JPH06160608A - プラスチック製非球面マイクロレンズおよびその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラスチック製平板内に凹レンズのマイクロ
レンズ部を設けた非球面マイクロレンズを得ること。 【構成】 透明な有機ポリマ(A) と光重合性ビニルモノ
マ(B) との透明混合物を賦形した平板面に、円形の光不
透過部を有するフォトマスクを密接した状態で平行光線
を照射した後、フォトマスクを除去し、次いで拡散光を
照射して全体を硬化することにより、マスク部が光軸対
称性を有する両面凹状レンズ部を形成しており、その他
の部分が不透明化部分を構成しているマイクロレンズア
レイ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイや光
通信、光情報処理等に、用いられるプラスチック製非球
面状マイクロレンズおよびその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図１に示すようなマイクロレンズ部の両
面が凸状となった透明な円柱状マイクロレンズはガラス
製のものでは、特開昭６０−５３９２７号公報により知
れている。しかし、凹状のマイクロレンズは開発されて
いなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このガラス製の凸状の
マイクロレンズは、Agなどの貴金属を含むガラス板のレ
ンズ部分以外のところに、紫外線を照射した後、熱処理
を加えると、感光した部分のガラスが結晶化する。結晶
化した部分のAgのコロイド微粒子による光吸収のため、
この部分は不透明になる。同時に密度変化を生じ、紫外
線未照射部分の透明なガラスは、結晶化した回りの部分
の応力により表面部分が非球面状に盛り上がり、レンズ
を形成するという原理である。

【０００４】この方法ではガラス板の熱処理に、非常に
高い温度で処理するという複雑な工程を有している。ま
た、Agなどの貴金属を用いるため高価なものとなる。ま
た、プラスチックでこのようなレンズを作製する方法と
して、プラスチックの成型加工があるが、平板面内に形
成するマイクロレンズの両凸面間の光軸対称性をだすの
が非常に困難であり、かつ平板のマイクロレンズ形成部
以外の部分を光吸収層とすることができない等の難点が
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、重合体
（Ａ）と該重合体を溶解させ、かつ、光重合可能な単量
体（Ｂ）との透明で均一な混合物を賦形した平板状の樹
脂組成物に、平面上から平行光を照射すると、光の照射
方向に相分離した層構造が形成され、当該部位が光を散
乱させ、半透明体になることを利用し、図２のようなフ
ォトマスクを上記樹脂組成物の平板に当接させた状態で
平行光線を照射し、重合硬化し、マスク部以外の部分を
透明化するとともに、マスク部の平板両面に凹状部を形
成させ、続いてこの平板面上のフォトマスクを除いた状
態で、この平板に拡散光を全体に照射し、未硬化部分を
透明状態に保って硬化することにより、図１に示すよう
な光を散乱させる部分を平板中に有し、かつ、光軸対称
性を有し、平板の両面が凹状となった透明な円柱状プラ
スチックマイクロレンズ部を有する本発明のプラスチッ
ク製非球面マイクロレンズを開発することに成功した。

【０００６】本発明のマイクロレンズは凹状レンズであ
るため、光ファイバと連結する導波路として用いる際に
は、軸合わせが非常に容易である。また、本発明におい
て、上記した平板の不透明部形成において、平行光を利
用しているため、マイクロレンズ形成部は非常に良好な
光軸対称性を有するものである。

【０００７】本発明を実施するに際して用いる樹脂組成
物を構成する単量体（Ｂ）は、光重合するものであるこ
とが必要であり、その中でもラジカル重合性のものが最
適である。また重合体（Ａ）を溶解し、かつ、透明な樹
脂組成部を形成するものであり、このラジカル光重合性
の単量体の具体例としては、メチルメタクリレート、2,
2,3,3-テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレート、
2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロプロピル（メタ）アク
リレート、2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロプロピル（メ
タ）アクリレート、2,2,2-トリフルオロエチル（メタ）
アクリレート等のフッ素化アルキル（メタ）アクリレー
ト（ｎ＝1.37〜1.44）、屈折率1.43〜1.62の（メタ）ア
クリレート類、例えばエチル（メタ）アクリレート、フ
ェニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリ
レート、ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、ア
ルキレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチ
ロールプロパンジまたはトリ（メタ）アクリレート、ペ
ンタエリスリトールジ、トリまたはテトラ（メタ）アク
リレート、ジグリセリンテトラ（メタ）アクリレート、
ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレートな
どのほかジエチレングリコールビスアリルカーボネー
ト、フッ素化アルキレングリコールポリ（メタ）アクリ
レート、ウレタン系（メタ）アクリレートなどが挙げら
れ、さらにスチレン、クロルスチレン、酢酸ビニル等を
混合することもできる。これら単量体（Ｂ）は単独でま
たは２種以上混合した形で用いることができる。

【０００８】また、これらの単量体を光重合するために
用いる光開始型触媒を樹脂組成物中に混入することが必
要である。この光開始型触媒としては、ベンゾフェノ
ン、ベンゾインアルキルエーテル、4'−イソプロピル−
2-ヒドロキシ−2-メチル−プロピオフェノン、1-ヒドロ
キシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンジルメチルケ
タール、2,2-ジエトキシアセトフェノン、クロロチオキ
サントン、チオキサントン系化合物、ベンゾフェノン系
化合物、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチル
アミノ安息香酸イソアミル、N-メチルジエタノールアミ
ン、トリエチルアミンなどが挙げられる。

【０００９】また、単量体（Ｂ）の重合を完結させるた
めに、熱開始型触媒を樹脂組成物中に混入することも可
能である。この熱開始型触媒としては普通パーオキサイ
ド系触媒が用いられる。

【００１０】本発明を実施するに際して用いる重合体
（Ａ）としては、前記単量体（Ｂ）に可溶なものであれ
ばいかなるものをも用いることができ、例えば、ポリメ
チルメタクリレート（n=1.49）、ポリメチルメタクリレ
ート系コポリマ（n=1.47〜1.50）、ポリ−4-メチルペン
テン-1（n=1.46）、エチレン／酢酸ビニルコポリマ（n=
1.46〜1.50）、ポリカーボネート（n=1.50〜1.57）、ポ
リフッ化ビニリデン（n=1.42）、フッ化ビニリデン／テ
トラフルオロエチレンコポリマ（n=1.42〜1.46）、フッ
化ビニリデン／テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオ
ロプロペンコポリマ（n=1.40〜1.46）、ポリフッ化アル
キル（メタ）アクリレートポリマなどが挙げられる。

【００１１】重合体（Ａ）の屈折率と、単量体（Ｂ）の
重合物の屈折率は異なっていることが必要であり、かく
することによって、この樹脂組成物に平行光線を照射し
たときに不透明な樹脂板を作ることができるのであり、
この屈折率差は0.0001以上、好ましくは0.005 以上であ
る。

【００１２】本発明を実施するに際して用いる樹脂組成
物は平板状に賦形する必要があり、そのためにはこの樹
脂組成物の粘度は室温で10,000ポイズ以上、好ましくは
25,000ポイズ以上に保つことが好ましい。

【００１３】本発明を実施するに際して用いる光源とし
ては、炭素アーク灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、低圧
水銀灯、ケミカルランプ、キセノンランプ、メタルハラ
イドランプ、レーザ光等を用いることができるが、第１
の工程において平行光を用いる際には、これら光源より
の光を必ずコリメートレンズを通して平行光としてか
ら、前記樹脂組成物の平板面に図２に示すごときフォト
マスクを載置して平行光を照射することが必要である。

【００１４】

【発明の効果】本発明のプラスチック製非球面マイクロ
レンズは、図１に示すような光を散乱させる平板中に光
軸対称性を有し、平面の両面が凹状となった透明な円柱
状マイクロレンズ部が存在する形のものである。

【００１５】本発明のプラスチック製マイクロレンズは
ガラス製の凸型マイクロレンズと比較しても、非常に簡
便な方法で作製することができ、またガラス製のものに
比べコンパクトであり、かつ、軽量である。また本発明
のマイクロレンズを光導波路として用いる場合、該マイ
クロレンズ部と光ファイバとの軸合わせが非常に容易と
なっている。

【００１６】以下、実施例により本発明をさらに詳細に
説明する。

【００１７】

【実施例１】ポリメチルメタクリレート50重量部、ベン
ジルメタクリレート10重量部、メチルメタクリレート33
重量部、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチルメタ
クリレート７重量部、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェ
ニルケトン0.25重量部からなる混合物を70℃にて加熱混
練して溶解させた樹脂組成物（25℃での粘度100,000ポ
イズ）を、ポリエステルフィルムに挟み、厚さ0.5mm の
平板状に賦形した。この平板状賦形物の上面に図２に示
すごときクロム蒸着し、径１mmの円形の１つの光不透過
部を有するフォトマスクをかけ、平行光束型光源装置
（ウシオ電機製、UT-501C ）を用い紫外線を照射した。
この時の照射強度は30mW/cm²であり、照射時間は20分間
であった。

【００１８】平板の平行光を照射した部分は半透明とな
るとともに、重合収縮を起こし、マスク部分が凹状とな
った。この後、フォトマスクを取り除き、40Ｗケミカル
ランプにて拡散光を平板の全面に照射し、未硬化部を重
合硬化させると、凹状部を保持したまま透明に硬化さ
れ、マイクロレンズ部を形成できた。作製した両面凹状
部はレンズ機能を有していた。この凹状部のへこみは平
面部から両側で約25μｍであった。

【００１９】

【実施例２】実施例１で用いた樹脂組成物をポリエステ
ルフィルムに挟み、直径５cm、厚さ0.5mm の平板状に賦
形した。この平板状賦形物に図３に示すごとき直径 650
μｍ、ピッチ 800μｍの多数の円形の光不透過部を有す
るフォトマスクをかけ、その後実施例１と同様にして、
まず、平行光を照射した後、平板面よりフォトマスクを
取り除き、平板全面に拡散光を照射して平板を硬化した
ところ、直径 650μｍ、ピッチ間隔 800μｍ、両凹面で
へこみ27μｍの凹レンズ部を多数有する平板状レンズア
レイが作製できた。それぞれのレンズは均一な性能を有
していた。

【００２０】

【実施例３】実施例１と同じ樹脂組成物を用い、ポリエ
ステルフィルムに挟み、厚さ1.0mmの平板に成形した。
実施例１で用いたものと同じフォトマスクを用い、実施
例１と同様の光重合操作をした。得られたマイクロレン
ズは実施例１と同じ型のものが作製できたが、凹面のへ
こみ深さは32μｍであった。

【００２１】

【比較例１】実施例１で作製したポリエステルフィルム
で挟んだ厚さ0.5mm の樹脂の平板を用い、実施例１で用
いたフォトマスクを平板面に当接させた状態で40Ｗのケ
ミカルランプで拡散光の照射を20分間行った後、フォト
マスクを取り除き、さらに光重合を行った。その際、平
板面に凹面の形成は見られず、また、不透明部の形成も
なかった。

【００２２】

【実施例４】ポリメチルメタクリレート50重量部、メチ
ルメタクリレート30重量部、2,2,3,3-テトラフルオロプ
ロピルメタクリレート20重量部、1-ヒドロキシシクロヘ
キシルフェニルケトン0.25重量部からなる樹脂混合物を
65℃にて加熱混練して溶解させて樹脂組成物を作製し
た。この樹脂組成物は25℃での粘度が125,000 ポイズで
あった。この樹脂組成物をポリエステルフィルムに挟
み、直径６cm、厚さ0.5mmの平板状に賦形した。この平
板状賦形物面上に、図２で示すごとき直径 350μｍ、円
の配列ピッチ間隔 390μｍの多数の円形部を光不透過に
したフォトマスクをかけ、その後、実施例１と同様の操
作を行った。直径 350μｍ、ピッチ 390μｍの両凹面
で、へこみ深さ20μｍの平板状レンズ部が多数形成され
たレンズアレイが作製できた。

【００２３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非球面マイクロレンズの一例を示す断
面図である。

【図２】本発明を実施するに際して用いる円形の光不透
過部を１つ設けたフォトマスクの平面図である。

【図３】円形の光不透過部を多数設けたフォトマスクの
平面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチック製平板内に、光軸対称性の
   有する部位であり、当該部位のプラスチック平板の両面
   が凹状球面を形成した円柱状の凹レンズ部を形成してお
   り、凹レンズ部以外の領域が、光不透過性部にて構成さ
   れていることを特徴とするプラスチック製非球面マイク
   ロレンズ。
2. 【請求項２】 透明な重合体（Ａ）と、重合体（Ａ）を
   溶解し、透明な樹脂組成物を形成しうるとともに、重合
   体（Ａ）とは異なった屈折率の重合体を形成しうる単量
   体（Ｂ）との混合物を賦形した平板面に、レンズ形成部
   をマスクしたフォトマスクを当接させた状態で平行光線
   を照射し、フォトマスクの非マスク部に当る平板部を光
   重合させて光不透過部を形成した後、平板よりフォトマ
   スクを除き、平板全体に散乱光を照射して平板全体を光
   重合せしめ、平板の透明部を光軸対称で当該部位の平板
   両面が凹球面を有する円柱状のマイクロレンズ部を形成
   することを特徴とするプラスチック製非球面マイクロレ
   ンズの製法。