JP4052666B2 - 微小レリーフ要素およびその作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、微小レリーフ要素（MRE）およびこれを作製するための方法に関する。
本明細書においてMREと呼ぶものは、所望の基材の表面上に形成される三次元構造体であり、この構造体は特定の機能を発揮することのできるものである。一般に、この構造体は基材から約0.1〜1000ミクロン程度の規定の高さだけ突出している繰り返しパターンである。このようなMREは、微小光学デバイス、微小流体デバイス、微小電気デバイス、微小機械デバイスなどにおいて活性構成要素として利用し得る。特に、このようなMREを微小光学要素（MOE）として利用し得る。この場合、構造体の高さは0.1〜1000ミクロンの範囲、より一般的には0.1〜10ミクロンの範囲である。MREが微小流体デバイスまたは微小機械デバイスの構成要素である場合には、構造体の高さは通常10〜1000ミクロンの範囲である。
MOEは、入射光を反射または透過状態のいずれかで見たときにこの光線が予め定められた空間に分配するよう、構造体上に入射する光線の位相を変化させることを目的とした表面レリーフ構造体を有する。また、MOEには、レリーフ構造体が光透過性材料中に埋め込まれた埋没マイクロレンズのような構造体（以下、埋没MOEと呼ぶ）も含まれている。
MOEは、回折格子、レンズ、ビームアレイ発生器、レーザー高周波セパレータ、集束鏡およびマイクロレンズアレイなど種々の用途に利用し得るものである。
マイクロレンズアレイを、光学読み取り装置、レーザーダイオードと光ファイバとの間のインタフェース、ディフューザスクリーン、インテグラルフォトグラフィ、3-dカメラおよびディスプレイシステム、集積光学装置およびイメージバーとして利用し得る。
通常、MOEは支持基材にコーティングされた感光性材料に所望の表面レリーフ構造体を露光して現像し、次いで、表面レリーフ構造体をプラズマエッチングまたは化学エッチングによって基材に移して形成される。従来のMOEのデザイインおよび製造方法については、「Synthetic diffractive elements for optical interconnects」（MR Taghizadehら, Optical Computing and Processing, Vol 2（4）, 第221〜242ページ,1992）、「Two-dimensional array of diffractive microlenses fabricated by thin film deposition」（J Jahns et al., Appl Opt, Vol 29（7）, 931, 1990）、「Continuous-relief diffractive optical elements for two-dimensional array generation」（M T Galeら, Appl Opt, Vol 32（14）, 第2526ページ, 1993）、「Multilevel-grating array generators: fabrication error analysis and experiments」（J M Millerら, Appl Opt, Vol 32（14）, 2519, 1993）および「Fabricating binary optics in infrared and visible materials」（M B stern et al, SPIE, Vol 1751, Miniature and micro-optics, 第85〜95ページ, 1992）に記載されている。
従来、マイクロレンズアレイは、以下に記載されているような種々の方法で製造される：「Polymer microlens arrays」（P Pantelis and DJ McCartney, Pure Appl. Opt., Vol 3, 103（1994））、「The manufacture of microlenses by melting photoresist」（D Daley, R F Stevens, M C Hutley and N Davies, Meas. Sci. Technol., Vol 1, 759（1990））および「Microlens array fabricated in surface relief with high numerical aperture」（H W Lau, N Davies, M McCormick, SPIE Vol 1544 Miniature and Micro-optics: Fabrication and System Applications, 第178ページ,（1991））。ガラス製マイクロレンズは、ガラスを化学的にエッチング、成形、プラズマエッチングして、表面レリーフ構造体を形成して作成されていた。ポリマー製マイクロレンズは、フォトレジストのアイランドを溶融するか、またはレーザー光線で感光性材料への直接書き込み、または適切な材料に電子線を照射するか、またはプラズマエッチングまたは成形を施すなどの方法によって作成されていた。
残念なことに、従来のMRE製造方法には、使用し得る基材の範囲および形成し得るレリーフ構造体の複雑さや精度の面で限界があった。
本発明の目的は、種々の基材および複雑なデザインにおけるMRE、特にMOEを形成するための容易な方法を提供することにある。本方法の利点は、同一の工程で広範な高さの表面レリーフを形成し得るという点である。もう１つの利点は、小さな横方向の形状物を連続的に再生し得るという点である。さらに、この工程を用いて表面積の大きいMREを形成することもできる。
したがって、本発明の第１の局面において、以下を有する微小レリーフ要素が得られる：
a） レリーフ形成ポリマーを保持し得る受容面を有する、第１の基材の第１の層；
b） 受容面上に所望の厚さで設けられたレリーフ形成ポリマーのオーバーレイ；および
c） レリーフ形成ポリマーで形成され、オーバーレイ上に突出している少なくとも１つのレリーフ形状物。
第２の局面において、本発明は、その構造体が以下を含有する微小光学要素の少なくとも一部として用いられる構造体を提供する：
a） 光学的に透過性なレリーフ形成ポリマーを保持し得る受容面を有する第１の層であって、第１の屈折率を有する光学的に透過性な第１の基材の第１の層；
b） 光学的に重要でない作用を有し、好ましくは最大厚さ1.5μm未満で受容面上に設けられた、第１の屈折率と同一または異なる第２の屈折率を有するレリーフ形成ポリマーのオーバーレイ；および
c） レリーフ形成ポリマーで形成され、オーバーレイの表面から突出している少なくとも１つの光学活性レリーフ形状物。
本発明の第３の態様によれば、以下を含有する埋没MOEが得られる：
3（a） 光学的に透過性なレリーフ形成ポリマーを保持し得る受容面を有し、第１の屈折率を有する光学的に透過性な第１の基材の第１の層；
（b） 光学的に重要でない作用を有し、好ましくは最大厚さ1.5μm未満で受容面上に設けられた、第１の屈折率と同一または異なる第２の屈折率を有する光学的に透過性なレリーフ形成ポリマーのオーバーレイ；
（c） レリーフ形成ポリマーで形成され、オーバーレイの表面から突出している少なくとも１つの光学活性レリーフ形状物；および
（d） 少なくとも１つの光学活性レリーフ形状物上に重畳された、第３の屈折率を有する光学的に透過性な第２の基材の第２の層であり、ここで、第１の屈折率、第２の屈折率および第３の屈折率は全て同一であるとは限らない層。
本発明の第４の態様によれば、以下を含有する微小レリーフ要素を調製するための方法が提供され：
a） レリーフ形成ポリマーを保持し得る受容面を有する、第１の基材の第１の層；
b） 受容面上に所望の厚さで設けられたレリーフ形成ポリマーのオーバーレイ；および
c） レリーフ形成ポリマーで形成され、オーバーレイの表面から突出している少なくとも１つのレリーフ形状物、
この方法は、以下の工程を包含する：
（a） 受容面と、フレキシブルな分配層に形成された少なくとも１つの金型形状物との間に接触線を形成する工程；
（b） 硬化してレリーフ形成ポリマーを形成し、少なくとも１つの金型形状物を接触線に沿って実質的に充填し得るのに十分な樹脂を付与する工程；
（c）
（1） 接触線が受容面を横切って移動し、
（2） 成形樹脂が実質的に充填されるよう十分な樹脂を金型形状物によって捕捉し、
（3） オーバーレイを形成し得る量以下の樹脂が接触線を通る
ように受容面とフレキシブルな分配層とを漸次的に接触させる工程；
（d） 少なくとも１つのレリーフ形状物が形成されるよう少なくとも１つの金型形状物を充填している樹脂を硬化させる工程；その後必要に応じて、
（e） 少なくとも１つのレリーフ形状物からフレキシブルな分配層を剥離する工程。
本発明の第５の態様によれば、マイクロ光学要素の少なくとも一部として用いられる構造体であって、
（a） 光学的に透過性なレリーフ形成ポリマーを保持し得る受容面を有し、第１の屈折率を有する光学的に透過性な第１の基材の第１の層；
（b） 光学的に重要でない作用を有し、好ましくは最大厚さ1.5μm未満で受容面上に設けられた、第１の屈折率と同一または異なる第２の屈折率を有するレリーフ形成ポリマーのオーバーレイ；および
（c） レリーフ形成ポリマーで形成され、オーバーレイの表面から突出している少なくとも１つの光学活性レリーフ形状物、
を有する構造体の作製方法であって、この方法は、以下の工程を含む：
（a） 受容面と、フレキシブルな分配層に形成された少なくとも１つの金型形状物との間に接触線を形成する工程；
（b） 硬化してレリーフ形成ポリマーを形成し、少なくとも１つの金型形状物を接触線に沿って実質的に充填することがし得る十分な樹脂を付与する工程；
（c）
（1） 接触線が受容面を横切って移動し、
（2） 金型形状物が実質的に充填されるよう十分な樹脂を金型形状物によって捕捉し、
（3） オーバーレイを形成し得る量以下の樹脂が接触線を通る
ように受容面とフレキシブルな分配層とを漸次的に接触させる工程；
（d） 少なくとも１つの光学活性レリーフ形状物が形成されるよう少なくとも１つの金型形状物を充填している樹脂を硬化させる工程；その後必要に応じて、
（e） 少なくとも１つの光学活性レリーフ形状物からフレキシブルな分配層を剥離する工程。
本発明のMREは、微小光学装置、微小流体装置、微小電気装置または微小機械装置の活性構成要素として使用し得る。しかしながら、本明細書において本発明のMREに想定した本質的な用途は、微小光学要素（MOE）としてである。本明細書において、本発明によるMOEを構成する形状物はMREのその他の用途におけるものと等価の利点を持つ形状物であり、そして「MOEの」という表現については「MREの」も指しているものと解釈する。
このようなMOEは、２つ以上の光学的な機能を発揮し得る場合もある。例えば、ダイオードレーザー用の光線較正光学装置として利用されるMOEは、非点収差較正機能、球面収差較正機能および光線平行化機能を組み合わせることがし得る場合がある。
さらに、光学活性レリーフ形状物を第１の支持層と組み合わせることで、２つ以上の光学的な機能を達成し得る。例えば、成形された第１の層（好ましくはレンズの形）に支持された光学活性なレリーフ形状物は、色収差を補正することを提供し得る。
従って、第１の層および特にMREまたはMOE、ならびにレリーフ形状物（単数または複数）については、所望の機能に応じてどのような所望の幾何学形状のものであってもよいのは明らかである。例えば、光学支持基材を含む第１の層は、平ら、円筒形または円柱状などでよく、またはレンズやその他の光学的構成要素を含みえるんでもよい。ここで、レリーフ形状物（単数または複数）は、好ましくはその表面に設けられる。レリーフ形状物の代わりまたはレリーフ形状物に加えて、例えば１つ以上の連続した階段状またはその他の輪郭を持つ構造体（例えば、レンズ、直線状または曲がったトラックまたはラテラル、環状リング、直線状または曲線状の回折格子、多面（ピラミッド形）またはその他の光学、流体、エレクトリカルまたはメカニカル構造体など）を含有し得る。
さらに、MOEにその他の材料をコーティングし、MOEを保護したり（引っ掻き防止コーティング）、またはMOEからの反射を抑え得る（反射防止コーティング）。好ましくは、このようなコーティングは多層コーティングである。
さらに、MOEは透過によりも、むしろ反射に機能し得る。これは、反射性の第１の層を使用してMOEを作製するか、またはMOEの表面にコーティングを施してそこからの反射を高めることによって達成され得る。
適切な支持基材によって第１の層を支持し得、この基材を後で第１の層から剥離し得る。しかしながら、第１の層は自己支持型であるか、または所望の用途に対する所望の幾何学的形状を有する支持表面と関係したものであるのが好ましい。好ましくは、第１の層が当該技術において公知であり得る意図した用途に適した任意の材料を含む場合である。その公知であるものとしては、例えば、ポリマーフィルム（特にPETやPENなどのポリエステルまたはPVC、ポリイミド、PEまたはポリ（ヒドロキシブチレート）などの周知の生分解性ポリマーなどのその他のポリマーで作られたフィルム）；特定の波長における光学的透過性について選択された材料（例えば2〜15ミクロンの間の赤外線領域で作用可能なZnSeまたはゲルマニウム）；シリコン、チタニアや（溶融）シリカ（例えばガラス）などの高温耐性を有する無機金属酸化物またはセラミックなどであってよく、または木材パルプや合成カードまたは合成紙などの天然または合成の紙製品であってもよい。
例えば、半導体構成要素がMRE上に装着され、ここから熱が発散することが望ましいような特定の用途では、第１の層を熱伝導率の高いダイアモンドまたは同様の材料の層でコーティングし得る。
さらに、第１の層を電導性層（例えばインジウム錫酸化物（ITO）や金）でコーティングし、第１の層の表面上に配置された半導体構成要素への電気的な接触を作り得る。
第１の層のレセプティブ表面に適切な結合剤をコーティングすることもできる。例えば、第１の層がガラスである場合には、レリーフ形状物を第１の層により堅固に結合するように作用するシランカップリング剤をコーティングしてもよい。
第１の層のコーティングは、その上の光学活性レリーフ構造体を表面に形成する前に連続層として達成され得るが、有利には光学活性構造体周囲の層として達成される。これは、光学活性レリーフ構造体の形成の間にフレキシブルな分配層から複製して作製され得るものである。
第２の層もまた、適切で、光学的に剥離可能な基材に支持され得る。第２の層は、積層などの任意の適した手段によって少なくとも１つの光学活性レリーフ形状物上に重畳され得る。第２の層にも、光学的に透過性なポリマーを成形した少なくとも１つの金型形状物が設けられていてもよい。このポリマーは、レセプティブ表面上に保持された光学的に透過性なレリーフ形成ポリマーと同一であってもよく、第２の層の金型形状物のうち少なくともいくつかが第１の層の金型形状物の少なくともいくつかとマッチし、光学的複合構成要素を形成し得るよう設けられ得る。
レリーフ形成ポリマーの選択は、MREの意図した用途に依存し、用途の例としては、シリカを充填した光硬化可能樹脂（例えば、歯学で用いられているもの、ステレオリソグラフィによって短時間でのプロトタイプの作製に用いられるもの）、UV硬化液晶樹脂、光カチオン性エポキシ樹脂および後述するような光学的に透過性の樹脂が挙げられる。
光学的に透過性である場合、レリーフ形成ポリマーは、当該技術において周知のものから選択することがし得る。例えばLUXTRAKの名前で販売されているもの（LUXTRAKはZeneca plcの商品名）などの光学的構成要素を接合するための光硬化性接着剤として開発されたもの、ポリマー光ファイバ製造用に開発されたもの、およびポリマーフォトレジストを用いて光記録用に開発されたものなどが挙げられる。特に、光学的に透過性なレリーフ形成ポリマーは、例えば、ハロゲン化シロキサンおよび重水素化シロキサン、スチレン、イミド、アクリレートおよびメタクリレート、（例えば、エチレングリコールジメタクリレートやテトラフルオロプロピルメタクリレート、ペンタフルオロフェニルメタクリレート、テトラクロロエチルアクリレート）、トリアジンの多官能誘導体およびホスファゼンなどの適切な樹脂から形成し得る。高度にフッ素化された脂肪族部分および芳香族部分を含む樹脂およびポリマーが好ましい。
好ましくは、光学的に透過性なレリーフ形成ポリマーは出来るだけ同一に近い逆の熱膨張および熱光学係数を有するように選択される。これの利点は、材料の熱膨張により光路長（したがって、位相の変化）が増加しても、屈折率の減少によって補償し得ることである。この利点には、光学活性レリーフが基材材料の効果によって横方向に膨張するのが抑制されることが必要とされる。これは、オーバーレイヤーが小さいときの場合である。「Temperature dependence of index of refraction of polymeric waveguides」（R Moshrefzadeh, M D Radcliffe, T C LeeおよびS K Mohapatra, J Lightwave Tech, vol 10（4）, 420（1992））には、負の熱光学係数を有し、同じ値の正の熱膨張係数を有する多数のポリマー材料が記載されている。例えば、PMMAの熱光係数は-1.1×10^-4K^-1である。
好ましくは、光学的に透過性なポリマーは、第１の屈折率に相当する屈折率が、例えば第１の層がBk7ボロシリケートガラスの場合に633nmで1.51、または第１の層が石英である場合には633nmで1.46である。
適切な添加剤をポリマーに含有させることによって光学的に透過性なレリーフ形成ポリマーの屈折率を変え得る。特に、30重量％の含量で添加した場合に0.02よりも大きくなる絶対値にまで屈折率（1.32または1.55μmで測定）を高め得るエチレングリコールジメタクリレートを適量添加することによって、ポリマーの屈折率を調節し得る。
さらに、光学活性レリーフ形状物の深さの（設計上の深さと比較した）誤差は、光学的に透過性なレリーフ形成ポリマーの屈折率を等しい微量だけ増減することによって補正し得る。
光学的に透過性なレリーフ形成ポリマーの屈折率を制御することのさらなる利点は、MOEの作用波長が結果としてシフトするということである。このため、選択した波長で高い効率で作用するMOEを得られるよう、一連のMOEを同じフレキシブルな分配層から形成し得る。633nmで作用するよう設計されたMOEの屈折率を1.45から1.55に変えることで、例えば最大効率作用が677nmで生じる。
レリーフ形成ポリマーのオーバーレイを再生可能に制御し、MREの機能に適した厚さを得、そしてオーバーレイを最小限にする必要があるような場合ですらも、通常レセプティブ表面を有用な形で平坦化するよう作用する。例えば微小機械装置など、場合によっては例えばレリーフ形成ポリマーを第１の層にしっかり固定するために比較的厚く均一なオーバーレイが望ましくあり得る。あるいは、MREがMOEであるような他の場合には、オーバーレイの厚さを最小限に抑えてMOEの光学的機能に大きな影響がおよばないようにする、すなわちオーバーレイを光学的に重要ではないものにするのが望ましい。好ましくは、光学的に重要ではないオーバーレイの最大厚さは、第１の基材の表面上で1.5μm未満、好ましくは1μm未満、特に0.5μm未満である。光学的に重要ではないオーバーレイの平均的な厚さは好ましくは1μm未満で、特に0.5μm未満である。オーバーレイの厚さの変化は、光学的に重要であるか否かは別として、表面を横断する方向で好ましくは+0.75μm未満、特に+0.5μm未満、さらには+0.25μm未満である。これは、波面誤差を最小限にする上で特に有利である。
MOEの光学的な性能は、表面レリーフパターンの種々の領域を通る光線の複数の部分の間で生成される位相差に依存する。位相差は、形状物のMOE表面からの深さとMOEが生成する材料の屈折率との積で定義される。第１の層と光学活性レリーフとの間に１ミクロン未満のオーバーレイを有することの利点は、高さが十分に規定されるということである。このため、MOEは設計した通りに機能する。さらに重要なのは、MOEの光学活性レリーフ形成状物間に介在する表面の平坦さである。介在表面が使用する光線の波長よりも平らになると、性能は改善される。オーバーレイを最小限にすれば、介在表面はこれが形成される第１の層と同程度に平坦になる。オーバーレイを最小限にすることで得られるもう１つの利点は、表面レリーフパターンを規定するために必要な材料の総厚を最小限にすることで、材料による光の吸収が原因の部分の光学損失を減らすということである。
熱膨張係数の小さいガラスまたはその他の材料の上に光学活性ポリマーレリーフ形状物を作製することによる極めて重要な利点は、このような光学活性レリーフ形状物のピッチが維持され、熱膨張係数の比較的高いその材料の容量を最小限にすることで、MOE構成要素の熱安定性が高まるということである。
樹脂を硬化しやすくするために、例えば熱および／または光開始剤など、特にMOEの作用波長では光を吸収しない開始剤を利用することが好ましい。代表的に、使用するのであれば開始剤は樹脂中に0.1〜3.0重量％の濃度で存在し、好ましくは0.5〜2.0重量％の濃度で存在する。適した光開始剤としては、2-メチル-1-[4-（メチルチオ）フェニル]-2-モルフォリノプロパノン-I（Irgacure 907）、1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニルケトン（Irgacure 184）、イソプロピルチオキサントン（Quantacure ITX）、カンフォキノン（camphorquinone）／ジメチルアミノエチルメタクリレートが挙げられる。同様に、適した熱開始剤は、t-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート（Interox TBPEH）である。
接触線が第１の層の表面を横切って移動すると、樹脂は効果的に表面から押し出され、そして少なくとも１つの金型形状物中に流入する。接触線の表面上での前進速度は、とりわけ樹脂の特徴によって左右される。代表的に、樹脂の粘度は0.1〜100ポイズであり、より代表的には10〜100ポイズである。
接触線が金型形状物から移動すると、樹脂は金型形状物中に完全に保持され得る。この場合、樹脂を後の適切な任意の時間で硬化させ得る。しかしながら、樹脂は非硬化形態でしばしばある程度の弾性を有し得、このような場合には接触線が金型形状物から移動するとその中にある樹脂はゆるんで金型形状物からにじみ出る傾向にある。レリーフ形状物がMOEの一部である場合には、この樹脂のゆるみによってMOEの効率は低くなり得る。樹脂のゆるみに抗するためには、接触線がそれから完全に移動してしまう前に樹脂を硬化させることが好ましい。
都合がよく、よって好ましくは、その樹脂は、特定波長の光、特にUV光によって活性化される光開始剤が含有される。次に、接触線に沿って印可される圧力が解放され、樹脂が保持形状物から離れてしまう前に適切な光源を用いて樹脂を硬化させる。フレキシブルな分配層が使用する光を透過するものであり、光がフレキシブルな分配層を通過して樹脂の方に入射すると特に好ましい。光を実質的に先端で集束させ、例えば、樹脂が早期に硬化してしまうのを防止するため、接触線への光の入射角をポリマーごとに調節する必要があることもある。あるいは、入射角が一定で、第１の層が少なくとも部分的に光を透過する場合には、入射光の内屈折によって光線が接触線に集束するような厚みを有する第１の層を選択し得る。さらに、第１の層が少なくとも部分的に光を透過し、適切な厚さを有する場合、第１の層の下に鏡面支持体を設けて入射する光を接触線の方に反射させ得る。
適切な手段によって接触線に沿って圧力を加える。適しているのは、前進するバーまたはフレキシブルなブレードを用いて圧縮荷重をかけ、これを表面にそって引っ張るか、あるいは圧縮荷重をかけたローラを使用し、前進すなわち回転時にフレキシブルな分配層と表面との間にあるバー、ブレードまたはローラによって樹脂をニップに保持することによって圧力を印可する方法である。したがって、接触線が表面を横切って移動する際にニップで樹脂を硬化させると好ましい。
フレキシブルな分配層は、好ましくはポリマーフィルムであって、この中に金型形状物がエンボスされている。このようなエンボスが設けられたフィルムは好ましくはUV光を透過し、表面剥離性が極めて高く、成形工程の間は寸法的に堅固に維持し得る。都合よく、このようなエンボスが形成されたフィルムは、（a）所望のレリーフ構造体に合わせた輪郭の金属化表面を有するマスターパターンを形成し、（b）第１の金属の層を金属化表面に電鋳して金属マスターを形成し、（c）金属マスターをマスターパターンから剥離し、（d）電鋳工程を繰り返して金属のエンボスマスターシムを形成し、（e）所望の金型形状物が得られるようレリーフ構造体をポリマーフィルムにエンボスすることによって形成され得る。
偶然であるが、エンボスが設けられたフィルムは透明であるとき光学的に整列配置され得るため、金型形状物を第１の層のレセプティブ表面上で正確に整列配置させ得る。このように、例えばレセプティブ表面上に存在している形状物の回りまたは所望の軸の回りで、より一層簡単にレセプティブ表面上で金型形状物を配向させることがし得る。特に、第１の層それ自体がレンズである場合には、レンズの光軸と金型形状物を用いて形成された光学活性レリーフ形状物の光軸とを整列配置し、複合構成要素の光学的性能が最適化されるようにし得る。
さらに、エンボスフィルムをレセプティブ層上に保持しておくと保護層として作用し得る。この層については、後で除去し得る。
MOEを上記の方法によって作製することのさらなる利点は、MOEの光学的な性能が改善または変更されるようにレリーフ形成ポリマーの屈折率を変化させ得るということである。これはまた、種々の作用波長の光学構成要素を同一のマスターシムから作製し得るという点で利益がある。
MOEを上記の方法によって作製することのさらなる別の利点は、利用し得る種々の技術によって広範囲にわたる材料においてマスターパターンを作製し得、光学特性のよい材料で作製することに限定されないことである。例えば、フォトレジストを直接電子線パターニングする方法や、従来のフォトリソグラフィ、シリコン微細加工（K E Peterson, Proc IEEE, Vol 70 420（1982））、レーザービーム記録（E C Harvey, P T Rumsby, M C Gower, S Mihailov, D Thomas, Excimer lasers for Micormachining, Proc of IEE Colloquium on Microengineering and Optics, Feb 1994, digest No. 1994/043, paper I、D W Thomasら, Laser ablation of electronic materials, European Mat Res Soc Monographs, Vol 4, Ed. E FogarassyおよびS Lazare, 第221ページ（1992）、H Schmidt, Micromachining by lasers, Conf on Lasers and Electro-optics（CLEO EUROPE 94）, Amsterdam, Sept 1994, Paper CMB1）、プラズマエッチング（D L Flamm in Plasma etching - an introduction ed by D M Manos and D L Flamm, Academic Press Inc, London（1989）第２章）、一点ダイアモンドターニングなどの方法でオリジナルのマスターパターンを作製し得る。
MOEを上記の方法によって作成することのさらなる利点は、例えば、インキやシード（触媒）材料、金属の前駆物質、電気的に導電性の（前駆物質）媒質、または生物学的培地などのマスキング媒質、スクリーニング媒質、プライミング媒質、または所望の光学的、電気的、機械的または流体的な特性を付与し得る媒質などの適切な材料で、フレキシブルな分配層を所望の目的に合わせて処理し、これを必要に応じて第１の層またはオーバーレイヤーと接触させて複製し、例えばAppl. Phys. Lett. 68（7）, 1022-23に記載されているものなどの公知の技術を変更して、例えばレリーフ形状物上またはその周囲の選択された領域に移行させることがし得るという点である。
さらに、広範なアスペクト比（すなわち、幅に対する高さの比）がレリーフ形状物を含むマイクロレンズを、例えばレリーフ形成ポリマーおよびレリーフ形状物の形状によってアスペクト比最大20、好ましくは最大10または最大15で形成し得る。
MOEをマイクロレンズアレイの形で上記の方法によって製造することの利点は、各レンズの表面の形状が製造工程ではなく金型によって決まるということである。これは、溶融した材料の表面張力によってマイクロレンズの形を作っていた従来のマイクロレンズアレイの製造方法とは対照的である。従来の方法では、各レンズの最大曲率半径に限界があり、よって製造し得るレンズのF数にも限界がある。上記の方法を利用して、例えばレンズ性能が改善された（球面収差が小さい）非球面レンズを作製し得る。
マイクロレンズアレイを上記の方法によって製造することのもう１つの利点は、適切な表面プロファイルまたは内面に回折構造体を有する金型を利用してレンズ自体を規定する際に、第２の光学的に機能的な表面または回折光学要素などを各レンズの表面にアレイ状に形成し得る点である。こうして、プロファイルされたまたは組み合わされた屈折回析レンズが形成される。このような組み合わせレンズは、色消複レンズ（分散が負のレンズと分配が正のレンズとの組み合わせ）と似たような光学機能を発揮する。
上記の方法のさらなる利点は、特にディスプレイ画面の使用に必要とされることの多いマイクロレンズアレイなど、面積の広い微小レリーフアレイを一度に形成し得ることである。微小レリーフアレイは、同一または異なるレリーフ形状物の繰り返し部分を含むものであってもよい。
上記の方法は解像度がサブミクロンレベルであるため、直径の小さいマイクロレンズやピッチの狭いマイクロレンズを作製することも可能である。
上記の方法のさらなる利点は、実質的に同一の一組の構造体を作製し得るということである。これらの構造体を互いに関連させて、あるいは関連させずに配置して利用し得る。
マイクロレンズアレイを利用している光学系では、２個の全く同一のマイクロレンズアレイをその焦点距離を一定にして互いに距離をあけて背中合わせに配置し、２個のアレイが互いに整列配置されるようにした光学要素が必要になることもある。上記の方法の利点は、同一の金型を利用して各アレイを形成し得るため、２個のアレイが同一になるということである。介在している第１の層の厚さを調節することで２個のアレイを正確に分離することができ、アレイ同士の距離が実質的にその焦点距離の合計になるまで第２のアレイの屈折率を変化させることによって各アレイの焦点距離を調節し得る。さらに、この方法は光学的に透明なフレキシブルな分配層を利用し得るため、フレキシブルな分配層を介して目視して第１の層の背面に第２のマイクロレンズアレイを正確に配置し得る。
異なる方法で作製された集積回折マイクロレンズを有する発光ダイオードのアレイを製造するコンセプトおよび用途は、最近「Arrays of light emitting diodes with integrated diffractive microlenses for board-to-board optical interconnect applications: design, modelling and experimental assessment」（B Dhoedt, P D Dobbelaere, J Blondelle, P V Daele, P Demeester, H Neefs, J V Campenhout, R Baets, Conference on Lasers and Electro-Optics（CLEO Europe 94）, Amsterdam, 1994年8月28日〜9月2日, paper CThI64）において報告されている。また、上記の方法を透明なエンボス付きフィルムと一緒に利用して、光を発するまたは検知する半導体装置（例えば、レーザーダイオード、発光ダイオード、フォトダイオードおよび垂直キャビティレーザーなど）をすでに有し、MOE形状物が正確に半導体装置と整列配置されるようにした基材の表面上にMOEを形成し得る。
上記の方法を利用して、液晶セル用のアライメント層であるMREを作製することもできる。いくつかの液晶材料（特に、強磁性体液晶）によっては液晶を特定の方法で配向させるためにはセルにアライメント層を設ける必要があるものもある。従来、アライメント層は、例えば表面を所望の方向にこするなどの方法でガラス表面を物理的にパターニングすることによって作製できた。あるいは、MgF₂などの材料の薄層を表面上で蒸発させる。このアライメント層の目的は、液晶材料を表面の法線に対してわずかに傾けて配列することにある。蒸発角度を変えることで、傾斜角も変えることがし得る。この方法の現時点での欠点は、エバポレータのチャンバの大きさによって表面領域が限られてしまうということである。上記の工程の利点は、種々のマスターシムから作製されたエンボス付きフィルムを利用して、より大きな表面領域を構造化し得るということである。あるいは、例えば高さ200nm、幅20nmの複数の高アスペクト比MRE類似レリーフ「ヘア」の形で液晶用のアライメント構造体を作製し得る。偶然であるが、オーバーレイを最小限にする能力は、潜在的にスイッチ電力を減らし得る液晶セルに電界を発生させるのに利用される電極を覆ってしまう材料が少ないとういことである。
以下の図を参照して、限定されない方法で本発明を例示的に説明する。
第１図は、16×16のMOE光線アレイジェネレータによって生成された画像の断面を示す。
第２図は、４×４の光線アレイジェネレータに関する、温度による強度の変化を示す。
第３図ａは、MOEを形成するのに利用されるフレキシブルな分配層に金型形状物を作製するためのニッケルシムの一部を示す。
第３図ｂは、第３図ａに示すニッケルシムを利用して作製されたフレキシブルな分配層から形成されたMOEの一部を示す。
第４図ａおよびｂは、種々の表面レリーフを示すSEMである。
第５図は、マイクロレンズアレイの形をなすレリーフ形状物のSEMである。
第６図は、MOEのオーバーレイヤー厚みを示すTencor Alpha-step表面プロファリング装置のトレースである。
第１図は、実施例Ａにおいて説明されるMOEから作製された。
第２図において、線（1）は４×４の光線アレイジェネレータが実施例Ａで説明されるように供された温度の変化を表す。線（2）は、サンプルが全くない状態での装置の光学応答を示す。線（3）は、ガラス上に作製されたMOEの光学応答を示す。線（4）はフィルム上に作製されたMOEの光学応答を示す。線（5）はPETフィルムのMOEがない領域に光を照射したときの光学応答である。
第３図ａは、実施例Ｂにおいて使用されるようなニッケルシムの一部を示す。
第３図ｂは、実施例Ｂによってフレキシブルな分配層から形成されたマイクロレンズアレイの一部を示す。ここで、金型形状物については第３図ａに示されるニッケルシムを用いて成形した。
第４図ａおよびｂは、実施例Ｄにおいて形成された種々のMREを示す。
第５図は、実施例Ｅにおいて形成されたような、ピッチ125ミクロンで空気中での焦点距離204ミクロンの六角形のマイクロレンズアレイを示す。
第６図は、実施例Ｆに記載のMOEから形成したものである。領域（I）では、ポリマーフィルムをガラスから剥離し、参照レベルを得た。
以下の実施例を参照して限定されない方法で本発明をさらに説明する。
エンボス付きフィルムの形をなすフレキシブルなフレキシブルな分配層の作製
実施例1.1
以下の実施例は、剥離処理を施した表面を持つエンボスポリマーフィルムの調製を説明する。
厚さ100μmのポリエステル基材（Melinex等級506）に、厚さ20μmの純フッ素化ジメタクリレート樹脂の湿式塗膜を施した。塗膜は、出力300W/インチのFisons F300紫外線ランプシステムを用いて、（空気中で）紫外線を２秒間照射して部分硬化させた。
次に、塗布されたポリエステルを、表面レリーフ微細構造（例えば125μmピッチのマイクロレンズアレイ）を含むニッケル製エンボス化シムを取り付けた直径400mmの鋼製ローラーと、ショア硬さ70のシリコーンゴムを上貼りした直径150mmのローラーとのすき間に通した。塗布されたポリエステルは、塗布面がシムに面するようにすき間に差し込んだ。すき間荷重は、400mmの面幅全体にわたって159kg（350ポンド）に制御した。直径400mmのドラムの速度は、3.3cm/秒に設定した。
塗布されたポリエステルおよびニッケルシムは、すき間の出口で上記の紫外光源を通過し、そこでシムと接触している間に塗膜が完全に硬化し、エンボスポリマーフィルムを得た。次に、エンボスフィルムをニッケルシムから剥がし取り、次いでオーブンで80℃にて16時間焼き付け処理した。
剥離剤Freekote FRP（Dexter Corporation）溶液で洗浄した後、圧縮空気で乾燥し、剥離剤の剥離層をエンボスフィルムに塗布した。この工程を４回繰り返した。
実施例1.2
以下の実施例は、内部剥離剤を含むエンボスフィルムの調製を説明する。
厚さ100μmのポリエステル基材（Melinex等級506）に、以下の組成の溶液（MEKに混合して20％w/wとしたもの）からの20μmの湿式塗膜を施した。
Ebercryl 150（UCB Ltd.からのエポキシアクリレート） 97.5部
Ebercryl 350（UCB Ltd.からのシリコーンアクリレート） 2.5部
LG 156（PMMA） 20部
Irgacure 651 2部
これにより、20μmの乾燥膜厚が得られた。
この塗布基材を実施例1.1と同じ方法で処理した。ただし焼き付けおよびその後の剥離剤塗布は行わなかった。
実施例2.1
以下の実施例は、実施例1.1に従ってあらかじめ作製したエンボスフィルムを使用して硬質基材上におけるMREの調製を説明する。
硬質ガラス基材は、Dekon 90の30％水溶液で十分洗浄し、熱水濯ぎ、アセトン洗浄、そして最後にイソプロパノール洗浄を行って用意した。次に、この基材を150℃のオーブン内で15分間乾燥した。
次に、この基材を平坦な組立台の上に置き、そして減圧して固定した。
組立台には、直径75mmのゴム被覆ニップローラーを組立台の長さ方向に横移動させる手段が備えられており、これは、紫外光源を焦点に集める、前進するニップ領域を形成する。
実施例1.1で述べたエンボスフィルムをガラス基材上に下向きに置き、一方の端を片面粘着テープで固定した。
エンボスポリマーの金型形状物を満たすのに十分な量の樹脂（LUXTRAK 0208）を、ガラス基材とエンボスポリマーとの間に組立台の移動方向と交差するビーズとして置き、そしてエンボスフィルムの固定端にも置いた。次に、横送りローラーを樹脂ビードの3mm手前に置き、80mmの面幅全体に40kgの下向き荷重をかけた。
紫外光源の電源を入れ、ニップローラーをエンボスフィルム／ガラス基材と交差する組立台に沿って1cm/秒の速度で前進させた。樹脂は金型形状物中に押し込まれ、紫外光源によって硬化した。硬化後、エンボスポリマーフィルムを引き剥がし、ガラス基材に付いた硬化した樹脂を残した。剥離剤が残っていることを示すいくつかの証拠がはっきり見られたが、転写率100％が達成された。
実施例2.2
実施例1.2で調製したエンボスフィルム、実施例2.1で述べたLUXTRAK樹脂および以下の組成のフッ素化ジメタクリレート樹脂を使用して、実施例2.1を繰り返した。
フルオロジメタクリレート： 97重量％
光反応開始剤（Irgacure 651）： ２重量％
熱反応開始剤（Interox TBPEH）： １重量％
LUXTRAK樹脂については転写率100％が達成され、フッ素重合体樹脂については約80〜90％であった。剥離剤が残っている明らかな証拠は認められなかった。
実施例A
実施例2.2に述べた方法を使用し、伝統的にコンピュータ生成ホログラムとして知られる多数の合成MOEを、ガラス基材上のLUXTRAK LCR 0208に深さ0.6μm、横方向の最小寸法1.5μmとなるように作製した。
選択したMOEは、波長670nmのレーザー光線で照射されたとき、エレメントの背後のファーフィールド（far-field）に光学的パワーがほぼ等しい点のアレイを作るように設計された。レーザー光線は、ダイオードレーザーから発生したが、別の種類のレーザー光源から発生することもできた。
マスターパターンの製作は、「光学的相互接続のための合成回折エレメント」（M. R. TaghizadehおよびJ. Turunen, Optical Computing and Processing, 2（4）巻, 221-242頁, 1992）に述べられているとおりとした。これは、石英ウェーハに作られた２層（２段階）表面レリーフ構造で構成されていた。ウェーハの直径は、大きさが15mm×15mmの各MOEを、1枚のウェーハ表面に規定するのに十分な大きさであった。石英マスターの表面には、厚さ10nmのクロム層、次いで厚さ60nmの銀層を真空蒸着して導電性を付与した。次に、石英マスターから電鋳法によってニッケルシムを生長させた。
製造された各MOEの機能は、2×2、4×2、4×4、8×8、8×16、16×16および16×32のビームアレイジェネレーターであった。図１は、16×16MOEに波長676nmのダイオードレーザー光線を照射したときに作られたパターンを示す。この像は、イメージキャプチャーシステムに接続したElectrophysics Micronviewerビジコンカメラを使用して撮影した。
ガラス基材上にLUXTRAK LCR 0208樹脂で作製した4×4ビームアレイジェネレーターMOEの、一次回折パターンにおける1本の光線の強度を温度の関数として、「Melinex」膜基材上にウレタンアクリレート（Harcoss樹脂6217）で作製した同じMOEの光線強度と比較した。この実験結果を図2に示す。このフィルム上に作られたMOEからの回折光線は、温度範囲25℃〜85℃で最大10％変化した。これに対し、ガラス上に作られたMOEからの回折光線は、わずか数％しか変化しなかった。また、光線がフィルムのパターン化された領域の外側を通過したときにも大きな変化が観察された。このことは、基材の熱機械的挙動がMOEの性能に大きな影響を及ぼすことを示している。
実施例B
作製されたMOEがマイクロレンズアレイとして働く点を除いて、実施例Aの手順を繰り返した。この例では、オリジナルのマスターは、石英にフォトレジストを直接電子ビーム書き込みしたのち、パターンの乾式エッチングを行って製作した。このMOEは、連続的な表面の輪郭により正確に近づけるため、16段階の表面レリーフ（16位相レベル）を含んでいた。この方法の利点は、MOEの光学的効率が、これに相当する２相MOEより高いことである。位相レベルが余計にある結果、表面レリーフの側面の最小形状サイズは約200nmであった。これは、２相表面レリーフの側面の最小形状サイズに比べてかなり小さい。MOEの製造に使用した紫外線エンボス化加工は、要求される非常に小さな形状を正確に再現し得る。このことは、他のタイプのエンボス化方法（例えば、熱間ロールエンボス化または射出成形）に比べてかなり有利である。図３は、ニッケルシム上の口径800μmマイクロレンズと、厚さ100μmのICI Melinexフィルム上の厚さ2μmのウレタンアクリレート樹脂（Harcross 6217）に形成された同じレンズとの比較を示す。
実施例C
作製された微小光学エレメント（MOE）が周期1.1μm（最小形状サイズ0.55μm）および深さ130nmの表面レリーフ回折格子である点を除いて、実施例Aの手順を繰り返した。格子パターンは、直径約30mm、幅約2mmの環で構成された。高い反射率を得るため、厚さ70nmのアルミニウムを真空蒸着してMOE表面を被覆した。格子表面には、ガラス基材を通してHe-Neレーザーからの633nmの光線を照射した。格子から最初の回折の次数の１つに反射した放射照度を測定し、そしてMOE上に隣接する回折格子がない金属化領域からの反射光量と比較した。回折効率としても知られるこの比は、39±0.5％であった。同じ方法で製造した別の２個のサンプルを使用して、この実験を繰り返した。これらのサンプルの回折効率は、測定され、それぞれ39±0.5％および37±0.5％であった。この効率は、複製工程が格子構造の周期および深さを再現するときの精度と直接関係する。表面レリーフの劣った複製は、10％未満の効率をもたらす。
オーバーレイヤーの厚さは、Tencor Alpha-step表面形状測定器を使用して測定した。その厚さは0.5μmであった。
格子パターンは同じであるが、ガラス上にレプリカ（すなわち以前のサンプル）を作る際に使用される内部剥離剤を塗布した「ポリマーシム（実施例1.1で説明したもの）」を使用して実験を繰り返した。ここでも、サンプルは基材を通して読みとるように配置した。回折効率の測定結果は37％であった。
この実験は、ポリマーシム中間体の使用に起因する測定可能な効率の低下がないことを示している。
格子パターンは同じであるが、厚さ175μmのPETフィルム（ICI MELINEX）上にウレタンアクリシート（Harcross 6217）を2μmの厚さに塗布し、紫外線エンボス化を行って製作したサンプルを使用して、実験を繰り返した。回折効率の測定結果は36±0.5％であった。この実験は、内部剥離剤を含有するような組成のポリマーシム材料を使用しても、回折効率が低下しないことを示している。
格子パターンは同じであるが、基材に厚さ0.5mmのポリカーボネートレート（LEXAN）を使用して同じ実験を繰り返した。回折効率の測定結果は36±0.5％であった。この実験は、硬質の代替基材材料を使用し得ること、および、得られたパーツ（parts）には大きな効率低下がないことを示している。
上記の全ての実験において、本実施例で作製したMOEの効率は、同一のマスターニッケルシムから高温エンボス化（効率11％）および射出成形（効率4％）という比較技術によって製造された同一表面レリーフ格子構造の測定値に比べて、かなり高い。
実施例D
実施例1.1に先に述べた方法を使用して、多数の連続な表面レリーフ微細構造を持つエンボスフィルムを製作した。その構造には、高さ12μmの段差、各種サイズのピラミッド、溝、軌道、傾斜、半球構造およびウェルが含まれていた。図４は、ガラス上のLUXTRAK LCR 0208を使用して実施例2.2に従って形成したいくつかの構造のSEM写真を示す。このような深いレリーフ形状を調製し得ることは、そこから回折する光により多くの位相情報を与えることができ、それによってレリーフ形状の光学的機能が強められるため、有利である。
実施例E
以下の方法でニッケルエンボス化シムを製作した：
辺長100mmの正方形のガラス板を洗浄し、乾燥した。続いてのフォトレジスト層の付着力を向上させるため、このガラス基材をShipley Micropositプライマー溶液の蒸気浴の中に２分間置いた。このガラス基材に、AZ4562フォトレジストを速度2000rpmで20秒間スピンコートし、90℃のホットプレート上で10分間静かに焼き付け処理（softbaked）した。Tencor Alpha-step表面形状測定器（machine）を使用して測定したフォトレジスト層の厚さは9.9μmであった。このサンプルに直径120μmのマイクロレンズの125μmピッチのパターンを有するフォトマスクを当て、35秒間露光した。レジストの像は、AZ現像液および水の1：4混合液中で7.5分間現像した。露光および現像の条件は、各マイクロレンズアイランドの間の、すべてのフォトレジストが取り除かれるように選択した。最後に、このサンプルを150℃のホットプレート上に45秒間置いてマイクロレンズを形成した。こうすることによって、レジスト材料が溶融し、表面張力によってレジストアイランドが引っ張られ、半球状のマイクロレンズが形成された。
このマイクロレンズサンプルの表面にクロムおよび銀の薄膜を真空蒸着し、導電性を付与した。次に、ニッケルマスターをサンプルから電鋳した。このニッケルマスターを使用してエンボス化シムを作り、前述のエンボスフィルムの製作に使用した。
前述の積層法を使用し、フッ素化ジメタクリレート樹脂を使用して、厚さ2mmのガラス基材上に図５に示すマイクロ光学レンズアレイを作製した。
実施例F
実施例Eに製法を説明したエンボス化シムを使用し、厚さ1.1mmのホウケイ酸ガラス基材（B270ガラス）上にマイクロレンズアレイを製作した。材料には、Luxtrax LCR 0208紫外線硬化アクリル樹脂を使用した。この樹脂の光学性能と、元の溶融フォトレジストレンズの光学性能を比較するため、ガラスレプリカ上でのこの樹脂の光学特性を測定した。このマイクロレンズの70mm×70mm四方の領域全体の焦点距離は、204.4μmで、標準偏差は1.5μmであった。Strehl比の測定値は0.82であった（Strehl比=1は、回折限界性能を表す）。このレンズ形状は、波長633nmの光が照射されたとき、球からの波長偏差をわずか0.55しか示さなかった。これらのパラメーターは、同様の溶融フォトレジストマイクロレンズの測定値に匹敵するものであり、この収差がレプリカ形成工程中に持ち込まれたものではなく、溶融フォトレジストマイクロレンズに存在する収差を忠実に再現したものであることを示している。
このサンプルのオーバーレイヤーの厚さは、Tencor Alpha-step表面形状測定器を使用して測定した。得られたトレースを図６に示す。厚さは0.4μm未満であった。（レリーフ構造の高さがガラス素地の高さまで戻っていることに注意（比較のため、境界レリーフ構造の近くでガラス面までポリマーを取り除いた））。
実施例G
ニッケルエンボス化シムおよび実施例Eで述べた方法を使用して、直径25mmのガラス平凸レンズの平面側にマイクロレンズを製作した。エンボス／積層工程中にレンズを安定に位置させるため、レンズと同じ曲率半径の工具を使用し機械加工によってくぼみを設けたポリプロピレン製取付板に、レンズをきちんと並べて取り付けた。透明なポリマーシムを使用することによって、個々のレンズについて、エンボスパターンを中心に正確に合わせることが可能となった。この方法の更なる利点は、できあがった部分を更に切断する必要がないことである。
実施例H
実施例Eで述べた方法を使用して、厚さ300μmのガラス基材上にマイクロレンズアレイを製作した。マイクロレンズアレイの焦点面がガラス基材の裏面と一致するように、この厚さの基材を選択した。このレンズアレイのガラス中での焦点距離は、空気中での焦点距離（204μm）に基材の屈折率（この場合には約1.5）を乗じた値に等しい。処方に屈折率調整剤を添加してポリマー樹脂の屈折率を変化させれば、焦点距離をわずかに変化させることも可能であった。しかし、ガラスの焦点距離が約300μmであるため、本実施例ではこの必要はなかった。
サンプルを2個作り、非塗布面が互いに接触するようにレンズアレイを置いた。マイクロレンズが互いの上に重なり合うようにレンズアレイの位置を調整すると、組み合わされたレンズアレイは1：1のリレーレンズとして作用し、その下に置かれた物体を映すことができた。
薄いガラスが取り扱いが難しく割れやすいため、高荷重を要する工程を使用して本実施例を達成することは困難だった。
実施例I
実施例Eに詳述した方法でマイクロレンズアレイを製作した。次に、このマイクロレンズアレイをマイクロレンズが上面になるように平らな組立台の上に置き、減圧して動かないように固定した。組立台には、直径75mmのゴム被覆ニップローラーを組み立て台の長さ方向に横移動させる手段が備えられており、紫外光源が焦点を結ぶ前進するニップ領域を形成する。
ポリエステル積層基材"Melinex"等級400をマイクロレンズの上に載せ、一方の端を片面粘着テープで固定した。マイクロレンズをカプセル化するのに十分な量の屈折率の異なる樹脂、この例ではエチレングリコールジメタクリレートを25重量％添加したフルオロジメタクリレートを、組立台の移動方向と交差するように、マイクロレンズとポリエステル積層基材との間に、そして積層体の固定端にビーズ状に置いた。
横送りローラーを樹脂ビーズの3mm手前に置き、80mmの面幅にわたって40kgの下向き荷重をかけた。紫外光源の電源を入れ、ニップローラーを積層板を横切るように、組立台に沿って0.6m/分の速さで前進させた。樹脂はマイクロレンズと積層基材との間に形成されたすき間を埋め、紫外線によって硬化した。硬化後、積層基材を引き剥がした。
この操作の目的は、マイクロレンズの焦点距離をその空気中での焦点距離に比較して長くするため、より屈折率の大きい物質にマイクロレンズを埋没させることであった。
実施例J
実施例1.1に述べた方法を使用して、マイクロレンズアレイを500ミクロンピッチで並べたエンボスフィルムを作製した。エンボスフィルムがメスとなるように、ニッケルエンボス化シムはオスを選択した。成型形状の間に挟まれた領域にインクが転写されるように、エンボスフィルムにインクを塗布した。次に、エンボスフィルムを使用して、前述のようにマイクロレンズを調製した。ガラス基材上にマイクロレンズを形成するのと同時に、インクがマイクロレンズの間の空いているガラス面に転写された。
この方法の利点は、このレンズを光学系に使用したとき、マイクロレンズ間のクロストークが低下することである。

Claims (11)

1. 微小光学的、微小流体的、微小電気的または微小機械的な用途に利用するための微小レリーフ要素であって、
   （a） 後に除去され得る第１の基材であって、該基材上の第１の層がレリーフ形成ポリマーを保持し得る受容面を有する、第１の基材、
   （b） 光硬化された樹脂から作製された所望の厚みのレリーフ形成ポリマーのオーバーレイ、および
   （c） 該レリーフ形成ポリマーから形成され、そして該オーバーレイの上に突出している繰り返しパターンのレリーフ形状を備え、
   該オーバーレイが、１．５μｍより小さい最大厚みを有し、そして厚みが±０．７５μｍ未満で変動することを特徴とする、微小レリーフ要素。
2. （a） 前記第１の基材が光学的に透過性であって、第１の屈折率を有し；
   （b） 前記レリーフ形成ポリマーが光学的に透過性であり、第２の屈折率を有し、そして前記オーバーレイは光学的に重要ではない作用を有し；そして
   （c） 前記繰り返しパターンのレリーフ形状が光学的に活性であり；
   そして必要に応じてさらに、第３の屈折率を有し、該レリーフ形状上に重畳される光学的に透過性の第２の層が提供され、そしてここで、該第１、第２および第３の屈折率の全てが、該繰り返しパターンの光学的に活性なレリーフ形状が第２の基材の第２の層中に埋没する様式で同一であることはない、請求の範囲第１項に記載の、微小光学要素である微小レリーフ要素。
3. 光学的複合構成要素である特許請求の範囲第２項に記載の微小レリーフ要素であって：
   第１の屈折率、繰り返しパターンの窪んだ形状、および受容面を有する光学的に透過性の第１の基材の第１の層；
   第２の屈折率を有するレリーフ形成ポリマーのオーバーレイ層であって、該第１の層の受容面上に保持されるオーバーレイ層；および
   光学的に透過性のポリマーから形成された繰り返しパターンの窪んだ形状、および少なくとも１つの光学的に活性なレリーフ形状を、該第１の層を該光学的に活性なレリーフ形状に対して整列するためにもつ第２の層であって、該第２の層の窪んだ形状の少なくともいくつかが該第１の層の窪んだ形状の少なくともいくつかと一致されるように配置される第２の層を備え、そしてここで、該第１の層がレンズであり得る、微小レリーフ要素。
4. 前記第１の層の受容面が、結合特性、（内部）剥離特性、反射防止特性、熱放散特性、熱膨張特性および／または熱光学的特性、電気的電導性特性、光学的修飾特性、反射特性を付与するよう選択または適合化された試薬または材料のコーティングを含む、請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記載の微小レリーフ要素。
5. 前記レリーフ形状が、２０までのアスペクト比を有する、請求の範囲第１項から第４項のいずれか１項に記載の微小レリーフ要素。
6. 請求の範囲第１項から第５項のいずれか１項において規定されたような要素を複数個含み、該複数個の要素が実質的に同一であり、互いに関連させて、あるいは関連させずに配置された、一組の微小レリーフ要素。
7. 第１の基材を提供する工程を包含し、該第１の基材上の第１の層がレリーフ形成ポリマーを保持し得る受容面を有する、微小レリーフ要素を作製するための方法であって、そして次に、
   （a） 金型中の繰り返しパターンの窪んだ形状を実質的に充填するに十分な、光硬化可能な樹脂を付与する工程、
   （b） 該受容面を該樹脂と漸次的に接触させる工程であって、圧力が接触の線に沿って付与され、
   （1） 該接触の線が該受容面に沿って移動し、
   （2） 該窪んだ形状が実質的に充填されるよう十分な樹脂が該窪んだ形状によって捕捉され、そして
   （3） １．５μｍ未満の最大厚みを有し、そして±０．７５μｍ未満で厚みが変動する所望の厚みのオーバーレイを形成し得る量に過ぎない量の樹脂が該接触の線を通る工程、
   （c） 該付与された圧力が解放される前、かつレリーフ形成ポリマーの繰り返しパターンのレリーフ形状が形成されるよう該樹脂が該窪んだ形状から緩和される前に該窪んだ形状を充填している該樹脂を光硬化させる工程、その後任意に、
   （e） 該第１の基材を剥離する工程を包含する、方法。
8. 圧力が、前記接触の線に沿って、前記表面に沿って回転される圧縮荷重の下でローラによって付与される、請求の範囲第７項に記載の方法。
9. 前記接触の線がフレキシブルなディスペンシング層中に形成され、そして前記受容面を該フレキシブルなディスペンシング層と漸次的に接触することによって該受容面に沿って移動させ、圧力が該接触の線に沿って付与される、請求の範囲第７項または８項に記載の方法。
10. 前記フレキシブルなディスペンシング層が、少なくとも１つの成形形状をもつポリマーフィルムを備え、硬化光に対して透明であり、表面剥離性が高く、そして成形工程の間、寸法的に堅固に維持されることができる、請求の範囲第９項に記載の方法。
11. エンボスされたフィルムを含むフレキシブルなディスペンシング層が、（a）必要なレリーフ形状に一致する輪郭付けられた金属化表面を有するマスターパターンを形成する工程、（b）第１の金属の層を該金属化表面に電鋳して金属マスターを形成する工程、（c）該金属マスターを該マスターパターンから剥離する工程、（d）該電鋳工程を繰り返して金属のエンボス化マスターシムを形成する工程、および（e）該シムを、請求の範囲第７項から第９項のいずれか１項に記載の方法で用いる工程によって形成される、請求の範囲第７項から第10項のいずれか１項に記載の方法。

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