JPH05150103A - 非球面マイクロレンズアレイの製造方法 - Google Patents

非球面マイクロレンズアレイの製造方法

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JPH05150103A
JPH05150103A JP3339986A JP33998691A JPH05150103A JP H05150103 A JPH05150103 A JP H05150103A JP 3339986 A JP3339986 A JP 3339986A JP 33998691 A JP33998691 A JP 33998691A JP H05150103 A JPH05150103 A JP H05150103A
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JP
Japan
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lens
etching
mask layer
microlens array
apertures
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JP3339986A
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Tomoyuki Shimizu
智之 清水
Toru Iseda
徹 伊勢田
Akira Tamamura
亮 玉村
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AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】光学性能の優れた非球面マイクロレンズアレ
イ。 【構成】平板表面に形成したマスク層に、作製する各レ
ンズの位置とその周りに設けた1個以上の開口部をマス
ク層に設け、これらの開口部を通して平板表面を部分的
に化学エッチングした後、マスク層を取除き、さらに化
学的エッチングを施すことにより母型を作製し、該母型
から非球面マイクロレンズアレイ成形のための金型を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は非球面マイクロレンズア
レイの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】マイクロ単レンズの成形用の金型は、ダ
イヤモンド切削あるいは研磨等の機械的加工方法により
作製されている。しかしマイクロレンズが一次元的ある
いは二次元的に配列されたマイクロレンズアレイは形状
が複雑であり、大きさが微細なためその金型を機械的に
加工することは困難である。特殊な例として、端面を機
械的に加工した角材を多数個配列して形成した端面集合
面を母型として電鋳をとり、これを型とする方法が自転
車反射ミラーの製造において実用化されている。しか
し、この方法は1個のマイクロレンズが1mm径以下の
レンズアレイに適用するには精度や工程の繁雑さの点で
適さない。
【0003】そのため、従来マイクロレンズアレイは金
型を用いない方法で製造されていた。例として挙げれ
ば、塩浴中で電場を印加しながらガラス表面に設けられ
た開口部よりTlなどのイオンをガラス中に拡散させる
方法や、感光性ガラスの熱処理において未感光部が結晶
化して収縮する現象を利用して表面を膨らます方法が知
られている。これらの方法は、レンズ同志の間隔に比べ
レンズの開口径を充分大きくとれないとか、収差が小さ
く開口数(NA)の大きな非球面レンズとしての設計が
困難であるため、光ファイバーや半導体レーザからの出
射光のように拡がりの大きな光を集光するには不向きで
あるという欠点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
有していた前述の欠点を解消しようとするものである。
すなわち、本発明は非球面形状のマイクロレンズアレ
イ、特にレンズ同志の間隔に比べて充分大きな開口径を
有し、かつ収差が小さく開口数(NA)の大きな光学性
能を有する非球面形状のマイクロレンズアレイを提供す
ることを目的とする。
【0005】さらに、本発明はレンズ相互の特性的バラ
ツキが極力少ないマイクロレンズアレイを提供すること
を目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、金型のもとになる母型
の表面のレンズ形状を化学的エッチング法により形成す
る、金型成形法によるマイクロレンズアレイの製造方法
において、(1)母型となる平板表面に化学的エッチン
グを妨げるマスク層を形成し、(2)作製する各レンズ
に対応した微細な円形開口部および該円形開口部をとり
まく位置に設けられた1個以上の開口部をマスク層に設
け、(3)これらの開口部を通してその平板表面を部分
的に化学エッチングし(プリエッチング)、(4)マス
ク層を取除き、(5)さらに平板表面全体を化学的にエ
ッチングする(本エッチング)、という母型作製工程を
有することを特徴とする非球面マイクロレンズアレイの
製造方法を提供するものである。
【0007】また本発明は、作製する各レンズに対応し
た微細な円形開口部をとりまく位置に設けられた1個以
上の開口部が1重以上のリング状開口であることを特徴
とする非球面マイクロレンズアレイの製造方法を提供す
るものである。
【0008】さらにまた本発明は、作製する各レンズに
対応した微細な円形開口部をとりまく位置に設けられた
1個以上の開口部が、その円形開口部の1重以上の同心
円周上に配列された複数個の円形開口であることを特徴
とする非球面マイクロレンズアレイの製造方法を提供す
るものである。
【0009】本発明のマイクロレンズアレイとしては片
凸レンズ、両凸レンズ、片凸凹レンズ、両凹レンズなど
が適用でき、その材質としてはガラス、プラスチックが
適用できる。本発明の母型材としてはガラス、単結晶の
他、Ni−P合金のような非晶質金属、微細結晶粒から
成るSi34 ,SiC,SiAlONなどのセラミッ
クス等が使用できる。なお、エッチング面の平滑さ、エ
ッチングの等方性の点で、ガラスを使用することが好ま
しい。
【0010】本発明のマスク層の材質は母型材によって
異なり、母型の化学的エッチング時に侵食されにくい材
質、例えばガラス母型の場合はフッ酸系の薬液に侵され
にくいPt等の貴金属、Cr,Niあるいはそれらの合
金、または各種ポリマーが使用できる。本発明の化学エ
ッチング液としては、フッ酸水溶液、フッ酸と硫酸との
混合水溶液等がガラス母型の場合には適している。
【0011】マスク層への開口部形成は、フォトリソグ
ラフィ法によって行い、マスク層開口部のエッチングは
浸漬エッチングあるいはドライエッチングによって行
う。本発明の金型としては、母型材として非晶質金属、
セラミックス等を用いる場合は、母型がそのまま金型と
して使用できる。ガラス、単結晶等を母型材として用い
る場合は、電鋳法により例えば、Ni父型を作製し、次
にこれを型としてNi金型を作製する。金型の材質とし
てはNiの他、Ni−Co合金、Ni−P合金等が使用
できるが、これに限定されるものではない。
【0012】本発明におけるマスク層の円形開口の直径
は2〜70μm、好ましくは2〜20μmがレンズ中心
(光軸)付近における曲率半径が小さく設定でき、か
つ、各レンズ間のバラツキを小さくするため好ましい。
【0013】本発明におけるマスク層のリング状開口の
巾または同心円周上に配置される円形開口の直径は、円
形開口の直径の10%〜50%がレンズ周辺部の曲率半
径を、光学的に理想的な非球面の半径に近づけるため
に、かつ、各レンズ間のバラツキを小さくするために好
ましい。
【0014】
【作用】本発明において、プリエッチングは微細な開口
部からエッチング液が侵入、拡散して行われる、比較的
浅いエッチングである。プリエッチングにおいては、図
3に示す如く、開口部の径が小さい程エッチング深さが
浅くなることが本発明に先立つ実験の結果からわかって
いる。
【0015】一般に、光学性能のよい非球面レンズは、
レンズの中心付近の曲率半径が小さく、外周にいくほど
曲率半径が大きくなる。プリエッチングの際の円形開口
部の径を、それを取りまく位置に設けられたリング状の
開口部の径よりも大きく選ぶと、プリエッチングによっ
て形成される曲面は、図1(d)に示す如く、1つの理
想半球面とその周囲を取りまく半球面状のリング溝との
複合形状となり、中心の半球面の深さは、その周囲のリ
ング溝の深さよりも深くなる。
【0016】続いて、マスク層を取り除き、本エッチン
グを行うと、図1(f)に示す如く、レンズ中心付近の
曲率半径が最も小さく、外周にいくほど曲率半径の大き
な非球面レンズが得られる。周囲を取りまく開口部の
数、それらの径、及びそれらの間隔は、求められる非球
面レンズの設計値に従って、実験的に決定される。ま
た、本エッチング量を適切に選ぶことにより、レンズの
平均曲率半径を任意に選ぶことができる。
【0017】以上のように、開口部の形状、プリエッチ
ング量、及び本エッチング量を適切に選ぶことにより、
すぐれた光学性能を有する非球面レンズを作製すること
ができる。
【0018】
【実施例】以下に図面に従って本発明の実施例を示す。
洗浄された厚さ2mmのソーダライムシリカガラス表面
に、真空蒸着法で厚さ0.1μmの金属クロム膜2を形
成し、ポジ形フォトレジストをスピン法で塗布しレジス
ト膜(マスク層)1を形成した(図1(a))。
【0019】また、図2(a),(b)においてA=2
0μm、B=20μm、C=5μmである開口部が、縦
・横にそれぞれ250μmの間隔で34×34個形成さ
れたフォトマスクを用意し、上記ガラスの上に密着させ
て水銀ランプ下でフォトレジストを露光し、現像液で感
光された部分のフォトレジストを除去する(図1
(b))。続いて、CCl4 ガスを含む雰囲気中で露出
した部分のクロム膜をドライエッチングによって取り除
き、上記フォトマスク上の開口部とほとんど同様な開口
部を形成する(図1(c))。
【0020】次に20%HFと20%H2 SO4 から成
る水溶液をこのガラスに3分間当てて、上記開口部を通
してガラスをエッチングすると、深さ30μmの半円球
状のピットとその周囲をとりまく深さ10μmの半球面
状のリング溝が形成された(図1(d))。
【0021】水洗後これを硝酸セリウムアンモニウムと
過塩素酸の混合溶液中に浸漬してフォトレジスト層とク
ロム膜を完全に取除き(図1(e))、水洗後、再び上
記弗硫酸混液のスプレー液を12分間かけてガラス表面
を155μmエッチングする(図1(f))。
【0022】こうしてできたガラス母型にNi蒸着膜を
形成し、さらに電気メッキ法で1mm厚のNiメッキを
施した後、Niをガラス母型からはがし、Niメッキ体
にNiメッキを施して1mm厚のNi製金型を作製す
る。
【0023】この金型表面に蒸着法でPtを被覆し、シ
ート状の鉛ガラス(重量%で組成がSiO2 :26.9
%、PbO:71.3%、K2O:1.0%,Na2
O:0.5%,As23:0.3%)を窒素雰囲気下
500℃でプレスして、厚さ0.6mm、大きさ15×
15mmのガラス板を作製した。
【0024】このガラス板の片面には凸状の微細なレン
ズが34×34個、ピッチ:250μm、有効径:25
0μmで形成されている。波長630nmにおける、こ
れらのレンズの光学性能を評価したところ、開口数(N
A):0.5、集光スポット径:8μm、焦点距離:1
70μm、球面収差:40μmと良好な特性を示す非球
面レンズアレイを得た。また34×34個のレンズの特
性のバラツキもほとんど認められなかった。
【0025】
【発明の効果】本発明は、マスク層の開口部を通したエ
ッチング(プリエッチング)の後、マスク層を取除いて
エッチング(本エッチング)をするという2段エッチン
グ方式であるので、それぞれのエッチング量の組み合せ
により任意の平均曲率半径を有する非球面レンズアレイ
を作製できる優れた特徴を有する。特にレンズ同志の間
隔よりも大きな曲率半径を有し、かつレンズ有効径の大
きな(最大でレンズ間隔と同じ有効径の)レンズアレイ
を容易に作製できる。
【0026】また本発明によれば、レンズ部とレンズが
形成されていない平坦部がほぼ同一平面上に作れるた
め、外観も良く、マウントしやすいレンズアレイが作
れ、小型化も可能である。また本発明は、母型表面を一
括にエッチングする方式であるのでレンズ個々の特性の
バラツキの少ないレンズアレイを作製することができ
る。
【0027】本発明はまた、開口部の形状を適切に選ぶ
ことにより、すぐれた光学性能を有する非球面レンズア
レイを作製することができる。また本発明による非球面
レンズアレイは品質的にバラツキが少なく、本発明によ
れば低コストの非球面レンズアレイが供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の母型の製造方法の実施例の工程図。
【図2】(a)は本発明の実施例のマスク層のリング状
開口部の平面図、(b)は本発明の実施例のマスク層の
リング状開口部のY−Y断面図。
【図3】マスク層の開口部の径とプリエッチング深さの
関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1:フォトレジスト膜(マスク層) 2:Cr膜 3:ガラス

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金型のもとになる母型の表面のレンズ形状
    を化学的エッチング法により形成する、金型成形法によ
    るマイクロレンズアレイの製造方法において、 (1)母型となる平板表面に化学的エッチングを妨げる
    マスク層を形成し、 (2)作製する各レンズに対応した微細な円形開口部お
    よび該円形開口部をとりまく位置に設けられた1個以上
    の開口部をマスク層に設け、 (3)これらの開口部を通してその平板表面を部分的に
    化学エッチングし、 (4)マスク層を取除き、 (5)さらに平板表面全体を化学的エッチングする、 という母型作製工程を有することを特徴とする非球面マ
    イクロレンズアレイの製造方法。
  2. 【請求項2】作製する各レンズに対応した微細な円形開
    口部をとりまく位置に設けられた1個以上の開口部が1
    重以上のリング状開口であることを特徴とする請求項1
    に記載の非球面マイクロレンズアレイの製造方法。
  3. 【請求項3】作製する各レンズに対応した微細な円形開
    口部をとりまく位置に設けられた1個以上の開口部が、
    その円形開口部の1重以上の同心円周上に配列された複
    数個の円形開口であることを特徴とする請求項1記載の
    非球面マイクロレンズアレイの製造方法。
JP3339986A 1991-11-29 1991-11-29 非球面マイクロレンズアレイの製造方法 Withdrawn JPH05150103A (ja)

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