JPWO2015008579A1 - アレイレンズの製造方法、アレイレンズ及びアレイレンズユニット - Google Patents
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Abstract
温度変化に対するレンズ要素間のピッチ変動が、温度変化の繰り返しに対し略同様であり、伸縮に関するヒステリシスを実質的に解消したアレイレンズの製造方法を提供する。光軸OAに直交する方向に2次元的に配列された複数のレンズ要素10a,20aと複数のレンズ要素10a,20aを連結する支持部10b,20bとが形成されたアレイレンズ10,20を、樹脂で一体成形する成形工程と、成形工程後、アレイレンズ10,20に、ガラス転移温度をTgとしたとき、温度Tg−65℃以上Tg−10℃以下で24時間以上168時間以下の加熱処理を施す熱処理工程と、を有する。
Description
本発明は、光軸直交方向に配置された複数のレンズ要素を有し、特に撮像装置等に組み込まれる樹脂製のアレイレンズの製造方法、アレイレンズ、及びアレイレンズユニットに関する。
近年の撮像光学系に対する薄型化の要求は非常に高まっている。それに対応するために、光学設計による全長短縮やそれに伴う誤差感度増大に対応した製造精度向上が図られているが、さらなる薄型化の要求に対応するためには、従来の1つの光学系と撮像素子とによって像を得るという手法では不十分となっている。
そこで、撮像素子の領域を分割して、それぞれに光学系を配置し、得られた画像を複合的に処理することで、最終的な画像出力を行う複眼光学系と呼ばれる光学系が、薄型化への要求に対応するために注目されており、現在までに、各種の複眼光学系が提案されている。
撮像光学系が組み込まれた携帯通信端末等のカメラ機能を使用し続けると、撮像素子のセンサー等の温度が上昇する。複眼光学系として用いられるアレイレンズがガラス製である場合、温度変化が生じてもレンズ間のピッチ変動はほとんど発生しない。しかしながら、アレイレンズが樹脂製である場合、温度変化が生じると、線膨張によりレンズ間のピッチ変動が発生する。ここで、温度変化(温度上昇・降下)が繰り返されても、各温度におけるピッチ変動量が、いつも同様であれば、カメラを使用し続けて温度上昇しても所望の画素上からの個々のレンズのずれを画像処理によって容易に補正でき、超解像等の処理が容易になる。しかしながら、温度変化によるピッチ変動(樹脂の膨張)が同様にならず、例えば同じ温度であっても温度上昇時と温度下降時とで個々のレンズ間の位置が変化してしまうと、このピッチ変動により超解像等の処理が複雑化し不具合が生じるおそれがある。
なお、撮像系のレンズではなく、光ピックアップ系のレンズの分野において、成形後に熱処理又は湿熱処理(アニール処理ともいう)を行うものがある(例えば特許文献1及び2参照)。アニール処理を行うことにより、成形品であるレンズの応力を緩和することで光学性能が安定し、収差性能を向上させることができる。一方、撮像装置に組み込まれる撮像系のレンズでは、一般に単眼タイプのレンズが用いられ、光ピックアップ系のレンズより大型であり、かつ撮像装置への組み立て時やフォーカシング機構の搭載により撮像素子とレンズとの距離を調整することが可能であり、光ピックアップ系のレンズ程の高い光学性能は求められていなかったため、アニール処理は必要とされていなかった。
本発明は、温度変化に対するレンズ要素間の光軸直交方向のピッチ変動が、温度変化に対し略同様であり、伸縮に関するヒステリシスを実質的に解消したアレイレンズの製造方法、アレイレンズ、及びアレイレンズユニットを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係るアレイレンズの製造方法は、光軸に直交する方向に2次元的に配列された複数のレンズ要素と複数のレンズ要素を連結する支持部とが形成されたアレイレンズを、樹脂で一体成形する成形工程と、成形工程後、アレイレンズに、ガラス転移温度をTgとしたとき、温度Tg−65℃以上Tg−10℃以下で24時間以上168時間以下の加熱処理を施す熱処理工程と、を有する。
上記アレイレンズの製造方法によれば、上記条件にて加熱処理されることにより、応力解放によってアレイレンズの成形歪みが緩和又は解消される。これにより、温度変化に対するレンズ要素間の光軸直交方向のピッチ変動が各温度で略同様となり、伸縮に関するヒステリシスを実質的に解消したアレイレンズとできる。その結果、例えばカメラ等を使用し続けて温度上昇しても所望の画素上からの個々のレンズ要素のずれを容易に画像処理によって補正でき、超解像等の処理が可能になる。ここで、伸縮に関するヒステリシスとは、同じ温度において、温度上昇時と温度下降時とで個々のレンズ要素の相対位置がずれる現象をいう。
すなわち、本発明は、光軸に直交する方向に2次元的に配列された複数のレンズ要素のそれぞれの光軸間の距離が環境温度に応じて伸縮するというアレイレンズ特有の課題を見出し、なされたものである。より詳しくは、アレイレンズはその構造上、光軸方向の厚みをtとすると、光軸直交方向の縦寸法と横寸法の少なくとも一方は10t〜30tのサイズとなる場合が多く、環境温度に応じた変化量も光軸方向よりも光軸直交方向の方が極めて大きくなる。このため、アレイレンズにおいては光軸直交方向の伸縮に対する考慮が必要となることに想到したのである。また、本発明のアレイレンズを撮像系のレンズとして用いる場合、歪み緩和のために加熱しすぎて樹脂が多少劣化し黄変しても、画像処理によって補正できるため、光ピックアップ系のレンズよりも加熱条件の自由度を増やすことができる。加熱温度をTg−65℃以上とすることにより、加熱によるヒステリシス解消効果を確保することができる。また、加熱温度をTg−10℃以下とすることにより、樹脂が溶融せず、成形された面形状を維持することができる。また、上記加熱を24時間以上とすることで、アニール処理の効果を十分なものとでき、168時間以下とすることで黄変を抑制することができる。
なお、本願で言うTgとは、ガラス転移温度であり、測定方法JIS K7121に基づく示差走査熱量分析法により昇温速度10℃/minで測定した値をいう。
特に、積層型のアレイレンズでは、上記のような伸縮に関するヒステリシスにより、アレイレンズ相互のレンズ要素の光軸直交方向のピッチの相違が光軸ずれとなり、光学性能に悪影響を与える。そのため、ヒステリシスを実質的に解消することで、アレイレンズのレンズ要素の温度変化によるピッチ間隔の変動を略同様にして不可逆的な光軸ずれを抑制し、所望の光学性能を維持することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るアレイレンズ等について説明する。
図1A及び1Bに示すように、積層型のアレイレンズユニット100は、撮像装置1000に組み込まれる。
図1A及び1Bに示すように、積層型のアレイレンズユニット100は、撮像装置1000に組み込まれる。
図示の積層型のアレイレンズユニット100は、複数(具体的には2つ)のアレイレンズ10,20を積み重ねた積層体であり、複眼光学系として用いられる。これらの第1及び第2アレイレンズ10,20は、XY面に平行に延びる四角平板状の部材であり、XY面に垂直なZ軸方向に積み重ねられて相互に接合されている。
なお、撮像装置1000は、上述したアレイレンズユニット100の他に、アレイレンズユニット100を構成する個々の合成レンズ1aに対応して設けられた複数の検出部(センサー要素)61を有するセンサーアレイ60と、センサーアレイ60によって検出された画像信号に対して視野分割方式又は超解像方式に適合する画像処理を行う画像処理部65とを備える。ここで、アレイレンズユニット100は、センサーアレイ60に接合された四角枠状のケース50に収納されている。
アレイレンズユニット100において、物体側の第1アレイレンズ10は、樹脂製の一体成形品であり、中心軸AX方向又はZ軸方向から見て矩形(図示の例では略正方形)の輪郭を有する。第1アレイレンズ10は、それぞれが光学要素である複数のレンズ要素10aと、複数のレンズ要素10aを連結する支持部10bとを有する。第1アレイレンズ10を構成する複数のレンズ要素10aは、XY面に平行に配列された正方の格子点(図示の例では4×4の16点)上に2次元的に配置されている。各レンズ要素10aは、物体側の第1主面10pにおいて凸の第1光学面11aを有し、物体側の第2主面10qにおいて凹の第2光学面11bを有する。両光学面11a,11bは、例えば非球面となっている。支持部10bは、平板状の部分であり、各レンズ要素10aの周りをそれぞれ囲むように複数の周囲部分10cを備える。
像側の第2アレイレンズ20は、樹脂製の一体成形品であり、中心軸AX方向から見て矩形(図示の例では略正方形)の輪郭を有する。第2アレイレンズ20は、それぞれが光学要素である複数のレンズ要素20aと、複数のレンズ要素20aを連結する支持部20bとを有する。複数のレンズ要素20aは、XY面に平行に配列された正方の格子点(図示の例では4×4の16点)上に2次元的に配置されている。各レンズ要素20aは、物体側の第1主面20pにおいて凹の第1光学面21aを有し、像側の第2主面20qにおいて凸の第2光学面21bを有する。両光学面21a,21bは、例えば非球面となっている。支持部20bは、平板状の部分であり、各レンズ要素20aの周りをそれぞれ囲むように複数の周囲部分20cを備える。
以上の第1及び第2アレイレンズ10,20は、アライメントされ、例えば光硬化性樹脂等の接着剤によって互いに接合又は接着されている。このような接合又は接着によって、2次元的にマトリックス状に配列された多数の合成レンズ1aを備えるアレイレンズユニット100が得られる。各合成レンズ1aの光軸OAは、全体の中心軸AXに平行になっている。格子点上に2次元的に配列された複数の合成レンズ1aは、視野分割方式又は超解像方式の個眼レンズに相当するものとなっている。ここで、視野分割方式とは、個々の複合光学系である各合成レンズ1aによって結像された、異なる視野の画像を画像処理(具体的にはデジタルデータ処理)によって各視野の画像をつなぎ合わせることで1つの画像を得る方式である。また、超解像方式とは、個々の複合光学系である各合成レンズ1aによって結像された、同じ視野の画像から画像処理によって1つの高解像度の画像を得る方式である。
また、第1及び第2アレイレンズ10,20は、樹脂のガラス転移温度をTgとしたときに、成形後、温度Tg−65℃以上Tg−10℃以下で24時間以上168時間以下の加熱処理を施されている。これにより、第1及び第2アレイレンズ10,20は、各レンズ要素10a,20aの光軸OAの間隔dに関して伸縮に関するヒステリシスが実質的に解消されている。例えば、加熱処理は、アレイレンズ10を構成するレンズ要素10aのうち異なる基準方向(本実施形態では、X軸方向及びY軸方向)に関してそれぞれ最も離れた2対のレンズ要素10aについて、光軸OAの間隔d1、d2(例えば、単位mm)、及び対角方向に関する温度変動のヒステリシスを実質的に解消するようなものとなっている。
アレイレンズユニット100は、温度上昇によって光軸間のピッチの変動が生じるため、カメラ使用時には、画像処理のためのキャリブレーションが行われる。キャリブレーションおける一連の動作により、例えばフォーカス(Z軸方向)については、複数の画像信号から抽出された合焦に近い画像から判定した合焦位置と、焦点外れ量等に基づいて算出された合焦位置との差分量とを算出し、アレイレンズユニット100の固有の補正情報を得る。同様に、X軸方向及びY軸方向のずれに関しても、キャリブレーションにより、アレイレンズユニット100の固有の補正情報を得る。
アレイレンズユニット100を収納するケース50の物体側には、ケース50への接着等によって固定された入射絞り板45が配置されている。ケース50や入射絞り板45には、詳細な説明を省略するが、各レンズ要素10a等に対応して多数の開口が形成されている。なお、第1アレイレンズ10と第2アレイレンズ20との間や第2アレイレンズ20の像側に薄い遮光性の絞り板を設けてもよい。
以下、アレイレンズユニット100等の製造方法について説明する。アレイレンズユニット100の製造工程は、成形工程と、熱処理工程と、コート工程と、積層工程とで構成される。
〔成形工程〕
まず、第1及び第2アレイレンズ10,20を成形する。第1アレイレンズ10等は、射出成形によって形成される。
まず、第1及び第2アレイレンズ10,20を成形する。第1アレイレンズ10等は、射出成形によって形成される。
図2Aは、第1アレイレンズ10を成形するための金型を説明する図である。金型装置70は、第1金型71と第2金型72とを備える。第1金型71と第2金型72とは、型合わせ面PLで型合わせされ、金型71,72間にキャビティ70aを形成する。キャビティ70aに臨むように、第1金型71には、第1アレイレンズ10の第1主面10p側の形状を転写するための転写面71cが形成され、第2金型72には、第1アレイレンズ10の第2主面10q側の形状を転写するための転写面72cが形成されている。転写面71c,72cは、レンズ要素10aの光学面11a,11bを転写するため、その一部に2次元的に配列された複数の光学転写部71g,72gを有する。第1金型71において、転写面71cを形成する金型部分71iは、一体的に形成されており、第2金型72において、転写面72cを形成する金型部分72iは、一体的に形成されている。金型装置70には、キャビティ70aに連通するゲートGAが形成されている。この場合、ゲートGAは、転写面71c,72cの中央ではなく側方に配置されており、サイドゲート方式で射出成形が行われる。
図2Bは、金型装置70の全体構造を説明する断面概念図である。図2Bのキャビティ70aには、ゲートGAを介してランナーRAが連結され、ランナーRAは、樹脂供給側のスプルーSPに繋がっている。結果的に、熱可塑性樹脂を溶融させることによって得たスプルーSPからの溶融樹脂Jは、ランナーRAを充填し、ゲートGAを介してキャビティ70aを充填する。溶融樹脂Jの冷却後に第1金型71と第2金型72とを離間させることで、スプルーSPに対応するスプルー部81と、ランナーRAに対応するランナー部82と、ゲートGAに対応するゲート部83と、キャビティ70aに対応するアレイレンズ本体84とを備える成形品80が形成される。ここで、ゲート部83に対しては、ゲートカット処理が施され、ゲート部83の先のアレイレンズ本体84によって、第1アレイレンズ10が得られる。
なお、第2アレイレンズ20も第1アレイレンズ10と同様の手法によって成形される。つまり、第2アレイレンズ20も、熱可塑性樹脂をサイドゲート方式で射出成形することによって製造される。
〔熱処理工程(アニール処理工程)〕
次に、熱処理工程において、第1アレイレンズ10に加熱処理を行う。具体的には、図3Aに示すように、恒温槽M1等を用いて第1アレイレンズ10に加熱処理を施す。加熱条件は、第1アレイレンズ10の材料である樹脂のガラス転移温度をTgとしたときに、温度Tg−65℃以上Tg−10℃以下で24時間以上168時間以下である。加熱処理は、Tg−65℃以上Tg−10℃以下で48時間以上168時間以下であるとより好ましい。図4に示すように、恒温槽M1は、断熱壁を有する加熱室91と、加熱室91内の温度を上げる一対のヒーター92と、加熱室91内の温度を測定する温度センサー93と、加熱室91内を減圧する減圧装置94と、各部92,93,94の動作を制御する制御装置95とを備える。制御装置95は、温度センサー93の出力を監視しながらヒーター92を動作させて、加熱室91内を温度Tg−65℃以上Tg−10℃以下の所定の温度に保持する。第1アレイレンズ10は、加熱室91内の棚91aに載置され、上記条件にて加熱処理(アニール処理)される。なお、加熱室91内は、減圧装置94によって減圧されるため、一種の真空容器となっている。
次に、熱処理工程において、第1アレイレンズ10に加熱処理を行う。具体的には、図3Aに示すように、恒温槽M1等を用いて第1アレイレンズ10に加熱処理を施す。加熱条件は、第1アレイレンズ10の材料である樹脂のガラス転移温度をTgとしたときに、温度Tg−65℃以上Tg−10℃以下で24時間以上168時間以下である。加熱処理は、Tg−65℃以上Tg−10℃以下で48時間以上168時間以下であるとより好ましい。図4に示すように、恒温槽M1は、断熱壁を有する加熱室91と、加熱室91内の温度を上げる一対のヒーター92と、加熱室91内の温度を測定する温度センサー93と、加熱室91内を減圧する減圧装置94と、各部92,93,94の動作を制御する制御装置95とを備える。制御装置95は、温度センサー93の出力を監視しながらヒーター92を動作させて、加熱室91内を温度Tg−65℃以上Tg−10℃以下の所定の温度に保持する。第1アレイレンズ10は、加熱室91内の棚91aに載置され、上記条件にて加熱処理(アニール処理)される。なお、加熱室91内は、減圧装置94によって減圧されるため、一種の真空容器となっている。
熱処理工程により、第1アレイレンズ10では、各レンズ要素10aの光軸OAの間隔に関して伸縮に関するヒステリシスが実質的に解消される。これは、鎖状の樹脂組成物の流動に起因する成形歪みや硬化収縮による応力残存に起因する成形歪み等が加熱によって解放されるためである。熱処理工程における加熱条件は、樹脂の種類によって異なるものとでき、加熱によるヒステリシス解消効果を得られるように上記条件範囲から適宜選択される。
なお、第2アレイレンズ20も第1アレイレンズ10と同様の手法によって加熱処理することにより、各レンズ要素20aの光軸OAの間隔に関して伸縮に関するヒステリシスが実質的に解消される。2枚のアレイレンズを積層してアレイレンズユニットを構成する場合、第1アレイレンズ10及び第2アレイレンズ20の双方のヒステリシスを解消することにより、第1アレイレンズ10の各レンズ要素10aの光軸OAと第2アレイレンズ20の各レンズ要素20aの光軸OAとが、温度変化に際し略同様に変位し、各レンズ要素10aと各レンズ要素20aの相互の偏芯を抑制でき、光学性能の劣化を抑制できる。また、2枚のアレイレンズを光学的特性の同じ材料で形成すると、より好ましく、この場合には相互の偏芯を防止することができる。
また、熱処理工程は、成形工程後、他の加工処理前(本実施形態では、コート工程前)に行われることが好ましい。これにより、ピッチ変動が他の加工処理に影響することを防ぐことができる。
また、熱処理工程を経たアレイレンズは、温度変化に伴う膨張及び収縮を繰り返したときに、レンズ要素間の最大光軸間距離をLmaxとし、温度上昇時及び温度下降時の同一温度における最大光軸間距離の差をδとしたとき、以下の条件式を満足することが好ましい。
δ≦Lmax/3750
レンズ要素間の最大光軸間距離の差δが上式を満たすことで、温度変化による膨張収縮による位置変動の小さい、例えば、線膨張係数が2.4×10−6〔K−1〕程度のセンサーアレイに対しても、画像処理によって容易に補正できるようになり、超解像等の処理が容易になる。なお、最大光軸間距離Lmaxは、図1Bのような場合、Y方向の光軸間距離の最大値をd1、X方向の光軸間距離の最大値をd2としたとき、{(d12+d22)1/2}に相当し、最大光軸間距離の差δは上記Lmaxの変動に対応する。
δ≦Lmax/3750
レンズ要素間の最大光軸間距離の差δが上式を満たすことで、温度変化による膨張収縮による位置変動の小さい、例えば、線膨張係数が2.4×10−6〔K−1〕程度のセンサーアレイに対しても、画像処理によって容易に補正できるようになり、超解像等の処理が容易になる。なお、最大光軸間距離Lmaxは、図1Bのような場合、Y方向の光軸間距離の最大値をd1、X方向の光軸間距離の最大値をd2としたとき、{(d12+d22)1/2}に相当し、最大光軸間距離の差δは上記Lmaxの変動に対応する。
〔コート工程〕
次に、第1アレイレンズ10の表面に反射防止膜等のコートを行う。具体的には、図3Bに示すように、蒸着装置M2等を用いて、第1アレイレンズ10の表面に単層又は多層の薄膜を形成する。これにより、第1アレイレンズ10の光学面11a,11bに反射防止効果が付与される。
次に、第1アレイレンズ10の表面に反射防止膜等のコートを行う。具体的には、図3Bに示すように、蒸着装置M2等を用いて、第1アレイレンズ10の表面に単層又は多層の薄膜を形成する。これにより、第1アレイレンズ10の光学面11a,11bに反射防止効果が付与される。
なお、第2アレイレンズ20も第1アレイレンズ10と同様の手法によってコート処理される。
〔積層工程〕
次に、成形した第1及び第2アレイレンズ10,20を積層する。
第1アレイレンズ10の上方に第2アレイレンズ20を位置決めして重ねるように組み立てる。この際、図3Cに示すように、予め第1アレイレンズ10の支持部10b上には、光硬化性樹脂等の接着剤Bが塗布されており、図3Dに示すように、第1アレイレンズ10が第2アレイレンズ20に対してアライメントして重なることによって積層される。
次に、成形した第1及び第2アレイレンズ10,20を積層する。
第1アレイレンズ10の上方に第2アレイレンズ20を位置決めして重ねるように組み立てる。この際、図3Cに示すように、予め第1アレイレンズ10の支持部10b上には、光硬化性樹脂等の接着剤Bが塗布されており、図3Dに示すように、第1アレイレンズ10が第2アレイレンズ20に対してアライメントして重なることによって積層される。
次に、図3Eに示すように、第1アレイレンズ10又は第2アレイレンズ20に対して紫外線を照射させることで接着剤を硬化させる。これにより、第1及び第2アレイレンズ10,20が積層した状態で固定されたアレイレンズユニット100を得る。このアレイレンズユニット100と図1A等に示すセンサーアレイ60等がケース50に収納され、撮像装置1000が得られる。
なお、以上において、第1及び第2アレイレンズ10,20を重ねる前に第1アレイレンズ10上に接着剤Bを塗布するのではなく、第1及び第2アレイレンズ10,20を重ねた後に接着剤を塗布してもよい。また、第2アレイレンズ20側に接着剤を塗布してもよい。また、第1及び第2アレイレンズ10,20を積層後にケース50にアレイレンズユニット100を収納しているが、第1及び第2アレイレンズ10,20を個別にケース50に位置決めして収納した後、接着して撮像装置1000を組み立ててもよい。
上記アレイレンズの製造方法等によれば、上記条件にて加熱処理されることにより、応力解放によって第1及び第2アレイレンズ10,20やアレイレンズユニット100の成形歪みが緩和又は解消される。これにより、温度変化に対するレンズ要素10a,20a間の光軸直交方向のピッチ変動が各温度で略同様となり、伸縮に関するヒステリシスを実質的に解消したアレイレンズ及びアレイレンズユニットとできる。その結果、例えばカメラ等を使用し続けて温度上昇しても所望の画素上からの個々のレンズ要素10a,20aのずれ量が安定したものとなり、画像処理によって容易に補正でき、超解像等の処理が可能になる。アレイレンズユニット100は、撮像系のレンズとして用いるため、歪み緩和のために加熱しすぎて樹脂が多少劣化し黄変したとしても、画像処理によって補正できるため、光ピックアップ系のレンズよりも加熱条件の自由度を増やすことができる。加熱温度をTg−65℃以上とすることにより、加熱によるヒステリシス解消効果を確保することができる。また、加熱温度をTg−10℃以下とすることにより、樹脂が溶融せず、成形された面形状を維持することができる。
一方、成形後に熱処理工程を行わないと、伸縮に関するヒステリシスが残存し、温度上昇時と温度降下時の違いにより、同温度であってもレンズ要素の光軸間距離(ピッチ)が異なることとなり、ずれが生じる。例えば、10mm角の4×4のアレイレンズの場合、厚みが0.5mm程度で、レンズ要素の光軸間のピッチは2〜3mm程度であり、アレイレンズに伸縮に関するヒステリシスが残存していると、ピッチずれの影響が大きくなる。
〔実施例〕
以下、本実施形態の実施例について説明する。
材料として、シクロオレフィンポリマーであるAPL5514ML(三井化学(株)社製)及びZEONEX E48R(日本ゼオン(株)社製)を用い、直径11mm厚さ3mmの円盤状の平板を射出成形で試料を作成し、成形後、加熱温度及び加熱時間を以下の表1に記載のように各種異ならせて熱処理を行った。この後、温度25℃から90℃まで0.5℃/minで加熱と冷却を1サイクルとして、2回のサイクル(第1サイクル及び第2サイクル)を繰り返した。この2サイクルに際して、熱・応力・歪測定装置EXSTAR TMA/SS6000(日立ハイテクサイエンス社製)を用いて、温度上昇時及び温度降下時のそれぞれについて25℃〜85℃まで10度刻みで、厚み方向に関して線膨張の測定を行った。また黄変は、試験法ASTM D−1003に従って、可視光線の入射光量に対する透過率を、日立分光光度計U−4100にて測定した。
伸縮に関するヒステリシス及び材料の黄変に関する評価基準は以下の通りである。ヒステリシスに関しては、各厚み測定値の差が0.5μm未満のときを記号◎で表し、0.5以上0.8μm未満のときを記号○で表し、0.8μm以上のときを記号×で表した。また、黄変は90%以上を記号○とし、90%未満を記号×とした。
表1に、結果を示す。
以下、本実施形態の実施例について説明する。
材料として、シクロオレフィンポリマーであるAPL5514ML(三井化学(株)社製)及びZEONEX E48R(日本ゼオン(株)社製)を用い、直径11mm厚さ3mmの円盤状の平板を射出成形で試料を作成し、成形後、加熱温度及び加熱時間を以下の表1に記載のように各種異ならせて熱処理を行った。この後、温度25℃から90℃まで0.5℃/minで加熱と冷却を1サイクルとして、2回のサイクル(第1サイクル及び第2サイクル)を繰り返した。この2サイクルに際して、熱・応力・歪測定装置EXSTAR TMA/SS6000(日立ハイテクサイエンス社製)を用いて、温度上昇時及び温度降下時のそれぞれについて25℃〜85℃まで10度刻みで、厚み方向に関して線膨張の測定を行った。また黄変は、試験法ASTM D−1003に従って、可視光線の入射光量に対する透過率を、日立分光光度計U−4100にて測定した。
伸縮に関するヒステリシス及び材料の黄変に関する評価基準は以下の通りである。ヒステリシスに関しては、各厚み測定値の差が0.5μm未満のときを記号◎で表し、0.5以上0.8μm未満のときを記号○で表し、0.8μm以上のときを記号×で表した。また、黄変は90%以上を記号○とし、90%未満を記号×とした。
表1に、結果を示す。
表1に示すように、ガラス転移温度をTgとしたとき、温度Tg−65℃以上Tg−10℃以下で24時間以上168時間以下の加熱処理を施す熱処理工程を施すと、加熱・冷却の繰り返しに際しても、同温度における寸法差を許容範囲内に抑えることができ、ヒステリシスが解消でき、黄変が発生しないことがわかった。なお、APL5514MLのTgは147℃であり、ZEONEX E48RのTgは139℃である。また、48時間以上168時間以下とすれば、加熱・冷却の繰り返しに際しても、同温度における寸法差をより小さくできることがわかった。
また、APL5514MLの試料について、90℃(Tg−57℃)で48時間の熱処理工程を施したものと熱処理を施さなかったものについて、温度25℃から90℃まで0.5℃/minで加熱と冷却を2サイクル(第1サイクル及び第2サイクル)繰り返して、膨張及び収縮の変化を確認した。
図5は、熱処理工程を経た試料の線膨張の変化を示す。図5において、横軸は、試料の温度を示し、縦軸は、試料の厚み方向に関する変位を示す。図示のように、第1サイクル及び第2サイクルのいずれにおいても、試料の温度変化における変動量は略同様であり、線膨張係数(ppm)は略同様となった。つまり、温度変化におけるヒステリシスが実質的に解消されていることがわかる。
図6は、熱処理工程を施さなかった試料の線膨張の変化を示す。図6に示すように、第1サイクルにおいて、温度上昇時と温度下降時の試料の変位が大きく異なり、線膨張率は同様とならなかった。つまり、温度変化におけるヒステリシスが存在することがわかる。
以上、本実施形態に係るアレイレンズ等について説明したが、本発明に係るアレイレンズ等は上記のものには限られない。例えば、上記実施形態において、第1及び第2光学面11a,11b,21a,21bの形状及び大きさは、用途や機能に応じて適宜変更することができる。また、第1及び第2アレイレンズ10,20の外形を四角形としたが、円形等の他の形状としてもよい。
また、上記実施形態において、第1及び第2アレイレンズ10,20を熱可塑性樹脂を用いて形成したが、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等の他の樹脂材料を用いて形成してもよい。
また、上記実施形態において、第1及び第2アレイレンズ10,20を射出成形によって成形したが、例えばモールド成形やプレス成形等の他の成形方法によって成形してもよい。
また、上記実施形態において、熱処理工程後、コート工程を行ったが、コート工程を行わなくてもよい。また、コート工程の代わりに他の工程を行ってもよい。
また、上記実施形態において、第1及び第2アレイレンズ10,20を接合する前に熱処理工程を行ったが、接合後に熱処理工程を行ってもよい。
また、上記実施形態において、アレイレンズを2枚積層したが、積層せず、1枚のみの単層としてもよい。また、アレイレンズを3枚以上積層してもよい。
また、上記実施形態において、恒温槽M1に減圧装置94を設けたが、減圧装置94を設けなくてもよい。
Claims (8)
- 光軸に直交する方向に2次元的に配列された複数のレンズ要素と前記複数のレンズ要素を連結する支持部とが形成されたアレイレンズを、樹脂で一体成形する成形工程と、
前記成形工程後、前記アレイレンズに、ガラス転移温度をTgとしたとき、温度Tg−65℃以上Tg−10℃以下で24時間以上168時間以下の加熱処理を施す熱処理工程と、を有するアレイレンズの製造方法。 - 前記熱処理工程は、前記成形工程後、他の加工処理前に行われる、請求項1に記載のアレイレンズの製造方法。
- 前記樹脂の材料が、シクロオレフィンポリマーである、請求項1又は2に記載のアレイレンズの製造方法。
- 前記アレイレンズは、温度変化に伴う膨張及び収縮を繰り返したときに、以下の条件式を満足する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のアレイレンズの製造方法。
δ≦Lmax/3750
ただし、
Lmax:レンズ要素間の最大光軸間距離
δ:温度上昇時及び温度下降時の同一温度における最大光軸間距離の差 - 光軸に直交する方向に2次元的に配列された複数のレンズ要素と前記複数のレンズ要素を連結する支持部とが形成された樹脂製のアレイレンズであって、
温度変化に伴う膨張及び収縮を繰り返したときに、以下の条件式を満足するアレイレンズ。
δ≦Lmax/3750
ただし、
Lmax:レンズ要素間の最大光軸間距離
δ:温度上昇時及び温度下降時の同一温度における最大光軸間距離の差 - 前記アレイレンズの材料が、シクロオレフィンポリマーである、請求項5に記載のアレイレンズ。
- 請求項5又は6に記載のアレイレンズが、複数枚積層されているアレイレンズユニット。
- 前記積層されたアレイレンズは2枚であり、光学的特性が同じ材料で形成されている請求項7に記載のアレイレンズユニット。
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