JPH04186301A - レンズおよびその製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複写機その他の装置に用いられる光学系のレ
ンズおよびその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

例えばＣＣＤ　（ｃｈａｒａｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅ
ｖｉｃｅ　）　ノ画素に対応させて用いるマイクロレン
ズの製造方法は、従来は例えば第３図に示すようなイオ
ン交換法によるものかあった（第１従来例）。すなわち
同図に示す製造方法は、まず同図（ａ）においてガラス
基板１を洗浄し、同図（ｂ）においてガラス基板１上に
マイクロレンズのパターンが形成されたＭｏ、Ｗ等のメ
タルマスク２が載置され、同図（Ｃ）においてメタルマ
スク２に被覆されず露出しているガラス基板１の表面を
ＨＣｊ　、　ＨＮｏ、系の酸で８０℃で２時間位処理し
て、ガラス基板１からＮａ、に、Ｃａ等のイオンを離脱
させ、同図（ｄ）においてガラス基板１を水洗して乾燥
させる。次に同図（ｅ）において、後に形成されるレン
ズを所望の屈折率にするために必要な金属イオンとイオ
ン交換するなめに、ガラス基板１をメタルマスク２側を
下にしてその金属イオンの溶融塩３中に５５０〜６００
°Ｃで１時間位入れ。

このときのイオン添加量を１０〜２０モル％程度にして
いる。このようにしてイオン交換されてカラス基板１内
に拡散した拡散イオンか後で溶出しないよう、同図（ｆ
）において拡散イオン４の溶出防止処理が行われる。次
に同図（ｇ）において酸による溶解もしくは研磨等によ
りメタルマスク２を除去し、同図（ｈ）において拡散イ
オン４の活性化（イオン結合の促進）を図るために６０
０〜６５０℃で２時間位加熱し、同図（ｉ）において徐
冷することにより歪みを除去してマイクロレンズ５がガ
ラス基板１内に形成される。

その他の従来のマイクロレンズの製造方法としては、光
感応性カラスの溶解と部分残留部をホトリソグラフィの
手法により形成するもの（第２従来例）や、工・ゾチン
グによってマイクロレンズをパターン形成するもの（第
３従来例）が大部分である。

Ｃ発明が解決しようとする課題フ しかしなから、上記従来のマイクロレンズの製造方法に
おいては製造工程か長く、材料が高価で・あり、高価な
装置を使用しなければならないという問題がある。

たとえば前記第１従来例のイオン交換法による製造方法
においては、イオン注入もしくは拡散後に加熱により拡
散イオンの活性化を図る必要があり、この拡散の程度と
拡がりによりマイクロレンズの焦点距離とレンズのサイ
ズか決定される。拡散と構法がりの副脚は加熱温度とイ
オン交換時の処理条件で決定され、このため加熱温度分
布の均一性、昇温、降温の安定性、さらに、イオン交換
の酸処理の均一性と液管理および洗浄と繁雑な工程パラ
メータがある。また屈折率制御のためのイオン添加量も
１０〜２０モル％程度入れており、これは炭酸塩や硝酸
塩の形で５５０〜６００°Ｃ程度の溶融塩中で置換する
が、カラス基板に亀裂やヘアクラックが起こるので注意
か・必要である。また、ガラス基板のカラス転移点以下
でかつ近傍の温度で行うため温度の設定精度が要求され
る。さらにガラス基板が変形する場合や、溶融塩のフラ
ックス効果でガラスが溶ける場合かある。このような工
程の為に、高温処理やイオン注入機、拡散炉、溶融炉等
を必要とし、プロセスが長く、高価なものになってしま
う。

また前記第２従来例の光感応性ガラスを用いたレンズの
製造方法においては、材料が高価である他、光感応性が
あるのでその取扱いに制限が多い。

また前記第３従来例のエツチングによるレンズ製造方法
においては、エツチング工程のプロセスと焼成工程等工
程が長い。

さらに前記第１、第２、第３従来例のいずれの製造方法
においてもレンズのカラー化は不可能であり、そのため
マイクロレンズで集光したものをカラーフィルタを通し
て光センサで検知するようにしている。そしてカラーフ
ィルタは有機色素を有機ゲルに分散したもので作成して
いるため、光透過効率か悪いめで照度を大きくする必要
があった。

そこで本発明は、このような問題点を解決することを課
題としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明によるレンズおよび
その製造方法は、次のような構成としたものである。

（１）透明基板上の所定位置に半球面状に盛上がるよう
にゲル状材料を付着させて形成したことを特徴とするレ
ンズ。

（２）透明基板上に所定のパターンを形成し、このパタ
ーンの空隙部にゲル状材料を半球面状に盛上がるように
付着させ、前記ゲル状材料を固化させて前記パターンを
除去することを特徴とするレンズの製造方法。

〔作　用〕

このような構成のレンズおよびその製造方法によれば、
透明基板上に所定のパターンを形成し、このパターンの
空隙部にゲル状材料を半球面状に盛上がるように付着さ
せ、前記ゲル状材料を固化させてパターンを除去するこ
とによりレンズを形成するようにしたなめ、レンズの製
造工程において高温処理やイオン注入機、拡散炉、溶融
炉等を必要とせず、簡易なプロセスでコストかかからす
容易に作成が可能である。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例について図面に基ついて説明する
。第１図は本発明によるレンズおよびその製造方法の一
実施例を示す図である。

本実施例は、まず同図（ａ）において、例えばＴＥＯＳ
　ｒｓ　ｉ　（ＯＣ２Ｈｓ　）　４］に１５モル９６Ｃ
ｓ＋とＨ２Ｏ，アルコールを加えてゲル状のシリカガラ
ス１０を作成する。このとき、均質化させるために超音
波を利用して撹拌するとともに、シリカ１０をゲル状で
８０℃で５時間以上熟成する。アルコールは表面張力を
小さくするために用いられる４次に同図（ｂ）において
カラス基板１１を洗浄し、同図（ｃ）においてカラス基
板１１の表面をＡｒブラスマまたは０３処理を行うか、
二のことにより後の工程で行われるゲル状のシリカカラ
ス１０とカラス基板１１の表面との付着力を増大させる
ことかできる。後述するマスクパターンにおけるマイク
ロレンズの大きさか小さい程この処理か必要で、この処
理を行わない場合にはゲル状のシリカカラス１０をガラ
ス基板１１の表面に付着させることができない、また、
後工程め一次園化時のけ着力も不足することになる。

次に同図（ｄ）において、ガラス基板１１上に有機ホト
レジスト（たとえはノボラック系）により、製造しよう
とするマイクロレンズのマスクパターン１２を形成する
。マイクロレンズが１０μｍ程度の微小な場合には、マ
スクパターン１２形成後に０３処理を行うことで、ゲル
状のシリカガラス１０をガラス基板１１上に付着させる
ことかできる。同図（ｅ）に示すようにゲル状のシリカ
カラスｌＯをガラス基板１１上に付着させる方法として
は、ゲルのロールコータ−塗布またはスピンナーの方法
を用いることかできる。有機ホトレジストは椀水効果を
有しているため、ゲル１０はカラス基板１１上に凝集し
て半球面状に盛り上かって１寸着する。ン欠に同図（ｆ
）において、ゲル１０を１５０°Ｃで１時間位かけて加
熱することにより一次固化させる。このときゲル１０は
脱水するので、半球面状のものか収縮してその曲率が小
さくなるが、レンズの曲率か大きなものが必要なときは
、同図（ｇ）に示すようにさらにその上にゲル１０を新
たに付着させる。そして同図（ｈ）に示すように、再び
ゲル１０を１５０℃で１時間位かけて加熱することによ
り二次固化させる。このような操作を繰返すことにより
、所望の曲率のレンズを得ることができる。最後に同図
（ｉ）に示すように有機レジストを有機溶媒で除去した
後、３００〜５００℃で１時間焼成固化する（アニール
）ことで、ゲルから吸着水、水和物−５結合水を離脱せ
しめて透明レンズ１３が得られる。ところでこの状態で
はシラノール基（ＳｉＯＨ）は残っているので、絶縁性
等が問題になるときはこの上に保護ｌｌＩ！Ｓ　ｉＯ□
まなはＳｔＮ、５ｉＯＮ等を０．５〜１μｍ程度製膜す
ることで解決することかできる。

このように本実施例は、マイクロしンズの製造工程にお
いて従来のような高温処理やイオン注入機、拡散炉、溶
融炉等の高価な装置が不要なため、簡易なプロセスで低
コストのマイクロレンズを得ることができる。またゲル
状シリカを用いることでマイクロレンズのサイズ邦よび
曲率を自由に操作することができ、任意の仕様を設定す
ることができる。またシリカガラス（後のレンズ）の屈
折率を大きくしたい場合には、別表に示すようなイオン
半径の大きい金属イオンをゲル中に添加することで得ら
れ、例えばＣｓ“イオンを１５モル％程度ゲル中に添加
することにより屈折率ｎ０が１．８〜２．０のレンズが
得られる。そしてこの屈折率を変化させることにより、
半球面形状の曲率のみでは得られない焦点距離を実現す
ることができる。上述したように屈折率は、ゲル中に添
加する金属イオンの種類と大きさ、濃度により決定する
ことができる。さらに、イオン添加量も従来法に比較し
て高濃度に自由配合が可能であり、従来のイオン交換法
のようにイオン半径が大きすき。

ると溶融塩中でも拡散係数が小さくて濃度に限界がある
というようなことはない。

第２図は本発明の他の実施例について示すもめである。

本実施例はマイクロレンズをカラー着色させることによ
りカラーセンサに用いられるようにするものである。す
なわち同図（ａ）において前記一実施例におけると同１
ｍ、１７）ゲル状のシリカガラス１０にカラー発色団と
してイオン発色材料を添加し、金属イオンを選ぶことで
各種各色の発色が可能である。たとえばＣｒ’“により
黄色、Ｃｏ”＋により青色、Ｕ６“により橙色、ＣｄＳ
ｅにより赤色等を発色させることができる。次に同図（
ｂ）においてカラス基板１１上に有機ホトレジストによ
りマイクロレンズのマスクパターン１２を設けるが、こ
のマスクパターン１２はたとえばまず黄色のレンズ位置
のみにレンズ寸法の孔１２ａが形成されたものを設ける
。そして同図（ｃ）において黄色イオン発色団が添加さ
れたゲル１０をその孔１２ａから臨くガラス基板１１の
表面に半球面状に吐着させる、次に、同図（ｄ）めよう
にマスクパターン１２を有機溶媒で除去した後、ゲル１
０を１５０’Ｃで１時間位加熱することにより仮固化さ
せる。次に同図（ｅ）のように、たとえば青色のレンズ
位置のみに孔１２ｂか形成されたマスクパターン１２を
カラス基板１１上に設けて、青色イオン発色団が添加さ
れたゲルｌＯをその孔１２ｂから臨くカラス基板１１の
表面に吐着させる。そして同図（ｆ）のようにマスクパ
ターン１２を溶媒で除去した後、ゲル１０を前記と同様
に加熱して仮固化させる。次に同図（ｇ）のように、た
とえば橙色のレンズ位置のみに孔１２ｃが形成されたマ
スクパターン１２をカラス基板１１上に設けて、橙色イ
オン発色団が添加されたゲル１０をその孔１２ｃから臨
くガラス基板１１の表面に付着させる。そして同図（ｈ
）のようにマスクパターン１２を温媒で除去した後、ゲ
ル１０を前記と同様に加熱して仮固化させる。そしてＩ
ｋ後に同図（ｉ）において、５５０〜６００℃で２時間
前熱くアニール）してゲル１０に添加したＣｓ＋等のイ
オン活性化と同時に、イオン発色団の活性化を行う。ま
たＣｄＳｅ　（赤色）等のようにシリカガラス１０中で
イオン結合が前記熱アニールで再結合発色（再熱発色処
理）させることもできるので、化合物発色団も応用する
ことかできる。このようにレンズのカラー化においても
任意にそのイオン発色団が添加でき、さらにＲ（赤色）
、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）等のカラー化の形成プロセス
でも仮固化が容易であることから、多種のカラーマイク
ロレンズを同一ガラス基板上に形成することができる。

なお、本発明はマイクロレンズに限らず、通常の大きさ
のレンズにも適用することかできる。また、前記実施例
においてはゲル状のシリカガラスにＳ　ｉ　（ＯＣ２Ｈ
５）　４を主体としたものについて説明したが、これに
限らず、５ｉｎ（ＯＨ）、、、Ｓ　ｉ（ＯＲ）　　　　
（ＯＨ）　ｎ等を主体とするゲル−ｎ 状材料に本発明を適用してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、レンズの製造工程
において高温処理やイオン注入機、拡散炉、溶融炉等を
必要とせす、簡易なプロセスでコストがかからす容易に
作成が可能である６まな、ゲル状シリカを用いることで
マイクロレンズのサイズおよび曲率を自由に操作するこ
とかでき、任意の仕様を設定することかできる。また屈
折率をゲル中に添加する金属イオンの種類と大きさ、濃
度により調整することができるため、半球面形状の曲率
のみでは得られない焦点距離を実現することができる。

さらに、レンズのカラー化においても任意にそのイオン
発色団が添加でき、さらにＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ
〈青色）等のカラー化の形成プロセスでも仮固化が容易
であることから、多種のカラーマイクロしンズを同一カ
ラス基板上に形成することができる。

（以下余白）

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｉ）は本発明によるしシスの製造方法
の一実施例を工程順に示す図、第２図（ａ）〜（ｉ）は
本発明によるレンズの製造方法の他の実施例を工程順に
示す図、第３図＜ａ）〜（ｉ）は従来のレンズの製造方
法を工程順に示す図である。 １０・・・・・・シリカカラス（ゲル状材料）１１・・
・・・・ガラス基板 １２・・・・・・マスクパターン 特許出願友　　株式会社　リ　コ　−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明基板上の所定位置に半球面状に盛上がるよう
   にゲル状材料を付着させて形成したことを特徴とするレ
   ンズ。
2. （２）透明基板上に所定のパターンを形成し、このパタ
   ーンの空隙部にゲル状材料を半球面状に盛上がるように
   付着させ、前記ゲル状材料を固化させて前記パターンを
   除去することを特徴とするレンズの製造方法。
3. （３）前記ゲル状材料にイオン半径の異る金属イオンを
   用いることによりレンズの屈折率を変化できることを特
   徴とする請求項（１）記載のレンズまたは請求項（２）
   記載のレンズの製造方法。（４）前記ゲル状材料にイオ
   ン発色材を添加することによりレンズのカラー化を行う
   ことを特徴とする請求項（１）記載のレンズまたは請求
   項（２）記載のレンズの製造方法。