JP2002071907A - 光学レンズ、光学レンズアレイおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型化が可能で、位置合わせが容易な光学レン
ズ、複数個の光学レンズが並べられた光学レンズアレイ
およびその製造方法を提供する。 【解決手段】基板１０に形成された光学レンズとして機
能する凸部２０と基板１０の平坦な表面との境界に沿っ
て溝Ｔが形成されている構成とする。光学材料よりなる
基板１０上に、感熱性材料膜よりなる光学レンズの形状
に対応するマスク層をパターン形成し、熱処理を施し、
表面積が小さくなるように変形させたマスク層３０ｂと
する。基板１０とマスク層３０ｂに対する選択比が略同
等となる条件のドライエッチング処理などによりマスク
層と基板を同時に除去することで、マスク層３０ｂの形
状を基板１０に転写し、光学レンズの形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学レンズ、光学
レンズアレイおよびその製造方法に関し、特に光ディス
ク装置の光学系などに用いられる光学レンズ、光学レン
ズアレイおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報記録の分野においては、光学
情報記録方式に関する研究が各所で進められている。こ
の光学情報記録方式は、非接触で記録・再生が行えるこ
と、磁気記録方式に比べて一桁以上も高い記録密度が達
成できること、再生専用型、追記型、書換可能型のそれ
ぞれのメモリ形態に対応できるなどの数々の利点を有
し、安価な大容量ファイルの実現を可能とする方式とし
て産業用から民生用まで幅広い用途が考えられている。

【０００３】上記の各種光学情報記録方式用の光学記録
媒体（以下、光ディスクともいう）の大容量化のため、
光学情報記録方式に用いる光源となるレーザ光の短波長
化と、高開口のレンズを採用することにより、焦点面で
のスポットサイズを小さくする研究が盛んに行われてい
る。さらにはデータの高転送レート化が望まれている。

【０００４】例えば、ＣＤ（コンパクトディスク）で
は、レーザ光波長が７８０ｎｍ、レンズの開口率（Ｎ
Ａ）が０．４５であり、６５０ＭＢの容量であったが、
ＤＶＤ−ＲＯＭ（デジタル多用途ディスク−再生専用メ
モリ）では、レーザ光波長が６５０ｎｍ、ＮＡが０．６
であり、４．７ＧＢの容量となっている。さらに、次世
代の光ディスクシステムにおいては、光学記録層上に例
えば１００μｍ程度の薄い光透過性の保護膜（カバー
層）が形成された光ディスクを用いて、レーザ光波長を
４５０ｎｍｍ以下、ＮＡを０．７８以上とすることで２
２ＧＢ以上の大容量化が可能である。

【０００５】ここで、光源の短波長化および再生光学系
の高ＮＡ化に関しては、光学スポットの大きさが小さく
なること（高密度化）に加えて、焦点深度も浅くなって
しまうことになるので、フォーカスサーボを行う際に要
求されるフォーカスサーボのとれ残り量を少なくするこ
とが望まれるとともに、記録媒体におけるデータが記録
されている幅（トラック幅）も狭くなるので、トッラッ
キング方向のサーボに関してもサーボのとれ残り量を少
なくすることが望まれる。

【０００６】また、データの高転送レート化に関して
は、フォーカスサーボ、トラッキングサーボともに、ア
クチュエーターの高帯域化が望まれることになり、結果
的にサーボ特性への要求は、とれ残り量を少なくするこ
とと帯域の向上という２つの特性向上が望まれている。
ここで、アクチュエータの特性向上は、アクチュエータ
を軽量化することによりなされることになるので、アク
チュエータに搭載される光学レンズを軽量化すること
は、アクチュエーターの特性向上に有効な手段である。

【０００７】また、光ディスク記録・再生装置の他の小
径のレンズの要望としては、配列している複数個のファ
イバーに対するコネクター（光インターコネクション）
用途において、複数個の光学レンズが一体化している光
学レンズアレイで、現在用いられているものは、光ファ
イバーを束ねて板状にしたもの（例えば浜松フォトニク
ス社製ファイバープレート）を用いる方法、あるいは、
基板に形成されている穴あるいは溝にボール形状のレン
ズあるいは円筒形状のレンズを配置した後そのレンズを
固定する方法、さらには、光学結晶に屈折率が増加する
ような元素を注入した後に拡散することにより部分的に
屈折率を高めレンズ機能を持たせる方法などが開発され
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら現在、光
ディスクの記録・再生に使用できるような光学レンズ
は、射出成形法により形成されるプラスティックレン
ズ、ガラスモールド法により形成されるガラスレンズ、
研磨により形成されるガラスレンズとなっており、これ
らのレンズは、いずれも曲率半径を小さくすることが容
易でないので、結果的に小径の光学レンズを作製するこ
とは容易ではなく、光学レンズの軽量化は非常に困難で
あった。

【０００９】また、最近においては、図７（ａ）に示す
上記の従来の光学レンズＬＳに相当する曲面を高さ方向
にスライスした形状を有し、軽量化を実現した図７
（ｂ）に示すフレネルレンズＦＬＳの高精度化の開発・
研究がなされている（例えばWalter Daschner らによる
APPLIED OPTICS Vol.36,No.20, 4675-4680(1997)あるい
は、J. Vac Sci. Technol. B 14(6) 3730-3733,Nov/Dec
1996 など参照）。フレネルレンズＦＬＳは、図７
（ｃ）に示すように、入射光Ｌを集光するなど、従来の
光学レンズＬＳと同様の光学的機能を有する。高精度な
フレネルレンズの作製方法については、電子線描画装置
などを用いて露光・現像を複数回行い、感光性材料をフ
レネルレンズの形状に対応した形状として光学材料の加
工を行う方法（特開平５−２１５９０９号公報）、グレ
イ階調を有するフォトマスクを用いて感光性材料をフレ
ネルレンズの形状に対応した形状として光学材料の加工
を行う方法( 例えばWalter Daschner らによるAPPLIEDO
PTICS Vol.36, No.20, 4675-4680(1997) あるいは、J.
Vac. Sci. Technol. B14(6) 3730-3733, Nov/Dec 1996
）が報告されている。しかしながら、このフレネルレ
ンズにおいては、高さ方向にスライスしていることか
ら、波長依存性が高く波長マージンが小さいこと、さら
には、光の入射方向が厳しいことなどの欠点がある。

【００１０】そして、上記フレネルレンズの製造方法を
用いて、レンズの曲面を高さ方向にスライスしない連続
した曲面を有するレンズを製造するという案もあるが、
この方法においては、レンズの段差が、電子線描画装置
などを用いて露光・現像を行う回数およびグレイ階調を
有するフォトマスクの階調値よりも精度の高い形状が得
られないので、結果的に高精度なレンズを作製すること
はできなかった。

【００１１】また、光学レンズの形状に対応した形状を
感光性材料などにより得る方法として、その材料を溶解
する機能を有する溶媒の蒸気中に保持して、曲面を有す
る形状にする方法（例えば、ノボラック樹脂よりなる感
光性材料をアセトン蒸気中に保持する方法）などが開発
されている。図８（ａ）は、上記方法により作製した光
学レンズの斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）中の
Ａ−Ａ’における断面図である。光学材料からなる基板
１０に表面が曲面である凸部２０が設けられ、光学レン
ズを構成している。しかしながら、上記の製造方法にお
いて光学材料の溶解が表面から起こることにより、図８
（ｂ）中のＢ部拡大図である図８（ｃ）に示すように、
基板１０と凸部２０の境界Ｃがなめらかな曲面となり、
光学レンズの位置確認が困難となるという欠点を有して
いる。また、上記の光学材料の溶解に不均一が生じ安
く、さらに感光性材料と基板の界面が動きやすくなるこ
とにより、形状の制御が容易でないことから、結果的に
高さの高い形状を得ることは容易でないという問題があ
る。

【００１２】一方、複数個の光学レンズが一体化してい
る光学レンズアレイとして、光ファイバーを束ねて板状
にしたもの（例えば浜松フォトニクス社製ファイバープ
レート）を用いる場合、レンズの中心位置が不明瞭であ
ることから、位置あわせが容易でないことに加えて、プ
レートの厚さのばらつきが焦点距離の変動となるので、
結果的に光を用いた３次元の位置あわせを行う必要性が
高くなってしまう。

【００１３】また、基板に形成されている穴あるいは溝
にボール形状のレンズあるいは円筒形状のレンズを配置
した後そのレンズを固定する方法においては、光学的な
接続を行う個数のレンズをならべなければならないとい
う手間が存在する。

【００１４】さらには、光学結晶に屈折率が増加するよ
うな元素を注入した後に拡散することにより部分的に屈
折率を高めレンズ機能を持たせる方法においては、基板
上に形成されているレンズの位置は、プロセスにより精
度よく明確に配置することが可能であるので位置あわせ
は容易であるが、屈折率の上昇量が少ないので、焦点距
離が長くなってしまうことから、長い光路を必要とする
ためにデバイスの小型化が容易でなく、拡散現象を用い
ていることから光学的に集光性能のよいレンズを得るこ
とは困難であるという問題がある。

【００１５】本発明は上述の状況に鑑みてなされたもの
であり、従って本発明は、小型化が可能で、位置合わせ
が容易な光学レンズおよびその製造方法、および、複数
個の光学レンズが並べられた光学レンズアレイおよびそ
の製造方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の光学レンズは、光学材料よりなり、平坦な
表面を有する基板と、上記基板の平坦な面上に上記基板
と一体に形成され、光学レンズとしての機能を有する凸
形状の曲面を有する凸部とを有し、上記凸部と上記基板
の平坦な表面との境界に沿って溝が形成されている。

【００１７】上記本発明の光学レンズは、好適には、上
記凸部が、表面が上記曲面である球体の一部分の形状で
ある。

【００１８】上記本発明の光学レンズは、好適には、上
記凸部が、円柱の側面を上記曲面とする略半円柱形状で
ある。

【００１９】上記本発明の光学レンズは、基板に形成さ
れた光学レンズとして機能する凸部と基板の平坦な表面
との境界に沿って溝が形成されている。従って、従来の
ノボラック樹脂などの感光性樹脂よりなるマスク層をア
セトンなどの蒸気中に保持して、マスク層の表面に曲面
を得て、これをマスクとしてエッチングする方法により
光学レンズを作製する場合に、基板の平坦な表面とレン
ズの凸部との境界がなめらかな曲面となるので光学レン
ズの位置確認が困難であったのに対し、本発明では基板
の平坦な表面とレンズの凸部との境界に沿って溝が形成
されているので、光学レンズの位置確認が非常に容易と
なっている。上記の構造は、感光性樹脂よりなるマスク
層を熱処理することで、マスク層の表面に曲面を得て、
これをマスクとしてエッチングする方法などにより作成
可能であり、光学レンズの小型化に対応することが可能
である。

【００２０】また、上記の目的を達成するため、本発明
の光学レンズアレイは、光学材料よりなり、平坦な表面
を有する基板と、上記基板の平坦な面上に並べられて、
上記基板と一体に形成され、それぞれが光学レンズとし
ての機能を有する凸形状の曲面を有する複数個の凸部と
を有し、上記凸部と上記基板の平坦な表面との境界に沿
って溝が形成されている。

【００２１】上記本発明の光学レンズアレイは、上記の
本発明の光学レンズが複数個並べられた構成となってお
り、基板の平坦な表面とレンズの凸部との境界に沿って
溝が形成されているので、光学レンズの位置確認が非常
に容易であり、光学レンズの小型化に対応することが可
能である。

【００２２】また、上記の目的を達成するため、本発明
の光学レンズの製造方法は、光学材料よりなり、平坦な
表面を有する基板上に、光学レンズの形状に対応するマ
スク層を形成する工程と、熱処理により上記マスク層の
形状を表面積が小さくなるように変形させる工程と、上
記マスク層と上記基板を同時に除去することで、上記マ
スク層の形状を上記基板に転写し、光学レンズの形状と
する工程とを有する。

【００２３】上記本発明の光学レンズの製造方法は、好
適には、上記マスク層を、感熱性材料膜に露光および現
像処理を施してパターニングすることにより形成する。

【００２４】上記本発明の光学レンズの製造方法は、好
適には、上記マスク層の形状を表面積が小さくなるよう
に変形させる工程において室温よりも高い熱処理を施
す。

【００２５】上記本発明の光学レンズの製造方法は、好
適には、上記マスク層の形状を表面積が小さくなるよう
に変形させる工程において、上記感光性材料膜のガラス
転移温度よりも高い温度で熱処理を施す。

【００２６】上記本発明の光学レンズの製造方法は、好
適には、上記マスク層の形状を表面積が小さくなるよう
に変形させる工程において、上記感光性材料膜の炭化温
度よりも低い温度で熱処理を施す。

【００２７】上記本発明の光学レンズの製造方法は、好
適には、上記マスク層と上記基板を同時に除去する工程
において、上記マスク層をマスクとしてドライエッチン
グ処理を施すことにより、上記マスク層の形状を上記基
板に転写し、光学レンズの形状とする。さらに好適に
は、上記ドライエッチング処理において、上記基板と上
記マスク層に対する選択比が略同等となる条件で処理を
行う。

【００２８】上記本発明の光学レンズの製造方法は、光
学材料よりなり、平坦な表面を有する基板上に、感熱性
材料膜に露光および現像処理を施してパターニングする
ことり、光学レンズの形状に対応するマスク層を形成
し、室温よりも高く、感光性材料膜のガラス転移温度よ
りも高く、また、感光性材料膜の炭化温度よりも低い温
度で熱処理によりマスク層の形状を表面積が小さくなる
ように変形させ、基板とマスク層に対する選択比が略同
等となる条件のドライエッチング処理などによりマスク
層と基板を同時に除去することで、マスク層の形状を上
記基板に転写し、光学レンズの形状とする。

【００２９】上記本発明の光学レンズの製造方法によれ
ば、レンズとなる凸部の径などの大きさをマスク層の径
などの大きさにより制御できるので、小型化した光学レ
ンズを製造することができる。また、上記の方法では、
基板を光学レンズ形状に加工するドライエッチング処理
時に、凸部と基板の平坦な表面との境界に沿って溝が形
成されるので、レンズ部分の位置確認が非常に容易な光
学レンズを製造することができる。

【００３０】また、上記の目的を達成するため、本発明
の光学レンズアレイの製造方法は、光学材料よりなり、
平坦な表面を有する基板上に、複数個の光学レンズの形
状に対応する複数個のマスク層を形成する工程と、上記
各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させ
る工程と、上記各マスク層と上記基板を同時に除去する
ことで、上記各マスク層の形状を上記基板に転写し、複
数個の光学レンズの形状とする工程とを有する。

【００３１】上記本発明の光学レンズアレイの製造方法
は、光学材料よりなり、平坦な表面を有する基板上に、
複数個の光学レンズの形状に対応する複数個のマスク層
を形成する。次に、各マスク層の形状を表面積が小さく
なるように変形させ、各マスク層と基板を同時に除去す
ることで、各マスク層の形状を上記基板に転写し、複数
個の光学レンズの形状とする。

【００３２】上記本発明の光学レンズアレイの製造方法
によれば、レンズとなる凸部の径などの大きさをマスク
層の径などの大きさにより制御できるので、小型化した
光学レンズを製造することができる。また、上記の方法
では、基板を光学レンズ形状に加工するドライエッチン
グ処理時に、凸部と基板の平坦な表面との境界に沿って
溝が形成されるので、レンズ部分の位置確認が非常に容
易な光学レンズを製造することができる。また、複数個
の凸部の間隔をマスク層の形成工程により制御すること
ができ、複数個の光学レンズの相対的位置を高精度に制
御することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光学レンズ、光学
レンズアレイおよびその製造方法の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００３４】第１実施形態 図１（ａ）は、本実施形態に係る光学レンズの斜視図で
あり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ’における断
面図である。溶融石英や等方性の酸化シリコンなどの光
学材料からなる基板１０に、表面が曲面である凸部２０
が設けられ、光学レンズを構成している。凸部の高さ
は、例えば３０〜４０μｍであり、径は、例えば１００
〜３００μｍである。本実施形態に係る光学レンズにお
いて、図１（ｂ）中のＢ部拡大図である図１（ｃ）に示
すように、基板１０と凸部２０の境界に沿って溝Ｔが形
成されている。上記の本実施形態の光学レンズは、上記
の溝Ｔが形成されているので、光学レンズの位置確認が
非常に容易となっている。

【００３５】上記の光学レンズの製造方法について、２
個以上の光学レンズを同時に形成する場合について、以
下に説明する。まず、図２（ａ）に示すように、溶融石
英や等方性の酸化シリコンなどの光学材料からなる基板
１０の平坦な表面上に、例えばスピン塗布などにより、
感光性材料であるフォトレジスト膜からなるマスク層３
０を、例えば２０μｍなどの所定の膜厚で成膜する。

【００３６】次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリ
ソグラフィー工程により、露光および現像を行って、１
か所のレンズ形成領域あたり、例えば１００〜３００μ
ｍの範囲のレジスト膜を残すようにパターン化されたマ
スク層３０ａとする。

【００３７】次に、図３（ｃ）に示すように、例えば１
２０℃で３０分の熱処理を施し、マスク層３０ａの形状
を表面積が小さくなるように変形させ、表面が曲面であ
る球体の一部分の形状であるマスク層３０ｂとする。

【００３８】次に、図３（ｄ）に示すように、例えば基
板１０とマスク層３０ｂに対する選択比が略同等となる
条件の、例えば、ＮＬＤ(Magnetic Neutral Loop Disch
argePlasma)装置（参考文献：H.Tsuboi, M.Itoh, M.Tan
abe, T.Hayashi and T.Uchida: Jpn. J. Appl. Phys.34
(1995),2476）という高密度プラズマ源を用いたプラズ
マエッチング処理を用いたリアクティブエッチング（Ｒ
ＩＥ）などのドライエッチング処理などにより、マスク
層３０ｂと基板１０を同時にエッチング除去して、マス
ク層３０ｂの形状を基板１０に転写し、光学レンズとし
て機能する凸部２０の形状とする。以降の工程として
は、例えば、上記においては２個以上の光学レンズが一
体化している形状で形成しているので、個々の光学レン
ズに分割する工程を行う。

【００３９】上記のようにして形成された光学レンズと
して機能する凸部２０は、例えば、高さが３０〜４０μ
ｍであり、径が１００〜３００μｍとすることができ
る。本実施形態に係る光学レンズの製造方法によれば、
金型が不要で、曲率が高く、非常に微細な光学レンズを
一度に大量に作製することができる。光学レンズの小型
化することで、光学ピックアップ装置に搭載した場合に
はアクチュエータを軽量化でき、アクチュエータの特性
向上に有効である。上述した図３（ｄ）の加工工程にお
いては、高密度プラズマ源を用いたプラズマエッチング
装置としてＮＬＤ装置を用いた例を示したが、本発明に
おいては、ＮＬＤ装置のほかＩＣＰ(Inductively Coupl
ed Plasma)装置（参考文献：J.Hopwood, Plasma Source
Sci. & Technol.1(1992)109. およびT.Fukasawa, A.Na
kamura, H.Shindo and Y.Horiike: Jpn. J. Appl. Phy
s.33(1994)2139 ）を用いた高密度プラズマ源を用いた
プラズマエッチング装置などを用いることも可能であ
る。

【００４０】上記の熱処理温度とマスク層材料（レジス
ト膜）のガラス転移点との関係について、以下に説明す
る。上記の工程において、フォトレジスト膜などからな
るマスク層の表面を、熱処理により光学的になめらかな
面となる程度に丸くさせるには、マスク層材料のガラス
転移点が、熱処理温度よりも低いことが好ましい。

【００４１】さらには、ドライエッチングなどの製法に
よりマスクの形状を光学レンズに形成しようとする場合
には、上述したように熱処理後のマスク層材料が変質し
ていないことが必要であることから、熱処理温度をマス
ク層材料の炭化温度よりも低くするなど、熱処理温度が
マスク層材料が変質しない温度であるという条件が必要
となる。

【００４２】マスク層材料の上にメッキを形成し、その
メッキを型とするような場合（レプリカを形成する場
合）においては、マスク材質のエッチングを行わないの
で、この条件は上記の理由において必ずしも必要とはな
らない。しかし、熱処理後によりマスク材料が変質する
場合においては、マスク層の表面に荒れが発生する場合
が多いので、これを避けるために、このようなレプリカ
を形成する場合においても、熱処理温度はマスク層材質
が変質しない温度であることが好ましい。

【００４３】また、マスク層が形成された状態で基板を
保持している間にマスク層が変形してしまうと、プロセ
スの再現性が容易でなくなるので、マスク層材料のガラ
ス転移点は、保存温度（室温）よりも高いことが好まし
い。さらに、ドライエッチング工程中にマスク層が変形
してしまうとプロセスの再現性が容易でなくなるので、
マスク層材料のガラス転移点は、加工プロセス温度（室
温付近）よりも高いことが好ましい。

【００４４】ここで、一般にガラス転移点（Ｔｇ点）と
は、その材料がガラス状態（すなわち決まった構造をと
らず、流動が可能な状態）となる境界を示す温度である
ことから、プロセスの安定性を考えると、熱処理温度は
ガラス転移点よりも余裕を持って高い温度であることが
好ましい。従って、マスク材料を熱処理によりその表面
積が小さくなるように変形させる、即ち、熱処理により
マスク層材料が流動が可能な状態とし、マスク層材料の
表面張力によりマスク層材料を変形させるためには、熱
処理温度はガラス転移点よりも数１０℃高いことが好ま
しい。

【００４５】より具体的には、熱処理温度はガラス転移
点よりも４０℃程度以上高い温度とすることが好まし
い。この場合、熱処理工程において１時間以内にマスク
層材料を丸く変形させることができ、製造効率の向上を
図ることができる。

【００４６】さらに、同様の観点からガラス転移点と保
存温度あるいは加工温度との関係においては、保存温度
あるいは加工温度とガラス転移点との差は数１０℃以内
であってもよい。

【００４７】また、レジスト膜として半導体製造工程に
一般に使用されている任意のレジスト材料を用いた場
合、熱処理により、含有している溶媒が熱処理の際に蒸
発することによる体積の減少により、感光性材料の角が
丸くなる現象は観察されているが、必ずしもレンズ形成
に適した光学的になだらかな曲面が得られるわけではな
く、例えば、すじ状の微細な凹凸などが表面に形成され
てしまう場合があり、レジスト膜材料の選択が重要とな
っている。

【００４８】ここで、上記の熱処理において、図２
（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、熱処理前後での
基板１０とマスク層（３０ａ，３０ｂ）の境界Ｍの位置
は変動しておらず、従って、境界Ｍの位置は感光性材料
であるマスク層を露光する際に用いるフォトマスクによ
り規定される。露光用フォトマスクは光学レンズのサイ
ズに対して非常に高精細に制御されて形成されており、
従って光学レンズの位置をきわめて高精度な位置に形成
することができる。また、光学レンズの高さは、マスク
層材料（レジスト膜）の膜厚により規定することができ
る。

【００４９】上記のドライエッチング処理において、基
板１０と凸部２０の境界に沿って溝Ｔが形成されること
になる。以下に、溝Ｔが形成される原理を簡単に説明す
る。熱処理工程において基板とマスク層との境界が移動
せず、マスク層３０ｂ材料はその表面積が少なくなるよ
うに変形することから、図３（ｃ）に示すように、その
断面が円形に近くなるような形状となる。即ち、マスク
層３０ｂと基板１０の接触位置においては、加工される
材質が異なることに加えて、マスク層３０ｂの傾斜角度
が最大となる。このため、ドライエッチング工程におい
て、加工に寄与するプラズマ密度の不連続が生じ、境界
Ｍ近傍における基板１０に対して上記の溝Ｔが形成され
ことになる。

【００５０】上記の本実施形態により作製した光学レン
ズは、上記の溝Ｔが形成されているので、従来の境界部
分に溝がなく、なめらなか曲面となっている光学レンズ
と比べて、光学レンズの位置確認が非常に容易となって
いる。

【００５１】本実施形態により作製された光学レンズ
は、従来の拡散プロセスにより形成する光学レンズに比
較して、開口率（ＮＡ）の大きい光学レンズを形成する
ことができるので、適用範囲が広い。

【００５２】また、本実施形態は、複数個の光学レンズ
を同時に製造することができるが、さらに、複数個の光
学レンズが同一基板に並べられて形成されているような
光学レンズアレイに適用することができ、具体的には、
図３（ｄ）に示す複数個の光学レンズを同時に作製する
方法と同様の工程を経た後、個々の光学レンズに分割し
ないことで、それら複数個の光学レンズが並べられて一
体化した光学レンズアレイとすることができる。

【００５３】上記の光学レンズアレイとして作製する場
合、個々の光学レンズの間隔が設計上重要となるが、本
実施形態においては、図２（ｂ）に示すマスク層３０ａ
のパターン形成におけるマスク層３０ａの間隔Ｉが、そ
のまま、図３（ｃ）に示すように、熱処理後の表面が曲
面である球体の一部分の形状であるマスク層３０ｂの間
隔Ｉとして、さらにエッチング処理により形成される、
光学レンズとして機能する凸部２０の間隔Ｉとして保存
される。即ち、個々の光学レンズの間隔を露光用フォト
マスクにより規定することができ、光学レンズ同士の相
互の位置を高精度に制御して形成することができる。

【００５４】第２実施形態 図４（ａ）は、本実施形態に係る光学レンズの斜視図で
あり、図４（ｂ）は図４（ａ）中のＢ部を拡大した断面
図である。溶融石英や等方性の酸化シリコンなどの光学
材料からなる基板１０に、表面が円柱の側面である略半
円柱形状の凸部２１が設けられ、いわゆるシリンドリカ
ル型の光学レンズを構成している。凸部の高さは、例え
ば３０〜４０μｍであり、凸部の幅は例えば１００〜３
００ｎｍ程度である。本実施形態に係る光学レンズにお
いて、図４（ｂ）に示すように、基板１０と凸部２１の
境界に沿って溝Ｔが形成されている。上記の本実施形態
の光学レンズは、上記の溝Ｔが形成されているので、光
学レンズの位置確認が非常に容易となっている。

【００５５】上記の光学レンズは、第１実施形態と同様
に形成することができる。まず、図２（ａ）に示すよう
に、光学材料からなる基板１０の平坦な表面上に、フォ
トレジスト膜からなるマスク層３０を成膜し、図２
（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー工程によ
り、露光および現像を行って、パターン化されたマスク
層３０ａとする。ここで、マスク層３０ａは紙面に対し
て垂直な方向に延伸するストライプ状に形成する。

【００５６】次に、図３（ｃ）に示すように、熱処理を
施してマスク層３０ａの形状を表面積が小さくなるよう
に変形させ、表面が円柱の側面である略半円柱形状のマ
スク層３０ｂとし、図３（ｄ）に示すように、ドライエ
ッチング処理を施してマスク層３０ｂの形状を基板１０
に転写し、光学レンズとして機能する凸部２１の形状と
する。その後、個々の光学レンズに分割する工程を行
う。

【００５７】上記のようにして形成された光学レンズと
して機能する凸部２１は、例えば、高さが３０〜４０μ
ｍであり、幅が１００〜３００μｍとすることができ、
非常に微細な光学レンズを作製することができる。

【００５８】上記の本実施形態により作製した光学レン
ズは、上記の溝Ｔが形成されているので、従来の境界部
分に溝がなく、なめらなか曲面となっている光学レンズ
と比べて、光学レンズの位置確認が非常に容易となって
いる。

【００５９】（実施例１）ガラス転移温度の異なる４種
類のレジスト膜用感光性材料を準備した。各材料につい
てヒートフローを温度に対して測定した示差熱分析結果
を図５及び図６に示す。図５（ａ）は感光性材料Ａの示
差熱分析であり、ガラス転移温度は４５℃であった。１
５７℃および２１５℃において、発熱挙動が見られた。
図５（ｂ）は感光性材料Ｂの示差熱分析であり、ガラス
転移温度は５１℃であった。２０６℃において発熱挙動
が見られた。図６（ｃ）は感光性材料Ｃの示差熱分析で
あり、ガラス転移温度は１５４℃であった。図６（ｄ）
は感光性材料Ｄの示差熱分析であり、ガラス転移温度は
１５６℃であった。

【００６０】（実施例２）上記の感光性材料Ａ〜Ｄを、
溶融石英基板上に２０μｍの膜厚でスピン塗布し、１２
０μｍ径の円形パターンを露光および現像工程により形
成し、１１０〜１５０℃の範囲の熱処理を施して、光学
レンズ形成のマスクとなるのに十分ななだらかな曲面を
有するように、上記感光性材料が変形されるか調べた。
感光性材料ＡおよびＢは、熱処理で丸くなり、光学レン
ズ形成のマスクとなるのに十分ななだらかな曲面を有す
るように変形した。一方、感光性材料ＣおよびＤは、熱
処理で丸くならず、光学レンズ形成のマスクとなるのに
十分ななだらかな曲面は得られなかった。

【００６１】２００℃以上の温度における加熱処理を行
った場合においては、いずれのレジスト材料においても
変質してしまう現象（いわゆる焼け付き）が生じてしま
った。変質が生じてしまうと、マスク材料のエッチング
レートが不均一になってしまうことになるので、マスク
材料の形状に対応する形状を光学材料において得ようと
する際に、形状が乱れてしまうことになる。

【００６２】（実施例３）感光性材料ＡおよびＢについ
て、実施例２で得たサンプルにそのまま例えば、ＮＬＤ
を用いた高密度プラズマ源を用いたプラズマエッチング
装置によるリアクティブエッチング（ＲＩＥ）処理を施
し、感光性材料ＡおよびＢに表面の丸さを溶融石英基板
に転写して、光学レンズを作製した。本実施例により作
製した光学レンズにおいては、光学的になめらかな曲面
を有する光学レンズであるとともに、光学レンズ部分の
径が１２０μｍ程度のきわめて小径な光学レンズであ
り、その光学レンズは約３０μｍ程度の凸部の高さを有
する高いＮＡの光学レンズを作製することができた。さ
らに本実施例の光学レンズは熱処理工程を経ても基板と
マスク層材料が接している位置（図２および３において
境界Ｍと示した部分）は移動していないので、マスク材
料は境界線により形状が規定されている。

【００６３】以上、本発明を実施形態により説明した
が、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるもので
はない。例えば、光学レンズの形状は、上記の形状以外
にも適用することができる。光学レンズを構成する材料
や、マスク層の材料も上記に限定されない。特にマスク
層材料としては、熱処理により、基板との境界が動くこ
となく、表面が丸く加工される材料であれば、本発明に
おいて用いることが可能である。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことが可能であ
る。

【００６４】

【発明の効果】本発明の光学レンズは、基板に形成され
た光学レンズとして機能する凸部と基板の平坦な表面と
の境界に沿って溝が形成されている。従って、基板の平
坦な表面とレンズの凸部との境界に沿って溝が形成され
ているので、光学レンズの位置確認が非常に容易となっ
ている。上記の構造は、感光性樹脂よりなるマスク層を
熱処理することで、マスク層の表面に曲面を得て、これ
をマスクとしてエッチングする方法などにより作成可能
であり、光学レンズの小型化に対応することが可能であ
る。

【００６５】本発明の光学レンズアレイは、上記の本発
明の光学レンズが複数個並べられた構成となっており、
基板の平坦な表面とレンズの凸部との境界に沿って溝が
形成されているので、光学レンズの位置確認が非常に容
易であり、光学レンズの小型化に対応することが可能で
ある。

【００６６】本発明の光学レンズの製造方法によれば、
レンズとなる凸部の径などの大きさをマスク層の径など
の大きさにより制御できるので、小型化した光学レンズ
を製造することができる。また、基板を光学レンズ形状
に加工するドライエッチング処理時に、凸部と基板の平
坦な表面との境界に沿って溝が形成されるので、レンズ
部分の位置確認が非常に容易な光学レンズを製造するこ
とができる。

【００６７】本発明の光学レンズアレイの製造方法によ
れば、レンズとなる凸部の径などの大きさをマスク層の
径などの大きさにより制御できるので、小型化した光学
レンズを製造することができる。また、基板を光学レン
ズ形状に加工するドライエッチング処理時に、凸部と基
板の平坦な表面との境界に沿って溝が形成されるので、
レンズ部分の位置確認が非常に容易な光学レンズを製造
することができる。また、複数個の凸部の間隔をマスク
層の形成工程により制御することができ、複数個の光学
レンズの相対的位置を高精度に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、第１実施形態に係る光学レンズ
の斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ’
における断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）中のＢ
部拡大断面図である。

【図２】図２は第１実施形態に係る光学レンズの製造法
補の製造工程を示す断面図であり、（ａ）はマスク層の
形成工程まで、（ｂ）はマスク層のパターン加工工程ま
でを示す。

【図３】図３は図２の続きの工程を示し、（ｃ）は熱処
理工程まで、（ｄ）は基板のレンズ形状の加工工程まで
を示す。

【図４】図４（ａ）は、第２実施形態に係る光学レンズ
の斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）中のＢ部を拡
大した断面図である。

【図５】図５（ａ）および（ｂ）は実施例１における示
差熱分析結果を示すグラフである。

【図６】図６（ｃ）および（ｄ）は実施例１における示
差熱分析結果を示すグラフである。

【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は従来例のフレネルレンズ
を説明するための模式図である。

【図８】図８（ａ）は、従来例に係る光学レンズの斜視
図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＡ−Ａ’におけ
る断面図であり、図８（ｃ）は図８（ｂ）中のＢ部拡大
断面図である。

【符号の説明】

１０…基板、２０，２１…凸部、３０，３０ａ，３０ｂ
…マスク層、Ｔ…溝。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学材料よりなり、平坦な表面を有する基
   板と、 上記基板の平坦な面上に上記基板と一体に形成され、光
   学レンズとしての機能を有する凸形状の曲面を有する凸
   部とを有し、 上記凸部と上記基板の平坦な表面との境界に沿って溝が
   形成されている光学レンズ。
2. 【請求項２】上記凸部が、表面が上記曲面である球体の
   一部分の形状である請求項１に記載の光学レンズ。
3. 【請求項３】上記凸部が、円柱の側面を上記曲面とする
   略半円柱形状である請求項１に記載の光学レンズ。
4. 【請求項４】光学材料よりなり、平坦な表面を有する基
   板と、 上記基板の平坦な面上に並べられて、上記基板と一体に
   形成され、それぞれが光学レンズとしての機能を有する
   凸形状の曲面を有する複数個の凸部とを有し、 上記凸部と上記基板の平坦な表面との境界に沿って溝が
   形成されている光学レンズアレイ。
5. 【請求項５】光学材料よりなり、平坦な表面を有する基
   板上に、光学レンズの形状に対応するマスク層を形成す
   る工程と、 熱処理により上記マスク層の形状を表面積が小さくなる
   ように変形させる工程と、 上記マスク層と上記基板を同時に除去することで、上記
   マスク層の形状を上記基板に転写し、光学レンズの形状
   とする工程とを有する光学レンズの製造方法。
6. 【請求項６】上記マスク層を、感熱性材料膜に露光およ
   び現像処理を施してパターニングすることにより形成す
   る請求項５に記載の光学レンズの製造方法。
7. 【請求項７】上記マスク層の形状を表面積が小さくなる
   ように変形させる工程において室温よりも高い熱処理を
   施す請求項５に記載の光学レンズの製造方法。
8. 【請求項８】上記マスク層の形状を表面積が小さくなる
   ように変形させる工程において、上記感光性材料膜のガ
   ラス転移温度よりも高い温度で熱処理を施す請求項６に
   記載の光学レンズの製造方法。
9. 【請求項９】上記マスク層の形状を表面積が小さくなる
   ように変形させる工程において、上記感光性材料膜の炭
   化温度よりも低い温度で熱処理を施す請求項６に記載の
   光学レンズの製造方法。
10. 【請求項１０】上記マスク層と上記基板を同時に除去す
    る工程において、上記マスク層をマスクとしてドライエ
    ッチング処理を施すことにより、上記マスク層の形状を
    上記基板に転写し、光学レンズの形状とする請求項５に
    記載の光学レンズの製造方法。
11. 【請求項１１】上記ドライエッチング処理において、上
    記基板と上記マスク層に対する選択比が略同等となる条
    件で処理を行う請求項１０に記載の光学レンズの製造方
    法。
12. 【請求項１２】光学材料よりなり、平坦な表面を有する
    基板上に、複数個の光学レンズの形状に対応する複数個
    のマスク層を形成する工程と、 上記各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形
    させる工程と、 上記各マスク層と上記基板を同時に除去することで、上
    記各マスク層の形状を上記基板に転写し、複数個の光学
    レンズの形状とする工程とを有する光学レンズアレイの
    製造方法。