(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半円を直線上に複数連ね、平面視における連ねた前記半円の各対称軸に対して該半円の左右を透過部としたマスクを平面視にて非球面レンズアレイを構成する各非球面レンズの一方の端部から前記各非球面レンズの他方の端部へ向かう方向と前記直線の方向とが直交するようにレジストの上に載置し、前記マスクを、前記非球面レンズの曲面を露光後の現像により形成できるＸ線照射量が得られる露光時間となるように、
平面視にて前記一方の端部から前記他方の端部へ向かって前記半円の頂点が前記各非球面レンズの中心位置へ到達するまで移動させ、
反転させた後に平面視にて前記他方の端部から前記一方の端部へ向かって前記半円の頂点が前記各非球面レンズの中心位置へ到達するまで移動させてＸ線リソグラフィで前記レジストを露光し、
平面視にて前記一方の端部から前記他方の端部への方向と前記直線の方向とが同じになるように前記マスクを前記レジストの上に載置し、前記マスクを、前記非球面レンズの曲面を露光後の現像により形成できるＸ線照射量が得られる露光時間となるように、
平面視にて前記一方の端部から前記他方の端部への方向と直交する方向の前記各非球面レンズの左端部から前記各非球面レンズの右端部へ向かって前記半円の頂点が前記各非球面レンズの中心位置へ到達するまで移動させ、
反転させた後に平面視にて前記一方の端部から前記他方の端部への方向と直交する方向の前記各非球面レンズの右端部から前記各非球面レンズの左端部へ向かって前記半円の頂点が前記各非球面レンズの中心位置へ到達するまで移動させてＸ線リソグラフィで前記レジストを露光し、
このレジストを現像した母型に基づき、鍍金によって、前記非球面レンズアレイを製造する金型を構成する雌型を製造する、ことを特徴とする金型の製造方法。
【請求項２】
前記金型を製造する金属を、ニッケルと同程度の線膨張係数を有する金属とした、ことを特徴とする請求項１に記載の金型の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の金型の製造方法により製造した前記金型を使用して前記非球面レンズアレイを成形する非球面レンズアレイの製造方法において、
成形材料を樹脂またはガラスとし、該成形材料を溶融して前記金型内へ流し込むことにより前記非球面レンズアレイを成形する、ことを特徴とする非球面レンズアレイの製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の金型の製造方法により製造した前記金型を使用して前記非球面レンズアレイを成形する非球面レンズアレイの製造方法において、
成形材料を融点が３５０℃〜４５０℃のガラスとし、該成形材料を溶融して前記金型内へ流し込むことにより前記非球面レンズアレイを成形する、ことを特徴とする非球面レンズアレイの製造方法。
【請求項５】
請求項２に記載の金型の製造方法により製造した前記金型を使用して前記非球面レンズアレイを成形する非球面レンズアレイの製造方法において、
成形材料を線膨張係数がニッケルと同程度の線膨張係数を有するガラスとし、該成形材料を溶融して前記金型内へ流し込むことにより前記非球面レンズアレイを成形する、ことを特徴とする非球面レンズアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各レンズの曲面が非球面である非球面レンズアレイ、この非球面レンズアレイを成形する金型を製造する金型の製造方法、および、この金型を用いて非球面レンズアレイを成形する非球面レンズアレイの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、レンズおよびレンズアレイは、レンズの曲面が球面とされている。
しかし、レンズの曲面を球面としても、球面収差、色収差などにより、焦点に像を結像させることができないので、球面収差、色収差などを是正して焦点に像を結像させるため、曲面を非球面にした非球面レンズが開発され、利用されている。
【０００３】
この非球面レンズは、設計された非球面形状に基づき、レンズとなる基材を切削、研磨することにより、製造することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、単一の非球面レンズは製造することができるものの、非球面レンズを並べた非球面レンズアレイは、金型を製作する技術の限界により、製造することができなかった。
しかしながら、非球面レンズアレイは種々の用途があるとともに、利用価値が大きいので、非球面レンズアレイを成形する金型などが要望されている。
【０００５】
この発明は、上記した要望に応えるためになされたもので、各レンズの曲面が非球面である非球面レンズアレイを成形する金型を製造する金型の製造方法、および、この金型を用いて非球面レンズアレイを成形する非球面レンズアレイの製造方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる非球面レンズアレイは、各レンズの曲面が非球面で、各レンズの焦点を同一直線上、または同一平面上に位置させたものである。
次に、この発明にかかる金型の製造方法は、半円を直線上に複数連ね、各半円の間および連ねた半円の左右を透過部としたマスクをレジストの上に載置し、マスクを、非球面レンズアレイを構成する非曲面レンズの曲面を形成する露光時間となるように、各非曲面レンズの上端から各非曲面レンズの下端方向へ半円の頂点が各非球面レンズの頂点へ到達するまで、各非曲面レンズの下端から各非曲面レンズの上端方向へ半円の頂点が各非球面レンズの頂点へ到達するまで、各非曲面レンズの左端から各非曲面レンズの右端方向へ半円の頂点が各非球面レンズの頂点へ到達するまで、各非曲面レンズの右端から各非曲面レンズの左端方向へ半円の頂点が各非球面レンズの頂点へ到達するまで所定の順序で移動させてＸ線リソグラフィでレジストを露光し、このレジストを現像した母型に基づき、鍍金によって非球面レンズアレイを製造する金型の少なくとも雌型を製造する。
そして、金型を製造する金属を、ニッケルと同程度の線膨張係数を有する金属とするのが望ましい。
次に、この発明にかかる非球面レンズアレイの製造方法は、上記のように製造した金型を使用し、成形材料を樹脂またはガラスとして非球面レンズアレイを成形する。
そして、金型を製造する金属を、ニッケルと同程度の線膨張係数を有する金属とした金型を使用し、融点が３５０℃〜４５０℃のガラスを用いて非球面レンズアレイを成形したり、線膨張係数がニッケルと同程度の線膨張係数を有するガラスを用いて非球面レンズアレイを成形するのが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の金型の製造方法に使用するマスクを示す平面図である。
【０００８】
図１において、マスク１１は、例えば２５μｍのポリイミド膜で構成したメンブレン材１２の上に、Ｘ線吸収膜１３として、例えば金（Ａｕ）を２．５μｍ〜３．０μｍの厚さでパターンニングしたものである。
【０００９】
なお、Ｘ線吸収膜１３のパターンは、直線上に、所定の半径を有した半円１３ａの直径を位置させて隣接させ、例えば半円１３ａを４つ並べた輪郭線１３ｐと、半円１３ａを並べた半円１３ａの左右に所定長で設けた第１直線部１３ｑ，１３ｑと、この第１直線部１３ｑ、１３ｑの半円１３ａから離れた端から直角に半円１３ａの半径で立ち上がった第２直線部１３ｒ，１３ｒと、この第２直線部１３ｒ，１３ｒの上端を各半円１３ａの頂点に接するように結んだ第３直線部１３ｓとで囲まれた透過部１３ｂとされている。
【００１０】
図２は金型を製造するための母型を製造するためのレジストなどを示す斜視図である。
【００１１】
図２において、２１は導電体基板、２２は導電体基板２２上に、例えば貼り付けることによって設けられたレジストを示し、このレジスト２２は、例えば、半円１３ａの半径の直径の厚さで、透過部１３ｂの第３直線部１３ｓよりも僅かに短い平面視正方形とされている。
なお、レジスト２２として、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）や、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などを使用した。
【００１２】
図３（ａ），（ｂ）はレジストに球面レンズアレイの母型と、非球面レンズアレイの母型とを形成するための説明図、図４は球面レンズの母型と、非球面レンズの母型とを形成するための説明図であり、図１または図２と同一または相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００１３】
図３または図４において、２２ａは球面レンズ母型を示し、露光したレジスト２２を現像することによって形成したものである。
２２ｂは非球面レンズ母型を示し、露光したレジスト２２を現像することによって形成したものである。
３１Ａは球面レンズアレイ母型を示し、一主表面に球面レンズ母型２２ａがマトリックス状に形成されている。
３１Ｂは非球面レンズアレイ母型を示し、一主表面に非球面レンズ母型２２ｂがマトリックス状に形成されている。
【００１４】
次に、非球面レンズアレイ母型３１Ｂの製造を説明する前に、球面レンズアレイ母型３１Ａの製造について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、レジスト２２上の所定の位置にマスク１１をセットし、マスク１１を上方から下方へ第１行目の球面レンズ母型２２ａの主に上側を形成するため、図４に点線で示す球面を形成する曲線Ａの右側半分となるように、所定のエネルギー（照射し続けても半円１３ａの半径を露光することができるエネルギー）のＸ線を照射するとともに、マスク１１の頂点を球面レンズ母型２２ａの頂点まで移動させる。
【００１５】
そして、マスク１１を反転させ、半円１３ａの頂点が第１行目の球面レンズ母型２２ａの下端となる位置のレジスト２２上にマスク１１をセットし、マスク１１を下方から上方へ第１行目の球面レンズ母型２２ａの主に下側を形成するため、図４に点線で示す球面を形成する曲線Ａの左側半分となるように、所定のエネルギーのＸ線を照射するとともに、マスク１１の頂点を球面レンズ母型２２ａの頂点まで移動させる。
【００１６】
以降は、上述した第１行目の球面レンズ母型２２ａに対する露光を、第２行目、第３行目、第４行目に対しても行う。
なお、第１行目と第２行目、第２行目と第３行目、第３行目と第４行目との球面レンズ母型２２ａは、隣接させる。
【００１７】
次に、図３（ｂ）に示すように、半円１３ａの頂点が第１列目の球面レンズ母型２２ａの左端となる位置のレジスト２２上にマスク１１をセットし、マスク１１を左方から右方へ第１列目の球面レンズ母型２２ａの主に左側を形成するため、図４に点線で示す球面を形成する曲線Ａの左側半分となるように、所定のエネルギーのＸ線を照射するとともに、マスク１１の頂点を球面レンズ母型２２ａの頂点まで移動させる。
【００１８】
さらに、マスク１１を反転させ、半円１３ａの頂点が第１列目の球面レンズ母型２２ａの右端となる位置のレジスト２２上にマスク１１をセットし、マスク１１を右方から左方へ第１列目の球面レンズ母型２２ａの主に右側を形成するため、図４に点線で示す球面を形成する曲線Ａの右側半分となるように、所定のエネルギーのＸ線を照射するとともに、マスク１１の頂点を球面レンズ母型２２ａの頂点まで移動させる。
【００１９】
以降は、上述した第１列目の球面レンズ母型２２ａに対する露光を、第２列目、第３列目、第４列目に対しても行う。
【００２０】
このように、レジスト２２を露光した後、現像することにより、図３（ｂ）に示すように、レジスト２２の上に４行４列の球面レンズの球面レンズ母型２２ａを有する球面レンズアレイ母型３１Ａを得ることができる。
【００２１】
上記のようにしてレジスト２２を露光するとき、図４に実線で示す非球面を形成する曲線Ｂとなるように、マスク１１を移動させてレジスト２２を露光した後、現像することにより、図３（ｂ）に示す、レジスト２２の上に４行４列の非球面レンズの非球面レンズ母型２２ｂを有する非球面レンズアレイ母型３１Ｂを得ることができる。
【００２２】
図５は非球面レンズアレイを成形する金型を製造する説明図、図６は金型を用いて非球面レンズアレイを成形する説明図、図７は非球面レンズアレイを示す斜視図であり、図１〜図４と同一または相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２３】
図５において、４２は、図３に示す非球面レンズアレイ３１Ｂを成形する金型４１を構成する雌型を示す。
図６において、４３は、図３に示す非球面レンズアレイ３１Ｂを成形する金型４１を構成する平型を示す。
図７において、５１は非球面レンズアレイを示す。
【００２４】
次に、金型４１の製造について説明する。
まず、雌型４２の製造について説明すると、上記のようにして製造した非球面レンズアレイ母型３１Ｂが載っている導電体基板２１の非球面レンズアレイ母型３１Ｂ側に、図５に示すように、電気鍍金によって、例えば白金（Ｐｔ）の鍍金層を成長させることにより、非球面レンズアレイ母型３１Ｂを複製した雌型４２を製造することができる。
【００２５】
このように、電気鍍金して雌型４２を製造する場合、鍍金をする部分に化学鍍金または蒸着によって予め白金の金属層を設け、非球面レンズ母型２２ｂを金属層で覆った後、金属層の上に電気鍍金して雌型４２を製造すると、電気鍍金が金属層の上に等方成長するので、雌型４２の非球面レンズアレイ５１を成形する面の面精度を向上させることができる。
【００２６】
そして、雌型４２から非球面レンズアレイ母型３１Ｂおよび導電体基板２１を取り除くことにより、雌型４２単体とすることができる。
次に、電気鍍金の金属と同じ金属で平型４３を製造することにより、非球面レンズアレイ５１を成形する金型４１の製造が完了する。
【００２７】
次に、非球面レンズアレイ３１Ｂの成形について説明する。
まず、低融点ガラス、例えば融点（成形温度）が３７０℃〜３７５℃の住田光学製のヴィドロンＰＧ３７５（商品名）、または融点（成形温度）が４１０℃〜４１５℃の住田光学製のＫ−ＰＳ５０（商品名）、または融点（成形温度）が４２０℃〜４２５℃の住田光学製のＫ−ＰＳＫ１００（商品名）、または融点（成形温度）が４４０℃〜４５０℃の住田光学製のＫ−ＰＳＫ１１（商品名）を溶融させた溶融ガラスを、図６に示すように、雌型４２と平型４３とで形成される空間（キャビティ）内に流し込み、冷却させた後に金型を開くことにより、図７に示す非球面レンズアレイ５１を成形することができる。
【００２８】
上述したように、この発明の一実施形態によれば、各レンズの焦点が同一平面上に位置する、所期の非球面レンズアレイ５１を得ることができる。
また、Ｘ線リソグラフィを用いてレジスト２２を露光し、非球面レンズアレイ母型３１Ｂを製造するので、曲面の面精度がサブミクロン以下となる非球面レンズアレイ５１を成形する金型を製造することができる。
【００２９】
上記した実施形態では、非球面レンズアレイ５１の焦点が同一平面上にある例を示したが、非球面レンズアレイの焦点が同一直線上ある、１行複数列、または複数行１列の非球面レンズアレイであってもよいことは言うまでもない。
【００３０】
また、非球面レンズアレイ５１を成形する成形材料を、低融点ガラスとした例を示したが、成形材料を通常のガラスまたは樹脂としも、金型４１を白金（Ｐｔ）で構成したので、金型４１が成形温度によって形状劣化を起こすことがなく、所期の形状で、面精度のよい非球面レンズアレイ５１を成形することができ、また、成形材料を低融点ガラスとした場合、金型４１を製造する金属を、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケルの線膨張係数（１６．９×１０-16）と同程度の線膨張係数を有する金属〔例えば鉄（Ｆｅ）−ニッケル合金、ニッケル−コバルト（Ｃｏ）合金など〕とすると、金型を安価に製造することができる。
このように、金型４１をニッケル（Ｎｉ）、ニッケルの線膨張係数と同程度の線膨張係数を有する金属で製造すると、低融点ガラスと金型４１との線膨張係数がほぼ同じになるので、成形時から完成時まで、金型４１と非球面レンズアレイ５１が同じ挙動をするので、金型４１の形状を正確に複製した非球面レンズアレイ５１を得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明の非球面レンズアレイによれば、各レンズの焦点が同一直線上、または同一平面上に位置する、所期の非球面レンズアレイを得ることができる。
【００３２】
次に、この発明の金型の製造方法によれば、Ｘ線リソグラフィを用いてレジストを露光し、非球面レンズアレイの母型を製造するので、曲面の面精度がサブミクロン以下となる非球面レンズアレイを成形する金型を製造することができる。
そして、金型を成形する金属を、ニッケルと同程度の線膨張係数を有する金属としたので、金型を安価に製造することができる。
【００３３】
次に、この発明の非球面レンズアレイの製造方法によれば、曲面の面精度がサブミクロン以下となる非球面レンズアレイを成形することができる。
そして、融点が、３５０℃〜４５０℃のガラス（低融点ガラス）を用いて非球面レンズアレイを成形するので、または、線膨張係数が、ニッケルと同程度の線膨張係数を有するガラスを用いて非球面レンズアレイを成形するので、非球面レンズアレイの生産コストを低減させることができる。
また、成形温度が高温になることによる金型の形状劣化（変形）、金型の高温対策を考慮して白金で金型を製造する必要がなく、ニッケルと同程度の線膨張係数を有する金属で金型を製造することができる。
したがって、金型を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の金型の製造方法に使用するマスクを示す平面図である。
【図２】金型を製造するための母型を製造するためのレジストなどを示す斜視図である。
【図３】（ａ），（ｂ）はレジストに球面レンズアレイの母型と、非球面レンズアレイの母型とを形成するための説明図である。
【図４】球面レンズの母型と、非球面レンズの母型とを形成するための説明図である。
【図５】非球面レンズアレイを成形する金型を製造する説明図である。
【図６】金型を用いて非球面レンズアレイを成形する説明図である。
【図７】非球面レンズアレイを示す斜視図である。
【符号の説明】
１１    マスク
１２    メンブレン材
１３    Ｘ線吸収膜
１３ａ  半円
１３ｂ  透過部
１３ｐ  輪郭線
１３ｑ  第１直線部
１３ｒ  第２直線部
１３ｓ  第３直線部
２１    導電体基板
２２    レジスト
２２ａ  球面レンズ母型
２２ｂ  非球面レンズ母型
３１Ａ  球面レンズアレイ母型
３１Ｂ  非球面レンズアレイ母型
４１    金型
４２    雌型
４３    平型
５１    非球面レンズアレイ
Ａ，Ｂ  曲線
【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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