JP2006220690A - Optical element, liquid crystal device and liquid crystal projector - Google Patents

Optical element, liquid crystal device and liquid crystal projector Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device capable of more effectively using incident light and to provide a liquid crystal device including the optical element, and a liquid crystal projector incorporating the liquid crystal device. <P>SOLUTION: The optical element includes an optical component having a substrate, a joint face directly joined to the substrate, and an optical face different from the joint face, wherein the optical face is provided with an anti-reflection film. The optical element including the substrate and the optical component having the optical face further includes the antireflection film provided on the optical component, and the antireflection film has the joint face directly joined to the substrate. In the optical element including the optical component having a first refracting face, the optical component further includes a second refracting face corresponding to the first refracting face. The first refracting face has refracting power with a sign that is opposite to the sign of the refracting power of the second refracting face corresponding to the first refracting face. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光学素子、液晶デバイス、及び液晶プロジェクターに関する。   The present invention relates to an optical element, a liquid crystal device, and a liquid crystal projector.

一般に、液晶プロジェクターは、光源、液晶を用いてスクリーンへ投射する画像を形成する液晶デバイス、光源から放出された光を液晶デバイスに照射するリレー光学系、液晶デバイスを透過した又は液晶デバイスから反射された、液晶デバイスに形成された画像情報を備えた光をスクリーンへ投射する投射光学系を有する。液晶デバイスは、基板及び基板に形成された、液晶分子を含む液晶相を有し、液晶相に含まれる液晶分子の配向を制御することで、液晶相に所望の画像を形成する。   In general, a liquid crystal projector is a light source, a liquid crystal device that forms an image projected on a screen using liquid crystal, a relay optical system that irradiates the liquid crystal device with light emitted from the light source, a liquid crystal device that is transmitted through or reflected from the liquid crystal device. In addition, a projection optical system that projects light having image information formed on the liquid crystal device onto a screen is provided. The liquid crystal device has a liquid crystal phase including liquid crystal molecules formed on the substrate and the substrate, and forms a desired image in the liquid crystal phase by controlling the alignment of the liquid crystal molecules included in the liquid crystal phase.

ここで、液晶プロジェクターによってスクリーンに投射される画像の明るさ及びコントラストを向上させるためには、光源から放出された光を液晶デバイスの液晶相に効率良く照射することが望まれる。このため、液晶デバイスには、例えば、光源からの光を液晶相に集光するための光学素子が設けられる。   Here, in order to improve the brightness and contrast of the image projected on the screen by the liquid crystal projector, it is desired to efficiently irradiate the liquid crystal phase of the liquid crystal device with the light emitted from the light source. For this reason, the liquid crystal device is provided with, for example, an optical element for condensing light from the light source into the liquid crystal phase.

図10は、光源からの光を液晶相に集光するための光学素子を含む従来の液晶デバイスの例を示す側面図である。   FIG. 10 is a side view showing an example of a conventional liquid crystal device including an optical element for condensing light from a light source into a liquid crystal phase.

図10に示すように、従来の液晶デバイスは、液晶基板202、液晶基板に設けられた液晶相204、液晶相204に設けられた光学素子用基板104、及び光学素子用基板104に設けられた光学素子としてのマイクロレンズアレイ102を有する。なお、図10に示すように、従来の液晶デバイスが、光源からの光を透過させる透過型の液晶デバイスである場合には、液晶基板202、液晶相204、光学素子用基板104、及びマイクロレンズアレイ102の全てが、光源からの光を透過させることができる。マイクロレンズアレイ102は、二次元に均等に配置された複数の同一のマイクロレンズを含む。このマイクロレンズアレイ102のマイクロレンズは、光源からの光が入射する側に球面を有し、光学素子用基板104側に平面を有している。すなわち、マイクロレンズアレイ102のマイクロレンズは、平凸レンズである。一方、液晶相204は、複数の液晶分子206を含む。また、液晶相204には、液晶分子206に電圧を印加して、液晶分子206の配向を制御するための液晶駆動回路208が設けられている。液晶駆動回路208は、薄膜トランジスタ(TFT)及びTFTに接続される配線を含む。また、液晶駆動回路208は、マイクロレンズアレイ102における複数のレンズ間に位置している。   As shown in FIG. 10, the conventional liquid crystal device is provided on a liquid crystal substrate 202, a liquid crystal phase 204 provided on the liquid crystal substrate, an optical element substrate 104 provided on the liquid crystal phase 204, and an optical element substrate 104. It has a microlens array 102 as an optical element. As shown in FIG. 10, when the conventional liquid crystal device is a transmissive liquid crystal device that transmits light from a light source, a liquid crystal substrate 202, a liquid crystal phase 204, an optical element substrate 104, and a microlens. All of the array 102 can transmit light from the light source. The microlens array 102 includes a plurality of identical microlenses that are equally arranged in two dimensions. The microlens of the microlens array 102 has a spherical surface on the light incident side from the light source and a flat surface on the optical element substrate 104 side. That is, the microlens of the microlens array 102 is a plano-convex lens. On the other hand, the liquid crystal phase 204 includes a plurality of liquid crystal molecules 206. The liquid crystal phase 204 is provided with a liquid crystal driving circuit 208 for applying a voltage to the liquid crystal molecules 206 to control the alignment of the liquid crystal molecules 206. The liquid crystal driving circuit 208 includes a thin film transistor (TFT) and a wiring connected to the TFT. Further, the liquid crystal driving circuit 208 is located between the plurality of lenses in the microlens array 102.

光源からの光は、図10の実線の矢印で示すように、概略平行光であり、マイクロレンズアレイ102に対して概略垂直に入射する。マイクロレンズアレイ102のマイクロレンズは、液晶デバイスに入射する光が、液晶相204に設けられた液晶駆動回路208に当たらないように、光源から放出される平行光を液晶相に集束させるように設計される。よって、平行光として入射した光は、マイクロレンズアレイ102の平凸レンズによって収束し、液晶相中で集光し、液晶相から発散光として射出される。このとき、外部の制御器からの信号によって液晶駆動回路208を制御し、液晶分子206の配向を制御する。液晶分子206は、特定の配向で光を透過し、また別の配向で光を吸収するため、液晶分子206の配向を制御することによって、液晶デバイスから射出する光に所望の画像情報を付与することができる。液晶デバイスから射出された画像情報が付与された光は、図示してないコリメーターレンズによって再度コリメートされて、平行光として投射レンズに入射する。そして、画像情報が付与された光が、投射レンズによってスクリーンに投射されることになる。   The light from the light source is substantially parallel light as indicated by the solid arrow in FIG. 10 and is incident on the microlens array 102 substantially perpendicularly. The microlens of the microlens array 102 is designed to focus the parallel light emitted from the light source into the liquid crystal phase so that the light incident on the liquid crystal device does not hit the liquid crystal driving circuit 208 provided in the liquid crystal phase 204. Is done. Therefore, the light incident as parallel light is converged by the plano-convex lens of the microlens array 102, condensed in the liquid crystal phase, and emitted from the liquid crystal phase as divergent light. At this time, the liquid crystal driving circuit 208 is controlled by a signal from an external controller, and the orientation of the liquid crystal molecules 206 is controlled. Since the liquid crystal molecules 206 transmit light in a specific orientation and absorb light in another orientation, desired image information is given to light emitted from the liquid crystal device by controlling the orientation of the liquid crystal molecules 206. be able to. The light with the image information emitted from the liquid crystal device is collimated again by a collimator lens (not shown) and enters the projection lens as parallel light. And the light to which image information was given is projected on a screen by a projection lens.

しかしながら、従来の液晶デバイスにおいては、光学素子としてのマイクロレンズアレイ102のレンズによって、光源からの光を液晶相の特定部分に集束させるため、マイクロレンズアレイ102のマイクロレンズの開口数を増加させると、液晶相の特定部分に集中するエネルギーが増加する。その結果、液晶相の耐久性が十分でない場合には、マイクロレンズアレイ102のマイクロレンズによって集束した光によって、液晶相の特定部分に含まれる液晶分子が劣化し、液晶相の寿命が短くなることがある。従って、液晶相の寿命を維持するためには、マイクロレンズアレイ102のマイクロレンズの開口数を小さくして、液晶相に集中するエネルギーを最適値よりも減少させることが必要となり、光学素子に入射する光を十分に有効に利用することができない。   However, in the conventional liquid crystal device, since the light from the light source is focused on a specific part of the liquid crystal phase by the lens of the micro lens array 102 as an optical element, the numerical aperture of the micro lens of the micro lens array 102 is increased. The energy concentrated on a specific part of the liquid crystal phase increases. As a result, when the durability of the liquid crystal phase is not sufficient, the liquid crystal molecules contained in a specific portion of the liquid crystal phase are deteriorated by the light focused by the microlens of the microlens array 102, and the life of the liquid crystal phase is shortened. There is. Accordingly, in order to maintain the life of the liquid crystal phase, it is necessary to reduce the numerical aperture of the microlens of the microlens array 102 to reduce the energy concentrated in the liquid crystal phase below the optimum value, and enter the optical element. Cannot be used effectively enough.

また、光源としてのランプからの射出される光は、ランプからの光をコリメートするためのホモジナイザーを介したとしても、完全には平行光ではなく、図10の破線の矢印で示すように、液晶デバイスにおけるマイクロレンズアレイ102に斜めに(例えば、6〜7°以下の入射角で)入射する光も存在する。このような斜めに入射する光が、マイクロレンズアレイ102に入射すると、斜めに入射した光の進路は、マイクロレンズアレイ102のマイクロレンズによって偏向させられ、隣接する画素を通過する光と混合することもある。このように、マイクロレンズアレイ102に斜めに光が入射して、隣接する画素で光の混合が起こると、投射される画像の混色、輝度の不均一性、及びコントラストの低下を引き起こし、所望の画像を得ることができないことがある。特に、光学素子としてのマイクロレンズ102におけるマイクロレンズの開口数を増加させて、光源から放出されるより多くの光を液晶相へ集光させようとすると、マイクロレンズアレイ102のマイクロレンズに斜めに入射する光が、増加し、隣接するレンズを透過した光と混合する光が増加する。従って、隣接するレンズを透過した光と混合する光を減少させるためには、マイクロレンズアレイ102のマイクロレンズの開口数を小さくして、マイクロレンズアレイ102のマイクロレンズに斜めに入射する光を減少させることが必要となり、光学素子に入射する光を十分に有効に利用することができない。   Further, the light emitted from the lamp as the light source is not completely parallel light even if it passes through a homogenizer for collimating the light from the lamp, and as shown by the broken line arrows in FIG. There is also light that is incident on the microlens array 102 in the device at an angle (eg, at an incident angle of 6-7 ° or less). When such obliquely incident light is incident on the microlens array 102, the path of the obliquely incident light is deflected by the microlens of the microlens array 102 and mixed with the light passing through adjacent pixels. There is also. As described above, when light is incident obliquely on the microlens array 102 and light is mixed in adjacent pixels, color mixture of projected images, unevenness of luminance, and reduction in contrast are caused. An image may not be obtained. In particular, when increasing the numerical aperture of the microlens in the microlens 102 as an optical element and concentrating more light emitted from the light source onto the liquid crystal phase, the microlens of the microlens array 102 is obliquely inclined. Incident light increases and light that mixes with light transmitted through adjacent lenses increases. Therefore, in order to reduce the light mixed with the light transmitted through the adjacent lens, the numerical aperture of the microlens of the microlens array 102 is reduced, and the light obliquely incident on the microlens of the microlens array 102 is reduced. Therefore, the light incident on the optical element cannot be used sufficiently effectively.

さらに、マイクロレンズに斜めに入射した光は、液晶デバイスから斜めに射出されるため、このような斜めに射出された光は、コリメーターレンズによって、十分にコリメートすることができない場合もある。その結果、隣接する画素を通じた光の混合が、スクリーン上で起こり、投射される画像の混色、輝度の不均一性、及びコントラストの低下を引き起こして、所望の画像を得ることができないこともある。すなわち、この場合にも、従来の液晶デバイスに用いられる光学素子は、光学素子に入射する光を十分に有効に利用することができないという問題がある。また、液晶デバイスから斜めに射出された光を、コリメーターレンズで十分にコリメートすることができたとしても、コリメーターレンズの設計が複雑になってしまう。   Furthermore, since the light incident obliquely on the microlens is emitted obliquely from the liquid crystal device, the light emitted obliquely may not be sufficiently collimated by the collimator lens. As a result, light mixing through adjacent pixels may occur on the screen, resulting in color mixing of the projected image, non-uniform brightness, and reduced contrast, resulting in failure to obtain the desired image. . That is, also in this case, the optical element used in the conventional liquid crystal device has a problem that the light incident on the optical element cannot be used sufficiently effectively. Further, even if the light emitted obliquely from the liquid crystal device can be sufficiently collimated by the collimator lens, the design of the collimator lens becomes complicated.

次に、液晶デバイスにおける光源からの光を液晶相に集光するための光学素子の別の例としては、例えば、特許文献1に開示される液晶デバイス用の光学素子が挙げられる。図11は、特許文献1に開示される従来の液晶デバイス用の光学素子の例を示す。   Next, another example of an optical element for condensing light from a light source in a liquid crystal device into a liquid crystal phase is, for example, an optical element for a liquid crystal device disclosed in Patent Document 1. FIG. 11 shows an example of a conventional optical element for a liquid crystal device disclosed in Patent Document 1.

図11に示すように、特許文献1に開示される従来の液晶デバイス用の光学素子は、マイクロレンズアレイ302及びカバーガラス304を含む。ここで、マイクロレンズアレイ302及びカバーガラス304は、互いに同一の透明なガラス材料(例えば石英ガラス)で形成されており、マイクロレンズアレイ302のマイクロレンズの上部及びカバーガラスの表面は、平面である。そして、マイクロレンズアレイ302及びカバーガラス304は、マイクロレンズアレイ302の上部とカバーガラス304の表面を互いに直接接合させることによって、接合されている。このような特許文献1に開示される液晶デバイス用の光学素子においては、マイクロレンズアレイ302及びカバーガラス304の接合にガラスに比べて低い耐熱性を有する樹脂の接着剤を使用する必要がないため、耐熱性の高い液晶デバイス用の光学素子を得ることができる。ただし、特許文献1には、マイクロレンズアレイ302の上部とカバーガラス304の表面を接合する直接接合の具体的方法は、開示されていない。また、光源から照射される光は、光学素子を透過して、液晶デバイスに照射されるが、マイクロレンズアレイ302のマイクロレンズにおける上部の平面を通過する光は、屈折されず、マイクロレンズの上部の平面の外側における曲面を通過する光は、屈折されて、液晶デバイスに向かって集光される。しかしながら、特許文献1に開示される従来の液晶デバイス用の光学素子を用いた場合にも、光学素子に入射する光の利用は、まだ不十分である。
国際公開第2004/036296号パンフレット
As shown in FIG. 11, the conventional optical element for a liquid crystal device disclosed in Patent Document 1 includes a microlens array 302 and a cover glass 304. Here, the microlens array 302 and the cover glass 304 are made of the same transparent glass material (for example, quartz glass), and the upper surface of the microlens of the microlens array 302 and the surface of the cover glass are flat. . The microlens array 302 and the cover glass 304 are bonded by directly bonding the upper part of the microlens array 302 and the surface of the cover glass 304 to each other. In such an optical element for a liquid crystal device disclosed in Patent Document 1, it is not necessary to use a resin adhesive having lower heat resistance than glass for bonding the microlens array 302 and the cover glass 304. An optical element for a liquid crystal device having high heat resistance can be obtained. However, Patent Document 1 does not disclose a specific method of direct bonding in which the upper part of the microlens array 302 and the surface of the cover glass 304 are bonded. The light emitted from the light source passes through the optical element and is applied to the liquid crystal device. However, the light passing through the upper plane of the microlens of the microlens array 302 is not refracted, and the upper part of the microlens. The light passing through the curved surface outside the plane is refracted and collected toward the liquid crystal device. However, even when the conventional optical element for a liquid crystal device disclosed in Patent Document 1 is used, utilization of light incident on the optical element is still insufficient.
International Publication No. 2004/036296 Pamphlet

本発明は、入射する光をより有効に利用することができる光学素子、該光学素子を含む液晶デバイス、及び該液晶デバイスを含む液晶プロジェクターを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical element capable of more effectively using incident light, a liquid crystal device including the optical element, and a liquid crystal projector including the liquid crystal device.

請求項1に記載の発明は、基板並びに前記基板と直接接合する接合面及び前記接合面と異なる光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、前記光学面には、反射防止膜が設けられていることを特徴とする。   The invention according to claim 1 is an optical element including a substrate, a bonding surface directly bonded to the substrate, and an optical component having an optical surface different from the bonding surface, and the optical surface is provided with an antireflection film. It is characterized by.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光学素子において、前記基板及び前記光学構成部品は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、前記直接接合は、ガラス直接接合であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the optical element according to the first aspect, the substrate and the optical component are independently formed of silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass. The material is selected from the group consisting of: and the direct bonding is a glass direct bonding.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の光学素子において、前記接合面は、実質的に平面であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the optical element according to the first or second aspect, the bonding surface is a substantially flat surface.

請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光学素子において、 前記光学構成部品は、前記接合面と異なる前記基板と接合する面をさらに含むことを特徴とする。   Invention of Claim 4 is an optical element as described in any one of Claims 1 thru | or 3. The said optical component further includes the surface joined to the said board | substrate different from the said joining surface, It is characterized by the above-mentioned. To do.

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子において、前記基板及び前記反射防止膜の間における空間は、真空であるか、又は空気からなることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the optical element according to any one of the first to fourth aspects, the space between the substrate and the antireflection film is a vacuum or made of air. Features.

請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光学素子において、前記光学構成部品は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される光学構成要素を含むことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the optical element according to any one of the first to fifth aspects, the optical component includes a lens, a lens array, a prism, a diffractive optical element, and a wavefront lens. Including more selected optical components.

請求項7に記載の発明は、基板及び光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、前記光学構成部品に設けられた反射防止膜をさらに含み、前記反射防止膜は、前記基板と直接接合する接合面を有することを特徴とする。   The optical element including an optical component having a substrate and an optical surface further includes an antireflection film provided on the optical component, and the antireflection film is directly bonded to the substrate. It has the joining surface to do.

請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の光学素子において、前記基板及び前記反射防止膜は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、前記直接接合は、ガラス直接接合であることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the optical element according to claim 7, wherein the substrate and the antireflection film are independently silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass. The material is selected from the group consisting of: and the direct bonding is a glass direct bonding.

請求項9に記載の発明は、請求項7又は8に記載の光学素子において、前記接合面は、実質的に平面であることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the optical element according to the seventh or eighth aspect, the bonding surface is substantially flat.

請求項10に記載の発明は、請求項7乃至10のいずれか一項に記載の光学素子において、前記反射防止膜は、前記接合面と異なる前記基板と接合する面をさらに含むことを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the optical element according to any one of the seventh to tenth aspects, the antireflection film further includes a surface that is bonded to the substrate different from the bonded surface. To do.

請求項11に記載の発明は、請求項7乃至11のいずれか一項に記載の光学素子において、前記基板及び前記反射防止膜の間における空間は、真空であるか、又は空気からなることを特徴とする。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the optical element according to any one of the seventh to eleventh aspects, a space between the substrate and the antireflection film is a vacuum or made of air. Features.

請求項12に記載の発明は、請求項7乃至11のいずれか一項に記載の光学素子において、前記光学構成部品は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される光学構成要素を含むことを特徴とする。   A twelfth aspect of the present invention is the optical element according to any one of the seventh to eleventh aspects, wherein the optical component includes a lens, a lens array, a prism, a diffractive optical element, and a wavefront lens. Including more selected optical components.

請求項13に記載の発明は、第一の屈折面を有する光学構成要素を含む光学素子において、前記光学構成要素は、前記第一の屈折面に対応する第二の屈折面をさらに含み、前記第一の屈折面は、前記第一の屈折面に対応する前記第二の屈折面の屈折力の符号と反対の符号の屈折力を有することを特徴とする。   The invention according to claim 13 is an optical element including an optical component having a first refractive surface, wherein the optical component further includes a second refractive surface corresponding to the first refractive surface, The first refracting surface has a refracting power having a sign opposite to that of the second refracting surface corresponding to the first refracting surface.

請求項14に記載の発明は、請求項13記載の光学素子において、前記第一の屈折面の前記屈折力の絶対値は、前記第二の屈折面の前記屈折力の絶対値と実質的に等しいことを特徴とする。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the optical element according to the thirteenth aspect, the absolute value of the refractive power of the first refractive surface is substantially equal to the absolute value of the refractive power of the second refractive surface. It is characterized by being equal.

請求項15に記載の発明は、請求項13又は14に記載の光学素子において、基板をさらに含み、前記光学構成要素は、前記基板に直接接合する接合面を有することを特徴とする。   A fifteenth aspect of the present invention is the optical element according to the thirteenth or fourteenth aspect, further comprising a substrate, wherein the optical component has a bonding surface that directly bonds to the substrate.

請求項16に記載の発明は、請求項15に記載の光学素子において、前記基板及び前記光学構成要素は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、前記直接接合は、ガラス直接接合であることを特徴とする。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in the optical element according to the fifteenth aspect, the substrate and the optical component are independently formed of silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass. The material is selected from the group consisting of: and the direct bonding is a glass direct bonding.

請求項17に記載の発明は、請求項13乃至16のいずれか一項に記載の光学素子において、前記基板及び前記光学構成要素の間における空間は、真空であるか、又は空気からなることを特徴とする。   According to a seventeenth aspect of the present invention, in the optical element according to any one of the thirteenth to sixteenth aspects, the space between the substrate and the optical component is a vacuum or made of air. Features.

請求項18に記載の発明は、請求項13乃至17のいずれか一項に記載の光学素子において、前記光学構成要素は、前記基板と接着剤を介して接合されていることを特徴とする。   According to an eighteenth aspect of the present invention, in the optical element according to any one of the thirteenth to seventeenth aspects, the optical component is bonded to the substrate via an adhesive.

請求項19に記載の発明は、請求項13乃至18のいずれか一項に記載の光学素子において、前記光学構成要素は、前記第一の屈折面及び前記第二の屈折面と異なる第三の面及び前記第三の面に対応する第四の面をさらに含み、前記第三の面及び前記第四の面は、実質的に平面であることを特徴とする。   According to a nineteenth aspect of the present invention, in the optical element according to any one of the thirteenth to eighteenth aspects, the optical component is a third diffractive surface different from the first refracting surface and the second refracting surface. A fourth surface corresponding to the surface and the third surface is further included, and the third surface and the fourth surface are substantially flat.

請求項20に記載の発明は、請求項13乃至19のいずれか一項に記載の光学素子において、前記光学構成要素は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される構成要素を含むことを特徴とする。   The invention according to claim 20 is the optical element according to any one of claims 13 to 19, wherein the optical component comprises a lens, a lens array, a prism, a diffractive optical element, and a wavefront lens. It is characterized by including the component selected more.

請求項21に記載の発明は、液晶デバイスにおいて、請求項1乃至21のいずれか一項に記載の光学素子及び液晶を含むことを特徴とする。   A twenty-first aspect of the present invention is a liquid crystal device including the optical element according to any one of the first to twenty-first aspects and a liquid crystal.

請求項22に記載の発明は、液晶プロジェクターにおいて、請求項21に記載の液晶デバイスを含むことを特徴とする。   According to a twenty-second aspect of the present invention, in the liquid crystal projector, the liquid crystal device according to the twenty-first aspect is included.

本発明によれば、入射する光をより有効に利用することができる光学素子、該光学素子を含む液晶デバイス、及び該液晶デバイスを含む液晶プロジェクターを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical element which can utilize incident light more effectively, the liquid crystal device containing this optical element, and the liquid crystal projector containing this liquid crystal device can be provided.

次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の第一の態様は、基板並びに基板と直接接合する接合面及び接合面と異なる光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、光学面には、反射防止膜が設けられている光学素子である。   According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical element including a substrate, a bonding surface directly bonded to the substrate, and an optical component having an optical surface different from the bonding surface, and an optical surface provided with an antireflection film. It is an element.

本発明の第一の態様である光学素子においては、光学面には、反射防止膜が設けられているので、光学面による光の反射を低減し、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。特に、光学面による基板への光の反射を低減し、光学構成部品を透過する光の割合を向上させることができる。ここで、反射防止膜は、光学面における光の反射を完全に防止する膜のみならず、光学面における光の反射を部分的に防止する(低減する)膜を含む。このように、本発明の第一の態様によれば、入射する光をより有効に利用することができる光学素子を提供することができる。   In the optical element according to the first aspect of the present invention, since the antireflection film is provided on the optical surface, reflection of light by the optical surface is reduced, and light incident on the optical element is used more effectively. can do. In particular, the reflection of light onto the substrate by the optical surface can be reduced, and the proportion of light transmitted through the optical component can be improved. Here, the antireflection film includes not only a film that completely prevents reflection of light on the optical surface, but also a film that partially prevents (reduces) reflection of light on the optical surface. Thus, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide an optical element that can more effectively use incident light.

また、本発明の第一の態様である光学素子においては、光学構成部品が、基板と直接接合する接合面を有するので、基板及び光学構成部品を、樹脂などの接着剤を用いることなく、直接接合させることができる。このように、比較的大きい熱膨張係数を有する樹脂の接着剤を用いることなく、基板及び光学構成部品を直接接合させるので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、温度変化による光学素子の変形を抑制することができる。また、樹脂の接着剤を用いないため、本発明の第一の態様である光学素子を、長期間使用しても、樹脂の経時的な劣化が起こらず、樹脂の劣化による光学素子の着色(黄変など)がない。すなわち、経時的に安定な光学素子を提供することができる。さらに、接着剤を用いることなく基板及び光学構成部品を直接接合させることによって、光学構成部品を基板に対して高い精度で位置決め、接合、及び固定することができる。   In the optical element according to the first aspect of the present invention, since the optical component has a joint surface that is directly bonded to the substrate, the substrate and the optical component are directly connected to each other without using an adhesive such as a resin. Can be joined. In this way, since the substrate and the optical component are directly joined without using a resin adhesive having a relatively large thermal expansion coefficient, the durability or heat resistance of the optical element against temperature change is improved, and the temperature change Deformation of the optical element can be suppressed. In addition, since the resin adhesive is not used, the optical element according to the first aspect of the present invention does not deteriorate over time even when used for a long period of time. No yellowing). That is, an optical element that is stable over time can be provided. Furthermore, by directly bonding the substrate and the optical component without using an adhesive, the optical component can be positioned, bonded, and fixed to the substrate with high accuracy.

なお、反射防止膜は、単層の膜であっても二層以上の多層の膜であってもよい。   The antireflection film may be a single layer film or a multilayer film including two or more layers.

本発明の第一の態様において、好ましくは、基板及び光学構成部品は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、直接接合は、ガラス直接接合である。   In the first aspect of the present invention, preferably, the substrate and the optical component are each independently made of a material selected from the group consisting of silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass. Including and direct bonding is glass direct bonding.

ここで、ケイ素酸化物としては、石英、パイレックス(登録商標)ガラス、テンパックス(商品名)ガラス、及びネオセラム(商品名)のような低膨張ガラスなどの光学ガラスが挙げられる。基板及び光学構成部品が、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含む場合には、すなわち、基板及び光学構成部品の両方が、Si−Oの結合を含む材料で構成される場合には、基板及び光学構成部品を、光学構成部品の接合面を介して互いにガラス直接接合させることができる。   Here, examples of the silicon oxide include optical glasses such as quartz, Pyrex (registered trademark) glass, Tempax (trade name) glass, and low expansion glass such as Neoceram (trade name). If the substrate and the optical component each independently comprise a material selected from the group consisting of silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass, ie, the substrate and optical component When both are made of a material including Si—O bonds, the substrate and the optical component can be directly bonded to each other through the bonding surface of the optical component.

ガラス直接接合の方法としては、タンポ法によって光学構成部品の接合面に1%フッ酸を塗布し、基板及び光学構成部品を、接合面を介して互いに接触させ、基板及び光学構成部品の接合面に約1.0MPaの圧力を加えると共に約60℃で1時間加熱する方法などが挙げられる。   As a method of direct glass bonding, 1% hydrofluoric acid is applied to the bonding surface of the optical component by the tampo method, the substrate and the optical component are brought into contact with each other through the bonding surface, and the bonding surface of the substrate and the optical component And a method of heating at about 60 ° C. for 1 hour while applying a pressure of about 1.0 MPa.

また、基板及び光学構成部品を、ガラスと比較して大きい熱膨張係数を備えた樹脂の接着剤を用いることなく、ガラス直接接合させるので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、温度変化による光学素子の変形を抑制することができる。さらに、本発明の第一の態様である光学素子は、樹脂と比較して化学的に安定な無機材料で構成されるため、経時的に安定な光学素子を提供することができる。   In addition, since the substrate and optical components are directly bonded to glass without using a resin adhesive having a large thermal expansion coefficient compared to glass, the durability or heat resistance of the optical element against temperature changes is improved. The deformation of the optical element due to temperature change can be suppressed. Furthermore, since the optical element which is the first aspect of the present invention is composed of a chemically stable inorganic material as compared with the resin, it is possible to provide an optical element that is stable over time.

なお、光学面は、凸若しくは凹の球面、凸若しくは凹の非球面、又は凸若しくは凹のアナモルフィック面であってもよい。   The optical surface may be a convex or concave spherical surface, a convex or concave aspheric surface, or a convex or concave anamorphic surface.

本発明の第一の態様において、好ましくは、接合面は、実質的に平面である。   In the first aspect of the present invention, preferably, the joining surface is substantially flat.

光学構成部品の接合面及び光学構成部品の接合面と対応する基板の面は、互いに直接接合するために、実質的に同じ形状である。よって、光学構成部品の接合面及び光学構成部品の接合面と対応する基板の面は、例えば、実質的に同一の(球面、非球面などの)曲面であってもよい。しかしながら、光学構成部品の接合面及び光学構成部品の接合面と対応する基板の面が、実質的に平面である場合には、基板などの構成を簡単にすることができる。ここで、「実質的に」とは、直接接合を達成することができる程度を意味する。また、接合面が、実質的に平面である場合には、光学素子に入射して接合面に到達する平行光を、接合面から平行光として射出することができる。一方、光学素子に入射して光学面に到達する平行光は、接合面から収束光又は発散光として射出され得る。   The bonding surface of the optical component and the surface of the substrate corresponding to the bonding surface of the optical component have substantially the same shape in order to bond directly to each other. Therefore, the joint surface of the optical component and the surface of the substrate corresponding to the joint surface of the optical component may be substantially the same curved surface (spherical surface, aspherical surface, etc.), for example. However, when the joint surface of the optical component and the surface of the substrate corresponding to the joint surface of the optical component are substantially flat, the configuration of the substrate and the like can be simplified. Here, “substantially” means the degree to which direct bonding can be achieved. Further, when the bonding surface is substantially flat, parallel light that enters the optical element and reaches the bonding surface can be emitted as parallel light from the bonding surface. On the other hand, parallel light that enters the optical element and reaches the optical surface can be emitted from the joint surface as convergent light or divergent light.

本発明の第一の態様において、好ましくは、光学構成部品は、上記の接合面と異なる、基板と接合する面をさらに含む。   In the first aspect of the present invention, preferably, the optical component further includes a surface to be bonded to the substrate, which is different from the above-described bonding surface.

光学構成部品が、上記の接合面と異なる、基板と接合する面をさらに含む場合には、基板及び光学構成部品の接合の強度をさらに高めることができる。また、上記の接合面と異なる、基板と接合する光学構成部品の面を、基板の対応する面と、接着剤を用いて接合させてもよく、ガラス直接接合のように直接接合させてもよい。さらに、上記の接合面と異なる、基板と接合する光学構成部品の面も、上記の接合面と同様に、曲面であってもよいが、実質的に平面であることが好ましい。   When the optical component further includes a surface that is different from the above-described bonding surface and is bonded to the substrate, the bonding strength between the substrate and the optical component can be further increased. Moreover, the surface of the optical component to be bonded to the substrate, which is different from the bonding surface described above, may be bonded to the corresponding surface of the substrate using an adhesive, or may be directly bonded like glass direct bonding. . Further, the surface of the optical component to be bonded to the substrate, which is different from the bonding surface described above, may be a curved surface, like the bonding surface, but is preferably substantially flat.

本発明の第一の態様において、好ましくは、基板及び反射防止膜の間における空間は、真空であるか、又は空気からなる。   In the first aspect of the present invention, the space between the substrate and the antireflection film is preferably a vacuum or made of air.

基板及び光学構成部品の光学面に設けられた反射防止膜の間における空間が、真空であるか、又は空気である、すなわち、屈折率が1である媒体で充填される場合には、光学構成部品の材料と真空又は空気の屈折率との差が大きいため、光学構成部品の光学面の設計を容易にすることができる。例えば、光学構成部品が、レンズ(アレイ)である場合には、光学面としてのレンズの面の曲率を小さくすることができる。また、基板及び光学構成部品の光学面に設けられた反射防止膜の間における空間が、空気であると、基板及び反射防止膜の間における空間を通じて、外気を通過させることができるため、光学素子を、熱を発生するデバイスと共に使用する場合には、光学素子に与えられる熱を容易に放出することができ、光学素子の冷却の効率を高めることができる。一方、基板及び光学構成部品の光学面に設けられた反射防止膜の間における空間が、真空であると、高い断熱性を備えた光学素子を提供することができる。   If the space between the substrate and the antireflective coating provided on the optical surface of the optical component is vacuum or air, that is, filled with a medium having a refractive index of 1, the optical configuration Since the difference between the component material and the refractive index of vacuum or air is large, the design of the optical surface of the optical component can be facilitated. For example, when the optical component is a lens (array), the curvature of the lens surface as the optical surface can be reduced. In addition, when the space between the antireflection film provided on the optical surface of the substrate and the optical component is air, the outside air can pass through the space between the substrate and the antireflection film, so that the optical element Is used together with a device that generates heat, the heat applied to the optical element can be easily released, and the cooling efficiency of the optical element can be increased. On the other hand, when the space between the antireflection film provided on the optical surface of the substrate and the optical component is a vacuum, an optical element having high heat insulation can be provided.

なお、基板及び反射防止膜の間における空間を、真空(又は空気)にするためには、基板及び光学構成部品を真空(又は空気)中で直接接合させる。   In order to make the space between the substrate and the antireflection film vacuum (or air), the substrate and the optical component are directly bonded in vacuum (or air).

本発明の第一の態様において、好ましくは、光学構成部品は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズ(Wavefront Lens)からなる群より選択される光学構成要素を含む。   In the first aspect of the present invention, preferably, the optical component includes an optical component selected from the group consisting of a lens, a lens array, a prism, a diffractive optical element, and a wavefront lens.

レンズ(アレイ)は、光学ガラス材料の平行平面板に感光性材料(フォトレジスト)の層を形成し、所望のレンズ(アレイ)用に設計された濃度分布マスク並びに露光、現像、及び硬化処理を含むフォトリソグラフィの工程を用いて、所望のレンズの形態を備えた感光性材料の三次元初期構造体を形成し、感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料に転写することで作製される。なお、濃度分布マスクは、例えば、特開平7−230159号公報に開示される方法で得ることができる。   The lens (array) forms a layer of photosensitive material (photoresist) on a plane-parallel plate of optical glass material, and performs a density distribution mask designed for the desired lens (array) and exposure, development, and curing processes. Using a photolithographic process including, forming a three-dimensional initial structure of the photosensitive material with the desired lens shape, and transferring the three-dimensional initial structure of the photosensitive material to the optical glass material by etching It is produced by doing. The density distribution mask can be obtained by, for example, a method disclosed in JP-A-7-230159.

ここで、実施的に平面の接合面を有するレンズ(アレイ)としての光学構成部品は、以下のようにして作製される。感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料に転写する際に、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分が、光学ガラス材料に転写される前に、エッチングを停止する。すなわち、感光性材料の三次元初期構造体における光学面に対応する部分のみが、光学ガラス材料に転写され、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分は、光学ガラス材料に転写されずに、光学ガラス材料に残留し、平行平面板の平面の形状が維持される。そして、光学ガラスに転写されずに残留した、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分を、光学ガラス材料から除去する。このようにして、実施的に平面の接合面を有するレンズ(アレイ)としての光学構成部品を得ることができる。   Here, an optical component as a lens (array) having a practically cemented surface is produced as follows. When the form of the three-dimensional initial structure of the photosensitive material is transferred to the optical glass material by etching, the portion corresponding to the substantially planar joining surface in the three-dimensional initial structure of the photosensitive material is the optical glass material. The etching is stopped before being transferred. That is, only the portion corresponding to the optical surface in the three-dimensional initial structure of the photosensitive material is transferred to the optical glass material, and the portion corresponding to the substantially planar joining surface in the three-dimensional initial structure of the photosensitive material is Instead of being transferred to the optical glass material, it remains in the optical glass material, and the plane shape of the plane parallel plate is maintained. Then, the portion of the three-dimensional initial structure of the photosensitive material remaining without being transferred to the optical glass is removed from the optical glass material. In this way, it is possible to obtain an optical component as a lens (array) having a substantially cemented surface.

ここで、光学構成部品の接合面に設けられず、光学構成部品の光学面に設けられる反射防止膜は、以下のようにして作製される。光学ガラスに転写されずに残留した、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分を、光学ガラス材料から除去する前に、薄膜形成工程によって、光学ガラス材料の表面の全体に反射防止膜を形成する。すなわち、感光性材料の三次元初期構造体の形態を転写することで形成された光学ガラス材料の光学面及び光学ガラスに転写されずに残留した、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分の上に、反射防止膜が成膜される。次に、反射防止膜が形成された光学ガラス材料を、感光性材料を溶解させることができる溶剤で処理して、光学ガラスに転写されずに残留した、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分及び反射防止膜におけるその接合面に対応する部分を除去する。なお、薄膜形成工程は、真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法、及び反射防止膜の材料を含む溶液をスピンコートし、その溶液を加熱することによって成膜する方法を含む。このようにして、光学構成部品の接合面に設けられず、光学構成部品の光学面に設けられる反射防止膜を得ることができる。   Here, the antireflection film provided on the optical surface of the optical component, not provided on the bonding surface of the optical component, is produced as follows. Before removing the portion of the three-dimensional initial structure of the photosensitive material, which remains without being transferred to the optical glass, corresponding to the substantially planar joining surface from the optical glass material, the optical glass material is subjected to a thin film formation process. An antireflection film is formed on the entire surface of the film. In other words, the optical surface of the optical glass material formed by transferring the form of the three-dimensional initial structure of the photosensitive material, and the three-dimensional initial structure of the photosensitive material that remains without being transferred to the optical glass. An antireflection film is formed on the portion corresponding to the flat joint surface. Next, in the three-dimensional initial structure of the photosensitive material, the optical glass material on which the antireflection film is formed is treated with a solvent capable of dissolving the photosensitive material and remains without being transferred to the optical glass. A portion corresponding to the substantially planar bonding surface and a portion corresponding to the bonding surface in the antireflection film are removed. Note that the thin film formation step includes a vacuum deposition method, a CVD method, a sputtering method, and a method of forming a film by spin-coating a solution containing the material of the antireflection film and heating the solution. In this way, it is possible to obtain an antireflection film provided on the optical surface of the optical component without being provided on the joint surface of the optical component.

レンズの大きさについては、レンズ(アレイ)は、マイクロレンズ(アレイ)(レンズの直径=数μm〜数百μm)であってもよい。また、レンズの形状については、レンズは、球面レンズ、非球面レンズ、又はアナモルフィックレンズであってもよい。   Regarding the size of the lens, the lens (array) may be a micro lens (array) (lens diameter = several μm to several hundred μm). Regarding the shape of the lens, the lens may be a spherical lens, an aspherical lens, or an anamorphic lens.

回折光学素子は、複数の輪帯を有するフレネル光学素子であり、中心の輪帯は、最大のピッチ及び最大の高さを有し、外周の輪帯は、最小のピッチ及び最小の高さを有する。輪帯のピッチ及び高さは、中心から外周へ向かって小さくなる。回折光学素子は、ネオセラムのような低膨張ガラスなどの光学ガラスに、均一な厚さの電子線用感光性材料(レジスト)を塗布し、均一に塗布した電子線用感光性材料をプリベークし、電子線描画装置を使用して回折光学素子の三次元形状を描画し、回折光学素子の三次元形状が描画された電子線用感光性材料をドライエッチングして、光学ガラスに回折光学素子の三次元形状を転写することによって、得られる。なお、実質的に平面の接合面を有する回折光学素子としての光学構成部品及び接合面に設けられず光学面に設けられる反射防止膜は、上述した方法と同様にして作製される。   The diffractive optical element is a Fresnel optical element having a plurality of annular zones, the central annular zone has the maximum pitch and maximum height, and the outer annular zone has the minimum pitch and minimum height. Have. The pitch and height of the annular zone decrease from the center toward the outer periphery. The diffractive optical element is obtained by applying a uniform thickness of electron beam photosensitive material (resist) to optical glass such as low expansion glass such as neo-serum, and pre-baking the uniformly coated electron beam photosensitive material, The electron beam drawing device is used to draw the three-dimensional shape of the diffractive optical element, the electron beam photosensitive material on which the three-dimensional shape of the diffractive optical element is drawn is dry-etched, and the third order of the diffractive optical element on the optical glass It is obtained by transferring the original shape. Note that the optical component as a diffractive optical element having a substantially planar joining surface and the antireflection film provided on the optical surface but not on the joining surface are produced in the same manner as described above.

さらに、ウェーブフロントレンズとは、米国CDM Optics社が提案しているWavefront Cording Systemによって設計され、光学レンズ、イメージセンサー(CCD)、及び画像処理ソフトウエアを一体として最適化することによって得られる光学レンズである。なお、ウェーブフロントレンズによってイメージセンサ上に結像された像は、人間が認識できる像である必要はない。Wavefront Cording Systemにおいては、画像処理ソフトウエアにより処理された最終的な像が人間に認識できるようになっていればよい。したがって、この画像処理ソフトウエアは、イメージセンサ専用の像に対する画像処理を行う。このWavefront Cording Systemを用いることにより、良好な明るさ(Fナンバー)及び良好な被写界限界深度の両方を達成することができる。また、簡単なレンズ構成で、諸収差を大きく低減することができ、高解像度の像を得ることができる。なお、実質的に平面の接合面を有するウェーブフロントレンズとしての光学構成部品及び接合面に設けられず光学面に設けられる反射防止膜は、上述した方法と同様にして作製される。   Furthermore, the wave front lens is designed by Wavefront Cording System proposed by US CDM Optics, and is obtained by optimizing an optical lens, an image sensor (CCD), and image processing software. It is. Note that the image formed on the image sensor by the wave front lens does not need to be an image that can be recognized by a human. In the Wavefront Cording System, it is only necessary that the final image processed by the image processing software can be recognized by humans. Therefore, this image processing software performs image processing on an image dedicated to the image sensor. By using this Wavefront Cording System, it is possible to achieve both good brightness (F number) and good depth of field limit. In addition, various aberrations can be greatly reduced with a simple lens configuration, and a high-resolution image can be obtained. Note that the optical component as a wavefront lens having a substantially flat cemented surface and the antireflection film provided on the optical surface but not on the cemented surface are produced in the same manner as described above.

なお、基板は、光学構成部品の接合面と接合する平面を有するものであって、例えば、光学構成部品の接合面と接合する平面を有する平行平面板のカバーガラスであってもよい。   Note that the substrate has a flat surface that is bonded to the bonding surface of the optical component, and may be, for example, a parallel flat plate cover glass having a flat surface that is bonded to the bonding surface of the optical component.

本発明の第二の態様は、基板及び光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、光学構成部品に設けられた反射防止膜をさらに含み、反射防止膜は、基板と直接接合する接合面を有する光学素子である。   According to a second aspect of the present invention, in an optical element including an optical component having a substrate and an optical surface, the optical element further includes an antireflection film provided on the optical component, wherein the antireflection film is directly bonded to the substrate. Is an optical element.

本発明の第二の態様である光学素子においては、光学面を有する光学構成部品に、反射防止膜が設けられているので、光学面による光の反射を低減し、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。特に、光学面による基板への光の反射を低減し、光学構成部品を透過する光の割合を向上させることができる。ここで、反射防止膜は、光学面における光の反射を完全に防止する膜のみならず、光学面における光の反射を部分的に防止する(低減する)膜を含む。このように、本発明の第二の態様によれば、入射する光をより有効に利用することができる光学素子を提供することができる。   In the optical element according to the second aspect of the present invention, an optical component having an optical surface is provided with an antireflection film, so that reflection of light by the optical surface is reduced and light incident on the optical element is reduced. It can be used more effectively. In particular, the reflection of light onto the substrate by the optical surface can be reduced, and the proportion of light transmitted through the optical component can be improved. Here, the antireflection film includes not only a film that completely prevents reflection of light on the optical surface, but also a film that partially prevents (reduces) reflection of light on the optical surface. Thus, according to the 2nd aspect of this invention, the optical element which can utilize incident light more effectively can be provided.

また、本発明の第二の態様である光学素子においては、反射防止膜が、基板と直接接合する接合面を有するので、基板及び反射防止膜を、樹脂などの接着剤を用いることなく、直接接合させることができる。このように、比較的大きい熱膨張係数を有する樹脂の接着剤を用いることなく、基板及び反射防止膜を直接接合させるので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、温度変化による光学素子の変形を抑制することができる。また、樹脂の接着剤を用いないため、本発明の第二の態様である光学素子を、長期間使用しても、樹脂の経時的な劣化が起こらず、樹脂の劣化による光学素子の着色(黄変など)がない。すなわち、経時的に安定な光学素子を提供することができる。さらに、接着剤を用いることなく基板及び反射防止膜を直接接合させることによって、反射防止膜が設けられた光学構成部品を基板に対して高い精度で位置決め、接合、及び固定することができる。   Further, in the optical element according to the second aspect of the present invention, since the antireflection film has a joint surface that directly joins to the substrate, the substrate and the antireflection film can be directly connected without using an adhesive such as a resin. Can be joined. In this way, since the substrate and the antireflection film are directly bonded without using a resin adhesive having a relatively large thermal expansion coefficient, the durability or heat resistance of the optical element against temperature changes is improved, and the temperature changes Deformation of the optical element can be suppressed. In addition, since the optical element according to the second aspect of the present invention is used for a long period of time because no resin adhesive is used, the resin does not deteriorate over time. No yellowing). That is, an optical element that is stable over time can be provided. Further, by directly bonding the substrate and the antireflection film without using an adhesive, the optical component provided with the antireflection film can be positioned, bonded, and fixed to the substrate with high accuracy.

さらに、本発明の第二の態様においては、基板及び反射防止膜が直接接合し、基板及び光学構成部品が直接接合しないので、反射防止膜の材料を、基板と直接接合することが可能な材料から選択すれば、光学構成部品の材料を、基板と直接接合することができる材料に限られず、用途に応じた適当な材料から選択することができる。   Furthermore, in the second aspect of the present invention, since the substrate and the antireflection film are directly bonded and the substrate and the optical component are not directly bonded, the material of the antireflection film can be directly bonded to the substrate. In this case, the material of the optical component is not limited to a material that can be directly bonded to the substrate, and can be selected from materials suitable for the application.

本発明の第二の態様において、好ましくは、基板及び反射防止膜は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、直接接合は、ガラス直接接合である。   In the second aspect of the present invention, preferably, the substrate and the antireflection film are each independently made of a material selected from the group consisting of silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass. Including and direct bonding is glass direct bonding.

ここで、ケイ素酸化物としては、石英、パイレックス(登録商標)ガラス、テンパックス(商品名)ガラス、及びネオセラム(商品名)のような低膨張ガラスなどの光学ガラスが挙げられる。基板及び反射防止膜が、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含む場合には、すなわち、基板及び反射防止膜の両方が、Si−Oの結合を含む材料で構成される場合には、基板及び反射防止膜を、反射防止膜の接合面を介して互いにガラス直接接合させることができる。なお、反射防止膜は、単層の膜であっても二層以上の多層の膜であってもよい。反射防止膜が、二層以上の多層の膜である場合には、反射防止膜の最も基板側にある膜が、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、反射防止膜の最も基板側にある膜の接合面が、その接合面と対応する基板の面とガラス直接接合することが好ましい。   Here, examples of the silicon oxide include optical glasses such as quartz, Pyrex (registered trademark) glass, Tempax (trade name) glass, and low expansion glass such as Neoceram (trade name). When the substrate and the antireflection film each independently include a material selected from the group consisting of silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass, that is, the substrate and the antireflection film When both are made of a material containing Si—O bonds, the substrate and the antireflection film can be directly bonded to each other through the bonding surface of the antireflection film. The antireflection film may be a single layer film or a multilayer film including two or more layers. When the antireflection film is a multilayer film of two or more layers, the film closest to the substrate of the antireflection film is made of silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass. It is preferable that the bonding surface of the film that includes the material selected from the group and is closest to the substrate of the antireflection film is directly bonded to the surface of the substrate corresponding to the bonding surface.

ガラス直接接合の方法としては、タンポ法又はスピンナー法によって反射防止膜の接合面に1%フッ酸を塗布し、基板及び反射防止膜が設けられた光学構成部品を、反射防止膜の接合面を介して互いに接触させ、基板及び光学構成部品の反射防止膜の接合面に約1.0MPaの圧力を加えると共に約60℃で1時間加熱する方法などが挙げられる。   As a method of direct glass bonding, 1% hydrofluoric acid is applied to the bonding surface of the antireflection film by a tampo method or a spinner method, and the optical component provided with the substrate and the antireflection film is bonded to the bonding surface of the antireflection film. And a method of applying a pressure of about 1.0 MPa to the bonding surface of the antireflection film of the substrate and the optical component and heating at about 60 ° C. for 1 hour.

また、基板及び反射防止膜を、ガラスと比較して大きい熱膨張係数を備えた樹脂の接着剤を用いることなく、ガラス直接接合させるので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、温度変化による光学素子の変形を抑制することができる。さらに、本発明の第二の態様である光学素子は、樹脂と比較して化学的に安定な無機材料で構成されるため、経時的に安定な光学素子を提供することができる。   Moreover, since the substrate and the antireflection film are directly bonded to the glass without using a resin adhesive having a large thermal expansion coefficient compared to glass, the durability or heat resistance of the optical element against temperature change is improved. The deformation of the optical element due to temperature change can be suppressed. Furthermore, since the optical element according to the second aspect of the present invention is composed of a chemically stable inorganic material as compared with the resin, it is possible to provide an optical element that is stable over time.

なお、光学面は、凸若しくは凹の球面、凸若しくは凹の非球面、又は凸若しくは凹のアナモルフィック面であってもよい。   The optical surface may be a convex or concave spherical surface, a convex or concave aspheric surface, or a convex or concave anamorphic surface.

本発明の第二の態様において、好ましくは、接合面は、実質的に平面である。   In the second aspect of the present invention, preferably, the joining surface is substantially flat.

反射防止膜の接合面及び反射防止膜の接合面と対応する基板の面は、互いに直接接合するために、実質的に同じ形状である。よって、反射防止膜の接合面及び反射防止膜の接合面と対応する基板の面は、例えば、実質的に同一の(球面、非球面などの)曲面であってもよい。しかしながら、反射防止膜の接合面及び反射防止膜の接合面と対応する基板の面が、実質的に平面である場合には、基板などの構成を簡単にすることができる。ここで、「実質的に」とは、直接接合を達成することができる程度を意味する。また、接合面が、実質的に平面である場合には、光学素子に入射して接合面に到達する平行光を、接合面から平行光として射出することができる。一方、光学素子に入射して光学面に到達する平行光は、接合面から収束光又は発散光として射出され得る。   The bonding surface of the antireflection film and the surface of the substrate corresponding to the bonding surface of the antireflection film have substantially the same shape in order to directly bond each other. Therefore, the bonding surface of the antireflection film and the surface of the substrate corresponding to the bonding surface of the antireflection film may be substantially the same curved surface (spherical surface, aspherical surface, etc.), for example. However, when the bonding surface of the antireflection film and the surface of the substrate corresponding to the bonding surface of the antireflection film are substantially flat, the configuration of the substrate and the like can be simplified. Here, “substantially” means the degree to which direct bonding can be achieved. Further, when the bonding surface is substantially flat, parallel light that enters the optical element and reaches the bonding surface can be emitted as parallel light from the bonding surface. On the other hand, parallel light that enters the optical element and reaches the optical surface can be emitted from the joint surface as convergent light or divergent light.

本発明の第二の態様において、好ましくは、反射防止膜は、上記の接合面と異なる、基板と接合する面をさらに含む。   In the second aspect of the present invention, preferably, the antireflection film further includes a surface to be bonded to the substrate, which is different from the bonding surface.

反射防止膜が、上記の接合面と異なる、基板と接合する面をさらに含む場合には、基板及び反射防止膜が設けられた光学構成部品の接合の強度をさらに高めることができる。また、上記の接合面と異なる、基板と接合する反射防止膜の面を、基板の対応する面と、接着剤を用いて接合させてもよく、ガラス直接接合のように直接接合させてもよい。さらに、上記の接合面と異なる、基板と接合する反射防止膜の面も、上記の接合面と同様に、曲面であってもよいが、実質的に平面であることが好ましい。   When the antireflection film further includes a surface that is different from the above-described bonding surface and is bonded to the substrate, the bonding strength of the optical component having the substrate and the antireflection film can be further increased. Further, the surface of the antireflection film to be bonded to the substrate, which is different from the bonding surface described above, may be bonded to the corresponding surface of the substrate by using an adhesive, or may be directly bonded like glass direct bonding. . Further, the surface of the antireflection film to be bonded to the substrate, which is different from the bonding surface, may be a curved surface, like the bonding surface, but is preferably substantially flat.

本発明の第二の態様において、好ましくは、基板及び反射防止膜の間における空間は、真空であるか、又は空気からなる。   In the second aspect of the present invention, the space between the substrate and the antireflection film is preferably a vacuum or made of air.

基板及び光学構成部品の光学面に設けられた反射防止膜の間における空間が、真空であるか、又は空気である、すなわち、屈折率が1である媒体で充填される場合には、光学構成部品の材料と真空又は空気の屈折率との差が大きいため、光学構成部品の光学面の設計を容易にすることができる。例えば、光学構成部品が、レンズ(アレイ)である場合には、光学面としてのレンズの面の曲率を小さくすることができる。また、基板及び光学構成部品の光学面に設けられた反射防止膜の間における空間が、空気であると、基板及び反射防止膜の間における空間を通じて、外気を通過させることができるため、光学素子を、熱を発生するデバイスと共に使用する場合には、光学素子に与えられる熱を容易に放出することができ、光学素子の冷却の効率を高めることができる。一方、基板及び光学構成部品の光学面に設けられた反射防止膜の間における空間が、真空であると、高い断熱性を備えた光学素子を提供することができる。   If the space between the substrate and the antireflective coating provided on the optical surface of the optical component is vacuum or air, that is, filled with a medium having a refractive index of 1, the optical configuration Since the difference between the component material and the refractive index of vacuum or air is large, the design of the optical surface of the optical component can be facilitated. For example, when the optical component is a lens (array), the curvature of the lens surface as the optical surface can be reduced. In addition, when the space between the antireflection film provided on the optical surface of the substrate and the optical component is air, the outside air can pass through the space between the substrate and the antireflection film, so that the optical element Is used together with a device that generates heat, the heat applied to the optical element can be easily released, and the cooling efficiency of the optical element can be increased. On the other hand, when the space between the antireflection film provided on the optical surface of the substrate and the optical component is a vacuum, an optical element having high heat insulation can be provided.

なお、基板及び反射防止膜の間における空間を、真空(又は空気)にするためには、基板及び光学構成部品に設けられた反射防止膜を真空(又は空気)中で直接接合させる。   In order to make the space between the substrate and the antireflection film vacuum (or air), the antireflection film provided on the substrate and the optical component is directly bonded in vacuum (or air).

本発明の第二の態様において、好ましくは、光学構成部品は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される光学構成要素を含む。   In the second aspect of the present invention, preferably, the optical component includes an optical component selected from the group consisting of a lens, a lens array, a prism, a diffractive optical element, and a wavefront lens.

レンズ(アレイ)は、光学ガラス材料の平行平面板に感光性材料(フォトレジスト)の層を形成し、所望のレンズ(アレイ)用に設計された濃度分布マスク並びに露光、現像、及び硬化処理を含むフォトリソグラフィの工程を用いて、所望のレンズの形態を備えた感光性材料の三次元初期構造体を形成し、感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料に転写することで作製される。なお、濃度分布マスクは、例えば、特開平7−230159号公報に開示される方法で得ることができる。   The lens (array) forms a layer of photosensitive material (photoresist) on a plane-parallel plate of optical glass material, and performs a density distribution mask designed for the desired lens (array) and exposure, development, and curing processes. Using a photolithographic process including, forming a three-dimensional initial structure of the photosensitive material with the desired lens shape, and transferring the three-dimensional initial structure of the photosensitive material to the optical glass material by etching It is produced by doing. The density distribution mask can be obtained by, for example, a method disclosed in JP-A-7-230159.

ここで、実質的に平面の接合面を有する反射防止膜が設けられたレンズ(アレイ)としての光学構成部品は、以下のようにして作製される。感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料に転写する際に、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分が、光学ガラス材料に転写される前に、エッチングを停止する。すなわち、感光性材料の三次元初期構造体における光学面に対応する部分のみが、光学ガラス材料に転写され、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分は、光学ガラス材料に転写されずに、光学ガラス材料に残留し、平行平面板の平面の形状が維持される。そして、光学ガラスに転写されずに残留した、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分を、光学ガラス材料から除去する。これにより、実質的に平面の接合面を有するレンズ(アレイ)としての光学構成部品が作製される。そして、得られた実質的に平面の接合面を有するレンズ(アレイ)としての光学構成部品における反射防止膜が形成される面の全体に、薄膜形成工程によって、反射防止膜を形成する。なお、薄膜形成工程は、真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法、及び反射防止膜の材料を含む溶液をスピンコートし、その溶液を加熱することによって成膜する方法を含む。このようにして、実質的に平面の接合面を有する反射防止膜が設けられたレンズ(アレイ)としての光学構成部品を得ることができる。   Here, an optical component as a lens (array) provided with an antireflection film having a substantially flat joint surface is manufactured as follows. When the form of the three-dimensional initial structure of the photosensitive material is transferred to the optical glass material by etching, the portion corresponding to the substantially planar joining surface in the three-dimensional initial structure of the photosensitive material is the optical glass material. The etching is stopped before being transferred. That is, only the portion corresponding to the optical surface in the three-dimensional initial structure of the photosensitive material is transferred to the optical glass material, and the portion corresponding to the substantially planar joining surface in the three-dimensional initial structure of the photosensitive material is Instead of being transferred to the optical glass material, it remains in the optical glass material, and the plane shape of the plane parallel plate is maintained. Then, the portion of the three-dimensional initial structure of the photosensitive material remaining without being transferred to the optical glass is removed from the optical glass material. Thereby, an optical component as a lens (array) having a substantially flat joint surface is produced. Then, the antireflection film is formed on the entire surface on which the antireflection film is formed in the obtained optical component as a lens (array) having a substantially planar bonding surface by a thin film forming step. Note that the thin film formation step includes a vacuum deposition method, a CVD method, a sputtering method, and a method of forming a film by spin-coating a solution containing the material of the antireflection film and heating the solution. In this manner, an optical component as a lens (array) provided with an antireflection film having a substantially flat joining surface can be obtained.

レンズの大きさについては、レンズ(アレイ)は、マイクロレンズ(アレイ)(レンズの直径=数μm〜数百μm)であってもよい。また、レンズの形状については、レンズは、球面レンズ、非球面レンズ、又はアナモルフィックレンズであってもよい。   Regarding the size of the lens, the lens (array) may be a micro lens (array) (lens diameter = several μm to several hundred μm). Regarding the shape of the lens, the lens may be a spherical lens, an aspherical lens, or an anamorphic lens.

回折光学素子は、複数の輪帯を有するフレネル光学素子であり、中心の輪帯は、最大のピッチ及び最大の高さを有し、外周の輪帯は、最小のピッチ及び最小の高さを有する。輪帯のピッチ及び高さは、中心から外周へ向かって小さくなる。回折光学素子は、ネオセラムのような低膨張ガラスなどの光学ガラスに、均一な厚さの電子線用感光性材料(レジスト)を塗布し、均一に塗布した電子線用感光性材料をプリベークし、電子線描画装置を使用して回折光学素子の三次元形状を描画し、回折光学素子の三次元形状が描画された電子線用感光性材料をドライエッチングして、光学ガラスに回折光学素子の三次元形状を転写することによって、得られる。なお、実質的に平面の接合面を有する回折光学素子としての光学構成部品及び光学構成部品に設けられる反射防止膜は、上述した方法と同様にして作製される。   The diffractive optical element is a Fresnel optical element having a plurality of annular zones, the central annular zone has the maximum pitch and maximum height, and the outer annular zone has the minimum pitch and minimum height. Have. The pitch and height of the annular zone decrease from the center toward the outer periphery. The diffractive optical element is obtained by applying a uniform thickness of electron beam photosensitive material (resist) to optical glass such as low expansion glass such as neo-serum, and pre-baking the uniformly coated electron beam photosensitive material, The electron beam drawing device is used to draw the three-dimensional shape of the diffractive optical element, the electron beam photosensitive material on which the three-dimensional shape of the diffractive optical element is drawn is dry-etched, and the third order of the diffractive optical element on the optical glass It is obtained by transferring the original shape. The optical component as a diffractive optical element having a substantially flat joint surface and the antireflection film provided on the optical component are produced in the same manner as described above.

さらに、ウェーブフロントレンズとは、米国CDM Optics社が提案しているWavefront Cording Systemによって設計され、光学レンズ、イメージセンサー(CCD)、及び画像処理ソフトウエアを一体として最適化することによって得られる光学レンズである。なお、ウェーブフロントレンズによってイメージセンサ上に結像された像は、人間が認識できる像である必要はない。Wavefront Cording Systemにおいては、画像処理ソフトウエアにより処理された最終的な像が人間に認識できるようになっていればよい。したがって、この画像処理ソフトウエアは、イメージセンサ専用の像に対する画像処理を行う。このWavefront Cording Systemを用いることにより、良好な明るさ(Fナンバー)及び良好な被写界限界深度の両方を達成することができる。また、簡単なレンズ構成で、諸収差を大きく低減することができ、高解像度の像を得ることができる。なお、実質的に平面の接合面を有するウェーブフロントレンズとしての光学構成部品及び光学構成部品に設けられる反射防止膜は、上述した方法と同様にして作製される。   Furthermore, the wave front lens is designed by Wavefront Cording System proposed by US CDM Optics, and is obtained by optimizing an optical lens, an image sensor (CCD), and image processing software. It is. Note that the image formed on the image sensor by the wave front lens does not need to be an image that can be recognized by a human. In the Wavefront Cording System, it is only necessary that the final image processed by the image processing software can be recognized by humans. Therefore, this image processing software performs image processing on an image dedicated to the image sensor. By using this Wavefront Cording System, it is possible to achieve both good brightness (F number) and good depth of field limit. In addition, various aberrations can be greatly reduced with a simple lens configuration, and a high-resolution image can be obtained. The optical component as a wavefront lens having a substantially flat joint surface and the antireflection film provided on the optical component are produced in the same manner as described above.

なお、基板は、反射防止膜の接合面と接合する平面を有するものであって、例えば、反射防止膜の接合面と接合する平面を有する平行平面板のカバーガラスであってもよい。   In addition, the substrate has a flat surface that is bonded to the bonding surface of the antireflection film, and may be, for example, a cover plate of a parallel flat plate having a flat surface that is bonded to the bonding surface of the antireflection film.

本発明の第三の態様は、第一の屈折面を有する光学構成要素を含む光学素子において、光学構成要素は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面をさらに含み、第一の屈折面は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面の屈折力の符号と反対の符号の屈折力を有する。   According to a third aspect of the present invention, in the optical element including the optical component having the first refractive surface, the optical component further includes a second refractive surface corresponding to the first refractive surface, The refractive surface has a refractive power with a sign opposite to the sign of the refractive power of the second refractive surface corresponding to the first refractive surface.

本発明の第三の態様においては、光学構成要素は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面をさらに含み、第一の屈折面は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面の屈折力の符号と反対の符号の屈折力を有するので、第一の屈折面によって収束又は発散される光の収束又は発散の程度を、第二の屈折面によって低減することができる。例えば、本発明の第三の態様である光学素子に入射する光を、光学素子の第一の屈折面の屈折力によって収束させると共に、光学素子から射出される光を集中させ過ぎないように、光学素子の第二の屈折面の屈折力によって発散させて、光学素子から射出される光の収束の程度を低減することができる。このように、本発明の第三の態様によれば、入射する光をより有効に利用することができる光学素子を提供することができる。   In the third aspect of the present invention, the optical component further includes a second refractive surface corresponding to the first refractive surface, and the first refractive surface corresponds to the second refractive surface. Since the refractive power has a sign opposite to that of the refractive power of the refracting surface, the degree of convergence or divergence of the light converged or diverged by the first refracting surface can be reduced by the second refracting surface. For example, the light incident on the optical element according to the third aspect of the present invention is converged by the refractive power of the first refractive surface of the optical element, and the light emitted from the optical element is not concentrated too much. The degree of convergence of light emitted from the optical element can be reduced by diverging by the refractive power of the second refractive surface of the optical element. Thus, according to the third aspect of the present invention, it is possible to provide an optical element that can more effectively use incident light.

本発明の第三の態様である光学構成要素は、例えば、第一の屈折面の曲率中心及び第二の屈折面の曲率中心が同じ側にあるメニスカスレンズ(アレイ)である。   The optical component according to the third aspect of the present invention is, for example, a meniscus lens (array) in which the center of curvature of the first refractive surface and the center of curvature of the second refractive surface are on the same side.

特に、本発明の第三の態様である光学素子を液晶デバイスと組み合わせて使用する場合には、液晶デバイスの液晶駆動回路に光が当たらないように、光学素子の第一の屈折面の屈折力によって光学素子に入射した光を収束させると共に、液晶デバイスの液晶相の特定部分に光が集中し過ぎないように、及び、液晶デバイスから射出される光の射出角が大きくなり過ぎないように、光学素子の第二の屈折面の屈折力によって光学素子から射出される光の収束の程度を低減することができる。すなわち、液晶デバイスの液晶相の特定部分に光が集中し過ぎることを回避することができるため、液晶デバイスにおける液晶相の劣化を低減し、液晶デバイスの寿命を従来の液晶デバイスよりも長くすることができる。また、光学素子が、マイクロレンズアレイであるとすれば、液晶デバイスから射出される光の射出角が大きくなり過ぎることを回避することができるため、隣接するマイクロレンズを透過すると共に液晶相を通過した光が、互いに混合することを低減することができ、液晶デバイスから射出される画像情報を備えた光の混色、輝度の不均一性、コントラストの低下を低減することができる。さらに、液晶デバイスから射出される光をコリメートするためのコリメートレンズの設計を容易にすることも可能となる。   In particular, when the optical element according to the third aspect of the present invention is used in combination with a liquid crystal device, the refractive power of the first refracting surface of the optical element is prevented so that light does not strike the liquid crystal driving circuit of the liquid crystal device. To converge the light incident on the optical element, so that the light does not concentrate too much on a specific part of the liquid crystal phase of the liquid crystal device, and so that the emission angle of the light emitted from the liquid crystal device does not become too large. The degree of convergence of light emitted from the optical element can be reduced by the refractive power of the second refractive surface of the optical element. In other words, it is possible to avoid excessive concentration of light on a specific part of the liquid crystal phase of the liquid crystal device, thereby reducing the deterioration of the liquid crystal phase in the liquid crystal device and extending the lifetime of the liquid crystal device compared to conventional liquid crystal devices. Can do. Further, if the optical element is a microlens array, it is possible to avoid an excessively large emission angle of light emitted from the liquid crystal device, so that it transmits the adjacent microlens and the liquid crystal phase. Therefore, it is possible to reduce the mixing of light with each other, and to reduce the color mixture of light having image information emitted from the liquid crystal device, the unevenness of luminance, and the decrease in contrast. Furthermore, it becomes possible to easily design a collimating lens for collimating light emitted from the liquid crystal device.

なお、本発明の第三の態様である光学素子においては、必要に応じて、複数の光学構成要素を設けてもよい。複数の光学構成要素を設けることによって、光学構成要素の各々の設計を容易にしたり、光学素子全体の性能を向上させることができる。   In the optical element according to the third aspect of the present invention, a plurality of optical components may be provided as necessary. By providing a plurality of optical components, the design of each optical component can be facilitated, and the performance of the entire optical element can be improved.

本発明の第三の態様において、好ましくは、第一の屈折面の屈折力の絶対値は、第二の屈折面の屈折力の絶対値と実質的に等しい。   In the third aspect of the present invention, preferably, the absolute value of the refractive power of the first refractive surface is substantially equal to the absolute value of the refractive power of the second refractive surface.

ここで、第一の屈折面の屈折力は、入射する光線の高さにおける第一の屈折面の屈折力であり、第二の屈折面の屈折力は、射出される光線の高さにおける第二の屈折面の屈折力である。言い換えれば、本発明の第三の態様において第一の屈折面の屈折力の絶対値は、第二の屈折面の屈折力の絶対値と実質的に等しい光学素子は、いわゆるアフォーカル光学系である。なお、「実質的に等しい」とは、第一の屈折面の屈折力及び第二の屈折面の屈折力の差による光学素子に入射する光及び光学素子から射出する光の収束又は発散の程度が、許容範囲内にある程度であることを意味する。加えて、第一の屈折面及び第二の屈折面は、理想的には、偏心していない。   Here, the refractive power of the first refractive surface is the refractive power of the first refractive surface at the height of the incident light beam, and the refractive power of the second refractive surface is the first refractive power at the height of the emitted light beam. This is the refractive power of the second refractive surface. In other words, in the third aspect of the present invention, the optical element in which the absolute value of the refractive power of the first refractive surface is substantially equal to the absolute value of the refractive power of the second refractive surface is a so-called afocal optical system. is there. Note that “substantially equal” means the degree of convergence or divergence of light incident on the optical element and light emitted from the optical element due to the difference between the refractive power of the first refractive surface and the refractive power of the second refractive surface. Means to some extent within an acceptable range. In addition, the first refractive surface and the second refractive surface are ideally not decentered.

第一の屈折面の屈折力の絶対値は、第二の屈折面の屈折力の絶対値と実質的に等しい場合には、光学素子に入射する光の収束又は発散の程度が、光学素子から射出する光の収束又は発散の程度と実質的に等しい光学素子を提供することができる。ここで、光学素子に入射する光の収束又は発散の程度及び光学素子から射出する光の収束又は発散の程度は、光学素子に入射する光及び光学素子から射出する光が平行光であることを意味するゼロを含む。すなわち、光学素子へ入射する光が、収束する光であれば、光学素子へ入射する光と同様の程度に収束する光を光学素子から射出し、光学素子へ入射する光が、発散する光であれば、光学素子へ入射する光と同様の程度に発散する光を光学素子から射出し、光学素子へ入射する光が、実質的に平行光であれば、実質的に平行光である光を光学素子から射出することになる。   When the absolute value of the refractive power of the first refractive surface is substantially equal to the absolute value of the refractive power of the second refractive surface, the degree of convergence or divergence of the light incident on the optical element is determined from the optical element. An optical element that is substantially equal to the degree of convergence or divergence of the emitted light can be provided. Here, the degree of convergence or divergence of light incident on the optical element and the degree of convergence or divergence of light emitted from the optical element indicate that the light incident on the optical element and the light emitted from the optical element are parallel lights. Contains zero meaning. That is, if the light incident on the optical element is convergent light, the light that converges to the same extent as the light incident on the optical element is emitted from the optical element, and the light incident on the optical element is divergent light. If there is, light that diverges to the same extent as the light incident on the optical element is emitted from the optical element, and if the light incident on the optical element is substantially parallel light, light that is substantially parallel light is emitted. The light is emitted from the optical element.

例えば、光学素子が、球面又は非球面のレンズ(アレイ)であるとすれば、レンズの第一面の曲率半径r1、第二面の曲率半径r2、レンズの中心の厚さd、及びレンズの材料の屈折率nが、n(r1−r2)=(n−1)dの関係式を満たすように、レンズを設計すればよい。なお、r1及びr2の符号については、レンズは、通常、メニスカスレンズであり、r1・r2>0である。第一の屈折面が、凸面であるとすれば、r1>r2>0(凹メニスカスレンズ)であり、第一の屈折面の曲率半径の絶対値は、第二の屈折面の曲率半径の絶対値よりも大きい。この場合には、第一の屈折面に入射する平行光を、第一の屈折面で収束させて、光束の径を縮小し、第二の屈折面から平行光を射出する。第一の屈折面が、凹面であるとすれば、r2<r1<0(凹メニスカスレンズ)であり、第一の屈折面の曲率半径の絶対値は、第二の屈折面の曲率半径の絶対値よりも小さい(|r1|<|r2|)。この場合には、第一の屈折面に入射する平行光を、第一の屈折面で発散させて、光束の径を拡大し、第二の屈折面から平行光を射出する。   For example, if the optical element is a spherical or aspherical lens (array), the radius of curvature r1 of the first surface of the lens, the radius of curvature r2 of the second surface, the thickness d of the center of the lens, and the lens The lens may be designed so that the refractive index n of the material satisfies the relational expression n (r1-r2) = (n-1) d. In addition, about the code | symbol of r1 and r2, a lens is a meniscus lens normally and it is r1 * r2> 0. If the first refractive surface is a convex surface, r1> r2> 0 (concave meniscus lens), and the absolute value of the radius of curvature of the first refractive surface is the absolute value of the radius of curvature of the second refractive surface. Greater than the value. In this case, the parallel light incident on the first refracting surface is converged on the first refracting surface, the diameter of the light beam is reduced, and the parallel light is emitted from the second refracting surface. If the first refractive surface is concave, r2 <r1 <0 (concave meniscus lens), and the absolute value of the radius of curvature of the first refractive surface is the absolute value of the radius of curvature of the second refractive surface. Smaller than the value (| r1 | <| r2 |). In this case, the parallel light incident on the first refracting surface is diverged by the first refracting surface, the diameter of the light beam is enlarged, and the parallel light is emitted from the second refracting surface.

特に、本発明の第三の態様において、第一の屈折面の屈折力の絶対値が、第二の屈折面の屈折力の絶対値と実質的に等しい光学素子を液晶デバイスと組み合わせて使用し、光学素子に、光源から放出される概略平行光を入射させる場合には、液晶デバイスの液晶駆動回路に光が当たらないように、光学素子の第一の屈折面の屈折力によって光学素子に入射した概略平行光を収束させると共に、液晶デバイスの液晶相の特定部分に光が集中しないように、及び、液晶デバイスから射出される光の射出角が小さくするように、光学素子の第二の屈折面の屈折力によって、光学素子から概略平行光を液晶デバイスの液晶相へ向かって射出することができる。すなわち、液晶デバイスの液晶相の特定部分に光が集中しないため、液晶デバイスにおける液晶相の劣化を大幅に低減し、液晶デバイスの寿命を従来の液晶デバイスよりも大幅に長くすることができる。また、光学素子が、マイクロレンズアレイであるとすれば、液晶デバイスから射出される光が、概略平行光であり、光の射出角が小さいため、隣接するマイクロレンズを透過すると共に液晶相を通過した光が、互いに混合することを大幅に低減することができ、液晶デバイスから射出される画像情報を備えた光の混色、輝度の不均一性、コントラストの低下を大幅に低減することができる。さらに、液晶デバイスから射出される概略平行光をさらにコリメートするためのコリメートレンズの設計を大いに容易にすることができる。   In particular, in the third aspect of the present invention, an optical element in which the absolute value of the refractive power of the first refractive surface is substantially equal to the absolute value of the refractive power of the second refractive surface is used in combination with a liquid crystal device. In the case where substantially parallel light emitted from the light source is incident on the optical element, the light is incident on the optical element by the refractive power of the first refractive surface of the optical element so that the light does not hit the liquid crystal driving circuit of the liquid crystal device. The second refraction of the optical element so that the substantially parallel light is converged, the light is not concentrated on a specific part of the liquid crystal phase of the liquid crystal device, and the emission angle of the light emitted from the liquid crystal device is reduced. Due to the refractive power of the surface, substantially parallel light can be emitted from the optical element toward the liquid crystal phase of the liquid crystal device. That is, since light does not concentrate on a specific part of the liquid crystal phase of the liquid crystal device, the deterioration of the liquid crystal phase in the liquid crystal device can be greatly reduced, and the lifetime of the liquid crystal device can be significantly increased as compared with the conventional liquid crystal device. Also, if the optical element is a microlens array, the light emitted from the liquid crystal device is substantially parallel light, and the light emission angle is small, so that it passes through the adjacent microlens and passes through the liquid crystal phase. Thus, the mixing of light with each other can be greatly reduced, and the color mixing of light with image information emitted from the liquid crystal device, the unevenness of luminance, and the decrease in contrast can be greatly reduced. Furthermore, the design of the collimating lens for further collimating the substantially parallel light emitted from the liquid crystal device can be greatly facilitated.

ここで、液晶デバイスから射出される概略平行光は、好ましくは、理想的な平行光に対して0.1°以内の射出角を有する光線からなる。概略平行光が、理想的な平行光に対して0.1°以内の射出角を有する光線からなる場合には、コリメートレンズに対して実質的に平行光とみなすことができる。一方、液晶デバイスから射出される光を、コリメートレンズで十分に補正するためには、液晶デバイスから射出される光は、理想的な平行光に対して±4°以内の射出角を有する光線からなることが好ましい。   Here, the substantially parallel light emitted from the liquid crystal device is preferably a light beam having an emission angle within 0.1 ° with respect to ideal parallel light. When the substantially parallel light is a light beam having an emission angle within 0.1 ° with respect to the ideal parallel light, it can be regarded as substantially parallel light with respect to the collimating lens. On the other hand, in order to sufficiently correct the light emitted from the liquid crystal device with the collimator lens, the light emitted from the liquid crystal device is a light beam having an emission angle within ± 4 ° with respect to ideal parallel light. It is preferable to become.

なお、第一の屈折面及び第二の屈折面は、それぞれ、凸若しくは凹の球面、凸若しくは凹の非球面、又は凸若しくは凹のアナモルフィック面であってもよい。   The first refracting surface and the second refracting surface may be a convex or concave spherical surface, a convex or concave aspheric surface, or a convex or concave anamorphic surface, respectively.

本発明の第三の態様において、好ましくは、基板をさらに含み、光学構成要素は、基板に直接接合する接合面を有する。   In the third aspect of the present invention, it preferably further includes a substrate, and the optical component has a bonding surface that directly bonds to the substrate.

この場合には、光学構成要素が、基板と直接接合する接合面を有するので、基板及び光学構成要素を、樹脂などの接着剤を用いることなく、直接接合させることができる。このように、比較的大きい熱膨張係数を有する樹脂の接着剤を用いることなく、基板及び光学構成要素を直接接合させるので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、温度変化による光学素子の変形を抑制することができる。また、樹脂の接着剤を用いないため、本発明の第三の態様である光学素子を、長期間使用しても、樹脂の経時的な劣化が起こらず、樹脂の劣化による光学素子の着色(黄変など)がない。すなわち、経時的に安定な光学素子を提供することができる。さらに、接着剤を用いることなく基板及び光学構成要素を直接接合させることによって、光学構成要素を基板に対して高い精度で位置決め、接合、及び固定することができる。   In this case, since the optical component has a bonding surface directly bonded to the substrate, the substrate and the optical component can be directly bonded without using an adhesive such as a resin. In this way, since the substrate and the optical component are directly bonded without using a resin adhesive having a relatively large thermal expansion coefficient, the durability or heat resistance of the optical element against temperature change is improved, and the temperature change Deformation of the optical element can be suppressed. In addition, since the resin adhesive is not used, the optical element according to the third aspect of the present invention does not deteriorate over time even when used for a long period of time. No yellowing). That is, an optical element that is stable over time can be provided. Furthermore, by directly bonding the substrate and the optical component without using an adhesive, the optical component can be positioned, bonded, and fixed to the substrate with high accuracy.

また、基板と直接接合する光学構成要素の接合面は、光を吸収又は散乱する処理が施された面であってもよい。例えば、光学構成要素が、レンズアレイを含む構成要素であるとすれば、光学構成要素におけるレンズアレイ間の部分に光を吸収する接合面を設けると共に、隣接するレンズアレイ間を通過する光の混合を低減することができる。   Further, the bonding surface of the optical component that is directly bonded to the substrate may be a surface that has been subjected to a process of absorbing or scattering light. For example, if the optical component is a component including a lens array, a joint surface that absorbs light is provided at a portion between the lens arrays in the optical component, and mixing of light passing between adjacent lens arrays is performed. Can be reduced.

本発明の第三の態様において、好ましくは、基板及び光学構成要素は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、直接接合は、ガラス直接接合である。   In the third aspect of the present invention, preferably, the substrate and the optical component are each independently a material selected from the group consisting of silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass. Including and direct bonding is glass direct bonding.

ここで、ケイ素酸化物としては、石英、パイレックス(登録商標)ガラス、テンパックス(商品名)ガラス、及びネオセラム(商品名)のような低膨張ガラスなどの光学ガラスが挙げられる。基板及び光学構成要素が、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含む場合には、すなわち、基板及び光学構成要素の両方が、Si−Oの結合を含む材料で構成される場合には、基板及び光学構成要素を、光学構成要素の接合面を介して互いにガラス直接接合させることができる。   Here, examples of the silicon oxide include optical glasses such as quartz, Pyrex (registered trademark) glass, Tempax (trade name) glass, and low expansion glass such as Neoceram (trade name). If the substrate and the optical component each independently comprise a material selected from the group consisting of silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass, ie, the substrate and optical component When both are made of a material containing Si—O bonds, the substrate and the optical component can be directly bonded to each other through the bonding surface of the optical component.

ガラス直接接合の方法としては、タンポ法によって光学構成要素の接合面に1%フッ酸を塗布し、基板及び光学構成要素を、接合面を介して互いに接触させ、基板及び光学構成要素の接合面に約1.0MPaの圧力を加えると共に約60℃で1時間加熱する方法などが挙げられる。   As a method of direct glass bonding, 1% hydrofluoric acid is applied to the bonding surface of the optical component by the tampo method, the substrate and the optical component are brought into contact with each other through the bonding surface, and the bonding surface of the substrate and the optical component And a method of heating at about 60 ° C. for 1 hour while applying a pressure of about 1.0 MPa.

また、基板及び光学構成要素を、ガラスと比較して大きい熱膨張係数を備えた樹脂の接着剤を用いることなく、ガラス直接接合させるので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、温度変化による光学素子の変形を抑制することができる。さらに、本発明の第三の態様である光学素子は、樹脂と比較して化学的に安定な無機材料で構成されるため、経時的に安定な光学素子を提供することができる。   In addition, since the substrate and the optical components are directly bonded to the glass without using a resin adhesive having a large thermal expansion coefficient compared to glass, the durability or heat resistance of the optical element against temperature changes is improved. The deformation of the optical element due to temperature change can be suppressed. Furthermore, since the optical element which is the third aspect of the present invention is composed of a chemically stable inorganic material as compared with the resin, an optical element that is stable over time can be provided.

なお、基板及び光学構成要素を、光学素子の使用環境に応じて、樹脂などの接着剤で接着させてもよい。   The substrate and the optical component may be bonded with an adhesive such as a resin depending on the usage environment of the optical element.

本発明の第三の態様において、好ましくは、基板及び光学構成要素の間における空間は、真空であるか、又は空気からなる。   In the third aspect of the invention, preferably the space between the substrate and the optical component is a vacuum or consists of air.

基板及び光学構成要素の間における空間が、真空であるか、又は空気である、すなわち、屈折率が1である媒体で充填される場合には、光学構成要素の材料と真空又は空気の屈折率との差が大きいため、光学構成要素の第一の屈折面及び第二の屈折面の設計を容易にすることができる。例えば、光学構成要素が、レンズ(アレイ)である場合には、第一の屈折面及び第二の屈折面としてのレンズの面の曲率を小さくすることができる。また、基板及び光学構成要素の間における空間が、空気であると、基板及び光学構成要素の間における空間を通じて、外気を通過させることができるため、光学素子を、熱を発生するデバイスと共に使用する場合には、光学素子に与えられる熱を容易に放出することができ、光学素子の冷却の効率を高めることができる。一方、基板及び光学構成要素の間における空間が、真空であると、高い断熱性を備えた光学素子を提供することができる。   If the space between the substrate and the optical component is vacuum or air, i.e. filled with a medium having a refractive index of 1, the optical component material and the refractive index of the vacuum or air Therefore, the design of the first refractive surface and the second refractive surface of the optical component can be facilitated. For example, when the optical component is a lens (array), the curvatures of the lens surfaces as the first refracting surface and the second refracting surface can be reduced. Also, if the space between the substrate and the optical component is air, the outside air can be passed through the space between the substrate and the optical component, so that the optical element is used with a device that generates heat. In this case, the heat given to the optical element can be easily released, and the cooling efficiency of the optical element can be increased. On the other hand, when the space between the substrate and the optical component is a vacuum, an optical element having high heat insulation can be provided.

なお、基板及び光学構成要素の間における空間を、真空(又は空気)にするためには、基板及び光学構成要素を真空(又は空気)中で直接接合させる。   In addition, in order to make the space between the substrate and the optical component a vacuum (or air), the substrate and the optical component are directly bonded in a vacuum (or air).

本発明の第三の態様において、好ましくは、光学構成要素は、基板と接着剤を介して接合されている。すなわち、基板及び光学構成要素の間の空間を、光学素子の使用環境に応じて、樹脂などの接着剤で充填してもよい。このように、光学構成要素を、基板と接着剤を介して接合する場合には、光学構成要素を、基板と容易に接合することができる。   In the third aspect of the present invention, preferably, the optical component is bonded to the substrate via an adhesive. That is, the space between the substrate and the optical component may be filled with an adhesive such as a resin according to the use environment of the optical element. Thus, when the optical component is bonded to the substrate via the adhesive, the optical component can be easily bonded to the substrate.

本発明の第三の態様において、好ましくは、光学構成要素は、第一の屈折面及び第二の屈折面と異なる第三の面及び第三の面に対応する第四の面をさらに含み、第三の面及び第四の面は、実質的に平面である。   In the third aspect of the present invention, preferably, the optical component further includes a fourth surface corresponding to a third surface and a third surface different from the first refractive surface and the second refractive surface, The third surface and the fourth surface are substantially flat.

本発明の第三の態様において、光学構成要素が、第一の屈折面及び第二の屈折面と異なる、実質的に平面である第三の面及び第四の面をさらに含む場合には、第三の面及び第四の面を通過する光は、収束又は発散されず、第三の面及び第四の面を通過する光の収束又は発散の程度は、維持される。例えば、第三の面は、第一の屈折面の中央に設けてもよく、第四の面は、第二の屈折面の中央に設けてもよい。第一の屈折面及び第二の屈折面の中央部分を通過する光の平行度が高い場合には、第一の屈折面及び第二の屈折面の中央部分で光を収束又は発散させることなく、第一の屈折面の中央に設けられた第三の面及び第二の屈折面の中央に設けられた第四の面を通過させてもよい。なお、「実質的に」とは、第三の面及び第四の面を通過する光の収束又は発散の程度が許容範囲内にあるように、平行光を通過させることができることを意味する。   In the third aspect of the present invention, when the optical component further includes a third surface and a fourth surface, which are substantially planar, different from the first refractive surface and the second refractive surface, Light passing through the third surface and the fourth surface is not converged or diverged, and the degree of convergence or divergence of the light passing through the third surface and the fourth surface is maintained. For example, the third surface may be provided at the center of the first refracting surface, and the fourth surface may be provided at the center of the second refracting surface. When the parallelism of the light passing through the central portion of the first refractive surface and the second refractive surface is high, the light does not converge or diverge at the central portion of the first refractive surface and the second refractive surface. The third surface provided at the center of the first refracting surface and the fourth surface provided at the center of the second refracting surface may be passed. Note that “substantially” means that parallel light can be transmitted so that the degree of convergence or divergence of light passing through the third surface and the fourth surface is within an allowable range.

本発明の第三の態様において、好ましくは、光学構成要素は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される構成要素を含む。   In the third aspect of the present invention, preferably, the optical component includes a component selected from the group consisting of a lens, a lens array, a prism, a diffractive optical element, and a wavefront lens.

光学構成要素としてのレンズ(アレイ)は、光学ガラス材料の平行平面板に感光性材料(フォトレジスト)の層を形成し、所望のレンズ(アレイ)用に設計された濃度分布マスク並びに露光、現像、及び硬化処理を含むフォトリソグラフィの工程を用いて、所望のレンズの形態を備えた感光性材料の三次元初期構造体を形成し、感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料に転写することで作製される。なお、濃度分布マスクは、例えば、特開平7−230159号公報に開示される方法で得ることができる。よって、第一の屈折面及び/又は第二の屈折面が、レンズ(アレイ)の面である場合には、光学ガラス材料の平行平面板の片面に感光性材料(フォトレジスト)の層を形成し、第一の屈折面に関して設計された濃度分布マスク並びに露光、現像、及び硬化処理を含むフォトリソグラフィの工程を用いて、第一の屈折面の形態を備えた感光性材料の三次元初期構造体を形成し、感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料の平行平面板の片面に転写する。次に、光学ガラス材料の平行平面板の他方の面に感光性材料(フォトレジスト)の層を形成し、第二の屈折面に関して設計された濃度分布マスク並びに露光、現像、及び硬化処理を含むフォトリソグラフィの工程を用いて、第二の屈折面の形態を備えた感光性材料の三次元初期構造体を形成し、感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料の平行平面板の他方の面に転写する。   A lens (array) as an optical component forms a layer of a photosensitive material (photoresist) on a plane-parallel plate of optical glass material, a density distribution mask designed for the desired lens (array), and exposure and development. And a photolithographic process including a curing process to form a three-dimensional initial structure of the photosensitive material with a desired lens shape, and to form the three-dimensional initial structure of the photosensitive material by etching. It is produced by transferring to an optical glass material. The density distribution mask can be obtained by, for example, a method disclosed in JP-A-7-230159. Therefore, when the first refracting surface and / or the second refracting surface is a surface of a lens (array), a layer of a photosensitive material (photoresist) is formed on one side of a plane parallel plate of optical glass material. A three-dimensional initial structure of a photosensitive material with a first refractive surface configuration using a density distribution mask designed with respect to the first refractive surface and a photolithographic process including exposure, development, and curing processes. Forming a body and transferring the form of the three-dimensional initial structure of the photosensitive material to one side of a plane parallel plate of optical glass material by etching. Next, a layer of photosensitive material (photoresist) is formed on the other side of the plane-parallel plate of optical glass material, including a density distribution mask designed for the second refractive surface and exposure, development, and curing processes. A photolithographic process is used to form a photosensitive material three-dimensional initial structure with a second refractive surface configuration, and the photosensitive material three-dimensional initial structure configuration is etched to form an optical glass material. Transfer to the other surface of the plane parallel plate.

また、実施的に平面である第三の面(第四の面)を、第一の屈折面(第二の屈折面)に形成する場合には、感光性材料の三次元初期構造体における第一の屈折面(第二の屈折面)の形態を、エッチングによって光学ガラス材料に転写する際に、感光性材料の三次元初期構造体における第三の面(第四の面)に対応する部分が、光学ガラス材料に転写される前に、エッチングを停止する。すなわち、感光性材料の三次元初期構造体における第一の屈折面(第二の屈折面)に対応する部分のみが、光学ガラス材料に転写され、感光性材料の三次元初期構造体における第三の面(第四の面)に対応する部分は、光学ガラス材料に転写されずに、光学ガラス材料に残留し、平行平面板の平面の形状が維持される。そして、光学ガラスに転写されずに残留した、感光性材料の三次元初期構造体における第三の面(第四の面)に対応する部分を、光学ガラス材料から除去する。このようにして、実施的に平面である第三の面(第四の面)を備えた第一の屈折面(第二の屈折面)を有するレンズ(アレイ)としての光学構成要素を得ることができる。   In addition, when the third surface (fourth surface), which is practically a flat surface, is formed on the first refracting surface (second refracting surface), the third surface in the three-dimensional initial structure of the photosensitive material is used. A portion corresponding to the third surface (fourth surface) in the three-dimensional initial structure of the photosensitive material when the form of one refractive surface (second refractive surface) is transferred to the optical glass material by etching. However, etching is stopped before it is transferred to the optical glass material. That is, only the portion corresponding to the first refractive surface (second refractive surface) in the three-dimensional initial structure of the photosensitive material is transferred to the optical glass material, and the third in the three-dimensional initial structure of the photosensitive material. The portion corresponding to this surface (fourth surface) is not transferred to the optical glass material, but remains in the optical glass material, and the plane shape of the parallel plane plate is maintained. Then, the portion corresponding to the third surface (fourth surface) in the three-dimensional initial structure of the photosensitive material remaining without being transferred to the optical glass is removed from the optical glass material. In this way, an optical component as a lens (array) having a first refracting surface (second refracting surface) having a third surface (fourth surface) that is practically flat is obtained. Can do.

レンズの大きさについては、レンズ(アレイ)は、マイクロレンズ(アレイ)(レンズの直径=数μm〜数百μm)であってもよい。また、レンズの形状については、レンズは、球面レンズ、非球面レンズ、又はアナモルフィックレンズであってもよい。   Regarding the size of the lens, the lens (array) may be a micro lens (array) (lens diameter = several μm to several hundred μm). Regarding the shape of the lens, the lens may be a spherical lens, an aspherical lens, or an anamorphic lens.

光学構成要素としての回折光学素子は、第一の屈折面及び/又は第二の屈折面に複数の輪帯を有するフレネル光学素子であり、中心の輪帯は、最大のピッチ及び最大の高さを有し、外周の輪帯は、最小のピッチ及び最小の高さを有する。輪帯のピッチ及び高さは、中心から外周へ向かって小さくなる。回折光学素子は、ネオセラムのような低膨張ガラスなどの光学ガラスの片面又は両面に、均一な厚さの電子線用感光性材料(レジスト)を塗布し、均一に塗布した電子線用感光性材料をプリベークし、電子線描画装置を使用して第一の屈折面及び/又は第二の屈折面に応じた回折光学素子の三次元形状を描画し、回折光学素子の三次元形状が描画された電子線用感光性材料をドライエッチングして、光学ガラスに回折光学素子の三次元形状を転写することによって、得られる。なお、実質的に平面である第三の面(第四の面)を有する回折光学素子としての光学構成要素は、上述した方法と同様にして作製される。   The diffractive optical element as an optical component is a Fresnel optical element having a plurality of annular zones on the first refractive surface and / or the second refractive surface, and the central annular zone has a maximum pitch and a maximum height. The outer ring has a minimum pitch and a minimum height. The pitch and height of the annular zone decrease from the center toward the outer periphery. The diffractive optical element is a uniform electron beam photosensitive material (resist) coated on one or both sides of an optical glass such as neo-serum or other low-expansion glass. The three-dimensional shape of the diffractive optical element is drawn according to the first refractive surface and / or the second refractive surface using the electron beam drawing device, and the three-dimensional shape of the diffractive optical element is drawn. It can be obtained by dry etching the photosensitive material for electron beam and transferring the three-dimensional shape of the diffractive optical element to the optical glass. An optical component as a diffractive optical element having a substantially flat third surface (fourth surface) is manufactured in the same manner as described above.

さらに、ウェーブフロントレンズとは、米国CDM Optics社が提案しているWavefront Cording Systemによって設計され、光学レンズ、イメージセンサー(CCD)、及び画像処理ソフトウエアを一体として最適化することによって得られる光学レンズである。なお、ウェーブフロントレンズによってイメージセンサ上に結像された像は、人間が認識できる像である必要はない。Wavefront Cording Systemにおいては、画像処理ソフトウエアにより処理された最終的な像が人間に認識できるようになっていればよい。したがって、この画像処理ソフトウエアは、イメージセンサ専用の像に対する画像処理を行う。このWavefront Cording Systemを用いることにより、良好な明るさ(Fナンバー)及び良好な被写界限界深度の両方を達成することができる。また、簡単なレンズ構成で、諸収差を大きく低減することができ、高解像度の像を得ることができる。なお、実質的に平面である面を有するウェーブフロントレンズとしての光学構成要素は、上述した方法と同様にして作製される。   Furthermore, the wave front lens is designed by Wavefront Cording System proposed by US CDM Optics, and is obtained by optimizing an optical lens, an image sensor (CCD), and image processing software. It is. Note that the image formed on the image sensor by the wave front lens does not need to be an image that can be recognized by a human. In the Wavefront Cording System, it is only necessary that the final image processed by the image processing software can be recognized by humans. Therefore, this image processing software performs image processing on an image dedicated to the image sensor. By using this Wavefront Cording System, it is possible to achieve both good brightness (F number) and good depth of field limit. In addition, various aberrations can be greatly reduced with a simple lens configuration, and a high-resolution image can be obtained. The optical component as a wave front lens having a substantially flat surface is manufactured in the same manner as described above.

なお、基板は、光学構成要素の接合面と接合する平面を有するものであって、例えば、光学構成要素の接合面と接合する平面を有する平行平面板のカバーガラスであってもよい。   Note that the substrate has a flat surface that is bonded to the bonding surface of the optical component, and may be, for example, a cover plate of a parallel flat plate having a flat surface that is bonded to the bonding surface of the optical component.

光学構成要素の外周には、光学構成要素及び基板の接合の強度を高めるために、基板と接合する面をさらに設けてもよい。また、光学構成要素には、必要に応じて(例えば、第一の屈折面、第二の屈折面、第三の面、第四の面などに)、反射防止膜を設けて、光学構成要素内における光の反射を低減してもよい。   In order to increase the bonding strength between the optical component and the substrate, a surface to be bonded to the substrate may be further provided on the outer periphery of the optical component. Further, the optical component is provided with an antireflection film as necessary (for example, on the first refracting surface, the second refracting surface, the third surface, the fourth surface, etc.). The reflection of light inside may be reduced.

なお、本発明の第一若しくは第二の態様の光学素子における光学構成部分又は第三の態様の光学素子の光学構成要素の外周に、凸部を設け、凸部の中央に凹部を形成すると、凹部を、光学構成部分又は光学構成要素の外周を示す目印となる。また、光学構成部品又は光学構成要素の外周及び基板の一方に凸部を設け、それらの他方に凸部と嵌合する凹部を設けて、光学構成部品又は光学構成要素の外周及び基板の相対的な位置決めが容易である。   In addition, when a convex portion is provided on the outer periphery of the optical component of the optical element of the first or second aspect of the present invention or the optical component of the optical element of the third aspect, and a concave portion is formed at the center of the convex portion, The recess serves as a mark indicating the outer periphery of the optical component or the optical component. Further, a convex portion is provided on one of the outer periphery of the optical component or the optical component and the substrate, and a concave portion that fits the convex portion is provided on the other of them, and the outer periphery of the optical component or the optical component and the relative position of the substrate are provided. Positioning is easy.

本発明の第四の態様は、本発明の第一、第二、又は第三の態様の光学素子及び液晶を含む液晶デバイスである。本発明の第四の態様である液晶デバイスは、液晶分子からなる液晶を含む液晶相、液晶相を支持する液晶基板、液晶に電圧を印加して液晶分子の配向を制御するために液晶駆動回路(例えば、薄膜トランジスタ及び配線を含む)、光学素子から射出される光の平行度を補正するためのコリメータレンズを含んでもよい。   A fourth aspect of the present invention is a liquid crystal device including the optical element of the first, second, or third aspect of the present invention and a liquid crystal. A liquid crystal device according to a fourth aspect of the present invention includes a liquid crystal phase including a liquid crystal composed of liquid crystal molecules, a liquid crystal substrate supporting the liquid crystal phase, and a liquid crystal driving circuit for controlling the alignment of the liquid crystal molecules by applying a voltage to the liquid crystal. A collimator lens (for example, including a thin film transistor and a wiring) for correcting the parallelism of light emitted from the optical element may be included.

本発明の第五の態様は、本発明の第四の態様の液晶デバイスを含む液晶プロジェクターである。本発明の第五の態様である液晶プロジェクターは、従来の任意の液晶プロジェクターにおける液晶デバイスを、本発明の第四の態様である液晶デバイスで置換したものである。   A fifth aspect of the present invention is a liquid crystal projector including the liquid crystal device according to the fourth aspect of the present invention. The liquid crystal projector according to the fifth aspect of the present invention is obtained by replacing the liquid crystal device in a conventional arbitrary liquid crystal projector with the liquid crystal device according to the fourth aspect of the present invention.

なお、本発明の第一、第二、又は第三の態様の光学素子は、液晶デバイスにおける使用に限定されず、デジタルカメラ又は複写機の書込み光学系にも用いられ得る。   The optical element according to the first, second, or third aspect of the present invention is not limited to use in a liquid crystal device, and can also be used in a writing optical system of a digital camera or a copying machine.

図1は、本発明の第一の態様である光学素子を含む液晶デバイスの例を説明する図である。図1に示すように、本発明の第一の態様である光学素子を含む液晶デバイスは、光学構成部品としてのマイクロレンズアレイ12、マイクロレンズアレイ12の光学面に設けられた反射防止膜14、及び光学素子の基板としてのカバーガラス16からなる光学素子を含み、液晶基板22及び液晶基板22に設けられた液晶相24をさらに含み、液晶相24は、複数の液晶分子26を含み、薄膜とランジスタ及び配線を含む液晶駆動回路28が設けられている。なお、図示してないが、マイクロレンズアレイ12及び液晶相24の間にカバーガラス16と異なる別の基板を設けてもよい。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a liquid crystal device including an optical element according to the first aspect of the present invention. As shown in FIG. 1, the liquid crystal device including the optical element according to the first aspect of the present invention includes a microlens array 12 as an optical component, an antireflection film 14 provided on the optical surface of the microlens array 12, And an optical element composed of a cover glass 16 as a substrate of the optical element, further including a liquid crystal substrate 22 and a liquid crystal phase 24 provided on the liquid crystal substrate 22, wherein the liquid crystal phase 24 includes a plurality of liquid crystal molecules 26, A liquid crystal driving circuit 28 including a transistor and wiring is provided. Although not shown, another substrate different from the cover glass 16 may be provided between the microlens array 12 and the liquid crystal phase 24.

マイクロレンズアレイ12は、カバーガラス16と接合する実質的に平面である接合面を有し、接合面の周辺に球面の光学面を有する。そして、反射防止膜14は、光学面に設けられており、接合面には設けられていない。マイクロレンズアレイ12の光学面に反射防止膜が設けられているので、光学面による光の反射を低減し、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。ここで、マイクロレンズアレイ12及びカバーガラス16は、例えば、それぞれ、石英又はネオセラムなどの低膨張ガラスで作られており、マイクロレンズアレイ12の接合面及びカバーガラス16の上記の接合面と対応する面は、互いに、ガラス直接接合で接合されている。マイクロレンズアレイ12及びカバーガラス16が、ガラスと比較して大きい熱膨張係数を備えた樹脂の接着剤を用いることなく、ガラス直接接合されているので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、経時的に安定な光学素子を提供することができる。また、マイクロレンズアレイ12は、上記の接合面とは異なる、カバーガラス16と接合する面を有する凸部18を有する。マイクロレンズアレイ12の凸部18もカバーガラス16とガラス直接接合させることによって、マイクロレンズアレイ12及びカバーガラス16の接合強度を高めることができる。なお、反射防止膜14及びカバーガラス16の間の空間は、真空又は空気である。反射防止膜14及びカバーガラス16の間の空間が、真空又は空気であるので、マイクロレンズアレイ12におけるマイクロレンズの光学面の曲率半径を比較的大きくでき、マイクロレンズアレイ12の設計を容易にすることができる。   The microlens array 12 has a substantially flat joining surface that joins the cover glass 16, and has a spherical optical surface around the joining surface. The antireflection film 14 is provided on the optical surface and not on the bonding surface. Since the antireflection film is provided on the optical surface of the microlens array 12, reflection of light by the optical surface can be reduced and light incident on the optical element can be used more effectively. Here, the microlens array 12 and the cover glass 16 are made of, for example, low expansion glass such as quartz or neoceram, and correspond to the bonding surface of the microlens array 12 and the bonding surface of the cover glass 16. The surfaces are bonded to each other by direct glass bonding. Since the microlens array 12 and the cover glass 16 are directly bonded to the glass without using a resin adhesive having a larger thermal expansion coefficient than that of the glass, durability or heat resistance of the optical element with respect to temperature changes. And an optical element that is stable over time can be provided. Further, the microlens array 12 has a convex portion 18 having a surface that is different from the above-described bonding surface and bonded to the cover glass 16. The bonding strength between the microlens array 12 and the cover glass 16 can be increased by directly bonding the convex portion 18 of the microlens array 12 to the cover glass 16. The space between the antireflection film 14 and the cover glass 16 is vacuum or air. Since the space between the antireflection film 14 and the cover glass 16 is vacuum or air, the radius of curvature of the optical surface of the microlens in the microlens array 12 can be made relatively large, and the design of the microlens array 12 is facilitated. be able to.

ランプなどの光源から放出される概略平行光は、カバーガラス16を通じてマイクロレンズアレイ12に入射する。マイクロレンズアレイ12に入射し、マイクロレンズアレイ12のマイクロレンズの中央部分に設けられた接合面を通過する光は、概略平行光として液晶相24に入射する。一方、マイクロレンズアレイ12に入射し、マイクロレンズアレイ12のマイクロレンズの周辺部分に設けられた球面の光学面を通過する光は、光学面によって屈折されて、収束光として液晶相24に入射する。ここで、マイクロレンズアレイ12の光学面に入射する光に関しては、光学面に設けられた反射防止膜によって、光学面による反射が、低減され、光学面に入射する光を、より高い効率で、液晶相24に向かって射出することができる。よって、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。   The substantially parallel light emitted from a light source such as a lamp enters the microlens array 12 through the cover glass 16. The light that enters the microlens array 12 and passes through the joint surface provided at the central portion of the microlens of the microlens array 12 enters the liquid crystal phase 24 as substantially parallel light. On the other hand, light that enters the microlens array 12 and passes through a spherical optical surface provided in the peripheral portion of the microlens of the microlens array 12 is refracted by the optical surface and enters the liquid crystal phase 24 as convergent light. . Here, with respect to the light incident on the optical surface of the microlens array 12, reflection by the optical surface is reduced by the antireflection film provided on the optical surface, and the light incident on the optical surface can be made with higher efficiency. The liquid crystal phase 24 can be emitted. Therefore, the light incident on the optical element can be used more effectively.

液晶相24に入射した光は、液晶分子26を照射し、液晶分子26の配向は、液晶駆動回路28によって制御される。そして、液晶駆動回路に印加する電圧を、所望の画像情報に従って制御することによって、液晶分子26を適切に配向させ、液晶相24を通過する光に所望の画像情報を付与ることができる。液晶相24を通過して液晶基板22の側から射出された画像情報が付与された光は、図示してないコリメーターレンズによってコリメートされて、平行光として図示してない投射レンズに入射する。そして、画像情報が付与された光が、投射レンズによってスクリーンに投射されることになる。   The light incident on the liquid crystal phase 24 irradiates the liquid crystal molecules 26, and the alignment of the liquid crystal molecules 26 is controlled by the liquid crystal driving circuit 28. Then, by controlling the voltage applied to the liquid crystal driving circuit in accordance with the desired image information, the liquid crystal molecules 26 can be properly aligned, and the desired image information can be imparted to the light passing through the liquid crystal phase 24. The light to which the image information emitted from the liquid crystal substrate 22 side through the liquid crystal phase 24 is added is collimated by a collimator lens (not shown) and enters a projection lens (not shown) as parallel light. And the light to which image information was given is projected on a screen by a projection lens.

図2(a)〜(f)は、本発明の第一の態様である光学素子を製造する方法を説明する図である。具体的には、図1に示す光学素子の製造方法を説明する。   2A to 2F are views for explaining a method for producing an optical element according to the first embodiment of the present invention. Specifically, a method for manufacturing the optical element shown in FIG. 1 will be described.

まず、図2(a)に示すように、平行平面板の形態を有する石英、ネオセラムなどの低膨張ガラスの光学ガラス材料32に、半導体用の感光性材料(フォトレジスト)34を塗布し、光学ガラス材料32の平行平面板に感光性材料34の層を形成する。次に、図1に示すマイクロレンズアレイ12の形状に対応して予め設計された濃度分布マスク36を、感光性材料34の層に対して位置決めする。なお、濃度分布マスクは、マイクロレンズアレイ12の形状に対応して適当な形状及び大きさの単位セルに隙間なく分割された露光領域を有する。また、濃度分布マスクの単位セル内の遮光パターンについては、単位セルの透過光量又は遮光量が、所望の感光性材料のパターンを実現することが可能である値に設定される。次に、感光性材料34が反応する光を、濃度分布マスク36を介して、光学ガラス材料32の平行平面板に感光性材料34の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料34の層に現像及び硬化処理を施す。   First, as shown in FIG. 2 (a), a photosensitive material (photoresist) 34 for semiconductor is applied to an optical glass material 32 of low expansion glass such as quartz or neoceram having a plane-parallel plate configuration, and optical A layer of photosensitive material 34 is formed on a plane parallel plate of glass material 32. Next, a density distribution mask 36 designed in advance corresponding to the shape of the microlens array 12 shown in FIG. 1 is positioned with respect to the layer of the photosensitive material 34. The density distribution mask has an exposure area divided into unit cells having an appropriate shape and size corresponding to the shape of the microlens array 12 without a gap. Further, for the light shielding pattern in the unit cell of the density distribution mask, the transmitted light amount or the light shielding amount of the unit cell is set to a value that can realize a desired pattern of the photosensitive material. Next, light with which the photosensitive material 34 reacts is irradiated onto the layer of the photosensitive material 34 on the plane parallel plate of the optical glass material 32 through the density distribution mask 36, and the photosensitive material is subjected to a normal photolithography process. 34 layers are developed and cured.

その結果、図2(b)に示すように、光学ガラス材料32の平行平面板に、マイクロレンズアレイ12の形状に対応する形状を有する感光性材料34の層が形成される。ここで、マイクロレンズアレイ12の形状は、平面の接合面及び接合面の外周に球面の光学面を有する形状である。   As a result, as shown in FIG. 2B, a layer of the photosensitive material 34 having a shape corresponding to the shape of the microlens array 12 is formed on the plane parallel plate of the optical glass material 32. Here, the shape of the microlens array 12 is a shape having a flat joint surface and a spherical optical surface on the outer periphery of the joint surface.

次に、図2(c)に示すように、感光性材料34の層におけるマイクロレンズアレイ12の形状に対応する形状に従って、光学ガラス材料32の平行平面板をエッチングする。ここで、エッチングは、感光性材料34の層が設けられた光学ガラス材料32の平行平面板に対して、半導体ドライエッチング装置を使用して、光学ガラス材料32の平行平面板の表面に対して垂直な方向にエッチング種を衝突させて、感光性材料34の層及び光学ガラス材料32の平行平面板の両方をエッチングする。よって、感光性材料34の層の薄い部分に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分から、感光性材料34の層の厚い部分に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分へと、順次エッチングが行われる。ここで、図2(c)に示すように、マイクロレンズアレイ12の光学面に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分がエッチングされ、マイクロレンズアレイ12の接合面に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分が、エッチングされてない状態で、エッチングを終了する。すると、マイクロレンズアレイ12の光学面に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分は、エッチングによって球面形状であり、マイクロレンズアレイ12の接合面に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分は、エッチングされずに、平行平面板の表面の形状である平面形状のままである。このようにして、平面の接合面及び接合面の外周に球面の光学面を有する形状を備えた光学構成部品としての光学ガラス材料32のマイクロレンズアレイを形成する。なお、(ドライ)エッチングにおいて、エッチングの選択比を変更すると、感光性材料の形状とは異なる形状(異なる高さ、球面又は非球面など)でエッチングを達成することができる。また、ドライエッチングを終了する時点を変更する、すなわちエッチング時間を変更すると、エッチングされる感光性材料の高さが変化すると同時に、光学ガラス材料32の平行平面板におけるエッチングされない平面部分の形状又は面積が変化する。例えば、エッチングされない平面部分の形状が円形である場合には、円形の直径が変化する。また、エッチングされない平面部分の形状が四角形である場合には、四角形の四辺の長さが変化する。   Next, as shown in FIG. 2C, the plane parallel plate of the optical glass material 32 is etched according to the shape corresponding to the shape of the microlens array 12 in the layer of the photosensitive material 34. Here, the etching is performed on the parallel flat plate of the optical glass material 32 provided with the layer of the photosensitive material 34, using a semiconductor dry etching apparatus, and on the surface of the parallel flat plate of the optical glass material 32. Both the layer of photosensitive material 34 and the plane parallel plate of optical glass material 32 are etched by impinging the etching species in the vertical direction. Thus, from the plane-parallel plate portion of the optical glass material 32 corresponding to the thin portion of the photosensitive material 34 layer to the plane-parallel plate portion of the optical glass material 32 corresponding to the thick portion of the photosensitive material 34 layer. Etching is performed sequentially. Here, as shown in FIG. 2C, the portion of the plane parallel plate of the optical glass material 32 corresponding to the optical surface of the microlens array 12 is etched, and the optical glass material corresponding to the bonding surface of the microlens array 12 is etched. The etching is finished in a state where the portions of the 32 plane parallel plates are not etched. Then, the portion of the plane parallel plate of the optical glass material 32 corresponding to the optical surface of the microlens array 12 has a spherical shape by etching, and the plane of the plane parallel plate of the optical glass material 32 corresponding to the bonding surface of the microlens array 12 is obtained. The portion is not etched and remains in a planar shape that is the shape of the surface of the plane parallel plate. In this way, a microlens array of the optical glass material 32 as an optical component having a shape having a planar optical surface and a spherical optical surface on the outer periphery of the optical interface is formed. In (dry) etching, if the etching selectivity is changed, the etching can be achieved with a shape (different height, spherical surface, aspherical surface, etc.) different from the shape of the photosensitive material. Further, when the time point at which dry etching is finished is changed, that is, when the etching time is changed, the height of the photosensitive material to be etched changes, and at the same time, the shape or area of the unetched plane portion of the parallel plane plate of the optical glass material 32 Changes. For example, when the shape of the planar portion that is not etched is a circle, the diameter of the circle changes. In addition, when the shape of the planar portion that is not etched is a rectangle, the length of the four sides of the rectangle changes.

エッチングの具体的な方法としては、感光性材料34の層が設けられた光学ガラス材料32の平行平面板を5℃まで冷却して、CF、CHF、及びArの混合ガスによってエッチングを行う。ここで、例えば、CFガスの流量は、50sccmであり、CHFガスの流量は、10sccmであり、Arガスの流量は、5sccmであり、混合ガスの圧力は、25mTorrであり、バイアスは、450Wであり、上部電力は、2.0kWであり、エッチングレートは、5μm/分であり、加工時間は、4.5秒である。また、Cガスを用いる場合には、Cガスの流量は、100sccmであり、ガスの圧力は、20mTorrであり、バイアスは、5Wであり、上部電力は、1.8kWであり、加工時間は、3〜4分である。 As a specific method of etching, the plane parallel plate of the optical glass material 32 provided with the layer of the photosensitive material 34 is cooled to 5 ° C., and etching is performed with a mixed gas of CF 4 , CHF 3 , and Ar. . Here, for example, the flow rate of CF 4 gas is 50 sccm, the flow rate of CHF 3 gas is 10 sccm, the flow rate of Ar gas is 5 sccm, the pressure of the mixed gas is 25 mTorr, and the bias is 450 W, the upper power is 2.0 kW, the etching rate is 5 μm / min, and the processing time is 4.5 seconds. When C 4 F 8 gas is used, the flow rate of C 4 F 8 gas is 100 sccm, the pressure of the gas is 20 mTorr, the bias is 5 W, and the upper power is 1.8 kW. Yes, the processing time is 3-4 minutes.

次に、図2(d)に示すように、球面の光学面及び平面の接合面を備えた光学ガラス材料32のマイクロレンズアレイ12の接合面に感光性材料34の層が残留している状態で、光学ガラス材料32のマイクロレンズアレイ12の光学面及びマイクロレンズアレイ12の接合面に残留する感光性材料34の層の上に、薄膜形成工程で、反射防止膜38を成膜する。ここで、薄膜形成工程は、真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法、反射防止膜38の材料を含む溶液をスピンコートによって塗布し、塗布された溶液を加熱することで、反射防止膜38を形成する方法のいずれであってもよい。ここでは、可視光の波長の光に対して反射を防止する反射防止膜38を形成する。   Next, as shown in FIG. 2D, the layer of the photosensitive material 34 remains on the bonding surface of the microlens array 12 of the optical glass material 32 having a spherical optical surface and a flat bonding surface. Then, an antireflection film 38 is formed on the optical surface of the microlens array 12 of the optical glass material 32 and the layer of the photosensitive material 34 remaining on the bonding surface of the microlens array 12 in a thin film forming step. Here, in the thin film formation step, a solution containing a material for the vacuum deposition method, the CVD method, the sputtering method, and the antireflection film 38 is applied by spin coating, and the applied solution is heated to form the antireflection film 38. Either method may be used. Here, an antireflection film 38 that prevents reflection of light having a wavelength of visible light is formed.

次に、図(e)に示すように、リフトオフ法によって、接合面に残留する感光性材料34の層が残留し、光学面及び感光性材料34の層の上に反射防止膜38が形成された光学ガラス材料32のマイクロレンズアレイ12を、感光性材料34を溶解させることが可能な溶剤で処理して(必要に応じて、加熱及び超音波振動等を施し、)、光学ガラス材料32のマイクロレンズアレイ12の接合面に残留する感光性材料34の層を除去する。これにより、光学ガラス材料32のマイクロレンズアレイ12の接合面に残留する感光性材料34の層及び感光性材料34の層の上に設けられた反射防止膜38が除去される。よって、マイクロレンズアレイ12の光学面に反射防止膜38が設けられ、マイクロレンズアレイ12の接合面が光学ガラス材料32の平面である光学素子を得ることができる。   Next, as shown in FIG. 4E, the layer of the photosensitive material 34 remaining on the bonding surface remains by the lift-off method, and the antireflection film 38 is formed on the optical surface and the layer of the photosensitive material 34. The microlens array 12 of the optical glass material 32 is treated with a solvent capable of dissolving the photosensitive material 34 (heating, ultrasonic vibration, etc., if necessary), and The layer of the photosensitive material 34 remaining on the bonding surface of the microlens array 12 is removed. Thereby, the layer of the photosensitive material 34 remaining on the bonding surface of the microlens array 12 of the optical glass material 32 and the antireflection film 38 provided on the layer of the photosensitive material 34 are removed. Therefore, an antireflection film 38 is provided on the optical surface of the microlens array 12, and an optical element in which the bonding surface of the microlens array 12 is a flat surface of the optical glass material 32 can be obtained.

最後に、図(f)に示すように、光学ガラス23のマイクロレンズアレイ12の接合面と、同じ光学ガラス32のカバーガラス16をガラス直接接合で接合させる。まず、光学ガラス23のマイクロレンズアレイ12の接合面に、タンポ法によって、1%フッ酸を薄く塗布し、光学ガラス32のカバーガラス16を空気中で接触させる。次に、互いに接触させた光学ガラス23のマイクロレンズアレイ12の接合面及び光学ガラス32のカバーガラス16の対応する面に、約1.0MPaの圧力を加えると共に、60℃で1時間加熱する。その後、マイクロレンズアレイ12及びカバーガラス16を有機溶剤によって洗浄し、真空中で乾燥させる。このようにして、図1に示すような、カバーガラス16並びにカバーガラス16とガラス直接接合する平面の接合面、及び反射防止膜38が設けられた球面の光学面を有するマイクロレンズアレイ12を含む光学素子を得ることができる。   Finally, as shown in FIG. 8F, the bonding surface of the microlens array 12 of the optical glass 23 and the cover glass 16 of the same optical glass 32 are bonded by direct glass bonding. First, 1% hydrofluoric acid is thinly applied to the joint surface of the optical glass 23 of the microlens array 12 by a tampo method, and the cover glass 16 of the optical glass 32 is brought into contact with the air. Next, a pressure of about 1.0 MPa is applied to the bonding surface of the microlens array 12 of the optical glass 23 and the corresponding surface of the cover glass 16 of the optical glass 32 which are brought into contact with each other, and heated at 60 ° C. for 1 hour. Thereafter, the microlens array 12 and the cover glass 16 are washed with an organic solvent and dried in a vacuum. In this way, as shown in FIG. 1, the cover lens 16 and the microlens array 12 having a flat bonding surface directly bonded to the cover glass 16 and the spherical optical surface provided with the antireflection film 38 are included. An optical element can be obtained.

なお、光学素子におけるマイクロレンズアレイ12の領域の外部に、隔壁である凸部18を設けてもよく、凸部18は、カバーガラスと接合する平面を有することが好ましい。   In addition, you may provide the convex part 18 which is a partition outside the area | region of the micro lens array 12 in an optical element, and it is preferable that the convex part 18 has a plane joined to a cover glass.

図3は、本発明の第二の態様である光学素子を含む液晶デバイスの例を説明する図である。図3に示すように、本発明の第二の態様である光学素子を含む液晶デバイスは、光学構成部品としてのマイクロレンズアレイ12、マイクロレンズアレイ12に設けられた反射防止膜14、及び光学素子の基板としてのカバーガラス16からなる光学素子を含み、液晶基板22及び液晶基板22に設けられた液晶相24をさらに含み、液晶相24は、複数の液晶分子26を含み、薄膜とランジスタ及び配線を含む液晶駆動回路28が設けられている。なお、図示してないが、マイクロレンズアレイ12及び液晶相24の間にカバーガラス16と異なる別の基板を設けてもよい。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a liquid crystal device including an optical element according to the second aspect of the present invention. As shown in FIG. 3, a liquid crystal device including an optical element according to the second aspect of the present invention includes a microlens array 12 as an optical component, an antireflection film 14 provided on the microlens array 12, and an optical element. Including a liquid crystal substrate 22 and a liquid crystal phase 24 provided on the liquid crystal substrate 22. The liquid crystal phase 24 includes a plurality of liquid crystal molecules 26, and includes a thin film, a transistor, and a wiring. A liquid crystal driving circuit 28 is provided. Although not shown, another substrate different from the cover glass 16 may be provided between the microlens array 12 and the liquid crystal phase 24.

マイクロレンズアレイ12は、カバーガラス16と接合する実質的に平面である反射防止膜14の接合面に対応した平面の部分を有し、その平面の部分の周辺に球面の光学面を有する。そして、反射防止膜14は、マイクロレンズアレイ12のカバーガラス側の面に設けられている。マイクロレンズアレイ12に反射防止膜14が設けられているので、マイクロレンズアレイ12の反射防止膜14が設けられた面による光の反射を低減し、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。ここで、反射防止膜14及びカバーガラス16は、例えば、それぞれ、石英又はネオセラムなどの低膨張ガラスで作られており、反射防止膜14の接合面及びカバーガラス16の上記の接合面と対応する面は、互いに、ガラス直接接合で接合されている。反射防止膜14及びカバーガラス16が、ガラスと比較して大きい熱膨張係数を備えた樹脂の接着剤を用いることなく、ガラス直接接合されているので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、経時的に安定な光学素子を提供することができる。また、マイクロレンズアレイ12は、上記の接合面とは異なる、カバーガラス16と接合する面を有する反射防止膜14が設けられた凸部18を有する。マイクロレンズアレイ12の凸部18に設けられた反射防止膜14もカバーガラス16とガラス直接接合させることによって、反射防止膜14及びカバーガラス16の接合強度を高めることができる。なお、反射防止膜14及びカバーガラス16の間の空間は、真空又は空気である。反射防止膜14及びカバーガラス16の間の空間が、真空又は空気であるので、マイクロレンズアレイ12におけるマイクロレンズの光学面の曲率半径を比較的大きくでき、マイクロレンズアレイ12の設計を容易にすることができる。   The microlens array 12 has a flat portion corresponding to the bonding surface of the antireflection film 14 that is substantially flat and bonded to the cover glass 16, and has a spherical optical surface around the flat portion. The antireflection film 14 is provided on the cover glass side surface of the microlens array 12. Since the antireflection film 14 is provided on the microlens array 12, reflection of light by the surface of the microlens array 12 on which the antireflection film 14 is provided is reduced, and light incident on the optical element is used more effectively. be able to. Here, the antireflection film 14 and the cover glass 16 are each made of, for example, low expansion glass such as quartz or neoceram, and correspond to the bonding surface of the antireflection film 14 and the bonding surface of the cover glass 16. The surfaces are bonded to each other by direct glass bonding. Since the antireflection film 14 and the cover glass 16 are directly bonded to the glass without using a resin adhesive having a larger thermal expansion coefficient than that of the glass, the durability or heat resistance of the optical element against temperature change And an optical element that is stable over time can be provided. Further, the microlens array 12 has a convex portion 18 provided with an antireflection film 14 having a surface that is different from the above-described bonding surface and bonded to the cover glass 16. By bonding the antireflection film 14 provided on the convex portion 18 of the microlens array 12 directly to the cover glass 16, the bonding strength between the antireflection film 14 and the cover glass 16 can be increased. The space between the antireflection film 14 and the cover glass 16 is vacuum or air. Since the space between the antireflection film 14 and the cover glass 16 is vacuum or air, the radius of curvature of the optical surface of the microlens in the microlens array 12 can be made relatively large, and the design of the microlens array 12 is facilitated. be able to.

ランプなどの光源から放出される概略平行光は、カバーガラス16を通じてマイクロレンズアレイ12に入射する。マイクロレンズアレイ12に入射し、マイクロレンズアレイ12のマイクロレンズの中央部分に設けられた接合面を通過する光は、概略平行光として液晶相24に入射する。一方、マイクロレンズアレイ12に入射し、マイクロレンズアレイ12のマイクロレンズの周辺部分に設けられた球面の光学面を通過する光は、光学面によって屈折されて、収束光として液晶相24に入射する。ここで、マイクロレンズアレイ12に入射する光は、マイクロレンズアレイ12に設けられた反射防止膜によって、マイクロレンズアレイ12の面による反射が、低減され、マイクロレンズアレイ12の面に入射する光を、より高い効率で、液晶相24に向かって射出することができる。よって、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。   The substantially parallel light emitted from a light source such as a lamp enters the microlens array 12 through the cover glass 16. The light that enters the microlens array 12 and passes through the joint surface provided at the central portion of the microlens of the microlens array 12 enters the liquid crystal phase 24 as substantially parallel light. On the other hand, light that enters the microlens array 12 and passes through a spherical optical surface provided in the peripheral portion of the microlens of the microlens array 12 is refracted by the optical surface and enters the liquid crystal phase 24 as convergent light. . Here, the light incident on the microlens array 12 is reduced in reflection by the surface of the microlens array 12 by the antireflection film provided on the microlens array 12, and is incident on the surface of the microlens array 12. The liquid crystal phase 24 can be emitted with higher efficiency. Therefore, the light incident on the optical element can be used more effectively.

液晶相24に入射した光は、液晶分子26を照射し、液晶分子26の配向は、液晶駆動回路28によって制御される。そして、液晶駆動回路に印加する電圧を、所望の画像情報に従って制御することによって、液晶分子26を適切に配向させ、液晶相24を通過する光に所望の画像情報を付与ることができる。液晶相24を通過して液晶基板22の側から射出された画像情報が付与された光は、図示してないコリメーターレンズによってコリメートされて、平行光として図示してない投射レンズに入射する。そして、画像情報が付与された光が、投射レンズによってスクリーンに投射されることになる。   The light incident on the liquid crystal phase 24 irradiates the liquid crystal molecules 26, and the alignment of the liquid crystal molecules 26 is controlled by the liquid crystal driving circuit 28. Then, by controlling the voltage applied to the liquid crystal driving circuit in accordance with the desired image information, the liquid crystal molecules 26 can be properly aligned, and the desired image information can be imparted to the light passing through the liquid crystal phase 24. The light to which the image information emitted from the liquid crystal substrate 22 side through the liquid crystal phase 24 is added is collimated by a collimator lens (not shown) and enters a projection lens (not shown) as parallel light. And the light to which image information was given is projected on a screen by a projection lens.

図4(a)〜(f)は、本発明の第二の態様である光学素子を製造する方法を説明する図である。具体的には、図3に示す光学素子の製造方法を説明する。   4A to 4F are views for explaining a method for producing an optical element according to the second embodiment of the present invention. Specifically, a method for manufacturing the optical element shown in FIG. 3 will be described.

まず、図4(a)に示すように、平行平面板の形態を有する石英、ネオセラムなどの低膨張ガラスの光学ガラス材料32に、半導体用の感光性材料(フォトレジスト)34を塗布し、光学ガラス材料32の平行平面板に感光性材料34の層を形成する。次に、図3に示すマイクロレンズアレイ12の形状に対応して予め設計された濃度分布マスク36を、感光性材料34の層に対して位置決めする。なお、濃度分布マスクは、マイクロレンズアレイ12の形状に対応して適当な形状及び大きさの単位セルに隙間なく分割された露光領域を有する。また、濃度分布マスクの単位セル内の遮光パターンについては、単位セルの透過光量又は遮光量が、所望の感光性材料のパターンを実現することが可能である値に設定される。次に、感光性材料34が反応する光を、濃度分布マスク36を介して、光学ガラス材料32の平行平面板に感光性材料34の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料34の層に現像及び硬化処理を施す。   First, as shown in FIG. 4 (a), a photosensitive material (photoresist) 34 for semiconductor is applied to an optical glass material 32 of low expansion glass such as quartz or neoceram having a parallel flat plate shape, and optical A layer of photosensitive material 34 is formed on a plane parallel plate of glass material 32. Next, a density distribution mask 36 designed in advance corresponding to the shape of the microlens array 12 shown in FIG. 3 is positioned with respect to the layer of the photosensitive material 34. The density distribution mask has an exposure area divided into unit cells having an appropriate shape and size corresponding to the shape of the microlens array 12 without a gap. Further, for the light shielding pattern in the unit cell of the density distribution mask, the transmitted light amount or the light shielding amount of the unit cell is set to a value that can realize a desired pattern of the photosensitive material. Next, light with which the photosensitive material 34 reacts is irradiated onto the layer of the photosensitive material 34 on the plane parallel plate of the optical glass material 32 through the density distribution mask 36, and the photosensitive material is subjected to a normal photolithography process. 34 layers are developed and cured.

その結果、図4(b)に示すように、光学ガラス材料32の平行平面板に、マイクロレンズアレイ12の形状に対応する形状を有する感光性材料34の層が形成される。ここで、マイクロレンズアレイ12の形状は、平面の接合面及び接合面の外周に球面の光学面を有する形状である。   As a result, as shown in FIG. 4B, a layer of the photosensitive material 34 having a shape corresponding to the shape of the microlens array 12 is formed on the plane parallel plate of the optical glass material 32. Here, the shape of the microlens array 12 is a shape having a flat joint surface and a spherical optical surface on the outer periphery of the joint surface.

次に、図4(c)に示すように、感光性材料34の層におけるマイクロレンズアレイ12の形状に対応する形状に従って、光学ガラス材料32の平行平面板をエッチングする。ここで、エッチングは、感光性材料34の層が設けられた光学ガラス材料32の平行平面板に対して、半導体ドライエッチング装置を使用して、光学ガラス材料32の平行平面板の表面に対して垂直な方向にエッチング種を衝突させて、感光性材料34の層及び光学ガラス材料32の平行平面板の両方をエッチングする。よって、感光性材料34の層の薄い部分に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分から、感光性材料34の層の厚い部分に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分へと、順次エッチングが行われる。ここで、図4(c)に示すように、マイクロレンズアレイ12の光学面に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分がエッチングされ、マイクロレンズアレイ12に設けられる反射防止膜38の接合面に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分が、エッチングされてない状態で、エッチングを終了する。すると、マイクロレンズアレイ12の光学面に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分は、エッチングによって球面形状であり、マイクロレンズアレイ12に設けられる反射防止膜38の接合面に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分は、エッチングされずに、平行平面板の表面の形状である平面形状のままである。このようにして、反射防止膜38の平面の接合面に対応する平面及びその平面の外周に球面の光学面を有する形状を備えた光学構成部品としての光学ガラス材料32のマイクロレンズアレイを形成する。なお、(ドライ)エッチングにおいて、エッチングの選択比を変更すると、感光性材料の形状とは異なる形状(異なる高さ、球面又は非球面など)でエッチングを達成することができる。また、ドライエッチングを終了する時点を変更する、すなわちエッチング時間を変更すると、エッチングされる感光性材料の高さが変化すると同時に、光学ガラス材料32の平行平面板におけるエッチングされない平面部分の形状又は面積が変化する。例えば、エッチングされない平面部分の形状が円形である場合には、円形の直径が変化する。また、エッチングされない平面部分の形状が四角形である場合には、四角形の四辺の長さが変化する。   Next, as shown in FIG. 4C, the plane parallel plate of the optical glass material 32 is etched according to the shape corresponding to the shape of the microlens array 12 in the layer of the photosensitive material 34. Here, the etching is performed on the parallel flat plate of the optical glass material 32 provided with the layer of the photosensitive material 34, using a semiconductor dry etching apparatus, and on the surface of the parallel flat plate of the optical glass material 32. Both the layer of photosensitive material 34 and the plane parallel plate of optical glass material 32 are etched by impinging the etching species in the vertical direction. Thus, from the plane-parallel plate portion of the optical glass material 32 corresponding to the thin portion of the photosensitive material 34 layer to the plane-parallel plate portion of the optical glass material 32 corresponding to the thick portion of the photosensitive material 34 layer. Etching is performed sequentially. Here, as shown in FIG. 4 (c), the portion of the plane parallel plate of the optical glass material 32 corresponding to the optical surface of the microlens array 12 is etched, and the antireflection film 38 provided on the microlens array 12 is bonded. Etching is completed in a state where the plane-parallel plate portion of the optical glass material 32 corresponding to the surface is not etched. Then, the portion of the plane parallel plate of the optical glass material 32 corresponding to the optical surface of the microlens array 12 has a spherical shape by etching, and the optical glass corresponding to the bonding surface of the antireflection film 38 provided on the microlens array 12. The portion of the plane parallel plate of the material 32 is not etched and remains in the plane shape which is the shape of the surface of the plane parallel plate. In this way, a microlens array of the optical glass material 32 is formed as an optical component having a shape corresponding to the flat joint surface of the antireflection film 38 and a spherical optical surface on the outer periphery of the flat surface. . In (dry) etching, if the etching selectivity is changed, the etching can be achieved with a shape (different height, spherical surface, aspherical surface, etc.) different from the shape of the photosensitive material. Further, when the time point at which dry etching is finished is changed, that is, when the etching time is changed, the height of the photosensitive material to be etched changes, and at the same time, the shape or area of the unetched plane portion of the parallel plane plate of the optical glass material 32 Changes. For example, when the shape of the planar portion that is not etched is a circle, the diameter of the circle changes. In addition, when the shape of the planar portion that is not etched is a rectangle, the length of the four sides of the rectangle changes.

エッチングの具体的な方法としては、感光性材料34の層が設けられた光学ガラス材料32の平行平面板を5℃まで冷却して、CF、CHF、及びArの混合ガスによってエッチングを行う。ここで、例えば、CFガスの流量は、50sccmであり、CHFガスの流量は、10sccmであり、Arガスの流量は、5sccmであり、混合ガスの圧力は、25mTorrであり、バイアスは、450Wであり、上部電力は、2.0kWであり、エッチングレートは、5μm/分であり、加工時間は、4.5秒である。また、Cガスを用いる場合には、Cガスの流量は、100sccmであり、ガスの圧力は、20mTorrであり、バイアスは、5Wであり、上部電力は、1.8kWであり、加工時間は、3〜4分である。 As a specific method of etching, the plane parallel plate of the optical glass material 32 provided with the layer of the photosensitive material 34 is cooled to 5 ° C., and etching is performed with a mixed gas of CF 4 , CHF 3 , and Ar. . Here, for example, the flow rate of CF 4 gas is 50 sccm, the flow rate of CHF 3 gas is 10 sccm, the flow rate of Ar gas is 5 sccm, the pressure of the mixed gas is 25 mTorr, and the bias is 450 W, the upper power is 2.0 kW, the etching rate is 5 μm / min, and the processing time is 4.5 seconds. When C 4 F 8 gas is used, the flow rate of C 4 F 8 gas is 100 sccm, the pressure of the gas is 20 mTorr, the bias is 5 W, and the upper power is 1.8 kW. Yes, the processing time is 3-4 minutes.

次に、図4(d)に示すように、光学ガラス材料32のマイクロレンズアレイ12に残留する感光性材料34の層を、洗浄処理又はドライアッシングなどの除去処理によって、除去する。その結果、反射防止膜38の接合面に対応する平面の部分及びその平面の部分の外周に形成された球面の光学面を有する光学ガラス材料32のマイクロレンズアレイ12を得ることができる。   Next, as shown in FIG. 4D, the layer of the photosensitive material 34 remaining on the microlens array 12 of the optical glass material 32 is removed by a removal process such as a cleaning process or dry ashing. As a result, it is possible to obtain the microlens array 12 of the optical glass material 32 having a plane portion corresponding to the bonding surface of the antireflection film 38 and a spherical optical surface formed on the outer periphery of the plane portion.

次に、図4(e)に示すように、反射防止膜38の接合面に対応する平面の部分及びその平面の部分の外周に形成された球面の光学面を有する光学ガラス材料32のマイクロレンズアレイ12に、薄膜形成工程で、反射防止膜38を成膜する。ここで、薄膜形成工程は、真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法、反射防止膜38の材料を含む溶液をスピンコートによって塗布し、塗布された溶液を加熱することで、反射防止膜38を形成する方法のいずれであってもよい。ここでは、可視光の波長の光に対して反射を防止する反射防止膜38を形成する。なお、反射防止膜38におけるカバーガラス16に接触する膜は、反射防止膜38及び過バーガラス16をガラス直接接合させるために、光学ガラス材料32と同様の二酸化ケイ素SiOを含む。よって、マイクロレンズアレイ12に反射防止膜38が設けられ、反射防止膜の接合面が光学ガラス材料32の平面である光学素子を得ることができる。 Next, as shown in FIG. 4E, a microlens of an optical glass material 32 having a flat surface corresponding to the bonding surface of the antireflection film 38 and a spherical optical surface formed on the outer periphery of the flat surface. An antireflection film 38 is formed on the array 12 in the thin film forming step. Here, in the thin film formation step, a solution containing a material for the vacuum deposition method, the CVD method, the sputtering method, and the antireflection film 38 is applied by spin coating, and the applied solution is heated to form the antireflection film 38. Either method may be used. Here, an antireflection film 38 that prevents reflection of light having a wavelength of visible light is formed. Note that the film in contact with the cover glass 16 in the antireflection film 38 includes silicon dioxide SiO 2 similar to the optical glass material 32 in order to directly bond the antireflection film 38 and the overbar glass 16 to the glass. Therefore, an optical element in which the antireflection film 38 is provided on the microlens array 12 and the joint surface of the antireflection film is a plane of the optical glass material 32 can be obtained.

最後に、図(f)に示すように、マイクロレンズアレイ12に設けられた光学ガラス23の反射防止膜38の接合面と、同じ光学ガラス32のカバーガラス16をガラス直接接合で接合させる。まず、マイクロレンズアレイ12に設けられた反射防止膜38の接合面に、タンポ法又はスピンナー法によって、1%フッ酸を薄く塗布し、光学ガラス32のカバーガラス16を空気中で接触させる。次に、互いに接触させたマイクロレンズアレイ12に設けられた光学ガラス23の反射防止膜38の接合面及び光学ガラス32のカバーガラス16の対応する面に、約1.0MPaの圧力を加えると共に、60℃で1時間加熱する。その後、マイクロレンズアレイ12及びカバーガラス16を有機溶剤によって洗浄し、真空中で乾燥させる。このようにして、図3に示すような、カバーガラス16、球面の光学面を有するマイクロレンズアレイ12、及びマイクロレンズアレイ12に設けられた反射防止膜38を含み、反射防止膜38が、カバーガラス16とガラス直接接合する平面の接合面を有する光学素子を得ることができる。   Finally, as shown in FIG. 8F, the bonding surface of the antireflection film 38 of the optical glass 23 provided on the microlens array 12 and the cover glass 16 of the same optical glass 32 are bonded by direct glass bonding. First, 1% hydrofluoric acid is thinly applied to the bonding surface of the antireflection film 38 provided on the microlens array 12 by a tampo method or a spinner method, and the cover glass 16 of the optical glass 32 is brought into contact with the air. Next, a pressure of about 1.0 MPa is applied to the bonding surface of the antireflection film 38 of the optical glass 23 and the corresponding surface of the cover glass 16 of the optical glass 32 provided on the microlens array 12 in contact with each other, Heat at 60 ° C. for 1 hour. Thereafter, the microlens array 12 and the cover glass 16 are washed with an organic solvent and dried in a vacuum. In this way, the cover glass 16, the microlens array 12 having a spherical optical surface, and the antireflection film 38 provided on the microlens array 12, as shown in FIG. An optical element having a flat joining surface that directly joins the glass 16 and the glass can be obtained.

なお、光学素子におけるマイクロレンズアレイ12の領域の外部に、隔壁である凸部18を設けてもよく、凸部18に設けられる反射防止膜38は、カバーガラス16と接合する平面を有することが好ましい。   In addition, the convex part 18 which is a partition may be provided outside the area | region of the microlens array 12 in an optical element, and the antireflection film 38 provided in the convex part 18 has a plane joined to the cover glass 16. preferable.

図5は、本発明の第三の態様である光学素子を含む液晶デバイスの一つの例を説明する図である。図5に示すように、本発明の第三の態様である光学素子を含む液晶デバイスは、光学素子用基板42及び複数の光学構成要素としての複数のマイクロレンズ44からなる光学素子(マイクロレンズアレイ)を含み、液晶基板22及び液晶基板22に設けられた液晶相24をさらに含み、液晶相24は、複数の液晶分子26を含み、薄膜とランジスタ及び配線を含む液晶駆動回路28が設けられている。なお、図示してないが、複数のマイクロレンズ44を保護するカバーガラスを設けてもよい。   FIG. 5 is a view for explaining one example of a liquid crystal device including an optical element according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the liquid crystal device including the optical element according to the third aspect of the present invention is an optical element (microlens array) including an optical element substrate 42 and a plurality of microlenses 44 as a plurality of optical components. The liquid crystal phase 24 further includes a liquid crystal substrate 22 and a liquid crystal phase 24 provided on the liquid crystal substrate 22, and the liquid crystal phase 24 includes a plurality of liquid crystal molecules 26, and a liquid crystal driving circuit 28 including a thin film, a transistor, and wiring is provided. Yes. Although not shown, a cover glass that protects the plurality of microlenses 44 may be provided.

複数の第一の屈折面を有する複数の光学構成要素としてのマイクロレンズ44を含む光学素子(マイクロレンズアレイ)において、マイクロレンズ44は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面をさらに含み、第一の屈折面は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面の屈折力の符号と反対の符号の屈折力を有する。また、第一の屈折面の屈折力の絶対値は、第二の屈折面の屈折力の絶対値と実質的に等しい。より詳しくは、マイクロレンズ44は、凸面が光源側に向き、凹面が液晶相側に向く凹メニスカスレンズである。すなわち、マイクロレンズ44の第一の屈折面は、凸面であり、第二の屈折面は、凹面であり、凸面の屈折力及び凹面の屈折力の絶対値は、実質的に同一であり、凸面の屈折力及び凹面の屈折力の符号は、反対である。すなわち、マイクロレンズ44は、アフォーカル光学系である。なお、マイクロレンズ44の凸面の曲率半径は、マイクロレンズ44の凹面の曲率半径よりも大きい。マイクロレンズ44の凸面の屈折力及び凹面の屈折力の絶対値は、実質的に同一であり、凸面の屈折力及び凹面の屈折力の符号は、反対であるため、マイクロレンズ44に入射する平行光は、平行光としてマイクロレンズ44から射出される。   In an optical element (microlens array) including a microlens 44 as a plurality of optical components having a plurality of first refracting surfaces, the microlens 44 further includes a second refracting surface corresponding to the first refracting surface. The first refractive surface includes a refractive power having a sign opposite to that of the second refractive surface corresponding to the first refractive surface. Further, the absolute value of the refractive power of the first refractive surface is substantially equal to the absolute value of the refractive power of the second refractive surface. More specifically, the microlens 44 is a concave meniscus lens having a convex surface facing the light source and a concave surface facing the liquid crystal phase. That is, the first refractive surface of the microlens 44 is a convex surface, the second refractive surface is a concave surface, and the refractive power of the convex surface and the absolute value of the refractive power of the concave surface are substantially the same. The signs of the refractive power and the concave power are opposite. That is, the microlens 44 is an afocal optical system. Note that the radius of curvature of the convex surface of the microlens 44 is larger than the radius of curvature of the concave surface of the microlens 44. The absolute values of the refractive power of the convex surface and the concave surface of the microlens 44 are substantially the same, and the signs of the refractive power of the convex surface and the refractive power of the concave surface are opposite. The light is emitted from the microlens 44 as parallel light.

図5において、実線の矢印は、マイクロレンズ44の光軸に平行に入射する平行光を表し、破線の矢印は、マイクロレンズ44の光軸に対して斜めに入射する平行光を表す。図5に示すように、マイクロレンズ44に、ランプのような光源から放出される概略平行光を入射させる場合には、液晶デバイスの液晶駆動回路に光が当たらないように、光学構成要素としてのマイクロレンズ44における第一の屈折面(凸面)による正の屈折力によって、マイクロレンズ44に入射した概略平行光を収束させると共に、液晶デバイスの液晶相の特定部分に光が集中しないように、及び、液晶デバイスから射出される光の射出角が小さくするように、マイクロレンズ44における第二の屈折面(凹面)による負の屈折力によって、マイクロレンズ44から概略平行光を液晶デバイスの液晶相へ向かって射出することができる。すなわち、液晶デバイスの液晶相の特定部分に光が集中しないため、液晶デバイスにおける液晶相の劣化を大幅に低減し、液晶デバイスの寿命を従来の液晶デバイスよりも大幅に長くすることができる。また、マイクロレンズ44の光軸に平行に入射する平行光及びマイクロレンズ44の光軸に対して斜めに入射する平行光の両方に関して、液晶デバイスから射出される光は、概略平行光であり、光の射出角が小さい。よって、隣接するマイクロレンズを透過すると共に液晶相を通過した光が、互いに混合することを大幅に低減することができ、液晶デバイスから射出される画像情報を備えた光の混色、輝度の不均一性、コントラストの低下を大幅に低減することができる。よって、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。さらに、液晶デバイスから射出される概略平行光をさらにコリメートするためのコリメートレンズの設計を大いに容易にすることができる。   In FIG. 5, solid arrows indicate parallel light incident parallel to the optical axis of the microlens 44, and broken arrows indicate parallel light incident obliquely with respect to the optical axis of the microlens 44. As shown in FIG. 5, in the case where substantially parallel light emitted from a light source such as a lamp is incident on the microlens 44, an optical component is used so that the light does not strike the liquid crystal driving circuit of the liquid crystal device. The positive refractive power of the first refractive surface (convex surface) in the microlens 44 causes the substantially parallel light incident on the microlens 44 to converge, so that the light does not concentrate on a specific part of the liquid crystal phase of the liquid crystal device, and The parallel light from the microlens 44 is converted into the liquid crystal phase of the liquid crystal device by the negative refractive power of the second refracting surface (concave surface) in the microlens 44 so that the emission angle of the light emitted from the liquid crystal device is reduced. Can be launched. That is, since light does not concentrate on a specific part of the liquid crystal phase of the liquid crystal device, the deterioration of the liquid crystal phase in the liquid crystal device can be greatly reduced, and the lifetime of the liquid crystal device can be significantly increased as compared with the conventional liquid crystal device. The light emitted from the liquid crystal device with respect to both parallel light incident parallel to the optical axis of the microlens 44 and parallel light incident obliquely to the optical axis of the microlens 44 is substantially parallel light, The light emission angle is small. Therefore, the light transmitted through the adjacent microlenses and passing through the liquid crystal phase can be greatly reduced from mixing with each other. It is possible to greatly reduce the deterioration of the characteristics and contrast. Therefore, the light incident on the optical element can be used more effectively. Furthermore, the design of the collimating lens for further collimating the substantially parallel light emitted from the liquid crystal device can be greatly facilitated.

また、光学素子用基板42及び光学構成要素としてのマイクロレンズ44は、例えば、それぞれ、石英又はネオセラムなどの低膨張ガラスで作られており、マイクロレンズ44は、光学素子用基板42とガラス直接接合する接合面を有する。光学素子用基板42及びマイクロレンズ44が、ガラスと比較して大きい熱膨張係数を備えた樹脂の接着剤を用いることなく、ガラス直接接合されているので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、経時的に安定な光学素子を提供することができる。なお、光学構成要素としてのマイクロレンズ44に反射防止膜を設けてもよい。また、光学素子用基板42及び光学構成要素としてのマイクロレンズ44の間における空間46は、真空又は空気である。光学素子用基板42及び光学構成要素としてのマイクロレンズ44の間における空間46が、真空又は空気であるので、マイクロレンズ44における第一及び第二の屈折面(凸面及び凹面)の曲率半径を比較的大きくでき、マイクロレンズアレイ44の設計を容易にすることができる。   The optical element substrate 42 and the microlens 44 as an optical component are each made of, for example, low expansion glass such as quartz or neoceram. The microlens 44 is directly bonded to the optical element substrate 42 and glass. Having a joining surface. Since the optical element substrate 42 and the microlens 44 are directly bonded to the glass without using a resin adhesive having a larger thermal expansion coefficient than that of glass, the durability or heat resistance of the optical element against temperature change is achieved. Thus, it is possible to provide an optical element that is stable and stable over time. Note that an antireflection film may be provided on the microlens 44 as an optical component. A space 46 between the optical element substrate 42 and the microlens 44 as an optical component is vacuum or air. Since the space 46 between the optical element substrate 42 and the microlens 44 as an optical component is vacuum or air, the radii of curvature of the first and second refracting surfaces (convex surface and concave surface) of the microlens 44 are compared. The design of the microlens array 44 can be facilitated.

液晶相24に入射した光は、液晶分子26を照射し、液晶分子26の配向は、液晶駆動回路28によって制御される。そして、液晶駆動回路に印加する電圧を、所望の画像情報に従って制御することによって、液晶分子26を適切に配向させ、液晶相24を通過する光に所望の画像情報を付与ることができる。液晶相24を通過して液晶基板22の側から射出された画像情報が付与された光は、図示してないコリメーターレンズによってコリメートされて、平行光として図示してない投射レンズに入射する。そして、画像情報が付与された光が、投射レンズによってスクリーンに投射されることになる。   The light incident on the liquid crystal phase 24 irradiates the liquid crystal molecules 26, and the alignment of the liquid crystal molecules 26 is controlled by the liquid crystal driving circuit 28. Then, by controlling the voltage applied to the liquid crystal driving circuit in accordance with the desired image information, the liquid crystal molecules 26 can be properly aligned, and the desired image information can be imparted to the light passing through the liquid crystal phase 24. The light to which the image information emitted from the liquid crystal substrate 22 side through the liquid crystal phase 24 is added is collimated by a collimator lens (not shown) and enters a projection lens (not shown) as parallel light. And the light to which image information was given is projected on a screen by a projection lens.

図6は、本発明の第三の態様である光学素子を含む液晶デバイスの別の例を説明する図である。図6に示す液晶デバイスの光学素子については、図5に示した液晶デバイスの光学素子における、光学構成要素としてのマイクロレンズの第一の屈折面(凸面)及び第二の屈折面(凹面)が、それぞれ、第三の面としての実質的な平面及び第四の面としての実質的な平面を含む。すなわち、マイクロレンズ44の凸面の中央部分及び凹面の中央部分の両方に平面が設けられている。よって、図6に示すように、実線の矢印で表されるマイクロレンズ44の凸面の球面部分を通過する平行光は、マイクロレンズ44の凸面の球面部分における正の屈折力によって収束し、マイクロレンズ44の凹面の球面部分における負の屈折力によって発散して、平行光として液晶相24へ向かって放出される。また、破線の矢印で表されるマイクロレンズ44の凸面及び凹面の平面部分を通過する平行光は、マイクロレンズ44の面によって屈折されず、そのまま平行光としてマイクロレンズ44を通過する。   FIG. 6 is a diagram for explaining another example of a liquid crystal device including an optical element according to the third aspect of the present invention. Regarding the optical element of the liquid crystal device shown in FIG. 6, the first refractive surface (convex surface) and the second refractive surface (concave surface) of the microlens as the optical component in the optical element of the liquid crystal device shown in FIG. , Respectively, including a substantial plane as a third plane and a substantial plane as a fourth plane. That is, the flat surface is provided on both the convex central portion and the concave central portion of the microlens 44. Therefore, as shown in FIG. 6, the parallel light passing through the convex spherical surface portion of the microlens 44 represented by the solid arrow is converged by the positive refractive power in the convex spherical surface portion of the microlens 44, and the microlens. The light diverges by the negative refractive power in the concave spherical surface 44 and is emitted toward the liquid crystal phase 24 as parallel light. Further, the parallel light that passes through the convex and concave plane portions of the microlens 44 represented by the broken arrow is not refracted by the surface of the microlens 44 and passes through the microlens 44 as it is.

図7(a)〜(f)は、本発明の第三の態様である光学素子を製造する方法の一例を説明する図である。より詳しくは、図7(a)〜(f)は、図5に示す本発明の第三の態様である光学素子を製造する方法を説明する。   7A to 7F are views for explaining an example of a method for producing an optical element according to the third aspect of the present invention. More specifically, FIGS. 7A to 7F describe a method for manufacturing the optical element according to the third embodiment of the present invention shown in FIG.

まず、図7(a)に示すように、平行平面板の形態を有する石英、ネオセラムなどの低膨張ガラスの光学ガラス材料32に、半導体用の感光性材料(フォトレジスト)34を塗布し、光学ガラス材料32の平行平面板に感光性材料34の層を形成する。次に、図5に示す複数のマイクロレンズ44における第一の屈折面(凸面)の形状に対応して予め設計された濃度分布マスク36を、感光性材料34の層に対して位置決めする。なお、濃度分布マスクは、複数のマイクロレンズ44における第一の屈折面(凸面)の形状に対応して適当な形状及び大きさの単位セルに隙間なく分割された露光領域を有する。また、濃度分布マスクの単位セル内の遮光パターンについては、単位セルの透過光量又は遮光量が、所望の感光性材料のパターンを実現することが可能である値に設定される。次に、感光性材料34が反応する光を、濃度分布マスク36を介して、光学ガラス材料32の平行平面板に感光性材料34の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料34の層に現像及び硬化処理を施す。   First, as shown in FIG. 7A, a photosensitive material (photoresist) 34 for semiconductor is applied to an optical glass material 32 of low expansion glass such as quartz or neoceram having a parallel plane plate form, and optical A layer of photosensitive material 34 is formed on a plane parallel plate of glass material 32. Next, a density distribution mask 36 designed in advance corresponding to the shape of the first refractive surface (convex surface) in the plurality of microlenses 44 shown in FIG. 5 is positioned with respect to the layer of the photosensitive material 34. The density distribution mask has an exposure region that is divided into unit cells having an appropriate shape and size corresponding to the shape of the first refractive surface (convex surface) of the plurality of microlenses 44 without a gap. Further, for the light shielding pattern in the unit cell of the density distribution mask, the transmitted light amount or the light shielding amount of the unit cell is set to a value that can realize a desired pattern of the photosensitive material. Next, light with which the photosensitive material 34 reacts is irradiated onto the layer of the photosensitive material 34 on the plane parallel plate of the optical glass material 32 through the density distribution mask 36, and the photosensitive material is subjected to a normal photolithography process. 34 layers are developed and cured.

その結果、図7(b)に示すように、光学ガラス材料32の平行平面板に、複数のマイクロレンズ44における第一の屈折面(凸面)の形状に対応する形状を有する感光性材料34の層が形成される。   As a result, as shown in FIG. 7B, the photosensitive material 34 having a shape corresponding to the shape of the first refractive surface (convex surface) of the plurality of microlenses 44 is formed on the plane parallel plate of the optical glass material 32. A layer is formed.

次に、図7(c)に示すように、感光性材料34の層における複数のマイクロレンズ44における第一の屈折面(凸面)の形状に対応する形状に従って、光学ガラス材料32の平行平面板をエッチングする。ここで、エッチングは、感光性材料34の層が設けられた光学ガラス材料32の平行平面板に対して、半導体ドライエッチング装置を使用して、光学ガラス材料32の平行平面板の表面に対して垂直な方向にエッチング種を衝突させて、感光性材料34の層及び光学ガラス材料32の平行平面板の両方をエッチングする。よって、感光性材料34の層の薄い部分に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分から、感光性材料34の層の厚い部分に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分へと、順次エッチングが行われる。このようにして、複数のマイクロレンズ44における第一の屈折面(凸面)の形状を備えた光学構成部品としての光学ガラス材料32のマイクロレンズアレイを形成する。   Next, as shown in FIG. 7 (c), a plane parallel plate of the optical glass material 32 according to the shape corresponding to the shape of the first refractive surface (convex surface) of the plurality of microlenses 44 in the layer of the photosensitive material 34. Etch. Here, the etching is performed on the parallel flat plate of the optical glass material 32 provided with the layer of the photosensitive material 34, using a semiconductor dry etching apparatus, and on the surface of the parallel flat plate of the optical glass material 32. Both the layer of photosensitive material 34 and the plane parallel plate of optical glass material 32 are etched by impinging the etching species in the vertical direction. Thus, from the plane-parallel plate portion of the optical glass material 32 corresponding to the thin portion of the photosensitive material 34 layer to the plane-parallel plate portion of the optical glass material 32 corresponding to the thick portion of the photosensitive material 34 layer. Etching is performed sequentially. In this way, a microlens array of the optical glass material 32 as an optical component having the shape of the first refractive surface (convex surface) of the plurality of microlenses 44 is formed.

なお、(ドライ)エッチングにおいて、エッチングの選択比を変更すると、感光性材料の形状とは異なる形状(異なる高さ、球面又は非球面など)でエッチングを達成することができる。また、ドライエッチングを終了する時点を変更する、すなわちエッチング時間を変更すると、エッチングされる感光性材料の高さが変化する。   In (dry) etching, if the etching selectivity is changed, the etching can be achieved with a shape (different height, spherical surface, aspherical surface, etc.) different from the shape of the photosensitive material. Further, when the time point at which dry etching is finished is changed, that is, when the etching time is changed, the height of the photosensitive material to be etched changes.

エッチングの具体的な方法としては、感光性材料34の層が設けられた光学ガラス材料32の平行平面板を5℃まで冷却して、CF、CHF、及びArの混合ガスによってエッチングを行う。ここで、例えば、CFガスの流量は、50sccmであり、CHFガスの流量は、10sccmであり、Arガスの流量は、5sccmであり、混合ガスの圧力は、25mTorrであり、バイアスは、450Wであり、上部電力は、2.0kWであり、エッチングレートは、5μm/分であり、加工時間は、4.5秒である。また、Cガスを用いる場合には、Cガスの流量は、100sccmであり、ガスの圧力は、20mTorrであり、バイアスは、5Wであり、上部電力は、1.8kWであり、加工時間は、3〜4分である。 As a specific method of etching, the plane parallel plate of the optical glass material 32 provided with the layer of the photosensitive material 34 is cooled to 5 ° C., and etching is performed with a mixed gas of CF 4 , CHF 3 , and Ar. . Here, for example, the flow rate of CF 4 gas is 50 sccm, the flow rate of CHF 3 gas is 10 sccm, the flow rate of Ar gas is 5 sccm, the pressure of the mixed gas is 25 mTorr, and the bias is 450 W, the upper power is 2.0 kW, the etching rate is 5 μm / min, and the processing time is 4.5 seconds. When C 4 F 8 gas is used, the flow rate of C 4 F 8 gas is 100 sccm, the pressure of the gas is 20 mTorr, the bias is 5 W, and the upper power is 1.8 kW. Yes, the processing time is 3-4 minutes.

次に、図7(d)に示すように、複数のマイクロレンズ44における第一の屈折面(凸面)が形成された光学ガラス材料32の第一の屈折面(凸面)が形成された面と反対側の面に、半導体用の感光性材料(フォトレジスト)34を塗布し、光学ガラス材料32の平行平面板に感光性材料34の層を形成する。次に、図5に示す複数のマイクロレンズ44における第二の屈折面(凹面)の形状に対応して予め設計された濃度分布マスク36を、感光性材料34の層に対して位置決めする。なお、濃度分布マスクは、複数のマイクロレンズ44における第二の屈折面(凹面)の形状に対応して適当な形状及び大きさの単位セルに隙間なく分割された露光領域を有する。また、濃度分布マスクの単位セル内の遮光パターンについては、単位セルの透過光量又は遮光量が、所望の感光性材料のパターンを実現することが可能である値に設定される。次に、感光性材料34が反応する光を、濃度分布マスク36を介して、光学ガラス材料32の平行平面板に感光性材料34の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料34の層に現像及び硬化処理を施す。   Next, as shown in FIG. 7 (d), the surface on which the first refractive surface (convex surface) of the optical glass material 32 on which the first refractive surfaces (convex surfaces) of the plurality of microlenses 44 are formed is formed. A semiconductor photosensitive material (photoresist) 34 is applied to the opposite surface, and a layer of the photosensitive material 34 is formed on a plane parallel plate of the optical glass material 32. Next, the density distribution mask 36 designed in advance corresponding to the shape of the second refractive surface (concave surface) in the plurality of microlenses 44 shown in FIG. 5 is positioned with respect to the layer of the photosensitive material 34. The density distribution mask has an exposure region that is divided into unit cells having an appropriate shape and size corresponding to the shape of the second refractive surface (concave surface) of the plurality of microlenses 44 without any gap. Further, for the light shielding pattern in the unit cell of the density distribution mask, the transmitted light amount or the light shielding amount of the unit cell is set to a value that can realize a desired pattern of the photosensitive material. Next, light with which the photosensitive material 34 reacts is irradiated onto the layer of the photosensitive material 34 on the plane parallel plate of the optical glass material 32 through the density distribution mask 36, and the photosensitive material is subjected to a normal photolithography process. 34 layers are developed and cured.

その結果、図7(e)に示すように、光学ガラス材料32の平行平面板に、複数のマイクロレンズ44における第二の屈折面(凹面)の形状に対応する形状を有する感光性材料34の層が形成される。   As a result, as shown in FIG. 7E, the photosensitive material 34 having a shape corresponding to the shape of the second refracting surfaces (concave surfaces) of the plurality of microlenses 44 is formed on the plane parallel plate of the optical glass material 32. A layer is formed.

次に、図7(f)に示すように、感光性材料34の層における複数のマイクロレンズ44における第二の屈折面(凹面)の形状に対応する形状に従って、光学ガラス材料32の平行平面板をエッチングする。ここで、エッチングは、感光性材料34の層が設けられた光学ガラス材料32の平行平面板に対して、半導体ドライエッチング装置を使用して、光学ガラス材料32の平行平面板の表面に対して垂直な方向にエッチング種を衝突させて、感光性材料34の層及び光学ガラス材料32の平行平面板の両方をエッチングする。よって、感光性材料34の層の薄い部分に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分から、感光性材料34の層の厚い部分に対応する光学ガラス材料32の平行平面板の部分へと、順次エッチングが行われる。このようにして、複数のマイクロレンズ44における第二の屈折面(凹面)の形状を備えた光学構成部品としての光学ガラス材料32のマイクロレンズアレイを形成する。   Next, as shown in FIG. 7 (f), the plane parallel plate of the optical glass material 32 according to the shape corresponding to the shape of the second refractive surface (concave surface) of the plurality of microlenses 44 in the layer of the photosensitive material 34. Etch. Here, the etching is performed on the parallel flat plate of the optical glass material 32 provided with the layer of the photosensitive material 34, using a semiconductor dry etching apparatus, and on the surface of the parallel flat plate of the optical glass material 32. Both the layer of photosensitive material 34 and the plane parallel plate of optical glass material 32 are etched by impinging the etching species in the vertical direction. Thus, from the plane-parallel plate portion of the optical glass material 32 corresponding to the thin portion of the photosensitive material 34 layer to the plane-parallel plate portion of the optical glass material 32 corresponding to the thick portion of the photosensitive material 34 layer. Etching is performed sequentially. In this manner, a microlens array of the optical glass material 32 as an optical component having the shape of the second refractive surface (concave surface) in the plurality of microlenses 44 is formed.

このようにして、図5に示すような第一の屈折面(凸面)及び第二の屈折面(凹面)を有する光学構成要素としての複数のマイクロレンズ44を含む光学素子を形成することができる。   In this way, an optical element including a plurality of microlenses 44 as optical components having a first refractive surface (convex surface) and a second refractive surface (concave surface) as shown in FIG. 5 can be formed. .

なお、複数のマイクロレンズ44の第一の屈折面(凸面)及び/又は第二の屈折面(凹面)に、必要に応じて、薄膜形成工程で、(可視光の波長の光に対して反射を防止する)反射防止膜を設けてもよい。ここで、薄膜形成工程は、真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法、反射防止膜38の材料を含む溶液をスピンコートによって塗布し、塗布された溶液を加熱することで、反射防止膜38を形成する方法のいずれであってもよい。   Note that the first refracting surface (convex surface) and / or the second refracting surface (concave surface) of the plurality of microlenses 44 may be applied to the second refracting surface (concave surface) in a thin film forming step as necessary (reflected with respect to light having a wavelength of visible light). An antireflection film may be provided. Here, in the thin film formation step, a solution containing a material for the vacuum deposition method, the CVD method, the sputtering method, and the antireflection film 38 is applied by spin coating, and the applied solution is heated to form the antireflection film 38. Either method may be used.

さらに、第一の屈折面(凸面)及び第二の屈折面(凹面)を有する複数のマイクロレンズ44からなるマイクロレンズアレイを、光学ガラス23の光学素子用基板42とガラス直接接合で接合させてもよい。ガラス直接接合は、第一の屈折面(凸面)及び第二の屈折面(凹面)を有する複数のマイクロレンズ44からなるマイクロレンズアレイの接合面に、タンポ法又はスピンナー法によって、1%フッ酸を薄く塗布し、光学ガラス32の光学素子用基板42を空気中で接触させる。次に、互いに接触させたマイクロレンズアレイの接合面及び光学ガラス32の光学素子用基板42の対応する面に、約1.0MPaの圧力を加えると共に、60℃で1時間加熱する。その後、マイクロレンズアレイ及び光学素子用基板42を有機溶剤によって洗浄し、真空中で乾燥させる。このようにして、図5に示すような、第一の屈折面(凸面)及び第二の屈折面(凹面)を有する光学構成要素としての複数のマイクロレレンズ44を含む光学素子を得ることができる。   Further, a microlens array including a plurality of microlenses 44 having a first refracting surface (convex surface) and a second refracting surface (concave surface) is bonded to the optical element substrate 42 of the optical glass 23 by direct glass bonding. Also good. In direct glass bonding, 1% hydrofluoric acid is applied to a bonding surface of a microlens array including a plurality of microlenses 44 having a first refractive surface (convex surface) and a second refractive surface (concave surface) by a tampo method or a spinner method. Is applied thinly, and the optical element substrate 42 of the optical glass 32 is brought into contact in the air. Next, a pressure of about 1.0 MPa is applied to the bonding surface of the microlens array brought into contact with each other and the corresponding surface of the optical element substrate 42 of the optical glass 32 and heated at 60 ° C. for 1 hour. Thereafter, the microlens array and the optical element substrate 42 are washed with an organic solvent and dried in a vacuum. In this way, an optical element including a plurality of microlenses 44 as an optical component having a first refracting surface (convex surface) and a second refracting surface (concave surface) as shown in FIG. 5 can be obtained. it can.

なお、図6に示す本発明の第三の態様である光学素子を製造する方法については、図5に示す本発明の第三の態様である光学素子を製造する方法を用いると共に、図2又は図4を用いて説明した本発明の第一の態様である光学素子を製造する方法におけるマイクロレンズアレイの接合面を形成する方法を用いて、マイクロレンズ44の凸面及び凹面の中央部分に平面を形成することができる。   In addition, about the method of manufacturing the optical element which is the 3rd aspect of this invention shown in FIG. 6, while using the method of manufacturing the optical element which is the 3rd aspect of this invention shown in FIG. Using the method of forming the joint surface of the microlens array in the method of manufacturing the optical element according to the first embodiment of the present invention described with reference to FIG. 4, a flat surface is formed at the central portion of the convex surface and the concave surface of the microlens 44. Can be formed.

実質的に平面である接合面及び曲面(非球面)である光学面を有するマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイであって、光学面に反射防止膜が設けられ、接合面には反射防止膜が設けられないマイクロレンズアレイを製作した。   A microlens array comprising microlenses having a substantially flat joining surface and a curved surface (aspherical) optical surface, wherein the antireflection film is provided on the optical surface, and the antireflection film is provided on the joining surface. I made a microlens array that I can't.

まず、550nmの波長に対して1.42の屈折率を備えた石英の平行平面板に感光性材料(フォトレジスト)であるOFPR−800(東京応化製)を塗布し、石英の平行平面板に感光性材料の層を形成した。次に、マイクロレンズアレイの形状に対応して設計した濃度分布マスクを介して、紫外光を、感光性材料の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料の層に現像及び硬化処理を施した。その結果、石英の平行平面板に、マイクロレンズアレイの形状を有する感光性材料の層が形成された。   First, OFPR-800 (manufactured by Tokyo Ohka), which is a photosensitive material (photoresist), is applied to a quartz parallel plane plate having a refractive index of 1.42 with respect to a wavelength of 550 nm. A layer of photosensitive material was formed. Next, the photosensitive material layer is irradiated with ultraviolet light through a density distribution mask designed in accordance with the shape of the microlens array, and the photosensitive material layer is developed and cured by a normal photolithography process. Treated. As a result, a layer of photosensitive material having the shape of a microlens array was formed on a parallel plane plate made of quartz.

次に、感光性材料の層におけるマイクロレンズアレイの形状に従って、半導体ドライエッチング装置を使用して、感光性材料の層及び石英の平行平面板をドライエッチングした。ここで、マイクロレンズアレイの光学面に対応する石英の平行平面板の部分がエッチングされ、マイクロレンズアレイの接合面に対応する石英の平行平面板の部分が、エッチングされてない状態で、エッチングを停止させた。このようにして、実質的に平面である接合面及び曲面(非球面)である光学面を有する石英のマイクロレンズアレイを形成した。   Next, according to the shape of the microlens array in the photosensitive material layer, the photosensitive material layer and the parallel plane plate of quartz were dry etched using a semiconductor dry etching apparatus. Here, the portion of the quartz plane parallel plate corresponding to the optical surface of the microlens array is etched, and the portion of the plane parallel quartz plate corresponding to the bonding surface of the microlens array is not etched. Stopped. In this way, a quartz microlens array having a substantially flat joining surface and a curved (aspheric) optical surface was formed.

エッチングの具体的な方法としては、感光性材料の層が設けられた石英の平行平面板を−20℃まで冷却して、CF、CHF、及びArの混合ガスによってエッチングを行った。ここで、CFガスの流量は、50sccmであり、CHFガスの流量は、10sccmであり、Arガスの流量は、5sccmであり、混合ガスの圧力は、45mTorrであり、バイアスは、450Wであり、上部電力は、2.0kWであり、エッチングレートは、0.6μm/分であり、加工時間は、11分であった。 As a specific method of etching, a quartz parallel flat plate provided with a photosensitive material layer was cooled to −20 ° C., and etching was performed with a mixed gas of CF 4 , CHF 3 , and Ar. Here, the flow rate of CF 4 gas is 50 sccm, the flow rate of CHF 3 gas is 10 sccm, the flow rate of Ar gas is 5 sccm, the pressure of the mixed gas is 45 mTorr, and the bias is 450 W. The upper power was 2.0 kW, the etching rate was 0.6 μm / min, and the processing time was 11 minutes.

なお、得られた石英のマイクロレンズアレイについては、マイクロレンズの光学面は、z(h)=(h/R)/(1+(1−(1+κ)(h/R)1/2)+A+A+…+Aによって表される回転対称非球面(ここで、hは、レンズの光軸からの高さであり、z(h)は、高さhにおける、レンズの光軸とレンズの光学面との仮想的な交点を含むと共にレンズの光軸に垂直である平面からの距離であり、Rは、レンズの光学面の曲率半径であり、κは、レンズの光学面の円錐係数であり、Aは、レンズの光学面のk次の非球面係数であり、kは、4以上の偶数である。)であり、本実施例では、光学面の曲率半径Rは、7.25×10−3mmであり、光学面の円錐係数κは、−7.76×10−1であり、光学面の4次の非球面係数Aは、−2.01×10mm−3であり、光学面の6次の非球面係数Aは、1.26×10mm−5であり、光学面の8次以上の非球面係数は、0である。また、マイクロレンズの光学面の直径は、15.5μmであり、マイクロレンズの接合面の直径は、4.2μmであり、マイクロレンズの高さは、6.5μmであった。また、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのピッチは、15.5μmであった。 For the quartz microlens array obtained, the optical surface of the microlens is z (h) = (h 2 / R) / (1+ (1− (1 + κ) (h / R) 2 ) 1/2. ) + A 4 h 4 + A 6 h 6 +... + A k h k , where a is a rotationally symmetric aspherical surface, where h is the height from the optical axis of the lens, and z (h) is the height h Is a distance from a plane that includes a virtual intersection of the optical axis of the lens and the optical surface of the lens and is perpendicular to the optical axis of the lens, R is a radius of curvature of the optical surface of the lens, and κ is , The conic coefficient of the optical surface of the lens, A k is the k-order aspherical coefficient of the optical surface of the lens, and k is an even number of 4 or more.) In this embodiment, the optical surface The curvature radius R of the optical surface is 7.25 × 10 −3 mm, and the conic coefficient κ of the optical surface is −7.76 × 10 −1 . Yes, the fourth-order aspheric coefficient A 4 of the optical surface is −2.01 × 10 5 mm −3 , and the sixth-order aspheric coefficient A 6 of the optical surface is 1.26 × 10 9 mm −5. The 8th-order or higher aspherical coefficient of the optical surface is zero. The diameter of the optical surface of the microlens was 15.5 μm, the diameter of the bonding surface of the microlens was 4.2 μm, and the height of the microlens was 6.5 μm. The pitch of the microlenses in the microlens array was 15.5 μm.

次に、実質的に平面である接合面及び曲面(非球面)である光学面を有する石英のマイクロレンズアレイの接合面に感光性材料の層が残留している状態で、石英のマイクロレンズアレイの光学面及びマイクロレンズアレイの接合面に残留する感光性材料の層の上に、真空蒸着法を用いて、可視光の波長の光に対して反射を防止する反射防止膜を成膜させた。   Next, the quartz microlens array with the photosensitive material layer remaining on the joining surface of the quartz microlens array having a substantially flat joining surface and a curved (aspheric) optical surface. An antireflection film for preventing reflection of light having a wavelength of visible light was formed on the layer of the photosensitive material remaining on the optical surface and the bonding surface of the microlens array using a vacuum deposition method. .

成膜した反射防止膜は、四つの層からなる。λ=550nmとすると、マイクロレンズの側から、第一の層は、1.450の屈折率及びλ/4の厚さを有するSiOの層であり、第二の層は、1.630の屈折率及びλ/4の厚さを有するアルミナ(Al)の層であり、第三の層は、2.300の屈折率及びλ/2の厚さを有する酸化チタン(TiO)の層であり、第四の層は、1.450の屈折率及びλ/4の厚さを有するSiOの層であった。図8は、本実施例において成膜した反射防止膜の反射特性を説明する図であり、(a)は、350nmから850nmまでの波長に対する反射率/透過率を示す図であり、(b)は、350nmから850nmまでの波長に対する反射率の詳細図である。図8において、曲線Rは、反射率を示し、曲線Tは、透過率を示す。図8(a)及び(b)に示すように、本実施例で成膜した反射防止膜は、400nmから680nmまでの波長の光に対して、0.5%以下の反射率を示し、99.5%以上の透過率を示す。なお、反射防止膜に対する光の入射角は、0°である。 The formed antireflection film consists of four layers. Assuming λ = 550 nm, from the microlens side, the first layer is a layer of SiO 2 having a refractive index of 1.450 and a thickness of λ / 4, and the second layer is 1.630. A layer of alumina (Al 2 O 3 ) having a refractive index and a thickness of λ / 4, the third layer is titanium oxide (TiO 2 ) having a refractive index of 2.300 and a thickness of λ / 2 And the fourth layer was a layer of SiO 2 having a refractive index of 1.450 and a thickness of λ / 4. FIG. 8 is a diagram for explaining the reflection characteristics of the antireflection film formed in this example. FIG. 8A is a diagram showing the reflectance / transmittance with respect to wavelengths from 350 nm to 850 nm, and FIG. These are the detailed figures of the reflectance with respect to the wavelength from 350 nm to 850 nm. In FIG. 8, a curve R indicates the reflectance, and a curve T indicates the transmittance. As shown in FIGS. 8A and 8B, the antireflection film formed in this example exhibits a reflectance of 0.5% or less with respect to light having a wavelength from 400 nm to 680 nm. The transmittance is 5% or more. The incident angle of light with respect to the antireflection film is 0 °.

次に、リフトオフ法によって、接合面に残留する感光性材料の層が残留し、光学面及び感光性材料の層の上に反射防止膜が形成された石英のマイクロレンズアレイを、感光性材料を溶解させることが可能な剥離液105(東京応化製)で処理して、石英のマイクロレンズアレイの接合面に残留する感光性材料の層を除去した。   Next, a quartz microlens array in which an antireflection film is formed on the optical surface and the photosensitive material layer is formed by using a lift-off method. The layer of the photosensitive material remaining on the bonded surface of the quartz microlens array was removed by treatment with a stripping solution 105 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.).

このようにして、実質的に平面である接合面及び曲面(非球面)である光学面を有するマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイであって、光学面に反射防止膜が設けられ、接合面には反射防止膜が設けられないマイクロレンズアレイを得た。なお、得られたマイクロレンズアレイの基板の厚さは、300μmであった。   Thus, a microlens array comprising microlenses having a substantially flat joining surface and a curved (aspheric) optical surface, the antireflection film being provided on the optical surface, A microlens array without an antireflection film was obtained. The substrate thickness of the obtained microlens array was 300 μm.

最後に、石英のマイクロレンズアレイの接合面と、1000μmの厚さを備えた石英のカバーガラスをガラス直接接合で接合させた。すなわち、石英のマイクロレンズアレイの接合面に、タンポ法によって、1%フッ酸を薄く塗布し、石英のカバーガラスを空気中で接触させ、次に、互いに接触させた石英のマイクロレンズアレイの接合面及び石英のカバーガラスの対応する面に、約1.0MPaの圧力を加えると共に、60℃で1時間加熱した。その後、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスをアセトンによって洗浄し、真空中で乾燥させた。   Finally, the joining surface of the quartz microlens array and the quartz cover glass having a thickness of 1000 μm were joined by glass direct joining. That is, 1% hydrofluoric acid is thinly applied to the joint surface of the quartz microlens array by the tampo method, the quartz cover glass is brought into contact with the air, and then the quartz microlens arrays are brought into contact with each other. A pressure of about 1.0 MPa was applied to the face and the corresponding face of the quartz cover glass and heated at 60 ° C. for 1 hour. Thereafter, the microlens array and the cover glass were washed with acetone and dried in a vacuum.

このようにして、カバーガラス並びにカバーガラスとガラス直接接合する平面の接合面、及び反射防止膜が設けられた非球面の光学面を有するマイクロレンズアレイを含む光学素子を得ることができた。   In this way, an optical element including a microlens array having a cover glass, a flat joint surface directly joining the cover glass and the glass, and an aspheric optical surface provided with an antireflection film could be obtained.

本実施例で得られた光学素子を0.8インチ液晶プロジェクタ用パネルに取り付けた液晶デバイスの光学特性をシミュレーションした。ここで、0.8インチ液晶プロジェクタ用パネルは、液晶駆動回路であると共に四角形の開口を有するブラックマトリックスを有する。ブラックマトリックスの開口の寸法は、15.0×15.0μmとした。また、本実施例で得られた光学素子に入射する光の(カバーガラスに対する)入射角に対する強度分布は、約±7°の入射角で最大の強度を有すると共に約±20°の入射角でゼロの強度を有するようなM型の分布である。   The optical characteristics of a liquid crystal device in which the optical element obtained in this example was attached to a 0.8 inch liquid crystal projector panel were simulated. Here, the 0.8-inch liquid crystal projector panel is a liquid crystal driving circuit and has a black matrix having a square opening. The size of the opening of the black matrix was 15.0 × 15.0 μm. The intensity distribution of the light incident on the optical element obtained in this example with respect to the incident angle (with respect to the cover glass) has a maximum intensity at an incident angle of about ± 7 ° and an incident angle of about ± 20 °. An M-type distribution having zero intensity.

本実施例で得られた光学素子を透過した光は、全てブラックマトリックスの開口を通過した。   All the light transmitted through the optical element obtained in this example passed through the aperture of the black matrix.

本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率を、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率と比較した。比較例の光学素子は、ネオセラム(日本電気ガラス社製)のマイクロレンズアレイ(基板の厚さ:50μm)及びネオセラムのカバーガラス(厚さ:1050μm)を含み、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスは、接着剤の層(屈折率1.45:厚さ2.5μm)で接合される。マイクロレンズアレイのマイクロレンズは、上記の式で表される回転対称非球面であり、非球面の曲率半径Rは、6.5μmであり、非球面の円錐係数κは、−5.26であり、光学面の4次の非球面係数Aは、6.30×10mm−3であり、光学面の6次の非球面係数Aは、−3.99×10mm−5であり、光学面の8次以上の非球面係数は、0である。また、マイクロレンズの高さは、7.0μmであり、マイクロレンズの直径及びピッチは、14.0μmであった。また、比較例の光学素子を、0.7インチ液晶プロジェクタ用パネルに取り付けた。0.7インチ液晶プロジェクタ用パネルのブラックマトリックスの開口の寸法は、13.5×13.5μmとした。 The transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element obtained in this example was compared with the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element of the comparative example. The optical element of the comparative example includes a micro lens array (thickness of substrate: 50 μm) of Neoceram (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) and a cover glass (thickness: 1050 μm) of Neoceram. Bonded with a layer of agent (refractive index 1.45: thickness 2.5 μm). The microlens of the microlens array is a rotationally symmetric aspherical surface represented by the above formula, the aspherical curvature radius R is 6.5 μm, and the aspherical cone coefficient κ is −5.26. The fourth-order aspheric coefficient A 4 of the optical surface is 6.30 × 10 5 mm −3 , and the sixth-order aspheric coefficient A 6 of the optical surface is −3.99 × 10 9 mm −5 . Yes, the aspherical coefficient of the 8th order or higher of the optical surface is zero. The height of the microlens was 7.0 μm, and the diameter and pitch of the microlens were 14.0 μm. The optical element of the comparative example was attached to a 0.7-inch liquid crystal projector panel. The size of the black matrix opening of the 0.7-inch liquid crystal projector panel was 13.5 × 13.5 μm.

結果として、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率を100%とすると、本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、102%であり、本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率よりも高かった。なお、上記の比較例の光学素子において、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスをガラス直接接合で接合させた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、98%であった。   As a result, when the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element of the comparative example is 100%, the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element obtained in this example is 102%. The transmission efficiency of the obtained liquid crystal device including the optical element was higher than the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element of the comparative example. In the optical element of the comparative example, the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element in which the microlens array and the cover glass are bonded by direct glass bonding was 98%.

実質的な平面及びその外周に設けられた曲面(非球面)である光学面を有するマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイであって、実質的な平面及び光学面の全体に反射防止膜が設けられたマイクロレンズアレイを製作した。   A microlens array comprising a microlens having an optical surface that is a substantially flat surface and a curved surface (aspheric surface) provided on the outer periphery thereof, and an antireflection film is provided on the entire substantially flat surface and the optical surface. A microlens array was fabricated.

まず、550nmの波長に対して1.5417の屈折率を備えたネオセラム(日本電気ガラス社製)の平行平面板に感光性材料(フォトレジスト)であるOFPR−800(東京応化製)を塗布し、ネオセラムの平行平面板に感光性材料の層を形成した。次に、マイクロレンズアレイの形状に対応して設計した濃度分布マスクを介して、紫外光を、感光性材料の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料の層に現像及び硬化処理を施した。その結果、ネオセラムの平行平面板に、マイクロレンズアレイの形状を有する感光性材料の層が形成された。   First, OFPR-800 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), a photosensitive material (photoresist), is applied to a parallel flat plate of Neoceram (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) having a refractive index of 1.5417 for a wavelength of 550 nm. A layer of photosensitive material was formed on a parallel plane plate of neoceram. Next, the photosensitive material layer is irradiated with ultraviolet light through a density distribution mask designed in accordance with the shape of the microlens array, and the photosensitive material layer is developed and cured by a normal photolithography process. Treated. As a result, a layer of photosensitive material having the shape of a microlens array was formed on a parallel plane plate of Neoceram.

次に、感光性材料の層におけるマイクロレンズアレイの形状に従って、半導体ドライエッチング装置を使用して、感光性材料の層及びネオセラムの平行平面板をドライエッチングした。ここで、マイクロレンズアレイの光学面に対応する石英の平行平面板の部分がエッチングされ、マイクロレンズアレイの接合面に対応する石英の平行平面板の部分が、エッチングされてない状態で、エッチングを停止させた。このようにして、実質的な平面及びその外周に設けられた曲面(非球面)である光学面を有するネオセラムのマイクロレンズアレイを形成した。   Next, according to the shape of the microlens array in the photosensitive material layer, the photosensitive material layer and the neo-serum parallel plane plate were dry etched using a semiconductor dry etching apparatus. Here, the portion of the quartz plane parallel plate corresponding to the optical surface of the microlens array is etched, and the portion of the plane parallel quartz plate corresponding to the bonding surface of the microlens array is not etched. Stopped. In this manner, a neo-ceram microlens array having an optical surface that is a substantially flat surface and a curved surface (aspheric surface) provided on the outer periphery thereof was formed.

エッチングの具体的な方法としては、感光性材料の層が設けられたネオセラムの平行平面板を−20℃まで冷却して、CF、CHF、及びArの混合ガスによってエッチングを行った。ここで、CFガスの流量は、50sccmであり、CHFガスの流量は、10sccmであり、Arガスの流量は、5sccmであり、混合ガスの圧力は、45mTorrであり、バイアスは、450Wであり、上部電力は、2.0kWであり、エッチングレートは、0.6μm/分であり、加工時間は、11分であった。 As a specific method of etching, a neoceram parallel plane plate provided with a layer of a photosensitive material was cooled to −20 ° C., and etching was performed with a mixed gas of CF 4 , CHF 3 , and Ar. Here, the flow rate of CF 4 gas is 50 sccm, the flow rate of CHF 3 gas is 10 sccm, the flow rate of Ar gas is 5 sccm, the pressure of the mixed gas is 45 mTorr, and the bias is 450 W. The upper power was 2.0 kW, the etching rate was 0.6 μm / min, and the processing time was 11 minutes.

なお、得られたネオセラムのマイクロレンズアレイについては、マイクロレンズの光学面は、z(h)=(h/R)/(1+(1−(1+κ)(h/R)1/2)+A+A+…+Aによって表される回転対称非球面(ここで、hは、レンズの光軸からの高さであり、z(h)は、高さhにおける、レンズの光軸とレンズの光学面との仮想的な交点を含むと共にレンズの光軸に垂直である平面からの距離であり、Rは、レンズの光学面の曲率半径であり、κは、レンズの光学面の円錐係数であり、Aは、レンズの光学面のk次の非球面係数であり、kは、4以上の偶数である。)であり、本実施例では、光学面の曲率半径Rは、5.9×10−3mmであり、光学面の円錐係数κは、−2.92であり、光学面の4次の非球面係数Aは、8.66×10mm−3であり、光学面の6次の非球面係数Aは、−5.93×10mm−5であり、光学面の8次以上の非球面係数は、0である。また、マイクロレンズの光学面の直径は、14.0μmであり、マイクロレンズの接合面の直径は、3.8μmであり、マイクロレンズの高さは、6.8μmであった。また、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのピッチは、14.0μmであった。 Regarding the obtained neo-ceram microlens array, the optical surface of the microlens is z (h) = (h 2 / R) / (1+ (1− (1 + κ) (h / R) 2 ) 1/2 ) + A 4 h 4 + A 6 h 6 +... + A k h k , where a is a rotationally symmetric aspherical surface, where h is the height from the optical axis of the lens, and z (h) is the height h Is a distance from a plane that includes a virtual intersection of the optical axis of the lens and the optical surface of the lens and is perpendicular to the optical axis of the lens, R is a radius of curvature of the optical surface of the lens, and κ is , The conic coefficient of the optical surface of the lens, A k is the k-order aspherical coefficient of the optical surface of the lens, and k is an even number of 4 or more.) In this embodiment, the optical surface The curvature radius R of the optical surface is 5.9 × 10 −3 mm, and the conic coefficient κ of the optical surface is −2.92. The fourth-order aspheric coefficient A 4 of the optical surface is 8.66 × 10 5 mm −3 , and the sixth-order aspheric coefficient A 6 of the optical surface is −5.93 × 10 9 mm −5 . The aspherical coefficient of the 8th order or higher of the optical surface is zero. The diameter of the optical surface of the microlens was 14.0 μm, the diameter of the bonding surface of the microlens was 3.8 μm, and the height of the microlens was 6.8 μm. Further, the pitch of the microlenses in the microlens array was 14.0 μm.

次に、実質的な平面及びその外周に設けられた曲面(非球面)である光学面を有するネオセラムのマイクロレンズアレイに残留する感光性材料の層を、剥離液105(東京応化製)による処理によって、除去した。   Next, the layer of the photosensitive material remaining on the neoceram microlens array having an optical surface which is a substantially flat surface and a curved surface (aspheric surface) provided on the outer periphery thereof is treated with a stripping solution 105 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). Removed.

次に、実質的な平面及びその外周に設けられた曲面(非球面)である光学面を有するネオセラムのマイクロレンズアレイの実質的な平面及び曲面(非球面)である光学面の全体にわたって、真空蒸着法を用いて、可視光の波長の光に対して反射を防止する反射防止膜を成膜させた。   Next, a vacuum is applied over the entire optical surface that is a substantially flat surface and a curved surface (aspheric surface) of a neoceram microlens array having an optical surface that is a substantially flat surface and a curved surface (aspheric surface) provided on the outer periphery thereof. Using a vapor deposition method, an antireflection film for preventing reflection of light having a wavelength of visible light was formed.

成膜した反射防止膜は、四つの層からなる。λ=550nmとすると、マイクロレンズの側から、第一の層は、1.450の屈折率及びλ/4の厚さを有するSiOの層であり、第二の層は、1.630の屈折率及びλ/4の厚さを有するアルミナ(Al)の層であり、第三の層は、2.300の屈折率及びλ/2の厚さを有する酸化チタン(TiO)の層であり、第四の層は、1.450の屈折率及びλ/4の厚さを有するSiOの層であった。図9は、本実施例において成膜した反射防止膜の反射特性を説明する図であり、(a)は、350nmから850nmまでの波長に対する反射率/透過率を示す図であり、(b)は、350nmから850nmまでの波長に対する反射率の詳細図である。図9において、曲線Rは、反射率を示し、曲線Tは、透過率を示す。図9(a)及び(b)に示すように、本実施例で成膜した反射防止膜は、400nmから680nmまでの波長の光に対して、0.5%以下の反射率を示し、99.5%以上の透過率を示す。なお、反射防止膜に対する光の入射角は、0°である。なお、本実施例で得られたマイクロレンズアレイは、500nmの波長を有する光に対する反射率に関して、わずかに、実施例1で得られたマイクロレンズアレイと異なっている。 The formed antireflection film consists of four layers. Assuming λ = 550 nm, from the microlens side, the first layer is a layer of SiO 2 having a refractive index of 1.450 and a thickness of λ / 4, and the second layer is 1.630. A layer of alumina (Al 2 O 3 ) having a refractive index and a thickness of λ / 4, the third layer is titanium oxide (TiO 2 ) having a refractive index of 2.300 and a thickness of λ / 2 And the fourth layer was a layer of SiO 2 having a refractive index of 1.450 and a thickness of λ / 4. FIG. 9 is a diagram for explaining the reflection characteristics of the antireflection film formed in this example. FIG. 9A is a diagram showing the reflectance / transmittance for wavelengths from 350 nm to 850 nm, and FIG. These are the detailed figures of the reflectance with respect to the wavelength from 350 nm to 850 nm. In FIG. 9, a curve R indicates the reflectance, and a curve T indicates the transmittance. As shown in FIGS. 9A and 9B, the antireflection film formed in this example exhibits a reflectance of 0.5% or less with respect to light having a wavelength from 400 nm to 680 nm, and is 99. The transmittance is 5% or more. The incident angle of light with respect to the antireflection film is 0 °. The microlens array obtained in this example is slightly different from the microlens array obtained in Example 1 with respect to the reflectance with respect to light having a wavelength of 500 nm.

このようにして、実質的な平面及びその外周に設けられた曲面(非球面)である光学面を有するマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイであって、実質的な平面及び光学面の全体に反射防止膜が設けられたマイクロレンズアレイを得た。なお、得られたマイクロレンズアレイの基板の厚さは、300μmであった。ここで、マイクロレンズアレイの実質的な平面に設けられた反射防止膜は、実質的に平面である接合面である。   Thus, a microlens array comprising microlenses having an optical surface that is a substantially flat surface and a curved surface (aspherical surface) provided on the outer periphery thereof, and the antireflection is applied to the entire substantially flat surface and the optical surface. A microlens array provided with a film was obtained. The substrate thickness of the obtained microlens array was 300 μm. Here, the antireflection film provided on the substantially flat surface of the microlens array is a joint surface that is substantially flat.

次に、ネオセラムのカバーガラスに、マイクロレンズアレイに設けた反射防止膜と同じ反射防止膜を成膜させた。   Next, the same antireflection film as the antireflection film provided on the microlens array was formed on the neoceram cover glass.

最後に、ネオセラムのマイクロレンズアレイに設けられた反射防止膜の接合面と、1000μmの厚さを備えたネオセラムのカバーガラスをガラス直接接合で接合させた。すなわち、ネオセラムのマイクロレンズアレイに設けられた反射防止膜の接合面に、タンポ法によって、1%フッ酸を薄く塗布し、ネオセラムのカバーガラスを空気中で接触させ、次に、互いに接触させたネオセラムのマイクロレンズアレイに設けられた反射防止膜の接合面及びネオデラムのカバーガラスの対応する面に、約1.0MPaの圧力を加えると共に、60℃で1時間加熱した。その後、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスをアセトンによって洗浄し、真空中で乾燥させた。なお、マイクロレンズアレイに設けられた反射防止膜の接合面を有する膜とカバーガラスに設けられた反射防止膜の接合面を有する膜は、SiOからなるため、マイクロレンズアレイに設けられた反射防止膜は、カバーガラスに設けられた反射防止膜とガラス直接接合することができる。 Finally, the anti-reflection coating joint surface provided on the neo-serum microlens array and the neo-serum cover glass having a thickness of 1000 μm were joined by glass direct joining. That is, 1% hydrofluoric acid was thinly applied to the joint surface of the anti-reflection film provided on the neo-ceram microlens array by the tampo method, the neo-serum cover glass was brought into contact with the air, and then brought into contact with each other. A pressure of about 1.0 MPa was applied to the joint surface of the antireflection film provided on the neo-ceram microlens array and the corresponding surface of the neo-delam cover glass and heated at 60 ° C. for 1 hour. Thereafter, the microlens array and the cover glass were washed with acetone and dried in a vacuum. Since the film having the antireflection film bonding surface provided on the microlens array and the film having the antireflection film bonding surface provided on the cover glass are made of SiO 2 , the reflection provided on the microlens array is provided. The anti-reflection film can be directly bonded to the anti-reflection film provided on the cover glass.

このようにして、カバーガラス、光学面を有するマイクロレンズアレイ、及びマイクロレンズアレイに設けられると共にカバーガラスとガラス直接接合する接合面を有する反射防止膜を含む光学素子を得ることができた。   Thus, an optical element including a cover glass, a microlens array having an optical surface, and an antireflection film provided on the microlens array and having a bonding surface directly bonded to the cover glass and the glass could be obtained.

本実施例で得られた光学素子を0.7インチ液晶プロジェクタ用パネルに取り付けた液晶デバイスの光学特性をシミュレーションした。ここで、0.8インチ液晶プロジェクタ用パネルは、液晶駆動回路であると共に四角形の開口を有するブラックマトリックスを有する。ブラックマトリックスの開口の寸法は、13.5×13.5μmとした。また、本実施例で得られた光学素子に入射する光の(カバーガラスに対する)入射角に対する強度分布は、約±7°の入射角で最大の強度を有すると共に約±20°の入射角でゼロの強度を有するようなM型の分布である。   The optical characteristics of a liquid crystal device in which the optical element obtained in this example was attached to a 0.7-inch liquid crystal projector panel were simulated. Here, the 0.8-inch liquid crystal projector panel is a liquid crystal driving circuit and has a black matrix having a square opening. The size of the black matrix opening was 13.5 × 13.5 μm. The intensity distribution of the light incident on the optical element obtained in this example with respect to the incident angle (with respect to the cover glass) has a maximum intensity at an incident angle of about ± 7 ° and an incident angle of about ± 20 °. An M-type distribution having zero intensity.

本実施例で得られた光学素子を透過した光は、全てブラックマトリックスの開口を通過した。   All the light transmitted through the optical element obtained in this example passed through the aperture of the black matrix.

本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率を、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率と比較した。比較例の光学素子は、ネオセラム(日本電気ガラス社製)のマイクロレンズアレイ(基板の厚さ:50μm)及びネオセラムのカバーガラス(厚さ:1050μm)を含み、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスは、接着剤の層(屈折率1.45:厚さ2.5μm)で接合される。マイクロレンズアレイのマイクロレンズは、上記の式で表される回転対称非球面であり、非球面の曲率半径Rは、6.5μmであり、非球面の円錐係数κは、−5.26であり、光学面の4次の非球面係数Aは、6.30×10mm−3であり、光学面の6次の非球面係数Aは、−3.99×10mm−5であり、光学面の8次以上の非球面係数は、0である。また、マイクロレンズの高さは、7.0μmであり、マイクロレンズの直径及びピッチは、14.0μmであった。また、比較例の光学素子を、0.7インチ液晶プロジェクタ用パネルに取り付けた。0.7インチ液晶プロジェクタ用パネルのブラックマトリックスの開口の寸法は、13.5×13.5μmとした。 The transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element obtained in this example was compared with the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element of the comparative example. The optical element of the comparative example includes a micro lens array (thickness of substrate: 50 μm) of Neoceram (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) and a cover glass (thickness: 1050 μm) of Neoceram. Bonded with a layer of agent (refractive index 1.45: thickness 2.5 μm). The microlens of the microlens array is a rotationally symmetric aspherical surface represented by the above formula, the aspherical curvature radius R is 6.5 μm, and the aspherical cone coefficient κ is −5.26. The fourth-order aspheric coefficient A 4 of the optical surface is 6.30 × 10 5 mm −3 , and the sixth-order aspheric coefficient A 6 of the optical surface is −3.99 × 10 9 mm −5 . Yes, the aspherical coefficient of the 8th order or higher of the optical surface is zero. The height of the microlens was 7.0 μm, and the diameter and pitch of the microlens were 14.0 μm. The optical element of the comparative example was attached to a 0.7-inch liquid crystal projector panel. The size of the black matrix opening of the 0.7-inch liquid crystal projector panel was 13.5 × 13.5 μm.

結果として、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率を100%とすると、本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、102%であり、本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率よりも高かった。なお、上記の比較例の光学素子において、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスをガラス直接接合で接合させた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、98%であった。   As a result, when the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element of the comparative example is 100%, the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element obtained in this example is 102%. The transmission efficiency of the obtained liquid crystal device including the optical element was higher than the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element of the comparative example. In the optical element of the comparative example, the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element in which the microlens array and the cover glass are bonded by direct glass bonding was 98%.

第一の屈折面(球面の凸面)及び第二の屈折面(球面の凹面)を有する複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイにおいて、第一の屈折面の屈折力及び第二の屈折面の屈折力は、互いに、反対の符号及び実質的に等しい絶対値を有するマイクロレンズアレイを製作した。   In a microlens array including a plurality of microlenses having a first refractive surface (spherical convex surface) and a second refractive surface (spherical concave surface), the refractive power of the first refractive surface and the refraction of the second refractive surface The forces produced microlens arrays having opposite signs and substantially equal absolute values.

まず、550nmの波長に対して1.5417の屈折率を備えたネオセラム(日本電気ガラス社製)の平行平面板(厚さ:500μm)に感光性材料(フォトレジスト)であるOFPR−800(東京応化製)を塗布し、ネオセラムの平行平面板に感光性材料の層を形成した。次に、マイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズにおける第一の屈折面(球面の凸面)の形状に対応して設計した濃度分布マスクを介して、紫外光を、感光性材料の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料の層に現像及び硬化処理を施した。その結果、ネオセラムの平行平面板に、マイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズにおける第一の屈折面(球面の凸面)の形状を有する感光性材料の層が形成された。   First, OFPR-800 (Tokyo), a photosensitive material (photoresist), is applied to a parallel flat plate (thickness: 500 μm) of Neoceram (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) having a refractive index of 1.5417 for a wavelength of 550 nm. Oka) was applied to form a layer of photosensitive material on a neoceram parallel flat plate. Next, the layer of the photosensitive material is irradiated with ultraviolet light through a concentration distribution mask designed corresponding to the shape of the first refractive surface (spherical convex surface) in the microlens included in the microlens array, The photosensitive material layer was developed and cured by a normal photolithography process. As a result, a layer of a photosensitive material having the shape of the first refracting surface (spherical convex surface) of the microlens included in the microlens array was formed on a parallel plane plate of neoceram.

次に、感光性材料の層におけるマイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズにおける第一の屈折面(球面の凸面)の形状に従って、半導体ドライエッチング装置を使用して、感光性材料の層及びネオセラムの平行平面板をドライエッチングした。このようにして、第一の屈折面(球面の凸面)を有するネオセラムのマイクロレンズアレイを形成した。   Next, according to the shape of the first refracting surface (spherical convex surface) of the microlens included in the microlens array in the photosensitive material layer, a semiconductor dry etching apparatus is used to parallel the photosensitive material layer and neoserum. The flat plate was dry etched. In this way, a neoceram microlens array having a first refractive surface (spherical convex surface) was formed.

エッチングの具体的な方法としては、感光性材料の層が設けられたネオセラムの平行平面板を−20℃まで冷却して、CF、CHF、及びArの混合ガスによってエッチングを行った。ここで、CFガスの流量は、50sccmであり、CHFガスの流量は、5sccmであり、Arガスの流量は、15sccmであり、混合ガスの圧力は、25mTorrであり、バイアスは、450Wであり、上部電力は、2.0kWであり、エッチングレートは、0.2μm/分であり、加工時間は、5分であった。 As a specific method of etching, a neoceram parallel plane plate provided with a layer of a photosensitive material was cooled to −20 ° C., and etching was performed with a mixed gas of CF 4 , CHF 3 , and Ar. Here, the flow rate of CF 4 gas is 50 sccm, the flow rate of CHF 3 gas is 5 sccm, the flow rate of Ar gas is 15 sccm, the pressure of the mixed gas is 25 mTorr, and the bias is 450 W. The upper power was 2.0 kW, the etching rate was 0.2 μm / min, and the processing time was 5 minutes.

なお、得られたネオセラムのマイクロレンズアレイについては、マイクロレンズの第一の屈折面(球面の凸面)の曲率半径は、700μmであり、マイクロレンズの第一の屈折面の直径は、12.0μmであった。また、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのピッチは、12.0μmであった。   In the obtained neoceram microlens array, the radius of curvature of the first refractive surface (spherical convex surface) of the microlens is 700 μm, and the diameter of the first refractive surface of the microlens is 12.0 μm. Met. The pitch of the microlenses in the microlens array was 12.0 μm.

次に、第一の屈折面(球面の凸面)を有するマイクロレンズアレイが形成されたネオセラムの光学素子における第一の屈折面と反対側の面に感光性材料(フォトレジスト)であるOFPR−800(東京応化製)を塗布し、このネオセラムの光学素子における第一の屈折面と反対側の面に感光性材料の層を形成した。次に、マイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズにおける第二の屈折面(球面の凹面)の形状に対応して設計した濃度分布マスクを介して、紫外光を、感光性材料の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料の層に現像及び硬化処理を施した。その結果、ネオセラムの光学素子における第一の屈折面と反対側の面に、マイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズにおける第二の屈折面(球面の凹面)の形状を有する感光性材料の層が形成された。   Next, OFPR-800 is a photosensitive material (photoresist) on the surface opposite to the first refracting surface in the neo-ceram optical element in which the microlens array having the first refracting surface (spherical convex surface) is formed. (Manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied, and a layer of photosensitive material was formed on the surface opposite to the first refracting surface in the optical element of Neoserum. Next, the layer of the photosensitive material is irradiated with ultraviolet light through a concentration distribution mask designed corresponding to the shape of the second refractive surface (spherical concave surface) in the microlens included in the microlens array, The photosensitive material layer was developed and cured by a normal photolithography process. As a result, a layer of photosensitive material having the shape of the second refracting surface (spherical concave surface) of the microlens included in the microlens array is formed on the surface opposite to the first refracting surface of the neo-ceram optical element. It was done.

次に、感光性材料の層におけるマイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズにおける第二の屈折面(球面の凹面)の形状に従って、半導体ドライエッチング装置を使用して、感光性材料の層及びネオセラムの光学素子における第一の屈折面と反対側の面をドライエッチングした。このようにして、第一の屈折面(球面の凸面)及び第二の屈折面(球面の凹面)を有する複数のマイクロレンズを含むネオセラムのマイクロレンズアレイを形成した。   Next, according to the shape of the second refracting surface (spherical concave surface) in the microlens included in the microlens array in the photosensitive material layer, using the semiconductor dry etching apparatus, the photosensitive material layer and neoserum optics The surface opposite to the first refracting surface of the device was dry etched. In this manner, a neoceram microlens array including a plurality of microlenses having a first refracting surface (spherical convex surface) and a second refracting surface (spherical concave surface) was formed.

エッチングの具体的な方法としては、感光性材料の層が設けられたネオセラムの平行平面板を−20℃まで冷却して、CF、CHF、及びArの混合ガスによってエッチングを行った。ここで、CFガスの流量は、50sccmであり、CHFガスの流量は、5sccmであり、Arガスの流量は、15sccmであり、混合ガスの圧力は、25mTorrであり、バイアスは、450Wであり、上部電力は、2.0kWであり、エッチングレートは、0.2μm/分であり、加工時間は、5分であった。 As a specific method of etching, a neoceram parallel plane plate provided with a layer of a photosensitive material was cooled to −20 ° C., and etching was performed with a mixed gas of CF 4 , CHF 3 , and Ar. Here, the flow rate of CF 4 gas is 50 sccm, the flow rate of CHF 3 gas is 5 sccm, the flow rate of Ar gas is 15 sccm, the pressure of the mixed gas is 25 mTorr, and the bias is 450 W. The upper power was 2.0 kW, the etching rate was 0.2 μm / min, and the processing time was 5 minutes.

なお、得られたネオセラムのマイクロレンズアレイについては、マイクロレンズの第二の屈折面(球面の凹面)の曲率半径は、500μmであり、マイクロレンズの第二の屈折面の直径は、11.0μmであり、マイクロレンズの中心の厚さは、500μmであった。また、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのピッチは、700μmであった。さらに、マイクロレンズの第二の屈折面の外周に、カバーガラスと接合する接合面を設けた。   In the obtained neoceram microlens array, the radius of curvature of the second refractive surface (spherical concave surface) of the microlens is 500 μm, and the diameter of the second refractive surface of the microlens is 11.0 μm. The thickness of the center of the microlens was 500 μm. Further, the pitch of the microlenses in the microlens array was 700 μm. Furthermore, a bonding surface for bonding to the cover glass was provided on the outer periphery of the second refractive surface of the microlens.

次に、ネオセラムのマイクロレンズアレイに設けられた接合面と、ネオセラムのカバーガラス(厚さ:1mm)を真空中でガラス直接接合で接合させた。すなわち、ネオセラムのマイクロレンズアレイに設けられた接合面に、タンポ法によって、1%フッ酸を薄く塗布し、ネオセラムのカバーガラスを真空中で接触させ、次に、互いに接触させたネオセラムのマイクロレンズアレイに設けられた接合面及びネオデラムのカバーガラスの対応する面に、約1.0MPaの圧力を加えると共に、60℃で1時間加熱した。その後、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスをアセトンによって洗浄し、真空中で乾燥させた。最後に、カバーガラスを、カバーガラスの厚さが、25μmになるまで、研磨した。   Next, the joining surface provided on the neo-ceram microlens array and the neo-serum cover glass (thickness: 1 mm) were joined by direct glass joining in a vacuum. That is, 1% hydrofluoric acid is thinly applied to the joint surface provided in the neoceram microlens array by a tampo method, the neoceram cover glass is brought into contact in a vacuum, and then the neoceram microlenses are brought into contact with each other. A pressure of about 1.0 MPa was applied to the joint surface provided in the array and the corresponding surface of the neo-deram cover glass and heated at 60 ° C. for 1 hour. Thereafter, the microlens array and the cover glass were washed with acetone and dried in a vacuum. Finally, the cover glass was polished until the cover glass had a thickness of 25 μm.

このようにして、第一の屈折面(球面の凸面)及び第二の屈折面(球面の凹面)を有する複数のマイクロレンズを含むネオセラムのマイクロレンズアレイ並びにカバーガラスを含む光学素子を得ることができた。   In this manner, a neoceram microlens array including a plurality of microlenses having a first refracting surface (spherical convex surface) and a second refracting surface (spherical concave surface), and an optical element including a cover glass can be obtained. did it.

加えて、上記の光学素子において、マイクロレンズの第一の屈折面(球面の凸面)及び第二の屈折面(球面の凹面)の組み合わせを、表1に示すように、それぞれ、600μm及び400μm、800μm及び600μm、900μm及び700μm、並びに1000μm及び800μmに変更した光学素子を製作した。   In addition, in the optical element described above, combinations of the first refractive surface (spherical convex surface) and the second refractive surface (spherical concave surface) of the microlens are 600 μm and 400 μm, respectively, as shown in Table 1. Optical elements changed to 800 μm and 600 μm, 900 μm and 700 μm, and 1000 μm and 800 μm were manufactured.

表1 本実施例で製作したマイクロレンズの曲率半径及びそれらの光学特性   Table 1 Curvature radii of the microlenses fabricated in this example and their optical characteristics

Figure 2006220690
本実施例で得られた光学素子を、それぞれ、0.7インチ液晶プロジェクタ用パネルに取り付けた液晶デバイスの光学特性を測定した。ここで、0.7インチ液晶プロジェクタ用パネルは、液晶駆動回路であると共に正方形の開口を有するブラックマトリックスを有する。ブラックマトリックスの開口の寸法は、11.5×11.5μm(開口率:56.2%(数字の確認をお願いします))とした。また、本実施例で得られた光学素子に入射する光の(カバーガラスに対する)入射角は、約±4°の範囲にあった。
Figure 2006220690
The optical characteristics of a liquid crystal device in which the optical elements obtained in this example were respectively attached to a 0.7-inch liquid crystal projector panel were measured. Here, the 0.7-inch liquid crystal projector panel is a liquid crystal driving circuit and has a black matrix having a square opening. The size of the opening of the black matrix was 11.5 × 11.5 μm (opening ratio: 56.2% (please confirm the numbers)). Further, the incident angle (relative to the cover glass) of the light incident on the optical element obtained in this example was in the range of about ± 4 °.

本実施例で得られた光学素子を透過した光は、全てブラックマトリックスの開口を通過した。   All the light transmitted through the optical element obtained in this example passed through the aperture of the black matrix.

本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率を、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率と比較した。比較例の光学素子は、25μmの厚さを有するカバーガラスのみとした。   The transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element obtained in this example was compared with the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element of the comparative example. The optical element of the comparative example was only a cover glass having a thickness of 25 μm.

表1に示すように、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率を1とすると、本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、1.4を超えており、本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率よりも顕著に高かった。また、表1に示すように、本実施例で得られた光学素子に、約±4°の範囲の(カバーガラスに対する)入射角で光を入射させたとき、本実施例で得られた光学素子から射出される光の射出角の平均値は、概略平行光であるとみなせる射出角である、0.1°よりも十分に小さかった。このため、光学素子の透過効率を向上させると共に隣接するマイクロレンズを透過する光の混合を低減する光学素子を得ることができた。すなわち、本実施例の光学素子を含む液晶デバイスを用いた液晶プロジェクターを使用した場合には、液晶分子の劣化が低減されて、液晶デバイスの光に対する耐久性が向上し、スクリーンに投射される画像のコントラストの低下及び混色は、見られなかった。また、本実施例で製作したマイクロレンズは、カバーガラスと真空中でガラス直接接合させているため、本実施例の光学素子は、十分な耐熱性を示した。   As shown in Table 1, assuming that the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element of the comparative example is 1, the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element obtained in this example exceeds 1.4. In addition, the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element obtained in this example was significantly higher than the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical element of the comparative example. In addition, as shown in Table 1, when light was incident on the optical element obtained in this example at an incident angle (with respect to the cover glass) in the range of about ± 4 °, the optical obtained in this example The average value of the emission angles of light emitted from the element was sufficiently smaller than 0.1 °, which is an emission angle that can be regarded as substantially parallel light. For this reason, the optical element which improves the transmission efficiency of an optical element and reduces the mixing of the light which permeate | transmits an adjacent microlens was able to be obtained. That is, when a liquid crystal projector using a liquid crystal device including the optical element of this embodiment is used, deterioration of the liquid crystal molecules is reduced, the durability of the liquid crystal device with respect to light is improved, and the image projected on the screen No contrast reduction or color mixing was observed. In addition, since the microlens manufactured in this example was directly bonded to the cover glass in a vacuum, the optical element of this example showed sufficient heat resistance.

以上、本発明の実施の形態及び実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態及び実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。   Although the embodiments and examples of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to these embodiments and examples, and the embodiments and examples of the present invention are not limited thereto. Can be changed or modified without departing from the spirit and scope of the present invention.

本発明の第一の態様である光学素子を含む液晶デバイスの例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the liquid crystal device containing the optical element which is the 1st aspect of this invention. (a)〜(f)は、本発明の第一の態様である光学素子を製造する方法を説明する図である。(A)-(f) is a figure explaining the method to manufacture the optical element which is the 1st aspect of this invention. 本発明の第二の態様である光学素子を含む液晶デバイスの例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the liquid crystal device containing the optical element which is the 2nd aspect of this invention. (a)〜(f)は、本発明の第二の態様である光学素子を製造する方法を説明する図である。(A)-(f) is a figure explaining the method to manufacture the optical element which is the 2nd aspect of this invention. 本発明の第三の態様である光学素子を含む液晶デバイスの一つの例を説明する図である。It is a figure explaining one example of the liquid crystal device containing the optical element which is the 3rd aspect of this invention. 本発明の第三の態様である光学素子を含む液晶デバイスの別の例を説明する図である。It is a figure explaining another example of the liquid crystal device containing the optical element which is the 3rd aspect of this invention. 本発明の第三の態様である光学素子を製造する方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the method of manufacturing the optical element which is the 3rd aspect of this invention. (a)及び(b)は、実施例1において成膜した反射防止膜の反射特性を説明する図である。(A) And (b) is a figure explaining the reflective characteristic of the anti-reflective film formed into a film in Example 1. FIG. (a)及び(b)は、実施例2において成膜した反射防止膜の反射特性を説明する図である。(A) And (b) is a figure explaining the reflective characteristic of the anti-reflective film formed into a film in Example 2. FIG. 光源からの光を液晶相に集光するための光学素子を含む従来の液晶デバイスの例を示す側面図である。It is a side view which shows the example of the conventional liquid crystal device containing the optical element for condensing the light from a light source to a liquid crystal phase. 特許文献1に開示される従来の液晶デバイス用の光学素子の例を示す。The example of the optical element for the conventional liquid crystal device disclosed by patent document 1 is shown.

符号の説明Explanation of symbols

12、102、302 マイクロレンズアレイ
14 反射防止膜
16、304 カバーガラス
18 凸部
22、202 液晶基板
24、204 液晶相
26、206 液晶分子
28、208 液晶駆動回路
32 光学ガラス
34 感光性材料
36 濃度分布マスク
38 反射防止膜
42、104 光学素子用基板
44 マイクロレンズ
46 空間
12, 102, 302 Microlens array 14 Antireflection film 16, 304 Cover glass 18 Convex part 22, 202 Liquid crystal substrate 24, 204 Liquid crystal phase 26, 206 Liquid crystal molecule 28, 208 Liquid crystal drive circuit 32 Optical glass 34 Photosensitive material 36 Concentration Distribution mask 38 Antireflection film 42, 104 Optical element substrate 44 Micro lens 46 Space

Claims (22)

基板並びに前記基板と直接接合する接合面及び前記接合面と異なる光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、
前記光学面には、反射防止膜が設けられていることを特徴とする光学素子。
In an optical element including a substrate and an optical component having a bonding surface directly bonded to the substrate and an optical surface different from the bonding surface,
An optical element, wherein an antireflection film is provided on the optical surface.
前記基板及び前記光学構成部品は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、
前記直接接合は、ガラス直接接合であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
The substrate and the optical component each independently comprise a material selected from the group consisting of silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass;
The optical element according to claim 1, wherein the direct bonding is a glass direct bonding.
前記接合面は、実質的に平面であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the bonding surface is a substantially flat surface. 前記光学構成部品は、前記接合面と異なる前記基板と接合する面をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光学素子。   4. The optical element according to claim 1, wherein the optical component further includes a surface that is bonded to the substrate different from the bonding surface. 5. 前記基板及び前記反射防止膜の間における空間は、真空であるか、又は空気からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to any one of claims 1 to 4, wherein a space between the substrate and the antireflection film is a vacuum or is made of air. 前記光学構成部品は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される光学構成要素を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光学素子。   6. The optical component according to claim 1, wherein the optical component includes an optical component selected from the group consisting of a lens, a lens array, a prism, a diffractive optical element, and a wavefront lens. Optical elements. 基板及び光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、
前記光学構成部品に設けられた反射防止膜をさらに含み、
前記反射防止膜は、前記基板と直接接合する接合面を有することを特徴とする光学素子。
In an optical element comprising an optical component having a substrate and an optical surface,
Further comprising an antireflection film provided on the optical component;
The optical element, wherein the antireflection film has a joint surface that directly joins the substrate.
前記基板及び前記反射防止膜は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、
前記直接接合は、ガラス直接接合であることを特徴とする請求項7に記載の光学素子。
The substrate and the antireflection film each independently include a material selected from the group consisting of silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass;
The optical element according to claim 7, wherein the direct bonding is a glass direct bonding.
前記接合面は、実質的に平面であることを特徴とする請求項7又は8に記載の光学素子。   The optical element according to claim 7, wherein the bonding surface is a substantially flat surface. 前記反射防止膜は、前記接合面と異なる前記基板と接合する面をさらに含むことを特徴とする請求項7乃至10のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to claim 7, wherein the antireflection film further includes a surface that is bonded to the substrate different from the bonding surface. 前記基板及び前記反射防止膜の間における空間は、真空であるか、又は空気からなることを特徴とする請求項7乃至11のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to claim 7, wherein a space between the substrate and the antireflection film is a vacuum or is made of air. 前記光学構成部品は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される光学構成要素を含むことを特徴とする請求項7乃至11のいずれか一項に記載の光学素子。   12. The optical component includes an optical component selected from the group consisting of a lens, a lens array, a prism, a diffractive optical element, and a wavefront lens. Optical elements. 第一の屈折面を有する光学構成要素を含む光学素子において、
前記光学構成要素は、前記第一の屈折面に対応する第二の屈折面をさらに含み、
前記第一の屈折面は、前記第一の屈折面に対応する前記第二の屈折面の屈折力の符号と反対の符号の屈折力を有することを特徴とする光学素子。
In an optical element comprising an optical component having a first refractive surface,
The optical component further includes a second refractive surface corresponding to the first refractive surface;
The optical element according to claim 1, wherein the first refractive surface has a refractive power with a sign opposite to a sign of a refractive power of the second refractive surface corresponding to the first refractive surface.
前記第一の屈折面の前記屈折力の絶対値は、前記第二の屈折面の前記屈折力の絶対値と実質的に等しいことを特徴とする請求項13記載の光学素子。   14. The optical element according to claim 13, wherein the absolute value of the refractive power of the first refractive surface is substantially equal to the absolute value of the refractive power of the second refractive surface. 基板をさらに含み、
前記光学構成要素は、前記基板に直接接合する接合面を有することを特徴とする請求項13又は14に記載の光学素子。
Further comprising a substrate,
The optical element according to claim 13, wherein the optical component has a bonding surface that is directly bonded to the substrate.
前記基板及び前記光学構成要素は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、
前記直接接合は、ガラス直接接合であることを特徴とする請求項15に記載の光学素子。
The substrate and the optical component each independently comprise a material selected from the group consisting of silicon oxide, silicate, silicate glass, and borosilicate glass;
The optical element according to claim 15, wherein the direct bonding is a glass direct bonding.
前記基板及び前記光学構成要素の間における空間は、真空であるか、又は空気からなることを特徴とする請求項13乃至16のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to any one of claims 13 to 16, wherein a space between the substrate and the optical component is a vacuum or is made of air. 前記光学構成要素は、前記基板と接着剤を介して接合されていることを特徴とする請求項13乃至17のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to claim 13, wherein the optical component is bonded to the substrate through an adhesive. 前記光学構成要素は、前記第一の屈折面及び前記第二の屈折面と異なる第三の面及び前記第三の面に対応する第四の面をさらに含み、
前記第三の面及び前記第四の面は、実質的に平面であることを特徴とする請求項13乃至18のいずれか一項に記載の光学素子。
The optical component further includes a third surface different from the first refractive surface and the second refractive surface, and a fourth surface corresponding to the third surface,
The optical element according to claim 13, wherein the third surface and the fourth surface are substantially flat.
前記光学構成要素は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される構成要素を含むことを特徴とする請求項13乃至19のいずれか一項に記載の光学素子。   20. The optical component according to claim 13, wherein the optical component includes a component selected from the group consisting of a lens, a lens array, a prism, a diffractive optical element, and a wavefront lens. Optical element. 請求項1乃至21のいずれか一項に記載の光学素子及び液晶を含むことを特徴とする液晶デバイス。   A liquid crystal device comprising the optical element according to any one of claims 1 to 21 and a liquid crystal. 請求項21に記載の液晶デバイスを含むことを特徴とする液晶プロジェクター。   A liquid crystal projector comprising the liquid crystal device according to claim 21.
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