JP2012135914A - 樹脂レンズの成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂転写型が吸湿によって変形する場合であっても、目的とする面形状を十分な精度で形成することができる樹脂レンズの成形方法を提供すること。
【解決手段】樹脂転写型であるサブサブマスタ型５０の成形時における水分含有量がサブサブマスタ型５０の作製直後における水分含有量と実質的に等しいので、成形時におけるサブサブマスタ型５０の第３光学転写面５３ａの表面形状を第３光学転写面５３ａの作製直後の状態に略等しい状態とすることができ、第３光学転写面５３ａによって成形される樹脂レンズであるウェハレンズ１００の形状精度を高めることができる。
【選択図】 図５

Description

この発明は、樹脂転写型を用いた樹脂レンズの成形方法に関し、特にウェハレンズの成形方法に関する。

マイクロ光学素子等の製造方法として、マスタ構造やサブマスタ構造から複製ツールを作製し、この複製ツールを用いて複製を行うことによって、レプリカとしてのマイクロ構造素子を得るものがある（特許文献１参照）。上記複製ツールは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）その他の弾性材料で形成され、レプリカは、例えばＵＶ硬化型のエポキシ樹脂等で形成される。

また、ウェハレンズの製造方法として、ガラス平板と成形型との間に硬化性樹脂を注入して、レンズ部を成形するものがある（特許文献２参照）。この際、オリジナルのマスタ型から硬化性樹脂製のサブマスタ型を形成するとともに、サブマスタ型を成形型として硬化性樹脂製のサブサブマスタ型を形成し、このサブサブマスタ型からレンズ部を成形する。

しかしながら、最終製品を複製するための樹脂転写型としての複製ツールやサブサブマスタ型は、吸湿によって表面形状が変化し最終製品の形状精度が劣化する場合がある。特に樹脂転写型がエポキシ樹脂等の吸湿量の大きな樹脂である場合、吸湿によって表面形状が大きく変化し、光学素子やレンズの面形状を十分な精度で形成することができない。

特表２００６−５１９７１１号公報 特開２００９−２２６６３８号公報

本発明は、樹脂転写型が吸湿によって変形する場合であっても、目的とする面形状を十分な精度で形成することができる樹脂レンズの成形方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る樹脂レンズの成形方法は、複数の光学転写面を含む型面を有する樹脂転写型を用いた樹脂レンズの成形方法であって、樹脂転写型の成形時における水分含有量は、樹脂転写型の作製直後における水分含有量と実質的に等しい。

上記樹脂レンズの成形方法によれば、樹脂転写型の成形時における水分含有量が樹脂転写型の作製直後における水分含有量と実質的に等しいので、成形時における樹脂転写型の表面形状を樹脂転写型の作製直後の状態と略等しい状態にすることができ、樹脂転写型によって成形される樹脂レンズの形状精度を高めることができる。

本発明の具体的な側面では、上記成形方法において、樹脂転写型の成形時における含水率の、樹脂転写型の作製直後における含水率に対する差は、０．５重量％以下である。この場合、作製直後の樹脂転写型の表面形状が成形時の樹脂転写型の表面形状から大きくはずれることを確実に防止できる。

本発明の別の側面では、樹脂転写型の温度２５℃湿度８０％における飽和吸水率は、１．０％重量以上である。この場合、樹脂転写型の吸水性が比較的高く、湿度環境によって樹脂転写型の表面形状が変化しやすいが、上記のように樹脂転写型の成形時における水分含有量を作製直後の水分含有量に近づけることで、樹脂転写型によって成形される樹脂レンズの形状精度を高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、樹脂転写型の作製後から樹脂転写型による成形前まで樹脂転写型を真空保管することによって樹脂転写型の吸湿を防止する。この場合、樹脂転写型の表面形状を成形前まで作製直後の状態のままに維持することができる。

本発明のさらに別の側面では、樹脂転写型による成形前に樹脂転写型を加熱乾燥することによって樹脂転写型の水分含有量を減少させる。この場合、樹脂転写型の表面形状を成形前に作製直後の状態に戻すことができる。

本発明のさらに別の側面では、樹脂転写型と樹脂レンズとは、光硬化性樹脂で形成される。この場合、樹脂転写型や樹脂レンズを簡易な工程で作製することができる。

本発明のさらに別の側面では、樹脂転写型が、光透過性の基板と、基板の一方の基板面上に形成され型面を有する樹脂部とを有する。この場合、樹脂転写型を薄型で十分な強度を有するものとできる。

（Ａ）は、第１実施形態の成形方法によって得られるウェハレンズの平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示すウェハレンズのＡＡ矢視断面図であり、（Ｃ）は、（Ａ）に示すウェハレンズの斜視図である。 （Ａ）は、第１実施形態のウェハレンズの製造のために用いるマスタ型を説明する斜視図であり、（Ｂ）は、サブマスタ型の斜視図であり、（Ｃ）は、サブサブマスタ型の斜視図である。 成形型の真空保管装置を説明するブロック図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、ウェハレンズの製造工程を説明するための図である。 ウェハレンズの連続的な製造工程を概念的に説明するフローチャートである。 第２実施形態の成形方法で用いられる加熱乾燥装置を説明するブロック図である。 ウェハレンズの連続的な製造工程を概念的に説明するフローチャートである。

〔第１実施形態〕
図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る樹脂レンズの成形方法及びこれによって得られるウェハレンズについて説明する。

ウェハレンズの構造
図１（Ａ）〜１（Ｃ）に示すように、ウェハレンズ１００は、円盤状の樹脂レンズであり、基板１０１と、第１樹脂層１０２と、第２樹脂層１０３とを有する。

ウェハレンズ１００のうち基板１０１は、円形の平板であり、ガラスで形成されている。基板１０１の外径は、第１及び第２樹脂層１０２，１０３の外径と略同じである。基板１０１の厚さは、基本的には光学的仕様によって決定されるが、ウェハレンズ１００の離型時において破損しない程度の厚さとなっている。

第１樹脂層１０２は、樹脂製であり、基板１０１の一方の面１０１ａ上に形成されている。第１樹脂層１０２は、平面視において円形の外形を有する。具体的には、第１樹脂層１０２は、第１レンズ本体１１ａと第１フランジ部１１ｂとを一組とする多数の第１レンズ要素１１をＸＹ面内で２次元的に配列している。これらの第１レンズ要素１１は、平坦な連結部１１ｃを介して一体に成形されている。各第１レンズ要素１１と連結部１１ｃとを合わせた表面は、転写によって一括成形される第１成形面１０２ａとなっている。第１レンズ本体１１ａは、例えば凸形状の非球面型又は球面型のレンズ部であり、第１光学面１１ｄを有している。周囲の第１フランジ部１１ｂは、第１光学面１１ｄの周囲に広がる平坦な第１フランジ面１１ｇを有し、第１フランジ面１１ｇの外周は、連結部１１ｃの表面ともなっている。第１フランジ面１１ｇは、光軸ＯＡに垂直なＸＹ面に対して平行に配置されている。

第１樹脂層１０２は、例えば光硬化樹脂で形成されている。光硬化樹脂には、主成分である光硬化性樹脂の重合硬化を開始させる光重合開始剤が含まれており、必要に応じて各種添加剤が追加されている。光硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アリルエステル樹脂、ビニル樹脂等がある。エポキシ樹脂を使用する場合、光重合開始剤のカチオン重合により反応硬化させることができ、アクリル樹脂、アリルエステル樹脂、及びビニル樹脂を使用する場合、光重合開始剤のラジカル重合により反応硬化させることができる。

第２樹脂層１０３は、第１樹脂層１０２と同様に、樹脂製であり、基板１０１の他方の面１０１ｂ上に形成されている。第２樹脂層１０３は、平面視において円形の外形を有する。具体的には、第２樹脂層１０３は、第２レンズ本体１２ａと第２フランジ部１２ｂとを一組とする多数の第２レンズ要素１２をＸＹ面内で２次元的に配列している。これらの第２レンズ要素１２は、平坦な連結部１２ｃを介して一体に成形されている。各第２レンズ要素１２と連結部１２ｃとを合わせた表面は、転写によって一括成形される第２成形面１０３ａとなっている。第２レンズ本体１２ａは、例えば凹形状の非球面型又は球面型のレンズ部であり、第２光学面１２ｄを有している。周囲の第２フランジ部１２ｂは、第２光学面１２ｄの周囲に広がる平坦な第２フランジ面１２ｇを有し、第２フランジ面１２ｇの外周は、連結部１２ｃの表面ともなっている。第２フランジ面１２ｇは、光軸ＯＡに垂直なＸＹ面に対して平行に配置されている。

以上において、第１樹脂層１０２に設けたいずれか１つの第１レンズ要素１１と、これに対向する第２樹脂層１０３の第２レンズ要素１２と、これらのレンズ要素１１，１２間に挟まれた基板１０１の部分とは、１つのレンズを構成している。

第２樹脂層１０３に用いられる光硬化樹脂は、第１樹脂層１０２の光硬化樹脂と同様のものである。ただし、両樹脂層１０２，１０３を同一の光硬化性樹脂で形成する必要はなく、別の光硬化性樹脂で形成することができる。

なお、ウェハレンズ１００において、基板１０１と第１又は第２樹脂層１０２，１０３との間に絞りを設けてもよい。また、基板１０１の一方の面１０１ａ又は他方の面１０１ｂにのみ樹脂層を設けてもよい。

レンズ用の成形型
以下、図２（Ａ）〜２（Ｃ）を参照しつつ、図１（Ａ）等に示すウェハレンズ１００を製造するための成形型の一例について説明する。

ウェハレンズ１００の成形には、成形型として、マスタ型３０と、サブマスタ型４０と、サブサブマスタ型５０とが用いられる。ウェハレンズ１００を転写成形するために、マスタ型３０でなくサブサブマスタ型５０を用いることにより、マスタ型３０の寿命を長くすることができるが、サブマスタ型４０やサブサブマスタ型５０の形状精度に対する要求が高まり、サブマスタ型４０やサブサブマスタ型５０の転写面は、収縮や変形の少ないものが望ましくなる。

図２（Ａ）に示すように、マスタ型３０は、例えば直方体状又は板状であり、その端面３０ａ上に、後述するサブマスタ型４０の第２転写面４３を形成するための第１転写面３１を有する。この第１転写面３１は、最終的にウェハレンズ１００の第１樹脂層１０２の第１成形面１０２ａに対応する。第１転写面３１は、第１成形面１０２ａのうち第１光学面１１ｄを形成するための第１光学転写面３１ａと、第１フランジ面１１ｇを形成するための第１フランジ転写面３１ｂとを含む。第１光学転写面３１ａは、アレイ状に複数個配置されており、略半球の凹形状に形成されている。

マスタ型３０は、一般に金属材料で形成されている。金属材料としては、例えば鉄系材料、鉄系合金、非鉄系合金等が挙げられる。このうち、鉄系材料としては、例えば熱間金型、冷間金型、プラスチック金型、高速度工具鋼、一般構造用圧延鋼材、機械構造用炭素鋼、クロム・モリブデン鋼、ステンレス鋼が挙げられる。また、鉄系合金としては、例えば特開２００５−１１３１６１や特開２００５−２０６９１３に示されている合金が挙げられる。非鉄系合金としては主に、銅合金、アルミ合金、亜鉛合金がよく知られており、例えば特開平１０−２１９３７３、特開２０００−１７６９７０に示されている合金が挙げられる。なお、マスタ型３０は、金属ガラスやアモルファス合金で形成されてもよい。金属ガラスとしては、例えばＰｄＣｕＳｉやＰｄＣｕＳｉＮｉ等が挙げられる。金属ガラスはダイヤモンド切削における被削性が高く、工具の磨耗が少ない。アモルファス合金としては、例えば無電解又は電解のニッケルリンメッキ等があり、ダイヤモンド切削における被削性がよい。これらの高被削性材料は、マスタ型３０全体を構成してもよいし、メッキやスパッタ等の方法によって特に光学転写面の表面だけを覆ってもよい。

図２（Ｂ）に示すように、サブマスタ型４０は、例えば直方体状又は板状の樹脂転写型であり、サブマスタ成形部４１とサブマスタ基板４２とを有する。サブマスタ成形部４１とサブマスタ基板４２とは、積層構造となっている。サブマスタ成形部４１は、樹脂で構成されており、その端面４１ａ上に、後述するサブサブマスタ型５０の第３転写面５３を形成するための第２転写面４３を有する。この第２転写面４３は、最終的に得られるウェハレンズ１００の第１樹脂層１０２の第１成形面１０２ａのポジ型に対応し、第１成形面１０２ａのうち第１光学面１１ｄを形成するための第２光学転写面４３ａと、第１フランジ面１１ｇを形成するための第２フランジ転写面４３ｂとを含む。第２光学転写面４３ａは、第１光学転写面３１ａによって転写され、アレイ状に複数個配置されており、略半球の凸形状に形成されている。

サブマスタ成形部４１は、樹脂４１ｂによって形成されている。樹脂４１ｂとしては、光硬化性樹脂が挙げられ、上記第１樹脂層１０２と同様のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、アリルエステル樹脂、ビニル樹脂等が使用可能である。また、樹脂４１ｂとしては、離型性の良好な樹脂、特に透明樹脂が好ましく、離型剤を塗布しなくても離型できる樹脂が好ましい。

サブマスタ基板４２は、例えば石英、ガラス等のほか、樹脂、シリコンウェハ、金属等の平滑性を有する材料で形成されている。光透過性すなわち透明性の観点（サブマスタ型４０の上からでも下からでも光照射できるという点）を考慮すると、サブマスタ基板４２は、好ましくは石英やガラス等で構成される。なお、サブマスタ基板４２を例えば熱硬化性樹脂で形成する場合、サブマスタ基板４２の光透過性を考慮する必要はない。

図２（Ｃ）に示すように、サブサブマスタ型５０は、例えば直方体状又は板状の樹脂転写型であり、サブサブマスタ成形部５１とサブサブマスタ基板５２とを有する。サブサブマスタ成形部５１とサブサブマスタ基板５２とは、積層構造となっている。サブサブマスタ成形部５１は、樹脂で構成されており、その端面５１ａ上に、ウェハレンズ１００の第１樹脂層１０２を転写によって形成するための第３転写面５３を有する。この第３転写面５３は、ウェハレンズ１００の第１樹脂層１０２の第１成形面１０２ａに対応する形状を有し、第１成形面１０２ａのうち第１光学面１１ｄを形成するための第３光学転写面５３ａと、第１フランジ面１１ｇを形成するための第３フランジ転写面５３ｂとを含む。すなわち、サブサブマスタ型５０は、第１樹脂層１０２の第１成形面１０２ａを形成するための樹脂転写型として機能する。第３光学転写面５３ａは、上述のように第２光学転写面４３ａによって転写され、アレイ状に複数個配置されており、略半球の凹形状に形成されている。

なお、図２においては、サブマスタ型４０とサブサブマスタ型５０とが、マスタ型３０と同程度のサイズを有するものとして図示しているが、これに限るものではなく、例えば、加工に最も手間がかかるマスタ型３０のみを相対的に小サイズとできる。つまり、マスタ型３０によってサブマスタ型４０の第２転写面４３の複数に区分された領域単位で分割して形成することができ、この場合、サブマスタ型４０やサブサブマスタ型５０は、マスタ型３０よりも光学転写面の数が多く含まれるサイズの大きいものとなる。

サブサブマスタ成形部５１は、サブマスタ成形部４１の樹脂４１ｂと同様の樹脂５１ｂで形成され、サブサブマスタ基板５２は、サブマスタ基板４２と同様の材料で形成される。すなわち、サブサブマスタ成形部５１の樹脂５１ｂとしては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アリルエステル樹脂、ビニル樹脂等の光硬化性樹脂が使用可能である。また、サブサブマスタ基板５２としては、例えば石英、ガラス等のほか、樹脂、シリコンウェハ、金属等の平滑性を有する材料が使用可能であるが、光透過性すなわち透明性の観点から、石英やガラス等の使用が好ましい。なお、サブマスタ成形部４１とサブサブマスタ成形部５１とは、必ずしも同一の材料で形成される必要はなく、異なる光硬化性樹脂等で形成されてもよい。また、サブマスタ基板４２とサブサブマスタ基板５２も、必ずしも同一の材料で形成される必要はなく、異なる材料で形成されてもよい。

以下、サブサブマスタ型５０のサブサブマスタ成形部５１の形成に用いられる光硬化性樹脂の詳細について説明する。光硬化性樹脂は、光重合開始剤の存在下で紫外線などの光を照射されることにより硬化する樹脂であり、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、アリルエステル樹脂、ビニル樹脂等の使用が可能である。

エポキシ樹脂は、分子末端にエポキシ基を含む一種以上の反応性モノマー若しくはオリゴマー又は混合物を重合硬化させた樹脂である。エポキシ樹脂の種類は、光により重合硬化するものであれば特に限定されず、硬化剤として光感受性を有するカチオン発生剤等を用いることができる。エポキシ樹脂は硬化収縮率が低いため、成形精度の優れた光学素子とすることができる点で好ましい。光学的な用途に適するエポキシ樹脂の種類としては、例えば、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、２，２'−ビス（４−グリシジルオキシシクロヘキシル）プロパン、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ビニルシクロヘキセンジオキシド、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）−５，５−スピロ−（３，４−エポキシシクロヘキサン）−１，３−ジオキサン、ビス（３，４−エポキシシクロヘキシル）アジペート等を重合したものが挙げられる。

アクリル樹脂は、アクリル基を含む一種以上の反応性モノマー（具体的には（メタ）アクリレート）若しくはオリゴマー又は混合物を重合硬化させた樹脂である。アクリル樹脂の種類は、光により重合硬化するものであれば特に限定されず、硬化剤として光感受性を有するラジカル発生剤等を用いることができる。光学的な用途に適するアクリル樹脂の種類としては、例えば、エステル(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、エーテル(メタ)アクリレート、アルキル(メタ)アクリレート、アルキレン(メタ)アクリレート、芳香環を有する(メタ)アクリレート、脂環式構造を有する(メタ)アクリレート等を重合したものが挙げられる。これらを１種類又は２種類以上を用いることができる。

アリルエステル樹脂は、分子末端にアリル基を含む一種以上の反応性モノマー若しくはオリゴマー又は混合物を重合硬化させた樹脂である。アリルエステル樹脂の種類は、光により重合硬化するものであれば特に限定されず、硬化剤として光感受性を有するラジカル発生剤等を用いることができる。光学的な用途に適するアリルエステル樹脂の種類としては、例えば、芳香環を含まない臭素含有（メタ）アリルエステル（特開２００３−６６２０１号公報参照）、アリル（メタ）アクリレート（特開平５−２８６８９６号公報参照）、アリルエステル樹脂（特開平５−２８６８９６号公報、特開２００３−６６２０１号公報参照）、アクリル酸エステルとエポキシ基含有不飽和化合物の共重合化合物（特開２００３−１２８７２５号公報参照）、アクリレート化合物（特開２００３−１４７０７２号公報参照）、アクリルエステル化合物（特開２００５−２０６４号公報参照）等が挙げられる。

ビニル樹脂は、ビニル基を含む一種以上の反応性モノマー若しくはオリゴマー又は混合物を重合硬化させた樹脂である。ビニル樹脂の種類は、光により重合硬化するものであれば特に限定されず、硬化剤として光感受性を有するラジカル発生剤等を用いることができる。光学的な用途に適するビニル樹脂の種類としては、例えば芳香族ビニル系化合物を用いたものとできる。芳香族ビニル系化合物の具体例としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、α−エチルスチレン、α−プロピルスチレン、α−イソプロピルスチレン、α−ｔ−ブチルスチレン、２−メチルスチレン、３−メチルスチレン、４−メチルスチレン、２，４−ジイソプロピルスチレン、２，４−ジメチルスチレン、４−ｔ−ブチルスチレン、５−ｔ−ブチル−２−メチルスチレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレン、モノフルオロスチレン、４−フェニルスチレン等が挙げられ、スチレン、２−メチルスチレン、３−メチルスチレン、４−メチルスチレン等が好ましい。これらの芳香族ビニル系化合物は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。

光重合開始剤は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の主成分樹脂の種類、重合に使用する光の波長等に応じて適宜選択される。具体的には、光重合開始剤として、例えば、ｎ−ブチルリチウム、ｓｅｃ−ブチルリチウム、ｔ−ブチルリチウム、ヘキシルリチウム、フェニルリチウムなどのモノ有機リチウム、ジリチオメタン、１，４−ジオブタン、１，４−ジリチオー２−エチルシクロヘキサン等の多官能性有機リチウム化合物等を使用することができる。なお、必要に応じて硬化促進剤等の添加剤が含有されてもよい。硬化促進剤の種類は、硬化性が良好で、着色がなく、光硬化性樹脂の透明性を損なわないものであれば、特に限定されるものではなく、目的に応じて２種以上を混合して用いてもよい。

なお、本実施形態のサブサブマスタ成形部５１を形成する具体的な材料は、光学的性能と耐環境性とを併せ持つものが選択される結果、比較的吸湿性が高いものとなり、温度２５℃湿度８０％における飽和吸水率は、例えば１．０％重量以上である。この場合、サブサブマスタ型５０が使用される標準的な大気環境下でも吸水率すなわち水分含有量が徐々に増加し、サブサブマスタ型５０を放置した場合、第３光学転写面５３ａの形状精度が低下し、サブサブマスタ型５０の転写によって成形されるウェハレンズ１００の第１成形面１０２ａの形状精度を劣化させる可能性が高まる。このため、本実施形態では、サブサブマスタ型５０を後述するように真空下で保管することで、形状精度が劣化することを防止している。

以上では、サブサブマスタ型５０の元になるサブマスタ型４０のサブマスタ成形部４１を形成する材料について、具体的な説明を省略したが、サブサブマスタ成形部５１と同様の材料を使用することができる。したがって、サブマスタ型４０も真空下で保管して形状精度が劣化することを防止することが望ましい。

成形型の保管装置
図３に示す真空保管装置７０は、成形用のサブサブマスタ成形部５１が吸湿して含水率又は吸水量が増加することを防止するためのものである。

真空保管装置７０は、減圧空間を形成する真空容器７１と、真空容器７１内の真空度を計測する真空計７３と、真空ポンプ等によって真空容器７１内を減圧する真空排気装置７４と、これらの動作を制御する制御装置７５とを備える。

真空容器７１は、サブサブマスタ型５０を搬出入するための搬出入部（不図示）を備え、内部の棚７１ａ上にサブサブマスタ型５０を支持する。図示の例では、真空容器７１中に、複数のサブサブマスタ型５０を保管することができ、さらに、複数のサブマスタ型４０を保管することもできる。

制御装置７５は、作業者の指示に基づいて、真空容器７１の真空度を調整する。具体的には、真空計７３の出力を監視しながら真空排気装置７４を動作させて、真空容器７１内を例えば大気圧より低く保持する。真空容器７１内の真空度は、サブサブマスタ型５０を構成するサブサブマスタ成形部５１の材料に応じて、サブサブマスタ成形部５１の吸湿を防止できる範囲、例えば、１ｋＰａ以下に設定される。なお、真空保管装置７０は、サブサブマスタ型５０等の吸湿を防止するためのものであるので、真空容器７１内の水蒸気の分圧を主に監視して低く維持することも可能である。

真空保管装置７０により、サブサブマスタ型５０のサブサブマスタ成形部５１の含水率は、サブサブマスタ型５０の作製直後における含水率と略等しく保たれる。具体的には、保管中のサブサブマスタ型５０におけるサブサブマスタ成形部５１の含水率と、作製直後のサブサブマスタ型５０におけるサブサブマスタ成形部５１の含水率との差は、作製直後を基準として０．５重量％以下となっている。

ウェハレンズの成形又は製造方法
図４（Ａ）〜４（Ｆ）等を参照しつつ、上述のマスタ型３０、サブマスタ型４０、サブサブマスタ型５０を使用して行われるウェハレンズ１００の製造工程について説明する。なお、以下は第１樹脂層１０２の成形について説明するが、第２樹脂層１０３の成形についても同様の工程を行う。

まず、研削加工等によって第１樹脂層１０２の最終形状に対応するマスタ型３０を作製する（図５のステップＳ１参照）。

次に、図４（Ａ）に示すように、マスタ型３０の第１転写面３１上に樹脂４１ｂを塗布し、マスタ型３０の上方からサブマスタ基板４２を押圧しながら不図示のＵＶ発生装置により紫外線を照射させ、間に挟まれた樹脂４１ｂを硬化させる。この際、マスタ型３０とサブマスタ基板４２とを周囲から加熱して、樹脂４１ｂの硬化を早めることもできる。結果として、樹脂４１ｂにマスタ型３０の第１転写面３１が転写され、樹脂４１ｂに第２転写面４３（第２光学転写面４３ａ及び第２フランジ転写面４３ｂ）が形成される。これにより、サブマスタ成形部４１が形成される。ＵＶ発生装置で用いる光源の例としては、高圧水銀ランプ、キセノンアークランプ、メタルハライドランプ、ＵＶレーザ、キセノンフラッシュランプ、ＬＥＤ等が挙げられる。

次に、図４（Ｂ）に示すように、マスタ型３０からサブマスタ成形部４１とサブマスタ基板４２とを一体として離型し、独立したサブマスタ型４０が完成する（図５のステップＳ２参照）。

次に、図４（Ｃ）に示すように、サブマスタ型４０の第２転写面４３上に樹脂５１ｂを塗布し、サブマスタ型４０の上方からサブサブマスタ基板５２を押圧しながら不図示のＵＶ発生装置により紫外線を照射させ、間に挟まれた樹脂５１ｂを硬化させる。この際、紫外線の照射は、サブマスタ型４０側から行ってもよいし、サブサブマスタ基板５２側から行ってもよいし、両側から行ってもよい。また、紫外線の照射後、又は、紫外線の照射時に、サブマスタ型４０とサブサブマスタ基板５２とを周囲から加熱して、樹脂５１ｂの硬化を早めることもできる。結果として、樹脂５１ｂにサブマスタ型４０の第２転写面４３が転写され、樹脂５１ｂに第３転写面５３（第３光学転写面５３ａ及び第３フランジ転写面５３ｂ）が形成される。これにより、サブサブマスタ成形部５１が形成される。

次に、図４（Ｄ）に示すように、サブマスタ型４０からサブサブマスタ成形部５１とサブサブマスタ基板５２とを一体として離型し、独立したサブサブマスタ型５０が完成する（図５のステップＳ３参照）。

その後、サブサブマスタ型５０は、図３に示す真空保管装置７０に保管されて吸湿が防止される（図５のステップＳ４参照）。サブサブマスタ型５０は、ウェハレンズ１００の作製時にのみ必要であり、サブサブマスタ型５０の作製から最初のウェハレンズ１００の成形時まで所定の上限時間以上経過する場合や、その後のウェハレンズ１００の成形後から次のウェハレンズ１００の成形時まで所定の上限時間以上経過する場合、サブサブマスタ型５０は、真空保管装置７０に保管されてサブサブマスタ成形部５１の吸水量が一定に保たれる。

次に、ウェハレンズ１００の作製を開始する。図４（Ｅ）に示すように、サブサブマスタ型５０の第３転写面５３上に樹脂１０２ｂ（第１樹脂層１０２を形成する光硬化性樹脂）を塗布し、サブサブマスタ型５０の上方から基板１０１を押圧しながら不図示のＵＶ発生装置により紫外線を照射させ、間に挟まれた樹脂１０２ｂを硬化させる。この際、紫外線の照射は、サブサブマスタ型５０側から行ってもよいし、基板１０１側から行ってもよいし、両側から行ってもよい。また、紫外線の照射後、又は、紫外線の照射時に、サブサブマスタ型５０と基板１０１とを周囲から加熱して、樹脂１０２ｂの硬化を早めることもできる。結果として樹脂１０２ｂにサブサブマスタ型５０の第３転写面５３が転写され、樹脂１０２ｂに第１成形面１０２ａ（第１光学面１１ｄ及び第２フランジ面１１ｇ）が形成される。このようにして、第１樹脂層１０２が形成される。

なお、基板１０１の他方の面１０１ｂに対しても、上述と同様の工程を行うことができる。これにより、基板１０１の他方の面１０１ｂ上に第２樹脂層１０３が形成される。

その後、図４（Ｆ）に示すように、サブサブマスタ型５０から第１樹脂層１０２と基板１０１とを一体として離型する。既に第２樹脂層１０３が形成されている場合、ウェハレンズ１００が完成する（図５のステップＳ５参照）。第２樹脂層１０３が形成されていない場合、第１樹脂層１０２と同様の工程を行うことで第２樹脂層１０３が形成され、第２樹脂層１０３用のサブサブマスタ型５０から第２樹脂層１０３と基板１０１とを一体として離型することで、ウェハレンズ１００が完成する（図５のステップＳ５参照）。

この後、ウェハレンズ１００は、単体のまま、あるいは、上記と同様の工程で複数種類作製されこれらが適宜積層された後に、第１レンズ本体１１ａ等を中心として四角柱状にダイシングによって切り出されることにより、複数の分割されたレンズ又は複数のウェハレンズが積層された複合レンズ（不図示）となる。

以上で説明したサブサブマスタ型５０は、適当な上限まで複数回使用される（図５のステップＳ６でＹのとき）。ここで、サブサブマスタ型５０を連続的に使用しないで、成形を上記上限期間以上に休止させる場合（図５のステップＳ７でＹのとき）、図５のステップＳ４に戻ってサブサブマスタ型５０を真空保管装置７０に保管する。

なお、サブサブマスタ型５０だけでなく、マスタ型３０やサブマスタ型４０も複数回使用される。つまり、これらの型５０，４０，３０が劣化して型交換又は型変更が必要となった場合（図５のステップＳ８でＹのとき）、サブサブマスタ型５０、サブマスタ型４０、及びマスタ型３０のいずれを交換するかを選択して、図５のステップＳ１〜Ｓ３、Ｓ５が適当な上限回数まで実行される。結果的に、例えばマスタ型３０がｉ回転写に用いられ、これによって得られたｉ個のサブマスタ型４０がそれぞれｊ回転写に用いられ、こうして得られたｉ×ｊ個のサブサブマスタ型５０がそれぞれｋ回転写に用いられることで、計ｉ×ｊ×ｋ枚のウェハレンズ１００を得ることができる。

以上説明した第１実施形態に係るウェハレンズ１００の成形方法によれば、樹脂転写型であるサブサブマスタ型５０の成形時における水分含有量がサブサブマスタ型５０の作製直後における水分含有量と実質的に等しく保たれるので、成形時におけるサブサブマスタ型５０の第３光学転写面５３ａの表面形状を第３光学転写面５３ａの作製直後の状態と略等しい状態に維持することができ、第３光学転写面５３ａによって成形される樹脂レンズであるウェハレンズ１００の形状精度を高めることができる。

具体的な実施例
以下、具体的な実施例の成形方法について説明する。
（サブサブマスタ型の作製）
マスタ型３０として、直方体のクローム・モリブデン鋼に、第１光学転写面３１ａとして、Ｒ：４ｍｍ、光軸上の深さ：０．３５ｍｍ、直径φ：２ｍｍの凹の球面が形成されたものを用いた。そして、ガラス板をサブマスタ基板４０とし、樹脂材料としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に光重合開始剤としてトリアリールスルホニウム塩を１重量％添加したものを用い、上記マスタ型３０とサブマスタ基板４０との間に樹脂材料を介在させ、水銀ランプにより２０００ｍＪのＵＶ露光を行って樹脂材料を硬化させ、その後、離型することにより、凸部の形成された樹脂層を有するサブマスタ型４０を作製した。次に、サブマスタ型４０の凸部及び露出したガラス表面に、蒸着により無機酸化物膜（ＳｉＯ_２）を形成し、その後、ＳｉＯ_２膜に離型剤（ダイキン工業（株）製 オプツールＤＳＸ）を塗布し離型処理を施した。この後、ガラス板をサブサブマスタ基板とし、樹脂材料として、（１）光硬化性樹脂α：ビスフェノールＡ型エポキシ、（２）光硬化性樹脂β：トリシクロデカンジメタノールジアクリレート（「Ａ−ＤＣＰ」）、（３）光硬化性樹脂γ：３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３'，４'−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート （「セロキサイド２０２１Ｐ」）のいずれかを用い、上記サブマスタ型４０とサブサブマスタ基板５２との間に樹脂材料を介在させて、高圧水銀ランプを使用して上記光硬化性樹脂を１５ｍＷの照射強度で硬化させ、離型することにより、サブマスタ型４０の凸部に対応するネガ形状の凹部が形成されたサブサブマスタ型５０を作製した。得られたサブサブマスタ型５０に形成された第１レンズ要素１１の第１光学面１１ｄに対応する表面について、その表面形状測定を形状測定装置ＵＡ３Ｐ(パナソニック製)にて確認した。この際、成形直後をリファレンスとし、成形直後から真空保管装置７０に真空保管された複数のサンプルを実施例とし、比較的高湿下で故意に吸湿させた複数のサンプルを比較例とした。結果は、以下の表１のようなものとなった。なお、表中の判定欄は、表面形状測定によって得た面形状誤差の許容値を実用的な範囲である１００ｎｍ程度以下とした場合を基準としている。

表１からも明らかなように、光硬化性樹脂αを用いた実施例１，２の樹脂層１０２，１０３は、温度２５℃湿度８０％における飽和吸水率が２．０重量％程度の材料となっている。また、真空保管された実施例１，２の場合、含水率は、それぞれ当初に近い０．１重量％、０．５重量％に維持されており、成形直後からのズレとしての面形状誤差は、１０ｎｍ、１００ｎｍになっている。一方、比較的高湿下で吸湿させた比較例１の場合、含水率は、当初より増加して０．６重量％となっており、成形直後からのズレとしての面形状誤差は、１５０ｎｍにまで増加している。

同様に表１において、光硬化性樹脂βを用いた実施例３，４の樹脂層１０２，１０３は、温度２５℃湿度８０％における飽和吸水率が１．５重量％程度の材料となっている。また、真空保管された実施例３，４の場合、含水率は、それぞれ当初に近い０．１重量％、０．５重量％に維持されており、成形直後からのズレとしての面形状誤差は、０ｎｍ、３０ｎｍになっている。一方、比較的高湿下で吸湿させた比較例２の場合、含水率は、当初より増加して０．６重量％になっており、成形直後からのズレとしての面形状誤差は、１３０ｎｍにまで増加している。

同様に表１において、光硬化性樹脂γを用いた実施例５，６の樹脂層１０２，１０３は、温度２５℃湿度８０％における飽和吸水率が２．２重量％程度の材料となっている。また、真空保管された実施例５，６の場合、含水率は、それぞれ当初に近い０．１重量％、０．５重量％に維持されており、成形直後からのズレとしての面形状誤差は、２０ｎｍ、１００ｎｍになっている。一方、比較的高湿下で吸湿させた比較例３の場合、含水率は、当初より増加して０．６重量％になっており、成形直後からのズレとしての面形状誤差は、１６０ｎｍにまで増加している。

なお、第１実施形態により作製したサブサブマスタ型５０のうち、形状誤差の小さかった実施例１〜６のサンプルを用いて、エポキシアクリレートを主成分とするＵＶ硬化型アクリル樹脂材料をサブサブマスタ型とガラス基板との間に介在させて、ＵＶ光を照射して樹脂材料を硬化させ、離型した後に後加熱処理を行ってウェハレンズを成形したところ、所望の面形状のレンズを安定して精度良く成形することができた。
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る樹脂レンズの成形方法について説明する。第２実施形態の成形方法では、図３に示す真空保管装置７０に代えて図６に示す加熱乾燥装置８０を用いる。なお、本実施形態は、第１実施形態の樹脂レンズの成形方法を変形したものであり、第１実施形態の場合と同様の部分については、図示及び説明を省略する。

加熱乾燥装置８０は、断熱壁を有する加熱室８１と、加熱室８１内の温度を上げる一対のヒーター８２と、加熱室８１内の温度を測定する温度センサー８３と、加熱室８１内を減圧して蒸気等を排出する減圧装置８４と、これら動作を制御する制御装置８５とを備える。

加熱室８１は、サブサブマスタ型５０を搬出入するための搬出入部（不図示）を備え、内部の棚８１ａ上にサブサブマスタ型５０を支持する。なお、加熱室８１は、内部が減圧されるため、一種の真空容器となっている。

制御装置８５は、作業者の指示に基づいて、加熱室８１内の温度を調整する。具体的には、温度センサー８３の出力を監視しながらヒーター８２を動作させて、加熱室８１内を例えば５０〜１００℃程度に保持し、１〜２４時間程度の経過を待つ。加熱室８１内の温度は、サブサブマスタ型５０を構成するサブサブマスタ成形部５１の材料に応じて、サブサブマスタ成形部５１の脱水を達成できる範囲に適宜設定される。

加熱乾燥装置８０での乾燥により、サブサブマスタ型５０のサブサブマスタ成形部５１の含水率は、サブサブマスタ型５０の作製直後における含水率と略等しい状態に復元される。具体的には、乾燥後のサブサブマスタ型５０におけるサブサブマスタ成形部５１の含水率と、作製直後のサブサブマスタ型５０におけるサブサブマスタ成形部５１の含水率との差は、作製直後を基準として０．５重量％以下となるようにする。

本実施形態の場合、サブサブマスタ型５０は、当初、適当な上限期間まで複数回使用される（図７のステップＳ１６でＮで、ステップＳ１８でＹのとき）。サブサブマスタ型５０の使用期間が上限期間を超えた場合（図７のステップＳ１６でＹのとき）、成形前にサブサブマスタ型５０を加熱乾燥装置８０にセットし、サブサブマスタ型５０を加熱乾燥して元の含水率の復元することによって、樹脂転写型としてのサブサブマスタ型５０の水分含有量を減少させる（図７のステップＳ１７参照）。

以上説明した第２実施形態に係るウェハレンズ１００の成形方法によれば、樹脂転写型であるサブサブマスタ型５０の成形時における水分含有量がサブサブマスタ型５０の作製直後における水分含有量と実質的に等しくなるように復元されるので、成形時におけるサブサブマスタ型５０の第３光学転写面５３ａの表面形状を第３光学転写面５３ａの作製直後の状態と略等しい状態に戻すことができ、第３光学転写面５３ａによって成形される樹脂レンズであるウェハレンズ１００の形状精度を高めることができる。

なお、サブサブマスタ型５０の元になるサブマスタ型４０のサブマスタ成形部４１を形成する材料も、サブサブマスタ成形部５１と同様の材料を使用することができるので、サブマスタ型４０も加熱乾燥を行うことで形状精度が劣化することを防止することが望ましい。

以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、サブサブマスタ成形部５１の温度２５℃湿度８０％における飽和吸水率が１．０％重量以上であるとしたが、サブサブマスタ成形部５１の飽和吸水率が１．０％重量未満であっても、成形されるウェハレンズ１００等の樹脂レンズに要求される精度に応じて、上記真空保管装置７０や加熱乾燥装置８０によるサブサブマスタ成形部５１の吸湿防止が有効になり、樹脂レンズの精度向上を図ることができる。

上記実施形態では、サブサブマスタ成形部５１の成形時における含水率と、作製直後におけるサブサブマスタ成形部５１の含水率との差（増加量）が０．５重量％以下であるとしたが、含水率の増加量が０．５重量％を越えても、成形されるウェハレンズ１００等の樹脂レンズに要求される精度に応じて、樹脂レンズの精度向上を図ることができる。

以上では、樹脂レンズとしてウェハレンズ１００を成形する場合について説明したが、ウェハレンズ１００以外の樹脂レンズ、例えば単独のレンズを成形する場合も、そのための樹脂転写型を上記のように真空保管や加熱乾燥することによって高精度の状態に保つことができる。また、樹脂レンズは、光透過性の基板を有しないものであってもよい。

なお、ウェハレンズ１００を構成するレンズ要素１１，１２の数や配列は、単なる例示であり、ウェハレンズ１００に所望の個数のレンズを所望の配列で形成することができる。

以上では、樹脂転写型としてサブサブマスタ型５０を用いてウェハレンズ１００等の樹脂レンズを成形する場合について説明したが、樹脂製のサブマスタ型から樹脂レンズを成形する場合も、樹脂製のサブマスタ型を上記のように真空保管や加熱乾燥することによって高精度の状態に保つことができる。

以上の具体例では、サブサブマスタ型５０、ウェハレンズ１００等を光硬化性樹脂で形成しているが、サブサブマスタ型５０、ウェハレンズ１００等を熱硬化性樹脂で形成することもでき、この場合も、サブサブマスタ型５０を上記のように真空保管や加熱乾燥することによって高精度の状態に保つことができる。

上記第２実施形態では、加熱室８１を減圧しているが、これに代えて、加熱室８１内に乾燥空気を供給して湿度を一定以下にすることもできる。

また、真空保管と加熱乾燥とを組み合わせて、サブサブマスタ型５０を水分含有量の少ない乾燥した状態に維持することもできる。

また、ウェハレンズ１００、サブサブマスタ型５０の成形に際して樹脂５１ｂ，１０２ｂを加熱する場合、雰囲気を乾燥させ加熱時間を通常よりも長くすることによっても、サブサブマスタ型５０の乾燥を実現することができる。

１１，１２…レンズ要素、 １１ａ，１２ａ…レンズ本体、 １１ｂ，１２ｂ…フランジ部、 １１ｄ，１２ｄ…光学面、 １１ｇ，１２ｇ…フランジ面、 ３０…マスタ型、 ３１…転写面、 ４０…サブマスタ型、 ４１…サブマスタ成形部、 ４２…サブマスタ基板、 ４３…第２転写面、 ５０…サブサブマスタ型（樹脂転写型）、 ５１…サブサブマスタ成形部（樹脂部）、 ５２…サブサブマスタ基板（光透過性の基板）、 ５３…第３転写面、 ７０…真空保管装置、 ７１…真空容器、 ７４…真空排気装置、 ８０…加熱乾燥装置、 ８１…加熱室、 ８２…ヒーター、 １００…ウェハレンズ（樹脂レンズ）、 １０１…基板、 １０２，１０３…樹脂層、 １０２ａ…第１成形面、 １０３ａ…第２成形面、 ＯＡ…光軸

Claims (7)

1. 複数の光学転写面を含む型面を有する樹脂転写型を用いた樹脂レンズの成形方法であって、
   前記樹脂転写型の成形時における水分含有量は、前記樹脂転写型の作製直後における水分含有量と実質的に等しいことを特徴とする樹脂レンズの成形方法。
2. 前記樹脂転写型の成形時における含水率の、前記樹脂転写型の作製直後における含水率に対する差は、０．５重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂レンズの成形方法。
3. 前記樹脂転写型の温度２５℃湿度８０％における飽和吸水率は、１．０重量％以上であることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の樹脂レンズの成形方法。
4. 前記樹脂転写型の作製後から前記樹脂転写型による成形前まで前記樹脂転写型を真空保管することによって前記樹脂転写型の吸湿を防止することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の樹脂レンズの成形方法。
5. 前記樹脂転写型による成形前に前記樹脂転写型を加熱乾燥することによって前記樹脂転写型の水分含有量を減少させることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の樹脂レンズの成形方法。
6. 前記樹脂転写型と前記樹脂レンズとは、光硬化性樹脂で形成されることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の樹脂レンズの成形方法。
7. 前記樹脂転写型は、光透過性の基板と、前記基板の一方の基板面上に形成され前記型面を有する樹脂部とを有することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の樹脂レンズの成形方法。

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