JP2022147493A - 光学素子、光学モジュール及び、光学素子または光学モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】より簡易・小型な構成で、光学モジュールからの光漏れを抑制することが可能な技術を提供する。【解決手段】平板状の基材部（３ｂ）の少なくとも片面の一部に光学要素が配置された光学領域（３ａ）を有する光学素子（３）であって、基材部（３ｂ）の光学領域（３ａ）が設けられた面における、光学領域（３ａ）の周囲には、光学素子としての光学的機能が使用されない周辺領域（３ｄ）が設けられており、周辺領域（３ｄ）あるいは、基材部（３ｂ）の反対面における該周辺領域（３ｄ）に相当する領域には、光の透過が抑制され、あるいは光を拡散する遮光拡散部（３ｅ）が形成される【選択図】図１
Description
本発明は、光学素子、光学素子を有する光学モジュール及び、これらの製造方法に関する。
従来より、例えば照明もしくは計測、顔認証、空間認証等のための装置に用いられ、複数のレンズ要素を配置したマイクロレンズアレイが公知である（例えば、特許文献１、２等参照。）。また、このマイクロレンズアレイと光源とをユニット化して光学モジュールとすることで、マイクロレンズアレイを用いた上述の装置の組み立て、管理を容易にすることが行われている。
一方で、これらの光学モジュールに用いられる光源には、ＶＣＳＥＬレーザ光源（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ：垂直共振器面発光レーザ）等の高強度の光源が用いられることが多く、アイセーフ問題が生じる場合もあった。これらの問題に関連して、光学素子の表面にモザイク分割で周期的に配置された複数の領域を有し、この複数の領域の各領域が微細構造のランダム空間分布を有する光学素子が公知である（例えば、特許文献３等参照）。
しかしながら、上述したような光学モジュールにおいては、構造が充分に簡易・小型であり、高強度の光の漏れが充分に抑制されているとは言えなかった。また、マイクロレンズアレイ等の光学素子を接着剤で固定する構造が多いく、接着剤の流れ出し等によって光学素子の光学性能に影響が出る場合があった。
本開示の技術は、上記の事情に鑑みて発明されたもので、その目的は、より簡易・小型な構成で、光学モジュールからの光漏れを抑制することが可能な技術を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本開示に係る光学素子は、平板状の基材部の少なくとも片面の一部に光学要素が配置された光学領域を有する光学素子であって、基材部の光学領域が設けられた面における、光学領域の周囲には、光学素子としての光学的機能が使用されない周辺領域が設けられており、周辺領域あるいは、基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域には、光の透過が抑制され、あるいは光を拡散する遮光拡散部が形成されるよう構成した。
より詳しくは、平板状の基材部の少なくとも片面の一部に光学要素が配置された光学領域と、
前記基材部の前記光学領域が設けられた面における、前記光学領域の周囲に設けられ、
前記光学要素が配置されない周辺領域と、
前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域に設けられ、光の透過を抑制し、あるいは光を拡散する遮光拡散部と、
を備える。
前記基材部の前記光学領域が設けられた面における、前記光学領域の周囲に設けられ、
前記光学要素が配置されない周辺領域と、
前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域に設けられ、光の透過を抑制し、あるいは光を拡散する遮光拡散部と、
を備える。
ここで、前記基材部において、前記光学領域は、前記周辺領域に対して窪んだ面に形成されるようにしてもよい。
また、前記光学要素はレンズ要素であり、前記光学領域は、複数の前記レンズ要素が配列されたレンズ領域であってもよい。
前記遮光拡散部は、前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域に形成されたフォトレジスト材料の膜を有してもよい。
また、前記遮光拡散部は、前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域の表面粗さが前記基材部の側面に比較して大きい粗化面を有してもよい。
また、本開示に係る光学モジュールは、上記に記載の光学素子と、
前記光学素子に光を入射する光源と、
前記光学素子と前記光源とを保持する保持部材と、
を備え、
前記保持部材は、前記光源が固定される基底部と、前記光学素子が固定される側壁部を有し、
前記側壁部には、前記光学素子の前記周辺領域を載置する載置面が設けられ、
前記周辺領域と前記載置面の間には所定の接着剤が介在する、光学モジュールである。
前記光学素子に光を入射する光源と、
前記光学素子と前記光源とを保持する保持部材と、
を備え、
前記保持部材は、前記光源が固定される基底部と、前記光学素子が固定される側壁部を有し、
前記側壁部には、前記光学素子の前記周辺領域を載置する載置面が設けられ、
前記周辺領域と前記載置面の間には所定の接着剤が介在する、光学モジュールである。
また、前記側壁部の上端は、前記光学素子の上面と同じ高さまたは、前記光学素子の上面より低くなるように形成されてもよい。
また、前記所定の接着剤は遮光性を有し、前記遮光拡散部を形成してもよい。
本開示に係る光学素子の製造方法は、平板状の基材部の少なくとも片面の一部に光学要素が配置された光学領域を有する、光学素子の製造方法であって、
前記平板状の基材部と、前記光学領域と、該光学領域の周囲に配置され前記光学素子として光学的機能が使用されない周辺領域とを、一体成型で形成する成型工程と、
前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域に、光の透過が抑制され、あるいは光を拡散する遮光拡散部を形成する、遮光拡散部形成工程と、
を有する。
前記平板状の基材部と、前記光学領域と、該光学領域の周囲に配置され前記光学素子として光学的機能が使用されない周辺領域とを、一体成型で形成する成型工程と、
前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域に、光の透過が抑制され、あるいは光を拡散する遮光拡散部を形成する、遮光拡散部形成工程と、
を有する。
また、前記遮光拡散部形成工程は、前記成型工程と同時に行われ、
前記成型工程において、前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域の表面粗さが前記基材部の側面に比較して大きい粗化面が、遮光拡散部として成型されてもよい。
前記成型工程において、前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域の表面粗さが前記基材部の側面に比較して大きい粗化面が、遮光拡散部として成型されてもよい。
また、前記遮光拡散部形成工程は、前記成型工程の後に行われるとともに、前記成型工程において成型された前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域の表面に、フォトリソグラフィーによってフォトレジスト材料の膜を形成する工程を含んでもよい。
また、前記遮光拡散部形成工程は、前記成型工程の後に行われるとともに、前記成型工程において成型された前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域の表面を粗化する粗化工程を含んでもよい。
本開示に係る光学モジュールの製造方法は、
前記載置面に前記所定の接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
前記光学素子を前記所定の接着剤が塗布された前記載置面に載置して固定する固定工程と、を有する、光学モジュールの製造方法である。
前記載置面に前記所定の接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
前記光学素子を前記所定の接着剤が塗布された前記載置面に載置して固定する固定工程と、を有する、光学モジュールの製造方法である。
また、前記光学モジュールの製造方法において、前記所定の接着剤は遮光性を有していてもよい。
なお、本開示においては、可能な限り、上記の課題を解決するための手段を組み合わせて使用することができる。
本開示によれば、より簡易・小型な構成で、光学モジュールからの光漏れを抑制することが可能な技術を提供できる。
以下に、図面を参照して本開示の実施形態に係るマイクロレンズアレイ及び、光学モジュールについて説明する。なお、実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は、一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本開示は、実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
図８には、実施形態に係るマイクロレンズアレイ及び光学モジュールの使用用途の一例としての、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式の距離測定装置１００の概略図を示す。ＴＯＦ方式の距離測定装置１００は、照射光の飛行時間を測定することで、測定対象Ｏの表面の各部までの距離を測定する装置であり、光源制御部１０１、照射光源１０２、照射光学系１０３、測定対象Ｏからの反射光を集光する受光光学系１０４、受光素子１０５、信号処理回路１０６を有する。
光源制御部１０１からのドライブ信号に基づいて照射光源１０２がパルス状の光を発光すると、そのパルス状の光が照射光学系１０３を通過して測定対象Ｏに照射される。そして、測定対象Ｏの表面で反射した反射光は受光光学系１０４を通過して受光素子１０５で
受光され、信号処理回路１０６で適切な電気信号に変換される。そして、演算部（不図示）において、照射光源１０２が照射光を発光してから受光素子１０５で反射光が受光されるまでの時間、つまり光の飛行時間を測定することにより、測定対象Ｏにおける各場所までの距離を測定する。
受光され、信号処理回路１０６で適切な電気信号に変換される。そして、演算部（不図示）において、照射光源１０２が照射光を発光してから受光素子１０５で反射光が受光されるまでの時間、つまり光の飛行時間を測定することにより、測定対象Ｏにおける各場所までの距離を測定する。
このＴＯＦ方式の距離測定装置１００における照射光学系１０３として、マイクロレンズアレイが使用される場合がある。図９には、マイクロレンズアレイの概略図を示す。図中左側の図はマイクロレンズアレイの正面図、図中右側の図はマイクロレンズアレイの側面図を示す。マイクロレンズアレイとは、平板状の基材部１０３ｂの例えば片面の中央部に、直径が１０μｍ～数ｍｍ程度の微小なレンズ要素１０３０ａが配列されたレンズ領域１０３ａを有する光学素子である。レンズ領域１０３ａは基材部１０３ｂの両面に形成されてもよいし、基材部１０３ｂの全面に形成されてもよい。
マイクロレンズアレイは、レンズ領域１０３ａを構成する各々のレンズ要素１０３０ａの形状（球面、非球面、シリンドリカル、六方等）、レンズ要素１０３０ａの大きさ、レンズ要素１０３０ａの配置、レンズ要素１０３０ａ間のピッチ等によって、その機能や精度が変化する。そして、光源制御部１０１、照射光源１０２、照射光学系（マイクロレンズアレイ）１０３をユニット化して、光学モジュール１０８として扱うことで、距離測定装置１００の組立性、管理の容易性を向上させることが行われている。マイクロレンズアレイにおけるレンズ要素１０３０ａは本開示の光学要素に相当し、レンズ領域１０３ａは本開示の光学領域に相当する。マイクロレンズアレイの材質としては、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、シクロオレフィン共重合等の樹脂材料を挙げることができる。材料の種類について特に制限されるものではない。
図１０には、従来の光学モジュールの構成例を示す。図１０（ａ）には、平板状の基材部１１３ｂの下面の略全面にレンズ要素が配列されたレンズ領域１１３ａを設けたマイクロレンズアレイ１１３を用いた光学モジュール１１０について示す。ここで、光学モジュール１１０は、光源１１２が設置された基底部１１１ａと、光源１１２の周囲を囲う側壁部１１１ｂを有する筐体１１１を備える。マイクロレンズアレイ１１３は、側壁部１１１ｂの内側に設けられた段差部１１１ｃに端部が載置され、接着剤１１５で接着されることで、側壁部１１１ｂに固定されている。
この例の場合、接着剤１１５が特にレンズ領域１１３ａのレンズ要素の凹凸による毛細管現象によってレンズ領域１１３ａに流れ出し、レンズ領域１１３ａにおける光学性能に影響を及ぼす場合があった。ここで、例えばフィラーを充填する等の方法によって高粘度にした接着剤を用いた場合であっても、接着剤１１５がレンズ要素の凹凸による毛細管現象によってレンズ領域１１３ａに流れ出す虞がある。
次に、図１０（ｂ）には、平板状の基材部１２３ｂの下面の中央部にレンズ領域１２３ａが設けられたマイクロレンズアレイ１２３を有する光学モジュール１２０について示す。ここで、光学モジュール１２０は、光源１２２が設置された基底部１２１ａと、光源１２２の周囲を囲う側壁部１２１ｂを有する筐体１２１を備える。マイクロレンズアレイ１２３は、側壁部１２１ｂの内側に設けられた段差部１２１ｃに端部が載置され、接着剤１２５で接着されることで、側壁部１２１ｂに固定されている。
この例の場合、マイクロレンズアレイ１２３の下面には、レンズ要素が形成されていない透明な平面である周辺領域としての周辺部１２３ｄが存在するために、接着剤１２５がレンズ領域１２３ａに流れ出し、レンズ領域１２３ａの光学性能に影響を及ぼす可能性は、図１０（ａ）の場合より低い。しかしながら、光源１２２からの照射光が、周辺部１２３ｄを通過して、レンズ要素で拡散されない高強度の光が直接外部に漏れる可能性がある
。この場合、高強度の漏れ光が外部の人の目に直接入射してしまう所謂アイセーフ問題を生じる虞がある。
。この場合、高強度の漏れ光が外部の人の目に直接入射してしまう所謂アイセーフ問題を生じる虞がある。
よって、この例においては、周辺部１２３ｄからの漏れ光の直接の照射を防止するため、マイクロレンズアレイ１２３の上側における漏れ光の出射位置に、遮光用の蓋１２６を設ける必要がある。このことは、光学モジュール１２０の製造工数と、部品点数を増加させる結果となり、光学モジュール１２０のコストアップを招来する。また、光学モジュール１２０の高さを蓋１２６の分だけ高くする必要があるので、光学モジュール１２０の小型化の妨げにもなっていた。
図１には、本実施形態に係る光学モジュール１の概略図を示す。図１（ａ）は、光学モジュール１の平面図、図１（ｂ）は、Ａ－Ａ断面による断面図を示す。光学モジュール１は、光源２が設置された基底部１０ａと、光源２の周囲を四方から囲う側壁部１０ｂを有する保持部材としての筐体１０を備える。光源２としては、例えばＶＣＳＥＬレーザ光源（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ：垂直共振器面発光レーザ）が用いられる。また、基底部１０ａには図示しない、光源制御部も載置されている。側壁部１０ｂの内壁には、マイクロレンズアレイ３が載置される水平面を有する載置面としての段差部１０ｃが設けられている。マイクロレンズアレイ３は、段差部１０ｃに載置され、接着剤５で接着されることで、側壁部１０ｂに固定されている。なお、本実施形態では側壁部１０ｂは、平面視で略正方形の形状を有しているが、側壁部１０ｂの平面視での形状はこれに限られない。長方形、多角形、円形、楕円形等の形状を有していても構わない。また、接着剤５としては、エポキシ系、アクリル系およびシリコーン系の接着剤を例示することができる。
マイクロレンズアレイ３は、概略平板状の基材部３ｂを有する。基材部３ｂの下面中央部には、平面視で矩形状の窪んだ凹部３ｃを有し、凹部３ｃの天面にレンズ要素が配列されたレンズ領域３ａが形成されている。マイクロレンズアレイ３の下面における凹部３ｃの周囲の領域は、光学素子としての光学的機能が使用されない周辺領域としてのリブ３ｄを構成する。結果として、リブ３ｄにおける厚みは、凹部３ｃの厚みより厚くなっている。マイクロレンズアレイ３は、このリブ３ｄが段差部１０ｃ上に載置され、接着剤５が段差部１０ｃとリブ３ｄの間に介在することで接着固定されている。
また、マイクロレンズアレイ３の上面におけるリブ３ｄに相当する領域には、光源２からの照射光の漏れを遮光または拡散する遮光拡散部３ｅが設けられている。この遮光拡散部３ｅは、遮光機能のみを有していてもよいし、光の拡散機能のみを有していても良い。また、光の拡散機能と遮光機能の両方を有していてもよい。遮光拡散部３ｅにおける遮光機能は、透過光を完全に遮断する機能であってもよいし透過光強度を低下させる機能であってもよい。この遮光拡散部３ｅは、例えばフォトリソグラフィー技術により、遮光性のフォトレジスト膜が形成されることで設けられていてもよい。また、ブラスト技術により表面粗化されることで粗化面として設けられてもよい。なお、粗化面の表面粗さは、基材部３ｂの表面粗さより大きい表面粗さを有する。基材部３ｂの表面粗さとは、基材部３ｂにおける、レンズ領域３ａ、遮光拡散部３ｅ以外の面における表面粗さである。基材部３ｂの表面粗さは、仮に基材部３ｂの上面及び下面の全面が、レンズ領域３ａ、遮光拡散部３ｅで覆われていた場合には基材部３ｂの側面３ｆの表面粗さを含む。また、遮光拡散部３ｅが設けられる領域は、概略、レンズ領域３ａの反対面におけるリブ３ｄに相当する領域であるが、これは正確にリブ３ｄに相当する領域ではなく、リブ３ｄに相当する領域を含む領域であってもよいし、リブ３ｄに相当する領域の一部であってもよい。
この構成によれば、光学モジュール１において、光源２からリブ３ｄに入射した照射光は、遮光拡散部３ｅで遮光または拡散される。従って、光学モジュール１の前面にＶＣＳ
ＥＬレーザ光源からの光がそのまま漏れることがなく、高強度のレーザ光が直接、外部に照射される危険を回避することが可能である。
ＥＬレーザ光源からの光がそのまま漏れることがなく、高強度のレーザ光が直接、外部に照射される危険を回避することが可能である。
また、この構成によれば、側壁部１０ｂにおける段差部１０ｃより上の薄肉部である上端部１０ｄの高さを、マイクロレンズアレイ３の上面と同等の高さまで低くすることが可能となり、光学モジュール１全体の高さを低くすることが可能となる。
さらに、この構成によれば、マイクロレンズアレイ３のレンズ領域３ａの周囲にリブ３ｄが形成されるため、接着剤５が段差部１０ｃから流れ出しても、当該接着剤５がレンズ領域３ａに到達しづらいので、接着剤５がマイクロレンズアレイ３の光学特性に影響を及ぼすことを抑制できる。そもそも、リブ３ｄの下面では毛細管現象が生じづらく、接着剤５は流れ出しづらい。
図２には、光学モジュール１の段差部１０ｃ付近の拡大図を示す。本実施形態においては、リブ３ｄの水平方向の幅をＡ、凹部３ｃの端面と段差部１０ｃの端面（＝側壁部１０ｂの内壁）との距離をＢとしたときに、Ｂ≧０．３×Ａの関係が成立するようにするとよい。そうすれば、より確実に、接着剤５が段差部１０ｃから流れ出し、マイクロレンズアレイ３のレンズ領域３ａに達することを抑制できる。より望ましくは、０．７×Ａ≧Ｂ≧０．５×Ａの関係が成立するようにするとよい。そうすれば、さらに確実に、接着剤５が段差部１０ｃから流れ出し、マイクロレンズアレイ３のレンズ領域３ａに達することを抑制できる。また、段差部１０ｃとリブ３ｄとの接触面積を充分に確保することができ、側壁部１０ｂへのマイクロレンズアレイ３の固定を安定化させることが可能となる。なお、本実施例におけるマイクロレンズアレイ３の、レンズ領域３ａ及び、その反対面の少なくとも一方には、反射防止膜（不図示）が施されていてもよい。この反射防止膜は、シリカ（Ｓｉ）やチタン（Ｔｉ）あるいはその両方から形成されていてもよい。また、モスアイ構造によって形成されていてもよい。このモスアイ構造は、遮光拡散部３ｅが設けられる処理において同時に形成してもよい。
＜変形例１＞
図３には、本実施形態の変形例について示す。この変形例は、遮光拡散部１３ｅをマイクロレンズアレイ１３の下面のリブ１３ｄに設けた例である。このようにすることで、光源２からの照射光がマイクロレンズアレイ１３のレンズ領域１３ａ以外の部分に入射されることを抑制でき、漏れ光を元から遮断または拡散することができる。よって、側壁部１０ｂにおける上端部１０ｄの高さをさらに低くすることができる。また、マイクロレンズアレイ３内における迷光に起因するフレアの発生を抑制することが可能となる。
図３には、本実施形態の変形例について示す。この変形例は、遮光拡散部１３ｅをマイクロレンズアレイ１３の下面のリブ１３ｄに設けた例である。このようにすることで、光源２からの照射光がマイクロレンズアレイ１３のレンズ領域１３ａ以外の部分に入射されることを抑制でき、漏れ光を元から遮断または拡散することができる。よって、側壁部１０ｂにおける上端部１０ｄの高さをさらに低くすることができる。また、マイクロレンズアレイ３内における迷光に起因するフレアの発生を抑制することが可能となる。
＜変形例２、３＞
図４（ａ）には、本実施形態の２番目の変形例について示す。この変形例ではマイクロレンズアレイ２３に、凹部を設けず、基材部２３ｂの下面に直接レンズ領域２３ａを設けた。そして、遮光拡散部２３ｅを基材部２３ｂの上面に設けている。すなわち、この変形例においては、レンズ領域２３ａと、レンズ領域２３ａの周囲の周辺領域としての周辺部２３ｄとは、略同一面に配置される。このようにすることで、リブを省略できる分、マイクロレンズアレイ２３及び、上端部１０ｄの高さを低くすることができ、光学モジュール２１の高さを低くすることが可能である。
図４（ａ）には、本実施形態の２番目の変形例について示す。この変形例ではマイクロレンズアレイ２３に、凹部を設けず、基材部２３ｂの下面に直接レンズ領域２３ａを設けた。そして、遮光拡散部２３ｅを基材部２３ｂの上面に設けている。すなわち、この変形例においては、レンズ領域２３ａと、レンズ領域２３ａの周囲の周辺領域としての周辺部２３ｄとは、略同一面に配置される。このようにすることで、リブを省略できる分、マイクロレンズアレイ２３及び、上端部１０ｄの高さを低くすることができ、光学モジュール２１の高さを低くすることが可能である。
図４（ｂ）には、本実施形態の３番目の変形例について示す。この変形例ではマイクロレンズアレイ３３に、凹部を設けず、基材部３３ｂの下面に直接レンズ領域３３ａを設けた。そして、遮光拡散部３３ｅを基材部３３ｂの下面におけるレンズ領域３３ａの周囲の周辺領域としての周辺部３３ｄに設けている。このようにすることで、リブを省略できる分、マイクロレンズアレイ３３の高さを低くすることができる。また、光源２からの照射
光がマイクロレンズアレイ３３のレンズ領域３３ａ以外の部分に入射されることを抑制でき、漏れ光を元から遮断または拡散することができる。よって、側壁部１０ｂにおける上端部１０ｄの高さをさらに低くすることができる。また、マイクロレンズアレイ３内における迷光に起因するフレアの発生を抑制することが可能となる。
光がマイクロレンズアレイ３３のレンズ領域３３ａ以外の部分に入射されることを抑制でき、漏れ光を元から遮断または拡散することができる。よって、側壁部１０ｂにおける上端部１０ｄの高さをさらに低くすることができる。また、マイクロレンズアレイ３内における迷光に起因するフレアの発生を抑制することが可能となる。
＜変形例４＞
図５には、本実施形態の４番目の変形例について示す。この変形例では、接着剤５を利用して、遮光拡散部４３ｅをマイクロレンズアレイ４３の下面のリブ４３ｄに設けている。すなわち、この変形例においては、マイクロレンズアレイ４３のリブ４３ｄと側壁部１０ｂの段差部１０ｃとの間に介在させて接着させる接着剤として、有色で光源２からの入射光の遮光性を有する接着剤５を使用している。
図５には、本実施形態の４番目の変形例について示す。この変形例では、接着剤５を利用して、遮光拡散部４３ｅをマイクロレンズアレイ４３の下面のリブ４３ｄに設けている。すなわち、この変形例においては、マイクロレンズアレイ４３のリブ４３ｄと側壁部１０ｂの段差部１０ｃとの間に介在させて接着させる接着剤として、有色で光源２からの入射光の遮光性を有する接着剤５を使用している。
そして、この接着剤をリブ４３ｄの表面にも分布させることで遮光拡散部４３ｅを形成するようにしている。このようにすることで、光源２からの照射光がマイクロレンズアレイ４３のレンズ領域４３ａ以外の部分に入射されることを抑制でき、漏れ光を元から遮断または拡散することができる。よって、側壁部１０ｂにおける上端部１０ｄの高さをさらに低くすることができる。また、マイクロレンズアレイ４３内における迷光に起因するフレアの発生を抑制することが可能となる。
ここで、この接着剤５を用いた遮光拡散部４３ｅは、接着剤５のみによって形成しても構わないし、例えばフォトリソグラフィー技術による遮光性のフォトレジスト膜や、ブラスト技術による表面粗化と併用されても構わない。
＜マイクロレンズアレイの製造方法＞
次に、マイクロレンズアレイ３の製造方法について説明する。図６は、製造方法のフローを記載したフローチャートである。図６（ａ）に示した例では、Ｓ０１に示すように、マイクロレンズアレイ３は、樹脂成型工程によって基材部３ｂ、レンズ領域３ａ、凹部３ｃ、リブ３ｄ、が同時に一体成型で形成される。Ｓ０１の工程は成型工程に相当する。そして、その後、Ｓ０２に示すように、遮光拡散部３ｅが形成される。この遮光拡散部３ｅを形成する工程は、例えば以下のような方法を用いて実施される。
（１）フォトリソグラフィー
一体成型されたマイクロレンズアレイ３の上面または下面に、フォトレジスト液を塗布する。そして、下面におけるリブ３ｄ以外の部分または、上面におけるリブ３ｄに相当する領域以外の部分にフォトマスクを被せた上で露光する。そして、未感光部を除去することで、リブ３ｄまたは、上面におけるリブ３ｄに相当する領域に、フォトレジスト材料による遮光層を形成する。
（２）ブラスト
下面におけるリブ３ｄ以外の部分または、上面におけるリブ３ｄに相当する領域以外の部分にマスクを被せた上で、研削材を含むエアーをマイクロレンズアレイ３の上面または下面に衝突させ、表面を粗化する。
（３）その他
下面におけるリブ３ｄ以外の部分または、上面におけるリブ３ｄに相当する領域以外の部分にマスクを被せた上で、樹脂表面を化学的、熱的あるいは光学的手法によって変質させ、表面を粗化する。
次に、マイクロレンズアレイ３の製造方法について説明する。図６は、製造方法のフローを記載したフローチャートである。図６（ａ）に示した例では、Ｓ０１に示すように、マイクロレンズアレイ３は、樹脂成型工程によって基材部３ｂ、レンズ領域３ａ、凹部３ｃ、リブ３ｄ、が同時に一体成型で形成される。Ｓ０１の工程は成型工程に相当する。そして、その後、Ｓ０２に示すように、遮光拡散部３ｅが形成される。この遮光拡散部３ｅを形成する工程は、例えば以下のような方法を用いて実施される。
（１）フォトリソグラフィー
一体成型されたマイクロレンズアレイ３の上面または下面に、フォトレジスト液を塗布する。そして、下面におけるリブ３ｄ以外の部分または、上面におけるリブ３ｄに相当する領域以外の部分にフォトマスクを被せた上で露光する。そして、未感光部を除去することで、リブ３ｄまたは、上面におけるリブ３ｄに相当する領域に、フォトレジスト材料による遮光層を形成する。
（２）ブラスト
下面におけるリブ３ｄ以外の部分または、上面におけるリブ３ｄに相当する領域以外の部分にマスクを被せた上で、研削材を含むエアーをマイクロレンズアレイ３の上面または下面に衝突させ、表面を粗化する。
（３）その他
下面におけるリブ３ｄ以外の部分または、上面におけるリブ３ｄに相当する領域以外の部分にマスクを被せた上で、樹脂表面を化学的、熱的あるいは光学的手法によって変質させ、表面を粗化する。
遮光拡散部３ｅの形成が終了すると、本ルーチンを終了する。Ｓ０２の工程は遮光拡散部形成工程に相当する。なお、Ｓ０２の工程において、（２）、（３）の方法が実施された場合、この工程は粗化工程に相当する。
また、図６（ｂ）に記載した例では、予め、樹脂成型に係る金型において、上記（２）
あるいは（３）の方法によって、遮光拡散部３ｅを形成する部分の表面を粗化しておく。そして、マイクロレンズアレイ３の製造工程においては、樹脂成型工程によって基材部３ｂ、レンズ領域３ａ、凹部３ｃ、リブ３ｄ、遮光拡散部３ｅが同時に一体成型で形成される。この例によれば、マイクロレンズアレイ３の製造工程をより簡略化することが可能である。
あるいは（３）の方法によって、遮光拡散部３ｅを形成する部分の表面を粗化しておく。そして、マイクロレンズアレイ３の製造工程においては、樹脂成型工程によって基材部３ｂ、レンズ領域３ａ、凹部３ｃ、リブ３ｄ、遮光拡散部３ｅが同時に一体成型で形成される。この例によれば、マイクロレンズアレイ３の製造工程をより簡略化することが可能である。
次に、図７には、光学モジュール１が製造される際のフローチャートを示す。光学モジュール１が製造される際には、Ｓ２１の工程において、側壁部１０ｂの段差部１０ｃに接着剤が塗布される。そして、その状態で、Ｓ２２の工程においては、マイクロレンズアレイ３が段差部１０ｃ上に載置されて固定される。側壁部１０ｂの段差部１０ｃに接着剤が塗布される工程は接着剤塗布工程に相当し、マイクロレンズアレイ３が段差部１０ｃ上に載置されて固定される工程は固定工程に相当する。
なお、上記の実施形態ではマイクロレンズアレイ３、１３、２３、３３、４３におけるレンズ領域３ａ、１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａが、光源２側の片面に設けられた例について説明したが、レンズ領域が、光源２と反対側の片面に配列されるようにしても構わない。さらに、両面に配列されるようにしても構わない。
また、本実施形態において説明したマイクロレンズアレイ３、１３、２３、３３、４３と同等の機能を有するマイクロレンズアレイを、画像撮影用、セキュリティ機器における顔認証用、車両やロボットにおける空間認証用の光学系として使用しても構わない。また、本実施形態においては、マイクロレンズアレイ３、１３、２３、３３、４３の材質は樹脂材料であることを前提として説明したが、樹脂材料を用いる場合には、熱可塑性樹脂の他、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂を用いてもよい。また、マイクロレンズアレイ３、１３、２３、３３、４３の材質はこれに限られない。光学モジュール１、１１、２１、３１、４１を構成する光学素子の素材は、樹脂であってもガラス等の他の材質であっても構わない。例えば、ガラス材料に樹脂のレンズアレイが貼付された構造など、樹脂材料とガラス材料の組み合わせであっても構わない。また、マイクロレンズアレイの製造方法については、樹脂成型の代わりにガラス成型が採用されても構わない。
また、本実施形態における光学モジュール１、１１、２１、３１、４１は、光学素子としてマイクロレンズアレイを使用する例について説明したが、光学素子としては、マイクロレンズアレイの他の光学素子を使用しても構わない。例えば光学要素として単レンズ、フレネルレンズ、回折格子などを含む光学素子を利用することが可能である。
＜導電性物質の配線について＞
なお、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ３、１３、２３、３３、４３の表面または内部には、導電性物質を含む配線を施し、当該配線の通電状態をモニターすることにより、レンズ領域３ａ、１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａにおける各レンズ要素の損傷を検出できるようにしてもよい。そうすることで、各レンズ要素のクラック、剥離などの損傷を簡便に検出することができるので、マイクロレンズアレイ３、１３、２３、３３、４３の損傷に起因する光学モジュール１、１１、２１，３１，４１の不具合、誤作動による被害を未然に防止することができる。例えば、各レンズ要素のクラックの発生を、導電性物質の断線により検出し、光源の発光を禁止することで、当該クラックを介して光源からの０次光が直接マイクロレンズアレイ３、１３、２３、３３、４３を透過し、外部に照射されることを回避できる。その結果、装置のアイセーフティー性能をさらに向上させることが可能である。
なお、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ３、１３、２３、３３、４３の表面または内部には、導電性物質を含む配線を施し、当該配線の通電状態をモニターすることにより、レンズ領域３ａ、１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａにおける各レンズ要素の損傷を検出できるようにしてもよい。そうすることで、各レンズ要素のクラック、剥離などの損傷を簡便に検出することができるので、マイクロレンズアレイ３、１３、２３、３３、４３の損傷に起因する光学モジュール１、１１、２１，３１，４１の不具合、誤作動による被害を未然に防止することができる。例えば、各レンズ要素のクラックの発生を、導電性物質の断線により検出し、光源の発光を禁止することで、当該クラックを介して光源からの０次光が直接マイクロレンズアレイ３、１３、２３、３３、４３を透過し、外部に照射されることを回避できる。その結果、装置のアイセーフティー性能をさらに向上させることが可能である。
上記の導電性物質の配線は、マイクロレンズアレイの周辺部（あるいはリブ）３ｄ、１３ｄ、２３ｄ、３３ｄ、４３ｄや、レンズ領域３ａ、１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ上
に施しても良い。また、レンズ領域３ａ、１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａが形成された方の面、反対側の面、両側の何れの面に施してもよい。導電性物質としては、導電性を有するものである限り特に限定されず、例えば、金属、金属酸化物、導電性ポリマー、導電性炭素系物質などを使用することができる。
に施しても良い。また、レンズ領域３ａ、１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａが形成された方の面、反対側の面、両側の何れの面に施してもよい。導電性物質としては、導電性を有するものである限り特に限定されず、例えば、金属、金属酸化物、導電性ポリマー、導電性炭素系物質などを使用することができる。
より具体的には、金属としては、金、銀、銅、クロム、ニッケル、パラジウム、アルミニウム、鉄、白金、モリブデン、タングステン、亜鉛、鉛、コバルト、チタン、ジルコニウム、インジウム、ロジウム、ルテニウム、及びこれらの合金等が挙げられる。金属酸化物としては、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化銅、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化スズ、又は、これらの複合酸化物、例えば、酸化インジウムと酸化スズとの複合酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズと酸化リンとの複合酸化物子（ＰＴＯ）等が挙げられる。導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等が挙げられる。導電性炭素系物質としては、カーボンブラック、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト等が挙げられる。これら導電性物質は、単独または２種以上組み合わせて使用することができる。
導電性物質としては、導電性に優れ、配線を形成しやすい、金属又は金属酸化物が好ましく、金属がより好ましく、金、銀、銅、インジウム等が好ましく、１００℃程度の温度で相互に融着し、樹脂製のマイクロレンズアレイ上でも導電性に優れた配線を形成することができる点で銀が好ましい。また、導電性物質による配線のパターン形状については特に限定されない。マイクロレンズアレイ３、１３、２３、３３、４３の周囲を囲うパターンでも良いし、よりクラック等の検出性を高めるためにパターンを複雑な形状としてもよい。さらに、透過性の導電性物質によってマイクロレンズアレイ３、１３、２３、３３、４３の少なくとも一部を覆うパターンでも良い。
１、１１、２１，３１、４１・・・マイクロレンズアレイ
１ａ、１１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ・・・レンズ領域
１ｂ、１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ・・・基材部
１ｃ、１１ｃ、４１ｃ・・・凹部
１ｄ、１１ｄ、２１ｄ、３１ｄ、４１ｄ・・・周辺部
１ｅ、１１ｅ、２１ｅ、３１ｅ、４１ｅ・・・遮光拡散部
２・・・光源
５・・・接着剤
１０・・・筐体
１０ａ・・・基底部
１０ｂ・・・側壁部
１０ｃ・・・段差部
１０ｄ・・・先端部
１００・・・ＴＯＦ距離測定装置
１０１・・・光源制御部
１０２・・・光源
１０３・・・照射光学系
１０４・・・反射光学系
１０５・・・受光素子
１０６・・・信号処理回路
１ａ、１１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ・・・レンズ領域
１ｂ、１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ・・・基材部
１ｃ、１１ｃ、４１ｃ・・・凹部
１ｄ、１１ｄ、２１ｄ、３１ｄ、４１ｄ・・・周辺部
１ｅ、１１ｅ、２１ｅ、３１ｅ、４１ｅ・・・遮光拡散部
２・・・光源
５・・・接着剤
１０・・・筐体
１０ａ・・・基底部
１０ｂ・・・側壁部
１０ｃ・・・段差部
１０ｄ・・・先端部
１００・・・ＴＯＦ距離測定装置
１０１・・・光源制御部
１０２・・・光源
１０３・・・照射光学系
１０４・・・反射光学系
１０５・・・受光素子
１０６・・・信号処理回路
Claims (14)
- 平板状の基材部の少なくとも片面の一部に光学要素が配置された光学領域と、
前記基材部の前記光学領域が設けられた面における、前記光学領域の周囲に設けられ、前記光学要素が配置されない周辺領域と、
前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域に設けられ、光の透過を抑制し、あるいは光を拡散する遮光拡散部と、
を備える、光学素子。 - 前記基材部において、前記光学領域は、前記周辺領域に対して窪んだ面に形成される、請求項１に記載の光学素子。
- 前記光学要素はレンズ要素であり、前記光学領域は、複数の前記レンズ要素が配列されたレンズ領域である、請求項１または２に記載の光学素子。
- 前記遮光拡散部は、前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域に形成されたフォトレジスト材料の膜を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学素子。
- 前記遮光拡散部は、前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域の表面粗さが前記基材部の側面に比較して大きい粗化面を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学素子。
- 請求項１から５のいずれか一項に記載の光学素子と、
前記光学素子に光を入射する光源と、
前記光学素子と前記光源とを保持する保持部材と、
を備え、
前記保持部材は、前記光源が固定される基底部と、前記光学素子が固定される側壁部を有し、
前記側壁部には、前記光学素子の前記周辺領域を載置する載置面が設けられ、
前記周辺領域と前記載置面の間には所定の接着剤が介在する、光学モジュール。 - 前記側壁部の上端は、前記光学素子の上面と同じ高さまたは、前記光学素子の上面より低くなるように形成された、請求項６に記載の光学モジュール。
- 前記所定の接着剤は遮光性を有し、前記遮光拡散部を形成する、請求項６または７に記載の光学モジュール。
- 平板状の基材部の少なくとも片面の一部に光学要素が配置された光学領域を有する、光学素子の製造方法であって、
前記平板状の基材部と、前記光学領域と、該光学領域の周囲に配置され前記光学素子として光学的機能が使用されない周辺領域とを、一体成型で形成する成型工程と、
前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域に、光の透過が抑制され、あるいは光を拡散する遮光拡散部を形成する、遮光拡散部形成工程と、
を有する、光学素子の製造方法。 - 前記遮光拡散部形成工程は、前記成型工程と同時に行われ、
前記成型工程において、前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域の表面粗さが前記基材部の側面に比較して大きい粗化面が、遮光
拡散部として成型される、請求項９に記載の光学素子の製造方法。 - 前記遮光拡散部形成工程は、前記成型工程の後に行われるとともに、前記成型工程において成型された前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域の表面に、フォトリソグラフィーによってフォトレジスト材料の膜を形成する工程を含む、請求項９に記載の光学素子の製造方法。
- 前記遮光拡散部形成工程は、前記成型工程の後に行われるとともに、前記成型工程において成型された前記周辺領域および／または、前記基材部の反対面における該周辺領域に相当する領域の表面を粗化する粗化工程を含む、請求項９に記載の光学素子の製造方法。
- 請求項６または７に記載の光学モジュールの製造方法であって、
前記載置面に前記所定の接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
前記光学素子を前記所定の接着剤が塗布された前記載置面に載置して固定する固定工程と、を有する、光学モジュールの製造方法。 - 前記所定の接着剤は遮光性を有する、請求項１３に記載の光学モジュールの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021048751A JP2022147493A (ja) | 2021-03-23 | 2021-03-23 | 光学素子、光学モジュール及び、光学素子または光学モジュールの製造方法 |
| US18/283,768 US20240176049A1 (en) | 2021-03-23 | 2022-03-16 | Optical Device, Optical Module, and Method for Manufacturing Optical Device or Optical Module |
| CN202280023035.XA CN117120879A (zh) | 2021-03-23 | 2022-03-16 | 光学部件、光学模块以及光学部件或光学模块的制造方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2021048751A JP2022147493A (ja) | 2021-03-23 | 2021-03-23 | 光学素子、光学モジュール及び、光学素子または光学モジュールの製造方法 |
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| TWI781085B (zh) * | 2015-11-24 | 2022-10-21 | 日商索尼半導體解決方案公司 | 複眼透鏡模組及複眼相機模組 |
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-
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- 2022-03-16 CN CN202280023035.XA patent/CN117120879A/zh active Pending
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- 2022-03-16 US US18/283,768 patent/US20240176049A1/en active Pending
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| Publication number | Publication date |
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