JPH08187461A - 屈折率分布型マイクロレンズの製造方法 - Google Patents
屈折率分布型マイクロレンズの製造方法Info
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- JPH08187461A JPH08187461A JP227195A JP227195A JPH08187461A JP H08187461 A JPH08187461 A JP H08187461A JP 227195 A JP227195 A JP 227195A JP 227195 A JP227195 A JP 227195A JP H08187461 A JPH08187461 A JP H08187461A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多孔質体中の金属分布の形状を精密に制御
し、屈折率、屈折率差、分散特性等の光学特性において
再現性・信頼性の高い屈折率分布を有するマイクロレン
ズを容易に得る。 【構成】 多孔質体6を焼結することにより、屈折率変
化の部位が表面から1mm以下である屈折率分布層を持
つマイクロレンズを製造する方法において、多孔質体6
を有機溶剤・水・酸・アルカリから選ばれた少なくとも
1種を含む溶液または該溶液に金属成分を溶解した溶液
に、屈折率分布を付与すべき面を接触させる。この際、
モータ3によりステージ5を回転させ、ステージ5上の
多孔質体6に、前記溶液を屈折率分布層の半分以下の厚
さ塗布する。
し、屈折率、屈折率差、分散特性等の光学特性において
再現性・信頼性の高い屈折率分布を有するマイクロレン
ズを容易に得る。 【構成】 多孔質体6を焼結することにより、屈折率変
化の部位が表面から1mm以下である屈折率分布層を持
つマイクロレンズを製造する方法において、多孔質体6
を有機溶剤・水・酸・アルカリから選ばれた少なくとも
1種を含む溶液または該溶液に金属成分を溶解した溶液
に、屈折率分布を付与すべき面を接触させる。この際、
モータ3によりステージ5を回転させ、ステージ5上の
多孔質体6に、前記溶液を屈折率分布層の半分以下の厚
さ塗布する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複写機,液晶プロジェ
クタ,通信機器,固体撮像素子などの装置に使用される
微小光学系の屈折率分布型マイクロレンズの製造方法に
関する。
クタ,通信機器,固体撮像素子などの装置に使用される
微小光学系の屈折率分布型マイクロレンズの製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、微小光学という新しい光学領域が
盛んに研究され、多くの利用が検討されているが、微小
光学の領域で使用されるレンズは特にマイクロレンズと
呼ばれ、その必要性が高まっている。
盛んに研究され、多くの利用が検討されているが、微小
光学の領域で使用されるレンズは特にマイクロレンズと
呼ばれ、その必要性が高まっている。
【0003】このようなマイクロレンズを作製するに
は、古来より行われてきた研磨加工では加工できる大き
さやコストに限度があるため、全く新しいレンズの製造
方法が提案されている。その一つとして、ゾルゲル法に
よるマイクロレンズの製造方法の検討がなされている。
ゾルゲル法は、低温プロセスで、ゾルの化学組成を調整
することが可能なことから、種々の光学特性を持った多
成分系ガラスが合成できるため、多様な特性(屈折率、
アッベ数、色など)を持ったマイクロレンズが得られる
と期待されている。
は、古来より行われてきた研磨加工では加工できる大き
さやコストに限度があるため、全く新しいレンズの製造
方法が提案されている。その一つとして、ゾルゲル法に
よるマイクロレンズの製造方法の検討がなされている。
ゾルゲル法は、低温プロセスで、ゾルの化学組成を調整
することが可能なことから、種々の光学特性を持った多
成分系ガラスが合成できるため、多様な特性(屈折率、
アッベ数、色など)を持ったマイクロレンズが得られる
と期待されている。
【0004】一般的に、ゾルゲル法によるマイクロレン
ズの製造方法としては、平板の多孔質体上にレジストで
分布付与すべきスポット以外の場所にマスクを施したの
ち、金属塩を含む分布付与溶液に浸漬して分布を付与
し、その後マスクを溶解させて平板上に屈折率分布を持
つマイクロレンズアレイを得る方法が行われている。
ズの製造方法としては、平板の多孔質体上にレジストで
分布付与すべきスポット以外の場所にマスクを施したの
ち、金属塩を含む分布付与溶液に浸漬して分布を付与
し、その後マスクを溶解させて平板上に屈折率分布を持
つマイクロレンズアレイを得る方法が行われている。
【0005】また、特開平2−88433号公報には、
レンズパターンを有する母体にゾルを接触させながらゲ
ル化させ、得られたウェットゲルを乾燥させてドライゲ
ルとした後にマスキングし、レンズの中央部からドーパ
ントを拡散させて屈折率を高くする(あるいは低くす
る)か、またはレンズの端部からドーパントを拡散させ
て屈折率を高くする(あるいは低くする)工程を経るこ
とによりマイクロレンズを得る方法が開示されている。
レンズパターンを有する母体にゾルを接触させながらゲ
ル化させ、得られたウェットゲルを乾燥させてドライゲ
ルとした後にマスキングし、レンズの中央部からドーパ
ントを拡散させて屈折率を高くする(あるいは低くす
る)か、またはレンズの端部からドーパントを拡散させ
て屈折率を高くする(あるいは低くする)工程を経るこ
とによりマイクロレンズを得る方法が開示されている。
【0006】一方、屈折率分布型光学素子の中心部と外
周部との屈折率差を大きくする方法が、特開被4−26
0608号公報に開示されている。この方法では、シリ
コンアルコキシドと屈折率を高める成分の金属アルコキ
シドとを含むゾルから得たウェットゲルより金属成分を
溶出する工程を複数回行い、1回目の濃度分布付与工程
は、浸漬する溶液がゲル中心部まで達して、金属成分が
溶解し、且つその溶解した成分がゲル外へ拡散し得る適
当な時間を分布付与時間とする。一旦この金属濃度分布
を固定した後、2回目以降の濃度分布付与工程は、ゲル
の中心部の金属成分濃度を保持するように、浸漬する溶
液がゲルの中心部にまでは到達しない時間をその拡散速
度から概算し、新たな分布付与溶液に浸漬するという方
法である。
周部との屈折率差を大きくする方法が、特開被4−26
0608号公報に開示されている。この方法では、シリ
コンアルコキシドと屈折率を高める成分の金属アルコキ
シドとを含むゾルから得たウェットゲルより金属成分を
溶出する工程を複数回行い、1回目の濃度分布付与工程
は、浸漬する溶液がゲル中心部まで達して、金属成分が
溶解し、且つその溶解した成分がゲル外へ拡散し得る適
当な時間を分布付与時間とする。一旦この金属濃度分布
を固定した後、2回目以降の濃度分布付与工程は、ゲル
の中心部の金属成分濃度を保持するように、浸漬する溶
液がゲルの中心部にまでは到達しない時間をその拡散速
度から概算し、新たな分布付与溶液に浸漬するという方
法である。
【0007】また、特願平5−319145号には、多
孔質体を分布付与溶液に断続的に接触させることによ
り、見かけの分布付与時間を操作し易い時間になるよう
にし、微小な屈折率分布型光学素子の屈折率分布を精密
にコントロールする方法が提案されている。
孔質体を分布付与溶液に断続的に接触させることによ
り、見かけの分布付与時間を操作し易い時間になるよう
にし、微小な屈折率分布型光学素子の屈折率分布を精密
にコントロールする方法が提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】現在、微小光学系にお
いて、高性能な光学素子の1つとして、小型で通常の光
学系と同様に各種の収差を補正したマイクロレンズが必
要となっている。その一例として、図2の(A)直径が
0.1mm(つまり、深度が0.05mm)の屈折率分
布部分を持つマイクロレンズアレイ、(B)直径が0.
1mm(つまり、高さが0.05mm)の屈折率分布部
位をガラス平面上に持つマイクロレンズアレイや、
(C)直径が0.1mm(つまり半径が0.05mm)
のロッド状微小径レンズが挙げられる。このような光学
素子を作製する際には、光学素子の形状はもちろんのこ
と、小型化にともないマイクロレンズの母体となる多孔
質体における屈折率分布の精密な制御が必要不可欠であ
る。
いて、高性能な光学素子の1つとして、小型で通常の光
学系と同様に各種の収差を補正したマイクロレンズが必
要となっている。その一例として、図2の(A)直径が
0.1mm(つまり、深度が0.05mm)の屈折率分
布部分を持つマイクロレンズアレイ、(B)直径が0.
1mm(つまり、高さが0.05mm)の屈折率分布部
位をガラス平面上に持つマイクロレンズアレイや、
(C)直径が0.1mm(つまり半径が0.05mm)
のロッド状微小径レンズが挙げられる。このような光学
素子を作製する際には、光学素子の形状はもちろんのこ
と、小型化にともないマイクロレンズの母体となる多孔
質体における屈折率分布の精密な制御が必要不可欠であ
る。
【0009】マスクを行う従来の方法や特開平2−88
433号公報、特開平4−260608号公報記載の方
法により微小なマイクロレンズを作製しようとしても、
多孔質体中の金属イオン種の拡散が速いため、分布付与
時間が非常に短い時間となり、溶液の温度、溶液の濃
度、分布付与時間等の製造条件の僅かなバラつきが、多
孔質体中の金属種の組成の分布形状をバラつかせ、焼成
された屈折率分布をもつマイクロレンズの屈折率、屈折
率差、分散特性等の光学特性において再現性・信頼性に
劣るという欠点を有していた。
433号公報、特開平4−260608号公報記載の方
法により微小なマイクロレンズを作製しようとしても、
多孔質体中の金属イオン種の拡散が速いため、分布付与
時間が非常に短い時間となり、溶液の温度、溶液の濃
度、分布付与時間等の製造条件の僅かなバラつきが、多
孔質体中の金属種の組成の分布形状をバラつかせ、焼成
された屈折率分布をもつマイクロレンズの屈折率、屈折
率差、分散特性等の光学特性において再現性・信頼性に
劣るという欠点を有していた。
【0010】また、特願平5−319145号記載の方
法により、図2に示すようなマイクロレンズを作製しよ
うとしても、多孔質体が非常に小さいためにゲル表面に
はゲルの表面積に対して相対的に多量の分布付与溶液が
付着してしまい、所望の屈折率分布を持つガラス体を精
度良く作製することができなかった。
法により、図2に示すようなマイクロレンズを作製しよ
うとしても、多孔質体が非常に小さいためにゲル表面に
はゲルの表面積に対して相対的に多量の分布付与溶液が
付着してしまい、所望の屈折率分布を持つガラス体を精
度良く作製することができなかった。
【0011】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、多孔質体を得る直径1mm以下、特に直
径0.5mm以下の屈折率分布の部位を持つマイクロレ
ンズの製造方法において、多孔質体中に金属分布の形状
を精密に制御し、屈折率、屈折率差、分散特性等の光学
特性において再現性・信頼性の高い屈折率分布を有する
マイクロレンズを容易に製造する方法を提供することを
目的とする。
されたもので、多孔質体を得る直径1mm以下、特に直
径0.5mm以下の屈折率分布の部位を持つマイクロレ
ンズの製造方法において、多孔質体中に金属分布の形状
を精密に制御し、屈折率、屈折率差、分散特性等の光学
特性において再現性・信頼性の高い屈折率分布を有する
マイクロレンズを容易に製造する方法を提供することを
目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に係る発明は、多孔質体を焼結することに
より、屈折率変化の部位が表面から1mm以下である屈
折率分布層を持つマイクロレンズを製造する方法におい
て、多孔質体を有機溶剤・水・酸・アルカリから選ばれ
た少なくとも1種を含む溶液または該溶液に金属成分を
溶解した溶液に、屈折率分布を付与すべき面を接触さ
せ、前記溶液を前記屈折率分布層の半分以下の厚さ塗布
する工程を有することとした。
に、請求項1に係る発明は、多孔質体を焼結することに
より、屈折率変化の部位が表面から1mm以下である屈
折率分布層を持つマイクロレンズを製造する方法におい
て、多孔質体を有機溶剤・水・酸・アルカリから選ばれ
た少なくとも1種を含む溶液または該溶液に金属成分を
溶解した溶液に、屈折率分布を付与すべき面を接触さ
せ、前記溶液を前記屈折率分布層の半分以下の厚さ塗布
する工程を有することとした。
【0013】請求項2に係る発明は、多孔質体を焼結す
ることにより、屈折率変化の部位が表面から1mm以下
である屈折率分布部位を持つマイクロレンズを製造する
方法において、前記多孔質体が略円柱状の形状をしてお
り、前記溶液と、前記略円柱状多孔質体の湾曲側面とを
接触させ、前記溶液を前記略円柱状多孔質体の湾曲側面
に半径以下の厚さ塗布して径方向に屈折率分布を付与す
る工程を有することとした。
ることにより、屈折率変化の部位が表面から1mm以下
である屈折率分布部位を持つマイクロレンズを製造する
方法において、前記多孔質体が略円柱状の形状をしてお
り、前記溶液と、前記略円柱状多孔質体の湾曲側面とを
接触させ、前記溶液を前記略円柱状多孔質体の湾曲側面
に半径以下の厚さ塗布して径方向に屈折率分布を付与す
る工程を有することとした。
【0014】請求項3に係る発明は、多孔質体を焼結す
ることにより、屈折率変化の部位が表面から1mm以下
である屈折率分布部位を持つマイクロレンズを製造する
方法において、前記多孔質体が平板であり、一部に略円
状の穴を設けたレジストを多孔質体の表面に作製した
後、前記溶液と多孔質体の略円状の穴とを接触させ、前
記略円状の穴を中心に略半球状の屈折率分布部位を作製
する工程において、前記溶液を前記略円状の穴に前記半
球状の屈折率分布部位の半径以下の厚さ塗布する工程を
有することとした。
ることにより、屈折率変化の部位が表面から1mm以下
である屈折率分布部位を持つマイクロレンズを製造する
方法において、前記多孔質体が平板であり、一部に略円
状の穴を設けたレジストを多孔質体の表面に作製した
後、前記溶液と多孔質体の略円状の穴とを接触させ、前
記略円状の穴を中心に略半球状の屈折率分布部位を作製
する工程において、前記溶液を前記略円状の穴に前記半
球状の屈折率分布部位の半径以下の厚さ塗布する工程を
有することとした。
【0015】
【作用】多孔質体であるゲルを、分布付与を行う溶液に
浸漬し、多孔質体中の金属成分を溶解して金属濃度分布
を形成する。一般的に、この溶液には有機溶剤・水・酸
・アルカリなどの溶液もしくはその混合溶液、またはそ
れらの溶液と金属成分(特に金属塩など)を溶解した溶
液で、多孔質体の金属種を溶解させるような溶解度を持
つ溶液が用いられる。一方、多孔質体に付与した金属濃
度分布を保持するために、金属種を沈殿させるような溶
解度を持つ溶液が用いられる。
浸漬し、多孔質体中の金属成分を溶解して金属濃度分布
を形成する。一般的に、この溶液には有機溶剤・水・酸
・アルカリなどの溶液もしくはその混合溶液、またはそ
れらの溶液と金属成分(特に金属塩など)を溶解した溶
液で、多孔質体の金属種を溶解させるような溶解度を持
つ溶液が用いられる。一方、多孔質体に付与した金属濃
度分布を保持するために、金属種を沈殿させるような溶
解度を持つ溶液が用いられる。
【0016】以下に、従来の方法における欠点をその作
用面から明らかにし、その後に本発明について、前記欠
点を解決するための作用について説明する。
用面から明らかにし、その後に本発明について、前記欠
点を解決するための作用について説明する。
【0017】従来の方法では、多孔質体であるゲルを完
全に浸漬して、分布付与溶液が多孔質体中心部まで達す
る時間まで液相を交換する。ここで、ゲルの径が非常に
小さい場合には、分布付与溶液が過剰量ゲルに付着し、
分布付与が進みすぎるため、所望の屈折率分布が得られ
なかったのである。また、分布固定工程においても、過
剰の分布固定溶液が多孔質体に形成した金属濃度分布成
分の一部を溶解し、糞付形状を乱してしまうため、所望
の屈折率分布が得られなかった。つまり、ゲルの径が非
常に小さい場合は、分布付与溶液や分布固定溶液の溶液
量が、屈折率分布型光学素子の金属種の分布形状、ひい
ては屈折率や屈折率差、分散特性などの光学特性を制御
する重要なパラメーターとなる。したがって、分布付与
溶液量や分布固定溶液量を適量多孔質体に接触させるよ
うに制御することができれば、微小レンズでの屈折率分
布型光学素子の金属種の分布形状を精密に制御すること
が可能となる。
全に浸漬して、分布付与溶液が多孔質体中心部まで達す
る時間まで液相を交換する。ここで、ゲルの径が非常に
小さい場合には、分布付与溶液が過剰量ゲルに付着し、
分布付与が進みすぎるため、所望の屈折率分布が得られ
なかったのである。また、分布固定工程においても、過
剰の分布固定溶液が多孔質体に形成した金属濃度分布成
分の一部を溶解し、糞付形状を乱してしまうため、所望
の屈折率分布が得られなかった。つまり、ゲルの径が非
常に小さい場合は、分布付与溶液や分布固定溶液の溶液
量が、屈折率分布型光学素子の金属種の分布形状、ひい
ては屈折率や屈折率差、分散特性などの光学特性を制御
する重要なパラメーターとなる。したがって、分布付与
溶液量や分布固定溶液量を適量多孔質体に接触させるよ
うに制御することができれば、微小レンズでの屈折率分
布型光学素子の金属種の分布形状を精密に制御すること
が可能となる。
【0018】本発明は、以上のことに鑑みてなされたも
のである。本発明者は、鋭意研究の結果、図2(A),
(B)に示したような微小径のマイクロレンズアレイの
場合には、図3(A)に示した断面図のように所望の分
布深さが分布付与溶液の液量に大きな関係を持つことを
見出した。図3(A)において、1で示す部粉が屈折率
分布部位であり、(B)においては、盛り上がった突起
部分が屈折率分布部位である。また、図2(C)に示し
たような円柱レンズの場合には、図3(B)に示した断
面図のように径方向の深さが分布付与溶液の液量に大き
な関係を持つことを見出した。図3(B)において、2
で示す部粉が屈折率分布部位である。
のである。本発明者は、鋭意研究の結果、図2(A),
(B)に示したような微小径のマイクロレンズアレイの
場合には、図3(A)に示した断面図のように所望の分
布深さが分布付与溶液の液量に大きな関係を持つことを
見出した。図3(A)において、1で示す部粉が屈折率
分布部位であり、(B)においては、盛り上がった突起
部分が屈折率分布部位である。また、図2(C)に示し
たような円柱レンズの場合には、図3(B)に示した断
面図のように径方向の深さが分布付与溶液の液量に大き
な関係を持つことを見出した。図3(B)において、2
で示す部粉が屈折率分布部位である。
【0019】すなわち、分布付与溶液を多孔質体の所望
の屈折率分布相の半分以下の厚さ塗布することにより、
微小レンズでの屈折率分布型光学素子の金属種の分布形
状を精密に制御することが可能となることを見出した。
これは、微小レンズの製造工程においては、分布付与溶
液の量と多孔質体に分布を付与すべき深度との関係が、
体積よりも分布付与を行う表面積のみにより決定できる
ということを意味する。
の屈折率分布相の半分以下の厚さ塗布することにより、
微小レンズでの屈折率分布型光学素子の金属種の分布形
状を精密に制御することが可能となることを見出した。
これは、微小レンズの製造工程においては、分布付与溶
液の量と多孔質体に分布を付与すべき深度との関係が、
体積よりも分布付与を行う表面積のみにより決定できる
ということを意味する。
【0020】分布付与工程においては、塗布した分布付
与溶液が拡散することにより分布を付与することができ
るが、表面相から新たな過剰量の分布付与溶液が供給さ
れないので、多孔質体上に導く塗布された液層のみの拡
散となり、分布付与スピードが低下するので、極微小径
においても細かな分布制御が可能となるのである。
与溶液が拡散することにより分布を付与することができ
るが、表面相から新たな過剰量の分布付与溶液が供給さ
れないので、多孔質体上に導く塗布された液層のみの拡
散となり、分布付与スピードが低下するので、極微小径
においても細かな分布制御が可能となるのである。
【0021】分布付与後は、分布付与溶液を自然に蒸発
させるか大量の分布固定溶液に多孔質体を浸漬して分布
付与溶液を洗い流してもよいが、多孔質体表面に金属成
分の塩や有機物、酸などが残留してしまったり、多孔質
体に形成した分布形状が崩れることがあるので、分布付
与溶液を取り除くことが好ましい。この方法としては、
分布付与と同じように適量の分布固定溶液を多孔質体に
塗布したり、多孔質体に気体を吹きつけて分布付与溶液
を吹き飛ばしたり、これらを組み合わせた方法を用いて
もよい。
させるか大量の分布固定溶液に多孔質体を浸漬して分布
付与溶液を洗い流してもよいが、多孔質体表面に金属成
分の塩や有機物、酸などが残留してしまったり、多孔質
体に形成した分布形状が崩れることがあるので、分布付
与溶液を取り除くことが好ましい。この方法としては、
分布付与と同じように適量の分布固定溶液を多孔質体に
塗布したり、多孔質体に気体を吹きつけて分布付与溶液
を吹き飛ばしたり、これらを組み合わせた方法を用いて
もよい。
【0022】以上、本発明を分布付与工程に用いた場合
について説明したが、分布固定工程に用いた場合にも、
以下に述べるように効果的である。先に述べたように、
多孔質体中の金属濃度を固定するための分布固定溶液に
は、金属種の溶解度の低い溶液を用いる。しかし、前記
微小光学系レンズを従来法により作製しようといると、
多孔質体が接触する分布固定溶液の量が非常に多いた
め、多くの金属塩が溶解または再拡散してしまい、分布
付与工程で形成した金属濃度分布を崩れさせていた。こ
れに対し、本発明を用いると、多孔質体に接触する分布
固定溶液が少ないため、金属種が溶解したり、再拡散す
ることなく金属成分分布を固定することができるので、
多孔質体の金属成分分布を崩さず目的の分布形状を得る
ことが可能となる。
について説明したが、分布固定工程に用いた場合にも、
以下に述べるように効果的である。先に述べたように、
多孔質体中の金属濃度を固定するための分布固定溶液に
は、金属種の溶解度の低い溶液を用いる。しかし、前記
微小光学系レンズを従来法により作製しようといると、
多孔質体が接触する分布固定溶液の量が非常に多いた
め、多くの金属塩が溶解または再拡散してしまい、分布
付与工程で形成した金属濃度分布を崩れさせていた。こ
れに対し、本発明を用いると、多孔質体に接触する分布
固定溶液が少ないため、金属種が溶解したり、再拡散す
ることなく金属成分分布を固定することができるので、
多孔質体の金属成分分布を崩さず目的の分布形状を得る
ことが可能となる。
【0023】分布付与溶液や分布固定溶液を多孔質体に
塗布する工程には、いわゆるスピンコーティング法が適
している。図1は、スピンコーティング装置を示すもの
で、モータ3には、歯車機構4を介して水平面内で軸回
りに回転する円板状のステージ5が接続されている。ス
テージ5上には、多孔質体6が載置される。また、その
多孔質体6の上方には、分布付与溶液や分布固定溶液の
溶液落下口7が配設されている。
塗布する工程には、いわゆるスピンコーティング法が適
している。図1は、スピンコーティング装置を示すもの
で、モータ3には、歯車機構4を介して水平面内で軸回
りに回転する円板状のステージ5が接続されている。ス
テージ5上には、多孔質体6が載置される。また、その
多孔質体6の上方には、分布付与溶液や分布固定溶液の
溶液落下口7が配設されている。
【0024】例えば、図2(A)に示すような多孔質体
のマイクロレンズアレイに分布付与を行う際に、図1の
ような装置を用いて多孔質体6を高速で回転させてお
き、溶液落下口7から適量の溶液を多孔質体6の中心に
落下させる。すると、溶液は剪断力により多孔質体6の
外周部に向かって均一に広がる。多孔質体6が平面やな
だらかな凹凸を持つ場合など、多くの場合において溶液
を一点で落下させて均一に広がらせることが可能である
が、多孔質体6の凹凸が大きい場合は、溶液を数点で落
下させてもよい。
のマイクロレンズアレイに分布付与を行う際に、図1の
ような装置を用いて多孔質体6を高速で回転させてお
き、溶液落下口7から適量の溶液を多孔質体6の中心に
落下させる。すると、溶液は剪断力により多孔質体6の
外周部に向かって均一に広がる。多孔質体6が平面やな
だらかな凹凸を持つ場合など、多くの場合において溶液
を一点で落下させて均一に広がらせることが可能である
が、多孔質体6の凹凸が大きい場合は、溶液を数点で落
下させてもよい。
【0025】溶液の塗布方法については、スピンコーテ
ィング法がどんな場合にも適用できるため最適である。
これは、図1にしたような装置において、多孔質体6を
乗せるステージ5の回転速度を変化させることにより、
どのような粘度を持つ溶液であっても均一な厚さに塗布
することが可能だからである。また、この他の塗布方法
として溶液をハケで塗る方法や、多孔質体を一瞬溶液に
くぐらせるいわゆるディップコーティング法等を用いて
もよい。
ィング法がどんな場合にも適用できるため最適である。
これは、図1にしたような装置において、多孔質体6を
乗せるステージ5の回転速度を変化させることにより、
どのような粘度を持つ溶液であっても均一な厚さに塗布
することが可能だからである。また、この他の塗布方法
として溶液をハケで塗る方法や、多孔質体を一瞬溶液に
くぐらせるいわゆるディップコーティング法等を用いて
もよい。
【0026】多孔質体としては、シリコンアルコキシド
等を加水分解したゾルをゲル化して得られる、いわゆる
ゲルや、CVD法やVAD法により作製されるスート、
分相法等により作製される多孔質ガラスを用いる。塗布
する溶液の厚さは、多孔質体に存在する気孔の量や形状
(細孔容積、比表面積、細孔径)により、適宜変化させ
る必要があるが、一般的にゾルゲル法などで作製される
0.3〜1.8g/cm3 程度の密度を持った多孔質体
であればよい。
等を加水分解したゾルをゲル化して得られる、いわゆる
ゲルや、CVD法やVAD法により作製されるスート、
分相法等により作製される多孔質ガラスを用いる。塗布
する溶液の厚さは、多孔質体に存在する気孔の量や形状
(細孔容積、比表面積、細孔径)により、適宜変化させ
る必要があるが、一般的にゾルゲル法などで作製される
0.3〜1.8g/cm3 程度の密度を持った多孔質体
であればよい。
【0027】酸およびその金属塩、アルカリには、酢
酸、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、しゅう酸
等の有機酸塩や、塩酸、硝酸、亜硝酸等の無機酸および
その塩、水酸化物、アンモニウム等のアルカリおよびそ
の塩基を用いることができる。
酸、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、しゅう酸
等の有機酸塩や、塩酸、硝酸、亜硝酸等の無機酸および
その塩、水酸化物、アンモニウム等のアルカリおよびそ
の塩基を用いることができる。
【0028】分布付与溶液として使用する上記金属塩、
酸、有機溶剤、アルカリ、水から選ばれた少なくとも一
種の成分を含む溶液を適宜変化させることにより、多孔
質体中の金属種の濃度分布形状を変化させることができ
る。例えば、多孔質体にあらかじめ分布付与をすべき金
属成分を含有させておき、酸、水、有機溶剤、アルカリ
などを含む金属成分を溶出させる溶液に接触させて多孔
質体より金属成分を溶出させることにより、多孔質体に
分布を付与することができる。
酸、有機溶剤、アルカリ、水から選ばれた少なくとも一
種の成分を含む溶液を適宜変化させることにより、多孔
質体中の金属種の濃度分布形状を変化させることができ
る。例えば、多孔質体にあらかじめ分布付与をすべき金
属成分を含有させておき、酸、水、有機溶剤、アルカリ
などを含む金属成分を溶出させる溶液に接触させて多孔
質体より金属成分を溶出させることにより、多孔質体に
分布を付与することができる。
【0029】また、複数の金属に濃度分布を付与したい
場合には、第1の金属種を多孔質体中に含有させ、第1
の金属成分を溶解させる成分と第2の金属成分とを混合
した分布付与溶液中に接触させることにより、第1と第
2の金属成分に分布を付与することができる。
場合には、第1の金属種を多孔質体中に含有させ、第1
の金属成分を溶解させる成分と第2の金属成分とを混合
した分布付与溶液中に接触させることにより、第1と第
2の金属成分に分布を付与することができる。
【0030】分布付与溶液の量は、分布付与すべき金属
種の拡散速度を考慮して、溶液の組成や濃度、液温、接
触時間、多孔質体の組成や細孔径、多孔質体の直径、分
布付与溶液にかける時間等のパラメーターを適宜変化さ
せる必要があるが、これらのパラメーターを制御するこ
とにより、多孔質体中の分布形状を高精度に制御するこ
とが可能となる。
種の拡散速度を考慮して、溶液の組成や濃度、液温、接
触時間、多孔質体の組成や細孔径、多孔質体の直径、分
布付与溶液にかける時間等のパラメーターを適宜変化さ
せる必要があるが、これらのパラメーターを制御するこ
とにより、多孔質体中の分布形状を高精度に制御するこ
とが可能となる。
【0031】これらの操作により得られた多孔質体を分
布固定、乾燥、焼成することにより、屈折率、屈折率
差、分散特性等の光学特性において再現性・信頼性の高
い屈折率分布を有したマイクロレンズを容易に製造する
ことができる。
布固定、乾燥、焼成することにより、屈折率、屈折率
差、分散特性等の光学特性において再現性・信頼性の高
い屈折率分布を有したマイクロレンズを容易に製造する
ことができる。
【0032】また、本発明は、レンズが平板状に一定間
隔で並んだ平板マイクロレンズや、円柱、角柱、楕円柱
などのロッド状または球状または楕円状や、導波路など
に適用することができる。また、多孔質体表面からの金
属種の拡散距離が短い場合について特に有効である。す
なわち、ロッド状等においては、極めて小さい場合につ
いて有効である。また、平板マイクロレンズにおいても
特に有効である。多孔質体中に含まれる金属種の拡散速
度が大きな場合について特に有効である。
隔で並んだ平板マイクロレンズや、円柱、角柱、楕円柱
などのロッド状または球状または楕円状や、導波路など
に適用することができる。また、多孔質体表面からの金
属種の拡散距離が短い場合について特に有効である。す
なわち、ロッド状等においては、極めて小さい場合につ
いて有効である。また、平板マイクロレンズにおいても
特に有効である。多孔質体中に含まれる金属種の拡散速
度が大きな場合について特に有効である。
【0033】
[実施例1]図4に本実施例の全体の工程の概念図を示
す。41.8gのSi(OCH3 ) 4 に70mlのエタ
ノールを加え、9.6mlの2規定塩酸を加えて加水分
解し、この溶液に1mol/lの酢酸鉛水溶液を80m
lと17規定酢酸32mlを加えてゾルを調製した。こ
のゾルを一辺が1cm、厚さが5mmの正方形ガラス基
板8にコーティングしゲル化させた。ゲル9層の厚さは
2mmであった。ゲル9り表面に直径0.005mmの
円形パターン10を25個形成したマスク部材11によ
りマスキングを施し、マトリックス状の円形状露出部分
を形成した。
す。41.8gのSi(OCH3 ) 4 に70mlのエタ
ノールを加え、9.6mlの2規定塩酸を加えて加水分
解し、この溶液に1mol/lの酢酸鉛水溶液を80m
lと17規定酢酸32mlを加えてゾルを調製した。こ
のゾルを一辺が1cm、厚さが5mmの正方形ガラス基
板8にコーティングしゲル化させた。ゲル9層の厚さは
2mmであった。ゲル9り表面に直径0.005mmの
円形パターン10を25個形成したマスク部材11によ
りマスキングを施し、マトリックス状の円形状露出部分
を形成した。
【0034】図1に示した装置により、分布付与を行っ
た。すなわち、ステージ5の上に前記マスキングを施し
た基板10をのせ、モータ3によりこのステージ5を5
0rpmの速度で回転させ、分布付与溶液落下口7より
マスク部材11上に1mol/l酢酸カリウムのH
2 O:メタノール=5:5(vol比)の分布付与溶液
12を0.5ml、厚さが0.2mmになるように落下
させ、K+ とPb2+の交換を行い、マスクされていない
部分に分布を付与した。その後、マスク部材11を除去
し、乾燥・焼成を行うことにより、ゲル9層に半径が
0.05mmの屈折率分布部位14ができ、所望のパラ
ボリックな屈折率分布形状を有するマイクロレンズアレ
イが得られた。
た。すなわち、ステージ5の上に前記マスキングを施し
た基板10をのせ、モータ3によりこのステージ5を5
0rpmの速度で回転させ、分布付与溶液落下口7より
マスク部材11上に1mol/l酢酸カリウムのH
2 O:メタノール=5:5(vol比)の分布付与溶液
12を0.5ml、厚さが0.2mmになるように落下
させ、K+ とPb2+の交換を行い、マスクされていない
部分に分布を付与した。その後、マスク部材11を除去
し、乾燥・焼成を行うことにより、ゲル9層に半径が
0.05mmの屈折率分布部位14ができ、所望のパラ
ボリックな屈折率分布形状を有するマイクロレンズアレ
イが得られた。
【0035】[比較例1]実施例1と同様にして作製し
た多孔質基板を20mlの分布付与溶液に浸漬後、20
mlのアセトンで2回処理した。その後、実施例1と同
様にして乾燥・焼結を行ったが、分布形状が崩れ、所望
の屈折率分布形状を有するマイクロレンズアレイを得る
ことができなかった。
た多孔質基板を20mlの分布付与溶液に浸漬後、20
mlのアセトンで2回処理した。その後、実施例1と同
様にして乾燥・焼結を行ったが、分布形状が崩れ、所望
の屈折率分布形状を有するマイクロレンズアレイを得る
ことができなかった。
【0036】[実施例2]実施例1と同様にして作製し
たゾルを、有機フォトレジストによりマスクを形成した
ガラス基板にコーティングした。これは有機フォトレジ
ストの撥水効果を利用し半球面状のパターンを形成する
ものである。このゾルをゲル化させた後、マスクを除去
することによって直径0.5mmの凸形状のゲルレンズ
パターンを形成した。このゲルレンズ板を逆さ向き、つ
まり凸形状部分を下方向にして、実施例1と同様の分布
付与溶液の液面に凸形状の中心から直径0.1mm程度
接触させ、分布付与後、分布固定処理を行い、得られた
基板を熱処理することによって、マトリクス状の凸形状
であり、かつレンズパターンの各面頂部により屈折率の
分布が形成された集光素子を得た。
たゾルを、有機フォトレジストによりマスクを形成した
ガラス基板にコーティングした。これは有機フォトレジ
ストの撥水効果を利用し半球面状のパターンを形成する
ものである。このゾルをゲル化させた後、マスクを除去
することによって直径0.5mmの凸形状のゲルレンズ
パターンを形成した。このゲルレンズ板を逆さ向き、つ
まり凸形状部分を下方向にして、実施例1と同様の分布
付与溶液の液面に凸形状の中心から直径0.1mm程度
接触させ、分布付与後、分布固定処理を行い、得られた
基板を熱処理することによって、マトリクス状の凸形状
であり、かつレンズパターンの各面頂部により屈折率の
分布が形成された集光素子を得た。
【0037】[実施例3]四塩化けい素、塩化鉛を原料
にしてVAD法により直径1mmのSiO2 −PbOの
スートを20本作製した。塩化カリウムを水とエタノー
ルの混合溶液に溶解した溶液を調製しておき、図5のよ
うな装置を用いてスートを100rpmのスピードで回
転させ、ハケによりそれぞれのスートの表面0.5mm
に触れるようにこの溶液を塗布した。なお、ハケは柔ら
かな毛素材を用いたため、スートとの回転方向にしなっ
ており、実際には0.5mmよりも少ない面積しか触れ
ていないと考えられた。この後、スートにファンで強風
を送り、上記溶液を除去した後、乾燥させた。これらの
スートを570℃まで焼成することにより、ガラス体の
中心で屈折率が高く、端部で低いいわゆる凸分布を持つ
ガラス体を得ることができた。これらのロッドの屈折率
分布を分析したところ、すべて同じ屈折率分布を持つ直
径0.3mmのガラスであることがわかった。
にしてVAD法により直径1mmのSiO2 −PbOの
スートを20本作製した。塩化カリウムを水とエタノー
ルの混合溶液に溶解した溶液を調製しておき、図5のよ
うな装置を用いてスートを100rpmのスピードで回
転させ、ハケによりそれぞれのスートの表面0.5mm
に触れるようにこの溶液を塗布した。なお、ハケは柔ら
かな毛素材を用いたため、スートとの回転方向にしなっ
ており、実際には0.5mmよりも少ない面積しか触れ
ていないと考えられた。この後、スートにファンで強風
を送り、上記溶液を除去した後、乾燥させた。これらの
スートを570℃まで焼成することにより、ガラス体の
中心で屈折率が高く、端部で低いいわゆる凸分布を持つ
ガラス体を得ることができた。これらのロッドの屈折率
分布を分析したところ、すべて同じ屈折率分布を持つ直
径0.3mmのガラスであることがわかった。
【0038】[実施例4]基板ガラスとして、組成比率
(mol%)が63SiO2 −10Na2 O−5ZnO
−2ZrO2 −20B2 O3 からなる多孔質ガラスを用
いた。この基板上にフォトリソ工程を用いて、直径0.
02mmの所定のパターンを形成し、マスクを施した。
(mol%)が63SiO2 −10Na2 O−5ZnO
−2ZrO2 −20B2 O3 からなる多孔質ガラスを用
いた。この基板上にフォトリソ工程を用いて、直径0.
02mmの所定のパターンを形成し、マスクを施した。
【0039】図1に示した装置により、分布付与を行っ
た。すなわち、ステージの上にこの基板をのせ、モータ
ーによりこのステージを200rpmの速度で回転さ
せ、分布付与溶液落下口7より基板上に1mol/l硝
酸タリウムの硝酸水溶液を0.01ml落下させ、10
分間K+ とTl+ の交換を行い、ファンにより基板を乾
燥させた後、再び基板上に1mol/l硝酸タリウムの
硝酸水溶液を0.5ml厚さにして0.2mm落下さ
せ、10分間分布付与を行った。その後、アセトンで
0.7mlで2回処理し、分布を固定した。
た。すなわち、ステージの上にこの基板をのせ、モータ
ーによりこのステージを200rpmの速度で回転さ
せ、分布付与溶液落下口7より基板上に1mol/l硝
酸タリウムの硝酸水溶液を0.01ml落下させ、10
分間K+ とTl+ の交換を行い、ファンにより基板を乾
燥させた後、再び基板上に1mol/l硝酸タリウムの
硝酸水溶液を0.5ml厚さにして0.2mm落下さ
せ、10分間分布付与を行った。その後、アセトンで
0.7mlで2回処理し、分布を固定した。
【0040】マスクを除去し、乾燥・焼成を行うことに
より、所望の直径0.6mmの屈折率分布形状を有する
0.6cm角のマイクロレンズが得られた。このマイク
ロレンズを固体撮像素子の集光素子として利用したとこ
ろ、小型高感度化が実現した。
より、所望の直径0.6mmの屈折率分布形状を有する
0.6cm角のマイクロレンズが得られた。このマイク
ロレンズを固体撮像素子の集光素子として利用したとこ
ろ、小型高感度化が実現した。
【0041】
【発明の効果】以上のように、本発明を用いることによ
り、多孔質体中の金属分布の形状を精密に制御し、屈折
率、屈折率差、分散特性等の光学特性において再現性・
信頼性の高いマイクロレンズを容易に製造することがで
きる。
り、多孔質体中の金属分布の形状を精密に制御し、屈折
率、屈折率差、分散特性等の光学特性において再現性・
信頼性の高いマイクロレンズを容易に製造することがで
きる。
【図1】本発明における分布付与工程において、スピン
コート法によりマイクロレンズアレイに分布付与を行う
装置を示す概略構成図である。
コート法によりマイクロレンズアレイに分布付与を行う
装置を示す概略構成図である。
【図2】本発明を適用するマイクロレンズアレイおよび
マイクロレンズの一例の概略図である。
マイクロレンズの一例の概略図である。
【図3】本発明を適用するマイクロレンズアレイおよび
マイクロレンズの一例の概略断面図である。
マイクロレンズの一例の概略断面図である。
【図4】実施例1の作製工程を示す概念図である。
【図5】実施例3に用いた装置の概略構成図である。
1,2,14 屈折率分布部位 6 多孔質体 7 溶液落下口 8 基板 9 ゲル 11 マスク部材 12 分布付与溶液 13 分布固定溶液 17 スート 18 ハケ
Claims (3)
- 【請求項1】 多孔質体を焼結することにより、屈折率
変化の部位が表面から1mm以下である屈折率分布層を
持つマイクロレンズを製造する方法において、多孔質体
を有機溶剤・水・酸・アルカリから選ばれた少なくとも
1種を含む溶液または該溶液に金属成分を溶解した溶液
に、屈折率分布を付与すべき面を接触させ、前記溶液を
前記屈折率分布層の半分以下の厚さ塗布する工程を有す
ることを特徴とする屈折率分布型マイクロレンズの製造
方法。 - 【請求項2】 多孔質体を焼結することにより、屈折率
変化の部位が表面から1mm以下である屈折率分布部位
を持つマイクロレンズを製造する方法において、前記多
孔質体が略円柱状の形状をしており、前記溶液と、前記
略円柱状多孔質体の湾曲側面とを接触させ、前記溶液を
前記略円柱状多孔質体の湾曲側面に半径以下の厚さ塗布
して径方向に屈折率分布を付与する工程を有することを
特徴とする屈折率分布型マイクロレンズの製造方法。 - 【請求項3】 多孔質体を焼結することにより、屈折率
変化の部位が表面から1mm以下である屈折率分布部位
を持つマイクロレンズを製造する方法において、前記多
孔質体が平板であり、一部に略円状の穴を設けたレジス
トを多孔質体の表面に作製した後、前記溶液と多孔質体
の略円状の穴とを接触させ、前記略円状の穴を中心に略
半球状の屈折率分布部位を作製する工程において、前記
溶液を前記略円状の穴に前記半球状の屈折率分布部位の
半径以下の厚さ塗布する工程を有することを特徴とする
屈折率分布型マイクロレンズの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP227195A JPH08187461A (ja) | 1995-01-10 | 1995-01-10 | 屈折率分布型マイクロレンズの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP227195A JPH08187461A (ja) | 1995-01-10 | 1995-01-10 | 屈折率分布型マイクロレンズの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08187461A true JPH08187461A (ja) | 1996-07-23 |
Family
ID=11524713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP227195A Withdrawn JPH08187461A (ja) | 1995-01-10 | 1995-01-10 | 屈折率分布型マイクロレンズの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08187461A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002049984A1 (en) * | 2000-12-20 | 2002-06-27 | Murata Manufacturing Co.,Ltd. | Transparent ceramic and method for production thereof, and optical element |
| JP2007047310A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Isuzu Seiko Glass Kk | 赤外線吸収能を有する屈折率分布型光学素子の製造方法 |
-
1995
- 1995-01-10 JP JP227195A patent/JPH08187461A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002049984A1 (en) * | 2000-12-20 | 2002-06-27 | Murata Manufacturing Co.,Ltd. | Transparent ceramic and method for production thereof, and optical element |
| GB2376230A (en) * | 2000-12-20 | 2002-12-11 | Murata Manufacturing Co | Transparent ceramic and method for production thereof, and optical element |
| GB2376230B (en) * | 2000-12-20 | 2004-11-24 | Murata Manufacturing Co | Transparent ceramic, method of producing the same, and optical devices |
| US6908872B2 (en) | 2000-12-20 | 2005-06-21 | Murata Manufacturing Co. Ltd | Transparent ceramic and method for production thereof, and optical element |
| JP2007047310A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Isuzu Seiko Glass Kk | 赤外線吸収能を有する屈折率分布型光学素子の製造方法 |
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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: 20020402 |