(57)【要約】【課題】石英基板上に１又は複数のレンズを熱プレス成形により寸法精度良く形成する。【解決手段】耐熱温度が２０００℃以上であるグラッシー（アモルファス状）カーボン基板１０に凹球面状のレジストからなるレンズパターンをエッチングにより転写してレンズ型部Ｑ１〜Ｑ４を形成する。下方プレス軸２２に支持されたプレス台２４の上に基板１０を成形型として載置した状態で基板１０に石英基板２０を重ねると共に、基板１０及び石英基板２０を赤外線ランプで１４００℃程度に加熱する。このような加熱状態において、上方プレス軸２６に保持されたプレス板２８で石英基板２０を基板１０のレンズ型部Ｑ１〜Ｑ４に押圧することにより石英基板２０の基板１０との対向面にレンズ型部Ｑ１〜Ｑ４にそれぞれ対応する凸レンズを形成する。形成するレンズは、１つでもよく、凹レンズでもよい。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英基板と、
この石英基板の一方の主面に熱プレス成形により形成された１又は複数のレンズと
を備えたマイクロレンズアレイ。
【請求項２】
アモルファス状カーボンからなるカーボン基板の一方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して１又は複数のレンズ型部を形成する工程と、
前記カーボン基板を成形型として用いて石英基板に熱プレス成形を施すことにより該石英基板の一方の主面に前記１又は複数のレンズ型部にそれぞれ対応する１又は複数のレンズを形成する工程と
を含むマイクロレンズアレイの製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、石英製のマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイを熱プレス成形により製作する方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱プレス成形によりマイクロレンズアレイを製作する方法としては、金型を用いるものが知られている。この方法では、超硬材に機械加工により行列配置の複数のレンズ型部を形成して金型を作成した後、金型を加熱しつつ金型に対してガラス素材を押圧することにより複数のレンズ型部にそれぞれ対応する複数のレンズを有するマイクロレンズアレイを製作している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術によると、次の（ａ），（ｂ）のような問題点がある。
【０００４】
（ａ）超硬材からなる金型の耐熱温度が１０００℃以下であるため、マイクロレンズ材料としては、通常、鉛ガラス（軟化点温度４４０℃）等のガラスが用いられており、石英（融点１６００℃）をマイクロレンズアレイ材料として用いることはできない。ガラス製のマイクロレンズアレイは、石英製のものに比較して、
（イ）紫外線や赤外線の透過率が低い、
（ロ）線膨張係数が大きい、
（ハ）使用温度範囲が狭い、
（ニ）堅牢性に劣る
等の問題点があり、用途が制限される。
【０００５】
（ｂ）金型の作成時に超硬材に機械加工により行列配置の複数のレンズ型部を形成しているため、金型作成に多くの時間と費用を要すると共に、各レンズ型部の寸法精度が十分でない。
【０００６】
この発明の目的は、用途が広く且つ量産性が高い石英製マイクロレンズアレイを提供すると共に、石英製マイクロレンズアレイを熱プレス成形により寸法精度良く製作する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るマイクロレンズアレイは、
石英基板と、
この石英基板の一方の主面に熱プレス成形により形成された１又は複数のレンズと
を備えたものである。
【０００８】
この発明のマイクロレンズアレイは、石英からなっているため、ガラス製のものに比較して、
（イ）紫外線や赤外線の透過率が高い、
（ロ）線膨張係数が小さい、
（ハ）使用温度範囲が広い、
（ニ）堅牢性に優れる
等の利点を有し、用途が広い。また、レンズが熱プレス成形により形成されるため、量産性が高い。
【０００９】
この発明に係るマイクロレンズアレイの製法は、
アモルファス状カーボンからなるカーボン基板の一方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して１又は複数のレンズ型部を形成する工程と、
前記カーボン基板を成形型として用いて石英基板に熱プレス成形を施すことにより該石英基板の一方の主面に前記１又は複数のレンズ型部にそれぞれ対応する１又は複数のレンズを形成する工程と
を含むものである。
【００１０】
この発明のマイクロレンズアレイの製法によれば、耐熱温度が２０００℃以上であるアモルファス状（グラッシー）カーボンからなるカーボン基板の一方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して１又は複数のレンズ型部を形成するので、寸法精度が高いレンズ型部を有する耐熱性良好な成形型が作成される。そして、このような成形型を用いて石英基板に熱プレス成形を施すことにより石英基板の一方の主面に１又は複数のレンズ型部にそれぞれ対応する１又は複数のレンズを形成するので、寸法精度が良好な石英製マイクロレンズアレイが得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜６は、この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法を示すものである。
【００１２】
図１の工程では、グラッシーカーボン（黒鉛粒界のないアモルファス状のカーボン）からなる厚さ２ｍｍ程度のカーボン基板１０の一方の主面にホトリソグラフィ処理によりレジスト層１２を形成する。レジスト層１２は、図２に平面パターンを示すように所望のレンズにそれぞれ対応する孔Ｒ１〜Ｒ４を有するように形成する。図１は、図２のＡ−Ａ’線断面に対応する。一例として、Ｒ１等の各孔の直径は０．４９ｍｍ、隣り合う孔間のピッチ（中心間距離）Ｐは０．５ｍｍ、レジスト層１２の厚さＴは６０μｍ、Ｒ１−Ｒ２等の隣り合う孔間のレジスト層１２の厚さｄは１０μｍとすることができる。
【００１３】
次に、図３の工程では、基板上面にレジスト層１２を覆ってレジストを塗布し、孔Ｒ１〜Ｒ４の内部にそれぞれレジスト層Ｓ１〜Ｓ４により凹球面状部を形成する。このとき、Ｒ１等の各孔の内周面に沿ってレジスト液溜りが生ずると共に各孔の中央部でレジスト厚さが薄くなるように塗布条件を調整すると、凹球面状部を形成できる。
【００１４】
図４の工程では、フルオロカーボン系ガス（ＣＦ４，ＣＨＦ３等）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）又は水素（Ｈ２）ガスあるいはこれらのうちの２種以上のものの混合ガスを用いるドライエッチング処理をレジスト層１２，Ｓ１〜Ｓ４及びカーボン基板１０の一方の主面に施して凹球面状のレンズ型部Ｑ１〜Ｑ４を形成する。エッチング条件は、一例として、混合比をＯ２：Ｎ２：Ｈ２：＝８：１：１程度とし、圧力を５ｍＴｏｒｒ程度とすることができる。レンズ型部Ｑ１〜Ｑ４を有するカーボン基板１０は、図５の熱プレス成形工程で成形型として用いられるものである。
【００１５】
上記した図１〜４の工程によれば、グラッシーカーボンの耐熱温度が２０００℃以上と高く、薄膜プロセスによりレンズ型部Ｑ１〜Ｑ４が形成されるため、耐熱性良好で寸法精度が高い成形型が得られる。
【００１６】
図５の工程では、下方プレス軸２２に支持されたプレス台２４の上に成形型としてのカーボン基板１０を載置する。カーボン基板１０は、レンズ型部Ｑ１〜Ｑ４を形成した一方の主面が上を向くように載置する。このような載置状態において、カーボン基板１０の一方の主面に石英基板２０の一方の主面を重ねると共にカーボン基板１０及び石英基板２０を赤外線ランプ（図示せず）で１４００℃程度に加熱する。このような加熱状態において、上方プレス軸２６に保持されたプレス板２８で石英基板２０をカーボン基板１０のレンズ型部Ｑ１〜Ｑ４に１０００Ｎ程度の圧力で押圧することにより石英基板２０の一方の主面にレンズ型部Ｑ１〜Ｑ４にそれぞれ対応する凸状のレンズを形成する。
【００１７】
この後、押圧状態を非押圧状態に、加熱状態を非加熱状態にそれぞれ変更する。所定の冷却期間を経てからカーボン基板１０から石英基板２０を分離して取出す。この結果、図６に示すように石英基板２０と、この基板の一方の主面にレンズ型部Ｑ１〜Ｑ４に対応して形成された凸状のレンズＬ１〜Ｌ４とを備えたマイクロレンズアレイが得られる。この後は、上記したと同様にして他の複数の石英基板に順次に熱プレス成形を施すことにより図６に示したようなマイクロレンズアレイを大量生産することができる。
【００１８】
図５の熱プレス成形処理によれば、カーボン基板１０からなる寸法精度の高い成形型を用いるので、寸法精度が高いマイクロレンズアレイを歩留り良く製作可能である。また、マイクロレンズアレイは、石英製であるため、用途が広い。
【００１９】
図７，８は、成形型の変形例を示すものである。この例の成形型の特徴は、グラッシーカーボンからなるカーボン基板１０の一方の主面に行列配置の多数（例えば３２個）の凹球面状のレンズ型部Ｑ１１，Ｑ１２…Ｑ１５，Ｑ１６…Ｑ２１，Ｑ２２…Ｑ２５，Ｑ２６…を設けたことである。
【００２０】
レンズ型部Ｑ１１，Ｑ１２…は、図１〜４に関して前述したと同様の薄膜プロセスにより寸法精度良く形成できる。一例として、基板１０は厚さｔが２ｍｍで且つ一辺の長さａが８ｍｍの正方形状とし、Ｑ１１等の各レンズ型部は直径が０．５ｍｍで且つ深さＤが０．０６ｍｍの凹球面状とし、Ｑ１１−Ｑ１２等の孔間のピッチＰは０．５ｍｍとすることができる。
【００２１】
図７，８に示した成形型を用いて図５に関して前述したと同様にして石英基板に熱プレス成形を施すことにより行列配置の複数の凸状レンズを有する寸法精度の高いマイクロレンズアレイを歩留り良く製作することができる。
【００２２】
図９〜１３は、この発明に係る成形型の製法の他の例を示すもので、図１〜４と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。図１〜４に関して前述した成形型の製法では、レジストからなるレンズパターンをエッチングにより基板表面に転写したが、図９〜１３に示す成形型の製法では、シリコーン樹脂からなるレンズパターンをエッチングにより基板表面に転写する。
【００２３】
図９の工程では、石英基板３０の一方の主面に所望の６つのレンズに対応するレジスト層Ｓ３１〜Ｓ３６をホトリソグラフィ処理により形成する。
【００２４】
図１０の工程では、レジスト層Ｓ３１〜Ｓ３６に加熱リフロー処理を施し、各レジスト層が球面状凸部をなすようにする。
【００２５】
図１１の工程では、基板３０の一方の主面上にレジスト層Ｓ３１〜Ｓ３６を覆ってシリコーン樹脂を塗布し、硬化させることによりシリコーン樹脂層３２を形成する。この場合、シリコーン樹脂としては、例えば２液性化学反応によって硬化するシリコーン樹脂を用いることができる。
【００２６】
図１２の工程では、基板３０からシリコーン樹脂層３２を分離する。分離された樹脂層３２は、図１１のレジスト層Ｓ３１〜Ｓ３６にそれぞれ対応する凹球面状部Ｒ３１〜Ｒ３６を有する。この後、樹脂層３２を凹球面状部Ｒ３１〜Ｒ３６の形成面とは反対側の面にてグラッシーカーボン基板１０の一方の主面に貼付する。
【００２７】
図１３の工程では、フルオロカーボン系のガス（ＣＦ４，ＣＨＦ３等）を用いるドライエッチング処理をシリコーン樹脂層３２及び基板１０の一方の主面に施して図１２の凹球面状部Ｒ３１〜Ｒ３６にそれぞれ対応する凹球面状のレンズ型部Ｑ３１〜Ｑ３６を基板１０の一方の主面に形成する。
【００２８】
この後は、図１３に示す成形型を用いて図５に関して前述したと同様にして石英基板に熱プレス成形を施すことにより６個の凸状レンズを有する寸法精度の高いマイクロレンズアレイを歩留り良く製作することができる。
【００２９】
この発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の改変形態で実施可能なものである。例えば、次のような変更が可能である。
【００３０】
（１）レンズの数は、複数に限らず、１つであってもよい。
【００３１】
（２）レンズの型式は、片凸型式に限らず、両凸型式、片凹型式、片凸片凹型式等であってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、石英基板の一方の主面に熱プレス成形により１又は複数のレンズを形成したので、用途が広く且つ量産性が高いマイクロレンズアレイを実現できる効果が得られる。
【００３３】
また、耐熱温度が高いグラッシーカーボンからなるカーボン基板に薄膜プロセスにより１又は複数のレンズ型部を寸法精度良く形成した後、カーボン基板を成形型として用いて石英基板に熱プレス成形を施すことにより石英基板に１又は複数のレンズを形成するようにしたので、寸法精度が高い石英製マイクロレンズアレイを歩留り良く製作できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法におけるレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図２】図１の基板の上面図である。
【図３】図１の工程に続くレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図４】図３の工程に続くレンズ型部形成工程を示す断面図ある。
【図５】図４の工程に続く熱プレス成形工程を示す断面図である。
【図６】図５の工程により得られるマイクロレンズアレイを示す断面図である。
【図７】成形型の変形例を示す上面図である。
【図８】図７のＸ−Ｘ’線に沿う断面図である。
【図９】この発明に係る成形型の製法の他の例におけるレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図１０】図９の工程に続くレジストリフロー工程を示す断面図である。
【図１１】図１０の工程に続く樹脂層形成工程を示す断面図である。
【図１２】図１１の工程に続く樹脂層分離・貼付工程を示す断面図である。
【図１３】図１２の工程に続くレンズ型部形成工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０：グラッシーカーボン基板、１２，Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ３１〜Ｓ３６：レジスト層、２０，３０：石英基板、３２：シリコーン樹脂層、Ｑ１〜Ｑ４、Ｑ３１〜Ｑ３６：レンズ型部、Ｒ３１〜Ｒ３６：凹球面状部、Ｌ１〜Ｌ４：レンズ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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