JPH0723922B2 - 平板マイクロレンズ - Google Patents
平板マイクロレンズInfo
- Publication number
- JPH0723922B2 JPH0723922B2 JP61193086A JP19308686A JPH0723922B2 JP H0723922 B2 JPH0723922 B2 JP H0723922B2 JP 61193086 A JP61193086 A JP 61193086A JP 19308686 A JP19308686 A JP 19308686A JP H0723922 B2 JPH0723922 B2 JP H0723922B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- substrate
- refractive index
- mask
- coating
- 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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- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は透明基板中にイオン交換等でレンズを一体的に
埋め込み形成した平板マイクロレンズの改良に関する。
埋め込み形成した平板マイクロレンズの改良に関する。
〔従来の技術〕 平板マイクロレンズは、平坦な表面をもつ透明な基板内
に屈折率勾配をもつ小レンズ部分を埋め込み形成した光
学素子であり、微小なレンズを精密な位置関係で多数配
列したレンズアレイも容易に製作でき、また平板状であ
るため光学系の組み立てが容易であるなど在来の球面レ
ンズに比べて多くの優れた特性をもっているためその用
途が急速に拡大しつつある。
に屈折率勾配をもつ小レンズ部分を埋め込み形成した光
学素子であり、微小なレンズを精密な位置関係で多数配
列したレンズアレイも容易に製作でき、また平板状であ
るため光学系の組み立てが容易であるなど在来の球面レ
ンズに比べて多くの優れた特性をもっているためその用
途が急速に拡大しつつある。
上記のような平板マイクロレンズをガラスを基材として
製作する場合、一般的には以下のような方法が用いられ
る。
製作する場合、一般的には以下のような方法が用いられ
る。
まずガラス基板面をイオン透過防止用の金属被膜マスク
で覆い、このマスクに所定のレンズ形状及び配列パター
ンで開口を設け、この開口を通して基板ガラスの屈折率
を高めるイオンを基板内に拡散させる。
で覆い、このマスクに所定のレンズ形状及び配列パター
ンで開口を設け、この開口を通して基板ガラスの屈折率
を高めるイオンを基板内に拡散させる。
例えば、上記イオンを含む高温の溶融塩を基板のマスク
面に接触させて、溶融塩中のイオンとガラス中のイオン
とのイオン交換を利用して、溶融塩中の上記イオンをガ
ラス中に拡散させる。この後マスクを取り除けばガラス
基板内には、屈折率がマスク開口直下の部分で最大で深
部および側方に向けて同心円状に漸減する分布をもつ断
面が略半円形の屈折率勾配型レンズが形成される。
面に接触させて、溶融塩中のイオンとガラス中のイオン
とのイオン交換を利用して、溶融塩中の上記イオンをガ
ラス中に拡散させる。この後マスクを取り除けばガラス
基板内には、屈折率がマスク開口直下の部分で最大で深
部および側方に向けて同心円状に漸減する分布をもつ断
面が略半円形の屈折率勾配型レンズが形成される。
上述した方法においてイオン透過防止マスクを除去した
後、レンズの焦点距離を所望の値に調整するために基板
面を研磨する必要があり、特に直径が200μｍ程度以下
の微小口径レンズの場合には研磨工程で研磨量を数μｍ
以下に制御せねばならず、精密な焦点初期制御が極めて
困難であるという問題があった。
後、レンズの焦点距離を所望の値に調整するために基板
面を研磨する必要があり、特に直径が200μｍ程度以下
の微小口径レンズの場合には研磨工程で研磨量を数μｍ
以下に制御せねばならず、精密な焦点初期制御が極めて
困難であるという問題があった。
ガラス基板の一方の面に、イオン交換法によりその断面
が略半円形でありその屈折率が該半円形の中心において
最大で中心から離れるにしたがって屈折率の漸減する屈
折率分布をもつ領域からなるレンズ部を、埋め込み形成
した平板マイクロレンズにおいて、前記レンズ部形成面
側の前記レンズ部以外の前記基板面にのみ遮光槽を設け
るとともに、さらに前記レンズ部形成面側の前記基板面
に、前記レンズの焦点距離を調整しかつ前記レンズ面を
保護するための透明皮膜を、前記レンズ部ではレンズ面
に接して他の部分では前記遮光層上に積層して設け、か
つ前記皮膜の表面は平滑とする。
が略半円形でありその屈折率が該半円形の中心において
最大で中心から離れるにしたがって屈折率の漸減する屈
折率分布をもつ領域からなるレンズ部を、埋め込み形成
した平板マイクロレンズにおいて、前記レンズ部形成面
側の前記レンズ部以外の前記基板面にのみ遮光槽を設け
るとともに、さらに前記レンズ部形成面側の前記基板面
に、前記レンズの焦点距離を調整しかつ前記レンズ面を
保護するための透明皮膜を、前記レンズ部ではレンズ面
に接して他の部分では前記遮光層上に積層して設け、か
つ前記皮膜の表面は平滑とする。
上記構造によれば、透明被膜の屈折率及び膜厚を適当に
選ぶことにより、基板内埋め込みレンズの焦点距離を微
調整できる。
選ぶことにより、基板内埋め込みレンズの焦点距離を微
調整できる。
そして上記のような被膜は、スピンコート、蒸着、スパ
ッタリング等周知の薄膜形成技術を用いて厚みを精密に
制御できるので、従来のように基板面を研磨する場合に
比べて高精度で且つ安定した光学特性のものを得ること
ができる。また、透明被膜によって、基板面に露出して
いるレンズ面を劣化あるいは傷つきから保護することが
できる。
ッタリング等周知の薄膜形成技術を用いて厚みを精密に
制御できるので、従来のように基板面を研磨する場合に
比べて高精度で且つ安定した光学特性のものを得ること
ができる。また、透明被膜によって、基板面に露出して
いるレンズ面を劣化あるいは傷つきから保護することが
できる。
またレンズ部以外の基板表面を遮光層で覆っているの
で、レンズ部分以外の基板部分を透過する結像に寄与し
ない光が遮断され、コントラストの良好な鮮明な結像を
得ることができる。
で、レンズ部分以外の基板部分を透過する結像に寄与し
ない光が遮断され、コントラストの良好な鮮明な結像を
得ることができる。
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図において平板マイクロレンズ10は、透明ガラス基
板11の肉厚内に、断面が略半円形の屈折率勾配レンズ12
……を相互に間隔をおいて多数埋め込み形成している。
板11の肉厚内に、断面が略半円形の屈折率勾配レンズ12
……を相互に間隔をおいて多数埋め込み形成している。
レンズ12はその一方のレンズ面12Aが基板面11A上にあ
り、屈折率が基板面上で最大で深部に向けて同心円状に
漸減する分布をもっている。そしてレンズ面12A以外の
基板面は、レンズ部以外の透過光を遮断するために遮光
層13で被覆してあり、また基板面に露出しているレンズ
面12Aを透明被膜14で被覆してある。透明被膜14として
は、耐候性に優れたものが望ましく、シリコン樹脂、ポ
リイミド樹脂等の合成樹脂あるいはガラス等の無機材料
で形成することができる。
り、屈折率が基板面上で最大で深部に向けて同心円状に
漸減する分布をもっている。そしてレンズ面12A以外の
基板面は、レンズ部以外の透過光を遮断するために遮光
層13で被覆してあり、また基板面に露出しているレンズ
面12Aを透明被膜14で被覆してある。透明被膜14として
は、耐候性に優れたものが望ましく、シリコン樹脂、ポ
リイミド樹脂等の合成樹脂あるいはガラス等の無機材料
で形成することができる。
上記の透明被膜14により、レンズ面12Aが完全にフラッ
トでない場合（例えばイオン交換に伴なうふくらみ変
形）形状が是正されるとともに、入射光線の屈折が被膜
14の屈折率に依存して変化し、レンズ12の焦点距離が変
化する。また被膜14によってレンズ面12Aの劣化、傷付
き等を防止することができる。
トでない場合（例えばイオン交換に伴なうふくらみ変
形）形状が是正されるとともに、入射光線の屈折が被膜
14の屈折率に依存して変化し、レンズ12の焦点距離が変
化する。また被膜14によってレンズ面12Aの劣化、傷付
き等を防止することができる。
図示例のようにレンズ部周辺に遮光層13を設けた場合
は、この遮光層13上にも透明被膜14を設けておけば遮光
層13の保護にもなり、また製作上もレンズ部のみに限定
して形成するよりも容易である。
は、この遮光層13上にも透明被膜14を設けておけば遮光
層13の保護にもなり、また製作上もレンズ部のみに限定
して形成するよりも容易である。
次に第２図ないし第６図に基づいて製造方法を説明す
る。
る。
まず第２図に示すように、Naイオン,Kイオンなどの交換
可能なイオンを含むほうけい酸ガラスの基板11を用意
し、この基板11の上下面を平行且つ平坦に仕上げる。
可能なイオンを含むほうけい酸ガラスの基板11を用意
し、この基板11の上下面を平行且つ平坦に仕上げる。
次いで基板面上に、一例としてTiあるいはCrを高周波ス
パッタ法で約２μｍの膜厚で形成した後、周知のフォト
リゾグラフィー技術を用いて開口部16を設けてイオン透
過防止マスク15とする。この開口部16は、円形、ライン
状など得ようとするレンズの平面形状と相似形とし且つ
レンズ径よりも充分小さくしておく。
パッタ法で約２μｍの膜厚で形成した後、周知のフォト
リゾグラフィー技術を用いて開口部16を設けてイオン透
過防止マスク15とする。この開口部16は、円形、ライン
状など得ようとするレンズの平面形状と相似形とし且つ
レンズ径よりも充分小さくしておく。
次に第３図および第４図に示すように、基板ガラスの屈
折率を増大させるイオン例えばTlイオンを含む高温に保
持された溶融塩17中に、基板11のマスク面側を浸漬し、
自然拡散（第３図）または基板両面間に電界を印加する
電界印加拡散（第４図）で、溶融塩中の前記イオンをマ
スク開口部16を通して、ガラス中のイオンとの交換によ
り基板内に拡散させる。
折率を増大させるイオン例えばTlイオンを含む高温に保
持された溶融塩17中に、基板11のマスク面側を浸漬し、
自然拡散（第３図）または基板両面間に電界を印加する
電界印加拡散（第４図）で、溶融塩中の前記イオンをマ
スク開口部16を通して、ガラス中のイオンとの交換によ
り基板内に拡散させる。
上記のイオン拡散処理により、第５図に示すようにガラ
ス中に拡散侵入したイオンの濃度分布に応じた屈折率勾
配をもつ断面が略半円形のレンズ12が基板11内に形成さ
れる。
ス中に拡散侵入したイオンの濃度分布に応じた屈折率勾
配をもつ断面が略半円形のレンズ12が基板11内に形成さ
れる。
次いで基板11を溶融塩浴から取り出し洗浄するととも
に、マスク15をエッチング除去した後、フォトリソグラ
フィー技術を用いてレンズ部12以外の基板面を遮光層13
で被覆する。
に、マスク15をエッチング除去した後、フォトリソグラ
フィー技術を用いてレンズ部12以外の基板面を遮光層13
で被覆する。
例えば、CrあるいはTiを高周波スパッタ法により0.2μ
ｍ程度の膜厚で基板面に付着させた後、フォトリソグラ
フィーの技術を用いてレンズ部12に対してマスクアライ
メント装置により高精度の位置合せを行ない、露光・現
象後、レンズ部12とほぼ同一大きさの開口部17を設けて
残部を遮光層13とする。
ｍ程度の膜厚で基板面に付着させた後、フォトリソグラ
フィーの技術を用いてレンズ部12に対してマスクアライ
メント装置により高精度の位置合せを行ない、露光・現
象後、レンズ部12とほぼ同一大きさの開口部17を設けて
残部を遮光層13とする。
次に、遮光層13のある部分ではこの遮光層13に積層し
て、またレンズ部12では基板面に接して透明被膜14を被
覆する。この透明被膜18は、例えばシリコン樹脂をスピ
ンコートにより膜厚が10μｍ程度になるように塗布して
形成する。
て、またレンズ部12では基板面に接して透明被膜14を被
覆する。この透明被膜18は、例えばシリコン樹脂をスピ
ンコートにより膜厚が10μｍ程度になるように塗布して
形成する。
以下に具体的数値例を示す。
実 施 例 厚み5mmのソーダライムガラス基板の面を、直径0.1mmの
円形開口を設けたマスク膜で被覆し、Tl2SO4:ZnSO4＝6
0:40モル％の混合溶融塩中に490℃で約120時間浸漬して
イオン交換を行なった後マスクを除去すると、基板内に
は基板面上での口径が約200μｍの屈折率勾配型レンズ
が形成されていた。
円形開口を設けたマスク膜で被覆し、Tl2SO4:ZnSO4＝6
0:40モル％の混合溶融塩中に490℃で約120時間浸漬して
イオン交換を行なった後マスクを除去すると、基板内に
は基板面上での口径が約200μｍの屈折率勾配型レンズ
が形成されていた。
上記レンズの焦点距離を測定したところ310μｍであっ
た。
た。
次に基板面上のレンズ面に、屈折率が1.40の市販のシリ
コン樹脂（信越化学株式会社製KR112）をスピンコート
法で2000rpm,60秒間の条件で塗布して膜厚10μｍの透明
被膜を設けた後焦点距離を測定したところ560μｍであ
り、上記樹脂膜を設ける前の焦点距離310μｍから大き
く変化しており、所望のレンズ焦点距離をほぼ満足して
いることを確認した。
コン樹脂（信越化学株式会社製KR112）をスピンコート
法で2000rpm,60秒間の条件で塗布して膜厚10μｍの透明
被膜を設けた後焦点距離を測定したところ560μｍであ
り、上記樹脂膜を設ける前の焦点距離310μｍから大き
く変化しており、所望のレンズ焦点距離をほぼ満足して
いることを確認した。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図ないし
第６図は本発明の平板マイクロレンズを製造する方法の
一例を示し、第２図は基板にイオン透過防止マスクを形
成した状態を示す断面図、第３図は自然拡散によるイオ
ン交換処理を示す断面図、第４図は電界印加イオン交換
処理を示す断面図、第５図はイオン交換処理によって屈
折率勾配レンズが形成された状態を示す断面図、第６図
は上記の基板に遮光層および透明被膜を設けた状態を示
す断面図である。 10……平板マイクロレンズ、11……基板 12……屈折率勾配レンズ、12A……レンズ面 13……遮光層、14……透明被膜 15……マスク、16……開口部、17……溶融塩
第６図は本発明の平板マイクロレンズを製造する方法の
一例を示し、第２図は基板にイオン透過防止マスクを形
成した状態を示す断面図、第３図は自然拡散によるイオ
ン交換処理を示す断面図、第４図は電界印加イオン交換
処理を示す断面図、第５図はイオン交換処理によって屈
折率勾配レンズが形成された状態を示す断面図、第６図
は上記の基板に遮光層および透明被膜を設けた状態を示
す断面図である。 10……平板マイクロレンズ、11……基板 12……屈折率勾配レンズ、12A……レンズ面 13……遮光層、14……透明被膜 15……マスク、16……開口部、17……溶融塩
Claims (1)
- 【請求項１】ガラス基板の一方の面に、イオン交換法に
よりその断面が略半円形でありその屈折率が該半円形の
中心において最大で中心から離れるにしたがって屈折率
の漸減する屈折率分布をもつ領域からなるレンズ部を、
埋め込み形成した平板マイクロレンズにおいて、 前記レンズ部形成面側の前記レンズ部以外の前記基板面
にのみ遮光槽を設けるとともに、さらに前記レンズ部形
成面側の前記基板面に、前記レンズの焦点距離を調整し
かつ前記レンズ面を保護するための透明皮膜を、前記レ
ンズ部ではレンズ面に接して他の部分では前記遮光層上
に積層して設け、かつ前記皮膜の表面は平滑であること
を特徴とする平板マイクロレンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61193086A JPH0723922B2 (ja) | 1986-08-19 | 1986-08-19 | 平板マイクロレンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61193086A JPH0723922B2 (ja) | 1986-08-19 | 1986-08-19 | 平板マイクロレンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6348501A JPS6348501A (ja) | 1988-03-01 |
| JPH0723922B2 true JPH0723922B2 (ja) | 1995-03-15 |
Family
ID=16301993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61193086A Expired - Lifetime JPH0723922B2 (ja) | 1986-08-19 | 1986-08-19 | 平板マイクロレンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0723922B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3035851B2 (ja) * | 1988-08-02 | 2000-04-24 | オムロン株式会社 | 光学装置 |
| KR100924230B1 (ko) | 2007-06-21 | 2009-11-02 | 성균관대학교산학협력단 | 투명한 전기활성 이온교환 구동기를 이용한 초점거리조절렌즈 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5518669A (en) * | 1978-07-28 | 1980-02-08 | Canon Inc | Optical device for imaging |
| JPS60123801A (ja) * | 1983-12-09 | 1985-07-02 | Canon Inc | 平板マイクロレンズ |
-
1986
- 1986-08-19 JP JP61193086A patent/JPH0723922B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6348501A (ja) | 1988-03-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |