(57)【要約】  概してマイクロレンズまたはマイクロレンズアレイと称される、光制御型の構造体を供給するためのシステムと方法。例えば、本発明の一実施形態によれば、光制御型の構造体は、カメラ、パーソナル・デジタル・アシスタント、電話、コンピュータ画面またはテレビ用等のディスプレイ画面を提供するために使用されてもよい。
2007520746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズアレイを製造するための方法であって、
光透過性部材の束を準備する工程と、
少なくとも１つの光透過性部材セグメントのシートを形成するよう、上記光透過性部材の束を切断する工程と、
レンズ・セグメントを形成するよう、上記少なくとも１つの光透過性部材セグメントのシートを加熱する工程と、
上記少なくとも１つのレンズ・セグメントの一部を遮光層で被覆する工程と、を含む方法。
【請求項２】
上記マイクロレンズアレイは、ディスプレイ画面の少なくとも一部を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記ディスプレイ画面は、カメラ、パーソナル・デジタル・アシスタント、電話、ラップトップ、コンピュータ・モニタ、テレビ、コピー画面、プロジェクション画面またはビルボードの一部である、請求項２記載の方法。
【請求項４】
上記レンズ・セグメントの少なくとも１つをコーティングする工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
上記コーティング工程は、反射防止コーティング及び／または防眩コーティングを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
フレネル・レンズ・シートを準備する工程をさらに含み、上記レンズ・セグメントを通過する光が上記フレネル・レンズ・シートも通過する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
上記１つまたは複数の光透過性部材の直径は、上記光透過性部材の束内の他の光透過性部材の直径と異なる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
上記束の周縁における光透過性部材の直径は、上記束のコア・エリアにおける光透過性部材の直径とは異なる請求項７記載の方法。
【請求項９】
上記光透過性部材セグメントの少なくとも一端を変形させる工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
上記変形させる工程は、上記光透過性部材セグメントの両端を変形させることを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
上記準備する工程は、ハニカム状の構造体を形成するよう、接着剤を使用して上記光透過性部材を束ねて接着することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
上記光透過性部材は、ガラス、ポリマー及び／またはプラスチック製である、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
上記レンズ・セグメントは、凸形、凹型または平坦なレンズ表面を有する、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
上記加熱する工程は、レンズ表面を形成するよう、各光透過性部材セグメントの両端を加熱することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
上記少なくとも１つのシートは、約１００μｍから２ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
ディスプレイ画面であって、
１つまたは複数のマイクロレンズアレイのシートを形成するとともに光の通路を供給するのに適した光透過性部材と、
上記シートに隣接して配置されるとともに上記各光透過性部材を出る光の一部をブロックするのに適した遮光層と、を備え、
上記各光透過性部材は、上記光透過性部材の少なくとも一端上に形成されるレンズを有する、ディスプレイ画面。
【請求項１７】
少なくとも１つの上記光透過性部材のレンズを被覆する薄膜コーティングをさらに備える、請求項１６記載のディスプレイ画面。
【請求項１８】
フレネル・レンズ・シートをさらに備え、少なくとも１つの上記光透過性部材のレンズを通過する光は、上記フレネル・レンズ・シートも通過する、請求項１６記載のディスプレイ画面。
【請求項１９】
上記ディスプレイ画面は、カメラ、パーソナル・デジタル・アシスタント、電話、ラップトップ、コンピュータ・モニタ、テレビ、コピー画面、プロジェクション画面またはビルボードの一部である、請求項１６記載のディスプレイ画面。
【請求項２０】
上記１つまたは複数の光透過性部材の直径は、他の上記光透過性部材の直径と異なる、請求項１６記載のディスプレイ画面。
【請求項２１】
上記光透過性部材は、ガラス、ポリマー及び／またはプラスチック製である、請求項１６記載のディスプレイ画面。
【請求項２２】
上記マイクロレンズアレイのシートは、約１００μｍから２ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１６記載のディスプレイ画面。
【請求項２３】
マイクロレンズアレイとして形成されるディスプレイ画面を提供するための方法であって、
ハニカム状の断面を有する構造体を形成するよう、束ねた光透過性円筒ロッドを準備する工程と、
各々が第１の端と第２の端とを有するとともに光を導くのに適した少なくとも１つの光透過性ロッド・セグメントのシートを形成するよう、上記光透過性円筒ロッドの束を切断する工程と、
両端上にレンズ表面を形成するよう上記両端を加熱する工程と、
上記第１の端上のレンズ表面の一部を遮光層で被覆する工程と、を備える方法。
【請求項２４】
上記ディスプレイ画面は、カメラ、パーソナル・デジタル・アシスタント、電話、ラップトップ、コンピュータ・モニタ、テレビ、コピー画面、プロジェクション画面またはビルボードに組み込まれる、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
上記第１の端のレンズ表面上にコーティングを施す工程をさらに備え、請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
フレネル・レンズ・シートを準備する工程をさらに備え、上記光透過性円筒ロッドを通過する光は、上記フレネル・レンズ・シートも通過する、請求項２３記載の方法。
【請求項２７】
上記１つまたは複数の光透過性円筒ロッドの直径は、上記束内の他の光透過性部材の直径と異なる、請求項２３記載の方法。
【請求項２８】
上記準備する工程は、上記束を形成するよう、ＵＶ硬化型接着剤を使用して上記光透過性円筒ロッドを束ねて接着することを含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２９】
上記光透過性円筒ロッドは、ガラス、ポリマーまたはプラスチック製である、請求項２３記載の方法。
【請求項３０】
上記レンズ表面は、凸形、凹型または平坦なレンズ表面を有する、請求項２３記載の方法。
【請求項３１】
上記少なくとも１つの光透過性ロッド・セグメントのシートは、約１００μｍから２ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項２３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、本参照によりその全体が本明細書に含まれる、２００４年１月８日に出願された「マイクロレンズアレイの製造方法」と題する米国特許出願第１０／７５４，３６５号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は概して光学素子及び光学装置に関し、特に、マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイの製造方法及びマイクロレンズアレイ・システム及びアプリケーションに関する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロレンズアレイは、画像化アプリケーション用の小型パッケージに光学的多用性をもたらす。従来、マイクロレンズは直径が１ミリメートル未満のレンズとして定義されているが、５ミリメートルまたはそれ以上の直径を有するレンズも時としてマイクロレンズとされている。
【０００４】
マイクロレンズを製造する公知の方法は、多く存在する。例えば、一般的に使用されているマイクロレンズ製造技術の１つは、選択されたフォトレジストで基板をコーティングし、フォトレジストでコーティングされた上記基板をマスクを介して放射線に暴露する、或いはフォトレジストをグレースケールのレーザに暴露させることにより開始される。基板が加熱されると、暴露されたフォトレジストは融解し、素材は表面張力により引張られて凸形のレンズが形成される。フォトレジストの深度は、レンズの焦点距離を決定する。
【０００５】
マイクロレンズを製造する別の方法は、イオン交換を使用するものである。この方法では、イオンがガラス・ロッド内へ拡散され、放射状の屈折率分布がもたらされる。屈折率はレンズの中心部で最も高く、中心軸からの半径方向距離の関数として二次関数的に減少する。イオン交換方法を使用して製造されるマイクロレンズは、例えば通信アプリケーションの場合のように、ファイバからの光を平行にするために使用される。
【０００６】
概して、多くのアプリケーションにおいて、マイクロレンズアレイは不連続のマイクロレンズよりも好適である。一例として、ガラス製マイクロレンズアレイを製造するための一製造工程は、概して石英ガラスの反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）を含む。概して、ＲＩＥを使用するマイクロレンズアレイの要件を全て満たすことは極めて困難である。ＲＩＥ技術は、最終製品を製造できるまでに多くのステップが関係し、よって歩留まりは一般的に低く、製品コストは高い。
【０００７】
別の例として、高品質光学ガラスの圧縮成形でマイクロレンズアレイを製造する方法も周知である。この方法は、概してかたまりとして知られる光学素子のプレフォームを高温で圧縮してガラスレンズ・エレメントを製造することを含む。圧縮成形工程では、かたまりが型穴内へ挿入される。成形工程の間、型は無酸素室の内部に存在する。かたまりは概して型下部に置かれ、ガラス転移温度を超えてガラス軟化点近くまで加熱される。次にはかたまりが型上部に接触し、かたまりが型穴の形状に一致するように圧力が掛けられる。冷却後、型からレンズが取り出される。
【０００８】
しかしながら、１つまたは複数のプレフォームを使用するマイクロレンズアレイの圧縮成形には多くの問題点がある。この問題点には、各レンズ・エレメントの機械軸及び光学軸の共通軸に対するアラインメント、及び各レンズ・エレメントのアレイにおける基準点に対する位置決めが含まれる可能性がある。さらに、マイクロレンズの直径が１ｍｍ未満であれば、従来技術を使用して凸形の非球面型穴を機械加工することは極めて困難である。
【０００９】
別の例として、マイクロレンズアレイは、感光性アプリケーション（例えばＣＣＤ）用であれ発光アプリケーション（例えばマイクロ・ディスプレイ・装置）用であれ、シリコン・チップの上面に製造されることが多い。シリコン基板上には、まず平坦化層が形成される。次いでカラー・フィルタ層が、サブピクセル・エリアを有する平坦化層上に、シリコン基板内の能動素子に位置決めされて形成される。概して、カラー・フィルタ層上には別の平坦化層が形成され、最後に、この第２の平坦化層上にフォトレジスト材料が蒸着される。次に、従来のリソグラフィ技術を使用して、フォトレジスト内に矩形パターンが形成される。露光の後、現像ステップで露光エリアにおけるフォトレジストが除去され、ピクセル−アクティブ・エリア上に中央アイランド領域が透明で残される。現像及び時としてエッチングは、これらの中央領域間のフォトレジスト材料を除去し、フォトレジストエリア内に、その時点では個々のマイクロレンズ・サイトを画定するフォトレジストのアイランドを分離するトレンチを形成する。シリコン基板へのディープ・プラズマ・エッチングは、次に基板上の全ての層を取り除く。次に、フォトレジストが剥離され、デバイスはハードベイクされて時間及び温度の制御によりマイクロレンズを適切な光学形式へとリフローさせる。
【００１０】
マイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを製造するための公知の方法は多く存在するが、これらの従来技術は困難な、またはコストのかかる製造ステップを含む可能性があり、または、例えば視野角、明るさ、一様性またはコントラスト関連等の所定の設計要件を満たさない可能性がある。従って、改良されたマイクロレンズアレイに対するニーズが存在する。
【発明の開示】
【００１１】
本明細書では、マイクロレンズアレイを提供するシステムと方法を開示する。例えば、マイクロレンズアレイの製造方法を本発明の一実施形態により開示する。本マイクロレンズアレイは、従来のマイクロレンズアレイには必要であった困難なまたはコストのかかる製造ステップなしで製造することができる。また、本マイクロレンズアレイは、例えば明るさ及び一様性、コントラスト及び／または視野角関連等のディスプレイ画面に関する設計要件をも満たすことができる。例えば、本マイクロレンズアレイは、テレビ画面、コンピュータ画面（例えばコンピュータ・モニタ）、コピー画面、プロジェクション画面、ディスプレイ画面（例えば、携帯電話の表示画面からウォールサイズの表示画面まで）、ラップトップ画面として、または他の様々なタイプの画像化、光学または表示システムと共に使用されてもよい。
【００１２】
例えば、本発明の一実施形態により、マイクロレンズアレイを製造するための方法を提示すると、本方法は、ロッドまたはファイバ等の一束の光透過性部材を束ねて接着する、または結びつけることを含む。光透過性部材の束は切断され、部材セグメントのシートが形成される。シートの断面または面は、ハニカム状構造のようなものであってもよい。面を磨いて、切断工程により生成される粗いエッジを滑らかにしてもよい。所望されれば、シートの両面または両端を、その端が所望される形になるように修正することもできる。
【００１３】
修正される端は、熱源、電気スパイク、レーザ光及びこれらに類似するもの等のエネルギー源に暴露され、これにより各部材セグメントの端にレンズ・セグメントが形成される。シートの片側または両側の修正される端上に遮光層を配置し、例えば各部材セグメントのレンズ・セグメントの一部だけを暴露させてもよい（例えば、各レンズ・セグメントの中央部分だけに光を通させる）。シートの両側または片側のみには、１つまたはそれ以上のコーティング（例えば、反射防止コーティング及び／または防眩コーティング）を施してもよい。この結果得られるマイクロレンズアレイは、様々なアプリケーション用（例えば、カメラ、パーソナル・デジタル・アシスタントまたはラップトップ用の小型ディスプレイ画面からプロジェクション画面、ウォールサイズの表示画面またはビルボードサイズのディスプレイ画面用の大型ディスプレイ画面まで）のディスプレイ画面を提供することができる。
【００１４】
このように、本発明方法によって製造されるマイクロレンズアレイは、小型にも大型にも製造することができる。例えば、本マイクロレンズアレイのサイズは、約１０μｍ平方未満から７０インチ×７０インチを超えるウォール・ディスプレイ・ユニットまで製造することができる。他のマイクロレンズアレイ製造方法とは異なり、各レンズ・エレメントは高度のレンズ・サイズ一様性で製造される。後に詳述するように、アレイ内のレンズ・エレメントの配列は所望される通りに、または異なるアプリケーションの要件を満足するように決定されることが可能である。
【００１５】
より詳細には、本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレイの製造方法は、光透過性部材の束を準備する工程と、少なくとも１つの光透過性部材セグメントのシートを形成するよう、上記光透過性部材の束を切断する工程と、レンズ・セグメントを形成するよう、上記少なくとも１つの光透過性部材セグメントのシートを加熱する工程と、上記少なくとも１つのレンズ・セグメントの一部を遮光層で被覆する工程と、を含む。
【００１６】
本発明の別の実施形態によれば、ディスプレイ画面は、１つまたは複数のマイクロレンズアレイのシートを形成するとともに光の通路を供給するのに適合した光透過性部材であって、各々が上記光透過性部材の少なくとも一端上に形成されるレンズを有する光透過性部材と、上記シートに隣接して配置されるとともに上記光透過性部材の各々を出る光の一部をブロックするのに適した遮光層と、を備える。
【００１７】
本発明の別の実施形態によれば、マイクロレンズアレイとして形成されるディスプレイ画面を提供するための方法は、ハニカム状の断面を有する構造体を形成するよう、束ねた光透過性円筒ロッドを準備する工程と、各々が第１の端と第２の端とを有するとともに光を導くのに適した少なくとも１つの光透過性ロッド・セグメントのシートを形成するよう、上記光透過性円筒ロッドの束を切断する工程と、両端上にレンズ表面を形成するよう上記両端を加熱する工程と、上記第１の端上のレンズ表面の一部を遮光層で被覆する工程と、を含む。
【００１８】
本発明の範囲は、本参照により本項に含まれるクレームによって定義される。下記の１つまたは複数の実施形態に関する詳細な説明を考慮すれば、当業者には、本発明の実施形態がより完全に理解され、かつその追加的優位点も容易に認識されるであろう。また、図面の簡単な説明に記した添付の図面も参照する。
【００１９】
本発明の実施形態及びその優位点は、以下の詳細な説明を参照すれば最も良く理解される。諸図を通じて、類似の参照番号は１つまたは複数の図面に示される類似の部材を特定するために使用されていることは、認識されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態による方法１００を示すフローチャートである。方法１００は、例えばガラス、プラスチック及びこれらに類似するもので製造される光透過性のロッドまたはファイバ等の光透過性部材の束を準備する工程を含む（ｓ１０２）。光透過性部材の束は切断またはスライスされて１つまたは複数の光透過性部材セグメントのシートにされ（ｓ１０４）、各シートは第１の面と第２の面とを有する。各シートの厚さは、所望される通りに、またはアプリケーション要件に応じて任意の所望される厚さに製造することができる。
【００２１】
各シートにおける各光透過性部材セグメントの端は、滑らかな端を形成するように研磨されてもよい（ｓ１０６）。また方法１００は、シートの面を平らな表面からより丸みのある表面まで多様な表面に形成すべく、シートの一方の面または両面を修正する工程を含んでもよい（ｓ１０６）。任意選択として、各透過性部材セグメントの端は、レンズ・エレメントの製造工程の間、可変サイズ及び形状のレンズ構造体を製造するように修正されてもよい（ｓ１０６）。
【００２２】
後にさらに詳しく説明するが、光透過性部材セグメントの各シートの一方面または両面が加熱処理を施すことのできるエネルギー源にさらされることにより、光透過性部材セグメントの端または両端上にレンズ・エレメントが形成される（ｓ１０８）。さらに、新たに形成されたこのレンズ・エレメントアレイは、所望されれば、例えば薄膜を使用してコーティングされてもよい（ｓ１１０）。ディスプレイ画面アプリケーションの場合、コーティングは反射防止材料または防眩材料を含んでもよい。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態による複数の光透過性部材２０２の束２００を略示したものである。ある実施形態では、各光透過性部材２０２は、光の通路を供給することのできるロッド、円筒、ファイバまたは他の類似形状部材であってもよい。複数の光透過性部材２０２は、各部材の長手軸に沿って束ねられる（ｓ１０２）。この結果得られる構造体は、ハニカム状の構造に似た断面を有する。
【００２４】
ある実施形態では、光透過性部材２０２は、紫外線（ＵＶ）硬化型接着剤及びこれに類似するもの等の任意の適切な接着剤を使用して、束２００を形成すべく互いに結合されてもよい。有益なことに、ＵＶ硬化型接着剤を使用して光透過性部材２０２の束２００を形成する場合、部材間に存在する可能性のある隙間は全て、接着剤が硬化する前に接着剤で満たされる。或いは、束２００はドローイング／ポーリング工程の間に形成されてもよい。
【００２５】
光透過性部材２０２は、様々な材料で製造されてもよい。例えば、ある実施形態では、光透過性部材２０２はガラス（ＳｉＯ２）、プラスチック、高分子ワイヤまたは他の類似する光透過性材料で製造される。束２００を構成する各光透過性部材２０２の直径及び長さは、概してアプリケーションによって決定される。
【００２６】
例えばある実施形態では、束２００の厚さ（即ち、部材２０２の長さ）は、マイクロレンズアレイを製造する際にアプリケーションにより要求されるマイクロレンズアレイの所望される厚さより大きく、または少なくとも等しく製造される。例えば、図３Ａに示すように、適切な厚さを確実にするために、束２００を切断して（ｓ１０４）単一の層またはシート３００にし、厚さｔを有する光透過性部材セグメント３０２のアレイを形成することができる。従って、光透過性部材２０２の長さはｔより大きいか等しいものであるべきである。束２００は、例えばダイシングソー及び／またはカッティング・ホイールを使用する等の従来のカッティング技術を使用してシート３００または複数のシート３００に切断することができる。
【００２７】
例えば、ある実施形態では、カメラ等の画像システム用のマイクロレンズアレイを供給する場合、光透過性部材セグメント３０２の各シート３００の厚さは約１００μｍであってもよいが、光インテグレータを使用するイメージ・プロジェクション・システムの場合、この厚さは数ミリメートルまたはそれ以上に近いものであってもよい。
【００２８】
ある実施形態では、束２００内の各光透過性部材２０２は、コア・サイズ９μｍ及び全径約１２５μｍを有するスタンダードなシングルモードファイバであってもよい。概して、各光透過性部材２０２の直径は、アプリケーションに応じて例えば約１ミリメートル未満から約数ミリメートルの範囲であってもよい。概して、特定のアプリケーションに適合するように所望される仕様に合わせて設計される、図２に示すような、予め束にされた光透過性部材２０２は、例えばニューヨークのＣｏｒｎｉｎｇ社から市販されている。
【００２９】
図７Ａ及び７Ｂは、本発明の一実施形態による束７００（即ち、各々図７Ａ及び７Ｂの束７００ａ及び束７００ｂ）を示す略側面図である。ある実施形態では、束７００ａは、個々に異なる直径を有する光透過性部材を包含するように製造されてもよい。例えば図７Ａにおいて、束７００ａは、直径がｄ１である光透過性部材７０２ａと、直径がｄ２（但しｄ２はｄ１より大きい）である光透過性部材７０２ｂとを有して示されている。この実施形態では、光透過性部材７０２ａは束７００ａの周縁エリアＡ１へ配置され、光透過性部材７０２ｂは束７００ａのコア・エリアＡ２へ配置されている。
【００３０】
この例においては、本発明の原理に従って束７００ａから形成されたマイクロレンズアレイ内へと配向される光入力７０４のビーム強度は、強度曲線７０６に示すように再分布されることが予測され得る。光強度の再分布は、イメージ・プロジェクション・システム、カメラ及びこれらに類似するもの等のシステムにおいて有益である。
【００３１】
図７Ｂは、直径ｄ４を有する光透過性部材７０２ｃと、直径ｄ３（但しｄ３はｄ４より大きい）を有する光透過性部材７０２ｄとを有する束７００ｂを示す。この実施形態では、光透過性部材７０２ｄが束７００ｂの周縁エリアＡ３へ配置され、光透過性部材７０２ｃが束７００ｂのコア・エリアＡ４へ配置されている。
【００３２】
この例においては、本発明の原理に従って束７００ｂから形成されたマイクロレンズアレイ内へと配向される光入力７０８のビーム強度は、強度曲線７１０に示すように再分布されることが予測され得る。
【００３３】
図３Ａ及び３Ｂに示すように、光透過性部材セグメント３０２のシート３００が所望される厚さｔに切断されると、両端３０４及び３０６が変形することがある。ある実施形態では、カット・シート３００の両端または両面３０４及び３０６を研磨して、または「清浄化」してシート３００の一方の端または両端に滑らかな平らな表面を形成することができる。
【００３４】
別の実施形態では、研磨を使用してシート３００の各面３０４及び３０６の曲率、サイズ及び関連パラメータを修正し、シート３００の一方の面または両面に所望されるマイクロレンズアレイ表面を形成し且つこれを最適化することができる。アレイ表面の形状は、所望されるアプリケーションによって決定されてもよい。
【００３５】
例えば、図６Ｄを簡単に参照すると、一方の面（即ち、表面６１０）に曲線的に形成されたレンズを有するマイクロレンズアレイ６０８の一実施形態が略示されている。ある実施形態では、研磨工程の間にアレイ６０８の表面６１０の曲率を制御することができる。例えば、アレイ６０８を回転させる間に研磨アームを揺動させ、こうして面３０４上へ部材セグメント３０２の曲面を形成してもよい。
【００３６】
また、各光透過性部材セグメント３０２の両端３０４及び３０６（図３Ｂ）の個々の形状は、各光透過性部材セグメント３０２の曲率、サイズ及びパラメータを生成するように調整または変形することができる（ｓ１０６）。この変形は、研磨、エッチング、酸エッチング及びこれらに類似するものを含む様々な技術を使用して達成することができる。
【００３７】
例えばある実施形態では、各部材セグメント３０２の周縁エリアをエッチングすることによって、各端３０４及び３０６を様々な形状に変えることができる。例えば図８Ａは、ファイバ・セグメント３０２がエッチングされ、よってコア・エリアＡ５が周縁エリアＡ６より上方に隆起されてエッチングされた部材セグメント８０２を形成している様子を示し、部材セグメント８０２は最終的に、後述のように熱が加えられた時点でより高度に湾曲したレンズ・エレメント８０４になることができる。
【００３８】
図８Ｂに示す別の実施形態では、部材セグメント３０２のエッチングが増加され、エッチングされる部材セグメント８０６のコア・エリアＡ５に実質上の尖ったエリアが、かつ周縁エリアＡ６により急な勾配が形成される。これらは最終的に、後述のように熱が加えられた時点でさらにより高度に湾曲されたレンズ・エレメント８０８になることができる。
【００３９】
ある実施形態では、上述のエッチング・工程は、端３０４及び３０６を特定の持続時間にわたりフッ化水素（ＨＦ）酸浴内に配置することによって達成することができる。酸浴はコア・エリアＡ５に影響する前に周縁エリアＡ６に影響し、よって光透過性部材３０２がＨＦ酸浴内に置かれる時間が長いほど、激しくエッチングされる（即ち、エッチングされるエリアの勾配がより急になる）。有益なことに、例えば、エッチングされる両端を有する光透過性部材セグメントはより短い焦点距離を有するレンズを形成しかつ光の集束を向上させる可能性がある。
【００４０】
図４Ａに示すように、シート３００を形成する光透過性部材セグメント３０２のアレイの表面３０８及び／または３１０は、エッチングの有無に関わりなくエネルギー源に暴露されてもよい。上記エネルギー源は、加熱（ｓ１０８）により、束ねられてマイクロレンズアレイ４００を形成する複数のレンズ・エレメント４０６を形成する。
【００４１】
図９に示すように、熱処理は、各部材セグメント３０２の周縁エリアＰ１をコア・エリアＣ１より速く軟化または溶融させる。不揃いな溶融によって生成される表面張力は、部材セグメントの両端に曲面を形成させ、レンズ・エレメント９０４及び９０６が生成される。
【００４２】
熱処理は、本明細書に記述している実施形態と同等のものを含む適切な任意の発熱手段を使用して実行することができる。例えば、図４Ａを再度参照すると、ある実施形態では、光透過性部材セグメント３０２のアレイを炉４０２内へ置くことができる。炉４０２は、所定のどんな光透過性部材セグメント材料に対しても熱処理の達成を見込むことのできる加熱レベルを供給する能力を有する。熱処理は、所望されれば、表面３０８上へレンズ・エレメント９０４を形成させ、かつ／または表面３１０上へレンズ・エレメント９０６を形成させる。
【００４３】
さらに別の実施形態では、図４Ｂに示すように、熱処理は、表面３０８及び／または３１０をレーザ４０４（例えば、高出力レーザ）により、光透過性部材セグメント材料に吸収されて上記材料を加熱しかつレンズ・エレメント９０４及び／または９０６を形成させることのできる波長を使用してスキャンすることによって達成されることが可能である。他の実施形態では、加熱をもたらすエネルギー源は光透過性部材セグメントの両端の近くに置かれる電気スパーク／アークまたはグロー放電であってもよく、または他の周知のエネルギー源を適用してもよい。
【００４４】
図３Ｂは、本発明の一実施形態による単一の光透過性部材セグメント３０２を示す側面図である。この実施形態において、光透過性部材セグメント３０２の端３０４は、加熱工程により、互いに垂直である２方向に、または他の異なる方向に異なる曲率半径を有するように変形されることが可能である。図３Ｂにおける特定例は、端３０４上に、楕円、半楕円、平／凸非球面及びこれらに類似するものの形に成形されたレンズ表面等の曲がった表面３０８を示している。これは、レンズ表面の主軸に対して異なる光軸において異なる光学パフォーマンスをもたらすことができる。
【００４５】
また、ある実施形態における端３０６は、平らに製造されるようにも、互いに垂直である２方向に、または他の異なる方向に異なる曲率半径を有するようにも変形されることが可能である。図３Ｂは、端３０６上に、楕円または半楕円に成形されたレンズ表面等の曲がった表面３１０を示している。これにより、レンズ表面の主軸に対して異なる光軸において異なる光学パフォーマンスをもたらすことができる。
【００４６】
マイクロレンズアレイのピッチ及びサイズも、特定のアプリケーションの要件に基づいて調整されることが可能である。マイクロレンズアレイの製造仕様及び公差は、典型的には上記特定のアプリケーションによって決定され、かつエンドユーザにより適宜定義されてもよい。
【００４７】
ある例においては、本発明の一実施形態による方法により、約１２５μｍの直径を有する標準型のシングルモード・ファイバを使用して、焦点距離が一様でない、またはアレイ全体を通じた変動が５％未満であるマイクロレンズアレイを製造することもできる。
【００４８】
図５は、本発明の一実施形態による方法を使用して製造されるマイクロレンズアレイのアプリケーションの一例を示す。本例は、特定のアプリケーション用に設計される様々なサイズ及び形状の複数のマイクロレンズアレイを含むことができるプロジェクション・システム５００を含む。ある実施形態では、光は第１の端５０２においてプロジェクション・システム５００に入る。第１の端５０２は、例えば丸い形状等の第１の形状５０６を有する第１のマイクロレンズアレイ５０４を有する。光は、第２の端５０８において、例えば矩形形状等の第２の形状５１２を有する第２のマイクロレンズアレイ５１０を介してプロジェクション・システム５００を出る。本例から当然理解されるように、マイクロレンズアレイの形状及びサイズは、本明細書に開示する、本発明の１つまたは複数の実施形態による方法により、任意のアプリケーションにとって所望される通りに製造されることが可能である。
【００４９】
さらに、必要であれば、または所望されれば、マイクロレンズアレイ４００のレンズ・エレメント４０６（図４Ａ）は、本発明の一実施形態によりコーティングされることが可能である（ｓ１１０）。例えば、ディスプレイ画面アプリケーション用等の一実施形態では、反射防止コーティング及び／または防眩コーティングでマイクロレンズアレイ４００をコーティングすることが可能である。マイクロレンズアレイ４００に施されるコーティングは、スパッタリング、沈積、蒸着、噴霧、浸漬、スピニング、転造及びこれらに類似するもの等の周知技術によって施されることが可能である。
【００５０】
本発明の１つまたは複数の実施形態で上述した通り、マイクロレンズアレイの厚さｔは、レンズ表面のサイズ及び形状及びレンズ側面の数がそうであるのと同様に、アプリケーションまたは仕様に応じて変更されてもよい。例えば、図６Ａは、両側に形成されたレンズを有するマイクロレンズアレイ６０２の実施形態を示す略図である。マイクロレンズアレイ６０２の厚さｔは、例えば約１００μｍ乃至約１ミリメートルの範囲の小さい厚さｔ、または１ミリメートルを超える大きい厚さｔ等の任意の所望される厚さに製造されてもよい。
【００５１】
図６Ｂも両側に形成されたレンズを有するマイクロレンズアレイ６０４の実施形態を示す略図であるが、本例では厚さｔが大きいとされている（例えば、１ミリメートルを超える）。これらの実施形態からは、当然、厚さｔは所望される通りのどんな厚さにも製造され得ることが理解される。図６Ｃは、本発明の一実施形態による、片側のみに形成されたレンズを有するマイクロレンズアレイ６０６の実施形態を示す略図である。図６Ｄは、レンズが片側のみに形成されている図６Ｃに類似するものであるが、先に論じたように、表面６１０は曲面を有する。
【００５２】
本明細書に記述している本発明の１つまたは複数の実施形態は、束にして配置される円筒形状の光透過性部材との共用に関して説明されているが、一般的な当業者には、本発明の原理は円筒形状に限定されず、例えば長方形、正方形または六角形等の他の形状を有する光透過性部材にも適用できることが理解されるべきである。
【００５３】
本発明の一実施形態によれば、マイクロレンズアレイは本明細書に記述しているように提供されてもよく、例えばディスプレイ画面として使用されてもよい。例えば、マイクロレンズアレイは、ディスプレイ画面として使用される場合にはマイクロレンズアレイのパフォーマンスまたは品質を向上させる可能性のある追加の製造オペレーションを実行して、方法１００に関して本明細書に記述している通りに（例えば、ｓ１０２からｓ１１０）供給されてもよい。
【００５４】
例えば図１０は、本発明の一実施形態による光透過性部材セグメント１００２のマイクロレンズアレイ・シート１０００を示す略図である。シート１０００は、例えば方法１００に従って、または本明細書に記述している対応する代替オペレーションによって、もしくは上記代替オペレーションを含む方法によって形成されていてもよい。
【００５５】
こうしてシート１０００は、例えば光透過性部材または光ロッドの束から（例えば、シート１０００がほぼ所望される厚さｔになるように）スライスされることによって形成され、シート１０００の両側１００４及び１００６は研磨（かつ／または変形）されかつ熱処理されて、光透過性部材セグメント１００２の各端上にレンズが形成されている。シート１０００はディスプレイ画面として使用されてもよく、またはシート１０００上でさらなるオペレーションが実行されてもよい。これにより、ディスプレイ画面として使用される場合のシート１０００のパフォーマンスまたは品質を向上させることができる。
【００５６】
一例として、側面１００４及び／または側面１００６上には、１つまたは複数の光透過性部材セグメント１００２を通過する光の一部をブロックする（例えば、各光透過性部材セグメント１００２のレンズ外周周辺の光をブロックする）ための遮光層が配置されてもよい。遮光層（例えば、黒色の層）は、シート１０００の側面１００４及び／または側面１００６上へ蒸着される、接着される、塗布される、噴霧される、または他の方法で沈積される金属または他のタイプの材料であってもよい。遮光層オペレーションは、方法１００の１つのオペレーション（例えば、図１に示す方法１００のｓ１１０）として包含されてもよい。
【００５７】
例えば、図１１は、本発明の一実施形態によって施された遮光層１１０２を有する光透過性部材セグメント１００２を示す略側面図である。例えば、層１１０２は、光透過性部材セグメント１００２の（例えば、側面１００４上の）レンズ１１０４全体を覆って蒸着されてもよい。次に、光透過性部材セグメント１００２のレンズ１１０４は、層１１０２の一部を除去するために、層１１０２に使用される材質に応じて例えばエッチングまたは裏面研磨もしくは他の技術により部分的に露光されてもよい。
【００５８】
従って、レンズ１１０４は例えば各レンズ１１０４の中央またはコア領域で部分的に露光されてもよく、一方で層１１０２は引き続き各レンズ１１０４の外周領域周辺で光をブロックする。使用されるエッチング、裏面研磨または他の技術は、図１１に示すように各レンズ１１０４を平坦にしてもよい。従って、図１１は、集積された遮光を有するシート１０００（即ち、マイクロレンズアレイ）を示す。また、図１１は一例に過ぎず、層１１０２及び光透過性部材セグメント１００２に関して示されている大きさは明確を期して、かつ本発明の一実施形態の１つまたは複数の態様を理解する手助けとなるように誇張された、または歪められた大きさで示されている可能性があることも留意されるべきである。
【００５９】
シート１０００の側面１００６及び／または側面１００４へのコーティング（例えば、薄膜コーティング）は、層１１０２を施した後に添加されてもよい。例えば反射防止コーティング及び／または防眩コーティング等の薄膜コーティングは、側面１００４（例えば光の出力側）に施されてもよい。コーティングは、反射及び／またはまぶしい光を低減する働きをする可能性があり、シート１０００を（例えば擦り傷または他の損傷から）防護する働きをする可能性もある。コーティングは、方法１００の一部（例えば、図１に示す方法１００のｓ１１０）として施されてもよい。
【００６０】
コーティングは、所望される結果またはアプリケーション要件に応じて、当業者には周知であるもの等の様々なタイプを適用してもよい。例えばコーティング材料は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４またはＴｉＯ２もしくはこれらの、または他の従来のコーティング材料の任意の組合わせから選択されてもよい。一例として、選択されるコーティング材料は、多層薄膜コーティング構造を形成すべく使用されてもよい。
【００６１】
例えば図１１を参照して説明した層１１０２を使用するシート１０００は、本明細書に記述しているようにディスプレイ画面として使用されてもよい。例えば、図１２は、本発明の一実施形態によるディスプレイ画面１２００を示す略図である。例えばディスプレイ画面１２００は、光透過性部材セグメント１００２及び（例えば、光透過性部材セグメント１００２レンズの外周の周辺の）遮光層１１０２を有するシート１０００を含む。
【００６２】
また、ディスプレイ画面１２００はコーティング１２０２（例えば、本明細書に記述しているような薄膜コーティング）を含んでいてもよい。また、例えばフレネル・レンズ・シート等のシート１２０４が含まれてもよい。図１２に示すように、供給された光はディスプレイ画面１２００を通過し、反対側で見られる。本明細書に開示されている技術を使用すれば、最終的に出力される光（即ち、ディスプレイ画面１２００を通過した後に生じる最終的な光）は、従来のディスプレイ画面よりも卓越した品質またはパフォーマンスを有するであろう。
【００６３】
本明細書では、マイクロレンズアレイの様々な実施形態を開示している。例えば、本発明の一実施形態により、高品質のディスプレイ画面を提供するために使用され得るマイクロレンズアレイが開示されている。上記ディスプレイ画面は、幾つかの従来型ディスプレイ画面よりも製造が安価となるであろう。さらに上記ディスプレイ画面は、例えば明るさ及び一様性、コントラスト及び／または視野角等に関連して幾つかの従来型ディスプレイ画面よりも向上されたパフォーマンスを提供するであろう。
【００６４】
上述の実施形態は本発明を例示するものであって、限定するものではない。また、本発明の原理に従って、幾つかの修正及び変形が可能であることも理解されるべきである。従って、本発明の範囲は添付のクレームによってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態による光透過性部材の束を略示したものである。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、図２の束を横断する光透過性部材セグメントのカット・シートを略示したものである。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による単一の光透過性部材セグメントの側面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、加熱処理される光透過性部材セグメント・アレイを示す略側面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、加熱処理される光透過性部材セグメント・アレイを示す略側面図である。
【図５】本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレイを含むプロジェクション・システムに使用される光ビーム・シェープ・コンバータ及び光インタプリタを示す略図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレイの様々な構成を示す略側面図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレイの様々な構成を示す略側面図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレイの様々な構成を示す略側面図である。
【図６Ｄ】本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレイの様々な構成を示す略側面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による光透過性部材の束を示す略側面図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態による光透過性部材の束を示す略側面図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態によるエッチング工程を受けるスタンダード・カットの光透過性部材セグメントを示す略図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態によるエッチング工程を受けるスタンダード・カットの光透過性部材セグメントを示す略図である。
【図９】本発明の一実施形態による熱処理を受ける光透過性部材セグメントを示す略図である。
【図１０】本発明の一実施形態による光透過性部材セグメント・シートを略示したものである。
【図１１】本発明の一実施形態によって施された遮光層を有する光透過性部材セグメント・アレイを示す略側面図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるディスプレイ画面に使用される光透過性部材セグメント・シートを略示したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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