JPH044261B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH044261B2 JPH044261B2 JP57000745A JP74582A JPH044261B2 JP H044261 B2 JPH044261 B2 JP H044261B2 JP 57000745 A JP57000745 A JP 57000745A JP 74582 A JP74582 A JP 74582A JP H044261 B2 JPH044261 B2 JP H044261B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- glass
- glass substrate
- microporous
- diffusion
- refractive index
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は平板ガラスに適当なマスクを密着させ
金属イオンを部分的に拡散させて屈折率分布を形
成する平板マイクロレンズの製造方法に関する。
金属イオンを部分的に拡散させて屈折率分布を形
成する平板マイクロレンズの製造方法に関する。
さらに詳しくは、該平板ガラスに光学的に均質
なマイクロポーラスを有するガラス基板を用いる
ことにより、金属イオンの拡散処理時間を著るし
く短縮したことを特徴とする新規な屈折率分布形
の平板マイクロレンズの製造方法に関するもので
ある。
なマイクロポーラスを有するガラス基板を用いる
ことにより、金属イオンの拡散処理時間を著るし
く短縮したことを特徴とする新規な屈折率分布形
の平板マイクロレンズの製造方法に関するもので
ある。
マイクロレンズは、最近、集光用、結像用のレ
ンズとして注目を集め、ガラス製のロツド状マイ
クロレンズはすでに市販されているが、本発明に
係わる平板マイクロレンズを使えば一枚の平板上
に集積回路作成と同じ要領で多数のマイクロレン
ズをいつぺんにつくりアレー化することができ
る。
ンズとして注目を集め、ガラス製のロツド状マイ
クロレンズはすでに市販されているが、本発明に
係わる平板マイクロレンズを使えば一枚の平板上
に集積回路作成と同じ要領で多数のマイクロレン
ズをいつぺんにつくりアレー化することができ
る。
ロツド状のマイクロレンズは、すでにいろいろ
な分野で使われはじめており、たとえばそのひと
つにPPC（普通紙複写機）がある。PPCでは画像
の転写にレンズ系が必要で、従来は普通のレンズ
を使つていた。しかし、普通のレンズでは結像さ
せるのにかなりの距離がいるため複写機のサイズ
が相当大きくなつてしまう。そこで焦点距離の短
いロツド状マイクロレンズを数百本たばねてアレ
ー化し、これをレンズ系に使えば複写機の薄形小
形化ができる。
な分野で使われはじめており、たとえばそのひと
つにPPC（普通紙複写機）がある。PPCでは画像
の転写にレンズ系が必要で、従来は普通のレンズ
を使つていた。しかし、普通のレンズでは結像さ
せるのにかなりの距離がいるため複写機のサイズ
が相当大きくなつてしまう。そこで焦点距離の短
いロツド状マイクロレンズを数百本たばねてアレ
ー化し、これをレンズ系に使えば複写機の薄形小
形化ができる。
このほか、光通信用の部品（分波器、カプラな
ど）にも使われ、さらに光学式ビデオデイスクの
レーザービーム集光用レンズとしても注目され
る。
ど）にも使われ、さらに光学式ビデオデイスクの
レーザービーム集光用レンズとしても注目され
る。
しかし、このロツド状マイクロレンズは、例え
ばアレー化するためには数百本をたばねて固定化
しなければならないことのほか、屈折率がロツド
の中心軸から外周に向つてなだらかに減少する構
造にするため、Tl（タリウム）やCs（セシウム）
などの金属イオンをＫ（カリウム）などのイオン
と交換するための長時間に渡る熱処理をしなけれ
ばならない。通常この拡散処理時間は、150〜200
時間に及ぶため生産性は必ずしも良くない。
ばアレー化するためには数百本をたばねて固定化
しなければならないことのほか、屈折率がロツド
の中心軸から外周に向つてなだらかに減少する構
造にするため、Tl（タリウム）やCs（セシウム）
などの金属イオンをＫ（カリウム）などのイオン
と交換するための長時間に渡る熱処理をしなけれ
ばならない。通常この拡散処理時間は、150〜200
時間に及ぶため生産性は必ずしも良くない。
この屈折率分布形のマイクロレンズでは、前記
した平板マイクロレンズにおいても同じ問題であ
る。
した平板マイクロレンズにおいても同じ問題であ
る。
本発明は、このようなレンズ製作のための長時
間に渡る処理時間を、光学的に均質なマイクロポ
ーラスを有するガラス基板を用いることにより、
著るしく短縮して製造した屈折率分布形平板マイ
クロレンズを提供するものである。
間に渡る処理時間を、光学的に均質なマイクロポ
ーラスを有するガラス基板を用いることにより、
著るしく短縮して製造した屈折率分布形平板マイ
クロレンズを提供するものである。
一般にイオン拡散交換による屈折率分布の形成
は、電子分極率の小さいイオン（K+など）が電
子分極率が大で、高温での易動度の大きい修飾性
一価イオン（Tl+、Cs+など）と溶融塩の接触に
より界面を通じてイオン交換され、これによつて
生じるガラス基板内のイオン濃度分布に対応して
２乗分布近似の屈折率分布が生成されるのであ
る。
は、電子分極率の小さいイオン（K+など）が電
子分極率が大で、高温での易動度の大きい修飾性
一価イオン（Tl+、Cs+など）と溶融塩の接触に
より界面を通じてイオン交換され、これによつて
生じるガラス基板内のイオン濃度分布に対応して
２乗分布近似の屈折率分布が生成されるのであ
る。
図１は屈折率分布形レンズの光学特性を模式的
に示したものである。
に示したものである。
光線は、常に屈折率の大きい方向に曲げられ
るので、ガラス基板を透過するとも、高屈折率
領域で曲げられ、集光してで焦点を結ぶ。
るので、ガラス基板を透過するとも、高屈折率
領域で曲げられ、集光してで焦点を結ぶ。
一般に拡散現象は以下の式で表わされる法則に
よつて起る。
よつて起る。
∂C／∂t＝Ｄ△Ｃ＋div（μCF）
こゝでＣ：粒子濃度、Ｆ：粒子に作用する力、
μ：粒子の移動度、Ｄ：拡散係数で〔L2T-1〕の
次元をもつ。
μ：粒子の移動度、Ｄ：拡散係数で〔L2T-1〕の
次元をもつ。
拡散係数Ｄは、固体、液体の場合原子がその位
置を変える程度には活性エネルギーＥが必要で次
式のような関係が成立つ。
置を変える程度には活性エネルギーＥが必要で次
式のような関係が成立つ。
Ｄ＝（a2／τ0）ｅ×ｐ（Ｅ／kT）
ａ：粒子間隔、τ0：粒子の飛躍が起こる頻度、
ｋ：ボルツマン定数、 上成から判るように、拡散係数は温度によつて
著るしく変化すると同時に、粒子間隔の自乗に比
例して拡散係数は変化する。
ｋ：ボルツマン定数、 上成から判るように、拡散係数は温度によつて
著るしく変化すると同時に、粒子間隔の自乗に比
例して拡散係数は変化する。
本発明は従来のガラスへの金属イオンの拡散で
は考えられなかつた粒子間隔ａを素材のガラス基
板をマイクロポーラス質のガラスとすることによ
り著るしく大きくし、拡散係数をそれによつて数
倍から一桁近く上げ、前記した屈折率分布形マイ
クロレンズの生産性を飛躍的に高めたものであ
る。
は考えられなかつた粒子間隔ａを素材のガラス基
板をマイクロポーラス質のガラスとすることによ
り著るしく大きくし、拡散係数をそれによつて数
倍から一桁近く上げ、前記した屈折率分布形マイ
クロレンズの生産性を飛躍的に高めたものであ
る。
本発明のマイクロポーラスガラス基板の具体的
な例としては、金属アルコキシドの加水分解を利
用した、いわゆるゾレーゲル法により、必要とす
る金属イオンの拡散処理に必要な温度に耐える光
学的に均質なマイクロポーラスを有するガラス基
板を作成できる。
な例としては、金属アルコキシドの加水分解を利
用した、いわゆるゾレーゲル法により、必要とす
る金属イオンの拡散処理に必要な温度に耐える光
学的に均質なマイクロポーラスを有するガラス基
板を作成できる。
以下に金属アルコキシドの加水分解を利用した
ゾルーゲル法によるガラス基板の作成について説
明する。
ゾルーゲル法によるガラス基板の作成について説
明する。
例としてシリカガラスをあげると、高温溶融法
では水晶を原料として2000℃近い高温を必要とす
る。これに対して、ゾルーゲル法では、シリコン
アルコキシドを原料とする場合、たとえばけい酸
エチル（Si（OC2H5）4）と水とエチルアルコール
を混合し、けい酸エチルを加水分解し、けい酸ゲ
ルとして一定形状物を加熱しながら、水、アルコ
ールを追い出し、SiO2の三次元構造のシリカガ
ラスを得ることができる。
では水晶を原料として2000℃近い高温を必要とす
る。これに対して、ゾルーゲル法では、シリコン
アルコキシドを原料とする場合、たとえばけい酸
エチル（Si（OC2H5）4）と水とエチルアルコール
を混合し、けい酸エチルを加水分解し、けい酸ゲ
ルとして一定形状物を加熱しながら、水、アルコ
ールを追い出し、SiO2の三次元構造のシリカガ
ラスを得ることができる。
この場合、最高1200℃程度までの温度で、
SiO2の完全な三次元構造が完成するが、その途
中の温度でそれぞれ初期の加水分解条件に依存す
る複雑な構造をとる。その一つが吸着水やガスの
脱離などによる数十オングストロームから数百オ
ングストロームに渡る孔径のマイクロポーラス構
造の形成であり、シリカガラスの場合、500℃〜
700℃の温度で形成される。
SiO2の完全な三次元構造が完成するが、その途
中の温度でそれぞれ初期の加水分解条件に依存す
る複雑な構造をとる。その一つが吸着水やガスの
脱離などによる数十オングストロームから数百オ
ングストロームに渡る孔径のマイクロポーラス構
造の形成であり、シリカガラスの場合、500℃〜
700℃の温度で形成される。
このマイクロポーラスの孔径は、処理温度と、
初期の金属アルコキシド原料に各種の金属を用い
たり、加水分解条件を変えることにより最小十数
オングストロームから数百オングストロームまで
コントロール可能である。
初期の金属アルコキシド原料に各種の金属を用い
たり、加水分解条件を変えることにより最小十数
オングストロームから数百オングストロームまで
コントロール可能である。
対象となるガラス基板組成は、ほとんどすべて
の金属酸化物が可能であるが、上記したシリカガ
ラスを初め、硼硅酸素ガラス、極低膨脹性シリカ
チタニアガラス（SiO2−TiO2）耐熱性シリカ−
アルミナ−ジルコニアガラス（SiO2−Al2O3−
ZrO2）などのマイクロポーラス基板の作成が、
特に特徴を出し易いようである。
の金属酸化物が可能であるが、上記したシリカガ
ラスを初め、硼硅酸素ガラス、極低膨脹性シリカ
チタニアガラス（SiO2−TiO2）耐熱性シリカ−
アルミナ−ジルコニアガラス（SiO2−Al2O3−
ZrO2）などのマイクロポーラス基板の作成が、
特に特徴を出し易いようである。
次に本発明を具体的に説明する。
図２は、ゾルゲール法で作成した光学的に均質
なマイクロポーラスを有するガラス基板の表面
に拡散窓用の小孔を設けた耐蝕性金属マスク
を蒸着、スパツター等で形成した原料基板を模式
的に示したものである。耐蝕性金属マスク材料
は、小孔から拡散させる金属イオンの種類やそ
の塩及び基板ガラス組成に依存する処理温度によ
つて適当に選べるが、Ti、Taが比較的優れてい
る。
なマイクロポーラスを有するガラス基板の表面
に拡散窓用の小孔を設けた耐蝕性金属マスク
を蒸着、スパツター等で形成した原料基板を模式
的に示したものである。耐蝕性金属マスク材料
は、小孔から拡散させる金属イオンの種類やそ
の塩及び基板ガラス組成に依存する処理温度によ
つて適当に選べるが、Ti、Taが比較的優れてい
る。
図３は、図２で作成した平板マイクロレンズ用
原料基板を耐熱性容器に入れた拡散させる金属
イオン源となる塩中に浸漬した状態を示したも
のである。もちろん周囲は拡散に必要な処理温度
環境になつている。
原料基板を耐熱性容器に入れた拡散させる金属
イオン源となる塩中に浸漬した状態を示したも
のである。もちろん周囲は拡散に必要な処理温度
環境になつている。
拡散させる金属イオンはTl+、Cs+、Pb++など
があり、それらの硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩が有効
である。
があり、それらの硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩が有効
である。
本発明によるマイクロポーラス基板ガラスを用
いた場合には、従来のガラス基板が150〜200時間
の熱処理時間（処理温度600℃で）を要したのに
対し、平均して20〜25時間で同等の拡散濃度分布
を得ることができた。
いた場合には、従来のガラス基板が150〜200時間
の熱処理時間（処理温度600℃で）を要したのに
対し、平均して20〜25時間で同等の拡散濃度分布
を得ることができた。
しかも、熱処理時間がきわめて短縮できたこと
により、これまで問題とされていたマスクの耐蝕
性についても、きわめて有利となり解決された。
により、これまで問題とされていたマスクの耐蝕
性についても、きわめて有利となり解決された。
以上本発明の概要をゾルーゲル法による光学的
に均質なマイクロポーラスを有するガラス基板を
用いた場合を中心に説明してきたが、ゾルーゲル
法以外にも例えば、単なる溶融法においても適当
なガスをコントロールしながら導入して内部に吸
着させ、マイクロポーラス化することも可能であ
る。
に均質なマイクロポーラスを有するガラス基板を
用いた場合を中心に説明してきたが、ゾルーゲル
法以外にも例えば、単なる溶融法においても適当
なガスをコントロールしながら導入して内部に吸
着させ、マイクロポーラス化することも可能であ
る。
以上述べたように、本発明は平板マイクロレン
ズを作成する際に屈折率をなだらかに変化させる
構造にするための従来のイオン拡散交換熱処理工
程において、拡散処理時間が長時間（150〜200時
間）かかるという問題点に対して、マイクロポー
ラスを有するガラス基板の表面に少なくとも１つ
の開口部を設けた耐触性マスクを形成し、耐熱性
容器中に満たされた溶融塩にガラス基板を侵漬す
ることにより拡散処理時間を従来の処理時間の約
十分の一である20〜25時間に短縮することができ
たので、大幅に生産性を向上させることができ、
さらに従来のマスクの耐触性についての問題も拡
散処理時を短縮したことによつて解決できるとい
う効果を有し、さらになだらかな２乗分布近似の
屈折率で収差の小さい一様な特性のレンズ群で平
板マイクロレンズアレイを提供できる。
ズを作成する際に屈折率をなだらかに変化させる
構造にするための従来のイオン拡散交換熱処理工
程において、拡散処理時間が長時間（150〜200時
間）かかるという問題点に対して、マイクロポー
ラスを有するガラス基板の表面に少なくとも１つ
の開口部を設けた耐触性マスクを形成し、耐熱性
容器中に満たされた溶融塩にガラス基板を侵漬す
ることにより拡散処理時間を従来の処理時間の約
十分の一である20〜25時間に短縮することができ
たので、大幅に生産性を向上させることができ、
さらに従来のマスクの耐触性についての問題も拡
散処理時を短縮したことによつて解決できるとい
う効果を有し、さらになだらかな２乗分布近似の
屈折率で収差の小さい一様な特性のレンズ群で平
板マイクロレンズアレイを提供できる。
第１図は本発明に係わる平板マイクロレンズの
光学時性の原理図である。第２図は本発明に係わ
る平板マイクロレンズ製作の説明図である。第３
図は本発明に係わる平板マイクロレンズ製作の説
明図である。
光学時性の原理図である。第２図は本発明に係わ
る平板マイクロレンズ製作の説明図である。第３
図は本発明に係わる平板マイクロレンズ製作の説
明図である。
Claims (1)
- １ マイクロポーラスを有するガラス基板の表面
に少なくとも１つの開口部を設けた耐触性マスク
を形成し、耐熱性容器中に満たされた溶融塩に前
記ガラス基板を侵漬することを特徴とする平板マ
イクロレンズの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP74582A JPS58117501A (ja) | 1982-01-06 | 1982-01-06 | 平板マイクロレンズの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP74582A JPS58117501A (ja) | 1982-01-06 | 1982-01-06 | 平板マイクロレンズの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58117501A JPS58117501A (ja) | 1983-07-13 |
| JPH044261B2 true JPH044261B2 (ja) | 1992-01-27 |
Family
ID=11482234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP74582A Granted JPS58117501A (ja) | 1982-01-06 | 1982-01-06 | 平板マイクロレンズの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58117501A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6090514U (ja) * | 1983-11-29 | 1985-06-21 | カルソニックカンセイ株式会社 | 排気装置 |
| JP4521938B2 (ja) * | 2000-06-19 | 2010-08-11 | キヤノン株式会社 | 撮像装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4403031A (en) * | 1981-06-25 | 1983-09-06 | Corning Glass Works | Method for providing optical patterns in glass |
-
1982
- 1982-01-06 JP JP74582A patent/JPS58117501A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58117501A (ja) | 1983-07-13 |
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