JP2005037884A - レンズプレートおよびその製造方法並びに画像伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
迷光を効果的に除去できるレンズプレート、そのレンズプレートの製造方法、およびそのレンズプレートを利用した画像伝達装置を提供する。
【解決手段】
レンズプレート１の隣り合う矩形溝３の間に、球面の微小凸レンズ２を配列する。微小凸レンズ２のプレート平面方向の外形は円形であり、その配列を、レンズプレート１の長辺に直交する方向、すなわち矩形溝３に平行とする。迷光は、主としてレンズプレート１の長辺方向に配列された微小凸レンズ２に現れるため、レンズプレートの長辺に直交する方向に等間隔に、矩形溝３を形成し、矩形溝３に光吸収性膜を形成してレンズプレート１の長辺方向に発生する迷光を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、長方形レンズ形成領域に球面または非球面の微小凸レンズが規則的に配列されたレンズプレートおよびその製造方法並びに画像伝達装置に関する。

従来、開口絞りや迷光対策のための遮光機能を備えたレンズアレイプレートとしては、近接するレンズの間に光吸収性膜による遮光層が形成された構造や、レンズ面に対向する面に遮光層が形成された構造が知られている。

この遮光層の形成方法には、光吸収性剤を含むフォトレジストを使用してフォトリソグラフィ法で形成する方法、光吸収性塗料をレンズ面全面に塗布し、レンズ部の光吸収性塗料のみを除去して形成する方法、遮光層を形成する部位に光吸収性塗料をインクジェット方式で塗布して形成する方法、遮光層を形成する部位に溝を形成し、この溝に光吸収性塗料を充填して形成する方法などが提案されている。

しかしながら、レンズ周辺および近接するレンズの間並びにレンズ面に対向する面に遮光層を形成した場合、レンズ領域外から入射する光の除去や、レンズに対して斜めに入射した光がレンズ領域外から出射する光の除去には有効であるが、レンズに対して斜めに入射した光がレンズアレイプレートの厚み方向を通過して近接するレンズの出射側から出射する迷光は除去できない。

また、金型の転写成形方法で溝が形成され、この溝の側面および底面に光吸収性膜が形成されることで遮光層が形成される構造の場合、レンズ形状の成形性や金型からのレンズプレートの離脱性から、成形できる溝の深さには制限がある。そのため、レンズに対して斜めに入射した光が、レンズプレートの厚み方向を通過し、近接するレンズの出射側から出射する迷光を除去するために必要な遮光層を形成するために必要なアスペクト比の溝を得るのは困難である。

本発明の目的は、上述のような問題を解決し、迷光を効果的に除去できるレンズプレート、そのレンズプレートの製造方法、およびそのレンズプレートを利用した画像伝達装置を提供することにある。

本発明は、長方形レンズ形成領域に球面または非球面の微小凸レンズが規則的に配列されたレンズプレートにおいて、長方形レンズ形成領域の長辺に直交する方向に配列された微小凸レンズのレンズ列とそれと平行して隣り合う微小凸レンズのレンズ列との間に、レンズ列と平行に溝を有し、溝に光吸収性膜を備えることを特徴とする。溝は、プレートの厚さの３分の１以上の深さで形成されることが好ましい。

また、本発明は、長方形レンズ形成領域に球面または非球面の微小凸レンズを規則的に配列した樹脂製レンズプレートの製造方法において、所定の深さと間隔とで溝を形成した樹脂製プレートに微小凸レンズを形成することを特徴とする。

また、所定の深さと間隔とで溝を形成した樹脂プレートに、ホットエンボス法で球面または非球面の微小凸レンズを形成することが好ましい。

また、本発明の画像伝達装置は、上述したレンズプレートを２枚以上組み合わせて形成した正立レンズアレイを用いることを特徴とする。

本発明によるところのレンズプレートは、隣り合う微小凸レンズ間に形成された溝に光吸収性の高い部位が形成され、この部位が迷光を除去する遮光壁をなすことから、特にこの溝に直交する方向に生じる迷光を除去できるものとなる。

また、本発明によるところのレンズプレートの製造方法は、溝が成形された樹脂プレートにレンズを成形することでレンズプレートを形成することから、迷光を効果的に除去できる。

さらに、本発明によるところの画像伝達装置は、レンズプレートに形成された溝により長方形レンズ形成領域の長辺方向に発生する迷光が効果的に除去され、隔壁構造体によって長辺に直交する方向に発生する迷光が効果的に除去されることから、迷光を効果的に除去できる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に関わる、立体像や２次元画像の空中表示装置、スクリーンへの画像投影装置、受光素子や感光体に画像を結像させる画像伝達装置に用いられる正立レンズアレイを構成するレンズプレートの実施の形態を示す平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

レンズプレート１の材質は、熱可塑性で光透過性が高く、吸水性の低いものが望ましい。この実施の形態では、シクロオレフィン系樹脂を用いてレンズプレートを作製している。レンズプレート１の材質は、アクリル系樹脂でもよい。

レンズプレート１は、その長辺に直交する方向で、等間隔に矩形溝３が形成されている。矩形溝３は、開口部の幅に対して深さが深い、アスペクト比の高いものとなっている。ここでは、開口部の幅の約４倍、レンズプレート１の厚さに対して約６０％の深さの溝が形成されている。矩形溝３は、レンズプレート１の厚さの３分の１以上の深さで形成されていることが好ましい。

レンズプレート１の矩形溝３の間には、球面の微小凸レンズ２が配列されている。微小凸レンズ２のプレート平面方向の外形は円形であり、その配列を、レンズプレート１の長辺に直交する方向、すなわち矩形溝３に平行とし、微小凸レンズ２間に一定の間隔を有している。

また、微小凸レンズ２は、レンズプレート１の両面に形成され、微小凸レンズ２の光軸、配置は両面で一致するようになっている。

なお、この実施の形態では、微小凸レンズの形状を球面としたが、非球面の形状も考えられる。また、微小凸レンズは、レンズプレートの両面に形成される形態以外に、片面に形成される形態も考えられる。微小凸レンズの配列がプレートの片面に形成されている場合は、矩形溝は、微小凸レンズの配列が形成されている面またはそれに対向する面に形成されることが好ましく、微小凸レンズの配列がプレートの両面に形成されている場合は、矩形溝は、微小凸レンズの配列が形成されている面の少なくとも一方に形成されることが好ましい。

また、この実施の形態では、矩形溝は、レンズプレートの長辺に直交する方向に等間隔で形成されているが、矩形溝間に微小凸レンズを矩形溝に平行に配列するようにして、レンズプレートの長辺に対し斜めの方向に等間隔で矩形溝を形成するようにしてもよい。

レンズプレート１の表面には、シリカ化合物被膜による低反射被膜が形成されている。低反射被膜は、レンズプレートの反射率を低減するためのものであり、レンズプレートよりも屈折率の低い材料が使用できる。シリカ化合物被膜の他にフッ素系樹脂膜なども用いられる。

また、レンズプレート１の両面のレンズ形成領域外および微小凸レンズ外周部にはレンズ以外から入射される迷光を防止するための光吸収性膜によるマスキング４と開口絞り５が形成されている。

さらに、矩形溝３にも、その底面と側面とに光吸収性膜が形成されている。矩形溝３は、レンズプレート１の厚さの３分の１以上の深さで形成されていること好ましく、３分の１以上の深さに光吸収性膜による遮光部分があることによって、斜めに入射する光のうち、レンズの視野角度より広い角度で入射する光は、確実に遮光することができる。

次に、本発明によるレンズプレートの製造方法について説明する。

まず、レンズプレートの基板となる樹脂プレートを押し出し成形法または射出成形法により作製する。図３は、押し出し成形法により作製された樹脂プレートを示す平面図と側面図である。

押し出し成形を行うための金型には、矩形溝３を樹脂プレート成形と同時に成形できるように、矩形溝３の反転構造が形成されている。樹脂プレート６は、レンズプレートを多数個並列に成形できる大きさに成形する。

次に、矩形溝３に迷光を防止するための光吸収性膜を形成する。光吸収性膜にはカーボンを含有する黒色レジストが用いられ、光吸収性膜の形成は、矩形溝３の底面と側面に黒色レジストを塗布して行われる。矩形溝３への黒色レジストの塗布は、毛管現象を利用することで容易に行うことができる。図４は、矩形溝に光吸収性膜が形成された樹脂プレートを示す平面図と側面図である。

次に、矩形溝３に黒色レジストが塗布された樹脂プレート６に対し、ホットエンボス法により一括で両面に微小凸レンズの配列を形成し、レンズプレートが多数個並列に形成された大判レンズプレートを形成する。ホットエンボス法は、加熱した樹脂プレートを金型で挟み込み、金型の形状を転写成形する樹脂成形法である。図５は、ホットエンボス法により両面に微小凸レンズが形成された大判レンズプレートを示す平面図と側面図である。

また、図６は、ホットエンボス法により樹脂プレートにレンズ列を形成する前とレンズ列を形成した後の樹脂プレートの一部拡大断面図である。図６（ａ）がホットエンボス法を行う前の樹脂プレートの断面図であり、図６（ｂ）がホットエンボス法を行った後の樹脂プレートの断面図である。

矩形溝３に光吸収性膜を形成した後に、ホットエンボス法で微小凸レンズの配列を形成すると、熱と圧力で溝がつぶれて埋まり、あたかもレンズプレート内部に黒い遮光壁ができたようになる。すなわち、溝としての空間は、つぶれてなくなる。これにより、レンズプレートとしての強度が増す。

次に、レンズプレートが多数個並列に成形された大判レンズプレート７に対し、レンズプレート表面にシリカ化合物被膜による低反射被膜を形成する。低反射被膜は、樹脂レンズプレートの反射率を低減するためのものであり、シリカ化合物被膜の他に、フッ素系樹脂膜なども用いられる。

レンズプレートの両面のレンズ形成領域外および微小凸レンズ外周部にはレンズ以外から入射される迷光を防止するための光吸収性膜を形成する。光吸収性膜には、光反応性の材料、例えば、カーボンを含有する黒色レジストを用い、フォトリソグラフィ法により、レンズ形成領域外のマスキングおよび微小凸レンズ外周部の開口絞りを形成する。図７は、黒色レジストが塗布された状態の大判レンズプレートを示す平面図と側面図である。

ここまでの工程は、レンズプレートが多数個並列に成形された大判レンズプレート７の状態で一括に行う。

次に、大判レンズプレート７を切断する。図８は、切断された状態の大判レンズプレートを示す平面図と側面図である。レンズプレートが多数個並列に成形された大判レンズプレート７を切断し、個々のレンズプレート１を得る。

次に、本発明によるレンズプレートを組み合わせて形成した正立レンズアレイを用いた画像伝達装置について図面を参照して説明する。図９は、本発明によるレンズプレートを用いた画像伝達装置の例を示す図である。図９（ａ）は平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図９（ｃ）は底面図であり、図９（ｄ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う画像伝達装置の長手方向に垂直な方向の断面図である。

正立レンズアレイは、レンズプレートを２枚以上重ね合わせて構成され、図９では、両面に微小凸レンズが形成された２枚のレンズプレート１を重ね合わせて正立レンズアレイ８を構成している。正立レンズアレイ８は、レンズプレート１の長方形レンズ形成領域の長辺に平行なスリット状開口部１０を有する隔壁構造体９に収められる。この隔壁構造体９は、光吸収性の材質で作製されることが好ましい。

隔壁構造体９の持つスリット状開口部１０の開口幅は、長方形レンズ形成領域の長辺に直交する方向に発生する迷光を充分に除去する幅に設定する。

なお、例えば図９に示すように、正立レンズアレイを構成する２枚のレンズプレート（レンズ面は４面）のうち、画像伝達装置の入射側から見て、１枚目の裏面と２枚目の裏面（出射面）に、矩形溝の加工を施し、この矩形溝に迷光を防止するための遮光壁（光吸収性膜）を形成することが好ましい。

この画像伝達装置では、長方形レンズ形成領域の長辺方向に発生する迷光は、画像伝達装置を構成するレンズプレートの長方形レンズ形成領域の長辺に直交する方向に形成された矩形溝により効果的に除去される。

図１０は、本発明によるレンズプレートを用いた画像伝達装置の他の例を示す図である。図１０（ａ）は平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、図１０（ｃ）は底面図であり、図１０（ｄ）は図１０（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う画像伝達装置の長手方向に垂直な方向の断面図である。図１０に示すように、正立レンズアレイの入射側にスリット状開口部を設けると、より効果的に迷光を防止することができる。

図１１は、本発明によるレンズプレートを用いた画像伝達装置の更に他の例を示す図である。図１１（ａ）は平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図であり、図１１（ｃ）は底面図であり、図１１（ｄ）は図１１（ａ）のＧ−Ｇ線に沿う画像伝達装置の長手方向に垂直な方向の断面図である。図１１に示すように、正立レンズアレイの入射側および出射側の両方にスリット状開口部を設けてもよい。

図９〜図１１では、迷光を除去するために、隔壁構造体９に、レンズ形成領域の長辺に平行なスリット状開口部１０を設けたが、図１２（ａ）に示すように、スリット状開口部１０をガラス等の透光性部材１１で覆うようにしてもよいし、図１２（ｂ）に示すように、隔壁構造体９に、レンズ形成領域の長辺に平行な方向に沿って開口部を設けておいて、開口部を、スリットが印刷されたガラス等の透光性部材１２で覆うようにしてもよい。開口部を透光性部材で覆うことによって、正立レンズアレイに塵等が付着するのを防ぐことができる。

本発明のレンズプレートの実施の形態を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 押し出し成形法により作製された樹脂プレートを示す平面図と側面図である。 矩形溝に光吸収性膜が形成された樹脂プレートを示す平面図と側面図である。 ホットエンボス法により両面に微小凸レンズが形成された大判レンズプレートを示す平面図と側面図である。 ホットエンボス法により樹脂プレートにレンズ列を形成する前とレンズ列を形成した後の樹脂プレートの一部拡大断面図である。 黒色レジストが塗布された状態の大判レンズプレートを示す平面図と側面図である。 切断された状態の大判レンズプレートを示す平面図と側面図である。 本発明によるレンズプレートを用いた画像伝達装置の例を示す図である。 本発明によるレンズプレートを用いた画像伝達装置の他の例を示す図である。 本発明によるレンズプレートを用いた画像伝達装置の更に他の例を示す図である。 画像伝達装置の変形例を示す図である。

符号の説明

１ レンズプレート
２ 微小凸レンズ
３ 矩形溝
４ マスキング
５ 開口絞り
６ 樹脂プレート
７ 大判レンズプレート
８ 正立レンズアレイ
９ 隔壁構造体
１０ スリット状開口部
１１，１２ 透光性部材

Claims (11)

1. 長方形レンズ形成領域に球面または非球面の微小凸レンズが規則的に配列されたレンズプレートにおいて、前記長方形レンズ形成領域の長辺に直交する方向に配列された前記微小凸レンズのレンズ列とそれと平行して隣り合う微小凸レンズのレンズ列との間に、レンズ列と平行に溝を有し、前記溝に光吸収性膜を備えることを特徴とするレンズプレート。
2. 前記微小凸レンズのレンズ列がプレートの片面に配列されている場合は、前記溝を、微小凸レンズの配列が形成されている面またはそれに対向する面に有し、前記微小凸レンズのレンズ列がプレートの両面に配列されている場合は、前記溝を、微小凸レンズの配列が形成されている面の少なくとも一方に有することを特徴とする請求項１に記載のレンズプレート。
3. 前記溝は、プレートの厚さの３分の１以上の深さで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズプレート。
4. 樹脂を用いて作製されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレンズプレート。
5. 長方形レンズ形成領域に球面または非球面の微小凸レンズを規則的に配列した樹脂製レンズプレートの製造方法において、所定の深さと間隔とで溝を形成した樹脂製プレートに前記微小凸レンズを形成することを特徴とする樹脂製レンズプレートの製造方法。
6. 所定の深さと間隔とで溝を形成した樹脂プレートを押し出し成形法で成形し、成形された樹脂プレートに前記微小凸レンズを形成することを特徴とする請求項５に記載の樹脂製レンズプレートの製造方法。
7. 所定の深さと間隔とで溝を形成した樹脂プレートを射出成形法で成形し、成形された樹脂プレートに前記微小凸レンズを形成することを特徴とする請求項５に記載の樹脂製レンズプレートの製造方法。
8. 所定の深さと間隔とで溝を形成した前記樹脂プレートに、金型から転写成形して球面または非球面の前記微小凸レンズを形成することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の樹脂製レンズプレートの製造方法。
9. 所定の深さと間隔とで溝を形成した前記樹脂プレートに、ホットエンボス法で球面または非球面の前記微小凸レンズを形成することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の樹脂製レンズプレートの製造方法。
10. 請求項１〜４のいずれかに記載のレンズプレートを２枚以上組み合わせて形成した正立レンズアレイを用いることを特徴とする画像伝達装置。
11. 入射側および／または出射側に、前記レンズプレートの長辺方向に沿ってスリット状開口部が設けられた光吸収性体からなる構造体を備えることを特徴とする請求項１０に記載の画像伝達装置。

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