JP2007526491A

JP2007526491A - 正確に位置合わせされた開口マスクを持つマイクロレンズアレイおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2007526491A
Application number: JP2006515117A
Authority: JP
Inventors: ファデルエドワード; ピー．フリーズロバート; リードデビッド; エス．ウォーカーデール
Original assignee: ブライトビューテクノロジーズインコーポレイテッド
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2007-09-13
Also published as: AU2004248570B2; WO2004111706A3; CA2527602A1; EP1629316A2; US6967779B2; KR20060038382A; AU2004248570A1; EP1629316A4; US20040017612A1; AU2004248570C1; WO2004111706A2

Abstract

正確に位置合わせされた開口マスク(１７)を持つマイクロレンズアレイ(１１)と、これを形成する方法とが提供される。マイクロレンズアレイの各小レンズ(２２)を用いて光(５２)をマスク層(１６)に照射することにより、開口マスクが形成される。光が非除去処理を経てマスク層に開口(３２)を形成するように、光の強度とマスク層材料とが選択される。結果として生ずる開口は、これらの各小レンズに対して自動的に位置合わせされる。

Description

本発明はレンズに関し、特にマイクロレンズアレイに関する。

この出願は、２００２年４月１２日に提出された一部継続出願第１０/１２０７８５号であり、これは現在、米国特許第６４８３６１２号である２０００年４月５日に提出された米国特許出願第０９/５２１２３６号の一部継続出願であり、これは現在、放棄された１９９８年４月１５日に提出の米国特許出願第０８/０６０９０６の継続出願である。これら先行出願の開示全体は、これらを参照することによってこの明細書に含まれる。

マイクロレンズアレイは、眼科からディスプレイに亙る多種多様な分野において増大する用途を提供している。このレンズアレイにおける個別のレンズまたは小レンズは、直径が１μmから１０mmまでの範囲の大きさを有することができる。

多くの用途において、マスクすなわち視野絞りがレンズに対して位置合わせされたマイクロレンズアレイを作成することが望まれている。このマスクは、レンズアレイにおける個々のレンズに対して位置合わせされた複数の開口を有することができる。このようなマスクの目的は、個々の小レンズにより作られる像間のクロストークすなわち干渉を減じたり、感情的な開口を変えることによって小レンズの光学的特性および性能を変更または改善したりすることを含むことができる。マスクはまた、反射光を減少すると共にレンズアレイによって作られた像のコントラストを改善する場合に有効である可能性がある。

マイクロレンズアレイにおいて潜在的に多量のレンズと、何らかの用途においてミクロン単位のレンズの寸法とが与えられた場合、マスクの開口パターンをレンズの射出瞳に対して効率的かつ正確に位置合わせすることは極めて困難である。現在利用可能な技術は、レンズアレイに対するマスクの位置合わせを含み、半導体のマスクすなわち印刷技術から借用した標準的または同様な方法を用いる。これらの技術は、広い領域に亙って正確に適用することが困難であり、時間がかかる上に高価である。

他の方法は、紫外光に対する露光により硬化する接着剤を用いてレンズアレイにマスク材料を貼り付けることを伴う。

本発明の目的は、少なくとも上記の問題および/または欠点を解決し、少なくとも以下に記述された利点を提供することにある。

本発明の他の目的は、位置合わせされた開口を持つマイクロレンズアレイの小レンズを提供することにある。

本発明の他の目的は、複数の位置合わせされた開口を持つ複数の小レンズを提供することにあり、これら複数の小レンズはマイクロレンズアレイを形成する。

本発明の他の目的は、マスクを持ったマイクロレンズアレイを提供することにあり、これに取り付けられる位置合わせされた開口を含む。

本発明の他の目的は、第１の基板上のマイクロレンズアレイと、第１の基板に取り付けられる第２の基板上の開口を持ったマスクとを提供することにあり、開口がマイクロレンズアレイの対応する小レンズに対して位置合わせされている。

本発明の他の目的は、位置合わせされた開口を持つマイクロレンズアレイの小レンズを製造する方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、第１の基板上のマイクロレンズアレイと、第１の基板に取り付けられる第２の基板上の開口を持ったマスクとを製造する方法を提供することにあり、開口はマイクロレンズアレイの対応する小レンズに対して位置合わせされている。

本発明の他の目的は、マイクロレンズアレイをこれに取り付けられる位置合わせされた開口を含むマスクと共に製造する方法を提供することにある。

これらおよび他の目的を達成するため、マスク材料をレンズに取り付けることと、レンズを用いてマスク材料に電磁放射線を照射することとを具え、開口が非除去処理を経て電磁放射線によりマスク材料に形成されるように、電磁放射線の強度とマスク材料とが選択される位置合わせされた開口を持つレンズを製造する方法が与えられる。

これらおよび他の目的をさらに達成するため、第１の基板を用意することと、この第１の基板の第１の面に複数の小レンズを具えたマイクロレンズアレイを形成することと、第１の基板の第２の面にマスク材料を付与することと、各小レンズを用いてマスク材料に電磁放射線を照射することとを具え、開口が非除去処理を経て電磁放射線によりマスク材料に形成されるように、電磁放射線の強度とマスク材料とが選択される位置合わせされた開口マスクを持つマイクロレンズアレイを製造する方法がさらに与えられる。

これらおよび他の目的をさらに達成するため、第１の基板を用意することと、この第１の基板の第１の面に複数の小レンズを具えたマイクロレンズアレイを形成することと、マスク材料を第２の基板の第１の面に付与することと、第１の基板の第２の面を第２の基板の第１の面に付与することと、各小レンズを用いてマスク材料に電磁放射線を照射することとを具え、開口が非除去処理を経て電磁放射線によりマスク材料に形成されるように、電磁放射線の強度とマスク材料とが選択される位置合わせされた開口マスクを持つマイクロレンズアレイを製造する方法がさらに与えられている。

これらおよび他の目的をさらに達成するため、複数の小レンズを具えたマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイと光学的に関連付けられる開口マスクとを具え、開口マスクは非除去処理にて形成されるマイクロレンズアレイの各小レンズに対して位置合わせされる複数の開口を具えた光学システムがさらに与えられる。

これらおよび他の目的をさらに達成するため、レンズと、このレンズに対して光学的に関連付けられた開口マスクとを具え、開口マスクが非除去処理にて形成されるレンズに対して位置合わせされる開口を具えた光学システムがさらに与えられる。

さらなる本発明の利点，目的および特徴がこの後に続く説明にて部分的に述べられ、この技術分野における通常の知識を有する者によって次に続く考察から部分的に明らかとなり、あるいは本発明の実施から教示を受ける可能性がある。本発明の目的および利点は、添付の特許請求の範囲にて特に指摘したように理解されて得ることができる。

本発明は、類似の参照符号が類似の部材に該当する図面を参照して詳細に記述されよう。

図１を参照すると、小レンズ２２の集合体を構成するマイクロレンズアレイ１０が示されている。小レンズ２２は、レンズ材料１５を「スタンピング」すなわちエンボス加工することによって形成することができる。ここで用いられる「スタンピング」は、フォトポリマーに輪郭形状を形成し、このフォトポリマー材料を硬化させる方法を概括的を含み、また「スタンパー」はこのような輪郭形状を形成するために用いられるあらゆる道具を概括的に含む。この種のスタンピング処理は、米国特許出願第 10/ , 号（代理人整理番号 BVT-0010C1P4）に記述されており、その内容は参照することによってこの明細書に含まれる。

図１に示した小レンズ２２は、凸形状であるが、他の輪郭形状や形態もまた採用することができる。図１に示した実施形態における各小レンズ２２は、球形領域、すなわち同じような丸い突出部と周縁２３とを有する。しかしながら、小レンズの突出部は、楕円状，環状または非球面を含む任意の輪郭形状であってよい。各小レンズ２２は、その周縁２３での形状が六角形であってよく、あるいは六角形以外の他の形状が各小レンズの周縁２３として用いることができる。一部のみ球形または部分的に丸い面があるように、周縁２３は小レンズ２２を画成する。例えば、小レンズ２２は半球を形成することができる。小レンズ２２は、基板１２の面を横切って周期的またはランダムな間隔で配置することができる。

図２Ａ〜図２Ｄを参照すると、本発明の好ましい一実施形態による位置合わせされた開口マスク１６を持つマイクロレンズアレイ１０が示されている。好ましい一実施形態において、マイクロレンズアレイ１０は基板１２に形成または取り付けられる小レンズ２２を含み、基板は第１および第２の面２４および２６をそれぞれ有する。小レンズ２２と基板１２とが別個の部材として示されているが、図１のレンズアレイ１０に示したように、基板１２はレンズアレイ１０が形成されるレンズ材料１５であってよいことを理解すべきである。

小レンズ２２の可能な間隔パターンは、相互に当接する少なくともいくつかの小レンズ２２を有するもの、規定された距離だけ少なくともいくつかの小レンズ２２を分離するもの、および/または相互に重なり合う少なくともいくつかの小レンズ２２を有するものを含む。小レンズ２２は同じ焦点距離をそれぞれ有することができ、あるいはこれらの焦点距離は、規定された方法で相互に異なることができる。

各小レンズ２２の形態は、この分野において周知の任意の幾何学的レンズ配置を実質的に含むことができ、平らな基板１２の表面に装着または形成することが可能である。必須ではないが、基板１２の第１および第２の面２４および２６は、一般的に相互に平行である。平らな基板１２の全体的形状は、実質的に任意の幾何学的形態を用いることができるけれども、円板状またはシート状であってよい。平らな基板１２は、この分野で周知のマイクロレンズ構造に適した任意の透明材料を用いることができるけれども、一般的にガラスまたはプラスチックで作られる。

図２Ｂに示すように、各小レンズ２２は、光軸Ａを一般的に有し、この光軸は基板１２の平面に対して一般的に直交しよう。一般的なマイクロレンズアレイ１０は、すべての小レンズ２２の光軸Ａが相互に平行であるように概ね形成されるけれども、この場合、これは必須ではない。他の形態が用途に応じて可能である。

開口マスク１６が基板１２の第２の面２６に装着またはこれに隣接して配される。この開口マスク１６は、以下により詳細に説明されるように、非除去開口形成処理に適合する材料から好ましくは形成される。好ましいマスク１６の材料は、ＴiＣの如き炭化物，金属（例えばＡl，Ｃr，Ｃu，Ｚn，Ｓe，Ｆe）単独またはこれらの酸化物との組み合わせ，耐熱金属（例えばＴi，Ｔa，Ｚr，Ｖ），窒化物，酸化物，セレン化物，テルル化物および炭素を含むことができる。これらの材料のサーメットおよびこれらの材料の混合物もまた用いることができる。好ましいマスク１６の材料はまた、マイクロレンズアレイ１０により伝播される電磁放射線に対して実質的に不透明なポリマー，有機黒色材料および他の物質を含むこともできる。一般的なマスク１６の厚みは、望ましい光学特性に応じた０.５から１００程度の吸収長にあるが、他の厚みを用いることができる。

開口マスク１６は複数の開口３２を含む。開口マスク１６は、マイクロレンズアレイ１０における各小レンズ２２に対して１つの開口３２を好ましくは有し、各開口３２はこれら個々の小レンズ２２と正確に位置合わせされ、小レンズ２２に入射する光がその対応する開口３２を通って焦点に集められるようになっている。

図２Ｃは開口マスク１６の平面図であり、開口マスク１６の間隔をあけた開口３２を示している。図２Ｄを参照すると、位置合わせされた開口マスク１６を持つマイクロレンズアレイ１０は、これを通って出射する光５２と共に示されている。図２Ｄに示すように、光５２が小レンズ２２を通るように導かれた場合、小レンズ２２は光５２を焦点に集め、少なくともその一部が開口３２を通って伝播するように方向付けられるようになっている。従って、光５２が小レンズ２２により屈折させられた後、この光５２は対応する開口３２によってさらに影響を与えられることができる。その結果、この光５２は小レンズ２２を通過した後、開口３２によってさらに変えることができる。このような変更は、多数の小レンズ２２に入射する光５２の間のクロストークを減じることのみならず、光５２の一部を遮断することも含む。

実質的に任意の形状のレンズを開口マスクと共に用いることができることを注意すべきである。例えば、図２および図２Ｆを参照すると、レンチキュラーマイクロレンズアレイ１１が示されている。このレンチキュラーマイクロレンズアレイ１１は、上面２４と底面２５とを持った基板１２を含む。直線状のレンズ構造体からなるレンチキュラー小レンズ２３が上面２４に取り付けられている。基板１２の底面２５は開口マスク１７を有する。この開口マスク１７は、それぞれ対応する小レンズ２３に対して位置合わせされる開口３３を有する。

図２Ｆを参照すると、レンチキュラーレンズアレイのマスク側の平面図が示されている。このレンチキュラーレンズアレイは、開口３３を持ったマスク１７を含む。図２Ｆに見ることができるように、このレンチキュラーレンズアレイの開口３３は、マスク１７のほぼ直線状の開口を含む。この開口３３は、各対応する小レンズ２３に対して実質的に位置合わせ状態の基板１２に沿って延在している。

本発明の第２の好ましい実施形態を描いた図３Ａおよび図３Ｂが示されている。図３Ａおよび図３Ｂの実施形態は、図２Ａ〜図２Ｄの実施形態と似ており、開口マスク１６に取り付けられる基板２８が追加されている。この基板２８は、マイクロレンズアレイ１０に入射する電磁放射線に対して好ましくは透明であるが、マイクロレンズアレイ１０に入射する電磁放射線に対して反射，部分的に反射または拡散してもよい。従って、基板２８は機械的支持をマイクロレンズアレイ１０に対してもたらし、開口マスク１６および/またはフィルタを保護し、開口３２を通って小レンズ２２により投射された光を偏向、またはさもなければ変えることができる。

図４Ａ〜図４Ｄは、本発明のマイクロレンズアレイ/開口マスクを製造する好ましい１つの方法におけるステップの断面図である。説明する目的のため、２つの小レンズおよび対応する開口の形成を示す断面図が示されている。この方法の最初のステップは、マイクロレンズアレイ（図４Ａ）を形成することであり、望ましいレベルの機械的安定性を与えるため、例えばポリカーボネートまたはアクリル系プラスチックで作られた充分に厚い基板１２を与えることを含む。次に、透明な基板１２の表面２４に繰り返されるマイクロレンズアレイの材料（図示せず）が基板１２に付与される。この材料は、例えばフォトポリマーエポキシ，ポリカーボネートまたはＰＭＭＡ樹指であってよい。次に、この材料はマイクロレンズアレイにおける個別のレンズ２２を形成するためにパターン成形される。このパターン成形ステップは、種々の方法の任意の１つにより行うことができる。このパターン成形ステップは、原型にて行われるスタンピング処理により行うことができ、これはそのレンズパターンを含んでいる。この種のスタンピング処理は、米国特許出願第 10/ , 号（代理人整理番号 BVT-0010C1P4）に記述されており、その内容は参照することによってこの明細書に含まれる。このパターン成形ステップはまた、エンボス加工または他の技術によって行うことも可能である。

第２のステップ（図４Ｂ）は、基板１２の第２の面１６をマスキング材料の薄い層１６でコーティングすることを含む。この層の厚みは、用いられる材料に応じて変えることができるが、０.５から１００までの吸収長の厚みが好ましいことが見いだされてる。このコーティング技術は、電子ビーム真空蒸着，スパッタリング，化学蒸着ならびに他の薄膜成形技術を含む。上述したように、好ましいマスキング材料は、ＴiＣの如き炭化物，金属（例えばＡl，Ｃr，Ｃu，Ｚn，Ｓe，Ｆe）単体またはこれらの酸化物との組み合わせ，耐熱金属（例えばＴi，Ｔa，Ｚr，Ｖ)，窒化物，酸化物，セレン化物，テルル化物および炭素を含む。サーメットおよびこれらの材料の混合物もまた採用することができる。好ましいマスキング材料はまた、マイクロレンズアレイ１０によって伝播されるべき電磁放射線に対して実質的に不透明なポリマー，有機黒色材料および他の材料を含むことも可能である。本質的に、マイクロレンズアレイによって伝播されるべき電磁放射線に対して実質的に不透明であって、非除去開口形成処理に対して適合性があるあらゆる物質を用いることができる。

第３のステップ（図４Ｃ）は、マスク層１６に個々の小レンズ２２と位置合わせされる開口３２を形成することを含む。これは、各小レンズ２２の湾曲面を介してパルスレーザー放射線または同様な強度の電磁放射線６２を導き、マスク層１６の領域４２に放射線６２の焦点を合わせることにより、好ましくは行われる。電磁放射線６２は、非除去処理によって開口を形成するのに充分なエネルギーにて好ましくは間欠的に照射されるが、材料を蒸発させたり、小レンズ２２および/または関連する基板の望ましい光学的特性を劣化させるような多量のエネルギーは好ましくない。

パルスの一般的な範囲は、０.１mＪ/cm²以上の照射量と、１ミリ秒よりも短いパルス幅とを含むが、必要とされる照射およびパルス幅の正確な組み合わせは、マスク層１６の材料の種類と、マスク層の厚みと、開口の正確な位置決めとを含む多くのパラメータに依存しよう。例えば、ＴiＣ材料から作られ、０.５から１００の範囲の吸収長の厚みを持ったマスク層１６の場合、１mＪ/cm²から５mＪ/cm²の照射と１０ns程度のパルス幅とを持つパルスの組み合わせが有効であることを把握している。さらに、用いられる電磁放射線６２の最適波長は、マスク層１６に用いられる材料のスペクトル吸収特性に依存しよう。ＴiＣにて作られたマスク層１６に関し、赤外線から紫外線までの広い波長範囲が有効であることを把握している。

開口３２は、マイクロレンズアレイの各小レンズ２２をパルスレーザー放射線か、他の電磁放射線にて連続的に照射することにより、１つずつ形成することができる。代わりに、２つ以上の小レンズ２２を同時に照射することにより、これらを形成することも可能であり、独立した電磁ビーム（例えば独立したパルスレーザービーム）か、あるいは２つ以上の小レンズ２２をカバーするように空間的に拡大した単一の電磁ビーム（例えば単一のパルスレーザービーム）を用いる。

小レンズ２２がマスク層１６にレーザー放射線６２の焦点を合わせるため、マスク層１６が小レンズ２２の焦点に位置しているか否かを基板１２の厚みにより設定することができる。異なった厚みの基板１２を使用することにより、照射領域４２の大きさ、つまり開口の大きさを変えることができる。小レンズによって形成することができる最小の開口３２は、マスク層１６が小レンズ２２の焦点面に位置するように、基板１２の厚みを調整することによって達成される。この場合、開口の大きさは、焦点面での放射線の回折が制限されたスポットサイズと、存在する可能性のある任意の収差とにより決定される。

「非除去処理」という用語は、充分な電磁エネルギーをマスク層の望ましい場所に投入することにより、開口がマスク層にパターニングされる処理を記述するために用いられ、以下の機構、すなわち（１）マスク層材料が蒸発または消散せずに開口を形成するよう、マスク層材料を加熱収縮させる「収縮」機構，（２）マスク層材料が予め設定された望ましい波長の放射線に対して実質的に透明な形態へと相変化を受ける「相変化」機構，（３）マスク層材料が機械的変形を受ける「機械的変形」機構および/または（４）マスク層材料が酸化の如き化学変化を受ける「化学的」機構の少なくとも１つが起こるようになっている。

「収縮」機構に関し、マスク層材料はマスク層材料の表面張力がマスク層材料の強度を越える点まで加熱されることが好ましい。これは、マスク層材料の「縮退」、すなわち開口の周囲での材料の後退を伴って明確な開口を形成するように収縮するという結果を生ずる。マスク層材料によっては、開口が形成されるべきマスク層領域をマスク層材料の融点まで加熱する必要性はない可能性がある。

「機械的変形」機構に関し、局部的な加熱は、マスク層材料がほとんど爆発的に膨張する局部的ピストン効果をもたらし、開口が形成されるという結果を生ずる。マスク層材料は、開口形成領域の中心から基板をあるいは基板側に完全に吹き飛ばされる。

本発明において用いられる非除去処理は、従来の除去処理と比較して多くの利益を示す。開口を作り出すために除去処理を用いた場合、マスク層材料をこの材料の沸点まで加熱する必要がある。このような高温を達成するため、極めて短いレーザーパルスを持った非常に高出力のレーザーを用いなければならない。１ns以下、一般的にピコ秒パルスのパルス継続時間を生じさせるレーザーが除去処理のために必要である。このような種類のレーザーは高価であって作動させることが面倒であり、波長範囲が制限される。

除去処理がマスク層材料を沸点まで上昇させることを必要とするため、除去される場所に対して周囲の領域（例えば基板および小レンズ）が加熱されてこれらの領域が損傷を受けるのを回避するため、比較的低い沸点を持ったマスク層材料を用いる必要があろう。これは、マスク層のための材料の選択を実質的に制限しよう。

これに対し、本発明で用いる非除去処理は、マスク層材料をこの材料の沸点まで加熱することを必要としない。従って、上述したような多くの耐熱材料を含むより広範な材料の選択を本発明において行うことができる。加えて、より広範な放射線源の選択を本発明にて用いる非除去処理に対して行うことができる。

必須ではない第５のステップ（図４Ｄ）は、ポリカーボネートまたは他の材料からなる基板２８をマスク層１６に対し、好ましくは光学的接着剤を用いて取り付けることを含む。基板２８は光学的に機能することができ、および/またはマスク層１６を保護するように単に役立つことができ、マイクロレンズアレイに対して追加の機械的支持をもたらす。

図５Ａ〜図５Ｅは、本発明のマイクロレンズアレイ/開口マスクを製造する第２の好ましい方法におけるステップの断面図である。この方法の最初のステップ（図５Ａ）は、例えばポリカーボネートまたはアクリル系プラスチックで作られ、望ましいレベルの機械的安定性を与える充分に厚い基板が用意される。この基板２８は、出来上がったマイクロレンズアレイに入射する電磁放射線に対して光学的に透明であることが好ましい。

第２のステップ（図５Ｂ）は、マスク層１６を基板２８に付与することを含み、図４Ａ〜図４Ｄの方法に関して上述したものと同じ技術を使う。

第３のステップ（図５Ｃ）は、マイクロレンズアレイを形成することを伴い、望ましいレベルの機械的安定性を与えるために充分に厚い、例えばポリカーボネートまたはアクリル系プラスチックで作られた基板１２を用意することを含む。この基板１２は、光学的接着剤を用いてマスク層１６に好ましくは貼付される。

次に、透明な基板１２の表面２４に繰り返されるべきマイクロレンズアレイの材料（図示せず）が基板１２に付与される。この材料は、例えばフォトポリマーエポキシ，ポリカーボネートまたはＰＭＭＡ樹指であってよい。次に、この材料はマイクロレンズアレイにおける個々のレンズ２２を形成するためにパターニングされる。このパターニングステップを種々の方法の任意の１つにて行うことができる。好ましくは、このパターン成形ステップは、このレンズパターンをそこに有する原型にて行われるスタンピング処理により行うことが好ましい。この種のスタンピング操作は、米国特許出願第 10/ , 号（代理人整理番号 BVT-0010C1P4）に記述されており、その内容は参照することによってこの明細書に含まれる。

第４のステップ（図５Ｄおよび図５Ｅ）は、個々の小レンズ２２と位置合わせされる開口３２をマスク層１６に形成することを含む。上述したように、これはパルスレーザー放射線または同じ強度の電磁放射線６２を個々の小レンズ２２の湾曲面を介して導くことにより好ましくは行われ、マスク層１６の領域４２に放射線６２の焦点を合わせる。電磁放射線６２は、非除去処理によって開口を形成するのに充分なエネルギーにて好ましくは間欠的に照射されるが、材料を蒸発させたり、小レンズ２２および/または関連する基板の望ましい光学特性を低下させるような多量のエネルギーは好ましくない。

上述したように、一般的なパルスの範囲は、０.１mＪ/cm²以上の照射レベルと、１ms以下の短いパルス幅とを含むが、要求される照射およびパルス幅の正確な組み合わせは、マスク層１６に用いられる材料の種類，マスク層の厚みおよび開口の正確な位置合わせを含む多くのパラメータに依存しよう。例えば、０.５から１００の範囲の吸収長の厚みを持ったＴiＣ材料で作られたマスク層１６に関し、１mＪ/cm²から５mＪ/cm²の照射量と１０nsの単位のパルス幅とを持ったパルスの組み合わせが有効であることが判明している。さらに、用いられる電磁放射線６２の最適波長は、マスク層１６に用いられる材料のスペクトル吸収特性に依存しよう。ＴiＣで作られたマスク層１６に関し、赤外線から紫外線に至る広範な範囲の波長が有効であることが判明している。

マイクロレンズアレイの個々の小レンズ２２をパルスレーザー放射線または他の電磁放射線にて連続的に照射することにより、開口３２を１つずつ形成することができる。代わりに、独立した電磁ビーム（例えば独立したパルスレーザービーム）か、あるいは２つ以上の小レンズ２２をカバーするように空間的に拡大した単一の電磁ビーム（例えば単一のパルスレーザービーム）を用いて２つ以上の小レンズ２２を同時に照射することにより、これらを形成することも可能である。

小レンズ２２がマスク層１６にレーザー放射線６２の焦点を合わせるため、基板１２の厚みはマスク層１６が小レンズ２２の焦点面にあるか否かを設定することができる。異なる厚みの基板１２を用いることにより、照射領域４２の大きさ、つまり開口の大きさを変更することができる。小レンズにより形成することができる最も小さな開口３２は、マスク層１６が小レンズ２２の焦点面に位置するように、基板１２の厚みを調整することによって達成される。この場合、開口の大きさは焦点面での放射線の回折が制限されたスポットサイズにより決定される。

上述したように、「非除去処理」という用語は、好ましくはマスク層材料が蒸発または消散することなく、開口がマスク層に形成またはパターニングされる方法を記述するように、ここでは用いられる。マスク層１６が材料の別な層の間（例えば２つの基板１２および２８）に配置されているので、このような方法を採用することは、図５Ａ〜図５Ｅの製造方法において特に重要性を持っている。除去処理は、この実施形態に関して特に不適当である。

この非除去開口形成処理が図５および図６に示されており、これらはそれぞれ開口が形成される前後のマイクロレンズアレイの単一の小レンズ部分に対応するマスク部の平面図である。

図６に示すように、マスク層１６の領域４２に電磁放射線の焦点を合わせている。非除去開口形成処理が始まるように、この領域４２に与えられるエネルギーが制御される。このような非除去処理の一実施形態において、多量の電磁エネルギーがマスク層１６の望ましい領域にこのマスク層材料を溶融するために充分投入され、図７に示すように、これが開口３２を形成するように収縮することをもたらす。開口３２の形状は、マスク層１６に必要な量のネルギーを投入する電磁放射線の部分の空間形状に依存しよう。図７に示した開口３２は、形状が概ね円形であるけれども、さらに本発明の範囲内に入る限り、任意の他の開口形状を作り出すことができ、正方形，長方形，多角形および楕円形の形状を含むが、これらに限定されない。

本発明の他の変更および変形は、前述の開示からこの分野の熟練者らにとって明白となろう。従って、本発明のある特定の実施形態のみがこの明細書にて特に記述されているけれども、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更をこれらに対して行うことかできることは明白であろう。

マイクロレンズアレイにおける小レンズの立体投影図である。本発明の好ましい一実施形態による位置合わせされた開口マスクを持つマイクロレンズアレイの立体投影図である。本発明による図２Ａの位置合わせされた開口マスクを持つマイクロレンズアレイの実施形態の断面図である。本発明による図２Ａおよび図２Ｂの実施形態にて用いた開口マスクの平面図である。本発明による図２Ａ〜図２Ｃの位置合わせされた開口マスクを持つマイクロレンズアレイの実施形態の横断面図であり、光がマイクロレンズアレイ/開口マスクの組み合わせを通してどのように伝わるのかを示している。本発明による位置合わせされた開口マスクを持つマイクロレンズアレイの立体投影図である。本発明による図２Ｅの実施形態にて用いた開口マスクの平面図である。本発明の第２の好ましい実施形態において、位置合わせされた開口マスクを持つマイクロレンズアレイの立体投影図である。本発明による図３Ａの位置合わせされた開口マスクを持つマイクロレンズアレイの実施形態の断面図である。マイクロレンズアレイ/開口マスクを製造する本発明による好ましい１つの方法における工程の断面図である。マイクロレンズアレイ/開口マスクを製造する本発明による好ましい１つの方法における工程の断面図である。マイクロレンズアレイ/開口マスクを製造する本発明による好ましい１つの方法における工程の断面図である。マイクロレンズアレイ/開口マスクを製造する本発明による好ましい１つの方法における工程の断面図である。マイクロレンズアレイ/開口マスクを製造する本発明による好ましい他の方法における工程の断面図である。マイクロレンズアレイ/開口マスクを製造する本発明による好ましい他の方法における工程の断面図である。マイクロレンズアレイ/開口マスクを製造する本発明による好ましい他の方法における工程の断面図である。マイクロレンズアレイ/開口マスクを製造する本発明による好ましい他の方法における工程の断面図である。マイクロレンズアレイ/開口マスクを製造する本発明による好ましい他の方法における工程の断面図である。施形態の断面図である。開口が形成される前の本発明によるマイクロレンズアレイの単一の小レンズ部分に対応するマスク部の平面図である。開口が形成された後の本発明によるマイクロレンズアレイの単一の小レンズ部分に対応するマスク部の平面図である。

Claims

位置合わせされた開口を持つレンズを製造する方法であって、
レンズにマスク材料を機械的に結合するステップと、
前記レンズを使って前記マスク材料に電磁放射線を照射するステップと
を具え、開口が非除去処理を経て電磁放射線により前記マスク材料に形成されるように、前記電磁放射線の強度と前記マスク材料とが選択されることを特徴とする方法。
前記マスク材料に前記電磁放射線を照射する前に、基板を前記マスク材料に取り付けるステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
マスク材料をレンズに機械的に結合するステップは
マスク材料を基板に取り付けるステップと、
レンズを前記マスク材料に形成するステップと
を具えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記マスク材料が不透明であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記マスク材料が金属を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記マスク材料がＡl，Ｃr，Ｃu，Ｚn，Ｓe，Ｆe，Ｔi，Ｔa，Ｚrおよび/またはＶを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
前記マスク材料が金属の炭化物，窒化物，酸化物，セレン化物および/またはテルル化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記マスク材料がＴiＣを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記マスク材料が金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記マスク材料がサーメット材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記マスク材料がポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記マスク材料が有機黒色材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記マスク材料がおよそ０.５と１００との間の吸収長の厚みを持っていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記電磁放射線がパルスレーザー放射線を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記パルスレーザ放射線が近赤外線を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
前記パルスレーザ放射線がおよそ１mＪ/cm²からおよそ５mＪ/cm²の間の照射レベルを有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
前記パルスレーザ放射線のパルス幅がおよそ１０nsであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
前記非除去処理は、前記電磁放射線による照射領域から離れて収縮することを前記マスク材料にもたらす熱処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記レンズがレンチキュラーレンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記開口が前記レンズの長さに対応した長さを有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
前記レンズが球状，楕円状，環状，非球面または多面体の形状を有することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記マスク材料は、前記レンズの結像面に近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記非除去処理が収縮機構によって開口を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記非除去処理が相変化機構によって開口を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記非除去処理が機械的変形機構によって開口を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記非除去処理が化学的機構によって開口を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
位置合わせされた開口マスクを持つマイクロレンズアレイを製造する方法であって、
第１の基板を用意するステップと、
この第１の基板の第１の面に複数の小レンズを含むマイクロレンズアレイを形成するステップと、
前記第１の基板の第２の面にマスク材料を付与するステップと、
各小レンズを用いて前記マスク材料に電磁放射線を照射するステップと
を具え、前記開口が非除去処理を経て電磁放射線によりマスク材料に形成されるように、前記電磁放射線の強度と前記マスク材料とが選択されることを特徴とする方法。
前記開口が形成された後に第２の基板を前記マスク材料に取り付けるステップをさらに具えたことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記開口が形成される前に第２の基板を前記マスク材料に取り付けるステップをさらに具えたことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記マスク材料が不透明であることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記マスク材料が金属を含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記マスク材料がＡl，Ｃr，Ｃu，Ｚn，Ｓe，Ｆe，Ｔi，Ｔa，Ｚrおよび/またはＶを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
前記マスク材料が金属の炭化物，窒化物，酸化物，セレン化物および/またはテルル化物を含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記マスク材料がＴiＣを含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
前記マスク材料が金属酸化物を含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記マスク材料がサーメット材料を含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記マスク材料がポリマーを含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記マスク材料が有機黒色材料を含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記マスク材料がおよそ０.５と１００との間の吸収長の厚みを有することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記電磁放射線がパルスレーザー放射線を含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記パルスレーザ放射線が近赤外線を含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
前記パルスレーザ放射線がおよそ１mＪ/cm²からおよそ５mＪ/cm²の間の照射レベルを有することを特徴とする請求項４０に記載の方法。
前記パルスレーザ放射線のパルス幅がおよそ１０nsであることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
前記小レンズがレンチキュラー小レンズを含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
それぞれ対応するレンチキュラー小レンズの長さに対応した長さを持つ開口を形成するステップを具えたことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
前記小レンズが球状，楕円状，環状，非球面または多面体の形状を有することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記マスク材料が前記小レンズの結像面に近接して配置されていることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記非除去処理が収縮機構により前記開口を形成することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記非除去処理が相変化機構により前記開口を形成することを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記非除去処理が機械的変形機構により前記開口を形成することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記非除去処理が化学的機構により前記開口を形成することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
位置合わせされた開口マスクを持つマイクロレンズアレイを製造する方法であって、
マスク材料を第１の基板の第１の面に付与するステップと、
このマスク材料に複数の小レンズを具えたマイクロレンズアレイを形成するステップと、
各小レンズを用いて前記マスク材料に電磁放射線を照射するステップと
を具え、開口が非除去処理を経て前記電磁放射線により前記マスク材料に形成されるように、前記電磁放射線の強度と前記マスク材料とが選択されることを特徴とする方法。
前記マスク材料にマイクロレンズアレイを形成するステップは、
前記マスク材料に第２の基板を付与するステップと、
この第２の基板にマイクロレンズアレイを形成するステップと
を具えたことを特徴とする請求項５２に記載に記載の方法
前記マスク材料が不透明であることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記マスク材料が金属を含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記マスク材料がＡl，Ｃr，Ｃu，Ｚn，Ｓe，Ｆe，Ｔi，Ｔa，Ｚrおよび/またはＶを含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
前記マスク材料が金属の炭化物，窒化物，酸化物，セレン化物および/またはテルル化物を含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記マスク材料がＴiＣを含むことを特徴とする請求項５７に記載の方法。
前記マスク材料が金属酸化物を含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記マスク材料がサーメット材料を含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記マスク材料がポリマーを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記マスク材料が有機黒色材料を含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記マスク材料がおよそ０.５と１００との間の吸収長の厚みを有することを特徴とすることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記電磁放射線がパルスレーザー放射線を含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記パルスレーザ放射線が近赤外線を含むことを特徴とする請求項６４に記載の方法。
前記パルスレーザ放射線がおよそ１mＪ/cm²からおよそ５mＪ/cm²の間の照射レベルを有することを特徴とする請求項６４に記載の方法。
前記パルスレーザ放射線のパルス幅がおよそ１０nsであることを特徴とする請求項６６に記載の方法。
前記小レンズはレンチキュラー小レンズを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
各開口の長さがそれぞれ対応する小レンズの長さに対して調整されていることを特徴とする請求項６８に記載の方法。
前記小レンズが球状，楕円状，環状，非球面または多面体の形状を有することを特徴とすることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記マスク材料が前記小レンズの結像面に近接して配置されていることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記非除去処理が収縮機構によって前記開口を形成することを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記非除去処理が相変化機構によって前記開口を形成することを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記非除去処理が機械的変形機構によって前記開口を形成することを特徴とする請求項５２に記載の方法。
前記非除去処理が化学的機構によって前記開口を形成することを特徴とする請求項５２に記載の方法。
複数の小レンズを具えたマイクロレンズアレイと、
このマイクロレンズアレイと光学的に関係付けられ、非除去処理により形成される当該マイクロレンズアレイの個々の小レンズに対して位置合わせされた複数の開口を含む開口マスクと
を具えたことを特徴とする光学システム。
前記マイクロレンズアレイが第１の基板の第１の面に形成され、前記開口マスクが前記第１の基板の第２の面に形成されることを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記開口マスクに取り付けられる第２の基板をさらに具えたことを特徴とする請求項７７に記載のシステム。
前記開口マスクが金属を含むことを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記開口マスクがＡl，Ｃr，Ｃu，Ｚn，Ｓe，Ｆe，Ｔi，Ｔa，Ｚrおよび/またはＶを含むことを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記開口マスクが金属の炭化物，窒化物，酸化物，セレン化物および/またはテルル化物を含むことを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記開口マスクがＴiＣを含むことを特徴とする請求項８１に記載のシステム。
前記開口マスクが有機化合物を含むことを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記開口マスクが金属酸化物を含むことを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記開口マスクがサーメットを含むことを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記開口マスクがポリマーを含むことを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記開口マスクが炭素を含むことを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記マスクがおよそ０.５からおよそ１００までの範囲の吸収長の厚みを有することを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
少なくとも１つの前記小レンズの高さがおよそ２０ミクロン以下であることを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
少なくとも１つの前記小レンズの直径がおよそ２５０ミクロン以下であることを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
少なくとも１つの前記開口の直径がおよそ１００ミクロン以下であることを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記小レンズがレンチキュラー小レンズを含むことを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
各開口の長さが各レンチキュラー小レンズの長さに対応していることを特徴とする請求項９２に記載のシステム。
前記小レンズが球状，楕円状，環状，非球面または多面体の形状を有することを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記マスク材料が前記小レンズの結像面に近接して配置されていることを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記非除去処理が収縮機構によって前記開口を形成することを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記非除去処理が相変化機構によって前記開口を形成することを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記非除去処理が機械的変形機構によって前記開口を形成することを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
前記非除去処理が化学的機構によって前記開口を形成することを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
レンズと、
このレンズと光学的に関係付けられ、マスク非除去処理により形成されて前記レンズと位置合わせされた開口を含む開口マスクと
を具えたことを特徴とする光学システム。
前記レンズが第１の基板の第１の面に形成され、前記開口マスクが前記第１の基板の第２の面に形成されることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記開口マスクに取り付けられる第２の基板をさらに具えたことを特徴とする請求項１０１に記載のシステム。
前記開口マスクが金属を含むことを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記開口マスクがＡl，Ｃr，Ｃu，Ｚn，Ｓe，Ｆe，Ｔi，Ｔa，Ｚrおよび/またはＶを含むことを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記開口マスクが金属の炭化物，窒化物，酸化物，セレン化物および/またはテルル化物を含むことを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記開口マスクがＴiＣを具えることを特徴とする請求項１０５に記載のシステム。
前記開口マスクが有機化合物を具えることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記開口マスクが金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記開口マスクがサーメットを含むことを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記開口マスクがポリマーを含むことを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記開口マスクが炭素を含むことを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記マスクがおよそ０.５からおよそ１００までの範囲の吸収長の厚みを有することを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
レンズの高さがおよそ２０ミクロン以下であることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記レンズの直径がおよそ２５０ミクロン以下であることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記開口の直径がおよそ１００ミクロン以下であることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記レンズがレンチキュラーレンズを含むことを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記開口の長さが前記レンチキュラーレンズの長さに対応していることを特徴とする請求項１１６のシステム。
前記レンズが球状，楕円状，環状，非球面または多面体の形状を有することを特徴とする請求項１００のシステム。
前記マスク材料が前記レンズの結像面に近接して配置されていることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記非除去処理が収縮機構によって前記開口を形成することを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記非除去処理が相変化機構によって前記開口を形成することを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記非除去処理が機械的変形機構によって前記開口を形成することを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
前記非除去処理が化学的機構によって前記開口を形成することを特徴とする請求項１００に記載のシステム。