JPS58106503A - 屈折率分布型レンズ体及びその製造方法 - Google Patents

屈折率分布型レンズ体及びその製造方法

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JPS58106503A
JPS58106503A JP20594081A JP20594081A JPS58106503A JP S58106503 A JPS58106503 A JP S58106503A JP 20594081 A JP20594081 A JP 20594081A JP 20594081 A JP20594081 A JP 20594081A JP S58106503 A JPS58106503 A JP S58106503A
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semi
lens body
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哲也 山崎
Noboru Yamamoto
昇 山本
Kenichi Iga
伊賀 健一
Masahiro Oikawa
正尋 及川
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B3/0087Simple or compound lenses with index gradient

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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】 本発明は透明基板内に形成された好ましくは多数の屈折
率分布型レンズ部分を具備するレンズ体及びその製造方
法に関するものである。
立体写真の撮影や複写機用レンズあるいは光メIQ\ モリ用レンズとしてレンズ来会体が1史用されており、
最近では、マトリックス状あるいはアレイ状に配置され
た微小光源が発するビーム全東束する手段としてもレン
ズ果合体が1史用されている。
このようなレンズ果合体の一例として、中心軸に対して
垂直な断面に於いてその中心軸からの距離の2栄に比例
して減少する屈折率分布を有する釆束注元伝送不全率位
レンズ系として束ねる構造のものがある(特公昭47−
12820号「東栄性光伝送体金含む複眼レンズ」)。
しかしながら、この構造のものは、個々のレンズ素子の
形成に球面加工の工程を要しないという点ではすぐれて
いるが、必要な精度で以って多数のレンズをその軸心を
そろえて束ねかつこの束ねた状態を保持するのに、多数
の工8を必要とすることなどの問題点がある。
又、半導体ンーザアレイ等全光源(こ用いるときには、
半導体から放射されるビームの放射角が臂開面に垂直な
方向と平行な方向とでは異なり、普通は楕円状の放射角
を有する。このようなビームを条束する光学レンズ糸と
しては、点対称な屈折率分布fcMするものが必ずしも
最通とはぎえfヨい。
本発明は上述の如き問題点を解決するために発明された
ものであって、IC製作工程などで用いられるフォトリ
ソグラフィーの孜v?ヲ用いることができ、このため多
数の屈折率分布型レンズ部分を備えたレンズ体を必要と
する場合でも、既述の特公昭47−12820号公報に
開示されている従来技術のように個々のレンズを束ねる
工程全必要とせず、史(こビームの中心軸に垂直な而1
こおいて楕円状の放射角を有する光源系にも1吏用可能
な屈折率分布型レンズ体及びその製造方法を提供するも
のである。
以下本発明の実施例を図面に付き説明する。
まず本発明による屈折率分布型レンズ体及びその製造方
法の原理全第1図及び第2図に付き説明すると、第1図
に於いて、ガラスあるいは合成樹脂等の誘′亀体からな
る透明基板(1)上には、拡散源の透過を阻止するマス
ク層(2)が形成されており、マスク層(2)にはスリ
ット状の開口部(3)が透明基板(1)の竺巾に亘って
延ひるように形成されている。
このスリット状開口部(3)を通して、拡散源を透明基
板(1)中(こ拡収させると、g2A図Qこ示すよう(
こ、所定の刑折率分布金ゼする埋め込み型の艮細い半円
柱状レンズ部分(4)?透明基板(U中に具備したレン
ズ体(5)が作成される。42B図は、上記レンズ部分
(4)の中心線(6)を含むzy面での屈折率分布全示
している。第2B図から明らかなように、この屈折率分
布は透明基板表面(1a)から基板のJ4.み方向に向
かって連続的昏こ減少又は増加し、透明基板表面(1a
)からhの深さのところで元の透明基板(1)と同一の
屈折率となる。このhは上記半円柱形状の半径と一致し
、上述の屈折率分布は、レンズ(4)の中心線(6)を
含む総ての面についても成り立っている。なおyllt
1方向には屈折率は変化することはない0 透明基板(1)中に拡散源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次の2通りが考えられる。
その一つの方法は、ガラス修飾酸化物全構成する第1の
イオンを含むカラス板にて構成ぎれた透明基板(1)中
に、このガラス板の屈折率の変化(即ち、増加又は減少
)に寄与する度合が上記第1のイオンの場合よりも大き
いガラス修飾酸化物を構成し得る第2のイオンを5!換
拡改させること(こより、この第2のイオンを上d己第
1のイオンと置換させるか、或は電界をかけながらイオ
ン拡散させる方法である。もう一つの方法は、透明な重
合体からなる合成樹脂にて構成された透明基板(1)中
に、この重合体と共重合することによりその屈折率を変
化(即ち、増加又は減少)させる七ツマ−を拡散移動さ
せ、次いで上述の共重合を行わせる方法である。
以上の2つの方法は拡散源を透明基板中に拡散させる方
法であるが、透明基板(1)中に所定の屈折率分布を得
るための別のもう一つの方法は、C02レーザなどを用
いることにより、円柱体をその中心線を含む平面で二分
割した半円柱形状を有する凹部をガラス板などから構成
された透明基板の表面に形成し、石英系の光ファイバ等
の場合に利用されている非等温プラズマCVD法により
、屈折率全遵絖的に変化(即ち、瑠り口又は減少)させ
る凌し、その後この被覆された透明基板か元の厚さ又は
それより小さい厚さまで減少するようをここの透明基板
全上記被覆層側からカットする方法である。
本発明によるレンズ体においては、多数の屈折率分布型
レンズ部分をアレイ状に配置するのが好適であり、第6
図はその例を示している。第6図に於いて、個々の半円
柱状レンズ部分(4)は、第2A図に示す半円柱状レン
ズ部分と笑質的に同一の構成であり、これらの半円柱状
レンズ部分(4)が互いに平行ζこなるように共通の透
明基板(1)内に形成されている。第6図に示す上述の
ようなレンズ集合体(5)の場合には、半円柱状レンズ
部分(4)の間隔を任意に設定可能であり、かつ高精度
に選定可能である。
第4図(こ示すよう番こ、第6図に示したレンズ集合体
の一対を互いに光軸を直交させて重ね合わせ部分(41
(4)’の交点にそれぞれ追常の凸レンズが存在してい
るのと実質的に同様な機η目を有することになるので、
例えば平行光ケ多数の微小スポットに収ることが0J能
となる。又、上記交点に対応したマトリックス状の微小
光源を配置した場合にも、上述の場合と同様に、マトリ
ックス状の敵手スポットを得ることができる。更に、第
4図に示す半円柱状レンズ部分L4) (afの開口f
i N A i別々の値に設定しておけば、前述した半
導体レーザのよう昏こ楕円状の放射角を有する光源から
の光梅をほぼ円形の平行光に集束可能であるなど、既述
の特公昭47−12820号の場合のように単位レンズ
系を束ねる構造のものに較べて、浸れた特徴を有してい
る。
第4図に示した例は、2枚の透明基板(1) (1)’
に態別に手内柱状レンズ部分(4) L4)’を作成し
て重iw合わせた場合であるが、第5図に示すように、
一枚の透明基板(1)の上面及び下面に半円柱状レンズ
部分(4) (4)’ *それぞれ形成し、これらのレ
ンズ部分(4) (4)’が互いζこ直交するように構
成することも可目すである0 次に不発明による屈折率分布型レンズ体及びその製造方
法の具体例全説明する。
具体例゛I B1(7と通称されている光学ガラス(5i026d、
9iti%、33..0.10.1重t%、Na2Og
、8重重優、K2O3,4重量s、Ba02.8重t%
)から成りかつ50rtan x 5 Q ttan 
x 5市の大きさを有する両面を研暦したガラス平板を
透明基板として$俯した。
次に第6図に示すようζこ、このガラス基板(Llの片
面生面(こ厚さ1μmの″Pi膜全スパッタリングで形
成した後、フォトリソグラフィーのffL術を用いて、
巾100μm長さ45閣のスリット状の開口部(3)を
ピッチ1.5市間隔で形成した。その後、T12ED4
50 モJL/ %、ZnSO440モ/l/ %、K
280430モル饅の混繊を600℃に加熱溶解した溶
融塩中に上記透明基板を浸漬し、上記開口部を通して上
記溶融塩中のイオンとガラス中のイオンとを交換させる
処理を40時間行った。次いでこの透明基板金高融塩中
から取り出して徐冷しなン1ら常温迄戻し、欠いでその
表面を研磨してマスク(2)を除去することによって、
第6図に示すような屈折重分;ffi型しンズ果合体を
得た。第6図をこ於いて、Wlは開口部の巾を示すが、
これは上記の通り100μmである。W2及びhはT/
イオンの浸入をこより形成された半円柱状レンズの巾及
び深さ全示し、w2は約500μm、hは約450μm
という結果を得た。
上記のようにして製作したレンズ果合体に、その前面か
らヘリウム−ネオンレーザ元をビームエキスパンダーで
60−φの平行光線として入射させた処、焦点(焦点距
離約10−)に於いて上記入射光を間隔1.511IJ
111巾10 ttm ty)、x、リット状に集束さ
せることができた。
具体例2 810264重量饅、82059 z量係、Na2O1
1,4iX量チ、K2O4,2重it %、Ae20.
 4.2重ift%、Mg07.1重量係から成りかつ
50■X 5 Q mr x 5 gの大きさを有する
ガラス平板を透明基板として準備した。
既述の具体例1と同様なマスキング処理を施し、550
℃に加熱した同じ浴融壜を用い 、lli膜側を陽他 
l1li膜と反対の面を陰極にして直流−界をかけなが
ら6時間のイオン拡散処理を行い%体乍処理金泥した鋏
、Ti g k除云した。
このよう(こして裏作した半円柱状レンズ果曾体の基板
2枚を光軸全直焚させて第4図のよう(こ重ね合わぜた
。その前面からヘリウム・ネオンレーザ光ヲビームエキ
スパンダーで3Llaφの平行光線として入射させた処
、焦点位置に於いて上記入射光を間隔1.5+*lIk
直径IOpmのスポラ1−状に集束させることがでさた
具体例6 過酸化ベンゾイルを6%加えたアリルジグライトコール
カーボネート(通称: CR−59)を80°Cにて6
5分間加熱して生重合させること0こより、50 nu
n x 50 rtrm X 3 mmの太ささの透明
基板を得た。
上記CR−39の屈折率は1.504であった。
上記透明基板の表面に、厚さ11IO111巾10、長
さ50n++11のポリエチレンのマスクf 3 nr
mの間隔で平行に付着した後、屈折率1.5775で8
0″Cの安息香酸ビニル(VB)の七ツマー中に上記透
明基板を浸漬して、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60分間拡畝移励させて共重合
させた。次いでこの透明基板全80℃で数時間熱処理し
てからその狭面をωf磨することによって、第6図に示
すようなレンズ果合体を得た。
なお上述の具体例1〜6に2いて、父換拡散又は拡散移
動の処理に先立って、透明基板の1llIll縁竺体及
び躾面乍体に、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。
具体例4 60醪x30m+nxl閣の石英ガラス基板全準備し、
■2レーザを用いて、上記ガラス基板表面に断面形状が
半円(半径50μm)で長さ30111+1の凹部を1
50μm間隔に平行に形成した。
次いで上記基板を電気炉内に設置された反応管中に置い
た。前記電気炉は、その内部でマイクロ波共振子が反応
管に沿って往復運動できる構造を有するものであった。
前記反応管中にSiH4を10105e (スタンダー
ド・キュービック・センチメートル・パーミニット)の
割合で流し、NH310から30 secm まで#T
時増加させ、又NO2をbosccm約300 ’Cに
保ち、マイクロ波共振子に2.45 GHzの周波数全
速り、反応宮中でプラズマヲ発生させた。このようにし
て前記石英基板上に5i5N4 とS i02のガラス
質層を形成させたもの全反応容器から取り出し、元の石
英基板の厚さまで沈着ガラス’J[11を研磨すること
により、第6図に示すようなレンズ集合体を得た。
以上本発明を実施例及び具体例に付き説明したが、本発
明はこれらの実施例及び具体例に限定されるものではな
く、本発明の技術的思層に基いて各棟の変更が0Tへi
ある。
例えば、マスク(2)上に形成されるスリット状の開口
部(3)は、第1図に示すように、透明基板(1)の一
方の縁端から他方の縁端までその霊巾に亘って続いてい
る形状の外に、第7図に示すようにその全周をマスク層
(2)で囲まれた窓のような形状を有していてもよい。
この場合でも、窓状の開口部(3)に対応して、屈折率
分布型レンズ果合体が作成される。
本発明は上述のような構成であるから、比較的簡単な製
造工程によって大量主座し得る(こもか\わらず、用途
に応じてスリット状に元金条束させたり、マトリックス
状に光を集束させたり、或はその逆にしたりすることが
可能であり、またビームの中心軸に垂直な面において十
賃円状の放射角を有する光源系に使用するのにも好適で
ある。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による屈折率分布型レンズ体の製造方法
を説明するための装造途中のレンズ体の斜視図、第2A
図は第1図1こ示す方法によって製造されたレンズ体の
斜視図、第2B図は第2A図に示すレンズ体の屈折率分
布金示すグラフ、第3図は本発明による屈折率分布型レ
ンズ体の別の例を示す斜視図、第4図は第6図に示す屈
折率分布型レンズ体を2枚組み合せた使用例を示すレン
ズ体の斜視図、第5図は屈折率分布型レンズ体の更に別
の例全示す満視図、第6図は第6図に示す屈折率分布型
レンズ体の裂遺工程金示す製造途中のレンズ体の断面図
、第7図は本発明Qこよるレンズ体の装道方法に於ける
マスキングの他の例を示すレンズ体の糾祝図である。 なお図II[iiご用いられている符号に於いて、(t
xt+’−・・・・・・・・・・・・・・ 透明基板(
2)・・・・・−・・・・・・・・・・・・ マスク層
(3)・・・・・・・・・・・・・・・・・ 開口部(
4X41’・・・・・・・・・・・・・・・ 半円柱状
レンズ部分(5X5)’・・・・・・・・・・・・・・
・ レンズ体である。 代理人 上屋 勝 (19 第1図 第2B図 9− lr’1 法

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、透明基板の厚み方向とははゾ直焚して延びているは
    ゾ半円住形状の屈折率分布型レンズ部分を上記透明基板
    内に具備し、上記半円柱形状部分の伐方形状平担向が上
    記透明基板の表面に臨むように構成され、上記屈折率分
    布型レンズ部分が上記半円柱形状部分をその一千とする
    仮想円柱体の軸心からこの軸心とは直焚する方向にぶざ
    かるにつれてeK、第に変化しかつ上記軸心に平行な方
    向においては実質的に変化しない屈折率分布を備えてい
    ることを特徴とする屈折率分布型レンズ体。 2、予め定められた形状のスリット状開口部を備えかつ
    少なくとも特定のイオンの透過を阻止するマスク層金ガ
    ラス板にて構成された透明基板の表面に形成する工程と
    、上記透明基板の屈折率の変化に寄与するイオンを上記
    スリット状開口部から上記透明基板中に交換拡散又は拡
    散させる工程と。(1) 全含む屈折率分布型レンズ体のlA遣方法。 6、透明な重合体からなる合成側面にて構成された透明
    葉板を用意する工程と、予め定められた形状のスリット
    状開口部を備えかつ少なくとも特定の物質の透過を阻止
    するマスク層を上記透明基低の表面に形成する工程と、
    上i己重合体と共重合することにより上記透明基板の屈
    折率全変化させる七ツマ−を上記スリット状開口部から
    上記透明基板中に拡散移動させて上記共重合を行わせる
    工程とを含む屈折率分布型レンズ体の製造方法。 4、透明基板の表面にはゾ半円柱形状の凹部を形成する
    工程と、屈折率全次第(こ変化させるように率分布型レ
    ンズ体の製造方法”。
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