JP4394108B2 - 樹脂正立等倍レンズアレイおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
[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。
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。
[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。
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。
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 (11)
- 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ととも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、かつ、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樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。 - 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記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
- 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2記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。 - 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1〜3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。
- 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1〜4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。
- 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1〜4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。
- 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1〜6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。
- 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1〜6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。
- 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7または8記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
- 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9記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。
- 請求項1〜10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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