(57)【要約】【課題】レンズ基材の片面又は両面に薄肉レンズ層が一体的に形成された複合レンズ（ハイブリッドレンズ）を構成する赤外線レンズであって、レンズ基材と薄肉レンズ層との密着強度が高く、安価で大量生産が可能な赤外線レンズを提供する。【解決手段】赤外線を透過する板状のレンズ基材１と、レンズ基材１の一方の主面に接合された赤外線透過樹脂からなる薄肉レンズ層２ａと、薄肉レンズ層２ａに連続して、レンズ基材１の少なくとも外周部を覆うように形成された薄肉レンズ層２ａと同一の赤外線透過樹脂からなる補強層２ｂとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を透過する板状のレンズ基材と、
前記レンズ基材の一方の主面に接合された赤外線透過樹脂からなる第１の薄肉レンズ層と、
前記第１の薄肉レンズ層に連続して、前記レンズ基材の少なくとも外周部を覆うように接合された前記赤外線透過樹脂からなる補強層
を備えることを特徴とする赤外線レンズ。
【請求項２】
前記補強層が、前記レンズ基材の他方の主面にまで回りこむように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線レンズ。
【請求項３】
前記レンズ基材の材料は、シリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛及び硫化亜鉛のいずれかから選ばれることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線レンズ。
【請求項４】
前記第１の薄肉レンズ層及び前記補強層のそれぞれが矩形の平面パターンを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線レンズ。
【請求項５】
前記補強層に連続して、前記レンズ基材の他方の面に接合された前記赤外線透過樹脂からなる第２の薄肉レンズ層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の赤外線レンズ。
【請求項６】
成形面を有する第１の金型と、
前記成形面に対向する位置に、赤外線を透過する板状のレンズ基材を固定可能な第２の金型と、
を備え、
前記第１及び第２の金型を用いて加熱しながら加圧することにより、前記第１及び第２の金型が構成する空間内で軟化した赤外線透過樹脂を流動させて、前記レンズ基材の一方の主面に、前記成形面のパターンが転写された前記赤外線透過樹脂からなる薄肉レンズ層を成形するとともに、前記薄肉レンズ層に連続して、前記レンズ基材の少なくとも外周部を覆うように前記赤外線透過樹脂からなる補強層を成形することを特徴とする赤外線レンズの製造装置。
【請求項７】
第１の金型に設けられた成形面に対向するように、赤外線を透過する板状のレンズ基材を第２の金型に固定するステップと、
前記第１及び第２の金型を用いて加熱しながら加圧することにより、前記第１及び第２の金型が構成する空間内で軟化した赤外線透過樹脂を流動させて、前記レンズ基材の一方の主面に、前記成形面のパターンが転写された前記赤外線透過樹脂からなる薄肉レンズ層を成形するとともに、前記薄肉レンズ層に連続して、前記レンズ基材の少なくとも外周部を覆うように前記赤外線透過樹脂からなる補強層を成形するステップと、
前記薄肉レンズ層及び前記補強層を冷却して硬化させるステップと、
を含むことを特徴とする赤外線レンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、普及が急増している赤外線レンズの安価な製造技術に関し、特に赤外線レンズ並びにその製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線光学分野において、単結晶ゲルマニウム（Ｇｅ）や単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる赤外線レンズが使用されてきた。ＧｅやＳｉは赤外線領域で屈折率が高く、屈折率の波長分散が少ないので、レンズ材料として適している。しかしながら、非球面レンズやフレネルレンズ、レンズアレイ等の複雑形状への加工が非常に困難である。即ち、加工方法として超精密旋盤による切削加工が必要であるが、非常に長い加工時間を要する。また、材料の硬度が高いため、工具摩耗が非常に激しく、生産コストも増加する。特にフレネルレンズ等の所定の不連続形状の切削加工は、先端の尖った特殊なダイヤモンド工具を使用するため、工具摩耗や破損が大きな問題となる。したがって、大量生産品への適用に関して課題が多い。
【０００３】
近年は、より切削加工しやすい赤外線透過材料、例えばセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）や硫化亜鉛（ＺｎＳ）等も使用されている。しかしながら、ＺｎＳｅやＺｎＳは有害物質に該当するため、レンズ加工においては防護措置が必要不可欠であり、生産コストや安全性の問題が残されている。
【０００４】
一方で、赤外線を透過し、且つモールドプレス成形が可能なカルコゲナイドガラスが開発され、より安価な赤外線レンズの作製が可能となった。また、ＺｎＳやＳｉをレンズ基材として、その表面に回折面・非球面を形成したカルコゲナイドガラスを薄肉レンズ層として一体化させた赤外線複合レンズも提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、複合構造を形成するその他の光学レンズとして、特許文献２には、ガラスレンズ基材の光学機能面に光硬化樹脂からなる樹脂層を被着させた複合レンズが記載されている。特許文献３には、ガラスからなる透明基材の少なくとも片側に硬化樹脂組成物の硬化物が積層された複合レンズが記載されている。さらに、特許文献４には、ガイド部品の一方の面にガラス平行平板が固定され、ガラス平行平板の一方の面に樹脂レンズが形成されたハイブリッドレンズが記載されている。また、非特許文献１には、ポリマー及びハイブリッドガラスポリマーからなる光学部品が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２２０７０５号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４２４７８号公報
【特許文献３】特開２０１３−２０５８０９号公報
【特許文献４】国際公開ＷＯ２０１３／０２４７３３号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】V. Doushkina (January 2011). Polymer optics for thermally stable imaging, BioPhotonics, pp. 32-35.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のようにカルコゲナイドガラスを用いた赤外線レンズでは、カルコゲナイドガラスを成形するには４００度以上の高温が必要なため、超硬合金製の金型が必要になり、金型の加工コストが高いだけでなく、高温下でのプレス加工によって金型の使用寿命等が短い問題もある。また、特許文献２〜４及び非特許文献１に記載の複合レンズ（ハイブリッドレンズ）では、ガラス基材とその表面に形成された樹脂層との密着強度が不十分な場合がある。このため、ガラス基材と樹脂層との接合に接着剤を用いたり、アンカー効果を得るためにガラス基材の表面を加工したりすることが必要である。
【０００９】
上記課題に鑑み、本発明は、レンズ基材の片面又は両面に薄肉レンズ層が一体的に形成された複合レンズ（ハイブリッドレンズ）を構成する赤外線レンズであって、レンズ基材と薄肉レンズ層との密着強度が高く、安価で大量生産が可能な赤外線レンズ並びにその製造装置及び製造方法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】
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、（ａ）赤外線を透過する板状のレンズ基材と、（ｂ）レンズ基材の一方の主面に接合された赤外線透過樹脂からなる第１の薄肉レンズ層と、（ｃ）第１の薄肉レンズ層に連続して、レンズ基材の少なくとも外周部を覆うように成形された赤外線透過樹脂からなる補強層とを備える赤外線レンズであることを要旨とする。
【００１１】
本発明の他の態様は、（ａ）成形面を有する第１の金型と、（ｂ）成形面に対向する位置に、赤外線を透過する板状のレンズ基材を固定可能な第２の金型とを備え、第１及び第２の金型を用いて加熱しながら加圧することにより、第１及び第２の金型が構成する空間内で軟化した赤外線透過樹脂を流動させて、第２の金型に固定されたレンズ基材の一方の主面に、成形面のパターンが転写された赤外線透過樹脂からなる薄肉レンズ層を成形するとともに、薄肉レンズ層に連続して、レンズ基材の少なくとも外周部を覆うように赤外線透過樹脂からなる補強層を成形することを特徴とする赤外線レンズの製造装置であることを要旨とする。
【００１２】
本発明の更に他の態様は、（ａ）第１の金型に設けられた成形面に対向する位置において、赤外線を透過する板状のレンズ基材を第２の金型に固定するステップと、（ｂ）第１及び第２の金型を用いて加熱しながら加圧することにより、第１及び第２の金型が構成する空間内で軟化した赤外線透過樹脂を流動させて、レンズ基材の一方の主面に、成形面のパターンが転写された赤外線透過樹脂からなる薄肉レンズ層を成形するとともに、薄肉レンズ層に連続して、レンズ基材の少なくとも外周部を覆うように赤外線透過樹脂からなる補強層を成形するステップと、（ｃ）薄肉レンズ層及び補強層を冷却して硬化させるステップとを含む赤外線レンズの製造方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レンズ基材の片面又は両面に薄肉レンズ層が一体的に形成された複合レンズ（ハイブリッドレンズ）を構成する赤外線レンズであって、レンズ基材と薄肉レンズ層との密着強度が高く、安価で大量生産が可能な赤外線レンズ並びにその製造装置及び製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズの一例を示す平面図（上面図）であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ方向からみた断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズの製造装置の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズの製造方法における温度制御チャートである。
【図４】図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズの製造方法を説明するための概略図であり、図４（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズの製造方法を説明するための図４（ａ）に引き続く概略図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズの製造方法を説明するための図４（ｂ）に引き続く概略図であり、図５（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズの製造方法を説明するための図５（ａ）に引き続く概略図である。
【図６】図６（ａ）は、実施例に係る赤外線レンズの一例を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ方向からみた断面図である。
【図７】実施例に係る赤外線レンズ（右側）と比較例に係る赤外線レンズ（左側）の裏面側から見た写真である。
【図８】図８（ａ）は、実施例に係る赤外線レンズのレンズ基材を構成するＳｉと薄肉レンズ層を構成する高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）との接合界面の断面写真であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の一部を更に拡大した断面写真である。
【図９】実施例に係る赤外線レンズの波数に対する透過率（赤外線透過性）を比較例と比較して表すグラフである。
【図１０】実施例に係る赤外線レンズの波数に対する吸光度を比較例と比較して表すグラフである。
【図１１】実施例に係る赤外線レンズの光学性能評価用システムの概略図である。
【図１２】図１２（ａ）は比較例に係る、レンズを用いない場合の赤外線カメラによる撮像画像であり、図１２（ｂ）は、比較例に係るシリコンレンズ（薄肉レンズ層を有さない）を用いた赤外線カメラによる撮像画像であり、図１２（ｃ）〜図１２（ｆ）は、実施例に係る赤外線レンズを用いた赤外線カメラによる撮像画像である。
【図１３】実施例及び比較例に係る赤外線レンズを用いた赤外線カメラによる撮像画像における濃淡値を表すグラフである。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズの一例を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズの製造装置の一例を示す断面図である。
【図１６】図１６（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズの製造方法を説明するための概略図であり、図１６（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズの製造方法を説明するための図１６（ａ）に引き続く概略図である。
【図１７】図１７（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズの製造方法を説明するための図１６（ｂ）に引き続く概略図であり、図１７（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズの製造方法を説明するための図１７（ａ）に引き続く概略図である。
【図１８】図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、本発明のその他の実施形態に係る赤外線レンズの一例を示す断面図である。
【図１９】図１９（ａ）は、本発明のその他の実施形態に係る赤外線レンズ（マイクロレンズアレイ複合レンズ）を示す平面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）のＡ−Ａ方向からみた断面図である。
【図２０】図２０（ａ）は、本発明のその他の実施形態に係るマイクロレンズアレイ複合レンズの成形事例を示す画像であり、図２０（ｂ）は、本発明のその他の実施形態に係るマイクロレンズアレイ複合レンズの３次元測定結果を示した図である。
【図２１】本発明のその他の実施形態に係るマイクロレンズアレイ複合レンズの成形精度を表すグラフである。
【図２２】図２２（ａ）は、本発明のその他の実施形態に係る赤外線レンズの他の一例を示す平面図であり、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）のＡ−Ａ方向からみた断面図である。
【図２３】図２３（ａ）は、本発明のその他の実施形態に係る赤外線レンズの他の一例を示す断面図であり、図２３（ｂ）及び図２３（ｃ）は、本発明のその他の実施形態に係る赤外線レンズの他の一例を示す裏面側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を貼付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１６】
（第１の実施形態）
本発明の実施形態に係る赤外線レンズは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、赤外線を透過する板状のレンズ基材１と、レンズ基材１の一方の主面（表面）に接合された赤外線透過樹脂からなる薄肉レンズ層２ａと、薄肉レンズ層２ａに連続してレンズ基材１の外周部を覆うように接合された薄肉レンズ層２ａと同一の赤外線透過樹脂からなる補強層２ｂとを備える。本発明の実施形態に係る赤外線レンズでは、薄肉レンズ層２ａとレンズ基材１とが一体的な構造を形成するように接合されて複合レンズ（ハイブリッドレンズ）を構成している。
【００１７】
本発明の実施形態に係る赤外線レンズが適用される波長領域は、一部透過性の低い波長領域を除く全赤外線領域（波長０．７μｍ〜１０００μｍ）であり、薄肉レンズ層２ａ及びレンズ基材１を構成する材料や用途に応じて適宜設定可能である。なお、薄肉レンズ層２ａ及びレンズ基材１を構成する材料等によっては０．７μｍより短波長側又は１０００μｍより長波長側でも使用可能である。
【００１８】
レンズ基材１の厚さＴ１１は例えば５００μｍ〜２ｍｍ程度であり、薄肉レンズ層２ａの厚さＴ１２はレンズ基材１の厚さＴ１１より薄く、例えば５０μｍ〜１ｍｍ程度である。レンズ基材１の厚さＴ１１及び薄肉レンズ層２ａの厚さＴ１２のそれぞれは、用途に応じて適宜設定可能である。レンズ基材１は、例えば一辺の長さＬ１が１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度の矩形の平面パターンを有する。薄肉レンズ層２ａ及び補強層２ｂの外周は、例えば直径Ｄ１が２０〜２５ｍｍ程度の円形の平面パターンを有する。
【００１９】
レンズ基材１の材料は、薄肉レンズ層２ａ及び補強層２ｂを構成する赤外線透過樹脂の軟化点よりも高い融点を有し、且つ薄肉レンズ層２ａ及び補強層２ｂを構成する赤外線透過樹脂よりも高い剛性を有する。レンズ基材１の材料としては、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）が採用可能である。このうち、単結晶ＳｉやＧｅは無害であり、入手も容易である点で好適である。レンズ基材１の材料としては他にも、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、フッ化リチウム（ＬｉＦ２）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）又はカルコゲナイドガラス等が採用可能である。板状のレンズ基材１の表面（両主面）は、例えば平面形状又は球面形状を有しており、図１（ｂ）では両主面が平面形状を有する場合を示している。レンズ基材１の表面を平面形状又は球面形状とする加工は、研削や研磨等により容易に行われる。
【００２０】
薄肉レンズ層２ａを構成する赤外線透過樹脂としては、例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）が使用可能である。薄肉レンズ層２ａとレンズ基材１とは、例えば接着剤等を用いずに直に接しており、モールドプレス成形により一体的に接合している。薄肉レンズ層２ａの表面は、例えば球面形状や非球面形状を有しており、図１（ｂ）では非球面形状の場合を示している。薄肉レンズ層２ａの表面形状は、モールドプレス成形により様々にかつ容易に形成可能である。レンズ基材１及び薄肉レンズ層２ａの表面形状により、非球面レンズ、回折レンズ、フレネルレンズ又はマイクロレンズアレイ等のレンズ形状が規定される。
【００２１】
補強層２ｂは薄肉レンズ層２ａと同一の赤外線透過樹脂からなり、例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）が使用可能である。補強層２ｂとレンズ基材１とは、例えば接着剤等を用いずに直接接しており、モールドプレス成形により一体的に接合している。補強層２ｂは、レンズ基材１の外周部を覆い、レンズ基材１の他方の主面（裏面）にまで回り込むように配置されている。レンズ基材１の外周端から補強層２ｂの端部２ｘまでの距離Ｄ２は例えば１ｍｍ〜５ｍｍ程度であり、レンズ性能に影響を及ぼさない範囲で適宜設定可能である。
【００２２】
本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズによれば、複合レンズを構成するレンズ基材１及び薄肉レンズ層２ａのうち、レンズ基材１を構成するＳｉやＧｅ等が高い剛性を有するので、樹脂単体の赤外線レンズに比べて変形が生じにくく、形状精度の保証が容易となる。更に、薄肉レンズ層２ａが赤外線透過樹脂からなるので、薄肉レンズ層２ａの表面形状を低温（例えば２００℃以下）のモールドプレス成形により容易に形成することができる。このため、銅やアルミニウム、ニッケルメッキ等の金属金型が使用可能になり、金型の生産コストが低く、金型の使用寿命も長い。更に、切削に比べてレンズプレスにかかる時間も非常に短い。したがって、赤外線レンズの材料、製造装置に要するコスト及び製造時間をそれぞれ削減することで、総合的な生産コストを大幅に低減することができる。これにより、赤外線レンズの安価な大量生産が可能となる。
【００２３】
更に、薄肉レンズ層２ａに連続する補強層２ｂがレンズ基材１の外周部を覆い、更にレンズ基材１の他方の主面（裏面）にまで回り込むように配置されているので、レンズ基材１及び薄肉レンズ層２ａの接合強度を向上させることができる。これにより、外部からの衝撃を緩和でき、薄肉レンズ層２ａとレンズ基材１との剥離を防止できる。
【００２４】
次に、図１に示した赤外線レンズの製造装置（成形装置）の一例を説明する。本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズの製造装置は、図２に示すように、一対（第１及び第２）の金型１１，１２を備える。第１の金型（上側金型）１１及び第２の金型（下側金型）１２としては、金属部材やセラミックス部材の表面に銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等のメッキを施した構造が使用可能である。第１の金型１１は、薄肉レンズ層２ａのパターンを転写するための成形面１１ａを有する。なお、成形面１１ａは、第１の金型１１本体とは個別の部材に着脱・交換可能に設けられていてもよい。
【００２５】
第２の金型１２は、成形面１１ａに対向する位置に図１に示したレンズ基材１を固定可能な固定部１２ａを有する。固定部１２ａは、レンズ基材１の位置ずれを防止するためにその表面に溝加工等が施されていてもよく、レンズ基材１を吸着や接着等で固定してもよい。レンズ基材１の固定部１２ａとの接触部分が、図１に示したレンズ基材１の裏面の露出部分となる。固定部１２ａの上面は矩形であり、固定部１２ａの表面積がレンズ基材１の表面積よりも小さくなるように設定されている。
【００２６】
第２の金型１２には環状の胴型（環状リング）１３が設けられている。環状の胴型１３は、第１の金型１１及び第２の金型１２によるプレス時に、第２の金型１２に固定されたレンズ基材１の周囲を取り囲み、第１の金型１１及び第２の金型１２で構成する空間を密閉するとともに、補強層２ｂの外周部の形状を成形する。胴型１３には、第１の金型１１及び第２の金型１２によるプレスの際に過剰な樹脂を外部へ押し出すための弾性部材（ばね）１４と、第１の金型１１及び第２の金型１２によるプレスの停止位置を調整可能な停止位置調整機構（ストップボルト）１５が設けられている。なお、図２では図示を省略するが、胴型１３には更に、プレスにより押し出された過剰な樹脂を逃がすための排出機構（オーバーフローウェル）が設けられている。
【００２７】
第１の金型１１及び第２の金型１２の周囲には加熱手段（例えば赤外線ランプ）１８ａ，１８ｂが設けられている。また、図示を省略するが、第１の金型１１及び第２の金型１２を相対的に昇降させる油圧シリンダ等の駆動機構が設けられている。
【００２８】
次に、図２に示した赤外線レンズの製造装置（成形装置）を用いた本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズの製造方法の一例を、図３の温度制御チャート及び図４（ａ）〜図５（ｂ）の工程図を参照しながら説明する。
【００２９】
まず、図４（ａ）に示すように、予め加工された平面形状又は球面形状の表面を有するレンズ基材１を、赤外線レンズの製造装置の第１の金型１１の成形面１１ａに対向するように、第２の金型１２の固定部１２ａ上に載置して固定する。そして、レンズ基材１上に薄肉レンズ層２ａの母材となる粉末状、粒状または薄板状の赤外線透過樹脂２を載置する。なお、図４（ａ）に示す赤外線レンズの製造装置の断面は図２とは異なる断面を示しており、図２に示した弾性部材１４及び停止位置調整機構１５の図示が省略され、胴型１３に設けられた排出機構（オーバーフローウェル）１６が図示されている。排出機構１６は胴型１３に複数箇所設けられていてもよい。
【００３０】
図３の時刻ｔ１において、赤外線ランプ１８ａ，１８ｂを用いて加熱を開始し、チャンバ内を室温から赤外線透過樹脂２の軟化点以上の温度（例えば１４０℃）まで昇温させる。時刻ｔ２において赤外線透過樹脂２の軟化点以上の温度（例えば１４０℃）を一定時間（例えば３０秒）保持して、赤外線透過樹脂２を軟化させる。なお、時刻ｔ２〜ｔ３において一定温度に保持する代わりに、温度を段階的に昇温させる等適宜変化させてもよい。
【００３１】
時刻ｔ３において、図４（ｂ）に示すように第１の金型１１及び第２の金型１２を加熱しながら例えば０．２ｋＮ程度の負荷で加圧して、図５（ａ）に示すようにプレスする。レンズ基材１上の軟化した赤外線透過樹脂２は第１の金型１１と第２の金型１２により構成された空間（隙間）を流動して、第１の金型１１の成形面１１ａに充填され、薄肉レンズ層２ａが成形される。赤外線透過樹脂２は更に、レンズ基材１の外周部を経由してレンズ基材１の裏面まで回りこみ、固定部１２ａの側壁まで到達して補強層２ｂが成形される。薄肉レンズ層２ａ及び補強層２ｂの成形量以上の過剰な赤外線透過樹脂がある場合には排出機構１６に逃がすことができる。
【００３２】
時刻ｔ３においてプレスを開始してから一定時間（例えば４０秒）経過後の時刻ｔ４において、赤外線ランプ１８ａ，１８ｂを停止して冷却を開始し、チャンバ内を赤外線透過樹脂２が硬化する温度（例えば８０℃）まで降温させる。この結果、レンズ基材１の一方の主面に薄肉レンズ層２ａが形成され、薄肉レンズ層２ａに連続してレンズ基材１の少なくとも外周部を覆うように補強層２ｂが形成されて、赤外線レンズが完成する。その後、図５（ｂ）に示すように第１の金型１１及び第２の金型１２の加圧を解除し、赤外線レンズを離型する。
【００３３】
本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズの製造装置及び製造方法によれば、安価な赤外線レンズを短時間且つ容易に製造でき、赤外線レンズの安価な大量生産が可能となる。なお、図４（ａ）に示すようにレンズ基材１上に粉末状又は粒状の赤外線透過樹脂２を予め載置する代わりに、第１の金型１１及び第２の金型１２が構成する空間内に、加熱により軟化した赤外線透過樹脂を射出ノズルにより射出する構成であってもよい。
【００３４】
また、薄肉レンズ層２ａ及び補強層２ｂを構成する赤外線透過樹脂がＨＤＰＥ等の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であることを前提として、加熱により赤外線透過樹脂を硬化させる場合を説明したが、薄肉レンズ層２ａ及び補強層２ｂを構成する赤外線透過樹脂が紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂等の外部エネルギーによりエネルギー硬化性樹脂であってもよい。例えば、薄肉レンズ層２ａ及び補強層２ｂを構成する赤外線透過樹脂が紫外線硬化樹脂であれば、第１の金型１１及び第２の金型１２によりプレスした状態で、紫外線ランプを用いて紫外線を照射して硬化させることができる。
【００３５】
＜実施例＞
次に、本発明の実施形態に係る赤外線レンズの実施例を説明する。図６（ａ）及び図６（ｂ）（図６（ａ）のＡ−Ａ方向から見た断面図）に示すように、実施例に係る赤外線レンズのレンズ基材１として、厚さ７５５μｍであり、予め加工された平面形状の表面を有し、１５ｍｍ×１５ｍｍの矩形の平面パターンを有するＳｉ基板を用いた。薄肉レンズ層２ａ及び補強層２ｂとしてはＨＤＰＥを用い、直径２２ｍｍの円形の平面パターンに形成し、補強層２ｂをシリコン基板の裏面に１ｍｍ程度回り込ませた。実施例に係る赤外線レンズは薄肉レンズ層２ａの厚さを変えて複数個作製した。
【００３６】
図７の写真の右側は、実施例に係る赤外線レンズの一例を裏面側から見たものであり、左側は、レンズ基材１の表面側にのみＨＤＰＥを設けた構造の赤外線レンズを裏面側から見たものである。右側の実施例に係る赤外線レンズでは、レンズ基材１の裏面側までＨＤＰＥが回りこんでいるのが分かる。
【００３７】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、レンズ基材１を構成するＳｉと、薄肉レンズ層２ａを構成するＨＤＰＥとの接合界面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面写真を示す。図８（ａ）及び図８（ｂ）から、レンズ基材１を構成するＳｉと、薄肉レンズ層２ａを構成するＨＤＰＥとが隙間無く良好に密着し接合していることが分かる。
【００３８】
実施例に係る赤外線レンズとしては、厚さ７５５μｍのＳｉからなるレンズ基材１をそれぞれ用い、レンズ基材１上に形成されるＨＤＰＥからなる薄肉レンズ層２ａの厚さを５０μｍ、５５μｍ、６５μｍ、１１５μｍと変えた複数の実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを作製した。更に、複数の実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと比較するために、薄肉レンズ層を有さない厚さ７５５μｍのＳｉ基材のみからなる構造の比較例Ａと、レンズ基材を有さない厚さ５０μｍのＨＤＰＥのみからなる構造の比較例Ｂとを作製した。
【００３９】
図９に実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び比較例Ａ，Ｂについての赤外線透過性を表すグラフを示し、図１０に実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び比較例Ａ，Ｂについての吸光度を表すグラフを示す。図９及び図１０に示すように、実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれも、赤外線領域の広い範囲において赤外線を透過可能であることが分かる。また、実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでは、薄肉レンズ層２ａが薄いほど赤外線を透過し易いことが分かる。特に薄肉レンズ層２ａが薄い実施例Ａ，Ｂ等の透過率は、広い波長範囲においてＳｉ単体の比較例Ａよりも高くなっており、薄肉レンズ層２ａが反射防止膜として機能していると考えられる。
【００４０】
次に、図１１に示すような評価システムを用いて実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び比較例Ａ，Ｂに係る赤外線レンズ１０を評価した。実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び比較例Ａ，Ｂに係る赤外線レンズ１０を、赤外線カメラ２３のレンズカバー２２に取り付けた。赤外線カメラ２３には接続ケーブル２４を介して携帯端末２５を接続した。そして、赤外線レンズ１０から３４０ｍｍ離れた位置のスクリーン２１にテストチャートを表示して、赤外線レンズ１０を介して赤外線カメラ２３で撮像し、携帯端末２５の表示部に撮像画像２６を表示した。
【００４１】
図１２（ａ）〜図１２（ｆ）に、比較例Ｂ，Ａ及び実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに係る赤外線レンズ１０を透過させた赤外線カメラ２３による撮像画像をそれぞれ示す。図１２（ａ）〜図１２（ｆ）に示すように、比較例Ｂ，Ａ及び実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれの撮像画像でもテストチャートを認識できた。図１３は、実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び比較例Ａの撮像画像の結像輝度（濃淡値）の測定結果を示す。実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの薄肉レンズ層２ａが厚いほど濃淡値が高くなることが分かる。
【００４２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズは、図１４に示すように、赤外線を透過する板状のレンズ基材１と、レンズ基材１の一方の主面（表面）に接合された薄肉レンズ層（第１の薄肉レンズ層）２ａと、第１の薄肉レンズ層２ａに連続してレンズ基材１の外周部を覆うように接合された補強層２ｂとに加えて、補強層２ｂに連続して、レンズ基材１の他方の主面（裏面）に接合された薄肉レンズ層（第２の薄肉レンズ層）２ｃを更に備える点が、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズの構成と異なる。第１の薄肉レンズ層２ａ、補強層２ｂ及び第２の薄肉レンズ層２ｃは同一の赤外線透過樹脂からなる。
【００４３】
本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズでは、第１の薄肉レンズ層２ａ、補強層２ｂ及び第２の薄肉レンズ層２ｃによりレンズ基材１が内包された一体的な構造を有する。第２の薄肉レンズ層２ｃは、第１の薄肉レンズ層２ａと同様に、モールドプレス成形によりレンズ基材１と一体的に形成されている。第２の薄肉レンズ層２ｃの表面形状は第１の薄肉レンズ層２ａの表面形状と同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。第１の薄肉レンズ層２ａ、レンズ基材１及び第２の薄肉レンズ層２ｃにより複合レンズ（ハイブリッドレンズ）が構成されている。
【００４４】
なお、第２の薄肉レンズ層２ｃは、製造プロセス等に起因して、レンズ基材１の裏面を全て被覆していなくてもよく、例えばレンズ基材１の外周付近に位置する第２の薄肉レンズ層２ｃに、レンズ基材１を露出する開口部が設けられていてもよい。本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズの他の構成は、第１の実施形態に係る赤外線レンズの構成と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
【００４５】
本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズによれば、本発明の第１の実施形態と同様に、高精度で安価な赤外線レンズを実現可能となる。更に、第２の薄肉レンズ層２ｃを更に備えることにより、第１の薄肉レンズ層２ａ、レンズ基材１及び第２の薄肉レンズ層２ｃにより複雑なレンズ形状を実現可能となる。更に、第１の薄肉レンズ層２ａ、第２の薄肉レンズ層２ｃ及び補強層２ｂによりレンズ基材１が内包される一体的な構造を実現することにより、第１の薄肉レンズ層２ａ及び第２の薄肉レンズ層２ｃとレンズ基材１との接合強度をより向上させることができる。
【００４６】
＜赤外線レンズの製造装置＞
本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズの製造装置は、図１５に示すように、第２の金型１２が、図１４に示した第２の薄肉レンズ層２ｃを転写するための成形面１２ｂを有する。また、第２の金型１２には、レンズ基材１を固定するための固定部１７ａ，１７ｂが設けられている。固定部１７ａ，１７ｂは例えば柱状であって、図１５の紙面の手前側又は奥側に固定部１７ａ，１７ｂが無い部分がある。そのため、固定部１７ａ，１７ｂにレンズ基材１を載置した場合でも、軟化した赤外線透過樹脂がレンズ基材１直下の成形面１２ｂまで回り込むことができる。
【００４７】
固定部１７ａ，１７ｂの位置や形状、個数は特に限定されず、レンズ基材１を固定可能なように第１の金型１１及び第２の金型１２の少なくともいずれかに設けられていればよい。本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズの製造装置の他の構成は、図２に示した本発明の第１の実施形態に係る赤外線レンズの製造装置と同様であるので、重複した説明を省略する。
【００４８】
次に、図１５に示した赤外線レンズの製造装置を用いた本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズの製造方法の一例を、図３及び図１６（ａ）〜図１７（ｂ）を参照しながら説明する。
【００４９】
図１６（ａ）に示すように、予め加工された平面形状又は球面形状の表面を有するレンズ基材１を、第２の金型１２の固定部１７ａ，１７ｂ上に載置して固定する。そして、レンズ基材１上に粉末状、粒状又は薄板状の赤外線透過樹脂２を載置する。なお、赤外線透過樹脂２の一部を第２の金型１２の成形面１２ｂ上にも載置しておいてもよい。図３の時刻ｔ１において赤外線ランプ１８ａ，１８ｂを用いて加熱を開始し、室温からプレス温度まで昇温させる。時刻ｔ２〜ｔ３において一定温度に保持する。
【００５０】
時刻ｔ３において図１６（ｂ）に示すように第１の金型１１及び第２の金型１２を加圧して、図１７（ａ）に示すようにプレスする。この際、赤外線透過樹脂２は軟化して流動し、第１の金型１１の成形面１１ａに充填されて第１の薄肉レンズ層２ａが成形される。赤外線透過樹脂２は更に、レンズ基材１の外周部を経由してレンズ基材１の裏面にまで回りこみ、第２の金型１２の成形面１２ｂにも充填されて第２の薄肉レンズ層２ｃが成形される。時刻ｔ４〜ｔ５において赤外線ランプ１８ａ，１８ｂを停止して冷却し、赤外線透過樹脂２を硬化させることで、赤外線レンズが完成する。第１の金型１１及び第２の金型１２の加圧を解除し、図１７（ｂ）に示すように赤外線レンズを離型する。
【００５１】
本発明の第２の実施形態に係る赤外線レンズの製造装置及び製造方法によれば、レンズ基材１の両面側に第１の薄肉レンズ層２ａ及び第２の薄肉レンズ層２ｃを形成して赤外線レンズを安価且つ短時間で製造できるので、赤外線レンズの大量生産が可能となる。
【００５２】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５３】
例えば、第１及び第２の実施形態においては、レンズ基材１の表面を平面に加工し平面基板とした場合を説明したが、図１８（ａ）に示すように、レンズ基材１がその表面を球面に加工した球面基板であってもよく、より複雑な形状であってもよい。また、薄肉レンズ層２ａの表面を非球面レンズとした場合を説明したが、図１８（ｂ）に示すように、薄肉レンズ層２ａの表面がフレネルレンズや回折レンズ、球面レンズを構成していてもよい。
【００５４】
また、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）（図１９（ａ）のＡ−Ａ方向から見た断面図）に示すように、薄肉レンズ層２ａの表面がマイクロレンズアレイを構成していてもよい。図２０に薄肉レンズ層２ａの表面にマイクロレンズアレイを構成した試作例の画像を示し、図２０（ｂ）にマイクロレンズアレイの３次元測定結果を示す。図２１に示すように、金型の成形面と、成形した赤外線レンズのレンズ頂部における誤差は２μｍ程度であり、補正可能な程度に小さいことが分かる。
【００５５】
また、第１及び第２の実施形態においては、レンズ基材１が矩形の平面パターンを有する場合を説明したが、例えば円形の平面パターンを有していてもよい。例えばレンズ基材１がＳｉからなる場合等は、数インチのＳｉウェハからダイシング等により切り出したチップ形状のまま使用できるため、矩形の平面パターンを有することが好ましい。また、薄肉レンズ層２ａ及び補強層２ｂの平面パターンが円形である場合を示したが、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように、薄肉レンズ層２ａ及び補強層２ｂの平面パターンが矩形を有していてもよい。薄肉レンズ層２ａ及び補強層２ｂの平面パターンが矩形であれば、赤外線レンズの取り付けが容易となる場合がある。
【００５６】
また、第１の実施形態においては、薄肉レンズ層２ａに連続する補強層２ｂがレンズ基材１の外周部を覆い、更にレンズ基材１の裏面まで回り込んだ構造を説明したが、図２３（ａ）に示すように、補強層２ｂがレンズ基材１の外周部を覆い、レンズ基材１の裏面までは回りこまない構造であってもよい。図２３（ａ）に示した赤外線レンズは、例えば図２に示した製造装置の第２の金型１２の固定部１２ａの表面積をレンズ基材１の表面積よりも大きくすれば実現可能である。
【００５７】
また、レンズ基材１の裏面に回りこんだ補強層２ｂの開口パターンが矩形である場合を説明したが、図２３（ｂ）に裏面側から見た場合を示すように、レンズ基材１の裏面に回りこんだ補強層２ｂの開口パターンが円形であってもよい。また、補強層２ｂがレンズ基材１の裏面側に全周に亘って回り込んだ構造を説明したが、図２３（ｃ）に示すように、レンズ基材１の裏面側の一部にのみ部分的に回り込んでいてもよい。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の赤外線レンズは、暗視カメラ、車載ナイトビジョン装置、夜間防犯カメラ、温度センサ、サーモグラフィ、太陽電池評価、セキュリティー・体温検査、火災検知等幅広い製品に利用可能である。例えば自動車分野だけでも、夜間走行支援、歩行者検知、死角の人体検知、車室内の人体検知等に利用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１…レンズ基材
２…赤外線透過樹脂
２ａ，２ｃ…薄肉レンズ層
２ｂ…補強層
２ｘ…端部
１１…第１の金型
１１ａ，１２ｂ…成形面
１２ａ，１７ａ，１７ｂ…固定部
１３…胴型
１４…弾性部材
１５…停止位置調整機構
１６…排出機構（オーバーフローウェル）
１８ａ，１８ｂ…加熱手段（赤外線ランプ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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【図２０】
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