JPH07104106A - 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Info
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- JPH07104106A JPH07104106A JP24827793A JP24827793A JPH07104106A JP H07104106 A JPH07104106 A JP H07104106A JP 24827793 A JP24827793 A JP 24827793A JP 24827793 A JP24827793 A JP 24827793A JP H07104106 A JPH07104106 A JP H07104106A
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- Japan
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- mask
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Abstract
(57)【要約】
【目的】金型成形法により、収差が小さく開口数の大き
な非球面マイクロレンズアレイを得る。 【構成】基板上に感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラ
フィー法によりレンズの個数・間隔にしたがって樹脂を
円板形状のアレイにパターニングし、該円板形状の樹脂
を熱処理により球面形状に丸め、該球面形状の樹脂をマ
スクとしてドライエッチングを行ない、マスクの形状に
近い形状を基板上に転写して得られる母型からつくられ
る金型を用いる。
な非球面マイクロレンズアレイを得る。 【構成】基板上に感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラ
フィー法によりレンズの個数・間隔にしたがって樹脂を
円板形状のアレイにパターニングし、該円板形状の樹脂
を熱処理により球面形状に丸め、該球面形状の樹脂をマ
スクとしてドライエッチングを行ない、マスクの形状に
近い形状を基板上に転写して得られる母型からつくられ
る金型を用いる。
Description
【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。
レイの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガラス、プラスチック等の透明基板に、
多数のレンズを配列形成したマイクロレンズアレイは、
光アレイデバイス同志の結合や液晶プロジェクターの輝
度向上といった用途に実用化されてきている。
多数のレンズを配列形成したマイクロレンズアレイは、
光アレイデバイス同志の結合や液晶プロジェクターの輝
度向上といった用途に実用化されてきている。
【０００３】これらのマイクロレンズアレイは、レンズ
１個の径が１ｍｍ以下と微小で、それらが多数個精度良
く配列されることが要求されるため、その金型を機械的
に加工することは困難である。このため、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ＴＩ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、レンズの
開口径を充分大きくとれないとか、焦点距離や開口数
（ＮＡ）を簡易に選べないとか、製造時間が短縮できず
生産性に劣る、というような欠点があった。
１個の径が１ｍｍ以下と微小で、それらが多数個精度良
く配列されることが要求されるため、その金型を機械的
に加工することは困難である。このため、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ＴＩ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、レンズの
開口径を充分大きくとれないとか、焦点距離や開口数
（ＮＡ）を簡易に選べないとか、製造時間が短縮できず
生産性に劣る、というような欠点があった。
【０００４】一方、金型成形法としては、金型のもとに
なる母型の表面に微細な円形開口部を有するマスク層を
設け、その開口部を通して母型表面を化学的にエッチン
グすることにより凹状のレンズ形状を形成する方法が提
案されている（特願平３−３３９９８１号）。この方法
では、マスク層の開口径を作製するレンズの開口径より
も充分小さく選べば、ほぼ理想的な球面形状を形成する
ことができる。ところが、球面レンズは光を集光する
際、開口数（ＮＡ）を大きくするほど、収差が大きくな
るという欠点を有する。したがって、この方法は、光フ
ァイバーや半導体レーザからの出射光のような拡がりの
大きな光を効率良く集光するには不向きであった。
なる母型の表面に微細な円形開口部を有するマスク層を
設け、その開口部を通して母型表面を化学的にエッチン
グすることにより凹状のレンズ形状を形成する方法が提
案されている（特願平３−３３９９８１号）。この方法
では、マスク層の開口径を作製するレンズの開口径より
も充分小さく選べば、ほぼ理想的な球面形状を形成する
ことができる。ところが、球面レンズは光を集光する
際、開口数（ＮＡ）を大きくするほど、収差が大きくな
るという欠点を有する。したがって、この方法は、光フ
ァイバーや半導体レーザからの出射光のような拡がりの
大きな光を効率良く集光するには不向きであった。
【０００５】
【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。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。
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。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、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、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）基板上
に感光性樹脂を塗布する工程、（２）フォトリソグラフ
ィー法により、作製するレンズの個数と間隔にしたがっ
て、前記感光性樹脂を円板形状のアレイにパターニング
する工程、（３）前記円板形状の樹脂を熱処理により球
面形状に丸める工程および（４）前記球面形状の樹脂を
マスクとして、基板のエッチング速度がマスクのエッチ
ング速度よりも大きくなるように設定された条件下でド
ライエッチングを行ない、マスクの形状に近い形状を基
板上に転写する工程から得られる母型からつくられるこ
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。
を解決すべくなされたものであり、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）基板上
に感光性樹脂を塗布する工程、（２）フォトリソグラフ
ィー法により、作製するレンズの個数と間隔にしたがっ
て、前記感光性樹脂を円板形状のアレイにパターニング
する工程、（３）前記円板形状の樹脂を熱処理により球
面形状に丸める工程および（４）前記球面形状の樹脂を
マスクとして、基板のエッチング速度がマスクのエッチ
ング速度よりも大きくなるように設定された条件下でド
ライエッチングを行ない、マスクの形状に近い形状を基
板上に転写する工程から得られる母型からつくられるこ
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】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。
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。
【０００８】本発明の基板材としてはガラス、セラミッ
クス、金属、結晶材料等が使用でき、ドライエッチング
の際の所望のエッチング速度にしたがい選定される。本
発明の金型は、作製された母型をもとに電鋳法により作
製される。金型の材質としては、Ｎｉ，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。
クス、金属、結晶材料等が使用でき、ドライエッチング
の際の所望のエッチング速度にしたがい選定される。本
発明の金型は、作製された母型をもとに電鋳法により作
製される。金型の材質としては、Ｎｉ，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。
【０００９】本発明の金型を使ったマイクロレンズアレ
イの成形法としては、材質がプラスチックの場合は射出
成形法が、ガラスの場合は熱プレス成形法やゾルゲル法
が使用されるが、金型の形状を精度良く転写する方法で
あればこれに限定されるものではない。
イの成形法としては、材質がプラスチックの場合は射出
成形法が、ガラスの場合は熱プレス成形法やゾルゲル法
が使用されるが、金型の形状を精度良く転写する方法で
あればこれに限定されるものではない。
【００１０】
【作用】本発明において、熱処理の条件を適切に選べ
ば、マスクの形状はほぼ理想的な球面形状を示す。続い
てドライエッチングを施すと、マスクのエッチング速度
と基板のエッチング速度が異なる場合には、基板上には
断面が楕円形状を示す曲面が転写される。このことを、
図１にしたがってさらに詳しく説明する。
ば、マスクの形状はほぼ理想的な球面形状を示す。続い
てドライエッチングを施すと、マスクのエッチング速度
と基板のエッチング速度が異なる場合には、基板上には
断面が楕円形状を示す曲面が転写される。このことを、
図１にしたがってさらに詳しく説明する。
【００１１】熱処理により形成されたマスクの断面形状
を半径ｒの円弧と仮定し、円弧の中心を原点Ｏとする座
標系を考える。マスクと基板の接点をＰとし、ＯＰとＸ
軸の成す角をθとする。マスクと基板のエッチング速度
の比を、マスク：基板＝ｎ：１とすると、エッチングに
より形成された基板の断面形状上の点（ｘ，ｙ）は、次
式のように表すことができる。この式は、点（ｘ，ｙ）
が楕円上にあることを示す。
を半径ｒの円弧と仮定し、円弧の中心を原点Ｏとする座
標系を考える。マスクと基板の接点をＰとし、ＯＰとＸ
軸の成す角をθとする。マスクと基板のエッチング速度
の比を、マスク：基板＝ｎ：１とすると、エッチングに
より形成された基板の断面形状上の点（ｘ，ｙ）は、次
式のように表すことができる。この式は、点（ｘ，ｙ）
が楕円上にあることを示す。
【００１２】
【数１】ｘ2 ／ｒ2 ＋（ｙ＋（１−ｎ ｓｉｎθ）ｒ／
ｎ）2 ｎ2 ／ｒ2 ＝１
ｎ）2 ｎ2 ／ｒ2 ＝１
【００１３】ここで、断面形状がｎ＜１の楕円のとき、
このようにして作った母型から作製した非球面レンズは
球面レンズと比べて、集光時に生ずる収差、特に球面収
差が小さくなるような効果を有する。
このようにして作った母型から作製した非球面レンズは
球面レンズと比べて、集光時に生ずる収差、特に球面収
差が小さくなるような効果を有する。
【００１４】半導体レーザからの出射光を効率良く集光
させるような用途においては、ｎの値が０．２〜０．４
の時に収差が特に小さくなる。マスクとして市販のポジ
型レジストを使えば、上記のようなｎの範囲を実現する
には、基板材としてシリコンが適切である。この時エッ
チングガスとしては、例えば、ＣＦ4 とＯ2 の混合ガス
を使い、その流量比をＣＦ4 ：Ｏ2 ＝１：３とするのが
適切である。
させるような用途においては、ｎの値が０．２〜０．４
の時に収差が特に小さくなる。マスクとして市販のポジ
型レジストを使えば、上記のようなｎの範囲を実現する
には、基板材としてシリコンが適切である。この時エッ
チングガスとしては、例えば、ＣＦ4 とＯ2 の混合ガス
を使い、その流量比をＣＦ4 ：Ｏ2 ＝１：３とするのが
適切である。
【００１５】
【実施例】以下に図１にしたがって本発明の実施例を示
す。洗浄された厚さ０．５ｍｍの単結晶シリコン基板表
面に、ポジ型フォトレジストをスピン法で厚さ１５μｍ
塗布した（Ａ）。また、直径２４０μｍの円形遮光部が
縦・横にそれぞれ２５０μｍの間隔で１８×１８個形成
されたフォトマスクを用意し、上記シリコン基板の上に
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こと
により、上記フォトマスク上の円形遮光部とほとんど同
じ径を有する円板形状のレジスト層を形成する（Ｂ）。
す。洗浄された厚さ０．５ｍｍの単結晶シリコン基板表
面に、ポジ型フォトレジストをスピン法で厚さ１５μｍ
塗布した（Ａ）。また、直径２４０μｍの円形遮光部が
縦・横にそれぞれ２５０μｍの間隔で１８×１８個形成
されたフォトマスクを用意し、上記シリコン基板の上に
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こと
により、上記フォトマスク上の円形遮光部とほとんど同
じ径を有する円板形状のレジスト層を形成する（Ｂ）。
【００１６】次に、上記シリコン基板を２６０℃で１５
分間ベーキングしたところ、円板状のレジスト層は曲率
半径が４００μｍの球面となった（Ｃ）。これをマスク
として、ＣＦ4 ガスとＯ2 ガスを含む雰囲気中でレジス
ト層が無くなるまでドライエッチングを行ったところ
（Ｄ）、シリコン基板表面に、中心部の曲率半径が１６
０μｍの非球面形状を有する母型が形成された（Ｅ）。
分間ベーキングしたところ、円板状のレジスト層は曲率
半径が４００μｍの球面となった（Ｃ）。これをマスク
として、ＣＦ4 ガスとＯ2 ガスを含む雰囲気中でレジス
ト層が無くなるまでドライエッチングを行ったところ
（Ｄ）、シリコン基板表面に、中心部の曲率半径が１６
０μｍの非球面形状を有する母型が形成された（Ｅ）。
【００１７】なおこのときのレジストとシリコンのエッ
チング速度の比は、レジスト：シリコン＝０．４：１で
あった。こうしてできたシリコン基板母型に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を母型から剥がし、１ｍｍ厚のＮｉ製
金型を作製する。
チング速度の比は、レジスト：シリコン＝０．４：１で
あった。こうしてできたシリコン基板母型に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を母型から剥がし、１ｍｍ厚のＮｉ製
金型を作製する。
【００１８】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％，Ｋ2 Ｏ：１．０％，Ｎａ2
Ｏ：０．５％，Ａｓ2 Ｏ3 ：０．３％）を窒素雰囲気下
５００℃でプレスして、厚さ０．６ｍｍ，大きさ１０×
１０ｍｍのガラス板を作製した。
ート状の鉛ガラス（重量％で組成がＳｉＯ2 ：２６．９
％，ＰｂＯ：７１．３％，Ｋ2 Ｏ：１．０％，Ｎａ2
Ｏ：０．５％，Ａｓ2 Ｏ3 ：０．３％）を窒素雰囲気下
５００℃でプレスして、厚さ０．６ｍｍ，大きさ１０×
１０ｍｍのガラス板を作製した。
【００１９】このガラス板の片面には凸状の微細なレン
ズが１８×１８個、ピッチ２５０μｍ、有効径：２４０
μｍ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：１０μｍと良好な特性を示す非球
面レンズアレイを得た。また、このレンズアレイを用い
て、波長１３１０ｎｍの半導体レーザとシングルモード
ファイバーとを光結合させたときの結合効率は４０％で
あった。これらの光学特性における、１８×１８個のレ
ンズ間でのバラツキもほとんど認められなかった。
ズが１８×１８個、ピッチ２５０μｍ、有効径：２４０
μｍ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：１０μｍと良好な特性を示す非球
面レンズアレイを得た。また、このレンズアレイを用い
て、波長１３１０ｎｍの半導体レーザとシングルモード
ファイバーとを光結合させたときの結合効率は４０％で
あった。これらの光学特性における、１８×１８個のレ
ンズ間でのバラツキもほとんど認められなかった。
【００２０】
【発明の効果】本発明の非球面マイクロレンズアレイ
は、集光時に開口数（ＮＡ）を大きくしても収差が小さ
いので、効率良く光を集光、伝送することができる。ま
た本発明による非球面マイクロ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マ
イクロレンズアレイが供給できる。
は、集光時に開口数（ＮＡ）を大きくしても収差が小さ
いので、効率良く光を集光、伝送することができる。ま
た本発明による非球面マイクロ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マ
イクロレンズアレイが供給できる。
【図１】熱処理により形成されるマスクの断面形状とド
ライエッチングにより形成される基板の断面形状の関係
の説明図
ライエッチングにより形成される基板の断面形状の関係
の説明図
【図２】本発明の母型の製造方法の実施例の工程図
１：フォトレジスト膜 ２：シリコン基板
Claims (1)
- 【請求項１】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、該金型が、 （１）基板上に感光性樹脂を塗布する工程、 （２）フォトリソグラフィー法により、作製するレンズ
の個数と間隔にしたがって、前記感光性樹脂を円板形状
のアレイにパターニングする工程、 （３）前記円板形状の樹脂を熱処理により球面形状に丸
める工程および （４）前記球面形状の樹脂をマスクとして、基板のエッ
チング速度がマスクのエッチング速度よりも大きくなる
ように設定された条件下でドライエッチングを行ない、
マスクの形状に近い形状を基板上に転写する工程から得
られる母型からつくられ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24827793A JPH07104106A (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 非球面マイクロレンズアレイの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24827793A JPH07104106A (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 非球面マイクロレンズアレイの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07104106A true JPH07104106A (ja) | 1995-04-21 |
Family
ID=17175725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24827793A Pending JPH07104106A (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 非球面マイクロレンズアレイの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07104106A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003098313A (ja) * | 2001-09-20 | 2003-04-03 | Optonix Seimitsu:Kk | 非球面レンズアレイ、金型の製造方法、および非球面レンズアレイの製造方法 |
| EP1329432A1 (en) * | 2002-01-18 | 2003-07-23 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Method for producing aspherical structure, and aspherical lens array molding tool and aspherical lens array produced by the same method |
| US6653705B2 (en) | 2000-10-13 | 2003-11-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Aspherical microstructure, and method of fabricating the same |
| WO2006038392A1 (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Nikon Corporation | マイクロレンズの製造方法、及びマイクロレンズ用型の製造方法 |
| JP2006140370A (ja) * | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Oki Electric Ind Co Ltd | マイクロレンズの製造方法 |
| US7919230B2 (en) * | 2008-06-25 | 2011-04-05 | Aptina Imaging Corporation | Thermal embossing of resist reflowed lenses to make aspheric lens master wafer |
-
1993
- 1993-10-04 JP JP24827793A patent/JPH07104106A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6653705B2 (en) | 2000-10-13 | 2003-11-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Aspherical microstructure, and method of fabricating the same |
| US6876051B2 (en) | 2000-10-13 | 2005-04-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Aspherical microstructure, and method of fabricating the same |
| JP2003098313A (ja) * | 2001-09-20 | 2003-04-03 | Optonix Seimitsu:Kk | 非球面レンズアレイ、金型の製造方法、および非球面レンズアレイの製造方法 |
| JP4744749B2 (ja) * | 2001-09-20 | 2011-08-10 | 株式会社オプトニクス精密 | 非球面レンズアレイ、金型の製造方法、および非球面レンズアレイの製造方法 |
| EP1329432A1 (en) * | 2002-01-18 | 2003-07-23 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Method for producing aspherical structure, and aspherical lens array molding tool and aspherical lens array produced by the same method |
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