JPH11245266A - 樹脂正立等倍レンズアレイおよびその製造方法 - Google Patents
樹脂正立等倍レンズアレイおよびその製造方法Info
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- JPH11245266A JPH11245266A JP10355840A JP35584098A JPH11245266A JP H11245266 A JPH11245266 A JP H11245266A JP 10355840 A JP10355840 A JP 10355840A JP 35584098 A JP35584098 A JP 35584098A JP H11245266 A JPH11245266 A JP H11245266A
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Abstract
製造する方法を提供する。 【解決手段】 射出成型により作製した2枚のレンズプ
レート56,57を、着色スペーサ70を間に挟んで、
着色スペーサに対し、レンズプレートの凸状の反りが向
くようにし、かつ、2枚のレンズプレートを回転対称に
重ね合わせる。このとき、レンズプレートの嵌合凸部6
0,凹部62をアライメントのために用いる。2枚のレ
ンズプレートの周辺を、クリップ80で固定する。
Description
正立等倍レンズアレイおよびその製造方法に関し、より
具体的には2次元画像を空間伝送する装置に利用できる
樹脂正立等倍レンズアレイおよびその製造方法、さらに
は製造に用いる金型の製造方法に関する。
用いられる正立等倍レンズアレイには、特開昭55−9
0908号公報に開示されている、バーレンズを多数本
配列したブロックを2つ対向して配置したものが既に提
案されている。このようなレンズアレイは、例えば、バ
ーレンズの配置位置に貫通孔があけられたレンズ支持体
を、アクリル樹脂で覆った後、凹球面を有する型を押圧
し、バーレンズの端面を形成している。
は、射出成型により製造された、微小凸レンズを平面的
に規則正しく配列した平面レンズ2枚を、対向して配置
したレンズアレイが開示されている。
方法として、特開昭60−29703号公報の第8図に
は、窪みをアレイ状に整列した金型を用意し、この金型
上に重合体を堆積して、マイクロレンズアレイを製造す
ることが開示されている。
は、平板表面に形成したマスク層に、作製するレンズの
個数と同数の円形微細開口を、作製するレンズの位置に
対応して設け、開口部を通して平板表面を部分的に化学
的エッチングした後、マスク層を取除き、更に化学的エ
ッチングを施すことにより母型(マザー)を作製し、こ
のマザーからマイクロレンズアレイ成型のための金型を
得て、この金型にシート状のガラスをプレスして(いわ
ゆる2P成型法)、片面に微小な凸レンズが密に形成さ
れたマイクロレンズアレイを製造することが開示されて
いる。
イは、アレイ状に並べたターゲットに光束を集光するこ
とを目的としている。従って、レンズピッチ精度は、タ
ーゲット位置精度と同等でなければならない。このよう
なレンズピッチの精度が要求される場合には、2P成型
法で製造しなければならなかった。
ァクシミリ,プリンタなどへの応用から、さらには2次
元の画像を空間に結像させる2次元画像空間伝送装置、
例えばタッチレススイッチなどへの応用が考えられる。
このような2次元画像空間伝送装置のための樹脂正立等
倍レンズアレイでは、3面以上の球面レンズの光軸がそ
ろっていれば、その目的を達成することができる。従っ
て、レンズピッチには、高い精度は要求されない。
によらず、射出成型を利用して樹脂正立等倍レンズアレ
イを製造できるのではないかと考え、射出成型を利用す
ることについて鋭意研究を重ねた。
レイは、片面あるいは両面にレンズ径が0.2〜2.0
mm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、少なくとも3個の球面レンズが1つの光軸上に
並ぶように、すなわち2枚以上重ね合わせた構造であっ
て、作動距離が100mm以下のものである。したがっ
て、樹脂正立等倍レンズアレイを成す光軸方向の球面レ
ンズは、それぞれの光軸を同一とし、かつ複数の光軸は
互いに平行である。
号公報には、平面レンズを射出成型により製造すると記
載されているが、具体的な方法は開示されていない。ま
た、特開平5−150102号公報には、マイクロレン
ズアレイを作製するためのNi金型を作製しているが、
このNi金型は、本願発明が目指す出射成型に用いられ
る金型ではない。また、ガラスマザーを作製する場合
に、クロム膜にピンホールが発生していると、ピンホー
ルを通してガラスがエッチングされ、ピットが形成され
る。このピンホールによるピットは不所望なものであ
り、このようなガラスマザーにより作製される金型は欠
陥を含むことになる。
作製した場合に、レンズプレートに反りが生じる、さら
には成型収縮が生じる。このような反りおよび成型収縮
のあるレンズプレートを用いて、いかにして画像のゆが
みの無い樹脂正立等倍レンズアレイを組み立てるかが問
題となる。
欠陥のない金型を作製し、これを用いて射出成型により
樹脂正立等倍レンズアレイを製造する方法を提供するこ
とにある。
により製造された樹脂正立等倍レンズアレイを提供する
ことにある。
等倍レンズアレイに用いるレンズプレート、およびレン
ズプレートを射出成型により製造する方法を提供するこ
とにある。
出成型に用いる金型およびその製造方法を提供すること
にある。
型を製造するためのマザーおよびその製造方法を提供す
ることにある。
ザーを製造するためのマスターおよびその製造方法を提
供することにある。
ンズアレイによれば、まず、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射出成型により作製する際
に用いる金型のマスターを作製する。その作製方法は、
実質的に平行かつ平坦な面を有するガラス基板を準備す
る工程と、前記ガラス基板にエッチング防止膜を形成す
る工程と、前記エッチング防止膜をパターニングし、前
記微小球面レンズに対応する微小開口を規則的に形成す
る工程と、前記パターニングされたエッチング防止膜を
マスクとして、前記ガラス基板を等方性エッチングし
て、前記微小開口の下に、凹状窪みを形成する工程と、
前記パターニングされたエッチング防止膜を剥離する工
程と、前記ガラス基板を、さらに等方性エッチングし
て、前記微小球面レンズに対応する凹状窪みを形成する
工程とを含んでいる。
用いて、金型を作製する。その作製方法は、マスターに
離型剤を塗布し、乾燥する工程と、前記マスターの凹状
窪みのある面上に、樹脂を滴下する工程と、前記樹脂を
展開させる工程と、前記樹脂を硬化させる工程と、前記
マスターを離型する工程と、前記硬化樹脂および前記ガ
ラス基板上に、導電膜を形成する工程と、前記導電膜上
に金属を所定の厚さにメッキする工程と、前記メッキさ
れた金属を、前記硬化樹脂および前記ガラス基板から離
型して金型を得る工程とを含んでいる。
ートを作製する。その作製方法は、金型2個を、凹状窪
みを有する面が向き合うように対向させ、それぞれをダ
イセットに取り付ける工程と、対向する金型の間に所定
のギャップを設け、前記ギャップに樹脂を注入する工程
と、前記金型を離型して、レンズプレートを取り出す工
程とを含んでいる。
樹脂正立等倍レンズアレイを作製する。その作製方法
は、凸状の反り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
るいは凸側が同じ方向に向くように重ね合わせ、かつ、
樹脂が注入された方向を合わせて重ね合わせる工程と、
クリップ固定部をクリップで固定する工程とを含んでい
る。
を参照して説明する。
示す図である。以下、工程を順を追って説明する。 [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。
m以上とするのが望ましい。これは、後述するようにガ
ラス基板裏面に、エッチャントの浸透を阻止してエッチ
ングを防止する膜(以下、エッチング防止膜という)を
形成したとしても、ガラス基板のエッチングで板厚が減
少し、後工程の樹脂との離型作業でガラス板の破損を防
ぐためである。
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、100〜5000Å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。
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3〜20
μm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。
レジスト14は、除去するが、第2のエッチング防止膜
としてクロム系膜上に残しておくこともできる。という
のは、フォトレジスト14を除去し、形成されたクロム
系膜パターンでガラス基板10をエッチングした場合、
もし、クロム系膜12にピンホールがあれば、そのピン
ホールによりガラス基板に不所望な凹状窪みが形成され
るからである。フォトレジストを設けたままにしておけ
ば、ピンホールはフォトレジストにより覆われるので、
このような不所望な凹状窪みの形成は防止される。
が存在する場合に、このピンホールによりクロム系膜1
2にピンホールが形成される可能性を低減するために、
さらに次の工程(d),(e)を付加しても良い。
レジスト塗布 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。
レジストパターニング 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(≦1μ
m)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。
ム系膜の正しいパターンに対し裏面より紫外線を照射し
たときにフォトレジスト16の露光領域18を示す。露
光領域18は、フォトレジスト16の上面まで拡がって
いる。
在するピンホール20が原因となって、クロム系膜12
中にもピンホールが発生している場合に、ピンホールを
通った紫外線によるフォトレジスト16の露光領域22
を示す。露光領域22は、フォトレジスト16の上面ま
で達していない。
と、露光領域18のフォトレジスト16は除去される
が、ピンホール20上のフォトレジスト16は除去され
ない。したがって図1(e)に示すフォトレジスト16
のパターニングは、所望の形状であり、次工程におい
て、必要とするパターン以外のガラスエッチングを防ぐ
第3のエッチング防止膜になる。
ジスト14を剥離した後、(d),(e)の工程と同様
の工程を付加し、第2のエッチング防止膜を形成しても
問題はない。
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1
0を等方性エッチングし、凹状窪み17を形成する。
し、80分程度のエッチングを行った場合、形成される
凹状窪み径が153μmになった。
2,14,16を剥離する。
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。
に、凹状窪みが形成されている面とは反対側の裏面に、
フォトレジスト,金属膜などのエッチング防止膜を設け
ても良い。
ロム系膜には反応性イオンエッチングで微小開口を形成
したが、この方法に限るものではなく、電磁波であるレ
ーザ光を照射し、加熱,蒸発させることによって微小開
口を形成することもできる。
行光線で、単色光である。レーザ光はこのような性質か
ら、レンズで集光することによって、高いエネルギー密
度が得られる。発振線の波長範囲は約2300Åの紫外
線から、0.7mmのサブミリ波にわたっており、その
種類も500本以上ある。
があり、波長吸収帯内の発振波長をもつレーザ光を選択
することにより、物質を加熱することができる(例え
ば、レーザマーカー、レーザメスなど)。したがって、
クロム系膜とガラス基板との波長吸収帯が異なることを
利用し、ガラス基板には損傷がなく、エッチング防止膜
の微小球面レンズに対応する部分にのみ微小開口を形成
することが可能となる。
(h)のガラスマスターを用いて、マザーを作製する工
程を、図3を参照して説明する。なお、金型の金属とし
ては、NiまたはNi合金を用いることができるが、以
下の例では、Niを用いる場合について説明する。 [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。
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。
脂を用いる。すなわち、硬化収縮率:6%以下、粘度:
100〜2000cP(at 25゜)、硬化後硬度:
H〜5H、接着強度:5Kg/6mmφ以上(ガラス/
ガラス,100μm厚)である。
性硬化樹脂などを用いることもできる。
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N
iメッキ時に発生する応力に変形しないよう、0.3m
m以上の厚さとする。
ていき、樹脂とガラス基板とが接した後は、圧力をか
け、樹脂展開を行うが、そのときの圧力は、レンズパタ
ーン部以外の樹脂厚みに依存するが、5〜10μm厚の
場合50〜100kg/cm2程度が望ましい。また、
展開泡巻き込み防止のために、10μm/sec以下の
押圧速度で展開する。
300〜400nm,エネルギー4000mJ/cm2
のUV光にさらした。
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。
ー40を用いてNi金型を作製する工程を図4を参照し
て説明する。 [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。
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N
i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。
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。
のではなく、次のようにして作製することができる。す
なわち、ガラスマスター30の凹状の窪みのある面上に
Niの無電解メッキで導電膜を形成する。これをマザー
として、前記(b),(c)で説明した工程と同様にし
てNiメッキによりNi金型を作製する。
成型金型を用いてレンズプレートを作製する工程を図6
を参照して説明する。 [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5
0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±50
μm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。
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。
プレート56の一例の平面図を示す。レンズパターン部
は、図示を省略してある。このレンズプレート56は、
外形寸法が140mm×110mmの矩形状であり、こ
の矩形状の領域の中に、径が約600μm、高さが約7
4μm、曲率半径が約647μmのレンズが並び、プレ
ート厚みは、約1.74mm、レンズ厚(表裏のレンズ
の頂点間の距離)は、約1.88mmである。プレート
の周縁6箇所に、厚みの薄いクリップ固定部58が設け
られている。また、片面四隅には、アライメント用の嵌
合凸部60,嵌合凹部62がそれぞれ2個ずつ設けられ
ている。これら嵌合凸部,凹部の位置精度は、±100
μmである。なお、これらクリップ固定部、嵌合凸部,
凹部は、射出成型時に同時に成型されている。
れたレンズプレートを射出成型したが、片面のみに球面
レンズを有するレンズプレートと形成する場合には、一
方の金型を、凹状窪みを有さない平坦な金属板とする。
例えば、Ni板とすることができる。
ンズプレートにおける球面レンズの配列状態を示す。図
8(a)は、レンズプレート64の面に垂直な方向に、
両面の球面レンズ65の光軸66が一致する配列状態を
示す。図8(b)は、レンズプレート67の面に斜めの
方向に、両面の球面レンズ65の光軸68が一致する配
列状態を示す。
レートの微小球面レンズのある表面に反射防止膜を設け
るのが好適である。反射防止膜は、例えばスパッタ,蒸
着,浸漬などによってSiO2 膜を形成することにより
実現される。
小球面レンズのある表面に吸水防止膜を設けるのが好適
である。吸水防止膜は、例えばTiO2 ,ITOなどを
スパッタ,蒸着,浸漬などによって形成することにより
実現される。
れも、レンズプレートの材料の屈折率より小さい屈折率
を有することが必要である。
レンズアレイを組み立てる工程を説明する。 [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。
立等倍レンズアレイを組み立てるには、図9(a),
(b)にそれぞれ示すように、2枚のレンズプレート6
6,67を、互いに凸側を対向させて重ね合わせるか、
あるいは凸側が同じ方向に向くように重ね合わせる。凸
側が同じ方向に向くように重ね合わせる場合には、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ることが重要であ
る。というのは、重ね合わせたときに、レンズプレート
間に空隙ができるのは適切でないからである。
レートの周辺をクリップで固定することにより反りを矯
正している。
いて、画像のゆがみの無い樹脂正立等倍レンズアレイを
組み立てるには、次の点に注意することが必要である。
すなわち、図10に示すように、レンズプレートの成型
収縮は、ゲート(図示せず)から樹脂が注入される方向
(矢印Cで示す)に対し、ほぼ対称に分布する。すなわ
ち、図10において樹脂が注入される方向の中心軸をD
とした場合に、軸D(点線で示す)を対称軸としてほぼ
対称に、成型収縮は分布する。図10には、成型収縮の
方向と量を矢印で示している。
プレートについていずれも同程度の収縮量であるため、
2枚のレンズプレートの重ね合わせ方によって、球面レ
ンズの光軸をそろえることができる。
り成型されたレンズプレートの面を、ゲート側を一致さ
せて重ね合わせる。すなわち、2枚のレンズプレート
は、樹脂の流入方向を合わせて重ね合わせる。このよう
な重ね合わせによれば、成型収縮の影響がなくなり正立
等倍像が得られる。それ以外の重ね合わせでは、成型収
縮の影響により、2枚のレンズプレートの球面レンズの
光軸がずれる結果、画像がゆがみ、正立等倍像が得られ
ない。
重ね合わせるが、正立等倍レンズアレイを実現するに
は、3面以上の球面レンズの光軸がそろう必要がある。
したがって2枚のレンズプレートの一方は両面に微小球
面レンズが形成されているものを、他方は少なくとも片
面に微小球面レンズが形成されているものを用いること
になる。したがって、3面以上の微小球面レンズの光軸
をそろえるためには、2枚のレンズプレートのアライメ
ントが重要になる。このために、図7に示したように、
レンズプレートの片面四隅には、アライメント用の嵌合
凸部60,嵌合凹部62がそれぞれ2個ずつ設けられて
いる。これら凸部,凹部の嵌合により2枚のレンズプレ
ートのアライメントを行うことができる。
部62の内径との間にクリアランスxを設け、まず凸部
を凹部に嵌合させる粗アライメントを行い、続いて2枚
のレンズプレートの光軸が一致するようにクリアランス
xの範囲内で精密アライメントを行うようにしてもよ
い。この場合、クリアランスxは、微小球面レンズ1個
の範囲内で調整できるように設定される。
レンズプレート56,57を示す。これら各レンズプレ
ートは、微小球面レンズがある領域以外の部分に、微小
球面レンズの高さと同等の隆起部76が設けられてい
る。隆起部は、レンズ頂点間の距離を調節するためのも
のであり、レンズ頂点間の距離は、レンズ頂点間がレン
ズ径の1/10以上離れると、画像が劣化するので、レ
ンズ頂点間の距離の調節は、極めて重要である。
60,凹部62の嵌合によりアライメントした後、図1
2(b)に示すように、サイドよりステンレスまたは鉄
系の材料よりなるクリップ80を、クリップ固定部58
に差し込み、図12(c)に示すようにクリップ80で
固定する。隆起部76は、微小球面レンズの高さと同等
であるので、微小球面レンズの頂点近傍同士が接触する
こととなる。
重ね合わせるときに、間に着色スペーサを介在させる例
について説明する。
プレート56,57を、金属または樹脂よりなる着色ス
ペーサ70を介在させて重ね合わせる。着色スペーサ7
0は、レンズプレートの球面レンズに対応した開口72
および嵌合凸部に対応した開口74が設けられている。
この着色スペーサの目的は、(1)球面レンズ外を通過
する迷光を遮断する、(2)レンズプレート間の距離
を、その厚みで保持することにより、レンズ頂点間の距
離を調整する、(3)レンズプレートの反りの矯正に寄
与する、(4)2枚のレンズプレートの調芯を行うこと
にある。着色スペーサの厚みは、球面レンズ高さ×2に
同等である。色彩は、黒色艶消しとした。
した着色スペーサ70を間に挟んで、凸部60を凹部6
2に嵌合させて、アライメントを行う。次に図10
(b)に示すように、サイドよりクリップ80で固定す
る。クリップで固定することにより、2枚のレンズプレ
ートの対向する微小球面レンズの頂点間の間隔が一定に
保たれる。
レンズの高さの2倍よりも薄い場合、レンズプレートの
周縁をクリップ固定すると、2枚のレンズプレートの対
向した微小球面レンズ高さよりも、着色スペーサを介し
た2枚のレンズプレートの周縁の間隔の方が狭くなるた
め、2枚のレンズプレートの対向した微小球面レンズ領
域の最外周同士が支点となり、2枚のレンズプレートの
対向した微小球面レンズ領域の中心付近の2枚のレンズ
プレートの対向する微小球面レンズの頂点間の間隔が一
定に保たれなくなる。したがって、着色スペーサ厚みを
含めた、対向する2枚のレンズプレートの周縁の間隔が
対向する微小球面レンズの高さの2倍程度になるよう
に、レンズプレートの周縁に隆起部を設けてその高さを
調整することが重要である。
ート間にあると、着色スペーサと樹脂レンズプレートと
の熱膨張率が異なるので、着色スペーサと樹脂レンズプ
レートとの間に熱膨張係数差による応力が発生する。こ
のような応力の発生は、微小球面レンズの光軸にずれを
生じさせるので望ましくない。したがって着色スペーサ
の熱膨張係数を次式を満たすように選定することが重要
である。すなわち、レンズプレート材料の熱膨張係数を
α1、着色スペーサ材料の熱膨張係数をα2、レンズプ
レートのレンズ領域の長辺方向の距離をL、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) 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。
=7×10-5(アクリル)、長辺方向長さL=120m
m、レンズピッチP=0.6mm、使用温度範囲T=3
0℃とすると、着色スペーサの熱膨張係数はα2≦1.
53×10-4の材料を選定できる。一例としてステンレ
ス(α1≦1.28×10-6)を用いることができる。
が、接着剤と併用してもよい。この場合には、嵌合凹部
に接着剤(溶剤でも可)を流し込む。そして、これら嵌
合凸部,凹部を嵌合させて、アライメントを行い、嵌合
凸部および嵌合凹部の表面を押し、2枚のレンズプレー
トを仮固定する。サイドよりクリップ80を、クリップ
固定部18に差し込み、クリップ80で固定する。この
ように、クリップと接着剤とを併用して固定することも
可能であるが、この場合には、レンズプレートと着色ス
ペーサとは接着しないようにすることが必要である。
が、本発明は上述した実施の形態に限定されるものでは
なく、当業者であれば本発明の範囲内で種々の変形,変
更が可能なことは明らかであろう。
レイを、射出成型によりレンズプレートを作製し、2個
のレンズプレートを組み立てることにより、極めて簡単
に一定品質のものを安価に製造することが可能となっ
た。
立等倍レンズアレイ82により、物像画面像を、空間伝
送し、空間上に画像を結像した状態を示す。Lは、空間
距離である。
の範囲内で10mm単位で変化させ、そのときの樹脂正
立等倍レンズアレイの光学特性であるMTF(Modu
lation Transfer Function)
を、空間周波数1Lp/mmの矩形波で測定した実測値
を示す。MFF20%は、人間の感知できる限界であ
る。レンズ径が0.3〜1.0mmで、空間距離20〜
100mmの樹脂正立等倍レンズアレイは、良好なMT
F値が得られていることがわかる。このように、本発明
の樹脂正立等倍レンズアレイによれば、画質の良い像面
画像が得られる。
図である。
図である。
る工程を示す図である。
面図である。
る。
る。
る図である。
組み立てる工程を示す図である。
を重ねてレンズアレイを組み立てる工程を示す図であ
る。
伝送を示す図である。
TF特性を示すグラフである。
Claims (31)
- 【請求項1】微小球面レンズが規則的に配列されたレン
ズプレートを射出成型により作製する際に用いる金型の
マスターを製造する方法において、 平行かつ平坦な面を有するガラス基板を準備する工程
と、 前記ガラス基板の表面にエッチング防止膜を形成する工
程と、 前記微小球面レンズに対応する微小開口を前記エッチン
グ防止膜に規則的に形成する工程と、 前記エッチング防止膜をマスクとして、前記ガラス基板
を等方性エッチングして、前記微小開口の下に凹状窪み
を形成する工程と、 前記エッチング防止膜を剥離する工程と、 前記ガラス基板をさらに等方性エッチングして、前記微
小球面レンズに対応する凹状窪みを形成する工程と、を
含むことを特徴とする金型のマスターの製造方法。 - 【請求項2】前記微小開口を前記エッチング防止膜に規
則的に形成する工程は、前記エッチング防止膜の前記微
小球面レンズに対応する部分に電磁波を照射し、前記部
分を加熱,蒸発させることにより行うことを特徴とする
請求項1記載の金型のマスターの製造方法。 - 【請求項3】微小球面レンズが規則的に配列されたレン
ズプレートを射出成型により作製する際に用いる金型の
マスターを製造する方法において、 平行かつ平坦な面を有するガラス基板を準備する工程
と、 前記ガラス基板に金属膜を形成する工程と、 前記金属膜上にフォトレジストを形成する工程と、 前記フォトレジストをパターニングする工程と、 前記パターニングされたフォトレジストをマスクとし
て、前記金属膜をエッチングし、前記微小球面レンズに
対応する微小開口を規則的に形成する工程と、 前記フォトレジストを剥離する工程と、 前記金属膜をマスクとして、前記ガラス基板を等方性エ
ッチングして、前記微小開口の下に、凹状窪みを形成す
る工程と、 前記金属膜を剥離する工程と、 前記ガラス基板を、さらに等方性エッチングして、前記
微小球面レンズに対応する凹状窪みを形成する工程と、
を含むことを特徴とする金型のマスターの製造方法。 - 【請求項4】微小球面レンズが規則的に配列されたレン
ズプレートを射出成型により作製する際に用いる金型の
マスターを製造する方法において、 平行かつ平坦な面を有するガラス基板を準備する工程
と、 前記ガラス基板に金属膜を形成する工程と、 前記金属膜上にフォトレジストを形成する工程と、 前記フォトレジストをパターニングする工程と、 前記パターニングされたフォトレジストをマスクとし
て、前記金属膜をエッチングし、前記微小球面レンズに
対応する微小開口を規則的に形成する工程と、 前記フォトレジストが上部に積層された前記金属膜をマ
スクとして、前記ガラス基板を等方性エッチングして、
前記微小開口の下に、凹状窪みを形成する工程と、 前記フォトレジストと前記金属膜とを剥離する工程と、 前記ガラス基板を、さらに等方性エッチングして、前記
微小球面レンズに対応する凹状窪みを形成する工程と、
を含むことを特徴とする金型のマスターの製造方法。 - 【請求項5】微小球面レンズが規則的に配列されたレン
ズプレートを射出成型により作製する際に用いる金型の
マスターを製造する方法において、 平行かつ平坦な面を有するガラス基板を準備する工程
と、 前記ガラス基板に金属膜を形成する工程と、 前記金属膜上に第1のフォトレジストを形成する工程
と、 前記第1のフォトレジストをパターニングする工程と、 前記パターニングされた第1のフォトレジストをマスク
として、前記金属膜をエッチングし、前記微小球面レン
ズに対応する微小開口を規則的に形成する工程と、 前記第1のフォトレジストを剥離する工程と、 さらに第2のフォトレジストを形成する工程と、 前記ガラス基板側から光を照射して、前記金属膜の微小
開口を通して、前記第2のフォトレジストを露光する工
程と、 前記露光された第2のフォトレジスト部分を現像して除
去する工程と、 前記第2のフォトレジストが上部に積層された前記金属
膜をマスクとして、前記ガラス基板を等方性エッチング
して、前記微小開口の下に、凹状窪みを形成する工程
と、 前記第2のフォトレジストと前記金属膜とを剥離する工
程と、 前記ガラス基板を、さらに等方性エッチングして、前記
微小球面レンズに対応する凹状窪みを形成する工程と、
を含むことを特徴とする金型のマスターの製造方法。 - 【請求項6】微小球面レンズが規則的に配列されたレン
ズプレートを射出成型により作製する際に用いる金型の
マスターを製造する方法において、 平行かつ平坦な面を有するガラス基板を準備する工程
と、 前記ガラス基板に金属膜を形成する工程と、 前記金属膜上に第1のフォトレジストを形成する工程
と、 前記第1のフォトレジストをパターニングする工程と、 前記パターニングされた第1のフォトレジストをマスク
として、前記金属膜をエッチングし、前記微小球面レン
ズに対応する微小開口を規則的に形成する工程と、 さらに第2のフォトレジストを形成する工程と、 前記ガラス基板側から光を照射して、前記金属膜の微小
開口を通して、前記第2のフォトレジストを露光する工
程と、 前記露光された第2のフォトレジスト部分を現像して除
去する工程と、 前記第1および第2のフォトレジストが上部に積層され
た前記金属膜をマスクとして、前記ガラス基板を等方性
エッチングして、前記微小開口の下に、凹状窪みを形成
する工程と、 前記第1および第2のフォトレジストと、前記金属膜と
を剥離する工程と、 前記ガラス基板を、さらに等方性エッチングして、前記
微小球面レンズに対応する凹状窪みを形成する工程と、
を含むことを特徴とする金型のマスターの製造方法。 - 【請求項7】2回目の前記等方性エッチングを行う前
に、前記ガラス基板の裏面にエッチング防止膜を形成す
る工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜6のい
ずれかに記載の金型のマスターの製造方法。 - 【請求項8】請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法
により製造された、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射出成型により作製する際に用いる
金型のマスター。 - 【請求項9】請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法
により製造されたマスターに離型剤を塗布し、乾燥する
工程と、 前記マスターの凹状窪みのある面上に、樹脂を滴下する
工程と、 前記樹脂上に平行かつ平坦な面を有するガラス基板を押
圧し、樹脂を展開させる工程と、 前記樹脂を硬化させる工程と、 前記マスターを離型する工程と、 前記硬化された樹脂上に、導電膜を形成する工程と、 前記導電膜上に金属を所定の厚さにメッキする工程と、 前記メッキされた金属を、前記硬化樹脂から離型して金
型を得る工程と、を含むことを特徴とする金型の製造方
法。 - 【請求項10】請求項1〜8のいずれかに記載の製造方
法により製造されたマスターの凹状窪みのある面上に導
電膜を形成する工程と、 前記導電膜上に金属を所定の厚さにメッキする工程と、 前記メッキされた金属を、前記マスターから離型してマ
ザーを得る工程と、 前記マザーに離型層を成膜し、その上に金属を所定の厚
さにメッキする工程と、 前記メッキされた金属を、前記マザーから離型して金型
を得る工程と、を含むことを特徴とする金型の製造方
法。 - 【請求項11】請求項9または10の製造方法により製
造された、微小球面レンズが規則的に配列されたレンズ
プレートを射出成型により作製する際に用いる金型。 - 【請求項12】請求項9または10の製造方法により製
造された金型1個と、凹状窪みを有しない平坦な金型と
を、凹状窪みと平坦な面とが向き合うように対向させ、
それぞれをダイセットに取り付ける工程と、 対向する金型の間に所定のギャップを設け、前記ギャッ
プに樹脂を注入する工程と、 前記金型を離型して、レンズプレートを取り出す工程
と、を含むことを特徴とする両面に微小球面レンズが規
則的に配列されたレンズプレートの製造方法。 - 【請求項13】請求項9または10の製造方法により製
造された金型2個を、凹状窪みを有する面が向き合うよ
うに対向させ、それぞれをダイセットに取り付ける工程
と、 対向する金型の間に所定のギャップを設け、前記ギャッ
プに樹脂を注入する工程と、 前記金型を離型して、レンズプレートを取り出す工程
と、を含むことを特徴とする両面に微小球面レンズが規
則的に配列されたレンズプレートの製造方法。 - 【請求項14】請求項12または13に記載の製造方法
により製造された、少なくとも片面に微小球面レンズが
規則的に配列されたレンズプレート。 - 【請求項15】微小球面レンズのある表面に反射防止膜
を有することを特徴とする請求項14記載のレンズプレ
ート。 - 【請求項16】微小球面レンズのある表面に吸水防止膜
を有することを特徴とする請求項14記載のレンズプレ
ート。 - 【請求項17】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個有することを特徴とする請求項14〜1
6のいずれかに記載のレンズプレート。 - 【請求項18】前記微小球面レンズがある領域以外の部
分に、前記微小球面レンズの高さ以下の隆起部を有する
ことを特徴とする請求項14〜17のいずれかに記載の
レンズプレート。 - 【請求項19】周縁にクリップ固定部を有することを特
徴とする請求項14〜18のいずれかに記載のレンズプ
レート。 - 【請求項20】請求項14〜19のいずれかに記載のレ
ンズプレートであって、凸状の反り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。 - 【請求項21】前記凸状の反りに加えて、さらに、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枚を重ねる際に、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請求項20記載の樹脂正
立等倍レンズアレイの製造方法。 - 【請求項22】前記2枚のレンズ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
20または21記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造
方法。 - 【請求項23】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22記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方
法。 - 【請求項24】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
20〜23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。 - 【請求項25】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20〜24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。 - 【請求項26】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20〜24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。 - 【請求項27】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凹部を嵌合させて、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20〜26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。 - 【請求項28】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20〜26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。 - 【請求項29】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27または28記載の樹脂正立等倍レンズアレイの
製造方法。 - 【請求項30】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29記載の樹脂正立等倍レンズアレ
イの製造方法。 - 【請求項31】請求項20〜29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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