JPH04316001A - 光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロフレネルレン
ズパターンのような光学機能パターンを設けられた光学
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６に光学素子の一種として従来のマ
イクロフレネルレンズを示す。従来のマイクロフレネル
レンズ５１は、平板状をした透明なマイクロフレネルレ
ンズパターン基板（以下、レンズ基板という。）５２の
表面に透明樹脂によって輪帯状のパターン等からなるマ
イクロフレネルレンズパターン５３を形成したものであ
り、図１５に示すように回折現象を利用して平行光を集
光させたり、あるいは発散光を平行光にコリメートさせ
たりする用途に用いられている。

【０００３】図１７（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、２Ｐ
法（ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏ
ｃｅｓｓの略称）と呼ばれるマイクロフレネルレンズパ
ターン５３の複製方法を示す。まず、図１７（ａ）に示
すように、スタンパ６１の上面に形成されたパターン成
形部としてのプロファイル６２に紫外線硬化型（ＵＶ）
樹脂６３を吐出させる。ついで、同図（ｂ）のように、
プロファイル６２に供給された樹脂６３の上にガラス、
プラスチック等からなる透明なレンズ基板５２を対向さ
せ、レンズ基板５２をスタンパ６１の表面に押し付ける
ことによって樹脂６３をスタンパ６１の表面に押し広げ
て樹脂６３をレンズ基板５２の表面に密着させると共に
樹脂６３をプロファイル６２の隅まで充填させる。この
後、同図（ｃ）のように、レンズ基板５２を通して紫外
線（ＵＶ光）６４を紫外線硬化型樹脂６３に照射させて
樹脂６３を硬化させ、硬化した樹脂６３によってマイク
ロフレネルレンズパターン５３を成形すると共にマイク
ロフレネルレンズパターン５３をレンズ基板５２に接着
させる。ついで、レンズ基板５２とともに樹脂６３をス
タンパ６１から離型させれば、同図（ｄ）に示すように
、レンズ基板５２と樹脂６３とが一体となり、樹脂６３
によってプロファイル６２の反転形状をしたマイクロフ
レネルレンズパターン５３が形成されたマイクロフレネ
ルレンズ（レプリカ）５１を得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】マイクロフレネルレン
ズは、上記のように光線を透過させ、マイクロフレネル
レンズパターンによって光線に光学的作用を及ぼすもの
であるから、レンズ基板のパターン形成面及びその反対
面は、面粗さ、平滑度等の点において光学的に精度よく
仕上げる必要がある。特に、マイクロフレネルレンズの
品質を高めるためには、製造工程等においてレンズ基板
に傷がつかないよう管理する必要がある。

【０００５】また、マイクロフレネルレンズパターンに
傷がつくとマイクロフレネルレンズの品質が低下し、不
良品が発生したり、信頼性が低下するなどの問題が発生
する。

【０００６】しかし、マイクロフレネルレンズは、レン
ズ基板の製造から上記マイクロフレネルレンズパターン
の複製工程まで多数の工程を経て製造されており、また
、従来のレンズ基板は平板状をしていて表面が傷つき易
い構造をしていたので、レンズ基板の搬送中やマイクロ
フレネルレンズパターンの複製工程等においてレンズ基
板の表面をこすって傷つけ易かった。また、レンズ基板
の表面に成形されたマイクロフレネルレンズパターンも
、マイクロフレネルレンズの表面に突出しているので、
成形後に傷がつき易かった。

【０００７】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、マイクロフ
レネルレンズのような光学素子における光学機能パター
ン基板あるいは光学機能パターンの傷を防止し、光学素
子の品質を向上させることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による第一の光学
素子は、光学機能パターン基板と、光学機能パターン基
板の表面に形成された光学機能パターンとからなり、光
学機能パターン基板のパターン形成面における光学機能
パターンの外周部に、光学機能パターンの厚みよりも大
きな突出長の突出部を設けられたことを特徴としている
。また、本発明による第二の光学素子は、光学機能パタ
ーン基板と、光学機能パターン基板の表面に形成された
光学機能パターンとからなり、光学機能パターン基板の
パターン形成面と反対面における光学機能パターン投影
面の外周部に突出部を設けられたことを特徴としている
。

【０００９】

【作用】上記第一の光学素子にあっては、パターン形成
面の光学機能パターンの外周部に突出部を設けてあるの
で、突出部によって光学機能パターン基板のパターン形
成面を保護することができ、光学素子の製造工程等にお
いてパターン形成面を下にして光学機能パターン基板を
搬送したり作業したりしても、パターン形成面に傷がつ
くことを防止することができる。したがって、光学機能
パターン形成前に光学機能パターン基板のパターン形成
面に傷がついたり、汚れたりすることを防止できる。

【００１０】また、この突出部は、光学機能パターンの
厚みよりも大きな突出長を有しているので、突出部によ
って光学機能パターンを保護することができ、光学素子
の製造工程及び製造後において光学機能パターンに傷が
つくことを防止できる。

【００１１】また、上記第二の光学素子にあっては、パ
ターン形成面の反対面の光学機能パターン投影面の外周
部に突出部を設けてあるので、突出部によってパターン
形成面の反対面を保護することができ、光学素子の製造
工程等においてパターン形成面の反対面を下にして光学
機能パターン基板もしくは光学素子を搬送したり作業し
たりしても、パターン形成面の反対面に傷がつくことを
防止することができる。

【００１２】したがって、本発明によれば、光学機能パ
ターン基板あるいは光学機能パターンに傷がついたり汚
れたりすることを防止することができ、光学素子の品質
を向上させることができ、光学素子の信頼性を高めるこ
とができる。

【００１３】

【実施例】図１（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例による
マイクロフレネルレンズ１の断面図及び平面図である。 レンズ基板２はガラスやプラスチック等の透明材料によ
って円板状に形成されており、レンズ基板２のパターン
形成面２ａの中央部にはマイクロフレネルレンズパター
ン３が成形され、レンズ基板２のパターン形成面２ａの
外縁部にはマイクロフレネルレンズパターン３を囲むよ
うにして全周にわたって突出部４が設けられている。突
出部４はレンズ基板２と一体に形成されており、その突
出長Ｌはマイクロフレネルレンズパターンの厚み（最大
厚み寸法）ｗよりも大きくなっている。

【００１４】図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は２Ｐ法に
よるマイクロフレネルレンズパターン３の複製工程を示
している。スタンパ１１は、電子ビーム描画法によって
作成された原盤を型として電鋳法により製作されており
、その上面にはパターン成形部としてのプロファイル１
２が形成されている。しかして、図２（ａ）に示すよう
に、このスタンパ１１のプロファイル１２の上に紫外線
硬化型（ＵＶ）樹脂などの感光性樹脂１３を吐出させ、
同図（ｂ）のように、プロファイル１２に供給された感
光性樹脂１３の上に透明なレンズ基板２のパターン形成
面２ａを対向させる。レンズ基板２のパターン形成面２
ａの外縁部には、レンズ基板２の成形時に突出部４が同
時成形されており、パターン形成面２ａは突出部４によ
って囲まれている。また、この突出部４はレンズ基板２
をスタンパ１１に重ねる時邪魔にならないような寸法と
してある。ついで、レンズ基板２をスタンパ１１の表面
に押し付けることによって感光性樹脂１３をスタンパ１
１の表面に押し広げ、感光性樹脂１３をレンズ基板２の
表面に密着させると共に感光性樹脂１３をプロファイル
１２の隅々まで充填させる。この後、同図（ｃ）のよう
に、レンズ基板２を通して紫外線（ＵＶ光）１４を感光
性樹脂１３に照射して硬化させ、硬化した感光性樹脂１
３によってマイクロフレネルレンズパターン３を成形す
ると共にマイクロフレネルレンズパターン３をレンズ基
板２に接着させる。ついで、レンズ基板２とともに感光
性樹脂１３をスタンパ１１から離型させると、同図（ｄ
）に示すように、感光性樹脂１３によってプロファイル
１２の反転形状をしたマイクロフレネルレンズパターン
３がレンズ基板２と一体に形成されたマイクロフレネル
レンズ（レプリカ）１が得られる。

【００１５】したがって、このレンズ基板２にあっては
、マイクロフレネルレンズパターン３の複製工程へ供給
する前にパターン形成面２ａを下にして在庫されたり、
搬送されたり、あるいはその他の作業を行なわれても、
突出部４によってパターン形成面２ａが床から浮かされ
、こすられたりすることがないので、突出部４に傷はつ
いてもパターン形成面２ａは傷がつかないよう保護され
る。さらに、マイクロフレネルレンズパターン３の複製
後においても、マイクロフレネルレンズパターン３は、
図１（ａ）に示すようにマイクロフレネルレンズパター
ン３よりも高い突出部４に囲まれているので、他の部品
や機器等に当ったり、こすったりすることがなく、傷が
つかないよう突出部４によって保護される。

【００１６】図３は本発明の別な実施例を示す平面図で
ある。このマイクロフレネルレンズ２１では、円板状を
したレンズ基板２のパターン形成面２ａにおいて、外縁
部の一部分にマイクロフレネルレンズパターン３の厚み
よりも高い突出部４を設けてある。この実施例のように
突出部４はレンズ基板２の全周にわたって設けてある必
要はなく、その一部だけであってもよい。また、この実
施例では、突出部４は２つに分割されているが、１つで
もよく、３以上に分割されていても差し支えない。

【００１７】図４は本発明のさらに別な実施例を示す平
面図である。このマイクロフレネルレンズ２２では、角
板状をしたレンズ基板２のパターン形成面２ａにおいて
、その全周にわたってマイクロフレネルレンズパターン
３の厚みよりも高い突出部４が設けられている。この実
施例のようにレンズ基板２は円板状に限らず、さらに円
板状や角板状以外の形状であっても差し支えない。

【００１８】図５は本発明のさらに別な実施例を示す平
面図である。このマイクロフレネルレンズ２３では、角
板状をしたレンズ基板２のパターン形成面２ａにおいて
、その両側縁にマイクロフレネルレンズパターン３の厚
みよりも高い突出部４が設けられている。

【００１９】図６は本発明のさらに別な実施例を示す断
面図である。このマイクロフレネルレンズ２４にあって
は、レンズ基板２のパターン形成面２ａ及びその反対面
２ｂにおいて、レンズ基板２の外縁部にそれぞれ突出部
４，５を設けてある。パターン形成面２ａの突出部４の
高さは、マイクロフレネルレンズパターン３の厚みより
も大きくなっているが、パターン形成面２ａの反対面２
ｂの突出部５は突出長が小さくてもよい。

【００２０】しかして、この実施例においては、面精度
の必要なパターン形成面２ａやマイクロフレネルレンズ
パターン３が突出部４によって保護されるだけでなく、
パターン形成面２ａの反対面２ｂも突出部５によって保
護される。パターン形成面２ａの反対面２ｂにおいても
マイクロフレネルレンズパターン投影面３ｂは有効な光
線の透過する領域であるから、この投影面３ｂも光学的
な面精度が要求され、このマイクロフレネルレンズ２４
によれば、マイクロフレネルレンズパターン投影面３ｂ
に傷がつかないよう保護できる。このため、突出部５は
、マイクロフレネルレンズパターン３の投影面３ｂより
も外周部に設けてある。

【００２１】したがって、パターン形成面２ａとその反
対面２ｂのいずれの面も搬送時等にこすって傷つける恐
れがなく、作業を楽にすることができる。

【００２２】図７は本発明のさらに別な実施例を示す断
面図である。このマイクロフレネルレンズ２５にあって
は、レンズ基板２のパターン形成面２ａにマイクロフレ
ネルレンズパターン３を設け、その反対面２ｂの外周部
に突出部５を設け、突出部５によってマイクロフレネル
レンズパターン投影面３ｂを保護している。この突出部
５もパターン形成面２ａ側の突出部４と同様、レンズ基
板２の全周に設けてあってもよく、マイクロフレネルレ
ンズパターン投影面３ｂを保護できるならレンズ基板２
の一部に設けてあっても差し支えない。

【００２３】図８、図９、図１０は突出部４，５の断面
形状の一例を示している。レンズ基板２のパターン形成
面２ａもしくはその反対面２ｂに設けられた突出部４，
５は、レンズ基板２の表面やマイクロフレネルレンズを
保護できるならどのような形状でもよい。例えば、図８
のように断面四角形の突出部６ａとしてもよく、図９の
ように断面三角形状の突出部６ｂとしてもよく、あるい
は図１０のように曲面からなる突出部６ｃとしてもよい
。また、各突出部４，５（６ａ，６ｂ，６ｃ）は、必ず
しもレンズ基板の最外縁部に設けてある必要はなく、マ
イクロフレネルレンズパターンやその投影面と重複しな
い限り、内側に寄せて設けてあってもよい。

【００２４】レンズ基板２と突出部４，５は、射出成形
等により樹脂から同時一体成形すればコストを安価にす
ることができるが、レンズ基板２と突出部４，５を別々
に成形した後、接着等によって一体化させても差し支え
ない。

【００２５】図１１（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な
実施例におけるレンズ基板２６の斜視図及び断面図を示
す。このレンズ基板２６は、パターン形成面２ａ側外周
と反対面２ｂ側外周との間に段差部２７を設けて段付き
円板状に成形されたものであり、パターン形成面２ａの
最外周部に突出部４を設け、その反対面２ｂの最外周部
に突出部５を設けてある。そして、小径側のパターン形
成面２ａにマイクロフレネルレンズパターン３が複製さ
れる。なお、突出部４，５は、最外周部に設ける必要は
なく、図１２に示すように内周側に寄せて設けてもよい
。また、大径側をパターン形成面２ａとしてマイクロフ
レネルレンズパターン３を形成してもよい（図１３参照
）。

【００２６】図１１（または図１２）のレンズ基板を用
いたマイクロフレネルレンズ３４は、例えば図１３に示
すような発光源３１に用いられる。この発光源３１は、
円筒状をしたボディ３２の後端に半導体レーザ素子３３
を嵌合させ、ボディ３２の前端部に取り付けたスペーサ
３５の後端にマイクロフレネルレンズ３４を取り付け、
半導体レーザ素子３３にマイクロフレネルレンズ３４を
対向させたものであり、半導体レーザ素子３３から出射
されたレーザ光３６をマイクロフレネルレンズ３４で集
光、コリメータ、あるいは発散させ、外部へ射出させる
。マイクロフレネルレンズ３４は、図１４（ａ）に示す
ように、段差部２７に接着剤３７を塗布した後、小径側
をスペーサ３５の後端にはめ込むようにして接着させる
が、マイクロフレネルレンズ３４のレンズ基板２６に突
出部５を設けてあると、図１４（ｂ）に示すように突出
部５によって接着剤３７がパターン形成面２ａの反対面
２ｂにはみ出し、接着剤３７でマイクロフレネルレンズ
３４の表面が汚れることを防止できる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、突出部によって光学機
能パターン基板のパターン形成面、その反対面あるいは
光学機能パターンに傷がついたり、汚れたりすることを
防止でき、マイクロフレネルレンズのような光学素子の
品質を向上させ、光学素子の信頼性を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例によるマイク
ロフレネルレンズの断面図及び平面図である。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は同上のマイクロフ
レネルレンズパターンの複製工程を示す断面図である。

【図３】本発明の別な実施例によるマイクロフレネルレ
ンズの平面図である。

【図４】本発明のさらに別な実施例によるマイクロフレ
ネルレンズの平面図である。

【図５】本発明のさらに別な実施例によるマイクロフレ
ネルレンズの平面図である。

【図６】本発明のさらに別な実施例によるマイクロフレ
ネルレンズの断面図である。

【図７】本発明のさらに別な実施例によるマイクロフレ
ネルレンズの断面図である。

【図８】突出部の断面形状を示すためのレンズ基板の断
面図である。

【図９】突出部の別な断面形状を示すためのレンズ基板
の断面図である。

【図１０】突出部のさらに別な断面形状を示すためのレ
ンズ基板の断面図である。

【図１１】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施例に
よるレンズ基板の形状を示す斜視図及び断面図である。

【図１２】本発明のさらに別な実施例によるレンズ基板
の形状を示す断面図である。

【図１３】本発明に係るマイクロフレネルレンズを用い
た発光源の断面図である。

【図１４】（ａ）（ｂ）は同上の発光源において、マイ
クロフレネルレンズをスペーサに固定する際の工程を示
す一部分の拡大断面図である。

【図１５】マイクロフレネルレンズの説明図である。

【図１６】従来例によるマイクロフレネルレンズの断面
図である。

【図１７】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は従来例のマイク
ロフレネルレンズパターンの複製工程を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２　　レンズ基板 ３　　マイクロフレネルレンズパターン４　　突出部 ５　　突出部 ２６　　レンズ基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光学機能パターン基板と、光学機能パ
   ターン基板の表面に形成された光学機能パターンとから
   なり、光学機能パターン基板のパターン形成面における
   光学機能パターンの外周部に、光学機能パターンの厚み
   よりも大きな突出長の突出部を設けられた光学素子。
2. 【請求項２】　　光学機能パターン基板と、光学機能パ
   ターン基板の表面に形成された光学機能パターンとから
   なり、光学機能パターン基板のパターン形成面と反対面
   における光学機能パターン投影面の外周部に突出部を設
   けられた光学素子。