JP4078415B2 - Microlens, microlens array and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報通信デバイス、光情報家電デバイスなどに用いられるマイクロレンズおよびマイクロレンズアレーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報通信用、光情報家電用などのデバイスにはレンズが多用されている。最近、面発光レーザーアレイとファイバーとのインターコネクション、液晶プロジェクター、光メモリピックアップなどの分野において、マイクロレンズ(微小で高開口数の凸レンズ)およびそのアレーが求められている。従来、マイクロレンズおよびそのアレーの製造方法としては、
(1)ガラスを溶融塩中に保持してイオン交換を行うことによって形成される屈折率分布を利用する方法（特許文献１）、
(2)フォトレジストを熱処理することにより、その表面張力を利用して球面状に成形されたマスクを介してガラスをドライエッチングして、マイクロレンズを形成する方法（特許文献２）、
(3)石英基板上にシリコンの円盤をパターニングし、シリコンの融点まで加熱して表面張力によって球面を形成し、その後熱酸化によってシリカガラスマイクロレンズとする方法（特許文献３）、
(4)低融点ガラスのパターンを耐熱性の高い基板の上に形成し、熱処理によって表面張力を利用して球面状マイクロレンズに成形する方法（特許文献４、特許文献５）
などが報告されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平11-248905号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平8-166502号公報
【０００５】
【特許文献３】
特開平6-160607号公報
【０００６】
【特許文献４】
特開平10-123305号公報、
【０００７】
【特許文献５】
特開2001-242303号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のマイクロレンズ形成技術は、
(1)レンズ内の屈折率分布を利用する手法、
(2)ドライエッチングによって球面状のマスク形状をそのままガラスに転写する手法、および
(3)高温に熱することによってレンズ材料を溶かし、その表面張力のみによって球面形状を形成する手法
の３通りに大別される。
【０００９】
マイクロレンズの集光性能を上げるためには、屈折率分布および/または曲面形状を制御することが、極めて有効であると予測されるが、その具体的な手法は、未だ報告されていない。
【００１０】
従って、本発明は、公知技術に比して、集光性能をより一層向上させたマイクロレンズおよびマイクロレンズアレーを提供することを主な目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の様な従来技術の現状を考慮しつつ研究を進めた結果、マイクロレンズを形成するガラス部分の垂直方向の組成を傾斜的に制御することにより、高さ方向での粘性に分布をもたせ、軟化点以上に加熱した際の粘性流動を制御する場合には、レンズの曲面形状を自在に制御することができることを見出し、レンズの開口数や収差が制御されたマイクロレンズを得ることに成功した。
【００１２】
さらに、マイクロレンズを形成するガラス部分の垂直方向の組成を傾斜的に制御することにより、高さ方向での粘性と屈折率の両方に分布をもたせる場合には、レンズの開口数や収差がより高度に制御されたマイクロレンズが得られることを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明は、下記のマイクロレンズとその製造方法を提供するものであり、さらにその様なマイクロレンズを備えたアレーとその製造方法を提供する。
１．基板上に、厚み方向に組成を変化させることにより粘性と屈折率のそれぞれを任意の値に制御した透明ガラスからなるマイクロレンズ。
２．透明ガラスが、SiO2を主成分とし、B2O3、P2O5、GeO2、SnO2、フッ素および窒素から選ばれた少なくとも１種を併せて含有するガラスであるか、或いはSiO2を主成分とし、B2O3、P2O5、GeO2、フッ素および窒素の少なくとも1種とともに、さらにSnO2、Al2O3およびTiO2から選ばれた少なくとも１種を併せて含有するガラスである上記項１に記載のマイクロレンズ。
３．SiO2に対してB2O3、P2O5、GeO2、フッ素および窒素の少なくとも1種を添加する場合の添加量(モル％)が、
0.01<B2O3<25
0.01<P2O5<15
0.01<GeO2<50
0.01<F2<10
0.01<N2<15
（但し、F2およびN2については、実際にはガラス中にSi-F、Si-Nとして取り込まれるが、ここでは仮想的にF2分子およびN2分子としてモル換算して示している）の範囲内にあり、これら添加物の全濃度が0.01〜50モル%の範囲内にある上記項２に記載のマイクロレンズ。
４．SiO2に対して、B2O3、P2O5、GeO2、フッ素および窒素の少なくとも1種とともに、さらにSnO2、Al2O3およびTiO2の少なくとも1種を添加する場合の添加量(モル％)が、
0.01<SnO2<5
0.01<Al2O3<15
0.01<TiO2<10
の範囲内にあり、B2O3、P2O5、GeO2、フッ素および窒素の少なくとも1種とSnO2、Al2O3およびTiO2の少なくとも1種との全濃度が0.02〜50モル%の範囲内にある上記項２に記載のマイクロレンズ。
５．基板が、シリカガラス、光学ガラス、透明結晶化ガラスまたは熱酸化シリコンからなる上記項１〜４のいずれかに記載のマイクロレンズ。
６．基板上に、厚み方向に組成を変化させることにより粘性と屈折率のそれぞれを任意の値に制御してなり且つ基板よりも軟化点の低い透明ガラス膜を形成した後、当該ガラス膜を基板に対して垂直な方向に所望の直径の円柱状に微細加工し、さらに引き続いてガラス膜の軟化点以上に加熱することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
７．基板上に透明ガラスを成膜するに際し、まず当該基板表面層と同等な屈折率を有する酸化物ガラス膜を形成した後、膜厚の増大とともに透明ガラスの組成を徐々に変化させることにより、所望の組成で所望の膜厚まで成膜する上記項６に記載のマイクロレンズの製造方法。
８．熱処理後のマイクロレンズの表面に耐水性ガラス薄膜を成膜する上記項６または７に記載のマイクロレンズの製造方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
本発明においては、先ず、基板上に、膜厚の増大とともに徐々に組成を変化させながら所望の膜厚まで透明ガラス膜を形成する。
【００１６】
基板としては、特に制限はなく、シリカガラス、光学ガラス、透明結晶化ガラス、熱酸化シリコンなどの公知の材料からなる基板を使用することができる。基材材料としては、シリカガラス、光学ガラスおよび透明結晶化ガラスがより好ましい。結晶化ガラスは、結晶化度により、基板の熱膨張率を正、負或いはゼロにも制御できるので、特に有用である。例えば、ゼロ膨張基板を使用する場合には、温度変化によって焦点ピッチが変化しないマイクロレンズおよびマイクロレンズアレーを作製することができる。また、制御された適切な膨張係数を有する基板を使用する場合には、温度変化に対応して所望のピッチに変化するマイクロレンズおよびマイクロレンズアレーを作製することができる。
【００１７】
また、必要ならば、基板上には、後述の透明ガラス薄膜の形成に先立って、基板表面層と同等な屈折率を有する酸化物ガラス薄膜を形成しておくことができる。ここに、「同等な屈折率」とは、基板と酸化物ガラス薄膜との屈折率の差が、±1.0％程度以内、より好ましくは0.1％程度以内であることを意味する。基板表面層と透明ガラスとの間にこの様な酸化物ガラス膜を形成しておくことにより、レンズ形成のために所望の組成のガラスを成膜した場合に、レンズ部分と基板との屈折率差によるフレネル反射損失を抑えることができる。また、後述する熱処理中にレンズの裾径が必要以上に基板上に広がることを防止する効果も発揮される。薄膜形成用の酸化物ガラスとしては、基板と膨張率が大きく変わらないガラスであれば、特に限定されない。例えば、基板がシリカガラスである場合には、シリカガラスが好適である。酸化物ガラス薄膜の形成は、特に限定されず、例えば、レンズ用薄膜プロセスにおいて採用されているプラズマCVD法などの公知の手法を用いて行うことができる。
【００１８】
次いで、基板上または基板上に設けられた酸化物ガラス薄膜上に、透明ガラス膜を形成する。透明ガラス膜の形成手段は、特に限定されず、プラズマCVD法、火炎堆積法(FHD)、スパッタ法、蒸着法などの公知の成膜手法を適宜選択して用いることができる。
【００１９】
例えば、プラズマCVD法による場合には、代表的な原料は、透明ガラス膜の組成に応じて、Si(OC2H5)4、或いはSi(OC2H5)4と第1添加成分源としてのGe(OCH3)4、 B(OC2H5)3、P(OCH3)3、CF4、NH3などの少なくとも1種である。透明ガラス膜の組成に応じて、これらの原料を単独(SiO2源としてSi(OC2H5)4を使用する場合)で、或いはSiO2源と第1添加成分源の少なくとも1種とをマスフローメーターで厳密に制御・混合して、酸素プラズマ中で分解させることによって、基板上に目的とする組成で厚さ数十μmオーダーの透明ガラスを成膜することができる。この原料の分解による透明ガラス膜の形成過程において、SiO2源と第1添加成分源の少なくとも1種との混合比を連続的或いは適宜段階的に変化させることにより、粘性と屈折率が、それぞれ傾斜性を有する透明ガラス膜を形成させることができる。
【００２０】
或いは、SiO2源と第1添加成分源の少なくとも1種とともに、第2添加成分源としてのSn(CH3)4、Al(OC2O5)3、(CH3)3SiN3、Ti(OC2O5)4などの少なくとも1種を混合して、SiO2-第1添加成分-第2添加成分からなる傾斜機能性透明ガラス膜を形成させることもできる。
【００２１】
本発明において、基板上または基板上に設けられた酸化物ガラス薄膜上に形成される透明ガラス膜は、(a) SiO2を主成分とし、B2O3、P2O5、GeO2、SnO2、フッ素および窒素から選ばれた第1添加成分の少なくとも１種を含有するガラス、或いは(b)SiO2を主成分とし、第1添加成分の少なくとも1種とともに、さらにSnO2、Al2O3およびTiO2から選ばれた第2添加成分の少なくとも１種を含有するガラスである。
【００２２】
上記のガラス(a)としては、第1添加成分が0.01<B2O3<25、0.01<P2O5<15、0.01<GeO2<50、0.01<F2<10、0.01<N2<15（添加成分についての数値は、全ガラス成分中の添加成分含有量(モル％)を示す。また、F2およびN2については、実際にはガラス中にSi-F、Si-Nとして取り込まれるが、ここでは仮想的にF2分子およびN2分子としてモル換算して示している）の範囲内にあり、かつ2種以上を併用する場合には、全添加成分の合計濃度が0.01〜50モル%の範囲内にあるガラスが好ましい。主成分であるSiO2に対し、適量の第1添加成分を配合することにより、ガラスの屈折率および粘性を調整することがより容易となる。ガラス(a)中の各第1添加成分の濃度(モル％)は、0.1<B2O3<10、0.1<P2O5<10、0.1<GeO2<30、0.1<F2<8、0.1<N2<10とすることがより好ましく、2種以上を併用する場合には、全添加成分の合計濃度が2〜35モル%の範囲内とすることがより好ましい。
【００２３】
また、上記のガラス(b)としては、第1添加成分と併せて使用される第2添加成分が、0.01<SnO2<5、0.01<Al2O3<15、0.01<TiO2<10の範囲内にあり、かつ第1添加成分と第2添加成分との合計濃度が0.02〜50モル%の範囲内にある内にあるガラスが好ましい。第2添加成分を配合することにより、ガラスの屈折率および粘性を調整することがさらに一層容易となる。ガラス(b)中の各第2添加成分の濃度(モル％)は、0.05<SnO2<2、0.05<Al2O3<5、0.05<TiO2<5の範囲内にあり、かつ第1添加成分と第2添加成分との合計濃度が0.25〜40モル%の範囲内にある内にあることがより好ましい。
【００２４】
次いで、図1に示す様に、基板上に設けられた透明ガラス膜を所望の直径の円柱状に微細加工する。その手法としては、特に限定されないが、例えば、リソグラフィーとドライエッチングが有望な手法である。すなわち、フォトレジストや金属マスクによって所望の直径の円パターンを形成した後、CHF3、CF4、C3F8、C4F8、Arなどのプラズマ中でガラス部分をエッチングする。
【００２５】
ドライエッチング後に形成された円柱状の突起部分を加熱によって軟化させ、表面張力によって丸く凸レンズ状(球面状および非球面状)に成形する。その際、円柱の厚さ方向に軟化点を制御できる様に、ガラス組成を調節しておく(添加成分の含有量を基板側から円柱上層部に向けて、次第に増大させるか或いは次第に減少させる)ことにより、開口数を大きくし、且つ収差を小さくすることができる。また、開口数や収差は、成膜時の組成制御によって予め屈折率分布を付けておくことによっても、制御できる。
【００２６】
なお、本発明において、ドライエッチングによって形成する突起部分を所定のパターンに配列すれば、マイクロレンズアレーを作製することができる。
【００２７】
さらに、レンズ形成部分のガラスの耐湿性が十分でなく、使用環境によって表面が劣化する恐れがある場合は、熱処理後に得られたマイクロレンズおよびそのアレーの表面層に、劣化防止のために、耐水性に優れた薄膜、例えば、シリカガラス薄膜を10nm以上の厚みで成膜することが、好ましい。
【００２８】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明にする。
【００２９】
なお、実施例１、２、３、５、７および８は、屈折率を一定として、粘性のみを変化させた例を示し、実施例４および６は、屈折率と粘性とを変化させた例を示す。
実施例１
主原料としてSi(OC2H5)4を用いるプラズマCVD法により、シリカガラス基板上にSiO2を1μm堆積した後、B2O3とGeO2の添加比率がモル％で常に4.7:1になるように第1添加成分源としてのGe(OCH3)4および B(OC2H5)3の供給量を制御しつつ、プラズマCVD法を継続して、SiO2-B2O3-GeO2ガラス薄膜中の添加成分量が0〜10モル％まで直線的に増加する様に成膜した。成膜した透明ガラス薄膜の厚さは25μmであった。
【００３０】
得られたガラス薄膜に直径100μmの円形ホールが空いたポジ型フォトレジストパターンを形成し、その上にCr金属膜をCDスパッタ法で成膜した後、フォトレジストパターンを除去し、ガラス薄膜上に直径100μmの円形金属パターンを形成した。
【００３１】
次いで、ガラス薄膜をICPエッチング装置内に設置し、C3F8ガスを用いて、プラズマパワー800W、バイアスパワー380Wにて50分間エッチングした後、残存していたCrマスクを湿式エッチングによって除去して、円柱状の突起を得た。
【００３２】
次いで、円柱状の突起が形成された基板を950℃の雰囲気下で30分間加熱したところ、基板の熱変形などを生じることなく、円柱状突起の上面が半球状に丸く滑らかな曲面になった。
【００３３】
得られた半球状突起を用いて、波長633nmのHe-Neレーザー光を集光したところ、レンズ機能を発現していることが確認された。
実施例２
実施例１と同様な手法により、シリカガラス基板上に直径100μmの円柱状突起を125μm間隔で縦120個、横120個作製し、同様の手法で熱処理したところ、全ての突起においてレンズが形成され、アレーレンズとして機能した。
実施例３
ゼロ膨張結晶化ガラス基板上に、主原料としてのSi(OC2H5)4を用いるプラズマCVD法により、SiO2を1μm堆積した後、F2とP2O5の添加比率がモル％で常に1:3.6になるように第1添加成分源としてのCF4およびP(OCH3)3の供給量を制御しつつ、プラズマCVD法を継続して、SiO2-F2-P2O5ガラス薄膜中の添加成分量が0〜7.5モル％まで直線的に増加する様に成膜した。成膜した透明ガラス薄膜の厚さは20μmであった。
【００３４】
得られたガラス薄膜に直径100μmの円形ホールが空いたポジ型フォトレジストパターンを形成し、その上にCr金属膜をCDスパッタ法で成膜した後、フォトレジストパターンを除去し、ガラス薄膜上に直径100μmの円形金属パターンを形成した。
【００３５】
次いで、ガラス薄膜をICPエッチング装置内に設置し、C3F8ガスを用いて、プラズマパワー800W、バイアスパワー380Wにて40分間エッチングした後、残存していたCrマスクを湿式エッチングによって除去して、円柱状の突起を得た。
【００３６】
次いで、円柱状の突起が形成された基板を950℃の雰囲気下で30分間加熱したところ、基板の熱変形などを生じることなく、円柱状突起の上面が半球状に丸く滑らかな曲面になった。
【００３７】
得られた半球状突起を用いて、波長633nmのHe-Neレーザー光を集光したところ、レンズ機能を発現していることが確認された。
実施例４
主原料としてSi(OC2H5)4を用いるプラズマCVD法により、シリカガラス基板上にSiO2を1μm堆積した後、第1添加成分源としてのGe(OCH3)4供給量を制御しつつ、プラズマCVD法を継続して、SiO2- GeO2ガラス薄膜中のGe添加量が0〜30モル％まで直線的に増加する様に成膜した。成膜した透明ガラス薄膜の厚さは20μmであった。
【００３８】
得られたガラス薄膜に直径100μmの円形ホール(120個×120個)が空いたポジ型フォトレジストパターンを形成し、その上にCr金属膜をCDスパッタ法で成膜した後、フォトレジストパターンを除去し、ガラス薄膜上に直径100μmの円形金属パターンアレーを形成した。
【００３９】
次いで、ガラス薄膜をICPエッチング装置内に設置し、C3F8ガスを用いて、プラズマパワー800W、バイアスパワー380Wにて40分間エッチングした後、残存していたCrマスクを湿式エッチングによって除去して、円柱状の突起(120個×120個)を得た。
【００４０】
次いで、円柱状の突起が形成された基板を1250℃の雰囲気下で60分間加熱したところ、円柱状突起の上面が半球状に丸く滑らかな曲面になった。
【００４１】
得られた半球状突起を用いて、波長633nmのHe-Neレーザー光を集光したところ、レンズ機能を発現していることが確認された。
実施例５
実施例１と同様な手法により、熱酸化シリコン基板上に、厚さ20μmのSiO2-B2O3-N2ガラス(モル比で、B2O3:N2=5:1)の薄膜を形成した。ガラス薄膜中の添加成分量は、基板側から表面側に向けて、0〜10モル％まで直線的に増加させた。
【００４２】
円形金属パターンの形成、Crマスクの除去による円柱状突起の形成、基板の熱処理による半球状突起の形成は、実施例1と同様の手法により、行った。
【００４３】
得られた半球状突起を用いて、波長633nmのHe-Neレーザー光を集光したところ、レンズ機能を発現していることが確認された。
実施例６
実施例１の手法に準じて、SiO2基板上に、厚さ20μmのSiO2-B2O3-P2O5ガラスの薄膜を形成した。ガラス薄膜中の添加成分量は、基板側から表面側に向けて、0〜10モル％まで直線的に増加させた。但し、B2O3:P2O5のモル比は、薄膜の中央部までは4.7:1に固定し、中央部から表面までは、表面で1:1となる様に調整した。
【００４４】
円形金属パターンの形成、Crマスクの除去による円柱状突起の形成、基板の熱処理による半球状突起の形成は、実施例1と同様の手法により、行った。
【００４５】
得られた半球状突起を用いて、波長633nmのHe-Neレーザー光を集光したところ、レンズ機能を発現していることが確認された。
比較例１
実施例１と同様の組成比のガラス薄膜を、基板側から表面に向けて、添加成分量を0モル％から55モル%まで一様に増加させつつ、25μm厚まで堆積した。得られたガラス薄膜の表面は、光学的均質性を失い、その後のドライエッチングなどの加工もできず、レンズ機能は確認できなかった。
比較例２
実施例１と同様な手法により、石英基板上に70mol％SiO2-30mol%GeO2のガラスを成膜し、直径100μm、高さ20μmの円柱状突起をクロムマスクを介したドライエッチングによって形成し、マスク除去後に1250℃で熱処理した。円柱状突起の上部は、疑似球面に変形したが、同時に円柱状突起の基板接触部が直径150μm程度に増大した。これの様な製品を実施例４のレンズと比較すると、開口数が小さく、且つ、基板とGeO2-SiO2部分の屈折率差によるフレネル反射損失も見られ、レンズとしての機能は不十分であった。
実施例７
シリカガラス基板上に、第1添加成分と第2添加成分とを含むSiO2系ガラス薄膜を形成した。すなわち、シリカガラス基板上に、主原料としてのSi(OC2H5)4を用いるプラズマCVD法により、SiO2を1μm堆積した後、F2とP2O5とTiO2の添加比率がモル％で常に6:1:５になるように第1添加成分源としてのCF4とP(OCH3)3および第2添加成分としてのTi(OC2O5)4供給量を制御しつつ、プラズマCVD法を継続して、SiO2-F2-P2O5-TiO2ガラス薄膜中の添加成分量が0〜10モル％まで直線的に増加する様に成膜した。成膜した透明ガラス薄膜の厚さは15μmであった。
【００４６】
次いで、実施例1と同様にして、上記で得られたガラス薄膜上に直径100μmのCr金属パターンを形成し、ドライエッチングを行い、湿式エッチングにより残存するCrマスクを除去した後、円柱状の突起が形成されている基板を950℃で30分間加熱した。その結果、実施例1と同様のレンズ機能を発揮する製品が得られた。
実施例８
シリカガラス基板上に、第1添加成分と第2添加成分とを含むSiO2系ガラス薄膜を形成した。すなわち、シリカガラス基板上に、主原料としてのSi(OC2H5)4を用いるプラズマCVD法により、SiO2を1μm堆積した後、F2とP2O5とSnO2の添加比率がモル％で常に1:1:0.1になるように第1添加成分源としてのCF4とP(OCH3)3および第2添加成分としてのSn(CH3)4供給量を制御しつつ、プラズマCVD法を継続して、SiO2-F2-P2O5-SnO2ガラス薄膜中の添加成分量が0〜10モル％まで直線的に増加する様に成膜した。成膜した透明ガラス薄膜の厚さは10μmであった。
【００４７】
次いで、実施例1と同様にして、上記で得られたガラス薄膜上に直径100μmのCr金属パターンを形成し、ドライエッチングを行い、湿式エッチングにより残存するCrマスクを除去した後、円柱状の突起が形成されている基板を950℃で30分間加熱した。その結果、実施例1と同様のレンズ機能を発揮する製品が得られた。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、曲面形状を自在に制御でき、且つ屈折率も制御できるため、様々な大きさ、開口数、収差のマイクロレンズを単一であるいはアレー状に様々な基板上に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマイクロレンズの作製過程を示す概念図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microlens and a microlens array used for an optical information communication device, an optical information home appliance device, and the like.
[0002]
[Prior art]
Lenses are frequently used for devices such as optical information communication and optical information home appliances. Recently, in the fields of surface-emitting laser array and fiber interconnection, liquid crystal projectors, optical memory pickups, and the like, microlenses (small, high numerical aperture convex lenses) and arrays thereof have been demanded. Conventionally, as a manufacturing method of a microlens and its array,
(1) A method using a refractive index distribution formed by holding a glass in a molten salt and performing ion exchange (Patent Document 1),
(2) A method of forming a microlens by dry etching glass through a mask formed into a spherical shape by using the surface tension by heat-treating the photoresist (Patent Document 2),
(3) A method of patterning a silicon disk on a quartz substrate, heating to the melting point of silicon to form a spherical surface by surface tension, and then forming a silica glass microlens by thermal oxidation (Patent Document 3),
(4) A method of forming a low-melting glass pattern on a highly heat-resistant substrate and forming it into a spherical microlens by utilizing surface tension by heat treatment (Patent Document 4, Patent Document 5)
Etc. have been reported.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-248905
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 8-165602
[Patent Document 3]
JP-A-6-160607 [0006]
[Patent Document 4]
JP-A-10-123305,
[0007]
[Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-242303
[Problems to be solved by the invention]
Thus, the conventional microlens formation technology is
(1) A method using the refractive index distribution in the lens,
(2) A method of transferring a spherical mask shape to glass as it is by dry etching, and
(3) The lens material is melted by heating to a high temperature, and is roughly divided into three methods for forming a spherical shape only by its surface tension.
[0009]
In order to improve the condensing performance of the microlens, it is predicted that controlling the refractive index distribution and / or the curved surface shape is extremely effective, but no specific method has been reported yet.
[0010]
Therefore, the main object of the present invention is to provide a microlens and a microlens array with further improved light collection performance as compared with known techniques.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
As a result of conducting research while considering the current state of the prior art as described above, the inventor has controlled the viscosity in the height direction by controlling the composition in the vertical direction of the glass portion forming the microlens in a gradient manner. When controlling the viscous flow when heated above the softening point, we found that the curved surface shape of the lens can be freely controlled, and a microlens with a controlled numerical aperture and aberration of the lens was found. Succeeded in getting.
[0012]
Furthermore, when the distribution of both the viscosity and the refractive index in the height direction is controlled by controlling the composition in the vertical direction of the glass part forming the microlens in a tilted manner, the numerical aperture and aberration of the lens are further increased. It has been found that highly controlled microlenses can be obtained.
[0013]
That is, the present invention provides the following microlens and a manufacturing method thereof, and further provides an array including such a microlens and a manufacturing method thereof.
1. A microlens made of transparent glass on a substrate, the viscosity and refractive index of which are controlled to arbitrary values by changing the composition in the thickness direction.
2. The transparent glass is a glass containing SiO 2 as a main component and containing at least one selected from B 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , SnO 2 , fluorine and nitrogen, or SiO 2 And at least one selected from SnO 2 , Al 2 O 3 and TiO 2 in addition to at least one selected from B 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , fluorine and nitrogen Item 2. The microlens according to Item 1, which is glass.
3. The addition amount (mol%) when adding at least one of B 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , fluorine and nitrogen to SiO 2 is as follows:
0.01 <B 2 O 3 <25
0.01 <P 2 O 5 <15
0.01 <GeO 2 <50
0.01 <F 2 <10
0.01 <N 2 <15
(However, F 2 and N 2 are actually incorporated into the glass as Si—F and Si—N, but here they are virtually shown as moles of F 2 and N 2 molecules) 3. The microlens according to item 2, wherein the total concentration of these additives is in the range of 0.01 to 50 mol%.
4). Relative SiO 2, the addition amount in the case B 2 O 3, P 2 O 5, GeO 2, with at least one fluorine and nitrogen, further addition of SnO 2, Al 2 O 3 and at least one of the TiO 2 (Mol%)
0.01 <SnO 2 <5
0.01 <Al 2 O 3 <15
0.01 <TiO 2 <10
The total concentration of at least one of B 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , fluorine and nitrogen and at least one of SnO 2 , Al 2 O 3 and TiO 2 is 0.02 to 50 mol Item 3. The microlens according to Item 2, which is in the range of%.
5. Item 5. The microlens according to any one of Items 1 to 4, wherein the substrate is made of silica glass, optical glass, transparent crystallized glass, or thermally oxidized silicon.
6). On the substrate, by changing the composition in the thickness direction, each of the viscosity and the refractive index is controlled to an arbitrary value, and after forming a transparent glass film having a softening point lower than that of the substrate, the glass film is applied to the substrate. A method for producing a microlens, wherein the microlens is finely processed into a cylindrical shape with a desired diameter in a direction perpendicular to the vertical direction, and further heated to a temperature equal to or higher than the softening point of the glass film.
7). When forming a transparent glass on a substrate, an oxide glass film having a refractive index equivalent to that of the substrate surface layer is first formed, and then the composition of the transparent glass is gradually changed as the film thickness increases. Item 7. The method for producing a microlens according to Item 6, wherein the film is formed to a desired film thickness with the composition.
8). Item 8. The microlens manufacturing method according to Item 6 or 7, wherein a water-resistant glass thin film is formed on the surface of the microlens after heat treatment.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
In the present invention, first, a transparent glass film is formed on a substrate to a desired film thickness while gradually changing the composition as the film thickness increases.
[0016]
There is no restriction | limiting in particular as a board | substrate, The board | substrate which consists of well-known materials, such as a silica glass, optical glass, transparent crystallized glass, and a thermal silicon oxide, can be used. As the base material, silica glass, optical glass and transparent crystallized glass are more preferable. Crystallized glass is particularly useful because the thermal expansion coefficient of the substrate can be controlled to be positive, negative, or zero depending on the degree of crystallinity. For example, when a zero expansion substrate is used, a microlens and a microlens array in which the focal pitch does not change due to a temperature change can be manufactured. In addition, when using a substrate having an appropriate controlled expansion coefficient, it is possible to manufacture a microlens and a microlens array that change to a desired pitch in response to a temperature change.
[0017]
If necessary, an oxide glass thin film having a refractive index equivalent to that of the substrate surface layer can be formed on the substrate prior to the formation of the transparent glass thin film described later. Here, “equivalent refractive index” means that the difference in refractive index between the substrate and the oxide glass thin film is within about ± 1.0%, more preferably within about 0.1%. By forming such an oxide glass film between the substrate surface layer and the transparent glass, the refractive index between the lens portion and the substrate when a glass having a desired composition is formed for lens formation. Fresnel reflection loss due to the difference can be suppressed. In addition, an effect of preventing the skirt diameter of the lens from spreading on the substrate more than necessary during the heat treatment described later is also exhibited. The oxide glass for forming a thin film is not particularly limited as long as the glass does not greatly change in expansion coefficient from the substrate. For example, when the substrate is silica glass, silica glass is suitable. The formation of the oxide glass thin film is not particularly limited, and can be performed, for example, using a known method such as a plasma CVD method employed in a lens thin film process.
[0018]
Next, a transparent glass film is formed on the substrate or the oxide glass thin film provided on the substrate. The means for forming the transparent glass film is not particularly limited, and a known film forming method such as a plasma CVD method, a flame deposition method (FHD), a sputtering method, or a vapor deposition method can be appropriately selected and used.
[0019]
For example, in the case of the plasma CVD method, typical raw materials are Si (OC 2 H 5 ) 4 or Si (OC 2 H 5 ) 4 and the first additive component source depending on the composition of the transparent glass film. Ge (OCH 3 ) 4 , B (OC 2 H 5 ) 3 , P (OCH 3 ) 3 , CF 4 , NH 3 and the like. Depending on the composition of the transparent glass film, these materials alone (when using Si (OC 2 H 5) 4 as a SiO 2 source), or a SiO 2 source and the first additive component source and at least one By strictly controlling and mixing with a mass flow meter and decomposing in oxygen plasma, a transparent glass having a target composition on the order of several tens of μm can be formed on the substrate. In the process of forming the transparent glass film by decomposition of this raw material, by changing the mixing ratio of the SiO 2 source and at least one of the first additive component source continuously or appropriately in steps, the viscosity and the refractive index are respectively A transparent glass film having an inclination can be formed.
[0020]
Alternatively, together with at least one of the SiO 2 source and the first additive component source, Sn (CH 3 ) 4 , Al (OC 2 O 5 ) 3 , (CH 3 ) 3 SiN 3 , Ti ( It is also possible to form a functionally graded transparent glass film composed of SiO 2 -first additive component-second additive component by mixing at least one kind such as OC 2 O 5 ) 4 .
[0021]
In the present invention, the transparent glass film formed on the substrate or on the oxide glass thin film provided on the substrate is (a) mainly composed of SiO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , Glass containing at least one first additive component selected from SnO 2 , fluorine and nitrogen, or (b) SiO 2 as a main component, together with at least one first additive component, SnO 2 , Al 2 The glass contains at least one second additive component selected from O 3 and TiO 2 .
[0022]
In the glass (a), the first additive component is 0.01 <B 2 O 3 <25, 0.01 <P 2 O 5 <15, 0.01 <GeO 2 <50, 0.01 <F 2 <10, 0.01 <N 2 <15 (The numerical value for the additive component indicates the content (mol%) of the additive component in the total glass component. In addition, F 2 and N 2 are actually expressed as Si-F and Si-N in the glass. Although captured, here in the range of virtually shows by mole calculated as F 2 molecule and N 2 molecules), and when used in combination of two or more, the total concentration of all added ingredients 0.01 Glasses in the range of ˜50 mol% are preferred. By adding an appropriate amount of the first additive component to SiO 2 as the main component, it becomes easier to adjust the refractive index and viscosity of the glass. The concentration (mol%) of each first additive component in glass (a) is 0.1 <B 2 O 3 <10, 0.1 <P 2 O 5 <10, 0.1 <GeO 2 <30, 0.1 <F 2 <8 0.1 <N 2 <10 is more preferable, and when two or more types are used in combination, the total concentration of all the added components is more preferably in the range of 2 to 35 mol%.
[0023]
Further, as the glass (b), the second additive component used in combination with the first additive component is 0.01 <SnO 2 <5, 0.01 <Al 2 O 3 <15, 0.01 <TiO 2 <10. A glass that is within the range and has a total concentration of the first additive component and the second additive component in the range of 0.02 to 50 mol% is preferable. By blending the second additive component, it becomes even easier to adjust the refractive index and viscosity of the glass. The concentration (mol%) of each second additive component in the glass (b) is in the range of 0.05 <SnO 2 < 2 , 0.05 <Al 2 O 3 <5, 0.05 <TiO 2 <5, and the first More preferably, the total concentration of the additive component and the second additive component is in the range of 0.25 to 40 mol%.
[0024]
Next, as shown in FIG. 1, the transparent glass film provided on the substrate is finely processed into a cylindrical shape having a desired diameter. The method is not particularly limited, but, for example, lithography and dry etching are promising methods. That is, after forming a circular pattern with a desired diameter using a photoresist or a metal mask, the glass portion is etched in a plasma of CHF 3 , CF 4 , C 3 F 8 , C 4 F 8 , Ar, or the like.
[0025]
The cylindrical protrusion formed after dry etching is softened by heating, and is formed into a round convex lens shape (spherical shape and aspherical shape) by surface tension. At that time, the glass composition is adjusted so that the softening point can be controlled in the thickness direction of the cylinder (the content of the additive component is gradually increased or gradually decreased from the substrate side toward the upper layer portion of the cylinder). As a result, the numerical aperture can be increased and the aberration can be reduced. The numerical aperture and aberration can also be controlled by providing a refractive index distribution in advance by controlling the composition during film formation.
[0026]
In the present invention, a microlens array can be manufactured by arranging protrusions formed by dry etching in a predetermined pattern.
[0027]
Furthermore, if the moisture resistance of the lens-forming glass is not sufficient and the surface may deteriorate depending on the usage environment, the surface layer of the microlens and its array obtained after heat treatment should be water resistant to prevent deterioration. It is preferable to form a thin film having excellent properties, for example, a silica glass thin film with a thickness of 10 nm or more.
[0028]
【Example】
Examples are given below to clarify the features of the present invention.
[0029]
Examples 1, 2, 3, 5, 7 and 8 show examples in which only the viscosity is changed while the refractive index is constant, and Examples 4 and 6 are examples in which the refractive index and the viscosity are changed. Indicates.
Example 1
After depositing 1 μm of SiO 2 on a silica glass substrate by plasma CVD using Si (OC 2 H 5 ) 4 as the main material, the addition ratio of B 2 O 3 and GeO 2 is always 4.7: 1 in mol% The plasma CVD method is continued while controlling the supply amount of Ge (OCH 3 ) 4 and B (OC 2 H 5 ) 3 as the first additive component source, and SiO 2 -B 2 O 3 -GeO (2) The film was formed so that the amount of the additive component in the glass thin film linearly increased to 0 to 10 mol%. The thickness of the formed transparent glass thin film was 25 μm.
[0030]
A positive photoresist pattern in which a circular hole with a diameter of 100 μm is formed is formed on the obtained glass thin film, and a Cr metal film is formed thereon by a CD sputtering method. Then, the photoresist pattern is removed, and the glass thin film is formed on the glass thin film. A circular metal pattern with a diameter of 100 μm was formed.
[0031]
Next, the glass thin film was placed in an ICP etching apparatus, and after etching for 50 minutes at a plasma power of 800 W and a bias power of 380 W using C 3 F 8 gas, the remaining Cr mask was removed by wet etching. A cylindrical protrusion was obtained.
[0032]
Next, when the substrate on which the cylindrical protrusion was formed was heated in an atmosphere of 950 ° C. for 30 minutes, the upper surface of the cylindrical protrusion became a hemispherical round and smooth curved surface without causing thermal deformation of the substrate. .
[0033]
When the obtained hemispherical projection was used to collect He—Ne laser light having a wavelength of 633 nm, it was confirmed that the lens function was exhibited.
Example 2
By using the same method as in Example 1, 120 cylindrical and 120 cylindrical protrusions with a diameter of 100 μm were produced on a silica glass substrate at intervals of 125 μm and heat-treated in the same manner, and lenses were formed on all the protrusions. , Functioned as an array lens.
Example 3
After depositing 1 μm of SiO 2 on the zero-expansion crystallized glass substrate by plasma CVD using Si (OC 2 H 5 ) 4 as the main material, the addition ratio of F 2 and P 2 O 5 is mol%. While controlling the supply amount of CF 4 and P (OCH 3 ) 3 as the first additive component source so that it always becomes 1: 3.6, the plasma CVD method is continued, and SiO 2 -F 2 -P 2 O 5 The film was formed so that the amount of the additive component in the glass thin film increased linearly from 0 to 7.5 mol%. The thickness of the formed transparent glass thin film was 20 μm.
[0034]
A positive photoresist pattern in which a circular hole with a diameter of 100 μm is formed is formed on the obtained glass thin film, and a Cr metal film is formed thereon by a CD sputtering method. Then, the photoresist pattern is removed, and the glass thin film is formed on the glass thin film. A circular metal pattern with a diameter of 100 μm was formed.
[0035]
Next, the glass thin film was placed in an ICP etching apparatus, and after etching for 40 minutes at a plasma power of 800 W and a bias power of 380 W using C 3 F 8 gas, the remaining Cr mask was removed by wet etching. A cylindrical protrusion was obtained.
[0036]
Next, when the substrate on which the cylindrical protrusion was formed was heated in an atmosphere of 950 ° C. for 30 minutes, the upper surface of the cylindrical protrusion became a hemispherical round and smooth curved surface without causing thermal deformation of the substrate. .
[0037]
When the obtained hemispherical projection was used to collect He—Ne laser light having a wavelength of 633 nm, it was confirmed that the lens function was exhibited.
Example 4
After depositing 1 μm of SiO 2 on a silica glass substrate by plasma CVD using Si (OC 2 H 5 ) 4 as the main raw material, while controlling the supply amount of Ge (OCH 3 ) 4 as the first additive component source Then, the plasma CVD method was continued to form a film so that the Ge addition amount in the SiO 2 —GeO 2 glass thin film linearly increased from 0 to 30 mol%. The thickness of the formed transparent glass thin film was 20 μm.
[0038]
A positive photoresist pattern with 100 μm diameter circular holes (120 x 120) was formed on the obtained glass thin film, and a Cr metal film was formed thereon by CD sputtering, and then a photoresist pattern was formed. After removal, a circular metal pattern array having a diameter of 100 μm was formed on the glass thin film.
[0039]
Next, the glass thin film was placed in an ICP etching apparatus, and after etching for 40 minutes at a plasma power of 800 W and a bias power of 380 W using C 3 F 8 gas, the remaining Cr mask was removed by wet etching. A cylindrical protrusion (120 × 120) was obtained.
[0040]
Next, when the substrate on which the columnar protrusions were formed was heated in an atmosphere at 1250 ° C. for 60 minutes, the upper surface of the columnar protrusions became a hemispherical round and smooth curved surface.
[0041]
When the obtained hemispherical projection was used to collect He—Ne laser light having a wavelength of 633 nm, it was confirmed that the lens function was exhibited.
Example 5
A thin film of SiO 2 —B 2 O 3 —N 2 glass (molar ratio: B 2 O 3 : N 2 = 5: 1) on a thermally oxidized silicon substrate by the same method as in Example 1. Formed. The amount of the additive component in the glass thin film was linearly increased from 0 to 10 mol% from the substrate side to the surface side.
[0042]
Formation of a circular metal pattern, formation of cylindrical protrusions by removing the Cr mask, and formation of hemispherical protrusions by heat treatment of the substrate were performed in the same manner as in Example 1.
[0043]
When the obtained hemispherical projection was used to collect He—Ne laser light having a wavelength of 633 nm, it was confirmed that the lens function was exhibited.
Example 6
In accordance with the method of Example 1, a SiO 2 —B 2 O 3 —P 2 O 5 glass thin film having a thickness of 20 μm was formed on a SiO 2 substrate. The amount of the additive component in the glass thin film was linearly increased from 0 to 10 mol% from the substrate side to the surface side. However, the molar ratio of B 2 O 3 : P 2 O 5 was adjusted so as to be fixed at 4.7: 1 up to the center of the thin film and 1: 1 on the surface from the center to the surface.
[0044]
Formation of a circular metal pattern, formation of cylindrical protrusions by removing the Cr mask, and formation of hemispherical protrusions by heat treatment of the substrate were performed by the same method as in Example 1.
[0045]
When the obtained hemispherical projection was used to collect He—Ne laser light having a wavelength of 633 nm, it was confirmed that the lens function was exhibited.
Comparative Example 1
A glass thin film having the same composition ratio as that of Example 1 was deposited to a thickness of 25 μm from the substrate side toward the surface while increasing the amount of the added component uniformly from 0 mol% to 55 mol%. The surface of the obtained glass thin film lost optical homogeneity, and subsequent processing such as dry etching could not be performed, and the lens function could not be confirmed.
Comparative Example 2
A glass of 70 mol% SiO 2 -30 mol% GeO 2 is formed on a quartz substrate by the same method as in Example 1, and cylindrical protrusions having a diameter of 100 μm and a height of 20 μm are formed by dry etching through a chromium mask. After the mask removal, heat treatment was performed at 1250 ° C. The upper part of the cylindrical protrusion was deformed into a pseudo-spherical surface, but at the same time, the substrate contact portion of the cylindrical protrusion increased to about 150 μm in diameter. When such a product is compared with the lens of Example 4, the numerical aperture is small, and Fresnel reflection loss due to the refractive index difference between the substrate and the GeO 2 —SiO 2 portion is also seen, and the lens function is insufficient. there were.
Example 7
A SiO 2 -based glass thin film containing a first additive component and a second additive component was formed on a silica glass substrate. That is, after depositing 1 μm of SiO 2 on a silica glass substrate by the plasma CVD method using Si (OC 2 H 5 ) 4 as a main material, the addition ratio of F 2 , P 2 O 5 and TiO 2 is molar. While controlling the supply amount of CF 4 and P (OCH 3 ) 3 as the first additive component and Ti (OC 2 O 5 ) 4 as the second additive component so as to always be 6: 1: 5 in%, The plasma CVD method was continued to form a film so that the amount of the additive component in the SiO 2 —F 2 —P 2 O 5 —TiO 2 glass thin film linearly increased to 0 to 10 mol%. The thickness of the formed transparent glass thin film was 15 μm.
[0046]
Next, in the same manner as in Example 1, a Cr metal pattern having a diameter of 100 μm was formed on the glass thin film obtained above, dry etching was performed, and the remaining Cr mask was removed by wet etching. The substrate on which was formed was heated at 950 ° C. for 30 minutes. As a result, a product exhibiting the same lens function as in Example 1 was obtained.
Example 8
A SiO 2 -based glass thin film containing a first additive component and a second additive component was formed on a silica glass substrate. That is, after depositing 1 μm of SiO 2 on a silica glass substrate by a plasma CVD method using Si (OC 2 H 5 ) 4 as a main material, the addition ratio of F 2 , P 2 O 5 and SnO 2 is molar. Plasma CVD while controlling the supply amount of CF 4 and P (OCH 3 ) 3 as the first additive component and Sn (CH 3 ) 4 as the second additive component so that the ratio is always 1: 1: 0.1 The method was continued to form a film so that the amount of the additive component in the SiO 2 —F 2 —P 2 O 5 —SnO 2 glass thin film linearly increased to 0 to 10 mol%. The thickness of the formed transparent glass thin film was 10 μm.
[0047]
Next, in the same manner as in Example 1, a Cr metal pattern having a diameter of 100 μm was formed on the glass thin film obtained above, dry etching was performed, and the remaining Cr mask was removed by wet etching. The substrate on which was formed was heated at 950 ° C. for 30 minutes. As a result, a product exhibiting the same lens function as in Example 1 was obtained.
[0048]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the curved surface shape can be freely controlled and the refractive index can also be controlled, microlenses having various sizes, numerical apertures, and aberrations can be formed on various substrates in a single or array shape. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a process of manufacturing a microlens according to the present invention.
Claims (16)
(i) 該透明ガラスが、ＳｉＯ ２ を主成分とし、Ｂ ２ Ｏ ３ 、Ｐ ２ Ｏ ５ 、ＧｅＯ ２ 、フッ素および窒素から選ばれた第１添加成分の少なくとも１種を含有するガラスであり、
(ii) 該透明ガラスにおける第１添加成分の添加量（モル％）が、
０．０１＜Ｂ ２ Ｏ ３ ＜２５
０．０１＜Ｐ ２ Ｏ ５ ＜１５
０．０１＜ＧｅＯ ２ ＜５０
０．０１＜Ｆ ２ ＜１０
０．０１＜Ｎ ２ ＜１５
（但し、Ｆ ２ およびＮ ２ については、実際にはガラス中にＳｉ−Ｆ、Ｓｉ−Ｎとして取り込まれるが、ここでは仮想的にＦ ２ 分子およびＮ ２ 分子としてモル換算して示している）の範囲内にあり、
（ iii ）第１添加成分の全濃度が０．０１〜５０モル％の範囲内にある
マイクロレンズ。 A microlens formed on a substrate by forming a transparent glass film in which the viscosity and the refractive index are controlled to arbitrary values by changing the composition in the thickness direction ,
(i) The transparent glass is a glass containing SiO 2 as a main component and containing at least one of the first additive components selected from B 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , fluorine and nitrogen,
(ii) The addition amount (mol%) of the first additive component in the transparent glass is
0.01 <B 2 O 3 <25
0.01 <P 2 O 5 <15
0.01 <GeO 2 <50
0.01 <F 2 <10
0.01 <N 2 <15
(However, F 2 and N 2 are actually taken into the glass as Si—F and Si—N, but here they are virtually shown in terms of moles as F 2 molecules and N 2 molecules) In the range of
( Iii ) The total concentration of the first additive component is in the range of 0.01 to 50 mol%.
Micro lens.
０．１＜Ｂ２Ｏ３＜１０
０．１＜Ｐ２Ｏ５＜１０
０．１＜ＧｅＯ２＜３０
０．１＜Ｆ２＜８
０．１＜Ｎ２＜１０
（但し、Ｆ２およびＮ２については、実際にはガラス中にＳｉ−Ｆ、Ｓｉ−Ｎとして取り込まれるが、ここでは仮想的にＦ２分子およびＮ２分子としてモル換算して示している）の範囲内にあり、第１添加成分の全濃度が２〜３５モル％の範囲内にある請求項１に記載のマイクロレンズ。 B 2 O 3, P 2 O 5, GeO 2, at least one additive amount of the first additive component selected from fluorine and nitrogen (mol%) of
0.1 <B 2 O 3 < 10
0.1 <P 2 O 5 < 10
0.1 <GeO 2 < 30
0.1 <F 2 < 8
0.1 <N 2 < 10
(However, F 2 and N 2 are actually taken into the glass as Si—F and Si—N, but here they are virtually shown in terms of moles as F 2 molecules and N 2 molecules) The microlens according to claim 1 , wherein the total concentration of the first additive component is in the range of 2 to 35 mol%.
（ｉ）透明ガラスが、ＳｉＯ２ を主成分とし、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２、フッ素および窒素から選ばれた第１添加成分の少なくとも１種とともに、さらにＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＴｉＯ２ から選ばれた第２添加成分の少なくとも１種を含有するガラスであり、
（ ii ）第２添加成分の添加量（モル％）が、
０．０１＜ＳｎＯ２＜５
０．０１＜Ａｌ２Ｏ３＜１５
０．０１＜ＴｉＯ２＜１０
の範囲内にあり、
(iii) 第１添加成分と第２添加成分の全濃度が０．０２〜５０モル％の範囲内にあるマイクロレンズ。 The microlens of claim 1, wherein
(I) The transparent glass contains SiO 2 as a main component, and together with at least one of the first additive components selected from B 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , fluorine and nitrogen, SnO 2 and Al 2 A glass containing at least one second additive component selected from O 3 and TiO 2 ;
( Ii ) The addition amount (mol% ) of the second additive component is
0.01 <SnO 2 <5
0.01 <Al 2 O 3 <15
0.01 <TiO 2 <10
In the range of
(iii) A microlens in which the total concentration of the first additive component and the second additive component is in the range of 0.02 to 50 mol%.
０．０５＜ＳｎＯ0.05 <SnO ２2 ＜２<2
０．０５＜Ａｌ0.05 <Al ２2 ＯO ３3 ＜５<5
０．０５＜ＴｉＯ0.05 <TiO ２2 ＜５<5
の範囲内にあり、第１添加成分と第２添加成分の全濃度が０．２５〜４０モル％の範囲内にある請求項３に記載のマイクロレンズ。The microlens according to claim 3, wherein the total concentration of the first additive component and the second additive component is in the range of 0.25 to 40 mol%.
(i) 該透明ガラスが、ＳｉＯ ２ を主成分とし、Ｂ ２ Ｏ ３ 、Ｐ ２ Ｏ ５ 、ＧｅＯ ２ 、フッ素および窒素から選ばれた第１添加成分の少なくとも１種を含有するガラスであり、
(ii) 該透明ガラスにおける第１添加成分の添加量（モル％）が、
０．０１＜Ｂ ２ Ｏ ３ ＜２５
０．０１＜Ｐ ２ Ｏ ５ ＜１５
０．０１＜ＧｅＯ ２ ＜５０
０．０１＜Ｆ ２ ＜１０
０．０１＜Ｎ ２ ＜１５
（但し、Ｆ ２ およびＮ ２ については、実際にはガラス中にＳｉ−Ｆ、Ｓｉ−Ｎとして取り込まれるが、ここでは仮想的にＦ ２ 分子およびＮ ２ 分子としてモル換算して示している）の範囲内にあり、
（ iii ）第１添加成分の全濃度が０．０１〜５０モル％の範囲内にある
マイクロレンズの製造方法。On the substrate, by changing the composition in the thickness direction, each of the viscosity and the refractive index is controlled to an arbitrary value, and after forming a transparent glass film having a softening point lower than that of the substrate, the glass film is applied to the substrate. A microlens manufacturing method , wherein the microlens is finely processed into a cylindrical shape having a desired diameter in a direction perpendicular to the vertical direction, and further heated to a temperature higher than the softening point of the glass film ,
(i) The transparent glass is a glass containing SiO 2 as a main component and containing at least one of the first additive components selected from B 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , fluorine and nitrogen,
(ii) The addition amount (mol%) of the first additive component in the transparent glass is
0.01 <B 2 O 3 <25
0.01 <P 2 O 5 <15
0.01 <GeO 2 <50
0.01 <F 2 <10
0.01 <N 2 <15
(However, F 2 and N 2 are actually taken into the glass as Si—F and Si—N, but here they are virtually shown in terms of moles as F 2 molecules and N 2 molecules) In the range of
( Iii ) The total concentration of the first additive component is in the range of 0.01 to 50 mol%.
Manufacturing method of a micro lens .
(i) 該透明ガラスが、ＳｉＯ ２ を主成分とし、Ｂ ２ Ｏ ３ 、Ｐ ２ Ｏ ５ 、ＧｅＯ ２ 、フッ素および窒素から選ばれた第１添加成分の少なくとも１種を含有するガラスであり、
(ii) 該透明ガラスにおける第１添加成分の添加量（モル％）が、
０．０１＜Ｂ ２ Ｏ ３ ＜２５
０．０１＜Ｐ ２ Ｏ ５ ＜１５
０．０１＜ＧｅＯ ２ ＜５０
０．０１＜Ｆ ２ ＜１０
０．０１＜Ｎ ２ ＜１５
（但し、Ｆ ２ およびＮ ２ については、実際にはガラス中にＳｉ−Ｆ、Ｓｉ−Ｎとして取り込まれるが、ここでは仮想的にＦ ２ 分子およびＮ ２ 分子としてモル換算して示している）の範囲内にあり、
（ iii ）第１添加成分の全濃度が０．０１〜５０モル％の範囲内にある
マイクロレンズアレー。A microlens array comprising a plurality of microlenses formed on a substrate by forming a transparent glass film in which the viscosity and refractive index are controlled to arbitrary values by changing the composition in the thickness direction ,
(i) The transparent glass is a glass containing SiO 2 as a main component and containing at least one of the first additive components selected from B 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , fluorine and nitrogen,
(ii) The addition amount (mol%) of the first additive component in the transparent glass is
0.01 <B 2 O 3 <25
0.01 <P 2 O 5 <15
0.01 <GeO 2 <50
0.01 <F 2 <10
0.01 <N 2 <15
(However, F 2 and N 2 are actually taken into the glass as Si—F and Si—N, but here they are virtually shown in terms of moles as F 2 molecules and N 2 molecules) In the range of
( Iii ) The total concentration of the first additive component is in the range of 0.01 to 50 mol%.
Microlens array .
０．１＜Ｂ２Ｏ３＜１０
０．１＜Ｐ２Ｏ５＜１０
０．１＜ＧｅＯ２＜３０
０．１＜Ｆ２＜８
０．１＜Ｎ２＜１０
（但し、Ｆ２およびＮ２については、実際にはガラス中にＳｉ−Ｆ、Ｓｉ−Ｎとして取り込まれるが、ここでは仮想的にＦ２分子およびＮ２分子としてモル換算して示している）の範囲内にあり、第１添加成分の全濃度が２〜３５モル％の範囲内にある請求項９に記載のマイクロレンズアレー。 B 2 O 3, P 2 O 5, GeO 2, at least one additive amount of the first additive component selected from fluorine and nitrogen (mol%) of
0.1 <B 2 O 3 < 10
0.1 <P 2 O 5 < 10
0.1 <GeO 2 < 30
0.1 <F 2 < 8
0.1 <N 2 < 10
(However, F 2 and N 2 are actually taken into the glass as Si—F and Si—N, but here they are virtually shown in terms of moles as F 2 molecules and N 2 molecules) The microlens array according to claim 9 , wherein the total concentration of the first additive component is in the range of 2 to 35 mol%.
（ｉ）透明ガラスが、ＳｉＯ２ を主成分とし、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２、フッ素および窒素から選ばれた第１添加成分の少なくとも１種とともに、さらにＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＴｉＯ２ から選ばれた第２添加成分の少なくとも１種を含有するガラスであり、
（ ii ）第２添加成分の添加量（モル％）が、
０．０１＜ＳｎＯ２＜５
０．０１＜Ａｌ２Ｏ３＜１５
０．０１＜ＴｉＯ２＜１０
の範囲内にあり、
(iii) 第１添加成分と第２添加成分の全濃度が０．０２〜５０モル％の範囲内にあるマイクロレンズアレー。 The microlens array of claim 9,
(I) The transparent glass contains SiO 2 as a main component, and together with at least one of the first additive components selected from B 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , fluorine and nitrogen, SnO 2 and Al 2 A glass containing at least one second additive component selected from O 3 and TiO 2 ;
( Ii ) The addition amount (mol% ) of the second additive component is
0.01 <SnO 2 <5
0.01 <Al 2 O 3 <15
0.01 <TiO 2 <10
In the range of
(iii) A microlens array in which the total concentration of the first additive component and the second additive component is in the range of 0.02 to 50 mol%.
０．０５＜ＳｎＯ0.05 <SnO ２2 ＜２<2
０．０５＜Ａｌ0.05 <Al ２2 ＯO ３3 ＜５<5
０．０５＜ＴｉＯ0.05 <TiO ２2 ＜５<5
の範囲内にあり、第１添加成分と第２添加成分の全濃度が０．２５〜４０モル％の範囲内にある請求項９に記載のマイクロレンズアレー。The microlens array according to claim 9, wherein the total concentration of the first additive component and the second additive component is in the range of 0.25 to 40 mol%.
(i) 該透明ガラスが、ＳｉＯ ２ を主成分とし、Ｂ ２ Ｏ ３ 、Ｐ ２ Ｏ ５ 、ＧｅＯ ２ 、フッ素および窒素から選ればれた第１添加成分の少なくとも１種を含有するガラスであり、
(ii) 該透明ガラスにおける第１添加成分の添加量（モル％）が、
０．０１＜Ｂ ２ Ｏ ３ ＜２５
０．０１＜Ｐ ２ Ｏ ５ ＜１５
０．０１＜ＧｅＯ ２ ＜５０
０．０１＜Ｆ ２ ＜１０
０．０１＜Ｎ ２ ＜１５
（但し、Ｆ ２ およびＮ ２ については、実際にはガラス中にＳｉ−Ｆ、Ｓｉ−Ｎとして取り込まれるが、ここでは仮想的にＦ ２ 分子およびＮ ２ 分子としてモル換算して示している）の範囲内にあり、
（ iii ）第１添加成分の全濃度が０．０１〜５０モル％の範囲内にある
マイクロレンズアレーの製造方法。On the substrate, by changing the composition in the thickness direction, each of the viscosity and the refractive index is controlled to an arbitrary value, and after forming a transparent glass film having a softening point lower than that of the substrate, the glass film is applied to the substrate. A microlens array manufacturing method characterized in that it is microfabricated into a cylindrical shape with a desired diameter in a direction perpendicular to it, and further heated to a temperature above the softening point of the glass film ,
(i) The transparent glass is a glass containing SiO 2 as a main component and containing at least one first additive component selected from B 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , fluorine and nitrogen. ,
(ii) The addition amount (mol%) of the first additive component in the transparent glass is
0.01 <B 2 O 3 <25
0.01 <P 2 O 5 <15
0.01 <GeO 2 <50
0.01 <F 2 <10
0.01 <N 2 <15
(However, F 2 and N 2 are actually taken into the glass as Si—F and Si—N, but here they are virtually shown in terms of moles as F 2 molecules and N 2 molecules) In the range of
( Iii ) The total concentration of the first additive component is in the range of 0.01 to 50 mol%.
Manufacturing method of microlens array .
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