(57)【要約】【課題】誘電体アンテナを備える光学素子を、高速で大量に製造できて、かつ、製造コストを大幅に削減でき、さらには、誘電体アンテナの形状自由度を高めることのできる製造方法を提供する。【解決手段】光源２からでた光２１を、一方の面を光源２に向けて配置した板状体３を介して外部に射出する光学素子１であって、前記光源２からの光２１を厚み方向に通過させる光透過板３２と、前記光透過板３２の光源２側の面に備わり、光遮蔽部３１１及び厚み方向に貫通する貫通部３１２を交互に配置してなる光遮蔽板３１と、前記各貫通部３１２を貫通して前記光源２側に突出する複数の誘電体アンテナ４と、を備えてなる光学素子１を、あらかじめ前記誘電体アンテナ４の形状の凹部６aを設けた型６を利用して製造する方法を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を厚み方向に通過させる光透過板と、
前記光透過板の光源側の面に設けられ、光を遮蔽する光遮蔽部と厚み方向に貫通する貫通部とが交互に配置されている光遮蔽板と、
前記光透過板の光源側の面から前記貫通部を貫通して前記光源側に突出する誘電体アンテナと、
を備える光学素子の製造方法であって、
前記光透過板上に前記光遮蔽板を形成してなる板状体を製造する第一工程と、
前記貫通部と同じピッチで設けられた凹部を有する型を設けておき、その型及び前記板状体を、凹部及び貫通部がそれぞれ対面するように位置決めして配置する第二工程と、
位置決めされた前記板状体及び前記型の間に、軟化状態にある光透過部材を介在させた状態で、それらを互いに押し付け、前記凹部に前記光透過部材を入り込ませて、前記導電体アンテナを形成する第三工程と、
前記型を前記光透過部材からはずす第四工程と、
を備えることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記第三工程において、前記板状体上に光透過部材層を形成し、その後、前記板状体と前記型とを互いに押し付けるようにしている請求項１記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記第三工程において、前記型上に光透過部材層を形成し、その後、前記板状体と前記型とを互いに押し付けるようにしている請求項１記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記光透過部材に光硬化性のものを用いるようにし、前記第三工程と第四工程との間に、光を照射することによって前記光透過部材を硬化させる光透過部材硬化工程をさらに設けている請求項１、２又は３記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記凹部の開口の面積が、その凹部の底面積に比べて同じか又は大きいものである請求項１、２、３又は４記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記型を透明なものとしておき、前記第二工程において、前記凹部の開口の縁部、側面又は底面の少なくとも一部にマーキングを設け、そのマーキングを手がかりにして、前記凹部と、対応する前記貫通部とを対面させるようにしている請求項１、２、３、４又は５記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかの方法で製造されることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、微細な誘電体アンテナを多数有した板状の光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光は電磁波であり、電波と同様な性状を有するので、例えば、特許文献１に示されるような、光に対してアンテナ効果を奏する誘電体アンテナによって集光することが可能である。
【０００３】
特許文献１のように多数の誘電体アンテナを備える光学素子を製造するには、特許文献２や３に示されるように、例えば、基板上に設けたレジスト層を露光及び現像によってパターンニングした上に金属をスパッタした後、溶液で溶解してレジスト層及び不要な金属部分のリフトオフを行い、さらにその上に誘電体アンテナを形成する素材の層を設け再度同様の手法でパターンニングを行い、最終的にエッチングによって誘電体アンテナを形成する、という高度な微細加工技術を用いる。
【０００４】
しかしながら、前述の微細加工技術は、パターンニングやエッチング技術を複数回にわたって行わなければならないため、大面積化や生産速度の向上が難しく、非常にコストがかかる。また、エッチングによって誘電体アンテナを形成しているので、その形状の設計自由度が低い。
【特許文献１】特願２００５−１０４７２８
【特許文献２】特開２００５−２９４７６７
【特許文献３】特開２００４−２４５８４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、前記問題点に鑑み、誘電体アンテナを備える光学素子を、高速で大量に製造できて、かつ、製造コストを大幅に削減でき、さらには、誘電体アンテナの形状自由度を高めることのできる製造方法を提供することをその所期課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明に係る光学素子の製造方法は、光源からの光を厚み方向に通過させる光透過板と、前記光透過板の光源側の面に設けられ、光を遮蔽する光遮蔽部と厚み方向に貫通する貫通部とが交互に配置されている光遮蔽板と、前記光透過板の光源側の面から前記貫通部を貫通して前記光源側に突出する誘電体アンテナと、を備える光学素子の製造方法であって、前記光透過板上に前記光遮蔽板を形成してなる板状体を製造する第一工程と、前記貫通部と同じピッチで設けられた凹部を有する型を設けておき、その型及び前記板状体を、凹部及び貫通部がそれぞれ対面するように位置決めして配置する第二工程と、位置決めされた前記板状体及び前記型の間に軟化状態にある光透過部材を介在させた状態で、それらを互いに押し付け、前記凹部に前記光透過部材を入り込ませて、前記導電体アンテナを形成する第三工程と、前記型を前記光透過部材からはずす第四工程と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このようなものであれば、あらかじめ誘電体アンテナの形状の凹部を設けた型を利用することができ、誘電体アンテナを形成するための工程数が大幅に削減されるので、光学素子の製造が高速で大量に行えるようになり、かつ、製造コストを大幅に削減することも可能となる。また、製作自由度のある型の凹部により、誘電体アンテナの形状を定めることができるので、誘電体アンテナの形状の設計自由度が飛躍的に向上する。
【０００８】
具体的な実施態様としては、前記第三工程において、前記板状体上に光透過部材層を形成し、その後、前記板状体と前記型とを互いに押し付けるようにしているものを挙げることができる。
【０００９】
他の具体的な実施態様としては、前記第三工程において、前記型上に光透過部材層を形成し、その後、前記板状体と前記型とを互いに押し付けるようにしているものを挙げることができる。
【００１０】
また、成型された光透過部材を簡易な方法で硬化させるには、前記光透過部材に光硬化性のものを用いるようにし、前記第三工程と第四工程との間に、光を照射することによって前記光透過部材を硬化させる光透過部材硬化工程をさらに設けておくことが好ましい。
【００１１】
成型後の光透過部材からはずすのが容易で、さらにはずす時の誘電体アンテナの破損を可及的に減少させるためには、前記凹部の開口の面積を、その凹部の底面積に比べて大きくしておくことが好適である。
【００１２】
前記型を透明なものとした場合には、前記型の凹部と前記板状体の貫通部との位置合わせが難しいが、前記第二工程において、前記凹部の開口の縁部、側面又は底面の少なくとも一部にマーキングを設け、そのマーキングを手がかりにして、前記凹部と、対応する前記貫通部とを対面させるようにしているものであれば、前記板状体に別途位置決め用マーキングを設ける必要がなく、板状体の全面に誘電体アンテナを形成することも可能となるため、製造効率の更なる向上が期待できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように構成した本発明によれば、誘電体アンテナを備える光学素子を高速で大量に製造することが可能となり、かつ、製造コストを大幅に削減することも可能となる。また、誘電体アンテナの形状の設計自由度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態につき、図面を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態に係る光学素子１は、図１にその全体斜視図、図２にその一部の拡大断面図を示すように、光源２からでた光２１を、一方の面を光源２に向けて配置した板状体３を介して外部に射出するものである。
【００１６】
前記光学素子１は、前記光源２からの光２１を厚み方向に通過させる平板矩形状をなす光透過板３２と、前記光透過板３２の光源２側の面上に形成され、光遮蔽部３１１及び厚み方向に貫通する貫通部３１２を交互に配置してなる光遮蔽板３１と、前記光透過板３２から前記各貫通部３１２を貫通して前記光源２側に突出する複数の誘電体アンテナ４とを備えたものである。前記光透過板３２には、ガラス（ＳｉＯ２）などの光を透過させる材質のものを用いる。また、前記光遮蔽板３１は、例えばここではクロームやアルミニウム等のような電導性を有する物質である金属で、その厚みは約０．２μｍ程度である。なお、この光遮蔽板３１は、金属の他、樹脂等でも構わない。要は、使用する光を遮蔽できるものであればよいのであって、例えば、使用する光が紫外領域であれば、可視光を透過させるような、一見透明であるいは色付のようなものであっても、紫外線を遮蔽する素材であればよい。
【００１７】
本実施例においては、前記誘電体アンテナ４の形状を円柱とした。前記誘電体アンテナを形成する素材としては、樹脂、及び、ガラス、半導体等のように、光を透過し、かつ軟化状態から硬化させることのできる光透過部材であればよく、ここでは、所定波長の光を照射すると軟化状態から硬化する光硬化性樹脂である誘電性ポリマーを用いている。前記誘電体アンテナ４の径、長さ（高さ）、ピッチは、例えばそれぞれ０．０１〜１００μｍ程度であるが、この誘電体アンテナ４が、所望の波長の光を集光し透過させるアンテナとしての機能を最も発揮できるように適宜設定すればよい。具体的には、その径が、透過させたい帯域の光の波長の０．０１〜３５００倍、その長さが、透過させたい帯域の光の波長の０．００９〜２５００倍、その配設ピッチが透過させたい帯域の光の波長の０．００６〜２０００倍に設定しておくことが好ましい。
【００１８】
次に、前記構造を備える光学素子１の製造方法を説明する。なお、以下の説明に係る図面は、本製造工程における全体図の一部を拡大した部分断面図とする。
【００１９】
はじめに、前記板状体３を形成する第一工程を行う。図３に示すように、前記光透過板３２にレジスト５を塗布する。
【００２０】
続いて、図４に示すように、前記レジスト５の不要な部分を除去するために露光と現像とを行って、前記レジスト５をパターンニングする。
【００２１】
そして、図５に示すように、金属をスパッタし、金属層３１aを形成する。
【００２２】
次に、図６に示すように、溶解によるリフトオフによって、前記金属層３１aのうち前記光遮蔽部３１１を構成しない部分と前記レジスト５とを除去し、前記光遮蔽部３１１及び前記貫通部３１２を備える板状体３を形成する。
【００２３】
以上の第一工程の後、第二工程として、図７に示すように、前記板状体３と前記誘電体アンテナ４の形状の凹部６aを複数備える型６との位置決めを行う。前記型６はガラスなどの光透過性素材のものであり、その凹部６aの径、長さ（深さ）、ピッチは、前記誘電体アンテナ４のものと同じである。また、前記凹部６aの開口６ｂのふちには、前記貫通部３１２との位置あわせ用の手がかりとなるように、光を通さない又は色付きの、例えば金属製のマーキング６ｃを施す。前記マーキング６ｃの位置は、本実施例においては、前記型６の四方隅に設けられた凹部６aとする。前記透明な型６の上方からその下に配置した前記板状体３を見たときに、前記凹部のマーキング６ｃが、それら凹部に対応する前記板状体の貫通部３１２、すなわち前記板状体３の四方隅に設けられた貫通部３１２と重なるように位置を合わせる。
【００２４】
さらに、第三工程として、前記板状体３の前記光遮蔽板３１側に前記誘電体アンテナを形成する樹脂4ａの層を形成した後、前記型６を押し付ける。
【００２５】
このようにすると、図８に示すように、前記樹脂４aは前記凹部６aに入り込み、前記誘電体アンテナ４の形状に成型される。この状態で光を照射することによって樹脂硬化工程を行う。
【００２６】
最後に、第四工程として、図９に示すように、前記型６をはずす。これにより、前記誘電体アンテナ４を多数備える前記光学素子１が完成する。
【００２７】
次に、本発明の変形態様について説明する。なお、以下の説明中、前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付している。
【００２８】
型６の凹部６aの形状は、円柱のみならず、例えば、四角柱、六角柱など、高さ方向に亘って等断面形状のものや、その他、高さ方向によって横断面（積）が異なるものでもよい。例えば、部分円錐のように底面から開口に至るまで徐々に断面積が大きくなっていくもの（図１０参照）や、底部６eが等断面で頂部６ｆが開口に向かうにつれ徐々に断面積の広くなっていくもの（図１１（ａ）（ｂ）参照）であれば、型をはがしやすく、その際、形成されている誘電体アンテナが破損しにくい形状となる。また、凹部６aの形状は、一部またはそれぞれの形態が互いに異なっていても構わない。
【００２９】
さらに、図１２（ａ）乃至（ｄ）に示すように、断面積における底面６ｄの角が直角でないもの、角がないもの、盛り上がっているもの、角を持って凹んでいるものなど、誘電体アンテナとして作用するものであればどのような形状であってもかまわない。
【００３０】
また、図１３に示すように、誘電体アンテナ４を、異なる屈折率の素材４ｂ〜４ｅを用いて高さ方向に積み重ねた多層構造のものにしてもよい。例えば先端の層４ｂから順に屈折率の高い層４ｅへとなだらかに多層化した場合、一度入射した光が突出体から放出されにくくなる。また屈折率の層を適切な順に多層化すると、プリズム作用で透過した光が角度によって異なるスペクトルを放ち、光の色に係る質感を変化させることが可能になる。また層数と層の厚みを適宜設定して、目的のスペクトルをさらに効率よく透過させることも可能になる。
【００３１】
同様に、図１４に示すように、光遮蔽板３１を多層構造３１１ａ〜３１１ｄにしてもよい。例えば金属板に塗料を塗る場合などがこれに相当する。このことによって、酸化や劣化の防止、反射率向上などの効果が得られ、あるいは光の質感を繊細に制御することも可能になる。例えば塗料に蛍光を発するものを塗ったり、所定帯域の光のみを選択的に反射するような塗料を塗ったりしてもよい。
【００３２】
誘電体アンテナ４と貫通部３１２とは同径である必要はなく、例えば、図１５に示すように、貫通部３１２の径を誘電体アンテナ４の径よりもナノオーダーで大きくして、成形後の誘電体アンテナ４と貫通孔３１２との間に隙間が生じるようにしてもよい。このようなものであれば、前記第二工程において板状体３と前記型６との位置あわせにおいて前記型６の凹部と貫通孔３１２との間に多少のずれが生じても許容できる。
【００３３】
また、前記型６の凹部の位置合わせ用の手がかりとなるマーキングは、その凹部の開口の縁部、側面、底面の一部又は全部に設けたものであってもよいし、その数は凹部の一部であっても全部であってもよく、さらには、数個の凹部自体を金属などで埋めて位置合わせのためのマーキング専用のものにしてもよい。
【００３４】
図１６に示すように、型６に設けられた凹部６aからその開口と反対方向に貫通する小孔６ｇをさらに設け、空気抜きの役割を果たすようにしてもよい。樹脂と型とを押し付ける工程を大気中で行った場合には、樹脂と型との間に空気が入り、正確な形状の誘電体アンテナが作れない場合もあるが、このような空気抜きの孔を設けることで、その問題が解消される。
【００３５】
また、樹脂と型とを押し付ける工程あるいはそのほかの工程も含めて、真空中で行ってもよい。その場合には、図１６に示す小孔６ｇのような空気抜きを設けなくても、樹脂と型との間に空気が入ることはない。前記工程は、空気以外の気体中で行ってもよい。気体とは窒素やアルゴンなどの不活性な気体や、逆に、例えば化学反応等を促進させるといった加工の目的から活性な気体であってもよい。
【００３６】
さらに、型にフッ素系やシリコン系の離型剤、オイルなどの剥離促進剤を塗布しておけば、成型後の樹脂から剥がれやすくすることができる。
【００３７】
光により樹脂を硬化させる場合、図１７に示すように、型６の底面６ｄに反射防止加工を行っておけば、光の無駄な反射を防止でき、光硬化効率を高めることができる。
【００３８】
また、誘電体アンテナの材料となる硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂も挙げることができる。その場合には、熱を加えることによって樹脂を硬化させる。
【００３９】
さらに、図１８（ａ）乃至（ｅ）に、その他の変形例として、凹部６aが光遮蔽板３１と同径となるように構成した型６をレジスト５を塗布した板状体３に押し付けて貫通部３１２を形成し、そこに樹脂４aをつめた後でレジスト５を除去することによって光学素子１を製造する方法を示す。
【００４０】
その他、本発明は前述した実施形態や変形例の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態における誘電体アンテナを示す全体斜視図。
【図２】同実施形態における誘電体アンテナの内部構造を示す部分断面図。
【図３】同実施形態におけるレジスト塗布状態を示す部分断面図。
【図４】同実施形態における露光、現像後の状態を示す部分断面図。
【図５】同実施形態における金属スパッタ後の状態を示す部分断面図。
【図６】同実施形態におけるリフトオフ後の状態を示す部分断面図。
【図７】同実施形態における型と樹脂を押し付けた板状体との位置合わせをした状態を示す部分断面図。
【図８】同実施形態における型押し付け時の状態を示す部分断面図。
【図９】同実施形態における型をはずした後の状態を示す部分断面図。
【図１０】本発明の変形実施形態における型の形状を示す部分断面図。
【図１１】本発明の変形実施形態における型の形状を示す部分断面図。
【図１２】本発明の変形実施形態における型の形状を示す部分断面図。
【図１３】本発明の変形実施形態における誘電体アンテナの内部構造を示す部分断面図。
【図１４】本発明の変形実施形態における誘電体アンテナの内部構造を示す部分断面図。
【図１５】本発明の変形実施形態における誘電体アンテナの内部構造を示す部分断面図。
【図１６】本発明の変形実施形態における型の形状を示す部分断面図。
【図１７】本発明の変形実施形態における型の形状を示す部分断面図。
【図１８】本発明の変形実施形態における誘電体アンテナの製造工程を示す部分断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・光学素子
２・・・光源
２１・・光
３・・・板状体
３１・・光遮蔽板
３１１・光遮蔽部
３１２・貫通部
３２・・光透過板
４・・・誘電体アンテナ
４a・・光透過部材（樹脂、樹脂層）
６・・・型
６a・・凹部
６ｂ・・開口
６ｃ・・マーキング
６ｄ・・・底面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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