JPH07251464A - 微小光学部品およびその製造方法 - Google Patents
微小光学部品およびその製造方法Info
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- JPH07251464A JPH07251464A JP4404094A JP4404094A JPH07251464A JP H07251464 A JPH07251464 A JP H07251464A JP 4404094 A JP4404094 A JP 4404094A JP 4404094 A JP4404094 A JP 4404094A JP H07251464 A JPH07251464 A JP H07251464A
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- shape
- prototype
- micro
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 微小で高精度の光学部品を高い生産性で製造
する。 【構成】 製造したい形状のもとになる微小な凹凸をエ
ッチング技法で基板に設ける。次に基板表面にイオン照
射して除去加工する。すると微小な凹凸を中心として球
面、円筒面、楕円面、あるいはこれらを組合せた錐面な
どが形成される。これを原型としてプラスチック材料に
転写すると、微小で高精度の光学部品が安価に効率よく
製造される。基板自体を光学部品とすることもできる。
する。 【構成】 製造したい形状のもとになる微小な凹凸をエ
ッチング技法で基板に設ける。次に基板表面にイオン照
射して除去加工する。すると微小な凹凸を中心として球
面、円筒面、楕円面、あるいはこれらを組合せた錐面な
どが形成される。これを原型としてプラスチック材料に
転写すると、微小で高精度の光学部品が安価に効率よく
製造される。基板自体を光学部品とすることもできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レンズあるいはプリズ
ムとして作用する二次元的な領域が例えば１ｍｍφ以内
であるような微小な光学部品およびその製造方法に関す
る。
ムとして作用する二次元的な領域が例えば１ｍｍφ以内
であるような微小な光学部品およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の微小光学部品として平板
マイクロレンズが知られている。平板マイクロレンズは
イオン交換法によりガラス基板表面に作製する（Journa
l of Applied Physics 20 L286-298 (1981) M. Oikaw
a)。まず、ガラス基板上に金属膜を被着し、この金属膜
にレンズ作製部分だけが開口するようにパターンを形成
する。つぎに、このガラス基板を高温中に保持し、ガラ
ス基板中のイオンを溶融塩中のイオンと交換する。この
結果、ガラス基板中にはガラス基板と屈折率が異なる領
域が形成され、レンズ作用を発現する屈折率分布ができ
る。このようにして平板マイクロレンズを作製している
が、レンズ素材がガラスであること、作製工程にイオン
交換法を用いていることなどのため、コストが高くつ
き、生産性が低いなどの問題があった。また、マイクロ
レンズ・アレーを作製した場合、マイクロレンズ・アレ
ー形成領域においてレンズ作用をしない領域が残り、こ
のマイクロレンズ・アレーの応用対象によっては光の利
用効率が低下するという問題もあった。
マイクロレンズが知られている。平板マイクロレンズは
イオン交換法によりガラス基板表面に作製する（Journa
l of Applied Physics 20 L286-298 (1981) M. Oikaw
a)。まず、ガラス基板上に金属膜を被着し、この金属膜
にレンズ作製部分だけが開口するようにパターンを形成
する。つぎに、このガラス基板を高温中に保持し、ガラ
ス基板中のイオンを溶融塩中のイオンと交換する。この
結果、ガラス基板中にはガラス基板と屈折率が異なる領
域が形成され、レンズ作用を発現する屈折率分布ができ
る。このようにして平板マイクロレンズを作製している
が、レンズ素材がガラスであること、作製工程にイオン
交換法を用いていることなどのため、コストが高くつ
き、生産性が低いなどの問題があった。また、マイクロ
レンズ・アレーを作製した場合、マイクロレンズ・アレ
ー形成領域においてレンズ作用をしない領域が残り、こ
のマイクロレンズ・アレーの応用対象によっては光の利
用効率が低下するという問題もあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、微小
光学部品作製の原型となる形状をガラスや金属基板など
の表面に作製し、この原型からプラスチックやガラスな
どに形状を転写することで、種々の形状や性能の微小光
学部品の作製を可能とするとともに、高生産性で低コス
トな微小光学部品ならびにその製造方法を提供すること
にある。
光学部品作製の原型となる形状をガラスや金属基板など
の表面に作製し、この原型からプラスチックやガラスな
どに形状を転写することで、種々の形状や性能の微小光
学部品の作製を可能とするとともに、高生産性で低コス
トな微小光学部品ならびにその製造方法を提供すること
にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成する一つ
の手段は微小光学部品自体に関するものであり、この微
小光学部品は、予め穴または溝を設けた基板表面にイオ
ン照射による除去加工を施し、その結果得られる前記基
板表面の形状を原型とし、この原型を転写して作製した
ことを特徴とする。またこの発明の他の一つの手段はそ
の製造方法に関するものであり、この製造方法では、基
板の表面に穴または溝を形成し、この基板表面をイオン
照射して除去加工することによって所望の表面形状を有
する原型を作製し、この原型を転写することによって微
小光学部品を作製する。またこの発明のさらに他の手段
は、表面に微小光学素子が形成された基板に関するもの
であり、その微小光学素子は前記基板の表面に穴または
溝を形成し、この表面をイオン照射することによって形
成される球面、円筒面、楕円面などを用いて凹レンズ作
用あるいはプリズム作用を発現するものである。
の手段は微小光学部品自体に関するものであり、この微
小光学部品は、予め穴または溝を設けた基板表面にイオ
ン照射による除去加工を施し、その結果得られる前記基
板表面の形状を原型とし、この原型を転写して作製した
ことを特徴とする。またこの発明の他の一つの手段はそ
の製造方法に関するものであり、この製造方法では、基
板の表面に穴または溝を形成し、この基板表面をイオン
照射して除去加工することによって所望の表面形状を有
する原型を作製し、この原型を転写することによって微
小光学部品を作製する。またこの発明のさらに他の手段
は、表面に微小光学素子が形成された基板に関するもの
であり、その微小光学素子は前記基板の表面に穴または
溝を形成し、この表面をイオン照射することによって形
成される球面、円筒面、楕円面などを用いて凹レンズ作
用あるいはプリズム作用を発現するものである。
【０００５】
【作用】表面に凹凸のあるガラス基板などをイオン照射
して除去加工すると、基板表面へのイオンの入射角度に
依存して加工速度が変化するために、基板表面には平
面、球面、楕円面、円筒面などで構成された形状が出現
する。本発明はイオン照射による除去加工で基板表面に
光学素子として機能する凹凸形状を形成できるという知
見を利用しており、本発明に係わる製造方法では上記現
象を利用して基板表面に原型となる形状を作成する。こ
の原型を転写すると、転写物に光学機能が得られる。こ
の方法によると安価に微小光学部品が製造でき、得られ
た微小光学部品の性能はすぐれている。また他の一つの
手法では、基板自体で微小光学部品を作成する。この場
合はイオン照射によって基板表面に光学素子として機能
する凹凸形状が形成され、そしてその凹凸形状自体が光
学素子として機能する。
して除去加工すると、基板表面へのイオンの入射角度に
依存して加工速度が変化するために、基板表面には平
面、球面、楕円面、円筒面などで構成された形状が出現
する。本発明はイオン照射による除去加工で基板表面に
光学素子として機能する凹凸形状を形成できるという知
見を利用しており、本発明に係わる製造方法では上記現
象を利用して基板表面に原型となる形状を作成する。こ
の原型を転写すると、転写物に光学機能が得られる。こ
の方法によると安価に微小光学部品が製造でき、得られ
た微小光学部品の性能はすぐれている。また他の一つの
手法では、基板自体で微小光学部品を作成する。この場
合はイオン照射によって基板表面に光学素子として機能
する凹凸形状が形成され、そしてその凹凸形状自体が光
学素子として機能する。
【０００６】
（実施例１）実施例１として、球面からなる凹部を複数
個形成した微小レンズ・アレー転写用原型を作製する方
法を説明する。この原型の作製工程を第１図（ａ）〜
（ｄ）に示す。第１図（ａ）において、１００は表面が
平面である基板、１１０はレジスト膜、１２０はレジス
ト膜に形成したホールパターンである。本実施例の場
合、基板１００には石英ガラス基板を用いている。基板
１００としてはガラス板、金属板、セラミック板等を用
いることができる。また、ホールパターン１２０をＸ、
Ｙ方向に同じ間隔で配置している。ホールパターン１２
０の寸法をｗ×ｗとすると、ｗの値は微小レンズの口径
の１／５程度以下とする。ホールパターン１２０を方形
にするのが最も容易であるが、円形等にしてもよい。ホ
ールパターン１２０の形成は、ＬＳＩ製造などにおいて
周知の技術であるホトリソグラフィー、電子線リソグラ
フィーなどを用いて行う。つぎに、ＨＦを主成分とする
エッチング液を用いた化学エッチング、あるいはＣＦ4
等を主成分とするガスを用いたプラズマエッチングによ
り、基板１００のホールパターン１２０形成部に深さｄ
の穴１３０を形成する。その後、レジスト膜１１０を除
去する。そのときの基板１００の状態を第１図（ｂ）に
示す。化学エッチングやプラズマエッチングでは基板の
エッチングがほぼ等方的に進行するため、穴１３０の形
状は球面に近いものになっている。つぎに、基板１００
にイオン照射して、基板１００を除去加工をする。除去
加工が進行するにつれて、穴１３０の部分に球面の形状
が形成されていく。なお穴１３０が球面に近いものであ
る必要はなく、角張った穴であってもイオン照射によっ
て球面が成長してゆく。その様子を第１図（ｃ）に示
す。１４０は球面状の凹部である。さらにイオン照射を
続けると、第１図（ｄ）に示すように、隣り合った穴１
３０からの球面がぶつかり、基板１００の表面には、球
面だけで構成されるような形状が形成される。第１図
（ｃ）または（ｄ）に示したように、球面からなる凹部
を有する石英ガラス基板を、微小レンズ・アレー転写用
原型として利用する。
個形成した微小レンズ・アレー転写用原型を作製する方
法を説明する。この原型の作製工程を第１図（ａ）〜
（ｄ）に示す。第１図（ａ）において、１００は表面が
平面である基板、１１０はレジスト膜、１２０はレジス
ト膜に形成したホールパターンである。本実施例の場
合、基板１００には石英ガラス基板を用いている。基板
１００としてはガラス板、金属板、セラミック板等を用
いることができる。また、ホールパターン１２０をＸ、
Ｙ方向に同じ間隔で配置している。ホールパターン１２
０の寸法をｗ×ｗとすると、ｗの値は微小レンズの口径
の１／５程度以下とする。ホールパターン１２０を方形
にするのが最も容易であるが、円形等にしてもよい。ホ
ールパターン１２０の形成は、ＬＳＩ製造などにおいて
周知の技術であるホトリソグラフィー、電子線リソグラ
フィーなどを用いて行う。つぎに、ＨＦを主成分とする
エッチング液を用いた化学エッチング、あるいはＣＦ4
等を主成分とするガスを用いたプラズマエッチングによ
り、基板１００のホールパターン１２０形成部に深さｄ
の穴１３０を形成する。その後、レジスト膜１１０を除
去する。そのときの基板１００の状態を第１図（ｂ）に
示す。化学エッチングやプラズマエッチングでは基板の
エッチングがほぼ等方的に進行するため、穴１３０の形
状は球面に近いものになっている。つぎに、基板１００
にイオン照射して、基板１００を除去加工をする。除去
加工が進行するにつれて、穴１３０の部分に球面の形状
が形成されていく。なお穴１３０が球面に近いものであ
る必要はなく、角張った穴であってもイオン照射によっ
て球面が成長してゆく。その様子を第１図（ｃ）に示
す。１４０は球面状の凹部である。さらにイオン照射を
続けると、第１図（ｄ）に示すように、隣り合った穴１
３０からの球面がぶつかり、基板１００の表面には、球
面だけで構成されるような形状が形成される。第１図
（ｃ）または（ｄ）に示したように、球面からなる凹部
を有する石英ガラス基板を、微小レンズ・アレー転写用
原型として利用する。
【０００７】ここで、基板１００に形成される球面の曲
率半径をＲ、初期の曲率半径をＲo、イオン照射による
深さ方向の除去量をｔとすると、 Ｒ＝Ｒo ＋ｋｔ （１） の関係が成立する。ｋは物質により決まる定数であり、
石英ガラスではｋ＝７である。基板１００への穴１３０
の形成に化学エッチングあるいはプラズマエッチングを
用いているので、Ｒo ＝ｄの関係がほぼ成立する。した
がって、除去量ｔによって、形成する凹面の曲率半径Ｒ
を制御することができる。
率半径をＲ、初期の曲率半径をＲo、イオン照射による
深さ方向の除去量をｔとすると、 Ｒ＝Ｒo ＋ｋｔ （１） の関係が成立する。ｋは物質により決まる定数であり、
石英ガラスではｋ＝７である。基板１００への穴１３０
の形成に化学エッチングあるいはプラズマエッチングを
用いているので、Ｒo ＝ｄの関係がほぼ成立する。した
がって、除去量ｔによって、形成する凹面の曲率半径Ｒ
を制御することができる。
【０００８】つぎに、具体例として、原型よりプラスチ
ックに形状を転写し、片面が平面、他の面が凸面あるい
は凹面の微小レンズ・アレーを作製する場合について、
そのための原型作製法を説明する。プラスチックの屈折
率を１．５とする。各微小レンズの口径が約１００μ
ｍ、焦点距離が約１ｍｍである微小レンズ・アレー用原
型の場合、まず、ｗ×ｗが約３μｍ×３μｍでｄが約３
μｍの穴を石英ガラス基板に形成する。つぎに、Ａｒガ
ス圧；１Ｐａ、パワー；８００ＷでＲＦスパッタ装置に
よりガラス基板にイオン照射して除去加工する。その結
果、約３５時間の加工時間により、各穴は曲率半径が約
５００μｍの球面となり、これを原型として用いる。
ックに形状を転写し、片面が平面、他の面が凸面あるい
は凹面の微小レンズ・アレーを作製する場合について、
そのための原型作製法を説明する。プラスチックの屈折
率を１．５とする。各微小レンズの口径が約１００μ
ｍ、焦点距離が約１ｍｍである微小レンズ・アレー用原
型の場合、まず、ｗ×ｗが約３μｍ×３μｍでｄが約３
μｍの穴を石英ガラス基板に形成する。つぎに、Ａｒガ
ス圧；１Ｐａ、パワー；８００ＷでＲＦスパッタ装置に
よりガラス基板にイオン照射して除去加工する。その結
果、約３５時間の加工時間により、各穴は曲率半径が約
５００μｍの球面となり、これを原型として用いる。
【０００９】各微小レンズの口径が約１０μｍ、焦点距
離が約２５μｍである微小レンズ・アレー用原型の場
合、まず、ｗ×ｗが約１μｍ×１μｍでｄが約１μｍの
穴を石英ガラス基板に形成する。つぎに、Ａｒガス圧；
１Ｐａ、パワー；８００ＷでＲＦスパッタ装置により除
去加工する。その結果、約５０分の加工時間により、各
穴は曲率半径が約１２．５μｍの球面となる。なお、複
数の微小レンズの配置は、最初に石英ガラス基板に形成
する穴の位置によって決まり、種々の配置の仕方が可能
である。
離が約２５μｍである微小レンズ・アレー用原型の場
合、まず、ｗ×ｗが約１μｍ×１μｍでｄが約１μｍの
穴を石英ガラス基板に形成する。つぎに、Ａｒガス圧；
１Ｐａ、パワー；８００ＷでＲＦスパッタ装置により除
去加工する。その結果、約５０分の加工時間により、各
穴は曲率半径が約１２．５μｍの球面となる。なお、複
数の微小レンズの配置は、最初に石英ガラス基板に形成
する穴の位置によって決まり、種々の配置の仕方が可能
である。
【００１０】（実施例２）実施例２として、円筒面と球
面からなる凹部を複数個形成した微小レンズ・アレー転
写用原型を作製する方法を説明する。この原型の作製工
程を第２図（ａ）〜（ｄ）に示す。第２図（ａ）におい
て、２００は表面が平面である基板、２１０はレジスト
膜、２２０はレジスト膜に形成した長方形パターンであ
る。本実施例の場合、基板２００には石英ガラス基板を
用いている。また、長方形パターン２２０をＸ、Ｙ方向
にそれぞれ等間隔で配置している。長方形パターン２２
０の寸法をｗ×ｈとすると、ｗの値は円筒レンズの幅の
口径の１／５程度以下とする。長方形パターン２２０の
形成は、ＬＳＩ製造などにおいて周知の技術であるホト
リソグラフィー、電子線リソグラフィーなどを用いて行
う。つぎに、ＨＦを主成分とするエッチング液を用いた
化学エッチング、あるいはＣＦ4 等を主成分とするガス
を用いたプラズマエッチングにより、基板２００の長方
形パターン２２０形成部に深さｄの溝２３０を形成す
る。その後、レジスト膜２１０を除去する。そのときの
基板２００の状態を第２図（ｂ）に示す。つぎに、基板
２００にイオン照射して、基板２００を除去加工をす
る。除去加工が進行するにつれて、溝２３０の両端を除
く部分に円筒面が、両端の部分に球面の形状が形成され
ていく。その様子を第２図（ｃ）に示す。２４０は円筒
面と球面からなる凹部である。さらにイオン照射を続け
ると、第２図（ｄ）に示すように、隣り合った溝２３０
からの円筒面あるいは球面がぶつかり、基板２００の表
面には、円筒面と球面だけで構成されるような形状が形
成される。第２図（ｃ）または（ｄ）に示したような石
英ガラス基板を、円筒面と球面からなる微小レンズで構
成する微小レンズ・アレー転写用原型として利用する。
なお、円筒面と球面の曲率半径はほぼ同じになる。
面からなる凹部を複数個形成した微小レンズ・アレー転
写用原型を作製する方法を説明する。この原型の作製工
程を第２図（ａ）〜（ｄ）に示す。第２図（ａ）におい
て、２００は表面が平面である基板、２１０はレジスト
膜、２２０はレジスト膜に形成した長方形パターンであ
る。本実施例の場合、基板２００には石英ガラス基板を
用いている。また、長方形パターン２２０をＸ、Ｙ方向
にそれぞれ等間隔で配置している。長方形パターン２２
０の寸法をｗ×ｈとすると、ｗの値は円筒レンズの幅の
口径の１／５程度以下とする。長方形パターン２２０の
形成は、ＬＳＩ製造などにおいて周知の技術であるホト
リソグラフィー、電子線リソグラフィーなどを用いて行
う。つぎに、ＨＦを主成分とするエッチング液を用いた
化学エッチング、あるいはＣＦ4 等を主成分とするガス
を用いたプラズマエッチングにより、基板２００の長方
形パターン２２０形成部に深さｄの溝２３０を形成す
る。その後、レジスト膜２１０を除去する。そのときの
基板２００の状態を第２図（ｂ）に示す。つぎに、基板
２００にイオン照射して、基板２００を除去加工をす
る。除去加工が進行するにつれて、溝２３０の両端を除
く部分に円筒面が、両端の部分に球面の形状が形成され
ていく。その様子を第２図（ｃ）に示す。２４０は円筒
面と球面からなる凹部である。さらにイオン照射を続け
ると、第２図（ｄ）に示すように、隣り合った溝２３０
からの円筒面あるいは球面がぶつかり、基板２００の表
面には、円筒面と球面だけで構成されるような形状が形
成される。第２図（ｃ）または（ｄ）に示したような石
英ガラス基板を、円筒面と球面からなる微小レンズで構
成する微小レンズ・アレー転写用原型として利用する。
なお、円筒面と球面の曲率半径はほぼ同じになる。
【００１１】つぎに、具体例として、このようにして作
製した原型よりプラスチックに形状を転写し、片面が平
面、他の面が凸面あるいは凹面の微小レンズ・アレーを
作製する場合について、そのための原型作製法を説明す
る。プラスチックの屈折率を１．５とする。各微小円筒
レンズの幅が約１００μｍで長さが約３００μｍで、焦
点距離が約１ｍｍである微小レンズ・アレー用原型の場
合、まず、ｗ×ｈが約３μｍ×２００μｍでｄが約３μ
ｍの溝を石英ガラス基板に形成する。つぎに、Ａｒガス
圧；１Ｐａ、パワー；８００ＷでＲＦスパッタ装置によ
り除去加工する。その結果、約３５時間の加工時間によ
り、各溝は曲率半径が約５００μｍの円筒面と球面とな
り、これを原型として用いる。
製した原型よりプラスチックに形状を転写し、片面が平
面、他の面が凸面あるいは凹面の微小レンズ・アレーを
作製する場合について、そのための原型作製法を説明す
る。プラスチックの屈折率を１．５とする。各微小円筒
レンズの幅が約１００μｍで長さが約３００μｍで、焦
点距離が約１ｍｍである微小レンズ・アレー用原型の場
合、まず、ｗ×ｈが約３μｍ×２００μｍでｄが約３μ
ｍの溝を石英ガラス基板に形成する。つぎに、Ａｒガス
圧；１Ｐａ、パワー；８００ＷでＲＦスパッタ装置によ
り除去加工する。その結果、約３５時間の加工時間によ
り、各溝は曲率半径が約５００μｍの円筒面と球面とな
り、これを原型として用いる。
【００１２】各微小円筒レンズの幅が約１０μｍで長さ
が約１００μｍで、焦点距離が約２５μｍである微小レ
ンズ・アレー用原型の場合、まず、ｗ×ｈが約１μｍ×
９０μｍでｄが約１μｍの溝を石英ガラス基板に形成す
る。つぎに、Ａｒガス圧；１Ｐａ、パワー；８００Ｗで
ＲＦスパッタ装置により除去加工する。その結果、約５
０分の加工時間により、各溝は曲率半径が約１２．５μ
ｍの円筒面と球面となる。
が約１００μｍで、焦点距離が約２５μｍである微小レ
ンズ・アレー用原型の場合、まず、ｗ×ｈが約１μｍ×
９０μｍでｄが約１μｍの溝を石英ガラス基板に形成す
る。つぎに、Ａｒガス圧；１Ｐａ、パワー；８００Ｗで
ＲＦスパッタ装置により除去加工する。その結果、約５
０分の加工時間により、各溝は曲率半径が約１２．５μ
ｍの円筒面と球面となる。
【００１３】（実施例３）実施例３として、楕円面から
なる凹部を複数個形成した微小レンズ・アレー転写用原
型を作製する方法を説明する。この原型の作製工程を第
３図（ａ）〜（ｄ）に示す。第３図（ａ）において、３
００は表面が平面である基板、３１０はレジスト膜、３
２０はレジスト膜に形成した楕円面形成用パターンであ
る。本実施例の場合、基板３００には石英ガラス基板を
用いている。パターン３２０の詳細を第４図に示す。パ
ターン３２０は三つの長方形を重ね合わせた形であり、
各部の寸法を第４図に示すように、ｗ1、ｗ2 、ｗ3 、
ｈ1 、ｈ2 、ｈ3 で表し、ｗ3 ＜ｈ3 する。パターン３
２０は、ｗ3 が楕円の短径の１／２程度以下となるよう
に設計する。パターン３２０の形成は、ＬＳＩ製造など
において周知の技術であるホトリソグラフィー、電子線
リソグラフィーなどを用いて行う。つぎに、ＨＦを主成
分とするエッチング液を用いた化学エッチング、あるい
はＣＦ4 等を主成分とするガスを用いたプラズマエッチ
ングにより、基板３００のパターン３２０形成部に深さ
ｄの溝３３０を形成する。その後、レジスト膜３１０を
除去する。そのときの基板３００の状態を第３図（ｂ）
に示す。つぎに、基板３００にイオン照射して、基板３
００を除去加工をする。除去加工が進行するにつれて、
溝３３０のところに楕円面からなる形状が形成されてい
く。その様子を第３図（ｃ）に示す。３４０は楕円面か
らなる凹部である。さらにイオン照射を続けると、第３
図（ｄ）に示すように、隣り合った溝３３０からの楕円
面がぶつかったような形状になる。第３図（ｃ）または
（ｄ）に示したような石英ガラス基板を、楕円面からな
る微小レンズで構成する微小レンズ・アレー転写用原型
として利用する。
なる凹部を複数個形成した微小レンズ・アレー転写用原
型を作製する方法を説明する。この原型の作製工程を第
３図（ａ）〜（ｄ）に示す。第３図（ａ）において、３
００は表面が平面である基板、３１０はレジスト膜、３
２０はレジスト膜に形成した楕円面形成用パターンであ
る。本実施例の場合、基板３００には石英ガラス基板を
用いている。パターン３２０の詳細を第４図に示す。パ
ターン３２０は三つの長方形を重ね合わせた形であり、
各部の寸法を第４図に示すように、ｗ1、ｗ2 、ｗ3 、
ｈ1 、ｈ2 、ｈ3 で表し、ｗ3 ＜ｈ3 する。パターン３
２０は、ｗ3 が楕円の短径の１／２程度以下となるよう
に設計する。パターン３２０の形成は、ＬＳＩ製造など
において周知の技術であるホトリソグラフィー、電子線
リソグラフィーなどを用いて行う。つぎに、ＨＦを主成
分とするエッチング液を用いた化学エッチング、あるい
はＣＦ4 等を主成分とするガスを用いたプラズマエッチ
ングにより、基板３００のパターン３２０形成部に深さ
ｄの溝３３０を形成する。その後、レジスト膜３１０を
除去する。そのときの基板３００の状態を第３図（ｂ）
に示す。つぎに、基板３００にイオン照射して、基板３
００を除去加工をする。除去加工が進行するにつれて、
溝３３０のところに楕円面からなる形状が形成されてい
く。その様子を第３図（ｃ）に示す。３４０は楕円面か
らなる凹部である。さらにイオン照射を続けると、第３
図（ｄ）に示すように、隣り合った溝３３０からの楕円
面がぶつかったような形状になる。第３図（ｃ）または
（ｄ）に示したような石英ガラス基板を、楕円面からな
る微小レンズで構成する微小レンズ・アレー転写用原型
として利用する。
【００１４】つぎに、具体例として、このようにして作
製した原型よりプラスチックに形状を転写し、片面が平
面、他の面が凸面あるいは凹面の微小レンズ・アレーを
作製する場合について、そのための原型作製法を説明す
る。プラスチックの屈折率を１．５とする。各微小楕円
レンズの長径が約１００μｍで短径が約６０μｍで、長
焦点距離が約１８０μｍ、短長焦点距離が約１２０μｍ
である微小レンズ・アレー用原型の場合、まず、ｗ1 ＝
２μｍ、ｗ2 ＝６μｍ、ｗ3 ＝１０μｍ、ｈ1＝１０μ
ｍ、ｈ2 ＝４０μｍ、ｈ3 ＝７０μｍのパターン３２０
をレジスト膜に形成し、この状態で基板３００に深さｄ
が１０μｍとなるような溝を前述した方法で形成する。
レジスト膜を除去した後に、その石英ガラス基板の表面
をＡｒガス圧；１Ｐａ、パワー；８００ＷでＲＦスパッ
タ装置により除去加工する。その結果、約３時間の加工
時間により、各溝は長径、短径の曲率半径がそれぞれ約
９０μｍと約６０μｍの楕円面となり、原型に用いる形
状が得られる。
製した原型よりプラスチックに形状を転写し、片面が平
面、他の面が凸面あるいは凹面の微小レンズ・アレーを
作製する場合について、そのための原型作製法を説明す
る。プラスチックの屈折率を１．５とする。各微小楕円
レンズの長径が約１００μｍで短径が約６０μｍで、長
焦点距離が約１８０μｍ、短長焦点距離が約１２０μｍ
である微小レンズ・アレー用原型の場合、まず、ｗ1 ＝
２μｍ、ｗ2 ＝６μｍ、ｗ3 ＝１０μｍ、ｈ1＝１０μ
ｍ、ｈ2 ＝４０μｍ、ｈ3 ＝７０μｍのパターン３２０
をレジスト膜に形成し、この状態で基板３００に深さｄ
が１０μｍとなるような溝を前述した方法で形成する。
レジスト膜を除去した後に、その石英ガラス基板の表面
をＡｒガス圧；１Ｐａ、パワー；８００ＷでＲＦスパッ
タ装置により除去加工する。その結果、約３時間の加工
時間により、各溝は長径、短径の曲率半径がそれぞれ約
９０μｍと約６０μｍの楕円面となり、原型に用いる形
状が得られる。
【００１５】（実施例４）実施例４として、微小プリズ
ムの形状を複数個形成した微小プリズム・アレー転写用
原型を作製する方法を説明する。この原型の作製工程を
第５図（ａ）〜（ｂ）に示す。第５図（ａ）において、
５００は表面が平面である基板、５１０はレジスト膜、
５２０はレジスト膜に形成した微小プリズム形状を作製
するためのパターンである。本実施例の場合、基板５０
０には石英ガラス基板を用いている。パターン５２０は
方向が異なる３種類の直線パターンで構成しており、３
種類の直線パターンが囲む領域が正三角形になるように
パターン形成している。パターン５２０の形成は、ＬＳ
Ｉ製造などにおいて周知の技術であるホトリソグラフィ
ー、電子線リソグラフィーなどを用いて行う。つぎに、
ＨＦを主成分とするエッチング液を用いた化学エッチン
グ、あるいはＣＦ4 等を主成分とするガスを用いたプラ
ズマエッチングにより、基板５００のパターン５２０形
成部に深さｄの溝を形成する。その後、レジスト膜５１
０を除去する。つぎに、基板５００にイオン照射して、
基板５００を除去加工をする。除去加工が進行するにつ
れて、前記溝のところに円筒面からなる形状が形成され
ていく。さらにイオン照射を続けると、第５図（ｂ）に
示すように、隣り合った３つの溝からの円筒面がぶつか
り、基板５００の表面には、側面が円筒面の一部で構成
された三角錐状の微小プリズム形状が形成される。５４
０は一つの三角錐状の微小プリズム形状である。第５図
（ｂ）に示したような石英ガラス基板を、三角錐状の微
小プリズムからなる微小プリズム・アレー転写用原型と
して利用する。
ムの形状を複数個形成した微小プリズム・アレー転写用
原型を作製する方法を説明する。この原型の作製工程を
第５図（ａ）〜（ｂ）に示す。第５図（ａ）において、
５００は表面が平面である基板、５１０はレジスト膜、
５２０はレジスト膜に形成した微小プリズム形状を作製
するためのパターンである。本実施例の場合、基板５０
０には石英ガラス基板を用いている。パターン５２０は
方向が異なる３種類の直線パターンで構成しており、３
種類の直線パターンが囲む領域が正三角形になるように
パターン形成している。パターン５２０の形成は、ＬＳ
Ｉ製造などにおいて周知の技術であるホトリソグラフィ
ー、電子線リソグラフィーなどを用いて行う。つぎに、
ＨＦを主成分とするエッチング液を用いた化学エッチン
グ、あるいはＣＦ4 等を主成分とするガスを用いたプラ
ズマエッチングにより、基板５００のパターン５２０形
成部に深さｄの溝を形成する。その後、レジスト膜５１
０を除去する。つぎに、基板５００にイオン照射して、
基板５００を除去加工をする。除去加工が進行するにつ
れて、前記溝のところに円筒面からなる形状が形成され
ていく。さらにイオン照射を続けると、第５図（ｂ）に
示すように、隣り合った３つの溝からの円筒面がぶつか
り、基板５００の表面には、側面が円筒面の一部で構成
された三角錐状の微小プリズム形状が形成される。５４
０は一つの三角錐状の微小プリズム形状である。第５図
（ｂ）に示したような石英ガラス基板を、三角錐状の微
小プリズムからなる微小プリズム・アレー転写用原型と
して利用する。
【００１６】つぎに、具体例として、このようにして作
製した原型よりプラスチックに形状を転写し、プラスチ
ックに微小プリズム・アレーを作製する場合について、
そのための原型の作製法を説明する。まず、第５図
（ａ）で説明したように、正三角形の一辺の長さが１０
μｍになるように幅２μｍの直線パターン５２０をレジ
スト膜５１０に形成する。この状態で基板５００に深さ
ｄが２μｍの直線状の溝を前述した方法で形成する。レ
ジスト膜を除去した後に、その石英ガラス基板の表面を
Ａｒガス圧；１Ｐａ、パワー；８００ＷでＲＦスパッタ
装置により除去加工する。その結果、約１８分の加工時
間により、各溝は曲率半径が約５μｍの円筒面となり、
近接する３つの円筒面がぶつかるところに、第６図に示
すような三角錐状の微小プリズムの形状が得られる。こ
れを原型として用いる。
製した原型よりプラスチックに形状を転写し、プラスチ
ックに微小プリズム・アレーを作製する場合について、
そのための原型の作製法を説明する。まず、第５図
（ａ）で説明したように、正三角形の一辺の長さが１０
μｍになるように幅２μｍの直線パターン５２０をレジ
スト膜５１０に形成する。この状態で基板５００に深さ
ｄが２μｍの直線状の溝を前述した方法で形成する。レ
ジスト膜を除去した後に、その石英ガラス基板の表面を
Ａｒガス圧；１Ｐａ、パワー；８００ＷでＲＦスパッタ
装置により除去加工する。その結果、約１８分の加工時
間により、各溝は曲率半径が約５μｍの円筒面となり、
近接する３つの円筒面がぶつかるところに、第６図に示
すような三角錐状の微小プリズムの形状が得られる。こ
れを原型として用いる。
【００１７】本実施例では、直線パターンをそれら囲む
領域が正三角形になるよう配置しているが、その他の三
角形や四角形、五角形、六角形などの多角形となるよう
に直線パターンを形成することは周知の技術で可能であ
り、本実施例で説明した三角錐以外の多角錐状の微小プ
リズム形状を作製できる。
領域が正三角形になるよう配置しているが、その他の三
角形や四角形、五角形、六角形などの多角形となるよう
に直線パターンを形成することは周知の技術で可能であ
り、本実施例で説明した三角錐以外の多角錐状の微小プ
リズム形状を作製できる。
【００１８】（実施例５）実施例１〜４による微小光学
部品の製造方法では、原型の形状をプラスチックなどに
転写することで微小光学部品を製造する。ところで、こ
のような原型からプラスチックなどに形状を転写するこ
とは、例えば、音楽用のレコードの製造、光磁気記憶デ
ィスクの製造などで既に実施されており、周知の技術で
ある。なおガラスに転写することもできる。このための
一つの手段としては転写用原型を金属板で作成する。そ
して金属製原型を加熱しておいてガラス板を押圧する。
このようにするとガラス表面に原型の形状を転写でき
る。以上の実施例１〜４では形状転写用の原型を作成し
ている。この方式に代えて、イオン加工で除去加工を施
すガラス基板をそのまま微小光学部品として利用するこ
ともできる。この場合イオン加工で形成された形状が光
学素子として機能する。また、具体例として特定の寸法
・形状を作製する方法を示したが、イオン照射で除去加
工する基板表面に予め形成する穴や溝の形状、寸法、位
置などを変えることによって、各種形状、寸法、性能を
有する微小光学部品が作製できる。
部品の製造方法では、原型の形状をプラスチックなどに
転写することで微小光学部品を製造する。ところで、こ
のような原型からプラスチックなどに形状を転写するこ
とは、例えば、音楽用のレコードの製造、光磁気記憶デ
ィスクの製造などで既に実施されており、周知の技術で
ある。なおガラスに転写することもできる。このための
一つの手段としては転写用原型を金属板で作成する。そ
して金属製原型を加熱しておいてガラス板を押圧する。
このようにするとガラス表面に原型の形状を転写でき
る。以上の実施例１〜４では形状転写用の原型を作成し
ている。この方式に代えて、イオン加工で除去加工を施
すガラス基板をそのまま微小光学部品として利用するこ
ともできる。この場合イオン加工で形成された形状が光
学素子として機能する。また、具体例として特定の寸法
・形状を作製する方法を示したが、イオン照射で除去加
工する基板表面に予め形成する穴や溝の形状、寸法、位
置などを変えることによって、各種形状、寸法、性能を
有する微小光学部品が作製できる。
【００１９】また、実施例１〜４ではイオン照射で除去
加工するためにＲＦスパッタ装置を用いているが、イオ
ンが基板表面にほぼ垂直に入射するイオン加工装置であ
れば、同様に用いることができる。また、石英ガラス基
板表面に原型を作製しているが、このための基板とし
て、その他のガラス基板、あるいはアルミニウム、鉄、
銅などの金属基板、アルミナ、ジルコニアなどのセラミ
ック基板、なども同様に用いることができる。また原型
を転写する際に、光学プラスチックの他に光学ガラスを
用いることもできる。
加工するためにＲＦスパッタ装置を用いているが、イオ
ンが基板表面にほぼ垂直に入射するイオン加工装置であ
れば、同様に用いることができる。また、石英ガラス基
板表面に原型を作製しているが、このための基板とし
て、その他のガラス基板、あるいはアルミニウム、鉄、
銅などの金属基板、アルミナ、ジルコニアなどのセラミ
ック基板、なども同様に用いることができる。また原型
を転写する際に、光学プラスチックの他に光学ガラスを
用いることもできる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、微
小光学部品を製造する上で原型となる形状をイオン照射
による除去加工の特性を利用して作製しているので、球
面、楕円面、円筒面などを高精度に形成でき、しかも、
寸法が１ｍｍ以下の微小光学部品を容易に、しかも種々
の寸法、性能をもたせて作製することができ、さらに、
原型から転写することによってプラスチックなどに微小
光学部品を形成するので、生産性が高く、低コストで微
小光学部品製造が可能となる。また基板自体を光学部品
として利用する場合にも、その表面の形状精度が高く、
高品質の光学素子が得られる。
小光学部品を製造する上で原型となる形状をイオン照射
による除去加工の特性を利用して作製しているので、球
面、楕円面、円筒面などを高精度に形成でき、しかも、
寸法が１ｍｍ以下の微小光学部品を容易に、しかも種々
の寸法、性能をもたせて作製することができ、さらに、
原型から転写することによってプラスチックなどに微小
光学部品を形成するので、生産性が高く、低コストで微
小光学部品製造が可能となる。また基板自体を光学部品
として利用する場合にも、その表面の形状精度が高く、
高品質の光学素子が得られる。
【図１】球面レンズからなる微小レンズ・アレー転写用
原型の作製工程。
原型の作製工程。
【図２】円筒面レンズからなる微小レンズ・アレー転写
用原型の作製工程。
用原型の作製工程。
【図３】楕円面レンズからなる微小レンズ・アレー転写
用原型の作製工程。
用原型の作製工程。
【図４】楕円面を形成するためのパターン。
【図５】微小プリズム・アレー転写用原型の作製工程。
【図６】三角錐状の微小プリズムである。
１００、２００、３００、５００・・・・基板 １１０、２１０、３１０、５１０・・・レジスト膜 １２０・・・ホールパターン １３０・・・穴 １４０・・・球面状の凹部 ２２０・・・長方形パターン ２３０、３３０・・・溝 ２４０・・・円筒面と球面からなる凹部 ３２０・・・楕円面形成用パターン ３４０・・・楕円面からなる凹部 ５２０・・・微小プリズム形状作製用パターン ５４０・・・一つの三角錐状の微小プリズム形状
Claims (3)
- 【請求項１】 予め穴または溝を設けた基板表面にイオ
ン照射による除去加工を施し、その結果得られる前記基
板表面の形状を原型とし、この原型を転写して作製した
ことを特徴とする微小光学部品。 - 【請求項２】 基板の表面に穴または溝を形成し、この
基板表面をイオン照射して除去加工することによって所
望の表面形状を有する原型を作製し、この原型を転写す
ることによって微小光学部品を作製することを特徴とす
る微小光学部品の製造方法。 - 【請求項３】 微小光学素子を表面に形成した基板であ
って、その微小光学素子は前記基板の表面に穴または溝
を形成し、この表面をイオン照射することによって形成
される球面、円筒面、楕円面などを用いて凹レンズ作用
あるいはプリズム作用を発現するものであることを特徴
とする微小光学部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4404094A JPH07251464A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 微小光学部品およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4404094A JPH07251464A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 微小光学部品およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07251464A true JPH07251464A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=12680515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4404094A Pending JPH07251464A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 微小光学部品およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07251464A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010057689A (ko) * | 1999-12-23 | 2001-07-05 | 김춘호 | 마이크로 빔 스플리터 제조 방법 |
| JP2006201642A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Dainippon Printing Co Ltd | 拡散レンズアレイシート、面光源装置 |
| WO2008099517A1 (ja) * | 2007-02-16 | 2008-08-21 | National University Corporation Kagawa University | マイクロレンズ用金型、マイクロレンズおよびそれらの製法 |
-
1994
- 1994-03-15 JP JP4404094A patent/JPH07251464A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010057689A (ko) * | 1999-12-23 | 2001-07-05 | 김춘호 | 마이크로 빔 스플리터 제조 방법 |
| JP2006201642A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Dainippon Printing Co Ltd | 拡散レンズアレイシート、面光源装置 |
| WO2008099517A1 (ja) * | 2007-02-16 | 2008-08-21 | National University Corporation Kagawa University | マイクロレンズ用金型、マイクロレンズおよびそれらの製法 |
| JPWO2008099517A1 (ja) * | 2007-02-16 | 2010-05-27 | 国立大学法人 香川大学 | マイクロレンズ用金型、マイクロレンズおよびそれらの製法 |
| JP4915877B2 (ja) * | 2007-02-16 | 2012-04-11 | 国立大学法人 香川大学 | マイクロレンズ用金型、マイクロレンズおよびそれらの製法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040301 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040330 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040727 |