WO2005010574A1

WO2005010574A1 - マイクロレンズ及びマイクロレンズアレイ

Info

Publication number: WO2005010574A1
Application number: PCT/JP2004/009044
Authority: WO
Inventors: Junji Nishii; Satoru Yoshihara
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2006-01-25
Also published as: JP2006330010A

Abstract

マイクロレンズアレイ１０は、レンズ部１と基質部２とを備えたマイクロレンズ３が二次元的に複数配列されて構成され、全体として平板状の外観を呈している。レンズ部１は、それぞれ、所定径の円柱状形態をなし、マイクロレンズアレイ１０の一方の表面側に位置する非晶質ガラスからなる非晶質部１ａと、他方の表面側に位置する結晶化ガラスからなる結晶質部１ｂとで構成される。非晶質部１ａの表面は、基質部２の表面の位置よりも湾曲状に隆起して、凸曲面状レンズ表面１ａ１を形成している。基質部２は、レンズ部１の結晶質部１ｂと同じ結晶化ガラスからなり、レンズ部１の周囲を包囲している。

Description

明細書マイク口レンズ及びマイク口レンズァレイ

技術分野

本発明は、マイクロレンズ及ぴマイクロレンズアレイ、特に光通信分野において使用されるマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイに関するものである。背景技術

マイクロレンズは、一般に直径 2 mm以下の微小なレンズ部を有するレンズの総称であり、光記録において微小スポットを形成する機能や半導体レーザからの出力光線を光ファイバに結合させる機能を有し、光ピックアップ、液晶プロジェクタ、光通信デバイス（例えば、光スィッチ、合波分波器等）等に使用されている。特に、光通信分野において使用するマイクロレンズは、レンズ部の直径が、約 1 0 μ ΐηの光ファイバのコア径に合わせて、できるだけ小さくすることが必要とされ、 DWDM及び並列光通信においては、このような微細なマイクロレンズを二次元的に複数配列したマイクロレンズアレイが使用される。

このようなマイクロレンズとして、露光された部分にのみ結晶を析出するガラス（いわゆる感光性結晶化ガラス）を用いたマイクロレンズが提案されている {例えば、特公平 5— 8 4 4 8 1号公報（以下、「特許文献 1」という。）参照 } 。すなわち、このマイクロレンズは、レンズ部に相当する大きさの C r膜を形成したシリカガラス板からなるマスキング材によって、原ガラス基材の表面のレンズ部に相当する領域をマスクし、紫外線で露光した後、熱処理することによって、露光した部分（レンズ部を包囲する部分）にのみ結晶を析出させた結果として、露光していない部分の上面及ぴ下面を湾曲かつ隆起させて非晶質ガラスからなるレンズ部を形成したものである。また、他のマイクロレンズとしては、高密度化石英ガラスの表面の微小領域に炭酸ガスレーザを照射することによって、照射部を熱構造緩和させ、隆起構造を微小領域に形成させたマイクロレンズ（アレイ）が提案されている {例えば、北村直之，外 2名，「レーザー光照射によって形成されたガラス表面の隆起構造」，第 5 0回応用物理学関係連合講演会予稿集， 2 0 0 3年 3月， p 9 8 3 , 2 8 p -M- l (以下、「非特許文献 1」という。）参照 } 。

しかしながら、特許文献 1に記載のマイクロレンズは、レンズ部の直径ゃレンズ部の間隔が異なるマイクロレンズアレイを作製する場合には、その種類毎にマスキング材を用意する必要があるため、製造コストが高くなる。

また、非特許文献 1に記載のマイクロレンズ（アレイ）は、炭酸ガスレーザとして波長が 1 0 . 6 μ πιの赤外線レーザを照射してレンズ部を形成するが、石英ガラスはこの赤外線を透過しないため、赤外線レーザを全肉厚部分に亘って照射することができず、表面に近い部分しかレンズ部が形成されない。さらに、高価な製造設備が必要で、連続生産が困難な H I P処理によって高密度化した石英ガラスを使用するため、製造コストが高くなる。発明の開示

したがって、本発明の目的は、安価なマイクロレンズ及びマイクロレンズァレイを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、凸状のレンズ表面を有するレンズ部と、レンズ部の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部とを備え、レンズ部は、前記基質部を構成する結晶化ガラス基質がレーザの照射によって非晶質ガラス化した非晶質部を含んでいるマイクロレンズ、及び、このマイクロレンズが二次元的に複数配列されたマイク口レンズァレイを提供する。

結晶化ガラスからなる基材の所定領域にレーザを照射すると、レーザが照射された基材の所定領域は、該所定領域を構成する結晶化ガラス基質の一部又は全部がレーザの照射エネルギーによって溶融し、非晶質ガラス化して非晶質部となる。この非晶質ガラス化した非晶質部は、その周囲を包囲する結晶化ガラス基質の基質部に比べて密度が相対的に小さく、そのために非晶質部の体積は基質部に比べて相対的に増加する。その結果、非晶質部は周囲の基質部から圧迫力を受け、その表面が湾曲状に隆起して凸状のレンズ表面が形成される。したがって、レーザが照射された基材の所定領域は凸曲面状のレンズ表面を有するレンズ部となり、レーザが照射されなかった基材の他の領域はレンズ部の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部となる。

例えば、レーザを基板の片面側から所定領域に照射する場合において、レーザの照射エネルギーによって上記所定領域の表面に近い部分のみが溶融する場合は、該表面に近い部分のみが非晶質化して、基板の片面側にのみレンズ表面が形成される。レーザを基板の両面側からそれぞれ所定領域に照射する場合は、レーザの照射エネルギーによって溶融する範囲の如何にかかわらず、基板の両面側にそれぞれレンズ表面が形成される。特にレーザが紫外線レーザであると、紫外線のガラスに対する透過率が高いため、例えばレーザを基板の片面側から照射して、レーザの照射エネルギーによつて上記所定領域の全肉厚部分を溶融することができ、これにより、上記所定領域の全肉厚部分を非晶質化して、基板の両面側にそれぞれレンズ表面を形成することができる。

また、レーザを基板の複数の所定領域に間隔をあけて照射すると、上記のようなマイク口レンズが二次元的に複数配列されたマイク口レンズァレイが形成される。

上記構成において、前記基質部（基材）を構成する結晶化ガラスが、結晶化前の原ガラスの密度（D a ) と結晶化後の結晶化ガラスの密度（D b ) との密度差（AD = (D b— D a ) /D b ) が 1 °/₀以上である結晶化ガラスであると、レンズ効果を得るために必要な凸曲面が得られるため好ましい。 △ Dのより好ましい範囲は 2〜 6 %である。

また、レンズ部の非晶質部が一 4 0〜8 0 °Cの温度範囲において 3 0〜 1 3 0 X 1 0一⁷ の熱膨張係数を有していると、温度に対する焦点距離変化率（d f /dT) が小さくなり（例えば、絶対値で 2 nm/^C以内）、環境温度が変動しても光損失が少ないため好ましい。

レンズ部の非晶質部の熱膨張係数は一 40〜 80°Cの温度範囲において 30 〜95 X 1 O— ⁷/^^であるのがより好ましく、特に、レンズ部の非晶質部の熱膨張係数が 60X 10一⁷ /°Cよりも小さいと、基質部との熱膨張差が小さくなり、クラックが入りにくいためさらに好ましい。

また、一般にマイクロレンズ（アレイ）は、光ファイバ一アレイ用基材に固定した光ファィバーから赤外光を出入射させて使用することがあるが、この光ファイバーアレイ用基材は、熱膨張係数が光ファイバ一と近く、また V溝加工性に優れるという理由から一 10〜+ 1 OX 10一⁷ /°cの熱膨張係数を有する L i ₂0-A 1₂0₃— S i 0₂系結晶化ガラスを基材材料として使用することが多い。従って、基質部が一 40〜80°Cの温度範囲において一 30〜+ 50 X 10一⁷ Z°Cの熱膨張係数を有すると、マイクロレンズと光ファイバ一アレイ用基材との熱膨張係数が近いため、マイクロレンズァレイとして使用した場合、温度変化に伴う軸ずれが小さくなり、環境温度が変動しても光損失が少なくなるため好ましい。尚、基質部の熱膨張係数の好ましい範囲は、一 30〜十 20 X 10一⁷/。 Cであり、さらに好ましい範囲は、 — 25〜十 15 X 10 -⁷/。 Cである。また、レンズ部の非晶質部が一 1〜+ 8 X 10—⁶/°C (好ましくは 5〜 7X 10_⁶/°C) の屈折率の温度依存性を有していると、温度に対する焦点距離変化率が小さくなるため好ましい。

また、レンズ部の非晶質部が L i ₂0-A 1₂〇₃— S i 0₂系非晶質ガラスからなると、一 40〜80°Cの温度範囲において、 30〜1 30 X 10— ⁷ °(の熱膨張係数を有しやすく、基質部が L i ₂0-A 1₂0₃— S i 0₂系結晶化ガラス、具体的には β一石英固溶体及び又は ;3—スポジユーメン固溶体を主結晶相として析出してなる L i ₂0-A 1₂0₃— S i 0₂系結晶化ガラスからなると、一 40〜80°Cの温度範囲において一 30〜+5 OX 10一⁷ /^Cの熱膨張係数を有しやすくなるため好ましい。また、基質部が、 200〜400 nmの波長の紫外線を吸収する元素を含有すると、紫外線レーザが照射された基材の所定領域に存在する元素が紫外線を吸収し、そのエネルギーにより、該所定領域を構成する結晶化ガラス基質の一部又は全部の結晶が溶融し、短時間で効率よく非晶質ガラス化して非晶質部となる。紫外線を吸収する元素としては、 T i、 Nb、 B i、 Pb、 F e、 Cr、 V、 C e、 Au、 A g及び C uからなる群から選択された 1種以上の元素が使用でき、特に、 T iに加えて微量の F e (F e ₂0₃で 50〜： L 000 p pm) を含むと、より紫外線を吸収しやすくなる。また、紫外線を吸収する元素が T i であると可視光城の波長の光を透過しゃすいため好ましい。

また、レンズ部及び基質部が、質量⁰ /₀で、 S i 0₂ 55〜75%、 A 1₂0₃ 14〜35%、 L i ₂〇 2~8%、 T i 0₂+Z r 0₂ 0. 7〜8%を含有してなり、特に好ましくは、質量％で、 S i 0₂ 55〜75%、 A 1₂0₃ 14 — 35%, L i ₂0 2〜8%、 T i 0₂+Z r 0₂ 0. 7〜5%、 MgO 0 〜4⁰/₀、 ZnO 0〜4^o/_o、 T i〇₂ 0〜4%、 Z r〇₂ 0〜4%、 Sn0₂ 0〜4⁰/₀、 P₂〇₅ 0〜4%、 N a ₂0 0〜 7 %、 K₂0 0〜7%、 B a O

0〜7%を含有してなると、一 40〜80°Cの温度範囲において、レンズ部の非晶質部が 30〜 130 X 10— ⁷/°Cの熱膨張係数を有する非晶質ガラスになりやすく、基質部が一 30〜+ 50 X 10—⁷/°Cの熱膨張係数を有する結晶化ガラスになりやすい。

結晶化ガラスからなる基材が、ー40〜80°Cの温度範囲において、一30 〜十 50 X 10— ⁷/。Cの熱膨張係数を有し、 P—石英固溶体及び/又は ]3—スポジュメン固溶体を主結晶相として析出してなる L i ₂0-A 1₂0₃-S i 0₂ 系結晶化ガラスからなると、レーザの照射によって形成されたレンズ部の非晶質部が一 40〜80°Cの温度範囲において 30〜13 OX 10— ⁷Z°Cの熱膨張係数を有する非晶質ガラスになりやすく、基質部が一 30 ~+ 50 X 10一⁷ /°Cの熱膨張係数を有する結晶化ガラスになりやすい。

基材は、質量％で、 S ί O ₂ 55〜 75 %、 A 1₂ Ο ₃ 14〜 35 %、 L i ₂〇 2~8%, T i 0₂+Z r 0₂ 0. 7〜8%を含有し、より好ましくは、質量％で、 S i〇₂ 55 ~ 75 %_s A 1₂ O a 14〜35%、 L i ₂0 2〜 8%、 T i 0₂+Z r 0₂ 0. 7〜5%、MgO 0〜4%、 ZnO 0〜4%、 T i 0₂ 0~4%、 Z r〇₂ 0〜4%、 Sn〇₂ 0〜4%、 P₂0₅ 0~ 4%、 Na ₂0 0〜7%、 K₂0 0〜7%、 B aO 0~7⁰/oを含有しているのが好ましい。

レーザは、波長が 400 nm以下、好ましくは 266〜 355 nmの紫外線レーザ、具体的には YAGレーザであると、レ^"ザ出力を高くでき、照射スポ Vト径を小さく、またスポットの真円度を高くできるため、短時間で寸法精度が高い小径のレンズ部を形成できる。また、紫外線レーザの出力が 0. 5〜5 Wであると、結晶化ガラスからなる基材の一部が短時間で溶融して、容易に非晶質部を形成できる。特に結晶化ガラスからなる基材が、 400 nm以下の波長を有する光の吸収が大きいと、レーザによる基材の溶融が容易になるため好ましい。

本発明のマイク口レンズ及びマイク口レンズァレイは、高価な製造設備が必要で連続生産が困難な H I P処理によって基材を高密度化する必要がなく、またマスキング材を作製する必要がない。したがって、本発明によれば、安価なマイクロレンズ及びマイク口レンズァレイを提供することができる。図面の簡単な説明

図 1は、実施の形態に係るマイク口レンズァレイを概念的に示す断面図である。

図 2は、他の実施の形態に係るマイク口レンズァレイを概念的に示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

図 1、図 2は、本発明の実施の形態に係るマイクロレンズアレイ 10、 20 をそれぞれ概念的に示している。

図 1に示すマイク口レンズァレイ 1 0は、レンズ部 1と基質部 2とを備えたマイクロレンズ 3が二次元的に複数配列されて構成され、全体として平板状の外観を呈している。レンズ部 1は、それぞれ、所定径の円柱状形態をなし、マイク口レンズアレイ 1 0の一方の表面側に位置する非晶質ガラスからなる非晶質部 1 aと、他方の表面側に位置する結晶化ガラスからなる結晶質部 1 bとで構成される。非晶質部 l aの表面は、基質部 2の表面の位置よりも湾曲状に隆起して、凸曲面状、例えば 1つの曲率半径を有する凸球面状のレンズ表面 1 a 1を形成している。基質部 2は、レンズ部 1の結晶質部 1 bと同じ結晶化ガラスからなり、レンズ部 1の周囲を包囲している。尚、図 1では、基質部 2とレンズ部 1の結晶質部 1 bとを概念的に区分して示しているが、実際には、両者の間に組織構造上の違!ヽは存在しない。

マイクロレンズアレイ 1 0は、例えば、結晶化ガラスからなる基材の複数の所定領域に一方の表面側からレーザを照射することによって製造することができる。すなわち、レーザが照射された基材の所定領域は、レーザの照射エネルギ一によつて、一方の表面に近い部分が溶融し、非晶質ガラス化して非晶質部 l aとなる。この非晶質ガラス化した非晶質部 1 aは、その周囲を包囲する結晶化ガラス基質の基質部 2に比べて密度が相対的に小さく、そのために非晶質部 1 aの体積は基質部 2に比べて相対的に増加する。その結果、非晶質部 1 a は周囲の基質部 2から圧迫力を受け、その表面が湾曲状に隆起して凸曲面状のレンズ表面 1 a 1が形成される。したがって、レーザが照射された基材の所定領域は凸曲面状のレンズ表面 1 a 1を有するレンズ部 1となり、レーザが照射されなかった基材の他の領域はレンズ部 1の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部 2となる。レンズ部 1の直径は、照射するレーザビームのスポット径と略等しくなり、レーザビームのスポット径を調整することによって、所望の直径を有するレンズ部 1を精度良く形成することができる。

図 2に示すマイク口レンズァレイ 2 0は、レンズ部 1 1と基質部 1 2とを備えたマイクロレンズ 1 3が二次元的に複数配列されて構成され、全体として平板状の外観を呈している。レンズ部 1 1は、それぞれ、所定径の円柱状形態をなし、非晶質ガラスからなる非晶質部 1 1 aで構成される。非晶質部 1 1 aの両表面は、それぞれ、基質部 1 2の表面の位置よりも湾曲状に隆起して、凸曲面状、例えば 1つの曲率半径を有する凸球面状のレンズ表面 1 1 a 1を形成している。基質部 1 2は、結晶化ガラスからなり、レンズ部 1 1の周囲を包囲している。

このマイクロレンズァレイ 2 0も、図 1に示すマイクロレンズアレイ 1 0と同様に、結晶化ガラスからなる基材の複数の所定領域に一方の表面側からレーザを照射することによって製造することができるが、レーザの照射によってレンズ部 1 1の全肉厚部分が溶融して非晶質化され、基板の両面側にそれぞれレンズ表面 1 1 a 1が形成される点が異なる。

【実施例】

【表 2】

【表 3】

表 1は実施例 1〜 5を、表 2は実施例 6〜 9を、表 3は比較例 1、 2を示す。実施例 1〜3、 5、 7のマイクロレンズアレイは図 1に示す構成に対応し、実施例 4、 6、 8、 9のマイクロレンズアレイは図 2に示す構成に対応する。まず、表 1、 2に示す組成となるように調合した原料を白金坩堝中に入れ、 1 550°Cで 1 0時間溶融したガラスをカーボン型枠内に流し出し、室温まで徐冷して原ガラス板を作製した。その後、表 1に示す結晶化条件で結晶化させ、 β一石英固溶体又は ]3—スポジュメン固溶体を析出した結晶化ガラスからなる原板を得た。尚、実施例 1 ~ 9は、不純物として F e ₂0₃を 50〜400 ρ ρ m含有していた。

次に、この原板を 3 X 4 X0. 5 t mmの大きさに切断加工して、両面を鏡面研磨することによって基材を作製し、 0. 2 mm間隔で 8箇所の基材表面近傍に、パルス幅 10 n s、周波数 1 kHzで波長 35 5 nmの YAGレーザを出力 0. 5〜2. 5Wで 1箇所あたり 2秒間照射することによって、図 1に示すように、レンズ部 1 (紫外線レーザが照射された領域）と基質部 2 (紫外線レーザが照射されなかった領域）とを備えた 8個のマイクロレンズ 3が二次元的に配列されたマイクロレンズアレイ 10を作製した（実施例 1〜3、 5、 7)。また、原板を 3 X4 X 0. 2 t mmの大きさに切断加工して、両面を鏡面研磨することによって基材を作製し、 0. 2 mm間隔で 8箇所において、基材の全厚み方向にわたって、パルス幅 1 0 n s、周波数 1 kHzで波長 355 n m の YAGレーザを出力 0. 5〜2. 5Wで 1箇所あたり 2秒間照射することによって、図 2に示すように、レンズ部 1 1 (紫外線レーザが照射された領域）と基質部 1 2 (紫外線レーザが照射されなかった領域）とを備えた 8個のマイク口レンズ 1 3が二次元的に配列されたマイク口レンズァレイ 20を作製した（実施例 4、 6、 8、 9) 。尚、レンズ部 1、 1 1のうち、紫外線レーザが照射され基材が溶融した部分は、非晶質ガラスからなる非晶質部 1 _a、 1 1 a となっていた。また、実施例 1〜3、 5、 7において、レンズ部 1のうち、基材が溶融しなかった部分は基材のままの結晶が析出した結晶質部 1 bであつた。また、この結晶質部 l bは、一石英固溶体を析出しているものの、析出結晶サイズが 0. 05 m以下であるため、 1000〜 1 650 nmの波長域における赤外線の透過率が 60%以上であり、光通信用途に十分使用できるものであった。

比較例 1では、原板として、 l GP a、 1 200°Cで H I P処理して密度を 4%上昇させた高密度化シリカガラスを用い、波長 10. 6 μπιの炭酸ガスレ一ザを出力 0. 5 Wで 1 20秒間照射した点以外は、実施例 1と同様にしてマイク口レンズアレイを作製した。尚、この場合、レーザが照射され低密度化された部分がレンズ部の非晶質部となり、原板のままの高密度化されている部分が基質部となる。

比較例 2では、表 2の組成になるように調合した原料を白金坩堝中に入れ、 1450°Cで 4時間溶融したガラスをカーボン型枠内に流し出し、室温まで徐冷して、原板を作製した。次に、この原板を 3 X 4 X 0. 5 t mmの大きさに切断加工して、両面を鏡面研磨することによって基材を作製し、レンズ部に相当する大きさの C r膜を形成したシリカガラス板によって、基材の表面のレンズ部に相当する領域をマスクし、 100 OWの水銀一キセノンランプを用いて紫外線を 100秒間照射した。その後、基材を 540°Cで 1時間、 580°Cで 1時間熱処理し、基材の紫外線を照射した部分に L i ₂0■ S i 0₂結晶を析出させて、基材の両面側に凸曲面状のレンズ表面を有する 8個のマイク口レンズを備えたマイクロレンズァレイを作製した。

尚、実施例 1〜 9及び比較例 1、 2において、レンズ部の直径はレンズ表面の曲率半径に略等しく、 50〜 300 mであった。また、表 1、表 2の「レンズ形状」の欄において、「凸平」の表示は図 1に示すような片面側にのみレンズ表面を有するレンズ形状であることを表し、「両凸」は図 2に示すような両面側にレンズ表面を有するレンズ形状であることを表している。

析出結晶相は、 X線回折装置を用いて同定した。

結晶化前の原ガラスの密度（D a) 及び結晶化後の結晶化ガラス（基板）の密度（Db) は、アルキメデス法を用いて測定した。

非晶質部の熱膨張係数は、実施例 1〜5では原ガラス板の熱膨張係数で、比較例 1、 2では原板の熱膨張係数で評価した。また、基質部の熱膨張係数は、実施例 1〜 5と比較例 1では原板の熱膨張係数で、比較例 2では原板の熱処理後の熱膨張係数で評価した。これらの熱膨張係数は、ディラトメータ（マツクサイエンス社製 TD— 5000 S) を用いて、ー40〜80°Cの温度範囲で測定した。

レンズ部の曲率半径は、レーザ顕微鏡を用いて測定した。

レンズ部の屈折率及び屈折率の温度依存性（d n/d T)は、一 40〜80°C の温度範囲において、ォプティプローブ法により屈折率を測定することによつて求めた。

温度に対する焦点距離変化率（d f /dT) は以下のようにして算出した。焦点距離 f は数式 1にて表され、数式 1を温度 Tで微分することより数式 2 に示す温度に対する焦点距離変化率（d f ZdT) が導出される。

f = (r , · r ₂) / { (r ₂- r _x) - (n- 1) } · . ■数式 1

d f /d T= f - [a- { 1/ (n- 1) - d n / d T } ] · · ·数式 2 ここで、 rい r ₂はレンズ部のレンズ表面の曲率半径（μπι) 、 aは熱膨張係数（X 1 0— ⁷ ° 、 nは波長 1 550 nmにおける室温での屈折率、 d n Zd Tは温度に対する屈折率変化率 (X I O— ⁶/°C) である。尚、レンズ形状が凸平の場合は、 ₂が∞となる。

温度変化に伴う焦点距離の変化及び軸ずれは、温度変化に対する揷入損失によって評価し、その挿入損失は、レーザダイオード（LD) より出射した 1. 5 5 μ mの赤外光をマイク口レンズを通してシングノレモード光ファイバに入射し、パワーメータを用いて、一 5°C、 25°C及び 65 °Cにおける光損失量（d B) を 8個のマイクロレンズについて測定し、それら全ての光損失量の平均値とした。

実施例 1〜9は、 H I P処理や、マスキング材を必要とすることなくマイク口レンズアレイを作製でき、さらに温度変化に対する揷入損失が小さかった。 —方、比較例 1は、原板を作製するために H I P処理しなければならず、さらに温度に対する焦点距離変化率（d f /dT) が大きいため、温度変化に対する挿入損失が大きかった。また、比較例 2は、マスキング材を用意しなければならず、さらに、温度に対する焦点距離変化率（d ί / ά Ύ )が小さいものの、温度変化に対する揷入損失が大きかった。これは、基質部の熱膨張係数が大きいために、マイクロレンズアレイの温度に対する軸ずれが大きくなったことに起因しているものと推察される。産業上の利用可能性

本発明のマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイは、光スィッチ、合波分波器等等の光通信デバイスに好適であり、特に厳密な焦点距離の精度や高い化学的耐久性が要求される D WD M及び並列光通信に好適である。

Claims

請求の範囲

1. 凸状のレンズ表面を有するレンズ部と、該レンズ部の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部とを備え、前記レンズ部は、前記基質部を構成する結晶化ガラス基質がレーザの照射によって非晶質ガラス化した非晶質部を含んでいるマイク口レンズ。

2. 前記基質部を構成する結晶化ガラスは、結晶化前の原ガラスの密度 (D a) と結晶化後の結晶化ガラスの密度（Db) との密度差（AD= (Db

-D a) ノ Db) が 1 %以上である結晶化ガラスである請求の範囲 1に記載のマイク口レンズ。

3. 前記レンズ部の非晶質部が、一 40〜 80°Cの温度範囲において、 30〜 1 30 X 1 0— ⁷/°Cの熱膨張係数を有する請求の範囲 1又は 2に記載のマイク口レンズ。

4. 前記基質部が、一 40〜80°Cの温度範囲において、一 30〜+ 5 0 X 1 0一 ⁷ Z°Cの熱膨張係数を有する請求の範囲 1又は 2に記載のマイク口レンズ。

5. 前記レンズ部の非晶質部が L i ₂0-A 1₂0₃— S i 0₂系非晶質ガラスからなり、前記基質部が L i ₂0-A 1 ₂0₃- S i 0₂系結晶化ガラスからなる請求の範囲 1から 4のいずれかに記載のマイク口レンズ。

6. 前記基質部が β一石英固溶体及び/又は —スポジュメン固溶体を主結晶相として析出してなる L i ₂0— A 1 ₂0₃- S i 0₂系結晶化ガラスからなる請求の範囲 1から 5のいずれかに記載のマイク口レンズ。

7. 前記基質部が、 200〜400 nmの波長の紫外線を吸収する元素を含有する請求の範囲 4から 6のいずれかに記載のマイク口レンズ。

8. 前記基質部が、 T i、 Nb、 B i、 P b、 F e、 C r、 V、 C e、 Au、 A g及び C uからなる群から選択された 1種以上の元素を含有してなる請求の範囲 4から 7のいずれかに記載のマイク口レンズ。

9 -前記レンズ部及ぴ前記基質部が質量％で、 S i O ₂ 55〜 75 %、 A 1₂0₃ 14~3 5%、 L i ₂〇 2〜8%、 T i O₂+Z r O₂ 0. 7〜 8 %を含有する請求の範囲 1カゝら 8のいずれかに記載のマイク口レンズ。

10.前記レンズ部及び前記基質部が質量。/。で、 S i O ₂ 5 5〜75%、 A 1₂O₃ 14〜3 5%、 L i ₂0 2〜8%、 T i 0₂ + Z r 0₂ 0. 7〜 5 %、 M g O 0〜 4 %、 Z n O 0〜 4⁰/₀、 T i O ₂ 0〜 4 %、 Z r O ₂ 0〜4%、 S n〇₂ 0〜4%、 P ₂0₅ 0~4%、 N a ₂0 0〜7%、 K₂ O 0〜7%、 B a O 0~ 7%を含有する請求の範囲 1から 9のいずれかに記載のマイク口レンズ。

1 1. 前記レーザが紫外線レーザからなる請求の範囲 1から 1 0のいずれかに記載のマイク口レンズ。

1 2. 前記レーザの出力が 0. 5〜 5Wである請求の範囲 1から 1 1のいずれかに記載のマイク口レンズ。

1 3. 凸状のレンズ表面を有するレンズ部と、該レンズ部の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部とを備えたマイクロレンズを製造する方法であって、結晶化ガラスからなる基材の所定領域にレーザを照射し、該レーザの照射により前記基材の所定領域の結晶化ガラス基質を非晶質ガラス化して非晶質部を生成させて、該非晶質部を含む前記レンズ部を形成するマイクロレンズの製造方法。

14. 前記基材が、結晶化前の原ガラスの密度（D a) と結晶化後の結晶化ガラスの密度（Db) との密度差（AD= (Db-D a) /D b) が 1 %以上である結晶化ガラスからなる請求の範囲 1 3に記載のマイク口レンズの製造方法。

1 5. 前記基材が、ー40〜80°Cの温度範囲において、一 30〜+ 50 X I 0— ⁷Z°Cの熱膨張係数を有し、 i3—石英固溶体及び Z又は J3—スポジュメン固溶体を主結晶相として析出してなる L i ₂0-A 1 ₂0₃-S i 0₂系結晶化ガラスからなる請求の範囲 1 3又は 14に記載のマイク口レンズの製造方法。

16. 前記基質部が、 200〜400 nmの波長の紫外線を吸収する元素を含有する請求の範囲 1 5に記載のマイク口レンズの製造方法。

1 7. 前記基質部が、 T i、 Nb、 B i、 P b、 F e、 C r、 V、 C e、 Au、 A g及び C uからなる群から選択された 1種以上の元素を含有してなる請求の範囲 1 5又は 16に記載のマイク口レンズの製造方法。

1 8. 前記基材が、質量％で、 S i〇₂ 55〜75%、 A 1₂0₃ 14 〜3 5%、 L i ₂0 2〜8%、 T i 0₂+Z r 0₂ 0. 7〜8%を含有してなる請求の範囲 1 3から 1 7のいずれかに記載のマイク口レンズの製造方法。

1 9. 前記基材が、質量％で、 S i〇₂ 55〜75°/。、 A l ₂0₃ 14 ~35%、 L i ₂〇 2〜8⁰/₀、 T i O₂+Z r O₂ 0. 7〜5%、 Mg O 0 〜4%、 Z nO 0〜4%、 T i O₂ 0〜4%、 Z r O₂ 0〜4%、 S nO ₂ 0〜 4 %、 P ₂ O ₅ 0〜 4⁰/₀、 N a ₂ O 0〜 7 %、 K ₂ O 0— 7%, B a O 0〜 7%を含有してなる請求の範囲 1 3から 1 8のいずれかに記載のマイクロレンズの製造方法。

20. 前記レーザが紫外線レーザからなる請求の範囲 1 3から 1 9のいずれかに記載のマイク口レンズの製造方法。

21. 前記レーザの出力が 0. 5~5Wである請求の範囲 1 3から 1 9のいずれかに記載のマイク口レンズの製造方法。

22. 請求の範囲 1から 1 2のいずれかに記載のマイクロレンズが二次元的に複数配列されたマイクロレンズアレイ。

23. 凸状のレンズ表面を有するレンズ部と、該レンズ部の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部とを備えたマイクロレンズが二次元的に複数配列されたマイクロレンズアレイを製造する方法であって、結晶化ガラスからなる基材の複数の所定領域にレーザを照射し、該レーザの照射により前記基材の各所定領域の結晶化ガラス基質を非晶質ガラス化して非晶質部を生成させて、該非晶質部を含む前記レンズ部を形成するマイクロレンズアレイの製造方法。

24. 前記基材が、結晶化前の原ガラスの密度（D a) と結晶化後の結晶化ガラスの密度（D b) との密度差 (厶 D二 (D b-D a) /Db) が 1 %以上である結晶化ガラスからなる請求の範囲 2 3に記載のマイクロレンズァレィの製造方法。

25. 前記基材が、一 40〜80°Cの温度範囲において、一30〜十 50 X 10— ⁷/°Cの熱膨張係数を有し、 3—石英固溶体及び/又は ]3—スポジュメン固溶体を主結晶相として析出してなる L i ₂0-A 1 ₂0₃-S i 0₂系結晶化ガラスからなる請求の範囲 2 3又は 24に記載のマイク口レンズアレイの製造方法。

26. 前記基材が、 200〜400 nmの波長の紫外線を吸収する元素を含有してなる請求の範囲 25に記載のマイク口レンズァレイの製造方法。

27. 前記基材が、 T i、 Nb、 B i、 P b、 F e、 C r、 V、 C e、 A u、 A g及び Cuからなる群から選択された 1種以上の元素を含有してなる請求の範囲 25又は 26に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。

28. 前記基材が、質量％で、 S i〇₂ 55〜75%、 A 1₂0₃ 14 〜3 5%、 L i ₂0 2〜 8 %、 T i 0₂+ Z r 0₂ 0. 7~ 8%を含有してなる請求の範囲 2 3から 27のいずれかに記載のマイク口レンズァレイの製造方法。

29. 前記基材が、質量％で、 S i〇₂ 55〜75%、 A 1₂0₃ 14 〜35%、 L i ₂0 2〜8⁰/₀、 T i O₂+Z r O₂ 0. 7〜5%、 Mg O 0 ~4%、 Z nO 0〜4%、 T i O₂ 0〜4⁰/₀、 Z r O₂ 0〜4%、 S nO 2 0〜4%、 P₂O₅ 0〜4%、 N a ₂0 0〜7⁰/₀、 K₂0 0〜7%、 B a O 0〜 7 %を含有してなる請求の範囲 2 3から 2 8のいずれかに記載のマイクロレンズァレイの製造方法。

30. 前記レーザが紫外線レーザからなる請求の範囲 23から 29のいずれかに記載のマイクロレンズアレイの製造方法。

3 1. 前記レーザの出力が 0. 5〜5Wである請求の範囲 23から 30のいずれかに記載のマイクロレンズアレイの製造方法。