JP4239750B2 - マイクロレンズ及びマイクロレンズの製造方法、光学装置、光伝送装置、レーザプリンタ用ヘッド、並びにレーザプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、マイクロレンズとマイクロレンズの製造方法、及びこのマイクロレンズを備えた光学装置、光伝送装置、レーザプリンタ用ヘッド、レーザプリンタに関する。

近年、マイクロレンズと呼ばれる微小レンズを多数有した光学装置が提供されている。このような光学装置としては、例えばレーザを備えた発光装置や、光ファイバの光インタコネクション、さらには入射光を集めるための集光レンズを有した固体撮像素子などがある。

ところで、このような光学装置を構成するマイクロレンズは、従来では金型を用いた成形法や、フォトリソグラフィー法によって成形されていた（例えば、特許文献１参照）。
また、近年ではプリンタなどに用いられている液滴吐出法を用い、微細パターンであるマイクロレンズを形成するといった提案もなされている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−３５５０４号公報 特開２０００−２８０３６７号公報

しかしながら、金型を用いた成形法やフォトリソグラフィー法では、マイクロレンズ形成のために金型や複雑な製造工程を必要とすることから、その分コストが高くなってしまい、また、任意の形状のマイクロレンズを任意の位置に形成するのが困難であるといった課題があった。
また、単に液滴吐出法を採用するだけでは、マイクロレンズを任意の位置に形成するのは容易であるものの、その形状を所望する形状に制御するのが困難であった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、形状を任意に制御して集光機能等の光学特性を良好にすることのできるマイクロレンズ及びマイクロレンズの製造方法、光学装置、光伝送装置、レーザプリンタ用ヘッドおよびレーザプリンタを提供することにある。

前記目的を達成するため本発明のマイクロレンズは、液滴吐出法によって形成されたレンズ部材を備えるマイクロレンズであって、基体上に形成された土台部材と、前記土台部材の上面に液滴吐出法によりレンズ材料が複数ドット吐出されて前記土台部材の前記上面に形成された前記レンズ部材とを備え、前記土台部材の前記上面が凹凸形状を有し、前記土台部材の前記上面の少なくとも一部が撥液処理されていることを特徴としている。

このような構成によれば、土台部材上にレンズ部材を形成するので、土台部材の上面の大きさや形状を適宜に形成することにより、得られるレンズ部材の大きさや形状を適宜に形成することが可能になる。また、土台部材の上面の少なくとも一部を撥液処理するようにしたので、吐出配置されたレンズ材料の土台部材上面に対する接触角を大きくすることができ、これにより土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くすることが可能になる。この場合、土台部材上面に前記レンズ材料を配した際、レンズ材料の接触角が２０°以上となるように撥液処理することが好ましい。また、土台部材の上面の撥液処理は、土台部材上面の全面でもよく、特に土台部材上面の周辺部を撥液処理することが好ましい。このような撥液処理を実施することにより、レンズ材料は土台部材からこぼれ落ちることなく、その結果、例えば球に近い形状のレンズ部材を得ることも可能になる。

一方、土台部材の上面を撥液処理することにより、土台部材上に形成されたレンズ部材が土台部材から剥がれ易くなる可能性がある。本発明では土台部材の上面が凹凸形状をしているために、凹凸による表面積の増加によりレンズ部材と土台部材との接触面積が増加することになる。加えて、レンズ材料の収縮により凹凸形状とレンズ部材とが密着することになり、レンズ部材が土台部材から剥がれるのを防止することができる。その結果、信頼性の高いマイクロレンズを得ることが可能となる。

また、前述のように土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くできるようにした状態のもとで、レンズ材料を複数ドット吐出するようにしているので、ドット数を適宜に調整することにより得られるレンズ部材の大きさや形状を良好に制御することが可能となる。この場合、設定した形状に対してレンズ材料の複数ドットによる吐出量のバラツキが２０％以下であることが好ましい。このようにすることで光学特性に与える影響を極めて少なくし、ドット量およびドット数の設定によってレンズ部材の形状を制御可能とすることができる。

本発明では、土台部材の上面に凸部を備えることが好ましい。このようにすれば、レンズ材料の収縮によりレンズ部材と凸部とが密着し、レンズ部材が土台部材からより剥がれにくくすることが可能になる。この場合、土台部材上面の凸部は一つでもあるいは複数でもよく、複数とすることでレンズ部材の土台部材からの剥がれに対する防止効果をより強化することが可能である。

また、土台部材の上面の凸部は、レンズ部材の凸部からの離脱を防止する離脱防止手段が設けられていることが好ましい。この離脱防止手段としては、凸部の最小横断面積の部位と、土台部材の上面に対して前記最小横断面積の部位の上方で最小横断面積より大きい横断面積の凸部の部位とで形成される形状が好ましい。すなわち逆テーパ状の形状の場合、レンズ材料の収縮により凸部とレンズ部材がかみ合った状態となって剥がれるのを防止することになる。逆テーパ状の凸部だけでなく、凸部の途中がくびれるように細くなっていてもよく、凸部の最小横断面積の部位の土台部材の上面に対する上方に横断面積が大きい部位が形成されていれば同様の効果を得ることができる。

さらに、凸部の離脱防止手段として少なくとも凸部の一部を親液性にすることはさらに好ましく、レンズ材料の収縮によりレンズ部材と凸部とが密着する際に、凸部の親液性部分で密着性がより向上し、レンズ部材の土台部材からの剥がれを防止することができる。
凸部の離脱防止手段としては、これらに限らず凸部が凹凸形状を有する、また凸部がテーパ状の形状でかつその一部が親液性を有するなど、レンズ部材の凸部からの離脱を防止できる形状、表面処理などが可能である。

また、本発明において、土台部材の上面形状を円形あるいは楕円形、もしくは多角形に形成するのが好ましい。このような形状にすれば、より球に近いレンズ部材を形成することが可能になり、したがって、その曲率を適宜に形成することで集光機能等の光学特性を調整することが可能になる。

また、本発明において、土台部材が透光性を有しているのが好ましい。このようにすれば、土台部材側に発光源を配置して用いた場合に、この発光源からの光をレンズ部材の上面側から良好に出射させるようになり、したがって、この上面側の曲率等によって集光機能等を良好に発揮するものとなる。

本発明のマイクロレンズの製造方法は、液滴吐出法によって形成されたレンズ部材を備えるマイクロレンズの製造方法であって、基体上にその上面が凹凸形状を有する土台部材を形成する工程と、前記土台部材の前記上面の少なくとも一部を撥液処理する工程と、前記土台部材の前記上面に液滴吐出法によりレンズ材料を複数ドット吐出し前記土台部材の前記上面にレンズ部材を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
このようなマイクロレンズの製造方法によれば、マイクロレンズを任意の位置に、大きさや形状を適宜に形成でき、液滴吐出法のドット数で適宜に調整でき、レンズ部材と土台部材とが剥がれにくいなどの本発明の効果が得られるマイクロレンズを容易にかつ低コストで製造することが可能となる。

本発明の光学装置は、面発光レーザと、前記のマイクロレンズとを備え、前記マイクロレンズを前記面発光レーザの出射側に配設したことを特徴としている。
この光学装置によれば、前述したように大きさや形状が良好に制御されたマイクロレンズを前記面発光レーザの出射側に配設しているので、このマイクロレンズによって発光レーザからの出射光の集光等を良好に行うことが可能になり、したがって、良好な発光特性（光学特性）を有するものとなる。

本発明の光伝送装置は、前記の光学装置と、受光素子と、前記光学装置からの出射光を前記受光素子に伝送する光伝送手段とを備えたことを特徴としている。
この光伝送装置によれば、前述したように良好な発光特性（光学特性）を有する光学装置を備えているので、伝送特性が良好な光伝送装置となる。

本発明のレーザプリンタ用ヘッドは、前記光学装置を備えたことを特徴としている。
このレーザプリンタ用ヘッドによれば、前述したように良好な発光特性（光学特性）を有する光学装置を備えているので、描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドとなる。

本発明のレーザプリンタは、前記のレーザプリンタ用ヘッドを備えたことを特徴としている。
このレーザプリンタによれば、前述したように描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドを備えているので、このレーザプリンタ自体が描画特性に優れたものとなる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。
［マイクロレンズ］
図１は本発明の実施形態のマイクロレンズであり、種々の形状のレンズ部材８ａの要部を示す断面図である。図１（ａ）〜（ｃ）に示したレンズ部材の種々の形状、すなわち平べったい形状（図１（ａ））から側面が半球に近い形状（図１（ｂ））、さらに側面が球に近い形状（図１（ｃ））を示している。
図１（ａ）〜（ｃ）において基体３は、土台部材４ｂを形成できる面を有するものであり、具体的にはガラス基板や半導体基板、さらにはこれらに各種の機能性薄膜や機能性要素を形成したものである。また、土台部材４ｂを形成できる面については、平面であっても曲面であってもよく、さらに基体３自体の形状についても特に限定されることなく種々の形状のものが採用可能である。本実施例では、図１（ａ）に示すようにＧａＡｓ基板１を用い、このＧａＡｓ基板１に多数の面発光レーザ２を形成したものを基体３とする。

この基体３の上面側、すなわち前記面発光レーザ２の出射側となる面上に、土台部材４ｂが形成されている。なお、面発光レーザ２には、その出射口の周辺にポリイミド樹脂等からなる絶縁層（図示せず）が形成されている。土台部材４ｂの形成材料としては、透光性を有する材料、すなわち、発光源からの発光光の波長域における光をほとんど吸収せず、したがって実質的にこの発光光を透過させる材料とするのが好ましく、例えばポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、あるいはフッ素系樹脂等が好適に用いられるが、特にポリイミド系樹脂がより好適に用いられる。本実施形態では、土台部材４ｂの形成材料としてポリイミド系樹脂を用いるものとする。

図１（ａ）〜（ｃ）において、ポリイミド系樹脂からなる土台部材４ｂの上面には凸部９ｂが形成されている。この凸部９ｂの形成材料としては、土台部材４ｂと同様な透光性を有する材料が使用され、実施例では同様にポリイミド系樹脂で形成されている。

凸部９ｂを含む土台部材４ｂ上にはレンズ部材８ａが形成されている。このレンズ材料としては、光透過性樹脂が用いられる。具体的には、ポリメチルメタクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリシクロヘキシルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ポリカーボネートなどのアリル系樹脂、メタクリル樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂などの熱可塑性または熱硬化性の樹脂が挙げられ、これらのうちの一種、あるいは複数種が混合されて用いられる。

また、本発明において、レンズ材料として特に非溶剤系のものが好適に用いられる。この非溶剤系の光透過性樹脂は、有機溶剤を用いて光透過性樹脂を溶解し液状体とすることなく、例えばこの光透過性樹脂をそのモノマーで希釈することによって液状化し、液滴吐出装置からの吐出を可能にしたものである。また、この非溶剤系の光透過性樹脂では、ビイミダゾール系化合物などの光重合開始剤を配合することにより、放射線照射硬化型のものとして使用できるようにしている。すなわち、このような光重合開始剤を配合することにより、前記光透過性樹脂に放射線照射硬化性を付与することができるのである。ここで、放射線とは可視光線、紫外線、遠紫外線、Ｘ線、電子線等の総称であり、特に紫外線が一般的に用いられる。

上記光透過性樹脂の表面張力は０．０２Ｎ／ｍ以上、０．０７Ｎ／ｍ以下の範囲内であることが好ましい。液滴吐出法によりインクを吐出する際、表面張力が０．０２Ｎ／ｍ未満であると、インクのノズル面に対する濡れ性が増大するため飛行曲りが生じやすくなり、０．０７Ｎ／ｍを超えるとノズル先端でのメニスカスの形状が安定しないため吐出量や吐出タイミングの制御が困難になる。表面張力を調整するため、上記分散液には、基板との接触角を大きく低下させず、屈折率などの光学的特性に影響を与えない範囲で、フッ素系、シリコーン系、ノニオン系などの表面張力調節剤を微量添加するとよい。ノニオン系表面張力調節剤は、インクの基板への濡れ性を向上させ、膜のレベリング性を改良し、膜の微細な凹凸の発生などの防止に役立つものである。上記表面張力調節剤は、必要に応じて、アルコール、エーテル、エステル、ケトン等の有機化合物を含んでもよい。

上記光透過性樹脂の粘度は、１ｍＰａ・ｓ以上、２００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。液滴吐出法を用いてインクを液滴として吐出する際、粘度が１ｍＰａ・ｓよりも小さい場合にはノズル周辺部がインクの流出により汚染されやすい。また粘度が５０ｍＰａ・ｓよりも大きい場合は、ヘッドもしくは液滴吐出装置にインク加熱機構を設けることで吐出が可能となるが、常温においてはノズル孔での目詰まり頻度が高くなり円滑な液滴の吐出が困難となる。２００ｍＰａ・ｓ以上の場合、加熱しても液滴を吐出できる程度に粘度を落とすことが難しい。

図１（ａ）〜（ｃ）において、土台部材４ｂの上面は少なくとも一部が撥液処理されており、この撥液処理は土台部材４ｂの上面全体であっても良い。後述するように、凸部９ｂを除く土台部材４ｂの上面であっても、また土台部材４ｂの上面の周辺部だけであっても良い。本実施例では、凸部９ｂを除く土台部材４ｂの上面全体が撥液処理されている。このように土台部材４ｂの上面を撥液処理することにより、土台部材４ｂの上面において液滴吐出装置によって吐出されるレンズ材料との接触角が大きくなり、レンズ材料の適宜な量を土台部材４ｂ上に吐出しレンズ部材８ａを適宜な大きさ、形状に形成することができる。

ここで、撥液処理としては、例えば大気雰囲気中にてテトラフルオロメタンを処理ガスとするプラズマ処理法（ＣＦ_４プラズマ処理法）が好適に採用される。このＣＦ４プラズマ処理の条件は、例えばプラズマパワーが５０〜１０００ｋＷ、テトラフルオロメタン（ＣＦ_４）のガス流量が５０〜１００ｍｌ／ｍｉｎ、プラズマ放電電極に対する基体３の搬送速度が０．５〜１０２０ｍｍ／ｓｅｃ、基体温度が７０〜９０℃とされる。なお、処理ガスとしては、テトラフルオロメタン（ＣＦ_４）に限定されることなく、他のフルオロカーボン系のガスを用いることもできる。
また、密閉容器中に土台部材４ｂを形成した基体３とフッ化アルキルシランを入れ、1２０℃で２時間加熱処理して土台部材４ｂ上にフッ化アルキルシラン膜を形成しても良い。

このような撥液処理を行うことにより、土台部材４ｂの上面にはこれを構成する樹脂中にフッ素基が導入され、これによって高い撥液性が付与される。このような撥液処理については、特に前記土台部材４ｂの形成材料で形成された平面に対してレンズ材料を配した際、該レンズ材料の接触角が２０°以上となるような撥液性を発揮するよう行うのが好ましい。

次に、図２に基づき撥液処理の効果について説明する。図２に示すように前記土台部材４ｂの形成材料（本例ではポリイミド系樹脂）で土台部材材料層４を形成し、その表面を平面とする。そして、この表面に対して前述した撥液処理を実施する。次いで、この表面上にレンズ材料７を液滴吐出法によって吐出する。

すると、レンズ材料７は土台部材材料層４の表面に対する濡れ性に応じた形状の液滴となる。このとき、土台部材材料層４の表面張力をγＳ、レンズ材料７の表面張力をγＬ、土台部材材料層４とレンズ材料７との間の界面張力をγＳＬ、土台部材材料層４に対するレンズ材料７の接触角をθとすると、γＳ、γＬ、γＳＬ、θの間には以下の式が成立する。
γＳ＝γＳＬ＋γＬ・ｃｏｓθ
レンズ部材８ａとなるレンズ材料７は、その曲率が前記の式によって決定される接触角θにより制限を受ける。すなわち、レンズ材料７を硬化させた後に得られるレンズの曲率は、最終的なレンズ部材８ａの形状を決定する要素の一つである。したがって、本発明において得られるレンズ部材８ａの形状がより球状に近くなるよう、撥液処理によって土台部材材料層４とレンズ材料７との間の界面張力γＳＬを大きくすることで、前記接触角θを大きく、すなわち２０°以上とするのが好ましいのである。

このように、図２に示した接触角θが２０°以上となるような条件による撥液処理を、図１（ａ）〜（ｃ）に示す前記土台部材４ｂの上面に施すことにより、後述するようにこの土台部材４ｂの上面に吐出配置されるレンズ材料７の、土台部材４ｂ上面に対する接触角θ’が確実に大きくなる。したがって、土台部材上面に載るレンズ材料の量をより多くすることができ、これによりその形状を吐出量（吐出ドット量）で制御することが容易になる。特に、この場合吐出量のバラツキを２０％以下とすることで、ドット量およびドット数の設定によって光学特性に与える影響を極めて少なくしたマイクロレンズを適宜の形状に形成することが可能となる。

すなわち、レンズ材料７の吐出量が少ない場合において、図１（ａ）に示すように土台部材４ｂの上面全体に広がった状態では全体として大きく盛り上がらず、土台部材４ｂの上面に対する接触角θ’は鋭角となる。
この状態からさらにレンズ材料７の吐出を続けると、後から吐出されたレンズ材料７は当然先に吐出されたレンズ材料７に対する密着性が高いことから、図１（ｂ）に示すように土台部材４ｂからこぼれ落ちることなく一体化する。すると、この一体化されたレンズ材料７はその体積が大きくなって盛り上がり、これによって土台部材４ｂの上面に対する接触角θ’が大きくなり、図１（ｂ）に示すようについには直角を越えるようになる。
さらにこの状態からレンズ材料７の吐出を続けると、特にインクジェット法で吐出していることからドットごとは大きな量とならないことにより、土台部材４ｂ上で全体としてのバランスが保たれ、結果として図１（ｃ）に示すように接触角θ’が大きな鈍角となって球に近い状態になる。
図１（ａ）〜（ｃ）のそれぞれの吐出量の状態で例えば放射線照射硬化してレンズ部材８ａが形成されている。

一方、図１（ａ）〜（ｃ）において土台部材４ｂ上は撥液処理がなされているものの凸部９ｂは撥液処理されておらず、レンズ材料が収縮硬化する際に凸部９ｂとレンズ部材８ａとの密着性が向上し、レンズ部材８ａが土台部材４ｂから剥がれることを防止している。特に、前述のように凸部９ｂが撥液処理されていない場合は、レンズ部材８ａと凸部９ｂの密着性をさらに高め、レンズ部材８ａが土台部材４ｂから剥がれるのを防止することになる。

本実施形態の場合に、基体３に形成した面発光レーザ２からの出射光（発光光）が土台部材４ｂを透過してこの土台部材４ｂと反対の側、すなわちレンズ部材８ａの上面側から出射するが、図１（ａ）〜（ｃ）に示したようにこのレンズ部材８ａの上面側の曲率を適宜に作り分けることができることから、このレンズ部材８ａの集光機能を予め設定したように調整することができる。

したがって、例えば面発光レーザ２からの出射光（発光光）が放射光として土台部材４ｂを透過してレンズ部材８ａに入射する場合に、予め放射光の放射の度合いに応じてレンズ部材８ａの形状、すなわちレンズ部材８ａの上面側の曲率を予め設定した曲率となるように形成しておくことにより、面発光レーザ２からの放射光（出射光）を例えば図３（ａ）〜（ｃ）に示すようにレンズ部材８ａで良好に集光することができる。
また、逆に面発光レーザ２などの発光源からの光が放射性を有することなく、直進性を有する場合、レンズ部材８ａを透過させることでこの透過光に放射性を持たせることができる。

図４、５は本発明の他の実施形態を示しており、図４は土台部材４ｂ上に凸部９ｂが３個形成された実施例であり、図５は土台部材４ｂの上面側の凸部９ｂの横断面積（土台部材４ｂの上面と平行な水平面）より凸部９ｂの上面の横断面積が大きい構成、すなわち逆テーパ形状を有する凸部９ｂが３個形成された実施例を示している。図４、５では図１と同じ構成要素を同一符号で示している。

図４では、土台部材４ｂ上に凸部９ｂが３個形成されており、レンズ部材８ａと土台部材４ｂの剥がれに対する強度をより上げることが可能となっている。図５では、土台部材４ｂ上の凸部９ｂが逆テーパ形状で形成されており、レンズ部材８ａと逆テーパ形状の凸部９ｂがかみ合うように形成され、土台部材４ｂからレンズ部材８ａが剥がれなくなるよう構成されている。このような凸部９ｂの形成は、例えば後述するようなフォトリソグラフイ法によって可能であり、凸部９ｂの数や位置は使用するマスクを必要なパターン形状とすることにより形成できる。また、逆テーパ形状の凸部９ｂは、例えばフォトリソグラフィ法でも可能であり、レジストをマスクとして凸部材料であるポリイミド系樹脂のエッチングの際、オーバーエッチングすることで形成可能である。

図６は本発明の凹凸部の他の実施形態であり、土台部材４ｂの上面が凹凸形状を有して形成されている。土台部材４ｂは前述のように基体３上に土台部材材料層を形成した後、熱処理を実施することにより硬化される。図６の実施例は、この土台部材４ｂの硬化の際に硬化の条件の設定により、その表面を平坦でなく周辺および中心に凸部を形成したものである。このような形状であっても同様にレンズ部材８ａを所望の形状に形成可能であり、また土台部材４ｂからレンズ部材８ａが剥がれるのを防止することができる。

［マイクロレンズの製造方法］
次に、本発明のマイクロレンズの製造方法について説明する。本発明のマイクロレンズの製造方法は、基体上にその上面が凹凸形状を有する土台部材を形成する工程と、土台部材の上面の少なくとも一部を撥液処理する工程と、土台部材の上面に液滴吐出法によってレンズ材料を複数ドット吐出し、前記土台部材上にレンズ部材を形成する工程と、を備えている。
図７（ａ）〜（ｅ）は基体３上に土台部材４ｂを形成する工程を示し、図８（ａ）〜（ｅ）は図７の工程で形成した土台部材４ｂ上に凸部９ｂを形成する工程を示し、図９（ａ）および（ｂ）は土台部材４ｂ上にレンズ部材８ａを形成する工程を示している。

図７（ａ）において、例えばＧａＡｓ基板１を用い、このＧａＡｓ基板１に多数の面発光レーザ２を形成したものを基体３として用意する。そして、この基体３の上面側、すなわち前記面発光レーザ２の出射側となる面上に、土台部材の形成材料として例えばポリイミド系樹脂を塗布し、その後約１５０℃で加熱処理することにより土台部材材料層４を形成する。なお、この土台部材材料層４については、この段階では十分に硬化を進ませず、その形状を保持できる程度の硬さにしておく。

このようにしてポリイミド系樹脂からなる土台部材材料層４を形成したら、図７（ｂ）に示すようにこの土台部材材料層４上にレジスト層５を形成する。そして、所定のパターンを形成したマスク６を用いてレジスト層５を露光し、さらに現像することにより、図７（ｃ）に示すようにレジストパターン５ａを形成する。

次いで、レジストパターン５ａをマスクとして、例えばアルカリ系溶液を用いたウエットエッチングによって土台部材材料層４をパターニングする。これにより、図７（ｄ）に示すように基体３上に土台部材パターン４ａが形成される。ここで、形成する土台部材パターン４ａについては、その上面形状を円形あるいは楕円形、もしくは多角形に形成することが土台部材４ａ上にレンズ部材を形成するうえで好ましく、本実施形態では上面形状を円形にしている。また、このような円形の上面の中心位置が、基体３に形成した前記面発光レーザ２の出射口（図示せず）の直上に位置するように形成する。
その後、図７（ｅ）に示すようにレジストパターン５ａを除去し、さらに約３５０℃で熱処理を行うことにより、土台部材パターン４ａを十分に硬化させて土台部材４ｂとする。次いで、この土台部材４ｂの上面に前述のような方法にて撥液処理を実施する。

次に、図８（ａ）〜（ｅ）に示す凸部９ｂの形成も図７（ａ）〜（ｅ）の土台部材４ｂの形成と同じようにフォトリソグラフィ法にて形成する。図８（ａ）では、土台部材４ｂが形成された基体３上にポリイミド系樹脂である凸部材料層９を形成する。図８（ｂ）ではレジスト層１１を形成し、マスク１０によりレジスト層１１を露光・現像し、図８（ｃ）のレジストパターン１１ａを形成する。次いで、レジストパターン１１ａをマスクとしてエッチングを行い図８（ｄ）の凸部パターン９ａを形成する。ここで、前述のように土台部材４ｂは図７（ｅ）にて熱処理により硬化しており、また図８（ａ）のポリイミド系樹脂である凸部材料層９は熱処理されるものの、その形状を保持できる程度の硬さとなっている。したがって、レジストパターン１１ａをマスクに凸部材料層９をエッチングする際には、土台部材４ｂをエッチングせずに凸部材料層９のみの選択エッチングが可能となる。
次に、レジストパターン１１ａを除去し、熱処理を実施して図８（ｅ）の凸部９ｂが形成されることになる。

上記のように土台部材４ｂと凸部９ｂとを形成することにより、土台部材４ｂの上面は撥液処理がなされ、凸部９ｂは撥液処理がされず親液性の状態となる。土台部材４ｂの上面が撥液処理されることにより、後述のようにこの土台部材４ｂの上面に吐出配置されるレンズ材料の土台部材４ｂ上面に対する接触角が確実に大きくなる。したがって、土台部材上面に載るレンズ材料の量をより多くすることができ、これによりその形状を吐出量（吐出ドット量）で制御することが容易になる。

また、凸部９ｂは親液性であり、土台部材４ｂの上面に後述のようにレンズ部材を形成すると、土台部材４ｂの上面の凸部９ｂによりレンズ材料が収縮する際に凸部９ｂとレンズ部材が密着すると共に、凸部９ｂが親液性であることによって凸部９ｂとレンズ部材の密着性をより強固なものとすることが可能となる。その結果、レンズ部材が土台部材４ｂからはがれるのを防止することができる。

このようにして土台部材４ｂの上面に凸部９ｂを形成した後、図９（ａ）に示すようにこの土台部材４ｂ上に液滴吐出法によってレンズ材料７を複数ドット吐出する。ここで、液滴吐出法としては、ディスペンサ法やインクジェット法などが採用可能である。ディスペンサ法は、液滴を吐出する方法として一般的な方法であり、比較的広い領域に液滴を吐出するのに有効な方法である。インクジェット法は、インクジェットヘッドを用いて液滴を吐出する方法であり、液滴を吐出する位置をμｍオーダーの単位で制御することができ、また、吐出する液滴の量もピコリットルオーダーの単位で制御できるため、特に微細なレンズ（マイクロレンズ）の製造に適している。

そこで、本実施形態では、液滴吐出法としてインクジェット法を用いることにする。このインクジェット法は、インクジェットヘッド３４として、例えば図１０（ａ）に示すようにステンレス製のノズルプレート１２と振動板１３とを備え、両者を仕切部材（リザーバプレート）１４を介して接合したものを用いる。ノズルプレート１２と振動板１３との間には、仕切部材１４によって複数のキャビティ１５とリザーバ１６とが形成されており、これらキャビティ１５とリザーバ１６とは流路１７を介して連通している。

各キャビティ１５とリザーバ１６の内部とは吐出するための液状体（レンズ材料）で満たされるようになっており、これらの間の流路１７はリザーバ１６からキャビティ１５に液状体を供給する供給口として機能するようになっている。また、ノズルプレート１２には、キャビティ１５から液状体を噴射するための孔状のノズル１８が縦横に整列した状態で複数形成されている。一方、振動板１３には、リザーバ１６内に開口する孔１９が形成されており、この孔１９には液状体タンク（図示せず）がチューブ（図示せず）を介して接続されるようになっている。

また、振動板１３のキャビティ１５に向く面と反対の側の面上には、図１０（ｂ）に示すように圧電素子（ピエゾ素子）２０が接合されている。この圧電素子２０は、一対の電極２１、２１間に挟持され、通電により外側に突出するようにして撓曲し、圧電素子２０が接合された振動板１３は、圧電素子２０と一体になって同時に外側へ撓曲する。これによりキャビティ１５の容積が増大し、キャビティ１５内とリザーバ１６内とが連通しており、リザーバ１６内に液状体が充填されている場合には、キャビティ１５内に増大した容積分に相当する液状体が、リザーバ１６から流路１７を介して流入する。
そして、このような状態から圧電素子２０への通電を解除すると、圧電素子２０と振動板１３は元の形状に戻る。よって、キャビティ１５も元の容積に戻ることから、キャビティ１５内部の液状体の圧力が上昇し、ノズル１８から液状体の液滴２２が吐出される。

なお、インクジェットヘッドの吐出手段としては、前記の圧電素子（ピエゾ素子）２０を用いた電気機械変換体以外でもよく、例えば、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いた方式や、帯電制御型、加圧振動型といった連続方式、静電吸引方式、さらにはレーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用で液状体を吐出させる方式を採用することもできる。

このようなレンズ材料７を、前記構成からなるインクジェットヘッド３４によって図９（ａ）に示すように土台部材４ｂ上に複数ドット、例えば３０ドット吐出し、土台部材４ｂ上にレンズ部材前駆体８を形成する。ここで、インクジェット法によってレンズ材料７を吐出していることにより、レンズ材料７を土台部材４ｂ上のほぼ中心部に精度良く配することができる。また、前述したように土台部材４ｂの上面を撥液処理していることにより、吐出されたレンズ材料７の液滴は土台部材４ｂの上面上で濡れ広がりにくくなっており、したがって土台部材４ｂ上に配されたレンズ材料７は、土台部材４ｂからこぼれ落ちることなく、土台部材４ｂ上に安定した状態で保持されるようになっている。また、断続的に数ドット（本例では３０ドット）が吐出されることにより、この吐出されたレンズ材料７からなるレンズ部材前駆体８は、図９（ａ）のように球に近い形状に形成することが可能となる。

このように、土台部材４ｂの上面を撥液処理しておき、この撥液処理面上に少量のドットを量及び吐出位置について精度良く吐出することのできるインクジェット法（液滴吐出法）でレンズ材料７を複数ドット配することにより、接触角が比較的小さい鋭角のものから大きな鈍角となるものまで、レンズ部材前駆体８の形状を作り分けることができる。すなわち、吐出するドット数を形成するレンズ部材の形状に合わせて予め適宜に決定しておくことにより、所望の形状のレンズ部材前駆体８を形成することができるのである。

このようにして所望形状のレンズ部材前駆体８を形成したら、図９（ｂ）に示すようにレンズ部材前駆体８を硬化させ、レンズ部材８ａを形成する。レンズ部材前駆体８の硬化処理としては、前述したようにレンズ材料７として有機溶剤が加えられておらず、放射線照射硬化性が付与されたものを用いることから、特に紫外線（波長λ＝３６５ｎｍ）１１５の照射による処理方法が好適に用いられる。

また、このような紫外線１１５の照射による硬化処理の後、例えば１００℃で１時間程度の熱処理を行うのが好ましい。このような熱処理を行うことにより、紫外線１１５の照射による硬化処理の段階で硬化むらが生じてしまっても、この硬化むらを減少させて全体としてほぼ均一な硬化度にすることができる。また、熱処理によってレンズ部材８ａがわずか収縮し、前述の土台部材４ｂ上の凸部９ｂとレンズ部材８ａの密着性をさらに上げ、レンズ部材８ａが土台部材４ｂから剥がれるのを防止できる。
また、このようにして製造されたレンズ部材８ａと、基体３に予め形成した前記面発光レーザ２とから、本発明の一実施形態となる光学装置が得られる。

図１１（ａ）〜（ｅ）は土台部材４ｂ上の凸部９ｂの他の形成方法であり、図６（ａ）〜（ｄ）と同様に基体３上に土台部材４ａを形成した後、図６（ｅ）のようにレジストパターン５ａを除去し、熱処理を実施せずに図１１（ａ）に示すように土台部材パターン４ａを形成する。図１１（ｂ）〜（ｅ）の凸部９ｂの形成も、図８（ａ）〜（ｅ）の凸部９ｂの形成と同様にフォトリソグラフィ法にて形成する例を示している。

次に、図１１（ｂ）に示すようにレジスト層１１を形成する。レジスト層１１を形成した後、凸部を形成するマスク１０にてレジスト層１１を露光・現像し、図１１（ｃ）に示すレジストパターン１１ａを形成する。
次いで、図１１（ｄ）に示すように土台部材４ａをレジストパターン１１ａをマスクとしてエッチングする。このエッチングする際には、土台部材４ａの厚さ方向に対して全てをエッチングせずに、所望する凸部の高さに応じてその高さと同じ土台部材４ａの厚さをエッチングする。そして、図１１（ｄ）のように凸部パターン９ａを形成し、土台部材４ａは厚さが減少しているが基体３上に残っている。この状態で土台部材４ａの上面の撥液処理を実施する。
次に、レジストパターン１１ａを除去した後、図１１（ｅ）で熱処理を実施し土台部材４ｂおよび凸部９ｂが形成される。ここで、土台部材４ａの上面を撥液処理する際に、凸部９ａの表面はレジストパターン１１ａに覆われており、したがって凸部パターン９ａの上面は親液性を有している。一方、土台部材４ａの上面および凸部９ａの側面は撥液処理が行われた状態となっている。

図１１（ａ）〜（ｅ）に示す土台部材４ｂおよび凸部９ｂの形成方法においても、図９（ａ）および（ｂ）のレンズ部材８ａの形成工程を行うことで同様なマイクロレンズを製造できる。この場合、土台部材４ｂの上面は撥液処理されており所望の形状のレンズ部材８ａが形成可能であり、また凸部９ｂが親液性の上面を有して形成されており、レンズ部材８ａが土台部材４ｂから剥がれにくく形成される。また、図１１（ａ）〜（ｅ）による凸部４ｂの形成を含む製造方法では、図７（ａ）〜（ｅ）による凸部４ｂの形成を含む製造方法に比較して製造工程を短縮することが可能である。

なお、前記実施形態では、基体３上に土台部材材料層４を形成してこの土台部材材料層４から土台部材４ｂ、同様に凸部９ｂを形成するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば基体３の表層部が透光性材料によって形成されている場合などでは、この表層部に土台部材や凸部を直接形成するようにしてもよい。
また、土台部材４ｂや凸部９ｂの形成方法についても、前述したフォトリソグラフィー法やポリイミド系樹脂の硬化方法によるものに限定されることなく、他の形成方法、例えば選択成長法や転写法等を採用することができる。また、土台部材４ｂの表面をエッチングなどで荒らして凹凸部を形成する方法であっても良い。

また、土台部材４ｂの上面形状についても、形成するマイクロレンズに要求される特性に応じて、三角形や四角形など種々の形状にすることが可能であり、さらに土台部材４ｂ自体の形状についても、テーパ型や逆テーパ型など種々の形状にすることが可能である。

また、前記実施形態では、レンズ部材８ａが、土台部材４ｂ上に形成された状態のままでマイクロレンズとして用いられ機能するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、土台部材４ｂから適宜な方法で切り離しあるいは剥離し、レンズ部材８ａを単独の光学部品として用いるようにしてもよい。その場合、製造に用いる土台部材４ｂについては、当然ながら透光性を有する必要はない。

［光伝送装置］
また、本発明においては、前記の面発光レーザ２とレンズ部材８ａを含むマイクロレンズとからなる光学装置に加えて、この光学装置からの出射光を伝送する光ファイバや光導波路等からなる光伝送手段と、この光伝送手段で伝送された光を受光する受光素子とを備えることにより、光伝送装置として機能させることができる。
このような光伝送装置にあっては、前述したように良好な発光特性（光学特性）を有する光学装置を備えているので、この光伝送装置も良好な伝送特性を有するものとなる。

［レーザプリンタ用ヘッド、レーザプリンタ］
本発明のレーザプリンタ用ヘッドは、前記光学装置を備えてなるものである。すなわち、このレーザプリンタ用ヘッドに用いられた光学装置は、図１２に示すように多数の面発光レーザ２を直線的に配してなる面発光レーザアレイ２ａと、この面発光レーザアレイ２ａを構成する個々の面発光レーザ２に対して配設されたレンズ部材８ａと、を備えてなるものである。なお、面発光レーザ２に対してはＴＦＴ等の駆動素子（図示せず）が設けられており、また、このレーザプリンタ用ヘッドには温度補償回路（図示せず）が設けられている。
さらに、このような構成のレーザプリンタ用ヘッドを備えることにより、本発明のレーザプリンタが構成される。

このようなレーザプリンタ用ヘッドにあっては、前述したように良好な発光特性（光学特性）を有する光学装置を備えているので、描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドとなる。
また、このレーザプリンタ用ヘッドを備えたレーザプリンタにあっても、前述したように描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドを備えているので、このレーザプリンタ自体が描画特性に優れたものとなる。

なお、本発明のマイクロレンズは、前記した用途以外にも種々の光学装置に適用可能であり、例えば固体撮像装置（ＣＣＤ）の受光面や光ファイバの光結合部、垂直キャビティ表面エミッティングレーザ（ＶＣＳＥＬ）、フォトディテクタ（ＰＤ）などに設けられる光学部品としても使用可能である。

（ａ）〜（ｃ）は本発明のマイクロレンズの断面図。 撥液処理によるレンズ材料の接触角を説明するための図。 （ａ）〜（ｃ）はマイクロレンズの集光機能を説明するための図。 本発明の実施例を示すマイクロレンズの断面図。 本発明の他の実施例を示すマイクロレンズの断面図。 本発明の他の実施例を示すマイクロレンズの断面図。 （ａ）〜（ｅ）は本発明のマイクロレンズの土台部材の製造工程を示す図。 （ａ）〜（ｅ）は本発明のマイクロレンズの土台部材上面の凸部の製造工程を示す図。 （ａ）、（ｂ）は本発明のマイクロレンズのレンズ部材の製造工程を示す図。 （ａ）、（ｂ）はインクジェットヘッドの概略構成図。 （ａ）〜（ｅ）は本発明のマイクロレンズの他の土台部材上面の凸部の製造工程を示す図。 本発明のレーザプリンタ用ヘッドの概略構成図。

符号の説明

１…ＧａＡｓ基板、２…面発光レーザ、３…基体、４…土台部材材料層、４ｂ…土台部材、７…レンズ材料、８…レンズ材料、８ａ…レンズ部材、９…土台部材上面の凸部材料層、９ｂ…土台部材上面の凸部、３４…インクジェットヘッド。

Claims (10)

1. 液滴吐出法によって形成されたレンズ部材を備えるマイクロレンズであって、
   基体上に形成された土台部材と、
   前記土台部材の上面に液滴吐出法によりレンズ材料が複数ドット吐出されて前記土台部材の前記上面に形成された前記レンズ部材とを備え、
   前記土台部材の前記上面が凹凸形状を有し、前記土台部材の前記上面の少なくとも一部が撥液処理されており、
   前記土台部材の前記上面に凸部が設けられ、前記凸部に、前記レンズ部材の前記凸部からの離脱を防止する離脱防止手段が設けられていることを特徴とするマイクロレンズ。
2. 前記離脱防止手段が、前記凸部の最小横断面積の部位と、前記土台部材の前記上面に対して前記最小横断面積の部位の上方で前記最小横断面積より大きい横断面積の前記凸部の部位と、で形成される前記凸部の形状であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズ。
3. 前記離脱防止手段が、前記土台部材の前記凸部の少なくとも一部に形成された親液性部位であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズ。
4. 前記土台部材の前記上面の形状が円形あるいは楕円形、もしくは多角形であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のマイクロレンズ。
5. 前記土台部材が透光性を有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のマイクロレンズ。
6. 液滴吐出法によって形成されたレンズ部材を備えるマイクロレンズの製造方法であって、
   基体上にその上面が凹凸形状を有する土台部材を形成する工程と、
   前記土台部材の前記上面の少なくとも一部を撥液処理する工程と、
   前記土台部材の前記上面に離脱防止手段を有する凸部を形成する工程と、
   前記土台部材の前記上面に液滴吐出法によりレンズ材料を複数ドット吐出し前記土台部材の前記上面にレンズ部材を形成する工程と、
   を備えたことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
7. 面発光レーザと、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロレンズとを備え、前記マイクロレンズを前記面発光レーザの出射側に配設したことを特徴とする光学装置。
8. 請求項７記載の光学装置と、受光素子と、前記光学装置からの出射光を前記受光素子に伝送する光伝送手段とを備えたことを特徴とする光伝送装置。
9. 請求項７記載の光学装置を備えたことを特徴とするレーザプリンタ用ヘッド。
10. 請求項９記載のレーザプリンタ用ヘッドを備えたことを特徴とするレーザプリンタ。

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