JP2000078349A - 一体成形導波路を持つ光読み取りデバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズと導波路を別に作成し両者を結合する
という従来方法により生じていた光読取デバイスとして
の性能のばらつきや生産性の低さの不利益をなくすべく
一体成形導波路とし高精度で信頼性の高いデバイス、そ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１の上面に多数の導波路３を含む導
波路パターン２が形成され、アクリル樹脂等の透明樹脂
からなり、導波路３は基板１より高屈折率の材料とし、
導波路として機能させる。基板１の一端には、凸部４を
有し、その端面６は少なくとも基板上面５に対し垂直な
面を有し、そこに、マイクロレンズ７の列がレンズ焦点
面付近に導波路１０の端部が来るように形成される。基
板を含む図１の要素部分全体を射出成形により構成す
る。高精度の金型を用いて一度に極めて高い精度で一体
成形が行え、高い生産性を確保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象画素からの光
を光導波路を利用してＣＣＤ等の光電変換手段へ導く光
読み取りデバイス（イメージセンサ）に関し、原稿，図
面などの画像情報を読み取り、ファックスやコンピュー
タへの情報の入力とする入力手段を構成するいわゆるス
キャナ装置の主要部をなす読み取りヘッドに用いる光デ
バイス及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、原稿や図面の画像情報を読み取る
スキャナ装置に関しては、読み取りの対象とする原稿面
をレンズで結像し、その像をＣＣＤラインセンサで読み
取るものや、原稿面幅と同じサイズのセンサ上に屈折率
可変型のマイクロレンズアレーで原稿画像の正立像を形
成するものがあった。これ以外に、原稿面の画を構成す
る光情報をそのまま光導波路によりＣＣＤアレー上に導
き、検出するものがあり、この方式はレンズ結像で行う
方式のように結像のための光路長が必要ということがな
く、また原稿面幅と同じ長さの大きなセンサを用いる方
式のように、大型のセンサを作製する必要がない、とい
うメリットがある。また、導波路を用い構成される読み
取り素子の１例が示される特開平８−３２１５９６号公
報には、素子の構造とその作製方法が示されており、こ
こには、マイクロレンズにより、各画素の像をそれぞれ
結像し、その結像した像を導波路に導き、導波路により
像を光検出器アレーに導いて、画像を検出するものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平８−
３２１５９６号公報に開示された発明には、次のような
問題点が存在する。すなわち、この従来例では、導波路
を樹脂製型で形成した後、この導波路をマイクロレンズ
型に結合し、レンズ型に紫外線効果樹脂をキャスティン
グすることにより形成している。このプロセスは、導波
路を形成してから再度キャスティングを行うため、２段
のプロセスとなり、作製のコストが大きくなる。また、
キャスティングそのものも、液体を型に注入する方法の
ために時間がかかり、作製のタクトタイムが大きくなっ
て高い生産性で製造を行うことができない。また、他の
従来例を示す特開平７−３０１７３０号公報において
は、レンズを導波路に結合する原理については開示され
ているが、その具体的な構造については言及していな
い。

【０００４】本発明は、上記した従来技術における問題
点に鑑みなされたもので、レンズと導波路を別のプロセ
スで作成した後に両者を結合するという方法を採ること
により生じていた光読み取りデバイスとしての性能のば
らつきや生産性の低さといった従来の不利益をなくすべ
く、一体成形導波路を持つ光読み取り装置としてより高
精度で信頼性の高いデバイス及びその製造方法を提供す
る事をその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、読み
取り対象画からの画素光をレンズ及び導波路により検出
部に伝えることにより該対象画像の情報を読みとる光読
み取りデバイスであって、板面に導波路形成用溝を設け
た基板と、該基板面に垂直な面を有するとともに前記導
波路形成用溝に光軸を整合させたレンズを一部に形成し
た凸部とを射出成形による一体成型物とし、該一体成型
物を構成要素としたことを特徴としたものである。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記導波路形成用溝を該溝に形成されるべき導波路
の入光端の位置が前記凸部の厚さの範囲に入らないよう
に設定したことを特徴としたものである。

【０００７】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において、前記導波路形成用溝にコア材を充填すること
により形成された導波路を有することを特徴としたもの
である。

【０００８】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れか１の発明において、前記凸部の高さが前記レンズの
半径より大であることを特徴としたものである。

【０００９】請求項５の発明は、板面に導波路形成用溝
を設けた基板と、該基板面に垂直な面を有するとともに
前記導波路形成用溝に光軸を整合させたレンズを一部に
形成した凸部とを有する光読み取りデバイス用部品を製
造する光読み取りデバイス用部品製造方法において、前
記導波路形成用溝を形成するスタンパを持つスタンパ金
型と、前記レンズを成形するレンズ金型と、前記導波路
形成用溝を設けた基板面に対する底面を成形する底面部
金型と、前記基板の外周面を成形する外周面金型の組み
合わせから成る成形金型を用い前記光読み取りデバイス
用部品を射出成形方法により一体成形したことを特徴と
したものである。

【００１０】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、充填材を前記成形金型に射出する工程において、前
記底面部金型がキャビテイ内の圧力により可動とし、該
キャビテイの容積を拡大するようにしたことを特徴とし
たものである。

【００１１】請求項７の発明は、請求項５の発明におい
て、前記成形金型から前記光読み取りデバイス用部品を
取り出す工程において、先ず前記底面部金型、前記レン
ズ金型及び外周金型が一体的に後退し、次に前記レンズ
金型が前記後退方向と垂直方向に後退し、次に残る金型
に保持されている製品を取り出す手順を行うことを特徴
としたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を添付する図面
に基づき説明する。なお、一部に本発明との対比のため
従来技術の説明を加える。図１に本発明による一体成形
導波路を持つ光読み取りデバイスの一体化要素部品の１
実施形態の概要斜視図を示す。図２に図１と同様の構成
をなす一体化要素の３面図を、図３に側面の拡大図を示
す。図１及び図２において、基板１の上面に導波路パタ
ーン２が形成され、この導波路パターン２は多数の導波
路３を含む。基板１はアクリル樹脂，ポリカーボネート
樹脂等の透明な樹脂で射出成形により形成されており、
導波路３は基板１より屈折率の高い透明材料で構成する
ことにより、導波路としての機能を果たすようになって
いる。本発明の特徴の一つは、射出成形によりこれらの
基板を含む図示の要素部分全体を構成していることであ
る。射出成形で構成することで、後述するように、高精
度の金型を用いて一度に極めて高い精度で一体成形が行
え、かつ、高い生産性を確保できる。

【００１３】この点に注目しつつ本実施形態をより詳細
に説明すると、基板１の一端には、凸部４を有し、その
端面６は少なくとも基板上面５に対し垂直な面を有する
構造になっている。そして、この基板上面５と直交する
凸部４の端面６に、マイクロレンズの７の列が形成され
ている。凸部４の形状は、図３に示すように、基板５上
面から少なくともマイクロレンズ７の半径以上に相当す
る長さの凸部４が突き出るような構造とする。また、こ
の凸部４は基板１と一体的に構成され、またマイクロレ
ンズ７の列もこの基板１及び凸部４と一体的に構成す
る。

【００１４】ここで示されるように、凸部４の高さ８を
レンズ半径９以上にすることにより、マイクロレンズ７
の直径を有効に用いることができ、口径の大きな、すな
わち明るい光学系を構成できる。本発明の応用範囲であ
るファックスのスキャナの場合、解像度は２００ｄｐｉ
（dot per inch：１インチあたり２００ドット）程度で
あれば十分である。これは、レンズ回折による分解能を
考えると、分解能は（波長／レンズＮＡ：開口数）で表
わせるから、これを２００ｄｐｉにすると、波長／ＮＡ
＝２５.４ｍｍ／２００となり、波長＝０.５μｍとする
と、ＮＡ＝０.００３９３７となる。すなわち、ＮＡの
非常に小さな光学系で十分である。すなわち焦点距離に
比して口径の小さな光学系で良いということになる。し
かしながら、実際にはファックスにこの光学系を適用す
る場合は、このような小さなＮＡの光学系では実用性が
ない。なぜならファックスのスキャナに用いる場合に
は、その分解能もさることながら、検出する光量が大き
なポイントになるからである。

【００１５】すなわち、上述のような小さなＮＡで光学
系を構成すると、分解能は十分であるが、光量が不足
し、特にスキャナとして十分な速度で信号（すなわち原
稿）を読み取る場合に、十分な信号対雑音比が得られな
いからである。特にスキャナとして用いる場合には、使
い勝手の面から、高速に読み取られる装置が望まれてお
り、これを実現することが使用者のニーズに応えること
になる。従って、このためには、高速で信号を読み取っ
た場合にも十分な信号対雑音比が得られるようにする必
要があるが、これには十分な光量を確保することから、
レンズの口径を十分大きくしておかなければならない
（結果として、分解能は要求される値以上になる）。そ
のために、凸部の高さ８をレンズ半径９以上にすると、
レンズの外周部まで使用できることになって、レンズの
口径を十分大きくとることが出来、光量を確保するのに
有用な方法となる。

【００１６】図４には本実施形態による基板を含む一体
化要素を用いた光読み取りデバイスの使用状態の説明図
である。マイクロレンズ７の列に含まれるマイクロレン
ズは、図４のように、そのほぼ焦点面付近に導波路１０
の端部が来るように形成する。より正確には、読み取り
原稿面１１とマイクロレンズ１２との焦点距離で決まる
結像位置１３に導波路の端面を設置する。また、導波路
端面は、実質的にマイクロレンズの光軸上に配置される
構造とする。また、図３のように、凸部の幅１４（光軸
方向への厚さ）は、レンズと結像位置との距離１５より
も小さな値とし、基板を形成した場合に、導波路１０の
端面が基板上に露出する位置（凸部内に位置しない）に
配置できるようにする。

【００１７】導波路は、図１，図２のように、上記マイ
クロレンズ近傍の位置から、適当に屈曲した形状で、基
板の他の一端１７に導き、基板の他の一端１７にその端
面１８を露出する構造とする。図５，図６は、基板に他
の部品を更に組み立てた後の読み取りヘッドを、それぞ
れ図１，図２に対応させ示す図である。図５，図６に示
すように、導波路端面１８が露出した基板端面には、光
検出素子１９を固定する。光検出素子１９は複数の光検
出セルを有するアレー構造をなしており、その個々のセ
ルに個々の導波路の端面を結合する。

【００１８】また、導波路としての機能を発揮させるた
めには、図４により明瞭に示すように、導波路基板の上
面にクラッド層２０を形成し、クラッド層２０を少なく
とも導波路コア１０よりも小さな屈折率を有する材料で
構成することにより、導波路としての動作を可能にす
る。クラッド層２０としては、樹脂層を塗布して硬化さ
せても良いし、樹脂層で別の基板２１を接着するような
構成をとっても良い。別の基板２１を接着する場合に
は、導波路基板１と同等の材質，形状にするのが好まし
い。これは、導波路基板１と同じ熱膨張率や吸湿膨張率
を有する基板を用することにより、温度の変化や湿度の
変化に対して同じ膨張・収縮を生じ、これらによる基板
の形状変化（主にそり）を防ぐ効果があるということに
他ならない。

【００１９】このような構造をなす本デバイスの動作を
次に説明する。図７は対象画からの光を取り込む本デバ
イス部分の光学要素の作用を説明するための要部拡大図
を示す。図７に示すように、読み取り原稿の各画素２２
はマイクロレンズ２３によりその像が導波路端面２４に
結像される様に条件付けられる。従って、画素２２から
の光は導波路２５中に結合され、導波路２５中を伝播し
て、最終的に光検出素子１９に導かれる。マイクロレン
ズ２３の列の各レンズに対応する各画素２２からの光
が、検出器１９の各セルに導かれるから、各セルの信号
を検出すると、読み取り原稿の各画素２２の信号が光検
出素子１９から得られる。

【００２０】上記のような構成を取ったときに、本構成
の持つ特徴及び利点を以下に述べる。まず、基板上面５
に導波路２を設けると共に、その基板１に凸部４及びそ
の凸部４上にマイクロレンズ７を設け、これらを一体化
構成としたことにより、マイクロレンズ７と導波路２と
の位置関係を正確に構成できるという利点がもたらされ
る。

【００２１】典型的には、読み取り画像を読み取る際、
用途にもよるが、通常のファクシミリ装置の場合を例に
とると、２００ｄｐｉの解像度が必要とされる。すなわ
ち画素サイズは１インチ（＝２５.４ｍｍ）／２００＝
１２５μｍとなる。この１２５μｍを本デバイスのマイ
クロレンズの配列ピッチに合わせた場合について検討す
る。ここで、本デバイスの実施例として、導波路のサイ
ズを幅８μｍ，深さ８μｍとし、読み取り画素を８／１
２５に縮小して結像する光学系を構成すると、画素から
の光を実質的に全量、導波路に取り込むことができる。
この場合、図８のように、導波路２８の中心線２６がレ
ンズ光軸中心線２７に対して平行方向にずれると、導波
路２８には原稿面２９からの光が斜めに結像することに
なり、導波路端面３０には必ずしもレンズ正面の画素が
結像されない現象が生じることになる。この場合、レン
ズアレー３１全体が、導波路２８全体に対して、一様に
ずれた場合には必ずしも不具合ではなく、すべての読み
取り位置が全体にシフトするだけであり、一様にシフト
した量だけ装置取り付け位置をずらすなどすることで、
訂正が可能であり、通常のファクシミリ装置では、この
精度は特に要求されないので、本発明で生じるこのよう
な特異な現象も、特に大きな問題にはならない。ただ、
この場合、問題になるのは、斜めに結像する結果、レン
ズが画素に対し見込む画角が小さくなり、導波路に取り
込む光量が全体的に低下することである。このうち、許
容しうる低下分を生じる位置ずれ量は本デバイスの場
合、計算によれば、およそ１０μｍ前後であり、この精
度で導波路とレンズを位置合わせする必要がある。

【００２２】通常、上記のような光学系を構成すると、
レンズの厚さは、およそ数百μｍとなり、またファクシ
ミリ装置の場合、読み取り幅はＢ４サイズの場合、２５
６ｍｍ程度である。従って、レンズアレーと導波路基板
を別々に構成したとすると、そのマイクロレンズアレー
は極めて長く薄い物になる。このマイクロレンズアレー
と導波路基板を接合することは、マイクロレンズアレー
が薄く長いために剛性が低く、またレンズアレーをどの
ような材料で作るにせよ、少しの残留応力で大きな変形
を生じることになり、導波路基板とレンズアレーの位置
関係を正確に合わせることは極めて難しくなる。また、
このように細長いレンズアレーと基板が全く同じ熱膨張
率を有していれば問題はないが、少しでも膨張率に差が
あると片方の一端でレンズと導波路基板の位置関係を合
わせても、温度による伸び縮みでもう一端では極めて大
きな長さの差が生じてしまい、正確な位置合わせが不可
能になる。従って、従来技術として挙げた特開平７−３
０１７３０号公報に開示されたような構造をなすレンズ
と導波路とを別々に構成する手法で製造しようとすると
き、極めて困難な状況を生じる。すなわち、特開平７−
３０１７３０号公報には、全体構成の概念は示されてい
るが、実際にこれを構成しようとすると、上述のような
極めて深刻な問題に直面し、これを実現することが不可
能である。

【００２３】これに対して、本発明においては上記のよ
うに、レンズアレーと導波路基板を最初から一体的に構
成し、この一体構成により、上記のような問題が一挙に
解決できる。すなわち、一体的に構成するために材料が
伸び縮みしても、レンズ７と導波路基板１が一体で動く
ため位置ずれが生じないことから、従来例において起き
る上記した問題を回避することが出来る。

【００２４】また、本構成の持つ第２の特徴として、図
１，図２，図５，図６に示す基板１の一端に凸部４を設
け、その凸部４の端面６にレンズ７アレーを配置した構
成が上げられる。導波路３に光を導入する場合、レンズ
７の光軸と導波路端面は実質的に垂直に配置する必要が
ある。この場合、レンズを平面上に平面的に配置・構成
するのは比較的たやすいが、平面に垂直に構成するのは
必ずしもたやすくない。例えば、平面的に配置するには
レンズを片凸レンズとし、そのレンズの平面側を接合面
として平面上に配置すればよい。しかし、垂直に配置す
るのは、円形のレンズの端部のどこかに面と垂直な基準
面を一旦設けて、これを用いて接合する必要がある。ま
た、その他の方法として、レンズと導波路を結合するの
に、一旦４５度に配置したミラー面を面に構成し、その
面で反射した光を導波路に導入する方法も考えられる
が、これは反射ミラーを余分に構成する必要があり、製
作コスト，工程等の点で不利である。本発明の場合、基
板１の面に対し、一旦垂直な面を有する凸部４を一体的
に形成し、これにレンズ７のアレーを形成したので、上
記のような問題がなく、レンズ７の配置を容易に精度良
く構成することができる。また、一体的に凸部４を構成
したので、レンズの倒れ角度や位置精度も正確に構成で
きるという特徴がある。

【００２５】また、図３に示されるように、凸部の幅１
４（光軸方向への厚さ）は、レンズと結像位置との距離
１５よりも小さな値とし基板を形成した場合に、導波路
端面（基板でいえば、導波路に対応する溝状のくぼみ）
が基板上に露出する位置（凸部内に位置しない）に配置
する。こうすることにより、レンズによる結像位置に容
易に導波路端面を配置でき、この溝に適当な材料を充填
することで光導波路が得られる。もしも、凸部の幅１４
がこれより大きければ、導波路端面１８（すなわち導波
路結像位置）は凸部４の内部に含まれる構造にする必要
が生じることになり、その部分へ導波路を形成する方法
がない以上、実際的には不可能である。

【００２６】次に、本発明の上記した一体化要素を用い
て構成されるデバイスを作る製造方法について述べる。
本発明の基本的なポイントは、導波路用の溝を持つ基板
と凸部及びマイクロレンズアレーを一体的に構成する点
にある。これを実現するために、本発明では、金型を用
いた樹脂成形の技法を用いる。

【００２７】図９は、本発明の光読み取りデバイスの成
形に用いる金型の模式図である。金型は、マイクロレン
ズアレーを成形するレンズ金型３２，導波路用溝パター
ンを成形するスタンパ金型３３，導波路外形を成形する
外周金型（図示せず）及び導波路基板底面を成形する金
型３４の主に５つの部分からなり、この５つの金型によ
り構成されたキャビティ３５に樹脂をゲート３６を通し
て注入することにより製品形状を形作ることができる。
スタンパ金型３３以外の金型全体は成型機の可動部側に
構成され、可動部側全体を駆動することで金型を開くこ
とができる。このように、一体的な金型を用いると、極
めて位置精度の高い導波路用溝付きの基板を得ることが
できる。すなわち、金型個々の作製精度は極めて高くで
きることから、レンズと導波路の位置関係は極めて精度
良く保つことが可能となる。また、樹脂の射出成形で
は、一般に樹脂が射出された後、冷却，硬化する間に収
縮するから絶対的な寸法は変化する。しかし、成形体全
体は一様に収縮するから、レンズと導波路の位置関係は
変らず、前述したレンズと導波路の位置関係の精度を高
精度に保ったまま、完成部品として提供することが可能
となる。

【００２８】ここで、導波路用溝パターンを成形するス
タンパ金型３３のスタンパ部の製造方法を説明する。図
１０に示すその製造のプロセスの概要（Ａ）〜（Ｆ）を
参照し、以下にその説明を行う。ガラス基板にフォトレ
ジストを塗布し（Ａ）、これにフォトマスクを用いて導
波路用溝パターンを紫外線を用い露光する（Ｂ）。現像
後これに導電膜を成層した（Ｃ）後、電気メッキにより
金属メッキし（Ｄ）、ある程度の厚さになった後、剥離
する（Ｅ）。こうして導波路用溝パターンと逆の形状を
有する剥離したメッキ膜によるスタンパを得る。ここで
は、スタンパの厚さは２００から４００μｍの厚さに設
定する。得たスタンパを金型ブロックに接着し（Ｆ）、
導波路パターンを成形するスタンパ金型を得る。

【００２９】このようにしてスタンパにより樹脂側に導
波路用溝が作られるが、本来、導波路の断面は、図１１
に示すように、実質的に矩形に近い形状とする必要があ
る。これは、非対称な形状であると導波路を伝播する光
のモードが不安定となり、伝播する間の損失が増大し検
出光量が低下するからである。従って、導波路断面は、
実質的に矩形の形状を保って形成する必要があり、大き
な抜き勾配が付けられないとということになりこの点
で、成形を行う時には製造を困難にさせる点の一つとな
る。

【００３０】マイクロレンズアレーを形成するレンズ金
型３２は、金型ブロック上に所望のレンズとは逆の形状
を有する凹部を形成し、これを金型とする。金型ブロッ
クに凹部を形成する方法は、サファイア球を押しつける
方法がすでに提案されている。その他の金型構成部品
は、通常の切削，研削，研磨などの方法で加工すること
が可能である。

【００３１】このような金型を用いて行う成形工程につ
いて次に説明をする。成形工程の手順に従い金型が変動
する様子を摸式的に表現している図１２，図１３，図１
４に基づいてその手順を説明する。なお、図１２〜図１
４は基本的に図９と同じ構造であるから図９の先の説明
を引用することとする。樹脂の充填工程（図１２）で
は、樹脂は、樹脂ホッパ（図示せず）から供給され、射
出スクリュ（図示せず）を経て金型内部のキャビティへ
ゲート３６を通じて注入・充填される。この時、図１２
に示すように、金型に加えられている型締め力に抗し充
填する樹脂の圧力により底面部金型（コア部）３４は、
わずかに後退し、キャビティ３５内の容積はわずかに拡
大する。

【００３２】樹脂の充填が終わると、閉鎖工程（図１
３）に入り、ゲート３６が閉じられキャビティ３５は閉
鎖される。この後、圧縮・冷却工程（図１４）に入り、
キャビティ３５内部の樹脂は徐々に冷却されていくが、
冷却に伴う樹脂の体積収縮によりキャビティ３５の体積
は徐々に減少していく。ここで、底面部金型（コア部）
３４は油圧シリンダにより加圧されているため、図１４
に示すようにコア部が前進し、圧力が加えられた状態で
上記の収縮固化を生じさせられるため、収縮に伴って生
じがちであるヒケ（金型の形状通りに樹脂が充填され
ず、金型と樹脂製品の間に隙間が生じる現象）を防止す
ることができる。このため、コア部の反対側にあるスタ
ンパ金型３３においてもスタンパの形状を正確に成型品
に転写することができる。

【００３３】冷却が終われば、製品を金型から取り出す
ことになるが、その工程について次に説明をする。成型
品の取り出し工程の手順に従う動作の様子を摸式的に表
現している図１５，図１６，図１７に基づいてその手順
を説明する。まず、図１５に示すように、レンズ金型３
２と底面部金型３４が可動部上で一体となったまま後退
し、スタンパ金型３３の表面と成型品４０との間を離型
させる。次に、図１６に示すように、マイクロレンズ金
型３２が可動部の駆動方向と垂直方向４１へ後退して、
マイクロレンズ金型３２と成型品４０を離型する。その
後、図１７に示すように、底面金型３４から製品を突き
出しピン３７で突き出して完全に離型させる。なお、突
き出しは突き出しピン３７を用いる方法に限ることはな
く、エアの吹き出し等による方法でも良い。ここで、こ
のような順番で取り出すには、以下のような理由があ
る。

【００３４】導波路成形のための溝を形成するスタンパ
には、そのパターンに多少の抜き勾配を設けたとして
も、図１１のように、導波路溝の壁面が垂直に近く、か
つ導波路が極めて多数、基板上に形成されているため大
きな抜き抵抗力が発生する。通常、Ｂ４幅のファクシミ
リ装置の場合、解像力を２００ｄｐｉとすると２０４８
本の導波路溝を必要とし、これだけの導波路溝が形成さ
れていると導波路溝の寸法が前述のように、微細な形状
（８×８μｍ）であっても、その壁面の摩擦による抵抗
は極めて大きなものであり、成型品を離型するときは、
大きな力を必要とする。また、離型ができたとしても均
等に離型が行われないと、スタンパが成型品から離れる
ときに、大きな抜き抵抗力の発生により、基板が変形し
てしまうことも生じる。つまり、成型品に大きな応力が
かかり、導波路溝が損傷を受けて形状が崩れてしまうこ
とが生じる。また、基板の一部が離型し、一部が型にと
どまっているような状況が生じると、基板が大きく変形
し、離型してゆく部分が斜めに抜けるようになり、この
際に導波路溝が大きな損傷を受けるような現象も生じる
こともあった。従って、例えば、離型の順番を変えると
導波路溝の損傷が生じ、導波路溝の形が崩れるという現
象が生じた。また、別の現象として、ある一部のみが最
後に離形し、その部分に離型マークが形成されるという
現象も生じた。

【００３５】これに対し、本発明で示したような、最初
にレンズ金型３２及び底面部金型３４を含む外周部分で
の食いつき力で基板を保持した上で、先に導波路側のス
タンパ金型３３を離型させるような離型順序を取ると、
良好な導波路形状を得ることができた。本発明を提案す
るに際しては、金型の離型の順序を変えて成形を行い、
それぞれについて導波路形状，損傷の程度について詳細
な観察検討を行い、上記のような現象が生じることを見
い出し、その上で最も損傷を与えにくい方法について実
験，検討を行った結果、上記のような離型方法を取るこ
とでスタンパ金型３３面の離型を一度にかつ損傷なく行
うことが可能であることを見い出した。

【００３６】つまり、底面部金型を３４含む外周部分及
びレンズ金型３２による食いつき力が大きいため、導波
路側の食いつき力に打ち勝って基板が固定され、導波路
側が均等に離型し、導波路が損傷することが少ないとい
う結果が得られた。従って、離型に際しては、基板が底
面部とレンズ金型３２及び周囲金型に食いついている状
態で、一気にスタンパ金型３３から離型させるのがよ
い。

【００３７】また、本発明におけるレンズは、凸レンズ
であり、凸状に膨らんでいる。すなわち金型に凹状のへ
こみがあり、そこに樹脂が充填されているため、これを
離型するにはレンズの光軸方向、すなわち金型で言え
ば、可動部の駆動方向と垂直な方向に金型を駆動して離
型する必要があり、上述のようにレンズ金型３２を駆動
することで本発明の機能を達成できる。

【００３８】このように、図９に示すような構造の金型
を用い、上記のような成形手順を踏むことで、図１，図
２に示したような導波路溝付き基板を一体的に構成する
ことができる。また、型からの成型品の取り出し方を上
記のようにすることにより、レンズと導波路が一体にな
った立体的な構造の基板を金型から取り出すことができ
る。また、食いつきの大きな基板を精度良く、かつ導波
路溝形状に損傷を与えずに、容易に取り出すことができ
る。

【００３９】また、本発明の成型方法によれば、導波路
溝形成面の反対側の底部面金型３４を移動させて圧縮す
るため、図１，図２に完成部品として示される本デバイ
スにおけるマイクロレンズ７と導波路２との位置関係が
成形中に変化させることなく、位置関係を精度良く保っ
たまま成形を行うことができるという極めて重要な特徴
が得られる。すなわち、スタンパ金型３３は固定側に、
レンズ金型３２は可動部に搭載されているが、いったん
可動部が駆動されて金型が閉じてから後は、レンズ金型
３２とスタンパ金型３３との位置関係は変化しない。樹
脂が注入されるときには、注入圧力によりキャビティの
体積が拡大する。この体積の拡大は、冷却により樹脂の
収縮を考えると必ず必要であり（すなわち樹脂を冷却に
よる収縮を見込んで、余分に充填する必要があり）、こ
の拡大がなければ樹脂が冷却されるときにヒケが生じ
る。

【００４０】通常、この体積拡大は金型可動部全体の後
退によって得るが、この方法をここに適用すると、レン
ズ金型とスタンパ金型との位置関係が変化し、所期の目
的を達成することが出来なくなってしまう。本発明で
は、この体積増加が金型の一部が後退し得るようにした
底面金型の後退により吸収され、レンズ金型３２とスタ
ンパ金型３３の位置関係は変化することはなくなるの
で、導波路溝とレンズの位置関係を極めて精度良く保つ
ことが出来る。

【００４１】レンズと基板及び基板上の導波路溝の位置
関係は、金型の加工形状精度により決定されるが、通
常、金型の加工は極めて精度良く加工できるため、レン
ズと導波路溝の位置関係を精度良く設定することが容易
である。また、前述したように、成形中にレンズ金型３
２とスタンパ金型３３の位置関係が変化しないため、連
続して成形を行ってもその精度にばらつきがなく、量産
時にも高い生産性を保持できる。

【００４２】このようにして成形を行った導波路溝付き
基板には、その表面に導波路溝パターンに対応する溝状
の凹部が形成されている。この凹部に基板材料より屈折
率の高い材料を充填すれば、導波路として機能させるこ
とができる。充填する方法としては、リソグラフィー，
印刷，スキージ等を用いることが可能であるが、このう
ち、スキージを用いれば、他の方法より低コストで導波
路を作製することが可能である。スキージ法は、基板表
面に充填すべき液状の材料を塗布し、これをブレードで
掻き取ることで溝状のくぼみの中にのみ材料を充填する
ことができる。

【００４３】ところで、本発明によれば、導波路端部が
基板から突出した凸部より後ろ（凸部厚さ内に含まれな
い）に位置しているから、基板の上面に存在するその端
部まで樹脂を充填することが可能である。これがもし、
図１８に示すように、凸部側面４４に接していれば（あ
るいは凸部よりも前（レンズより）に端部が位置してお
れば）、その部分の溝部分に材料を十分に充填すること
が難しくなる。また、充填されたとしても、スキージで
は材料を塗布した後、ブレードで掻き取る必要があるか
ら、凸部側面に近接した部分では掻き取りが十分に行わ
れず、材料が導波路凹部以外の部分に多く残留してしま
い性能を落とす原因になる。

【００４４】

【発明の効果】請求項１，２の発明の効果：導波路形成
用溝を設けた基板とレンズを形成した凸部とを射出成形
による一体成型物とし、さらに、導波路の入射端の位置
を凸部の厚さの範囲に入らないように設定したことによ
り、この光学要素間は高精度でばらつき無く位置合わせ
されるので、レンズに入射する画素光を導波路の入射端
に効率よく入力することができ、高性能で信頼性が高く
かつ低コストな光読み取りデバイスが供給できる。 請求項３の発明の効果：請求項１，２の発明の効果に加
えて、一体成形物としてレンズとともに形成した導波路
溝にコア材を充填し導波路を構成することにより光読み
取りデバイスとして有効な具体化装置を提供することが
出来、また、導波路の製作が容易であり、安価に製造で
きる。請求項４の発明の効果：請求項１乃至３の発明の
効果に加えて、口径の大きなレンズを使うことが可能
で、信号光量を多くでき、信号対雑音比が大きな信号を
検出でき、このため高速で読み取りが可能となる。

【００４５】請求項５の発明の効果：導波路形成用溝を
設けた基板とレンズを形成した凸部とを射出成形による
一体成型物として製造するために有効な方法が提供さ
れ、この方法により従来に比して容易かつ安価に所期の
性能の光読み取りデバイスを作ることが可能となり、生
産性を高めることが出来る。請求項６の発明の効果：請
求項５の発明の効果に加えて、製造過程で起きる変形を
調整する働きがあり、導波路とレンズの位置関係を高精
度に保つことができ、安価で信頼性の高いデバイスを供
給できる。請求項７の発明の効果：請求項５の発明の効
果に加えて、製品の離型が安定して容易となり、特性の
そろったデバイスを容易に作成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一体成形導波路を持つ光読み取り
デバイスの一体化要素部品の１実施形態の概要斜視図で
ある。

【図２】図１と同様の光読み取りデバイスの一体化要素
部品の３面図を示す。

【図３】図１と同様の光読み取りデバイスの一体化要素
部品のレンズと導波路の関係を説明する図を示す。

【図４】本発明の実施形態による一体化要素部品を用い
た光読み取りデバイスの使用状態の説明図である。

【図５】図１に示す一体化要素部品に更に他の部品を付
加し組立てた後の光読み取りデバイスを示す。

【図６】図５の光読み取りデバイスの３面図を示す。

【図７】本発明による光読み取りデバイスにおける光学
系の結像関係を示す図である。

【図８】本発明による光読み取りデバイスにおける光学
系の結像関係を示す図である。

【図９】本発明による光読み取りデバイスの射出成形に
用いる金型及びその動作を説明する図である。

【図１０】本発明による光読み取りデバイスの射出成形
時に用いるスタンパの作製プロセスを示す図である。

【図１１】本発明による光読み取りデバイスに形成され
る導波路断面を示す図である。

【図１２】本発明による光読み取りデバイスの射出成形
の樹脂充填工程における金型及びその動作状態を示す図
である。

【図１３】本発明による光読み取りデバイスの射出成形
の閉鎖工程における金型及びその動作状態を示す図であ
る。

【図１４】本発明による光読み取りデバイスの射出成形
の圧縮・冷却工程における金型及びその動作状態を示す
図である。

【図１５】本発明による光読み取りデバイスの射出成形
の離形工程における金型及びその動作状態１を示す図で
ある。

【図１６】本発明による光読み取りデバイスの射出成形
の離形工程における金型及びその動作状態２を示す図で
ある。

【図１７】本発明による光読み取りデバイスの射出成形
の離形工程における金型及びその動作状態３を示す図で
ある。

【図１８】本発明による光読み取りデバイスの基板断面
で、導波路の形成を説明するための図である。

【符号の説明】

１…基板、２…導波路パターン、３…導波路、４…凸
部、５…基板上面、６…凸部の端面、７…マイクロレン
ズ、８…凸部の高さ、９…レンズ半径、１４…凸部の
幅、１５…レンズと結像位置との距離、１０…導波路、
１１…読み取り原稿面、１２…マイクロレンズ、１３…
結像位置、１７…基板の他の一端、１８…導波路端面、
１９…光検出素子、２０…クラッド層、２１…別の基
板、２２…画素、２３…マイクロレンズ、２４…導波路
端面、２５…導波路、２６…導波路中心線、２７…レン
ズ光軸中心線、２８…導波路、２９…原稿面、３０…導
波路端面、３１…マイクロレンズ、３２…レンズ金型、
３３…スタンパ金型、３４…底面部金型、３５…キャビ
ティ、３６…ゲート、３７…突き出しピン、４０…成型
品、４１…垂直方向、４２…底面部金型、４４…凸部側
面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 新吾 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 花戸 宏之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 AA04 BA01 BA11 CA13 5C051 AA01 DB01 DB04 DB21 DB22 DC04 DC07 DD01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 読み取り対象画からの画素光をレンズ及
   び導波路により検出部に伝えることにより該対象画像の
   情報を読みとる光読み取りデバイスであって、 板面に導波路形成用溝を設けた基板と、該基板面に垂直
   な面を有するとともに前記導波路形成用溝に光軸を整合
   させたレンズを一部に形成した凸部とを射出成形による
   一体成型物とし、該一体成型物を構成要素としたことを
   特徴とする一体成形導波路を持つ光読み取りデバイス。
2. 【請求項２】 請求項１記載の一体成形導波路を持つ光
   読み取りデバイスにおいて、 前記導波路形成用溝を該溝に形成されるべき導波路の入
   光端の位置が前記凸部の厚さの範囲に入らないように設
   定したことを特徴とする一体成形導波路を持つ光読み取
   りデバイス。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の一体成形導波路を
   持つ光読み取りデバイスにおいて、 前記導波路形成用溝にコア材を充填することにより形成
   された導波路を有することを特徴とする一体成形導波路
   を持つ光読み取りデバイス。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１記載の一体
   成形導波路を持つ光読み取りデバイスにおいて、 前記凸部の高さが前記レンズの半径より大であることを
   特徴とする一体成形導波路を持つ光読み取りデバイス。
5. 【請求項５】 板面に導波路形成用溝を設けた基板と、
   該基板面に垂直な面を有するとともに前記導波路形成用
   溝に光軸を整合させたレンズを一部に形成した凸部とを
   有する光読み取りデバイス用部品を製造する光読み取り
   デバイス用部品製造方法において、 前記導波路形成用溝を形成するスタンパを持つスタンパ
   金型と、前記レンズを成形するレンズ金型と、前記導波
   路形成用溝を設けた基板面に対する底面を成形する底面
   部金型と、前記基板の外周面を成形する外周面金型の組
   み合わせから成る成形金型を用い前記光読み取りデバイ
   ス用部品を射出成形方法により一体成形することを特徴
   とする光読み取りデバイス用部品製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の光読み取りデバイス用部
   品製造方法において、 充填材を前記成形金型に射出する工程において、前記底
   面部金型がキャビテイ内の圧力により可動とし、該キャ
   ビテイの容積を拡大するようにすることを特徴とする光
   読み取りデバイス用部品製造方法。
7. 【請求項７】 請求項５記載の光読み取りデバイス用部
   品製造方法において、 前記成形金型から前記光読み取りデバイス用部品を取り
   出す工程において、先ず前記底面部金型、前記レンズ金
   型及び外周金型が一体的に後退し、次に前記レンズ金型
   が前記後退方向と垂直方向に後退し、次に残る金型に保
   持されている製品を取り出す手順を行うことを特徴とす
   る光読み取りデバイス用部品製造方法。