JPH06294905A - 組合せ光学素子 - Google Patents
組合せ光学素子Info
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- JPH06294905A JPH06294905A JP6032078A JP3207894A JPH06294905A JP H06294905 A JPH06294905 A JP H06294905A JP 6032078 A JP6032078 A JP 6032078A JP 3207894 A JP3207894 A JP 3207894A JP H06294905 A JPH06294905 A JP H06294905A
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- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
- G02B5/188—Plurality of such optical elements formed in or on a supporting substrate
- G02B5/1885—Arranged as a periodic array
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
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- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
- G02B5/189—Structurally combined with optical elements not having diffractive power
- G02B5/1895—Structurally combined with optical elements not having diffractive power such optical elements having dioptric power
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光学素子において、完全な球状波面に極めて
近い波面が形成され、回折が制限された性能を発揮でき
る。 【構成】 少なくとも1個の球状表面、および前記球状
表面と対向した関係にあり、前記球状表面と整列した回
折格子24を含み、格子が、格子の中心から予め決めら
れた間隔で配置された、連続的な輪状段差26からな
る。補正された、回折が制限された性能を発揮できる波
面を形成できる。
近い波面が形成され、回折が制限された性能を発揮でき
る。 【構成】 少なくとも1個の球状表面、および前記球状
表面と対向した関係にあり、前記球状表面と整列した回
折格子24を含み、格子が、格子の中心から予め決めら
れた間隔で配置された、連続的な輪状段差26からな
る。補正された、回折が制限された性能を発揮できる波
面を形成できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は球状表面と回折格子を組
み合わせた光学素子に関する。
み合わせた光学素子に関する。
【0002】
【従来の技術】複数の棒のそれぞれの一端に球状の表面
を形成し、次いでそれらを、束ねて融合または密封する
か、あるいは米国特許第4,572,611号および第
4,952,026号におけるように、組み合わせるこ
とにより、基材の表面を形成する球状レンズのパターン
を有するレンズ配列を製造する方法が知られている。
を形成し、次いでそれらを、束ねて融合または密封する
か、あるいは米国特許第4,572,611号および第
4,952,026号におけるように、組み合わせるこ
とにより、基材の表面を形成する球状レンズのパターン
を有するレンズ配列を製造する方法が知られている。
【0003】レーザーダイオードから来る光を導波管フ
ァイバー配列に接続するような、ある種の重要な用途で
は、集光効率が極めて重大である。この効率はレンズの
開口数、NAにより評価される。説明し易くするため
に、これは、レンズの半径をその焦点距離で割った値と
する。一般的に、0.5のオーダーの値が必要とされる
が、米国特許第4,572,611号に記載される方法
は、その必要条件の半分しか達成していない。
ァイバー配列に接続するような、ある種の重要な用途で
は、集光効率が極めて重大である。この効率はレンズの
開口数、NAにより評価される。説明し易くするため
に、これは、レンズの半径をその焦点距離で割った値と
する。一般的に、0.5のオーダーの値が必要とされる
が、米国特許第4,572,611号に記載される方法
は、その必要条件の半分しか達成していない。
【0004】さらに、光は出力ファイバー配列に効率的
に接続されなければならない。レンズにより形成される
画像の大きさは、シングルモードオプティカルファイバ
ーまたはディテクターの大きさに一致しなければならな
い。これには、回折が制限された性能に近い性能が必要
とされることが多く、そこでは焦点に集められたスポッ
トの大きさが、幾何学的な光学作用によってではなく、
回折によってのみ制限される。理論的な回折が制限され
た(すなわち回折が殆どない)スポットの大きさは式 S=1.22λ/NA により表されるが、ここでλは光の波長であり、NAは
開口数である。高NAおよび回折が制限された性能の両
方が必要なために、従来の球状レンズの使用は効率的で
はない。
に接続されなければならない。レンズにより形成される
画像の大きさは、シングルモードオプティカルファイバ
ーまたはディテクターの大きさに一致しなければならな
い。これには、回折が制限された性能に近い性能が必要
とされることが多く、そこでは焦点に集められたスポッ
トの大きさが、幾何学的な光学作用によってではなく、
回折によってのみ制限される。理論的な回折が制限され
た(すなわち回折が殆どない)スポットの大きさは式 S=1.22λ/NA により表されるが、ここでλは光の波長であり、NAは
開口数である。高NAおよび回折が制限された性能の両
方が必要なために、従来の球状レンズの使用は効率的で
はない。
【0005】NAが増加するにつれて、レンズの曲率半
径が減少する。すると、球状レンズにより形成される波
面の誤差は、回折が制限されたスポットの大きさを与え
る完全な球状波面と比較して、レンズの中心からの半径
方向の距離の3乗に比例して増加する。
径が減少する。すると、球状レンズにより形成される波
面の誤差は、回折が制限されたスポットの大きさを与え
る完全な球状波面と比較して、レンズの中心からの半径
方向の距離の3乗に比例して増加する。
【0006】この誤差は通常、収差と呼ばれる。上記の
用途に最も大きな影響を及ぼすのは球面収差である。レ
ンズの最上部の近くから発する光線、つまり周縁光線
は、レンズの中心近くから発する光線、つまり近軸光線
よりも、焦点の近くに来る。そのために画像が不鮮明に
なる。
用途に最も大きな影響を及ぼすのは球面収差である。レ
ンズの最上部の近くから発する光線、つまり周縁光線
は、レンズの中心近くから発する光線、つまり近軸光線
よりも、焦点の近くに来る。そのために画像が不鮮明に
なる。
【0007】収差の補正問題を解決するための様々な方
法がある。古典的な解決策は、複数の球状レンズ表面を
使用すること、すなわち実質的に複合レンズ法である。
これは、Bellman らの方法により製造されるレンズ配列
で行うことができる。2個の両凸レンズの配列を重ね合
わせることにより、4つの屈折表面を形成することであ
る。この方法の一つの欠点は、これらの配列を個別に製
作しなければならないことである。次いでこれらの配列
は、正しく整列するように精確に取り付けなければなら
ない。
法がある。古典的な解決策は、複数の球状レンズ表面を
使用すること、すなわち実質的に複合レンズ法である。
これは、Bellman らの方法により製造されるレンズ配列
で行うことができる。2個の両凸レンズの配列を重ね合
わせることにより、4つの屈折表面を形成することであ
る。この方法の一つの欠点は、これらの配列を個別に製
作しなければならないことである。次いでこれらの配列
は、正しく整列するように精確に取り付けなければなら
ない。
【0008】もう一つの方法は非球状表面を使用するこ
とであるが、この方法は、球状以外の、調整可能な、予
め決められた表面湾曲形成を達成できないので、US−
A4,952,026号の方法では使用できない。
とであるが、この方法は、球状以外の、調整可能な、予
め決められた表面湾曲形成を達成できないので、US−
A4,952,026号の方法では使用できない。
【0009】別の方法は、屈折ではなく、回折効果を利
用し、基材上に球状の波面を形成する円形の回折格子を
作成することにより球状の波面を造り出すことであり、
段差の付いた溝またはそれらを重ねた階段構造の回折格
子パターンにより所望の波面が近似されるので、この方
法は2値光学(Binary Optic)法と呼ばれる。この方法の
長所はシリコンマイクロエレクトロニクス工業の技術が
利用できることである。さらに、波面補正を格子構造の
中に簡単に組み込むことができる。この方法の欠点は、
格子の最も外側のリングの間隔が非常に近くなる、すな
わち式 δr(外側)=λ/NA により表されるように、光の波長のオーダーになること
がある点である。0.5のNAが望ましい用途では、こ
の間隔が制限になる。
用し、基材上に球状の波面を形成する円形の回折格子を
作成することにより球状の波面を造り出すことであり、
段差の付いた溝またはそれらを重ねた階段構造の回折格
子パターンにより所望の波面が近似されるので、この方
法は2値光学(Binary Optic)法と呼ばれる。この方法の
長所はシリコンマイクロエレクトロニクス工業の技術が
利用できることである。さらに、波面補正を格子構造の
中に簡単に組み込むことができる。この方法の欠点は、
格子の最も外側のリングの間隔が非常に近くなる、すな
わち式 δr(外側)=λ/NA により表されるように、光の波長のオーダーになること
がある点である。0.5のNAが望ましい用途では、こ
の間隔が制限になる。
【0010】一般的な現状技術に関しては、“2値光
学”, Scientific America, 1992, 92-97 頁、および
“電子線平版印刷を使用するマイクロレンズの製造”、
藤田等、OPTICS LETTERS, Vol.6, No. 12, 613-615頁を
参照するとよい。
学”, Scientific America, 1992, 92-97 頁、および
“電子線平版印刷を使用するマイクロレンズの製造”、
藤田等、OPTICS LETTERS, Vol.6, No. 12, 613-615頁を
参照するとよい。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、完全
な球状波面に極めて近い波面を形成し、回折限界性能を
有する光学素子を提供することである。もう一つの目的
は、従来の球面レンズから波面に生じる収差を補正する
ための手段を提供することである。別の目的は、新規な
屈折/回折式光透過装置を提供することである。もう一
つの目的は、そのような装置を一体化形態で提供するこ
とである。さらに別の目的は、US−A4,572,6
11号および第4,952,026号に記載されている
光学素子を改良することである。
な球状波面に極めて近い波面を形成し、回折限界性能を
有する光学素子を提供することである。もう一つの目的
は、従来の球面レンズから波面に生じる収差を補正する
ための手段を提供することである。別の目的は、新規な
屈折/回折式光透過装置を提供することである。もう一
つの目的は、そのような装置を一体化形態で提供するこ
とである。さらに別の目的は、US−A4,572,6
11号および第4,952,026号に記載されている
光学素子を改良することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、完全な球状波
面に非常に近い波面を形成する屈折/回折式光学素子で
あって、該素子が、少なくとも1個の球状表面、および
その球状表面と対向し、それと整列した関係にある回折
格子を含み、格子が、格子の中心から予め決められた間
隔で配置された、連続的な、段差の付いた、輪状の表面
からなり、光学素子が、補正された、回折が制限された
性能を発揮できる波面を形成できることを特徴とする光
学素子に関する。
面に非常に近い波面を形成する屈折/回折式光学素子で
あって、該素子が、少なくとも1個の球状表面、および
その球状表面と対向し、それと整列した関係にある回折
格子を含み、格子が、格子の中心から予め決められた間
隔で配置された、連続的な、段差の付いた、輪状の表面
からなり、光学素子が、補正された、回折が制限された
性能を発揮できる波面を形成できることを特徴とする光
学素子に関する。
【0013】本発明はさらに、球状波面を形成する方法
であって、光線を従来の球状表面を通過させ、球面収差
のために完全な球状波面からある程度外れた位相面を形
成すること、および従来の球状表面から来る光線を、格
子の中心から予め決められた半径方向の間隔でエッチン
グされた、連続的な、段差の付いた、輪状の表面からな
る回折格子を通過させることにより、そのような収差を
補正することを含む方法に関する。格子構造の正確な間
隔は、球状表面から生じる波面と球状の波面との差に関
する数学的な式から計算される。
であって、光線を従来の球状表面を通過させ、球面収差
のために完全な球状波面からある程度外れた位相面を形
成すること、および従来の球状表面から来る光線を、格
子の中心から予め決められた半径方向の間隔でエッチン
グされた、連続的な、段差の付いた、輪状の表面からな
る回折格子を通過させることにより、そのような収差を
補正することを含む方法に関する。格子構造の正確な間
隔は、球状表面から生じる波面と球状の波面との差に関
する数学的な式から計算される。
【0014】本発明では、屈折および回折の現象を組み
合わせ、球状波面に近い波面を形成する。光線は先ず球
状レンズを透過し、それによって入射波面が変化する。
球状表面から発するこの波面は、先に説明したように、
球状波面ではない。すなわち、この波面は、収差によっ
てある量だけ完全な球状波面とは異なっている。
合わせ、球状波面に近い波面を形成する。光線は先ず球
状レンズを透過し、それによって入射波面が変化する。
球状表面から発するこの波面は、先に説明したように、
球状波面ではない。すなわち、この波面は、収差によっ
てある量だけ完全な球状波面とは異なっている。
【0015】次いで、補正されていない球状波面は、収
差を実質的に補正するように設計された回折格子を通過
する。これによって、完全な球状波面に可能な限り近
い、補正された波面が形成される。
差を実質的に補正するように設計された回折格子を通過
する。これによって、完全な球状波面に可能な限り近
い、補正された波面が形成される。
【0016】数学的に、この補正は下記の等式から得ら
れる。球面波は、 φ(r) =(2π/λ){f−(f2 +r2 )1/2 } (式中、φは球面波の位相であり、λは光線の波長であ
り、fはレンズの焦点距離であり、rは光線の方向に対
して直角な軸からの半径方向距離である。)として表さ
れる。球状表面により形成される波面の位相は、半径方
向距離の2乗に比例し、 φ(レンズ)=−(2π/λ)(r2 /f) で表される。
れる。球面波は、 φ(r) =(2π/λ){f−(f2 +r2 )1/2 } (式中、φは球面波の位相であり、λは光線の波長であ
り、fはレンズの焦点距離であり、rは光線の方向に対
して直角な軸からの半径方向距離である。)として表さ
れる。球状表面により形成される波面の位相は、半径方
向距離の2乗に比例し、 φ(レンズ)=−(2π/λ)(r2 /f) で表される。
【0017】これら2つの等式の差は、波面の球状波面
からの偏差を表す。球状波面に関する上記の等式を半径
方向距離rにおけるべき級数で拡張し、レンズにより与
えられる波面の式を引くことにより、誤差に関する数学
的な式 φ(dev) =(2π/λ)(r4 /8f3 )+(より高い
オーダーの項) この等式は、補正表面により形成されなければならない
位相を決定する。
からの偏差を表す。球状波面に関する上記の等式を半径
方向距離rにおけるべき級数で拡張し、レンズにより与
えられる波面の式を引くことにより、誤差に関する数学
的な式 φ(dev) =(2π/λ)(r4 /8f3 )+(より高い
オーダーの項) この等式は、補正表面により形成されなければならない
位相を決定する。
【0018】この等式に対応する曲線は、補正表面を与
えるための理想曲率を代表する。この理想曲率をガラス
で、商業的に達成することは現実的ではない。しかし、
マイクロエレクトロニクスで一般的な技術を使用して近
似することは十分に可能である。
えるための理想曲率を代表する。この理想曲率をガラス
で、商業的に達成することは現実的ではない。しかし、
マイクロエレクトロニクスで一般的な技術を使用して近
似することは十分に可能である。
【0019】第一の工程は、波面偏差を表す上記の等式
に対応する曲線を形成することである。次いで曲線の急
勾配の部分をつぶし、フレネルレンズの形態にする。次
にフレネル型の曲線を、下記の図面に示すように、格子
パターンを形成する段差に変換することにより、さらに
近似する。
に対応する曲線を形成することである。次いで曲線の急
勾配の部分をつぶし、フレネルレンズの形態にする。次
にフレネル型の曲線を、下記の図面に示すように、格子
パターンを形成する段差に変換することにより、さらに
近似する。
【0020】この形状を重ねた格子構造は、深さが等し
い一連の段差を有する。深さは波動の一部でなければな
らず、したがってある程度任意である。しかし、段差の
数が多い程、実際の表面をより精確に近似し、格子の効
率も高くなる。
い一連の段差を有する。深さは波動の一部でなければな
らず、したがってある程度任意である。しかし、段差の
数が多い程、実際の表面をより精確に近似し、格子の効
率も高くなる。
【0021】溝の間隔は、半径のそれぞれが、パターン
の外側から出発して、つまりr0 が式 r0 4 −ri 4 =8f3 (λ/k) (式中、kは整数であり、fはレンズの焦点距離であ
る。)に従うとして計算する。この繰り返し ri 4 −ri-1 4 =8f3 (λ/k) を、レンズの中心に達するまで続ける。溝の物理的な深
さは、λ/(n−1)の深さが一つの波に対応する式に
より決定され、nはガラスの屈折率である。
の外側から出発して、つまりr0 が式 r0 4 −ri 4 =8f3 (λ/k) (式中、kは整数であり、fはレンズの焦点距離であ
る。)に従うとして計算する。この繰り返し ri 4 −ri-1 4 =8f3 (λ/k) を、レンズの中心に達するまで続ける。溝の物理的な深
さは、λ/(n−1)の深さが一つの波に対応する式に
より決定され、nはガラスの屈折率である。
【0022】
【実施例】以下に一例を示す。レンズ半径を0.112
5mm、焦点距離を0.3mm、波長を1000nm、および
kの値を8とする。格子の半径は、ミリメートルで、 r0 =0.1125 r1 =0.1074 r2 =0.0943 r3 =0.0850 r4 =0.0708 であり、それぞれの溝の深さは0.25μm である。こ
の実施例は、以下に説明する図3および4に示してあ
る。
5mm、焦点距離を0.3mm、波長を1000nm、および
kの値を8とする。格子の半径は、ミリメートルで、 r0 =0.1125 r1 =0.1074 r2 =0.0943 r3 =0.0850 r4 =0.0708 であり、それぞれの溝の深さは0.25μm である。こ
の実施例は、以下に説明する図3および4に示してあ
る。
【0023】本発明はさらに、上記の補正を行うための
一体化された光学素子の製造に関する。この素子は、基
材の一方の表面上に形成された球状マイクロレンズの配
列を有する。球状レンズ毎に1個の回折格子を有する、
対応する回折格子の配列は基材の反対側表面に形成され
ている。
一体化された光学素子の製造に関する。この素子は、基
材の一方の表面上に形成された球状マイクロレンズの配
列を有する。球状レンズ毎に1個の回折格子を有する、
対応する回折格子の配列は基材の反対側表面に形成され
ている。
【0024】添付の図面に関して、図1はBellman らの
特許に記載されている光学素子10の断面図である。光
学素子10は、素子10の上側14および下側16の両
方に***した球状マイクロレンズ12の配列を含む。そ
れぞれの対向するレンズ対12−12は透明なシリンダ
ー18により接続されている。不透明なガラスマトリッ
クス20がシリンダーを取り囲み、それぞれを光学的に
分離している。
特許に記載されている光学素子10の断面図である。光
学素子10は、素子10の上側14および下側16の両
方に***した球状マイクロレンズ12の配列を含む。そ
れぞれの対向するレンズ対12−12は透明なシリンダ
ー18により接続されている。不透明なガラスマトリッ
クス20がシリンダーを取り囲み、それぞれを光学的に
分離している。
【0025】図1に示すように、素子10の上側14お
よび下側16の両方に3個のマイクロレンズの組が形成
されている。もちろん、所望により単一のマイクロレン
ズを形成することもできる。しかし、一群のレンズを形
成するのがより一般的であり、その数は、果たすべき機
能、基材表面をマスクする能力、およびマイクロレンズ
の形成に使用できる表面の量によってのみ決定される。
例えば、4平方インチ(25.8平方cm)の基材表面上
に数千個のレンズを形成することができる。
よび下側16の両方に3個のマイクロレンズの組が形成
されている。もちろん、所望により単一のマイクロレン
ズを形成することもできる。しかし、一群のレンズを形
成するのがより一般的であり、その数は、果たすべき機
能、基材表面をマスクする能力、およびマイクロレンズ
の形成に使用できる表面の量によってのみ決定される。
例えば、4平方インチ(25.8平方cm)の基材表面上
に数千個のレンズを形成することができる。
【0026】素子10の上側表面14を研削、研磨し、
図2に示すような平らな表面を得る。この図は、上側表
面14を変形した以外は、図1に対応する断面図であ
る。
図2に示すような平らな表面を得る。この図は、上側表
面14を変形した以外は、図1に対応する断面図であ
る。
【0027】図3は、素子10における1個のマイクロ
レンズ部分の上面図であり、平らな表面22にエッチン
グされた回折格子パターン24を示す。格子パターン2
4は連続した輪状の段差26からなる。
レンズ部分の上面図であり、平らな表面22にエッチン
グされた回折格子パターン24を示す。格子パターン2
4は連続した輪状の段差26からなる。
【0028】図4は図3の線4−4に沿って見た断面図
である。図4は、階段状の段差26の深さおよび配置を
示す。また、この図は、段差26を通して引いた実線に
より、数学的な誤差φ(dev) を代表する理想的な湾曲表
面をも示す。上記のように、この曲線がつぶれて、段差
の付いた格子パターン24を与える。図4は、平らな表
面22の上に階段状に回折格子パターン24をエッチン
グした以外は、図2に対応する。この手順を、図5A、
5B、5C、6A、6Bおよび6Cを参照してさらに説
明する。
である。図4は、階段状の段差26の深さおよび配置を
示す。また、この図は、段差26を通して引いた実線に
より、数学的な誤差φ(dev) を代表する理想的な湾曲表
面をも示す。上記のように、この曲線がつぶれて、段差
の付いた格子パターン24を与える。図4は、平らな表
面22の上に階段状に回折格子パターン24をエッチン
グした以外は、図2に対応する。この手順を、図5A、
5B、5C、6A、6Bおよび6Cを参照してさらに説
明する。
【0029】図5A、5Bおよび5Cは、図2の光学素
子の断面図である。これらの図は、格子パターン24の
最も外側にある輪状段差26を形成する処理工程を示
す。
子の断面図である。これらの図は、格子パターン24の
最も外側にある輪状段差26を形成する処理工程を示
す。
【0030】図5Aは、平らな表面22の上に塗布した
フォトレジストの連続層28を示す。また、この図は、
フォトレジストの上に、変形した光学素子10と整列し
て塗布されたフォトマスク30を示す。フォトマスク3
0は不透明区域32および透明区域34を有する。矢印
で示す放射により、区域34の下のフォトレジストが硬
化し、不溶性になり、一方、区域32の下のフォトレジ
ストは露光されないので可溶なままである。
フォトレジストの連続層28を示す。また、この図は、
フォトレジストの上に、変形した光学素子10と整列し
て塗布されたフォトマスク30を示す。フォトマスク3
0は不透明区域32および透明区域34を有する。矢印
で示す放射により、区域34の下のフォトレジストが硬
化し、不溶性になり、一方、区域32の下のフォトレジ
ストは露光されないので可溶なままである。
【0031】図5Bは、図5Aに対応し、フォトマスク
30が除去され、区域32の下の可溶なフォトレジスト
が溶解し、平らな表面22の上に開放区域36が残り、
表面の残りの部分がフォトレジスト38により覆われて
いる。
30が除去され、区域32の下の可溶なフォトレジスト
が溶解し、平らな表面22の上に開放区域36が残り、
表面の残りの部分がフォトレジスト38により覆われて
いる。
【0032】図5Cは、平らな表面22で溝40がエッ
チングされた光学素子10を示す。溝40は、図5Bの
開放区域36に対応する。次いでフォトレジスト38を
除去し、平らな表面22上に透明な表面区域42を回復
する。
チングされた光学素子10を示す。溝40は、図5Bの
開放区域36に対応する。次いでフォトレジスト38を
除去し、平らな表面22上に透明な表面区域42を回復
する。
【0033】図6A、6Bおよび6Cも断面図である。
これらの図は、図5A、5Bおよび5Cにその製造工程
を示した最も外側の表面に隣接する、第2の輪状段差2
6の形成を示す。図6A、6Bおよび6Cの処理工程
は、図5A、5Bおよび5Cの処理工程に対応し、透明
および不透明区域の位置が異なっているだけである。
これらの図は、図5A、5Bおよび5Cにその製造工程
を示した最も外側の表面に隣接する、第2の輪状段差2
6の形成を示す。図6A、6Bおよび6Cの処理工程
は、図5A、5Bおよび5Cの処理工程に対応し、透明
および不透明区域の位置が異なっているだけである。
【0034】図6Aは、溝40を含む上側表面の上にフ
ォトレジストの連続層を塗布した、図5Cの光学素子を
示す。次いで、フォトマスク46をフォトレジスト層4
4の上に配置する。フォトマスク46は不透明区域50
および透明区域48を有する。不透明区域50は、溝4
0の内側壁に隣接して整列し、その内側に伸びている。
次いで、光学素子を矢印で示すように照射し、透明区域
48の下にあるフォトレジストを不溶性にする。
ォトレジストの連続層を塗布した、図5Cの光学素子を
示す。次いで、フォトマスク46をフォトレジスト層4
4の上に配置する。フォトマスク46は不透明区域50
および透明区域48を有する。不透明区域50は、溝4
0の内側壁に隣接して整列し、その内側に伸びている。
次いで、光学素子を矢印で示すように照射し、透明区域
48の下にあるフォトレジストを不溶性にする。
【0035】図6Bは図6Aに対応するが、フォトマス
ク46が除去され、不透明区域50の下の可溶性レジス
トが溶解し、平らな表面22の上に開放区域52が残
り、表面の残りの部分がフォトレジスト54により覆わ
れている。
ク46が除去され、不透明区域50の下の可溶性レジス
トが溶解し、平らな表面22の上に開放区域52が残
り、表面の残りの部分がフォトレジスト54により覆わ
れている。
【0036】図6Cは、平らな表面22に溝56が溝4
0より深くエッチングされ、やはり図4に示される輪状
段差を形成している光学素子を示す。溝56は図6Bに
おける開放区域52に対応する。次いで、フォトレジス
ト54を除去し、平らな表面22の上に透明な表面区域
58を回復する。
0より深くエッチングされ、やはり図4に示される輪状
段差を形成している光学素子を示す。溝56は図6Bに
おける開放区域52に対応する。次いで、フォトレジス
ト54を除去し、平らな表面22の上に透明な表面区域
58を回復する。
【0037】2つの輪状段差26の形成だけを示した
が、フォトマスクにおける不透明区域の位置、およびエ
ッチング工程を正確に行うためのフォトレジスト上の開
放区域の位置を変えるだけで、この方法は必要な回数だ
け繰り返される。
が、フォトマスクにおける不透明区域の位置、およびエ
ッチング工程を正確に行うためのフォトレジスト上の開
放区域の位置を変えるだけで、この方法は必要な回数だ
け繰り返される。
【0038】フォトマスクの整列は、反対側の面に形成
された既存のレンズ配列パターンにより容易に行うこと
ができる。つまり、本来のフォトマスクを、Bellman ら
の特許に記載されているように、図1における球状レン
ズ12の製造に使用する。次いでこのフォトマスクを、
エッチング工程に必要なフォトマスク、例えば図5Aお
よび6Aにおけるフォトマスク30および46の形成に
使用することができる。この関係によって、レンズおよ
び格子パターン、例えばレンズ12とパターン24を確
実に、完全に整列させることができる。
された既存のレンズ配列パターンにより容易に行うこと
ができる。つまり、本来のフォトマスクを、Bellman ら
の特許に記載されているように、図1における球状レン
ズ12の製造に使用する。次いでこのフォトマスクを、
エッチング工程に必要なフォトマスク、例えば図5Aお
よび6Aにおけるフォトマスク30および46の形成に
使用することができる。この関係によって、レンズおよ
び格子パターン、例えばレンズ12とパターン24を確
実に、完全に整列させることができる。
【0039】パターン24の形成には、電子微小回路の
製造に使用されているような公知の写真平版印刷技術を
使用することができる。つまり、先ず平らな表面22の
上にフォトレジストを塗布する。次いでこのフォトレジ
ストを、球状レンズ12と整列した格子パターンを有す
るフォトマスクで覆う。これは、パターン24を形成す
るエッチングされた段差26がマイクロレンズ12と整
列するのに必要である。
製造に使用されているような公知の写真平版印刷技術を
使用することができる。つまり、先ず平らな表面22の
上にフォトレジストを塗布する。次いでこのフォトレジ
ストを、球状レンズ12と整列した格子パターンを有す
るフォトマスクで覆う。これは、パターン24を形成す
るエッチングされた段差26がマイクロレンズ12と整
列するのに必要である。
【0040】次いで、フォトマスクを通してフォトレジ
ストを露光し、フォトレジスト層中にマスクのパターン
を選択的に現像する。続いて、フォトレジストの露光
し、現像された部分を除去し、その下にあるガラス表面
の対応する部分を露出する。次いで表面22の露出した
部分を所望の深さまでイオンエッチング(イオンビーム
または反応性イオンエッチング)し、段差26を形成す
る。一般的に、パターン中のエッチング工程は別の露光
およびエッチング作業により行う。
ストを露光し、フォトレジスト層中にマスクのパターン
を選択的に現像する。続いて、フォトレジストの露光
し、現像された部分を除去し、その下にあるガラス表面
の対応する部分を露出する。次いで表面22の露出した
部分を所望の深さまでイオンエッチング(イオンビーム
または反応性イオンエッチング)し、段差26を形成す
る。一般的に、パターン中のエッチング工程は別の露光
およびエッチング作業により行う。
【図1】Bellman らの特許に記載されている光学素子の
断面図
断面図
【図2】本発明により改良した、図1の光学素子の断面
図
図
【図3】本発明によりさらに改良した図2の光学素子に
おける1ユニットの上面図
おける1ユニットの上面図
【図4】図3の改良をさらに示す、図3の線4−4に沿
って見た断面図
って見た断面図
【図5】本発明の製造方法における工程を示す断面図
【図6】図5A〜Cの方法におけるその後の工程を示す
断面図
断面図
10 光学素子 12 球状マイクロレンズ 18 透明シリンダー 20 不透明ガラスマトリックス 22 平らな表面 24 格子パターン 26 輪状段差 28、44 フォトレジストの連続層 30、46 フォトマスク 32、50 フォトマスクの不透明区域 34、48 フォトマスクの透明区域 36、52 開放区域 38、54 フォトレジスト 40、56 溝 42、58 透明表面区域
Claims (7)
- 【請求項1】 完全な球状波面に非常に近い波面を形成
する屈折/回折式光学素子であって、前記光学素子が、
少なくとも1個の球状表面、および前記球状表面と対向
した関係にあり、前記球状表面と整列した回折格子を含
み、格子が、格子の中心から予め決められた間隔で配置
された、連続的な輪状段差からなり、前記光学素子が、
補正された、回折が制限された性能を発揮できる波面を
形成できることを特徴とする光学素子。 - 【請求項2】 一体化された物体であることを特徴とす
る請求項1記載の光学素子。 - 【請求項3】 球状表面の配列を含み、各球状表面と対
向する関係で配置され、且つ各球状表面と整列する回折
格子を有することを特徴とする請求項1記載の光学素
子。 - 【請求項4】 球状表面の配列が感光性ガラス基材の一
方の表面上に形成されており、回折格子が前記基材の反
対側の、平らな表面上に形成されていることを特徴とす
る請求項3記載の光学素子。 - 【請求項5】 完全な球状波面に非常に近い波面を形成
する屈折/回折素子の製造方法であって、フォトマスク
を使用する写真平版印刷法により感光性ガラス基材の対
向する表面上に球状表面の配列を形成すること、球状表
面の一方の配列を除去して平らな表面を形成すること、
平らな表面上に回折格子の配列を形成し、各回折格子が
前記素子の反対側の表面上にある球状表面とそれぞれ整
列し、各回折格子が、格子の中心から予め決められた距
離にある、連続した、輪状の段差からなり、輪状段差が
写真平版印刷およびエッチング工程の組合せにより形成
されることを特徴とする方法。 - 【請求項6】 輪状段差が、ガラス基材の平らな表面上
にフォトレジストの層を塗布し、フォトレジストのある
部分を露光してそのような部分を不溶性にし、フォトレ
ジストの残りの部分を除去してガラス上の透明な区域を
露出させ、前記透明な区域を予め決められた深さまでエ
ッチングすることにより形成されることを特徴とする請
求項5記載の方法。 - 【請求項7】 球状表面配列を製造する写真平版印刷工
程で使用するフォトマスクが、エッチングパターンを形
成する写真平版印刷で使用するフォトマスクの形成に使
用され、それによって球状表面と回折格子の整列が容易
になることを特徴とする請求項6記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US2733793A | 1993-03-08 | 1993-03-08 | |
US027337 | 1993-03-08 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06294905A true JPH06294905A (ja) | 1994-10-21 |
Family
ID=21837129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6032078A Withdrawn JPH06294905A (ja) | 1993-03-08 | 1994-03-02 | 組合せ光学素子 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0615142A1 (ja) |
JP (1) | JPH06294905A (ja) |
KR (1) | KR940022107A (ja) |
TW (1) | TW235341B (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19631375A1 (de) * | 1996-08-02 | 1998-02-05 | Siemens Matsushita Components | Stromkompensierte Drossel |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19524936C1 (de) * | 1995-07-08 | 1996-11-21 | Leica Ag | Vorrichtung zur Darstellung einer rotationssymmetrischen, gaußförmigen Intensitätsverteilung im Strahlenquerschnitt eines Strahlenbündels |
US6008941A (en) * | 1996-06-25 | 1999-12-28 | Digital Optics Corporation | Optical soft aperture and use thereof |
US5718496A (en) * | 1996-06-25 | 1998-02-17 | Digital Optics Corporation | Projection pointer |
TW582549U (en) * | 1997-09-24 | 2004-04-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Calculating apparatus of diffraction efficiency of diffraction lens, lens with optical grating device and reading optical system |
DE19936328B4 (de) * | 1999-08-02 | 2006-01-26 | Siemens Ag | Mikrooptische Linse und Verfahren zu deren Herstellung |
DE102008046131A1 (de) * | 2008-08-05 | 2010-02-18 | Möbius & Ruppert | Optische Linse |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE68926074T2 (de) * | 1988-07-26 | 1996-08-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | Optische Wellenlängenkonverter-Einrichtung und optisches Wellenlängenkonverter-Modul |
WO1991012551A1 (en) * | 1990-02-14 | 1991-08-22 | Massachusetts Institute Of Technology | Lens/zone plate combination for chromatic dispersion correction |
US5148317A (en) * | 1991-06-24 | 1992-09-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Diffractive optical element for collimating and redistributing Gaussian input beam |
US5412506A (en) * | 1992-03-09 | 1995-05-02 | At&T Corp. | Free-space optical interconnection arrangement |
-
1994
- 1994-02-21 EP EP94102566A patent/EP0615142A1/en not_active Ceased
- 1994-03-02 JP JP6032078A patent/JPH06294905A/ja not_active Withdrawn
- 1994-03-07 TW TW083102066A patent/TW235341B/zh active
- 1994-03-08 KR KR1019940004478A patent/KR940022107A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19631375A1 (de) * | 1996-08-02 | 1998-02-05 | Siemens Matsushita Components | Stromkompensierte Drossel |
DE19631375C2 (de) * | 1996-08-02 | 1999-03-25 | Siemens Matsushita Components | Verfahren zur Herstellung einer stromkompensierten Drossel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR940022107A (ko) | 1994-10-20 |
TW235341B (ja) | 1994-12-01 |
EP0615142A1 (en) | 1994-09-14 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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