JPH0288433A - 光学素子及び光学素子の製造方法 - Google Patents
光学素子及び光学素子の製造方法Info
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- JPH0288433A JPH0288433A JP23821788A JP23821788A JPH0288433A JP H0288433 A JPH0288433 A JP H0288433A JP 23821788 A JP23821788 A JP 23821788A JP 23821788 A JP23821788 A JP 23821788A JP H0288433 A JPH0288433 A JP H0288433A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/12—Other methods of shaping glass by liquid-phase reaction processes
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
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。
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〕
本発明は微小レンズを備えたガラス製光学素子及び該光
学素子の製造方法に関する。
学素子の製造方法に関する。
１個あるいは２個以上の微小レンズを備えた光学素子と
しては球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ、ホ
ログラムレンズ、あるいは、それらを多数個ならべて構
成したレンズアレイ等、様々な種類の物があり、光通信
、光情報処理、光加工等の分野で用いられている。これ
らの光学素子の製造方法としては、形状によりレンズ効
果を持たせる場合にはモールド成形法、プレス成形法等
が、また、屈折率勾配によりレンズ効果を持たせる場合
にはイオン交換法、ＣＶＤ法、分子スタッフインク法等
がある。
しては球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ、ホ
ログラムレンズ、あるいは、それらを多数個ならべて構
成したレンズアレイ等、様々な種類の物があり、光通信
、光情報処理、光加工等の分野で用いられている。これ
らの光学素子の製造方法としては、形状によりレンズ効
果を持たせる場合にはモールド成形法、プレス成形法等
が、また、屈折率勾配によりレンズ効果を持たせる場合
にはイオン交換法、ＣＶＤ法、分子スタッフインク法等
がある。
しかし、一部のレンズを除けば、前述した従来のレンズ
では何れも球面収差、非点収差等の各種収差の発生をと
もない、実際の使用に際しては、収差の補正を必要とす
る。簡単な例として、球面収差が大きい場合には、第５
図に示すように各光線が一点に集まらない。また、成形
精度やレンズ媒質の屈折率の関係から、−枚のレンズで
超長焦点のレンズ体や超短焦点のレンズ体を実現するこ
とが非常に難しいと言う問題点を有していた。また、球
面収差等を補正することが可能であるレンズとして非球
面レンズが挙げられるが、微小レンズ面を非球面化する
ことはきわめて難しく、量産性に乏しいという問題があ
った。
では何れも球面収差、非点収差等の各種収差の発生をと
もない、実際の使用に際しては、収差の補正を必要とす
る。簡単な例として、球面収差が大きい場合には、第５
図に示すように各光線が一点に集まらない。また、成形
精度やレンズ媒質の屈折率の関係から、−枚のレンズで
超長焦点のレンズ体や超短焦点のレンズ体を実現するこ
とが非常に難しいと言う問題点を有していた。また、球
面収差等を補正することが可能であるレンズとして非球
面レンズが挙げられるが、微小レンズ面を非球面化する
ことはきわめて難しく、量産性に乏しいという問題があ
った。
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、各種の収差をほとんど発生せ
ず、また、−枚のレンズ構成で超長焦点あるいは超短焦
点のレンズを可能にした微・小レンズを備えた光学素子
を提供し、且つ該光学素子を簡便に製造する方法を提供
することにある。
その目的とするところは、各種の収差をほとんど発生せ
ず、また、−枚のレンズ構成で超長焦点あるいは超短焦
点のレンズを可能にした微・小レンズを備えた光学素子
を提供し、且つ該光学素子を簡便に製造する方法を提供
することにある。
（？５ＡＭ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光学素子は、１個あ
るいは２個以上の微小レンズを備えた光学素子において
、該微小レンズ部分に屈折率分布を形成したことを特徴
とする。
るいは２個以上の微小レンズを備えた光学素子において
、該微小レンズ部分に屈折率分布を形成したことを特徴
とする。
また、本発明の光学素子の製造方法は、１種もしくは２
種以上の金属アルコキシドを主原料として目的ガラス成
分組成の液状ゾルを調製し、該液状ゾルをレンズ形状も
しくはレンズパターンを有する母型に接触させながらゲ
ル化させ、得られたウェットゲルを乾燥してドライゲル
とした後、焼結等の熱処理によりガラス体を得るゾル−
ゲル法によるガラス製光学素子の製造方法において、該
ドライゲルを熱処理する工程の途中に、前記ガラス体の
一部の屈折率を変える工程を付加したことを特徴とする
。
種以上の金属アルコキシドを主原料として目的ガラス成
分組成の液状ゾルを調製し、該液状ゾルをレンズ形状も
しくはレンズパターンを有する母型に接触させながらゲ
ル化させ、得られたウェットゲルを乾燥してドライゲル
とした後、焼結等の熱処理によりガラス体を得るゾル−
ゲル法によるガラス製光学素子の製造方法において、該
ドライゲルを熱処理する工程の途中に、前記ガラス体の
一部の屈折率を変える工程を付加したことを特徴とする
。
さらに、目的ガラス成分組成の液状ゾルは、１種もしく
は２種以上の金属アルコキシド及び金属酸化物の微粒子
を主原料として調製したものであることを特徴とする。
は２種以上の金属アルコキシド及び金属酸化物の微粒子
を主原料として調製したものであることを特徴とする。
第４図をもとに本発明の微小レンズを備えた光学素子の
作用を説明する。レンズにより光を屈折させる場合には
、第４図（ａ）に示すようにレンズ媒質と空気との不連
続界面で屈折させる場合と、第４図（ｂ）に示すように
レンズ媒質中に形成された屈折率分布により屈折させる
場合とがある。
作用を説明する。レンズにより光を屈折させる場合には
、第４図（ａ）に示すようにレンズ媒質と空気との不連
続界面で屈折させる場合と、第４図（ｂ）に示すように
レンズ媒質中に形成された屈折率分布により屈折させる
場合とがある。
従って、レンズ形状と屈折率分布を合わせ持つレンズを
つくり、なおかつ、２種類の屈折作用を各々異なる目的
に振り分け、つまり、不連続界面における屈折作用で光
路を曲げ、屈折率分布により収差を補正することにより
（勿論この逆でもよい）、収差のほとんど無いレンズを
一枚のレンズ体で実現することが可能となる。
つくり、なおかつ、２種類の屈折作用を各々異なる目的
に振り分け、つまり、不連続界面における屈折作用で光
路を曲げ、屈折率分布により収差を補正することにより
（勿論この逆でもよい）、収差のほとんど無いレンズを
一枚のレンズ体で実現することが可能となる。
ゾル−ゲル法により作製された多孔質ゲル（ドライゲル
）中には、数百オングストロームの大きさを持つ空孔が
多数存在する。この空孔中に媒質の屈折率を変化させる
ドーパントを拡散させ、多孔質ゲルを熱処理してガラス
化すると、媒質中に屈折率分布が付いたガラス体が得ら
れる。この場合、屈折率分布は多孔質ゲル体中の細孔の
大きさ及びその分布状態、ドーパントの種類、その濃度
、溶媒の種類、拡散時間、拡散時の温度等、様々な因子
により制御が可能である。
）中には、数百オングストロームの大きさを持つ空孔が
多数存在する。この空孔中に媒質の屈折率を変化させる
ドーパントを拡散させ、多孔質ゲルを熱処理してガラス
化すると、媒質中に屈折率分布が付いたガラス体が得ら
れる。この場合、屈折率分布は多孔質ゲル体中の細孔の
大きさ及びその分布状態、ドーパントの種類、その濃度
、溶媒の種類、拡散時間、拡散時の温度等、様々な因子
により制御が可能である。
以下、実施例に基付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］
第１図に従って、本発明の光学素子の製造方法を説明゛
する。ここでは、マイクロレンズを作製する場合を示す
。
する。ここでは、マイクロレンズを作製する場合を示す
。
エチルシリケートＳｉ （ＯＣ２Ｈｓ）ａ、４２．４ｇ
に０．０２規定の希塩酸溶液ＨＣＩ、 ３０． ０ｇ
を加えて加水分解した後、平均粒径が２００人の微粉末
シリカ１０．０ｇを添加し、均一溶液になるまで充分に
撹拌してゾル溶液を調製した。次に、０．２規定のアン
モニア溶液を用いてこのゾル溶液のｐＨ値を４．５に調
整し、球面レンズ形状が作り込まれている型１１（第１
図（ａ））中に流し込みゲル化させた。ゲル化後のゲル
体は縮重合反応の進行に伴い収縮を起こし、ガラス化時
にはゲル化時に比べて約２分の１の大きさに収縮してい
る。従って、型は予め収縮を見込んで作製しである。
に０．０２規定の希塩酸溶液ＨＣＩ、 ３０． ０ｇ
を加えて加水分解した後、平均粒径が２００人の微粉末
シリカ１０．０ｇを添加し、均一溶液になるまで充分に
撹拌してゾル溶液を調製した。次に、０．２規定のアン
モニア溶液を用いてこのゾル溶液のｐＨ値を４．５に調
整し、球面レンズ形状が作り込まれている型１１（第１
図（ａ））中に流し込みゲル化させた。ゲル化後のゲル
体は縮重合反応の進行に伴い収縮を起こし、ガラス化時
にはゲル化時に比べて約２分の１の大きさに収縮してい
る。従って、型は予め収縮を見込んで作製しである。
ゲル化した後、ゲル体を型から取り出し、６０℃の恒温
乾燥機を用いて約１週間かけて乾燥させ多孔質ゲル体１
４（第１図（ｂ））を得た。このゲル体は空気雰囲気中
で一旦１０００°Ｃまで熱処理した後、ゲル体のレンズ
中央部分以外を除いて表面をマスキング（第２図（Ｃ）
） Ｌ、中央部の穴１６からドーパント溶液を拡散さ
せた。ドーパント溶液はテトラブトキシゲルマニウムＧ
ｅ（ｔ−ＱＣ４Ｈ９）４をエタノールにより体積比で５
倍に希釈したものを用いた（ゲルマニウムはシリカガラ
スに対して屈折率を高める働きをする）。その後、この
ゲル体を６０°Ｃの温度で約１日間乾燥し、続いてヘリ
ウム雰囲気中で約１２５０°Ｃまで加熱することにより
、第２図（ｄ）に示す様なマイクロレンズを備えたガラ
ス製光学素子１７（５ｍ＋＊Ｘ５ｍｍＸ１ ｍｍ ）を
得た。この光学素子に作り込まれているマイクロレンズ
の概要はレンズ径５００μｍ１ 焦点圧ｆｉ７８０μ
ｍであり、その性能を評価するためにフィゾー型干渉計
により波面収差を調べたところ、はぼ回折限界の値が得
られた。以上のように、ガラス中に屈折率分布を形成す
ることにより、収差を補正できたことがわかる。本実施
例では、球面形状の円形レンズをつくる場合を示したが
、勿論非球面レンズであってもよい。
乾燥機を用いて約１週間かけて乾燥させ多孔質ゲル体１
４（第１図（ｂ））を得た。このゲル体は空気雰囲気中
で一旦１０００°Ｃまで熱処理した後、ゲル体のレンズ
中央部分以外を除いて表面をマスキング（第２図（Ｃ）
） Ｌ、中央部の穴１６からドーパント溶液を拡散さ
せた。ドーパント溶液はテトラブトキシゲルマニウムＧ
ｅ（ｔ−ＱＣ４Ｈ９）４をエタノールにより体積比で５
倍に希釈したものを用いた（ゲルマニウムはシリカガラ
スに対して屈折率を高める働きをする）。その後、この
ゲル体を６０°Ｃの温度で約１日間乾燥し、続いてヘリ
ウム雰囲気中で約１２５０°Ｃまで加熱することにより
、第２図（ｄ）に示す様なマイクロレンズを備えたガラ
ス製光学素子１７（５ｍ＋＊Ｘ５ｍｍＸ１ ｍｍ ）を
得た。この光学素子に作り込まれているマイクロレンズ
の概要はレンズ径５００μｍ１ 焦点圧ｆｉ７８０μ
ｍであり、その性能を評価するためにフィゾー型干渉計
により波面収差を調べたところ、はぼ回折限界の値が得
られた。以上のように、ガラス中に屈折率分布を形成す
ることにより、収差を補正できたことがわかる。本実施
例では、球面形状の円形レンズをつくる場合を示したが
、勿論非球面レンズであってもよい。
［実施例２］
第２図は屈折率分布２２を、実施例１のようにレンズ部
分２１に付けたのではなく、レンズと対応する反対側の
面（裏面）に付けた場合の実施例である。製造方法は基
本的に実施例１と同じであるが、ゲルマニウムを拡散す
る際のマスク開口部の位置が、レンズの反対側に在ると
ころが異なる。本実施例ではレンズ径５００μｍ、焦点
距離６．０順の超長焦点レンズが作製できた。勿論、実
施例１の方法でも超長焦点レンズは作製可能である。
分２１に付けたのではなく、レンズと対応する反対側の
面（裏面）に付けた場合の実施例である。製造方法は基
本的に実施例１と同じであるが、ゲルマニウムを拡散す
る際のマスク開口部の位置が、レンズの反対側に在ると
ころが異なる。本実施例ではレンズ径５００μｍ、焦点
距離６．０順の超長焦点レンズが作製できた。勿論、実
施例１の方法でも超長焦点レンズは作製可能である。
［実施例３］
第３図は実施例１と同様な方法で、球面形状の円形レン
ズに屈折率分布を形成した場合の実施例である。但し、
この場合には第４図（ａ）に示すように、レンズの中央
部３２及び非レンズ部分３３にマスキングを施し、レン
ズ周辺部３４がら屈折率を下げるドーパントを拡散させ
、第３図（ｂ）に示すような光学素子３５を作製した。
ズに屈折率分布を形成した場合の実施例である。但し、
この場合には第４図（ａ）に示すように、レンズの中央
部３２及び非レンズ部分３３にマスキングを施し、レン
ズ周辺部３４がら屈折率を下げるドーパントを拡散させ
、第３図（ｂ）に示すような光学素子３５を作製した。
この場合は、レンズ周辺部に屈折率分布を付け、レンズ
周辺部での球面収差を補正した。
周辺部での球面収差を補正した。
実施例１及び３で示したように、レンズ媒質に屈折率を
付与する方法としては、レンズの表面中央部から屈折率
を高める（あるいは低くする）ドーパントを拡散する方
法と、逆にレンズ周辺部からドーパントを拡散する方法
とがある。
付与する方法としては、レンズの表面中央部から屈折率
を高める（あるいは低くする）ドーパントを拡散する方
法と、逆にレンズ周辺部からドーパントを拡散する方法
とがある。
さらに、以上の実施例では１個のレンズ体を備えた光学
素子の場合を例として示したが、微小なレンズ体を多次
元的に多数配列してアレイ化した光学素子も、同様な方
法で作製可能であることは明かである。
素子の場合を例として示したが、微小なレンズ体を多次
元的に多数配列してアレイ化した光学素子も、同様な方
法で作製可能であることは明かである。
以上説明したように本発明によれば、微小レンズを備え
た光学素子の微小レンズ部分に屈折率分布を形成するこ
とにより、−枚のレンズ体で各種の収差を補正できると
共に、焦点距離が極めて長いレンズや、逆に短いレンズ
を容易に実現できる。
た光学素子の微小レンズ部分に屈折率分布を形成するこ
とにより、−枚のレンズ体で各種の収差を補正できると
共に、焦点距離が極めて長いレンズや、逆に短いレンズ
を容易に実現できる。
また、非球面レンズが達成できない、極めて微小なレン
ズ体の成形方法としても特に有効である。
ズ体の成形方法としても特に有効である。
さらに、光学素子の製造方法としてゾル−ゲル法を用い
ているため、研削、研磨、微細加工等を一切行なうこと
なしに、高精度な光学素子を容易に製造することが可能
である。
ているため、研削、研磨、微細加工等を一切行なうこと
なしに、高精度な光学素子を容易に製造することが可能
である。
本発明により作製できる光学素子としては、実施例で示
したマイクロレンズ、マイクロレンズアレイに限定され
るものではなく、マイクロフレネルレンズ、マイクロシ
リンドリカルレンズ、ホログラフィックレンズ及び、そ
れらを多次元的に集積化した各種レンズアレイなどが挙
げられる。勿論、本発明はレンズ以外の、例えばレンズ
効果を有しないプリズムなどの光学素子にも応用が可能
であることは明白である。
したマイクロレンズ、マイクロレンズアレイに限定され
るものではなく、マイクロフレネルレンズ、マイクロシ
リンドリカルレンズ、ホログラフィックレンズ及び、そ
れらを多次元的に集積化した各種レンズアレイなどが挙
げられる。勿論、本発明はレンズ以外の、例えばレンズ
効果を有しないプリズムなどの光学素子にも応用が可能
であることは明白である。
及び得られる光学素子の概略断面図。
第４図は２種類の屈折作用を説明する図。
第５図は球面収差が大きいレンズ体を用いた場合の集光
状態を説明する図。
状態を説明する図。
型
ゾル溶液注入口
ゾル
多孔質ゲル体
マスキング層
ドーパント溶液注入口
ガラス製光学素子
屈折率分布形成部分
第１図は本発明の光学素子の製造工程及び得られる光学
素子の概略断面図。 第２図は実施例２における光学素子の概略断面図。 第３図は実施例３における光学素子の製造工程２１・・
・球面レンズ部分 ２２・・・屈折率分布形成部分 ３１・・・多孔質ゲル体 ３２・・・レンズ中央部のマスキング層３３・・・非レ
ンズ部分のマスキング層３４・・・ガラス製光学素子 ３５・・・屈折率分布形成部分 ４１・・・球面レンズ部分 ４２・・・焦点 ４３・・・屈折率分布形成部分 ５１ ・ ・球面レンズ部分 以 上 ｔｂ） 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴木喜三部（他１名）（’Ｃ） （ｄ） 第１図 （久） Ｂ 第４図 （α） （！０） 第３図
素子の概略断面図。 第２図は実施例２における光学素子の概略断面図。 第３図は実施例３における光学素子の製造工程２１・・
・球面レンズ部分 ２２・・・屈折率分布形成部分 ３１・・・多孔質ゲル体 ３２・・・レンズ中央部のマスキング層３３・・・非レ
ンズ部分のマスキング層３４・・・ガラス製光学素子 ３５・・・屈折率分布形成部分 ４１・・・球面レンズ部分 ４２・・・焦点 ４３・・・屈折率分布形成部分 ５１ ・ ・球面レンズ部分 以 上 ｔｂ） 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴木喜三部（他１名）（’Ｃ） （ｄ） 第１図 （久） Ｂ 第４図 （α） （！０） 第３図
Claims (3)
- （１）１個あるいは２個以上の微小レンズを備えた光学
素子において、該微小レンズ部分に屈折率分布を形成し
たことを特徴とする光学素子。 - （２）１種もしくは２種以上の金属アルコキシドを主原
料として目的ガラス成分組成の液状ゾルを調製し、該液
状ゾルをレンズ形状もしくはレンズパターンを有する型
に接触させながらゲル化させ、得られたウェットゲルを
乾燥してドライゲルとした後、焼結等の熱処理によりガ
ラス体を得るゾル−ゲル法によるガラス製光学素子の製
造方法において、該ドライゲルを熱処理する工程の途中
に、前記ガラス体の一部の屈折率を変える工程を付加し
たことを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法
。 - （３）第２項記載の目的ガラス成分組成の液状ゾルは、
１種もしくは２種以上の金属アルコキシド及び金属酸化
物の微粒子を主原料として調製したものであることを特
徴とする光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23821788A JPH0288433A (ja) | 1988-09-22 | 1988-09-22 | 光学素子及び光学素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23821788A JPH0288433A (ja) | 1988-09-22 | 1988-09-22 | 光学素子及び光学素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0288433A true JPH0288433A (ja) | 1990-03-28 |
Family
ID=17026889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23821788A Pending JPH0288433A (ja) | 1988-09-22 | 1988-09-22 | 光学素子及び光学素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0288433A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005019858A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Toppan Printing Co Ltd | ２次元画像変換素子 |
| JP2005222039A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-08-18 | Fuji Photo Film Co Ltd | 画像露光方法および装置 |
-
1988
- 1988-09-22 JP JP23821788A patent/JPH0288433A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005019858A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Toppan Printing Co Ltd | ２次元画像変換素子 |
| JP2005222039A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-08-18 | Fuji Photo Film Co Ltd | 画像露光方法および装置 |
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