JPS60208701A - プラスチツク平面レンズを製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は合成樹脂から成る透明基板中に屈折率分布型レ
ンズ部分を形成したレンズ体を製造する方法に関する。

平行平面をもつ透明基板内に、この基板面に垂直な光軸
方向に二乗近似で変化する屈折率分布および光軸な含む
少なくとも一つの断面内で光軸がら遠ざかるにつれて二
乗近似で次第に変化する屈折率分布をもつ屈折率分布型
レンズ部分を間隔をおいてライン状にあるいはマトリク
ス状に多数形成した平板レンズは知られている。

レンズ部分は光軸を含む全ての断面内で上記のような屈
折率分布をもつレンズすなわち円形レンズである場合も
あれば、／っの断面内で光軸から離れるにしたがい次第
に変化する屈折率分布をもち、これと直交する断面内で
は光軸がらの距離によらず屈折率が一定であるようなレ
ンズいわゆるカマボコ型レンズである場合もある。

上述のような平板レンズは複写機やファクシミリの光学
系など種々の用途における画像伝送素子として、あるい
は光源と光ファイバーとの光結合系。

光ファイバーの中間に減衰器または分岐回路を挿入する
ための平行光変換素子など光通信用の周辺デバイス等に
有用である。

上記のような平板レンズを合成樹脂を用いて製作する場
合、第１図に示すように屈折率Ｎａの網状重合体（共重
合体を含む）Ｐａを形成する単量体（単量体混合物を含
む）Ｍａを一部重合して透明施し、この開口を通して基
板中に上記屈折率Ｎａとは異なる屈折率Ｎｂの重合体（
共重合体を含む）ｐ、ｂを形成する単量体（単量体混合
物を含む）Ｍｂを拡散１重合させる方法が知られている
。

この場合Ｎ　ａ　）　Ｎ　ｂであれば基板中に形成され
るレンズ部分１０３は凹レンズ作用をもち、Ｎａ＜Ｎｂ
であれば凸レンズ作用をもつことＫなる。

また、他の方法として第２図に示すように上記と同様の
透明ゲル物体の基板１０ダをつくり、この基板面のレン
ズ部分に限定してマスクｌＱ５を施し、周辺から基板Ｉ
Ｏ’ｌと重合してｒｔ＋ａとは異なる屈折率Ｎｂの重合
体をつくるような単量体を拡散する方法もある。

この場合には、基板中に形成されるレンズ部分１０６は
Ｎａ）Ｎｂであれば凸レンズ作用を示し、　Ｎａ　＜Ｎ
ｂであれば凹レンズ作用を示す。

ところが、上述した様な方法を用いて平面レンズを製造
する場合、従来はマスク７０コまたは１０Ｓを透明ゲル
基板に施す方法としては、たとえばガラス板などの、単
量体Ｍｂが透過しない材料で所定形状のマスクを作製し
、しかるのちに透明ゲル基板表面に圧着するといった方
法がとられている。

この様な方法を用いた場合には、マスクと透明ゲル基板
の密着性が必ずしも良好でなく、モノマーＭｂがマスク
とゲル基板との間に侵入し、モノマーＭｂはゲル基板の
表面全体に拡散してしまい、レンズ体を形成することが
できないという問題がある。また、他の問題として、た
とえばＮ　ａ　＞　Ｎ　ｂである単量体の組合せを用い
て第２図に示した方法で円形凸レンズのアレーな製造す
る場合には、マスクｉｏｓを透明ゲル基板表面に施す際
に、円形のマスクを島状に並べる必要があり、この様な
場合にレンズ径を小さくしようとすれば、微小なマスク
を並べるという操作は非常に困難なものとなる事などが
挙げられる。

本発明は上記従来の問題点を解決し、屈折率分布型平板
レンズの製造工程においてマスクとゲル基板の密着性の
問題及びマスクパターンの精度の問題を回避し得る新規
なプラスチック平板レンズの製造方法を提供することを
目的としている。

本発明に従った方法では、まず網状重合体（共重合体を
含む）Ｐａを形成する単量体（単量体混合物を含む）Ｍ
ａを一部重合させて透明ゲルの基板をつくる。

本発明で使用する単量体Ｍａの好適例としては、ジアリ
ルフタレート、ジアリルイソフタレート。

ジアリルテレフタレート、ジエチレングリコールビスア
リルカーボネートの如キジアリルエステル；トリメリド
酸トリアリル、リン酸トリアリル。

亜リン酸トリアリルの如きトリアリルエステル；メタク
リル酸アリル、アクリル酸アリルの如き不飽和酸アリル
エステル；フタル酸ジビニル、イソフタル酸ジビニル、
テレフタル酸ジビルの類キビニルエステルを挙げること
ができるが、これらに限定されることなく、透明な網状
重合体を生成する単量体であれば如何なるものも使用す
ることが可能である。

また本発明で用いられる網状重合体としては、上述した
如き単量体Ｍａから得られるホモポリマー。

又はこれらの単量体の二種以上から得られる共重合体、
並びにこれら単量体Ｍａとスチレン、メタクリル酸エス
テル、または安息香酸ビニルなどの如き単量体との共重
合体が適当である。

次にこの透明ゲル基板の、レンズを作ろうとする表面に
、レジスト層を設ける。このレジスト層をパターニング
することにより前述のマスク１０λや１０３をレジスト
層で形成させる。　レジストには現在一般的に使用され
ているフォトレジストを用いることが好ましい。このレ
ジスト層の上方パターンの転写が可能な距離に、レンズ
パターンの印刷されたフォトマスクを配置させ、このマ
スクを通してレジスト層に活性光線を照射して分解また
は硬化させる。レジスト層を現像すれば、活性光線で分
解した部分あるいは硬化しなかった部分は除去されて透
明ゲル基板がパターン通りに露出する。露出部は、ポジ
レジストを使用した場合にはフォトマスクの光透過部分
に対応する部分のレジストが分解して除去されるので、
マスクパターンの光透過部分に対応し、ネガレジストを
使用した場合にはフォトマスクの光透過部分に対応する
部分のレジストが硬化し、現像によってそれ以外の部分
が除去されるので、マスクパターンの遮光部分に対応す
る。

この様に、本発明に於いてはレジスト層にフォトマスク
のパターンを転写して前述のマスク１０２や１０Ｓを形
成するので、マスクパターンの精度は飛躍的に向上し、
微小レンズアレーの製造な容易に行なうことができる。

また、レジスト層よりなるマスクと透明ゲル基板との密
着性も、レジストを透明ゲル基板に塗布した後、溶媒を
蒸発させて加熱し、露光前に若干硬化反応を起こさせて
膜を安定化させるが、この際に透明ゲル基板表面に対し
て強固に密着させることができる。また、ネガレジスト
の場合には露光された部分が硬化するので更に密着性が
増す。

次いでレジスト層よりなるマスクが施された基板面に、
前述の網状重合体Ｐａとは異なる屈折率を有する重合体
（共重合体を含む）ｐｂを形成する単量体（単量体混合
物を含む）Ｍｂを拡散し重合させ、次に表面を研磨して
平滑化する。レジスト層はこの時に除去される。

この過程で使用する単量体Ｍｂとしては、それが重合し
て線形重合体を形成するものであっても、網状重合体を
形成するものであってもよい。

このような単量体Ｍｂとして、スチレン、メタクリル酸
エステル、アクリル酸エステル、酢酸ビニル、塩化ビニ
ル、アクリロニトリル、ブタジェンまたはこれらの混合
物が好適に使用できる。

次に本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

まず第３図に示す様に屈折率Ｎａの網状重合体Ｐａを形
成する単量体Ｍａを一部重合させて透明ゲルの基板／を
つくり、その表面にポジ型フォトレジストをスピンコー
ド法等によって均一に塗布してレジスト層２０を形成す
る。これをプリベークしてレジスト層２０に含まれる溶
媒を蒸発させ、レジスト層２０に成る程度の強度を持た
せると共に透明ゲル基板ｌに対して強固に密着させる。

次にオダ図に示す様にレジスト層−〇の上に、フォトマ
スク３を配置し、水銀ランプからの紫外線６を照射する
。紫外、ｔ１３４はフォトマスク３の光透過部分３Ａを
通過してレジスト層２０の対応部分を照射する。第５図
は、現像後に、光の照射された部分が除去されて所定の
パターン開口をもつマスク層−が形成された状態を示す
。

第６図は光照射方向から見たところである。

次に、オフ図に示す様に、透明ゲル基板表面に網状重合
体Ｐａの屈折率Ｎａとは異なる　例えばＮａより大きい
屈折率Ｎｌ）の重合体ｐｂを形成する単量体Ｍｂを拡散
し重合させる。牙７図に同心円で示した様に、単量体Ｍ
ｂはレジストマスク層２に設けられた開口部２人から透
明ゲル基板に拡散して行き、開口部２人から遠ざかるに
つれて減少する濃度分布を形成する。これを、重合完結
後に研磨してレジスト層コを除去すると、牙ｇ図に示す
様に、基板面に垂直な光軸ダを有し、この光軸ダの方向
に基板深部に向けて連続的に屈折率が減少する屈折率分
布および、基板面に平行な仮想面内において光軸ｌから
離れるに従い減少する如き屈折率分布をもつ凸レンズ作
用をもつレンズ部分Ｓが形成される。

そして上記の様なプレセスにおいて屈折率がＮａ＞Ｎｂ
である様な単量体Ｍｂを使用すればレンズ部分ｊは凹レ
ンズ作用を有することになる。

オタ図に本発明の他の実施例を示す。第９図中ｌは透明
ゲル基板、２０ｔｉネガ型フオトレジス）７１．３はフ
ォトマスクである。ネガ型フォトレジスト層２０はフォ
トマスクを通過してきた光に露光されると、その部分が
硬化して、現像後はオ１０図の様に光が当たった部分だ
けが残る。オ／／図はそれを光照射方向から見たところ
である。次にオフ２図に示す如（Ｎａよりも小さな屈折
率Ｎｂを有する重合体を形成する単量体Ｍｂを透明ゲル
基板に拡散させ、重合させて表面を研磨すると、オフ３
図に示す様に、上記島状のフォトレジストマスターの下
部にレンズ部分Ｓが形成されている。

このレンズ部分５は基板面に垂直な光軸弘を有し、この
光軸ｔの方向に連続的に屈折率が増大する屈折率分布お
よび、基板面に平行な仮想面内において光軸ｌから離れ
るに従い減少する如き屈折率分布をもっている。そして
上記の様なプロセスにおいて屈折率がＮａ＜Ｎｂである
様な単量体Ｍｂを使用すればレンズ部分ｊは凹レンズ作
用を有することになる。

以上の様にして、フォトマスクのパターンヲ変；ｔ’ｌ
ることにより、多数の屈折率分布型レンズの配列を有し
たプラスチック平板レンズや、オｌｊ図に示すように７
オトレジスト層開口部２人を細長い帯状にすることによ
って光線がライン状に集束するカマボコ型レンズあるい
はレンチキュラレンズ相当の屈折率分布型平面レンズを
製造することもできる。

さらに、オ／Ｉ１図に示すように基板／の両面に前述方
法によってそれぞれ開口部２人を設けたフォトレジスト
マスク２・−を形成して拡散重合を行なうことによって
、光軸方向に間隔をおいて二個のレンズを並列した多数
の複合レンズ群を共通基板中に形成することができる。

以上に説明した本発明方法によれば、従来のようにゲル
基板上に施したマスクの密着性が悪い為に単量体Ｍｂの
拡散を制御できなかったり、多数レンズを配列する為に
行うマスキング配列の精度が悪かったりすることなく、
安定した品質の平面レンズを確実に製造することかでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は基板に所定パターンの開口をもつマスクを施し
て単量体を拡散させた状態を示す断面図、オフ図は他の
マスク形状による方法を示す断面図、第３図ないし第５
図は本発明方法の一実施例を段階的に示す断面図、第６
図は第３図ないし第５図の工程を経て得られたマスク付
き基板を示す平面図、オフ図は上記マスク付き基板に単
量体を拡大させる工程を示す断面図、オを図は上記方法
によって得られた平面レンズを示す断面図、オワ図およ
びオ１０図は本発明の他の実施例方法を示す断面図、オ
フ１図はオ９図、オ１０図の方法で作成されたレジスト
マスク層を示す平面図、オフ２図は一７／／図のマスク
付き基板に単量体を拡散させる工程を示す断面図、 オフ３図はオワ図ないしオフ２図に示した方法によっ・
て得られる平面レンズを示す断面図、オフ９図は本発明
方法によって光軸方向に２個のレンズを配列した複合レ
ンズを形成する方法を示す断面図、オフ５図は本発明方
法によって半円柱レンズを形成する・方法を示す平面図
である。 ／・・・基板　２・・・フォトレジストマスク３・・・
フォトマスク　グ・・・光軸 ５・・・屈折率分布型レンズ　乙・・・活性光線２０・
・・フォトレジスト層 第１図 １０３　１０３　１０３ 第２図 ＋０６　１０６　１０６ 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 ｂ 第８図 ｑｔ＋ 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 Ｍｂ 第１３図 第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 透明プラスチック基板中に、この基板面に垂直な光軸方
   向に次第に変化する屈折率分布および光軸を含む少なく
   とも一つの断面内で上記光軸から遠ざかるにつれて次第
   に変化する屈折率分布の両方の屈折率分布を備えた単一
   のまたは複数の屈折率分布型レンズ部分を設けたプラス
   チック平面レンズを製造する方法において、網状重合体
   （共重合体を含む）を形成する単量体（単量体混合物を
   含む）を一部重合させて透明ゲルの基板をつくり、この
   基板の表面にレジスト層を設けて該レジスト層上に転写
   パターンをもつフォトマスクを配置した後活性光線を照
   射し、レジスト層を部分的に硬化または分解させて透明
   ゲル基板表面を部分的に露出させた後、レジスト層を有
   した側から基板表面に前記網状重合体とは異なる屈折率
   を有する重合体（共重合体を含む）を形成する単量体（
   単量体混合物を含む）を拡散し重合させることを特徴と
   するプラスチック平面レンズを製造する方法。