(57)【要約】【課題】良好な光学的特性が得られるレンズアレイ、その形成方法及び画像形成装置を提供すること。【解決手段】一例のレンズアレイは、光軸と直交する面に設けられた透明基板と、この透明基板上で入射光に対して主走査方向に配列され、物点から入射した光を集光する第１レンズと、前記透明基板上の前記第１レンズ以外の部分に設けられ物点から入射する光を遮る遮光部と、この遮光部間の前記第１レンズ上に積層され、前記第１レンズとは異なる濡れ特性を有する材料により構成された第２レンズと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸と直交する面に設けられた透明基板と、
この透明基板上で入射光に対して主走査方向に配列され、物点から入射した光を集光する第１レンズと、
前記透明基板上の前記第１レンズ以外の部分に設けられ物点から入射する光を遮る遮光部と、
この遮光部間の前記第１レンズ上に積層され、前記第１レンズとは異なる濡れ特性を有する材料により構成された第２レンズと、
を有することを特徴とするレンズアレイ。
【請求項２】
光軸と直交する面に設けられた透明基板と、
入射光に対してこの透明基板上に設けられ主走査方向に配列され、物点から入射した光を集光する第１レンズと、
前記透明基板上の前記第１レンズ以外の部分に設けられ物点から入射する光を遮る遮光部と、
この遮光部間の前記第１レンズ上に積層され、前記第１レンズとは異なる光学屈折率特性を有する材料により構成された第２レンズと、
を有することを特徴とするレンズアレイ。
【請求項３】
前記遮光部の材料、前記第１レンズの材料及び前記第２レンズの材料は、ＵＶ硬化型インクであることを特徴とする請求項１又は２記載のレンズアレイ。
【請求項４】
前記第１レンズの材料の前記遮光部の材料に対する濡れ特性が、前記第２レンズの材料の前記遮光部の材料に対する濡れ特性よりも大きく、且つ前記第２レンズの表面が前記遮光部に対して十分突出した接触角以上により構成されることを特徴とする請求項１記載のレンズアレイ。
【請求項５】
前記第１レンズの材料の前記透明基板の材料に対する濡れ特性が、前記第２レンズの材料の前記透明基板の材料に対する濡れ特性よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のレンズアレイ。
【請求項６】
前記第１レンズは、アクリル系硬化樹脂により構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項７】
前記第１レンズは、カチオン系硬化樹脂により構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項８】
原稿の主走査方向に配列されたセンサと、
前記原稿の主走査方向に設けられ、前記原稿の表面に光を照射する照明装置と、
請求項１または２記載のレンズアレイと、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
前記第１レンズの材料の前記遮光部の材料に対する濡れ特性が、前記第２レンズの材料の前記遮光部の材料に対する濡れ特性よりも大きく、且つ前記第２レンズの表面が前記遮光部に対して十分突出した接触角以上により構成されることを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
【請求項１０】
光軸と直交する面に設けられた透明基板を形成する透明基板形成ステップと、
この透明基板形成ステップにより形成された前記透明基板上に形成され、物点から入射する光を遮る遮光部を設ける遮光部形成ステップと、
前記遮光部の間で、前記透明基板上に主走査方向に配列され前記入射した光を集光する第１レンズを形成する第１レンズ形成ステップと、
前記遮光部の間で、前記第１レンズ上に積層され、前記第１レンズとは異なる濡れ特性を有する材料の第２レンズを形成する第２レンズ形成ステップと、
を有することを特徴とするレンズアレイの形成方法。
【請求項１１】
前記第１レンズ及び斬鬼第２のレンズは、インクジェット法により構成されてなることを特徴とする請求項１０記載のレンズアレイの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、画像形成装置、レンズアレイ及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズアレイは、電子複写機やファクシミリの光学系、ＬＥＤ又はＬＣＤプリンタの光プリントヘッド、液晶表示装置、固体撮像素子、光インターコネクションによる多重画像転送、共焦点型レーザー顕微鏡など、光通信分野、光ディスク分野、画像表示分野、画像伝送・結合分野、光計測、光センシング分野、光プロセッシング分野等の幅広い用途が期待されている。通常これらのマイクロレンズアレイには、迷光の無い高品質（高分解能）のものが要求される。
【０００３】
レンズアレイでは、複数個のレンズを形成する必要がある。透明基板上に一列に複数個のレンズを形成する方法として、透過性の基板上に遮光層を形成した後、遮光層の間にインクジェット方法によりレンズ材料(画素部)を充填し、更に加熱によりレンズ材料を湾曲させる工程によってマイクロレンズアレイを成形する方法が知られている。
【０００４】
しかしこの方法で作製したレンズアレイでは、良好な光学的特性が得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−７５１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、良好な光学的特性が得られるレンズアレイ、その形成方法及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために一実施形態は、光軸と直交する面に設けられた透明基板と、この透明基板上で入射光に対して主走査方向に配列され、物点から入射した光を集光する第１レンズと、前記透明基板上の前記第１レンズ以外の部分に設けられ物点から入射する光を遮る遮光部と、この遮光部間の前記第１レンズ上に積層され、前記第１レンズとは異なる濡れ特性を有する材料により構成された第２レンズと、を有することを特徴とするレンズアレイを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係るＭＦＰの構造を示す図である。
【図２】図１において光学的な潜像形成及び印刷の部分を示す図である。
【図３】図２における光学系の機構を示す図である。
【図４】一実施形態のレンズアレイの平面図及び断面図である。
【図５】図４に示すレンズアレイの一部拡大図である。
【図６】一実施形態のレンズアレイ形成装置の概略図である。
【図７】一実施形態のレンズアレイ形成の方法を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図８】一実施形態のレンズアレイ形成の方法の各工程を示す図である。
【図９】一実施形態のレンズアレイの構造を説明するための図である。
【図１０】一実施形態において遮光部の膜厚と透過濃度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための実施形態について、図面を参照して説明する。本発明は、レンズアレイやその形成方法に関する発明であり、その構造や形成方法などについては、図５以下で詳細に説明する。その前に、このレンズアレイが適用される画像形成装置について説明する。なお、本発明のレンズアレイはスキャナなどにも用いることが可能であり、ここでいう画像形成装置には、スキャナ等も含まれる。
【００１０】
以下、各図において同一箇所については同一の符号を付す。図１は、一実施形態に係る画像形成装置の構成図である。図１において、画像形成装置は、例えば複合機であるＭＦＰ（Multi-Function Peripherals）や、プリンタ、複写機等である。以下の説明ではＭＦＰを例に説明する。
【００１１】
ＭＦＰ１０の本体１１の上部には透明ガラスの原稿台１２があり、原稿台１２上には自動原稿搬送部（ＡＤＦ）１３を開閉自在に設けている。また本体１１の上部には操作パネル１４を設けている。操作パネル１４は、各種のキーとタッチパネル式の表示部を有している。
【００１２】
本体１１内のＡＤＦ１３の下部には、読取装置であるスキャナ部１５を設けている。スキャナ部１５は、ＡＤＦ１３によって送られる原稿または原稿台上に置かれた原稿を読み取って画像データを生成するもので、密着型イメージセンサ１６ａ（以下、単にイメージセンサと呼ぶ）を含む画像読取ユニット１６を備えている。イメージセンサ１６ａは、主走査方向（図１では奥行方向）に配置されている。
【００１３】
イメージセンサ１６ａは、原稿台１２に載置された原稿の画像を読み取る場合は原稿台１２に沿って移動しながら、原稿画像を１ライン分ずつ読み取る。これを原稿サイズ全体にわたって実行し１ページ分の原稿の読み取りを行う。またＡＤＦ１３によって送られる原稿の画像を読み取る場合、画像読取ユニット１６は、固定位置（図示の位置）にある。
【００１４】
更に本体１１内の中央部にはプリンタ部１７を有し、本体１１の下部には、各種サイズの用紙を収容する複数のカセット１８を備えている。プリンタ部１７は、感光体ドラムと、露光装置としてＬＥＤを含む走査ヘッド１９を有し、走査ヘッド１９からの光線によって感光体を走査して画像を生成する。
【００１５】
プリンタ部１７は、スキャナ部１５で読み取った画像データや、ＰＣ（Personal Computer）などで作成された画像データを処理して用紙に画像を形成する（詳細は後述）。プリンタ部１７は、例えばタンデム方式によるカラーレーザプリンタであり、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋを含む。画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、中間転写ベルト２１の下側に、上流から下流側に沿って並列に配置している。また、走査ヘッド１９も画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋに対応した複数の走査ヘッド１９Ｙ，１９Ｍ，１９Ｃ，１９Ｋを有している。
【００１６】
図２は、画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋのうち、画像形成部２０Ｋを拡大して示す構成図である。尚、以下の説明において各画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは同じ構成であるため、画像形成部２０Ｋを代表として説明する。
【００１７】
図２に示すように、画像形成部２０Ｋは、像担持体である感光体ドラム２２Ｋを有する。感光体ドラム２２Ｋの周囲には、回転方向ｔに沿って帯電チャージャ２３Ｋ、現像器２４Ｋ、１次転写ローラ２５Ｋ、クリーナ２６Ｋ、ブレード２７Ｋ等を配置している。感光体ドラム２２Ｋの露光位置には、走査ヘッド１９Ｋから光を照射し、感光体ドラム２２Ｋ上に静電潜像を形成する。
【００１８】
画像形成部２０Ｋの帯電チャージャ２３Ｋは、感光体ドラム２２Ｋの表面を一様に全面帯電する。現像器２４Ｋは、現像バイアスが印加される現像ローラ２４ａによりブラックのトナー及びキャリアを含む二成分現像剤のうち、トナーを感光体ドラム２２Ｋに供給する。クリーナ２６Ｋには、ブレード２７Ｋを含んでおり、これにより感光体ドラム２２Ｋ表面の残留トナーを除去する。
【００１９】
また図１に示すように、画像形成部２０Ｙ〜２０Ｋの上部には、現像器２４Ｙ〜２４Ｋにトナーを供給するトナーカートリッジ２８を設けている。トナーカートリッジ２８は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーカートリッジを含む。
【００２０】
中間転写ベルト２１は、循環的に移動する。中間転写ベルト２１は、駆動ローラ３１及び従動ローラ３２に張架される。また中間転写ベルト２１は感光体ドラム２２Ｙ〜２２Ｋに対向して接触している。中間転写ベルト２１の感光体ドラム２２Ｋに対向する位置には、１次転写ローラ２５Ｋにより１次転写電圧が印加され、感光体ドラム２２Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト２１に１次転写する。
【００２１】
中間転写ベルト２１を張架する駆動ローラ３１には、２次転写ローラ３３を対向して配置している。駆動ローラ３１と２次転写ローラ３３間を用紙Ｓが通過する際に、２次転写ローラ３３により２次転写電圧が用紙Ｓに印加される。そして中間転写ベルト２１上のトナー像を用紙Ｓに２次転写する。中間転写ベルト２１の従動ローラ３２付近には、ベルトクリーナ３４を設けている。
【００２２】
また、図１で示すように、給紙カセット１８から２次転写ローラ３３に至る間には、給紙カセット１８内から取り出した用紙Ｓを搬送する搬送ローラ３５を設けている。更に２次転写ローラ３３の下流には定着器３６を設けている。また定着器３６の下流には搬送ローラ３７を設けている。搬送ローラ３７は用紙Ｓを排紙部３８に排出する。
【００２３】
更に、定着器３６の下流には、反転搬送路３９を設けている。反転搬送路３９は、用紙Ｓを反転させて２次転写ローラ３３の方向に導くものであり、両面印刷を行う際に使用する。
【００２４】
次に、図２を参照して走査ヘッド１９Ｋの構成を説明する。走査ヘッド１９Ｋは、感光体ドラム２２Ｋと対向し露光装置として機能する。感光体ドラム２２Ｋは、予め設定した回転速度で回転し、表面に電荷を蓄えることができる。走査ヘッド１９Ｋからの光を感光体ドラム２２Ｋに照射して露光し、感光体ドラム２２Ｋの表面に静電潜像を形成する。
【００２５】
走査ヘッド１９Ｋは、レンズアレイ５０を有し、レンズアレイ５０は保持部材４１に支持されている。また、保持部材４１の底部には支持体４２を有し、支持体４２には、発光素子であるＬＥＤ素子４３を配置している。ＬＥＤ素子４３は主走査方向に直線状に等間隔で設けている。また、支持体４２にはＬＥＤ素子４３の発光を制御するドライブＩＣを含む基板（図示せず）を配置している。尚、レンズアレイ５０の詳細な構成については後述する。
【００２６】
ドライブＩＣは制御部を構成し、画像データに基づいて走査ヘッド１９Ｋの制御信号を発生し、制御信号に従って所定の光量でＬＥＤ素子４３を発光させる。そして、ＬＥＤ素子４３から出射した光線は、レンズアレイ５０に入射し、レンズアレイ５０を通過して感光体ドラム２２Ｋ上に結像し、像が感光体ドラム２２Ｋ上に形成される。また走査ヘッド１９Ｋの上部（出射側）にはカバーガラス４４を取り付けている。
【００２７】
図３は、画像読取ユニット１６の構成を示す説明図である。イメージセンサ１６ａ（４９）は、原稿台１２上に載置された原稿の画像、またはＡＤＦ１３によって給紙された原稿の画像を、操作パネル１４の操作に従って読み取る。イメージセンサ１６ａは、主走査方向に配置された１次元のセンサであり、筐体４５を有する。筐体４５は基板４６上に配置され、筐体４５の原稿台１２側の上面には、原稿の方向に光を照射する２つのＬＥＤライン照明装置４７，４８を主走査方向（図の奥行方向）に延びるように設けている。ＬＥＤライン照明装置４７，４８は、ＬＥＤアレイと導光体を備える。尚、光源はＬＥＤに限定されず、蛍光管、キセノン管、冷陰極管又は有機ＥＬ等であってもよい。
【００２８】
筐体４５上部のＬＥＤライン照明装置４７とＬＥＤライン照明装置４８の間には、レンズアレイ５０が支持され、筐体４５の底部にある基板４６には、ＣＣＤやＣＭＯＳなどで構成されるセンサ４９が実装されている。ＬＥＤライン照明装置４７，４８は原稿台１２上の原稿の画像読み取り位置を照射し、画像読み取り位置で反射した光は、レンズアレイ５０に入射する。レンズアレイ５０は、正立等倍レンズとして機能する。レンズアレイ５０に入射した光は、レンズアレイ５０の出射面から出射され、センサ４９上に結像する。結像した光は、センサ４９によって電気信号に変換され、電気信号は、基板４６のメモリ部（図示せず）に転送される。
【００２９】
この実施形態では、画像形成装置としてＭＦＰを例に説明したが、画像形成装置ＭＦＰに限定されず、プリンタやスキャナ単体等であってもよい。
【００３０】
次に、レンズアレイ５０（結像素子アレイ）の構成について説明する。レンズアレイの配列状態を示すマイクロレンズアレイの平面図を図４（ａ）に示す。図４（ａ）におけるｄ−ｄの断面図を図４（ｂ）に示す。
【００３１】
透明基板５１に、遮光部５２が設けられており、この遮光部５２にマイクロレンズ５３が整列されている。マイクロレンズは後述するように、第１レンズ５３ａと第２レンズ５３ｂの２つのレンズにより構成されている。例えば図３に示すように、前面の物点（原稿台１２）からの光は、レンズアレイ５０を通ってセンサ４９で受光される。
【００３２】
２つのレンズは２層構造を有し、遮光部５２に対して異なる濡れ特性を有するレンズ材料を例えばインクジェット法で形成したものである。濡れ特性は、通常、接触角により測定可能であるが、本実施の形態においては、第１レンズ、第２レンズの遮光部５２に対する接触角は各々θ１，θ２で定義する。濡れ特性がよいと、接触角は小さくなる。なお、図５において第１レンズの遮光部に対する接触角は９０°以下となっている。もちろんこの第１レンズの接触角θ１を９０°以上にしてもよい。第２レンズの接触角θ２は、濡れ特性が十分抑制されている、具体的には接触角が例えば約６０°以上であることが好ましい。接触角を６０°以上にすることで、よりレンズの曲率を大きくすることができ、焦点距離を短くすることができる。逆にレンズが２層構造になることと併せて装置の小型化が可能になる。レンズが２層構造になることで、１枚レンズで焦点距離を短くすることが可能になっている。逆に背ｓｓｙ区画を９０°以上にすると迷光が発生しやすくなり、レンズ特性（集光）が低下する場合がある。
【００３３】
ここで図９により、第１レンズ５３ａ、第２レンズ５３ｂの材料（インク）の遮光部５２に対する接触角θについて説明する。
【００３４】
図９（ｃ）は、従来の遮光部及びレンズ付近の構造である。透明基板９１の上に遮光部９２が設けられ、この遮光部９２の間に一層のレンズ９３が設けられる。
【００３５】
このレンズ９３の材料(インク)の遮光部９２の材料に対する接触角はθｃである。接触角θｃが小さい、すなわち濡れ特性がよいと、レンズ９３の表面が平らに近くなる。そして、点線により示すように、遮光部９２を超えて隣接するレンズ９３が一体になってしまうおそれがある。
【００３６】
図９(ａ)は、図５に示すものより、第１レンズの接触角θ１Ａが９０°以下で小さく、第２レンズの接触角θ２Ａがθ１Ａよりも大きい例を示し、図９（ｂ）は、第１レンズの接触角θ１Ｂが９０°以上であるが、第２レンズの接触角θ２Ｂより大きい例を示している。このように第１レンズの接触角は９０°以上であってもよい。
【００３７】
図９（ｃ）に示す従来の場合に比して、図９（ａ）や図９（ｂ）に示す実施形態では、濡れ特性が十分悪く、接触角θ２は大きくなる。
【００３８】
第２レンズ５３ｂのインクは第１レンズ５３ａのインクに比べて遮光部５２面との濡れが悪く遮光部５２高さ面からの凸状のメニスカスがスムーズに形成される。濡れ特性が抑止されているので、遮光部５２上面での濡れ広がりが少なく、遮光部５２の高さ面までレンズ形状を形成することが容易に可能になる。また遮光部材に濡れ広がらない範囲で第２レンズインクの印字量を可変することが可能になるため、可変量の範囲内でのレンズの曲面形状を制御することができる。
【００３９】
第２レンズインクの接触角が小さいと、所望のレンズ特性範囲を限定することになったり、あるいは第２レンズをUVあるいは熱で硬化させるまでの硬化工程が制限されることになる。そのため十分濡れ特性を抑えて、すなわち接触角がある程度以上の範囲、例えば接触角を約６０°以上に設定することにより、集光性が増加しより良好なレンズ特性や成形工程の自由度が向上することになる。
【００４０】
遮光部５２は入射光を遮る遮光性が高いほどマイクロレンズアレイの特性に有利である。すなわち、この遮光部５２により迷光を遮断できる。このとき遮光性は例えば透過濃度（光学濃度；ＯＤ値）で測定することで求められる。このときの透過濃度の測定は、例えばX-rite社製361Tを用いることにより測定可能であり、透過濃度が６以上であれば透過光をほぼ遮光できる。
【００４１】
透明基板にマイクロレンズを形成してなるレンズアレイの形成装置の簡略図を図６に示す。インクジェット法により遮光部及びレンズを形成する。また、このレンズアレイの形成方法のフローチャートを図７に示し、図８（ａ）〜（ｅ）に透明基板５１上に順次、遮光部５２、第１レンズ５３ａ、第２レンズ５３ｂが形成される様子を示す。
【００４２】
なお、遮光部５２、第１レンズ５３ａ、第２レンズ５３ｂは、まずその材料がインクジェット法により形成されその後硬化されるが、ここではこれらの硬化されていない材料も遮光部５２、第１レンズ５３ａ、第２レンズ５３ｂと表すことがある。また、遮光部材用の紫外線硬化インクを遮光インク、第１、第２レンズ材料の紫外線硬化インクを第１レンズインク、第２レンズインクと略記することもある。また、遮光部の材料、第１レンズの材料、第２レンズの材料を遮光部、第１レンズ、第２レンズと略記することもある。
【００４３】
図７に示すステップＳ７１で、透明基板５１上に遮光部５２を形成する。図６において、６２はインクジェット印刷部であり透明基板５1上に遮光部５２を形成するために必要な位置に紫外線硬化インクを吐出させる。６３は紫外線照射部であり、透明基板５１上に吐出された紫外線硬化インクに紫外線を照射し、紫外線硬化インクを硬化するためのものである。搬送台６４上に透明基板５１を固定し、搬送台６４を位置制御部６５により搬送し透明基板５１の位置を制御する。
【００４４】
図８（ａ）にはまだ遮光部５２が形成されていない透明基板５１を示し、図８（ｂ）には途中まで遮光部５２が形成された状態を示し、図８（ｃ）は遮光部５２がすべて形成された状態を示す。
【００４５】
ステップＳ７２では、図８（ｄ）に示すように、遮光部５２の間にまず、第１レンズの材料が充填される。次にステップＳ７３では、図８（ｅ）に示すように、遮光部５２の間で上記第１レンズが充填され硬化された後、第２レンズの材料が充填され硬化される。
【００４６】
位置制御部６５は搬送台６４を移動させる。インクジェット印刷部６２から紫外線硬化インクを吐出して透明基板５１上の所定位置に遮光部５２を形成する（図５参照）。その後、この紫外線硬化インクに、紫外線照射部６３から照射する紫外線を当てて硬化させる。
【００４７】
遮光部５２は、任意の高さに成形することが可能であり、インクジェットによる吐出から紫外線照射を繰り返す動作により成される。
【００４８】
この後の第１インクレンズの形成（充填、硬化）、第２レンズの形成（充填、硬化）も図６に示す装置によりなされる。
【００４９】
なお、図６はインクジェット方法により遮光部等を形成する一例であり、遮光部の形成はフォトレジスト法や印刷方法など、他の遮光部形成方法により作成してもよい。
【００５０】
次に本発明に用いることのできる紫外線硬化インクについて説明する。
【００５１】
（遮光材料)
マイクロレンズ用の遮光部を形成するための遮光材料としては、光学的な遮光性および反射特性が第一に求められる。次にインクジェット紫外線硬化インク特性としての飛翔性能、分散安定性などが求められ、このような材料としては光吸収性の顔料を挙げることができる。
【００５２】
例えば、カーボンブラック、カーボンリファインド、及びカーボンナノチューブのような炭素系顔料、鉄黒、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化クロム、及び酸化鉄のような金属酸化物顔料、硫化亜鉛のような硫化物顔料、フタロシアニン系顔料、金属の硫酸塩、炭酸塩、ケイ酸塩、及びリン酸塩のような塩からなる顔料、並びにアルミ粉末、ブロンズ粉末、及び亜鉛粉末のような金属粉末からなる顔料を例示することができる。
【００５３】
(反応性材料)
遮光部およびレンズ部の骨格となる材料は光硬化型材料であり、重合性官能基を有する反応性モノマー、オリゴマーなどの光で重合する反応性の材料と、それらの重合を開始させる光開始剤からなる。反応性材料ついては、現在、多種多様なものが様々な用途で使用されているが、大別するとラジカル型とカチオン型に分けることができる。
【００５４】
ラジカル型はアクリロイル官能基を有するアクリルモノマー・オリゴマーが代表的なもので、光照射された光開始剤から発生するラジカルにより重合が促進される。用途的にはコーティング、インキ、光学材料、レジストなどが挙げられるが、重合の際に酸素阻害が生じることや硬化後の体積収縮が比較的大きいことが欠点として挙げられ、これら欠点をいかに制御して使用するかが求められていた。
【００５５】
これに対してカチオン型は、エポキシやオキセタン化合物に代表される環状エーテル化合物、またビニルエーテル基を有するビニルエーテル化合物などが挙げられ、光開始剤として光照射によるプロトン発生を利用し重合を開始させるものである。これらの中で環状エーテル化合物は重合後の体積収縮が少なく、それに伴い基材との密着性が優れていることが特徴に挙げられる。また、酸素阻害を生じることなく重合でき、薄膜の形成能に優れていることもラジカル型とは異なる点である。
【００５６】
マイクロレンズ用の遮光部としては、前記の特性を踏まえた上でインクジェット紫外線硬化インクとしてのインク特性を両立する材料を適宜選択して使用することができる。すなわち本発明のインク材料は、遮光部としての遮光性、反射特性、硬化膜強度、紫外線硬化条件などの性能と、インクジェット紫外線硬化インク特性としての粘度、表面張力などの物性および遮光材の分散安定性、ヘッド部材との適合性などを満足することができるものであれば、特に制限はない。以下、具体例を列挙する。
【００５７】
ラジカル型の材料は、分子中のアクリロイル基の有する数により、単官能アクリレート、２官能アクリレート、３つ以上の多官能アクリレートなどのモノマーや、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレートなどに代表されるオリゴマーが例示できる。この内、単官能モノマーは反応性希釈剤として用いられることが多く、またインクジェットインクとしては、粘度の調整材料として重要な役割を果たす。
【００５８】
具体例として、イソボニルアクリレート、アクリロイルモルホリン、ジシクロペンタジエニルアクリレート、フェニルグリシジルエーテルのアクリル酸付加物、２-ヒドロキシエチルアクリレート、２-ヒドロキシプロピルアクリレート、２-ヒドロキシブチルアクリレート、２-ヒドロキシヘキシルアクリレート、エチルカルビトールアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、２-アクリロイルオキシエチルフタレート、ベンジルアクリレート、などや、２-ヒドロキシヘキシルメタクリレート、アリルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレートなどのメタクリルアクリレートが挙げられる。また、アクリル系以外では、Ｎ-ビニルピロリドン、Ｎ-ビニルカプロラクタムなどは希釈剤としても有用である。
【００５９】
２官能アクリレートは、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ノナンジオールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、ビスフェノールＡのＥＯ付加物アクリレートなど、多官能アクリレートは、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、イソシアヌル酸ＥＯ付加物のトリアクリレートなどが挙げられる。
【００６０】
カチオン型の材料は、エポキシ化合物、オキセタン化合物、ビニルエーテル化合物などが挙げられる。
【００６１】
エポキシ化合物は、２価の脂肪族骨格または脂環式骨格を有する炭化水素基、あるいは、脂肪族鎖または脂環式骨格を一部に有する２価の基の一方あるいは両方に、エポキシ基あるいは脂環式エポキシ基を有する化合物を挙げることができる。例えば、ダイセル化学社製のセロキサイド２０２１、セロキサイド２０２１Ａ、セロキサイド２０２１Ｐ、セロキサイド２０８１、セロキサイド２０００、セロキサイド３０００に例示される脂環式エポキシ、エポキシ基を有する（メタ）アクリレート化合物であるサイクロマーＡ２００、サイクロマーＭ１００、ＭＧＭＡのようなメチルグリシジル基を有するメタクリレート、低分子エポキシ化合物であるグリシドール、β−メチルエピコロルヒドリン、α−ピネンオキサイド、Ｃ１２〜Ｃ１４のα−オレフィンモノエポキシド、Ｃ１６〜Ｃ１８のα−オレフィンモノエポキシド、ダイマックＳ−３００Ｋのようなエポキシ化大豆油、ダイマックＬ−５００のようなエポキシ化亜麻仁油、エポリードＧＴ３０１、エポリードＧＴ４０１のような多官能エポキシなどを挙げることができる。
【００６２】
更に、サイラキュアのような米国ダウケミカル社の脂環式エポキシや、水素添加し且つ脂肪族化した低分子フェノール化合物の水酸基末端をエポキシを有する基で置換した化合物、エチレングリコールやグリセリン、ネオペンチルアルコールやヘキサンジオール、トリメチロールプロパンなどの多価脂肪族アルコール／脂環アルコールなどのグリシジルエーテル化合物、ヘキサヒドロフタル酸や、水添芳香族の多価カルボン酸のグリシジルエステルなどを使用することができる。
【００６３】
オキセタン化合物としては、例えば、（ジ[１−エチル（３−オキセタニル）]メチルエーテル、３−エチル−３−（２−エチルヘキシロキシメチル）オキセタン、〔（１−エチル−３−オキセタニル）メトキシ〕シクロヘキサン、ビス〔（１−エチル−３−オキセタニル）メトキシ〕シクロヘキサンや、ビス〔（１−エチル−３−オキセタニル）メトキシ〕ノルボルナンなどの脂環に１以上のオキセタン含有基が導入された化合物、エチレングリコールやプロピレンゴリコール、ネオペンチルアルコールなど脂肪族多価アルコールに、３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタンのようなオキセタン含有アルコールを脱水縮合させたエーテル化合物）などが挙げられる。
【００６４】
また、芳香族骨格を含むオキセタン化合物としては、例えば１，４−ビス（（１−エチル−３オキセタニル）メトキシ）ベンゼン、１，３−ビス（（１−エチル−３オキセタニル）メトキシ）ベンゼン、４，４‘−ビス（（３−エチル−３オキセタニル）メトキシ）ビフェニル、フェノールノボラックオキセタン類があげられる。
【００６５】
ビニルエーテル化合物としては、２-エチルヘキシルビニルエーテル、ブンタンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、ジチレングリコールモノビニルエーテル、ジチレングリコールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、４-ヒドロキシブチルビニルエーテルなどが挙げられる。
【００６６】
また硬化速度の向上に加えてさらなる粘度の低下と硬化硬度の向上が要求される場合には、液体インク中に下記式（１）で表わされるビニルエーテル化合物を、単独または組み合わせて配合することが好ましい。
【００６７】
前記した脂肪族グリコール誘導体やシクロヘキサンジメタノールなどのメチレン基に結合したビニルエーテル化合物は、顔料による重合阻害が顕著なため、これまでインクとして使用することが難しかった。しかしながら、下記式（１）で示される、脂環式骨格、テルペノイド骨格や芳香族骨格に直接ビニルエーテル基を有する化合物は、顔料と同時に具備しても硬化性能に優れる。かかる化合物の配合量は、熱可塑性を維持するためには液体インク全体に対して５０重量部以下の割合とすることが望ましいが、熱可塑性を損なってもより高い溶剤耐性と硬度が要求される場合は更に酸で硬化する溶剤の全量まで増加しても構わない。
【００６８】
R13-R14-(R13)p                        ・・・・・・・（１）
上記式（１）中、Ｒ13は少なくとも１つはビニルエーテル基であり、ビニルエーテル基、水酸基から選択される置換基を示す。Ｒ14は脂環式骨格または芳香環を有する骨格から選択されるｐ＋１価の基であり、ｐは０を含む正の整数である。ただし、Ｒ14がシクロヘキサン環骨格で、かつｐが０の場合、環上の少なくとも一つの炭素はケトン構造を有する。
【００６９】
（ｐ＋１）価の有機基Ｒ14としては、例えば、ベンゼン環やナフタレン環、ビフェニル環を含む（ｐ＋１）価の基、シクロアルカン骨格や、ノルボルナン骨格、アダマンタン骨格、トリシクロデンカン骨格、テトラシクロドデカン骨格、テルペノイド骨格、コレステロール骨格などの誘導される（ｐ＋１）価の基などが挙げられる。
【００７０】
より具体的には、シクロヘキサン（ポリ）オール、ノルボルナン（ポリ）オール、トリシクロデカン（ポリ）オール、アダマンタン（ポリ）オール、ベンゼン（ポリ）オール、ナフタレン（ポリ）オール、アントラセン（ポリ）オール、ビフェニル（ポリ）オールなどの脂環ポリオールやフェノール誘導体おける水酸基の水素原子が、ビニル基に置換された化合物などが挙げられる。また、ポリビニルフェノールやフェノールノボラックなどのポリフェノール化合物における水酸基の水素原子が、ビニル基に置換された化合物などが挙げられる。上記化合物は、水酸基の一部が残留していても、脂環式骨格の一部のメチレン原子が、ケトン基などに置換されていても、揮発性が低減するため望ましいものとなる。特に、シクロヘキシルモノビニルエーテル化合物は揮発性に富むため、シクロヘキシルモノビニルエーテル化合物が用いられる場合は、シクロヘキサン環は少なくともシクロヘキサノン環に酸化されていることが望ましい。
【００７１】
次に、光開始剤の例としてはラジカル系とカチオン系に別れるが、一般的なものを列挙する。ラジカル系は、ベンゾインエーテル系、アセトフェノン系、フォスフィンオキサイド系があり、１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ジエトキシアセトフェノン、２-ヒドロキシ-２-メチル-１-フェニルプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1、などの開裂型、ベンゾフェノン、２，４-ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントンなどの水素引き抜き型、などが挙げられる。
【００７２】
カチオン系は、オニウム塩、ジアゾニウム塩、キノンジアジド化合物、有機ハロゲン化物、芳香族スルフォネート化合物、バイスルフォン化合物、スルフォニル化合物、スルフォネート化合物、スルフォニウム化合物、スルファミド化合物、ヨードニウム化合物、スルフォニルジアゾメタン化合物、およびそれらの混合物などを使用することができる。
【００７３】
具体的には、トリフェニルスルフォニウムトリフレート、ジフェニルヨードニウムトリフレート、２，３，４，４−テトラヒドロキシベンゾフェノン−４−ナフトキノンジアジドスルフォネート、４−Ｎ−フェニルアミノ−２−メトキシフェニルジアゾニウムスルフェート、４−Ｎ−フェニルアミノ−２−メトキシフェニルジアゾニウムｐ−エチルフェニルスルフェート、４−Ｎ−フェニルアミノ−２−メトキシフェニルジアゾニウム２−ナフチルスルフェート、４−Ｎ−フェニルアミノ−２−メトキシフェニルジアゾニウムフェニルスルフェート、２，５−ジエトキシ−４−Ｎ−４'−メトキシフェニルカルボニルフェニルジアゾニウム−３−カルボキシ−４−ヒドロキシフェニルスルフェート、２−メトキシ−４−Ｎ−フェニルフェニルジアゾニウム−３−カルボキシ−４−ヒドロキシフェニルスルフェート、ジフェニルスルフォニルメタン、ジフェニルスルフォニルジアゾメタン、ジフェニルジスルホン、α−メチルベンゾイントシレート、ピロガロールトリメシレート、ベンゾイントシレート、などが挙げられる。
【００７４】
これらの材料を用いて、マイクロレンズ遮光部の紫外線硬化インクを作成するには、遮光材をモノマーに分散する工程と、得られた分散液と適切なモノマー、オリゴマーおよび光開始剤、更に必要に応じて重合禁止剤を加えて混合攪拌する工程を経て、最終的に粗粒子や不要な固形分を除去するろ過あるいは遠心分離などの精製工程を行いインクジェット紫外線硬化インクとする。
【００７５】
紫外線硬化インク物性値として、遮光材の平均粒子径は300nm以下にすれば飛翔性能に影響を与えることがない。また、粘度値は25℃において5〜30mPa・s、モノマー、オリゴマーなどの配合により設定することが望ましい。
【００７６】
レンズ部用の紫外線硬化インクを作成するには、遮光部に対する濡れ特性と第１レンズの材料と第２レンズの材料の間の相対的な濡れ特性の関係、またあるいは透明基板に対する濡れ特性を定義したモノマー、オリゴマーを選定・配合し、更に光開始剤また必要に応じて重合禁止剤を加えて混合攪拌する工程を経て、最終的に粗粒子や不要な固形分を除去するろ過あるいは遠心分離などの精製工程を行いインクジェット紫外線硬化インクとする。
【００７７】
また、前記レンズ部用の紫外線硬化インクの作成手順と同様に、第１レンズの材料と第２レンズの材料を、本発明一例の相対的な屈折率の関係となるようにモノマー・オリゴマーを選定することもできる。
【００７８】
図７、図８にも示したように、本発明の一例のマイクロレンズアレイの形成方法は、第１に透明基板上に遮光部形成、第２に形成した遮光部の間に第１レンズ材料をインクジェット法で形成、第３に前記第１レンズ材料とは遮光部に対して異なる濡れ特性を有するレンズ材料を、インクジェット法で形成するものである。始めに第１の工程の遮光部形成から説明する。
【００７９】
遮光材料としてカーボンブラックを使用した場合の遮光部の厚さと遮光特性の関係を図１０に示す。紫外線硬化は、照度：2000mW/cm2、積算光量：400mJ/cm2、波長：365nmで行った。この図において横軸は遮光膜の厚さ（μｍ）を表し、縦軸は透過濃度を表す。
【００８０】
評価は遮光インクにおける遮光材（カーボンブラック）の濃度が3.5重量%と7.5重量%のものを使用した。この図から、遮光材3.5重量%では膜厚が約24μm以上で十分な遮光性能が得られ、遮光材7.5重量%では約12μm以上の膜厚で十分な遮光性能が得られることが確認できる。
【００８１】
この結果から、マイクロレンズアレイの遮光部を十分な性能にするために必要な遮光部の厚みは遮光材料の含有量により変えられることが確認できる。すなわち、遮光インクで形成する遮光部の膜厚と幅方向の厚みを変えることに加え、遮光インク中の遮光材料の添加量を変えることにより、レンズの分解能に応じた遮光部形状が自由に成形可能である。
【００８２】
次に、遮光部を形成するための方法を図６に示すレンズアレイ形成装置を用いて説明する。この例では、遮光部インクの遮光材はカーボンブラックとし、遮光材は3.5重量%とした。また、紫外線照射部６３は、照度：2000mW/cm2、積算光量：400mJ/cm2、波長：365nmとし、遮光部５２の厚さは最終的に50μmとする。
【００８３】
透明基板５１は、マイクロレンズアレイ構造を維持するための板状の機械強度および寸法精度があり、また光学的に必要とされる透過性を有しているものであれば限定されない。一例としては、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート、スチレン系樹脂、脂環式アクリル樹脂、脂環式オレフィン樹脂などのプレートあるいはフィルムなどが用いられる。
【００８４】
まず、搬送台６４に透明基板５１を設置する。搬送台６４は制御部６５によりインクジェット印刷部６２、紫外線照射部６３の方向に稼働する。
【００８５】
インクジェット印刷部６２では図８(b)に示すように、透明基板上に遮光部を所定のパターンになるように印刷する。このときの位置制御部６５はインクジェット印刷部６２からの透明基板５１上に吐出する遮光インク量を、遮光部５２の厚さが10μmになるように制御する。インク量の制御は、インク吐出させる電圧を調整する方法やマルチドロップでその液滴数を可変する方法等で可能である。
【００８６】
透明基板５１上に吐出されたインクに対して、紫外線照射部６３により紫外線が照射される。このようにして第1層目の遮光部が形成される。次に位置制御部６５は搬送台６４を稼働させ、透明基板５１を設定した位置まで戻り、次の層の形成を行う。
【００８７】
第1層目の遮光部を形成したときと同じ手順で、同じパターン上に厚さ10μmの遮光部を形成し合わせて20μm厚の遮光部を形成する。この動作を繰り返すことにより所定の50μm高さの遮光部５２を形成することができる。
【００８８】
このようにして透明基板５１上に遮光部５２を形成するが、遮光部５２の高さは自由に設計できる。10μmあるいはそれ以下の高さの遮光部５２を形成する場合は、1回の遮光インク吐出動作で遮光部５２を形成することも可能あり、更に回数を増やせば50μm以上の高さに形成することも可能である。また、インクジェット印刷部６２からの吐出量を調整することによっても、1回の遮光部を形成する厚さを変えられるので、レンズ設計の形状、特性により適切な条件で吐出印字を行うようにする。
【００８９】
次に、第１および第２レンズを形成する手順を示す。透明基板５１上に所定のマイクロレンズパターンを形成した後、図６に示した装置により、透明基板５１上の遮光部が形成されていない面に第１レンズインクを吐出印字する。
【００９０】
第１レンズインクは、遮光部５２との濡れ特性が良く遮光部５２に対してスムーズに透明基板５１上の非遮光部材面に濡れ広がってゆく。そして遮光部５２の高さの50μmになるところまで第１レンズインクが満たされる量を吐出し、液面の形状が凹型のメニスカスができるようにする。非遮光部面に所定量印字された第１レンズインクは、遮光部形成と同様に紫外線照射部６３により紫外線が照射され第１レンズインクが硬化される。このときの紫外線照射装置は、照度：1000mW/cm2、積算光量：200mJ/cm2、波長：365nmとした。
【００９１】
第１レンズ部が形成された後、第１レンズ部形成と同じ方法で第１レンズ部上に第２レンズインクが印字される。第２レンズインクは硬化された第１レンズ部を埋めるように成形され、インク液は遮光部５２の高さまで液面の形状が凸型になるように吐出印字される。このとき、第２レンズインクは第１レンズインクに比べて遮光部面との濡れが悪く遮光部高さ面からの凸状のメニスカスがスムーズに形成される。濡れ特性が悪いので、遮光部上面での濡れ広がりが少なく遮光部の高さ面までレンズ形状を形成することが可能になる。また遮光部材に濡れ広がらない範囲で第２レンズインクの印字量を可変することが可能になるため、可変量の範囲内でのレンズの曲面形状を制御することができる。
【００９２】
このようにして非遮光部面の第１レンズインク部上に所定量印字された第２レンズインクは、第１レンズインクと同様に紫外線照射部６３により紫外線が照射され第２レンズインクが硬化される。このときの紫外線照射部６３は、照度：500mW/cm2、積算光量：100mJ/cm2、波長：365nmとした。
【００９３】
また、ここでは遮光部上面までに第１レンズインクを充填されてから紫外線照射を行う例を示したが、吐出印字を複数回に分けてその都度、紫外線照射を行って第１レンズインクを積層硬化させて行くこともできる。その場合は紫外線照射強度をより低く設定し、レンズの硬化収縮を緩和させることも可能であり、レンズの材料特性により硬化方法を選択すればよい。
【００９４】
以上では第１レンズ部が遮光部の上面まで充填されている例を示したが、第１レンズと第２レンズの充填量、すなわちレンズとしての厚さは当然ながら任意に設定することができ、レンズの光学特性に合わせて充填比を変えることもできる。
【００９５】
更に、製造条件の一例として以下のような方法を用いることもできる。上記実施例で説明したマイクロレンズアレイは、その片面にてマイクロレンズが配置したものを例にとって説明したが、両面にマイクロレンズアレイを形成することも可能であり、表面のマイクロレンズアレイを形成した後に、透明基板を反転してセットし裏面のマイクロレンズアレイを形成することで同様に行うことができる。
【００９６】
本実施例で説明した紫外線照射部６３は、透明基板５１のインクジェット印刷面からのみ紫外線の照射を行っていた。しかし、搬送台６４上の透明基板５１を取り付ける部分を、例えばガラス板のように紫外線に対して透過性にして裏面側からも紫外線照射を行い、紫外線硬化インクを硬化させることもできる。このようにすればインクの硬化を効率的に行うことが可能となる。
【００９７】
本実施例は、搬送台６４上に透明基板５１を設置した後に、搬送台６４を動かしながらインクジェット印刷部６２で紫外線硬化インクを吐出させ、紫外線照射部６３により紫外線硬化インクを硬化して遮光部５２およびレンズ部を形成する例を説明した。しかし、搬送台６４に対してインクジェット印刷部６２、紫外線照射部６３を走査する方法でも実現できる。更に、複数のインクジェット印刷部と紫外線照射部を設ける形でも同様に実現でき、更に効率的に、遮光部、第１レンズ、第２レンズを形成できる。
【００９８】
なお、紫外線硬化インクにカチオン系材料を用いた場合、紫外線照射後に加熱工程を加えると、より効率的な硬化が可能になる。特に、遮光部における硬化では、遮光材が遮光インクに含有されているため、遮光インク内部まで紫外線が届くことが難しい場合があり、レンズインクに比べて紫外線照射時の硬化特性が劣る傾向にある。そこで、照射後の加熱を行うことにより発生したカチオンが拡散し効果的にモノマーやオリゴマーなどの反応性材料を重合硬化させてゆくことができる。
【００９９】
以上述べたように本発明の実施形態では、遮光部間に形成される２層レンズの上層である第２レンズの濡れ特性を十分抑えることにより、集光性を増し、光学的特性を向上させることができる。
【０１００】
上述の実施形態では、インクジェット法により、遮光部、第１レンズ、第２レンズを形成していた。しかし本発明のこれらの形成方法では、ディスペンサーによりこれらを形成することも可能である。
【０１０１】
上記遮光部およびレンズ部材料を形成する方法として、ディスペンサーによる微量液体の塗布により行うことができる。例えば、武蔵エンジニアリング社製の非接触ジェットディスペンサー(Cyber Jet2)、兵神装備社製のマイクロディスペンサー(ヘイシンマイクロディスペンサー)、マイクロドロップテクノロジー社製のマイクロディスペンサー(ナノジェット)などにより行うことが可能である。これらを用いレンズ基材（透明基板）上に所定量の遮光部液やレンズ部材料液を塗布し、塗布直後に硬化を行い塗布と硬化を繰り返すことにより、レンズ構造を形成する。
【０１０２】
上記実施形態では、第１レンズと第２レンズの材料が、異なる塗れ特性を有するものについて説明した。しかし、本発明における第１レンズと第２レンズの材料は、濡れ特性でなく光学屈折率特性が異なるものであってもよい。マイクロレンズアレイは、レンズアレイに含まれる。
【０１０３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したがこれらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０・・・・ＭＦＰ
１５・・・・スキャナ部
１６・・・・イメージセンサ
１７・・・・プリンタ部
１９・・・・走査ヘッド
２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ・・・・画像形成部
４３・・・・ＬＥＤ素子
４９・・・・センサ
５０・・・・レンズアレイ
５１・・・・透明基板
５２・・・・遮光部
５３・・・・マイクロレンズ
５３ａ・・・・第１レンズ
５３ｂ・・・・第２レンズ
６３・・・・紫外線照射部
６４・・・・搬送台
６５・・・・位置制御部
【図１】
2013186195.tif 000003
【図２】
2013186195.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013186195.tif 000007
【図６】
2013186195.tif 000008
【図７】
2013186195.tif 000009
【図８】
2013186195.tif 000010
【図９】
2013186195.tif 000011
【図１０】
2013186195.tif 000012