JP2001071391A - 光学素子の製造方法及び光学素子の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板上にマイクロレンズ等の光学素子フィル
ファクターが略１００％で製造することができる光学素
子の製造方法及び光学素子の製造装置を得ること。 【解決手段】 筐体内に収納した基板上の材料表面の一
部を局所的に加熱することによりその部分を溶融し、さ
らに該筐体内から気化したガスを真空排気することによ
り該基板上に曲面を形成すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は微細な光学素子や半
導体素子等の電子デバイスの製造プロセスにおける、光
学素子（マイクロレンズなど）の製造方法及び光学素子
の製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、微小な径のレンズを同一基体
上に複数配列したマイクロレンズ等の微細な光学素子の
製造方法や製造装置が種々と提案されている。

【０００３】例えば特開平８−１１２２４号公報では、
ガラス材の表面の一部分を局所的に加熱することによ
り、その部分を溶融させ、その溶融時の表面張力により
凸曲面を形成し、その硬化により当該凸曲面を有するマ
イクロレンズを形成する製造方法を開示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の特開平８−１１
２２４号公報で提案されているマイクロレンズを製造す
る方法では、ガラス板の上面において、収束レーザービ
ームを受けた部位が溶融し、この溶融したガラス材料が
その表面張力により盛り上がり、この盛り上がり部分の
周囲に環状の溝が形成されている。

【０００５】この盛り上がり部分がほぼ半球形状をな
し、凸曲面を有している。この盛り上がり部分が冷えて
硬化することにより、マイクロレンズを製造している。

【０００６】このように同公報のマイクロレンズの製造
方法では凸部の周りに窪みが同心円状に発生してくる
為、凸部が隣接するようにマイクロレンズを製造するこ
とができない。従って、フィルファクターを上げること
に問題がある。

【０００７】本発明は、マイクロレンズ等の微細な光学
素子を基体上に余分な窪みのないフィルファクターが略
１００％近くまで制御できる光学素子の製造方法及び光
学素子の製造装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の光学素
子の製造方法は、筐体内に収納した基体上の材料表面の
一部を局所的に加熱することによりその部分を溶融し、
さらに該筐体内から気化したガスを真空排気することに
より該基体上に曲面を形成することを特徴としている。

【０００９】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、エネルギービームを前記基体上の材料表面に照射す
ることにより、前記局所加熱を行なうことを特徴として
いる。

【００１０】請求項３の発明は請求項２の発明におい
て、前記エネルギービームはレーザー光であり、該レー
ザー光を収束させて前記材料表面に照射することによ
り、前記局所加熱を行なうことを特徴としている。

【００１１】請求項４の発明は請求項１，２又は３の発
明において、前記基体上を所定の間隔をあけた複数の列
のレーザー光で一方向に順次該基体上に曲面を形成した
後に該列と列との間を埋めるように該基体上に曲面を形
成していることを特徴としている。

【００１２】請求項５の発明は請求項１から４のいずれ
か１項の発明において、前記曲面は凹面であることを特
徴としている。

【００１３】請求項６の発明の光学素子の製造装置は、
基体を保持する支持体と収束エネルギービームを透過す
る窓とを有する処理室と、該窓の外側に設置し、エネル
ギービームを分割するレチクルと、該エネルギービーム
を発生させるエネルギービーム発生手段と、該エネルギ
ービームを収束させるビーム収束手段と、該処理室から
気化したガスを排気する排気手段とを備えたことを特徴
としている。

【００１４】請求項７の発明は請求項６の発明におい
て、前記収束エネルギービームの軸と前記基体が交叉す
る面において互いに直交する２軸に沿って、該収束エネ
ルギービームを移動させる移動機構を有していることを
特徴としている。

【００１５】請求項８の発明は請求項６の発明におい
て、前記エネルギービームはレーザー光であり、該レー
ザー光の光路において、レーザー光のエネルギー強度と
断面形状を決める開口を有する絞りを有していることを
特徹としている。

【００１６】請求項９の発明の光学素子の製造装置は、
レーザー発生装置と、該レーザー発生装置からのレーザ
ー光を複数のレーザー光に分割して、所定面上に集束さ
せるビーム収束手段と、光入射用の窓と内部のガスを排
気する排気手段とを含む筐体と，を有し、該レーザー発
生装置からのレーザー光を該ビーム収束手段を介して該
筐体の窓から入射させて該筐体内に配置した基体の材料
表面の一部を局所的に加熱し、このとき該基体から発生
するガスを該排気手段で該筐体外へ排気することによ
り、該基体上に光学素子を形成していることを特徴とし
ている。

【００１７】請求項１０の発明は請求項９の発明におい
て、前記基体上を所定の間隔をあけた複数の列のレーザ
ー光で一方向に順次該基体上に曲面を形成した後に該列
と列との間を埋めるように該基体上に曲面を形成してい
ることを特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の光学素子の製造装
置の要部概略図である。同図は光学素子としてのマイク
ロレンズを製造するときを示している。全体の構成から
説明する。

【００１９】ＣＯ₂レーザー，ＣＯレーザー，エキシマ
レーザー等のレーザー発生装置１０１（エネルギービー
ム発生手段）から出力されたレザー光Ｌは、光軸Ｌａに
対し４５度傾けて配置した銅製のミラー１０２で反射
し、アルミニウム製のシャッター１０３に導光してい
る。

【００２０】シャッター１０３を通過したレーザー光Ｌ
は、円形，楕円等の任意の開口形状が形成可能なアルミ
ニウム製の絞り１０４を通過し、集束性の凸レンズ（正
レンズ）１０５で集束され、レチクル１０６に入射す
る。

【００２１】レチクル１０６は、複数の開口が設けられ
ており、後述する基体１０９上を複数列のレーザー光で
照射できるようにしている。ミラー１０２からレチクル
１０６に至る各要素は鏡筒１１２内に収納されている。
レチクル１０６からのレーザー光Ｌは筐体１１３に設け
た窓１０７から筐体１１３の処理室１０８内に入射す
る。

【００２２】その後、処理室１０８を通過したレーザー
光は樹脂を均一塗布した基体１０９に達する。筐体１１
３にはその基体１０９を支える支持体１１０と基体１０
９の表面がレーザー光束Ｌを受けて気化したときに発生
するガスを排気すための排気管１１１が設けられてい
る。

【００２３】レーザー発生装置１０１には１軸（ミラー
１０２から基体１０９に至る光軸をＺ軸とした場合：Ｙ
方向）の駆動機構（不図示）が設けられている。

【００２４】又、ミラー１０２からレチクル１０６まで
をセットとした鏡筒１１２は２軸（Ｘ方向・Ｙ方向）の
駆動機構が設けられており、双方の駆動を精度よく制御
している（ガイド及びモーター等の制御装置は不図
示）。

【００２５】本実施形態によれば、基体１０９上の材料
表面の一部を複数のレーザー光で局所的に加熱すること
により、その部分を溶融し、さらに気化して真空排気す
ることで基体上に曲面，例えば凹曲面形成する。

【００２６】またエネルギービームを基体に対してＸ方
向・Ｙ方向に移動させることにより、余分な窪みのない
フィルファクターを１００％近くまで制御できる光学素
子を製造している。

【００２７】本実施形態では、まず３０ｍｍ角のガラス
基体に低屈折率の樹脂を均一に塗布し、基体１０９を構
成している。

【００２８】リークした処理室１０８にその基体１０９
を支持体１１０に設置し、排気管１１１から排気して４
Ｅ−４（Ｐａ）の値まで減圧しておく。次にレーザー発
生装置１０１より発振したレーザー光Ｌを、順にミラー
１０２、開放したシャッター１０３、絞り１０４、凸レ
ンズ１０５、レチクル１０６、窓１０７、処理室１０８
を通過して、基体１０９に入射している。この時、基体
１０９の表面のうちレザー光Ｌに当たった樹脂は溶融・
気化し、排気管１１１より排気されてゆく。

【００２９】その後シャッター１０３を閉めて、次に基
体１０９上のレーザー光Ｌを照射する位置に、レーザー
発生装置１０１と鏡筒１１２を移動させて、同様にレー
ザー光Ｌの照射を行う。

【００３０】本実施形態は基体１０９上に凹曲面を形成
しているが、凸曲面を形成することもできる。

【００３１】凸曲面は、次のようなプロセスで形成す
る。リークした処理室１０８に基体１０９を支持体１１
０に設置し、レーザー発生装置１０１より発振したレー
ザー光Ｌを鏡筒１１２の中を通して基体１０９に入射す
る。この時基体１０９の表面のうちレーザー光Ｌに当た
った樹脂は溶融し、その表面張力により盛り上がり凸形
状をなす。

【００３２】図２は本実施形態の基体１０９をレーザー
光で照射するときの照射手順の説明図である。図２に示
すように、基体１０９上を１列おきに１方向照射した
後，間の列を埋めていく。各レーザー光Ｌのショット端
を重ねて焼き付けることによりフィルファクター１００
％近いマイクロレンズ１を基体１０９上に製造してい
る。

【００３３】このように本実施形態では間隔をあけた複
数（３つ）のレーザー光で基体１０９上を列方向に照射
している。このように複数のレーザー光で基体１０９上
を照射することにより、光学素子製造時間が短縮される
とともに、各レーザー光のショット端を重ねて焼き付け
ることにより、すき間のないフィルファクター１００％
に近い光学素子を製造することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、マイクロレンズ等の微
細な光学素子を基体上に余分な窪みのないフィルファク
ターが略１００％近くまで制御できる光学素子の製造方
法及び光学素子の製造装置を達成することができる。

【００３５】特に本発明によれば、基体を直接局所加熱
で加工することで製造工程が少なく光学素子の製造コス
トを下げることができる。また各レーザー光のショット
端を重ねて焼き付けることによりフィルファクターを１
００％近くのものができる。又、レチクルや絞りを用い
ることにより、色々な大きさ、形状の光学素子を容易に
製造することができる，等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係わる光学素子の製造装
置の概略図

【図２】本発明の実施形態１に係わるレーザー光の照射
手順を表わした説明図

【符号の説明】

１０１：レーザー光発生装置 １０２：ミラー １０３：シャッター １０４：絞り １０５：凸レンズ １０６：レチクル １０７：窓 １０８：処理室 １０９：基体 １１０：支持体 １１１：排気管 １１２：鏡筒 Ｌ：レーザー光

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体内に収納した基体上の材料表面の一
   部を局所的に加熱することによりその部分を溶融し、さ
   らに該筐体内から気化したガスを真空排気することによ
   り該基体上に曲面を形成することを特徴とする光学素子
   の製造方法。
2. 【請求項２】 エネルギービームを前記基体上の材料表
   面に照射することにより、前記局所加熱を行なうことを
   特徴とする請求項１の光学素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記エネルギービームはレーザー光であ
   り、該レーザー光を収束させて前記材料表面に照射する
   ことにより、前記局所加熱を行なうことを特徴とする請
   求項２記載の光学素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記基体上を所定の間隔をあけた複数の
   列のレーザー光で一方向に順次該基体上に曲面を形成し
   た後に該列と列との間を埋めるように該基体上に曲面を
   形成していることを特徴とする請求項１，２又は３の光
   学素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記曲面は凹面であることを特徴とする
   請求項１から４のいずれか１項の光学素子の製造方法。
6. 【請求項６】 基体を保持する支持体と収束エネルギー
   ビームを透過する窓とを有する処理室と、該窓の外側に
   設置し、エネルギービームを分割するレチクルと、該エ
   ネルギービームを発生させるエネルギービーム発生手段
   と、該エネルギービームを収束させるビーム収束手段
   と、該処理室から気化したガスを排気する排気手段とを
   備えたことを特徴とする光学素子の製造装置。
7. 【請求項７】 前記収束エネルギービームの軸と前記基
   体が交叉する面において互いに直交する２軸に沿って、
   該収束エネルギービームを移動させる移動機構を有して
   いることを特徴とする請求項６の光学素子の製造装置。
8. 【請求項８】 前記エネルギービームはレーザー光であ
   り、該レーザー光の光路において、レーザー光のエネル
   ギー強度と断面形状を決める開口を有する絞りを有して
   いることを特徹とする請求項６に記載の光学素子の製造
   装置。
9. 【請求項９】 レーザー発生装置と、該レーザー発生装
   置からのレーザー光を複数のレーザー光に分割して、所
   定面上に集束させるビーム収束手段と、光入射用の窓と
   内部のガスを排気する排気手段とを含む筐体と，を有
   し、該レーザー発生装置からのレーザー光を該ビーム収
   束手段を介して該筐体の窓から入射させて該筐体内に配
   置した基体の材料表面の一部を局所的に加熱し、このと
   き該基体から発生するガスを該排気手段で該筐体外へ排
   気することにより、該基体上に光学素子を形成している
   ことを特徴とする光学素子の製造装置。
10. 【請求項１０】 前記基体上を所定の間隔をあけた複数
    の列のレーザー光で一方向に順次該基体上に曲面を形成
    した後に該列と列との間を埋めるように該基体上に曲面
    を形成していることを特徴とする請求項９の光学素子の
    製造装置。