JPH0210784B2 - - Google Patents
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- JPH0210784B2 JPH0210784B2 JP57050663A JP5066382A JPH0210784B2 JP H0210784 B2 JPH0210784 B2 JP H0210784B2 JP 57050663 A JP57050663 A JP 57050663A JP 5066382 A JP5066382 A JP 5066382A JP H0210784 B2 JPH0210784 B2 JP H0210784B2
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Landscapes
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ガラスからなる一枚の透明基板内
に、多数の屈折率分布型の円柱レンズを予め定め
た間隔で平行に配列して形成したレンズ集合体に
関するものである。本発明は、直径が0.1mmない
し２mm程度の大きさの微小円柱レンズのアレイの
製造方法として特に適している。
に、多数の屈折率分布型の円柱レンズを予め定め
た間隔で平行に配列して形成したレンズ集合体に
関するものである。本発明は、直径が0.1mmない
し２mm程度の大きさの微小円柱レンズのアレイの
製造方法として特に適している。
従来、ガラス基板等に半球状の屈折率分布型レ
ンズを形成する方法として特開昭55−135808に記
載されているように、回転対称形の凹部をレンズ
板に作り、その後前記凹部が完全に充填されるま
でガラス質膜を前記ガラス板上り蒸着法により沈
着させ、その後この被覆されたガラス板を元の厚
さにまで減少させる方法があり、円柱状のレンズ
を形成するには、上記凹部を半円柱溝として同様
にして製作した半円柱状のレンズ体同志を光軸に
合わして貼りあわせる方法がある。
ンズを形成する方法として特開昭55−135808に記
載されているように、回転対称形の凹部をレンズ
板に作り、その後前記凹部が完全に充填されるま
でガラス質膜を前記ガラス板上り蒸着法により沈
着させ、その後この被覆されたガラス板を元の厚
さにまで減少させる方法があり、円柱状のレンズ
を形成するには、上記凹部を半円柱溝として同様
にして製作した半円柱状のレンズ体同志を光軸に
合わして貼りあわせる方法がある。
あるいは本発明者らが特願昭55−128390（特開
昭57−53702）で提案したように透明ガラス基板
表面にスリツト状開口部を有するイオン透過防止
マスクを形成し、電界イオン拡散法を用いてマス
ク開口部から屈折率の寄与の大きいイオンを拡散
して半円柱状の屈折率分布型レンズを形成する方
法もある。この方法でも円柱状のレンズを形成す
るには、同種の２個の半円柱レンズを貼り合わせ
る等の手段が必要である。ここで半円柱状のレン
ズを貼り合わせて円柱状レンズにするには、半円
柱レンズに比し、円柱状レンズは開口数（NA）
を大きくとれ、収差を小さく出来る点で優利なた
めである。
昭57−53702）で提案したように透明ガラス基板
表面にスリツト状開口部を有するイオン透過防止
マスクを形成し、電界イオン拡散法を用いてマス
ク開口部から屈折率の寄与の大きいイオンを拡散
して半円柱状の屈折率分布型レンズを形成する方
法もある。この方法でも円柱状のレンズを形成す
るには、同種の２個の半円柱レンズを貼り合わせ
る等の手段が必要である。ここで半円柱状のレン
ズを貼り合わせて円柱状レンズにするには、半円
柱レンズに比し、円柱状レンズは開口数（NA）
を大きくとれ、収差を小さく出来る点で優利なた
めである。
本発明は半円柱状レンズ体を貼り合わせること
なく、一枚のガラス基板中にほぼ円柱状の屈折率
分布型レンズを形成する手段を提供することを目
的としている。
なく、一枚のガラス基板中にほぼ円柱状の屈折率
分布型レンズを形成する手段を提供することを目
的としている。
本発明に従つた方法では、まずガラス基板の片
面を所定間隔をおいて平行スリツト状に開口を残
した状態でイオン透過防止マスクにより被覆す
る。次にこの基板ガラスの上記面を、ガラス中の
修飾酸化物を構成する第１のイオンよりも屈折率
増加に寄与する度合の大きいタリウム（Tl）、セ
シウム（CS）などの第２のイオンを含むイオン
源に接触させてイオン交換を行なう。
面を所定間隔をおいて平行スリツト状に開口を残
した状態でイオン透過防止マスクにより被覆す
る。次にこの基板ガラスの上記面を、ガラス中の
修飾酸化物を構成する第１のイオンよりも屈折率
増加に寄与する度合の大きいタリウム（Tl）、セ
シウム（CS）などの第２のイオンを含むイオン
源に接触させてイオン交換を行なう。
また、このイオン交換処理の間、基板ガラス両
面間に電圧を印加してイオンの拡散浸透を促進す
る。次に上記のイオン透過防止マスクを除去し、
上記のイオン交換でガラス表面近くに形成される
半円柱形の高屈折率部分表面のみに限定して第２
のイオン透過防止マスクで被覆する。
面間に電圧を印加してイオンの拡散浸透を促進す
る。次に上記のイオン透過防止マスクを除去し、
上記のイオン交換でガラス表面近くに形成される
半円柱形の高屈折率部分表面のみに限定して第２
のイオン透過防止マスクで被覆する。
そしてこの基板を上記第２のイオンよりも屈折
率増加に寄与する度合の小さい第３のイオンを含
むイオン源と接触させて電圧印加のもとでイオン
交換処理を行なう。これにより上記マスク直下に
はマスクエツジからの距離にほぼ比例して低屈折
率イオンが入り込み、この結果長さ方向には屈折
率が一様で横断面内で二乗近似の屈折率分布をも
つた半円柱形に近い高屈折率部分が基板内にでき
る。次いでそのガラス基板を変形しない程度に加
熱して拡散イオンの濃度分布（屈折率分布）を滑
らかにする。
率増加に寄与する度合の小さい第３のイオンを含
むイオン源と接触させて電圧印加のもとでイオン
交換処理を行なう。これにより上記マスク直下に
はマスクエツジからの距離にほぼ比例して低屈折
率イオンが入り込み、この結果長さ方向には屈折
率が一様で横断面内で二乗近似の屈折率分布をも
つた半円柱形に近い高屈折率部分が基板内にでき
る。次いでそのガラス基板を変形しない程度に加
熱して拡散イオンの濃度分布（屈折率分布）を滑
らかにする。
本発明によれば、一枚の透明ガラス基板中にほ
ぼ円柱状の屈折率分布型微小レンズ体を予め定め
た配列で形成可能であり、高寸法精度でアレイ状
器に形成することが容易である。
ぼ円柱状の屈折率分布型微小レンズ体を予め定め
た配列で形成可能であり、高寸法精度でアレイ状
器に形成することが容易である。
以下、図に基づき本発明を詳述する。
第１図においてガラス基板１上面を拡散イオン
に対し透過阻止効果のある物質からなるマスク２
で被覆し、マスク２の一部をとり除き細長いスリ
ツト状の開口部３を設け、第３図に示すようにマ
スク面を電子分極率の大きいイオンを含む溶融塩
７に接触させ、塩と基板を加熱し、マスク面を正
極として電界を印加し塩中のイオンをマスクのな
い部分に拡散させ、基板中の一部イオンを外に出
し、基板中に高屈折率部４を形成する。ここでマ
スク開口部３の幅を充分狭くすれば、高屈折率部
４の断面は、ほぼ半円に即ち高屈折率部４は半円
柱になる。次いでマスク２を取り除き、高屈折率
部４の上面のみに望ましくはこの高屈折率部４の
基板表面での幅に対し処理温度、電界等により異
なるが、例えば30％〜120％の幅でマスク５を設
け、例えば30％〜120％の幅でマスク５を設け、
電子分極率の小さいイオンを含む塩に接触させ、
塩と基板を加熱し、マスク５面から反対側を向く
電界を印加し、塩中のイオンをマスクのないガラ
ス部分に拡散させるとほぼ断面が円形に近い即ち
円柱状の高屈折率部６が得られる。
に対し透過阻止効果のある物質からなるマスク２
で被覆し、マスク２の一部をとり除き細長いスリ
ツト状の開口部３を設け、第３図に示すようにマ
スク面を電子分極率の大きいイオンを含む溶融塩
７に接触させ、塩と基板を加熱し、マスク面を正
極として電界を印加し塩中のイオンをマスクのな
い部分に拡散させ、基板中の一部イオンを外に出
し、基板中に高屈折率部４を形成する。ここでマ
スク開口部３の幅を充分狭くすれば、高屈折率部
４の断面は、ほぼ半円に即ち高屈折率部４は半円
柱になる。次いでマスク２を取り除き、高屈折率
部４の上面のみに望ましくはこの高屈折率部４の
基板表面での幅に対し処理温度、電界等により異
なるが、例えば30％〜120％の幅でマスク５を設
け、例えば30％〜120％の幅でマスク５を設け、
電子分極率の小さいイオンを含む塩に接触させ、
塩と基板を加熱し、マスク５面から反対側を向く
電界を印加し、塩中のイオンをマスクのないガラ
ス部分に拡散させるとほぼ断面が円形に近い即ち
円柱状の高屈折率部６が得られる。
ここで高屈折率部６が円柱形に近くなるのは、
従来の方法と違いマスク５の周辺から電子分極率
の小さいイオンがマスク外だけでなくマスク下の
ガラス中もイオン拡散してくるが、マスク５の中
心直下にはその割合が少なく、マスク周辺ではそ
の割合が大きくなることと、高屈折率部４を形成
している電子分極率の大きいイオンの部分はガラ
ス中のイオンの移動度が他の部分に比し小さいた
め、マスク中央直下は電子分極率の大きいイオン
の濃度が高く、深さも深いためこの部分の電子分
極率の大きいイオンの移動度はマスク周辺に比し
小さく、周辺は大きいためと考えられる。従つて
第１図ｃのように上記マスク５を付けてのイオン
交換処理前に高屈折率部４を半円柱に近く形成し
ておくことが必須条件となる。
従来の方法と違いマスク５の周辺から電子分極率
の小さいイオンがマスク外だけでなくマスク下の
ガラス中もイオン拡散してくるが、マスク５の中
心直下にはその割合が少なく、マスク周辺ではそ
の割合が大きくなることと、高屈折率部４を形成
している電子分極率の大きいイオンの部分はガラ
ス中のイオンの移動度が他の部分に比し小さいた
め、マスク中央直下は電子分極率の大きいイオン
の濃度が高く、深さも深いためこの部分の電子分
極率の大きいイオンの移動度はマスク周辺に比し
小さく、周辺は大きいためと考えられる。従つて
第１図ｃのように上記マスク５を付けてのイオン
交換処理前に高屈折率部４を半円柱に近く形成し
ておくことが必須条件となる。
この段階で得られた高屈折率部６の屈折率分布
は電界を印加して製作しているため階段状に変化
している。そこで基板ガラスが熱変形しない温度
に基板を加熱し、高屈折率部６を形成している電
子分極率の高いイオンと電子分極率の小さい即ち
屈折率の増加の度合の小さい周囲のイオンと相互
拡散させることにより、光軸から半径方向への距
離に従つて屈折率が小さくなるような屈折率分布
を形成する。
は電界を印加して製作しているため階段状に変化
している。そこで基板ガラスが熱変形しない温度
に基板を加熱し、高屈折率部６を形成している電
子分極率の高いイオンと電子分極率の小さい即ち
屈折率の増加の度合の小さい周囲のイオンと相互
拡散させることにより、光軸から半径方向への距
離に従つて屈折率が小さくなるような屈折率分布
を形成する。
また、この過程で高屈折率部６の形状も更に真
円柱に近いものが得られる。
円柱に近いものが得られる。
本発明で製造される平板型の円柱レンズ配列体
は例えばその片面側に各レンズ位置に対応させて
半導体レーザー素子を接合し、半導体レーザー素
子からの楕円形拡散光を円柱レンズを通して断面
円形光束に変換する装置を構成することができ
る。また微小円柱レンズを密な間隔で非常に多数
ガラス板中に設けたレンズ配列体はテレビブラウ
ン管やマトリツクス螢光表示管等のフエースプレ
ートとして用いると画像コントラストの向上等に
有効である。
は例えばその片面側に各レンズ位置に対応させて
半導体レーザー素子を接合し、半導体レーザー素
子からの楕円形拡散光を円柱レンズを通して断面
円形光束に変換する装置を構成することができ
る。また微小円柱レンズを密な間隔で非常に多数
ガラス板中に設けたレンズ配列体はテレビブラウ
ン管やマトリツクス螢光表示管等のフエースプレ
ートとして用いると画像コントラストの向上等に
有効である。
以下実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
ガラス基板としてNa+、K+などのイオンを含む
一例として厚さ５m/mのBK7光学ガラスを用い
ガラス基板の上下の面は平行かつ平坦に仕上げ、
ガラス基板の一面にチタンなどの金属を高周波ス
パツタ法で2μｍ程度の膜厚に形成し、フオトリ
ソグラフイー技術を用いて開口部３が0.1mm程度
の幅で第２図に示すように縞状パターンとなるよ
うにTi膜を一部エツチングしてマスク２とする。
ガラス基板としてNa+、K+などのイオンを含む
一例として厚さ５m/mのBK7光学ガラスを用い
ガラス基板の上下の面は平行かつ平坦に仕上げ、
ガラス基板の一面にチタンなどの金属を高周波ス
パツタ法で2μｍ程度の膜厚に形成し、フオトリ
ソグラフイー技術を用いて開口部３が0.1mm程度
の幅で第２図に示すように縞状パターンとなるよ
うにTi膜を一部エツチングしてマスク２とする。
次いでマスク２の面側を例えば、電子分極率が
大きくガラスに対する屈折率の寄与の大きいTl+
イオンを含む塩７に浸す。
大きくガラスに対する屈折率の寄与の大きいTl+
イオンを含む塩７に浸す。
この塩はTl+、Cs+、Li+、Ag+などを少なくと
も一種含む硝酸塩や硫酸塩などの融液であればさ
しつかえなく、容器１１に入れられている。
も一種含む硝酸塩や硫酸塩などの融液であればさ
しつかえなく、容器１１に入れられている。
次に、ガラス基板のマスクを形成した反対側の
面に例えば粘土層とKNO3をペースト状にしてつ
けた導電ペースト層８を介して電極９を密着さ
せ、この電極９を直流電源１２の陰極側に接続
し、溶融塩７中に設けられた電極１０を電源１２
の陽極に接続して直流電圧を印加する。溶融塩
７、ガラス基板１の温度を基板ガラスの軟化温度
より少しひくい例えば550℃に設定した直流電圧
として30Vを印加すると十数ｍＡの電流が流れ約
５時間の処理で幅が約0.9mmの半円柱状の高屈折
率部４が得られる。
面に例えば粘土層とKNO3をペースト状にしてつ
けた導電ペースト層８を介して電極９を密着さ
せ、この電極９を直流電源１２の陰極側に接続
し、溶融塩７中に設けられた電極１０を電源１２
の陽極に接続して直流電圧を印加する。溶融塩
７、ガラス基板１の温度を基板ガラスの軟化温度
より少しひくい例えば550℃に設定した直流電圧
として30Vを印加すると十数ｍＡの電流が流れ約
５時間の処理で幅が約0.9mmの半円柱状の高屈折
率部４が得られる。
次にガラス基板に残つているマスク２をエツチ
ングや研磨等で取り除き、高屈折率部４が露出し
ている面に、前述したのと同様にTi等の金属マ
スクをスパツター等で形成したのちフオトリソグ
ラフイーの技術を用いて高屈折率部４の上面の
み、即ち、上記例では図２のマスクパターンを印
画に半転した形で、0.8mm幅の縞部分を残して他
の部分はエツチングして取り除いて第２段イオン
交換処理用のマスク５とする。次いで、マスク５
の側の基板面を電子分極率の小さい即ちガラスに
対する屈折率の寄与の小さいNa+、K+の少なく
とも一種を含む硝酸塩や硫酸塩に浸して直流電圧
を印加し、10Vで約７時間程度の処理を行なうと
ガラス基板１表面近くにほぼ幅0.9mmの円柱状の
高屈折率部６が形成される。次いで溶融塩からガ
ラスをとりだし、マスク５をとり除き、空気中雰
囲気で570℃で約４時間の処理を行ない、高屈折
率部６の部分に拡散した電子分極率の大きいイオ
ンと高屈折率部６の周囲にある電子分極率の小さ
なイオンとを相互拡散させることにより、高屈折
率部６の円柱の中心軸から半径方向に距離に従つ
て屈折率が略２乗分布に近い屈折率分布のものを
形成することができる。この熱処理工程で高屈折
率部６の断面は若干広がり上述例の場合、約１mm
の幅となる。
ングや研磨等で取り除き、高屈折率部４が露出し
ている面に、前述したのと同様にTi等の金属マ
スクをスパツター等で形成したのちフオトリソグ
ラフイーの技術を用いて高屈折率部４の上面の
み、即ち、上記例では図２のマスクパターンを印
画に半転した形で、0.8mm幅の縞部分を残して他
の部分はエツチングして取り除いて第２段イオン
交換処理用のマスク５とする。次いで、マスク５
の側の基板面を電子分極率の小さい即ちガラスに
対する屈折率の寄与の小さいNa+、K+の少なく
とも一種を含む硝酸塩や硫酸塩に浸して直流電圧
を印加し、10Vで約７時間程度の処理を行なうと
ガラス基板１表面近くにほぼ幅0.9mmの円柱状の
高屈折率部６が形成される。次いで溶融塩からガ
ラスをとりだし、マスク５をとり除き、空気中雰
囲気で570℃で約４時間の処理を行ない、高屈折
率部６の部分に拡散した電子分極率の大きいイオ
ンと高屈折率部６の周囲にある電子分極率の小さ
なイオンとを相互拡散させることにより、高屈折
率部６の円柱の中心軸から半径方向に距離に従つ
て屈折率が略２乗分布に近い屈折率分布のものを
形成することができる。この熱処理工程で高屈折
率部６の断面は若干広がり上述例の場合、約１mm
の幅となる。
以上の実施例では陰極側に粘土とKNO3のペー
スト状のものを用いて説明したが、例えばガラス
基板を箱形に形成して陰極側に溶融塩を用いても
さしつかえない。また電子分極率の大きいイオン
源として上述実施例では溶融塩を用いたが、例え
ばガラス基板にAgを蒸着し、不必要な部分をエ
ツチングしてイオン源となし、この上からAlを
蒸着するかまた圧着して電極とし、これに電圧を
印加してもさしつかえない。
スト状のものを用いて説明したが、例えばガラス
基板を箱形に形成して陰極側に溶融塩を用いても
さしつかえない。また電子分極率の大きいイオン
源として上述実施例では溶融塩を用いたが、例え
ばガラス基板にAgを蒸着し、不必要な部分をエ
ツチングしてイオン源となし、この上からAlを
蒸着するかまた圧着して電極とし、これに電圧を
印加してもさしつかえない。
又、高屈折率部の円柱の径はイオン拡散時間、
マスク開口寸法、熱処理時間を選定することによ
り、0.1mm〜２mm程度のものは製作可能である。
又、基板ガラスと高屈折率の屈折率差は、電子分
極率の大きいイオン源としてTl+イオンを含む塩
を用いると、例えばTl2SO4、K2SO4にZnSO4を
加えた溶融塩でZnSO440モル％一定として、
Tl2SO4／R2SO4の比を0.2にすると、約１％の屈
折率差が得られ、Tl2SO4とK2SO4を等モルに混
合すると、５％の屈折率差が得られた。又、
Tl2SO4とZnSO4と等モル混合した塩では最大10
％の屈折率差のものが得られた。
マスク開口寸法、熱処理時間を選定することによ
り、0.1mm〜２mm程度のものは製作可能である。
又、基板ガラスと高屈折率の屈折率差は、電子分
極率の大きいイオン源としてTl+イオンを含む塩
を用いると、例えばTl2SO4、K2SO4にZnSO4を
加えた溶融塩でZnSO440モル％一定として、
Tl2SO4／R2SO4の比を0.2にすると、約１％の屈
折率差が得られ、Tl2SO4とK2SO4を等モルに混
合すると、５％の屈折率差が得られた。又、
Tl2SO4とZnSO4と等モル混合した塩では最大10
％の屈折率差のものが得られた。
第１図ａ〜ｄは本発明のレンズ配列体を製造す
る方法を段階的に示す横断面図、第２図は本発明
のレンズ配列体を製造するためのマスク形状を示
す斜視図、第３図は本発明の方法におけるイオン
拡散工程を示す横断面図である。 １…ガラス基板、２…第１段マスク、３…開口
部、４…高屈折率部、５…第２段マスク、６…高
屈折率部（円柱状レンズ部）、７…溶融塩。
る方法を段階的に示す横断面図、第２図は本発明
のレンズ配列体を製造するためのマスク形状を示
す斜視図、第３図は本発明の方法におけるイオン
拡散工程を示す横断面図である。 １…ガラス基板、２…第１段マスク、３…開口
部、４…高屈折率部、５…第２段マスク、６…高
屈折率部（円柱状レンズ部）、７…溶融塩。
Claims (1)
- １ 第１のイオンを含むガラス基板を用意する工
程と、予め定めた距離をおいて複数の細長いスリ
ツト状開口を残しイオン透過防止マスクで前記基
板面を被覆する工程と、前記基板ガラスの屈折率
増加に寄与する度合が前記第１のイオンよりも大
きく、また基板ガラス中にイオン拡散可能な第２
のイオンを含むイオン源に基板のマスク面を接触
させて基板の両面間に電圧を印加し、マスク開口
を通じて前記第２のイオンをガラス中に拡散させ
る工程と、前記マスクを除去する工程と、前記第
２イオンの拡散で形成された高屈折率部分のみに
限定して基板面を第２段階のイオン透過防止マス
クで覆う工程と、前記第２イオンよりも基板ガラ
スの屈折率増加に寄与する度合が小さく基板ガラ
ス中にイオン拡散可能な第３のイオンを含むイオ
ン源に前記第２段階のマスク面を接触させるとと
もに基板の両面側に電圧をかけて前記第３のイオ
ンを基板中に拡散させる工程と、前記イオン拡散
後のガラス基板を変形しない程度に加熱して拡散
イオンの濃度分布（屈折率分布）を滑らかにする
工程とを含む屈折率分布型円柱レンズ配列体の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57050663A JPS58167453A (ja) | 1982-03-29 | 1982-03-29 | 円柱レンズ配列体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57050663A JPS58167453A (ja) | 1982-03-29 | 1982-03-29 | 円柱レンズ配列体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58167453A JPS58167453A (ja) | 1983-10-03 |
| JPH0210784B2 true JPH0210784B2 (ja) | 1990-03-09 |
Family
ID=12865187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57050663A Granted JPS58167453A (ja) | 1982-03-29 | 1982-03-29 | 円柱レンズ配列体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58167453A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61132541A (ja) * | 1984-11-29 | 1986-06-20 | Hoya Corp | 屈折率分布型レンズの調整法 |
| JPH0723237B2 (ja) * | 1985-01-17 | 1995-03-15 | セイコーエプソン株式会社 | 平板マイクロレンズの製造方法 |
| JPS61222943A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-03 | Hoya Corp | 屈折率分布型レンズの製造法 |
| JPH0791091B2 (ja) * | 1989-11-06 | 1995-10-04 | 日本板硝子株式会社 | 低損失埋込み導波路の製造方法 |
-
1982
- 1982-03-29 JP JP57050663A patent/JPS58167453A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58167453A (ja) | 1983-10-03 |
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