JPH0242401A

JPH0242401A - 光学素子

Info

Publication number: JPH0242401A
Application number: JP19303288A
Authority: JP
Inventors: Hayami Hosokawa; 速美細川; Maki Yamashita; 山下　牧
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1988-08-02
Filing date: 1988-08-02
Publication date: 1990-02-13
Anticipated expiration: 2015-04-24
Also published as: JP3035851B2

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】（イ）産業上の利用分野この発明は、例えば平板マイクロレンズ、グレーティン
グ素子等の光学素子に関する。

（ロ）従来の技術従来の光学素子、例えば平板マイクロレンズやグレーテ
ィング素子は、通常は、光学素子の型（スタンパ）とガ
ラス基板との間に、プラスチック材等の有機材料、例え
ばＵＶ硬化樹脂を射出注入し、紫外線を照射して樹脂を
硬化させ、スタンパから剥離して形成するものである。

つまり、ガラス基板上にレンズ層を備えた平板状マイク
ロレンズ、或いはガラス基板上にグレーテイング層を備
えたグレーティング素子が作製される。

（ハ）発明が解決しようとする課題従来の光学素子、例えば平板マイロクレンズやグレーテ
ィング素子は、いずれもガラス基板上にレンズ層或いは
グレーテイング層を備えただけのもので、レンズ層の表
面或いはグレーテイング層の表面は、凹凸粗面が露出し
ている。このため、レンズ層表面或いはグレーテイング
層表面が、常に外気に触れる結果、耐塵性及び吸湿性等
の耐環境性が悪く、凹凸粗面のレンズ層表面にゴミ等が
付着し、レンズ特性に影響を与える等の不利があった。

また、これらの光学素子は、いずれもガラス基板側は平
坦面であるものの、レンズ層表面側は凹凸粗面であるた
め、ガラス基板の平坦面側にしか他の部材を接面させ得
す、集積度が低い等の欠点があった。例えば、第９図に
示すファイバ結合器では、従来においては器体９１の両
端部に、それぞれ光ファイバ９２を備え、器体９１の内
部中央に二つのフレネルレンズ９３．９３を平坦面側を
接合させた状態で、上・下を器体９１に嵌合固定してい
る。従って、各レンズ９３と光フアイバ９２先端とは空
間を介して対向する状態となっている。このファイバ結
合器では、空気中を光が伝搬するため、温度変化に対し
て不安定である等、耐環境性が悪い。また、器体によっ
てフレネルレンズを保持するため、構造が不安定である
等の不利があった。

この発明は、光学素子の両面が平坦面であり、耐塵性、
吸湿性等の耐環境性が良く、しかも集積度の大きい光学
素子を提供することを目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この目的を達
成させるために、この発明の光学素子では、次のような
構成としている。

光学素子は、光学素子体の表面に、光学素子材料と屈折
率の異なる材料で保護膜を形成して構成している。

このような構成を有する光学素子では、例えばフレネル
レンズは従来と同様に、ガラス基板の上面にレンズ層を
備えたものであり、このレンズ層の表面に保護膜を形成
している。この保護膜を構成する材料（無機材料或いは
有機材料）は、レンズ層を構成する材料とは屈曲率が異
なる材料にて形成している。例えば、フレネルレンズ体
（レンズ層）を無機材料であるＺｎＳ　（屈折率２．３
）で形成し、保護膜は有機材料であるＵＶ硬化樹脂（屈
折率１．５）で形成する。従って、このフレネルレンズ
の機能は、レンズ層と保護層の屈折率差によって決定さ
れる。つまり、このフレネルレンズは屈折率１．８の光
学素子材料で作製したフレネルレンズと等価の機能を有
する。また、レンズ層の表面に成形する保護層によって
、フレネルレンズは両面、つまりガラス基板側とレンズ
層側（レンズ層の表面）が、いずれも平坦面となる。従
って、レンズ層面が外気と触れないため、耐塵性がよく
、傷が付き難い、吸湿性等の耐環境性が優れる等の効果
がある。また、両面が平坦面となる、つまり完全な平板
状となるため、集積度が無限に向上する。

（ホ）実施例第１図は、この発明に係る光学素子の具体的な一実施例
を示す説明図である。実施例では、フレネルレンズを示
している。

このフレネルレンズは、光学素子体（フレネルレンズ体
）１のレンズ層１１表面に保護層２を形成して構成され
ている。

光学素子体（フレネルレンズ体）１は、例えば光学素子
の型（スタンパ）に、Ｚｎ５（無機材料）を真空″ａ膜
形成法（例えば真空蒸着技術）により堆積させ、レンズ
層１１を形成する。そして、この体積した光学素子材料
（レンズ層）１１に、ＵＶ硬化樹脂１２を塗布し、ガラ
ス基板１３を接着する。つまり、ＵＶ硬化樹脂１２に紫
外線を照射して硬化させ、ガラス基板１３を一体に接着
させる。そして、スタンパから剥がすことで、ガラス基
板１３の上面にレンズ層１１を備えたフレネルレンズ体
（光学素子体）１が形成される。

この発明の特徴は、このようにして得られたフレネルレ
ンズ体ｌのレンズ層１１の表面に、保護層２を形成する
点にある。保護層２は、実施例ではＵＶ硬化樹脂を使用
している。つまり、レンズ層１１を形成するＺｎＳ　（
屈折率２．３）に対し、屈折率の異なるＵＶ硬化樹脂（
屈折率１．５）を使用して、保護層２を形成している。

保ｉ［２は、レンズ層１１の表面に、ＵＶ硬化樹脂を一
定厚み塗布し、表面が平坦面となるように設定し、紫外
線を照射して硬化させる。従って、このフレネルレンズ
は、完全な平板状となり、つまり両面（基板１３側及び
レンズ層１１側）が、平坦面に設定される。このような
完全平板フレネルレンズの機能は、レンズ層１１と保護
層２の屈折率差によって決定される。つまり、このフレ
ネルレンズは、屈折率が１．８の光学素子材料で作製し
たフレネルレンズと等価の機能を持つ。尚、実施例にお
いては、この保護層２の上面に更にガラス基板３を接着
した例を示している。

尚、実施例においてフレネルレンズ体（レンズ層１１）
１を、真空薄膜成形法（真空蒸着技術）により作製した
例を示したが、フレネルレンズ体１は従来と同様に有機
材料（プラスチック等の光学素子材料）を射出注入して
形成したものであっても良い。また、実施例では、光学
素子材料（レンズ層１１）に高屈折率無機材料であるＺ
ｎＳを使用し、保護層２の材料としてＵＶ硬化樹脂を使
用した例を示したが、この発明はこれに限らず、レンズ
層１１を有機材料、或いはその他の無機材料（Ｔ　ｉ　
０２　、Ｓ　ｉｚ　Ｎａ　）を使用しても良い。

また、保護層２としてＳｉＯ□等の低屈折率無機材料或
いはその他の有機材料（ＰＭＭＣ，ＰＣ）を使用しても
良い。

第２図（Ａ）乃至第２図（Ｅ）は、この光学素子の応用
例を示す説明図である。

上記実施例では、光学素子としてフレネルレンズの例を
示したが、本発明はこれに限らず、例えばグレーティン
グ（この場合はグレーテイング層の表面に保護層２を形
成する）〔第２図（Ａ）〕、ブレーズ型グレーティング
〔第２図（Ｂ））、マイクロレンズ〔第２図（Ｃ）］、
フレネルレンズアレー〔第２図（Ｄ）〕、マイクロレン
ズアレー〔第２図（Ｅ）〕等に応用し得る。

第３図は、実施例フレネルレンズを用いたファイバコリ
メータ５を示す応用例である。光ファイバー４に、実施
例のフレネルレンズＡを組合わせ、光ファイバ４からの
出射光をフレネルレンズＡでコリメートさせる。この例
では、ガラス基板１３の平坦面を光ファイバ４に接面さ
せた集積例を示している。

第４図（Ａ）及び第４図（Ｂ）は、実施例フレネルレン
ズＡを用いたファイバカップラを示している。第４図（
Ａ）の場合は、第３図のファイバコリメータ５の一対を
、一定の空間を開いて対向状に設定した例を示している
。第４図（Ｂ）は、一対のファイバコリメータ５を保護
Ｎ２．２を接面させて構成させている。この場合、一対
のファイバコリメータ５を一体集積化できるため、第９
図に示した従来例に比較し、耐塵性、吸湿性等の耐環境
性が良好であり、且つ集積化により保持構造が極めて安
定化し、例えばファイバ結合器等を小型化し得る。

第５図は、実施例フレネルレンズＡを用いたファイバ型
光分配器を示している。ファイバコリメータ５と、ビー
ムスプリッタ６を集積化して構成している。つまり、３
つのファイバコリメータ５を、それぞれビームスプリッ
タ６に対し、保護層２を接面させて集積化することで、
１本のファイバ４から出射する光を複数のファイバに結
合する機能を有する。尚、ビームスプリッタ６を偏光ビ
ームスプリンタに置換することで、ファイバ型偏光分離
器を構成できる。偏光方向の違いにより、光が分離でき
る。また、入射側に偏光回転機能を付加すれば、光スィ
ッチを構成できる等、様々な応用例が実施できる。

第６図は、実施例マイクロレンズアレーＡを用いたファ
イバ型光分配器を示している。ファイバコリメーク５と
実施例マイクロレンズアレーＡと、ファイバーアレーＢ
とから構成される。つまり、ファイバアレーＢに結合し
たマイクロレンズアレーＡの保護層２と、ファイバコリ
メータ５の保護層２とを接面させて集積化している。こ
の場合、集積度が大であり、小型化を達成すると共に、
光分配数が向上する。

第７図は、実施例フレネルレンズＡを用いたファイバマ
ルチビーマを示している。実施例フレネルレンズＡを使
用したファイバコリメータ５に、マイクロレンズアレー
Ｃを付加することで、対象物体へのアクセス性が向上す
る。この場合、保護層２の表面にマイクロレンズアレー
Ｃを集積させている。

第８図は、実施例マイクロレンズアレーＡを用いたＬＤ
（レーザ・ダイオード）−ファイバアレー結合を示して
いる。ＬＤ７に対向配置するフレネルレンズ（保３！層
を持たない従来のレンズ）８の基板側に、実施例のマイ
クロレンズアレーへの保護層２を接面させ、このマイク
ロレンズアレーＡの基板側にファイバアレーＤを結合し
て集積している。ＬＤ７の出射光を、フレネルレンズ８
によりコリメートし、マイクロレンズアレーＡにより、
ファイバアレーＤに集光結合する。つまり、出射光コリ
メート、光分配器及び集光結合の３つの機能の集積化を
実現している。

（へ）発明の効果この発明では、以上のように、光学素子体のレンズ表面
にレンズ層と屈曲率の異なる材料にて保護層を形成する
こととしたから、光学素子のレンズ層表面が保護層によ
り被覆され、耐塵性、吸湿性等の耐環境性が優れ、塵等
による光学特性の影響を解消し得る。また、保護層を形
成することで、光学素子の両面が平坦面となるため、他
の部材に対する集積度が大きくなり、光学素子の応用範
囲が拡大する結果、光学機器の小型化を実現し得る等、
発明目的を達成した優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例光学素子を示す説明図、第２図（Ａ）
、第２図′（Ｂ）、第２図（Ｃ）、第２図（Ｄ）及び第
２図（Ｅ）は、それぞれ各種光学素子に保護層を形成し
た状態を示す説明図、第３図は、実施例光学素子を用い
たファイバコリメータを示す説明図、第４図（Ａ）及び
第４図（Ｂ）は、それぞれ実施例光学素子を用いたファ
イバカップラを示す説明図、第５図は、実施例光学素子
を用いた光分配器を示す説明図、第６図は、実施例光学
素子を用いた光分配器を示す説明図、第７図は、実施例
光学素子を用いたファイバマルチビーマを示す説明図、
第８図は、実施例光学素子を用いたＬＤ−ファイバアレ
ー係合を示す説明図、第９図は、従来の光学素子を用い
たファイバ結合を示す説明図である。１：光学素子体、　　　２：保護層。特許出願人　　　　　立石電機株式会社代理人　　弁理
士　　中　村　茂　信第１図第図第図 ↑ 第図（Ａ）第４図第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学素子体の表面に、光学素子材料と屈折率の異
なる材料で保護膜を形成して成る光学素子。