СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОЛИНЗ Российский патент 2007 года по МПК C03C21/00 G02B3/06 

Изобретение относится к интегральной оптике, а именно к способам обработки стекла, и может использоваться для улучшения качества изображения мультимедиа-проекторов, а также для получения объемного изображения в трехмерных стереоскопических дисплеях.

Известен способ изготовления интегральных микролинз, основанный на диффузии высокопреломляющих ионов в стекле, стимулированной внешним электрическим полем (а.с. СССР №2073659, МПК (6) С03С 21/00). Согласно этому способу одну из плоскостей стеклянной пластинки приводят в соприкосновение с расплавом соли, в который погружен платиновый электрод, выполняющий роль катода. Анодом и источником ионов серебра является серебряная игла, острие которой располагают на противоположной плоскости стеклянной пластинки. После приложения внешнего стимулирующего электрического поля ионы серебра диффундируют с острия серебряной иглы в поверхность стеклянной пластинки, вызывая увеличение показателя преломления стекла. Область диффузии с повышенным показателем преломления и имеющая форму полусферы, фактически является микролинзой.

Недостатком этого способа является невозможность получения матриц микролинз. Этим способом можно изготавливать лишь одиночные микролинзы.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления микролинз, предложенный в (а.с. СССР №1694502, МПК (5) С03С 21/00). Согласно этому способу на одной из поверхностей стеклянной подложки на местах будущих микролинз формируют алюминиевые диски диаметром, составляющим 0,1-0,2 диаметра изготавливаемых микролинз, а на противоположную сторону стеклянной подложки наносят сплошной слой алюминия, выполняющий в дальнейшем роль катода. В поверхность подложки осуществляют электростимулированную диффузию ионов рубидия из расплава нитрата рубидия, анод при этом погружен непосредственно в расплав. Затем алюминиевые диски удаляют и в стеклянную подложку внедряют ионы серебра из расплава нитрата серебра под действием внешнего стимулирующего поля. В результате в стекле формируются микролинзы, имеющие хорошую сферичность, а в промежутках между ними отсутствуют неконтролируемые зоны с повышенным показателем преломления. Этот метод применим как для изготовления одиночных микролинз, так и для изготовления матриц микролинз с большой точностью расположения элементов. Однако этот метод не позволяет изготавливать матрицы интегральных микролинз с плотной упаковкой без нарушения их сферичности.

Технической задачей изобретения является создание матриц микролинз с плотной упаковкой без нарушения их сферичности, что в итоге обеспечивает более эффективное фокусирование света, падающего на матрицу.

Для решения технической задачи при изготовлении матрицы интегральных микролинз наносят на одну сторону стеклянной подложки сплошное алюминиевое покрытие, а на другую сторону стеклянной подложки маскирующий слой из алюминия, имеющий отверстия круглой формы, расположенные квадратно-гнездовым способом на расстоянии 3-5 диаметров самих отверстий. Электростимулированную миграцию ионов металла из расплава солей, например азотнокислого серебра, в стеклянную подложку осуществляют до тех пор, пока не произойдет полное слияние границ соседних микролинз.

Отличие заявляемого способа от прототипа заключается в том, что нет необходимости дважды проводить электростимулированную диффузию: вначале ионов рубидия, а затем ионов серебра. Не надо готовить, следовательно, два расплава. Таким образом, предлагаемые отличия упрощают способ изготовления матриц интегральных микролинз с одновременным улучшением качества как самих микролинз так и всей матрицы.

На фиг.1 представлена схема изготовления интегральных микролинз; на фиг.2а - матрица интегральных микролинз без плотной упаковки микролинз (вид с торца стеклянной подложки); на фиг.2б - матрица интегральных микролинз без плотной упаковки микролинз (вид с поверхности стеклянной подложки); на фиг.3 изображено фокусирование света матрицей интегральных микролинз без плотной упаковки микролинз; на фиг.4а изображено фокусирование света матрицей интегральных микролинз с плотной упаковкой микролинз; на фиг.4б изображена матрица интегральных микролинз с плотной упаковкой микролинз (вид с поверхности стеклянной подложки); на фиг.5 представлена фотография матрицы интегральных микролинз с плотной упаковкой микролинз; на фиг.6 - фотография фокальных пятен, наблюдаемых в фокальной плоскости матрицы интегральных микролинз.

Для осуществления способа одну из сторон стеклянной подложки 1 наносят маскирующий алюминиевый слой 2, в котором, например, фотолитографией создают отверстия 3 круглой формы, расположенные квадратно-гнездовым способом на расстоянии 3-5 диаметров самих отверстий 3 (фиг.1). На противоположную сторону стеклянной подложки 1 наносят сплошной алюминиевый слой 4, являющийся тонкопленочным катодом. Стеклянную подложку 1 маскирующим алюминиевым слоем 2 приводят в контакт с расплавом соли 5, содержащей ионы металла, способные при внедрении в стекло увеличивать его показатель преломления. Внешнее электрическое поле, стимулирующее процесс внедрения ионов металла в стеклянную подложку 1 из расплава соли 5, прикладывают между расплавом соли 5 и сплошным алюминиевым слоем 4, расположенным на противоположной стороне стеклянной подложки 1. К расплаву 5 прикладывают положительный потенциал, а к сплошному слою алюминия 4 - отрицательный потенциал источника постоянного тока.

При подаче напряжения на электроды в стеклянной подложке 1 возникает электрическое поле, стимулирующее процесс внедрения ионов из расплава соли 5 в стеклянную подложку 1. В процессе электростимулированной миграции ионов металла напротив каждого отверстия 3 в маскирующем алюминиевом слое 2 в стеклянной подложке 1 формируется полусферическая область с повышенным показателем преломления, являющаяся микролинзой 6 (фиг.2а).

Матрица интегральных микролинз 6 после удаления маскирующего алюминиевого слоя 2 и сплошного алюминиевого слоя 4 готова к применению. Качество микролинз 6 зависит от сферичности их поверхности и определяется размером и формой фокального пятна. Оптическое излучение, падающее на такую матрицу микролинз 6 (фиг.2б), фокусируется не полностью, а только та его часть, которая попадает непосредственно на микролинзы 6. Часть излучения, которая не попадает на микролинзы 6, проходит без изменения, что в целом снижает эффективность фокусирования (фиг.3).

Для повышения эффективности фокусирования оптического излучения необходимо, чтобы весь свет, падающий на матрицу микролинз 6, был сфокусирован. Этого можно достичь плотной упаковкой микролинз 6 в стеклянной подложке 1 (фиг.4).

Подобные микролинзы 6 в виде матрицы можно получить в том случае, если отверстия в маскирующем слое 2, через которые формируют микролинзы 6, располагают на расстоянии 3-5 диаметров друг от друга. Если расстояние между отверстиями 3 будет меньше или больше 3-5 диаметров микролинз, то, как экспериментально было установлено, нарушается сферичность микролинз. Электростимулированную миграцию ионов металла из расплава соли 5 в стеклянную подложку 1 проводят до тех пор, пока не произойдет полное слияние границ соседних микролинз 6.

Пример. Для получения матриц интегральных микролинз 6 с плотной упаковкой в качестве подложки 1 использовали оптическое стекло К8, на которое термическим вакуумным напылением наносили сплошной алюминиевый слой 4, выполняющий роль катода, и маскирующий алюминиевый слой 2, толщиной 0,5 мкм, в котором методом фотолитографии формировали круглые отверстия 3 диаметром 4 мкм, расположенные квадратно-гнездовым способом на расстоянии 14 мкм друг от друга. Подготовленную таким образом стеклянную подложку 1 приводили в контакт с расплавом солей 5 AgNO₃ и NaNO₃, взятых в отношении 1:10 (моль) при 380°С, стороной с сформированным маскирующим алюминиевым слоем 2. Стимулирующее напряжение составляло 100 В. Время создания матрицы интегральных микролинз 6 составило 30 мин. В результате была изготовлена матрица интегральных микролинз 6, фотография которой представлена на фиг.5

Как видно на фотографии 6 с помощью изготовленной матрицы интегральных микролинз осуществлено эффективное фокусирование оптического излучения, падающего на матрицу. Фокальные пятна имеют круглую форму, и практически отсутствует излучение, не сфокусированное матрицей.

Изобретение относится к интегральной оптике, а именно к способам обработки стекла, и может использоваться для улучшения качества изображения мультимедиа-проекторов, а также для получения объемного изображения в трехмерных стереоскопических дисплеях. Техническая задача изобретения - создание матриц интегральных микролинз с плотной упаковкой без нарушения их сферичности для обеспечения эффективного фокусирования света, падающего на матрицу. На одну сторону стеклянной подложки наносят сплошное алюминиевое покрытие, а на другую сторону стеклянной подложки - маскирующий слой из алюминия, имеющий отверстия круглой формы, расположенные квадратно-гнездовым способом на расстоянии 3-5 диаметров самих отверстий. Электростимулированную миграцию ионов металла из расплава солей, например азотнокислого серебра, в стеклянную подложку осуществляют до тех пор, пока не произойдет полное слияние границ соседних микролинз. 1 н. и 2 з.п. ф-лы. 6 ил.

1. Способ изготовления интегральных микролинз путем нанесения на одну сторону стеклянной подложки сплошного алюминиевого покрытия, а на другую - маскирующего слоя из алюминия с последующей электростимулированной миграцией ионов металла из расплава солей, отличающийся тем, что отверстия круглой формы в маскирующем слое располагают квадратно-гнездовым способом на расстоянии 3-5 диаметров самих отверстий, а электростимулированную миграцию через отверстия в маскирующем слое проводят до тех пор, пока не произойдет полное слияние границ соседних микролинз.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве расплава солей берут расплав азотнокислого серебра.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве расплава солей берут смесь солей азотнокислого серебра и азотнокислого натрия, взятых в соотношении 1:10 (моль) соответственно.