JP2004304737A

JP2004304737A - アンテナ装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004304737A
Application number: JP2003098261A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsumoto; 健司松本; Masaki Hoshina; 正樹保科
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-10-28
Also published as: US20040239576A1; US6999035B2

Abstract

【課題】複数の電波を受信可能なアンテナ装置を、部品数少なく安価に製造できるようにしたアンテナ装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】マイクロレンズアレイ５０と、このマイクロレンズアレイ５０の反射面側に配置された受信機７０とを備え、このマイクロレンズアレイ５０の反射面には、当該マイクロレンズアレイ５０に向けて送られてくる複数の電波のうち、特定周波数及びその近傍の電波８０ａ〜８０ｄを受信機７０に向けて反射するようなマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄが設けられている。電波８０ａ〜８０ｄの反射方向を細かく調整することができ、受信機７０の個数を最小限に抑えることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置及びその製造方法に係り、特に、広帯域の周波数を受信する反射型アンテナに適用して好適なアンテナ装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放送衛星や通信衛星から地上に送られてくる周波数帯の異なる複数の電波を１つのアンテナ装置で受信する方法として、例えば以下のような２つの方法が提案されていた。
第１の方法は、１個の反射鏡に対して複数の受信機を備え付ける方法である（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、パラボラ反射鏡の中心軸からずれて到来した電波は、当該パラボラ反射鏡の焦点からずれた位置に収束することに着目し、１個のパラボラ反射鏡に対して複数個の受信機を設けてパラボラアンテナを構成していた。これにより、到来方向の異なる複数の放送電波や通信電波を１台のパラボラアンテナで受信することができる。
【０００３】
また、第２の方法は、パラボラ反射鏡と受信機とからなるパラボラアンテナを球状構造体の外表面に複数個設置してアンテナ装置を構成し、各パラボラアンテナを選択して受信入力させる方法である（例えば、特許文献２参照。）。この方法では、球状構造体の略全体で電波を受信することができるので、指向性を殆ど考慮する必要がなく、使用周波数帯の異なる複数の電波を複数の通信衛星等から容易に受信することができる。
【０００４】
【特許文献１】
実開平５−５７９１２号公報
【特許文献２】
実開平６−３８３２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来例に係る電波の受信方法によれば、周波数帯の異なる複数の電波を受信するために、１個のパラボラ反射鏡に複数個の受信機設けてパラボラアンテナを構成したり、複数個のパラボラアンテナを用いてアンテナ装置を構成したりしていた。このため、アンテナ装置を構成する部品の個数が多く、その製造コストが高いという問題があった。
そこで、この発明はこのような問題を解決したものであって、複数の電波を受信可能なアンテナ装置を、部品数少なく安価に製造できるようにしたアンテナ装置及びその製造方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本発明に係るアンテナ装置は、反射板と、
この反射板の一方の面側に配置された受信機とを備え、この反射板の一方の面には、当該反射板に向けて送られてくる複数の電波のうち、特定周波数及びその近傍の電波を受信機に向けて反射するようなレンズ体を、各々の特定周波数が異なるように複数個設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係るアンテナ装置によれば、従来型のアンテナ装置と比べて、特定周波数の電波に対応したレンズ体が一枚の反射板の一方の面に複数個設けられているので、電波の反射方向を細かく調整することができ、受信機の個数を最小限に抑えることができる。従って、複数の電波を受信可能なアンテナ装置の構成部品数を少なくすることができ、当該アンテナ装置の製造コストを低減することができる。
【０００８】
本発明に係る第１のアンテナ装置の製造方法は、反射板と、当該反射板の一方の面側に配置された受信機とからなるアンテナ装置の該反射板を形成する方法であって、所定の基板の一方の面上に特定形状のマスクパターンを形成する工程と、このマスクパターンと基板とをドライエッチングして、当該基板の一方の面に該マスクパターンの特定形状を形成する工程と、この特定形状が形成された基板の一方の面上に反射膜を形成する工程とを含み、特定形状とは、反射板に向けて送られてくる複数の電波のうち、特定周波数及びその近傍の電波を受信機に向けて反射するようなレンズ体を、各々の特定周波数が異なるように複数個配置した形状であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る第２のアンテナ装置の製造方法は、反射板と、当該反射板の一方の面側に配置された受信機とからなるアンテナ装置の該反射板を形成する方法であって、射出成型装置を用いて、一方の面に特定形状を有する基板を射出成型する工程と、この基板の特定形状を有する面上に反射膜を形成する工程とを含み、特定形状とは、反射板に向けて送られてくる複数の電波のうち、特定周波数及びその近傍の電波を受信機に向けて反射するようなレンズ体を、各々の特定周波数が異なるように複数個配置した形状であることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る第１、第２のアンテナ装置の製造方法によれば、従来方式と比べて、電波の反射方向を細かく調整することができ、受信機の個数を最小限に抑えることができる。従って、複数の電波を受信可能なアンテナ装置を、部品数少なく安価に製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明に係るアンテナ装置及びその製造方法について説明する。
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る反射型アンテナ装置１００の構成例を示す概念図である。このアンテナ装置１００は、放送衛星や通信衛星等によって地上に送られてくる複数の電波のうち、周波数の異なる複数の電波８０ａ〜８０ｄを受信する装置である。
【００１２】
図１において、電波８０ａ〜８０ｄはそれぞれ異なる衛星から送られてくる電波であり、その使用周波数は衛星によってそれぞれ異なることが一般的である。また、放送衛星や通信衛星は静止衛星なので、通常は地上に対する静止角度もそれぞれが異なり、電波８０〜８０ｄの反射型アンテナ装置１００に対する入射角度もそれぞれが異なる。図１に示すアンテナ装置１００は、反射型のマイクロレンズアレイ５０と、このマイクロレンズアレイ５０から所定の距離だけ離れた位置に給電部７２を有する受信機７０等から構成されている。
【００１３】
図１に示すように、マイクロレンズアレイ５０は、周波数の異なる電波８０ａ〜８０ｄをその表面で反射して、受信機７０の給電部７２に集束させるものである。このマイクロレンズアレイ５０の電波を反射する面（以下で、反射面という）には、周波数の異なる電波８０ａ〜８０ｄにそれぞれ対応したマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄが設けられている。
【００１４】
これらのマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄのそれぞれの径、深さ、形状は、反射の対象とする電波８０ａ〜８０ｄに合わせてそれぞれが調整されており、電波８０ａ〜８０ｄに対するマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄのそれぞれの焦点は、受信機７０の給電部と重なるようになっている。
即ち、マイクロレンズ５２ａは、通信衛星等から送られてくる電波８０ａを反射して、この電波８０ａを給電部７２に集束させる。また、マイクロレンズ５２ｂは、電波８０ａとは異なる角度から送られてくる電波８０ｂを給電部７２に集束させる。同様に、マイクロレンズ５２ｃ、５２ｄは、電波８０ａ、８０ｂとは異なる角度から送られてくる電波８０ｃ、８０ｄを、それぞれ給電部７２に集束させる。
【００１５】
図２は、マイクロレンズアレイ５０の構成例を示す平面図である。図２に示すように、このマイクロレンズアレイ５０の反射面には、マイクロレンズ５２ａ〜５２ｄが一定の間隔をもってそれぞれ複数個ずつ設けられている。マイクロレンズ５２ａ〜５２ｄのそれぞれの個数を多くすることで、電波８０ａ〜８０ｄを反射させる面の面積を増やすことができ、アンテナ装置１００の電波８０ａ〜８０ｄを集める能力（感度）を向上させることができる。これらのマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄの直径は、例えば０．１２［μｍ］〜１０［μｍ］程度であり、その深さは例えば０．１２［μｍ］〜１０［μｍ］程度である。
【００１６】
図３（Ａ）から図３（Ｄ）に示すマイクロレンズアレイ５０の作成は以下の方法による。まず始めに、図３（Ａ）に示すように、石英ガラスからなる基板（以下で、ガラス基板という）１１を用意する。このガラス基板１１は、その面（反射面）が平坦に加工されている。このガラス基板１１は、例えば半径１００［ｍｍ］程度のガラス基板である。
【００１７】
次に、このガラス基板１１上にポジ型のフォトレジスト１３を塗布する。このフォトレジスト１３の塗布厚は、例えば１０［μｍ］程度である。そして、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）や、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）等のレーザー１４を集光レンズ１２でフォトレジスト１３上に集光し、スキャニング露光する。露光後のフォトレジスト１３を現像すると、図３（Ｂ）に示すように、マイクロレンズ５２ａ〜５２ｄのパターン形状（凹部）を有したレジストパターン１３´が現れる。
【００１８】
図４（Ａ）は、レーザー１４の露光形状の一例を示す概念図である。図４（Ａ）に示す円は、レーザー１４をフォトレジスト１３上に集光させた際の光強度分布を示す等高線である。この等高線の中心部ほど光の強度が大きい。図４（Ａ）において、左側が例えばマイクロレンズ５２ａ形成用の露光形状であり、右側が例えばマイクロレンズ５２ｂ形成用の露光形状である。
【００１９】
また、図４（Ｂ）は、レジストパターン１３´の形状例を示す概念図である。図４（Ｂ）において、左側の凹部が例えばマイクロレンズ５２ａ形成用であり、右側の凹部が例えばマイクロレンズ５２ｂ形成用である。図４（Ａ）及び（Ｂ）を比較して明らかなように、光強度の等高線の数が多いほど（光の強度が大きいほど）、レジストパターン１３´の凹部は深く形成される。また、光強度の等高線の間隔が密なほど（光の強度分布を急峻にするほど）、レジストパターン１３´の凹部は急峻に形成される。
【００２０】
図４（Ｂ）の左側において、このレジストパターン１３´の凹部の直径をＬとし、この凹部の深さをＤとしたとき、Ｌは例えば０．１５［μｍ］、Ｄは例えば０．１０［μｍ］程度である。
次に、図３（Ｃ）に示すように、このレジストパターン１３´上からガラス基板１１をエッチングする。このエッチングは、例えばＣＨＦ_３を用いた反応性イオンエッチングである。このエッチングによって、レジストパターン１３´はガラス基板１１上から除去され、さらに、レジストパターン１３´の形状を反映した形でガラス基板１１がエッチングされる。これにより、ガラス基板１１にマイクロレンズアレイ５０の形状が転写される。
【００２１】
その後、図３（Ｄ）に示すように、マイクロレンズアレイ５０の形状が転写されたガラス基板１１上に、電波反射膜１５を形成する。この電波反射膜１５には、例えばアルミニウムや、銀を使用し、その形成はスパッタ法で行う。このようにして、図１に示したマイクロレンズアレイ５０を完成させる。また、この後、このマイクロレンズアレイ５０に受信機７０を取り付けて、図１に示したアンテナ装置１００を完成させる。
【００２２】
このように、本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置１００の製造方法によれば、従来方式と比べて、周波数の異なる電波８０ａ〜８０ｄを１つのマイクロレンズアレイ５０で反射し、反射した電波８０ａ〜８０ｄを１つの受信機７０で受信することができる。従って、広周波数帯域の電波を受信可能なアンテナ装置１００を、部品数少なく安価に製造することができる。
【００２３】
また、マイクロレンズアレイ５０の製造方法には、半導体装置の前工程プロセスを応用することができるので、特定周波数及びその近傍の電波８０ａ〜８０ｄに合わせて径、深さ、形状等がそれぞれ異なるマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄを１つのガラス基板１１上に精度良く形成することができる。
スキャニング露光時の露光形状を調整することで、マイクロレンズアレイ５０の形状を容易に変えることができる。これにより、受信したい周波数に対応したアンテナ装置１００を簡単に作成することができる。
【００２４】
この第１実施形態では、マイクロレンズアレイ５０が本発明の反射板に対応し、ガラス基板１１が本発明の所定の基板に対応している。また、レジストパターン１３´が本発明のマスクパターンに対応し、このレジストパターン１３´の凹部が本発明の特定形状に対応している。さらに、電波反射膜１５が本発明の反射膜に対応し、電波８０ａ〜８０ｄが本発明の特定周波数及びその近傍の電波に対応している。また、マイクロレンズ５２ａ〜５２ｄが本発明のレンズ体に対応している。
【００２５】
なお、図４（Ａ）では、レーザー１４の露光形状の一例として、円形の場合について説明したが、レーザー１４の露光形状は円形に限られることはなく、例えば図５に示すように、例えば略四角形でも良い。この場合には、フォトレジスト１３（図３参照）に平面視で略四角形の凹部が形成される。
（２）第２実施形態
上述の第１実施形態では、マイクロレンズアレイ５０を形成する際に、レジストパターン１３´とガラス基板１１をドライエッチングして、このレジストパターン１３´のパターン形状を下地のガラス基板１１に転写する方法について説明した。しかしながら、マイクロレンズアレイ５０の形成方法は、これに限られることはない。
【００２６】
図６（Ａ）〜図７（Ｃ）は、本発明の第２実施形態に係るマイクロレンズアレイ５０の形成方法を示す工程図である。この第２実施形態では、スタンパの製造技術を用いて反射型のマイクロレンズアレイ５０を製造する方法について説明する。従って、図６（Ａ）〜図７（Ｃ）において、第１実施形態と同一の機能を有するものには同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００２７】
まず始めに、図６（Ａ）に示すように、表面が平坦加工されたガラス基板２１を用意する。このガラス基板２１は、その表面（反射面）が平坦に加工されている。このガラス基板２１は、例えば半径１００［ｍｍ］程度のガラス基板である。
次に、このガラス基板２１の表面をＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）のペーパ処理をする。そして、この処理後に、ガラス基板２１上にポジ型のフォトレジスト２３を塗布する。このフォトレジスト２３の塗布厚は、例えば１０［μｍ］程度である。そして、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）や、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）等のレーザー１４を集光レンズ１２でフォトレジスト２３上に集光して、スキャニング露光する。露光後のフォトレジスト２３を現像すると、図６（Ｂ）に示すように、マイクロレンズ５２ａ〜５２ｄのパターン形状（凹部）を有したレジストパターン２３´が現れる。
【００２８】
次に、図６（Ｃ）に示すように、このレジストパターン２３´上にＡｇＳｉ合金等の金属膜２５を形成する。この金属膜２５は、ＡｇＳｉ合金に限定されるものではない。金属膜２５には、アセトンやメチルエチルケトン、エチルアルコール等の溶剤に溶解可能な任意の金属材料を使用することができる。この金属膜２５の形成は、例えばスパッタ法により行う。
【００２９】
次に、アセトンやメチルエチルケトン、エチルアルコール等の溶剤を用いて、レジストパターン２３´上の金属膜２５をエッチングする。ここで、レジストパターン２３´の凹部は、その直径が例えば０．１５［μｍ］、その深さが例えば０．１０［μｍ］程度と小さい。そのため、このレジストパターン２３´の凹部には、平坦な部分に比べて溶剤が十分に行き渡らず、凹部内の金属膜２５は除去されずに残る。
【００３０】
次に、このレジストパターン２３´上に例えば第１のニッケル（Ｎｉ）をスパッタ法で形成し、さらに、このスパッタ法で形成された第１のＮｉを電極にして、第２のＮｉを電鋳（電界メッキ）により形成する。これにより、図６（Ｄ）に示すように、レジストパターン２３´上及び金属膜２５上にＮｉ層２７を形成する。次に、このＮｉ層２７をレジストパターン２３´上及び金属膜２５上から剥離して、図７（Ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ形成用のスタンパ３０を完成させる。
【００３１】
次に、このスタンパ３０を、図８に示すように射出成型装置４０に取り付ける。そして、この射出成型装置４０の湯口４２から溶融したポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂等の溶融樹脂を高圧注入し、これを冷却させる。これにより、図７（Ｂ）に示すように樹脂製の基板（以下で、樹脂基板という）３１が成型される。この樹脂基板３１の表面には、スタンパ３０表面の凹部が転写されている。
【００３２】
その後、図７（Ｃ）に示すように、この樹脂基板３１の凹部を有する面にアルミニウムや銀をスパッタして、電波反射膜１５を形成する。これにより、マイクロレンズアレイ５０を完成させる。
この第２実施形態では、マイクロレンズアレイ形成用のスタンパ３０を予め完成させておき、このスタンパ３０を射出成型装置４０に取り付けて再利用する。スタンパ３０を一度形成してしまえば、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示した工程を繰り返すことでマイクロレンズアレイ５０を完成させることができる。従って、第１実施形態と比べて、マイクロレンズアレイ５０を工程数少なく、より一層簡単に形成することができる。この第２実施形態では、樹脂基板３１が本発明の所定の基板に対応している。
【図面の簡単な説明】
【図１】アンテナ装置１００の構成例を示す概念図。
【図２】マイクロレンズアレイ５０の構成例を示す平面図。
【図３】第１実施形態に係るマクロレンズアレイ５０の製造方法。
【図４】第１実施形態に係るスキャニング露光時の露光形状の一例。
【図５】スキャニング露光時の露光形状の他の一例。
【図６】第２実施形態に係るマクロレンズアレイ５０の製造方法（１）。
【図７】第２実施形態に係るマクロレンズアレイ５０の製造方法（２）。
【図８】射出成型装置４０の構成例を示す概念図。
【符号の説明】
１１、２１ガラス基板、１２集光レンズ、１３、２３フォトレジスト、１３´、２３´ レジストパターン、１４レーザー、１５電波反射膜、２５金属膜、２７Ｎｉ層、３１樹脂基板、４０射出成型装置、５０マイクロレンズアレイ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄマイクロレンズ、７０受信機、７２給電部、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ電波

Claims

反射板と、
前記反射板の一方の面側に配置された受信機とを備え、
前記反射板の一方の面には、
当該反射板に向けて送られてくる複数の電波のうち、特定周波数及びその近傍の電波を前記受信機に向けて反射するようなレンズ体を、各々の前記特定周波数が異なるように複数個設けたことを特徴とするアンテナ装置。
反射板と、当該反射板の一方の面側に配置された受信機とからなるアンテナ装置の該反射板を形成する方法であって、
所定の基板の一方の面上に特定形状のマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンと前記基板とをドライエッチングして、当該基板の一方の面に該マスクパターンの特定形状を形成する工程と、
前記特定形状が形成された前記基板の一方の面上に反射膜を形成する工程とを含み、
前記特定形状とは、
前記反射板に向けて送られてくる複数の電波のうち、特定周波数及びその近傍の電波を前記受信機に向けて反射するようなレンズ体を、各々の前記特定周波数が異なるように複数個配置した形状であることを特徴とするアンテナ装置の製造方法。
反射板と、当該反射板の一方の面側に配置された受信機とからなるアンテナ装置の該反射板を形成する方法であって、
射出成型装置を用いて、一方の面に特定形状を有する基板を射出成型する工程と、
前記基板の特定形状を有する面上に反射膜を形成する工程とを含み、
前記特定形状とは、
前記反射板に向けて送られてくる複数の電波のうち、特定周波数及びその近傍の電波を前記受信機に向けて反射するようなレンズ体を、各々の前記特定周波数が異なるように複数個配置した形状であることを特徴とするアンテナ装置の製造方法。