JPH02116803A - フレネル・レンズ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 透明基板の一方の面にフレネル・レンズを、他方の面に
遮光マスクを設け、遮光マスクの上記フレネル・レンズ
の光軸上の位置にピンホールを形成する。これにより軸
外収差の発生防止、光源への戻り光の削減、実装性の向
上を図ることができる。

発明の背景 この発明はフレネル中レンズ装置に関する。

従来のフレネル・レンズにおいては光源がフレネル・レ
ンズの光軸上からはずれていると軸外収差が発生するの
で、光源の位置をフレネル・レンズの光軸に正確に一致
させて実装する必要がある。このため高精度の実装処理
が要求され、コスト・アップにつながる。また実装後に
おいても光源の軸ずれの許容度、焦点ずれ許容度等が極
めて小さいので温度変化などの耐環境性が悪く、レンズ
の安定性や信頼性に欠けることとなる。

さらに光源への戻り光が存在するとノイズの発生、波長
変動など光源が悪影響を受ける。このためにフレネル・
レンズ等からの戻り光の防止にアイソレータが別に必要
であり、フレネル・レンズを適用する装置の高価格化、
大型化などを誘引する。加えて実装後の装置の調整箇所
も増加する。

発明の概要 発明の目的 この発明は、軸ずれ、焦点ずれ等に起因する問題点、戻
り光に起因する問題点等を解決することを目的とする。

発明の構成および効果 この発明によるフレネル・レンズ装置は、透明基板の一
方の面にフレネル・レンズが、上記透明基板の他方の面
に光の透過を遮ぎる遮光マスクがそれぞれ設けられ、上
記遮光マスクには上記フレネル・レンズの光軸上の位置
にピンホールが形成されていることを特徴とする。

この発明によると上記遮光マスクには透明基板の一方の
面に設けられているフレネル−レンズの光軸上の位置に
ピンホールが形成されているので、ピンホールが十分小
さければ、ピンホールからフレネル・レンズに向う回折
光は、入射光の形態にかかわらず常にピンホールを中心
とする発散球面波となり、ピンホールの位置がフレネル
・レンズに対する光源の位置とみなすことができる。

したがって１発散球而波に対するフレネル・レンズを形
成しておけば、光軸ずれ、焦点ずれの程度はピンホール
の位置によってのみ定まる。したがって、ピンホールと
フレネル・レンズとの位置関係さえ高精度に作製してお
けば、これらは一つの透明基板上に作成されているから
上記位置関係がずれることがなく、実際に光源とフレネ
ル・レンズの光軸とがずれていても軸外収差の発生を防
止することができるとともに、光源とフレネル・レンズ
との間の距離に変動があっても焦点ずれを起こすことが
ない。これにより、このフレネル参レンズ装置を含む光
学装置の組立が容易となり。

歩留りの向上、コストダウンを図ることができるととも
に、耐環境性、信頼性、安定性が向上する。またフレネ
ル・レンズからの戻り光はピンホールを通ったのち９発
散球面波となって光源の方向に向うので光源に戻る光は
ほとんどなく、戻り光が光源に及ぼす悪影響をほとんど
除去することができる。これによりアイソレータが不要
となり５部品点数の削減、信頼性の向」二、小型化、軽
量化、コストダウンを図ることができる。

実施例の説明 第１図はこの発明によるフレネル・レンズ装置の実施例
を示す斜視図である。フレネル・レンズ３が透明基板１
の一方の面に一体成形されている。透明基板１の他方の
面には遮光マスク２が設けられ、この遮光マスク２には
ピンホール４が形成されている。このピンホール４はフ
レネル・レンズ３の光軸（中心軸）上の位置に形成され
、かつピンホール４に光が入射することにより回折が生
じ発散球面波が形成される程度の大きさに設定されてい
る。

第２図は第１図（Ｂ）の■−■線にそう断面図であり、
フレネル・レンズ３をコリメータ・レンズとして利用す
るときの例を示している。以下の図面においては、光線
の様子を明確にするためにハツチングが省略されている
。

レーザ・ダイオード５から出射される発散光は、遮光マ
スク２が設けられた而に照射される。

発散光は遮光マスク２に形成されているピンホール４を
通って基板１内に入射しかつピンホール４によって回折
され２発散球面波となって透明基板１内を伝搬する。回
折光は透明基板１の反対の面に設けられたフレネル・レ
ンズ３によ７てコリメート光Ｐ。０とされ出射する。フ
レネル・レンズ３は発散球面波をコリメートするパター
ンをもつように形成されている。

第３図はフレネル・レンズ３を集光レンズとして利用す
る例を示すもので、第１図（Ｂ）の■−■線にそう断面
図に対応する。

所定のコリメータ・レンズによってコリメートされたコ
リメート光Ｐｃ１は遮光マスク２に照射され、ピンホー
ル４を通って発散球面波となって透明基板１内を伝搬し
た後に、フレネル・レンズ３によって１点に収束される
。フレネル・レンズ３は発散球面波を収束球面波に変換
するパターンに形成されている。

第２図に示すフレネル・レンズ装置のピンホール４にコ
リメート光ＰＣＩを入射させても同じようにコリメート
光を得ることができる。この場合にはこのフレネル・レ
ンズ装置はビーム・エキスパンダ（ビーム拡大器）とし
て働く。また第３図に示すフレネルやレンズ装置のピン
ホール４にレーザ・ダイオード５からの拡散光を入射さ
せてち同じように集束光を得ることができる。このよう
に、フレネル拳レンズ装置のピンホール４が一種の点光
源として機能するので、入射光の形態にかかわらず、そ
のフレネル・レンズ装置固有の形態（コリメート光、集
束光等）の出射光ビームを得ることができる。

第４図はこの発明により軸外収差の発生を防止すること
ができる様子を示すものである。

光源としてのレーザ・ダイオード５がフレネル・レンズ
３の光軸からずれて配置されているとする。レーザ・ダ
イオード５の発散光は遮光マスク２のピンホール４を通
って基板１内に入り回折される。ピンホール４の位置を
光源の位置とみなすことができ、フレネル・レンズ３に
よってフレネル・レンズ３の光軸と平行なコリメート光
が形成されかつ出射される。軸外収差はレンズの光軸か
ら光源が外れたときに発生するが、このフレネル・レン
ズ装置によるとピンホール４の位置が常に光源とみなさ
れるので、ピンホール４がフレネル・レンズ３の光軸上
にある限り、軸外収差は発生しない。

またフレネル・レンズ３の焦点位置にピンホール４が正
しく形成される構造とすることにより。

レーザ・ダイオード（光源）とフレネル・レンズ３との
間の距離に変動があっても焦点ずれが起ることもない。

第５図はこの発明によるフレネル・レンズ装置がアイソ
レーション機能（光を一方向にのみ通過させる機能）を
有することを説明するための図である。ピンホール４か
ら基板１内を通ってフレネル・レンズ３に達した光のほ
とんどはコリメート光になって外部に出射されるが、そ
の一部がフレネルφレンズ３によって反射または拡散さ
れ、基板１内を逆方向に伝搬して遮光マスク２に達する
。この反射、拡散光のうち光源としてのレーザ・ダイオ
ード５の方向に出射する光は必ずピンホール４を通る。

この出射光はピンホール４によって回折され発散球面波
となるのでレーザ・ダイオード５の発光部分（厚さ２μ
ｍ程度の活性層）に入射する戻り光はほとんどないとい
ってよい。これにより、アイソレータを用いなくとも。

レーザ・ダイオード５における戻り光によるノイズの発
生、波長変動の発生を防止することができる。このフレ
ネル・レンズ装置を使用する光学装置の部品数が削減さ
れ、調整箇所も減少する。

上述のようなフレネル・レンズ装置は次のやり方によっ
て作製することができる。

透明基板１にアルミニウムその他の光を遮光する物質よ
りなる遮光マスク２を蒸着、リフト・オフ法等により形
成する。遮光マスク２には作製しようとするフレネル・
レンズ３の中心軸上にピンホール４を開けてお（。そし
て適当な型を用いてこの透明基板１上においてたとえば
射出成形法により遮光マスクのピンホール４の位置に光
軸をもつフレネル・レンズ３を形成する。

レンズ３の作製には射出成形法のほかに光学的重合法（
Ｐｈｏｔｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）やイオン
交換法−がありこれらのやり方によって行なうこともて
きる。

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）はこの発明によるフレネル・
レンズ装置の実施例を示し、（Ａ）は正面側からみた斜
視図、（Ｂ）は背面側から見た斜視図である。

第２図から第５図は第１図（Ｂ）の■−■線に沿う断面
図に対応するものであり、第２図はフレネル・レンズ装
置をコリメータ・レンズとして利用した例を、第３図は
フレネル・レンズを集光レンズとして利用した例をそれ
ぞれ示し、第４図は軸上収差が防止できる様子を、第５
図は戻り光を無視できる様子をそれぞれ示すものである
。

１・・・透明基板。

２・・・遮光マスク。

３・・・フレネル・レンズ。

４・・・ピンホール。

以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 透明基板の一方の面にフレネル・レンズが、上記透明基
   板の他方の面に光の透過を遮ぎる遮光マスクがそれぞれ
   設けられ、上記遮光マスクには上記フレネル・レンズの
   光軸上の位置にピンホールが形成されていることを特徴
   とするフレネル・レンズ装置。