JPH0723237B2 - 平板マイクロレンズの製造方法 - Google Patents

平板マイクロレンズの製造方法

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JPH0723237B2
JPH0723237B2 JP60006151A JP615185A JPH0723237B2 JP H0723237 B2 JPH0723237 B2 JP H0723237B2 JP 60006151 A JP60006151 A JP 60006151A JP 615185 A JP615185 A JP 615185A JP H0723237 B2 JPH0723237 B2 JP H0723237B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電界移入法を用いた平板マイクロレンズの製造
方法に関する。
〔従来技術〕
近年、伊賀、及川らによって、平板基板へのドーパント
の選択拡散によってできる平板マイクロレンズが報告さ
れ、注目を集めている。(Appl.Opt.22,441(1983))
この平板マイクロレンズは、多数のマイクロレンズを所
望の位置関係でモノリシックに集積できるという特徴を
もち他のアレイ状の光学素子(面発光型LD、面発光型LE
D、光ファイバアレイ、液晶光スイッチアレイ等)と積
層することによって光回路をアレイ状に一括して製作で
きるため、光ファイバ通信分野や画像伝送などの分野に
おいてはなくてはならぬ基本的なエレメントになること
が期待されている。
またロッドレンズと比較して、いろいろなサイズのレン
ズが作製できるので、光ディスクのピックアップへの応
用や光コンピュータ等の集積光回路への応用が可能であ
る。
平板マイクロレンズの製造方法としては、電界移入法、
イオン交換法、プラズマCVD法、拡散重合法などが知ら
れているが、開口数が大きく収差の小さい平板マイクロ
レンズを得る方法としては電界移入法が最もすぐれてい
る。(第1図) 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、従来の電界移入法によると、望みのレンズ特性
の平板マイクロレンズを再現性良く作製することができ
ないという問題点があった。またレンズ特性の同一基板
内でのバラツキが大きいという問題点もあった。そのた
めに高品質な平板マイクロレンズを安いコストで提供す
ることが困難であり、さらに平板マイクロレンズをレン
ズアレイとして用いたいという要求に対しては、その要
求を満たしたレンズアレイを作製することさえ困難であ
った。
本発明は以上の問題点を解決するもので、その目的とす
るところは、実用上十分な精度を備えた平板マイクロレ
ンズあるいは平板マイクロレンズアレイを再現性良く安
価に製造し得る方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の平板マイクロレンズの製造方法は、底面部がガ
ラスである箱型形状の試料セルの底面部を、複数の円形
開口部を有するパターンマスクで被覆し、 前記試料セルの内面に第1の溶融塩のはいっている状態
で、前記第1の溶融塩とは隔てられた第2の溶融塩から
なる浴に浸し、 前記第1の溶融塩中に浸された第1の電極と前記第2の
溶融塩中に浸された第2の電極との間に電位差Vを与
え、その電界効果によって前記浴中の前記第2の溶融塩
に含有される金属イオンを、前記パターンマスクの円形
開口部を介して前記ガラス内に注入する電界移入法を用
いた平板マイクロレンズの製造方法において、 以下の(I)及び/又は(II)の条件で電界移入を行う
ことを特徴とする。
(I)前記円形開口部の半径rm、ガラス材料、ガラスの
厚み、電界移入温度、溶融塩の組成、電極材料、電極の
配置、電極の形状、電極の大きさ等、前記電位差V以外
の電界移入条件を一定としたとき、得られる平板マイク
ロレンズの半径r1が前記電位差Vの変動によらずに一定
であるような条件 (II)前記電位差V、ガラス材料、ガラスの厚み、電界
移入温度、溶融塩の組成、電極材料、電極の配置、電極
の形状、電極の大きさ等、前記円形開口部の半径rm以外
の電界移入条件を一定としたとき、得られる平板マイク
ロレンズの半径r1が前記円形開口部の半径rmの(2/3)
乗に比例するような条件る。
ドーパントの注入スピードが上限に達しているかどうか
は、以下の3種の方法((I),(II),(III))な
どで調べることができる。
(I)製造に用いられる電界移入条件のうち、印加電圧
(V)のみを変化させる方法(第2図)。
印加電圧(V)を高めたときにレンズの大きさが大きく
なったときは、ドーパントの注入スピードは上限に達し
ていない。(第2図(a)) 印加電圧(V)を高めてもレンズの大きさが大きくなら
ないときはドーパントの注入スピードが上限に達してい
る。(第2図(b)) (II)製造に用いられる電界移入条件のうち、マスク開
口部の半径(rm)のみを変化させる方法(第3図) レンズの半径(rl)がrmの1/3乗に比例しているときは
ドーパントの注入スピードが上限に達していない。(第
3図(a)) rlがrmの2/3乗に比例しているときはドーパントの注入
スピードが上限に達している。(第3図(b)) (III)製造に摩いられる電界移入条件のうち、印加電
圧(V)とマスク半径(rm)を変化させる方法(第4
図) 図で(a)領域ではドーパントの注入スピードが上限に
達していない。(第4図(a)) 図で(b)領域ではドーパントの注入スピードが上限に
達している。(第4図(b)) 〔作用〕 電界移入法によって製造される平板マイクロレンズの半
径R1は、電界移入時における第1の電極と第2の電極と
の間の電位差の(1/3)乗に比例することが知られてい
る。
しかしながら、発明者による詳細な研究によると、電位
差Vがあるしきい値を越えた条件のもとでは、それ以上
の電位差を与えても平板マイクロレンズの半径r1は増加
しないことが明らかになった。すなわち、電位差Vのう
ちしきい値を越えたdVはもはや円形開口部近傍での電界
強度の増加に寄与しなくなるのである。
その理由は、ドーパントの注入スピードがその電界移入
の条件では上限となっており、そのため、これ以上の電
位差Vを与えてもその電位差dVが円形開口部近傍での電
界強度の増加に寄与しないのであろうと考えられる。
また、電界移入法によって製造される平板マイクロレン
ズの半径r1は、電界移入時における円形開口部の半径rm
の(1/3)乗に比例することが知られているが、ドーパ
ントの注入スピードがその電界移入の条件では上限とな
っているときには、平板マイクロレンズの半径r1は円形
開口部の半径rmの(2/3)乗に比例することが予想され
る。
研究の結果、ドーパントの注入スピードがその電界移入
の条件では上限となっているときには、平板マイクロレ
ンズの半径r1は円形開口部の半径rmの(2/3)乗に比例
し、ドーパントの注入スピードがその電界移入の条件で
は上限となっていないときには、円形開口部の半径rm
(1/3)乗に比例することが明らかになった。
さて、本発明の平板マイクロレンズの製造方法は、
(I)前記円形開口部の半径rm、ガラス材料、ガラスの
厚み、電界移入温度、溶融塩の組成、電極材料、電極の
配置、電極の形状、電極の大きさ等、電位差V以外の電
界移入条件を一定としたとき、得られる平板マイクロレ
ンズの半径r1が前記電位差Vの変動によらずに一定であ
るような条件、及び/又は(II)前記電位差V、ガラス
材料、ガラスの厚み、電界移入温度、溶融塩の組成、電
極材料、電極の配置、電極の形状、電極の大きさ等、前
記円形開口部の半径rm以外の電界移入条件を一定とした
とき、得られる平板マイクロレンズの半径r1が前記円形
開口部の半径rmの(2/3)乗に比例するような条件、で
電界移入を行うことを特徴とするが、その条件のもとで
は、ドーパントの注入スピードがその条件では常に上限
に達していることになる。
従って、試料セル等の配置、溶融塩の量、電極の形状・
サイズ・汚れ・配置等の外部条件が少々異なっても、円
形開口部近傍での電界強度は一定に保たれ、得られる平
板マイクロレンズの特性は一定に保たれる。
よって、実用上十分な精度を備えた平板マイクロレンズ
又は実用上十分な精度と均一性を備えた平板マイクロレ
ンズアレイを再現性よく安価に製造することができる。
実際には、第2図〜第4図で説明したような方法に従っ
て調べられた、ドーパントの注入スピードが上限に達し
ている条件のなかから、レンズのサイズ、焦点距離、球
面収差等のレンズ特性を満たす電界移入条件を選ぶこと
が必要である。
以下に、本発明が、望みのレンズ特性の平板マイクロレ
ンズを再現性良く作製すること、ならびにレンズ特性の
均一性にすぐれた平板マイクロレンズアレイを作製する
ことに対してどのように寄与するかを実施例を用いて詳
しく説明する。
〔実施例1〕 本実施例では第5図のようにセットした後、下記の条件
で電界移入を行なった。
(電界移入条件) ・試料ガラス KF2,厚み4mm ・マスク チタン ・パターン 半径50μmの開口部が100コ集積されてい
る。
・熔融塩の組成 Tl2SO4:ZnSO4=5:5 ・温度 520℃ ・印加電圧 4V ・移入時間 5hr ・雰囲気 N2 電界移入後、試料セルの内側の熔融塩を捨てて徐冷した
後、湯洗した。つづいて試料セルを適当な形に切断し、
その後ガラス両面を形削・研磨して平板マイクロレンズ
アレイを作製した。
本実施例では、ドーパントの注入スピードが上限に達し
ている条件で電界移入を行なった。
〔実施例2〕 本実施例では第5図のようにセットした後、下記の条件
で電界移入を行なった。
(電界移入条件) ・試料ガラス KF2 厚み4mm ・マスク チタン ・パターン 半径200μmの開口部が100 コ集積されている。
・熔融塩の組成 Tl2SO4:ZnSO4=5:5 ・温度 520℃ ・印加電圧 4V ・移入時間 5hr ・雰囲気 N2 電界移入後、試料セルの内側の熔融塩を捨てて徐冷した
後、湯洗した。つづいて試料セルを適当な形に切断し、
その後ガラス両面を研削・研磨して平板マイクロレンズ
アレイを作製した。
本実施例の電界移入条件では、ドーパントの注入スピー
ドが上限に達していない。
〔実施例3〕 本実施例では第5図のようにセットした後、下記の条件
で電界移入を行なった。
(電界移入条件) ・試料ガラス KF2,厚み4mm ・マスク チタン ・パターン 半径50μmの開口部が100コ集積されてい
る ・熔融塩の組成 Tl2SO4:ZnSO4=5:5 ・温度 520℃ ・印加電圧 1V ・移入時間 5hr ・雰囲気 N2 電界移入後、試料セルの内側の熔融塩を捨てて徐冷した
後、湯洗した。つづいて試料セルを適当な形に切断し、
その後ガラス両面を研削・研磨して平板マイクロレンズ
アレイを作製した。
本実施例の電界移入条件では、ドーパントの注入スピー
ドが上限に達していない。
〔実施例4〕 本実施例では第5図のようにセットした後、下記の条件
で電界移入を行なった。
(電界移入条件) ・試料ガラス KF2 厚み2mm ・マスク チタン ・パターン 半径50μmの開口部が100コ集積されてい
る ・熔融塩の組成 Tl2SO4:ZnSO4=5:5 ・温度 520℃ ・印加電圧 4V ・移入時間 5hr ・雰囲気 N2 電界移入後、試料セルの内側の熔融塩を捨てて徐冷した
後、湯洗した。つづいて試料セルを適当な形に切断し、
その後ガラス両面を研削・研磨して平板マイクロレンズ
アレイを作製した。
本実施例の電界移入条件では、ドーパントの注入スピー
ドが上限に達している。
〔実施例5〕 本実施例では第6図のようにセットした後、下記の条件
で電界移入を行なった。
(電界移入条件) ・試料ガラス KF2,厚み4mm ・マスク チタン ・パターン 半径50μmの開口部が100コ集積されてい
る ・熔融塩の組成 Tl2SO4:ZnSO4=5:5 ・温度 550℃ ・印加電圧 4V ・移入時間 5hr ・雰囲気 N2 電界移入後、試料セルの内側の熔融塩を捨てて徐冷した
後、湯洗した。つづいて試料セルを適当な形に切断し、
その後ガラス両面を研削・研磨して平板マイクロレンズ
アレイを作製した。
本実施例の電界移入条件では、ドーパントの注入スピー
ドが上限に達している。
〔実施例1〜実施例5で得られた平板マイクロレンズの
特性〕 *各実施例について3回ずつ電界移入を行なった結果で
ある。得られた平板マイクロレンズアレイ中の平板マイ
クロレンズ100コの特性を全数測定し各条件とも300コず
つのデータをもとにして算出した。NAはヘリウムネオン
レーザを基板のレンズ側から入射させてその遠視野像か
ら求めた。表をみても明らかなように、ドーパントの注
入スピードが上限に達している条件で作製した平板マイ
クロレンズのレンズ径のバラツキはそうでないものに比
べて極めて小さかった。
〔発明の効果〕
以上のように本発明の平板マイクロレンズの製造方法
は、(I)前記円形開口部の半径rm、ガラス材料、ガラ
スの厚み、電界移入温度、溶融塩の組成、電極材料、電
極の配置、電極の形状、電極の大きさ等、前記電位差V
以外の電界移入条件を一定としたとき、得られる平板マ
イクロレンズのr1が前記電位差Vの変動によらずに一定
であるような条件、及び/又は(II)前記電位差V、ガ
ラス材料、ガラスの厚み、電界移入温度、溶融塩の組
成、電極材料、電極の配置、電極の形状、電極の大きさ
等、前記円形開口部の半径rm以外の電界移入条件を一定
としたとき、得られる平板マイクロレンズの半径r1が前
記円形開口部の半径rmの(2/3)乗に比例するような条
件、で電界移入を行うことを特徴とするから、その条件
のもとでは、ドーパントの注入スピードがその条件では
常に上限に達しており、試料セル等の配置、溶融塩の
量、電極の形状・サイズ・汚れ・配置等の外部条件が少
々異なっても、円形開口部近傍での電界強度は一定に保
たれ、得られる平板マイクロレンズの特性は一定に保た
れる。
従って、実用上十分な精度を備えた平板マイクロレンズ
又は実用上十分な精度と均一性を備えた平板マイクロレ
ンズアレイを再現性よく安価に製造することができる。
また、本発明を応用すると、実用上十分な精度を備えた
光導波路、スターカプラ、光分岐回路等の微小光学デバ
イスを再現性よく安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電界移入法による平板マイクロレンズの
製造方法を説明するための図である。 1……セラミックボート 2……試料セル 3……パターンマスク 4……屈折率分布領域 5……熔融塩 6……負極 7……正極 第2図〜第4図は電界移入条件がドーパントの注入スピ
ードが上限に達している条件かどうかを判断するための
方法を説明する図である。 第5図は本発明の実施例1〜実施例4に用いられた電界
移入系を説明する図であり、第6図は実施例5に用いら
れた電界移入系を説明する図である。 8……参照極 9……仕切りセル 10……ポランシオスタット

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】底面部がガラスである箱型形状の試料セル
    の底面部を、複数の円形開口部を有するパターンマスク
    で被覆し、 前記試料セルの内面に第1の溶融塩のはいっている状態
    で、前記第1の溶融塩とは隔てられた第2の溶融塩から
    なる浴に浸し、 前記第1の溶融塩中に浸された第1の電極と前記第2の
    溶融塩中に浸された第2の電極との間に電位差Vを与
    え、その電界効果によって前記浴中の前記第2の溶融塩
    に含有される金属イオンを、前記パターンマスクの円形
    開口部を介して前記ガラス内に注入する電界移入法を用
    いた平板マイクロレンズの製造方法において、 以下の(I)及び/又は(II)の条件で電界移入を行う
    ことを特徴とする平板マイクロレンズの製造方法。 (I)前記円形開口部の半径rm、ガラス材料、ガラスの
    厚み、電界移入温度、溶融塩の組成、電極材料、電極の
    配置、電極の形状、電極の大きさ等、前記電位差V以外
    の電界移入条件を一定としたとき、得られる平板マイク
    ロレンズの半径r1が前記電位差Vの変動によらずに一定
    であるような条件 (II)前記電位差V、ガラス材料、ガラスの厚み、電界
    移入温度、溶融塩の組成、電極材料、電極の配置、電極
    の形状、電極の大きさ等、前記円形開口部の半径rm以外
    の電界移入条件を一定としたとき、得られる平板マイク
    ロレンズの半径r1が前記円形開口部の半径rmの(2/3)
    乗に比例するような条件
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JPS58167453A (ja) * 1982-03-29 1983-10-03 Nippon Sheet Glass Co Ltd 円柱レンズ配列体の製造方法
JPS58167452A (ja) * 1982-03-29 1983-10-03 Nippon Sheet Glass Co Ltd 微小レンズ配列体の製造方法

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