(57)【要約】【課題】  安価で環境温度が変動しても光損失が少なく、化学的耐久性に優れたマイクロレンズ、マイクロレンズの製造方法、マイクロレンズアレイ及びマイクロレンズアレイの製造方法を提供する。【解決手段】  マイクロレンズは、凸状のレンズ表面を有するレンズ部と、該レンズ部の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部とを備え、前記レンズ部は、前記基質部を構成する結晶化ガラス基質がレーザの照射によって非晶質ガラス化した非晶質部を含み、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）における耐酸性評価の減量率が０．１０質量％以下で耐水性評価の減量率が０．０５質量％以下である。【選択図】図１
2005062832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸状のレンズ表面を有するレンズ部と、該レンズ部の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部とを備え、前記レンズ部は、前記基質部を構成する結晶化ガラス基質がレーザの照射によって非晶質ガラス化した非晶質部を含み、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）における耐酸性評価の減量率が０．１０質量％以下で耐水性評価の減量率が０．０５質量％以下であるマイクロレンズ。
【請求項２】
前記基質部を構成する結晶化ガラスは、結晶化前の原ガラスの密度（Ｄａ）と結晶化後の結晶化ガラスの密度（Ｄｂ）との密度差（△Ｄ＝（Ｄｂ−Ｄａ）／Ｄｂ）が１％以上である結晶化ガラスである請求項１に記載のマイクロレンズ。
【請求項３】
前記レンズ部の非晶質部が、−４０〜８０℃の温度範囲において６０〜１３０×１０-7／℃の熱膨張係数を有する請求項１に記載のマイクロレンズ。
【請求項４】
前記基質部が二珪酸リチウム、α石英、ネフェリン及びリュ−サイトの群から選択された少なくとも一種類の結晶を主結晶として含有する結晶化ガラスからなる請求項１又は２に記載のマイクロレンズ。
【請求項５】
前記基質部が、２００〜４００ｎｍの波長の紫外線を吸収する元素を含有する請求項４に記載のマイクロレンズ。
【請求項６】
前記基質部が、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｅ、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕからなる群から選択された１種以上の元素を含有してなる請求項４又は５に記載のマイクロレンズ。
【請求項７】
前記レンズ部及び前記基質部が、質量％で、ＳｉＯ2  ３０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3  １〜３５％、Ｂ2Ｏ3  ０〜２０％、Ｐ2Ｏ5  ０〜４０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ  ３〜３５％、ＳｎＯ2  ０〜４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ  ５〜３３％、ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2  １〜３０％を含有してなる請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロレンズ。
【請求項８】
前記レーザが紫外線レーザからなる請求項１〜７のいずれかに記載のマイクロレンズ。
【請求項９】
レーザの出力が０．５〜５Ｗである請求項１〜８のいずれかに記載のマイクロレンズ。
【請求項１０】
凸状のレンズ表面を有するレンズ部と、該レンズ部の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部とを備えたマイクロレンズを製造する方法であって、二珪酸リチウム、α石英、ネフェリン及びリュ−サイトの群から選択された少なくとも一種類の結晶を主結晶として含有する結晶化ガラスからなる基材の所定領域にレーザを照射し、該レーザの照射により前記基材の所定領域の結晶化ガラス基質を非晶質ガラス化して非晶質部を生成させて、該非晶質部を含む前記レンズ部を形成するマイクロレンズの製造方法。
【請求項１１】
前記基材が、結晶化前の原ガラスの密度（Ｄａ）と結晶化後の結晶化ガラスの密度（Ｄｂ）との密度差（△Ｄ＝（Ｄｂ−Ｄａ）／Ｄｂ）が１％以上である結晶化ガラスからなる請求項１０に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１２】
前記基質部が、２００〜４００ｎｍの波長の紫外線を吸収する元素を含有する請求項１０又は１１に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１３】
前記基質部が、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｅ、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕからなる群から選択された１種以上の元素を含有してなる請求項１０〜１２のいずれかに記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１４】
前記基材が、質量％で、ＳｉＯ2  ３０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3  １〜３５％、Ｂ2Ｏ3  ０〜２０％、Ｐ2Ｏ5  ０〜４０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ  ３〜３５％、ＳｎＯ2  ０〜４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ  ５〜３３％、ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2  １〜３０％を含有する結晶化ガラスからなる請求項１０〜１３のいずれかに記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１５】
前記レーザが紫外線レーザからなる請求項１０〜１４のいずれかに記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１６】
レーザの出力が０．５〜５Ｗである請求項１０〜１５のいずれかに記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜９のいずれかに記載のマイクロレンズが二次元的に複数個配列してなるマイクロレンズアレイ。
【請求項１８】
凸状のレンズ表面を有するレンズ部と、該レンズ部の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部とを備えたマイクロレンズが二次元的に複数配列されたマイクロレンズアレイを製造する方法であって、二珪酸リチウム、α石英、ネフェリン及びリュ−サイトの群から選択された少なくとも一種類の結晶を主結晶として含有する結晶化ガラスからなる基材の複数の所定領域にレーザを照射し、該レーザの照射により前記基材の各所定領域の結晶化ガラス基質を非晶質ガラス化して非晶質部を生成させて、該非晶質部を含む前記レンズ部を形成するマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項１９】
前記基材が、結晶化前の原ガラスの密度（Ｄａ）と結晶化後の結晶化ガラスの密度（Ｄｂ）との密度差（△Ｄ＝（Ｄｂ−Ｄａ）／Ｄｂ）が１％以上である結晶化ガラスからなる請求項１８に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２０】
前記基材が、２００〜４００ｎｍの波長の紫外線を吸収する元素を含有してなる請求項１８又は１９に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２１】
前記基材が、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｅ、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕからなる群から選択された１種以上の元素を含有してなる請求項１８〜２０のいずれかに記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２２】
前記基材が、質量％で、ＳｉＯ2  ３０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3  １〜３５％、Ｂ2Ｏ3  ０〜２０％、Ｐ2Ｏ5  ０〜４０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ  ３〜３５％、ＳｎＯ2  ０〜４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ  ５〜３３％、ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2  １〜３０％を含有してなる請求項１８〜２１のいずれかに記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２３】
前記レーザが紫外線レーザからなる請求項１８〜２２のいずれかに記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２４】
レーザの出力が０．５〜５Ｗである請求項１８〜２３のいずれかに記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズ及びマイクロレンズアレイ、特に光通信分野において使用されるマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズは、一般に直径２ｍｍ以下の微小なレンズ部を有するレンズの総称であり、光記録において微小スポットを形成する機能や半導体レーザからの出力光線を光ファイバに結合させる機能を有し、光ピックアップ、液晶プロジェクタ、光通信デバイス（例えば、光スイッチ、合波分波器等）等に使用されている。特に、光通信分野において使用するマイクロレンズは、レンズ部の直径が、約１０μｍの光ファイバのコア径に合わせて、できるだけ小さくすることが必要とされ、ＤＷＤＭ及び並列光通信においては、このような微細なマイクロレンズを二次元的に複数個配列したマイクロレンズアレイが使用される。
【０００３】
このようなマイクロレンズとして、露光された部分のみに結晶を析出するガラス（いわゆる感光性結晶化ガラス）を用いたマイクロレンズが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このマイクロレンズは、レンズ部に相当する大きさのＣｒ膜を形成したシリカガラス基板からなるマスキング材によって、レンズ部に相当する領域をマスクし、紫外線で露光した後、熱処理することによって、露光した部分（レンズ部を包囲する部分）にのみ結晶を析出させた結果として、露光していない部分の上面及び下面を湾曲かつ隆起させて非晶質ガラスからなるレンズ部を形成したものである。
【０００４】
また、他のマイクロレンズとしては、高密度化石英ガラスの表面の微小領域に炭酸ガスレーザを照射することによって、照射部を熱構造緩和させ、隆起構造を微小領域に形成させたマイクロレンズ（アレイ）が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特公平５−８４４８１号公報
【非特許文献１】北村直之，外２名，「レーザー光照射によって形成されたガラス表面の隆起構造」，第５０回応用物理学関係連合講演会予稿集，２００３年３月，ｐ９８３，２８ｐ−Ｍ−１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のマイクロレンズは、レンズ部の直径やレンズ部の間隔が異なるマイクロレンズアレイを作製する場合には、その種類毎にマスキング材を用意する必要があるため、製造コストが高くなる。
【０００６】
また、非特許文献１に記載のマイクロレンズ（アレイ）は、炭酸ガスレーザとして波長が１０．６μｍの赤外線レーザを照射してレンズ部を形成するが、石英ガラスはこの赤外線を透過しないため、赤外線レーザを全肉厚部分に亘って照射することができず、表面に近い部分しかレンズ部が形成されない。さらに、高価な製造設備が必要で、連続生産が困難なＨＩＰ処理によって高密度化した石英ガラスを使用するため、製造コストが高くなる。
【０００７】
本発明の目的は、上記事情に鑑みなされたものであり、安価で環境温度が変動しても光損失が少なく、化学的耐久性に優れたマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、凸状のレンズ表面を有するレンズ部と、該レンズ部の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部とを備え、前記レンズ部は、前記基質部を構成する結晶化ガラス基質がレーザの照射によって非晶質ガラス化した非晶質部を含み、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）における耐酸性評価の減量率が０．１０質量％以下で耐水性評価の減量率が０．０５質量％以下であるマイクロレンズ、及び、このマイクロレンズが二次元的に複数配列されたマイクロレンズアレイを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
結晶化ガラスからなる基材の所定領域にレーザを照射すると、レーザが照射された基材の所定領域は、該所定領域を構成する結晶化ガラス基質の一部又は全部がレーザの照射エネルギーによって溶融し、非晶質ガラス化して非晶質部となる。この非晶質ガラス化した非晶質部は、その周囲を包囲する結晶化ガラス基質の基質部に比べて密度が相対的に小さく、そのために非晶質部の体積は基質部に比べて相対的に増加する。その結果、非晶質部は周囲の基質部から圧迫力を受け、その表面が湾曲状に隆起して凸状のレンズ表面が形成される。したがって、レーザが照射された基材の所定領域は凸曲面状のレンズ表面を有するレンズ部となり、レーザが照射されなかった基材の他の領域はレンズ部の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部となる。
【００１０】
例えば、レーザを基板の片面側から所定領域に照射する場合において、レーザの照射エネルギーによって上記所定領域の表面に近い部分のみが溶融する場合は、該表面に近い部分のみが非晶質化して、基板の片面側にのみレンズ表面が形成される。レーザを基板の両面側からそれぞれ所定領域に照射する場合は、レーザの照射エネルギーによって溶融する範囲の如何にかかわらず、基板の両面側にそれぞれレンズ表面が形成される。特にレーザが紫外線レーザであると、紫外線のガラスに対する透過率が高いため、例えばレーザを基板の片面側から照射して、レーザの照射エネルギーによって上記所定領域の全肉厚部分を溶融することができ、これにより、上記所定領域の全肉厚部分を非晶質化して、基板の両面側にそれぞれレンズ表面を形成することができる。
【００１１】
また、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）における耐酸性評価の減量率が０．１０質量％以下で耐水性評価の減量率が０．０５質量％以下であるため、化学的耐久性が高く、酸性溶液で処理されても、あるいは高温高湿の環境に曝されてもレンズ部が曇りにくい。
【００１２】
また、レーザを基板の複数の所定領域に間隔をあけて照射すると、上記のようなマイクロレンズが二次元的に複数配列されたマイクロレンズアレイが形成される。
【００１３】
上記構成において、前記基質部（基材）を構成する結晶化ガラスが、結晶化前の原ガラスの密度（Ｄａ）と結晶化後の結晶化ガラスの密度（Ｄｂ）との密度差（△Ｄ＝（Ｄｂ−Ｄａ）／Ｄｂ）が１％以上である結晶化ガラスであると、レンズ効果を得るために必要な凸曲面が得られるため好ましい。△Ｄのより好ましい範囲は２〜６％である。
【００１４】
また、レンズ部の非晶質部が−４０〜８０℃の温度範囲において６０〜１３０×１０-7／℃の熱膨張係数を有していると、温度に対する焦点距離変化率（ｄｆ／ｄＴ）が小さくなり（例えば、絶対値で２ｎｍ／℃以内）、環境温度が変動しても光損失が少ないため好ましく、また基質部との熱膨張差が小さくなり、クラックが入りにくいため好ましい。
【００１５】
また、レンズ部の非晶質部が−１〜＋８×１０-6／℃（好ましくは０〜５×１０-6／℃）の屈折率の温度依存性を有していると、温度に対する焦点距離変化率が小さくなるため好ましい。
【００１６】
基質部が二珪酸リチウム、α石英、ネフェリン及びリュ−サイトの群から選択された少なくとも一種類の結晶を主結晶として含有する結晶化ガラスからなると、レーザを照射することによって形成されたレンズ部の非晶質部が−４０〜８０℃の温度範囲において６０〜１３０×１０-7／℃の熱膨張係数を有するようになり、また、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）における耐酸性評価の減量率が０．１０質量％以下で耐水性評価の減量率が０．０５質量％以下となるため好ましい。
【００１７】
また、基質部が、２００〜４００ｎｍの波長の紫外線を吸収する元素を含有すると、紫外線レーザが照射された基材の所定領域に存在する上記の元素が紫外線を吸収し、そのエネルギーにより、該所定領域を構成する結晶化ガラス基質の一部又は全部の結晶が溶融し、短時間で効率よく非晶質ガラス化して非晶質部となる。紫外線を吸収する元素としては、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｅ、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕからなる群から選択された１種以上の元素が使用できる。特に、Ｔｉに加えて微量のＦｅ（Ｆｅ2Ｏ3量で、５０〜１０００ｐｐｍ）を含むと、より紫外線を吸収しやすくなる。また、紫外線を吸収する元素がＴｉであると可視光域の波長の光を透過しやすいため好ましい。
【００１８】
また、レンズ部及び基質部が、質量％で、ＳｉＯ2  ３０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3  １〜３５％、Ｂ2Ｏ3  ０〜２０％、Ｐ2Ｏ5  ０〜４０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ  ３〜３５％、ＳｎＯ2  ０〜４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ  ５〜３３％、ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2  １〜３０％を含有してなると、−４０〜８０℃の温度範囲においてレンズ部の非晶質部が６０〜１３０×１０-7／℃の熱膨張係数を有しやすい。
【００１９】
また、基質部が−４０〜８０℃の温度範囲において５０〜１３０×１０-7／℃の熱膨張係数を有することを特徴とするガラスセラミックスからなると、−４０〜８０℃の温度範囲においてレンズ部の非晶質部が６０〜１３０×１０-7／℃の熱膨張係数を有しやすい。
【００２０】
レーザは、波長が４００ｎｍ以下、好ましくは２６６〜３５５ｎｍの紫外線レーザ、具体的にはＹＡＧレーザであると、レーザ出力を高くでき、照射スポット径を小さく、またスポットの真円度を高くできるため、短時間で寸法精度が高い小径のレンズ部を形成できる。また、紫外線レーザの出力が０．５〜５Ｗであると、結晶化ガラスからなる基材の一部が短時間で溶融して、容易に非晶質部を形成できる。特に結晶化ガラスからなる基材が、４００ｎｍ以下の波長を有する光の吸収が大きいと、レーザによる基材の溶融が容易になるため好ましい。
【００２１】
また本発明のマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイの製造方法において、、基材として二珪酸リチウム、α石英、ネフェリン及びリュ−サイトの群から選択された少なくとも一種類の結晶を主結晶として含有する結晶化ガラスからなる基材を用いると、レーザを照射することによって形成されたレンズ部の非晶質部が−４０〜８０℃の温度範囲において６０〜１３０×１０-7／℃の熱膨張係数を有するようになり、マイクロレンズの温度に対する焦点距離変化率（ｄｆ／ｄＴ）が小さく（具体的には、絶対値で２ｎｍ／℃以内）なり、環境温度が変動しても光損失が少なくなる。また基質部が二珪酸リチウム、α石英、ネフェリン及びリュ−サイトの群から選択された少なくとも一種類の化学的耐久性の高い結晶を主結晶として含有する結晶化ガラスとなり、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）における耐酸性評価の減量率が０．１０質量％以下で耐水性評価の減量率が０．０５質量％以下となる化学的耐久性の高いマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを作製することができるため好ましい。
【００２２】
また、基材が、質量％で、ＳｉＯ2  ３０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3  １〜３５％、Ｂ2Ｏ3  ０〜２０％、Ｐ2Ｏ5  ０〜４０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ  ３〜３５％、ＳｎＯ2  ０〜４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ  ５〜３３％、ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2  １〜３０％を含有すると、二珪酸リチウム、α石英、ネフェリン及びリュ−サイトの群から選択された少なくとも一種類の結晶を主結晶として含有する結晶化ガラスになりやすいため好ましい。
【００２３】
本発明のマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイは、高価な製造設備が必要で連続生産が困難なＨＩＰ処理によって基材を高密度化する必要がなく、またマスキング材を作製する必要がない。したがって、本発明によれば、安価なマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、実施の形態に係るマイクロレンズアレイを概念的に示す断面図である。図２は、他の実施の形態に係るマイクロレンズアレイを概念的に示す断面図である。
【００２５】
図１に示すマイクロレンズアレイ１０は、レンズ部１と基質部２とを備えたマイクロレンズ３が二次元的に複数配列されて構成され、全体として平板状の外観を呈している。レンズ部１は、それぞれ、所定径の円柱状形態をなし、マイクロレンズアレイ１０の一方の表面側に位置する非晶質ガラスからなる非晶質部１ａと、他方の表面側に位置する結晶化ガラスからなる結晶質部１ｂとで構成される。非晶質部１ａの表面は、基質部２の表面の位置よりも湾曲状に隆起して、凸曲面状、例えば１つの曲率半径を有する凸球面状のレンズ表面１ａ１を形成している。基質部２は、レンズ部１の結晶質部１ｂと同じ結晶化ガラスからなり、レンズ部１の周囲を包囲している。尚、図１では、基質部２とレンズ部１の結晶質部１ｂとを概念的に区分して示しているが、実際には、両者の間に組織構造上の違いは存在しない。
【００２６】
マイクロレンズアレイ１０は、例えば、結晶化ガラスからなる基材の複数の所定領域に一方の表面側からレーザを照射することによって製造することができる。すなわち、レーザが照射された基材の所定領域は、レーザの照射エネルギーによって、一方の表面に近い部分が溶融し、非晶質ガラス化して非晶質部１ａとなる。この非晶質ガラス化した非晶質部１ａは、その周囲を包囲する結晶化ガラス基質の基質部２に比べて密度が相対的に小さく、そのために非晶質部１ａの体積は基質部２に比べて相対的に増加する。その結果、非晶質部１ａは周囲の基質部２から圧迫力を受け、その表面が湾曲状に隆起して凸曲面状のレンズ表面１ａ１が形成される。したがって、レーザが照射された基材の所定領域は凸曲面状のレンズ表面１ａ１を有するレンズ部１となり、レーザが照射されなかった基材の他の領域はレンズ部１の周囲を包囲する結晶化ガラスからなる基質部２となる。レンズ部１の直径は、照射するレーザビームのスポット径と略等しくなり、レーザビームのスポット径を調整することによって、所望の直径を有するレンズ部１を精度良く形成することができる。
【００２７】
図２に示すマイクロレンズアレイ２０は、レンズ部１１と基質部１２とを備えたマイクロレンズ１３が二次元的に複数配列されて構成され、全体として平板状の外観を呈している。レンズ部１１は、それぞれ、所定径の円柱状形態をなし、非晶質ガラスからなる非晶質部１１ａで構成される。非晶質部１１ａの両表面は、それぞれ、基質部１２の表面の位置よりも湾曲状に隆起して、凸曲面状、例えば１つの曲率半径を有する凸球面状のレンズ表面１１ａ１を形成している。基質部１２は、結晶化ガラスからなり、レンズ部１１の周囲を包囲している。
【００２８】
このマイクロレンズアレイ２０も、図１に示すマイクロレンズアレイ１０と同様に、結晶化ガラスからなる基材の複数の所定領域に一方の表面側からレーザを照射することによって製造することができるが、レーザの照射によってレンズ部１１の全肉厚部分が溶融して非晶質化され、基板の両面側にそれぞれレンズ表面１１ａ１が形成される点が異なる。
【実施例１】
【００２９】
表１は実施例１〜５を、表２は比較例１、２を示す。実施例１、２、４、５のマイクロレンズアレイは図１に示す構成に対応し、実施例３のマイクロレンズアレイは図２に示す構成に対応する。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
【表２】
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【００３２】
まず、表１に示す組成となるように調合した原料を白金坩堝中に入れ、１５５０℃で１０時間溶融したガラスをカーボン型枠内に流し出し、室温まで徐冷して原ガラス板を作製した。その後、核形成を行うため５００〜６５０℃で１〜３時間熱処理し、７００〜９５０℃で１〜３時間結晶化させ、表１に示す結晶を有する結晶化ガラスからなる原板を得た。尚、実施例１〜５は、不純物としてＦｅ2Ｏ3で５０〜４００ｐｐｍ含有していた。
【００３３】
次に、この原板を３×４×０．５ｔｍｍの大きさに切断加工して、両面を鏡面研磨することによって基材を作製し、０．２ｍｍ間隔で８箇所の基材表面近傍に、パルス幅１０ｎｓ、周波数１ｋＨｚで波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを出力０．５〜２．５Ｗで１箇所あたり２秒間照射することによって、図１に示すように、レンズ部１（紫外線レーザが照射された領域）と基質部２（紫外線レーザが照射されなかった領域）とを備えた８個のマイクロレンズ３が二次元的に配列されたマイクロレンズアレイ１０を作製した（実施例１、２、４、５）。
【００３４】
また、原板を３×４×０．２ｔｍｍの大きさに切断加工して、両面を鏡面研磨することによって基材を作製し、０．２ｍｍ間隔で８箇所において、基材の全厚み方向にわたって、パルス幅１０ｎｓ、周波数１ｋＨｚで波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを出力０．５〜２．５Ｗで１箇所あたり２秒間照射することによって、図２に示すように、レンズ部１１（紫外線レーザが照射された領域）と基質部１２（紫外線レーザが照射されなかった領域）とを備えた８個のマイクロレンズ１３が二次元的に配列されたマイクロレンズアレイ２０を作製した（実施例３）。尚、レンズ部１、１１のうち、紫外線レーザが照射され基材が溶融した部分は、非晶質ガラス部１ａ、１１ａとなっていた。また実施例１、２、４、５においてレンズ部１のうち、基材が溶融しなかった部分は基材のままの結晶が析出した結晶質部１ｂであった。また、この結晶質部１ｂは、結晶を析出しているものの、析出結晶サイズが０．０５μｍ以下であるため、１０００〜１６５０ｎｍの波長域における赤外線の透過率が６０％以上であり、光通信用途に十分使用できるものであった。
【００３５】
比較例１では、原板として、１ＧＰａ、１２００℃でＨＩＰ処理して密度を４％上昇させた高密度化シリカガラスを用い、波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザを出力０．５Ｗで１２０秒間照射した点以外は、実施例１と同様にしてマイクロレンズアレイを作製した。
【００３６】
比較例２では、表２の組成になるように調合した原料を白金坩堝中に入れ、１４５０℃で４時間溶融したガラスをカーボン型枠内に流し出し、室温まで徐冷して、原板を作製した。次に、この原板を３×４×０．５ｔｍｍの大きさに切断加工して、両面を鏡面研磨することによって基材を作製し、レンズ部に相当する大きさのＣｒ膜を形成したシリカガラス基板によって、レンズ部に相当する基材の表面をマスクし、１０００Ｗの水銀−キセノンランプを用いて紫外線を１００秒間照射した。その後、基材を５４０℃で１時間、５８０℃で１時間熱処理し、基材の紫外線を照射した部分にＬｉ2Ｏ・ＳｉＯ2結晶を析出させて、基材の両面側に凸曲面状のレンズ表面を有する８個のマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイを作製した。
【００３７】
尚、実施例１〜５及び比較例１、２のレンズ部の直径はレンズ部の曲率半径に略等しく、５０〜３００μｍであった。また表１、表２の「レンズ形状」の欄において、「凸平」の表示は図１に示すような片面側にのみレンズ表面を有するレンズ形状であることを表し、「両凸」は図２に示すような両面側にレンズ表面を有するレンズ形状であることを表している。
【００３８】
析出結晶相は、Ｘ線回折装置を用いて同定した。
【００３９】
非晶質部の熱膨張係数と密度は、実施例１〜５では原ガラス板の熱膨張係数と密度で、比較例１、２では原板の熱膨張係数と密度で評価した。また、基質部の密度は、実施例１〜５と比較例１では原板の密度で、比較例２では原板の熱処理後の密度で評価した。これらの熱膨張係数は、ディラトメータ（マックサイエンス社製ＴＤ−５０００Ｓ）を用いて、−４０〜８０℃の温度範囲で測定した。またこれらの密度は、アルキメデス法を用いて評価した。
【００４０】
レンズ部の曲率半径は、レーザ顕微鏡を用いて測定した。
【００４１】
レンズ部の屈折率及び屈折率の温度依存性（ｄｎ／ｄＴ）は、−４０〜８０℃の温度範囲において、オプティプローブ法により屈折率を測定することによって求めた。
【００４２】
温度に対する焦点距離変化率（ｄｆ／ｄＴ）は以下のようにして算出した。
【００４３】
焦点距離ｆは数式１にて表され、数式１を温度Ｔで微分することより数式２に示す温度に対する焦点距離変化率（ｄｆ／ｄＴ）が導出される。
【００４４】
【数１】
2005062832.tif 000005
【００４５】
【数２】
2005062832.tif 000006
【００４６】
ここで、ｒ1、ｒ2はレンズ部表面の曲率半径（μｍ）、αは熱膨張係数（×１０-7／℃）、ｎは波長１５５０ｎｍにおける室温での屈折率、ｄｎ／ｄＴは温度に対する屈折率変化率（×１０-6／℃）である。尚、レンズ形状が凸平の場合は、ｒ2が∞となる。
【００４７】
マイクロレンズの化学的耐久性は、耐酸性及び耐水性で評価し、その耐酸性及び耐水性は、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）の光学ガラスの化学的耐久性の評価方法に基づいて、それぞれ酸性溶液中での減量率及び水中での減量率を求めて評価した。
【００４８】
実施例１〜５は、ＨＩＰ処理や、マスキング材を使用することなくマイクロレンズアレイを作製でき、さらに温度に対する焦点距離変化率（ｄｆ／ｄＴ）及び化学的耐久性が高かった。
【００４９】
一方、比較例１は、原板を作製するためにＨＩＰ処理しなければならず、また化学的耐久性は高かったものの、温度に対する焦点距離変化率（ｄｆ／ｄＴ）が大きかった。また、比較例２は、マスキング材を用意しなければならず、また温度に対する焦点距離変化率（ｄｆ／ｄＴ）は小さいものの、化学的耐久性が低かった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上説明したように、本発明のマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイは、高価な製造設備が必要で連続生産が困難なＨＩＰ処理によって基材を高密度化する必要がなく、またマスキング材を作製する必要がない。したがって、安価なマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを提供することができる。また化学的耐久性が高く、酸性溶液で処理されても、あるいは高温高湿の環境に曝されてもレンズ部が曇りにくい。
【００５１】
このようなマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイは、光スイッチ、合波分波器等等の光通信デバイスに好適であり、特に厳密な焦点距離の精度や高い化学的耐久性が要求されるＤＷＤＭ及び並列光通信に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施の形態に係るマイクロレンズアレイを概念的に示す断面図である。
【図２】他の実施の形態に係るマイクロレンズアレイを概念的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１、１１  レンズ部
１ａ、１１ａ  非晶質部
１ａ１、１１ａ１  レンズ表面
２、１２  基質部
３、１３  マイクロレンズ
１０、２０  マイクロレンズアレイ
【図１】
2005062832.tif 000007
【図２】
2005062832.tif 000008