JPH07218702A

JPH07218702A - 光学デバイス用材料・光学デバイス・光学デバイス製造方法

Info

Publication number: JPH07218702A
Application number: JP1680894A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Umeki; 和博梅木; Masanori Satou; 昌仙佐藤
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 1993-12-06
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1995-08-18
Anticipated expiration: 2019-05-17
Also published as: JP3527274B2

Abstract

(57)【要約】【目的】曲率の大小に拘らず、所望の凸曲面を持った光
学デバイスを製造できる、光学デバイスの製造方法を実
現する。【構成】光学デバイス用材料の、感光性材料の薄層１６
に、露光により光学デバイスの端面形状をパターニング
し、中間層１４をエッチングして、上記端面形状を金属
薄膜層１４に写し、端面形状を写された金属薄膜層１４
をマスクとしてドライエッチングを行い、端面形状に正
確に従う、熱可塑性材料層１２の３次元パターンを得、
熱可塑性材料層１２の３次元パターンを加熱し、熱変形
により、１以上の、所望の凸曲面形状を創成した後、ド
ライエッチングを行って、１以上の凸曲面形状を、デバ
イス材料１０に彫り写す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光学デバイス用材料
・光学デバイス・光学デバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】新規な光学デバイス製造方法として、
「光学材料の表面上に形成された概ね平滑な上端面を有
するフォトレジスト膜に、フォトリソグラフィ法によっ
てパターンを形成して円柱状または楕円柱状のフォトレ
ジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜を熱処理し
て、このフォトレジスト膜の概ね平坦な上端面を凸弧面
に変形させ、光学材料の表面および前記変形したフォト
レジスト膜をエッチングして、フォトレジスト膜の前記
凸弧面に類似した少なくとも１つの凸弧面を光学材料の
表面に形成する」方法が、提案されている（特開平５−
１７３００３号公報請求項１６）。

【０００３】図２に即して、上記光学デバイス製造方法
の概略と、その問題点を説明する。図２（ａ）は、光学
材料１の表面上に形成された概ね平滑な上端面を有する
フォトレジスト膜に、パターンを形成して、円柱状のフ
ォトレジスト膜２を形成した状態を示す。

【０００４】図２（ｂ）は、上記の如く形成された円柱
状のフォトレジスト膜２（破線で示す）の熱処理によ
り、上端面が凸弧面に変形したフォトレジスト２Ａの状
態を示している。図２（ｃ）は、光学材料１の表面およ
び前記変形したフォトレジスト２Ａをエッチングして、
フォトレジスト２Ａの凸弧面に類似した凸弧面を、光学
材料１の表面に形成した状態を示す。

【０００５】このとき、光学材料１に対するエッチング
速度と、フォトレジスト２Ａに対するエッチング速度と
が、互いに等しければ、光学材料１の表面に形成される
凸弧面の形状は、図２（ｂ）に示された、熱変形後のフ
ォトレジスト２Ａの表面の凸弧面の形状と同じになる。

【０００６】さて、このような、光学デバイス製造方法
には、以下の如き問題があることが分かった。問題の第
１は、光学材料の表面に形成されたフォトレジスト膜
に、「円柱状もしくは楕円柱状のフォトレジスト膜」を
形成することが、必ずしも容易ではないことである。即
ち、フォトリソグラフィ法で円柱状もしくは楕円柱状の
フォトレジスト膜を形成するため、円形もしくは楕円形
のマスクをフォトレジスト膜に重ね、フォトレジスト膜
に垂直に光を照射すると、照射光は、フォトレジスト膜
の内部で、膜の表面に平行な方向へも散乱される。ま
た、照射光は、フォトレジスト膜の材料に吸収され、光
強度は膜厚方向へ指数関数的に減衰する。

【０００７】このような「散乱と減衰」とが相俟って作
用するため、パターン形成により作成される、フォトレ
ジスト膜の断面形状は、図２（ｄ）に示すように、「縁
の部分」が「ダレた」状態となり、きちんとした円柱状
もしくは楕円柱状にならないのである。

【０００８】従って、図２（ａ）に示すような、実質的
に円柱状もしくは楕円柱状のフォトレジスト膜２を形成
できるのは、「フォトレジスト膜が薄い」場合（１０μ
ｍ以下）の場合に限られてしまう。

【０００９】第２の問題は、光学材料上に形成された円
柱状もしくは楕円柱状のフォトレジスト膜を熱処理する
ときの収縮、所謂シュリンクの影響である。

【００１０】フォトリソグラフィ法で形成される円柱状
もしくは楕円柱状のフォトレジスト膜２を熱処理する
と、図２（ｅ）に示すように、形成される凸弧面の頂部
は、変形前のフォトレジスト膜２の厚みを超えた高さに
なる。

【００１１】図２（ｅ）に記号：Δｄで示す「突出量」
は、熱処理前のフォトレジスト２Ｂの形状に依存する。
光学材料１上に形成された円柱状もしくは楕円柱状のフ
ォトレジスト膜の形状が、図２（ｂ）に破線で示すよう
に、きちんとした断面形状を有していれば、上記突出
量：Δｄは、かなりの精度で予想することが可能である
が、上記円柱状もしくは楕円柱状のフォトレジスト膜の
形状が、図２（ｄ）の実線のような形状であると、突出
量を予測することは困難である。

【００１２】前述のように、熱変形後のフォトレジスト
の表面形状と、光学材料に形成される凸弧面との間には
対応関係があるから、光学材料上に所望の凸弧面を形成
するには、この所望の凸弧面に応じたフォトレジストの
凸弧面が形成されるように、フォトレジスト膜の厚さ等
を設定する訳であるが、フォトレジスト膜の厚みが大き
くなると、上記第１，第２の問題のため、フォトレジス
トに形成される凸弧面の形状を十分に制御することが困
難となり、所望の凸弧面を光学材料に形成することが難
しくなり、光学デバイスの歩留まりが悪くなるのであ
る。

【００１３】第３の問題は、フォトレジスト材料の光吸
収により生じる。前述のように、フォトレジスト膜に対
し、膜表面に垂直に照射された光は、フォトレジストに
吸収され、膜内の光強度は、厚み方向において指数関数
的に減衰する。この減衰があるため、光学材料上に形成
されたフォトレジスト膜の厚みが、ある程度大きくなる
と、膜の全厚さに渡って露光を行うことができない。

【００１４】例えば、フォトレジストとして良く知られ
た、ＯＦＰＲ８００（商品名：東京応化工業株式会社
製）の場合で、露光できるフォトレジスト膜厚の限界は
３５μｍ程度である。

【００１５】光学材料に形成されるフォトレジスト膜の
厚さが上記の如く制限されると、フォトレジストに形成
される凸弧面の曲率が制限されることになり、大きな曲
率をもった凸弧面を光学材料に形成することが難しくな
る。

【００１６】要約すると、上記光学デバイス製造方法
は、フォトレジスト膜の厚さの制限のために、大きい曲
率をもった凸弧面を有する光学デバイスの製造が難し
く、また上記フォトレジスト膜の厚さの制限内で、膜厚
を大きくして、光学デバイスの凸弧面の曲率を大きくし
ようとすると、凸弧面形状の制御が難しく、光学デバイ
ス製造の歩留まりが悪い。

【００１７】一方、光学デバイスとしてのマイクロレン
ズでは、大きなＮ．Ａを得るために、曲率の大きい凸弧
面の形成が求められることが多く、上記光学デバイス製
造方法は、このような要請に十分に応えることが難し
い。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、曲率の大小に拘ら
ず、所望の凸曲面を持った光学デバイスの提供を目的と
する。この発明の別の目的は、曲率の大小に拘らず、所
望の凸曲面を持った光学デバイスを製造できる、光学デ
バイス製造方法の提供にある。この発明の他の目的は、
上記光学デバイス製造方法の実施に用いる光学デバイス
用材料の提供にある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の「光学デ
バイス用材料」は、デバイス材料の１以上の平坦な表面
に、所望の厚さの熱可塑性材料層と、中間層と、感光性
材料の薄層とを、上記表面側から上記順序に積層して構
成される。

【００２０】「デバイス材料」とは、最終的に光学デバ
イスを構成することになる材料であり、固体で、ドライ
エッチングが可能なものであれば特に制限なく使用でき
る。前記特開平５−１７３００３号公報開示の光学材
料、即ち、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂等を初め
とする各種のレーザ材料、ＢＫ７や石英ガラス等の各種
ガラス材料は勿論、金属や各種の結晶材料を用いること
も可能である。

【００２１】「熱可塑性材料」は、加熱に依る熱変形
（熱流動と表面張力の作用による）で表面形状が曲面化
し、ドライエッチングの可能なものであれば良く、各種
レジストや、「光感光性のラジカル発生剤が添加されて
いない有機材料」を用いることが出来る。レジストとし
ては、公知のフォトレジストを用いても良い。もっと
も、この場合、フォトレジストは、その感光性が利用さ
れる訳ではない。

【００２２】熱可塑性材料の具体的な例としては、ポリ
塩化ビニル、ポリスチレン、ポリウレタンや、ポリグリ
シジルメタクリレート樹脂等のメタルリレート類を挙げ
ることができる。

【００２３】「中間層」は、金属材料あるいは非金属材
料による薄膜で、熱可塑性材料層上に形成される。中間
層を金属材料で形成する場合は、銅やアルミニウム等の
真空蒸着やスパッタリングにより、厚さ：２０００〜１
００００Åに形成するのがよい。また、中間層を非金属
材料で形成する場合には、Ｓｉ等を真空蒸着やスパッタ
リングで成膜すれば良く、厚さは２０００〜５０００Å
が好適である。

【００２４】「感光性材料」は、フォトリソグラフィ法
によりパターニングのできるものであればよく、公知の
各種フォトレジストを使用できる。感光性材料は「薄
層」として中間層上に形成されるが、感光性材料が「薄
層」であるとは、図２に即して先に説明したように、
「パターン形成により作成される、フォトレジスト膜の
断面形状が、図２（ｄ）に示すように、「縁の部分」が
「ダレた」状態とならず、きちんとした方形状の断面形
状をもったパターンを形成できる」厚さであり、３μｍ
以下、好ましくは１μｍ以下である。

【００２５】請求項２記載の「光学デバイス製造方法」
は、パターニング工程と、エッチング工程と、第１ドラ
イエッチング工程と、熱変形工程と、第２ドライエッチ
ング工程とを有する。

【００２６】「パターニング工程」は、デバイス材料の
平坦な表面に、所望の厚さの熱可塑性材料層と、中間層
と、感光性材料の薄層とを、上記表面側から上記順序に
積層して構成される、光学デバイス用材料の、上記感光
性材料の薄層に、露光により光学デバイスの端面形状を
パターニングする工程である。パターニングは、公知の
フォトリソグラフィ法で行うことができる。この場合、
光学デバイスの端面形状の露光は、マスクを用いた均一
露光で行っても良いし、レーザ描画等の方法で行っても
良い。

【００２７】「エッチング工程」は、パターニング工程
後、中間層をエッチングして、上記端面形状を中間層に
写す工程である。このエッチング工程により、パターニ
ング工程で感光性材料の薄層に形成されたパターンに
「合同」的に対応するパターンとして中間層に写され
る。エッチング工程は、中間層が金属材料で金属薄膜層
として形成されている場合には「ウエットエッチング」
で行うが、中間層がＳｉ等の薄膜として形成されている
場合には、ウエットエッチングで行っても良いし、ＣＨ
Ｆ₃やＣ₂Ｆ₆、ＣＦ₄等を用いてドライエッチングで行っ
ても良い。

【００２８】「第１ドライエッチング工程」は、上記端
面形状を写された中間層をマスクとしてドライエッチン
グを行い、上記端面形状に正確に従う、熱可塑性材料層
の３次元パターンを得る工程である。なお、この第１ド
ライエッチング工程を実行するに先立って、中間層上の
感光性材料のパターンを除去しても良い。

【００２９】上記のように、中間層を「ドライエッチン
グ可能な材料」で形成すれば、上記エッチング工程と第
１ドライエッチング工程とを、エッチングガスを変更す
るのみで同一バッチで連続して行うことができ、サイド
エッチが少ない。

【００３０】「熱変形工程」は、第１ドライエッチング
工程後、中間層（第１ドライエッチング工程前に感光性
材料のパターンを除去しない場合は、中間層と感光性材
料）を除去し、上記熱可塑性材料層の３次元パターンを
加熱し、熱変形により、１以上の、所望の凸曲面形状を
創成する工程である。創成される凸曲面形状の数と配列
は、パターニング工程でパターニングされるパターンに
より定まる。

【００３１】「第２ドライエッチング工程」は、熱変形
工程後、デバイス材料と熱可塑性材料とに対してドライ
エッチングを行って、上記１以上の凸曲面形状を、デバ
イス材料に彫り写す工程である。

【００３２】請求項３記載の「光学デバイス製造方法」
は、「互いに平行な２面を表・裏面として有するデバイ
ス材料の、上記表・裏面に、所望の厚さの熱可塑性材料
層と、中間層と、感光性材料の薄層とを、上記表面側お
よび裏面側から、それぞれ上記順序に積層して構成され
る光学デバイス用材料の、表面側および裏面側に対し、
上記請求項２記載の光学デバイス製造方法における、パ
ターニング工程と、エッチング工程と、第１ドライエッ
チング工程と、熱変形工程と、第２ドライエッチング工
程とを行い、表面側および裏面側に１以上の所望の凸曲
面形状を有する光学デバイスを得る」ことを特徴とす
る。

【００３３】請求項４記載の「光学デバイス製造方法」
は、「デバイス材料の、互いに所定の角度をなす２つの
平面のそれぞれに、所望の厚さの熱可塑性材料層と、中
間層と、感光性材料の薄層とを、上記各平面側からそれ
ぞれ上記順序に積層して構成される光学デバイス用材料
の上記各平面側に対し、上記請求項２記載の光でバイス
製造方法における、パターニング工程と、エッチング工
程と、第１ドライエッチング工程と、熱変形工程と、第
２ドライエッチング工程とを行い、上記各面部に１以上
の所望の凸曲面形状を有する光学デバイスを得る」こと
を特徴とする。

【００３４】上記請求項２または３または４記載の光学
デバイス製造方法において、第１および／または第２ド
ライエッチングは、ＥＣＲエッチングとすることが好ま
しい（請求項５）。また、デバイス材料としては、前述
の如く、金属等の不透明材料を用いることが出来るが、
特に、ガラスや石英、石英ガラス等の「透明材料」を用
いることができる（請求項６）。

【００３５】さらに、上記請求項２または３または４ま
たは５または６記載の光学デバイス製造方法で製造され
た光学デバイスの、少なくとも一部に、反射膜を形成す
ることができる（請求項７）。また、請求項２または３
または４または５または６記載の光学デバイス製造方法
で製造された光学デバイスの、凸曲面形状の形成された
領域の一部に、遮光膜を形成することができる（請求項
８）。

【００３６】請求項９記載の「光学デバイス」は、上記
請求項２または３または４または５または６または７ま
たは８記載の光学デバイス製造方法で製造される光学デ
バイスである。

【００３７】「光学デバイス」は、特開平５−１７３０
０３号公報に開示されたような、レーザ共振器やモノリ
シックレーザシステム、非線形光学デバイス、マイクロ
レンズ、リングレーザや、あるいはマイクロレンズアレ
イ、マイクロレンズ付きプリズム、マイクロレンズアレ
イ付きプリズム、マイクロ凸面鏡、マイクロ凸面鏡アレ
イ等として実施できる。

【００３８】例えば、上記請求項２，３，６，８記載の
製造方法は、レーザ共振器や、マイクロレンズ、マイク
ロレンズアレイの製造方法として適しており、請求項
４，６，８記載の製造方法は、マイクロレンズ付きプリ
ズムやマイクロレンズアレイ付きプリズムの製造に適し
ている。また、請求項８記載の製造方法は、マイクロ凸
面鏡やマイクロ凸面鏡アレイの製造に適している。

【００３９】上記マイクロレンズアレイ、マイクロ凸面
鏡アレイ、マイクロレンズアレイ付きプリズムにおける
アレイは、１次元でも２次元でも良い。

【００４０】さらに、上記請求項２または３または４ま
たは５記載の光学デバイス製造方法で製造された光学デ
バイスを「型」として用い、所望の凹曲面形状を持つ光
学デバイスを「型成形」で製造することができる（請求
項１０）。

【００４１】請求項１１記載の「光学デバイス」は、請
求項１０記載の光学デバイス製造方法で製造される光学
デバイスである。

【００４２】なお、上記「エッチング工程、第１および
第２ドライエッチング工程」は、いずれも、面に直交す
る方向へエッチングが進行する「異方性」のエッチング
で行われる。

【００４３】

【作用】図１を参照して、この発明の光学デバイス製造
方法の基本である、請求項２記載の方法を説明する。図
１（ａ）において、符号１０はデバイス材料を示す。こ
のデバイス材料１０の平坦な表面に、所望の厚さに熱可
塑性材料層１２が形成され、その上に、「中間層」とし
ての金属薄膜層１４と、感光性材料の薄層１６とが積層
されている。この構成は、請求項１記載の「光学デバイ
ス用材料」の基本的な構成である。

【００４４】図１（ａ）に示すごとき光学デバイス用材
料の、感光性材料の薄層１６に対して、露光により「光
学デバイスの端面形状」をパターニングするパターニン
グ工程を行った状態を、図１（ｂ）に示す。前述したよ
うに、パターニング工程の露光は、マスクを用いて光を
均一照射してもよいし、「レーザ描画」により、パター
ンを描き込んでも良い。

【００４５】露光により、光照射されされなかった部分
（感光性材料がネガ型の場合）もしくは光照射された部
分（感光性材料がポジ型の場合）を除去すると、図１
（ｂ）に示すように、パターニングがなされる。

【００４６】上記「光学デバイスの端面形状」とは、図
１（ｂ）において、パターニングされた感光性材料の薄
層１６の形状を、図１（ｂ）の上方から見た形状を言
い、例えば、円形状や楕円形状、正方形形状や長方形形
状、あるいは５角形や６角形等の多角形形状であり得
る。

【００４７】感光性材料の薄層１６は、その厚みが薄い
ため、露光用の光は、薄層１６の厚み方向へ均一に透過
する。このため、パターニング工程後に、剥き出しにな
った金属薄膜層１４の形状は、例えばマスクを用いる露
光の場合に、正確にマスクのパターンと一致したものに
なる。

【００４８】パターニング工程が終了したら、「エッチ
ング工程」を、ウエットエッチングにより行い、中間層
としての金属薄膜層１４をウエットエッチングする。こ
のとき、パターニングされた感光性材料の薄層１６がマ
スクとなり、ウエットエッチングは、上記「剥き出しに
なった金属薄膜層部分」のみに作用する。

【００４９】従って、エッチング工程後は、感光性材料
の薄層１６に形成された上記「端面形状」が、そのま
ま、金属薄膜層１４に「写される」ことになる。この状
態を、図１（ｃ）に示す。エッチング工程により、金属
薄膜層１４を除去された部分では、その下の、熱可塑性
材料層１２の上面が、剥き出しになっている。

【００５０】続いて、第１ドライエッチング工程では、
上記端面形状を写された金属薄膜層をマスクとして、ド
ライエッチングを行う。ドライエッチングは、熱可塑性
材料層１２の「マスク（金属薄膜層１４）に覆われてい
ない部分」を、厚み方向へ彫り込むように進行するの
で、熱可塑性材料層１２が厚み方向へ完全にエッチング
されるまで、上記ドライエッチングを実行すると、図１
（ｄ）に示すように、上記端面形状に正確に従う、熱可
塑性材料層１２の３次元パターンが得られる。即ち、第
１ドライエッチング工程で、熱可塑性材料層１２に形成
される「レリーフ」状の３次元パターンは、パターニン
グ工程で感光性材料の薄層１６に露光された光学デバイ
スの端面形状と、正確に一致している。

【００５１】この状態から、マスクとして用いられた金
属薄膜層１４を、通常の方法で除去すると、図１（ｅ）
に示すように、光学デバイスの端面形状を持った、熱可
塑性材料層１２の３次元パターンが得られる。ここで、
重要なことは、この３次元パターンを「異方性」のドラ
イエッチングにより得ているため、熱可塑性材料層１２
のパターンの縁の部分には「ダレ」が生じることがな
く、熱可塑性材料層１２の厚みが増しても、前述の光感
光性材料のパターニングのように、照射光が厚み方向全
域に行き渡らないというような欠点がなく、デバイス材
料１０まで正確にパターニングできることである。又、
前述のように、中間層をＳｉ，ＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄等の
薄膜として形成すると、エッチング工程をドライエッチ
ングで行うことができるから、エッチング工程と第１ド
ライエッチング工程とを、反応ガスを変更するだけで、
同一バッチでエッチングできる。

【００５２】なお、第１ドライエッチング工程（図１
（ｄ））を実行するに先立って、パターニングされた感
光性材料の薄層１６を除去しているが、薄層１６を除去
しないままで第１ドライエッチング工程を実行し、第１
ドライエッチング工程後、金属薄膜層１４もろともに感
光性材料の薄層１６を除去するようにしてもよい。

【００５３】続いて、熱変形工程を行い、熱可塑性材料
層１２の３次元パターンを加熱し、熱変形（熱流動と、
表面張力の作用により生じる）により、１以上の、所望
の凸曲面形状を創成する（図１（ｆ））。

【００５４】熱変形の際の「シュリンク」により、創成
された凸曲面形状の頂部は、熱変形前の熱可塑性材料層
１２の厚みを超えた高さになるが、熱変形前の熱可塑性
材料層１６は、図１（ｆ）に示すように、デバイス材料
１０の平坦な表面から垂直に立ち上がる側壁面を有し、
この部分に「ダレ」がないので、熱変形後の凸曲面形状
の「高さ」は、精度良く予測することが可能である。従
って、熱変形後の凸曲面形状（図１（ｆ））が、設計上
の凸曲面形状となるように、熱可塑性材料層１２の「当
初の厚み」を設定することが可能となる。

【００５５】熱変形工程後、第２ドライエッチング工程
を行う。即ち、図１（ｆ）の状態からドライエッチング
を行って、熱可塑性材料層１２により形成された「凸曲
面形状」を、デバイス材料１０に彫り写す。

【００５６】このとき、ドライエッチングの速度が、熱
可塑性材料層１６とデバイス材料１０とで互いに等しけ
れば、熱可塑性材料層１２に創成された凸曲面形状が、
そのままデバイス材料１０の表面形状として、「彫り写
される」ことになる。また、熱可塑性材料層１６とデバ
イス材料１０とでエッチング速度が、異なれば、デバイ
ス材料１０に彫り写された、凸曲面形状は、熱可塑性材
料層１２に創成された凸曲面形状を、その高さ方向に、
「一律に拡大もしくは縮小した形状」となるが、いずれ
にしても、熱可塑性材料層１６に創成された凸曲面形状
と対応した形状となる。

【００５７】なお、図１では、デバイス材料に、一度に
複数の凸曲面形状を形成する場合が描かれているが、形
成する凸曲面形状は、勿論１つでもよい。

【００５８】上述したように、パターニング工程の際、
露光される「光学デバイスの端面形状」は、円形状や楕
円形状のほか、正方形形状や長方形形状、あるいは多角
形形状であることもあり、熱変形工程後に、熱可塑性材
料層に創成される「凸曲面形状」は、単純に「凸弧面」
と呼べないようなものもあるので、この明細書に於いて
は、熱変形工程で創成される面形状を、一般的に「凸曲
面形状」と呼ぶのである。

【００５９】

【実施例】以下、実施例を説明する。

【００６０】図３の（ａ）は、請求項１記載の「光学デ
バイス用材料」の１実施例を示している。この実施例の
形態は、光学デバイス用材料として、最も基本的なもの
である。デバイス材料１００は「平行平板」であり、そ
の一方の平坦な表面に、所定の厚さ（前述したように、
最終的にデバイス材料に形成する凸曲面形状に応じて設
定される）の熱可塑性材料層１２０と、中間層としての
金属薄膜層１３０と、感光性材料の薄層１４０とを、上
記表面側から上記順序に積層して、「光学デバイス用材
料」が構成されている。

【００６１】このような光学デバイス用材料に対して、
図１に即して説明した、請求項２記載の光学デバイス製
造方法を実行すれば、基本的に、図３（ｂ）に示す如
く、一方の面に、所望の凸曲面形状１００Ａを有する光
学デバイス、あるいは、（ｆ）に示すように、一方の面
に、複数の、所望の凸曲面形状１００Ａ，１００Ｂ，１
００Ｃ，１００Ｄ，．．．を有する光学デバイスを得る
ことができる。

【００６２】デバイス材料１００が透明材料である場合
（請求項６）、図３（ｂ）に示す光学デバイスは「マイ
クロレンズ」として、また（ｆ）に示す光学デバイスは
「マイクロレンズアレイ」として使用することができ
る。

【００６３】図３（ｂ）に示す光学デバイスはまた、デ
バイス材料１００として「レーザ媒質」を用い、凸曲面
形状１００Ａの形成された面と、これに対応する面（図
で下側の平坦な面）に反射面を形成することにより、特
開平５−１７３００３号公報の図７に開示されたような
「レーザ共振器」として使用できる。

【００６４】図３（ｂ）に示す光学デバイスの、凸曲面
形状１００Ａの形成された領域の一部には、（ｃ）に示
すように、凸曲面形状１００Ａを除くように、遮光膜１
０１を形成することができる（請求項８）。勿論、遮光
膜は、図３（ｆ）のように、複数の凸曲面形状が形成さ
れた領域に、凸曲面形状１００Ａ，１００Ｂ，．．等を
除くように形成することができる。

【００６５】このように遮光膜を形成すると、光学デバ
イスをマイクロレンズとして使用する場合、光を有効に
レンズ面部分（凸曲面形状部分）にのみ入射させること
ができ、マイクロレンズの結像作用に、迷光となる成分
を有効に除去することができる。「遮光膜」は、例え
ば、金属膜を蒸着形成して形成してもよいし、あるいは
各種の遮光性材料を、「印刷や吹き付け等」で膜状に形
成してもよい。

【００６６】また、凸曲面形状の形成された領域に、図
３（ｄ）に示すように、反射膜１０２を形成することが
できる（請求項７）。図３（ｆ）の場合にも、「凸曲面
形状の形成された面全体」に反射膜を形成することがで
きることは言うまでもない。このような場合、反射膜１
０２をマイクロ凸面鏡として使用できることは明らかで
あるが、この場合、デバイス材料１００は透明材料であ
る必要はない。

【００６７】また、上記の如き反射膜１０２を設ける場
合、デバイス材料１００として透明材料を用いれば、光
を平坦な面（凸曲面形状の形成されていない側の面）か
ら入射させることにより、上記反射膜１０２をマイクロ
凹面鏡あるいはマイクロ凹面鏡アレイとして使用するこ
とができる。

【００６８】図３（ｂ），（ｃ），（ｆ）に示す如き光
学デバイスは、単独でマイクロレンズやマイクロレンズ
アレイとして用いることができるが、これらを組み合わ
せて用いることもできる。例えば、図３（ｅ）に示す例
は、図３（ｂ）のタイプの光学デバイス１００ｂと、図
３（ｃ）のタイプの光学デバイス１００ｃとを対向さ
せ、それぞれの凸曲面形状の「光軸が合致する」ように
組み合わせた例である。このように、２以上の光学デバ
イスを組み合わせることで、より広範な光学特性を実現
できる。勿論、図３（ｆ）に示すタイプの光学デバイス
を、図３（ｅ）の場合のように組み合わせることも可能
である。

【００６９】図４（ａ）は、請求項１記載の「光学デバ
イス用材料」の、別実施例を示す図である。デバイス材
料１００は、互いに平行な２面を、表・裏面として有す
る「透明な平行平板」であり、表面側に、所定の厚さの
熱可塑性材料層１２０と、中間層としての金属薄膜層１
３０と、感光性材料の薄層１４０とが表面側から上記順
序に積層され、裏面側には、所定の厚さの熱可塑性材料
層１２１と、金属薄膜層１３１と、感光性材料の薄層１
４１とが裏面側から上記順序に積層されて、光学デバイ
ス用材料が構成されている。

【００７０】熱可塑性材料層１２０，１２１の厚さは、
各面に形成する凸曲面形状の曲率に応じて定まり、これ
らの層１２０，１２１が同じ厚さであることも、異なる
厚さであることもある。

【００７１】このような光学デバイス用材料の、表面側
および裏面側に対して、図１に即して説明した、請求項
２記載の光学デバイス製造方法における、パターニング
工程と、エッチング工程と、第１ドライエッチング工程
と、熱変形工程と、第２ドライエッチング工程とを行う
ことにより、表面側および裏面側に１以上の所望の凸曲
面形状を有する光学デバイスを得ることができる（請求
項３）。

【００７２】このようにして得られる光学デバイスは、
基本的に、図４（ｂ）に示す如く、一方の面に、所望の
凸曲面形状１００Ａ、他方の面に所望の凸曲面形状１０
１Ａを有する光学デバイス、あるいは、（ｄ）に示すよ
うに、一方の面に、複数の所望の凸曲面形状１００Ａ，
１００Ｂ，１００Ｃ，．．．、他方の面に、複数の所望
の凸曲面形状１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，．．．を
有する光学デバイスである。このような光学デバイス
は、両凸のマイクロレンズもしくはマイクロレンズアレ
イとして使用できる。なお、図４（ｄ）において、符号
１０１は、図３におけると同様、「遮光膜」を示してい
る。

【００７３】図４（ｂ）に示す光学デバイスはまた、デ
バイス材料として「レーザ媒質」を用い、凸曲面形状１
００Ａ，１０１Ａに反射面を形成することにより、特開
平５−１７３００３号公報の図６に開示されたような
「レーザ共振器」として使用することが可能である。

【００７４】図４（ｃ）に示す実施例では、透明なデバ
イス材料１００の表面側に、２つの凸曲面形状１００Ａ
１，１００Ａ２が、所定の距離をおいて形成され、裏面
側には凸曲面形状１０１Ａが、表面側の２つの凸曲面形
状１００Ａ１，１００Ａ２の中間部分に形成されてい
る。凸曲面形状１００Ａ１，１００Ａ２の形成された領
域の一部には、これら凸曲面形状を除くように、遮光膜
１０１が形成され（請求項８）、また、凸曲面形状１０
１Ａの形成された領域には、反射膜１０２が形成されて
いる（請求項７）。

【００７５】Ｐ点から発散する光束を、図のように、斜
め左上から凸曲面形状１００Ａ１に入射させると、光束
は凸曲面形状１００Ａ１のレンズ作用により、ｐ点に収
束したのち、発散しつつ凸曲面形状１０１Ａに形成され
た反射膜１０２に入射し、反射膜１０２の、凹面鏡とし
ての作用によりｑ点に集光されたのち、発散しつつ凸曲
面形状１００Ａ２に入射し、同面のレンズ作用により、
Ｑ点に収束する。

【００７６】即ち、図４（ｃ）の光学デバイスは、光源
から発散する光束を、光学デバイスに関して光源と同じ
側にある別の点に集光することができる。

【００７７】図５（ａ）は、請求項１記載の「光学デバ
イス用材料」の、他の実施例を示している。この発明の
光学デバイス用材料の一部をなすデバイス材料は、「平
坦な表面」を有するが、その形状は、必ずしも図３
（ａ）や図４（ａ）に示すような平行平板に限らず、こ
の実施例の場合のように「プリズム形状」であってもよ
いし、平行四辺形形状や台形形状等であってもよい。

【００７８】この実施例の光学デバイス用材料は、プリ
ズム状のデバイス材料２００の一つの平滑な表面に、所
定の厚さの熱可塑性材料層２２０と、中間層としての金
属薄膜層２３０と、感光性材料の薄層２４０とを、上記
表面側から上記順序に積層して、構成されている。

【００７９】このような光学デバイス用材料に対して、
図１に即して説明した請求項２記載の光学デバイス製造
方法を実行すれば、基本的に、図５（ｂ）に示す如く、
一つの面に、所望の凸曲面形状２００Ａを有する光学デ
バイスを得ることができる。デバイス材料２００が透明
材料である場合（請求項６）、図５（ｂ）に示す光学デ
バイスは「マイクロレンズ」として、あるいはまた上記
凸曲面形状を、図５の図面に直交する方向へアレイ配列
して形成すれば、「マイクロレンズアレイ」として使用
することができる。

【００８０】このマイクロレンズもしくはマイクロレン
ズアレイは、凸曲面形状による屈折と、斜面部分による
反射により、光束の方向転換と、集光、あるいはコリメ
ートと光束の方向転換を行うことができる。

【００８１】図６（ａ）は、請求項１記載の「光学デバ
イス用材料」の、他の実施例を示している。この実施例
の光学デバイス用材料は、プリズム状のデバイス材料２
００の一つの平滑な表面に、所定の厚さの熱可塑性材料
層２２０と、中間層である金属薄膜層２３０と、感光性
材料の薄層２４０とが上記表面側から上記順序に積層さ
れ、別の平滑な表面に、所定の厚さの熱可塑性材料層２
２１と、中間層としての金属薄膜層２３１と、感光性材
料の薄層２４１とが上記別の表面側から上記順序に積層
された構成となっている。

【００８２】このような光学デバイス用材料の、上記各
平面側に対し、請求項２記載の光学デバイス製造方法に
おける、パターニング工程と、エッチング工程と、第１
ドライエッチング工程と、熱変形工程と、第２ドライエ
ッチング工程とを行うことにより、図６（ｂ）に示すよ
うに、上記各面部に、１以上の所望の凸曲面形状２００
Ａ，２００Ｂを有する光学デバイスを得ることができる
（請求項４）。凸曲面形状２００Ａ，２００Ｂは、それ
ぞれ図面に直交する方向へ、１列にアレイ配列してもよ
い。

【００８３】図６（ｂ）に示す光学デバイスは「マイク
ロレンズ」として、あるいは、「マイクロレンズアレイ
（凸曲面形状２００Ａ，２００Ｂを、それぞれ図面に直
交する方向へ１列にアレイ配列した場合）」として使用
することができる。

【００８４】このマイクロレンズもしくはマイクロレン
ズアレイは、凸曲面形状による屈折と、斜面部分による
反射により、光束の方向転換と集光とを、同時にを行う
ことができる。

【００８５】図７（ａ）は、請求項１記載の「光学デバ
イス用材料」の、さらに他の実施例を示している。この
実施例の光学デバイス用材料は、プリズム状のデバイス
材料２００の一つの平滑な表面に、所定の厚さの熱可塑
性材料層２２０と、中間層としての金属薄膜層２３０
と、感光性材料の薄層２４０とが、上記表面側から上記
順序に積層され、別の平滑な表面に、所定の厚さの熱可
塑性材料層２２１と、中間層としての金属薄膜層２３１
と、感光性材料の薄層２４１とが、上記別の表面側から
上記順序に積層され、さらに、斜面状の平滑な表面に、
所定の厚さの熱可塑性材料層２２２と、中間層としての
金属薄膜層２３２と、感光性材料の薄層２４２とが上記
斜面状の表面側から上記順序に積層された構成となって
いる。

【００８６】デバイス材料２００の、互いに所定の角を
なす３つの平面のそれぞれに、所望の厚さの熱可塑性材
料層２２０，２２１，２２２と、金属薄膜層２３０，２
３１，２３２と、感光性材料の薄層２４０，２４１，２
４２とを、各平面側からそれぞれ上記順序に積層して構
成される、このような光学デバイス材料の上記各平面側
に対し、請求項２記載の光学デバイス製造方法におけ
る、パターニング工程と、エッチング工程と、第１ドラ
イエッチング工程と、熱変形工程と、第２ドライエッチ
ング工程とを行うことにより、図７（ｂ）に示すよう
に、上記各面部に、１以上の所望の凸曲面形状２００
Ａ，２００Ｂ，２００Ｃを有する光学デバイスを得るこ
とができる（請求項４）。凸曲面形状２００Ａ，２００
Ｂ，２００Ｃは、それぞれ図面に直交する方向へ１列に
アレイ配列してもよい。

【００８７】凸曲面形状２００Ｃの形成された面には、
反射膜１０２が形成される（請求項７）。このような、
光学デバイスに、図のように、平行光束を凸曲面形状２
００Ａの部分から入射させると、光束は凸曲面形状２０
０Ａにより屈折されて集光したのち、発散しつつ凸曲面
２００Ｃに形成された反射膜１０２に入射し、上記反射
膜の凹面鏡としての作用により反射光束は集光し、その
後、発散しつつ凸曲面２００Ｂに入射し、平行光束化さ
れて射出する。

【００８８】このような光学デバイスは、「ビーム径圧
縮器やビーム径拡大器」として使用したり、あるいは、
図４（ｃ）の光学デバイスと同様の使用法が可能であ
る。

【００８９】以上、請求項１記載の光学デバイス用材料
の実施例と、これら各実施例に、請求項２，３，４，
７，８記載の製造方法を実施することにより得られる光
学デバイス（請求項９）の実施例を数例説明した。

【００９０】請求項２または３または４または５または
６記載の光学デバイス製造方法で製造された光学デバイ
スは、何れも、所望の凸曲面形状を有している。そこ
で、この光学デバイスを「型」として用い、公知の種々
の型成形法により、「所望の凹曲面形状を持つ光学デバ
イス（請求項１１）」を製造することができる（請求項
１０）。

【００９１】以下、請求項２記載の製造方法に関する具
体的な実施例を説明する。図８に示すような、レンズア
レイを作製した。このレンズアレイは、デバイス材料で
ある、短冊型に細長い石英ガラス１１の片面に、凸曲面
形状による１０個の屈折面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，．．，Ｌ
９，Ｌ１０を、石英ガラス１１の長手方向へ等間隔で配
列形成したものである。

【００９２】長さ：１５ｍｍ、幅：３ｍｍ、厚さ：０．
５ｍｍ、屈折率：１．４５２（波長１．３μｍの光に対
するもの）の石英ガラス１１をデバイス材料とした。屈
折面Ｌ１〜Ｌ１０は同一形状で、レンズ径：０．８ｍ
ｍ、曲率半径：１．１４７ｍｍであり、凸レンズとして
の設計上の焦点距離は２．５３７ｍｍである。

【００９３】熱可塑性材料層に「光学デバイスの端面形
状」に応じて形成された３次元のパターンを熱処理して
得られる凸曲面形状の曲率半径は、熱可塑性材料層の厚
さに対して「反比例的」であり、端面形状の「径」に対
して「比例的」である。端面形状における「径」を定め
ると、熱可塑性材料層の熱処理により形成すべき凸曲面
形状の曲率半径を所望の値にするための、感熱性材料層
の厚さが定まる。このようにして定められた厚さで、凸
曲面を熱処理により形成する際、熱処理の条件、即ち、
熱処理温度や熱処理時間等を調整することにより、上記
曲率半径の大きさを微調整することができる。

【００９４】屈折面Ｌ１〜Ｌ１０は、上記端面形状を円
形状とし、直径を０．８ｍｍ、配列ピッチを１．０ｍｍ
とした。そこで、屈折面の曲率半径として上記所望の値
を実現するように、熱可塑性材料層の厚さを５０μｍに
設定し、上記デバイス材料の片面に、熱可塑性材料とし
て「ポリグリシジルメタクリレート樹脂」を、上記厚さ
に塗布形成して熱可塑性材料層とした。

【００９５】この熱可塑性材料層の上に、金属薄膜層と
して「Ｃｕ層」を、厚さ：３０００Åに蒸着形成した。
さらに、この金属薄膜層上に、感光性材料の薄層を、東
京応化工業株式会社製のフォトレジスト（商品名：ＯＦ
ＰＲ８００）をスピンコートした後、プリベークして厚
さ：０．１μｍの薄層として形成した。

【００９６】直径：０．８ｍｍの黒円を１．０ｍｍピッ
チで配列させたマスクを用いて露光を行い、光照射され
た部分を除去することにより、感光性材料の薄膜をパタ
ーニングするパターニング工程を行い、上記端面形状を
金属薄膜層に写すエッチング工程をウエットエッチング
により行った。

【００９７】エッチング工程の条件は、以下の通りであ
る。

【００９８】蒸留水１００ｍｌに塩酸（１．１９）６ｍ
ｌ、塩化鉄（ＩＩＩ）２０ｇを加えて混合し、２０〜３
０度Ｃの温度に保持し、１〜２分間、ノズルから石英ガ
ラス１１に垂直に吹き付けてウエットエッチングする。
このとき、石英ガラス１１を回転させ、「液溜り」がな
いように石英ガラス１１の面を鉛直方向に保った。エッ
チング後は、蒸留水によるリンスを行った。

【００９９】続いて、中間層である金属薄膜層をマスク
としてドライエッチングを行い、上記端面形状に正確に
従う、熱可塑性材料層の３次元パターンを得る「第１ド
ライエッチング工程」を行った。

【０１００】即ち、ＥＣＲプラズマエッチング装置に石
英ガラス１１をセットし、酸素を７ｓｃｃＭ導入し、反
応室内圧力：２〜３×１０~⁴Ｔｏｒｒ、マイクロ波実効
電力：６００Ｗ、ＲＦ実効電力：５００Ｗで１００分間
のエッチングを行った。

【０１０１】さらに、金属薄膜層を除去し、熱可塑性材
料層の３次元パターンを加熱し、熱変形させる「熱変形
工程」を以下の条件で行った。加熱温度：１６０度Ｃ、
加熱時間：３０分。熱変形により形成された１０個の凸
曲面形状の曲率半径は、１．１７６±０．００６ｍｍで
あった。

【０１０２】続いて、上記１０個の凸曲面形状を、デバ
イス材料である石英ガラスに彫り写す「第２ドライエッ
チング工程」をＥＣＲエッチングにより行った。即ち、
ＥＣＲプラズマエッチング装置に石英ガラス１１をセッ
トし、酸素：２．５ｓｃｃｍ，ＣＨＦ₃：９．０ｓｃｃ
ｍ，Ａｒ：０．９ｓｃｃｍを導入し、反応室内圧力：２
〜３×１０~⁴Ｔｏｒｒ、マイクロ波実効電力：６２０
Ｗ、ＲＦ実効電力：４８０Ｗで４５０分間のエッチング
を行った。

【０１０３】なお、熱可塑性材料層に対するエッチング
速度と、デバイス材料である石英ガラスに対するエッチ
ング速度とは、互いに殆ど等しいが、デバイス材料に対
するエッチング速度が「ほんのわずか」に速く、このた
め、石英ガラスには、曲率半径が前記熱可塑性材料の表
面形状として形成された凸曲面形状の曲率半径：１．１
７６±０．００６ｍｍよりも、わずかに小さい曲率半
径：１．１５６±０．００６ｍｍをもった凸曲面形状が
１０個、石英ガラスの表面形状として彫り写されて形成
された。

【０１０４】このようにして、１０個のレンズのアレイ
が形成できた。これらレンズの焦点距離は、２．５６ｍ
ｍで、実質的に設計値通りであった。

【０１０５】上記と同様、長さ：１５ｍｍ、幅：３ｍ
ｍ、厚さ：０．５ｍｍ、１．３μｍの波長の光に対する
屈折率：１．４５２の石英ガラスをデバイス材料とし、
その片面に熱可塑性材料としてポリグリシジルメタルリ
レート樹脂を厚さ：５０μｍに塗布し、さらに中間層と
してＣｕの薄膜層を厚さ３０００Åに蒸着形成し、最後
に、感光性材料の薄層を、東京応化工業株式会社製のフ
ォトレジスト（商品名：ＯＦＰＲ８００）をスピンコー
トした後、プリベークして厚さ：０．１μｍの薄層とし
て形成した。

【０１０６】直径：０．５ｍｍの黒円を０．６ｍｍピッ
チで１０個配列させたマスクを用いて露光を行い、光照
射された部分を除去することにより、感光性材料の薄膜
をパターニングするパターニング工程を行い、以下、前
記のレンズアレイの実施例におけると全く同じ条件で、
エッチング工程、熱変形工程、第１および第２エッチン
グ工程を行って、直径：５ｍｍの円形レンズが０．６ｍ
ｍピッチで１列に１０個、アレイ配列した別のレンズア
レイを得ることができた。

【０１０７】このレンズアレイにおける各レンズは、直
径：５ｍｍ、屈折面の曲率半径：４６５μｍ、焦点距
離：１．０２９ｍｍを設計値とするものである。熱変形
工程後、熱可塑性材料の表面形状として形成された凸曲
面の曲率半径は、４５２±３μｍであり、第２ドライエ
ッチング工程により、石英ガラスに彫り写された凸曲面
の曲率半径は４５７±３μｍ、焦点距離は１．０１ｍｍ
であり、略設計のねらい通りのものが得られた。

【０１０８】以下に、半導体レーザからのレーザ光束を
光学ファイバーに光結合させるための、マイクロレンズ
アレイの例をあげる。長さ：４ｍｍ、幅：２ｍｍ、厚
さ：０．５ｍｍ、波長１．３μｍの光に対する屈折率：
１．４５２の石英ガラス２枚を用意した。図９に示すよ
うに、第１の石英ガラス１３の片面（左側の面）に、凸
球面による屈折面Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，．．を石英ガラス１３の
長手方向へ形成し、反対側の面には、上記屈折面Ｒ₁₁，
Ｒ₁₂，．．の個々に位置あわせ（光軸あわせ）して、凸
球面による屈折面Ｒ₂₁，Ｒ₂₂，．．を形成した。また、
第２の石英ガラスの片面に、凸球面による屈折面Ｒ₃₁，
Ｒ₃₂，．．を、屈折面Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，．．，Ｒ₂₁，
Ｒ₂₂，．．と同ピッチで、石英ガラス１５の長手方向へ
形成した。

【０１０９】屈折面Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，．．は、以下のように
形成した。石英ガラスの表面に熱可塑性材料として、ポ
リグリシジルメタルリレート樹脂を厚さ１．７μｍに塗
布し、その上に中間層として、厚さ２０００ÅのＳｉの
薄層をスパッタリングで形成した。その上に、上記レン
ズアレイの実施例におけると同様にフォトレジストの薄
層を形成し、直径：１００μｍの黒円を、２５０μｍの
ピッチで１０個アレイ配列したマスクを用いて露光を行
い、現像して、上記黒円の配列に対応したフォトレジス
ト層を残した（パターニング工程）。

【０１１０】パターニング工程後の光学デバイス用材料
を、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、ＣＣｌ
₄を１５ｓｃｃｍ導入し、反応室内圧力：３〜４×１０~
⁴Ｔｏｒｒ、マイクロ波実行電力：６００Ｗ、ＲＦ実行
電力：５００Ｗの条件で、ドライエッチングを３分間行
い（エッチング工程）、次いで、第１ドライエッチング
工程を、前述のレンズアレイの実施例と同じ条件で行
い、続いて、同一バッチで導入ガスをＣＣｌ₄に変更し
てエッチングを行い、Ｓｉの薄層を除去した。

【０１１１】以下、熱処理工程、第２ドライエッチング
工程を、前述のレンズアレイの実施例におけると同じ条
件で行った。

【０１１２】熱変形後、熱可塑性材料の凸曲面の直径は
１００μｍ、凸曲面頂部の石英ガラス表面からの高さは
２．２８μｍ、第２ドライエッチング工程後に石英ガラ
ス１３の表面に彫り写された屈折面Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，．の直
径は１００μｍ、配列ピッチは２５０μｍ、曲率半径は
５５０±１８μｍであった。

【０１１３】同様にして、石英ガラス１３の他方の面で
は、ポリグリシジルメタルリレート樹脂層の厚さを１８
μｍとし、パターニング工程で用いるマスクとして、直
径２４０μｍの黒円を２５０μｍピッチで１０個配列し
たものを用い、あとの条件は、全て屈折面Ｒ₁₁，
Ｒ₁₂，．．の形成条件と同じにして、屈折面Ｒ₂₁，
Ｒ₂₂，．．を形成した。このとき、熱変形後、熱可塑性
材料の凸曲面の直径は２４０μｍ、凸曲面頂部の石英ガ
ラス表面からの高さは２３μｍ、第２ドライエッチング
工程後に石英ガラス１３の裏面に彫り写された屈折面Ｒ
₂₁，Ｒ₂₂，．の直径は２４０μｍ、配列ピッチは２５０
μｍ、曲率半径は−３２０±１８μｍであった。

【０１１４】同様に、石英ガラス１５の片面に、上記と
同様の方法で、屈折面Ｒ₃₁，Ｒ₃₂，．．を形成した。熱
可塑性材料層としてのポリグリシジルメタルリレート樹
脂層の厚さは６．５μｍ、パターニング工程で用いるマ
スクは、直径２４０μｍの黒円を２５０μｍピッチで１
０個配列したものを用い、あとの条件は、全て屈折面Ｒ
₁₁，Ｒ₁₂，．．の形成条件と同じである。

【０１１５】熱変形後、熱可塑性材料の凸曲面の直径は
２４０μｍ、凸曲面頂部の石英ガラス表面からの高さは
８．５μｍ、、第２ドライエッチング工程後に石英ガラ
ス１５の表面に彫り写された屈折面Ｒ₃₁，Ｒ₃₂，．の直
径は２４０μｍ、配列ピッチは２５０μｍ、曲率半径８
５０±２８μｍであった。

【０１１６】このように、屈折面のアレイによりマイク
ロレンズアレイを形成された石英ガラス１３，１５を図
９のように、互いに対向させ、石英ガラス１３，１５の
各屈折面相互の光軸あわせを行って鏡筒５０により一体
化し、光結合素子とした。

【０１１７】屈折面Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，．．の側のマイクロレ
ンズの焦点面位置に、１０個の半導体レーザＬＤ１，Ｌ
Ｄ２，．．．を、各マイクロレンズの光軸上に配備し、
石英ガラス１５の右側におけるマイクロレンズの焦点面
に、半導体レーザの個々と対応させて光学ファイバーＯ
Ｆ１，ＯＦ２，．．の端面を配し、各半導体レーザから
出た光が、対応する光学ファイバーのコアの部分に集光
するようにした。このようにして、半導体レーザと光学
ファイバの対ごとの平均の結合効率として３７．２％を
実現できた。

【０１１８】図１０は、半導体レーザからのレーザ光束
を光学ファイバーに結合させるための、マイクロレンズ
アレイによる光結合素子の別の例を示す。コバールガラ
ス（波長：１．３μｍの光に対する屈折率：１．４８）
による透明基板１７の片面に一連の屈折面Ｒ_1i、他方の
面に一連の屈折面Ｒ_2iを、互いに対応させて形成した。

【０１１９】これら屈折面の形成方法は、図９の実施例
における各屈折面の形成方法と同様である。屈折面Ｒ_1i
の直径は２００μｍ、曲率半径は１３８±４μｍ、焦点
距離は３００μｍ、屈折面Ｒ_1iの配列ピッチは２５０μ
ｍである。他方の面に形成された一連の屈折面Ｒ_2iの直
径は２００μｍ、曲率半径は−４６０±１４μｍ、焦点
距離は１０００μｍ、屈折面Ｒ_2iの配列ピッチは２５０
μｍである。屈折面数は、それぞれ１０個づつである。

【０１２０】このマイクロレンズアレイの一方の側に１
０個の半導体レーザＬＤｉ、他方の側に１０本の光学フ
ァイバーＯＦｉを配備し、各半導体レーザから出た光
が、対応する光学ファイバーのコアの部分に集光するよ
うにした。このようにして、半導体レーザと光学ファイ
バの対ごとの平均の結合効率として１１．５％を実現で
きた。なお、これら屈折面Ｒ_1i，Ｒ_2iの形成途上におい
て、熱変形処理後の熱可塑性材料（ポリグリシジルメタ
クリレート樹脂）による凸曲面の頂部の、基板からの高
さは、屈折面Ｒ_1iの側に就き４２．９μｍ、Ｒ_2iの側に
就き１１．０μｍであった。

【０１２１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規
な、光学デバイス・光学デバイス用材料・光学デバイス
製造方法を提供できる。

【０１２２】請求項１記載の「光学デバイス用材料」
は、請求項２以下の製造方法の実施を、容易且つ確実な
らしめることができる。

【０１２３】請求項２記載の発明は、デバイス材料に、
曲率の大小に拘らず所望の凸曲面形状を極めて精度良く
形成することを可能とする。また請求項３記載の発明
は、デバイス材料の互いに平行な２つの面に、曲率の大
小に拘らず所望の凸曲面形状を有する光学デバイスを精
度良く製造することが可能である。請求項４記載の発明
は、互いに角度をなす２以上の面に、曲率の大小に拘ら
ず所望の凸面形状を精度良く容易に形成することができ
る。

【０１２４】請求項７，８の発明は、反射膜や遮光膜を
設けることにより、一段と光学性能の優れた光学デバイ
スの提供を可能とする。また、請求項１０記載の方法で
は、精度の良い凹曲面形状を持つ光学デバイスを多量に
製造することが可能である。

【０１２５】請求項９，１１の光学デバイスは、形成さ
れる凸曲面形状、あるいは凹曲面形状の精度が良いた
め、光学性能が良好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２記載の光学デバイス製造方法を説明す
るための図である。

【図２】従来技術とその問題点を説明するための図であ
る。

【図３】光学デバイス用材料の１例（ａ）と、これから
得られる種々の光学デバイス（ｂ）〜（ｆ）を説明する
ための図である。

【図４】光学デバイス用材料の別例（ａ）と、これから
得られる種々の光学デバイス（ｂ）〜（ｄ）を説明する
ための図である。

【図５】光学デバイス用材料の別の例（ａ）と、これか
ら得られる光学デバイスの例（ｂ）を説明するための図
である。

【図６】光学デバイス用材料の他の例（ａ）と、これか
ら得られる光学デバイスの例（ｂ）を説明するための図
である。

【図７】光学デバイス用材料のさらに他の例（ａ）と、
これから得られる光学デバイスの例（ｂ）を説明するた
めの図である。

【図８】請求項２記載の発明で製造される光学デバイス
の１例であるマイクロレンズアレイを示す図である。

【図９】マイクロレンズアレイを組み合わせた光学デバ
イスの１実施例である、ＬＤアレイと光学ファイバーア
レイとの光結合素子を説明するための図である。

【図１０】マイクロレンズアレイによる光学デバイスの
１実施例である、ＬＤアレイと光学ファイバーアレイと
の光結合素子を説明するための図である。

【符号の説明】

１０デバイス材料１２熱可塑性材料層１４金属薄膜層１６感光性材料の薄層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デバイス材料の１以上の平坦な表面に、所
望の厚さの熱可塑性材料層と、中間層と、感光性材料の
薄層とを、上記表面側から上記順序に積層して構成され
る、光学デバイス用材料。
【請求項２】デバイス材料の平坦な表面に、所望の厚さ
の熱可塑性材料層と、中間層と、感光性材料の薄層と
を、上記表面側から上記順序に積層して構成される光学
デバイス用材料の、上記感光性材料の薄層に、露光によ
り光学デバイスの端面形状をパターニングするパターニ
ング工程と、パターニング工程後、上記中間層をエッチングして、上
記端面形状を上記中間層に写す、エッチング工程と、上記端面形状を写された中間層をマスクとして、ドライ
エッチングを行い、上記端面形状に正確に従う、上記熱
可塑性材料層の３次元パターンを得る、第１ドライエッ
チング工程と、この第１ドライエッチング工程後、上記中間層を除去
し、上記熱可塑性材料層の３次元パターンを加熱し、熱
変形により、１以上の、所望の凸曲面形状を創成する熱
変形工程と、この熱変形工程後、ドライエッチングを行って、上記１
以上の凸曲面形状を、上記デバイス材料に彫り写す、第
２ドライエッチング工程とを有する、光学デバイス製造
方法。
【請求項３】互いに平行な２面を表・裏面として有する
デバイス材料の、上記表・裏面に、所望の厚さの熱可塑
性材料層と、中間層と、感光性材料の薄層とを、上記表
面側および裏面側から、それぞれ上記順序に積層して構
成される光学デバイス用材料の、表面側および裏面側に
対し、上記請求項２記載の光学デバイス製造方法におけ
る、パターニング工程と、エッチング工程と、第１ドラ
イエッチング工程と、熱変形工程と、第２ドライエッチ
ング工程とを行い、表面側および裏面側に１以上の所望
の凸曲面形状を有する光学デバイスを得ることを特徴と
する、光学デバイス製造方法。
【請求項４】デバイス材料の、互いに所定の角度をなす
２つの平面のそれぞれに、所望の厚さの熱可塑性材料層
と、中間層と、感光性材料の薄層とを、上記各平面側か
らそれぞれ上記順序に積層して構成される光学デバイス
用材料の、上記各平面側に対し、上記請求項２記載の光
学デバイス製造方法における、パターニング工程と、エ
ッチング工程と、第１ドライエッチング工程と、熱変形
工程と、第２ドライエッチング工程とを行い、上記各面
部に、１以上の所望の凸曲面形状を有する光学デバイス
を得ることを特徴とする、光学デバイス製造方法。
【請求項５】請求項２または３または４記載の光学デバ
イス製造方法において、第１および／または第２ドライエッチング工程が、ＥＣ
Ｒエッチングであることを特徴とする光学デバイス製造
方法。
【請求項６】デバイス材料として、透明材料を用いるこ
とを特徴とする、請求項２または３または４または５記
載の光学デバイス製造方法。
【請求項７】請求項２または３または４または５または
６記載の光学デバイス製造方法で製造された光学デバイ
スの少なくとも一部に、反射膜を形成することを特徴と
する光学デバイス製造方法。
【請求項８】請求項２または３または４または５または
６記載の光学デバイス製造方法で製造された光学デバイ
スの、凸曲面形状の形成された領域の一部に、遮光膜を
形成することを特徴とする光学デバイス製造方法。
【請求項９】請求項２または３または４または５または
６または７または８記載の光学デバイス製造方法で製造
される光学デバイス。
【請求項１０】請求項２または３または４または５また
は６記載の光学デバイス製造方法で製造された光学デバ
イスを型として用い、所望の凹曲面形状を持つ光学デバ
イスを型成形で製造することを特徴とする光学デバイス
製造方法。
【請求項１１】請求項１０記載の光学デバイス製造方法
で製造される光学デバイス。