(57)【要約】【課題】低コストでありながら、十分な光学特性と信頼性とを有する光学素子及び補助光源ユニットを提供する。【解決手段】レンズ部は、線膨張係数σ１を有するエネルギー硬化性樹脂で形成され、基板層は、線膨張係数σ２であって透明性を有するポリイミドで形成されており、線膨張係数σ１と線膨張係数σ２の差が100×10e‐6以下であるので、光学性能を満たしつつ、リフロー温度、或いはヒートショック時の接着界面での応力発生を防ぐことができ、環境信頼性とハンダリフロー耐性を共に有することができる。【選択図】図３
2013210490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光素子の光射出面側に取り付けられる光学素子であって、
前記光学素子は、照射対象物側から前記面発光素子側に向かって順に、前記面発光素子から入射した光を照射対象物に対して放射する為のレンズ部と、前記レンズ部と接合された基板層と、を備え、
前記レンズ部は、線膨張係数σ１を有するエネルギー硬化性樹脂で形成され、前記基板層は、線膨張係数σ２であって透明性を有するポリイミドで形成されており、
前記線膨張係数σ１と前記線膨張係数σ２の差が100×10e‐6以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記レンズ部は、紫外線で硬化するエポキシ系の樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記レンズ部は、紫外線で硬化するアクリル系の樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記レンズ部の軸上厚をＡ（ｍｍ）、前記基板層の厚さをＢ（ｍｍ）としたときに、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子。
１．８≧Ａ／Ｂ      （１）
【請求項５】
前記基板層の前記面発光素子側に、透明無機層がコートされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
前記レンズ部の外縁から、前記光学素子の外縁に向かって、前記レンズ部と同一材料の放射状に延在する梁状のリブ構造が前記基板層に密着して設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
前記レンズ部の周囲には、前記レンズ部と同一材料の格子状に組み合わされた梁状のリブ構造が前記基板層に密着して設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項８】
前記光学素子の外縁に沿って、前記レンズ部と同一材料の梁状のリブ構造が前記基板層に密着して設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項９】
前記基板層の前記レンズ部側の表面が、紫外線照射により活性化処理されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１０】
前記基板層の前記レンズ部側の表面が酸素プラズマにより活性化処理されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１１】
前記基板層の前記レンズ部側の表面がイオンエッチングにより活性化されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１２】
前記レンズ部の物体側面が非球面形状を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１３】
前記レンズ部の物体側面にブレーズが形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１つに記載の光学素子と、これを保持する保持部材と、面発光素子とを備えたことを特徴とする補助光源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及び補助光源ユニットに関し、特に面発光素子を用いた補助光源ユニットに好適な光学素子及びそれを用いた補助光源ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ機能を備えた携帯電子機器に、撮像時における照明用補助光源として、LEDなどの面発光素子を備えた補助光源ユニットが搭載されるようになっており、被写体の方向に向けて強い光が照射されるように、フレネルレンズなどのレンズ体を発光素子の前に配置することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような補助光源ユニットに用いられる光学素子には、カメラモジュール用の光学素子に求められるのよりも厳しい環境信頼性が求められ、ヒートショック（低温と高温の急激な変化）への耐性等を有する事が必要とされている。
【０００３】
一方、カメラモジュールの外部端子と他の回路基板とを接続する際のハンダ付けを、リフロー工程を用いた自動実装にすると作業効率を高めることができるため、ハンダリフローに耐えることが可能なように、十分な耐熱性を有するカメラモジュールのユニットが求められている。具体的には、リフロー炉内の温度は、ハンダの再溶融を促すために最高温度は２６０℃以上に設定され、その後の温度低下に伴ってハンダ成分が固化することによりカメラモジュールの外部端子（電気接点）が電子回路基板上の導体パッドに接続され、同時に機械的な接続も達成される。このような背景から、ハンダリフローに耐える十分な耐熱性を有する撮像レンズが強く求められるようになってきた。
【０００４】
同様な流れで、上述した補助光源ユニットに対しても、ヒートショック試験に対する信頼性を有する事に加えてハンダリフローに耐えうるように十分な耐熱性が求められている。
【０００５】
ここでプラスチックレンズは、安価で軽量であり、大量生産に適している為、一般的なレンズとして良く知られている。しかしながら、量産に適した一般の有機材料は概して耐熱温度が低く、２６０℃以上でのハンダリフローの条件下では、寸法安定性などを保証できないという問題を有する。従って、補助光源ユニットの光学素子にはこれにあった性能を持つプラスチックレンズが求められるといえる。
【０００６】
特に、上述した特許文献１では、被写体の方向に向けて強い光が照射されるフレネルレンズなどのレンズ体を発光素子の前に配置する事が提案されているが、レンズ体の素材として樹脂を用いた場合において、求められる環境信頼性に対して十分応えているとはいえない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３２７９５５号公報
【特許文献２】特許第３９２６３８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、耐熱性を有するプラスチックレンズを得るための手法として硬化性樹脂材料を硬化させてレンズを作製することが考えられる。例えば耐熱性を持たせる光学素子として、特許文献２では、光学ガラスで形成された基板の両面に、硬化性樹脂で形成されたレンズを直接接着した接合型複合レンズが提案されている。しかしながら、ガラスの表面に硬化性樹脂のレンズ部を積層する構造には、光学ガラスの界面と硬化性樹脂との界面で、高温高湿下における剥離の問題が内在している。従って、特に厳しい環境信頼性が求められる補助光源ユニットでは、特許文献２に示されるような、光学ガラス基板の両面に硬化性樹脂で形成されたレンズを直接接着した構成を採用しても、簡単に剥離が生じるという問題がある。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、低コストでありながら、十分な光学特性と信頼性とを有する光学素子及び補助光源ユニット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】
【００１０】
請求項１に記載の光学素子は、面発光素子の光射出面側に取り付けられる光学素子であって、
前記光学素子は、照射対象物側から前記面発光素子側に向かって順に、前記面発光素子から入射した光を照射対象物に対して放射する為のレンズ部と、前記レンズ部と接合された基板層と、を備え、
前記レンズ部は、線膨張係数σ１を有するエネルギー硬化性樹脂で形成され、前記基板層は、線膨張係数σ２であって透明性を有するポリイミドで形成されており、
前記線膨張係数σ１と前記線膨張係数σ２の差が100×10e‐6以下（１００ｐｐｍ／℃以下）であることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、前記レンズ部は、線膨張係数σ１を有するエネルギー硬化性樹脂で形成され、前記基板層は、線膨張係数σ２であって透明性を有するポリイミドで形成されており、前記線膨張係数σ１と前記線膨張係数σ２の差が100×10e‐6以下であるので、光学性能を満たしつつ、リフロー温度、或いはヒートショック時の接着界面での応力発生を防ぐことができ、環境信頼性とハンダリフロー耐性を共に有することができる。
【００１２】
請求項２に記載の光学素子は、請求項１に記載の発明において、前記レンズ部は、紫外線で硬化するエポキシ系の樹脂から形成されていることを特徴とする。
【００１３】
紫外線で硬化するエポキシ系の樹脂は、一般的にポリイミド製の基板と密着性が良く、リフロー耐性、環境信頼性に優れる。またエポキシ系の樹脂は、光学面精度の観点でも収縮率が低く、比較的精度の良い前記レンズ部を構成する事が出来る。
【００１４】
請求項３に記載の光学素子は、請求項１に記載の発明において、前記レンズ部は、紫外線で硬化するアクリル系の樹脂から形成されていることを特徴とする。
【００１５】
紫外線で硬化するアクリル系の樹脂は、一般的にポリイミド製の基板と密着性が良く、多少のフレキシブルさを有する為、リフロー耐性、環境信頼性に優れる。
【００１６】
請求項４に記載の光学素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記レンズ部の軸上厚をＡ（ｍｍ）、前記基板層の厚さをＢ（ｍｍ）としたときに、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
１．８≧Ａ／Ｂ      （１）
【００１７】
（１）式を満たす範囲とすることで、光学素子の強度と、反りの抑制とを実現することができる。
【００１８】
請求項５に記載の光学素子は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記基板層の前記面発光素子側に、透明無機層がコートされていることを特徴とする。
【００１９】
前記基板層の前記面発光素子側に、透明無機層をコートすることで、前記面発光素子側へのアウトガスの発生を抑制できる。透明無機層としては、ＳｉＯ2、ガラス、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などがある。
【００２０】
請求項６に記載の光学素子は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記レンズ部の外縁から、前記光学素子の外縁に向かって、前記レンズ部と同一材料の放射状に延在する梁状のリブ構造が前記基板層に密着して設けられていることを特徴とする。
【００２１】
前記リブ構造により、前記光学素子全体を簡単な構造としながらも、自立強度を確保できると共に、成形時の樹脂の広がり性を確保できる。
【００２２】
請求項７に記載の光学素子は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記レンズ部の周囲には、前記レンズ部と同一材料の格子状に組み合わされた梁状のリブ構造が前記基板層に密着して設けられていることを特徴とする。
【００２３】
前記リブ構造により、前記光学素子全体を簡単な構造としながらも、自立強度を確保できる。
【００２４】
請求項８に記載の光学素子は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記光学素子の外縁に沿って、前記レンズ部と同一材料の梁状のリブ構造が前記基板層に密着して設けられていることを特徴とする。
【００２５】
前記リブ構造により、前記光学素子全体を簡単な構造としながらも、自立強度を確保できる。
【００２６】
請求項９に記載の光学素子は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記基板層の前記レンズ部側の表面が、紫外線照射により活性化処理されていることを特徴とする。
【００２７】
前記活性化処理により、前記レンズ部と前記基板層との密着性の向上を図れる。
【００２８】
請求項１０に記載の光学素子は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記基板層の前記レンズ部側の表面が酸素プラズマにより活性化処理されていることを特徴とする。
【００２９】
前記活性化処理により、前記レンズ部と前記基板層との密着性の向上を図れる。
【００３０】
請求項１１に記載の光学素子は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記基板層の前記レンズ部側の表面がイオンエッチングにより活性化されていることを特徴とする。
【００３１】
前記活性化処理により、前記レンズ部と前記基板層との密着性の向上を図れる。
【００３２】
請求項１２に記載の光学素子は、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記レンズ部の物体側面が非球面形状を有することを特徴とする。
【００３３】
請求項１３に記載の光学素子は、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記レンズ部の物体側面にブレーズが形成されていることを特徴とする。
【００３４】
請求項１４に記載の補助光源ユニットは、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の光学素子と、これを保持する保持部材と、面発光素子とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、低コストでありながら、十分な光学特性と信頼性とを有する光学素子及び補助光源ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施の形態にかかる補助光源ユニット１０の斜視図である。
【図２】本実施の形態にかかる補助光源ユニット１０を出射面側から見た図である。
【図３】図２の構成をIII-III線で切断し、図２の左下から切断面を見た図である。
【図４】補助光源ユニット１０の透視斜視図である。
【図５】本実施の形態に係る補助光源ユニット１０を、撮像装置５０に隣接して設けた携帯端末の一例である携帯電話機１００の外観図であり、（ａ）は表面、（ｂ）は裏面である。
【図６】補助光源ユニットの製造工程を示す図である。
【図７】本実施の形態の変形例を示す補助光源ユニット１０の断面図である。
【図８】別な実施の形態にかかる補助光源ユニット１０Ａの斜視図である。
【図９】別な実施の形態にかかる補助光源ユニット１０Ｂの斜視図である。
【図１０】別な実施の形態にかかる補助光源ユニット１０Ｃの斜視図である。
【図１１】光学素子の測定点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張され、実際の比率とは異なる場合がある。
【００３８】
図１は、本実施の形態にかかる補助光源ユニット１０の斜視図である。図２は、本実施の形態にかかる補助光源ユニット１０を出射面側から見た図である。図３は、図２の構成をIII-III線で切断して、図２の左下から切断面を見た図である。図４は、補助光源ユニット１０の透視斜視図である。尚、光学素子の光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向、Ｚ方向とＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。
【００３９】
図２，３に示すように、本実施の形態の補助光源ユニット１０は、矩形状の基板１１に取り付けられた面発光素子としてのＬＥＤ光源１２と、ＬＥＤ光源１２の光出射側に設けられた外形が矩形状の光学素子１３と、ＬＥＤ光源１２と光学素子１３との間に配置された保持部材としてのスペーサ１４とからなる。スペーサ１４は、図４に示すように、外形が角筒状であり内形が円筒状であって、その下端を基板１１の上面に接着剤で固定し、その上端を光学素子１３の下面に接着剤で固定している。スペーサ１４の内周面１４ａは、拡散面（白色塗装面）となっている。
【００４０】
基板１１は、アルミニウムからなる基板本体と、基板本体上に積層された絶縁層と、絶縁層上に形成されたＣｕ等の導体からなる配線パターンとから概略構成されている。配線パターンには、ＬＥＤ光源１２を構成するＬＥＤチップが接続されている。
【００４１】
ＬＥＤ光源１２は、ＬＥＤチップが、矩形平板状のモールド成型された蛍光体含有透明樹脂体（蛍光体含有透明樹脂）によって完全に被覆されており、ＬＥＤチップから出射された光が全て蛍光体含有透明樹脂体を通過するように構成されている。この構成によりたとえば、ＬＥＤチップとして青色発光ダイオードを用い、蛍光体含有透明樹脂に含まれる蛍光体として黄色蛍光体を用いることで、白色光を出射できるようになっている。尚、ＬＥＤチップは、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ辺を有する矩形状であると好ましい。
【００４２】
光学素子１３は、平行平板１３ａ上（光出射側）において、中央部に設けられた円形の平面状（又は球面状あるいは非球面状）の光透過部１３ｂと、光透過部１３ｂの周辺を取り囲むブレーズ型の輪帯部１３ｃとを形成してなる。光透過部１３ｂの中心を、光学素子１３の光軸が通過するようになっている。光透過部１３ｂ及び輪帯部１３ｃと、その周辺部（平行平板１３ａの四隅等）との面積比率は、両者の合計面積に対する前者の割合を４０％〜１００％とすることが好ましい。この面積比率にすることで光学素子１３全体の自立強度高めることができる。上記割合が１００％の場合、平行平板１３ａの四隅まで同心円状の輪帯部を形成すればよい。なお、レンズ部の形状を本実施形態のようにブレーズを有するものにすると、レンズ部からの光出射の制御が容易で、かつ、レンズ部の厚みを小さく抑えることができ好ましいものであるが、これに限らず、非球面形状、アナモルフィック面、多項式で表現される自由曲面等の形状としてもよく、これらを組み合わせたものであってもよい。レンズ部の大きさは、φ０．５〜５ｍｍが好ましい。厚みは、最大厚を０．０５〜１ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００４３】
本実施の形態においては、平行平板１３ａが基板層を構成し、光透過部１３ｂと輪帯部１３ｃとがレンズ部を構成する。光透過部１３ｂと輪帯部１３ｃは、線膨張係数σ１を有するエネルギー硬化性樹脂で形成され、平行平板１３ａは、線膨張係数σ２であって透明性を有するポリイミドで形成されており、線膨張係数σ１と線膨張係数σ２の差が100×10e‐6以下、より好ましくは６０×１０e‐6以下とする。なお、線膨張係数は、熱機械分析装置 (TMA：Thermo Mechanical Analysis) を用いて、一定速度で昇温したときの測定試料と標準試料の熱膨張量の差から測定試料の熱膨張量を測定することによって算出した値である。ポリイミドの基板を用いることにより、ガラス基板を用いる場合に比べて、エネルギー硬化性樹脂からなるレンズ部との線膨張特性を近づけることができ、さらに両者の線膨張係数の差を上記数値以内とすることにより、リフロー温度、或いはヒートショック時の接着界面での応力発生を防ぐことができ、環境信頼性とハンダリフロー耐性を共に有することができる。又、基板層とレンズ部の線膨張係数は、環境信頼性試験の温度区間が−４０〜１１０℃程度であり、この温度区間で膨張度合の差が大きくなる高温部である１００〜１１０℃付近が含まれるように、１００〜１４０℃を含む温度区間で測定することが望ましい。また、ポイリミドが透明性と耐熱性とを兼ね備えているため、リフロー温度に耐え、レンズとしての光学性能を果たすことができる。しかもアクリル樹脂等に比べて吸湿性が低いため、ユニット化後に基板からガスを発生して光源に悪影響を及ぼすといった問題が生じにくい。
【００４４】
レンズ部は、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などの、硬化後に透明性を有するエネルギー硬化性樹脂を用いて作製する。具体的には、熱あるいは紫外線で硬化するエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂、特に、紫外線で硬化するエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂を用いることが好ましい。紫外線で硬化するエポキシ系の樹脂は、一般的にポリイミド製の基板と密着性が良く、リフロー耐性、環境信頼性に優れる。またエポキシ系の樹脂は、光学面精度の観点でも収縮率が低く、比較的精度の良い前記レンズ部を構成する事が出来る。また、紫外線で硬化するアクリル系の樹脂は、一般的にポリイミド製の基板と密着性が良く、多少のフレキシブルさを有する為、リフロー耐性、環境信頼性に優れる。レンズ部をこのような硬化性樹脂で構成することにより、光学性能を備えつつ、耐リフロー性と耐ヒートショック性を備えさせることができる。
【００４５】
アクリル樹脂としては、以下のような単官能又は多官能の（メタ）アクリレートとラジカル系重合開始剤とを含む組成物を用いることができる。例えば、エステル（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、エーテル（メタ）アクリレート、アルキル（メタ）アクリレート、アルキレン（メタ）アクリレート、芳香環を有する（メタ）アクリレート、多官能（メタ）アクリレート、脂環式構造を有する（メタ）アクリレート等であり、これらを１種類又は２種類以上を用いることができる。
【００４６】
その他の反応性単量体を含有することも可能であり、（メタ）アクリレートであれば、例えば、メチルアクリレート、メチルメタアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルメタアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタアクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタアクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルメタアクリレート、フェニルアクリレート、フェニルメタアクリレート、ベンジルアクリレート、ベンジルメタアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘキシルメタアクリレート等が挙げられる。
【００４７】
多官能（メタ）アクリレートとして、例えば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ（メタ）アクリレート、トリペンタエリスリトールセプタ（メタ）アクリレート、トリペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、トリペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、トリペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート等が挙げられる。
【００４８】
エポキシ樹脂としては、エポキシ基を持ち光及び熱により重合硬化するものであれば特に限定されず、硬化開始剤としても酸無水物、カチオン発生剤、アニオン発生剤等を用いることができる。エポキシ系樹脂は、硬化収縮率が低いため、成形精度の優れた光学素子とすることができる点で好ましい。
【００４９】
エポキシ系樹脂の種類としては、ノボラックフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂が挙げられる。その一例として、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、２，２’−ビス（４−グリシジルオキシシクロヘキシル）プロパン、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカーボキシレート、ビニルシクロヘキセンジオキシド、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）−５，５−スピロ−（３，４−エポキシシクロヘキサン）−１，３−ジオキサン、ビス（３，４−エポキシシクロヘキシル）アジペート、１，２−シクロプロパンジカルボン酸ビスグリシジルエステル等を重合したものを挙げることができる。
【００５０】
基板層は透明性と耐熱性とを有するポリイミドからなる。具体的には、十分な耐熱性を備えるために、ガラス転移温度が２６０℃以上、より好ましくは２７０℃以上、さらに好ましくは２８０℃以上であり、また、十分な透明性を備えるために、可視光領域での透過率が８５％以上、より好ましくは８８％以上のポリイミドを用いる。具体的な化学構造としては、下記式（２）で表されるものが好ましい。
【００５１】
【化１】
2013210490.tif 000003
（式（２）中、Ｒはシクロヘキサンから誘導される４価の基であり、Φは合計の炭素数が２〜３９の２価の脂肪族、脂環族、芳香族またはこれらの組み合わせからなる基であって、結合基として−Ｏ−、−ＳＯ2−、−ＣＯ−、−ＣＨ2−、−Ｃ（ＣＨ3）2−、−ＯＳｉ（ＣＨ3）2−、−Ｃ2Ｈ4Ｏ−および−Ｓ−からなる群から選ばれる１種以上を有していてもよい。）
【００５２】
この樹脂は、耐熱性と透明性とが特に良好であり、ガラスに比べてエネルギー硬化性樹脂からなるレンズ部との線膨張特性の差が小さく、しかもアクリル樹脂等に比べて吸湿性が低いため、補助光源ユニット用の光学素子を構成する基板層として好ましいものである。使用可能な市販のポリイミドシートとしては、三菱ガス化学株式会社製ネオプリム、ＪＳＲ株式会社製ルセラ、等が使用できる。基板層のレンズ部側面の平滑度が、Ｒａ０．１ｎｍ〜１０ｎｍの鏡面であることが好ましい。又、基板層のレンズ部側面の平滑度が、Ｒａ０．１μｍ〜１０μｍの微小な凹凸を持つ面で、アンカー効果により接合力が向上していることが好ましい。基板層の厚みは、光学性能と自己保持性とを兼ね備えるものとするため、０．０５〜０．５ｍｍであることが好ましい。基板層には、レンズ部との密着性を高めるために、レンズ部の形成に先だって、前処理を行っておくうことが好ましい。前処理としては、紫外線照射による活性化処理、コロナ放電等の酸素プラズマ処理、イオンエッチングによる活性化処理、シランカップリング処理、等が挙げられる。特に、紫外線照射による活性化処理は、装置構成や処理手順が簡単で、紫外線照射に加えて紫外線により発生するオゾンによっても活性化が進行するため処理の効果が高く好ましいものである。
【００５３】
光透過部１３ｂの軸上厚をＡ（ｍｍ）、平行平板１３ａの厚さをＢ（ｍｍ）としたときに、以下の条件式を満たすようにすることが好ましい。
１．８≧Ａ／Ｂ      （１）
【００５４】
（１）式を満たすことにより、基板層に対してレンズ部が厚くなりすぎず、レンズ部を成形する際の収縮等による光学素子全体の反り等の発生等が抑制される。より好ましくは、１．８≧Ａ／Ｂ≧０．２、さらに好ましくは、１．０≧Ａ／Ｂ≧０．２とする。
【００５５】
図２に示すように、輪帯部１３ｃは、周方向に４つに分割されており、光透過部１３ｂを挟んでＸ方向に対向する（第１の）一対の扇部１３ｃｘと、光透過部１３ｂを挟んでＹ方向に対向し、一対の扇部１３ｃｘに挟まれた（第２の）一対の扇部１３ｃｙとを有する。隣り合う扇部１３ｃｘ、１３ｃｙは互いに接している。図３に示すように、一対の扇部１３ｃｘは、光軸を中心として、光軸側面ＩＰｘと光軸外側面ＯＰｘとを備えた複数の第１部分輪帯ＲＰｘを有し、一対の扇部１３ｃｙは、光軸を中心として、光軸側面ＩＰｙと光軸外側面ＯＰｙとを備えた複数の第２部分輪帯ＲＰｙを有している。本実施の形態では、第１部分輪帯ＲＰｘの高さｄ１と、第２部分輪帯ＲＰｙの高さｄ２は等しい。更に、光学素子の光出射側には、（第１の）一対の扇部１３ｃｘと、（第２の）一対の扇部１３ｃｙを識別するための識別部材としてのボス状の突起部２１が形成されている。この突起部２１は識別マークであり、この補助光源ユニットを撮像装置と共に機器に組み込む際の輪帯部の方向（本例では一対の扇部１３ｃｙのある方向）を示し、組込時にＸ方向とＹ方向が確認でき、誤った方向に組み込むことを防止するためのものである。
【００５６】
図５は、本実施の形態に係る補助光源ユニット１０を、撮像装置５０に隣接して設けた携帯端末の一例である携帯電話機１００の外観図である。同図に示す携帯電話機１００は、表示画面Ｄ１及びＤ２を備えたケースとしての上筐体７１と、入力部である操作ボタン６０を備えた下筐体７２とがヒンジ７３を介して連結されている。撮像装置５０および補助光源ユニット１０は、上筐体７１内の表示画面Ｄ２の下方に内蔵されており、上筐体７１の外表面側より補助光源ユニット１０が出射して被写体によって反射された光を撮像装置５０が取り込めるよう配置されている。なお、この撮像装置の位置は上筐体７１内の表示画面Ｄ２の上方や側面に配置してもよい。また携帯電話機は折りたたみ式に限るものではないのは、勿論である。尚、携帯電話機としてはスマートフォン等を含む。
【００５７】
本実施の形態にかかる補助光源ユニット１０を携帯電話機１００に搭載する場合、Ｘ方向を撮像素子の短辺方向（垂直方向）、Ｙ方向を撮像素子の長辺方向（水平方向）になるようにする。撮像装置５０を用いて被写体の撮像を行う際には、必要に応じて補助光源ユニット１０が発光する。このとき、ＬＥＤ光源から出射し光学素子１３に入射して平行平板１３ａを通過した光線のうち、光学素子１３の光透過部１３ｂを通過した光線は、光透過部１３ｂが平面の場合はそのまま進行し、曲面の場合は該曲面に応じて屈折されて進行する。
【００５８】
一方、光学素子１３に入射して平行平板１３ａを通過した光線のうち、一対の扇部１３ｃｘに入射した光線は、第１部分輪帯ＲＰｘの光軸外側面ＯＰｘで屈折した後に、被写体に向かって出射する。又、光学素子１３に入射して平行平板１３ａを通過した光線のうち、一対の扇部１３ｃｙに入射した光線は、第２部分輪帯ＲＰｙの光軸外側面ＯＰｙで屈折した後に、被写体に向かって出射する。４つの扇部は、それぞれ出射光を光学素子外形の四隅に向けて拡げるように、また、全体として四角い形状で出射するように、ブレーズの角度やピッチが調整されており、補助光源ユニット１０から出射された光線により、撮像画面に合わせた照射を行うことができる。
【００５９】
次に、図６を参照して、補助光源ユニットの製造工程について説明する。まず、図６（ａ）に示すように、光学素子１３の光透過部１３ｂと輪帯部１３ｃ（以下、レンズ部１３Ｂという）とに対応した複数の転写面Ｍａと、転写面Ｍａの間に配置された楔状の隆起部Ｍｂとを有する成形型Ｍに対して、転写面Ｍａ及び隆起部Ｍｂを覆うようにエネルギー硬化性樹脂材料ＰＬを付与する。
【００６０】
これと並行して、粘着性シートなどの裏打ち板ＢＫに貼り付けられた大判の平行平板１３ａ（ここではポリイミド製）の表面を、紫外線照射およびこの紫外線照射によって発生するオゾンガス、酸素プラズマ或いはイオンエッチングにより活性化処理しておく。
【００６１】
次いで、図６（ｂ）に示すように、平行平板１３ａの活性化処理された表面を、成形型Ｍ上に付与された樹脂材料ＰＬ上に向けて載置し、かかる状態で外部からエネルギーを与えることで、樹脂材料ＰＬを硬化させ、平行平板１３ａと一体化させる。具体的には、紫外線硬化性樹脂材料を用いた場合は紫外線を照射し、熱硬化性樹脂材料を用いた場合は加熱を行うことで樹脂材料を硬化させる。製造工程を簡素化する観点からは、紫外線硬化性樹脂材料を用い、紫外線を照射することで樹脂材料を硬化させることが好ましい。こうして平板と成形型との間に挟持した硬化性樹脂材料を硬化させてレンズ部を成形することにより、平板にレンズ部が接合される。その後、成形体ＩＭを一体的に成形型Ｍから離型する。
【００６２】
離型された成形体ＩＭには、裏打ち板ＢＫに貼り付けられた平行平板１３ａ上に、複数のレンズ部１３Ｂが所定間隔で配置されており、また、レンズ部１３Ｂの間には、隆起部Ｍｂに対応した複数の断面Ｖ字型の谷部１３Ｖが形成されている。そこで、図６（ｄ）に示すように、谷部１３Ｖにピッチを合わせた複数の抜き刃Ｃを、成形体ＩＭに対峙させて相対移動させる。抜き刃Ｃの先端は、谷部１３Ｖにより適切な切断位置に案内されて平行平板１３ａに進入し、これを通り越して、裏打ち板ＢＫにまで到達するが、裏打ち板ＢＫの途中で止まる。このように、抜き刃Ｃの先端が裏打ち板ＢＫの途中で止まるようにすれば、図６（ｅ）に示すように、抜き刃Ｃを退避したのちに谷部１３Ｖの底に切り込みＳＬが生じるが、切断された平行平板１３ａが裏打ち板ＢＫとの間の粘着力のみで固定され、運搬時などに脱落しにくいので、取り扱い性に優れる。なお、成形体ＩＭを切断した後の各光学素子１３を並べたまま運搬する必要が無い場合は、裏打ち板ＢＫのない基板を用いてもよい。
【００６３】
一方、補助光源ユニットの組み付け工程に移送された後には、図６（ｆ）に示すように、谷部１３Ｖの底に切り込みＳＬがあるので、個別にレンズ部１３Ｂと共に平行平板１３ａを裏打ち板ＢＫから容易に剥がすことができ、更に図６（ｇ）に示すように、スペーサ１４及びＬＥＤ光源１２を取り付けた基板１１と固定されることで、補助光源ユニット１０が完成する。完成した補助光源ユニット１０は、図６（ｈ）に示すように、基板１１の裏面にハンダボールＨＢを付着され、不図示のリフロー工程に移送されて、携帯端末等に実装されるようになっている。
【００６４】
図７は、本実施の形態の変形例を示す補助光源ユニット１０の断面図である。本変形例では、平行平板１３ａの裏面（ＬＥＤ光源側）に、透明無機層ＬＹを付着させている。平行平板１３ａのＬＥＤ光源側に、透明無機層ＬＹを設けることにより、平行平板１３ａを比較的吸湿性の高いものとした場合でも、ＬＥＤ光源側へのアウトガスの発生を抑制することができる。透明無機層ＬＹとしては、ＳｉＯ2、ガラス、ダイヤモンドライクカーボン等が用いられる。
【００６５】
図８は別な実施の形態にかかる補助光源ユニット１０Ａの斜視図である。本実施の形態では、レンズ部の光学面外縁（ここでは輪帯部１３ｃ外周）から、平行平板１３ａの外縁に向かって、輪帯部１３ｃと同一材料の放射状に延在する梁状のリブ構造ＲＢが平行平板１３ａ上に設けられている。これにより光学素子１３の自立強度を高めることができる。
【００６６】
図９は別な実施の形態にかかる補助光源ユニット１０Ｂの斜視図である。本実施の形態では、光学素子１３の外縁（ここでは平行平板１３ａの縁）に沿って、輪帯部１３ｃと同一材料の梁状のリブ構造ＲＢが平行平板１３ａ上に設けられている。これにより比較的単純な形状で、光学素子１３の自立強度を高めることができる。尚、以上のリブ構造ＲＢは、金型からレンズ部を成形する際に同時に転写成形できる。
【００６７】
図１０は別な実施の形態にかかる補助光源ユニット１０Ｃの斜視図である。本実施の形態では、前記レンズ部の光学面の周囲（ここでは輪帯部１３ｃの周囲）には、図９の構成に加えて、輪帯部１３ｃと同一材料の格子状に組み合わされた梁状のリブ構造ＲＢが平行平板１３ａ上に設けられている。これにより光学素子１３の自立強度をさらに高めることができる。
【００６８】
なお、図８〜図１０に示したリブ構造に変えて、四隅全てを厚くしたり、四隅まで輪帯が延長した構成としたりしてもよい。但し、図８〜図１０の構成であれば、四隅などの周辺部に多くの樹脂材料を付与する必要がないので、樹脂の使用量を多くすることなく必要な強度を持たせることができる。なお、上述したような、リブ構造、周辺肉厚部、四隅まで延長された輪帯部等に対応する転写面等をレンズ部に加えて成形型に形成しておき、レンズ部と同時にこれらの構造部を成形することが好ましい。
【００６９】
以下、本発明者らの行った評価結果を説明する。
（精度及び環境信頼性評価）
光学面の面精度及び環境信頼性の評価を行うために、成形型と透光性の基板との間にＵＶ硬化性樹脂材料を挟持し、基板を介してＵＶ照射することによって樹脂材料を硬化させ、成形型から離型することによって、４ｍｍ角、厚さ０．２ｍｍの基板層にφ３．７ｍｍのレンズ部を形成してなる光学素子を作製した（実施例１，２、比較例）。実施例１は、基板層がポリイミド板（三菱瓦斯化学社製ネオプリムＬ３４３０、線膨張係数５８×１０e-6（１００〜１５０℃）、ＪＩＳＫ７１０５に準拠した全光線透過率約９０％、ガラス転移温度３０３℃）であり、レンズ部がＵＶ硬化性のエポキシ樹脂材料を十分にＵＶ照射して硬化させてなるエポキシ樹脂製である（硬化後の線膨張係数１１６×１０e-6（１００〜１４０℃））。実施例２は、基板層が実施例１と同様のポリイミド板であり、レンズ部がＵＶ硬化性のアクリル樹脂材料を十分にＵＶ照射して硬化させてなるアクリル樹脂製である（硬化後の線膨張係数１５０×１０e-6（１００〜１４０℃））。比較例は、基板層がガラス板（線膨張係数３．３×１０e-6（２０〜３００℃））であり、レンズ部が実施例１と同様のエポキシ樹脂製である。なお、レンズ部は、軸上厚が０．３５ｍｍであり、高さ７０μｍ及びピッチ０．１ｍｍの複数の輪帯構造と、φ０．５ｍｍの円形の平坦部とを有する形状となるように成形した。
【００７０】
実施例１，２、比較例で得た光学素子を、１８０℃で３０分間、大気中で熱処理した。その後、各光学素子を炉内に投入してハンダリフロー工程に対応する２６０℃で１０分間保持する工程と、炉から光学素子を取り出して１時間放置する工程とを３回繰り返す３サイクル耐熱試験と、−４０℃から１１０℃まで温度変化を５００回繰り返すサーマルショック試験とに供試した。光学性能評価は、成形後のレンズ部を共焦点レーザー顕微鏡で観察して、設計形状に対して最も悪い転写形状の不適合率（完全にマッチングした状態が１００％）を求めた。又、剥がれ・割れは、供試品を実体顕微鏡にて確認した。また、３サイクル耐熱試験とサーマルショック試験を経たサンプルについて、室温の乾燥雰囲気下に４８時間放置し、放置前後の重量を測定することで、アウトガスの有無を確認した。その結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】
2013210490.tif 000004
【００７２】
表１に示すように、実施例１は、面精度が良好で、供試後に剥がれ・割れも確認されず、アウトガスの発生もないことが確認された。実施例２は、面精度が実施例１よりも若干低下し、アウトガスの発生も認められるが、剥がれ・割れがないことから、十分実用可能であることがわかった。これに対して、比較例では、供試前には面精度が良好で割れの起点も認識できなかったものの、供試後は剥がれ・割れが確認された。
【００７３】
（レンズと基板の厚さ評価）
次に、４ｍｍ角の基板層にφ３．７ｍｍのレンズ部を形成した実施例３〜５を準備した。実施例３は、基板層が０．２ｍｍのポリイミド板（三菱瓦斯化学社製ネオプリムＬ３４３０、線膨張係数５８×１０e-6（１００〜１５０℃））であり、レンズ部がＵＶ硬化性のエポキシ樹脂材料を十分にＵＶ照射して硬化させてなる、軸上厚０．１３５ｍｍのエポキシ樹脂製である（線膨張係数１１６×１０e-6（１００〜１４０℃））。レンズ部の軸上厚Ａと基板厚Ｂとの比Ａ／Ｂは０．６７５である。実施例４は、基板層が実施例３と同様の０．２ｍｍのポリイミド板であり、レンズ部がＵＶ硬化性のエポキシ樹脂材料を十分にＵＶ照射して硬化させてなる、軸上厚０．３５ｍｍのエポキシ樹脂製であり（硬化後の線膨張係数１１６×１０e-6（１００〜１４０℃））、レンズ部の軸上厚Ａと基板厚Ｂとの比Ａ／Ｂは１．７５である。実施例５は、基板層が０．１ｍｍのポリイミド板であり（三菱瓦斯化学社製ネオプリムＬ３４３０、線膨張係数５８×１０e-6（１００〜１５０℃））、レンズ部が軸上厚０．１３５ｍｍのエポキシ樹脂製であり（硬化後の線膨張係数１１６×１０e-6（１００〜１４０℃））、レンズ部の軸上厚Ａと基板厚Ｂとの比Ａ／Ｂは１．３５である。なお、実施例３〜５において、輪帯構造等の形状は実施例１と同様である。
【００７４】
実施例３，４を成形後に、１８０℃で３０分間、大気中で熱処理した。その後、ハイトゲージにより、光学素子の裏面を、図１１に示す９点（基板隅部４箇所、基板中央部１箇所、基板各辺中央部付近４箇所）で測定して平面度ＰＶ値（最大高さと最小高さとの差）を求めた。その結果を表２に示す。
【００７５】
【表２】
2013210490.tif 000005
【００７６】
表２に示すように、実施例３〜５の平面度ＰＶ値はいずれも４０μｍ以下であり、光学性能が実用に差し支えるほど変形は生じなかったが、Ａ／Ｂの値が１．８に近づくにつれて、平面度ＰＶ値が急に大きくなる傾向がみられた。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００７８】
１０ 補助光源ユニット
１０Ａ 補助光源ユニット
１０Ｂ 補助光源ユニット
１０Ｃ 補助光源ユニット
１１ 基板
１２ 光源
１３ 光学素子
１３Ｂ レンズ部
１３Ｖ 谷部
１３ａ 平行平板
１３ｂ 光透過部
１３ｃ 輪帯部
１３ｃｘ 扇部
１３ｃｙ 扇部
１４ スペーサ
１４ａ 内周面
５０ 撮像装置
６０ 操作ボタン
７１ 上筐体
７２ 下筐体
７３ ヒンジ
１００ 携帯電話機
ＢＫ 裏打ち板
Ｃ 抜き刃
Ｄ１，Ｄ２ 表示画面
Ｄ２ 表示画面
ＨＢ ハンダボール
ＩＭ 成形体
ＬＹ 透明無機層
Ｍ 金型
Ｍａ 転写面
Ｍｂ 隆起部
ＯＰｘ 光軸外側面
ＯＰｙ 光軸外側面
ＰＬ 樹脂、樹脂材料
ＲＢ リブ構造
ＲＰｘ 部分輪帯
ＲＰｙ 部分輪帯
【図３】
2013210490.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１１】
2013210490.tif 000010
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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