[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JPH0463362B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0463362B2
JPH0463362B2 JP1080943A JP8094389A JPH0463362B2 JP H0463362 B2 JPH0463362 B2 JP H0463362B2 JP 1080943 A JP1080943 A JP 1080943A JP 8094389 A JP8094389 A JP 8094389A JP H0463362 B2 JPH0463362 B2 JP H0463362B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transparent substrate
lens
refractive index
gradient index
index lens
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
Application number
JP1080943A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0250103A (en
Inventor
Koichi Nishizawa
Noboru Yamamoto
Kenichi Iga
Masahiro Oikawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority to JP8094389A priority Critical patent/JPH0250103A/en
Publication of JPH0250103A publication Critical patent/JPH0250103A/en
Publication of JPH0463362B2 publication Critical patent/JPH0463362B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、合成樹脂、ガラス等から成る透明基
板中に屈折率分布型レンズ部分を形成したレンズ
体に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a lens body in which a gradient index lens portion is formed in a transparent substrate made of synthetic resin, glass, or the like.

従来から、1図に示すような円柱形状の屈折率
分布型レンズが知られている。この第1図に示す
レンズにおいては、合成樹脂又はガラスから成る
透明円柱体1の中心軸から半径方向に向つてほぼ
二乗近似で屈折率が変化している。従つて、透明
円柱体1の一方の面に垂直に入射される光線2
は、この透明円柱体1内で集束又は発散されて、
その他方の面から外部へ放出され、例えば、上記
屈折率が中心軸から半径方向に向つて減少してい
る場合には、焦点3にスポツト状に集束される。
BACKGROUND ART Conventionally, a cylindrical gradient index lens as shown in FIG. 1 has been known. In the lens shown in FIG. 1, the refractive index changes approximately in the square approximation in the radial direction from the central axis of the transparent cylindrical body 1 made of synthetic resin or glass. Therefore, the light ray 2 that is perpendicularly incident on one surface of the transparent cylindrical body 1
is focused or diverged within this transparent cylindrical body 1,
The light is emitted to the outside from the other surface and is focused into a spot at the focal point 3, for example, if the refractive index decreases in the radial direction from the central axis.

また、第1図に示す円柱形状の屈折率分布型レ
ンズとは別に、透明平板を用いた屈折率分布型レ
ンズも知られている。このような平板形状の屈折
率分布型レンズにおいは、例えば、合成樹脂又は
ガラスから成る平板状の透明基板の厚さ方向の中
心面から両側表面に向つてほぼ二乗近似で屈折率
が変化している。従つて、上記透明基板の上記両
側表面の間に存在する一側縁から上記両側表面に
平行に入射される光線は、上記透明基板内でこの
基板の厚さ方向に集束又は発散されて、同様に上
記両側表面の間に存在する他側縁ら外部へ放出さ
れ、例えば、上記屈折率がその厚さ方向の中心面
から両側表面に向つてほぼ二乗近似で減少してい
る場合には、輝線状に集中される。
In addition to the cylindrical gradient index lens shown in FIG. 1, a gradient index lens using a transparent flat plate is also known. In such a flat plate-shaped gradient index lens, for example, the refractive index changes approximately in square approximation from the central plane in the thickness direction of a flat transparent substrate made of synthetic resin or glass toward both surfaces. There is. Therefore, light rays that are incident parallel to both surfaces of the transparent substrate from one side edge existing between the both surfaces of the transparent substrate are converged or diverged in the thickness direction of the substrate within the transparent substrate. is emitted to the outside from the other side edge existing between the both surfaces, and for example, when the refractive index decreases approximately in square approximation from the center plane in the thickness direction toward both surfaces, an emission line concentrated in

上述のような円柱形状又は平板形状の屈折率分
布型レンズは、光通信用の周辺デバイスに広く応
用され、例えば、半導体レーザと光フアイバとの
光結合系や、光フアイバの中間に減衰器又は分岐
回路を挿入するための平行レンズ体などに応用さ
れている。また、上述のような屈折率分布型レン
ズは、正立等倍実像を形成し得る結像条件の単位
レンズ部分を一次元又は二次元に配列して構成し
たライン状又はマトリツクス状のレンズ体とし
て、複写機やフアクシミリの光学系に応用されて
いる。
The cylindrical or flat plate-shaped gradient index lens described above is widely applied to peripheral devices for optical communication, such as optical coupling systems between semiconductor lasers and optical fibers, and attenuators or attenuators in the middle of optical fibers. It is applied to parallel lens bodies for inserting branch circuits. In addition, the gradient index lens described above is a linear or matrix-shaped lens body constructed by arranging unit lens parts in one or two dimensions under imaging conditions that can form an erect, equal-magnification real image. It is applied to the optical systems of copying machines and facsimile machines.

しかし、従来から知られている屈折率分布型レ
ンズの場合には、屈折率分布が二次元的なもので
ある。例えば、第1図に示す円柱形状の屈折率分
布型レンズの場合には、中心軸に対して直交する
仮想面においてはこの中心軸から半径方向に向つ
て屈折率が次第に変化しているが、上記中心軸に
沿う方向には変化していない。また、既述の平板
形状の屈折率分布型レンズの場合には、表面と直
交する仮想面においてはその厚さ方向の中心面か
ら両側表面に向つて屈折率が次第に変化している
が、光軸の進行方向、即ち上記表面と平行な仮想
面において変化していない。また、これらのレン
ズの場合には、製造工程が複雑であるから、大量
生産に適していない。
However, in the case of a conventionally known gradient index lens, the refractive index distribution is two-dimensional. For example, in the case of the cylindrical gradient index lens shown in FIG. 1, the refractive index gradually changes in the radial direction from the central axis on a virtual plane perpendicular to the central axis. There is no change in the direction along the central axis. In addition, in the case of the flat plate-shaped gradient index lens described above, the refractive index gradually changes from the center plane in the thickness direction toward both surfaces in the virtual plane perpendicular to the surface. There is no change in the direction of travel of the axis, ie in an imaginary plane parallel to the surface. Furthermore, since the manufacturing process for these lenses is complicated, they are not suitable for mass production.

なお、このような欠点を是正するために、本発
明者等は、屈折率に変化を与える物質を透明基板
に内部拡散することにより透明基板中に形成され
た屈折率分布型レンズ部分を具備するレンズ体を
案出し、これを特願昭55−128390号(特開昭57−
53702号公報参照)として特許出願した。このよ
うに構成されたレンズ体によれば、屈折率分布型
レンズ部分を具備するレンズ体を簡単な製造工程
によつて大量に製造することができる。
In order to correct such drawbacks, the present inventors have provided a gradient index lens portion formed in a transparent substrate by internally diffusing a substance that changes the refractive index into the transparent substrate. He devised a lens body and published it in Japanese Patent Application No. 128390 (1983).
A patent application was filed as (see Publication No. 53702). According to the lens body configured in this way, the lens body including the gradient index lens portion can be manufactured in large quantities through a simple manufacturing process.

この場合、上記屈折率分布型レンズ部分が共通
の透明基板に複数個設けられ、各屈折率分布型レ
ンズ部分が、上記共通の透明基板の共通の面上の
一点を通りかつ上記共通の面に垂直な総ての断面
内でほゞ半円形状の屈折率分布領域を有し、この
ほゞ半円形状の屈折率分布領域が、上記共通の面
上の上記一点をほゞ中心として放射方向に向けて
次第に変化する屈折率分布を有するのが好まし
い。このように構成されたレンズ体によれば、こ
のレンズ体に設けられた複数個の屈折率分布型レ
ンズ部分をその焦点距離が比較的小さくかつ小型
に構成することができ、また、複数個の屈折率分
布型レンズ部分の相互の位置合せを簡単かつ正確
に行うことができる。
In this case, a plurality of the gradient index lens parts are provided on a common transparent substrate, and each gradient index lens part passes through one point on a common surface of the common transparent substrate and is connected to the common surface. It has an approximately semicircular refractive index distribution area in all vertical cross sections, and this approximately semicircular refractive index distribution area extends in the radial direction about the one point on the common plane. It is preferable to have a refractive index distribution that gradually changes toward . According to the lens body configured in this way, the plurality of gradient index lens portions provided in the lens body can be configured to have relatively small focal lengths and be compact. The gradient index lens portions can be aligned with each other easily and accurately.

次に、このように構成したレンズ体の具体的な
態様を第2図〜第5図に示す参考例1及び2につ
いて説明する。
Next, reference examples 1 and 2 shown in FIGS. 2 to 5 will be described regarding specific aspects of the lens body constructed in this way.

まず、第2図〜第4図に示す参考例1につい
て、説明すると、この屈折率分布型レンズ体、基
本的には、第2図に示す工程を経て製造される。
なお、第2図〜第4図には、単一の屈折率分布型
レンズ部分を製造する状態が図示されているが、
実際には、第5図に示す場合と同様にして、複数
個の屈折率分布型レンズ部分が共通の透明基板に
同時に製造されるのが好ましい。
First, reference example 1 shown in FIGS. 2 to 4 will be explained. This gradient index lens body is basically manufactured through the steps shown in FIG. 2.
Note that although FIGS. 2 to 4 illustrate the state in which a single gradient index lens portion is manufactured,
In practice, it is preferable that a plurality of gradient index lens parts be simultaneously manufactured on a common transparent substrate in a manner similar to the case shown in FIG.

第2図において、合成樹脂、ガラス等の誘電体
から成る透明基板11には、その中心に円形の窓
又は穴12aを有するマスク12が形成されてい
る。このマスク12の材料は、穴12aを通して
拡散される拡散源を含有する拡散用物質に応じて
決定されるが、この拡散用物質として例えば硫酸
塩を用いる場合には、チタン又は酸化チタン
(TiO2)を用いてよい。
In FIG. 2, a mask 12 having a circular window or hole 12a at its center is formed on a transparent substrate 11 made of a dielectric material such as synthetic resin or glass. The material of this mask 12 is determined depending on the diffusion substance containing the diffusion source diffused through the holes 12a, but when using sulfate as the diffusion substance, for example, titanium or titanium oxide (TiO 2 ) may be used.

例えばTiO2をマスク材料とする場合には、ま
ず、基板11の全面にスパツタリング、蒸着など
によつてTiO2膜を形成し、次いで、このTiO2
をフオトレジスタ膜を被覆する。次いで、このフ
オトレジスト膜のうちの穴12aに相当する部分
を感光させ、この感光させた部分のフオトレジス
ト膜を除去する。次いで、この除去された部分の
TiO2膜を熱リン酸液で除去してから、残りのフ
オトレジスト膜を除去すると、第2図に示すよう
なマスク12を有する透明基板11が得られる。
なお、上記穴12aは、必ずしも円形でなくても
よく、必要とする屈折率分布型レンズ部分の形状
に合せて楕円形とすることができる。
For example, when TiO 2 is used as the mask material, a TiO 2 film is first formed on the entire surface of the substrate 11 by sputtering, vapor deposition, etc., and then a photoresistor film is covered with this TiO 2 film. Next, a portion of this photoresist film corresponding to the hole 12a is exposed to light, and the exposed portion of the photoresist film is removed. Then of this removed part
By removing the TiO 2 film with a hot phosphoric acid solution and then removing the remaining photoresist film, a transparent substrate 11 having a mask 12 as shown in FIG. 2 is obtained.
Note that the hole 12a does not necessarily have to be circular, and may be elliptical in accordance with the shape of the required gradient index lens portion.

次に、穴12aを通して基板11内に拡散源1
0を拡散させて、以下に述べる所定の屈折率分布
を基板11内を形成する。
Next, the diffusion source 1 is inserted into the substrate 11 through the hole 12a.
0 is diffused to form a predetermined refractive index distribution described below within the substrate 11.

第3A図及び第3B図には、レンズ体における
屈折率分布の一例が示されている。第3A図は、
第4図に示すレンズ体の屈折率分布型レンズ部分
13の軸線方向(z軸方向)おける屈折率分布を
示し、基板11の表面11aから裏面11bに向
かうに従つて屈折率が例えば二乗近似で次第に減
少して、全体として弧状に変化している。また、
第3B図は、上記軸線方向とは直交する方向にお
ける屈折率分布(即ち、z軸方向の任意の点z0
おけるx軸方向及びy軸方向についての屈折率分
布)を示し、中心軸から遠ざかるに従つて屈折率
が例えば二乗近似で次第に減少して、全体として
山形の分布になつている。
An example of the refractive index distribution in the lens body is shown in FIGS. 3A and 3B. Figure 3A shows
FIG. 4 shows the refractive index distribution in the axial direction (z-axis direction) of the gradient index lens portion 13 of the lens body shown in FIG. It gradually decreases and changes in an arc shape as a whole. Also,
FIG. 3B shows the refractive index distribution in the direction orthogonal to the axial direction (i.e., the refractive index distribution in the x-axis direction and the y-axis direction at an arbitrary point z 0 in the z-axis direction), and shows the refractive index distribution in the x-axis direction and the y-axis direction at an arbitrary point z 0 in the z-axis direction, and Accordingly, the refractive index gradually decreases, for example, by square approximation, resulting in a mountain-shaped distribution as a whole.

基板11内に拡散源10を拡散させて所定の屈
折率分布を得るための方法は、大別すれば、一応
次の二通りが考えられる。
The methods for diffusing the diffusion source 10 into the substrate 11 to obtain a predetermined refractive index distribution can be broadly classified into the following two methods.

その一つの方法は、透明な重合体から成る合成
樹脂にて構成された透明基板11に、この重合体
と共重合してその屈折率を変化させるモノマーを
拡散移動させ、次いで、上述の共重合を行わせる
方法であつて、この方法は、後述の具体例1にお
いて用いられている。もう一つの方法は、ガラス
修飾酸化物を構成する第1のイオンを含むガラス
板にて構成された透明基板11に、このガラス板
の屈折率の増加に寄与する度合が上記第1のイオ
ンよりも大きいガラス修飾酸化物を構成し得る第
2のイオンを交換拡散させて、この第2のイオン
を上記第1のイオンと置換させる方法であつて、
この方法は、後述の具体例3及び4において用い
られている。
One method is to diffuse and transfer a monomer that copolymerizes with this polymer to change its refractive index onto a transparent substrate 11 made of a synthetic resin made of a transparent polymer, and then perform the above-mentioned copolymerization process. This method is used in Specific Example 1, which will be described later. Another method is to provide a transparent substrate 11 made of a glass plate containing first ions constituting a glass-modifying oxide such that the first ions contribute to an increase in the refractive index of the glass plate to a greater extent than the first ions. A method in which a second ion that can constitute a large glass-modified oxide is exchanged and diffused, and the second ion is replaced with the first ion,
This method is used in Examples 3 and 4 below.

以上に述べたようにして得られた第4図に示す
レンズ体の一方の面に平行光線14を入射させる
と、この光線14は、屈折率分布型レンズ部分1
3において集束されて、その他方の面から外部に
放出され、焦点15にスポツト状に集束される。
When a parallel light ray 14 is made incident on one surface of the lens body shown in FIG.
The light is focused at point 3, emitted to the outside from the other surface, and focused into a focal point 15 in the form of a spot.

なお第2図に示す製造工程を経て得られるガラ
ス体は、第4図に示すように、凸レンズ作用を有
する。しかし第2図において、拡散源として基板
11の屈折率の減少に寄与するものを用いれば、
凹レンズ作用を有するレンズ体を製造することが
できる。そして、このような凹レンズ作用を有す
るレンズ体の屈折率分布は、増大と減少の方向が
逆になることを除いて、第3A図及び第3B図に
示すようになる。
The glass body obtained through the manufacturing process shown in FIG. 2 has a convex lens effect, as shown in FIG. 4. However, in FIG. 2, if a diffusion source that contributes to a decrease in the refractive index of the substrate 11 is used,
A lens body having a concave lens effect can be manufactured. The refractive index distribution of a lens body having such a concave lens effect is as shown in FIGS. 3A and 3B, except that the directions of increase and decrease are reversed.

次に、第5図に示す具体例2について説明する
と、上述のレンズ体は、屈折率分布型レンズ部分
を共通の透明基板中に複数個設けるのが好ましい
が、特に多数個の屈折率分布型レンズ部分を共通
の透明基板中にライン状又はマトリツクス状に構
成するのに好適であり、第5図には、マトリツク
ス状に配設した場合が示されている。
Next, to explain specific example 2 shown in FIG. It is suitable for arranging the lens portions in a line or matrix in a common transparent substrate, and FIG. 5 shows a case in which they are arranged in a matrix.

第5図において、個々の単位レンズ21は、第
4図に示すレンズ体と実質的に同一の構成であ
り、これらの単位レンズ21が共通の透明基板1
1を有しかつXY方向にマトリツクス状に配置さ
れている。この場合、マスク12の穴12aの直
径は単位レンズ21の縦又は横の長さの1/3〜1/2
程度であつてもよい。
In FIG. 5, each unit lens 21 has substantially the same configuration as the lens body shown in FIG.
1 and are arranged in a matrix in the XY direction. In this case, the diameter of the hole 12a of the mask 12 is 1/3 to 1/2 of the vertical or horizontal length of the unit lens 21.
It may be of a certain extent.

第5図に示す上述のレンズ体の場合には、多数
の屈折率分布型レンズ部分13の相対的な位置を
マスク12の形状によつて任意にかつ高精度に選
定することができる。また、第4図に示すように
単一の屈折率分布型レンズ部分を有するレンズ体
の多数個を互いに接着固定してマトリツクス状に
構成する場合に生ずる光軸の不揃いを極力防止す
ることができ、しかも、この場合に較べて全体を
小型に構成することが可能である。
In the case of the above-mentioned lens body shown in FIG. 5, the relative positions of the large number of gradient index lens parts 13 can be selected arbitrarily and with high precision depending on the shape of the mask 12. Furthermore, as shown in FIG. 4, it is possible to prevent as much as possible the misalignment of the optical axes that occurs when a large number of lens bodies each having a single gradient index lens portion are bonded and fixed together to form a matrix. Moreover, the entire structure can be made smaller than in this case.

次に、第2図に示す製造工程の具体例を説明す
る。
Next, a specific example of the manufacturing process shown in FIG. 2 will be explained.

具体例 1 過酸化ベンゾイルを3%加えたアリルジグライ
コールカーボネート(通称:CR−39)を80℃に
て35分間加熱して半重合させることによつて、50
mm×50mm×3mmの大きさの透明基板を得た。上記
CR−39の屈折率は1.504であつた。
Specific example 1 By heating allyl diglycol carbonate (commonly known as CR-39) to which 3% benzoyl peroxide was added at 80°C for 35 minutes to half-polymerize it, 50
A transparent substrate with dimensions of mm x 50 mm x 3 mm was obtained. the above
The refractive index of CR-39 was 1.504.

その中心に直径3.9mmの円形の穴を複数個有す
る厚さ1.0mmのポリエチレンのマスクを上記透明
基板の表面に複数個付着した後、屈折率1.5775で
80℃の安息香酸ビニル(VB)のモノマー中に上
記透明基板を浸漬して、上記マスク穴から上記モ
ノマーをその透明基板内に60分間拡散移動させて
共重合させた。次いで、この透明基板を80℃で数
時間熱処理してからその表面を研磨することによ
つて、第3A図及び第3B図に示す特性を有する
屈折率分布型レンズ部分を具備する平板状レンズ
体を得た。
After attaching multiple 1.0 mm thick polyethylene masks with multiple circular holes with a diameter of 3.9 mm in the center to the surface of the transparent substrate, a refractive index of 1.5775 was applied.
The transparent substrate was immersed in vinyl benzoate (VB) monomer at 80° C., and the monomer was diffused into the transparent substrate through the mask hole for 60 minutes to cause copolymerization. Next, this transparent substrate is heat-treated at 80° C. for several hours and its surface is polished to produce a flat lens body having a gradient index lens portion having the characteristics shown in FIGS. 3A and 3B. I got it.

この平板状レンズ体にその前面からビーム径1
mmのヘリウム・ネオンレーサ光を平行光線として
入射させた処、焦点(焦点距離約30mm)において
上記入射光を25μmのスポツト状に集束させるこ
とができた。
The beam diameter is 1 from the front surface of this flat lens body.
When a helium-neon laser beam of mm was incident as a parallel beam, the incident light could be focused into a 25 μm spot at the focal point (focal length of approximately 30 mm).

具体例 2 BK7と通称されている光学ガラス(SiO268.9
重量%、B2O310.1重量%、NaO8.8重量%、
K2O8.6重量%、BaO2.8重量%)から成りかつ50
mm×50mm×5mmの大きさのガラス平板を透明基板
として用意した。このガラス平板の屈折率は
1.515であつた。
Specific example 2 Optical glass commonly known as BK7 (SiO 2 68.9
wt%, B2O3 10.1 wt%, NaO8.8 wt%,
K2O (8.6% by weight, BaO2.8% by weight) and 50
A glass flat plate with dimensions of mm x 50 mm x 5 mm was prepared as a transparent substrate. The refractive index of this glass plate is
It was 1.515.

直径1mmの円形の穴を複数個有する厚さ0.1μm
のマスクをTiO2のスパツタリングによつて上記
透明基板の表面に形成した後、Ti2SO430モル%、
ZnSO440モル%、K2SO430モル%の混塩を600℃
に加熱熔解した熔融塩中に上記透明基板を浸漬し
て、上記マスク穴から上記熔融塩中のイオンを交
換拡散させる処理を80時間行つた。次いで、この
透明基板に徐冷操作を施して常温迄戻してから空
気中に取出し、次いで、その表面を研磨すること
によつて、第3A図及び第3B図に示す特性を有
する屈折率分布型レンズ部分を具備する平板状レ
ンズ体を得た。
Thickness 0.1μm with multiple circular holes 1mm in diameter
After forming a mask on the surface of the transparent substrate by sputtering TiO2 , 30 mol% of Ti2SO4 ,
A mixed salt of 40 mol% ZnSO 4 and 30 mol% K 2 SO 4 was heated at 600°C.
The transparent substrate was immersed in a molten salt heated and melted, and ions in the molten salt were exchanged and diffused through the mask hole for 80 hours. Next, this transparent substrate is subjected to a slow cooling operation to return to room temperature, and then taken out into the air, and then its surface is polished to obtain a gradient index type having the characteristics shown in FIGS. 3A and 3B. A flat lens body including a lens portion was obtained.

この平板状レンズ体にその前面からビーム径1
mmのヘリウム・ネオンレーザ光を平行光線として
入射させた処、焦点(焦点距離約50mm)において
上記入射光を50μmのスポツト状に集束させるこ
とができた。
The beam diameter is 1 from the front surface of this flat lens body.
When a parallel beam of helium-neon laser light with a diameter of 5 mm was incident, the incident light could be focused into a 50 μm spot at the focal point (focal length of approximately 50 mm).

なお、上述の具体例1及び2において、拡散移
動又は交換拡散の処理に先立つて、透明基板の側
縁及び裏面に、必要に応じて上述のマスクと同様
のマスクが形成されてよい。
In addition, in the above-mentioned specific examples 1 and 2, a mask similar to the above-mentioned mask may be formed on the side edge and back surface of the transparent substrate, if necessary, prior to the diffusion movement or exchange diffusion process.

本発明は、前述の参考例1及び2におけるレン
ズ体を更に改良して、その焦点距離が小さいレン
ズ体を簡単な製造工程によつて大量に製造し得る
ようにしたものであつて、透明基板中に形成され
た第1及び第2の屈折率分布型レンズ部分を具備
し、上記第1の屈折率分布型レンズ部分は、屈折
率に変化を与える物質を上記共通の透明基板にそ
の一方の面から内部拡散することにより形成さ
れ、上記第2の屈折率分布型レンズ部分は、上記
透明基板の厚さ方向において上記第1の屈折率に
変化を与える物質を上記共通の透明基板にその他
方の面から内部拡散することにより形成され、上
記第1及び第2の屈折率分布型レンズ部分のそれ
ぞれが、上記共通の透明基板の一方及び他方の面
上のそれぞれの一点を通りかつ上記一方及び他方
の面にそれぞれ垂直な総ての断面内でほぼ半円形
状の屈折率分布領域を有し、このほぼ半円形状の
屈折率分布領域が、上記一方及び他方の面上の上
記一点をほぼ中心として放射方向に向けて次第に
変化する屈折率分布を有することを特徴とするレ
ンズ体に係るものである。
The present invention further improves the lens bodies in Reference Examples 1 and 2 described above so that lens bodies with small focal lengths can be mass-produced through a simple manufacturing process, and a transparent substrate first and second gradient index lens portions formed therein, the first gradient index lens portion applying a material that changes the refractive index to the common transparent substrate; The second graded refractive index lens portion is formed by internal diffusion from a surface, and the second gradient index lens portion is formed by applying a substance that changes the first refractive index in the thickness direction of the transparent substrate to the common transparent substrate. each of the first and second gradient index lens portions passes through one point on each of the one and other surfaces of the common transparent substrate and is formed by internal diffusion from the one and the other surfaces of the common transparent substrate. It has an approximately semicircular refractive index distribution area in all cross sections perpendicular to the other surface, and this approximately semicircular refractive index distribution area approximately connects the one point on the one and the other surfaces. The present invention relates to a lens body characterized by having a refractive index distribution that gradually changes from the center in the radial direction.

次に、本発明の一実施例を、第2図を参照しつ
つ、第6図及び第7図について説明すると、第6
図及び第7図の場合には、透明基板の両側面から
拡散源を拡散させるようにしている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7 while referring to FIG. 2.
In the case of FIG. 7 and FIG. 7, the diffusion source is diffused from both sides of the transparent substrate.

これらの第7図及び第8図において、透明基板
11の両側面に形成されるマスク22及び23は
第2図に示すマスク12と実質的に同一のもので
あつて、これらのマスク22及び23に形成され
ている穴22a及び23aは、上下に互いに対向
している。従つて、第2図の場合と同様の拡散が
基板11の両側から行われると、第7図に示すよ
うに、互いに対向する上下一対の屈折率分布型レ
ンズ部分24及び25が形成され、これらのレン
ズ部分は、何れも、第3A図及び第3B図に示す
特性を有している。
7 and 8, masks 22 and 23 formed on both sides of the transparent substrate 11 are substantially the same as the mask 12 shown in FIG. Holes 22a and 23a formed in are vertically opposed to each other. Therefore, when the same diffusion as in the case of FIG. 2 is performed from both sides of the substrate 11, a pair of upper and lower gradient index lens portions 24 and 25 facing each other is formed as shown in FIG. The lens portions of both have the characteristics shown in FIGS. 3A and 3B.

上述のように、第1の屈折率分布型レンズ部分
24と、透明基板の厚さ方向においてこの第1の
レンズ部分24と対向する第2の屈折率分布型レ
ンズ部分25とから成る組合せレンズ部分を具備
する平板レンズ体によれば、一点から放射される
光が一方のレンズ部分24又は25によつて集光
された後、更に他方のレンズ部分25又は24に
よつて集光されてスポツト状に集束されるから、
上記組合せレンズ部分をコンデンサレンズとして
使用すれば、焦点距離が非常に小さいレンズを提
供することができる。
As described above, the combination lens portion is composed of the first gradient index lens portion 24 and the second gradient index lens portion 25 that faces the first lens portion 24 in the thickness direction of the transparent substrate. According to the flat plate lens body, light emitted from one point is focused by one lens portion 24 or 25, and then further focused by the other lens portion 25 or 24 to form a spot. Because it is focused on
If the above combination lens portion is used as a condenser lens, a lens with a very short focal length can be provided.

なお、上述の実施例において、レンズ体の具体
的な製造方法としては、既述の具体例1及び2の
何れをも採用することができる。また、互いに対
向する第1及び第2のレンズ部分24及び25か
ら成る組合せレンズ部分を一つの透明基板11に
1個だけ形成してもよいし、2個又はそれ以上形
成してもよく、例えば、ライン状又はマトリツク
ス状(第5図参照)に多数個形成してもよい。ま
た、透明基板11は、必ずしも平板状である必要
はなく、半円筒状などであつてもよい。
In addition, in the above-mentioned Example, either of the above-mentioned Example 1 and 2 can be employ|adopted as a concrete manufacturing method of a lens body. Furthermore, only one combined lens portion consisting of the first and second lens portions 24 and 25 facing each other may be formed on one transparent substrate 11, or two or more combined lens portions may be formed, for example. , a large number of them may be formed in a line shape or matrix shape (see FIG. 5). Moreover, the transparent substrate 11 does not necessarily have to be flat, and may be semi-cylindrical or the like.

更にまた、上述の実施例において、マスク22
及び23はその後に必要に応じて取除かれてもよ
い。しかし、これらのマスクが不透明材料から成
つていると、残存するマスクによつて、透明基板
の表面のちの屈折率分布型レンズ部分24,25
以外の表面から透明基板内に光が入射するのを防
止することができる。
Furthermore, in the embodiments described above, the mask 22
and 23 may then be removed if necessary. However, if these masks are made of an opaque material, the remaining masks may cause the surface of the transparent substrate to be exposed to the later gradient index lens portions 24, 25.
It is possible to prevent light from entering the transparent substrate from other surfaces.

本発明は、上述のように、互いに対向する第1
及び第2の屈折率分布型レンズ部分から成る組合
せレンズ部分を具備し、これら第1及び第2の屈
折率分布型レンズ部分のそれぞれが、浄記共通の
透明基板の一方及び他方の面上のそれぞれの一点
を通りかつ上記一方及び他方の面にそれぞれ垂直
な総ての断面図内でほぼ半円形状の屈折率分布領
域を有し、このほぼ半円形状の屈折率分布領域
が、上記一方及び他方の面上の上記一点をほぼ中
心として放射方向に向けて次第に変化する屈折率
分布を有している。従つて、上記組合せレンズ部
分が2つの円柱形状屈折率分布型レンズの光線屈
折作用と、2つの通常の曲面レンズの光線屈折作
用とを重畳した光線屈折作用に基づく結像作用を
備えているから、単一の屈折率分布型レンズ部分
の場合に較べて、焦点距離の小さいレンズを提供
することができ、また、焦点距離が小さい割に
は、小型に構成することができる。
As described above, the present invention provides first
and a second graded index lens portion, each of which is arranged on one side and the other side of a common transparent substrate. In all the cross-sectional views passing through each point and perpendicular to the one and the other surfaces, there is an approximately semicircular refractive index distribution area, and this approximately semicircular refractive index distribution area is and has a refractive index distribution that gradually changes in the radial direction about the one point on the other surface. Therefore, the above-mentioned combined lens portion has an imaging effect based on the light refraction effect which is a superposition of the light refraction effect of the two cylindrical gradient index lenses and the light refraction effect of the two normal curved lenses. , it is possible to provide a lens with a smaller focal length than in the case of a single gradient index lens portion, and it can be constructed in a smaller size considering the smaller focal length.

また、第1及び第2の屈折率分布型レンズ部分
のそれぞれが、共通の透明基板の一方及び他方の
面上のそれぞれの一点を通りかつ上記一方及び他
方の面にそれぞれ垂直な総ての断面図内でほぼ半
円形状の屈折率分布領域を有しかつこのこぼ半円
形状の屈折率分布領域が上記一方及び他方の面上
の上記一点をほぼ中心として放射方向に向けて次
第に変化する屈折率分布を有するように、屈折率
に変化を与える物質を上記共通の透明基板に内部
拡散することにより、上記共通の透明基板中に形
成されている。従つて、第1及び第2の屈折率分
布型レンズ部分に上記内部拡散時に上記一方及び
他方の面を基準として相互に位置合せれ、その後
に個別に位置合せする必要がないから、第1及び
第2の屈折率分布型レンズ部分の相互の位置合せ
を簡単かつ正確に行うことができる。また、互い
に対向する第1及び第2の屈折率分布型レンズ部
分の間の距離は、共通の透明基板の厚みを適当に
選ぶだけで永久的にほぼ一定に保つことができ、
このために、経時変化がなく、また、取り扱いの
態様にかかわらず不変である。特に、径が数百μ
m程度のきわめて微小なレンズ部分を数千個又は
数万個といつたきわめて多量に配列したアレイを
構成する場合、従来のレンズであれば、レンズ対
を構成する互いに対向する第1及び第2の屈折率
分布型レンズ部分の間の距離を総て一定値に揃え
て上記アレイを構成することは、実際上不可能で
あるが、本発明によれば、共通の透明基板全体の
厚みをほぼ一定に選ぶだけで、総てのレンズ対に
ついて第1及び第2の屈折率分布型レンズ部分の
間の距離を永久的に総てほぼ一定値に揃えること
ができる。また、互いに対向する第1及び第2の
屈折率分布型レンズ部分の間には、空気層がな
く、共通の透明基板を構成する透明固体で完全に
埋められるから、異物等の介在による光学性能の
変化を生ずる恐れがない。
In addition, each of the first and second gradient index lens portions has all cross sections passing through one point on one and the other surface of the common transparent substrate and perpendicular to the one and other surfaces, respectively. In the figure, the refractive index distribution area has an approximately semicircular shape, and this uneven semicircular refractive index distribution area gradually changes in the radial direction about the one point on the one and the other surfaces. They are formed in the common transparent substrate by internally diffusing a substance that changes the refractive index into the common transparent substrate so as to have a refractive index distribution. Therefore, the first and second gradient index lens portions are aligned with each other with reference to the one and the other surfaces during the internal diffusion, and there is no need to align them individually thereafter. The mutual alignment of the second gradient index lens portions can be performed easily and accurately. Further, the distance between the first and second gradient index lens portions facing each other can be kept almost constant permanently by simply selecting an appropriate thickness of the common transparent substrate.
For this reason, it does not change over time and remains unchanged regardless of how it is handled. In particular, the diameter is several hundred microns.
When configuring an extremely large array of thousands or tens of thousands of very small lens parts, each of which has a size of approximately Although it is practically impossible to construct the above array by aligning the distances between all the gradient index lens parts to a constant value, according to the present invention, the thickness of the entire common transparent substrate can be approximately reduced. By simply selecting a constant distance, the distances between the first and second gradient index lens portions can be permanently set to a substantially constant value for all lens pairs. Furthermore, since there is no air layer between the first and second gradient index lens parts facing each other and the parts are completely filled with the transparent solid constituting the common transparent substrate, the optical performance is improved even when foreign objects are present. There is no risk of causing changes in

また、屈折率に変化を与える物質を透明基板に
内部拡散することにより、第1及び第2の屈折率
分布型レンズ部分を共通の透明基板中に形成する
ようにすると共に、この際、上記共通の透明基板
の一方及び他方の面上の一点付近から等方的で自
然な拡散をそのまま利用し得るようにした。従つ
て、相互の位置合せを簡単かつ正確に行い得る第
1及び第2の屈折率分布型レンズ部分から成りか
つ焦点距離が小さくて小型な組合せレンズ部分を
具備するレンズ体を簡単な製造工程によつて大量
に製造することができる。
Further, by internally diffusing a substance that changes the refractive index into the transparent substrate, the first and second gradient index lens parts are formed in a common transparent substrate, and in this case, the first and second gradient index lens parts are formed in a common transparent substrate. The isotropic and natural diffusion can be utilized as it is from around one point on one and the other surface of the transparent substrate. Therefore, a lens body comprising a first and second graded index lens portion that can be easily and accurately aligned with each other and a compact combined lens portion with a short focal length can be manufactured through a simple manufacturing process. Therefore, it can be manufactured in large quantities.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来から公知の円柱形状の屈折率分布
型レンズの斜視図である。第2図〜第5図は特願
昭55−128390号の発明に基づく本発明の参考例を
示すものであつて、第2図は参考例1のレンズ体
の製造工程を示す一部を縦断した斜視図、第3A
図は同上の屈折率分布型レンズ部分の軸線方向に
おける屈折率分布を示す図、第3B図は同上の屈
折率分布型レンズ部分の軸線方向とは直交する方
向における屈折率分布を示す図、第4図は同上の
レンズ体の一部を縦断しかつハツチンングを部分
的に省略した斜視図、第5図は多数の屈折率分布
型レンズ部分を共通の透明基板にマトリツクス状
に配設した場合の参考例2のレンズ体の一部を縦
断しかつハツチングを部分的に省略した斜視図で
ある。第6図及び第7図は本発明の一実施例を示
すものであつて、第6図はレンズ体の斜視図、第
7図は第6図に示すレンズ体のハツチングを部分
的に省略した要部の縦断面図である。 なお、図面に用いた符号において、11……透
明基板、22,23……マスク、22a,23a
……穴、24,25……屈折率分布型レンズ部分
である。
FIG. 1 is a perspective view of a conventionally known cylindrical gradient index lens. Figures 2 to 5 show a reference example of the present invention based on the invention of Japanese Patent Application No. 128390/1982. Perspective view, No. 3A
3B is a diagram showing the refractive index distribution in the axial direction of the gradient index lens portion same as above, and FIG. Figure 4 is a perspective view of a part of the same lens body as described above, with hatching partially omitted, and Figure 5 is a perspective view of a case where a large number of gradient index lens parts are arranged in a matrix on a common transparent substrate. FIG. 7 is a perspective view of a lens body of Reference Example 2, with a portion of the lens body longitudinally cut and hatching partially omitted; 6 and 7 show one embodiment of the present invention, FIG. 6 is a perspective view of the lens body, and FIG. 7 is a perspective view of the lens body shown in FIG. 6, with hatching partially omitted. FIG. In addition, in the symbols used in the drawings, 11...transparent substrate, 22, 23...mask, 22a, 23a
. . . Holes, 24, 25 . . . Gradient index lens portion.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 透明基板中に形成された第1及び第2の屈折
率分布型レンズ部分を具備し、 上記第1の屈折率分布型レンズ部分は、屈折率
に変化を与える物質を上記共通の透明基板にその
一方の面から内部拡散することにより形成され、 上記第2の屈折率分布型レンズ部分は、上記透
明基板の厚さ方向において上記第1の屈折率分布
型レンズ部分と対向するように、屈折率に変化を
与える物質を上記共通の透明基板にその他方の面
から内部拡散することにより形成され、 上記第1及び第2の屈折率分布型レンズ部分の
それぞれが、上記共通の透明基板の一方及び他方
の面上のそれぞれの一点を通りかつ上記一方及び
他方の面にそれぞれ垂直な総ての断面内でほぼ半
円形状の屈折率分布領域を有し、 このほぼ半円形状の屈折率分布領域が、上記一
方及び他方の面上の上記一点をほぼ中心として放
射方向に向けて次第に変化する屈折率分布を有す
ることを特徴とするレンズ体。
[Claims] 1. Comprising first and second gradient index lens parts formed in a transparent substrate, the first gradient index lens part containing a substance that changes the refractive index. The second gradient index lens portion is formed by internal diffusion from one surface of the common transparent substrate, and the second gradient index lens portion is connected to the first gradient index lens portion in the thickness direction of the transparent substrate. Each of the first and second gradient index lens portions is formed by internally diffusing a substance that changes the refractive index into the common transparent substrate from the other surface so as to face each other. A refractive index distribution area having an approximately semicircular shape in all cross sections passing through one point on each of the one and other surfaces of the common transparent substrate and perpendicular to the one and other surfaces, respectively; A lens body characterized in that the circular refractive index distribution region has a refractive index distribution that gradually changes in the radial direction about the one point on the one and the other surfaces.
JP8094389A 1989-03-31 1989-03-31 Lens body Granted JPH0250103A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8094389A JPH0250103A (en) 1989-03-31 1989-03-31 Lens body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8094389A JPH0250103A (en) 1989-03-31 1989-03-31 Lens body

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12839080A Division JPS5753702A (en) 1980-09-16 1980-09-16 Lens body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0250103A JPH0250103A (en) 1990-02-20
JPH0463362B2 true JPH0463362B2 (en) 1992-10-09

Family

ID=13732573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8094389A Granted JPH0250103A (en) 1989-03-31 1989-03-31 Lens body

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0250103A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4873399B2 (en) * 2005-08-08 2012-02-08 五鈴精工硝子株式会社 Manufacturing method of gradient index optical element having infrared absorption ability

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4940751A (en) * 1972-08-22 1974-04-16

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4940751A (en) * 1972-08-22 1974-04-16

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0250103A (en) 1990-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4844724A (en) Method of adjusting refractive index distribution lenses
JPH0133801B2 (en)
TWI233510B (en) Fiber and lens grippers, optical devices and methods of manufacture
EP1233285A1 (en) Manufacturing method of optical lens
US4805997A (en) Gradient refractive index type anamorphic planar microlens and method of producing the same
CN100582867C (en) Method for making micro-lens array
JP2002196181A (en) Optical fiber attached with lens function and its manufacturing method
JP2001305376A (en) Method for designing collimator array device and collimator array device manufactured by the method
US5796525A (en) Quadaxial gradient index lens
US6980717B2 (en) Optical fiber collimator
US4844589A (en) Lenses having plural contiguous refractive index distribution substrates and method of manufacture
US5815318A (en) Axially-graded index-based couplers
CN106353854B (en) Ion exchange optical waveguide with collimation function and preparation method thereof
US5953162A (en) Segmented GRIN anamorphic lens
JPH0996760A (en) Optical device
JPH0463362B2 (en)
JPH0250101A (en) Lens body
JPH0544643B2 (en)
JPH0442641B2 (en)
JP2560148B2 (en) Optical fiber terminal with microlens and manufacturing method thereof
JPS58198001A (en) Refractive index distributed type flat plate microlens array
JPH01187502A (en) Plate lens array and liquid crystal display element equipped with plate lens array
JPH0210783B2 (en)
JPH0250102A (en) Manufacture of lens body
TW496973B (en) Fiber alignment element of integrated micro ball lens