屈折率を中央部が低く、外側へ行くに従って次第に高くなるように設定すると、図６（ｂ）に示す従来の凸凹レンズと同じような光学性能を発揮できる。
【００４５】
また、第一光屈折率分布層９と第二光屈折率分布層１０との光屈折率の分布パターンを図示したもの以外の設定を行うことで、従来の回転非曲面、自由曲面等からなるレンズと同じような光学性能を発揮することもできる。また、分布パターンによっては、表面無反射状態を作り出すことも可能である。
【００４６】
その他の構成及び作用は、実施の形態１又は２と同様であり、同じ構成には同じ符号を付して、それらの説明は省略する。
【００４７】
［発明の実施の形態４］
次に、この発明の実施の形態４に係る光学部品の構成について説明する。
【００４８】
実施の形態４にあっては、基材２の表面に所定の光屈折率分布パターンを有する均等な幅をした単位光屈折率分布層１１，１１，１１，・・・を複数連続させて並設している。
【００４９】
図７（ａ）のように、左から右に光屈折率が低い値から高い値へと次第に変化するように設定した単位光屈折率分布層１１を複数配置した場合には、図７（ｂ）に示したように、回折現象により光線が一方向に光線が曲がる従来の格子レンズと同じような光学性能を発揮することができる。
【００５０】
また、基材２の一方の面に複数配置する単位光屈折率分布層１１の間隔を可変にすることで、従来のホログラムレンズと同じような光学性能を発揮することができる。
【００５１】
その他の構成及び作用は、実施の形態１又は２と同様であり、同じ構成には同じ符号を付して、それらの説明は省略する。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載された発明によれば、透光性を有する基材の少なくとも一方の面に、所望の光学性能と等価な屈折率分布パターンを有する屈折率分布層を備えたので、スクリーン印刷、インクジェット印刷、昇華型熱転写印刷等の印刷技術で、種々の光屈折率分布パターンを有する屈折率分布層を形成することができるため、従来の三次元形状をした各種の立体レンズと同じ光学性能のものを、金型を使用せずに印刷工程のみで製作することのできる。また、屈折率分布層は、平面状の基材の表面に僅かな厚みに形成されるものであるから、その表面は肉眼で確認できる範囲では平滑であり、従来の肉眼でその表面の凹凸が確認できる光学部品とは明らかに異なる外観を呈しており、凹凸部を損傷して光学性能を損なうこともない。
【００５３】
請求項２に記載された発明によれば、屈折率分布層は、空気と異なる屈折率を有する透光性インクが浸透したインク受容層であるので、屈折率分布層の表面に突出する部分はなく、均一な厚みのインク受容層の表面が確認できるだけであるから、請求項１の効果に加えて、屈折率分布層の表面がより平滑な状態となり、高い光沢感が得られることから光学部品の高級感が付加されることとなる。
【００５４】
請求項３に記載された発明によれば、透光性を有する平面状の基材の少なくとも一方の面に、空気と異なる屈折率を有する透光性インクが浸透可能なインク受容層を塗布し、該インク受容層に前記透光性インクを印刷して所望の光学性能と対応する光屈折率分布パターンを形成し、該光屈折率分布パターンを形成したインク受容層に、光又は熱エネルギーを与えることによりインク受容層と透光性インクとを反応させて光屈折率分布パターンを所望の光学性能と等価なものとしているので、従来の三次元形状をした各種の立体レンズと同じ光学性能のものを、金型を使用せずに印刷工程のみで製作することのできる。
【００５５】
請求項４に記載された発明によれば、透光性インクの印刷は、光屈折率分布パターンに対応させてスリットのパターンが調整されているスクリーンを用いたスクリーン印刷であるので、請求項３の構成に加えて、従来の三次元形状の各種の立体レンズの光学性能と等価な光屈折率分布パターンに対応させたスリットのパターンを有するスクリーンを製作するだけで、所望の光学性能を備えた光学部品をスクリーン印刷により簡単に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光学部品の断面図である。
【図２】同実施の形態１に係る光学部品の製造方法を示した概念図である。
【図３】同実施の形態２に係る光学部品の断面図である。
【図４】同実施の形態２に係る光学部品の製造方法を示した概念図である。
【図５】同実施の形態１又は２に係る光学部品と従来の立体的な凸レンズとの比較図である。
【図６】同実施の形態３に係る光学部品と従来の立体的な凹凸レンズとの比較図である。
【図７】同実施の形態４に係る光学部品と従来の立体的な格子レンズとの比較図である。
【符号の説明】
１  光学部品
２  基材
３  屈折率分布層
４  透光性インク
５  スリット
６  スクリーン
８  インク受容層
９  第一屈折率分布層（屈折率分布層）
１０  第二屈折率分布層（屈折率分布層）
１１  単位屈折率分布層（屈折率分布層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004334036.tif 000006
【図５】
2004334036.tif 000007
【図６】
2004334036.tif 000008
【図７】
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