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技術資料Application Note

技術資料

マイクロレンズアレイ(MLA):
　　　サブミクロンレンズを使用した光の効率的な使用

2023 年 3 月 17 日

前書き

マイクロレンズはサブミクロンレンズ (多くの場合最大 10 ミクロン) で、通常は UV から IR までの優れた透過特性を持つ溶融シリカで作られています。MLA は、これらのマイクロレンズ (レンズレット) の 1 次元または 2 次元アレイで、ウェーハ上に正方形のパッキング順序でパターン化されています。MLA は、フォトリソグラフィーや反応性イオンエッチング (RIE) などの標準的な半導体プロセスを使用して製造されるのが一般的です。


理論

アレイ内のレンズのパッキングによって充填係数が決まります。正方形のウェーハ上の円形レンズレットは、ウェーハの π/4 = 78.5% をカバーします。充填係数は高いほど望ましく、図 1 に示すようにレンズレットを六角形にパッキングすることで実現できますが、このようなアレイは通常は適用できません。充填係数は、MLA の透過率とは別に、材料の光スループットを決定します。

　　　図 1. 正方形/六角形の配置パターン


MLA は、追加の光学部品を使用せずに、金属シールドと非感光領域のために光学充填率の増加を必要とするデバイスに実装されます。たとえば、MLA は電荷結合デバイス (CCD) で使用され、撮像情報が失われる金属露光ゲートとシールドではなく、フォトダイオードに光を集中させます


　　　図 2. 従来のレンズレットのパラメーター


　　　図 3. 単面/両面レンズレットの光線図


重要なパラメーター

アプリケーション

MLA は、エキシマ レーザーから高出力 LED まで、さまざまなエミッターからの光を均質化、コリメート、および画像化できます。これらは、高周波数および非ガウス均一性を必要とするアプリケーションに役立ちます。 使用例に応じて、(a) および (b) の例のように、特定の種類のマイクロ レンズが使用されます。

a) 勾配屈折率 (GRIN) レンズ

GRIN レンズは、2 つの平らで平行な表面で構成されており、従来の曲面ではなく平面光学面のみが使用されます。レンズはレンズを通して屈折率が変化するため、光線がレンズ内で曲がります (図 4)。GRIN レンズは、コピー機やスキャナーでもよく使用されます。

　図 4. GRIN レンズにより光線が内部で屈折する


b) マイクロフレネルレンズ (MFL)

フレネルレンズは、プラスチックまたはガラスに刻まれた一連の同心円状の溝で構成されています。個々の屈折面として機能し、輪郭は方向に応じて平行光線を共通の焦点距離に曲げたり (図 5)、ビームを平行化したりします。光の伝播方向は媒体内では変化せず、表面でのみ偏向します。このレンズは、従来のレンズと比較して優れた焦点合わせ性能を提供します。MFL は、TLR/SLR カメラの画面でよく使用されます。

　図 5. 光線を集束させる MFL レンズ


MLA システムは、以下の用途シナリオで使用されますが、これらだけに限定されません: