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JP4160682B2 - Microlens and microlens array - Google Patents
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JP4160682B2 - Microlens and microlens array - Google Patents

Microlens and microlens array Download PDF

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Description

【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、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 10 μm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/cm 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/cm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
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a microlens having a single structure or an array structure including a refractive surface having an imaging function formed on a substrate and a light shielding portion having an opening corresponding to the refractive surface.
[0002]
[Prior art]
  In recent years, micromachining technology applying semiconductor process technology is rapidly progressing. By using this technology, a minute optical element that cannot be produced by conventional polishing or is extremely difficult and extremely expensive, and a minute optical element having an array structure in which many of them are arranged, It can be created at low cost with high accuracy and is applied in many fields.
[0003]
  One of the main examples of the application is a microlens array used for the purpose of improving the substantial aperture ratio of a liquid crystal display element for a projector. Normally, if no countermeasures are taken, about half of the light incident on the liquid crystal element is blocked by the drive wiring and the TFT part and does not contribute to the formation of the image, whereas it is wasted. By providing a minute convex lens for each pixel of the liquid crystal and condensing incident light on the liquid crystal opening, it is possible to avoid a decrease in the amount of transmitted light.
[0004]
  An example of such a liquid crystal element is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-258195. The lens used for the purpose of condensing is mainly a convex lens, and a method of forming a spherical surface by surface tension is used for forming the lens by heating and fluidizing a photoresist film patterned into a predetermined shape. ing.
[0005]
  When the photoresist is transparent, the lens shape may be used as it is, but in many cases, the lens is required to have heat resistance, so that the convex lens shape can be transferred to a substrate such as glass by dry etching. Done. In addition, by molding a substrate formed by such a method using a glass or an optical plastic as a matrix as a mother mold, elements having the same shape can be produced at low cost.
[0006]
  A method for manufacturing a microlens array based on heat fluidization of such a thermoplastic material is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-194502. By this method, it is possible to satisfactorily create a convex lens-shaped micro optical element array in general.
[0007]
  In recent years, a liquid crystal display used for a liquid crystal projector has a pixel pitch of about 20 μm, but it tends to be miniaturized in order to reduce the size of the device. It is expected to be refined to ˜7 μm.
[0008]
  According to the thermal deformation method described above, such a fine convex lens array can be formed. However, since the shape error of the refracting surface relatively increases as the lens diameter decreases, the condensing spot is expected. As a result, there is a problem that it cannot be squeezed as much as possible, that is, the resolution is lowered.
[0009]
  To this problem, E.I. H. Linfoot and E.W. According to Wo1f's academic paper "Proceedings of Physica 1 Society B, Vol. Pp. 145 to 149 (1953)" It is known that the resolving power is improved as compared with a circular opening. If this principle is used, it is considered that the resolving power of the microlens array can be improved. Such a structural example is also described in, for example, JP-A-8-313706.
[0010]
  The method for improving the resolving power by shielding the central portion in this way has the effect of increasing this in the resolving power, but the central portion of the microlens is blocked, so that the amount of transmitted light is significantly reduced. Is produced. Therefore, if this improvement method is applied to an element for the purpose of effective utilization of the transmitted light beam, such as the microlens in the above-described liquid crystal projector, the amount of transmitted light will eventually decrease, so that the original purpose of the element cannot be achieved. This creates a problem and this improvement method cannot be used in practice.
[0011]
  If the microlens has a relatively large diameter of about several tens of μm or more as before, the method of shielding the center of the lens as in the above-described conventional example also shows a certain effect. However, when the diameter becomes less than 10 μm, the demerit of a decrease in the amount of transmitted light becomes more dominant.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
  As described above, there is no good means for improving the resolving power for a high-definition microlens having a diameter of less than about 10 μm.
[0013]
  Therefore, an object of the present invention is to provide a microlens having a structure capable of improving the resolving power without causing a decrease in the amount of transmitted light even in a microlens having a diameter of less than 10 μm.
[0014]
  The present invention further clarifies an example of a more optimal specific structure that is excellent in productivity, light condensing property, etc. in realizing the above object.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  The invention described in claim 1BaseA spherical or aspherical refracting surface formed on at least one surface of the plate, and a light shielding portion having an opening corresponding to the size of the refracting surface.The diameter of the refracting surface is Ten less than μmIn the microlens, the position overlapping the refractive surface or the refractive surfaceThe outer peripheryInterfering with the diffracted light emitted from the refractive surfaceA phase shift unit for generating an optical phase difference so as to reduce the intensity of the diffracted light, and the opening of the light shielding unit is larger than the outer periphery of the refractive surface and has a shape similar to the outer peripheral shape of the refractive surface. The phase shift portion is formed of a substrate surface structure region in which a large number of columnar protrusions are formed in a substrate region having a constant width between the outer periphery of the refractive surface and the opening.
[0016]
  In this specification, the “light beam of wavelength λ” means a light beam having a relatively narrow wavelength range such as laser light, or a light beam having a relatively wide wavelength range such as light separated by a color separation prism. .
[0017]
  If the diffracted light overlaps the focused light from the refracting surface, the condensing spot becomes larger. The intensity of the diffracted light is reduced, the focused spot is not increased by the diffracted light, and the resolution as a lens is improved. Since there is no part that blocks the light transmitted through the refracting surface, only the intensity of the diffracted light from the refracting surface that causes the resolution to decrease is effectively utilized without reducing the amount of light by using the phase shift unit. Even in the case of a very fine structure having a diameter of less than 10 μm, the luminous flux can be condensed in a smaller area without causing a decrease in the amount of transmitted light.
  Further, since it is not necessary to deposit a thin film when forming the phase shift portion, it is possible to provide a highly versatile phase shift portion applicable to more cases even when there is no suitable thin film material. .
[0018]
  The invention according to claim 2 is the microlens according to claim 1,The columnar projections in the substrate surface structure region satisfy a range in which a ratio P: D2 of the diameter D2 of the inscribed circle of the projection portion to the arrangement pitch P of the projections is 1: 0.1 to 1: 0.5. Is formed.
[0019]
  Therefore,Claim 1In realizing the described invention,A phase shift part that provides better light-collecting characteristicsCan be provided.
[0020]
  A third aspect of the present invention is the microlens according to the first aspect.The columnar protrusion in the substrate surface structure region has a ratio D2 between the height H2 of the protrusion and the diameter D2 of the protrusion. : H2 is formed to satisfy the range of 1: 2 to 1:10.
[0021]
  Therefore, in realizing the invention of claim 1,A phase shift part that provides better light-collecting characteristicsCan be provided.
[0022]
  The invention described in claim 4Any one of claims 1 to 3In the described microlens,A transparent material having a refractive index different from that of the protruding portion is filled in the protruding gap portion in the substrate surface structure region.
[0023]
  Therefore,Claims 1 to 3In realizing the described invention, it is necessary to improve the environmental resistance.A phase shift unit can be provided.
[0024]
  The invention according to claim 5The microlens according to any one of claims 1 to 4. And a microlens having an array structure in which a plurality of the refractive surfaces, the openings, and the phase shift portions are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.In the array.
[0025]
  Therefore, for example, even when an array structure that is applied to a liquid crystal projector or the like is provided, it is possible to obtain an effect that the light condensing property can be enhanced without a decrease in the amount of transmitted light.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment shows a basic configuration example of a microlens 1 corresponding to the invention described in claim 1.
[0027]
  The microlens 1 is schematically formed in a spherical shape so as to form a convex lens on one surface of a substrate 2 that transmits a light beam having a wavelength λ, for example, and corresponds to the refractive surface 3. And a light shielding part 5 having a circular opening 4 formed concentrically. The phase shift part 6 is added to a part of the substrate 2 as described above. This phase shift unit 6 is for controlling the phase of light transmitted through this portion so as to generate a preset optical phase difference. For example, the phase shift unit 6 partially overlaps with the refractive surface 3 in the region of the opening 4. In such an annular shape (doughnut shape), it is formed on the surface opposite to the refractive surface 3. That is, the light beam transmitted through the phase shift unit 6 interferes with the diffracted light emitted from the refractive surface 3.
[0028]
  In such a configuration, the light beam transmitted through the refracting surface 3 is collected, and at the same time, a part thereof is diffracted by the opening around the refracting surface 3 to become diffracted light. Here, in the conventional microlens, only a light-shielding portion having an opening substantially the same shape as the refractive surface is provided on the outer periphery of the refractive surface, and the opening of the refractive surface and the opening of the light-shielding portion are substantially the same shape. The diffracted light reaches the focal plane without being reduced, and the diffracted light overlaps with the focused light from the microlens, resulting in a larger focused spot.
[0029]
  In this respect, in the microlens 1 of the present embodiment, the opening 4 formed in the light-shielding portion 5 is similar to the outer peripheral shape (circular shape) of the refractive surface 3 and larger than the refractive surface 3, and the outer periphery of the refractive surface 3 Since the phase shift unit 6 is provided in the vicinity of the portion, the diffracted light generated in the opening around the refracting surface 3 is transmitted through the phase shift unit 6 and then overlaps with the diffracted light diffracted by the opening 4 of the light shielding unit 5. . Therefore, if the phase shift amount in the phase shift unit 6 is appropriately set, the energy is reduced by causing interference between the diffracted light generated at the opening of the refractive surface 3 and the diffracted light generated at the opening 4 of the light shielding unit 5. Can approach zero. Therefore, all the light beams incident on the refracting surface 3 of the microlens 1 contribute to focusing, and are condensed without increasing the condensing spot by the diffracted light. When the light beam has a certain wavelength width, the phase shift amount may be determined with respect to the center wavelength or the like.
[0030]
  According to the structure of the present embodiment, since there is no light-shielding portion in the refracting surface 3 portion as seen in the conventional resolution improving method using an annular opening, the refracting surface 3 of the microlens 1 is transmitted. Without reducing the amount of light to be transmitted, only the intensity of the diffracted light from the refracting surface 3 that causes the resolution to decrease is caused to interfere with the diffracted light from the refracting surface 3 with light beams having different phases transmitted through the phase shift unit 6. Therefore, it can be effectively reduced. Therefore, the resolving power of the microlens 1 can be improved without causing a reduction in the amount of light, and the light can be condensed in a smaller spot as compared with the conventional microlens.
[0031]
  This makes it possible to improve the light source light utilization efficiency even in a high-definition transmissive liquid crystal panel with a small pixel pitch, which has not been able to sufficiently enhance the light utilization efficiency with conventional microlens arrays. Brighter display brightness can be realized in a projector apparatus or the like.
[0032]
  The present inventionAs a reference exampleA second embodiment will be described with reference to FIGS. Parts that perform the same or equivalent functions as the parts shown in FIG.As a reference exampleThe same applies to each embodiment). In contrast to the first embodiment showing the basic configuration example, in the present embodiment, it is important to determine the specific structure of the above-described phase shift unit 6 and how to manufacture it. Considering this point, one example of a more specific configuration of the microlens 1 suitable for various cases and industrially easy to produce is shown based on many examinations and experiments.
[0033]
  That is, as a basic structure suitable for most cases, the phase shift unit 6 of the present embodiment has a transparent thin film having a preset optical thickness with respect to the light flux of wavelength λ. It is formed as a thin film region patterned so as to form an annular shape having a constant width along the vicinity of the outer periphery.
[0034]
  According to such a structure, the phase shift amount of the phase shift unit 6 can be arbitrarily set simply by changing the film thickness of the transparent thin film, and there is an advantage that its manufacture is easy.
[0035]
  Examples of the transparent thin film to be the phase shift portion 6 include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide, calcium fluoride, magnesium fluoride, zinc oxide, tantalum oxide formed by vacuum deposition or sputtering. Most transparent thin films such as zirconium oxide, zirconium nitride, and zirconium oxynitride can be used. Moreover, the thin film of the composition with which these compounds were mixed may be sufficient. Also, various optical glass sputtering films can be used. These thin films have established manufacturing processes and have high reproducibility of film thickness and refractive index. Therefore, the reproducibility of the phase shift amount with respect to the light flux is high, and the manufacture of the microlens 1 of the present embodiment is facilitated.
[0036]
  Here, when the use environment temperature of the microlens 1 is a relatively low temperature of 200 ° C. or less, the transparent thin film that becomes the phase shift unit 6 includes PMMA, polyimide, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and the like. These resin thin films or other transparent resin thin films can also be used.
[0037]
  FIG. 2A shows a basic structure of an array-structured microlens having a phase shift portion 6 obtained by patterning these transparent thin films. The phase shift unit 6 may be formed on the same surface as the refracting surface 3 as shown in FIG. Further, a part thereof may overlap with the refracting surface 3 as shown in FIG. 2 (b), or may be formed adjacently as shown in FIG. 2 (c).
[0038]
  Further, the refractive surface 3 may be a concave surface as shown in FIG. The phase shift unit 6 may be formed on the same surface as the refracting surface 3 as shown in FIG. Further, a part thereof may overlap with the refracting surface 3 as shown in FIG. 3B, or may be formed adjacently as shown in FIG.
[0039]
  Further, the refracting surface 3 may be a refracting surface in which the concave surface 3a of the substrate 2 is filled with a transparent material 3b having a different refractive index as shown in FIG. The phase shift unit 6 may be formed on the same surface as the refractive surface 3 as shown in FIG. Further, a part thereof may overlap with the refracting surface 3 as shown in FIG. 4B, or may be formed adjacently as shown in FIG.
[0040]
  Further, a plurality of refracting surfaces 3 may be provided as shown in FIG. As shown in FIG. 5A, the phase shift unit 6 may be formed with the refractive surfaces 3 on the individual substrates 2a and 2b, respectively, and the phase shift unit 6 may be stacked on the respective surfaces, as shown in FIG. 5B. The two refracting surfaces 3 formed on both surfaces of the substrate 2 may be adjacent to each other or partially overlapped with each other. As shown in FIG. 5C, the phase shift portions 6 may be formed on both sides of the substrate 2. The plurality of refracting surfaces 3 may be partially refracting refracting surfaces or concave refracting surfaces filled with a transparent material.
[0041]
  Further, as shown in FIG. 6A, the phase shift unit 6 may be continuous between the adjacent microlenses 1 when forming the microlens having the array structure (microlens array 7).
[0042]
  When the distance between the microlenses 1 of the microlens array 7 is small, it is difficult to provide the light shielding portion 5. Only in such a case, an effect can be obtained to some extent by using only the phase shift unit 6 without providing the light shielding unit. Therefore, a structure without the light shielding unit as shown in FIG. 6B may be used.
[0043]
  Further, in order to enhance the effect, the phase shift unit 6 may have a thickness change in the plane as shown in FIG. 7A and change the phase amount depending on the position.
[0044]
  The present inventionAs a reference exampleA third embodiment will be described with reference to FIGS.The
[0045]
  First, considering the phase shift unit 6 according to the second embodiment described above, since it is necessary to pattern in a ring shape, a photomask in the manufacturing process is newly required, leading to an increase in manufacturing cost. Therefore, in the present embodiment, as a structure of the phase shift portion suitable for the case where it is desired to keep the manufacturing cost as low as possible, the opening 4 of the light shielding portion 5 is larger than the refracting surface 3 and has a similar shape to the phase shift portion 6. Is a thin film region in which a transparent thin film having a predetermined optical thickness with respect to light of wavelength λ is patterned on the refracting surface 3 in a shape similar to the refracting surface 3.
[0046]
  An example of this structure is shown in FIG. Since the region of the phase shift portion 6 delays the phase of the transmitted light of the refracting surface 3 with respect to the surrounding opening, the phase shift portion is provided on the outer peripheral portion of the refracting surface 3 by appropriately determining this phase amount. Equivalent effects can be obtained. The transparent thin film constituting the phase shift unit 6 can be the same as in the case of the second embodiment described above. According to this structure, the photomask used for patterning the shape of the phase shift portion 6 can also be used as the photomask used when the refractive surface 3 is formed.
[0047]
  Therefore, an effect close to that obtained when the phase shift unit 6 having the structure according to the second embodiment is used is obtained, and an advantage that an increase in manufacturing cost can be suppressed is obtained. However, since the phase shift portion 6 is provided on the refractive surface 3, it is very important that the transparent thin film has a high light transmittance. In addition, the uniformity of the film thickness on the refractive surface 3 is also strictly required. Such a condition can be realized in a normal thin film forming apparatus. However, depending on the wavelength used for the microlens 1 or the microlens array 7, a thin film material having excellent light transmittance cannot be obtained or is uniform. Film formation may be difficult. In such a case, the structure of the phase shift unit 6 according to the second embodiment in which no thin film is provided on the refracting surface 3 may have a low transmittance or poor uniformity of the transparent thin film. Since there is a feature that does not easily lead to characteristic deterioration, the microlens 1 or the microlens array 7 having higher light collecting performance tends to be realized. Accordingly, when the light condensing performance of the microlens 1 or the microlens array 7 is more important than the manufacturing cost, the phase shift unit 6 according to the second embodiment is suitable.
[0048]
  In the microlens array 7 using the phase shift unit 6 of the present embodiment, the refractive surface 3 may be a concave surface as shown in FIG.
[0049]
  The refracting surface 3 may be a refracting surface in which the concave surface 3a of the substrate 2 is filled with a transparent material 3b having a different refractive index as shown in FIG. Further, a plurality of refracting surfaces 3 may be provided as shown in FIG.
[0050]
  Further, as shown in FIG. 9A, the phase shift portion 6 may be formed on the opposite surface of the refracting surface 3. This structure is effective because the manufacturing is easy when the distance between the microlenses 1 is small in the microlens array 7. A structural example of the microlens array 7 in which the phase shift unit 6 is provided on the refracting surface 3 is shown in FIG.
[0051]
  Further, in order to enhance the effect, the phase shift unit 6 may provide a change in thickness within the plane as shown in FIG. 10 and change the phase amount depending on the position.
[0052]
  The present inventionAs a reference exampleA fourth embodiment will be described with reference to FIG.The in frontThe phase shift unit 6 according to the second and third embodiments described above is provided with a phase shift region in the vicinity of the periphery of the refracting surface. An annular light transmission region 8 is further provided around the periphery, and a phase shift portion 6 having a structure in which a transparent thin film is deposited is provided in the light transmission region 8.
[0053]
  This structure is shown in FIG. In this structure, the openings 4 corresponding to the phase shift portions 6 of the light shielding portion 5 are collectively formed by the same photomask as the openings corresponding to the refracting surface 3, so that the mutual positional relationship can be maintained extremely high. Easy. Therefore, there is an advantage that the position of the phase shift unit 6 is defined by the opening 4 of the light shielding unit 5, and the alignment accuracy when patterning the phase shift unit 6 is eased and the manufacture becomes easy. However, since extra space is required around the microlens 1, it is suitable for a single microlens 1 or a microlens array 7 having a wide interval, and in the case of a lens array that is desired to be created with the distance between lenses as narrow as possible. Not suitable.
[0054]
  The present inventionAs a reference exampleA fifth embodiment will be described. When a patterned thin film is used as the phase shift region, the usable material may be very limited depending on the wavelength of transmitted light, and it may be difficult to create in practice. As a structure suitable for such a case, in this embodiment, a structure of an unnecessary phase shift region of a thin film is examined.
[0055]
  One of the structures is that the substrate 2 is engraved by partially etching the substrate material with a resist mask, etc., and the thickness of the substrate 2 at the opening corresponding to the phase shift portion 6 is changed to delay the phase of transmitted light. And this region is the phase shift unit 6. ThisAccording to the structure, since it is not necessary to deposit a thin film constituting the phase shift unit 6, an effect of facilitating manufacture can be obtained.
[0056]
  However, this method can be performed only when the substrate material can be easily etched to a uniform depth and the refractive index of the substrate 2 is appropriate for the required phase delay amount. The scope of application is somewhat limited.
[0057]
  The present inventionAs a reference exampleA sixth embodiment will be described. Therefore, in this embodiment, as a structure applicable to more cases, a large number of small protrusions are formed on the substrate 2 to form a region having an apparent refractive index different from that of the substrate 2.
[0058]
  More specifically, as a result of creating various structures and comparing them by experiment, a surface structure region in which a large number of thin plate-like protrusions having a rectangular cross section were formed was formed as the phase shift portion 6.To structureAccording to the results, good results were obtained. Further, a structure in which a surface structure region in which a large number of columnar protrusions are formed is formed as a phase shift portion 6 (Claim 1Good results were also obtained by the equivalent of the described invention.
[0059]
  Comparing these two structures in the present embodiment, in terms of mechanical strength, the phase shift portion 6 based on the surface structure region in which the plate-like protrusions are formed is stronger, and the microlens array 7 having high environmental characteristics. It is suitable when you need it. In terms of the effect as a phase shift region, that is, in that the light spot condensed by the microlens 1 can be made smaller, the phase shift portion 6 by the surface structure region in which columnar protrusions are formed is superior and the light condensing performance. This is suitable when a microlens array 7 that emphasizes the above is required.
[0060]
  When the phase shift part 6 by the surface structure region in which the plate-like protrusions are formed is used, it is observed that the light collecting performance of the completed microlens array 7 is changed by the arrangement pitch P. The range of pitch P was examined. As a result, the above-mentioned plate-like protrusions have a pitch of arrangement that is λ / 3 or less with respect to the wavelength λ of transmitted light.TogetherIt was found that good light collecting performance can be obtained.
[0061]
  In addition, when using the phase shift portion 6 by the surface structure region in which the plate-like protrusions are formed, it was observed that the light condensing performance of the completed microlens array 7 changes depending on the thickness D of the protrusion portions. The optimum range of the thickness D of the protruding portion was examined by experiment. As a result, when the thickness D of the protruding portion is in the range of 1: 0.1 to 1: 0.5 in the ratio P: D of the protruding portion to the pitch P of the arrangement.TogetherIt was found that good light collecting performance can be obtained.
[0062]
  In addition, when using the phase shift portion 6 by the surface structure region in which the plate-like protrusions are formed, it was observed that the light condensing performance of the completed microlens array 7 changes depending on the height H of the protrusion portions. The optimum range of the height H of the protruding portion was examined by experiment. As a result, it was found that when the height H of the protruding portion is in the range of 1: 2 to 1:10 in the ratio D: H to the thickness D of the protruding portion, a good light collecting performance can be obtained.
[0063]
  The plate-like protrusions can be formed in parallel lines, in a ring concentric with the refracting surface 3, or radially around the refracting surface 3. Since the characteristics of these change depending on the polarization state of incident light, etc., it is desirable that they be optimally shaped by experiments in actual use conditions. When the phase shift portion 6 with the surface structure region in which the columnar protrusions are formed is used, it is observed that the condensing performance of the completed microlens array 7 is changed by the arrangement pitch P. The range of P was examined. As a result, the columnar protrusions are arranged so as to be at the intersections of the lattices, and the pitch of the arrangement is 1/3 or less of the wavelength λ of the transmitted light.TogetherIt was found that good light collecting performance can be obtained.
[0064]
  In the case of using the phase shift portion 6 by the surface structure region in which the columnar protrusion is formed, it is observed that the light condensing performance of the completed microlens array 7 changes depending on the thickness of the protrusion. The thickness range was examined. As a result, when the diameter D2 of the inscribed circle of the protrusion portion is in the range of 1: 0.1 to 1: 0.5 in the ratio P: D2 of the protrusion to the arrangement pitch P (Claim 2It has been found that a good light collecting performance can be obtained.
[0065]
  In the case of using the phase shift part 6 by the surface structure region in which the columnar protrusions are formed, it is observed that the light condensing performance of the completed microlens array substrate changes depending on the height H2 of the protrusions. The range of height H2 was examined. As a result, when the height H2 of the protruding portion is in the range of 1: 2 to 1:10 in the ratio D2: H2 with the diameter D2 of the protruding portion (Claim 3The light collecting performance was equivalent to that of the described invention.
[0066]
  When a transparent resin material having a refractive index different from that of the substrate material and having a low viscosity before being solidified and can be easily injected between the protrusions of the phase shift portion 6 is available, or when the refractive index is different from that of the substrate material Rate transparent thin film can be filled and deposited in good condition between the protrusions of the phase shift portion 6(Claim 4By these methods, the phase shift unit 6 can be mechanically strengthened, and the resistance of the completed microlens array 7 to vibration and surface friction can be increased. However, since this structure increases the manufacturing cost, it is not necessary to apply this structure when the microlens array 7 itself does not require high environmental resistance, such as when the microlens array 7 is sealed inside the module.
[0067]
  Even when a large number of plate-like or columnar protrusions are arranged to form the phase shift unit 6, the positional relationship between the refractive surface 3 and the phase shift unit 6 is that the transparent thin film is used as the phase shift unit as in the above-described embodiment. Various arrangements can be employed as in the case shown in the structure.
[0068]
  In addition, the shape of the refracting surface 3 of the microlens array 7 of the present invention and the shape of the opening 4 provided in the light-shielding portion 5 are similar and have the same center of gravity, thereby reducing the energy of diffracted light. Although these are not perfect, some degree of effect can be obtained, and it is only necessary that the positions of the centers of gravity are close to each other with almost similar shapes. Further, when the phase shift portion 6 is formed in an annular shape, it is desirable that the outer peripheral shape and the inner peripheral shape thereof are similar to the refractive surface 3 and have the same center of gravity. Therefore, it is only necessary that the positions of the centers of gravity are close to each other with substantially similar shapes. Further, in the configuration shown in the above description, the light shielding portion 5 is formed on the same surface as the refractive surface 3, but the light shielding portion may be formed on the opposite surface of the surface on which the refractive surface 3 is formed. The effect is obtained.
[0069]
【Example】
  Hereinafter, some examples relating to the microlens 1 or the microlens array 7 of the present invention will be shown, and the effects thereof will be specifically described by comparison with comparative examples.
[0070]
  [Embodiment 1] In this embodiment, it is assumed that a microlens array 7 in which the external shape of the microlens 1 having the structure shown in FIG. First, a quartz glass wafer (substrate 2) having a diameter of 100 mm and a thickness of 525 μm that has been optically polished on both sides is brush scrubbed using a neutral detergent, dried, and then subjected to OAP (Hexa Co., Ltd.) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. It was immersed in methyldisilazane) and dried. Thereafter, a positive resist (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd .: OFFR-800, adjusted to a viscosity of 200 cp) was applied with a spinner, and prebaked at 90 ° C. for 30 minutes in a clean oven. By adjusting the rotation speed of the spinner, a uniform photosensitive resin layer having a thickness of 2.0 μm after pre-baking was formed.
[0071]
  Next, a photomask formed on the center of the photosensitive resin layer with a pattern in which 1280 square patterns of 9 μm × 9 μm are arranged in the X direction and 1024 in the Y direction at 11 μm intervals in both the X and Y directions. And were exposed by an ultraviolet exposure machine. Exposure amount is 300mJ / cm2 It was. Next, the photosensitive resin in the ultraviolet irradiation part is removed by dipping in a developing solution (Tokyo Ohka Co., Ltd .: NMD-W developing solution) for 60 seconds to develop a photomask on a quartz glass wafer. A resin film having the same pattern was formed. By holding the quartz glass wafer provided with this resin pattern on a hot plate at 200 ° C. for 10 minutes, the resin pattern was heated and fluidized to change into a convex shape. The height of the convex shape at this time was 2.2 μm.
[0072]
  The quartz glass wafer provided with such a convex resin pattern was etched from the surface provided with the resin pattern using an ECR dry etching apparatus, and the shape was engraved on the surface of the quartz glass wafer. Etching conditions are substrate temperature −40 ° C., microwave (2.54 GHz) power 670 W, ECR ion source coil current 19 A, substrate bias high frequency (13.56 MHz) power 450 W, and etching gas and its supply amount are CHF.Three : Flow rate 15SCCM, O2 : Flow rate was 1.5 SCCM. The reaction pressure in the etching chamber was set to 0.013 Pa by controlling the opening degree of the variable orifice provided in the exhaust apparatus of the dry etching apparatus. Under these conditions, the etching rate of quartz glass was 120 nm / min, and the etching rate of the resin film was approximately 140 nm / min. Etching was performed until the resin pattern was completely etched under these conditions. The lens height transferred onto the quartz glass wafer surface was 1.9 μm.
[0073]
  Next, the area where the lens array is arranged is cut out into a 20 mm × 17 mm rectangle with an area of about 3 mm in width on the outer periphery, and is polished in parallel from the surface opposite to the surface on which the lens array is formed. The thickness of the substrate excluding was set to 55 μm. The surface opposite to the surface on which the lens array was formed was smoothed by optical polishing, and the surface on which the lens array was formed was temporarily bonded to another quartz glass wafer with a thermoplastic resin soluble in acetone.
[0074]
  Next, a chromium film serving as the light-shielding portion 5 was deposited by sputtering to a thickness of 150 nm on the entire surface opposite to the surface on which the microlenses of the thin microlens array thus fixed were formed.
[0075]
  Next, a positive photoresist is applied on the chromium film, and a photomask in which lines having a width of 1 μm are arranged in a rectangular pattern at intervals of 11 μm in both the X and Y directions is used as a gap between the lens arrays. Aligned, aligned, exposed and developed. The alignment was performed using an exposure machine equipped with an alignment mechanism that can align the front and back surfaces, and simultaneously observing the lens array shape and the photomask lattice pattern that can be seen through the quartz glass wafer and the fixing resin from the back surface. If an alignment mark is provided in advance and a chromium film is not deposited around the alignment mark, an ordinary alignment operation from one side is also possible.
[0076]
  Next, after removing the chromium film other than the resist pattern by wet etching, the resist film was removed by an oxygen ashing apparatus to form a pattern of the light shielding portion 5 having the openings 4.
[0077]
  Next, after applying a positive photoresist to a thickness of 1 μm on the surface on which the chromium film pattern is formed and pre-baking, 1280 square patterns of 7 μm × 7 μm in the X direction at 11 μm intervals in both the X and Y directions, 1024 photomasks each arranged in a direction were aligned with a rectangular pattern with the lens shape and the center aligned, closely contacted, and exposed by an ultraviolet exposure machine. After developing this photoresist, post-baking was performed at 120 ° C. for 30 minutes, and using this as a mask, a magnesium fluoride film serving as a phase shift region was deposited by vacuum deposition. Thereafter, the resist mask was removed by oxygen ashing, the magnesium fluoride film was patterned as a phase shift region, and peeled from the quartz glass wafer used as a pedestal to complete the microlens array 7.
[0078]
  Samples with various thicknesses of magnesium fluoride in the microlens array 7 were prepared, and their light collection performance was examined. In the measurement method, monochromatic and parallel light having a wavelength of 633 nm having a substantially uniform intensity distribution in the arrayed region of the lens array is incident from the surface on which the light-shielding portion 5 is formed, and at a distance of 10 μm from the tip of the microlens. The amount of light transmitted through one rectangular aperture of 5 μm × 5 μm is measured, and the ratio of the amount of light incident on one opening 4 of the light shielding unit 5, that is, the region of 10 μm × 10 μm, is obtained, and the light collected by the microlens Ability. As a result, in the microlens array 7 in which the film thickness of magnesium fluoride is deposited to approximately 120 nm, 95% of the irradiation light amount to the opening 4 of the corresponding light shielding portion 5 is included in the above-described aperture except for the reduction of the light amount due to the surface reflection. % Of light could be collected.
[0079]
  [Embodiment 2] In this embodiment, in the same microlens array as that of Embodiment 1, the magnesium fluoride film serving as the phase shift portion 6 is not located around the refractive surface 3 but only at a position corresponding to the refractive surface 3. This is an example of creating a microlens array 7 patterned in the following manner. The method of patterning the phase shift region is not the lift-off method, but a resist mask is formed on the magnesium fluoride film deposited on the entire surface using a photomask for patterning the microlens portion, and is patterned by a dry etching method. Other structures and production methods were the same as those in Example 1.
[0080]
  Samples with various thicknesses of magnesium fluoride in the microlens array 7 were prepared, and their light collection performance was examined. In the measurement method, a monochromatic, parallel light having a wavelength of 633 nm having a substantially uniform intensity distribution in the arrayed region of the lens array is made incident from the surface on which the light-shielding portion 5 is formed, and at a distance of 10 μm from the tip of the microlens. The amount of light transmitted through one rectangular aperture of 5 μm × 5 μm is measured, and the ratio of the amount of light incident on one opening 4 of the light shielding unit 5, that is, the region of 10 μm × 10 μm, is obtained, and the light collected by the microlens Ability. As a result, in the microlens array substrate having a magnesium fluoride film thickness of about 120 nm deposited, except for a decrease in the amount of light due to surface reflection, 90% of the amount of light irradiated to the opening 4 of the corresponding light-shielding portion 5 within the above-described aperture. % Of light could be collected.
[0081]
  [Comparative Example 1] A microlens array similar to that of Example 1 was prepared without providing a magnesium fluoride film serving as a phase shift portion. Other structures and production methods were the same as those in Example 1.
[0082]
  The light collecting performance of this microlens array was examined. In the measurement method, a monochromatic, parallel light having a wavelength of 633 nm having a substantially uniform intensity distribution in the arrayed region of the lens array is incident from the surface on which the light shielding portion is formed, and is set at a distance of 10 μm from the tip of the microlens. The amount of light transmitted through one rectangular aperture of 5 μm × 5 μm was measured, and the ratio of the amount of light incident on one opening of the light-shielding portion, that is, the region of 10 μm × 10 μm, was determined to be the condensing capability of the microlens. . As a result, excluding a decrease in the amount of light due to surface reflection, the amount of light collected in the aperture described above remained at 75% of the amount of light irradiated to the corresponding light shielding portion opening.
[0083]
  From the difference in condensing ability between the microlens arrays of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, it was confirmed that the condensing performance of the microlens 1 or the microlens array 7 of the present invention was enhanced. In Example 2, the mask for patterning the phase shift region can be shared with the microlens, and although the number of necessary photomasks can be reduced, the light condensing performance is slightly lowered. The cause of this is not clear, but it is thought that the light flux was scattered by the minute roughness of the magnesium fluoride film surface.
[0084]
  [Embodiment 3] In this embodiment, a microlens 1 having a single circular microlens formed on a substrate 2 is produced. First, a quartz glass wafer having a diameter of 100 mm and a thickness of 525 μm that has been optically polished on both sides is subjected to brush scrub cleaning using a neutral detergent, dried, and then OAP (hexamethyldisilazane) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. Dipped in and dried. Thereafter, a positive resist (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd .: OFPR-800, adjusted to a viscosity of 200 cp) was applied by a spinner, and prebaked at 90 ° C. for 30 minutes in a clean oven. By adjusting the rotation speed of the spinner, a uniform photosensitive resin layer having a thickness of 2.0 μm after pre-baking was formed. Next, a photomask in which a circular pattern having a diameter of 9 μm is arranged on the photosensitive resin layer at the center with 10 circular patterns arranged in the X direction and 10 in the Y direction at intervals of 5 mm in both the X and Y directions. It was made to adhere and exposed with the ultraviolet exposure machine. Exposure amount is 300mJ / cm2It was. Next, the photosensitive resin in the ultraviolet irradiation part is removed by dipping in a developing solution (Tokyo Ohka Co., Ltd .: NMD-W developing solution) for 60 seconds to develop a photomask on a quartz glass wafer. A columnar resin film having the same pattern was formed. By holding the quartz glass wafer provided with this resin pattern on a hot plate at 200 ° C. for 10 minutes, the resin pattern was heated and fluidized to change into a convex shape. The height of the convex shape at this time was 2.2 μm.
[0085]
  The quartz glass wafer provided with the above-mentioned convex resin pattern was etched from the surface provided with the resin pattern using an ECR dry etching apparatus, and the shape was engraved on the surface of the quartz glass wafer. Etching conditions are substrate temperature −40 ° C., microwave (2.54 GHz) power 670 W, ECR ion source coil current 19 A, substrate bias high frequency (13.56 MHz) power 450 W, and etching gas and supply amount thereof are CHF.Three : Flow rate 15SCCM, O2 : Flow rate was 1.5 SCCM. The reaction pressure in the etching chamber was set to 0.013 Pa by controlling the opening degree of the variable orifice provided in the exhaust apparatus of the dry etching apparatus. Under these conditions, the etching rate of quartz glass was 120 nm / min, and the etching rate of the resin film was approximately 140 nm / min. Etching was performed until the resin pattern was completely etched under these conditions. The lens height transferred onto the quartz glass wafer surface was 1.9 μm.
[0086]
  Next, the substrate is cut into a 5 mm × 5 mm rectangle so that the microlens is at the center, and is polished in parallel from the surface opposite to the surface on which the microlens is formed, so that the thickness of the substrate excluding the lens height is 55 μm. It was. The surface opposite to the surface on which the microlenses were formed was optically polished and finished smooth, and the surface on which the microlenses were formed was temporarily bonded to another quartz glass wafer with a thermoplastic resin soluble in acetone.
[0087]
  Next, a chromium film serving as the light-shielding portion 5 was deposited by a sputtering method on the entire surface opposite to the surface on which the microlenses 1 of the thin microlenses 1 thus fixed were formed. Next, a positive photoresist is applied on the chromium film, and an opening 4 having a diameter of 9 μm provided in the center and an annular opening (light transmission region 8) having an inner diameter of 12 μm and an outer diameter of 15 μm concentrically therearound. The photomask having) was aligned with the center of the microlens, exposed, and developed. Alignment was performed using an exposure machine equipped with an alignment mechanism that can align the front and back surfaces, and simultaneously observing the microlens shape and the photomask pattern that can be seen through the quartz wafer and the fixing resin from the back surface. If an alignment mark is provided and a chromium film is not deposited around it, an ordinary alignment operation from one side is also possible.
[0088]
  Next, after removing the chromium film in the opening portion of the resist pattern by wet etching, the resist film was removed by an oxygen ashing device to form a pattern of the light shielding portion 5 having the opening 4. Next, a positive photoresist is applied to the surface on which the chromium film pattern is formed to a thickness of 1 μm, and after prebaking, the photomask on which a circular pattern with a diameter of 10 μm is formed is aligned with the center of the lens and aligned. It was made to adhere and exposed with the ultraviolet exposure machine. After developing this photoresist, post-baking was performed at 120 ° C. for 30 minutes, and using this as a mask, a magnesium fluoride film serving as a region of the phase shift portion 6 was deposited by vacuum evaporation.
[0089]
  Thereafter, the resist mask was removed by oxygen ashing, the magnesium fluoride film was patterned as a phase shift region, and peeled from the quartz glass wafer used as a pedestal to complete the microlens 1.
[0090]
  Samples with various thicknesses of magnesium fluoride of the microlens 1 were prepared, and their light collecting performance was examined. The measurement method is such that a monochromatic, parallel light having a wavelength of 633 nm having a substantially uniform intensity distribution in the microlens region is incident from the surface on which the light-shielding portion 5 is formed, and the diameter is 5 μm set at a distance of 10 μm from the tip of the microlens. The amount of light transmitted through the aperture was measured, and the ratio with the amount of light incident on the opening 4 of the light shielding portion 5, that is, the region having a diameter of 9 μm, was obtained and used as the light collecting ability of the microlens 1. As a result, in the microlens 1 in which the film thickness of magnesium fluoride is deposited to approximately 90 nm, the amount of light that is 95% of the amount of light irradiated to the opening 4 of the light-shielding portion 5 is included in the aperture described above, except for the reduction in the amount of light due to surface reflection. Could be condensed. In the production of the microlens 1, the alignment accuracy when aligning the mask of the phase shift region is relaxed, and the manufacturing cost can be reduced.
[0091]
  [Comparative Example 2] In the same microlens as in Example 3, a microlens without a magnesium fluoride film serving as a phase shift portion was prepared. Other structures and production methods were the same as those in Example 3. The light collecting performance of this microlens was examined. The measuring method is that a monochromatic, parallel light with a wavelength of 633 nm having a substantially uniform intensity distribution in the microlens region is incident from the surface on which the light-shielding part is formed, and the diameter of 5 μm is set at a distance of 100 μm from the tip of the microlens. The amount of light transmitted through the aperture was measured, and the ratio with the amount of light incident on the opening of the light-shielding portion, that is, the region having a diameter of 9 μm, was obtained to determine the condensing ability of the microlens. As a result, the amount of light collected in the aperture was limited to 70% of the amount of light irradiated to the opening of the light shielding portion.
[0092]
  [Embodiment 4] This is an example of creating a microlens array 7 using a region where a large number of protrusions are formed as the structure of the region of the phase shift unit 6. In particular, this is an example of creating a microlens array having the same outer shape of the microlens as in the first embodiment. First, a quartz glass wafer having a diameter of 100 mm and a thickness of 525 μm that has been optically polished on both sides is subjected to brush scrub cleaning using a neutral detergent, dried, and then OAP (hexamethyldisilazane) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. Dipped in and dried. Thereafter, a positive resist (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd .: OFPR-800, adjusted to a viscosity of 200 cp) was applied with a spinner, and prebaked at 90 ° C. for 30 minutes in a clean oven. By adjusting the rotation speed of the spinner, a uniform photosensitive resin layer having a thickness of 2.0 μm after pre-baking was formed.
[0093]
  Next, a photomask formed on the center of the photosensitive resin layer with a pattern in which 1280 square patterns of 9 μm × 9 μm are arranged in the X direction and 1024 in the Y direction at 11 μm intervals in both the X and Y directions. And were exposed by an ultraviolet exposure machine. Exposure amount is 300mJ / cm2 It was.
[0094]
  Next, the photosensitive resin in the ultraviolet irradiation part is removed by dipping in a developing solution (Tokyo Ohka Co., Ltd .: NMD-W developing solution) for 60 seconds to develop a photomask on a quartz glass wafer. A resin film having the same pattern was formed. By holding the quartz glass wafer provided with this resin pattern on a hot plate at 200 ° C. for 10 minutes, the resin pattern was heated and fluidized to change into a convex shape. The height of the convex shape at this time was 2.2 μm. The quartz glass wafer provided with such a convex resin pattern was etched from the surface provided with the resin pattern using an ECR dry etching apparatus, and the shape was engraved on the surface of the quartz glass wafer. Etching conditions are substrate temperature −40 ° C., microwave (2.54 GHz) power 670 W, ECR ion source coil current 19 A, substrate bias high frequency (13.56 MHz) power 450 W, and etching gas and supply amount thereof are CHF.Three : Flow rate 15SCCM, O2 : Flow rate was 1.5 SCCM. The reaction pressure in the etching chamber was set to 0.013 Pa by controlling the opening degree of the variable orifice provided in the exhaust apparatus of the dry etching apparatus. Under these conditions, the etching rate of quartz glass was 120 nm / min, and the etching rate of the resin film was approximately 140 nm / min. Etching was performed until the resin pattern was completely etched under these conditions. The lens height transferred onto the quartz glass wafer surface was 1.9 μm.
[0095]
  Next, the area where the lens array is arranged is cut out into a 20 mm × 17 mm rectangle with an area of about 3 mm in width on the outer periphery, and is polished in parallel from the surface opposite to the surface on which the lens array is formed. The thickness of the substrate excluding was set to 55 μm. The surface opposite to the surface on which the lens array was formed was smoothed by optical polishing, and the surface on which the lens array was formed was temporarily bonded to another quartz glass wafer with a thermoplastic resin soluble in acetone.
[0096]
  Next, a chromium film serving as the light shielding portion 5 was deposited by a sputtering method on the entire surface opposite to the surface on which the lens array of the thin lens array substrate thus fixed was formed, by a sputtering method. Next, a resist for electron beam drawing is applied on the chromium film, and a pattern in which lines having a width of 1 μm are arranged in a rectangular grid at intervals of 11 μm in both the X direction and the Y direction, and the inside of each 10 μm square opening. A pattern in which a circular pattern having a diameter of 0.15 μm is finely arranged at intervals of 0.45 μm in an area having a width of 2 μm along the line is exposed and developed by electron beam drawing.
[0097]
  Next, after removing the chromium film other than the resist pattern by wet etching, the quartz glass of the substrate is removed under the same etching conditions as those in which the lens shape was transferred by an ECR etching apparatus using the resist film and the chromium film as a resist mask. Etched.
[0098]
  In this way, the region of the phase shift portion 6 in which a large number of columnar protrusions were formed and the opening 4 of the light shielding portion 5 were formed simultaneously.
[0099]
  Thereafter, the microlens array 7 was completed by peeling from the quartz glass wafer used as a pedestal.
[0100]
  Samples with various heights of protrusions of the microlens array 7 were prepared, and their light collecting performance was examined. In the measurement method, monochromatic and parallel light having a wavelength of 633 nm having a substantially uniform intensity distribution in the arrayed region of the lens array is incident from the surface on which the light-shielding portion 5 is formed, and is 10 μm away from the tip of the microlens. The amount of light transmitted through one rectangular aperture of 5 μm × 5 μm is measured, and the ratio of the amount of light incident on one opening 4 of the light-shielding portion 5, that is, the region of 10 μm × 10 μm, is obtained, and the light collected by the microlens Ability. As a result, in the microlens array 7 having a projection height of about 0.7 μm, excluding a decrease in the amount of light due to surface reflection, 95% of the amount of light applied to the opening 4 of the corresponding light shielding portion 5 within the above-described aperture. It was possible to collect the amount of light.
[0101]
  Magnesium fluoride is a material having good transmittance even in the ultraviolet region, but it may cause weak absorption at a specific wavelength due to impurities mixed during vapor deposition. However, in the microlens array 7 of the present embodiment in which the substrate is provided with a fine structure and used as the region of the phase shift portion 6, such a problem does not occur.
[0102]
  Further, the same effect can be obtained when the protrusion is formed as a plate.
[0103]
【The invention's effect】
  According to the first aspect of the present invention, a part of the light flux having the wavelength λ that is located at the position overlapping the refractive surface or in the vicinity of the refractive surface and transmitted through the portion so as to interfere with the diffracted light emitted from the refractive surface. Is provided with a phase shift unit that generates a preset optical phase difference, so that when the diffracted light overlaps the focused light from the refracting surface, the condensing spot becomes large, but it passes through the phase shift unit. By appropriately controlling the phase of the light beam and interfering with the diffracted light emitted from the refracting surface, the intensity of this diffracted light is reduced, and the condensing spot is not increased by the diffracted light, improving the resolving power as a lens. In particular, there is no part that blocks the light transmitted through the refracting surface, so the phase shift unit uses only the intensity of the diffracted light from the refracting surface that causes the resolution to decrease without reducing the amount of light. Te can be reduced to enable, even in the case of very fine structures, such as a diameter less than 10 [mu] m, without causing a reduction in transmitted light quantity, it is possible to collect the light beam to a smaller area.
[0104]
  Claim 1The described invention, RankSince it is not necessary to deposit a thin film in forming the phase shift portion, it is possible to provide a highly versatile phase shift portion applicable to more cases even when there is no suitable thin film material.
[0105]
  Claims 2 and 3The invention described inClaim 1In realizing the described invention, it is possible to provide a phase shift unit under conditions that provide better light-collecting characteristics.
[0106]
  Claim 4The described inventionClaims 1 to 3In realizing the described invention, it is possible to provide a phase shift section under conditions where the environmental resistance is enhanced.
[0107]
  Claim 5Since the described invention includes the microlens array having the microlens according to any one of the first to fourth aspects, the amount of transmitted light is reduced even when the array structure is applied to, for example, a liquid crystal projector. The effect that the light condensing property can be enhanced is obtained.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a microlens according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional structure diagram, and FIG.
FIG. 2 shows the present invention.As a reference exampleIt is a cross-section figure showing a micro lens of a second embodiment.
FIG. 3 shows the present invention.As a reference exampleIt is sectional structure drawing which shows the micro lens from which 2nd embodiment differs.
FIG. 4 shows the present invention.As a reference exampleIt is sectional structure drawing which shows the micro lens from which 2nd embodiment differs.
FIG. 5 shows the present invention.As a reference exampleIt is sectional structure drawing which shows the micro lens from which 2nd embodiment differs.
FIG. 6 shows the present invention.As a reference exampleIt is a sectional structure figure showing a micro lens array of a second embodiment.
FIG. 7 shows the present invention.As a reference exampleIt is a cross-sectional structure figure which shows the microlens array from which 2nd embodiment differs.
FIG. 8 shows the present invention.As a reference exampleIt is sectional structure drawing which shows the microlens array of 3rd embodiment.
FIG. 9 shows the present invention.As a reference exampleIt is sectional structure drawing which shows the microlens array of 3rd embodiment.
FIG. 10 shows the present invention.As a reference exampleIt is sectional drawing which shows the microlens array from which 3rd embodiment differs.
FIG. 11 shows the present invention.As a reference exampleIt is sectional structure drawing which shows the microlens array of 4th embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional structure diagram illustrating a microlens array according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Microlens
2 Substrate
3 Refraction surface
4 opening
5 Shading part
6 Phase shift part
8 Light transmission area

Claims (5)

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 10 μm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。
Comprising at least one surface formed spherical or aspherical refractive surface of the base plate, and a light shielding portion having an opening in correspondence to the magnitude of the refractive surface, the micro-diameter of the refractive surface is less than 10 [mu] m In the lens,
A phase shift unit that is located at a position overlapping the refractive surface or at an outer peripheral portion of the refractive surface and that causes an optical phase difference so as to reduce the intensity of the diffracted light by interfering with the diffracted light emitted from the refractive surface. The opening of the light shielding portion is larger than the outer periphery of the refractive surface and has a shape similar to the outer peripheral shape of the refractive surface, and the phase shift portion has an annular shape with a constant width between the outer periphery of the refractive surface and the opening. A microlens comprising a substrate surface structure region in which a large number of columnar protrusions are formed in the substrate region .
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。 The columnar projections in the substrate surface structure region satisfy a range in which a ratio P: D2 of a diameter D2 of an inscribed circle of the projection portion to an arrangement pitch P of the projections is 1: 0.1 to 1: 0.5. The microlens according to claim 1, wherein the microlens is formed . 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。 The columnar protrusions in the substrate surface structure region are formed so that a ratio D2 : H2 between the height H2 of the protrusions and the diameter D2 of the protrusions satisfies a range of 1: 2 to 1:10. The microlens according to claim 1. 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。 4. The microlens according to claim 1, wherein a transparent material having a refractive index different from that of the protrusion is filled in the protrusion gap portion in the substrate surface structure region . 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。 In the micro-lens according to any one of claims 1 to 4, micro, wherein the refractive surface, the opening and the phase shifter has a one-dimensional or two-dimensionally arrayed arrays structure Lens array.
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