JP2008070826A - 赤外線遮蔽レンズアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】不要な赤外光を吸収することで遮断し、且つ膜層数及び総膜厚を減らしながらも赤外線を大幅に遮蔽できる赤外線遮蔽膜を有するレンズアレイを提供する。
【解決方法】少なくとも一方の主面上に複数の微小レンズが形成されてなる透光性の基板と、前記基板の、前記主面及び裏面の少なくとも一方に、透明な赤外線吸収膜と誘電体膜とが交互に積層されてなる交互多層膜部分と、前記交互多層膜部分に隣接するようにして設けられた、少なくとも２種以上の誘電体膜が交互に積層してなる誘電体多層膜部分とから赤外線遮蔽レンズアレイを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、不要な赤外線、すなわち赤外波長域の光を遮蔽する、プロジェクタなどの投影装置に用いることのできる赤外線遮蔽レンズアレイに関する。

インテグレータレンズ又はフライアイレンズなどとも称されるレンズアレイは、例えば軟化状態のガラスを、マトリックス状にレンズアレイの形状が刻まれた金型で１つずつプレス成形した後、レンズの刻まれていない面を研磨することで例えば矩形板状に成形され、形成される。

一方、このようなレンズアレイが搭載される投影光学系においては、所定の光源から前記レンズアレイに対して可視光のみならず、紫外光及び赤外光をも含んだ、いわゆる白色光（自然光）が照射される。しかしながら、従来のレンズアレイにおいては、光の波長に対する遮蔽効果を有していないため、上述した総ての波長域の光を透過させてしまう結果となる。紫外光は、液晶装置を劣化させる原因となり、赤外光は装置内の温度上昇の原因となる。

かかる観点より、従来、レンズアレイの光透過面には、紫外光や赤外光を反射する誘電体多層膜よりなるフィルタが設けられている。前記誘電体多層膜は、高屈折率材料層と低屈折率材料層とを複数積層したものであり、紫外光及び赤外光の波長を反射し、可視域の波長を透過するよう分光特性が調整されるものである（特許文献１）。

また、誘電体多層膜の高屈折率材料層又は低屈折率材料層の内、少なくとも１層を透明導電性材料層としたものなども用いられている。これにより、可視光の透過率を高く維持した上で、不要な紫外波長域の光（以下、「紫外光」という場合がある）及び赤外光をシャープに反射しながら、透明導電材料層により赤外光を吸収することができる（特許文献２）。
特開平０６−７５２００号公報 特開２０００−２２１３２２号公報

レンズアレイを光学部品として用いる投影表示装置は、近年の高輝度化により光源ランプの出力が高くなっており、光源より放射される赤外光の放射エネルギーは高くなっている。赤外光に起因する熱問題を防ぐためには、赤外光を広範囲で遮蔽したり、赤外光の透過率を下げたりする必要があり、そのためには誘電体多層膜の膜層数を増やす必要があった。しかしながら、膜層数が増えると総膜厚が増え、結果として成膜時に膜に付着する異物のサイズが大きくなるという問題がある。また成膜時間が長くなると、生産性・歩留まりが悪くなり低コストでの生産が困難となる。

なお、成膜時に誘電体多層膜に付着する異物のサイズは、総膜厚に比例して大きくなる。成膜工程において、成膜の前段階の排気、ガス導入時の真空チャンバ内に気体の流動があるとき、異物の核となる微小ダストが被成膜体に付着する。そして、この微小ダスト上に膜が堆積することで成長し異物を形成する。このため、総膜厚が多いほど、異物のサイズは大きくなる。

また、投影表示装置であるプロジェクタは、パーソナルコンピュータやＤＶＤドライブなどの映像関連機器の普及に伴って、プレゼンテーションなどで利用される業務用から、一般家庭用に至るまで用途が拡大している。それに伴って、こうした装置の内部に使用されるレンズアレイなどの光学部品には低価格化が要求されている。しかし、前述のように積層数及び総膜厚が増大した誘電体多層膜からなる赤外線反射膜を用いた場合は、生産性及び歩留まりの低下から前記投影表示装置のコスト増となる問題がある。

さらに、誘電体多層膜と透明導電材料層とを用いた赤外線反射膜の場合、前記透明導電材料層により長波長域の赤外光は遮蔽できるものの、前記透明導電材料層を単層で用いると成膜時の屈折率変動に対して分光特性が安定せず、赤外光の分光透過率が増大してしまう恐れがある。また、可視光の分光透過率のリップルが大きくなるという問題がある。

本発明の目的は、上記の事情に基づきなされたものであり、不要な赤外光を吸収することで遮断し、且つ膜層数及び総膜厚を減らしながらも赤外線を大幅に遮蔽でき、さらには成膜時の屈折率変動に対しても分光特性を安定化させるとともに、可視光の分光透過率のリップルを減少させた赤外線遮蔽膜を有するレンズアレイを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、
少なくとも一方の主面上に複数の微小レンズが形成されてなる透光性の基板と、
前記基板の、前記主面及び裏面の少なくとも一方に、透明な赤外線吸収膜と誘電体膜とが交互に積層されてなる交互多層膜部分と、
前記交互多層膜部分に隣接するようにして設けられた、少なくとも２種以上の誘電体膜が交互に積層してなる誘電体多層膜部分と、
を具えることを特徴とする、赤外線遮蔽レンズアレイに関する。

本発明の赤外線遮蔽レンズアレイは、従来のような誘電体多層膜部分に加えて交互多層膜部分を有している。そして、前記交互多層膜部分中には、透明な赤外線吸収膜と誘電体膜とが交互に積層されている。したがって、前記交互多層膜部分中では、前記赤外線吸収膜が、赤外線吸収作用を有することに加え、その透明性に起因して誘電体膜よりも屈折率の高い高屈折率材料層として機能し、前記交互多層膜部分全体として、赤外光に対して高い反射作用を有するようになる。

このように、本発明の赤外線遮蔽レンズアレイでは、上記誘電体多層膜部分は従来のように赤外光の反射の効果しか有さないが、前記交互多層膜部分は赤外光の吸収及び反射という両方の効果を有する。したがって、前記交互多層膜部分を上記誘電体多層膜部分に対して隣接して設けることにより、同様の赤外光反射効果を有する場合においても、前記誘電体多層膜部分の厚さを大幅に低減することができ、結果として、前記赤外線遮蔽膜の全体の厚さを低減することができる。

この結果、赤外線遮蔽膜の全体の厚さが増大したり、積層数が増大したりすることに起因した生産性及び歩留まりの低下によるコスト増という問題を回避することができる。

なお、本発明でいう「透明」とは、可視光域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の分光透過率が４５％以上を示す場合を意味する。本発明で用いる赤外線吸収膜の可視光域の分光透過率がこれより低いと、得られる赤外線遮蔽膜の可視光域の分光透過率も低くなり、目的とする赤外線遮蔽レンズアレイ用途としては好ましくない。

また、本発明の一態様においては、前記交互多層膜部分は、前記赤外線吸収膜を２層以上有するように構成することができる。赤外線吸収膜を単層となるように構成した場合は、長波長域の赤外光は遮蔽できるものの、成膜時の屈折率変動に対して分光特性が安定せず、赤外光の分光透過率が増大したり、可視光の透過率リップルが生じたりしてしまう恐れがある。

しかしながら、本態様のように、上記赤外線吸収膜を２層以上とすることにより、結果的に前記赤外線吸収膜を含む交互多層膜部分の積層数を細分化し、これらの細分化した層の膜厚や屈折率を調整することで屈折率変動に対する分光特性が安定する。よって、成膜方法などに起因して赤外線遮蔽膜の屈折率が初期の仕様に対して変動したとしても、分光特性の変化は少なく赤外光の分光透過率の増大が抑制される。

また、同様に赤外線吸収膜を２層以上とすることにより、結果的に前記赤外線吸収膜を含む交互多層膜部分の積層数を細分化し、その増加した層の膜厚や屈折率を調整することで赤外線遮蔽膜の分光特性が安定化することにより、可視光の透過率リップルの発生を抑制することができる。

なお、赤外光の分光透過率が増大すると、レンズアレイの一面側に配置された光源装置の照射光のうち、赤外光が多量にレンズアレイを透過し投影表示装置内に照射されることになり、装置内の温度が上昇したり、液晶パネル等が熱害を受ける恐れがあるが、本態様においてはこのような赤外光に起因する熱害を防止することができる。

また、可視光の透過率リップルを抑制することができるので、投影表示装置内で分光される各色の輝度のばらつきが少なく、投影される画面は正確な色再現が可能となる。

また、本願明細書でいう「屈折率変動」とは、成膜方法に起因するもので、以下の要因が挙げられる。誘電体膜等の成膜時において、成膜開始時は真空チャンバ内の残留ガスが多く、成膜中に残留ガスが徐々に減少していく。このため、残留ガスと導入ガスとの比が成膜中に変化する。また、成膜中、被成膜体はシーズヒータやランプヒータ（ハロゲンランプ等）などを単独もしくは組み合わせて加熱される。真空蒸着方法で、薄膜を形成する場合、蒸着源が加熱され、この輻射熱が被成膜体の温度や真空チャンバ内の雰囲気温度を変化させる。

例えば、蒸着物質が酸化物の場合、被成膜体の温度が高くなると屈折率は高く変動する。その他、成膜速度の変化や導入ガス圧の変化、成膜中の成膜物質の化学的組成の変化（変質）も屈折率変動の要因となる。以上の成膜時の様々な変動要因により成膜方法による違いはあるものの、成膜時には数％程度の屈折率変動が起こることがある。

また、本願明細書でいう「分光透過率のリップル」とは、赤外線遮蔽膜の分光透過率のばらつきをいう。撮像装置等に用いられる赤外線遮蔽膜は赤外光を確実に遮蔽し、且つ可視光の透過率が高いことが求められ、特に可視光域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）における透過率のばらつきが大きいと所期の分光特性が得られない。そのため、可視光の透過率のばらつきは限りなく少なく、分光透過率のグラフでは可視光域がフラットであることが求められる。

さらに、本発明の一態様においては、前記赤外線吸収膜の１層当たりの膜厚を１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲とすることができ、前記赤外線吸収膜が２層以上存在する場合は、その全体の厚さを５００ｎｍ以下とすることができる。１層当たりの膜厚の上限を２００ｎｍ及び２層以上の全体の厚さの上限を５００ｎｍとしたのは、それ以上の厚さでは可視光の透過率が減少し、例えば上述した装置などに本発明の赤外線遮蔽レンズアレイを組み込んだ場合に、コントラストの高い投影像を得ることができなくなる場合があるためである。

また、前記赤外線吸収膜の１層当たりの膜厚の下限を１０ｎｍとしたのは、前記赤外線吸収膜が実際に膜状に存在し、その赤外線吸収及び反射の機能を十分に発揮させるようにするためである。

さらに、本発明の一態様においては、前記赤外線吸収膜の、波長１０００ｎｍにおける消衰係数を０．１以上とすることが好ましく、より好ましくは０．１５以上、特に好ましくは０．２以上である。この消衰係数が０．１より小さくなると、赤外光の吸収性が小さくなり、所望の分光特性を得ることができなくなる場合がある。

また、本発明の一態様においては、前記赤外線吸収膜は、インジウム、インジウム系複合酸化物、錫、錫系複合酸化物、亜鉛、及び亜鉛系複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含むことができる。この場合、前記赤外線吸収膜は上述した赤外光の吸収及び反射という効果をより発揮することができるようになり、その作用効果を増大させることができるようになる。

さらに、本発明の一態様においては、前記交互多層膜部分及び前記誘電体多層膜部分は、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンビーム法、イオンプレーティング法、及びＣＶＤ法によって形成することができる。これによって、前記交互多層膜部分や前記誘電体多層膜部分などの積層数が比較的多い場合でも、各層の厚さを高精度に制御しながら、前記交互多層膜部分及び前記誘電体多層膜部分を比較的容易に形成することができる。また、スパッタリング法やイオンプレーティング法はいわゆるプラズマ雰囲気処理であるので、前記交互多層膜部分及び前記誘電体多層膜部分間、さらには基板などへの密着性を向上させることができる。また、イオンビーム法やＣＶＤ法では、緻密であり剥がれ難い前記交互多層膜部分及び前記誘電体多層膜部分を形成することができる。

また、本発明の一態様においては、基板の前記主面及び前記裏面の少なくとも一方に形成した反射防止膜を設けることができる。この場合、前記反射防止膜の厚さを例えば可視域の光に対する反射防止条件を満足するように設定することにより、上記赤外線遮蔽レンズアレイ内に入射する可視光量を増大させることができるので、結果的に、前記赤外線遮蔽レンズアレイに対する可視光透過率を増大させることができる。

なお、前記反射防止膜を前記基板の前記主面側に設ける場合は、前記交互多層膜部分又は前記誘電体多層膜部分に接触するようにして形成することになる。具体的には、前記基板と前記交互多層膜部分との界面や、前記誘電体多層膜部分上に形成するが、もちろんその他の態様も適宜採用することができる。

また、微小な複数のレンズを形成するための透光性の基板は、硼珪酸ガラスなどの耐熱性が高いガラス素材から形成することができ、以下に詳述するように、これらの材料が軟化状態にある際に、金型加工などを施すことによって形成することができる。

以上説明したように、本発明によれば、不要な赤外光を吸収することで遮断し、且つ膜層数及び総膜厚を減らしながらも赤外線を大幅に遮蔽できる赤外線遮蔽膜を有するレンズアレイを提供することができるようになる。

以下、本発明のその他の特徴及び利点などに関し、発明を実施するための最良の形態に基づいて詳細に説明する。

（赤外線遮蔽レンズアレイ）
図１は、本発明の赤外線遮蔽レンズアレイの一例を概略的に示す構成図であり、図２は、図１に示すレンズアレイの透光性基板を拡大して示す図である。図１に示す赤外線遮蔽レンズアレイ１０は、透光性の基板１１と、その主面上において順次に形成された交互多層膜部分１２及び誘電体多層膜部分１３とを含む。そして、交互多層膜部分１２と誘電体多層膜部分１３とから赤外線遮蔽膜が構成されている。

また、図２に示すように、基板１１の前記主面上には、微小な複数のレンズ１１Ａが形成されており、基板１１単独で所定のレンズアレイを構成する。また、基板１１の主面上に複数のレンズ１１Ａが形成されていることにより、交互多層膜部分１２及び誘電体多層膜部分１３はレンズ１１Ａを介して積層されていることになる。なお、本例では、基板１１の一方の主面のみにレンズ１１Ａを形成している場合について示しているが、両面にレンズ１１Ａを形成することもできる。また、交互多層膜部分１２及び誘電体多層膜部分１３は、レンズ１１Ａが形成されている主面の裏面側に設けられていてもよい。

交互多層膜部分１２は、赤外線吸収膜１２１と誘電体膜１２２とが交互に積層されている。なお、本態様では、赤外線吸収膜１２１及び誘電体膜１２２を２層交互に積層しているが、積層数はそれぞれ単層とすることもできるし、３層以上とすることもできる。また、単層の赤外線吸収膜１２１を誘電体膜１２２で挟み込むようにして構成することもできる。

但し、赤外線吸収膜１２１を２層以上とすることにより、交互多層膜部分１２の積層数を細分化し、たとえ赤外線吸収膜１２１自体が成膜方法などに起因してその屈折率変動が生じたとしても、交互多層膜部分１２の全体で見た場合は、赤外線吸収膜１２１の屈折率変動をキャンセルするように作用する。したがって、このような赤外線吸収膜の屈折率変動に起因した上記赤外光の分光透過率の増大が抑制される。

また、同様に赤外線吸収膜を２層以上とすることにより、結果的に前記赤外線吸収膜を含む交互多層膜部分の積層数を細分化し、その増加した層が分光特性の安定化に寄与することにより、可視光の透過率リップルの発生を抑制することができる。

赤外線吸収膜１２１は以下に説明するように、単体では赤外光の吸収機能を、誘電体膜と組み合わさることで反射機能を奏するものであり、かかる機能を考慮した場合、インジウム、インジウム系複合酸化物、錫、錫系複合酸化物、亜鉛、及び亜鉛系複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１つから構成されることが好ましい。具体的には、Ｉｎ_２Ｏ_３やＩＴＯ（酸化インジウム錫）、Ｓｎ_２Ｏ_４、ＺｎＯ、ＡＺＯ（酸化アルミニウム亜鉛）、ＧＺＯ（ＧａドープのＺｎＯ）などを例示することができる。しかしながら、上記赤外光の吸収及び反射の機能を有する限り、その他の酸化物などの使用を妨げるものではない。

また、誘電体膜１２２は、所定の誘電体、例えば酸化珪素や酸化チタンなどの酸化物から構成することができる。但し、酸化チタンなどは酸化珪素に比較して一般に屈折率が高いので、赤外線吸収膜１２１としてＩＴＯなどを使用する場合は、誘電体膜１２２として酸化珪素などの比較的屈折率の低いものから構成することが好ましい。これによって、交互多層膜部分１２の全体として、赤外光に対して高い反射機能を奏するようになる。

また、赤外線吸収膜１２１は１層当たり１０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに設定することができる。１層当たりの膜厚の上限を２００ｎｍとすることにより、可視光の透過率減少を抑制することができ、図１に示す赤外線遮蔽レンズアレイ１０を例えば投影表示装置などに組み込んだ場合に、コントラストの高い投影像を得ることができるようになる。なお、赤外線吸収膜１２１の１層当たりの膜厚を１０ｎｍ以上とするのは、赤外線吸収膜１２１が実際に膜状に存在し、その赤外線吸収及び反射の機能を十分に発揮させるようにするためである。

なお、図１に示す構成のように赤外線吸収膜１２１を２層以上とする場合は、上記同様の理由から、その全体の厚さを５００ｎｍ以下とする。

また、赤外線吸収膜１２１の、波長１０００ｎｍにおける消衰係数は０．１以上とすることが好ましい。この消衰係数が０．１より小さくなると、赤外光の吸収性が小さくなり、所望の分光特性を得ることができなくなる場合がある。上記ＩＴＯなどの複合酸化物は、この要求を満足するものであるので、かかる観点からも本例、すなわち本発明において好ましく用いることができる。

なお、消衰係数とは次のような物理的意義を有するものである。物質が光を吸収する場合に、その光の強度はＩ＝Ｉ_０ｅ^−αＸなる関係式に従って減衰する。ここで、αは単位長さ当たりの減衰を示す吸収係数であり、Ｘは前記物質中を進行した前記光の距離を表す。光がある厚さの物質を透過した時の吸収量（光学濃度）は、ＯＤ＝−ｌｏｇ(Ｉ/Ｉ_０)と定義される。したがって、これら２つの式を比較すると、前記物質の厚さがＬの場合に、ＯＤとαとはα＝２．３０３×ＯＤ／Ｌなる関係を満たすことになる。

ところで、αは上述したように吸収係数であるから、単位長さ当たりの吸収量を表すことになる。一方、光と物質との相互作用を理論的に扱う場合には、光の電磁場の振動１回当たりの吸収量の方が基準となる。このため、物質の光の吸収を定義する量として消衰係数ｋが定義されている。

一方、吸収係数αと消衰係数ｋとの間には、ｋ＝α×λ／４πという関係があることが知られている。但し、λは真空中での光の波長を示す。これより、ある波長領域で光学濃度が一定の試料があったとすると、吸収係数には波長依存性がないが、消衰係数は長波長ほど大きくなる。消衰係数は、層の各波長における吸収割合を示す数値であり、屈折率の虚数部分にあたる。具体的には、分光器で測定した透過、反射スペクトルにＣａｕｃｈｙの式を適用することにより算出できる。また、光学異方性のない基材（珪素、ポリカーボネート、ガラスなど）上へ形成した薄膜を、エリプソメトリ（偏光解析法）を用いることによっても算出することができる。

また、誘電体多層膜部分１３は、従来のように、異なる２種の材料層、すなわち低屈折率材料層１３１及び高屈折率材料層１３２が交互に積層されたものであり、赤外線反射膜として機能する。したがって、各材料層を構成する誘電体は従来同様の公知のものを用いることができる。例えば、酸化珪素や酸化チタンなどを用いることができる。この場合、酸化珪素が低屈折率材料層であり、酸化チタンが高屈折率材料層である。

さらに、基板１１は、硼珪酸ガラスなどの耐熱性の高いガラス素材を本発明の赤外線遮蔽レンズアレイの構成材料として好適に用いることができる。但し、レンズ１１Ａを形成するに際しては、上述した材料を軟化状態の下に金型成形などを行って形成する。

なお、交互多層膜部分１２及び誘電体多層膜部分１３には、各層の屈折率を調整する目的で添加剤を含有させることもできる。このような添加剤としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＦｅＯ_２、ＨｆＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２、Ｎｂ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、ＮｉＯ、ＩＴＯ、ＡＴＯ、ＭｇＯなどを挙げることができる。

なお、上記添加剤を含有させることによる屈折率の増減は、前記添加剤の種類と添加すべき層の材料組成とに起因する。例えば、層の屈折率よりも小さい屈折率の添加剤を含有させた場合は、前記層全体の屈折率は低下するが、層の屈折率よりも大きい屈折率の添加剤を含有させた場合は、前記層全体の屈折率が増大する。

このような添加剤を含有させることによって層の屈折率は変化するようになるが、その際の屈折率変化は、例えば誘電体多層膜部分１３中における低屈折率材料層１３１及び高屈折率材料層１３２間の屈折率差が増大するようにする。すなわち、前記添加剤は、低屈折率材料層１３１及び高屈折率材料層１３２間の屈折率差が増大するようにして添加する。

このような構成の赤外線遮蔽レンズアレイ１０に対して、例えば図１に矢印で示すその厚さ方向に、例えば光源装置からの照射光などの光が入射した場合、交互多層膜部分１２中では、赤外線吸収膜１２１が、赤外線吸収作用を有することに加え、誘電体膜１２２と積層することで、赤外光に対して高い反射作用を有するようになる。すなわち、誘電体多層膜部分１３は従来のように赤外光の反射の効果しか有さないが、交互多層膜部分１２は赤外光の吸収及び反射という両方の効果を有する。

したがって、図１に示すように、交互多層膜部分１２を誘電体多層膜部分１３に対して隣接して設けることにより、同様の赤外光反射効果を有する場合においても、誘電体多層膜部分１３の厚さを大幅に低減することができ、結果として、赤外線遮蔽膜の全体の厚さを低減することができる。この結果、赤外線遮蔽膜の全体の厚さが増大したり、その構成要素である誘電体多層膜部分１３の積層数が増大したりすることに起因した生産性及び歩留まりの低下によるコスト増という問題を回避することができる。

なお、交互多層膜部分１２及び誘電体多層膜部分１３は、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンビーム法、イオンプレーティング法、及びＣＶＤ法によって形成することができる。これによって、交互多層膜部分１２や誘電体多層膜部分１３などの積層数が比較的多い場合でも、各層の厚さを高精度に制御しながら、交互多層膜部分１２及び誘電体多層膜部分１３を比較的容易に形成することができる。また、スパッタリング法やイオンプレーティング法はいわゆるプラズマ雰囲気処理であるので、交互多層膜部分１２及び誘電体多層膜部分１３の基板１１への密着性を向上させることができる。

また、図１に示す構成では、基板１１上に交互多層膜部分１２及び誘電体多層膜部分１３の順に形成しているが、その形成順序を逆転することもできる。すなわち、誘電体多層膜部分１３及び交互多層膜部分１２の順に形成することもできる。

図３は、図１に示す赤外線遮蔽レンズアレイの変形例を示す構成図である。本例においては、基板１１の裏面に反射防止膜１４が設けられている点で図１に関する例と異なり、その他の構成要素に関しては総て同様である。したがって、本例において、類似の構成要素に関する説明は省略する。

本例では、反射防止膜１４の厚さを例えば可視域の光に対する反射防止条件を満足するように設定することにより、赤外線遮蔽レンズアレイ１０内に入射する可視光量を増大させることができるので、結果的に、赤外線遮蔽レンズアレイ１０に対する可視光透過率を増大させることができる。反射防止膜は、ＭｇＦ_２の単層膜やＡｌ_２Ｏ_３・Ｔａ_２Ｏ_５・ＭｇＦ_２の多層膜などで構成される。また、これらの単層・多層膜は真空蒸着やスパッタリング等の成膜方法にて形成される。

なお、反射防止膜１４は、基板１１の主面側に設けることもできる。この場合は、レンズ１１Ａを覆うようにして、交互多層膜部分１２との間に設けることもできるし、誘電体多層膜部分１３上に設けることもできる。また、それ以外の箇所においても、その反射防止という機能を奏する限り、可能である。

但し、本発明においては、このような反射防止膜を設けない場合においても、上述した本発明の作用効果を十分に奏することができる。

（赤外線遮蔽レンズアレイの製造方法）
次に、上記赤外線遮蔽アレイの製造方法について説明する。
［微小レンズを有する透光性基板の作製］
最初に、製品重量の１．３〜５倍のガラス素材を用意する。このガラス素材は、上述したように、硼珪酸ガラスなどの耐熱性の高いガラス素材から形成することができる。このようなガラス素材は周知の方法で溶融し、型内に鋳込む、又は溶融炉から連続的に引き出してロツド状に成形し、適当な長さに切断するなどの方法で得る。なお、ガラスの機械的強度及び耐熱強度を高めるために、風冷強化することもできる。但し、風冷強化は、強化処理後に切断するとガラスに割れが生じるおそれがあるため、成形体を各レンズアレイに分離した後に行うことが望ましい。

［金型］
次に、上述のようにして得たガラス素材をプレス成形して、透光性基板１１を作製するとともに、その主面上に複数の微小レンズ１１Ａを形成する。図４は、上記プレス成形に使用する金型２０の断面図であり、また、図５は、金型２０を構成する上型２５の底面図である。また、図６は、図４の金型２０のプレス成形時の状態を模式的に示す断面図である。

図４に示すように、金型２０は、上型２５と下型２６とから構成される。上型２５は、レンズ１１Ａを成形するための複数のレンズ成形面２７を持つプランジャ２８と金型加工面を形成するリング２９とを備える。また、金型２０は、図４〜図６に示すように、製造すべきレンズ１１Ａ付き基板１１の反転形状を複数個分（図５の例では４×２個分）有し、軟化状態のガラス材料を上型２５及び下型２６で協同してプレスし、複数個分の基板１１が一体成形された後述する成形体２０ａを得る。

下型２６と協働して製品の厚さを決める上型２５のリング２９のプレス部分は、所望の製品肉厚より若干厚めの高さに設定されている。なお、成形体における余剰の厚みは、後に研削及び研磨される。

また、図５に示すように、本例では、個々のレンズ成形面２７は、基板１１のレンズ１１Ａに対する反転形状で形成された４列×５行のセルを有する。また、レンズ形成面２７は４つで一組をなし、合計で２組設けられている。しかしながら、これらのセル数及びセルの組数はあくまで例示であり、基板１１の大きさ並びにレンズ１１Ａの数及び大きさなどに応じて適宜に決定することができる。

また、基板１１の両面にレンズ１１Ａを形成する場合には、下型２６にもレンズ１１Ａの反転形状を有するレンズ成形面を形成した金型を用い、両面に形成したレンズ同士の光軸を一致させるべく、上型と下型とに相互に係合するキー及びキー溝などを設け、上型及び下型の位置精度の向上を図る。

なお、図４及び図６に示すように、下型２６は、上型２５の各々のレンズ成形面２７の中心部分と対向する位置に断面が台形状の凸部２１が形成されている。このような凸部２１を設けることにより、プレス成形時に下型２６にガラス素材を搭載した際に、ガラス素材に対し上下方向の押圧力を十分に加えることを可能にし、凸部２１の法線方向への反力で軟化状態のガラス素材を上型２５の隅々にまで行き渡らせ、肉不足の防止及び転写精度の向上を図る。

また、軟化状態のガラスが冷却する過程で、厚肉部分は相対的に冷却速度が遅くなるため、先に冷却固化した部分よりも熱収縮の影響が大きく現われ、いわゆるひけが発生するが、下型２６の凸部２１により、成形体２０ａに凹部が形成されるため、全体の冷却速度が均一化され、ひけの発生が防止される。

［プレス成形工程］
次に、上記ガラス素材を、例えば炉内温度１２００℃に設定した電気炉などにより加熱して、ガラス素材の表面温度がおよそ１０００℃になるまで加熱する。次いで、加熱されたガラス素材を下型２６に載置し、上型２５を下降させて押圧力を加え、金型形状を転写しプレス成形する。この際、精度良く転写を行うために、上型２５に押圧力を加えたまま、この状態を所定時間保持する。保持時間は、ガラスの材質や製品サイズにもよるが、例えば１０数秒から数１０秒程度である。上型２５は、ガラスが冷却された後、上昇させる。

また、連続成形による金型の温度上昇に起因して、工程条件が変動することを回避するために、金型２０の温度をモニタし、所定の温度を超えた場合には金型２０の表面に空気（ブローエア）を吹き付けたり、金型２０の内部に冷却媒体を循環させるなどして金型２０の温度を管理する。

さらに、本プレス成形では、製品重量に比べ、過剰のガラス素材をプレスするため、上型２５と下型２６とは直接接触しない構成となる。このため、下型２６の外縁の位置（外形サイズ）は、特に規定されるものではない。また、上型２５のリング２９は、成形部分を凸として外方に向かって後退する形状を持つ。このため、プレス時にガラス素材は、金型との接触によって急激に冷却固化することなく、金型２０内に展延され、余剰のガラスは金型外にはみ出すことで流動抵抗が軽減され、高い転写精度を得ることができる。

ここで、本プレス成形工程では、リヒートプレスを適用している。このリヒートプレスでは、一旦冷却固化したガラス素材を外部から加熱軟化させるので、ガラス素材の表面付近の温度よりも内部の温度の方が相対的に低くなり、成形後の表面と内部との温度差が小さく、ひけの影響が小さくなる。さらに、このようにして成形された図６に示す成形体２０ａは、徐冷炉によって徐冷された後、はみ出し部分２２が切除される。

［研磨工程］
次に、研磨工程について、図７〜図９に基づき説明を行う。ここで、図７は、はみ出し部分２２切除後の四個分の基板１１が一体となった成形体２０ｂを例示した平面図であり、図８は、その断面図である。また、図９は、図８に示した成形体２０ｂに研磨を施して得られた成形体２０ｃを示す断面図である。

まず、図８に示すように、成形体２０ｂのセル状レンズ５が形成されていない側の他方の光透過面３を研削及び研磨する。すなわち、下型２６の凸部２１により成形された凹部２３を含む側の余剰肉厚部分２４を研削及び研磨し、その後、ラッピングにより肉厚をほぼ製品形状に整え、さらにポリッシング加工によって光学研磨を行う。この結果、余剰肉厚部分２４が成形体２０ｂから除去され、図９に示すように、４個分の基板１１が一体化された成形体２０ｃが得られる。

［成膜工程］
次に、上述のようにして得た成形体２０ｃに対して、交互多層膜部分１２及び誘電体多層膜部分１３、並びに必要に応じて反射防止膜１４を形成するための成膜処理を実施する。この成膜処理は、上述したスパッタリング法、真空蒸着法、イオンビーム法、イオンプレーティング法、及びＣＶＤ法を用いて実施することができる。なお、交互多層膜部分１２及び誘電体多層膜部分１３の積層順序は、このような順序であっても良いし、逆転させても良い。

なお、成形体２０ｃのレンズ１１Ａに対応した領域の外縁から、所定の間隔、例えば約１〜２ｍｍの幅の後述する非成膜部分が残存するようにしてマスクを形成することができる。このような非成膜部分を設ける理由は、以下の分断工程において上述した交互多層膜部分１２などが破損しないようにするためである。

交互多層膜部分１２及び誘電体多層膜部分１３は上述したように赤外光に対して遮蔽機能を有するものであり、成形体２０ｃは赤外線遮蔽機能を有するようになる。

［分断工程］
次に、上述のようにして成膜工程が施され、交互多層膜部分１２及び誘電体多層膜部分１３が付着した成形体２０ｃは、スライサ、ダイシングソーなどの精密切断装置を用いることにより分断し、それぞれ図１に示すような赤外線遮蔽レンズアレイ１０を得る。なお、このような精密装置を用いる代わりに、カッタで成形体２０ｃの表面に直線状の傷をつけ、これを折り曲げて破断することによる切り離しも可能である。

なお、分断面に対しては適宜研削、研磨などの加工を施すことによって、得られた複数の赤外線遮蔽レンズアレイ１０のそれぞれの大きさを均一とすることができる。

（液晶プロジェクタ）
次に、上述した赤外線遮蔽レンズアレイを用いた応用例として液晶プロジェクタについて説明する。図１０は、前記液晶プロジェクタの一例を示す構成図である。図１０に示すように、投影表示装置の一つである液晶プロジェクタ７０は、偏光照明装置９０と、導光部９９と、ダイクロイツクミラー７１、７４と、反射ミラー７２と、三枚の液晶ライトバルブ７３、７５、８１と、クロスダイクロイックプリズム８３と、投射レンズ８４と、から主に構成される。

ダイクロイツクミラー７１、７４は、白色光Ｗを赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの三色の色光に分離するための色光分離部である。三枚の液晶ライトバルブ７３、７５、８１は、与えられた画像信号に従って、三色の色光をそれぞれ変調して画像を形成する光変調部として機能する。クロスダイクロイックプリズム８３は、三色の色光を合成してカラー画像を形成する色光合成部として機能する。投射レンズ８４は、合成されたカラー画像を表す光をスクリーン８５上に投射する投射光学系である。

ダイクロイツクミラー７１は、偏光照明装置９０から出射された白色光Ｗの光束の赤色光Ｒの成分を透過させるとともに、青色光Ｂの成分と緑色光Ｇの成分とを反射する。透過した赤色光Ｒは、反射ミラー７２で反射されて赤色光用の液晶ライトバルブ７３に入光する。一方、ダイクロイツクミラー７１で反射された青色光Ｂと緑色光Ｇのうちで、緑色光Ｇは、ダイクロイツクミラー７４によって反射され、緑色光用の液晶ライトバルブ７５に入光する。他方、青色光Ｂは、ダイクロイツクミラー７４を透過し導光部９９に入光する。

ここで、この構成の液晶プロジェクタ７０では、図１０に示すように、青色光Ｂの光路長が三つの色光のうち最も長くなる。そこで、ダイクロイツクミラー７４の後段には、リレーレンズ系で構成された上述した導光部９９が設けられている。すなわち、青色光Ｂは
ダイクロイックミラー７４を透過した後に、まず、入射レンズ７６及び反射ミラー７７を経て、リレーレンズ７８に導かれる。さらに、リレーレンズ７８を通過した青色光Ｂは、反射ミラー７９によって反射されて出射レンズ８０に導光され、青色光用の液晶ライトバルブ８１に入光する。

三つの液晶ライトバルブ７３、７５、８１は、図示しない外部の制御回路から与えられた画像情報である画像信号にしたがって、それぞれの色光を変調し、それぞれの色成分の画像情報を含む色光を生成する。変調された三つの色光は、クロスダイクロイツクプリズム８３に入射する。クロスダイクロイツクプリズム８３には、赤色光Ｒを反射する誘電体多層膜と、青色光Ｂを反射する誘電体多層とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー映像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ８４によってスクリーン８５上に投射され、映像が拡大されて表示される。

また、液晶プロジェクタ７０の偏光照明装置９０は、光源部９１と偏光発生装置９２とから構成されている。光源部９１は、Ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含むランダムな変偏光方向の光束を出射する。光源部９１から出射された光束は、偏光発生装置９２によって偏光方向がほぼ揃った一種類の直線偏光、例えばｓ偏光光に変換される。

また、光源部９１は、光源ランプと、放物面リフレクタとを備えている。光源ランプから放射された光は、放物面リフレクタによって一方的に反射され、略平行な光束となって偏光発生装置９２に入射する。なお、モバイル用など小型の液晶プロジェクタでは、反射鏡からの光束を絞って光学系を小型化する目的で、楕円面反射鏡が用いられることが多い。

偏光発生装置９２は、第１の光学要素９３と、第２の光学要素９８とを備えている。第１の光学要素９３及び第２の光学要素９８は、互いの中心が光軸と一致するように配置されている。また、第２の光学要素９８は、光学素子９４と出射側レンズ９７とを備えている。そして、光学素子９４及び出射側レンズ９７は、各々の中心が光軸と一致するように配置されている。

光学素子９４は、集光レンズアレイ９５と二つの偏光変換素子アレイ９６とを備えている。集光レンズアレイ９５は、第１の光学要素９３と同一構造のレンズアレイであり、相対する向きに配置される。また、集光レンズアレイ９５は、第１の光学要素９３とともに、各光束分割レンズで分割された複数の分割光束を集光する役割を有する。偏光変換素子アレイ９６は、入射された光束を一種頬の直線偏光光、例えばｓ偏光光に変換して出射する機能を有する。

ここで、集光レンズアレイ９５及び第１の光学要素９３として上述した赤外線遮蔽レンズアレイ１０が適用されている。赤外線遮蔽レンズアレイ１０は、矩形板状の輪郭を有する微小な光束分割レンズ（レンズ１１Ａ）が、縦方向にＭ行、横方向にＮ列のマトリックス状に配列された構成を有する。赤外線遮蔽レンズアレイ１０を適用することで、光源部９１からの照射光に含まれる赤外光を確実に遮蔽することができるため、液晶プロジェクタ７０内の液晶ライトバルブ７３、７５、８１等に熱害を及ぼすことがない。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は当然に以下の内容に限定されるものではない。

（実施例１）
本実施例では、図１に示す構成の赤外線遮蔽レンズアレイを作製した。なお、交互多層膜部分は、赤外線吸収膜としてＩＴＯ膜（波長１０００ｎｍにおける消衰係数：０．２）を用い、誘電体膜として酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜を用いた。また、誘電体多層膜部分は、高屈折率材料層として酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜を用い、低屈折率材料層として酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜を用いた。また、それぞれの層はスパッタリング法により形成した。なお、具体的な構成態様（積層数及び順序、並びに各層の厚さ、総膜厚）は表１に示した。さらに、基板は硼珪酸ガラスを用い、上述した製造工程にしたがってその主面に複数の微小レンズを形成した。このような赤外線遮蔽レンズアレイの分光特性を図１１に示した。

（比較例）
本比較例では、図１に示す構成の赤外線遮蔽レンズアレイにおいて、交互多層膜部分を有せず、誘電体多層膜部分のみからなる従来の構成のレンズアレイを作製した。なお、高屈折率材料層として酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜を用い、低屈折率材料層として酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜を用いた。また、それぞれの層はスパッタリング法により形成した。なお、具体的な構成態様（積層数及び順序、並びに各層の厚さ、総膜厚）は表２に示した。さらに、このようなレンズアレイの分光特性を図１２に示した。

以上、実施例及び比較例から明らかなように、本発明に従って得た実施例の赤外線遮蔽レンズアレイにおいては、その全体の積層数及び厚さが比較例で得た従来のレンズアレイに比較して減少しているにも拘らず、特に１１００ｎｍ以上の赤外光の領域の遮蔽効果が優れていることが分かる。

したがって、交互多層膜部分を誘電体多層膜部分に対して隣接して設けることにより、特に１１００ｎｍ以上の赤外光に対して優れた遮蔽効果を奏するとともに、前記誘電体多層膜部分の厚さを大幅に低減することができ、結果として、赤外線遮蔽レンズアレイに設けられる赤外線遮蔽膜の全体の厚さを低減することができる。この結果、前記赤外線遮蔽膜の生産性及び歩留まりの低下によるコスト増という問題を回避することができることが分かる。

（実施例２）
本実施例では、実施例１に示す構成の赤外線遮蔽レンズアレイの交互多層膜部分における赤外線吸収膜を２層から１層に変更した。具体的には、表１の膜構成において基板から２番目のＳｉＯ_２膜（誘電体膜）を成膜しないことで、ＩＴＯ膜を１層とした。但し、ＩＴＯ膜の膜厚は、実施例１の２層の膜厚を合計したものと同じである。

赤外線吸収膜が２層の場合（実施例１）と１層の場合（実施例２）の屈折率変動に対する分光透過率の安定性及び可視域のリップルの発生を確認するため、各実施例の分光透過率を調べた。図１３は、実施例１の赤外線遮蔽レンズアレイについて、屈折率変動が起こった場合の分光透過率であり、太線は屈折率変動がない場合を、２本の細線は屈折率変動がある場合（＋４％、−４％）をそれぞれ示すグラフである。図１４は実施例２の赤外線遮蔽膜について、図１３と同様に屈折率変動がない場合及び屈折率変動がある場合（＋４％、−４％）の分光透過率を示すグラフである。

図１３及び図１４から明らかなように、図１３（実施例１）に示す構成の赤外線遮蔽レンズアレイでは、可視域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）における分光透過率はほぼフラットでありばらつきは少なく、リップルは抑制されている。これに対し、図１４（実施例２）に示す構成の赤外線遮蔽レンズアレイでは、可視域の分光透過率のばらつきが大きく（特に、６００ｎｍ〜６５０ｎｍ）、リップルが発生している。

（実施例３）
本実施例では、実施例２における分光透過率の可視域のリップルを抑制するため、実施例２と同様の膜構成で膜厚のみを調整した。図１５は実施例３の赤外線遮蔽レンズアレイについて、図１３及び図１４と同様に屈折率変動がない場合及び屈折率変動がある場合（＋４％、−４％）の分光透過率を示すグラフである。

図１３、図１４及び図１５から明らかなように、図１５（実施例３）示す赤外線遮蔽レンズアレイでは、図１３（実施例１）と同程度に分光透過率の可視域のリップルが抑制されている。しかし、図１３（実施例１）及び図１４（実施例２）に示す赤外線遮蔽レンズアレイでは、屈折率変動がある場合の波長８００ｎｍ〜１１００ｎｍの赤外光領域での最大透過率が約１０％以下であるのに対し、図１５（実施例３）の構成の赤外線遮蔽レンズアレイでは、屈折率変動がある場合の波長８００ｎｍ〜１１００ｎｍの赤外光領域での最大透過率が約２０％以上にまで増大していることが分かる。

これらより、赤外線遮蔽レンズアレイの赤外線吸収膜が１層の場合、長波長域の赤外線遮蔽効果を有するものの、赤外線遮蔽レンズアレイの成膜時の屈折率変動に対する分光透過率の安定化及び分光透過率の可視域のリップル抑制という効果を同時に得ることはできない。これに対して、実施例１のように赤外線遮蔽レンズアレイの赤外線吸収膜を２層以上に細分化することで、これら両方の効果が得られる。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

本発明の赤外線遮蔽レンズアレイの一例を概略的に示す構成図である。 図１に示すレンズアレイの透光性基板を拡大して示すである。 図１に示す赤外線遮蔽レンズアレイの変形例を概略的に示す構成図である。 図１に示す透光性基板を得るための、プレス成形で使用する金型の断面図である。 図４に示す金型の上型を示す底面図である。 図４に示す金型のプレス成形時の状態を模式的に示す断面図である。 図１に示す透光性基板を得るための、プレス成形後の研磨工程を示す図である。 同じく、図１に示す透光性基板を得るための、プレス成形後の研磨工程を示す図である。 同じく、図１に示す透光性基板を得るための、プレス成形後の研磨工程を示す図である。 図１に示す赤外線遮蔽レンズアレイを用いた液晶プロジェクタの一例を示す構成図である。 本発明の赤外線遮蔽レンズアレイの一例（実施例１）における分光特性を示すグラフである。 従来のレンズアレイの一例における分光特性を示すグラフである。 本発明の赤外線遮蔽レンズアレイの一例（実施例１）における分光特性を示すグラフである。 本発明の赤外線遮蔽レンズアレイの一例（実施例２）における分光特性を示すグラフである。 本発明の赤外線遮蔽レンズアレイの一例（実施例３）における分光特性を示すグラフである。

符号の説明

１０ 赤外線遮蔽レンズアレイ
１１ （ガラス）基板
１２ 交互多層膜部分
１３ 誘電体多層膜部分
１４ 反射防止膜
１２１ 赤外線吸収膜
１２２ 誘電体膜
１３１ 高屈折率材料層
１３２ 低屈折率材料層

Claims (9)

1. 少なくとも一方の主面上に複数の微小レンズが形成されてなる透光性の基板と、
   前記基板の、前記主面及び裏面の少なくとも一方に、透明な赤外線吸収膜と誘電体膜とが交互に積層されてなる交互多層膜部分と、
   前記交互多層膜部分に隣接するようにして設けられた、少なくとも２種以上の誘電体膜が交互に積層してなる誘電体多層膜部分と、
   を具えることを特徴とする、赤外線遮蔽レンズアレイ。
2. 前記交互多層膜部分は、前記赤外線吸収膜を２層以上有することを特徴とする、請求項１に記載の赤外線遮蔽レンズアレイ。
3. 前記赤外線吸収膜の１層当たりの膜厚が１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の赤外線遮蔽レンズアレイ。
4. 前記赤外線吸収膜の１層当たりの膜厚が１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であることを特徴とする、請求項２に記載の赤外線遮蔽レンズアレイ。
5. 前記赤外線吸収膜の全体の厚さが５００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項４に記載の赤外線遮蔽レンズアレイ。
6. 前記赤外線吸収膜の、波長１０００ｎｍにおける消衰係数が０．１以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の赤外線遮蔽レンズアレイ。
7. 前記赤外線吸収膜は、インジウム、インジウム系複合酸化物、錫、錫系複合酸化物、亜鉛、及び亜鉛系複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の赤外線遮蔽レンズアレイ。
8. 前記交互多層膜部分及び前記誘電体多層膜部分は、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンビーム法、イオンプレーティング法、及びＣＶＤ法からなる群より選ばれる少なくとも１つの方法を用いて形成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の赤外線遮蔽レンズアレイ。
9. 前記基板の前記主面及び前記裏面の少なくとも一方に形成した反射防止膜を具えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の赤外線遮蔽レンズアレイ。

Images