JPH11142611A - 光学素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透明基板表面に複数の微小レンズを配置して
なる平面レンズアレイを安価に提供する。 【解決手段】 透明基板１上に、第一の透明樹脂からな
る樹脂吸収層２３を形成し、インクジェット法により、
第一の透明樹脂とは屈折率の異なる第二の透明樹脂含有
溶液２２を付与して該樹脂吸収層２３内に浸透させ、屈
折率分布を形成して平面微小レンズを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透明基板上に屈折
率分布によって形成される平面微小レンズを多数配置し
た平面レンズアレイからなる光学素子を高精度に製造す
るための製造方法、及び該製造方法によって製造された
光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マルチメディアの発展に伴い、多
数の微小レンズを平面状に配列したレンズアレイからな
る光学素子の利用も増え、その精度向上が望まれてい
る。

【０００３】このような光学素子としては、例えば液晶
プロジェクタにおいて、光源と液晶の間に配置して光量
ロスを防止するもの、或いは、スクリーン表面に形成し
て像を明るくするもの、固体撮像素子上に配置して入射
光を増加させるもの、ガラスファイバの光通信素子に使
われるもの、等多くの用途に使用されている。

【０００４】上記液晶プロジェクタを図３に模式的に示
す。図中、３１は光源、３２は集光レンズ、３３は液晶
パネル、３４は投射レンズ、３５はスクリーンである。
液晶パネル３３には一般に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
液晶パネルが採用されているが、ＴＦＴパネルは駆動の
ためのＴＦＴや配線部分が遮光されるため、光が透過す
る領域が少なくなっている。そこで、図４に示すよう
に、画素の一つ一つに対応して微小レンズを透明基板上
に配置したレンズアレイ４１を用いることにより、ＴＦ
Ｔや配線部分の遮光領域４２を避け、画素の有効（透
光）領域４３に光を集め、明るさを向上させている。

【０００５】また、光通信の分野では、並列光ファイバ
通信に対する関心が高まっており、半導体レーザアレイ
やＬＥＤアレイのように集積されたアレイ状のデバイス
が用いられてきている。このようなアレイ状のデバイス
を結合するためにも、レンズアレイが有効である。図５
に示すように、レンズアレイ５２を用いると、集積され
た半導体レーザアレイ５１とファイバアレイ５３を一度
にまとめて位置合わせすることができる。

【０００６】従来このような用途に用いられるレンズア
レイの製造方法としては、特公平６−２４９９０号公報
に記載された金型を用いてガラス材料を成形する方法、
特開平８−２０７１５９号公報に記載されたスタンパと
基板の間に樹脂を挟み込み成形する方法、特開平５−１
７３００３号公報に記載されたフォトリソグラフィ法に
よるもの、特開平５−１５７９２４号公報に記載された
マスク開口部を通して屈折率を変化させる方法などが提
案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たレンズアレイの製造方法はいずれも、微小レンズを形
成するために型やマスクを必要とし、任意の形状、任意
の配置のレンズアレイを速やかに形成することが困難で
あった。また、用いる型やマスクの作製のために、製造
コストもかかるという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、上記問題を解決し、透明
基板上に任意の場所に任意の大きさのレンズを配置して
なるレンズアレイを安価に提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、透明基
板上に第一の透明樹脂からなる樹脂吸収層を形成し、該
樹脂吸収層にインクジェット法により上記第一の透明樹
脂とは屈折率の異なる第二の透明樹脂を含有する溶液を
付与して上記樹脂吸収層内に浸透させ、該第二の透明樹
脂含有溶液の滴下位置の中央を中心とする屈折率分布を
形成して平面微小レンズを形成することを特徴とする光
学素子である。

【００１０】また本発明の第二は、透明基板上に該基板
表面に中心を有する同心の半球状に広がる屈折率分布に
よって形成される平面微小レンズを複数有し、上記製造
方法によって製造されたことを特徴とする光学素子であ
る。

【００１１】本発明においては、予め第一の透明樹脂に
より樹脂吸収層を形成し、インクジェット法により、異
なる屈折率の第二の透明樹脂を付与して上記樹脂吸収層
内に浸透させることにより、第一の透明樹脂と第二の透
明樹脂の組成比分布による屈折率分布を形成し、平面微
小レンズを形成するため、任意の場所に任意の大きさで
平面微小レンズを形成することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１に本発明の光学素子の断面模
式図を示す。図中、１は透明基板、２は透明樹脂層で、
該透明樹脂層２内に平面微小レンズ３を複数有してい
る。平面微小レンズ３は、透明基板１表面に滴下した第
二の透明樹脂含有溶液の滴下位置の中央、例えばＡを中
心として同心の半球状に広がる屈折率分布を有し、該屈
折率分布によって、該軸方向の光線を屈折させるレンズ
作用を有する、いわゆるグラジエントインデックスレン
ズである。

【００１３】本発明の製造方法による、上記レンズの形
成の様子を図２に模式的に示す。本発明においては、先
ず透明基板１上に、第一の透明樹脂からなる樹脂吸収層
２３を形成し、該樹脂吸収層２３にインクジェットノズ
ルより、異なる屈折率の第二の透明樹脂含有溶液２２を
付与する。第二の透明樹脂含有溶液２２は樹脂吸収層２
３に付着すると層内に吸収され、浸透し、該第二の透明
樹脂含有溶液２２の滴下位置の中央を中心として、第一
の透明樹脂との組成比分布が形成される。本発明におい
て２種の透明樹脂は屈折率が異なるように設定されてい
るため、当該組成比分布は最終的に屈折率分布を形成
し、微小レンズ３が形成される。

【００１４】本発明において透明基板１としては、平面
に研磨された光学ガラス、またはプラスチックで所望の
光学性能を有するものを用いる。透明基板１は、表面に
形成する透明樹脂層２との密着強度を上げるために十分
に脱脂洗浄を施すことが望ましい。

【００１５】上記透明基板１上に、樹脂吸収層２３を形
成する。樹脂吸収層２３は、後述する第二の透明樹脂を
付与した際にこれを吸収するものであり、熱や光照射等
により硬化する透明樹脂をディップ塗布法、スピン塗布
法などによって塗布して形成する。塗布後の膜は粘度が
低く流動状態でも良いが、取り扱いを容易にするため加
熱し、半硬化状態にしても良い。

【００１６】本発明において樹脂吸収層２３を形成する
ために用いられる第一の透明樹脂としては、ポリメチル
メタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポ
リスチレン−ポリメチルメタクリレート混合系、或いは
非晶質直鎖オレフィンポリマー、非晶質環状オレフィン
ポリマー、非晶質フッ素ポリマー等が好ましく用いられ
る。

【００１７】また、インクジェット法により上記樹脂吸
収層２３に付与する第二の透明樹脂は、液状でインクジ
ェットノズル２１より付与し且つ樹脂吸収層２３内に浸
透し得るものであり、上記第一の透明樹脂とは屈折率が
異なり、最終的に屈折率分布を形成し得るものを選択し
て用いる。具体的には、樹脂吸収層２３を形成するため
に用いられる第一の透明樹脂との屈折率差が０．０１以
上であるような組み合わせになることが好ましく、ポリ
メチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレ
ン、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレート混合系、
或いは非晶質直鎖オレフィンポリマー、非晶質環状オレ
フィンポリマー等が好ましく用いられる。また、液状の
ポリマーはそのままで、液状でないポリマーは溶媒等に
溶解して溶液状として用いる。

【００１８】本発明においては、第二の透明樹脂を複数
種用いて、同じ基板上に異なる屈折率分布を形成するこ
とも可能である。

【００１９】また、インクジェット方式としては、エネ
ルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバブルジェ
ットタイプ、或いは圧電素子を用いたピエゾジェットタ
イプ等が使用可能である。

【００２０】上記第二の透明樹脂含有溶液２２の付与量
を制御することにより、最終的に透明樹脂層２に形成さ
れる屈折率の変化量を制御することができ、所定の性能
のグラジエントインデックスレンズを得ることができ
る。例えば、孔径の大きなノズルを用いれて、大きな液
滴を付与する、或いは、同じ場所に複数回液滴を付与す
ることにより、直径の大きなレンズを形成することがで
きる。

【００２１】所定の位置に第二の透明樹脂含有溶液２２
を付与した樹脂吸収層２３は、必要に応じて加熱または
光を照射する等の処理を施し、硬化させる。

【００２２】

【実施例】［実施例１］透明基板として、平面に研磨さ
れた光学ガラスＢＫ７を用い、アルカリ洗浄及びＵＶオ
ゾン処理を施した。この基板に、ポリメチルメタクリレ
ート（屈折率：１．４９１）を１０重量％アセトン溶媒
中に溶解させた溶液を厚さ０．１μｍになるように塗布
した。

【００２３】上記ポリメチルメタクリレート層の所定位
置に、インクジェット法によりポリカーボネート（屈折
率：１．５８４）を５重量％ジエチルケトンに溶解した
溶液を１レンズ当たり９５μｇずつ付与した。

【００２４】上記基板をホットプレートに載せ、１２０
℃で２０分間乾燥硬化させた。このようにして得られた
平面微小レンズアレイは、屈折率１．４９１のポリメチ
ルメタクリレートの膜の中に、屈折率１．５８４のポリ
カーボネートが分散され、膜に垂直な方向の軸を中心に
屈折率の勾配のついたグラジエントインデックスレンズ
の性能を有していた。

【００２５】［実施例２］実施例１と同じ基板に、フッ
素系ポリマー（旭硝子社製「サイトップＣＴＬ」，屈折
率：１．３４０）を１０重量％フロリナート溶媒中に溶
解したものを厚さ０．２μｍに塗布した。

【００２６】上記フッ素系ポリマー層の所定位置に、イ
ンクジェット法によりポリメチルメタクリレート（屈折
率１．４９１）の５重量％キシレン溶液を１レンズ当た
り２００μｇずつ付与した。

【００２７】上記基板をホットプレートに載せ、１４０
℃で３０分間乾燥硬化させた。このようにして得られた
平面微小レンズアレイは、実施例１と同様の性能を有し
ていた。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、微小な
レンズを多数有するレンズアレイを、型やマスクを用い
ることなく、直接透明基板上に作製することができるの
で、任意の大きさ、任意の場所に微小レンズを有するレ
ンズアレイを安価に製造、提供することができる。ま
た、同一基板において、屈折率の異なる微小レンズを配
置することができ、多層記録媒体の書込み、読み取り用
ヘッドへの応用も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子の一実施形態の断面模式図で
ある。

【図２】本発明の製造方法により微小レンズを形成する
様子を示す模式図である。

【図３】本発明の光学素子の一用途である液晶プロジェ
クタを示す模式図である。

【図４】図２に示した液晶プロジェクタの部分拡大図で
ある。

【図５】本発明の光学素子の別の用途である並列光ファ
イバを示す模式図である。

【符号の説明】

１ 透明基板 ２ 透明樹脂層 ３ 微小レンズ ２１ インクジェットノズル ２２ 第二の透明樹脂含有溶液 ２３ 樹脂吸収層 ３１ 光源 ３２ 集光レンズ ３３ 液晶パネル ３４ 投射レンズ ３５ スクリーン ４１ レンズアレイ ４２ 遮光領域 ４３ 有効領域 ５１ 半導体レーザアレイ ５２ レンズアレイ ５３ ファイバアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 研逸 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 吉村 文孝 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に第一の透明樹脂からなる樹
   脂吸収層を形成し、該樹脂吸収層にインクジェット法に
   より上記第一の透明樹脂とは屈折率の異なる第二の透明
   樹脂を含有する溶液を付与して上記樹脂吸収層内に浸透
   させ、該第二の透明樹脂含有溶液の滴下位置の中央を中
   心とする屈折率分布を形成して平面微小レンズを形成す
   ることを特徴とする光学素子。
2. 【請求項２】 透明基板上に該基板表面に中心を有する
   同心の半球状に広がる屈折率分布によって形成される平
   面微小レンズを複数有し、請求項１記載の製造方法によ
   って製造されたことを特徴とする光学素子。