ウエハレンズ製造方法及びウエハレンズ
【課題】良品率が低下せず、低コストで製造が可能なウエハレンズ製造方法及び該方法により製造された低コストのウエハレンズを提供する。
【解決手段】樹脂型と基板の間に樹脂材料を介在させる工程と、介在する樹脂材料を硬化させレンズ部を形成する硬化工程と、樹脂型から基板及びレンズ部を離間させる離型工程と、を有し、離型工程は、レンズ部が最も硬化した際のビッカース硬度をＨｖＭＡＸとし、離型時のレンズ部のビッカース硬度をＨｖとしたとき、
０．５０≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
を満足するレンズ部の硬化状態で離型が行われるウエハレンズ製造方法とする。
【解決手段】樹脂型と基板の間に樹脂材料を介在させる工程と、介在する樹脂材料を硬化させレンズ部を形成する硬化工程と、樹脂型から基板及びレンズ部を離間させる離型工程と、を有し、離型工程は、レンズ部が最も硬化した際のビッカース硬度をＨｖＭＡＸとし、離型時のレンズ部のビッカース硬度をＨｖとしたとき、
０．５０≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
を満足するレンズ部の硬化状態で離型が行われるウエハレンズ製造方法とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性を有する平板上に樹脂製の複数のレンズ部を、樹脂型を用いて形成するウエハレンズ製造方法及びウエハレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学レンズの製造分野においては、基材となるガラス平板に熱硬化性樹脂等の硬化性樹脂からなるレンズ部を設けることで、耐熱性の高い光学レンズを得る技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
更に、この技術を適用した光学レンズの製造方法として、基材となるガラス平板に対して硬化樹脂からなる光学部材を複数設けたいわゆる「ウエハレンズ」を形成することで、複数のレンズ部を一体化された状態で同時に成形し、成形後にガラス平板部をカットする方法が開発されている。この製造方法によれば、光学レンズの製造コストを低減することができる。
【０００４】
このようなウエハレンズの製造方法として、レンズ部の形状に対応した成形型を硬化性樹脂で形成し、この硬化性樹脂で形成された成形型とガラス平板の間に硬化性樹脂を充填して硬化させてガラス平板上に複数のレンズ部を成形するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９２６３８０号公報
【特許文献２】特開２００９−２２６６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ウエハレンズは、上記のように量産性に富み、撮像装置に適用されるレンズを低コストで提供することができるものである。
【０００７】
一方、撮像素子は画素ピッチの精細化による高画素化が進み、これに対応する光学系も、より高い光学性能を要求されるようになっている。光学系の性能を向上させるには、より多くのレンズ枚数で光学系を構成することが考えられるが、このような光学系にウエハレンズを適用する場合、光学系全長を短く収めるには、屈折力を有しない平板はできるだけ薄いことが好ましい。また、光学設計に高い自由度を得るためにも平板はできるだけ薄いことが好ましい。
【０００８】
しかしながら、薄い基板を用いた場合、ウエハレンズの製造時にクラックを生じるという新たな問題を生じることが判明した。これは、樹脂型を使用して薄い基材上にレンズ部を形成したウエハレンズを製造する場合に、樹脂型からのウエハレンズの離型の抵抗が大きくなり、離型時に基板が撓んだり離型時に衝撃を受けたりすることにより、樹脂レンズ部にクラックを生じるものと推定される。本発明者は、種々検討した結果、樹脂型を使用して薄い基材上にレンズ部を形成したウエハレンズを製造する場合における上記問題を、離型時における樹脂材料の硬化度合いを調整することによって防止し得ることを見出した。但し、樹脂材料の硬化が不十分な状態で離型すると、離型時の型との抵抗によりレンズ部の形状精度が維持できず、良品率が低下するというさらに別の問題があることが判明した。この良品率の低下は、一個あたりのレンズコストの上昇の原因となる。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑み、薄い基材上にレンズ部を形成したウエハレンズを製造する場合でも、良品率が低下せず、低コストで製造が可能なウエハレンズ製造方法及び該方法により製造された低コストのウエハレンズを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、下記の構成により達成される。
【００１１】
（１）透光性を有する基板上に樹脂製の複数のレンズ部を、樹脂型を用いて形成するウエハレンズ製造方法において、前記樹脂型と前記基板の間に樹脂材料を介在させる工程と、介在する前記樹脂材料を硬化させレンズ部を形成する硬化工程と、前記樹脂型から前記基板及び前記レンズ部を離間させる離型工程と、を有し、前記離型工程は、前記レンズ部が最も硬化した際のビッカース硬度をＨｖＭＡＸとし、離型時の前記レンズ部のビッカース硬度をＨｖとしたとき、
０．５０≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
を満足するレンズ部の硬化状態で離型が行われることを特徴とするウエハレンズ製造方法。
【００１２】
（２）前記硬化工程が、光照射により行われることを特徴とする前記（１）に記載のウエハレンズ製造方法。
【００１３】
（３）前記硬化工程が、光照射と加熱により行われることを特徴とする前記（１）に記載のウエハレンズ製造方法。
【００１４】
（４）前記基板の厚みが０．１〜１．１ｍｍであることを特徴とする前記（１）から（３）までのいずれかに記載のウエハレンズ製造方法。
【００１５】
（５）前記（１）から（４）までのいずれかに記載のウエハレンズ製造方法により製造されたことを特徴とするウエハレンズ。
【００１６】
すなわち、本願は、薄い基材上にレンズ部が形成されるウエハレンズを製造する場合、レンズ部の良品率を向上させるには適切な離型の条件があることを見いだし、なされた発明である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、薄い基材上にレンズ部を形成したウエハレンズを製造する場合でも、ウエハレンズにクラックを生じることを回避し、しかもレンズ形状の精度を高くすることができ、しかも、良品率が低下せず、低コストで製造が可能なウエハレンズ製造方法及び該方法により製造された低コストのウエハレンズを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態に係るウエハレンズ製造方法により製造されたウエハレンズを模式的に示す斜視図である。
【図２】樹脂型の製造工程で使用されるマスター、形成されるサブマスター及びサブサブマスターを模式的に示す斜視図である。
【図３】ウエハレンズを成形するための樹脂型の製造工程を示す図である。
【図４】図３に示す工程で製造された樹脂型を用いたウエハレンズの製造工程を示す図である。
【図５】基板の両面にレンズ部を形成する場合のウエハレンズの製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係るウエハレンズ製造方法により製造されたウエハレンズを模式的に示す斜視図である。
【００２１】
同図に示すように、ウエハレンズ１は透光性を有する円形状の基板（本例ではガラス基板）３と複数のレンズ部（光学部材）５とを有しており、ガラス基板３上に複数のレンズ部５がアレイ状に配置されている。レンズ部５はガラス基板３の表面に形成されていてもよいし、表裏両面に形成されていてもよい。また、レンズ部５には、光学面の表面に回折溝や段差等の微細構造を有していても良い。
【００２２】
レンズ部５は樹脂５Ａで形成されている。この樹脂５Ａとしては、硬化性樹脂を用いることができる。硬化性樹脂としては大きく分けて光硬化性樹脂と熱硬化性樹脂に分類することができる。光硬化性樹脂としては、アクリル樹脂及びアリル樹脂であればラジカル重合により反応硬化させることができる。エポキシ系の樹脂であればカチオン重合により反応硬化させることができる。一方、熱硬化性樹脂は上記ラジカル重合やカチオン重合の他にシリコーン等のように付加重合により硬化させることもできる。
【００２３】
ここで、ガラス基板３の厚みは、０．１〜１．１ｍｍである。ガラス基板の厚みをこの程度の厚みとすることにより、撮像素子の高画素化に耐え得る高い光学性能を実現でき、光学素子の厚みも小さくでき、さらに、光学設計の自由度を高くすることができる。
【００２４】
まず、図１に示すウエハレンズを成形するための樹脂型の製造工程を説明する。
【００２５】
図２は、樹脂型の製造工程で使用されるマスター、形成されるサブマスター及びサブサブマスターを模式的に示す斜視図である。図２（ａ）はマスター、図２（ｂ）はサブマスター、図２（ｃ）はサブサブマスターを示している。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、マスター１０は、直方体状のベース部１２に対し複数の凹部１６がアレイ状に形成されている。凹部１６はウエハレンズ１の凸部であるレンズ部５（図１参照）に対応する部位である。なお、マスター１０の外形状は、図２に示すように四角形であってもよいし、円形であってもよい。以降は四角形状を例にして説明する。
【００２７】
マスター１０の光学面形状（表面形状）は、凸部が形成された凸形状を有していてもよいし、複数の凹部が形成された凹形状を有していてもよい。但し、本実施例では、樹脂製の中間型を２回用いてウエハレンズの製造を行うので、マスター１０の光学面形状は、ガラス基板３上に成形転写するレンズ部５の光学面形状に対応するネガ形状とする。
【００２８】
マスター１０の材料としては、切削や研削などの機械加工によって光学面形状を創製する場合には、金属または金属ガラスを用いることができる。具体的な金属材料としては鉄系の材料とその他合金が挙げられる。また、機械加工はやや難しいが、ガラスを用いてもよい。マスター１０にガラスを用いれば、金属では透過しないＵＶ光（紫外線）を透過させるというメリットも得られる。一般的に使用されているガラスであれば特に限定されない。
【００２９】
図３は、ウエハレンズを成形するための樹脂型の製造工程を示す図である。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように、マスター１０上に未硬化の樹脂３２Ａを塗布する。以下、樹脂３２Ａが光硬化性樹脂である場合で説明する。
【００３１】
マスター１０上に樹脂３２Ａを塗布する場合には、スプレーコート、スピンコート、滴下、吐出等の手法を用いる。
【００３２】
マスター１０上に樹脂３２Ａを塗布後、図３（ｂ）に示すように、透光性のサブマスター基板３６を樹脂３２Ａに重ね、マスター１０に対して所定の間隔に保つ。そして、図３（ｃ）に示すように、上方に配置した光源５４を点灯させサブマスター基板３６を介して樹脂３２Ａに光照射する。光源５４としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、蛍光灯、ブラックライト、Ｇランプ、Ｆランプ等が挙げられ、線状光源であってもよいし点状光源であってもよい。なお、サブマスター基板３６をマスターに対向させ両者を所定の間隔に保持した後に両者の間隙に樹脂材料を注入するようにしてもよい。
【００３３】
そして、光照射によって樹脂３２Ａを硬化させ、マスター１０の凹部１６を樹脂３２Ａに転写し、樹脂３２Ａに複数の凸部３４を形成する。マスター１０の凹部１６が転写され硬化した樹脂３２Ａをサブマスター成形部３２と呼ぶ。
【００３４】
樹脂３２Ａ（サブマスター成形部３２の材料）、樹脂５Ａ（レンズ部５の材料）が硬化性樹脂である場合、マスター１０の光学面形状（凹部１６）は、好ましくは樹脂３２Ａの硬化収縮や樹脂５Ａの硬化収縮を見越して設計されていることが好ましい。
【００３５】
サブマスター基板３６は石英であってもよいし、ガラス板であってもよく、十分な曲げ強度とＵＶ光透過率を有することが重要である。
【００３６】
次いで、図３（ｄ）に示すように、マスター１０から一体となったサブマスター成形部３２及びサブマスター基板３６を離型することにより、図２（ｂ）に示した外観を有するサブマスター３０を得る。離型には、例えば、真空チャック装置を用いてサブマスター基板３６を吸着保持し、マスター１０から引き離す工程を採用することができる。サブマスター３０は、サブマスター基板３６に凸部３４が形成されたサブマスター成形部３２が固着されたものである。
【００３７】
樹脂３２ＡとしてＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの樹脂を使うと、マスター１０との離型性が非常によいので、マスター１０からの剥離に大きな力を必要とせず、成形光学面を歪ませたりする事が無いのでよい。
【００３８】
また、樹脂３２Ａの硬化の進行途中でマスター１０からサブマスター３０を離型させ、その後サブマスター３０に対しポストキュア（加熱処理）を行ってもよい。ポストキュアを行い、サブマスター３０の樹脂３２Ａを実質的に完全に硬化させることで、サブマスター３０の型寿命を延ばすことができる。
【００３９】
また、マスター１０から硬化した樹脂３２Ａを容易に剥離するためには、マスター１０の表面に離型剤を塗布することが好ましい。離型剤を塗布する場合は、マスター１０の表面改質を行う。具体的には、マスター１０の表面に表面処理によってＯＨ基を立たせる。表面改質の方法は、ＵＶオゾン洗浄、酸素プラズマアッシング等、マスター１０の表面にＯＨ基を立たせる方法なら何でもよい。
【００４０】
次いで、図３（ｅ）に示すように、サブマスター３０上に未硬化の樹脂４２Ａを塗布する。そして、図３（ｆ）に示すように、透光性のサブサブマスター基板４６を樹脂４２Ａに重ね、サブマスター３０に対して所定の間隔に保つ。そして、図３（ｇ）に示すように、上方に配置した光源５４を点灯させサブサブマスター基板４６を介して樹脂４２Ａに光照射する。なお、サブサブマスター基板４６をサブマスター３０に対向させ両者を所定間隔に保持した後に両者の間隙に樹脂材料を注入するようにしてもよい。
【００４１】
樹脂４２Ａを硬化させる場合には、サブマスター３０側に配置した光源からサブマスター３０を介して光照射してもよいし、サブマスター３０側とサブサブマスター基板４６側との両側から光照射してもよい。光源としては、上述と同様である。
【００４２】
なお、予め、光照射時の輝度分布や照度（強度）分布を測定し調整した後、照射量、照射時間と樹脂５Ａの硬化の進行度を測定しておき、その測定結果に基づき照射量、照射時間等が制御される。
【００４３】
こうして、光照射により樹脂４２Ａを硬化させ、サブマスター３０の凸部３４を樹脂４２Ａに転写し、樹脂４２Ａに対し複数の凹部４４を形成する。これにより、サブサブマスター成形部４２が形成される。
【００４４】
次いで、図３（ｈ）に示すように、サブマスター３０から一体となったサブサブマスター成形部４２及びサブサブマスター基板４６とを離型することにより、図２（ｃ）に示した外観を有するサブサブマスター４０を得る。離型には、例えば、図３（ｄ）と同様の真空チャック装置を用いることができる。サブサブマスター４０は、サブサブマスター基板４６に凹部４４が形成されたサブサブマスター成形部４２が固着されたものである。
【００４５】
また、樹脂４２Ａの硬化の進行途中でサブマスター３０からサブサブマスター４０を離型させ、その後サブサブマスター４０に対しポストキュアを行ってもよい。ポストキュアを行い、サブサブマスター４０の樹脂４２Ａを実質的に完全に硬化させることで、サブサブマスター４０の型寿命を延ばすことができる。
【００４６】
なお、本例では、マスター金型からサブマスター成形型を作製し、さらにサブマスター成形型からサブサブマスター成形型を作製し、このサブサブマスター成形型を用いてウエハレンズを製造する例で説明するが、これに限るものでなく、マスター金型からサブマスター成形型を作製し、このサブマスター成形型を用いてウエハレンズを製造してもよい。
【００４７】
図４は、図３に示す工程で製造された樹脂型を用いたウエハレンズの製造工程を示す図である。
【００４８】
図４（ａ）に示すように、サブサブマスター４０の凹部４４に未硬化の樹脂５Ａを塗布する。
【００４９】
次いで、図４（ｂ）に示すように、ガラス基板３を上方から重ねる。
【００５０】
ガラス基板３を重ねる場合に、ガラス基板３は、サブサブマスター４０と軸合わせをするための構造が付与されているのが好ましい。図１に示すように、ガラス基板３が円形状を呈している場合には、例えばＤカット、Ｉカット、マーキング、切欠き部等を形成しておくのが好ましい。ガラス基板３を多角形状としてもよく、この場合にはサブサブマスター４０との軸合わせが容易である。また、ガラス基板３の裏面成形時に表面側の成形光学面との同軸度をあわせるためのマーカーパターンを、表面側の成形時に光学面と同時に成形転写しても良い。なお、ガラス基板３をサブサブマスター４０に対向させた後に両者の間隙に樹脂材料を注入するようにしてもよい。
【００５１】
次いで、図４（ｃ）に示すように、サブサブマスター４０の下方に配置した光源５２及び、ガラス基板３の上方に配置した光源５４を点灯させ、サブサブマスター４０及びガラス基板３を介して光照射を行う。光源５２、５４の一方のみを点灯させて、光照射してもよい。
【００５２】
光源５２、５４としては、上述と同様である。
【００５３】
なお、樹脂５Ａに光照射を行うに当たっては、以下に説明するように、離型の際の硬化状況が適切なものとなるように、照射強度や照射時間等を制御する。好ましくは、予め、光照射時の輝度分布や照度（強度）分布を測定し調整した後、照射強度及び、照射時間と樹脂５Ａの硬化の進行度とを測定し、照射強度及び照射時間と樹脂硬化の進行度合いとの関係を実験的に把握しておく。そして、照射強度及び照射時間を調整することで樹脂の硬化度合いを制御するようにする。なお、光硬化の進行が遅い樹脂などの場合、さらに加熱温度や加熱時間を制御することで樹脂の硬化状態を制御することもできる。
【００５４】
樹脂５Ａが硬化すると、レンズ部５が形成される。その後、レンズ部５が形成されたガラス基板３をサブサブマスター４０から離型し、ウエハレンズ１（図１参照）が製造される。図４の場合は、ウエハレンズ１はガラス基板３の一方の面にのみレンズ部５が形成される。
【００５５】
ウエハレンズ１をサブサブマスター４０から離型するには、ウエハレンズ１のガラス基板３側を真空チャック装置により吸引保持してサブサブマスター４０から引き離す方法や、ウエハレンズ１（ガラス基板３）とサブサブマスター４０との間に楔状の部材を挿入できるよう構成しておき、該楔状の部材を挿入して離型させる方法を採用することができる。また、ウエハレンズ１をサブサブマスター４０からやや剥離させ両部材間に隙間が形成された後、エア又は純水をその隙間に圧送し、ウエハレンズ１をサブマスター３０から離型するようにしてもよい。
【００５６】
また、上記の樹脂５Ａを硬化させるに際し、光照射及び加熱により硬化を進行させた後離型させるよう構成してもよい。
【００５７】
また、樹脂５Ａの硬化の進行途中で離型させ、その後ウエハレンズ１に対しポストキュアを行ってもよい。ポストキュアを行うことで、ウエハレンズ１のレンズ部５を実質的に完全に硬化させることができる。
【００５８】
本実施の形態に係るウエハレンズの製造工程においては、離型時のレンズ部５のビッカース硬度をＨｖとし、レンズ部５が最も硬化した際のビッカース硬度をＨｖＭＡＸとしたとき、
０．５０≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
を満足するレンズ部５の硬化状態でウエハレンズの離型を行う。これにより、離型時の衝撃で基材が撓むことによるクラックの発生が防止でき、また、離型時の型との抵抗に起因するレンズ部の形状の変形が防止でき、良品率の低下を抑制することができる。上記関係式で規定される樹脂の硬化状態で離型を行うことで、クラックの発生が防止できる理由は不明であるが次のようなことが一つの理由と推測される。一般に、硬化性樹脂材料は、硬化反応の進行とともに網目構造が形成されてゲル化し流動状態からゴム状態へ転移する。そして、ゲル化後は分子の運動性と反応性が低下し、反応物質の拡散が硬化反応を支配して、ガラス化とともに反応は停止するとされている。樹脂材料を上記関係式で規定される硬化にすることで、樹脂材料の硬化が進行してガラス化する直前の状態で離型され、クラックが発生しやすい脆性の高い状態で離型されることが回避されているものと推定される。
【００５９】
なお、上述のように、予め、光照射量、照射時間と樹脂５Ａの硬化の進行度を測定しておき、その測定結果に基づき、照射量、照射時間等を設定することで、樹脂を所望の硬化状態に調整できる。
【００６０】
なお、上述の説明ではガラス基板３の片面にレンズ部５を設ける方法について説明したが、両面にレンズ部５を設ける場合には、以下のようにする。
【００６１】
図５は、基板の両面にレンズ部を形成する場合のウエハレンズの製造工程を示す図である。
【００６２】
まず、上述の方法で、ガラス基板３の一方の面のレンズ部５の光学面形状に対応するネガ形状の成形面を有するサブサブマスター４０Ｃと、他方の面のレンズ部５の光学面形状に対応するネガ形状の成形面を有するサブサブマスター４０Ｄとを形成する。
【００６３】
まず、図４（ａ）〜図４（ｂ）と同様にサブサブマスター４０Ｃの凹部に樹脂５Ａを塗布し、ガラス基板３を重ねる（図示は省略）。
【００６４】
次いで、図５（ａ）に示すように、樹脂５Ａが充填されたサブサブマスター４０Ｃと透光性の平板状のガラス基板３とを反転させる。
【００６５】
次いで、同様に図５（ｂ）に示すように、サブサブマスター４０Ｄの凹部に樹脂５Ａを塗布する。
【００６６】
次いで、図５（ｃ）に示すように、サブサブマスター４０Ｄに、反転させたサブサブマスター４０Ｃとガラス基板３を重ね、光源５４、５２を点灯させ、各サブマスター４０Ｃ、４０Ｄと、ガラス基板３との間に充填された樹脂５Ａを同時に硬化させてガラス基板３の両面にレンズ部５を成形する。
【００６７】
次いで、図５（ｄ）に示すように、ガラス基板３の両面にレンズ部５が形成されたウエハレンズ１の両側のサブサブマスター４０Ｃ及びサブサブマスター４０Ｄを離型する。これにより、両面にレンズ部５が形成されたウエハレンズ１が製造される。ここで、表面及び裏面のそれぞれについて、上述した関係式を満たすように樹脂を硬化させて離型を行うようにする。
【００６８】
このようにすることで、ガラス基板３の片面だけで樹脂５Ａが硬化収縮することなく、両面で樹脂５Ａが同時に硬化収縮してそれぞれレンズ部５となるため、各面に順にレンズ部５を設ける場合と異なり、ガラス基板３の反りを防止することができ、レンズ部５の形状精度を向上させることができる。
【００６９】
なお、ガラス基板３の両面の樹脂５Ａを同時に硬化させるとは、同一の硬化プロセスにおいて樹脂５Ａの硬化を進行させることを言い、必ずしも同時に硬化を開始・終了させる必要はなく、例えばサブサブマスター４０Ｃとガラス基板３との間の樹脂５Ａを所定の粘度まで増粘した後、この樹脂５Ａと、他方の樹脂５Ａとの硬化を進行させてもよい。
【００７０】
なお、サブサブマスターを用いてウエハレンズを作製する場合は「サブサブマスター」が、基板及びレンズ部を離間させる対象となる「樹脂型」に相当し、サブマスターを用いてウエハレンズを作製する場合は「サブマスター」が、基板及びレンズ部を離間させる対象となる「樹脂型」に相当する。
【００７１】
以下、実施例を示す。
【実施例】
【００７２】
以下、上記のサブサブマスターを用いて各種の条件でサンプルを作製し離型性及び形状転写性について評価した。なお、ウエハレンズの作製は、上述のように片面のみにレンズ部を形成する場合のほうが形状精度等に与える影響が大きいため、実験は片面のみにレンズ部を形成するもので行った。
【００７３】
サンプル作製及び評価基準を、以下に示す。
【００７４】
（サブサブマスターの作製）
１）マスターの材質は、直方体のクローム・モリブデン鋼とし、３×３のアレイ状に９箇所にＲ：１．６ｍｍ、光軸上の深さ：０．３５ｍｍ、直径φ：２ｍｍの凹の球面を形成したものと、Ｒ：１．６ｍｍ、光軸上の高さ：０．３５ｍｍ、直径φ：２ｍｍの凸の球面を形成したものの２種を用いた。
【００７５】
２）直径４インチのガラス板をサブマスター基板とし、樹脂材料と上記凹の球面を有するマスターとを用いて転写を行い、水銀ランプによりＵＶ露光を行って樹脂材料を硬化させ、９箇所に凸部を形成した。同様の工程を基板上の転写位置を変えて８回繰り返し、９×９のアレイ状に８１箇所に凸部の形成されたサブマスターを作製した。また、樹脂材料と上記凸の球面を有するマスターとを用いて、同様の手順により８１箇所に凹部の形成されたサブマスターを作製した。
【００７６】
３）サブマスターの凸部及び露出したガラス表面に、蒸着により無機酸化物膜（ＳｉＯ２）を形成し、その後、該ＳｉＯ２膜に離型剤（ダイキン工業（株）製 オプツールＤＳＸ）を塗布し離型処理を施した。この後、直径４インチのガラス板をサブサブマスター基板とし、サブマスターの凸部に対応するネガ形状の凹部が８１箇所に形成されたサブサブマスターを作製した。
【００７７】
また、同様にサブマスターの凹部及び露出したガラス表面に、蒸着により無機酸化物膜（ＳｉＯ２）を形成し、その後、該ＳｉＯ２膜に離型剤（ダイキン工業（株）製 オプツールＤＳＸ）を塗布し離型処理を施した。この後、直径４インチのガラス板をサブサブマスター基板とし、サブマスターの凹部に対応するネガ形状の凸部が８１箇所に形成されたサブサブマスターを作製した。
【００７８】
なお、サブマスター及びサブサブマスターの作製に当たっては、樹脂材料として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に光重合開始剤として芳香族スルホニウムを添加した材料を用いた。
【００７９】
（ウエハレンズの作製）
上述の２種のサブサブマスターを用いて、ガラス基板の厚み、樹脂材料、硬化条件を種々変更して、２９種類のウエハレンズのサンプルを作製した。ガラス基板の厚みは、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．７ｍｍ、１．１ｍｍの４種とした。樹脂材料としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に光重合開始剤として芳香族スルホニウムを添加したもの、アクリル樹脂に光重合開始剤としてパーオキサイドエステルを添加したものを用いた。樹脂材料の硬化は、室温下で水銀ランプを用いて２０ｍＷの強度で照射時間を２５０秒〜２時間の間で変化させるか、同条件で２５０秒間ＵＶ光の照射を行った後、１５０℃で加熱する時間を０〜２時間の範囲で種々変化させることによって行った。ここで、ＨｖＭＡＸは、予め同じ樹脂材料を用いた複数のサンプルを準備し、露光又は露光とそれに続く加熱を行った場合に、各サンプルの露光時間や加熱時間を変えてビッカース硬度を測定し、ビッカース硬度の変化が５％以下になるときのビッカース硬度で評価した。
【００８０】
（サンプルの評価）
各サンプルの離型性と形状転写性を評価した。評価基準は以下のとおりである。
【００８１】
［離型性の評価］
サブサブマスターから離型した各ウエハレンズの各レンズ部を検査してクラック発生の有無を確認し、評価基準はクラック発生の無かったサンプルを○、クラック発生の有ったサンプルを×とした。
【００８２】
［形状転写性の評価］
クラック発生のなかったサンプルについて、各レンズ部を非接触式３次元形状測定装置（パナソニック電工（株）製 ＵＡ３Ｐ）を用いて設計値との誤差を測定した。
【００８３】
評価基準は、
設計値との誤差２００ｎｍ以下のレンズ部個数が９０％以上→◎
設計値との誤差２００ｎｍ以下のレンズ部個数が７０％以上→○
設計値との誤差２００ｎｍ以下のレンズ部個数が５０％以上→△
設計値との誤差２００ｎｍ以下のレンズ部個数が５０％未満→×
とした。
【００８４】
表１に結果をまとめて示す。なお、離型時のレンズ部のビッカース硬度は、上述の実験に基づくデータから求めた。
【００８５】
【表１】
【００８６】
表１から、離型時のレンズ部のビッカース硬度：Ｈｖ、レンズ部が最も硬化した際のビッカース硬度：ＨｖＭＡＸとしたとき、
０．５０≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
を満足するレンズ部の硬化状態で、離型が行われると、レンズ部にクラックの発生が無く、レンズ形状の良好な転写が５０％以上の歩留まりで得られることがわかる。
【００８７】
また、０．６０≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
とすると、レンズ形状の良好な転写が、ほぼ７０％以上の歩留まりで得られ、より好ましい。
【００８８】
また、０．６５≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
とすると、レンズ形状の良好な転写が、ほぼ９０％以上の歩留まりで得られ、更に好ましい。
【００８９】
なお、本実施の形態及び本実施例では、サブサブマスターを用いてウエハレンズの作製を行ったが、サブマスターを用いてウエハレンズの作製を行う実施態様においても、離型時のレンズ部のビッカース硬度を上述のように規定することによって同様の効果を奏することができる。
【００９０】
また、本実施形態及び本実施例では、光硬化性樹脂材料を用い、光の照射量や照射時間等を制御して樹脂材料の硬化状態を調整したが、熱硬化性樹脂材料を用いる場合は、予め、加熱温度及び照射時間と樹脂材料の硬化の進行度を測定しておき、その測定結果に基づき、加熱温度や加熱時間を制御することで樹脂の硬化状態を制御すればよい。
【符号の説明】
【００９１】
１ ウエハレンズ
３ 基板
５ レンズ部
１０ マスター
１２ ベース部
３０ サブマスター
３２ サブマスター成形部
３６ サブマスター基板
４０ サブサブマスター
４２ サブサブマスター成形部
４６ サブサブマスター基板
５２、５４ 光源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性を有する平板上に樹脂製の複数のレンズ部を、樹脂型を用いて形成するウエハレンズ製造方法及びウエハレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学レンズの製造分野においては、基材となるガラス平板に熱硬化性樹脂等の硬化性樹脂からなるレンズ部を設けることで、耐熱性の高い光学レンズを得る技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
更に、この技術を適用した光学レンズの製造方法として、基材となるガラス平板に対して硬化樹脂からなる光学部材を複数設けたいわゆる「ウエハレンズ」を形成することで、複数のレンズ部を一体化された状態で同時に成形し、成形後にガラス平板部をカットする方法が開発されている。この製造方法によれば、光学レンズの製造コストを低減することができる。
【０００４】
このようなウエハレンズの製造方法として、レンズ部の形状に対応した成形型を硬化性樹脂で形成し、この硬化性樹脂で形成された成形型とガラス平板の間に硬化性樹脂を充填して硬化させてガラス平板上に複数のレンズ部を成形するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９２６３８０号公報
【特許文献２】特開２００９−２２６６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ウエハレンズは、上記のように量産性に富み、撮像装置に適用されるレンズを低コストで提供することができるものである。
【０００７】
一方、撮像素子は画素ピッチの精細化による高画素化が進み、これに対応する光学系も、より高い光学性能を要求されるようになっている。光学系の性能を向上させるには、より多くのレンズ枚数で光学系を構成することが考えられるが、このような光学系にウエハレンズを適用する場合、光学系全長を短く収めるには、屈折力を有しない平板はできるだけ薄いことが好ましい。また、光学設計に高い自由度を得るためにも平板はできるだけ薄いことが好ましい。
【０００８】
しかしながら、薄い基板を用いた場合、ウエハレンズの製造時にクラックを生じるという新たな問題を生じることが判明した。これは、樹脂型を使用して薄い基材上にレンズ部を形成したウエハレンズを製造する場合に、樹脂型からのウエハレンズの離型の抵抗が大きくなり、離型時に基板が撓んだり離型時に衝撃を受けたりすることにより、樹脂レンズ部にクラックを生じるものと推定される。本発明者は、種々検討した結果、樹脂型を使用して薄い基材上にレンズ部を形成したウエハレンズを製造する場合における上記問題を、離型時における樹脂材料の硬化度合いを調整することによって防止し得ることを見出した。但し、樹脂材料の硬化が不十分な状態で離型すると、離型時の型との抵抗によりレンズ部の形状精度が維持できず、良品率が低下するというさらに別の問題があることが判明した。この良品率の低下は、一個あたりのレンズコストの上昇の原因となる。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑み、薄い基材上にレンズ部を形成したウエハレンズを製造する場合でも、良品率が低下せず、低コストで製造が可能なウエハレンズ製造方法及び該方法により製造された低コストのウエハレンズを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、下記の構成により達成される。
【００１１】
（１）透光性を有する基板上に樹脂製の複数のレンズ部を、樹脂型を用いて形成するウエハレンズ製造方法において、前記樹脂型と前記基板の間に樹脂材料を介在させる工程と、介在する前記樹脂材料を硬化させレンズ部を形成する硬化工程と、前記樹脂型から前記基板及び前記レンズ部を離間させる離型工程と、を有し、前記離型工程は、前記レンズ部が最も硬化した際のビッカース硬度をＨｖＭＡＸとし、離型時の前記レンズ部のビッカース硬度をＨｖとしたとき、
０．５０≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
を満足するレンズ部の硬化状態で離型が行われることを特徴とするウエハレンズ製造方法。
【００１２】
（２）前記硬化工程が、光照射により行われることを特徴とする前記（１）に記載のウエハレンズ製造方法。
【００１３】
（３）前記硬化工程が、光照射と加熱により行われることを特徴とする前記（１）に記載のウエハレンズ製造方法。
【００１４】
（４）前記基板の厚みが０．１〜１．１ｍｍであることを特徴とする前記（１）から（３）までのいずれかに記載のウエハレンズ製造方法。
【００１５】
（５）前記（１）から（４）までのいずれかに記載のウエハレンズ製造方法により製造されたことを特徴とするウエハレンズ。
【００１６】
すなわち、本願は、薄い基材上にレンズ部が形成されるウエハレンズを製造する場合、レンズ部の良品率を向上させるには適切な離型の条件があることを見いだし、なされた発明である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、薄い基材上にレンズ部を形成したウエハレンズを製造する場合でも、ウエハレンズにクラックを生じることを回避し、しかもレンズ形状の精度を高くすることができ、しかも、良品率が低下せず、低コストで製造が可能なウエハレンズ製造方法及び該方法により製造された低コストのウエハレンズを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態に係るウエハレンズ製造方法により製造されたウエハレンズを模式的に示す斜視図である。
【図２】樹脂型の製造工程で使用されるマスター、形成されるサブマスター及びサブサブマスターを模式的に示す斜視図である。
【図３】ウエハレンズを成形するための樹脂型の製造工程を示す図である。
【図４】図３に示す工程で製造された樹脂型を用いたウエハレンズの製造工程を示す図である。
【図５】基板の両面にレンズ部を形成する場合のウエハレンズの製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係るウエハレンズ製造方法により製造されたウエハレンズを模式的に示す斜視図である。
【００２１】
同図に示すように、ウエハレンズ１は透光性を有する円形状の基板（本例ではガラス基板）３と複数のレンズ部（光学部材）５とを有しており、ガラス基板３上に複数のレンズ部５がアレイ状に配置されている。レンズ部５はガラス基板３の表面に形成されていてもよいし、表裏両面に形成されていてもよい。また、レンズ部５には、光学面の表面に回折溝や段差等の微細構造を有していても良い。
【００２２】
レンズ部５は樹脂５Ａで形成されている。この樹脂５Ａとしては、硬化性樹脂を用いることができる。硬化性樹脂としては大きく分けて光硬化性樹脂と熱硬化性樹脂に分類することができる。光硬化性樹脂としては、アクリル樹脂及びアリル樹脂であればラジカル重合により反応硬化させることができる。エポキシ系の樹脂であればカチオン重合により反応硬化させることができる。一方、熱硬化性樹脂は上記ラジカル重合やカチオン重合の他にシリコーン等のように付加重合により硬化させることもできる。
【００２３】
ここで、ガラス基板３の厚みは、０．１〜１．１ｍｍである。ガラス基板の厚みをこの程度の厚みとすることにより、撮像素子の高画素化に耐え得る高い光学性能を実現でき、光学素子の厚みも小さくでき、さらに、光学設計の自由度を高くすることができる。
【００２４】
まず、図１に示すウエハレンズを成形するための樹脂型の製造工程を説明する。
【００２５】
図２は、樹脂型の製造工程で使用されるマスター、形成されるサブマスター及びサブサブマスターを模式的に示す斜視図である。図２（ａ）はマスター、図２（ｂ）はサブマスター、図２（ｃ）はサブサブマスターを示している。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、マスター１０は、直方体状のベース部１２に対し複数の凹部１６がアレイ状に形成されている。凹部１６はウエハレンズ１の凸部であるレンズ部５（図１参照）に対応する部位である。なお、マスター１０の外形状は、図２に示すように四角形であってもよいし、円形であってもよい。以降は四角形状を例にして説明する。
【００２７】
マスター１０の光学面形状（表面形状）は、凸部が形成された凸形状を有していてもよいし、複数の凹部が形成された凹形状を有していてもよい。但し、本実施例では、樹脂製の中間型を２回用いてウエハレンズの製造を行うので、マスター１０の光学面形状は、ガラス基板３上に成形転写するレンズ部５の光学面形状に対応するネガ形状とする。
【００２８】
マスター１０の材料としては、切削や研削などの機械加工によって光学面形状を創製する場合には、金属または金属ガラスを用いることができる。具体的な金属材料としては鉄系の材料とその他合金が挙げられる。また、機械加工はやや難しいが、ガラスを用いてもよい。マスター１０にガラスを用いれば、金属では透過しないＵＶ光（紫外線）を透過させるというメリットも得られる。一般的に使用されているガラスであれば特に限定されない。
【００２９】
図３は、ウエハレンズを成形するための樹脂型の製造工程を示す図である。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように、マスター１０上に未硬化の樹脂３２Ａを塗布する。以下、樹脂３２Ａが光硬化性樹脂である場合で説明する。
【００３１】
マスター１０上に樹脂３２Ａを塗布する場合には、スプレーコート、スピンコート、滴下、吐出等の手法を用いる。
【００３２】
マスター１０上に樹脂３２Ａを塗布後、図３（ｂ）に示すように、透光性のサブマスター基板３６を樹脂３２Ａに重ね、マスター１０に対して所定の間隔に保つ。そして、図３（ｃ）に示すように、上方に配置した光源５４を点灯させサブマスター基板３６を介して樹脂３２Ａに光照射する。光源５４としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、蛍光灯、ブラックライト、Ｇランプ、Ｆランプ等が挙げられ、線状光源であってもよいし点状光源であってもよい。なお、サブマスター基板３６をマスターに対向させ両者を所定の間隔に保持した後に両者の間隙に樹脂材料を注入するようにしてもよい。
【００３３】
そして、光照射によって樹脂３２Ａを硬化させ、マスター１０の凹部１６を樹脂３２Ａに転写し、樹脂３２Ａに複数の凸部３４を形成する。マスター１０の凹部１６が転写され硬化した樹脂３２Ａをサブマスター成形部３２と呼ぶ。
【００３４】
樹脂３２Ａ（サブマスター成形部３２の材料）、樹脂５Ａ（レンズ部５の材料）が硬化性樹脂である場合、マスター１０の光学面形状（凹部１６）は、好ましくは樹脂３２Ａの硬化収縮や樹脂５Ａの硬化収縮を見越して設計されていることが好ましい。
【００３５】
サブマスター基板３６は石英であってもよいし、ガラス板であってもよく、十分な曲げ強度とＵＶ光透過率を有することが重要である。
【００３６】
次いで、図３（ｄ）に示すように、マスター１０から一体となったサブマスター成形部３２及びサブマスター基板３６を離型することにより、図２（ｂ）に示した外観を有するサブマスター３０を得る。離型には、例えば、真空チャック装置を用いてサブマスター基板３６を吸着保持し、マスター１０から引き離す工程を採用することができる。サブマスター３０は、サブマスター基板３６に凸部３４が形成されたサブマスター成形部３２が固着されたものである。
【００３７】
樹脂３２ＡとしてＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの樹脂を使うと、マスター１０との離型性が非常によいので、マスター１０からの剥離に大きな力を必要とせず、成形光学面を歪ませたりする事が無いのでよい。
【００３８】
また、樹脂３２Ａの硬化の進行途中でマスター１０からサブマスター３０を離型させ、その後サブマスター３０に対しポストキュア（加熱処理）を行ってもよい。ポストキュアを行い、サブマスター３０の樹脂３２Ａを実質的に完全に硬化させることで、サブマスター３０の型寿命を延ばすことができる。
【００３９】
また、マスター１０から硬化した樹脂３２Ａを容易に剥離するためには、マスター１０の表面に離型剤を塗布することが好ましい。離型剤を塗布する場合は、マスター１０の表面改質を行う。具体的には、マスター１０の表面に表面処理によってＯＨ基を立たせる。表面改質の方法は、ＵＶオゾン洗浄、酸素プラズマアッシング等、マスター１０の表面にＯＨ基を立たせる方法なら何でもよい。
【００４０】
次いで、図３（ｅ）に示すように、サブマスター３０上に未硬化の樹脂４２Ａを塗布する。そして、図３（ｆ）に示すように、透光性のサブサブマスター基板４６を樹脂４２Ａに重ね、サブマスター３０に対して所定の間隔に保つ。そして、図３（ｇ）に示すように、上方に配置した光源５４を点灯させサブサブマスター基板４６を介して樹脂４２Ａに光照射する。なお、サブサブマスター基板４６をサブマスター３０に対向させ両者を所定間隔に保持した後に両者の間隙に樹脂材料を注入するようにしてもよい。
【００４１】
樹脂４２Ａを硬化させる場合には、サブマスター３０側に配置した光源からサブマスター３０を介して光照射してもよいし、サブマスター３０側とサブサブマスター基板４６側との両側から光照射してもよい。光源としては、上述と同様である。
【００４２】
なお、予め、光照射時の輝度分布や照度（強度）分布を測定し調整した後、照射量、照射時間と樹脂５Ａの硬化の進行度を測定しておき、その測定結果に基づき照射量、照射時間等が制御される。
【００４３】
こうして、光照射により樹脂４２Ａを硬化させ、サブマスター３０の凸部３４を樹脂４２Ａに転写し、樹脂４２Ａに対し複数の凹部４４を形成する。これにより、サブサブマスター成形部４２が形成される。
【００４４】
次いで、図３（ｈ）に示すように、サブマスター３０から一体となったサブサブマスター成形部４２及びサブサブマスター基板４６とを離型することにより、図２（ｃ）に示した外観を有するサブサブマスター４０を得る。離型には、例えば、図３（ｄ）と同様の真空チャック装置を用いることができる。サブサブマスター４０は、サブサブマスター基板４６に凹部４４が形成されたサブサブマスター成形部４２が固着されたものである。
【００４５】
また、樹脂４２Ａの硬化の進行途中でサブマスター３０からサブサブマスター４０を離型させ、その後サブサブマスター４０に対しポストキュアを行ってもよい。ポストキュアを行い、サブサブマスター４０の樹脂４２Ａを実質的に完全に硬化させることで、サブサブマスター４０の型寿命を延ばすことができる。
【００４６】
なお、本例では、マスター金型からサブマスター成形型を作製し、さらにサブマスター成形型からサブサブマスター成形型を作製し、このサブサブマスター成形型を用いてウエハレンズを製造する例で説明するが、これに限るものでなく、マスター金型からサブマスター成形型を作製し、このサブマスター成形型を用いてウエハレンズを製造してもよい。
【００４７】
図４は、図３に示す工程で製造された樹脂型を用いたウエハレンズの製造工程を示す図である。
【００４８】
図４（ａ）に示すように、サブサブマスター４０の凹部４４に未硬化の樹脂５Ａを塗布する。
【００４９】
次いで、図４（ｂ）に示すように、ガラス基板３を上方から重ねる。
【００５０】
ガラス基板３を重ねる場合に、ガラス基板３は、サブサブマスター４０と軸合わせをするための構造が付与されているのが好ましい。図１に示すように、ガラス基板３が円形状を呈している場合には、例えばＤカット、Ｉカット、マーキング、切欠き部等を形成しておくのが好ましい。ガラス基板３を多角形状としてもよく、この場合にはサブサブマスター４０との軸合わせが容易である。また、ガラス基板３の裏面成形時に表面側の成形光学面との同軸度をあわせるためのマーカーパターンを、表面側の成形時に光学面と同時に成形転写しても良い。なお、ガラス基板３をサブサブマスター４０に対向させた後に両者の間隙に樹脂材料を注入するようにしてもよい。
【００５１】
次いで、図４（ｃ）に示すように、サブサブマスター４０の下方に配置した光源５２及び、ガラス基板３の上方に配置した光源５４を点灯させ、サブサブマスター４０及びガラス基板３を介して光照射を行う。光源５２、５４の一方のみを点灯させて、光照射してもよい。
【００５２】
光源５２、５４としては、上述と同様である。
【００５３】
なお、樹脂５Ａに光照射を行うに当たっては、以下に説明するように、離型の際の硬化状況が適切なものとなるように、照射強度や照射時間等を制御する。好ましくは、予め、光照射時の輝度分布や照度（強度）分布を測定し調整した後、照射強度及び、照射時間と樹脂５Ａの硬化の進行度とを測定し、照射強度及び照射時間と樹脂硬化の進行度合いとの関係を実験的に把握しておく。そして、照射強度及び照射時間を調整することで樹脂の硬化度合いを制御するようにする。なお、光硬化の進行が遅い樹脂などの場合、さらに加熱温度や加熱時間を制御することで樹脂の硬化状態を制御することもできる。
【００５４】
樹脂５Ａが硬化すると、レンズ部５が形成される。その後、レンズ部５が形成されたガラス基板３をサブサブマスター４０から離型し、ウエハレンズ１（図１参照）が製造される。図４の場合は、ウエハレンズ１はガラス基板３の一方の面にのみレンズ部５が形成される。
【００５５】
ウエハレンズ１をサブサブマスター４０から離型するには、ウエハレンズ１のガラス基板３側を真空チャック装置により吸引保持してサブサブマスター４０から引き離す方法や、ウエハレンズ１（ガラス基板３）とサブサブマスター４０との間に楔状の部材を挿入できるよう構成しておき、該楔状の部材を挿入して離型させる方法を採用することができる。また、ウエハレンズ１をサブサブマスター４０からやや剥離させ両部材間に隙間が形成された後、エア又は純水をその隙間に圧送し、ウエハレンズ１をサブマスター３０から離型するようにしてもよい。
【００５６】
また、上記の樹脂５Ａを硬化させるに際し、光照射及び加熱により硬化を進行させた後離型させるよう構成してもよい。
【００５７】
また、樹脂５Ａの硬化の進行途中で離型させ、その後ウエハレンズ１に対しポストキュアを行ってもよい。ポストキュアを行うことで、ウエハレンズ１のレンズ部５を実質的に完全に硬化させることができる。
【００５８】
本実施の形態に係るウエハレンズの製造工程においては、離型時のレンズ部５のビッカース硬度をＨｖとし、レンズ部５が最も硬化した際のビッカース硬度をＨｖＭＡＸとしたとき、
０．５０≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
を満足するレンズ部５の硬化状態でウエハレンズの離型を行う。これにより、離型時の衝撃で基材が撓むことによるクラックの発生が防止でき、また、離型時の型との抵抗に起因するレンズ部の形状の変形が防止でき、良品率の低下を抑制することができる。上記関係式で規定される樹脂の硬化状態で離型を行うことで、クラックの発生が防止できる理由は不明であるが次のようなことが一つの理由と推測される。一般に、硬化性樹脂材料は、硬化反応の進行とともに網目構造が形成されてゲル化し流動状態からゴム状態へ転移する。そして、ゲル化後は分子の運動性と反応性が低下し、反応物質の拡散が硬化反応を支配して、ガラス化とともに反応は停止するとされている。樹脂材料を上記関係式で規定される硬化にすることで、樹脂材料の硬化が進行してガラス化する直前の状態で離型され、クラックが発生しやすい脆性の高い状態で離型されることが回避されているものと推定される。
【００５９】
なお、上述のように、予め、光照射量、照射時間と樹脂５Ａの硬化の進行度を測定しておき、その測定結果に基づき、照射量、照射時間等を設定することで、樹脂を所望の硬化状態に調整できる。
【００６０】
なお、上述の説明ではガラス基板３の片面にレンズ部５を設ける方法について説明したが、両面にレンズ部５を設ける場合には、以下のようにする。
【００６１】
図５は、基板の両面にレンズ部を形成する場合のウエハレンズの製造工程を示す図である。
【００６２】
まず、上述の方法で、ガラス基板３の一方の面のレンズ部５の光学面形状に対応するネガ形状の成形面を有するサブサブマスター４０Ｃと、他方の面のレンズ部５の光学面形状に対応するネガ形状の成形面を有するサブサブマスター４０Ｄとを形成する。
【００６３】
まず、図４（ａ）〜図４（ｂ）と同様にサブサブマスター４０Ｃの凹部に樹脂５Ａを塗布し、ガラス基板３を重ねる（図示は省略）。
【００６４】
次いで、図５（ａ）に示すように、樹脂５Ａが充填されたサブサブマスター４０Ｃと透光性の平板状のガラス基板３とを反転させる。
【００６５】
次いで、同様に図５（ｂ）に示すように、サブサブマスター４０Ｄの凹部に樹脂５Ａを塗布する。
【００６６】
次いで、図５（ｃ）に示すように、サブサブマスター４０Ｄに、反転させたサブサブマスター４０Ｃとガラス基板３を重ね、光源５４、５２を点灯させ、各サブマスター４０Ｃ、４０Ｄと、ガラス基板３との間に充填された樹脂５Ａを同時に硬化させてガラス基板３の両面にレンズ部５を成形する。
【００６７】
次いで、図５（ｄ）に示すように、ガラス基板３の両面にレンズ部５が形成されたウエハレンズ１の両側のサブサブマスター４０Ｃ及びサブサブマスター４０Ｄを離型する。これにより、両面にレンズ部５が形成されたウエハレンズ１が製造される。ここで、表面及び裏面のそれぞれについて、上述した関係式を満たすように樹脂を硬化させて離型を行うようにする。
【００６８】
このようにすることで、ガラス基板３の片面だけで樹脂５Ａが硬化収縮することなく、両面で樹脂５Ａが同時に硬化収縮してそれぞれレンズ部５となるため、各面に順にレンズ部５を設ける場合と異なり、ガラス基板３の反りを防止することができ、レンズ部５の形状精度を向上させることができる。
【００６９】
なお、ガラス基板３の両面の樹脂５Ａを同時に硬化させるとは、同一の硬化プロセスにおいて樹脂５Ａの硬化を進行させることを言い、必ずしも同時に硬化を開始・終了させる必要はなく、例えばサブサブマスター４０Ｃとガラス基板３との間の樹脂５Ａを所定の粘度まで増粘した後、この樹脂５Ａと、他方の樹脂５Ａとの硬化を進行させてもよい。
【００７０】
なお、サブサブマスターを用いてウエハレンズを作製する場合は「サブサブマスター」が、基板及びレンズ部を離間させる対象となる「樹脂型」に相当し、サブマスターを用いてウエハレンズを作製する場合は「サブマスター」が、基板及びレンズ部を離間させる対象となる「樹脂型」に相当する。
【００７１】
以下、実施例を示す。
【実施例】
【００７２】
以下、上記のサブサブマスターを用いて各種の条件でサンプルを作製し離型性及び形状転写性について評価した。なお、ウエハレンズの作製は、上述のように片面のみにレンズ部を形成する場合のほうが形状精度等に与える影響が大きいため、実験は片面のみにレンズ部を形成するもので行った。
【００７３】
サンプル作製及び評価基準を、以下に示す。
【００７４】
（サブサブマスターの作製）
１）マスターの材質は、直方体のクローム・モリブデン鋼とし、３×３のアレイ状に９箇所にＲ：１．６ｍｍ、光軸上の深さ：０．３５ｍｍ、直径φ：２ｍｍの凹の球面を形成したものと、Ｒ：１．６ｍｍ、光軸上の高さ：０．３５ｍｍ、直径φ：２ｍｍの凸の球面を形成したものの２種を用いた。
【００７５】
２）直径４インチのガラス板をサブマスター基板とし、樹脂材料と上記凹の球面を有するマスターとを用いて転写を行い、水銀ランプによりＵＶ露光を行って樹脂材料を硬化させ、９箇所に凸部を形成した。同様の工程を基板上の転写位置を変えて８回繰り返し、９×９のアレイ状に８１箇所に凸部の形成されたサブマスターを作製した。また、樹脂材料と上記凸の球面を有するマスターとを用いて、同様の手順により８１箇所に凹部の形成されたサブマスターを作製した。
【００７６】
３）サブマスターの凸部及び露出したガラス表面に、蒸着により無機酸化物膜（ＳｉＯ２）を形成し、その後、該ＳｉＯ２膜に離型剤（ダイキン工業（株）製 オプツールＤＳＸ）を塗布し離型処理を施した。この後、直径４インチのガラス板をサブサブマスター基板とし、サブマスターの凸部に対応するネガ形状の凹部が８１箇所に形成されたサブサブマスターを作製した。
【００７７】
また、同様にサブマスターの凹部及び露出したガラス表面に、蒸着により無機酸化物膜（ＳｉＯ２）を形成し、その後、該ＳｉＯ２膜に離型剤（ダイキン工業（株）製 オプツールＤＳＸ）を塗布し離型処理を施した。この後、直径４インチのガラス板をサブサブマスター基板とし、サブマスターの凹部に対応するネガ形状の凸部が８１箇所に形成されたサブサブマスターを作製した。
【００７８】
なお、サブマスター及びサブサブマスターの作製に当たっては、樹脂材料として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に光重合開始剤として芳香族スルホニウムを添加した材料を用いた。
【００７９】
（ウエハレンズの作製）
上述の２種のサブサブマスターを用いて、ガラス基板の厚み、樹脂材料、硬化条件を種々変更して、２９種類のウエハレンズのサンプルを作製した。ガラス基板の厚みは、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．７ｍｍ、１．１ｍｍの４種とした。樹脂材料としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に光重合開始剤として芳香族スルホニウムを添加したもの、アクリル樹脂に光重合開始剤としてパーオキサイドエステルを添加したものを用いた。樹脂材料の硬化は、室温下で水銀ランプを用いて２０ｍＷの強度で照射時間を２５０秒〜２時間の間で変化させるか、同条件で２５０秒間ＵＶ光の照射を行った後、１５０℃で加熱する時間を０〜２時間の範囲で種々変化させることによって行った。ここで、ＨｖＭＡＸは、予め同じ樹脂材料を用いた複数のサンプルを準備し、露光又は露光とそれに続く加熱を行った場合に、各サンプルの露光時間や加熱時間を変えてビッカース硬度を測定し、ビッカース硬度の変化が５％以下になるときのビッカース硬度で評価した。
【００８０】
（サンプルの評価）
各サンプルの離型性と形状転写性を評価した。評価基準は以下のとおりである。
【００８１】
［離型性の評価］
サブサブマスターから離型した各ウエハレンズの各レンズ部を検査してクラック発生の有無を確認し、評価基準はクラック発生の無かったサンプルを○、クラック発生の有ったサンプルを×とした。
【００８２】
［形状転写性の評価］
クラック発生のなかったサンプルについて、各レンズ部を非接触式３次元形状測定装置（パナソニック電工（株）製 ＵＡ３Ｐ）を用いて設計値との誤差を測定した。
【００８３】
評価基準は、
設計値との誤差２００ｎｍ以下のレンズ部個数が９０％以上→◎
設計値との誤差２００ｎｍ以下のレンズ部個数が７０％以上→○
設計値との誤差２００ｎｍ以下のレンズ部個数が５０％以上→△
設計値との誤差２００ｎｍ以下のレンズ部個数が５０％未満→×
とした。
【００８４】
表１に結果をまとめて示す。なお、離型時のレンズ部のビッカース硬度は、上述の実験に基づくデータから求めた。
【００８５】
【表１】
【００８６】
表１から、離型時のレンズ部のビッカース硬度：Ｈｖ、レンズ部が最も硬化した際のビッカース硬度：ＨｖＭＡＸとしたとき、
０．５０≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
を満足するレンズ部の硬化状態で、離型が行われると、レンズ部にクラックの発生が無く、レンズ形状の良好な転写が５０％以上の歩留まりで得られることがわかる。
【００８７】
また、０．６０≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
とすると、レンズ形状の良好な転写が、ほぼ７０％以上の歩留まりで得られ、より好ましい。
【００８８】
また、０．６５≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
とすると、レンズ形状の良好な転写が、ほぼ９０％以上の歩留まりで得られ、更に好ましい。
【００８９】
なお、本実施の形態及び本実施例では、サブサブマスターを用いてウエハレンズの作製を行ったが、サブマスターを用いてウエハレンズの作製を行う実施態様においても、離型時のレンズ部のビッカース硬度を上述のように規定することによって同様の効果を奏することができる。
【００９０】
また、本実施形態及び本実施例では、光硬化性樹脂材料を用い、光の照射量や照射時間等を制御して樹脂材料の硬化状態を調整したが、熱硬化性樹脂材料を用いる場合は、予め、加熱温度及び照射時間と樹脂材料の硬化の進行度を測定しておき、その測定結果に基づき、加熱温度や加熱時間を制御することで樹脂の硬化状態を制御すればよい。
【符号の説明】
【００９１】
１ ウエハレンズ
３ 基板
５ レンズ部
１０ マスター
１２ ベース部
３０ サブマスター
３２ サブマスター成形部
３６ サブマスター基板
４０ サブサブマスター
４２ サブサブマスター成形部
４６ サブサブマスター基板
５２、５４ 光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する基板上に樹脂製の複数のレンズ部を、樹脂型を用いて形成するウエハレンズ製造方法において、
前記樹脂型と前記基板の間に樹脂材料を介在させる工程と、
介在する前記樹脂材料を硬化させレンズ部を形成する硬化工程と、
前記樹脂型から前記基板及び前記レンズ部を離間させる離型工程と、を有し、
前記離型工程は、前記レンズ部が最も硬化した際のビッカース硬度をＨｖＭＡＸとし、 離型時の前記レンズ部のビッカース硬度をＨｖとしたとき、
０．５０≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
を満足するレンズ部の硬化状態で離型が行われることを特徴とするウエハレンズ製造方法。
【請求項２】
前記硬化工程が、光照射により行われることを特徴とする請求項１に記載のウエハレンズ製造方法。
【請求項３】
前記硬化工程が、光照射と加熱により行われることを特徴とする請求項１に記載のウエハレンズ製造方法。
【請求項４】
前記基板の厚みが０．１〜１．１ｍｍであることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のウエハレンズ製造方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載のウエハレンズ製造方法により製造されたことを特徴とするウエハレンズ。
【請求項１】
透光性を有する基板上に樹脂製の複数のレンズ部を、樹脂型を用いて形成するウエハレンズ製造方法において、
前記樹脂型と前記基板の間に樹脂材料を介在させる工程と、
介在する前記樹脂材料を硬化させレンズ部を形成する硬化工程と、
前記樹脂型から前記基板及び前記レンズ部を離間させる離型工程と、を有し、
前記離型工程は、前記レンズ部が最も硬化した際のビッカース硬度をＨｖＭＡＸとし、 離型時の前記レンズ部のビッカース硬度をＨｖとしたとき、
０．５０≦Ｈｖ／ＨｖＭＡＸ≦０．８５
を満足するレンズ部の硬化状態で離型が行われることを特徴とするウエハレンズ製造方法。
【請求項２】
前記硬化工程が、光照射により行われることを特徴とする請求項１に記載のウエハレンズ製造方法。
【請求項３】
前記硬化工程が、光照射と加熱により行われることを特徴とする請求項１に記載のウエハレンズ製造方法。
【請求項４】
前記基板の厚みが０．１〜１．１ｍｍであることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のウエハレンズ製造方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載のウエハレンズ製造方法により製造されたことを特徴とするウエハレンズ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１１１３１（Ｐ２０１２−１１１１３１Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６２１０８（Ｐ２０１０−２６２１０８）
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]