WO1999033632A1

WO1999033632A1 - Reseau de verres de redressement en resine et de grandeur nature

Info

Publication number: WO1999033632A1
Application number: PCT/JP1998/005851
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Nemoto; Takashi Kishimoto; Kenjiro Hamanaka
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co., Ltd.
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 1999-07-08
Also published as: JP3938253B2; CN1387990A; TW408231B; JPH11245266A; CN1248936A; EP1022108A1; US6363603B1; CN1103275C; US20020124378A1; EP1022108A4; CN1173817C; US6625864B2

Description

明細書

樹脂正立等倍レンズアレイおよびその製造方法技術分野

本発明は、一般的には、樹脂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。背景技術

複写機，ファクシミリ，プリン夕などに用いられる正立等倍レンズアレイには、特開昭 5 5 - 9 0 9 0 8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、バ一レンズの端面を形成している。

また、特開昭 6 4— 8 8 5 0 2号公報には、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。

また、通常のマイクロレンズアレイの製造方法として、特開昭 6 0— 2 9 7 0 3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。さらに、特開平 5— 1 5 0 1 0 2号公報には、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（マザ一）を作製し、このマザ一からマイク口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 2 P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ァレイを製造することが開示されている。

通常の樹脂レンズアレイは、アレイ状に並べた夕一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、 2 P成型法で製造しなければならなかった。

樹脂正立等倍レンズアレイは、複写機，ファクシミリ，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、例えばタツチレススィツ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。

そこで、本出願の発明者らは、 2 P成型法によらず、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。

発明者らが目指した樹脂正立等倍レンズアレイは、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 1 0 0 mm以下のものである。したがつて、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。

前述したように、特開昭 6 4 - 8 8 5 0 2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— 1 5 0 1 0 2号公報には、マイクロレンズアレイを作製するための N i金型を作製しているが、この N i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、ガラスマザ一を作製する場合に、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一により作製される金型は欠陥を含むことになる。

さらに、レンズプレートを射出成型により作製した場合に、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。発明の開示

そこで本発明の目的は、射出成型に用い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。

本発明の他の目的は、このような製造方法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。

本発明のさらに他の目的は、上記樹脂正立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。

本発明のさらに他の目的は、このような射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。

本発明のさらに他の目的は、このような金型を製造するためのマザ一およびその製造方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、このようなマザ一を製造するためのマスタ一およびその製造方法を提供することにある。

本発明の樹脂正立等倍レ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一を作製する。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。

次に、このようにして作製したマスタ一を用いて、金型を作製する。その作製方法は、マスタ一に離型剤を塗布し、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ツキする工程と、前記メツキされた金属を、前記硬化榭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。

次に、このような金型を用いてレンズプレートを作製する。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、前記ギヤ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。

次に、このようなレンズプレートを用いて樹脂正立等倍レンズアレイを作製する。その作製方法は、 ώ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。図面の簡単な説明

図 1 Α〜 1 Ηは、ガラスマスター ·マザ一を作製する工程を示す図である。図 2 Α， 2 Βは、ピンホールを説明するための図である。

図 3 Α〜3 Εは、マザ一を作製する工程を示す図である。

図 4 A〜4 Cは、マザ一を用いて N i金型を作製する工程を示す図である。図 5は、 N iメツキの方法を説明するための図である。

図 6 A , 6 Bは、射出成型金型を用いてレンズプレートを作製する工程を示す図である。

図 7は、射出成型されて作製されたレンズプレートの平面図である。

図 8 A , 8 Bは、微小球面レンズの配列状態を示す図である。

図 9 A , 9 Bは、レンズプレートの重ね合わせの方法を説明する。

図 1 0は、レンズプレートの成型収縮を説明する図である。

図 1 1は、嵌合凹部と嵌合凸部のクリアランスを説明する図である。図 1 2 A〜 1 2 Cは、レンズプレート 2枚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。

図 1 3 A〜 1 3 Cは、着色プレートを介在させレンズプレート 2枚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。

図 1 4は、樹脂正立等倍レンズアレイによる画像の空間伝送を示す図である。図 1 5は、本発明による樹脂正立等倍レンズアレイの M T F特性を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図 1 A〜 1 Hは、ガラスマス夕一を作製する工程を示す図である。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 1 0を準備する。このガラス基板 1 0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。

また、ガラス基板 1 0の厚さは、 1 . 0 mm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、エツチヤ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。

( b ) 第 1のエッチング防止膜形成

次に、図 1 Bに示すように、石英ガラス基板 1 0の上面に第 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） 1 2を成膜する。クロム系膜 1 2の厚さは、 1 0 0〜 5 0 0 0 A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。

( c ) クロム系膜パターニング

次に、図 1 Cに示すように、約 2 m厚さのフォトレジスト 1 4を設け、フォトマスク（図示せず）を経て露光し、現像してパ夕一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〜 2 0 j mの円形、あるいは最大径が 3〜 2 0 m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。

クロム系膜パ夕一ニングに使用したフォトレジスト 1 4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 1 4を除去し、形成されたクロム系膜パターンでガラス基板 1 0 をエッチングした場合、もし、クロム系膜 1 2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。フオ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。

さらに、フォトレジスト 1 4にピンホールが存在する場合に、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。

( d ) 第 2のエッチング防止膜上にフォトレジスト塗布

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 1 4上に、約 2 m厚さのフォトレジスト（ポジ型） 1 6を設ける。

( e ) クロム系膜パターン裏面露光によるレジストパタ一ニング

次に、図 1 Eに示すように、フォトレジスト 1 4によってパタ一ニングされたクロム系膜 1 2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 1 6を露光する。もし、フォトレジスト 1 4にピンホール（≤ 1 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 1 6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 1 6の上面までは拡がらない。この状況を図 2 A， 2 Bに示す。図 2 Aはクロ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 1 6の露光領域 1 8を示す。露光領域 1 8は、フォトレジスト 1 6の上面まで拡がっている。

図 2 Bは、フォトレジスト 1 4中に存在するピンホール 2 0が原因となって、クロム系膜 1 2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 1 6の露光領域 2 2を示す。露光領域 2 2は、フォトレジスト 1 6の上面まで達していない。

露光後、フォトレジスト 1 6を現像すると、露光領域 1 8のフォトレジスト 1 6は除去されるが、ピンホール 2 0上のフォトレジスト 1 6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 1 6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のエツチング防止膜になる。

あるいは、工程（c ) で形成したフォトレジスト 1 4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。

( f ) 1回目ガラスエッチング

次に、エッチング防止膜 1 2 , 1 4 , 1 6を形成したガラス基板をエッチヤントとしてフッ化水素酸溶液に浸潰し、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、図 1 Fに示すように、凹状窪み 1 7を形成する。

エッチング防止膜の開口径を約 5 i mとし、 8 0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 1 5 3 mになった。

( g ) エッチング防止膜剥離

次に、図 1 Gに示すように、エッチング防止膜 1 2， 1 4 , 1 6を剥離する。

( h ) 2回目ガラスエッチング

次に、図 1 Hに示すように、凹状窪みが形成されたガラス基板をフッ化水素酸溶液に浸潰し、ガラス基板を等方性エッチングする。前記の凹状窪み径 1 5 0 mが形成されたガラス基板を 4 2 0分程度、等方性エッチングした場合、凹状窪み径は 6 0 0 m、深さは 7 4 程度になった。

このとき、ガラスの厚み低下を防ぐために、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。

以上のガラスマス夕一の製造方法では、クロム系膜には反応性イオンエツ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。電磁波であるレーザ光は位相のそろった平行光線で、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 2 3 0 0人の紫外線から、 0 . 7 mmのサブミリ波にわたつており、その種類も 5 0 0本以上ある。

一方、物質にはエネルギー（波長）吸収帯があり、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、レ一ザマ一カー、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。次に、以上のような工程で作製された図 1 Hのガラスマスターを用いて、マザ —を作製する工程を、図 3 A〜3 Eを参照して説明する。なお、金型の金属としては、 N iまたは N i合金を用いることができるが、以下の例では、 N iを用いる場合について説明する。

[ 2 ] マザ一作製

( a ) 離型剤塗布および乾燥

図 3 Aに示すように、ガラスマスタ一 3 0を、フッ素系離型剤 3 2の入った槽 3 4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。

( b ) 樹脂滴下

次に、図 3 Bに示すように、樹脂 3 6を、ガラスマスタ一 3 0上に、ディスぺンサ一により、泡の巻き込みがないように滴下する。樹脂 36は、次のような特性の UV硬化樹脂を用いる。すなわち、硬化収縮率： 6 %以下、粘度： 1 00〜2000 c P (a t 25° ) 、硬化後硬度： H〜 5H、接着強度： 5 KgZ 6 mm φ以上（ガラス/ガラス， 1 00 im厚）である。

UV硬化樹脂以外では、熱硬化樹脂， 2液性硬化樹脂などを用いることもできる。

(c) 樹脂展開および UV硬化

次に、図 3 Cに示すように、滴下した UV硬化樹脂 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メツキ時に発生する応力に変形しないよう、 0. 3mm以上の厚さとする。ガラス基板 38を樹脂 36の上から降ろしていき、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〜 1 0 m厚の場合 50〜 1 00 k gZcm² 程度が望ましい。また、展開泡巻き込み防止のために、 1 0 zmZs e c以下の押圧速度で展開する。

次に、樹脂 36を硬化させるために、波長300〜400 11111，エネルギー 4 O O OmJ /cm² の UV光にさらした。

(d) 離型

次に、図 3Dに示すように、ガラスマスター 30を、周辺を開き、エア一により離型する。図 3 Eに示すように、マザ一 40が得られる。

次に、以上のような工程で作製されたマザ一 40を用いて N i金型を作製する工程を図 4を参照して説明する。

[3] N i金型作製

(a) 導電膜の成膜

図 4 Aに示すように、マザ一 40の樹脂 36上に導電膜 42を付着させる。導電膜は、例えば N iの無電解メツキで形成することができる。

(b) ニッケル金型作製

次に、図 4Bに示すように、導電膜 42上に N iメツキを行う。このメツキは、次のように行う。すなわち、図 5に示すように、電解液（N iメツキ液） 44をヒータ加熱し、適温に保つ。そして、陽極側に電着（メツキ）させようとする N iペレットを、陰極側に被電着物であるマザ一 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、マザ一の導電膜 42上に N iメツキ 46が形成される。 N iメツキの厚みは、射出成型時の金型としての剛性を保っために、 0. 3 mm以上にする。

(c) 離型および外周加工

次に、図 4 Cに示すように、 N iメツキ 46を離型し、離型された N i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。

N i金型の作製は、上記の例に限られるものではなく、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 N i の無電解メツキで導電膜を形成する。これをマザ一として、前記（b) , (c) で説明した工程と同様にして N iメツキにより N i金型を作製する。

次に、以上のような工程で作製された射出成型金型を用いてレンズプレー卜を作製する工程を図 6 A, 6 B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 N i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 50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）は土 50 mであり、 2個の金型間のギャップ公差は ± 50 im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。

(b) 射出成型

このようにして取り付けられた 2個の金型のギャップに成型樹脂 54を射出注入する。成型樹脂は、アクリル系榭脂であり、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（1 00° 以下が望ましい。 1 00° 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 5 6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。

図 7に、射出成型されて作製されたレンズプレート 5 6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 5 6は、外形寸法が 1 4 O mm x 1 1 O mmの矩形状であり、この矩形状の領域の中に、径が約 6 0 0 ^ m, 高さが約 7 4 ; m、曲率半径が約 6 4 7 mのレンズが並び、プレート厚みは、約 1 . 7 4 mm、レンズ厚（表裏のレンズの頂点間の距離）は、約 1 . 8 8 mm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 5 8 が設けられている。また、片面四隅には、ァライメント用の嵌合凸部 6 0 , 嵌合凹部 6 2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、 ± 1 0 0 i m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。

以上の例では、両面に球面レンズが形成さ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卜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、 N i板とすることができる。

図 8 A , 8 Bは、両面に球面レンズが形成されたレ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 6 4の面に垂直な方向に、両面の球面レンズ 6 5の光軸 6 6がー致する配列状態を示す。図 8 Bは、レンズプレート 6 7の面に斜めの方向に、両面の球面レンズ 6 5の光軸 6 8がー致する配列状態を示す。

以上のようにして射出成型されたレンズプ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、例えばスパッ夕，蒸着，浸漬などによって S i〇₂ 膜を形成することにより実現される。

また、射出成型されたレンズプレートの微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 T i〇₂ , I T〇などをスパッ夕，蒸着，浸漬などによって形成することにより実現される。

以上の反射防止膜および吸水防止膜のいずれも、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。

次に、レンズプレート 2枚を重ね合わせて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。

反りを矯正して画像のゆがみのない樹脂正立等倍レンズアレイを組み立てるには、図 9 A， 9 Bにそれぞれ示すように、 2枚のレンズプレート 6 6 , 6 7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。

重ね合わせた後、後述するようにレンズプ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。

また、成型収縮のあるレンズプレートを用いて、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 1 0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 1 0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 1 0には、成型収縮の方向と量を矢印で示している。

このような成型収縮は、成型されたレンズ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。

今、図 6 Bにおいて、同一の金型により成型されたレンズプレートの面を、ゲ —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枚のレンズプレー卜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。

以上のようにして 2枚のレンズプレートを重ね合わせるが、正立等倍レンズァ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。したがつて 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ァ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、ァライメント用の嵌合凸部 6 0，嵌合凹部 6 2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ァライメントを行うことができる。

図 1 1に示すように、凸部 6 0の直径と凹部 6 2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ァライメントを行い、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の範囲内で精密ァ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。

図 1 2 Aは、重ね合わせされる 2枚のレンズプレート 5 6， 5 7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 7 6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 1 0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。

これらレンズプレートを重ね合わせ、凸部 6 0，凹部 6 2の嵌合によりァライメントした後、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 8 0を、クリップ固定部 5 8に差し込み、図 1 2 Cに示すようにクリップ 8 0で固定する。隆起部 7 6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。

次に、 2枚のレンズプレート 5 6， 5 7を重ね合わせるときに、間に着色スぺ —サを介在させる例について説明する。

図 1 3 Aに示すように、 2枚のレンズプレート 5 6 , 5 7を、金属または樹脂よりなる着色スぺ一サ 7 0を介在させて重ね合わせる。着色スぺ一サ 7 0は、レンズプレートの球面レンズに対応した開口 7 2および嵌合凸部に対応した開口 7 4が設けられている。この着色スぺーザの目的は、（ 1 ) 球面レンズ外を通過する迷光を遮断する、（2 ) レンズプレー卜間の距離を、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。着色スぺーサの厚みは、球面レンズ高さ X 2に同等である。色彩は、黒色艷消しとした。

2枚のレンズプレート 5 6， 5 7は、上記した着色スぺーサ 7 0を間に挟んで、凸部 6 0を凹部 6 2に嵌合させて、ァライメントを行う。次に図 1 3 Bに示すようにクリップ 8 0をクリップ固定部 5 8に差し込み、図 1 3 Cに示すように、サイドよりクリップ 8 0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。

さらに、着色スぺーザの厚みが、微小球面レンズの高さの 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、着色スぺーサを介した 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、着色スぺーサ厚みを含めた、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。

このような着色スぺーザが樹脂レンズプレート間にあると、着色スぺーサと樹脂レンズプレートとの熱膨張率が異なるので、着色スぺ一ザ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。したがって着色スぺーザ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 0! 1、着色スぺ一サ材料の熱膨張係数を 0! 2、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、

α 2≤ α 1 + 0. 5 X Ρ/ (Τ X 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ぺーザ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ぺ一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。

例えば、レンズプレートの熱膨張係数 ο; 1 = 7 X 1 0-⁵ (アクリル）、長辺方向長さ L= 1 20mm、レンズピッチ P=0. 6 mm、使用温度範囲 T = 30でとすると、着色スぺ一サの熱膨張係数は α 2≤ 1. 53 X 1 0— ⁴の材料を選定できる。一例としてステンレス（a l≤ l . 28 X 1 0"⁶) を用いることができる。以上はクリップのみによる固定であつたが、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、ァライメントを行い、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 1 8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ぺーサとは接着しないようにすることが必要である。

図 14は、本発明により製造された樹脂正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。

図 1 5に、空間距離 Lを 1 0〜 1 0 Ommの範囲内で 1 Omm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 (Mo d u 1 a t i o n T r a n s f e r Fu n c t i o n) を、空間周波数 1 L p/mmの矩形波で測定した実測値を示す。 MF F 20 %は、人間の感知できる限界である。レンズ径が 0. 3〜 1. Ommで、空間距離 20〜 10 Ommの樹脂正立等倍レンズアレイは、良好な MTF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。以上に、本発明の実施の形態を説明したが、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。産業上の利用の可能性

本発明によれば、樹脂正立等倍レンズアレイを、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。

Claims

請求の範囲

( 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。

( 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、前記ェツ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。

( 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。

( 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夕一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、

前記フォトレジス卜と前記金属膜とを剥離する工程と、

を含むことを特徴とする金型のマスターの製造方法。

( 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一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、

前記パターエングされた第 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のフォトレジス卜部分を現像して除去する工程と、前記第 2のフォトレジス卜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、

を含むことを特徴とする金型のマスタ一の製造方法。

( 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一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夕一ニングする工程と、

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のフォトレジス卜を形成する工程と、

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のフォトレジス卜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のフォトレジス卜と、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。

( 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ツ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。

( 8 ) 請求項 1〜6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。

( 9 ) ガラス基板に凹状窪みが形成されたマスタ一に離型剤を塗布し、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ツキする工程と、

前記メツキされた金属を、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。

( 1 0 ) 前記マスターは、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ることを特徴とする請求項 9記載の金型の製造方法。

(1 1) 請求項 1 0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。

( 1 2) ガラス基板に凹状窪みが形成されたマスターの前記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ツキする工程と、

前記メツキされた金属を、前記マスターから離型してマザ一を得る工程と、前記マザ一に離型層を成膜し、その上に金属を所定の厚さにメツキする工程と、前記メツキされた金属を、前記マザ一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。

(1 3) 前記マス夕一は、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ることを特徴とする請求項 1 2記載の金型の製造方法。

(14) 請求項 1 3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。

(1 5) 凹状窪みを有する金型 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ェ程と、

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一卜の製造方法。

(1 6) 前記凹状窪みを有する金型は、請求項 1 0または 1 3の製造方法により製造されることを特徴とする請求項 1 5記載のレンズプレー卜の製造方法。

(1 7) 凹状窪みを有する金型 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ヤップを設け、前記ギャップに樹脂を注入するェ程と、

前記金型を離型して、レンズプレートを取り出す工程と、

(1 8) 前記凹状窪みを有する金型は、請求項 1 0または 1 3の製造方法により製造されることを特徴とする請求項 1 7記載のレンズプレートの製造方法。

(1 9) 請求項 1 6または 1 8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。

(20) 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 1 9記載のレンズプレート。

(2 1) 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 1 9記載のレンズプレート。

(22) 前記微小球面レンズがある領域以外の部分に、ァ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 1 9〜2 1のいずれかに記載のレンズプレート。

(23) 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 1 9〜2 1のいずれかに記載のレンズプレート。

(24) 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 1 9〜2 1のいずれかに記載のレンズプレート。

( 2 5 ) 射出成型により製造された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。

( 2 6 ) 前記レンズプレートは、請求項 1 6または 1 8記載の製造方法により製造されることを特徴とする請求項 2 5記載の樹脂正立等倍レンズァレイの製造方法。

( 2 7 ) 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、前記榭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 2 6記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。

( 2 8 ) 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ぺ一サを介在させて、重ね合わせることを特徴とする請求項 2 6または 2 7記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。

( 2 9 ) 前記着色スぺーサは、前記レンズプレートの材料の熱膨張係数を a 1、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としたとさ、

α 2≤ α 1 + 0 . 5 X Ρ / ( Τ X L )

を満たす熱膨張係数 α 2の材料よりなることを特徴とする請求項 2 8記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。

( 3 0 ) 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 2 6〜 2 9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。

( 3 1 ) 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 2 6〜2 9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。

( 3 2 ) 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 2 6〜2 9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。

( 3 3 ) 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ァライメントすることを特徴とする請求項 2 6〜 2 9のいずれかに記載の樹脂正立等倍レンズァレイの製造方法。

( 3 4 ) 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ァライメントを行つた後、精密ァライメントを行うことを特徴とする請求項 2 6〜2 9のいずれかに記載の樹脂正立等倍レンズァレイの製造方法。

( 3 5 ) 前記重ね合わされてァ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 3 3記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。

( 3 6 ) 前記重ね合わされてァ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 3 4記載の樹脂正立等倍レンズアレイの製造方法。

( 3 7 ) 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 3 5記載の樹脂正立等倍レンズァレィの製造方法。

( 3 8 ) 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 3 6記載の樹脂正立等倍レンズァレィの製造方法。

( 3 9 ) 請求項 2 5〜3 8のいずれかの製造方法により製造された樹脂正立等倍