JP2003177215A - マイクロレンズ作成方法、基板の貼り合わせ装置、およびマイクロレンズ並びに光ピックアップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気泡の発生を防止すようにしたマイクロレン
ズ作成方法、基板の貼り合わせ装置、およびマイクロレ
ンズ並びに光ピックアップを提供する。 【解決手段】 屈折率ｎの透明な第１の基板１０１に凹
面１０４を作成する工程と、凹面１０４に屈折率ｎ'
（≠ｎ）の紫外線硬化樹脂１０３を流し込む工程と、平
坦で透明な第２の基板１０２を、紫外線硬化樹脂１０３
を挟んで第１の基板１０１に貼りあわせる工程を含むマ
イクロレンズの作製方法において、レンズの中心部分を
選択的に紫外線２０１照射する工程を含むことを特徴と
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、マイクロレンズ作
成方法、基板の貼り合わせ装置、およびマイクロレンズ
並びに光ピックアップに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＣＤや液晶パネルの光利用効率
の向上や、光通信用の小型の光学素子の作成のためにマ
イクロレンズが利用されている。

【０００３】このような用途に利用されるマイクロレン
ズの一つとして、レンズ形状が形成された透明基板の表
面に屈折率の異なる樹脂を埋め込んで他の基板を貼り合
せ、基板と樹脂の屈折率差を利用してレンズ効果を得る
ものがある。

【０００４】このようなタイプのマイクロレンズは、基
板の両面を平面にすることが出来るので、他の部品との
組み合わせが容易であり、また、マイクロレンズの表面
に付着したごみの除去も容易である。

【０００５】しかしながら、このタイプのマイクロレン
ズにおいては、樹脂を硬化させる際に気泡が発生する問
題がある。

【０００６】例えば、特開２００１−１４１９０７号公
報の発明では、その構成を図５に示すように、透明な第
１の基板１に凹面２を作成し、その凹面２に樹脂３を流
し込み、平坦で透明な第２の基板４を、前記樹脂３を挟
んで第１の基板１に貼りあわせた構成としている。そし
て、前記樹脂３の収縮率を８．８％以下または６．１％
以下に制限することで、気泡の発生を防いでいる。しか
しながら、実際に作成を行ったところ、収縮率が４％の
樹脂を使った場合でも気泡が発生する場合があった。ま
た、収縮率を制限することにより、利用できる樹脂の種
類が制限されてしまうという問題がある。

【０００７】又、特開２００１−１６６１０５号公報の
発明では、その構成を図６の〜に示すように、凸
面５を有する第１の基板６を用意し、凸面５上に樹脂
７を供給し、平坦な第２の基板８により樹脂７を挟む
ように加圧し、ＵＶ光を照射して硬化させ、研磨し
ている。そしてこの後で、樹脂７のガラス転移温度以下
で加熱処理することにより、ひけの問題を防止するよう
にしている。この方法では、第１の基板６と第２の基板
８とにより樹脂７を挟んだ後、加熱してひけをなくすよ
うにしているが、熱による体積変化があるような樹脂を
用いる場合は、紫外線を当てて硬化させているときに気
泡が発生してしまうことが予想される。

【０００８】特開平０８−２０９０７６号公報の発明で
は、図７の（ａ）〜（ｄ）に示すように、（ａ）凸面５
を有する第１の基板６と平坦な第２の基板８の夫々に樹
脂７を供給し、（ｂ）（ｃ）夫々の樹脂７が対向するよ
うに第１の基板６と第２の基板８とを接近させることに
より樹脂７を挟んだ後、（ｄ）紫外線ランプ９で照射す
ることにより硬化させている。この方法においても、紫
外線を当てて硬化させているときに同様に気泡が発生し
てしまうことが予想される。又、この方法では、第１の
基板６と第２の基板８を貼りあわせて樹脂７を硬化する
際の収縮については検討されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の方法では、マイクロレンズ部分に気泡が発生する
場合がある。気泡が発生してしまうと、その部分で光が
散乱されるために目的の性能が得られなくなる。とく
に、ＣＣＤや液晶プロジェクターで用いられるマイクロ
レンズアレイでは数１０万〜数１００万個のレンズのう
ち一つでもこのような気泡が発生していれば不良品にな
ってしまう。このように、気泡の発生に対する対策を行
うことは重要である。

【００１０】そこで本発明は、気泡の発生を防止すよう
にしたマイクロレンズ作成方法、基板の貼り合わせ装
置、およびマイクロレンズ並びに光ピックアップを提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
屈折率ｎの透明な第１の基板に凹面を作成する工程と、
凹面に屈折率ｎ' （≠ｎ）の紫外線硬化樹脂を流し込む
工程と、平坦で透明な第２の基板を、前記紫外線硬化樹
脂を挟んで第１の基板に貼りあわせる工程を含むマイク
ロレンズの作製方法において、レンズの中心部分を選択
的に紫外線照射する工程を含むことを特徴とするマイク
ロレンズ作製方法である。

【００１２】請求項２に係る発明は、請求項１記載のマ
イクロレンズ作成方法において、第２の基板として、所
定の厚さのフィルムまたは所定の厚さに研磨した透明基
板を用いることを特徴とするマイクロレンズ作成方法で
ある。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１又は２記
載のマイクロレンズ作成方法において、基板を貼りあわ
せた方向に加圧しながら紫外線を照射することを特徴と
する、マイクロレンズ作成方法である。

【００１４】請求項４に係る発明は、少なくとも一方の
基板に凹面が形成された２枚の基板を、凹面が形成され
た面を内側にして紫外線硬化樹脂を介して重ね合わせ、
紫外線を照射して貼り合せるための基板の貼り合せ装置
において、凹面が形成された部分と同一の箇所が開口し
たマスクを介して基板を露光するための露光装置を備え
たことを特徴とする基板貼り合せ装置である。

【００１５】請求項５に係る発明は、少なくとも一方の
基板に凹面が形成された２枚の基板を、凹面が形成され
た面を内側にして紫外線硬化樹脂を介して重ね合わせ、
紫外線を照射して貼り合せるための基板の貼り合せ装置
において、凹面が形成された部分に対して光を集光する
ための集光手段を備えたことを特徴とする基板貼り合せ
装置である。

【００１６】請求項６に係る発明は、請求項５に記載の
基板貼り合せ装置において、集光手段が、基板に形成さ
れた凹面と同一位置に集光スポットを形成するマイクロ
レンズが形成されたマイクロレンズアレイであることを
特徴とする基板の貼り合せ装置である。

【００１７】請求項７に係る発明は、請求項４から６の
いずれかに記載の貼り合せ装置において、紫外線照射中
に２枚の基板の対抗する面と垂直な方向に加圧するため
の加圧手段を有することを特徴とする基板貼り合せ装置
である。

【００１８】請求項８に係る発明は、請求項１から３の
いずれかに記載の方法で作成したマイクロレンズであ
る。

【００１９】請求項９に係る発明は、請求項１から３の
いずれかに記載の方法で作成したマイクロレンズを使っ
た光ピックアップである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。本件発明者は、本発明を実施するに
先立ち、先ず、一方に凹面又は凸面を有する第１の基板
と第２の基板とを、樹脂を挟むようにして形成されるレ
ンズに、どのようにして気泡が発生するかについて検討
した。

【００２１】レンズ部分への気泡の発生は、レンズ部分
とその他の部分の接着剤層の厚みの違いによって引き起
こされている。気泡発生の例を図１（Ａ）〜（Ｃ）に示
した。この図１では凹面１０４の形成されたガラス基板
１０１と平坦なガラス板１０２を紫外線硬化樹脂１０３
で貼り合せている。たとえば、収縮率が８％の樹脂１０
３を用い深さ２０μｍの凹面１０４を埋め込んだ場合、
硬化時に深さ方向へ約１．６ｕｍ収縮する。レンズ周辺
での樹脂厚さを５μｍとすれば、周辺部の収縮量は０．
４μｍ程度であり、この収縮量の差によってレンズ部分
に気泡１０５が発生している。

【００２２】そこで本発明では、レンズ部分を先に硬化
させることで気泡の発生を回避している。レンズ部分を
先に硬化させた場合、収縮した体積分の樹脂は未硬化部
分から流れ込み、気泡は発生しない。レンズ部分をある
程度硬化、収縮させ、未硬化部分の収縮量がレンズ以外
の部分と等しくなるようにしてから全体を硬化させれ
ば、気泡の発生を防ぐことが出来る。また、基板１０２
を十分薄くした場合や、図１（Ｃ）のように樹脂製のフ
ィルム１０６を用いる場合は、収縮に合わせてフィルム
１０６が変形するため、気泡は発生しないが、変形によ
り目的の光学性能が出ない場合が生じる。そのような場
合に対しても、本発明の方法は有効である。

【００２３】実施例１ 本発明のマイクロレンズ作製方法について、図２（Ａ）
〜（Ｃ）を用いて説明する。

【００２４】図２（Ａ）の第１の基板１０１にはマイク
ロレンズとして利用するための凹面１０４が形成されて
いる。この凹面１０４は、基板１０１にフォトリソグラ
フィーで凹面１０４の直径より小さい開口パターンを形
成した後、等方エッチングを行って形成した。この方法
はマイクロレンズ用の凹面を作成するためには一般的な
方法である。ほかに、グレイスケールマスクを用いて凹
形状のフォトレジストパターンを形成した後、異方性エ
ッチングで基板に転写する方法なども利用できる。基板
１０１の材質は石英ガラス（屈折率１．４５）を用い
た。第２の基板１０２は両面が平坦なガラス基板であ
る。

【００２５】この２枚の基板１０１，１０２の間に、紫
外線硬化樹脂１０３を塗布する。ここでは屈折率が１．
５８、硬化時の収縮率が４％の樹脂を用いた。一般的な
紫外線硬化樹脂１０３は硬化時に４〜８％程度の体積収
縮を起こす。

【００２６】次に、図２（Ｂ）に示すように、レンズの
中央部分、即ち凹面１０４が形成されている付近に紫外
線２０１を照射し、樹脂１０３を硬化させる。このと
き、硬化した樹脂１０３の体積減少分は、周囲の未硬化
部分の樹脂が流れ込むことによって補われる。

【００２７】ある程度硬化させた後、図２（Ｃ）に示す
ように、樹脂１０３全体に紫外線２０１を照射してすべ
ての樹脂１０３を硬化させる。この時点では、樹脂の体
積収縮量はレンズ部分もそれ以外の部分も同じ程度にな
っているため、気泡が発生しない。

【００２８】この後、必要に応じて、ベーク（紫外線・
熱硬化型樹脂の場合）や、厚さを所定の値にするための
基板１０１，１０２の研磨を行えばよい。

【００２９】以上の方法によりマイクロレンズを作成す
れば、レンズ部分への気泡の発生を抑えることができ
る。また、基板２の代わりに薄いフィルムを使った場合
のレンズ部分の変形も同様に防止することができる。

【００３０】実施例２ このような処理を行うための装置の例を図３に示した。
この装置は基板保持手段３０１，３０２、紫外線発生手
段３０３などから構成される紫外線照射装置に対して、
レンズの中心部分（凹面１０４が形成されているレンズ
部分）を選択的に照射するための露光装置３０４が追加
されている。露光装置３０４としては、露光される基板
のマイクロレンズの位置に紫外線２０１を照射するため
の開口を形成したフォトマスク３０４ａを用いることが
できる。

【００３１】又、マイクロレンズの位置に紫外線を集光
するための集光レンズなどの集光手段３０４ｂを用いる
ことができる。マイクロレンズアレイに対して露光する
際は、露光装置３０４にも同一の配列を持つマイクロレ
ンズアレイを用いれば、レンズ部分を効率よく露光でき
る。この露光装置３０４には、これらのマスク３０４ａ
やレンズ３０４ｂの位置と露光される基板の位置をアラ
イメントするためのアライメント手段３０５、マイクロ
レンズ部分を照射した後に基板全面を照射するため、３
０４ａやレンズ３０４ｂを基板と光源の間から退避させ
るための退避手段３０６も含まれる。

【００３２】また、基板保持手段３０２または３０１
に、基板の面に対して垂直に加圧するための加圧手段３
０７を持たせれば、マイクロレンズ部分を硬化させる際
の樹脂の移動を促進することができるので、さらに気泡
を発生しにくくすることができる。

【００３３】実施例３ このような方法で作成したマイクロレンズは、樹脂の収
縮による気泡の発生や形状の変化が少ないので、高い精
度を必要とされる用途に用いることができる。また、樹
脂の収縮率を気にせず、さまざまな紫外線硬化樹脂を利
用することができる。図４に本発明のマイクロレンズを
用いて作成した光ピックアップ用のマイクロレンズ示し
た。このレンズは２枚の凸レンズ４０２，４０３と高屈
折率樹脂で凹面を埋め込んだマイクロレンズ４０１の３
面を組み合わせてＮＡ＝０．８５としている。このよう
な高いＮＡを達成するためには、マイクロレンズの形状
にも高い精度が要求される。さらに、マイクロレンズ４
０１を埋め込むための樹脂はなるべく屈折率が高いほう
がよいため、本発明のマイクロレンズを有効に利用でき
る。

【００３４】上記の他にも、光通信用の光学部品など高
い精度が求められる用途では、本発明のマイクロレンズ
は非常に有効である。

【００３５】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、埋め込み
型マイクロレンズにおいて、気泡の発生が抑えられる。

【００３６】請求項２記載の発明によれば、樹脂硬化時
の収縮によるレンズ部分の変形が抑えられる。また、貼
り合せ後に研磨する必要がないため、工程を簡略化でき
る。

【００３７】請求項３記載の発明によれば、加圧するこ
とにより、硬化中の樹脂を流動しやすくし、気泡の発生
を抑えることが出来る。

【００３８】請求項４記載の発明によれば、マイクロレ
ンズ部分を選択的に露光できるので気泡の発生を防げ
る。

【００３９】請求項５記載の発明によれば、マイクロレ
ンズ部分を選択的に露光できるので気泡の発生を防げ
る。集光しているので露光時間が短く出来る。

【００４０】請求項６記載の発明によれば、気泡のない
マイクロレンズアレイを作成できる。

【００４１】請求項７記載の発明によれば、加圧するこ
とにより、硬化中の樹脂を流動しやすくし、気泡の発生
を抑えることが出来る。

【００４２】請求項８記載の発明によれば、気泡がなく
屈折率変化の自由度の高いマイクロレンズであるため、
光通信関連部品などの微小光学部品の性能を向上するこ
とが出来る。

【００４３】請求項９記載の発明によれば、埋め込み型
のマイクロレンズを使った小型の光ピックアップを作成
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は気泡発生の例を示す説明
図である。

【図２】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明のマイクロレンズ作
製方法を示す説明図である。

【図３】図２の方法を実施する装置の概略側面図であ
る。

【図４】本発明のマイクロレンズを用いて作成した光ピ
ックアップ用のマイクロレンズの説明図である。

【図５】従来のマイクロレンズの一例を示す切断側面図
である。

【図６】〜は従来のマイクロレンズの製作例を示す
説明図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は従来のマイクロレンズの他の
製作例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０１ 第１の基板 １０２ 第２の基板 １０３ 紫外線硬化樹脂 １０４ 凹面 ２０１ 紫外線 ３０４ 露光装置 ３０４ａ マスク ３０４ｂ 集光手段 ３０７ 加圧手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三船 博庸 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 4F204 AA44 AD04 AD24 AD35 AG03 AM32 EA03 EA05 EB01 EB11 EF05 EK17 EK18 EK23 5D119 AA01 AA11 AA22 AA38 EB02 JA44 NA05 5D789 AA01 AA11 AA22 AA38 EB02 JA44 NA05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屈折率ｎの透明な第１の基板に凹面を作
   成する工程と、凹面に屈折率ｎ' （≠ｎ）の紫外線硬化
   樹脂を流し込む工程と、平坦で透明な第２の基板を、前
   記紫外線硬化樹脂を挟んで第１の基板に貼りあわせる工
   程を含むマイクロレンズの作製方法において、レンズの
   中心部分を選択的に紫外線照射する工程を含むことを特
   徴とするマイクロレンズ作製方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のマイクロレンズ作成方法
   において、第２の基板として、所定の厚さのフィルムま
   たは所定の厚さに研磨した透明基板を用いることを特徴
   とするマイクロレンズ作成方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のマイクロレンズ作
   成方法において、基板を貼りあわせた方向に加圧しなが
   ら紫外線を照射することを特徴とする、マイクロレンズ
   作成方法。
4. 【請求項４】 少なくとも一方の基板に凹面が形成され
   た２枚の基板を、凹面が形成された面を内側にして紫外
   線硬化樹脂を介して重ね合わせ、紫外線を照射して貼り
   合せるための基板の貼り合せ装置において、凹面が形成
   された部分と同一の箇所が開口したマスクを介して基板
   を露光するための露光装置を備えたことを特徴とする基
   板貼り合せ装置。
5. 【請求項５】 少なくとも一方の基板に凹面が形成され
   た２枚の基板を、凹面が形成された面を内側にして紫外
   線硬化樹脂を介して重ね合わせ、紫外線を照射して貼り
   合せるための基板の貼り合せ装置において、凹面が形成
   された部分に対して光を集光するための集光手段を備え
   たことを特徴とする基板貼り合せ装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の基板貼り合せ装置にお
   いて、集光手段が、基板に形成された凹面と同一位置に
   集光スポットを形成するマイクロレンズが形成されたマ
   イクロレンズアレイであることを特徴とする基板の貼り
   合せ装置。
7. 【請求項７】 請求項４から６のいずれかに記載の貼り
   合せ装置において、紫外線照射中に２枚の基板の対抗す
   る面と垂直な方向に加圧するための加圧手段を有するこ
   とを特徴とする基板貼り合せ装置。
8. 【請求項８】 請求項１から３のいずれかに記載の方法
   で作成したマイクロレンズ。
9. 【請求項９】 請求項１から３のいずれかに記載の方法
   で作成したマイクロレンズを使った光ピックアップ。