JP4632303B2 - ロッドレンズアレイ及びその製造方法 - Google Patents

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一体化した構造のロッドレンズアレイ及びその製造方法に関するものである。更に詳しく述べると本発明は、間隙に充填する樹脂として、単分散処理した真球状の有機フィラーを含有する粘度制御された付加反応型シリコーン樹脂を用い、それによってレンズ素子の配列性並びに光学特性などを改善したロッドレンズアレイ及びその製造方法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。

従来、この種のロッドレンズアレイは、特許文献１に開示されているような方法で製造されている。例えば、一方の基板上に配列基準となるスペーサを設置し、そのスペーサを基準として基板表面に沿って少なくとも１段以上の列をなすようにファイバ状のレンズ素材を所定本数配置する。レンズ素材をアレイ状に並べた後に、その配置が崩れないように仮スペーサを配置し、更に他方の基板を蓋としてレンズ素材を押さえる。この状態において、レンズ素材間の間隙を埋めて形状を保持し、且つ光学特性を満たすための樹脂を充填する。その後、硬化した樹脂により結合一体化されたレンズブロックを所定のレンズ長に切断し、切断した両端面を研磨する。

ここで、ファイバ状のレンズ素材同士を保持するために充填される樹脂としては、エポキシ樹脂あるいはシリコーン樹脂が用いられている。これらの樹脂には、切断の際の切削性を改善するため、適量の無機フィラーを混入させている。なお、樹脂粘度は、２５００〜３０００ｍＰａ・ｓ程度と比較的高く設定され、吸引作用などを利用して充填されている。

ところで、最近、高精細でむらの少ない画像を結像するため、レンズ径を細く（例えば０．６ｍｍ以下）することが要求されているが、従来使用されている樹脂をそのまま用いると、特に径の細いレンズの場合、個々のレンズの位置や方向に乱れが生じ易くなる（配列性が悪化する）問題が生じる。これは、レンズ径が小さいために間隙も小さく、間隙に樹脂が入り込み難いためであり、また使用可能な時間が短く、充填途中で増粘して、更に粘性抵抗が増大するためと考えられる。またエポキシ樹脂を用いた場合には、硬化収縮が大きいことによりロッドレンズの配列が乱れ、これにより光学特性が乱れ結像位置のずれが生じる。

また、樹脂の未充填箇所が多くなり、光学不良が多発する問題もある。これは、エポキシ樹脂の場合、チクソ性が高く、且つ樹脂粘度が高いため、樹脂が流動し難いこと、無機フィラー充填材の凝集が起こり、樹脂の目詰まりが発生すること、などによると考えられる。

更に、樹脂粘度が高いため、特に細径のレンズ素材では間隙が小さいため、充填時間が長くかかり、作業性が悪い。またレンズ素材（ガラス）及び基板（ＦＲＰ：ガラス繊維強化プラスチック）に対する樹脂の接着成分が適合していないため、レンズアレイの接着力が弱く、接着不良が多発する問題もあった。
特開昭６１−５５６１０号公報

本発明が解決しようとする課題は、ロッドレンズアレイにおけるロッド状のレンズ素子の配列性を向上すること、光学特性を改善することである。本発明が解決しようとする他の課題は、配列性及び光学特性に優れ、高強度のロッドレンズアレイを安定的に製造でき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硬化することで結合一体化された構造のロッドレンズアレイにおいて、間隙に充填する樹脂が、単分散処理した平均粒径０．１〜２５μｍの真球状の有機フィラーを０．１〜２０質量％含有している付加反応型シリコーン樹脂であることを特徴とするロッドレンズアレイである。ここで前記シリコーン樹脂は、オイル成分のみならずレジン成分が付加されているものが好ましい。

また本発明は、一方の基板上に多数本のファイバ状のレンズ素材を整列させ、その上に他方の基板を配置した状態で固定する組立工程、組み立てたレンズ素材配列体の間隙部に樹脂を充填させ硬化させる充填硬化工程、硬化した樹脂により結合一体化されたレンズブロックを所定のレンズ長に切断する切断工程、切断した両端面を研磨する研磨工程を備えているロッドレンズアレイの製造方法において、前記充填硬化工程でレンズ素材配列体の間隙部に吸引充填させる樹脂として、単分散処理した平均粒径０．１〜２５μｍの真球状の有機フィラーを充填材として０．１〜２０質量％含有する粘度５００〜１５００ｍＰａ・ｓの付加反応型シリコーン樹脂を用いることを特徴とするロッドレンズアレイの製造方法である。前記シリコーン樹脂に硬化遅延剤を０．０１〜０．５質量％添加し、充填中の粘度変化を抑制するのが好ましい。

更に本発明は、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。

本発明に係るロッドレンズアレイは、単分散処理した真球状の有機フィラーを含有する付加反応型シリコーン樹脂を使用しているので、凝集を無くし、樹脂の目詰まりを改善でき、未充填不良の発生を無くすことができる。また本発明に係るロッドレンズアレイの製造方法は、粘度５００〜１５００ｍＰａ・ｓの付加反応型液状シリコーン樹脂を用い、単分散処理した真球状の有機フィラーを含有させているので、樹脂が均一に且つ円滑にレンズ素材間に回り込み、硬化収縮による配列乱れを解消し、未充填不良を無くすことができる。これによって、細径のレンズ素子を用いるロッドレンズアレイであっても、配列性が改善され、光学特性を向上させることができる。

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説明図である。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段に整列配置され、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、間隙に充填する樹脂が、単分散処理した平均粒径０．１〜２５μｍの真球状の有機フィラーを０．１〜２０質量％含有している付加反応型シリコーン樹脂であり、その点に特徴がある。

ところでシリコーン樹脂は、硬化（重合）する際の反応に応じて縮合反応型と付加反応型とがある。本発明で用いる付加反応型は、分子中の二重結合を開放し他の分子を付加することによって重合するタイプであり、重合時の収縮が少ないため、配列乱れを低減し、ロッドレンズに与える歪みも小さくすることができ、結像位置ずれを小さくすることができる。具体的には、硬化収縮率は２５０ｐｐｍ以下とするのがよい。

レンズアレイは、レンズブロックから切り出して作製するため、樹脂に充填材添加して切削性を改善する。添加量が少なすぎると切削性の改善効果が得られず、逆に添加量が多すぎると樹脂がもろくなり基板（ＦＲＰ板）やレンズとの密着性が悪くなる。そこで前記のように、０．１〜２０質量％含有させる。無機フィラーは凝集が起こり易く樹脂の目詰まりが発生し易いが、有機フィラーを用いることで目詰まりを抑え、未充填不良を無くすことができる。特に、単分散処理を行うことで、この目詰まり防止の効果は顕著になる。単分散処理の例としては、シリル化処理がある。トリオルガノシリル基含有有機ケイ素化合物やオルガノアルコキシシランなどのシリル化剤を有機物粒子の表面に接触させることで、粒子の凝集を抑えることができる。

前記シリコーン樹脂は、オイル成分のみならずレジン成分が付加されているものが好ましい。レジン成分も付加することにより、樹脂の硬度及び強度を向上させることができ、レンズアレイの強度が向上する。レジン成分は、例えば３官能または４官能のシロキサン化合物であり、０．１〜２０質量％（より好ましくは、０．５〜１０質量％）添加する。

このようなロッドレンズアレイは、次のような手順で製造する。製造工程の一例を図２に示す。まず、一方の基板（ガラス繊維強化樹脂板）２０ａの片側端部上に一方のスペーサ２２ａを取り付ける。次に、該スペーサ２２ａが下になるように前記基板２０ａを若干傾斜させ、該基板２０ａ上にファイバ状のレンズ素材２４を密に配列する。例えば、上下２段に俵積みする。所定数のレンズ素材２４を配列した後、他方のスペーサ２２ｂを基板２０ａの他方の端部に取り付ける（図２のＡ参照）。その上に、他方の基板２０ｂを重ねてレンズ素材配列体２８を組み立てる（図２のＢ参照）。組み立てたレンズ素材配列体２８の間隙部に樹脂を充填させ硬化させる。樹脂の充填は、例えば隙間部の一端側から液状樹脂を供給し、他端側から真空吸引することによって、レンズ素材配列体の間隙部に、全体的に、均等に、樹脂を浸透充填させる。その後、充填した樹脂を硬化させ、硬化した樹脂により結合一体化したレンズブロックを所定のレンズ長に切断し、最後に、切断した両端面（ロッドレンズ端面）を研磨する。

本発明では、レンズ素材配列体の間隙部に吸引充填させる樹脂として、単分散処理した平均粒径０．１〜２５μｍの真球状の有機フィラーを充填材として０．１〜２０質量％含有する粘度５００〜１５００ｍＰａ・ｓの付加反応型シリコーン樹脂を用いる。前記シリコーン樹脂に、硬化遅延剤を０．０１〜０．５質量％添加し、充填中の粘度変化を抑制するのが好ましい。硬化遅延剤としては、例えばポリアルキルアルケニルシロキサンと反応調節剤を混合したものを用いる。

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。

表１に示すようないくつかの樹脂を用いてロッドレンズアレイ（実施例１−２及び比較例１−２）の作製を試みた。直径０．４５３ｍｍのファイバ状のレンズ素材を２枚のガラス繊維強化樹脂（ＦＲＰ）板の間に２段に俵積みしてレンズ素材配列体（幅３４９ｍｍ、長さ４００ｍｍ）を組み立て、樹脂をそのレンズ素材間に吸引した。充填できたものについては、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）
実施例１で用いたシリコーン樹脂Ａは、粘度１２００〜１４００ｍＰａ・ｓの付加反応型液状シリコーン樹脂であり、これにレジン成分としてビニルトリメトキシシランを１５質量％添加した。更に、単分散処理をした平均粒径２５μｍの真球状のポリメチルシルセスキオキサンを１０質量％、遮光剤としてカーボンブラック４．０質量％、硬化遅延剤を０．１質量％添加した。

（実施例２）
実施例２で用いたシリコーン樹脂Ｂは、粘度１０００〜１１００ｍＰａ・ｓの付加反応型液状シリコーン樹脂であり、これにレジン成分としてビニルトリメトキシシランを１５質量％添加した。更に、単分散処理をした平均粒径２５μｍの真球状のポリメチルシルセスキオキサンを１０質量％、遮光剤としてカーボンブラック４．０質量％、硬化遅延剤を０．１質量％添加した。

（比較例１）
比較例１で用いたエポキシ樹脂Ｅは、粘度１６００〜４０００ｍＰａ・ｓのエポキシ樹脂である。これに、単分散処理をした平均粒径２５μｍの真球状のポリメチルシルセスキオキサンを１０質量％、遮光剤としてカーボンブラック４．０質量％添加した。

（比較例２）
比較例２で用いたシリコーン樹脂Ｃは、粘度２２００〜３１００ｍＰａ・ｓの液状シリコーン樹脂であり、これにレジン成分としてビニルトリメトキシシランを１５質量％添加した。更に、単分散処理をした平均粒径２５μｍの真球状のポリメチルシルセスキオキサンを１０質量％、遮光剤としてカーボンブラック４．０質量％、硬化遅延剤を０．１質量％添加した。

実施例１−２は無論のこと、比較例１もレンズアレイを作製できたが、比較例２については、レンズ素材配列体の間隙部を樹脂充填することができず、レンズアレイを作製するには至らなかった。

作製したロッドレンズアレイを評価した結果を表２に示す。評価項目は、ロッドレンズアレイのレンズ素子間における樹脂の未充填発生割合（％）、配列性を示すレンズの光軸間隔差（μｍ）、光学特性を示す解像度１２００ｄｐｉにおける結像位置のずれ（μｍ）である。未充填割合の評価では、切断後のロッドレンズアレイを目視観察し、１箇所でも貫通穴が存在するものを１個と数えている。最大光軸間隔差の評価では、隣り合うレンズ素子の間隔を両端面で測定してその差を求め、ロッドレンズアレイ内での最大値を採っている。最大結像位置ずれの評価では、１番目のレンズ素子を基準にしてｎ番目のレンズ素子がレンズ径×ｎの位置にあることを正規の位置とし、投影面において実際に観察されるｎ番目のレンズ位置と正規の位置とのずれを求め、ロッドレンズアレイ内での最大値を採っている。

実施例１−２は、樹脂充填時間も短く、いずれも良好な評価結果が得られた。両者を対比すると、実施例１は、若干充填時間がかかるものの、硬度も高く、未充填発生割合はゼロで、最大結像位置ずれも小さいなど、実施例２よりも良い結果が得られた。なお、レンズ素材の径を０．５６４ｍｍ、０．９００ｍｍ、１．１００ｍｍとした場合も同様の結果が得られた。それに対して、比較例１は、硬度は高いものの充填時間が長くかかり、硬化収縮率が大きく、評価結果は全て実施例１−２に比べて劣っていた。

本発明に係るロッドレンズアレイの一例を示す説明図。 その製造工程の一例を示す説明図。

符号の説明

１０ 側板
１２ スペーサ
１４ レンズ素子
１６ 樹脂

Claims (4)

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硬化することで結合一体化された構造のロッドレンズアレイにおいて、
   間隙に充填する樹脂が、単分散処理した平均粒径０．１〜２５μｍの真球状の有機フィラーを０．１〜２０質量％含有している付加反応型シリコーン樹脂であることを特徴とするロッドレンズアレイ。
2. 一方の基板上に多数本のファイバ状のレンズ素材を整列させ、その上に他方の基板を配置した状態で固定する組立工程、組み立てたレンズ素材配列体の間隙部に樹脂を充填させ硬化させる充填硬化工程、硬化した樹脂により結合一体化されたレンズブロックを所定のレンズ長に切断する切断工程、切断した両端面を研磨する研磨工程を備えているロッドレンズアレイの製造方法において、
   前記充填硬化工程でレンズ素材配列体の間隙部に吸引充填させる樹脂として、単分散処理した平均粒径０．１〜２５μｍの真球状の有機フィラーを充填材として０．１〜２０質量％含有する粘度５００〜１５００ｍＰａ・ｓの付加反応型シリコーン樹脂を用いることを特徴とするロッドレンズアレイの製造方法。
3. 前記シリコーン樹脂に硬化遅延剤を０．０１〜０．５質量％添加し、充填中の粘度変化を抑制するようにした請求項２記載のロッドレンズアレイの製造方法。
4. 請求項１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。
   
   
   

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