JP4279598B2 - Manufacturing method of gradient index lens - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、表示装置、スキャナ等画像読取装置、光ディスク等情報記録装置等に使用される屈折率分布型レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
レンズは、光通信、表示装置等、様々な光学分野で利用されている。このなかで屈折率分布型レンズは、レンズの外形形状だけでレンズ特性が決まる通常の均質レンズにはない特徴を有する。
【0003】
屈折率分布型レンズには、図13(a)のように円筒状の基材11の中心軸70から外周部に向かって同心円状に屈折率の分布16を持たせたものと、図13(b)のように平面状基板21の表面から内部に向かって半円球状に屈折率分布26を持たせたもの、また図13(c)のような球面または非球面レンズ32で、光軸方向に屈折率分布36を導入したものなどがある。
【0004】
以下では、簡単のため、図13(a)のようなレンズを単にロッド型レンズ、図13(b)のようなレンズを平板型レンズと呼び、図13(c)のようなレンズを軸方向屈折率分布型レンズと呼ぶことにする。また、これらを合わせて屈折率分布型レンズと総称することとする。ロッド型レンズは円筒状であり、レンズ面が平坦にできるので、保持や位置決めが容易であり、また光ファイバと形状的な整合性がよいため、特に光通信の分野で幅広く使用されている。また平板型レンズは微小レンズを複数配列したマイクロレンズアレイを作製するのに適しており、光を並列的に処理する光学系に適している。
【0005】
これらのレンズでは、いずれもレンズ面での反射率を小さくすることが求められる。レンズ面での反射率を低く抑える目的として、以下の2つがある。
1つは、レンズを挿入したことによる損失(挿入損失)をできるだけ低く抑えることであり、もう一つは、とくに光通信分野において、レンズ面からの反射光が入射側に戻ること(反射戻り光という)による悪影響をできるだけ低く抑えることである。
【0006】
屈折率分布型レンズの表面反射を低減させるために、一般的に、レンズ面に単層あるいは多層からなる誘電体薄膜をコーティングする方法が用いられる(例えば特許文献1参照)。いわゆる無反射(AR)膜あるいは反射防止膜と呼ばれるもので、屈折率分布型レンズに限らず、通常の均質曲面レンズなどさまざまな部品にも使用されている。
【0007】
この方法により、挿入損失の低減と反射戻り光の低減を図るのであるが、さらに反射戻り光を抑える必要がある場合には、図14のように、屈折率分布型レンズ13のレンズ面17を光軸72に対して斜めに研磨して、レンズ面17からの反射光76を入射光74の方向からずらす方法もしばしば利用されている(例えば特許文献2参照)。
【0008】
この方法は図14のように、反射防止膜19と併用してもよい。なお、図16に示すように平面型レンズ23では、基板27のレンズ面ではなく裏面を斜めに研磨することで、光軸に対してレンズ面が傾斜することになり、反射戻り光を低減させる。
上記のような方法は、すでに市販の商品に適用されており、レンズ面での反射率を非常に低く抑えた屈折率分布型レンズが広く使用されている。
【0009】
【特許文献1】
特開2001−235602号公報
【特許文献2】
特開2001−201657号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法は、次のような問題点を持っている。
反射防止膜では、被コーティング材の屈折率により、反射率が異なる。屈折率分布型レンズでは、図13(a)、(b)、(c)いずれの場合も文字通りレンズ中心と周辺部で屈折率が異なっている。したがって、レンズの全面に渡って良好な反射防止性能を得るためには、レンズの中心部から周辺部にかけての屈折率変化に応じて、反射防止性能が維持できるような膜構成にする必要がある。
【0011】
そのような高性能な反射防止膜は一般に層数が多くなるので、成膜時間が長くなり、その結果としてレンズのコストが増大することになる。また、コストの安い層数少ない反射防止膜を使用した場合は、上記のようにレンズ自体の屈折率の分布によって、ある程度の表面反射が残ってしまい、近年の低反射に対する高い要求に対しては適用できない。
【0012】
反射防止膜には、また次のような問題点もある。
屈折率分布型レンズの使用例として、図15のように、2つのレンズ13a、13bを向かい合わせて、その中間に光学フィルタ等の光機能部品42を挟み、光ファイバ43aから出射される光に光機能部品42による作用を及ぼした後、光ファイバ43bに入射させる構造が知られている。このような構造は光ファイバ43a、43b、レンズ13a、13b、光機能部品42を互いに接着剤30で接合して組み立てる場合がある。
【0013】
反射防止膜19の性能が、基材の屈折率により変化することはすでに述べたが、図15のように反射防止膜19を形成した面に空気以外のもの(この場合は接着剤30)が接しているときは、その接している媒質の屈折率によっても反射防止膜の性能が変化してしまう。たとえば、レンズ基材や接着剤の屈折率は、温度によりそれぞれ異なった変化をするので、それに応じて反射防止性能が変化することになる。あるいは、レンズ基材や接着剤の劣化により屈折率が変化したときも、それに応じた反射防止性能変化が発生する。これらの反射防止性能変化は、やはり近年の低反射に対する高い要求からすると大きな課題となっている。
【0014】
従来技術の中で、屈折率分布型レンズのレンズ面を斜めに研磨する方法が併用されることを述べたが、この斜め研磨には以下のような問題点がある。
微小な部品を斜め研磨する工程が煩雑であるだけでなく、レンズ面を斜め研磨するため、良好な集光性能を得るために、レンズの機械的な中心軸と光学的な中心軸がずれるので、光モジュールにマイクロレンズを組み込む際に、構成が複雑になる。
【0015】
図15の構成のように、ほぼ直線状に部品を配置することも可能ではあるが、このときもレンズ内では、光軸中心と機械的中心は若干ずれているので、収差の影響を受けやすくなる。これは、組み立て時の部品位置精度に対する要求値が高くなることにつながり、結果的に製品コストを上げる一因となっている。
【0016】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、挿入損失および反射戻り光が少なく、かつその特性が温度や経時によって変化しない屈折率分布型レンズを提供することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、屈折率分布型レンズを、つぎの順序からなる工程によって製造する。
(1)凹凸構造を形成するレンズ表面にフォトレジストを塗布する工程、
(2)このフォトレジストを、2次元周期的なパターンで露光する工程、
(3)フォトレジストを現像し、2次元的周期構造を持つ、フォトレジストパターンを得る工程、
(4)フォトレジストパターンをマスクとして、基材をエッチングする工程、
である。フォトレジストを露光する(2)の工程においては、露光量を調整し基材の屈折率分布に応じて、パターンを変更する。また、2次元周期的なパターンを、レーザ光を干渉させることにより形成した周期的な光強度分布(干渉パターン)を複数回回転させて、多重露光を行なうことにより得る。このレーザ光の干渉は、1本のレーザ光を分離した後、再び重ね合わせる方法、あるいは、位相格子を利用する方法のいずれかの方法により行うことができる。
【0025】
また、上記(1)の工程を、凹凸構造を形成する基材表面部分に金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜を成膜し、その表面にフォトレジストを塗布する工程とし、また上記(4)の工程を、フォトレジストパターンをマスクとして、金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜をエッチングしてフォトレジストパターンを転写し、転写された前記金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜のパターンをマスクとして基材をエッチングする工程とする方法を用いることもできる。
【0028】
また、基材をエッチングする(4)の工程において、ドライエッチングプロセスを適用することが好ましい。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下に図面に基づき本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[実施例1]
図1に本発明によるロッド型レンズにおける実施形態の一例を示す。
直径1mmの円筒形で外周部に向かって屈折率が減少しているガラス製ロッド型レンズ10の端面12に隣接する凸部の間隔(周期)が1μmで高さが約1μmの微小な凹凸構造14が形成されている。
【0030】
図1のようなロッド型レンズ10は、以下の工程により作製される。なお、ここで用いたロッド型レンズは、均質な円筒状のガラスを溶融塩中に浸漬し、ガラス中のイオンと溶融塩中のイオンを交換する、いわゆるイオン交換法により作製したもので、円筒の外面から内部に向かって徐々にイオン濃度が変化することにより屈折率に分布を持たせている。
【0031】
ロッド型レンズ(以下では単にレンズという)は所定の長さに切断し、両端面を光学研磨する。このレンズを有機溶媒中で超音波洗浄を行ない、端面に付着した汚れ、ごみを除去した。次にスピンコートによりそのレンズ端面にフォトレジストを厚さ約1μmとなるように塗布した。レジストとして、ポジ型レジストTHMR-iP3650(東京応化製)を使用した。恒温槽でプリベークを行なったのち、干渉露光により、そのフォトレジストへのパターニングを行なった。
【0032】
干渉露光には、図12に示す干渉光学系を使用した。光源125は、He−Cdレーザ(波長325nm、出力約20mW)であり、これが発する光ビーム222をビームスプリッタ134で1:1の出力比となるように分割し、異なる光路を通過した後再び重ね合わせる。その光ビームが重なり合う部分に上記のレジストを塗布したレンズ110を置き、その端面上に干渉パターンを形成する。このような光路を形成するため、ミラー132、136、138を用いて光ビームの方向を変更させる。また適切な露光量となるように、分割する前の光路にフィルタ144を挿入し、シャッタ142により露光時間を設定して調整した。
【0033】
干渉パターンの周期Λは、2つのビームの成す角度をθとしたとき、よく知られているように
Λ=λ/2sin(θ/2)
となる。ただし、λは使用する光源の波長(本実施例では、325nm)である。作製したい周期が1μmであるので、θ=20.4度に設定した。もちろんこれと異なる周期で干渉露光を行なうことも可能で、レーザ光の波長λあるいはビーム角度θを調整することで、上記の関係式を満たす範囲で任意の周期を設定できる。
【0034】
光源としても、Arレーザ等のガスレーザやYAGレーザ等の固体レーザなど、フォトレジストを感光させることができる出力エネルギーを持つ任意のレーザが使用できる。
【0035】
また、本実施例では、1つのレーザ光を分離したのち、再び重ね合わせる干渉光学系により、フォトレジストの露光を行なったが、これ以外に、位相格子を用いる方法によっても本実施例と同様な干渉露光を行なうことができる。なお、位相格子とは、光透過型回折格子の一種であって、ある特定の波長に対して、0次回折光が非常に小さくなるように設計されているもので、その±1次光の干渉により、位相格子直下に干渉パターンを形成するものである。
【0036】
ここで干渉露光を用いているのは、その構成が単純でかつ短周期の露光を行なうためであるが、それ以外に、縮小投影型の露光機なども、本目的のために使用できる。また、描画時間はかかるが、電子線線描画装置も本目的の露光に使用できる。もちろん、フォトレジストの種類は、使用する露光装置の種類によって変更することはいうまでもない。
【0037】
上記の干渉露光系では、縞状の(1次元的な)周期パターンで露光されるのみなので、2次元的な露光を行なうためには、これを複数回繰り返し、多重露光を行なう必要がある。本実施例の場合、1度目の露光を行なったのち、レンズを90度回転させ、2回目の露光を行なうことで、正方格子状に配列した露光パターンを得た。もちろん3回以上の多重露光も可能であり、たとえば、3重露光の場合、1度の露光毎に基板を60度ずつ回転させてやれば、六方稠密に露光されたパターンを得ることができる。
【0038】
以上のような露光を行なったのち、ポストベークをおこない、さらにNMD−3現像液(東京応化製)を用いて露光部のレジストを除去することで、図2に示すごとく、2次元周期構造をもつフォトレジストパターン15を得た。
【0039】
次にこのフォトレジストパターン15をマスクとして、ICP(誘導結合プラズマ)ドライエッチングを行なうことで、フォトレジストのパターンをレンズ基材表面12に転写した。このときICP装置に投入するパワー、ガス、圧力等作製条件を調整することで、さまざまな形状の凹凸を形成することができる。図3は、作製した凹凸構造を電子顕微鏡で観察した際の模式図である。プロセス条件を制御することで、レンズ面に垂直にエッチングが進む速度と、横方向にエッチングが進む速度を調整し、頂部が球面状になった円錐状の凸構造18が得られた。
【0040】
他のプロセス条件を用いれば、円筒形状やもっと先の尖った錐状の構造も形成できる。本発明の目的である、レンズ端面での反射を抑えて損失を低減させる目的からすると、微小突起の形状は、底面から頂点に向かって単調に断面積が減少していくことが必要である。その望ましい形態としては錐体があるが、円錐、多角錐、截頭円錐(頂点が水平に切断されている円錐)、截頭角錐などいずれであってもよい。さらに、それら錐体の斜辺が曲線であるもの、階段状になっているものなどでもよく、また図3に示すように錐体の頂部が曲面となっているものであってもよい。
【0041】
本実施例では、ICPドライエッチングを用いたが、これ以外にも、フォトレジストパターンをマスクとしてエッチングするさまざまな手法が使用できる。例えば、ECRプラズマなど他のドライエッチングプロセスや、レンズ基材の種類によってはウェットエッチングも使用できる。
【0042】
また、本実施例は、レンズ端面に塗布したフォトレジストをマスクとして、レンズ基材をエッチングする方法を述べたが、それ以外にも、レンズ端面にCr等の金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜をつけたのち、その上にフォトレジスト塗布し、干渉露光によるパターンを形成し、エッチングによりパターンをそれらの膜に転写した後、その膜をマスクとして、基材をエッチングすることもできる。とくに、酸によるウェットエッチングによってガラス基材にパターニングをおこなう際に、Crあるいはその化合物からなる薄膜をマスクとして処理することが一般に行われるが、その手法は、本発明のガラス製屈折率分布型レンズを作製する際にも適用できる。
【0043】
なお、それぞれのエッチング手法およびプロセス条件により、形成される微小凹凸の形状はもちろん異なるので、それぞれの手法について、所望の凹凸形状が得られるように、プロセス条件を検討する必要がある。
【0044】
本実施例では、ICPエッチングの際に、表面に形成されたレジストも同時にエッチングされるので、作製後のレジスト除去は行なっていないが、レジスト残りがある場合は、有機溶剤による洗浄あるいは酸素プラズマによるアッシング処理により、レジストの残滓を除去することができる。また、金属膜などをマスクとしてエッチング処理を行なった場合は、エッチング処理後にマスクの残滓をエッチング液等により除去する。
【0045】
図4に、本方法により作製した屈折率分布型レンズの反射損失測定装置の概略図を示す。光源120は、発光波長1550nmのレーザダイオードであり、ロッド型レンズ110の長さは、図のように単一モード光ファイバ140から出た光がほぼ平行光220となって出射されるように調整されている。まず、レンズを取り付ける前に光ファイバ出口で光強度をパワーメータ130により測定し(これをIinとする)、次にレンズ110を取り付けた後にレンズを透過する光量(Iout)を測定する。
【0046】
レンズの透過率Tは、
T=Iout/Iin
により求められるので、レンズ内での吸収損失および散乱損失が小さければ、レンズ端面での反射率Rは、入射側、出射側を併せて、
R=1−T
により求めることができる。
【0047】
この装置により、まず、端面に微小凹凸を形成する前の屈折率分布型ロッドレンズ端面の反射率を測定したところ、約7%となった。なお、ここで使用した屈折率分布型レンズには、通常の誘電体薄膜からなる反射防止膜は形成されていない。
【0048】
次に、本発明の屈折率分布型ロッドレンズで、レンズの両面に本実施例で説明した凹凸構造が形成されているもの(図1に示す)を取り付け、反射率を測定したところ、1%以下の値が得られ、明らかにレンズ端面での反射が抑えられていることが確認された。この数値は、凹凸構造の形状により変化するものであり、プロセス条件を変更し、形状をより最適化することで、さらに反射率を低減させることが可能である。
【0049】
[実施例2]
つぎに、平面基板に形成された屈折率分布型レンズ、すなわち平板型レンズに本発明を適用した例について述べる。
図5に本発明の平板型レンズ20を示す。基板28表面のレンズ面22に実施例1と同様に、周期1μmの周期を持つ高さ約1μmの微小な凹凸構造24が形成されている。
【0050】
平板型レンズ20は、例えばガラス基材を使用した場合は、基材上に微小開口を有する金属マスクを形成し、その開口部からイオン交換処理により、塩中のイオンを拡散させることにより作製する。実施例1に比べて、レンズ表面での屈折率分布の大きさは小さいが、上記のようにイオン交換法により作製されるため、やはりレンズ表面には屈折率の分布を有している。
【0051】
実施例1と同様な方法により、平板型レンズの表面に周期1μm、高さ約1μmの2次元周期的に配列した微小凹凸構造を形成し、このレンズの反射率を図4と同じ測定装置により測定したところ、反射率は、約3.5%となった。本実施例では、平板型レンズのレンズが形成されている面の反対側の面26には、低反射処理を施していないため、その部分で反射損失が発生している。当然ながら、その面には、通常の誘電体多層膜で低反射処理をおこなうこともできるし、場合によっては、本発明のレンズ面と同様な微小凹凸構造を形成して、低反射処理とすることもできる。その場合は、その面での反射がほとんど無くなるので、実施例1と同程度、すなわち1%以下の反射率は容易に実現できる。
【0052】
以上説明した実施例1および2から、使用波長λ=1550nmに対し、隣接する凸部の間隔(周期)1μm、高さ約1μmの微小凹凸構造を用いることにより、優れた反射防止性能が得られることが明らかとなった。反射性能はこの凹凸構造の周期、高さによって変化するが、周期すなわち隣接する凸部の間隔がλより大きい場合、凹凸の高さがλ/4(0.25λ)より小さい場合は、光と凹凸構造の相互作用が小さくなり、十分な反射防止性能が得られなくなる。実施例1および2では周期、高さとも約0.64λの構造を使用したが、このように周期すなわち隣接する凸部の間隔がλ以下、高さは0.25λ以上の構造が望ましい。
【0053】
なお、実施例1において、作製される突起の形状によっても、低反射性能が変化することに若干触れたが、ここでは、本発明者が作製した凹凸構造の形状例について、いくつかさらに説明する。
図6は、ドライエッチングの条件を変更して作製した凹凸構造の断面形状の概略図である。
縦方向にエッチングが進む速度と横方向にエッチングが進む速度を調整することで、様々な断面形状((a)〜(d))の凹凸構造が形成される。
【0054】
図7は、ガラス製の屈折率分布型レンズの端面に、ウェットエッチングにより凹凸構造を形成した例である。この場合、エッチングはほぼ等方的に進むので、2次元構造の周期を小さくし、かつ突起の高さを高くすることができない。したがって十分な低反射性能を得ることは難しいが、製造コストが低いところにメリットがあり、高度な低反射性能が必要でない用途に対しては適用することが可能である。
【0055】
低反射性能を得るための形状条件は、たとえば、特開2000−258607号公報およびそれに含まれる文献でも説明されている。本発明の屈折率分布型レンズの端面に形成された微小凹凸構造もそれらの中で説明されているような形状となることが望ましい。
とくに凹凸構造の形状が基材付近でほぼ稠密(すなわち凹凸構造をそれが形成された面の上面から見たとき凹部に平坦部分がない)となっていることが望ましい。
【0056】
ところで、上述のようにエッチング条件によって凹凸構造の形状が変化するだけでなく、エッチング前のフォトレジストパターンによっても、作製される凹凸構造の形状が変化する。図8は、干渉露光時の光強度または露光時間を変えたとき、すなわち露光量を変えたときに得られる、フォトレジストパターンおよび同じ条件でエッチング処理された後の、レンズ表面の微細構造の模式図を示す。
【0057】
ポジ型フォトレジストの場合、露光量が少ないときは、(a)に示すようにフォトレジスト膜55に円形の開口56が空いたようなパターンとなり、露光量が増えると、逆に(b)に示すように未露光部のフォトレジスト膜65が円形に残り、それ以外はフォトレジスト膜がない部分66となるパターンが得られる。それぞれをエッチングすると(a)の場合、格子状の微細構造になり、(b)の場合は概ね円錐あるいは截頭円錐状の微細構造となる。
【0058】
干渉露光時に上記の効果を利用すると、たとえば、ロッド型レンズ10端面の外周方向に向かって形状が変化するようなパターンを形成することができる。図9にその際に用いる照射光学系を示す。
干渉光学系の光ビーム78a、78bがその断面内で光強度分布80a、80bを持つようにレンズを調整する。それらを干渉させると同様な光強度分布82が形成される。光が重なりあった部分では、それぞれの光が楕円とはなっているが、ほぼレンズ10の中央から外周部に向かって等方的に形状が変化するようなパターンが得られる。
【0059】
また、図10には、そのようなパターンを作製するための他の方法の例が示されている。この例では、実施例1と同様な方法によって干渉露光を行なった後、露光面のほぼ正面から第3の光ビーム78cを照射し、そのビーム内に光強度分布80cを持たせることで露光量を調整する。
【0060】
上記のような方法は、屈折率分布型レンズのエッチング速度が屈折率(あるいはイオン濃度)によって変化する際には、有効に利用できる。ドライエッチングでは、エッチング速度がマスクの開口の大きさにより変化することが一般的に知られているが、上記のような方法で、レンズ端面に開口の大きさが異なるパターンを形成した後、エッチング処理を行なえば、屈折率が違う(すなわちエッチング速度が異なる)部分に、ほぼ同じような形状をもつ凹凸を形成することができる。あるいは、ロッド型レンズの中央部分で突起の高さを高くし、周辺部分で低くするような調整が可能となる。
【0061】
光がレンズを通過した後の波面が乱れないことが必要な応用では、上述のような形状制御が特に重要となる。上記の形状制御方法はそのような場合に有効に適用される。
【0062】
これまで説明した実施形態では、屈折率分型レンズの表面が空気と接している場合の反射防止性能について述べたが、本発明のレンズは、空気以外の媒質でも同様な効果を発揮する。
【0063】
ロッド型レンズでは、図15に示すように、2つのレンズ13a、13bを組み合わせて、その中間にフィルタ等の光機能部品42を挿入する構成で使用される場合がある。従来は、図15のようにこの部分に誘電体多層膜からなる反射防止膜19を設けると共に、接着剤30の屈折率をレンズ材質に合わせることで、反射損失の低減をはかってきた。その際問題となるのが温度特性あるいは経時的な屈折率変化である。
【0064】
図17に示すように、2つのレンズ10a、10bの表面に反射防止膜19a、19bを設け、その間に部品40が挟んで接着剤30により接着した場合の屈折率nの光軸(Z軸)方向のプロファイルを用いて説明する。組み立て直後は、レンズの屈折率と接着剤の屈折率を実線で示すように厳密に合わせることができるので、屈折率差Δn0があるレンズ10a、10bと接着剤30の間に反射防止膜19a、19bを設けることにより、反射損失をかなり小さく抑えることができる。
【0065】
しかし温度変化あるいは経時変化などにより接着剤あるいはレンズの屈折率が破線で示すようにずれた場合、その界面で反射が生じる。またレンズ10a、10bと接着剤30の間の屈折率差Δnも当初のΔn0に対して変動するので、Δn0の屈折率差に対して設計された反射防止膜の反射防止性能が低下する場合がある。
【0066】
本発明の屈折率分型レンズでは、図11に示すように、2つのレンズ10a、10bの表面に微細な凹凸構造14a、14bを設ける。凹凸構造の隙間にはレンズの外側の媒質(この場合、接着剤)が入り込むので、レンズと媒質の間で屈折率が巨視的には凹凸構造を介して連続的に接続される。しかもレンズ材質、細かくはレンズ面での各部分の材質と同じ材質のものを使用した凹凸構造によって低反射性能を実現するので、上記の従来方法のように接着剤とレンズの屈折率がずれても、つねにレンズと接着剤の間の変化は連続に保たれるため、性能の劣化がない。
【0067】
このことは、レンズ間の媒質の屈折率によらず低反射性能が維持できるという特性によって実現できる機能であって、本発明の屈折率分布型レンズの大きな特徴の一つである。この特徴によれば、図15のような部品を組み立てる際に、接着剤の屈折率をレンズのそれに厳密に合わせる必要がなくなるので、薬液管理の省力化など、工業的に大きな利点が生じる。
【0068】
【発明の効果】
本発明の屈折率分布型レンズでは、表面に形成する微小凹凸構造により低反射性能を実現するので、多層膜反射防止コーティングのように基材の屈折率変化により、性能が変化することがない。その結果、屈折率分布をもつレンズの全体にわたって、良好な低反射性能が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の凹凸構造を端面に形成したロッド型レンズの斜視模式図である。
【図2】 本発明の凹凸構造を作製するために用いるフォトレジストパターンの一例を示す図である。
【図3】 本発明におけるレンズ端面に形成した凹凸構造を示す模式図である。
【図4】 レンズ端面からの反射率を測定する光学系の構成を示す図である。
【図5】 本発明の凹凸構造を光透過面に形成した平板型レンズの断面模式図である。
【図6】 各種の凹凸構造の断面模式図である。
【図7】 他の凹凸構造の断面模式図である。
【図8】 フォトレジストパターンおよび加工後のレンズ表面の微細構造の模式図である。
【図9】 本発明に適用される干渉露光の一例を示す図である。
【図10】 本発明に適用される他の干渉露光の一例を示す図である。
【図11】 本発明の屈折率分布型レンズを対向させた場合の構成と光軸方向屈折率分布を示す模式図である。
【図12】 2光束干渉露光用光学系の構成を示す図である。
【図13】 従来の屈折率分布型レンズの断面形状を示す模式図である。
【図14】 従来の斜め加工によるロッド型レンズに対する反射防止手段の例を示す図である。
【図15】 対向させたロッド型レンズを用いた従来の光モジュールの一例を示す模式図である。
【図16】 従来の斜め加工による平板型レンズに対する反射防止手段の例を示す図である。
【図17】 対向させたロッド型レンズを用いた従来の光モジュールの構成と光軸方向屈折率分布を示す模式図である。
【符号の説明】
10、10a、10b、13,13a、13b、110 ロッド型レンズ
14、14a、14b、24 凹凸構造
16、26、36 屈折率分布
19、19a、19b 反射防止膜
20、23 平板型レンズ
30 接着剤
32 軸方向屈折率分布型レンズ
40、42 光機能部品
43a、43b 光ファイバ
70、72、73 光軸
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gradient index lens used in optical communication, display devices, image reading devices such as scanners, information recording devices such as optical disks, and the like.
[0002]
[Prior art]
Lenses are used in various optical fields such as optical communication and display devices. Among them, the gradient index lens has a characteristic not found in a normal homogeneous lens in which lens characteristics are determined only by the outer shape of the lens.
[0003]
As shown in FIG. 13A, the gradient index lens has a refractive index distribution 16 concentrically from the central axis 70 of the cylindrical substrate 11 toward the outer periphery, and FIG. As shown in FIG. 13B, a lens having a hemispherical refractive index distribution 26 from the surface of the planar substrate 21 to the inside, or a spherical or aspherical lens 32 as shown in FIG. In which a refractive index profile 36 is introduced.
[0004]
Hereinafter, for the sake of simplicity, the lens as shown in FIG. 13A is simply referred to as a rod-type lens, the lens as shown in FIG. 13B is referred to as a flat lens, and the lens as shown in FIG. This is called a gradient index lens. These are collectively referred to as a gradient index lens. The rod-type lens has a cylindrical shape, and since the lens surface can be made flat, it can be easily held and positioned, and has good shape matching with the optical fiber, so that it is widely used particularly in the field of optical communication. The flat lens is suitable for producing a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged, and is suitable for an optical system that processes light in parallel.
[0005]
In any of these lenses, it is required to reduce the reflectance on the lens surface. There are the following two purposes for keeping the reflectance on the lens surface low.
One is to keep the loss (insertion loss) due to the insertion of the lens as low as possible, and the other is that the reflected light from the lens surface returns to the incident side (reflected return light, especially in the field of optical communication). To keep the negative effects of
[0006]
In order to reduce the surface reflection of a gradient index lens, a method of coating a dielectric thin film consisting of a single layer or multiple layers on the lens surface is generally used (see, for example, Patent Document 1). It is a so-called non-reflective (AR) film or antireflection film, and is used not only for gradient index lenses but also for various parts such as ordinary homogeneous curved lenses.
[0007]
This method is intended to reduce insertion loss and reflected return light. However, when it is necessary to further suppress reflected return light, the lens surface 17 of the gradient index lens 13 is formed as shown in FIG. A method of polishing obliquely with respect to the optical axis 72 and shifting the reflected light 76 from the lens surface 17 from the direction of the incident light 74 is often used (see, for example, Patent Document 2).
[0008]
This method may be used together with the antireflection film 19 as shown in FIG. As shown in FIG. 16, in the flat lens 23, the lens surface of the substrate 27, not the lens surface, is polished obliquely, so that the lens surface is inclined with respect to the optical axis, thereby reducing reflected return light. .
The method as described above has already been applied to commercially available products, and a gradient index lens having a very low reflectance on the lens surface is widely used.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2001-235602 A
[Patent Document 2]
JP 2001-201657 A
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above method has the following problems.
In the antireflection film, the reflectance varies depending on the refractive index of the material to be coated. In the gradient index lens, the refractive index is literally different between the lens center and the peripheral portion in any of FIGS. 13A, 13B, and 13C. Therefore, in order to obtain a good antireflection performance over the entire surface of the lens, it is necessary to have a film configuration that can maintain the antireflection performance according to the change in the refractive index from the center portion to the peripheral portion of the lens. .
[0011]
Such a high-performance antireflection film generally has a large number of layers, so that the film formation time becomes long, and as a result, the cost of the lens increases. In addition, when an anti-reflection film with a low number of layers is used, a certain amount of surface reflection remains due to the refractive index distribution of the lens itself as described above, which is applicable to the recent high demand for low reflection. Can not.
[0012]
The antireflection film also has the following problems.
As an example of using a gradient index lens, as shown in FIG. 15, two lenses 13a and 13b are faced to each other, an optical functional component 42 such as an optical filter is sandwiched between them, and the light emitted from the optical fiber 43a is reflected. A structure is known in which an action is exerted by the optical functional component 42 and then incident on the optical fiber 43b. Such a structure may be assembled by bonding the optical fibers 43a and 43b, the lenses 13a and 13b, and the optical functional component 42 with the adhesive 30 to each other.
[0013]
As described above, the performance of the antireflection film 19 varies depending on the refractive index of the base material. However, something other than air (in this case, the adhesive 30) is present on the surface on which the antireflection film 19 is formed as shown in FIG. When in contact, the performance of the antireflection film changes depending on the refractive index of the medium in contact. For example, since the refractive index of the lens base material and the adhesive varies depending on the temperature, the antireflection performance changes accordingly. Alternatively, even when the refractive index changes due to deterioration of the lens base material or the adhesive, the antireflection performance changes correspondingly. These antireflection performance changes are still a major issue in view of the recent high demand for low reflection.
[0014]
In the prior art, it has been described that the method of obliquely polishing the lens surface of the gradient index lens is used together. However, this oblique polishing has the following problems.
Not only is the process of obliquely polishing minute parts slanted, but also the lens surface is obliquely polished, so that the mechanical central axis of the lens and the optical central axis are shifted in order to obtain good light collecting performance. When the microlens is incorporated into the optical module, the configuration becomes complicated.
[0015]
Although it is possible to arrange the components almost linearly as in the configuration of FIG. 15, the center of the optical axis and the mechanical center are slightly deviated in the lens at this time, so that they are easily affected by aberrations. Become. This leads to an increase in the required value for the component position accuracy during assembly, and as a result, increases the product cost.
[0016]
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a gradient index lens that has little insertion loss and reflected return light and whose characteristics do not change with temperature and time. .
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the gradient index lens is manufactured by the following steps.
(1) A step of applying a photoresist to the surface of the lens forming the uneven structure,
(2) exposing the photoresist in a two-dimensional periodic pattern;
(3) developing a photoresist to obtain a photoresist pattern having a two-dimensional periodic structure;
(4) a step of etching the substrate using the photoresist pattern as a mask;
It is. Expose photoresist (2) In the step, the exposure is adjusted and the pattern is changed according to the refractive index distribution of the substrate. Further, a two-dimensional periodic pattern is obtained by performing multiple exposure by rotating a periodic light intensity distribution (interference pattern) formed by causing laser light to interfere with each other a plurality of times. This laser beam interference can be performed by either separating one laser beam and then superimposing it again, or using a phase grating.
[0025]
Further, the step (1) is a step of forming a metal film, a resin film, or an inorganic dielectric film on the surface of the base material on which the concavo-convex structure is formed, and applying a photoresist on the surface. 4) Using the photoresist pattern as a mask, the metal film, the resin film, or the inorganic dielectric film is etched to transfer the photoresist pattern, and the transferred metal film, resin film, or inorganic dielectric film It is also possible to use a method in which the substrate is etched using the above pattern as a mask.
[0028]
Moreover, it is preferable to apply a dry etching process in the step (4) of etching the substrate.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[Example 1]
FIG. 1 shows an example of an embodiment of a rod-type lens according to the present invention.
A minute concavo-convex structure in which the interval (period) of convex portions adjacent to the end surface 12 of the glass rod type lens 10 having a cylindrical shape of 1 mm in diameter and decreasing in refractive index toward the outer peripheral portion is 1 μm and the height is about 1 μm. 14 is formed.
[0030]
The rod type lens 10 as shown in FIG. 1 is manufactured by the following steps. The rod-type lens used here is manufactured by a so-called ion exchange method in which a homogeneous cylindrical glass is immersed in a molten salt to exchange ions in the glass and ions in the molten salt. The refractive index is distributed by gradually changing the ion concentration from the outer surface to the inside.
[0031]
A rod-type lens (hereinafter simply referred to as a lens) is cut to a predetermined length, and both end faces are optically polished. This lens was subjected to ultrasonic cleaning in an organic solvent to remove dirt and dust adhering to the end face. Next, a photoresist was applied to the end face of the lens by spin coating so as to have a thickness of about 1 μm. A positive resist THMR-iP3650 (manufactured by Tokyo Ohka) was used as the resist. After pre-baking in a thermostatic bath, patterning to the photoresist was performed by interference exposure.
[0032]
The interference optical system shown in FIG. 12 was used for the interference exposure. The light source 125 is a He-Cd laser (wavelength 325 nm, output about 20 mW). The light beam 222 emitted by the light source 125 is split by the beam splitter 134 so that the output ratio is 1: 1, and after passing through different optical paths, it is overlapped again. Match. The lens 110 coated with the resist is placed on a portion where the light beams overlap, and an interference pattern is formed on the end face. In order to form such an optical path, the direction of the light beam is changed using the mirrors 132, 136, and 138. Further, a filter 144 was inserted in the optical path before the division so that an appropriate exposure amount was obtained, and the exposure time was set by the shutter 142 and adjusted.
[0033]
The period Λ of the interference pattern is well known when the angle between the two beams is θ.
Λ = λ / 2sin (θ / 2)
It becomes. Where λ is the wavelength of the light source used (325 nm in this embodiment). Since the period to be manufactured is 1 μm, θ = 20.4 degrees was set. Of course, it is also possible to perform interference exposure with a different period, and by adjusting the wavelength λ or the beam angle θ of the laser light, an arbitrary period can be set within a range satisfying the above relational expression.
[0034]
As the light source, any laser having an output energy capable of exposing the photoresist, such as a gas laser such as an Ar laser or a solid laser such as a YAG laser, can be used.
[0035]
Further, in this embodiment, the photoresist is exposed by the interference optical system that separates one laser beam and then superimposes it again, but other than this, the method using the phase grating is the same as in this embodiment. Interference exposure can be performed. The phase grating is a kind of light transmission type diffraction grating, and is designed so that the 0th-order diffracted light becomes very small with respect to a specific wavelength. Thus, an interference pattern is formed immediately below the phase grating.
[0036]
The reason why the interference exposure is used here is that the structure is simple and the exposure is performed in a short period, but other than that, a reduction projection type exposure machine or the like can also be used for this purpose. Further, although it takes a long time to draw, an electron beam drawing apparatus can be used for the exposure for this purpose. Of course, it goes without saying that the type of photoresist changes depending on the type of exposure apparatus used.
[0037]
In the above-described interference exposure system, since exposure is performed only in a striped (one-dimensional) periodic pattern, in order to perform two-dimensional exposure, it is necessary to repeat this multiple times to perform multiple exposure. In the case of this example, after performing the first exposure, the lens was rotated 90 degrees, and the second exposure was performed to obtain an exposure pattern arranged in a square lattice pattern. Of course, multiple exposures can be performed three or more times. For example, in the case of triple exposure, if the substrate is rotated by 60 degrees for each exposure, a hexagonal densely exposed pattern can be obtained.
[0038]
After performing the exposure as described above, post-baking is performed, and further, the resist in the exposed portion is removed using NMD-3 developer (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), as shown in FIG. A photoresist pattern 15 was obtained.
[0039]
Next, using this photoresist pattern 15 as a mask, ICP (inductively coupled plasma) dry etching was performed to transfer the photoresist pattern onto the lens substrate surface 12. At this time, irregularities having various shapes can be formed by adjusting manufacturing conditions such as power, gas, and pressure to be supplied to the ICP device. FIG. 3 is a schematic view when the produced concavo-convex structure is observed with an electron microscope. By controlling the process conditions, the speed at which the etching proceeds perpendicularly to the lens surface and the speed at which the etching proceeds in the lateral direction were adjusted, and a conical convex structure 18 having a spherical top was obtained.
[0040]
If other process conditions are used, a cylindrical shape or a pointed cone-shaped structure can be formed. For the purpose of suppressing loss by reducing reflection at the lens end surface, which is an object of the present invention, it is necessary that the cross-sectional area of the shape of the minute protrusions decreases monotonously from the bottom surface toward the apex. A desirable form is a cone, but it may be any one of a cone, a polygonal pyramid, a truncated cone (cone whose apex is cut horizontally), a truncated pyramid, and the like. Furthermore, the hypotenuses of these cones may be curved or stepped, or the tops of the cones may be curved as shown in FIG.
[0041]
In this embodiment, ICP dry etching is used, but various other methods can be used for etching using a photoresist pattern as a mask. For example, other dry etching processes such as ECR plasma, and wet etching can be used depending on the type of lens substrate.
[0042]
In this embodiment, the method of etching the lens base material using the photoresist applied to the lens end face as a mask has been described, but other than that, a metal film such as Cr, a resin film, or an inorganic dielectric is used on the lens end face. After the body film is formed, a photoresist is applied thereon, a pattern is formed by interference exposure, the pattern is transferred to the film by etching, and then the substrate is etched using the film as a mask. In particular, when patterning a glass substrate by wet etching with an acid, it is generally performed by using a thin film made of Cr or a compound thereof as a mask. It can also be applied to the production of
[0043]
In addition, since the shape of the fine unevenness | corrugation formed of course changes with each etching method and process conditions, it is necessary to examine process conditions so that a desired uneven | corrugated shape can be obtained about each method.
[0044]
In this embodiment, the resist formed on the surface is also etched at the same time during ICP etching, so that the resist is not removed after fabrication. However, if there is a resist residue, cleaning with an organic solvent or oxygen plasma is performed. Residue residue can be removed by ashing. In the case where the etching process is performed using a metal film or the like as a mask, the residue of the mask is removed with an etching solution or the like after the etching process.
[0045]
FIG. 4 shows a schematic diagram of a reflection loss measuring apparatus for a gradient index lens manufactured by this method. The light source 120 is a laser diode having an emission wavelength of 1550 nm, and the length of the rod-type lens 110 is adjusted so that the light emitted from the single mode optical fiber 140 is emitted as almost parallel light 220 as shown in the figure. Has been. First, before attaching the lens, the light intensity is measured by the power meter 130 at the exit of the optical fiber (this is defined as Iin), and then the amount of light (Iout) transmitted through the lens is measured after the lens 110 is attached.
[0046]
The transmittance T of the lens is
T = Iout / Iin
Therefore, if the absorption loss and the scattering loss in the lens are small, the reflectance R at the lens end surface is combined with the incident side and the output side.
R = 1-T
It can ask for.
[0047]
With this apparatus, first, the reflectance of the end surface of the gradient index rod lens before the minute unevenness was formed on the end surface was measured and found to be about 7%. Note that the refractive index distribution type lens used here is not formed with an antireflection film made of a normal dielectric thin film.
[0048]
Next, when the refractive index distribution type rod lens of the present invention having the uneven structure described in this example formed on both surfaces of the lens (shown in FIG. 1) was attached and the reflectance was measured, it was 1%. The following values were obtained, and it was confirmed that reflection at the lens end face was clearly suppressed. This numerical value changes depending on the shape of the concavo-convex structure, and the reflectance can be further reduced by changing the process conditions and optimizing the shape.
[0049]
[Example 2]
Next, an example in which the present invention is applied to a gradient index lens formed on a flat substrate, that is, a flat lens will be described.
FIG. 5 shows a flat lens 20 of the present invention. Similar to the first embodiment, a minute concavo-convex structure 24 having a period of 1 μm and a height of about 1 μm is formed on the lens surface 22 on the surface of the substrate 28.
[0050]
For example, when a glass substrate is used, the flat lens 20 is formed by forming a metal mask having a minute opening on the substrate and diffusing ions in the salt from the opening by an ion exchange treatment. . Although the size of the refractive index distribution on the lens surface is smaller than that of the first embodiment, it is produced by the ion exchange method as described above, and therefore has a refractive index distribution on the lens surface.
[0051]
By the same method as in Example 1, a micro uneven structure having a period of 1 μm and a height of about 1 μm is periodically formed on the surface of the flat lens, and the reflectance of this lens is measured by the same measuring apparatus as in FIG. When measured, the reflectivity was about 3.5%. In this embodiment, since the surface 26 opposite to the surface on which the lens of the flat plate lens is formed is not subjected to the low reflection treatment, reflection loss occurs in that portion. Needless to say, the surface can be subjected to a low reflection treatment with a normal dielectric multilayer film, and in some cases, a micro uneven structure similar to the lens surface of the present invention is formed to make the low reflection treatment. You can also. In that case, since there is almost no reflection on the surface, a reflectance comparable to that of Example 1, that is, a reflectance of 1% or less can be easily realized.
[0052]
From Examples 1 and 2 described above, an excellent antireflection performance can be obtained by using a micro uneven structure having a spacing (period) of adjacent convex portions of 1 μm and a height of about 1 μm with respect to the use wavelength λ = 1550 nm. It became clear. The reflection performance varies depending on the period and height of the concavo-convex structure. If the period, that is, the interval between adjacent convex parts is larger than λ, and if the concavo-convex height is smaller than λ / 4 (0.25λ), The interaction of the concavo-convex structure is reduced, and sufficient antireflection performance cannot be obtained. In Examples 1 and 2, a structure having both a period and a height of about 0.64λ was used. However, a structure having a period, that is, an interval between adjacent convex portions of λ or less and a height of 0.25λ or more is desirable.
[0053]
In Example 1, the low reflection performance is slightly changed depending on the shape of the protrusions to be manufactured. Here, some examples of the shape of the concavo-convex structure manufactured by the present inventor will be further described. .
FIG. 6 is a schematic view of the cross-sectional shape of the concavo-convex structure produced by changing the dry etching conditions.
By adjusting the speed at which etching proceeds in the vertical direction and the speed at which etching proceeds in the horizontal direction, uneven structures having various cross-sectional shapes ((a) to (d)) are formed.
[0054]
FIG. 7 shows an example in which a concavo-convex structure is formed on the end face of a glass gradient index lens by wet etching. In this case, since the etching proceeds isotropically, the period of the two-dimensional structure cannot be reduced and the height of the protrusion cannot be increased. Therefore, it is difficult to obtain a sufficiently low reflection performance, but there is an advantage in that the manufacturing cost is low, and it can be applied to an application that does not require a high level of low reflection performance.
[0055]
The shape conditions for obtaining the low reflection performance are also described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-258607 and the literature included therein. It is desirable that the minute concavo-convex structure formed on the end face of the gradient index lens of the present invention also has a shape as described therein.
In particular, it is desirable that the shape of the concavo-convex structure is substantially dense in the vicinity of the substrate (that is, the concave portion has no flat portion when viewed from the upper surface of the surface on which the concavo-convex structure is formed).
[0056]
By the way, not only the shape of the concavo-convex structure changes depending on the etching conditions as described above, but the shape of the concavo-convex structure to be produced also changes depending on the photoresist pattern before etching. FIG. 8 is a schematic diagram of the fine structure of the lens surface after etching with the photoresist pattern and the same conditions obtained when the light intensity or exposure time during interference exposure is changed, that is, when the exposure amount is changed. The figure is shown.
[0057]
In the case of a positive type photoresist, when the exposure amount is small, the pattern is such that a circular opening 56 is opened in the photoresist film 55 as shown in FIG. As shown, a pattern is obtained in which the unexposed portion of the photoresist film 65 remains in a circular shape, and the rest of the photoresist film 65 has no photoresist film. When each is etched, in the case of (a), it becomes a lattice-like fine structure, and in the case of (b), it becomes a fine structure of a cone or frustoconical shape.
[0058]
When the above effect is used at the time of interference exposure, for example, a pattern whose shape changes toward the outer peripheral direction of the end surface of the rod-type lens 10 can be formed. FIG. 9 shows an irradiation optical system used at that time.
The lens is adjusted so that the light beams 78a and 78b of the interference optical system have light intensity distributions 80a and 80b in the cross section. When they are made to interfere with each other, a similar light intensity distribution 82 is formed. Where the light overlaps, each light is an ellipse, but a pattern whose shape changes isotropically from the center of the lens 10 toward the outer periphery is obtained.
[0059]
FIG. 10 shows another example of a method for producing such a pattern. In this example, after performing interference exposure by the same method as in the first embodiment, the third light beam 78c is irradiated almost from the front of the exposure surface, and the light intensity distribution 80c is provided in the beam, thereby exposing the exposure amount. Adjust.
[0060]
The above method can be used effectively when the etching rate of the gradient index lens changes depending on the refractive index (or ion concentration). In dry etching, it is generally known that the etching rate varies depending on the size of the opening of the mask. However, etching is performed after forming patterns with different opening sizes on the lens end face by the method described above. If the treatment is performed, irregularities having substantially the same shape can be formed in portions having different refractive indexes (that is, different etching rates). Alternatively, it is possible to adjust such that the height of the protrusion is increased at the central portion of the rod-type lens and is decreased at the peripheral portion.
[0061]
In applications where it is necessary that the wavefront after the light passes through the lens is not disturbed, shape control as described above is particularly important. The above shape control method is effectively applied in such a case.
[0062]
In the embodiments described so far, the antireflection performance in the case where the surface of the refractive index separating lens is in contact with air has been described. However, the lens of the present invention exhibits the same effect even in a medium other than air.
[0063]
As shown in FIG. 15, the rod-type lens may be used in a configuration in which two lenses 13a and 13b are combined and an optical functional component 42 such as a filter is inserted between them. Conventionally, as shown in FIG. 15, an antireflection film 19 made of a dielectric multilayer film is provided in this portion, and the refractive index of the adhesive 30 is matched to the lens material to reduce reflection loss. In this case, the problem is temperature characteristics or refractive index change with time.
[0064]
As shown in FIG. 17, an optical axis (Z-axis) with a refractive index n when antireflection films 19 a and 19 b are provided on the surfaces of two lenses 10 a and 10 b and a component 40 is sandwiched between them and adhered by an adhesive 30. This will be described using a direction profile. Immediately after the assembly, the refractive index of the lens and the refractive index of the adhesive can be matched exactly as shown by the solid line, so that the refractive index difference Δn 0 By providing the antireflection films 19a and 19b between the lenses 10a and 10b and the adhesive 30, the reflection loss can be suppressed to a considerably small value.
[0065]
However, when the refractive index of the adhesive or the lens shifts as shown by the broken line due to temperature change or change with time, reflection occurs at the interface. The refractive index difference Δn between the lenses 10a, 10b and the adhesive 30 is also the initial Δn. 0 Δn 0 In some cases, the antireflection performance of the antireflection film designed for the difference in refractive index is lowered.
[0066]
In the refractive index separating lens of the present invention, as shown in FIG. 11, fine concavo-convex structures 14a and 14b are provided on the surfaces of two lenses 10a and 10b. Since a medium outside the lens (in this case, an adhesive) enters the gap of the concavo-convex structure, the refractive index is continuously connected between the lens and the medium macroscopically through the concavo-convex structure. In addition, low reflection performance is realized by the concave and convex structure using the same material as the material of each part of the lens surface, that is, the lens surface, so that the refractive index of the adhesive and the lens is shifted as in the conventional method described above. However, since the change between the lens and the adhesive is always kept continuous, there is no performance degradation.
[0067]
This is a function that can be realized by the characteristic that low reflection performance can be maintained regardless of the refractive index of the medium between the lenses, and is one of the major features of the gradient index lens of the present invention. According to this feature, when assembling a component as shown in FIG. 15, it is not necessary to strictly match the refractive index of the adhesive to that of the lens, so that there are significant industrial advantages such as labor saving in chemical solution management.
[0068]
【The invention's effect】
In the refractive index distribution type lens of the present invention, low reflection performance is realized by the micro uneven structure formed on the surface, so that the performance does not change due to the change of the refractive index of the substrate unlike the multilayer antireflection coating. As a result, good low reflection performance can be realized over the entire lens having a refractive index distribution.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a rod-type lens having an uneven surface according to the present invention formed on its end surface.
FIG. 2 is a view showing an example of a photoresist pattern used for producing the concavo-convex structure of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a concavo-convex structure formed on a lens end face in the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical system for measuring reflectance from a lens end surface.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a flat lens in which the uneven structure of the present invention is formed on a light transmission surface.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of various uneven structures.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of another concavo-convex structure.
FIG. 8 is a schematic diagram of a photoresist pattern and a fine structure of a lens surface after processing.
FIG. 9 is a diagram showing an example of interference exposure applied to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an example of another interference exposure applied to the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration and a refractive index distribution in the optical axis direction when the gradient index lenses of the present invention are opposed to each other.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an optical system for two-beam interference exposure.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of a conventional gradient index lens.
FIG. 14 is a diagram showing an example of antireflection means for a rod-type lens by conventional oblique processing.
FIG. 15 is a schematic view showing an example of a conventional optical module using rod-type lenses facing each other.
FIG. 16 is a diagram showing an example of antireflection means for a flat lens by conventional oblique processing.
FIG. 17 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional optical module using rod lenses facing each other and a refractive index distribution in the optical axis direction.
[Explanation of symbols]
10, 10a, 10b, 13, 13a, 13b, 110 Rod type lens
14, 14a, 14b, 24 Uneven structure
16, 26, 36 Refractive index distribution
19, 19a, 19b Antireflection film
20, 23 Flat lens
30 Adhesive
32 Axial gradient index lens
40, 42 Optical functional parts
43a, 43b Optical fiber
70, 72, 73 Optical axis

Claims (5)

屈折率分布型レンズの製造方法において、該レンズの光透過面内に微小な凹凸構造を形成する工程として、
(1)前記凹凸構造を形成するレンズ表面にフォトレジストを塗布する工程と、
(2)このフォトレジストを、2次元周期的なパターンで露光する工程と、
(3)フォトレジストを現像し、2次元的周期構造を持つ、フォトレジストパターンを得る工程と、
(4)このフォトレジストパターンをマスクとして、基材をエッチングする工程と、
を含み、
前記フォトレジストを露光する(2)の工程において、露光量を調整し基材の屈折率分布に応じて、パターンを変更することを特徴とする屈折率分布型レンズの製造方法。
In the manufacturing method of the gradient index lens, as a step of forming a minute uneven structure in the light transmission surface of the lens,
(1) applying a photoresist to the surface of the lens forming the concavo-convex structure;
(2) exposing the photoresist in a two-dimensional periodic pattern;
(3) developing a photoresist to obtain a photoresist pattern having a two-dimensional periodic structure;
(4) Etching the substrate using this photoresist pattern as a mask;
Including
In the step (2) of exposing the photoresist, the exposure amount is adjusted, and the pattern is changed according to the refractive index distribution of the base material.
屈折率分布型レンズの製造方法において、該レンズの光透過面内に微小な凹凸構造を形成する工程として、
(1)前記凹凸構造を形成するレンズ表面にフォトレジストを塗布する工程と、
(2)このフォトレジストを、2次元周期的なパターンで露光する工程と、
(3)フォトレジストを現像し、2次元的周期構造を持つ、フォトレジストパターンを得る工程と、
(4)このフォトレジストパターンをマスクとして、基材をエッチングする工程と、
を含み、
前記フォトレジストを露光する(2)の工程において、2次元周期的なパターンを、レーザ光を干渉させることにより形成した周期的な光強度分布(干渉パターン)を複数回回転させて、多重露光を行なうことにより得ることを特徴とする屈折率分布型レンズの製造方法。
In the manufacturing method of the gradient index lens, as a step of forming a minute uneven structure in the light transmission surface of the lens,
(1) applying a photoresist to the surface of the lens forming the concavo-convex structure;
(2) exposing the photoresist in a two-dimensional periodic pattern;
(3) developing a photoresist to obtain a photoresist pattern having a two-dimensional periodic structure;
(4) Etching the substrate using this photoresist pattern as a mask;
Including
In the step of exposing the photoresist (2), a two-dimensional periodic patterns, and periodic light intensity distribution formed by the interference of the laser beam (interference pattern) is rotated a plurality of times, the multiple exposure A method for producing a gradient index lens, characterized by being obtained by performing the method.
前記レーザ光の干渉を、1つのレーザ光を分離した後、再び重ね合わせる方法、あるいは位相格子を利用する方法のいずれかの方法により行うことを特徴とする請求項2に記載の屈折率分布型レンズの製造方法。  3. The refractive index distribution type according to claim 2, wherein the interference of the laser beam is performed by any one of a method of superposing again after separating one laser beam, or a method of using a phase grating. Lens manufacturing method. 前記(1)の工程を、凹凸構造を形成する基材表面部分に金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜を成膜し、その表面にフォトレジストを塗布する工程とし、前記(4)の工程をフォトレジストパターンをマスクとして前記金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜をエッチングしてフォトレジストパターンを転写し、転写された前記金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜のパターンをマスクとして基材をエッチングする工程とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の屈折率分布型レンズの製造方法。  The step (1) is a step of forming a metal film, a resin film, or an inorganic dielectric film on the surface portion of the base material on which the concavo-convex structure is formed, and applying a photoresist to the surface. Etching the metal film, resin film, or inorganic dielectric film using the photoresist pattern as a mask to transfer the photoresist pattern, and masking the transferred metal film, resin film, or inorganic dielectric film pattern The method for producing a gradient index lens according to any one of claims 1 to 3, wherein a step of etching the substrate is used. 前記基材をエッチングする(4)の工程において、ドライエッチングプロセスを適用することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の屈折率分布型レンズの製造方法。  The method for manufacturing a gradient index lens according to claim 1, wherein a dry etching process is applied in the step (4) of etching the base material.
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