JP4188611B2 - マイクロレンズアレイの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像の高精細化技術に関し、さらに詳しくは、マイクロレンズアレイ及びその製造方法、及び貼りあわせマイクロレンズアレイと空間光変調素子を備えた画像表示装置、及びそれを用いた画像投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロレンズ、あるいはマイクロレンズアレイは主として、並列光ファイバー通信、あるいは、情報、画像表示といったディスプレイを含む光技術分野で必要不可欠の光学素子となってきている。特に、ディスプレイの一つであるプロジェクタでは、やや大きめのピッチを有するマイクロレンズアレイが、光源から出射した配向分布を持つ光の均一化に使われている。また、小サイズの数百万個のアレイ状マイクロレンズを、液晶ライトバルブ等の空間光変調素子の画素と位置が合うように設置し、開口率向上、光利用効率の向上、画像の高精細化を図る光学素子としても用いられている。また、市販されているマイクロレンズには、レンズの大きさが十数μｍから数百μｍ、その形状が円形、楕円形、矩形、六角形等、配列が正方配列や最密充填配列等、さまざまなものがある。例えば、このようなマイクロレンズは、MEMSOPTICAL社から販売されている。また、マイクロレンズの材質がガラスである場合、加工性の良さから、石英ガラスがよく使われ、厚みは強度を考慮して１ｍｍ前後の物が多い。また、液晶ライトバルブと共に使われる場合、画素の大きさ、ピッチに合わせて、十数μｍから数十μｍのマイクロレンズアレイが、液晶ライトバルブの画素に対向させて設置される。そして、画素には配線等の部分が含まれ、この部分は画像形成に寄与しないために開口率が低下し、また遮光用のブラックマスクが設置されているため、光利用効率も低減する。しかし、このようにマイクロレンズアレイを用いることで、開口率の低下や光利用効率の低減といった問題を、ある程度解決することが可能である。
しかし、マイクロレンズアレイにおける複数のレンズの配列には、レンズ間に数μｍの隙間が存在する。図１３に示すように、従来例の半球状のマイクロレンズ２１が配列しており、レンズ間隔には平坦な隙間２２がある構造となっている。すなわち、マイクロレンズ２１の連結部２２ではレンズの不連続を生じる構造となっている。この連結部２２に光が入射されると、そのまま直進したり、迷光となって光の利用効率が低下してしまう。このように、従来のマイクロレンズアレイにあっては、この隙間を避けることはできない。これは、マイクロレンズ作製法、工程により生じるものである。マイクロレンズの大きさが数百μｍで良いような場合、この数μｍの隙間が問題になることは少ない。しかし、液晶ライトバルブのように、画素サイズが十数μｍの場合、この数μｍの隙間は、多くの領域を占めることになり、光利用効率の低下に繋がることになる。
【０００３】
また、マイクロレンズアレイの作製法に関しては、“マイクロレンズアレイの現状と将来”、西澤紘一、光技術コンタクト、Vol．35．No．6(1997)、316〜323ページ、あるいは“マイクロレンズアレイの集積化”、西澤紘一、OPTORONICS(1999), No.4, 112〜118ページ、に紹介されており、イオン交換法、レジストリフロー法、機械的加工法、２Ｐ法等が挙げられている。このうちレジストリフロー法は工業的製造に広く使われている方法である。
このレジストリフロー法の場合、レンズを作りこむ透明基板としてガラスが使われる。この方法は、基本的には、透明基板（例えば石英ガラス）上に熱感光性樹脂であるレジストをスピンコートにより薄く塗布、所望のレンズの外形がパターンされたマスクパターンをレジストの上に被せ、光を照射、現像して不要なレジストを除去（このとき、例えばレンズ外形が円形ならば、円柱状の配列がガラス基板の上にできる）、熱を加え、レジストを溶かし、その先端を球面状にし、ドライエッチングを行い、このレジストの球面形状をガラスに転写、ガラスのレンズを作製する。この過程で、レジストを熱により溶かす際に、例えば、ある円柱状のレジストと、それに隣接する別の円柱状のレジストの距離が近い場合、溶けた際に接触し、繋がり、きちんとした球面状のレンズが作製できない問題がある。このため、レジストとレジストの間は、ある程度間隔をとる必要があり、最小で２μｍ程度と言われている。また、この場合、レンズの形状はほぼ球形のものしかできない。
しかし、レジストリフロー法により、マイクロレンズのレンズが連続で稠密なマイクロレンズアレイを作製する技術として、特開平６−１９４５０２号公報に開示されている。これによると、はじめにレンズ間に隙間の空いたレジストのレンズアレイを作製し、その上に再びレジストを塗布し、連続したレンズ配列を作り、ドライエッチングを行い、隙間の無いレンズを作るものである。特開平６−１９４５０２号公報の具体例では、レンズ間が連続、あるいは、１μｍ以下のマイクロレンズアレイが作製できることが示されている。しかし、レンズ高さは最高で１．５μｍ程度であり、例えば、ピッチが１４μｍ、レンズ高さが７μｍといったマイクロレンズアレイは不可能である。またレジストを２度塗布しなければならず、工程数が多く手間がかかる。
【０００４】
また、レジストにレンズ形状を持たせる際に、レジストリフロー法以外の方法として、グレーレベルマスクを用いるリソグラフィー法がある。この方法は、例えば、CANYON MATERIALS社の CMIPRODUCT INFORMATON NO96-01 USERS MANUAL, 9ページに紹介されている。レジストリフロー法においては、所望のレンズの外形がパターニングされたマスクパターンには、レンズ外形が円形の場合、単にこの大きさの丸穴があいているだけである。しかし、グレーレベルマスクは、マスクにレンズ外形の大きさよりも小さな穴が多数あいており、それぞれの穴のサイズは異なる。この穴のサイズの違いにより、レジスト上への光照射量を調整することができ、このためレンズ形状の制御が可能となる。その結果、レンズ形状は球面だけでなく、非球面レンズ、またさらに複雑なフレネルレンズのような形状を作ることも可能である。さらに、穴の間隔をサブμｍステップで調整できるため、曲面の形状をより滑らかにできる。レンズの形状設計、及び加工精度に関しては、このグレーレベルマスクを用いたフォトリソグラフィーは、レジストリフロー法よりも優れている。しかし、このグレーレベルマスクを用いても、照射装置の解像度に制限され、レンズ間には１〜２μｍ程度の間隔が生じる。
また、液晶ライトバルブにマイクロレンズを設置するときには、マイクロレンズアレイ単体ではなく、マイクロレンズアレイ、接着材（層）、透光性カバーから構成される、貼り合わせマイクロレンズが使われる。透光性カバーが液晶ライトバルブの画素上に設置され、その上に接着材、マイクロレンズという層構成となる。このとき、透光性カバーは光学研磨により厚みを調整することが可能である。また、このような貼り合わせマイクロレンズアレイは、マイクロレンズアレイ、接着剤層、透光性カバーの屈折率差を調整することにより、見かけ上の焦点距離を変えることができ、また収差を低減することも可能である。
【０００５】
さらに、マイクロレンズアレイを有する画像表示装置の例として、特許第３１１０６５２号公報では、画素上にマイクロレンズアレイを設けた液晶表示素子の技術が開示されている。この液晶表示素子の構成は、表示部の液晶層から、配向膜、透明電極、ブラックマトリックス、カバーガラス、密着処理層、接着剤層、マイクロレンズ、カバーガラスとなっている。このような素子を製造する過程で、高温での処理が必要であり、このとき、ガラス材と接着材として使われる樹脂の熱膨張係数が異なるため、カバーガラスとマイクロレンズが剥がれる問題がある。この発明では、前記剥がれの問題に対して、密着処理を施すことにより、接着剤層の接着強度を強化して、カバーガラスとマイクロレンズが剥がれないようにする技術が開示されている。この技術をもとにした実施例として、画素ピッチ２９μｍ×２４μｍに対して、レンズの曲率半径１５．６μｍ（半球状）のマクロレンズアレイが示されており、マイクロレンズの材質は樹脂（ダイキン工業社製、感光性樹脂ＵＶ−４０００、屈折率ｎ＝１．５６７）、カバーガラスは石英硝子（屈折率１．４６）、また、接着材は樹脂（ダイキン工業社製、感光性樹脂ＵＶ−１０００、屈折率＝１．４５３）が用いられている。しかし、ここで述べられている画素ピッチに対するレンズの曲率半径では、レンズが画素全体を覆うことができず、その結果隙間が生じ光利用効率の低下となる可能性がある。また半球状のマイクロレンズでは球面収差が大きいことが問題となる。
【０００６】
また、特開２０００−１９３０７公報では、基本構成として、カバー、接着材樹脂の中間層、マイクロレンズからなり、カバーガラスとマイクロレンズ間の距離を調整するための複数の柱をスペーサとして設け、樹脂層の厚みのばらつき、あるいはカバーガラスのそり・たわみ等の厚みムラを低減するマイクロレンズアレイの製造方法、及びそれを用いた画像表示装置が開示されている。この柱は、ドライエッチングにより、マイクロレンズを作製するときに同時に作製される。この方法では、柱がスペーサとなり、また精度良く作製できるため、カバーガラスの厚みムラを低減でき、投射像にムラのない画像表示装置を提供することができる。本公報の実施例では、画素サイズ１８μｍ角に対して、レンズ高さ８μｍ、レンズ曲率半径１４μｍの凸形状のマイクロレンズ、（実施例２）、また画素サイズ２３μｍ角、レンズ高さ１２μｍ、曲率半径１７μｍ、凸形状のマイクロレンズ（実施例３）、また画素サイズ２３μｍ角、レンズ高さ１２μｍ、曲率半径１７μｍ、凸形状マイクロレンズ（実施例４）の製造例が示されている。画素サイズ、またレンズの高さ及び曲率半径から考えると、これらのマイクロレンズは、ほぼ隙間なく配列されていることになる。しかし、このマイクロレンズの曲率半径では、入射光を画素上に効率良く集光させるには限度があり、また液晶パネルに設けられている開口を有する遮光膜（ブラックマトリックス）にカットされることになり、光利用効率の低下に繋がる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる課題に鑑み、光利用効率の高く（または集光効率が高い）、収差を低減できるマイクロレンズアレイと、その製造方法、及びこれを使用した画像表示装置、画像投射装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、透明な基板上にレジストを塗布する第１の工程と、該第１の工程で塗布されたレジスト上にレンズの外形がパターニングされたマスクパターンを被せ、該マスクパターンを被せたレジスト面を光露光して現像をおこない、不要なレジストを除去して前記基板上に柱状のレジストを形成する第２の工程と、レジストを溶かして隣接するレジスト同士を接触させた後に、温度をさらに上げて連続的に曲面の傾きが変化する滑らかな凹凸のある波状のレンズパターンを作製する第３の工程と、エッチングにより前記透明な基板に前記レンズパターンを転写してレンズを作製する第４の工程を有することを特徴とする。
かかる発明によれば、レジストを溶かし隣接するレジストを接触させた後に、温度をさらに上げて連続的に曲面の傾きが変化する滑らかな凹凸のある波状のレンズパターンを作製することにより、段差の無い滑らかで連続的な凹部と凸部を持つマイクロレンズアレイを製造する方法を提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイの断面図である。凸部１と凹部２とが滑らかに繋がり、周期的に繰り返すものである。従来のマイクロレンズアレイとは異なり、レンズの間が平坦ではなく、逆に凹面状になっていることが特徴である。このマイクロレンズアレイには、隙間という概念が存在しない。すなわち、凸部１と凹部２は滑らかに連続的につながっており、段差を生じないようにしている。これにより、例えば、このマイクロレンズアレイが空気中におかれている場合、図２中の３の方向から光が入射したとき、凸部の曲線部１ａの部分では、光は集光され、逆に凹部２ａの曲線部分では発散される。そして、凹と凸とは連続しているため、光はある点４を中心に集められる。すなわち、マイクロレンズアレイの周囲が空気の場合は、屈折率が１であるから凸部と凹部の曲線部１ａ、２ａはそれぞれ光を集光・発散させるレンズ機能を有する。また、マイクロレンズアレイよりその周囲の屈折率が大きい場合には、逆に凸部１ａは光を発散し、凹部２ａは光を集光することとなる。前記図１３に示すような従来のマイクロレンズアレイでは、隙間２２があり、その部分を通る光は直進し、光損失となるか、あるいは、隣接に抜ける迷光となり、画質の劣化の原因となるが、この例では、凸１ａと凹２ａとが連続であるためこのような光損失や迷光を減少でき、効率良く光を任意の範囲である図２の４に集光することができる。ここで言う凸１ａ、あるいは凹２ａは断面形状では半円状であるが、実際の形状は球形（球殻）であってもよい。この場合には当然レンズ機能を持った曲面部が凹部・凸部に存在することとなり、上述した機能・作用を有することとなる。ただし、凸・凹レンズは球形だけに限られるものではなく、非球面でも構わない。また滑らかとは、この曲面をある関数で近似したとき、到るところで微分が可能という厳密な意味ではない。球面状のレンズであれば、その光軸近傍にほぼ垂直に入射した光は、レンズによりあまり曲げられず、ほぼ直進することとなり、逆にレンズ周辺部は収差が大きく、光が曲げられ過ぎる問題がある。しかし、レンズの光軸近傍及び周辺部を除く、光を曲げる力が適切な領域を対称に繋げたものを用いれば、効率良く適切に光を所望の位置に集めることができる。
このような凹凸の形状として非球面形状の配列であっても構わないが、単に非球面レンズを配列させるという考えでは、レンズとレンズの繋ぎ目が存在し、滑らかな凹凸のレンズとはいえない。本発明において、理想的に滑らかな凹凸のレンズとは、連続的に曲面の傾きが変化し、レンズのいずれの場所を通る光でも所望の位置近辺に集められるものをいう。
【００１６】
本実施形態の波状マイクロレンズアレイは、模式的に図７に示すように、凸１７と凹１８の形状（断面形状も含む）または、レンズ部分の形状（断面形状含む）が異なっているものであってもよい。例えば、球面レンズでかつ曲率半径が小さ過ぎる場合（または断面形状が円弧であって、この円弧の半径が小さすぎる場合）、マイクロレンズアレイの周辺は球面収差が大きくなる。このため、この近辺に入射した光は、曲げられすぎて、隣接画素の方向に行ってしまう。あるいは、レンズの内側で全反射条件が成立する場合には、中間層には行けず、進行方向とは逆の方向に進むこととなる。こういった光は、光利用効率の損失のみならず、迷光となり、画質の劣化を引き起こすことにもなる。また曲率半径（または円弧の半径）が大き過ぎる場合、レンズの周辺を通る光は曲げられず、すなわち画素の中心付近には集まらず、画像の高精細化が図れない問題がある。しかし、このような波状マイクロレンズアレイにおいて、凸と凹との形状や曲率半径、断面形状にあっては円弧の半径等を相違させて調整して用いることにより、この問題を解決できる。
さらに、図１２に模式的に示すように、凹のレンズの光軸近傍の領域を使わないようにレンズと繋げれば、レンズの光軸近傍を通りほぼ直進する光を、低減、除去できるためさらに集光効率は向上する。また、凸部より凹部の曲率半径（断面形状にあっては円弧の半径）を小さくするようにしても良い。
従来のマイクロレンズを作製するときのレジストパターンは、図３のような透明基板５の上に柱状のレジスト６が配列したものである。それを熱で溶かし、レンズ形状７を作製する。このとき、柱状のレジスト６同士が近づきすぎると、温度を上げ、レジストを溶かしたときに、お互いが接触し、きちんとした球状のレンズが得られず、従来これが問題となっていた。しかし本発明におけるマイクロレンズの製造方法では、逆にこのことを積極的に利用するものである。製造工程を説明すると、まず、レンズを作りこむ透明基板としてガラスが使われる。この方法は、基本的には、透明基板（例えば石英ガラス）上に熱感光性樹脂であるレジストをスピンコートにより薄く塗布、所望のレンズの外形がパターンされたマスクパターンをレジストの上に被せ、光を照射、現像し、不要なレジストを除去（このとき、例えばレンズ外形が円形ならば、円柱状の配列がガラス基板の上にできる）する。ここで、従来技術では、レジストとレジストとの間に２μｍ程度の隙間が必要であったが、隙間をこれ以下とする、あるいは温度をさらに上げるか、あるいはレジストの種類を選ぶことにより、レジストを溶かしたときにお互いを接触させ、図４に示すような滑らかな凹凸のある波状のマイクロレンズアレイのパターン４０を作る。レジストリフロー法では、これは自然な現象であり、滑らかな凹と凸とを容易に作製することができる。次にドライエッチングを行い、この形状を透明基板に転写するものである。このようにすれば一回のレジスト塗布、リフロー、ドライエッチングによりマイクロレンズアレイを作製することができ、工程数が少なくできる。透明基板としては、石英ガラスが加工しやすいが、コーニング社の１７３７あるいは７０５９、また日本電気硝子社の結晶化ガラスネオセラムＮ−０といった、アルカリフリー硝子、低アルカリ硝子が、画像表示装置ようには好ましい。しかし、有機、無機の光学結晶、また樹脂等の高分子材料であっても構わない。
【００１７】
本発明における他のマイクロレンズの製造方法は、グレーレベルマスクを使い、レジストにレンズ形状を作製するものである。上記のレジストリフロー法では、レジストの種類、レジストの高さ（透明基板にレジストを塗布するときの厚み）、パターンの間隔、またレジストを溶かすときの温度等の条件により、マイクロレンズの波状形状を制御することになる。しかし、条件が幾つかあるために、最適条件を探す必要が生じる。ここで、グレーレベルマスクを使うことにより、このような条件に依存せずに、所望のレンズ形状を精度よく作製することができる。この製造方法は基本的には、熱によりレジストを溶かす工程を除いて、上記のレジストリフロー法と同様の工程により行われる。すなわち、まず、レンズを作りこむ透明基板としてガラスが使われる。この方法は、基本的には、透明基板（例えば石英ガラス）上に熱感光性樹脂であるレジストをスピンコートにより薄く塗布、所望のレンズパターンが形成されるように複数の穴を設けたグレーレベルマスクをレジストの上に被せ、光を照射、現像し、不要なレジストを除去しレンズパターンを形成する。次にドライエッチングを行い、この形状を透明基板に転写するものである。この方法によれば、レジストリフローよりも設計の自由度が高く、また精度よく、波状マイクロレンズアレイを作製することができる。またリフローしなくともよく、工程数を省くことが可能である。
【００１８】
次に本発明の第２の実施形態である貼り合わせマイクロレンズ及びそれを用いた画像表示装置について説明する。貼り合せマイクロレンズアレイの概念図を図５に示す。貼り合せマイクロレンズアレイは、前記第１の実施形態で説明した波状マイクロレンズ８、中間層（例えば接着層）９、カバー１０、そして、液晶層１１及び基板１２（例えばＳｉ）という層構成になっている。また、入射光を画素毎に選択的に反射または透過させる機能を有する液晶ライトバルブ等の空間光変調素子の画素のピッチ１４は、波状マイクロレンズの周期（凹部と凹部または凸部と凸部の距離）１３と一致している。前記の従来技術でも述べたように、液晶ライトバルブに設置される場合には、このようなマイクロレンズアレイ、中間層、カバーという構造の貼り合わせマイクロレンズアレイは良く使われる。しかし、レンズ間隙間による光利用効率の低下、画像劣化等の問題がある。しかし、本発明の波状マイクロレンズアレイは、上述したようにマイクロレンズ間が連続的につながっており隙間が存在しないため、レンズのどの位置を通る光でも、目的の画素に中心付近の狭い領域に集光させることが可能である。これによって、光利用効率の向上、画質の向上が図れる。また、これは画素サイズ縮小を効率よく行うことでもある。画素の大きさよりも狭い領域に集めることは、そのもともとの画素サイズ以下の画素を実現することになり、画像の高精細化が可能となる。例えば、もとの画素の縦横ともに１／２の領域に光を集光することが可能であれは、面積では１／４となり、この分だけ高精細化がはかれ、４倍の画素数を実現することが可能となる。また、図５の例で、二次元的に考えると、凸が一つと、凹の半分が二つ（ピッチ１３の部分）で、通常のマイクロレンズアレイの一つのレンズの役割を果していると考えることができ、従来のマイクロレンズアレイと比較すると、集光効率は向上する。
従来のマイクロレンズアレイを考えたとき、画素を１４μｍ×１４μｍ（＝１９６μｍ＾２）の正方画素として、レンズ間の隙間が２μｍとすると、収差がない理想的な場合を考えても、実質的には１２μｍ×１２μｍ（１４４μｍ＾２）の領域しか利用できず、面積比で考えると、これは約２７％の光損失となる。またレンズの球面収差を考えると、さらに低下する。しかし、第１の実施形態で説明した本発明の波状マイクロレンズアレイによれば、このような隙間がないため、効率良く光を集光でき、光損失の低減が図れる。また、画素上の狭い範囲に光を集められることが、高精細画像の実現につながる。液晶ライトバルブが反射型として、画素上の狭い領域に集光された光はスポット状で、これは、Ｓｉ基板で反射された後、投射レンズを経て投射され高精細な画像となり、マイクロレンズを使用しないときと比較して、画像の大きさが小さくなっている。前記の例では、レンズ形状を円形にしているが、矩形、六角形、楕円等であっても構わない。また、三次元的に考えると、図６に示すよう、一画素３１の大きさ１６よりも小さな周期の波状のレンズ（図の１５及び３０、また１５では３×３＝９個のマイクロレンズを描いてある）となる。
【００１９】
本発明の第３の実施形態は、第１の実施形態で説明した波状マイクロレンズ中間層、カバーの屈折率を適当な値に設定することにより、第２の実施形態で説明した貼り合せマイクロレンズの設計の自由度を上げるためのものである。たとえば、マイクロレンズアレイの屈折率をｎ１、中間層の屈折率をｎ２、透光性カバーの屈折率をｎ３とした時、ｎ２＜ｎ１、ｎ３＞ｎ２の関係が成り立つ場合である。このように中間層の屈折率がマイクロレンズの屈折率より小さい場合（例えば中間層として空気を使用する場合等）には、マイクロレンズアレイの凸部のレンズ機能は集光、凹部のレンズ機能は発散の機能をそれぞれ果たすことになり、この機能による光利用効率が高く集光効率の高い貼り合せマクロレンズアレイを提供することができる。
また、ｎ２＞ｎ１、ｎ３＜ｎ２の関係が成り立つ場合を考えると、マイクロレンズアレイの凸部のレンズ機能は発散、凹部のレンズ機能は集光の機能をそれぞれ果たすことになり、この機能による光利用効率が高く集光効率の高い貼り合せマクロレンズアレイとなる。つまり、ｎ１とｎ２との差が大きいほど、入射光を曲げる力は強くなり、マイクロレンズの曲率半径が大きくてもよく、球面収差を低減することができる。また、この屈折率差により、見かけ上の焦点距離の長さを調整できる。レンズの曲率半径が同じであっても、屈折率差が小さい時は長焦点なレンズとなり、屈折率差が大きい時は短焦点なレンズとなる。
このように、マイクロレンズアレイ、中間層、カバーの屈折率を適切に選ぶことにより、使用できる材質の数が増え、設計の自由度が上がる。また、使用部材数を減らすために、マイクロレンズアレイと、カバーを同じ材質にしてもよい。例えば、マイクロレンズアレイとカバーによく使用される石英ガラス、中間層を空気とすれば、比較的簡単な構造である、このとき画素の中心と波状マイクロレンズの凸の部分とが一致する、図６に示した構造となる。
【００２０】
本実施形態で使用する貼り合せマイクロレンズアレイは図８で模式的に示すように、柱状のスペーサ１９を設けるものであってもよい。水平面内では、この柱状のスペーサが位置調整を容易にする。柱状のスペーサ１９は、マイクロレンズアレイを作製するときに作製するときに同時に作製しておく。この柱状のスペーサ１９は、カバー２０とマイクロレンズアレイ２１との間隔、すなわち中間層２２の均一性を維持し、バラツキを低減する。さらには、この柱がマーカとして使用すれば、画素とマイクロレンズの位置調整も容易となる。
本実施形態で使用する貼り合せマイクロレンズアレイは、中間層に樹脂を充填するものであってもよい。これにより、マイクロレンズアレイとの屈折率差を調整することができる。マイクロレンズ及びカバーの屈折率が低い材質の場合は、樹脂に屈折率が高いものを用いて、マイクロレンズ凹部が画素の中心にくる構造、逆にマイクロレンズ及びカバーの屈折率が高い場合は、屈折率の低い樹脂を用いて、マイクロレンズの凸部が画素の中心にくる構造が可能となる。樹脂としては、紫外線硬化型樹脂が代表的であり、アクリル系で屈折率１．４２から１．７０のものがある。またエポキシ樹脂でも構わない。また、樹脂はマイクロレンズアレイとカバーを張り合わせる接着材の働きも兼ねる。さらに、樹脂の種類を変え、屈折率差を変化させて、見かけ上の焦点距離を変化させることができる。これは、一般的に行われており、カバーの厚みの調整、また画素上の集光スポットのサイズの制御が可能となる。このように、中間層に樹脂を充填し、屈折率差を調整することにより、設計の自由度が向上する。また、中間層は、単なる空気層であってもよい。空気の屈折率は１であり、低屈折率樹脂よりもさらに、屈折率差を大きくすることができる。
また、本実施形態で使用する貼り合せマイクロレンズアレイは図９に示すように凹部の部分に樹脂４１があるマイクロレンズであってもよい。このような構成のレンズは、所謂アクロマートレンズの働きがあり、球面収差のみならず、色収差を抑える働きがある。これは上記の貼り合わせマイクロレンズアレイにおいて、樹脂の部分を光学研磨により除去すれは作製することができる。また図１０に示すような、凹部の部分に、凸状のマイクロレンズ４２を作製したものであってもよい。さらに、この凹部と凸部のレンズ上に上記の中間層があってもよい。基板上に樹脂のマイクロレンズアレイを作製する方法としては、インクジェット法があり、これは、“マイクロレンズアレイとその応用―インクジェット法を中心に― 石井雄三ら 光技術コンタクト Vol. 38, No.5, 2000, 305-313”に紹介されている。
【００２１】
第３の実施形態で説明した貼り合せレンズは、当然、第２の実施形態で説明した画像表示装置に使用可能であることは言うまでもない。
本発明の第４の実施形態は、上記第２の実施の形態で説明した画像表示装置を用いた画像投射装置であり、その光学系を図１１に示す。ここでは、光源２３、偏光ビームスプリッタ２４、前記波状貼り合わせマイクロレンズを備えた空間光変調素子（液晶ライトバルブ等）２５、投射レンズ２６及びスクリーン２７が描かれている。空間光変調素子２５において、画素は密な配列２８であるが、前記で述べたように、マイクロレンアレイにより光は画素上でそのサイズよりも小さいスポットになるため、このスポットを投射レンズで投影した像は、隙間のある像２９となって投射される。これは、つまり高精細化画像である。光源は、ハロゲンランプ、あるいは超高圧水銀ランプなどの白色ランプが主流であるが、レーザ、ＬＥＤでも構わない。この図では、画像表示装置から像とスクリーンに投影させるために最低限度の光学部品しか示していないが、実際は、さまざまな部品が入る。例えば、光源は白色であるため、これから、Ｒ、Ｇ、Ｂを分離させるには、ダイクロイックミラー、あるいは、カラーホイールが必要となる。ダイクロイックミラーは、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色毎に液晶パネルを三枚用いる三板式プロジェクタに使われる、カラーホイールは液晶パネルを一枚しか使わない単板式プロジェクタに使われる。プロジェクタには、フロントプロジェクタとリアプロジェクタがあるが、この画像装置はどちらに用いることもできる。
【００２２】
本発明の第４の実施形態の他の例は、上述の画像投射装置において、さらに、画素から出射された光路を変調させる手段、装置を光学系内に設置するものである。このようにすれば、投射された高精細であるが像間に隙間のある画像（図１１、２９）を動かすことができ、投射像間の隙間が埋まり、さらなる高精細化画像を実現できる。このような光路方向を変調できる光学素子としては、例えば、水晶などの複屈折材料を用いればよい。またピエゾ素子を用いて、 空間光変調素子を、画素の縮小率に合わせて動かせばよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１の発明によれば、レジストを溶かし隣接するレジストを接触させた後に、温度をさらに上げて連続的に曲面の傾きが変化する滑らかな凹凸のある波状のレンズパターンを作製することにより段差の無い滑らかで連続的な凹部と凸部を持つマイクロレンズアレイを製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイの断面図。
【図２】本発明のマイクロレンズアレイが空気中におかれている場合の光路を説明するための図。
【図３】従来のマイクロレンズを作製するときのレジストパターンの図。
【図４】本発明の波状のマイクロレンズアレイのパターン図。
【図５】本発明の貼り合せマイクロレンズアレイの概念図。
【図６】本発明の波状のマイクロレンズアレイの正面図及び断面図。
【図７】本発明の波状マイクロレンズアレイの模式図。
【図８】本発明の貼り合せマイクロレンズアレイの模式図。
【図９】本発明の凹の部分に樹脂がある貼り合せマイクロレンズアレイの模式図。
【図１０】本発明の凹の部分に凸状のマイクロレンズを作製した貼り合せマイクロレンズアレイの模式図。
【図１１】本発明の画像投射装置の光学系の模式図。
【図１２】凹のレンズの光軸近傍の領域を使わないようにした波状マイクロレンズアレイの模式図。
【図１３】従来例のマイクロレンズアレイの断面図。
【符号の説明】
１ 凸部、２ 凹部

Claims (1)

1. 透明な基板上にレジストを塗布する第１の工程と、該第１の工程で塗布されたレジスト上にレンズの外形がパターニングされたマスクパターンを被せ、該マスクパターンを被せたレジスト面を光露光して現像をおこない、不要なレジストを除去して前記基板上に柱状のレジストを形成する第２の工程と、レジストを溶かして隣接するレジスト同士を接触させた後に、温度をさらに上げて連続的に曲面の傾きが変化する滑らかな凹凸のある波状のレンズパターンを作製する第３の工程と、エッチングにより前記透明な基板に前記レンズパターンを転写してレンズを作製する第４の工程を有することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。

Images