(57)【要約】【課題】レンズ状突起アレイ、レンズ金型、レンズ及び形成方法に関して、従来のレンズ状突起アレイに対して、面内分布の小さいレンズ状突起アレイ、レンズ金型、レンズを提供し、また、従来のレンズ状突起形成方法に対して、面内分布が小さいレンズ状突起アレイ、レンズ金型の形成方法を提供すること。【解決手段】レンズ状突起アレイについて、複数の導電領域を有する導電性基板と、該基板上に形成された複数の開口部を有する絶縁層と、開口部および絶縁層上に形成された電析層から構成したこと。導電基板上での電析速度を各導電領域毎に制御することができるから、形成される突起の形状、サイズが導電領域毎に制御される。それゆえ、形状精度の高い突起を基板全面に均一に形成することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導電領域を有する導電性基板と、該基板上に形成された複数の開口部を有する絶縁層と、開口部および絶縁層上に形成された電析層からなることを特徴とするレンズ状突起アレイ。
【請求項２】
請求項１において、各開口部毎に導電領域が分割されていることを特徴とするレンズ状突起アレイ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、全導電領域で突起の形状およびサイズが同等であることを特徴とするレンズ状突起アレイ。
【請求項４】
請求項１又は請求項２において、各導電領域で突起の形状またはサイズが異なることを特徴とするレンズ状突起アレイ。
【請求項５】
複数の導電領域を有する導電性基板上に、各導電領域に少なくとも一つ以上の開口部を有する絶縁層を形成する工程と前記絶縁層の開口部及び絶縁層上に電析により突起を形成する工程の少なくとも２工程からなり、各導電領域別に所望の積算電流値になるまで電析することを特徴とするレンズ状突起アレイの形成方法。
【請求項６】
請求項５において、各導電領域別に電析電流値を制御して電析することを特徴とするレンズ状突起アレイの形成方法。
【請求項７】
請求項５又は請求項６において、各導電領域別に通電時間を制御して電析することを特徴とするレンズ状突起アレイの形成方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項４のレンズ状突起アレイの反転形状部を有することを特徴とするレンズ金型。
【請求項９】
請求項１乃至請求項３のレンズ状突起アレイを金駒として用い、金駒の表面全面に導電性皮膜を形成する工程と、前記導電性皮膜に易剥離処理を行う工程と、電析により金駒の反転型を形成する工程と、金駒と反転型を剥離する工程の少なくとも４工程からなることを特徴とするレンズ金型形成方法。
【請求項１０】
請求項８のレンズ金型を用いて作製したことを特徴とするレンズ及びレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、電析を用いた微小レンズ状突起及びその形成方法に係り、さらには、これを用いた金型形成に係り、特に、レンズ金駒及びその形成工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用カップリングレンズアレイ、デジタルカメラ、プロジェクターおよび三次元ディスプレーなどに使用されるマイクロレンズの形状を精度良く形成するために、マイクロレンズ用のレンズ金型の形状は微小で、かつ高精度であることが要求される。
そこで、導電性基板上の微小開口部に電析により半球状の突起を形成し、それを金駒としてレンズを作製する製造方法が種々提案されている。
しかしながら、導電性基板上に、電析により多数の半球状突起を形成する方法では、電析時の電流密度に分布があり、特にアレイパターンの周辺部では電界が集中し金属の析出が促進されるため、中央部よりも周辺部の突起が大きくなり、突起のサイズに面内分布が生じる。この面内分布が生じた突起アレイを金駒として用いて作製されたレンズはサイズのばらつきが大きいという問題がある。
【０００３】
この問題に対応するため、電析で析出厚さの面内分布を低減する一般的な方法として、陽極と陰極の位置やサイズ及び遮蔽板等の電析装置構成を工夫して電流密度分布を均一にする方法が用いられている。
また、析出厚さの公差が厳しい場合は、中央部の電流密度分布を良くするため、周辺部に積極的に電界集中部を作り、その周辺部近傍をダミー（犠牲）領域として実使用領域から除く方法も用いられている。この場合において、積極的に電界集中部を作る方法としては、陰極周辺部に突起を設ける方法や、陰極とは別の補助電極を使用する方法などがある。
上記の周辺部をダミー領域とする方法を、析出厚さを析出径として半球状突起の形成に適用したのが、例えば、特開２０００−２７５４０５号公報に記載されており、これは図６に従来例として示しているものである。なお、図６における符合１は導電性基板、符合２は導電層、符合３は絶縁層、符合４は半球状突起である。
【０００４】
なお、公知ではないが、半球状の突起を作製し、これを用いてレンズを作製する方法の先行技術として、特開２００２−３２６２２９号公報の「レンズ金駒、レンズ金型、レンズ及びそれらの形成方法」、特開２００２−３３１５３０号公報の「レンズ金駒形成工法及びそのレンズ」がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７５４０５号公報
【特許文献２】特開２００２−３２６２２９号公報
【特許文献３】特開２００２−３３１５３０号公報
【０００６】
【従来技術の問題点】
以上従来技術では、電析装置構成を工夫する方法やダミー領域を設ける方法で面内分布を低減しているが、電析装置構成を工夫する方法では装置が複雑でしかも高精度に構成する必要があり、また、ダミー領域を設ける方法では突起アレイの有効面積が減る。また、どちらの方法でも基板を大きくすると面内分布は増大するため、大面積基板への適用は困難である。
【０００７】
【発明の課題】
そこで、本発明は、導電基板の導電領域を複数の領域に分割し、各導電領域の通電量（積算電流値）を制御すれば、各導電領域毎に突起のサイズを制御できるので、面内分布を低減でき（すなわち、形状精度の高い突起を基板全面に形成できること）、しかも、装置構成が簡単でかつ基板の大面積化も容易であることに着目したものであり、レンズ状突起アレイ、レンズ金型、レンズ及び形成方法に関して、従来のレンズ状突起アレイに対して、面内分布の小さいレンズ状突起アレイ、レンズ金型、レンズを提供し、また、従来のレンズ状突起形成方法に対して、面内分布が小さいレンズ状突起アレイ、レンズ金型の形成方法を提供することをその課題とするものである。
【０００８】
【課題解決のために講じた手段】
【解決手段１】（請求項１に対応）
解決手段１は、レンズ状突起アレイについて、複数の導電領域を有する導電性基板と、該基板上に形成された複数の開口部を有する絶縁層と、開口部および絶縁層上に形成された電析層から構成したことである。
【０００９】
【作用】
導電基板上での析出量を各導電領域毎に制御することができるから、形成される突起の形状、サイズが導電領域毎に制御される。それゆえ、形状精度の高い突起を基板全面に均一に形成することができる。
【００１０】
【実施態様１】（請求項２に対応）
実施態様１は、解決手段１において、その各開口部毎に導電領域が分割されていることである。
【作用】
導電基板の導電領域が各開口部毎に分割されているから、析出量を各開口部毎に個々に制御することができ、これによって、各開口部毎に電析で形成される全ての突起の形状やサイズが個々に制御される。したがって、基板全面に亘って個々の突起の形状、サイズが高い精度で形成される。
【００１１】
【実施態様２】（請求項３に対応）
実施態様２は、解決手段１又は上記実施態様１において、全導電領域で突起の形状およびサイズが同等であることである。
【作用】
全導電領域において同等の突起の形状およびサイズが形成されるように、分割された各領域毎に析出量を個々に制御することで、そのレンズ状突起アレイにおける突起の形状、サイズが均等なものになるから、レンズ状突起アレイの面内分布がよい。
【００１２】
【実施態様３】（請求項４に対応）
実施態様３は、上記解決手段１又は実施態様１において、各導電領域で突起の形状またはサイズが異なることである。
【作用】
各導電領域で突起の形状またはサイズが異なるように、分割された各領域毎に析出量を個々に制御することで、レンズ状突起アレイにおける突起が様々な形状やサイズに形成されるので、そのレンズ状突起アレイは、様々な形状やサイズの突起が同一基板上の任意の位置に配置されたものになる。
【００１３】
【解決手段２】（請求項５に対応）
解決手段２は、レンズ状突起アレイの形成方法について、少なくとも次の（イ）及び（ロ）の工程を備えていることである。
（イ）複数の導電領域を有する導電性基板上に、各導電領域に少なくとも一つ以上の開口部を有する絶縁層を形成する工程と、
（ロ）前記絶縁層の開口部及び絶縁層上に電析により突起を形成する工程。
【００１４】
【作用】
複数の導電領域を有する導電性基板上の各導電領域に少なくとも一つ以上の開口部を有する絶縁層を形成し、各導電領域について個々に析出量を制御することによって、各導電領域別に所望のサイズの突起が形成される。
【００１５】
【実施態様１】（請求項６に対応）
実施態様１は、上記解決手段２において、各導電領域別に電析電流値を制御して電析することである。
【作用】
電析量は積算電流値に比例するので、各導電領域別に所望の積算電流値になるまで電析することにより、各導電領域別に所望のサイズの突起が容易に形成される。したがって、基板サイズにかかわらず形状精度の高い突起が容易に形成される。
【００１６】
【実施態様２】（請求項７に対応）
実施態様２は、解決手段２または上記実施態様１において、各導電領域別に通電時間を制御して電析することである。
【作用】
電流一定とするとき、電流積算値は通電時間に比例するので、各導電領域別に所望の通電時間まで電析することにより、各導電領域別に所望のサイズの突起が容易に形成される。したがって、各導電領域別に所望のサイズの突起が容易に形成される。
【００１７】
【解決手段３】（請求項８に対応）
解決手段３は、解決手段１、その実施態様１乃至実施態様３のレンズ状突起アレイの成型金型について、上記レンズ状突起アレイの反転形状部を設けたことである。
【００１８】
【作用】
金型のレンズ形状部を所望の形状で形成できるので、様々な高さや曲率を持つ精度のよいレンズを効率よく形成することができる。
【００１９】
【解決手段４】（請求項９に対応）
解決手段４は、レンズ金型の形成方法について、解決手段１、その実施態様１乃至実施態様３のレンズ状突起アレイを金駒として用い、かつ、少なくとも次の（イ）乃至（ニ）の４工程によるものである。
（イ）金駒の表面全面に導電性皮膜を形成する工程と、
（ロ）前記導電性皮膜に易剥離処理を行う工程と、
（ハ）電析により金駒の反転型を形成する工程と、
（ニ）金駒と反転型を剥離する工程。
【００２０】
【作用】
電析により金駒の反転型を形成しているので、容易な方法で、形状精度の高いレンズ金型を形成できる。
【００２１】
【実施例１】
上記解決手段１による発明の実施例、すなわち実施例１を図１を参照して説明する。
レンズ状突起アレイを、導電層が複数の導電領域２に分割された導電性基板１と、該基板上１に形成された複数の開口部を有する絶縁層３と、開口部および絶縁層４上に形成された電析層からなる構成としている。これにより、導電領域２毎に電析条件を制御できるので、個々の突起の形状精度が高く、したがって、形状精度が高く、レンズ用金駒に好適なレンズ状突起４のアレイ（レンズ状突起アレイ）が得られる。
この実施例１は、各開口部毎に導電領域２が分割されているものであり、また、全導電領域で突起の形状及びサイズをほぼ同等に形成するものである。
【００２２】
次いで、レンズ状突起アレイの形成方法の例について詳細に説明する。
第一の工程で、導電性基板１上に複数の開口部３´を有する絶縁層３を形成する。具体的には、シリコン、ガラス、セラミックス、ガラエポ等の基板に複数の導電領域２を形成した基板に、フォトレジスト等で絶縁層３を形成し、これに開口部３´を設ける。また、導電層と絶縁層（例えば、銅箔とポリイミド層）を積層し、絶縁層に開口を設けたフレキシブル導電性基板を用いてもよい。この例では、各導電領域２に一つの開口を形成している。また、導電性基板１の周辺部には絶縁層を形成せずに導電領域を露出させ、これを電析電源から通電するための電極部としている。
なお、図１では導電層が１層の場合を示したが、開口の間隔が狭い等の理由で導電層が１層では導電領域２を導電基板１の周辺部まで引き出す配線部を形成できない場合は、導電層を多層とし、その層間に絶縁層を設けてもよい。
【００２３】
第二の工程で、導電性基板１上の絶縁層の開口部に電析により金属を析出させて突起を形成する。例えば、スルファミン酸ニッケル浴（スルファミン酸ニッケル４５０ｇ／ｌ、硼酸３０ｇ／ｌ、界面活性剤２ｇ／ｌ）等の浴を用い、電流密度２０Ａ／ｄｍ２以下で電析を行う。この場合、各導電領域２の電流値を測定しておき、所望の積算電流値になったら、その導電領域２の電析を終了する。
全ての導電領域２の積算電流値を同じ値にして電析を終了すれば、ほぼ同じ体積の突起が生成される。ここでは開口部の形状が円形で全て同一径であるので、形状、サイズが揃った、すなわち面内分布の小さいレンズ状突起アレイが作製される。
【００２４】
また、図１の実施例１は、各開口部毎に導電領域２が分割されているが、面内分布の規格が比較的ゆるい場合には、図２のように、突起のサイズが公差内に入る範囲で導電領域をほぼ同心円状に分割し、複数の開口を一つの導電領域に設けてもよい。図２に示す変形例は、導電性基板１に開口部を形成したものであり、図１の例と同様に符合１は導電性基板、符合２は導電領域、符合３は絶縁層、符合３´は絶縁層の開口部である。
【００２５】
【実施例２】
実施例２は、解決手段１による発明の他の実施例であり、各導電領域２で突起の形状またはサイズが異なるものである。これを図３を参照して説明する。
この実施例２では導電領域２が各開口部毎に分割されており、また、各導電領域２で突起のサイズが異なり、相似形状になるようにしている。また、開口の形状は円形で全て同一径である。
形成方法における第二の工程、すなわち、電析により金属を析出させて突起を形成する工程で、各導電領域２の電析を異なる積算電流値で終了すれば、相似形状で異サイズの突起が混在した突起アレイが生成される。なお、開口部の形状やサイズを導電領域毎に変えれば、様々な形状で同じ体積の突起が混在した突起アレイが作製される。
【００２６】
また、導電領域毎に電析浴を変えて金属を析出させれば、析出径が同じで高さが違う突起が混在した突起アレイが作製される。
以上のようにしてレンズ状突起アレイを作製して、これを成形用の金駒として用いて成型したレンズアレイは、レンズ毎に曲率すなわち焦点距離が異なるので、波長の違うレーザアレイの光やカラーフィルタを通過した光を集光させる用途や、視野角を制御するスクリーン用途等に好適である。
【００２７】
【実施例３】
電析時の制御方法についての実施例３を図４に示している。
この実施例３では、電析浴１１内にニッケル板等の陽極９と導電性基板から電源までの配線部に浴が触れないような陰極治具１０に導電性基板をセットし、定電圧法で電析する構成としている。ここでは、各導電領域に流れる電流値を一定時間毎に測定し、所望の積算電流値になったら、リレー等のスイッチ１２を切断してその導電領域の電析を終了する。ここでの電源電圧を電流密度が全開口面積に対し２０Ａ／ｄｍ２以下になるような電圧値で電析を行う。
なお、上記解決手段２の実施態様１の場合は、定電圧法を定電流法とし、各導電領域別に電析電流値を制御して電析を行う（図示略）。
【００２８】
ここでの電源電流を、各導電領域での開口部の電流密度が２０Ａ／ｄｍ２以下で一定になるように制御できるので、突起の表面粗さを小さくすることができ、また、定電圧法のように部分的に過電流になるような不具合を防止することができる。したがって、基板サイズにかかわらず形状精度の高い突起を有するレンズ状突起アレイを容易、確実に作製できる。
なお、解決手段２の実施態様２では、各導電領域別に通電時間を制御して電析を行う（図示略）。
【００２９】
例えば、図３の相似形状の突起アレイを作製する場合は、定電流法を用い、各導電領域別に通電時間を変えることで、容易にこれを作製できる。したがって、各導電領域別に所望のサイズの突起を有するレンズ状突起アレイを容易に作製できる。
また、定電流法では各導電領域別に電源出力が必要であるが、リレー等で時間分割して出力することにより電源出力数を減らすことができるので、設備費用を低減できる。
【００３０】
【実施例４】
実施例４は、レンズ状突起アレイの反転形状部を有するレンズ金型の形成方法の実施例である。これを図５を参照して説明する。
実施例１で作製したレンズ状突起アレイ５の表面、すなわち、突起および絶縁パターン上に、スパッタリングで導電性皮膜６を形成する（図５（ｂ））。この導電性被膜６の形成には無電解メッキ等の他の手段を用いることもできる。
次にＵＶ／Ｏ３処理等により導電性皮膜６の表面に酸化膜を形成してこれを易剥離膜７とし（図５（ｃ））、この易剥離膜７に電析により金属を析出させ、金駒の反転形状層８（金型）を形成する（図５（ｄ））。次に反転形状層８を易剥離膜７から剥離して（図５（ｅ）、反転型すなわちレンズ金型を得る。
以上のようにして、レンズ状突起アレイ５の反転形状部を有する形状精度の高いレンズ金型が比較的簡易に形成される。
【００３１】
実施例２で作製したレンズ金型を用いてレンズまたはレンズアレイを形成するには、次のようにすればよい。
プラスチックレンズは、樹脂を射出成形や熱プレスなどの方法で形成される。また、ガラスレンズは、液状のガラスをレンズ金型に流し込み、温度や時間を調整しながら固化させて形成される。これによって、安価で形状精度の高いレンズ金型を用いて大量のレンズを同時に作製できるので、安価で形状精度の高いレンズまたはレンズアレイを形成することができる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明の効果を各請求項毎に整理すれば、次のとおりである。
（１）請求項１の発明の効果
請求項１のレンズ状突起アレイにおいては、複数の導電領域を有する導電性基板と、該基板上に形成された複数の開口部を有する絶縁層と、開口部および絶縁層上に形成された電析層からなっているので、導電領域毎に突起の形状を制御できる。すなわち、従来の突起アレイに比べ、突起形状やサイズの自由度が大きく、また、面内分布が小さい。これは、突起アレイの面積が大きくなっても同様である。
【００３３】
（２）請求項２の発明の効果
請求項２のレンズ状突起アレイにおいては、請求項１における各開口部毎に導電領域が分割されているので、全ての突起の形状やサイズを個々に制御できる。
【００３４】
（３）請求項３の発明の効果
請求項３のレンズ状突起アレイにおいては、請求項１又は請求項２における全導電領域で突起の形状およびサイズが同等であるので、単一形状，サイズのレンズアレイ用金駒として好適である。
【００３５】
（４）請求項４の発明の効果
請求項４のレンズ状突起アレイにおいては、請求項１又は請求項２における各導電領域で突起の形状またはサイズが異なるので、アレイ内に様々な形状やサイズのレンズを配したレンズアレイ用金駒として好適である。
【００３６】
（５）請求項５の発明の効果
請求項５のレンズ状突起アレイの形成方法においては、複数の導電領域を有する導電性基板上に、各導電領域に少なくとも一つ以上の開口部を有する絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の開口部及び絶縁層上に電析より突起を形成する工程の少なくとも２工程とからなり、各導電領域別に所望の積算電流値になるまで電析しているので、容易に所望のサイズの突起を有するレンズ状突起アレイを形成できる。
【００３７】
（６）請求項６の発明の効果
請求項６のレンズ状突起アレイの形成方法においては、請求項５における各導電領域別に電析電流値を制御して電析しているので、容易に基板サイズにかかわらず形状精度の高い突起を有するレンズ状突起アレイを形成できる。
【００３８】
（７）請求項７の発明の効果
請求項７のレンズ状突起アレイの形成方法においては、請求項５又は請求項６における各導電領域別に通電時間を制御して電析しているので、容易に各導電領域別に所望のサイズの突起を有するレンズ状突起アレイを形成できる。
【００３９】
（８）請求項８の発明の効果
請求項８のレンズ金型は、請求項１乃至請求項４のレンズ状突起アレイの反転形状部を有しているので、従来のレンズ金型に比べ、様々な高さや曲率を持つレンズの反転形状部を有することができ、また、そのレンズの反転形状部の精度も高い。
【００４０】
（９）請求項９の発明の効果
請求項９のレンズ金型の形成方法は、請求項１乃至請求項４のレンズ状突起アレイを金駒として用い、金駒の表面全面に導電性皮膜を形成する工程と、前記導電性皮膜に易剥離処理を行う工程と、電析により金駒の反転型を形成する工程と、金駒と反転型を剥離する工程の少なくとも４工程からなることにより、比較的簡易な方法で、様々な高さや曲率を持つレンズの反転形状部を有するレンズ金型を高精度に形成できる。
【００４１】
（１０）請求項１０の発明の効果
請求項１０のレンズは、請求項８のレンズ金型を用いて作製しているので、様々な高さや曲率を持ち、表面粗さが小さく、形状精度の高いレンズまたはレンズアレイである。
また、大量のレンズ又はレンズアレイが同時に作製されるので、当該レンズ又はレンズアレイは廉価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、実施例１の断面図、（ｂ）平面図である。
【図２】は、実施例１の変形例である。
【図３】は、実施例２の断面図である。
【図４】は、実施例３の断面図である。
【図５】は、レンズ金型の形成方法の実施例（実施例４）の工程を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、従来例の断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１：導電性基板
２：導電領域
３：絶縁層
４：レンズ状突起
５：金駒（レンズ状突起アレイ）
６：導電性皮膜
７：易剥離層
８：金駒の反転形状層（金型）
９：陽極
１０：陰極治具
１１：電析浴
１２：スイッチ
【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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