(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の少なくとも片面に形成された球面又は非球面状の屈折面と、この屈折面の大きさに対応させた開口を有する遮光部とを備え、前記屈折面の直径が10μｍ未満であるマイクロレンズにおいて、
前記屈折面に重複する位置又は屈折面の外周部に位置して、前記屈折面から発する回折光に干渉して前記回折光の強度を減少させるように光学的位相差を生じさせる位相シフト部を設け、前記遮光部の前記開口は、前記屈折面外周より大きくて屈折面外周形状と相似の形状を有し、前記位相シフト部は、前記屈折面外周と前記開口との間で一定幅の環状となった基板領域に柱状突起が多数形成された基板表面構造領域よりなることを特徴とするマイクロレンズ。
【請求項２】
前記基板表面構造領域における前記柱状突起は、その突起部分の内接円の直径Ｄ２と突起の配列ピッチＰとの比Ｐ：Ｄ２が１：０．１〜１：０．５なる範囲を満たすように形成されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズ。
【請求項３】
前記基板表面構造領域における前記柱状突起は、その突起部分の高さＨ２と突起部分の直径Ｄ２との比Ｄ２:Ｈ２が１：２〜１：１０なる範囲を満たすように形成されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズ。
【請求項４】
前記基板表面構造領域における突起間隙部分に突起部分とは屈折率の異なる透明材料が充填されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか一に記載のマイクロレンズ。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一に記載のマイクロレンズにおいて、前記屈折面、前記開口及び前記位相シフト部が１次元的又は２次元的に複数配列されたアレイ構造を有することを特徴とするマイクロレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像機能を有する屈折面が基板上に形成されるとともに屈折面に対応した開口を持つ遮光部とを備えた単一構造又はアレイ構造のマイクロレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体プロセス技術を応用したマイクロ加工技術が急速に進展している。この技術を用いることにより、従来の研磨加工では作成が不可能か若しくは加工が非常に困難で極めて高価になるような微小な光学素子及びそれらを多数配列したアレイ構造の微小な光学素子が、高精度な形状精度でかつ安価に作成できるようになり、多方面に応用されている。
【０００３】
その応用の主な例の１つは、プロジェクタ用の液晶表示素子の実質的な開口率を向上させる目的で使用されるマイクロレンズアレイである。通常、何も対策を施さない場合は、液晶素子に入射する光のおよそ半分は駆動用の配線やＴＦＴ部に遮られて画像の形成に寄与せず、無駄となってしまうのに対して、液晶の１画素毎に微小な凸レンズを設けて入射光を液晶開口部に集光することにより透過光量の低下を回避することができる。
【０００４】
このような液晶素子の例は、例えば、特開平９−２５８１９５号公報に記載されている。このような集光の目的に用いるレンズは、主に凸レンズであり、その形成には所定の形状にパターニングしたフォトレジスト膜を加熱して流動化させ、表面張力により球面を形成する手法が用いられている。
【０００５】
フォトレジストが透明である場合は、そのレンズ形状をそのまま用いてもよいが、多くの場合、レンズには耐熱性が要求されるので、ドライエッチングにより凸レンズ形状をガラスなどの基板に転写することが行われる。また、このような方法により形成した基板を母型としてガラスや光学プラスチックを材料としてモールディングすることにより安価に同じ形状の素子を作成することができる。
【０００６】
このような熱可塑性材料の加熱流動化を基にしたマイクロレンズアレイの製造方法は、例えば、特開平６−１９４５０２号公報に記されている。この方法により、凸レンズ形状の微小光学素子アレイ全般を良好に作成できる。
【０００７】
液晶プロジェクタに用いられる液晶表示器の画素ピッチは、近年では２０μｍ程度のものが用いられているが、装置の小型化を図るため微細化される傾向にあり、最終的には、数年のうちに５〜７μｍまで微細化されると予想される。
【０００８】
上述の熱変形法によれば、このような微細な凸レンズアレイも形成することができるが、レンズの口径が小さくなるにつれてその屈折面の形状誤差が相対的に大きくなるため、集光スポットが予期したほど絞れない、即ち、解像力が低下する、という問題が生じている。
【０００９】
この問題に対して、Ｅ．Ｈ．Ｌinfoot及びＥ．Ｗo1f著の学術論文"Ｐroceedings of Ｐhysica1 Ｓociety Ｂ，Ｖol.145頁から149頁(1953年) "にある通り、従来から、中央部に遮光部分を持つ開口、即ち、円環状の開口によれば、円形の開口に比べて解像力が向上することが知られている。この原理を利用すれば、マイクロレンズアレイの解像力を向上させ得ると考えられる。このような構造例は、例えば、特開平８−３１３７０６号公報にも記載されている。
【００１０】
このように中央部を遮光することによる解像力の改善方法は、解像力においてはこれを増大させる効果が得られるものの、マイクロレンズの中央部分を遮るので、透過する光量を著しく減少させてしまう、という問題を生ずる。従って、この改善方法を前述の液晶プロジェクタにおけるマイクロレンズのように透過光束の有効な活用を目的とした素子に適用すると、透過する光量は、結局、少なくなるため、素子本来の目的が果たせなくなるという問題を生じ、この改善方法は実際には用いることはできない。
【００１１】
以前のようにマイクロレンズが数十μｍ程度以上の比較的大きい直径を有している場合であれば、上述した従来例のようにレンズ中央を遮光する方法も一定の効果を示すが、マイクロレンズが高精細なものとなり、その直径が概ね１０μｍ未満となった場合には、透過光量低下のデメリットのほうが支配的となってしまう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように直径が概ね１０μｍ未満となるような高精細なマイクロレンズに対しては、解像力を向上させるための良好なる手段がない現状にある。
【００１３】
そこで、本発明は、直径が１０μｍ未満といった微小・高精細なマイクロレンズにおいても透過光量の低下を生じることなく、解像力を向上させ得る構造のマイクロレンズを提供することを目的とする。
【００１４】
本発明は、さらには、上記目的を実現する上で、生産性或いは集光性等に優れた、より最適なる具体的構造例を明らかにする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、基板の少なくとも片面に形成された球面又は非球面状の屈折面と、この屈折面の大きさに対応させた開口を有する遮光部とを備え、前記屈折面の直径が10μｍ未満であるマイクロレンズにおいて、前記屈折面に重複する位置又は屈折面の外周部に位置して、前記屈折面から発する回折光に干渉して前記回折光の強度を減少させるように光学的位相差を生じさせる位相シフト部を設け、前記遮光部の前記開口は、前記屈折面外周より大きくて屈折面外周形状と相似の形状を有し、前記位相シフト部は、前記屈折面外周と前記開口との間で一定幅の環状となった基板領域に柱状突起が多数形成された基板表面構造領域よりなることを特徴とする。
【００１６】
なお、本明細書における「波長λの光束」は、レーザ光のように比較的波長範囲の狭い光束、或いは、色分解プリズムで分解された光のように比較的波長範囲の広い光束を意味する。
【００１７】
屈折面による集束光に回折光が重なると集光スポットが大きくなってしまうが、位相シフト部なる部位を透過する光束の位相を適正に制御するとともに、屈折面から発する回折光に干渉させることで、この回折光の強度が減少し、回折光により集光スポットが大きくなることがなく、レンズとしての解像力が向上する。ここに、屈折面を透過する光を遮る部分はないので、その光量を低下させることなく、解像力を低下させる原因となる屈折面からの回折光の強度のみを位相シフト部を利用して有効に減ずることができ、直径が１０μｍ未満となるような非常に微細な構造の場合でも、透過光量の低下を引き起こすことなく、光束をより小さな領域に集光させることができる。
また、位相シフト部を形成する上で薄膜の堆積が不要なため、薄膜材料に適当なものがない場合であっても、より多くの場合に適用可能な汎用性の高い位相シフト部を提供できる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のマイクロレンズにおいて、前記基板表面構造領域における前記柱状突起は、その突起部分の内接円の直径Ｄ２と突起の配列ピッチＰとの比Ｐ：Ｄ２が１：０．１〜１：０．５なる範囲を満たすように形成されている。
【００１９】
従って、請求項１記載の発明を実現する上で、より良好なる集光特性が得られる条件の位相シフト部を提供できる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のマイクロレンズにおいて、前記基板表面構造領域における前記柱状突起は、その突起部分の高さＨ２と突起部分の直径Ｄ２との比Ｄ２:Ｈ２が１：２〜１：１０なる範囲を満たすように形成されている。
【００２１】
従って、請求項１記載の発明を実現する上で、より良好なる集光特性が得られる条件の位相シフト部を提供できる。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか一に記載のマイクロレンズにおいて、前記基板表面構造領域における突起間隙部分に突起部分とは屈折率の異なる透明材料が充填されている。
【００２３】
従って、請求項１ないし３記載の発明を実現する上で、その耐環境性が高まる条件の位相シフト部を提供できる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一に記載のマイクロレンズにおいて、前記屈折面、前記開口及び前記位相シフト部が１次元的又は２次元的に複数配列されたアレイ構造を有することを特徴とするマイクロレンズアレイにある。
【００２５】
従って、例えば液晶プロジェクタ等に適用されるアレイ構造を有する場合にも、透過光量の低下なく集光性を高めることができる等の効果が得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項１記載の発明に相当するマイクロレンズ１の基本的な構成例を示すものである。
【００２７】
このマイクロレンズ１は、概略的には、波長λの光束を透過する基板２の例えば片面に凸レンズをなすよう球面状に形成されて集光作用を示す屈折面３と、この屈折面３に対応する同心円状に形成された円形の開口４を有する遮光部５とを備えた構造を基本とし、このような基板２上の一部に位相シフト部６が付加されている。この位相シフト部６はこの部位を透過する光の位相を予め設定された光学的位相差を生じさせるように制御するためのもので、例えば、開口４の領域内において屈折面３と一部重複するような円環状（ドーナツ状）形状にて、屈折面３とは反対側の面に形成されている。即ち、屈折面３から発する回折光に対してこの位相シフト部６を透過した光束が干渉するように配設されている。
【００２８】
このような構成において、屈折面３を透過した光束は集光されると同時に、屈折面３周りの開口によりその一部が回折されて回折光となる。ここに、従来のマイクロレンズでは屈折面の外周に屈折面とほぼ同形状の開口を有する遮光部を設けていただけであり、屈折面の開口と遮光部の開口とはほぼ同形状であり、その回折光は減少させられることなく焦点面に到達しており、マイクロレンズによる集束光に回折光が重なり、集光スポットが大きくなっていたものである。
【００２９】
この点、本実施の形態のマイクロレンズ１では、遮光部５に形成する開口４を屈折面３の外周形状（円形）と相似形状でこの屈折面３より大きくし、かつ、屈折面３の外周部付近に位相シフト部６が設けられているので、屈折面３周りの開口部分で生じた回折光は、位相シフト部６を透過した後、遮光部５の開口４で回折した回折光と重なり合う。そこで、位相シフト部６での位相シフト量を適切に設定すれば、屈折面３の開口で生じた回折光と遮光部５の開口４で生じた回折光とを干渉させることで、そのエネルギをゼロに近づけることができる。従って、マイクロレンズ１の屈折面３に入射した光束は全て集束に寄与し、回折光により集光スポットが大きくなることなく集光される。光束が或る程度の波長幅を持つときは、その中心波長などに対して位相シフト量を定めればよい。
【００３０】
本実施の形態のような構造によれば、従来の円環形状の開口による解像度向上方法にみられるような遮光部が屈折面３部分には一切ないので、マイクロレンズ１の屈折面３を透過する光量を減少させることなく、解像力を低下させる原因である屈折面３からの回折光の強度のみを、屈折面３からの回折光に位相シフト部６を透過した位相の異なる光束を干渉させることにより、有効に減じることができる。従って、光量低下を生じることなくマイクロレンズ１の解像力を向上させ、従来のマイクロレンズに比較して、より小さなスポットに光を集光させることができる。
【００３１】
これにより、従来のマイクロレンズアレイでは充分に光の利用効率を高められなかった画素ピッチの小さな高精細の透過型液晶パネルにおいても、光源光の利用効率を向上させることができ、これを使用したプロジェクタ装置などにおいて、より明るい表示輝度を実現できる。
【００３２】
本発明の参考例としての第二の実施の形態を図２ないし図７に基づいて説明する。図１で示した部分と同一ないし同等の機能を果たす部分は同一符号を用いて示す（以降の参考例としての各実施の形態でも同様とする）。基本的な構成例を示した第一の実施の形態に対して、本実施の形態は、上述の位相シフト部６の具体的構造と、これをどのように作製するかということが重要である点を考慮し、多くの検討と実験とに基づき、様々な場合に適し、かつ、工業的に生産が容易なマイクロレンズ１のより具体的な構成例の１つを示すものである。
【００３３】
即ち、最も多くの場合に適した基本的な構造として、本実施の形態の位相シフト部６は、波長λの光束に対して予め設定された光学的厚さを有する透明薄膜が屈折面３の外周付近に沿って一定の幅の環状となるようにパターニングされた薄膜領域として形成されている。
【００３４】
このような構造によれば、位相シフト部６の位相シフト量は、単に、透明薄膜の膜厚を変化することにより任意に設定することができ、その製造が容易であるという利点がある。
【００３５】
位相シフト部６となる透明薄膜としては、真空蒸着法やスパッタリング法により形成した酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン(ＳｉＯＮ)、酸化アルミニウム、弗化カルシウム、弗化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化窒化ジルコニウムなど透明な薄膜であれば殆どのものが使用できる。また、これらの化合物が混合された組成の薄膜でもよい。また、各種光学ガラスのスパッタリング膜なども使用できる。これらの薄膜はその製造プロセスが確立されており、膜厚や屈折率の再現性が高い。従って、光束に対する位相シフト量の再現性も高く、本実施の形態のマイクロレンズ１の製造が容易となる。
【００３６】
ここに、マイクロレンズ１の使用環境温度が２００℃以下の比較的低い温度である場合には、位相シフト部６となる透明薄膜としては、ＰＭＭＡ、ポリイミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリテトラフロロエチレン等の樹脂薄膜、或いは、その他の透明な樹脂薄膜も使用することができる。
【００３７】
これらの透明薄膜をパターニングした位相シフト部６を有するアレイ構造のマイクロレンズの基本的な構造を図２(ａ)に示す。位相シフト部６は図２(ｂ)又は(ｃ)のように屈折面３と同じ面に形成されていてもよい。また、図２(ｂ)のようにその一部が屈折面３と重なって形成されていてもよいし、図２(ｃ)のように隣接して形成されてもよい。
【００３８】
また、屈折面３は図３(ａ)のように凹面であってもよい。位相シフト部６は図３(ｂ)又は(ｃ)のように屈折面３と同じ面に形成されていてもよい。また、図３(ｂ)のようにその一部が屈折面３と重なって形成されてもよいし、図３(ｃ)のように隣接して形成されていてもよい。
【００３９】
また、屈折面３は図４(ａ)のように基板２の凹面３ａに屈折率の異なる透明材料３ｂが充填された屈折面であってもよい。位相シフト部６は図４(ｂ)又は(ｃ)のように屈折面３と同じ面に形成されていてもよい。また、図４(ｂ)のようにその一部が屈折面３と重なって形成されていてもよいし、図４(ｃ)のように隣接して形成されてもよい。
【００４０】
また、屈折面３は図５(ａ)のように複数あってもよい。位相シフト部６は図５(ａ)のように個別の基板２ａ，２ｂに各々屈折面３を形成し、その問に位相シフト部６を積層してもよく、図５(ｂ)のように基板２の両面に形成された２つの屈折面３の片側に隣接若しくはその一部が重なって形成されていてもよい。図５(ｃ)のように基板２の両側に位相シフト部６を形成してもよい。複数ある屈折面３はその一部若しくは全部が凹面の屈折面又は凹部に透明材料が充填されてなる屈折面でもよい。
【００４１】
また、アレイ構造のマイクロレンズ（マイクロレンズアレイ７）を形成する際の隣接するマイクロレンズ１間で図６(ａ)に示すように位相シフト部６が連続していてもよい。
【００４２】
マイクロレンズアレイ７のマイクロレンズ１間の距離が小さい場合には遮光部５を設けることが困難となる。このような場合に限っては遮光部を設けずに位相シフト部６のみでもある程度効果が得られるので、図６(ｂ)のように遮光部を設けない構造でもよい。
【００４３】
また、位相シフト部６はその効果を高めるために図７(ａ)に示すように面内で厚さの変化を持たせ、位置により位相量を変化させてもよい。
【００４４】
本発明の参考例としての第三の実施の形態を図８ないし図１０に基づいて説明する。
【００４５】
まず、前述した第二の実施の形態による位相シフト部６を検討すると、環状にパターニングする必要があるため、製造工程におけるフォトマスクが新たに必要となり、製造コストの上昇を招く。そこで、本実施の形態では、製造コストをなるべく低く抑えたい場合に適した位相シフト部の構造として、遮光部５の開口４は屈折面３より大きくこれと相似の形状を持ち、位相シフト部６は、波長λの光に対して予め定められた光学的厚さを有する透明薄膜が屈折面３上にこの屈折面３と相似の形状にパターニングされた薄膜領域とするものである。
【００４６】
この構造例を図８(ａ)に示す。この位相シフト部６の領域は周囲の開口部分に対して屈折面３の透過光の位相を遅らせるので、この位相量を適切に定めることにより屈折面３の外周部に位相シフト部を設けた場合と等価な効果を得ることができる。位相シフト部６を構成する透明薄膜は前述の第二の実施の形態の場合と同様のものが使用できる。この構造によれば、位相シフト部６の形状をパターニングするフォトマスクには屈折面３を形成する際に使用するフォトマスクを兼用して用いることができる。
【００４７】
従って、第二の実施の形態による構造の位相シフト部６を使用した場合に近い効果が得られ、製造コストの上昇を抑制し得る利点が得られる。ただし、屈折面３上に位相シフト部６を設けるため、その透明薄膜には光線の透過率が高いことが非常に重要となる。また、屈折面３上の膜厚の均一性も厳しく要求されるようになる。このような条件は通常の薄膜作成装置においては実現可能なものであるが、マイクロレンズ１又はマイクロレンズアレイ７の使用波長等によっては優れた光線透過率を持つ薄膜材料が得られなかったり、均一な成膜が困難な場合がある。このような場合には、屈折面３上には薄膜を設けない第二の実施の形態による位相シフト部６の構造とした方が、透明薄膜の透過率が低いことや均一性が悪いことが特性低下に結びつきにくい特徴があるため、より高い集光性能のマイクロレンズ１又はマイクロレンズアレイ７を実現できる傾向にある。従って、製造コストよりもマイクロレンズ１又はマイクロレンズアレイ７の集光性能を重視する場合には、第二の実施の形態による位相シフト部６が適している。
【００４８】
なお、本実施の形態の位相シフト部６を用いたマイクロレンズアレイ７において、屈折面３は図８(ｂ)のように凹面であってもよい。
【００４９】
また、屈折面３は図８(ｃ)のように基板２の凹面３ａに屈折率の異なる透明材料３ｂが充填された屈折面であってもよい。また、屈折面３は図８(ｄ)のように複数あってもよい。
【００５０】
また、図９(ａ)に示すように位相シフト部６が屈折面３の反対面に形成されていてもよい。この構造は特にマイクロレンズアレイ７においてマイクロレンズ１間の距離が小さい場合にその製造が容易になり有効である。屈折面３に位相シフト部６を設けたマイクロレンズアレイ７の構造例を図９(ｂ)に示す。
【００５１】
また、位相シフト部６はその効果を高めるために図１０に示すように面内で厚さの変化を設け、位置により位相量を変化させてもよい。
【００５２】
本発明の参考例としての第四の実施の形態を図１１に基づいて説明する。前述の第二、第三の実施の形態による位相シフト部６は屈折面の周囲に近接して位相シフト領域が設けられているが、では、遮光部５において屈折面３に対応した開口４の周囲にさらに環状の光透過領域８を設け、この光透過領域８に透明薄膜を堆積した構造の位相シフト部６を設けるようにしたものである。
【００５３】
この構造を図１１に示す。この構造では、遮光部５の位相シフト部６に対応した開口４は屈折面３に対応した開口部と同一のフォトマスクにより一括して形成されるので相互の位置関係を極めて高く維持することが容易である。従って、位相シフト部６の位置が遮光部５の開口４によって規定され、位相シフト部６をパターニングする際のアライメント精度が緩和され製造が容易になるという利点がある。ただし、マイクロレンズ１の周囲に余分なスペースを要することとなるので単一のマイクロレンズ１や間隔の広いマイクロレンズアレイ７に適し、レンズ間距離をなるべく狭めて作成したいレンズアレイの場合などには適さない。
【００５４】
本発明の参考例としての第五の実施の形態について説明する。位相シフト領域としてパターニングされた薄膜を用いる場合、透過光の波長によっては使用できる材質が非常に限られ実際上作成が困難な場合がある。このような場合に適した構造として、本実施の形態では、薄膜の不要な位相シフト領域の構造を検討したものである。
【００５５】
その構造の１つは、レジストマスクにより部分的に基板材料をエッチングすることなどにより基板２を彫り込み、位相シフト部６に対応した開口部分の基板２の厚さを変化させて透過光の位相遅れを変化させ、この領域を位相シフト部６とする構造である。この構造によれば、位相シフト部６を構成する薄膜の堆積が不要であるので、製造が容易になるという効果も得られる。
【００５６】
ただし、この方法は、基板材料を均一な深さにエッチングすることが容易で、かつ、必要とする位相遅れ量に対して基板２の屈折率が適切である場合にのみ実施することができるので適用範囲は若干限定される。
【００５７】
本発明の参考例としての第六の実施の形態について説明する。そこで、本実施の形態では、より多くの場合に適用可能な構造として、多数の小さな突起が基板２上に形成され見掛けの屈折率が基板２と異なる領域を形成するようにしたものである。
【００５８】
より具体的に、種々の構造を作成し、実験により比較した結果、断面が矩形である薄い板状の突起が多数形成された表面構造領域を位相シフト部６として形成した構造によると良好な結果が得られたものである。また、多数の柱状の突起が形成された表面構造領域を位相シフト部６として形成した構造（請求項１記載の発明に相当する）によっても良好な結果が得られた。
【００５９】
本実施の形態におけるこれらの２つの構造を比較すると、機械的強度においては板状の突起を形成した表面構造領域による位相シフト部６の方が強固であり、酎環境性の高いマイクロレンズアレイ７を必要とする場合に適している。位相シフト領域としての効果、即ち、マイクロレンズ１により集光された光スポットをより小さくできるという点においては柱状の突起を形成した表面構造領域による位相シフト部６の方が優れており集光性能を重視したマイクロレンズアレイ７を必要とする場合に適している。
【００６０】
板状の突起を形成した表面構造領域による位相シフト部６を用いた場合、その配列ピッチＰにより完成したマイクロレンズアレイ７の集光性能が変化することが観察されたので、実験により最適な配列ピッチＰの範囲を調べた。その結果、前述の板状の突起は、その配列のピッチが透過光の波長λに対してλ／３以下である場合に良好な集光性能が得られることが分かった。
【００６１】
また、板状の突起を形成した表面構造領域による位相シフト部６を用いた場合、その突起部分の厚さＤにより完成したマイクロレンズアレイ７の集光性能が変化することが観察されたので、実験により最適な突起部分の厚さＤの範囲を調べた。その結果、突起部分の厚さＤが、突起が配列のピッチＰとの比Ｐ：Ｄにおいて１：０．１から１：０．５の範囲にある場合に良好な集光性能が得られることが分かった。
【００６２】
また、板状の突起を形成した表面構造領域による位相シフト部６を用いた場合、その突起部分の高さＨにより完成したマイクロレンズアレイ７の集光性能が変化することが観察されたので、実験により最適な突起部分の高さＨの範囲を調べた。その結果、突起部分の高さＨが突起部分の厚さＤとの比Ｄ：Ｈにおいて１：２から１：１０の範囲にある場合に良好な集光性能が得られることが分かった。
【００６３】
板状の突起は平行な線状や屈折面３と同心の環状、若しくは屈折面３を中心とした放射状に形成することができる。これらは入射する光の偏光状態等によってその特性が変化するので実際の使用状態において実験により最適な形状とすることが望ましい。柱状の突起を形成した表面構造領域による位相シフト部６を用いた場合、その配列ピッチＰにより完成したマイクロレンズアレイ７の集光性能が変化することが観察されたので、実験により最適な配列ピッチＰの範囲を調べた。その結果、柱状の突起は、格子の交点にあるように配列され、その配列のピッチが透過光の波長λの１／３以下である場合に良好な集光性能が得られることが分かった。
【００６４】
柱状の突起を形成した表面構造領域による位相シフト部６を用いた場合、突起の太さにより完成したマイクロレンズアレイ７の集光性能が変化することが観察されたので、実験により最適な突起の太さの範囲を調べた。その結果、突起部分の内接円の直径Ｄ２が、突起が配列ピッチＰとの比Ｐ：Ｄ２において１：０．１から１：０．５の範囲にある場合（請求項２記載の発明に相当する）に良好な集光性能が得られることが分かった。
【００６５】
柱状の突起を形成した表面構造領域による位相シフト部６を用いた場合、突起の高さＨ２により完成したマイクロレンズアレイ基板の集光性能が変化することが観察されたので、実験により最適な突起の高さＨ２の範囲を調べた。その結果、突起部分の高さＨ２が突起部分の直径Ｄ２との比Ｄ２:Ｈ２において１：２から１：１０の範囲にある場合（請求項３記載の発明に相当する）に良好な集光性能が得られた。
【００６６】
基板材質と異なる屈折率を持ち、かつ、固化する前の状態では低粘度で位相シフト部６の突起の間に注入することが容易である透明樹脂材料が入手できる場合や、基板材質と異なる屈折率の透明薄膜が位相シフト部６の突起の間に良好な状態で充填して堆積することができる場合（請求項４記載の発明に相当する）、これらの方法により位相シフト部６を機械的に強固にすることができ、完成したマイクロレンズアレイ７の振動や表面摩擦などに対する耐性を高めることができる。ただし、この構造は製造コストが高くなるのでマイクロレンズアレイ７がモジュール内部に封止される場合などのようにマイクロレンズアレイ７自体に高い耐環境性が必要ないときは、適用する必要はない。
【００６７】
板状若しくは柱状の突起を多数配列して位相シフト部６を形成した場合にも、屈折面３と位相シフト部６の位置関係は、前述した実施の形態のように透明薄膜を位相シフト部とする構造において示した場合と同様に種々の配置をとることができる。
【００６８】
また、本発明のマイクロレンズアレイ７の屈折面３の形状と遮光部５に設けた開口４の形状とは相似の形状でその重心が一致していることが、回折光のエネルギを減少させる上で重要であるが、これらは完全でなくとも或る程度の効果が得られるから、ほぼ相似な形状で重心の位置も互いに接近していればよい。また、位相シフト部６が環状に形成されているときにその外周形状、内周形状は屈折面３と相似の形状でその重心が一致していることが望ましいが、これらは完全でなくともある程度の効果が得られるから、ほぼ相似な形状で重心の位置も互いに接近していればよい。また、上述の説明において示した構成では遮光部５は屈折面３と同じ面に形成されているが、屈折面３の形成された面の反対面に遮光部が形成されていてもよく、同様の効果が得られる。
【００６９】
【実施例】
以下に、本発明のマイクロレンズ１或いはマイクロレンズアレイ７に関する幾つかの実施例を示し、比較例との対比により、その効果を具体的に説明する。
【００７０】
〔実施例１]本実施例では、図１２に示す構造のマイクロレンズ１の外形が四角形のマイクロレンズアレイ７を作成するものとする。まず、両面に光学研磨を行った直径１００ｍｍ、厚さ５２５μｍの石英ガラスウエハ（基板２）を中性洗剤を使用してブラシスクラブ洗浄し、乾燥した後、東京応化(株)社製ＯＡＰ（ヘキサメチルジシラザン）に浸漬し乾燥した。その後、スピンナにより、ポジレシスト（東京応化(株)社製：ＯＦＦＲ-８００、粘度２００ｃｐに調整したもの）を塗布し、クリーンオーブンで９０℃で３０分問プリベークを行った。スピンナの回転数を調節することによりプリベーク終了後の厚さが２．０μｍの均一な感光性樹脂層を形成した。
【００７１】
次に、感光体樹脂層に、９μｍ×９μｍの四角形パターンがＸ，Ｙ両方向に１１μｍの間隔でＸ方向に１２８０個、Ｙ方向に１０２４個各々配列されたパターンを、その中心に形成したフォトマスクを密着させ、紫外線露光機により露光した。露光量は３００ｍＪ／ｃｍ２ とした。次に、現像液（東京応化(株)社製:ＮＭＤ−Ｗ現像液）に６０秒間浸漬して現像することにより、紫外線照射部分の感光性樹脂を除去して、石英ガラスウエハ上にフォトマスクと同パターンの樹脂膜を形成した。この樹脂パターンを設けた石英ガラスウエハを２００℃のホットプレート上に１０分間保持することにより、樹脂パターンを加熱流動化させて凸形状に変化させた。この時の凸形状高さは２．２μｍであった。
【００７２】
このような凸状樹脂パターンが設けられた石英ガラスウエハを、ＥＣＲドライエッチング装置を用い樹脂パターンの設けられた面からエッチングすることによりその形状を石英ガラスウエハ表面に彫り写した。エッチング条件は、基板温度−４０℃、マイクロ波(２．５４ＧＨｚ)電力６７０Ｗ、ＥＣＲイオン源コイル電流１９Ａ、基板バイアス用高周波(１３．５６ＭＨｚ)電力４５０Ｗとし、エッチングガス及びその供給量はＣＨＦ3 :流量１５ＳＣＣＭ、Ｏ2 :流量１．５ＳＣＣＭとした。エッチングチャンバの反応圧力はドライエッチング装置の排気装置に設けたバリアブルオリフィスの開度を制御することにより０．０１３Ｐａとした。この条件で石英ガラスのエッチングレートは１２０ｎｍ／分、樹脂膜のエッチングレートはおよそ１４０ｎｍ／分であった。このような条件で樹脂パターンが全てエッチングされる時点までエッチングを行なった。石英ガラスウエハ表面上に転写されたレンズ高さは1．９μｍであった。
【００７３】
次に、レンズアレイが配列された領域を、外周に幅約３ｍｍの領域を設けて２０ｍｍ×１７ｍｍの矩形に切出し、レンズアレイが形成された面の反対の面から平行に研磨してレンズ高さを除いた基板の厚さを５５μｍとした。レンズアレイが形成された面の反対面は光学研磨をして平滑に仕上げ、レンズアレイの形成された面をアセトンに可溶な熱可塑性樹脂により他の石英ガラスウエハに仮接着した。
【００７４】
次に、このように固定された薄いマイクロレンズアレイのマイクロレンズが形成された面の反対面全面に遮光部５となるクロム膜をスパッタリング法により厚さ１５０ｎｍ堆積した。
【００７５】
次に、クロム膜上にポジ型フォトレジストを塗布して、幅１μｍのラインがＸ方向、Ｙ方向ともに１１μｍの間隔で直角の格子状に配置されたフォトマスクを格子パターンをレンズアレイの間隙に一致させてアライメントし、露光、現像した。アライメントは表裏面の位置合わせができるアライメント機構を備えた露光機を用い、裏面から石英ガラスウエハと固定用樹脂を透過して見えるレンズアレイ形状とフォトマスクの格子パターンを同時に観察して行なったが、予めアライメント用のマークを設けておきその周囲にはクロム膜が堆積しないようにすれば通常の片面からのアライメント操作も可能である。
【００７６】
次に、ウエットエッチングによりレジストパターン以外のクロム膜を除去した後、酸素アッシング装置によりレジスト膜を除去して開口４を有する遮光部５のパターンを形成した。
【００７７】
次に、クロム膜パターンが形成された面にポジ型フォトレジストを１μｍの厚さに塗布しプリベーク後、７μｍ×７μｍの四角形パターンがＸ，Ｙ両方向に１１μｍの間隔でＸ方向に１２８０個、Ｙ方向に１０２４個各々配列されたパターンのフォトマスクを四角形パターンをレンズ形状と中心を一致させてアライメントし、密着させ、紫外線露光機により露光した。このフォトレジストを現像した後、１２０℃、３０分間のポストベークを行い、これをマスクとして位相シフト領域となる弗化マグネシウム膜を真空蒸着により堆積した。この後、レジストマスクを酸素アッシングにより除去して弗化マグネシウム膜を位相シフト領域としてパターニングし、台座として用いた石英ガラスウエハから剥離してマイクロレンズアレイ７を完成した。
【００７８】
このマイクロレンズアレイ７の弗化マグネシウムの膜厚を種々変化させた試料を作成し、それらの集光性能を調べた。測定方法は、レンズアレイの配列された領域でほぼ均一な強度分布を持った波長６３３ｎｍの単色、平行光を、遮光部５が形成された面から入射させ、マイクロレンズの先端から１０μｍの距離に設置した５μｍ×５μｍの１つの矩形のアパーチャを透過する光量を測定し、遮光部５の１つの開口４、即ち、１０μｍ×１０μｍの領域に入射する光量との比を求め、マイクロレンズの集光能力とした。その結果、弗化マグネシウムの膜厚をおよそ１２０ｎｍ堆積したマイクロレンズアレイ７では、表面反射による光量の減少を除くと、上述のアパーチャ内に、対応する遮光部５の開口４への照射光量の９５％の光量を集光することができた。
【００７９】
［実施例２]本実施例では、実施例１と同様なマイクロレンズアレイにおいて、位相シフト部６となる弗化マグネシウム膜を屈折面３の周囲ではなく屈折面３に対応した位置にのみあるようにパターニングしたマイクロレンズアレイ７を作成する例である。位相シフト領域をパターニングする方法はリフトオフ法ではなく、全面に堆積した弗化マグネシウム膜上にマイクロレンズ部をパターニングするフォトマスクを用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング法によりパターニングした。この他の構造、作成方法は実施例１と同じとした。
【００８０】
このマイクロレンズアレイ７の弗化マグネシウムの膜厚を種々変化させた試料を作成し、それらの集光性能を調べた。測定方法は、レンズアレイの配列された領域でほぼ均一な強度分布を持ちた波長６３３ｎｍの単色、平行光を、遮光部５が形成された面から入射させ、マイクロレンズの先端から１０μｍの距離に設置した５μｍ×５μｍの１つの矩形のアパーチャを透過する光量を測定し、遮光部５の１つの開口４、即ち、１０μｍ×１０μｍの領域に入射する光量との比を求め、マイクロレンズの集光能力とした。その結果、弗化マグネシウムの膜厚をおよそ１２０ｎｍ堆積したマイクロレンズアレイ基板では、表面反射による光量の減少を除くと、上述のアパーチャ内に、対応する遮光部５の開口４への照射光量の９０％の光量を集光することができた。
【００８１】
［比較例１]実施例１と同様なイクロレンズアレイにおいて、位相シフト部となる弗化マグネシウム膜を設けないマイクロレンズアレイを作成した。この他の構造、作成方法は実施例１と同じとした。
【００８２】
このマイクロレンズアレイの集光性能を調べた。測定方法は、レンズアレイの配列された領域でほぼ均一な強度分布を持った波長６３３ｎｍの単色、平行光を、遮光部が形成された面から入射させ、マイクロレンズの先端から１０μｍの距離に設置した５μｍ×５μｍの１つの矩形のアパーチャを透過する光量を測定し、遮光部の１つの開口、即ち、１０μｍ×１０μｍの領域に入射する光量との比を求め、マイクロレンズの集光能力とした。その結果、表面反射による光量の減少を除くと、上述のアパーチャ内に集光された光量は、対応する遮光部開口部への照射光量の７５％に留まっていた。
【００８３】
これらの実施例１，２と比較例１のマイクロレンズアレイの集光能力の差から、本発明のマイクロレンズ１ないしはマイクロレンズアレイ７の集光性能を高める効果が確認された。実施例２においては位相シフト領域をパターニングするマスクをマイクロレンズと共用することができ、必要なフォトマスク数を減らすことができたものの、集光性能は若干低下したものである。この原因は定かではないが、弗化マグネシウム膜表面の微小な荒れによって光束が散乱されたためではないかと考えられる。
【００８４】
［実施例３］本実施例は、単一の円形マイクロレンズが基板２上に形成されたマイクロレンズ１を作成する例である。まず、両面に光学研磨を行った直径１００ｍｍ、厚さ５２５μｍの石英ガラスウエハを中性洗剤を使用してブラシスクラブ洗浄し、乾燥した後、東京応化(株)社製ＯＡＰ（ヘキサメチルジシラザン）に浸漬し乾燥した。その後、スピンナにより、ポジレジスト（東京応化(株)社製：ＯＦＰＲ−８００、粘度２００ｃｐに調整したもの）を塗布し、クリーンオーブンで９０℃で３０分間プリベークを行った。スピンナの回転数を調節することによりプリベーク終了後の厚さが２．０μｍの均一な感光性樹脂層を形成した。次に、感光体樹脂層に、直径９μｍの円形パターンがＸ，Ｙ両方向に５ｍｍの間隔でＸ方向に１０個、Ｙ方向に１０個各々配列されたパターンを、その中心に形成したフォトマスクを密着させ、紫外線露光機により露光した。露光量は３００ｍＪ／ｃｍ２とした。次に、現像液（東京応化(株)社製：ＮＭＤ−Ｗ現像液）に６０秒間浸漬して現像することにより、紫外線照射部分の感光性樹脂を除去して、石英ガラスウエハ上にフォトマスクと同パターンの円柱状樹脂膜を形成した。この樹脂パターンを設けた石英ガラスウエハを２００℃のホットプレート上に１０分間保持することにより、樹脂パターンを加熱流動化させて凸形状に変化させた。この時の凸形状高さは２．２μｍであった。
【００８５】
上述の凸状樹脂パターンが設けられた石英ガラスウエハを、ＥＣＲドライエッチング装置を用い樹脂パターンの設けられた面からエッチングすることによりその形状を石英ガラスウエハ表面に彫り写した。エッチング条件は、基板温度−４０℃、マイクロ波(２．５４ＧＨｚ)電力６７０Ｗ、ＥＣＲイオン源コイル電流１９Ａ、基板バイアス用高周波(１３．５６ＭＨｚ)電力４５０Ｗ、とし、エッチングガス及びその供給量はＣＨＦ3 :流量１５ＳＣＣＭ、Ｏ2 :流量１．５ＳＣＣＭとした。エッチングチャンバの反応圧力はドライエッチング装置の排気装置に設けたバリアブルオリフィスの開度を制御することにより０．０１３Ｐａとした。この条件で石英ガラスのエッチングレートは１２０ｎｍ/分、樹脂膜のエッチングレートはおよそ１４０ｎｍ/分であった。このような条件で樹脂パターンが全てエッチングされる時点までエッチングを行なった。石英ガラスウエハ表面上に転写されたレンズ高さは１．９μｍであった。
【００８６】
次に、マイクロレンズが中心となるように基板を５ｍｍ×５ｍｍの矩形に切出し、マイクロレンズが形成された面の反対の面から平行に研磨してレンズ高さを除いた基板の厚さを５５μｍとした。マイクロレンズが形成された面の反対面は光学研磨をして平滑に仕上げ、マイクロレンズの形成された面をアセトンに可溶な熱可塑性樹脂により他の石英ガラスウエハに仮接着した。
【００８７】
次に、このように固定された薄いマイクロレンズ１のマイクロレンズが形成された面の反対面全面に遮光部５となるクロム膜をスパッタリング法により厚さ１５０ｎｍ堆積した。次に、クロム膜上にポジ型フォトレジストを塗布して、中心に設けられた直径９μｍの開口４と、その周囲に同心に内径が１２μｍ、外形が１５μｍの円環状の開口（光透過領域８）を有するフォトマスクをマイクロレンズの中心に一致させてアライメントし、露光、現像した。アライメントは表裏面の位置合わせができるアライメント機構を備えた露光機を用い、裏面から石英ウエハと固定用樹脂を透過して見えるマイクロレンズ形状とフォトマスクのパターンを同時に観察して行なったが、予めアライメント用のマークを設けておき、その周囲にはクロム膜が堆積しないようにすれば通常の片面からのアライメント操作も可能である。
【００８８】
次に、ウエットエッチングによりレジストパターン開口部のクロム膜を除去した後、酸素アッシング装置によりレジスト膜を除去して開口４を有する遮光部５のパターンを形成した。次に、クロム膜パターンが形成された面にポジ型フォトレジストを１μｍの厚さに塗布しプリベーク後、直径１０μｍの円形パターンが形成されたフォトマスクをレンズ形状と中心を一致させてアライメントし、密着させ、紫外線露光機により露光した。このフォトレジストを現像した後、１２０℃、３０分間のポストベークを行い、これをマスクとして位相シフト部６の領域となる弗化マグネシウム膜を真空蒸着により堆積した。
【００８９】
この後、レジストマスクを酸素アッシングにより除去して弗化マグネシウム膜を位相シフト領域としてパターニングし、台座として用いた石英ガラスウエハから剥離してマイクロレンズ１を完成した。
【００９０】
このマイクロレンズ１の弗化マグネシウムの膜厚を種々変化させた試料を作成し、それらの集光性能を調べた。測定方法は、マイクロレンズ領域でほぼ均一な強度分布を持った波長６３３ｎｍの単色、平行光を、遮光部５が形成された面から入射させ、マイクロレンズの先端から１０μｍの距離に設置した直径5μｍのアパーチャを透過する光量を測定し、遮光部５の開口４、即ち、直径９μｍの領域に入射する光量との比を求め、マイクロレンズ１の集光能力とした。その結果、弗化マグネシウムの膜厚をおよそ９０ｎｍ堆積したマイクロレンズ１では、表面反射による光量の減少を除くと、上述のアパーチャ内に、遮光部５の開口４への照射光量の９５％の光量を集光することができた。このマイクロレンズ１の作成においては位相シフト領域のマスクを合わせる際のアライメント精度が緩和され製造コストを低減できたものである。
【００９１】
［比較例２]実施例３と同様なマイクロレンズにおいて、位相シフト部となる弗化マグネシウム膜を設けないマイクロレンズを作成した。この他の構造、作成方法は実施例３と同じとした。このマイクロレンズの集光性能を調べた。測定方法は、マイクロレンズ領域でほぼ均一な強度分布を持った波長６３３ｎｍの単色、平行光を、遮光部が形成された面から入射させ、マイクロレンズの先端から１０0μｍの距離に設置した直径５μｍのアパーチャを透過する光量を測定し、遮光部の開口、即ち、直径９μｍの領域に入射する光量との比を求め、マイクロレンズの集光能力とした。その結果、上述のアパーチャ内に集光された光量は遮光部の開口への照射光量の７０％に留まっていた。
【００９２】
［実施例４]位相シフト部６の領域の構造として多数の突起を形成した領域を用いたマイクロレンズアレイ７を作成する例である。特に、実施例１と同様のマイクロレンズの外形が四角形のマイクロレンズアレイを作成する例である。まず、両面に光学研磨を行った直径１００ｍｍ、厚さ５２５μｍの石英ガラスウエハを中性洗剤を使用してブラシスクラブ洗浄し、乾燥した後、東京応化(株)社製ＯＡＰ（ヘキサメチルジシラザン）に浸漬し乾燥した。その後、スピンナにより、ポジレシスト（東京応化(株)社製：ＯＦＰＲ−８００、粘度２００ｃｐに調整したもの）を塗布し、クリーンオーブンで９０℃で３０分間プリベークを行った。スピンナの回転数を調節することによりプリベーク終了後の厚さが２．０μｍの均一な感光性樹脂層を形成した。
【００９３】
次に、感光体樹脂層に、９μｍ×９μｍの四角形パターンがＸ，Ｙ両方向に１１μｍの間隔でＸ方向に１２８０個、Ｙ方向に１０２４個各々配列されたパターンを、その中心に形成したフォトマスクを密着させ、紫外線露光機により露光した。露光量は３００ｍＪ/ｃｍ2 とした。
【００９４】
次に、現像液（東京応化(株)社製:ＮＭＤ−Ｗ現像液）に６０秒間浸漬して現像することにより、紫外線照射部分の感光性樹脂を除去して、石英ガラスウエハ上にフォトマスクと同パターンの樹脂膜を形成した。この樹脂パターンを設けた石英ガラスウエハを２００℃のホットプレート上に１０分間保持することにより、樹脂パターンを加熱流動化させて凸形状に変化させた。この時の凸形状高さは２．２μｍであった。このような凸状樹脂パターンが設けられた石英ガラスウエハを、ＥＣＲドライエッチング装置を用い樹脂パターンの設けられた面からエッチングすることによりその形状を石英ガラスウエハ表面に彫り写した。エッチング条件は、基板温度−４０℃、マイクロ波(２．５４ＧＨｚ)電力６７０Ｗ、ＥＣＲイオン源コイル電流１９Ａ、基板バイアス用高周波(１３．５６ＭＨｚ)電力４５０Ｗ、とし、エッチングガス及びその供給量はＣＨＦ3 :流量１５ＳＣＣＭ、Ｏ2 :流量１．５ＳＣＣＭとした。エッチングチャンバの反応圧力はドライエッチング装置の排気装置に設けたバリアブルオリフィスの開度を制御することにより０．０１３Ｐａとした。この条件で石英ガラスのエッチングレートは１２０ｎｍ/分、樹脂膜のエッチングレートはおよそ１４０ｎｍ/分であった。このような条件で樹脂パターンが全てエッチングされる時点までエッチングを行なった。石英ガラスウエハ表面上に転写されたレンズ高さは1．9μｍであった。
【００９５】
次に、レンズアレイが配列された領域を、外周に幅約３ｍｍの領域を設けて２０ｍｍ×１７ｍｍの矩形に切出し、レンズアレイが形成された面の反対の面から平行に研磨してレンズ高さを除いた基板の厚さを５５μｍとした。レンズアレイが形成された面の反対面は光学研磨をして平滑に仕上げ、レンズアレイの形成された面をアセトンに可溶な熱可塑性樹脂により他の石英ガラスウエハに仮接着した。
【００９６】
次に、このように固定された薄いレンズアレイ基板のレンズアレイが形成された面の反対面全面に遮光部５となるクロム膜をスパッタリング法により厚さ１５０ｎｍ堆積した。次に、クロム膜上に電子線描画用レジストを塗布して、幅１μｍのラインがＸ方向、Ｙ方向ともに１１μｍの間隔で直角の格子状に配置されたパターンと、１０μｍ四方の開口各々の内側に沿って幅２μｍの領域内に直径０．１５μｍの円形パターンが０．４５μｍの間隔で細密に配列されたパターンとを電子線描画により露光、現像した。
【００９７】
次に、ウエットエッチングによりレジストパターン以外のクロム膜を除去した後、そのままの状態でレジスト膜及びクロム膜をレジストマスクとしてＥＣＲエッチング装置によりレンズ形状を転写した条件と同じエッチング条件で基板の石英ガラスをエッチングした。
【００９８】
このようにして多数の柱状突起が形成された位相シフト部６の領域と遮光部５の開口４とを同時に形成した。
【００９９】
この後、台座として用いた石英ガラスウエハから剥離してマイクロレンズアレイ７を完成した。
【０１００】
このマイクロレンズアレイ７の突起の高さを種々変化させた試料を作成し、それらの集光性能を調べた。測定方法は、レンズアレイの配列された領域でほぼ均一な強度分布を持つだ波長６３３ｎｍの単色、平行光を、遮光部５が形成された面から入射させ、マイクロレンズの先端から１０μｍの距離に設置した５μｍ×5μｍの１つの矩形のアパーチャを透過する光量を測定し、遮光部５の１つの開口４、即ち、１０μｍ×１０μｍの領域に入射する光量との比を求め、マイクロレンズの集光能力とした。その結果、突起高さをおよそ0．7μｍとしたマイクロレンズアレイ７では、表面反射による光量の減少を除くと、上述のアパーチャ内に、対応する遮光部５の開口４への照射光量の９５％の光量を集光することができた。
【０１０１】
弗化マグネシウムは紫外領域においても良好な透過率を有する材料であるが、蒸着時に混入する不純物により特定の波長に弱い吸収を生じることがあり、たまたまマイクロレンズアレイ７の使用波長と重なると透過光量を低下させるという問題があったが、基板に微細構造を設けて位相シフト部６の領域とした本実施例のマイクロレンズアレイ７ではその様な問題を生じることがなかったものである。
【０１０２】
また、突起形状を板状として形成した場合にも同様の効果が得られたものである。
【０１０３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、屈折面に重複する位置又は屈折面の近傍位置に位置して、屈折面から発する回折光に干渉するように当該部位を透過する波長λの光束の一部に対して予め設定された光学的位相差を生じさせる位相シフト部を備えるので、屈折面による集束光に回折光が重なると集光スポットが大きくなってしまうが、位相シフト部なる部位を透過する光束の位相を適正に制御するとともに、屈折面から発する回折光に干渉させることで、この回折光の強度を減少させ、回折光により集光スポットが大きくなることがなく、レンズとしての解像力を向上させ、特に、屈折面を透過する光を遮る部分はないので、その光量を低下させることなく、解像力を低下させる原因となる屈折面からの回折光の強度のみを位相シフト部を利用して有効に減ずることができ、直径が１０μｍ未満となるような非常に微細な構造の場合でも、透過光量の低下を引き起こすことなく、光束をより小さな領域に集光させることができる。
【０１０４】
また、請求項１記載の発明は、位相シフト部を形成する上で薄膜の堆積が不要なため、薄膜材料に適当なものがない場合であっても、より多くの場合に適用可能な汎用性の高い位相シフト部を提供できる。
【０１０５】
請求項２、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明を実現する上で、より良好なる集光特性が得られる条件の位相シフト部を提供できる。
【０１０６】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３記載の発明を実現する上で、その耐環境性が高まる条件の位相シフト部を提供できる。
【０１０７】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一に記載のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを備えているので、例えば液晶プロジェクタ等に適用されるアレイ構造を有する場合にも、透過光量の低下なく集光性を高めることができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態のマイクロレンズを示し、(ａ)は断面構造図、(ｂ)は平面構造図である。
【図２】本発明の参考例としての第二の実施の形態のマイクロレンズを示す断面構造図である。
【図３】本発明の参考例としての第二の実施の形態の異なるマイクロレンズを示す断面構造図である。
【図４】本発明の参考例としての第二の実施の形態の異なるマイクロレンズを示す断面構造図である。
【図５】本発明の参考例としての第二の実施の形態の異なるマイクロレンズを示す断面構造図である。
【図６】本発明の参考例としての第二の実施の形態のマイクロレンズアレイを示す断面構造図である。
【図７】本発明の参考例としての第二の実施の形態の異なるマイクロレンズアレイを示す断面構造図である。
【図８】本発明の参考例としての第三の実施の形態のマイクロレンズアレイを示す断面構造図である。
【図９】本発明の参考例としての第三の実施の形態のマイクロレンズアレイを示す断面構造図である。
【図１０】本発明の参考例としての第三の実施の形態の異なるマイクロレンズアレイを示す断面構造図である。
【図１１】本発明の参考例としての第四の実施の形態のマイクロレンズアレイを示す断面構造図である。
【図１２】本発明の実施例のマイクロレンズアレイを示す断面構造図である。
【符号の説明】
１ マイクロレンズ
２ 基板
３ 屈折面
４ 開口
５ 遮光部
６ 位相シフト部
８ 光透過領域
【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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