JPH07306304A

JPH07306304A - オプチカル・ホモジナイザー

Info

Publication number: JPH07306304A
Application number: JP9713494A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Takahashi; 靖高橋
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 1994-05-11
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】容易且つ安価な製造が可能で、均一化する光に
対する制限の少ないオプチカル・ホモジナイザーを実現
する。【構成】同一の透明基板に、多数の等価なマイクロレン
ズＬｉを、光束Ａの入射領域に分布させて形成して成る
マイクロレンズ群素子１０と、マイクロレンズ群素子１
０の後方に配備されるコンデンサーレンズ２０とを有す
るオプチカル・ホモジナイザー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はオプチカル・ホモジナ
イザーに関する。この発明のオプチカル・ホモジナイザ
ーは、フォトリソグラフィの露光用光源や、液晶プロジ
ェクタの液晶用光源として利用できる。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＩＣの製造に於て、「マスクによ
りＩＣ回路パターンをウエハに露光する」場合や、液晶
プロジェクタに於て、「液晶を照明して液晶上の画像を
スクリーン上に投影する」場合等には、一定の面積領域
を均一な強度の光で照明する必要が生じる。

【０００３】一般に、光源側からの光束は、その光束断
面上の光強度が均一な場合は稀であり、通常は、何等か
の強度分布を伴っている。このため、一定の面積領域を
均一な強度分布の光で照射するには、光源側からの光束
の強度分布を均一化（ホモジナイズ）する必要があり、
これを実行する光学素子を「オプチカル・ホモジナイザ
ー」と呼ぶ。

【０００４】オプチカル・ホモジナイザーは、従来から
種々のものが知られているが、中でも実用的と思われる
ものは、特開平３−１６１１４号公報に開示された、
「互いに等価な小径レンズ（エレメントレンズ）を多
数、互いに稠密に組み合わせ、押圧力により相互間を不
動としてレンズ群（フライアイレンズ）とし、このレン
ズ群に光源側からの光束を平行光束化して入射させ、各
小径レンズにより集光した光束が、発散しつつコンデン
サーレンズに入射するようにし、コンデンサーレンズに
より、各小径レンズからの光束を平行光束化しつつ、所
望の面積領域に照射するように構成した」ものであろ
う。

【０００５】この場合、精度の悪いエレメントレンズが
あると、エレメントレンズを互いに稠密に組み合わせる
ことができないため、エレメントレンズはプリズムに必
要とされるような高い精度で形成する必要があり、レン
ズ群の形成に際しては、エレメントレンズ群を組み合わ
せつつ、精度の悪いエレメントレンズを、精度の良いエ
レメントレンズで置き換えて組み合わせており、レンズ
群の形成作業が面倒であり、レンズ群の製造コストの低
減が困難であるという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、容易且つ安価な製造
が可能である、新規なオプチカル・ホモジナイザーの提
供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の「オプチカル
・ホモジナイザー」は、「光束断面上の光強度が不均一
な光束を入射され、所定位置に、均一な光強度を持った
光束として集光する光学系」であり、マイクロレンズ群
素子と、コンデンサーレンズとを有する。

【０００８】「マイクロレンズ群素子」は、同一の透明
基板に、多数のマイクロレンズを、光束の入射領域に分
布させて形成したものである。上記マイクロレンズ群素
子に形成されるマイクロレンズは、相互に実質的に「等
価」であってもよいし、互いに大きさや焦点距離が異な
っていても良い。

【０００９】「コンデンサーレンズ」は、マイクロレン
ズ群素子の後方、即ち、マイクロレンズ群素子を介して
光源側とは逆の側に配備される。

【００１０】マイクロレンズ群素子における、多数のマ
イクロレンズは、光束の入射領域に「ランダム」に分布
するように形成されてもよいが、「２次元のアレイ配
列」に配列されていてもよく（請求項２）、あるいは、
コンデンサーレンズの光軸を中心として「同心円状」に
配列されていてもよい。

【００１１】勿論、マイクロレンズが、それぞれ「互い
に接して稠密」に形成されるようにすることもできるし
（請求項４）、入射する光束の光強度分布に応じて、マ
イクロレンズの配置密度を変えることもできる。例え
ば、入射する光束が、コンデンサーレンズの光軸から離
れるほど光強度が弱まるような場合、入射領域における
周辺部で、マイクロレンズの分布密度を高めるように
し、周辺部の光量を有効に照明に寄与させるようにする
こともできる。

【００１２】あるいは、入射光束における光強度の変化
の大きい部分では、マイクロレンズの有効面積を小さく
し、光強度の変化の小さいところでは上記有効面積を大
きく設定してもよく、この場合には、マイクロレンズの
有効面積に応じて焦点距離を設定する。これは入射光の
空間コヒーレンスが高い場合であるが、空間コヒーレン
スが低いか、あるいは空間コヒーレンスのない入射光
で、しかも入射光束が平行光束でなく、物体高を有する
光源の場合には、入射光強度分布に応じ、マイクロレン
ズ群素子上におけるマイクロレンズの位置に応じて、有
効面積と焦点距離を設定することができる。

【００１３】また、マイクロレンズ群素子におけるマイ
クロレンズ相互の焦点距離や有効面積に分布を持たせる
ことにより、実質的に均一光強度となる面積領域が、コ
ンデンサーレンズの光軸方向に、有限の拡がりを持った
領域として存在するようにすることもできる。

【００１４】マイクロレンズ群素子における各マイクロ
レンズは、上述のように、同一の透明基板に形成される
が、各マイクロレンズは、「正の屈折力」を持っても良
いし（請求項５）、「負の屈折力」を持っても良い（請
求項６）。

【００１５】さらに、マイクロレンズ群素子における各
マイクロレンズは、透明基板の片面に形成された「微小
凸面もしくは微小凹面による屈折面」として構成されて
も良いし、透明基板の両面に互いに対応して形成された
「微小凸面同志もしくは微小凹面同志、または微小凸面
と微小凹面との組合せ」により構成されてもよい。

【００１６】マイクロレンズ群素子が、透明基板の少な
くとも片面に「微小凸面による屈折面群」を有する場
合、これら屈折面群は、「透明基板の片面に形成された
可塑性材料の層をマイクロレンズ群に応じてパターニン
グし、パターニングされた可塑性材料の表面形状を、熱
および／または圧力により凸曲面化し、凸曲面化した可
塑製材料の表面形状をエッチングにより透明基板に彫り
写す」ことにより形成することができる（請求項７）。

【００１７】マイクロレンズ群素子が、透明基板の少な
くとも片面に「微小凹面による屈折面群」を有する場
合、これら屈折面群は、「透明基板の片面に形成された
レジストの層に、マイクロレンズ群に応じて形成された
凹面形状を、エッチングにより透明基板に彫り写す」こ
とにより形成することができる（請求項８）。

【００１８】マイクロレンズ群素子が、透明基板の少な
くとも片面に「微小凸面による屈折面群を有する場合、
これら屈折面群を、「屈折面群に応じた凹面群を有する
型と、透明基板の片面とにより硬化性樹脂を挾んで、光
及び／又は熱により硬化させることにより硬化性樹脂の
表面に形成される凸面形状群を、エッチングにより透明
基板に彫り写す」ことにより形成することもできる（請
求項９）。

【００１９】さらにまた、マイクロレンズ群素子が、
「透明基板の少なくとも片面に、微小凹面による屈折面
群」を有する場合、これら屈折面群を、「屈折面群に応
じた凸面群を有する型と、透明基板の片面とにより硬化
性樹脂を挾んで、光及び／又は熱により硬化させること
により硬化性樹脂の表面に形成される凹面形状群を、エ
ッチングにより透明基板に彫り写す」ことにより形成す
ることができる（請求項１０）。

【００２０】このほか、微小凸面による屈折面は、特公
昭６１−４６４０８号公報に開示された方法、即ち、
「光学ガラスの表面に所望の円形に配列されたレジスト
パターンを形成した後に、該ガラス基板をリアクティブ
イオンエッチングして円柱形のの凸部を配列せしめ、該
レジストを除去後、加熱して、それぞれの該凸部を球面
状に変形せしめて凸レンズとする」方法、あるいは、
「ガラス基板の内部に、イオン交換とフォトリソグラフ
ィにより半球状の屈折率分布領域をアレイ状に形成す
る」方法等、公知の種々の方法で実現できる。

【００２１】上記請求項７，８，９，１０記載のオプチ
カル・ホモジナイザーの場合、エッチングを行う際に、
エッチングの条件、例えば「選択比」等を、連続的及び
／または段階的に変化させることにより、屈折面の形状
を所謂「非球面」とすることも可能である。

【００２２】なお、マイクロレンズ群素子における各マ
イクロレンズの大きさは、レンズ径：５００μｍ〜数ｍ
ｍ程度が好適である。

【００２３】

【作用】上記のように、この発明のオプチカル・ホモジ
ナイザーは、マイクロレンズ群素子とコンデンサーレン
ズとにより構成される。マイクロレンズ群素子に入射し
た光束は、個々のマイクロレンズによるレンズ作用を受
けつつコンデンサーレンズに入射し、発散性の光束もし
くは平行光束、あるいは収束性の光束に変換され、互い
に所定の位置に於いて合流される。

【００２４】マイクロレンズのレンズ作用を受けた個々
の光束の強度は、マイクロレンズの位置における入射光
束の強度分布により定まり、一般にマイクロレンズごと
に異なるが、マイクロレンズはレンズ径が小さいので、
個々の光束内における強度分布は「均一な強度分布」と
成る。

【００２５】これら、マイクロレンズごとの、均一強度
分布の光束は、コンデンサーレンズで所定の面積領域に
おいて合流されるが、光束の各々は均一強度分布である
ので、上記面積領域は均一な強度で照射されることにな
る。

【００２６】

【実施例】以下、実施例を説明する。図１（ａ）におい
て、符号１０はマイクロレンズ群素子、符号２０はコン
デンサーレンズを示している。マイクロレンズ群素子１
０は、平行平板状の透明基板であり、その片面に、互い
に等価な微小凸面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，．．．,Ｌ
ｉ，．．．が、２次元的に分布するように形成されてい
る。

【００２７】微小凸面Ｌｉは、凸の屈折面として、凸の
マイクロレンズを構成する（請求項５）。このマイクロ
レンズ群素子１０に、図のように、左側から平行光束Ａ
を、マイクロレンズ群素子１０における各マイクロレン
ズＬｉの光軸に平行に入射させる。

【００２８】代表として、微小凸面Ｌｉに入射する光束
部分Ａｉを考えてみると、光束部分Ａｉは、微小凸面Ｌ
ｉによるマイクロレンズの正のパワーにより集光され、
焦点位置Ｐｉに収束したのち、発散性の光束となってコ
ンデンサーレンズ２０に入射する。

【００２９】コンデンサーレンズ２０は、その物体側の
焦点面を、上記焦点位置Ｐｉを通り、マイクロレンズ群
素子１０に平行になるようにして、マイクロレンズ群素
子１０の後方に配備されている。個々のマイクロレンズ
をなす微小凸面Ｌ１，Ｌ２，．．は互いに等価であるか
ら、全てのマイクロレンズの像側焦点位置は、コンデン
サーレンズ１０の物体側の焦点面上に分布することにな
る。

【００３０】焦点位置Ｐｉに収束し、発散性となった光
束は、コンデンサーレンズ２０を透過すると、コンデン
サーレンズ２０の作用により平行光束Ｂｉとなって、所
定の面３０における面積領域３１を照射する。面積領域
３１は、その中心が、コンデンサーレンズ２０の光軸２
１により貫かれている。

【００３１】ここで、コンデンサーレンズ２０の光軸２
１に直交する平面を想定し、光軸２１との交点を原点と
して２次元座標（Ｘ，Ｙ）を設定すると、マイクロレン
ズ群素子１０に入射する平行光束Ａの光強度分布は、上
記座標の関数として例えば、Ａ(Ｘ，Ｙ)と表すことがで
きる。入射光束Ａにおける光強度分布：Ａ(Ｘ，Ｙ)は一
般に、光束断面内で比較的緩やかに変化する。

【００３２】また、微小凸面Ｌｉの座標を(Ｘｉ，Ｙｉ)
とし、微小凸面Ｌｉのマイクロレンズとしての「有効面
積」をΔｓとし、各マイクロレンズの焦点距離をｆとす
る。すると、有効面積：Δｓが微小であるため、この面
積内で光強度は一定と考えられるから、単位時間当たり
に微小凸面Ｌｉに入射する光量は「Ａ(Ｘｉ，Ｙｉ)Δ
ｓ」で表すことができる。

【００３３】微小凸面Ｌｉにより収束する光束と、焦点
位置Ｐｉからコンデンサーレンズ２０に向かって発散す
る光束とは、同じ立体角：ω（＝Δｓ／ｆ）を有する。
従って、焦点位置Ｐｉを通ってコンデンサーレンズ２０
に入射し、コンデンサーレンズ２０により平行光束化さ
れた光束Ｂｉの光束断面積：ΔＳは「Ｆ・ω」になる。
ここに、Ｆはコンデンサーレンズ２０の焦点距離であ
る。

【００３４】微小凸面Ｌｉに入射した光束Ａｉが、実質
的に一定の光強度分布を持つため、コンデンサーレンズ
２０により平行光束化された光束Ｂｉは、光束断面上で
実質的に均一な光強度を有している。

【００３５】従って、所定の面積領域３１もΔＳの面積
を持ち、光束Ｂｉの面積領域３１上における光強度は、
Ａ(Ｘｉ，Ｙｉ)Δｓ/ΔＳ＝Ａ(Ｘｉ，Ｙｉ)ｆ・ω/(Ｆ
・ω)＝Ａ(Ｘｉ，Ｙｉ)ｆ/Ｆで表すことができ、この強
度は、面積領域３１上で一定である。

【００３６】面積領域３１を照射する光の総量は、上記
光量「Ａ(Ｘｉ，Ｙｉ)Δｓ」を、全微小凸面Ｌｉに就い
て加えあわせたものであり、従って、面積領域３１は、
均一な光強度：(ｆ/Ｆ)ΣＡ(Ｘｉ，Ｙｉ)で照射される
ことになる。上記Σにおいて、和をｉ，ｊに就き取るこ
とは言うまでもない。

【００３７】コンデンサーレンズ２０の焦点距離：Ｆを
大きくすれば、均一照射できる面積領域３１を大きくす
ることができる。同様に、ｆやΔｓを大きくすることに
よっても均一照射できる面積領域を大きくできる。但
し、Δｓを大きくする場合は、Δｓ内で入射光束の光強
度が大きく変化しないように注意する必要がある。

【００３８】図１（ｂ）は、別実施例を示している。こ
の実施例では、図１（ａ）の実施例におけるマイクロレ
ンズ群素子１０に換えて、平行平板状の透明基板の片面
に、微小凹面ｌ１，ｌ２，．．．，ｌｉ，．．を有する
マイクロレンズ群素子１２を用いている。マイクロレン
ズ群素子１２における微小凹面ｌｉは、負の屈折力を持
ったマイクロレンズを構成する（請求項６）。このマイ
クロレンズ群素子１２に平行光束を入射させれば、光束
は、個々の微小凹面により発散させられ、コンデンサー
レンズ２０に入射する。

【００３９】コンデンサーレンズ２０の物体側の焦点面
を、微小凹面ｌｉの虚の焦点位置に合致させれば、図１
（ａ）の実施例の場合と同様、所定の面３０における面
積領域３１を、均一な光強度で照射することができるこ
とは、容易に理解されるであろう。

【００４０】なお、上の説明では、説明の簡単のため、
コンデンサーレンズの物体側焦点面をマイクロレンズ群
素子の、各マイクロレンズの焦点位置に合致させる場合
を説明したが、マイクロレンズ素子群は、コンデンサー
レンズの光源側であれば、どこに配備しても良く、例え
ば、コンデンサーレンズの光源側のレンズ面に密着させ
て配備してもよい。何れの場合にも、コンデンサーレン
ズ２０の像側の焦点面上の領域を均一な光強度に照射で
きる。

【００４１】入射光束も平行光束である必要は無く、マ
イクロレンズの焦点距離に分布を持たせることにより、
前述のように、コンデンサーレンズの高軸方向の有限の
領域内で光軸に直交な面上の光強度が実質的に均一であ
るようにすることもできる。

【００４２】図２は、マイクロレンズ群素子におけるマ
イクロレンズの分布の状態を３例示している。符号１０
０は「マイクロレンズ群素子」、符号１１０は「光束の
入射領域」、符号ＭＬは「マイクロレンズ」を表してい
る。

【００４３】図２（ａ）は、光束の入射領域１１０内
に、マイクロレンズＭＬを、２次元正方マトリックス状
にアレイ配列した例（請求項２）であり、（ｂ）は入射
領域１１０内に、マイクロレンズＭＬを、コンデンサー
レンズの光軸位置を中心に、同心円状に配列した例（請
求項３）である。このような代表的な配列の他、マイク
ロレンズの分布をランダムにしてもよいし、入射光束の
強度分布に応じ、光強度の弱い部分に高密度で、マイク
ロレンズを配しても良い。

【００４４】図２（ｃ）はマイクロレンズＭＬの配列の
１例で、「６角形形状」の各マイクロレンズＭＬを、そ
れぞれ互いに接して稠密に形成した例（請求項４）を示
している。この、図２（ｃ）の例では、光の利用効率が
大きく、マイクロレンズ以外の部分を透過する光が光の
ホモジナイズにノイズとして作用することがない。

【００４５】稠密に配列できるマイクロレンズのレンズ
形状としては、図２（ｃ）に示す６角形形状の他に、４
角形形状や３角形形状、あるいは菱形形状等を挙げるこ
とができる。マイクロレンズの形状、即ち前述のΔｓの
形状は、均一照射される面積領域の形状、即ち、前述の
ΔＳの形状に対する要求から決定される。

【００４６】図２（ａ），（ｂ）に示すような場合、即
ち、マイクロレンズＭＬ相互間に間隔がある場合には、
必要に応じて、マイクロレンズ以外の部分に遮光膜を設
けてもよい。

【００４７】また、マイクロレンズ群素子の形状は、図
２（ａ），（ｂ）に示すような「矩形形状」に限らず、
光束の入射領域１１０の形状に応じて、円形あるいは他
の形状、例えば楕円形状等とすることもできる。

【００４８】また、図１の実施例では、透明基板の片面
に微小凸面もしくは微小凹面を形成し、これらを屈折面
としてマイクロレンズを構成したが、前述のように、マ
イクロレンズは、透明基板の両面に対応して形成された
屈折面の対（凸と凸、凸と凹、凹と凸、凹と凹）により
構成することもできる。

【００４９】以下、マイクロレンズ群素子におけるマイ
クロレンズ群の形成の例をいくつか説明する。

【００５０】最初に説明する例は、請求項７に記載され
たオプチカル・ホモジナイザーの特徴部分をなすものの
例であり、マイクロレンズ群素子が、透明基板の少なく
とも片面に、微小凸面による屈折面群を有する場合に、
これら屈折面群を形成する場合である。

【００５１】図３（ａ）において、透明基板１の片面に
は、可塑性材料２の層が形成され、その上に中間層４を
介してフォトレジスト６の層が形成されている。透明基
板１としてはガラス板や石英板、ＳｉＯ₂板等を用いる
ことができる。

【００５２】可塑性材料２としては、加熱に依る熱変形
（熱流動と表面張力の作用による）や静圧力の作用で表
面形状が曲面化し、ドライエッチングの可能なものであ
れば良く、フォトレジスト等の各種レジストを用いるこ
とが出来る。具体的な例としては、ポリ塩化ビニル、ポ
リスチレン、ポリウレタンや、ポリグリシジルメタクリ
レート樹脂等のメタルリレート類を挙げることができ
る。

【００５３】中間層４は金属材料あるいは非金属材料に
よる薄膜で、熱可塑性材料層上に形成される。中間層を
金属材料で形成する場合は、銅やアルミニウム等の真空
蒸着やスパッタリングにより、厚さ：２０００〜１００
００Åに形成するのがよい。また、中間層を非金属材料
で形成する場合には、Ｓｉ等を真空蒸着やスパッタリン
グで成膜すれば良く、厚さは２０００〜５０００Åが好
適である。フォトレジスト６の層は、厚さ１μｍ以下程
度の薄層に形成する。

【００５４】図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す状態にお
いて、フォトレジスト６の薄層にフォトリソグラフィに
よるパターニングを行い、マイクロレンズ（微小凸面）
となるべき屈折面の配列パターンをフォトレジスト６の
層に形成した状態を示している。

【００５５】パターニングの際の露光は、マスクを用い
た均一露光（この発明のオプチカル・ホモジナイザーは
このような場合の露光にも利用できる）で行っても良い
し、レーザー描画等の方法で行っても良い。

【００５６】図３（ｃ）は、図３（ｂ）の状態から、パ
ターニングされたフォトレジスト６をマスクとして中間
層４をエッチングし、フォトレジスト６にパターニング
されたパターン（屈折面形状の配列パターン）に「合
同」的に対応するパターンを中間層４に形成した状態を
示している。この場合のエッチングは、中間層４が金属
材料で金属薄膜層として形成されている場合にはウエッ
トエッチングで行うが、中間層がＳｉ等の薄膜として形
成されている場合には、ウエットエッチングで行っても
良いし、ＣＨＦ₃やＣ₂Ｆ₆、ＣＦ₄等を用いてドライエッ
チングで行っても良い。

【００５７】図３（ｄ）は、（ｃ）の状態から、中間層
４のパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、
可塑性材料２の層に、屈折面の配列パターンに従う３次
元パターンを形成した状態を示す。このドライエッチン
グを実行するに先立って、中間層４上のフォトレジスト
６のパターンを除去しても良い。

【００５８】図３（ｅ）は、図３（ｄ）の状態から、中
間層４を除去した状態である。この状態から、パターニ
ングされた可塑性材料２のパターンに対し、熱および／
または圧力（高圧ガスにより静圧力として等方的に作用
させる）を作用させて、可塑製材料２の表面形状を凸曲
面化した状態が、図２（ｆ）である。

【００５９】この状態から、異方性のドライエッチング
を行い、可塑製材料２の表面形状として形成された凸曲
面形状を透明基板１に彫り写すと、図３（ｇ）に示すよ
うに、透明基板１の表面形状として、微小凸面による屈
折面の配列が得られる。この透明基板は、例えば、図１
（ａ）の実施例のマイクロレンズ群素子１０として使用
できる。

【００６０】上記図３に示す屈折面形成方法において、
中間層４の形成を省略することができる。また、透明基
板の片面に直接フォトレジストの層を形成し、この層
に、屈折面の配列パターンをパターニングし、その後、
フォトレジスト自体を加熱して、その表面を凸曲面形状
に熱変形させ、この凸曲面形状の配列を、エッチングに
より透明基板表面に彫り写して屈折面とすることもでき
る。

【００６１】図４は、マイクロレンズ群素子が、透明基
板の片面に、微小凹面による屈折面群を有する場合に、
これら屈折面群を形成する方法を説明するための図であ
る。この例は、請求項８記載の発明における特徴部分を
なしている。

【００６２】透明基板１の片面に、ポジのフォトレジス
ト６の層を形成し（図４（ａ））、この層に屈折面の配
列パターンを露光する。このとき、屈折面配列における
各屈折面に当たる部分で、屈折面中心部に相当する部分
で光透過率が高く、上記中心から周辺部に行くに従って
光透過率が低下しているようなマスクを用いて露光を行
う。

【００６３】露光により感光したフォトレジストを現像
により除去すると、図４（ｂ）に示すように、屈折面に
対応した凹曲面の配列が形成されるので、この状態から
異方性のエッチングをおこなって、上記凹曲面の配列形
状を透明基板１に彫り写すと、図４（ｃ）に示すよう
に、微小凹面による屈折面配列が得られる。このよう
に、微小凹面による屈折面の配列を形成された透明基板
は、図１（ｂ）に示す実施例におけるマイクロレンズ群
素子１２として使用できる。

【００６４】図５は、マイクロレンズ群素子が、透明基
板の片面に、微小凹面による屈折面群を有する場合に、
これら屈折面群を形成する方法を説明するための図であ
る。この例は、請求項１０記載の発明における特徴部分
をなしている。

【００６５】図５（ａ）は、透明基板１の片面に、熱お
よび／または光により硬化する硬化性樹脂（ここでは、
紫外線硬化性樹脂７）を塗布した状態を示している。図
５（ｂ）において、符号８は型を示す。型８は、紫外線
透過性の透明材料で形成され、その片面に微小凸面８Ａ
の配列が形成されている。微小凸面８Ａは、マイクロレ
ンズとして透明基板１に形成しょうとする屈折面の微小
凹面形状に対応している。

【００６６】図５（ｃ）に示すように、透明基板１と型
８とで紫外線硬化性樹脂７を挾み、同時に、型８を介し
て紫外線Ｕ．Ｖを照射して、紫外線硬化性樹脂７を硬化
させる。この状態から、型８を取り除くと、図５（ｄ）
に示すように、紫外線硬化性樹脂７の層の表面に、型８
の微小凸面８Ａの形状が微小凹面として転写されてい
る。

【００６７】この状態から異方性のエッチングを行い、
紫外線硬化性樹脂７の表面形状を、透明基板１に彫り写
せば、図５（ｅ）に示すように、微小凹面による屈折面
配列が得られる。このように、微小凹面による屈折面の
配列を形成された透明基板１は、図１（ｂ）に示す実施
例におけるマイクロレンズ群素子１２として使用でき
る。

【００６８】上記図５に即しての説明において、型８に
換えて、微小凹面の配列を持つ型を用い、その型形状を
微小凸面の配列として紫外線硬化性樹脂７に彫り写し、
さらにその形状をエッチングにより透明基板１に彫り写
せば、微小凸面による屈折面配列が得られることは容易
に理解されよう（請求項９）。このように、微小凸面に
よる屈折面の配列を形成された透明基板１は、図１
（ａ）に示す実施例におけるマイクロレンズ群素子１０
として使用できる。

【００６９】なお、図３〜５記載の実施例において、透
明基板に屈折面形状をエッチングで彫り写す際に、選択
比等を連続的および／または段階的に変化させれば、屈
折面の形状を非球面化できるので、マイクロレンズにお
ける球面収差を有効に補正して、良好異なホモジナイズ
機能を実現できる。

【００７０】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規なオプチカル・ホモジナイザーを提供できる（請
求項１〜１０）。この発明のオプチカル・ホモジナイザ
ーは、上記のように、マイクロレンズ群素子が、透明基
板にマイクロレンズ群を形成することにより構成されて
おり、エレメントレンズを組み合わせてフライアイレン
ズを構成する場合に比して製造が容易である。また、透
明基板としてＳｉＯ₂板を用いると紫外光に対してもホ
モジナイズを行うことができる。

【００７１】請求項７〜１０記載のオプチカル・ホモジ
ナイザーは、マイクロレンズ群素子における多数のマイ
クロレンズを、一度に精度良く、容易に形成できるの
で、製造コストが安価である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のオプチカル・ホモジナイザーの実施
例を２例説明するための図である。

【図２】マイクロレンズ群素子におけるマイクロレンズ
の配列状態を３例説明するための図である。

【図３】マイクロレンズ群素子における屈折面形成方法
の１例を説明するための図である。

【図４】マイクロレンズ群素子における屈折面形成方法
の別例を説明するための図である。

【図５】マイクロレンズ群素子における屈折面形成方法
の他の例を説明するための図である。

【符号の説明】

１０マイクロレンズ群素子２０コンデンサーレンズ３１均一照射されるべき面積領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光束断面上の光強度が不均一な光束を入射
され、所定位置に、均一な光強度を持った光束として集
光する光学系であって、同一の透明基板に、多数のマイクロレンズを、上記光束
の入射領域に分布させて形成して成るマイクロレンズ群
素子と、このマイクロレンズ群素子の後方に配備されるコンデン
サーレンズとを有することを特徴とする、オプチカル・
ホモジナイザー。
【請求項２】請求項１記載のオプチカル・ホモジナイザ
ーにおいて、マイクロレンズ群素子におけるマイクロレンズが、２次
元のアレイ配列に配列されていることを特徴とするオプ
チカル・ホモジナイザー。
【請求項３】請求項１記載のオプチカル・ホモジナイザ
ーにおいて、マイクロレンズ群素子におけるマイクロレンズが、コン
デンサーレンズの光軸を中心として同心円状に配列され
ていることを特徴とするオプチカル・ホモジナイザー。
【請求項４】請求項１記載のオプチカル・ホモジナイザ
ーにおいて、マイクロレンズ群素子におけるマイクロレンズが、それ
ぞれ互いに接して稠密に形成されていることを特徴とす
るオプチカル・ホモジナイザー。
【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
オプチカル・ホモジナイザーにおいて、マイクロレンズ群素子におけるマイクロレンズが正の屈
折力を有することを特徴とするオプチカル・ホモジナイ
ザー。
【請求項６】請求項１または２または３または４記載の
オプチカル・ホモジナイザーにおいて、マイクロレンズ群素子におけるマイクロレンズが負の屈
折力を有することを特徴とするオプチカル・ホモジナイ
ザー。
【請求項７】請求項１または２または３または４または
５記載のオプチカル・ホモジナイザーにおいて、マイクロレンズ群素子は、透明基板の少なくとも片面
に、微小凸面による屈折面群を有し、これら屈折面群は、透明基板の片面に形成された可塑性
材料の層をマイクロレンズ群に応じてパターニングし、
マイクロレンズ群に応じてパターニングされた可塑性材
料の表面形状を、熱および／または圧力により凸曲面化
し、凸曲面化した可塑製材料の表面形状をエッチングに
より上記透明基板に彫り写すことにより形成されている
ことを特徴とするオプチカル・ホモジナイザー。
【請求項８】請求項１または２または３または４または
５記載のオプチカル・ホモジナイザーにおいて、マイクロレンズ群素子は、透明基板の少なくとも片面
に、微小凹面による屈折面群を有し、これら屈折面群は、透明基板の片面に形成されたレジス
トの層に、マイクロレンズ群に応じて形成された凹面形
状を、エッチングにより上記透明基板に彫り写すことに
より形成されていることを特徴とするオプチカル・ホモ
ジナイザー。
【請求項９】請求項１または２または３または４または
５記載のオプチカル・ホモジナイザーにおいて、マイクロレンズ群素子は、透明基板の少なくとも片面
に、微小凸面による屈折面群を有し、これら屈折面群は、屈折面群に応じた凹面群を有する型
と、透明基板の片面とにより硬化性樹脂を挾んで、光及
び／又は熱により硬化させることにより硬化性樹脂の表
面に形成される凸面形状群をエッチングにより透明基板
に彫り写すことにより形成されることを特徴とするオプ
チカル・ホモジナイザー。
【請求項１０】請求項１または２または３または４また
は５記載のオプチカル・ホモジナイザーにおいて、マイクロレンズ群素子は、透明基板の少なくとも片面
に、微小凹面による屈折面群を有し、これら屈折面群は、屈折面群に応じた凸面群を有する型
と、透明基板の片面とにより硬化性樹脂を挾んで、光及
び／又は熱により硬化させることにより硬化性樹脂の表
面に形成される凹面形状群をエッチングにより透明基板
に彫り写すことにより形成されることを特徴とするオプ
チカル・ホモジナイザー。