JPH04151601A

JPH04151601A - 屈折率分布型レンズの製造方法

Info

Publication number: JPH04151601A
Application number: JP27689890A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Kato; 正良加藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-10-16
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1992-05-25
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JP2934008B2

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】伎先光互本発明は、屈折重分型レンズの製造方法に関し、より詳
細には、光通信システムや光情報処理等の微小光学素子
の分野に有用な屈折率分布型レンズの製造方法に関する
。例えば、光通信や光情報処理などに適用されるもので
ある。

災米技嵐従来から超小形レンズは１■より小さい直径を持つレン
ズ、特に２０乃至１００ミクロン間の直径をもつレンズ
を意味しており、これらの寸法のレンズは、例えば光伝
送路を光源に結合するための又は光伝送路同志をお互い
に結合するための結合素子に使われている。このレンズ
は一定の屈折率をもつ材料から作られている。しかし、
実際上、数個の球を同時に被覆するときその被覆作業の
間に球の衝突するのを防止することは殆んど不可能であ
る。しかも、衝突の結果、被覆層はくもり、レンズの透
明度が減少するという問題点がある。この点を解決する
ために、例えば、特開昭５５−１３５８０６号公報に「
超小形レンズの製造方法」が提案されている。この方法
は、回転対称形の凹部をガラス基板上に作り、その後、
前記凹部が完全に充填されるまでガラス質層の組成を変
化させながら前記ガラス基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基板をもとの厚さ、もし
くはそれ以下の厚さまで減少させて屈折率分布型レンズ
を得るものである。

第３図（、）〜（ｃ）は、上記公報に記載されている蒸
着法を用いた屈折率分布型レンズの製造方法を説明する
ための図で、図中、１１は石英ガラス板、１２，１３．
１４は半球状凹部、１５は層、１６．１７．１８は半球
状レンズである。

図（ａ）において、ＣＯ□レーザを用い、７０ミクロン
の直径の半球状凹部１２，１３．１４が石英板１１（３
０■、３０ｍ＋、１ｍ厚さ）に作られる。

次に図（ｂ）において、この半球状の孔を有する石英板
１１は反応管内に置かれ、反応管は電気炉内に置かれる
。該電気炉内でマイクロ波共振子は反応管に沿って往復
動することができ、このとき５５ミクロン厚さをもつＳ
ｉ３Ｎ４の層１５が非等温プラズマによりガス相から沈
着される。

図（Ｃ）において、その後、石英ガラス１１の厚さは元
の厚さにまで研磨することにより減少される。この結果
、一定の屈折率をもつ半球状レンズ１６．１７．１８が
できる。これらのレンズは石英ガラス中に合体している
。

しかしながら、第３図に示す製造方法では基板に孔を設
けるための加工や、蒸着後の基板の研磨などの余分な工
程があるため製造工程が複雑で生産性に問題が残る。ま
た、得られるレンズの光学特性は主に基板との屈折率差
の分布によるため、高ＮＡ化などの特性の改善に限界が
ある。

■−−カ本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
製造工程が少なく生産性に富み、かつ光学特性の制御性
の良い新規の屈折率分布型レンズの製造方法を提供する
ことを目的としてなされたものである。

遺−−Ｊ父本発明は、上記目的を達成するために、（１）ガラス質
層を蒸着法などの薄膜製作法を用いて透明基板上に膜を
形成する屈折率分布型レンズの製造方法において、シャ
ドーマスクの形状及び設定条件の制御による膜形状と、
堆積する固溶体の組成を一定もしくは変化させて形成す
る膜の屈折率分布を、それぞれ制御することにより、前
記透明基板の少なくとも一方の表面に膜を形成すること
、更には、（２）前記薄膜製作法において、ガラス質層
をＣＶＤ法（化学気相成長法）を用いて形成し、その原
料ガスの供給の制御により形成する膜の屈折率分布を制
御すること、更には、（３）前記固溶体において、窒化
ケイ素の含有量を次第に増している石英ガラス層を堆積
せしめることを特徴としたものである。以下、本発明の
実施例に基づいて説明する。

第１図及び第２図は、本発明による屈折率分布型レンズ
の製造方法の一実施例を説明するための図で、図中、１
は透明基板、２はガラス質層（レンズ、堆積膜）、３は
シャドーマスク、４は原料ガス、５は平行光（伝搬光）
である。

本発明による屈折率分布型レンズの製造方法では、ガラ
ス質層２を蒸着法などの薄膜作製法を用いて、透明基板
１上の少なくとも一方の表面に積層することによりレン
ズを形成する。本発明ではこの膜形成時に、シャドーマ
スク３を用いて膜の形状を制御し、また同時に堆積する
固溶体の組成を一定もしくは変化させて形成する膜の屈
折率分布を制御することにより、所望のレンズの形状及
び屈折率分布を得る。

第２図により具体的な製造方法の一実施例を示す。透明
基板１には透明な石英ガラスを用い、プラズマＣＶＤ法
（化学気相成長法）により膜を形成する。加熱した電気
炉内にある反応管内に、シャドーマスク３として二種類
の円錐形の開口からなる薄板を用い、密着もしくはギャ
ップを設けて透明基板１に平行に配置し、マイクロ波共
振子によりプラズマを発生させ、前記開口を通して膜を
形成する。この時、原料ガス４にＳｉＨ４とＮＨ。

およびＮ２０を用い、該原料ガス４の供給量を制御する
ことにより５１０２−５ｉ３Ｎ４の固溶体を徐々に組成
を変化させながら堆積させる。本発明の実施例では高屈
折率層から堆積させ、徐々に屈折率が低くなるように膜
を形成した。このように形成されたガラス質膜２は屈折
率が１．５〜２．０の範囲で分布し、かつ膜表面は球面
もしくは非球面形状を有する。このため、第１図におい
て、例えば平行光５が入射された場合、その表面形状及
び屈折率分布により出射光は集光してレンズとして作用
する。そのため、その膜形状（＝レンズ形状）及び屈折
率分布を制御することにより、所望の光学特性を有する
種々のレンズを作製することができる。また、シャドー
マスク３上に設ける開口を二次元アレイ状に配置すれば
、同一基板上にレンズを複数個容易にアレイ状に形成す
ることができる。

本発明は上記の方法に限らず種々の変形が可能であり、
例えば基板裏面にも上記の方法を用いてレンズを形成し
、さらにその光学特性に自由度を与えることも可能であ
る。

丸−一果以上の説明から明らかなように、本発明によると、以下
のような効果がある。

（１）請求項１に対応する効果；透明基板上にガラス質
層を堆積させることによりレンズが作製できるため、研
磨等の基板の加工の必要が無く製造工程が少ないので生
産性に優れている。また、シャドーマスクを用いること
により積層する膜形状を制御し、さらに積層する膜の組
成を制御することにより屈折率分布を形成し、光学特性
を制御することが可能である。

（２）請求項２に対応する効果；膜形成にＣＶＤ法を用
いて原料ガスの供給を制御することにより、容易に堆積
する膜の組成を変化させることが可能となり、膜の屈折
率分布を制御することが可能となる。

（３）請求項３に対応する効果；膜に用いる固溶体に窒
化ケイ素の含有量を次第に増している石英ガラス層を用
いることにより、屈折率を広範囲しこ変化させることが
でき、かつ耐環境性の高し）膜を得ることが可能になる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による屈折率分布型レンズの一実施例を
説明するための構成図、第２図は本発明による屈折率分
布型レンズの製作方法の一実施例を示す図、第３図は従
来の製造方法を示す図である。１・透明基板、２・・ガラス質層（レンズ、堆積膜）、
３・・・シャドーマスク、４・・・原料ガス、５・・・
平行光（伝搬光）。特許出願人　　株式会社　リ　コ　−４μ

Claims

【特許請求の範囲】１、ガラス質層を蒸着法などの薄膜製作法を用いて透明
基板上に膜を形成する屈折率分布型レンズの製造方法に
おいて、シャドーマスクの形状及び設定条件の制御によ
る膜形状と、堆積する固溶体の組成を一定もしくは変化
させて形成する膜の屈折率分布を、それぞれ制御するこ
とにより、前記透明基板の少なくとも一方の表面に膜を
形成することを特徴とする屈折率分布型レンズの製造方
法。２、前記薄膜製作法において、ガラス質層をＣＶＤ法（
化学気相成長法）を用いて形成し、その原料ガスの供給
の制御により形成する膜の屈折率分布を制御することを
特徴とする請求項１記載の屈折率分布型レンズの製造方
法。３、前記固溶体において、窒化ケイ素の含有量を次第に
増している石英ガラス層を堆積せしめることを特徴とす
る請求項１項記載の屈折率分布型レンズの製造方法。