JPH063506A - レンズの製造方法及びレンズアレイ板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シート形態の微細レンズや大面積の細密アレ
イ板もアレイ精度よく容易に製造できて量産性に優れる
屈折率分布型のレンズ、ないしそのアレイ板の製造方法
を得ること。 【構成】 感光性の屈折率調節剤を含有する透明基材
（１）の必要箇所に、光強度分布を有するレーザー光を
照射して前記屈折率調節剤を透明基材中に定着させるレ
ンズ（２）又はレンズアレイ板の製造方法。 【効果】 形状の画一性に優れたレンズを精度よくアレ
イでき、開口率の大きいアレイ板が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微細レンズの量産性に
優れる屈折率分布型のレンズの製造方法、及びかかるレ
ンズのアレイ板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、屈折率分布型のレンズを製造する
方法としては、クラッド形成管の内側に組成を変化させ
ながらレンズ形成材を堆積させる方法、ロッド状レンズ
の外周より屈折率を変化させる物質を含浸させる方法、
異屈折率モノマー含有の樹脂母体の外周より異屈折率モ
ノマーを揮散させたのち残存モノマーを重合処理する方
法が知られていた。

【０００３】しかしながら、いずれの方法においてもレ
ンズをシート形態で得ることが困難であると共に、小径
で短寸の微細レンズを直接形成することも困難で、先ず
プリフォームとして形成したのちそれを加熱延伸方式等
により線引き処理し、それより必要寸法の小径体を切り
出して両面を研磨しつつ短寸化する必要があり、従って
微細レンズの形成に複雑でかつ煩雑な作業を要して量産
性に乏しい問題点があった。また屈折率分布の制御や調
整が困難な問題点もあった。

【０００４】一方、レンズアレイ板を得るためには、前
記必要寸法のクラッド層付き小径体を束ねて固着し、両
面を研磨しつつ薄厚化する必要があってその量産性に乏
しいと共に、クラッド層に開口率が制約されて大きくで
きず、さらにアレイを細密化する際に円形のレンズ断面
が種々に変形し、例えその断面を六角形に揃えることが
できたとしてもレンズの集光率等の効率が低下し、大面
積板の製造も困難な問題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、シート形態
の微細レンズや大面積の細密アレイ板もアレイ精度よく
容易に製造できて量産性に優れる屈折率分布型のレン
ズ、ないしそのアレイ板の製造方法の開発を課題とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、感光性の屈折
率調節剤を含有する透明基材の必要箇所に、光強度分布
を有するレーザー光を照射して前記屈折率調節剤を透明
基材中に定着させることを特徴とするレンズ又はレンズ
アレイ板の製造方法を提供するものである。

【０００７】

【作用】光強度分布を有するレーザー光を照射して透明
基材中の感光性の屈折率調節剤を定着処理することによ
り、レーザー光の光強度分布に基づいて屈折率調節剤の
定着量に部分的な相違を持たせることができ、これによ
り屈折率分布を形成することができる。その場合、レー
ザー光の光強度分布は通例ガウス分布を示すことから、
そのガウス分布に基づいて屈折率が連続的に変化するレ
ンズ領域を形成することができる。従って、照射光に光
強度分布を持たせることが重要であり、露光部と非露光
部からなる二値的光学マスクを介して均等な強度光を照
射しても目的とする屈折率分布を持たせることはできな
い。

【０００８】前記において屈折率の分布状態は、光強度
分布を有するレーザー光の照射量や走査で任意に制御で
き、その照射量は照射時間、レーザー光のビーム位置、
照射スポットの大きさなどにより調節することができ
る。また、レンズの半径方向に屈折率が増大するものと
するか減少するものとするかは、用いる屈折率調節剤の
選択により、すなわち透明基材の屈折率を低下させるも
のを用いるか増大させるものを用いるかにより制御する
ことができる。

【０００９】従って上記の方法によれば、透明基材への
レーザー光の照射でレンズないしそのアレイ板を形成で
きて、量産性に優れると共に大面積板の製造も容易であ
る。また画一的なレンズを規則的に形成することが容易
であることよりレンズを精度よくアレイでき、非露光部
を設けた光学マスクを介した照射も必要でないことから
レンズが隣接した高密度の配置を達成でき、開口率の大
きいものを得ることができる。

【００１０】

【実施例】本発明の製造方法は、感光性の屈折率調節剤
を含有する透明基材に、光強度分布を有するレーザー光
を照射して前記屈折率調節剤を透明基材中に定着させる
ものであり、そのレーザー光の照射箇所の制御で図１に
例示の如き単レンズや図２に例示の如きレンズアレイ板
を適宜に形成するものである。なお図中の１は透明基
材、２は形成したレンズ部である。

【００１１】本発明において用いる感光性の屈折率調節
剤を含有する透明基材は、例えばモノマー、オリゴマ
ー、樹脂、ガラス、その他の無機物などからなる適宜な
材料を少なくとも１種類の光反応性物質を含有する組合
せで用いて、レーザー光の照射によりその光反応性物質
からなる屈折率調節剤が定着して、レンズとして使用す
る場合の波長光に対して透明性を示すものが形成される
ようにしたものであればよい。

【００１２】一般に用いられる感光性屈折率調節剤含有
の透明基材としては、ポリマーやガラス、無機結晶、そ
れらの複合物などからなる母材中に、光重合性モノマー
ないし光重合性の異なる２種以上のモノマーや感光性ガ
ラス等からなる屈折率調節剤を含有させたものなどがあ
げられる。透明基材には必要に応じて光反応開始剤や光
増感剤なども含有させられる。

【００１３】なお透明基材としては、レンズとして使用
する場合の波長光に対して透明性を示す適宜なものを用
いうるが、かかる基材はレーザー光を照射する段階で固
体である必要はなく、レーザー光照射後の加熱処理や露
光処理等の適宜な処理で固体化しうるものであってもよ
い。透明基材の厚さは、目的とするレンズ効果等に応じ
て適宜に決定してよく、一般には１０μm〜１０mmとさ
れる。

【００１４】また屈折率調節剤として例示した前記の光
重合性モノマーや感光性ガラスは、レーザー光の照射で
モノマー同士や母材を介し、重合、硬化、付加、化合な
どして定着するものであるが、本発明においてはその定
着の種類については特に限定はなく、基材より容易に分
離しない状態にあればよい。また必要に応じて現像処
理、加熱処理、前露光処理、後露光処理、溶剤処理など
により定着状態を補強することもできる。

【００１５】従って感光性の屈折率調節剤としては、レ
ーザー光の照射でその照射強度に応じた例えば重合度や
重合率、硬化度や架橋度、付加率などの変化（分布）に
より異なる屈折率状態を形成する適宜なものを用いう
る。

【００１６】前記の如く本発明において、形成レンズに
おける屈折率の変化（分布）は、屈折率調節剤の定着量
変化により付与するものであるが、その付与は光強度分
布を有するレーザー光の照射により行う。

【００１７】レーザー光の照射には、屈折率調節剤やそ
の他の例えば光重合開始剤、光増感剤などの光反応性材
料の反応波長に応じ適宜なレーザー発振器を用いうる。
好ましくは、円形状のビーム断面を形成できて、光の強
度分布として０次又は１次のガウス分布を示すものであ
る。好ましいレーザー光の照射波長は、２００〜６５０
nmであり、従って紫外線レーザーなどが好ましく用いう
る。

【００１８】一般に用いられるレーザー発振器の例とし
ては、エキシマレーザー、アルゴンレーザー、ヘリウム
・カドミウムレーザーなどの比較的短波長のレーザー光
を発振するものがあげられる。光重合開始剤や光増感剤
の組合せによっては、ヘリウム・ネオンレーザーなども
用いうる。またＹＡＧレーザーなどの長波長レーザーを
例えば３次高調波等に波長変換して用いることもでき
る。

【００１９】図３にレーザー発振器を配置した製造装置
を例示した。これは、レーザー発振部３と、シャッター
４と、レンズ、鏡、フィルター等からなる集光部５と、
ミラー等からなる走査用光学系６よりなる。

【００２０】透明基材１へのレーザー光（矢印）の照射
は、レーザー発振部３より発振させたレーザー光を集光
部５を介し集光して照射スポットの大きさを調節し、そ
れを走査用光学系６を介し透明基材側に反射させること
により行うことができる。走査用光学系６の制御で照射
位置や走査軌跡が調節される。シャッター４は、レーザ
ー発振部３より発振させたレーザー光の集光部５への通
過を制御するためのものであり、かかるシャッターは集
光部や走査用光学系と連動して制御できることが好まし
い。その制御は、パーソナルコンピューター程度の装置
で容易に行うことができる。

【００２１】形成するレンズ領域の制御は、例えばレー
ザー光の照射時間や強度、レーザー光のビーム位置、照
射スポットの大きさ、フィルターや透過率分布型光学マ
スクによる減光等の強度制御、走査の経路や速度などに
より行うことができる。本発明においては、非走査で所
定時間照射することによりガウス分布等に基づく滑らか
なカーブを有して屈折率が連続的に変化する領域を形成
することもできるし、レーザー光を走査させて任意なレ
ンズ領域を形成することもできる。その場合、照射スポ
ットの大きさは通例０．０１〜２００mm程度とされる。

【００２２】前記の走査方式では、走査経路に応じて屈
折率の変化部分が連続した領域が形成される。その場
合、単位距離あたりの照射量はレーザー光の集光度の制
御や走査速度で調節でき、これにより走査経路に形成さ
れる屈折率が変化する領域の幅を制御することができ
る。そして通例、走査方向に沿ってその両側に屈折率が
連続的に変化する部分が形成される。従って走査経路の
クロスないし重畳で、その重畳部分に他の走査部分とは
異なる屈折率状態の部分を形成することができる。

【００２３】レーザー光の照射によるレンズの形成領域
の形態は任意である。レンズ領域が透明基材の全体を占
めていてもよいし、一部のみを占めていてもよく、複数
の領域として形成してレンズがアレイ化されていてもよ
い。形成するレンズの形状や径、厚さ、焦点距離なども
任意で、レンズの表面形状も例えば平面状、凸状、凹
状、それらの組合せなど任意である。レンズをアレイ化
する場合にあっても、そのレンズの形態や配置状態、配
置個数は任意である。開口率の点よりは最密配置とする
ことが有利である。なお単レンズやレンズアレイ板とし
て形成される一般的なレンズ単位の径は、０．０１〜２
００mm程度である。

【００２４】レンズにおける屈折率の分布状態は使用目
的やレンズ表面の形状などに応じて適宜に決定できる。
平面レンズの場合には伝送の点より通常、レンズ中心を
頂点とする二次曲線分布が好ましい。その場合、前記の
頂点を極大とすることにより凸レンズ的に、極小とする
ことにより凹レンズ的に作用するレンズとすることがで
きる。また屈折率分布を調節することで非球面レンズ的
に作用するレンズとすることもできる。なおレンズにお
ける屈折率の大きさや、その分布における屈折率差の大
きさは、レンズの径や厚さ、性能、レンズアレイ板の場
合にはさらに最寄りのレンズ間距離などにより適宜に決
定される。

【００２５】レーザー光の照射による屈折率調節剤の定
着処理を終えると、上記した必要に応じての例えば現像
処理、加熱処理、露光処理、溶剤処理などの一つとし
て、透明基材中に残存する未定着の屈折率調節剤の除去
処理が施される。かかる除去処理は、溶剤による抽出処
理や加熱による揮発化処理など、含有の屈折率調節剤に
応じた適宜な方式で行うことができる。

【００２６】本発明によるレンズ、レンズアレイ板は、
種々の目的に用いることができる。特に微細レンズのア
レイ板は、液晶表示装置の視認性の向上、ないし表示の
良好化などに好ましく用いうる。すなわち、液晶表示装
置の液晶パネルを透過した種々の方向に進む画像形成光
からレンズアレイ板を介して液晶層を垂直、ないしそれ
に近い角度で透過した光線のみを取出すことにより、視
角によるコントラストの低下や表示の反転、あるいは色
相の変化などが抑制されて良好な表示を得ることができ
る。

【００２７】実施例１ 溶液重合して得たポリメチルアクリレート１０部（重量
部、以下同じ）とトリブロモフェノキシエチルアクリレ
ート（屈折率向上タイプ、屈折率１．５６）１０部を酢
酸エチル２０部を用いて光重合開始剤（イルガキュア６
５１、チバガイギー社製、以下同じ）０．１部と共に混
合し、それを通常のキャスト方式にて展開して厚さ１０
０μmのフィルムを形成し、それにアルゴンレーザーを
５００μmのスポット径で走査させながら１スポットあ
たり１００ms照射したのち、メタノール中に浸漬して未
反応のトリブロモフェノキシエチルアクリレートを抽出
除去し、レンズアレイ板を得た。なお形成された各円形
レンズ部の直径は約０．６mmであり、各レンズ中心間の
ピッチは約０．６２mmであった。

【００２８】実施例２ トリブロモフェノキシエチルアクリレートに代えて、ト
リフルオロエチルアクリレート（屈折率低下タイプ、屈
折率１．３）を用いたほかは実施例１に準じてレンズア
レイ板を得た。

【００２９】実施例３ 厚さ５００μmの二官能ウレタンアクリレート系硬化シ
ート（ユニディック１５−８２９、大日本インキ社製）
に、トリブロモフェノキシエチルアクリレート１０部と
光重合開始剤０．１部をクロロホルム１０部に溶解させ
た溶液を含浸させたのち、暗所にてクロロホルムを除去
し、そのシートに実施例１に準じレーザー光を照射して
レンズアレイ板を得た。

【００３０】比較例 実施例３に準じて得たトリブロモフェノキシエチルアク
リレート含浸シートに、直径５００μmの露光部が８０
０μmの間隔（非露光部）で最密充填状態に形成された
光学マスクを介して紫外線を照射し、未反応のトリブロ
モフェノキシエチルアクリレートを抽出除去してレンズ
アレイ板を得た。

【００３１】評価試験 実施例、比較例で得たレンズアレイ板におけるレンズ単
位についてその屈折率分布を微分干渉顕微鏡（カールツ
ァイス・イエナ社製）にて測定した。前記の結果を図４
に示した。

【００３２】図４より、実施例では屈折率がほぼ連続的
に変化していることがわかる。一方、比較例では屈折率
の変化が階段的であることがわかる。またレンズアレイ
板を透過した光線を目視観察したところ、各レンズ部が
実施例１，３では凸レンズタイプの、実施例２では凹レ
ンズタイプの良好な光学特性を示すことが確認できた。
しかし比較例ではレンズ作用を認めることはできなかっ
た。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、レーザー光方式による
ので、屈折率分布型の微細レンズないしそのアレイ板を
容易に量産でき、シート状の大面積板も容易に製造でき
る。また形状の画一性に優れたレンズを精度よくアレイ
でき、開口率の大きいアレイ板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レンズを例示した部分断面斜視説明図。

【図２】レンズアレイ板を例示した部分断面斜視説明
図。

【図３】製造装置の説明図。

【図４】屈折率の分布状態を示したグラフ。

【符号の説明】

１：透明基材 ２：レンズ部 ３：レーザー発振器 ４：シャッター ５：集光部 ６：走査用光学系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感光性の屈折率調節剤を含有する透明基
   材に、光強度分布を有するレーザー光を照射して前記屈
   折率調節剤を透明基材中に定着させることを特徴とする
   レンズの製造方法。
2. 【請求項２】 感光性の屈折率調節剤を含有する透明基
   材の複数箇所に、光強度分布を有するレーザー光を照射
   して前記屈折率調節剤を透明基材中に定着させることを
   特徴とするレンズアレイ板の製造方法。