JPH0250102A - レンズ体の製造方法 - 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】 本発明は、屈折率に変化を与える物質を透明基板に内部
拡散することにより共通の透明基板中に屈折率分布型レ
ンズ部分を形成するようにしたレンズ体の製造方法に関
するものである。

従来から、第１図に示すような円柱形状の屈折率分布型
レンズが知られている。この第１図に示すレンズにおい
ては、合成樹脂又はガラスから成る透明円柱体１の中心
軸から半径方向に向ってほぼ二乗近似で屈折率が変化し
ている。従って、透明円柱体１の一方の面に垂直に入射
される光線２は、この透明円柱体１内で集束又は発散さ
れて、その他方の面から外部へ放出され、例えば、上記
屈折率が中心軸から半径方向に向って減少している場合
には、焦点３にスポット状に集束される。

また、第１図に示す円柱形状の屈折率分布型レンズとは
別に、透明平板を用いた屈折率分布型レンズも知られて
いる。このような平板形状の屈折率分布型レンズにおい
ては、例えば、合成樹脂又はガラスから成る平板状の透
明基板の厚さ方向の中心面から両側表面に向ってほぼ二
乗近似で屈折率が変化している。従って、上記透明基板
の上記両側表面の間に存在する一側縁か°ら上記両側表
面に平行に入射される光線は、上記透明基板内でこの基
板の厚さ方向に集束又は発散されて、同様に上記両側表
面の間に存在する他側縁から外部へ放出され、例えば、
上記屈折率がその厚さ方何の中心面から両側表面に向っ
てほぼ二乗近似で減少している場合には、輝線状に集束
される。

上述のような円柱形状又は平板形状の屈折率分布型レン
ズは、光通信用の周辺デバイスに広く応用され、例えば
、半導体レーザと光ファイバとの光結合系や、光ファイ
バの中間に減衰器又は分岐回路を挿入するための平行レ
ンズ体などに応用されている。また、上述のような屈折
率分布型レンズは、王立等倍実像を形成し得る結像条件
の単位レンズ部分を一次元又は二次元に配列して構成し
たライン状又はマトリックス状のレンズ体として、複写
機やファクシミリの光学系に応用されている。

しかし、従来から知られている屈折率分布型レンズの場
合には、屈折率分布が二次元的なものである。例えば、
第１図に示す円柱形状の屈折率分布型レンズの場合には
、中心軸に対して直交する仮想面においてはこの中心軸
から半径方向に向って屈折率が次第に変化しているが、
上記中心軸に沿う方向には変化していない。また、既述
の平板形状の屈折率分布型レンズの場合には、表面と直
交する仮想面においてはその厚さ方向の中心面から両側
表面に向って屈折率が次第に変化しているが、□光線の
進行方向、即ち上記表面と平行な仮想面においては変化
していない。また、これらのレンズの場合には、製造工
程が複雑であるから、大量生産に適していない。

本発明は、上述のような点に鑑みて発明されたものであ
って、屈折率に変化を与える物質を透明基板に内部拡散
すること６ごより共通の透明基板中に屈折率分布型レン
ズ部分を形成するようにしたレンズ体の製造方法におい
て、第１のモノマーを半重合させることにより上記透明
基板を作成し、上記第１のモノマーと共重合し得る第２
のモノマーを上記透明基板に選択的に内部拡散した後に
上記透明基板全体の重合を完結させることにより、上記
屈折率分布型レンズ部分を複数個形□成するようにした
ことを特徴とするレンズ体の製造方法に係るものである
。このように構成された本発明によれば、複数の屈折率
分布型レンズ部分を具備するレンズ体を低温でかつ短時
間でしかも簡単な製造工程によって大量に製造すること
ができ、また、複数の屈折率分布型レンズ部分の相互の
位置合せを簡単かつ正確に行うことができる。

本発明において、透明基板にその一方の面から第２のモ
ノマーを内部拡散することにより、第１の屈折率分布型
レンズ部分を形成すると共に、上記透明基板にその他方
の面から第２のモノマーを内部拡散することにより、上
記透明基板の厚さ方向において上記第１の屈折率分布型
レンズ部分と対向する第２の屈折率分布型レンズ部分を
形成するようにしてもよい。このように構成すれば、互
いに対向する第１及び第２の屈折率分布型レンズ部分か
ら成る組合せレンズ部分によって、単一の屈折率分布型
レンズ部分の場合に較べて、焦点距離の小さいレンズを
提供することができ、また、焦点距離が小さい割には、
小型に構成することができる。

また、本発明において、内部拡散により透明基板に形成
される各屈折率分布型レンズ部分が、上記共通の透明基
板の面に垂直な少なくとも１つの断面内でほぼ半円形状
の屈折率分布領域を有し°、この半円形状の屈折率分布
領域が、上記面上の一点を中心として放射方向に向けて
次第に変化する屈折率分布を有するのが好ましい。この
ように構成すれば、各屈折率分布型レンズ部分をその焦
点距離が小さくかつ小型に構成することができる。

次に、本発明の実施例を第２図〜第８図について説明す
る。

まず、本発明の一実施例を第２図〜第４図について説明
すると、この屈折率分布型レンズ体は、基本的には、第
２図に示す工程を経て製造される。

なお、第２図〜第４図には、単一の屈折率分布型レンズ
部分を製造する状態が図示されているが、実際には、第
６図に示す場合と同様にして、複数個の屈折率分布型レ
ンズ部分が共通の透明基板に同時に製造される。

第２図において、透明基板１１には、その中心に円形の
窓又は穴１２ａを有するマスク１２が形成される。この
マスク１２の材料は、穴１２ａを通して拡散される拡散
源を含有する拡散用物質に応じて適当に決定することが
できる。

即ち、まず、基板１１の全面にマスク用被覆層を形成し
、次いで、このマスク用被覆層をフォトレジスト膜で被
覆する。次いで、このフォトレジスト膜のうちの穴１２
ａに相当する部分を感光させ、この感光させた部分のフ
ォトレジスト膜を除去する。次いで、この除去された部
分のマスク用被覆層を更に除去してから、残りのフォト
レジスト膜を除去すると、第２図に示すようなマスク１
２を有する透明基板１１が得られる。なお、上記穴１２
ａは、必ずしも円形でなくてよく、必要とする屈折率分
布型レンズ部分の形状に合せて楕円形、長方形などとす
ることができる。

次に、穴１２ａを通して基板１１内に拡散源１０を拡散
させて、以下に述べる所定の屈折率分布を基板１１内に
形成する。なお、基板ｌｌ内に拡散源１０を拡散させて
所定の屈折率分布を得るための方法としては、透明な重
合体から成る合成樹脂にて構成された透明基板１１に、
この重合体と共重合してその屈折率を変化させるモノマ
ーを拡散移動させ、次いで、上述の共重合を行わせる方
法が用いられるが、この方法は、具体的には、後述の具
体例１及び２に従ったものであってよい。

第３Ａ図及び第３Ｂ図には、本発明によるレンズ体にお
ける屈折率分布の一例が示されている。

第３Ａ図は、第４図に示すレンズ体の屈折率分布型レン
ズ部分１３の軸線方向（Ｚ軸方向）おける屈折率分布を
示し、基板１１の表面１１ａから裏面１１ｂに向かうに
従って屈折率が例えば二乗近似で次第に減少して、全体
として弧状に変化している。また、第３Ｂ図は、上記軸
線方向とは直交する方向における屈折率分布（即ち、Ｚ
軸方向の任意の点ｚ０におけるＸ軸方向及びｙ軸方向に
ついての屈折率分布）を示し、中心軸から遠ざかるに従
って屈折率が例えば二乗近似で次第に減少して、全体と
して山形の分布になっている。

なお、第２図に示す製造工程を経て得られるガラス体は
、第４図に示すように、凸レンズ作用を有する。しかし
、第２図において、拡散源として基板１１の屈折率の減
少に寄与するものを用いれば、凹レンズ作用を有するレ
ンズ体を製造することができる。そして、このような凹
レンズ作用を有するレンズ体の屈折率分布は、増大と減
少の方向が逆になることを除いて、第３Ａ図及び第３Ｂ
図に示すようになる。

次に、本発明の別の実施例を第５図について説明すると
、この第５図には、レンズ体の第２図の場合とは別の製
造工程が示されている。

第５図においては、屈折率分布型レンズ部分の軸線１６
に相当するラインを中心として透明基板１１の表面に円
板状マスク１７が形成されてから、基板１１の屈折率の
減少に寄与する拡散源１０が拡散される。そして、この
拡散が行われた基板１１の所定領域の屈折率は、拡散の
度合に応じて減少して、第３Ａ図及び第３Ｂ図に示す特
性を有する屈折率分布型レンズ部分を具備するレンズ体
が得られる。

なお、第２図に示す製造工程及び第５図に示す製造工程
を経て得られるガラス体は、第４図に示すように、凸レ
ンズ作用を有する。しかし、第２図において、拡散源と
して基板１１の屈折率の減少に寄与するものを用いるか
、或は、第５図において、拡散源として基板１１の屈折
率の増加に寄与するものを用いれば、凹レンズ作用を有
するレンズ体を製造することができる。そして、このよ
うな凹レンズ作用を有するレンズ体の屈折率分布は、増
大と減少の方向が逆になることを除いて、第３Ａ図及び
第３Ｂ図に示すようになる。

次に、本発明の更に別の実施例を第６図について説明す
ると、本発明によるレンズ体の製造方法は、屈折率分布
型レンズ部分を共通の透明基板中に複数個設けるもので
あるが、特に多数個の屈折率分布型レンズ部分を共通の
透明基板中にライン状又はマトリックス状に構成するの
に好適であり、第６図には、マトリックス状に配設する
場合が示されている。

第６図において、個々の単位レンズ２１は、第４図に示
すレンズ体と実質的に同一の構成であり、これらの単位
レンズ２１が共通の透明基板１１を有しかつＸＹ方向に
マトリックス状に配置されている。この場合、マスク１
２の穴１２ａの直径は単位レンズ２１の縦又は横の長さ
の１／３〜１／２程度であっｔよい。

第６図に示す上述のレンズ体の場合には、多数の屈折率
分布型レンズ部分１３の相対的な位置をマスク１２の形
状によって任意にかつ高精度に選定することができる。

また、第４図に示すように単一の屈折率分布型レンズ部
分を有するレンズ体の多数個を互いに接着固定してマト
リックス状に構成する場合に生ずる光軸の不揃いを極力
防止することができ、しかも、この場合に較べて全体を
小型に構成することが可能である。

次に、本発明の更に別の実施例を、第２図を参照しつつ
、第７図及び第８図について説明すると、第７図及び第
８図の場合には、透明基板の両側面から拡散源を拡散さ
せるようにしている。

これらの第７図及び第８図において、透明基板１１の両
側面に形成されるマスク２２及び２３は、第２図に示す
マスク１２と実質的に同一のものであって、これらのマ
スク２２及び２３に形成されている穴２２ａ及び２３ａ
は、上下に互いに対向している。従って、第２図の場合
と同様の拡散が基板１１の両側から行わ゛れると、第８
図に示すように、互いに対向する上下一対の屈折率分布
型レンズ部分２４及び２５が形成され、これらのレンズ
部分は、何れも、第３Ａ図及び第３Ｂ図に示す特性を有
している。

上述のように、第１の屈折率分布型レンズ部分２４と、
透明基板の厚さ方向においてこの第１のレンズ部分２４
と対向する第２の屈折率分布型レンズ部分２５とから成
る組合せレンズ部分を具備する平板レンズ体によれば、
−点から放射される光が一方のレンズ部分２４又は２５
によって集光された後、更に他方のレンズ部分２５又は
２４によって集光されてスポット状に集束されるから、
上記組合せレンズ部分をコンデンサレンズとして使用す
れば、焦点距離が非常に小さいレンズを提供することが
できる。

この場合、互いに対向する第１及び第２のレンズ部分２
４及び２５から成る組合せレンズ部分を一つの透明基板
１１にライン状又はマトリックス状（第５図参照）に多
数個形成してもよい。

次に、第２図に示す製造工程及び第５図に示す製造工程
の具体例を説明する。

具体例１ 過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）を４％加えたイソフタル酸
デイアリル（ＤＡＩ）を８０℃にて９０分間加熱して半
重合させることによって、５０ｍｍＸ　５０ｍｍＸ　３
ｍｍの大きさの透明基板を得た。上記ＤＡＴの屈折率は
１．５７０であった。

上記透明基板の表面に直径３．６ｍｍ、厚さ１　、０ｍ
ｍのポリエチレンの円板状マスクを複数個付着した後、
屈折率１．４９４で約８０℃のメタクリル酸メチル（Ｍ
ＭＡ）の七ツマー中に上記透明基板を浸漬して、上記透
明基板の上記マスク以外の表面から上記モノマーをこの
透明基板内に７０分間拡散移動させた。次いで、この透
明基板を８０℃で５時間以上熱処理してからその表面を
研磨することによって、第３Ａ図及び第３Ｂ図に示す特
性を有する屈折率分布型レンズ部分を具備する平板状レ
ンズ体を得た。

この平板状レンズ体にその前面からビーム径１ｍｍのヘ
リウム・ネオンレーザ光を平行光線として入射させた処
、焦点（焦点距離約２５ｍｍ）において上記入射光を２
５μｍのスポット状に集束させることができた。また、
上記平板状レンズ体によって倒立実像が形成されること
も確かめられた。

具体例２ 過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）を３％加えたアリルジグラ
イコールカーボネート（通称：ＣＲ−３９）を８０℃に
て３５分間加熱して半重合させることによって、５０ｍ
ｍＸ　５０ｍｍＸ　３ｍｍの大きさの透明基板を得た。

上記ＣＲ−３９の屈折率は１．５０４であった。

直径３．９ｍｍの円形の穴を複数個有する厚さ１．０ｍ
ｍのポリエチレンのマスクを上記透明基板の表面に付着
した後、屈折率１．５７７５で８０℃の安息香酸ビニル
（ＶＢ）のモノマー中に上記透明基板ヲ浸漬して、上記
マスク穴から上記モノマーをその透明基板内に６０分間
拡散移動させて共重合させた。

次いで、この透明基板を８０℃で数時間熱処理してから
その表面を研磨することによって、第３Ａ図及び第３Ｂ
図に示す特性を有する屈折率分布型レンズ部分を具備す
る平板状レンズ体を得た。

この平板状レンズ体にその前面からビーム径１ｍｍのヘ
リウム・ネオンレーザ光を平行光線として入射させた処
、焦点（焦点距離約３０市）において上記入射光を２５
μｍのスポット状に集束させることができた。

なお、上述の具体例１及び２において、拡散移動の処理
に先立って、透明基板の側縁及び裏面に、必要に応じて
上述のマスクと同様のマスクが形成されてよい。

また、上述の実施例において、透明基板１１は、必ずし
も平板状である必要はなく、半円筒状などであってもよ
い。また、屈折率分布型レンズ部分１３．２４．２５は
、必ずしも第３Ａ図及び第３Ｂ図に示す屈折率分布を有
する必要はなく、第１図に示す透明円柱体のような屈折
率分布を有していてもよい。

更にまた、上述の実施例において、マスク１２又は２２
．２３はその後に必要に応じて取除かれてもよい。しか
し、これらのマスクが不透明材料から成っていると、残
存するマスクによって、透明基板の表面のうちの屈折率
分布型レンズ部分１３又は２４．２５以外の表面から透
明基板内に光が入射するのを防止することができる。

本発明は、上述のように、第１のモノマーを半重合させ
ることにより作成した透明基板に、上記第１のモノマー
と共重合し得る第２のモノマーを選択的に内部拡散した
後に、上記透明基板全体の重合を完結させることにより
、複数の屈折率分布型レンズ部分を共通の透明基板中に
形成するようにした。従って、複数の屈折率分布型レン
ズ部分を具備するレンズ体を低温でかつ短時間でしかも
簡単な製造工程によって大量に製造することができる。

また、各屈折率分布型レンズ部分は上記内部拡散時に共
通の透明基板を基準として相互に位置合せされ、その後
に個別に位置合せする必要がないから、複数の屈折率分
布型レンズ部分の相互の位置合せを簡単かつ正確に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来から公知の巴柱形状の屈折率分布型レンズ
の斜視図である。 第２図〜第４図は本発明の一実施例を示すものであって
、第２図はレンズ体の製造工程を示す一部を縦断した斜
視図、第３Ａ図は屈折率分布型レンズ部分の軸線方向に
おける屈折率分布を示す図、第３Ｂ図は屈折率分布型レ
ンズ部分の軸線方向とは直交する方向による屈折率分布
を示す図、第４図はレンズ体の一部を縦断しかつハンチ
ングを部分的に省略した斜視図である。 第５図は本発明の別の実施例におけるレンズ体の製造工
程を示す一部を縦断した斜視図である。 第６図は多数の屈折率分布型レンズ部分を共通の透明基
板にマトリックス状に配設した場合の本発明の更に別の
実施例によるレンズ体の一部を縦断しかつハンチングを
部分的に省略した斜視図である。 第７図及び第８図は本発明の更に別の実施例を示すもの
であって、第７図はレンズ体の斜視図、第８図は第７図
に示すレンズ体のハンチングを部分的に省略した要部の
縦断面図である。 なお、図面に用いた符号において、 １０・・・・・−・−・・−・・−・・・−拡散源１１
−・・−・−・−・−・・−・・・・透明基板１２．２
２．２３−・−・マスク １２ａ、２２ａ、２３ａ　−穴 １３．２４．２５−一・−・・−屈折率分布型レンズ部
分である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、屈折率に変化を与える物質を透明基板に内部拡散す
   ることにより共通の透明基板中に屈折率分布型レンズ部
   分を形成するようにしたレンズ体の製造方法において、 第１のモノマーを半重合させることにより上記透明基板
   を作成し、 上記第１のモノマーと共重合し得る第２のモノマーを上
   記透明基板に選択的に内部拡散した後に上記透明基板全
   体の重合を完結させることにより、上記屈折率分布型レ
   ンズ部分を複数個形成するようにしたことを特徴とする
   レンズ体の製造方法。 ２、透明基板にその一方の面から第２のモノマーを内部
   拡散することにより、第１の屈折率分布型レンズ部分を
   形成すると共に、 上記透明基板にその他方の面から第２のモノマーを内部
   拡散することにより、上記透明基板の厚さ方向において
   上記第１の屈折率分布型レンズ部分と対向する第２の屈
   折率分布型レンズ部分を形成するようにしたことを特許
   請求の範囲第１項に記載のレンズ体の製造方法。 ３、内部拡散により透明基板に形成される各屈折率分布
   型レンズ部分が、上記共通の透明基板の面に垂直な少な
   くとも１つの断面内でほぼ半円形状の屈折率分布領域を
   有し、 この半円形状の屈折率分布領域が、上記面上の一点を中
   心として放射方向に向けて次第に変化する屈折率分布を
   有する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のレンズ
   体の製造方法。