(57)【要約】【課題】マイクロレンズの形状が滑らかで均一なものであって、有効面積が大きいマイクロレンズアレイを歩留まり良く製造可能なマイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】ガラス素材５０の表面にマイクロレンズ形成用の貫通孔２ａを複数個有するマイクロレンズアレイ用成形型２と、マイクロレンズアレイ用成形型２の周縁部を保持し、該マイクロレンズアレイ用成形型２のガラス素材５０との接触面側に形成される第１の空間７と前記接触面の反対面側に形成される第２の空間８とを分割可能な保持容器３と、第１の空間よりも第２の空間の方が低圧になるように差圧を生じさせる圧力制御部４と、ガラス素材５０を加熱する加熱手段５と、マイクロレンズの成形時にマイクロレンズアレイ用成形型２を冷却する温度差生成部６と、を有するマイクロレンズアレイの製造装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス素材を、マイクロレンズ形成用の貫通孔を複数個有するマイクロレンズアレイ用成形型と接触させ、前記マイクロレンズアレイ用成形型の表裏の圧力差による吸引作用によって、前記ガラス素材の表面にマイクロレンズを成形するマイクロレンズアレイの製造方法であって、
前記マイクロレンズの成形時に、前記マイクロレンズアレイ用成形型を冷却することで、前記マイクロレンズアレイ用成形型と接触する前記ガラス素材の厚さ方向に温度差を生じさせる温度差生成工程を有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２】
ガラス素材を、マイクロレンズ形成用の貫通孔を複数個有するマイクロレンズアレイ用成形型と接触させ、前記ガラス素材を加熱により軟化させる加熱工程と、
前記マイクロレンズアレイ用成形型を冷却することで、前記マイクロレンズアレイ用成形型と接触する前記ガラス素材の厚さ方向に温度差を生じさせた軟化状態のガラス素材を得る温度差生成工程と、
前記温度差生成工程と同時または後に、前記マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面側の第１の空間と、前記マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面とは反対面側の第２の空間との間に、前記第１の空間よりも前記第２の空間の方が低圧になるように差圧を生じさせ、前記ガラス素材を前記マイクロレンズアレイ用成形型に密接させて前記貫通孔内に吸引し、前記マイクロレンズアレイ用成形型と接触しないように凸状のマイクロレンズを形成する成形工程と、
前記成形工程により所望の形状となったガラス素材を冷却して固化させる固化工程と、
を有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３】
前記温度差生成工程において、前記ガラス素材と前記マイクロレンズアレイ用成形型との温度差を１０℃以上とする請求項１又は２記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項４】
前記第１の空間を大気圧に、前記第２の空間を負圧にする請求項２又は３記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項５】
前記第１の空間を正圧に、前記第２の空間を大気圧にする請求項２又は３記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項６】
前記差圧が、５〜１０００ｋＰａである請求項２乃至５のいずれか１項記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項７】
前記加熱工程において、ガラス素材の粘度をη［ｄＰａ・ｓ］とするとき、ｌｏｇηを４．８６〜１２．３７とする請求項２乃至６のいずれか１項記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項８】
ガラス素材の表面にマイクロレンズを成形するためのマイクロレンズ形成用の貫通孔を複数個有するマイクロレンズアレイ用成形型と、
前記マイクロレンズアレイ用成形型の周縁部を保持し、該マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面側に形成される第１の空間と前記マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面の反対面側に形成される第２の空間とを分割可能な保持容器と、
前記第１の空間よりも前記第２の空間の方が低圧になるように差圧を生じさせる圧力制御部と、
前記ガラス素材を加熱する加熱部と、
前記マイクロレンズの成形時に前記マイクロレンズアレイ用成形型を冷却し、前記マイクロレンズアレイ用成形型と接触する前記ガラス素材の厚さ方向に温度差を生じさせる温度差生成部と、
を有することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造装置。
【請求項９】
前記温度差生成部が、前記保持容器内に設けられた流路と、該流路に冷却媒体を流通させるポンプと、を有する請求項８記載のマイクロレンズアレイの製造装置。
【請求項１０】
前記冷却媒体が、空気、不活性ガス、水およびそれらを組み合わせてミスト状にしたもののいずれかから構成される請求項９記載のマイクロレンズアレイの製造装置。
【請求項１１】
前記圧力制御部が、前記第２の空間と接続された真空ポンプを有する請求項８乃至１０のいずれか１項記載のマイクロレンズアレイの製造装置。
【請求項１２】
前記圧力制御部が、前記第１の空間と接続された加圧ポンプを有する請求項８乃至１０のいずれか１項記載のマイクロレンズアレイの製造装置。
【請求項１３】
複数個のマイクロレンズが配列してなるマイクロレンズアレイであって、
前記マイクロレンズのレンズ径が１０〜１００μｍ、レンズの曲率半径／平面視におけるレンズの半径、で示される曲率半径比が１．３５以下、光学面の算術平均表面粗さが１００ｎｍ以下であり、かつ、前記マイクロレンズアレイの有効面積が５０ｍｍ２以上であることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
【請求項１４】
前記マイクロレンズの数が４０００個以上である請求項１３記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項１５】
前記マイクロレンズが、縦列６０〜１０００個×横列６０〜１０００個が配列している請求項１３又は１４記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項１６】
前記マイクロレンズのピッチが２０〜５００μｍである請求項１３乃至１５のいずれか１項記載のマイクロレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置並びにマイクロレンズアレイに係り、特に、滑らかな光学面の表面形状を有するマイクロレンズをバラツキの少ない形状で形成可能としたマイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置並びに所定の形状を有するマイクロレンズアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラのイメージセンサー、液晶プロジェクター、光通信用のレーザープロジェクターなどに用いられるマイクロレンズは、通常、マイクロレンズアレイと呼ばれる、マイクロレンズを碁盤目状等に複数個配列させた形態で用いられる。
【０００３】
このマイクロレンズアレイは、成形面にマイクロレンズに対応する凹面を複数個配列して形成した上型と成形面を平板状とした下型との間に、成形用のガラス素材を挟みプレスして、１度の成形操作で複数個のマイクロレンズ形状をガラス素材に転写して得られる。
【０００４】
ここで用いられる上型の成形面は、成形型とする板状の素材の表面を、先端が球状のパンチ工具により押圧する等によりマイクロレンズアレイに対応する凹面に形成されている。そして、この凹面からなる成形面を有する成形型に、加熱、軟化したガラス素材を押しつけて、上記成形面形状の光学面を有するマイクロレンズアレイを製造する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、マイクロレンズアレイではないが、凹部を有するガラス物品を製造するにあたって、肉厚の均一化及び面性状の適切化を狙い、成形型において成形面に通じる貫通孔を形成し、この貫通孔を通じて成形面内の圧力を負圧にして軟化したガラスを成形面側に引き込む力を生じさせて成形を行う方法も知られている（特許文献２及び３参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイは、その光学面の表面粗さが光学面を形成する凹状の成形面の表面粗さに影響され、特に、レンズ径が小さい場合には、成形面を研磨するのも困難であり、十分に滑らかな光学面が得られなかった。また、特許文献２のガラス物品および特許文献３のガラス成形品においては、成形面内を負圧にして成形を補助しているが、結局、成形面形状をガラス物品またはガラス成形品に転写させており、特許文献１と同様、ガラス物品またはガラス成形品の表面は成形面の表面粗さに影響を受けている。なお、特許文献２はガラス物品であり、また、特許文献３はガラス成形品であり、マイクロレンズアレイのような光学製品ではないため、製品の表面粗さについては特に言及されていない。
【０００７】
これに対して、マイクロレンズを転写により成形するのではなく、成形型の成形部表面がマイクロレンズの光学面と接触しないように凹部を形成しておき、光学面を自由表面として成形する方法が知られている（例えば、特許文献４乃至６参照）。これらの方法では、光学面を自由表面として成形するため、成形前のガラス素材の表面粗さがそのままマイクロレンズの光学面の表面粗さとなる。すなわち、成形前のガラス素材に十分に滑らかな光学面をあらかじめ形成しておけば、成形型の表面粗さに影響されずに表面の滑らかなマイクロレンズが得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２７７５４３号公報
【特許文献２】特開２００７−１３１４９９号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５３０５１号公報
【特許文献４】特開２００７−１８２３７２号公報
【特許文献５】特開２００６−１１１４９１号公報
【特許文献６】特開２０１２−１４８９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、光学面と接触させずに成形を行う方法として、ガラス素材を成形型で挟み込んで、その成形型のプレス圧力を利用するこれらの方法は、マイクロレンズアレイの全面において均一な圧力を生じさせるのが困難である。そのため、圧力が不均一になった場合には個々のマイクロレンズ形状にバラツキが生じてしまい、マイクロレンズアレイとして、所望の形状のマイクロレンズが存在する有効面積を広範囲にわたって作製できないという問題があった。また、プレス圧力を利用する成形の場合、圧力がガラス側面側に逃げるため、マイクロレンズの形状が面頂部に対して左右対称とならなかったり、ガラス素材を成形面に押し込むのに限界があり、光学面の高さの調整が困難であったりするなどの問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、マイクロレンズの形状を滑らかで均一なものとしつつ、広い有効面積のマイクロレンズアレイを、歩留まり良く製造可能なマイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置並びに所定の形状を有するマイクロレンズアレイの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のマイクロレンズアレイの製造方法は、ガラス素材を、マイクロレンズ形成用の貫通孔を複数個有するマイクロレンズアレイ用成形型と接触させ、前記マイクロレンズアレイ用成形型の表裏の圧力差による吸引作用によって、前記ガラス素材の表面にマイクロレンズを成形するマイクロレンズアレイの製造方法であって、前記マイクロレンズの成形時に、前記マイクロレンズアレイ用成形型を冷却することで、前記マイクロレンズアレイ用成形型と接触する前記ガラス素材の厚さ方向に温度差を生じさせる温度差生成工程を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明のマイクロレンズアレイの製造装置は、ガラス素材の表面にマイクロレンズを成形するためのマイクロレンズ形成用の貫通孔を複数個有するマイクロレンズアレイ用成形型と、前記マイクロレンズアレイ用成形型の周縁部を保持し、該マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面側に形成される第１の空間と前記マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面の反対面側に形成される第２の空間とを分割可能な保持容器と、前記第１の空間よりも前記第２の空間の方が低圧になるように差圧を生じさせる圧力制御部と、前記ガラス素材を加熱する加熱部と、前記マイクロレンズの成形時に前記マイクロレンズアレイ用成形型を冷却し、前記マイクロレンズアレイ用成形型と接触する前記ガラス素材の厚さ方向に温度差を生じさせる温度差生成部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のマイクロレンズアレイは、複数個のマイクロレンズが配列してなるマイクロレンズアレイであって、前記マイクロレンズのレンズ径が１０〜１００μｍ、レンズの曲率半径／平面視におけるレンズの半径、で示される曲率半径比が１．３５以下、光学面の算術平均表面粗さＲａが１００ｎｍ以下であり、かつ、前記マイクロレンズアレイの有効面積が５０ｍｍ２以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のマイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置によれば、光学面（成形面）の表面形状が滑らかなマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイが得られる。特に、成形型の成形面の鏡面研磨が困難であるような小径のマイクロレンズを形成する場合であっても、マイクロレンズ表面を滑らかなものとでき、また、レンズの高さも調整できるため、所望の形状及び性能を有するマイクロレンズアレイが得られる。さらに、この製造方法及び製造装置によれば、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズ形状のバラツキを抑制することもでき、かつ、配列したマイクロレンズが存在する有効面積が大きい場合でも、マイクロレンズの剥離等の不具合の発生を抑制できる。そのため、製品を安定して、歩留まり良く製造できる。なお、本明細書では、マイクロレンズ（アレイ）の光学面や成形面のことを、単にマイクロレンズ（アレイ）の表面、として表記する場合もある。
【００１５】
また、本発明のマイクロレンズアレイによれば、所定の形状を有するマイクロレンズ（特に、マイクロレンズの表面が滑らかで、かつ、マイクロレンズアレイの有効面積が大きいもの）が提供でき、大型のマイクロレンズアレイとして従来よりも特性が向上し、かつ、安定しており、製品信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態であるマイクロレンズアレイの製造装置の概略構成図である。
【図２Ａ】図１で示したマイクロレンズアレイの製造装置の変形例を示した図である。
【図２Ｂ】図１で示したマイクロレンズアレイの製造装置の変形例を示した図である。
【図３Ａ】図１のマイクロレンズアレイの製造装置を用いたマイクロレンズアレイの製造方法（加熱工程）を説明する図である。
【図３Ｂ】図１のマイクロレンズアレイの製造装置を用いたマイクロレンズアレイの製造方法（温度差生成工程）を説明する図である。
【図３Ｃ】図１のマイクロレンズアレイの製造装置を用いたマイクロレンズアレイの製造方法（成形工程）を説明する図である。
【図３Ｄ】図１のマイクロレンズアレイの製造装置を用いたマイクロレンズアレイの製造方法（固化工程）を説明する図である。
【図４】例１〜３で得られたマイクロレンズアレイの曲率半径比について、［レンズ高さ／平面視におけるレンズの直径］との関係を示したグラフである。
【図５】例１〜５で得られたマイクロレンズアレイの曲率半径比について、［レンズ高さ／平面視におけるレンズの直径］との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（マイクロレンズアレイの製造装置及び製造方法の実施形態）
まず、本発明のマイクロレンズアレイの製造装置及び製造方法について説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態であるマイクロレンズアレイの製造装置の概略構成を示した図である。なお、成形容器内は断面図として示した。
【００１９】
この図１に示したマイクロレンズアレイの製造装置１は、マイクロレンズアレイ用成形型２と、該成形型２の周縁部を保持し、該成形型２によって、マイクロレンズアレイ用成形型２のガラス素材５０との接触面側に形成される空間とその反対面側に形成される空間とを分割可能な保持容器３と、保持容器３により分割された空間に差圧を生じさせる圧力制御部４と、ガラス素材５０を加熱する加熱部５と、成形時にマイクロレンズアレイ用成形型２の温度を低下させ、ガラス素材５０との温度差を生じさせる温度差生成部６と、を有する。
【００２０】
ここで、マイクロレンズアレイ用成形型２は、複数個のマイクロレンズを形成可能とするもので、そのマイクロレンズに対応する位置にマイクロレンズ形成部として貫通孔２ａが設けられている。
【００２１】
このマイクロレンズアレイ用成形型２は、マイクロレンズアレイを形成する際、成形に用いるガラス素材５０を一方の面に接触させてから圧力差を利用して密接させる。そして、マイクロレンズアレイ用成形型２のうち貫通孔２ａに相当する部分に位置するガラス素材５０を貫通孔２ａ内に吸引し（押出し）、マイクロレンズアレイの光学面となる部分を該成形型２へ接触させずに凸状のマイクロレンズアレイを形成可能とする。したがって、貫通孔２ａの、ガラス素材５０との接触面の開口部の形状は、形成するマイクロレンズが所定の径になるように形成されていればよい。一方、マイクロレンズアレイ用成形型２における、その接触面と反対面側の開口部の形状は、貫通孔として形成されていれば特に限定されない。
【００２２】
また、貫通孔２ａの内部形状は、成形時にマイクロレンズアレイの光学面となる部分と接触しないようにしておけば、その形状は特に問われない。例えば、典型的な円柱状の貫通孔を設ける場合の他、ガラス素材５０との接触面からその反対面側に向かって、テーパ状に貫通孔２ａが狭くなっていったり、広くなっていくように抜け勾配をつけたり、貫通孔２ａの内面円柱形状が大きさの違う直径の円柱を多段としたり、してもよい。このとき、抜け勾配を設ける場合、その傾斜角度は、鉛直方向に対して１〜１０度が好ましく、４〜６度がさらに好ましい。このように、鉛直方向に対して１０度以内の傾斜となる貫通孔または１０度以内の傾斜で近似できる貫通孔であれば、その貫通孔の形状を略円柱状の形状と定義し、この中にはその傾斜角度が途中で変化する形状も含むものとする。
【００２３】
抜け勾配を設けておくと、マイクロレンズアレイ形成後に、マイクロレンズアレイ用成形型２とガラス素材５０とが密着するのを防止し離型しやすくなる。また、テーパ状や多段形状として、接触面側から反対面側に向かって徐々に狭くなるようにした場合には開放径を小さくでき、異物などの混入が抑えられる。
【００２４】
この貫通孔２ａは、このような開口部を碁盤目状又は千鳥配置等のように配列して設けることで、各貫通孔に対応する位置にマイクロレンズが形成でき、マイクロレンズアレイが製造できる。このとき、開口径は１０〜５０００μｍが好ましく、その開口部のピッチが１０〜２００００μｍであって、この貫通孔２ａの［直径／ピッチ］で表される比は、０．１〜１、好ましくは０．２〜０．９である。なお、開口部のピッチとは、隣り合う貫通孔２ａの開口部の中心間の距離に相当する。
【００２５】
ここで、マイクロレンズアレイの有効面積について説明する。前述のように、配列された貫通孔に対応してマイクロレンズアレイが形成されるが、マイクロレンズが、平面視において連続的に配置されて得られる面積を、有効面積とする。なお、ここでいう有効面積は、上記例のように平面視において、正方形に限らず、長方形や円形、さらに任意の外縁で領域が構成されるマイクロレンズアレイを対象にしてもよい。さらに、マイクロレンズが平面視で円環状に配列されているドーナツ形の場合、有効面積は円環の内部（空洞部）も含むものとする。また、この有効面積は、５０ｍｍ２以上あれば好ましく、６０ｍｍ２以上あればより好ましく、７５ｍｍ２以上であればさらに好ましい。なお、有効面積の上限はとくに設けないが、例えば、１５００ｍｍ２以下であればよい。これ以上大きくなると、マイクロレンズアレイの成形時に、マイクロレンズアレイ用成形型にたわみが生じ、平坦度が悪化するおそれがある。なお、マイクロレンズが連続的に配置される形態の一例としては、典型的には、二次元的（例えば、Ｘ−Ｙ平面においてＸ方向とＹ方向）に、同等のピッチで配置される形態や、放射状に同等のピッチで配置される形態等が挙げられる。
【００２６】
なお、貫通孔の平面形状は、円形、楕円形、四角形や三角形を含む多角形等、とくに限定されないが、平面視で真円に近いマイクロレンズを形成するため、円形であることが好ましい。ここでいう、円形とは、楕円率が０．９以上の形状を指すものと定義する。例えば、５０〜１００μｍ程度の径を有する円形の貫通孔を形成する場合には、形成された貫通孔の近似円からのズレが±２μｍ以内である形状が好ましい。
【００２７】
本発明は、マイクロレンズアレイの中でもマイクロレンズの径が小さく（貫通孔２ａの開口径が小さく）、従来の転写する成形型を用いてできる成形面の鏡面研磨が困難であるような場合に、特に好ましい効果を奏する。本発明によれば、成形面を転写してマイクロレンズアレイを形成しないため、成形面の鏡面研磨等の操作をする必要が無く、それでいて滑らかな表面形状を有するマイクロレンズアレイが形成できる。
【００２８】
このマイクロレンズアレイ用成形型２は、平板状の金属板の所定の箇所にマイクロレンズ形成用の貫通孔を複数個形成して成形型としてもよいし、予め貫通エッチング孔を複数個形成した金属薄板を複数枚、貫通エッチング孔の位置が一致するように積層して、貫通孔を有する成形型としてもよい。また、これらマイクロレンズアレイ用成形型には、必要に応じて該成形型表面に離型膜を形成してもよい。
【００２９】
上記金属板及び金属薄板の材料としては、マイクロレンズアレイ用成形型として、大気雰囲気下または、不活性ガス雰囲気下において、成形温度に耐えうる耐熱性を有する素材が好ましく、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４、３１６等）、鉄−ニッケル合金（４２アロイ等）、超鋼合金等が挙げられる。
【００３０】
また、このマイクロレンズアレイ用成形型は、成形時の差圧やガラス素材からの離型時に加えられる圧力に耐えうる強度を有することが好ましい。このような圧力差等によりマイクロレンズアレイ用成形型が大きく撓んでしまうと、均一形状のマイクロレンズの成形ができなくなったり、離型時にマイクロレンズの剥離等の形状不良が生じやすくなったりしてしまう。
【００３１】
離型膜を設ける場合には、マイクロレンズアレイ用成形型２の少なくとも一方の面に設けるものであり、この一方の面は、ガラス素材５０と接触する面に相当する。このように、離型膜を設けておくことで、成形操作の後、ガラス素材５０とマイクロレンズアレイ用成形型２とが貼り付くことを抑制できる。
【００３２】
また、ガラス素材５０と接触する面側だけでなく、その逆側の面にも離型膜を形成してもよい。このようにマイクロレンズアレイ用成形型２の両面に離型膜を設けておくと、マイクロレンズアレイの成形時にマイクロレンズアレイ用成形型２が空気等と直接接触するのを防止でき、金属製であるマイクロレンズアレイ用成形型２が酸化される等の不具合を抑制できる。
【００３３】
離型膜としては、マイクロレンズアレイや光学素子等の成形型に使用される公知の離型膜が挙げられ、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）およびそれらの合金等の貴金属系の材料、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系の材料等が好ましい。これらの離型膜は、公知の成膜方法によりマイクロレンズアレイ用成形型２上に形成すればよく、蒸着、スパッタ等のＰＶＤ（物理的気相成長法）、熱ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等のＣＶＤ（化学的気相成長法）等の成膜方法が挙げられる。
【００３４】
また、形成される離型膜は、貫通孔２ａの成形への悪影響を与えず、離型性能を十分に確保できる厚さであればよい。具体的に離型膜の膜厚は、０．０５μｍ以上１μｍ以下が好ましく、典型的には２５０ｎｍ程度である。膜厚が、０．０５μｍ未満であると、離型膜としての機能の低下や耐久性が低下するおそれがあり、１μｍを超えると、離型膜積層時の密着不良等が生じるおそれがある。
【００３５】
本発明に用いる保持容器３は、マイクロレンズアレイ用成形型２の周縁部を保持し、かつ、マイクロレンズアレイ用成形型２のガラス素材５０との接触面側に形成される第１の空間７と上記接触面の反対面側に形成される第２の空間８とを分割する。なお、ここでは、ガラス素材をマイクロレンズアレイ用成形型２の上面に密接して成形する場合の例を示しているが、下面に密接して成形することも可能である。
【００３６】
この保持容器３は、マイクロレンズアレイ用成形型２を水平になるように保持でき、成形時にそのマイクロレンズアレイ用成形型２の上下で、空間的に分割できるものであればよい。また、後述するように分割した空間内に差圧を生じさせるために、図１では、第１の空間７及び第２の空間８の両方の空間が共に密閉した空間となる例を示しており、保持容器３は上部材３ａと下部材３ｂとから構成されている。ここで、上部材３ａと下部材３ｂとは、これらを重ね合わせることで内部に密閉空間を構成でき、これら部材の間にマイクロレンズアレイ用成形型２が固定して保持できるようになっている。すなわち、マイクロレンズアレイ用成形型２が保持容器３の内部空間を分割している（成形時には、ガラス素材５０も空間分割に寄与する）。
【００３７】
そして、下部材３ｂは、下方からマイクロレンズアレイ用成形型２を支持するが、その内部に冷却媒体の流路が設けられている。この冷却媒体の流路に冷却媒体を流すと、下部材３ｂが冷却され、これに接触するマイクロレンズアレイ用成形型２を間接的に冷却できる。したがって、このときマイクロレンズアレイ用成形型２と下部材３ｂとの接触面積は可能な限り大きくなるよう設計するのが好ましい。この接触面積によって、マイクロレンズアレイ用成形型２の冷却効率が変化するためである。
【００３８】
本発明に用いる圧力制御部４は、上記したような第１の空間７の圧力と第２の空間８との圧力とを制御するもので、第１の空間７内及び第２の空間８内と接続され、それぞれの空間内の気圧を制御できるようになっている。このとき、圧力制御部４により、マイクロレンズアレイ用成形型２のガラス素材５０との接触面側の空間（第１の空間７）よりもその反対面側の空間（第２の空間８）が低圧になるように差圧を生じさせる。即ち、圧力制御部４は、マイクロレンズアレイ用成形型２の表裏で圧力差を生じさせる機構を有する。
【００３９】
具体的には、第１の空間７の圧力を加圧するには加圧ポンプ等が、第２の空間８の圧力を減圧するには真空ポンプ等が、用いられ、これら両者の空間の差圧が所定の値となるように調整される。
【００４０】
加熱部５は、ガラス素材５０を加熱して軟化させるものであり、一般に、ガラス成形に使用される加熱手段として、例えば、赤外線加熱、抵抗加熱、高周波加熱等が挙げられる。この加熱部５は、ガラス素材５０を第１の空間側から加熱するように配置される。この加熱に際しては補助的にマイクロレンズアレイ用成形型２の内部にヒーターを設けて、同時に加熱してガラス素材５０の軟化を効率的に達成できるようにしてもよい。
【００４１】
温度差生成部６は、成形時にマイクロレンズアレイ用成形型２の温度を低下させるものであり、下部材３ｂの内部に設けられた冷却媒体の流路と、図示していないが、この流路に冷却媒体を送出できるポンプを有する。
【００４２】
ここで使用される冷却媒体は、下部材３ｂの内部を流通することで下部材３ｂを冷却し、下部材３ｂと接触しているマイクロレンズアレイ用成形型２を間接的に冷却する。なお、図１では間接的に冷却するようにしているが、この形態に限らず、マイクロレンズアレイ用成形型２に直接接触させて冷却する構成としてもよい。その場合、冷却媒体が外部や保持容器３内部に漏れないように注意する。使用する冷却媒体としては、空気、不活性ガス、水およびそれらを組み合わせてミスト状にしたもの等が挙げられ、これらの中から冷却に必要な熱伝達率を考慮の上、最適なもの選べばよい。また、ポンプは上記のような冷却媒体を送出できる公知のものが挙げられる。
【００４３】
なお、図１のマイクロレンズアレイの製造装置１は、第１の空間７及び第２の空間８を共に密閉した状態となる場合を示したが、両空間において差圧が生じればよいため、いずれか一方を密閉空間とし、他方を開放した構成としてもよい。この場合、開放された空間は大気圧となるので、それに対して密閉空間の圧力を負圧とするか正圧とするかはどちらを密閉するかで自ずと決定される。
【００４４】
すなわち、図１の第１の空間７を密閉し、第２の空間８を開放した場合、図２Ａに示す装置構成となる。この図２Ａに示したマイクロレンズアレイの製造装置１１は、マイクロレンズアレイ用成形型２と、該成形型２の周縁部を保持し、該成形型２のガラス素材５０との接触面側とその反対面側のそれぞれに形成される空間を分割する保持容器１２と、保持容器１２により分割された空間に差圧を生じさせる圧力制御部１３と、加熱部５と、温度差生成部６と、を有する。
【００４５】
ここで、保持容器１２は、第１の空間１４を密閉し、第２の空間１５を開放した状態とするもので、第２の空間１５は大気圧であるため、第１の空間１４は大気圧よりも高い圧力とする必要がある。そのため、ここで用いられる圧力制御部１３は、第１の空間１４内を加圧できる加圧ポンプである。なお、この保持容器１２は、図１の保持容器３の下部材３ｂが密閉空間を形成せずに、大気に解放された構成となっている下部材１２ｂとなっている点が異なるのみであり、他は保持容器３と同様の構成である（すなわち、上部材１２ａは上部材３ａと同じである）。
【００４６】
また、図１の第１の空間７を開放し、第２の空間８を密閉した場合、図２Ｂに示す装置構成となる。この図２Ｂに示したマイクロレンズアレイの製造装置２１は、マイクロレンズアレイ用成形型２と、マイクロレンズアレイ用成形型２の周縁部を保持し、マイクロレンズアレイ用成形型２のガラス素材５０との接触面側とその反対面側のそれぞれに形成される空間を分割する保持容器２２と、保持容器２２により分割された空間に差圧を生じさせる圧力制御部２３と、加熱部５と、温度差生成部６と、を有する。
【００４７】
ここで、保持容器２２は、第１の空間２４を開放し、第２の空間２５を密閉した状態とするもので、第１の空間２４は大気圧であるため、第２の空間２５は大気圧よりも低い圧力とする必要がある。そのため、ここで用いられる圧力制御部２３は、第２の空間２５内を減圧できる真空ポンプである。なお、この保持容器２２は、図１の保持容器３の上部材３ａがなく下部材３ｂのみから構成されてなる。
【００４８】
ここで、保持容器３，１２，２２の素材は、マイクロレンズアレイの成形時の温度、圧力に耐性を有するものであればよく、例えば、鋳鉄、ステンレス鋼、銅合金、超硬等が挙げられる。
【００４９】
次に、本発明のマイクロレンズアレイの製造方法について図３Ａ〜３Ｄを参照しながら説明する。図３Ａは、図１のマイクロレンズアレイの製造装置１を用いた場合を例にしたもので、圧力制御部４は記載を省略している。また、図３Ｂ〜図３Ｄは、図３Ａにおいて成形操作を行うために各処理条件へと環境を変化させたときのガラス素材５０の変化を示した図である。これらの図において、第１の空間７内の圧力をＰ１、第２の空間８内の圧力をＰ２とする。
【００５０】
まず、マイクロレンズアレイ用成形型２の上にガラス素材５０を載置し、保持容器３内に収容する。次に、加熱部５によりガラス素材５０を成形温度にまで加熱して軟化させる（図３Ａ；加熱工程）。このときの加熱温度は、ガラス素材５０が軟化する温度とすればよく、用いるガラス素材によって異なるが、一般に、５００〜１１００℃程度である。また、このとき、ガラスの粘度をη［ｄＰａ・ｓ］とすると、ｌｏｇηの範囲を４．８〜１２．３７とすればよく、５〜１０とするのが好ましく、５〜８とするのがより好ましく、５．５〜７．５とするのがさらに好ましい。ｌоｇηが１２．３７を超えると、粘度が高すぎて吸引による変形が困難となり成形ができず、一方で、ｌоｇηが４．８未満であると、粘度が低すぎて自重で変形してしまい、いずれも形状制御が困難となる。この工程において、圧力Ｐ１とＰ２は同じとする。
【００５１】
また、上記装置の説明で記載したように、マイクロレンズアレイ用成形型２又は下部材３ｂの内部にヒーターを設けている場合には、このヒーターも作動させると、マイクロレンズアレイ用成形型２の温度を上昇させることができ、ガラス素材５０を第１の空間側だけではなく第２の空間側からも加熱して、加熱工程を迅速に達成できる。なお、このようなヒーターは加熱工程には使用するが、次に説明する温度差生成工程、成形工程、固化工程ではマイクロレンズアレイ用成形型２の温度を下げるために、使用しない。
【００５２】
次に、マイクロレンズアレイ成形時にマイクロレンズアレイ用成形型２を冷却する。該成形型２を冷却するにあたっては、下部材３ｂ内に設けられた流路に冷却媒体を流通させて下部材３ｂを冷却し、下部材３ｂに接触しているマイクロレンズアレイ用成形型２をも冷却させればよい。このように、マイクロレンズアレイ用成形型２を冷却することで、ガラス素材５０の厚さ方向に温度差を生じさせる。このとき、ガラス素材５０は、その冷却される反対側の面は加熱部５によって加熱されているため、ガラス素材５０には上記冷却をしない場合と比較して大きな温度分布が生じる（図３Ｂ；温度差生成工程）。また、ガラス素材５０は、その冷却される反対側の面は加熱部５によって加熱されているため、加熱と冷却のバランスにより、冷却を開始した後にマイクロレンズアレイ用成形型２の温度が上昇する場合もある。しかし、この場合でもガラス素材５０の加熱部５側とマイクロレンズアレイ用成形型２側では、その温度上昇率が異なるため、ガラス素材５０には厚さ方向に温度分布が生じる。なお、この工程において「マイクロレンズアレイ成形時」とは、次に説明する成形工程の前または成形工程と同時であることを意味し、実際にガラス素材の変形にあたって十分に温度差を生じさせた軟化状態のガラス素材が得られればよい。
【００５３】
この工程において、ガラス素材５０は、後述する成形工程で変形可能のまま維持しなければならないため、軟化状態が維持される程度にマイクロレンズアレイ用成形型２を冷却する。すなわち、マイクロレンズアレイ用成形型２を冷却し過ぎると、これに接触しているガラス素材５０の表面の粘度が高くなりすぎ、所望の形状への成形ができなくなる可能性がある。
【００５４】
上記の温度差を生じさせた軟化状態のガラス素材５０を得るためには、例えば、加熱工程でガラス素材５０を軟化状態とした後に温度差生成工程を行って、ガラス素材５０の軟化状態を維持したまま温度差を生成してもよいし、加熱工程でガラス素材５０が軟化状態となる直前から温度差生成工程を開始し、温度差を生成しながらガラス素材５０をさらに昇温して軟化状態まで到達させてもよい。後者のように、温度差を生成しながらガラス素材５０をさらに昇温して軟化状態とするには、上記した加熱と冷却のバランスによりマイクロレンズアレイ用成形型２の温度が上昇する条件で温度差生成工程を行えばよい。
【００５５】
そして、この工程で、ガラス素材５０とマイクロレンズアレイ用成形型２との間の温度差は１０℃以上が好ましく、２０℃以上がより好ましい。この温度差を決定するにあたっては、ガラス素材５０の温度は、マイクロレンズアレイ用成形型側のガラス素材表面からガラス素材内部へ向かって１ｍｍの位置、マイクロレンズアレイ用成形型２の温度は、マイクロレンズアレイ用成形型のガラス素材との接触面表面における温度とし、これらの温度差をとればよい。また、各温度は、例えば、それぞれの位置に熱電対を配置したり、赤外線カメラを使用したりすることで測定できる。なお、この工程においても、圧力Ｐ１とＰ２は同じとする。
【００５６】
次に、上記のようにガラス素材５０とマイクロレンズアレイ用成形型２との間に所定の温度差を生成するのと同時または該所定の温度差を生成した後に、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との関係を、第１の空間７よりも第２の空間８の方が低圧（Ｐ１＞Ｐ２）になるように変化させ、差圧を生じさせる。
【００５７】
このように差圧を生じさせると、軟化状態のガラス素材５０が、貫通孔２ａを通じて低圧の第２の空間８側に吸引されてマイクロレンズアレイ用成形型２と密接し、第１の空間７と第２の空間８とがそれぞれ確実に分割され、気密状態となる。即ち、マイクロレンズアレイ用成形型の表裏の圧力差が生じた状態を継続していくと、ガラス素材５０は、貫通孔２ａ内に吸引されて（押出されて）凸状のマイクロレンズが形成できる（図３Ｃ；成形工程）。
【００５８】
このとき、マイクロレンズアレイの光学面の面頂高さは、ガラス素材５０の粘度、第１の空間７と第２の空間８の差圧（Ｐ１−Ｐ２）、成形時間の関係によって決定され、これらを所望のレンズ形状が得られる条件に設定する。例えば、粘度、差圧を一定にした場合には、吸引時間を調整することでマイクロレンズの高さを容易に調整できる。
【００５９】
より具体的には、成形時の第１の空間７と第２の空間８の差圧（Ｐ１−Ｐ２）は、ガラス素材５０の変形を十分に、かつ、実用的な時間で達成するため５〜１０００ｋＰａが好ましく、１０〜８００ｋＰａがより好ましい。また、差圧によるガラス素材を変形させる時間は、マイクロレンズアレイとしての機能を損なわないように、かつ、製造の効率性も考慮し、１〜３６００秒の範囲が好ましく、１〜３００秒がより好ましい。
【００６０】
なお、本明細書における「ガラス素材の粘度」は、成形時のガラス素材の粘度のことであるが、具体的には、マイクロレンズアレイ用成形型２の温度、すなわちマイクロレンズアレイ用成形型２のガラス素材５０との接触面表面における温度における粘度である。
【００６１】
そして、マイクロレンズアレイが所望の形状となったところで、第１の空間７と第２の空間８との差圧を解消し、ガラス素材５０がそれ以上変形しないように第１の空間７と第２の空間８の圧力を同一のものとする。
【００６２】
次いで、変形させたガラス素材５０をガラス転移点付近まで冷却し、ガラス素材５０を固化させる（図３Ｄ；固化工程）。冷却したガラス素材５０を、Ｐ１＜Ｐ２としてマイクロレンズアレイ用成形型２から離型させた後、最終的には室温にまで冷却してマイクロレンズアレイを得る。このようにして、光学面が球面状のマイクロレンズが配列したマイクロレンズアレイが得られる。この固化工程における冷却は、加熱部５の出力を０または低下させればよい。また、このとき温度差生成部６を作動させ、ガラス素材５０の冷却を促進するようにしてもよい。なお、マイクロレンズアレイ用成形型２の材料の熱膨張係数とガラス素材５０の熱膨張係数とが略等しい場合およびマイクロレンズアレイ用成形型２の材料の熱膨張係数がガラス素材５０の熱膨張係数よりも小さい場合、ガラス素材５０を、マイクロレンズアレイ用成形型２と一体的に室温まで冷却して固化し、その後、マイクロレンズアレイ用成形型２と離型してマイクロレンズアレイを得てもよい。
【００６３】
このようにして得られるマイクロレンズアレイは、凸球面状であり、各マイクロレンズの曲率半径Ｒは０．００５〜１ｍｍの範囲のものを、上記成形条件を調節して所望の形状にして得られる。また、上記は、曲率半径の絶対的な範囲を示したが、平面視におけるマイクロレンズの半径に対する成形したマイクロレンズの曲率半径の比（［レンズの曲率半径／平面視におけるレンズの半径］；以下、「曲率半径比」ともいう）についても調整できることが好ましい。とくに、上記の曲率半径比が小さいと、マイクロレンズアレイとして求められる高い光利用効率が得られるとともに、マイクロレンズアレイが配置されるスペースを小さくできる点で好ましい。この曲率半径比は、特に限定されないが、１．３５以下で好ましく、１．３以下がより好ましく、１．２以下がさらに好ましく、１．１以下が特に好ましい。一方で、この曲窒半径比を小さくし過ぎてもレンズ剥離が生じるおそれがある。そのため、曲率半径比の下限としては、剥離が生じない範囲で小さくでき、例えば、０．７以上が好ましい範囲、０．８以上がより好ましい範囲、０．９以上がさらに好ましい範囲として設定できる。
【００６４】
なお、曲率半径比を１．２以下とする場合には、成形時のガラス素材の粘度ｌоｇηと差圧との関係を、（１）ｌоｇη７〜８、差圧１０〜８８ｋＰａ、（２）ｌоｇη６〜７、差圧２０〜１０００ｋＰａ、（３）ｌоｇη５〜６、差圧４０〜１０００ｋＰａ、の組み合わせの範囲となるように設定することが好ましい。このような組み合わせとすると、より半球状に近いマイクロレンズであってもレンズ剥離の発生を十分に抑制でき、歩留まり良くマイクロレンズアレイを製造できる。
【００６５】
また、このような成形は高温に加熱した状態で実施され、マイクロレンズアレイ用成形型の酸化による劣化を防止するため、例えば、第１の空間７及び第２の空間８の両方を窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気としたり、第２の空間８側（低圧側）を１×１０−２Ｐａ以下の真空条件下としたり、するのが好ましい。
【００６６】
本発明では、さらに、マイクロレンズアレイ用成形型２及び保持容器３を内部に収容可能なチャンバー（圧力制御部４はチャンバーの外部に配置すればよい）を設けてもよく、この場合、上記成形型の雰囲気の置換が容易で、内部温度も安定させることができ好ましい。
【００６７】
なお、ガラス素材５０としては、マイクロレンズアレイが製造できれば特に限定されず、従来公知のガラス素材が挙げられる。加熱前のガラス素材５０の形状は、特に限定されないが、平面形状が矩形又は円形の平板状のものが好ましく、そのときの厚さは０．１ｍｍ〜２０ｍｍである。また、ガラス素材は上記した平板状だけではなく、球状が潰れた偏平状等の種々の形状のものも使用できる。
【００６８】
上記説明した製造装置及び製造方法から得られるマイクロレンズアレイは、成形においてマイクロレンズのレンズ表面がマイクロレンズアレイ用成形型等と接触しないため、そのマイクロレンズアレイ表面の表面粗さＲａが１００ｎｍ以下となるように非常に滑らかな形状とできる。また、差圧によりガラス素材を変形させているため、マイクロレンズアレイの中央部と外周部とでレンズ形状のバラつきが小さく、均一性に優れたものとなる。なお、本明細書において、マイクロレンズアレイ表面の表面粗さ（算術平均表面粗さ）は、原子間力顕微鏡により測定でき、例えば、ＪＩＳ  Ｒ  １６８３等が適用できる。
【００６９】
そして、本発明において最も特徴的なことは、成形にあたって、ガラス素材を加熱し軟化させた後、マイクロレンズアレイ成形前または成形と同時に、マイクロレンズアレイ用成形型と接触するガラス素材の厚さ方向に温度差を生成する点にある。このように温度差を生成することで、ガラス素材の、マイクロレンズアレイ用成形型との接触面側での流動性等を調整でき、差圧によるマイクロレンズアレイの製造にあたっては、上記利点に加え、有効面積の大きいマイクロレンズアレイを歩留まり良く製造することも可能となった。これは、貫通孔２ａにガラス素材が入り込みにくくなることで、成形型壁面との接触面積が小さくなり、離型時にレンズ剥離が生じにくくなるためと考えられる。そして、この製造方法によれば、差圧により製造するマイクロレンズアレイとして、曲率半径比の小さいものについても、歩留まりを向上でき、効率的に製造できる。
【００７０】
（マイクロレンズアレイの実施形態）
本発明におけるマイクロレンズアレイは、上記した製造装置及び製造方法により製造できる。このとき得られるマイクロレンズアレイは、凸球面状のマイクロレンズを複数個有するものであり、ガラス素材５０の粘度、第１の空間７と第２の空間８の差圧（Ｐ１−Ｐ２）、成形時間等によりマイクロレンズの曲率半径比を所望のものに調整して得られる。したがって、製造条件を適宜設定することで種々の曲率半径比を有するマイクロレンズアレイを製造できる。
【００７１】
このマイクロレンズアレイは、例えば、マイクロレンズの径が１０〜５０００μｍ、マイクロレンズアレイのピッチが１０〜２００００μｍであって、その［レンズ径／ピッチ］で表される比は、０．１〜１、好ましくは０．２〜０．９となるような幅広い形状のマイクロレンズアレイである。なお、マイクロレンズアレイのピッチとは、隣り合うマイクロレンズの中心間の距離に相当する。
【００７２】
ところで、上記した製造装置及び製造方法により得られるマイクロレンズは、このように種々の形状のマイクロレンズアレイを製造できるが、従来にない特徴を有するマイクロレンズの製造も可能としている。すなわち、マイクロレンズのレンズ径が１０〜１００μｍと小さいものでありながら、曲率半径比が１．３５以下と半球形状に近く、表面粗さＲａが１００ｎｍ以下という滑らかな表面形状を有し、かつ、マイクロレンズアレイの有効面積が５０ｍｍ２以上という有効面積の広いマイクロレンズアレイをも製造可能とした。また、マイクロレンズのレンズ径は、２０〜９０μｍが好ましく、４０〜８０μｍがより好ましい。
【００７３】
ここで、レンズ径が１０〜１００μｍという大きさのマイクロレンズは、転写成形によってはそのレンズの表面粗さが成形面の表面粗さに依存し、このようなレンズ径の場合には成形面を鏡面研磨することが困難で、表面粗さＲａが１００ｎｍ以下となるようなマイクロレンズを得ることができない。しかし、上記したマイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置によれば、表面粗さＲａが１００ｎｍ以下のマイクロレンズが得られる。また、表面粗さＲａは、７０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以下がより好ましく、１ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００７４】
そして、上記した本発明のマイクロレンズアレイの製造方法によって、曲率半径比として１．３５以下のマイクロレンズを有し、マイクロレンズアレイの有効面積が５０ｍｍ２以上というような有効面積の広いマイクロレンズアレイの製造を可能とし、広い範囲でマイクロレンズの剥離等が生じるのを抑制できるため、製品歩留まりも良好なものとできる。また、上述のとおり、この曲率半径比は、１．３以下がより好ましく、１．２以下がさらに好ましく、１．１以下が特に好ましい。一方で、前述のとおり、曲率半径比は例えば、０．７以上が好ましい範囲、０．８以上がより好ましい範囲、０．９以上がさらに好ましい範囲として設定できる。
【００７５】
このようなマイクロレンズアレイは、それに含まれるマイクロレンズの個数は特に限定されないが、１ｍｍ２当たり５〜４００個のマイクロレンズが形成されたものが好ましく、さらにマイクロレンズの総数が４０００個以上となるような非常に多くのマイクロレンズを有するものが好ましい。このとき、マイクロレンズは、縦列（６０〜１０００個）×横列（６０〜１０００個）のマトリクス状で配置されていることが好ましい。また、このマイクロレンズアレイにおいては、そのマイクロレンズ間のピッチが、２０〜５００μｍが好ましく、４０〜３００μｍがより好ましく、８０〜１５０μｍがさらに好ましい。
【００７６】
例えば、平面視において、縦列６５個、横列６５個でそれぞれ、縦横に１５０μｍピッチで等間隔に並んでいるマイクロレンズアレイにおいて、各マイクロレンズのレンズ径が１０〜１００μｍ、曲率半径比が１．３５以下、表面粗さが１００ｎｍ以下の仕様を満たしている場合、有効面積は約９２ｍｍ２である。そして、このように広い有効面積を有するマイクロレンズアレイであっても、上記説明した本願発明のマイクロレンズアレイの製造装置及び製造方法によれば、剥離等が生じるのを有効に抑制し歩留まり良く製造できる。上記仕様のマイクロレンズアレイとして、その有効面積は、５０ｍｍ２以上あればよく、６０ｍｍ２以上あれば好ましく、７５ｍｍ２以上であればより好ましい。なお、有効面積の上限はとくに設けないが、上述の通り、例えば、１５００ｍｍ２以下であればよい。
【実施例】
【００７７】
以下、本発明を実施例（例１、例４、例５）および比較例（例２、例３）によりさらに詳細に説明する。
【００７８】
（例１）
図２Ｂのマイクロレンズアレイの製造装置を用い、以下のとおりマイクロレンズアレイを製造した。
本例に用いたマイクロレンズアレイ用成形型は、金属薄板としてφ２０ｍｍ、厚さ５０μｍの円板状の鉄−ニッケル合金（４２アロイ；熱膨張係数αは５０×１０−７／Ｋ（ａｔ  〜２００℃））を拡散接合によって２０枚積層して約１ｍｍ厚の積層板である。上記金属薄板は、その中央部の８ｍｍ×８ｍｍの領域に、エッチングにより、平均φ６７．９μｍの円形の貫通エッチング孔を縦列８１個×横列８１個を、１００μｍのピッチで碁盤目状に配列して形成されており、これら貫通エッチング孔の位置を合わせて積層しているため、積層板にはその貫通エッチング孔の配置と同一の配置で貫通孔が形成されている。
【００７９】
なお、貫通エッチング孔を有する金属薄板は、次の手順により作製した。まず、孔の開いていない金属薄板の両面にフォトレジストを塗布して、このフォトレジスト表面にパターンフィルム原版に描画された形状を露光して焼き付け、現像処理することで、エッチング孔の形成部分のみの金属表面が露出したエッチングパターンのマスキングを形成した。次に、このマスキング付きの金属板材料にエッチング液を接触させてエッチング処理して、パターン（原版）通りの位置、形状に金属板を加工して、貫通エッチング孔を形成した。最後に、金属薄板表面に残っているフォトレジストによるマスキングを除去し、洗浄・乾燥して、貫通エッチング孔を有する金属薄板とした。
【００８０】
上記のように得られた積層板の両面に、さらに、離型膜として、厚さ２５０ｎｍのイリジウム−レニウム合金（Ｉｒ−Ｒｅ合金）膜を形成し、マイクロレンズアレイ用成形型を得た。
【００８１】
そして、マイクロレンズアレイの製造装置は、図２Ｂに示したように、保持容器としては、マイクロレンズアレイ用成形型の上方の空間（第１の空間）が開放されており、下方の空間（第２の空間）は保持容器、マイクロレンズアレイ用成形型及びガラス素材で密閉された空間が形成される装置である。また、下方の空間（第２の空間）は加圧・減圧ポンプに接続されている。
【００８２】
まず、この保持容器の上部にマイクロレンズアレイ用成形型を載置、固定し、該成形型の上にガラス素材を載置して、マイクロレンズアレイ用成形型の上下の空間を分割できるようにした。なお、ここで使用したガラス素材は、ホウケイ酸バリウム系の低融点ガラス（ガラス転移点：４９５℃、屈伏点：５４２℃、軟化点：５９１℃、旭硝子社製、商品名：Ａ−ＢＡＲ１２）製のφ１５．９５ｍｍ、厚さ４．４ｍｍの円板状のものである。
【００８３】
次いで、加熱部によりガラス素材を昇温させ軟化させた。十分にガラス素材を加熱し、軟化させた後、温度差生成部を作動させ、保持容器の内部に室温の窒素ガスを循環させることにより、保持容器を冷却した。保持容器が冷却されることで、保持容器と接触しているマイクロレンズアレイ用成形型も間接的に冷却され温度が低下し、ガラス素材とマイクロレンズアレイ用成形型との間の温度差が生成される。なお、本例では加熱部としてランプヒーターを使用した。
【００８４】
ここで、ガラス素材の温度は、マイクロレンズアレイ用成形型側のガラス素材表面から内部へ１ｍｍの位置に設けた熱電対により、また、マイクロレンズアレイ用成形型の温度はマイクロレンズアレイ用成形型のガラス素材との接触面表面に設けた熱電対により、測定した。
【００８５】
上記窒素ガスの供給と同時に、減圧・加圧ポンプも稼働させ、下方の空間（第２の空間）を負圧にし、所定の成形時間だけ保持して、ガラス素材を変形させマイクロレンズを成形した。なお、成形時間は、マイクロレンズのレンズ高さを見ながら１秒から６０分の範囲で所望の形状になるように適宜調整した。
【００８６】
その後、直ちに下方の空間の圧力を開放し大気圧に戻した上で、ガラス素材を冷却した。ガラス素材が５００℃以下になったところで、減圧・加圧ポンプにより下方の空間を正圧（０．１５ＭＰａ）とし、ガラス素材とマイクロレンズアレイ用成形型とを離型させ、すぐに大気圧に戻した。さらに、ガラス素材を冷却して室温となったところで成形されたガラス素材を取り出し、複数個のマイクロレンズを配列して有するマイクロレンズアレイを得た。
【００８７】
なお、製造条件と得られたマイクロレンズアレイの形状について、表１にまとめて示した。また、曲率半径比と［レンズ高さ／平面視におけるレンズの直径］との関係についてグラフを作成し図４に示した。なお、表１のレンズに関する結果は、得られたマイクロレンズアレイのうち、代表的なマイクロレンズの寸法を測定した結果に基づくものであるが、剥離が確認されなかった条件において、マイクロレンズアレイにおける各マイクロレンズの曲率半径比および［レンズ高さ／平面視におけるレンズの直径］のバラツキは小さく、概ね、表１に示す値であった。このことは、剥離が確認されなかった条件として後述にて示す、表２、表４および表５においても、同様に、マイクロレンズアレイにおける各マイクロレンズの曲率半径比および［レンズ高さ／平面視におけるレンズの直径］のバラツキは小さく、概ね、各表に示す値であった。
【００８８】
【表１】
2014156378.tif 000003
【００８９】
（例２）
例１において、窒素ガスによる温度差生成工程を行わなかった以外は同一の操作によりマイクロレンズアレイを製造した。この例２では、ガラス素材とマイクロレンズアレイ用成形型との温度差は０℃であった。
なお、製造条件と得られたマイクロレンズアレイの形状について、表２にまとめて示した。また、曲率半径比と［レンズ高さ／平面視におけるレンズの直径］との関係についてグラフを作成し図４に示した。なお、例２−２の条件において、マイクロレンズの剥離が確認されたが、表２には、剥離しなかった一部のマイクロレンズの、代表的な寸法を測定した結果を示している。
【００９０】
【表２】
2014156378.tif 000004
【００９１】
（例３）
例２において、成形時のガラス素材の温度を変更した以外は同一の操作によりマイクロレンズアレイを製造した。この例３では、ガラス素材とマイクロレンズアレイ用成形型の温度差は０℃であった。
なお、製造条件と得られたマイクロレンズアレイの形状について、表３にまとめて示した。また、曲率半径比と［レンズ高さ／平面視におけるレンズの直径］との関係についてグラフを作成し図４に示した。なお、例３の条件において、マイクロレンズの剥離が確認されたが、表３には、剥離しなかった一部のマイクロレンズの、代表的な寸法を測定した結果を示している。
【００９２】
【表３】
2014156378.tif 000005
【００９３】
（例４）
例１において、成形時の差圧を１０ｋＰａとした以外は同一の操作によりマイクロレンズアレイを製造した。
なお、製造条件と得られたマイクロレンズアレイの形状について、表４に示した。また、曲率半径比と［レンズ高さ／平面視におけるレンズの直径］との関係についてグラフを作成し図５に示した。なお、図５には、例１〜３のうち曲率半径比が１．４０以下となるものも併せて示した。
【００９４】
【表４】
2014156378.tif 000006
【００９５】
（例５）
成型時のガラス素材の温度および差圧を変更した以外は同一の操作によりマイクロレンズアレイを製造した。
なお、製造条件と得られたマイクロレンズアレイの形状について、表５にまとめて示した。また、曲率半径比と［レンズ高さ／平面視におけるレンズの直径］との関係についてグラフを作成し図５に示した。
【００９６】
【表５】
2014156378.tif 000007
【００９７】
ちなみに、図４および図５において、マイクロレンズの剥離が無く良品として得られた例を塗り潰し、剥離が有り不良品として得られた例を白抜きのマークとして示した。また、例２−２，３においてマイクロレンズの剥離は、全面にわたって生じており、有効面積の広いマイクロレンズアレイにおいて、レンズ剥離のないものを得ることはできなかった。
上記より本願発明の製造方法によれば、広い有効面積の製品が製造でき、特にマイクロレンズの曲率半径比が小さくなった場合に有効であることがわかった。
【００９８】
（表面粗さ）
代表として例５−１で得られたマイクロレンズアレイについて、成形前後に表面粗さを測定したところ、表面粗さＲａは、成形前、成形後いずれも０．５ｎｍであった。
【００９９】
（レンズ形状の確認）
例１〜例５で得られたマイクロレンズアレイについて、レンズの成形面形状は非接触三次元測定機（キーエンス社製、商品名：ＶＫ９７００）により測定した。また、表面粗さは、原子間力顕微鏡（Ｐａｒｋ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社製、商品名：ＸＥ−ＨＤＭ）を使用し、カンチレバーにはＰａｒｋ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社製、商品名：Ｎｏｎ−Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ、ＰＰＰ−ＮＣＨＲ  １０Ｍを使用して測定した。得られたマイクロレンズアレイは、転写方式のように成形型の表面粗さに影響されることなく、滑らかな表面形状を有するレンズであった。また、得られたマイクロレンズアレイの中央部と外周部での形状のバラツキが極めて小さく、均一な光学面形状を形成できた。
【０１００】
以上より、本発明のマイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置は、滑らかな光学面を有し、有効面積の大きなマイクロレンズアレイを簡便な操作で歩留まり良好に得られることが確認できた。また、曲率半径比の小さいマイクロレンズを形成することも容易で、高精度のマイクロレンズアレイを実現できる。このようにして得られるマイクロレンズアレイは、個々のマイクロレンズの形状バラツキが少なく、均一な特性のマイクロレンズアレイとなる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明のマイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置は、凸状のマイクロレンズを複数個有するマイクロレンズアレイを形成するのに有用である。
【０１０２】
また、本発明のマイクロレンズアレイは、マイクロレンズの表面が滑らかで、形状の均一性が高く、かつ、有効面積の大きいという特徴を有し、これまでにない優れた特性を有するマイクロレンズアレイを提供できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１…マイクロレンズアレイの製造装置、２…マイクロレンズアレイ用成形型、３…保持容器、４…圧力制御部、５…加熱部、６…温度差生成部、７…第１の空間、８…第２の空間、５０…ガラス素材
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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