(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種類の金属酸化物を含有する不透光性樹脂を用いて屈折率分布型ロッドを固着したロッドレンズアレイにおいて、
前記金属酸化物の平均粒子径が３ｎｍ以上４０ｎｍ以下、表面の疎水率が８５％以上であり、かつ屈折率が１．６５以上であることを特徴とするロッドレンズアレイ。
【請求項２】
前記金属酸化物表面の疎水率が９８％以上である請求項１記載のロッドレンズアレイ。
【請求項３】
前記樹脂は、エポキシ樹脂及びその変性体、ウレタン樹脂及びその変性体、シリコーン樹脂及びその変性体、ポリエステル樹脂及びその変性体、アクリル樹脂及びその変性体、ポリアミド樹脂及びその変性体から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２記載のロッドレンズアレイ。
【請求項４】
前記樹脂は熱硬化性樹脂と硬化剤からなることを特徴とする請求項１または２記載のロッドレンズアレイ。
【請求項５】
１．浅溝を多数均一間隔で平行に形成した型部材に、多数本の屈折率分布型ロッドを収めて配列するロッド配列工程と、
２．配列されたロッド群の上方に前記不透光性樹脂層とフレーム板を配置し、該樹脂層を加熱して粘調状態にし、加圧して各ロッドを半埋設状態にしたのち、前記型部材から引き離す半埋設工程と、
３．半埋設状態にあるロッド配列体のロッドの側に前記不透光性樹脂層とフレーム板を配置し、該樹脂層を加熱して粘調状態にし、加圧して各ロッドを完全埋設状態にする完全埋設工程と、
を具備するロッドレンズアレイの製造方法において、
前記樹脂層が含有する前記金属酸化物の平均粒子径が３ｎｍ以上４０ｎｍ以下、表面の疎水率が８５％以上であり、かつ屈折率が１．６５以上であることを特徴とするロッドレンズアレイの製造方法。
【請求項６】
前記樹脂がエポキシ樹脂及びその変性体、ウレタン樹脂及びその変性体、シリコーン樹脂及びその変性体、ポリエステル樹脂及びその変性体、アクリル樹脂及びその変性体、ポリアミド樹脂及びその変性体から選ばれる少なくとも１種から成ることを特徴とする請求項５記載のロッドレンズアレイの製造方法。
【請求項７】
前記樹脂が熱硬化性樹脂と硬化剤から成ることを特徴とする請求項５に記載のロッドレンズアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数本の屈折率分布型ロッドを所定間隔で精密配列し、不透光性樹脂による完全埋設状態で固定するロッドレンズアレイに関するものである。この技術は、例えばファクシミリ等の光学系で使用する光集束性マイクロレンズアレイに適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
光集束性マイクロレンズアレイは、多数の微小な屈折率分布型ロッドレンズを整列配置して不透光性の樹脂で固着し、全体で１個の連続した正立等倍実像が形成されるようにした光学部品である。このレンズアレイは光路長が短く反転ミラーが不要であるため装置を小型化できる特徴があり、そのためファクシミリやプリンタなどの走査システム用光学系に最適であり、既に実用に供されている。
【０００３】
この種のレンズアレイは、ロッドレンズを整列配置する前に、ロッドレンズ内に開口角より大きな角度で入射するフレア光を散乱させて除去するための前処理を施している。これは、ロッドレンズをフッ酸等の入った組成物中に所定の条件で浸漬し、ロッドレンズの外周部を曇りガラス状に荒らして、フレア光を散乱させるものである。フレア光はロッドレンズの結像作用には寄与しない不要な光でレンズアレイのコントラストに悪影響を及ぼすため、除去することが不可欠である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来から行っているフレア光の除去方法は、ロッドレンズを組成物中に浸漬する必要があるため、組成物中の温度ムラなどの条件のバラツキによって、処理の程度が異なり、結果としてロッドレンズの直径バラツキなどを生じやすく、ロッドレンズの歩留まりを低下させる原因の一つとなっている。また、ロッドレンズの生産の効率を落とす要因の一つにもなっている。
【０００５】
この問題を解決する手段として、特開昭６３−３０１９０１には、着色成分を含む光吸収体部分と透明誘電体部分を溶着一体化した後にイオン交換することにより、上限界面での光反射を低減できるロッドレンズが提案されている。しかしこのロッドレンズは光吸収体部分でのフレア光の吸収が不完全で、コントラストの良好なロッドレンズアレイを得るには至っていない。
【０００６】
また、特開平９−１２７３５３には外周表面の位置から中心方向に向かう１００μｍ以内の所定範囲の部分に光吸収剤または光散乱剤の濃度が均一な層が形成されているプラスチックのロッドレンズが提案されているが、同様にフレア光の吸収・散乱は不完全でコントラストの良好なロッドレンズアレイを得るには至っていない。
すなわち、ロッドレンズにはフレア光除去のための前処理を行わないことが望ましいが、こうしたロッドレンズを用いたロッドレンズアレイはまだない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らはこの問題点を解決するために鋭意検討した結果、少なくとも１種類の金属酸化物を含有する不透光性樹脂を用いて屈折率分布型ロッドを固着したロッドレンズアレイにおいて、前記金属酸化物の平均粒子径が３ｎｍ以上４０ｎｍ以下、表面の疎水率が８５％以上であり、かつ屈折率が１．６５以上であることが、前処理によらずにフレア光を除去する手段であることを見出した。さらに金属酸化物表面の疎水率は９８％以上であることが望ましい。
【０００８】
上記の不透光性樹脂を用いてロッドレンズアレイを製造するために、
１．浅溝を多数均一間隔で平行に形成した型部材に、多数本の屈折率分布型ロッドを収めて配列するロッド配列工程と、
２．配列されたロッド群の上方に前記不透光性樹脂層とフレーム板を配置し、該樹脂層を加熱して粘調状態にし、加圧して各ロッドを半埋設状態にしたのち、前記型部材から引き離す半埋設工程と、
３．半埋設状態にあるロッド配列体のロッドの側に前記不透光性樹脂層とフレーム板を配置し、該樹脂層を加熱して粘調状態にし、加圧して各ロッドを完全埋設状態にする完全埋設工程と、からなる製造方法を用いる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
屈折率分布型ロッドレンズアレイにおいて、前処理によらずにフレア光を除去するためには、ロッドレンズを固着する樹脂の屈折率がロッドレンズの外周部の屈折率と等しいことと、その樹脂が黒色であることが必要である。もし、樹脂の屈折率がロッドレンズの外周部よりも低いと、フレア光はロッドレンズと樹脂の界面で全反射を起こしてロッドレンズ内を伝送され、結果としてロッドレンズアレイのコントラスト低下を引き起こす。また、屈折率が同じでも樹脂が透明であれば、ロッドレンズから樹脂層に入ったフレア光が隣接するロッドレンズ内に進入して、やはりコントラスト低下を引き起こす。このため樹脂を黒色にして、フレア光を吸収させることが必要である。
【００１０】
ガラス製のロッドレンズの場合、外周部の屈折率は約１．６０であり、一般の樹脂の屈折率１．４５〜１．５５と比較するとかなり高いため、外周部の屈折率と樹脂の屈折率を同じにするには樹脂の屈折率を上げることが必要となる。プラスチック製のロッドレンズの場合でも、外周部の屈折率が高い場合には本発明は有効である。樹脂の屈折率を上げる方法については、フッ素（Ｆ）を除くハロゲン原子を有する樹脂、硫黄（Ｓ）原子を有する樹脂、金属酸化物を含有する樹脂が上げられるが、ガラス製のロッドレンズの場合、Ｆを除くハロゲン原子は、ロッドレンズアレイの耐候性を上げるための高温の後処理によってロッドレンズから析出するアルカリ金属原子と塩を形成するために好ましくない。
【００１１】
また、Ｓ原子を有する樹脂も、ガラス製のロッドレンズの場合は、やはり高温の後処理において、分解して異臭を発するものがあり選択が難しい。分解温度が高く、異臭を発しないものであれば、Ｓ原子を含んでいる樹脂でも使用できる。金属酸化物を含有する樹脂は、高温下での処理においても、塩の形成や分解の心配がなく、最も好ましく用いられる。
【００１２】
屈折率を上げるのに有効な屈折率１．６５以上の金属酸化物としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｗ等の酸化物が上げられ、これらは単独で用いても、複数の種類を組み合わせて用いても良い。また、複数の元素から成る複合酸化物でも良い。
【００１３】
酸化物の形態は、光の波長以下の粒径レベルをもつ粒子系であれば、微粉末でもコロイド状でも良い。この中で、特に好ましく用いられる金属酸化物は、酸化チタンであり、その中でもさらに好ましいものは、
（１）一次粒子の平均粒子径が３ｎｍ以上４０ｎｍ以下
（２）オクチルシラン処理等の疎水処理が施され、疎水率が８５％以上、更に好ましくは９８％以上
（３）粒子中の酸化チタン含有率が９５％以上
（４）ルチル形含有比率が３０±１０％、更に好ましくは３０±５％
（５）比表面積が４５±２０ｍ2／ｇ、更に好ましくは４５±１０ｍ2／ｇ
という特性を満たすものである。
【００１４】
ここで疎水率は次のように測定した。分液ロートに純水１００ｇと測定する金属酸化物１ｇを投入後、振蕩器で１０分間振動分散後、取り出した試料を分光光度計（比濁計）により波長５００ｎｍでの透過率を測定する。この透過率を疎水率とみなした。疎水率は１００％に近いことが望ましいが、現状入手できる材料では８５〜９５％程度のものが多く、９８％以上の材料は酸化チタンなど少数に限られる。
【００１５】
好ましい金属酸化物の添加量は、１〜５０重量％で、特に好ましくは１０〜４５重量％である。高屈折率材料を用いる場合は、添加量を減少させることで対応できる。しかし１％未満では、安定に樹脂の屈折率を向上させることが難しい。また５０％を越えると樹脂の作業性が悪くなる。
【００１６】
ロッドレンズを固着する樹脂の例としては、エポキシ樹脂及びその変性体、ウレタン樹脂及びその変性体、シリコーン樹脂及びその変性体、ポリエステル樹脂及びその変性体、アクリル樹脂及びその変性体、ポリアミド樹脂及びその変性体等が挙げられ、これらは単独で用いても、複数の種類を組み合わせても良い。また、樹脂は熱硬化性樹脂と硬化剤から成る樹脂である方が、ロッドレンズアレイへの耐熱性付与の面から好ましい。さらに、樹脂には、
（１）熱衝撃性・機械衝撃性向上のために、熱可塑性樹脂及び／または弾性構造を有するエポキシ樹脂を添加
（２）湿熱性、ロッドレンズとの接着性付与のためにカップリング剤を添加
（３）適度な吸収係数を持たせるために顔料を添加
しておくのが好ましい。
【００１７】
ロッドレンズアレイを製造する方法としては、次の２通りがある。
【００１８】
第１の方法は、予め２枚のフレーム板の間に屈折率分布型ロッドを配列しておき、そのロッド間の隙間に液状の樹脂を含浸して、該樹脂を硬化する方法である。
【００１９】
第２の方法は、
１．図１Ａに示すように、浅溝２４を多数均一間隔で平行に形成した型部材２０に、多数本の屈折率分布型ロッド２２を収めて配列するロッド配列工程と、
２．図１Ｂに示すように、作業台２６上に敷いた断熱シート２８上に固定した前記型部材２０上に配列されたロッド群の上方に、前記不透光性樹脂層３０とフレーム板３２を配置し、該樹脂層３０を加熱して粘調状態にし、ウェイト３４により加圧して各ロッド２２を図１Ｃに示すように仮硬化した不透光性樹脂３１に半埋設状態にしたのち、前記型部材から引き離す半埋設工程と、
３．図１Ｄに示すように半埋設状態にあるロッド配列体３６のロッド２２の側に前記不透光性樹脂層３０とフレーム板３２を配置し、該樹脂層３０を加熱して粘調状態にし、ウェイト３４により加圧して各ロッド２２を完全埋設状態にする完全埋設工程と、を経てロッドレンズアレイを製造する方法である。
【００２０】
どちらの方法を用いても良いが、本発明においては後者が特に好ましい。このように粘調状態にある樹脂層を利用してロッド間隔を埋め、不透光性樹脂４１を硬化せしめた後、ロッドに直交する方向に所定の長さ（レンズ長）に切断することによって図２に示す光集束性マイクロレンズアレイ４０が得られる。
【００２１】
また、後者の方法によってロッドレンズアレイを製造する際の樹脂層は、室温下でシート状で、加圧時に加温することで粘調状態になるようなものが、厚み制御が容易であることから好ましく用いられる。樹脂の硬化は、完全埋設工程で同時に行っても良いし、完全埋設工程後にまとめて加熱炉に投入して行っても良い。このような樹脂としては、反応を途中で止められるもの、言い換えれば高温で反応を開始するものが好ましい。このような例としては、芳香族アミンや酸無水物等を硬化剤としたエポキシ樹脂、フェノールやε−カプロラクタムをブロッキング剤としたブロックイソシアネートを用いたウレタン樹脂等が挙げられる。
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施例を述べるが、本発明がこれらの実施例に制約されることはない。
【００２３】
【実施例１】
（樹脂溶液の調整）
顔料として、「エポキシブラック９２０３」（東洋インキ製造製）１０重量部、シランカップリング剤として「ＫＢＭ−４０３」（信越化学製）５重量部、弾性エポキシ樹脂として「リカレジンＢＥ０−６０Ｅ」（新日本理化製）４０重量部、溶剤としてメチルエチルケトン４８重量部、トルエン１６重量部をこの順に投入し、その中に高架橋エポキシ樹脂として「エピクロンＮ−８００」（大日本インキ製）６０重量部を投入して、高速ディスパーを用いて１２００〜２５００ｒｐｍにて３０分以上攪拌して内容物を溶解させた。この溶解液中に硬化剤としてジシアンジアミド３重量部、「スミキュアーＭ」（住友化学製芳香族アミン）１重量部を分散させ、さらに酸化チタンとして「ＡＥＲＯＳＩＬ  Ｔ８０５」（デグサ社製）２８重量部を加えた後、高速ディスパーを用いて２０００〜３０００ｒｐｍにて３０分以上攪拌し、内容物を分散させた。
【００２４】
（樹脂シートの作製）
ガラス板上にシリコーン離型剤処理を施したＰＥＴフィルムを配置し、得られた分散液をウェット状態で厚さ２００±１００μｍ程度になるように塗布し、熱風乾燥機中で１１０±３０℃にて３分〜１５分程度加温し、溶剤分を揮発させた。
このようにして得られた樹脂シートは、厚さが４５±２５μｍの均一な樹脂シートであった。
【００２５】
（ロッドレンズアレイの作製）
多数の浅溝を均一間隔で平行に形成した型部材に、多数本の屈折率分布型ロッドを収めて配列した。次に配列されたロッド群の上方に樹脂シートとフレーム板を配置し、型部材を８０℃に加熱して樹脂シートを粘調状態にして加圧し、各ロッドを半埋設状態にし、その後型部材から引き離した。
半埋設状態にあるロッド配列体のロッドの側に樹脂シートとフレーム板を配置し、その樹脂シートを１００℃で加熱して粘調状態にして加圧することで各ロッドを完全埋設状態にした。
【００２６】
このようにして得られたロッドレンズアレイを１６０℃で３時間加熱し、樹脂を硬化せしめた後、ロッドに直交する方向に所定の長さ（レンズ長）に切断し、さらにレンズ端面を研磨して光集束性マイクロレンズアレイを得た。
なお、屈折率分布型ロッドは、ガラス製で開口角が１２゜、直径が０．３ｍｍでフレア光除去のための前処理を行っていないものを使用した。
【００２７】
（ロッドレンズアレイの評価）
ロッドレンズアレイの評価は図３に示す評価装置１０を用いて行なった。１ｌｐ／ｍｍのテストチャート１２をハロゲンランプ１４によりフィルタ１６、拡散板１７を通して照明し、評価するロッドレンズアレイ４０を矢印方向に移動させながら結像した像をＣＣＤイメージセンサー１８で読み取り、その出力信号１９を用いて式１により、コントラストを示すフレア率を求めた。フレア率が小さい程、コントラストが良好であることを示す評価結果を表１に示す。
【数１】
フレア率＝ｉmin×１００／ｉmax
ただしｉmaxは矩形波応答の極大値、ｉminは矩形波応答の極小値である。
【００２８】
【実施例２】
顔料として、「エポキシブラック９２０３」（東洋インキ製造製）１０重量部、シランカップリング剤として「ＫＢＭ−４０３」（信越化学製）５重量部、フェノキシ樹脂として「フェノトートＹＰ−５０」（東都化成製）７０重量部、溶剤としてメチルエチルケトン１５７重量部、トルエン９重量部をこの順に投入し、その中にエポキシ樹脂として「エピトートＹＤ−０１１」（東都化成製）３０重量部を投入して、高速ディスパーを用いて１２００〜２５００ｒｐｍにて２０分以上攪拌して内容物を溶解させた。
【００２９】
この溶解液中に硬化剤としてジシアミンジアミド３重量部、「スミキュアーＭ」（住友化学製芳香族アミン）１重量部を分散させ、さらに酸化チタンとして「ＡＥＲＯＳＩＬ  Ｔ８０５」（デグサ社製）２７重量部を加えた後、高速ディスパーを用いて２０００〜３０００ｒｐｍにて３０分以上攪拌し、内容物を分散させた。この樹脂分散液を用いて、樹脂シートを作製し、それを用いてロッドレンズアレイを作製したこと以外はすべて実施例１と同様とした。評価結果を表１に示す。
【００３０】
【実施例３】
顔料として、「エポキシブラック９２０３」（東洋インキ製造製）１０重量部、シランカップリング剤として「ＫＢＭ−９０３」（信越化学製）５重量部、溶剤としてメチルエチルケトン２５４重量部、トルエン８５重量部をこの順で投入し、その中に高架橋エポキシ樹脂として「エピクロンＮ−８００」（大日本インキ製）６０重量部、ポリエステル樹脂として「バイロン３００」（東洋紡績製）７０重量部を投入して、高速ディスパーを用いて１２００〜２５００ｒｐｍにて２０分以上攪拌して内容物を溶解させた。
【００３１】
この溶解液中に硬化剤として「コロネート２５０７」（日本ポリウレタン製ブロックイソシアネート）３重量部、「ＹＨ−３００」（油化シェルエポキシ製脂肪式酸無水物）４０重量部を分散させ、さらに酸化チタンとして「ＡＥＲＯＳＩＬ  Ｔ８０５」（デグサ社製）７８重量部を加えた後、高速ディスパーを用いて２０００〜３０００ｒｐｍにて３０分以上攪拌し、内容物を分散させた。この樹脂分散液を用いて、樹脂シートを作製し、それを用いてロッドレンズアレイを作製したこと以外はすべて実施例１と同様とした。評価結果を表１に示す。
【００３２】
（比較例）
樹脂溶液の調整において、酸化チタンとして「ＡＥＲＯＳＩＬ  Ｔ８０５」を添加しないこと以外はすべて実施例１と同様とした比較例を作製した。評価結果を表１に示す。
【表１】
0004319301.tif 000002
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも１種の金属の酸化物を含有する不透光性樹脂を用いて、屈折率分布型ロッドレンズを固着したロッドレンズアレイを作製できるので、ロッドレンズアレイを作製するに際し、ロッドレンズに対するフレア光除去のための前処理が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロッドレンズアレイの製造工程を示す図である。
【図２】本発明のロッドレンズアレイの断面図である。
【図３】ロッドレンズのフレア率を測定するための測定系を示す図である。
【符号の説明】
１０  フレア率評価装置
１２  テストチャート
１８  ＣＣＤイメージセンサ
２０  型板部材
２２  屈折率分布ロッド
２４  浅溝
３０  不透光性樹脂シート
３１  仮硬化した樹脂
３２  フレーム板
３４  ウェイト
３６  片面仮固定状態にあるロッド配列体
４０  ロッドレンズアレイ
４１  不透光性樹脂
【図１】
0004319301.tif 000003
【図２】
0004319301.tif 000004
【図３】
0004319301.tif 000005