JPH0843605A - 光学デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】所望の楔形状を１以上有する、新規な光学デバ
イスを実現する。 【構成】所望の楔形状に対応する凸形状１９を１以上有
する母型１２を用いて転写材１１の表面への型転写を行
い、母型の凸形状に応じた１以上の転写楔形状を表面形
状として持つ転写材１１の層をデバイス材料１０の表面
上に形成し、転写材１１およびデバイス材料１０に対し
て異方性のドライエッチングを行い、１以上の転写楔形
状をデバイス材料１０に彫り写し、デバイス材料に所望
の楔形状を１以上形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光学デバイスおよび
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学素子の屈折面や反射面に、非球面に
代表される特殊な面形状が使用されるようになってきて
いる。非球面のような特殊な面形状は機械的な研磨で創
成することが容易でなく、通常は型を用いた成形加工に
より作製される場合が多い。

【０００３】このため、この種の特殊な面を持つ光学デ
バイス、例えば、非球面の屈折面を持つレンズなどは、
その殆どがプラスチック材料を用いたプラスチック成形
品として作製されており、材料選択の余地が少ない点が
問題となっている。

【０００４】所望の面形状を、型を用いてガラス表面に
創成する技術として「ガラスプレス法」が知られている
が、使用される型は、ガラスに形成する際の高温・高圧
に耐えなければならず、高温下での酸化に対する耐性も
必要である。

【０００５】このため、ガラスプレス法に用いられる
「型」はコストが高く、しかも高温・高圧下で使用され
るため、材料を選択するにもかかわらず「型としての寿
命」はさほど長くない。

【０００６】また、例えば楔形状のような特殊な形状で
は「型」が複雑な形状となり、型の表面に鋭角の部分が
あるため、この部分の耐久性が著しく低下したり、型の
凹部のコーナー部分へのガラス材料の流動が起こり難い
ため、正確な形状をプレスすることが困難である等の問
題もある。

【０００７】一方、屈折面や反射面の形状を型成形や研
磨によらずに創成する方法として、光学材料の表面にフ
ォトレジストの層を形成し、この層を例えば、円形や楕
円形にパタ−ニングし、その後、上記層を加熱して、フ
ォトレジストの熱流動によりフォトレジストの表面を曲
面形状化し、しかる後に、フォトレジストと光学材料と
に対してエッチングを行い、フォトレジスト表面の曲面
形状を光学材料に彫り写すという方法が提案されている
（例えば、特開平５−１７３００３号公報：請求項１
６）。

【０００８】この方法は、微小な曲面の形成方法として
適しているが、露光できるフォトレジスト層の厚みに自
ずと限度があり、例えば、曲率がある程度以上大きな面
は形成できない。

【０００９】また、熱流動によりフォトレジスト表面に
生成する表面形状の制御が必ずしも容易でなく、意図し
た通りの曲面を正確に形成することが難しい。

【００１０】

【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、所望の楔形状を１
以上有する、新規な光学デバイスの提供を目的とする
（請求項７〜９）。

【００１１】この発明の別の目的は、上記新規な光学デ
バイスを製造するための新規な光学デバイス製造方法の
提供にある（請求項１〜６）。

【００１２】この発明の他の目的は、形成する楔形状の
斜面部の、曲率に対する自由度が大きく、上記斜面部が
所望の曲率を持つ光学デバイスを容易且つ確実に製造で
きる新規な光学デバイス製造方法を提供することである
（請求項４）。

【００１３】この発明の更に他の目的は、上記光学デバ
イスを２枚、組み合わせて有する多芯光ファイバ−光軸
合わせ光学デバイスの提供にある（請求項１０）。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の光学デバイス
製造方法は「所望の楔形状を１以上有する光学デバイス
を製造する方法」である。

【００１５】「楔形状」は、断面が楔状を有する形状で
あり、楔を形成する斜面部は平面状とすることも曲面状
とすることもできる。

【００１６】請求項１記載の光学デバイス製造方法は、
転写工程と、エッチング工程とを有する。

【００１７】「転写工程」は、デバイス材料に形成する
べき所望の楔形状に対応する凸形状を１以上有する母型
を用いて、転写材の表面への型転写を行い、上記母型の
凸形状に応じた１以上の「転写楔形状」を表面形状とし
て持つ転写材の層を、デバイス材料の表面上に形成する
工程である。

【００１８】「エッチング工程」は、転写材およびデバ
イス材料に対して異方性のドライエッチングを行い、上
記１以上の転写楔形状をデバイス材料に彫り写し、デバ
イス材料に所望の楔形状を１以上形成する工程である。

【００１９】「デバイス材料」は、その表面に「楔形
状」を形成された光学デバイスの実質部分となるもので
ある。

【００２０】デバイス材料の表面に形成される個々の楔
形状の平面的な形、即ち、個々の楔形状をデバイス材料
表面に直交する方向から見た形状は、通常のプリズムの
ように、稜線部が直線状である場合や、稜線部が円形や
楕円形をなす場合、稜線部が長方形や多角形形状をなす
場合等、種々の形状が可能である。

【００２１】母型に転写形状として形成される１以上の
「凸形状」は、その平面的な形が、上記楔形状の平面的
な形と同じパターンであり、個々の凸形状の断面形状
は、形成されるべき楔形状の断面形状と対応関係にあ
る。

【００２２】上記凸形状により母型に形成される「転写
面の形状」は、デバイス材料の表面に形成される楔形状
と対応した形状である。上記転写面の形状が転写材に転
写されたものが「転写楔形状」である。

【００２３】デバイス材料に複数の楔形状が形成される
場合、各楔形状の配列パターンには種々のパターンが可
能である。

【００２４】例えば、透明なデバイス材料に複数の楔形
状が、デバイス材料表面に直交する軸に対して同心円状
に、且つ、異なる勾配を持つ形状で形成された場合に
は、この光学デバイスを、上記軸を光軸とする「フレネ
ルレンズ」として利用出来る。即ち、この場合、楔形状
の斜面部に凸の曲率を持たせると、通常の光学レンズと
同様の光学性能を発揮する。

【００２５】この場合、楔形状の平面的な形状を「楕円
形」にすると、アナモフィックなフレネルレンズを実現
できる。

【００２６】あるいは、「稜線部が直線状の楔形状」
を、長手方向に直交する方向へ互いに平行に配置し、各
楔形状の斜面部が異なる勾配を持つようにした場合に
は、ＣＣＤとの組み合わせによって波長センサ−として
使用できる。

【００２７】また、「稜線部が直線状の楔形状」を、長
手方向に直交する方向へ互いに平行に配置した光学デバ
イスを２枚、各光学デバイスにおける楔形状の配列方向
が互いに直交するように組み合わせたものは、多芯光フ
ァイバ−の光軸補正デバイスの一部として利用すること
ができる。

【００２８】上記「転写材」は、母型の持つ１以上の凸
形状に従って変形し、母型の分離後、変形状態を維持で
き、異方性のエッチングが可能なものであれば何でも良
い。

【００２９】転写材として好適なものとして、紫外線硬
化樹脂等の各種「光硬化性材料」を挙げることができ
る。

【００３０】光硬化性材料は「光に反応する反応促進剤
を内部に有し、光が照射されるとラジカルを発生する物
質によって硬化反応が進行する構成物質からなる有機高
分子材料」であり、この中には、光を照射することによ
って硬化反応が進行するものも含まれる。

【００３１】光硬化性材料を転写材として用いる場合
は、転写工程において、転写材に光照射しつつ、母型か
ら１以上の凸形状の転写を行うことができる（請求項
２）。この場合、硬化用の光を照射できるためには、母
型およびデバイス材料のうちの、少なくとも一方は、照
射光に対して透明である必要があり、これらのうちの透
明なものを介して硬化用の光を照射する。

【００３２】転写材として好適なものの他の例として、
「熱硬化性材料もしくは熱可塑性材料」を挙げることが
できる。

【００３３】熱硬化性材料は「硬化温度以上の温度で、
熱により高分子材料の橋かけ反応が進行し、加熱時の形
状がそのまま保持される有機高分子材料」である。

【００３４】転写剤として用いる熱可塑性材料は、「加
熱により変形可能な状態となり、加熱を停止することに
より変形状態を維持することができ、ドライエッチング
の可能なもの」であれば何でも良く、各種レジストや、
「光感光性のラジカル発生剤が添加されていない有機材
料」を用いることが出来る。レジストとしては、公知の
フォトレジストを用いても良い。

【００３５】熱可塑性材料の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−ト樹脂等のメタクリレ−ト類を挙げる
ことが出来る。

【００３６】これら熱硬化性材料もしくは熱可塑性材料
を転写材として用いる場合には、転写工程において、転
写材を加熱しつつ、母型の１以上の凸形状の転写を行う
ことができる（請求項３）。

【００３７】この場合、熱硬化性材料の転写材の場合
は、当初は変形可能な状態であり、母型の凸形状に応じ
て変形させた後、もしくは変形させつつ加熱により硬化
させて変形状態を固定する。

【００３８】また、熱可塑性材料の転写材の場合には、
当初、固体状態である転写材に母型の凸形状を押圧しつ
つ転写材を加熱し、軟化状態で凸形状を転写し、その
後、加熱を停止して変形状態を固定する。

【００３９】上記請求項１〜３記載の光学デバイス製造
方法では、転写工程の最後は「母型と転写材の層との剥
離」であるが、この剥離を容易にするため、母型の表面
に、真空蒸着による金属化合物材料や有機フッ素化合物
のように、表面で分子間力の大きな物質からなる材料で
構成される物質層を形成したり、あるいは、フッ素化合
物ガスを導入した雰囲気条件下で母型表面をプラズマ処
理し、表面をフッ素化して表面での接触角度の大きな状
態に処理する等の「表面処理」を行った母型を利用する
ことができる。

【００４０】あるいはまた、上記「剥離」の際に、母型
と転写材の層との間に「温度差」を与え、所謂「ヒート
ショック」を利用して剥離を行っても良い。

【００４１】「母型」は、アルミニウムや銅、ステンレ
ス等やニッケル鍍金の各種金属や石英や合成石英等を材
料として形成することができる。母型の表面に形成され
る１以上の凸形状の形成方法としては、例えば、以下の
如き方法を利用できる。

【００４２】即ち、「母型材料の表面上に平滑な上端面
を有するフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジス
ト層にフォトリソグラフィ法によって、凸形状に応じた
形状パターンをパターニングしたのち、フォトレジスト
と母型材料をエッチングして、凸形状を母型材料の表面
に形成する」のである。

【００４３】あるいは、高精度に数値制御可能な超精密
加工機によって「母型」材料の表面をダイヤモンドバイ
トで切削又は研削加工して「母型」を製作しても良い。

【００４４】また、転写工程を実行するに際しては、予
め、デバイス材料上に転写材の層を形成したものに母型
を押し当てて転写を行っても良いし、母型の凸形状に形
成された面に流動性の転写材を塗布し、転写材を硬化
後、デバイス材料上に転写材を固定しても良く、あるい
は上述の如く流動性の転写材の塗布後、転写材を母型と
デバイス材料で挾持した状態で硬化を行っても良い。

【００４５】さらには、母型とデバイス材料とを近接対
向させ、両者の間隙に、流動性の転写材を流し込み、も
しくは注入してから硬化させてもよい。

【００４６】また、エッチング工程において行われる異
方性のエッチングは、その選択比を１として行えば、転
写材の表面に形成された転写楔形状を、そのまま合同的
にデバイス材料に彫り写して楔形状とすることができ
る。

【００４７】しかし、１と異なる「一定の選択比」でエ
ッチング工程を行えば、デバイス材料に彫り写される楔
形状は、転写楔形状の高さを、圧縮もしくは拡大した形
状の楔形状をデバイス材料に形成でき、楔形状の斜面部
の傾きを転写楔形状の斜面部の傾きと異ならせることが
でき、「選択比を連続的および／または段階的に変化さ
せる」ことにより、デバイス材料に形成される１以上の
楔形状の斜面部の形状を凸または凹の曲面形状とするこ
とができる（請求項４）。

【００４８】この場合、凸または凹の曲面形状は、その
断面形状が「円弧状」もしくは「楕円弧状」のもののほ
か、公知の非球面の式で表されるような断面形状のもの
も可能である。

【００４９】上に説明した、請求項１〜４記載の光学デ
バイス製造方法において用いられる「デバイス材料」
は、エッチングが可能なものであれば特に制限無く使用
することができ、石英や合成石英、ＢＫ−７等の各種ガ
ラス等、あるいはＮｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＡＢ，Ｎｄ：
ＹＶＯ₄，Ｎｄ：ＹＬｉＦ₄等、特開平１７３００３号公
報第７欄第３０〜３３行開示により公知の各種レーザー
材料、ＫＮｂＯ₃、ＫＴｉＯＰＯ₄等の非線形物質等、或
いは各種結晶等の透明な材料を用いることが出来ること
は言うまでもないが、デバイス材料として、「金属材料
もしくはセラミックス材料」を用いることもできる（請
求項５）。

【００５０】この場合、製造された光学デバイスは、上
記「母型」として使用することもでき、あるいはその表
面に反射膜を形成して、反射光学デバイスとして使用す
ることもできる。

【００５１】また、上記請求項１〜５記載の光学デバイ
ス製造方法においては、デバイス材料として、「透明な
基体の表面に、上記基体と屈折率の異なる材料による楔
形状形成層が所望の厚さに形成されたもの」を用い、１
以上の所望の楔形状を楔形状形成層に形成してもよい
（請求項６）。このように、デバイス材料は、透明な基
体と楔形状形成層とにより複合的に構成されることがで
きる。

【００５２】請求項７記載の光学デバイスは、上記請求
項１〜６記載の何れかの方法により製造される光学デバ
イス自体である。

【００５３】上記請求項１〜６記載の光学デバイス製造
方法において、転写材として使用できる前記「熱可塑性
材料」は、充填される相手型に対する親和性を有するこ
とを条件として、前記のもののうちから適宜のものを選
択して使用することができる。また、請求項１〜６記載
の発明におけるエッチング工程で行う異方性のドライエ
ッチングは「ＥＣＲプラズマエッチング」が好適であ
る。

【００５４】請求項１〜６記載の発明の光学デバイス製
造方法により製造される光学デバイス（請求項７）は、
楔形状の具体的形状やその配列態様により種々の形態の
ものが可能であり、「複数の楔形状を、光軸に対して垂
直な面内に同心円状に配列形成し、楔形状の配列ピッチ
および／または高さを、同心円の半径方向へ順次変化
し、楔形状の斜面部が曲面化されたフレネル形状を有す
る」ように、即ち、例えば、楔形状の高さが一定で、楔
形状の配列ピッチが異なり、光軸から離れるに従ってピ
ッチが狭くなるようにしたり、あるいは、楔形状の配列
ピッチが一定で、光軸から離れるに従って楔形状の高さ
が低くなるようにすることができる（請求項８）。

【００５５】あるいはまた、「複数の直線的な楔形状
（稜線部が直線状の楔形状）が長手方向に直交する方向
へ互いに平行に配列され、楔形状の配列ピッチ及び／ま
たは高さが、上記方向に順次変化し、楔形状の斜面部が
シリンダ面状に曲面化された形状を有する」ように、即
ち、例えば、直線状の楔形状が１方向に配列し、楔形状
の高さが一定で、楔形状の配列ピッチが異なり、上記方
向にピッチが狭くなるようにしたり、あるいは、楔形状
の配列ピッチが一定で、一方向に楔形状の高さが低くな
るようにしたりすることができる（請求項９）。

【００５６】請求項９記載の光学デバイスで楔形状の斜
面部が曲面であるものを２枚組み合わせることにより、
多芯光ファイバ−光軸合わせ光学デバイスを構成するこ
とが可能となる（請求項１０）。

【００５７】

【作用】図１を参照して、請求項１記載の発明を説明す
る。図１（ａ）において、符号１０は「デバイス材料」
を示す。デバイス材料１０の平坦な表面に、所望の厚さ
に転写材１１の層が形成されている。この例で、デバイ
ス材料１０は透明な材質である。また、転写材１１は、
この例において、光硬化性材料である「紫外線硬化樹
脂」であり、図１（ａ）の状態においては「軟質状態」
である。

【００５８】図１（ｂ）において、符号１２は「母型」
を示している。

【００５９】母型１２は、この例において、合成石英等
の透明な材料で形成され、その表面には、デバイス材料
１０に形成すべき「楔形状」に対応する１以上の凸形状
１９が形成されている。凸形状１９は、デバイス材料１
０に形成すべき楔形状を正確に凹凸反転させた形状であ
る。

【００６０】母型１２は、この例では合成石英等の透明
な材料で形成されているが、母型の材料はこれに限ら
ず、前述のように凸形状の形成が可能な材質であれば、
金属やセラミックス等でも良い。

【００６１】図１（ｃ）に示すように、転写材１１の層
の表面に、母型１２の凸形状１９を有する面を押しつけ
る。このとき、転写材１１の層は軟質状態であるので、
転写材１１は、母型１２の凸形状１９に従って変形す
る。この状態で、母型１２を介して紫外光（Ｕ．Ｖ．）
を照射し、転写材１１を硬化させる。

【００６２】転写材１１が硬化したら母型１２を分離す
る（ｄ）。このとき、前述のように、母型１２と転写材
１１とに温度差を与え、「ヒートショック」を利用する
と、分離を容易に行うことができる。

【００６３】この例では、上述の如く、デバイス材料１
０は透明材料であるから、転写材硬化のための紫外光照
射をデバイス材料１０を介して行うようにすることもで
き、この場合には、母型１２の表面に前述した金属薄膜
等の離型膜を形成したり、離型処理を施したりすること
ができる。

【００６４】図１（ａ）〜（ｄ）が「転写工程」であ
る。

【００６５】転写材として「熱硬化性樹脂」を用いる場
合には、加熱により硬化させることはいうまでもない。
また、転写材として「熱可塑性材料」を用いる場合に
は、加熱により転写材を軟化させつつ、母型１２を押圧
して表面形状を転写する（請求項３）。

【００６６】転写工程後は、図１（ｄ）に示す如く、転
写材１１の表面に、母型１２の表面の１以上の凸形状１
９に対応する１以上の「転写楔形状」が形成されてい
る。

【００６７】そこで、この状態から、異方性のドライエ
ッチングを、転写材１１とデバイス材料１０とに行い、
転写材１１の表面の１以上の転写楔形状を、デバイス材
料１０に彫り写すエッチング工程を実行すると、図１
（ｅ）に示すように、所望の楔形状を１以上有する光学
デバイスを得ることができる。

【００６８】このエッチング工程の際、転写材１１に対
するエッチング速度と、デバイス材料１０に対するエッ
チング速度の比、即ち、選択比を１とすれば、母型１２
の表面の凸形状１９を写した転写楔形状に、そのまま、
即ち合同的に対応する楔形状を、デバイス材料１０に彫
り写すことができる。

【００６９】エッチング工程における選択比を１から異
ならせれば、デバイス材料１０に彫り写される楔形状
は、転写材１１に型転写された転写楔形状を、その高さ
方向に「一律に拡大もしくは縮小した形状」となるが、
いずれにしても、転写材１１に形成された転写楔形状に
対応した形状となる。

【００７０】選択比を１より小さく（大きく）すること
により、デバイス材料１０に形成される楔形状の斜面部
の傾き角（図１（ｄ）の角：α）を小さく（大きく）す
ることができる。

【００７１】次に選択比と、楔形状との関連に就き説明
する。

【００７２】エッチング工程の際に、選択比を連続的お
よび／または段階的に変化させることにより、デバイス
材料１０に彫り写される楔形状の斜面部の形状を「曲面
化」することができる（請求項４）。

【００７３】図２（ａ）の状態から、異方性のドライエ
ッチングを行うと、デバイス材料１０の表面が露呈され
るまでは、固化した転写材１１が、選択比に拘り無く均
一にエッチングされる。

【００７４】デバイス材料１０の表面が現れた段階から
は、選択比の値によって、転写材１１とデバイス材料１
０のエッチング速度が異なる。

【００７５】選択比は、（デバイス材料のエッチング速
度）／（転写材のエッチング速度）で定義されるから、
設定された選択比により、デバイス材料と転写材との相
対的なエッチング速度が定まる。従って、選択比の設定
条件によって、エッチング結果の楔形状の制御が可能で
ある。

【００７６】選択比とエッチング結果の楔形状高さとの
関係をモデル的に説明する。

【００７７】例えば、図１（ｄ）の状態から選択比を
０．５として異方性のドライエッチングを行うと、（デ
バイス材料のエッチング速度）／（転写材のエッチング
速度）＝０．５の関係から、「転写材のエッチング速
度」は、「デバイス材料のエッチング速度」の２倍であ
る。

【００７８】従って、エッチングにより転写材１１が
「２μｍ」侵刻される間に、デバイス材料１０は「１μ
ｍ」しか侵刻されない。

【００７９】従って、デバイス材料１０の基板表面が現
れた段階から、転写材１１の最大高さ分が全部侵刻され
たときには、デバイス材料１０に彫り込まれた楔形状の
最大高さは、転写材１１の最大高さの半分になる。

【００８０】即ち、デバイス材料１０に彫り写された楔
形状の高さは、転写材１１の表面形状である転写楔形状
の高さを１／２に縮小したものとなり、楔形状の斜面部
の傾き（図１（ｅ）の角：αを用いて「ｔａｎα」で与
えられる）は、転写楔形状の斜面部の傾き（図１（ｄ）
の角：βを用いて、「ｔａｎβ」で与えられる）の１／
２となる。

【００８１】一方、選択比を２．０として異方性のドラ
イエッチングを行うと、「転写材のエッチング速度」
は、「デバイス材料のエッチング速度」の０．５倍であ
る。

【００８２】従って、エッチングにより、転写材１１が
「１μｍ」侵刻される間に、デバイス材料１０は「２μ
ｍ」侵刻される。

【００８３】従って、デバイス材料１０の基板表面が現
れた段階から、転写材１１の最大高さが全部侵刻された
ときには、デバイス材料１０に彫り込まれた楔形状の最
大高さは、転写材１１の転写楔形状の最大高さの２倍に
なる。

【００８４】即ち、デバイス材料に形成された楔形状の
最大高さは、転写材１１の表面の転写楔形状の再大高さ
を２倍に拡大したものとなり、楔形状の斜面部の傾き
（前記「ｔａｎα」）は、転写楔形状の斜面部の傾き
（前記「ｔａｎβ」）の２倍となる。

【００８５】即ち、エッチング工程における、「１より
大きな選択比」は、デバイス材料に形成される楔形状の
斜面部の傾きを転写材に形成された転写楔形状の斜面部
の傾きよりも大きくするように作用し、「１より小さな
選択比」は、デバイス材料に形成される楔形状の斜面部
の傾きを転写材に形成された転写楔形状の斜面部の傾き
よりも小さくするように作用する。

【００８６】上の説明では、選択比を一定としたが、例
えば、エッチング工程の途中で「選択比を次第に大き
く」すると、異方性のドライエッチングによる侵刻が進
むに従い、彫り写される楔形状は、時間的に後から侵刻
される（より大きな選択比で侵刻される）部分ほど、斜
面部の傾きが大きくなった形状となる。

【００８７】図２（ａ）の状態から、当初、選択比を１
として異方性のドライエッチングを開始し、次第に選択
比を大きくして、最終的には選択比を２まで上昇させる
と、図２（ｂ）に示すように、斜面部が凹曲面化し、
「楔の先端部が尖鋭化した楔形状」をデバイス材料１０
に形成できる。

【００８８】逆に、エッチング工程の途中で「選択比を
次第に小さく」すると、エッチングによる侵刻が進むに
従い、彫り写される楔形状は、時間的に後から侵刻され
る部分（より小さい選択比で侵刻される）ほど、斜面部
の傾きが次第に小さくなった形状となる。

【００８９】例えば、図２（ａ）の状態から、当初、選
択比を１として異方性のドライエッチングを開始し、次
第に選択比を小さくして、最終的には選択比を０．２ま
で低下させると、図２（ｃ）に示すように、斜面部分が
凸曲面化し、「楔の先端部が鈍磨した楔形状」をデバイ
ス材料１０に形成できる。

【００９０】図２（ｂ），（ｃ）は一例であり、異方性
エッチングの途中において、選択比の変化を制御するこ
とにより、斜面部の形状を、周知の非球面式で表現でき
るような任意の形状（図２（ｄ））とすることも可能で
ある。

【００９１】この際の選択比の制御は、コンピュ−タで
実現することが出来る。例えば、図２（ａ）における固
化した転写材１１の表面形状（転写楔形状）が「出発形
状」で、図２（ｄ）のような、「斜面部の断面形状が凹
の非球面形状をもつ形状」が目的形状であるとすると、
１例として以下のような手順で進めるのである。

【００９２】先ず、選択比を制御するためのパラメ−タ
を定め、上記出発形状から目的形状を得るために、上記
パラメ−タをどのように制御すべきかを、コンピュ−タ
シミュレ−ションする。

【００９３】即ち、上記パラメ−タの種々の時間変化に
応じて、デバイス材料１０の面形状が、侵刻によりどの
ように変化するかを調べ、出発形状から目的形状に到る
面形状変化をシミュレーションにより追跡しつつ、どの
ような選択比制御が最も適しているかを調べる。

【００９４】次に、このようにして得られた選択比の変
化を、実際にパラメ−タの変化で実現しつつ実験を行
い、制御の様子を補正し、実際に出発形状から目的形状
を得られるような制御条件を決定する。

【００９５】このようにして決定された制御条件をプロ
グラム化し、実際のエッチング装置における「選択比制
御」をプログラム制御すれば良い。勿論、出発形状とな
る転写楔形状と選択比制御とを組み合わせることによ
り、また、楔形状の斜面部が凹曲面であるか凸曲面であ
るかに拘らず、種々の非球面形状を斜面部形状としても
つ楔形状の形成が可能である。

【００９６】なお、物理的なエッチングは化学エッチン
グに比べて制御が容易であり、しかも、同一の出発形状
に対し、選択比の制御を同一にすれば、常に同一の目的
形状が得られる。即ち、再現性に優れている。

【００９７】従って、「エッチング工程」は、物理的エ
ッチングで行うことが好ましく、特にＥＣＲプラズマエ
ッチングによるドライエッチングは、エッチング工程用
のエッチングとして好適である。

【００９８】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。

【００９９】実施例１（請求項１，２記載の発明の実施
例） 図１に示したデバイス材料１０として、合成石英材料の
「平行平板」を使用した。転写楔形状を型転写するため
の転写材１１の１例として、「エポキシ材料：１に対
し、アクリル材料：９の割合で配合した嫌気性の紫外線
硬化性材料（接着剤）」を使用した。

【０１００】母型１２としては、無酸素銅材料の表面に
電気Ｎｉ鍍金した平板に、予め、高さ：９１μｍ、斜面
部の傾き（図１（ａ）の角：θ）：２０度の楔状の凸形
状を、ピッチ：２５０μｍで１列鋸歯状に１０個並べた
形状を型形状として超精密加工形成したものを用意し
た。転写面には、離型性を高めるため、トリアジンのフ
ッ素化合物による「表面処理」を施した。

【０１０１】上記母型の凸形状を上に向けて設置し、母
型上の３箇所に厚さ：９４±２μｍのスペ−サ−を配置
し、母型の上面に上記嫌気性の紫外線硬化性材料による
転写材を塗布したのち、デバイス材料である合成石英材
料の平行平板を、転写材上から静かに乗せ、転写材とデ
バイス材料の間および母型と転写材の間に含まれた気泡
を泡出しした。

【０１０２】ついで、デバイス材料の上方から均一に加
重をかけ、母型・スペ−サ−・デバイス材料の３者が接
触して３層構造を形成するまで保持する。このとき、余
分の転写材は、母型とデバイス材料の間から流れ出る。

【０１０３】次いで、加重を取り除き、転写材の硬化に
十分な紫外線２５００ｍＪ／ｃｍ²をデバイス材料側か
ら照射した。上記流れ出た転写材はアセトンで除去す
る。この実施例で用いた転写材は「嫌気性」であるため
流れ出た転写材は硬化しない。

【０１０４】転写材の硬化に際しては、必要に応じて、
上記状態で１２０℃で３０分間ポストキュア−してもよ
い。このようにして転写材を完全に硬化させる。

【０１０５】次いで、母型を転写材から剥離するが、母
型の「表面処理」の効果のため容易に剥離出来た。勿
論、剥離の容易性のためには、表面処理の効果だけでは
なく、母型の「表面粗さが小さい」ことも当然に必要で
ある。

【０１０６】剥離の前に、母型とデバイス基板を共に裏
打ちし、専用の治具（少なくとも一方は透明材料）に冷
却もしくは加熱機構によってヒートショックを与える
と、剥離作業が容易である。以上が「転写工程」であ
る。

【０１０７】なお、転写材の材料樹脂の性質を調整し、
光硬化性の特性を強化すると、紫外線照射後に樹脂が収
縮して、母型からの剥離性が増した。但し、この場合
は、転写材が厚み方向に、当初の９１μｍから８６．５
μｍに収縮したため、転写された転写楔形状は、母型の
凸形状よりも高さの低い形状となった。

【０１０８】続いて、エッチング工程を行った。

【０１０９】ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いて、
Ａｒ，ＣＨＦ₃，Ｏ₂ガスを導入して、２〜３×１０~⁴Ｔ
ｏｒｒの条件下（選択比：１）で９００分エッチング
し、転写材表面の転写楔形状をデバイス材料に彫り写し
た。

【０１１０】この実施例における具体的データは以下の
通りである。 母型における凸形状： 配列ピッチ：２５０μｍ 凸形状の高さ：９１．０μｍ 斜面部の傾き角（θ）：２０° スペーサーの厚さ：９４±２μｍ 転写材に転写された転写楔形状：マイクロプリズム状 配列ピッチ：２５０μｍ 転写楔形状の高さ：８６．５μｍ 斜面部の傾き角（β）：１９．１° エッチング工程後のデバイス材料に形成された楔形状： 配列ピッチ：２５０μｍ 楔形状の高さ：９０．２μｍ 斜面部の傾き角（α）：１９．８° 母型の凸形状とデバイス材料の楔形状との差異 配列ピッチ：２５０μｍ 高さの差：０．８μｍ 傾き角の差（Δθ）：０．２° このようにして形成された光学デバイスは、上記楔形状
をプリズム屈折面とするマイクロプリズムとして使用で
きる。

【０１１１】実施例２（請求項４記載の発明の実施例） 実施例１と全く同様にして製作した金型を用い、同様の
転写工程を行い、転写材表面に転写楔形状をマイクロプ
リズム状に形成した（図２（ａ）参照）。

【０１１２】次に、ＥＣＲプラズマエッチング装置を用
いて、Ａｒ，ＣＨＦ₃，Ｏ₂ガスを導入し、２〜３×１０
~⁴Ｔｏｒｒの条件下で選択比を１としてエッチングを開
始し、徐々にＯ₂ガスを導入量を減少させて選択比を増
加させ、最終的には１．８まで変化させてエッチング工
程（１４９０分）を実行し、転写材表面の転写楔形状を
デバイス材料に彫り写した（図２（ｂ））。

【０１１３】この実施例における具体的データは以下の
通りである。 母型における凸形状： 配列ピッチ：２５０μｍ 凸形状の高さ：９１．０μｍ 斜面部の傾き角（θ）：２０° スペーサーの厚さ：９４±２μｍ 転写材に転写された楔形状：マイクロプリズム状 配列ピッチ：２５０μｍ 転写楔形状の高さ：８６．５μｍ 斜面部の傾き角（β）：１９．１° エッチング工程後のデバイス材料に形成された楔形状： 配列ピッチ：２５０μｍ 楔形状の高さ：１１０．５μｍ 斜面部（凹曲面）の近似円筒面の曲率半径：Ｒ＝３３
７．８μｍ 形状誤差：ＰＲｔ＝２．３２μｍ このようにして形成された光学デバイスは、上記楔形状
の斜面部を凹屈折面とするマイクロプリズムとして使用
できる。

【０１１４】実施例３（請求項４記載の発明の実施例） 実施例１と全く同様にして製作した金型を用い、実施例
１と全く同様に転写工程を行い、転写材表面に転写楔形
状をマイクロプリズム状に形成した（図２（ａ）参
照）。

【０１１５】次に、ＥＣＲプラズマエッチング装置を用
いて、Ａｒ，ＣＨＦ₃，Ｏ₂ガスを導入し、２〜３×１０
~⁴Ｔｏｒｒの条件下で選択比を１としてエッチングを開
始し、徐々にＯ₂ガスを導入量を増加させて選択比を減
少させ、最終的には０．１まで変化させてエッチング工
程を実施し（６２５分）、転写材表面の転写楔形状をデ
バイス材料に彫り写した（図２（ｃ））。

【０１１６】この実施例における具体的データは以下の
通りである。 母型における凸形状： 配列ピッチ：２５０μｍ 凸形状の高さ：９１．０μｍ 斜面部の傾き（θ）：２０° スペーサーの厚さ：９４±２μｍ 転写材に転写された楔形状：マイクロプリズム状 配列ピッチ：２５０μｍ 転写楔形状の高さ：８６．５μｍ 斜面部の傾き（β）：１９．１° エッチング工程後のデバイス材料に形成された楔形状： 配列ピッチ：２５０μｍ 楔形状の高さ：６３．３μｍ 斜面部（凸曲面）の近似円筒面の曲率半径：Ｒ＝５２
８．４μｍ 形状誤差：ＰＲｔ＝４．１６μｍ このようにして形成された光学デバイスは、上記楔形状
の斜面部を凸屈折面とするマイクロプリズムとして使用
できる。

【０１１７】実施例４（請求項８記載の発明の実施例） 請求項８記載の光学デバイスは、所謂フレネルレンズの
光学性能を有する。

【０１１８】この実施例では、レンズ部をなす楔形状の
高さ（光軸方向の高さ）が一定で、楔形状の配列ピッチ
が光軸から離れるに従って狭くなるように形成される。

【０１１９】図３を参照して説明する。図３に示すデバ
イス材料１０としてＳＦ−６０材料の「平行平板」を使
用した。板厚は０．５ｍｍである。転写楔形状を型転写
するための転写材１１としては、アクリル材料１００％
で構成される嫌気性の紫外線硬化性材料（接着剤）を使
用した。

【０１２０】母型３１としては、無酸素銅材料の表面に
電気Ｎｉ鍍金を施し、超精密加工機によって、予め、凸
形状のパタ−ン３２として「フレネルレンズ形状に対応
したパターン」を形成したものである。

【０１２１】上記凸形状のパターン３２は、平面図形状
が円形で高さ（図３（ａ）に記号：ｈで示す）が３０μ
ｍの凸形状を、有効径：１ｍｍの円形領域内に、同心円
状に、且つ配列ピッチが１５０μｍから２５μｍまで変
化するようにして、９個並べたパターンである。隣接す
る凸形状間の間隔は、図３（ａ）に示すように、同心円
の中心軸から離れるに従って狭くなっている。

【０１２２】母型３１の転写面（凸形状の同心円パター
ン）は、Ａｒ，ＣＦ₄を導入ガスとして用いたプラズマ
処理によって表面層がフッ素化処理されている。

【０１２３】母型３１の凸形状パターン３２を上に向
け、母型３１上の３箇所に厚さ：３０±１μｍのスペ−
サ−（図示されず）を配置した。

【０１２４】次いで、母型３１の上面に上記嫌気性の紫
外線硬化性材料による転写材１１を塗布したのち、合成
石英材料の平行平板であるデバイス材料１０を転写材１
１上から静かに乗せ、転写材１１とデバイス材料１０の
間、および母型３１と転写材の間に含まれた気泡を泡出
しした。

【０１２５】さらに、デバイス材料１０の上方から均一
に加重をかけて、母型３１・スペ−サ−・デバイス材料
１０の３者が接触して３層構造を形成するまで保持す
る。このとき、余分の転写材は、母型とデバイス材料の
間から流れ出る。

【０１２６】加重を取り除いたのち、図３（ｂ）に示す
ように、転写材１１の硬化に十分な紫外光２５００ｍＪ
／ｃｍ²を、透明なデバイス材料１０を介して照射し
た。流れ出た転写材はアセトンで除去した。この実施例
で用いた転写材は「嫌気性」であるため、流れ出た転写
材は硬化しない。

【０１２７】このようにして、転写材１１を完全に硬化
させる。この例では、転写材１１はアクリル１００％で
あるので「加熱による硬化」は必要としない。

【０１２８】その後、母型３１をデバイス材料１０上の
転写材１１から剥離する。この際、母型３１の表面処理
の効果のため容易に剥離出来た（図３ｃ））。以上が
「転写工程」である。

【０１２９】次に、表面に転写楔形状３３を型転写され
た転写材１１を有するデバイス材料１０（図３（ｃ））
を、ＥＣＲプラズマエッチング装置内にセットし、Ａ
ｒ，ＣＨＦ₃，Ｏ₂ガスを導入し、２〜３×１０~⁴Ｔｏｒ
ｒの条件下で、選択比を当初１として異方性のドライエ
ッチングを開始し、徐々にＯ₂ガスの導入量を増加させ
ることによって選択比を減少させ、最終的には選択比を
０．１まで変化させた。

【０１３０】このような条件で７１０分間エッチング
し、転写材１１表面の転写楔形状をデバイス材料に彫り
写した（図３（ｄ））。

【０１３１】選択比が次第に減少するので、彫り写され
た楔形状３４では、楔の頂部が鈍磨した形状となり、楔
形状３４の高さ（図３（ｄ）に記号ｈ’で示す）は、転
写楔形状３３の高さの２／３である２０μｍに縮小され
ている。

【０１３２】この実施例における具体的データは以下の
通りである。 母型における凸形状（フレネルレンズ形状に対応したパ
ターン）： 凸形状の高さ：３０．０μｍ 光軸から周辺部への楔形状の配列ピッチ： １５０μｍ，６５μｍ，６０μｍ，５０μｍ，４０μ
ｍ，３５μｍ，３２．５μｍ，３０μｍ，２５μｍ 光軸から周辺部への楔形状の平均傾き（θ）： １１．３１度，２０．５６度，２６．５７度，３０．９
６度，３６．８７度，４０．６０度，４２．７１度，４
５．００度，５０．１９度 デバイス材料に彫り写された楔形状： 楔形状の高さ：２０．０μｍ 光軸から周辺方向への楔形状の斜面部の平均傾き角： ５．５６度，１３，４８度，１７．９７度，２１．８５
度，２４．９４度，２７．４７度，２９．７７度，３
１．４５度，３３，１８度 楔形状の斜面部の近似形状は、周知の非球面式： Ｚ＝（１/Ｒ）ｈ²／{１＋√［１−（Ｋ＋１）（１/Ｒ）
²ｈ²］｝＋Ａｈ⁴＋Ｂｈ⁶＋Ｃｈ⁸ Ｒ：光軸上の曲率半径 ｈ：光軸からの距離 Ｋ：円錐定数 Ａ，Ｂ，Ｃ：それぞれ、４次，６次，８次の非球面係数 Ｚ：レンズ頂点からの光軸方向の距離 において、 Ｒ＝０．７６８ｍｍ Ｋ＝−１．００００１３ Ａ＝０．０９８７５ Ｂ＝Ｃ＝０ とした形状であり、波長１．３μｍの光に対する焦点距
離は１．０ｍｍであり、有効径は１．０ｍｍである。

【０１３３】上記方法によって、ＳＦ−６０（波長：
１．３μｍの光に対する屈折率：１．７６８１７）で形
成される「凸球面マイクロフレネルレンズ」を製作でき
た。

【０１３４】また、これをマスタ−として用い、蒸着，
スパッタ，電鋳を繰り返し、型取りし、プラスチック成
形用の金型を製作した。この金型を使用し、ＰＭＭＡ材
料を用いて成形したプラスチックフレネルレンズは、焦
点距離：ｆ＝１．５３６ｍｍ（使用波長：５５０ｎｍ）
の光学素子として使用できた。

【０１３５】凸形状のパターンとして、平面図形状が円
形状の凸形状を、等間隔同心円状に配備し、凸形状の高
さが中心軸を離れるに従い小さくなるような転写型形状
を持つ母型を用い、実施例５と同様の加工方法を用いれ
ば、「個々のリング状レンズの楔形状の配列ピッチが一
定で、光軸から離れるに従ってレンズ高さが低くなる光
学デバイス」を製作できることは容易に理解されるであ
ろう。

【０１３６】実施例５（請求項９記載の発明の実施例） 実施例５の光学デバイスは、所謂シリンダフレネルレン
ズの１種であり、楔形状によるシリンダレンズが、長手
方向に直交する方向へ互いに平行に配列し、レンズ部を
なす楔形状の高さが一定で、楔形状のピッチが一方向へ
順次狭くなるものである。

【０１３７】図４（ａ）において、符号１０で示すデバ
イス材料は、実施例４におけると同じく、厚さ０．５ｍ
ｍのＳＦ−６０の平行平板である。

【０１３８】符号１１で示す転写材は、アクリル材料１
００％で構成される嫌気性の紫外線硬化性材料（接着
剤）である。

【０１３９】母型４１は、無酸素銅材料の表面に電気Ｎ
ｉ鍍金を施し、超精密加工機によって、予め、凸形状の
パタ−ン４２として「シリンダフレネルレンズ形状に対
応したパターン」を超精密加工形成したものである。

【０１４０】即ち、図４（ａ）において、図面に直交す
る方向を稜線の方向とする楔形の凸形状（長さ：５ｍ
ｍ）を、長さ方向に直交する方向（図の左右方向）に、
互いに平行に配列した。凸形状の高さ（図４（ａ）の記
号Ｈで示す）は一律１５μｍ、凸形状の配列ピッチは図
の左右方向において順次に狭くなっている。

【０１４１】実施例４における型転写と同様にして、転
写材１１の表面への凸形状の型転写を行い（図４
（ｂ））、母型４１を剥離して、図４（ｃ）に示すよう
に、デバイス材料１０上の転写材１１の表面に転写楔形
状４２’が形成された状態を実現した（転写工程）。

【０１４２】図４（ｃ）の状態のものをＥＣＲプラズマ
エッチング装置にセットし、Ａｒ，ＣＨＦ₃，Ｏ₂ガスを
導入して、２〜３×１０~⁴Ｔｏｒｒの条件下で、当初、
選択比を１としてエッチングを開始し、徐々にＯ₂ガス
を導入量を減少させて選択比を増加させ、最終的には選
択比を１．８まで増加させた。

【０１４３】このようなエッチング条件で６５０分、異
方性のドライエッチングを行い、転写材１１表面の転写
楔形状４２’を、デバイス材料１０に彫り写し、図４
（ｄ）に示すような断面形状のデバイス材料を得た。

【０１４４】具体的データは以下の通りである。 母型における凸形状（断面楔状の凸形状を１方向へ配列
した形状）： 凸形状の高さ：１５．０μｍ 凸形状配列方向における凸形状の配列ピッチ： １５０μｍ，６５μｍ，６０μｍ，５０μｍ，４０μ
ｍ，３５μｍ，３２．５μｍ，３０μｍ，２５μｍ 凸形状配列方向における１端部から他端部への凸形状の
平均傾き角： ５．７１度，１３．０度，１４．０４度，１６．７０
度，２０．５６度，２３．２０度，２４．７８度，２
６．５７度，３０．９６度 転写材に型転写により形成された転写楔形状： 転写楔形状の高さ：２０．０μｍ 転写楔形状の配列方向における斜面部の平均傾き角： ５．５６度，１３．４８度，１７．９７度，２１．８５
度，２４．９４度，２７．４７度，２９．７７度，３
１．４５度，３３．１８度 デバイス材料に形成された楔形状の近似形状： 楔形状の高さ：２０μｍ 近似円筒面の曲率半径：Ｒ＝−０．７６８ｍｍ 焦点距離：１．０ｍｍ（波長１．３μｍ） 長手方向レンズ長さ：５ｍｍ 有効配列幅：１ｍｍ 上記の如くして、マイクロシリンダフレネルレンズを製
作できた。

【０１４５】実施例５（請求項１０記載の発明の実施
例） 上記実施例２または３と同様の原理で製作する光学素子
は、多芯光ファイバ−スイッチング及びコネクタ−用の
光学デバイスに使用することが可能である。

【０１４６】この光学デバイスは、複数の光ファイバ−
から出射する光の方向を個別的に補正するための光学素
子であり、楔形状の斜面部を曲面（シリンダ面あるいは
非球面形状）としたことを特徴としている。

【０１４７】多芯光ファイバーによる微細光ビ−ムアレ
イを用いたフリ−スペ−ス光スイッチでは、構成部品間
の位置バラツキによる「ビ−ム伝搬方向のバラツキ」が
問題となり、微細光ビ−ム伝搬方向の補正を行うことが
必要である。

【０１４８】図５において、光ファイバーＦ_i，Ｆ_j，Ｆ
_k，Ｆ_l等から射出した光束は、各ファイバーに対応した
マイクロレンズＬ_i，Ｌ_j，Ｌ_k，Ｌ_l等を有するマイクロ
レンズアレイＭＬＡの各マイクロレンズにより平行光束
化され微細光ビームアレイとなる。

【０１４９】個々の光ファイバーＦ_i等の位置バラツキ
があるため、上記平行光束化された微細光ビームアレイ
を構成する、個々の微細光ビーム相互は、必ずしも平行
ではなく、光ファイバーＦ_i等に対応して設けられた他
の光ファイバーアレイへの光結合を行ったり、スイッチ
ングを行ったりするためには、微細光ビームアレイの個
々の伝搬方向の光軸補正を個別的に行わねばならない。

【０１５０】この光軸補正を１次元的に行うものとし
て、液晶マイクロプリズムアレイが提案されている（１
９９４年「応用物理学会」春季大会 ３０ａ−Ｇ−８
山本他，１９９３年「通信学会」春季大会 Ｂ−４５７
山本他，Ｓ．Ｓａｔｏ ｅｔ ａｌ．，Ｌｉｑｕｉｄ
ｃｒｙｓｔａｌ，Ｖｏｌ．１５，Ｐ．１４３５，１９
８９等） この液晶マイクロプリズムアレイは、図５に示すよう
に、マイクロプリズムアレイＭＰＡと液晶ＬＱと平行平
板ガラス１００とから構成されている。

【０１５１】マイクロプリズムアレイＭＰＡには、図面
に直交する方向を長手方向とする楔形状によるマイクロ
プリズムＰ_ｉ，Ｐ_j，Ｐ_k，Ｐ_l等が、光ファイバーＦ_i等
と１：１に対応して形成されている。

【０１５２】マイクロプリズムアレイＭＰＡの他方の面
と、この面に平行に対向して配備された平行平板ガラス
１００との間には液晶ＬＱが挾持されている。マイクロ
プリズムアレイＭＰＡの平坦な面には透明電極１０１が
設けられ、平行平板ガラス１００の面には透明電極１０
２が設けられている。

【０１５３】透明電極１０１は光ファイバーＦ_i等の配
列に応じてアレイ化され、透明電極１０２は、アレイ化
された透明電極１０１全体に対する共通電極になってい
る。

【０１５４】透明電極１０１と透明電極１０２とにより
液晶ＬＱに電界を作用させると、電界の大きさに応じて
液晶ＬＱの屈折率が変化する。

【０１５５】従って、例えば、マイクロプリズムＰ_iの
部分に対応する透明電極１０１と透明電極１０２の間に
電圧を印加することにより、光ファイバーＦ_iから射出
され、平行平板ガラス１００から射出する微細光ビーム
の向きを、電圧の大きさに応じて、図５の上下方向へ偏
向させることができる。

【０１５６】従って、図５に示すような液晶マイクロプ
リズムアレイを２組用い、各組におけるマイクロプリズ
ムの配列方向が直交するように、これら液晶マイクロプ
リズムアレイを組み合わせれば、２次元的な光ファイバ
ーアレイからの微細光ビームアレイの各微細光ビームの
向きを個別的に補正することができる。

【０１５７】従来、上記形状のマイクロプリズムは、加
工刃物を専用の角度に特注製作し、マイクロラインダ−
で石英の表面を加工していた。しかしこの加工方法で
は、表面粗さが粗く光学面としては使用できない、平坦
加工される面積が狭く光線有効範囲が非常に狭い、プリ
ズム谷部の形状がシャ−プに製作出来ない、等の問題が
あった。

【０１５８】図５に示すような構造を有する液晶マイク
ロプリズムアレイを以下の如くして製作した。

【０１５９】以下の如きデータの凸形状を有する母型を
用い、実施例３と全く同様にして転写工程を行った。

【０１６０】母型における凸形状： 配列ピッチ：２５０μｍ 凸形状の高さ：８．５μｍ 斜面部の傾き角（θ）：１．９５° スペーサーの厚さ：９±０．５μｍ 転写工程により、転写材表面に以下の如きデータの転写
楔形状が形成された。

【０１６１】転写材に転写された転写楔形状：マイクロ
プリズム形状 配列ピッチ：２５０μｍ 転写楔形状の高さ：８．１μｍ 斜面部の傾き角（β）：１．８６° 次に、ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いて、Ａｒ，
ＣＨＦ₃，Ｏ₂ガスを導入し、２〜３×１０~⁴Ｔｏｒｒの
条件下で、選択比を当初は１として異方性のドライエッ
チングを行い、徐々にＯ₂ガスを導入量を増加させて選
択比を減少させ、最終的には選択比を０．１まで減少さ
せた。この条件で６０分エッチングし、転写材表面の転
写楔形状をデバイス材料に彫り写した。

【０１６２】エッチング工程後のデバイス材料に形成さ
れた楔形状： 配列ピッチ：２５０μｍ 楔形状の高さ：５．５μｍ 斜面部の近似円筒面の曲率半径：Ｒ＝２．７３３ｍｍ 形状誤差：ＰＲｔ＝２．１６μｍ 焦点距離：ｆ＝６．１ｍｍ このようにして、同一のマイクロプリズムアレイを２枚
形成した。これらマイクロプリズムアレイの個々と、平
板ガラスとの間に液晶材料（Ｍｅｒｋ社製，ＢＤＬ００
９）を封入して液晶マイクロプリズムとする。

【０１６３】各マイクロプリズムアレイの裏面に配置す
る電極と、平板ガラスに配置された電極とに間に電圧を
加えると、電圧に比例して液晶の配向方向が、電圧２．
８Ｖ以下では、０〜７°の範囲で直線的に変化する。

【０１６４】従って、この範囲では、電圧を変化するこ
とによって各微細光ビーム毎に射出角度を変化させるこ
とが可能となる。

【０１６５】上記方法によって製作した２組の液晶マイ
クロプリズムアレイを、各組におけるマイクロプリズム
のアレイ配列方向が互いに直角になるように配置する。
これら２組の液晶マイクロプリズムアレイにおけるマイ
クロプリズム同志の組合せとして「２５０μｍ四方のセ
ル」ができる。

【０１６６】このセルの個々に光ファイバ−１本１本を
対応させ、光ファイバ−それぞれの光軸ズレ量に応じ
て、電圧を０〜２．７Ｖの範囲で印加して各セルの液晶
による屈折角度を調整し、２次元的に配置してある多芯
光ファイバ−の光軸補正を、独立したセル毎に角度補正
することを可能とした。

【０１６７】その結果、最大位置バラツキ１０５μｍに
配列されている、光ビ−ムアレイ８×８チャンネルの多
芯光ファイバ−（６４個のファイバ−）の光軸補正を上
記液晶マイクロプリズムアレイの組合せを使用すること
によって、数μｍ以内に配列することが可能となった。

【０１６８】また、上記光ビ−ムアレイ８×８チャンネ
ルの多芯光ファイバ−から出射した光をＣＣＤで受光し
た時の光の集光効率は、φ２０μｍで１２％であった。

【０１６９】この原理を利用すれば、多芯光ファイバ−
スイッチング及びコネクタ−用の光学デバイスに使用す
ることが可能である。

【０１７０】

【発明の効果】以上のように、この発明に依れば新規な
光学デバイスおよび光学デバイス製造方法を提供できる
（請求項１〜１０）。

【０１７１】請求項１〜６記載の発明は、上記の如く構
成されているから、平面状、曲面状等、種々の斜面部形
状を持つ、楔形状を１以上、用意且つ確実に、精度良く
有する光学デバイスを製造できる。

【０１７２】請求項７〜９記載の発明によれば、上記、
平面状、曲面状の斜面部形状を精度良く形成された楔形
状を持つ光学デバイスを実現できる。

【０１７３】また請求項１０記載の発明によれば、多芯
光ファイバ−光軸合わせ光学デバイスを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明を説明するための図であ
る。

【図２】請求項４記載の発明を説明するための図であ
る。

【図３】請求項８記載の発明を説明するための図であ
る。

【図４】請求項９記載の発明を説明するための図であ
る。

【図５】請求項１０記載の発明を説明するための図であ
る。。

【符号の説明】

１０ デバイス材料 １１ 転写材料 １２ 母型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 5/18 // Ｂ２９Ｌ 11:00

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所望の楔形状を１以上有する光学デバイス
   を製造する方法であって、 上記所望の楔形状に対応する凸形状を１以上有する母型
   を用いて転写材の表面への型転写を行い、上記母型の凸
   形状に応じた１以上の転写楔形状を表面形状として持つ
   転写材の層を、デバイス材料の表面上に形成する転写工
   程と、 上記転写材およびデバイス材料に対して異方性のドライ
   エッチングを行い、上記１以上の転写楔形状をデバイス
   材料に彫り写し、デバイス材料に上記所望の楔形状を１
   以上形成するエッチング工程とを有することを特徴とす
   る光学デバイス製造方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の光学デバイス製造方法にお
   いて、 転写材が光硬化性材料であり、転写工程において、転写
   材に光照射しつつ、母型の１以上の凸形状の型転写を行
   うことを特徴とする光学デバイス製造方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の光学デバイス製造方法にお
   いて、 転写材が熱硬化性材料もしくは熱可塑性材料であって、
   転写工程において、転写材を加熱しつつ、母型の１以上
   の凸形状の型転写を行うことを特徴とする光学デバイス
   製造方法。
4. 【請求項４】請求項１または２または３記載の光学デバ
   イス製造方法において、 エッチング工程における選択比を、１からずらすことに
   より、デバイス材料に形成される楔形状の斜面部の傾き
   を、転写楔形状の斜面部の傾きと異ならせるか、または
   選択比を連続的および／または段階的に変化させること
   により、デバイス材料に形成される１以上の楔形状の斜
   面部を凹曲面もしくは凸曲面とすることを特徴とする光
   学デバイス製造方法。
5. 【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
   光学デバイス製造方法において、 デバイス材料として、金属材料もしくはセラミックス材
   料が用いられることを特徴とする光学デバイス製造方
   法。
6. 【請求項６】請求項１または２または３または４記載の
   光学デバイス製造方法において、 デバイス材料として、透明な基体の表面に、上記基体と
   屈折率の異なる材料による楔形状形成層が所望の厚さに
   形成されたものが用いられ、 １以上の所望の楔形状が上記楔形状形成層に形成される
   ことを特徴とする光学デバイス製造方法。
7. 【請求項７】請求項１または２または３または４または
   ５または６記載の光学デバイス製造方法により製造され
   る光学デバイス。
8. 【請求項８】請求項７記載の光学デバイスにおいて、 複数の楔形状が、光軸に対して垂直な面内に同心円状に
   配列形成され、楔形状の配列ピッチおよび／または高さ
   が、上記同心円の半径方向へ順次変化し、楔形状の斜面
   部が曲面化されたフレネル形状を有すること特徴とする
   光学デバイス。
9. 【請求項９】請求項７記載の光学デバイスにおいて、 複数の直線的な楔形状が長手方向に直交する方向へ互い
   に平行に配列され、楔形状の配列ピッチ及び／または高
   さが、上記方向に順次変化し、楔形状の斜面部がシリン
   ダ面状に曲面化された形状を有することを特徴とする光
   学デバイス。
10. 【請求項１０】請求項９記載の光学デバイスで、楔形状
    の斜面が曲面であるものを２枚組み合わせて有する、多
    芯光ファイバ−光軸合わせ光学デバイス。