JPH11142608A - 光学素子とその製造方法 - Google Patents

光学素子とその製造方法

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JPH11142608A
JPH11142608A JP30912297A JP30912297A JPH11142608A JP H11142608 A JPH11142608 A JP H11142608A JP 30912297 A JP30912297 A JP 30912297A JP 30912297 A JP30912297 A JP 30912297A JP H11142608 A JPH11142608 A JP H11142608A
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JP
Japan
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transparent substrate
transparent material
substrate
transparent
lens
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JP30912297A
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English (en)
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Nagato Osano
永人 小佐野
Makoto Kameyama
誠 亀山
Kazunari Yonemoto
一成 米元
Fumitaka Yoshimura
文孝 吉村
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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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、インクジェット法によ
り液状透明材料、例えば透明樹脂のモノマー液を付与
し、基板1に付着、硬化させることにより任意の場所に
任意の大きさ、形状の微小レンズ4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、透明基板表面に多
数の微小レンズを配置した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2に模式的に示
す。図中、21は光源、22は集光レンズ、23は液晶
パネル、24は投射レンズ、25はスクリーンである。
液晶パネル23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3に示すよう
に、画素の一つ一つに対応して、微小レンズ32を透明
基板31上に配置することにより、TFTや配線部分の
遮光領域33を避け、画素の有効(透光)領域34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4
に示すように、レンズアレイ42を用いると、集積され
た半導体レーザアレイ41とファイバアレイ43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、任意
の形状、任意の配置のレンズアレイを高精度に且つ短期
間で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
板表面に、インクジェット法により液状透明材料を付与
し、付着、硬化させて凸形状の微小レンズを形成するこ
とを特徴とする光学素子の製造方法である。
【0010】また本発明の第二は、上記製造方法により
製造されたことを特徴とする光学素子である。
【0011】インクジェット法は、近年プリンタなどに
用いられている技術で、液晶ディスプレイのカラーフィ
ルタ基板の製造など、産業用としても適用されるように
なってきている。インクジェット法によれば、微細なパ
ターンを形成する際に、フォトリソグラフィ法や印刷
法、成形法などのようなマスクや型を必要とせず、複雑
なパターンを容易に形成することができ、パターンの変
更も容易である。
【0012】本発明は、このインクジェット法をレンズ
アレイの製造に適用したものである。従って、本発明の
製造方法においては、インクジェット法によって、透明
基板上に直接レンズを形成してゆくため、型やマスクな
どが不要であり、また、形状や配置も自由に選択、変更
することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1に本発明の光学素子の製造の
様子を模式的に示す。図中、1は透明基板、2はインク
ジェットノズル、3は液状透明材料の液滴、4は微小レ
ンズである。
【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、インク
ジェット法で付与する液状透明素材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。また、
透明基板1の表面に液状透明材料との密着強度を高める
べく、シランカップリング剤を塗布しておくことが望ま
しい。
【0015】透明基板1の表面の所望の位置に、インク
ジェット装置を用いて所定の光学性能を有する透明材料
を付与する。該透明材料の透明基板1上での形状は、該
透明材料の表面エネルギーと基板の表面エネルギーの差
によって決まる。従って、透明基板1表面を洗浄した
り、或いは表面改質処理を施すことにより、表面エネル
ギーを制御することによって、得られる微小レンズ4の
曲率を制御することができる。
【0016】本発明において用いられる液状透明材料と
しては、加熱硬化型樹脂やエネルギー硬化型樹脂などが
用いられ、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリヒ
ドロキシエチルメタクリレート、ポリシクロヘキシルメ
タクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリジエチレング
リコールビスアリルカーボネート、ポリカーボネートな
どのアリル系樹脂、メタクリル樹脂などが用いられる。
【0017】尚、上記液状透明材料は、インクジェット
ノズル2より安定して付与し得るように、粘度を調整す
る。また、上記樹脂は、インクジェット法で付与するた
めには、比較的低粘度であるモノマーで使用することが
望ましいが、予め予備重合させたオリゴマーの状態で用
いても良い。
【0018】また、インクジェット方式としては、イン
クを連続して吐出する方式であるコンティニュアス方式
がある。そのうち、荷電変調方式、或いはマイクロドッ
トタイプ、さらにHertzタイプが使用可能である。
また、インクを出力データに合わせて必要な時に吐出す
る方式のドロップオンデマンド方式としては、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、その他ホットメルトタイプ等が使用可能である。
【0019】本発明においては、インクジェットノズル
2から付与される液状透明材料の量を変えることで、微
小レンズ4の大きさを変えることができる。例えば、口
径の大きなノズルを用いれば、液滴3の量が増加し、直
径の大きなレンズを形成することができる。また、同じ
場所に複数回繰り返して液滴3を付与すれば、同様に直
径の大きなレンズを形成することができる。
【0020】透明基板上に付与された液状透明材料は、
熱や紫外線などにより硬化させる。硬化過程において
は、材料中に含まれる溶剤成分等が蒸発し、形状が変化
する場合があるため、その変化分を見込んで表面エネル
ギーや付与量を設定する必要がある。
【0021】
【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(屈折率1.516)を用い、付
与される透明材料との密着強度を上げるために、アルカ
リ洗浄及びUVオゾン処理、さらにはカップリング剤に
よる密着剤の付与処理を行なった。
【0022】上記基板表面のレンズを形成したい部分
に、インクジェット装置を用いてポリメチルメタクリレ
ートのモノマー剤を付与した。1回の液滴量は50ng
で、同一箇所に10回付与した。基板表面に付着したモ
ノマー剤は、表面張力により凸レンズ状になった。
【0023】次に基板をホットプレートに載せ、100
℃で20分間乾燥硬化させ、レンズアレイを得た。この
レンズアレイの微小レンズは屈折率が1.491で、所
望の光学性能が得られた。
【0024】[実施例2]透明基板として、ポリカーボ
ネート基板(屈折率:1.491)を用い、アルカリ洗
浄及びUVオゾン処理を行ない、基板と同じポリカーボ
ネート樹脂のモノマー剤を用いて実施例1と同様に微小
レンズを形成した。
【0025】基板をホットプレートに載せ、120℃で
20分乾燥硬化させ、レンズアレイを得た。得られたレ
ンズアレイは所望の光学性能を有していた。
【0026】[実施例3]実施例2と同じポリカーボネ
ート基板を用い、その表面にシランカップリング剤であ
るγ−アミノプロピルトリエトキシシランを塗布し、1
10℃で1分間乾燥硬化させた。
【0027】透明材料として、フッ素系ポリマー(デュ
ポン社製「テフロンAF」,屈折率:1.330)を溶
媒(フロリナート)に固形分濃度10重量%になるよう
に調整し、1回の液滴量を95ngとし、同一箇所に2
0回繰り返して付与した。基板上で透明材料は表面張力
により凸レンズ状になった。
【0028】上記基板をホットプレートに載せ、140
℃で20分間乾燥硬化させ、レンズアレイを得た。得ら
れたレンズアレイは所望の光学性能を有していた。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所望の形状、大きさの微小レンズを容易に且つ高精度に
基板上に形成することができ、設計変更が容易である。
よって任意の形状のレンズを有する光学素子を安価に提
供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学素子の製造の様子を示す模式図で
ある。
【図2】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3】図2に示した液晶プロジェクタの部分拡大図で
ある。
【図4】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 インクジェットノズル 3 液状透明材料液滴 4 微小レンズ 21 光源 22 集光レンズ 23 液晶パネル 24 投射レンズ 25 スクリーン 31 透明基板 32 微小レンズ 33 遮光領域 34 有効(透光)領域 41 半導体レーザアレイ 42 レンズアレイ 43 ファイバアレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明基板表面に、インクジェット法によ
    り液状透明材料を付与し、付着、硬化させて凸形状の微
    小レンズを形成することを特徴とする光学素子の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 透明基板表面にシランカップリング剤が
    塗布されている請求項1記載の光学素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 透明基板上に複数の凸形状の微小レンズ
    を配置してなり、請求項1または2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。
JP30912297A 1997-11-12 1997-11-12 光学素子とその製造方法 Withdrawn JPH11142608A (ja)

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