JP3617846B2 - マイクロレンズ・マイクロレンズアレイ及びその製造方法 - Google Patents
マイクロレンズ・マイクロレンズアレイ及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3617846B2 JP3617846B2 JP34415792A JP34415792A JP3617846B2 JP 3617846 B2 JP3617846 B2 JP 3617846B2 JP 34415792 A JP34415792 A JP 34415792A JP 34415792 A JP34415792 A JP 34415792A JP 3617846 B2 JP3617846 B2 JP 3617846B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- array
- film
- microlens array
- photosensitive material
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、マイクロレンズ・マイクロレンズアレイおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロレンズアレイは、微小なマイクロレンズ（通常、レンズ径が数百μｍ以下）を１次元もしくは２次元にアレイ配列したものであり、光エレクトロニクス分野に関連したマイクロオプティクスにおいて広く知られている。例えば、レンズシャッタ−カメラの自動焦点検出に用いる焦点板としてマイクロレンズアレイを使用すると、規則正しい形状のレンズ配置によって入射光が均等に拡散され、焦点ずれを精度良く制御することができる。
【０００３】
マイクロレンズアレイを製造する方法は種々提案されているが、それらのうちで最も実用的と思われる方法は所謂「熱変形法」と呼ばれるものである。熱変形法とは、基板上に熱変形性の感光性材料の膜を形成し、上記膜を形成すべきマイクロレンズの形状及びその配列状態に応じたパタ−ンにより光パタ−ニングし、光パタ−ニングされた感光性材料の膜を熱変形温度に加熱し、感光性材料の熱変形性と表面張力を利用して屈折面を形成した後、これを固化してマイクロレンズアレイとする製造方法である。
【０００４】
熱変形法で製造されるマイクロレンズアレイは、個々のレンズが感光性材料で形成されるためレンズ材料自体が光吸収性であり、光の利用効率を十分に高くすることが困難である。また、レンズ材料が熱変形性であるため、高エネルギ−を持った光束に対して使用すると光吸収によるレンズの温度上昇によりレンズ自体が軟化してしまうため、高エネルギ−の光に対して使用できない。
【０００５】
更に、光の利用効率からすると、個々のマイクロレンズが互いに連結してアレイを構成し、マイクロレンズアレイ全体に入射する光を全てマイクロレンズで集光できるようにするのが良いが、従来の熱変形法ではマイクロレンズが互いに連結したマイクロレンズアレイを作成するのが困難であった。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、光利用効率の良いマイクロレンズアレイとその製造方法の供給を目的とする。
この発明の別の目的は、高エネルギ−の光に対しても利用できる新規なマイクロレンズおよびマイクロレンズアレイとその製造方法の提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の製造方法は、基本的な工程として、成膜工程と、光パタ−ニング工程と、加熱工程と、エッチング工程とを有する。
「成膜工程」は、透明な基板上に熱変形性の感光性材料による均一な厚さの膜を形成する工程である。基板が「透明」であるとは、マイクロレンズアレイに対する使用波長の光に対して透明という意味であり、必ずしも全波長に対して透明であることは必要ない。
【０００８】
「光パタ−ニング工程」は、形成されるマイクロレンズアレイにおける各レンズとその配列に応じたパタ−ニングに従い上記膜を光パタ−ニングする工程である。「光パタ−ニング」とは、光感光性の膜に対して上記パタ−ンに従う露光を行い、基板上に形成される感光性材料の膜の不要部分（露光された部分あるいは未露光部分）を除去して、上記形状を上記パタ−ンに合わせることをいう。
【０００９】
「加熱工程」は、光パタ−ニングされた上記膜を熱変形温度以上に加熱し、感光性材料の熱変形性及び表面張力により、滑らかな凸面形状をもった感光性材料のアレイ配列を形成する工程である。形成された「滑らかな凸面形状をもった感光性材料」は、互いに分離している。
【００１０】
「エッチング工程」は、アレイ配列を形成された面に対してドライエッチングを行い、上記凸面形状のアレイ配列を基板に彫り写すことにより、所望の屈折面形状及びそのアレイ配列状態を基板に形成する工程である。
【００１１】
請求項１記載の製造方法は、上記基本的な製造方法における各工程に加えて
第２成膜工程を有する。
【００１２】
「第２成膜工程」は、「加熱工程」の後、「エッチング工程」の前に行われ、加熱工程で形成された「凸面形状を持った感光性材料のアレイ配列」上に、感光性材料（上記成膜工程における感光性材料と同じものでも異なるものでも良い。塗布により第２成膜工程を行う場合には、感光性材料とシンナ−との割合を適当にすることができる）と揮発成分とによる混合膜を再度形成し、揮発成分を気化させることで、感光性材料の主成分を残し、上記加熱工程で形成された「滑らかな凸面形状をもった感光性材料」相互の間隔を狭め、滑らかな凸面形状が互いに微小間隔を隔して近接しあった凸面形状のアレイ配列を形成する工程である。
【００１３】
第２成膜工程後のエッチング工程では、上記凸面形状のアレイ配列を基板に彫り写すことにより、所望の屈折面形状及び屈折面のアレイ配列状態が基板に形成される。
【００１４】
基板に対し、請求項１記載の製造方法におけると同様の成膜工程、光パタ−ニング工程、加熱工程、第２成膜工程、エッチング工程を施して、基板に所望の屈折面形状とその連結アレイ配列状態を有するマイクロレンズアレイを基板に形成し、この状態の基板を母型として金型を作製するか、または上記母型から更に形状転写して作成した凹形状の金型を作製し、これら金型を用いて樹脂成形により上記所望の屈折面形状とそのアレイ配列状態もしくはアレイ状態を有するマイクロレンズアレイを成形することも可能である。
【００１５】
さらに、直ぐ上で述べた製造方法においてエッチング工程を施さず、基板上に形成された感光性材料によるアレイ配列もしくは連結アレイ配列を母型として金型を作製するか形成し、これら金型を用いて、樹脂成形により上記所望の屈折面形状とそのアレイ配列状態もしくは連結アレイ状態を有するマイクロレンズアレイを成形することも可能である。
【００１６】
上記エッチング工程で、「凸面形状のアレイ配列を基板に彫り写す」とは、「感光性材料により形成された凸面形状のアレイと対応する形状を基板の表面形状として形成する」ことを意味する。彫り写された形状は、感光性材料により形成された形状と同様でも良いし、凸面の高さが異なっていても良い。なお、ドライエッチングとしては、酸素ガスやＣＨＦ３ガスを導入したＥＣＲプラズマエッチング等（導入ガスをイオン化し、生じたイオンを基板に向かって電気的に加速し、基板に直交な方向からエッチング面に衝突させることによりエッチングを行う物理化学的なエッチング方式）やＲＩＥ（平行平板型リアクティブ・イオン・ドライ・エッチング）が好適である。
【００１７】
また、上記の各製造方法において、必要に応じて「基板と感光性材料の層との間に、プライマ−層を設ける」ことができる。
【００１８】
請求項１記載の製造方法では、基板自体によりマイクロレンズアレイが形成されるので、基板は透明即ち光透過性でなければならないが、上に説明した金型を用いる方法では、基板は金型の母型として用いられるので、基板は必ずしも透明である必要はない。光透過性材料としては、光学ガラスやプラスチック，あるいは各種の透明結晶、屈折率分布材料を利用できる（請求項２）。
【００１９】
なお、この発明の応用分野として、請求項１記載の方法で基板に形成された曲面を屈折面としてではなく「反射面」として利用するような場合も考えられ（マイクロミラーアレイ）、このような場合には勿論基板は透明である必要はない。
【００２０】
請求項３記載のマイクロレンズアレイは、請求項１または２の製造方法の何れかにより製造されたマイクロレンズアレイである。このマイクロレンズアレイの屈折面側及び反対面側に反射防止膜を形成することができる（請求項４）。勿論、形成されたマイクロレンズアレイのレンズ面は自由曲面を有していても良い（請求項５）。
【００２１】
上記各製造方法は、単一のマイクロレンズの製造方法としても利用できる。 即ち、単一のマイクロレンズを得るには、上記各方法における光パタ−ニングにおいて単一のマイクロレンズに対応したパターンを形成しても良いし、あるいは請求項１または２の何れかの方法で製造されたマイクロレンズアレイを各マイクロレンズごとに切断等により分離しても良い。このようにしてマイクロレンズが得られる。
【００２２】
この発明によるマイクロレンズアレイは、ＣＣＤ，ＬＥＤ，光ファイバ−コネクタ−の先端など，各光学機能素子の光入射側に配置しても良いし、オンチップレンズ・アレイとして形成することもできる。
【００２３】
【作用】
図１は、マイクロレンズアレイの製造方法における上述の基本的な工程を説明するための図である。
【００２４】
図１（Ａ）は、成膜工程後の状態を示す。透明基板１０上に熱変形性の感光性材料による均一な厚さの膜１２が形成されている。熱変形性の感光性材料としては各種フォトレジストを利用でき、成膜方法も適宜である。
【００２５】
図１（Ｂ）は光パタ−ニング工程における露光プロセスを示している。パタ−ニングすべきパタ−ン形状をポジ像として有するマスク（透明基板２０の片面に蒸着金属膜２２等により形成されている）を位置合わせして重ね合わせ、このマスクを介して紫外線等を照射してパタ−ンの露光を行う。単一のマイクロレンズに相当するマスク形状は、円形、楕円形、長方形、多角形形状等が可能である。
【００２６】
図１（Ｃ）は光パタ−ニング工程後の状態を示している。膜１２から露光された部分が除去され、基板１０上に残された感光性材料による膜１２のパタ−ンは前記マスクにおけるパタ−ン像に一致している。なお、露光工程（図１（Ｂ））において、マスクと膜１２との間に間隔を持たせ、この間隔を調整すると、露光パタ−ンをマスクパタ−ンから若干異ならせることができる。
【００２７】
図１（Ｃ）の状態において、加熱工程を行い、膜１２を熱変形温度以上に加熱すると、軟化した感光性材料の熱変形性及び表面張力の作用により、膜１２の角の部分が丸められて滑らかな凸面を持った感光性材料１２Ａがアレイ配列した状態が実現でされる。図１（Ｄ）はこの状態を示している。
【００２８】
次いで、図１（Ｄ）の状態に対し、凸面がアレイ配列した面に対してエッチング工程としてドライエッチングを施す。エッチングの作用は、感光性材料１２Ａによる凸面形状及び基板１０の両方に作用する。エッチング工程は、凸面形状のアレイ配列が基板１０の表面形状として彫り写されるまで行われる。
【００２９】
図１（Ｅ）において、実線はエッチング工程終了後の状態であり、破線はエッチング工程前の状態を示している。かくして、所望の屈折面形状をアレイ配列した表面形状を持つ透明基板材料によりマイクロレンズアレイ１が得られる。
【００３０】
図２は、請求項１記載の製造方法における第２成膜工程以後の工程を示している。図１に即して説明した製造方法の場合、一般には加熱工程後、滑らかな凸面を持った感光材料１２Ａのアレイ配列における個々の感光性材料１２Ａは互いに分離している。従って、この状態でエッチング工程を行ってマイクロレンズアレイを形成すると、基板材料の表面に形成される屈折面も互いに分離しており、各屈折面相互間の「スペ−ス」部分（屈折力を持たない部分）にはレンズ作用が無いことになり、スペ−ス部分に入射する光はレンズ作用を受けず、従って、マイクロレンズアレイとしての光の利用効率はスペ−ス占める面積比に応じて小さくなる。
【００３１】
請求項１記載の製造方法では、図１（Ｄ）に示した加熱工程後に、基板表面の滑らかな凸面を持った感光性材料１２Ａのアレイの上から更に、同一もしくは異種の感光性材料により膜１３を再度形成する（第２成膜工程）。このように、膜１３を形成した後、加熱を行うと図２（Ｂ）に示すように、滑らかな凸面形状が互いに連結しあった凸面の連結アレイ配列１２が得られるが、請求項１記載の製造方法では、第２成膜工程の際に、加熱工程後における、互いに分離している感光性材料１２Ａ（図１（Ｄ））の間隔を狭め、なおかつ、第２成膜工程後の各凸面形状が微小間隔を隔して分離した状態とする。
【００３２】
続いて、ドライエッチングによりエッチング工程を行って、上記凸面のアレイ配列に従い、屈折面が互いに連結したマイクロレンズアレイ１Ａを得ることができる。
【００３３】
図１におけるマイクロレンズアレイもしくは図２におけるマイクロレンズアレイ１Ａを母型として用いて周知の方法で金型を形成し、この金型を用いてパラスチック成形加工を行えば、プラスチックによるマイクロレンズアレイを容易に量産化することができる。この場合、基板１としては透明でないものを用いることができる。また、母型における凸形状は樹脂の屈折率を考慮した屈折面とする。あるいは、上記母型から更に形状転写して作成した凹形状の金型を作製し、これを用いて樹脂成形によりマイクロレンズアレイを成形することもできる。
【００３４】
図１及び２に則して説明した、マイクロレンズアレイもしくはマイクロレンズアレイ用母型の製作において、レンズの屈折面を決めることとなる凸面（基板材料に彫り写された凸面）の形状は、主々の要因の関数である。即ち、上記形状を左右する要因としては、第１に、基板上に成膜工程により成膜される感光性材料の膜１２の膜厚、第２にマスクの光透過部分の幅やマスクのパタ−ン形状、第３に光パタ−ニングにおけるマスクと感光性材料の膜との間隔、第４に加熱工程における加熱温度（軟化した感光性材料の熱変形性や表面張力は温度により変化する）、第５に請求項２記載の製造方法の場合には第２成膜工程により形成される膜１３の厚み、第６にエッチング工程における感光性材料と基板との選択比等をあげることができる。
【００３５】
従って、基板材料に最終的に形成される凸面の形状が所望の形状となるように上記各要因を最適化するのである。
【００３６】
【実施例】
以下、具体的な参考例と実施例を説明する。
【００３７】
参考例
ＣＣＤ２次元平面センサ−の受光面に配備されるマイクロレンズアレイ。
【００３８】
ＣＣＤ２次元センサ−は、周知のごとく、多数の微小な受光素子を密接して平面的にアレイ配列したものであるが、受光素子間に入射する光は信号化されないので、そのまま用いた場合には光の利用効率は６０％程度に過ぎない。
【００３９】
このようなＣＣＤ２次元平面センサ−の受光素子の配列ピッチで各々に対応させた集光用のマイクロレンズを設けて、光の利用効率を向上させるため、平面状に配列したマイクロレンズアレイを製造する。
【００４０】
参考例１
受光素子の配列ピッチが７μｍのＣＣＤ平面センサ−用のマイクロレンズアレイ
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−２７）を厚さ：１．８μｍ塗布し、プリベ−クを行って厚さ：１．５８μｍの膜を得た。（成膜工程）
長方形形状を単位とし、これを長方形の長手方向へ８μｍピッチ，短手方向へ６μｍで配列したマスク（長方形形状（長手方向：７μｍ，短手方向：５μｍ）の部分は遮光性で、その回りの枠状部分（片側：１．０μｍ）が光透過性）を上記膜に密着して重ねて紫外線露光を行い、その後通常のフォトレジストの現像法に従って現像を行い、リンスした（光パタ−ニング工程）。
【００４１】
次に、光パタ−ニングによりパタ−ニングされた感光性材料の膜を熱変形温度以上の１５０℃に加熱してポストベ−クを行った（加熱工程）。その結果、各長方形形状の膜は滑らかな凸面となり、基板からの高さは１．１５μｍとなった。
【００４２】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比即ちエッチングレ−トは、感光性材料の膜：石英基板＝１：１である。その結果、石英基板に前記滑らかな凸面のアレイ形状が彫り写されて、所望のマイクロレンズアレイが得られた。各マイクロレンズにおける屈折面高さは１．１４μｍである。
【００４３】
参考例２
受光素子の配列ピッチが１０μｍのＣＣＤ平面センサ−用マイクロレンズアレイ
厚さ：１ｍｍの石英基板を用い、参考例１と同様の成膜工程を行い、ポジ型のフォトレジストによる厚さ：１．５８μｍの膜を得た。
【００４４】
長方形形状を単位とし、これを長方形の長手方向へ１１μｍピッチ，短手方向へ９μｍピッチで配列したマスク（長方形形状（長手方向：１０μｍ，短手方向：８μｍ）の部分は遮光性で、その回りの枠状部分（片側：１μｍ）が光透過性）を上記膜に密着して重ねて紫外線露光を行い、現像とリンスを行った。
【００４５】
具体例１と同様に１５０℃でポストベ−クを行った後、感光性材料による膜を再度形成した結果、各長方形形状の膜は滑らかな凸面となり、凸面形状が互いに連結しあった凸面形状のアレイ配列を形成し、基板からの高さは１．２５μｍとなった。参考例１と同様、選択比１で、酸素を導入ガスとするＥＣＲエッチングによりエッチング工程を行った結果、石英基板に前記滑らかな凸面のアレイ形状が彫り写されて所望のマイクロレンズアレイが得られた。各マイクロレンズにおける屈折面の高さは１．２４μｍである。
【００４６】
また、２００℃でポストベ−クを行った後、同様の工程で感光性材料による膜を再度形成した結果、基板からの高さは１．０μｍとなった。参考例１と同様、選択比１で、酸素を導入ガスとするＥＣＲエッチングによりエッチング工程を行った結果、各マイクロレンズにおける屈折面の高さは、０．９８μｍである。
【００４７】
参考例
カメラ等におけるマニアル焦点検出用の焦点板
焦点板はマイクロレンズを２次元に配列したものである。
【００４８】
参考例３
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−２７）を厚さ：１．８μｍ塗布し、プリベ−クを行って厚さ：１．５８μｍの膜を得た。（成膜工程）
正六角形が稠密に配列された蜂の巣型のマスク（六角形形状の配列ピッチは７μｍで、六角形形状間の露光される部分の幅は１．５μｍである）を上記膜に密接させて紫外光による露光を行い、現像・リンスした（光パタ−ニング工程）。
【００４９】
次に、熱変形温度以上の１５０℃に加熱してポストベ−クを行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは１．３８μｍとなった（加熱工程）。形成された滑らかな凸面形状は互いに連続していた。
【００５０】
次いで、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は連続状態を保ちつつ、その高さが０．３３μｍだけ減じて１．０５μｍとなった（第２成膜工程）。
【００５１】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比即ちエッチングレ−トは、感光性材料の膜：石英基板＝１：１である。その結果、高さが１．０５μｍである屈折面が、７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００５２】
参考例４
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−２７）を厚さ：１．８μｍ塗布し、プリベ−クを行って厚さ：１．５８μｍの膜を得た。（成膜工程）
参考例３と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは１．３８μｍとなり、形成された凸面形状は互いに連続していた。
【００５３】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：３で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は連続状態を保ちつつ、その高さが０．１３μｍだけ減じて１．２５μｍとなった。
【００５４】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は１である。その結果、高さが１．２５μｍである屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００５５】
参考例５
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−３１）とシンナ−を１００：５の割合で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．４３μｍの膜を得た。（成膜工程）
参考例４と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは１．３０μｍとなり、形成された凸面形状は互いに間隔０．５０μｍで分離していた。
【００５６】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は互いに連続して、その高さが０．３５μｍだけ減じて０．９５μｍとなり、各凸面は互いに繋がっていた。
【００５７】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は１である。その結果、高さが０．９５μｍである屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００５８】
参考例６
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−３１）とシンナ−を１００：５の割合で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．４３μｍの膜を得た。（成膜工程）
参考例５と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは１．３０μｍとなり、形成された凸面形状は互いに間隔０．５０μｍで分離していた。
【００５９】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：３で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は互いに連続して、その高さが０．１０μｍだけ減じて１．１５μｍとなり、各凸面は互いに繋がっていた。
【００６０】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は、１である。その結果、高さが１．１５μｍである屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００６１】
参考例７
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−３１）とシンナ−を１００：１０の割合で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．３０μｍの膜を得た。（成膜工程）
参考例６と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは１．１３μｍとなり、形成された凸面形状は互いに間隔１．２０μｍで分離していた。
【００６２】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は互いに連続して、その高さが０．３７μｍだけ減じて０．７６μｍとなり、各凸面は互いに繋がっていた。
【００６３】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は、１である。その結果、高さが０．７６μｍである屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００６４】
実施例
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−３１）とシンナ−を１００：１０の割合で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．３０μｍの膜を得た。（成膜工程）
参考例７と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは１．１５μｍとなり、形成された凸面形状は互いに間隔１．２０μｍで分離していた。
【００６５】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：３で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は互いに連続して、その高さが０．１０μｍだけ減じて１．０５μｍとなったが各凸面は間隔０．３μｍで互いに分離していた。
【００６６】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は、１である。その結果、高さが１．０５μｍである屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００６７】
参考例８
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−３１）とシンナ−を１００：１５の割合で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．００μｍの膜を得た。（成膜工程）
正六角形が稠密に配列された蜂の巣型のマスク（六角形形状の配列ピッチは５μｍで、六角形形状間の露光される部分の幅は１．０μｍである）を用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは０．８５μｍとなり、形成された凸面形状は互いに間隔０．７０μｍで分離していた。
【００６８】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は互いに連続して、その高さが０．３０μｍだけ減じて０．５５μｍとなり各凸面は互いに繋がっていた。
【００６９】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は１である。その結果、高さが０．５６μｍである屈折面が５μｍピッチで互いに稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００７０】
参考例９
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−３１）とシンナ−を１００：２０の割合で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ０．８３μｍの膜を得た。（成膜工程）
参考例８と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは０．７０μｍとなり、形成された凸面形状は互いに間隔０．８５μｍで分離していた。
【００７１】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は互いに連続して、その高さが０．２２μｍだけ減じて０．４８μｍとなったが、各凸面は互いに繋がっていた。
【００７２】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は、１である。その結果、高さが０．５０μｍである屈折面が５μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００７３】
実施例、参考例１〜９の焦点板は何れも良好である。
【００７４】
マイクロレンズの配列ピッチが１０μｍの焦点板も同様にして作成したが何れも良好な光利用効率を示した。
【００７５】
図３は、参考例３、４、５、６、７、８、９と同様にして製造された２種類のタイプの焦点板における明るさを周知の「インディカトリックス法」で評価した結果を示している。実線は、従来から市販されている焦点板に関するものであるが、この発明によるものは、従来のものよりも明るいことが分かる。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば新規なマイクロレンズアレイと其の製造方法を提供できる。この発明の製造方法は、上記のごとく構成されているので、マイクロレンズおよびマイクロレンズアレイを容易にかつ確実に製造でき、この方法で製造されるマイクロレンズアレイは光の利用効率が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロレンズアレイの製造方法の基本的な工程を説明するための図である。
【図２】請求項１記載の製造方法を説明するための図である。
【図３】参考例の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１ マイクロレンズアレイ
１０ 透明な基板
１２ 熱変形性の感光性材料の膜
２０ マスク
１２Ａ 滑らかな凸面形状
【産業上の利用分野】
この発明は、マイクロレンズ・マイクロレンズアレイおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロレンズアレイは、微小なマイクロレンズ（通常、レンズ径が数百μｍ以下）を１次元もしくは２次元にアレイ配列したものであり、光エレクトロニクス分野に関連したマイクロオプティクスにおいて広く知られている。例えば、レンズシャッタ−カメラの自動焦点検出に用いる焦点板としてマイクロレンズアレイを使用すると、規則正しい形状のレンズ配置によって入射光が均等に拡散され、焦点ずれを精度良く制御することができる。
【０００３】
マイクロレンズアレイを製造する方法は種々提案されているが、それらのうちで最も実用的と思われる方法は所謂「熱変形法」と呼ばれるものである。熱変形法とは、基板上に熱変形性の感光性材料の膜を形成し、上記膜を形成すべきマイクロレンズの形状及びその配列状態に応じたパタ−ンにより光パタ−ニングし、光パタ−ニングされた感光性材料の膜を熱変形温度に加熱し、感光性材料の熱変形性と表面張力を利用して屈折面を形成した後、これを固化してマイクロレンズアレイとする製造方法である。
【０００４】
熱変形法で製造されるマイクロレンズアレイは、個々のレンズが感光性材料で形成されるためレンズ材料自体が光吸収性であり、光の利用効率を十分に高くすることが困難である。また、レンズ材料が熱変形性であるため、高エネルギ−を持った光束に対して使用すると光吸収によるレンズの温度上昇によりレンズ自体が軟化してしまうため、高エネルギ−の光に対して使用できない。
【０００５】
更に、光の利用効率からすると、個々のマイクロレンズが互いに連結してアレイを構成し、マイクロレンズアレイ全体に入射する光を全てマイクロレンズで集光できるようにするのが良いが、従来の熱変形法ではマイクロレンズが互いに連結したマイクロレンズアレイを作成するのが困難であった。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、光利用効率の良いマイクロレンズアレイとその製造方法の供給を目的とする。
この発明の別の目的は、高エネルギ−の光に対しても利用できる新規なマイクロレンズおよびマイクロレンズアレイとその製造方法の提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の製造方法は、基本的な工程として、成膜工程と、光パタ−ニング工程と、加熱工程と、エッチング工程とを有する。
「成膜工程」は、透明な基板上に熱変形性の感光性材料による均一な厚さの膜を形成する工程である。基板が「透明」であるとは、マイクロレンズアレイに対する使用波長の光に対して透明という意味であり、必ずしも全波長に対して透明であることは必要ない。
【０００８】
「光パタ−ニング工程」は、形成されるマイクロレンズアレイにおける各レンズとその配列に応じたパタ−ニングに従い上記膜を光パタ−ニングする工程である。「光パタ−ニング」とは、光感光性の膜に対して上記パタ−ンに従う露光を行い、基板上に形成される感光性材料の膜の不要部分（露光された部分あるいは未露光部分）を除去して、上記形状を上記パタ−ンに合わせることをいう。
【０００９】
「加熱工程」は、光パタ−ニングされた上記膜を熱変形温度以上に加熱し、感光性材料の熱変形性及び表面張力により、滑らかな凸面形状をもった感光性材料のアレイ配列を形成する工程である。形成された「滑らかな凸面形状をもった感光性材料」は、互いに分離している。
【００１０】
「エッチング工程」は、アレイ配列を形成された面に対してドライエッチングを行い、上記凸面形状のアレイ配列を基板に彫り写すことにより、所望の屈折面形状及びそのアレイ配列状態を基板に形成する工程である。
【００１１】
請求項１記載の製造方法は、上記基本的な製造方法における各工程に加えて
第２成膜工程を有する。
【００１２】
「第２成膜工程」は、「加熱工程」の後、「エッチング工程」の前に行われ、加熱工程で形成された「凸面形状を持った感光性材料のアレイ配列」上に、感光性材料（上記成膜工程における感光性材料と同じものでも異なるものでも良い。塗布により第２成膜工程を行う場合には、感光性材料とシンナ−との割合を適当にすることができる）と揮発成分とによる混合膜を再度形成し、揮発成分を気化させることで、感光性材料の主成分を残し、上記加熱工程で形成された「滑らかな凸面形状をもった感光性材料」相互の間隔を狭め、滑らかな凸面形状が互いに微小間隔を隔して近接しあった凸面形状のアレイ配列を形成する工程である。
【００１３】
第２成膜工程後のエッチング工程では、上記凸面形状のアレイ配列を基板に彫り写すことにより、所望の屈折面形状及び屈折面のアレイ配列状態が基板に形成される。
【００１４】
基板に対し、請求項１記載の製造方法におけると同様の成膜工程、光パタ−ニング工程、加熱工程、第２成膜工程、エッチング工程を施して、基板に所望の屈折面形状とその連結アレイ配列状態を有するマイクロレンズアレイを基板に形成し、この状態の基板を母型として金型を作製するか、または上記母型から更に形状転写して作成した凹形状の金型を作製し、これら金型を用いて樹脂成形により上記所望の屈折面形状とそのアレイ配列状態もしくはアレイ状態を有するマイクロレンズアレイを成形することも可能である。
【００１５】
さらに、直ぐ上で述べた製造方法においてエッチング工程を施さず、基板上に形成された感光性材料によるアレイ配列もしくは連結アレイ配列を母型として金型を作製するか形成し、これら金型を用いて、樹脂成形により上記所望の屈折面形状とそのアレイ配列状態もしくは連結アレイ状態を有するマイクロレンズアレイを成形することも可能である。
【００１６】
上記エッチング工程で、「凸面形状のアレイ配列を基板に彫り写す」とは、「感光性材料により形成された凸面形状のアレイと対応する形状を基板の表面形状として形成する」ことを意味する。彫り写された形状は、感光性材料により形成された形状と同様でも良いし、凸面の高さが異なっていても良い。なお、ドライエッチングとしては、酸素ガスやＣＨＦ３ガスを導入したＥＣＲプラズマエッチング等（導入ガスをイオン化し、生じたイオンを基板に向かって電気的に加速し、基板に直交な方向からエッチング面に衝突させることによりエッチングを行う物理化学的なエッチング方式）やＲＩＥ（平行平板型リアクティブ・イオン・ドライ・エッチング）が好適である。
【００１７】
また、上記の各製造方法において、必要に応じて「基板と感光性材料の層との間に、プライマ−層を設ける」ことができる。
【００１８】
請求項１記載の製造方法では、基板自体によりマイクロレンズアレイが形成されるので、基板は透明即ち光透過性でなければならないが、上に説明した金型を用いる方法では、基板は金型の母型として用いられるので、基板は必ずしも透明である必要はない。光透過性材料としては、光学ガラスやプラスチック，あるいは各種の透明結晶、屈折率分布材料を利用できる（請求項２）。
【００１９】
なお、この発明の応用分野として、請求項１記載の方法で基板に形成された曲面を屈折面としてではなく「反射面」として利用するような場合も考えられ（マイクロミラーアレイ）、このような場合には勿論基板は透明である必要はない。
【００２０】
請求項３記載のマイクロレンズアレイは、請求項１または２の製造方法の何れかにより製造されたマイクロレンズアレイである。このマイクロレンズアレイの屈折面側及び反対面側に反射防止膜を形成することができる（請求項４）。勿論、形成されたマイクロレンズアレイのレンズ面は自由曲面を有していても良い（請求項５）。
【００２１】
上記各製造方法は、単一のマイクロレンズの製造方法としても利用できる。 即ち、単一のマイクロレンズを得るには、上記各方法における光パタ−ニングにおいて単一のマイクロレンズに対応したパターンを形成しても良いし、あるいは請求項１または２の何れかの方法で製造されたマイクロレンズアレイを各マイクロレンズごとに切断等により分離しても良い。このようにしてマイクロレンズが得られる。
【００２２】
この発明によるマイクロレンズアレイは、ＣＣＤ，ＬＥＤ，光ファイバ−コネクタ−の先端など，各光学機能素子の光入射側に配置しても良いし、オンチップレンズ・アレイとして形成することもできる。
【００２３】
【作用】
図１は、マイクロレンズアレイの製造方法における上述の基本的な工程を説明するための図である。
【００２４】
図１（Ａ）は、成膜工程後の状態を示す。透明基板１０上に熱変形性の感光性材料による均一な厚さの膜１２が形成されている。熱変形性の感光性材料としては各種フォトレジストを利用でき、成膜方法も適宜である。
【００２５】
図１（Ｂ）は光パタ−ニング工程における露光プロセスを示している。パタ−ニングすべきパタ−ン形状をポジ像として有するマスク（透明基板２０の片面に蒸着金属膜２２等により形成されている）を位置合わせして重ね合わせ、このマスクを介して紫外線等を照射してパタ−ンの露光を行う。単一のマイクロレンズに相当するマスク形状は、円形、楕円形、長方形、多角形形状等が可能である。
【００２６】
図１（Ｃ）は光パタ−ニング工程後の状態を示している。膜１２から露光された部分が除去され、基板１０上に残された感光性材料による膜１２のパタ−ンは前記マスクにおけるパタ−ン像に一致している。なお、露光工程（図１（Ｂ））において、マスクと膜１２との間に間隔を持たせ、この間隔を調整すると、露光パタ−ンをマスクパタ−ンから若干異ならせることができる。
【００２７】
図１（Ｃ）の状態において、加熱工程を行い、膜１２を熱変形温度以上に加熱すると、軟化した感光性材料の熱変形性及び表面張力の作用により、膜１２の角の部分が丸められて滑らかな凸面を持った感光性材料１２Ａがアレイ配列した状態が実現でされる。図１（Ｄ）はこの状態を示している。
【００２８】
次いで、図１（Ｄ）の状態に対し、凸面がアレイ配列した面に対してエッチング工程としてドライエッチングを施す。エッチングの作用は、感光性材料１２Ａによる凸面形状及び基板１０の両方に作用する。エッチング工程は、凸面形状のアレイ配列が基板１０の表面形状として彫り写されるまで行われる。
【００２９】
図１（Ｅ）において、実線はエッチング工程終了後の状態であり、破線はエッチング工程前の状態を示している。かくして、所望の屈折面形状をアレイ配列した表面形状を持つ透明基板材料によりマイクロレンズアレイ１が得られる。
【００３０】
図２は、請求項１記載の製造方法における第２成膜工程以後の工程を示している。図１に即して説明した製造方法の場合、一般には加熱工程後、滑らかな凸面を持った感光材料１２Ａのアレイ配列における個々の感光性材料１２Ａは互いに分離している。従って、この状態でエッチング工程を行ってマイクロレンズアレイを形成すると、基板材料の表面に形成される屈折面も互いに分離しており、各屈折面相互間の「スペ−ス」部分（屈折力を持たない部分）にはレンズ作用が無いことになり、スペ−ス部分に入射する光はレンズ作用を受けず、従って、マイクロレンズアレイとしての光の利用効率はスペ−ス占める面積比に応じて小さくなる。
【００３１】
請求項１記載の製造方法では、図１（Ｄ）に示した加熱工程後に、基板表面の滑らかな凸面を持った感光性材料１２Ａのアレイの上から更に、同一もしくは異種の感光性材料により膜１３を再度形成する（第２成膜工程）。このように、膜１３を形成した後、加熱を行うと図２（Ｂ）に示すように、滑らかな凸面形状が互いに連結しあった凸面の連結アレイ配列１２が得られるが、請求項１記載の製造方法では、第２成膜工程の際に、加熱工程後における、互いに分離している感光性材料１２Ａ（図１（Ｄ））の間隔を狭め、なおかつ、第２成膜工程後の各凸面形状が微小間隔を隔して分離した状態とする。
【００３２】
続いて、ドライエッチングによりエッチング工程を行って、上記凸面のアレイ配列に従い、屈折面が互いに連結したマイクロレンズアレイ１Ａを得ることができる。
【００３３】
図１におけるマイクロレンズアレイもしくは図２におけるマイクロレンズアレイ１Ａを母型として用いて周知の方法で金型を形成し、この金型を用いてパラスチック成形加工を行えば、プラスチックによるマイクロレンズアレイを容易に量産化することができる。この場合、基板１としては透明でないものを用いることができる。また、母型における凸形状は樹脂の屈折率を考慮した屈折面とする。あるいは、上記母型から更に形状転写して作成した凹形状の金型を作製し、これを用いて樹脂成形によりマイクロレンズアレイを成形することもできる。
【００３４】
図１及び２に則して説明した、マイクロレンズアレイもしくはマイクロレンズアレイ用母型の製作において、レンズの屈折面を決めることとなる凸面（基板材料に彫り写された凸面）の形状は、主々の要因の関数である。即ち、上記形状を左右する要因としては、第１に、基板上に成膜工程により成膜される感光性材料の膜１２の膜厚、第２にマスクの光透過部分の幅やマスクのパタ−ン形状、第３に光パタ−ニングにおけるマスクと感光性材料の膜との間隔、第４に加熱工程における加熱温度（軟化した感光性材料の熱変形性や表面張力は温度により変化する）、第５に請求項２記載の製造方法の場合には第２成膜工程により形成される膜１３の厚み、第６にエッチング工程における感光性材料と基板との選択比等をあげることができる。
【００３５】
従って、基板材料に最終的に形成される凸面の形状が所望の形状となるように上記各要因を最適化するのである。
【００３６】
【実施例】
以下、具体的な参考例と実施例を説明する。
【００３７】
参考例
ＣＣＤ２次元平面センサ−の受光面に配備されるマイクロレンズアレイ。
【００３８】
ＣＣＤ２次元センサ−は、周知のごとく、多数の微小な受光素子を密接して平面的にアレイ配列したものであるが、受光素子間に入射する光は信号化されないので、そのまま用いた場合には光の利用効率は６０％程度に過ぎない。
【００３９】
このようなＣＣＤ２次元平面センサ−の受光素子の配列ピッチで各々に対応させた集光用のマイクロレンズを設けて、光の利用効率を向上させるため、平面状に配列したマイクロレンズアレイを製造する。
【００４０】
参考例１
受光素子の配列ピッチが７μｍのＣＣＤ平面センサ−用のマイクロレンズアレイ
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−２７）を厚さ：１．８μｍ塗布し、プリベ−クを行って厚さ：１．５８μｍの膜を得た。（成膜工程）
長方形形状を単位とし、これを長方形の長手方向へ８μｍピッチ，短手方向へ６μｍで配列したマスク（長方形形状（長手方向：７μｍ，短手方向：５μｍ）の部分は遮光性で、その回りの枠状部分（片側：１．０μｍ）が光透過性）を上記膜に密着して重ねて紫外線露光を行い、その後通常のフォトレジストの現像法に従って現像を行い、リンスした（光パタ−ニング工程）。
【００４１】
次に、光パタ−ニングによりパタ−ニングされた感光性材料の膜を熱変形温度以上の１５０℃に加熱してポストベ−クを行った（加熱工程）。その結果、各長方形形状の膜は滑らかな凸面となり、基板からの高さは１．１５μｍとなった。
【００４２】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比即ちエッチングレ−トは、感光性材料の膜：石英基板＝１：１である。その結果、石英基板に前記滑らかな凸面のアレイ形状が彫り写されて、所望のマイクロレンズアレイが得られた。各マイクロレンズにおける屈折面高さは１．１４μｍである。
【００４３】
参考例２
受光素子の配列ピッチが１０μｍのＣＣＤ平面センサ−用マイクロレンズアレイ
厚さ：１ｍｍの石英基板を用い、参考例１と同様の成膜工程を行い、ポジ型のフォトレジストによる厚さ：１．５８μｍの膜を得た。
【００４４】
長方形形状を単位とし、これを長方形の長手方向へ１１μｍピッチ，短手方向へ９μｍピッチで配列したマスク（長方形形状（長手方向：１０μｍ，短手方向：８μｍ）の部分は遮光性で、その回りの枠状部分（片側：１μｍ）が光透過性）を上記膜に密着して重ねて紫外線露光を行い、現像とリンスを行った。
【００４５】
具体例１と同様に１５０℃でポストベ−クを行った後、感光性材料による膜を再度形成した結果、各長方形形状の膜は滑らかな凸面となり、凸面形状が互いに連結しあった凸面形状のアレイ配列を形成し、基板からの高さは１．２５μｍとなった。参考例１と同様、選択比１で、酸素を導入ガスとするＥＣＲエッチングによりエッチング工程を行った結果、石英基板に前記滑らかな凸面のアレイ形状が彫り写されて所望のマイクロレンズアレイが得られた。各マイクロレンズにおける屈折面の高さは１．２４μｍである。
【００４６】
また、２００℃でポストベ−クを行った後、同様の工程で感光性材料による膜を再度形成した結果、基板からの高さは１．０μｍとなった。参考例１と同様、選択比１で、酸素を導入ガスとするＥＣＲエッチングによりエッチング工程を行った結果、各マイクロレンズにおける屈折面の高さは、０．９８μｍである。
【００４７】
参考例
カメラ等におけるマニアル焦点検出用の焦点板
焦点板はマイクロレンズを２次元に配列したものである。
【００４８】
参考例３
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−２７）を厚さ：１．８μｍ塗布し、プリベ−クを行って厚さ：１．５８μｍの膜を得た。（成膜工程）
正六角形が稠密に配列された蜂の巣型のマスク（六角形形状の配列ピッチは７μｍで、六角形形状間の露光される部分の幅は１．５μｍである）を上記膜に密接させて紫外光による露光を行い、現像・リンスした（光パタ−ニング工程）。
【００４９】
次に、熱変形温度以上の１５０℃に加熱してポストベ−クを行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは１．３８μｍとなった（加熱工程）。形成された滑らかな凸面形状は互いに連続していた。
【００５０】
次いで、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は連続状態を保ちつつ、その高さが０．３３μｍだけ減じて１．０５μｍとなった（第２成膜工程）。
【００５１】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比即ちエッチングレ−トは、感光性材料の膜：石英基板＝１：１である。その結果、高さが１．０５μｍである屈折面が、７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００５２】
参考例４
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−２７）を厚さ：１．８μｍ塗布し、プリベ−クを行って厚さ：１．５８μｍの膜を得た。（成膜工程）
参考例３と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは１．３８μｍとなり、形成された凸面形状は互いに連続していた。
【００５３】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：３で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は連続状態を保ちつつ、その高さが０．１３μｍだけ減じて１．２５μｍとなった。
【００５４】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は１である。その結果、高さが１．２５μｍである屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００５５】
参考例５
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−３１）とシンナ−を１００：５の割合で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．４３μｍの膜を得た。（成膜工程）
参考例４と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは１．３０μｍとなり、形成された凸面形状は互いに間隔０．５０μｍで分離していた。
【００５６】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は互いに連続して、その高さが０．３５μｍだけ減じて０．９５μｍとなり、各凸面は互いに繋がっていた。
【００５７】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は１である。その結果、高さが０．９５μｍである屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００５８】
参考例６
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−３１）とシンナ−を１００：５の割合で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．４３μｍの膜を得た。（成膜工程）
参考例５と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは１．３０μｍとなり、形成された凸面形状は互いに間隔０．５０μｍで分離していた。
【００５９】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：３で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は互いに連続して、その高さが０．１０μｍだけ減じて１．１５μｍとなり、各凸面は互いに繋がっていた。
【００６０】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は、１である。その結果、高さが１．１５μｍである屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００６１】
参考例７
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−３１）とシンナ−を１００：１０の割合で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．３０μｍの膜を得た。（成膜工程）
参考例６と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは１．１３μｍとなり、形成された凸面形状は互いに間隔１．２０μｍで分離していた。
【００６２】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は互いに連続して、その高さが０．３７μｍだけ減じて０．７６μｍとなり、各凸面は互いに繋がっていた。
【００６３】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は、１である。その結果、高さが０．７６μｍである屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００６４】
実施例
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−３１）とシンナ−を１００：１０の割合で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．３０μｍの膜を得た。（成膜工程）
参考例７と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは１．１５μｍとなり、形成された凸面形状は互いに間隔１．２０μｍで分離していた。
【００６５】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：３で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は互いに連続して、その高さが０．１０μｍだけ減じて１．０５μｍとなったが各凸面は間隔０．３μｍで互いに分離していた。
【００６６】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は、１である。その結果、高さが１．０５μｍである屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００６７】
参考例８
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−３１）とシンナ−を１００：１５の割合で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．００μｍの膜を得た。（成膜工程）
正六角形が稠密に配列された蜂の巣型のマスク（六角形形状の配列ピッチは５μｍで、六角形形状間の露光される部分の幅は１．０μｍである）を用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは０．８５μｍとなり、形成された凸面形状は互いに間隔０．７０μｍで分離していた。
【００６８】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は互いに連続して、その高さが０．３０μｍだけ減じて０．５５μｍとなり各凸面は互いに繋がっていた。
【００６９】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は１である。その結果、高さが０．５６μｍである屈折面が５μｍピッチで互いに稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００７０】
参考例９
厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト１４００−３１）とシンナ−を１００：２０の割合で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ０．８３μｍの膜を得た。（成膜工程）
参考例８と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面形状となり、その高さは０．７０μｍとなり、形成された凸面形状は互いに間隔０．８５μｍで分離していた。
【００７１】
次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸面は互いに連続して、その高さが０．２２μｍだけ減じて０．４８μｍとなったが、各凸面は互いに繋がっていた。
【００７２】
続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時の選択比は、１である。その結果、高さが０．５０μｍである屈折面が５μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッチング工程）。
【００７３】
実施例、参考例１〜９の焦点板は何れも良好である。
【００７４】
マイクロレンズの配列ピッチが１０μｍの焦点板も同様にして作成したが何れも良好な光利用効率を示した。
【００７５】
図３は、参考例３、４、５、６、７、８、９と同様にして製造された２種類のタイプの焦点板における明るさを周知の「インディカトリックス法」で評価した結果を示している。実線は、従来から市販されている焦点板に関するものであるが、この発明によるものは、従来のものよりも明るいことが分かる。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば新規なマイクロレンズアレイと其の製造方法を提供できる。この発明の製造方法は、上記のごとく構成されているので、マイクロレンズおよびマイクロレンズアレイを容易にかつ確実に製造でき、この方法で製造されるマイクロレンズアレイは光の利用効率が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロレンズアレイの製造方法の基本的な工程を説明するための図である。
【図２】請求項１記載の製造方法を説明するための図である。
【図３】参考例の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１ マイクロレンズアレイ
１０ 透明な基板
１２ 熱変形性の感光性材料の膜
２０ マスク
１２Ａ 滑らかな凸面形状
Claims (5)
- 透明な基板上に熱変形性の感光性材料による均一な厚さの膜を形成し、
形成されるマイクロレンズアレイにおける各レンズとその配列に応じたパタ−ンに従って上記膜を光パタ−ニングし、
光パタ−ニングされた上記膜を熱変形温度に加熱し、感光性材料の熱変形性と表面張力より、滑らかな凸面形状を持ち、且つ、互いに分離した感光性材料のアレイ配列を形成し、
感光性材料と揮発成分との混合膜を上記アレイ配列上に再度形成し、揮発成分を気化させることにより、上記間隔を狭め、滑らかな凸面形状が互いに微小間隔を隔して近接しあった凸面形状のアレイ配列を形成し、
このアレイ配列を形成された面に対してドライエッチングを行い、上記凸面形状の連結アレイ配列を上記基板に彫り写すことにより、所望の屈折率面形状を持つ屈折面のアレイ配列状態を上記基板に形成することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。 - 請求項１記載の製造方法において、
基板が、石英，各種光学ガラス，セラミックス，各種単結晶，または屈折率分布材料であることを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。 - 請求項１または２記載の製造方法により製造されるマイクロレンズアレイ。
- 請求項３記載のマイクロレンズアレイにおいて、
屈折面側および反対面側に反射防止膜が形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ。 - 請求項３記載のマイクロレンズアレイにおいて、
レンズ面が自由曲面であることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34415792A JP3617846B2 (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | マイクロレンズ・マイクロレンズアレイ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34415792A JP3617846B2 (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | マイクロレンズ・マイクロレンズアレイ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06194502A JPH06194502A (ja) | 1994-07-15 |
| JP3617846B2 true JP3617846B2 (ja) | 2005-02-09 |
Family
ID=18367077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34415792A Expired - Fee Related JP3617846B2 (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | マイクロレンズ・マイクロレンズアレイ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3617846B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6324149B1 (en) | 1997-05-27 | 2001-11-27 | Ricoh Company, Ltd. | Optical-pick-up device achieving accurate positioning of objective lens and solid-immersion lens and method of forming same |
| KR100485232B1 (ko) | 1998-02-09 | 2005-04-25 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | 액정 패널, 이를 구비한 전자 기기 및 박막 트랜지스터 어레이 기판 |
| JP4161745B2 (ja) | 2003-03-06 | 2008-10-08 | 株式会社デンソー | 光学素子およびその製造方法 |
| KR20050005357A (ko) | 2003-07-01 | 2005-01-13 | 삼성전자주식회사 | 마이크로렌즈 제작방법 및 이를 이용한 광모듈 제작방법 |
| JP4527967B2 (ja) | 2003-11-17 | 2010-08-18 | オリンパス株式会社 | 焦点板原盤及びその製造方法 |
| JP4555030B2 (ja) | 2004-09-02 | 2010-09-29 | 富士フイルム株式会社 | マイクロレンズアレイおよび光学部材並びにマイクロレンズアレイの作製方法 |
| JP2007101649A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光学レンズ，および，光学レンズの製造方法 |
| WO2009041510A1 (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-02 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | 樹脂成形体の製造方法、その製造方法により得られる樹脂成形体、光デバイス、マイクロレンズ、マイクロレンズアレイ、及びマイクロ流体デバイス |
| JP5226488B2 (ja) | 2008-12-05 | 2013-07-03 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光素子モジュールの製造方法 |
| JP6811004B2 (ja) * | 2015-01-21 | 2021-01-13 | 東京応化工業株式会社 | マイクロレンズパターン製造用ポジ型感光性樹脂組成物 |
| EP3211735A1 (en) | 2016-02-25 | 2017-08-30 | Ricoh Company, Ltd. | Light source unit, light source module, and laser ignition system |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP34415792A patent/JP3617846B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06194502A (ja) | 1994-07-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5581379A (en) | Rectangular based convex microlenses surrounded within a frame and method of making | |
| JP3617846B2 (ja) | マイクロレンズ・マイクロレンズアレイ及びその製造方法 | |
| WO2005109042A1 (ja) | 光学素子及びその製造方法 | |
| JP4527967B2 (ja) | 焦点板原盤及びその製造方法 | |
| JPH06244392A (ja) | 固体撮像装置およびその製造方法 | |
| JP2004012856A (ja) | 光学素子、光学素子の成形型および光学素子の製造方法 | |
| JPH08313706A (ja) | 遮光部一体型マイクロレンズアレイ及びその製造方法 | |
| JP3547467B2 (ja) | マイクロレンズアレイおよびその製造方法 | |
| JPH05228946A (ja) | 光学部品の製造法および光学部品複製用母型 | |
| US20090311441A1 (en) | Fabrication method of micro-optical elements using photoimageable hybrid materials | |
| US20060012880A1 (en) | Optical device with refractive and diffractive properties | |
| JP3081284B2 (ja) | マイクロレンズの製造方法 | |
| JP3666918B2 (ja) | 光学デバイス・光学デバイス製造方法 | |
| JPH03202330A (ja) | マイクロレンズの製造方法 | |
| JP2001296649A (ja) | 濃度分布マスクとその製造方法及び表面形状の形成方法 | |
| JPH06250002A (ja) | マイクロレンズ・マイクロレンズアレイ及びその製造方法 | |
| JPH0321901A (ja) | レンズアレイの製造方法 | |
| JPH03233417A (ja) | 光学装置 | |
| JP3957771B2 (ja) | 光学デバイスの製造方法 | |
| JPH07104106A (ja) | 非球面マイクロレンズアレイの製造方法 | |
| JP4160682B2 (ja) | マイクロレンズ及びマイクロレンズアレイ | |
| JP2829066B2 (ja) | マイクロレンズ付き固体撮像素子及びその製造方法 | |
| JP2002162747A (ja) | 多段階露光による三次元構造体製造方法 | |
| JP2001042104A (ja) | マイクロレンズアレイ、その製造方法及びその製造用原盤並びに表示装置 | |
| JPH10253951A (ja) | 反射型液晶表示器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041105 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101119 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101119 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121119 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |