JPH05164904A - Production of microlens array - Google Patents
Production of microlens arrayInfo
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- JPH05164904A JPH05164904A JP33716691A JP33716691A JPH05164904A JP H05164904 A JPH05164904 A JP H05164904A JP 33716691 A JP33716691 A JP 33716691A JP 33716691 A JP33716691 A JP 33716691A JP H05164904 A JPH05164904 A JP H05164904A
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- lens
- transparent substrate
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- microlens array
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- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、微小な凸レンズを一般
的には複数備えてなるマイクロレンズアレイの製造方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a microlens array which is generally provided with a plurality of minute convex lenses.
【０００２】尚、一般には複数のレンズを備えたものを
レンズアレイと称しているが、本発明方法は単一のレン
ズを備えた物の製造にも適用可能であるから、本願明細
書においては、単一のレンズを備えた物もレンズアレイ
の範疇に入るものとする。Although a lens array having a plurality of lenses is generally referred to as a lens array, the method of the present invention can be applied to the manufacture of an object having a single lens. The thing with a single lens is also included in the category of a lens array.
【０００３】光通信システム等における光回路の多チャ
ンネル化、高機能化に対応して、複数の微小なレンズを
備えてなるマイクロレンズアレイが使用されるようにな
ってきた。この種のマイクロレンズアレイは、例えば、
複数の光半導体素子（半導体レーザ等の発光素子或いは
フォトダイオード等の受光素子）を配列してなる光半導
体アレイと、複数の光ファイバを配列してなる光ファイ
バアレイとを光学的に結合するに際して使用され、レン
ズ間のばらつきが小さく製造が容易なマイクロレンズア
レイが要望されている。A microlens array having a plurality of minute lenses has come to be used in response to the increase in the number of channels and the increase in functionality of optical circuits in optical communication systems and the like. This type of microlens array is, for example,
When optically coupling an optical semiconductor array formed by arranging a plurality of optical semiconductor elements (a light emitting element such as a semiconductor laser or a light receiving element such as a photodiode) and an optical fiber array formed by arranging a plurality of optical fibers There is a need for a microlens array that is used and has small variations between lenses and is easy to manufacture.
【０００４】[0004]
【従来の技術】従来、図４に示すように、例えばイオン
拡散法を用いて、多成分ガラスからなる基板２上の複数
箇所を高屈折率化して、複数のレンズ（凸レンズ）４を
形成するようにしたマイクロレンズアレイの製造方法が
知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 4, a plurality of lenses (convex lenses) 4 are formed by increasing the refractive index at a plurality of locations on a substrate 2 made of multi-component glass by using, for example, an ion diffusion method. A method of manufacturing such a microlens array is known.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロレンズアレイの従来の製造方法による場合、レンズの
品質（例えば焦点距離）のばらつきが大きくなるという
問題があった。また、イオン拡散装置等の大規模な製造
装置が必要とされ、製造が容易でないという問題もあっ
た。However, according to the conventional manufacturing method of the microlens array, there is a problem that the quality of the lens (for example, focal length) varies greatly. Further, there is a problem that a large-scale manufacturing device such as an ion diffusion device is required, and the manufacturing is not easy.
【０００６】本発明はこのような事情に鑑みて創作され
たもので、レンズの品質ばらつきが小さく製造が容易な
マイクロレンズアレイの製造方法の提供を目的としてい
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a microlens array in which the quality variation of lenses is small and the manufacturing is easy.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明のマイクロレンズ
アレイの製造方法は、透明基板上に該透明基板の融点よ
りも低い融点を有するレンズ母層を形成する第１のステ
ップと、該レンズ母層のレンズとなるべき部分を除き該
レンズ母層をエッチングにより除去してレンズ要素を形
成する第２のステップと、該レンズ要素を上記レンズ母
層の融点よりも高く且つ上記透明基板の融点よりも低い
温度に加熱して、上記レンズ要素を溶融させる第３のス
テップと、上記透明基板及び溶融した上記レンズ要素を
冷却する第４のステップとを含む。A method of manufacturing a microlens array according to the present invention comprises a first step of forming a lens mother layer having a melting point lower than that of the transparent substrate on a transparent substrate, and the lens mother. A second step of forming a lens element by etching away the lens base layer except a portion of the layer to be a lens, the lens element being higher than a melting point of the lens base layer and higher than a melting point of the transparent substrate. A low temperature to melt the lens element, and a fourth step to cool the transparent substrate and the melted lens element.
【０００８】[0008]
【作用】第１のステップでは、透明基板上にこれよりも
低融点なレンズ母層が形成される。このレンズ母層は、
第２のステップで、レンズとなるべき部分を除いてエッ
チングにより除去されて、一般的には複数のレンズ要素
が透明基板上に形成される。これらレンズ要素は互いに
接触しておらず、透明基板上に点在しているものであ
る。レンズ要素は単一であってもよい。In the first step, the lens mother layer having a lower melting point than that of the transparent substrate is formed on the transparent substrate. This lens base layer is
In a second step, a plurality of lens elements are formed on the transparent substrate, typically by etching away the areas that will be the lenses. These lens elements are not in contact with each other and are scattered on the transparent substrate. The lens element may be single.
【０００９】第３のステップでレンズ要素を加熱して溶
融させると、その表面張力によって、溶融したレンズ要
素の表面は滑らかな凸面となる。これを第４のステップ
で冷却すると、その形状が確定して基板上に凸レンズが
得られる。When the lens element is heated and melted in the third step, the surface tension thereof causes the surface of the melted lens element to become a smooth convex surface. When this is cooled in the fourth step, its shape is fixed and a convex lens is obtained on the substrate.
【００１０】尚、本発明方法において、透明基板よりも
低融点なレンズ母層を形成しているのは、第３のステッ
プでレンズ要素のみを溶融させて、透明基板が変形する
ことを防止するためである。In the method of the present invention, the lens base layer having a melting point lower than that of the transparent substrate is formed. In the third step, only the lens element is melted to prevent the transparent substrate from being deformed. This is because.
【００１１】[0011]
【実施例】以下本発明の実施例を説明する。図１は本発
明を実施するにあたりレンズ母層の形成に使用すること
ができるガラススート堆積装置の構成図である。６は原
料ガス並びに燃焼用の酸素及び水素が供給されるバーナ
であり、このバーナ６は、Ｘ軸駆動装置８によって図中
の左右方向に等速度（例えば１００mm／秒）で往復走査
される。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of a glass soot deposition apparatus that can be used for forming a lens mother layer in carrying out the present invention. Reference numeral 6 denotes a burner to which a raw material gas and oxygen and hydrogen for combustion are supplied, and the burner 6 is reciprocally scanned by an X-axis drive device 8 in the left-right direction at a constant speed (for example, 100 mm / sec).
【００１２】１０はその上に透明基板１２が載置される
ステージであり、このステージ１０は、Ｙ軸駆動装置１
４によって紙面の表面側から裏面側に向かう方向或いは
これとは逆の方向に等速度（例えば１mm／秒）で往復動
作する。透明基板１２はその上にレンズ母層を形成する
ためのものであり、この実施例では、石英ガラス平板か
らなる基板が使用される。Reference numeral 10 denotes a stage on which the transparent substrate 12 is placed. The stage 10 is a Y-axis drive unit 1.
4 reciprocates at a constant speed (for example, 1 mm / sec) in the direction from the front surface side to the back surface side of the paper or the opposite direction. The transparent substrate 12 is for forming a lens mother layer thereon, and in this embodiment, a substrate made of a quartz glass flat plate is used.
【００１３】１６は燃焼制御装置であり、酸素及び水素
を所定の混合比で混合して所定の流量でバーナ６に供給
する。１８は使用される原料ガスの種類に応じて複数設
けられた原料ガス供給装置であり、これら原料ガス供給
装置１８は、ガスフローメータ２０からそれぞれ送り込
まれる酸素等のキャリアガスの流量に応じて原料ガスを
送り出す。Reference numeral 16 is a combustion control device, which mixes oxygen and hydrogen at a predetermined mixing ratio and supplies them to the burner 6 at a predetermined flow rate. Reference numeral 18 denotes a plurality of raw material gas supply devices provided according to the type of raw material gas used, and these raw material gas supply devices 18 are used in accordance with the flow rate of carrier gas such as oxygen fed from the gas flow meter 20. Send out gas.
【００１４】図示された例では、原料ガス供給装置１８
には原料ガスが液相で充填されているが、気相の原料ガ
スを用いて、その流量を直接ガスフローメータで調整す
るようにしてもよい。２２は混合された原料ガスの総流
量を制御するためのガスフローメータである。In the illustrated example, the source gas supply device 18
Although the raw material gas is filled in the liquid phase, the raw material gas in the gas phase may be used and the flow rate may be directly adjusted by the gas flow meter. Reference numeral 22 is a gas flow meter for controlling the total flow rate of the mixed raw material gas.
【００１５】この実施例では、各原料ガス供給装置１８
には、それぞれ、レンズ母層の主成分となるＳｉＯ2 を
得るためのＳｉＣｌ4 と、Ｐ2 Ｏ5 を得るためのＰＯＣ
ｌ3 と、Ｂ2 Ｏ3 を得るためのＢＢｒ3 とが充填されて
いる。ドーパントとしてのＰ 2 Ｏ5 及びＢ2 Ｏ3 はレン
ズ母層の融点及び屈折率を調整するためのものである。In this embodiment, each source gas supply device 18
And SiO 2 which is the main component of the lens mother layer, respectively.2To
SiCl for obtainingFourAnd P2OFivePOC to get
l3And B2O3To get BBr3And filled
There is. P as a dopant 2OFiveAnd B2O3Is len
It is for adjusting the melting point and the refractive index of the mother layer.
【００１６】バーナ６から吹き出された原料ガスは、燃
焼に伴う火炎加水分解によりＳｉＯ 2 等の酸化物とな
り、この酸化物は白色粉末状の酸化物ガラススート２４
として透明基板１２上に堆積される。The raw material gas blown out from the burner 6 is burned.
SiO due to flame hydrolysis due to baking 2Such as oxides
This oxide is a white powdered oxide glass soot 24
Are deposited on the transparent substrate 12.
【００１７】バーナ６の走査及びステージ１０の移動に
よって、透明基板１２上には均一の厚みで酸化物ガラス
スート２４が堆積される。透明基板１２上に堆積した酸
化物ガラススート２４は、例えば電気炉内において加熱
することによってガラス化することができる。By scanning the burner 6 and moving the stage 10, the oxide glass soot 24 is deposited on the transparent substrate 12 with a uniform thickness. The oxide glass soot 24 deposited on the transparent substrate 12 can be vitrified by heating in an electric furnace, for example.
【００１８】図２は本実施例におけるマイクロレンズア
レイの製造プロセスの説明図である。まず、図１の装置
を用いて透明基板１２上に酸化物ガラススート２４を堆
積させ、この酸化物ガラススートを加熱してガラス化す
ることによって、図２（Ａ）に示すように、均一厚みの
レンズ母層２６を得る。酸化物ガラススートの組成は、
その融点が透明基板１２の融点よりも十分低くなるよう
に原料ガスの組成等によって調整されている。透明基板
１２の厚みは例えば約０．８mm、レンズ母層２６の厚み
は約５０μｍである。FIG. 2 is an explanatory view of the manufacturing process of the microlens array in this embodiment. First, the oxide glass soot 24 is deposited on the transparent substrate 12 by using the apparatus of FIG. 1, and the oxide glass soot is heated to vitrify to obtain a uniform thickness as shown in FIG. The lens base layer 26 of is obtained. The composition of oxide glass soot is
The melting point of the transparent substrate 12 is adjusted to be sufficiently lower than that of the transparent substrate 12 by adjusting the composition of the source gas. The transparent substrate 12 has a thickness of about 0.8 mm, and the lens base layer 26 has a thickness of about 50 μm.
【００１９】次いで、図２（Ｂ）に示すように、レンズ
母層２６のレンズ要素として残すべき部分の上にフォト
レジスト２８を形成する。フォトレジスト２８は、例え
ば図３に示すようなマスクパターンを用いて通常の方法
により形成することができる。Next, as shown in FIG. 2B, a photoresist 28 is formed on the portion of the lens mother layer 26 that should be left as a lens element. The photoresist 28 can be formed by a usual method using a mask pattern as shown in FIG. 3, for example.
【００２０】図３（Ａ）に示したマスクパターンは、マ
スクフィルム３０に複数の正方形のパターン３０Ａを等
間隔で一列に配列したものである。パターン３０Ａの一
辺の長さ及びピッチはそれぞれ例えば４００μｍ，５０
０μｍであり、パターン３０Ａの個数は例えば５０であ
る。The mask pattern shown in FIG. 3A is a mask film 30 in which a plurality of square patterns 30A are arranged in a line at equal intervals. The length and pitch of one side of the pattern 30A are, for example, 400 μm and 50, respectively.
It is 0 μm, and the number of patterns 30A is 50, for example.
【００２１】図３（Ｂ）に示したマスクパターンは、マ
スクフィルム３０に複数の円形のパターン３０Ｂを等間
隔で一列に形成したものである。また、図３（Ｃ）に示
したマスクパターンは、マスクフィルム３０に複数の正
方形のパターン３０Ｃを等間隔で二次元的に形成したも
のである。The mask pattern shown in FIG. 3B is one in which a plurality of circular patterns 30B are formed on the mask film 30 at equal intervals. Further, the mask pattern shown in FIG. 3C is a mask film 30 in which a plurality of square patterns 30C are two-dimensionally formed at equal intervals.
【００２２】レンズ母層２６上にフォトレジスト２８を
形成したならば、フッ酸及び硫酸の混合液をエッチング
剤としてレンズ母層２６についてエッチングを行い、図
２（Ｃ）に示すように、レンズ母層の不要部分を除去し
てレンズ要素３０を形成する。ここで、各レンズ要素３
０の側面が湾曲しているのは、オーバーエッチングによ
る。After the photoresist 28 is formed on the lens mother layer 26, the lens mother layer 26 is etched by using a mixed solution of hydrofluoric acid and sulfuric acid as an etching agent, and as shown in FIG. Lens elements 30 are formed by removing unwanted portions of the layers. Here, each lens element 3
The side surface of 0 is curved due to overetching.
【００２３】その後、フォトレジスト２８を除去して、
透明基板１２を加熱炉内で約１３００℃に加熱する。こ
の温度では透明基板１２は殆ど変形しないが、各レンズ
要素３０は溶融し、図２（Ｄ）に３０′で示すように、
表面張力によって滑らかな凸面を有するようになる。Then, the photoresist 28 is removed,
The transparent substrate 12 is heated to about 1300 ° C. in a heating furnace. At this temperature, the transparent substrate 12 hardly deforms, but each lens element 30 melts, and as shown by 30 'in FIG.
Due to the surface tension, it has a smooth convex surface.
【００２４】そして、透明基板１２及び溶融したレンズ
要素３０′を徐冷することによって、レンズ要素３０′
の形状は確定する。以下、この形状が確定したレンズ要
素をレンズ３０′と称する。Then, by gradually cooling the transparent substrate 12 and the melted lens element 30 ', the lens element 30' is formed.
The shape of is fixed. Hereinafter, the lens element whose shape is fixed will be referred to as a lens 30 '.
【００２５】最後に、レンズ３０′が形成された透明基
板１２を樹脂中に埋め込み、透明基板１２のレンズ３
０′が形成されている側の面とは反対側の面を研磨した
後、樹脂を取り去り、図２（Ｅ）に示すように、例えば
約０．２mmにまで薄くなった透明基板１２′を得る。
尚、研磨によらず、エッチングによって透明基板を薄く
してもよい。Finally, the transparent substrate 12 on which the lens 30 'is formed is embedded in a resin, and the lens 3 of the transparent substrate 12 is formed.
After polishing the surface opposite to the surface on which 0'is formed, the resin is removed, and a transparent substrate 12 'thinned to, for example, about 0.2 mm is formed as shown in FIG. 2 (E). obtain.
The transparent substrate may be thinned by etching instead of polishing.
【００２６】このように透明基板を薄くしているのは、
レンズ３０′を用いて光ファイバと光半導体素子とを光
結合するに際して、光ファイバと光半導体素子の位置関
係の制限を少なくするためである。The thinness of the transparent substrate is as follows.
This is to reduce the restriction on the positional relationship between the optical fiber and the optical semiconductor element when optically coupling the optical fiber and the optical semiconductor element using the lens 30 '.
【００２７】本実施例によると、図１に示した装置を用
いて組成が極めて均一なレンズ母層２６を形成している
ので、各レンズ要素３０の組成についてもばらつきが極
めて小さくなり、従って、各レンズ要素を溶融したとき
に均一な表面張力を生じさせて、レンズ３０′の形状の
ばらつきを小さくすることができる。According to this embodiment, since the lens base layer 26 having a very uniform composition is formed by using the apparatus shown in FIG. 1, the composition of each lens element 30 also has a very small variation, therefore A uniform surface tension can be generated when each lens element is melted to reduce the variation in the shape of the lens 30 '.
【００２８】また、フォトレジスト２８の寸法精度は良
好であるから、一定形状のレンズを得ることができると
ともに、イオン拡散法による従来方法による場合と比較
してレンズピッチを小さく且つ正確に設定することがで
きる。Since the dimensional accuracy of the photoresist 28 is good, it is possible to obtain a lens having a constant shape, and to set the lens pitch small and accurately as compared with the conventional method by the ion diffusion method. You can
【００２９】さらに、図３で説明したように、選択する
マスクパターンに応じてレンズの所望の配列パターンを
容易に得ることができる。本実施例によりマイクロレン
ズアレイを製造したところ、そのレンズを用いて半導体
レーザから開口角２０°で放射された光を良好にコリメ
ートすることができた。このときのレンズと半導体レー
ザの出射端面の間隔は約０．１mmであった。Further, as described with reference to FIG. 3, it is possible to easily obtain a desired array pattern of the lenses according to the mask pattern to be selected. When a microlens array was manufactured according to this example, it was possible to satisfactorily collimate the light emitted from the semiconductor laser at an aperture angle of 20 ° by using the lens. At this time, the distance between the lens and the emitting end face of the semiconductor laser was about 0.1 mm.
【００３０】尚、本実施例においては、透明基板上に形
成した酸化物ガラススートを一旦加熱してガラス化した
後にレンズ要素を得るようにしているが、これはフォト
レジストとレンズ母層の密着性を良好にするためであ
る。従って、適当なフォトレジストを用いて、酸化物ガ
ラススートをレンズ母層として直接レンズ要素を形成す
るようにしてもよい。In this embodiment, the oxide glass soot formed on the transparent substrate is once heated and vitrified so that the lens element is obtained. This is the contact between the photoresist and the lens base layer. This is to improve the property. Therefore, a suitable photoresist may be used to form the lens element directly with the oxide glass soot as the lens base layer.
【００３１】本発明を実施する場合、レンズ母層の形成
にゾルゲル法を採用することもできる。即ち、透明基板
上に変性アルキルシリケート溶液を塗布し、これを加熱
することによって均一厚みのレンズ母層を得ることがで
きる。変性アルキルシリケート溶液としては、有限会社
テー・エス・ビー開発センター製の無機コーティング材
料ＥＴＳＢ−６０００，ＥＴＳＢ−７０００或いはグラ
スモドキ（登録商標）、Ｘ−５００ＰＡをメタノール等
のアルコール系溶媒に溶解させたものを使用することが
できる。When the present invention is carried out, the sol-gel method can be adopted for forming the lens mother layer. That is, by coating the transparent substrate with the modified alkyl silicate solution and heating it, a lens base layer having a uniform thickness can be obtained. As the modified alkyl silicate solution, inorganic coating materials ETSB-6000, ETSB-7000 manufactured by TSB Development Center Co., Ltd., Grass Modoki (registered trademark), or X-500PA were dissolved in an alcohol solvent such as methanol. Things can be used.
【００３２】このように本発明を実施する場合には、イ
オン拡散装置等の大規模な製造装置が不要であり、簡単
なプロセスでマイクロレンズアレイを製造することがで
きる。When the present invention is carried out as described above, a large-scale manufacturing device such as an ion diffusion device is not required, and a microlens array can be manufactured by a simple process.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
レンズの品質ばらつきが小さく製造が容易なマイクロレ
ンズアレイの製造方法の提供が可能になるという効果を
奏する。As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a method of manufacturing a microlens array in which variations in lens quality are small and manufacturing is easy.
【図１】本発明を実施するに際してレンズ母層の形成に
使用することができるガラススート堆積装置の構成図で
ある。FIG. 1 is a configuration diagram of a glass soot deposition apparatus that can be used for forming a lens base layer when carrying out the present invention.
【図２】本発明の実施例を示すマイクロレンズアレイの
製造プロセスの説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a microlens array showing an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例において使用することができる
マスクパターンの例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a mask pattern that can be used in the embodiment of the present invention.
【図４】従来技術の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a conventional technique.
１２ 透明基板 ２６ レンズ母層 ３０ レンズ要素 ３０′ 溶融したレンズ要素又はレンズ 12 transparent substrate 26 lens base layer 30 lens element 30 'fused lens element or lens
Claims (3)
も低い融点を有するレンズ母層(26)を形成する第１のス
テップと、 該レンズ母層のレンズとなるべき部分を除き該レンズ母
層をエッチングにより除去してレンズ要素(30)を形成す
る第２のステップと、 該レンズ要素を上記レンズ母層の融点よりも高く且つ上
記透明基板の融点よりも低い温度に加熱して、上記レン
ズ要素(30)を溶融させる第３のステップと、 上記透明基板(12)及び溶融した上記レンズ要素 (30′)
を冷却する第４のステップとを含むことを特徴とするマ
イクロレンズアレイの製造方法。1. A first step of forming a lens mother layer (26) having a melting point lower than that of the transparent substrate (12) on a transparent substrate (12), except for a portion of the lens mother layer to be a lens. A second step of removing the lens base layer by etching to form a lens element (30); heating the lens element to a temperature above the melting point of the lens base layer and below the melting point of the transparent substrate. And a third step of melting the lens element (30), the transparent substrate (12) and the melted lens element (30 ').
And a fourth step of cooling the microlens array.
料ガスが供給されるバーナ(6) の炎を上記透明基板(12)
に対して走査して火炎加水分解により酸化物ガラススー
トを上記基板(12)上に堆積させるステップを含むことを
特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製
造方法。2. In the first step, the flame of the burner (6) to which the raw material gas and the fuel gas are supplied is changed to the transparent substrate (12).
The method for manufacturing a microlens array according to claim 1, further comprising the step of scanning and depositing oxide glass soot on the substrate (12) by flame hydrolysis.
により上記レンズ要素が形成されていない側から薄くす
る第５のステップが付加的に備えられていることを特徴
とする請求項１又は２に記載のマイクロレンズアレイの
製造方法。3. The method according to claim 1, further comprising a fifth step of thinning the transparent substrate (12) from the side where the lens element is not formed by etching or polishing. 7. A method for manufacturing the microlens array described in.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33716691A JPH05164904A (en) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | Production of microlens array |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33716691A JPH05164904A (en) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | Production of microlens array |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05164904A true JPH05164904A (en) | 1993-06-29 |
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ID=18306071
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP33716691A Withdrawn JPH05164904A (en) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | Production of microlens array |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05164904A (en) |
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