JPH0253035A - Plane microlens - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(イ)産業上の利用分野
この発明は、グレーティングレンズ等を含む平板マイク
ロレンズ、特に光制御機能を有する平板マイクロレンズ
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Industrial Application Field The present invention relates to a flat microlens including a grating lens, and particularly to a flat microlens having a light control function.
(ロ)従来の技術
従来の平板マイクロレンズは、ガラス基板やプラスチッ
ク基板の上に、光学素子有機材料からなるレンズ層を積
層して構成されている。(B) Prior Art A conventional flat microlens is constructed by laminating a lens layer made of an optical element organic material on a glass substrate or a plastic substrate.
(ハ)発明が解決しようとする課題
従来のマイクロレンズのガラス基板やプラスチック基板
は、いずれも単にレンズ−を保護する機能しか有してい
なかった。そのため、光学素子としては、レンズ層によ
る集光機能を有するだけの栄機能素子であった。従って
、光制御機能を付加して、平板マイクロレンズの多機能
をはかるのは不可能であり、光制御するためには、別に
機能素子を用意しなければならず、構成が複雑になると
いう問題があった。(c) Problems to be Solved by the Invention The glass substrates and plastic substrates of conventional microlenses have only had the function of simply protecting the lenses. Therefore, as an optical element, it was a functional element that only had a light condensing function using a lens layer. Therefore, it is impossible to add a light control function to make the flat microlens multifunctional, and in order to control light, a separate functional element must be prepared, making the configuration complicated. was there.
この発明は、上記問題点に着目してなされたものであっ
て、単一素子で光制御機能をも備えた平板マイクロレン
ズを提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a flat microlens that is a single element and also has a light control function.
(ニ)課題を解決するための手段及び作用この発明の平
板マイクロレンズは、基板を、電気光学効果、音響光学
効果、磁気光学効果、熱光学効果、非線形光学効果のう
ちの少なくとも1つを有する材料で構成し、保有する光
学効果の対応する物理量を基板に印加することにより光
制御を行う機能を具備している。(d) Means and Effects for Solving the Problems The flat microlens of the present invention has a substrate having at least one of an electro-optic effect, an acousto-optic effect, a magneto-optic effect, a thermo-optic effect, and a nonlinear optical effect. It is made of a material and has the function of controlling light by applying a physical quantity corresponding to the optical effect it possesses to the substrate.
この平板マイクロレンズにおいて、基板に例えば電気光
学効果を有する結晶を用いると、この基板に電界を印加
すると、電気光学効果により基板の屈折率が変化する。In this flat plate microlens, when a crystal having an electro-optic effect is used as the substrate, when an electric field is applied to the substrate, the refractive index of the substrate changes due to the electro-optic effect.
従って、電界印加の有無により、レンズ全体の集光角が
変化し、焦点距離が変化する。つまり、電界印加により
光制御を行うことができる。Therefore, depending on whether or not an electric field is applied, the condensing angle of the entire lens changes, and the focal length changes. In other words, light control can be performed by applying an electric field.
(ホ)実施例
以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。(E) Examples The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below.
第1図は、この発明の一実施例を示す焦点距離可変のマ
イクロレンズである。同図において、基板2に平板フレ
ネルレンズ3が積層されて平板マイクロレンズ1が構成
されている。基板2は、LiN、03等の電気光学効果
結晶が材料として使用され、両側辺に電極4.5が設け
られており、この電極4.5には電源6が接続されてい
る。FIG. 1 shows a variable focal length microlens showing one embodiment of the present invention. In the figure, a flat Fresnel lens 3 is laminated on a substrate 2 to form a flat microlens 1. The substrate 2 is made of an electro-optic effect crystal such as LiN, 03, etc., and electrodes 4.5 are provided on both sides, and a power source 6 is connected to the electrodes 4.5.
この平板マイクロレンズ1において、平板フレネルレン
ズ3に、平行光が入光されると、この平板フレネルレン
ズ3により集光される。今、電源6による電界が電極4
.5に印加されていない状態で、光が実線で示す経路で
集光するものとする。In the flat microlens 1 , when parallel light enters the flat Fresnel lens 3 , the flat Fresnel lens 3 collects the parallel light. Now, the electric field from the power source 6 is applied to the electrode 4.
.. It is assumed that the light is focused along the path shown by the solid line when no voltage is applied to 5.
次に、例えば電源6より電極4.5に電圧を印加すると
、電気光学効果結晶である基板2に電界が加わり、屈折
率が変化する。そのため、平板フレネルレンズ3で集光
された光は、破線で示す経路を取る。このように、この
平板マイクロレンズ1では、基板2に加える電界をオン
/オフすることにより、焦点距離を変えることが出来る
。Next, when a voltage is applied to the electrodes 4.5 from, for example, the power source 6, an electric field is applied to the substrate 2, which is an electro-optic effect crystal, and the refractive index changes. Therefore, the light focused by the flat Fresnel lens 3 takes the path shown by the broken line. In this way, the focal length of the flat microlens 1 can be changed by turning on/off the electric field applied to the substrate 2.
この平板マイクロレンズの変形実施例として、平板フレ
ネルレンズ3を、例えば1.T、 O等の透明導電膜
で形成すれば、第2図に示すように平板フレネルレンズ
3を、電界印加用の一方の電極に兼用できる。また、他
方の電極4は、透明導電膜で形成し、電気光学効果を有
する基板2を挟んで平板フレネルレンズ3と平行に配置
する。なお、第3図に示すように、基板2と平板フレネ
ルレンズ3間に、透明導電膜で形成される電極5を配置
してもよい。As a modified example of this flat plate microlens, a flat Fresnel lens 3 is used, for example 1. If it is formed of a transparent conductive film such as T or O, the flat Fresnel lens 3 can also be used as one electrode for applying an electric field, as shown in FIG. The other electrode 4 is formed of a transparent conductive film and is arranged parallel to the flat Fresnel lens 3 with the substrate 2 having an electro-optic effect sandwiched therebetween. Incidentally, as shown in FIG. 3, an electrode 5 formed of a transparent conductive film may be arranged between the substrate 2 and the flat Fresnel lens 3.
これら電気光学効果を用いた焦点可変レンズは、電気光
学効果が大きければ高速光スイッチや、高速フォーカシ
ング機能を有するピックアップ用対物レンズ等が構成で
きる。These variable focus lenses using electro-optic effects can be used to construct high-speed optical switches, pickup objective lenses with high-speed focusing functions, etc. if the electro-optic effects are large.
第4図(A)及び第4図(B)は、この発明の他の実施
例を示す偏向機能付のマイクロレンズである。同図にお
いて、三角柱状の2個の基板12a、12bを接合させ
て直方体状の基板部12が形成され、この基板部12に
平板フレネルレンズ13が接着されて平板マイクロレン
ズ11が構成されている。基板12a、12bはり、N
、03等の電気光学結晶が材料として使用され、表裏面
には互いに絶縁される電極14a、15a、14b、1
5bが設けられており、電極14aと15a、14bと
15b間には互いに逆極性の電源16a、16bが接続
されている。FIG. 4(A) and FIG. 4(B) show a microlens with a deflection function showing another embodiment of the present invention. In the figure, a rectangular parallelepiped substrate portion 12 is formed by bonding two triangular prism-shaped substrates 12a and 12b, and a flat Fresnel lens 13 is adhered to this substrate portion 12 to form a flat microlens 11. . Boards 12a, 12b beams, N
, 03, etc. is used as the material, and electrodes 14a, 15a, 14b, 1 are insulated from each other on the front and back surfaces.
5b, and power supplies 16a and 16b having opposite polarities are connected between the electrodes 14a and 15a, and between the electrodes 14b and 15b.
この平板マイクロレンズ11において、平板フレネルレ
ンズ13に、平行光が入光されると、この平板フレネル
レンズ13により集光される。電源6a、6bによる電
界が基板12a、12bに印加されていないときには、
側基板12a、12bの屈折率は同じであり、光が第4
図(A)の実線で示す経路で集光される。電源6a、6
bによる電界が、基板12a、12bに印加されると、
基板12a、12bでそれぞれ正、負の屈折率変化が生
じ、基板12aと12bの界面に屈折率差が発生し、平
板フレネルレンズ13で集光された光ビームが、第4図
(A)に示す破線のように偏向する。このように、この
平板マイクロレンズ11では、基板12a、12bに加
える電界をオン/オフすることにより、光ビームを偏向
できる。In the flat microlens 11 , when parallel light enters the flat Fresnel lens 13 , the flat Fresnel lens 13 collects the parallel light. When the electric field from the power supplies 6a and 6b is not applied to the substrates 12a and 12b,
The refractive index of the side substrates 12a and 12b is the same, and the light
The light is focused along the path shown by the solid line in Figure (A). Power supply 6a, 6
When an electric field due to b is applied to the substrates 12a and 12b,
Positive and negative refractive index changes occur in the substrates 12a and 12b, respectively, and a refractive index difference occurs at the interface between the substrates 12a and 12b, so that the light beam focused by the flat Fresnel lens 13 becomes as shown in FIG. 4(A). Deflect as shown by the dashed line. In this way, the flat microlens 11 can deflect the light beam by turning on/off the electric field applied to the substrates 12a and 12b.
第5図は、偏向機能付の他のマイクロレンズを示す図で
ある。同図において、平板マイクロレンズ21は、音響
光学効果結晶で形成される基板22に、平板フレネルレ
ンズ23が接着され、さらに基板22の側面に水晶振動
子24が配置されて構成されている。水晶振動子24に
は、高周波信号源26が接続されている。FIG. 5 is a diagram showing another microlens with a deflection function. In the figure, a flat microlens 21 is constructed by adhering a flat Fresnel lens 23 to a substrate 22 formed of an acousto-optic effect crystal, and further disposing a crystal oscillator 24 on the side surface of the substrate 22. A high frequency signal source 26 is connected to the crystal resonator 24 .
この平板マイクロレンズ21において、水晶振動子24
に高周波信号源26からの信号が印加されない時は、平
板マイクロレンズ23で集光された光ビームは、偏向を
うけず、第5図の実線で示す経路をとる。高周波信号源
26より、水晶振動子24に高周波電圧を印加すると、
音ピ光学効果結晶22中・に超音波による回折格子25
が発生する。この回折格子25に、平板フレネルレンズ
23よりの光ビームが入射すると、回折の効果により第
5図の破線で示す経路をとり偏向する。In this flat plate microlens 21, a crystal oscillator 24
When no signal from the high-frequency signal source 26 is applied to the laser beam, the light beam focused by the flat plate microlens 23 is not deflected and follows the path shown by the solid line in FIG. When a high frequency voltage is applied to the crystal resonator 24 from the high frequency signal source 26,
Ultrasonic diffraction grating 25 in the acoustic optical effect crystal 22
occurs. When the light beam from the flat Fresnel lens 23 is incident on the diffraction grating 25, it is deflected along the path shown by the broken line in FIG. 5 due to the effect of diffraction.
上記した偏向機能付の平板マイクロレンズにより、高速
トラッキングa能を有するピンクアップ用対物レンズや
高速光スイッチなどが実現できる。By using the above-mentioned flat plate microlens with a deflection function, it is possible to realize a pink-up objective lens having high-speed tracking ability, a high-speed optical switch, and the like.
第6図は、この発明のさらに他の実施例を示す偏光分離
型高速光スイッチの説明図である。この偏向分離型高速
光スイッチ31は、基板32の前端面に平板フレネルレ
ンズ33が配置され、基板32の後端面に偏光ビームス
プリンタ37が配置され、さらに偏光ビームスブリック
37の後端面と(jjll端而に平面フレネルレンズ3
8.39が配置され、平板フレネルレンズ33の前端に
入射用偏波面保存光ファイバ40が、また、平板フレネ
ルレンズ3日、39には出射用光ファイバ41.42が
接合されて構成されている。基板32は、電気光学効果
を存する異方性光学結晶が材料として使用され、側面に
電極34.35が設けられ、電源36が接続されている
。異方性光学結晶は、結晶軸により屈折率が異なり、ま
た電気光学効果による屈折率変化も結晶軸により異なる
。したがって、基板32は位相変調素子、さらには偏波
面回転素子として働く。平板フレネルレンズ33は、フ
レネルレンズ層33 aと保護膜層33bとから成る。FIG. 6 is an explanatory diagram of a polarization separation type high-speed optical switch showing still another embodiment of the present invention. This polarization separation type high-speed optical switch 31 includes a flat Fresnel lens 33 disposed on the front end surface of a substrate 32, a polarization beam splinter 37 disposed on the rear end surface of the substrate 32, and a polarization beam splinter 37 disposed on the rear end surface of the polarization beam subric 37 (jjll end). However, plane Fresnel lens 3
8.39 is arranged, and an input polarization maintaining optical fiber 40 is connected to the front end of the flat Fresnel lens 33, and an output optical fiber 41.42 is connected to the flat Fresnel lens 39. . The substrate 32 is made of an anisotropic optical crystal that exhibits an electro-optic effect, has electrodes 34 and 35 on its sides, and is connected to a power source 36. An anisotropic optical crystal has a refractive index that differs depending on the crystal axis, and a change in the refractive index due to the electro-optic effect also differs depending on the crystal axis. Therefore, the substrate 32 functions as a phase modulation element and further as a polarization plane rotation element. The flat Fresnel lens 33 consists of a Fresnel lens layer 33a and a protective film layer 33b.
他の平板フレネルレンズ38.39も同様である。偏光
ビームスブリック37は、光の偏光方向によりビームを
分岐する素子である。The same applies to the other flat Fresnel lenses 38 and 39. The polarizing beam brick 37 is an element that branches the beam depending on the polarization direction of the light.
この光スィッチ31において、電源36より電極34.
35に電圧が印加されない状態で入射用光ファイバ40
より入力光が入射されると、平板フレネルレンズ33で
平行光とされ、基板32を通過する。基板32には、電
界が加えられていないので、通過光は偏波面の回転を受
けず、偏光ビームスブリック37をそのまま直進し、平
板フレネルレンズ38を経て出射用光ファイバ41より
出力される。一方、電源36よ/)電極34.35に電
圧が印加されると、その電界により基板32を通過する
光は偏光方向が90度回転され、偏光ビームスブリック
37は光を直交方向に、つまり平板フレネルレンズ39
を経て出射用光ファイバ42に出力する。このように、
電源36から電。In this optical switch 31, an electrode 34.
Input optical fiber 40 with no voltage applied to 35
When the input light is incident, it is converted into parallel light by the flat Fresnel lens 33 and passes through the substrate 32 . Since no electric field is applied to the substrate 32, the passing light does not undergo rotation of the plane of polarization, travels straight through the polarization beam brick 37, passes through the flat Fresnel lens 38, and is output from the output optical fiber 41. On the other hand, when a voltage is applied to the power supply 36 and/or electrodes 34 and 35, the polarization direction of the light passing through the substrate 32 is rotated by 90 degrees due to the electric field, and the polarization beam subric 37 rotates the light in the orthogonal direction, that is, the polarization direction of the light passing through the substrate 32 is rotated by 90 degrees. fresnel lens 39
It is output to the output optical fiber 42 through the . in this way,
Power from power supply 36.
極34.35への電圧のオン/オフにより、出力光ビー
ムを分岐でき、光の切換え、すなわちスイッチングを行
うことができる。By turning the voltage on and off to the poles 34.35, the output light beam can be split and light switching can be effected.
この偏光分離型高速光スイッチは、電気光学効果を有す
る異方性光学結晶に、偏光ビームスプリンタと複数個の
保護膜付きの平板フレネルレンズを組合わせて構成する
ものであり、小型集積化でき、ビーム径も小さくできる
ため、安全な高速光スイッチを実現できる。This polarization separation type high-speed optical switch is constructed by combining an anisotropic optical crystal with an electro-optic effect with a polarization beam splinter and a plurality of flat Fresnel lenses with protective films, and can be integrated into a small size. Since the beam diameter can also be reduced, safe high-speed optical switches can be realized.
なお、上記実施例では、電気光学効果、音響光学効果を
利用する場合を例に上げたが、この発明はこれに限らず
、磁気光学効果、熱光学効果、非線形光学効果等を有す
る材料をレンズ基板に用いても良い。In addition, in the above-mentioned embodiment, the case where an electro-optic effect and an acousto-optic effect are used is given as an example, but the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this. It may also be used for a substrate.
(へ)発明の効果
この発明によれば、平板マイクロレンズの基板を電気光
学効果、音響光学効果、磁気光学効果、熱光学効果、非
線形光学効果のうちの少なくとも一つを有する材料で構
成し、前記保有する光学効果の対応する物理量の印加で
光制御をなすものであるから、特別に光制御素子を用意
し、これとの組合わせを考慮しなくとも、それ自体で先
制?in h能を有する平板マイクロレンズを得ること
ができる。そして、この平板マイクロレンズを使用する
ことにより、従来よりもさらにコンパクトな光学系を構
成することできる。(F) Effects of the Invention According to the present invention, the substrate of the flat microlens is made of a material having at least one of an electro-optic effect, an acousto-optic effect, a magneto-optic effect, a thermo-optic effect, and a nonlinear optical effect, Since light control is performed by applying a physical quantity corresponding to the optical effect possessed above, it is not necessary to prepare a special light control element and consider the combination with it. A flat plate microlens having in h capability can be obtained. By using this flat plate microlens, it is possible to construct an optical system that is more compact than the conventional one.
第1図は、この発明の一実施例を示す焦点距離可変のマ
イクロレンズの説明図、第2図及び第3図は、同焦点距
離可変のマイクロレンズの変形例を示す説明図、第4図
(A)は、この発明の他の実施例を示す偏向機能付のマ
イクロレンズの説明図、第4図(B)は、同偏向機能付
のマイクロレンズの電界の加え方を説明するための説明
図、第5図は、偏向機能付の他のマ・イクロレンズを示
す図、第6図は、この発明のさらに他の実施例を示す偏
光分離力高速光スインチの説明図である。
2・12a・12b・22・32:基板、3 ・13・
23・33:平板フレネルレンズ、4 ・5 ・1
4a 14b 15a 15b :電極、34
・35:電極、
6・16a・16b・26・36:電源。FIG. 1 is an explanatory diagram of a microlens with a variable focal length showing an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams showing a modified example of a microlens with a variable parfocal length, and FIG. (A) is an explanatory diagram of a microlens with a deflection function showing another embodiment of the present invention, and FIG. 4(B) is an explanatory diagram for explaining how to apply an electric field to the microlens with a deflection function. FIG. 5 is a diagram showing another microlens with a deflection function, and FIG. 6 is an explanatory diagram of a polarization separation power high-speed optical spinch showing still another embodiment of the present invention. 2.12a.12b.22.32: Board, 3.13.
23/33: Flat Fresnel lens, 4/5/1
4a 14b 15a 15b: Electrode, 34
・35: Electrode, 6, 16a, 16b, 26, 36: Power supply.
Claims (1)
響光学効果、磁気光学効果、熱光学効果、非線形光学効
果のうちの少なくとも1つを有する材料で構成し、前記
保有する光学効果の対応する物理量の印加により光制御
機能を具備することを特徴とする平板マイクロレンズ。(1) The substrate of the flat microlens is made of a material having at least one of an electro-optic effect, an acousto-optic effect, a magneto-optic effect, a thermo-optic effect, and a nonlinear optical effect, and the substrate is made of a material having at least one of an electro-optic effect, an acousto-optic effect, a magneto-optic effect, a thermo-optic effect, and a nonlinear optical effect, and A flat microlens characterized by having a light control function by applying a physical quantity.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20493188A JPH0253035A (en) | 1988-08-18 | 1988-08-18 | Plane microlens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20493188A JPH0253035A (en) | 1988-08-18 | 1988-08-18 | Plane microlens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0253035A true JPH0253035A (en) | 1990-02-22 |
Family
ID=16498726
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20493188A Pending JPH0253035A (en) | 1988-08-18 | 1988-08-18 | Plane microlens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0253035A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06324275A (en) * | 1990-12-31 | 1994-11-25 | Jiesu:Kk | Beam scanner |
-
1988
- 1988-08-18 JP JP20493188A patent/JPH0253035A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06324275A (en) * | 1990-12-31 | 1994-11-25 | Jiesu:Kk | Beam scanner |
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