JP2002116377A - 非球面フレネルレンズ - Google Patents
非球面フレネルレンズInfo
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- JP2002116377A JP2002116377A JP2000305974A JP2000305974A JP2002116377A JP 2002116377 A JP2002116377 A JP 2002116377A JP 2000305974 A JP2000305974 A JP 2000305974A JP 2000305974 A JP2000305974 A JP 2000305974A JP 2002116377 A JP2002116377 A JP 2002116377A
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- lens
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Abstract
(57)【要約】
【課題】輪帯毎の波面の合致性が良く、波面収差の良好
な補正が可能な、非球面の光学作用を持つフレネルレン
ズを実現する。 【解決手段】入射面１Ａおよび／または射出面１Ｂがフ
レネルレンズ面として構成され、上記フレネルレンズ面
における個々の輪帯の面形状が、互いに別個の非球面で
あることを特徴とする非球面フレネルレンズ。
な補正が可能な、非球面の光学作用を持つフレネルレン
ズを実現する。 【解決手段】入射面１Ａおよび／または射出面１Ｂがフ
レネルレンズ面として構成され、上記フレネルレンズ面
における個々の輪帯の面形状が、互いに別個の非球面で
あることを特徴とする非球面フレネルレンズ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、非球面フレネル
レンズに関する。
レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】大きな開口数を有する光学面は、これま
でにもプレス法や研磨法等で実際に製造されてきた。し
かし、上記製造法により製造された、単一の連続面で構
成された大開口面は「光線有効径あたりの面深さ」であ
る所謂サグ量が大きい。そのため「レンズ全厚」が増し
て小型化に不利であり、レンズ外周部における面形状創
成も困難である等の問題がある。
でにもプレス法や研磨法等で実際に製造されてきた。し
かし、上記製造法により製造された、単一の連続面で構
成された大開口面は「光線有効径あたりの面深さ」であ
る所謂サグ量が大きい。そのため「レンズ全厚」が増し
て小型化に不利であり、レンズ外周部における面形状創
成も困難である等の問題がある。
【０００３】このような問題を解決できるレンズ形態と
して「フレネルレンズ」がある。フレネルレンズは、連
続面を多数の輪帯に分割し、各輪帯の最小サグ部分を連
続なベース面内に配置するように構成したレンズであ
る。
して「フレネルレンズ」がある。フレネルレンズは、連
続面を多数の輪帯に分割し、各輪帯の最小サグ部分を連
続なベース面内に配置するように構成したレンズであ
る。
【０００４】従来のフレネルレンズで、所謂非球面レン
ズの機能を持たせる場合、分割の元となる連続面は単一
の非球面形状であるが、実際に製作される各輪帯は、そ
の子午断面内において「直線形状や球面形状」で近似さ
れている。その結果、当該輪帯を通過した光線が１点に
収束しない現象が生じ、また、各輪帯相互の波面の位相
が像面において一致しない。
ズの機能を持たせる場合、分割の元となる連続面は単一
の非球面形状であるが、実際に製作される各輪帯は、そ
の子午断面内において「直線形状や球面形状」で近似さ
れている。その結果、当該輪帯を通過した光線が１点に
収束しない現象が生じ、また、各輪帯相互の波面の位相
が像面において一致しない。
【０００５】また、各輪帯のサグの差を同一平面上に移
動することによる波面収差の発生については無視されて
いた。
動することによる波面収差の発生については無視されて
いた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記問題
を有効に解消もしくは軽減できる新規な非球面フレネル
レンズの実現を課題とする。
を有効に解消もしくは軽減できる新規な非球面フレネル
レンズの実現を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の非球面フレネ
ルレンズは、入射面および／または射出面がフレネルレ
ンズ面として構成される。フレネルレンズ面における個
々の輪帯の面形状は「互いに別個の非球面」である。こ
のように、この発明の非球面フレネルレンズは、従来の
もののように「単一の非球面形状を輪帯に分割する」の
ではなく、各輪帯自体が「それぞれ固有の非球面形状」
を有する。
ルレンズは、入射面および／または射出面がフレネルレ
ンズ面として構成される。フレネルレンズ面における個
々の輪帯の面形状は「互いに別個の非球面」である。こ
のように、この発明の非球面フレネルレンズは、従来の
もののように「単一の非球面形状を輪帯に分割する」の
ではなく、各輪帯自体が「それぞれ固有の非球面形状」
を有する。
【０００８】従って、実際に製作される各輪帯が、その
子午断面内において「直線形状や球面形状」で近似され
たとしても、近似形状のもとになる非球面が、その輪帯
に固有の非球面で「この固有の非球面を近似したもの」
となるので、従来の「単一の非球面形状の各輪帯部分を
直線や球面で近似したもの」に比して、光学性能を格段
に向上させることができ、各輪帯で屈折された光線を実
質的に同一位置に集光させることが可能になる。
子午断面内において「直線形状や球面形状」で近似され
たとしても、近似形状のもとになる非球面が、その輪帯
に固有の非球面で「この固有の非球面を近似したもの」
となるので、従来の「単一の非球面形状の各輪帯部分を
直線や球面で近似したもの」に比して、光学性能を格段
に向上させることができ、各輪帯で屈折された光線を実
質的に同一位置に集光させることが可能になる。
【０００９】上記請求項１記載の非球面フレネルレンズ
は「各輪帯により屈折された光束の光路長差が、波長の
略整数倍であるようにフレネルレンズ面を形成する」こ
とができる(請求項２)。この場合において「各輪帯によ
り屈折された光束の光路長差が、異なる２種の波長の各
々に対して、各波長の略整数倍であるようにフレネルレ
ンズ面を形成する」ことができる(請求項３)。
は「各輪帯により屈折された光束の光路長差が、波長の
略整数倍であるようにフレネルレンズ面を形成する」こ
とができる(請求項２)。この場合において「各輪帯によ
り屈折された光束の光路長差が、異なる２種の波長の各
々に対して、各波長の略整数倍であるようにフレネルレ
ンズ面を形成する」ことができる(請求項３)。
【００１０】即ち、各輪帯のサグ量を調整することによ
り、輪帯間の波面の位相ずれを、単一波長もしくは２波
長に対して良好に補正することができる。上記請求項１
または２記載の非球面フレネルレンズは「一方の面を平
面、他方をフレネルレンズ面とし、フレネルレンズ面側
を入射側とするとき、コリメート作用を有する」ように
構成することもできる（請求項４）。
り、輪帯間の波面の位相ずれを、単一波長もしくは２波
長に対して良好に補正することができる。上記請求項１
または２記載の非球面フレネルレンズは「一方の面を平
面、他方をフレネルレンズ面とし、フレネルレンズ面側
を入射側とするとき、コリメート作用を有する」ように
構成することもできる（請求項４）。
【００１１】請求項３記載の非球面フレネルレンズは
「一方の面を単一非球面、他方の面をフレネルレンズ面
とし、フレネルレンズ面を入射側とするとき、異なる２
種の波長の光に対してコリメート作用を有する」ように
構成できる（請求項５）。
「一方の面を単一非球面、他方の面をフレネルレンズ面
とし、フレネルレンズ面を入射側とするとき、異なる２
種の波長の光に対してコリメート作用を有する」ように
構成できる（請求項５）。
【００１２】また、請求項２記載の非球面フレネルレン
ズは「レンズの両面をフレネルレンズ面とし、各フレネ
ルレンズ面が、１次元的な集光機能を有し、両レンズ面
の集光機能の集光方向が互いに直交し、かつ、各面の集
光機能の程度が異なり、一方のレンズ面から入射する光
束に対して、コリメート作用とビーム整形機能とを有す
る」ように構成できる（請求項６）。
ズは「レンズの両面をフレネルレンズ面とし、各フレネ
ルレンズ面が、１次元的な集光機能を有し、両レンズ面
の集光機能の集光方向が互いに直交し、かつ、各面の集
光機能の程度が異なり、一方のレンズ面から入射する光
束に対して、コリメート作用とビーム整形機能とを有す
る」ように構成できる（請求項６）。
【００１３】請求項２記載の非球面フレネルレンズはま
た「一方の面を１次元的な集光機能を持つフレネルレン
ズ面、他方の面を単一の非球面トーリック面とし、フレ
ネルレンズ面側を入射側として、半導体レーザからの発
散光束を、略１点に集光させる機能を有する」ように構
成することができる（請求項７）。
た「一方の面を１次元的な集光機能を持つフレネルレン
ズ面、他方の面を単一の非球面トーリック面とし、フレ
ネルレンズ面側を入射側として、半導体レーザからの発
散光束を、略１点に集光させる機能を有する」ように構
成することができる（請求項７）。
【００１４】勿論、上記請求項４，５，７に記載のよう
なレンズ面の組み合わせでも、設計次第で、フレネルレ
ンズ面の側を射出面とすることも可能である。
なレンズ面の組み合わせでも、設計次第で、フレネルレ
ンズ面の側を射出面とすることも可能である。
【００１５】上記請求項１〜７に記載の非球面フレネル
レンズは、マイクロオプティクスの分野に用いられる光
学素子として好適に使用できる。即ち、例えば、半導体
レーザから放射される発散性の光束を光ファイバー径よ
り細い光束径の平行光束にコリメートして光ファイバー
に入射させたり、あるいは半導体レーザからの光束を光
ファイバーの端面近傍に集光させたりするのに使用する
ことができる。
レンズは、マイクロオプティクスの分野に用いられる光
学素子として好適に使用できる。即ち、例えば、半導体
レーザから放射される発散性の光束を光ファイバー径よ
り細い光束径の平行光束にコリメートして光ファイバー
に入射させたり、あるいは半導体レーザからの光束を光
ファイバーの端面近傍に集光させたりするのに使用する
ことができる。
【００１６】図１（ａ）において、屈折面ＲＳは、図示
の如く光学面１、光学面２、．．．光学面ｎの一部を輪
帯とするフレネルレンズ面である。即ち、屈折面ＲＳは
「複数の光学面（光学面１、光学面２、．．．光学面
ｎ）を接続した不連続面」である。
の如く光学面１、光学面２、．．．光学面ｎの一部を輪
帯とするフレネルレンズ面である。即ち、屈折面ＲＳは
「複数の光学面（光学面１、光学面２、．．．光学面
ｎ）を接続した不連続面」である。
【００１７】図１（ａ）において、屈折面ＲＳの左側は
「物界媒質」による物空間であり、右側は「レンズ媒
質」による像空間である。光学面１、光学面２、．．光
学面ｎは、それぞれが固有の、即ち「互いに別個の非球
面形状」を有し、図の左側の、図示されない「共通の物
点」からの光線を、像空間の１点（像点）に集光するよ
うに屈折させ、且つ、上記物点から像点に至る光路長の
差が「実質的に波長の整数倍となる」ように、各光学面
の面形状とサグ量（光軸上における光学面の面間隔）が
設定されている。従って、各輪帯で屈折される光束の波
面収差は共役点間で十分に小さい。
「物界媒質」による物空間であり、右側は「レンズ媒
質」による像空間である。光学面１、光学面２、．．光
学面ｎは、それぞれが固有の、即ち「互いに別個の非球
面形状」を有し、図の左側の、図示されない「共通の物
点」からの光線を、像空間の１点（像点）に集光するよ
うに屈折させ、且つ、上記物点から像点に至る光路長の
差が「実質的に波長の整数倍となる」ように、各光学面
の面形状とサグ量（光軸上における光学面の面間隔）が
設定されている。従って、各輪帯で屈折される光束の波
面収差は共役点間で十分に小さい。
【００１８】この様な面を光学面として創成することに
より「大きな波面収差の発生や、異なった輪帯を通過し
た波面間の位相不一致」を有効に抑制できる。各光学面
により屈折される光線に関する「物点から像点に至る光
路長の差」は、異なる２種の波長の各々に対して、実質
的に波長の整数倍となるようにすることができる。
より「大きな波面収差の発生や、異なった輪帯を通過し
た波面間の位相不一致」を有効に抑制できる。各光学面
により屈折される光線に関する「物点から像点に至る光
路長の差」は、異なる２種の波長の各々に対して、実質
的に波長の整数倍となるようにすることができる。
【００１９】上記屈折面ＲＳにおける各輪帯の非球面
は、「共軸対称非球面」として形成しても良いし、「ア
ナモフィックな非球面」として形成しても良く、輪帯の
形状も同心円状の輪帯のみならず、面対称な形状でも楕
円形状その他の形状でも良い。例えば「各輪帯を直線的
な帯状として面対称に形成したフレネルレンズ面」によ
りシリンドリカルレンズ面の機能を実現することがで
き、楕円形状の輪帯を持つフレネルレンズ面では、アナ
モフィックな屈折機能を実現できる。
は、「共軸対称非球面」として形成しても良いし、「ア
ナモフィックな非球面」として形成しても良く、輪帯の
形状も同心円状の輪帯のみならず、面対称な形状でも楕
円形状その他の形状でも良い。例えば「各輪帯を直線的
な帯状として面対称に形成したフレネルレンズ面」によ
りシリンドリカルレンズ面の機能を実現することがで
き、楕円形状の輪帯を持つフレネルレンズ面では、アナ
モフィックな屈折機能を実現できる。
【００２０】この発明の非球面フレネルレンズでは、レ
ンズ面の一方もしくは双方が、各輪帯毎に別個の非球面
形状を持つフレネルレンズ面であり、レンズ面の一方
は、上記の如く、平面とすることも、単一非球面とする
こともでき、さらには球面や、シリンドリカル面、非球
面トーリック面等とすることもできる。
ンズ面の一方もしくは双方が、各輪帯毎に別個の非球面
形状を持つフレネルレンズ面であり、レンズ面の一方
は、上記の如く、平面とすることも、単一非球面とする
こともでき、さらには球面や、シリンドリカル面、非球
面トーリック面等とすることもできる。
【００２１】図１（ｂ）に示す非球面フレネルレンズ１
は、両レンズ面１Ａ、１Ｂをともに「各輪帯毎に別個の
非球面形状を持つフレネルレンズ面」とした例である。
入射面・射出面に上記フレネルレンズ面が形成されてい
る。このような非球面フレネルレンズでは、入射側・射
出側の「各輪帯の非球面の組み合わせ」で、共役点間の
波面収差を補正でき、１面あたりの光学収差負担量が少
ないので、より大きな開口をもつレンズを得るのに有利
である。
は、両レンズ面１Ａ、１Ｂをともに「各輪帯毎に別個の
非球面形状を持つフレネルレンズ面」とした例である。
入射面・射出面に上記フレネルレンズ面が形成されてい
る。このような非球面フレネルレンズでは、入射側・射
出側の「各輪帯の非球面の組み合わせ」で、共役点間の
波面収差を補正でき、１面あたりの光学収差負担量が少
ないので、より大きな開口をもつレンズを得るのに有利
である。
【００２２】なお、この発明の非球面フレネルレンズは
型を用いた成形により製造することもできるし、フォト
リソグラフィと異方性エッチングとを利用して製造する
こともできる。
型を用いた成形により製造することもできるし、フォト
リソグラフィと異方性エッチングとを利用して製造する
こともできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】図２に示す非球面フレネルレンズ
２は、一方の面２Ｂが平面で、他方の面２Ａがフレネル
レンズ面であり、フレネルレンズ面２Ａ側を入射側とす
るとき、コリメート作用を有する（請求項４）。このタ
イプの非球面フレネルレンズでは、コリメートされるべ
き光束がフレネルレンズ面２Ａに入射し、フレネルレン
ズ面２Ａのみでコリメートされるので、レンズの厚さを
任意に設定できる利点がある。
２は、一方の面２Ｂが平面で、他方の面２Ａがフレネル
レンズ面であり、フレネルレンズ面２Ａ側を入射側とす
るとき、コリメート作用を有する（請求項４）。このタ
イプの非球面フレネルレンズでは、コリメートされるべ
き光束がフレネルレンズ面２Ａに入射し、フレネルレン
ズ面２Ａのみでコリメートされるので、レンズの厚さを
任意に設定できる利点がある。
【００２４】図３に示す非球面フレネルレンズ３は、一
方の面３Ｂが「単一非球面」で、他方の面３Ａがフレネ
ルレンズ面であり、フレネルレンズ面３Ａを入射側とす
るとき、異なる２種の波長の光に対してコリメート作用
を有する（請求項５）。単一非球面３Ｂは「軸対称の非
球面で連続面」である。
方の面３Ｂが「単一非球面」で、他方の面３Ａがフレネ
ルレンズ面であり、フレネルレンズ面３Ａを入射側とす
るとき、異なる２種の波長の光に対してコリメート作用
を有する（請求項５）。単一非球面３Ｂは「軸対称の非
球面で連続面」である。
【００２５】図４に示す非球面フレネルレンズ４は、コ
リメート作用とビーム整形機能とを有する（請求項
６）。良く知られたように、半導体レーザから放射され
る光束は発散光束で、活性層に平行な方向では発散角が
小さく、活性層に直交する方向では発散角が大きい。図
４において、Ｘ方向は「活性層に平行な方向」を示し、
Ｙ方向は「活性層に直交する方向」を示す。Ｚ方向は光
軸方向である。
リメート作用とビーム整形機能とを有する（請求項
６）。良く知られたように、半導体レーザから放射され
る光束は発散光束で、活性層に平行な方向では発散角が
小さく、活性層に直交する方向では発散角が大きい。図
４において、Ｘ方向は「活性層に平行な方向」を示し、
Ｙ方向は「活性層に直交する方向」を示す。Ｚ方向は光
軸方向である。
【００２６】図の右側を入射側とすると、入射面４Ａに
入射する発散光束は、Ｘ方向には発散角が小さく、Ｙ方
向には発散角が大きい。従って、入射面４Ａに入射する
光束の「入射面上における入射光束形状（光束の断面形
状）」は、図の如く、Ｙ方向を長軸方向とする楕円形状
となる。
入射する発散光束は、Ｘ方向には発散角が小さく、Ｙ方
向には発散角が大きい。従って、入射面４Ａに入射する
光束の「入射面上における入射光束形状（光束の断面形
状）」は、図の如く、Ｙ方向を長軸方向とする楕円形状
となる。
【００２７】入射面４Ａ、射出面４Ｂとも「フレネルレ
ンズ面」であるが、これらフレネルレンズ面は何れも
「輪帯が直線的な帯状」であり、入射面４Ａは「Ｙ方向
に正のパワーを有するシリンドリカル面」としての機能
を有し、射出面４Ｂは「Ｘ方向に正のパワーを持つシリ
ンドリカル面」としての機能を有する。
ンズ面」であるが、これらフレネルレンズ面は何れも
「輪帯が直線的な帯状」であり、入射面４Ａは「Ｙ方向
に正のパワーを有するシリンドリカル面」としての機能
を有し、射出面４Ｂは「Ｘ方向に正のパワーを持つシリ
ンドリカル面」としての機能を有する。
【００２８】半導体レーザからの発散性の光束は、Ｙ方
向に関しては入射面４Ａでコリメートされ、Ｘ方向に関
しては「入射面４Ａによる屈折作用と射出面４Ｂによる
屈折作用」でコリメートされる。入射面４Ａと射出面４
Ｂとの面間隔を適宜に設定することにより、射出光束の
光束断面形状である射出光束形状を円形状に整形するこ
とができる。
向に関しては入射面４Ａでコリメートされ、Ｘ方向に関
しては「入射面４Ａによる屈折作用と射出面４Ｂによる
屈折作用」でコリメートされる。入射面４Ａと射出面４
Ｂとの面間隔を適宜に設定することにより、射出光束の
光束断面形状である射出光束形状を円形状に整形するこ
とができる。
【００２９】即ち、図４の非球面フレネルレンズ４は、
レンズの両面４Ａ、４Ｂがフレネルレンズ面であり、各
フレネルレンズ面は１次元的な集光機能を有し、両レン
ズ面の集光機能の集光方向が互いに直交し、かつ、各面
の集光機能の程度が異なり、一方のレンズ面から入射す
る光束に対して「コリメート作用とビーム整形機能」と
を有する（請求項６）。勿論、ビーム成形機能は上記の
もののほか、種々のビーム成形の形態が可能である。
レンズの両面４Ａ、４Ｂがフレネルレンズ面であり、各
フレネルレンズ面は１次元的な集光機能を有し、両レン
ズ面の集光機能の集光方向が互いに直交し、かつ、各面
の集光機能の程度が異なり、一方のレンズ面から入射す
る光束に対して「コリメート作用とビーム整形機能」と
を有する（請求項６）。勿論、ビーム成形機能は上記の
もののほか、種々のビーム成形の形態が可能である。
【００３０】図５に示す非球面フレネルレンズ５は、一
方の面（入射側面）５Ａが「１次元的な集光機能を持つ
フレネルレンズ面」で、他方の面（射出側面）５Ｂが
「単一の非球面トーリック面」であり、フレネルレンズ
面５Ａ側を入射側として、半導体レーザからの発散光束
（発光位置を符号Ｐで示す）を、略１点Ｑに集光させる
機能を有する（請求項６）。図５上図は、上下方向が、
光源である半導体レーザの「活性層に平行な方向」であ
り、下図は、上下方向が「活性層に直交する方向」であ
る。入射面５Ａは、活性層に直交する方向に正のパワー
を持つシリンドリカル面としての機能を持つフレネルレ
ンズ面であり、各輪帯は「活性層に平行な方向に長い直
線的な帯状」である。
方の面（入射側面）５Ａが「１次元的な集光機能を持つ
フレネルレンズ面」で、他方の面（射出側面）５Ｂが
「単一の非球面トーリック面」であり、フレネルレンズ
面５Ａ側を入射側として、半導体レーザからの発散光束
（発光位置を符号Ｐで示す）を、略１点Ｑに集光させる
機能を有する（請求項６）。図５上図は、上下方向が、
光源である半導体レーザの「活性層に平行な方向」であ
り、下図は、上下方向が「活性層に直交する方向」であ
る。入射面５Ａは、活性層に直交する方向に正のパワー
を持つシリンドリカル面としての機能を持つフレネルレ
ンズ面であり、各輪帯は「活性層に平行な方向に長い直
線的な帯状」である。
【００３１】射出面５Ｂは、上記活性層に平行な方向
（図５上図）には正のパワーを持ち、活性層に直交する
方向（図５下図）には負のパワーを持つ単一の非球面ト
ーリック面で、連続面として形成される。
（図５上図）には正のパワーを持ち、活性層に直交する
方向（図５下図）には負のパワーを持つ単一の非球面ト
ーリック面で、連続面として形成される。
【００３２】
【実施例】以下、具体的な実施例をあげる。非球面の表
現としては、光軸方向の座標：Ｘ、光軸直交方向の座
標：Ｈ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の係
数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇを用いる周知の式：Ｘ
＝（Ｈ2/Ｒ）/［１＋√｛(１-(１＋Ｋ)（Ｈ/Ｒ）2｝］
＋Ａ・Ｈ4＋Ｂ・Ｈ6＋Ｃ・Ｈ8＋Ｄ・Ｈ10＋Ｅ・Ｈ12＋
Ｆ・Ｈ14＋Ｇ・Ｈ16を用い、Ｒ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅ、Ｆ、Ｇを与えて形状を特定する。
現としては、光軸方向の座標：Ｘ、光軸直交方向の座
標：Ｈ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の係
数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇを用いる周知の式：Ｘ
＝（Ｈ2/Ｒ）/［１＋√｛(１-(１＋Ｋ)（Ｈ/Ｒ）2｝］
＋Ａ・Ｈ4＋Ｂ・Ｈ6＋Ｃ・Ｈ8＋Ｄ・Ｈ10＋Ｅ・Ｈ12＋
Ｆ・Ｈ14＋Ｇ・Ｈ16を用い、Ｒ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅ、Ｆ、Ｇを与えて形状を特定する。
【００３３】最初に挙げる実施例１及び実施例２は、図
２に示したタイプのコリメートレンズの実施例である。
２に示したタイプのコリメートレンズの実施例である。
【００３４】実施例１ 実施例１は、半導体レーザから放射されるレーザ光束を
コリメートするためのレンズである。
コリメートするためのレンズである。
【００３５】使用波長：９８０ｎｍ 最大開口数：ＮＡｍａｘ＝０．３３ 焦点距離：１．４ｍｍ 材質：Ｓ−ＮＰＨ２（商品名 ＯＨＡＲＡ製） 屈折率：１．８７９７４（波長：９８０ｎｍに対して） レンズ形状：１辺が１．４ｍｍの正方形形状の平板状 レンズ形態 入射面側：同心円状輪帯を持つフレネルレンズ面（レン
ズ径：１．０４７８ｍｍ） 射出面側：平面 レンズ肉厚：１ｍｍ フレネルレンズ面データ 輪帯数：８ 各輪帯の非球面データを表１に示す。
ズ径：１．０４７８ｍｍ） 射出面側：平面 レンズ肉厚：１ｍｍ フレネルレンズ面データ 輪帯数：８ 各輪帯の非球面データを表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】表１において「ＺＯＮＥ」とあるのは輪帯
を示し、ＺＯＮＥ：１は最内輪帯、ＺＯＮＥ：８は最外
輪帯を表す。「Ｒ」は近軸曲率半径、「１／Ｒ」は近軸
曲率を表し、「Ａ〜Ｇ」は上述の高次の係数を表す。ま
た、「ＯＦＦＳＥＴ」とあるのは、各輪帯を表す非球面
の光軸上の面位置の差である。即ち、第１輪帯（ＺＮ
Ｅ：１）の非球面の「光軸上の面位置」を基準（＝０）
とし、各輪帯の非球面の「光軸上の非球面位置」を、第
１輪帯の非球面の光軸位置からの距離として表したもの
である。負号は「レンズ面の外側に、面頂点が離れる状
態」を意味する。以下の各表においても同様である。
を示し、ＺＯＮＥ：１は最内輪帯、ＺＯＮＥ：８は最外
輪帯を表す。「Ｒ」は近軸曲率半径、「１／Ｒ」は近軸
曲率を表し、「Ａ〜Ｇ」は上述の高次の係数を表す。ま
た、「ＯＦＦＳＥＴ」とあるのは、各輪帯を表す非球面
の光軸上の面位置の差である。即ち、第１輪帯（ＺＮ
Ｅ：１）の非球面の「光軸上の面位置」を基準（＝０）
とし、各輪帯の非球面の「光軸上の非球面位置」を、第
１輪帯の非球面の光軸位置からの距離として表したもの
である。負号は「レンズ面の外側に、面頂点が離れる状
態」を意味する。以下の各表においても同様である。
【００３８】隣接する輪帯間における「ＯＦＦＳＥＴの
差」が前述した「サグ量」である。
差」が前述した「サグ量」である。
【００３９】実施例１では「サグ量」は１４μｍ以下で
ある。なお、長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」であ
る。
ある。なお、長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」であ
る。
【００４０】各輪帯の大きさは以下の通りである。
【００４１】 第１輪帯 外径：０．３６３４ｍｍ 第２輪帯 内径：０．３６３４ｍｍ、外径：０．５１６４ｍｍ 第３輪帯 内径：０．５１６４ｍｍ、外径：０．６３４４ｍｍ 第４輪帯 内径：０．６３４４ｍｍ、外径：０．７３４４ｍｍ 第５輪帯 内径：０．７３４４ｍｍ、外径：０．８２３０ｍｍ 第６輪帯 内径：０．８２３０ｍｍ、外径：０．９０３４ｍｍ 第７輪帯 内径：０．９０３４ｍｍ、外径：０．９７８０ｍｍ 第８輪帯 内径：０．９７８０ｍｍ、外径：１．０４７８ｍｍ 。
【００４２】実施例２ 実施例２も、半導体レーザから放射されるレーザ光束を
コリメートするためのレンズである。
コリメートするためのレンズである。
【００４３】使用波長：９８０ｎｍ 最大開口数：ＮＡｍａｘ＝０．１４ 焦点距離：３．６ｍｍ 材質：Ｓ−ＮＰＨ２ 屈折率：１．８７９７４ レンズ形状：１辺が１．４ｍｍの正方形形状の平板状 レンズ形態 入射面側：同心円状輪帯を持つフレネルレンズ面（レン
ズ径：１．４４１４ｍｍ） 射出面側：平面 レンズ肉厚：１ｍｍ フレネルレンズ面データ 輪帯数：８ 各輪帯の非球面データを、表１に倣って表２に示す。
ズ径：１．４４１４ｍｍ） 射出面側：平面 レンズ肉厚：１ｍｍ フレネルレンズ面データ 輪帯数：８ 各輪帯の非球面データを、表１に倣って表２に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】表２の「ＯＦＦＳＥＴ」において「１．７
８Ｅ−１５」とあるのは「１．７８×１０-15」を表
す。
８Ｅ−１５」とあるのは「１．７８×１０-15」を表
す。
【００４６】実施例２では「サグ量」は１４μｍ以下で
ある。各輪帯の大きさは以下の通りである。
ある。各輪帯の大きさは以下の通りである。
【００４７】 第１輪帯 外径：０．５８６０ｍｍ 第２輪帯 内径：０．５８６０ｍｍ、外径：０．８２７６ｍｍ 第３輪帯 内径：０．８２７６ｍｍ、外径：１．０１３８ｍｍ 第４輪帯 内径：１．０１３８ｍｍ、外径：１．１７００ｍｍ 第５輪帯 内径：１．１７００ｍｍ、外径：１．２９１４ｍｍ 第６輪帯 内径：１．２９１４ｍｍ、外径：１．３６５２ｍｍ 第７輪帯 内径：１．３６５２ｍｍ、外径：１．４１１４ｍｍ 第８輪帯 内径：１．４１１４ｍｍ、外径：１．４４１４ｍｍ 上記実施例１および２のコリメートレンズの波面収差
は、使用波長をλとして、０．００４λである。
は、使用波長をλとして、０．００４λである。
【００４８】実施例３ 実施例３は、図３に示したタイプのコリメータであり、
半導体レーザから放射される光束をコリメートするのに
用いられるが、２波長に対して有効に使用可能である。 使用波長：９８０ｎｍおよび１５５０ｎｍ 最大開口数：ＮＡｍａｘ＝０．２６ 焦点距離：２．１５ｍｍ（波長：９８０ｎｍ）、２．２
０ｍｍ（波長：１５５０ｎｍ） 材質：Ｓ−ＮＰＨ２ レンズ形状：１辺が１．４ｍｍの正方形形状の平板状 レンズ形態 入射面側：同心円状輪帯を持つフレネルレンズ面（レン
ズ径：１．３７５２ｍｍ） 射出面側：共軸非球面（単一の非球面 レンズ径：１．
２６ｍｍ） レンズ肉厚：１ｍｍ 入射側：フレネルレンズ面データ 輪帯数：８ 各輪帯の非球面データを、表１に倣って表３に示す。
半導体レーザから放射される光束をコリメートするのに
用いられるが、２波長に対して有効に使用可能である。 使用波長：９８０ｎｍおよび１５５０ｎｍ 最大開口数：ＮＡｍａｘ＝０．２６ 焦点距離：２．１５ｍｍ（波長：９８０ｎｍ）、２．２
０ｍｍ（波長：１５５０ｎｍ） 材質：Ｓ−ＮＰＨ２ レンズ形状：１辺が１．４ｍｍの正方形形状の平板状 レンズ形態 入射面側：同心円状輪帯を持つフレネルレンズ面（レン
ズ径：１．３７５２ｍｍ） 射出面側：共軸非球面（単一の非球面 レンズ径：１．
２６ｍｍ） レンズ肉厚：１ｍｍ 入射側：フレネルレンズ面データ 輪帯数：８ 各輪帯の非球面データを、表１に倣って表３に示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】実施例３では「サグ量」は１４μｍ以下で
ある。各輪帯の大きさは以下の通りである。
ある。各輪帯の大きさは以下の通りである。
【００５１】 第１輪帯 外径：０．５２８８ｍｍ 第２輪帯 内径：０．５２８８ｍｍ、外径：０．７３６２ｍｍ 第３輪帯 内径：０．７３６２ｍｍ、外径：０．８８８４ｍｍ 第４輪帯 内径：０．８８８４ｍｍ、外径：１．０１１６ｍｍ 第５輪帯 内径：１．０１１６ｍｍ、外径：１．１１６４ｍｍ 第６輪帯 内径：１．１１６４ｍｍ、外径：１．２０８２ｍｍ 第７輪帯 内径：１．２０８２ｍｍ、外径：１．２９１０ｍｍ 第８輪帯 内径：１．２９１０ｍｍ、外径：１．３７５２ｍｍ 。
【００５２】射出側：共軸非球面データ 射出側面の非球面形状のデータを表４に示す。
【００５３】
【表４】
【００５４】この実施例３のコリメートレンズの波面収
差は、使用波長をλとして、０．００３６λである。ま
た、波長：９８０ｎｍの光に対し、各輪帯あたりの光路
差は波長：λに対して「０λ」、波長：１５５０ｎｍの
光に対し「０．０９λ」である。
差は、使用波長をλとして、０．００３６λである。ま
た、波長：９８０ｎｍの光に対し、各輪帯あたりの光路
差は波長：λに対して「０λ」、波長：１５５０ｎｍの
光に対し「０．０９λ」である。
【００５５】実施例４ 実施例４は、図４に示したタイプのコリメータで、半導
体レーザから放射される光束をコリメートすると共にビ
ーム成形を行い、射出光束を「光束断面形状が円形の平
行光束」とする。
体レーザから放射される光束をコリメートすると共にビ
ーム成形を行い、射出光束を「光束断面形状が円形の平
行光束」とする。
【００５６】 使用波長：１４８０ｎｍ 最大開口数： 活性層に平行な方向：ＮＡＨｍａｘ＝０．２１ 活性層に直交する方向：ＮＡＶｍａｘ＝０．４０ ビーム成形比：１：２．１７ 焦点距離： 活性層に平行な方向：１．０８６６ｍｍ 活性層に直交する方向：０．５ｍｍ 材質：Ｓ−ＮＰＨ２ 屈折率：１．８６２７１ レンズ形状：１辺が１．８ｍｍの正方形形状の平板状 レンズ形態 入射面側：活性層に平行な直線的な帯状輪帯を持つフレ
ネルレンズ面（レンズ径：０．４４９８ｍｍ） 射出面側：活性層に直交する方向の直線的な帯状輪帯を
持つフレネルレンズ面（レンズ径：０．５６１４ｍｍ） レンズ肉厚：１．１ｍｍ 入射側：フレネルレンズ面データ 輪帯数：４ 各輪帯の非球面データを、表１に倣って表５に示す。
ネルレンズ面（レンズ径：０．４４９８ｍｍ） 射出面側：活性層に直交する方向の直線的な帯状輪帯を
持つフレネルレンズ面（レンズ径：０．５６１４ｍｍ） レンズ肉厚：１．１ｍｍ 入射側：フレネルレンズ面データ 輪帯数：４ 各輪帯の非球面データを、表１に倣って表５に示す。
【００５７】
【表５】
【００５８】入射側面での「サグ量」は１４μｍ以下で
ある。各輪帯の大きさ（輪帯幅）は以下の通りである。
ある。各輪帯の大きさ（輪帯幅）は以下の通りである。
【００５９】 第１輪帯 外径：０．２１９２ｍｍ 第２輪帯 内径：０．２１９２ｍｍ、外径：０．３１３６ｍｍ 第３輪帯 内径：０．３１３６ｍｍ、外径：０．３８７２ｍｍ 第４輪帯 内径：０．３８７２ｍｍ、外径：０．４４９８ｍｍ 射出側：フレネルレンズ面データ 輪帯数：３ 各輪帯の非球面データを、表１に倣って表６に示す。
【００６０】
【表６】
【００６１】射出側面での「サグ量」は１４μｍ以下で
ある。各輪帯の大きさ（輪帯幅）は以下の通りである。
ある。各輪帯の大きさ（輪帯幅）は以下の通りである。
【００６２】 第１輪帯 外径：０．３２２０ｍｍ 第２輪帯 内径：０．３２２０ｍｍ、外径：０．４５４６ｍｍ 第３輪帯 内径：０．４５４６ｍｍ、外径：０．５６１４ｍｍ この実施例４のコリメートレンズの波面収差は、使用波
長をλとして、０．０１５λである。
長をλとして、０．０１５λである。
【００６３】実施例５ 実施例５は図５に示したタイプの集光レンズであり、半
導体レーザから放射される光束を１点に集光させる機能
を持ち、半導体レーザからのレーザ光束を、光ファイバ
端面に集光して入射させるカップリングレンズである。 使用波長：１４８０ｎｍ 最大開口数： 活性層に平行な方向：ＮＡＨｍａｘ＝０．０９ 活性層に直交する方向：ＮＡＶｍａｘ＝０．４０ アナモフィック率：１：４．４４ 焦点距離： 活性層に平行な方向：０．１８ｍｍ 活性層に直交する方向：０．８０ｍｍ 材質：Ｓ−ＮＰＨ２ 屈折率：１．８６２７１ レンズ形状：１辺が２ｍｍの正方形形状の平板状 レンズ形態 入射面側：活性層に平行な直線的な帯状輪帯を持つフレ
ネルレンズ面（レンズ径：０．２６７６ｍｍ） 射出面側：単一の非球面トーリック面（レンズ径：０．
３ｍｍ） レンズ肉厚：１．９５ｍｍ 入射側：フレネルレンズ面データ 輪帯数：３ 各輪帯の非球面データを、表１に倣って表７に示す。
導体レーザから放射される光束を１点に集光させる機能
を持ち、半導体レーザからのレーザ光束を、光ファイバ
端面に集光して入射させるカップリングレンズである。 使用波長：１４８０ｎｍ 最大開口数： 活性層に平行な方向：ＮＡＨｍａｘ＝０．０９ 活性層に直交する方向：ＮＡＶｍａｘ＝０．４０ アナモフィック率：１：４．４４ 焦点距離： 活性層に平行な方向：０．１８ｍｍ 活性層に直交する方向：０．８０ｍｍ 材質：Ｓ−ＮＰＨ２ 屈折率：１．８６２７１ レンズ形状：１辺が２ｍｍの正方形形状の平板状 レンズ形態 入射面側：活性層に平行な直線的な帯状輪帯を持つフレ
ネルレンズ面（レンズ径：０．２６７６ｍｍ） 射出面側：単一の非球面トーリック面（レンズ径：０．
３ｍｍ） レンズ肉厚：１．９５ｍｍ 入射側：フレネルレンズ面データ 輪帯数：３ 各輪帯の非球面データを、表１に倣って表７に示す。
【００６４】
【表７】
【００６５】入射側面での「サグ量」は１６μｍ以下で
ある。各輪帯の大きさは（輪帯幅）は、以下の通りであ
る。
ある。各輪帯の大きさは（輪帯幅）は、以下の通りであ
る。
【００６６】 第１輪帯 外径：０．１５０８ｍｍ 第２輪帯 内径：０．１５０８ｍｍ、外径：０．２１６４ｍｍ 第３輪帯 内径：０．２１６４ｍｍ、外径：０．２６７６ｍｍ 射出側：単一の非球面トーリック面のデータ 射出側面は、活性層に直交する方向の断面内の形状が、
軸上曲率半径：Ｒ＝―１．５３１６５、円錐定数：Ｋ＝
３．４９６６５、高次係数：Ａ＝―２．１９６４４５、
Ｂ＝１７３．８２１２６７、Ｃ＝―３５５３４．７７９
２２８、Ｄ＝２８４０５７１．９３７９８で特定される
「非円弧形状」で、活性層に平行な方向に曲率半径：Ｒ
＝１．９５を有する「非球面トーリック面」である。
軸上曲率半径：Ｒ＝―１．５３１６５、円錐定数：Ｋ＝
３．４９６６５、高次係数：Ａ＝―２．１９６４４５、
Ｂ＝１７３．８２１２６７、Ｃ＝―３５５３４．７７９
２２８、Ｄ＝２８４０５７１．９３７９８で特定される
「非円弧形状」で、活性層に平行な方向に曲率半径：Ｒ
＝１．９５を有する「非球面トーリック面」である。
【００６７】この実施例５の集光レンズの波面収差は、
共役点間距離：４．２５ｍｍにおいて、使用波長をλと
して、０．００１λである。
共役点間距離：４．２５ｍｍにおいて、使用波長をλと
して、０．００１λである。
【００６８】上記各実施例において、フレネルレンズ面
は「各輪帯により屈折された光束の光路長差が、波長の
略整数倍である」ように形成されている。
は「各輪帯により屈折された光束の光路長差が、波長の
略整数倍である」ように形成されている。
【００６９】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、新規な非球面フレネルレンズを実現できる。この発
明の非球面フレネルレンズは、入射側および／または射
出側のレンズ面がフレネルレンズ面として形成され、且
つ、フレネルレンズ面の各輪帯が独自の非球面形状を有
するので、これら輪帯毎の非球面を独自に設定すること
により、極めて良好な性能を実現することができる。
ば、新規な非球面フレネルレンズを実現できる。この発
明の非球面フレネルレンズは、入射側および／または射
出側のレンズ面がフレネルレンズ面として形成され、且
つ、フレネルレンズ面の各輪帯が独自の非球面形状を有
するので、これら輪帯毎の非球面を独自に設定すること
により、極めて良好な性能を実現することができる。
【図１】この発明の非球面フレネルレンズを説明するた
めの図である。
めの図である。
【図２】非球面フレネルレンズの実施の１形態を説明す
るための図である。
るための図である。
【図３】非球面フレネルレンズの実施の別形態を説明す
るための図である。
るための図である。
【図４】非球面フレネルレンズの実施の他の形態を説明
するための図である。
するための図である。
【図５】非球面フレネルレンズの実施の更に他の形態を
説明するための図である。
説明するための図である。
１ 非球面フレネルレンズ １Ａ フレネルレンズ面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA13 KA22 LA25 LA26 PA01 PA17 PB01 QA01 QA02 QA05 QA07 QA11 QA31 RA05 RA08 RA12 RA13 RA47
Claims (7)
- 【請求項１】入射面および／または射出面がフレネルレ
ンズ面として構成され、上記フレネルレンズ面における
個々の輪帯の面形状が、互いに別個の非球面であること
を特徴とする非球面フレネルレンズ。 - 【請求項２】請求項１記載の非球面フレネルレンズにお
いて、 各輪帯により屈折された光束の光路長差が、波長の略整
数倍であるようにフレネルレンズ面を形成されたことを
特徴とする非球面フレネルレンズ。 - 【請求項３】請求項２記載の非球面フレネルレンズにお
いて、 各輪帯により屈折された光束の光路長差が、異なる２種
の波長の各々に対して、各波長の略整数倍であるように
フレネルレンズ面を形成されたことを特徴とする非球面
フレネルレンズ。 - 【請求項４】請求項１または２記載の非球面フレネルレ
ンズにおいて、 一方の面が平面で、他方の面がフレネルレンズ面であ
り、上記フレネルレンズ面側を入射側とするとき、コリ
メート作用を有することを特徴とする非球面フレネルレ
ンズ。 - 【請求項５】請求項３記載の非球面フレネルレンズにお
いて、 一方の面が単一非球面で、他方の面がフレネルレンズ面
であり、上記フレネルレンズ面を入射側とするとき、異
なる２種の波長の光に対してコリメート作用を有するこ
とを特徴とする非球面フレネルレンズ。 - 【請求項６】請求項２記載の非球面フレネルレンズにお
いて、 レンズの両面がフレネルレンズ面であり、各フレネルレ
ンズ面は、１次元的な集光機能を有し、両レンズ面の集
光機能の集光方向が互いに直交し、かつ、各面の集光機
能の程度が異なり、一方のレンズ面から入射する光束に
対して、コリメート作用とビーム整形機能とを有するこ
とを特徴とする非球面フレネルレンズ。 - 【請求項７】請求項２記載の非球面フレネルレンズにお
いて、 一方の面が１次元的な集光機能を持つフレネルレンズ面
で、他方の面が単一の非球面トーリック面であり、上記
フレネルレンズ面側を入射側として、半導体レーザから
の発散光束を、略１点に集光させる機能を有することを
特徴とする非球面フレネルレンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000305974A JP2002116377A (ja) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | 非球面フレネルレンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000305974A JP2002116377A (ja) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | 非球面フレネルレンズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002116377A true JP2002116377A (ja) | 2002-04-19 |
Family
ID=18786738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000305974A Pending JP2002116377A (ja) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | 非球面フレネルレンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002116377A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004079426A1 (ja) * | 2003-03-04 | 2004-09-16 | Nalux Co., Ltd. | 結像光学系 |
| WO2006043567A1 (ja) * | 2004-10-19 | 2006-04-27 | Nidec Sankyo Corporation | 集光レンズおよび光走査装置 |
| JP2011075406A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Hitachi High-Technologies Corp | 表面欠陥検査方法及びその装置 |
-
2000
- 2000-10-05 JP JP2000305974A patent/JP2002116377A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004079426A1 (ja) * | 2003-03-04 | 2004-09-16 | Nalux Co., Ltd. | 結像光学系 |
| JPWO2004079426A1 (ja) * | 2003-03-04 | 2006-06-08 | ナルックス株式会社 | 結像光学系 |
| WO2006043567A1 (ja) * | 2004-10-19 | 2006-04-27 | Nidec Sankyo Corporation | 集光レンズおよび光走査装置 |
| JP2011075406A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Hitachi High-Technologies Corp | 表面欠陥検査方法及びその装置 |
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