(57)【要約】【課題】本発明は、形状の制御を容易に、かつ、形状精度を向上させて、歩留まりを向上できるマイクロレンズアレイ用成形型及びマイクロレンズアレイの成形方法を提供する。【解決手段】成形用のガラス素材５０を、下面に複数のマイクロレンズ成形部を有する上型２及び平板状の下型３で押圧して複数個のマイクロレンズを成形するマイクロレンズアレイ用の成形型であって、マイクロレンズ成形部が、レンズ径を決定する円形の開口部を有し、該開口部は、貫通孔又はマイクロレンズの高さよりも深さの深い凹状孔とされているマイクロレンズアレイ用成形型１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形用のガラス素材を、下面に複数のマイクロレンズ成形部を有する上型及び平板状の下型で押圧して複数個のマイクロレンズを成形するマイクロレンズアレイ用成形型であって、
前記マイクロレンズ成形部が、レンズ径を決定する円形の開口部を有し、前記開口部は、貫通孔又は前記マイクロレンズの高さよりも深さの深い凹状孔とされていることを特徴とするマイクロレンズアレイ用成形型。
【請求項２】
前記貫通孔又は凹状孔が、抜き勾配をつけて設けられている請求項１記載のマイクロレンズアレイ用成形型。
【請求項３】
前記抜き勾配の傾斜が、鉛直方向に対して１〜１０度である請求項２記載のマイクロレンズアレイ用成形型。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載のマイクロレンズアレイ用成形型を用い、前記下型の上面に成形用のガラス素材を載置し、前記ガラス素材を加熱して軟化させ、前記上型で軟化したガラス素材を上方からプレスし、軟化したガラス素材を前記貫通孔又は前記凹状孔内に球面状に押し出して、前記ガラス素材の表面に複数のマイクロレンズを形成することを特徴とするマイクロレンズアレイの成形方法。
【請求項５】
前記ガラス素材のプレス時の粘度を１×１０４〜１×１０９ｄＰａ・ｓ、プレス圧力を０．１〜１００ＭＰａとする請求項４記載のマイクロレンズアレイの成形方法。
【請求項６】
前記プレスして得られるマイクロレンズの曲率半径が、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍである請求項４又は５記載のマイクロレンズアレイの成形方法。
【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用成形型及びマイクロレンズアレイの成形方法に係り、特に、成形時のレンズ形状の制御を容易にでき、所望の形状のマイクロレンズを歩留まり良く製造するマイクロレンズアレイ用成形型及びマイクロレンズアレイの成形方法に関する。
【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が碁盤目状等に複数個整列した形状で用いられる。
【０００３】
このマイクロレンズアレイは、マイクロレンズに対応する部分に凹状の成形部が設けられた成形型を用い、成形用のガラス素材を上型及び下型とで挟み込んでプレスして、１度の成形操作で複数個のマイクロレンズを成形して得られる。
【０００４】
このマイクロレンズアレイの製造において、一般には、成形型の成形部をレンズ形状とし、その形状を転写してレンズ面を形成している。しかしながら、成形部の形状を転写する場合には、成形面とガラス素材面との間に気体が巻き込まれてレンズ面の成形に悪影響を及ぼす場合があった。そのため、上記方法は、必ずしもレンズの形状精度が良好ではなく、歩留まりの改善が望まれていた。
【０００５】
これに対して、レンズ面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レンズ面と接触しないように凹部を形成しておき、レンズ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１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１８２３７２号公報
【特許文献２】特開２００６−１１１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
自由表面としてレンズ面を形成する方法は、成形に際して気体が巻き込まれないためレンズ面を転写する成形方法の不具合を解消しながら、レンズ面形状を滑らかな面として得られる利点がある。この成形方法では、ガラス素材をレンズ形状にし易いように、下型に凹部を形成し、ガラス素材を軟化し、成形型で押圧する際に、重力を利用してレンズ面を形成しようとしている。
【０００８】
しかしながら、このように重力を利用する方法の場合、ガラス素材を下型に載置した状態で加熱するため、プレスの前段階として加熱して軟化状態とすると、プレス前にガラス素材の凹部に対応する部分が下方に垂れこんでしまう場合がある。また、自重では垂れこまない程度のガラスの粘性であっても、ガラスと下型との接触状態が凹部と平坦部で異なるため、ガラスに温度分布、粘性分布が生じる場合がある。そのため、加熱温度及び素材の粘度の管理条件が厳しく、レンズ形状の制御が難しい。このような状態になると、一つ一つのレンズごとに形状が異なったり、所望のレンズ形状とならなかったり、マイクロレンズアレイとしての特性に大きく影響を与えてしまい、歩留まりが低下するという問題があった。
【０００９】
本発明は、この問題点を解決するためになされ、マイクロレンズアレイの製造にあたって、形状の制御を容易に、かつ、形状精度を向上させて、歩留まりを向上できるマイクロレンズアレイ用成形型及びマイクロレンズアレイの成形方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のマイクロレンズアレイ用成形型は、成形用のガラス素材を、下面に複数のマイクロレンズ成形部を有する上型及び平板状の下型で押圧して複数個のマイクロレンズを成形するマイクロレンズアレイ用成形型であって、前記マイクロレンズ成形部が、レンズ径を決定する円形の開口部を有し、前記開口部は、貫通孔又は前記マイクロレンズの高さよりも深さの深い凹状孔とされていることを特徴とする。
【００１１】
このマイクロレンズアレイ用成形型においては、上記貫通孔又は凹状孔には抜き勾配をつけて設けるのが好ましい。
【００１２】
本発明のマイクロレンズアレイの成形方法は、本発明のマイクロレンズアレイ用成形型を用い、前記下型の上面に成形用のガラス素材を載置し、前記ガラス素材を加熱して軟化させ、前記上型で軟化したガラス素材を上方からプレスし、軟化したガラス素材を前記貫通孔内又は前記凹状孔内に球面状に押し出して、前記ガラス素材の表面に複数のマイクロレンズを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のマイクロレンズアレイ用成形型及びマイクロレンズアレイの成形方法によれば、マイクロレンズの形状を容易、かつ、安定して制御でき、マイクロレンズアレイの形状精度を向上させ、製品歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】成形用のガラス素材を併せて示した本発明の一実施形態であるマイクロレンズアレイ用成形型の断面図である。
【図２】他の実施形態であるマイクロレンズアレイ用成形型の側断面図である。
【図３】マイクロレンズアレイの成形方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
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用成形型の側断面図である。この図では、成形型の概略構成を説明するため凹状孔の個数を簡略して示した。
【００１７】
図１に示したマイクロレンズアレイ用成形型１は、下面に複数のレンズ成形用の凹状孔２ａを有する上型２、上面にガラス素材５０を載置する平板状の下型３、とから構成される。
【００１８】
上型２は、下面に複数のレンズ成形用の凹状孔２ａを有する平板状の成形型である。この凹状孔２ａは碁盤目状に整列して設けられ、その一つが成形するマイクロレンズ一つの大きさに対応した円形状の開口部を有する。なお、碁盤目状の他、千鳥配置などでも同様である。
【００１９】
また、凹状孔２ａの深さはレンズの高さ（ガラス素材面からレンズの面頂までの高さ）よりも深くなるように設けられ、凹状孔２ａの底部表面がガラスに接触しないため、本実施形態は、成形型形状を転写してレンズ面を成形するものではない。この凹状孔２ａの側面は、その上方に向かって（開口部から底部方向に向かって）鉛直方向に形成されている。したがって、上記したようにレンズ面を成形型で転写しないため、プレス成形の際に形成されるレンズ面は自由表面となる。
【００２０】
凹状孔２ａの開口部の大きさは、その直径が３０〜１０００μｍであり、その凹状孔２ａ間のピッチは３０〜５０００μｍであって、凹状孔の（直径／ピッチ）で表わされる比は、０．１〜１であり、好ましくは０．２〜０．９である。凹状孔２ａの深さは、プレスした時にレンズ面に接触しなければ特に限定されない。
【００２１】
このとき、プレス後に、上型２とガラス素材５０とが密着するのを防止し、容易に離形できる観点から、凹状孔２ａの側面は抜け勾配をつけて加工しておくのが好ましい。例えば、図２（ａ）に示したように、上型１２に設けられている凹状孔が、開口部から凹状孔の底部に向かって狭まるように側面に傾斜をつけて設けられている凹状孔１２ａとすればよい。このとき、抜け勾配の傾斜角度は、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。
【００２２】
また、この凹状孔は、その凹部底面が形成時にレンズ面と接触しなければよいため、上記のように内面円柱状の凹状孔２ａや内面が部分円錐状の凹状孔１２ａとしてもよいし、上型２の上面まで貫通させた内面円柱状の貫通孔として設けてもよい。貫通孔を設けた例としては、図２（ｂ）に示したように、上型２２に設けられている凹状孔が、開口部から鉛直方向に向かって、上型２２の上面まで貫通している。このとき、貫通孔に抜け勾配を設けてもよい。
【００２３】
ここで、凹状孔を内面円柱状や部分円錐状とした場合には、成形時に、上部に形成される空隙に封入されたガスがレンズ形状に悪影響を及ぼさないように十分な余裕を有する深さの凹状孔が好ましく、具体的には、成形するマイクロレンズの高さに対する凹状孔２ａの深さは２倍以上が好ましく、４倍以上がより好ましい。また、貫通孔としておくと、成形時に気体が凹状孔２ａに溜まるのを防止できるため、よりマイクロレンズの形状を所望の形状とできる。
また、凹状孔の内面円柱状は大きさの違う直径の円柱を多段としても良く、凹状孔の部分円錐状の抜け勾配の傾斜角度は傾斜途中で変化する形状としても良い。マイクロレンズ側の面の直径を大きく、反対面の直径を小さくすることによって、貫通孔の場合は開放径を小さくでき、上部からの異物などの混入を抑えることができる。
【００２４】
下型３は、平板状の成形型であり、その上面は成形用のガラス素材５０を載置し、プレス時にマイクロレンズの片面を平らにする機能を有し、その成形型表面も滑らかで平らな面となっている。
【００２５】
ガラス素材５０としては、マイクロレンズアレイを製造できれば特に限定されず、従来マイクロレンズアレイに用いられている成形用のガラス素材を使用できる。例えば、このガラス素材５０としては矩形又は円形の平板状のものが挙げられ、そのときプレス前の厚さは１ｍｍ〜３０ｍｍである。また、ガラス素材は上記した平板状だけではなく、球形や球状が潰れた偏平状等の種々の形状のものを使用できる。
【００２６】
次に、上記成形型を用いたマイクロレンズアレイの成形方法について説明する。
まず、図１のマイクロレンズアレイ用成形型１の下型３の上にガラス素材５０を載置する（図３（ａ））。
【００２７】
次に、上下の成形型２，３を成形温度まで加熱し、ガラス素材５０も同温度にまで加熱して軟化させる。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１×１０４〜１×１０９とすればよく、成形操作を円滑に行うために１×１０５〜１×１０７とするのが好ましい。
【００２８】
十分に加熱して軟化状態となったガラス素材５０の上方から上型２を下降させ、下型と上型でガラス素材を挟んでプレスする。プレス圧力により開口部のガラスは、球面状に押し上げられ、上型の円柱状の凹状孔２ａ内にマイクロレンズを形成する（図３（ｂ））。このとき、プレス圧力は０．１〜１００ＭＰａ、プレス時間は１０〜６００秒が好ましい。また、この成形は高温に加熱した状態で実施され、成形型の酸化による劣化を防止するため、例えば、１×１０−２Ｐａ以下の真空条件下や窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気とするのが好ましい。
【００２９】
ここでガラス素材の粘度とプレス圧力を調整すれば、得られるマイクロレンズの形状も容易に制御でき、例えば、その高さが１０〜１００μｍ、曲率半径が０．０１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲のマイクロレンズを形状精度が高く得られる。本発明によれば、従来のように垂れて形状精度が低下する等の不具合が生じない。
【００３０】
プレス後は、上型２を上昇させ（図３（ｃ））、成形したガラス素材を冷却して固化し、マイクロレンズアレイを得る。このようにして、球面状のマイクロレンズが隣接するマイクロレンズと等間隔に碁盤目状に整列したマイクロレンズアレイが得られる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００３２】
（実施例１）
図２（ｂ）のマイクロレンズ用成形型を用いて、以下の操作によりマイクロレンズアレイを成形した。ここで用いたマイクロレンズアレイ用成形型は、直径４０ｍｍの平板状の上型と下型とからなる。
【００３３】
上型には、下型と対抗する面（下面）に、開口部がφ６０μｍの球面形状のレンズを成形するための貫通孔が、ピッチ１２０μｍで碁盤目状に５０×５０個整列されている。貫通孔は、鉛直方向に対して４度の抜け勾配を有する孔である。下型は、上成形面と対抗する面は平滑な平面となっており、平板状である。この成形型は、ステンレス鋼（ウッデホルム株式会社製、商品名：ＳＴＡＶＡＸ；熱膨張係数αは１１５×１０−７（ａｔ  ３００℃））で形成され、その表面をＩｒ−Ｒｅでコートしてなる。
【００３４】
直径２０ｍｍ、高さ５ｍｍの円筒状のガラス素材（旭硝子株式会社製、商品名：Ａ−ＰＨＢ１７（Ｂ１７５）相当品；熱膨張係数αは１１４×１０−７（ａｔ  ３００℃））を、下型の上に載置し、上下の成形型を５４０℃まで加熱し、ガラス素材も同温度にまで加熱して軟化させた。このときのガラスの粘度は１×１０９程度であった。
【００３５】
十分に加熱して軟化状態となったガラス素材の上方から上型を下降させ、下型と上型でガラス素材を挟んで、圧力０．４ＭＰａ、プレス時間６０秒でプレスした。このとき、プレス雰囲気は１．０×１０−３Ｐａの真空条件とした。
【００３６】
上型を上昇させ、プレスされたガラス素材５０を冷却、固化させ、φ６０μｍの球面形状のマイクロレンズ（曲率半径３０μｍ）が１２０μｍピッチで碁盤目状に整列したマイクロレンズアレイを得た。
【００３７】
得られたマイクロレンズアレイのマイクロレンズ形状は、自由表面で滑らかに成形され、所望の形状であった。本発明により、成形時におけるガラス素材の垂れや、成形型とガラス素材との間に気体が巻き込まれる等によるレンズ形状の不具合が解消され、形状にバラツキのないマイクロレンズアレイを、歩留まりを良好に得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のマイクロレンズアレイ用成形型及びマイクロレンズアレイの成形方法は、プレス成形によるマイクロレンズアレイの製造に用いられる。
【符号の説明】
【００３９】
１…マイクロレンズアレイ用成形型、２…上型、２ａ…凹状孔、３…下型、５０…ガラス素材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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