マイクロレンズアレイとは?原理から用途、製造方法まで!

近年需要が高まっている「マイクロレンズアレイ」ですが、マイクロレンズアレイの用途や製造方法については、まだあまり知られていません。

ここでは、マイクロレンズアレイ金型を製造する超精密・ナノ加工センター.comが、マイクロレンズアレイについて、その構造や用途、製造方法についてまとめていきます。

マイクロレンズアレイとは?構造・原理について

まず、マイクロレンズアレイについてです。

マイクロレンズアレイとは、英語で”Micro Lens Array”と書き、マイクロメートル単位の大きさのレンズが連続して配置された光学レンズのことを意味します。

レンズの大きさがマイクロ単位であるため、その分焦点距離も数ミリ単位となり、非常に短くなります。そのためマイクロレンズアレイは、小型化や薄型化のニーズにも対応することができます。

個々のレンズの形状(球面、非球面、六方等)、レンズの大きさ、レンズ配置、レンズ間のピッチ等によって、マイクロレンズアレイの機能や精度は大きく変化します。そのため、ニーズに合わせて様々な種類のマイクロレンズアレイが製作されています。

マイクロレンズアレイの用途

マイクロレンズアレイは、主に集光と拡散の2つの目的があります。

集光目的としては、イメージセンサーとともに使用されることが多くあります。大きなレンズで集めた光を、イメージセンサーに収束される前にマイクロレンズアレイでさらに集光することで、個々の画素に正確な光情報を届けることができます。このようにマイクロレンズアレイを用いることで、集められた光の利用効率が高まります。

同様の集光目的としては、光ファイバーとともに用いられる場合もあります。光ファイバーの構造はただ単に単一素材の透明な芯があるわけではなく中心に”コア”と呼ばれる実際に光が透過していく部分があります。この部分は一般的に太さが約50μm以下と細く、光源から直接光を効率よく入射させることがとても難しいです。そこでマイクロレベルの径であるファイバーコアへ光を誘導するために、マイクロレンズアレイを用いてコア目掛けて集光させることで、確実に効率よく光ファイバーへ光を導光することが出来るようになります。

またレンズを集光と逆の目的として、微小な光源を効率よく拡散させるためにマイクロレンズアレイが用いられる場合もあります。

これらの用途から、マイクロレンズアレイは光学通信関係で主に使用されますが、そのほかにも医療や計測、航空機、天文分野などの幅広い分野で使用されています。

近年はスマートフォンやデジタルカメラの高機能化・薄型化・小型化に伴い、複雑形状かつ高精度なマイクロレンズアレイやその金型の需要が高まっています。

マイクロレンズアレイの製作方法

マイクロレンズアレイ自体の製作方法は、主に樹脂を材料とした成形加工によって製作されます。そのほかにも、電子ビームやレーザーを用いたり、エッチングによる製造もあります。

一方、マイクロレンズアレイを量産するためには射出成形やプレス成形が効率的であるため、繰り返し使用することができる高精度なマイクロレンズアレイ金型のニーズも高まっています。マイクロレンズアレイ金型の製造方法としては、エンドミルによる加工が多く採用されています。

また慶応義塾大学の研究では、ミリング加工では非効率で形状精度を出しづらいマイクロレンズアレイの加工を、分割切削法という手法で高精度な六角形マイクロレンズアレイを製作した事例もあります。

マイクロレンズアレイ金型の加工事例①:マイクロレンズアレイ成型用金型

続いて、実際に当社が製作したマイクロレンズアレイ金型の加工実績のご紹介です。

1つ目は、マイクロレンズアレイを成型するための超精密金型です。1セルが300μmと非常に小さいため、エンドミルを用いた超精密切削加工によって製作いたしました。

加工事例の詳細はこちら>>>

マイクロレンズアレイ金型の加工事例②:マイクロレンズアレイ金型

続いて2つ目は、シェーパー加工を応用したマイクロレンズアレイ金型加工例です。シェーパー加工を用いることにより加工の高速化とコスト低減、および大面積加工への対応を可能としました。

加工事例の詳細はこちら>>>

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当社では、球面マイクロレンズアレイ金型のみならず、非球面マイクロレンズアレイ金型や、非整列であるランダムマイクロレンズアレイの金型製作にも対応しております。当サイトでは載せることができませんが、マイクロレンズアレイ金型の加工実績は多数ございます。

 

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