JP2001108803A - ロッドレンズアレイおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ロッドレンズアレイに使用するロッドレンズの
フレア光の除去方法は、ロッドレンズを組成物中に浸漬
する必要があるため、組成物中の温度ムラなどの条件の
バラツキによって、処理の程度が異なり、結果としてロ
ッドレンズの直径バラツキなどを生じやすく、ロッドレ
ンズの歩留まりを低下させ、生産の効率を落とす要因の
一つになっている。 【解決手段】金属酸化物を含有する不透光性樹脂を用い
て屈折率分布型ロッドレンズを固着してロッドレンズア
レイを作製することが、ロッドレンズの前処理によらず
にロッドレンズのフレア光を除去する手段である。その
際、金属酸化物の平均粒子径が３ｎｍ以上４０ｎｍ以
下、表面の疎水率が８５％以上、更に望ましくは９８％
以上であり、かつ屈折率が１．６５以上であることが必
要である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多数本の屈折率分
布型ロッドを所定間隔で精密配列し、不透光性樹脂によ
る完全埋設状態で固定するロッドレンズアレイに関する
ものである。この技術は、例えばファクシミリ等の光学
系で使用する光集束性マイクロレンズアレイに適用でき
る。

【０００２】

【従来の技術】光集束性マイクロレンズアレイは、多数
の微小な屈折率分布型ロッドレンズを整列配置して不透
光性の樹脂で固着し、全体で１個の連続した正立等倍実
像が形成されるようにした光学部品である。このレンズ
アレイは光路長が短く反転ミラーが不要であるため装置
を小型化できる特徴があり、そのためファクシミリやプ
リンタなどの走査システム用光学系に最適であり、既に
実用に供されている。

【０００３】この種のレンズアレイは、ロッドレンズを
整列配置する前に、ロッドレンズ内に開口角より大きな
角度で入射するフレア光を散乱させて除去するための前
処理を施している。これは、ロッドレンズをフッ酸等の
入った組成物中に所定の条件で浸漬し、ロッドレンズの
外周部を曇りガラス状に荒らして、フレア光を散乱させ
るものである。フレア光はロッドレンズの結像作用には
寄与しない不要な光でレンズアレイのコントラストに悪
影響を及ぼすため、除去することが不可欠である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来から行っているフ
レア光の除去方法は、ロッドレンズを組成物中に浸漬す
る必要があるため、組成物中の温度ムラなどの条件のバ
ラツキによって、処理の程度が異なり、結果としてロッ
ドレンズの直径バラツキなどを生じやすく、ロッドレン
ズの歩留まりを低下させる原因の一つとなっている。ま
た、ロッドレンズの生産の効率を落とす要因の一つにも
なっている。

【０００５】この問題を解決する手段として、特開昭６
３−３０１９０１には、着色成分を含む光吸収体部分と
透明誘電体部分を溶着一体化した後にイオン交換するこ
とにより、上限界面での光反射を低減できるロッドレン
ズが提案されている。しかしこのロッドレンズは光吸収
体部分でのフレア光の吸収が不完全で、コントラストの
良好なロッドレンズアレイを得るには至っていない。

【０００６】また、特開平９−１２７３５３には外周表
面の位置から中心方向に向かう１００μｍ以内の所定範
囲の部分に光吸収剤または光散乱剤の濃度が均一な層が
形成されているプラスチックのロッドレンズが提案され
ているが、同様にフレア光の吸収・散乱は不完全でコン
トラストの良好なロッドレンズアレイを得るには至って
いない。すなわち、ロッドレンズにはフレア光除去のた
めの前処理を行わないことが望ましいが、こうしたロッ
ドレンズを用いたロッドレンズアレイはまだない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らはこの問題点を
解決するために鋭意検討した結果、少なくとも１種類の
金属酸化物を含有する不透光性樹脂を用いて屈折率分布
型ロッドを固着したロッドレンズアレイにおいて、前記
金属酸化物の平均粒子径が３ｎｍ以上４０ｎｍ以下、表
面の疎水率が８５％以上であり、かつ屈折率が１．６５
以上であることが、前処理によらずにフレア光を除去す
る手段であることを見出した。さらに金属酸化物表面の
疎水率は９８％以上であることが望ましい。

【０００８】上記の不透光性樹脂を用いてロッドレンズ
アレイを製造するために、 １．浅溝を多数均一間隔で平行に形成した型部材に、多
数本の屈折率分布型ロッドを収めて配列するロッド配列
工程と、 ２．配列されたロッド群の上方に前記不透光性樹脂層と
フレーム板を配置し、該樹脂層を加熱して粘調状態に
し、加圧して各ロッドを半埋設状態にしたのち、前記型
部材から引き離す半埋設工程と、 ３．半埋設状態にあるロッド配列体のロッドの側に前記
不透光性樹脂層とフレーム板を配置し、該樹脂層を加熱
して粘調状態にし、加圧して各ロッドを完全埋設状態に
する完全埋設工程と、からなる製造方法を用いる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
屈折率分布型ロッドレンズアレイにおいて、前処理によ
らずにフレア光を除去するためには、ロッドレンズを固
着する樹脂の屈折率がロッドレンズの外周部の屈折率と
等しいことと、その樹脂が黒色であることが必要であ
る。もし、樹脂の屈折率がロッドレンズの外周部よりも
低いと、フレア光はロッドレンズと樹脂の界面で全反射
を起こしてロッドレンズ内を伝送され、結果としてロッ
ドレンズアレイのコントラスト低下を引き起こす。ま
た、屈折率が同じでも樹脂が透明であれば、ロッドレン
ズから樹脂層に入ったフレア光が隣接するロッドレンズ
内に進入して、やはりコントラスト低下を引き起こす。
このため樹脂を黒色にして、フレア光を吸収させること
が必要である。

【００１０】ガラス製のロッドレンズの場合、外周部の
屈折率は約１．６０であり、一般の樹脂の屈折率１．４
５〜１．５５と比較するとかなり高いため、外周部の屈
折率と樹脂の屈折率を同じにするには樹脂の屈折率を上
げることが必要となる。プラスチック製のロッドレンズ
の場合でも、外周部の屈折率が高い場合には本発明は有
効である。樹脂の屈折率を上げる方法については、フッ
素（Ｆ）を除くハロゲン原子を有する樹脂、硫黄（Ｓ）
原子を有する樹脂、金属酸化物を含有する樹脂が上げら
れるが、ガラス製のロッドレンズの場合、Ｆを除くハロ
ゲン原子は、ロッドレンズアレイの耐候性を上げるため
の高温の後処理によってロッドレンズから析出するアル
カリ金属原子と塩を形成するために好ましくない。

【００１１】また、Ｓ原子を有する樹脂も、ガラス製の
ロッドレンズの場合は、やはり高温の後処理において、
分解して異臭を発するものがあり選択が難しい。分解温
度が高く、異臭を発しないものであれば、Ｓ原子を含ん
でいる樹脂でも使用できる。金属酸化物を含有する樹脂
は、高温下での処理においても、塩の形成や分解の心配
がなく、最も好ましく用いられる。

【００１２】屈折率を上げるのに有効な屈折率１．６５
以上の金属酸化物としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｂ、Ａｌ、
Ｃｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｗ等の酸化物が上げら
れ、これらは単独で用いても、複数の種類を組み合わせ
て用いても良い。また、複数の元素から成る複合酸化物
でも良い。

【００１３】酸化物の形態は、光の波長以下の粒径レベ
ルをもつ粒子系であれば、微粉末でもコロイド状でも良
い。この中で、特に好ましく用いられる金属酸化物は、
酸化チタンであり、その中でもさらに好ましいものは、 （１）一次粒子の平均粒子径が３ｎｍ以上４０ｎｍ以下 （２）オクチルシラン処理等の疎水処理が施され、疎水
率が８５％以上、更に好ましくは９８％以上 （３）粒子中の酸化チタン含有率が９５％以上 （４）ルチル形含有比率が３０±１０％、更に好ましく
は３０±５％ （５）比表面積が４５±２０ｍ²／ｇ、更に好ましくは
４５±１０ｍ²／ｇ という特性を満たすものである。

【００１４】ここで疎水率は次のように測定した。分液
ロートに純水１００ｇと測定する金属酸化物１ｇを投入
後、振蕩器で１０分間振動分散後、取り出した試料を分
光光度計（比濁計）により波長５００ｎｍでの透過率を
測定する。この透過率を疎水率とみなした。疎水率は１
００％に近いことが望ましいが、現状入手できる材料で
は８５〜９５％程度のものが多く、９８％以上の材料は
酸化チタンなど少数に限られる。

【００１５】好ましい金属酸化物の添加量は、１〜５０
重量％で、特に好ましくは１０〜４５重量％である。高
屈折率材料を用いる場合は、添加量を減少させることで
対応できる。しかし１％未満では、安定に樹脂の屈折率
を向上させることが難しい。また５０％を越えると樹脂
の作業性が悪くなる。

【００１６】ロッドレンズを固着する樹脂の例として
は、エポキシ樹脂及びその変性体、ウレタン樹脂及びそ
の変性体、シリコーン樹脂及びその変性体、ポリエステ
ル樹脂及びその変性体、アクリル樹脂及びその変性体、
ポリアミド樹脂及びその変性体等が挙げられ、これらは
単独で用いても、複数の種類を組み合わせても良い。ま
た、樹脂は熱硬化性樹脂と硬化剤から成る樹脂である方
が、ロッドレンズアレイへの耐熱性付与の面から好まし
い。さらに、樹脂には、 （１）熱衝撃性・機械衝撃性向上のために、熱可塑性樹
脂及び／または弾性構造を有するエポキシ樹脂を添加 （２）湿熱性、ロッドレンズとの接着性付与のためにカ
ップリング剤を添加 （３）適度な吸収係数を持たせるために顔料を添加 しておくのが好ましい。

【００１７】ロッドレンズアレイを製造する方法として
は、次の２通りがある。

【００１８】第１の方法は、予め２枚のフレーム板の間
に屈折率分布型ロッドを配列しておき、そのロッド間の
隙間に液状の樹脂を含浸して、該樹脂を硬化する方法で
ある。

【００１９】第２の方法は、 １．図１Ａに示すように、浅溝２４を多数均一間隔で平
行に形成した型部材２０に、多数本の屈折率分布型ロッ
ド２２を収めて配列するロッド配列工程と、 ２．図１Ｂに示すように、作業台２６上に敷いた断熱シ
ート２８上に固定した前記型部材２０上に配列されたロ
ッド群の上方に、前記不透光性樹脂層３０とフレーム板
３２を配置し、該樹脂層３０を加熱して粘調状態にし、
ウェイト３４により加圧して各ロッド２２を図１Ｃに示
すように仮硬化した不透光性樹脂３１に半埋設状態にし
たのち、前記型部材から引き離す半埋設工程と、 ３．図１Ｄに示すように半埋設状態にあるロッド配列体
３６のロッド２２の側に前記不透光性樹脂層３０とフレ
ーム板３２を配置し、該樹脂層３０を加熱して粘調状態
にし、ウェイト３４により加圧して各ロッド２２を完全
埋設状態にする完全埋設工程と、を経てロッドレンズア
レイを製造する方法である。

【００２０】どちらの方法を用いても良いが、本発明に
おいては後者が特に好ましい。このように粘調状態にあ
る樹脂層を利用してロッド間隔を埋め、不透光性樹脂４
１を硬化せしめた後、ロッドに直交する方向に所定の長
さ（レンズ長）に切断することによって図２に示す光集
束性マイクロレンズアレイ４０が得られる。

【００２１】また、後者の方法によってロッドレンズア
レイを製造する際の樹脂層は、室温下でシート状で、加
圧時に加温することで粘調状態になるようなものが、厚
み制御が容易であることから好ましく用いられる。樹脂
の硬化は、完全埋設工程で同時に行っても良いし、完全
埋設工程後にまとめて加熱炉に投入して行っても良い。
このような樹脂としては、反応を途中で止められるも
の、言い換えれば高温で反応を開始するものが好まし
い。このような例としては、芳香族アミンや酸無水物等
を硬化剤としたエポキシ樹脂、フェノールやε−カプロ
ラクタムをブロッキング剤としたブロックイソシアネー
トを用いたウレタン樹脂等が挙げられる。

【００２２】以下、本発明の具体的な実施例を述べる
が、本発明がこれらの実施例に制約されることはない。

【００２３】

【実施例１】（樹脂溶液の調整）顔料として、「エポキ
シブラック９２０３」（東洋インキ製造製）１０重量
部、シランカップリング剤として「ＫＢＭ−４０３」
（信越化学製）５重量部、弾性エポキシ樹脂として「リ
カレジンＢＥ０−６０Ｅ」（新日本理化製）４０重量
部、溶剤としてメチルエチルケトン４８重量部、トルエ
ン１６重量部をこの順に投入し、その中に高架橋エポキ
シ樹脂として「エピクロンＮ−８００」（大日本インキ
製）６０重量部を投入して、高速ディスパーを用いて１
２００〜２５００ｒｐｍにて３０分以上攪拌して内容物
を溶解させた。この溶解液中に硬化剤としてジシアンジ
アミド３重量部、「スミキュアーＭ」（住友化学製芳香
族アミン）１重量部を分散させ、さらに酸化チタンとし
て「ＡＥＲＯＳＩＬ Ｔ８０５」（デグサ社製）２８重
量部を加えた後、高速ディスパーを用いて２０００〜３
０００ｒｐｍにて３０分以上攪拌し、内容物を分散させ
た。

【００２４】（樹脂シートの作製）ガラス板上にシリコ
ーン離型剤処理を施したＰＥＴフィルムを配置し、得ら
れた分散液をウェット状態で厚さ２００±１００μｍ程
度になるように塗布し、熱風乾燥機中で１１０±３０℃
にて３分〜１５分程度加温し、溶剤分を揮発させた。こ
のようにして得られた樹脂シートは、厚さが４５±２５
μｍの均一な樹脂シートであった。

【００２５】（ロッドレンズアレイの作製）多数の浅溝
を均一間隔で平行に形成した型部材に、多数本の屈折率
分布型ロッドを収めて配列した。次に配列されたロッド
群の上方に樹脂シートとフレーム板を配置し、型部材を
８０℃に加熱して樹脂シートを粘調状態にして加圧し、
各ロッドを半埋設状態にし、その後型部材から引き離し
た。半埋設状態にあるロッド配列体のロッドの側に樹脂
シートとフレーム板を配置し、その樹脂シートを１００
℃で加熱して粘調状態にして加圧することで各ロッドを
完全埋設状態にした。

【００２６】このようにして得られたロッドレンズアレ
イを１６０℃で３時間加熱し、樹脂を硬化せしめた後、
ロッドに直交する方向に所定の長さ（レンズ長）に切断
し、さらにレンズ端面を研磨して光集束性マイクロレン
ズアレイを得た。なお、屈折率分布型ロッドは、ガラス
製で開口角が１２゜、直径が０．３ｍｍでフレア光除去
のための前処理を行っていないものを使用した。

【００２７】（ロッドレンズアレイの評価）ロッドレン
ズアレイの評価は図３に示す評価装置１０を用いて行な
った。１ｌｐ／ｍｍのテストチャート１２をハロゲンラ
ンプ１４によりフィルタ１６、拡散板１７を通して照明
し、評価するロッドレンズアレイ４０を矢印方向に移動
させながら結像した像をＣＣＤイメージセンサー１８で
読み取り、その出力信号１９を用いて式１により、コン
トラストを示すフレア率を求めた。フレア率が小さい
程、コントラストが良好であることを示す評価結果を表
１に示す。

【数１】フレア率＝ｉ_min×１００／ｉ_max ただしｉ_maxは矩形波応答の極大値、ｉ_minは矩形波応答
の極小値である。

【００２８】

【実施例２】顔料として、「エポキシブラック９２０
３」（東洋インキ製造製）１０重量部、シランカップリ
ング剤として「ＫＢＭ−４０３」（信越化学製）５重量
部、フェノキシ樹脂として「フェノトートＹＰ−５０」
（東都化成製）７０重量部、溶剤としてメチルエチルケ
トン１５７重量部、トルエン９重量部をこの順に投入
し、その中にエポキシ樹脂として「エピトートＹＤ−０
１１」（東都化成製）３０重量部を投入して、高速ディ
スパーを用いて１２００〜２５００ｒｐｍにて２０分以
上攪拌して内容物を溶解させた。

【００２９】この溶解液中に硬化剤としてジシアミンジ
アミド３重量部、「スミキュアーＭ」（住友化学製芳香
族アミン）１重量部を分散させ、さらに酸化チタンとし
て「ＡＥＲＯＳＩＬ Ｔ８０５」（デグサ社製）２７重
量部を加えた後、高速ディスパーを用いて２０００〜３
０００ｒｐｍにて３０分以上攪拌し、内容物を分散させ
た。この樹脂分散液を用いて、樹脂シートを作製し、そ
れを用いてロッドレンズアレイを作製したこと以外はす
べて実施例１と同様とした。評価結果を表１に示す。

【００３０】

【実施例３】顔料として、「エポキシブラック９２０
３」（東洋インキ製造製）１０重量部、シランカップリ
ング剤として「ＫＢＭ−９０３」（信越化学製）５重量
部、溶剤としてメチルエチルケトン２５４重量部、トル
エン８５重量部をこの順で投入し、その中に高架橋エポ
キシ樹脂として「エピクロンＮ−８００」（大日本イン
キ製）６０重量部、ポリエステル樹脂として「バイロン
３００」（東洋紡績製）７０重量部を投入して、高速デ
ィスパーを用いて１２００〜２５００ｒｐｍにて２０分
以上攪拌して内容物を溶解させた。

【００３１】この溶解液中に硬化剤として「コロネート
２５０７」（日本ポリウレタン製ブロックイソシアネー
ト）３重量部、「ＹＨ−３００」（油化シェルエポキシ
製脂肪式酸無水物）４０重量部を分散させ、さらに酸化
チタンとして「ＡＥＲＯＳＩＬ Ｔ８０５」（デグサ社
製）７８重量部を加えた後、高速ディスパーを用いて２
０００〜３０００ｒｐｍにて３０分以上攪拌し、内容物
を分散させた。この樹脂分散液を用いて、樹脂シートを
作製し、それを用いてロッドレンズアレイを作製したこ
と以外はすべて実施例１と同様とした。評価結果を表１
に示す。

【００３２】（比較例）樹脂溶液の調整において、酸化
チタンとして「ＡＥＲＯＳＩＬ Ｔ８０５」を添加しな
いこと以外はすべて実施例１と同様とした比較例を作製
した。評価結果を表１に示す。

【表１】

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも１種の金属
の酸化物を含有する不透光性樹脂を用いて、屈折率分布
型ロッドレンズを固着したロッドレンズアレイを作製で
きるので、ロッドレンズアレイを作製するに際し、ロッ
ドレンズに対するフレア光除去のための前処理が不要と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロッドレンズアレイの製造工程を示す
図である。

【図２】本発明のロッドレンズアレイの断面図である。

【図３】ロッドレンズのフレア率を測定するための測定
系を示す図である。

【符号の説明】

１０ フレア率評価装置 １２ テストチャート １８ ＣＣＤイメージセンサ ２０ 型板部材 ２２ 屈折率分布ロッド ２４ 浅溝 ３０ 不透光性樹脂シート ３１ 仮硬化した樹脂 ３２ フレーム板 ３４ ウェイト ３６ 片面仮固定状態にあるロッド配列体 ４０ ロッドレンズアレイ ４１ 不透光性樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武内 健一郎 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 高橋 芳樹 福井県坂井郡丸岡町舟寄110号１番地１ 日東シンコー株式会社内 Ｆターム(参考） 2H046 AA09 AB01 AC02 AC14 AD10 AZ02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１種類の金属酸化物を含有する
   不透光性樹脂を用いて屈折率分布型ロッドを固着したロ
   ッドレンズアレイにおいて、 前記金属酸化物の平均粒子径が３ｎｍ以上４０ｎｍ以
   下、表面の疎水率が８５％以上であり、かつ屈折率が
   １．６５以上であることを特徴とするロッドレンズアレ
   イ。
2. 【請求項２】前記金属酸化物表面の疎水率が９８％以上
   である請求項１記載のロッドレンズアレイ。
3. 【請求項３】前記樹脂は、エポキシ樹脂及びその変性
   体、ウレタン樹脂及びその変性体、シリコーン樹脂及び
   その変性体、ポリエステル樹脂及びその変性体、アクリ
   ル樹脂及びその変性体、ポリアミド樹脂及びその変性体
   から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請
   求項１または２記載のロッドレンズアレイ。
4. 【請求項４】前記樹脂は熱硬化性樹脂と硬化剤からなる
   ことを特徴とする請求項１または２記載のロッドレンズ
   アレイ。
5. 【請求項５】１．浅溝を多数均一間隔で平行に形成した
   型部材に、多数本の屈折率分布型ロッドを収めて配列す
   るロッド配列工程と、 ２．配列されたロッド群の上方に前記不透光性樹脂層と
   フレーム板を配置し、該樹脂層を加熱して粘調状態に
   し、加圧して各ロッドを半埋設状態にしたのち、前記型
   部材から引き離す半埋設工程と、 ３．半埋設状態にあるロッド配列体のロッドの側に前記
   不透光性樹脂層とフレーム板を配置し、該樹脂層を加熱
   して粘調状態にし、加圧して各ロッドを完全埋設状態に
   する完全埋設工程と、を具備するロッドレンズアレイの
   製造方法において、 前記樹脂層が含有する前記金属酸化物の平均粒子径が３
   ｎｍ以上４０ｎｍ以下、表面の疎水率が８５％以上であ
   り、かつ屈折率が１．６５以上であることを特徴とする
   ロッドレンズアレイの製造方法。
6. 【請求項６】前記樹脂がエポキシ樹脂及びその変性体、
   ウレタン樹脂及びその変性体、シリコーン樹脂及びその
   変性体、ポリエステル樹脂及びその変性体、アクリル樹
   脂及びその変性体、ポリアミド樹脂及びその変性体から
   選ばれる少なくとも１種から成ることを特徴とする請求
   項５記載のロッドレンズアレイの製造方法。
7. 【請求項７】前記樹脂が熱硬化性樹脂と硬化剤から成る
   ことを特徴とする請求項５に記載のロッドレンズアレイ
   の製造方法。