JPH0210783B2 - - Google Patents

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JPH0210783B2
JPH0210783B2 JP57050662A JP5066282A JPH0210783B2 JP H0210783 B2 JPH0210783 B2 JP H0210783B2 JP 57050662 A JP57050662 A JP 57050662A JP 5066282 A JP5066282 A JP 5066282A JP H0210783 B2 JPH0210783 B2 JP H0210783B2
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JP
Japan
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substrate
ions
mask
refractive index
glass
Prior art date
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Application number
JP57050662A
Other languages
English (en)
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JPS58167452A (ja
Inventor
Tetsuya Yamazaki
Kenichi Iga
Noboru Yamamoto
Eiji Okuda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority to JP57050662A priority Critical patent/JPS58167452A/ja
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Publication of JPH0210783B2 publication Critical patent/JPH0210783B2/ja
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガラスからなる一枚の透明基板内
に、多数の屈折率分布型微小レンズを予め定めた
間隔で配列して形成したレンズ集合体に関するも
のである。ここで言う微小レンズとは直径が0.1
mmないし2mm程度の大きさでほぼ球状のものであ
る。
従来、ガラス基板等に半球状の屈折率分布型レ
ンズを形成する方法として特開昭55−135808に記
載されているように、回転対称形の凹部をガラス
板に作り、その後前記凹部が完全に充填されるま
でガラス質膜を前記ガラス板上に蒸着法により沈
着させ、その後この被覆されたガラス板を元の厚
さにまで減少させる方法があり、球状のレンズを
形成するには、同様にして製作した半球状のレン
ズ体同志を光軸を合わして貼りあわせる方法があ
る。
あるいは本発明者らが特願昭55−128390(特開
昭57−53702)で提案したように透明ガラス基板
表面に円形開口部を有するイオン透過防止マスク
を形成し、電界イオン拡散法を用いてマスク開口
部から屈折率の寄与の大きいイオンを拡散して半
球状の屈折率分布型レンズを形成する方法もあ
る。この方法でも球状のレンズを形成するには、
同種の2個の半球レンズを貼り合わせる等の手段
が必要である。
ここで半球状のレンズを貼り合わせて球状レン
ズにするのは、半球レンズに比し、球状レンズは
開口数(NA)を大きくとれ、収差を小さく出来
る点で優利なためである。
本発明は半球状レンズ体を貼り合わせることな
く、一枚のガラス基板中にほぼ球状の屈折率分布
型レンズを形成する手段を提供することを目的と
している。
本発明に従つた方法では、まずガラス基板の片
面を所定間隔をおいて円形の開口を残した状態で
イオン透過防止マスクにより被覆する。
次にこの基板ガラスの上記面を、ガラス中の修
飾酸化物を構成する第1のイオンよりも屈折率増
加に寄与する度合の大きいタリウム(Tl)、セシ
ウム(CS)などの第2のイオンを含むイオン源
に接触させてイオン交換を行なう。
またこのイオン交換処理の間基板ガラス両面間
に電圧を印加してイオンの拡散浸透を促進する。
次に上記のイオン透過防止マスクを除去し、上記
のイオン交換でガラス表面近くに形成される半球
形の高屈折率部分表面のみに限定して第2のイオ
ン透過防止マスクで被覆する。
そしてこの基板を上記第2のイオンよりも屈折
率増加に寄与する度合の小さい第3のイオンを含
むイオン源と接触させて電圧印加のもとでイオン
交換処理を行なう。これにより上記マスク直下に
はマスクエツジからの距離にほぼ比例して低屈折
率イオンが入り込み、この結果二乗近似の屈折率
分布をもつた球形に近い高屈折率部分が基板内に
できる。
次いでこのガラス基板を変形しない程度に加熱
して拡散イオンの濃度分布(屈折率分布)を滑ら
かにする。
本発明によれば、一枚の透明ガラス基板中にほ
ぼ球状の屈折率分布型微小レンズ体を予め定めた
配列で高精度に形成可能であり、アレイ状あるい
はマトリツクス状に形成することが容易である。
以下図に基づき本発明を詳述する。
第1図においてガラス基板1上面を拡散イオン
に対し透過阻止効果のある物質からなるマスク2
で被覆し、マスク2の一部をとり除き円形開口部
3を設け、第3図に示すようにマスク面を電子分
極率の大きいイオンを含む溶融塩7に接触させ、
塩と基板を加熱し、マスク面を正極として電界を
印加し塩中のイオンをマスクのない部分に拡散さ
せ、基板中の一部イオンを外に出し、基板中に高
屈折率部4を形成する。ここでマスク開口部3の
直径を充分狭くすれば、高屈折率部4の断面は、
ほぼ半円に即ち高屈折率4は半球になる。次いで
マスク2を取り除き、高屈折率部4の上面のみに
望ましくはこの高屈折率部4の基板表面での直径
に対し処理温度、電界等により異なるが、例えば
30%〜120%の直径でマスク5を設け、電子分極
率の小さいイオンを含む塩に接触させ、塩と基板
を加熱し、マスク5面から反対側を向く電界を印
加し、塩中のイオンをマスクのないガラス部分に
拡散させるとほぼ断面が円形に近い即ち球状の高
屈折率部6が得られる。
ここで高屈折率部6が球形に近くなるのは、従
来の方法と違いマスク5の周辺から電子分極率の
小さいイオンがマスク外だけでなくマスク下のガ
ラス中にもイオン拡散してくるが、マスク5の中
心直下にはその割合が少なく、マスク周辺ではそ
の割合が大きくなることと、高屈折率部4を形成
している電子分極率の大きいイオンの部分はガラ
ス中のイオンの移動度が他の部分に比し小さいた
めマスク中央直下は電子分極率の大きいイオンの
濃度が高く、深さも深いためこの部分の電子分極
率の大きいイオンの移動度はマスク周辺に比し、
小さく、周辺は大きいためと考えられる。従つて
第3図bのように上記マスク5を付けてのイオン
交換処理前に高屈折率部4を半球に近く形成して
おくことが必須条件となる。
この段階で得られた高屈折率部6の屈折率分布
は電界を印加して製作しているため段階状に変化
している。そこで基板ガラスが熱変形しない温度
に基板を加熱し、高屈折率部6を形成している電
子分極率の高いイオンと電子分極率の小さい即ち
屈折率の増加の度合の小さい周囲のイオンと相互
拡散させることにより、光軸からの距離に従つて
屈折率が小さくなるように屈折率分布を形成す
る。また、この過程で高屈折率部6形状も更に真
球に近いものが得られる。
上記方法で製造される平板状のレンズ配列体は
種々の用途に使用することができる。
例えば第4図に示すようにレンズ配列体10の
一方の基板面の各球形レンズ部分6……に対応す
る位置に光フアイバー11……端を接続し、同様
構造の光フアイバーを接合した他のレンズ配列体
を対向配置し、一方の光フアイバー11から拡散
出射した光をレンズ部分6で平行光に変換した
後、他方のレンズ配列体10の各レンズで集光し
て各光フアイバーに入光させるようにして非常に
伝送効率の良いマルチフアイバーコネクターを構
成することができる。
また第5図に示すように本発明のレンズ配列体
10の片面側に各レンズ部分6位置に対応させて
LED,半導体レーザーなどの発光素子12を接
合した光源配列体をつくり、これを例えば第4図
の一方のコネクター端子の代りに接続すれば各発
光素子12からの放射光を非常に効率良く光フア
イバー内に導入することができる。またこの他に
も本発明に係るレンズ配列体を中間に干渉フイル
ター膜、半透過膜などを介在させて積層すること
により光分岐回路や光分波器を構成することもで
きる。
さらにレンズをたて辺方向、横辺方向に多数並
べて大きなマトリツクス状としたレンズ配列体は
テレビブラウン管やマトリツクス型螢光表示管等
のフエースプレートとして用いる画像コントラス
トの向上等にも有効である。
以下実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
ガラス基板としてNa+、K+などのイオンを含む
一例として厚さ5m/mのBK7光学ガラスを用い、
ガラス基板の上下の面は平行かつ平担に仕上げ、
ガラス基板の一面にチタンなどの金属を高周波ス
パツタ法で2μm程度の膜厚に形成し、フオトリソ
グラフイー技術を用いて開口部3が0.1mm程度の
直径で第2図に示すように円形パターンとなるよ
うにTi膜を一部エツチングしてマスク2とする。
次いでマスク2の面側を例えば、電子分極率が
大きくガラスに対する屈折率の寄与の大きいTl
+イオンを含む塩7に浸す。
この塩はTl+、Cs+、Li+、Ag+などを少なくと
も一種含む硝酸塩や硫酸塩などの融液であればさ
しつかえなく、容器11に入れられている。
次に、ガラス基板のマスクを形成した反対側の
面に例えば粘土層とKNO3をペースト状にしてつ
けた導電ペースト層8を介して電極9を密着さ
せ、この電極9を直流電源12の陰極側に接続
し、溶融塩7中に設けられた電極10を電源12
の陽極に接続して直流電圧を印加する。溶融塩
7、ガラス基板1の温度を基板ガラスの軟化温度
より少しひくい例えば550℃に設定し直流電圧と
して30Vを印加すると十数mAの電流が流れ約5
時間の処理で直径約0.9mmの半球状の高屈折率部
4が得られる。
次にガラス基板に残つているマスク2をエツチ
ングや研磨等で取り除き、高屈折率部4が露出し
ている面に、前述したのと同様にTi等の金属マ
スクをスパツター等で形成したのちフオトリソグ
ラフイーの技術を用いて高屈折率部4の上面の
み、即ち、上記例では図2のマスクパターンを印
画に半転した形で、0.8mm直径の円形部分を残し
て他の部分はエツチングして取り除いて第2段の
イオン交換処理用のマスク5とする。次いで、マ
スク5側の基板面を電子分極率の小さい即ちガラ
スに対する屈折率の寄与の小さいNa+,K+の少
なくとも一種を含む硝酸塩や硫酸塩に浸して直流
電圧を印加し、10Vで約7時間程度の処理を行な
うとガラス基板1表面近くにほぼ直径0.9mmの球
状の高屈折率部6が形成される。次いで溶融塩か
らガラス基板をとりだし、マスク5をとり除き、
空気雰囲気で570℃で約4時間の処理を行ない、
高屈折率部6の部分に拡散した電子分極率の大き
いイオンと高屈折率部6の周囲にある電子分極率
の小さなイオンとを相互拡散させることにより、
高屈折率部6の球の中心からの距離に従つて屈折
率が略2乗分布に近い屈折率分布のものを形成す
ることができる。この熱処理工程で高屈折率部6
の断面は若干広がり上述例の場合約1mmの直径と
なる。
以上の実施例では陰極側に粘土とKNO3のペー
スト状のものを用いて説明したが、例えばガラス
基板を箱形に形成して陰極側に溶融塩を用いても
さしつかえない。また電子分極率の大きいイオン
源として上述実施例では溶融塩を用いたが、例え
ばガラス基板にAgを蒸着し、不必要な部分をエ
ツチングしてイオン源となし、この上からAlを
蒸着するかまた圧着して電極とし、これに電圧を
印加してもさしつかえない。
又、高屈折率部の球の直径はイオン拡散時間、
マスク開口寸法、熱処理時間を選定ることにより
0.1mmφ〜2mmφ程度のものは製作可能である。
又、基板ガラスと高屈折率部の屈折率差は、電
子分極率の大きいイオン源としてTl+イオンを含
む塩を用いると、例えばTl2SO4、K2SO4に
ZnSO4を加えた溶融塩でZnSO440モル%一定とし
て、Tl2SO4/R2SO4の比を0.2にすると、約1%
の屈折率差が得られ、Tl2SO4とK2SO4を等モル
に混合すると、5%の屈折率差が得られた。又
Tl2SO4とZnSO4と等モル混合した塩では最大10
%の屈折率差のものが得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図a〜dは本発明のレンズを製造する方法
を段階的に示す横断面図、第2図は本発明のレン
ズを製造するためのマスク形状を示す斜視図、第
3図は本発明の方法におけるイオン拡散工程を示
す横断面図、第4図及び第5図は本発明方法で製
造されるレンズ配列体の使用例を示す横断面図で
ある。 1……ガラス基板、2……第1段マスク、3…
…開口部、4……高屈折率部、5……第2段マス
ク、6……高屈折率部(球状レンズ部)、7……
溶融塩、11……光フアイバー、12……発光素
子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第1のイオンを含むガラス基板を用意する工
    程と、予め定めた距離をおいて複数の円形の開口
    を残しイオン透過防止マスクで前記基板面を被覆
    する工程と、前記基板ガラスの屈折率増加に寄与
    する度合が前記第1のイオンよりも大きく、また
    基板ガラス中にイオン拡散可能な第2のイオンを
    含むイオン源に基板のマスク面を接触させて基板
    の両面間に電圧を印加し、マスク開口を通して前
    記第2のイオンをガラス中に拡散させる工程と、
    前記マスクを除去する工程と、前記第2イオンの
    拡散で形成された高屈折率部分のみに限定して基
    板面を第2段階のイオン透過防止マスクで覆う工
    程と、前記第2イオンよりも基板ガラスの屈折率
    増加に寄与する度合が小さく基板ガラス中にイオ
    ン拡散可能な第3のイオンを含むイオン源に前記
    第2段階のマスク面を接触させるとともに基板の
    両面側に電圧をかけて前記第3のイオンを基板中
    に拡散させる工程と、前記イオン拡散後のガラス
    基板を変形しない程度に加熱して拡散イオンの濃
    度分布(屈折率分布)を滑らかにする工程とを含
    む微小レンズ配列体の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2643824C1 (ru) * 2016-12-07 2018-02-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Способ изготовления интегральных микролинз

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