JP5310065B2 - 凹凸形状の形成方法、光学素子アレイの製造方法、光学素子アレイ、及びマイクロレンズアレイ - Google Patents

Description

この発明は、複数の単位形状部を有する凹凸形状を形成するための方法と、その凹凸形状の形成方法を用いた光学素子アレイの製造方法と、光学素子アレイと、マイクロレンズアレイとに関する。

従来、マイクロレンズアレイは種々の用途に使用されている。例えば、一眼レフカメラ等の焦点板等として、微少な単位レンズ部が多数設けられたマイクロレンズアレイを用いることが知られている。マイクロレンズアレイを利用した焦点板では、ピント合わせの際、ザラツキ感が少なく明るい像を得易い。

しかし、マイクロレンズアレイを焦点板に用いる場合、多数の単位レンズ部が規則的に配置されると、ピント合わせの際に適度なボケ味を得難く、モアレ縞等のような局部的な光のムラが生じ易い。その一方で、過剰にランダムに形成すると、微細な黒点やにじみが形成されたり、暗い部分が生じるなどの局部的な光のムラが生じ易い。

そのため、例えば、下記特許文献１〜３等では、マイクロレンズアレイの多数の単位レンズ部を適度にランダムに形成するための方法が提案されている。

特許文献１では、基板上に形成されたフォトレジスト層に、バイナリーマスクを用いて露光及び現像することで、基板上にフォトレジスト層を多数の矩形形状で残すことで凹凸形状を形成し、その後、加熱処理することで表面を曲面形状することで焦点板原盤を製造することなどが記載されている。

特許文献２、３では、硬化性の樹脂の液滴をインクジェット法等により基板に付着させて硬化させて硬化させることで凹凸形状を形成し、マイクロアレイ用金型を製造することなどが記載されている。

特開２００５−１４８４２７号公報 特開平１１−１４２６０８号公報 特開２００２−１２０２３０号公報

しかしながら、従来の製造方法では、単位レンズ部等の単位形状部のそれぞれを所望の形状で精度よく形成することができなかった。

即ち、特許文献１のように、フォトレジスト層に矩形パターンを形成して加熱処理をすると、表面形状や、基準面からの突出距離等は、加熱処理時の条件下におけるフォトレジスト層の流動性や各界面張力等の各種の物性に応じたものとなる。また、特許文献２、３のように、硬化性樹脂の液滴を付着させて硬化するとしても、付着時や硬化時の条件下におけるフォトレジスト層の流動性や各界面張力等の各種の物性に応じた表面形状や基準面からの突出距離等で形成される。そのため、単位形状部のそれぞれを所望の表面形状や基準面からの突出距離に設計し、そのような形状で精度よく形成された単位形状部を多数備えた凹凸形状を形成することはできなかった。

そこで、この発明は、同一の表面形状で基準面からの突出距離が異なる複数の単位形状を有する凹凸形状を精度よく容易に形成することが可能な凹凸形状の形成方法を提供することを課題とする。また、同一の表面形状で基準面からの突出距離が異なる複数の単位光学素子が多数設けられた光学素子アレイを精度よく容易に形成することが可能な光学素子アレイの製造方法を提供することを他の課題とする。更に、局部的な光のムラを抑えて光を均一に発散させ易いなどの設計が容易な光学素子アレイ、マイクロレンズアレイを提供することを更に他の課題とする。

上記課題を解決するこの発明の凹凸形状の形成方法は、光学素子アレイの複数の光学素子部に対応し、同一表面形状で基準面からの距離の異なる複数の単位形状部をフォトレジスト層に形成する凹凸形状の形成方法であって、前記単位形状部の表面形状に応じた透過光分布を有する単位透過領域を備えた形状用グレースケールマスクを用いて、前記フォトレジスト層の前記複数の単位形状部に対応する領域を露光する形状露光工程と、前記各単位形状部の基準面からの距離に応じた透過光分布を有する単位透過領域を備えた距離用グレースケールマスクを用いて、前記フォトレジスト層の前記複数の単位形状部に対応する複数の領域を露光する距離露光工程と、前記形状露光工程及び前記距離露光工程後に前記フォトレジスト層を現像する現像工程とを備えたことを特徴とする。

上記課題を解決するこの発明の光学素子アレイの製造方法は、フォトレジスト層に、請求項１乃至４の何れか一つに記載の凹凸形状の形成方法により前記凹凸形状を形成し、その凹凸形状の転写面からなる型面を備えた成形型を作製し、前記成形型で光学基材を成形することで光学素子アレイを製造すること、或いは、前記凹凸形状を形成した後、前記フォトレジスト層及び前記基材をエッチングすることで光学素子アレイを製造することを特徴とする。

上記課題を解決するこの発明の光学素子アレイは、請求項５又は６に記載の方法により製造されたことを特徴とする。
上記課題を解決するこの発明のマイクロレンズアレイは、請求項５又は６に記載の方法により製造されたことを特徴とする。

この発明の凹凸形状の形成方法によれば、複数の単位形状部に対応するフォトレジスト層の各領域を、形状用グレースケールマスクにより精度よく各単位形状部の表面形状に対応する露光量で露光し、距離用グレースケールマスクにより精度よく単位形状部の基準面からの距離に対応する露光量で露光するため、フォトレジスト層の各領域を精度よく各単位形状部の表面形状及び基準面からの距離に対応した露光量で露光することができる。そのため、フォトレジスト層を現像することで、同一表面形状で基準面からの距離の異なる複数の単位形状部を精度良く形成することができる。

しかも、形状用グレースケールマスクの単位透過領域には各単位形状部の基準面からの距離に応じた透過光分布を設ける必要がなくてダイナミックレンジを小さく抑えることができ、また、距離用グレースケールマスクの単位透過領域には、単位形状部の表面形状に応じて多段階に調整された透過光分布を設ける必要がない。そのため、形状用及び距離用のグレースケールマスクの構成をそれぞれ簡単にでき、各グレースケールマスクを容易に作製できる。その結果、同一表面形状で基準面からの距離の異なる複数の単位形状部を有する凹凸形状を容易に形成することが可能である。

また、この発明の光学素子アレイの製造方法によれば、前記のような凹凸形状の形成方法により凹凸形状を形成し、その凹凸形状を利用して光学素子アレイを製造するので、同一表面形状で基準面からの距離の異なる複数の光学素子を有する光学素子アレイを精度よく製造することができる。

更に、この発明の光学素子アレイ、マイクロレンズアレイによれば、前記のような方法により製造されたので、各光学素子部の表面形状、突出距離、配置ピッチなどを調整することで、局部的な光のムラを抑えて光を均一に発散させ易くするなどの設計が容易である。

この発明の実施の形態のマイクロレンズアレイを示す平面図である。 この発明の実施の形態のマイクロレンズアレイを示す図１のＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態のマイクロレンズアレイの製造工程において形成される凹凸形状の変形例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）乃至（ｅ）は、この発明の実施の形態のマイクロレンズアレイの製造工程を示す概略断面図である。 この発明の実施の形態のマイクロレンズアレイの製造工程で使用する形状用グレースケールマスクの単位形状透過領域の透過率分布を示すグラフである。 この発明の実施の形態のマイクロレンズアレイの製造工程で使用する距離用グレースケールマスクの単位距離透過領域の透過率分布を示すグラフである。 この発明の実施の形態のマイクロレンズアレイの製造工程を示す概略断面図であり、転写型を用いて成形する例を示している。

以下、この発明の実施の形態について説明する。

この実施の形態では、光学素子アレイとして、図１及び図２に示すような一眼レフカメラの焦点板に使用されるマイクロレンズアレイ１０の例を用いて説明する。

このマイクロレンズアレイ１０は、板状の光学基材１３の一方の表面に、複数の単位レンズ部１１が形成されて構成されている。他方の表面については特に限定されないが、例えば、フレネルレンズ面等が形成されていてもよい。

複数の単位レンズ部１１は、直交する二軸方向に等ピッチでマトリックス状に配列されている。配列方向に隣接する単位レンズ部１１間は密接に接し、単位レンズ部１１間に平坦な面が形成されないように配置されている。

各単位レンズ部１１は平面視で四角形形状に形成されている。各単位レンズ部１１の表面形状は、球面レンズ形状、非球面レンズ形状など、任意の形状に設計可能であるが、各単位レンズ部１１が同一の表面形状を有しており、各位置の曲率や傾斜などがそれぞれ同一となっている。この実施の形態では、凸レンズ形状を呈し、全ての単位レンズ部１１において、少なくとも有効径の表面形状が精度よく同一形状となっている。

また、各単位レンズ部１１は、基準面Ｓ１からの突出距離Ｄ１がそれぞれ異なり、各突出距離Ｄ１の単位レンズ部１１がランダムに配置されている。基準面Ｓ１からの突出距離Ｄ１とは、例えば使用時の光軸Ｌと直交する任意の一平面から各単位レンズ部１１の頂部までの光軸Ｌ方向の距離であり、各単位レンズ部１１の表面の光軸Ｌ方向の相対位置に相当する。この実施の形態では、３段階の突出距離Ｄ１が設定されており、図１中で、各突出距離Ｄ１が濃淡で示されている。

このようなマイクロレンズアレイ１０では、同一表面形状で光軸Ｌ方向の突出距離Ｄ１の異なる複数の単位レンズ部１１が設計に基づいてにランダムに配置されているので、焦点板として用いた場合、適度なボケ味を得易く、また、モアレ縞や微細な黒点やにじみ、或いは、部分的な暗い部分などの局部的な光のムラが生じ難く、明るい像を得易い。

しかも、このマイクロレンズアレイ１０では、後述するようにグレースケールマスクを用いて各単位レンズ部１１が形成されているため、各単位レンズ部１１の表面形状、光軸Ｌ方向の突出距離Ｄ１、配置ピッチなどが極めて精密に設計形状に従って形成されている。そのため、製造されたマイクロレンズアレイ１０から得られた各種の情報に基づいて、各単位レンズ部１１の表面形状、突出距離Ｄ１、配置などの設計形状を評価して修正することが容易であり、局部的な光のムラをより確実に抑えることが可能なマイクロレンズアレイ１０を実現することが容易である。

なお、上記実施の形態では、一眼レフカメラの焦点板に用いるマイクロレンズアレイ１０について説明したが、特に限定されるものではなく、同一の表面形状を有して、任意の基準となる面からの突出距離Ｄ１がランダムに異なる複数の単位レンズ部１１を備えたマイクロレンズアレイ１０であれば、この発明を同様に適用することで同様の作用効果を得ることができる。

また、上記のマイクロレンズアレイ１０では、各単位レンズ部１１の形状、配列、配置密度などの構成は何ら限定されず、適宜変更可能である。例えば、上記では、各単位レンズ部１１を平面視で四角形形状とし、その四角形形状を互いに直交する２軸方向に等ピッチで配列した例について説明したが、例えば、図３に示すように、各単位レンズ部１１を平面視で六角形形状とし、各六角形形状がそれぞれ６０度の方向に等ピッチで配列してもよい。このようにすると、各単位レンズ部１１の水平断面が円形の部分をより大きく確保することができると共に、多数の単位レンズ部１１をより密に配置することができる。

また、上記では、各単位レンズ部１１が凸形状を呈するが、凹形状であってもよく、更に、シリンドリカルレンズ等のような非球面レンズ形状であって、一方向にのみ所定ピッチで配列したものであってもよい。

次に、以上のようなマイクロレンズアレイ１０を製造する方法について説明する。

この実施の形態では、マイクロレンズアレイ１０の設計形状に基づき、各単位レンズ部１１に応した単位形状部２３を複数有する凹凸形状を形成し、その凹凸形状を利用してマイクロレンズアレイ１０を製造する。単位レンズ部１１に応じた単位形状部２３とは、単位レンズ部１１の表面形状及び基準面Ｓ１からの突出距離Ｄ１に対して所定の相関を有する形状部分であり、この実施の形態の場合、目標の各単位レンズ部１１と同一の形状となっている。

まず、凹凸形状を形成するには、図４（ａ）に示すように、基材１５表面にフォトレジスト層２０を形成する準備工程と、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、各単位形状部２３の表面形状に応じてフォトレジスト層２０を露光する形状露光工程と、図４（ｄ）に示すように、各単位形状部２３の突出距離Ｄ２に応じてフォトレジスト層２０を露光する距離露光工程と、図４（ｅ）に示すように、露光されたフォトレジスト層２０を現像する現像工程とを行う。

ここで、単位形状部２３の基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２とは、目標のマイクロレンズアレイ１０の単位レンズ部１１の基準面Ｓ１からの突出距離Ｄ１に対応するもので、フォトレジスト層２０の厚さ方向と直交する任意の一平面から各単位形状部２３の頂部までの厚さ方向の距離であり、各単位形状部２３の表面の厚さ方向の相対位置に相当する。この実施の形態では、基材１５の表面を基準面Ｓ２としている。

準備工程では、図４（ａ）に示すように、基材１５の平坦な表面に均一なフォトレジスト層２０を形成する。基材１５は、特に限定されないが、後述するような転写により成形型を作製可能な強度を有する材料であればよい。フォトレジストは、ネガ型フォトレジスト、ポジ型フォトレジストの何れでもよい。フォトレジストを用いて基材１５にフォトレジスト層２０を形成するには、例えばスピンコート法等により均一にフォトレジストを塗布して固化することで行う。

次いで、形状露光工程では、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、目標の単位形状部２３の表面形状に対応する単位形状透過領域３１が複数設けられた形状用グレースケールマスク３０を準備し、この形状用グレースケールマスク３０を用いてフォトレジスト層２０を露光する。

形状用グレースケールマスク３０の各単位形状透過領域３１には、露光時に、フォトレジスト層２０の各単位形状部２３に対応する領域２１を、目標の単位形状部２３の表面形状に対応する露光量で露光できる透過光分布がそれぞれに形成されている。ここでは、各単位形状部２３の基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２は無視することができ、複数の単位形状透過領域３１は何れも同一の透過光分布となっている。透過光分布は、例えば目標の単位形状部２３の表面形状、フォトレジスト層２０の感度特性や閾値、露光装置の投影レンズの光学特性等に応じて形成されている。

具体的には、各単位形状透過領域３１内の透過率を調整することで透過光分布が形成された形状用グレースケールマスク３０の場合、全ての単位形状透過領域３１が、例えば、図５に曲線Ｔ１で示すような透過率分布で形成されている。図において、レンズ半径は、各単位レンズ部１１に対応する目標の単位形状部２３において、中心からの距離の半径に対する比である。

複数の単位形状透過領域３１は、目標の単位形状部２３の配置ピッチに応じた配置ピッチで設けられており、隣接する単位形状透過領域３１間はそれぞれ等ピッチで形成されている。

このような形状用グレースケールマスク３０を用いて露光するには、任意の露光装置を用いて露光すればよく、例えばｇ線を用いた露光装置を用いてより精密にフォトレジスト層２０を露光してもよい。

ところで、この形状用グレースケールマスク３０では、各単位形状透過領域３１の透過光分布が単位形状部２３の表面形状に応じた多段階の階調が設けられているため、広い露光領域（画角）を設けることが容易でない。この実施の形態のグレースケールマスクでは、全ての単位形状透過領域３１からなる露光領域が、目標のマイクロレンズアレイ１０の単位形状部２３の全ての配置領域より小さくなっている。

このような形状用グレースケールマスク３０を用いてフォトレジスト層２０を露光するには、図４（ｂ）に示すように、形状用グレースケールマスク３０を所定位置に配置して露光した後、図４（ｃ）に示すように、露光領域が単位形状透過領域３１の配置ピッチの整数倍の距離、好ましくは配置ピッチの距離ずれるように形状用グレースケールマスク３０とフォトレジスト層２０との相対位置を変位させて再び露光する。その後、同様に形状用グレースケールマスク３０とフォトレジスト層２０との相対位置を変位させて露光することを順次繰り返すことで、全ての単位形状部２３に対応するフォトレジスト層２０の全領域を露光する。このとき露光領域の移動方向は、目標の単位レンズ部１１のマトリックス状の配置に対応した単位形状部２３の配列に合わせて適宜選択することができる。

このように形状用グレースケールマスク３０の露光領域を移動させつつ露光することで、フォトレジスト層２０の全ての単位形状部２３の配置領域を露光する場合、各露光領域間に段差が形成されることを防止できるという理由で、１回毎の露光領域を一部重ねるように露光するのが特に好適である。即ち、１回の露光領域で露光可能な長さよりも短い長さで、フォトレジスト層２０に対して形状用グレースケールマスク３０を移動させて露光することを繰り返すことで、全ての単位形状部２３に対応する領域２１を露光するのがよい。その場合、フォトレジスト層２０の各単位形状部２３に対応する領域２１が、それぞれ複数回露光されることになるが、各単位形状部２３に対応する領域２１の露光回数を等しくすれば、各領域を均一に露光することができる。

次いで、距離露光工程では、図４（ｄ）に示すように、各単位形状部２３の基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２に対応する単位距離透過領域４１が複数設けられた距離用グレースケールマスク４０を準備し、この距離用グレースケールマスク４０を用いてフォトレジスト層２０を露光する。

この距離用グレースケールマスク４０の各単位距離透過領域４１は、フォトレジスト層２０の各単位形状部２３に対応する領域２１を、目標の単位形状部２３の基準面Ｓ２からの突出処理に対応する露光量で露光できる透過光が得られるように一定の透過光分布が形成されている。透過光分布は、例えば目標の単位形状部２３の基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２、フォトレジスト層２０の感度特性や閾値、露光装置の投影レンズの光学特性等に応じて形成されている。この実施の形態では、例えば、図６に直線Ｔ２〜Ｔ４に示すように、それぞれの単位距離透過領域４１内が一定の透過率となるように３種類形成されている。

この複数の単位距離透過領域４１も、目標の単位レンズ部１１の配置ピッチ及び目標の単位形状部２３の配置ピッチに対応する配置ピッチで設けられており、隣接する単位形状透過領域３１間はそれぞれ等ピッチで形成されている。

この距離用グレースケールマスク４０では、透過光分布を細かく調整する必要がないため、形状用グレースケールマスク３０に比べて、全ての単位距離透過領域４１からなる露光領域を広く設けることが容易である。そのため、この実施の形態では、１枚の距離用グレースケールマスク４０に、目標の単位形状部２３の全てに対応する単位距離透過領域４１からなる露光領域が設けられている。

このような距離用グレースケールマスク４０を用いて露光するには、各単位距離透過領域４１の露光範囲を、形状用グレースケールマスク３０の単位形状透過領域３１により露光されている各単位形状部２３に対応する領域２１に精度よく位置合わせした状態で露光する。この露光には、任意の露光装置を用いることができ、例えば、ｌ線を用いた露光装置を用いることでより広い露光領域を露光し易くしてもよい。この実施の形態では、フォトレジスト層２０の全ての単位形状部２３に対応する領域２１を一度に露光する。

このようにして形状露光工程及び距離露光工程が完了すると、基材１５上のフォトレジスト層２０の全ての単位形状部２３に対応する領域２１のそれぞれが、目標のマイクロレンズアレイ１０の全ての単位レンズ部１１に対応する表面形状と、基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２とに対応した露光量で露光された状態となる。

次いで、現像工程では、図４（ｅ）に示すように、形状露光工程及び距離露光工程後のフォトレジスト層２０を適宜な現像液を用いて現像する。これにより、フォトレジスト層２０が露光量に応じて溶解除去され、基材１５上に目標形状に精度よく対応した単位形状部２３が形成され、目標の凹凸形状が形成される。

次に、このようにして得られた凹凸形状を利用して、各種の方法でマイクロレンズアレイ１０を製造する。ここでは、凹凸形状が形成された基材１５を母型として利用し、光学基材１３を成形することによりマイクロレンズアレイ１０を製造する。

ここでは、例えば、図７（ａ）に示すように、複数の単位形状部２３により凹凸形状が形成された基材１５を母型にし、電鋳等により凹凸形状を転写し、転写面５１を有する中子５０を作製し、図７（ｂ）に示すように、転写面５１が型面を構成するように中子５０を成形型６０内に配置して型締めし、図７（ｃ）に示すように、この成形型６０を用いて射出成形等により、樹脂等の光学基材１３を成形する。これにより、各単位形状部２３と同じ表面形状及び基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２の単位レンズ部１１を複数備えた図１に示すようなマイクロレンズアレイ１０が製造される。

以上のようにして凹凸形状部を形成すれば、複数の単位形状部２３に対応するフォトレジスト層２０の各領域を、形状用グレースケールマスク３０により精度よく各単位形状部２３の表面形状に対応する露光量で露光し、距離用グレースケールマスク４０により精度よく単位形状部２３の基準面Ｓ２からの距離に対応する露光量で露光するため、フォトレジスト層２０の各領域を精度よく各単位形状部２３の表面形状と基準面Ｓ２からの距離とに対応した露光量で露光することができる。そのため、フォトレジスト層２０を現像することで、同一表面形状で基準面Ｓ２からの距離の異なる複数の単位形状部２３を精度良く形成することができ、基準面Ｓ２からの距離が異なり同一表面形状の単位形状部２３がランダムに配置された目標の凹凸形状を精度良く形成することが可能である。

また、形状用グレースケールマスク３０には各単位形状部２３の基準面Ｓ２からの距離に応じた透過光分布を設ける必要がないため、形状用グレースケールマスク３０の単位形状透過領域３１全体でダイナミックレンジを小さく抑えることができる。

即ち、上記のように、この実施の形態の形状用グレースケールマスク３０では、全ての単位形状透過領域３１が、図５に曲線Ｔ１で示すような透過率分布が形成されている。ここでは、グレースケールマスクに要求される透過率は最小で２０％程度で、最大で３０％程度となり、その差は１０％となっている。

ところが、フォトレジスト層２０の単位形状部２３に対応する領域２１を目標の表面形状及び基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２が得られるように露光する１枚のグレースゲールマスクを作製した場合、三段階の基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２の単位形状部２３を形成するため、図５中に、曲線Ｔ５〜Ｔ７に示すような３種類の透過率分布が必要となる。ここでは、グレースケールマスクに要求される透過率は最小で４０％程度、最大で９０％程度となる。その差は７０％程度となり、その範囲全てにおいて、精度よく透過率が精度よく調整されていることが必要で、ダイナミックレンジが大きくなる。

従って、形状用グレースケールマスク３０に各単位形状部２３の基準面Ｓ２からの距離に応じた透過光分布を設ける必要がないことで、形状用グレースケールマスク３０のダイナミックレンジを格段に小さくすることが可能である。

更に、距離用グレースケールマスク４０では、各単位形状部２３毎に基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２に対応した一定の透過光となるように単位距離透過領域４１が設けられればよく、単位形状部２３の表面形状に応じて細かく調整された透過光分布を設ける必要がない。そのため、形状用グレースケールマスク３０及び距離用グレースケールマスク４０の各構成をそれぞれ簡単にすることができ、各グレースケールマスクの作製が容易である。その結果、同一表面形状で基準面Ｓ２からの距離が異なる複数の単位形状部２３を備えた凹凸形状を容易に形成することができる。

また、上記のようにして凹凸形状を形成すれば、形状露光工程後に距離露光工程を行うので、精度よく単位形状部２３の表面形状を形成し易い。即ち、形状露光工程では、単位形状部２３の表面形状だけに対応した膜べり量が得られればよいため露光時間が短いのに対し、距離露光工程では、各単位形状部２３の全体の基準面Ｓ２からの距離を変えるための膜べり量を得る必要があるため露光時間が長くなり易い。しかも、光感受性は露光時間が長い程低下する。従って、露光時間が短く、且つ、精度が要求される形状露光工程を先に行うことで、より精度よく単位形状部２３の表面形状を形成し易くできる。

更に、上記のように凹凸形状を形成すれば、形状用グレースケールマスク３０を用いて、露光領域を単位形状部２３の配置ピッチの整数倍毎に順次位置を変えて繰り返し露光するので、形状用グレースケールマスク３０の露光領域より広い領域のフォトレジスト層２０に複数の単位形状部２３を精度よく形成することができ、広い面積の凹凸形状を製造することが容易である。

この場合、１回毎の露光領域を完全に異ならせてフォトレジスト層２０の隣接位置を順次露光するのではなく、上記のように１回毎の露光領域を一部重ねるようにして、全ての単位形状部２３に対応する領域２１を露光しているので、１回の露光領域間のつなぎ目毎に段差が形成されず精度良く各単位形状部２３を形成することが可能である。１回毎の露光領域を完全に異ならせて隣接位置で露光する場合、１回の露光領域間のつなぎ目毎に大きな段差が生じることが知られているが、フォトレジスト層２０の全ての単位形状部２３の配置領域を露光することで、このようなことが防止できる。

ところで、この実施の形態では、基準面Ｓ１からの突出距離Ｄ１が異なる複数の単位レンズ部１１がランダムに配置された設計形状を有するマイクロレンズアレイ１０を製造するため、基材１５上に形成する複数の単位形状部２３は基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２が異なるものがランダムに配置された凹凸形状となっている。そのため、フォトレジスト層２０の単位形状部２３に対応する領域２１を目標の表面形状及び基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２が得られるように露光するグレースゲールマスクを用いて露光するとすれば、１回毎の露光領域が一部重なるようにして順次位置を変えて繰り返し露光することは不可能である。

ところが、この実施の形態では、凹凸形状を形成する際、形状露光工程と距離露光工程とに分け、各単位形状部２３の表面形状に対応する露光と、各単位形状部２３の基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２に対応する露光とを別に行うため、形状用グレースケールマスク３０の各単位形状透過領域３１の透過光分布は表面形状に対応した同一の分布となっている。そのため、この形状用グレースケールマスク３０を用いることで、露光領域を単位形状部２３の配置ピッチの整数倍毎に順次位置を変えて繰り返し露光することが可能である。

その結果、１回毎の露光領域を一部重ねるように露光することを繰り返すことで全ての単位形状部２３に対応する領域２１を露光すれば、１回毎の露光領域を異ならせて隣接位置で露光する場合のように、露光領域間のつなぎ目に大きな段差を生じることなく、より広い範囲に凹凸形状を形成することが可能である。

また、上記実施の形態のように、凹凸形状を形成すれば、距離用グレースケールマスク４０の露光領域を、形状用グレースケールマスク３０の露光領域よりも広くして、距離露光工程で距離用グレースケールマスク４０を用いて全ての単位形状部２３を一度に纏めて露光するので、各単位形状部２３間の基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２を精度よく容易に形成することができる。

そして、上記のように基材１５の表面に凹凸形状を形成した後、複数の単位形状部２３の転写面５１からなる型面を備えた成形型６０を作製し、成形型６０で光学基材１３を成形することでマイクロレンズアレイ１０を製造すれば、同一表面形状で基準面Ｓ２からの距離の異なる複数の単位レンズ部１１が精度よく設けられたマイクロレンズアレイ１０を容易に製造することが可能である。

なお、上記実施の形態は、この発明の範囲内において、適宜変更可能である。例えば、上記では、マイクロレンズアレイ１０や凹凸形状として、複数の単位レンズ部１１や複数の単位形状部２３が互いに隣接して密集した状態で配置された例について説明したが、特に限定されるものではなく、複数の単位レンズ部１１や複数の単位形状部２３が互いに離間して配置されていてもよい。

また、上記では、凹凸形状部を形成する際、形状露光工程の後に距離露光工程を行う例について説明したが、先に距離露光工程を実施した後で、形状露光工程を実施することも可能である。

また、上記形状露光工程において、形状用グレースケールマスク３０を単位形状透過領域３１の配置ピッチの整数倍毎に移動させて露光する例について説明したが、形状用グレースケールマスク３０を移動させて複数回露光するのではなく、形状用グレースケールマスク３０により一度に全ての単位形状部２３を露光したり、形状用グレースケールマスク３０の露光領域が重複しないように形状用グレースケールマスク３０を移動させて露光することも可能である。その場合、多数の単位形状透過領域３１の配置をランダムに設けることができ、複数の単位形状部２３や単位レンズ部１１の配置がランダムな凹凸形状やマイクロレンズアレイ１０を作製することが可能である。

また、上記距離露光工程において、距離用グレースケールマスク４０によりフォトレジスト層２０の全ての単位形状部２３に対応する領域２１を一度に露光する例について説明したが、形状露光工程と同様に、距離用グレースケールマスク４０をフォトレジスト層２０に対して移動させて繰り返し露光を行うことも可能である。

更に、距離用グレースケールマスク４０の各単位距離透過領域４１の範囲内の透過光分布を一定にした例について説明したが、各単位距離透過領域４１のうち、目標の単位レンズ部１１の有効径の範囲に対応する領域において透過光分布を一定にし、隣接する単位レンズ部１１の有効径の範囲との間に対応する領域において透過光分布を変化させてもよい。

また、上記では、各露光工程で用いる各グレースケールマスクに、それぞれ単位透過領域を複数設けたが、一つであってもよい。

更に、上記では、凹凸形状を利用してマイクロレンズアレイを製造する際、成型型６０を用いて成形した例について説明したが、基材１５として光学基材を用いて、基材１５上に凹凸形状を形成した後、エッチングすることでマイクロレンズアレイを製造することも可能である。

その場合、単位形状部２３は、マイクロレンズアレイの単位レンズ部１１の表面形状及び基準面Ｓ１からの突出距離Ｄ１に対して、所定の相関を有する表面形状及び基準面Ｓ２からの突出距離Ｄ２に形成すればよい。

そのようにしてマイクロレンズアレイ１０を製造すれば、フォトレジスト層２０の凹凸形状に応じた形状を光学基材１３に精密に形成することができ、同一表面形状で基準面１からの突出距離Ｄ１が異なる複数の単位レンズ部１１を有するマイクロレンズアレイ１０をより精密に製造することが可能である。

１０ マイクロレンズアレイ
１１ 単位レンズ部
１３ 光学基材
１５ 基材
２０ フォトレジスト層
２１ 領域
２３ 単位形状部
３０ 形状用グレースケールマスク
３１ 単位形状透過領域
４０ 距離用グレースケールマスク
４１ 単位距離透過領域
５０ 中子
５１ 転写面
６０ 成形型

Claims (8)

1. 光学素子アレイの複数の光学素子部に対応し、同一表面形状で基準面からの距離の異なる複数の単位形状部をフォトレジスト層に形成する凹凸形状の形成方法であって、
   前記単位形状部の表面形状に応じた透過光分布を有する単位透過領域を備えた形状用グレースケールマスクを用いて、前記フォトレジスト層の前記複数の単位形状部に対応する領域を露光する形状露光工程と、
   前記各単位形状部の基準面からの距離に応じた透過光分布を有する単位透過領域を備えた距離用グレースケールマスクを用いて、前記フォトレジスト層の前記複数の単位形状部に対応する複数の領域を露光する距離露光工程と、
   前記形状露光工程及び前記距離露光工程後に前記フォトレジスト層を現像する現像工程とを備えたことを特徴とする凹凸形状の形成方法。
2. 前記形状露光工程後に前記距離露光工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の凹凸形状の形成方法。
3. 前記複数の単位形状部が等ピッチで配置されたものであり、
   前記形状露光工程では、前記単位形状部の表面形状に応じた前記単位透過領域を、前記単位形状部の配置ピッチに応じた配置ピッチで複数有する前記形状用グレースケールマスクを用い、前記フォトレジスト層の露光領域を前記単位透過領域の配置ピッチの整数倍毎に順次位置を変えて繰り返し露光することを特徴とする請求項１又は２に記載の凹凸形状の形成方法。
4. 前記距離露光工程では、全ての前記単位形状部に対応する前記単位透過領域を備えた前記距離用グレースケールマスクを用い、全ての前記単位形状部を一度に露光することを特徴とする請求項３に記載の凹凸形状の形成方法。
5. 前記フォトレジスト層に、請求項１乃至４の何れか一つに記載の凹凸形状の形成方法により前記凹凸形状を形成し、その凹凸形状の転写面からなる型面を備えた成形型を作製し、前記成形型で光学基材を成形することで光学素子アレイを製造することを特徴とする光学素子アレイの製造方法。
6. 光学基材の表面に形成された前記フォトレジスト層に、請求項１乃至４の何れか一つに記載の方法により前記凹凸形状を形成した後、前記フォトレジスト層及び前記光学基材をエッチングすることで光学素子アレイを製造することを特徴とする光学素子アレイの製造方法。
7. 請求項５又は６に記載の方法により製造されたことを特徴とする光学素子アレイ。
8. 請求項５又は６に記載の方法により製造されたことを特徴とするマイクロレンズアレイ。