JPS61201639A - 平板レンズ - Google Patents
平板レンズInfo
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- JPS61201639A JPS61201639A JP60043530A JP4353085A JPS61201639A JP S61201639 A JPS61201639 A JP S61201639A JP 60043530 A JP60043530 A JP 60043530A JP 4353085 A JP4353085 A JP 4353085A JP S61201639 A JPS61201639 A JP S61201639A
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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〕
一体的に形成した平板レンズに関する。
多数の屈折率分布型レンズを平面的に配列したレンズア
レイは、複写機の光学系、半導体レーザ上記のレンズア
レイは、屈折率が中心軸上で最大で周辺に向けてパラポ
リツクに減少する分布をもつ円柱レンズを多数集束した
ものであるが、かかるレンズアレイと同等の機能をもち
、しかも極めて微小なレンズを非常に多数集積化できる
レンズに、光軸が基板面に垂直であり、屈折率が光軸か
ら周辺に向けておよび光軸方向にほぼパラポリツクな形
状で減少する分布をもつ屈折率勾配型レンズ２を基板と
一体的に形成したものであり、第２図のような円形レン
ズアレイ、あるいは第３図に示すようなライン状レンズ
アレイ等がある。
レイは、複写機の光学系、半導体レーザ上記のレンズア
レイは、屈折率が中心軸上で最大で周辺に向けてパラポ
リツクに減少する分布をもつ円柱レンズを多数集束した
ものであるが、かかるレンズアレイと同等の機能をもち
、しかも極めて微小なレンズを非常に多数集積化できる
レンズに、光軸が基板面に垂直であり、屈折率が光軸か
ら周辺に向けておよび光軸方向にほぼパラポリツクな形
状で減少する分布をもつ屈折率勾配型レンズ２を基板と
一体的に形成したものであり、第２図のような円形レン
ズアレイ、あるいは第３図に示すようなライン状レンズ
アレイ等がある。
上記のような平板レンズを製造するには、第ｖ図に示す
ように、ＮａあるいはＫなどの電子分極率の比較的低い
１価のイオンを含む平板ガラスから成る基板ｌの片面上
に、開口３を所定のレンズアレイパターンで設けた金属
マスフグを施し、このマスク面に、Ｔｌイオン、Ａｇイ
オンなどガラスの屈折率増大に寄与の大きい陽イオンを
含む溶融塩を接触させ、直流電圧を基板両面間に印加し
つつあるいは自然拡散でマスク開口を通して溶融塩中の
上記イオンよとガラス中の前記イオンとを交換させ、ガ
ラス中に拡散したイオンの濃度分布に応じた屈折率分布
を基板内に形成させる。
ように、ＮａあるいはＫなどの電子分極率の比較的低い
１価のイオンを含む平板ガラスから成る基板ｌの片面上
に、開口３を所定のレンズアレイパターンで設けた金属
マスフグを施し、このマスク面に、Ｔｌイオン、Ａｇイ
オンなどガラスの屈折率増大に寄与の大きい陽イオンを
含む溶融塩を接触させ、直流電圧を基板両面間に印加し
つつあるいは自然拡散でマスク開口を通して溶融塩中の
上記イオンよとガラス中の前記イオンとを交換させ、ガ
ラス中に拡散したイオンの濃度分布に応じた屈折率分布
を基板内に形成させる。
そして、上記のようなイオン交換法で平板レンズを製作
する場合の基板ガラスとしては、例えば特開昭ｊ’７−
！；３７０２号公報には、モル％で５ｉ０２７５．０％
＋ Ｂ２Ｏ３／ ０．２％、Ｂａｄ（７，７％、Ｎａ２
Ｏ９，６％＊に２０４（、ｒ％の組成を有するガラス（
ＢＫ−７光学ガラス）が例示されている。
する場合の基板ガラスとしては、例えば特開昭ｊ’７−
！；３７０２号公報には、モル％で５ｉ０２７５．０％
＋ Ｂ２Ｏ３／ ０．２％、Ｂａｄ（７，７％、Ｎａ２
Ｏ９，６％＊に２０４（、ｒ％の組成を有するガラス（
ＢＫ−７光学ガラス）が例示されている。
上記のようにマスキングを施した基板ガラスを溶融塩に
接触させてイオン拡散で屈折率勾配型レンズを基板内に
形成する場合、溶融塩の温度がｇ ｏ ｏ”ｃ以上の高
温でしかも数十時間という長時間にわたり浸漬処理を行
なうため、基板ガラス表面が溶融塩によって侵食を受け
たり、または母材ガラスの僅かの組成変動あるいは溶融
塩の組成変動によってガラス表面に失う物が生成され、
場合によっては基板ガラス全体が結晶化するという問題
があった。このような失透あるいは侵食をガラス表面に
生じるとガラス中へのイオンの拡散が不均一になりやす
く、安定した光学性能をもつレンズが得られなくなる。
接触させてイオン拡散で屈折率勾配型レンズを基板内に
形成する場合、溶融塩の温度がｇ ｏ ｏ”ｃ以上の高
温でしかも数十時間という長時間にわたり浸漬処理を行
なうため、基板ガラス表面が溶融塩によって侵食を受け
たり、または母材ガラスの僅かの組成変動あるいは溶融
塩の組成変動によってガラス表面に失う物が生成され、
場合によっては基板ガラス全体が結晶化するという問題
があった。このような失透あるいは侵食をガラス表面に
生じるとガラス中へのイオンの拡散が不均一になりやす
く、安定した光学性能をもつレンズが得られなくなる。
主要成分として、５ｉｏ２：ｕｓ−ざ０％（単位モル％
、以下間）、アルカリ金属酸化物（Ｒ２０） ：ざ〜３
幻Ｇ ｒ ＺｎＯ’ ２〜２０ ’ＩＡ ＋ Ｂ ２０
３ ’ ０〜Ｉｒ ＡＪ ２０３ ’ ０〜７％、Ｚｒ
Ｏ：０〜ｒ％ 、ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯ： ０〜１０
％ を含有するガラスを平板レンズの基板ガラスとして
使用する。上記主要成分以外にＳ ｒＯｒ Ｐ ｂ Ｏ
ｔ Ｔ １０２ ＋ Ｌ ａ ２０３ ｒＳｂ２０３＋
ＡＳ２０：ｓ等の添加物を少量含有することができる。
、以下間）、アルカリ金属酸化物（Ｒ２０） ：ざ〜３
幻Ｇ ｒ ＺｎＯ’ ２〜２０ ’ＩＡ ＋ Ｂ ２０
３ ’ ０〜Ｉｒ ＡＪ ２０３ ’ ０〜７％、Ｚｒ
Ｏ：０〜ｒ％ 、ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯ： ０〜１０
％ を含有するガラスを平板レンズの基板ガラスとして
使用する。上記主要成分以外にＳ ｒＯｒ Ｐ ｂ Ｏ
ｔ Ｔ １０２ ＋ Ｌ ａ ２０３ ｒＳｂ２０３＋
ＡＳ２０：ｓ等の添加物を少量含有することができる。
以下本発明に係るガラス組成の各成分について詳述する
と、Ｓ １０２はガラスの骨格となる成分であり、７５
％未満ではガラスの耐久性、安定性が減少し、ざ０％を
越えると溶融温度が上昇し、また他の構成成分の必要量
が確保されず大きな屈折率差をもつレンズが得られなく
なるのでｌ〜１ＯｔＩ、の範囲内とすることが必要であ
り、さらに５３〜７５％の範囲内が好ましい。Ｂ２Ｏ３
は添加することによってガラスの溶解が容易になるが、
あまり多量に入れると揮発による脈理が発生したり、イ
オン交換によってレンズ部分の変形が生じたりするので
、含有量の範囲はＯＳざ％とする。ｚｎＯはガラス化範
る影響が他の二価の修飾酸化物に比べて小さい。
と、Ｓ １０２はガラスの骨格となる成分であり、７５
％未満ではガラスの耐久性、安定性が減少し、ざ０％を
越えると溶融温度が上昇し、また他の構成成分の必要量
が確保されず大きな屈折率差をもつレンズが得られなく
なるのでｌ〜１ＯｔＩ、の範囲内とすることが必要であ
り、さらに５３〜７５％の範囲内が好ましい。Ｂ２Ｏ３
は添加することによってガラスの溶解が容易になるが、
あまり多量に入れると揮発による脈理が発生したり、イ
オン交換によってレンズ部分の変形が生じたりするので
、含有量の範囲はＯＳざ％とする。ｚｎＯはガラス化範
る影響が他の二価の修飾酸化物に比べて小さい。
ただし２％未満ではガラスの失透性、耐久性が悪くなり
、また２０％を越えても耐久性が悪くなるので２−ＪＯ
％の範囲内とすることが必要であり、さらに５〜７５％
の範囲内が望ましい。ＺｒＯ２はガラスの耐候性を向上
させる効果がきわめて大であるが、２％を越えると不溶
解を生じやすくなるので、その含有量範囲は０〜２％で
ある。ＡＡ！２０３はＺｒＯ２と同様ガラスの耐候性、
イオン交換時の耐溶融塩性向上に奇与するが、７％を越
えると溶解性を悪化させるので０〜７％の範囲内とする
ことが必要であり、さらに０〜７％の範囲内が望ましい
。
、また２０％を越えても耐久性が悪くなるので２−ＪＯ
％の範囲内とすることが必要であり、さらに５〜７５％
の範囲内が望ましい。ＺｒＯ２はガラスの耐候性を向上
させる効果がきわめて大であるが、２％を越えると不溶
解を生じやすくなるので、その含有量範囲は０〜２％で
ある。ＡＡ！２０３はＺｒＯ２と同様ガラスの耐候性、
イオン交換時の耐溶融塩性向上に奇与するが、７％を越
えると溶解性を悪化させるので０〜７％の範囲内とする
ことが必要であり、さらに０〜７％の範囲内が望ましい
。
ＣａＯ＊ＭｇＯ，ＢａＯはガラス化範囲を広げガラスの
耐久性向上に奇与し、これらの合計量で０〜１０％の範
囲内で含有させることができる。
耐久性向上に奇与し、これらの合計量で０〜１０％の範
囲内で含有させることができる。
本発明において最も重要なガラス成分は１価のアルカリ
金属酸化物（Ｒｈｏ）である。前述したように、イオン
交換法で平板レンズを製作する方法では、基板ガラス中
に含まれる電子分極率の比較的低い１価のイオンと、Ｔ
Ｊイオン、Ａｇイオンなど電子分極率の大きいイオンと
を部分的に交換させてその部分に屈折率分布を形成し、
アルカリ金属酸化物（以下Ｒ２０と略記する）上記の交
換イオンとしての機能をもつ。そしてＲ２０がｆ％未満
では形成されるレンズの開口角（θ）が小さくなって実
用的でなく、また含有量が３ｊ％を越えるとガラスの耐
久性が急激に悪化するので、Ｒ２０の合計量は１％〜３
５％の範囲内であることが必要であり、好ましい範囲は
１２＾Ｊ、ｒ％である。
金属酸化物（Ｒｈｏ）である。前述したように、イオン
交換法で平板レンズを製作する方法では、基板ガラス中
に含まれる電子分極率の比較的低い１価のイオンと、Ｔ
Ｊイオン、Ａｇイオンなど電子分極率の大きいイオンと
を部分的に交換させてその部分に屈折率分布を形成し、
アルカリ金属酸化物（以下Ｒ２０と略記する）上記の交
換イオンとしての機能をもつ。そしてＲ２０がｆ％未満
では形成されるレンズの開口角（θ）が小さくなって実
用的でなく、また含有量が３ｊ％を越えるとガラスの耐
久性が急激に悪化するので、Ｒ２０の合計量は１％〜３
５％の範囲内であることが必要であり、好ましい範囲は
１２＾Ｊ、ｒ％である。
Ｒとしては、レンズの最大屈折率差Δｎを大きくするに
はｂｉ 、 ｕａが効果的であり、イオン半径の大きい
Ｔｌイオンとの交換におけるガラス構造へのストレスを
考えるとＫｌ（３８が好ましい。したがって平板レンズ
の基板ガラス組成としては、Ｌ ｌ ｍ ＩＪａのうち
の一種以上およびＫＩＯ３のうちの一種以上を前述した
合計量範囲内で含有させることが望ましい。
はｂｉ 、 ｕａが効果的であり、イオン半径の大きい
Ｔｌイオンとの交換におけるガラス構造へのストレスを
考えるとＫｌ（３８が好ましい。したがって平板レンズ
の基板ガラス組成としては、Ｌ ｌ ｍ ＩＪａのうち
の一種以上およびＫＩＯ３のうちの一種以上を前述した
合計量範囲内で含有させることが望ましい。
本発明に係るガラス組成として、上記成分以外Ｋ Ｓｒ
Ｏ、ＰｂＯＩ ＴｉＯ２ｔ Ｌａ２Ｏ３から選んだ一種
または二種以上の成分を合計量で５％以下の範囲で含有
させることができる。これら成分はガラス化範囲の拡大
とガラスの溶解性向上のために効果があるが、上記範囲
を越えて多量に入れるとイオン交換が円滑に進行しにく
くなる。
Ｏ、ＰｂＯＩ ＴｉＯ２ｔ Ｌａ２Ｏ３から選んだ一種
または二種以上の成分を合計量で５％以下の範囲で含有
させることができる。これら成分はガラス化範囲の拡大
とガラスの溶解性向上のために効果があるが、上記範囲
を越えて多量に入れるとイオン交換が円滑に進行しにく
くなる。
さらに本発明に係るガラスは、ガラス溶解時の清面剤と
して使用される５ｂ２ｏ３やＡＳｇ０３を００３％以下
の範囲で含有していてよい。
して使用される５ｂ２ｏ３やＡＳｇ０３を００３％以下
の範囲で含有していてよい。
第１表に示した各組成成分の原料として、珪石粉、ホウ
酸、酸化亜鉛、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、酸化ジ
ルコニウム、水酸化アルミニウム、酸化アンチモンある
いは無水亜砒酸を用い、これらの原料の所定量を混合し
て得た調合物を白金ルツボに入れ、１ｘｚｏ〜１ｓｏｏ
℃の電気炉内で溶融し、良く攪拌してガラスを均質にし
た後１ｏｏｏ−ｉｒｓ。
酸、酸化亜鉛、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、酸化ジ
ルコニウム、水酸化アルミニウム、酸化アンチモンある
いは無水亜砒酸を用い、これらの原料の所定量を混合し
て得た調合物を白金ルツボに入れ、１ｘｚｏ〜１ｓｏｏ
℃の電気炉内で溶融し、良く攪拌してガラスを均質にし
た後１ｏｏｏ−ｉｒｓ。
°Ｃでモールドに流し込み、徐冷して第１表に示したガ
ラスを得た。
ラスを得た。
上記のようにして作成したガラス板をｊＱｔａｓ角で厚
さｊｍに光学研磨して基板とし、この基板の片面にイオ
ン透過防止マスクとして金属チタン膜を施し、このチタ
ン膜に通常の７オトリソグラフイー技術を用いて、円形
のイオン透過用開口部を設けた。この開口径は実施例１
の場合で約１１００ｔｔである。このマスキングを施し
たガラス基板を、硫酸タリウム（ＴＡ’２ＳＯ４） ６
０モル％と硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ４） ９０モル％の混合
溶融塩中に浸漬してイオン交換処理を行なった。このと
きの溶融塩温度は第１表の各ガラスの転移点よりも約ｉ
ｏ″Ｃ高い温度としている。
さｊｍに光学研磨して基板とし、この基板の片面にイオ
ン透過防止マスクとして金属チタン膜を施し、このチタ
ン膜に通常の７オトリソグラフイー技術を用いて、円形
のイオン透過用開口部を設けた。この開口径は実施例１
の場合で約１１００ｔｔである。このマスキングを施し
たガラス基板を、硫酸タリウム（ＴＡ’２ＳＯ４） ６
０モル％と硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ４） ９０モル％の混合
溶融塩中に浸漬してイオン交換処理を行なった。このと
きの溶融塩温度は第１表の各ガラスの転移点よりも約ｉ
ｏ″Ｃ高い温度としている。
また、比較例として、従来平板レンズの基板ガラスに用
いられているＢＫ−７光学ガラスの基板を作製して上述
と同様にしてイオン交換処理を行なった。イオン交換処
理に際−して、本願の実施例１１≠、３と比較例につい
ては基板の両面間に約３０Ｖの直流電界を印加し、他は
電界印加せず自然拡散で処理した。
いられているＢＫ−７光学ガラスの基板を作製して上述
と同様にしてイオン交換処理を行なった。イオン交換処
理に際−して、本願の実施例１１≠、３と比較例につい
ては基板の両面間に約３０Ｖの直流電界を印加し、他は
電界印加せず自然拡散で処理した。
イオン交換処理を終了後表面のマスクを除去して、基板
内に形成されている屈折率勾配レンズのレンズ径と開口
数（ＮＡ）を測定した。その結果を第１表の下段に示す
。
内に形成されている屈折率勾配レンズのレンズ径と開口
数（ＮＡ）を測定した。その結果を第１表の下段に示す
。
得られた実施例７〜乙の平板レンズはいずれもガラス表
面に失透物や侵蝕が全く認められず高透明であった。こ
れに対して比較例のＢＫ−７ガラスによるものはガラス
表面に溶融塩の侵蝕による薄い白濁を生じていた。
面に失透物や侵蝕が全く認められず高透明であった。こ
れに対して比較例のＢＫ−７ガラスによるものはガラス
表面に溶融塩の侵蝕による薄い白濁を生じていた。
また、レンズ径が等しい実施例よと比較例とを比べても
明らかなように、本願発明に係るガラスを基板として用
いた平板レンズは、径が７ｍ以下の非常に小さいレンズ
であっても充分に大きな開口数が得られる。
明らかなように、本願発明に係るガラスを基板として用
いた平板レンズは、径が７ｍ以下の非常に小さいレンズ
であっても充分に大きな開口数が得られる。
本発明によれば、溶融塩との接触によるイオン交換処理
時におけるレンズ基板ガラスの侵食がほとんど無くなり
、光学的に安定した性能のレンズが得られると同時に、
小口径でしかも開口数（ＮＡ）が大きいレンズが得られ
る。
時におけるレンズ基板ガラスの侵食がほとんど無くなり
、光学的に安定した性能のレンズが得られると同時に、
小口径でしかも開口数（ＮＡ）が大きいレンズが得られ
る。
また、使用時においても従来のＢＫ−７光学ガラスと同
等以上の耐候性を有していることが確められている。
等以上の耐候性を有していることが確められている。
第１図は平板レンズの側断面図、第２図は平板レンズの
レンズ形状の一例を示す平面図、第３図は他のレンズ形
状例を示す平面図、第ψ図は平板レンズの製法の一例を
示す断面図である。
レンズ形状の一例を示す平面図、第３図は他のレンズ形
状例を示す平面図、第ψ図は平板レンズの製法の一例を
示す断面図である。
Claims (1)
- ガラス基板中に、光軸が基板面に垂直であり、屈折率が
光軸から周辺に向けておよび光軸方向に変化する分布を
もつレンズ部分を一体に形成した平板レンズにおいて、
前記基板ガラスは主要成分として、ＳｉＯ＿２：４５〜
８０モル％、アルカリ金属酸化物（Ｒ＿２Ｏ）：８〜３
５モル％、ＺｎＯ：２〜２０モル％、Ｂ＿２Ｏ＿３：０
〜８モル％、Ａｌ＿２Ｏ＿３：０〜７モル％、ＺｒＯ＿
２：０〜２モル％、ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯ：０〜１０
モル％を含有することを特徴とする平板レンズ。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60043530A JPS61201639A (ja) | 1985-03-05 | 1985-03-05 | 平板レンズ |
| GB8605371A GB2173915B (en) | 1985-03-05 | 1986-03-05 | Plate microlens having gradient index lenses and manufacture thereof |
| DE19863607259 DE3607259A1 (de) | 1985-03-05 | 1986-03-05 | Mikrolinsenplatte und verfahren zu ihrer herstellung |
| FR868603088A FR2578658B1 (fr) | 1985-03-05 | 1986-03-05 | Plaque a microlentilles et son procede de fabrication |
| US07/317,079 US4952037A (en) | 1985-03-05 | 1989-02-28 | Plate microlens and method for manufacturing the same |
| US07/616,734 US5104435A (en) | 1985-03-05 | 1990-11-21 | Method of making a plate microlens |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60043530A JPS61201639A (ja) | 1985-03-05 | 1985-03-05 | 平板レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61201639A true JPS61201639A (ja) | 1986-09-06 |
| JPH0364460B2 JPH0364460B2 (ja) | 1991-10-07 |
Family
ID=12666297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60043530A Granted JPS61201639A (ja) | 1985-03-05 | 1985-03-05 | 平板レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61201639A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0253001U (ja) * | 1988-10-06 | 1990-04-17 | ||
| US6816319B2 (en) | 2002-02-22 | 2004-11-09 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Planar lens |
| JP2011507038A (ja) * | 2007-12-21 | 2011-03-03 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | オプトエレクトロニクス装置および画像記録装置 |
| JP2013177298A (ja) * | 2007-08-03 | 2013-09-09 | Nippon Electric Glass Co Ltd | 強化ガラス基板及びその製造方法 |
| JP2014510012A (ja) * | 2011-03-16 | 2014-04-24 | アップル インコーポレイテッド | 薄いガラスの制御された化学的強化 |
-
1985
- 1985-03-05 JP JP60043530A patent/JPS61201639A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0253001U (ja) * | 1988-10-06 | 1990-04-17 | ||
| US6816319B2 (en) | 2002-02-22 | 2004-11-09 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Planar lens |
| JP2013177298A (ja) * | 2007-08-03 | 2013-09-09 | Nippon Electric Glass Co Ltd | 強化ガラス基板及びその製造方法 |
| JP2011507038A (ja) * | 2007-12-21 | 2011-03-03 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | オプトエレクトロニクス装置および画像記録装置 |
| JP2014510012A (ja) * | 2011-03-16 | 2014-04-24 | アップル インコーポレイテッド | 薄いガラスの制御された化学的強化 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0364460B2 (ja) | 1991-10-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |