JP2007065685A - 樹脂正立等倍レンズアレイおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂正立等倍レンズアレイを製造する方法を提供する。
【解決手段】射出成型により作製した２枚のレンズプレート５６，５７を、着色スペーサ７０を間に挟んで、着色スペーサに対し、レンズプレートの凸状の反りが向くようにし、かつ、２枚のレンズプレートを回転対称に重ね合わせる。このとき、レンズプレートの嵌合凸部６０，凹部６２をアライメントのために用いる。２枚のレンズプレートの周辺を、クリップ８０で固定する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、一般的には、樹脂正立等倍レンズアレイおよびその製造方法に関し、より具体的には２次元画像を空間伝送する装置に利用できる樹脂正立等倍レンズアレイおよびその製造方法に関する。

複写機，ファクシミリ，プリンタなどに用いられる正立等倍レンズアレイには、特開昭５５−９０９０８号公報に開示されている、バーレンズを多数本配列したブロックを２つ対向して配置したものが既に提案されている。このようなレンズアレイは、例えば、バーレンズの配置位置に貫通孔があけられたレンズ支持体を、アクリル樹脂で覆った後、凹球面を有する型を押圧し、バーレンズの端面を形成している。

また、特開昭６４−８８５０２号公報には、射出成型により製造された、微小凸レンズを平面的に規則正しく配列した平面レンズ２枚を、対向して配置したレンズアレイが開示されている。

また、通常のマイクロレンズアレイの製造方法として、特開昭６０−２９７０３号公報の第８図には、窪みをアレイ状に整列した金型を用意し、この金型上に重合体を堆積して、マイクロレンズアレイを製造することが開示されている。

さらに、特開平５−１５０１０２号公報には、平板表面に形成したマスク層に、作製するレンズの個数と同数の円形微細開口を、作製するレンズの位置に対応して設け、開口部を通して平板表面を部分的に化学的エッチングした後、マスク層を取除き、更に化学的エッチングを施すことにより母型（マザー）を作製し、このマザーからマイクロレンズアレイ成型のための金型を得て、この金型にシート状のガラスをプレスして（いわゆる２Ｐ成型法）、片面に微小な凸レンズが密に形成されたマイクロレンズアレイを製造することが開示されている。
特開昭５５−９０９０８号公報 特開昭６４−８８５０２号公報 特開平５−１５０１０２号公報

通常の樹脂レンズアレイは、アレイ状に並べたターゲットに光束を集光することを目的としている。従って、レンズピッチ精度は、ターゲット位置精度と同等でなければならない。このようなレンズピッチの精度が要求される場合には、２Ｐ成型法で製造しなければならなかった。

樹脂正立等倍レンズアレイは、複写機，ファクシミリ，プリンタなどへの応用から、さらには２次元の画像を空間に結像させる２次元画像空間伝送装置、例えばタッチレススイッチなどへの応用が考えられる。このような２次元画像空間伝送装置のための樹脂正立等倍レンズアレイでは、３面以上の球面レンズの光軸がそろっていれば、その目的を達成することができる。従って、レンズピッチには、高い精度は要求されない。

そこで、本出願の発明者らは、２Ｐ成型法によらず、射出成型を利用して樹脂正立等倍レンズアレイを製造できるのではないかと考え、射出成型を利用することについて鋭意研究を重ねた。

発明者らが目指した樹脂正立等倍レンズアレイは、片面あるいは両面にレンズ径が０．２〜２．０ｍｍの微小球面レンズが規則的に配列されたレンズプレートを、少なくとも３個の球面レンズが１つの光軸上に並ぶように、すなわち２枚以上重ね合わせた構造であって、作動距離が１００ｍｍ以下のものである。したがって、樹脂正立等倍レンズアレイを成す光軸方向の球面レンズは、それぞれの光軸を同一とし、かつ複数の光軸は互いに平行である。

前述したように、特開昭６４−８８５０２号公報には、平面レンズを射出成型により製造すると記載されているが、具体的な方法は開示されていない。また、特開平５−１５０１０２号公報には、マイクロレンズアレイを作製するためのＮｉ金型を作製しているが、このＮｉ金型は、本願発明が目指す射出成型に用いられる金型ではない。また、ガラスマザーを作製する場合に、クロム膜にピンホールが発生していると、ピンホールを通してガラスがエッチングされ、ピットが形成される。このピンホールによるピットは不所望なものであり、このようなガラスマザーにより作製される金型は欠陥を含むことになる。

さらに、レンズプレートを射出成型により作製した場合に、レンズプレートに反りが生じる、さらには成型収縮が生じる。このような反りおよび成型収縮のあるレンズプレートを用いて、いかにして画像のゆがみの無い樹脂正立等倍レンズアレイを組み立てるかが問題となる。

そこで本発明の目的は、このような問題を解決した樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、このような製造方法により製造された樹脂正立等倍レンズアレイを提供することにある。

本発明は、射出成型により作製した、複数の微小球面レンズが規則的に配列されたレンズプレートを、２枚以上重ね合わせた樹脂正立等倍レンズアレイを製造する方法において、凸状の反りを有するレンズプレート２枚を重ね合わせる際に、互いに凸側を対向させて重ね合わせるか、あるいは凸側が同じ方向に向くように重ね合わせ、かつ、樹脂が注入された方向を合わせて重ね合わせる工程と、クリップ固定部をクリップで固定する工程とを含んでいる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１は、ガラスマスターを作製する工程を示す図である。以下、工程を順を追って説明する。
［１］ガラスマスターの作製
（ａ）ガラス基板の準備
図１（ａ）に示すように、研磨された実質的に平行かつ平坦な面をもつガラス基板１０を準備する。このガラス基板１０には、ソーダライムガラスあるいは石英ガラスなどを用いることができる。この実施の形態では、石英ガラスを使用する。石英ガラスを使用する理由は、ガラス中に不純物が含まれると、後述するようにフッ化水素酸溶液中でガラスをエッチングした場合、ガラス中の不純物が溶液と反応し、フッ化物になり、不水溶性のバリウム，ボロン等のフッ化物は沈殿物を生成して溶液の循環を阻害し、またガラス面に付着し、形成すべきアレイレンズが同一球面でなくなるからである。

また、ガラス基板１０の厚さは、１．０ｍｍ以上とするのが望ましい。これは、後述するようにガラス基板裏面に、エッチャントの浸透を阻止してエッチングを防止する膜（以下、エッチング防止膜という）を形成したとしても、ガラス基板のエッチングで板厚が減少し、後工程の樹脂との離型作業でガラス板の破損を防ぐためである。

（ｂ）第１のエッチング防止膜形成
次に、図１（ｂ）に示すように、石英ガラス基板１０の上面に第１のエッチング防止膜として、クロム系膜（クロム，酸化クロムの多層膜）１２を成膜する。クロム系膜１２の厚さは、１００〜５０００・とするのが好ましい。このような厚さとする理由は、ガラス表面の研磨剤残り，突起，ゴミ，汚れによる膜ピンホールを低減し、および膜応力によるクラック発生を防止するためである。

（ｃ）クロム系膜パターニング
次に、図１（ｃ）に示すように、約２μｍ厚さのフォトレジスト１４を設け、フォトマスク（図示せず）を経て露光し、現像してパターニングレジストを形成する。続いて、反応性イオンエッチングでクロム系膜をエッチングし、最終レンズ径によって異なるが、直径が３〜２０μｍの円形、あるいは最大径が３〜２０μｍの多角形の開口を形成し、クロム系膜をパターニングする。

クロム系膜パターニングに使用したフォトレジスト１４は、除去するが、第２のエッチング防止膜としてクロム系膜上に残しておくこともできる。というのは、フォトレジスト１４を除去し、形成されたクロム系膜パターンでガラス基板１０をエッチングした場合、もし、クロム系膜１２にピンホールがあれば、そのピンホールによりガラス基板に不所望な凹状窪みが形成されるからである。フォトレジストを設けたままにしておけば、ピンホールはフォトレジストにより覆われるので、このような不所望な凹状窪みの形成は防止される。

さらに、フォトレジスト１４にピンホールが存在する場合に、このピンホールによりクロム系膜１２にピンホールが形成される可能性を低減するために、さらに次の工程（ｄ），（ｅ）を付加しても良い。

（ｄ）第２のエッチング防止膜上にフォトレジスト塗布
図１（ｄ）に示すように、フォトレジストである第２のエッチング防止膜１４上に、約２μｍ厚さのフォトレジスト（ポジ型）１６を設ける。

（ｅ）クロム系膜パターン裏面露光によるレジストパターニング
次に、図１（ｅ）に示すように、フォトレジスト１４によってパターニングされたクロム系膜１２をフォトマスクとして用いて膜裏面よりフォトレジスト１６を露光する。もし、フォトレジスト１４にピンホール（≦１μｍ）が発生していれば、前記（ｃ）の工程でクロム系膜にもピンホールが形成されている。裏面からの光によりクロム系膜のピンホールを経てフォトレジスト１６が露光されるが、ピンホールの径が小さいので露光領域はフォトレジスト１６の上面までは拡がらない。

この状況を図２に示す。図２（ａ）はクロム系膜の正しいパターンに対し裏面より紫外線を照射したときにフォトレジスト１６の露光領域１８を示す。露光領域１８は、フォトレジスト１６の上面まで拡がっている。

図２（ｂ）は、フォトレジスト１４中に存在するピンホール２０が原因となって、クロム系膜１２中にもピンホールが発生している場合に、ピンホールを通った紫外線によるフォトレジスト１６の露光領域２２を示す。露光領域２２は、フォトレジスト１６の上面まで達していない。

露光後、フォトレジスト１６を現像すると、露光領域１８のフォトレジスト１６は除去されるが、ピンホール２０上のフォトレジスト１６は除去されない。したがって図１（ｅ）に示すフォトレジスト１６のパターニングは、所望の形状であり、次工程において、必要とするパターン以外のガラスエッチングを防ぐ第３のエッチング防止膜になる。

あるいは、工程（ｃ）で形成したフォトレジスト１４を剥離した後、（ｄ），（ｅ）の工程と同様の工程を付加し、第２のエッチング防止膜を形成しても問題はない。

（ｆ）１回目ガラスエッチング
次に、エッチング防止膜１２，１４，１６を形成したガラス基板をエッチャントとしてフッ化水素酸溶液に浸漬し、エッチング防止膜に形成した開口よりガラス基板１０を等方性エッチングし、凹状窪み１７を形成する。

エッチング防止膜の開口径を約５μｍとし、８０分程度のエッチングを行った場合、形成される凹状窪み径が１５３μｍになった。

（ｇ）エッチング防止膜剥離
次に、図１（ｇ）に示すように、エッチング防止膜１２，１４，１６を剥離する。

（ｈ）２回目ガラスエッチング
次に、図１（ｈ）に示すように、凹状窪みが形成されたガラス基板をフッ化水素酸溶液に浸漬し、ガラス基板を等方性エッチングする。前記の凹状窪み径１５０μｍが形成されたガラス基板を４２０分程度、等方性エッチングした場合、凹状窪み径は６００μｍ、深さは７４μｍ程度になった。

このとき、ガラスの厚み低下を防ぐために、凹状窪みが形成されている面とは反対側の裏面に、フォトレジスト，金属膜などのエッチング防止膜を設けても良い。

以上のガラスマスターの製造方法では、クロム系膜には反応性イオンエッチングで微小開口を形成したが、この方法に限るものではなく、電磁波であるレーザ光を照射し、加熱，蒸発させることによって微小開口を形成することもできる。

電磁波であるレーザ光は位相のそろった平行光線で、単色光である。レーザ光はこのような性質から、レンズで集光することによって、高いエネルギー密度が得られる。発振線の波長範囲は約２３００・の紫外線から、０．７ｍｍのサブミリ波にわたっており、その種類も５００本以上ある。

一方、物質にはエネルギー（波長）吸収帯があり、波長吸収帯内の発振波長をもつレーザ光を選択することにより、物質を加熱することができる（例えば、レーザマーカー、レーザメスなど）。したがって、クロム系膜とガラス基板との波長吸収帯が異なることを利用し、ガラス基板には損傷がなく、エッチング防止膜の微小球面レンズに対応する部分にのみ微小開口を形成することが可能となる。

次に、以上のような工程で作製された図１（ｈ）のガラスマスターを用いて、マザーを作製する工程を、図３を参照して説明する。なお、金型の金属としては、ＮｉまたはＮｉ合金を用いることができるが、以下の例では、Ｎｉを用いる場合について説明する。
［２］マザー作製
（ａ）離型剤塗布および乾燥
図３（ａ）に示すように、ガラスマスター３０を、フッ素系離型剤３２の入った槽３４に浸漬し、ガラスマスターの表面に離型剤の単分子層を塗布する。これは、後工程の離型工程で離型性を良くし、ガラスの破損を防ぐためである。離型剤を塗布後、乾燥する。

（ｂ）樹脂滴下
次に、図３（ｂ）に示すように、樹脂３６を、ガラスマスター３０上に、ディスペンサーにより、泡の巻き込みがないように滴下する。

樹脂３６は、次のような特性のＵＶ硬化樹脂を用いる。すなわち、硬化収縮率：６％以下、粘度：１００〜２０００ｃＰ（ａｔ ２５゜）、硬化後硬度：Ｈ〜５Ｈ、接着強度：５Ｋｇ／６ｍｍφ以上（ガラス／ガラス，１００μｍ厚）である。

ＵＶ硬化樹脂以外では、熱硬化樹脂，２液性硬化樹脂などを用いることもできる。

（ｃ）樹脂展開およびＵＶ硬化
次に、図３（ｃ）に示すように、滴下したＵＶ硬化樹脂３６展開するために樹脂上にガラス基板３８を上方より載せる。ガラス基板３８は、平坦度が良く、後述するＮｉメッキ時に発生する応力に変形しないよう、０．３ｍｍ以上の厚さとする。

ガラス基板３８を樹脂３６の上から降ろしていき、樹脂とガラス基板とが接した後は、圧力をかけ、樹脂展開を行うが、そのときの圧力は、レンズパターン部以外の樹脂厚みに依存するが、５〜１０μｍ厚の場合５０〜１００ｋｇ／ｃｍ2 程度が望ましい。また、展開泡巻き込み防止のために、１０μｍ／ｓｅｃ以下の押圧速度で展開する。

次に、樹脂３６を硬化させるために、波長３００〜４００ｎｍ，エネルギー４０００ｍＪ／ｃｍ2 のＵＶ光にさらした。

（ｄ）離型
次に、図３（ｄ）に示すように、ガラスマスター３０を、周辺を開き、エアーにより離型する。図３（ｅ）に示すように、マザー４０が得られる。

次に、以上のような工程で作製されたマザー４０を用いてＮｉ金型を作製する工程を図４を参照して説明する。
［３］Ｎｉ金型作製
（ａ）導電膜の成膜
図４（ａ）に示すように、マザー４０の樹脂３６上に導電膜４２を付着させる。導電膜は、例えばＮｉの無電解メッキで形成することができる。

（ｂ）ニッケル金型作製
次に、図４（ｂ）に示すように、導電膜４２上にＮｉメッキを行う。このメッキは、次のように行う。すなわち、図５に示すように、電解液（Ｎｉメッキ液）４４をヒータ加熱し、適温に保つ。そして、陽極側に電着（メッキ）させようとするＮｉペレットを、陰極側に被電着物であるマザー４０を接続する。通電すると陽極側のＮｉが溶けだし、陰極側に析出する。その結果、マザーの導電膜４２上にＮｉメッキ４６が形成される。Ｎｉメッキの厚みは、射出成型時の金型としての剛性を保つために、０．３ｍｍ以上にする。

（ｃ）離型および外周加工
次に、図４（ｃ）に示すように、Ｎｉメッキ４６を離型し、離型されたＮｉ金型を射出成型金型として、ダイセットに取り付けるために、面取り，角取り等、外周を加工する。

Ｎｉ金型の作製は、上記の例に限られるものではなく、次のようにして作製することができる。すなわち、ガラスマスター３０の凹状の窪みのある面上にＮｉの無電解メッキで導電膜を形成する。これをマザーとして、前記（ｂ），（ｃ）で説明した工程と同様にしてＮｉメッキによりＮｉ金型を作製する。

次に、以上のような工程で作製された射出成型金型を用いてレンズプレートを作製する工程を図６を参照して説明する。
［４］射出成型
（ａ）金型取り付け
図６（ａ）に示すように、前記工程で作製されたＮｉ金型２個をパターン面が向き合うように対向させてダイセット（図示せず）にそれぞれ取り付ける。一方の金型５０は固定し、他方の金型５２は可動に取り付ける。この場合、表裏芯ズレ公差（パターン面の回転を含む）は±５０μｍであり、２個の金型間のギャップ公差は±５０μｍである。これら公差内におさまるように、可動側の金型５２の取り付け位置を調節する。

（ｂ）射出成型
このようにして取り付けられた２個の金型のギャップに成型樹脂５４を射出注入する。成型樹脂は、アクリル系樹脂であり、その耐熱，耐温性は適宜選ぶことができる。樹脂の温度は、約２５０゜（２５０゜以下が望ましい。２５０゜を越えると、樹脂が変色するため。）、金型の温度は約８０゜とする（１００゜以下が望ましい。１００゜を越えると、金型が変形するため。）。
（ｂ）樹脂の射出注入が終わると、図６（ｂ）に示すように、金型を離型して、成型されたレンズプレート５６を取り出す。射出成型の場合、金型通りに成型できるのはまれであり、レンズプレートはどちらかに凸状に反る。

図７に、射出成型されて作製されたレンズプレート５６の一例の平面図を示す。レンズパターン部は、図示を省略してある。このレンズプレート５６は、外形寸法が１４０ｍｍ×１１０ｍｍの矩形状であり、この矩形状の領域の中に、径が約６００μｍ、高さが約７４μｍ、曲率半径が約６４７μｍのレンズが並び、プレート厚みは、約１．７４ｍｍ、レンズ厚（表裏のレンズの頂点間の距離）は、約１．８８ｍｍである。プレートの周縁６箇所に、厚みの薄いクリップ固定部５８が設けられている。また、片面四隅には、アライメント用の嵌合凸部６０，嵌合凹部６２がそれぞれ２個ずつ設けられている。これら嵌合凸部，凹部の位置精度は、±１００μｍである。なお、これらクリップ固定部、嵌合凸部，凹部は、射出成型時に同時に成型されている。

以上の例では、両面に球面レンズが形成されたレンズプレートを射出成型したが、片面のみに球面レンズを有するレンズプレートと形成する場合には、一方の金型を、凹状窪みを有さない平坦な金属板とする。例えば、Ｎｉ板とすることができる。

図８は、両面に球面レンズが形成されたレンズプレートにおける球面レンズの配列状態を示す。図８（ａ）は、レンズプレート６４の面に垂直な方向に、両面の球面レンズ６５の光軸６６が一致する配列状態を示す。図８（ｂ）は、レンズプレート６７の面に斜めの方向に、両面の球面レンズ６５の光軸６８が一致する配列状態を示す。

以上のようにして射出成型されたレンズプレートの微小球面レンズのある表面に反射防止膜を設けるのが好適である。反射防止膜は、例えばスパッタ，蒸着，浸漬などによってＳｉＯ2 膜を形成することにより実現される。

また、射出成型されたレンズプレートの微小球面レンズのある表面に吸水防止膜を設けるのが好適である。吸水防止膜は、例えばＴｉＯ2 ，ＩＴＯなどをスパッタ，蒸着，浸漬などによって形成することにより実現される。

以上の反射防止膜および吸水防止膜のいずれも、レンズプレートの材料の屈折率より小さい屈折率を有することが必要である。

次に、レンズプレート２枚を重ね合わせてレンズアレイを組み立てる工程を説明する。
［５］組立
レンズプレートの重ね合わせの方法について説明する。射出成型によりレンズプレートを形成した場合に、および成型収縮を生じることについては既に説明した。

反りを矯正して画像のゆがみのない樹脂正立等倍レンズアレイを組み立てるには、図９（ａ），（ｂ）にそれぞれ示すように、２枚のレンズプレート６６，６７を、互いに凸側を対向させて重ね合わせるか、あるいは凸側が同じ方向に向くように重ね合わせる。凸側が同じ方向に向くように重ね合わせる場合には、反りの大きい方のレンズプレートの凸側と他方のレンズプレートの凹側とを対向させて重ね合わせることが重要である。というのは、重ね合わせたときに、レンズプレート間に空隙ができるのは適切でないからである。

重ね合わせた後、後述するようにレンズプレートの周辺をクリップで固定することにより反りを矯正している。

また、成型収縮のあるレンズプレートを用いて、画像のゆがみの無い樹脂正立等倍レンズアレイを組み立てるには、次の点に注意することが必要である。すなわち、図１０に示すように、レンズプレートの成型収縮は、ゲート（図示せず）から樹脂が注入される方向（矢印Ｃで示す）に対し、ほぼ対称に分布する。すなわち、図１０において樹脂が注入される方向の中心軸をＤとした場合に、軸Ｄ（点線で示す）を対称軸としてほぼ対称に、成型収縮は分布する。図１０には、成型収縮の方向と量を矢印で示している。

このような成型収縮は、成型されたレンズプレートについていずれも同程度の収縮量であるため、２枚のレンズプレートの重ね合わせ方によって、球面レンズの光軸をそろえることができる。

今、図６（ｂ）において、同一の金型により成型されたレンズプレートの面を、ゲート側を一致させて重ね合わせる。すなわち、２枚のレンズプレートは、樹脂の流入方向を合わせて重ね合わせる。このような重ね合わせによれば、成型収縮の影響がなくなり正立等倍像が得られる。それ以外の重ね合わせでは、成型収縮の影響により、２枚のレンズプレートの球面レンズの光軸がずれる結果、画像がゆがみ、正立等倍像が得られない。

以上のようにして２枚のレンズプレートを重ね合わせるが、正立等倍レンズアレイを実現するには、３面以上の球面レンズの光軸がそろう必要がある。したがって２枚のレンズプレートの一方は両面に微小球面レンズが形成されているものを、他方は少なくとも片面に微小球面レンズが形成されているものを用いることになる。したがって、３面以上の微小球面レンズの光軸をそろえるためには、２枚のレンズプレートのアライメントが重要になる。このために、図７に示したように、レンズプレートの片面四隅には、アライメント用の嵌合凸部６０，嵌合凹部６２がそれぞれ２個ずつ設けられている。これら凸部，凹部の嵌合により２枚のレンズプレートのアライメントを行うことができる。

図１１に示すように、凸部６０の直径と凹部６２の内径との間にクリアランスｘを設け、まず凸部を凹部に嵌合させる粗アライメントを行い、続いて２枚のレンズプレートの光軸が一致するようにクリアランスｘの範囲内で精密アライメントを行うようにしてもよい。この場合、クリアランスｘは、微小球面レンズ１個の範囲内で調整できるように設定される。

図１２（ａ）は、重ね合わせされる２枚のレンズプレート５６，５７を示す。これら各レンズプレートは、微小球面レンズがある領域以外の部分に、微小球面レンズの高さと同等の隆起部７６が設けられている。隆起部は、レンズ頂点間の距離を調節するためのものであり、レンズ頂点間の距離は、レンズ頂点間がレンズ径の１／１０以上離れると、画像が劣化するので、レンズ頂点間の距離の調節は、極めて重要である。

これらレンズプレートを重ね合わせ、凸部６０，凹部６２の嵌合によりアライメントした後、図１２（ｂ）に示すように、サイドよりステンレスまたは鉄系の材料よりなるクリップ８０を、クリップ固定部５８に差し込み、図１２（ｃ）に示すようにクリップ８０で固定する。隆起部７６は、微小球面レンズの高さと同等であるので、微小球面レンズの頂点近傍同士が接触することとなる。

次に、２枚のレンズプレート５６，５７を重ね合わせるときに、間に着色スペーサを介在させる例について説明する。

図１３（ａ）に示すように、２枚のレンズプレート５６，５７を、金属または樹脂よりなる着色スペーサ７０を介在させて重ね合わせる。着色スペーサ７０は、レンズプレートの球面レンズに対応した開口７２および嵌合凸部に対応した開口７４が設けられている。この着色スペーサの目的は、（１）球面レンズ外を通過する迷光を遮断する、（２）レンズプレート間の距離を、その厚みで保持することにより、レンズ頂点間の距離を調整する、（３）レンズプレートの反りの矯正に寄与する、（４）２枚のレンズプレートの調芯を行うことにある。着色スペーサの厚みは、球面レンズ高さ×２に同等である。色彩は、黒色艶消しとした。

２枚のレンズプレート５６，５７は、上記した着色スペーサ７０を間に挟んで、凸部６０を凹部６２に嵌合させて、アライメントを行う。次に図１０（ｂ）に示すように、サイドよりクリップ８０で固定する。クリップで固定することにより、２枚のレンズプレートの対向する微小球面レンズの頂点間の間隔が一定に保たれる。

さらに、着色スペーサの厚みが、微小球面レンズの高さの２倍よりも薄い場合、レンズプレートの周縁をクリップ固定すると、２枚のレンズプレートの対向した微小球面レンズ高さよりも、着色スペーサを介した２枚のレンズプレートの周縁の間隔の方が狭くなるため、２枚のレンズプレートの対向した微小球面レンズ領域の最外周同士が支点となり、２枚のレンズプレートの対向した微小球面レンズ領域の中心付近の２枚のレンズプレートの対向する微小球面レンズの頂点間の間隔が一定に保たれなくなる。したがって、着色スペーサ厚みを含めた、対向する２枚のレンズプレートの周縁の間隔が対向する微小球面レンズの高さの２倍程度になるように、レンズプレートの周縁に隆起部を設けてその高さを調整することが重要である。

このような着色スペーサが樹脂レンズプレート間にあると、着色スペーサと樹脂レンズプレートとの熱膨張率が異なるので、着色スペーサと樹脂レンズプレートとの間に熱膨張係数差による応力が発生する。このような応力の発生は、微小球面レンズの光軸にずれを生じさせるので望ましくない。したがって着色スペーサの熱膨張係数を次式を満たすように選定することが重要である。すなわち、レンズプレート材料の熱膨張係数をα１、着色スペーサ材料の熱膨張係数をα２、レンズプレートのレンズ領域の長辺方向の距離をＬ、レンズの最短ピッチをＰ、および使用温度範囲をＴとしたとき、
α２≦α１＋０．５×Ｐ／（Ｔ×Ｌ）
である。ここで係数０．５は、レンズ領域の長辺方向の一端での微小球面レンズの光軸と着色スペーサの開口の中心が一致し、レンズ領域の長辺方向の他端での微小球面レンズの光軸と着色スペーサの開口の中心とのずれを半ピッチ以下にするための係数である。

例えば、レンズプレートの熱膨張係数α１＝７×１０-5（アクリル）、長辺方向長さＬ＝１２０ｍｍ、レンズピッチＰ＝０．６ｍｍ、使用温度範囲Ｔ＝３０℃とすると、着色スペーサの熱膨張係数はα２≦１．５３×１０-4の材料を選定できる。一例としてステンレス（α１≦１．２８×１０-6）を用いることができる。

以上はクリップのみによる固定であったが、接着剤と併用してもよい。この場合には、嵌合凹部に接着剤（溶剤でも可）を流し込む。そして、これら嵌合凸部，凹部を嵌合させて、アライメントを行い、嵌合凸部および嵌合凹部の表面を押し、２枚のレンズプレートを仮固定する。サイドよりクリップ８０を、クリップ固定部１８に差し込み、クリップ８０で固定する。このように、クリップと接着剤とを併用して固定することも可能であるが、この場合には、レンズプレートと着色スペーサとは接着しないようにすることが必要である。

以上に、本発明の実施例を説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、当業者であれば本発明の範囲内で種々の変形，変更が可能なことは明らかであろう。

本発明によれば、樹脂正立等倍レンズアレイを、射出成型によりレンズプレートを作製し、２個のレンズプレートを組み立てることにより、極めて簡単に一定品質のものを安価に製造することが可能となった。

図１４は、本発明により製造された樹脂正立等倍レンズアレイ８２により、物像画面像を、空間伝送し、空間上に画像を結像した状態を示す。Ｌは、空間距離である。

図１５に、空間距離Ｌを１０〜１００ｍｍの範囲内で１０ｍｍ単位で変化させ、そのときの樹脂正立等倍レンズアレイの光学特性であるＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を、空間周波数１Ｌｐ／ｍｍの矩形波で測定した実測値を示す。ＭＴＦ２０％は、人間の感知できる限界である。レンズ径が０．３〜１．０ｍｍで、空間距離２０〜１００ｍｍの樹脂正立等倍レンズアレイは、良好なＭＴＦ値が得られていることがわかる。このように、本発明の樹脂正立等倍レンズアレイによれば、画質の良い像面画像が得られる。

ガラスマスター・マザーを作製する工程を示す図である。 ピンホールを説明するための図である。 マザーを作製する工程を示す図である。 マザーを用いてＮｉ金型を作製する工程を示す図である。 Ｎｉメッキの方法を説明するための図である。 射出成型金型を用いてレンズプレートを作製する工程を示す図である。 射出成型されて作製されたレンズプレートの平面図である。 微小球面レンズの配列状態を示す図である。 レンズプレートの重ね合わせの方法を説明する。 レンズプレートの成型収縮を説明する図である。 嵌合凹部と嵌合凸部のクリアランスを説明する図である。 レンズプレート２枚を重ねてレンズアレイを組み立てる工程を示す図である。 着色プレートを介在させレンズプレート２枚を重ねてレンズアレイを組み立てる工程を示す図である。 樹脂正立等倍レンズアレイによる画像の空間伝送を示す図である。 本発明による樹脂正立等倍レンズアレイのＭＴＦ特性を示すグラフである。

符号の説明

１０ 石英ガラス基板
１２ クロム膜
１４ 第１のフォトレジスト
１６ 第２のフォトレジスト
１７ 凹状窪み
１８，２２ 露光領域
２０ ピンホール
３０ ガラスエッチング凹板
３２ 離型剤
３４ 槽
３６ 樹脂
３８ ガラス基板
４０ Ｎｉマザー
４２ 導電膜
４４ 電解液
４６ ニッケルメッキ
５０，５２ 金型
５４ 成型樹脂
５６，５７ レンズプレート
５８ クリップ固定部
７０ 着色スペーサ
７２，７４ 開口
７６ 隆起部
８０ クリップ
８２ 樹脂正立等倍レンズアレイ

Claims (12)

1. 射出成型により作製した、複数の微小球面レンズが規則的に配列されたレンズプレートを、２枚以上重ね合わせた樹脂正立等倍レンズアレイを製造する方法において、
   凸状の反りを有するレンズプレート２枚を重ね合わせる際に、互いに凸側を対向させて重ね合わせるか、あるいは反りの大きい方のレンズプレートの凸側と他方のレンズプレートの凹側とを対向させて重ね合わせることを特徴とする樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
2. 前記凸状の反りに加えて、さらに、樹脂が注入された方向にほぼ対称に分布する成型収縮を有するレンズプレート２枚を重ねる際に、前記２枚のレンズプレートが、光学的に前記成型収縮の影響を受けないようにするために、前記樹脂が注入された方向を合わせて重ね合わせることを特徴とする請求項１記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
3. 前記２枚のレンズプレートを重ね合わせる際に、２枚のレンズプレートの間に、前記微小球面レンズに対応した開口を規則的に有する着色スペーサを介在させて、重ね合わせることを特徴とする請求項１または２記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
4. 前記着色スペーサは、前記レンズプレートの材料の熱膨張係数をα１、前記レンズプレートの前記微小球面レンズがある領域の長辺方向の距離をＬ、前記配列された微小球面レンズの最短ピッチをＰ、および使用温度範囲をＴとしたとき、
   α２≦α１＋０．５×Ｐ／（Ｔ×Ｌ）
   を満たす熱膨張係数α２の材料よりなることを特徴とする請求項３記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
5. 前記２枚のレンズプレート間の対向する前記微小球面レンズの頂点近傍同士を接触させるか、前記２枚のレンズプレートの対向する前記微小球面レンズの頂点間に一定の距離を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
6. 前記２枚のレンズプレートの対応する各微小球面レンズの光軸は、レンズプレートの面に垂直な方向に一致させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
7. 前記２枚のレンズプレートの対応する各微小球面レンズの光軸は、レンズプレートの面に斜めの方向に一致させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
8. 前記レンズプレートは、前記微小球面レンズがある領域以外の部分に、アライメント用の嵌合凸部、嵌合凹部をそれぞれ少なくとも２個有し、一方のレンズプレートの前記嵌合凹部に他方のレンズプレートの前記嵌合凸部を嵌合させて、２枚のレンズプレートをアライメントすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
9. 前記嵌合凹部の寸法と前記嵌合凸部の寸法との間にクリアランスを設け、前記凹部に前記凸部を勘合させて、２枚のレンズプレートの粗アライメントを行った後、精密アライメントを行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
10. 前記レンズプレートは、周縁にクリップ固定部を有し、前記重ね合わされてアライメントされた前記２枚のレンズプレートの周縁に設けられた前記クリップ固定部を、クリップで固定することを特徴とする請求項８または９記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
11. 前記２枚のレンズプレートの前記微小球面レンズがある領域以外の部分を接着剤で接着することを特徴とする請求項１０記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
12. 請求項１〜１１のいずれかの製造方法により製造された樹脂正立等倍レンズアレイ。

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