JP2003276030A - 非球面レンズ成形型の製造方法およびその方法により製造された非球面レンズアレイ成形型並びに非球面レンズアレイ - Google Patents
非球面レンズ成形型の製造方法およびその方法により製造された非球面レンズアレイ成形型並びに非球面レンズアレイInfo
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Abstract
法により製造された非球面レンズアレイ成形型並びに非
球面レンズアレイを提供する。 【解決手段】 (a)に示すように、石英ガラス基板1
よりもエッチング速度が速い層2を形成し、円形の開口
を有するマスク3を形成する。フッ酸水溶液でエッチン
グを行い、石英ガラス基板1までエッチングが進行した
後は、(c)に示すように、石英ガラス基板1では層2
とは異方性のエッチングが進行する。マスク3を除去
し、再度フッ酸水溶液で少なくとも層2が完全に除去さ
れるまでエッチングを行うことにより、(e)に示すよ
うに、非球面形状を有する凹部1Aを石英ガラス基板1
に形成できるので、これを非球面レンズ成形型として用
いる。
Description
型の製造方法およびその方法により製造された非球面レ
ンズアレイ成形型並びに非球面レンズアレイに関する。
に伴い、光信号処理の高速化、高度化が求められてい
る。光信号を並列的に処理するため、光学要素をアレイ
化し、その間の光結合をより高い効率で行うことが要求
されている。レンズアレイはこのような光結合に重要な
役割を果たす光学要素である。例えば、光源あるいは光
ファイバ端面等から出射する発散光を平行光に変換し、
光機能素子による信号処理を行ったのち、光検出器ある
いは光ファイバ端面等に収束、結合させるために、一対
のコリメータレンズが用いられる。
能素子によっては、レンズ間距離を大きくすることが要
求される。その場合、レンズ径を大きくする必要がある
が、均質材料からなる球面レンズでは、光軸から離れた
光線に対して必然的に収差が発生するため、レンズ間距
離をある程度以上長くすることができない。このような
問題を解決するために、非球面レンズが用いられる。レ
ンズの面形状を適切に設計することにより、レンズ周辺
部の収差を補正することができる。このような非球面レ
ンズは一般的には精密な機械加工によって形成した金型
を用いてプレス成形によって量産される。したがって非
球面レンズの生産には金型の作製技術が極めて重要とな
る。
て、開口部を有するマスクを設けたガラス基板を、マス
ク開口部から略等方的に湿式エッチングして、球面状ま
たは円筒面状をなす凹部を作製する方法が知られてい
る。
して、図8に基づき説明する。成形型となる石英ガラス
基板1の表面に開口を有するマスク3を形成する(図8
(a))。マスク開口部から略等方的に湿式エッチング
を行うことで、半球面状または半円筒面状をなす凹部が
石英ガラス基板1に形成される(図8(b))。凹部が
形成された成形型となる石英ガラス基板1のマスク3を
除去する(図8(c))。再度湿式エッチングを行うこ
とで、凹部は略球面状または略円筒面状に形成される
(図8(d))。
にて作製したレンズ成形型の凹部は、図9のようにA
1,A2,A3の各部で曲率がほぼ一定の略球面状また
は略円筒状になる。すなわち、図2のように凹部の最深
部B1からB2,B3へと端部に向かって連続的に曲率
が変化する非球面レンズの成形型は作製できなかった。
よって作製する場合、切削工具の摩耗が生じるため、多
数のレンズ素子から構成されるレンズアレイの場合、各
レンズ素子に対応する金型の寸法にばらつきが生じてし
まうという問題点がある。
になされたもので、各レンズ素子が均一に形成できる非
球面レンズ成形型の製造方法およびその方法により製造
された非球面レンズアレイ成形型並びに非球面レンズア
レイを提供することを目的とする。
に、基板表面に基板とはエッチング速度の異なる均質な
層を1層形成し、開口形状を有するマスクを形成後、マ
スクを介して所定時間エッチングし、マスクを除去し少
なくとも層を除去するまで再度エッチングし凹部を形成
することで非球面レンズ成形型を製造した。
ッチングするようにしたので、得られた非球面レンズ成
形型は基板の材料で構成されており、層の材料と成型時
に充填する材料との化学反応やぬれ性を考慮する必要が
なくなる。さらに、非球面レンズ成型時において基板と
層との吸着度の差異を考慮する必要もなくなる。
グ速度が速いものを選定した。層の厚みの採りうる範囲
の上限は1000μm、下限は1μm、望ましい範囲の
上限は500μm、下限は10μm、さらに望ましい範
囲の上限は300μm、下限は20μmである。非球面
レンズ成形型の凹部の形状は、凹部の最深部の深さが幅
の1/2未満になるようにした。また、凹部の端部に向
かうほど曲率半径が大きくなるようにした。
成形型から得られたレンズは、レンズ半径に比べてレン
ズ厚みが小さく、レンズ頂点部に比べてレンズ周辺部の
曲率半径が大きい。即ち、球面収差の小さなレンズを作
製することができる。
を充填し固化させて非球面レンズを形成する。また、前
記凹部を形成した後、凹部に流動性物質を充填し固化さ
せて、固化した物質を前記凹部から取り外すことで非球
面レンズを形成する。
成形型にこの成形型よりも高屈折率の透明な樹脂を充填
し固化させることで非球面レンズアレイが得られる。複
数個の凹部を設けた非球面レンズアレイ成形型に空気よ
りも高屈折率の透明な樹脂を充填し固化させて取り外す
ことで非球面レンズアレイが得られる。
に基づいて説明する。図1は本発明にかかる非球面レン
ズ成形型の製造方法を工程順に説明した図である。先
ず、図1(a)に示すように、石英ガラス基板1の表面
に石英ガラス基板1とはエッチング速度の異なる均質な
層2を形成した。
て説明する。化学的気相成長(CVD)法によりSiO
2薄膜が形成できるが、この膜にフッ素(F)を添加す
ることによりフッ酸水溶液によるエッチング速度を変化
させることができる。Fは成長中にCF4ガスを混入す
ることにより添加でき、その流量を変化させることによ
り添加量を変えることができる。図3はCF4の流量に
よるフッ酸水溶液によるエッチング速度の変化を示して
いる。CF4の流量を0〜60sccmの範囲で変える
ことによりエッチング速度を約3倍変化できることがわ
かる。また本発明は、エッチング速度の比を基板とエッ
チング速度の異なる均質な層のエッチング速度比として
用いることを特徴としており、層形成のための成膜を1
回だけで行うことができる。
量によるCVD膜と石英ガラス基板とのエッチング速度
比の変化を示している。CVD膜と石英ガラス基板との
エッチング速度比は、エッチングに用いるフッ酸(H
F)水溶液の濃度を変化させることによってもエッチン
グ速度比を変化させることができることがわかる。
2膜を形成する際、CF4の流量を一定としてFの添加量
が一定の膜を形成するとともにフッ酸水溶液の濃度を選
択することで、基板とのエッチング速度の比を選択した
SiO2層を形成することができる。
0μmのとき5wt%フッ酸水溶液でエッチングしたと
きの石英ガラス基板1と層2とのエッチング速度の比が
2.5、厚みが100μmのとき20wt%フッ酸水溶
液でエッチングしたときの石英ガラス基板1と層2との
エッチング速度の比が2.0、厚みが200μmのとき
49wt%フッ酸水溶液でエッチングしたときの石英ガ
ラス基板1と層2とのエッチング速度の比が1.7とな
るように成膜した。
は本実施の形態に限定されず1.1〜11.0で可変で
あり、1〜1000μmの中で膜厚を設定することがで
きる。
D法で行ったが、イオンプレーティング法又は真空蒸着
法を用いても良い。
堆積した後、フォトリソグラフィ法により直径5μmの
円形の開口を持つCr製のマスク3を形成する。本実施
の形態ではマスクの材料としてCrを用いたが、Ti、
ITO、Alを基とする材料を用いてもよい。
グを施す。図1(b)に示すように、層2と石英ガラス
基板1との界面までは等方的にエッチングが進行する。
その後、層2と石英ガラス基板1との界面までエッチン
グが進行すると、石英ガラス基板1は層2よりもエッチ
ング速度が遅いので図1(c)に示すような連続的に異
方性となるエッチングが進行する。湿式エッチング後に
マスクを除去すると図1(d)に示すような非球面の部
分を持つ溝が得られる。
た石英ガラス基板1の表面にマスクを形成しないで再度
フッ酸水溶液で少なくとも層2が完全に除去されるまで
湿式エッチングを施す。このように2段階でエッチング
することにより、1段目エッチング終了時より曲率半径
が大きな凹部1Aを形成することができた(図1
(e))。この凹部1Aの形状は、最深部の深さが幅の
1/2未満である。また、曲率が一定になる層2を除去
してあるので、図2に示すようにB1,B2,B3の曲
率が凹部の端部に向かうほど連続的に大きくなるような
非球面形状を有する凹部が形成された。
形の開口を有するマスク4(Cr製)を形成して、前述
の方法で2段階のエッチングを行うことで図5(b)に
示すような複数の凹部5Aを備えた非球面レンズアレイ
成形型5が得られる。
な複数の凹部5Aを備えた非球面レンズアレイ成形型5
に、図6(b)に示すように紫外線硬化型の透明なエポ
キシ系樹脂7を非球面レンズアレイ成形型5に滴下し、
レンズ用基板6を被せて非球面レンズアレイ成形型5に
充填し、紫外線照射により硬化させることで、図6
(c)に示すような平板状の非球面レンズアレイ8が形
成できる。非球面レンズアレイ成形型5およびレンズ用
基板6よりも高屈折率のエポキシ系樹脂を選定すること
で、エポキシ系樹脂7と非球面レンズアレイ成形型5と
の間でレンズ効果が得られる。エポキシ系樹脂7の屈折
率は、1.65以上になるものを用いることが望まし
い。
すような複数の凹部5Aを備えた非球面レンズアレイ成
形型5に離型剤9を塗布し、図7(b)に示すように紫
外線硬化型の透明なエポキシ系樹脂10を非球面レンズ
アレイ成形型5に滴下し、レンズ用基板6を被せて図7
(c)に示すように充填し、エポキシ系樹脂10を紫外
線照射により硬化させる。エポキシ系樹脂10には非球
面レンズアレイ成形型5の複数の凹部5Aが転写されて
いるので、エポキシ系樹脂10を非球面レンズアレイ成
形型5から離型させることで、図7(d)に示すような
エポキシ系樹脂10とレンズ用基板6とからなる非球面
レンズアレイ11が形成できる。
で、レンズ用基板6と同等の屈折率になるものを用いる
ことが望ましい。
たがアクリル系の樹脂を用いてもよい。また、紫外線硬
化型の樹脂に代えて熱硬化型あるいは光硬化型の透明材
料を用いてもよい。
するマスクを用いたが、円形の開口に代えて長方形の開
口を有するマスクを用いて断面が非球面の凹部を形成し
てもよい。
に基板とはエッチング速度の異なる均質な層を形成し、
マスクを介して湿式エッチングしているので、非球面形
状の凹部を有する成形型および非球面レンズアレイが形
成できる。
説明する断面図。
ッチング特性を示す図。
膜と石英ガラスとのエッチング速度比を示す図。
方法を説明する断面図。
説明する断面図。
説明する断面図。
図。
Claims (11)
- 【請求項1】 基板表面に基板とはエッチング速度の異
なる均質な層を形成する工程と、前記層の上に開口形状
を有するマスクを形成する工程と、前記層および前記基
板を前記マスクを介してエッチングする工程と、前記マ
スクを除去する工程と、少なくとも前記層が除去される
まで再度エッチングし、凹部を形成する工程と、からな
ることを特徴とする非球面レンズ成形型の製造方法。 - 【請求項2】 前記層を構成する材料は、前記基板より
もエッチング速度の速いものを選定することを特徴とす
る請求項1に記載の非球面レンズ成形型の製造方法。 - 【請求項3】 前記基板と前記層とのエッチング速度の
比が1.1〜11.0であることを特徴とする請求項1
に記載の非球面レンズ成形型の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の非球面
レンズ成形型の製造方法にて製造された非球面レンズ成
形型。 - 【請求項5】 前記凹部の形状は、凹部の最深部の深さ
が幅の1/2未満であることを特徴とする請求項4に記
載の非球面レンズ成形型。 - 【請求項6】 前記凹部の形状は、凹部の端部に向かう
ほど曲率半径が大きくなっていることを特徴とする請求
項4に記載の非球面レンズ成形型。 - 【請求項7】 請求項4〜6のいずれかに記載の非球面
レンズ成形型の凹部に、流動性物質を充填し固化させる
ことを特徴とする非球面レンズの製造方法。 - 【請求項8】 請求項4〜6のいずれかに記載の非球面
レンズ成形型の凹部に、流動性物質を充填し固化させる
工程と、固化した物質を前記凹部から取り外す工程と、
からなることを特徴とする非球面レンズの製造方法。 - 【請求項9】 請求項4〜6のいずれかに記載の非球面
レンズ成形型に、前記凹部が複数個設けられていること
を特徴とする非球面レンズアレイ成形型。 - 【請求項10】 請求項7に記載の非球面レンズの製造
方法にて製造された非球面レンズを複数個備え、前記固
化させる流動性物質が前記成形型よりも高屈折率の透明
な樹脂であることを特徴とする非球面レンズアレイ。 - 【請求項11】 請求項8に記載の非球面レンズの製造
方法にて製造された非球面レンズを複数個備え、前記固
化させる流動性物質が空気よりも高屈折率の透明な樹脂
であることを特徴とする非球面レンズアレイ。
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