JP2002243586A - ロッドレンズの屈折率分布測定方法 - Google Patents
ロッドレンズの屈折率分布測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小口径のロッドレンズであっても高精度で高
次の屈折率分布係数を求めることができ、測定波長も比
較的自由に選ぶことができるようにする。 【解決手段】 半径方向に屈折率分布を有するロッドレ
ンズについて、その屈折率分布を表す高次の屈折率分布
係数を、以下の手順によって求める。 （１）ロッドレンズを、その光軸方向の長さがＰ／２
（但し、Ｐは近軸における周期長（ピッチ）を表す）も
しくはその整数倍にほぼ等しく、両端面が平面となるよ
うに加工する。 （２）ロッドレンズの一方の端面近傍を物体面としてパ
ターン面を設置し、パターン面に集光した単色光を照射
することにより、他方の端面近傍に像面を形成する。 （３）像面を観察して、近軸焦点位置と像面湾曲カーブ
を求める。 （４）近軸焦点位置と像面湾曲カーブから、フィッティ
ング処理により高次の屈折率分布係数を逆算して求め
る。
次の屈折率分布係数を求めることができ、測定波長も比
較的自由に選ぶことができるようにする。 【解決手段】 半径方向に屈折率分布を有するロッドレ
ンズについて、その屈折率分布を表す高次の屈折率分布
係数を、以下の手順によって求める。 （１）ロッドレンズを、その光軸方向の長さがＰ／２
（但し、Ｐは近軸における周期長（ピッチ）を表す）も
しくはその整数倍にほぼ等しく、両端面が平面となるよ
うに加工する。 （２）ロッドレンズの一方の端面近傍を物体面としてパ
ターン面を設置し、パターン面に集光した単色光を照射
することにより、他方の端面近傍に像面を形成する。 （３）像面を観察して、近軸焦点位置と像面湾曲カーブ
を求める。 （４）近軸焦点位置と像面湾曲カーブから、フィッティ
ング処理により高次の屈折率分布係数を逆算して求め
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロッドレンズの屈
折率分布を測定する方法に関し、更に詳しく述べると、
屈折率分布型ロッドレンズの高次の屈折率分布係数を、
像面湾曲の測定によって求めるロッドレンズの屈折率分
布測定方法に関するものである。本発明方法は、特に小
口径ロッドレンズの光学性能の評価などに有用な技術で
ある。
折率分布を測定する方法に関し、更に詳しく述べると、
屈折率分布型ロッドレンズの高次の屈折率分布係数を、
像面湾曲の測定によって求めるロッドレンズの屈折率分
布測定方法に関するものである。本発明方法は、特に小
口径ロッドレンズの光学性能の評価などに有用な技術で
ある。
【０００２】
【従来の技術】屈折率分布型ロッドレンズは、周知のよ
うに、光軸に対称な屈折率の分布を持たせた円柱状の透
明体からなるレンズである。屈折率は、光軸上で高く、
周辺に向かって連続的に減少するように分布している。
この種の屈折率分布型ロッドレンズは、小型化・軽量化
できるため、光通信システムや光計測制御システムなど
でコリメータレンズ等として用いられている他、多数を
規則的に配列しアレイ状にしたレンズアレイは、複写
機、ファクシミリ、プリンタなどのスキャンニング光学
系として使用されている。
うに、光軸に対称な屈折率の分布を持たせた円柱状の透
明体からなるレンズである。屈折率は、光軸上で高く、
周辺に向かって連続的に減少するように分布している。
この種の屈折率分布型ロッドレンズは、小型化・軽量化
できるため、光通信システムや光計測制御システムなど
でコリメータレンズ等として用いられている他、多数を
規則的に配列しアレイ状にしたレンズアレイは、複写
機、ファクシミリ、プリンタなどのスキャンニング光学
系として使用されている。
【０００３】円柱状の透明体（ガラスロッド）に屈折率
分布を付与する方法としては様々な方法が提案されてい
るが、最も実用化されているのはイオン交換法である。
これは、高屈折率イオンを含むガラスロッドを、低屈折
率イオンを含む溶融塩中に浸漬して、各々のイオンを相
互拡散させることにより、イオンの濃度分布にほぼ比例
した屈折率分布を形成する方法である。
分布を付与する方法としては様々な方法が提案されてい
るが、最も実用化されているのはイオン交換法である。
これは、高屈折率イオンを含むガラスロッドを、低屈折
率イオンを含む溶融塩中に浸漬して、各々のイオンを相
互拡散させることにより、イオンの濃度分布にほぼ比例
した屈折率分布を形成する方法である。
【０００４】この種のロッドレンズの光学的性能は、主
として屈折率分布の形状により左右されるので、この分
布を制御してレンズを製作する必要がある。そのために
は、屈折率分布を精密に測定することが必要である。ま
た、屈折率分布係数は、イオン交換のばらつき評価やレ
ンズ設計の基本データとして、あるいはロッドレンズを
用いたシステムの設計に極めて重要である。
として屈折率分布の形状により左右されるので、この分
布を制御してレンズを製作する必要がある。そのために
は、屈折率分布を精密に測定することが必要である。ま
た、屈折率分布係数は、イオン交換のばらつき評価やレ
ンズ設計の基本データとして、あるいはロッドレンズを
用いたシステムの設計に極めて重要である。
【０００５】従来、屈折率分布型ロッドレンズの屈折率
分布を求める方法としては、Ｐ／４（但し、Ｐは近軸に
おける周期長を表す）レンズの球面収差を測定して逆算
する方法が用いられている（「屈折率分布型レンズの収
差測定と解析」光学第１１巻第６号（１９８２年１２
月）参照）。
分布を求める方法としては、Ｐ／４（但し、Ｐは近軸に
おける周期長を表す）レンズの球面収差を測定して逆算
する方法が用いられている（「屈折率分布型レンズの収
差測定と解析」光学第１１巻第６号（１９８２年１２
月）参照）。
【０００６】ロッドレンズにおいても、レーザ光の軌跡
を直接測定することにより球面収差を求めることができ
る。即ち、被検レンズの一端面から入射したレーザ光
は、被検レンズを通過して他端面から出射するので、出
射光線を観測することで光線の軌跡が求まる。入射位置
を変えて測定を繰り返すことで、出射光線束が得られ、
球面収差を求めることができる。前記従来の方法は、屈
折率分布型ロッドレンズの屈折率分布を高次項まで考慮
して、光線方程式を摂動法により解き、平行入射に対す
る近似解を求め、この近似解を適用してレンズの球面収
差を測定することにより、屈折率の分布定数を求める方
法である。
を直接測定することにより球面収差を求めることができ
る。即ち、被検レンズの一端面から入射したレーザ光
は、被検レンズを通過して他端面から出射するので、出
射光線を観測することで光線の軌跡が求まる。入射位置
を変えて測定を繰り返すことで、出射光線束が得られ、
球面収差を求めることができる。前記従来の方法は、屈
折率分布型ロッドレンズの屈折率分布を高次項まで考慮
して、光線方程式を摂動法により解き、平行入射に対す
る近似解を求め、この近似解を適用してレンズの球面収
差を測定することにより、屈折率の分布定数を求める方
法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の球面収差測定による方法は、ロッドレンズの半径方
向で入射位置を変えて測定を繰り返す必要があるため、
特に直径１mmφ程度以下の小口径ロッドレンズに対して
は球面収差の測定が困難になる。しかし、近年の各種光
デバイスの小型化に伴い、それに組み込むロッドレンズ
にはますます小口径化が要求されており、そのため従来
方法では屈折率分布係数を求めることが難しくなってき
ている。
来の球面収差測定による方法は、ロッドレンズの半径方
向で入射位置を変えて測定を繰り返す必要があるため、
特に直径１mmφ程度以下の小口径ロッドレンズに対して
は球面収差の測定が困難になる。しかし、近年の各種光
デバイスの小型化に伴い、それに組み込むロッドレンズ
にはますます小口径化が要求されており、そのため従来
方法では屈折率分布係数を求めることが難しくなってき
ている。
【０００８】また、従来方法では、光源としてレーザ光
を必要とするため、測定波長が使用するレーザの波長に
限られるという問題もある。
を必要とするため、測定波長が使用するレーザの波長に
限られるという問題もある。
【０００９】本発明の目的は、小口径のロッドレンズで
あっても高精度で高次の屈折率分布係数を求めることが
でき、測定波長も比較的自由に選ぶことができるような
ロッドレンズの屈折率分布測定方法を提供することであ
る。
あっても高精度で高次の屈折率分布係数を求めることが
でき、測定波長も比較的自由に選ぶことができるような
ロッドレンズの屈折率分布測定方法を提供することであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、半径方向に屈
折率分布を有し、その屈折率分布ｎ（ｒ）が、 ｎ（ｒ）2 ＝ｎ0 2 ・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4 （ｇ・
ｒ）4 ＋ｈ6 （ｇ・ｒ） 6 ＋ｈ8 （ｇ・ｒ）8 ＋・・
・｝ 但し、 ｒ：光軸から測った半径方向の距離 ｎ0 ：光軸上での屈折率 ｇ：２次の屈折率分布係数 ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 ：高次の屈折率分布係数 で表されるロッドレンズについて、その屈折率分布を表
す高次の屈折率分布係数を、以下の手順によって求める
ロッドレンズの屈折率分布測定方法である。 （１）ロッドレンズを、その光軸方向の長さがＰ／２
（但し、Ｐは近軸における周期長（ピッチ）を表す）も
しくはその整数倍にほぼ等しく、両端面が平行平面とな
るように加工する。なお、周期長Ｐは、Ｐ＝２π／ｇで
定義される。 （２）該ロッドレンズの一方の端面近傍を物体面として
パターン面を設置し、該パターン面に集光した単色光を
照射することにより、他方の端面近傍に像面を形成す
る。 （３）該像面を観察して、近軸焦点位置と像面湾曲カー
ブを求める。 （４）近軸焦点位置と像面湾曲カーブから、フィッティ
ング処理により高次の屈折率分布係数を逆算して求め
る。
折率分布を有し、その屈折率分布ｎ（ｒ）が、 ｎ（ｒ）2 ＝ｎ0 2 ・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4 （ｇ・
ｒ）4 ＋ｈ6 （ｇ・ｒ） 6 ＋ｈ8 （ｇ・ｒ）8 ＋・・
・｝ 但し、 ｒ：光軸から測った半径方向の距離 ｎ0 ：光軸上での屈折率 ｇ：２次の屈折率分布係数 ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 ：高次の屈折率分布係数 で表されるロッドレンズについて、その屈折率分布を表
す高次の屈折率分布係数を、以下の手順によって求める
ロッドレンズの屈折率分布測定方法である。 （１）ロッドレンズを、その光軸方向の長さがＰ／２
（但し、Ｐは近軸における周期長（ピッチ）を表す）も
しくはその整数倍にほぼ等しく、両端面が平行平面とな
るように加工する。なお、周期長Ｐは、Ｐ＝２π／ｇで
定義される。 （２）該ロッドレンズの一方の端面近傍を物体面として
パターン面を設置し、該パターン面に集光した単色光を
照射することにより、他方の端面近傍に像面を形成す
る。 （３）該像面を観察して、近軸焦点位置と像面湾曲カー
ブを求める。 （４）近軸焦点位置と像面湾曲カーブから、フィッティ
ング処理により高次の屈折率分布係数を逆算して求め
る。
【００１１】ここで、パターン面は、多数本の直線状の
筋が平行に配列された縞状もしくは多数本の直線状の筋
が縦横に平行に配列された格子状をなし、レンズ中心
（光軸）から筋の配列方向について複数の筋の焦点位置
を測定して、レンズ光軸からの距離に対するメリジオナ
ル像面の像面湾曲カーブを求めるのが好ましい。
筋が平行に配列された縞状もしくは多数本の直線状の筋
が縦横に平行に配列された格子状をなし、レンズ中心
（光軸）から筋の配列方向について複数の筋の焦点位置
を測定して、レンズ光軸からの距離に対するメリジオナ
ル像面の像面湾曲カーブを求めるのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明では、典型的には、ほぼＰ
／２（但し、Ｐはピッチであり、近軸におけるレンズ内
の蛇行周期長を表す）レンズの像面湾曲（特に、メリジ
オナル方向）のカーブを測定して、その曲線にフィット
するようにソフトウエア的に屈折率分布係数を逆算す
る。
／２（但し、Ｐはピッチであり、近軸におけるレンズ内
の蛇行周期長を表す）レンズの像面湾曲（特に、メリジ
オナル方向）のカーブを測定して、その曲線にフィット
するようにソフトウエア的に屈折率分布係数を逆算す
る。
【００１３】図１に示すように、Ｐ／２ロッドレンズの
端面−端面結像の場合、物体面と像面はロッドレンズを
はさんで対称な位置関係となるため、非対称性に起因す
るコマ収差と歪曲は発生せず、像の収差は球面収差と像
面湾曲（サジタル方向とメリジオナル方向）だけとな
る。従って、球面収差が極端に大きいレンズでないかぎ
り像面湾曲を精密に測定することができる。
端面−端面結像の場合、物体面と像面はロッドレンズを
はさんで対称な位置関係となるため、非対称性に起因す
るコマ収差と歪曲は発生せず、像の収差は球面収差と像
面湾曲（サジタル方向とメリジオナル方向）だけとな
る。従って、球面収差が極端に大きいレンズでないかぎ
り像面湾曲を精密に測定することができる。
【００１４】なお、レンズ長がＰ／２のｎ倍（ｎは整
数、即ち、１Ｐ、１．５Ｐ、２Ｐ、・・・）のロッドレ
ンズを使用すると収差量もｎ倍になるので、測定精度を
上げることができる。しかし、球面収差の大きいレンズ
や脈理、非対称性のあるレンズは、かえって像のボケが
大きくなり測定が困難になるので、レンズに応じてｎの
値は適宜選定する必要がある。ここで、もし、レンズ長
がＰ／４のロッドレンズを用いると、パターンを遠方に
設置することになり、結像はコマ収差の影響でメリジオ
ナル像面の測定が困難になるので、そのようなレンズ長
のレンズを用いることは不適当である。
数、即ち、１Ｐ、１．５Ｐ、２Ｐ、・・・）のロッドレ
ンズを使用すると収差量もｎ倍になるので、測定精度を
上げることができる。しかし、球面収差の大きいレンズ
や脈理、非対称性のあるレンズは、かえって像のボケが
大きくなり測定が困難になるので、レンズに応じてｎの
値は適宜選定する必要がある。ここで、もし、レンズ長
がＰ／４のロッドレンズを用いると、パターンを遠方に
設置することになり、結像はコマ収差の影響でメリジオ
ナル像面の測定が困難になるので、そのようなレンズ長
のレンズを用いることは不適当である。
【００１５】屈折率分布係数と像面湾曲の関係を示す例
として、以下の仕様のＰ／２ロッドレンズの像面湾曲を
計算した。 （モデルレンズの仕様） 有効半径ｒ0 ＝０．１２５mm 光軸上での屈折率ｎ0 ＝１．６８２ ｇ値＝３．１５／mm レンズ長Ｚ＝０．９９７mm（Ｐ／２） 物体面と像面：ロッドレンズの両端面 物体高：０．１２５mm
として、以下の仕様のＰ／２ロッドレンズの像面湾曲を
計算した。 （モデルレンズの仕様） 有効半径ｒ0 ＝０．１２５mm 光軸上での屈折率ｎ0 ＝１．６８２ ｇ値＝３．１５／mm レンズ長Ｚ＝０．９９７mm（Ｐ／２） 物体面と像面：ロッドレンズの両端面 物体高：０．１２５mm
【００１６】（光路図と像面湾曲）屈折率分布係数ｈ4
が−１，＋０．６７，＋２の各場合について、その光路
図と像面湾曲カーブを図１に示す。ｈ4 ＝−１．０の時
は、メリジオナル像面（Ｍ）、サジタル像面（Ｓ）共に
マイナスとなる。ｈ4 ＝＋０．６７の時は、メリジオナ
ル像面（Ｍ）はほとんどフラット、サジタル像面（Ｓ）
はマイナスとなる。ｈ4 ＝＋２．０の時は、メリジオナ
ル像面（Ｍ）、サジタル像面（Ｓ）共にプラスとなる。
が−１，＋０．６７，＋２の各場合について、その光路
図と像面湾曲カーブを図１に示す。ｈ4 ＝−１．０の時
は、メリジオナル像面（Ｍ）、サジタル像面（Ｓ）共に
マイナスとなる。ｈ4 ＝＋０．６７の時は、メリジオナ
ル像面（Ｍ）はほとんどフラット、サジタル像面（Ｓ）
はマイナスとなる。ｈ4 ＝＋２．０の時は、メリジオナ
ル像面（Ｍ）、サジタル像面（Ｓ）共にプラスとなる。
【００１７】図１から分かるように、メリジオナル像面
（Ｍ）の方がサジタル像面（Ｓ）よりもｈ4 に対する変
化量が大きいので、像面湾曲データはメリジオナル像面
で測定した方が精度が良くなる。また、縞状パターンを
使用する場合は、メリジオナル像面の方が見やすいので
測定が容易となる。
（Ｍ）の方がサジタル像面（Ｓ）よりもｈ4 に対する変
化量が大きいので、像面湾曲データはメリジオナル像面
で測定した方が精度が良くなる。また、縞状パターンを
使用する場合は、メリジオナル像面の方が見やすいので
測定が容易となる。
【００１８】測定装置の一例を図２に示す。本装置は、
主として、上下微動可能なステージ１０と、該ステージ
１０の高さを測定するリニアゲージ１２と、ステージ下
方に位置する光源１４と、ステージ上方に位置する顕微
鏡１６などからなる。ステージ１０の上に透明な平行縞
状パターン１８を設置し、その上に被検レンズ２０を設
置する。平行縞状パターン１８のピッチはレンズ直径の
１／２０程度とし、平行縞状パターン１８をステージ１
０に縦縞になるように設置する。また被検レンズ２０
は、長さが約Ｐ／２ロッドレンズであり、両端面は光軸
に垂直な平面に整形されているものとする。光源１４か
らの照明光を、干渉フィルタ２２で測定波長の単色光に
し、集光レンズ２４で被検レンズ２０の下端面に集光す
る。集光レンズ２４の出射側には絞り２６を設け、照明
光のＮＡ（開口数）を０．１程度とする。そして、顕微
鏡１６は被検レンズ上端面全体が見える倍率にし、被検
レンズ２０の上端面近傍の像面を顕微鏡１６で観察す
る。
主として、上下微動可能なステージ１０と、該ステージ
１０の高さを測定するリニアゲージ１２と、ステージ下
方に位置する光源１４と、ステージ上方に位置する顕微
鏡１６などからなる。ステージ１０の上に透明な平行縞
状パターン１８を設置し、その上に被検レンズ２０を設
置する。平行縞状パターン１８のピッチはレンズ直径の
１／２０程度とし、平行縞状パターン１８をステージ１
０に縦縞になるように設置する。また被検レンズ２０
は、長さが約Ｐ／２ロッドレンズであり、両端面は光軸
に垂直な平面に整形されているものとする。光源１４か
らの照明光を、干渉フィルタ２２で測定波長の単色光に
し、集光レンズ２４で被検レンズ２０の下端面に集光す
る。集光レンズ２４の出射側には絞り２６を設け、照明
光のＮＡ（開口数）を０．１程度とする。そして、顕微
鏡１６は被検レンズ上端面全体が見える倍率にし、被検
レンズ２０の上端面近傍の像面を顕微鏡１６で観察す
る。
【００１９】測定に際しては、まずレンズ長を正確に測
定し、またレンズの中心屈折率ｎ0の値を測定してお
く。小口径レンズを測定するために顕微鏡対物レンズの
倍率を高く（即ちＮＡを大きく）すると、レンズの球面
収差を拾うので像のボケや焦点移動が発生して測定精度
が低下することがある。これを防ぐために、照明光のＮ
Ａを、例えば０．１程度と小さくし、拡散板などは使用
しないのがよい。顕微鏡対物レンズのＮＡが０．１程度
以下であれば、ＮＡの大きい光線はカットされるので上
記のような配慮は不要である。
定し、またレンズの中心屈折率ｎ0の値を測定してお
く。小口径レンズを測定するために顕微鏡対物レンズの
倍率を高く（即ちＮＡを大きく）すると、レンズの球面
収差を拾うので像のボケや焦点移動が発生して測定精度
が低下することがある。これを防ぐために、照明光のＮ
Ａを、例えば０．１程度と小さくし、拡散板などは使用
しないのがよい。顕微鏡対物レンズのＮＡが０．１程度
以下であれば、ＮＡの大きい光線はカットされるので上
記のような配慮は不要である。
【００２０】屈折率分布係数の近似値は、市販の光学設
計用ソフトウエアを用いて逆算することができる。例え
ば、米国Sinclair Optics 社の「Oslo Six」などが利用
できる。
計用ソフトウエアを用いて逆算することができる。例え
ば、米国Sinclair Optics 社の「Oslo Six」などが利用
できる。
【００２１】なお上記の例において、物体面に位置する
パターン面は、図３のＡに示すような多数本の直線状の
筋が等間隔で平行に配列された縞状パターンであった
が、図３のＢに示すように、多数本の直線状の筋が縦横
に等間隔で平行に配列された格子状パターンとしてもよ
い。
パターン面は、図３のＡに示すような多数本の直線状の
筋が等間隔で平行に配列された縞状パターンであった
が、図３のＢに示すように、多数本の直線状の筋が縦横
に等間隔で平行に配列された格子状パターンとしてもよ
い。
【００２２】高次の屈折率分布係数ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 の
決定手順を図４に示す。
決定手順を図４に示す。
【００２３】（測定準備） ・被検レンズ（両端は平面、レンズ長はほぼＰ／２）の
レンズ長Ｚを正確に測定する。 ・レンズの中心屈折率ｎ0 の値を測定しておく。 ・図２に示す測定装置のパターン面の上に被検レンズを
置く。 ・顕微鏡の倍率をレンズ端面全体が見える倍率にする。
レンズ長Ｚを正確に測定する。 ・レンズの中心屈折率ｎ0 の値を測定しておく。 ・図２に示す測定装置のパターン面の上に被検レンズを
置く。 ・顕微鏡の倍率をレンズ端面全体が見える倍率にする。
【００２４】（像面湾曲の測定） ・レンズ端面をリニアゲージの原点として、レンズ中央
での近軸焦点位置Δｆ0を測定する（レンズの外側をプ
ラス、内側をマイナスとする）。 ・同様に、光軸からの距離ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 、…に対応
する、各縞のピント位置（メリオジナル焦点位置）Δｆ
1 ，Δｆ2 ，Δｆ3 、…を測定する。
での近軸焦点位置Δｆ0を測定する（レンズの外側をプ
ラス、内側をマイナスとする）。 ・同様に、光軸からの距離ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 、…に対応
する、各縞のピント位置（メリオジナル焦点位置）Δｆ
1 ，Δｆ2 ，Δｆ3 、…を測定する。
【００２５】（設計ソフトウエアでの初期パラメータ設
定） ・レンズ半径：被検レンズの実測値 ・光軸上での屈折率ｎ0 ：被検レンズの実測値 ・レンズ長ｚ：被検レンズの実測値 ・屈折率分布係数ｇ値：π／Ｚを初期値とする。 ・ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 ：全て０とする。 ・物体面：レンズの一方の端面に一致させる。 ・像面：レンズの他方の端面から近軸焦点位置Δｆ0 だ
け離れた位置とする。 ・物体面での光源は、テレセントリック構成とする（主
光線が光軸と平行になる）。
定） ・レンズ半径：被検レンズの実測値 ・光軸上での屈折率ｎ0 ：被検レンズの実測値 ・レンズ長ｚ：被検レンズの実測値 ・屈折率分布係数ｇ値：π／Ｚを初期値とする。 ・ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 ：全て０とする。 ・物体面：レンズの一方の端面に一致させる。 ・像面：レンズの他方の端面から近軸焦点位置Δｆ0 だ
け離れた位置とする。 ・物体面での光源は、テレセントリック構成とする（主
光線が光軸と平行になる）。
【００２６】（正確なｇ値の決定） ・ｇ値を微調整して、被検レンズの近軸焦点を像面と一
致させる。
致させる。
【００２７】（物体高とメリジオナル焦点位置の設定） ・物体面上で、物体高ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 ，…の各点を設
定する。 ・物体高ｒ1 の点から出射した光束のメリジオナル焦点
位置の目標値として、「像面からの距離ｚ1 ＝Δｆ1 −
Δｆ0 」を設定する。 ・同様に、ｚ2 ，ｚ3 ，…を設定する。
定する。 ・物体高ｒ1 の点から出射した光束のメリジオナル焦点
位置の目標値として、「像面からの距離ｚ1 ＝Δｆ1 −
Δｆ0 」を設定する。 ・同様に、ｚ2 ，ｚ3 ，…を設定する。
【００２８】（最適化関数の定義） ・物体高ｒ1 の点から出射した光束のメリジオナル焦点
位置の計算値をｚ1 ′，ｚ2 ′，ｚ3 ′，…として、目
標値との差 Δｚi ＝ｚi ′−ｚi を定義する。 ・最適化関数（メリット関数）を Ｆ＝Δｚ1 2 ＋Δｚ2 2 ＋Δｚ3 2 ＋… とする。
位置の計算値をｚ1 ′，ｚ2 ′，ｚ3 ′，…として、目
標値との差 Δｚi ＝ｚi ′−ｚi を定義する。 ・最適化関数（メリット関数）を Ｆ＝Δｚ1 2 ＋Δｚ2 2 ＋Δｚ3 2 ＋… とする。
【００２９】（最適化計算処理） ・光学設計用ソフトウエアを用いて最適化計算処理を行
う。即ち、ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 を変数として、最適化関数
Ｆを最小化する。
う。即ち、ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 を変数として、最適化関数
Ｆを最小化する。
【００３０】
【実施例】測定結果の一例について説明する。被検レン
ズの仕様は下記の通りである。 レンズ外径：０．２５mmφ 有効半径ｒ0 ＝０．１２５mm 長さＺ＝１．００１mm（約Ｐ／２） 中心屈折率ｎ0 ＝１．６８２ ５個の被検レンズ（同一ロット品）について測定した。
ズの仕様は下記の通りである。 レンズ外径：０．２５mmφ 有効半径ｒ0 ＝０．１２５mm 長さＺ＝１．００１mm（約Ｐ／２） 中心屈折率ｎ0 ＝１．６８２ ５個の被検レンズ（同一ロット品）について測定した。
【００３１】測定条件は次の通りである。 平行縞状パターン：１００ライン−ペア／mm 測定波長：λ＝６５４nm 顕微鏡対物レンズ：Plan４０倍（ＮＡ＝０．６５） 顕微鏡接眼レンズ：１０倍 光源：ＮＡ≒０．１
【００３２】Δｆ0 の平均値を近軸焦点位置として、２
次の屈折率分布係数ｇの値は、 ｇ＝３．１１３／mm であった。
次の屈折率分布係数ｇの値は、 ｇ＝３．１１３／mm であった。
【００３３】５個の被検レンズの像面湾曲（レンズ光軸
からの距離とメリジオナル焦点位置との関係）を図５に
示す。点で示されているのが実測データである。同一ロ
ット内でのばらつきは小さく、再現性のあるデータが得
られた。像面湾曲のグラフより、米国Sinclair Optics
社の光学設計ソフトウエア「Oslo Six」を用いてフィッ
ティングを行い、 ｈ4 ＝＋１．６３９ ｈ6 ＝−３．２０ ｈ8 ＝＋２．５７ の値を得た。これらの屈折率分布係数から計算した像面
湾曲を、図５において実線で重ねて示す。図５から分か
るように、計算値と測定値がよく一致している。このこ
とから、高次の屈折率分布係数ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 を精度
よく求めることができ、ロッドレンズの屈折率分布を測
定できることが確認できた。
からの距離とメリジオナル焦点位置との関係）を図５に
示す。点で示されているのが実測データである。同一ロ
ット内でのばらつきは小さく、再現性のあるデータが得
られた。像面湾曲のグラフより、米国Sinclair Optics
社の光学設計ソフトウエア「Oslo Six」を用いてフィッ
ティングを行い、 ｈ4 ＝＋１．６３９ ｈ6 ＝−３．２０ ｈ8 ＝＋２．５７ の値を得た。これらの屈折率分布係数から計算した像面
湾曲を、図５において実線で重ねて示す。図５から分か
るように、計算値と測定値がよく一致している。このこ
とから、高次の屈折率分布係数ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 を精度
よく求めることができ、ロッドレンズの屈折率分布を測
定できることが確認できた。
【００３４】
【発明の効果】本発明は上記のように、像面湾曲を測定
してフィッティング処理により高次の屈折率分布係数を
逆算して求める方法であり、像面湾曲の測定は小口径ロ
ッドレンズでも正確に行うことができるので、回折限界
の性能が要求される光学系に用いる場合でも、十分な精
度で屈折率分布を評価することが可能となる。
してフィッティング処理により高次の屈折率分布係数を
逆算して求める方法であり、像面湾曲の測定は小口径ロ
ッドレンズでも正確に行うことができるので、回折限界
の性能が要求される光学系に用いる場合でも、十分な精
度で屈折率分布を評価することが可能となる。
【００３５】また本発明方法は、必ずしもレーザ光源を
用いる必要がないため、比較的自由に測定波長を選ぶこ
とができる利点もある。
用いる必要がないため、比較的自由に測定波長を選ぶこ
とができる利点もある。
【図１】ｈ4 の値の変化に対する光路と像面湾曲カーブ
の関係を示す説明図。
の関係を示す説明図。
【図２】測定装置の一例を示す説明図。
【図３】パターン面の例を示す説明図。
【図４】屈折率分布係数ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 の決定方法を
示すフローチャート。
示すフローチャート。
【図５】屈折率分布係数のフィッティングを示す説明
図。
図。
１０ ステージ １２ リニアゲージ １４ 光源 １６ 顕微鏡 １８ 平行縞状パターン ２０ 被検レンズ ２２ 干渉フィルタ ２４ 集光レンズ ２６ 絞り
Claims (2)
- 【請求項１】 半径方向に屈折率分布を有し、その屈折
率分布ｎ（ｒ）が、 ｎ（ｒ）2 ＝ｎ0 2 ・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4 （ｇ・
ｒ）4 ＋ｈ6 （ｇ・ｒ） 6 ＋ｈ8 （ｇ・ｒ）8 ＋・・
・｝ 但し、 ｒ：光軸から測った半径方向の距離 ｎ0 ：光軸上での屈折率 ｇ：２次の屈折率分布係数 ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 ：高次の屈折率分布係数 で表されるロッドレンズについて、その屈折率分布を表
す高次の屈折率分布係数を、以下の手順によって求める
ことを特徴とするロッドレンズの屈折率分布測定方法。 （１）ロッドレンズを、その光軸方向の長さがＰ／２
（但し、Ｐは近軸における周期長（ピッチ）を表す）も
しくはその整数倍にほぼ等しく、両端面が平行平面とな
るように加工する。なお、周期長Ｐは、Ｐ＝２π／ｇに
より定義される。 （２）該ロッドレンズの一方の端面近傍を物体面として
パターン面を設置し、該パターン面に集光した単色光を
照射することにより、他方の端面近傍に像面を形成す
る。 （３）該像面を観察して、近軸焦点位置と像面湾曲カー
ブを求める。 （４）近軸焦点位置と像面湾曲カーブから、フィッティ
ング処理により高次の屈折率分布係数を逆算して求め
る。 - 【請求項２】 パターン面は、多数本の直線状の筋が平
行に配列された縞状もしくは多数本の直線状の筋が縦横
に平行に配列された格子状をなし、レンズ中心から筋の
配列方向について複数の筋の焦点位置を測定して、レン
ズ光軸からの距離に対するメリジオナル像面の像面湾曲
カーブを求める請求項１記載のロッドレンズの屈折率分
布測定方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001033899A JP2002243586A (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | ロッドレンズの屈折率分布測定方法 |
| DE10205322A DE10205322A1 (de) | 2001-02-09 | 2002-02-08 | Verfahren zum Messen der Gradientenindexverteilung von Stablinsen |
| US10/067,858 US6919953B2 (en) | 2001-02-09 | 2002-02-08 | Method for measuring gradient index distribution of rod lens |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001033899A JP2002243586A (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | ロッドレンズの屈折率分布測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002243586A true JP2002243586A (ja) | 2002-08-28 |
Family
ID=18897584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001033899A Pending JP2002243586A (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | ロッドレンズの屈折率分布測定方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6919953B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002243586A (ja) |
| DE (1) | DE10205322A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3979097B2 (ja) * | 2002-01-22 | 2007-09-19 | 日本板硝子株式会社 | 光学素子 |
| US7356222B2 (en) * | 2003-11-06 | 2008-04-08 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Wavelength selective optical device and method of tuning a wavelength characteristic of the same |
| JP4704069B2 (ja) * | 2005-02-28 | 2011-06-15 | 富士フイルム株式会社 | 内視鏡照明光学系 |
| CN102507160B (zh) * | 2011-12-02 | 2013-10-30 | 徐州雷奥医疗设备有限公司 | 自聚焦透镜在线检测控制系统 |
Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6021333B2 (ja) * | 1978-09-25 | 1985-05-27 | 日本板硝子株式会社 | 屈折率勾配を有する円柱状レンズの屈折率分布の測定方法 |
| USRE33227E (en) * | 1983-12-28 | 1990-06-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Gradient index type single lens |
| JPH11149038A (ja) * | 1997-09-12 | 1999-06-02 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 屈折率分布レンズを用いた光学系 |
-
2001
- 2001-02-09 JP JP2001033899A patent/JP2002243586A/ja active Pending
-
2002
- 2002-02-08 DE DE10205322A patent/DE10205322A1/de not_active Withdrawn
- 2002-02-08 US US10/067,858 patent/US6919953B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10205322A1 (de) | 2002-11-14 |
| US6919953B2 (en) | 2005-07-19 |
| US20020140929A1 (en) | 2002-10-03 |
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