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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- G02B5/188—Plurality of such optical elements formed in or on a supporting substrate
- G02B5/1885—Arranged as a periodic array
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- 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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- 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 |
|---|---|---|---|
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