JP2010264652A - 造形物の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１次元又は２次元に配列された樹脂材料からなる複数のレンズ部を有する造形物の各レンズ部を精度よく形成する。
【解決手段】１次元又は２次元に配列される複数のレンズ部１０１と、該レンズ部１０１を相互に連結する基板部１０２と、を有し、該レンズ部及び該基板部が樹脂材料で一体に形成されるウェハレベルレンズアレイ１００は、このウェハレベルレンズアレイ１００の一方の表面に整合する第１の型１１１の転写面１１２と、反対側の表面に整合する第２の型１１３の転写面１１４との間で、軟化した樹脂材料Ｍを硬化させ、樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、第１の型１１１の転写面１１２と第２の型１１３の転写面１１４との間隔を狭め、第１の型１１１の転写面１１２及び第２の型１１３の転写面１１４と樹脂材料Ｍとの密着を維持して製造される。
【選択図】図４

Description

本発明は、１次元又は２次元に配列された樹脂材料からなる複数のレンズ部を有する造形物の製造方法及び製造装置に関する。

近年、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの電子機器の携帯端末には、小型で薄型な撮像ユニットが搭載されている。このような撮像ユニットは、一般に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子と、固体撮像素子上に被写体像を結像するレンズと、を備えている。

携帯端末の小型化・薄型化、そして携帯端末の普及により、それに搭載される撮像ユニットにも更なる小型化・薄型化が要請され、そして生産性が要求される。かかる要求に対して、１次元又は２次元に配列された複数の固体撮像素子とこれらの固体撮像素子を保持する基板部とを有するセンサアレイに、同じく１次元又は２次元に配列された複数のレンズ部とこれのレンズを保持する基板部とを有するレンズアレイを１又は複数重ね、それらを一体に組み合わせた後に、それぞれにレンズ部及び固体撮像素子を含むようにレンズアレイの基板部及びセンサアレイの基板部を切断して撮像ユニットを量産する方法が知られている。以下、基板部に保持される各レンズ部をウェハレベルレンズと呼び、これらのレンズ部の群をウェハレベルレンズアレイと呼ぶ。

従来のウェハレベルレンズ又はウェハレベルレンズアレイとしては、ガラスからなる基板部上に樹脂材料からなるレンズ部を接合したものが知られている（例えば特許文献１、２参照）。また、複数のレンズ部と、これらのレンズ部を相互に連結する基板部と、を樹脂材料により一体に形成したものも知られている（例えば、特許文献３参照）。いずれも、型を用いて樹脂材料からなるレンズ部を形成しているが、樹脂材料は硬化する過程で収縮する。樹脂材料が収縮すると、型の転写面の形状が樹脂材料に正確に転写されず、例えば樹脂材料からなるレンズ部の光学特性の低下が懸念される。

特許第３９２６３８０号公報 国際公開第０８／１０２６４８号パンフレット 国際公開第０８／０９３５１６号パンフレット

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、１次元又は２次元に配列された樹脂材料からなる複数のレンズ部を有する造形物の各レンズ部を精度よく形成することを目的とする。

（１）１次元又は２次元状に配列される複数のレンズ部と、該レンズ部を相互に連結する基板部と、を有し、該レンズ部及び該基板部が樹脂材料で一体に形成される造形物の製造方法であって、前記造形物の一方の表面に整合する第１の型の転写面と、該造形物の反対側の表面に整合する第２の型の転写面との間で、前記樹脂材料を硬化させ、前記樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間隔を狭め、該第１の型の転写面及び該第２の型の転写面と前記樹脂材料との密着を維持する造形物の製造方法。
（２）基板部と、該基板部の表面に１次元又は２次元に配列される複数のレンズ部と、を有し、該レンズ部が樹脂材料で形成される造形物の製造方法であって、前記レンズ部の表面に整合する型の転写面と、前記基板部の表面と、の間で、前記樹脂材料を硬化させ、前記樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、前記型の転写面と前記基板部の表面との間隔を狭め、該型の転写面と前記樹脂材料との密着を維持する造形物の製造方法。
（３）１次元又は２次元状に配列される複数のレンズ部と、該レンズ部を相互に連結する基板部と、を有し、該レンズ部及び該基板部が樹脂材料で一体に形成される造形物の製造装置であって、前記造形物の一方の表面に整合する転写面を有する第１の型、及び該造形物の反対側の表面に整合する転写面を有する第２の型と、前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間隔を狭めるように該第１の型及び該第２の型を相対移動させる機構部と、前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間で硬化される前記樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて機構部を駆動する制御部と、を備える造形物の製造装置。
（４）基板部と、該基板部の表面に１次元又は２次元に配列される複数のレンズ部と、を有し、該レンズ部が樹脂材料で形成される造形物の製造装置であって、前記レンズ部の表面に整合する転写面を有し、該転写面を前記基板部の表面に対向させて配置された型と、前記型の転写面と前記基板部の表面との間隔を狭めるように該型を移動させる機構部と、前記型の転写面と前記基板部の表面との間で硬化される前記樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて機構部を駆動する制御部と、を備える造形物の製造装置。

本発明によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮によっても、型の転写面と樹脂材料との密着が維持され、型の転写面の形状が正確に転写される。それにより、樹脂材料からなるレンズ部を精度よく形成することができる。

本発明の実施形態を説明するための、造形物の一例を示す図であり、（Ａ）は造形物の平面図、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図１の造形物の変形例を示す断面図である。 図１の造形物の製造装置の概略構成を示す正面図である。 図３の製造装置を用いた造形物の製造工程を示す模式図である。 時間と樹脂材料の粘度（硬さ）との一般的な関係を示すグラフである。 図１の造形物の変形例を示す図であり、（Ａ）は造形物の平面図、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図６の造形物の製造装置の概略構成を示す正面図である。 図６の製造装置を用いた造形物の製造工程を示す模式図である。 本発明の実施形態を説明するための、造形物の他の例を示す図であり、（Ａ）は造形物の平面図、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図９の造形物の製造装置の概略構成を示す正面図である。 図９の製造装置を用いた造形物の製造工程を示す模式図である。

図１に、１次元又は２次元に配列される樹脂材料からなる複数のレンズ部を有する造形物の一例であるウェハレベルレンズアレイを示す。図１に示すウェハレベルレンズアレイ１００は、所定のピッチで２次元に配列された複数のレンズ部１０１と、これらのレンズ部１０１を相互に連結する略円形状の基板部１０２と、を有している。

レンズ部１０１と基板部１０２とは光透過性の樹脂材料で一体に形成されている。レンズ部１０１及び基板部１０２を形成する樹脂材料としては、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂やアクリル樹脂、又は光硬化性のエポキシ樹脂やアクリル樹脂などが用いられる。

また、上記の樹脂に無機微粒子を分散させた有機無機複合材料を用いることもできる。無機微粒子としては、例えば酸化物微粒子、硫化物微粒子、セレン化物微粒子、テルル化物微粒子が挙げられる。より具体的には、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、硫化亜鉛等の微粒子を挙げることができる。

無機微粒子は、単独で用いても２種以上を併用してもよい。また、複数の成分による複合物であってもよい。また、無機微粒子には光触媒活性低減、吸水率低減などの種々の目的から、異種金属をドープしたり、表面層をシリカ、アルミナ等の異種金属酸化物で被覆したり、シランカップリング剤、チナネートカップリング剤、有機酸（カルボン酸類、スルホン酸類、リン酸類、ホスホン酸類等）または有機酸基を持つ分散剤などで表面修飾してもよい。

無機微粒子の数平均粒子サイズは、小さすぎると物質の特性が変化する場合がある。また樹脂マトリックスと無機微粒子の屈折率差が大きい場合には、無機微粒子の数平均粒子サイズが大きすぎるとレイリー散乱の影響が顕著となる。このため１ｎｍ〜１５ｎｍが好ましく、２ｎｍ〜１０ｎｍが更に好ましく、３ｎｍ〜７ｎｍが特に好ましい。また、無機微粒子の粒子サイズ分布は狭いほど望ましい。このような単分散粒子の定義の仕方はさまざまであるが、例えば、特開２００６−１６０９９２号に記載されるような数値規定範囲が好ましい粒径分布範囲に当てはまる。ここで、上述の数平均１次粒子サイズとは、例えばＸ線回折（ＸＲＤ）装置あるいは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などで測定することができる。

無機微粒子の屈折率としては、２２℃、５８９ｎｍの波長において、１．９０〜３．００であることが好ましく、１．９０〜２．７０であることが更に好ましく、２．００〜２．７０であることが特に好ましい。また、無機微粒子の樹脂マトリックスに対する含有量は、透明性と高屈折率化の観点から、５質量％以上であることが好ましく、１０〜７０質量％が更に好ましく、３０〜６０質量％が特に好ましい。

レンズ部１０１は、その表裏に所定のレンズ面１０３ａ、１０３ｂが形成されており、図示の例では、いずれも凸の球面とされている。なお、レンズ面１０３ａ、１０３ｂは、凸の球面に限られず、凹の球面や非球面であってもよく、凸若しくは凹の球面、又は非球面を種々に組み合わせることができる。図２に、レンズ部１０１の他の例を示す。

図２（Ａ）に示す変形例のレンズ部１０１は、一方のレンズ面１０３ａが凹面となっており、反対側のレンズ面１０３ｂが凸面となっている。図２（Ｂ）に示す変形例のレンズ部１０１は、レンズ面１０３ａ、１０３ｂがいずれも凹面となっている。

また、図２（Ｃ）に示す変形例のレンズ部１０１は、一方のレンズ面１０３ａが凸部及び凹部を有する面となっており、反対側のレンズ面１０３ｂが凸面となっている。図２（Ｄ）に示す変形例のレンズ１０１は、レンズ面１０３ａ、１０３ｂがいずれも凸部及び凹部を有する面となっている。

また、図２（Ｅ）に示す変形例のレンズ部１０１は、一方のレンズ面１０３ａが凸部及び凹部を有する面となっており、その凹部の底が基板部１０２の厚みの内に位置している。反対側のレンズ面１０３ｂは凸面となっている。

また、図２（Ｆ）に示す変形例のレンズ部１０１は、一方のレンズ面１０３ａが凹面となっており、その全体が基板部１０２の厚みの内に位置している。反対側のレンズ面１０３ｂは凸面となっている。

レンズ部１０１と基板部１０２とが樹脂材料で一体に形成されることにより、図２（Ｅ）に示すように、レンズ部１０１の一方のレンズ面１０３ａの一部が基板部１０２の厚みの内に潜り込むようなレンズ形状や、図２（Ｆ）に示すように、レンズ部１０１の一方のレンズ面１０３ａの全体が基板部１０２の厚みの内に潜り込むようなレンズ形状を採ることも可能となり、レンズの設計自由度が高まる。

図３に、以上のようなウェハレベルレンズアレイ１００を製造する製造装置の一例を示す。尚、レンズ部１０１及び基板部１０２を形成する樹脂材料として熱硬化性樹脂が用いられるものとして説明する。図３に示す製造装置１１０は、上型１１１及び下型１１３と、機構部１１５と、樹脂供給部１１６と、加熱部１１７と、制御部１１８と、を備えている。

上型１１１は、ウェハレベルレンズアレイ１００の上側の表面に整合する転写面１１２を有している。図１に示すウェハレベルレンズアレイ１００のレンズ部１０１は所定のピッチで２次元に配列されており、ウェハレベルレンズアレイ１００の上側の表面に含まれるレンズ部１０１のレンズ面１０３ａは凸の球面であることから、上型１１１の転写面１１２には、レンズ面１０３ａとは反対形状の凹の球面１１２ａが、レンズ部１０１と同一のピッチで２次元に配列されている。同様に、下型１１３にも、ウェハレベルレンズアレイ１００の下側の表面に整合する転写面１１４が設けられている。

上型１１１には、樹脂材料との接触によって転写面に作用する圧力を検出する圧力センサ１１９が設けられている。図示の例で、圧力センサ１１９は、転写面１１２においてウェハレベルレンズアレイ１００の基板部１０２の表面を成形する部位、即ち、２次元に配列された凹の球面１１２ａを除く平坦面１１２ｂに設けられている。尚、硬化前の流動性ある樹脂材料との接触によって転写面１１２に作用する圧力は均一とみなせるので圧力センサ１１９は１つでも足りるが、転写面１１２に分散して複数設けられることが好ましい。また、図示の例では圧力センサ１１９は上型１１１に設けられているが、下型１１３に設けてもよく、また、上型１１１及び下型１１３の双方に設けてもよい。

上型１１１及び下型１１３は、それぞれの転写面１１２、１１４が対向するように配置され、下型１１４は基台１２０に取り付けられて位置を固定されており、上型１１１は機構部１１５に支持されている。機構部１１５は、上型１１１の転写面１１２と下型１１３の転写面１１４との間隔を狭め又は広げるように上型１１１を昇降させる。上型１１１を昇降させる手段としては、例えばボールネジ、シリンダ・ピストン、等の適宜な手段を用いることができる。

樹脂供給部１１６は、下型１１３の転写面１１４上に樹脂材料を供給する。尚、樹脂材料の硬化に伴う収縮を考慮して、供給される樹脂材料の量は、ウェハレベルレンズアレイ１００の体積よりも若干多めに設定される。

加熱部１１７は、上型１１１及び下型１１３をそれぞれ加熱して、上型１１１の転写面１１２及び下型１１３の転写面１１４に接触する樹脂材料に硬化に必要な熱を供給する。よって、上型１１１及び下型１１３は、熱伝導率に優れる例えばニッケルなどの金属材料で形成されている。

制御部１１８は、圧力センサ１１９で検出される圧力に応じ、機構部１１５を駆動して上型１１１を昇降させ、上型１１１の転写面１１２と下型１１３の転写面１１４との間隔を調整する。また、樹脂供給部１１６及び加熱部１１７の動作を制御して、樹脂材料の供給量や、上型１１１及び下型１１３の温度なども調節する。

以上のように構成された製造装置１１０を用いたウェハレベルレンズアレイ１００の製造工程を以下に説明する。

図４（Ａ）に示すように、まず、樹脂供給部１１６より下型１１３の転写面１１４上に樹脂材料Ｍが供給され、樹脂材料Ｍが下型１１３の転写面１１４上に行き渡る。樹脂材料Ｍの流動性が比較的低い場合には、樹脂供給部１１６において樹脂材料Ｍを予熱し、流動性を高めた状態で樹脂材料Ｍを下型１１３の転写面１１４上に供給するようにしてもよいし、また、加熱部１１７によって下型１１３を加熱して下型１１３の転写面１１４上で樹脂材料Ｍを予熱し、下型１１３の転写面１１４上で樹脂材料Ｍの流動性を高めるようにしてもよい。

次いで、図４（Ｂ）に示すように、樹脂材料Ｍが下型１１３の転写面１１４上に行き渡った後、樹脂供給部１１６が下型１１３上から退避され、そして、上型１１１が降下されて上型１１１の転写面１１２と下型１１３の転写面１１４との間で樹脂材料Ｍが挟まれる。樹脂材料Ｍは上型１１１の転写面１１２及び下型１１３の転写面１１４に密着し、両転写面１１２、１１４の形状が樹脂材料Ｍに転写される。

そして、加熱部１１７により上型１１１及び下型１１３がそれぞれ加熱され、上型１１１の転写面１１２及び下型１１３の転写面１１４に接触した樹脂材料Ｍに熱が供給される。それにより、両転写面１１２、１１４の形状が転写された状態で樹脂材料Ｍが硬化される。両転写面１１２、１１４の凹の球面１１２ａ、１１４ａの間に挟まれた樹脂材料Ｍは、表裏に凸の球面のレンズ面１０３ａ、１０３ｂを有するレンズ部１０１を形成し、また、両転写面１１２、１１４の凹の球面を除く平坦面１１２ｂ、１１４ｂの間に挟まれた樹脂材料Ｍは、レンズ部１０１を相互に連結する基板部１０２を形成する。

図４（Ｃ）に示すように、樹脂材料Ｍが硬化する過程で樹脂材料Ｍには収縮が生じ、樹脂材料Ｍの収縮力は上型１１１の転写面１１２及び下型１１３の転写面１１４と樹脂材料Ｍとが離れようとする方向に作用する（図４（Ｃ）では、樹脂材料Ｍの収縮力の作用方向を説明するために、便宜的に両転写面１１２、１１４と樹脂材料Ｍとが離間した状態を示したが、離間せず両転写面１１２、１１４と樹脂材料Ｍとの密着が維持されるのが望ましい）。それにより、樹脂材料Ｍとの接触により上型１１１の転写面１１２及び下型１１３の転写面１１４に作用する圧力が低下する。この変動する圧力は、上型１１１の転写面１１２に設けられた圧力センサ１１９により検出され、検出された圧力に応じた信号が圧力センサ１１９から制御部１１８に送られる。

制御部１１８は、樹脂材料Ｍの硬化過程で上型１１１の転写面１１２に作用する圧力について、予め設定された設定圧力を記憶している。制御部１１８は、圧力センサ１１９から送られる信号に基づいて、記憶している設定圧力が圧力センサ１１９にて検出されるよう、機構部１１５を駆動して上型１１１を降下させる。それに伴い、図４（Ｄ）に示すように、上型１１１の転写面１１２と下型１１３の転写面１１４との間隔が狭められ、両転写面１１２、１１４に倣って樹脂材料Ｍを変形させながら両転写面１１２、１１４と樹脂材料Ｍとの密着が維持されるように作用する。このように樹脂材料Ｍの硬化に伴う収縮によっても、両転写面１１２、１１４と樹脂材料Ｍとの密着が維持され、両転写面１１２、１１４の形状が正確に転写される。それにより、樹脂材料Ｍからなるレンズ部１０１が精度よく形成される。

制御部１１８に記憶される設定圧力は、例えば樹脂材料Ｍの硬化過程で一定の圧力としてもよい。この場合の圧力は、機構部１１５を駆動して発生させてもよいし、上型１１１の自重により発生させることもできる。好ましくは、制御部１１８に記憶される設定圧力は、図５に示すように、樹脂材料Ｍが硬くなる程に高くする。図５は、時間Ｔと樹脂材料の粘度（硬さ）μとの一般的な関係を示す。尚、時間Ｔは、樹脂材料が受ける積算のエネルギー量（熱量）に対応する。併せて、図５には、設定圧力Ｐの推移、つまりは樹脂材料に加えられる圧力の推移を示す。

図５に示すように、樹脂材料Ｍは、予熱により一旦粘度が低下し、その後に、硬化反応が進むに従って次第に粘度が高くなる。設定圧力は、予熱後の樹脂材料の粘度の上昇に合わせて次第に高くなっている。このように、樹脂材料Ｍが硬くなる程に設定圧力を高くするようにすれば、次第に硬化する樹脂材料Ｍに対して、上型１１１の転写面１１２及び下型１１３の転写面１１４の形状をより正確に転写することができる。尚、図示の例では、予熱により低下した粘度が常温における粘度μ_０に戻るまでは、樹脂材料Ｍの粘度の上昇によらず設定圧力を一定としている。これは、粘度が極端に低い樹脂材料Ｍに比較的高い圧力を加えることによって上型１１１と下型１１３との隙間から樹脂材料Ｍが漏出することを防止するためである。

上述した例では、ウェハレベルレンズアレイ１００のレンズ部１０１及び基板部１０２を形成する樹脂材料Ｍが熱硬化性樹脂であるものとして説明したが、光硬化性樹脂とすることもできる。その場合に、製造装置１００には、樹脂材料の硬化反応を進めるための光を樹脂材料に照射する光源が設けられ、また、上型１１１及び下型１１３の少なくとも一方は、光源より射出される光を透過するガラス等の材料で形成される。

図６には、上述のウェハレベルレンズアレイ１００の変形例を示す。図６に示すウェハレベルレンズアレイ２００は、基板部２０２と、基板部２０２の表面に所定のピッチで２次元に配列された複数のレンズ部２０１と、を有している。

基板部２０２は透明アルミナといった光透過性のセラミックスや、ガラスなどで形成されており、レンズ部２０１は光透過性の樹脂材料で形成され、基板部２０２の表面に接合されている。レンズ部２０１を形成する樹脂材料としては、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂やアクリル樹脂、又は光硬化性のエポキシ樹脂やアクリル樹脂などが用いられる。

レンズ部２０１は、その表面に所定のレンズ面２０３が形成されており、図示の例では、凸の球面とされている。なお、レンズ面２０３は、凸の球面に限られず、凹の球面であってもよく、また、非球面であってもよい。

図７に、ウェハレベルレンズアレイ２００を製造する製造装置の一例を示す。尚、レンズ部２０１を形成する樹脂材料として熱硬化性樹脂が用いられるものとして説明する。図７に示す製造装置２１０は、型２１１と、機構部２１５と、樹脂供給部２１６と、加熱部２１７と、制御部２１８と、を備えている。

型２１１は、レンズ部２０１のレンズ面２０３を含むウェハレベルレンズアレイ２００の表面に整合する転写面２１２を有している。図６に示すウェハレベルレンズアレイ２００のレンズ部２０１は所定のピッチで２次元に配列されており、レンズ部２０１のレンズ面２０３は凸の球面であることから、型の転写面２１２には、レンズ面２０３とは反対形状の凹の球面２１２ａが、レンズ部２０１と同一のピッチで２次元に配列されている。

型２１１は、基台２２０に固定された基板部２０２の表面に転写面２１２が対向するように配置され、機構部２１５に支持されている。機構部２１５は、型２１１の転写面２１２と基板部２０２との間隔を狭め又は広げるように型２１１を昇降させる。樹脂供給部２１６は、基板部２０２上に樹脂材料を供給する。加熱部２１７は、型２１１を加熱して、型２１１の転写面２１２に接触する樹脂材料に硬化に必要な熱を供給する。

制御部２１８は、基板部２０２上に供給された樹脂材料の硬化開始からの時間に応じ、機構部２１５を駆動して型２１１を昇降させ、型２１１の転写面２１２と基板部２０２の表面との間隔を調整する。また、樹脂供給部２１６及び加熱部２１７の動作を制御して、樹脂材料の供給量や、型２１１の温度なども調節する。

以上のように構成された製造装置２１０を用いたウェハレベルレンズアレイ２００の製造工程を以下に説明する。

図８（Ａ）に示すように、まず、基板部２０２上でレンズ部２０１が配置される各部位に樹脂供給部２１６より樹脂材料Ｍが供給される。そして、図８（Ｂ）に示すように、型２１１が降下され、型２１１の転写面２１２と基板部２０２の表面との間で樹脂材料Ｍが挟まれる。樹脂材料Ｍは転写面２１２の凹の球面２１２ａに密着し、凹の球面２１２ａの形状が樹脂材料Ｍに転写される。このとき、転写面２１２と基板部２０２の表面との間に若干の隙間Ｇが残される。

次いで、加熱部２１７により型２１１が加熱され、その転写面２１２の凹の球面２１２ａに接触した樹脂材料Ｍに熱が供給される。それにより、凹の球面２１２ａの形状が転写された状態で樹脂材料Ｍが硬化される。凹の球面２１２ａと基板部２０２の表面との間に挟まれた樹脂材料Ｍは、表面に凸の球面のレンズ面２０３を有するレンズ部２０１を形成する。

ここで、図８（Ｃ）に示すように、樹脂材料Ｍが硬化する過程で樹脂材料Ｍには収縮が生じ、樹脂材料Ｍの収縮力は型２１１の転写面２１２の凹の球面２１２ａと樹脂材料Ｍとが離れようとする方向に作用する（図８（Ｃ）では、樹脂材料Ｍの収縮力の作用方向を説明するために、便宜的に転写面２１２の凹の球面２１２ａと樹脂材料Ｍとが離間した状態を示したが、離間せず転写面２１２の凹の球面２１２ａと樹脂材料Ｍとの密着が維持されるのが望ましい）。制御部２１８は、予め測定される樹脂材料Ｍの厚さの経時変化量を記憶しており、記憶した経時変化量に基づいて、樹脂材料Ｍの硬化開始からの時間、即ち加熱部２１７による型２１１の加熱開始からの時間に応じて機構部２１５を駆動し、型２１１を降下させる。それに伴い、図８（Ｄ）に示すように、転写面２１２と基板部２０２の表面との間隔が狭められ、転写面２１２の凹の球面２１２ａに倣って樹脂材料Ｍを変形させながら凹の球面２１２ａと樹脂材料Ｍとの密着が維持されるように作用する。このように樹脂材料Ｍの硬化に伴う収縮によっても、凹の球面２１２ａと樹脂材料Ｍとの密着が維持され、凹の球面２１２ａの形状が正確に転写される。それにより、樹脂材料Ｍからなるレンズ部２０１が精度よく形成される。

上述した例では、ウェハレベルレンズアレイ２００のレンズ部２０１を形成する樹脂材料Ｍが熱硬化性樹脂であるものとして説明したが、光硬化性樹脂とすることもできる。また、型２１１の転写面２１２と樹脂材料Ｍとの密着を維持するにあたり、予め測定される樹脂材料Ｍの厚さの経時変化量に基づいて、樹脂材料Ｍの硬化開始からの時間に応じて型２１１の転写面２１２と基板部２０２の表面との間隔を狭めるようにしているが、これに替えて、図３に示すウェハレベルレンズアレイ１００の製造装置１１０と同様に、樹脂材料との接触によって型２１１の転写面２１２に作用する圧力を検出する圧力センサを設け、樹脂材料Ｍが硬化する過程で、予め設定される設定圧力が圧力センサにおいて検出されるように、型２１１の転写面２１２と基板部２０２の表面との間隔を狭めるようにしてもよい。

また、図３に示すウェハレベルレンズアレイ１００の製造装置１１０において、第１の型１１１の転写面１１２及び第２の型１１３の転写面１１４と樹脂材料Ｍとの密着を維持するにあたり、図７に示すウェハレベルレンズアレイ２００の製造装置２１０と同様に、予め測定される樹脂材料Ｍの厚さの経時変化量に基づいて、樹脂材料Ｍの硬化開始からの時間に応じて両転写面１１２、１１４の間隔を狭めるようにしてもよい。

図３に示すウェハレベルレンズアレイ１００の製造装置１１０及び図７に示すウェハレベルレンズアレイ２００の製造装置２１０に用いられる型１１１、１１３、２１１は、ウェハレベルレンズアレイと同一の表面形状を有するマスタを用いて形成され、例えばマスタをニッケルメッキ液に漬け、その中でマスタの表面にニッケルを析出・堆積させる、いわゆる電鋳によって形成される。以下に、マスタについて説明する。

図９に、１次元又は２次元に配列される樹脂材料からなる複数のレンズ部を有する造形物の一例であるウェハレベルレンズアレイのマスタを示す。図９に示すマスタ３００は、図６に示すウェハレベルレンズアレイ２００のマスタであって、基板部３０２と、基板部３０２の表面に所定のピッチで２次元に配列された複数の曲面部３０１と、を有している。曲面部３０１の表面にあたる曲面３０３を含むマスタ３００の表面の形状は、図６のウェハレベルレンズアレイ２００の上側の表面形状と同一とされている。即ち、マスタ３００の曲面部３０１の曲面３０３は、ウェハレベルレンズアレイ２００のレンズ部２０１のレンズ面２０３と同一の凸の球面とされている。マスタ３００の曲面部３０１の曲面３０３は、ウェハレベルレンズアレイ２００のレンズ部２０１のレンズ面２０３に相当するものであるので、以後、マスタ３００の曲面部３０１及びその曲面３０３を、それぞれマスタ３００のレンズ部及びそのレンズ面と称する。

基板部３０２はアルミナなどのセラミックスや、ガラスなどで形成されており、レンズ部３０３は樹脂材料で形成され、基板部３０２の表面に接合されている。レンズ部３０３を形成する樹脂材料としては、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂やアクリル樹脂、又は光硬化性のエポキシ樹脂やアクリル樹脂などが用いられる。尚、マスタ３００のレンズ部３０１及び基板部３０２は光学要素として機能するものではないので、マスタ３００のレンズ部３０１や基板部３０２を形成する樹脂材料は光透過性のものでなくてもよい。

図１０は、マスタ３００を製造する製造装置の一例を示す。尚、レンズ部３０１を形成する樹脂材料として熱硬化性樹脂が用いられるものとして説明する。図１０に示す製造装置３１０は、型３１１と、機構部３１５と、樹脂供給部３１６と、加熱部３１７と、制御部３１８と、を備えている。

型３１１は、マスタ３００の複数のレンズ部３０１のうちの一部のレンズ部３０１のレンズ面３０３に整合する転写面を有し、図示の例では１つのレンズ部３０１のレンズ面３０３に整合する転写面３１２を有している。レンズ部３０１のレンズ面３０３は凸の球面であることから、転写面３１２には、レンズ面３０３とは反対形状の凹の球面３１２ａが１つ設けられている。この転写面３１２は、例えば切削加工、研削加工、等の適宜な加工を型に施して形成される。

型３１１は、基台３２０に固定された基板部３０２の表面に転写面３１２が対向するように配置され、機構部３１５に支持されている。機構部３１５は、型３１１の転写面３１２と基板部３０２の表面との間隔を狭め又は広げるように型３１１を昇降させ、且つ型３１１を基板部３０２の表面に沿って所定のピッチで縦横に移動させる。樹脂供給部３１６は、機構部３１５によって移動される型３１１に追従し、基板部３０２上で型３１１の転写面３１２により覆われる部位に樹脂材料を供給する。加熱部３１７は、型３１１を加熱して、型３１１の転写面３１２に接触する樹脂材料に硬化に必要な熱を供給する。

制御部３１８は、樹脂材料の硬化開始からの時間に応じて機構部３１５を駆動して型３１１を昇降させ、型３１１の転写面３１２と基板部３０２の表面との間隔を調整する。また、樹脂供給部３１６及び加熱部３１７の動作を制御して、樹脂材料の供給量や、型の温度なども調節する。

以上のように構成された製造装置３１０を用いたマスタ３００の製造工程を以下に説明する。

図１１（Ａ）に示すように、まず、樹脂供給部３１６より基板部３０２上に樹脂材料Ｍが供給される。その後に、図１１（Ｂ）に示すように、型３１１が降下され、型３１１の転写面３１２と基板部３０２の表面との間で樹脂材料Ｍが挟まれる。樹脂材料Ｍは転写面３１２の凹の球面３１２ａに密着し、凹の球面３１２ａの形状が樹脂材料Ｍに転写される。このとき、転写面３１２と基板部３０２の表面との間に若干の隙間Ｇが残される。

次いで、加熱部３１７により型３１１が加熱され、その転写面３１２の凹の球面３１２ａに接触した樹脂材料Ｍに熱が供給される。それにより、凹の球面３１２ａの形状が転写された状態で樹脂材料Ｍが硬化される。凹の球面３１２ａと基板部３０２の表面との間に挟まれた樹脂材料Ｍは、表面に凸の球面のレンズ面３０３を有するレンズ部３０１を形成する。

ここで、図１１（Ｃ）に示すように、樹脂材料Ｍが硬化する過程で樹脂材料Ｍには収縮が生じ、樹脂材料Ｍの収縮力は型３１１の転写面３１２の凹の球面３１２ａと樹脂材料Ｍとが離れようとする方向に作用する（図１１（Ｃ）では、樹脂材料Ｍの収縮力の作用方向を説明するために、便宜的に転写面３１２の凹の球面３１２ａと樹脂材料Ｍとが離間した状態を示したが、離間せず転写面３１２の凹の球面３１２ａと樹脂材料Ｍとの密着が維持されることが望ましい）。制御部３１８は、予め測定される樹脂材料Ｍの厚さの経時変化量を記憶しており、記憶した経時変化量に基づいて、樹脂材料Ｍの硬化開始からの時間に応じて機構部３１５を駆動し、型３１１を降下させる。それに伴い、図１１（Ｄ）に示すように、転写面３１２と基板部３０２の表面との間隔が狭められ、転写面３１２の凹の球面３１２ａに倣って樹脂材料Ｍを変形させながら凹の球面３１２ａと樹脂材料Ｍとの密着が維持されるように作用する。このように樹脂材料Ｍの硬化に伴う収縮によっても、凹の球面３１２ａと樹脂材料Ｍとの密着が維持され、凹の球面３１２ａの形状が正確に転写される。それにより、樹脂材料Ｍからなるレンズ部３０１が精度よく形成される。

樹脂材料Ｍの硬化に要する時間が経過した後、制御部３１８は、機構部３１５を駆動して型３１１を上昇させ、さらに基板部３０２の表面に沿って縦又は横に所定のピッチで型３１１を移動させる。以後、上述した樹脂材料Ｍの供給、型３１１の降下、及び樹脂材料Ｍの硬化の工程が繰り替えされ、基板部３０２の表面に複数のレンズ部３０１が形成され、マスタ３００が製造される。

上述した例では、マスタ３００のレンズ部３０１を形成する樹脂材料が熱硬化性樹脂であるものとして説明したが、光硬化性樹脂とすることもできる。また、型３１１の転写面３１２と樹脂材料Ｍとの密着を維持するにあたり、予め測定される樹脂材料Ｍの厚さの経時変化量に基づいて、樹脂材料Ｍの硬化開始からの時間に応じて型３１１の転写面３１２と基板部３０２の表面との間隔を狭めるようにしているが、これに替えて、図３に示すウェハレベルレンズアレイ１００の製造装置１１０と同様に、樹脂材料との接触によって型３１１の転写面３１２に作用する圧力を検出する圧力センサを設け、樹脂材料Ｍが硬化する過程で、予め設定される設定圧力が圧力センサにおいて検出されるように、型３１１の転写面３１２と基板部３０２の表面との間隔を狭めるようにしてもよい。

以上説明したように、本明細書に開示された造形物の製造方法は、１次元又は２次元に配列される複数のレンズ部と、該レンズ部を相互に連結する基板部と、を有し、該レンズ部及び該基板部が樹脂材料で一体に形成される造形物の製造方法であって、前記造形物の一方の表面に整合する第１の型の転写面と、該造形物の反対側の表面に整合する第２の型の転写面との間で、前記樹脂材料を硬化させ、前記樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間隔を狭め、該第１の型の転写面及び該第２の型の転写面と前記樹脂材料との密着を維持する。この製造方法によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮によっても、型の転写面と樹脂材料との密着が維持され、型の転写面の形状が正確に転写される。それにより、樹脂材料からなるレンズ部を精度よく形成することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造方法は、前記第１の型の転写面又は前記第２の型の転写面に作用する圧力を検出する圧力センサを設け、前記樹脂材料が硬化する過程で、予め設定される設定圧力が前記圧力センサにおいて検出されるように、前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間隔を狭める。この製造方法によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、適切に第１の型の転写面と第２の型の転写面との間隔を狭め、両転写面と樹脂材料との密着を維持することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造方法は、前記樹脂材料が硬くなるほどに前記設定圧力を高くする。この製造方法によれば、次第に硬化する樹脂材料に対して、型の転写面の形状をより正確に転写することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造方法は、予め測定される前記樹脂材料の厚さの経時変化量に基づいて、該樹脂材料の硬化開始からの時間に応じて前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間隔を狭める。この製造方法によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、適切に第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間隔を狭め、両転写面と樹脂材料との密着を維持することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造方法は、基板部と、該基板部の表面に１次元又は２次元に配列される複数のレンズ部と、を有し、該レンズ部が樹脂材料で形成される造形物の製造方法であって、前記レンズ部の表面に整合する型の転写面と、前記基板部の表面と、の間で、前記樹脂材料を硬化させ、前記樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、前記型の転写面と前記基板部の表面との間隔を狭め、該型の転写面と前記樹脂材料との密着を維持する。この製造方法によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮によっても、型の転写面と樹脂材料との密着が維持され、型の転写面の形状が正確に転写される。それにより、樹脂材料からなるレンズ部を精度よく形成することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造方法は、前記型の転写面に作用する圧力を検出する圧力センサを設け、前記樹脂材料が硬化する過程で、予め設定される設定圧力が前記圧力センサにおいて検出されるように、前記型の転写面と前記基板部との間隔を狭める。この製造方法によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、適切に型の転写面と基板部の表面との間隔を狭め、型の転写面と樹脂材料との密着を維持することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造方法は、前記樹脂材料が硬くなるほどに前記設定圧力を高くする。この製造方法によれば、次第に硬化する樹脂材料に対して、型の転写面の形状をより正確に転写することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造方法は、予め測定される前記樹脂材料の厚さの経時変化量に基づいて、該樹脂材料の硬化開始からの時間に応じて前記型の転写面と前記基板部の表面との間隔を狭める。この製造方法によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、適切に型の転写面と基板部の表面との間隔を狭め、型の転写面と樹脂材料との密着を維持することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造装置は、１次元又は２次元状に配列される複数のレンズ部と、該レンズ部を相互に連結する基板部と、を有し、該レンズ部及び該基板部が樹脂材料で一体に形成される造形物の製造装置であって、前記造形物の一方の表面に整合する転写面を有する第１の型、及び該造形物の反対側の表面に整合する転写面を有する第２の型と、前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間隔を狭めるように該第１の型及び該第２の型を相対移動させる機構部と、前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間で硬化される前記樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて前記機構部を駆動する制御部と、を備える。この製造装置によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮によっても、型の転写面と樹脂材料との密着が維持され、型の転写面の形状が正確に転写される。それにより、樹脂材料からなるレンズ部を精度よく形成することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造装置は、前記第１の型の転写面又は前記第２の型の転写面に作用する圧力を検出する圧力センサをさらに備え、前記制御部は、前記樹脂材料が硬化する過程で前記圧力センサにより検出される圧力が予め設定される設定圧力となるように、前記機構部を駆動する。この製造装置によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、適切に第１の型の転写面と第２の型の転写面との間隔を狭め、両転写面と樹脂材料との密着を維持することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造装置は、前記樹脂材料が硬くなるほどに前記設定圧力が高く設定されている。この製造装置によれば、次第に硬化する樹脂材料に対して、型の転写面の形状をより正確に転写することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造装置は、前記制御部は、予め測定される前記樹脂材料の厚さの経時変化量に基づいて、該樹脂材料の硬化開始からの時間に応じて前記機構部を駆動する。この製造装置によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、適切に第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間隔を狭め、両転写面と樹脂材料との密着を維持することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造装置は、基板部と、該基板部の表面に１次元又は２次元に配列される複数のレンズ部と、を有し、該レンズ部が樹脂材料で形成される造形物の製造装置であって、前記レンズ部の表面に整合する転写面を有し、該転写面を前記基板部の表面に対向させて配置された型と、前記型の転写面と前記基板部の表面との間隔を狭めるように該型を移動させる機構部と、前記型の転写面と前記基板部の表面との間で硬化される前記樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて前記機構部を駆動する制御部と、を備える。この製造装置によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮によっても、型の転写面と樹脂材料との密着が維持され、型の転写面の形状が正確に転写される。それにより、樹脂材料からなるレンズ部を精度よく形成することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造装置は、前記型の転写面に作用する圧力を検出する圧力センサをさらに備え、前記制御部は、前記樹脂材料が硬化する過程で前記圧力センサにより検出される圧力が予め設定される設定圧力となるように、前記機構部を駆動する。この製造装置によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、適切に型の転写面と基板部の表面との間隔を狭め、型の転写面と樹脂材料との密着を維持することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造装置は、前記樹脂材料が硬くなるほどに前記設定圧力が高く設定されている。この製造装置によれば、次第に硬化する樹脂材料に対して、型の転写面の形状をより正確に転写することができる。

また、本明細書に開示された造形物の製造装置は、前記制御部は、予め測定される前記樹脂材料の厚さの経時変化量に基づいて、該樹脂材料の硬化開始からの時間に応じて前記機構部を駆動する。この製造装置によれば、樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、適切に型の転写面と基板部の表面との間隔を狭め、型の転写面と樹脂材料との密着を維持することができる。

１００ ウェハレベルレンズアレイ（造形物）
１０１ レンズ部
１０２ 基板部
１０３ａ レンズ面
１０３ｂ レンズ面
１１０ 製造装置
１１１ 上型（第１の型）
１１２ 上型の転写面
１１３ 下型（第２の型）
１１４ 下型の転写面
１１５ 機構部
１１８ 制御部
１１９ 圧力センサ
２００ ウェハレベルレンズアレイ（造形物）
２０１ レンズ部
２０２ 基板部
２０３ レンズ面
２１０ 製造装置
２１１ 型
２１２ 型の転写面
２１５ 機構部
２１８ 制御部
３００ マスタ（造形物）
３０１ レンズ部
３０２ 基板部
３０３ レンズ面
３１０ 製造装置
３１１ 型
３１２ 型の転写面
３１５ 機構部
３１８ 制御部
Ｍ 樹脂材料

Claims (16)

1. １次元又は２次元に配列される複数のレンズ部と、該レンズ部を相互に連結する基板部と、を有し、該レンズ部及び該基板部が樹脂材料で一体に形成される造形物の製造方法であって、
   前記造形物の一方の表面に整合する第１の型の転写面と、該造形物の反対側の表面に整合する第２の型の転写面との間で、前記樹脂材料を硬化させ、
   前記樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間隔を狭め、該第１の型の転写面及び該第２の型の転写面と前記樹脂材料との密着を維持する造形物の製造方法。
2. 請求項１に記載の造形物の製造方法であって、
   前記第１の型の転写面又は前記第２の型の転写面に作用する圧力を検出する圧力センサを設け、
   前記樹脂材料が硬化する過程で、予め設定される設定圧力が前記圧力センサにおいて検出されるように、前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間隔を狭める造形物の製造方法。
3. 請求項２に記載の造形物の製造方法であって、
   前記樹脂材料が硬くなるほどに前記設定圧力を高くする造形物の製造方法。
4. 請求項１に記載の造形物の製造方法であって、
   予め測定される前記樹脂材料の厚さの経時変化量に基づいて、該樹脂材料の硬化開始からの時間に応じて前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間隔を狭める造形物の製造方法。
5. 基板部と、該基板部の表面に１次元又は２次元に配列される複数のレンズ部と、を有し、該レンズ部が樹脂材料で形成される造形物の製造方法であって、
   前記レンズ部の表面に整合する型の転写面と、前記基板部と、の間で、前記樹脂材料を硬化させ、
   前記樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて、前記型の転写面と前記基板部の表面との間隔を狭め、該型の転写面と前記樹脂材料との密着を維持する造形物の製造方法。
6. 請求項５に記載の造形物の製造方法であって、
   前記型の転写面に作用する圧力を検出する圧力センサを設け、
   前記樹脂材料が硬化する過程で、予め設定される設定圧力が前記圧力センサにおいて検出されるように、前記型の転写面と前記基板部の表面との間隔を狭める造形物の製造方法。
7. 請求項６に記載の造形物の製造方法であって、
   前記樹脂材料が硬くなるほどに前記設定圧力を高くする造形物の製造方法。
8. 請求項７に記載の造形物の製造方法であって、
   予め測定される前記樹脂材料の厚さの経時変化量に基づいて、該樹脂材料の硬化開始からの時間に応じて前記型の転写面と前記基板部の表面との間隔を狭める造形物の製造方法。
9. １次元又は２次元状に配列される複数のレンズ部と、該レンズ部を相互に連結する基板部と、を有し、該レンズ部及び該基板部が樹脂材料で一体に形成される造形物の製造装置であって、
   前記造形物の一方の表面に整合する転写面を有する第１の型、及び該造形物の反対側の表面に整合する転写面を有する第２の型と、
   前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間隔を狭めるように該第１の型及び該第２の型を相対移動させる機構部と、
   前記第１の型の転写面と前記第２の型の転写面との間で硬化される前記樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて前記機構部を駆動する制御部と、
   を備える造形物の製造装置。
10. 請求項９に記載の造形物の製造装置であって、
    前記第１の型の転写面又は前記第２の型の転写面に作用する圧力を検出する圧力センサをさらに備え、
    前記制御部は、前記樹脂材料が硬化する過程で前記圧力センサにより検出される圧力が予め設定される設定圧力となるように、前記機構部を駆動する造形物の製造装置。
11. 請求項１０に記載の造形物の製造装置であって、
    前記樹脂材料が硬くなるほどに前記設定圧力が高く設定されている造形物の製造装置。
12. 請求項９に記載の造形物の製造装置であって、
    前記制御部は、予め測定される前記樹脂材料の厚さの経時変化量に基づいて、該樹脂材料の硬化開始からの時間に応じて前記機構部を駆動する造形物の製造装置。
13. 基板部と、該基板部の表面に１次元又は２次元に配列される複数のレンズ部と、を有し、該レンズ部が樹脂材料で形成される造形物の製造装置であって、
    前記レンズ部の表面に整合する転写面を有し、該転写面を前記基板部の表面に対向させて配置された型と、
    前記型の転写面と前記基板部の表面との間隔を狭めるように該型を移動させる機構部と、
    前記型の転写面と前記基板部の表面との間で硬化される前記樹脂材料の硬化に伴う収縮に合わせて前記機構部を駆動する制御部と、
    を備える造形物の製造装置。
14. 請求項１３に記載の造形物の製造装置であって、
    前記型の転写面に作用する圧力を検出する圧力センサをさらに備え、
    前記制御部は、前記樹脂材料が硬化する過程で前記圧力センサにより検出される圧力が予め設定される設定圧力となるように、前記機構部を駆動する造形物の製造装置。
15. 請求項１４に記載の造形物の製造装置であって、
    前記樹脂材料が硬くなるほどに前記設定圧力が高く設定されている造形物の製造装置。
16. 請求項１３に記載の造形物の製造装置であって、
    前記制御部は、予め測定される前記樹脂材料の厚さの経時変化量に基づいて、該樹脂材料の硬化開始からの時間に応じて前記機構部を駆動する造形物の製造装置。

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