JP2006309072A - ロッドレンズアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性が高く、レンズ素子の配列性が良好で、光学特性に優れ、耐候性に優れたロッドレンズアレイが得られるようにする。
【解決手段】 ２枚の側板１０の間に多数のロッド状のレンズ素子１４が整列配置され、それらの間隙に樹脂１６を充填し硬化させることで結合一体化した構造のロッドレンズアレイであって、前記側板は、ガラスクロス基材エポキシ樹脂からなり、そのエポキシ樹脂の硬化剤としてフェノール系硬化剤が用いられている。具体的には、硬化剤として、例えばトリスヒドロキシフェニルメタン骨格を含むフェノール系硬化剤などを用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２枚の側板の間に多数のロッド状のレンズ素子を整列配置し、それらの間隙に樹脂を充填して硬化させることで結合一体化した構造のロッドレンズアレイに関するものである。更に詳しく述べると本発明は、前記側板としてガラスクロス基材エポキシ樹脂を用い、そのエポキシ樹脂の硬化剤としてフェノール系硬化剤を用いることにより、レンズ素子の配列性、光学特性、並びに耐候性などを改善したロッドレンズアレイに関するものである。

周知のようにロッドレンズアレイは、２枚の側板の間に多数の微小なロッド状の屈折率分布型レンズ素子を整列配置し、それらの間隙に樹脂を充填して結合一体化した構造であり、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。このようなロッドレンズアレイは、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、そのため画像を形成するファクシミリ、イメージスキャナ、複写機等の画像読み取り系、及び画像信号に応じた潜像を感光体上に形成する光プリンタなどの画像書き込み系の光学部品として多用されている。近年、高精細化が促進され、潜像に対する精度要求も自ずと高まり、結像位置精度の品質向上が望まれている。

ここで前記側板としては、
（ａ）樹脂充填後の熱処理時にレンズ素子配列が乱れないように、熱膨張係数をレンズ素材のそれに近いものにする必要があること、
（ｂ）レンズ素子と同時に研削加工しなければならないため、研削性をレンズ素材に近いものにする必要があること、
（ｃ）レンズ素材がガラスであることから、板ガラスを用いることが考えられるが、板ガラスは割れ易く、取り扱い難いこと、
等の理由で、ガラス繊維強化プラスチックス（ＦＲＰ）が用いられており、なかでもガラスクロス基材エポキシ樹脂板が多用されている（特許文献１参照）。

その場合、樹脂充填硬化後にレンズブロックから１本ずつのロッドレンズアレイを切り出すため、前記側板は、耐熱性に優れた特性を有する材料でなければならない。そこで従来技術では、ガラスクロス基材エポキシ樹脂板が２００℃程度の工程に耐えうるように、ガラスクロス基材エポキシ樹脂板の製造に用いる硬化剤は、酸無水物系もしくは耐熱アミン系に限られていた。なお、これらの硬化剤を用いた場合、ガラスクロス基材エポキシ樹脂板の品質を安定化させるために、樹脂硬化反応後、焼成処理を実施している。これは、例えば２００℃程度で十数時間にわたって、荷重をかけながら行う。

ところが、このようなガラスクロス基材エポキシ樹脂板を側板とするロッドレンズアレイは、耐候性試験（耐湿試験）後、レンズ素子表面に水滴状の異物が発生し、その部分がレンズ効果をもつため、光学特性が著しく劣化する問題があった。

また、ガラスクロス基材エポキシ樹脂板のガラスクロスが浮き出て表面凹凸が大きく、それがレンズ素子の配列精度を悪化させる問題があった。

更に、硬化剤としてアミン系硬化剤を用いる場合には、製造工程途中で用いられる接着剤（シアノアクリレート系）により、ガラスクロス基材エポキシ樹脂板の表面が汚れ、その接着剤を取り除くためには長時間にわたる高温加熱と洗浄が必要になるなど、生産性が悪い問題もあった。
特開２００１−３１８２０８号公報

本発明が解決しようとする課題は、生産性が高く、レンズ素子の配列性が良好で、光学特性に優れ、耐候性に優れたロッドレンズアレイが得られるようにすることである。

本発明は、２枚の側板の間に多数のロッド状のレンズ素子が整列配置され、それらの間隙に樹脂を充填し硬化させることで結合一体化した構造のロッドレンズアレイにおいて、前記側板は、ガラスクロス基材エポキシ樹脂からなり、そのエポキシ樹脂の硬化剤としてフェノール系硬化剤が用いられていることを特徴とするロッドレンズアレイである。

硬化剤としては、例えばトリスヒドロキシフェニルメタン骨格を含むフェノール系硬化剤がある。しかし本発明で使用可能な硬化剤は、フェノール系硬化剤であれば上記トリスヒドロキシフェニルメタン骨格を持たなくても構わない。多価フェノール系硬化剤、ビスフェノール系硬化剤、ポリフェノール系硬化剤、ノボラック型フェノール系硬化剤、フェニレン基／メチレン基／フェノール型硬化剤などのアラルキル変性フェノール系硬化剤、環状脂肪族基変性フェノール系硬化剤、アルキレン変性フェノール系硬化剤、トリアジン変性等窒素含有変性フェノール硬化剤、リン含有変性フェノール硬化剤、珪素含有変性フェノール硬化剤などを用いることができる。

また本発明は、このようなロッドレンズアレイを用い、該ロッドレンズアレイにより画像を伝送して形成させる画像形成装置である。

本発明のロッドレンズアレイは、硬化剤としてフェノール系硬化剤を用いて作製したガラスクロス基材エポキシ樹脂を側板としたことにより、側板表面の凹凸を小さくでき、レンズ素子の配列性を改善することができる。また、耐候性試験後でもレンズ表面に異物などが付着することがなく、レンズ性能劣化を防止できる。更に、１本１本のレンズアレイの厚さばらつきを低減することができ、高品質の画像形成装置が得られる。

図１は、本発明に係るロッドレンズアレイの典型的な構造を示す斜視図である。２枚の側板１０が両側のスペーサ１２を介して間隔をおいて対向するように組み合わされ、それら側板１０の間に多数のロッド状のレンズ素子１４が２段に密着配置され、レンズ素子同士などの間隙に樹脂１６を充填し硬化させることで結合一体化した構造である。このようなロッドレンズアレイの外観形状自体は、従来技術と同様であってよい。ここで本発明では、前記側板が、ガラスクロス基材エポキシ樹脂からなり、そのエポキシ樹脂の硬化剤としてフェノール系硬化剤が用いられており、その点に特徴がある。

エポキシ樹脂の硬化剤として酸無水物系硬化剤（例えば無水フタル酸）を用いたときにレンズ性能が著しく低下する原因は、空気中の水分により析出した未反応の残存硬化剤と同じく空気中の水分により析出したガラスレンズ中のアルカリ成分とが反応して化合物を形成し、これによりレンズ表面に水滴状の異物が発生するためである。それに対して本発明のように、ガラスクロス基材エポキシ樹脂におけるエポキシ樹脂の硬化剤としてフェノール系硬化剤を用いると、極性の違いからレンズ表面でガラス中のアルカリ成分とは化合物を形成しない。そのため、長期間にわたる耐候性試験でもレンズ性能が劣化することがない。

また、エポキシ樹脂の硬化剤としてアミン系硬化剤を用いたときに見られていたようなガラスクロス基材エポキシ樹脂板への接着剤付着と汚れ（アミンとシアノアクリレートによる化学反応）による生産性の低下の問題も、フェノール系硬化剤を用いると極性が異なるためそのような反応が生じず、解決を図ることができる。

更に、フェノール系硬化剤を用いた場合は、安定性に優れているため硬化反応後の焼成処理が不要である。焼成処理を行うと、樹脂の蒸散、変質が起こり、極端な場合、脆性化が進んで剥離等が生じる。これによって樹脂の体積が減少し、ガラスクロスが表面に浮き出る結果、表面の凹凸が目立ち、厚さばらつきも大きくなる。それに対して本発明の場合には焼成を行わう必要がないため、表面凹凸が小さいまま変わらず、レンズ素子の配列精度が向上する。

このようなロッドレンズアレイは、全体で１個の連続した正立等倍実像を形成させることができるので、例えばＬＥＤアレイと組み合わせることでＬＥＤプリントヘッドとし、このＬＥＤプリントヘッドを用いて光プリンタ（画像形成装置）を構成することにより、高精細で高品質の画像を提供することが可能となる。

側板として以下に詳述する３種類のガラスクロス基材エポキシ樹脂を用いてロッドレンズアレイ（実施例１及び比較例１−２）を作製した。直径０．４５３ｍｍのファイバ状のレンズ素材を２枚のガラスクロス基材エポキシ樹脂板の間に２段に俵積みしてレンズ素材配列体を組み立て、シリコーン樹脂等をそのレンズ素材間に吸引し充填した。その後、１３５℃で３時間加熱硬化し、レンズブロックを作製した。このレンズブロックを所定の寸法に切断後、端面を研磨してロッドレンズアレイとした。

（実施例１）
トリスヒドロキシフェニルメタン骨格を含むフェノール系硬化剤を用いたエポキシ樹脂に、カーボンブラックを添加して黒色化した後に、ガラスクロスを浸漬してプリプレグを作製した。このプリプレグを２００℃に加熱し、加圧することで、厚さ約０．９５ｍｍのガラスクロス基材エポキシ樹脂板を作製し、所定サイズ（３４９×３８０ｍｍ）に切断した。実施例１で得られたガラスクロス基材エポキシ樹脂板の表面凹凸は、中心線表面粗さＲａで０．３μｍ、最大高さＲｙで１．１μｍまで改善された。

このガラスクロス基材エポキシ樹脂板を用いて製造したロッドレンズアレイをランダムに取り出し、厚み精度を測定したところ、厚みばらつきは約２０μｍであった。またロッドレンズアレイの配列精度を測定したところ、最大配列ずれは１５μｍであった。このロッドレンズアレイを、６０℃、９０％Ｒｈ環境下に１０００時間放置し、取り出した後、外観特性と光学特性とを評価した。図２のＡに示すように、レンズ表面に異物は見られなかった（なお、符号は図１に対応させている）。光学特性として測定したＭＴＦの変化率は１％以下であった。更に、得られたロッドレンズアレイとＬＥＤアレイを組み合わせることでＬＥＤプリントヘッドを形成し、そのＬＥＤプリントヘッドを用いて光プリンタ（画像形成装置）を構成して画像印刷を行ったところ、すじむらのない良好な画像を得ることができた。

（比較例１）
酸無水物系硬化剤である無水マレイン酸系硬化剤を用いたエポキシ樹脂に、実施例１と同様、カーボンブラックを添加して黒色化した後、ガラスクロスを浸漬してプリプレグを作製した。このプリプレグを２００℃に加熱し、加圧することで、厚さ約０．９５ｍｍのガラスクロス基材エポキシ樹脂板を作製した。更に、２００℃で１６時間、荷重をかけ続ける焼成処理を行った。その後、所定サイズ（３４９×３８０ｍｍ）に切断した。比較例１で得られたガラスクロス基材エポキシ樹脂板の表面凹凸は、中心線表面粗さＲａで４．７μｍ、最大高さＲｙで８．９μｍであった。

このガラスクロス基材エポキシ樹脂板を用いて製造したロッドレンズアレイをランダムに取り出し、厚み精度を測定したところ、厚みばらつきは約８０μｍであった。またロッドレンズアレイの配列精度を測定したところ、最大配列ずれは３１μｍであった。このロッドレンズアレイを、６０℃、９０％Ｒｈ環境下に１０００時間放置し、取り出した後、外観特性と光学特性とを評価した。図２のＢに示すように、レンズ表面に水滴状の異物が確認された（なお、符号は図１に対応させており、異物を符号１８で示す）。光学特性として測定したＭＴＦは耐候性試験前に比べて著しく低下し、変化率は９．３％に達した。更に、得られたロッドレンズアレイを用いた光プリンタ（画像形成装置）により画像印刷を行ったところ、印刷すじが観察された。

（比較例２）
アミン系硬化剤である変性脂環式アミン硬化剤を用いたエポキシ樹脂に、実施例１と同様、カーボンブラックを添加して黒色化した後、ガラスクロスを浸漬してプリプレグを作製した。このプリプレグを２００℃に加熱し、加圧することで、厚さ約０．９５ｍｍのガラスクロス基材エポキシ樹脂板を作製した。更に、２００℃で１６時間、荷重をかけ続ける焼成処理を行った。その後、所定サイズ（３４９×３８０ｍｍ）に切断した。比較例２で得られたガラスクロス基材エポキシ樹脂板の表面凹凸は、中心線表面粗さＲａで３．８μｍ、最大高さＲｙで７．２μｍであった。

このガラスクロス基材エポキシ樹脂板を用いてロッドレンズアレイを製造した。工程途中で用いる接着剤によりガラスクロス基材エポキシ樹脂板が汚れるので、この接着剤を取り除くため長時間の高温加熱（ここでは２００℃、８時間）と洗浄を行った。製造したロッドレンズアレイをランダムに取り出し、厚み精度を測定したところ、厚みばらつきは約６２μｍであった。またロッドレンズアレイの配列精度を測定したところ、最大配列ずれは２８μｍであった。このロッドレンズアレイを、６０℃、９０％Ｒｈ環境下に１０００時間放置し、取り出した後、外観特性と光学特性とを評価した。レンズ表面に水滴状の異物が確認された。光学特性として測定したＭＴＦは耐候性試験前に比べて著しく低下し、変化率は６．７％に達した。更に、得られたロッドレンズアレイを用いた光プリンタ（画像形成装置）により画像印刷を行ったところ、印刷すじが観察された。

以上の結果をまとめたのが表１である。

本発明に係るロッドレンズアレイの一例を示す斜視図。 実施例１と比較例１の耐候性試験後のロッドレンズアレイ端面の説明図。

符号の説明

１０ 側板
１２ スペーサ
１４ レンズ素子
１６ 樹脂

Claims (3)

1. ２枚の側板の間に多数のロッド状のレンズ素子が整列配置され、それらの間隙に樹脂を充填し硬化させることで結合一体化した構造のロッドレンズアレイにおいて、
   前記側板は、ガラスクロス基材エポキシ樹脂からなり、そのエポキシ樹脂の硬化剤としてフェノール系硬化剤が用いられていることを特徴とするロッドレンズアレイ。
2. 硬化剤として、トリスヒドロキシフェニルメタン骨格を含むフェノール系硬化剤を用いた請求項１記載のロッドレンズアレイ。
3. 請求項１又は２記載のロッドレンズアレイを用い、該ロッドレンズアレイにより画像を伝送して形成させる画像形成装置。
   

Images