JPH0244302A

JPH0244302A - 光学素子の作製方法

Info

Publication number: JPH0244302A
Application number: JP19516488A
Authority: JP
Inventors: Hayami Hosokawa; 速美細川; Maki Yamashita; 山下　牧
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1988-08-04
Filing date: 1988-08-04
Publication date: 1990-02-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は、光学素子、例えばマイクロフレネルレンズ
等を、真空薄膜成形技術を用いて無機材料により作製す
る光学素子の作製方法に関する。

（ロ）従来の技術第４図（Ａ）乃至第４図（Ｅ）は、従来の光学素子（フ
レネルレンズ）の作製工程を示す工程図である。

Ｓｉ基板７１の表面上に、電子レジスｌ−（ＣＭＳ−Ｅ
Ｘ　（Ｒ）　　・ネガ形レジスト）７２を一様に分布し
、このレジスト７２上に電子線描画装置によって、電子
線７３を照射し、所定のレンズ雄型パターンを描画する
〔第４図（Ａ）］。そして、このレジスト７２を現像処
理する。これにより、基板７１には残膜レジストによる
所定のレンズ雄型パターン７２ａが残る〔第４図（Ｂ）
〕。電子線レジストは、電子線の照射量を場所に応じて
コントロールすると、それを現像したのちに残る膜の厚
さが照射量に依存して場所に応じて変わる。

このようにして形成された所定のレンズ雄型パターンの
残膜レジスト７２ａをもつ基板７１上に金を蒸着して電
極！’１７４を形成する〔第４図（Ｃ）］。さらに、そ
の上にクロムをメツキすることによりメツキ層７５をつ
くる〔第４図（Ｄ）〕。

そして、残膜レジスト７２ａ、および必要ならばＳｉ基
板７１を、を機溶剤、エツチング液等で溶解して除去す
ることで、電極層７４とメツキ層７５とから成る雌型（
フレネルレンズ等の光学素子の型）７６を得る。

このようにして形成された雌型７６を用いて、フレネル
レンズを作製する。つまり、雌型７６とガラス基板７８
との対向間に、光学素子を機材料（紫外線硬化樹脂）７
７を射出注入し、その後、ＵＶランプ７９により、この
光学素子有機材料７７に紫外線を照射して硬化させ、雌
型７６より剥離させることでプラスチック・フレネルレ
ンズを得る。この雌型７６を用いて、同様の作業工程で
、プラスチックレンズを多数複製し得る。

（ハ）発明が解決しようとする課題従来の光学素子の作製方法では、光学素子材料がプラス
チック等の有機材料に限られるため、作製される光学素
子の用途が限定される等の不利があった。

例えば、有機材料では、その屈折率が１．５付近の材料
しかないため設計の自由度が小さく、また透過波長６Ｍ
域も０．４乃至２μｍ程度であるため、作製される光学
素子の応用分野が限定される。また作製時において、有
機材料では気泡が入り易く、サブミクロン領域の細かい
パターンの？！１製には転写性の面で問題がある許かり
でなく、温度による屈折率の変化が大きい、つまり屈折
率の「むら」や複屈折も生じ易く、光学素子の性能低下
の要因となる。更に、光学素子材料として有機材料を使
用する場合、温度変化による体積変化が大きい、つまり
温度特性が悪い許かりでなく、材質の特性上、吸水、吸
湿性が大きいため膨潤する不利があり、また耐熱性も悪
い等の様々な不利があり、結果的に理想的な光学素子が
得られない欠点があった。

この発明は、以上のような課題を解消させ、光学素子材
料として無機材料を使用し得、理想的な光学素子を得る
ことが出来る光学素子の作製方法を提供することを目的
とする。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この目的を達
成させるために、この光学素子の作製方法は、光学素子
の型となるスタンパに、光学素子無機材料を真空薄膜成
形法により堆積させ、この堆積させた光学素子無機材料
をスタンパから剥離させることで光学素子を作製するこ
とを特徴としている。

このような光学素子の作製方法では、光学素子（例えば
フレネルレンズ）の型となるスタンパを用意し、このス
タンパに光学素子無機材料（例えばＺｎ５）を真空薄膜
形成法（例えば真空蒸着法）により堆積させる。そして
、この光学素子無機材料の堆積面に接着樹脂（ＩＪＶ硬
化硬化樹脂分してガラス基板を接着させる。更に、この
ＵＶ硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させた後、スタン
パから剥離させ、光学素子（フレネルレンズ）を作製す
る。

この光学素子作製方法では、真空薄膜成形法により製膜
できる材料であれば良いため、殆どの無機材料が光学素
子材料として使用できる。従って、光学素子材料の選択
度が大きく、例えば用途に応じて透過波長領域の大なる
材料、高屈折率材料を選択できる。また、無機材料の場
合、材質の特性上、ガスが出ない許かりでなく、温度変
化による体積変化、及び屈折率変化が小さく、また吸水
、吸湿性が小さく、且つ耐熱温度が高いため、理想的な
光学素子を作製し得る。更に、この光学素子作製方法で
は、真空７Ｒ膜成形技術を使用するため、スタンパに対
し光学素子材料（無機材料）を分子オーダーで堆積させ
ることが出来るから、作製時、ゴミ等の不純物が混入す
る虞れがなく、光学素子の屈折率等、材質の均一性が良
く、超微細パターンが良好に転写できる。

（ホ）実施例第１図（Ａ）乃至第１図（Ｈ）は、この発明に係る光学
素子作製方法の具体的な作製工程を示す工程図である。

第１図（Ａ）乃至第１図（Ｄ）は、光学素子、実施例で
はマイクロフレネルレンズの型を作製する工程を示して
いる。

光学素子の型（雄型）を作製する工程は、従来と同様で
ある。つまり、例えばＳｉ基板１の表面上に電子レジス
トＣＣＭＳ−ＥＸ　（Ｒ）　　・ネガ形レジスト）２を
一様に分布し、このレジスト２に対し電子線描画装置に
よって電子線３を照射し、所定のレンズ雄型パターンを
描画する（第１図（Ａ）〕。そして、このレジスト２を
現像処理すると、基板１には残膜レジストによる所定の
レンズ雄型パターン２ａが残る〔第４図（Ｂ）〕。電子
線レジストは、電子線の照射量を場所に応じてコントロ
ールすると、それを現像したのちに残る膜の厚さが、照
射量に依存して場所に応して変わる。電子線描画装置（
図示せず）は、コンピュータで制御され、電子線３の照
射量を基板１上に定めた座標位置ごとに任意に変化させ
ることが出来る。また、その変化パターンもソフトウェ
アにより自由に定め、選択することが出来る。

このようにして形成された所定のレンズ雄型パターンの
残膜レジスト２ａをもつ基板１上に金を蒸着して電極層
５１を形成する〔第４図（Ｃ））。

さらに、その上にニッケルをメツキすることによりメツ
キ７１５２をつくる〔第４図（Ｄ）〕。そして、残膜レ
ジスト２ａ、および必要ならばＳｉ基板１を、有機溶剤
、エツチング液等で溶解して除去することで、電極層５
１とメツキ層５２とから成る雌型（フレネルレンズ等の
光学素子の型）、つまり光学素子（フレネルレンズ）の
スタンパ５が形成できる。

この発明の特徴は、第１図（Ｅ）乃至第１図（Ｈ）に示
すとおり、このスタンパ５を用いて、フレネルレンズ（
光学素子）を作製する点にある。

フレネルレンズの型であるスタンパ５を用意し〔第１図
（Ｅ））、このスタンパ５に対し、光学素子材料である
無機材料６１、実施例ではＺｎＳを真空薄膜成形技術に
より堆積させる〔第１図（Ｆ）］。実施例では、真空薄
膜成形法として真空蒸着法が使用される。例えば、図示
はしないが蒸発源を備え、高真空に排気したペルジャー
の中に、スタンパ５を蒸発源に対し対向状に配置する。

そして、蒸発源に無機材料（ＺｎＳ）をかけて加熱して
溶かすと、蒸発したＺｎＳが直進してスタンパ５上に付
着する。蒸発源としては、例えば水冷したるつぼに電子
線を照射させ、所望の材料を蒸発させる電子ビーム方式
等を使用することで、純度の高い膜を堆積させることが
出来る。更に、蒸着中において、セットしたスタンパ５
をプラレタリウム（自転公転運動）をさせることで、ス
タンパ５の光学素子の型（微細な凹凸型）に対し、無機
材料（ＺｎＳ）６１を複雑な段差のある面に均一に付着
させ得る〔第１図（Ｆ）〕。この後、この堆積した光学
材料６１に、ＵＶ硬化樹脂６２を塗布し、ガラス基板６
３を接着する。つまり、ＵＶ硬化樹脂６２に紫外線を照
射して硬化させ、ガラス基板６３を一体に接着させる〔
第１図（Ｇ）］。

そして、スタンバ５から剥がすことで、フレネルレンズ
６を得る〔第１図（Ｈ）］。

かくして、このスタンバ５を用い、同様の作業を繰り返
すことで同一のフレネルレンズ６を、多数複製すること
ができる。実施例の無機材料・ＺｎＳ　（屈折率が２．
３）を使用して作製したフレネルレンズは、全面にわた
ってパターンが良好に転写され、フレネルレンズとして
良好に機能することが確認された。例えば、フレネルレ
ンズは、本来、グレーティング周期の細かい部分、つま
り周辺部で位相シフト関数からのずれを生じ、効率の低
下を招く虞れがあるが、実施例のフレネルレンズの製法
ではレンズ層を極めて薄くし得るため、位相シフト関数
からのズレが小さく、周辺部分での効率の低下の少ない
フレネルレンズを得ることが出来る。従って、高効率、
大ＮＡ、低収差な理想的なフレネルレンズを製造し得る
。

尚、実施例において、真空薄膜成形法として真空蒸着方
式を使用した例を示したが、本発明はこれに限らず、例
えばスパッタリング法（高真空下で、無機材料を加熱さ
せずに薄膜化する方式）、プラズマＣＶＤ　（高真空下
で、無機材料をキャリアガスと共に供給し、化学反応に
より膜を析出させる方式）、その他レーザＣＶＤ、ＭＢ
Ｅ　（分子線エピタキシ）、ＬＰＥＳＭＯＣＶＤ　（有
機金属ＣＶＤ）等が使用できる。

更に、光学素子材料としては、ＺｎＳの他、真空薄膜形
成技術により製膜できる材料、つまり殆どの無機材料が
使用できる。例えば、第３図に示すように、Ｇｅ、Ｓ　
ｉ、ＴｔＯ，、ＣｅＯ，，０Ｈ−５、ＴａｚＯｓ、、Ｚ
ｒ０ｚ、５ｉＯ１Ｙ２０１、ＰｂＦ、、ＭｇＯ，０Ｍ−
４、ＡｌｔＯ：ｒ、ＣｅＦｚ、ＬａＦ、、５ｉＯｚ、Ｂ
ａＦｚ、ＣａＦ、、Ｍ　ｇ　Ｆ　ｚ、ＬｉＦ、Ｎａｚ　
ＡＩＦａ　、ＮａＦが挙げられる。

これらの蒸着材料（光学素子無機材料）は、第３図に示
すように極めて広い透過波長領域を持つため、材料の選
択度が大きく、理想的な光学素子を得ることができる。

尚、第３図の蒸着物質の透過波長領域を示す図において
、図中「※」は、２ミクロンのときの屈折率を示してい
る。

第２図（Ａ）乃至第２図（Ｇ）は、この光学素子作製方
法により、作製し得る光学素子の応用例を示す説明図で
ある。実施例では、光学素子６としてマイクロフレネル
レンズを作製した例を示したが、本発明はこれに限らず
、例えばグレーティング（第２図（Ａ））、ブレーズ型
グレーティング〔第２図（Ｂ））、不等間隔グレーティ
ングＣ第２図（Ｃ））　、平板マイクロレンズ〔第２図
（Ｄ））　、フレネルレンズアレー（第２図（Ｅ）〕、
マイクロレンズアレー〔第２図（Ｆ）〕、光ディスク〔
第２図（Ｇ）］等を作製し得、高屈折率材料のフレネル
レンズや、透明導電体（Ｉ　Ｔｏ）を材料とする様々な
新しい応用範囲を期待し得る。

（へ）発明の効果この発明の光学素子作製方法では、スタンパに対し無機
材料を真空薄膜成形法により堆積させることで、光学素
子を作製することとしたから、殆ど全ての無機材料を光
学素子材料として使用することが出来る。従って、光学
素子材料の選択度が大きく、例えば用途に応じて透過波
長領域の大なる材料、高屈折率材料を選択できる。また
、無機材料の場合、材質の特性上、ガスが出ない許かり
でなく、温度変化による体積変化、及び屈折率変化が小
さく、また吸水、吸湿性が小さく、且つ耐熱温度が高い
ため、理想的な光学素子を作製し得る。更に、この光学
素子作製方法では、真空薄膜成形技術を使用するため、
スタンパに対し光学素子材料（無機材料）を分子オーダ
ーで堆積させることが出来るから、作製時、ゴミ等の不
純物が混入する虞れがなく、光学素子の屈折率等、材質
の均一性が良く、超微細パターンが良好に転写できる等
、発明目的を達成した優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、第１図（Ｂ）、第１図（Ｃ）、第１図（
Ｄ）、第１図（Ｅ）、第１図（Ｆ）、第１図（Ｇ）及び
第１図（Ｈ）は、実施例光学素子作製方法の作製工程を
示す工程図、第２図（Ａ）、第２図（Ｂ）　、第２図（
Ｃ）、第２図（Ｄ）、第２図（Ｅ）、第２図（Ｆ）及び
第２図（Ｇ）は、実施例光学素子作製方法により作製さ
れる各種光学素子を示す説明図、第３図は、実施例光学
素子作製方法で使用される無機材料（蒸着物質）の透過
波長領域を示す説明図、第４図（Ａ）、第４図（Ｂ）、
第４図（Ｃ）、第４図（Ｄ）及び第４図（Ｅ）は、従来
の光学素子作製方法を示す工程図である。５ニスタンパ、　　　６：フレネルレンズ、６１：無機
材料。第２図（Ａ）第２図（Ｅ）特許出願人　　　　　立石電機株式会社代理人　　弁理
士　　中　村　茂　信二一ヲ〒コ第図（Ａ）第（Ｂ）第図（Ｄ）第図第図（’Ｅ）第ズ（Ｆ）弔図（Ｇ）第図（Ｈ）第図（Ａ）第図（Ｂ）第図（Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学素子の型となるスタンパに、光学素子無機材
料を真空薄膜成形法により堆積させ、この堆積させた光
学素子無機材料をスタンパより剥離させることで光学素
子を作製する光学素子の作製方法。