JPH01261601A - マイクロ非球面レンズおよびその作製方法，ならびにマイクロ非球面レンズを利用した光ファイバ結合装置，集光光学系，光学素子，半導体レーザ光源およびイメージ・ディバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 作製しようとするマイクロ非球面レンズの最大の厚さ以
、Ｊ二の厚さをもつようにレジストを基板上に塗布し、
このレジスト上に電子ビーム描画法により所定パターン
の描画を行ない、その後現像することによりマイクロ非
球面レンズまたはその原型を作製する。これにより軸上
収差および色収差が殆んどなくかつレンズの直径が１■
以下のマイクロ非球面レンズを高精度に実現することが
できる。また複製が比較的容易なため量産が可能である
。さらにこのようにして作製されたマイクロ非球面レン
ズを用いて先ファイバ結合装置、集光光学系、光学素子
、半導体レーザ光源、イメージ・デイバイス等を作製す
ることができる。

発明の背景 技術分野 この発明は、マイクロ非球面レンズおよびその作製方法
、ならびにマイクロ非球面レンズを利用した光ファイバ
結合装置、集光光学系、光学素子、半導体レーザ光源お
よびイメージ・デイバイスに関する。

従来技術とその問題点 マイクロ・レンズは小型、軽量という長所をもつ。従来
のマイクロ・レンズには、（ａ）ボール・レンズ、（ｂ
）イオン交換平板マイクロ・レンズ。

（Ｃ）フレネル・レンズがある。また非球面レンズは無
収差であるという特長をもち、その例としてはたとえば
光ディスクの光ピツクアップに用いられる（ｄ）非球面
プラスチック・レンズがある。しかしこれらのレンズは
次に述べるように種々の問題点を含んでいる。

（ａ）ボール参レンズ 軸上収差があるため光ファイバと半導体レーザ、先ファ
イバと光ファイバとの間の光結合に用いた場合には光結
合効率が低下するとともに、光ピツクアップなどの精密
光学系への応用が困難である。

（ｂ）イオン交換平板マイクロ・レンズガラスのイオン
交換によって作製するため１０時間前後の作製時間が必
要である。複製ができないため量産にむかない。

（ｅ）フレネル争レンズ 光の回折を利用したレンズであるため波長分散がある光
源では色収差が生じる。

（ｄ）ＣＤ非球面プラスチック・レンズレンズの直径が
４〜５　ａ＋ａ＋、厚さが３〜４ｒＡａ＋であり、光学
系の小型化、集積化、ハイブリッド化が困難である。

発明の概要 発明の目的 この発明は、小型、軽量というマイクロ・レンズの特長
を活かしかつ無収差であるという非球面レンズの特長を
とり入れたマイクロ非球面レンズおよびその製造方法を
提供することを目的とする。

この発明はまた。マイクロ非球面レンズを利用した光フ
ァイバ結合装置、集光光学系、光学素子、半導体レーザ
光源およびイメージ・デイバイスを提供することを目的
とする。

発明の構成１作用および効果 第１の発明はマイクロ非球面レンズの作製方法に関する
ものであり、この方法は、マイクロ非球面レンズを作製
する基板上に作製しようとするマイクロ非球面レンズの
最大の厚さ以上の厚さをもつようにレジストを塗布し、
このレジスト上に。

電子ビーム描画装置を用いて１作製しようとするマイク
ロ非球面レンズの厚さに対応した電子ビーム照射量を与
えるように所定パターンの電子ビーム描画を行ない、そ
の後、レジストを現像することにより、残膜レジストに
よるマイクロ非球面レンズまたはその原型を作製するこ
とを特徴とする。

第２の発明もマイクロ非球面レンズの作製方法に関し、
この方法は上記第１の発明の方法により作製された非球
面レンズ形状の凸部または同形状の凹部をもつ残膜レジ
ストをドライリエッチングによって基板に転写すること
により非球面レンズまたはその雌型を作製することを特
徴とする。

第３の発明によるマイクロ非球面レンズの作製方法は、
上記第１の発明の方法により作製された非球面レンズ形
状の残膜レジスト、または作製しようとする非球面レン
ズ形状の凹部をもつ残膜レジストを原型として金型を作
製し、この金型を用いてマイクロ非球面レンズを成形す
ることを特徴とする。

第４の発明はマイクロ非球面レンズに関するもので、こ
れは上記第１．第２および第３の方法のいずれかの方法
により作製されたマイクロ非球面レンズであることを特
徴とする。

第１．第２および第４の発明によると、マイクロ非球面
レンズを電子ビーム描画法により作製するのでレンズの
直径が１１以下の小型、軽量のレンズを精度よく作製す
ることができる。非球面の形状をもつレンズであるため
、ボール・レンズと異なり軸上収差が生じない。非球面
レンズには周期構造がないためフレネル・レンズと異な
り色収差が生じない。このようにして、マイクロ・レン
ズと非球面レンズの両方の特長をもつマイクロ非球面レ
ンズが実現する。

また第３の発明によると、金型を用いて成形することに
よりマイクロ非球面レンズの複製が可能になり、量産に
適し安価に提供できるようになる。

第５の発明による先ファイバ結合装置は、一方の光ファ
イバの出射光を第１のレンズによってコリメートし、こ
のコリメート光を第２のレンズによって他方の光ファイ
バの端面に集光することにより２つの光ファイバ間の光
結合を達成するものにおいて、上記第１および第２のレ
ンズとしてマイクロ非球面レンズを用いたことを特徴と
する。

マイクロ非球面レンズを光ファイバ結合装置に用いるこ
とにより小型で結合効率の良好な光ファイバ結合装置が
得られる。マイクロ非球面レンズはきわめて小型でかつ
無収差であるためコア径の小さいシングル・モード光フ
ァイバにも適用できる。

第６の発明は、集束性ロッド・レンズを基本光学素子と
する集光光学系において、集束性ロッド・レンズの端面
にマイクロ非球面レンズを直接設けたことを特徴とする
。

第６の発明によるとロッド争レンズの端面にマイクロ非
球面レンズを設けた構成にしたので、高結合効率でかつ
小型、構成簡素な集光光学系が実現するとともに、光計
測用に用いた場合には高ＮＡでかつ大きな作動距離をと
ることができるようになる。この集光光学系を用いれば
、光通信または光計測の分野における発光／受光デイバ
イスと光伝搬デイバイス（光ファイバなど）との間の光
結合などの応用が広がる。

第７の発明による光学素子は、この光学素子の光が通過
する面に、マイクロ非球面レンズを設けたことを特徴と
する。

第７の発明が適用される光学素子の例としては、プリズ
ム、ビーム・スプリッタ、偏光子、検光子、波長板等が
ある。

第７の発明によると、１つの光学素子にその光学素子特
有の機能に加えてマイクロ非球面レンズによる集光、コ
リメート等の機能をもたせることができるので、複数の
光波制御機能をもつことになり、光学系を小型化、軽量
化することができる。また、マイクロ非球面レンズは光
学素子に一体化されているから光学系組立時の光軸調整
が不要となり、とくにマイクロ非球面レンズを光学素子
と一体成形したものにおいては表面による反射等による
光損失が減少する。

第８の発明による半導体レーザ光源は、ステム上に固定
された半導体レーザと、この半導体レーザの前方に配置
されたマイクロ非球面レンズと。

これらの半導体レーザおよびマイクロ非球面レンズを覆
うキャップとからなることを特徴とする。

第８の発明によると、半導体レーザとその出射光をコリ
メートまたは集光するためのマイクロ非球面レンズをキ
ャップ内に収めたので、レーザ光源を小型化できるとと
もに、外的環境、とくに湿気等に強いものとなるととも
に、塵埃等から半導体レーザを保護することができる。

第９の発明によるイメージ・デイバイスは、透明基板の
表裏両面に複数個のマイクロ非球面レンズを、その表裏
に対応するもの同志の光軸を一致させて、配列して設け
たことを特徴とする。

第９の発明によるイメージ・デイバイスはマイクロ非球
面レンズを用いており、マイクロ非球面レンズのアレー
化によって視野に重なりができるので各レンズの視野角
を大きくとる必要がなく。

周辺の像のぼけ、光量のむら等をなくすことができると
ともに小型化、軽量化が図られる。また。

このイメージ・デイバイスは透明プラスチック成形によ
って作製することができ、量産可能であるから比較的安
価に提供できるようになるとともに１等品質のものを生
産できる。さらに、物体から一方のレンズまでの距離を
変化させることによって任意の結像倍率が得られるよう
になる。

実施例の説明 第１図はマイクロ非球面レンズｌまたはその原型の外観
を示す斜視図である。第２図はそれらの作製方法におけ
る電子ビーム描画工程を示すものである。

マイクロ非球面レンズ１またはその原型は、ガラス等の
所定の基板３上に導電膜２（たとえば。

インジウムティンオキサイド■ＴＯｓ−工ｎ２０３＋　
Ｓ　ｎ　Ｏ２）を形成し、その上に電子ビーム・レジス
ト４を一定の厚さｄ　に塗布し、電子線描画装置によっ
てレジスト上に電子ビームＥＢのドーズ量を制御しなが
ら作製すべき非球面レジスト−パターンを描画し、その
後レジストを現像することによって作製される。

以下非球面マイクロ・レンズの上記作製方法について詳
述する。

まず基板３に付着している汚れを落とすために基板３を
洗浄する。

電子ビーム・レジスト４を基板３上に一様に塗布する。

電子ビーム描画時にレジスト４に帯電する電荷を逃がす
ために基板３上に導電性膜（たとえばＩＴＯ）２を形成
しておく。−回の塗布でレジスト４の厚さは１〜２μｍ
となる。作製すべきマイクロ非球面レンズの厚さ以上の
厚さｄ　をもつレジスト４を形成することが必要なので
レジストの塗布とそのベーキングを複数回繰返すことに
よりその厚さをたとえばｌＯμｍ程変にする（多重コー
ティング）。電荷を逃がすための導電性膜２の形成に代
えて、導電性のレジストを塗布するようにしてもよい。

もっともレジストの厚さが５〜６μｍ程度までならば電
荷はあまり帯電しないため導電性レジストの使用または
導電性膜２の形成は必ずしも必要ない。

次に電子線描画装置によってレジスト４上に作製すべき
非球面レンズ中パターンを描画する。レジスト上に照射
すべき電子ビーム照射量（ドーズ沿）はあらかじめ次の
ように計算しておく。

ネガタイプの電子ビーム９レジストを用い、第１図に示
すような残膜レジストによるレンズ１を形成する場合の
電子ビーム照射量について説明する。

第３図を参照して作製しようとするマイクロ非球面レン
ズの屈折率をｎ、焦点距離をｆ、直径をり、レンズ１の
厚さをｄとする。このようなマイクロ非球面Ｉメンズの
厚さ分布関数ｄ（「）は次式によって与えられる。ｒは
レンズ１の中心からとった距離である。

ｄ　（ｒ）　＝　ｄ　−（１／（ｎ＋１））　ｉｆ　−
［ｆ　２＋２１／２ （ｎｉｌ）　ｒ　　／　（ｎ−１）　］　　　）・・・
（１） レジスト４の初期膜厚をｄ　とすると残膜率分布η（Ｘ
）は第（１）式を用いて次式のように表わされる。Ｘは
レジスト残膜の中心からとった距離である。

７７（Ｘ）　−１／ｄ　　　（ｄ　−（１／（ｎ＋１）
）Ｉｆ　−２２１／２ （ｆ　　＋　（ｎ＋１）　ｘ　　／　（ｎ−１））］　
　　　）×１００％　　　　　　　　　　　・・・（２
）第４図にＡで示す曲線は第（２）式で表わされるレジ
スト４の残膜率η（Ｘ）を示すグラフであり。

これは第２図のＩＶ−ＩＶ線にそう残膜レジストの断面
を表わしている。第４図のＢで示す曲線は電子線描画装
置による電子ビームＥＢの照射強度ｉｏｇＱ）とレジス
ト４の残膜率η（Ｘ）との関係を示すレジスト感度曲線
である。このレジスト感度曲線は各レジストに固有のも
のである。これらの２つのグラフＡとＢとからレジスト
４の残膜率η（ｘ）を満たす電子ビームＥＢの照射強度
分布は曲線Ｃで示すものとなる。すなわち１曲線Ｃに示
す照射強度分布を満足するようにレジスト４に電子ビー
ムＥＢを照射すると所望の残膜率η（Ｘ）（後述するよ
うに所望のレンズの厚さ分布関数）をもつレジスト残膜
（マイクロ非球面レンズまたはその原型）が得られるこ
ととなる。

電子線描画装置において電子ビームＥＢを同心円上に走
査させることにより、レジスト４上に曲線Ｃの照射強度
分布のパターンを描画する。

この後レジスト４を現像することによりレジストの残膜
パターンを得ることができる。この残膜パターンがマイ
クロ非球面レンズまたはその原型となる。

このようにして得られるマイクロ非球面レンズの原型を
マスクとしてドライ・エッチングによって基板に転写し
、これをマイクロ非球面レンズまたはその原型としても
よい。

マイクロ非球面レンズは成形その他の方法により量産す
ることができる。このとき、雌型をつくる必要がある。

雌型の作製方法には種々ある。

たとえばポジタイプの電子ビーム・レジストを用いて第
４図の曲線Ｃで示す電子ビーム照射量で描画すると、マ
イクロ非球面レンズの形状の凹部をもつ原型がつくられ
る。またはネガタイプの電子ビーム・レジストを用いて
曲線Ｃとは逆の（ある照射量から曲線Ｃの値を減算した
値）照射量で描画することによってもマイクロ非球面レ
ンズの形状の凹部をもつ原型がつくられる。この原型を
ドライ・エッチングによって基板に転写し、その基板を
雌型としてマイクロ非球面レンズを成形すればよい（特
開昭８２−１６１５３２参照）。また、第１図に示すよ
うな基板上の残膜レジスト・パターンを雄型として電鋳
法によって雌型を形成し、この雌型を用いてマイクロ非
球面レンズを成形する（特開昭［ｉ２−１６１５３３参
照）。

第５図は光ファイバ結合装置の構成の概要を示している
。この図を参照して先ファイバ１２（１３）は屈折率の
高いコア１２ａと、それよりも屈折率の低いクラッド■
２が囲んでいる二重構造となっている。このような光フ
ァイバ１２に光が入射するとその光線はコア１２ａとク
ラッド１２ｂとの境界面で全反射しながらコア１２ａの
中を伝搬していく。

端面を相互に対向して配置された２つの光ファイバ１２
．１３の端面に２つのマイクロ非球面レンズｔｏ、　１
１がそれぞれ紫外線（ＵＶ）硬化樹脂、エポキシ樹脂な
どの光学系接着剤などにより接着されている。

光ファイバ１２中を伝搬された光線は光ファイバ１２の
端面に接着されたマイクロ非球面レンズ１ｏによってコ
リメート光とされ外部に出射されたのち、マイクロ非球
面レンズ１１によって収束され。

光ファイバ１３の中に導入され伝搬される。

このような光ファイバ結合装置の構成によると、光ファ
イバ１２．１３のコアを精密に合わせる必要がなく、マ
イクロ非球面レンズは収差をもたないため結合効率が低
下することもない。

第６図はマイクロ非球面レンズを光ファイバに接着して
これらをコネクタに組込むことによって２本の光ファイ
バを結合させた状態を示す側面がらみた断面図である。

第６図においてコネクタ１４には光ファイバ１２および
１３を挿入しかつ固定するための孔１４ａと、マイクロ
非球面レンズ１０および１１を取付ける位置に孔１４ａ
よりも孔の大きさが大きい孔１４ｂとがあけられている
。孔１４ａには光ファイバ１２および１３が挿入されか
つ固定されている。孔１４ｂ内においてマイクロ非球面
レンズＩＯおよび１１の凸部状の面が４いに対向するよ
うに光ファイバ１２およびＩ３に接着されている。コネ
クタ１４はお互いにねじまたはバンキングにより固定さ
れている。

コネクタ１４によって微小なマイクロ非球面レンズと先
ファイバとが外力から保護されかつレンズ特性の劣化の
防止が図られている。このようにコネ、ｊ７タを利用し
て先ファイバ結合装置を構成しても一方の先ファイバ１
２の出射光は一方のマイクロ非球面レンズ１０によって
コリメートされ、このコリメート光は他方のマイクロ非
球面レンズ１１によって絞られるので他方の光ファイバ
１３に効率よく入射する。

第７図および第８図は集光光学系を示すものである。

第７図は集光光学系を光ファイバ２３と発光素子（また
は受光素子）　２１との光結合に用いた例を示している
。光ファイバ２３の入射端面と発光素子２１との間には
集束性ロッド・レンズ２２が配置され。

その発光素子２１側の端面にマイクロ非球面レンズ２０
が設けられている。発光素子２１の拡散する出射光はマ
イクロ非球面レンズ２０でほぼ平行光に変換され、さら
にロッド・レンズ２２によって集光されて光ファイバ２
３に入射する。

発光索子２１に代えて受光素子が用いられた場合には、
光ファイバ２３の出射光はロッド・レンズ２２によって
ほぼ平行光に変換され、マイクロ非球面レンズ２０によ
って集光されて受光素子に入射する。

第７図の構成によると、集光光学系は小型化を図ること
ができ、また高効率の光結合が達成される。さらにマイ
クロ非球面レンズ２０と集束性ロッド・レンズ２２は相
互に直接固定されているので。

振動、温度変化に強いなどの耐環境性が向上する。さら
に部品点数が少ないので光軸調整が容易であり、加工も
比較的容易である。

第８図は集光光学系を光計測に応用した例を示している
。光ファイバ２３から出射した光は集光性ロッド・レン
ズ（コリメータやレンズ）２２によって平行光に変換さ
れ、ロッド・レンズ２２の先端に設けられたマイクロ非
球面レンズ２０によって物体２４の表面上にスポットを
形成するように集光される。

この図からも明らかなようにマイクロ非球面レンズを用
いた集光光学系は小型化を図ることができる。また、高
ＮＡでしかも作動距離を大きくとることが可能である。

このように集束性ロッド・レンズの端面にマイクロ非球
面レンズを設けるには次のようなやり方がある。

（１）集束性ロッド・レンズの端面に電子線レジストを
塗布し、電子線描画装置でこの電子線レジスト」二に作
製すべきマイクロ非球面レンズやパターンを描画し、そ
の後レジストを現像してレジストによるマイクロ非球面
レンズをつくる。またはこの残膜レジスト・パターンを
ドライ・エッチング等によってロッド・レンズ端面に転
写する。

（２）別途にマイクロ非球面レンズをつくり集束性ロッ
ド・レンズの端面に光学ボンド等で接着する。

（３）成形法により集束性ロッド・レンズ端面にマイク
ロ非球面レンズを形成する。

（４）光硬化性樹脂を用いて集束性ロッド・レンズ端面
にマイクロ非球面レンズを作製する。

第９図および第１０図は光学素子の第１実施例を示して
いる。

プリズム３１の２つの垂直面の一方にマイクロ非球面レ
ンズ３０が設けられている。マイクロ非球面レンズ３０
は半導体レーザ３２からの出射された発散光をコリメー
トする。およびコリメート光を集光する作用をなす。

半導体レーザ３２から出射するレーザ幸ビームの断面は
楕円形であるのでこのレーザ・ビームを光ファイバに入
射させたり、その他の用途に用いる場合には断面が真円
の光ビームに変換する必要がある。プリズム３１はこの
ような光ビームの断面パターンを変換する機能をもつ。

長軸方向の径がａ、短軸方向の径がｂの楕円断面パター
ンをもつレーザ・ビームを、プリズム３１の斜面に、そ
の径すが拡大される方向に入射させる。径ａは変化しな
い（発散により広がることを除く）。プリズム３１内に
入射した発散する光ビームは次にマイクロ非球面レンズ
３０によってコリメートされる。

適当な角度をもつプリズム３１を用い、レーザ・ビーム
の入射角を適切に選択し、さらにマイクロ非球面レンズ
３０の焦点距離を適切に決定すれば。

縦、横方向の径Ａ、Ｂが等しい断面真円のコリメート光
を得ることができる。

マイクロ非球面レンズ３０が作成された透明基板をプリ
ズム３１の一面に接着してもよいし、マイクロ非球面レ
ンズ３０とプリズム３１を一体的に形成してもよい。

マイクロ非球面レンズ３０は上述した作製方法によって
作製することができ、その複製も可能である。

マイクロ非球面レンズ３０とプリズム３１とを合成樹脂
等で一体成形する場合には、上述した雌型の作製方法に
よって作製された雌型とプリズムの雌型とを組合せて雌
型をつくることもできるし、上記の基板としてプリズム
を用いプリズムの一面に上述のレンズ・パターンを形成
し、これを原型として雌型を作製するようにしてもよい
。

第１１図は光学素子の第２実施例を示すもので。

光ディスクにビットの位置、大きさ等によって記録され
た情報を読取る光ビック・アップ装置を示している。光
ビーム・スプリッタ３３の一面に対物レンズとしてのマ
イクロ非球面レンズ３０が設けられている。これは、光
ビーム・スプリッタ３３の一面にマイクロ非球面レンズ
３０を接着することによって構成されよう。

半導体レーザ３２から出射した発散するレーザ・ビーム
は光ビーム・スプリッタ３３を通ってその一面のマイク
ロ非球面レンズ３０によって光デイスク３５上に集光さ
れる。光ディスク３５からの反射光はマイクロ非球面レ
ンズ３０を通って集光されながら光ビーム−スプリッタ
３３で偏向され、フォトｅダイオード３４上にスポット
を結ぶ。フォト・ダイオード３４の出力信号が情報の読
取信号となる。

このように、ビームΦスプリッタ３３の一面にマイクロ
非球面レンズ３０を設けたので１通常のガラス・レンズ
をビーム・スプリッタとは別途に対物レンズとして配置
する必要がなくなり、光学系の簡素化、小型化が図られ
る。

第１１図において必要であれば、半導体レーザ３２とビ
ーム・スプリッタ３３との間にコリメート拳レンズを設
けてもよい。この場合には、ビームψスプリッタ３３と
フォト・ダイオード３４との間に反射光を集光するため
の受光レンズを配置することが必要となろう。このよう
なコリメート嗜レンズおよび受光レンズをマイクロ非球
面レンズで構成し、これらのマイクロ非球面レンズを、
マイクロ非球面レンズ３０と同じように、ビーム・スプ
リッタ３３の対応する面にそれぞれ接着するようにする
ことが好ましい。ビーム・スプリッタ３３と半導体レー
ザ３２との間に１／４波長板を配置する場合もあるが、
この場合にはビーム・スプリッタは偏光ビーム・スプリ
ッタとなろう。また、トラッキングやフォーカシングの
制御のために３ビーム法を用いる場合には、半導体レー
ザ３２の出射ビームを３つのビームに分割するために回
折格子が配置されよう。

第１２図は光学素子の第３実施例を示すもので。

第９図に示す光学素子の応用例ともいうべきものである
。この図は半導体レーザ光源の一部切欠き斜視図である
。

ステム４ｚのほぼ中央の位置にヒート・シンク３８が固
定されている。このヒート・シンク３８はステム４２と
一体に形成してもよい。ヒート・シンク３８の先端部上
面は斜面に形成され、この斜面上に半導体レーザ４３が
固定されている。

半導体レーザ４３の後方においてフォト・ディテクタ３
７がステム４２に固定されている。フォト・ディテクタ
３７は半導体レーザ４３の出射光を受光し、半導体レー
ザ４３の駆動回路にフィードバックすることにより半導
体レーザ４３の出射光量を一定にするために用いられる
。

半導体レーザ４３の前方には、−面４１ａにマイク０非
球面レンズ３Ｇが形成されたまたは接着されたプリズム
４１が配置されている。プリズム４１はその両端部にお
いて２つの支持ブロック３９の先端部に固定され、これ
らの支持ブロック３９はヒート・シンク３８の両側にお
いてステム４２に固定されている。プリズム４１は傾斜
角の異なる２つの面４１ａ。

４１ｂをもつ。半導体レーザ４３の光軸はマイクロ非球
面レンズ３６が設けられた面４１ａに垂直になっている
。半導体レーザ４３の出射光はＸ方向およびＹ方向の２
方向で異なりた角度をもち、断面が楕円の形状となって
いる。マイクロ非球面レンズ３Ｂは上記のような半導体
レーザ４３の出射光を平行光に変換するような楕円形状
パターンをもっている。

マイクロ非球面レンズ３６によって平行化した光はプリ
ズム４１の面４１ａに垂直に入射する。プリズム４１は
、断面楕円形の入射光を断面真円の光に変換し、かつ出
射方向をステム４２の面に垂直となるように偏向する作
用をもつものである。この実施例では第１実施例とは異
なり、楕円パターンの光の長軸の径ａが縮小されること
によってレーザ光は真円となる。

半導体レーザ４３が固定されたヒート拳シンク３８、マ
イクロ非球面レンズ３６が設けられたプリズム４１．こ
のプリズム４１が固定された支持ブロック３９の全体を
覆うようにキャップ４５が設けられ（鎖線で示す）、か
つキャンシール、接着その他のやり方でステム４２に固
定されている。キャップ４５の頂部には孔があけられ、
この孔に透明板（プラスチック、ガラスなど１図示路）
が設けられ、窓を構成している。マイクロ非球面レンズ
３６によってコリメートされたレーザ光はプリズム４工
を通ることにより断面が真円になりこの窓を通して外部
に出射される。

半導体レーザ４３はステム４２に絶縁して設けられた端
子４４にワイヤボンディング等によって接続されている
。

第１３図は半導体レーザ光源を示す一部切欠き斜視図で
ある。この図において第１２図に示すものと同一物には
同一符号を付し説明を省略する。

この図を参照して、ステム４２のほぼ中央の位置にヒー
ト・シンク４７が中心軸２と平行になるようにステム４
２に対して垂直に固定されている。このヒート・シンク
４７はステム４２と一体に形成してもよい。Ｚ軸に直交
する２方向にＸ、Ｙ軸を考えるとヒート拳シンク４７の
幅はＸ方向に長く、この幅の中心がＹ軸上にある。ヒー
ト・シンク４７はステム４２からＺ方向に所定距離離れ
た箇所においてＹ方向に突出しておりこの突出９４７ａ
上に半導体レーザ４３が固定されている。この半導体レ
ーザ４３はステム４２の中心軸Ｚ（これが出射光の光軸
となる）上に位置するように設けられている。

半導体レーザ４３の前方にはマイクロ非球面レンズ４０
が設けられた透明基板４８が配置されている。

マイクロ非球面レンズ４０は基板４８の中央より若干上
方に位置しており、中心軸Ｚがレンズ４０の頂点を通る
ように配置されている。マイクロ非球面レンズ４０は半
導体レーザ４３からの出射光を取入れコリメート光とす
るものである。このようなマイクロ非球面レンズ４０は
透明基板４８に一体的に形成しても、別体につくったも
のを基板に貼付けるようにしでもよい。

基板４３はその下端部においてヒート・シンク４７の先
端部に固定されている。

半導体レーザ４３が固定されたヒート・シンク４７、マ
イクロ非球面レンズ４０が設けられた基板４８の全体を
覆うようにキャップ４５が設けられ、がっキャンシール
、接着その他のやり方でステム４７に固定されている。

キャップ４５の頂部には孔があけられ、この孔に透明板
（プラスチック、ガラスなど）４Ｂが設けられ、窓を構
成している。マイクロ非球面レンズ４０によってコリメ
ートされたレーザ光はこの透明板４６を通して外部に出
射される。

半導体レーザ４３およびマイクロ非球面レンズ４゜を含
む光学系はキャップ４５内に収納されているので外部環
境による影響が非常に少なくなっている。とくに塵埃の
付着等から保護されている。

第１４図および第１５図はイメージ・デイバイスを示し
ている。

これらの図を参照して、透明なガラス、プラスチックそ
の他の光学物質からなる基板５２の表面に多数のマイク
ロ非球面レンズ５０が形成され、かつ−列に配列されて
いる。この基板５２の裏面にも同じようにマイクロ非球
面レンズ５１が形成されかつ一列に配列されている。基
板５２の表面のマイクロ非球面レンズ５０とそれに対応
して設けられた裏面のマイクロ非球面レンズ５１とはそ
れらの光軸Ｍが一致している。

第１４図に鎖線で示すように、基板５２の幅をさらに大
きくして、基板５２０表面上に２列以上のマイクロ−フ
レネル・レンズ（第２列目のフレネル・レンズの一部を
鎖線５０ａで示す）を設けるようにすることもできる。

このとき、第１列目のレンズ５０と第２列目のレンズ５
０ａとは互い違いになるように配置するとよい。第２列
目のレンズ５０ａに対応して、基板５２の裏面にもマイ
クロ非球面レンズが設けられるのはいうまでもない。

このような構成のイメージ・デイバイスは、たとえばコ
ピー機械において使用される。

またこの発明によるイメージ・デイバイスは種々のやり
方で作製することができる。

たとえば、上記の基板５２上に電子線レジストを塗布し
、電子線描画法によりレジスト上にマイクロ非球面レン
ズ・パターンを描画し、その後、このレジストを現像す
る。基板５２上に残った残膜レジストが非球面レンズ５
０または５１となる。

基板５２上の残膜レジスト・パターンをドライ・エッチ
ングによって基板５２に転写して、これをフレネル・レ
ンズ５０または５１としてもよい。

さらに、基板５２とその表裏に形成されたフレネル・レ
ンズ５０．５１とからなるイメージφデイバイスを、あ
らかじめ作製した雌型を用いて透明な合成樹脂によって
一体成形することによりつくることもできる。

この雌型はすでに上述した作製方法によってつくること
ができる。

雌型の作製において、１つのマイクロ非球面レンズの雌
型をつくり、この雌型を用いて多数の同形のマイクロ非
球面レンズをプラスチック成形し、これらのフレネル・
レンズをガラスまたはプラスチック基板上に接着するこ
とによって上記のイメージ−デイバイスをつくることも
できる。

このようにして、この発明によるイメージΦデイバイス
は、大量生産が可能となるので、安価に提供できること
になる。

また、第１５図に示されているように、マイクロ非球面
レンズ５０または５１が多数近接して配列されているの
で、それぞれのレンズの視野に重なりができ、１つ１つ
のレンズの視野角を大きくとる必要がなくなるので、像
のぼけや光量のむらが無くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はマイクロ非球面レンズの外観を示す斜視図、第
２図はこの発明によるレンズの作製方法を説明するため
の斜視図、ｉ３図は作製するレンズとその多値との関係
を示す図、第４図のＡの曲線は第２図のＩＶ−ＩＶ線に
そう残膜レジストの断面の残膜率を示すグラフ、第４図
のＢの曲線は電子ビームの照射強度とレジストの残膜率
との関係を示すグラフ、第４図Ｃの曲線は第４図Ａの残
膜率を満たす電子ビームの照射強度分布を示すグラフで
ある。 第５図は光ファイバの結合装置を示し、第６図はマイク
ロ非球面レンズを光ファイバに接着してこれらをコネク
タに組込むことによって２本の光ファイバを結合させた
光ファイバ結合装置を示す側面からの断面図である。 第７図および第８図は集光光学系の実施例を示すもので
あり、第７図は集光光学系を光結合に応用した装置、第
８図は集光光学系を光計測に応用した装置である。 第９図から第１２図は光学素子の実施例を示すもので、
第９図はマイクロ非球面レンズを用いて楕円光を平行光
とする素子の斜視図、第１０図は第９図の断面図、第１
１図は光ピツクアップ装置を示す斜視図、第１２図は光
学素子を利用した半導体レーザ光源を示す斜視図である
。 第１３図はマイクロ非球面レンズを用いた半導体レーザ
光源を示す一部切欠き斜視図である。 第１４図および第１５図はイメージ・デイバイスの実施
例を示すもので、第１４図は斜視図、第１５図は拡大断
面図をそれぞれ示す。 １　、１０．１！、　２０．３０．３Ｂ、　４０．５０
．５１・・・マイクロ非球面レンズ。 ２・・・導電性膜、　　　　３．５２・・・基板。 ４・・・レジスト。 ＋２．　１３．２３・・・光ファイバ。 ２２・・・集束性ロッド・レンズ。 ３１、４１・・・プリズム。 ３３・・・ビーム−スプリッタ。 ４３・・・半導体レーザ。 ４５・・・キャップ、　　　　　ＥＢ・・・電子ビーム
。 以　　上

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ非球面レンズを作製する基板上に作製し
   ようとするマイクロ非球面レンズの最大の厚さ以上の厚
   さをもつようにレジストを塗布し、このレジスト上に、
   電子ビーム描画装置を用いて、作製しようとするマイク
   ロ非球面レンズの厚さに対応した電子ビーム照射量を与
   えるように所定パターンの電子ビーム描画を行ない、 その後、レジストを現像することにより、残膜レジスト
   によるマイクロ非球面レンズまたはその原型を作製する
   、 マイクロ非球面レンズの作製方法。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項に記載の方法により作
   製された非球面レンズ形状の凸部または同形状の凹部を
   もつ残膜レジストをドライ・エッチングによって基板に
   転写することにより非球面レンズまたはその雌型を作製
   する方法。
3. （３）特許請求の範囲第（１）項に記載の方法により作
   製された非球面レンズ形状の残膜レジスト、または作製
   しようとする非球面レンズ形状の凹部をもつ残膜レジス
   トを原型として金型を作製し、この金型を用いてマイク
   ロ非球面レンズを成形するマイクロ非球面レンズの作製
   方法。
4. （４）特許請求の範囲第（１）項から第（３）項のうち
   のいずれか１項に記載の方法により作製されたマイクロ
   非球面レンズ。
5. （５）一方の光ファイバの出射光を第１のレンズによっ
   てコリメートし、このコリメート光を第２のレンズによ
   って他方の光ファイバの端面に集光することにより２つ
   の光ファイバ間の光結合を達成するものにおいて、上記
   第１および第２のレンズとしてマイクロ非球面レンズを
   用いたことを特徴とする光ファイバ結合装置。
6. （６）集束性ロッド・レンズを基本光学素子とする集光
   光学系において、集束性ロッド・レンズの端面にマイク
   ロ非球面レンズを直接設けたことを特徴とする集光光学
   系。
7. （７）光が通過する面に、マイクロ非球面レンズを設け
   たことを特徴とする光学素子。
8. （８）ステム上に固定された半導体レーザと、この半導
   体レーザの前方に配置されたマイクロ非球面レンズと、
   これらの半導体レーザおよびマイクロ非球面レンズを覆
   うキャップとからなる半導体レーザ光源。
9. （９）透明基板の表裏両面に複数個のマイクロ非球面レ
   ンズを、その表裏に対応するもの同志の光軸を一致させ
   て、配列して設けたことを特徴とするイメージ・ディバ
   イス。