JP2017083808A - コリメーターレンズ - Google Patents

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呂引棟
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郭漢▲ギ▼
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Abstract

【課題】サイズが小さく低コストであり、且つコリメーターレンズを装設しやすくする、コリメーターレンズを提供する。
【解決手段】屈折率が１．５から１．６の間であってアッベ数が３１から４８の間であり複数のレンズを有する少なくとも２つのレンズ群を備えると共に、各レンズ群は非球面表面をさらに備える。最接近される影像平面に設置され屈折率が１．５から１．６の間であってアッベ数が３１から４８の間である平面回折のレンズをさらに含む。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、コリメーターレンズ（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｌｅｎｓ）に関し、より詳しくは、回折のレンズを有するコリメーターレンズに関する。
コリメーターレンズは光学装置であり、ビームの照準を特定の方向に合わせて、コリメート光線或いは平行光線を形成させる。このため、光線が距離が延びるほどに散開してしまうことがなくなり、或いは少なくとも散開の程度が最小限に抑えられる。コリメーターレンズには光源（例えば、レーザーダイオード）が組み合わされて使用される。
しかしながら、前述した従来のコリメーターレンズ技術では、通常はガラスモールドレンズが使用されるため、コストが高く、且つサイズも大きかった。このほか、従来のコリメーターレンズは少なくとも１つの凸表面を有するため、コリメーターレンズの装設が困難になった。
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明のコリメーターレンズの提案に到った。
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、上記課題解決のため、本発明は、サイズが小さく低コストであり、且つコリメーターレンズを装設しやすくする、コリメーターレンズを提供することを主目的とする。
上述した課題を解決し、上記目的を達成するための本発明に係るコリメーターレンズは、各前記レンズ群は非球面表面からなる少なくとも２つのレンズ群と、最接近される影像平面に設置される平面回折のレンズとを備えることを特徴とする。
好ましい実施態様では、コリメーターレンズは凸面外表面を有しない。
本発明の第１実施形態によるコリメーターレンズのレンズの配列である。 図１Ａに示す光線経路図である。 本発明の第２実施形態によるコリメーターレンズのレンズの配列である。 図２Ａに示す光線経路図である。 本発明の第３実施形態によるコリメーターレンズのレンズの配列である。 図３Ａに示す光線経路図である。
以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
＜第１実施形態＞
図１Ａは本発明の第１実施形態によるコリメーターレンズ１００のレンズの配列であり、図１Ｂは図１Ａに示す光線経路図である。
第１実施形態に係るコリメーターレンズ１００及び本明細書の他の実施形態に係るコリメーターレンズはウェーハレベルオプティクス（ＷＬＯ）技術を用いて製造される。第１実施形態に係るコリメーターレンズ１００及び本明細書の他の実施形態に係るコリメーターレンズの材質は透明材質であり、例えば、ガラスやプラスチックである。図中では、コリメーターレンズ１００の左側は物体（ｏｂｊｅｃｔ）に対向され、コリメーターレンズ１００の右側は像平面（ｉｍａｇｅ ｐｌａｎｅ）に対向される。
好ましい実施態様では、コリメーターレンズ１００は物体側から像側にかけて順に第１レンズ群１と、第２レンズ群２と、第３レンズ群３とを含む。
第１レンズ群１は物体側から像側にかけて順に負屈折力の（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ）第１レンズ１１と、平面第２レンズ１２と、正屈折力の第３レンズ１３とを含む。詳しくは、負屈折力の第１レンズ１１は非球面（ａｓｐｈｅｒｉｃａｌ）凹面物体側表面ｓ１（負の曲率半径を有する）及び平面像側表面ｓ２を有する。平面第２レンズ１２は平面物体側表面ｓ２及び平面像側表面ｓ３を有する。正屈折力の第３レンズ１３は平面物体側表面ｓ３及び非球面凸面像側表面ｓ４を有する。
本実施態様では、負屈折力の第１レンズ１１は平面第２レンズ１２に実質的に接触され、且つ平面第２レンズ１２は正屈折力の第３レンズ１３に実質的に接触される。
また、第２レンズ群２は物体側から像側にかけて順に負屈折力の第４レンズ１４と、平面第５レンズ１５と、正屈折力の第６レンズ１６とを含む。詳しくは、負屈折力の第４レンズ１４は非球面凹面物体側表面ｓ５（負の曲率半径を有する）及び平面像側表面ｓ６を有する。平面第５レンズ１５は平面物体側表面ｓ６及び平面像側表面ｓ７を有する。正屈折力の第６レンズ１６は平面物体側表面ｓ７及び非球面凸面像側表面ｓ８を有する。
本実施態様では、負屈折力の第４レンズ１４は平面第５レンズ１５に実質的に接触され、且つ平面第５レンズ１５は正屈折力の第６レンズ１６に実質的に接触される。
なお、第３レンズ群３は物体側から像側にかけて順に正屈折力の第７レンズ１７と、平面第８レンズ１８と、平面回折の第９レンズ１９とを含む。詳しくは、正屈折力の第７レンズ１７は非球面凸面物体側表面ｓ９（正の曲率半径を有する）及び平面像側表面ｓ１０を有する。平面第８レンズ１８は平面物体側表面ｓ１０及び平面像側表面ｓ１１を有する。平面回折の第９レンズ１９は平面物体側表面ｓ１１及び平面像側表面ｓ１２を有する。
本実施態様では、正屈折力の第７レンズ１７は平面第８レンズ１８に実質的に接触され、且つ平面第８レンズ１８は平面回折の第９レンズ１９に実質的に接触される。
一般的には、本実施形態に係るコリメーターレンズ１００は少なくとも２つの非球面表面からなり、その内の１つは正の曲率半径を有し、もう１つは負の曲率半径を有する。例えば、コリメーターレンズ１００は負の曲率半径を有する非球面凹面物体側表面ｓ１及び正の曲率半径を有する非球面凸面物体側表面ｓ９を含む。
本実施形態の特徴の一つによると、負屈折力の第１レンズ１１、正屈折力の第３レンズ１３、負屈折力の第４レンズ１４、正屈折力の第６レンズ１６、正屈折力の第７レンズ１７及び平面回折の第９レンズ１９の屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）は１．５から１．６の間であり、アッベ数（Ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ）は３１から４８の間である。
本実施形態の他の特徴に基づくと、平面第２レンズ１２、平面第５レンズ１５及び平面第８レンズ１８の屈折率は１．５から１．６の間であり、アッベ数は４５から６５の間である。
＜第２実施形態＞
図２Ａは本発明の第２実施形態によるコリメーターレンズ２００のレンズの配列であり、図２Ｂは図２Ａに示す光線経路図である。第２実施形態において、コリメーターレンズ２００は物体側から像側にかけて順に第１レンズ群４及び第２レンズ群５を含む。
第１レンズ群４は物体側から像側にかけて順に平面第１レンズ２１及び負屈折力の第２レンズ２２を含む。詳しくは、平面第１レンズ２１は平面物体側表面ｔ１及び平面像側表面ｔ２を有する。負屈折力の第２レンズ２２は平面物体側表面ｔ２及び非球面凹面像側表面ｔ３（負の曲率半径を有する）を有する。
本実施態様では、平面第１レンズ２１は負屈折力の第２レンズ２２に実質的に接触される。
また、第２レンズ群５は物体側から像側にかけて順に正屈折力の第３レンズ２３と、平面第４レンズ２４と、平面回折の第５レンズ２５とを含む。詳しくは、正屈折力の第３レンズ２３は非球面凸面物体側表面ｔ４（正の曲率半径を有する）及び平面像側表面ｔ５を有する。平面第４レンズ２４は平面物体側表面ｔ５及び平面像側表面ｔ６を有する。平面回折の第５レンズ２５は平面物体側表面ｔ６及び平面像側表面ｔ７を有する。
本実施態様では、正屈折力の第３レンズ２３は平面第４レンズ２４に実質的に接触され、且つ平面第４レンズ２４は平面回折の第５レンズ２５に実質的に接触される。
なお、第２実施形態のコリメーターレンズ２００は、第１レンズ群４と第２レンズ群５との間に設置されると共にその縁端に接触され、第１レンズ群４及び第２レンズ群５を連結させるための環状スペーサー（ｒｉｎｇ ｓｐａｃｅｒ）２６をさらに備える。
一般的には、本実施形態に係るコリメーターレンズ２００は少なくとも２つの非球面表面からなり、その内の１つは正の曲率半径を有し、もう１つは負の曲率半径を有する。例えば、コリメーターレンズ２００は負の曲率半径を有する非球面凹面像側表面ｔ３及び正の曲率半径を有する非球面凸面物体側表面ｔ４を含む。
本実施形態の特徴の一つによると、負屈折力の第２レンズ２２、正屈折力の第３レンズ２３及び平面回折の第５レンズ２５の屈折率は１．５から１．６の間であり、アッベ数は３１から４８の間である。
本実施形態の他の特徴に基づくと、平面第１レンズ２１及び平面第４レンズ２４の屈折率は１．５から１．６の間であり、アッベ数は４５から６５の間である。
＜第３実施形態＞
図３Ａは本発明の第３実施形態によるコリメーターレンズ３００のレンズの配列であり、図３Ｂは図３Ａに示す光線経路図である。第３実施形態において、コリメーターレンズ３００は物体側から像側にかけて順に第１レンズ群６及び第２レンズ群７を含む。
第１レンズ群６は物体側から像側にかけて順に平面第１レンズ３１及び正屈折力の第２レンズ３２を含む。詳しくは、平面第１レンズ３１は平面物体側表面ｍ１及び平面像側表面ｍ２を有する。正屈折力の第２レンズ３２は平面物体側表面ｍ２及び非球面凸面像側表面ｍ３（正の曲率半径を有する）を有する。
本実施態様では、平面第１レンズ３１は正屈折力の第２レンズ３２に実質的に接触される。
また、第２レンズ群７は物体側から像側にかけて順に正屈折力の第３レンズ３３と、平面第４レンズ３４と、平面回折の第５レンズ３５とを含む。詳しくは、正屈折力の第３レンズ３３は非球面凸面物体側表面ｍ４（正の曲率半径を有する）及び平面像側表面ｍ５を有する。平面第４レンズ３４は平面物体側表面ｍ５及び平面像側表面ｍ６を有する。平面回折の第５レンズ３５は平面物体側表面ｍ６及び平面像側表面ｍ７を有する。
本実施態様では、正屈折力の第３レンズ３３は平面第４レンズ３４に実質的に接触され、且つ平面第４レンズ３４は平面回折の第５レンズ３５に実質的に接触される。
なお、第３実施形態のコリメーターレンズ３００は、第１レンズ群６と第２レンズ群７との間に設置されると共に接触され、第１レンズ群６及び第２レンズ群７を連結させるための環状スペーサー３６をさらに備える。
一般的には、本実施形態のコリメーターレンズ３００は少なくとも２つの非球面表面からなる。例えば、コリメーターレンズ３００は非球面凸面像側表面ｍ３及び非球面凸面物体側表面ｍ４を含む。
本実施形態の特徴の一つによると、正屈折力の第２レンズ３２、正屈折力の第３レンズ３３及び平面回折の第５レンズ３５の屈折率は１．５から１．６の間であり、アッベ数は３１から４８の間である。
本実施形態の他の特徴に基づくと、平面第１レンズ３１及び平面第４レンズ３４の屈折率は１．５から１．６の間であり、アッベ数は４５から６５の間である。
上述の実施形態に基づくと、ウェーハレベルオプティクス技術を使用して製造されるコリメーターレンズは、コストが低下するのみならず、サイズも小型化される。このほか、上述の実施形態に係るコリメーターレンズは凸面外表面を有しないため、コリメーターレンズが装設しやすくなる。
さらに、平面回折のレンズ（１９、２５或いは３５）は平面像側表面（ｓ１２、ｔ７或いはｍ７）を有する。このため、前記表面には回折光学素子（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ、 ＤＯＥｓ）パターンが直接形成され、従来の方法で必要であったガラスを減少させて、コリメーターレンズのサイズを小型化させる。
非球面（例えばｓ１、ｓ４、ｓ５、ｓ８、ｓ９、ｔ３、ｔ４、ｍ３或いはｍ４）は以下方程式により定義される。
Figure 2017083808

ここで、ｚは光軸方向のレンズの頂点からの距離であり、ｒは光軸方向に垂直になる距離であり、ｃはレンズの頂点の曲率半径の逆数であり、ｋはコーニック定数（ｃｏｎｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）であり、α１乃至α８は非球面係数（ａｓｐｈｅｒｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）である。
上述の実施形態は本発明の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本発明の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。従って、本発明の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良又は変更は、後述の請求項に含まれるものとする。
１００ コリメーターレンズ
２００ コリメーターレンズ
３００ コリメーターレンズ
１ 第１レンズ群
２ 第２レンズ群
３ 第３レンズ群
４ 第１レンズ群
５ 第２レンズ群
６ 第１レンズ群
７ 第２レンズ群
１１ 負屈折力の第１レンズ
１２ 平面第２レンズ
１３ 正屈折力の第３レンズ
１４ 負屈折力の第４レンズ
１５ 平面第５レンズ
１６ 正屈折力の第６レンズ
１７ 正屈折力の第７レンズ
１８ 平面第８レンズ
１９ 平面回折の第９レンズ
２１ 平面第１レンズ
２２ 負屈折力の第２レンズ
２３ 正屈折力の第３レンズ
２４ 平面第４レンズ
２５ 平面回折の第５レンズ
２６ 環状スペーサー
３１ 平面第１レンズ
３２ 正屈折力の第２レンズ
３３ 正屈折力の第３レンズ
３４ 平面第４レンズ
３５ 平面回折の第５レンズ
３６ 環状スペーサー
ｓ１ 非球面凹面物体側表面
ｓ２ 平面像側表面／平面物体側表面
ｓ３ 平面像側表面／平面物体側表面
ｓ４ 非球面凸面像側表面
ｓ５ 非球面凹面物体側表面
ｓ６ 平面像側表面／平面物体側表面
ｓ７ 平面像側表面／平面物体側表面
ｓ８ 非球面凸面像側表面
ｓ９ 非球面凸面物体側表面
ｓ１０ 平面像側表面／平面物体側表面
ｓ１１ 平面像側表面／平面物体側表面
ｓ１２ 平面像側表面
ｔ１ 平面物体側表面
ｔ２ 平面像側表面／平面物体側表面
ｔ３ 非球面凹面像側表面
ｔ４ 非球面凸面物体側表面
ｔ５ 平面像側表面／平面物体側表面
ｔ６ 平面像側表面／平面物体側表面
ｔ７ 平面像側表面
ｍ１ 平面物体側表面
ｍ２ 平面像側表面／平面物体側表面
ｍ３ 非球面凸面像側表面
ｍ４ 非球面凸面物体側表面
ｍ５ 平面像側表面／平面物体側表面
ｍ６ 平面像側表面／平面物体側表面
ｍ７ 平面像側表面

Claims (15)

  1. 各レンズは非球面表面からなる少なくとも２つのレンズ群と、
    最接近される影像平面に設置される平面回折のレンズと、を備えることを特徴とする、
    コリメーターレンズ。
  2. 前記少なくとも２つのレンズ群は複数のレンズを備え、その屈折率は１．５から１．６の間であり、且つ前記平面回折のレンズの屈折率は１．５から１．６の間であることを特徴とする、請求項１に記載のコリメーターレンズ。
  3. 前記少なくとも２つのレンズ群は少なくとも１つの正屈折力のレンズ或いは少なくとも１つの負屈折力のレンズを備え、そのアッベ数は３１から４８の間であり、且つ前記平面回折のレンズのアッベ数は３１から４８の間であることを特徴とする、請求項１に記載のコリメーターレンズ。
  4. 前記少なくとも２つのレンズ群は複数の平面レンズを備え、そのアッベ数は４５から６５の間であることを特徴とする、請求項１に記載のコリメーターレンズ。
  5. 物体側から像側にかけて第１レンズ群、第２レンズ群及び第３レンズ群を順に設置し、前記第１レンズ群及び前記第３レンズ群は非球面表面をそれぞれ含むことと、
    前記第３レンズ群に設置されると共に影像平面に最接近される平面回折のレンズと、を備えることを特徴とする、
    コリメーターレンズ。
  6. 前記第１レンズ群は物体側から像側にかけて順に負屈折力の第１レンズと、平面第２レンズと、正屈折力の第３レンズとを含み、前記第２レンズ群は物体側から像側にかけて順に負屈折力の第４レンズと、平面第５レンズと、正屈折力の第６レンズとを含み、且つ前記第３レンズ群は物体側から像側にかけて順に正屈折力の第７レンズと、平面第８レンズと、前記平面回折のレンズとを含むることを特徴とする、請求項５に記載のコリメーターレンズ。
  7. 前記負屈折力の第１レンズ、前記正屈折力の第３レンズ、前記負屈折力の第４レンズ、前記正屈折力の第６レンズ、前記正屈折力の第７レンズ及び前記平面回折のレンズの屈折率は１．５から１．６の間であり、且つアッベ数は３１から４８の間であることを特徴とする、請求項６に記載のコリメーターレンズ。
  8. 前記平面第２レンズ、前記平面第５レンズ及び前記平面第８レンズの屈折率は１．５から１．６の間であり、且つアッベ数は４５から６５の間であることを特徴とする、請求項６に記載のコリメーターレンズ。
  9. 物体側から像側にかけて第１レンズ群及び第２レンズ群を順に設置し、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群は非球面表面をそれぞれ含むことと、
    前記第２レンズ群に設置されると共に影像平面に最接近される平面回折のレンズと、
    前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に設置されると共にその縁端に接触される環状スペーサーと、を備えることを特徴とする、
    コリメーターレンズ。
  10. 前記第１レンズ群は物体側から像側にかけて順に平面第１レンズ及び負屈折力の第２レンズを含み、且つ前記第２レンズ群は物体側から像側にかけて順に正屈折力の第３レンズと、平面第４レンズと、前記平面回折のレンズとを含むことを特徴とする、請求項９に記載のコリメーターレンズ。
  11. 前記負屈折力の第２レンズ、前記正屈折力の第３レンズ及び前記平面回折のレンズの屈折率は１．５から１．６の間であり、且つアッベ数は３１から４８の間であることを特徴とする、請求項１０に記載のコリメーターレンズ。
  12. 前記平面第１レンズ及び前記平面第４レンズの屈折率は１．５から１．６の間であり、且つアッベ数は４５から６５の間であることを特徴とする、請求項１０に記載のコリメーターレンズ。
  13. 前記第１レンズ群は物体側から像側にかけて順に平面第１レンズ及び正屈折力の第２レンズを含み、且つ前記第２レンズ群は物体側から像側にかけて順に正屈折力の第３レンズと、平面第４レンズと、前記平面回折のレンズとを含むことを特徴とする、請求項９に記載のコリメーターレンズ。
  14. 前記正屈折力の第２レンズ、前記正屈折力の第３レンズ及び前記平面回折のレンズの屈折率は１．５から１．６の間であり、且つアッベ数は３１から４８の間であることを特徴とする、請求項１３に記載のコリメーターレンズ。
  15. 前記平面第１レンズ及び前記平面第４レンズの屈折率は１．５から１．６の間であり、且つアッベ数は４５から６５の間であることを特徴とする、請求項１３に記載のコリメーターレンズ。
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