(57)【要約】レンズを製造するための方法において、第１の表面（１０２）に凹所（１０６）を備えている基板（１００）が用意される。第１の所望のレンズ表面と第２の所望のレンズ表面とを有するレンズ構造（１０８）が前記基板の凹所（１０６）に形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを製造するための方法であって、
（ａ）第１の表面（１０２）に凹所（１０６）を備えている基板（１００）を用意するステップと、
（ｂ）前記基板（１００）の凹所（１０６）の中又は上方に、第１の所望のレンズ表面と第２の所望のレンズ表面とを有するレンズ構造（１０８）を形成するステップと、
を含んでいるレンズ製造方法。
【請求項２】
前記凹所（１０６）は、前記基板（１００）の第１の表面（１０２）から前記基板（１００）の第２の表面（１０４）まで延びることで、前記基板（１００）を貫く穴が画定されており、
ステップ（ｂ）は、
第１の所望のレンズ表面に従った形状を有する下側鋳型（１３０）を前記凹所（１０６）へ導入するステップと、
前記基板（１００）の前記凹所（１０６）へレンズ材料（１４０）を導入するステップと、
第２の所望のレンズ表面に従った形状を有する上側鋳型（１２０）を前記レンズ材料（１４０）が充填された前記凹所（１０６）へ導入するステップと、
前記レンズ材料（１４０）を硬化させるステップと、
を含んでいる請求項１に記載のレンズ製造方法。
【請求項３】
ステップ（ｂ）は、
前記レンズ材料（１４０）の硬化後に、成形ずみのレンズ材料（１４０）の少なくとも片面へさらなるレンズ材料を供給するステップと、
該さらなるレンズ材料の露出面を成形するために、該レンズ材料の露出面の所望の形状に従った形状を有しているさらなる鋳型を前記凹所（１０６）へ導入するステップと、
をさらに含んでいる請求項２に記載のレンズ製造方法。
【請求項４】
ステップ（ｂ）は、
前記レンズ材料（１４０）の成形後に、成形ずみのレンズ材料（１４０）の少なくとも片面へ犠牲材料を供給するステップと、
該犠牲材料へさらなるレンズ材料を供給するステップと、
該さらなるレンズ材料の露出面を成形するために、該レンズ材料の露出面の所望の形状に従った形状を有しているさらなる鋳型を前記凹所（１０６）へ導入するステップと、
前記犠牲材料を除去するステップと、
をさらに含んでいる請求項２に記載のレンズ製造方法。
【請求項５】
前記基板（１００）は、前記凹所（１０６）の側壁に形成された溝（１５２）であって、成形時に余分なレンズ材料を受け入れるための溝（１５２）を備えている請求項２から４のいずれか一項に記載のレンズ製造方法。
【請求項６】
前記凹所（１０６）へレンズ材料（１４０）を導入するステップは、レンズ材料（１４０）を前記基板（１００）へ塗布するステップ、又はレンズ材料を前記凹所（１０６）へ分注するステップを含んでいる請求項２から５のいずれか一項に記載のレンズ製造方法。
【請求項７】
前記基板（１００）は複数の凹所（１０６）を備えたウエハであり、前記上側鋳型（１２０）と前記下側鋳型（１３０）の各々が、複数のレンズ構造（１０８）を定めるべく前記複数の凹所（１０６）へ導入される複数の鋳型部（１２４、１３４）を備えている請求項２から６のいずれか一項に記載のレンズ製造方法。
【請求項８】
ステップ（ｂ）は、
第１の所望のレンズ表面に従った形状を有する犠牲材料（２０６）を用意するステップと、
前記レンズ構造（１０８）を定めるために前記犠牲材料（２０６）へレンズ材料（２１２）を供給するステップと、
前記レンズ材料（２１２）のうちの前記犠牲材料（２０６）から離れる方を向いた面を、第２の所望のレンズ表面に従って成形するステップと、
前記犠牲材料（２０６）及び前記レンズ材料（２１２）を含む構造を、前記レンズ構造（１００）が前記凹所（１０６）の中又は上方に配置されるように前記基板（１００）に取りつけるステップと、
前記犠牲材料（２０６）を除去するステップと、
を含んでいる請求項１に記載のレンズ製造方法。
【請求項９】
前記構造を前記基板へ取りつける前に、さらなるレンズ材料を成形ずみのレンズ材料（２１２）へ供給するステップを含んでいる請求項８に記載のレンズ製造方法。
【請求項１０】
前記構造を前記基板（１００）へ取りつける前に、
さらなる犠牲材料を前記レンズ材料（２１２）へ供給するステップと、
さらなるレンズ材料を前記さらなる犠牲材料へ供給するステップと、
を含んでおり、
前記さらなる犠牲材料を除去するステップをさらに含んでいる請求項８に記載のレンズ製造方法。
【請求項１１】
前記基板（１００）は複数の凹所（１０６）を備えたウエハであり、
前記犠牲材料（２０６）を用意するステップは前記犠牲材料（２００）が配置されたウエハ（２００）を用意するステップを含んでおり、その犠牲材料は前記第１の所望のレンズ表面に従って成形された複数の部位（２０８）を備えている請求項８から１０のいずれか一項に記載のレンズ製造方法。
【請求項１２】
前記基板（１００）上又は前記レンズ材料（１４０；２１２）上に、レンズのための絞り構造を形成するステップ、
を含んでいる請求項２から１１のいずれか一項に記載のレンズ製造方法。
【請求項１３】
ステップ（ｂ）は、前記レンズ材料（１４０；２１２）を硬化させるステップを含んでいる請求項２から１２のいずれか一項に記載のレンズ製造方法。
【請求項１４】
第１の表面（１０２）に凹所（１０６）を有している基板（１００）と、
前記凹所（１０６）に配置されたレンズ構造（１０８）と、
を備えているレンズ。
【請求項１５】
請求項１５に記載の１又は複数のレンズを備えている光学系。
【請求項１６】
当該光学系の所望の光学特性に応じて、前記複数のレンズの各々のレンズ及び基板厚さが選択され、該レンズ（１１４）が積層されている請求項１６に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、光学系の分野に関し、さらに詳しくは、レンズ及びそのようなレンズの製造の分野に関する。本発明の実施の形態は、ウエハスケール光学系に関し、さらに詳しくは、例えば携帯電話機及び携帯情報端末などのデジタルカメラのレンズ装置又は光学系において、特にＣＭＯＳ撮像センサと組み合わせて使用することができるウエハスケールのレンズ設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウエハスケール光学系の分野においては、厚いガラス基板へＵＶ硬化型ポリマー材料を供給し、このポリマー材料を所望のレンズ形状に成形することによってレンズが製造される。そのポリマー材料はガラス基板の片面又は両面に配置することができる。複数のそのようなレンズウエハが互いに直接的に又は１つ以上のスペーサウエハを用いて積層される。スペーサウエハとしては、穴をもつガラス又はポリマーの基板を用いることができる。このようにして、それぞれのレンズは、撮像面に対して或る距離に配置される。次いで、ウエハが切断され、それぞれの光学系が撮像センサへ取り付けられる。
【０００３】
この手法は、機械的及び構造的な理由で不利である。それは、撮像ビーム経路における高屈折率材料、すなわち空気の屈折率ｎ＝１に対して約１．５という屈折率ｎを有する材料（例えば平行板を形成する基板）、の量が光学系の設計によって所望される量よりも多いからである。これにより、画像の品質が低下し、この画像の品質の低下を補うために、積層体においてより多数のレンズ及び／又はより複雑な形状のレンズが必要になる。したがって、特定の撮像エラーの発生を回避する「古典的な」レンズ設計の適応、及びそれらの古典的なレンズ設計に当てはまる設計規則の使用は、そのようなウエハスケールのレンズ設計においては使用することができない。
【０００４】
上述のウエハスケールの光学系及びその積層体は、デジタルカメラにおいて使用でき、かつ、その性質ゆえに常に基板（ウエハ）と一体である。それらの基板がその一方又は両方の面に形成されるレンズ（ＵＶポリマーで複製されたもの）と比べて比較的厚いことは、製造の観点からは実は好ましいことである。しかしながら、これは、収差を軽減し、特に小さな非点収差を得るために、例えば１つ又は複数の強く湾曲した薄い凹凸レンズからなる構成が適用される古典的な対物レンズ設計において見られるレンズ構成に相反するものである。このことは現状のウエハスケールのレンズ設計の欠点である。それは、これらの設計における非点収差という明らかな問題のために、はるかに複雑な（高度に非球面である）レンズ形状が適用されたとしてもそれらの光学的性能が低いからである。厚い基板という問題は、同じ方向へ湾曲した表裏のレンズ表面を有するレンズである上述の凹凸レンズにおいて特に明らかである。上述のように、従来からの光学系においては、凹凸レンズの強い曲率が望まれるが、この設計規則をウエハスケールの光学系に適用すると、対向するレンズ領域の間にガラス基板を設けることを必要とする。凹凸レンズの対向する表面の強い曲率に鑑み、レンズがその光学的利点を失わないように大きなレンズ厚さが必要とされる。
【０００５】
ウエハスケールでレンズを製造するための別の手法は、ポリマー材料からレンズウエハ全体をエンボス加工することであり、きわめて薄いレンズの生成を可能にする。しかしながら、ウエハそのものが安定な支持装置（例えば、安定なガラス製の支持体）ではないため、この手法は不利である。この不安定な支持が、ウエハの厚さ及びたわみに関する非均質性につながる。また、横方向の不確かさにつながるウエハの収縮も観察される。これらの影響は、複数のウエハ又はプレートを互いに積み重ねることができないほど深刻である可能性がある。
【０００６】
この技術分野において知られているレンズ製造のための他の手法は、レンズの射出成型である。しかしながら、射出成型を使用してレンズを生成するための機械装置及びプロセス工程に関する処理の諸経費の点で不利である。さらに、ウエハスケールでの製造は不可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、基板上に形成されたレンズ構造を有し優れた撮像品質を実現できる優れたレンズ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１に記載の方法及び請求項１５に記載のレンズによって達成される。
【０００９】
本発明は、
（ａ）第１の表面（１０２）に凹所（１０６）を備えている基板（１００）を用意するステップと、
（ｂ）前記基板（１００）の凹所（１０６）に、第１の所望のレンズ表面と第２の所望のレンズ表面とを有するレンズ構造（１０８）を形成するステップと、
を含んでレンズを製造するための方法を提供する。
【００１０】
さらに、本発明は、
第１の表面（１０２）に凹所（１０６）を有している基板（１００）と、
前記凹所（１０６）に配置されたレンズ構造（１０８）と、
を備えているレンズを提供する。
【００１１】
さらに、本発明は１つ又は複数の本発明のレンズを備えた光学系を提供するものであり、当該光学系の所望の光学特性に応じて積層された複数のレンズが設けられる場合には、それに応じてそれらの複数のレンズの各々のレンズ表面及び基板厚さが選択される。
【００１２】
ＵＶポリマーで複製されたレンズが形成される基板の使用を必要とする従来からのウエハスケール技術に関して上述した問題を克服するために、本発明の手法は光路に不必要な材料（例えば、ガラス）を設けることを回避する。
【００１３】
本発明の実施の形態によれば、レンズが、基板（例えば、ガラス基板）の１つ以上の凹所又は貫通穴の内側に製造される。ガラス基板の一方又は両方の表面にレンズを直接形成する従来からの手法はもはや採らない。本発明の手法の利点は、光路に「厚い」ガラスが存在しないことにある。したがって、レンズの厚さは、はるかに好都合なレンズ形状の使用を可能にする光学的設計によって実質的に決定される。撮像ビームの経路の空洞の外側のガラス基板は依然として維持されるため、この構成の全体としての機械的安定性も保証される。
【００１４】
このように、従来からの手法と比べたとき、本発明の手法は光学的設計の観点から有利である。本発明によらない場合、収束する光束へ基板の厚さによって非点収差が持ち込まれ、したがって従来からのウエハスケールのレンズの光学的設計においては、これをより多くの素子及び／又はより複雑なレンズ形状によって補正しなければならなかった。あるいは、より低い光学的性能で我慢しなければならなかった。基板の厚さは、「高屈折率の材料」が必要以上に光路に存在することを意味するため、ＴＴＬ（ＴＴＬ＝総行路長）を増加させる。高屈折率材料、すなわち高い屈折係数「ｎ」を有する材料（ｎが約１．５）は、光路におけるその部分fが小さい屈折率のものであったと仮定した場合に比べてその部分の行路をｎ×ｆへ増加させる。したがって、光路での高屈折率材料が少ないほど、行路の増加が少ない。厚い基板においてもＴＴＬを小さくするために、慣習的には、光線がレンズ積層体の前方で外へ曲げられ、ＣＲＡ（ＣＲＡ＝主光線角）を小さくするために画像センサの近くで光軸に向かって再び曲げられる。これは、レンズの実際には必要でない大きな屈折力につながり、そのような大きな屈折力が、やはり複雑なレンズ形状によって補正しなければならない強い収差をもたらす。しかし、そのような複雑なレンズ形状は、不必要に厳しい公差につながる。
【００１５】
古典的なレンズの設計においては、凹凸レンズが典型的には好まれる構成要素であり、レンズの厚さは、機械的な制約／プロセス上の制約によってではなく、光学的な必要性によって決定することが試みられる。基板の厚さ又は残余の複製層の厚さなどの幾何学的制約の数を少なくすることは、自由度を増すため、一般にレンズの設計を単純にする。光学系は、光束がレンズを通って伝播するときに生じる光線の曲がりが少ないほど、公差に関してより良好であり、あるいは公差を問題にしない。したがって、レンズ表面に対して光ビームを可能な限り垂直に入射させるように意図され、結果としてレンズ表面を強く曲げる必要がある。これらのレンズ表面の間に基板が必要である場合には、レンズの中央の厚さがきわめて大きくなり、結果として上述の問題を伴うことを意味する。
【００１６】
本発明の手法を適用することで、光路に基板を設ける必要が回避される。本発明の設計によれば、レンズ構造そのものだけ、又はレンズ構造のうちの光学的に必要とされる／必須の部分だけが光路内に位置し、したがって上述の問題が回避される。
【００１７】
本発明の第１の態様によれば、凹所が基板の第１の表面から基板の第２の表面まで延びることで、基板を貫く穴を画定している。第１の所望のレンズ表面に従った形状を有する上側鋳型を用意し、第２の所望のレンズ表面に従った形状を有する下側鋳型を用意し、基板の凹所へレンズ材料を導入し、上側及び下側鋳型を凹所へ導入してレンズ材料を所望のレンズ表面に従って成形することによってレンズ構造が形成される。好ましくは、下側鋳型が最初に設けられ、下側鋳型によって下端が閉じられた凹所へレンズ材料が注入される。次いで、上側鋳型を注入ずみの凹所へ導入することによって、鋳型が「完全に」閉じられる。その後、レンズ材料がＵＶ照射によって硬化させられる。
【００１８】
この態様によれば、レンズ構造が空洞又は凹所の両側から形成される。一実施の形態によれば、複数のレンズ材料で形成された多層のレンズ構造を得るためにこの態様を繰り返すことができ、それらのレンズ材料は異なる分散特性を有することができる。別の実施の形態によれば、レンズ構造へ犠牲材料を塗布することができ、さらにその犠牲材料へ恒久的なレンズ材料が塗布され、犠牲材料の除去又は溶解後に２つのレンズ層の間にすき間が得られる。このすき間を、空気又ははるかに小さな屈折率のポリマー、水、アルゴン、Ｎ2、液浸油などの任意の他の適切な材料で満たすことができる。
【００１９】
すき間に満たされるそのような材料は、スペーサ空洞に設けられるレンズ構造全体の所望の特性に応じて選択される。
【００２０】
別の実施の形態によれば、いわゆる「キャッチ溝」が基板に（より具体的には、凹所の側壁に）設けられる。キャッチ溝は、上側及び下側の鋳型又は押し型によるレンズ材料の成形の際に余分なレンズ材料を受けるように設けられる。この実施の形態は、成形プロセスの際にレンズ材料のうちの溝へ押し出された部分によって、同時に、レンズ構造が空洞内に固定される点でも好都合である。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、第１の所望のレンズ表面に従った形状を有する犠牲材料を用意し、レンズ構造を画定するために犠牲材料へレンズ材料を塗布し、その犠牲材料とレンズ材料を含む構造をレンズ構造が基板の凹所に配置されるように基板へ取り付け、そしてその犠牲材料を除去することによって、基板の凹所内のレンズ構造が形成される。
【００２２】
この態様によれば、レンズの第１の面のネガ形状が、一時的な支持体上に設けられる犠牲材料に形成される。次いで、レンズの第２の面が、犠牲材料上に設けられる安定なレンズ材料に形成される。その後、第２のレンズ面がスペーサ基板又はスペーサウエハへ受け渡され、スペーサ基板又はスペーサウエハへ貼り付けられる。この受け渡しに続いて、犠牲材料が一時的な支持体とともに溶かされ、又は除去される。やはり、好ましくは分散特性が異なる複数の異なるレンズ材料を設けることが可能である。また、第１のレンズ部の上へさらなる犠牲材料を設け、この犠牲材料の上へさらなるレンズ構造を形成し、犠牲材料の除去後に２つのレンズ部の間にすき間（好ましくは、空気で満たされたすき間）がもたらされるようにすることが可能である。
【００２３】
本発明のさらなる実施の形態によれば、絞り構造が設けられる。従来からの手法においては、そのような絞り構造はレンズ構造の下方に位置するガラス基板上に設けられているが、これが、本発明の教示によればもはや不可能である。なぜならば、上述した理由で、従来からの手法においてガラス層によってもたらされる追加のガラス材料に起因する望ましくない影響を回避するために、レンズが空洞又は凹所の中に取り付けられているからである。したがって、本発明によれば、絞り構造を、例えばフォトリソグラフィプロセス又はリフトオフプロセスによって、レンズ構造そのものに設けることができる。さらには、所定の絞りを有するさらなる不透明なスペーサウエハを、レンズ構造が配置される空洞を有しているウエハに設けることが望ましいかもしれない。あるいは、絞り構造を有しているきわめて薄いガラスウエハ又はポリマーシートを設けることが可能であり、これらの絞り構造は、好ましくはリソグラフィプロセスによって生成される。そのような実施の形態におけるガラスウエハ又はポリマーシートの厚さは、この追加のガラス要素による望ましくないひずみを回避するために、基板の厚さの０．０１〜１倍とすることができ、又は１０μｍ〜１０００μｍの範囲（あるいは、間に絞りを備えつつ積層／接合された半分の厚さの２枚のガラス／ポリマー板）とすることができる。
【００２４】
さらなる実施の形態によれば、プロセスがウエハスケールで実行され、すなわち支持体が複数の凹所を有するウエハによって形成される。このウエハは硬質な有機又は無機材料からなり、例えば、ガラス、セラミック、ガラスセラミック、半導体材料（シリコン又はゲルマニウムなど）、石こう及びポリマー、ならびに例えば集積回路デバイス又は回路チップなどの部品の成型に使用されるような他のエポキシ材料からなる。ウエハの表裏の両表面はどちらも平坦かつ平行であり、かつその材料は好ましくは不透明である。
【００２５】
本発明の手法の利点は、もはやガラス基板の厚さを考慮に入れる必要がない設計にてウエハ・スケール・レンズを今や製造できる点にある。１つのさらなる利点は、収束ビームの経路において光学的に不必要なガラス基板（＝平行板）を回避することによって、非点収差が軽減又は完全に回避される点にある。したがって、生じうる画像の誤差を追加の手段及び／又は複雑な設計を有するレンズによって補正する必要がもはやない。これは、より単純な設計につながり、光学系のコストを低くする。
【００２６】
本発明のいくつかの実施の形態を添付の図面を参照してさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は本発明の一実施形態によるレンズのアレイを示している。
【図２】図２は本発明の一実施形態による光学系を示している。
【図３】図３Ａ及びＢは本発明の一実施形態によるレンズの製造を示している。
【図４】図４Ａ及びＢは本発明の一実施形態によるレンズアレイの製造を示している。
【図５】図５Ａ〜Ｆは図３及び４に示した手法に従って使用される鋳型の種々の形態及び得られるレンズ構造を示している。
【図６】図６Ａ及びＢはレンズアレイのさらなる実施例を示しており、そのレンズアレイは本発明の教示に従って製造され、同じ又は異なる特性のレンズ材料からなる１又は複数の層を備えており、層間に空間を有している／有していない。
【図７】図７Ａ〜Ｃは、レンズ構造の成形時にスペーサ空洞から押し出された余分なレンズ材料を受け入れるための溝を有する基板を示している。
【図８】図８Ａ及びＢは、図７に関して説明した基板の別の具現化を示している。
【図９】図９Ａ〜Ｇは本発明のさらなる実施の形態によるレンズアレイの製造を示している。
【図１０】図１０Ａ及びＢは感光ガラス材料のウエハを使用してウエハスケールでレンズを製造する実施の形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態によるレンズアレイを示している。そのレンズアレイは、２つの反対向きの主表面１０２及び１０４を有する基板又はウエハ１００を備えている。ウエハ１００はその第１の表面１０２から第２の表面１０４まで延びる複数の凹所１０６を備えており、それによりウエハ１００を貫く穴又は開口（空洞又はスペーサ空洞とも称される）を画定している。各々の凹所又は空洞１０６に、図１に示した実施の形態においては両凹レンズである所望のレンズ表面を有しているレンズ構造１０８が配置されている。あるいは、レンズ構造１０８は、例えば両凸レンズ、平凹レンズ、平凸レンズ、又は凹凸レンズなど、任意の所望の形式を有することができる。レンズ構造１０８はレンズ材料で形成され、所望の特性に応じて、レンズ構造１０８をレンズ材料からなる１又は複数の層によって形成することができる。レンズ材料の複数の層を使用する場合、やはり所望の光学特性に応じて、レンズ材料は１もしくは複数又はすべての層について同じであってもよく、又はいくつかの層もしくはすべての層について異なっていてもよく、あるいは層の間に空気さえも存在してもよい。本発明によれば、レンズ構造１０８によって形成されるレンズは基板１００の空洞１０６に直接「複製」される。好ましくは、レンズ構造１０８は、空洞のみへの材料の導入を可能にする分注器(dispenser)によって供給することのできるポリマー材料で形成される。あるいは、レンズ材料は、基板１００の全体へ塗布することができる。次いで、ポリマー材料は、例えば紫外光の照射によって硬化させられる。このとき、空洞１０６内の材料だけが硬化し残りの材料を溶かして除去することができるように、体系化された方法で硬化させることが考えられる。これにより、ポリマー材料の薄い残余の層がウエハ構造の全体に存在すること（これは、場合によっては望ましくないと考えられる）が回避される。本発明の一実施形態によれば、図１に示されるレンズ構造１０８は、鋳型又は押し型工具のレンズ成形部を空洞１０６へ深く導入することができるように形成されたそれぞれの鋳型又は押し型工具によって形成される。好ましくは、レンズ材料は、収縮を避けるナノ粒子が充てんされたポリマー材料である。レンズ材料は、穴の側壁に結合、接着、粘着又は付着する。本発明のいくつかの実施形態においては、複製の工程に先立って、凹所の側壁の表面を、結合力を高めるように処理することができる。この処理は、化学的処理（溶剤、酸）、物理的処理（プラズマ）、又は「シラン化」などの接着促進処理（「下塗り」）を含むことができる。
【００２９】
図２は本発明の一実施形態による光学系を示している。図２に示されている光学系はチップ１１２に取り付けられたレンズ１１０を備えており、そのチップ１１２は画像処理回路などの回路のほか、感光領域又は発光領域１１４も備えている。一実施形態においては、その光学系は、図２に示されるように、ＣＭＯＳ画素マトリクスと、撮像センサの上方の充てん比（fill factor）向上用マイクロレンズアレイとを備えることができる。接点バンプ１１６によって、図２に示されている光学系をプリント基板などの支持体へ表面実装し、接触させることができる。凹凸レンズの形状を有するレンズ構造１０８を備えているレンズ１１０は、支持体又は基板１００に形成された空洞１０６に設けられている。チップ１１２の感光又は発光領域１１４が空洞１０６及びレンズ構造１０８と横方向に整列し、レンズ構造１０８が領域１１４から所望の距離に配置されるように、基板１００がその第２の表面１０４にてチップ１１２の表面１１８へ取り付けられている。その結果、チップ１１２によって生成される光をレンズ構造１０８を通して送り出すことができ、又は外部からの光をレンズ構造１０８によってチップ１１２の感光領域へ集光することができる。図２は、ウエハスケールの凹凸レンズが基板１００の空洞又は貫通穴１０６に支持体なしで位置する極端な事例を示している。そのレンズが、スペーサウエハ又は基板にのみ取り付けられることで、従来の手法において必要とされるガラス基板を設ける必要性が回避される。
【００３０】
次いで、図１及び図２に示したレンズを製造するための実施の形態をさらに詳しく説明する。
【００３１】
図３はレンズを製造するための一実施形態を示しており、その実施形態によれば、支持部１２２と鋳型部又は押し型部１２４とを備えた上側鋳型又は押し型１２０が用意される。鋳型部１２４は、図３Ａに示されるように、支持部１２２の第１の表面又は下面１２６からさらに下方へ延びるように設けられている。上側鋳型１２０の鋳型部１２４は、製造すべきレンズ構造の所望のレンズ上面に従った形状を有している。上側鋳型１２０のレンズ部１２４がレンズ構造の上側又は上面を画定する。鋳型部１２４は、形成すべきレンズ構造の上側の凸部のネガ形状を画定している。さらに、上側鋳型１２０と同様の方法で構成された下側鋳型又は押し型１３０が用意される。下側鋳型１３０は、支持部１３２と、支持部１３２の表面１３６から上方へ延びる鋳型部又は押し型部１３４とを備えている。上側鋳型１２０の鋳型部１２４と同様に、下側鋳型１３０の鋳型部１３４も、製造すべきレンズ構造の所望のレンズ下面に従って選択された形状を有している。図３の実施の形態において、下側鋳型の鋳型部１３４は、製造すべきレンズ構造の凹状の下面を画定するためのネガ形状を有している。２つの鋳型又は押し型１２０及び１３０の鋳型部１２４及び１３４は、基板１００（例えば、ガラス基板）の空洞又は凹所１０６へ進入して、図１又は２に示された方法で凹所又は空洞内にレンズ構造を形成できるように、鋳型の支持部１２２及び１３２のそれぞれの表面１２６、１３６から延びるように配置されている。
【００３２】
レンズ構造を製造するために、レンズ材料（例えば、ＵＶ硬化型のポリマー材料１４０）が、少なくとも支持体又は基板１００の空洞又は穴１０６を満たすように供給される（穴が少なくとも途中まで、しかしながら直径の全体にわたって満たされる）。次いで、鋳型１２０及び１３０が、それぞれの鋳型部１２４及び１３４が互いに整列しかつ凹所１０６に対しても整列するように基板１００に対して配置され、図３Ａに示されるような方法で鋳型部１２４及び１３４を凹所１０６へ導入するように鋳型が動かされることで、レンズ材料１４０の所望の形状が定められる。製造すべきレンズの最終的な構造を定めるときに、鋳型１２０及び１３０に基板１００のそれぞれの表面１０２及び１０４からのすき間１４２及び１４４がもたらされるように、鋳型１２０及び１３０が基板１００に対して配置される。このすき間は、余分なレンズ材料１０４を凹所１０６から移動させることができるように設けられる。
【００３３】
好ましくは、最初に下側鋳型１３０の鋳型部１３４が空洞１０６へ導入され、次いで、下端が下側鋳型によって閉じられた状態の凹所１０６へレンズ材料１４０が注入される。その後、上側鋳型の鋳型部１２４をレンズ材料注入ずみの凹所１０６へ導入することによって、鋳型が「完全に」閉じられる。レンズ材料１４０は、その後、ＵＶ照射によって硬化させられる。レンズ材料の硬化を可能にするために、少なくとも一方の鋳型はＵＶ照射用に透明である。レンズ材料の熱硬化の場合には、鋳型が透明である必要はない。
【００３４】
レンズ材料のＵＶ又は熱硬化の後で、鋳型１２０及び１３０を取り除くことで、図３Ｂに示されるような最終的なレンズ構造がもたらされる。
【００３５】
レンズ１１４は、基板１００と、凹所１０６に配置されたレンズ構造１０８とを備えているが、レンズ構造１０８のための追加のガラス製の支持要素を光路に存在させていないことにより、従来技術の手法につきものの問題を回避している。図３Ｂからわかるように、ウエハ又は基板１００の上面１０２及び下面１０４には残余のレンズ材料の層１４０ａ及び１４０ｂが残っている。これらの残余の層を、レンズ構造１０８を空洞１０６内に固定するために使用することができる。レンズ構造１０８が別の手段（上述した図１の説明を参照）によって空洞１０６内に固定される場合には、残余の層１４０ａ及び１４０ｂを取り除いてもよい。これらの層の除去は、例えば基板１００のそれぞれの表面１０２及び１０４を研磨することによって機械的に行うことができる。あるいは、レンズ材料のうちの基板１００の上面１０２及び下面１０４に位置する部分を、硬化のプロセスの際にマスクして、空洞１０６の内部の材料だけを硬化させてもよい。その後に例えばこの構造物を適切な溶剤へ導入することによって、残りの未硬化の材料、すなわち残余の層１４０ａ及び１４０ｂを除去することができる。マスキングは、例えば押し型又は鋳型の支持部１２２及び１３２、すなわち基板１００の上面及び下面に対向する部位にそれぞれのマスキング領域を設けることによって行うことができる。これらのマスキング部は、紫外光などの硬化用のエネルギーを遮るように設けられ、残余の層の後工程での溶解を可能にする。
【００３６】
図４は、レンズをウエハスケールで製造するための一実施形態を示している。図４に示される手法は、レンズのアレイを生成するためにウエハスケールで行われる点を除き、図３の手法にきわめて類似している。図４Ａに示されるように、この実施形態によれば、上側鋳型１２０は、支持部１２２が配置されている支持ウエハ１２８を備えている。上側鋳型１２０は、レンズ構造の上面の所望の形状を画定する複数の鋳型部１２４を備えている。同様にして、下側鋳型１３０は、支持部１３２を保持する支持ウエハ１３８を備えており、支持部１３２は、上側鋳型と同様に、生成すべきレンズの下面に応じた所望の形状を有する複数の鋳型部１３４を有している。基板１００は、スペーサウエハと称することができるウエハであり、好ましくはガラス、セラミックもしくはガラス−セラミックで形成され、又は粒子が充てんされたポリマーで鋳造され、複数の貫通穴又は凹所１０６を有している。レンズアレイを製造するために、レンズ材料がウエハ１００へ供給され、好ましくは貫通穴１０６の中にのみ供給される。上側鋳型１２０及び下側鋳型１３０は、それぞれの鋳型部１２４及び１３４が互いに整列かつ横方向に関してそれぞれの開口１０６に整列し（＝「中心合わせされ」）、それぞれの鋳型部１２４及び１３４が後に空洞へ導入されるときに正しい軸方向の距離及び開口１０６への突き出しを有するように配置される。次いで、鋳型部が空洞１０６へ導入されることで、レンズ材料が所望の形状へ（図４の実施の形態においては、凹凸レンズへ）成形される。好ましくは、下側鋳型が空洞へ導入され、レンズ材料が供給され、次いで第２の鋳型が導入される。その後にレンズ材料が硬化させられる。レンズ材料の最終的な所望の形状を得るために、鋳型１２０及び１３０をウエハ１００の上面及び下面から任意の距離だけ離して配置することで、押し出されるレンズ材料を空洞１０６から逃がすことができる。ポリマー材料の硬化及び鋳型１２０，１３０の除去の後に、図４Ｂに示されているレンズアレイ１５０が得られる。レンズアレイは、それぞれの空洞１０６に形成された複数のレンズ構造１０８を備えており、図３と同様に、スペーサ１００の上面及び下面の任意の残余のレンズ材料も符号１４０ａ及び１４０ｂで示されている。すでに上述した方法で、これらの残余の層を基板の上面から完全又は部分的に取り除くことができる。
【００３７】
このように、本発明の一実施形態によれば、鋳型又は押し型１２０及び１３０の形態の成形工具が、スペーサ１００の両側から、すなわち両方の表面１０２及び１０４から設けられる。それらの工具を空洞へ導入する前に、空洞がレンズ材料で満たされ、好ましくは紫外線照射によって硬化させることのできるレンズ材料で満たされる。あるいは、下側鋳型が空洞へ導入され、レンズ材料が注入され、その後に上側鋳型が導入される。一実施形態によれば、レンズ材料は、例えば液滴分注器を用意することによって空洞のみに供給される。その液滴分注器は例えばインクジェットの手法を使用したものである。ウエハ１００は、鋳型部１２４及び１３４ならびに凹所１０６が互いに整列するように位置決めされるが、余分なレンズ材料の移動を任意に可能にすべく鋳型１２０，１３４の表面１２６，１３６から離して配置される。すなわち、ウエハは鋳型１２０と鋳型１３０の間で何らかの形で「浮いて」いる。全体の成形を１つの工程で行うことができ、犠牲層を用意する必要がない。それぞれの工具／押し型は、互いに整列するように調節する必要がある。残余の層のすべて又は一部を残してもよい。
【００３８】
さらに、絞り構造を設けることができる。その方法は、絞りを保持するきわめて薄い基板を追加することであり、又は例えばフォトリソグラフィプロセスもしくはリフトオフプロセスによってレンズ構造に直接、絞り（＝「不透明な表面の開口」）構造を設けることができるように、レンズ表面を直接加工することである。
【００３９】
ウエハ１００の凹所１０６は、円錐形の凹所をもたらすパワーブラストによってガラス基板を加工することにより形成することができる。あるいは、凹所は、基板をエッチングすることによって形成することができ、その場合、側壁は基板１００の表面に対して傾けることも、あるいは垂直にすることもできる。あるいは、ウエハ１００は、硬化性の材料を適切な工具（例えば、穴を含むウエハを定める鋳型）へ流し込んで鋳造することによって形成してもよい。
【００４０】
図３及び図４の上述の実施形態においては、凹凸レンズの形式のレンズが製造されているが、本発明はそのようなレンズに限られない。図５は、上側及び下側鋳型の鋳型断面と、得られるレンズ構造の種々の例を示している。図５は、それぞれの鋳型部の概略図である。図５Ａにおいては、上側及び下側の両方の鋳型部１２４及び１３４が凸状であり、これらの鋳型部がスペーサ１００の空洞に供給された材料へ導入されたとき、図５Ａの下部に示されている両凹のレンズ構造１０８が得られる。図５Ｂは、上側及び下側の鋳型部１２４及び１３４を、凹状であるものとして示しており、これらの鋳型部が空洞内の材料へ導入されたとき、図５Ｂに示されている両凸のレンズ構造１０８が得られる。図５Ｃは、平坦な表面を有する上側の鋳型部と、凸状の形状を有する下側の鋳型部１３４とを示している。これら２つの鋳型部を、空洞へ、そして空洞に供給された材料に導入することで、図５Ｃの下部に示されている平凹のレンズ構造１０８が得られる。図５Ｄにおいては、上側の鋳型部１２４が、やはり平坦な表面を有する一方で、下側の鋳型部１３４が凹状の形状を有している。これら２つの鋳型部を、レンズ材料で満たされた空洞１０８へ導入することで、図５Ｂの下部に示されているような平凸のレンズ構造１０８が得られる。図５Ｃ及びＤに関する限り、ここに示されている実施形態の代わりに、凸状及び凹状のそれぞれの部位を上側の鋳型部４２４に設けてもよく、そのような場合には下側の鋳型部４３４が平坦な形状になると考えられることに、注意すべきである。図５Ｅは、凹状の表面１２４を有する上側の鋳型部と、凸状の形状を有する下側の鋳型部１３４とを示している。これら２つの鋳型部を、空洞へ、そして空洞に供給された材料に導入することで、図５Ｅの下部に示されている凹凸のレンズ構造１０８が得られる。図５Ｆは、凸状の表面１２４を有する上側の鋳型部と、凹状の形状を有する下側の鋳型部１３４とを示している。これら２つの鋳型部を、空洞へ、そして空洞に供給された材料に導入することで、図５Ｅの下部に示されている凹凸のレンズ構造１０８が得られる。
【００４１】
上述の実施の形態においては、レンズアレイ又はレンズが、レンズ材料のただ１つの層で製造されている。本発明は、そのようなレンズの構成に限られない。図６は、本発明の教示に従って製造することができるレンズの構成について、２つのさらなる実施形態を示している。図６Ａに、図４Ｂに示したレンズアレイに似たレンズアレイ１５０が示されている。しかしながら、ウエハ１００のそれぞれの空洞１０６に設けられたレンズ構造１０８は２層構成を有している。より具体的には、レンズ構造１０８は、第１のレンズ材料からなる第１の層１０８ａと、第１の層上に形成された第２のレンズ材料からなる第２の層１０８ｂとを備えている。所望の光学特性に応じて、レンズ層１０８ａと１０８ｂに使用される材料は同じであってもよい。これは収縮を補償するために好ましい。すなわち、レンズ材料の大きな体積すべてが一度に硬化するわけではないので、第２の層の複製が第１の層の複製の収縮を補償するからである。
【００４２】
あるいは、レンズ層１０８ａと１０８ｂの材料が、例えば異なる分散特性、すなわちアッベ数、を有するなど、異なっていてもよく、これは色収差補正レンズを得るために好ましい。
【００４３】
層１０８ａと１０８ｂを異なる材料で形成し、厚さ及び／又はレンズ表面を同じものとするか、又は異なるものとすることができる。異なる材料の場合、所望の光学的特性に応じて、好ましくは異なるアッベ数に応じて、材料の異なる屈折率が選択される。
【００４４】
図６Ａに示されているレンズアレイ１５０は、第２の層１０８ｂのためのレンズ材料を図４Ｂに示した構造へ供給し、適切に形成された鋳型部を有する上側鋳型を図４Ａに関して上述したような方法で使用して第２のレンズ層１０８ｂの上面を複製することによって製造される。すでに存在する層１０８ａに充分な支持を与えるために、図６Ａに示した多層のレンズ構造の全体が形成されるまで、図４Ａに示されている下側鋳型１３０をその場に残しておくことができる。当然ながら、本発明は図６Ａに示した２層のレンズ構造に限られず、任意の所望の数のレンズ層を上述の方法で製造することができる。
【００４５】
図６Ｂは、レンズ構造１０８の第１の層１０８ａと第２の層１０８ｂの間に空気又は他の何かで満たされたすき間１０８ｃが設けられている点を除き、図６Ａのレンズアレイに類似するさらに別のレンズアレイ１５０を示している。このレンズ構成は、良好な撮像品質を実現すべく光学的設計に一層多くの自由度をもたらすために、より多くのレンズ表面が所望される場合に好ましい。
【００４６】
図６Ｂの構造の製造も、図４Ｂに示されている構造から出発する。図４Ｂに示されている構造へ犠牲材料が塗布され、ついでその犠牲材料が適切な上側押し型又は鋳型によって所望の表面に成形される。この犠牲材料へ、図６Ａに関して上述した方法と同様の方法で第２の層１０８ｂのポリマー材料が塗布され、このポリマー材料の硬化後に犠牲材料が取り除かれることにより、上側レンズ部１０８ａと下側レンズ部１０８ｂとの間に空間１０８ｃが形成される。犠牲材料の除去を可能にするため、すなわち犠牲材料への溶剤の供給及び溶けた犠牲材料の排出を可能にするために、追加の空洞が必要になるかもしれない。
【００４７】
これまで、追加の層が既存の層の上面に設けられる旨を述べたが、追加の層を既存の層の下面に設けることも同様に可能であることに注意すべきである。
【００４８】
図７は、レンズ又はレンズアレイを製造するために上述のプロセスに従って使用される基板の別の実施例を示している。図７Ａからわかるように、基板は２つの別々の基板１００ａ及び１００ｂを用意することによって製造され、各基板１００ａ及び１００ｂはそれぞれ上面１０２ａ、１０２ｂ及び下面１０４ａ、１０４ｂを備えている。各基板１００ａ及び１００ｂは貫通穴１０６ａ及び１０６ｂを備えている。第１の基板１００ａの下面１０４ａにおいて第１の基板１００ａの貫通穴１０６ａを囲む領域に、図７Ａに示されるような方法で、表面１０４ａから基板１００ａへ延びる凹所１５２ａが設けられている。下側の基板１００ｂにも、やはり貫通穴１０６ｂを囲む凹所１５２ｂが設けられているが、今度は、凹所１５２ｂは基板１００ｂの上面１０２ｂから基板へ延びている。次いで、２つの基板１００ａと１００ｂは、２つの凹所１０６ａと１０６ｂが整列して図７Ｂの構造が形成されるように、すなわち反対向きの主表面１０２と１０４をもち、それらの主表面１０２と１０４の間に凹所１０６が配置されてなる基板１００が形成されるように、互いに接合される。図７Ｂからわかるように、２つの基板１００ａと１００ｂを接合することによって、開口１０６を囲む溝１５２が形成され、すなわち穴１０６の側壁の溝が形成される。
【００４９】
この溝が、上述の製造工程において押し出される余分なレンズ材料を受け入れ、したがって図７Ｃに示されるような構造を有するレンズ１１４が得られる。図７Ｃからわかるように、基板１００の凹所又は穴１０６にレンズ構造１０８が配置されている。レンズ構造１０８は、凹所１０６に配置されたレンズ部１０８ｄと、溝１５２へ押し出された材料によって形成された部位１０８ｅとを備えている。この手法は、レンズ構造１０８の基板１００への固定を助けることができると同時に、基板１００の上面及び下面への材料の望ましくない残留の可能性を回避することができる。溝１５２は、主として、余分な材料を受け入れるためのものである。さらに、溝は、追加のレンズ材料を導入できるため、収縮の補償にも使用することができる。
【００５０】
図８は、図７に関して説明した基板の別の実施形態を示している。図７と図８の比較からわかるように、相違点は、図８によれば、基板１００の上面１０２から貫通穴１０６の側壁に沿って溝５５２を通り基板１００の下面１０４まで延びている層１５４によって、基板１００の上面及び下面が部分的に覆われている点である。図８の実施形態は、基板１００が透明である場合に使用することができる。層１０４は、基板の表面部分を変性させることによってそれぞれの表面を黒くし、又は他の方法で不透明にすることによって偽光を抑えることによって、形成することができる。
【００５１】
図３〜８に関して上述した実施形態においては、レンズ構造は、スペーサウエハの空洞内に供給されたレンズ材料に直接に型押しされている。以下では、光路に（透明な）（ガラス製の）担体を有さないレンズ又はレンズアレイを製造するための別の手法として、「通常の」基板からスペーサ基板への転写を使用する手法を説明する。この手法によれば、例えばフォトレジスト層を設け、このフォトレジスト層の表面を後のレンズの第１の（下側の）所望のレンズ表面に従って成形することによって、犠牲レンズアレイが従来の基板上に設けられる。この犠牲レンズアレイ上にレンズ材料を塗布し、犠牲レンズアレイから離れる方を向いた第２の面を第２の（上側の）所望のレンズ表面に従って成形することによって、「実際の」マイクロレンズアレイが生成される。次いで、この構造が、例えばフリップチップボンディングによってスペーサウエハへ取り付けられる。そのスペーサウエハは複数の空洞をもっており、レンズ材料で形成されたそれぞれの「恒久」レンズが横方向に関してそれらの空洞に対して中心合わせされるようになっている。レンズは、それらの空洞の内部又は上方に位置するようにスペーサウエハへ取りつけることができる。次いで、例えばフォトレジストを溶かすことによって、犠牲レンズが取り除かれ、所望のレンズ構造（例えば、薄い凹凸レンズ）だけがウエハの空洞内に位置した状態でスペーサウエハに残される。
【００５２】
図９は、ただいま述べた実施の形態に従ってレンズアレイを製造するためのプロセスを示している。基板２００の形態の一時的な担体が用意される（図９Ａを参照）。その一時的な担体２００は第１の表面２０２及び第１の表面の反対側の第２の表面２０４を備えている。図９Ｂに示されるように、一時的な担体２００の第１の表面２０２に犠牲層２０６が塗布される。犠牲層２０６は、例えばフォトレジスト層である。一時的な担体２００の表面２０２から離れる方を向いた犠牲層２０６の表面に、第１のレンズ面の「ネガ」を定める複数のレンズ部２０８（この例では凸部であるが、当然ながら、別の実施の形態においては凹部であってもよい。）が形成されるような方法で犠牲層２０６が成形される。レンズ部２０８は、レンズの片面のネガ形状が第１の所望のレンズ表面に従って定められるように成形される。図９Ｂからわかるように、レンズ部２０８は、それらの間のすき間２１０によって互いに隔てられている。図９Ｂに示されている構造へレンズ材料２１４が塗布され、このレンズ材料の一時的な担体から離れる方を向いた表面が第２の所望のレンズ表面に従って成形され、図９Ｃに示される構造となる。図９Ｃからわかるように、犠牲層２０６ならびに犠牲層のそれぞれの部位２０８及び２１０によって、レンズ材料２１２が複数のレンズ部２１２ａと複数の中間部２１２ｂ（最終的なレンズアレイにおいてレンズアレイ構造の支持部を形成する）とを備えるようにレンズアレイの下面の構造が形成される。図９Ｃに示されている構造を得るために、レンズ材料２１２の第２の表面又は上面を適切な手段によって成形することができる。例えば、レンズ材料２１２を図９Ｂの構造上に設けた後で、レンズ材料の上面の所望の形状を複製するために上述の実施の形態に関して説明したものと同様の適切な上側鋳型又は押し型を使用することができる。
【００５３】
続く工程において、図９Ｃに示されている構造が、複数の凹所を備えたウエハ１００へ逆さまに接続される。より具体的には、図９Ｄに示されているように、支持部２１２ｂにより図９Ｃに示される構造がそれぞれの凹所の内側になるようにウエハへ取り付けられる。
【００５４】
図９Ｅに示される次の工程において、犠牲層２０６が溶かされることで、レンズ構造が一時的な支持体１００から分離され、最終的に図９Ｆに示されるような構造が得られる。すなわち、それぞれのレンズ構造１０８がスペーサウエハ１００の空洞１０６内に配置され／スペーサウエハ１００の空洞１０６へ取り付けられ、かつ横方向においてスペーサウエハ１００の空洞１０６に中心合わせされているレンズアレイ１５０が得られる。
【００５５】
図９Ｇはレンズアレイの別の設計を示しており、この設計によれば、レンズ構造１０８は、図６に関して上述したような方法による２つのレンズ材料層１０８ａ及び１０８ｂを備えた多層構造である。多層のレンズ構造１０８は、上述と同様の方法で得られ、すなわちレンズ材料の複数の層を設けることによって得られる。より具体的には、図９Ｃに示されている構造から出発して追加のレンズ材料層が塗布される。その追加のレンズ材料層は、最初の層と同じ材料又は異なる材料のいずれかであり、かつ同じ厚さ又は異なる厚さのいずれかである。その後、その追加のレンズ材料層の上面が成形される。図６Ｂに示した構造と同様の構造を、同様の方法により、すなわち間に空間をもつ２つの層１０８ａ及び１０８ｂを設けることによって得ることができる。すなわち、上述と同じ方法で、図９Ｃから出発して、さらなるスペーサ材料又は犠牲材料が第１のレンズ材料２１２へ塗布され、次いでさらなるレンズ材料が供給される。さらなる犠牲材料を取り除いた後には、２つの層１０８ａと１０８ｂは、図６Ｂに示されているのと同様に互いに隔てられている。
【００５６】
図９の実施形態においては、ウエハ１００が、ウエハの第１の表面からウエハの第２の表面まで延びる穴を備えるものとして説明された。この実施形態は、そのようなウエハには限られず、基板の途中までしか延びておらず、すなわち基板の一方の表面にカップ状の開口を形成している複数の凹所を有するウエハに、図９Ｂに示した構造を逆さまに取りつけることもできる。基板１００は、基板の下部に追加の回路を設けるように、あらかじめ加工することができる。その回路は、レンズ構造によって回路の所望の領域へ結合される入射光線又は他の電磁ビームを受け取る感光領域又は他の感受性領域を含むことができる。回路１２０の加工は凹所を介して行うことができる。別の実施形態においては、回路をもつ基板の構造は、２つの基板又はウエハ、すなわち凹所が厚さの全体を貫いて延びている上側ウエハと、回路を備える下側基板とを用意することによって得ることができる。次いで、２つの基板がウエハ接合される。
【００５７】
上述のいくつかの実施形態においては、少なくとも空洞内にそれぞれのレンズ材料がすでに設けられた基板へ鋳型が押しつけられた。しかしながら、本発明は、そのような実施形態に限られない。別の実施形態によれば、レンズ材料を供給する前に鋳型をウエハに対して所望の位置に配置することができる。鋳型がお互いに対して正しい関係に、かつウエハ１００の凹所又は空洞に対して正しい関係に取りつけられた後、鋳型内のチャネルなどの適切な手段によって、レンズ材料を空洞へ導入することができる。
【００５８】
本発明のレンズ構造を製造するための上述の実施形態において、好ましくは以下の材料が使用される（以下の材料は、あくまでも例であり、本発明がそのような材料に限られるわけではない）。
【００５９】
レンズ材料１１２としては、おおむね任意のＵＶ硬化型ポリマーを使用することができ、さらには熱硬化型ポリマーを使用することも可能であり、より具体的には、有機−無機混成ポリマー（Microresist Technology社のOrmocomp及びOrmocore、 ChemOptics社のExfine CO 150…160（アクリル系）など）、ＳＵ８、ＵＶ接着剤（Gelest社のZipcone UA、 Norland N61、 N63、 N68、 Panacol/Elosol Vitralitシリーズ（V1507、 V9010）、Dymax OPA-20632、 Desotech 3471-2-136、 Epo-Tek OG134など）を使用することができる。
【００６０】
犠牲材料１０８としては、Dymax Gelなどの水溶性の材料、従来からのフォトレジスト（例えば、Hoechst社のもの、アセトン又はイソプロパノールに溶ける）、ポリビニルアルコール（例えば、ＴＤＩ社のもの、水に溶ける）、又はポリストロールを使用することができる。
【００６１】
支持基板１００としては、ガラス、セラミック、ガラスセラミック、金属、金属メッシュ、鋳造されたポリマー材料、接着剤（ＳＵ８、Epotek）、シリコン、ゲルマニウム、プラスチック、例えば集積回路のパッケージングのための（フィルム補助）樹脂トランスファ成型に使用されるようなエポキシ成型化合物（例えば、充てん材による灰色−黒色）、熱硬化性材料の構造部品、エラストマ、又は顔料を含む他の透明な材料を使用することができる。
【００６２】
ガラスは、黒色の構造化ガラス（例えば、Foturan）又はSchott社のＤ２６３Ｔ、Borofloatであってよい。
【００６３】
ポリマーは、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、Zeonex（ＣＯＰ）、又はTopas（ＣＯＣ）であってよい。
【００６４】
押し型支持層１４２としては、ガラス（マスクブランク）、シリカ／石英、borofloat、Ｄ２６３Ｔを使用することができる。
【００６５】
パターン化された押し型層１４６としては、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、Solvaysolexis社のFluorolinkを使用することができる。
【００６６】
上述の実施の形態において、支持基板又はウエハ１００に開口１０６が設けられている。支持ウエハは、好ましくは、レンズ構造が受光する放射線に対して不透明である。支持ウエハは、もともと不透明な材料であってもよいし、所望の部位を不透明になるように照射することができるガラスウエハ（例えば、Foturan）であってもよい。
【００６７】
上述のいくつかの実施形態においては、穴の側壁が、基板の表面に対して垂直である。しかしながら、例えば円錐形の開口を得るための傾いた側壁など、他の形状の側壁が望まれる可能性もある。図６及び図７に示した実施形態において、開口１０６に加えて、あらかじめ構造が形成された切断用の空洞又は溝を画定するように、ウエハ１００を前もってさらに加工することができる（ただし、ウエハはそのような切断用の空洞を持たない中実のガラス支持リングによって囲まれている）。
【００６８】
本発明の別の実施の形態によれば、基板／ウエハ１００が、さまざまな目的のために構造化することができる感光性ガラス（例えば、Foturan）で形成される。この材料は、独特なガラスの特性（透明性、硬さ、化学的及び熱的な耐性、など）と、厳しい公差及び大きなアスペクト比（穴の深さ／穴の幅）を有するきわめて微細な構造を実現する機会とを兼ね備えている。このガラスは、所望の構造を決定するようにマスクされ、ＵＶ光（例えば、２９０ｎｍ〜３３０ｎｍの間の光）に暴露されると、ガラス内の原子（例えば、銀原子）が、照射された領域に形成され、後の熱処理（例えば、５００℃〜６００℃の間）によってガラスがこれらの原子の周囲に結晶化する。結晶化した領域は、例えば室温でフッ酸の１０％溶液で、未処理の領域に比べて最大で２０倍も高いエッチング速度でエッチングすることができる。基板／ウエハ１００にこのような材料を使用することは、レンズ構造のガラス支持体の構造化を容易に達成できるため、好都合である。
【００６９】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、ウエハスケールにレンズを製造するために上述の材料を使用する実施の形態を示している。図１０Ａは図６Ｉのウエハ１００の一部分の断面図を示している。マスキング、照射、加熱、及びエッチングによって、ウエハ１００が、凹所１０６を画定し、さらにウエハ１００の下面（レンズ１１２とは反対側の表面）からウエハ１００内へ延びる空洞（スリット）３００を画定する構造に形成されている。より具体的には、第１の工程において、ウエハ１００が、空洞３００を画定するようにマスク、照射、加熱及びエッチングされ、第２の工程において、ウエハ１００が、凹所１０６を画定するようにマスク、照射、加熱及びエッチングされる（又は第１、第２の工程がこの逆に行われる。）。第３の工程において、残りのウエハ１００の全体がＵＶ光で照射され、ウエハが不透明（黒色）にされる。第３の工程での照射は、好ましくは、第１及び第２の工程での照射において使用された線量よりも少ない線量で行われる。第３の工程での照射の線量は、ガラスを不透明にするとともに、環境に対するガラスの安定性が保たれるように（すなわち、環境の影響によって材料が誤って除去されることを避けるために）選択される。
【００７０】
空洞又はスリット３００は、ウエハ１００に「切断の通り道」を定めるので好都合である。図１０Ａに、レンズウエハ１１２及び回路ウエハ１０４が接合されたウエハ１００を切断するために使用される切断刃３０２及び３０４が概略的に示されている。図１０Ａのウエハ構造３０６を切断するためには、少量のウエハ材料を除去するだけでよく、すなわち回路ウエハ１０４のシリコン、レンズウエハ１１２のレンズ材料、及びウエハ１００の
【００７１】
図１０Ｂは図１０Ａのウエハ構造３０６の上面図を示している。ウエハ構造３０６の安定性を維持するために、スリット３００が設けられているのはウエハ１００の全領域ではなく、切断用の空洞２００を有さない中実なガラス支持リング３０８が設けられている。
【００７２】
特定のレンズを上述したが、本発明が上述のレンズに限られないことに注意すべきである。任意の所望のレンズを上述のような本発明のプロセスによって生成することができ、その結果、支持層の開口又は凹所の上方に「自由にぶら下がる」所望の形状のレンズ構造を得ることができる。例えば、レンズは、平凸レンズ、平凹レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ及び凹凸レンズ（例えば、凸−凹及び凹−凸の凹凸レンズ）を含むグループから選択することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2012529069.tif 000018
【図７Ｃ】
2012529069.tif 000019
【図８Ａ】
2012529069.tif 000020
【図８Ｂ】
2012529069.tif 000021
【図９Ａ】
2012529069.tif 000022
【図９Ｂ】
2012529069.tif 000023
【図９Ｃ】
2012529069.tif 000024
【図９Ｄ】
2012529069.tif 000025
【図９Ｅ】
2012529069.tif 000026
【図９Ｆ】
2012529069.tif 000027
【図９Ｇ】
2012529069.tif 000028
【図１０Ａ】
2012529069.tif 000029
【図１０Ｂ】
2012529069.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月27日(2012.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１５】
請求項１４に記載の１又は複数のレンズを備えている光学系。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１６】
当該光学系の所望の光学特性に応じて、前記複数のレンズの各々のレンズ及び基板厚さが選択され、該レンズ（１１４）が積層されている請求項１５に記載の光学系。
【国際調査報告】
2012529069.tif 000031
2012529069.tif 000032