JP2007517254A - 非球面マイクロレンズアレイ及びその製造方法、並びにその応用 - Google Patents
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Abstract
【課題】光軸に垂直な平面上で直交する２つの軸に沿って曲率半径と非球面係数を個別に異なるように調節することにより光効率を向上させる非球面マイクロレンズアレイ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明による非球面マイクロレンズアレイ１００は、ベース１２０と、前記ベース上に配列され、光軸に垂直な前記ベースの平面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径及び非球面係数を有するように形成される複数の非球面マイクロレンズ１１０とを含み、屈折程度、すなわち、開口数を各軸方向に沿って容易に調節でき、球面収差が減少して集光効率が増加する。また、プロジェクションスクリーン、イメージセンサなどに適用される場合、感度及び解像度の向上を図ることができる。
【選択図】図６
【解決手段】本発明による非球面マイクロレンズアレイ１００は、ベース１２０と、前記ベース上に配列され、光軸に垂直な前記ベースの平面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径及び非球面係数を有するように形成される複数の非球面マイクロレンズ１１０とを含み、屈折程度、すなわち、開口数を各軸方向に沿って容易に調節でき、球面収差が減少して集光効率が増加する。また、プロジェクションスクリーン、イメージセンサなどに適用される場合、感度及び解像度の向上を図ることができる。
【選択図】図６
Description
本発明は、非球面マイクロレンズアレイ及びその製造方法、並びにその応用に関し、特に、光軸に垂直な平面上で直交する２つの軸に沿って曲率半径と非球面係数を個別に異なるように調節することにより向上した集束性能及び視野角を有するように構成された非球面マイクロレンズアレイ及びその製造方法、並びにその応用に関する。
一般に、マイクロレンズアレイは、陰極線管（ＣＲＴ）や液晶表示装置（ＬＣＤ）に生成された小さい画像を拡大投射してユーザが大きい画面を見ることができるようにしたプロジェクションスクリーンに主に使用されており、最近、その適用領域が次第に拡大されている。
図１〜図３はプロジェクションスクリーンに適用される従来のマイクロレンズアレイの一実施形態を示す図であって、図１は従来のプロジェクションスクリーンの構造を示す概略図であり、図２は図１のレンチキュラマイクロレンズアレイを示す正面図であり、図３は図２のIII−III線側断面図である。
図示するように、従来のプロジェクションスクリーンは、複数のレンチキュラマイクロレンズ１１が配列されたマイクロレンズアレイシート１０と、フレネルレンズ板２０とから構成される。マイクロレンズアレイシート１０は、レンチキュラマイクロレンズ１１が配列されて装着される基板１２と、基板１２上に光透過部を形成するためのブラックマトリクス層１３と、視野角を広げるために光拡散性微粒子で形成された光拡散層１４と、光拡散層１４を保護するために光拡散層１４の一面に透明樹脂フィルムで形成された保護膜１５とを含む。
また、フレネルレンズ板２０は、フレネルレンズ２２を支持するフレネルレンズ基板２１と、スクリーンの中央を中心に対称に形成されて平行光にするコリメートレンズの役割を果たすフレネルレンズ２２とから構成される。
しかし、従来のＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＤＬＰ（DigitalLight Processor）を映像源として利用するプロジェクションスクリーンに使用されるレンズは、図２及び図３に示すように、平行に配列された半円筒状のレンチキュラマイクロレンズ１１であって、球面が形成された一軸のみに沿って光を集束することができるため、入射する光の水平方向の開口数（ＮＡ）に該当する視野角のみを有し、球面が形成されていない軸に対する視野角の確保は光拡散層１４などの付属装置に依存するしかない。しかし、光拡散層１４の使用によって必然的に発生する散乱による光損失により、光学系全体の光効率が低下し、輝度も減少する。また、光拡散層１４などの付属装置の追加によりコストが上昇する。
図４及び図５は、前述した半円筒状のレンチキュラレンズからなるマイクロレンズアレイの問題を解決するための従来のマイクロレンズアレイの他の実施形態を示す。
図４は楕円状の球面マイクロレンズアレイを示す正面図であり、図５は図４のＶ−Ｖ線側断面図である。
図示するように、従来の他の実施形態によるマイクロレンズアレイは、透明な基板３２上に配列された複数の楕円状の球面マイクロレンズ３１からなる。
このような球面マイクロレンズアレイは、光軸に垂直な平面上で一軸方向のみに曲面が形成された前記半円筒状のレンチキュラレンズとは異なり、光軸に垂直な平面上でそれぞれ直交する２つの軸に沿って全て曲面で形成されるため、相当水準の視野角の確保が可能であり、全体的に光効率が向上する。
しかし、前述した従来の球面マイクロレンズアレイにおいては、前記直交する２つの軸に沿ってそれぞれ一定の曲率半径で形成されるため、各軸による視野角の比率が同一である。これにより、プロジェクションスクリーンなどの光システムに適用された場合、必要以上の光量が地面に対するスクリーンの垂直方向に放出されるため、すなわち、それだけ地面に対するスクリーンの水平方向の光量が減少するため、結局、水平方向の輝度が劣化するという問題があった。
また、従来の球面マイクロレンズアレイがイメージセンサに適用された場合、光集積性能が低いため、イメージセンサの感度、応答度、及び解像度が低下するという問題があった。
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、光軸に垂直な平面上で直交する２つの軸に沿って曲率半径と非球面係数を個別に異なるように調節することにより光効率を向上させる非球面マイクロレンズアレイ及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、前記非球面マイクロレンズアレイの応用を提供することにある。
このような目的を達成するために、ベースと、前記ベース上に配列される複数の非球面マイクロレンズとを含むことを特徴とする非球面マイクロレンズアレイが提供される。
また、一面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径を有する球面溝アレイを有する第１金型を製造する第１段階と、前記第１金型を利用して弾性変形が可能な球面マイクロレンズアレイを製造する第２段階と、前記弾性変形が可能な球面マイクロレンズアレイに引張力を加えて、一面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径及び非球面係数を有する非球面マイクロレンズアレイを製造する第３段階と、前記非球面マイクロレンズアレイの逆相である非球面溝アレイが一面に形成された第２金型を製造する第４段階と、前記第２金型を利用して非球面マイクロレンズアレイを複製する第５段階とを含むことを特徴とする非球面マイクロレンズアレイの製造方法が提供される。
さらに、ベース上に配列される複数の非球面マイクロレンズを有する非球面マイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズが形成された前記ベースの一面の反対面に形成され、前記それぞれのマイクロレンズに対応する光透過部のアレイ構造を有するブラックマトリクス層と、前記マイクロレンズに対向する位置に設置され、前記マイクロレンズアレイに平行光を照射するフレネルレンズとを含むことを特徴とするプロジェクションスクリーンが提供される。
さらに、イメージ処理部と、前記イメージ処理部の一側に結合され、前記イメージ処理部に入射する光の集積度を高めるためにベース上に配列される複数の非球面マイクロレンズを有する非球面マイクロレンズアレイとを含むことを特徴とするイメージセンサが提供される。
以上の本発明による非球面マイクロレンズアレイ及びその製造方法、並びにその応用の目的と構成は、添付の図面に基づく本発明の好ましい実施形態の詳細な説明により明確に理解されるはずである。
本発明による非球面マイクロレンズアレイは、光軸に垂直な平面上で直交する２つの軸に沿って曲率半径及び非球面係数を任意に調節でき、これにより、光学系の屈折程度、すなわち、開口数を各軸方向に沿って容易に調節できるので、従来の球面マイクロレンズアレイより球面収差が減少して集光効率が増加する。
また、本発明による非球面マイクロレンズアレイは、所定の引張力を球面マイクロレンズアレイに加え、これを利用して製造された金型を利用して、非球面マイクロレンズアレイを容易に大量複製でき、これにより、製造コストが低減される。
さらに、本発明による非球面マイクロレンズアレイがプロジェクションスクリーンに適用されると、地面に垂直及び水平な方向の視野角を任意に調節でき、光効率を最適化できる。すなわち、前記垂直及び水平な方向に沿って非球面マイクロレンズの曲率半径及び非球面係数を適切に調節して、水平方向の輝度の減少、すなわち、輝度の劣化、モアレ干渉パターンによる画質の劣化を伴うことなく、垂直方向に所定の視野角を確保できる。これにより、コントラストと解像度も向上する。
さらに、本発明による非球面マイクロレンズアレイをプロジェクションスクリーンに適用することによって、さらなる視野角の増加と画質劣化の低減のために光拡散層を設置する必要がないため、プロジェクションスクリーンの小型化及びコストの低減を達成できる。
さらに、本発明による非球面マイクロレンズアレイは、小型化が可能であるため、解像度を高めるのに有利であり、これにより、ディスプレイの高精細化に容易に対応できる。
さらに、本発明による非球面マイクロレンズアレイは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、イメージャアレイなどのイメージセンサの撮像素子の受光部に結合でき、これにより、イメージセンサの光効率、感度、解像度を向上できる。
以下、添付の図面を参照して、本発明による非球面マイクロレンズアレイ及びその製造方法、並びにその応用の好ましい実施形態を説明する。
なお、本発明の範囲は、後述する特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されているカテゴリー内で変更可能である。
以下、添付の図面を参照して本発明の一実施形態による非球面マイクロレンズアレイについて説明する。
図６〜図８は本発明の一実施形態による非球面マイクロレンズアレイを示す図であって、図６は本発明の一実施形態による非球面マイクロレンズアレイを示す斜視図であり、図７は図６のVII−VII線側断面図であり、図８は図６のVIII−VIII線側断面図である。
また、図９は本発明の一実施形態による単位マイクロレンズを示す図であり、図１０は図９のＸ−Ｘ線側断面図であり、図１１は図９のXI−XI線側断面図である。
図示するように、本発明の一実施形態による非球面マイクロレンズアレイ１００は、ベース１２０と、ベース１２０上に配列される複数の非球面マイクロレンズ１１０とを含む。
ベース１２０の厚さは、非球面マイクロレンズ１１０の曲面により集束する平行光の焦点距離によって決定される。
また、前記ベースは、光が透過できるように透明な樹脂で形成することが好ましく、ガラスで形成することもできる。
図９及び図１０に示すように、非球面マイクロレンズ１１０は、光軸に垂直なベース１２０の平面上で直交する２つの軸（図９のＸ−Ｘ方向とXI−XI方向）に沿ってそれぞれ異なる曲率半径及び非球面係数を有する。すなわち、非球面マイクロレンズ１１０は、前記直交する２つの軸に沿って異なる曲率半径Ｒｘ、Ｒｙを有し、かつ異なる非球面係数Ｋｘ、Ｋｙを有する。
より詳細には、非球面マイクロレンズ１１０は、前記直交する２つの軸のうち、一軸に沿って非球面係数が−１から０の間である長球状に形成され、かつ、前記一軸と直交する他の軸に沿って非球面係数が０より大きい偏球状に形成される。
すなわち、マイクロレンズ１１０は、直交する２つの軸に沿ってそれぞれ曲率半径が独立して調節されるため、視野角を任意に調節できる。
これと共に、マイクロレンズ１１０は、直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる非球面係数を有するように形成されるため、従来の球面マイクロレンズに比べて、球面収差が減少し、集光効率が増大し、レンズの開口数（Numerical Aperture、ＮＡ）を各視野角方向によって最適化できる。
このような複数の非球面マイクロレンズ１１０は、所定の厚さを有するベース１２０上に配列される。ここで、非球面マイクロレンズ１１０とベース１２０とは、個別に形成することもでき、一体に形成することもできる。
また、非球面マイクロレンズ１１０のサイズは、画像表示装置の最小の表現解像度によって決定され、マイクロレンズ１１０のサイズは、レンズの直径方向に数μｍ〜数百μｍの範囲で決定され、マイクロレンズ１１０の突出高さはその直径に比例する。特に、ＬＣＤ又はＤＬＰなどを映像源として利用する投射型映像ディスプレイ装置の場合、非球面マイクロレンズ１１０のサイズが小さくなるほど、モアレ干渉パターンなどの画面劣化現象が減少するため、非球面マイクロレンズ１１０のサイズを可能な限り小さく製造することが好ましい。
ここで、複数のマイクロレンズ１１０は、１００％のパッキングフラクションを有するようにベース１２０上に配列されることが好ましい。すなわち、非球面マイクロレンズ１１０の間に空いた空間がないように互いに密着して配列されることが好ましい。さらに、非球面マイクロレンズ１１０上に、これらの間隔を埋めるように所定厚さの膜を形成することもできる。
一方、非球面マイクロレンズ１１０の平面形状は、三角形、四角形、又は六角形のいずれか１つであることが好ましい。
また、非球面マイクロレンズ１１０は、ベース１２０上にハニカム状に配列することが好ましいが、直交状に配列することもできる。
以下、本発明の一実施形態による非球面マイクロレンズアレイの製造方法について説明する。
図１２〜図２１は本発明の一実施形態による非球面マイクロレンズアレイの製造方法を示す。
図示するように、本発明の一実施形態による非球面マイクロレンズアレイの製造方法は、一面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径を有する球面溝アレイ３１０を有する第１金型３００を製造する第１段階（図１２〜図１４）と、第１金型３００を利用して弾性変形が可能な球面マイクロレンズアレイ４００を製造する第２段階（図１５〜図１６）と、弾性変形が可能な球面マイクロレンズアレイ４００に引張力を加えて、一面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径（Ｒｘ、Ｒｙ）及び非球面係数（Ｋｘ、Ｋｙ）を有する非球面マイクロレンズアレイ５００を製造する第３段階（図１７）と、非球面マイクロレンズアレイ５００の逆相である非球面溝アレイ６１０が一面に形成された第２金型６００を製造する第４段階（図１８〜図１９）と、第２金型６００を利用して非球面マイクロレンズアレイ１００を複製する第５段階（図２０〜図２３）とを含む。
以下、前記各段階をより詳細に説明する。
第１金型３００を製造する前記第１段階は、ベース２２０の一平面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径を有する複数の球面マイクロレンズ２１１が配列された球面マイクロレンズアレイ２００を製造する段階（図１２）と、複数の球面マイクロレンズ２１１が形成されたベース２２０の一面上に金属をメッキして、複数の球面マイクロレンズ２１１の逆相である球面溝アレイ３１０を有する第１金型３００を製造する段階（図１３）と、第１金型３００から球面マイクロレンズアレイ２００を離型又は除去する段階（図１４）とを含む。
一般に、球面マイクロレンズアレイ２００は次のように製造される。すなわち、ベース２２０上にフォトレジストや感光性ポリマーなどを塗布した後、フォトリソグラフィ工程によりマイクロレンズアレイの形状をパターニングし、熱処理工程を利用したリフロー技術でマイクロレンズ２１１の球面形状を調節する。また、前記リフロー技術以外の方法で前記球面マイクロレンズアレイを製造することもできる。
一方、前記メッキされる金属、すなわち、第１金型３００の材質としては、ニッケルが使用され、メッキ前にシード層を先に蒸着することが好ましい。
また、前記第２段階は、弾性変形が可能なベース４２０の一面に弾性変形が可能な樹脂層４０５を形成する段階と、樹脂層４０５を球面溝アレイ３１０が形成された第１金型３００の一面に圧着して、樹脂層４０５に複数の球面マイクロレンズ４１０を形成する段階と、紫外線照射又は加熱などにより、複数の球面マイクロレンズ４１０が形成された樹脂層４０５を硬化させる段階と、第１金型３００から球面マイクロレンズアレイ４００を離型させる段階とを含む。
一方、前記第３段階で、弾性変形が可能な球面マイクロレンズアレイ４００のベース上で一軸方向（図９のXI−XI方向）に引張力を加えると、前記一軸方向と直交する軸方向には圧縮力が加えられる。このとき、球面マイクロレンズは、前記直交する２つの軸に沿って曲率半径Ｒｘ、Ｒｙ及び非球面係数Ｋｘ、Ｋｙが異なるようになり、これにより、弾性樹脂からなる非球面マイクロレンズアレイ５００が製作される。
一般に、弾性体の場合、特定方向に印加された外部の引張力による引張変形と前記引張変形に相応してこの方向に直交する他の軸方向に誘導される収縮変形との比率をポアソン比という。前述のように、弾性変形が容易な材質で形成された球面マイクロレンズアレイ５００を外部の引張力により変形させる場合もポアソン比が適用される。すなわち、前記第３段階のように、外部の引張力により非球面形状に変形させる工程で、ベース５２０やマイクロレンズ５１０などの微細構造物の物質特性である弾性係数を比例定数にして所定の引張変形が発生する。すなわち、ベース５２０の引張変形に相応して、その引張力が作用する方向（図９のXI−XI方向）に沿って所定の曲率半径を有するマイクロレンズ４１０も引張変形される。結局、マイクロレンズ４１０は、前記方向（XI−XI方向）に沿って、新しい曲率半径Ｒｙ及び非球面係数Ｋｙを有するようになる。ここで、Ｋｙは０より大きい。これと同時に、前記引張力が作用する方向（図９のXI−XI方向）と直交する方向（図９のＸ−Ｘ方向）に沿って収縮応力が作用して、前記方向（Ｘ−Ｘ方向）に沿って所定の曲率半径を有するマイクロレンズ４１０も収縮変形される。結局、マイクロレンズ４１０は、前記方向（Ｘ−Ｘ方向）に沿って、新しい曲率半径Ｒｘ及び非球面係数Ｋｘを有するようになる。ここで、Ｋｘは−１よりは大きくて０よりは小さい。
ここで、非球面係数の大きさは、引張変形及び収縮変形の程度に比例して決定される。すなわち、初期の弾性球面マイクロレンズアレイ５００を形成する材質の弾性変形限界内で再現性を有し、その変形程度を調節できるため、多様な範囲の開口数（ＮＡ）に対応するようにマイクロレンズ５１０の非球面形状を変形させることができる。
一方、前記第４段階は、前記第３段階で製造された非球面マイクロレンズアレイ５００上に金属をメッキして、前記複数の非球面マイクロレンズの逆相が一面に転写された第２金型を製造する段階と、前記第２金型から非球面マイクロレンズアレイ５００を離型させる段階とを含む。
前記メッキされる金属としては、ニッケルが主に使用され、メッキ前にシード層を先に蒸着することが好ましい。
また、前記第５段階は、ベース１２０の一面に成形層１０９を形成する段階と、成形層１０９を非球面溝アレイ６１０が形成された第２金型６００の一面に圧着して、成形層１０９に複数の非球面マイクロレンズ１１１を形成する段階と、紫外線照射又は加熱などにより、複数の非球面マイクロレンズ１１１が形成された成形層１０９を硬化させる段階と、第２金型６００から非球面マイクロレンズアレイ１００を離型させる段階とを含む。
すなわち、第２金型６００を利用して前記第５段階を繰り返すことにより、同一形状の非球面マイクロレンズアレイ１００を複製できる。
一方、非球面マイクロレンズアレイ１００のベース１２０とマイクロレンズ１１１の屈折率は、要求される光学的特性に応じて適切な物質を適用することにより変更でき、その材質としては、主に透明樹脂又はガラスを使用することが好ましい。
以下、前述した本発明の一実施形態による非球面マイクロレンズアレイが適用される応用について説明する。
図２４は本発明の一実施形態による非球面マイクロレンズアレイが適用されるプロジェクションスクリーンを示す概略図であり、図２５はプロジェクションスクリーンに適用される非球面マイクロレンズアレイアセンブリを示す分解斜視図であり、図２６はプロジェクションスクリーンに適用される非球面単位マイクロレンズを示す斜視図である。
図示するように、本発明の一実施形態による非球面マイクロレンズアレイが適用されるプロジェクションスクリーンは、ベース８２０上に配列される複数の非球面マイクロレンズ８１０を有する非球面マイクロレンズアレイ８００と、複数のマイクロレンズ８１０が形成されたベース８２０の一面の反対面に形成され、それぞれのマイクロレンズ８２０に対応する光透過部８７２のアレイ構造を有するブラックマトリクス層８７０と、マイクロレンズ８２０に対向する位置に設置され、マイクロレンズアレイ８００に平行光を照射するフレネルレンズ９００とを含む。
ここで、非球面マイクロレンズアレイ８００は、前述した本発明による非球面マイクロレンズアレイ１００の構造及び特徴と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
ブラックマトリクス層８７０は、光軸Ｚの周辺に形成された複数の光透過部８７２と、光透過部８７２を囲む不透明なブラックマトリクスからなる光遮断部８７１とからなる。
ブラックマトリクス層８７０は次のような工程により形成される。
すなわち、ベース８２０の複数の非球面マイクロレンズ８１０が形成された面の裏面に、積層、塗布などにより感光性ブラックマトリクスを形成する。その後、複数の非球面マイクロレンズ８１０の曲面に平行光を照射すると、マイクロレンズ８１０を通過して屈折した光が光軸Ｚ周辺の領域に集束してその部分が露光される。また、露光されて変性したブラックマトリクスの一部を現像などの方法で除去すると、マイクロレンズ１１０に入射する平行光が透過する光透過部８７２が形成される。これと同時に、現像過程で除去されていない部分は光遮断部８７１となる。
このような光透過部８７２の製造方法は、セルフアライン方式であるため、非球面マイクロレンズアレイ８００と光透過部のアレイ層を組み立てていた従来の方式とは異なり、追加の整列過程が必要でない。これにより、製造工程に必要なコストが低減され、製造工程がより簡単になる。
前述のように構成された本発明による非球面マイクロレンズアレイ８００が適用されたプロジェクションスクリーンは、前述のように、マイクロレンズ８１０の非球面係数を地面に水平な方向と垂直な方向に沿って調節できる。すなわち、前記水平方向に沿って、マイクロレンズ８１０の非球面係数を−１と０の間で調節して、屈折角度、すなわち、開口数（ＮＡ）を大きくすることにより、視野角を広げることができる。また、前記垂直方向に沿って非球面係数を０より大きく調節して、屈折角度、すなわち、開口数を小さくすることにより、垂直方向に必要なだけの視野角を確保できる。結局、水平方向の輝度の減少、すなわち、輝度の劣化、モアレ干渉パターンによる画質の劣化を伴うことなく、垂直方向に所定の視野角を確保できる。
すなわち、従来の球面マイクロレンズアレイに比べて、球面収差を減少させ、集光効率を増加させ、地面に水平及び垂直な方向の視野角を最適化し、光効率を改善し、コントラストと解像度を向上させる。
一方、本発明による非球面マイクロレンズアレイが適用されたプロジェクションスクリーンは、さらなる視野角の増加と画質劣化の低減のために、光拡散層８８０をさらに含む。
光拡散層８８０は、光透過部８７２が形成されたブラックマトリクス層８７０の一面に接合される。
しかし、非球面マイクロレンズアレイ８００により十分に視野角を確保でき、画質の劣化を防止できるため、光拡散層８８０をさらに設置しなくてもよい。
また、前記プロジェクションスクリーンは、前記スクリーンの剛性を高めて外部の衝撃からマイクロレンズアレイ８００などの部品を保護するための支持層８９０をさらに含む。
支持層８９０は、光拡散層８８０又はブラックマトリクス層８７０の一面に接合され、光が透過できるように透明な材質で形成されることが好ましい。
以下、本発明の一実施形態による非球面マイクロレンズアレイが適用されたイメージセンサについて説明する。
前記イメージセンサとは、被写体情報を感知して電気的な映像信号に変換する装置をいう。
図には示していないが、本発明による非球面マイクロレンズアレイが適用されたイメージセンサは、イメージ処理部と、前記イメージ処理部の一側に結合され、前記イメージ処理部に入射する光の集積度を高めるためにベース上に配列される複数の非球面マイクロレンズを有する非球面マイクロレンズアレイとを含む。
すなわち、前記非球面マイクロレンズアレイの個別レンズの集束領域が前記イメージ処理部の撮像素子の受光部に含まれるように、前記マイクロレンズアレイと前記撮像素子を整列、接合して構成することにより、前記撮像素子の受光領域以外に照射された光を前記受光領域に集束させ、これにより、イメージセンサの光効率及び感度が高くなる。
ここで、前記非球面マイクロレンズアレイは、前述した本発明の一実施形態による非球面マイクロレンズアレイ１００の構造及び特徴と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
一方、本発明による非球面マイクロレンズアレイが適用された前記イメージセンサとしては、ボロメータアレイ、赤外線イメージャ、電荷結合素子（Charge Coupled Device：ＣＣＤ）、又は相補型金属酸化膜半導体（Complementary Metal OxideSemiconductor；ＣＭＯＳ）などがある。
その他、様々なイメージセンサに本発明による非球面マイクロレンズアレイを適用できる。
このように、イメージセンサに本発明による非球面マイクロレンズアレイが適用されることによって、イメージセンサの感度及び解像度が高くなる。
１００…非球面マイクロレンズアレイ、１０９…成形層、１１０…非球面マイクロレンズ、１１１…非球面マイクロレンズ、１２０…ベース、２００…球面マイクロレンズアレイ、２１１…球面マイクロレンズ、２２０…ベース、３００…金型、３１０…球面溝アレイ、４００…球面マイクロレンズアレイ、４０５…樹脂層、４１０…球面マイクロレンズ、４２０…ベース、５００…非球面マイクロレンズアレイ、５１０…マイクロレンズ、５２０…ベース、６００…金型、６１０…非球面溝アレイ、８００…非球面マイクロレンズアレイ、８１０…非球面マイクロレンズ、８２０…ベース、８７０…ブラックマトリクス層、８７１…光遮断部、８７２…光透過部、８８０…光拡散層、８９０…支持層、９００…フレネルレンズ。
Claims (35)
- ベースと、
前記ベース上に配列される複数の非球面マイクロレンズと、
を含むことを特徴とする非球面マイクロレンズアレイ。 - 前記マイクロレンズが、光軸に垂直な前記ベースの平面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径及び非球面係数を有するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の非球面マイクロレンズアレイ。
- 前記マイクロレンズが、前記直交する２つの軸のうち、一軸に沿って非球面係数が−１から０の間である長球状に形成され、かつ、前記一軸と直交する他の軸に沿って非球面係数が０より大きい偏球状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の非球面マイクロレンズアレイ。
- 前記マイクロレンズが、１００％のパッキングフラクションを有するように前記ベース上に配列されることを特徴とする請求項１に記載の非球面マイクロレンズアレイ。
- 前記マイクロレンズの平面形状が、三角形であることを特徴とする請求項１に記載の非球面マイクロレンズアレイ。
- 前記マイクロレンズの平面形状が、四角形であることを特徴とする請求項１に記載の非球面マイクロレンズアレイ。
- 前記マイクロレンズの平面形状が、六角形であることを特徴とする請求項１に記載の非球面マイクロレンズアレイ。
- 前記ベースが、透明樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の非球面マイクロレンズアレイ。
- 前記ベースが、ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の非球面マイクロレンズアレイ。
- 前記マイクロレンズが、ハニカム状に配列されることを特徴とする請求項１に記載の非球面マイクロレンズアレイ。
- 前記マイクロレンズが、数μｍ〜数百μｍのサイズを有することを特徴とする請求項１に記載の非球面マイクロレンズアレイ。
- 一面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径を有する球面溝アレイを有する第１金型を製造する第１段階と、
前記第１金型を利用して弾性変形が可能な球面マイクロレンズアレイを製造する第２段階と、
前記弾性変形が可能な球面マイクロレンズアレイに引張力を加えて、一面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径及び非球面係数を有する非球面マイクロレンズアレイを製造する第３段階と、
前記非球面マイクロレンズアレイの逆相である非球面溝アレイが一面に形成された第２金型を製造する第４段階と、
前記第２金型を利用して非球面マイクロレンズアレイを複製する第５段階と、
を含むことを特徴とする非球面マイクロレンズアレイの製造方法。 - 前記第１段階は、
ベースの一平面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径を有する複数の球面マイクロレンズが配列された球面マイクロレンズアレイを製造する段階と、
前記複数の球面マイクロレンズが形成された前記ベースの一面上に金属をメッキして、前記複数の球面マイクロレンズの逆相である前記球面溝アレイを有する第１金型を製造する段階と、
前記第１金型から前記球面マイクロレンズアレイを離型又は除去する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。 - 前記球面マイクロレンズが、リフロー技術で形成されることを特徴とする請求項１３に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。
- 前記メッキされる金属が、ニッケルであることを特徴とする請求項１３に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。
- 前記第２段階は、
弾性変形が可能なベースの一面に弾性変形が可能な樹脂層を形成する段階と、
前記樹脂層を球面溝アレイが形成された前記第１金型の一面に圧着して、前記樹脂層に複数の球面マイクロレンズを形成する段階と、
前記複数の球面マイクロレンズが形成された前記樹脂層を硬化させる段階と、
前記第１金型から前記球面マイクロレンズアレイを離型させる段階と、
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。 - 前記樹脂層が、紫外線照射又は加熱により硬化することを特徴とする請求項１６に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。
- 前記第３段階で、前記引張力が加えられたマイクロレンズの一軸方向に引張変形が発生し、前記一軸方向と直交する軸方向には圧縮力が加えられると同時に収縮変形が発生することを特徴とする請求項１２に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。
- 前記第４段階は、
前記第３段階で製造された非球面マイクロレンズアレイ上に金属をメッキして、前記複数の非球面マイクロレンズの逆相が一面に転写された第２金型を製造する段階と、
前記第２金型から前記非球面マイクロレンズアレイを離型させる段階と、
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。 - 前記メッキされる金属が、ニッケルであることを特徴とする請求項１９に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。
- 前記第５段階は、
ベースの一面に成形層を形成する段階と、
前記成形層を非球面溝アレイが形成された前記第２金型の一面に圧着して、前記成形層に複数の非球面マイクロレンズを形成する段階と、
前記複数の非球面マイクロレンズが形成された前記成形層を硬化させる段階と、
前記第２金型から前記非球面マイクロレンズアレイを離型させる段階と、
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。 - 前記ベースが、透明樹脂又はガラスであることを特徴とする請求項２１に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。
- 前記成形層が、透明樹脂又はガラスであることを特徴とする請求項２１に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。
- 前記成形層が、紫外線照射又は加熱により硬化することを特徴とする請求項２１に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。
- ベース上に配列される複数の非球面マイクロレンズを有する非球面マイクロレンズアレイと、
前記複数のマイクロレンズが形成された前記ベースの一面の反対面に形成され、前記それぞれのマイクロレンズに対応する光透過部のアレイ構造を有するブラックマトリクス層と、
前記マイクロレンズに対向する位置に設置され、前記マイクロレンズアレイに平行光を照射するフレネルレンズと、
を含むことを特徴とするプロジェクションスクリーン。 - 前記非球面マイクロレンズが、光軸に垂直な前記ベースの平面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径及び非球面係数を有するように形成されることを特徴とする請求項２５に記載のプロジェクションスクリーン。
- 前記非球面マイクロレンズアレイが、前記直交する２つの軸のうち、一軸に沿って非球面係数が−１から０の間である長球状に形成され、かつ、前記一軸と直交する他の軸に沿って非球面係数が０より大きい偏球状に形成されることを特徴に請求項２６に記載のプロジェクションスクリーン。
- 前記非球面マイクロレンズの非球面係数を、地面に水平な方向に沿って−１から０の間で調節し、前記地面に垂直な方向に沿って０より大きく調節することにより、前記水平方向に視野角を広げると共に輝度の減少を防止して前記垂直方向に所定の視野角を確保するように構成された請求項２７に記載のプロジェクションスクリーン。
- 前記ブラックマトリクス層が、
光軸の周辺に形成された複数の光透過部と、
前記光透過部を囲む不透明なブラックマトリクスからなる光遮断部と
からなることを特徴とする請求項２５に記載のプロジェクションスクリーン。 - 前記ブラックマトリクス層は、
前記ベースの複数の非球面マイクロレンズが形成された面の裏面に、感光性ブラックマトリクスを形成する段階と、
前記複数の非球面マイクロレンズの曲面を通過して屈折した光が前記光軸周辺の領域に集束してその部分が露光される段階と、
露光されて変性した前記ブラックマトリクスの一部を現像により除去して前記光透過部が形成される段階とを経て、
セルフアライン方式で形成されることを特徴とする請求項２５に記載のプロジェクションスクリーン。 - さらなる視野角の増加と画質劣化の低減のために前記ブラックマトリクス層の一面に接合される光拡散層をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載のプロジェクションスクリーン。
- 剛性を高めて外部の衝撃から前記マイクロレンズアレイなどの部品を保護するための支持層をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載のプロジェクションスクリーン。
- イメージ処理部と、
前記イメージ処理部の一側に結合され、前記イメージ処理部に入射する光の集積度を高めるためにベース上に配列される複数の非球面マイクロレンズを有する非球面マイクロレンズアレイと、
を含むことを特徴とするイメージセンサ。 - 前記非球面マイクロレンズが、光軸に垂直な前記ベースの平面上で直交する２つの軸に沿ってそれぞれ異なる曲率半径及び非球面係数を有するように形成されることを特徴とする請求項３３に記載のイメージセンサ。
- 前記イメージセンサが、赤外線イメージャ、ボロメータアレイ、電荷結合素子（ＣＣＤ）、又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）のいずれか１つであることを特徴とする請求項３３に記載のイメージセンサ。
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