(57)【要約】【課題】光利用効率の良いマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを製作するための母型を製造する。【解決手段】マイクロレンズアレイの母型を製造する方法であって、切削工程と加熱工程とからなり、切削工程では、切削バイト５により、熱変形性の樹脂材料の基板１ａの表面をＸ方向及びＹ方向にセーパーカットすることによりアレイ状に突起部２ａを形成する。このとき、切削バイト５でセーパーカットする際に、突起部２ａの周囲のカット部分に樹脂の熱変形流動を食い止める突起片３ａを同時に形成する。加熱工程では、セーパーカット後の樹脂材料を熱変形温度（例えば４９℃）以上に加熱することにより、樹脂の熱変形及び表面張力の作用によって突起部２ａ表面を球面状に形成して、母型を製造する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズアレイの母型を製造する方法であって、
熱変形性の樹脂材料からなる基板表面を２以上の方向にセーパーカットすることによりアレイ状に突起部を形成する工程と、セーパーカット後の基板を熱変形温度以上に加熱することにより樹脂の熱変形及び表面張力の作用によって前記突起部表面を球面状に形成する工程とからなることを特徴とするマイクロレンズアレイの母型の製造方法。
【請求項２】
前記セーパーカット時、前記突起部の周囲のカット部分に前記樹脂の熱変形流動を食い止める突起片を形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイの母型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロレンズアレイの金型を製作するために利用されるマイクロレンズアレイの母型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１００μｍ程度）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。
【０００３】
このマイクロレンズアレイを製造する方法は従来より種々提案されているが、最も実用的な方法は、「熱変形法」と呼ばれるものである。熱変形法とは、熱変形性の感光性材料を用いた基板を、マイクロレンズ形状及びその配列状態に応じたパターンにパターニングし、そ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のことである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、熱変形法で製造されるマイクロレンズアレイは、最終的に個々のレンズが感光性材料で形成されるため、レンジ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といった問題があった。また、レンズ材料が熱変形性であるため、高温条件下で使用できず、耐環境性に劣り、高エネルギーの光に対して使用すると、光エネルギーの吸収による温度上昇があるため、高エネルギーの光に対して使用できないといった問題もあった。
【０００５】
また、マイクロレンズアレイを例えばレンズシャッターカメラの焦点検出用の焦点板に用いる場合などは、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望ましい。しかしながら、この熱変形法のみによってマイクロレンズアレイを製造すると、１個のレンズの四方（四隅）に樹脂が流れ込み、レンズ効果を持たないフラットな部分が発生して、光の利用効率が低下するといった問題があった。そのため、熱変形に際しては、１個のレンズの四方（四隅）に樹脂が流れ込む直前で加熱を停止し、レンズ効果を持たないフラットな部分が発生しないようにして光の利用効率を上げる必要があり、難しい作業となっていた。
【０００６】
さらに、熱変形法によるマイクロレンズの製造は、固化などに時間がかかり、製造効率が悪いといった問題もあった。
【０００７】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、光利用効率の良いマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを作製するための母型の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるマイクロレンズアレイの母型の製造方法は、熱変形性の樹脂材料の表面を２以上の方向にセーパーカットすることによりアレイ状に突起部を形成する切削工程と、セーパーカット後の樹脂材料を熱変形温度以上に加熱することにより樹脂の熱変形及び表面張力の作用によって前記突起部表面を球面状に形成する加熱工程とからなることを特徴としている。また、前記セーパーカット時、前記突起部の周囲のカット部分に前記樹脂の熱変形流動を食い止める突起片を形成することを特徴としている。
【０００９】
切削工程では、熱変形性の樹脂材料の表面を、例えば直交する２方向に切削工具（切削バイト）でセーパーカットする。これにより、下部が略正方形で対角線の交点が一番高い山型形状の突起部が削り出される。
【００１０】
このとき、突起部の周囲のカット部分に、次の加熱工程で樹脂の熱変形流動を食い止めるための突起片を切削バイトにより同時に形成する。すなわち、１つのレンズの４辺に低い土手を形成する。この土手（突起片）が、次の加熱工程で樹脂の流動を食い止め、レンズ下部を略正方形に保つ役目を果たすことになる。
【００１１】
加熱工程では、切削で出来上がったその山型形状の突起部を、熱変形温度で加熱し、その感光性材料の表面張力でなめらかな凸面形状を持った突起部に形成することにより、感光性材料のアレイ配列を形成する。
【００１２】
この後、感光性材料の母型から形状転写して凹形状の金型を作製し、この金型を用いて樹脂成形により、上記所望の凸形状の屈折面形状とそのアレイ配列状態を有するマイクロレンズアレイを成形する。従って、このように成形されるマイクロレンズアレイは、耐熱性のある樹脂材料で構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係わるマイクロレンズアレイの母型の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は切削工程、（ｂ）は加熱工程を説明するための基板の側面図である。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、熱変形性の樹脂材料からなる基板１の表面（図１（ａ）では上面）を、切削バイト（これについては後述する）でＸ方向及びＹ方向の２方向に、形成するマイクロレンズのピッチＰでずらしながらセーパーカットする。ただし、図１（ａ）では、一方向（例えばＸ方向）のみを示している。セーパーカット後のカット面は、後述する図４に示すように、底部が略正方形、中間部分も横断面形状は略正方形であり、対角線２ａ１が露出した（対角線が筋状にくっきりと見える）形状となる。すなわち、上部において対角線が交わる頂点を持つ形状の突起部２がアレイ状（マトリックス状）に形成される。
【００１６】
このとき、突起部２の周囲のカット部分に、次の加熱工程で樹脂の熱変形流動を食い止めるための突起片３を切削バイトにより同時に形成する。すなわち、この突起片３は、アレイ状に形成される突起部２，２・・・の隣接する各突起部２，２間に微小な土手となって碁盤目状に形成される。つまり、１つの突起部２について見れば、その４辺に低い土手（突起片３）が形成されることになる。
【００１７】
次に、このようにして凸型形状の突起部２，２・・・がアレイ状に配置され、かつ、各突起部２の周辺に土手（突起片３）が形成された基板１を、熱変形温度以上に加熱する。加熱によって軟化した各突起部２は、熱変形及び表面張力の作用により、土手（突起片３）まで流動する。そして、図１（ｂ）に示すように、この流動において、各突起部２の下部は底部の正方形状を維持しながら、全体の表面がなめらかな球面状態に仕上がる。
【００１８】
このように、正方形状の土手部分まで樹脂が流動し、球面形状に形成されることにより、レンズ効果が下部の正方形部分いっぱいまで発揮されることになる。
このような方法によれば、各屈折面相互間（すなわち、１個のレンズの４隅の屈折力を持たない部分）にもレンズ効果があり、マイクロレンズとしての光利用効率を多大なものにしている。
【００１９】
以上のようにして作製したマイクロレンズ状樹脂突起配列を有する基板１を母型として用いて、周知の方法により凹型の成形金型を形成する。そして、この金型を用いて光学樹脂を用いた成形加工を行うことにより、光利用効率の高い光学樹脂による凸型のマイクロレンズアレイを容易に生産することができる。
【００２０】
次に、具体的に実施例を示して本発明に係わるマイクロレンズアレイの母型の製造方法を説明する。
【００２１】
【実施例】
本実施例においては、熱変形性の樹脂材料として、ＪＳＲ株式会社製のＺ９００１を使用した。そして、この樹脂材料によって厚さ１ｍｍの基板１ａを形成し、この基板１ａを図示しないサーキュラテーブル上に取り付けた。サーキュラテーブルは、数値制御（３軸制御）工作機械のベッド（テーブル）上に取り付けた。
【００２２】
この状態において、切削バイト５を基板１ａに接触後、８μｍだけＺ方向（下方）に下げることによって、突起部２ａのＸ方向左側を形成するセーパーカットった。本実施例では、このようなセーパーカットを、Ｘ方向に配置するマイクロレンズの数だけ、マイクロレンズの形成ピッチＰで右側に移動させながら繰り返し行った（図２（ａ）参照）。
【００２３】
この後、切削バイト５を１８０度水平回転（図示しないスピンドル部を方向転換）させ、今度は突起部２ａのＸ方向右側を形成するセーパーカットを、Ｘ方向に配置するマイクロレンズの数だけ、マイクロレンズの形成ピッチＰで左側に移動させながら繰り返し行った（図２（ｂ）参照）。
【００２４】
この段階では、図３に示すような、Ｙ方向に長いかまぼこ形状の突起部が、基板上に所定本数形成されている。
【００２５】
この後、サーキュラテーブルを９０度水平回転させ、Ｙ方向を上記と同様にしてセーパーカットすることにより、レンズ単体として図４に示す形状の突起部２ａを形成する。すなわち、この段階での突起部２ａは、底部が略正方形、中間部分も横断面形状が略正方形であり、対角線２ａ１が露出した（対角線２ａ１が筋状にくっきりと見える）形状となっている。
【００２６】
また、このようにセーパーカットする時、切削バイト５によって突起部２ａの周囲のカット部分に突起片３ａ（図２（ａ），（ｂ）参照）を同時に形成する。
この突起片３ａが、次の加熱工程で樹脂の流動を食い止める土手となり、レンズ下部を略正方形に保つ役目を果たすことになる。
【００２７】
この後、加熱工程を実施する。
【００２８】
加熱工程は、図４に示すように前加工を行って突起部２ａを形成した基板１ａを、４９℃に加熱する。これにより、熱変形及び表面張力の作用によって樹脂が突起片３ａまで流動し、図５に示すように、底部が正方形状で上部が球面形状のレンズを得る。
【００２９】
切削工程において、予め複数のレンズ形状をマトリックスのアレイ状態に形成してあるため、加熱工程を経ることによって、光利用効率の良いマイクロレンズアレイを製作するための母型を、効率良く製造することができる。
【００３０】
そして、このようにして製造したマイクロレンズアレイを母型として、電鋳工程により反転型を転写し、それを成形金型として、例えば耐熱光学樹脂材料アートンＦ（ＪＳＲ株式会社製）を金型キャビティ部に注入し、冷却後金型から離型することで耐熱光学マイクロレンズアレイが完成する。
【００３１】
以上説明したように、本発明の製造方法によれば、レンズ径が例えば６０μｍと微細で、焦点距離の長いマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを容易、かつ確実に製造することができる。また、個々のマイクロレンズアレイが互いに連結して、光の利用効率の良いマイクロレンズアレイを製造することができる。さらに、切削バイトを用いて切削するため、Ｘ方向左右、Ｙ方向左右をセーパーカットする時点で、同時に碁盤目状の土手を作ることができる。さらにまた、切削でできた突起部の形状が最終形状に近いため、加熱による熱変形により迅速に球状にすることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係わるマイクロレンズアレイの母型の製造方法によれば、レンズ径が例えば６０μｍと微細で、焦点距離の長いマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを容易、かつ確実に製造することができる。また、個々のマイクロレンズアレイが互いに連結して、光の利用効率の良いマイクロレンズアレイを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるマイクロレンズアレイの母型の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は切削工程、（ｂ）は加熱工程を説明するための基板の側面図である。
【図２】実施例に係わる製造方法を説明するための図であり、（ａ）は突起部のＸ方向左側を切削する工程、（ｂ）は突起部のＸ方向右側を切削する工程を説明するための基板の側面図である。
【図３】切削工程において、突起部のＸ方向左側とＸ方向右側き切削を終了した時点での１個の突起部の形状を示す斜視図である。
【図４】切削工程終了時の１個の突起部の形状を示す斜視図である。
【図５】加熱工程終了時の１個の突起部の形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１ａ　基板
２，２ａ　突起部
３，３ａ　突起片（土手）
５　切削バイト
【図１】
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【図２】
2004050505.tif 000004
【図３】
2004050505.tif 000005
【図４】
2004050505.tif 000006
【図５】
2004050505.tif 000007