(57)【要約】【課題】  高いＮＡを有する超小型のマイクロレンズを簡単な工程で製造できるマイクロレンズおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  屈折レンズ３５および回折レンズ４０を含むハイブリッド型マイクロレンズにおいて、屈折レンズ３５と、前記屈折レンズ３５の球面に接合して非球面を形成する第１紫外線硬化物質３３と、前記屈折レンズ３５を挿入して支持する凹部を含む支持基板３９と、前記支持基板３９上の前記屈折レンズ３５に対応される位置に形成された回折レンズ４０とを含むことを特徴とする。【選択図】  図４Ｇ
2005111978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(ａ)基板に一つ以上のキャビティを形成する段階と、
(ｂ)前記キャビティ内に第１紫外線硬化物質を注入した後、前記第１紫外線硬化物質の上面にレンズを位置させる段階と、
(ｃ)前記レンズおよび基板表面に第２紫外線硬化物質を塗布した後、その上部に透明板を位置させて前記レンズを加圧しながら紫外線を照射し、前記第１および第２紫外線硬化物質を硬化する段階とを含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項２】
(ｄ)前記基板を前記レンズおよび第１紫外線硬化物質から分離させ、一枚以上の前記レンズについて支持基板を整列および結合させる段階と、
(ｅ)前記支持基板上の前記レンズと対応される位置に回折レンズを形成させる段階とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項３】
前記(ａ)段階は、
前記基板上に感光剤を塗布し、所定パターンのマスクを位置させた後に露光および現像することでパターニングする段階と、
前記感光剤が露出された部分の基板を食刻して一つ以上のキャビティを形成する段階と、
前記感光剤をとり除いて前記キャビティの表面を超精密非球面金型で加圧して成型する段階とを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項４】
前記第１紫外線硬化物質は、液状ポリマーまたはゾル-ゲル型無機物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項５】
前記透明板は、ガラスで形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項６】
前記レンズは、半球型ボールレンズであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項７】
前記(ｃ)段階は、
前記透明板を前記レンズおよび前記第２紫外線硬化物質から分離させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項８】
(ｄ)前記基板を前記レンズおよび第１紫外線硬化物質から分離させ、一枚以上の前記レンズについて支持基板を整列および結合させる段階と、
(ｅ)前記支持基板上の前記レンズと対応される位置に回折レンズを形成させる段階とをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項９】
前記(ａ)段階は、
前記基板上に感光剤を塗布して所定パターンのマスクを位置させた後に露光および現像することでパターニングする段階と、
前記感光剤が露出された部分の基板を食刻して一つ以上のキャビティを形成する段階と、
前記感光剤をとり除いて前記キャビティの表面を超精密非球面金型で加圧して成型する段階とを含むことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１０】
(イ)基板に一つ以上のキャビティを形成する段階と、
(ロ)前記キャビティ内に第１紫外線硬化物質を注入した後、前記第１紫外線硬化物質の上面にレンズを位置させる段階と、
(ハ)前記レンズ上部に第１透明板を位置させて前記レンズを加圧しながら紫外線を照射して前記第１紫外線硬化物質を硬化した後、前記第１透明板をとり除く段階と、
(ニ)前記レンズおよび基板表面に第２紫外線硬化物質を塗布した後、その上部に第２透明板を位置させて前記レンズを加圧しながら紫外線を照射し、前記第１および第２紫外線硬化物質を硬化する段階とを含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項１１】
(ホ)前記基板を前記レンズおよび前記第１紫外線硬化物質と分離させ、一枚以上の前記レンズについて支持基板を整列および結合させる段階と、
(ヘ)前記レンズおよび前記第２紫外線硬化物質を所定の厚さになるまで研磨し、前記支持基板上の前記レンズと対応される位置に回折レンズを形成させる段階とをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１２】
前記(イ)段階は、
前記基板上に感光剤を塗布して所定パターンのマスクを位置させた後で露光および現像することでパターニングする段階と、
前記感光剤が露出された部分の基板を食刻して一つ以上のキャビティを形成する段階と、
前記感光剤をとり除いて前記キャビティの表面を超精密非球面金型で加圧して成型する段階とを含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１３】
前記(ニ)段階は、
前記レンズおよび基板表面に第２紫外線硬化物質を塗布する段階と、
前記レンズおよび第２紫外線硬化物質の上部に第２透明板を位置させて前記レンズを加圧しながら紫外線を照射し、前記第１および第２紫外線硬化物質を硬化する段階と、
前記レンズおよび前記第２紫外線硬化物質を所定の厚さになるまで研磨する段階とを含むことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１４】
前記レンズは、球型ボールレンズであることを特徴とする請求項１０に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１５】
屈折レンズおよび回折レンズを含むマイクロレンズにおいて、
屈折レンズと、
前記屈折レンズの球面に接合して非球面を形成する第１紫外線硬化物質と、
前記屈折レンズを挿入して支持する凹部を含む支持基板と、
前記支持基板上の前記屈折レンズに対応される位置に形成された回折レンズとを含むことを特徴とするマイクロレンズ。
【請求項１６】
前記屈折レンズを前記支持基板に固着させる第２紫外線硬化物質をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のマイクロレンズ。
【請求項１７】
前記屈折レンズの平面部に形成されて前記第２紫外線硬化物質によって固着する透明板をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のマイクロレンズ。
【請求項１８】
前記第１紫外線硬化物質は、液状ポリマーまたはゾル-ゲル型無機物であることを特徴とする請求項１５ないし請求項１７のいずれかの一項に記載のマイクロレンズ。
【請求項１９】
前記屈折レンズは、その屈折率が１.７ないし２.２であることを特徴とする請求項１５ないし請求項１８のいずれかの一項に記載のマイクロレンズ。
【請求項２０】
前記マイクロレンズが多数の形態に配列されたことを特徴とする請求項１５ないし請求項１９のいずれかの一項に記載のマイクロレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズおよびその製造方法に係り、より詳細には、屈折レンズと回折レンズが結合されたハイブリッドレンズ構造を示すマイクロレンズおよびその製造方法に関する。なお、本発明のマイクロレンズにはアレイ形態のマイクロレンズ（以下、マイクロレンズアレイと称す）を含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロレンズ製造方法には、機械加工法を利用して単一マイクロレンズを製造する方法や感光剤を使ったフォトリソグラフ工程を利用してマイクロレンズアレイを製造する方法などがある。
【０００３】
従来のマイクロレンズの製作方法の中で、機械加工法は、ガラスやプラスチック材料を直接研磨や切削を行って加工することである。そして、対物レンズの量産のために切削や研削などの機械加工で製作された金型を利用して溶融さらには半溶融状態のプラスチックさらには硝子からレンズを製作する射出成型さらには圧縮成型をする方法がある。図１は、このような機械加工法による従来の単一マイクロレンズの製造方法を概略的に示した図面である。
【０００４】
図１（ａ）ないし（ｃ）を参照して、従来の圧縮成型によってガラス単一レンズを製作する方法を説明する。まず、図１（ａ）に示すように、超硬合金材料などからなる上部金型１１および下部金型１３をレンズの表面に対応する形状に超精密研削加工し、図１（ｂ）、（ｃ）に示すボール（ＢＬ）や塊(Ｇ)形態のガラスプリフォーム(予備形成品)を上部および下部金型１１、１３の間に挿入し、５００〜６００℃の高温で加熱しながら圧縮してレンズを成型する。
【０００５】
このような超精密金型を利用した成型方法は、非常に精緻な面加工が可能であるという長所を有している。しかし、レンズが小くなるほど加工工具の曲率半径の限界のため、高い開口数(ＮＡ；Numerical Aperture)のレンズ、すなわち曲率が大きい非球面に対する金型を製作しにくい。さらに、このようなガラス成型方法は、プリフォーム材料を内部まで均一に加熱するために長期間を要するので、生産性が低いという短所がある。
【０００６】
プラスチック材料でレンズを製作する場合は、金属を超精密切削加工してキャビティ金型を製作し、溶融されたプラスチックを射出成型してレンズを製作する。プラスチック成型は、その成型温度が３００℃以下で、ガラス成型に比べて低く、金型もキャビティが複数に形成された金型を使えるので、ガラス成型より製造時間が短くて生産性が高いという長所がある。さらに、プラスチックレンズは、軽くて加工性がよく、低価で製作可能なのでＣＤやＤＶＤのピックアップレンズに多く使われている。
【０００７】
しかし、プラスチック材料は、その屈折率が１.５程度と低くて光の屈折率が十分ではない。したがって、ブルーレイディスク（Blue‐Ray Disc）のＮＡが０.８５であるレンズを製作するためには、２枚のレンズを重ねて使わなければならない。２枚のレンズの位置を精緻に調整して組立てることは、多くの時間と努力とが求められ、単一レンズの使用に比べてその費用がかさむ問題点がある。さらに、プラスチックは、熱に弱い材料であって温度変化による光学特性(例えば、屈折率、熱膨脹率など)の変化がひどく、特に青色波長の光を吸収して長期間が経てば黄変現象を起こして材料特性の変わる問題がある。特に、光ピックアップの対物レンズは、集光に使われるので、光の強度が集中されるレンズ面ではこのような現象が問題になりうる。
【０００８】
このような機械加工法で単一レンズの製造はできるが、これを光モジュールのような素子へ結合することは容易ではない。これを容易にするためには、レンズを平板型および複数のアレイ形態での製造が求められる。レンズをアレイ形態に作るため、前記のような機械加工法ではないマイクロ工程が主に利用され、その内、最も一般的に使われるのがフォトリソグラフ工程である。
【０００９】
図２Ａないし図２Ｅは、フォトリソグラフ工程を利用した従来のマイクロレンズアレイの製造方法を示した図面である。先ず、図２Ａに示したように、基板２１上に感光剤２３を塗布する。そして、図２Ｂに示したように、感光剤２３の上部に所定形態のマスクＭを形成させ、紫外線を照射して露光する。露光された感光剤部分を現像すれば、感光剤２３ａが図２Ｃに示した形態にパターニングされる。ここに熱を加えてリフローさせると、図２Ｄに示したように、感光剤２３ａが丸い球面レンズ形態のレンズプリフォーム２３ｂに変形される。最後に図２Ｅに示したように、反応性イオン食刻などの工程で異方性食刻すれば、レンズプリフォームの形状が基板にそのまま転写されて基板の上にマイクロレンズアレイが形成される。
【００１０】
従来のフォトリソグラフ工程を利用したマイクロレンズアレイの製造方法は、高いＮＡのための高いセグを具現するのが容易でなく、したがって収差補正のための非球面の曲面加工も難しい問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するために考案されたものであり、その目的は高いＮＡを有する超小型のマイクロレンズを簡単な工程で製造できるマイクロレンズおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を果たすためで本発明では、(ａ)基板に一つ以上のキャビティを形成する段階と、(ｂ)前記キャビティ内に第１紫外線硬化物質を注入した後、前記第１紫外線硬化物質の上面にレンズを位置させる段階と、(ｃ)前記レンズおよび基板表面に第２紫外線硬化物質を塗布した後、その上部に透明板を位置させて前記レンズを加圧しながら紫外線を照射し、前記第１および第２紫外線硬化物質を硬化する段階とを含むマイクロレンズの製造方法を提供する。
【００１３】
本発明では、前記段階に加えて、（ｄ）前記基板を前記レンズおよび第１紫外線硬化物質から分離させ、前記の一枚以上のレンズについて支持基板を整列および結合させる段階と、（ｅ）前記支持基板上の前記レンズと対応される位置に回折レンズを形成させる段階とを含むマイクロレンズの製造方法を提供する。
【００１４】
本発明において、前記(ａ)段階は、前記基板上に感光剤を塗布して所定パターンのフォトマスクを位置させた後に露光および現像することでパターニングする段階と、前記感光剤が露出された部分の基板を食刻して一つ以上のキャビティを形成する段階と、前記感光剤をとり除いて前記キャビティの表面を超精密非球面金型で加圧して成型する段階とを含むことが望ましい。
【００１５】
本発明において、前記第１紫外線硬化物質は液状ポリマーまたはゾル-ゲル型無機物であり、前記透明板はガラスで形成され、前記超精密非球面金型は超硬合金などで形成され、前記レンズは半球型ボールレンズであることが望ましい。
【００１６】
本発明において、前記(ｃ)段階は、前記透明板を前記レンズおよび前記第２紫外線硬化物質から分離させる段階を含みうる。
【００１７】
さらに、本発明では、(イ)基板に一つ以上のキャビティを形成する段階と、(ロ)前記キャビティ内に第１紫外線硬化物質を注入した後、前記第１紫外線硬化物質の上面にレンズを位置させる段階と、(ハ)前記レンズ上部に第１透明板を位置させて前記レンズを加圧しながら紫外線を照射して前記第１紫外線硬化物質を硬化した後、前記第１透明板をとり除く段階と、(ニ)前記レンズおよび基板表面に第２紫外線硬化物質を塗布した後、その上部に第２透明板を位置させて前記レンズを加圧しながら紫外線を照射して前記第１および第２紫外線硬化物質を硬化する段階とを含むマイクロレンズの製造方法を提供する。
【００１８】
本発明では、前記段階に加えて、（ホ）前記基板を前記レンズおよび前記第１紫外線硬化物質と分離させ、前記一枚以上のレンズについて支持基板を整列および結合させる段階と、（ヘ）前記レンズおよび前記第２紫外線硬化物質を所定の厚さになるまで研磨し、前記支持基板上の前記レンズと対応される位置に回折レンズを形成させる段階とを含むマイクロレンズの製造方法を提供する。本発明において、前記（イ）段階は、前記（ａ）段階と同様な段階を含むことが望ましい。
【００１９】
本発明において、前記(ニ)段階は、前記レンズおよび基板表面に第２紫外線硬化物質を塗布する段階と、前記レンズおよび第２紫外線硬化物質の上部に第２透明板を位置させて前記レンズを加圧しながら紫外線を照射し、前記第１および第２紫外線硬化物質を硬化する段階と、前記レンズおよび前記第２紫外線硬化物質を所定の厚さになるまで研磨する段階とを含むのが望ましい。前記レンズは球型ボールレンズであることが望ましい。
【００２０】
本発明では、屈折レンズおよび回折レンズを含むマイクロレンズにおいて、屈折レンズと、前記屈折レンズの球面に接合して非球面を形成する第１紫外線硬化物質と、前記屈折レンズを挿入して支持する凹部を含む支持基板と、前記支持基板上の前記屈折レンズに対応される位置に形成された回折レンズとを含むマイクロレンズを提供する。
【００２１】
本発明において、前記屈折レンズを前記支持基板に固着させる第２紫外線硬化物質をさらに含むのが望ましい。
本発明において、前記屈折レンズの平面部に形成されて前記第２紫外線硬化物質によって固着する透明板をさらに含みうる。
本発明において、前記屈折レンズはその屈折率が１.７ないし２.２であることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、次のような長所がある。
第一、屈折レンズ製作時にガラス成型のように、高温で加熱/冷却を繰り返す工程や高圧を加える工程が不要であり、製作工程が常温および低圧で行われるので、工程サイクルタイムが短くて工程が単純で大量生産に有利である。
【００２３】
第二、屈折レンズ製作工程は、常温および低圧工程で金型の熱膨脹/収縮による変形、疲労現象、高圧による摩耗がほとんどないので金型の寿命が極めて長い。
【００２４】
第三、熱的特性が安定しているボールレンズがレンズ体積の大部分を占め、プラスチック材料は最小限の体積でレンズの非球面を補正する要素として使われるので、プラスチックレンズより特に、青色波長で熱的安全性、耐久性が優秀である。
【００２５】
第四、ボールレンズ(さらにはハーフボールレンズ)は、高屈折率(１.７〜２.２)の材料を選択できるので、プラスチックのように２枚のレンズを光学的に整列、組立てなくても０.８５の高いＮＡを得られる。したがって、薄型化も可能である。
【００２６】
第五、屈折レンズの製作時にボールレンズ(さらにはハーフボールレンズ)を使うので、球面形状の特性上、レンズの中心ずれおよびチルトが小さい。したがって、波面収差を最小化した高い光学性能のレンズを製作できる。
【００２７】
第六、屈折レンズアレイが支持基板によって支持され、回折レンズアレイが前記支持基板上に形成される。これらはあらかじめ形成された整列マークを通じてウェハーレベルに相互水平位置が容易に整列されうる。よって、一般的に２枚のレンズを組立てる場合に比べてアセンブリー面でさらに容易となる。
【００２８】
第七、本発明によるマイクロレンズアレイは、平板型の構造を有するので、光モジュールへの整列および組み立てが容易である。
【００２９】
第八、本発明で提示するキャビティアレイ金型の作り方は、従来の機械的金型の作り方に比べてマイクロレンズアレイの金型を最短時間に最小の温度および圧力で製作できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施例によるマイクロレンズ（マイクロレンズアレイを含む）の製造方法を図面を参照して詳しく説明する。図３Ａないし図３Ｆは、本発明のマイクロレンズアレイに使われる非球面レンズアレイ用金型を製造する方法に関する図面である。
【００３１】
先ず、図３Ａに示したように基板３１を準備する。前記基板３１は、ガラス系材料であることが望ましい。前記基板３１上面に感光剤(Photoresist；ＰＲ)をスピンコーティングなどのような方法で塗布する。そして、図３Ｂに示したように、所定形態のフォトマスクＭを位置させて紫外線を露光する。露光後に現像工程を行えば、図３Ｃに示したように露光された部分のＰＲが現像液によって除去される。
【００３２】
次に、図３Ｄに示したように、現像液によってＰＲが除去された基板３１の露出部分を湿式さらには乾式食刻して基板３１内にキャビティ３２を形成する。残るＰＲをとり除けば、図３Ｅに示したように基板３１にキャビティ３２が形成されたキャビティアレイ構造が形成される。食刻面を均一に形成するために図３Ｆに示したように、超精密非球面を有する金型Ｐでキャビティ３２を加圧してキャビティ３２の曲面が金型Ｐの非球面曲面と一致するように金型Ｐの非球面形状を基板３１に転写成型する。この時、成型を効果的に行うため、各キャビティ３２の局所的な加熱や基板３１全体の加熱もできる。ここで前記非球面金型は、単一レンズ形態として精密加工されるが、前記方法を利用すればレンズアレイ用の金型を簡単に製作できるので金型費用を節減できる。
【００３３】
次、図４Ａないし図４Ｅを参照にして本発明によるマイクロレンズアレイの製造方法について詳しく説明する。図４Ａないし図４Ｅは、本発明の第１実施例によるマイクロレンズアレイの製造方法を示した工程図である。そして、図４Ｆおよび図４Ｇは、前記図４Ａないし図４Ｅ方法によって製造されたマイクロレンズアレイに回折レンズを付着させてハイブリッドレンズアレイ形態のマイクロレンズアレイを製造する方法を示した工程図である。
【００３４】
図４Ａを参照すれば、前記図３Ａないし図３Ｆによって製作された基板３１のキャビティ３２アレイ内に第１紫外線硬化物質３３を注入する。前記第１紫外線硬化物質３３は、液状のポリマーまたはゾル-ゲル無機物であり、紫外線を照射すれば硬化される性質を有する。さらに、このような紫外線硬化物質は高屈折率物質であってレンズ（屈折レンズ）３５との屈折率差が小さく、４０５ｎｍ前後の波長で光の吸収率が低く、透過率が高いことが望ましい。さらに、このような第１紫外線硬化物質は、極めて精緻な非球面のレンズを具現するように高い流動性を有する液状であることが望ましい。このような物質は、レンズのチルトを減少させてコマ収差を減少させることができ、ボールレンズの厚さの偏差の補償が可能な長所を有する。
【００３５】
次に、図４Ｂに示したように、キャビティ３２の第１紫外線硬化物質３３の上面に屈折レンズ、例えば半球型ボールレンズ３５を挿入させ、図４Ｃに示したようにその表面にさらに第２紫外線硬化物質３７を塗布する。前記第２紫外線硬化物質３７は、前記キャビティ３２内部に注入されたものと異なる種類の物質を使ってもよい。前記半球型ボールレンズ３５は、約１.７ないし２.２ほどの高屈折率を有するように選択されることが望ましい。これにより、高いＮＡを有する薄型マイクロレンズアレイ形成が可能である。
【００３６】
次に、図４Ｄに示したように前記第２紫外線硬化物質３７の上面にガラスのような透明板３８を位置させて第２紫外線硬化物質３７を加圧する。同時に、前記基板３１の上部から紫外線を照射して第１および第２紫外線硬化物質３３、３７を硬化させる。第１および第２紫外線硬化物質３３、３７が硬化されながら、前記第１紫外線硬化物質３３は前記半球型ボールレンズ３５に接合されて非球面を補正し、前記第２紫外線硬化物質３７は前記半球型ボールレンズ３５を前記透明板３８に付着させる。
【００３７】
その後、前記半球型ボールレンズ３５および第１紫外線硬化物質３３を前記基板３１から分離させれば、非球面曲面が形成されたレンズ３５が透明板３８上に形成された形態の屈折レンズアレイになる(図４Ｅ)。
【００３８】
次に、前記屈折レンズと回折レンズとが結合されたハイブリッドレンズ構造を示すマイクロレンズアレイ製造工程の実施例について説明する。
【００３９】
前記図４Ｅのような完成された屈折レンズアレイについて支持基板３９をウェハーレベルで整列および結合させる。前記屈折レンズアレイは、前記支持基板の凹部にそれぞれ挿入される形態を示す(図４Ｆ)。最後に図４Ｇに示したように、前記支持基板３９の一面の前記屈折レンズと対応される位置に回折レンズ４０を整列させる。このような工程によって屈折レンズアレイおよび回折レンズ４０アレイが結合したハイブリッドレンズ構造のマイクロレンズアレイを完成させうる。
【００４０】
ここで、前記支持基板３９の形成方法についてより詳しく説明する。図５Ａないし図５Ｃは、支持基板３９を形成させる工程を示した図面である。
図５Ａを参照すれば、前記支持基板３９は、例えば、半導体光リソグラフ工程でシリコン基板５１にレジストパターン５２を形成する。
そして、図５Ｂに示したように、反応性イオン食刻のような異方性食刻によって円柱形状の貫通孔５３を形成させる。
その後、図５Ｃのように、ガラス基板５４と陽極接合を実施する。
【００４１】
図５Ｄは、前記図５Ａあるいは図５Ｃに示した製作工程とは別途の製作工程によって支持基板３９を製作した実施例である。図５Ｄは、上部金型および下部金型を前記支持基板３９に対応する形状でそれぞれ機械加工で製作した後で相互結合させ、ＰＭＭＡなどのプラスチックで射出成型することで完成させうる。図５Ｅは、前記支持基板３９を製作するさらに他の実施例であり、前記プラスチック射出成型用の金型を製作する時に回折レンズの形状に対応する曲面形状まで同時に機械加工して支持基板３９の射出成型とともに回折レンズ４０を同時に製作できるようにした図面である。この場合、下記の図６Ａないし図６Ｅのような回折レンズの複製工程を別途に経なくてもよい。
【００４２】
以下、図６Ａないし図６Ｅを参考して、本発明のハイブリッドレンズアレイに使われる回折レンズを前記支持基板３９上部に形成させる工程についてより詳しく説明する。
【００４３】
先ず、図６Ａのような回折レンズの曲面形状に対応する形状を有する回折レンズアレイの回折レンズ金型６１を製作する。このような金型は、金属を直接切削加工して製造する。この場合、例えば、シングルポイントダイヤモンドターニングを利用する。さらに、電子ビーム露光法、レーザー露光法さらにはグレースケール光リソグラフなどで露光、現像してレジストに３次元パターンを形成し、その上にニッケルで電鋳メッキしてマスターを製作する方法を適用しうる。
【００４４】
図６Ｂに示したように、紫外線硬化物質、例えば液状ポリマー６２を支持基板３９上部表面に適切な量を投与する。そして、前記図６Ａで製作された回折レンズ金型６１と支持基板３９との相対的位置を整列させる。
【００４５】
そして、図６Ｃに示したように、前記回折レンズ金型６１を支持基板３９上の液状ポリマー６２を挟持して圧着し、ＵＶ(紫外線)を照射して前記液状ポリマー６２を硬化する。
最後に図６Ｄのように、前記回折レンズ金型６１を硬化されたポリマー６２'から分離(離型)して前記支持基板３９上に回折レンズ４０を形成させうる。
【００４６】
場合によっては図６Ｅに示したように、反応性イオン食刻などの方法を利用して硬化されたポリマー６２'を異方性食刻し、前記ポリマー６２'に形成された回折レンズの形状をそのまま前記支持基板３９上に転写できる。前記支持基板３９の材料が、溶融シリカ、ガラスなどの材料の場合に、このような転写方法で熱的安全性がより優れた回折レンズを形成させうる。
【００４７】
以下、図７Ａないし図７Ｈを参考して、本発明のマイクロレンズアレイおよびその製造方法のさらに他の実施例についてより詳しく説明する。図７Ａないし図７Ｆは屈折レンズのみ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した図面であり、図７Ｇおよび７Ｈは屈折レンズに回折レンズをさらに具備したハイブリッドレンズ形態のマイクロレンズアレイの製造工程を示した図面である。
【００４８】
図７Ａを参照すれば、前記図３Ａないし図３Ｆによって製作された基板３１のキャビティ３２アレイ内に第１紫外線硬化物質３３を注入する。前記第１紫外線硬化物質３３は、紫外線を照射すれば硬化される性質を有し、例えば液状のポリマーやゾル-ゲル形態の無機物を使える。
【００４９】
そして、図７Ｂに示したように、キャビティ３２の第１紫外線硬化物質３３上面に半球型ボールレンズ３５を挿入させる。そして、図７Ｃに示したように、その表面にさらに第２紫外線硬化物質３７を塗布する。前記第２紫外線硬化物質３７は、前記キャビティ３２内部に注入されたものと異なる種類の物を使ってもよい。前記半球型ボールレンズ３５は、約１.７ないし２.２ほどの高屈折率を有するように選択されることが望ましい。これにより、高いＮＡを有する薄型マイクロレンズアレイ形成が可能である。
【００５０】
次に、図７Ｄに示したように、前記第２紫外線硬化物質３７の上面にガラスのような透明板３８を位置させ、第２紫外線硬化物質３７を加圧する。同時に前記基板３１の上部からＵＶを照射して第１および第２紫外線硬化物質３３、３７を硬化させる。第１および第２紫外線硬化物質３３、３７が硬化されながら、前記第１紫外線硬化物質３３は、前記半球型ボールレンズ３５に接合されて非球面を補正する。次に、図７Ｅに示したように前記透明板３８を除去する。
【００５１】
最後に、前記半球型ボールレンズ３５および第１紫外線硬化物質３３を前記基板３１から分離させれば、非球面曲面が形成されたレンズ３５がポリマー基板（第２紫外線硬化物質３７）の上に付着した形態の屈折レンズアレイが完成される(図７Ｆ)。
【００５２】
次に、前記屈折レンズと回折レンズとが結合されたハイブリッドレンズ構造を示すマイクロレンズアレイ製造工程の他の実施例について説明する。
【００５３】
前記図７Ｆのような完成された屈折レンズアレイについて、支持基板３９をウェハーレベルに整列および結合させる(図７Ｇ)。その後、図７Ｈに示したように、前記支持基板３９一面の前記屈折レンズと対応される位置に回折レンズ４０を整列、形成させる。このような工程によって屈折レンズアレイおよび回折レンズアレイが結合したハイブリッド構造のマイクロレンズアレイを完成させうる。
【００５４】
以下、図８Ａないし図８Ｈを参考して、本発明のマイクロレンズアレイおよびその製造方法のさらに他の実施例についてより詳しく説明する。図８Ａないし図８Ｇは屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した図面であり、図８Ｈは屈折レンズに回折レンズをさらに具備したハイブリッドレンズ形態のマイクロレンズアレイの製造工程を示した図面である。
【００５５】
図８Ａを参照すれば、前記図３Ａないし図３Ｆによって製作された基板３１のキャビティ３２アレイ内に第１紫外線硬化物質３３を注入する。前記第１紫外線硬化物質３３は、紫外線を照射すれば硬化される性質を有し、例えば液状のポリマーやゾル-ゲル形態の無機物を使える。
【００５６】
次に、図８Ｂに示したように、キャビティ３２内部の第１紫外線硬化物質３３上面に球型ボールレンズ４１を挿入させる。そして、平板形態の第１透明板４２を前記球型ボールレンズ４１上部に水平形態で位置させる。これと同時に、前記第１透明板４２の上部から紫外線を照射して前記第１紫外線硬化物質３３を硬化し、前記球型ボールレンズ４１を前記キャビティ３２内部に固着する。
【００５７】
そして、図８Ｃに示したように、前記第１透明板４２をとり除いて、さらに第２紫外線硬化物質３７を塗布する。前記第２紫外線硬化物質３７は、前記キャビティ３２内部に注入されたものと異なる種類の物を使ってもよい。前記球型ボールレンズ４１は、約１.７ないし２.２ほどの高屈折率を有するように選択されることが望ましい。これにより、高いＮＡを有する薄型マイクロレンズアレイ形成が可能である。
【００５８】
次に、図８Ｄに示したように、前記第２紫外線硬化物質３７の上面にガラスのような第２透明板３８を位置させて第２紫外線硬化物質３７を加圧する。同時に前記第２透明板３８の上部からＵＶを照射して第１および第２紫外線硬化物質３３、３７を硬化させる。第１および第２紫外線硬化物質３３、３７が硬化されながら、前記第１紫外線硬化物質３３は前記球型ボールレンズ４１に接合されて非球面を補正する。
【００５９】
そして、図８Ｅに示したように、前記第２透明板３８をとり除く。そして、前記球型ボールレンズ４１および第１紫外線硬化物質３３を前記基板３１から分離する。
前記図８Ｅのようなレンズアレイについて支持基板３９をウェハーレベルに整列および結合させる(図８Ｆ)。そのあと、図８Ｇに示したように、前記第２紫外線硬化物質３７および前記第２紫外線硬化物質３７部位の球型ボールレンズ４１を所定の厚さになるまで研磨し、屈折レンズアレイを完成させる。
【００６０】
次に、前記屈折レンズと回折レンズまたはフレネルレンズとが結合されたハイブリッドレンズ構造を示すマイクロレンズアレイ製造工程のさらに他の実施例について説明する。
【００６１】
図８Ｈに示したように、前記支持基板３９一面の前記屈折レンズ（球型ボールレンズ）４１と対応される位置に回折レンズ４０を整列、形成させる。このような工程によって非球面形態の屈折レンズ４１アレイおよび回折レンズ４０アレイが結合したハイブリッド構造のマイクロレンズアレイを完成させうる。本発明によって製造されたマイクロレンズアレイは、モジュールとの結合が容易なだけではなく、モジュールの形態によって各単位レンズに分離して使える。
このような形態では、ボールレンズを使い、基板全体面積にかけて所定厚さほど研磨するので、レンズ面の傾きを最小化できる。
【００６２】
前記のような工程によって製作されたマイクロレンズの構造および動作原理について、図９Ａおよび図９Ｂを参照にしてより詳細に説明する。
【００６３】
図９Ａは、図４Ａないし図４Ｇによって製作されたハイブリッド型マイクロレンズの動作原理を示した図面である。そして、図９Ｂは、図７Ａないし図７Ｈ工程および図８Ａないし図８Ｈ工程によって製作されたハイブリッド型マイクロレンズの構造および動作原理を示した図面である。
【００６４】
図９Ａおよび図９Ｂを参考して、本発明によるマイクロレンズが光情報保存装置の光ピックアップに使われる具体的な例を見れば次のようである。ＬＤから出射された光は、光学要素(例えば、コリメータレンズ、ビームプロジェクター、ビームスプリッター、ミラー、４分の１波長板など)を経て回折レンズ４０方向から入射する。そして、回折と少しの屈折を経てガラス球面（半球型ボールレンズ３５、球型ボールレンズ４１）とポリマー非球面（第１紫外線硬化物質３３）との接合レンズで構成された屈折レンズの非球面に入射する。屈折レンズによって集光された光は、光ディスク４３の記録面に回折限界に近い微細な光スポットを形成して情報の記録を再生する。
【００６５】
このような屈折レンズは、球面を有するボールレンズや半球レンズおよび非球面を有するプラスチックレンズで構成されるので、理論的には球面レンズと非球面レンズの２枚を組合わせるのと等しい組立上の精度が必要である。しかし、本発明によるマイクロレンズアレイの製作工程は、一般的な２枚レンズの組立工程とは異なり、レンズの各表面同士の光軸の中心ずれと表面の傾きを最小化しうる。その理由は、次のようである。
【００６６】
液状のポリマー物質は、高い流動性を有するので、キャビティの非球面とボールレンズの球面との間隙を精緻に調整しうる。したがって、極めて精緻な非球面表面を具現できる。そして、金型製作時に各キャビティの水平位置が精緻に製作されれば、ボールレンズを各キャビティ内にそのまま配置すればよいので、レンズの中心ずれエラーがない。すなわち、キャビティの境界部位によってレンズの水平位置が拘束されるだけでなく、液体ポリマーの表面張力によってボールレンズはキャビティの中心部へ来ることがエネルギーの最小状態になる。したがって、自動的な位置調整が可能である。
【００６７】
さらに、ポリマーの流動性が維持される状態で透明板を水平を合わせながら徐々に加圧すれば、ボールレンズはキャビティの最低点に載置される。そして、ボールレンズの直径偏差があっても、液体ポリマーが緩衝層として作用してレンズの垂直方向位置を自動的に調節するようになるので、直径偏差(高さ偏差)を補償できる。
【００６８】
本発明は、単一の非球面金型を使って製作工程を単純化させることで、マイクロレンズアレイ製造単価を低めて大量生産に有利であり、光学収差が補正されたレンズを提供して性能が優秀な薄型光モジュールを提供しうる。
【００６９】
前記の説明で多くの事項を具体的に記載しているが、これらは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施例の例示として解釈されなければならない。本発明の範囲は、説明された実施例ではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想によって決めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明のマイクロレンズおよびその製造方法は、マイクロレンズ製造分野で有用に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は機械加工法を利用した従来の単一マイクロレンズの製造方法を概略的に示した図面である。
【図２Ａ】フォトリソグラフ工程を利用した従来のマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図２Ｂ】フォトリソグラフ工程を利用した従来のマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図２Ｃ】フォトリソグラフ工程を利用した従来のマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図２Ｄ】フォトリソグラフ工程を利用した従来のマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図２Ｅ】フォトリソグラフ工程を利用した従来のマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図３Ａ】本発明のマイクロレンズアレイに使われる非球面レンズアレイ用金型の製造工程を示した工程図である。
【図３Ｂ】本発明のマイクロレンズアレイに使われる非球面レンズアレイ用金型の製造工程を示した工程図である。
【図３Ｃ】本発明のマイクロレンズアレイに使われる非球面レンズアレイ用金型の製造工程を示した工程図である。
【図３Ｄ】本発明のマイクロレンズアレイに使われる非球面レンズアレイ用金型の製造工程を示した工程図である。
【図３Ｅ】本発明のマイクロレンズアレイに使われる非球面レンズアレイ用金型の製造工程を示した工程図である。
【図３Ｆ】本発明のマイクロレンズアレイに使われる非球面レンズアレイ用金型の製造工程を示した工程図である。
【図４Ａ】本発明の第１実施例によるマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図４Ｂ】本発明の第１実施例によるマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図４Ｃ】本発明の第１実施例によるマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図４Ｄ】本発明の第１実施例によるマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図４Ｅ】本発明の第１実施例によるマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図４Ｆ】図４Ａないし図４Ｅでの方法によって製造された屈折レンズアレイに回折レンズを付着させる製造工程を示した工程図である。
【図４Ｇ】図４Ａないし図４Ｅでの方法によって製造された屈折レンズアレイに回折レンズを付着させたハイブリッドレンズアレイを示した図面である。
【図５Ａ】本発明に使われる支持基板を形成させる製造工程を示した工程図である。
【図５Ｂ】本発明に使われる支持基板を形成させる製造工程を示した工程図である。
【図５Ｃ】本発明に使われる支持基板を形成させる製造工程を示した工程図である。
【図５Ｄ】本発明に使われる支持基板であり、図５Ａないし図５Ｃと異なる方法で製作した支持基板を示した図面である。
【図５Ｅ】本発明に使われる支持基板であり、図５Ａないし図５Ｃと異なる方法で製作した支持基板を示した図面である。
【図６Ａ】本発明のハイブリッドレンズアレイに使われる回折レンズを支持基板上部に形成させる製造工程を示した工程図である。
【図６Ｂ】本発明のハイブリッドレンズアレイに使われる回折レンズを支持基板上部に形成させる製造工程を示した工程図である。
【図６Ｃ】本発明のハイブリッドレンズアレイに使われる回折レンズを支持基板上部に形成させる製造工程を示した工程図である。
【図６Ｄ】本発明のハイブリッドレンズアレイに使われる回折レンズを支持基板上部に形成させる製造工程を示した工程図である。
【図６Ｅ】本発明のハイブリッドレンズアレイに使われる回折レンズを支持基板上部に形成させる製造工程を示した工程図である。
【図７Ａ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図７Ｂ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図７Ｃ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図７Ｄ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図７Ｅ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図７Ｆ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図７Ｇ】屈折レンズに回折レンズをさらに具備したハイブリッドレンズ形態のマイクロレンズアレイを示した図面である。
【図７Ｈ】屈折レンズに回折レンズをさらに具備したハイブリッドレンズ形態のマイクロレンズアレイを示した図面である。
【図８Ａ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図８Ｂ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図８Ｃ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図８Ｄ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図８Ｅ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図８Ｆ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図８Ｇ】本発明の屈折レンズだけ形成されたマイクロレンズアレイの製造工程を示した工程図である。
【図８Ｈ】屈折レンズに回折レンズをさらに具備したハイブリッドレンズ形態のマイクロレンズアレイを示した図面である。
【図９Ａ】図４Ａないし図４Ｇによって製作されたハイブリッド型マイクロレンズの構造および動作原理を示した図面である。
【図９Ｂ】図７Ａないし図７Ｈおよび図８Ａないし図８Ｈによって製作されたハイブリッド型マイクロレンズの構造および動作原理を示した図面である。
【符号の説明】
【００７２】
１１    上部金型
１３    下部金型
２１    基板
２３    感光剤
２３ａ    感光剤(円柱)
２３ｂ    感光剤(レンズプリフォーム)
３１    基板
３２    キャビティ
３３    第１紫外線硬化物質
３５    半球型ボールレンズ（屈折レンズ）
３７    第２紫外線硬化物質
３８    第２透明板（透明板）
３９    支持基板
４０    回折レンズ
４１    球型ボールレンズ（屈折レンズ）
４２    第１透明板
４３    光ディスク
５１    シリコン基板
５２    レジストパターン
５３    貫通孔
５４    ガラス基板
６１    回折レンズ金型
６２    液状ポリマー
【図１】
2005111978.tif 000003
【図２Ａ】
2005111978.tif 000004
【図２Ｂ】
2005111978.tif 000005
【図２Ｃ】
2005111978.tif 000006
【図２Ｄ】
2005111978.tif 000007
【図２Ｅ】
2005111978.tif 000008
【図３Ａ】
2005111978.tif 000009
【図３Ｂ】
2005111978.tif 000010
【図３Ｃ】
2005111978.tif 000011
【図３Ｄ】
2005111978.tif 000012
【図３Ｅ】
2005111978.tif 000013
【図３Ｆ】
2005111978.tif 000014
【図４Ａ】
2005111978.tif 000015
【図４Ｂ】
2005111978.tif 000016
【図４Ｃ】
2005111978.tif 000017
【図４Ｄ】
2005111978.tif 000018
【図４Ｅ】
2005111978.tif 000019
【図４Ｆ】
2005111978.tif 000020
【図４Ｇ】
2005111978.tif 000021
【図５Ａ】
2005111978.tif 000022
【図５Ｂ】
2005111978.tif 000023
【図５Ｃ】
2005111978.tif 000024
【図５Ｄ】
2005111978.tif 000025
【図５Ｅ】
2005111978.tif 000026
【図６Ａ】
2005111978.tif 000027
【図６Ｂ】
2005111978.tif 000028
【図６Ｃ】
2005111978.tif 000029
【図６Ｄ】
2005111978.tif 000030
【図６Ｅ】
2005111978.tif 000031
【図７Ａ】
2005111978.tif 000032
【図７Ｂ】
2005111978.tif 000033
【図７Ｃ】
2005111978.tif 000034
【図７Ｄ】
2005111978.tif 000035
【図７Ｅ】
2005111978.tif 000036
【図７Ｆ】
2005111978.tif 000037
【図７Ｇ】
2005111978.tif 000038
【図７Ｈ】
2005111978.tif 000039
【図８Ａ】
2005111978.tif 000040
【図８Ｂ】
2005111978.tif 000041
【図８Ｃ】
2005111978.tif 000042
【図８Ｄ】
2005111978.tif 000043
【図８Ｅ】
2005111978.tif 000044
【図８Ｆ】
2005111978.tif 000045
【図８Ｇ】
2005111978.tif 000046
【図８Ｈ】
2005111978.tif 000047
【図９Ａ】
2005111978.tif 000048
【図９Ｂ】
2005111978.tif 000049