(57)【要約】【課題】比較的大径の複数のレンズ部を精度よく短時間で容易に製造することができるレンズアレイの製造方法及び製造装置を提供すること。【解決手段】深さが１００μｍ以上の凹部１１ａが１つ形成された成形型１１の凹部１１ａに液体状の樹脂を充填する充填工程と、成形型１１を基板２に当接させて樹脂を基板２と接触させた状態で樹脂を硬化させる硬化工程と、成形型１１を硬化した樹脂から離間させる離間工程とを有し、充填工程、硬化工程及び離間工程をこの順で複数回行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸状のレンズ部を複数有するレンズアレイの製造方法であって、
深さが１００μｍ以上の凹部が１つ形成された成形型の前記凹部に液体状の樹脂を充填する充填工程と、
前記成形型を基板に当接させて前記樹脂を前記基板と接触させた状態で前記樹脂を硬化させる硬化工程と、
前記成形型を硬化した前記樹脂から離間させる離間工程とを有し、
前記充填工程、前記硬化工程及び前記離間工程をこの順で複数回行うことを特徴とするレンズアレイの製造方法。
【請求項２】
前記充填工程で、前記樹脂を液滴吐出法により前記凹部内に充填することを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項３】
前記樹脂が、光硬化樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項４】
前記樹脂が、紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項３に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項５】
前記基板が、透光性材料であることを特徴とする請求項３または４に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項６】
前記凹部の表面に、前記樹脂に対する撥液処理が施されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項７】
基板上に設けられた凸状のレンズ部を複数有するレンズアレイの製造装置であって、
深さが１００μｍ以上の凹部が１つ形成された成形型と、
前記凹部に液体状の樹脂を充填する充填手段と、
前記成形型と前記基板との相対位置を変化させて前記凹部に充填された前記樹脂を前記基板に接近離間させる移動手段と、
前記凹部に充填されて前記基板と接触している前記樹脂を硬化させる硬化手段とを備えることを特徴とするレンズアレイの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、レーザプリンタやスキャナなどには、光源から照射された光を照射対象に向けて集光させるための複数のレンズ部を有するレンズアレイが設けられている。このようなレンズアレイは、例えばレンズ部の表面形状と対応する凹部が複数形成された成形型に樹脂材料を供給し、これを硬化することで形成されている。
ここで、成形型は、成形型用の基板に対してフォトリソグラフィ技術やエッチング技術を施すことや、研削装置を用いた機械加工を用いること、半球状の凸部が形成された基板の凸形状を成形型用の基板に転写することなどによって製造されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】特開平８−７２０６４号公報
【特許文献２】特開平９−２４５５７号公報
【特許文献３】特開２０００−３０１５５０号公報
【特許文献４】特開２００５−２２７６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来のレンズアレイの製造方法においても、以下の課題が残されている。すなわち、例えば径が５００μｍ以上で高さが１００μｍ以上である比較的大径の同一形状のレンズ部を複数有するレンズアレイの場合、成形型に同一形状の凹部を複数形成しなければならず、各凹部の形状誤差が生じるという問題がある。例えば、研削装置を用いた機械加工の場合、成形型用の基板に複数の凹部を形成すると、研削装置のバイトの刃先、いわゆる切削部分に切削時の被削材料の変化により、被削材料の一部が付着することでまったく別の刃先形状を持つ構成刃先によって各凹部で凹部の形状に差異が生じてしまう。ここで、各凹部で構成刃先による形状変化に基づいて補正することも考えられるが、研削装置が高価になってしまう。
また、例えばウエットエッチング法やドライエッチング法を用いて凹部を形成する場合、深さが１００μｍ以上もある比較的大径の凹部を形成することは製造工程が長時間化してしまう。
【０００４】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、比較的大径の複数のレンズ部を精度よく短時間で容易に製造することができるレンズアレイの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかるレンズアレイの製造方法は、凸状のレンズ部を複数有するレンズアレイの製造方法であって、深さが１００μｍ以上の凹部が１つ形成された成形型の前記凹部に液体状の樹脂を充填する充填工程と、前記成形型を基板に当接させて前記樹脂を前記基板と接触させた状態で前記樹脂を硬化させる硬化工程と、前記成形型を硬化した前記樹脂から離間させる離間工程とを有し、前記充填工程、前記硬化工程及び前記離間工程をこの順で複数回行うことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明にかかるレンズアレイの製造装置は、基板上に設けられた凸状のレンズ部を複数有するレンズアレイの製造装置であって、深さが１００μｍ以上の凹部が１つ形成された成形型と、前記凹部に液体状の樹脂を充填する充填手段と、前記成形型と前記基板との相対位置を変化させて前記凹部に充填された前記樹脂を前記基板に接近離間させる移動手段と、前記凹部に充填されて前記基板と接触している前記樹脂を硬化させる硬化手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明では、１つの凹部の形状に基づいてレンズ部を複数形成しているため、各レンズ部間の形状誤差が小さくなる。また、成形型が１つの凹部のみを有しているため、成形型の製造が容易となる。これにより、比較的大径で同一形状を有する複数のレンズ部を精度よく短時間で製造することが可能となる。すなわち、成形型が１つの凹部のみを有するため、研削などの機械加工を用いても所望の形状で精度よく短時間で成形型を形成できる。そのため、複数の凹部を形成する場合のように各凹部の形状バラツキを考慮しなくてもよい。また、凹部内に充填した樹脂を基板に接触させた状態で硬化することで、硬化した樹脂によりレンズ部が形成される。そして、これを複数回繰り返すことで、１つの凹部から形成された同一形状のレンズ部を複数形成する。
したがって、同一形状である複数のレンズ部を短時間で精度よく形成でき、容易にレンズアレイの生産性が向上する。
また、成形型が凹部を１つのみを有することで、レンズ部のレイアウトの自由度が向上する。
【０００８】
また、本発明にかかるレンズアレイの製造方法は、前記充填工程で、前記樹脂を液滴吐出法により前記凹部内に充填することが好ましい。
この発明では、液滴吐出法により、凹部内に充填する樹脂量の制御が容易となる。
【０００９】
また、本発明にかかるレンズアレイの製造方法は、前記樹脂が、光硬化樹脂であることが好ましい。
この発明では、光硬化樹脂を用いることで、熱硬化樹脂を用いる場合と比較して硬化工程の短縮化が図れる。
【００１０】
また、本発明にかかるレンズアレイの製造方法は、前記樹脂が、紫外線硬化樹脂であることとしてもよい。
この発明では、樹脂に紫外線を照射し、樹脂を硬化する。
【００１１】
また、本発明にかかるレンズアレイの製造方法は、前記基板が、透光性材料であることが好ましい。
この発明では、基板を介して樹脂に光を照射することで、成形型を基板に対して相対的に移動させるための部材が成形型に設けられていても、この部材の存在の影響を受けずに樹脂を硬化させることができる。
【００１２】
また、本発明にかかるレンズアレイの製造方法は、前記凹部の表面に、前記樹脂に対する撥液処理が施されていることが好ましい。
この発明では、硬化した樹脂を成形型から容易に離間させることができる。したがって、離間工程の短縮化が図れると共に、レンズ部の形状の誤差をより小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明におけるレンズアレイの製造方法及び製造装置の一実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。ここで、図１はレンズアレイの製造装置によって製造されるレンズアレイを示すもので、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図、図２はレンズアレイの製造装置を示す概略斜視図、図３は成形型を示すもので、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。なお、図１では、レンズアレイが多数のレンズ部を有しているため、その一部を省略して図示している。
【００１４】
［レンズアレイ］
本実施形態におけるレンズアレイの製造方法によって製造されるレンズアレイ１は、図１に示すように、基板２と、基板２の一面から突出して形成された複数のレンズ部３とを備えている。
基板２は、例えば石英ガラスなどの紫外線を透過する透光性材料で構成された板部材である。また、基板２のうちレンズ部３が形成される一面には、レンズ部３を構成する樹脂との密着性を高めるためのシランカップリング処理が施されている。シランカップリング処理は、シランカップリング剤として例えば信越化学社製のＫＢＭ−９０３を用い、純水とエタノールとの混合溶媒に約０．５％で希釈したものを基板２に塗布した後、１１０℃、５分程度の加熱処理により定着することで行われている。
レンズ部３は、例えばアクリル系やエポキシ系などのモノマータイプの紫外線硬化樹脂で構成された球面レンズである。ここで、レンズ部３は、曲率半径が１．５ｍｍ、隣接するレンズ部３とのピッチが１．５ｍｍである。また、レンズ部３は、１５０個のレンズ部３で構成される列を３列配置した構成となっている。
【００１５】
［レンズアレイの製造装置］
本実施形態におけるレンズアレイの製造装置１０は、アライナー装置であって、図２に示すように、成形型１１と、成形型１１に樹脂を充填する充填手段１２と、成形型１１を基板２に対して相対的に移動させる移動手段１３と、成形型１１に充填された樹脂を硬化する硬化手段１４と、基板２を保持する保持手段１５とを備えている。
【００１６】
成形型１１は、図１に示すように、例えば石英ガラスで構成されており、上面に開口を有する凹部１１ａが１つ形成されている。この凹部１１ａは、図２に示すように、表面が球面形状を有しており、その深さが１００μｍ以上となっている。
ここで、成形型１１は、母材に対して例えば精密５軸加工機を用いた切削加工によって凹部１１ａを形成した後、酸系溶液による洗浄処理を行うことで形成されている。
また、凹部１１ａの表面には、液体状の樹脂に対して撥液性を示すようにＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラサン：（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３）処理が施されている。このＨＭＤＳ処理は、凹部１１ａの表面にＨＭＤＳの蒸気を接触させるものである。なお、撥液処理は、ＨＭＤＳ処理に限らず、例えばフッ素化処理など他の方法により行ってもよい。
【００１７】
充填手段１２は、インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）を有しており、このインクジェットヘッドから液体状の樹脂を液滴状にして凹部１１ａに向けて吐出する構成となっている。ここで、充填手段１２による凹部１１ａへの樹脂の充填量は、凹部１１ａの容量と同等となっている。また、樹脂の粘度は、例えば２０ｃｐｓとなっている。なお、充填手段１２による充填量に誤差が生じる場合は、凹部１１ａの容量よりも多い方であることが望ましく、充填量が凹部１１ａの容量の１０５％以下であることが好ましい。これは、樹脂の充填量が少ないことによって基板２と樹脂との接触面積が小さくなることを防止すると共に、誤差が５％を越えることによって形成されるレンズ部３の形状誤差が大きくなることを防止するためである。
また、充填手段１２は、成形型１１が平面視（Ｚ軸方向）で基板２と重ならない待機位置に配置されている。
【００１８】
移動手段１３は、成形型１１を水平面の一方向であるＸ軸方向と、水平面内の他の一方向であってＸ軸方向と直交するＹ軸方向と、水平面に対する直交方向であるＺ軸方向との３軸方向で移動可能に保持している。そして、移動手段１３は、基板２よりも下方で成形型１１を平面視（Ｚ軸方向）で基板２と重ならない待機位置と基板２と重なる位置との間で移動させる構成となっている。
【００１９】
硬化手段１４は、図２に示す紫外線ＵＶを照射する照射部を有しており、基板２よりも上方（＋Ｘ軸方向）から基板２の全面に紫外線ＵＶを照射する構成となっている。
保持手段１５は、基板２のうちレンズ部３が形成される一面が下側（−Ｘ軸方向）を向くように、基板２を水平面内（ＸＹ平面内）で保持する構成となっている。
【００２０】
［レンズアレイの製造方法］
次に、以上のような構成の製造装置１０を用いたレンズアレイの製造方法について、図４を参照しながら説明する。ここで、図４は、レンズアレイの製造工程を示す工程図である。
まず、凹部１１ａ内に樹脂を充填する充填工程を行う。ここでは、充填手段１２が、待機位置にある成形型１１の凹部１１ａに向けてインクジェット法（液滴吐出法）を用いて液体状の樹脂を吐出し、凹部１１ａ内に樹脂を充填する（図４（ａ））。
【００２１】
次に、充填された樹脂を基板２に接触させて硬化させる硬化工程を行う。ここでは、移動手段が、成形型１１を水平面内であるＸＹ平面内で移動させ、Ｚ軸方向においてレンズ部３の形成領域と重なる所定位置に移動させる（図４（ｂ））。そして、成形型１１を水平面に対して直交方向であるＺ軸方向で移動させ、成形型１１の上面を基板２の下面に当接させることで凹部１１ａに充填されている樹脂を基板２の下面に接触させる。その後、硬化手段１４が図４（ｃ）に示す紫外線ＵＶを基板２の全面に照射する。ここで、基板２が紫外線ＵＶを透過する透光性材料で構成されているため、硬化手段１４から照射された紫外線ＵＶは、基板２を透過して凹部１１ａ内に充填されている樹脂に照射される（図４（ｃ））。また、紫外線ＵＶの照射時間は、例えば５秒から１０秒程度となっている。これにより、樹脂は、基板２に接触したまま硬化する。
【００２２】
続いて、成形型１１を硬化した樹脂から離間させる離間工程を行う。ここでは、移動手段１３が、成形型１１をＺ軸方向で移動させ、成形型１１を基板２から離間させる。このとき、凹部１１ａに充填されていた樹脂が硬化して基板２に密着しているため、成形型１１のみが基板２から離間する。ここで、凹部１１ａの表面に撥液処理が施されているため、成形型１１の離間時において硬化した樹脂が成形型１１から容易に離間する。これにより、基板２に密着した状態で硬化した樹脂によってレンズ部３が形成される。そして、移動手段１３は、成形型１１を待機位置に移動させる（図４（ｄ））。
【００２３】
その後、再び充填工程、硬化工程及び離間工程を行い、上述とは異なる位置に他のレンズ部３を形成する（図４（ｅ））。これを複数回繰り返すことで、図１に示すような複数箇所に同一形状のレンズ部３を形成する。以上のようにして、レンズアレイ１を製造する。
【００２４】
［光プリンタ］
以上のようにして製造されたレンズアレイ１は、例えば図５に示すような光プリンタ５０に用いられる。ここで、図５は、光プリンタの要部を示す概略構成図である。
この光プリンタ５０は、図５に示すように、露光ヘッド５１と、感光ドラム５２と、コロナ帯電器５３と、現像ローラ５４と、転写ローラ５５と、クリーニング装置５６とを備えている。
【００２５】
露光ヘッド５１は、光源であるラインヘッド５７と、ラインヘッド５７と感光ドラム５２との間に配置された光学部材であるレンズアレイ１とを備えている。そして、露光ヘッド５１は、回転によって所定位置に到達した感光ドラム５２に対して線状の露光光を照射する構成となっている。すなわち、露光ヘッド５１は、感光ドラム５２を順次ライン走査する構成となっている。
ラインヘッド５７は、例えばＬＥＤなどの光源素子を複数線状に配置した構成となっている。また、レンズアレイ１は、ラインヘッド５７から出射した光を感光ドラム５２の表面で集光させる構成となっている。
感光ドラム５２は、図５に示す時計回りで回転する構成となっており、回転によって所定位置に到達したときに露光ヘッド５１から露光光を受光して静電潜像を形成する構成となっている。
【００２６】
コロナ帯電器５３は、上記所定位置よりも感光ドラム５２の回転方向における上流側に配置されており、感光ドラム５２の表面を一様に帯電させる構成となっている。
現像ローラ５４は、上記所定位置よりも感光ドラム５２の回転方向における下流側に配置されており、感光ドラム５２に形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像（トナー像）を形成する構成となっている。
転写ローラ５５は、現像ローラ５４よりも感光ドラム５２の回転方向における下流側に配置されており、感光ドラム５２に形成された可視像を転写媒体５８に転写する構成となっている。
クリーニング装置５６は、感光ドラム５２の回転方向における転写ローラ５５とコロナ帯電器５３との間に配置されており、転写媒体５８への可視像の転写後に、感光ドラム５２の表面に残存しているトナーを除去する構成となっている。
【００２７】
このような構成の光プリンタ５０では、コロナ帯電器５３によって感光ドラム５２の表面が例えば正（＋）に帯電される。そして、上記所定位置において露光ヘッド５１が感光ドラム５２に向けて露光光を照射することにより、感光ドラム５２の表面が露光されて表面に静電潜像が形成される。
次に、現像ローラ５４により、現像剤であるトナーを感光ドラム５２の表面に付与し、静電潜像の電気的な吸着力によって静電潜像の電子レベルに応じた可視像（トナー像）を形成する。そして、感光ドラム５２の表面に形成された可視像（トナー像）は、感光ドラム５２の回転によって転写媒体５８に接触する。ここで、転写ローラ５５によって転写媒体が背面からトナー像のトナー粒子と逆極性の電荷（負（−）の電荷）が付与されている。これにより、トナー粒子が感光ドラム５２の表面から転写媒体５８に吸引され、トナー像が転写媒体５８の表面に転写される。
【００２８】
以上のようなレンズアレイの製造方法及び製造装置１０によれば、成形型１１が１つの凹部１１ａのみを有しており、この凹部１１ａの形状に基づいて同一形状のレンズ部３を複数形成するため、成形型１１の製造が容易となると共に、各レンズ部３の間における形状誤差が小さくなる。したがって、同一形状である複数のレンズ部３を短時間で精度よく容易に形成でき、レンズアレイ１の生産性が向上する。また、レンズ部３のレイアウトの自由度が向上する。
ここで、充填手段１２がインクジェットヘッドを有しているため、凹部１１ａへの樹脂の充填量を精度よく制御できる。また、紫外線硬化樹脂を用いることで、硬化工程の短時間化が図れる。そして、基板２を透光性材料で構成することにより、成形型１１に移動手段１３を構成する部材が取り付けられていても、基板２を透過させて樹脂に紫外線ＵＶを照射することができる。さらに、凹部１１ａの表面に撥液処理を施すことで、離間工程時に硬化した樹脂を成形型１１から容易に離型でき、離間工程の短縮化が図れると共にレンズ部３の形状誤差の発生を抑制できる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、レンズ部が球面レンズを構成しているが、非球面レンズなど、他の形状であってもよい。
また、成形型が石英ガラスで構成されているが、表面にニッケルまたは銅メッキ処理が施された金属材料など、他の材料であってもよい。ここで、成形型を金属材料で構成する場合には、表面にメッキ処理を施すことによって平坦面が得られる。
そして、研削装置を用いて凹部を形成しているが、フォトリソグラフィ法やエッチング法を用いて凹部を形成してもよい。ここで、レンズ部が非球面レンズを構成する場合には、研削装置を用いて凹部を形成することが好ましい。
さらに、紫外線硬化樹脂を用いているが、他の光硬化樹脂を用いてもよく、熱硬化樹脂など他のエネルギーを樹脂に与えることによって硬化する樹脂材料を用いてもよい。
また、充填工程において、インクジェットヘッドを用いて液体状の樹脂の吐出を行っているが、精度よく所定量の樹脂を吐出できればディスペンサなど、他の充填手段を用いて行ってもよい。
そして、成形型が透光性材料で構成されている場合には、硬化工程において、成形型に充填されている樹脂に対して上下両側など、複数方向から紫外線を照射する構成としてもよい。また、基板が紫外線を透過可能な材料で構成されているが、透過しない材料で構成されてもよい。このとき、成形型を透光性材料で構成し、硬化工程において、例えば下側から紫外線を照射する。
【００３０】
また、上述したレンズアレイの製造方法によって製造されたレンズアレイを用いて新たな成形型を形成してもよい。ここでは、製造されたレンズアレイを母型とし、電鋳により新たな成形型を形成する。すなわち、レンズアレイの表面にメッキ処理によって成形型を形成し、この成形型をレンズアレイから剥離する。これにより、レンズアレイのレンズ部の凸形状が転写された凹部が複数形成された新たな成形型が形成される。この新たな成形型を用いて、上述したレンズアレイの製造方法と同様に、レンズアレイを形成する。このようにすることで、レンズアレイの製造工程のさらなる短縮化が図れる。
【００３１】
また、レンズアレイは、タンデム式のプリンタの露光ヘッドに用いられているが、４サイクル式のプリンタの露光ヘッドなど他のプリンタの露光ヘッドに用いてもよい。
そして、レンズアレイは、プリンタの露光ヘッドに限らず、スキャナなど、他の電子機器に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の製造方法で製造されるマイクロレンズの平面図及び正面図である。
【図２】本発明のレンズアレイの製造装置を示す概略斜視図である。
【図３】図２の成形型を示す平面図及び断面図である。
【図４】本発明のレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【図５】レンズアレイを備える光プリンタの要部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  レンズアレイ、２  基板、３  レンズ部、１０  レンズアレイの製造装置、１１  成形型、１１ａ  凹部、１２  充填手段、１３  移動手段、１４  硬化手段、１５  保持手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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