JP3800199B2 - マイクロレンズの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロレンズの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロレンズと呼ばれる微小レンズを多数有した光学装置が提供されている。このような光学装置としては、例えばレーザを備えた発光装置や、光ファイバの光インタコネクション、さらには入射光を集めるための集光レンズを有した固体撮像素子などがある。
【０００３】
ところで、このような光学装置を構成するマイクロレンズは、従来では金型を用いた成形法や、フォトリソグラフィー法によって成形されていた（例えば、特許文献１参照）。
また、近年ではプリンタなどに用いられている液滴吐出法を用い、微細パターンであるマイクロレンズを形成するといった提案もなされている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３５５０４号公報
【特許文献２】
特開２０００−２８０３６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金型を用いた成形法やフォトリソグラフィー法では、マイクロレンズ形成のために金型や複雑な製造工程を必要とすることから、その分コストが高くなってしまい、また、任意の形状のマイクロレンズを任意の位置に形成するのが困難であるといった課題があった。
また、単に液滴吐出法を採用するだけでは、マイクロレンズを任意の位置に形成するのは容易であるものの、その形状を所望する形状に制御するのが困難であった。さらに、液滴を吐出する吐出ヘッドは通常多数のノズルを有しているが、これらノズル間では、例えば僅かな構造のバラツキなどから吐出量に微妙にバラツキが生じてしまうことがあり、したがってこのような吐出量のバラツキに起因して得られるマイクロレンズの形状の均一性が損なわれ、結果として光学特性にバラツキが生じることがある。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、形状を任意に制御して集光機能等の光学特性を良好にするとともに、そのバラツキを抑えるようにした、マイクロレンズの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明のマイクロレンズの製造方法では、基体上に土台部材を形成する工程と、前記土台部材の上面を撥液処理する工程と、複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルを用いてこれらノズルのそれぞれから前記撥液処理した土台部材の上にレンズ材料を吐出し、前記土台部材上に単一のマイクロレンズを形成する工程と、を備えてなり、前記液滴吐出ヘッドによりレンズ材料を吐出するに際して、形成するマイクロレンズの上面側の曲率が予め設定した所定の曲率となるように、吐出するドット数を決定することを特徴としている。
このマイクロレンズの製造方法によれば、土台部材上に単一のマイクロレンズを形成するので、土台部材の上面の大きさや形状を適宜に形成することにより、得られるマイクロレンズの大きさや形状を適宜に形成することが可能になる。また、土台部材の上面を撥液処理するようにしたので、吐出配置されたレンズ材料の土台部材上面に対する接触角を大きくすることができ、これにより土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くすることが可能になる。そして、このように土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くできるようにした状態のもとで、レンズ材料を複数ドット吐出するようにしているので、ドット数を適宜に調整することにより得られるマイクロレンズの大きさや形状を良好に制御することができ、したがって例えば球に近い形状のマイクロレンズを形成することも可能になる。
また、レンズ材料を、特に複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルを用いて吐出するようにしたので、個々のノズルに吐出量のバラツキがあったとしても、二つ以上のノズルを用いて一つの（単一の）マイクロレンズを形成することから、ノズル間の吐出量のバラツキの影響が軽減される。よって、得られるマイクロレンズの形状の不均一化が抑えられ、これにより光学特性のバラツキが防止される。
また、上面側の曲率を予め設定した所定の曲率となるように形成するので、この上面側から光を透過させるようにすることにより、所望の光学特性を有するマイクロレンズを形成することができる。
【０００８】
また、本発明の別のマイクロレンズの製造方法では、基体上に土台部材を形成する工程と、前記土台部材の上面を撥液処理する工程と、複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルを用いてこれらノズルのそれぞれから前記撥液処理した土台部材の上にレンズ材料を吐出し、前記土台部材上に単一のマイクロレンズを形成する工程と、を備えてなり、前記液滴吐出ヘッドによりレンズ材料を吐出するに際して、形成するマイクロレンズの、前記土台部材の上面と平行となる横断面の最大外径が、前記土台部材の上面の外径より大きくなるように、吐出するドット数を決定することを特徴としている。
このマイクロレンズの製造方法によれば、土台部材上に単一のマイクロレンズを形成するので、土台部材の上面の大きさや形状を適宜に形成することにより、得られるマイクロレンズの大きさや形状を適宜に形成することが可能になる。また、土台部材の上面を撥液処理するようにしたので、吐出配置されたレンズ材料の土台部材上面に対する接触角を大きくすることができ、これにより土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くすることが可能になる。そして、このように土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くできるようにした状態のもとで、レンズ材料を複数ドット吐出するようにしているので、ドット数を適宜に調整することにより得られるマイクロレンズの大きさや形状を良好に制御することができ、したがって例えば球に近い形状のマイクロレンズを形成することも可能になる。
また、レンズ材料を、特に複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルを用いて吐出するようにしたので、個々のノズルに吐出量のバラツキがあったとしても、二つ以上のノズルを用いて一つの（単一の）マイクロレンズを形成することから、ノズル間の吐出量のバラツキの影響が軽減される。よって、得られるマイクロレンズの形状の不均一化が抑えられ、これにより光学特性のバラツキが防止される。
また、形成するマイクロレンズの、前記土台部材の上面と平行となる横断面の最大外径が、前記土台部材の上面の外径より大きくなるように、吐出するドット数を決定するので、得られるマイクロレンズは、土台部材の上面の外径より大きい横断面を有することから、このマイクロレンズが例えば球に近い形状となり、したがってその曲率が適宜に形成されることで集光機能等の光学特性が良好に調整されたものとなる。
【０００９】
また、前記マイクロレンズの製造方法においては、前記撥液処理する工程では、前記土台部材形成材料で形成された平面に対して前記レンズ材料を配した際、該レンズ材料の接触角が２０°以上となるような撥液性を発揮するように撥液処理するのが好ましい。
このようにすれば、吐出配置されたレンズ材料の土台部材上面に対する接触角が確実に大きくなるので、土台部材上面に載るレンズ材料の量をより多くすることができる。
【００１０】
また、前記マイクロレンズの製造方法においては、前記土台部材を形成する工程において、前記土台部材の上面形状を円形あるいは楕円形、もしくは多角形に形成するのが好ましい。
このようにすれば、より球に近いマイクロレンズを形成することが可能になり、したがってその曲率を適宜に形成することで集光機能等の光学特性を調整することが可能になる。
【００１２】
また、前記マイクロレンズの製造方法においては、前記レンズ材料が、非溶剤系の光透過性樹脂からなっていてもよい。
このようにすれば、得られるマイクロレンズの大きさ・形状が吐出したレンズ材料のドット数によってより良好に規定されることから、吐出するドット数を適宜に調整することにより、得られるマイクロレンズを所望する大きさ・形状により精度良く形成することが可能となる。
【００１３】
本発明に係るマイクロレンズは、基体上に形成された土台部材の上面に形成された単一のマイクロレンズであって、前記土台部材の上面が撥液処理されてなり、前記マイクロレンズが、複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルのそれぞれから前記撥液処理した土台部材の上にレンズ材料が吐出されて形成されている。
このマイクロレンズによれば、土台部材上に単一のマイクロレンズが形成されているので、土台部材の上面の大きさや形状が適宜に形成されることにより、その大きさや形状が適宜なものとなる。また、土台部材の上面が撥液処理されているので、吐出配置されたレンズ材料の土台部材上面に対する接触角が大きくなっており、したがって土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くすることが可能になっている。よって、吐出されるレンズ材料のドット数が適宜に調整されることにより、得られるマイクロレンズの大きさや形状が良好に制御されたものとなり、例えば球に近い形状のものにも形成可能となっている。
【００１４】
また、特に複数のノズルが備えられた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルが用いられてこれらノズルのそれぞれからレンズ材料が吐出され、単一のマイクロレンズが形成されているので、個々のノズルに吐出量のバラツキがあったとしても、二つ以上のノズルが用いられて一つのマイクロレンズが形成されていることにより、ノズル間の吐出量のバラツキの影響が軽減されている。よって、得られるマイクロレンズの形状の不均一化が抑えられ、これにより光学特性のバラツキが防止されたものとなる。
【００１５】
また、前記マイクロレンズにおいては、前記土台部材の上面形状が円形あるいは楕円形、もしくは多角形であるのが好ましい。
このようにすれば、より球に近いものとなり、したがってその曲率が適宜に形成されることで集光機能等の光学特性が良好に調整されたものとなる。
【００１７】
また、前記マイクロレンズの製造方法においては、前記土台部材を、透光性を有する材料によって形成するのが好ましい。
このようにすれば、得られるマイクロレンズは、土台部材側に発光源を配置して用いた場合に、この発光源からの光をマイクロレンズの上面側から良好に出射させるようになり、したがってこの上面側の曲率等によって集光機能等を良好に発揮するものとなる。
【００１８】
本発明に係る光学装置は、面発光レーザと、前記の製造方法によって得られたマイクロレンズ、あるいは前記のマイクロレンズとを備え、前記マイクロレンズを前記面発光レーザの出射側に配設したことで構成される。
この光学装置によれば、前述したように大きさや形状が良好に制御されたマイクロレンズを前記面発光レーザの出射側に配設しているので、このマイクロレンズによって発光レーザからの出射光の集光等を良好に行うことが可能になり、したがって良好な発光特性（光学特性）を有するものとなる。
【００１９】
本発明に係る光伝送装置は、前記の光学装置と、受光素子と、前記光学装置からの出射光を前記受光素子に伝送する光伝送手段とを備えることで構成される。
この光伝送装置によれば、前述したように良好な発光特性（光学特性）を有する光学装置を備えているので、伝送特性が良好な光伝送装置となる。
【００２０】
本発明に係るレーザプリンタ用ヘッドは、前記光学装置を備えることで構成される。
このレーザプリンタ用ヘッドによれば、前述したように良好な発光特性（光学特性）を有する光学装置を備えているので、描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドとなる。
【００２１】
本発明に係るレーザプリンタは、前記のレーザプリンタ用ヘッドを備えることで構成される。
このレーザプリンタによれば、前述したように描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドを備えているので、このレーザプリンタ自体が描画特性に優れたものとなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
まず、本発明のマイクロレンズの製造方法について説明する。本発明のマイクロレンズの製造方法は、基体上に土台部材を形成する工程と、前記土台部材の上面を撥液処理する工程と、複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくともその二つのノズルを用いて前記撥液処理した土台部材の上面上にレンズ材料を複数ドット吐出し、前記土台部材上にマイクロレンズを形成する工程と、を備えている。
【００２３】
ここで、本発明において「基体」とは、前記土台部材を形成できる面を有するものをいい、具体的にはガラス基板や半導体基板、さらにはこれらに各種の機能性薄膜や機能性要素を形成したものをいう。また、前記土台部材を形成できる面については、平面であっても曲面であってもよく、さらに基体自体の形状についても特に限定されることなく種々の形状のものが採用可能である。
【００２４】
本発明では、図１（ａ）に示すように例えばＧａＡｓ基板１を用い、このＧａＡｓ基板１に多数の面発光レーザ２を形成したものを基体３として用意する。そして、この基体３の上面側、すなわち前記面発光レーザ２の出射側となる面上に、土台部材の形成材料を設け、土台部材材料層４を形成する。なお、面発光レーザ２には、その出射口の周辺にポリイミド樹脂等からなる絶縁層（図示せず）が形成されている。ここで、土台部材の形成材料としては、透光性を有する材料、すなわち、前記面発光レーザ２からの発光光の波長域においてほとんど吸収を起こさず、したがって実質的にこの発光光を透過させる材料とするのが好ましく、例えばポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、あるいはフッ素系樹脂等が好適に用いられるが、特にポリイミド系樹脂がより好適に用いられる。
【００２５】
本実施形態では、土台部材の形成材料としてポリイミド系樹脂を用いるものとする。そして、このポリイミド系樹脂の前駆体を基体３上に塗布し、その後約１５０℃で加熱処理することにより、図１（ａ）に示したような土台部材材料層４とする。なお、この土台部材材料層４については、この段階では十分に硬化を進ませず、その形状を保持できる程度の硬さにしておく。
【００２６】
このようにしてポリイミド系樹脂からなる土台部材材料層４を形成したら、図１（ｂ）に示すようにこの土台部材材料層４上にレジスト層５を形成する。そして、所定のパターンを形成したマスク６をレジスト層５を用いて露光し、さらに現像することにより、図１（ｃ）に示すようにレジストパターン５ａを形成する。
【００２７】
次いで、レジストパターン５ａをマスクとして、例えばアルカリ系溶液を用いたウエットエッチングによって土台部材材料層４をパターニングする。これにより、図１（ｄ）に示すように基体３上に土台部材パターン４ａが形成される。ここで、形成する土台部材パターン４ａについては、その上面形状を円形あるいは楕円形、もしくは多角形に形成するのが、これの上にマイクロレンズを形成するうえで好ましく、本実施形態では上面形状を円形にしている。また、このような円形の上面の中心位置が、基体３に形成した前記面発光レーザ２の出射口（図示せず）の直上に位置するように形成する。
その後、図１（ｅ）に示すようにレジストパターン５ａを除去し、さらに約３５０℃で熱処理を行うことにより、土台部材パターン４ａを十分に硬化させて土台部材４ｂとする。
【００２８】
次いで、この土台部材４ｂの上面を撥液処理する。この撥液処理としては、例えば大気雰囲気中にてテトラフルオロメタンを処理ガスとするプラズマ処理法（ＣＦ４プラズマ処理法）が好適に採用される。このＣＦ４プラズマ処理の条件は、例えばプラズマパワーが５０〜１０００ｋＷ、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）のガス流量が５０〜１００ｍｌ／ｍｉｎ、プラズマ放電電極に対する基体３の搬送速度が０．５〜１０２０ｍｍ／ｓｅｃ、基体温度が７０〜９０℃とされる。なお、処理ガスとしては、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）に限定されることなく、他のフルオロカーボン系のガスを用いることもできる。このような撥液化処理を行うことにより、土台部材４ｂの上面にはこれを構成する樹脂中にフッ素基が導入され、これによって高い撥液性が付与される。
【００２９】
ここで、このような撥液処理については、特に、前記土台部材４ｂの形成材料で形成された平面に対して後述するレンズ材料を配した際、該レンズ材料の接触角が２０°以上となるような撥液性を発揮するように、行うのが好ましい。
すなわち、図６に示すように前記土台部材４ｂの形成材料（本例ではポリイミド系樹脂）で土台部材材料層４を形成し、その表面を平面とする。そして、この表面に対して前述した廃液処理を施す。次いで、この表面上にレンズ材料７を液滴吐出法によって配する。
【００３０】
すると、レンズ材料７は土台部材材料層４の表面に対する濡れ性に応じた形状の液滴となる。このとき、土台部材材料層４の表面張力をγＳ、レンズ材料７の表面張力をγＬ、土台部材材料層４とレンズ材料７との間の界面張力をγＳＬ、土台部材材料層４に対するレンズ材料７の接触角をθとすると、γＳ、γＬ、γＳＬ、θの間には以下の式が成立する。
γＳ＝γＳＬ＋γＬ・ｃｏｓθ
後述するようにマイクロレンズとなるレンズ材料７は、その曲率が、前記の式によって決定される接触角θにより制限を受ける。すなわち、レンズ材料７を硬化させた後に得られるレンズの曲率は、最終的なマイクロレンズの形状を決定する要素の一つである。したがって、本発明においては、得られるマイクロレンズの形状がより球状に近くなるよう、撥液処理によって土台部材材料層４とレンズ材料７との間の界面張力をγＳＬを大きくすることで、前記接触角θを大きく、すなわち２０°以上とするのが好ましいのである。
このように、図６に示した接触角θが２０°以上となるような条件による撥液処理を、前記土台部材４ｂの上面に施すことにより、後述するようにこの土台部材４ｂの上面に吐出配置されるレンズ材料７の、土台部材４ｂ上面に対する接触角θ’が確実に大きくなる。したがって、土台部材上面に載るレンズ材料の量をより多くすることができ、これによりその形状を吐出量（吐出ドット量）で制御することが容易になる。
【００３１】
このようにして土台部材４ｂの上面に撥液処理を施したら、この土台部材４ｂ上に液滴吐出法によってレンズ材料７を複数ドット吐出する。ここで、液滴吐出法としては、ディスペンサ法やインクジェット法などが採用可能である。ディスペンサ法は、液滴を吐出する方法として一般的な方法であり、比較的広い領域に液滴を吐出するのに有効な方法である。インクジェット法は、インクジェットヘッドを用いて液滴を吐出する方法であり、液滴を吐出する位置についてμｍオーダーの単位で制御することができ、また、吐出する液滴の量もピコリットルオーダーの単位で制御できるため、特に微細なレンズ（マイクロレンズ）の製造に適している。
【００３２】
そこで、本実施形態では、液滴吐出法としてインクジェット法を用いることにする。このインクジェット法は、インクジェットヘッド３４として、例えば図２（ａ）に示すようにステンレス製のノズルプレート１２と振動板１３とを備え、両者を仕切部材（リザーバプレート）１４を介して接合したものを用いる。ノズルプレート１２と振動板１３との間には、仕切部材１４によって複数のキャビティ１５…とリザーバ１６とが形成されており、これらキャビティ１５…とリザーバ１６とは流路１７を介して連通している。
【００３３】
各キャビティ１５とリザーバ１６の内部とは吐出するための液状体（レンズ材料）で満たされるようになっており、これらの間の流路１７はリザーバ１６からキャビティ１５に液状体を供給する供給口として機能するようになっている。また、ノズルプレート１２には、キャビティ１５から液状体を噴射するための孔状のノズル１８が、例えば図２（ｂ）に示すインクジェットヘッド３４の底面のように縦方向に２列、横方向に１２列整列した状態で形成されている。一方、振動板１３には、リザーバ１６内に開口する孔１９が形成されており、この孔１９には液状体タンク（図示せず）がチューブ（図示せず）を介して接続されるようになっている。
【００３４】
また、振動板１３のキャビティ１５に向く面と反対の側の面上には、図２（ｃ）に示すように圧電素子（ピエゾ素子）２０が接合されている。この圧電素子２０は、一対の電極２１、２１間に挟持され、通電により外側に突出するようにして撓曲するよう構成されたもので、本発明における吐出手段として機能するものである。
【００３５】
このような構成のもとに圧電素子２０が接合された振動板１３は、圧電素子２０と一体になって同時に外側へ撓曲し、これによりキャビティ１５の容積を増大させる。すると、キャビティ１５内とリザーバ１６内とが連通しており、リザーバ１６内に液状体が充填されている場合には、キャビティ１５内に増大した容積分に相当する液状体が、リザーバ１６から流路１７を介して流入する。
そして、このような状態から圧電素子２０への通電を解除すると、圧電素子２０と振動板１３はともに元の形状に戻る。よって、キャビティ１５も元の容積に戻ることから、キャビティ１５内部の液状体の圧力が上昇し、ノズル１８から液状体の液滴２２が吐出される。
【００３６】
なお、インクジェットヘッドの吐出手段としては、前記の圧電素子（ピエゾ素子）２０を用いた電気機械変換体以外でもよく、例えば、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いた方式や、帯電制御型、加圧振動型といった連続方式、静電吸引方式、さらにはレーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用で液状体を吐出させる方式を採用することもできる。
【００３７】
また、吐出するレンズ材料７、すなわちマイクロレンズとなるレンズ材料７としては、光透過性樹脂が用いられる。具体的には、ポリメチルメタクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリシクロヘキシルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ポリカーボネートなどのアリル系樹脂、メタクリル樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂などの熱可塑性または熱硬化性の樹脂が挙げられ、これらのうちの一種が用いられ、あるいは複数種が混合されて用いられる。
【００３８】
また、本発明においては、前記光透過性樹脂として、特に非溶剤系のものが好適に用いられる。この非溶剤系の光透過性樹脂は、有機溶剤を用いて光透過性樹脂を溶解し、液状体とすることなく、例えばこの光透過性樹脂をそのモノマーで希釈することによって液状化し、インクジェットヘッド３４からの吐出を可能にしたものである。また、この非溶剤系の光透過性樹脂では、ビイミダゾール系化合物などの光重合開始剤を配合することにより、放射線照射硬化型のものとして使用できるようにしている。すなわち、このような光重合開始剤を配合することにより、前記光透過性樹脂に放射線照射硬化性を付与することができるのである。ここで、放射線とは可視光線、紫外線、遠紫外線、Ｘ線、電子線等の総称であり、特に紫外線が一般的に用いられる。
【００３９】
このようなレンズ材料７を、前記構成からなるインクジェットヘッド３４によって図３（ａ）に示すように土台部材４ｂ上に複数ドット、例えば１０〜３０ドット吐出し、土台部材４ｂ上にマイクロレンズ前駆体８を形成する。ここで、インクジェットヘッド３４には、図２（ｂ）に示したようにそのノズルプレート１２にノズル１８が縦横に整列した状態で複数形成されているが、これらノズル１８間では、例えばその位置の違いなどから吐出量が微妙にばらついていることがある。
【００４０】
そこで、本発明においては、このインクジェットヘッド３４からインク材料７の液滴を複数ドット吐出する際、一つのノズル１８から全てのドットを吐出するのではなく、二つ以上のノズル１８を用いて、これらから一つの土台部材５ｂの上面上にレンズ材料７を吐出するようにしている。
例えば、一つの土台部材５ｂ上にインク材料７を１０ドット吐出し、マイクロレンズ前駆体８を形成する場合に、図２（ｂ）に示したノズル１８…のうち、横方向に配列された１２個のノズル１８のうちの一方の側から順に１ドットずつ吐出し、１０個のノズル１８で計１０ドット吐出することにより、マイクロレンズ前駆体８を形成する。
【００４１】
また、図２（ｂ）に示した横方向に配列されたノズル１８…のうちの、隣り合う二つのノズル１８を用い、一つの土台部材５ｂ上にこれらノズル１８から交互に１ドットずつ吐出し、２個のノズル１８で５ドットずつ、計１０ドット吐出することにより、マイクロレンズ前駆体８を形成するようにしてもよい。
なお、これらの吐出例は複数のノズル１８を用いて複数ドットを吐出する態様のほんの一部の例であり、これら以外にも、種々の吐出の態様を採用することができるのはもちろんである。
【００４２】
このように複数のドットを、二つ以上のノズル１８を用いて吐出するようにしたので、個々のノズル１８に吐出量のバラツキがあったとしても、二つ以上のノズルを用いて一つのマイクロレンズ前駆体８を形成することにより、ノズル１８間の吐出量のバラツキの影響を軽減することができる。また、特に１０個のノズル１８を用いる例のように多数のノズル１８を用いて吐出を行えば、よりノズル１８間のバラツキの影響を少なくすることができ、好ましい。
【００４３】
ここで、本実施形態ではインクジェット法によってレンズ材料７を吐出しているので、レンズ材料７を土台部材４ｂ上のほぼ中心部に精度良く配することができる。また、前述したように土台部材４ｂの上面を撥液処理していることにより、吐出されたレンズ材料７の液滴は土台部材４ｂの上面上で濡れ広がりにくくなっており、したがって土台部材４ｂ上に配されたレンズ材料７は、土台部材４ｂからこぼれ落ちることなく、土台部材４ｂ上に安定した状態で保持されるようになっている。また、断続的に数ドット（本例では３０ドット）が吐出されることにより、この吐出されたレンズ材料７からなるマイクロレンズ前駆体８は、その横断面（土台部材４ｂの上面と平行な水平面）がついには土台部材４ｂの上面より大きくなる。
【００４４】
すなわち、レンズ材料７の吐出の初期においては、レンズ材料７の吐出量が少ないため、図４（ａ）に示すように土台部材４ｂの上面全体に広がった状態では全体としては大きく盛り上がらず、土台部材４ｂの上面に対する接触角θ’は鋭角となる。
この状態からさらにレンズ材料７の吐出を続けると、後から吐出されたレンズ材料７は当然先に吐出されたレンズ材料７に対する密着性が高いことから、図４（ｂ）に示すようにこれからこぼれ落ちることなく一体化する。すると、この一体化されたレンズ材料７はその体積が大きくなって盛り上がり、これによって土台部材４ｂの上面に対する接触角θ’が大きくなり、ついには直角を越えるようになる。
さらにこの状態からレンズ材料７の吐出を続けると、特にインクジェット法で吐出していることからドットごとでは大きな量とならないことにより、土台部材４ｂ上での全体としてのバランスが保たれ、結果として図４（ｃ）に示すように接触角θ’が大きな鈍角となり、結果として球に近い状態になる。
【００４５】
このように、土台部材４ｂの上面を撥液処理しておき、この撥液処理面上に少量のドットを量及び吐出位置について精度良く吐出することのできるインクジェット法（液滴吐出法）でレンズ材料７を複数ドット配することにより、接触角θ’が比較的小さい鋭角のものから大きな鈍角となるものまで、マイクロレンズ前駆体８の形状を作り分けることができる。すなわち、吐出するドット数を形成するマイクロレンズの形状に合わせて予め適宜に決定しておくことにより、所望の形状のマイクロレンズを形成することができるのである。
【００４６】
このようにして所望形状（本実施形態では図４（ｃ）に示したような球形に近い形状とする）のマイクロレンズ前駆体８を形成したら、図３（ｂ）に示すようにこれらマイクロレンズ前駆体８を硬化させ、マイクロレンズ８ａを形成する。マイクロレンズ前駆体８の硬化処理としては、前述したようにレンズ材料７として有機溶剤が加えられておらず、放射線照射硬化性が付与されたものを用いることから、特に紫外線（波長λ＝３６５ｎｍ）の照射による処理方法が好適に用いられる。
【００４７】
また、このような紫外線照射による硬化処理の後、例えば１００℃で１時間程度の熱処理を行うのが好ましい。このような熱処理を行うことにより、紫外線照射による硬化処理の段階で硬化むらが生じてしまっても、この硬化むらを減少させて全体としてほぼ均一な硬化度にすることができる。
このようにしてマイクロレンズ８ａを形成したら、必要に応じて基体３を切断し、個片化しあるいはアレイ状に形成することなどにより、所望の形態に作製する。
なお、このようにして製造されたマイクロレンズ８ａと、基体３に予め形成した前記面発光レーザ２とから、本発明の一実施形態となる光学装置が得られる。
【００４８】
このようなマイクロレンズ８ａの製造方法にあっては、土台部材４ｂ上にマイクロレンズ８ａを形成するので、土台部材４ｂの上面の大きさや形状を適宜に形成することにより、得られるマイクロレンズ８ａの大きさや形状を適宜に形成することができる。また、土台部材４ｂの上面を撥液処理しているので、吐出配置されたレンズ材料７の土台部材４ｂ上面に対する接触角θ’を大きくすることができ、これにより土台部材４ｂ上面に載るレンズ材料７の量を多くすることができる。そして、このように土台部材４ｂ上面に載るレンズ材料７の量を多くできるようにした状態のもとで、レンズ材料７を複数ドット吐出するようにしているので、ドット数を適宜に調整することにより、得られるマイクロレンズ８ａの大きさや形状を良好に制御することができる。
【００４９】
すなわち、前述したようにマイクロレンズ８ａの形状を図４（ａ）〜（ｃ）に示した種々の形状、すなわち平べったい形状（図４（ａ））から側面が半球に近い形状（図４（ｂ））、さらに側面が球に近い形状（図４（ｃ））にまで作り分けることができる。したがって、特に本実施形態の場合に、基体３に形成した面発光レーザ２からの出射光（発光光）が土台部材４ｂを透過してこの土台部材４ｂと反対の側、すなわちマイクロレンズ８ａの上面側から出射するが、図４（ａ）〜（ｃ）に示したようにこのマイクロレンズ８ａの上面側の曲率を適宜に作り分けることができることから、このマイクロレンズ８ａの集光機能を予め設定したように調整することができる。
【００５０】
したがって、例えば面発光レーザ２からの出射光（発光光）が放射光として土台部材４ｂを透過してマイクロレンズ８ａに入射する場合に、予め放射光の放射の度合いに応じてマイクロレンズ８ａの形状、すなわちマイクロレンズ８ａの上面側の曲率を予め設定した曲率となるように形成しておくことにより、面発光レーザ２からの放射光（出射光）を例えば図５（ａ）〜（ｃ）に示すようにマイクロレンズ８ａで良好に集光することができる。
また、逆に面発光レーザ２などの発光源からの光が放射性を有することなく、直進性を有する場合、マイクロレンズ８ａを透過させることでこの透過光に放射性を持たせることができる。
【００５１】
また、前述したように複数のドットを二つ以上のノズル１８を用いて吐出するようにしたので、個々のノズル１８に吐出量のバラツキがあったとしても、二つ以上のノズルを用いて一つのマイクロレンズ前駆体８を形成することにより、ノズル１８間の吐出量のバラツキの影響を軽減することができる。よって、得られるマイクロレンズ８ａの形状の不均一化を抑え、光学特性のバラツキを防止して良好な光学特性を有するマイクロレンズ８ａを形成することができる。
【００５２】
また、特に図４（ｂ）、（ｃ）に示したように、土台部材４ｂの上面の外径Ａに対してマイクロレンズ８ａを、前記上面と平行となる横断面のうちの最大となる横断面の外径Ｂの方が大きくなるように形成することにより、このマイクロレンズ８ａが図４（ａ）に示したものなどに比べ球に近いものとなる。したがって、その上面側の曲率を比較的小さくすることができることから、集光機能をより高めることができる。
【００５３】
また、このようにして製造されたマイクロレンズ８ａと基体３に形成した前記面発光レーザ２とからなる光学装置にあっては、前述したように大きさや形状が良好に制御され、かつそのバラツキが防止されたマイクロレンズ８ａを前記面発光レーザ２の出射側に配設しているので、このマイクロレンズ８ａによって面発光レーザ２からの出射光の集光等を良好に行うことができ、したがって良好な発光特性（光学特性）を有するものとなる。
【００５４】
なお、前記実施形態では、基体３上に土台部材材料層４を形成してこの土台部材材料層４から土台部材４ｂを形成するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば基体３の表層部が透光性材料によって形成されている場合などでは、この表層部に土台部材を直接形成するようにしてもよい。
また、土台部材４ｂの形成方法についても、前述したフォトリソグラフィー法に限定されることなく、他の形成方法、例えば選択成長法や転写法等を採用することができる。
また、土台部材４ｂの上面形状についても、形成するマイクロレンズに要求される特性に応じて、三角形や四角形など種々の形状にすることが可能であり、さらに土台部材４ｂ自体の形状についても、テーパ型や逆テーパ型など種々の形状にすることが可能である。
また、前記実施形態では、マイクロレンズ８ａが、土台部材４ｂ上に形成された状態のままでレンズとして用いられ、機能するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、土台部材４ｂから適宜な方法で切り離しあるいは剥離し、マイクロレンズ８ａを単独の光学部品として用いるようにしてもよい。その場合、製造に用いる土台部材４ｂについては、当然ながら透光性を有する必要はない。
【００５５】
また、本発明においては、前記の面発光レーザ２とマイクロレンズ８ａとからなる光学装置に加えて、この光学装置からの出射光を伝送する光ファイバや光導波路等からなる光伝送手段と、この光伝送手段で伝送された光を受光する受光素子とを備えることにより、光伝送装置として機能させることができる。
このような光伝送装置にあっては、前述したように良好な発光特性（光学特性）を有する光学装置を備えているので、この光伝送装置も良好な伝送特性を有するものとなる。
【００５６】
また、本発明に係るレーザプリンタ用ヘッドは、前記光学装置を備えてなるものである。すなわち、このレーザプリンタ用ヘッドに用いられた光学装置は、図７に示すように多数の面発光レーザ２を直線的に配してなる面発光レーザアレイ２ａと、この面発光レーザアレイ２ａを構成する個々の面発光レーザ２に対して配設されたマイクロレンズ８ａと、を備えてなるものである。なお、面発光レーザ２に対してはＴＦＴ等の駆動素子（図示せず）が設けられており、また、このレーザプリンタ用ヘッドには温度補償回路（図示せず）が設けられている。
さらに、このような構成のレーザプリンタ用ヘッドを備えることにより、本発明に係るレーザプリンタが構成される。
【００５７】
このようなレーザプリンタ用ヘッドにあっては、前述したように良好な発光特性（光学特性）を有する光学装置を備えているので、描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドとなる。
また、このレーザプリンタ用ヘッドを備えたレーザプリンタにあっても、前述したように描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドを備えているので、このレーザプリンタ自体が描画特性に優れたものとなる。
【００５８】
なお、本発明に係るマイクロレンズは、前記した用途以外にも種々の光学装置に適用可能であり、例えば固体撮像装置（ＣＣＤ）の受光面や光ファイバの光結合部などに設けられる光学部品としても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）〜（ｅ）は本発明に係るマイクロレンズの製造工程図である。
【図２】 （ａ）〜（ｃ）はインクジェットヘッドの概略構成図である。
【図３】 （ａ）、（ｂ）は本発明に係るマイクロレンズの製造工程図である。
【図４】 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係るマイクロレンズを示す図である。
【図５】 （ａ）〜（ｃ）はマイクロレンズの集光機能を示す図である。
【図６】 撥液処理によるレンズ材料の接触角を説明するための図である。
【図７】 本発明に係るレーザプリンタ用ヘッドの概略構成図である。
【符号の説明】
１…ＧａＡｓ基板、２…面発光レーザ、３…基体、４…土台部材材料層、
４ｂ…土台部材、７…レンズ材料、８ａ…マイクロレンズ、１８…ノズル、
３４…インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロレンズの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロレンズと呼ばれる微小レンズを多数有した光学装置が提供されている。このような光学装置としては、例えばレーザを備えた発光装置や、光ファイバの光インタコネクション、さらには入射光を集めるための集光レンズを有した固体撮像素子などがある。
【０００３】
ところで、このような光学装置を構成するマイクロレンズは、従来では金型を用いた成形法や、フォトリソグラフィー法によって成形されていた（例えば、特許文献１参照）。
また、近年ではプリンタなどに用いられている液滴吐出法を用い、微細パターンであるマイクロレンズを形成するといった提案もなされている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３５５０４号公報
【特許文献２】
特開２０００−２８０３６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金型を用いた成形法やフォトリソグラフィー法では、マイクロレンズ形成のために金型や複雑な製造工程を必要とすることから、その分コストが高くなってしまい、また、任意の形状のマイクロレンズを任意の位置に形成するのが困難であるといった課題があった。
また、単に液滴吐出法を採用するだけでは、マイクロレンズを任意の位置に形成するのは容易であるものの、その形状を所望する形状に制御するのが困難であった。さらに、液滴を吐出する吐出ヘッドは通常多数のノズルを有しているが、これらノズル間では、例えば僅かな構造のバラツキなどから吐出量に微妙にバラツキが生じてしまうことがあり、したがってこのような吐出量のバラツキに起因して得られるマイクロレンズの形状の均一性が損なわれ、結果として光学特性にバラツキが生じることがある。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、形状を任意に制御して集光機能等の光学特性を良好にするとともに、そのバラツキを抑えるようにした、マイクロレンズの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明のマイクロレンズの製造方法では、基体上に土台部材を形成する工程と、前記土台部材の上面を撥液処理する工程と、複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルを用いてこれらノズルのそれぞれから前記撥液処理した土台部材の上にレンズ材料を吐出し、前記土台部材上に単一のマイクロレンズを形成する工程と、を備えてなり、前記液滴吐出ヘッドによりレンズ材料を吐出するに際して、形成するマイクロレンズの上面側の曲率が予め設定した所定の曲率となるように、吐出するドット数を決定することを特徴としている。
このマイクロレンズの製造方法によれば、土台部材上に単一のマイクロレンズを形成するので、土台部材の上面の大きさや形状を適宜に形成することにより、得られるマイクロレンズの大きさや形状を適宜に形成することが可能になる。また、土台部材の上面を撥液処理するようにしたので、吐出配置されたレンズ材料の土台部材上面に対する接触角を大きくすることができ、これにより土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くすることが可能になる。そして、このように土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くできるようにした状態のもとで、レンズ材料を複数ドット吐出するようにしているので、ドット数を適宜に調整することにより得られるマイクロレンズの大きさや形状を良好に制御することができ、したがって例えば球に近い形状のマイクロレンズを形成することも可能になる。
また、レンズ材料を、特に複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルを用いて吐出するようにしたので、個々のノズルに吐出量のバラツキがあったとしても、二つ以上のノズルを用いて一つの（単一の）マイクロレンズを形成することから、ノズル間の吐出量のバラツキの影響が軽減される。よって、得られるマイクロレンズの形状の不均一化が抑えられ、これにより光学特性のバラツキが防止される。
また、上面側の曲率を予め設定した所定の曲率となるように形成するので、この上面側から光を透過させるようにすることにより、所望の光学特性を有するマイクロレンズを形成することができる。
【０００８】
また、本発明の別のマイクロレンズの製造方法では、基体上に土台部材を形成する工程と、前記土台部材の上面を撥液処理する工程と、複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルを用いてこれらノズルのそれぞれから前記撥液処理した土台部材の上にレンズ材料を吐出し、前記土台部材上に単一のマイクロレンズを形成する工程と、を備えてなり、前記液滴吐出ヘッドによりレンズ材料を吐出するに際して、形成するマイクロレンズの、前記土台部材の上面と平行となる横断面の最大外径が、前記土台部材の上面の外径より大きくなるように、吐出するドット数を決定することを特徴としている。
このマイクロレンズの製造方法によれば、土台部材上に単一のマイクロレンズを形成するので、土台部材の上面の大きさや形状を適宜に形成することにより、得られるマイクロレンズの大きさや形状を適宜に形成することが可能になる。また、土台部材の上面を撥液処理するようにしたので、吐出配置されたレンズ材料の土台部材上面に対する接触角を大きくすることができ、これにより土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くすることが可能になる。そして、このように土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くできるようにした状態のもとで、レンズ材料を複数ドット吐出するようにしているので、ドット数を適宜に調整することにより得られるマイクロレンズの大きさや形状を良好に制御することができ、したがって例えば球に近い形状のマイクロレンズを形成することも可能になる。
また、レンズ材料を、特に複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルを用いて吐出するようにしたので、個々のノズルに吐出量のバラツキがあったとしても、二つ以上のノズルを用いて一つの（単一の）マイクロレンズを形成することから、ノズル間の吐出量のバラツキの影響が軽減される。よって、得られるマイクロレンズの形状の不均一化が抑えられ、これにより光学特性のバラツキが防止される。
また、形成するマイクロレンズの、前記土台部材の上面と平行となる横断面の最大外径が、前記土台部材の上面の外径より大きくなるように、吐出するドット数を決定するので、得られるマイクロレンズは、土台部材の上面の外径より大きい横断面を有することから、このマイクロレンズが例えば球に近い形状となり、したがってその曲率が適宜に形成されることで集光機能等の光学特性が良好に調整されたものとなる。
【０００９】
また、前記マイクロレンズの製造方法においては、前記撥液処理する工程では、前記土台部材形成材料で形成された平面に対して前記レンズ材料を配した際、該レンズ材料の接触角が２０°以上となるような撥液性を発揮するように撥液処理するのが好ましい。
このようにすれば、吐出配置されたレンズ材料の土台部材上面に対する接触角が確実に大きくなるので、土台部材上面に載るレンズ材料の量をより多くすることができる。
【００１０】
また、前記マイクロレンズの製造方法においては、前記土台部材を形成する工程において、前記土台部材の上面形状を円形あるいは楕円形、もしくは多角形に形成するのが好ましい。
このようにすれば、より球に近いマイクロレンズを形成することが可能になり、したがってその曲率を適宜に形成することで集光機能等の光学特性を調整することが可能になる。
【００１２】
また、前記マイクロレンズの製造方法においては、前記レンズ材料が、非溶剤系の光透過性樹脂からなっていてもよい。
このようにすれば、得られるマイクロレンズの大きさ・形状が吐出したレンズ材料のドット数によってより良好に規定されることから、吐出するドット数を適宜に調整することにより、得られるマイクロレンズを所望する大きさ・形状により精度良く形成することが可能となる。
【００１３】
本発明に係るマイクロレンズは、基体上に形成された土台部材の上面に形成された単一のマイクロレンズであって、前記土台部材の上面が撥液処理されてなり、前記マイクロレンズが、複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルのそれぞれから前記撥液処理した土台部材の上にレンズ材料が吐出されて形成されている。
このマイクロレンズによれば、土台部材上に単一のマイクロレンズが形成されているので、土台部材の上面の大きさや形状が適宜に形成されることにより、その大きさや形状が適宜なものとなる。また、土台部材の上面が撥液処理されているので、吐出配置されたレンズ材料の土台部材上面に対する接触角が大きくなっており、したがって土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くすることが可能になっている。よって、吐出されるレンズ材料のドット数が適宜に調整されることにより、得られるマイクロレンズの大きさや形状が良好に制御されたものとなり、例えば球に近い形状のものにも形成可能となっている。
【００１４】
また、特に複数のノズルが備えられた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルが用いられてこれらノズルのそれぞれからレンズ材料が吐出され、単一のマイクロレンズが形成されているので、個々のノズルに吐出量のバラツキがあったとしても、二つ以上のノズルが用いられて一つのマイクロレンズが形成されていることにより、ノズル間の吐出量のバラツキの影響が軽減されている。よって、得られるマイクロレンズの形状の不均一化が抑えられ、これにより光学特性のバラツキが防止されたものとなる。
【００１５】
また、前記マイクロレンズにおいては、前記土台部材の上面形状が円形あるいは楕円形、もしくは多角形であるのが好ましい。
このようにすれば、より球に近いものとなり、したがってその曲率が適宜に形成されることで集光機能等の光学特性が良好に調整されたものとなる。
【００１７】
また、前記マイクロレンズの製造方法においては、前記土台部材を、透光性を有する材料によって形成するのが好ましい。
このようにすれば、得られるマイクロレンズは、土台部材側に発光源を配置して用いた場合に、この発光源からの光をマイクロレンズの上面側から良好に出射させるようになり、したがってこの上面側の曲率等によって集光機能等を良好に発揮するものとなる。
【００１８】
本発明に係る光学装置は、面発光レーザと、前記の製造方法によって得られたマイクロレンズ、あるいは前記のマイクロレンズとを備え、前記マイクロレンズを前記面発光レーザの出射側に配設したことで構成される。
この光学装置によれば、前述したように大きさや形状が良好に制御されたマイクロレンズを前記面発光レーザの出射側に配設しているので、このマイクロレンズによって発光レーザからの出射光の集光等を良好に行うことが可能になり、したがって良好な発光特性（光学特性）を有するものとなる。
【００１９】
本発明に係る光伝送装置は、前記の光学装置と、受光素子と、前記光学装置からの出射光を前記受光素子に伝送する光伝送手段とを備えることで構成される。
この光伝送装置によれば、前述したように良好な発光特性（光学特性）を有する光学装置を備えているので、伝送特性が良好な光伝送装置となる。
【００２０】
本発明に係るレーザプリンタ用ヘッドは、前記光学装置を備えることで構成される。
このレーザプリンタ用ヘッドによれば、前述したように良好な発光特性（光学特性）を有する光学装置を備えているので、描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドとなる。
【００２１】
本発明に係るレーザプリンタは、前記のレーザプリンタ用ヘッドを備えることで構成される。
このレーザプリンタによれば、前述したように描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドを備えているので、このレーザプリンタ自体が描画特性に優れたものとなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
まず、本発明のマイクロレンズの製造方法について説明する。本発明のマイクロレンズの製造方法は、基体上に土台部材を形成する工程と、前記土台部材の上面を撥液処理する工程と、複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくともその二つのノズルを用いて前記撥液処理した土台部材の上面上にレンズ材料を複数ドット吐出し、前記土台部材上にマイクロレンズを形成する工程と、を備えている。
【００２３】
ここで、本発明において「基体」とは、前記土台部材を形成できる面を有するものをいい、具体的にはガラス基板や半導体基板、さらにはこれらに各種の機能性薄膜や機能性要素を形成したものをいう。また、前記土台部材を形成できる面については、平面であっても曲面であってもよく、さらに基体自体の形状についても特に限定されることなく種々の形状のものが採用可能である。
【００２４】
本発明では、図１（ａ）に示すように例えばＧａＡｓ基板１を用い、このＧａＡｓ基板１に多数の面発光レーザ２を形成したものを基体３として用意する。そして、この基体３の上面側、すなわち前記面発光レーザ２の出射側となる面上に、土台部材の形成材料を設け、土台部材材料層４を形成する。なお、面発光レーザ２には、その出射口の周辺にポリイミド樹脂等からなる絶縁層（図示せず）が形成されている。ここで、土台部材の形成材料としては、透光性を有する材料、すなわち、前記面発光レーザ２からの発光光の波長域においてほとんど吸収を起こさず、したがって実質的にこの発光光を透過させる材料とするのが好ましく、例えばポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、あるいはフッ素系樹脂等が好適に用いられるが、特にポリイミド系樹脂がより好適に用いられる。
【００２５】
本実施形態では、土台部材の形成材料としてポリイミド系樹脂を用いるものとする。そして、このポリイミド系樹脂の前駆体を基体３上に塗布し、その後約１５０℃で加熱処理することにより、図１（ａ）に示したような土台部材材料層４とする。なお、この土台部材材料層４については、この段階では十分に硬化を進ませず、その形状を保持できる程度の硬さにしておく。
【００２６】
このようにしてポリイミド系樹脂からなる土台部材材料層４を形成したら、図１（ｂ）に示すようにこの土台部材材料層４上にレジスト層５を形成する。そして、所定のパターンを形成したマスク６をレジスト層５を用いて露光し、さらに現像することにより、図１（ｃ）に示すようにレジストパターン５ａを形成する。
【００２７】
次いで、レジストパターン５ａをマスクとして、例えばアルカリ系溶液を用いたウエットエッチングによって土台部材材料層４をパターニングする。これにより、図１（ｄ）に示すように基体３上に土台部材パターン４ａが形成される。ここで、形成する土台部材パターン４ａについては、その上面形状を円形あるいは楕円形、もしくは多角形に形成するのが、これの上にマイクロレンズを形成するうえで好ましく、本実施形態では上面形状を円形にしている。また、このような円形の上面の中心位置が、基体３に形成した前記面発光レーザ２の出射口（図示せず）の直上に位置するように形成する。
その後、図１（ｅ）に示すようにレジストパターン５ａを除去し、さらに約３５０℃で熱処理を行うことにより、土台部材パターン４ａを十分に硬化させて土台部材４ｂとする。
【００２８】
次いで、この土台部材４ｂの上面を撥液処理する。この撥液処理としては、例えば大気雰囲気中にてテトラフルオロメタンを処理ガスとするプラズマ処理法（ＣＦ４プラズマ処理法）が好適に採用される。このＣＦ４プラズマ処理の条件は、例えばプラズマパワーが５０〜１０００ｋＷ、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）のガス流量が５０〜１００ｍｌ／ｍｉｎ、プラズマ放電電極に対する基体３の搬送速度が０．５〜１０２０ｍｍ／ｓｅｃ、基体温度が７０〜９０℃とされる。なお、処理ガスとしては、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）に限定されることなく、他のフルオロカーボン系のガスを用いることもできる。このような撥液化処理を行うことにより、土台部材４ｂの上面にはこれを構成する樹脂中にフッ素基が導入され、これによって高い撥液性が付与される。
【００２９】
ここで、このような撥液処理については、特に、前記土台部材４ｂの形成材料で形成された平面に対して後述するレンズ材料を配した際、該レンズ材料の接触角が２０°以上となるような撥液性を発揮するように、行うのが好ましい。
すなわち、図６に示すように前記土台部材４ｂの形成材料（本例ではポリイミド系樹脂）で土台部材材料層４を形成し、その表面を平面とする。そして、この表面に対して前述した廃液処理を施す。次いで、この表面上にレンズ材料７を液滴吐出法によって配する。
【００３０】
すると、レンズ材料７は土台部材材料層４の表面に対する濡れ性に応じた形状の液滴となる。このとき、土台部材材料層４の表面張力をγＳ、レンズ材料７の表面張力をγＬ、土台部材材料層４とレンズ材料７との間の界面張力をγＳＬ、土台部材材料層４に対するレンズ材料７の接触角をθとすると、γＳ、γＬ、γＳＬ、θの間には以下の式が成立する。
γＳ＝γＳＬ＋γＬ・ｃｏｓθ
後述するようにマイクロレンズとなるレンズ材料７は、その曲率が、前記の式によって決定される接触角θにより制限を受ける。すなわち、レンズ材料７を硬化させた後に得られるレンズの曲率は、最終的なマイクロレンズの形状を決定する要素の一つである。したがって、本発明においては、得られるマイクロレンズの形状がより球状に近くなるよう、撥液処理によって土台部材材料層４とレンズ材料７との間の界面張力をγＳＬを大きくすることで、前記接触角θを大きく、すなわち２０°以上とするのが好ましいのである。
このように、図６に示した接触角θが２０°以上となるような条件による撥液処理を、前記土台部材４ｂの上面に施すことにより、後述するようにこの土台部材４ｂの上面に吐出配置されるレンズ材料７の、土台部材４ｂ上面に対する接触角θ’が確実に大きくなる。したがって、土台部材上面に載るレンズ材料の量をより多くすることができ、これによりその形状を吐出量（吐出ドット量）で制御することが容易になる。
【００３１】
このようにして土台部材４ｂの上面に撥液処理を施したら、この土台部材４ｂ上に液滴吐出法によってレンズ材料７を複数ドット吐出する。ここで、液滴吐出法としては、ディスペンサ法やインクジェット法などが採用可能である。ディスペンサ法は、液滴を吐出する方法として一般的な方法であり、比較的広い領域に液滴を吐出するのに有効な方法である。インクジェット法は、インクジェットヘッドを用いて液滴を吐出する方法であり、液滴を吐出する位置についてμｍオーダーの単位で制御することができ、また、吐出する液滴の量もピコリットルオーダーの単位で制御できるため、特に微細なレンズ（マイクロレンズ）の製造に適している。
【００３２】
そこで、本実施形態では、液滴吐出法としてインクジェット法を用いることにする。このインクジェット法は、インクジェットヘッド３４として、例えば図２（ａ）に示すようにステンレス製のノズルプレート１２と振動板１３とを備え、両者を仕切部材（リザーバプレート）１４を介して接合したものを用いる。ノズルプレート１２と振動板１３との間には、仕切部材１４によって複数のキャビティ１５…とリザーバ１６とが形成されており、これらキャビティ１５…とリザーバ１６とは流路１７を介して連通している。
【００３３】
各キャビティ１５とリザーバ１６の内部とは吐出するための液状体（レンズ材料）で満たされるようになっており、これらの間の流路１７はリザーバ１６からキャビティ１５に液状体を供給する供給口として機能するようになっている。また、ノズルプレート１２には、キャビティ１５から液状体を噴射するための孔状のノズル１８が、例えば図２（ｂ）に示すインクジェットヘッド３４の底面のように縦方向に２列、横方向に１２列整列した状態で形成されている。一方、振動板１３には、リザーバ１６内に開口する孔１９が形成されており、この孔１９には液状体タンク（図示せず）がチューブ（図示せず）を介して接続されるようになっている。
【００３４】
また、振動板１３のキャビティ１５に向く面と反対の側の面上には、図２（ｃ）に示すように圧電素子（ピエゾ素子）２０が接合されている。この圧電素子２０は、一対の電極２１、２１間に挟持され、通電により外側に突出するようにして撓曲するよう構成されたもので、本発明における吐出手段として機能するものである。
【００３５】
このような構成のもとに圧電素子２０が接合された振動板１３は、圧電素子２０と一体になって同時に外側へ撓曲し、これによりキャビティ１５の容積を増大させる。すると、キャビティ１５内とリザーバ１６内とが連通しており、リザーバ１６内に液状体が充填されている場合には、キャビティ１５内に増大した容積分に相当する液状体が、リザーバ１６から流路１７を介して流入する。
そして、このような状態から圧電素子２０への通電を解除すると、圧電素子２０と振動板１３はともに元の形状に戻る。よって、キャビティ１５も元の容積に戻ることから、キャビティ１５内部の液状体の圧力が上昇し、ノズル１８から液状体の液滴２２が吐出される。
【００３６】
なお、インクジェットヘッドの吐出手段としては、前記の圧電素子（ピエゾ素子）２０を用いた電気機械変換体以外でもよく、例えば、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いた方式や、帯電制御型、加圧振動型といった連続方式、静電吸引方式、さらにはレーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用で液状体を吐出させる方式を採用することもできる。
【００３７】
また、吐出するレンズ材料７、すなわちマイクロレンズとなるレンズ材料７としては、光透過性樹脂が用いられる。具体的には、ポリメチルメタクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリシクロヘキシルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ポリカーボネートなどのアリル系樹脂、メタクリル樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂などの熱可塑性または熱硬化性の樹脂が挙げられ、これらのうちの一種が用いられ、あるいは複数種が混合されて用いられる。
【００３８】
また、本発明においては、前記光透過性樹脂として、特に非溶剤系のものが好適に用いられる。この非溶剤系の光透過性樹脂は、有機溶剤を用いて光透過性樹脂を溶解し、液状体とすることなく、例えばこの光透過性樹脂をそのモノマーで希釈することによって液状化し、インクジェットヘッド３４からの吐出を可能にしたものである。また、この非溶剤系の光透過性樹脂では、ビイミダゾール系化合物などの光重合開始剤を配合することにより、放射線照射硬化型のものとして使用できるようにしている。すなわち、このような光重合開始剤を配合することにより、前記光透過性樹脂に放射線照射硬化性を付与することができるのである。ここで、放射線とは可視光線、紫外線、遠紫外線、Ｘ線、電子線等の総称であり、特に紫外線が一般的に用いられる。
【００３９】
このようなレンズ材料７を、前記構成からなるインクジェットヘッド３４によって図３（ａ）に示すように土台部材４ｂ上に複数ドット、例えば１０〜３０ドット吐出し、土台部材４ｂ上にマイクロレンズ前駆体８を形成する。ここで、インクジェットヘッド３４には、図２（ｂ）に示したようにそのノズルプレート１２にノズル１８が縦横に整列した状態で複数形成されているが、これらノズル１８間では、例えばその位置の違いなどから吐出量が微妙にばらついていることがある。
【００４０】
そこで、本発明においては、このインクジェットヘッド３４からインク材料７の液滴を複数ドット吐出する際、一つのノズル１８から全てのドットを吐出するのではなく、二つ以上のノズル１８を用いて、これらから一つの土台部材５ｂの上面上にレンズ材料７を吐出するようにしている。
例えば、一つの土台部材５ｂ上にインク材料７を１０ドット吐出し、マイクロレンズ前駆体８を形成する場合に、図２（ｂ）に示したノズル１８…のうち、横方向に配列された１２個のノズル１８のうちの一方の側から順に１ドットずつ吐出し、１０個のノズル１８で計１０ドット吐出することにより、マイクロレンズ前駆体８を形成する。
【００４１】
また、図２（ｂ）に示した横方向に配列されたノズル１８…のうちの、隣り合う二つのノズル１８を用い、一つの土台部材５ｂ上にこれらノズル１８から交互に１ドットずつ吐出し、２個のノズル１８で５ドットずつ、計１０ドット吐出することにより、マイクロレンズ前駆体８を形成するようにしてもよい。
なお、これらの吐出例は複数のノズル１８を用いて複数ドットを吐出する態様のほんの一部の例であり、これら以外にも、種々の吐出の態様を採用することができるのはもちろんである。
【００４２】
このように複数のドットを、二つ以上のノズル１８を用いて吐出するようにしたので、個々のノズル１８に吐出量のバラツキがあったとしても、二つ以上のノズルを用いて一つのマイクロレンズ前駆体８を形成することにより、ノズル１８間の吐出量のバラツキの影響を軽減することができる。また、特に１０個のノズル１８を用いる例のように多数のノズル１８を用いて吐出を行えば、よりノズル１８間のバラツキの影響を少なくすることができ、好ましい。
【００４３】
ここで、本実施形態ではインクジェット法によってレンズ材料７を吐出しているので、レンズ材料７を土台部材４ｂ上のほぼ中心部に精度良く配することができる。また、前述したように土台部材４ｂの上面を撥液処理していることにより、吐出されたレンズ材料７の液滴は土台部材４ｂの上面上で濡れ広がりにくくなっており、したがって土台部材４ｂ上に配されたレンズ材料７は、土台部材４ｂからこぼれ落ちることなく、土台部材４ｂ上に安定した状態で保持されるようになっている。また、断続的に数ドット（本例では３０ドット）が吐出されることにより、この吐出されたレンズ材料７からなるマイクロレンズ前駆体８は、その横断面（土台部材４ｂの上面と平行な水平面）がついには土台部材４ｂの上面より大きくなる。
【００４４】
すなわち、レンズ材料７の吐出の初期においては、レンズ材料７の吐出量が少ないため、図４（ａ）に示すように土台部材４ｂの上面全体に広がった状態では全体としては大きく盛り上がらず、土台部材４ｂの上面に対する接触角θ’は鋭角となる。
この状態からさらにレンズ材料７の吐出を続けると、後から吐出されたレンズ材料７は当然先に吐出されたレンズ材料７に対する密着性が高いことから、図４（ｂ）に示すようにこれからこぼれ落ちることなく一体化する。すると、この一体化されたレンズ材料７はその体積が大きくなって盛り上がり、これによって土台部材４ｂの上面に対する接触角θ’が大きくなり、ついには直角を越えるようになる。
さらにこの状態からレンズ材料７の吐出を続けると、特にインクジェット法で吐出していることからドットごとでは大きな量とならないことにより、土台部材４ｂ上での全体としてのバランスが保たれ、結果として図４（ｃ）に示すように接触角θ’が大きな鈍角となり、結果として球に近い状態になる。
【００４５】
このように、土台部材４ｂの上面を撥液処理しておき、この撥液処理面上に少量のドットを量及び吐出位置について精度良く吐出することのできるインクジェット法（液滴吐出法）でレンズ材料７を複数ドット配することにより、接触角θ’が比較的小さい鋭角のものから大きな鈍角となるものまで、マイクロレンズ前駆体８の形状を作り分けることができる。すなわち、吐出するドット数を形成するマイクロレンズの形状に合わせて予め適宜に決定しておくことにより、所望の形状のマイクロレンズを形成することができるのである。
【００４６】
このようにして所望形状（本実施形態では図４（ｃ）に示したような球形に近い形状とする）のマイクロレンズ前駆体８を形成したら、図３（ｂ）に示すようにこれらマイクロレンズ前駆体８を硬化させ、マイクロレンズ８ａを形成する。マイクロレンズ前駆体８の硬化処理としては、前述したようにレンズ材料７として有機溶剤が加えられておらず、放射線照射硬化性が付与されたものを用いることから、特に紫外線（波長λ＝３６５ｎｍ）の照射による処理方法が好適に用いられる。
【００４７】
また、このような紫外線照射による硬化処理の後、例えば１００℃で１時間程度の熱処理を行うのが好ましい。このような熱処理を行うことにより、紫外線照射による硬化処理の段階で硬化むらが生じてしまっても、この硬化むらを減少させて全体としてほぼ均一な硬化度にすることができる。
このようにしてマイクロレンズ８ａを形成したら、必要に応じて基体３を切断し、個片化しあるいはアレイ状に形成することなどにより、所望の形態に作製する。
なお、このようにして製造されたマイクロレンズ８ａと、基体３に予め形成した前記面発光レーザ２とから、本発明の一実施形態となる光学装置が得られる。
【００４８】
このようなマイクロレンズ８ａの製造方法にあっては、土台部材４ｂ上にマイクロレンズ８ａを形成するので、土台部材４ｂの上面の大きさや形状を適宜に形成することにより、得られるマイクロレンズ８ａの大きさや形状を適宜に形成することができる。また、土台部材４ｂの上面を撥液処理しているので、吐出配置されたレンズ材料７の土台部材４ｂ上面に対する接触角θ’を大きくすることができ、これにより土台部材４ｂ上面に載るレンズ材料７の量を多くすることができる。そして、このように土台部材４ｂ上面に載るレンズ材料７の量を多くできるようにした状態のもとで、レンズ材料７を複数ドット吐出するようにしているので、ドット数を適宜に調整することにより、得られるマイクロレンズ８ａの大きさや形状を良好に制御することができる。
【００４９】
すなわち、前述したようにマイクロレンズ８ａの形状を図４（ａ）〜（ｃ）に示した種々の形状、すなわち平べったい形状（図４（ａ））から側面が半球に近い形状（図４（ｂ））、さらに側面が球に近い形状（図４（ｃ））にまで作り分けることができる。したがって、特に本実施形態の場合に、基体３に形成した面発光レーザ２からの出射光（発光光）が土台部材４ｂを透過してこの土台部材４ｂと反対の側、すなわちマイクロレンズ８ａの上面側から出射するが、図４（ａ）〜（ｃ）に示したようにこのマイクロレンズ８ａの上面側の曲率を適宜に作り分けることができることから、このマイクロレンズ８ａの集光機能を予め設定したように調整することができる。
【００５０】
したがって、例えば面発光レーザ２からの出射光（発光光）が放射光として土台部材４ｂを透過してマイクロレンズ８ａに入射する場合に、予め放射光の放射の度合いに応じてマイクロレンズ８ａの形状、すなわちマイクロレンズ８ａの上面側の曲率を予め設定した曲率となるように形成しておくことにより、面発光レーザ２からの放射光（出射光）を例えば図５（ａ）〜（ｃ）に示すようにマイクロレンズ８ａで良好に集光することができる。
また、逆に面発光レーザ２などの発光源からの光が放射性を有することなく、直進性を有する場合、マイクロレンズ８ａを透過させることでこの透過光に放射性を持たせることができる。
【００５１】
また、前述したように複数のドットを二つ以上のノズル１８を用いて吐出するようにしたので、個々のノズル１８に吐出量のバラツキがあったとしても、二つ以上のノズルを用いて一つのマイクロレンズ前駆体８を形成することにより、ノズル１８間の吐出量のバラツキの影響を軽減することができる。よって、得られるマイクロレンズ８ａの形状の不均一化を抑え、光学特性のバラツキを防止して良好な光学特性を有するマイクロレンズ８ａを形成することができる。
【００５２】
また、特に図４（ｂ）、（ｃ）に示したように、土台部材４ｂの上面の外径Ａに対してマイクロレンズ８ａを、前記上面と平行となる横断面のうちの最大となる横断面の外径Ｂの方が大きくなるように形成することにより、このマイクロレンズ８ａが図４（ａ）に示したものなどに比べ球に近いものとなる。したがって、その上面側の曲率を比較的小さくすることができることから、集光機能をより高めることができる。
【００５３】
また、このようにして製造されたマイクロレンズ８ａと基体３に形成した前記面発光レーザ２とからなる光学装置にあっては、前述したように大きさや形状が良好に制御され、かつそのバラツキが防止されたマイクロレンズ８ａを前記面発光レーザ２の出射側に配設しているので、このマイクロレンズ８ａによって面発光レーザ２からの出射光の集光等を良好に行うことができ、したがって良好な発光特性（光学特性）を有するものとなる。
【００５４】
なお、前記実施形態では、基体３上に土台部材材料層４を形成してこの土台部材材料層４から土台部材４ｂを形成するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば基体３の表層部が透光性材料によって形成されている場合などでは、この表層部に土台部材を直接形成するようにしてもよい。
また、土台部材４ｂの形成方法についても、前述したフォトリソグラフィー法に限定されることなく、他の形成方法、例えば選択成長法や転写法等を採用することができる。
また、土台部材４ｂの上面形状についても、形成するマイクロレンズに要求される特性に応じて、三角形や四角形など種々の形状にすることが可能であり、さらに土台部材４ｂ自体の形状についても、テーパ型や逆テーパ型など種々の形状にすることが可能である。
また、前記実施形態では、マイクロレンズ８ａが、土台部材４ｂ上に形成された状態のままでレンズとして用いられ、機能するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、土台部材４ｂから適宜な方法で切り離しあるいは剥離し、マイクロレンズ８ａを単独の光学部品として用いるようにしてもよい。その場合、製造に用いる土台部材４ｂについては、当然ながら透光性を有する必要はない。
【００５５】
また、本発明においては、前記の面発光レーザ２とマイクロレンズ８ａとからなる光学装置に加えて、この光学装置からの出射光を伝送する光ファイバや光導波路等からなる光伝送手段と、この光伝送手段で伝送された光を受光する受光素子とを備えることにより、光伝送装置として機能させることができる。
このような光伝送装置にあっては、前述したように良好な発光特性（光学特性）を有する光学装置を備えているので、この光伝送装置も良好な伝送特性を有するものとなる。
【００５６】
また、本発明に係るレーザプリンタ用ヘッドは、前記光学装置を備えてなるものである。すなわち、このレーザプリンタ用ヘッドに用いられた光学装置は、図７に示すように多数の面発光レーザ２を直線的に配してなる面発光レーザアレイ２ａと、この面発光レーザアレイ２ａを構成する個々の面発光レーザ２に対して配設されたマイクロレンズ８ａと、を備えてなるものである。なお、面発光レーザ２に対してはＴＦＴ等の駆動素子（図示せず）が設けられており、また、このレーザプリンタ用ヘッドには温度補償回路（図示せず）が設けられている。
さらに、このような構成のレーザプリンタ用ヘッドを備えることにより、本発明に係るレーザプリンタが構成される。
【００５７】
このようなレーザプリンタ用ヘッドにあっては、前述したように良好な発光特性（光学特性）を有する光学装置を備えているので、描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドとなる。
また、このレーザプリンタ用ヘッドを備えたレーザプリンタにあっても、前述したように描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドを備えているので、このレーザプリンタ自体が描画特性に優れたものとなる。
【００５８】
なお、本発明に係るマイクロレンズは、前記した用途以外にも種々の光学装置に適用可能であり、例えば固体撮像装置（ＣＣＤ）の受光面や光ファイバの光結合部などに設けられる光学部品としても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）〜（ｅ）は本発明に係るマイクロレンズの製造工程図である。
【図２】 （ａ）〜（ｃ）はインクジェットヘッドの概略構成図である。
【図３】 （ａ）、（ｂ）は本発明に係るマイクロレンズの製造工程図である。
【図４】 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係るマイクロレンズを示す図である。
【図５】 （ａ）〜（ｃ）はマイクロレンズの集光機能を示す図である。
【図６】 撥液処理によるレンズ材料の接触角を説明するための図である。
【図７】 本発明に係るレーザプリンタ用ヘッドの概略構成図である。
【符号の説明】
１…ＧａＡｓ基板、２…面発光レーザ、３…基体、４…土台部材材料層、
４ｂ…土台部材、７…レンズ材料、８ａ…マイクロレンズ、１８…ノズル、
３４…インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
Claims (6)
- 基体上に土台部材を形成する工程と、
前記土台部材の上面を撥液処理する工程と、
複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルを用いてこれらノズルのそれぞれから前記撥液処理した土台部材の上にレンズ材料を吐出し、前記土台部材上に単一のマイクロレンズを形成する工程と、を備えてなり、
前記液滴吐出ヘッドによりレンズ材料を吐出するに際して、形成するマイクロレンズの上面側の曲率が予め設定した所定の曲率となるように、吐出するドット数を決定することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。 - 基体上に土台部材を形成する工程と、
前記土台部材の上面を撥液処理する工程と、
複数のノズルを備えた液滴吐出ヘッドにより、少なくとも異なる二つのノズルを用いてこれらノズルのそれぞれから前記撥液処理した土台部材の上にレンズ材料を吐出し、前記土台部材上に単一のマイクロレンズを形成する工程と、を備えてなり、
前記液滴吐出ヘッドによりレンズ材料を吐出するに際して、形成するマイクロレンズの、前記土台部材の上面と平行となる横断面の最大外径が、前記土台部材の上面の外径より大きくなるように、吐出するドット数を決定することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。 - 前記撥液処理する工程では、前記土台部材形成材料で形成された平面に対して前記レンズ材料を配した際、該レンズ材料の接触角が２０°以上となるような撥液性を発揮するように撥液処理することを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロレンズの製造方法。
- 前記土台部材を形成する工程において、前記土台部材の上面形状を円形あるいは楕円形、もしくは多角形に形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
- 前記レンズ材料が、非溶剤系の光透過性樹脂からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
- 前記土台部材を、透光性を有する材料によって形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
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