JP6027775B2

JP6027775B2 - 遮光塗料、遮光膜、該遮光膜を有する樹脂レンズ、および該樹脂レンズの製造方法

Info

Publication number: JP6027775B2
Application number: JP2012125072A
Authority: JP
Inventors: 慎介本宮; 隆春藤井; 丈也杉田; 和昌 ▲秋▼本
Original assignee: Kyocera Corp; Kyocera Optec Co Ltd
Current assignee: Kyocera Corp; Kyocera Optec Co Ltd
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: JP2013250440A

Description

本発明は、例えば正立等倍レンズアレイプレート等の光学素子用樹脂レンズに適用される遮光塗料、遮光膜、該遮光膜を有する樹脂レンズ、および該樹脂レンズの製造方法に関する。

スキャナ、ファクシミリなどの画像読取装置、またはＬＥＤプリンタなどの画像形成装置には、縮小光学系または正立等倍光学系が用いられる。特に、正立等倍光学系は、縮小光学系を用いる場合に比べて、装置全体の小型化が容易であるという利点を有する。

画像読取装置の場合、正立等倍結像光学系は、ライン状光源と、正立等倍レンズアレイと、ラインイメージセンサとから構成される。正立等倍レンズアレイとして、片面または両面に複数の微小レンズを規則的に配列した透明な平板状レンズアレイプレートを、個々のレンズの光軸が一致するように対向して配置した一対の正立等倍レンズアレイプレートが知られている。このような正立等倍レンズアレイプレートは、特定の樹脂材料を用いて射出成型などで形成できるため、比較的安価に製造することができる。そのため、レンズアレイプレートを長手方向に複数組み合わせることで種々のサイズに応じた正立等倍レンズアレイを提供できる。

正立等倍レンズアレイプレートでは、隣接したレンズ間に光線を隔離するための壁が無いため、正立等倍レンズアレイプレートに斜めに入射した光線が、プレート内部を斜めに進んで隣接したレンズに入り込み、出射して所定の結像位置でない位置に達する、いわゆるクロストークが発生し、これがフレアノイズ（ゴーストともいう）の原因になるという問題がある。

また、正立等倍レンズアレイプレート内に入射した光線が、レンズアレイプレートの内壁面で反射する場合にも、クロストークが発生し、これがフレアノイズ（ゴーストともいう）の原因になる。

このようなフレアノイズを防止するために、例えば、レンズアレイプレートの表面に遮光膜を形成することが提案されている（特許文献１）。
また、カメラ、顕微鏡等の光学機器に使用されるレンズへの入射光が表面反射や内面反射を起して、フレアやゴーストが生じるのを防止するために、特定組成からなる遮光膜を形成することが提案されている（特許文献２〜４）。

特開２０１０‐２８６７４１号公報特開２０１１‐１４１４９３号公報特開２０１１‐１６４４９４号公報特開２００９‐２２７９６６号公報

前記したレンズアレイプレートやその他の光学材料の製造では、近時、光学特性に優れたシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）(例えば、日本ゼオン（株）製の「ゼオネックス」(登録商標)等)、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）（例えば、三井化学（株）製の「アペル」(登録商標) 、Topas Advanced Polymers社製の「ＴＯＰＡＳ」(登録商標)等)が多く使用されている。これらの環状構造を有するシクロオレフィン系光学樹脂は、分子の末端基に官能基が少ないため、吸湿しにくく、かつ屈折率や形状変化が少ない等の利点がある。このシクロオレフィン系樹脂としては、例えば、次のような反応式で得られる構造式（II）で表わされるものがある。なお式中Ｒ_１からＲ_３は水素原子、有機基等の置換基である。

しかし、上記シクロオレフィン系光学樹脂は、分子構造中に電気的な偏りが小さく（電荷が小さく）、表面張力が大きいために、樹脂表面の濡れ性が悪く、そのためシクロオレフィン系光学樹脂を使用して成形した光学素子（樹脂レンズ）に、例えば遮光のために塗膜を形成させる場合、実用性のある密着強度を得ることができず、形成させた塗膜が剥離しやすいという問題がある。

従って、本発明は、樹脂レンズに対する密着性が改善された遮光塗料、この遮光塗料を用いて得られた遮光膜、該遮光膜を有する樹脂レンズ、および該樹脂レンズの製造方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、以下の構成を有する。
(1) 溶解度パラメーターが８．０〜８．５のシクロオレフィン系ポリマーから構成される樹脂レンズの遮光膜を形成するための遮光塗料であって、溶解度パラメーターが７．９〜８．１の変性ポリオレフィンを、全樹脂含有量に対して５０質量％以上含む、ことを特徴とする遮光塗料。
(2）さらに無機黒色微粒子、油溶性黒色染料、およびシリカ微粒子を含む（１）に記載の遮光塗料。
(3）上記（１）または（２）に記載の遮光塗料を用いて得られた遮光膜。
(4）上記（３）に記載の遮光膜を有する樹脂レンズ。
(5）前記樹脂レンズがレンズアレイプレートであり、該レンズアレイプレートの凸レンズ部を除く上下面および周面に前記遮光膜を有する（４）に記載の樹脂レンズ。
(6）樹脂レンズ本体を成形する工程と、得られた樹脂レンズ本体の少なくともレンズ面を除く部位に上記（1）または（２）に記載の遮光塗料を塗布して、遮光膜を形成する工程とを含む、樹脂レンズの製造方法。

本発明によれば、密着性が悪い樹脂レンズに対しても、高い塗膜密着性で遮光膜を形成することができ、その結果、レンズ面以外からの入射光の入射を阻止することができるという効果がある。
また、本発明の遮光塗料が、樹脂レンズの屈折率と同じか、あるいはそれより高い屈折率を有すること、ならびに樹脂レンズと遮光膜との界面に相互に溶解した相溶層を形成し、界面が鏡面とならないことに起因して、内部反射をも効果的に阻止することができる。

本発明に係る遮光膜を形成した正立等倍レンズアレイプレートを示す概略斜視図である。本発明に係る遮光膜を形成した正立等倍レンズアレイプレートを示す部分断面図である。実施例における表面反射率の測定結果を示すグラフである。実施例における内面反射率の測定結果を示すグラフである。

（遮光塗料）
本発明の遮光塗料は、樹脂レンズを構成する光学樹脂に近似した溶解度パラメーター（ＳＰ）を有する樹脂を含む。ここで、溶解度パラメーター（ＳＰ）とは、高分子の溶剤による溶解や高分子同士の相溶性の尺度となるものであって、溶解度パラメーターが近い程、溶解または相溶しやすくなる。以下の説明では、樹脂レンズを構成する光学樹脂に近似した溶解度パラメーターを有する樹脂を「相溶樹脂」と呼ぶ。

光学樹脂の溶解度パラメーターをＳとしたとき、相溶樹脂の溶解度パラメーターは、Ｓ±２.０、好ましくはＳ±１.０の範囲内であるのが良好な相溶性を得るうえで好ましい。
樹脂レンズを構成する光学樹脂としては、例えばシクロオレフィン系ポリマー、ポリカーボネート、ポリエステル系樹脂（ＰＥＴ等）、アクリル系樹脂（ＰＭＭＡ等）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＯＫＰ（特殊ポリエステル、大阪ガスケミカル社製）などが一般に使用されている。

シクロオレフィン系ポリマーには、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）(例えば、日本ゼオン（株）製の「ゼオネックス」(登録商標)等)、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）（例えば、三井化学（株）製の「アペル」(登録商標) 、Topas Advanced Polymers社製の「ＴＯＰＡＳ」(登録商標)等)が挙げられる。シクロオレフィンポリマーの溶解度パラメーターは、約８．０〜８．５であり、またシクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）の溶解度パラメーターは、約８．０〜８．５である。
また、その他の光学用に使用される樹脂の溶解度パラメーターは、次の通りである。ポリカーボネート：約１１．３、ＰＥＴ：約１０．７、ＰＭＭＡ：９．０〜１０．７、ポリエチレン：約８．０、ポリプロピレン：約７．９、ポリスチレン：９．０〜９．２である。これ以外にも同様の溶解度パラメーター範囲を有するポリエステル樹脂なども使用可能である。

相溶樹脂は、塗料のベース樹脂と混合して使用してもよく、あるいはそれ自体でベース樹脂として単独で使用してもよい。ベース樹脂は、主として、後述する添加剤を固定するバインダーとなるものである。

使用可能なベース樹脂としては、例えば、アクリル樹脂（９．５）、ポリアミド樹脂（１０〜１３）、ポリウレタン樹脂、ニトロセルロース樹脂(１０．７)、塩化ビニル‐酢酸ビニル共重合樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂(９．７〜１０．９)、アルキド樹脂、塩素化ポリオレフィン樹脂（８．３〜８．９）、変性ポリオレフィン樹脂（７．９〜８．１）等があげられる。ここで、括弧内の数値は、溶解度パラメーター値を示している。なお、ポリオレフィン樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン等をいう。

これらのベース樹脂のうち、光学樹脂の溶解度パラメーターが近似した樹脂を相溶樹脂として使用する。例えばシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）の溶解度パラメーターは、８．０〜８．５であるので、ポリオレフィン樹脂（７．５〜９．０）、塩素化ポリオレフィン樹脂（８．３〜８．９）、変性ポリオレフィン樹脂（７．９〜８．１）が相溶樹脂として使用可能である。

相溶樹脂は、ベース樹脂を含む全樹脂含有量に対して３５質量％以上、好ましくは４５質量％以上含むであるのが適当である。ベース樹脂が全て相溶樹脂であってもよい。相溶樹脂の添加量が上記範囲であると、塗膜（遮光膜）と樹脂レンズとが界面で相互に溶解し、樹脂レンズに対する密着性を向上させることができる。

次に、遮光塗料に添加する他の添加剤を説明する。
＜屈折率調整剤＞
屈折率調整剤は、樹脂レンズ等を形成する光学樹脂の屈折率に対して、同等またはそれ以上の屈折率を遮光塗料に持たせるために添加されるものであって、例えば酸化チタン（ＩＶ）、酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）等の高屈折率無機微粒子（非黒色粒子）が挙げられる。これらの無機微粒子を配合することにより、樹脂レンズの内面反射および表面反射を低下させ、迷光を効果的になくすことができる。また、上記無機微粒子以外にも、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化スズ、酸化アルミニウムなどの無機微粒子も同様の目的で添加することができる。

これらの無機微粒子は、平均粒子径が１００ｎｍ以下、好ましくは１０〜５０ｎｍであるのがよい。
無機微粒子は、遮光塗料の総量に対して１．０〜２０．０質量％、好ましくは１．０〜１５．０質量％であるのがよい。

＜遮光性付与剤＞
遮光性付与剤は、塗料を黒色化し、塗膜の光吸収特性および遮光性を向上させるために添加されるものであって、例えばカーボンブラック、チタン酸ブラック等の無機微粒子（黒色粒子）が使用される。添加量は、遮光塗料の総量に対して１．０〜３０．０質量％、好ましくは１．０〜２０．０質量％であるのがよい。

また、同様な目的のために、油溶性黒色染料（低極性溶剤用）、樹脂着色剤を、上記黒色粒子と共に、あるいは単独で添加してもよい。添加量は、遮光塗料の総量に対して１．０〜３０．０質量％、好ましくは１．０〜１５．０質量％であるのがよい。

＜光吸収剤＞
光吸収剤として、例えば石英、シリカの微粒子（透明性粒子）等が挙げられる。光吸収剤を添加することで、表面に凹凸形状を形成することができ、塗膜の光吸収性（光吸収化）が向上し、入射光を吸収・トラップすることで迷光を効果的になくすことが可能になる。

これらの光吸収剤は、平均粒子径が２０μｍ以下、好ましくは１０μm以下であるのがよい。光吸収剤の添加量は、遮光塗料の総量に対して１．０〜２０．０質量％、好ましくは１．０〜１５．０質量％であるのがよい。

＜希釈剤＞
希釈剤は、上記ベース樹脂、相溶樹脂、屈折率調整剤、遮光性付与剤、光吸収剤等を配合した遮光塗料を使用して樹脂レンズに遮光膜を形成するにあたり、遮光塗料を塗布するのに適した粘度に調整するために使用される。
希釈剤としては、各種の有機溶剤が使用可能であるが、電気的な偏りの大きいアセトン、メタノールよりも、電気的な偏りの小さい酢酸エチル、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、エチルベンゼン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トリメチルベンゼン（１，２，４-トリメチルベンゼン、１，３，５-トリメチルベンゼン等）、その他の芳香族炭化水素、石油ナフサ等を使用するのが望ましい。これらの希釈剤は、適宜、２種以上を混合して使用してもよい。

＜遮光塗料の調製方法＞
液体状のベース樹脂と液体状の相溶樹脂とを所定の混合比で専用容器に入れ、これに屈折率調整剤、遮光性付与剤（黒色微粒子、油溶性黒色染料）、光吸収剤等をそれぞれ所定量加え、混合・分散を行うことにより、塗料が得られる。なお、上記成分以外に有機溶剤を添加してもよい。

＜遮光膜の形成方法＞
遮光塗料を樹脂レンズの表面に塗布して所定厚みの遮光膜を形成するには、遮光塗料を希釈剤で希釈して、所定の粘度に調整する。遮光塗料の塗布方法は、特に制限されず、浸漬法、刷毛塗り法、スプレー法、スクリーン印刷法、バーコード印刷法、パッド印刷法、インクジェット印刷法、真空蒸着法などが挙げられる。
形成される遮光膜の厚さは、十分な遮光性が得られる厚さであればよく、通常１〜２０μｍ、好ましくは３〜1５μｍ程度であるのが適当である。

（樹脂レンズ）
次に、本発明の遮光塗料を用いて、レンズアレイプレート（以下、レンズアレイと略称する）に遮光膜を形成する方法を、図１、図２を参照して説明する。図１、図２は、正立等倍レンズアレイユニットを示しており、第１のレンズアレイ１、第２のレンズアレイ２、および連結部３によって構成される。
ここで、第１および第２のレンズアレイ１、２は、例えば、透明な光学樹脂（例えばシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ））を射出成形することにより作成される。

第１のレンズアレイ１には、複数の第１のレンズ１０が設けられる。複数の第１のレンズ１０は光軸が互いに平行になるように姿勢が定められる。また、第１のレンズ１０は、第１のレンズ１０の光軸に垂直な第１の方向に沿って互いに密着するように配置される。

第２のレンズアレイ２には、複数の第２のレンズ２０（図２）が設けられる。複数の第２のレンズは、第１のレンズ２０と同様に、光軸が互いに平行になるように姿勢が定められる。また、第２のレンズ２０は、第２のレンズ２０の光軸に垂直な方向に沿って並ぶように配置される。

第１のレンズアレイ１と第２のレンズアレイ２とは、連結部３によって連結される。各第１のレンズ１０の光軸と何れかの第２のレンズ２０の光軸とが重なるように、第１のレンズアレイ１と第２のレンズアレイ２との位置が合わせされる。

図２に示すように、連結部３には、複数の透光孔３０が形成される。透光孔３０は各第１のレンズ１０から第２のレンズ２０に向けて貫通している。なお、連結部３の第１のレンズ１０側の面は絞りとして機能し、透光孔３０以外の面に入射する光を遮光する。したがって、第１のレンズ１０、透光孔３０、および第２のレンズ２０によって単位光学系が構成される。

各単位光学系が、正立等倍光学系となるように且つ物体側に実質的にテレセントリックとなるように、第１のレンズ１０および第２のレンズ２０が設計され、単位光学系が構成される。

なお、第１のレンズ１０の第１面（連結部３側と反対側の面）および第２のレンズ２０の両面が凸面になるように形成することにより、正立等倍性が単位光学系に設けられる。なお、第１のレンズ２０の第２面（連結部３と対向する面）は凸面、凹面、および平面のいずれであってもよい。

図２に示すように、第１のレンズアレイ１は、その周面１１および物体面側の表面(但し、レンズ１０は除く)に本発明に係る遮光膜４が形成されている。第２のレンズアレイ２は、周面２１に遮光膜４が形成されている。

これによって、第１のレンズアレイ１の表面に対して、斜めから入射した光は、レンズ１０以外の面において遮光され、第１のレンズアレイ１内に入射されることがない。また、レンズ１０を通って斜めから入射した光は、第１のレンズアレイ１の周面内面で内部反射することなく遮光される。そのため、迷光やクロストークをも防止することが可能となる。
そのため、光の入射角のうち、所定の角度以上の入射角が正立等倍レンズアレイに入射するのが制限され、そのため殆どのクロストークを防止することができる。その結果、光学性能を向上させた正立等倍レンズアレイユニットおよびこれを用いた画像読取装置を提供することが可能となる。

以上、本発明の遮光塗料を用いて遮光膜を正立等倍レンズアレイユニットに適用した場合について述べたが、本発明の遮光塗料、およびこれを用いて得られる遮光膜は、正立等倍レンズアレイユニットの他にも種々の光学機器に使用される樹脂レンズに適用可能である。このような光学機器としては、例えばカメラ、双眼鏡、顕微鏡、携帯電話用カメラなどが挙げられる。

次に、実施例を挙げて本発明の遮光塗料をより詳細に説明するが、本実施例は本発明の一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。なお、実施例において使用した試験法は以下の通りである。

・碁盤目セロテープ（登録商標）試験：JIS K 5600 または5400に準拠して、塗膜を１ｍｍ間隔１００マス格子パターンで切り込み後、粘着テープ（TQC ISO粘着テープ）で剥離を行い、１００マス中の剥離したマスの数で塗膜の密着力を評価した。

・遮光・光吸収特性評価試験：塗膜について、オリンパス（株）製の反射率測定器（ＵＳＰＭ―ＲＵ）を用いて、波長３８０〜７８０ｎｍの光の反射率測定を行なった

（実施例１）
ベース樹脂液体（ＰＭＭＡ樹脂：ＤＩＣ製の「アクリディックCL-1000」）と、相溶樹脂液体（変性ポリオレフィン樹脂：日本製紙ケミカル製の「アウローレン200S」）とを質量比で６０：４０の割合（固形分の割合）で専用容器に投入した後、これに、遮光塗料総量に対して、屈折率調整剤（酸化チタン：関東化学製の「NanoTec」）６．０質量％、無機黒色微粒子（カーボンブラック：東海カーボン製の「トーカブラック#8500／F」）５．０質量％、油溶性黒色染料（黒色アゾ染料：オリエント化学製の「Oil Black 860」）１０.０質量％、およびシリカ微粒子（水澤化学工業製の「Mizukasil P527」）３．０質量％を加え、自動攪拌・分散装置（（株）シンキー社製の「泡取り廉太郎」（ＡＲＥ３１０））にて約２０分間混合及び分散を行い、遮光塗料を得た。

（実施例２）
ベース樹脂液体：相溶樹脂液体を質量比で５０：５０とした他は、実施例１と同様にして遮光塗料を得た。

（実施例３）
ベース樹脂液体を使用せず、相溶樹脂液体（変性ポリオレフィン樹脂：日本製紙ケミカル製の「アウローレン200S」）のみを使用した他は、実施例１と同様にして遮光塗料を得た。

（比較例１）
相溶樹脂液体を使用せず、ベース樹脂液体（ＰＭＭＡ樹脂：ＤＩＣ製の「アクリディックCL-1000」）のみを使用した他は、実施例１と同様にして遮光塗料を得た。

（比較例２）
ベース樹脂液体：相溶樹脂液体を質量比で７０：３０とした他は、実施例１と同様にして遮光塗料を得た。

（比較例３）
樹脂成分として、実施例１で使用したベース樹脂液体：相溶樹脂液体に代えて、市販のエポキシ系黒色塗料（キヤノン化成（株）製の商品名「ＧＴ−７」）を使用した他は、実施例１と同様にして遮光塗料を得た。

（密着性評価）
以上の実施例および比較例で得られた遮光塗料をそれぞれ希釈剤（キシレン、エチルベンゼン、石油ナフサ、１，２，４-トリメチルベンゼンおよび１，３，５-トリメチルベンゼンを混合した希釈剤）で希釈して、粘度を調整した後、この塗料にシクロオレフィンポリマー（前出のゼオネックス（登録商標）Ｅ４８Ｒ）からなる厚さ１５ｍｍの平行平面基材を浸漬し、引き上げて、６０℃で９０分間加熱して硬化させ、基材表面に厚さ約１０μｍの遮光膜を形成した。この遮光膜に対して碁盤目セロテープ（登録商標）剥離試験を行い、遮光膜の密着性を評価した。その結果を表１に示す。
使用した希釈剤の混合比率は以下の通りである。
トルエン６０質量％
エチルベンゼン３０質量％
石油ナフサ５質量％
１,２,４−トリメチルベンゼン４質量％
１,３,５−トリメチルベンゼン１質量％

（遮光・光吸収特性）
上記密着性評価の試験結果より、結果が良好な実施例１、実施例３について表面反射率および内面反射率の測定を行なった。比較のため、比較例３についても同様にして試験した。
なお、表面反射率は、オリンパス（株）製の反射率測定器（ＵＳＰＭ―ＲＵ）を用い、対物レンズ倍率１０倍、入射角度３．４にて遮光膜の反射率を測定して求めた。内面反射率は、上記実施例ならびに比較例で使用した平行平面基材の一方ののみに遮光膜を形成した基材の裏面（遮光膜を形成していない面）より同様の条件にて光を照射し、反射率を測定して求めた。
試験結果を図３および図４に示す。図３、図４から明らかなように、実施例１、実施例３で得た遮光膜は、比較例３の遮光膜と比較して反射率が低く、従って遮光・光吸収特性に優れていることがわかる。そのため、このような遮光膜を樹脂レンズに用いることにより、クロストークの発生原因となる表面反射および内面反射光を低減できる。

１第１のレンズアレイ
２第２のレンズアレイ
３連結部
１０第１のレンズ
１１周面
２０第２のレンズ
２１周面
３０透光孔

Claims

溶解度パラメーターが８．０〜８．５のシクロオレフィン系ポリマーから構成される樹脂レンズの遮光膜を形成するための遮光塗料であって、溶解度パラメーターが７．９〜８．１の変性ポリオレフィンを、全樹脂含有量に対して５０質量％以上含む、ことを特徴とする遮光塗料。
さらに無機黒色微粒子、油溶性黒色染料、およびシリカ微粒子を含む請求項１に記載の遮光塗料。
請求項１または２に記載の遮光塗料を用いて得られた遮光膜。
請求項３に記載の遮光膜を有する樹脂レンズ。
前記樹脂レンズがレンズアレイプレートであり、該レンズアレイプレートのレンズ部を除く表面および周面に前記遮光膜を有する請求項４に記載の樹脂レンズ。
樹脂レンズ本体を成形する工程と、
得られた樹脂レンズ本体の少なくともレンズ面を除く部位に請求項１または２に記載の遮光塗料を塗布して、遮光膜を形成する工程とを含む、樹脂レンズの製造方法。