JPH06194502A - マイクロレンズ・マイクロレンズアレイ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光利用効率の良いマイクロレンズおよびマイク
ロレンズアレイとその製造方法を提供する。 【構成】透明な基板１０条に熱変形性の感光性材料によ
る均一な厚さの膜１２を形成し、形成されるマイクロレ
ンズアレイにおける各レンズとその配列に応じたパタ−
ンに従って上記膜を光パタ−ニングし、光パタ−ニング
された膜１２を熱変形温度以上に加熱し、感光性材料の
熱変形性及び表面張力により、滑らかな凸面形状１２Ａ
をもった感光性材料のアレイ配列を形成し、アレイ配列
を形成された面に対してドライエッチングを行い、凸面
形状１２Ａのアレイ配列を基板１０に彫り写すことによ
り、所望の屈折面形状及びそのアレイ配列を基板１０に
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロレンズ・マ
イクロレンズアレイおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロレンズアレイは、微小なマイク
ロレンズ（通常、レンズ径が数百μｍ以下）を１次元も
しくは２次元にアレイ配列したものであり、光エレクト
ロニクス分野に関連したマイクロオプティクスにおいて
広く知られている。例えば、レンズシャッタ−カメラの
自動焦点検出に用いる焦点板としてマイクロレンズアレ
イを使用すると、規則正しい形状のレンズ配置によって
入射光が均等に拡散され、焦点ずれを精度良く制御する
ことができる。

【０００３】マイクロレンズアレイを製造する方法は種
々提案されているが、それらのうちで最も実用的と思わ
れる方法は所謂「熱変形法」と呼ばれるものである。熱
変形法とは、基板上に熱変形性の感光性材料の膜を形成
し、上記膜を形成すべきマイクロレンズの形状及びその
配列状態に応じたパタ−ンにより光パタ−ニングし、光
パタ−ニングされた感光性材料の膜を熱変形温度に加熱
し、感光性材料の熱変形性と表面張力を利用して屈折面
を形成した後、これを固化してマイクロレンズアレイと
する製造方法である。

【０００４】熱変形法で製造されるマイクロレンズアレ
イは、個々のレンズが感光性材料で形成されるためレン
ズ材料自体が光吸収性であり、光の利用効率を十分に高
くすることが困難である。また、レンズ材料が熱変形性
であるため、高エネルギ−を持った光束に対して使用す
ると光吸収によるレンズの温度上昇によりレンズ自体が
軟化してしまうため、高エネルギ−の光に対して使用で
きない。

【０００５】更に、光の利用効率からすると、個々のマ
イクロレンズが互いに連結してアレイを構成し、マイク
ロレンズアレイ全体に入射する光を全てマイクロレンズ
で集光できるようにするのが良いが、従来の熱変形法で
はマイクロレンズが互いに連結したマイクロレンズアレ
イを作成するのが困難であった。

【０００６】更にまた、上記熱変形法によるマイクロレ
ンズ作成は、製造に時間がかかり製造効率が悪いという
問題があった。

【０００７】

【本発明が解決しようとする課題】この発明は上述した
事情に鑑みてなされたものであって、光利用効率の良い
マイクロレンズおよびマイクロレンズアレイとその製造
方法の供給を目的とする。この発明の別の目的は、極め
て効率的なマイクロレンズおよびマイクロレンズアレイ
の製造方法の供給にある。この発明の更に他の目的は、
高エネルギ−の光に対しても利用できる新規なマイクロ
レンズおよびマイクロレンズアレイとその製造方法の提
供にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の製造方法
は、成膜工程と、光パタ−ニング工程と、加熱工程と、
エッチング工程とを有する。「成膜工程」は、透明な基
板上に熱変形性の感光性材料による均一な厚さの膜を形
成する工程である。基板が「透明」であるとは、マイク
ロレンズアレイに対する使用波長の光に対して透明とい
う意味であり、必ずしも全波長に対して透明であること
は必要ない。

【０００９】「光パタ−ニング工程」は、形成されるマ
イクロレンズアレイにおける各レンズとその配列に応じ
たパタ−ニングに従い上記膜を光パタ−ニングする工程
である。「光パタ−ニング」とは、光感光性の膜に対し
て上記パタ−ンに従う露光を行い、基板上に形成される
感光性材料の膜の不要部分（露光された部分あるいは未
露光部分）を除去して、上記形状を上記パタ−ンに合わ
せることをいう。

【００１０】「加熱工程」は、光パタ−ニングされた上
記膜を熱変形温度以上に加熱し、感光性材料の熱変形性
及び表面張力により、滑らかな凸面形状をもった感光性
材料のアレイ配列を形成する工程である。

【００１１】「エッチング工程」は、アレイ配列を形成
された面に対してドライエッチングを行い、上記凸面形
状のアレイ配列を基板に彫り写すことにより、所望の屈
折面形状及びそのアレイ配列状態を基板に形成する工程
である。

【００１２】請求項２記載の製造方法は、請求項１記載
の製造方法における各工程に加えて第２成膜工程を有す
る。

【００１３】「第２成膜工程」は、「加熱工程」の後、
「エッチング工程」の前に行われ、加熱工程で形成され
た「凸面形状を持った感光性材料のアレイ配列」上に、
感光性材料（上記成膜工程における感光性材料と同じも
のでも異なるものでも良い。塗布により第２成膜工程を
行う場合には、感光性材料とシンナ−との割合を適当に
にすることができる）による膜を再度形成し、揮発成分
を気化させることで、感光性材料の主成分を残し、滑ら
かな凸面形状が互いに連結しあった凸面形状の連結アレ
イ配列を形成する工程である。

【００１４】第２成膜工程後のエッチング工程では、上
記凸面形状の連結アレイ配列を基板に彫り写すことによ
り、所望の屈折面形状及び屈折面の連続したアレイ配列
状態が基板に形成される。

【００１５】請求項３記載の製造方法は、基板に対し、
請求項１記載の製造方法におけると同様の成膜工程、光
パタ−ニング工程、加熱工程、エッチング工程を施し
て、基板に所望の屈折面形状とそのアレイ配列状態を有
するマイクロレンズアレイを形成する。

【００１６】この状態の基板を母型として金型を作製す
るか、または上記母型から更に形状転写して作成した凹
形状の金型を作製し、これら金型を用いて樹脂成形によ
り上記所望の屈折面形状とそのアレイ配列状態を有する
マイクロレンズアレイを成形する。

【００１７】請求項４記載の製造方法は、基板に対し、
請求項２記載の製造方法におけると同様の成膜工程、光
パタ−ニング工程、加熱工程、第２成膜工程、エッチン
グ工程を施して、基板に所望の屈折面形状とその連結ア
レイ配列状態を有するマイクロレンズアレイを基板に形
成する。

【００１８】この状態の基板を母型として金型を作製す
るか、または上記母型から更に形状転写して作成した凹
形状の金型を作製し、これら金型を用いて樹脂成形によ
り上記所望の屈折面形状とそのアレイ配列状態もしくは
連結アレイ状態を有しするマイクロレンズアレイを成形
する。

【００１９】請求項５の製造方法は、請求項３，４記載
の製造方法においてエッチング工程を施さず、基板上に
形成された感光性材料によるアレイ配列もしくは連結ア
レイ配列を母型として金型を作製するか形成し、これら
金型を用いて、樹脂成形により上記所望の屈折面形状と
そのアレイ配列状態もしくは連結アレイ状態を有するマ
イクロレンズアレイを成形する。

【００２０】上記請求項１〜５記載の製造方法における
エッチング工程で、「凸面形状のアレイ配列を基板に彫
り写す」とは、「感光性材料により形成された凸面形状
のアレイと対応する形状を基板の表面形状として形成す
る」ことを意味する。彫り写された形状は、感光性材料
により形成された形状と同様でも良いし、凸面の高さが
異なっていても良い。なお、ドライエッチングとして
は、酸素ガスやＣＨＦ_３ガスを導入したＥＣＲプラズマ
エッチング等（導入ガスをイオン化し、生じたイオンを
基板に向かって電気的に加速し、基板に直交な方向から
エッチング面に衝突させることによりエッチングを行う
物理化学的なエッチング方式），やＲＩＥ（平行平板型
リアクティブ・イオン・ドライ・エッチング）が好適で
ある。

【００２１】また、上記請求項１〜５記載の製造方法に
おいて、必要に応じて「基板と感光性材料の層との間
に、プライマ−層を設ける」ことができる（請求項
６）。

【００２２】請求項１または２記載の製造方法では、基
板自体によりマイクロレンズアレイが形成されるので、
基板は透明即ち光透過性でなければならないが、請求項
３，４，５記載の製造方法では、基板は金型の母型とし
て用いられるので、基板は必ずしも透明である必要はな
い。光透過性材料としては、光学ガラスやプラスチッ
ク，あるいは各種の透明結晶、屈折率分布材料を利用で
きる（請求項７）。

【００２３】なお、この発明の応用分野として、上記請
求項１または２記載の方法で基板に形成された曲面を屈
折面としてではなく「反射面」として利用するような場
合も考えられ（マイクロミラーアレイ）、このような場
合には勿論基板は透明である必要はない。

【００２４】請求項８記載のマイクロレンズアレイは、
請求項１〜７の製造方法の何れかにより製造されたマイ
クロレンズアレイである。このマイクロレンズアレイの
屈折面側及び反対面側に反射防止膜を形成することがで
きる（請求項９）。勿論、形成されたマイクロレンズア
レイのレンズ面は自由曲面を有していても良い（請求項
１０）。

【００２５】上記各製造方法は、単一のマイクロレンズ
の製造方法としても利用できる。即ち、単一のマイクロ
レンズを得るには、上記各方法における光パタ−ニング
において単一のマイクロレンズに対応したパターンを形
成しても良いし（請求項１１）、あるいは請求項１〜７
の何れかの方法で製造されたマイクロレンズアレイを各
マイクロレンズごとに切断等により分離しても良い（請
求項１２）。このようにしてマイクロレンズが得られる
（請求項１３）。

【００２６】この発明によるマイクロレンズおよびマイ
クロレンズアレイは、ＣＣＤ，ＬＥＤ，光ファイバ−コ
ネクタ−の先端など，各光学機能素子の光入射側に配置
しても良いし、オンチップレンズ・アレイとして形成す
ることもできる。

【００２７】

【作用】図１は、請求項１記載の製造方法を説明するた
めの図である。

【００２８】図１（Ａ）は、成膜工程後の状態を示す。
透明基板１０上に熱変形性の感光性材料による均一な厚
さの膜１２が形成されている。熱変形性の感光性材料と
しては各種フォトレジストを利用でき、成膜方法も適宜
である。

【００２９】図１（Ｂ）は光パタ−ニング工程における
露光プロセスを示している。パタ−ニングすべきパタ−
ン形状をポジ像として有するマスク（透明基板２０の片
面に蒸着金属膜２２等により形成されている）を位置合
わせして重ね合わせ、このマスクを介して紫外線等を照
射してパタ−ンの露光を行う。単一のマイクロレンズに
相当するマスク形状は、円形、楕円形、長方形、多角形
形状等が可能である。

【００３０】図１（Ｃ）は光パタ−ニング工程後の状態
を示している。膜１２から露光された部分が除去され、
基板１０上に残された感光性材料による膜１２のパタ−
ンは前記マスクにおけるパタ−ン像に一致している。な
お、露光工程（図１（Ｂ））において、マスクと膜１２
との間に間隔を持たせ、この間隔を調整すると、露光パ
タ−ンをマスクパタ−ンから若干異ならせることができ
る。

【００３１】図１（Ｃ）の状態において、加熱工程を行
い、膜１２を熱変形温度以上に加熱すると、軟化した感
光性材料の熱変形性及び表面張力の作用により、膜１２
の角の部分が丸められて滑らかな凸面を持った感光性材
料１２Ａがアレイ配列した状態が実現でされる。図１
（Ｄ）はこの状態を示している。

【００３２】次いで、図１（Ｄ）の状態に対し、凸面が
アレイ配列した面に対してエッチング工程としてドライ
エッチングを施す。エッチングの作用は、感光性材料１
２Ａによる凸面形状及び基板１０の両方に作用する。エ
ッチング工程は、凸面形状のアレイ配列が基板１０の表
面形状として彫り写されるまで行われる。

【００３３】図１（Ｅ）において、実線はエッチング工
程終了後の状態であり、破線はエッチング工程前の状態
を示している。かくして、所望の屈折面形状をアレイ配
列した表面形状を持つ透明基板材料によりマイクロレン
ズアレイ１が得られる。

【００３４】図２は、請求項２記載の製造方法における
第２成膜工程以後の工程を示している。図１に即して説
明した製造方法の場合、一般には加熱工程後、滑らかな
凸面を持った感光材料１２Ａのアレイ配列における個々
の感光性材料１２Ａは互いに分離している。従って、こ
の状態でエッチング工程を行ってマイクロレンズアレイ
を形成すると、基板材料の表面に形成される屈折面も互
いに分離しており、各屈折面相互間の「スペ−ス」部分
（屈折力を持たない部分）にはレンズ作用が無いことに
なり、スペ−ス部分に入射する光はレンズ作用を受け
ず、従って、マイクロレンズアレイとしての光の利用効
率はスペ−ス占める面積比に応じて小さくなる。

【００３５】請求項２記載の製造方法では、図１（Ｄ）
に示した加熱工程後に、基板表面の滑らかな凸面を持っ
た感光性材料１２Ａのアレイの上から更に、同一もしく
は異種の感光性材料により膜１３を再度形成する（第２
成膜工程）。このように、膜１３を形成した後、加熱を
行うと図２（Ｂ）に示すように、滑らかな凸面形状が互
いに連結しあった凸面の連結アレイ配列１２が得られ
る。

【００３６】続いて、ドライエッチングによりエッチン
グ工程を行って、上記凸面の連結アレイ配列に従い、屈
折面が互いに連結したマイクロレンズアレイ１Ａを得る
ことができる。

【００３７】図１におけるマイクロレンズアレイもしく
は図２におけるマイクロレンズアレイ１Ａを母型として
用いて周知の方法で金型を形成し、この金型を用いてパ
ラスチック成形加工を行えば、プラスチックによるマイ
クロレンズアレイを容易に量産化することができる。こ
の場合、基板１としては透明でないものを用いることが
できる。また、母型における凸形状は樹脂の屈折率を考
慮した屈折面とする。あるいは、上記母型から更に形状
転写して作成した凹形状の金型を作製し、これを用いて
樹脂成形によりマイクロレンズアレイを成形することも
できる。

【００３８】図１及び２に則して説明した、マイクロレ
ンズアレイもしくはマイクロレンズアレイ用母型の製作
において、レンズの屈折面を決めることとなる凸面（基
板材料に彫り写された凸面）の形状は、主々の要因の関
数である。即ち、上記形状を左右する要因としては、第
１に、基板上に成膜工程により成膜される感光性材料の
膜１２の膜厚、第２にマスクの光透過部分の幅やマスク
のパタ−ン形状、第３に光パタ−ニングにおけるマスク
と感光性材料の膜との間隔、第４に加熱工程における加
熱温度（軟化した感光性材料の熱変形性や表面張力は温
度により変化する）、第５に請求項２記載の製造方法の
場合には第２成膜工程により形成される膜１３の厚み、
第６にエッチング工程における感光性材料と基板との選
択比等をあげることができる。

【００３９】従って、基板材料に最終的に形成される凸
面の形状が所望の形状となるように上記各要因を最適化
するのである。

【００４０】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。

【００４１】実施例−Ｉ ＣＣＤ２次元平面センサ−の受光面に配備されるマイク
ロレンズアレイ。

【００４２】ＣＣＤ２次元センサ−は、周知のごとく、
多数の微小な受光素子を密接して平面的にアレイ配列し
たものであるが、受光素子間に入射する光は信号化され
ないので、そのまま用いた場合には光の利用効率は６０
％程度に過ぎない。

【００４３】このようなＣＣＤ２次元平面センサ−の受
光素子の配列ピッチで各々に対応させた集光用のマイク
ロレンズを設けて、光の利用効率を向上させるため、平
面状に配列したマイクロレンズアレイを製造する。

【００４４】具体例１ 受光素子の配列ピッチが７μｍのＣＣＤ平面センサ−用
のマイクロレンズアレイ 厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプ
ライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料とし
てポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジ
スト１４００−２７）を厚さ：１．８μｍ塗布し、プリ
ベ−クを行って厚さ：１．５８μｍの膜を得た。（成膜
工程） 長方形形状を単位とし、これを長方形の長手方向へ８μ
ｍピッチ，短手方向へ６μｍで配列したマスク（長方形
形状（長手方向：７μｍ，短手方向：５μｍ）の部分は
遮光性で、その回りの枠状部分（片側：１．０μｍ）が
光透過性）を上記膜に密着して重ねて紫外線露光を行
い、その後通常のフォトレジストの現像法に従って現像
を行い、リンスした（光パタ−ニング工程）。

【００４５】次に、光パタ−ニングによりパタ−ニング
された感光性材料の膜を熱変形温度以上の１５０℃に加
熱してポストベ−クを行った（加熱工程）。その結果、
各長方形形状の膜は滑らかな凸面となり、基板からの高
さは１．１５μｍとなった。

【００４６】続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラ
ズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時
の選択比即ちエッチングレ−トは、感光性材料の膜：石
英基板＝１：１である。その結果、石英基板に前記滑ら
かな凸面のアレイ形状が彫り写されて、所望のマイクロ
レンズアレイが得られた。各マイクロレンズにおける屈
折面高さは１．１４μｍである。

【００４７】具体例２ 受光素子の配列ピッチが１０μｍのＣＣＤ平面センサ−
用マイクロレンズアレイ 厚さ：１ｍｍの石英基板を用い、具体例１と同様の成膜
工程を行い、ポジ型のフォトレジストによる厚さ：１．
５８μｍの膜を得た。

【００４８】長方形形状を単位とし、これを長方形の長
手方向へ１１μｍピッチ，短手方向へ９μｍピッチで配
列したマスク（長方形形状（長手方向：１０μｍ，短手
方向：８μｍ）の部分は遮光性で、その回りの枠状部分
（片側：１μｍ）が光透過性）を上記膜に密着して重ね
て紫外線露光を行い、現像とリンスを行った。

【００４９】具体例１と同様に１５０℃でポストベ−ク
を行った後、感光性材料による膜を再度形成した結果、
各長方形形状の膜は滑らかな凸面となり、凸面形状が互
いに連結しあった凸面形状のアレイ配列を形成し、基板
からの高さは１．２５μｍとなった。具体例１と同様、
選択比１で、酸素を導入ガスとするＥＣＲエッチングに
よりエッチング工程を行った結果、石英基板に前記滑ら
かな凸面のアレイ形状が彫り写されて所望のマイクロレ
ンズアレイが得られた。各マイクロレンズにおける屈折
面の高さは１．２４μｍである。

【００５０】また、２００℃でポストベ−クを行った
後、同様の工程で感光性材料による膜を再度形成した結
果、基板からの高さは１．０μｍとなった。具体例１と
同様、選択比１で、酸素を導入ガスとするＥＣＲエッチ
ングによりエッチング工程を行った結果、各マイクロレ
ンズにおける屈折面の高さは、０．９８μｍである。

【００５１】実施例−ＩＩ カメラ等におけるマニアル焦点検出用の焦点板 焦点板はマイクロレンズを２次元に配列したものであ
る。

【００５２】具体例３ 厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプ
ライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料とし
てポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジ
スト１４００−２７）を厚さ：１.８μｍ塗布し、プリ
ベ−クを行って厚さ：１．５８μｍの膜を得た。（成膜
工程） 正六角形が稠密に配列された蜂の巣型のマスク（六角形
形状の配列ピッチは７μｍで、六角形形状間の露光され
る部分の幅は１．５μｍである）を上記膜に密接させて
紫外光による露光を行い、現像・リンスした（光パタ−
ニング工程）。

【００５３】次に、熱変形温度以上の１５０℃に加熱し
てポストベ−クを行った結果、六角形形状の膜の個々は
滑らかな凸面形状となり、その高さは１．３８μｍとな
った（加熱工程）。形成された滑らかな凸面形状は互い
に連続していた。

【００５４】次いで、熱変形性の感光性材料としてポジ
型のフォトレジスト（シップレ−社製 ポジ−レジスト
１４００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シン
ナ−＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成され
た面の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らか
な凸面は連続状態を保ちつつ、その高さが０．３３μｍ
だけ減じて１．０５μｍとなった（第２成膜工程）。

【００５５】続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラ
ズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時
の選択比即ちエッチングレ−トは、感光性材料の膜：石
英基板＝１：１である。その結果、高さが１．０５μｍ
である屈折面が、７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密
に配列したマイクロレンズアレイを得ることができた
（エッチング工程）。

【００５６】具体例４ 厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプ
ライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料とし
てポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジ
スト１４００−２７）を厚さ：１.８μｍ塗布し、プリ
ベ−クを行って厚さ：１．５８μｍの膜を得た。（成膜
工程） 具体例３と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工
程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面
形状となり、その高さは１．３８μｍとなり、形成され
た凸面形状は互いに連続していた。

【００５７】次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型
のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４
００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−
＝１：３で混合し、これを上記凸面形状の形成された面
の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸
面は連続状態を保ちつつ、その高さが０．１３μｍだけ
減じて１．２５μｍとなった。

【００５８】続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラ
ズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時
の選択比は１である。その結果、高さが１．２５μｍで
ある屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配
列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッ
チング工程）。

【００５９】具体例５ 厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプ
ライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料とし
てポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジ
スト１４００−３１）とシンナ−を１００：５の割合で
混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．４
３μｍの膜を得た。（成膜工程） 具体例４と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工
程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面
形状となり、その高さは１．３０μｍとなり、形成され
た凸面形状は互いに間隔０．５０μｍで分離していた。

【００６０】次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型
のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４
００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−
＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面
の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸
面は互いに連続して、その高さが０．３５μｍだけ減じ
て０．９５μｍとなり、各凸面は互いに繋がっていた。

【００６１】続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラ
ズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時
の選択比は１である。その結果、高さが０．９５μｍで
ある屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配
列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッ
チング工程）。

【００６２】具体例６ 厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプ
ライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料とし
てポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジ
スト１４００−３１）とシンナ−を１００：５の割合で
混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．４
３μｍの膜を得た。（成膜工程） 具体例５と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工
程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面
形状となり、その高さは１．３０μｍとなり、形成され
た凸面形状は互いに間隔０．５０μｍで分離していた。

【００６３】次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型
のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４
００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−
＝１：３で混合し、これを上記凸面形状の形成された面
の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸
面は互いに連続して、その高さが０．１０μｍだけ減じ
て１．１５μｍとなり、各凸面は互いに繋がっていた。

【００６４】続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラ
ズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時
の選択比は、１である。その結果、高さが１．１５μｍ
である屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に
配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エ
ッチング工程）。

【００６５】具体例７ 厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプ
ライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料とし
てポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジ
スト１４００−３１）とシンナ−を１００：１０の割合
で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．
３０μｍの膜を得た。（成膜工程） 具体例６と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工
程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面
形状となり、その高さは１．１３μｍとなり、形成され
た凸面形状は互いに間隔１．２０μｍで分離していた。

【００６６】次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型
のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４
００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−
＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面
の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸
面は互いに連続して、その高さが０．３７μｍだけ減じ
て０．７６μｍとなり、各凸面は互いに繋がっていた。

【００６７】続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラ
ズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時
の選択比は、１である。その結果、高さが０．７６μｍ
である屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に
配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エ
ッチング工程）。

【００６８】具体例８ 厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプ
ライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料とし
てポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジ
スト１４００−３１）とシンナ−を１００：１０の割合
で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．
３０μｍの膜を得た。（成膜工程） 具体例７と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工
程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面
形状となり、その高さは１．１５μｍとなり、形成され
た凸面形状は互いに間隔１．２０μｍで分離していた。

【００６９】次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型
のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４
００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−
＝１：３で混合し、これを上記凸面形状の形成された面
の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸
面は互いに連続して、その高さが０．１０μｍだけ減じ
て１．０５μｍとなったが各凸面は間隔０．３μｍで互
いに分離していた。

【００７０】続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラ
ズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時
の選択比は、１である。その結果、高さが１．０５μｍ
である屈折面が７μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に
配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エ
ッチング工程）。

【００７１】具体例９ 厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプ
ライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料とし
てポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジ
スト１４００−３１）とシンナ−を１００：１５の割合
で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ１．
００μｍの膜を得た。（成膜工程） 正六角形が稠密に配列された蜂の巣型のマスク（六角形
形状の配列ピッチは５μｍで、六角形形状間の露光され
る部分の幅は１．０μｍである）を用い光パタ−ニング
と加熱工程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑ら
かな凸面形状となり、その高さは０．８５μｍとなり、
形成された凸面形状は互いに間隔０．７０μｍで分離し
ていた。

【００７２】次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型
のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４
００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−
＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面
の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸
面は互いに連続して、その高さが０．３０μｍだけ減じ
て０．５５μｍとなり各凸面は互いに繋がっていた。

【００７３】続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラ
ズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時
の選択比は１である。その結果、高さが０．５６μｍで
ある屈折面が５μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に配
列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エッ
チング工程）。

【００７４】具体例１０ 厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄した後、表面にプ
ライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料とし
てポジ型のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジ
スト１４００−３１）とシンナ−を１００：２０の割合
で混合したものを塗布・プリベ−クして均一な厚さ０．
８３μｍの膜を得た。（成膜工程） 具体例９と同様のマスクを用い光パタ−ニングと加熱工
程を行った結果、六角形形状の膜の個々は滑らかな凸面
形状となり、その高さは０．７０μｍとなり、形成され
た凸面形状は互いに間隔０．８５μｍで分離していた。

【００７５】次に、熱変形性の感光性材料としてポジ型
のフォトレジスト（シップレ−社製ポジ−レジスト１４
００−２７）をシンナ−と、フォトレジスト：シンナ−
＝１：１で混合し、これを上記凸面形状の形成された面
の上に塗布し、１５０℃でベ−クしたところ滑らかな凸
面は互いに連続して、その高さが０．２２μｍだけ減じ
て０．４８μｍとなったが、各凸面は互いに繋がってい
た。

【００７６】続いて、酸素を導入ガスとするＥＣＲプラ
ズマエッチングによりエッチング工程を行った。この時
の選択比は、１である。その結果、高さが０．５０μｍ
である屈折面が５μｍピッチで互いに連続しつつ稠密に
配列したマイクロレンズアレイを得ることができた（エ
ッチング工程）。

【００７７】具体例３〜１０の焦点板は、何れも良好で
あるが、特に具体例３〜７，具体例９〜１０では滑らか
な凸面形状が互いに連結しあっているので光利用効率が
極めて良い。

【００７８】マイクロレンズの配列ピッチが１０μｍの
焦点板も同様にして作成したが何れも良好な光利用効率
を示した。

【００７９】図−３は、具体例３，４，５，６，７，
９，１０と同様にして製造された２種類のタイプの焦点
板における明るさを周知の「インディカトリックス法」
で評価した結果を示している。実線は、従来から市販さ
れている焦点板に関するものであるが、この発明による
ものは、従来のものよりも明るいことが分かる。

【００８０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
マイクロレンズおよびマイクロレンズアレイと其の製造
方法を提供できる。この発明の製造方法は、上記のごと
く構成されているので、マイクロレンズおよびマイクロ
レンズアレイを容易にかつ確実に製造できる。特に請求
項２，４記載の方法では、個々のマイクロレンズが互い
に連結して、光の利用効率の良いマイクロレンズアレイ
が製造でき、請求項７記載の方法では、レ−ザ−光や、
Ｘ線等の高エネルギ−の光に対しても有効に利用できる
マイクロレンズを提供できる。請求項８，９，１０記載
のマイクロレンズアレイは光の利用効率が良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の製造方法を説明するための図で
ある。

【図２】請求項２記載の製造方法を説明するための図で
ある。

【図３】実施例の効果を説明するための図である。

【符号の説明】

１ マイクロレンズアレイ １０ 透明な基板 １２ 熱変形性の感光性材料の膜 ２０ マスク １２Ａ 滑らかな凸面形状

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明な基板上に熱変形性の感光性材料によ
   る均一な厚さの膜を形成し、 形成されるマイクロレンズアレイにおける各レンズとそ
   の配列に応じたパタ−ンに従って上記膜を光パタ−ニン
   グし、 光パタ−ニングされた上記膜を熱変形温度に加熱し、感
   光性材料の熱変形性と表面張力より、滑らかな凸面形状
   を持った感光性材料のアレイ配列を形成し、 上記アレイ配列を形成された面に対してドライエッチン
   グを行い、上記凸面形状のアレイ配列を上記基板に彫り
   写すことにより、所望の屈折率面形状及びそのアレイ配
   列状態を上記基板に形成することを特徴とするマイクロ
   レンズアレイの製造方法。
2. 【請求項２】透明な基板上に熱変形性の感光性材料によ
   る均一な厚さの膜を形成し、 形成されるマイクロレンズアレイにおける各レンズとそ
   の配列に応じたパタ−ンに従って上記膜を光パタ−ニン
   グし、 光パタ−ニングされた上記膜を熱変形温度に加熱し、感
   光性材料の熱変形性と表面張力より、滑らかな凸面形状
   を持った感光性材料のアレイ配列を形成し、 感光性材料による膜を上記アレイ配列上に再度形成し、
   揮発成分を気化させることにより、滑らかな凸面形状が
   互いに連結しあった凸面形状の連結アレイ配列を形成
   し、 上記連結アレイ配列を形成された面に対してドライエッ
   チングを行い、上記凸面形状の連結アレイ配列を上記基
   板に彫り写すことにより、所望の屈折率面形状を持つ屈
   折面が互いに連続したアレイ配列状態を上記基板に形成
   することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方
   法。
3. 【請求項３】基板上に熱変形性の感光性材料による均一
   な厚さの膜を形成し、 形成されるマイクロレンズアレイにおける各レンズとそ
   の配列に応じたパタ−ンに従って上記膜を光パタ−ニン
   グし、 光パタ−ニングされた上記膜を熱変形温度に加熱し、感
   光性材料の熱変形性と表面張力より、滑らかな凸面形状
   を持った感光性材料のアレイ配列を形成し、 上記アレイ配列を形成された面に対してドライエッチン
   グを行い、上記凸面形状及びそのアレイ配列状態を上記
   基板に彫り写すことにより、所望の屈折率面形状及びそ
   のアレイ配列状態を上記基板に形成し、 この状態の基板を母型として作製された金型、または上
   記母型から更に形状転写して作製した凹形状の金型を用
   いて、樹脂成形により上記所望の屈折面形状とそのアレ
   イ配列状態を有するマイクロレンズアレイを形成するこ
   とを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
4. 【請求項４】基板上に熱変形性の感光性材料による均一
   な厚さの膜を形成し、 形成されるマイクロレンズアレイにおける各レンズとそ
   の配列に応じたパタ−ンに従って上記膜を光パタ−ニン
   グし、 光パタ−ニングされた上記膜を熱変形温度に加熱し、感
   光性材料の熱変形性と表面張力より、滑らかな凸面形状
   を持った感光性材料のアレイ配列を形成し、 感光性材料による膜を上記アレイ配列上に再度形成し、
   揮発成分を気化させることにより滑らかな凸面形状が互
   いに連結しあった凸面形状の連結アレイ配列を形成し、 上記連結アレイ配列を形成された面に対してドライエッ
   チングを行い、上記凸面形状およびその連結アレイ配列
   状態を上記基板に彫り写すことにより、所望の屈折面形
   状及びその連結アレイ配列状態を上記基板に形成し、 この状態の基板を母型として形成された金型、または上
   記母型から更に形状転写して作製した凹形状の金型を用
   いて、樹脂成形により上記所望の屈折面形状とその連結
   アレイ配列状態を有し、個々のマイクロレンズが互いに
   連続したマイクロレンズアレイを形成することを特徴と
   するマイクロレンズアレイの製造方法。
5. 【請求項５】請求項３または４記載の製造法において、
   基板上に感光性材料により形成されたアレイ配列もしく
   は連結アレイ配列を母型として作製された金型、または
   上記母型から更に形状転写して作製した凹形状の金型を
   用いてこの金型を用いて樹脂成形により所望の屈折面形
   状とそのアレイ配列状態もしくは連結アレイ配列状態を
   有するマイクロレンズアレイを形成することを特徴とす
   るマイクロレンズアレイの製造方法。
6. 【請求項６】請求項１または２または３または４または
   ５記載の製造方法において、 基板と感光性材料の層との間にプライマ−層を設けるこ
   とを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
7. 【請求項７】請求項１または２または３または４または
   ５または６記載の製造方法に於て、 基板が、石英，各種光学ガラス，セラミックス，各種単
   結晶，または屈折率分布材料であることを特徴とするマ
   イクロレンズアレイの製造方法。
8. 【請求項８】請求項１または２または３または４または
   ５または６または７または８記載の製造方法により製造
   されるマイクロレンズアレイ。
9. 【請求項９】請求項８記載のマイクロレンズアレイにお
   いて、 屈折面側および反対面側に反射防止膜が形成されている
   ことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
10. 【請求項１０】請求項７記載のマイクロレンズアレイに
    おいて、 レンズ面が自由曲面であることを特徴とするマイクロレ
    ンズアレイ。
11. 【請求項１１】請求項１または２または３または４また
    は５または６または７記載のマイクロレンズアレイ作製
    方法において、光パターニング工程において単一のマイ
    クロレンズに対応するパターンを光パターニングするこ
    とより、単一のマイクロレンズを製造することを特徴と
    するマイクロレンズの製造方法。
12. 【請求項１２】請求項１または２または３または４また
    は５または６または７記載のマイクロレンズアレイ作製
    方法により製造されたマイクロレンズアレイの各マイク
    ロレンズを互いに分離することを特徴とするマイクロレ
    ンズの製造方法
13. 【請求項１３】請求項１１または１２により製造される
    マイクロレンズ。