(57)【要約】【課題】屈折率分布型レンズは光透過面が平面であるという特徴を有するが、その面での反射が発生しやすく、反射防止膜を設けるなどの対策が必要である。しかし屈折率が分布した面の場合、反射防止膜によって挿入損失および反射戻り光が少なく、かつその特性が温度や経時によって変化しないようにすることは難しい。【解決手段】屈折率分布型レンズ１０の光透過面１２内に、使用波長λを基準として、高さが０．２５λ以上、隣接する凸部間隔がλ以下である微細な凹凸構造１４を設ける。この凹凸構造は、錐状の突起が単位となり、レンズの光透過面に六方配置、正方配置あるいは斜方配置で配列されていることが望ましい。またこれらの錐状突起は円錐、多角錐、截頭円錐（頂点が水平に切断されている円錐）、截頭角錐であってもよい。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率分布を有する透明部材からなる屈折率分布型レンズにおいて、該レンズの光透過面内に微小な凹凸構造を有することを特徴とする屈折率分布型レンズ。
【請求項２】
前記微小凹凸構造が、使用波長λを基準として、高さが０．２５λ以上、隣接する凸部間隔がλ以下であることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型レンズ。
【請求項３】
前記屈折率分布型レンズが、円柱状であり、その中心軸から半径方向に同心円状の屈折率分布を有していることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型レンズ。
【請求項４】
前記屈折率分布型レンズが、平板状であり、その表面から半球状の屈折率分布を有していることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型レンズ。
【請求項５】
前記屈折率分布型レンズが、球面レンズもしくは非球面レンズであり、その光軸方向に屈折率分布を有していることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型レンズ。
【請求項６】
前記屈折率分布がイオン交換により形成されたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の屈折率分布型レンズ。
【請求項７】
前記レンズの母材がガラスであることを特徴とする請求項６に記載の屈折率分布型レンズ。
【請求項８】
前記凹凸構造が、錐状の突起を単位とし、前記レンズの光透過面に六方配置、正方配置あるいは斜方配置、あるいはそれらの配置が混在して２次元的に配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の屈折率分布型レンズ。
【請求項９】
前記錐状の突起は底面から頂点に向かって単調に断面積が減少していく錐体であって、円錐、多角錐、截頭円錐、截頭角錐もしくは、それらの斜辺が曲線であるもの、それらの斜辺が階段状であるもの、もしくはその頂部が曲面となっているものであることを特徴とする請求項８に記載の屈折率分布型レンズ。
【請求項１０】
屈折率分布型レンズの製造方法において、該レンズの光透過面内に微小な凹凸構造を形成する工程として、
（１）前記凹凸構造を形成するレンズ表面にフォトレジストを塗布する工程と、
（２）このフォトレジストを、２次元周期的なパターンで露光する工程と、
（３）フォトレジストを現像し、２次元的周期構造を持つ、フォトレジストパターンを得る工程と、
（４）このフォトレジストパターンをマスクとして、基材をエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項１１】
前記（１）の工程を、凹凸構造を形成する基材表面部分に金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜を成膜し、その表面にフォトレジストを塗布する工程とし、前記（４）の工程をフォトレジストパターンをマスクとして前記金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜をエッチングしてフォトレジストパターンを転写し、転写された前記金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜のパターンをマスクとして基材をエッチングする工程とすることを特徴とする請求項１０に記載の屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項１２】
前記フォトレジストを露光する（３）の工程において、露光量を調整し基材の屈折率分布に応じて、パターンを変更することを特徴とする請求項１０または１１に記載の屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項１３】
前記レジストを露光する（３）の工程において、２次元周期的なパターンを、レーザ光を干渉させることにより形成した周期的な光強度分布（干渉パターン）を複数回回転させて、多重露光を行なうことにより得ることを特徴とする請求項１０または１１に記載の屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項１４】
前記レーザ光の干渉を、１つのレーザ光を分離した後、再び重ね合わせる方法、あるいは位相格子を利用する方法のいずれかの方法により行うことを特徴とする請求項１３に記載の屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項１５】
前記基材をエッチングする（４）の工程において、ドライエッチングプロセスを適用することを特徴とする請求項１０または１１に記載の屈折率分布型レンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、表示装置、スキャナ等画像読取装置、光ディスク等情報記録装置等に使用される屈折率分布型レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズは、光通信、表示装置等、様々な光学分野で利用されている。このなかで屈折率分布型レンズは、レンズの外形形状だけでレンズ特性が決まる通常の均質レンズにはない特徴を有する。
【０００３】
屈折率分布型レンズには、図１３（ａ）のように円筒状の基材１１の中心軸７０から外周部に向かって同心円状に屈折率の分布１６を持たせたものと、図１３（ｂ）のように平面状基板２１の表面から内部に向かって半円球状に屈折率分布２６を持たせたもの、また図１３（ｃ）のような球面または非球面レンズ３２で、光軸方向に屈折率分布３６を導入したものなどがある。
【０００４】
以下では、簡単のため、図１３（ａ）のようなレンズを単にロッド型レンズ、図１３（ｂ）のようなレンズを平板型レンズと呼び、図１３（ｃ）のようなレンズを軸方向屈折率分布型レンズと呼ぶことにする。また、これらを合わせて屈折率分布型レンズと総称することとする。ロッド型レンズは円筒状であり、レンズ面が平坦にできるので、保持や位置決めが容易であり、また光ファイバと形状的な整合性がよいため、特に光通信の分野で幅広く使用されている。また平板型レンズは微小レンズを複数配列したマイクロレンズアレイを作製するのに適しており、光を並列的に処理する光学系に適している。
【０００５】
これらのレンズでは、いずれもレンズ面での反射率を小さくすることが求められる。レンズ面での反射率を低く抑える目的として、以下の２つがある。
１つは、レンズを挿入したことによる損失（挿入損失）をできるだけ低く抑えることであり、もう一つは、とくに光通信分野において、レンズ面からの反射光が入射側に戻ること（反射戻り光という）による悪影響をできるだけ低く抑えることである。
【０００６】
屈折率分布型レンズの表面反射を低減させるために、一般的に、レンズ面に単層あるいは多層からなる誘電体薄膜をコーティングする方法が用いられる（例えば特許文献１参照）。いわゆる無反射（ＡＲ）膜あるいは反射防止膜と呼ばれるもので、屈折率分布型レンズに限らず、通常の均質曲面レンズなどさまざまな部品にも使用されている。
【０００７】
この方法により、挿入損失の低減と反射戻り光の低減を図るのであるが、さらに反射戻り光を抑える必要がある場合には、図１４のように、屈折率分布型レンズ１３のレンズ面１７を光軸７２に対して斜めに研磨して、レンズ面１７からの反射光７６を入射光７４の方向からずらす方法もしばしば利用されている（例えば特許文献２参照）。
【０００８】
この方法は図１４のように、反射防止膜１９と併用してもよい。なお、図１６に示すように平面型レンズ２３では、基板２７のレンズ面ではなく裏面を斜めに研磨することで、光軸に対してレンズ面が傾斜することになり、反射戻り光を低減させる。
上記のような方法は、すでに市販の商品に適用されており、レンズ面での反射率を非常に低く抑えた屈折率分布型レンズが広く使用されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２３５６０２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２０１６５７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法は、次のような問題点を持っている。
反射防止膜では、被コーティング材の屈折率により、反射率が異なる。屈折率分布型レンズでは、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）いずれの場合も文字通りレンズ中心と周辺部で屈折率が異なっている。したがって、レンズの全面に渡って良好な反射防止性能を得るためには、レンズの中心部から周辺部にかけての屈折率変化に応じて、反射防止性能が維持できるような膜構成にする必要がある。
【００１１】
そのような高性能な反射防止膜は一般に層数が多くなるので、成膜時間が長くなり、その結果としてレンズのコストが増大することになる。また、コストの安い層数少ない反射防止膜を使用した場合は、上記のようにレンズ自体の屈折率の分布によって、ある程度の表面反射が残ってしまい、近年の低反射に対する高い要求に対しては適用できない。
【００１２】
反射防止膜には、また次のような問題点もある。
屈折率分布型レンズの使用例として、図１５のように、２つのレンズ１３ａ、１３ｂを向かい合わせて、その中間に光学フィルタ等の光機能部品４２を挟み、光ファイバ４３ａから出射される光に光機能部品４２による作用を及ぼした後、光ファイバ４３ｂに入射させる構造が知られている。このような構造は光ファイバ４３ａ、４３ｂ、レンズ１３ａ、１３ｂ、光機能部品４２を互いに接着剤３０で接合して組み立てる場合がある。
【００１３】
反射防止膜１９の性能が、基材の屈折率により変化することはすでに述べたが、図１５のように反射防止膜１９を形成した面に空気以外のもの（この場合は接着剤３０）が接しているときは、その接している媒質の屈折率によっても反射防止膜の性能が変化してしまう。たとえば、レンズ基材や接着剤の屈折率は、温度によりそれぞれ異なった変化をするので、それに応じて反射防止性能が変化することになる。あるいは、レンズ基材や接着剤の劣化により屈折率が変化したときも、それに応じた反射防止性能変化が発生する。これらの反射防止性能変化は、やはり近年の低反射に対する高い要求からすると大きな課題となっている。
【００１４】
従来技術の中で、屈折率分布型レンズのレンズ面を斜めに研磨する方法が併用されることを述べたが、この斜め研磨には以下のような問題点がある。
微小な部品を斜め研磨する工程が煩雑であるだけでなく、レンズ面を斜め研磨するため、良好な集光性能を得るために、レンズの機械的な中心軸と光学的な中心軸がずれるので、光モジュールにマイクロレンズを組み込む際に、構成が複雑になる。
【００１５】
図１５の構成のように、ほぼ直線状に部品を配置することも可能ではあるが、このときもレンズ内では、光軸中心と機械的中心は若干ずれているので、収差の影響を受けやすくなる。これは、組み立て時の部品位置精度に対する要求値が高くなることにつながり、結果的に製品コストを上げる一因となっている。
【００１６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、挿入損失および反射戻り光が少なく、かつその特性が温度や経時によって変化しない屈折率分布型レンズを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の屈折率分布型レンズはつぎのような手段で上記課題を解決したものである。
【００１８】
本発明の屈折率分布型レンズは、その光透過面内に微小な凹凸構造を有する。その凹凸構造は、使用波長λを基準として、高さが０．２５λ以上、隣接する凸部間隔がλ以下であることが望ましい。
【００１９】
このような凹凸構造により、屈折率分布型レンズ表面に反射防止膜を形成することなく、また斜め加工を施すこともなく、反射防止性能を付与することができる。とくにレンズ面に直接、凹凸構造を形成するため、凹凸構造そのものがレンズ同様の屈折率分布をもつ。したがっていかなる屈折率分布をもつ表面であっても、凹凸構造を形成する加工のみによって同様な反射防止性能を得ることができるという効果を有する。
【００２０】
屈折率分布型レンズとしては、
・円柱状であり、その中心軸から半径方向に同心円状の屈折率分布を有しているもの
・平板状であり、その表面から半球状の屈折率分布を有しているもの
・球面レンズもしくは非球面レンズであり、その光軸方向に屈折率分布を有しているもの
のいずれに対しても本発明は適用できる。
【００２１】
これらの屈折率分布はイオン交換により形成されるのが望ましく、レンズの母材はガラスであることが好ましい。
【００２２】
上記の凹凸構造は、錐状の突起が単位となり、レンズの光透過面に六方配置、正方配置あるいは斜方配置で配列されていることが望ましい。あるいはそれらの配置が混在して２次元的に配列されていてもよい。
【００２３】
これらの錐状の突起は底面から頂点に向かって単調に断面積が減少していく錐体であって、具体的には円錐、多角錐、截頭円錐（頂点が水平に切断されている円錐）、截頭角錐等であることが望ましい。また、これら錐体の斜辺が曲線、あるいは階段状であってもよい。さらにその頂部が曲面となっているものであってもよい。
【００２４】
本発明の屈折率分布型レンズは、上記の凹凸構造をつぎの順序からなる工程によって製造するのが望ましい。
（１）凹凸構造を形成するレンズ表面にフォトレジストを塗布する工程、
（２）このフォトレジストを、２次元周期的なパターンで露光する工程、
（３）フォトレジストを現像し、２次元的周期構造を持つ、フォトレジストパターンを得る工程、
（４）フォトレジストパターンをマスクとして、基材をエッチングする工程、
である。
【００２５】
また、上記（１）の工程を、凹凸構造を形成する基材表面部分に金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜を成膜し、その表面にフォトレジストを塗布する工程とし、また上記（４）の工程を、フォトレジストパターンをマスクとして、金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜をエッチングしてフォトレジストパターンを転写し、転写された前記金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜のパターンをマスクとして基材をエッチングする工程とする方法を用いることもできる。
【００２６】
なお、フォトレジストを露光する（３）の工程においては、露光量を調整し基材の屈折率分布に応じて、パターンを変更することができる。また、２次元周期的なパターンを、レーザ光を干渉させることにより形成した周期的な光強度分布（干渉パターン）を複数回回転させて、多重露光を行なうことにより得ることができる。
【００２７】
このレーザ光の干渉は、１本のレーザ光を分離した後、再び重ね合わせる方法、あるいは、位相格子を利用する方法のいずれかの方法により行うことができる。
【００２８】
また、基材をエッチングする（４）の工程において、ドライエッチングプロセスを適用することが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に図面に基づき本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［実施例１］
図１に本発明によるロッド型レンズにおける実施形態の一例を示す。
直径１ｍｍの円筒形で外周部に向かって屈折率が減少しているガラス製ロッド型レンズ１０の端面１２に隣接する凸部の間隔（周期）が１μｍで高さが約１μｍの微小な凹凸構造１４が形成されている。
【００３０】
図１のようなロッド型レンズ１０は、以下の工程により作製される。なお、ここで用いたロッド型レンズは、均質な円筒状のガラスを溶融塩中に浸漬し、ガラス中のイオンと溶融塩中のイオンを交換する、いわゆるイオン交換法により作製したもので、円筒の外面から内部に向かって徐々にイオン濃度が変化することにより屈折率に分布を持たせている。
【００３１】
ロッド型レンズ（以下では単にレンズという）は所定の長さに切断し、両端面を光学研磨する。このレンズを有機溶媒中で超音波洗浄を行ない、端面に付着した汚れ、ごみを除去した。次にスピンコートによりそのレンズ端面にフォトレジストを厚さ約１μｍとなるように塗布した。レジストとして、ポジ型レジストＴＨＭＲ−ｉＰ３６５０（東京応化製）を使用した。恒温槽でプリベークを行なったのち、干渉露光により、そのフォトレジストへのパターニングを行なった。
【００３２】
干渉露光には、図１２に示す干渉光学系を使用した。光源１２５は、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（波長３２５ｎｍ、出力約２０ｍＷ）であり、これが発する光ビーム２２２をビームスプリッタ１３４で１：１の出力比となるように分割し、異なる光路を通過した後再び重ね合わせる。その光ビームが重なり合う部分に上記のレジストを塗布したレンズ１１０を置き、その端面上に干渉パターンを形成する。このような光路を形成するため、ミラー１３２、１３６、１３８を用いて光ビームの方向を変更させる。また適切な露光量となるように、分割する前の光路にフィルタ１４４を挿入し、シャッタ１４２により露光時間を設定して調整した。
【００３３】
干渉パターンの周期Λは、２つのビームの成す角度をθとしたとき、よく知られているように
Λ＝λ／２ｓｉｎ（θ／２）
となる。ただし、λは使用する光源の波長（本実施例では、３２５ｎｍ）である。作製したい周期が１μｍであるので、θ＝２０．４度に設定した。もちろんこれと異なる周期で干渉露光を行なうことも可能で、レーザ光の波長λあるいはビーム角度θを調整することで、上記の関係式を満たす範囲で任意の周期を設定できる。
【００３４】
光源としても、Ａｒレーザ等のガスレーザやＹＡＧレーザ等の固体レーザなど、フォトレジストを感光させることができる出力エネルギーを持つ任意のレーザが使用できる。
【００３５】
また、本実施例では、１つのレーザ光を分離したのち、再び重ね合わせる干渉光学系により、フォトレジストの露光を行なったが、これ以外に、位相格子を用いる方法によっても本実施例と同様な干渉露光を行なうことができる。なお、位相格子とは、光透過型回折格子の一種であって、ある特定の波長に対して、０次回折光が非常に小さくなるように設計されているもので、その±１次光の干渉により、位相格子直下に干渉パターンを形成するものである。
【００３６】
ここで干渉露光を用いているのは、その構成が単純でかつ短周期の露光を行なうためであるが、それ以外に、縮小投影型の露光機なども、本目的のために使用できる。また、描画時間はかかるが、電子線線描画装置も本目的の露光に使用できる。もちろん、フォトレジストの種類は、使用する露光装置の種類によって変更することはいうまでもない。
【００３７】
上記の干渉露光系では、縞状の（１次元的な）周期パターンで露光されるのみなので、２次元的な露光を行なうためには、これを複数回繰り返し、多重露光を行なう必要がある。本実施例の場合、１度目の露光を行なったのち、レンズを９０度回転させ、２回目の露光を行なうことで、正方格子状に配列した露光パターンを得た。もちろん３回以上の多重露光も可能であり、たとえば、３重露光の場合、１度の露光毎に基板を６０度ずつ回転させてやれば、六方稠密に露光されたパターンを得ることができる。
【００３８】
以上のような露光を行なったのち、ポストベークをおこない、さらにＮＭＤ−３現像液（東京応化製）を用いて露光部のレジストを除去することで、図２に示すごとく、２次元周期構造をもつフォトレジストパターン１５を得た。
【００３９】
次にこのフォトレジストパターン１５をマスクとして、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）ドライエッチングを行なうことで、フォトレジストのパターンをレンズ基材表面１２に転写した。このときＩＣＰ装置に投入するパワー、ガス、圧力等作製条件を調整することで、さまざまな形状の凹凸を形成することができる。図３は、作製した凹凸構造を電子顕微鏡で観察した際の模式図である。プロセス条件を制御することで、レンズ面に垂直にエッチングが進む速度と、横方向にエッチングが進む速度を調整し、頂部が球面状になった円錐状の凸構造１８が得られた。
【００４０】
他のプロセス条件を用いれば、円筒形状やもっと先の尖った錐状の構造も形成できる。本発明の目的である、レンズ端面での反射を抑えて損失を低減させる目的からすると、微小突起の形状は、底面から頂点に向かって単調に断面積が減少していくことが必要である。その望ましい形態としては錐体があるが、円錐、多角錐、截頭円錐（頂点が水平に切断されている円錐）、截頭角錐などいずれであってもよい。さらに、それら錐体の斜辺が曲線であるもの、階段状になっているものなどでもよく、また図３に示すように錐体の頂部が曲面となっているものであってもよい。
【００４１】
本実施例では、ＩＣＰドライエッチングを用いたが、これ以外にも、フォトレジストパターンをマスクとしてエッチングするさまざまな手法が使用できる。例えば、ＥＣＲプラズマなど他のドライエッチングプロセスや、レンズ基材の種類によってはウェットエッチングも使用できる。
【００４２】
また、本実施例は、レンズ端面に塗布したフォトレジストをマスクとして、レンズ基材をエッチングする方法を述べたが、それ以外にも、レンズ端面にＣｒ等の金属膜、樹脂膜、あるいは無機誘電体膜をつけたのち、その上にフォトレジスト塗布し、干渉露光によるパターンを形成し、エッチングによりパターンをそれらの膜に転写した後、その膜をマスクとして、基材をエッチングすることもできる。とくに、酸によるウェットエッチングによってガラス基材にパターニングをおこなう際に、Ｃｒあるいはその化合物からなる薄膜をマスクとして処理することが一般に行われるが、その手法は、本発明のガラス製屈折率分布型レンズを作製する際にも適用できる。
【００４３】
なお、それぞれのエッチング手法およびプロセス条件により、形成される微小凹凸の形状はもちろん異なるので、それぞれの手法について、所望の凹凸形状が得られるように、プロセス条件を検討する必要がある。
【００４４】
本実施例では、ＩＣＰエッチングの際に、表面に形成されたレジストも同時にエッチングされるので、作製後のレジスト除去は行なっていないが、レジスト残りがある場合は、有機溶剤による洗浄あるいは酸素プラズマによるアッシング処理により、レジストの残滓を除去することができる。また、金属膜などをマスクとしてエッチング処理を行なった場合は、エッチング処理後にマスクの残滓をエッチング液等により除去する。
【００４５】
図４に、本方法により作製した屈折率分布型レンズの反射損失測定装置の概略図を示す。光源１２０は、発光波長１５５０ｎｍのレーザダイオードであり、ロッド型レンズ１１０の長さは、図のように単一モード光ファイバ１４０から出た光がほぼ平行光２２０となって出射されるように調整されている。まず、レンズを取り付ける前に光ファイバ出口で光強度をパワーメータ１３０により測定し（これをＩｉｎとする）、次にレンズ１１０を取り付けた後にレンズを透過する光量（Ｉｏｕｔ）を測定する。
【００４６】
レンズの透過率Ｔは、
Ｔ＝Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎ
により求められるので、レンズ内での吸収損失および散乱損失が小さければ、レンズ端面での反射率Ｒは、入射側、出射側を併せて、
Ｒ＝１−Ｔ
により求めることができる。
【００４７】
この装置により、まず、端面に微小凹凸を形成する前の屈折率分布型ロッドレンズ端面の反射率を測定したところ、約７％となった。なお、ここで使用した屈折率分布型レンズには、通常の誘電体薄膜からなる反射防止膜は形成されていない。
【００４８】
次に、本発明の屈折率分布型ロッドレンズで、レンズの両面に本実施例で説明した凹凸構造が形成されているもの（図１に示す）を取り付け、反射率を測定したところ、１％以下の値が得られ、明らかにレンズ端面での反射が抑えられていることが確認された。この数値は、凹凸構造の形状により変化するものであり、プロセス条件を変更し、形状をより最適化することで、さらに反射率を低減させることが可能である。
【００４９】
［実施例２］
つぎに、平面基板に形成された屈折率分布型レンズ、すなわち平板型レンズに本発明を適用した例について述べる。
図５に本発明の平板型レンズ２０を示す。基板２８表面のレンズ面２２に実施例１と同様に、周期１μｍの周期を持つ高さ約１μｍの微小な凹凸構造２４が形成されている。
【００５０】
平板型レンズ２０は、例えばガラス基材を使用した場合は、基材上に微小開口を有する金属マスクを形成し、その開口部からイオン交換処理により、塩中のイオンを拡散させることにより作製する。実施例１に比べて、レンズ表面での屈折率分布の大きさは小さいが、上記のようにイオン交換法により作製されるため、やはりレンズ表面には屈折率の分布を有している。
【００５１】
実施例１と同様な方法により、平板型レンズの表面に周期１μｍ、高さ約１μｍの２次元周期的に配列した微小凹凸構造を形成し、このレンズの反射率を図４と同じ測定装置により測定したところ、反射率は、約３．５％となった。本実施例では、平板型レンズのレンズが形成されている面の反対側の面２６には、低反射処理を施していないため、その部分で反射損失が発生している。当然ながら、その面には、通常の誘電体多層膜で低反射処理をおこなうこともできるし、場合によっては、本発明のレンズ面と同様な微小凹凸構造を形成して、低反射処理とすることもできる。その場合は、その面での反射がほとんど無くなるので、実施例１と同程度、すなわち１％以下の反射率は容易に実現できる。
【００５２】
以上説明した実施例１および２から、使用波長λ＝１５５０ｎｍに対し、隣接する凸部の間隔（周期）１μｍ、高さ約１μｍの微小凹凸構造を用いることにより、優れた反射防止性能が得られることが明らかとなった。反射性能はこの凹凸構造の周期、高さによって変化するが、周期すなわち隣接する凸部の間隔がλより大きい場合、凹凸の高さがλ／４（０．２５λ）より小さい場合は、光と凹凸構造の相互作用が小さくなり、十分な反射防止性能が得られなくなる。実施例１および２では周期、高さとも約０．６４λの構造を使用したが、このように周期すなわち隣接する凸部の間隔がλ以下、高さは０．２５λ以上の構造が望ましい。
【００５３】
なお、実施例１において、作製される突起の形状によっても、低反射性能が変化することに若干触れたが、ここでは、本発明者が作製した凹凸構造の形状例について、いくつかさらに説明する。
図６は、ドライエッチングの条件を変更して作製した凹凸構造の断面形状の概略図である。
縦方向にエッチングが進む速度と横方向にエッチングが進む速度を調整することで、様々な断面形状（（ａ）〜（ｄ））の凹凸構造が形成される。
【００５４】
図７は、ガラス製の屈折率分布型レンズの端面に、ウェットエッチングにより凹凸構造を形成した例である。この場合、エッチングはほぼ等方的に進むので、２次元構造の周期を小さくし、かつ突起の高さを高くすることができない。したがって十分な低反射性能を得ることは難しいが、製造コストが低いところにメリットがあり、高度な低反射性能が必要でない用途に対しては適用することが可能である。
【００５５】
低反射性能を得るための形状条件は、たとえば、特開２０００−２５８６０７号公報およびそれに含まれる文献でも説明されている。本発明の屈折率分布型レンズの端面に形成された微小凹凸構造もそれらの中で説明されているような形状となることが望ましい。
とくに凹凸構造の形状が基材付近でほぼ稠密（すなわち凹凸構造をそれが形成された面の上面から見たとき凹部に平坦部分がない）となっていることが望ましい。
【００５６】
ところで、上述のようにエッチング条件によって凹凸構造の形状が変化するだけでなく、エッチング前のフォトレジストパターンによっても、作製される凹凸構造の形状が変化する。図８は、干渉露光時の光強度または露光時間を変えたとき、すなわち露光量を変えたときに得られる、フォトレジストパターンおよび同じ条件でエッチング処理された後の、レンズ表面の微細構造の模式図を示す。
【００５７】
ポジ型フォトレジストの場合、露光量が少ないときは、（ａ）に示すようにフォトレジスト膜５５に円形の開口５６が空いたようなパターンとなり、露光量が増えると、逆に（ｂ）に示すように未露光部のフォトレジスト膜６５が円形に残り、それ以外はフォトレジスト膜がない部分６６となるパターンが得られる。それぞれをエッチングすると（ａ）の場合、格子状の微細構造になり、（ｂ）の場合は概ね円錐あるいは截頭円錐状の微細構造となる。
【００５８】
干渉露光時に上記の効果を利用すると、たとえば、ロッド型レンズ１０端面の外周方向に向かって形状が変化するようなパターンを形成することができる。図９にその際に用いる照射光学系を示す。
干渉光学系の光ビーム７８ａ、７８ｂがその断面内で光強度分布８０ａ、８０ｂを持つようにレンズを調整する。それらを干渉させると同様な光強度分布８２が形成される。光が重なりあった部分では、それぞれの光が楕円とはなっているが、ほぼレンズ１０の中央から外周部に向かって等方的に形状が変化するようなパターンが得られる。
【００５９】
また、図１０には、そのようなパターンを作製するための他の方法の例が示されている。この例では、実施例１と同様な方法によって干渉露光を行なった後、露光面のほぼ正面から第３の光ビーム７８ｃを照射し、そのビーム内に光強度分布８０ｃを持たせることで露光量を調整する。
【００６０】
上記のような方法は、屈折率分布型レンズのエッチング速度が屈折率（あるいはイオン濃度）によって変化する際には、有効に利用できる。ドライエッチングでは、エッチング速度がマスクの開口の大きさにより変化することが一般的に知られているが、上記のような方法で、レンズ端面に開口の大きさが異なるパターンを形成した後、エッチング処理を行なえば、屈折率が違う（すなわちエッチング速度が異なる）部分に、ほぼ同じような形状をもつ凹凸を形成することができる。あるいは、ロッド型レンズの中央部分で突起の高さを高くし、周辺部分で低くするような調整が可能となる。
【００６１】
光がレンズを通過した後の波面が乱れないことが必要な応用では、上述のような形状制御が特に重要となる。上記の形状制御方法はそのような場合に有効に適用される。
【００６２】
これまで説明した実施形態では、屈折率分型レンズの表面が空気と接している場合の反射防止性能について述べたが、本発明のレンズは、空気以外の媒質でも同様な効果を発揮する。
【００６３】
ロッド型レンズでは、図１５に示すように、２つのレンズ１３ａ、１３ｂを組み合わせて、その中間にフィルタ等の光機能部品４２を挿入する構成で使用される場合がある。従来は、図１５のようにこの部分に誘電体多層膜からなる反射防止膜１９を設けると共に、接着剤３０の屈折率をレンズ材質に合わせることで、反射損失の低減をはかってきた。その際問題となるのが温度特性あるいは経時的な屈折率変化である。
【００６４】
図１７に示すように、２つのレンズ１０ａ、１０ｂの表面に反射防止膜１９ａ、１９ｂを設け、その間に部品４０が挟んで接着剤３０により接着した場合の屈折率ｎの光軸（Ｚ軸）方向のプロファイルを用いて説明する。組み立て直後は、レンズの屈折率と接着剤の屈折率を実線で示すように厳密に合わせることができるので、屈折率差Δｎ０があるレンズ１０ａ、１０ｂと接着剤３０の間に反射防止膜１９ａ、１９ｂを設けることにより、反射損失をかなり小さく抑えることができる。
【００６５】
しかし温度変化あるいは経時変化などにより接着剤あるいはレンズの屈折率が破線で示すようにずれた場合、その界面で反射が生じる。またレンズ１０ａ、１０ｂと接着剤３０の間の屈折率差Δｎも当初のΔｎ０に対して変動するので、Δｎ０の屈折率差に対して設計された反射防止膜の反射防止性能が低下する場合がある。
【００６６】
本発明の屈折率分型レンズでは、図１１に示すように、２つのレンズ１０ａ、１０ｂの表面に微細な凹凸構造１４ａ、１４ｂを設ける。凹凸構造の隙間にはレンズの外側の媒質（この場合、接着剤）が入り込むので、レンズと媒質の間で屈折率が巨視的には凹凸構造を介して連続的に接続される。しかもレンズ材質、細かくはレンズ面での各部分の材質と同じ材質のものを使用した凹凸構造によって低反射性能を実現するので、上記の従来方法のように接着剤とレンズの屈折率がずれても、つねにレンズと接着剤の間の変化は連続に保たれるため、性能の劣化がない。
【００６７】
このことは、レンズ間の媒質の屈折率によらず低反射性能が維持できるという特性によって実現できる機能であって、本発明の屈折率分布型レンズの大きな特徴の一つである。この特徴によれば、図１５のような部品を組み立てる際に、接着剤の屈折率をレンズのそれに厳密に合わせる必要がなくなるので、薬液管理の省力化など、工業的に大きな利点が生じる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の屈折率分布型レンズでは、表面に形成する微小凹凸構造により低反射性能を実現するので、多層膜反射防止コーティングのように基材の屈折率変化により、性能が変化することがない。その結果、屈折率分布をもつレンズの全体にわたって、良好な低反射性能が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の凹凸構造を端面に形成したロッド型レンズの斜視模式図である。
【図２】本発明の凹凸構造を作製するために用いるフォトレジストパターンの一例を示す図である。
【図３】本発明におけるレンズ端面に形成した凹凸構造を示す模式図である。
【図４】レンズ端面からの反射率を測定する光学系の構成を示す図である。
【図５】本発明の凹凸構造を光透過面に形成した平板型レンズの断面模式図である。
【図６】各種の凹凸構造の断面模式図である。
【図７】他の凹凸構造の断面模式図である。
【図８】フォトレジストパターンおよび加工後のレンズ表面の微細構造の模式図である。
【図９】本発明に適用される干渉露光の一例を示す図である。
【図１０】本発明に適用される他の干渉露光の一例を示す図である。
【図１１】本発明の屈折率分布型レンズを対向させた場合の構成と光軸方向屈折率分布を示す模式図である。
【図１２】２光束干渉露光用光学系の構成を示す図である。
【図１３】従来の屈折率分布型レンズの断面形状を示す模式図である。
【図１４】従来の斜め加工によるロッド型レンズに対する反射防止手段の例を示す図である。
【図１５】対向させたロッド型レンズを用いた従来の光モジュールの一例を示す模式図である。
【図１６】従来の斜め加工による平板型レンズに対する反射防止手段の例を示す図である。
【図１７】対向させたロッド型レンズを用いた従来の光モジュールの構成と光軸方向屈折率分布を示す模式図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ、１０ｂ、１３，１３ａ、１３ｂ、１１０　ロッド型レンズ
１４、１４ａ、１４ｂ、２４　凹凸構造
１６、２６、３６　屈折率分布
１９、１９ａ、１９ｂ　反射防止膜
２０、２３　平板型レンズ
３０　接着剤
３２　軸方向屈折率分布型レンズ
４０、４２　光機能部品
４３ａ、４３ｂ　光ファイバ
７０、７２、７３　光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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