JP3973217B2

JP3973217B2 - 樹脂正立レンズアレイおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3973217B2
Application number: JP2003270057A
Authority: JP
Inventors: 浩之根本
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: KR20050004050A; JP2005022352A; US20050002107A1; CN1575963A; TW200528759A

Description

本発明は、画像形成装置等に用いられる樹脂正立レンズアレイを構成する樹脂レンズプレートの製造方法に関する。

樹脂レンズプレートの製造方法として従来より射出成形法が用いられていた。射出成形法は、流動する樹脂を金型に射出・充填し、形状を転写して成形・固化して製造する方法である。成形方法の性質上、他の方法に比べてスループットが高く、量産化、低コスト化に適している。

近年、画像形成装置では、扱う画像の大面積化、広視野角化、高解像度化が進められている。広視野角化、高解像度化とするために、樹脂正立レンズアレイを構成する樹脂レンズプレートの枚数を増やしていくと、１枚当たりの板厚が薄くなる。

従来の射出成形法では、樹脂が金型に注入され、広がって行くため冷却状態にムラができ、このために、プレートの厚みにムラが生じたり、歪みが残って変形する。また、薄いプレートを形成する場合には、金型の中を樹脂が広がり難くなるため、板厚が薄くかつ大面積のプレートの製造には不向きであった。この射出成形方法によれば、対角１７インチ以下の面積、２．０ｍｍ以上の板厚、少なくとも片面に意匠面のある樹脂板の成形を得意とし、それよりも板厚が薄くなれば、射出方向の距離（流動長）が短くなる。

板厚１ｍｍ、板厚公差±１０μｍ、成形幅３５０ｍｍとしたときの成形可能な流動長は、一般射出成形で１００ｍｍ程度、射出圧縮成形で２００ｍｍ程度である。更に薄くなると、流動長は短くなる。必要とする樹脂レンズプレートの成形厚みは０．８ｍｍである。たとえ長辺フィルムゲートにしたとしても、流動長は５０ｍｍ程度であり、大面積の成形品が得られ、高スループットであるという射出成形のメリットは少なくなる。

本発明の目的は、上記の問題を解決し、変形が少なく、板厚や特性のバラツキの少ない樹脂レンズプレートの製造方法を提供することにある。

本発明は、少なくとも片面に球面または非球面の微小凸レンズが所定のレンズピッチで規則的に配列された樹脂レンズプレートの製造方法であって、キャスト法により溝付きの樹脂プレートを成形し、成形された樹脂プレートの溝部分に光吸収性膜を形成し、溝部分に光吸収性膜が形成された樹脂プレートにホットエンボス法により前記微小凸レンズを成形することを特徴とする。

また、少なくとも片面に球面または非球面の微小凹部が所定のピッチで規則的に配列された固定金型および可動金型を用いてホットエンボス法により前記微小凸レンズを成形することが好ましい。

本発明の製造方法によれば、板厚が薄く、大面積であるとともに、変形が少なく、板厚や特性のバラツキが少ない樹脂レンズプレートが得られる。

また、基になる樹脂プレートを、量産性に優れた押し出し成形法またはキャスト法で製造することができる。

さらに、プレートの原料となる樹脂に紫外線および／または赤外線を減光する機能を有する材料を混ぜることによって、レンズプレートにそれらの機能を付加することが容易である。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

本発明は、ホットエンボス法を用いて樹脂レンズプレートを製造するものである。ホットエンボス法は、射出成形法のように、樹脂の射出・冷却による樹脂内の密度差が生じ難く、成形方向の板厚差、収縮差が無い。そのため、レンズピッチバラツキ、板厚バラツキおよび変形が少なく、大面積化できる点で有利である。

図１は、本発明に係る製造方法によって成形される樹脂レンズプレートの平面図である。図１に示す樹脂レンズプレート１は、長方形状であり、中央部のレンズ形成領域には、球面あるいは非球面の微小凸レンズ２が配列されている。微小凸レンズ２は、樹脂レンズプレート１の両面に形成されている。なお、樹脂レンズプレート１に形成される微小凸レンズ２は、球面レンズあるいは非球面レンズのいずれでもよいが、以下の実施の形態では、球面レンズを形成するものとする。また、レンズプレート１の片面のみに微小凸レンズ２を形成するようにしてもよい。

微小凸レンズ２は、六角形状で、樹脂レンズプレート１の外辺に沿って互い違いに千鳥状に配列した、いわゆる六方配列となっている。個々のレンズ同士は接しており、稠密構造で配列されている。

また、樹脂レンズプレート１には、図１に示すように、隣り合う微小凸レンズ２の中心を結ぶ線分の垂直２等分線に沿って光吸収性膜（遮光膜）３を埋め込むことが好ましい。樹脂レンズプレート１上の、レンズ形成領域以外で像面への結像に寄与しない光線が透過する領域にも、光吸収性膜４を形成することが好ましい。

図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、隣り合う微小凸レンズ２の中心を結ぶ線分の垂直２等分線に沿って光吸収性膜３が埋め込まれている状態を示している。

このように形成した光吸収性膜３によって、隣接するレンズの結像空間を区分する隔壁が形成されるため、効果的に迷光が除去できる。

次に、本発明に係る樹脂レンズプレートの製造方法について説明する。

まず、キャスト法により、図３に示すような板厚１．０ｍｍ、公差±０．１ｍｍの溝付き樹脂プレート５を成形する。成形樹脂は、シクロオレフィン系樹脂とする。樹脂プレート５には、紫外線および／または赤外線を減光する機能を有する材料を含むようにしてもよい。さらに、樹脂プレート５の表面に、低反射被膜を形成するようにしてもよい。低反射被膜は、反射率を低減するためのものであり、フッ素系樹脂膜が用いられる。なお、ここでは、キャスト法により溝付き樹脂プレートを成形したが、溝を必要としない場合は、押し出し成型法により樹脂プレートを成形できる。

次に、図４に示すように、溝部分に光吸収性膜が形成された溝付き樹脂プレート６を作製する。具体的には、カーボンを含む塗料を樹脂プレートの表面全体に塗布し、塗料が乾燥する前に塗料を拭き取るなどの方法で、溝部分に光吸収性膜を残す。レンズが形成される予定領域外の部分についても光吸収性膜を形成し、結像に寄与しない光線はできる限り遮るのが望ましい。

次に、図５に示すような微小球面凹部が形成されたホットエンボス成形用のＮｉ（ニッケル）金型７，８を作製する。Ｎｉ金型７，８をパターン面が向き合うように対向させ、一方の金型を固定型とし、他方の金型を可動型としたホットエンボス成形装置に、上述した溝付き樹脂プレート６を載せ、約２００℃で真空圧縮する。なお、選択的にレンズプレートの面形状を凹形状または凸形状となるように固定金型および可動金型の冷却速度を変えるか、または冷却時に固定金型と可動金型との間に温度差を設けるようにしてもよい。このようにして、レンズ径０．３９２ｍｍ、曲率半径０．５ｍｍ、レンズピッチ０．４８ｍｍの六方配列構造、レンズ形成領域幅２．４ｍｍの樹脂レンズプレートが得られた。また、板厚差は１％未満（板厚０．８８ｍｍ、公差±０．０１ｍｍ）であり、表裏面レンズ調芯公差は±０．０２ｍｍであった。

図６は、樹脂レンズプレートの収縮率差の測定ポイントを示す図である。図において、実線で示す矢印は、射出成形で樹脂レンズプレートを作製するときの樹脂注入方向を示しており、破線で示す矢印は、樹脂レンズプレートを射出成形で作製したときの収縮方向を示している。測定ポイントは、樹脂レンズプレート１の長辺方向中央部における短辺方向両端部である。本発明の製造方法により作られた樹脂レンズプレート１の長辺方向中央部における短辺方向両端部の収縮率差は０．１％未満であった。

また、図７は、樹脂レンズプレートの板厚差の測定ポイントを示す図である。図において、実線で示す矢印は、射出成形で樹脂レンズプレートを作製するときの樹脂注入方向を示している。測定ポイントは、樹脂レンズプレート１の長辺方向両端部における短辺方向両端部である。本発明の製造方法により作られた樹脂レンズプレート１の長辺方向両端部における短辺方向両端部の板厚差は１％未満であった。

本発明は、樹脂レンズプレートの製造方法は、押し出し成型法またはキャスト法などの従来方法により、樹脂プレートを製作し、ホットエンボス法によりレンズ部分を形成することを特徴としている。

さらに、キャスト法により溝付き樹脂プレートを製作し、ホットエンボス法によりレンズ部分を形成する前に、溝部分を含めたレンズ以外の領域に遮光膜の形成を行うことにより溝の中にも遮光膜樹脂が侵入する。この状態でホットエンボス法を行うと、樹脂表面が融解して（同時に溝部分も融解して）溝が塞がり、上記遮光膜樹脂が、樹脂プレートの内部に閉じ込められる構成となる。

成形した樹脂レンズプレートを３枚対向させて樹脂正立レンズアレイを作製する。求めるフレア光にもよるが、表裏を含めて計６面のレンズ面（各面を光線入射方向から[１］，［２］，［３］，［４］，［５］，［６］とする）のうちの、［２］と［４］の必要レンズ径以外の部分に光吸収性膜を形成することが最も好ましく、［２］と［４］と［６］の必要レンズ径以外の部分に光吸収性膜を形成することが次に好ましい。

また、レンズ領域から作動距離の１／２の位置に開口幅１．０ｍｍのスリットを形成する。スリットの内壁は光吸収性機能を有する材料あるいは形状を形成することが好ましい。

作製した樹脂正立レンズアレイの光学性能を調べたところ、作動距離３ｍｍに空間周波数１２Ｌｐ／ｍｍのテストチャートを置き、解像度を測定したところ、ＭＴＦ６０％の解像度が得られた。また、結像面にはゴースト、フレアが少なく、良好な結像特性が得られた。さらに、レーザ光により開口角（入射角）を調べたところ、±１５°が得られた。

本発明に係る製造方法によって成形される樹脂レンズプレートの平面図である。図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。押し出し成型法またはキャスト法により形成された溝付き樹脂プレートを示す図である。溝部分に光吸収性膜が形成された溝付き樹脂プレートを示す図である。ホットエンボス成形に用いられるＮｉ（ニッケル）金型を示す図である。レンズプレートの収縮率差の測定ポイントを示す図である。レンズプレートの板厚差の測定ポイントを示す図である。

符号の説明

１樹脂レンズプレート
２微小凸レンズ
３，４光吸収性膜
５，６溝付き樹脂プレート
７，８金型

Claims

少なくとも片面に球面または非球面の微小凸レンズが所定のレンズピッチで規則的に配列された樹脂レンズプレートの製造方法であって、キャスト法により溝付きの樹脂プレートを成形し、成形された樹脂プレートの溝部分に光吸収性膜を形成し、溝部分に光吸収性膜が形成された樹脂プレートにホットエンボス法により前記微小凸レンズを成形することを特徴とする樹脂レンズプレートの製造方法。
前記樹脂プレートの厚みは、前記樹脂レンズプレートのレンズ形成領域以外の領域の厚み以上であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂レンズプレートの製造方法。
前記樹脂プレートは、紫外線および／または赤外線を減光する機能を有する材料を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂レンズプレートの製造方法。
前記樹脂プレートの表面に低反射被膜を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂レンズプレートの製造方法。
少なくとも片面に球面または非球面の微小凹部が所定のピッチで規則的に配列された固定金型および可動金型を用いてホットエンボス法により前記微小凸レンズを成形す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レンズプレートの製造方法。
選択的にレンズプレートの面形状を凹形状または凸形状となるように固定金型および可動金型の冷却速度を変えるか、または冷却時に固定金型と可動金型との間に温度差を設け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レンズプレートの製造方法。