JPH05150102A - マイクロレンズアレイの製造方法 - Google Patents
マイクロレンズアレイの製造方法Info
- Publication number
- JPH05150102A JPH05150102A JP33998191A JP33998191A JPH05150102A JP H05150102 A JPH05150102 A JP H05150102A JP 33998191 A JP33998191 A JP 33998191A JP 33998191 A JP33998191 A JP 33998191A JP H05150102 A JPH05150102 A JP H05150102A
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- JP
- Japan
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- microlens array
- mask layer
- etching
- mold
- lenses
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Abstract
(57)【要約】
【目的】レンズ間隔に比べて十分大きい開口径を有し、
かつ収差の小さいマイクロレンズアレイを提供する。 【構成】平板表面に形成したマスク層に、作製するレン
ズの個数と同数の円形微細開口を作製するレンズの位置
に対応してマスク層に設け、該開口部を通して平板表面
を部分的に化学エッチングした後、マスク層を取除き、
更に化学的エッチングを施すことにより母型を作製し、
該母型からマイクロレンズアレイ成形のための金型を得
る。
かつ収差の小さいマイクロレンズアレイを提供する。 【構成】平板表面に形成したマスク層に、作製するレン
ズの個数と同数の円形微細開口を作製するレンズの位置
に対応してマスク層に設け、該開口部を通して平板表面
を部分的に化学エッチングした後、マスク層を取除き、
更に化学的エッチングを施すことにより母型を作製し、
該母型からマイクロレンズアレイ成形のための金型を得
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロレンズアレイの
製造方法に関するものである。
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ単レンズの成形に使われる金型
はダイヤモンド切削あるいは研磨等の機械的加工により
作製されている。しかしマイクロレンズが一次元的ある
いは二次元的に配列されたマイクロレンズアレイは形状
が複雑であり、大きさが微細なため、その金型を機械的
に加工することは困難である。特殊な例として、端面を
機械的に加工した角材を多数個配列して形成した端面集
合面を母型として電鋳をとり、これを型とする方法が自
転車反射ミラーの製造において実用化されている。しか
し、この方法は１個のマイクロレンズが１ｍｍ径以下の
レンズアレイに適用するには精度や工程の煩雑さの点で
適さない。
はダイヤモンド切削あるいは研磨等の機械的加工により
作製されている。しかしマイクロレンズが一次元的ある
いは二次元的に配列されたマイクロレンズアレイは形状
が複雑であり、大きさが微細なため、その金型を機械的
に加工することは困難である。特殊な例として、端面を
機械的に加工した角材を多数個配列して形成した端面集
合面を母型として電鋳をとり、これを型とする方法が自
転車反射ミラーの製造において実用化されている。しか
し、この方法は１個のマイクロレンズが１ｍｍ径以下の
レンズアレイに適用するには精度や工程の煩雑さの点で
適さない。
【０００３】そのため、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Ｔｌ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、感光部のガラス表面を
膨らます方法が知られている。
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Ｔｌ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、感光部のガラス表面を
膨らます方法が知られている。
【０００４】これらの方法は、レンズ同志の間隔に比べ
レンズの直径を十分大きくとれないとか、収差の小さい
非球面レンズとしての設計が困難であるため、光ファイ
バーや半導体レーザからの出射光のように拡がりの大き
な光を集光するには不向きであった。
レンズの直径を十分大きくとれないとか、収差の小さい
非球面レンズとしての設計が困難であるため、光ファイ
バーや半導体レーザからの出射光のように拡がりの大き
な光を集光するには不向きであった。
【０００５】また、化学的エッチング法によりレンズ形
状を形成した例としては“マイクロユニットミラー型反
射スクリーンの反射特性”（旭硝子研報３５（２）２５
１（１９８５））、“マイクロレンズアレイの散乱特性
と回折特性”（同３４（２）１１１（１９８４））およ
び“単結晶シリコンを用いた音響レンズの開発”（１９
９１年度精密工学会春季大会論文集Ｍ３９）がある。こ
れらは反射ミラーあるいは散乱板への応用が目的であ
り、本発明のマイクロレンズとは用途・機能とも大きく
異なっている。
状を形成した例としては“マイクロユニットミラー型反
射スクリーンの反射特性”（旭硝子研報３５（２）２５
１（１９８５））、“マイクロレンズアレイの散乱特性
と回折特性”（同３４（２）１１１（１９８４））およ
び“単結晶シリコンを用いた音響レンズの開発”（１９
９１年度精密工学会春季大会論文集Ｍ３９）がある。こ
れらは反射ミラーあるいは散乱板への応用が目的であ
り、本発明のマイクロレンズとは用途・機能とも大きく
異なっている。
【０００６】すなわち、上記論文集に記述されているよ
うに真球度の良い曲面を形成するにはマスク開口径を小
さくし、しかもエッチング時間を短くすることが必要で
ある。従って、曲率が大きい、言い換えれば、焦点距離
がある程度大きい曲面が必要なとき、あるいは外径の大
きなレンズが必要な場合は良好な真球度が得られず、拡
がりの大きな光の集光や、ある程度の距離を隔てた位置
の微細な領域に入射光を集光するような用途には適さな
い。また、配列された各レンズ間での特性（焦点距離、
レンズ口径）のバラツキもこの方法では無視できず、精
密な用途においては問題となる。
うに真球度の良い曲面を形成するにはマスク開口径を小
さくし、しかもエッチング時間を短くすることが必要で
ある。従って、曲率が大きい、言い換えれば、焦点距離
がある程度大きい曲面が必要なとき、あるいは外径の大
きなレンズが必要な場合は良好な真球度が得られず、拡
がりの大きな光の集光や、ある程度の距離を隔てた位置
の微細な領域に入射光を集光するような用途には適さな
い。また、配列された各レンズ間での特性（焦点距離、
レンズ口径）のバラツキもこの方法では無視できず、精
密な用途においては問題となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術が有していた前述の問題点を解消しようとするもの
である。すなわち、本発明はレンズ同志の間隔に比べて
十分大きい開口径を有し、かつ収差の小さいマイクロレ
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。
技術が有していた前述の問題点を解消しようとするもの
である。すなわち、本発明はレンズ同志の間隔に比べて
十分大きい開口径を有し、かつ収差の小さいマイクロレ
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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、金型成型によるマイク
ロレンズアレイの製造に用いる金型のもとになる母型の
表面に形成するレンズ形状を化学的エッチング法により
形成するマイクロレンズアレイの製造方法において、母
型となる平板表面に化学的エッチングを妨げるマスク層
を形成する工程と、作製するレンズの個数と同数の円形
の微細な開口部（マスク開口）を作製するレンズの位置
に対応して前記マスク層に設ける工程と、この開口を通
してその平板表面を部分的に化学エッチングする工程
（プリエッチング）と、続いてマスク層を取除く工程
と、更に化学的エッチングを施す工程（本エッチング）
とからなる工程により母型を作製することを特徴とする
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。
解決すべくなされたものであり、金型成型によるマイク
ロレンズアレイの製造に用いる金型のもとになる母型の
表面に形成するレンズ形状を化学的エッチング法により
形成するマイクロレンズアレイの製造方法において、母
型となる平板表面に化学的エッチングを妨げるマスク層
を形成する工程と、作製するレンズの個数と同数の円形
の微細な開口部（マスク開口）を作製するレンズの位置
に対応して前記マスク層に設ける工程と、この開口を通
してその平板表面を部分的に化学エッチングする工程
（プリエッチング）と、続いてマスク層を取除く工程
と、更に化学的エッチングを施す工程（本エッチング）
とからなる工程により母型を作製することを特徴とする
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。
【０００９】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、片凸片凹レンズ、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
クスが適用できる。本発明の母型材としてはガラス、単
結晶のほかＮｉ−Ｐ合金のような非晶質金属、微細結晶
粒からなるＳｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣ，ＳｉＡｌＯＮなどのセ
ラミックスなどが使用できる。なお、ガラスを使用する
ことがエッチング面の平滑さ、エッチングの等方性の点
で好ましい。
片凸レンズ、両凸レンズ、片凸片凹レンズ、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
クスが適用できる。本発明の母型材としてはガラス、単
結晶のほかＮｉ−Ｐ合金のような非晶質金属、微細結晶
粒からなるＳｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣ，ＳｉＡｌＯＮなどのセ
ラミックスなどが使用できる。なお、ガラスを使用する
ことがエッチング面の平滑さ、エッチングの等方性の点
で好ましい。
【００１０】本発明のマスク層の材質は母型材によって
異なり、母型の化学的エッチング時に侵食されにくい材
質、例えばガラス母型の場合はフッ酸系の薬液に侵され
にくいＰｔ等の重金属、Ｃｒ，Ｎｉあるいはそれらの合
金または各種ポリマーが使用できる。
異なり、母型の化学的エッチング時に侵食されにくい材
質、例えばガラス母型の場合はフッ酸系の薬液に侵され
にくいＰｔ等の重金属、Ｃｒ，Ｎｉあるいはそれらの合
金または各種ポリマーが使用できる。
【００１１】本発明の化学エッチング液としてはフッ酸
水溶液、フッ酸と硫酸との混合水溶液などが、ガラス母
型の場合には適している。エッチング法としては浸漬
法、スプレー法などが適用できる。
水溶液、フッ酸と硫酸との混合水溶液などが、ガラス母
型の場合には適している。エッチング法としては浸漬
法、スプレー法などが適用できる。
【００１２】マスク層への開口部形成はフォトリソグラ
フィによって行ない、マスク層のエッチングは浸漬エッ
チングあるいはドライエッチングによって行なう。本発
明の金型としては、母型材として非晶質金属、セラミッ
クスなどを用いる場合は、母型がそのまま金型として使
用できる。ガラス、単結晶などを母型材として用いる場
合は、電鋳法により例えばＮｉ父型を作製し、次にこれ
を型としてＮｉ金型を作製する。金型の材質としてはＮ
ｉの他Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｐ合金などが使用でき
る。
フィによって行ない、マスク層のエッチングは浸漬エッ
チングあるいはドライエッチングによって行なう。本発
明の金型としては、母型材として非晶質金属、セラミッ
クスなどを用いる場合は、母型がそのまま金型として使
用できる。ガラス、単結晶などを母型材として用いる場
合は、電鋳法により例えばＮｉ父型を作製し、次にこれ
を型としてＮｉ金型を作製する。金型の材質としてはＮ
ｉの他Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｐ合金などが使用でき
る。
【００１３】
【作用】本発明において、プリエッチングは微細な円形
開口を通しての比較的浅いエッチングであるため、形成
される球面の真球度は良い。もし、このプリエッチング
を継続して行ない深いエッチングを施したとすると、球
面の半径は増大するが、半径のバラツキも増大し、真球
度は低下してしまう。ところがマスク層を取除いて行な
う本エッチングで深いエッチングを施すと、形成される
球面の半径のバラツキは小さく、真球度も良好な曲面が
得られる。
開口を通しての比較的浅いエッチングであるため、形成
される球面の真球度は良い。もし、このプリエッチング
を継続して行ない深いエッチングを施したとすると、球
面の半径は増大するが、半径のバラツキも増大し、真球
度は低下してしまう。ところがマスク層を取除いて行な
う本エッチングで深いエッチングを施すと、形成される
球面の半径のバラツキは小さく、真球度も良好な曲面が
得られる。
【００１４】このような両者の差が生じる理由について
は明確ではないが、考えられることとしては、（１）マ
スク開口を通してのエッチングがエッチング液・反応生
成物の濃度に左右され、これらの拡散の度合いがエッチ
ング速度に大きく影響する。一方、マスクが無い場合
は、そのような影響が非常に少ない。（２）マスクがエ
ッチングの進行に伴ない、タワんだり、ヒビ割れたり、
脱離したり、剥離したりしてエッチング液の拡散を妨害
あるいは加速するようなことが不確定的に生じやすい。
マスクが無ければそのようなことが全く起こり得ない、
などが挙げられる。
は明確ではないが、考えられることとしては、（１）マ
スク開口を通してのエッチングがエッチング液・反応生
成物の濃度に左右され、これらの拡散の度合いがエッチ
ング速度に大きく影響する。一方、マスクが無い場合
は、そのような影響が非常に少ない。（２）マスクがエ
ッチングの進行に伴ない、タワんだり、ヒビ割れたり、
脱離したり、剥離したりしてエッチング液の拡散を妨害
あるいは加速するようなことが不確定的に生じやすい。
マスクが無ければそのようなことが全く起こり得ない、
などが挙げられる。
【００１５】
【実施例】以下に具体的に実施例を示す。厚さ２ｍｍの
ソーダライムシリカガラス板表面に真空蒸着法で厚さ
０．１μｍの金属クロム膜を形成し、ネガフォトレジス
トをスピンコートした。また、直径３０μｍの遮光部が
縦・横に２５０μｍの間隔で３６×３６個形成されたフ
ォトマスクを用意し、上記ガラス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、現像液で未感光
部分のフォトレジストを除去した。続いて反応性イオン
エッチング法でＣＣｌ4 ガスを含む雰囲気でクロムをエ
ッチングし、直径３０μｍの開口を形成した。
ソーダライムシリカガラス板表面に真空蒸着法で厚さ
０．１μｍの金属クロム膜を形成し、ネガフォトレジス
トをスピンコートした。また、直径３０μｍの遮光部が
縦・横に２５０μｍの間隔で３６×３６個形成されたフ
ォトマスクを用意し、上記ガラス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、現像液で未感光
部分のフォトレジストを除去した。続いて反応性イオン
エッチング法でＣＣｌ4 ガスを含む雰囲気でクロムをエ
ッチングし、直径３０μｍの開口を形成した。
【００１６】次に２０％ＨＦと２０％Ｈ2 ＳＯ4 から成
る水溶液をこのガラスに３分間当てて円形の開口部のガ
ラスをエッチングすると、深さ４０μｍのピットが形成
された。水洗後これを硝酸セリウムアンモニウムと過塩
素酸の混合溶液液中に浸漬してフォトレジスト層とクロ
ム膜を完全に取除き、水洗後再び上記弗硫酸混液のスプ
レー液を１２分間かけてガラス表面を１５５μｍエッチ
ングした。
る水溶液をこのガラスに３分間当てて円形の開口部のガ
ラスをエッチングすると、深さ４０μｍのピットが形成
された。水洗後これを硝酸セリウムアンモニウムと過塩
素酸の混合溶液液中に浸漬してフォトレジスト層とクロ
ム膜を完全に取除き、水洗後再び上記弗硫酸混液のスプ
レー液を１２分間かけてガラス表面を１５５μｍエッチ
ングした。
【００１７】こうしてできたガラス母型にＮｉ蒸着膜を
形成し、更に電気メッキ法で１ｍｍ厚のＮｉメッキを施
したのち、Ｎｉをガラス母型から剥し、Ｎｉメッキ体に
Ｎｉメッキを施して１ｍｍ厚のＮｉ製金型を作製した。
形成し、更に電気メッキ法で１ｍｍ厚のＮｉメッキを施
したのち、Ｎｉをガラス母型から剥し、Ｎｉメッキ体に
Ｎｉメッキを施して１ｍｍ厚のＮｉ製金型を作製した。
【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％，Ｋ2Ｏ：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１５×
１５ｍｍのガラス板を得た。このガラス板の片面には凸
状の微細なレンズが３６×３６個スキ間なしで密に形成
されており、波長６３０ｎｍにおいて各々のレンズの焦
点距離は２５０μｍ、収差６０ｎｍ、球面からのズレ
０．１μｍ以内の良好な特性のレンズを得た。３６×３
６個のレンズの特性のバラツキも殆ど認められなかっ
た。
ート状の鉛ガラス（重量％で組成がＳｉＯ2 ：２６．９
％，ＰｂＯ：７１．３％，Ｋ2Ｏ：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１５×
１５ｍｍのガラス板を得た。このガラス板の片面には凸
状の微細なレンズが３６×３６個スキ間なしで密に形成
されており、波長６３０ｎｍにおいて各々のレンズの焦
点距離は２５０μｍ、収差６０ｎｍ、球面からのズレ
０．１μｍ以内の良好な特性のレンズを得た。３６×３
６個のレンズの特性のバラツキも殆ど認められなかっ
た。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、レンズ間隔に比べて十
分大きい開口径を有し、かつ収差の小さいマイクロレン
ズアレイを安定して効率よく作製することができる。ま
た、本発明によればレンズ相互の特性のバラツキが極め
て少ないマイクロレンズアレイを作製することができ
る。
分大きい開口径を有し、かつ収差の小さいマイクロレン
ズアレイを安定して効率よく作製することができる。ま
た、本発明によればレンズ相互の特性のバラツキが極め
て少ないマイクロレンズアレイを作製することができ
る。
【００２０】また本発明は、母型表面に微細なピットを
形成後、マスク層を取除いて本エッチングを施すため、
レンズが形成されていない平坦部の面とレンズの裾野部
がほぼ同一平面上に作れ、マウントしやすいレンズを作
ることができる。また、レンズの隣り同志の間隔を越え
た曲率半径の大きなレンズを作るときでも、アレイの端
に位置するレンズも他のレンズと殆ど同じ大きさに形成
でき、そのため外観も良く、小型化もできる特徴を有す
る。
形成後、マスク層を取除いて本エッチングを施すため、
レンズが形成されていない平坦部の面とレンズの裾野部
がほぼ同一平面上に作れ、マウントしやすいレンズを作
ることができる。また、レンズの隣り同志の間隔を越え
た曲率半径の大きなレンズを作るときでも、アレイの端
に位置するレンズも他のレンズと殆ど同じ大きさに形成
でき、そのため外観も良く、小型化もできる特徴を有す
る。
Claims (1)
- 【請求項１】金型のもとになる母型の表面のレンズ形状
を化学的エッチング法により形成する金型成形法による
マイクロレンズアレイの製造方法において、 （１）母型となる平板表面に化学的エッチングを妨げる
マスク層を形成し、 （２）作製するレンズの個数と同数の円形の微細な開口
部を作製するレンズの位置に対応して前記マスク層に設
け、 （３）該開口部を通してその平板表面を部分的に化学エ
ッチングし、 （４）次にマスク層を取除き、 （５）更に化学的エッチングを施すことにより母型を作
製することを特徴とする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 |
|---|---|---|---|
| JP33998191A JPH05150102A (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP33998191A JPH05150102A (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | マイクロレンズアレイの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05150102A true JPH05150102A (ja) | 1993-06-18 |
Family
ID=18332604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33998191A Withdrawn JPH05150102A (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | マイクロレンズアレイの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05150102A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11245266A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-09-14 | Micro Opt:Kk | 樹脂正立等倍レンズアレイおよびその製造方法 |
| JP2001201609A (ja) * | 2000-01-19 | 2001-07-27 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 平板状マイクロレンズの製造方法及びこの方法で製造された平板状マイクロレンズ |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP33998191A patent/JPH05150102A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11245266A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-09-14 | Micro Opt:Kk | 樹脂正立等倍レンズアレイおよびその製造方法 |
| JP2001201609A (ja) * | 2000-01-19 | 2001-07-27 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 平板状マイクロレンズの製造方法及びこの方法で製造された平板状マイクロレンズ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990204 |