JPH0573705B2 - - Google Patents
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- JPH0573705B2 JPH0573705B2 JP60096423A JP9642385A JPH0573705B2 JP H0573705 B2 JPH0573705 B2 JP H0573705B2 JP 60096423 A JP60096423 A JP 60096423A JP 9642385 A JP9642385 A JP 9642385A JP H0573705 B2 JPH0573705 B2 JP H0573705B2
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- gradient index
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は屈折率分布型平板レンズの製造方法に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a gradient index flat lens.
本発明は屈折率分布型平板レンズの製造方法に
おいて、
表面が平坦な透明誘電体上に金属から成るドー
パントをその表面がほぼ球面状になるように堆積
させ、この堆積層を拡散源として熱又は電界印加
により透明誘電体中にドーパントを拡散させるこ
とによつて、
従来よりも簡単な製造方法を提供するものであ
る。
The present invention provides a method for manufacturing a gradient index flat lens, in which a dopant made of metal is deposited on a transparent dielectric material with a flat surface so that the surface becomes approximately spherical, and this deposited layer is used as a diffusion source to heat or heat the dielectric material. By diffusing dopants into a transparent dielectric material by applying an electric field, this method provides a simpler manufacturing method than conventional methods.
従来LiNbO3等の透明基板に形成されるレンズ
としては、基板表面層を部分的に凹状に加工した
ジオデジツクレンズ(Geodesic lens)や、表面
層に凸状の突起部を形成したルネブルグレンズ
(Luneburg lens)、或いは屈折率への寄与の大き
いイオンを基板中に拡散させた屈折率分布型レン
ズ等が知られている。
Conventional lenses formed on transparent substrates such as LiNbO 3 include geodesic lenses in which the surface layer of the substrate is partially processed into a concave shape, and Luneburg lenses in which convex projections are formed in the surface layer. (Luneburg lens), or a gradient index lens in which ions having a large contribution to the refractive index are diffused into a substrate are known.
本発明は、上記のうち屈折率分布型レンズの製
造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a gradient index lens among the above.
従来微小口径の屈折率分布型平板マイクロレン
ズを製造する為には、第4図に示すように、先ず
平坦な面を持つた透明ガラス基板1上に、その全
面に亘つてイオン拡散防止マスク2をスパツタリ
ング法等で形成する。次いでこのイオン拡散防止
マスク2に一部にフオトリソグラフイ法を用いて
円形開口部3を形成する。次いで屈折率への寄与
の大きいTl+,Cs+,Ag+等のイオンを含む高温
の硝酸塩又は硫酸塩に上記円形開口部3を接触さ
せ、ガラス基板中の屈折率への寄与の小さい1価
のNa+イオンやK+イオンと上記屈折率への寄与
の大きいイオンとを上記円形開口部3を通してイ
オン交換し、半球状の拡散領域として屈折率分布
型レンズ4を形成する。 Conventionally, in order to manufacture a micro-diameter gradient index flat plate microlens, as shown in FIG. is formed by a sputtering method or the like. Next, a circular opening 3 is formed in a part of this ion diffusion prevention mask 2 using photolithography. Next, the circular opening 3 is brought into contact with high-temperature nitrate or sulfate containing ions such as Tl + , Cs + , and Ag + that make a large contribution to the refractive index, and the monovalent ions that make a small contribution to the refractive index in the glass substrate are brought into contact with the ions. The Na + ions and K + ions are exchanged with the ions that make a large contribution to the refractive index through the circular opening 3 to form a gradient index lens 4 as a hemispherical diffusion region.
又場合によつては、イオン交換を促進する意味
で、屈折率への寄与の大きいイオンを含む塩を陽
極として電界を印加することも行われている。 In some cases, in order to promote ion exchange, an electric field is applied using a salt containing ions that greatly contribute to the refractive index as an anode.
しかしながら上述した従来の屈折率分布型平板
マイクロレンズの製造方法においては、基板上に
イオン拡散防止マスクを形成し、これに円形開口
部を形成する工程等が必要で有り、その工程数が
多くなつていた。又拡散等に高温の溶融塩を使用
する必要が有る為に、安全性等にも問題があつ
た。
However, in the above-mentioned conventional method for manufacturing a gradient index flat plate microlens, steps such as forming an ion diffusion prevention mask on a substrate and forming circular openings therein are required, which increases the number of steps. was. Furthermore, since it was necessary to use high-temperature molten salt for diffusion, etc., there were also safety problems.
本発明はこのような従来の方法の問題点に鑑み
てなされたものであつて、ガラス基板のみなら
ず、LiNbO3,LiTaO3等の誘電体基板中にも、
簡単な工程で且つドライプロセスで屈折率分布型
レンズを形成することができる方法を提供しよう
とするものである。 The present invention has been made in view of the problems of the conventional methods, and it can be applied not only to glass substrates but also to dielectric substrates such as LiNbO 3 and LiTaO 3 .
The object of the present invention is to provide a method that can form a gradient index lens using simple steps and a dry process.
上記課題は本発明により次のようにして解決さ
れる。即ち本発明においては、表面が平坦な透明
誘電体上に金属から成るドーパントの堆積層をそ
の表面がほぼ球面状になるように形成し、この堆
積層を拡散源として熱又は電界印加により前記透
明誘電体中に前記ドーパントを拡散させることに
よつてほぼ半球状の屈折率分布型レンズ部分を形
成する。
The above problem is solved by the present invention as follows. That is, in the present invention, a deposited layer of a dopant made of metal is formed on a transparent dielectric material with a flat surface so that the surface is approximately spherical, and the transparent dielectric layer is used as a diffusion source by applying heat or an electric field. A substantially hemispherical gradient index lens portion is formed by diffusing the dopant into the dielectric.
以下本発明の実施例を第1図〜第3図を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.
実施例 1
先ず、第1図に示すように、厚さが0.5〜1mm
で、片面が光学研摩されたLiNbO3基板11を用
意する。そして、第1図及び第2図に示すよう
に、円形開口部13を有するクロム等の金属マス
ク12をこの基板11に重ねる。Example 1 First, as shown in Figure 1, the thickness is 0.5 to 1 mm.
A LiNbO 3 substrate 11 with one side optically polished is prepared. Then, as shown in FIGS. 1 and 2, a metal mask 12 made of chrome or the like having a circular opening 13 is placed on this substrate 11.
金属マスク12の円形開口部13は、上方に向
かつて開いた円錐面13aと、基板11側に向か
つて開いた比較的小さな円錐面13bとから構成
されている。そして金属マスク12は、円形開口
部13の最小径(実質的は開口径)の約1/10〜1/
2倍程度基板11から隔てられて配される。 The circular opening 13 of the metal mask 12 is composed of a conical surface 13a that is open toward the top and a relatively small conical surface 13b that is open toward the substrate 11 side. The metal mask 12 is approximately 1/10 to 1/1/2 of the minimum diameter (substantially the opening diameter) of the circular opening 13.
It is spaced apart from the substrate 11 by about twice as much.
この状態でLiNbO3基板11の表面にTi(チタ
ン)をスパツタリングで堆積させ、円形開口部1
3内に、近似的に球面状表面を持つた(すなわ
ち、その表面がほぼ球面状の)堆積層14を形成
する。 In this state, Ti (titanium) is deposited on the surface of the LiNbO 3 substrate 11 by sputtering, and the circular opening 1 is
3, a deposited layer 14 having an approximately spherical surface (that is, its surface is approximately spherical) is formed.
次いで金属マスク12を取り去り、しかる後、
Arガス雰囲気中、約1000℃の温度で、5〜20時
間熱処理してTiをLiNbO3基板11中に拡散させ
る。 Next, the metal mask 12 is removed, and then,
Ti is diffused into the LiNbO 3 substrate 11 by heat treatment at a temperature of about 1000° C. for 5 to 20 hours in an Ar gas atmosphere.
引き続き、結晶の酸素欠損を補う為にO2ガス
を流しながら更に1〜5時間熱拡散を行うことに
より、第3図に示すように、ほぼ半球状の屈折率
分布型レンズ部分から成る屈折率分布型マイクロ
レンズ15を基板11中に形成した。 Subsequently, by performing thermal diffusion for another 1 to 5 hours while flowing O 2 gas to compensate for oxygen vacancies in the crystal, as shown in Figure 3, the refractive index formed by the almost hemispherical gradient index lens portion is changed. A distributed microlens 15 was formed in the substrate 11.
本例によつて得られたレンズ15は、第4図の
例と同じように、レンズ中心部が最大屈折率を持
ち、レンズ中心部から深さ方向及び径方向に向か
つて屈折率が略放物線状に減少する屈折率分布を
持つていた。得られたレンズ15の開口数NA
(a/f:aはレンズ半径、fは焦点距離)は0.1
〜0.2、レンズ直径は50μφ〜500μφであつた。 The lens 15 obtained in this example has the maximum refractive index at the center of the lens, and the refractive index is approximately parabolic in the depth direction and radial direction from the center of the lens, as in the example shown in FIG. It had a refractive index distribution that decreased in a shape. Numerical aperture NA of the obtained lens 15
(a/f: a is lens radius, f is focal length) is 0.1
~0.2, and the lens diameter was 50 μφ to 500 μφ.
Ti拡散の場合、LiNbO3基板からLi2Oの外拡
散の起こることが知られている。一方、Ti拡散
を行う時には、湿度86%程度のガスを流すことに
よりこのLi2Oの外拡散を抑制し得ることも周知
である。 In the case of Ti diffusion, it is known that out-diffusion of Li 2 O from the LiNbO 3 substrate occurs. On the other hand, it is also well known that when performing Ti diffusion, this out-diffusion of Li 2 O can be suppressed by flowing a gas with a humidity of about 86%.
本例ではArとO2ガスとを用いたが、O2ガスの
みを用いて熱拡散させることもできる。又
LiNbO3基板の代わりにLiTaO3基板を用いても
良い。 Although Ar and O 2 gas are used in this example, thermal diffusion can also be performed using only O 2 gas. or
A LiTaO 3 substrate may be used instead of the LiNbO 3 substrate.
このようにして製造されたレンズの使用方法と
しては、基板11に垂直に光を入射させても良い
し、又基板11と平行に入射させても良い。 As for how to use the lens manufactured in this way, light may be incident on the substrate 11 perpendicularly, or may be incident parallel to the substrate 11.
実施例 2
厚さ1〜3mmのBK−7ガラスを容易とし、実
施例1と同様の方法で、Tiの代わりにAgを用
い、蒸着法によつて球面状表面を持つ堆積層を基
板上に形成した。次いで、500℃にて2〜10時間
熱処理し、Agをガラス基板中に拡散させて屈折
率分布型レンズを形成した。Example 2 Using BK-7 glass with a thickness of 1 to 3 mm, a deposited layer with a spherical surface was deposited on the substrate by vapor deposition using the same method as in Example 1, using Ag instead of Ti. Formed. Next, heat treatment was performed at 500° C. for 2 to 10 hours to diffuse Ag into the glass substrate to form a gradient index lens.
得られたレンズのNAは0.1〜0.2、レンズ直径
は50μφ〜500μφであつた。 The NA of the obtained lens was 0.1 to 0.2, and the lens diameter was 50 μφ to 500 μφ.
又別の例として、Agの堆積層を基板表面上に
形成した後、この面とは反対側の面にアルミニウ
ムを一様に蒸着し、250〜550℃の温度域で、2〜
300V/mmの直流電圧(Ag堆積層の有る面を陽極
とする)を印加して、Agを拡散させた。 As another example, after forming a deposited layer of Ag on the surface of the substrate, aluminum is uniformly vapor-deposited on the surface opposite to this surface, and then the aluminum is deposited uniformly on the surface opposite to this layer, and the temperature range of 250 to 550°C is 2 to 500℃.
A DC voltage of 300 V/mm (the surface with the Ag deposited layer is used as an anode) was applied to diffuse Ag.
得られたレンズのレンズ直径は100μφ〜1mmφ
で、NAは0.1〜0.2であつた。 The lens diameter of the obtained lens is 100μφ ~ 1mmφ
The NA was 0.1 to 0.2.
尚本例においてはAgをドーパントとして用い
たが、Cu又はTlをドーパントとして用いても良
い。 In this example, Ag was used as a dopant, but Cu or Tl may also be used as a dopant.
以上説明した各例においては、基板に1個のレ
ンズを形成したが、基板に同種のレンズをアレイ
状(1次元的又は2次元的)に形成することも容
易である。 In each of the examples described above, one lens is formed on the substrate, but it is also easy to form the same type of lenses in an array (one-dimensional or two-dimensional) on the substrate.
本発明によれば、誘電体の基板上にイオン拡散
防止マスクを形成し、これに円形開口部を形成す
る工程が不要になるので、工程数が減少し、非常
に簡単になる。又高温の溶融塩を使用する必要が
無いので、操作が簡略化でき、安定性も高くな
る。
According to the present invention, the steps of forming an ion diffusion prevention mask on a dielectric substrate and forming circular openings therein are not necessary, so the number of steps is reduced and the process becomes very simple. Furthermore, since there is no need to use a high-temperature molten salt, the operation can be simplified and stability can be improved.
更に、表面が平坦な透明誘電体上にドーパント
の堆積層をその表面はほぼ球面状になるように形
成したから、ドーパントの拡散後に透明誘電体中
のドーパントの分布を整えるための面倒な高温の
熱処理を施すことなく、簡単な拡散工程により、
屈折率分布が良好で光学的に収差の小さいほぼ半
球状の屈折率分布型レンズ部分を形成することが
できる。 Furthermore, since the dopant deposition layer was formed on a transparent dielectric material with a flat surface so that the surface was approximately spherical, there was no need for troublesome high-temperature treatment to adjust the dopant distribution in the transparent dielectric material after the dopant was diffused. Through a simple diffusion process without heat treatment,
It is possible to form a substantially hemispherical gradient index lens portion with a good refractive index distribution and optically small aberrations.
第1図は本発明の一実施例による屈折率分布型
平板マイクロレンズの製造方法を示す縦断面図、
第2図はマスクの平面図、第3図は屈折率分布型
平板マイクロレンズの縦断面図、第4図は従来の
製造方法を示す縦断面図である。
なお図面に用いた符号において、11……
LiNbO3基板、12……金属マスク、14……堆
積層、15……屈折率分布型レンズ、である。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing a method for manufacturing a gradient index flat plate microlens according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a plan view of a mask, FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a gradient index flat plate microlens, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a conventional manufacturing method. In addition, in the symbols used in the drawings, 11...
LiNbO 3 substrate, 12...metal mask, 14...deposited layer, 15...gradient index lens.
Claims (1)
ーパントの体積層をその表面がほぼ球面状になる
ように形成し、 この堆積層を拡散源として熱又は電界印加によ
り前記透明誘電体中に前記ドーパントを拡散させ
ることによつてほぼ半球状の屈折率分布型レンズ
部分を形成するようにしたことを特徴とする屈折
率分布型平板レンズの製造方法。 2 前記透明誘電体としてLiNbO3又はLiTaO3
を用い、前記ドーパントとしてTiを用いること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の屈折
率分布型平板レンズの製造方法。 3 前記透明誘電体としてガラスを用い、前記ド
ーパントとしてAg,Cu又はTlを用いることを特
徴とする特許請求の範囲第1項に記載の屈折率分
布型平板レンズの製造方法。[Claims] 1. A stacked layer of a dopant made of metal is formed on a transparent dielectric material with a flat surface so that the surface is approximately spherical, and the stacked layer is used as a diffusion source by applying heat or an electric field to A method for manufacturing a gradient index flat lens, characterized in that a substantially hemispherical gradient index lens portion is formed by diffusing the dopant into a transparent dielectric. 2 LiNbO 3 or LiTaO 3 as the transparent dielectric material
2. The method of manufacturing a gradient index flat lens according to claim 1, wherein Ti is used as the dopant. 3. The method of manufacturing a gradient index flat lens according to claim 1, wherein glass is used as the transparent dielectric and Ag, Cu, or Tl is used as the dopant.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9642385A JPS61256946A (en) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | Production of distributed refractive index type plane lens |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9642385A JPS61256946A (en) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | Production of distributed refractive index type plane lens |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61256946A JPS61256946A (en) | 1986-11-14 |
| JPH0573705B2 true JPH0573705B2 (en) | 1993-10-14 |
Family
ID=14164573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9642385A Granted JPS61256946A (en) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | Production of distributed refractive index type plane lens |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61256946A (en) |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| US7522803B2 (en) | 2004-02-20 | 2009-04-21 | Isuzu Glass Co., Ltd. | Process for producing optical device |
| US7573645B2 (en) | 2004-02-20 | 2009-08-11 | Isuzu Glass Co., Ltd. | Method for manufacturing optical element of refractive index distribution type |
| JP5067747B2 (en) * | 2005-08-08 | 2012-11-07 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Light-directed glass substrate and lighting device using the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6144737A (en) * | 1984-08-08 | 1986-03-04 | Hitachi Ltd | Dry manufacturing method for refractive index controlled glass plate optical elements |
-
1985
- 1985-05-07 JP JP9642385A patent/JPS61256946A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61256946A (en) | 1986-11-14 |
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