JPH04209721A - 屈折率分布型レンズの製造方法 - Google Patents
屈折率分布型レンズの製造方法Info
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- JPH04209721A JPH04209721A JP40632190A JP40632190A JPH04209721A JP H04209721 A JPH04209721 A JP H04209721A JP 40632190 A JP40632190 A JP 40632190A JP 40632190 A JP40632190 A JP 40632190A JP H04209721 A JPH04209721 A JP H04209721A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/12—Other methods of shaping glass by liquid-phase reaction processes
-
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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- C03B2201/00—Type of glass produced
- C03B2201/06—Doped silica-based glasses
- C03B2201/30—Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi
- C03B2201/40—Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi doped with transition metals other than rare earth metals, e.g. Zr, Nb, Ta or Zn
- C03B2201/42—Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi doped with transition metals other than rare earth metals, e.g. Zr, Nb, Ta or Zn doped with titanium
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- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１１
【技術分野】本発明は、屈折率分布レンズの製造方法に
関し、より詳細には、光通信システムや光情報処理等の
微小光学素子の分野に有用な屈折率分布型レンズの製造
方法に関する。例えば、光通信、光情報処理などに適用
されるものである。 ［０ ０ ０ ２］
関し、より詳細には、光通信システムや光情報処理等の
微小光学素子の分野に有用な屈折率分布型レンズの製造
方法に関する。例えば、光通信、光情報処理などに適用
されるものである。 ［０ ０ ０ ２］
【従来技術】透明媒質中の屈折率を変化させることによ
りレンズ作用を付与させたいわゆる屈折率分布型レンズ
は、通常の光学レンズに比して、平板状でレンズ作用を
付与できること、端面上に結像できること、結像特性を
自由に選択できること、レンズのアレイ化やマトリック
ス化が容易であること等の種々の利点を備えており、光
通信分野において最近ことに注目されている。 ［０ ０ ０ ３］これらのうち、ガラス素材を用いた
屈折率分布型レンズは、通常、■ガラス基体の一部を所
定の溶融塩と接触させて拡散によりイオン交換を行ない
、それにより電子分極率の大きな金属イオン（例えば、
タリウムやセシウム）をガラス基体内に不均一分布させ
て屈折率を変化させる方法（イオン交換法）や、■ガラ
ス基体を分相処理及び酸処理して多孔質化し、これに電
子分極率の大きな金属元素の溶液を一部に接触させて含
浸して濃度分布を形成し、次いで乾燥、高温加熱処理等
を行なって透明なガラス体に変換する方法（モレキュラ
ースタッフィング法）で作製されており、ことにイオン
交換法■で得られたレンズはセルフォックレンズとして
知られている。 ［０００４］Ｌかしながら、上記イオン交換法■では、
イオンの拡散や交換に極めて長時間（例えば、マスクさ
れたガラス基体を溶融塩中に数日間浸漬）を要し、さら
に長時間行なってもイオン拡散に限界があり、せいぜい
直径５ｍｍ程度のレンズしか得ることができなかった。 一方、モレキュラースタッフィング法では、ガラス基体
の多孔質化が複雑でかつ長時間を要し（例えば、分相処
理に２日間、酸処理に２０日間程度必要）、また取扱い
も複雑でかつ特殊な設備を必要とする問題点があった。 ［０００５］この点を解決するために、例えば、特開昭
６２−４１７２５号公報に「屈折率分布型レンズの製造
法」が提案されている。この公報のものは、多孔質ガラ
スを用いた屈折率分布型レンズの作製方法に関するもの
で、金属アルコキシドの加水分解によりえられる多孔質
ゲル（または、さらに熱処理をした多孔質ガラス）を基
板とし、この表面の一部に金属イオンをマスク等を介し
て基板内に不均一拡散させ、次に高温加熱処理してレン
ズを得るものである。 ［０ ０ ０ ６１図３ （ａ） 、 （ｂ）は、従
来の屈折率分布型レンズの作製方法を示す図で、図中、
１１は屈折率分布型平板レンズ、１２は無孔のガラス層
、１３はタリウム元素の拡散層、１４はマスク、１５は
拡散孔、１６は平板状多孔質ゲルである。しかし、図３
に示すような屈折率分布型レンズの作製方法では、光の
屈折はその屈折率分布のみにより得るため、基板との屈
折率差が一般に小さくしかとれないこともあり、集光作
用が小さく、大きな開口数ＮＡ．を得ることが難しい。 また、金属イオンの不均一拡散の後の濃度分布の固定や
、マスクの剥離などのプロセスによる濃度分布が変化す
るなどの作製上の問題がある。 ［０ ０ ０ ７］
りレンズ作用を付与させたいわゆる屈折率分布型レンズ
は、通常の光学レンズに比して、平板状でレンズ作用を
付与できること、端面上に結像できること、結像特性を
自由に選択できること、レンズのアレイ化やマトリック
ス化が容易であること等の種々の利点を備えており、光
通信分野において最近ことに注目されている。 ［０ ０ ０ ３］これらのうち、ガラス素材を用いた
屈折率分布型レンズは、通常、■ガラス基体の一部を所
定の溶融塩と接触させて拡散によりイオン交換を行ない
、それにより電子分極率の大きな金属イオン（例えば、
タリウムやセシウム）をガラス基体内に不均一分布させ
て屈折率を変化させる方法（イオン交換法）や、■ガラ
ス基体を分相処理及び酸処理して多孔質化し、これに電
子分極率の大きな金属元素の溶液を一部に接触させて含
浸して濃度分布を形成し、次いで乾燥、高温加熱処理等
を行なって透明なガラス体に変換する方法（モレキュラ
ースタッフィング法）で作製されており、ことにイオン
交換法■で得られたレンズはセルフォックレンズとして
知られている。 ［０００４］Ｌかしながら、上記イオン交換法■では、
イオンの拡散や交換に極めて長時間（例えば、マスクさ
れたガラス基体を溶融塩中に数日間浸漬）を要し、さら
に長時間行なってもイオン拡散に限界があり、せいぜい
直径５ｍｍ程度のレンズしか得ることができなかった。 一方、モレキュラースタッフィング法では、ガラス基体
の多孔質化が複雑でかつ長時間を要し（例えば、分相処
理に２日間、酸処理に２０日間程度必要）、また取扱い
も複雑でかつ特殊な設備を必要とする問題点があった。 ［０００５］この点を解決するために、例えば、特開昭
６２−４１７２５号公報に「屈折率分布型レンズの製造
法」が提案されている。この公報のものは、多孔質ガラ
スを用いた屈折率分布型レンズの作製方法に関するもの
で、金属アルコキシドの加水分解によりえられる多孔質
ゲル（または、さらに熱処理をした多孔質ガラス）を基
板とし、この表面の一部に金属イオンをマスク等を介し
て基板内に不均一拡散させ、次に高温加熱処理してレン
ズを得るものである。 ［０ ０ ０ ６１図３ （ａ） 、 （ｂ）は、従
来の屈折率分布型レンズの作製方法を示す図で、図中、
１１は屈折率分布型平板レンズ、１２は無孔のガラス層
、１３はタリウム元素の拡散層、１４はマスク、１５は
拡散孔、１６は平板状多孔質ゲルである。しかし、図３
に示すような屈折率分布型レンズの作製方法では、光の
屈折はその屈折率分布のみにより得るため、基板との屈
折率差が一般に小さくしかとれないこともあり、集光作
用が小さく、大きな開口数ＮＡ．を得ることが難しい。 また、金属イオンの不均一拡散の後の濃度分布の固定や
、マスクの剥離などのプロセスによる濃度分布が変化す
るなどの作製上の問題がある。 ［０ ０ ０ ７］
【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、製造工点が少なく、生産性に富み、光学特性の
制御性の良い新規の屈折率分布型レンズの製造方法を提
供することを目的としてなされたものである。 ［０ ０ ０ ８］
もので、製造工点が少なく、生産性に富み、光学特性の
制御性の良い新規の屈折率分布型レンズの製造方法を提
供することを目的としてなされたものである。 ［０ ０ ０ ８］
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、 （１
）複数の金属アルコキシドの加水分解により得られる多
孔質ゲルを基板とし、少なくとも該基板の一方の表面に
半球状もしくは非球面状の形状を物理的もしくは化学的
方法により付与した後，化学的方法により多孔質ゲルを
構成する成分の一部を前記多孔質ゲル外に溶出させ、該
多孔質ゲルの内部に前記成分の不均一な分布を形成し、
次に、前記多孔質ゲルを高温加熱処理をして屈折率分布
型レンズを得ること、更には、 （２）機械加工もしく
はフォトリソグラフィの手法を用いて表面にマスクを設
け、エツチングにより半球状もしくは非球面状に凹面を
有する穴を設けた平板を前記多孔質ゲルの少なくとも一
方の表面に機械的に押しつけるか、前記多孔質ゲルを作
製中に前記平板を型にして堆積させることにより、形状
を付与することを特徴としたものである。以下、本発明
の実施例に基づいて説明する。 ［０ ０ ０ ９１図１は、本発明による屈折率分布型
レンズの一実施例を説明するための構成図で、図２は、
その製遣方法を説明するための工程図である。図中、１
はガラス基板、２はゲル表面（ガラス表面）、３は多孔
質ゲル、４は型、５は濃度分布、６は塩酸水溶液、７は
ドライゲル、８は屈折率分布、９は入射光である。本発
明による屈折率分布型レンズの製作方法では、複数の金
属アルコキシドの加水分解により得られる多孔質ゲル３
を基板１として用い、少なくとも一方の表面２に半球も
しくは非球面の形状を物理的もしくは化学的方法により
付与した後、化学的方法により多孔質ゲル３を構成する
成分の一部をゲル外に溶出させ、ゲル表面２から内部に
その成分の不均一な分布を形成し、次に前記多孔質ゲル
３を高温加熱処理をして図１ （ａ） 、 （ｂ）
に示すような屈折率分布型レンズを得る。 ［００１０１本発明の実施例では、シリコンアルコキシ
ドとしてシリコンテトラメトキシド （ＴＭ０１）を用
い、またチタンアルコキシドとしてチタンテトラブトキ
シドを用いて得られるＴｉ０ｚ−８ｉ○２系の多孔質ゲ
ル３を基板とする。先ず、シリコンテトラメトキシド（
１ＭＯ８）とチタンテトラブトキシドの混合アルコール
溶液（混合するアルコールには、例えば、メチル、エチ
ル、プロピルアルコール等がある）を調整し、この溶液
に水を添加してアルコキシドの加水分解と縮合反応によ
りチタン成分の均一な分布を有する多孔質ゲル３を作製
する。表面上に機械加工もしくはフォトリソグラフィの
手法を用いて円形開口を有するマスクを設け、エツチン
グにより半球状もしくは非球面状の凹面を有する穴をア
レイ状に設けたガラス基板４を、多孔質ゲル３の一方の
ゲル表面に機械的に押しつけるか、該多孔質ゲル３を作
製中に前記ガラス基板４上に堆積させることにより、多
孔質ゲル３の表面に形状２を転写する。 ［００１１１次に形状を付与された多孔質ゲル３を塩酸
水溶液６に浸透させ、チタン成分の一部をゲル外に溶か
しだして、ゲル表面より内部に向けてチタンの濃度分布
５を形成する。この後、洗浄により塩酸を除去・乾燥さ
せた後、昇温途中（５００℃程度まで）はアルコキシル
基の酸化のために酸素雰囲気中で、またその後の最終の
ガラス化の過程では水酸基の縮合などで発生する水など
を効率良く取り除くために、ヘリウムガス雰囲気中で高
温加熱処理（１，２００〜１，４００℃）をして透明ガ
ラス化し、必要ならば、研磨等の加工を行い屈折率分布
型レンズ１を得る。 ［００１２］なお、この方法では作製上大きな体積変化
を伴うため、それを考慮にいれた設計及び作製条件の設
定を行なう必要がある。こうして得られたレンズ１は、
表面に半球もしくは非球面状の形状２とチタン成分の濃
度分布に起因する屈折率分布８を有しており、光学特性
の大部分は表面での屈折率差及びその形状２により決定
され、その屈折率分布８により収差などの特性を制御す
ることができる。例えば、図１に示すようにコリメート
された光９は、レンズ表面の球面効果により屈折され焦
点を結ぶが、その球面収差等を屈折率分布８で補正する
ことが可能となる。 ［００１３］なお、本発明による実施例は、上記の方法
に限らず種々の変形が可能で、例えば多孔質ゲルの表裏
面に精度良く半球もしくは非球面の形状を付与すること
により、さらに高ＮＡ、のレンズを、また基板の厚さを
制御することにより王立実像を形成するレンズも得るこ
とができる。 ［００１４］
）複数の金属アルコキシドの加水分解により得られる多
孔質ゲルを基板とし、少なくとも該基板の一方の表面に
半球状もしくは非球面状の形状を物理的もしくは化学的
方法により付与した後，化学的方法により多孔質ゲルを
構成する成分の一部を前記多孔質ゲル外に溶出させ、該
多孔質ゲルの内部に前記成分の不均一な分布を形成し、
次に、前記多孔質ゲルを高温加熱処理をして屈折率分布
型レンズを得ること、更には、 （２）機械加工もしく
はフォトリソグラフィの手法を用いて表面にマスクを設
け、エツチングにより半球状もしくは非球面状に凹面を
有する穴を設けた平板を前記多孔質ゲルの少なくとも一
方の表面に機械的に押しつけるか、前記多孔質ゲルを作
製中に前記平板を型にして堆積させることにより、形状
を付与することを特徴としたものである。以下、本発明
の実施例に基づいて説明する。 ［０ ０ ０ ９１図１は、本発明による屈折率分布型
レンズの一実施例を説明するための構成図で、図２は、
その製遣方法を説明するための工程図である。図中、１
はガラス基板、２はゲル表面（ガラス表面）、３は多孔
質ゲル、４は型、５は濃度分布、６は塩酸水溶液、７は
ドライゲル、８は屈折率分布、９は入射光である。本発
明による屈折率分布型レンズの製作方法では、複数の金
属アルコキシドの加水分解により得られる多孔質ゲル３
を基板１として用い、少なくとも一方の表面２に半球も
しくは非球面の形状を物理的もしくは化学的方法により
付与した後、化学的方法により多孔質ゲル３を構成する
成分の一部をゲル外に溶出させ、ゲル表面２から内部に
その成分の不均一な分布を形成し、次に前記多孔質ゲル
３を高温加熱処理をして図１ （ａ） 、 （ｂ）
に示すような屈折率分布型レンズを得る。 ［００１０１本発明の実施例では、シリコンアルコキシ
ドとしてシリコンテトラメトキシド （ＴＭ０１）を用
い、またチタンアルコキシドとしてチタンテトラブトキ
シドを用いて得られるＴｉ０ｚ−８ｉ○２系の多孔質ゲ
ル３を基板とする。先ず、シリコンテトラメトキシド（
１ＭＯ８）とチタンテトラブトキシドの混合アルコール
溶液（混合するアルコールには、例えば、メチル、エチ
ル、プロピルアルコール等がある）を調整し、この溶液
に水を添加してアルコキシドの加水分解と縮合反応によ
りチタン成分の均一な分布を有する多孔質ゲル３を作製
する。表面上に機械加工もしくはフォトリソグラフィの
手法を用いて円形開口を有するマスクを設け、エツチン
グにより半球状もしくは非球面状の凹面を有する穴をア
レイ状に設けたガラス基板４を、多孔質ゲル３の一方の
ゲル表面に機械的に押しつけるか、該多孔質ゲル３を作
製中に前記ガラス基板４上に堆積させることにより、多
孔質ゲル３の表面に形状２を転写する。 ［００１１１次に形状を付与された多孔質ゲル３を塩酸
水溶液６に浸透させ、チタン成分の一部をゲル外に溶か
しだして、ゲル表面より内部に向けてチタンの濃度分布
５を形成する。この後、洗浄により塩酸を除去・乾燥さ
せた後、昇温途中（５００℃程度まで）はアルコキシル
基の酸化のために酸素雰囲気中で、またその後の最終の
ガラス化の過程では水酸基の縮合などで発生する水など
を効率良く取り除くために、ヘリウムガス雰囲気中で高
温加熱処理（１，２００〜１，４００℃）をして透明ガ
ラス化し、必要ならば、研磨等の加工を行い屈折率分布
型レンズ１を得る。 ［００１２］なお、この方法では作製上大きな体積変化
を伴うため、それを考慮にいれた設計及び作製条件の設
定を行なう必要がある。こうして得られたレンズ１は、
表面に半球もしくは非球面状の形状２とチタン成分の濃
度分布に起因する屈折率分布８を有しており、光学特性
の大部分は表面での屈折率差及びその形状２により決定
され、その屈折率分布８により収差などの特性を制御す
ることができる。例えば、図１に示すようにコリメート
された光９は、レンズ表面の球面効果により屈折され焦
点を結ぶが、その球面収差等を屈折率分布８で補正する
ことが可能となる。 ［００１３］なお、本発明による実施例は、上記の方法
に限らず種々の変形が可能で、例えば多孔質ゲルの表裏
面に精度良く半球もしくは非球面の形状を付与すること
により、さらに高ＮＡ、のレンズを、また基板の厚さを
制御することにより王立実像を形成するレンズも得るこ
とができる。 ［００１４］
【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。 （１）請求項１に対応する効果；ゾルゲル法により多孔
質ゲルの基板の作製および加工が比較的簡便にでき、ま
た得られるレンズは、表面に半球もしくは非球面状の形
状と構成成分の濃度分布に起因する屈折率分布とを有し
ており、その光学特性を表面での屈折率差及びその形状
と屈折率分布により制御することができる。 （２）請求項２に対応する効果；機械加工もしくはフォ
トリソグラフィの手法とエツチングにより、表面上に半
球状もしくは非球面状の凹面を有する穴を設けたアレイ
状に設けた平板を用い、比較的簡単で精度の良い型を得
ることができ、しかも、より容易に多孔質ゲルの表面に
その形状を精度良く転写することができる。
と、以下のような効果がある。 （１）請求項１に対応する効果；ゾルゲル法により多孔
質ゲルの基板の作製および加工が比較的簡便にでき、ま
た得られるレンズは、表面に半球もしくは非球面状の形
状と構成成分の濃度分布に起因する屈折率分布とを有し
ており、その光学特性を表面での屈折率差及びその形状
と屈折率分布により制御することができる。 （２）請求項２に対応する効果；機械加工もしくはフォ
トリソグラフィの手法とエツチングにより、表面上に半
球状もしくは非球面状の凹面を有する穴を設けたアレイ
状に設けた平板を用い、比較的簡単で精度の良い型を得
ることができ、しかも、より容易に多孔質ゲルの表面に
その形状を精度良く転写することができる。
【図１】本発明による屈折率分布型レンズの一実施例を
説明するための構成図である。
説明するための構成図である。
【図２】本発明による屈折率分布型レンズの製造方法を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図３】従来の屈折率分布型レンズの作製方法を説明す
るための図である。
るための図である。
１ ガラス基板
２ ゲル表面
３ 多孔質ゲル
４型
５ 濃度分布
６ 塩酸水溶液
７ ドライゲル
８ 屈折率分布
９ 人射光
【図１】
Claims (2)
- 【請求項１】複数の金属アルコキシドの加水分解により
得られる多孔質ゲルを基板とし、少なくとも該基板の一
方の表面に半球状もしくは非球面状の形状を物理的もし
くは化学的方法により付与した後、化学的方法により多
孔質ゲルを構成する成分の一部を前記多孔質ゲル外に溶
出させ、該多孔質ゲルの内部に前記成分の不均一な分布
を形成し、次に、前記多孔質ゲルを高温加熱処理をして
屈折率分布型レンズを得ることを特徴とする屈折率分布
型レンズの製造方法。 - 【請求項２】機械加工もしくはフォトリソグラフィの手
法を用いて表面にマスクを設け、エッチングにより半球
状もしくは非球面状に凹面を有する穴を設けた平板を前
記多孔質ゲルの少なくとも一方の表面に機械的に押しつ
けるか、前記多孔質ゲルを作製中に前記平板を型にして
堆積させることにより、形状を付与することを特徴とす
る前記請求項１記載の屈折率分布型レンズの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40632190A JPH04209721A (ja) | 1990-12-06 | 1990-12-06 | 屈折率分布型レンズの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40632190A JPH04209721A (ja) | 1990-12-06 | 1990-12-06 | 屈折率分布型レンズの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04209721A true JPH04209721A (ja) | 1992-07-31 |
Family
ID=18515931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40632190A Pending JPH04209721A (ja) | 1990-12-06 | 1990-12-06 | 屈折率分布型レンズの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04209721A (ja) |
-
1990
- 1990-12-06 JP JP40632190A patent/JPH04209721A/ja active Pending
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