JP7344523B2 - マイクロレンズ、マイクロレンズアレイ、転写モールド、及びマイクロレンズの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロレンズ、マイクロレンズアレイ、転写モールド、及びマイクロレンズの製造方法に関する。

近年、いわゆるマイクロレンズ、あるいは、マイクロレンズアレイが様々な分野で使用されている。マイクロレンズは、そのサイズ（平面視した場合の形状が円形である場合には直径）が数μｍ～数ｍｍであるレンズの総称である。また、マイクロレンズアレイは、マイクロレンズを複数備え、これらの複数のマイクロレンズアレイを一次元的又は二次元的に配置することによって構成されている。

例えば、特許文献１の図２の（ｂ）には、樹脂材料製である熱可塑性フィルムにより構成されたマイクロレンズアレイが記載されている。

特開２００６－１０３２９７号（２００６年４月２０日公開）

マイクロレンズ（あるいはマイクロレンズアレイ）は、様々な分野で使用されているため、樹脂材料製であることが問題ない（あるいは好ましい）場合がある一方で、樹脂材料製ではなくガラス材料製であることが求められる場合もある。

ガラス材料は、樹脂材料と比較して、光学特性（例えば透過率）が優れているという利点を有する。

また、ガラス材料は、樹脂材料と比較して、焦点距離などの光学特性が外部環境の温度変化の影響を受けにくいという利点を有する。これは、ガラス材料の熱膨張率が樹脂材料の熱膨張率よりも小さいためである。熱膨張率が小さいということは、外部環境の温度が大きく変化した場合であってもその形状変化が小さいことを意味する。したがって、ガラス材料製のマイクロレンズは、樹脂材料製のマイクロレンズと比較して、焦点距離などの光学特性が外部環境の温度変化の影響を受けにくい。

したがって、光学特性の優れたマイクロレンズ、又は、光学特性が外部環境の温度変化の影響を受けにくいマイクロレンズを用いたい場合には、樹脂材料製のマイクロレンズを用いることができない。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラス材料製のマイクロレンズあるいはマイクロレンズアレイを提供することであり、その様なマイクロレンズの製造方法を提供することである。さらに、ガラス材料よりも融点が低い材料に対して凹凸を転写するガラス材料製の転写モールドを提供することも本発明の副次的な目的に含まれる。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るマイクロレンズは、一対の主面のうち一方の主面である第１主面に１又は複数の凹部が形成されたガラス基板と、前記１又は複数の凹部を封じるように前記第１主面に対して直接接合されたガラスシートであって、前記１又は複数の凹部を封じている部分がドーム状に突出することによって構成された突出部を含むガラスシートと、を備えている。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るマイクロレンズの製造方法は、ガラス基板を構成する一対の主面のうち一方の主面である第１主面に１又は複数の凹部を形成する凹部形成工程と、前記１又は複数の凹部を封じるようにガラスシートを前記第１主面に対して直接接合する接合工程と、前記ガラスシートの軟化点を上回る温度に前記ガラス基板及び前記ガラスシートを加熱した状態において、前記１又は複数の凹部を封じている前記ガラスシートの一部分がドーム状に突出することによって突出部を形成するように前記ガラス基板及び前記ガラスシートを取り巻く雰囲気の圧力を調整する圧力調整工程と、を含む。

本発明の一態様によれば、ガラス材料製のマイクロレンズあるいはマイクロレンズアレイを提供することができる。また、ガラス材料製のマイクロレンズの製造方法を提供することができる。更に、本発明の一態様によれば、ガラス材料よりも融点が低い材料に対して凹凸を転写するガラス材料製の転写モールドを提供することができる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイの斜視図である。（ｂ）は、（ａ）に示したマイクロレンズアレイの断面図である。 （ａ）は、図１に示したマイクロアレイレンズの製造方法のフローチャートである。（ｂ）は、（ａ）に示したマイクロアレイレンズの製造方法に含まれる接合工程のフローチャートである。 （ａ）～（ｆ）は、図２に示したマイクロアレイレンズの製造方法の各工程を図示した概略図である。 （ａ）は、図１に示したマイクロレンズアレイの変形例が備えているマイクロレンズの拡大断面図である。（ｂ）は、（ａ）に示したマイクロレンズの平面図である。 図２の（ａ）に示したマイクロアレイレンズの製造方法の変形例のフローチャートである。 （ａ）は、本発明の実施例であるマイクロレンズを平面視した場合の顕微鏡像である。（ｂ）は、（ａ）に示したマイクロレンズにおいて突出部を破断させた状態の電子顕微鏡像である。 （ａ）及び（ｃ）は、図６の（ａ）に示したマイクロレンズを用いて定規を観察するための構成の概略図である。（ｂ）は、（ａ）に示した状態において観察した定規の画像である。（ｄ）は、（ｃ）に示した状態において観察した定規の画像である。 本発明の第２の実施形態に係るマイクロレンズアレイの四面図である。

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイについて、図１を参照して説明する。図１の（ａ）は、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１の斜視図である。図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示した直線Ａ－Ａ’に沿った断面におけるマイクロレンズアレイ１の断面図である。また、マイクロレンズアレイ１の製造方法について、図２及び図３を参照して説明する。図２の（ａ）は、マイクロレンズアレイ１の製造方法である製造方法Ｓ１のフローチャートである。図２の（ｂ）は、製造方法Ｓ１に含まれる接合工程Ｓ１２のフローチャートである。図３の（ａ）～（ｆ）は、製造方法Ｓ１の各工程を図示した概略図である。

（マイクロレンズアレイ１の構成）
図１の（ａ），（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ１は、基板２１とガラスシート４１とにより構成されている。

請求の範囲に記載のガラス基板である基板２１は、その厚さが薄い（本実施形態では、７００μｍ）ガラス製の板状部材である。本実施形態では、基板２１を構成するガラス材料として無アルカリガラスを採用している。また、基板２１を平面視した場合の形状は、正方形である。

図１の（ｂ）に示すように、基板２１は、２つの主面である主面２１１，２１２と、４つの側面とにより構成されている。本願明細書において、主面とは、板状部材を構成する面のうち最も広い面積を有する面のことを意味する。主面２１１，２１２のうち、第１の主面である主面２１１は、ｚ軸正方向側に位置し、第２の主面である主面２１２は、ｚ軸負方向側に位置している。

なお、図１に図示した直交座標系は、（１）主面２１１の法線に沿う方向をｚ軸方向に定めており、（２）主面２１１の一辺に沿う方向をｘ軸方向に定めており、（３）主面２１１の上述した一辺に交わる別の一辺に沿う方向をｙ軸方向に定めている。また、ｚ軸方向のうち主面２１２から主面２１１へ向かう方向をｚ軸正方向と定め、ｚ軸正方向とともに右手系の直交座標系を形成するようにｘ軸正方向及びｙ軸正方向をそれぞれ定めている。

ガラスシート４１は、もともとの状態（後述する突出部５１～５９を突出させる前の状態）、その厚さが極めて薄く（本実施形態では、３０μｍ）、その表面が平坦なガラス製の層状部材である。なお、ガラスシート４１の表面は、平滑で有ることが好ましいが、更に平滑であることが好ましい。以下において、平坦とは、その表面に巨視的な凹凸（例えば後述する突出部５１～５９のような凹凸など）が形成されていないことを意味し、平滑とは、その表面に微視的な凹凸（例えばその表面を研磨することによって生じる研磨痕など）が形成されていないことを意味する。

マイクロレンズアレイ１においては、ガラスシート４１として、引き延ばしと呼ばれる工程（以下において、引き延ばし工程）を用いて成形されたガラスシートを採用している。引き延ばし工程は、もともとの厚さがガラスシート４１よりも厚い（本実施形態では、数百μｍ）ガラス薄板を素材とし、そのガラス薄板を加熱しつつ引き延ばすことによって、その厚さを薄くする（本実施形態では、３０μｍ）工程である。

本実施形態では、ガラスシート４１を構成するガラス材料として、基板２１と同じく無アルカリガラスを採用している。また、ガラスシート４１を平面視した場合の形状は、基板２１と同じく正方形である。

図１の（ｂ）に示すように、ガラスシート４１は、２つの主面である主面４１１，４１２と、４つの側面とにより構成されている。主面４１１，４１２のうち、第１の主面である主面４１１は、ｚ軸負方向側に位置し、第２の主面である主面４１２は、ｚ軸正方向側に位置している。また、ガラスシート４１の厚さが極めて薄いため、４つの側面の高さは、極めて小さい。

以上のように、基板２１とガラスシート４１とは、同じガラス材料により構成されている。また、基板２１とガラスシート４１とは、主面２１１と主面４１１とが融着（いわゆるフュージョンボンディング：Fusion Bonding）されることによって、直接接合されている。

基板２１の主面２１１には、９つのチャンバであるチャンバ３１～３９が３行３列のマトリクス状に形成されている（図３の（ａ）参照）。チャンバ３１～３９の各々は、主面２１１に形成された開口の形状が円形であり、且つ、主面２１１から主面２１２へ向かう方向（すなわちｚ軸負方向）に掘り込まれた凹部である。開口の直径及び凹部の深さは、何れも任意に定めることができる。本実施形態においては、開口の直径及び凹部の深さとして、それぞれ５００μｍ及び１μｍを採用している。

ガラスシート４１のうち、チャンバ３１～３９の各々を封じる部分は、それぞれ、チャンバ３１～３９の底面から遠ざかる方向に向かって突出することによって突出部５１～５９を形成する（図１の（ａ），（ｂ）参照）。

上述したように、ガラスシート４１は、もともと１枚の層状部材であり、均一な厚さを有していた。突出部５１～５９のうち突出部５１を用いて説明すれば、突出部５１は、そのガラスシート４１の一部を突出させることによって形成されている。そのため、突出部５１を構成するガラスシートの厚さは、もともとのガラスシート４１の厚さより薄くなっている。この厚さが薄くなる度合いは、突出部５１の外縁部５１ｂよりも突出部５１の中央部５１ａ（特許請求の範囲に記載の中央部分）の方が大きい。したがって、中央部５１ａの厚さｔ_ａは、外縁部５１ｂ（特許請求の範囲に記載の外縁部分）の厚さｔ_ｂよりも薄い。厚さｔ_ａが厚さｔ_ｂよりも薄いということは、図１の（ｂ）に示した突出部５４及び突出部５７においても同じであり、当然のことながらそれ以外の突出部５２，５３，５５，５６，５８，５９についても同じである。

厚さｔ_ａが厚さｔ_ｂよりも薄いため、突出部５１～５９は、いずれも凹レンズとして機能する。そこで、図１の（ｂ）に示すように、主面２１１にチャンバ３１が形成された基板２１と、チャンバ３１を封じている部分がドーム状に突出することによって構成された突出部５１を含み、且つ、主面２１１に直接接合されたガラスシート４１とは、マイクロレンズ１１を構成する。また、マイクロレンズ１２～１９は、何れもマイクロレンズ１１と同一に構成されている。

以上のように構成されたマイクロレンズアレイ１は、９つのマイクロレンズ１１～１９を備えている（図１の（ａ）参照）。マイクロレンズ１１～１９は、マイクロレンズアレイ１を平面視した場合に、３行３列のマトリクス状に（二次元的に）配列されている。

（マイクロレンズアレイ１の効果）
上述のように、マイクロレンズアレイ１が備えているマイクロレンズ１１～１９は、ガラス材料製である基板２１及びガラスシート４１により構成されており、凹レンズとして機能する。

ガラス材料製であるマイクロレンズ１１～１９は、樹脂材料製のマイクロレンズと比較して、光学特性（例えば透過率）が優れているという利点を有する。

また、マイクロレンズ１１～１９は、樹脂材料製のマイクロレンズと比較して、焦点距離などの光学特性が外部環境の温度変化の影響を受けにくいという利点を有する。これは、ガラス材料の熱膨張率が樹脂材料の熱膨張率よりも小さいためである。熱膨張率が小さいということは、外部環境の温度が大きく変化した場合であってもその形状変化が小さいことを意味する。したがって、マイクロレンズ１１～１９は、樹脂材料製のマイクロレンズと比較して、焦点距離などの光学特性が外部環境の温度変化の影響を受けにくい。

また、マイクロレンズ１１～１９は、以下に示す副次的な効果を奏することができる。

ガラス材料は、蛍光顕微鏡観察で励起光として用いられる波長の光（例えば近紫外光）を照射された場合であっても、蛍光を発しにくい。したがって、マイクロレンズ１１～１９は、蛍光顕微鏡観察に好適に用いることができる。

それに対して樹脂材料は、蛍光顕微鏡観察で励起光として用いられる波長の光を照射された場合に、蛍光を発しやすい。したがって、樹脂材料製のマイクロレンズを蛍光顕微鏡観察に用いた場合には、マイクロレンズ自身が発する蛍光がノイズとなり、サンプルが発する蛍光を十分に観察できない虞がある。これは、サンプルが発する蛍光が、マイクロレンズ自身が発する蛍光に埋もれてしまうためである。

また、ガラス材料は、樹脂材料と比較して、化学薬品に対する耐性が高い（換言すれば化学薬品に対する反応性が低い）。ガラス材料及び樹脂材料に対する攻撃性を有する化学薬品としては、酸性の化学薬品や、アルカリ性の化学薬品や、有機溶媒を含む化学薬品などが想定される。ガラス材料は、これらの化学薬品の何れに対しても、樹脂材料よりも高い耐性を有する。したがって、マイクロレンズ１１～１９は、化学薬品に対して直接接するような用途にも好適に用いることができる。

また、ガラス材料は、樹脂材料と比較して、高い温度に対する耐性が高い。これは、ガラス材料の軟化点が樹脂材料の軟化点よりも明らかに高いためである。したがって、マイクロレンズ１１～１９は、高温下で使用されるような用途にも好適に用いることができる。

また、マイクロレンズアレイ１を構成するマイクロレンズ１１～１９の各々において、キャビティ６１～６９の圧力は、マイクロレンズ１１～１９の外部の圧力（すなわち大気圧）を下回る。したがって、キャビティ６１～６９は、大気圧と比較して低気圧状態になっている。この構成によれば、マイクロレンズ１１～１９の各々は、その構造上、物理補強されている。したがって、マイクロレンズ１１～１９の強度は、キャビティ６１～６９が大気圧と等しい場合と比較して向上する。

また、キャビティ６１～６９が低気圧状態になっていることにより、その光学特性及び安定性がより向上する。この効果は、真空レンズ効果として知られている。

また、マイクロレンズ１１～１９の厚さ（基板２１の主面２１２から突出部５１～５９の中央部５１ａ～５９ａまでの距離）は、従来のカバーガラスの厚さと比較して大幅に薄い。例えば、従来のカバーガラスの厚さが１７０μｍである場合、マイクロレンズ１１～１９の厚さは、従来のカバーガラスの厚さのわずか１２．５％に相当する。

これにより、マイクロレンズ１１～１９は、レンズとしての作動距離を大幅に上げることができる。したがって、マイクロレンズ１１～１９は、高倍率且つ高ＮＡであるレンズを用いた生物試料の観測に好適に利用可能である。換言すれば、マイクロレンズ１１～１９は、ドーム状容器や観測チップなどとして好適に利用可能である。

また、硬く脆い通常のガラス部材と異なり、ガラスシート４１は、弾性を有する。換言すれば、ガラスシート４１は、ガラス材料製でありながら可逆的に変形可能である。したがって、マイクロレンズ１１～１９は、圧力を印加することによってその形状を任意に変形可能である。換言すれば、マイクロレンズ１１～１９は、その形状を任意に変形することによってレンズの焦点をリアルタイム且つ高速に制御することができる。したがって、マイクロレンズ１１～１９は、高速に焦点を制御可能な高速動的レンズとしても利用可能である。

また、マイクロレンズ１１～１９において、基板２１と、ガラスシート４１とは、同じガラス材料により構成されていることが好ましい。

この構成によれば、基板２１と、ガラスシート４１とが異なるガラス材料により構成されている場合と比較して、基板２１とガラスシート４１との接合をより強固にすることができる。

また、この構成によれば、基板２１の熱膨張率とガラスシート４１の熱膨張率との間に差が生じない。したがって、外部環境の温度が大幅に変化した場合であっても、突出部５１～１９に歪みが生じることを抑制することができる。

また、マイクロレンズ１１～１９において、突出部５１～１９の厚さｔ_ａは、厚さｔ_ｂよりも薄いことが好ましい。

この構成によれば、突出部５１～１９を含むマイクロレンズ１１～１９は、凹レンズとして機能する。したがって、ガラス材料製であり、且つ、凹レンズとして機能するマイクロレンズを提供することができる。

また、マイクロレンズ１１～１９において、ガラスシート４１を構成するガラス材料は、無アルカリガラスであることが好ましい。

無アルカリガラスは、加工性が良好であるためガラスシートを容易に作製することができる。また、無アルカリガラス製のガラスシートを用いた場合、その良好な加工性に起因して、突出部を容易に作製することができる。したがって、上記の構成によれば、容易にガラス材料製のマイクロレンズを作製することができる。

また、マイクロレンズ１１～１９において、ガラスシート４１を構成するガラス材料は、石英ガラスであってもよい。

石英ガラスは、様々なガラス材料の中でも優れた光学特性を有する。たとえば、石英ガラスは、他のガラス材料よりも波長が短い光（例えば近紫外線）を透過することができるため、そのような光を用いた顕微鏡観察に本マイクロレンズを用いることができる。また、石英ガラスは、他のガラス材料よりも膨張率が小さいため、その光学特性が外部環境の温度変化の影響をより受けにくい。

なお、マイクロレンズ１１～１９において、ガラスシート４１を構成するガラス材料は、無アルカリガラス及び石英ガラスに限定されるものではなく、他の如何なるガラス材料であってもよい。その他のガラス材料としては、例えばソーダライムガラスが挙げられる。

なお、ここでは、ガラスシート４１を構成するガラス材料について説明したが、基板２１を構成するガラス材料についても同様である。

また、マイクロレンズ１１～１９において、基板２１とガラスシート４１とは、溶着していることが好ましい。

基板２１とガラスシート４１とが溶着していることによって、基板２１とガラスシート４１との接合をより一層強固にすることができる。

本実施形態において、マイクロレンズアレイ１は、平面視した場合に、マイクロレンズ１１～１９をマトリクス状に（二次元的に）配列することにより構成されている。ただし、マイクロレンズ１１～１９の配列は、マトリクス状に限らず、任意の形状を採用することができる。例えば、マイクロレンズ１１～１９の配列は、直線状（一次元的）であってもよい。

マイクロレンズ１１～１９の配列は、基板２１に形成するチャンバ３１～３９の配列パターンによって定められる。後述するように、チャンバ３１～３９は、半導体デバイスを作製するための微細加工技術（例えばフォトリソグラフィーなど）を適用して容易に形成することができるため、チャンバ３１～３９の配列パターンは、任意に設計可能である。

本実施形態において、ガラスシート４１は、厚さが当該ガラスシートよりも厚いガラス薄板を加熱しつつ引き延ばす工程（引き延ばし工程）によって、その厚さが薄くなるように成形されたガラスシートであることが好ましい。

引き延ばし工程を用いることによって、ガラス薄板の表面に微視的な傷が存在した場合であっても、その傷は、ガラス薄板を加熱しつつ引き延ばすことによって均等にならされる。すなわち、引き延ばしという工程を用いることによって、表面が平滑なガラスシート４１を得ることができる。

なお、ガラス薄板の表面に存在しえる傷としては、研磨痕が挙げられる。研磨痕を含む表面の表面粗さは、研磨の方法に依存するが、典型的な鏡面仕上げを施した場合において１ｎｍ～２０ｎｍ程度である。一方、引き延ばしと呼ばれる工程を用いて形成されたガラスシート４１の表面粗さは、上述した研磨痕を含む表面の表面粗さを下回る（本実施形態では、０．５ｎｍ程度）。したがって、ガラスシート４１として引き延ばしと呼ばれる工程を用いて形成されたガラスシートを採用したマイクロレンズアレイ１は、ガラスシートとして研磨ガラスシートを採用した場合と比較して、超平滑な表面特性を有し、優れた光学特性及び高い機械強度を有する。

なお、平坦なガラスシート４１の一部を突出させることによって突出部５１～５９を形成する工程は、引き延ばし工程と同様の効果を奏する。すなわち、もともと平滑な表面を有するガラスシート４１を突出させることによって形成された突出部５１～５９の表面は、突出していないガラスシート４１の表面と比較して、さらに平滑（超平滑）である。

（マイクロレンズアレイ１のバリエーション）
本実施形態において、チャンバ３１～３９の開口の形状は、円形であるものとして説明した。すなわち、マイクロレンズ１１～１９を平面視した場合の形状は、円形であるものとして説明した。しかし、チャンバ３１～３９の開口の形状、すなわち、マイクロレンズ１１～１９を平面視した場合の形状は、任意に選択することができる。例えば、その形状は、楕円であってもよいし、四角形の４つの角を丸めた角丸四角形であってもよい。

また、その形状として、例えば縦横比が大きな長方形を採用することによって、突出部５１～５９の表面が球面の一部のような形状ではなく、円柱の側面の一部のような形状であるマイクロレンズ１１～１９を設計することができる。このようなマイクロレンズ１１～１９は、一種のシリンドリカルレンズのように機能する。

本実施形態において、突出部５１～５９は、それぞれ、チャンバ３１～３９の底面から遠ざかる方向（ｚ軸正方向）に向かって突出するように構成されている。しかし、突出部５１～５９は、それぞれ、チャンバ３１～３９の底面に近づく方向（ｚ軸負方向）に向かって突出するように構成されていてもよい。

また、本実施形態において、チャンバ３１～３９の各々と、突出部５１～５９の各々とにより形成された空間であるキャビティ６１～６９（例えばマイクロレンズ１１の場合であればキャビティ６１）には、空気が充填されている（図１の（ｂ）参照）。しかし、キャビティ６１～６９には、それぞれ、空気の屈折率より大きな屈折率を有する透光性材料が充填されていてもよい。

図１に示すマイクロレンズ１１～１９のキャビティ６１～６９に、このような透光性材料を充填した場合、そのマイクロレンズ１１～１９は、それぞれ、凸レンズとして機能する。

また、上述したように、突出部５１～５９は、それぞれ、チャンバ３１～３９の底面に近づく方向（ｚ軸負方向）に向かって突出するように構成されたマイクロレンズ１１～１９のキャビティ６１～６９に、このような透光性材料を充填した場合、そのマイクロレンズ１１～１９は、それぞれ、凹レンズとして機能する。

このように、キャビティ６１～６９に上述した透光性材料を充填することによって、凹レンズとして機能するマイクロレンズ１１～１９と、凸レンズとして機能するマイクロレンズ１１～１９とを任意に設計することができる。

また、キャビティ６１～６９に上述した透光性材料を充填することによって、焦点距離などの光学パラメータを設計するときの自由度を高めることができる。

（マイクロレンズアレイ１の別の用途）
マイクロレンズアレイ１は、マイクロレンズアレイとして利用することに加えて、以下のように、別の透光性を有する材料に対して凹凸を転写する転写モールドの一部としても利用可能である。

マイクロレンズアレイ１は、上述したようにガラス材料製である。したがって、マイクロレンズアレイ１は、自身を構成するガラス材料よりも融点が低い材料に対して、突出部５１～５９の表面形状に沿った凹凸を転写することができる。換言すれば、マイクロレンズアレイ１は、突出部５１～５９の表面形状に沿った凹凸を転写することによって、転写レンズを製造するための転写モールドとして利用可能である。

マイクロレンズアレイ１を用いて凹凸を転写するのに好適な材料としては、ポリメタクリル酸メチル（Poly-Methyl MethAcrylate、ＰＭＭＡ）や、金属塩含有ＰＭＭＡや、エポキシ樹脂などの透光性を有する樹脂材料が挙げられる。なお、これらの透光性を有する樹脂材料は、透光性を有する樹脂材料の一例であり、これらに限定されるものではない。なお、凹凸を転写される材料は、透光性を有するとともに、空気の屈折率より大きな屈折率を有することが好ましい。この構成によれば、マイクロレンズアレイ１を用いて製造した転写レンズの焦点距離を設計する場合の自由度が高めることができる。

例えば、マイクロレンズアレイ１を用いて凹レンズとして機能する転写レンズを製造したい場合、図１に示したマイクロレンズアレイ１と、表面が凹凸を含まず、且つ、表面が平滑なガラス板とを組み合わせることによって転写モールドを構成する。図１の（ｂ）に示した状態のマイクロレンズアレイ１の上方に、ガラスシート４１の主面４１２とガラス板の平滑な表面とが対向し、且つ、平行になるように、ガラス板を固定する。すなわち、ガラス板の平滑な表面と、突出部５１，５４，５７の中央部５１ａ，５４ａ，５７ａの各々との間隔が一定になるように、ガラス板を固定する。

この状態において、マイクロレンズアレイ１とガラス板との間に生じた空間に、溶融した状態の透光性を有する樹脂材料を充填し、この樹脂材料を徐冷することによって、突出部５１～５９の表面形状に沿った凹凸を転写した転写レンズが得られる。この転写レンズは、凹レンズとして機能する。

なお、上述したように、マイクロレンズアレイ１において、突出部５１～５９は、それぞれ、チャンバ３１～３９の底面に近づく方向（ｚ軸負方向）に向かって突出するように構成されていてもよい。このようにチャンバ３１～３９側へ凹んだ突出部５１～５９は、マイクロレンズアレイ１の製造過程に含まれる圧力調整工程Ｓ１３（図２参照）において、減圧を加圧にすることにより実現される。チャンバ３１～３９の底面に近づく方向に向かって突出部５１～５９が突出したマイクロレンズアレイ１を用いた場合、凸レンズとして機能する転写レンズを得ることができる。

また、上述した例では、マイクロレンズアレイ１と表面が凹凸を含まないガラス板とを組み合わせることによって転写モールドを構成した。しかし、ガラス部材の代わりに別のマイクロレンズアレイ１をマイクロレンズアレイ１に組み合わせることによって転写モールドを構成することもできる。すなわち、第１のマイクロレンズアレイ１と、第１のマイクロレンズアレイ１とは異なる第２のマイクロレンズアレイ１とを組み合わせることによって転写モールドを構成することもできる。

マイクロレンズアレイ１を用いた転写モールドは、例えば金属により構成された従来の転写モールドと比較して、安価に製造することができる。したがって、ガラス材料よりも融点が低い材料（例えば上述した樹脂材料）に対して、マイクロレンズアレイ１を用いた転写モールドを用いることによって、ガラス材料よりも融点が低い材料（例えば樹脂材料）製のマイクロレンズあるいはマイクロレンズアレイの製造コストを抑制することができる。

また、上述したように、ガラスシート４１として、引き延ばし工程によって成形されたガラスシートを採用した場合には、表面が平滑であり、表面が転写された研磨痕をまったく含まない、超平滑な表面特性を有するマイクロレンズあるいはマイクロレンズアレイを転写レンズとして得ることができる。

（マイクロレンズアレイ１の製造方法Ｓ１）
マイクロレンズアレイ１の製造方法Ｓ１について、図２及び図３を参照して説明する。

図２の（ａ）に示すように、製造方法Ｓ１は、チャンバ形成工程Ｓ１１と、接合工程Ｓ１２と、圧力調整工程Ｓ１３と、冷却工程Ｓ１４とを含んでいる。

マイクロレンズアレイ１を製造するために、製造方法Ｓ１では、基板２１と、ガラスシート４１とを用いる。上述したように、基板２１及びガラスシート４１は、何れも無アルカリガラス製である。また、基板２１の主面２１１，２１２は、何れも平坦である。

チャンバ形成工程Ｓ１１は、基板２１の主面２１１に９つのチャンバ３１～３９を形成する工程である。図３の（ａ）は、チャンバ３１～３９が形成された基板２１の斜視図である。この工程では、半導体デバイスを作製するための微細加工技術（例えばフォトリソグラフィーなど）を適用可能である。チャンバ３１～３９を形成するためには、ドライエッチング及びウェットエッチングの何れを用いてもよい。本実施形態では、ドライエッチングを用いるものとする。

接合工程Ｓ１２は、基板２１の主面２１１と、ガラスシート４１の主面４１１とを直接接合する工程である。この工程により、チャンバ３１～３９の各々の開口は、ガラスシート４１によって封じられる。

より詳しくは、接合工程Ｓ１２は、図２の（ｂ）に示すように、接合工程Ｓ１２は、洗浄工程Ｓ１２１と、密着工程Ｓ１２２と、溶着工程Ｓ１２３とを含んでいる。

洗浄工程Ｓ１２１は、基板２１の表面とガラスシート４１の表面とを洗浄する工程である。本実施形態では、図３の（ｂ）に示すように、硫酸過水を用いて基板２１とガラスシート４１とを洗浄する。硫酸過水は、濃硫酸と過酸化水素水との混合物である。

なお、上述したように、ガラスシート４１は、厚さがガラスシート４１よりも厚いガラス薄板を加熱しつつ引き延ばすことによって、その厚さが薄くなるように成形されたガラスシート、すなわち、引き延ばし工程を用いて成形されたガラスシートであることが好ましい。

密着工程Ｓ１２２は、洗浄工程Ｓ１２１において洗浄したガラスシート４１を、基板２１の主面２１１の上に載置することによって、ガラスシート４１の主面４１１と基板２１の主面２１１とを密着させる工程である。この工程により、チャンバ３１～３９の各々の開口は、ガラスシート４１によって封じられる（図３の（ｃ）参照）。

溶着工程Ｓ１２３は、密着した状態の基板２１とガラスシート４１とを加熱することによって、基板２１とガラスシート４１とを溶着する工程である。本実施形態では、図３の（ｄ）に示すように、密着した状態の基板２１とガラスシート４１とを加熱炉６２の中にセットし、加熱することによって基板２１とガラスシート４１とを溶着する。接合工程Ｓ１２において採用するガラス材料同士の接合手法は、フュージョンボンディング（FusionBonding）として知られている。

基板２１とガラスシート４１とを接合する接合手法としてフュージョンボンディングを採用することによって、基板２１とガラスシート４１との接合をより一層強固にすることができる。

本実施形態では、基板２１とガラスシート４１とを７５０℃まで加熱することによって基板２１とガラスシート４１とを溶着した。この加熱温度は、ガラスシート４１の軟化点を上回る温度であればよく、その範囲内で適宜設定すればよい。また、加熱時間も、基板２１とガラスシート４１との溶着の強度が十分になるように適宜設定すればよい。

なお、本実施形態において用いる加熱炉６２は、炉の内部が密閉されており、炉内の雰囲気（基板２１及びガラスシート４１を取り巻く雰囲気）のガス種や、炉内の雰囲気の圧力を調整（減圧及び加圧）可能なように構成されている。

圧力調整工程Ｓ１３は、ガラスシート４１の軟化点を上回る温度に基板２１及びガラスシート４１を加熱した状態において、チャンバ３１～３９を封じているガラスシート４１の一部分がドーム状に突出するように、炉６２の内部の雰囲気の圧力を調整する工程である。軟化点を上回る温度に加熱されることによってガラスシート４１が軟化しており、その状態で炉６２内の雰囲気の圧力を減圧することによって、チャンバ３１～３９を封じているガラスシート４１の一部分が、チャンバ３１～３９の底面から遠ざかる方向に向かって突出し、突出部５１～５９が形成される（図３の（ｅ）参照）。

なお、チャンバ３１～３９を封じているガラスシート４１の一部分が、チャンバ３１～３９の底面に近づく方向に向かって突出した突出部５１～５９を形成したい場合には、炉６２内の雰囲気の圧力を加圧すればよい。

以上のように、突出部５１～５９が突出する方向、及び、その突出の程度は、炉６２の加熱温度と、炉６２の雰囲気の圧力とを用いて制御することができる。

冷却工程Ｓ１４は、炉６２内の雰囲気の圧力を調整した状態のまま（図３の（ｆ）の場合には、圧力を減圧した状態のまま）、ガラスシート４１の軟化点を下回る温度まで基板２１及びガラスシート４１（換言すれば炉６２内の雰囲気の温度）を徐冷する工程である。ガラスシート４１の軟化点を下回る温度まで基板２１及びガラスシート４１を徐冷することにより、圧力調整工程Ｓ１３のあとに基板２１及びガラスシート４１を冷却する場合に、突出部５１～５９に生じ得る歪みを抑制することができる。

なお、炉６２内の温度がガラスシート４１の軟化点を下回ったあとであれば、炉内の温度を低下させる速度（温度変化の傾き）を早くしてもよい。

〔変形例〕
（マイクロレンズアレイ１Ａの構成）
マイクロレンズアレイ１の変形例であるマイクロレンズアレイ１Ａについて、図４を参照して説明する。図４の（ａ）は、マイクロレンズアレイ１Ａマイクロレンズ１１Ａの拡大断面図である。図４の（ｂ）は、マイクロレンズ１１の平面図である。

マイクロレンズアレイ１Ａは、マイクロレンズアレイ１が備えているマイクロレンズ１１～１９のキャビティ６１～６９に、空気の屈折率より大きな屈折率を有する透光性材料からなる充填材を充填することによって得られる。そのため、マイクロレンズアレイ１Ａは、マイクロレンズアレイ１の基本構造をそのまま有し、充填材を充填するための構成のみがマイクロレンズアレイ１と異なる。したがって、本実施形態では、マイクロレンズアレイ１Ａの構成のうちマイクロレンズアレイ１と異なる構成についてのみ説明し、マイクロレンズアレイ１と同様の構成については、対応関係を示すのみに留める。

マイクロレンズアレイ１Ａは、マイクロレンズアレイ１と同様に、９つのマイクロレンズを備えている。本実施形態では、その９つのマイクロレンズのうちマイクロレンズ１１Ａを用いて充填材を充填するための構成を説明する。その他の８つのマイクロレンズは、マイクロレンズ１１Ａと同じ構成を有する。

また、マイクロレンズ１１Ａを含む９つのマイクロレンズは、マイクロレンズ１１～１９と同様に、３行３列のマトリクス状に配列されている。

図４の（ａ）に示すマイクロレンズ１１Ａの断面図は、図１の（ｂ）に示すマイクロレンズ１１の断面図に対応する。

マイクロレンズ１１Ａは、基板２１Ａと、ガラスシート４１Ａとを備えている。基板２１Ａの主面２１１Ａには、チャンバ３１Ａが形成されている。ガラスシート４１Ａは、チャンバ３１Ａを封じるように、主面２１１Ａに対して直接接合されている。ガラスシート４１Ａは、チャンバ３１Ａを封じている部分がドーム状に突出することによって構成された突出部５１Ａを含んでいる。突出部５１Ａは、チャンバ３１Ａの底面から遠ざかる方向（ｚ軸正方向）に向かって突出している。チャンバ３１Ａと突出部５１Ａとは、マイクロレンズ１１Ａに含まれる空間であるキャビティ６１Ａを構成する。

このように構成された、マイクロレンズ１１Ａと図１に示したマイクロレンズ１１とを比較した場合、マイクロレンズ１１Ａの基板２１Ａ、チャンバ３１Ａ、ガラスシート４１Ａ、突出部５１Ａ、及びキャビティ６１Ａの各々は、それぞれ、マイクロレンズ１１の基板２１、チャンバ３１、ガラスシート４１、突出部５１、及びキャビティ６１の各々に対応する部材である。

ただし、チャンバ３１Ａは、図４の（ｂ）に示すように、その開口の形状がチャンバ３１の円形から変更されている。具体的には、チャンバ３１Ａは、メインチャンバ３１１Ａと、充填溝３１２Ａとからなる。メインチャンバ３１１Ａは、チャンバ３１と同様に、その開口の形状が円形である凹部である。充填溝３１２Ａは、メインチャンバ３１１Ａの中心からｙ軸負方向側に向かって掘り込まれた溝である。したがって、チャンバ３１Ａの開口は、鍵穴のような形状を有する。

また、ガラスシート４１Ａには、平面視した場合に、充填溝３１２Ａと重畳する領域に、貫通孔４１３Ａが形成されている。貫通孔４１３Ａは、ガラスシート４１Ａの主面４１１Ａから主面４１２Ａまで貫通している。したがって、ガラスシート４１Ａに貫通孔４１３Ａが設けられていることによって、チャンバ３１Ａと突出部５１Ａとにより形成された空間であるキャビティ６１Ａと、キャビティ６１Ａの外部とが連続した空間となる。したがって、図４の（ａ）に示すように、キャビティ６１Ａの内部に充填材８１を充填することができる。

充填材８１を構成する透光性材料は、マイクロレンズ１１Ａを用いて観察するときに用いる光に対して、透光性を有し、より好ましくは、透明である。また、この透光性材料は、空気の屈折率より大きな屈折率を有し、より好ましくは、基板２１及びガラスシート４１を構成するガラス材料の屈折率に近い屈折率を有する事が好ましい。

このように、キャビティ６１Ａに充填材８１が充填されていることによって、キャビティ６１Ａを含むマイクロレンズ１１Ａは、凸レンズとして機能する。したがって、マイクロレンズ１１Ａは、ガラス材料製であり、且つ、凸レンズとして機能するマイクロレンズを提供することができる。

空気の屈折率より大きな屈折率を有する透光性材料としては、ポリメタクリル酸メチル（Poly-Methyl MethAcrylate、ＰＭＭＡ）や、金属塩含有ＰＭＭＡや、エポキシ樹脂などの透光性を有する樹脂材料が挙げられる。なお、これらの透光性を有する樹脂材料は、空気の屈折率より大きな屈折率を有する透光性材料の一例であり、これらに限定されるものではない。

また、この透光性材料は、キャビティ６１Ａに充填するときには流動性を有する液状であり、その後、硬化することによって固体化又はゲル化する材料であることが好ましい。

硬化前の状態において流動性を有することにより、貫通孔４１３Ａからキャビティ６１Ａに、透光性材料を容易に充填することができる。また、その後、固体化又はゲル化することによって、充填材８１Ａは、キャビティ６１Ａの内部に留まり、貫通孔４１３Ａから流出することを防止できる。

なお、透光性材料が固体化又はゲル化せず液状のままである場合には、透光性材料をキャビティ６１Ａに充填した後に、貫通孔４１３Ａを樹脂製の接着剤を用いて封止することが好ましい。この構成によれば、固体化又はゲル化しない透光性材料を充填材８１を構成する材料として採用することができる。

（マイクロレンズ１１Ａのバリエーション）
本実施形態では、マイクロレンズ１１Ａがチャンバ３１Ａの底面から遠ざかる方向（ｚ軸正方向）に向かって突出した突出部５１Ａを備え、そのキャビティ６１Ａに充填材８１Ａを充填したマイクロレンズ１１Ａについて説明した。しかし、マイクロレンズ１１Ａは、チャンバ３１Ａの底面に近づく方向（ｚ軸負方向）に向かって突出した突出部５１Ａを採用していてもよい。

チャンバ３１Ａの底面に近づく方向に向かって突出するように構成されたマイクロレンズ１１Ａのキャビティ６１Ａに、このような透光性材料を充填した場合、そのマイクロレンズ１１Ａは、それぞれ、凹レンズとして機能する。

以上のように、キャビティ６１Ａに充填材８１Ａを充填することによって、凹レンズとして機能するマイクロレンズ１１Ａ、及び、凸レンズとして機能するマイクロレンズ１１Ａのいずれであっても任意に設計することができる。

また、キャビティ６１Ａに充填材８１Ａを充填することによって、キャビティ６１Ａを含めたマイクロレンズ１１Ａ全体がレンズとして機能する。したがって、充填材８１Ａを含むマイクロレンズ１１Ａは、焦点距離などの光学パラメータを設計するときの自由度を高めることができる。

（マイクロレンズアレイ１Ａの製造方法Ｓ１Ａ）
マイクロレンズアレイ１Ａの製造方法である製造方法Ｓ１Ａについて、図５を参照して説明する。図５は、製造方法Ｓ１Ａのフローチャートである。

図５に示すように、製造方法Ｓ１Ａは、チャンバ形成工程Ｓ１１Ａと、接合工程Ｓ１２Ａと、圧力調整工程Ｓ１３Ａと、冷却工程Ｓ１４Ａとを含んでいる。

製造方法Ｓ１Ａのチャンバ形成工程Ｓ１１Ａ、接合工程Ｓ１２Ａ、圧力調整工程Ｓ１３Ａ、及び冷却工程Ｓ１４Ａの各々は、それぞれ、図２の（ａ）に示した製造方法Ｓ１のチャンバ形成工程Ｓ１１、接合工程Ｓ１２、圧力調整工程Ｓ１３、及び冷却工程Ｓ１４の各々に対応する。

なお、チャンバ形成工程Ｓ１１Ａは、チャンバ形成工程Ｓ１１と比較して、開口が円形ではなく鍵穴のような形状を有するチャンバ３１Ａを形成する点が異なる。

そのうえで、製造方法Ｓ１Ａは、貫通孔形成工程Ｓ１５Ａと、充填工程Ｓ１６Ａとを更に含んでいる。

貫通孔形成工程Ｓ１５Ａは、ガラスシート４１Ａのうち充填溝３１２Ａと重畳する領域に貫通孔４１３Ａが形成する工程である。この工程においても、半導体デバイスを作製するための微細加工技術（例えばフォトリソグラフィーなど）を適用可能である。

充填工程Ｓ１６Ａは、空気の屈折率より大きな屈折率を有する透光性材料をキャビティ６１Ａの内部に充填することによって充填材８１を得る工程である。透光性材料が硬化又はゲル化する材料である場合、充填工程Ｓ１６Ａは、透光性材料を硬化又はゲル化させるための工程（加熱工程や紫外線照射工程など）を含む。一方、透光性材料が硬化又はゲル化しない材料である場合、充填工程Ｓ１６Ａは、貫通孔４１３Ａを例えば樹脂製の接着剤を用いて封止する工程を含む。

製造方法Ｓ１Ａによれば、キャビティ６１Ａに充填材８１を充填したマイクロレンズ１１を得ることができる。

〔実施例〕
第１の実施例に係るマイクロレンズ１１について、図６及び図７を参照して説明する。以下におけるマイクロレンズ１１は、特に断りがない限り、本実施例のマイクロレンズ１１のことを指す。

図６の（ａ）は、マイクロレンズ１１を平面視した場合の顕微鏡像である。図６の（ｂ）は、マイクロレンズ１１において突出部５１を破断させた状態の電子顕微鏡像である。なお、図６の（ａ）及び（ｂ）の各々の右下に図示した白い帯は、スケールバーである。図６の（ａ）及び（ｂ）において、スケールバーの全長（横方向の長さ）は、１５０μｍに対応する。

図７の（ａ）及び（ｃ）は、マイクロレンズ１１を用いて定規を観察するための構成の概略図である。（ｂ）は、（ａ）に示した状態において観察した定規の画像である。（ｄ）は、（ｃ）に示した状態において観察した定規の画像である。なお、図７の（ｂ）の右下に示した黒い帯は、スケールバーである。図７の（ｂ）において、スケールバーの全長（横方向の長さ）は、１００μｍに対応する。

本実施例では、以下のようにしてマイクロレンズ１１を製造した。

基板２１として、厚さが０．７ｍｍであるスライドガラスを採用した。このスライドガラスは、無アルカリガラス製である。

チャンバ３１は、その開口の直径が５００μｍであり、その深さが１μｍとなるように形成した。

ガラスシート４１として、厚さが３０μｍであるガラスシートを採用した。このガラスシートは、無アルカリガラス製である。また、このガラスシート４１の軟化点は、およそ750℃である。

溶着工程Ｓ１２３では、基板２１及びガラスシート４１をセットした炉６２内の温度を、２５℃から７５０℃まで１．５時間かけて上昇させ、その後、７５０℃を５時間に亘って維持した。

圧力調整工程Ｓ１３では、炉６２内の温度を７５０℃に保ったまま、炉６２内の圧力を、ロータリーポンプを用いて減圧した。このときの炉６２内の圧力は、およそ０Ｐａだった。この７５０℃、０Ｐａの状態を２時間に亘って維持した。

冷却工程Ｓ１４では、炉６２内の温度を７５０℃から６００℃まで３０分かけて低下させた。その後、炉６２の出力を切り、炉６２内を自然冷却した。

図６の（ａ）に示した顕微鏡像によれば、マイクロレンズ１１は、平面視した場合の形状が略円形である突出部５１を有することが分かった。図６の（ａ）において、中央部５１ａは階調が低く（色が薄く）、外縁部５１ｂは階調が高く（色が濃く）表示されている。この階調の差は、突出部５１における中央部５１ａと外縁部５１ｂとの厚さの差を反映していると考えられる。

次に、マイクロレンズ１１の突出部５１を破断させた状態で、電子顕微鏡像を撮影した。図６の（ｂ）に示した電子顕微鏡像によれば、破断させた突出部５１の内部に空間であるキャビティ６１が存在することが分かった。また、中央部５１ａの厚さｔ_ａが１４μｍであり、外縁部５１ｂの厚さｔ_ｂが30μｍであることが分かった。

図７の（ａ）及び（ｃ）に示すように、定規６３の上にマイクロレンズ１１を配置した状態で、マイクロレンズ１１の上方から光学顕微鏡を用いて撮影した顕微鏡像が図７の（ｂ）及び（ｄ）である。図７の（ｂ）及び（ｄ）に図示した破線は、突出部５１の輪郭を示す。

図７の（ａ）は、光学顕微鏡の焦点を突出部５１の外側に位置する定規６３に合焦させた状態を示している。図７の（ｃ）は、光学顕微鏡の焦点を突出部５１の中央に位置する定規６３に合焦させた状態を示している。

図７の（ｂ）に示した顕微鏡像によれば、突出部５１の外側に位置する定規６３の目盛が視認できるのに対して、突出部５１の内側に位置する定規６３の目盛は、ぼやけてしまい視認できない。

一方、図７の（ｄ）に示した顕微鏡像によれば、突出部５１の中心近傍に位置する定規６３の目盛が視認できるのに対して、突出部５１の外側に位置する定規６３の目盛は、ぼやけてしまい視認できない。また、突出部５１の中心近傍に位置する定規６３の目盛は、部７の（ｂ）に示した突出部５１の外側に位置する定規６３の目盛と比較して縮小されていることが分かった。すなわち、マイクロレンズ１１が凹レンズとして機能していることが分かった。

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係るマイクロレンズアレイについて、図８を参照して説明する。図８は、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１０１の四面図である。すなわち、図８において、（１）左側中央に示した図は、マイクロレンズアレイ１０１の正面図であり、（２）左側上に示した図は、マイクロレンズアレイ１０１の上面図であり、（３）左側下に示した図は、マイクロレンズアレイ１０１の下面図であり、右側に示した図は、マイクロレンズアレイ１０１の右側面図である。

図８に示すように、マイクロレンズアレイ１０１は、基板１２１と、ガラスシート１４１と、ガラスシート１４２とを備えている。基板１２１は、第１主面及び第２種面である主面１２１１，１２１２を有し、ガラスシート１４１は、第１主面及び第２種面である主面１４１１，１４１２を有し、ガラスシート１９１は、第１主面及び第２種面である主面１９１１，１９１２を有する。

ガラスシート１４１は、その主面１４１１が主面１２１１と溶着されることによって、基板１２１と直接接合されている。同様に、ガラスシート１９１は、その主面１９１１が主面１２１２と溶着されることによって、基板１２１と直接接合されている。

基板１２１は、図４に示したマイクロレンズアレイ１Ａの基板２１Ａと同様の機能を有し、ガラスシート１４１は、マイクロレンズアレイ１Ａのガラスシート４１Ａと同様の機能を有する。また、マイクロレンズアレイ１は、直線状（一次元的）に配置された６つのマイクロレンズ１１１Ａ～１１６Ａを備えている。マイクロレンズ１１１Ａ～１１６Ａは、何れも、図４に示したマイクロレンズ１１１Ａと同様に構成されている。したがって、本実施形態では、マイクロレンズ１１１Ａ～１１６Ａに関する説明を省略する。

マイクロレンズアレイ１０１の基板１２１は、主面１２１２にマイクロ流路１９２が形成されている点が基板２１と異なる。マイクロ流路１９２は、マイクロレンズアレイ１を平面視した場合に、マイクロレンズ１１１Ａ～１１６Ａの各々の中心を結んだ直線に沿うように、主面１２１２から主面１２１１向かう方向に掘り込まれた微細な溝部である。

マイクロ流路１９２の幅は、特に限定されるものではない。本実施形態では、マイクロ流路１９２の幅を１００μｍとしている。また、マイクロ流路１９２の深さもまた、特に限定されるものではない。本実施形態では、マイクロ流路１９２の深さを５０μｍとしている。

ガラスシート１９１には、平面視した場合に、マイクロ流路１９２と重畳する領域に貫通孔１９３，１９４が形成されている。貫通孔１９３，１９４の各々は、マイクロ流路１９２と重畳する領域の両端部にそれぞれ形成されている。

貫通孔１９３，１９４は、ガラスシート１９１の主面１９１１から主面１９１２まで貫通している。したがって、ガラスシート１９１に貫通孔１９３，１９４が設けられていることによって、マイクロ流路１９２と、マイクロ流路１９２の外部とが連続した空間となる。したがって、貫通孔１９３から微量のサンプルを注入し、貫通孔１９４からサンプルを排出することによって、マイクロ流路１９２に沿ってサンプルを流すことができる。

以上のように、マイクロレンズアレイ１０１は、基板１２１の主面１２１１側に設けられたマイクロレンズ１１１Ａ～１１６Ａと、基板１２１の主面１２１２側に設けられたマイクロ流路１９２とを備えている。

マイクロレンズ１１１Ａ～１１６Ａの各々は、マイクロ流路１９２の異なる地点を観察可能なように配置されている。そのうえで、マイクロレンズ１１１Ａを例にすれば、マイクロレンズ１１１Ａは、チャンバ１３１Ａの底面から遠ざかる方向に突出した突出部１５１Ａを備えている。チャンバ１３１Ａと突出部１５１Ａとにより形成された空間であるキャビティ１６１Ａには、空気の屈折率より大きな屈折率を有する透光性材料からなる充填材１８１Ａが充填されている。したがって、マイクロレンズ１１１Ａは、凸レンズとして機能する。マイクロレンズ１１２Ａ～１１６Ａの各々についても、マイクロレンズ１１１Ａと同様である。

したがって、マイクロレンズアレイ１０１は、マイクロ流路１９２の異なる地点におけるサンプルの様子を、凸レンズとして機能するマイクロレンズ１１１Ａ～１１６Ａを用いて観察することができる。

なお、マイクロレンズアレイ１０１において、マイクロ流路１９２のパターンや、マイクロレンズ１１１Ａ～１１６Ａの各々が設けられる位置などは、特に限定されず、任意に設計することができる。

このようにマイクロ流路１９２が形成された基板は、マイクロ流体チップと呼ばれ、生化学プロセスを集積化するマイクロナノ化学と呼ばれる分野で広く利用されている。マイクロレンズアレイ１０１は、このようなマイクロ流体チップに、凸レンズとして機能するマイクロレンズ１１１Ａ～１１６Ａを集積化したものとも表現できる。

マイクロレンズアレイ１０１は、その全てがガラス材料により構成されている。したがって、マイクロレンズアレイ１０１は、図１に示したマイクロレンズアレイ１、及び、図４に示したマイクロレンズアレイ１Ａのマイクロレンズ１１Ａと同様の効果を奏する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るマイクロレンズは、一対の主面のうち一方の主面である第１主面に１又は複数の凹部が形成されたガラス基板と、前記１又は複数の凹部を封じるように前記第１主面に対して直接接合されたガラスシートであって、前記１又は複数の凹部を封じている部分がドーム状に突出することによって構成された突出部を含むガラスシートと、を備えている。

上記の構成によれば、ガラス基板及びガラスシートは、何れも、読んで字のごとくガラス材料製である。このように構成されたマイクロレンズにおいて、ガラス基板に形成された１又は複数の凹部を封じている突出部は、レンズとして機能する。したがって、ガラス材料製のマイクロレンズを提供することができる。

ガラス材料製のマイクロレンズは、樹脂材料製のマイクロレンズと比較して、光学特性（例えば透過率）が優れているという利点を有する。

また、ガラス材料製のマイクロレンズは、樹脂材料製のマイクロレンズと比較して、焦点距離などの光学特性が外部環境の温度変化の影響を受けにくいという利点を有する。これは、ガラス材料の熱膨張率が樹脂材料の熱膨張率よりも小さいためである。熱膨張率が小さいということは、外部環境の温度が大きく変化した場合であってもその形状変化が小さいことを意味する。したがって、ガラス材料製のマイクロレンズは、樹脂材料製のマイクロレンズと比較して、焦点距離などの光学特性が外部環境の温度変化の影響を受けにくい。

なお、第１主面に形成する１又は複数の凹部の形状は、任意に設定可能である。したがって、本マイクロレンズは、平面視した場合の形状を任意に設定可能なマイクロレンズ、すなわち、任意形状マイクロレンズである。

（副次的な効果）
また、上記のように構成されたマイクロレンズは、以下に示す副次的な効果を奏することができる。

ガラス材料は、蛍光顕微鏡観察で励起光として用いられる波長の光（例えば近紫外光）を照射された場合であっても、蛍光を発しにくい。したがって、本マイクロレンズは、蛍光顕微鏡観察に好適に用いることができる。

それに対して樹脂材料は、蛍光顕微鏡観察で励起光として用いられる波長の光を照射された場合に、蛍光を発しやすい。したがって、樹脂材料製のマイクロレンズを蛍光顕微鏡観察に用いた場合には、マイクロレンズ自身が発する蛍光がノイズとなり、サンプルが発する蛍光を十分に観察できない虞がある。

また、ガラス材料は、樹脂材料と比較して、化学薬品に対する耐性が高い（換言すれば化学薬品に対する反応性が低い）。したがって、本マイクロレンズは、化学薬品に対して直接接するような用途にも好適に用いることができる。

また、ガラス材料は、樹脂材料と比較して、高い温度に対する耐性が高い。これは、ガラス材料の軟化点が樹脂材料の軟化点よりも明らかに高いためである。したがって、本マイクロレンズは、高温下で使用されるような用途にも好適に用いることができる。

また、硬く脆い通常のガラス部材と異なり、ガラスシートは、弾性を有する。換言すれば、ガラスシートは、ガラス材料製でありながら可逆的に変形可能である。したがって、本マイクロレンズは、圧力を印加することによってその形状を任意に変形可能である。換言すれば、本マイクロレンズは、レンズの焦点をリアルタイム且つ高速に制御することができる。したがって、本マイクロレンズは、高速に焦点を制御可能な高速動的レンズとしても利用可能である。

本発明の態様２に係るマイクロレンズは、上記態様１において、前記ガラス基板と、前記ガラスシートとは、同じガラス材料により構成されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、前記ガラス基板と、前記ガラスシートとが異なるガラス材料により構成されている場合と比較して、前記ガラス基板と前記ガラスシートとの接合をより強固にすることができる。

また、上記の構成によれば、ガラス基板の熱膨張率とガラスシートの熱膨張率との間に差が生じない。したがって、外部環境の温度が大幅に変化した場合であっても、突出部に歪みが生じることを抑制することができる。

本発明の態様３に係るマイクロレンズは、上記態様１又は２において、前記突出部の中央部分の厚さは、前記突出部の外縁部分の厚さよりも薄い、ことが好ましい。

上記の構成によれば、突出部は、凹レンズとして機能する。したがって、ガラス材料製であり、且つ、凹レンズとして機能するマイクロレンズを提供することができる。

本発明の態様４に係るマイクロレンズは、上記態様１～３の何れか一態様において、前記ガラスシートを構成するガラス材料が無アルカリガラスである、ことが好ましい。

無アルカリガラスは、加工性が良好であるためガラスシートを容易に作製することができる。また、無アルカリガラス製のガラスシートを用いた場合、その良好な加工性に起因して、突出部を容易に作製することができる。したがって、上記の構成によれば、容易にガラス材料製のマイクロレンズを作製することができる。

本発明の態様５に係るマイクロレンズは、上記態様１～３の何れか一態様において、前記ガラスシートを構成するガラス材料が石英ガラスである、ことが好ましい。

石英ガラスは、様々なガラス材料の中でも優れた光学特性を有する。たとえば、石英ガラスは、他のガラス材料よりも波長が短い光（例えば近紫外線）を透過することができるため、そのような光を用いた顕微鏡観察に本マイクロレンズを用いることができる。また、石英ガラスは、他のガラス材料よりも膨張率が小さいため、その光学特性が外部環境の温度変化の影響をより受けにくい。

本発明の態様６に係るマイクロレンズは、上記態様１～５の何れか一態様において、前記突出部が前記凹部から遠ざかる方向に向かって突出しており、前記凹部と前記突出部とにより形成された空間には、空気の屈折率より大きな屈折率を有する透光性材料からなる充填材が充填されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、前記透光性材料が充填された空間を含む本マイクロレンズは、凸レンズとして機能する。したがって、ガラス材料製であり、且つ、凸レンズとして機能するマイクロレンズを提供することができる。

本発明の態様７に係るマイクロレンズは、上記態様１～６の何れか一態様において、前記ガラス基板と前記ガラスシートとが溶着している、ことが好ましい。

上記の構成によれば、前記ガラス基板と前記ガラスシートとは、溶着（いわゆるフュージョンボンディング：Fusion Bonding）により接合されている。したがって、前記ガラス基板と前記ガラスシートとの接合をより一層強固にすることができる。

本発明の態様８に係るマイクロレンズは、上記態様１～７の何れか一態様において、前記ガラスシートは、厚さが当該ガラスシートよりも厚いガラス薄板を引き延ばすことによって、その厚さが薄くなるように成形されたガラスシートである、ことが好ましい。

ガラス薄板を引き延ばす工程によって、その厚さが薄くなるように成形されたガラスシートの表面は、ガラス薄板の表面を研磨することによってその厚さを薄くしたガラスシート（研磨ガラスシート）の表面よりも平滑である。なぜなら、ガラス薄板を引き延ばす工程において、ガラス薄板の表面に存在しえる傷（例えば研磨傷）が均等にならされるためである。例えば、鏡面仕上げのための研磨によって得られたガラス薄板の表面粗さは、１ｎｍ～２０ｎｍの範囲に含まれる。それに対して、ガラス薄板を引き延ばすことによって得られたガラスシートの表面粗さは、１ｎｍを下回り、典型的には０．５ｎｍである。したがって、ガラスシートとして研磨ガラスシートを採用した場合と比較して、本マイクロレンズは、超平滑な表面特性を有し、優れた光学特性及び高い機械強度を有する。

本発明の態様８に係るマイクロレンズアレイは、上記態様１～８の何れか一態様のマイクロレンズを複数備えている。マイクロレンズアレイを平面視した場合に、これらの複数のマイクロレンズは、一次元的又は二次元的に配列されている。

上記の構成によれば、ガラス材料製のマイクロレンズアレイを提供することができる。

本発明の態様１０に係る転写モールドは、ガラス材料よりも融点が低い材料に対して凹凸を転写するガラス材料製の転写モールドであって、上記態様１～８の何れか一態様のマイクロレンズあるいは上記態様項９のマイクロレンズアレイを備えている。

上記の構成によれば、例えば金属により構成された従来の転写モールドと比較して、転写モールドを安価に製造することができる。したがって、ガラス材料よりも融点が低い材料（例えば樹脂材料）に対して、本転写モールドを用いることによって、ガラス材料よりも融点が低い材料（例えば樹脂材料）製のマイクロレンズあるいはマイクロレンズアレイの製造コストを抑制することができる。

また、記第１主面に対して直接接合されたガラスシートとして、厚さが当該ガラスシートよりも厚いガラス薄板を引き延ばすことによって、その厚さが薄くなるように成形されたガラスシートを採用した場合には、表面が平滑で研磨痕がまったく転写されていない、マイクロレンズあるいはマイクロレンズアレイを転写レンズとして得ることができる。すなわち、超平滑な表面特性を有する転写レンズを得ることができる。

本発明の態様１１に係るマイクロレンズの製造方法は、ガラス基板を構成する一対の主面のうち一方の主面である第１主面に１又は複数の凹部を形成する凹部形成工程と、前記１又は複数の凹部を封じるようにガラスシートを前記第１主面に対して直接接合する接合工程と、前記ガラスシートの軟化点を上回る温度に前記ガラス基板及び前記ガラスシートを加熱した状態において、前記１又は複数の凹部を封じている前記ガラスシートの一部分がドーム状に突出することによって突出部を形成するように前記ガラス基板及び前記ガラスシートを取り巻く雰囲気の圧力を調整する圧力調整工程と、を含む。

上記の製造方法によれば、本発明の態様１に係るマイクロレンズを製造することができる。すなわち、ガラス材料製のマイクロレンズを提供することができる。

本発明の態様１２に係るマイクロレンズの製造方法は、上記態様１１において、前記圧力調整工程のあとに、前記雰囲気の圧力を調整した状態のまま、前記ガラスシートの軟化点を下回る温度まで前記ガラス基板及び前記ガラスシートを徐冷する冷却工程を更に含む、ことが好ましい。

上記の製造方法によれば、前記圧力調整工程のあとに前記ガラス基板及び前記ガラスシートを冷却する場合に生じ得る凹部に歪みを抑制することができる。

本発明の態様１３に係るマイクロレンズの製造方法は、上記態様１１又は１２において、前記接合工程は、前記ガラス基板の表面と前記ガラスシートの表面とを洗浄する洗浄工程と、前記１又は複数の凹部を封じるように、洗浄された前記ガラスシートを洗浄された前記ガラス基板の前記第１主面に対して密着させる密着工程と、密着した状態の前記ガラス基板及び前記ガラスシートを加熱することによって、密着した状態の前記ガラス基板及び前記ガラスシートを溶着する溶着工程と、を含む、ことが好ましい。

上記の製造方法によれば、前記ガラス基板と前記ガラスシートとを溶着（いわゆるフュージョンボンディング：Fusion Bonding）により接合することができる。したがって、前記ガラス基板と前記ガラスシートとの接合をより一層強固にすることができる。

本発明の態様１４に係るマイクロレンズの製造方法は、上記態様１１～１３の何れか一態様において、前記圧力調整工程は、前記突出部が前記凹部から遠ざかる方向に向かって突出するように前記雰囲気の圧力を調整する工程であり、前記凹部と前記突出部とにより形成された空間に、空気の屈折率より大きな屈折率を有する透光性材料を充填する充填工程を更に含んでいる、ことが好ましい。

上記の製造方法によれば、前記透光性材料が充填された空間は、凸レンズとして機能する。したがって、ガラス材料製であり、且つ、凸レンズとして機能するマイクロレンズを提供することができる。

本発明の態様１５に係るマイクロレンズの製造方法は、上記態様１１～１４の何れか一態様において、前記接合工程において前記第１主面に対して直接接合されるガラスシートは、厚さが当該ガラスシートよりも厚いガラス薄板を引き延ばすことによって、その厚さが薄くなるように成形されたガラスシートである、ことが好ましい。

上記の構成によれば、本発明の態様８に係るマイクロレンズと同じ効果を奏する。

１，１Ａ マイクロレンズアレイ
１１～１９，１１Ａ～１９Ａ マイクロレンズ
２１，２１Ａ 基板（ガラス基板）
２１１，２１１Ａ 主面（第１主面）
２１２，２１２Ａ 主面（第２主面）
３１～３９，３１Ａ～３９Ａ チャンバ（凹部）
４１，４１Ａ ガラスシート
４１１，４１１Ａ 主面（第１主面）
４１２，４１２Ａ 主面（第２主面）
５１～５９，５１Ａ～５９Ａ 突出部
６１～６９，６１Ａ～６９Ａ キャビティ（凹部と突出部とにより構成された空間）
ｔ_ａ 突出部の中央部分の厚さ
ｔ_ｂ 突出部の外縁部分の厚さ

Claims (15)

1. 一対の主面のうち一方の主面である第１主面に１又は複数の凹部が形成されたガラス基板と、
   前記１又は複数の凹部を封じるように前記第１主面に対して直接接合されたガラスシートであって、前記１又は複数の凹部を封じている部分がドーム状に突出することによって構成された突出部を含むガラスシートと、を備えているマイクロレンズ。
2. 前記ガラス基板と、前記ガラスシートとは、同じガラス材料により構成されている、請求項１に記載のマイクロレンズ。
3. 前記突出部の中央部分の厚さは、前記突出部の外縁部分の厚さよりも薄い、請求項１又は２に記載のマイクロレンズ。
4. 前記ガラスシートを構成するガラス材料は、無アルカリガラスである、請求項１～３の何れか１項に記載のマイクロレンズ。
5. 前記ガラスシートを構成するガラス材料は、石英ガラスである、請求項１～３の何れか１項に記載のマイクロレンズ。
6. 前記突出部は、前記凹部から遠ざかる方向に向かって突出しており、
   前記凹部と前記突出部とにより形成された空間には、空気の屈折率より大きな屈折率を有する透光性材料からなる充填材が充填されている、請求項１～５の何れか１項に記載のマイクロレンズ。
7. 前記ガラス基板と前記ガラスシートとは、溶着している、請求項１～６の何れか１項に記載のマイクロレンズ。
8. 前記ガラスシートの表面粗さは、１ｎｍを下回る、請求項１～７の何れか１項に記載のマイクロレンズ。
9. 請求項１～８の何れか１項に記載のマイクロレンズを複数備え、平面視した場合に、これらの複数のマイクロレンズは、一次元的又は二次元的に配列されている、マイクロレンズアレイ。
10. ガラス材料よりも融点が低い材料に対して凹凸を転写するガラス材料製の転写モールドであって、
    請求項１～８の何れか１項に記載のマイクロレンズあるいは請求項９に記載のマイクロレンズアレイを備えた転写モールド。
11. ガラス基板を構成する一対の主面のうち一方の主面である第１主面に１又は複数の凹部を形成する凹部形成工程と、
    前記１又は複数の凹部を封じるようにガラスシートを前記第１主面に対して直接接合する接合工程と、
    前記ガラスシートの軟化点を上回る温度に前記ガラス基板及び前記ガラスシートを加熱した状態において、前記１又は複数の凹部を封じている前記ガラスシートの一部分がドーム状に突出することによって突出部を形成するように前記ガラス基板及び前記ガラスシートを取り巻く雰囲気の圧力を調整する圧力調整工程と、を含むマイクロレンズの製造方法。
12. 前記圧力調整工程のあとに、前記雰囲気の圧力を調整した状態のまま、前記ガラスシートの軟化点を下回る温度まで前記ガラス基板及び前記ガラスシートを徐冷する冷却工程を更に含む、請求項１１に記載のマイクロレンズの製造方法。
13. 前記接合工程は、
    前記ガラス基板の表面と前記ガラスシートの表面とを洗浄する洗浄工程と、
    前記１又は複数の凹部を封じるように、洗浄された前記ガラスシートを洗浄された前記ガラス基板の前記第１主面に対して密着させる密着工程と、
    密着した状態の前記ガラス基板及び前記ガラスシートを加熱することによって、密着した状態の前記ガラス基板及び前記ガラスシートを溶着する溶着工程と、
    を含む、請求項１１又は１２に記載のマイクロレンズの製造方法。
14. 前記圧力調整工程は、前記突出部が前記凹部から遠ざかる方向に向かって突出するように前記雰囲気の圧力を調整する工程であり、
    前記凹部と前記突出部とにより形成された空間に、空気の屈折率より大きな屈折率を有する透光性材料を充填する充填工程を更に含む、請求項１１～１３の何れか１項に記載のマイクロレンズの製造方法。
15. 前記接合工程において前記第１主面に対して直接接合されるガラスシートは、厚さが当該ガラスシートよりも厚いガラス薄板を引き延ばすことによって、その厚さが薄くなるように成形されたガラスシートである、請求項１１～１４の何れか１項に記載のマイクロレンズの製造方法。
    

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