JP2586703B2 - 光学レンズ - Google Patents
光学レンズInfo
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- JP2586703B2 JP2586703B2 JP19942190A JP19942190A JP2586703B2 JP 2586703 B2 JP2586703 B2 JP 2586703B2 JP 19942190 A JP19942190 A JP 19942190A JP 19942190 A JP19942190 A JP 19942190A JP 2586703 B2 JP2586703 B2 JP 2586703B2
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- grating
- incident
- optical lens
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
- G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、回折形の光学レンズに関するものであり、
特に、斜め入射インライン形の透過形レンズに関するも
のである。
特に、斜め入射インライン形の透過形レンズに関するも
のである。
従来の技術 回折光学レンズは、グレーティング構造であるため、
たかだか数μｍの膜厚で集光作用を有し、超小形軽量化
が可能となる重要レンズとして注目されている。
たかだか数μｍの膜厚で集光作用を有し、超小形軽量化
が可能となる重要レンズとして注目されている。
従来の光学レンズとして、第２図（（ａ）：平面図、
（ｂ）：断面図）に示すものがあった（T.フジタ（Fuji
ta）,H.ニシハラ（Nishihara）and J.コヤマ（Koyam
a）：“ブレイズド グレーティングス アンド フレ
ネルレンズ ファブリケーティド バイ エレクトロン
−ビーム リングラフィ（Blazed gratings and Fresne
l lenses fabricated by electron−beam lithograph
y）",（Opt.Lett.）vol.7,No.12,pp.578−580（198
2））。
（ｂ）：断面図）に示すものがあった（T.フジタ（Fuji
ta）,H.ニシハラ（Nishihara）and J.コヤマ（Koyam
a）：“ブレイズド グレーティングス アンド フレ
ネルレンズ ファブリケーティド バイ エレクトロン
−ビーム リングラフィ（Blazed gratings and Fresne
l lenses fabricated by electron−beam lithograph
y）",（Opt.Lett.）vol.7,No.12,pp.578−580（198
2））。
同図において、基板１上に、断面が鋸歯形状のグレー
ティングゾーン７を同心円状に複数個設け、外周に行く
にしたがって、ゾーン７の周期を小さくするようにし、
レンズ部８を構成している。
ティングゾーン７を同心円状に複数個設け、外周に行く
にしたがって、ゾーン７の周期を小さくするようにし、
レンズ部８を構成している。
発明が解決しようとする課題 第２図に示した従来の従来の光学レンズでは、レンズ
部８を形成した基板１表面に対して光が垂直入射したと
きに良好に集光するようになっているため、斜めに傾い
た入射光２では、集光出射光３は収差が生じて、焦点が
ぼけてしまい（ぼけた焦点10）、良好な集光特性が得ら
れないという課題があった。
部８を形成した基板１表面に対して光が垂直入射したと
きに良好に集光するようになっているため、斜めに傾い
た入射光２では、集光出射光３は収差が生じて、焦点が
ぼけてしまい（ぼけた焦点10）、良好な集光特性が得ら
れないという課題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、斜入射
に対して良好な集光特性を示す透過形の回折光学レンズ
を提供するものである。
に対して良好な集光特性を示す透過形の回折光学レンズ
を提供するものである。
課題を解決するための手段 基板上に形成した複数のグレーティングゾーンからな
り、上記グレーティングゾーンのパターン形状は楕円形
であり、上記楕円形の中心位置は、上記グレーティング
ゾーンの外周部にいくにしたがって、上記楕円形の一方
の長軸方向に、徐々にずれている構成とする。
り、上記グレーティングゾーンのパターン形状は楕円形
であり、上記楕円形の中心位置は、上記グレーティング
ゾーンの外周部にいくにしたがって、上記楕円形の一方
の長軸方向に、徐々にずれている構成とする。
作用 本発明は、グレーティングゾーンのパターン形状を楕
円形とすることにより、斜め入射で生じる非点収差を補
正し、同時に楕円形状のグレーティングゾーンの中心位
置を徐々にずらした構造にすることにより、コマ収差を
補正し、斜め入射に対して、収差のない良好な集光特性
を実現するものである。
円形とすることにより、斜め入射で生じる非点収差を補
正し、同時に楕円形状のグレーティングゾーンの中心位
置を徐々にずらした構造にすることにより、コマ収差を
補正し、斜め入射に対して、収差のない良好な集光特性
を実現するものである。
実施例 第１図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施
例の光学レンズの基本構成を示す平面図、断面図および
入射光が集光する様子を示している。本発明の一実施例
の光学レンズについて、第１図（ａ）、（ｂ）を用い
て、同図のように座標形をとり、詳細に説明する。
例の光学レンズの基本構成を示す平面図、断面図および
入射光が集光する様子を示している。本発明の一実施例
の光学レンズについて、第１図（ａ）、（ｂ）を用い
て、同図のように座標形をとり、詳細に説明する。
同図において、レンズ部６は、複数のグレーティング
ゾーン５を基板１上に形成した構造をしている。入射光
２は、同図に示すように、例えばyz平面で−ｚから−ｙ
軸方向にθだけ傾いて入射する。各グレーティングゾー
ン５のパターン形状は、xy平面で入射光２の傾いている
方向（−ｙ方向）を長軸とした楕円形であり、その楕円
形の中心位置は、グレーティングゾーン５の外周部にい
くにしたがって、入射光２の傾いている方向（−ｙ方
向）に、徐々にずれている。
ゾーン５を基板１上に形成した構造をしている。入射光
２は、同図に示すように、例えばyz平面で−ｚから−ｙ
軸方向にθだけ傾いて入射する。各グレーティングゾー
ン５のパターン形状は、xy平面で入射光２の傾いている
方向（−ｙ方向）を長軸とした楕円形であり、その楕円
形の中心位置は、グレーティングゾーン５の外周部にい
くにしたがって、入射光２の傾いている方向（−ｙ方
向）に、徐々にずれている。
入射光２は、基板１を通過してレンズ部６に入射し、
レンズ部６により回折されて、同じく角度θの光軸をも
つ集光出射光３となり、焦点４に集光される。すなわ
ち、本発明の光学レンズは、入射と出射の光軸が１直線
になるインライン形のレンズである。
レンズ部６により回折されて、同じく角度θの光軸をも
つ集光出射光３となり、焦点４に集光される。すなわ
ち、本発明の光学レンズは、入射と出射の光軸が１直線
になるインライン形のレンズである。
本発明者は、グレーティングゾーン５の形状を楕円形
にすることにより、入射光２が斜め入射したときに生じ
る非点収差をなくし、また同時にその楕円形の中心位置
を入射光２の傾いている方向にずらすことによりコマ収
差をなくし、良好に集光できることを発見した。
にすることにより、入射光２が斜め入射したときに生じ
る非点収差をなくし、また同時にその楕円形の中心位置
を入射光２の傾いている方向にずらすことによりコマ収
差をなくし、良好に集光できることを発見した。
詳細に検討してみると、焦点距離をｆ、波長をλとす
ると、レンズの位相シフト関数Φは、 （ただし、ｋ＝２π／λ、ｍは０≦Φ≦２πを満たす整
数） であり、レンズ部６の最大膜厚または溝の最大深さをL
maxとすると、レンズ部の膜厚分布Ｌは、 Ｌ（x,y）＝Lmax（１−Φ/2π） となることが分かった。これから、傾きθが大きいほ
ど、グレーティングゾーン５の楕円の長軸と短軸の比は
大きく（1/cosθとなる）、楕円形の中心位置のずれは
大きくなることが分かった。これらの結果は光線近似を
用いた理論解析からも、裏づけられた。
ると、レンズの位相シフト関数Φは、 （ただし、ｋ＝２π／λ、ｍは０≦Φ≦２πを満たす整
数） であり、レンズ部６の最大膜厚または溝の最大深さをL
maxとすると、レンズ部の膜厚分布Ｌは、 Ｌ（x,y）＝Lmax（１−Φ/2π） となることが分かった。これから、傾きθが大きいほ
ど、グレーティングゾーン５の楕円の長軸と短軸の比は
大きく（1/cosθとなる）、楕円形の中心位置のずれは
大きくなることが分かった。これらの結果は光線近似を
用いた理論解析からも、裏づけられた。
グレーティングゾーン５の断面を鋸歯形状にすること
により、回折効率を高めることができ、グレーティング
ゾーン５の最大膜厚Lmaxは、グレーティングゾーン５の
屈折率ｎ′に対して、 0.6λ／（ｎ′−１）≦Lmax≦1.5λ／（ｎ′−１） のときが効率が良かった。
により、回折効率を高めることができ、グレーティング
ゾーン５の最大膜厚Lmaxは、グレーティングゾーン５の
屈折率ｎ′に対して、 0.6λ／（ｎ′−１）≦Lmax≦1.5λ／（ｎ′−１） のときが効率が良かった。
本発明の光学レンズの作製方法としては、従来例と同
じ電子ビーム描画法を用いた。すなわち、基板１上にコ
ーティングした、例えば、PMMAやCMS通の電子ビームレ
ジストに電子ビームの照射量を変化させ、現像処理を行
なうことにより、膜厚を変化させてレンズ部６とした。
じ電子ビーム描画法を用いた。すなわち、基板１上にコ
ーティングした、例えば、PMMAやCMS通の電子ビームレ
ジストに電子ビームの照射量を変化させ、現像処理を行
なうことにより、膜厚を変化させてレンズ部６とした。
本実施例で作製した光学レンズは、例えば、長軸方向
で1mm、短軸方向で0.87mmのサイズであり、θ＝30゜、
波長λ＝0.6328μｍ、焦点距離はｆ＝5mm、グレーティ
ングゾーン数は39、グレーティングゾーンの最大膜厚
は、Lmax＝1.1μｍ、グレーティングゾーンの周期は長
軸方向で、中心が65μｍから、最外周が6.5μｍまで徐
々に変化しており、最外周のグレーティングゾーンの中
心位置のずれは、16μｍ程度である。本発明の光学レン
ズは、以上述べた以外に、仕様にあわせて、任意のもの
が作製可能である。
で1mm、短軸方向で0.87mmのサイズであり、θ＝30゜、
波長λ＝0.6328μｍ、焦点距離はｆ＝5mm、グレーティ
ングゾーン数は39、グレーティングゾーンの最大膜厚
は、Lmax＝1.1μｍ、グレーティングゾーンの周期は長
軸方向で、中心が65μｍから、最外周が6.5μｍまで徐
々に変化しており、最外周のグレーティングゾーンの中
心位置のずれは、16μｍ程度である。本発明の光学レン
ズは、以上述べた以外に、仕様にあわせて、任意のもの
が作製可能である。
大量生産は、電子ビーム描画法で作製した素子を原盤
として金型を作製し、例えば、UV硬化樹脂を用いて金型
から複製すれば、原盤と同一のレンズ素子が低価格で作
製可能である。
として金型を作製し、例えば、UV硬化樹脂を用いて金型
から複製すれば、原盤と同一のレンズ素子が低価格で作
製可能である。
基板１としては、使用波長に対して透明であれば良
く、例えば石英通のガラス基板は、温度的にも安定であ
り、合成樹脂を基板に用いた場合では軽量になる。
く、例えば石英通のガラス基板は、温度的にも安定であ
り、合成樹脂を基板に用いた場合では軽量になる。
本実施例では、平行光入射の場合について説明した
が、本発明の光学レンズは球面波の入射の場合も同様に
集光可能であり、また、本発明の光学レンズは、球面波
を平行光に直すコリメータレンズの使い方も可能であ
る。
が、本発明の光学レンズは球面波の入射の場合も同様に
集光可能であり、また、本発明の光学レンズは、球面波
を平行光に直すコリメータレンズの使い方も可能であ
る。
また、本発明の光学レンズは斜入射に対して無収差に
なるが、垂直入射では、非点収差やコマ収差が現われて
くるため、故意にこれらの収差を発生させたいときは、
垂直入射で使用すればよい。
なるが、垂直入射では、非点収差やコマ収差が現われて
くるため、故意にこれらの収差を発生させたいときは、
垂直入射で使用すればよい。
発明の効果 本発明によれば、斜め入射に対して、収差のない良好
な集光特性を有する透過形の回折光学レンズが実用可能
となる。
な集光特性を有する透過形の回折光学レンズが実用可能
となる。
第１図（ａ）及び（ｂ）は各々、本発明の一実施例の光
学レンズの平面図および断面図、第２図（ａ）及び
（ｂ）は各々、従来の光学レンズの構成を示す平面図お
よび断面図である。 １……基板、２……入射光、３……出射光、５……グレ
ーティングゾーン、６……レンズ部。
学レンズの平面図および断面図、第２図（ａ）及び
（ｂ）は各々、従来の光学レンズの構成を示す平面図お
よび断面図である。 １……基板、２……入射光、３……出射光、５……グレ
ーティングゾーン、６……レンズ部。
Claims (3)
- 【請求項１】基板上に形成した複数のグレーティングゾ
ーンからなり、上記グレーティングゾーンのパターン形
状は楕円形であり、上記楕円形の中心位置は、上記グレ
ーティングゾーンの外周部にいくにしたがって、上記楕
円形の一方の長軸方向に、徐々にずれていることを特徴
とする光学レンズ。 - 【請求項２】入射光は、楕円形の一方の長軸方向に傾い
て入射することを特徴とする請求項１記載の光学レン
ズ。 - 【請求項３】グレーティングゾーンの断面は鋸歯形状で
あり、上記グレーティングゾーンの最大膜厚（Lmax）
は、上記グレーティングゾーンの屈折率（ｎ′）、波長
（λ）に対して、 0.6λ／（ｎ′−１）≦Lmax≦1.5λ／（ｎ′−１） となることを特徴とする請求項１記載の光学レンズ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19942190A JP2586703B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 光学レンズ |
| US07/731,850 US5138495A (en) | 1990-07-27 | 1991-07-17 | Diffractive optical lens |
| EP91112251A EP0468410B1 (en) | 1990-07-27 | 1991-07-22 | A diffractive optical lens |
| DE69103707T DE69103707T2 (de) | 1990-07-27 | 1991-07-22 | Optische Beugungslinse. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19942190A JP2586703B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 光学レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0484103A JPH0484103A (ja) | 1992-03-17 |
| JP2586703B2 true JP2586703B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=16407529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19942190A Expired - Lifetime JP2586703B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 光学レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2586703B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2773401B2 (ja) | 1990-07-27 | 1998-07-09 | 松下電器産業株式会社 | 光学レンズ |
| KR101534119B1 (ko) * | 2010-09-27 | 2015-07-06 | 파나소닉 주식회사 | 프레넬 렌즈 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3921346B2 (ja) | 1998-09-17 | 2007-05-30 | 松下電器産業株式会社 | 結合レンズ及び半導体レーザモジュール |
| JP2004073651A (ja) | 2002-08-21 | 2004-03-11 | Aruze Corp | 遊技機 |
| JP5919530B2 (ja) | 2010-12-21 | 2016-05-18 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光学式検知装置およびそれを用いた機器 |
| SG189838A1 (en) * | 2011-03-01 | 2013-07-31 | Panasonic Corp | Collecting lens and multi-segment lens |
| JP5914895B2 (ja) * | 2011-12-28 | 2016-05-11 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | フレネルレンズ |
| JP5884532B2 (ja) * | 2012-02-06 | 2016-03-15 | 三菱電機株式会社 | フォトダイオード、波長センサ、波長測定装置 |
| JP2013200367A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Panasonic Corp | フレネルレンズおよび光学検出器 |
-
1990
- 1990-07-27 JP JP19942190A patent/JP2586703B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2773401B2 (ja) | 1990-07-27 | 1998-07-09 | 松下電器産業株式会社 | 光学レンズ |
| KR101534119B1 (ko) * | 2010-09-27 | 2015-07-06 | 파나소닉 주식회사 | 프레넬 렌즈 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0484103A (ja) | 1992-03-17 |
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