JPH071351B2 - 光学デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は表面に一体的に隆起した光学パターン、例えば
球面マイクロレンズのアレイ、を有するガラス体である
新規な光学デバイスおよびその製造方法に関するもので
ある。そのアレイの光学的特性を適切に選択することに
よって1:1の正立共役像を形成することができ、その場
合には本発明の光学装置はコンパクトな写真複写機を実
現するのに特に有用である。

（従来技術） 種々の目的のために、レンチキュラーがガラスおよびプ
ラスチックの表面上に成形されている。そのレンチキュ
ラーは光積分器および光屈折器のパネル内乃至面内で集
光したり、光を制御したりする機能を果たす。また、投
射スクリーンや陰極線管におけるように外光を散乱させ
る機能も果たす。

さらに、上述のような光学装置は単一の光学的作用、例
えば光線を屈折させる、を発揮する傾向があり、結像能
力はない。また、一般に成形によるものは大きくなりが
ちである。さらにそのような光学装置は、例えば写真複
写機の像伝送で必要とするような精度は通常必要としな
い。

最近、プラスチックの表面上に複数の微小なマイクロレ
ンズを成形することによって帯状のレンズアレイを製造
することが提案された。そのマイクロレンズは２枚の平
行なプラスチックレンズプレート上に縦横の列をなすよ
うに成形される。レンズ間の間隔、レンズの大きさ等を
適当に考慮することによって極めてコンパクトで効果的
な撮像デバイスが得られる。

なお、本明細書では「アレイ」と言う言葉は行や列の数
に関係なく複数のレンズをパターン状に配列したものを
称する。１列の場合には「直線アレイ」もしくは「スト
リップレンズ」と称する。

レンズアレイを撮像のために使用するときには、両側の
レンズの間の光チャネル間を隔離して「クロストーク」
を防止しなければならない。これは一体成形の装置の場
合には大きな問題となる。

個々のガラスロッドもしくはプラスチックロッドの研磨
によってストリップレンズを形成できる可能性があるこ
とは知られている。この場合には個々のシリンダはパタ
ーン状に配列されて、所定の位置関係を保つように固定
されることになろう。しかしながら、製造および整列が
極めて困難である。

したがって、現在商業的に製造されている撮像デバイス
は屈折率分布形の、微小面のアレイによる光学作用に基
づくものである。そのアレイはある形状の光学繊維を束
ねて製造され、その各光学繊維はイオン交換もしくは材
料含浸によって、分布した屈折率を与えられている。

米国特許第4,168,900号には第１の対のアレイからなる
対物レンズと、その第１の対のアレイに対して間隔を置
いて整列せしめられた第２の対のアレイからなるリレー
レンズとを備え、その第１の対のアレイが実像を形成
し、第２の対のアレイが正立像を形成するようになった
複写機用正立撮像系が開示されている。各アレイの対に
おいて一方のアレイは他のアレイに対して位置がずれて
いる。またレンズはガラスもしくはプラスチックの１辺
2mmの正方形のバーの形状をしている。

米国特許第3,605,593号（第28,162号として再発行）に
は物体の小部分をより大きな複合像として結像するレン
ズアレイを備えた一対のモザイクからなる光学撮像装置
が開示されている。

この装置については、アンダーソンの「Applied Optic
s」1979年２月15日号（Vol.18,No.4）の「Close−UP Im
aging of Documents and Displays with Lens Arrays」
と題する記事中においても議論されている。

米国特許第3,544,190号には倍率1:1の連続した物体像を
形成する装置が開示されている。この装置におけるレン
ズストリップ光学撮像システムは内部視野絞りを有する
複数の光学撮像デバイスを備えている。またレンズスト
リップはプラスチックで成形されている。

米国特許第2,358,070号には光学像をディスプレイする
ための投映スクリーンが開示されている。その投映スク
リーンは集光用の複数のレンチキュラーを一面に備えた
光伝送性支持体からなっている。他方の面上の光吸収性
層は集光された光の通過を許す射出瞳を備えている。

米国特許第2,670,279号および第3,114,668号には陰極線
管パネル上での正反射を減少させるためのエレメントの
アレイの製造方法としてサンドブラスチング法と小滴コ
ーティング（droplet coating）法がそれぞれ記載され
ている。

米国特許第2,628,160号には、感光的に不透明化し得る
ガラスを開示している幾つかの特許を振り返って、透明
ガラスと結晶化したガラスとの腐蝕速度の差によって感
光的に不透明化し得るガラスを選択的に食刻することが
記載されている。

米国特許第3,931,438号には表面層を形成する薄片と内
側コアを形成する薄辺とをラミネートしてなるラミネー
ト体が記載されている。両薄片は化学的には類似してお
り、熱膨張率は近い値を持っているが、冷却時の緻密化
の程度が異なっており、圧縮応力が発生する。

米国特許第3,719,462号にはガラス内に光ガイドパスを
形成する手段において、所望のパスに機械的圧力を加え
るようにしたものが開示されている。

（発明の目的） 本発明は表面に隆起した光学パターンを備えた光学デバ
イスを提供することを目的とするものである。

さらに、本発明は光学パターンがガラス面と一体に形成
されており、かつ滑らかで角のない曲面を形成してい
る、上記のような光学デバイスを提供することを目的と
するものである。

さらに、本発明は前記光学パターンが隆起したエレメン
トのアレイである上記のような光学デバイスを提供する
ことを目的とするものである。

さらに本発明はガラスの表面と一体的なマイクロレンズ
のアレイを提供することを目的とするものである。

さらに本発明は１本乃至２本の直線的アレイに制限され
ることのない、マイクロレンズのアレイを提供すること
を目的とするものである。

さらに本発明は１枚のガラス体の両面に、間に円柱状の
光路をそれぞれ挾んで対向するように形成されたマイク
ロレンズのアレイを提供することを目的とするものであ
る。

さらに本発明は上記のような一体的なレンズアレイにお
いて各レンズ系間を光学的に絶縁してクロストークを防
止する手段を備えたものを提供することを目的とするも
のである。

さらに本発明は上記のようなレンズアレイを形成する方
法においてレンズ形の形成と同時に光学的絶縁手段を形
成することのできる方法を提供することを目的とするも
のである。

本発明の特定の目的は小型で製造し易い光学撮像デバイ
スを提供することを目的とするものである。

さらに本発明は使用ガラス量が少なく、したがって、よ
りコンパクトな複写機等の光学装置を実現することので
きる光学撮像デバイスを提供することを目的とするもの
である。

また本発明はレンズアレイ撮像デバイス内の照度をより
均一にすることを目的とするものである。

また本発明は1:1の正立共役像を形成することのできる
光学撮像デバイスを提供することを特定の目的とするも
のである。

また本発明は光核形成および不透明化可能なガラスによ
って上述のような光学パターンおよび撮像デバイスを製
造する簡単な方法を提供することを目的とするものであ
る。

（発明の構成） 最も広く捕えれば本発明は光核形成可能で不透明化可能
なガラス体の少なくとも一方の面に隆起した光学パター
ンを一体的に形成してなるものに係るものである。その
光学パターンをマイクロレンズのアレイとした場合には
特に有用である。

本発明によれば、更に光核形成可能なガラス体の両面に
それぞれマイクロレンズのアレイを形成してなり、一方
の面の各マイクロレンズが他方の面の各マイクロレンズ
と重なるように両アレイが位置合わせされており、両面
の各マイクロレンズの間に透明な光伝送性円柱状部が形
成されていることを特徴とする新規な光学撮像デバイス
が提供される。

この撮像デバイスにおいては、球面マイクロレンズの各
アレイはガラス面と一体であり、そのガラス面から隆起
している。またそのアレイ内のマイクロレンズは等間隔
で密に配列されており、マイクロレンズとマイクロレン
ズの間の部分のガラスは本質的に不透明である。

望ましい実施例においては各マイクロレンズは各なくと
も100ミクロンの径を有し、300ミクロンであるのが特に
望ましい。レンズの厚みＴはレンズの曲率半径Ｒと像−
物体間距離X₀に なる一次近似式によって関係づけられており、この場合
には1:1の正立共役像が形成される。第１の面のレンズ
は透明部分の内部に縮小されたリレー像を形成し、この
リレー像が実質上、第２の面のレンズに対する物体とな
る。

本発明はさらに上記のような製品の製造方法を提供する
ものであるが、本発明の方法は光核形成可能で、不透明
化可能なガラス体を短波長の輻射線に、所望のレンズの
アレイと同じアレイをなすように密に配列された、その
輻射線を通さない多数の同一サイズのドットを有するマ
スクを通して曝露し、その曝露されたガラスを熱処理し
て、その曝露された部分に不透明化晶子を形成させると
ともに網状組織を含む前記晶子を緻密化せしめ、それに
よって曝露されていない部分を球面レンズのアレイ状に
隆起させることを特徴とするものである。

本発明は光核形成および不透明化可能なガラス（以下単
に光核形成ガラスと称する。）の、不透明化される時の
挙動の観察結果に基づいてなされたものである。光核形
成ガラスは熱不透明化の際に緻密化されることが観察さ
れた。更に重要なことには、光核形成ガラス体が短波長
の活性化輻射線に選択的に曝露されると、曝露された部
分が緻密化され易くなることが分った。したがって曝露
された部分が収縮する。これによって曝露されていない
軟いガラス部分に半径方向の圧縮力が加わり、その部分
が滑らかな曲面を持つ隆起部となる。各隆起部は最小エ
ネルギー状態となり、例えば非曝露部分が円形である場
合には、表面張力によって球面を持つ隆起部が形成され
る。

したがって不透明化可能なガラスへの輻射線の照射を制
御することによって所望の光学的隆起パターンを形成す
ることができる。このパターンはどのような幾何学形状
のものともすることができるが、商業的興味の点からマ
イクロレンズのアレイである場合を例にとって以下説明
する。各レンズは極めて小さなサイズに形成することが
できる。例えば典型的なアレイにおいては、各レンズの
径は20ミクロンであり、隣接するレンズの中心間距離は
300ミクロンであって、２平方インチのガラス面上に28,
900個ものマイクロレンズを形成することができる。

第１図は偏平な光核形成ガラスストリップ10に本発明に
従って形成された１個のレンズ系12を示すものである。
レンズ系12はガラスストリップ10の両側に盛り上がるよ
うに形成された光学エレメントの一例としての一対の球
面マイクロレンズ14,16からなっている。このマイクロ
レンズパターンは不透明化された部分18のガラスとレン
ズ系12を形成している透明な部分のガラスとの緻密化の
差による部分18のガラスの収縮にしたがって形成され
る。

レンズ系12は透明な円柱状部20とガラスストリップ10の
両面22,24上にそれぞれ形成された一対のマイクロレン
ズ14,16からなっている。不透明化された部分18は連続
しており、円柱状部20はその不透明化された部分18によ
って取り巻かれて光学的に周囲から隔離されている。不
透明化された部分18はガラス内に核を形成し、熱処理の
際に結晶が成長するのを許す輻射線に曝露されている。

その輻射線に曝露された部分のガラスは結晶の成長とと
もに緻密化され収縮して、その表面は、輻射線に曝露さ
れておらずしたがって不透明化されていない円柱状部20
の表面から陥没している。

第１図において、破線26は輻射線に曝露された部分とさ
れなかった部分の元々の境界を示し、実線28は緻密化後
の境界を示している。また寸法を示す記号のうちＳはレ
ンズの高さ、すなわちレンズ部分が不透明化された部分
18から盛り上がっている大きさを示すものであり、2Lは
両マイクロレンズ14,16間の円柱状部20の厚さ乃至長さ
を示すものである。またＤはマイクロレンズ14,16の直
径である。これらの値の間には次のような関係がある。

但しρ_０は元々のガラスの密度、ρｆは不透明化された
ガラスの密度である。またレンズの曲率半径は で表わされる。

第１図に示す構成は光学パターンがレンズ系のアレイを
形成するような場合に特に有利である。その場合には部
分18の不透明化によってレンズ14,16が形成されるばか
りでなく、隣接するレンズ系間の「クロストーク」を防
止するのに必要な不透明な仕切が形成される。

前述のように、レンズアレイは特別な用途として、写真
複写機におけるような光学撮像デバイスに使用される。
この用途において本発明によるレンズアレイは幾つかの
重要な利点がある。まず第１に実用上殆ど無限の数のレ
ンズが簡単な工程によって製造し得ることである。また
高度の均一性を維持しつつ、レンズサイズを極めて小さ
くすることができる。

レンズサイズを小さくするのが重要であるのはレンズの
度が なる式（但しＲはレンズの曲率半径）で与えられること
からして明らかである。これは式 で表わされるようにレンズの径の自剰に直接関係してい
る。（但し上記式においてＤはレンズの径であり、その
式の値は一定である。）したがってレンズ径をできるだ
け小さくすることがしばしば要求される。例えば撮像デ
バイスや、写真複写機等の装置を低コストでコンパクト
にするにはレンズ径を小さくするのが重要である。現在
では小さなスペースに長い光路を収めるのにミラー系を
使用することが多い。これは装置を複雑にするとともに
コストアップを招く。

もう１つの重要なファクターは照明の均一性である。こ
れは縦横に並んだアレイの柔軟性が１列乃至２列の直線
的なアレイに対して特に優れているもう１つの点であ
る。

レンズの高さはガラスが短波長の輻射線に曝露される程
度、およびその後の熱処理の程度に依存する。ガラスの
一面のみが輻射線に曝露されたときに、そのガラスが薄
い場合には曝露された側に形成されるレンズも曝露され
ていない側に形成されるレンズも高さがほぼ等しいが、
ガラスの厚みが約2mmを超えると曝露された側のレンズ
の高さと曝露されていない側のレンズの高さに差が出る
ようになり、その差はレンズの厚みが大きくなるにつれ
て大きくなる。いずれにしろ、レンズの高さは通常は約
20ミクロンを超えることはなく、レンズの径よりはるか
に小さい。

ガラスの両面に輻射線を当てることによって、厚いガラ
スの場合にも両側に形成されるレンズの高さをほぼ等し
くすることができる。この場合にはガラスの両面に被せ
るマスクと照射装置の位置を極めて正確に合わせて、両
面に同程度の輻射線を照射しなければならない。これは
実行することはできるが、極めて困難で時間を要する。

上述のように通常は他の要求と矛盾しない限りにおい
て、レンズの径はできる限り小さいのが望ましい。しか
しながら、レンズの曲率とレンズサイズの精度と均一性
はレンズのサイズが小さくなるにしたがって維持し難く
なる。したがって実際上は約100ミクロン程度が最小径
であり、約300ミクロン程度の径が望ましい。レンズサ
イズの上限は状況に応じた化学的要求によって主に決定
される。通常約500ミクロン程度が実用上の上限である
が、それより大きい径のレンズも容易に形成することが
できる。

第２図はレンズアレイ中の１個のマイクロレンズの表面
の側面形状を拡大して示すものである。第２図において
は全体が拡大されているだけでなく、高さと巾の関係も
誇張されている。すなわち、第２図の横軸に沿った１目
盛は30ミクロンであり、縦軸に沿った１目盛は１ミクロ
ンである。結局、第２図においてレンズの形状は水平方
向に大きく圧縮されているとも言えるし、垂直方向に引
き延ばされているとも言える。

以上、撮像デバイスを、ガラスの表面にそのガラスと一
体的に形成された球面のパターン乃至アレイとしてとら
えて考察したが、像の伝送の目的からすればガラスの両
面に形成された一対のマイクロレンズとその間に延びる
細長い円柱状部分からなるレンズ系のアレイと見なして
も差し支えない。

前述のように、光学的特性を制御することによって1:1
の正立共役像を伝送することができることによって本発
明の装置は特別の用途に用いることができる。これは第
3,4,5図に概略的に示されている。

第１図に示すようにレンズ14,16がガラスストリップ10
の前後の面にそれぞれ形成されている。両面は同じ度の
レンズを形成することもあるが、通常は、特に輻射線が
最初にガラスストリップ10の一方の面に向けられたとき
には、両面のレンズの度は異なる。１対１の正立像の結
像の可能性は両面（前後面）のレンズの曲率半径および
レンズアレイ間の仕切に依存する。

第３図に概略的に示すようなワンピースの光学装置であ
り、両面の度が等しい場合には、共役結像に対して近似
的関係を と表わすことができる。但しＲはレンズの曲率半径、n₀
はガラスの屈折率、Ｔは撮像デバイスの厚み、x₀は像−
物体間距離である。

また第４図に示すようにワンピースの装置であって両面
の度が異なる場合には共役結像に対して近似的な関係を と表わすことができる。

第3,4図に示したようなワンピースの撮像デバイスは製
造の容易さから見て望ましいものである。しかしなが
ら、前述したように、ガラスの両面から輻射線を照射せ
ずに片側から照射する場合には輻射線がガラスを貫通す
るようにしなければならない。これはガラスの厚みを制
限することになる。

このような問題は２枚の装置を所望の厚みとなるように
第５図に示すように重ね合わせることによって解決する
ことができる。なお、第５図は第3,4図と同程度に拡大
されている。

このような複合光学装置を作る際には、まず、その複合
光学装置を構成する各光学装置をワンピースの装置とし
て形成する。すなわちガラス体に多孔マスクを通して輻
射線を選択的に照射した後、熱処理して、そのガラス体
の選択的緻密化によってマイクロレンズのパターンを形
成する。その両ワンピース光学装置を、例えば最大光度
装置によって対応するレンズ系が正確に整列するように
位置を合わせて対向させる。

入射側と射出側のレンズの度が等しいのが望ましい。ま
たガラス体に一方の面からのみ輻射線を照射するのが普
通であり、その照射される側の面を通常「前面」とい
う。２枚重ねの場合には外側に面する面がともに前面と
なるように組み合わせるのが難しい。

結像に直接かかわるのは外側のマイクロレンズだけであ
り、内側の、すなわち相対向する、マイクロレンズには
直接の機能はなく、したがって内側のレンズは必要なら
ば除去してもよい。しかしながら内側のレンズには間接
的な機能があり、残しておくのが望ましい。

内側のレンズが果たす特に重要な機能の１つはフィール
ドレンズとしての機能である。第５図に示すように、そ
の内側のレンズがなければ失われてしまうような角度の
光線が内側のレンズによって戻される。すなわち、第５
図において各レンズを通る光線の進路を示す１群の線の
最も低い線乃至外側の線に沿って進む光線はもし内側の
レンズによるフィールド効果がなければ失われてしまう
であろう。すなわち内側のレンズによって輝度が上が
る。

重ね合わせる２枚乃至それ以上の枚数の光学装置を整列
させるのはもちろん必要である。その整列には、そのよ
うな光学装置を最大伝送値が得られる位置に調整して、
シール等の一体化工程の間その位置に保持しておく光線
装置を使用することができる。

アレイ内のマイクロレンズの間隔と位置の精度が、球面
維持と同様に、鮮明で歪みのない像を得る上で極めて重
要である。文献によれば研磨によってマイクロレンズを
得るのは得られたマイクロレンズを整列させるのと同様
に、高度の技術と、長時間の面倒な作業を必要とする。

本発明は所望の一体レンズアレイを得るための簡単かつ
安価な方法を提供するものである。基本的には、本発明
の方法は光によって不透明化し得るガラスを選択的に不
透明化したときに生ずる物理現象を利用するものであ
る。

ストーキーの米国特許第2,628,160号によれば選択的に
不透明化されたガラスの不透明化された部分と透明の部
分とではエッチング性に差ができ、それを利用してフィ
リグリー等のエッチングパターンを形成することができ
る。さらに、本発明者の観察によれば光増感、結晶形成
工程においてガラスの示差緻密化が生ずることが分かっ
た。すなわち、結晶を含む領域は収縮して緻密化しよう
とする。結晶を含まない領域は変化せず、したがって収
縮しない。結果として、連結した表面を有する隆起パタ
ーンを制御しつつ形成することによってガラス面上に光
学パターンを形成できることになる。

この隆起パターンの性質をガラスへの最初の輻射線照射
を制御することによって制御できるのが分かった。例え
ば、所望のレンズアレイに対応した不透明なドットのパ
ターンを有する透明なマスクを使用する。すなわち、そ
のマスクは不透明なドットの部分以外では活性化化学線
を通す。

このようなマスクを通してガラスに化学線を照射する
と、その化学線に曝露された部分は核形成されるが、不
透明なドットの下の円柱状部分は化学線に曝露されない
から、その部分は核形成されない。次にそのガラスを通
常の方法で熱処理して曝露された部分に結晶を成長させ
る。これによって曝露された部分のガラスが収縮して、
結晶化していない円柱状部分に対して凹む。またそれに
よって形成される透明な突部は表面張力によって球面を
なし、したがって、ガラス体の表面には球面上の山とそ
の間の谷が形成されることになる。

光によって不透明化し得るものであればどのようなガラ
スでも使用することができる。例えば上記米国特許第2,
628,160号に列挙されている組成系のガラスを使用する
ことができる。結晶相はリチウムのジ珪酸塩およびメタ
珪酸塩、バリウムのジ珪酸塩およびアルカリ金属のフッ
化物である。リチウム珪酸塩ガラスは商業的に入手可能
であり、相当結晶を形成する。以下の実施例ではリチウ
ム珪酸塩ガラスを主に使用した。

実施例 コーニンググラスワークス社のコードNo.8603のガラス
の、厚さ1.5mmのシートのロールから３枚の２インチ×
６インチのガラス片を切り出した。また同じガラスの他
のロールから種々の厚さのガラス片を切り出した。この
ガラスの組成は次の通りである。数字は酸化物ベースの
重量部である。

SiO₂ 79.1 Li₂O 9.4 Na₂O 1.6 K₂O 4.2 Al₂O₃ 4.2 ZnO 1.0 Sb₂O₃ 0.4 Au 0.0012 Ag 0.115 C₂O₂ 0.015 SnO 0.003 各ガラス片の一方の面に第６図に示すようなドットパタ
ーンを有するマスク30をかけた。マスク30は一定間隔で
配列された大きさの等しい複数のドット32を備えてい
る。各ドット32は水銀アーク灯から発せられる化学線を
透過させない。一方マスク30のドット32の間の部分34は
そのような化学線に対して実質的に透過性がある。ドッ
ト32の径がそれぞれ150,200,300ミクロンの３種のマス
クを使用した。マスクを掛けた各ガラス片に約15インチ
の距離からハノビア（Hanovia）435ワット水銀アーク灯
の光を照射した。照射時間は100秒であった。

照射後各ガラス片を標準的な感光ガラス処理方法に従っ
てそのガラスのアニール温度と軟化温度の間で熱処理し
た。すなわち、各ガラス片を540℃に加熱し、その温度
に保って核形成させ、580℃に加熱してその温度に保っ
て結晶を成長させた。

各ガラス片には、化学線を照射された側とその反対側の
両面に多数の球面状のこぶ乃至隆起が形成された。各ガ
ラス片の、第２に示すような表面形状を描いて、形成さ
れたこぶの球面性を確かめるとともに寸法を計った。光
学的に検査したところその球面状のこぶがマイクロレン
ズとして機能し得ることが確かめられた。

レンズの高さは8.6ミクロンであり、値はマスク30のド
ット32の大きさにかかわらず同じであった。化学線の照
射時間を75秒とした以外全く同じ実験をしたところ、レ
ンズの高さは6.8ミクロンであった。

また密度を測定したところはマイクロレンズの部分の密
度比は約1.01であった。すなわち、透明な結晶化してい
ないガラス（最初に溶融したときのガラス、もしくは両
側のレンズの間の透明な円柱状部分のガラス）の密度が
2.36であったのに対して照射および熱処理をした後の結
晶化したガラスの密度は2.38であった。

前述のようにレンズの曲率半径で測定したレンズの度は
レンズの径とガラスの厚みに依存している。なお、結晶
化の際の熱処理もレンズの度、（曲率半径）に影響す
る。

曲率半径への種々の影響を調べるために化学線照射後の
熱処理、ガラスの（したがってレンズ系の）厚み、およ
びレンズの径（マスクのドットの径によって決定され
る。）を変えて実験を行なった。その結果のデータを次
表に示す。

次表において、前面と後面のレンズの曲率半径をmmで示
した。照射は前面から行ない、一定とした。熱処理は加
熱温度／加熱時間で表わした。ガラスの厚みはmm、レン
ズ径はミクロンで示した。熱処理を変えた実験ではマス
クのドットの大きさで決まるレンズ径は300ミクロン、
ガラスの厚みは2mmとした。またガラスの厚みを変えた
実験ではドットの大きさは200ミクロンとした。さらに
レンズの径を変えた実験ではガラスの厚みを3mmとし
た。

本発明のレンズアレイの極立った特徴は1:1の正立共役
像を形成できることであり、その際各レンズは単一の像
を形成する。その作用は第3,4,5図に概略的に示されて
いる。

レンズアレイの厚み、レンズの曲率半径および像−物体
間距離の間の関係は第3,4,5図に関して前述したような
式で表わされ、その式においてx₀は像−物体間距離であ
り、Ｒは曲率半径であり、n₀は透明なガラスの屈折率で
ある。したがってレンズの曲率半径と厚さを適切に選択
すれば共役距離をどのような値とすることもできる。レ
ンズの曲率半径は上述したようなパラメータによって制
御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にしたがってガラスの選択的緻密化によ
ってガラス内に形成したレンズ系を概略的に示す図、 第２図は本発明にしたがって形成された典型的なマイク
ロレンズの表面形状を示す拡大図、 第３図は両面の倍率が等しく、1:1の共役像を伝送する
撮像デバイス内を通る光の進路を説明するための図、 第４図は両面の倍率が等しくなり撮像デバイス内を通る
光の進路を説明するための図、 第５図は２枚重ねの撮像デバイス内を通る光の進路を説
明するための図、 第６図は本発明に使用されるマスクの一例の拡大平面図
である。 14,16……マイクロレンズ 18……不透明化された部分 20……円柱状部 30……マスク 32……ドット

フロントページの続き (72)発明者 デビツド ラスロツプ モース アメリカ合衆国 ニユーヨーク州 コーニ ング リバーロード（番地なし) (72)発明者 ポール アーサー ザヘニツク アメリカ合衆国 ニユーヨーク州 コーニ ング ヘイゼル ストリート 33 (56)参考文献 特開 昭55−90923（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−49639（ＪＰ，Ａ)

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する面を有する光核形成性で不透明化
   性のガラス体を含み、 該ガラス体の一部が熱不透明化されており、該ガラス体
   の他の部分は透明であり、 前記不透明化された部分は緻密化され、前記透明な部分
   に対して縮んでおり、それによって、前記ガラス体の透
   明な部分に一致しかつ該ガラス体と一体をなした隆起し
   た光学パターンが前記ガラス体の表面に形成されてなる
   ことを特徴とする一体的光学デバイス。
2. 【請求項２】前記光学パターンが球面マイクロレンズの
   アレイであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の一体的光学デバイス。
3. 【請求項３】前記各マイクロレンズが等間隔で密に形成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の一体的光学デバイス。
4. 【請求項４】前記ガラス体の両面に同じような隆起した
   光学パターンが形成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の一体的光学デバイス。
5. 【請求項５】前記ガラス体の両面に各面から一体的に隆
   起する球面マイクロレンズのアレイがそれぞれ形成され
   ており、各マイクロレンズが等間隔で密に形成されてい
   るとともに各マイクロレンズの間の部分が本質的に不透
   明であり、かつ両面のマイクロレンズのアレイが一方の
   面内のマイクロレンズと他方の面内のマイクロレンズが
   １個ずつ互いに対向するように位置しており、その互い
   に対向するマイクロレンズ間が光伝送性の円柱状部によ
   って接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の一体的光学デバイス。
6. 【請求項６】前記各マイクロレンズの径が少なくとも約
   100ミクロンであることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の一体的光学デバイス。
7. 【請求項７】前記各マイクロレンズの径が100〜500ミク
   ロンであることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載
   の一体的光学デバイス。
8. 【請求項８】前記マイクロレンズの全厚みＴがレンズの
   曲率半径Ｒおよび像物体間距離x₀と なる関係を有し、それによって１対１の正立共役像が形
   成されるようになっていることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載の一体的光学デバイス。
9. 【請求項９】ガラス体の一部が熱不透明化されており、
   該ガラス体の他の部分は透明であって、前記不透明化さ
   れた部分は緻密化され、前記透明な部分に対して縮んで
   いる、光核形成性で不透明化性のガラスからなるガラス
   体であって、そのガラス体を貫通して延びる前記透明な
   部分から成る円柱レンズのアレイを備え、前記不透明化
   された部分が緻密化されそして前記透明な部分に対して
   縮んでいることによって各円柱レンズの両端においてそ
   のガラス体の両面から該両面と一体をなして隆起した球
   面マイクロレンズが形成されたガラス体を少なくとも２
   枚、一方のガラス体の各レンズ系が他方のレンズの各レ
   ンズ系とそれぞれ整列するようにして重ねて固定してな
   ることを特徴とする光学デバイス。
10. 【請求項１０】前記２枚のガラス体のそれぞれ外側に面
    した面上の前記マイクロレンズアレイがほぼ同じ度であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の光学デ
    バイス。
11. 【請求項１１】前記２枚のガラス体の内側に面する面上
    の前記マイクロレンズアレイがフィールドレンズとして
    機能することを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の
    光学デバイス。
12. 【請求項１２】ガラス面上にそのガラス面と一体的にレ
    ンズアレイを形成する方法において、感光的に不透明化
    性のガラス体の少なくとも一方の面に、所望のレンズア
    レイに対応したパターンで配列されたドットの部分以外
    は化学線を透過させるマスクを被せ、そのマスクを被せ
    たガラス体に化学線を照射して、ガラス体のその化学線
    に曝露された部分に核を形成せしめ、そのガラス体を熱
    処理して化学線に曝露された部分に結晶を生長させると
    ともにその部分を緻密化させ、 それによって前記ガラス体の化学線に曝露されなかった
    部分は透明を維持し、前記ガラス体の化学線に曝露され
    た部分は不透明化して前記透明な部分に対して縮み、も
    って前記ガラス体の透明な部分に一致しかつ該ガラス体
    と一体をなした隆起した光学パターンを前記ガラス体の
    表面に形成することを特徴とする方法。
13. 【請求項１３】前記感光的に不透明化性のガラスが相当
    量のリチウム成分を有し、そのガラス体内に生長せしめ
    られる前記結晶がリチウムメタシリケートおよびリチウ
    ムジシリケートの少なくとも一方であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第12項記載の方法。
14. 【請求項１４】前記マスク上の前記ドットが等間隔で配
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第12項記載
    の方法。
15. 【請求項１５】前記マスク上の前記各ドットの径が100
    〜500ミクロンであることを特徴とする特許請求の範囲
    第12項記載の方法。
16. 【請求項１６】前記ドットの径が150〜300ミクロンであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第15項記載の方法。
17. 【請求項１７】前記熱処理を500〜600℃で行なって、前
    記ガラス体内の前記曝露された部分に不透明化結晶を生
    長させることを特徴とする特許請求の範囲第12項記載の
    方法。
18. 【請求項１８】前記ガラス体の両面に同一のドットパタ
    ーンを有するマスクをそれぞれ被せ、その両マスクと化
    学線源をそれぞれ位置を合わせて組み立て、そのガラス
    体にその両面から交互に化学線を照射し、前記熱処理の
    際にそのガラス体の両面に度の等しいレンズを形成する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第12項記載の方法。