JPS5833812B2 - lens array - Google Patents

lens array

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JPS5833812B2
JPS5833812B2 JP10440875A JP10440875A JPS5833812B2 JP S5833812 B2 JPS5833812 B2 JP S5833812B2 JP 10440875 A JP10440875 A JP 10440875A JP 10440875 A JP10440875 A JP 10440875A JP S5833812 B2 JPS5833812 B2 JP S5833812B2
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JP
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mask
viscous liquid
lens
base material
lens array
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健三 曾野
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は安価で容易なレンズアレイの製造方法に関係す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an inexpensive and easy method of manufacturing lens arrays.

又本発明は粘稠性液の表面張力を利用した球面形または
円筒面形(以下球面対称形という)のレンズアレイの製
造法に係るものである。
The present invention also relates to a method of manufacturing a spherical or cylindrical (hereinafter referred to as spherically symmetrical) lens array using the surface tension of a viscous liquid.

今時、光通信、光メモリ、イメージ伝播等の分野に於い
て複眼レンズを構成せしめ、各々のレンズに独立した信
号を送シ込むことによって各種の機能をレンズアレイに
賦与することが試みられている。
Nowadays, in fields such as optical communication, optical memory, and image propagation, attempts are being made to construct compound lenses and impart various functions to lens arrays by sending independent signals to each lens.

例えばファイバスコープのスクリーン、パターン表示素
子、磁気−光ディスク・メモリー、複眼レンズと偏向器
を組み合せた光ビーム偏向器、ホログラフィに於ける情
報記録素子、その他への応用研究が進められている。
For example, research is underway to apply it to fiberscope screens, pattern display elements, magneto-optical disk memories, light beam deflectors that combine compound lenses and deflectors, information recording elements in holography, and others.

これらの用途に於ける現段階でのレンズアレイの製造法
としては、光学繊維(ガラス或はプラスチックス)を束
ねたり、基材に規則的な凹凸曲面を刻むことが主体にな
っている。
Current methods of manufacturing lens arrays for these applications mainly involve bundling optical fibers (glass or plastics) or carving regular concave-convex curved surfaces on the base material.

このようなレンズアレイに要求される性能としては、種
々あるが、第1は規則性であり、第2は各レンズの形状
、更にはレンズ特性、配列レンズの線数(密度、或はピ
ッド)などの緒特性である。
There are various performance requirements for such a lens array, but the first is regularity, and the second is the shape of each lens, lens characteristics, and the number of lines (density or pit) of the array lenses. These characteristics are as follows.

一般にレンズアレイの製法としては、光学繊維(ガラス
製又はプラスチック製)を束ねたり、或は又スリット状
のレンズアレイの場合に、基材表面に凹凸の刻みをつけ
てレンズを形成させたりする方法が採用せられている。
Generally, lens arrays are manufactured by bundling optical fibers (made of glass or plastic), or in the case of slit-shaped lens arrays, forming lenses by making uneven notches on the surface of the base material. has been adopted.

然るにいづれの方法に於ても繊維を束ねたり凹凸を刻み
込む事は極めて煩雑な工程と複雑なる生産管理が必要と
されている。
However, in either method, bundling the fibers and carving irregularities requires extremely complicated processes and complicated production management.

本発明に於ては、かかる煩雑な工程を使うことなく容易
に且つ安価にレンズアレイを製造することができる。
In the present invention, a lens array can be easily and inexpensively manufactured without using such complicated steps.

即ち固化して透明体となり得る粘稠性の液体を用いて、
所定の配列の開口部を有するマスクを介して該粘稠性液
を透明基材表面に塗布するならば、該粘稠性液の表面張
力により自然に最も正確に球面対称のレンズを形成せし
めることができる。
In other words, using a viscous liquid that can solidify into a transparent body,
If the viscous liquid is applied to the surface of a transparent substrate through a mask having a predetermined array of openings, the surface tension of the viscous liquid will naturally form a lens with the most accurate spherical symmetry. I can do it.

又、所定の配列の開口部を有するマスクは拡大設計せら
れた図面を写真技術により縮少後、製作せしめたもので
あるから配列の位置関係は極めて正確であり、繊維を束
ねたレンズアレイにありがちな個々のレンズ位置のズレ
やボイドなどが存在することは々い。
In addition, the mask with a predetermined array of openings is manufactured by enlarging the designed drawing and reducing it using photographic technology, so the positional relationship of the array is extremely accurate, and the lens array made of bundled fibers is There are often common misalignments and voids in the positions of individual lenses.

このようにして粘稠性液自体の表面張力で球面対称のレ
ンズ形状としたのち、該粘稠性液を固化せしめることに
よってレンズアレイを製作せんとするのが本発明の意図
する処である。
The intention of the present invention is to produce a lens array by forming a spherically symmetrical lens shape using the surface tension of the viscous liquid itself and then solidifying the viscous liquid.

従って粘稠性液自体の粘度に応じて、例えば粘度の低い
液を用いるならばマスクを介して基材上に液を塗布する
場合に、基材表面を下方に向けてマスクを基材の下部に
密着せしめ、液を下方から与えることにより、表面張力
と液の自重とのバランスにより球面対称レンズとするこ
とも可能であり、又一方、粘度の比較的高い場合には、
基材の上部にマスクを密着せしめ、液を上方から与える
ことによっても充分球面対称のレンズかえられる。
Therefore, depending on the viscosity of the viscous liquid itself, for example, if a low viscosity liquid is used, when applying the liquid onto a substrate through a mask, the mask should be placed at the bottom of the substrate with the surface of the substrate facing downward. By bringing the liquid into close contact with the liquid and applying the liquid from below, it is possible to create a spherically symmetrical lens due to the balance between the surface tension and the liquid's own weight.On the other hand, when the viscosity is relatively high,
A sufficiently spherically symmetrical lens can also be changed by placing a mask tightly on the top of the base material and applying liquid from above.

更にその中間的粘度を有する場合には、マスク上方から
液を塗布して後、基材の塗布面を下に向けることによっ
ても球面対称レンズかえられる。
Furthermore, in the case of having an intermediate viscosity, a spherically symmetrical lens can also be changed by applying the liquid from above the mask and then turning the coated surface of the base material downward.

ここに述べる粘度の高い、低いの目安としては、高粘度
とは大略500〜5000ポアズ、低粘度とは大略1〜
50ポアズを指し、50〜500ポアスをその中間の粘
度と称する。
As a guideline for high and low viscosity, high viscosity is approximately 500 to 5000 poise, and low viscosity is approximately 1 to 5000 poise.
A viscosity of 50 poise is referred to as a viscosity between 50 and 500 poise.

作業粘度としては1〜1000ポアズが好オしい。The working viscosity is preferably 1 to 1000 poise.

又塗布液としては、粘稠性の有機物樹脂溶液、ガラス質
無機溶液或はポリシロキサンの如き有機と無機の化合物
溶液でもよい。
The coating liquid may be a viscous organic resin solution, a glassy inorganic solution, or a solution of an organic and inorganic compound such as polysiloxane.

これらの組成や種類は基材の種類と光学的性質(特に屈
折率や透過率)に合せて選択する。
The composition and type of these materials are selected depending on the type and optical properties (especially refractive index and transmittance) of the base material.

一方、本発明に用いられるマスクとしては、塗布すべき
粘稠性液体に対して不濡性のものであることが必要であ
り、金属性のエツチングマスクやメッキによる析出マス
クが、その表面督よび開口縁部の平滑性がよいために好
んで用いられる。
On the other hand, the mask used in the present invention must be non-wetting with respect to the viscous liquid to be applied, and a metallic etching mask or a plating deposition mask may be used to control the surface of the mask. It is preferred because the opening edge has good smoothness.

また例えばシルクスクリーンの如き繊維の編み合せマス
クでも使用することもできるが編目から発生する開口縁
部のギザギザのために、付着せられたレンズの外周がス
ムースでなくなり易いので注意しなければならない。
It is also possible to use a knitted fiber mask such as a silk screen, but care must be taken because the outer periphery of the attached lens tends to be uneven due to the jaggedness of the opening edges caused by the stitches.

本発明はこのようにレンズアレイを構成する粘稠性液体
の表面張力を利用することを特徴とするものであるから
、必ずしもマスク自体が求めるパターンを有してかく必
要はなく、例えば所望のパターンと逆関係にあるパター
ンを有する別のマスクを介して、基材表面に予め別種の
物質を塗布してかいたり、別種物質の蒸気に曝露してマ
スクとしての被膜を形成せしめ、然る後、前記側のマス
クを取り除いてから、目的とする粘稠性液体を基材全面
に塗布し、該被膜マスクと、該粘稠性液との不濡性を利
用して、所望のパターンを有するレンズアレイを形成せ
しめることも可能である。
Since the present invention is characterized by utilizing the surface tension of the viscous liquid that constitutes the lens array, the mask itself does not necessarily have to have the desired pattern; for example, the mask itself does not have to have the desired pattern. A different type of substance is applied to the surface of the base material in advance through another mask having a pattern that is in an inverse relationship to the above, or a film is formed as a mask by exposing it to the vapor of the different type of substance, and then, After removing the mask on the side, a desired viscous liquid is applied to the entire surface of the base material, and by utilizing the non-wettability of the film mask and the viscous liquid, a lens having a desired pattern is formed. It is also possible to form an array.

更に又、本発明の原理に従うならば、基材全面に予め被
膜を塗布して釦き、該被膜から所望のパターン部分のみ
をたとえばエツチングにより取り除いて被膜に所定の配
列の開口を設けた後に、目的とする粘稠性液を塗布し、
残存する被膜と、該粘稠性液との不濡性を利用して所望
のレンズアレイを形成せしめることも可能である。
Furthermore, according to the principles of the present invention, a coating is applied to the entire surface of the substrate in advance and the button is pressed, and only a desired pattern portion is removed from the coating by, for example, etching to provide a predetermined array of openings in the coating. Apply the desired viscous liquid,
It is also possible to form a desired lens array by utilizing the non-wetting properties of the remaining film and the viscous liquid.

いづれにしてもかかる方法により基材表面の所定の配列
の開口を有する部分に形成せしめられた球面対称形被膜
を加熱処理或は溶媒蒸発処理、紫外線重合、その他の方
法によって固化せしめることによって、所望のパターン
を有するレンズアレイを製造することが可能となった。
In any case, the spherically symmetrical coating formed on the part of the substrate surface having a predetermined array of openings by this method is solidified by heat treatment, solvent evaporation treatment, ultraviolet polymerization, or other methods, thereby forming the desired shape. It has become possible to manufacture a lens array with a pattern of

以下図面を用いて本発明を更に詳しく説明しよう。The present invention will be explained in more detail below using the drawings.

第1図に於て1は透明基材であり、2は所定の配列の開
口部たとえば規則的に間隔をむいて設けた複数のスリッ
ト寸たは円形開口を有するマスクである。
In FIG. 1, 1 is a transparent substrate, and 2 is a mask having a predetermined array of openings, such as a plurality of regularly spaced slits or circular openings.

基材にマスクを密着せしめた状態で、固化後透明固体と
なる粘稠性の液をマスク上から塗布した時に、該粘稠性
液は開口部を通って基材に到達し、数秒のうちに3の如
き円筒面形または球面形を形成する。
When a viscous liquid that becomes a transparent solid after solidifying is applied from above the mask while the mask is in close contact with the base material, the viscous liquid passes through the openings and reaches the base material, and within a few seconds. A cylindrical or spherical shape such as 3 is formed on the surface.

粘稠液塗布後マスクを取り除き、または場合によっては
マスクを取り除かないでその11残して、該粘稠性液を
固化することによってマスクがスリットおよび円形開口
を有する場合に応じてそれぞれ凸面円筒レンズお−よび
凸球面レンズのレンズアレイをうることかできる。
After applying the viscous liquid, the mask is removed, or in some cases, the mask is left unremoved and the viscous liquid solidifies to form a convex cylindrical lens or a convex cylindrical lens, respectively, if the mask has slits and circular openings. - It is possible to create a lens array of spherical and convex spherical lenses.

第2図に於ては、1ず所望の配列の開口部を有するパタ
ーンと逆関係にある配列の開口部を有するマスクを密着
介在させて、基材表面上にシリコンオイルの蒸気を数秒
間露すことにより、最終パターンに於て粘稠性液の不必
要な部分を覆うシリコンオイルのマスクを形成する。
In Figure 2, first, silicone oil vapor is exposed on the surface of the substrate for several seconds by closely interposing a mask having openings in an inverse relationship to the pattern having openings in the desired arrangement. This forms a mask of silicone oil that covers unnecessary parts of the viscous liquid in the final pattern.

第2図のイに於ける1は基材、5は逆パターンを有する
マスクであり、4はオイル蒸気による被膜マスクである
In FIG. 2A, 1 is a base material, 5 is a mask having a reverse pattern, and 4 is a mask coated with oil vapor.

次に逆パターンマスクを取り除き、基材表面全体に粘稠
性液を塗布した状態が第2図口である。
Next, the reverse pattern mask is removed and the viscous liquid is applied to the entire surface of the substrate, as shown in Figure 2.

ここに於て1は同じく基材、4は被膜マスクであり、3
が球面対称形を有する粘稠性液である。
Here, 1 is the same base material, 4 is a film mask, and 3
is a viscous liquid with spherical symmetry.

この図2−口の11該粘稠性液を固化せしめた後に、オ
イル層を溶解する有機溶媒(例えばアセトンやトリクレ
ンなど)により、被膜マスク4を洗い落してやることに
より、基材1上には粘稠性液3のみが残ってレンズアレ
イが製造できる。
After solidifying this viscous liquid, the film mask 4 is washed off with an organic solvent (such as acetone or trichlene) that dissolves the oil layer. Only the viscous liquid 3 remains and a lens array can be manufactured.

即ち以上の説明から明瞭になった如く、本発明は基材表
面上の所定のスリット及び配列を有する部分に、粘稠性
液体を塗布し、該粘稠性液自身の表面張力を用いること
によって、該スリット上に一定の曲率半径を有する球面
対称形の粘稠性液を塗布せしめた後、該粘稠性液被膜を
固化せしめることを特徴としたレンズアレイの製造方法
を提供するものであり、この結果レンズの配列が正確で
且つ球面対称性の優れたレンズアレイを容易に且つ安価
に製造することが可能となった。
That is, as has become clear from the above explanation, the present invention applies a viscous liquid to a portion having a predetermined slit and arrangement on the surface of a base material, and uses the surface tension of the viscous liquid itself. , provides a method for manufacturing a lens array, characterized in that a spherically symmetrical viscous liquid having a constant radius of curvature is applied onto the slit, and then the viscous liquid film is solidified. As a result, it has become possible to easily and inexpensively manufacture a lens array with accurate lens arrangement and excellent spherical symmetry.

以下実施例を用いて本発明を更に詳しく説明しよう。The present invention will be explained in more detail below using Examples.

実施例 1 カーボネート系樹脂の一種であるヂエチレングリコール
・ビスアリルエーテル(商品名;OR,−39)の15
0mynX 150ran厚み1.0rrrjnの平板
上に直径40μの円形開口を隣接する開口の中心間の距
離が240μとなるように千鳥パターン状に配列したニ
ッケル製マスク(マスクの厚み約50μ)を密着せしめ
た。
Example 1 15 of diethylene glycol bisallyl ether (trade name: OR, -39), a type of carbonate resin
A nickel mask (the thickness of the mask is approximately 50μ) in which circular openings with a diameter of 40μ were arranged in a staggered pattern so that the distance between the centers of adjacent openings was 240μ was closely attached to a flat plate with a thickness of 0mynX 150ran and a thickness of 1.0rrrjn. .

これをマスクが下、0R−39の平板が上に来るように
固定した。
This was fixed so that the mask was on the bottom and the flat plate of 0R-39 was on top.

次にヂエチレングリコール・ビスアリルエーテルのモノ
マ(米国、PPG社製)に反応触媒であるベンゾイール
バーオキサイドを該モノマーに対し3重量優を加え、よ
く攪拌した粘稠性液を用意した。
Next, benzoyl peroxide as a reaction catalyst was added to diethylene glycol bisallyl ether monomer (manufactured by PPG, USA) in an amount of just over 3 weight percent based on the monomer, and a viscous liquid was prepared by stirring well.

この溶液の粘度は、5ポイズであった。The viscosity of this solution was 5 poise.

この粘稠性樹脂溶液を硬質ゴム製スキージ−を用いて下
方より、マスクを介して基材下面に塗布した。
This viscous resin solution was applied from below to the lower surface of the substrate through a mask using a hard rubber squeegee.

この状態で10分間放置せしめてからステンレス製ボッ
クス内にセットし、該ボックス内の空気を窒素ガスに置
換せしめてから、ボックスごと80℃の電気炉内に保持
し、72時間の硬化反応を行なわせ、然る後110℃2
時間の熱処理を行なった。
After leaving it in this state for 10 minutes, it was set in a stainless steel box, the air in the box was replaced with nitrogen gas, and the box was kept in an electric furnace at 80°C to undergo a curing reaction for 72 hours. After that, 110℃2
Heat treatment was performed for an hour.

この結果基材であるOf3.−39板の表面には、平均
直径が41.5μで曲率半径が150μで屈折率が1.
56の球面対称形の透明なレンズアレイかえられた。
As a result, the base material Of3. The surface of the -39 plate has an average diameter of 41.5μ, a radius of curvature of 150μ, and a refractive index of 1.
56 spherically symmetrical transparent lens arrays have been replaced.

実施例 2 円形開口部直径が15μ、ピッチ75μからなる千鳥パ
ターンのニッケル製のマスク(マスク厚み22μ)をガ
ラス表面(150mmX100mm厚み3wn)に密着
せしめた。
Example 2 A staggered pattern nickel mask (mask thickness 22μ) with a circular opening diameter of 15μ and a pitch of 75μ was brought into close contact with a glass surface (150mm x 100mm thickness 3wn).

一方、市販のシリコン有機化合物半硬化樹脂(フレーク
状)であるガラスレジンの粉末(米国オーエンス・イリ
ノイ社製:ボクスイ・ブラウン社)の20部に対しエチ
ールセロソルブ2部を加え、シリコン・カップリング剤
であるA−1100(日本ユニカ社製)を0.20部加
えてよく攪拌し、粘稠性液体とした。
On the other hand, 2 parts of ethyl cellosolve was added to 20 parts of glass resin powder (manufactured by Owens-Illinois, USA: Boxy Brown), which is a commercially available silicone organic compound semi-cured resin (flake shape), and silicone coupling was performed. 0.20 part of A-1100 (manufactured by Nippon Unica Co., Ltd.), which is an agent, was added and thoroughly stirred to form a viscous liquid.

この時の溶液の粘度は約200ポアズであった。The viscosity of the solution at this time was about 200 poise.

次にこの粘稠液をスキージ−を用いて、マスクを介して
ガラス基板上に上から塗布し、静かにマスクを取り除い
てから、塗布面を下方に向けて180℃の電気炉内に2
時間放置した。
Next, use a squeegee to apply this viscous liquid onto the glass substrate from above through a mask, gently remove the mask, and place it in an electric furnace at 180°C for 2 hours with the coated side facing downward.
I left it for a while.

この結果、ガラス基板上に平均直径が16.3μで曲率
半径が約12μで屈折率が1.49の3球面状のレンズ
アレイかえられた。
As a result, a trispherical lens array having an average diameter of 16.3μ, a radius of curvature of about 12μ, and a refractive index of 1.49 was replaced on the glass substrate.

実施例 3 巾50μ、ピッチ100μのスリット状のステンレス製
マスクを用意し、石英ガラス基板上(50mX 50陥
で厚み2陥)に密着せしめ、マスク面を下方に向けて、
ステアリン酸ア□ドの加熱蒸気(70℃)に1分間露し
たのち、マスクを取り除いた。
Example 3 A slit-shaped stainless steel mask with a width of 50 μm and a pitch of 100 μm was prepared, and was brought into close contact with a quartz glass substrate (50 m x 50 holes, 2 holes thick) with the mask surface facing downward.
After exposure to heated steam (70° C.) of stearic acid oxide for 1 minute, the mask was removed.

一方、ホーロー製バット内にエチルシリケートの4〜6
量体を主とする低線合体混合物溶液(商品名コルコート
、日本コルコート化学社製、約1ポアズ)を満たし、該
溶液の表面に、上記ステアリン酸アミドに一部を露した
石英ガラスの、ステアリン酸ア□ドの付着面を浸けて引
き上げた。
On the other hand, 4 to 6 ethyl silicate particles are placed in the enamel vat.
Stearin, made of quartz glass partially exposed to the stearic acid amide, is applied to the surface of the solution. The surface to which the acid adhesion was applied was dipped and pulled out.

この11コルコート溶液がステアリン酸アミドの付着し
ていない部分にのみ付着している状態で50℃の電気炉
内で15分間加熱処理を行ない、然る後、室温で一昼夜
放置した。
With this Colcoat solution No. 11 adhering only to the portions to which stearamide was not attached, heat treatment was performed in an electric furnace at 50° C. for 15 minutes, and then the product was left at room temperature overnight.

次にこのステアリン酸ア□ド及びコルコート硬化膜の付
着している面をアセトンで拭き上げ、ステアリン酸アミ
ドを取り除いた処、透明な50μ巾で曲率半径が約10
00μで屈折率が1.51の凸面円筒レンズまたは帯状
レンズアレイ(100μピツチ)を製造することができ
た。
Next, the surface to which the stearic acid amide and Colcoat cured film are attached was wiped with acetone to remove the stearic acid amide.
It was possible to produce a convex cylindrical lens or a strip lens array (100μ pitch) with a refractive index of 1.51 at 00μ.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の1実施例を示す断面図、第2図イ、口
は本発明の他の実施例を示す断面図である。 1・・・透明基材、2,4・・・マスク、3・・・凸状
球面または凸状円筒面形の粘稠性液体被膜。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2A is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention. 1... Transparent base material, 2, 4... Mask, 3... Convex spherical or convex cylindrical viscous liquid film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 透明基材表面上に所定の配列の開口部を有する小潮
性のマスクを密着介在または被着介在させながら、固化
して透明体となり得る粘稠性液体を塗布し、該粘稠性液
体自身の表面張力により開口部に面する基材部分上に凸
状球面または凸状円筒面形の粘稠性液体被膜を形成せし
めて後、該粘稠性液体被膜を固化せしめることを特徴と
したレンズアレイの製造方法。
1. A neap mask having a predetermined array of openings is closely interposed or adhered to the surface of a transparent substrate, and a viscous liquid that can solidify into a transparent substance is applied, and the viscous liquid itself A lens characterized in that a viscous liquid film having a convex spherical surface or a convex cylindrical surface is formed on the base material portion facing the opening by the surface tension of the lens, and then the viscous liquid film is solidified. Array manufacturing method.
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