JPH11142608A - Optical element and its manufacture - Google Patents
Optical element and its manufactureInfo
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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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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an optical element composed of a lens array having a large number of microlenses arranged on a transparent substrate surface with high accuracy, and an optical element manufactured by the manufacturing method. .
【０００２】[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。2. Description of the Related Art In recent years, with the development of multimedia, the use of an optical element composed of a lens array in which a large number of minute lenses are arranged in a plane has increased, and improvement in the accuracy thereof has been desired.
【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。As such an optical element, for example, in a liquid crystal projector, an element arranged between a light source and a liquid crystal to prevent light loss, an element formed on a screen surface to brighten an image, and a solid-state image pickup element Used for increasing the incident light, those used for glass fiber optical communication elements, etc.
【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。FIG. 2 schematically shows the above liquid crystal projector. In the figure, 21 is a light source, 22 is a condenser lens, 23 is a liquid crystal panel, 24 is a projection lens, and 25 is a screen.
The liquid crystal panel 23 generally has a thin film transistor (TFT)
Although a liquid crystal panel is used, the TFT panel has a light-transmitting area reduced because a driving TFT and a wiring portion are shielded from light. Therefore, as shown in FIG. 3, by arranging the microlenses 32 on the transparent substrate 31 corresponding to each of the pixels, the TFTs and the light-shielding region 33 of the wiring portion are avoided, and the effective (transparent) pixels are formed. The light is collected in the (light) region 34 to improve the brightness.
【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。[0005] In the field of optical communication, interest in parallel optical fiber communication is increasing, and integrated array devices such as semiconductor laser arrays and LED arrays have been used. A lens array is also effective for connecting such an array of devices. FIG.
As shown in (1), when the lens array 42 is used, the integrated semiconductor laser array 41 and fiber array 43 can be aligned at once.
【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。Conventionally, as a method of manufacturing a lens array used for such an application, there are a method of molding a glass material using a mold described in Japanese Patent Publication No. 6-24990,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-207159 discloses a method of sandwiching and molding a resin between a stamper and a substrate.
A method using a photolithography method described in JP-A-73003 and a method for changing the refractive index through a mask opening described in JP-A-5-157924 have been proposed.
【０００７】[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。However, any of the above-described methods for manufacturing a lens array requires a mold or a mask to form a microlens, and quickly forms a lens array having an arbitrary shape and an arbitrary arrangement. It was difficult to do. In addition, there is a problem that the production cost is increased due to the production of the mold and the mask to be used.
【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。An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a lens array having an arbitrary shape and an arbitrary arrangement with high accuracy and in a short period of time at low cost.
【０００９】[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。SUMMARY OF THE INVENTION The first aspect of the present invention is to provide an optical system characterized in that a liquid transparent material is applied to the surface of a transparent substrate by an ink-jet method, adhered and cured to form a convex microlens. This is a method for manufacturing an element.
【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。A second aspect of the present invention is an optical element manufactured by the above manufacturing method.
【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。The ink-jet method is a technique used in printers and the like in recent years, and has been applied to industrial uses such as production of color filter substrates for liquid crystal displays. According to the inkjet method, when forming a fine pattern, a complicated pattern can be easily formed without requiring a mask or a mold such as a photolithography method, a printing method, and a molding method. Changes are easy.
【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。The present invention is an application of the inkjet method to the manufacture of a lens array. Therefore, in the manufacturing method of the present invention, since the lens is formed directly on the transparent substrate by the ink-jet method, a mold or a mask is not required, and the shape and arrangement can be freely selected and changed. it can.
【００１３】[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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 schematically shows a state of manufacturing an optical element of the present invention. In the figure, 1 is a transparent substrate, 2 is an inkjet nozzle, 3 is a droplet of a liquid transparent material, and 4 is a microlens.
【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。In the present invention, as the transparent substrate 1, an optical glass polished to a flat surface or a plastic having desired optical performance is used. It is desirable that the transparent substrate 1 be sufficiently degreased and washed in order to increase the adhesion strength to the liquid transparent material applied by the inkjet method. Also,
It is desirable to apply a silane coupling agent to the surface of the transparent substrate 1 in order to increase the adhesion strength with the liquid transparent material.
【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。A transparent material having a predetermined optical performance is applied to a desired position on the surface of the transparent substrate 1 by using an ink jet device. The shape of the transparent material on the transparent substrate 1 is determined by the difference between the surface energy of the transparent material and the surface energy of the substrate. Therefore, by controlling the surface energy by cleaning the surface of the transparent substrate 1 or performing a surface modification treatment, the curvature of the obtained minute lens 4 can be controlled.
【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。As the liquid transparent material used in the present invention, a heat-curable resin or an energy-curable resin is used. For example, acrylic resins such as polymethyl methacrylate, polyhydroxyethyl methacrylate and polycyclohexyl methacrylate, and polydiethylene glycol Allyl resins such as bisallyl carbonate and polycarbonate, and methacrylic resins are used.
【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。The viscosity of the liquid transparent material is adjusted so that it can be applied stably from the ink jet nozzle 2. The resin is desirably used as a monomer having a relatively low viscosity in order to be applied by an ink-jet method, but may be used in a state of an oligomer which is preliminarily polymerized.
【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。As the ink jet system, there is a continuous system which is a system for continuously discharging ink. Among them, the charge modulation method, the microdot type, and the Hertz type can be used.
In addition, as a drop-on-demand method in which ink is ejected when necessary in accordance with output data, a bubble jet type using an electrothermal transducer as an energy generating element, a piezo jet type using a piezoelectric element, and other hot Melt type or the like can be used.
【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。In the present invention, the size of the minute lens 4 can be changed by changing the amount of the liquid transparent material applied from the ink jet nozzle 2. For example, if a nozzle having a large diameter is used, the amount of the droplet 3 increases, and a lens having a large diameter can be formed. Further, if the droplet 3 is repeatedly applied to the same place a plurality of times, a lens having a large diameter can be formed.
【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。The liquid transparent material provided on the transparent substrate is:
Cured by heat or ultraviolet rays. In the hardening process, the solvent component and the like contained in the material may evaporate and the shape may change. Therefore, it is necessary to set the surface energy and the applied amount in consideration of the change.
【００２１】[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。[Example 1] An optical glass BK7 (refractive index: 1.516) polished to a flat surface was used as a transparent substrate, and alkali washing and UV ozone were used to increase the adhesion strength with a transparent material to be applied. The treatment was performed, and further, the treatment of applying an adhesive agent with a coupling agent was performed.
【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。A polymethyl methacrylate monomer was applied to a portion of the substrate surface where a lens was to be formed, using an ink jet apparatus. 50 ng per drop
, And was applied 10 times to the same place. The monomer agent attached to the substrate surface became convex lens-like due to surface tension.
【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。Next, the substrate is placed on a hot plate,
After drying and curing at 20 ° C. for 20 minutes, a lens array was obtained. The microlenses of this lens array had a refractive index of 1.491, and the desired optical performance was obtained.
【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。Example 2 As a transparent substrate, a polycarbonate substrate (refractive index: 1.491) was used, alkali washing and UV ozone treatment were performed, and the same polycarbonate resin monomer as the substrate was used as in Example 1. A micro lens was formed on the substrate.
【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。The substrate was placed on a hot plate and dried and cured at 120 ° C. for 20 minutes to obtain a lens array. The resulting lens array had the desired optical performance.
【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。Example 3 The same polycarbonate substrate as in Example 2 was used, and γ-aminopropyltriethoxysilane as a silane coupling agent was applied on the surface thereof.
It was dried and cured at 10 ° C. for 1 minute.
【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。As a transparent material, a fluorine-based polymer (“Teflon AF” manufactured by DuPont, refractive index: 1.330) was adjusted to a solid content concentration of 10% by weight in a solvent (Fluorinert), and one droplet was formed. The amount is 95 ng, and 2
It was applied repeatedly 0 times. On the substrate, the transparent material became convex lens shape due to surface tension.
【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。The substrate is placed on a hot plate and
After drying and curing at 20 ° C. for 20 minutes, a lens array was obtained. The resulting lens array had the desired optical performance.
【００２９】[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。As described above, according to the present invention,
A minute lens having a desired shape and size can be easily and accurately formed on a substrate, and a design change is easy.
Therefore, an optical element having a lens of an arbitrary shape can be provided at low cost.
【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。FIG. 1 is a schematic view showing a state of manufacturing an optical element of the present invention.
【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。FIG. 2 is a schematic view showing a liquid crystal projector as one application of the optical element of the present invention.
【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。FIG. 3 is a partially enlarged view of the liquid crystal projector shown in FIG.
【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。FIG. 4 is a schematic view showing a parallel optical fiber which is another application of the optical element of the present invention.
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent substrate 2 Ink-jet nozzle 3 Liquid transparent material droplet 4 Micro lens 21 Light source 22 Condensing lens 23 Liquid crystal panel 24 Projection lens 25 Screen 31 Transparent substrate 32 Micro lens 33 Light shielding area 34 Effective (light transmitting) area 41 Semiconductor laser array 42 Lens array 43 Fiber array
───────────────────────────────────────────────────── 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Fumitaka Yoshimura 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc.
Claims (3)
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。1. A method of manufacturing an optical element, comprising applying a liquid transparent material to a surface of a transparent substrate by an ink-jet method, and attaching and curing the liquid transparent material to form a convex microlens.
塗布されている請求項１記載の光学素子の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein a silane coupling agent is applied to the surface of the transparent substrate.
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。3. An optical element comprising a plurality of microlenses having a convex shape disposed on a transparent substrate, and manufactured by the manufacturing method according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30912297A JPH11142608A (en) | 1997-11-12 | 1997-11-12 | Optical element and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30912297A JPH11142608A (en) | 1997-11-12 | 1997-11-12 | Optical element and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11142608A true JPH11142608A (en) | 1999-05-28 |
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ID=17989162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30912297A Withdrawn JPH11142608A (en) | 1997-11-12 | 1997-11-12 | Optical element and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11142608A (en) |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050201 |