JPH02244001A - 平板光学素子及びその製造方法 - Google Patents
平板光学素子及びその製造方法Info
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- JPH02244001A JPH02244001A JP1064636A JP6463689A JPH02244001A JP H02244001 A JPH02244001 A JP H02244001A JP 1064636 A JP1064636 A JP 1064636A JP 6463689 A JP6463689 A JP 6463689A JP H02244001 A JPH02244001 A JP H02244001A
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、平板状の基板内にイオン拡散により微小レン
ズ、光導波路等の光学素子を一体形成した平板光学素子
に関し、特に厚みの薄い基板中に形成する場合における
基板の異常変形を防止する技術に関する。
ズ、光導波路等の光学素子を一体形成した平板光学素子
に関し、特に厚みの薄い基板中に形成する場合における
基板の異常変形を防止する技術に関する。
［従来の技術］
以下平板マイクロレンズを例にとり説明する。
平板マイクロレンズは、ガラス基板内に周囲よりも高い
屈折率をもつ微小レンズ部分を多数平面的に配列形成し
たレンズアレイであり、一般には、平坦なガラス基板の
表面を所定レンズ配列パターンで開口を設けたマスク材
で被覆し、このマスク材開口を通して基板ガラスの屈折
率を高めるタリラム（ＴＩ）イオン、セシウム（Ｃｓ）
イオン等のイオンをガラス中のイオンとの交換により内
部拡散させ・拡散イオンの濃度分布に基づく屈折率分布
をもつ断面が略半円状のレンズ部分を形成して製作され
る。
屈折率をもつ微小レンズ部分を多数平面的に配列形成し
たレンズアレイであり、一般には、平坦なガラス基板の
表面を所定レンズ配列パターンで開口を設けたマスク材
で被覆し、このマスク材開口を通して基板ガラスの屈折
率を高めるタリラム（ＴＩ）イオン、セシウム（Ｃｓ）
イオン等のイオンをガラス中のイオンとの交換により内
部拡散させ・拡散イオンの濃度分布に基づく屈折率分布
をもつ断面が略半円状のレンズ部分を形成して製作され
る。
［発明が解決しようとする問題点］
上記のようにイオン拡散でガラス基板中に光学素子を一
体形成する場合、拡散イオンと交換イオンとでイオン半
径が異なることに起因して基板の拡散面側に局部応力が
発生し、両面での応力歪の差により基板ガラスが反り変
形するという問題がある。特に、基板ガラスの厚みを１
ｍ以下の薄いものとした場合には変形量が著しく大きく
なり、このためレンズ基板厚みをあまり薄くできないと
いう問題がある。一方、レンズアレイを組み込んだ装置
のコンパクト化の指向から、上記レンズ基板の厚みも極
力薄くすることが強く要望されている。
体形成する場合、拡散イオンと交換イオンとでイオン半
径が異なることに起因して基板の拡散面側に局部応力が
発生し、両面での応力歪の差により基板ガラスが反り変
形するという問題がある。特に、基板ガラスの厚みを１
ｍ以下の薄いものとした場合には変形量が著しく大きく
なり、このためレンズ基板厚みをあまり薄くできないと
いう問題がある。一方、レンズアレイを組み込んだ装置
のコンパクト化の指向から、上記レンズ基板の厚みも極
力薄くすることが強く要望されている。
上記のようなレンズ基板両面間での応力歪差をなくす１
つの方法として、基板の両面に同一のパターンでレンズ
アレイを形成するという方法も提案されている。しかし
ながらこの方法では、個々の光学系が２枚のレンズから
成る組み合せレンズとなるため、目的とする光学性能が
得られなくなるという本質的な問題がある。
つの方法として、基板の両面に同一のパターンでレンズ
アレイを形成するという方法も提案されている。しかし
ながらこの方法では、個々の光学系が２枚のレンズから
成る組み合せレンズとなるため、目的とする光学性能が
得られなくなるという本質的な問題がある。
以上レンズを例にとり説明したが、光導波路等信の光学
素子をイオン拡散でガラス基板中に形成する場合も事情
は同じである。
素子をイオン拡散でガラス基板中に形成する場合も事情
は同じである。
［問題点を解決するための手段］
光学素子形成面とは反対側の基板面全面に、光学素子の
形成に用いたものと同一のイオンで一様厚みのイオン拡
散層を形成し、且つ前記素子部分の総体積と裏面側の前
記イオン拡散層の総体積とをほぼ同等とする。
形成に用いたものと同一のイオンで一様厚みのイオン拡
散層を形成し、且つ前記素子部分の総体積と裏面側の前
記イオン拡散層の総体積とをほぼ同等とする。
ガラス基板内へのイオン拡散の方法としては、当該イオ
ンを含む溶融塩中に基板を浸漬する方法が筒便で有効で
あり、この場合、基板の片面側を所定の光学素子パター
ンの開口を設けたマスク膜で被覆するとともに、裏面側
はマスク膜を設けずに基板面を露出させたままにしてお
くことにより、片面側には光学素子を、他面側には一様
厚みのイオン拡散層を形成することはできる。しかしな
がら・上記のように単純に浸漬処理した場合には、光学
素子形成面側と裏面側とで拡散領域の面積が大きく異な
り、一般的には光学素子形成面側のマスク開口面積と基
板面面積との比率と同程度の差を生じてしまう。
ンを含む溶融塩中に基板を浸漬する方法が筒便で有効で
あり、この場合、基板の片面側を所定の光学素子パター
ンの開口を設けたマスク膜で被覆するとともに、裏面側
はマスク膜を設けずに基板面を露出させたままにしてお
くことにより、片面側には光学素子を、他面側には一様
厚みのイオン拡散層を形成することはできる。しかしな
がら・上記のように単純に浸漬処理した場合には、光学
素子形成面側と裏面側とで拡散領域の面積が大きく異な
り、一般的には光学素子形成面側のマスク開口面積と基
板面面積との比率と同程度の差を生じてしまう。
すなわち、イオン拡散領域の体積は、基板両側で数倍程
度相違し、−様拡散層を設けない場合に比べれば応力歪
差は多少緩和されるものの依然として大きく、これに起
因する基板の反り変形をあまり小さくできない。
度相違し、−様拡散層を設けない場合に比べれば応力歪
差は多少緩和されるものの依然として大きく、これに起
因する基板の反り変形をあまり小さくできない。
上述の溶融塩浸漬によるイオン拡散処理方法を用いて、
光学素子の総体積と裏面側の一様拡散層の体積とをほぼ
同等とする１つの方法は、基板画面側で溶融塩との接触
時間を相違させることである。
光学素子の総体積と裏面側の一様拡散層の体積とをほぼ
同等とする１つの方法は、基板画面側で溶融塩との接触
時間を相違させることである。
すなわち、基板裏面全体を当初はイオン透過防止マスク
材で被覆して溶融塩中に漫潰し、途中でこのマスク材を
除去するか、又は上記と逆の順序の処理を行なう。
材で被覆して溶融塩中に漫潰し、途中でこのマスク材を
除去するか、又は上記と逆の順序の処理を行なう。
また他の方法としては、裏面側をイオン透過をある程度
許容するマスク材で被覆する方法も採り得る。例えば、
十分に細かいピッチで微小開口を設けたマスク材を用い
、これら開口群を透過したイオンの側方への拡散により
、連続した一様厚みの拡散層となるようにする方法を用
いることができる。さらに、上記マスク材として多孔質
のものを用いる方法も採り得る。
許容するマスク材で被覆する方法も採り得る。例えば、
十分に細かいピッチで微小開口を設けたマスク材を用い
、これら開口群を透過したイオンの側方への拡散により
、連続した一様厚みの拡散層となるようにする方法を用
いることができる。さらに、上記マスク材として多孔質
のものを用いる方法も採り得る。
本発明において、基板両面でのイオン拡散領域の体積は
完全に同一である必要はなく、実用上許容し得る体積比
範囲は、ガラス基板の厚み、大きさ、許容平坦度、マス
ク材の開口率等によって異なるが、一般的には片面側の
イオン拡散領域体積を１００％として、他面側を５０な
いし１５０％の範圃内とするのが望ましく、さらに±３
０％以内がより望ましい。
完全に同一である必要はなく、実用上許容し得る体積比
範囲は、ガラス基板の厚み、大きさ、許容平坦度、マス
ク材の開口率等によって異なるが、一般的には片面側の
イオン拡散領域体積を１００％として、他面側を５０な
いし１５０％の範圃内とするのが望ましく、さらに±３
０％以内がより望ましい。
［作 用］
本発明によれば、基板の表裏面から拡散したイオン量が
ほぼ等しいため、イオン交換時に交換されるイオンのイ
オン半径の違いによって生じる面内の応力が表裏面でバ
ランスするため、応力差に起因する反り変形が十分に小
さい高平坦度の薄板の平板光学素子を得ることができる
。
ほぼ等しいため、イオン交換時に交換されるイオンのイ
オン半径の違いによって生じる面内の応力が表裏面でバ
ランスするため、応力差に起因する反り変形が十分に小
さい高平坦度の薄板の平板光学素子を得ることができる
。
また基板の片面が面方向に光学的に均一な拡散層である
ため、平板マイクロレンズの如く基板に垂直方向に光を
入射する場合でも、光線に乱れを与えることがない。
ため、平板マイクロレンズの如く基板に垂直方向に光を
入射する場合でも、光線に乱れを与えることがない。
［実施例］
以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明に係る平板マイクロレンズの断面を示し
、第２図は正面視を示す。両面が平行平面の透明ガラス
基板ｌの一方の面側には、イオン拡散で形成した周辺よ
りも屈折率の大きな略半球状のレンズ部分２が、間隔を
おいて多数配列しである。また他方の基板面には、上記
レンズ部分２の形成に用いたイオンと同一のイオンの拡
散により、一様厚の拡散層３が基板面全面にわたり形成
しである。
、第２図は正面視を示す。両面が平行平面の透明ガラス
基板ｌの一方の面側には、イオン拡散で形成した周辺よ
りも屈折率の大きな略半球状のレンズ部分２が、間隔を
おいて多数配列しである。また他方の基板面には、上記
レンズ部分２の形成に用いたイオンと同一のイオンの拡
散により、一様厚の拡散層３が基板面全面にわたり形成
しである。
そして、レンズ部分２・・・の総体積は、−探鉱散層３
の総体積とほぼ同等としである。
の総体積とほぼ同等としである。
上記構成の平板マイクロレンズにおいて・−探鉱散層３
の設けられた基板面に垂直に入射する光線４は、屈折す
ることなくそのまま透過してレンズ部分２に入射し集光
される。そして、基板の両面におけるイオン拡散領域２
（の和）及び３の体積が同等であるため、イオン拡散
に伴なう歪量が基板両面間でバランスしており、基板の
反り変形の発生をほとんど生じない。第３図に本発明の
平板光学素子を製造する好適な方法を示す。まず、アル
カリ硼硅酸ガラス等のガラス基板１の両面を、Ｔｉ 、
＾１等の金属膜から成るイオン拡散防止マスク５，６で
被覆する。そして、一方のマスク５には、所定のレンズ
配列パターンで開口部７を周知のフォトリソグラフィ技
術を用いて形成する。
の設けられた基板面に垂直に入射する光線４は、屈折す
ることなくそのまま透過してレンズ部分２に入射し集光
される。そして、基板の両面におけるイオン拡散領域２
（の和）及び３の体積が同等であるため、イオン拡散
に伴なう歪量が基板両面間でバランスしており、基板の
反り変形の発生をほとんど生じない。第３図に本発明の
平板光学素子を製造する好適な方法を示す。まず、アル
カリ硼硅酸ガラス等のガラス基板１の両面を、Ｔｉ 、
＾１等の金属膜から成るイオン拡散防止マスク５，６で
被覆する。そして、一方のマスク５には、所定のレンズ
配列パターンで開口部７を周知のフォトリソグラフィ技
術を用いて形成する。
上記のマスク５．６を施したガラス基板１を、拡散すべ
きイオンを含む溶融塩８例えば硝酸タリウム（Ｔ Ｉ
Ｎ０ｉ）中に浸漬してイオン交換処理を行なう。
きイオンを含む溶融塩８例えば硝酸タリウム（Ｔ Ｉ
Ｎ０ｉ）中に浸漬してイオン交換処理を行なう。
一例トして、約４６５℃で所定のレンズ形成に必要なイ
オン交換処理時間の約６０％にあたる３０時間浸漬する
。その後−旦基板１を溶融塩８から取り出し、裏面側の
マスク材６をエツチングにより除去する。この時レンズ
面側はレジストなどの膜で保護しておく。次いで基板１
を再び上記と同じ溶融塩中に約１８時間浸漬し、イオン
交換の追加をして目的のレンズを形成した後、両面のマ
スク５．６を除去する。
オン交換処理時間の約６０％にあたる３０時間浸漬する
。その後−旦基板１を溶融塩８から取り出し、裏面側の
マスク材６をエツチングにより除去する。この時レンズ
面側はレジストなどの膜で保護しておく。次いで基板１
を再び上記と同じ溶融塩中に約１８時間浸漬し、イオン
交換の追加をして目的のレンズを形成した後、両面のマ
スク５．６を除去する。
上述した方法により、厚み０．６鶴の１００１ｍ角基板
で４０μｍ以下の反り量に抑えることができた。
で４０μｍ以下の反り量に抑えることができた。
上記実施例ではイオン交換を二段階に分けて裏面に一様
拡散層を形成したが、他の方法として、目的の光学素子
を得るためのマスク開口面積よりはるかに小面積の開口
を裏面側マスクに設けておき、隣接開口との拡散領域の
重なりを利用することにより、１回のイオン交換処理で
同様の一様拡散層を形成することができる。
拡散層を形成したが、他の方法として、目的の光学素子
を得るためのマスク開口面積よりはるかに小面積の開口
を裏面側マスクに設けておき、隣接開口との拡散領域の
重なりを利用することにより、１回のイオン交換処理で
同様の一様拡散層を形成することができる。
［発明の効果コ
本発明によれば、イオン交換処理時の基板表裏面間の不
均等な膨張、収縮力に起因する反り等の変形を防止する
ことができ、反対側の面で入射光線の方向を乱すことの
ない光学特性の優れた平板光学素子を安定して製造でき
るようになった。特に、基板表面の５０％以上の面積に
光学素子を形成するときに有効である。
均等な膨張、収縮力に起因する反り等の変形を防止する
ことができ、反対側の面で入射光線の方向を乱すことの
ない光学特性の優れた平板光学素子を安定して製造でき
るようになった。特に、基板表面の５０％以上の面積に
光学素子を形成するときに有効である。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は同正
面図、第３図は本発明の平板光学素子を製造する方法の
一例を段階的に示す断面図である。 ｌ・・・ガラス基板、２・・・レンズ部分（光学素子）
、３・・・−探鉱散層１．４・・・光線、５，６・・・
イオン拡散防止マスク、７・・・開口、８・・・溶融塩
。 第 図 第 図 第 図
面図、第３図は本発明の平板光学素子を製造する方法の
一例を段階的に示す断面図である。 ｌ・・・ガラス基板、２・・・レンズ部分（光学素子）
、３・・・−探鉱散層１．４・・・光線、５，６・・・
イオン拡散防止マスク、７・・・開口、８・・・溶融塩
。 第 図 第 図 第 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）表面平坦な基板内に、限定された領域からのイオン
拡散により所定パターンの光学素子を形成した平板光学
素子において、前記光学素子形成面とは反対側の基板面
全面に、一様厚みのイオン拡散層を形成し、且つ前記素
子部分の総体積と裏面側の前記イオン拡散層の総体積と
をほぼ同等としたことを特徴とする平板光学素子。 ２）基板の表面を、所定の光学素子パターンで開口を設
けたマスク膜で被覆し、前記開口を通して、基板材料の
屈折率に変化を与えるイオンを拡散させることにより、
前記基板の片面側に光学素子部分を形成する平板光学素
子の製造方法において、前記素子形成面とは反対側の基
板面から前記イオンと同一のイオンを全面ないしはほぼ
全面にわたり一様拡散させ、このとき該拡散処理時間を
素子形成面側と相違させるか又は、裏面側に予めイオン
透過をある程度制限するマスク膜を設けて画面側から同
時進行的にイオン拡散を行なうことにより、イオン拡散
領域体積が基板画面側でほぼ同等となるように制御する
ことを特徴とする平板光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1064636A JPH0792521B2 (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 平板光学素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1064636A JPH0792521B2 (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 平板光学素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02244001A true JPH02244001A (ja) | 1990-09-28 |
| JPH0792521B2 JPH0792521B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=13263952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1064636A Expired - Fee Related JPH0792521B2 (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 平板光学素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0792521B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000047014A (ja) * | 1998-07-27 | 2000-02-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学素子、光学素子の製造方法及び光ヘッド |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60208701A (ja) * | 1984-04-02 | 1985-10-21 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | プラスチツク平面レンズを製造する方法 |
| JPS614001A (ja) * | 1984-06-19 | 1986-01-09 | Canon Inc | 光学素子の作成方法 |
-
1989
- 1989-03-16 JP JP1064636A patent/JPH0792521B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60208701A (ja) * | 1984-04-02 | 1985-10-21 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | プラスチツク平面レンズを製造する方法 |
| JPS614001A (ja) * | 1984-06-19 | 1986-01-09 | Canon Inc | 光学素子の作成方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000047014A (ja) * | 1998-07-27 | 2000-02-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学素子、光学素子の製造方法及び光ヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0792521B2 (ja) | 1995-10-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |