JPH0792521B2 - 平板光学素子及びその製造方法 - Google Patents
平板光学素子及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH0792521B2 JPH0792521B2 JP1064636A JP6463689A JPH0792521B2 JP H0792521 B2 JPH0792521 B2 JP H0792521B2 JP 1064636 A JP1064636 A JP 1064636A JP 6463689 A JP6463689 A JP 6463689A JP H0792521 B2 JPH0792521 B2 JP H0792521B2
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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、平板状の基板内にイオン拡散により微小レン
ズ（例えば、略半球状のマイクロレンズやかまぼこ状の
レンチキュラーレンズ）等の光学素子を一体形成した平
板光学素子に関し、特に厚みの薄い基板中に形成する場
合における基板の異常変形を防止する技術に関する。
ズ（例えば、略半球状のマイクロレンズやかまぼこ状の
レンチキュラーレンズ）等の光学素子を一体形成した平
板光学素子に関し、特に厚みの薄い基板中に形成する場
合における基板の異常変形を防止する技術に関する。
［従来の技術］ 以下平板マイクロレンズを例にとり説明する。平板マイ
クロレンズは、アルカリガラス基板内に周囲よりも高い
屈折率をもつ微小レンズ部分を多数平面的に配列形成し
たレンズアレイであり、一般には、平坦なガラス基板の
表面を所定レンズ配列パターンで開口を設けたマスク材
で被覆し、このマスク材開口を通して基板ガラスの屈折
率を高めるタリウム（Tl）イオン、セシウム（Cs）イオ
ン等のイオンをガラス中にイオンとの交換により内部拡
散させ、拡散イオンの濃度分布に基づく屈折率分布をも
つ断面が略半円状のレンズ部分を形成して製作される。
クロレンズは、アルカリガラス基板内に周囲よりも高い
屈折率をもつ微小レンズ部分を多数平面的に配列形成し
たレンズアレイであり、一般には、平坦なガラス基板の
表面を所定レンズ配列パターンで開口を設けたマスク材
で被覆し、このマスク材開口を通して基板ガラスの屈折
率を高めるタリウム（Tl）イオン、セシウム（Cs）イオ
ン等のイオンをガラス中にイオンとの交換により内部拡
散させ、拡散イオンの濃度分布に基づく屈折率分布をも
つ断面が略半円状のレンズ部分を形成して製作される。
［発明が解決しようとする問題点］ 上記のようにイオン拡散でアルカリガラス基板中に光学
素子を一体形成する場合、拡散イオンと交換イオンとで
イオン半径が異なることに起因して基板の拡散面側に局
部応力が発生し、両面での応力歪の差により基板ガラス
が反り変形するという問題がある。特に、基板ガラスの
厚みを1mm以下の薄いものとした場合には変形量が著し
く大きくなり、例えば、厚みが0.6mm,サイズが300×350
mmのソーダライムガラス基板で、タリウムイオンの侵入
深さが40μｍの場合は、対角方向で約２〜3mmの反りと
なり、このためレンズ基板厚みをあまり薄くできないと
いう問題がある。一方、レンジアレイを組み込んだ装置
のコンパクト化の指向から、上記レンズ基板の厚みも極
力薄くすることが強く要望されている。
素子を一体形成する場合、拡散イオンと交換イオンとで
イオン半径が異なることに起因して基板の拡散面側に局
部応力が発生し、両面での応力歪の差により基板ガラス
が反り変形するという問題がある。特に、基板ガラスの
厚みを1mm以下の薄いものとした場合には変形量が著し
く大きくなり、例えば、厚みが0.6mm,サイズが300×350
mmのソーダライムガラス基板で、タリウムイオンの侵入
深さが40μｍの場合は、対角方向で約２〜3mmの反りと
なり、このためレンズ基板厚みをあまり薄くできないと
いう問題がある。一方、レンジアレイを組み込んだ装置
のコンパクト化の指向から、上記レンズ基板の厚みも極
力薄くすることが強く要望されている。
上記のようなレンズ基板両面間での応力歪差をなくす１
つの方法として、基板の両面に同一のパターンでレンズ
アレイを形成するという方法も提案されている。（例え
ば、特開昭58−198001号）しかしながらこの方法では、
個々の光学系が２枚のレンズから成る組み合せレンズと
なるため、目的とする光学性能が得られなくなるという
本質的な問題がある。
つの方法として、基板の両面に同一のパターンでレンズ
アレイを形成するという方法も提案されている。（例え
ば、特開昭58−198001号）しかしながらこの方法では、
個々の光学系が２枚のレンズから成る組み合せレンズと
なるため、目的とする光学性能が得られなくなるという
本質的な問題がある。
［問題点を解決するための手段］ 光学素子形成面とは反対側の基板面全面に、光学素子の
形成に用いたものと同一のイオンで一様厚みのイオン拡
散層を形成し、且つ前記素子部分の総体積と裏面側の前
記イオン拡散層の総体積とをほぼ同等とする。
形成に用いたものと同一のイオンで一様厚みのイオン拡
散層を形成し、且つ前記素子部分の総体積と裏面側の前
記イオン拡散層の総体積とをほぼ同等とする。
アルカリガラス基板内へのイオン拡散の方法としては、
当該イオンを含む溶融塩中に基板を浸漬する方法が簡便
で有効であり、この場合、基板の片面側を所定の光学素
子パターンの開口を設けたマスク膜で被覆するととも
に、裏面側はマスク膜を設けずに基板面を露出させたま
まにしておくことにより、片面側には光学素子を、他面
側には一様厚みのイオン拡散層を形成することはでき
る。しかしながら、上記のように単純に浸漬処理した場
合には、光学素子形成面側と裏面側とで拡散領域の面積
が大きく異なり、一般的には光学素子形成面側のマスク
開口面積と基板面面積との比率と同程度の差を生じてし
まう。
当該イオンを含む溶融塩中に基板を浸漬する方法が簡便
で有効であり、この場合、基板の片面側を所定の光学素
子パターンの開口を設けたマスク膜で被覆するととも
に、裏面側はマスク膜を設けずに基板面を露出させたま
まにしておくことにより、片面側には光学素子を、他面
側には一様厚みのイオン拡散層を形成することはでき
る。しかしながら、上記のように単純に浸漬処理した場
合には、光学素子形成面側と裏面側とで拡散領域の面積
が大きく異なり、一般的には光学素子形成面側のマスク
開口面積と基板面面積との比率と同程度の差を生じてし
まう。
すなわち、イオン拡散領域の体積は、基板両側で数倍程
度相違し、一様拡散層を設けない場合に比べれば応力歪
差は多少緩和されるものの依然として大きく、これに起
因する基板の反り変形をあまり小さくできない。
度相違し、一様拡散層を設けない場合に比べれば応力歪
差は多少緩和されるものの依然として大きく、これに起
因する基板の反り変形をあまり小さくできない。
上述の溶融塩浸漬によるイオン拡散処理方法を用いて、
光学素子の総体積と裏面側の一様拡散層の体積とをほぼ
同等とする１つの方法は、基板両面側で溶融塩との接触
時間を相違させることである。
光学素子の総体積と裏面側の一様拡散層の体積とをほぼ
同等とする１つの方法は、基板両面側で溶融塩との接触
時間を相違させることである。
すなわち、基板裏面全体を当初はイオン透過防止マスク
材で被覆して溶融塩中に浸漬し、途中でこのマスク材を
除去するか、又は上記と逆の順序の処理を行なう。
材で被覆して溶融塩中に浸漬し、途中でこのマスク材を
除去するか、又は上記と逆の順序の処理を行なう。
本発明において、基板両面でのイオン拡散領域の体積は
完全に同一である必要はなく、実用上許容し得る体積比
範囲は、ガラス基板の厚み、大きさ、許容平坦度、マス
ク材の開口率等によって異なるが、一般的には光学素子
形成面側のイオン拡散領域体積を100％として、前記光
学素子形成面とは反対側の基板面側のそれを50ないし15
0％の範囲内とするのが望ましく、さらに±30％以内が
より望ましい。
完全に同一である必要はなく、実用上許容し得る体積比
範囲は、ガラス基板の厚み、大きさ、許容平坦度、マス
ク材の開口率等によって異なるが、一般的には光学素子
形成面側のイオン拡散領域体積を100％として、前記光
学素子形成面とは反対側の基板面側のそれを50ないし15
0％の範囲内とするのが望ましく、さらに±30％以内が
より望ましい。
［作 用］ 本発明によれば、基板の表裏面から拡散したイオン量が
ほぼ等しいため、イオン交換時に交換されるイオンのイ
オン半径の違いによって生じる面内の応力が表裏面でバ
ランスするため、応力差に起因する反り変形が十分に小
さい高平坦度の薄板の平板光学素子を得ることができ
る。
ほぼ等しいため、イオン交換時に交換されるイオンのイ
オン半径の違いによって生じる面内の応力が表裏面でバ
ランスするため、応力差に起因する反り変形が十分に小
さい高平坦度の薄板の平板光学素子を得ることができ
る。
また基板の片面が面方向に光学的に均一な拡散層である
ため、平板マイクロレンズの如く基板に垂直方向に光を
入射する場合でも、光線に乱れを与えることがない。
ため、平板マイクロレンズの如く基板に垂直方向に光を
入射する場合でも、光線に乱れを与えることがない。
［実施例］ 以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明に係る平板マイクロレンズの断面を示
し、第２図は正面視を示す。両面が平行平面の透明ガラ
ス基板１の一方の両側には、イオン拡散で形成した周辺
よりも屈折率の大きな略半球状のレンズ部分２が、間隔
をおいて多数配列してある。また他方の基板面には、上
記レンズ部分２の形成に用いたイオンと同一のイオンの
拡散により、一様厚の拡散層３が基板面全面にわたり形
成してある。
し、第２図は正面視を示す。両面が平行平面の透明ガラ
ス基板１の一方の両側には、イオン拡散で形成した周辺
よりも屈折率の大きな略半球状のレンズ部分２が、間隔
をおいて多数配列してある。また他方の基板面には、上
記レンズ部分２の形成に用いたイオンと同一のイオンの
拡散により、一様厚の拡散層３が基板面全面にわたり形
成してある。
そして、レンズ部分２…の総体積は、一様拡散層３の総
体積とほぼ同等としてある。
体積とほぼ同等としてある。
上記構成の平板マイクロレンズにおいて、一様拡散層３
の設けられた基板面に垂直に入射する光線４は、屈折す
ることなくそのまま透過してレンズ部分２に入射し集光
される。そして、基板の両面におけるイオン拡散領域２
（の和）及び３の体積が同等であるため、イオン拡散に
伴なう歪量が基板両面間でバランスしており、基板の反
り変形の発生をほとんど生じない。第３図に本発明の平
板光学素子を製造する好適な方法を示す。まず、アルカ
リ硼硅酸ガラス等のガラス基板１の両面を、Ti,Al等の
金属膜から成るイオン拡散防止マスク5,6で被覆する。
そして、一方のマスク５には、所定のレンズ配列パター
ンで開口部７を周知のフォトリソグラフィ技術を用いて
形成する。
の設けられた基板面に垂直に入射する光線４は、屈折す
ることなくそのまま透過してレンズ部分２に入射し集光
される。そして、基板の両面におけるイオン拡散領域２
（の和）及び３の体積が同等であるため、イオン拡散に
伴なう歪量が基板両面間でバランスしており、基板の反
り変形の発生をほとんど生じない。第３図に本発明の平
板光学素子を製造する好適な方法を示す。まず、アルカ
リ硼硅酸ガラス等のガラス基板１の両面を、Ti,Al等の
金属膜から成るイオン拡散防止マスク5,6で被覆する。
そして、一方のマスク５には、所定のレンズ配列パター
ンで開口部７を周知のフォトリソグラフィ技術を用いて
形成する。
上記のマスク5,6を施したガラス基板１を、拡散すべき
イオンを含む溶融塩８例えば硝酸タリウム（TlNO3）中
に浸漬してイオン交換処理を行なう。
イオンを含む溶融塩８例えば硝酸タリウム（TlNO3）中
に浸漬してイオン交換処理を行なう。
一例として、約465℃で所定のレンズ形成に必要なイオ
ン交換処理時間の約60％にあたる30時間浸漬する。その
後一旦基板１を溶融塩８から取り出し、裏面側のマスク
材６をエッチングにより除去する。この時レンズ面側は
レジストなどの膜で保護しておく。次いで基板１を再び
上記と同じ溶融塩中に約18時間浸漬し、イオン交換の追
加をして目的のレンズを形成した後、両面のマスク5,6
を除去する。
ン交換処理時間の約60％にあたる30時間浸漬する。その
後一旦基板１を溶融塩８から取り出し、裏面側のマスク
材６をエッチングにより除去する。この時レンズ面側は
レジストなどの膜で保護しておく。次いで基板１を再び
上記と同じ溶融塩中に約18時間浸漬し、イオン交換の追
加をして目的のレンズを形成した後、両面のマスク5,6
を除去する。
上述した方法により、厚み0.6mmの100mm角基板で40μｍ
以下の反り量に抑えることができた。
以下の反り量に抑えることができた。
［発明の効果］ 本発明によれば、イオン交換処理時の基板表裏面間の不
均等な膨張、収縮力に起因する反り等の変形を防止する
ことができ、反対側の面で入射光線の方向を乱すことの
ない光学特性の優れた平板光学素子を安定して製造でき
るようになった。特に、基板表面の50％以上の面積に光
学素子を形成するときに有効である。
均等な膨張、収縮力に起因する反り等の変形を防止する
ことができ、反対側の面で入射光線の方向を乱すことの
ない光学特性の優れた平板光学素子を安定して製造でき
るようになった。特に、基板表面の50％以上の面積に光
学素子を形成するときに有効である。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は同正
面図、第３図は本発明の平板光学素子を製造する方法の
一例を段階的に示す断面図である。 １……ガラス基板、２……レンズ部分（光学素子）、３
……一様拡散層、４……光線、5,6……イオン拡散防止
マスク、７……開口、８……溶融塩。
面図、第３図は本発明の平板光学素子を製造する方法の
一例を段階的に示す断面図である。 １……ガラス基板、２……レンズ部分（光学素子）、３
……一様拡散層、４……光線、5,6……イオン拡散防止
マスク、７……開口、８……溶融塩。
Claims (2)
- 【請求項１】その表面が互いにほぼ平行で且つ平坦なア
ルカリガラス基板内に、前記ガラス基板に含まれるイオ
ンよりイオン半径の大きなイオンを限定された領域にイ
オン拡散により、略半球状あるいは略半円筒状の光学素
子を多数一体に形成し配列した平板光学素子において、 前記光学素子形成面とは反対側の基板面全面に、前記光
学素子の光軸に対してレンズ効果を有しない一様厚みの
前記拡散させるイオンと同一イオンのイオン拡散層を形
成し、且つ前記一様厚みのイオン拡散層の総体積を、前
記素子部分の総体積を100とした場合に、50ないし150と
したことを特徴とする平板光学素子。 - 【請求項２】その表面が互いにほぼ平行で且つ平坦なア
ルカリガラス基板の表面を、略半球状あるいは略半円筒
状の光学素子を形成するためのパターンで開口を設けた
マスク膜で被覆し、前記開口を通して、前記基板の屈折
率を上げるイオン半径の大きなイオンを拡散させること
により、前記基板の片面側に光学素子を形成する平板光
学素子の製造方法において、 前記素子形成面とは反対側の基板面から前記イオンと同
一のイオンを全面ないしはほぼ全面にわたり一様拡散さ
せ、このとき前記素子形成面とは反対側の基板面の拡散
処理時間を前記素子形成面側の処理時間より短くするこ
とにより、イオン拡散領域体積が基板両面でほぼ同等と
なるように制御することを特徴とする平板光学素子の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1064636A JPH0792521B2 (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 平板光学素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1064636A JPH0792521B2 (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 平板光学素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02244001A JPH02244001A (ja) | 1990-09-28 |
| JPH0792521B2 true JPH0792521B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=13263952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1064636A Expired - Fee Related JPH0792521B2 (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 平板光学素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0792521B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4205212B2 (ja) * | 1998-07-27 | 2009-01-07 | パナソニック株式会社 | 光学素子及び光ヘッド |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60208701A (ja) * | 1984-04-02 | 1985-10-21 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | プラスチツク平面レンズを製造する方法 |
| JPS614001A (ja) * | 1984-06-19 | 1986-01-09 | Canon Inc | 光学素子の作成方法 |
-
1989
- 1989-03-16 JP JP1064636A patent/JPH0792521B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02244001A (ja) | 1990-09-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |