JPH02140701A - 平板マイクロレンズ及び平板マイクロレンズアレイ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 及び平板マイクロレンズアレイに関する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、イオン交換法は実用化されているものの、製造
プロセスが複雑なこと、及びイオン種の交換により屈折
率分布を形成するため、レンズを作り込む基板ガラスと
して比較的熱膨張率の大きいものしか使用できない。さ
らに、レンズアレイとした場合、製法上側々のレンズ特
性のばらつきを後に補正する手段が無い等の問題点を有
してい力。

そこで本発明は以上のような問題点を解決するもので、
その目的とするところは、石英ガラスに代表される低熱
膨張性ガラス基板上に平板状レンズを容易に形成するこ
とにあり、さらに、使用目的に応じて個々のレンズ特性
を変化させたレンズアレイを容易に提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明の平板マイクロレンズ
はアモルファス状のカルコゲナイドガラス薄膜により屈
折率分布を形成したことを特徴とする。さらに、平板マ
イクロレンズを規則的に配列し平板マイクロレンズアレ
イとしたことを特徴とする。

〔作用〕

カルコゲナイドとは硫黄、セレン、テルル元素の総称で
あり、上記３つの元素のうち最低一種の元素を含んで成
るアモルファス状態のカルコゲナイドガラスは電子ビー
ムを照射することにより、照射部分の屈折率が高くなる
ことが知られている（アプライド・オプティックス誌、
Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ、１７［１５］ｐ２３４
２（１９７８））。

そこで、透明基板の表面にカルコゲナイドガラス薄膜を
形成し、電子ビームを照射することにより、平板状基板
内に屈折率分布を形成した平板状レンズを得ることがで
きる。あるいは、あらかじめレンズ機能を有するレンズ
体の表面に、同様な手段により更に部分的な屈折率分布
を形成すれば、球面収差や非点収差などの各種収差を補
正することが可能となる。

カルコゲナイドガラスは用いる元素種により様々な種類
があるが、光学部品であるレンズ体に応用することを考
慮すると、光の透′ｉ！！率に優れた硫黄（Ｓ）−砒素
（Ａｓ）系あるいは硫黄（Ｓ）−ゲルマニウム（Ｇｅ）
系のカルコゲナイドガラスの使用が適当と言える。カル
コゲナイドガラス薄膜の形成方法としては、真空蒸着法
、スパッタリング法、ＣＶＤ法等があるが作業性の点で
前二者が優れている。

〔実施例〕

以下、実施例に基づき本発明の詳細な説明する。

但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない
。

［実施例１］ まず、表面を光学研磨した石英ガラス基板上に、スピン
コード法により膜厚０．２μｍのＩｎ２Ｏ５を形成した
。工ｎ２０３薄膜は透明導電膜であり、電子ビーム照射
時にガラス基板がチャージアップするのを防止するため
に基板上に形成されろ。次に、■ｎ２０３ｉ膜上に真空
蒸着法により膜厚的５μｍの硫黄−砒素系カルコゲナイ
ドガラス（Ａｓ２Ｓ３）薄膜を形成した。カルコゲナイ
ドガラスは硫黄と砒素の比が３；　２になるように真空
溶融したものをターゲットとして用い、基板温度１００
°Ｃ１真空度３Ｘ１０−５ｍｍＨｇの条件下で成膜を行
ない、アモルファス状のカルコゲナイドガラス薄膜を得
た。

次に、上記基板を３Ｘ１０−’ｍｍＨｇの真空下におき
、電子ビーム照射をすることにより、カルコゲナイドガ
ラス薄膜の屈折率を局所的に窩め、凸レンズ型の屈折率
分布を形成した。形成した屈折率分布を模式的に第１図
に示す。カルコゲナイドガラスの屈折率変化は電子ビー
ムによる照射電荷量に比例する。すなわち、電子ビーム
の加速電圧が高いほど、また照射時間が長いほどガラス
の屈折率変化は大きくなる。さらに、通常電子ビームは
そのビーム径を１μｍ以下に容易に絞り込むことが可能
なことを考慮すると、照射時の照射電荷量、及び照射場
所を連続的に変えることにより、屈折率を連続的に変化
させたマイクロレンズを形成することが可能である。具
体的には、加速電圧３０ｋＶ、照射電荷量をレンズ中央
部で２×１Ｏ−２Ｃ／ｃ＃、周辺部で０とし、その中間
部は２次関数的に連続して照射電荷量を減少させた。以
上の操（’ｌよ’）、直径１００μｍ、焦点路１ｌｌ１
４５０μｍの円形マイクロレンズを得ることが出来た。

なお、このマイクロレンズを２次元平面上に規則的に配
列すればマイクロレンズアレイを得ることが可能である
。

［実施例２］ 実施例１と同様な方法により、石英ガラス基板上にＩｎ
２０ａ薄膜と硫黄−砒素系のカルコゲナイドガラス薄膜
を形成した後、電子ビーム照射により第２図に示すよう
な巾８０μｍ、レンズピッチ８０μｍ、焦点路９３２０
μｍであるリニアレンチキュラーレンズアレイを作製し
た。電子ビーム照射時の加速電圧を５〜４５ｋＶ、最高
照射電荷量を０．０１〜３Ｘ１０−２ｃ／ｃｆｌと変化
させレンズ中央部で照射電荷量が最高になるようにした
。

通常のイオン交換法では石英ガラス上に屈折率分布を形
成することはできないが、本発明の方法では石英基板上
に容易に屈折率分布を形成することが可能である。マイ
クロレンズアレイのような微小な光学部品を考えた場合
、熱による影響をできるだけ小さく押え込むことが必要
であり、石英系ガラスを基板材料として使用できれば都
合がよい。例えばマイクロレンズアレイを介して光セン
サや光ファイバと結合する場合には、マイクロレンズア
レイの熱膨張率が大きいと容易に光軸ずれを生じる結果
となるからである。

［実施例３］ 予めレンズ機能を有する直径５　ｍｍのアクリル系プラ
スチックレンズの表面に透明導電膜としてＳｎ　Ｏ２を
スパッタリング法により形成した後、真空蒸着法により
膜厚的２．５μｍの硫黄−ゲルマニウム系カルコゲナイ
ドガラス（ＧｅＳ２．ｓ　）薄膜を形成した。カルコゲ
ナイドガラスは硫黄とゲルマニウムの比が２．５：　　
１になるように真空溶融したものをターゲットとして用
い、基板温度５０℃、真空度３　Ｘ　１０−’ｍｍＨｇ
の条件下で成膜を行ない、アモルファス状のカルコゲナ
イドガラス薄膜を得た。電子ビームの照射に関しては真
空度を３　Ｘ　１０−５ｍｍＨｇ、加速電圧３０ｋＶ、
照射電荷量をレンズ中央部でＩ　Ｘ　Ｉ　０−２Ｃ／ｃ
ｗ？、レンズ周辺部で０．　　Ｉ　Ｘ　１０−２Ｃ／ｃ
ｍ’とし、その中間部は連続的に変化するように設定し
た。得られたレンズ体はカルコゲナイドガラス薄膜層に
より、レンズ周辺部に対してレンズ中央部の屈折率が相
対的に若干低くなっており、レンズ体の球面収差はカル
コゲナイドガラス薄膜形成前に比べて約３分の１に低減
していた。

本実施例のように単レンズの表面に新たに屈折率分布を
形成し、単レンズの特性を補正あるいは最適化すること
が可能である。さらに、レンズアレイ中の個々のレンズ
の特性を最適化することが可能であるといえる。また、
本実施例のように、本発明のレンズは使用する基板とし
て石英ガラスの他にも、アクリル系樹脂、シリコン系樹
脂、ポリエステル系樹脂等の種々のプラスチックをも使
用することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、従来製造が困難か
あるいは製造プロセスが非常に複雑であった、石英ガラ
スへの屈折率分布形成が、容易にできるようになり、光
学部品として低熱Ｉ！張性の石英ガラス系平板レンズア
レイを容易に得ることが可能となった。さらに、既存の
レンズ表面に本発明による屈折率分布を新たに形成する
ことにより、個々のレンズの特性を最適化したり、球面
収差、非点収差などの各種収差を容易に補正することが
可能となった。この場合の既存のレンズ体とは凸型、凹
型、シリンドリカル型等の球面レンズおよび非球面レン
ズ等あらゆるレンズを含む。また、本発明は非レンズ系
にも応用でき、例えばグレーティングに応用することに
より回折効率を上げられる可能性がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１で作製した平板マイクロレンズの断面
構造を示す模式図。 第２図は実施例２で作製した平板マイクロレンズアレイ
の断面構造を示す模式図。 屈折率分布領域 カルコゲナイドガラスｆＨＭ 透明導電膜 石英ガラス基板 以 上 出願人　セイコーエプソン株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アモルファス状のカルコゲナイドガラス薄膜によ
   り屈折率分布を形成したことを特徴とする平板マイクロ
   レンズ。
2. （２）第１項記載の平板マイクロレンズを規則的に配列
   したことを特徴とする平板マイクロレンズアレイ。