JPH0485501A - レンズならびにレンズの製造方法 - Google Patents
レンズならびにレンズの製造方法Info
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- JPH0485501A JPH0485501A JP20274590A JP20274590A JPH0485501A JP H0485501 A JPH0485501 A JP H0485501A JP 20274590 A JP20274590 A JP 20274590A JP 20274590 A JP20274590 A JP 20274590A JP H0485501 A JPH0485501 A JP H0485501A
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- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 46
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Landscapes
- Lenses (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は光通信用または各種センサなどに使用されるレ
ンズに係り、特に球面収差を少なくし、あるいは実質的
な焦点深度を深くでき、しかも安価にて量産が可能なレ
ンズならびにこのレンズの製造方法に関する。
ンズに係り、特に球面収差を少なくし、あるいは実質的
な焦点深度を深くでき、しかも安価にて量産が可能なレ
ンズならびにこのレンズの製造方法に関する。
[従来の技術1
光通信において光ファイバの端面にレーザ光を集光する
ためなどに使用されるレンズとしては、設置後の相互位
置ずれの心配のある組み合わせレンズよりも単レンズを
使用することが好ましい。
ためなどに使用されるレンズとしては、設置後の相互位
置ずれの心配のある組み合わせレンズよりも単レンズを
使用することが好ましい。
そこで例えば第8図に示すような球面の凸レンズ1を使
用した場合、実線で示す内径側を通過した光束と破線で
示す外周側を通過した光束とで結像の位置がFlとF2
で示すように相違し、第9図に示すように球面収差が大
きいものとなる。このような球面収差の大きいレンズを
光通信装置に使用とすると、例えば光フアイバ内に集光
させる光量が減少し、光の利用効率が悪くなってS/N
比が悪化する問題が生じる。そこで現在の光通信装置で
は球面収差の少ないセルフォックレンズが使用されてい
る。
用した場合、実線で示す内径側を通過した光束と破線で
示す外周側を通過した光束とで結像の位置がFlとF2
で示すように相違し、第9図に示すように球面収差が大
きいものとなる。このような球面収差の大きいレンズを
光通信装置に使用とすると、例えば光フアイバ内に集光
させる光量が減少し、光の利用効率が悪くなってS/N
比が悪化する問題が生じる。そこで現在の光通信装置で
は球面収差の少ないセルフォックレンズが使用されてい
る。
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、セルフォックレンズは外周方向に徐々に
屈折率が変化する特殊な構造であるため、量産性が悪く
その価格は非常に高いものとなっている。今後の光通信
装置はさらに普及が予測されているが、低価格化を目指
す上でセルフォックレンズの量産性と価格が問題になる
。
屈折率が変化する特殊な構造であるため、量産性が悪く
その価格は非常に高いものとなっている。今後の光通信
装置はさらに普及が予測されているが、低価格化を目指
す上でセルフォックレンズの量産性と価格が問題になる
。
現在のところセルフォックレンズに代わるものとしてガ
ラスプレス工程により製作が可能な非球面レンズが着目
されている。この非球面レンズはセルフォックレンズよ
りも安価であり、第8図に示した球面の凸レンズに生じ
る球面収差の補正が可能で、光の利用効率を高めること
ができる。しかしながら、この非球面レンズもその光学
面の成形に高度な技術が必要であり、またプレス用の型
自体も高価であって、低価格化に限界がある。
ラスプレス工程により製作が可能な非球面レンズが着目
されている。この非球面レンズはセルフォックレンズよ
りも安価であり、第8図に示した球面の凸レンズに生じ
る球面収差の補正が可能で、光の利用効率を高めること
ができる。しかしながら、この非球面レンズもその光学
面の成形に高度な技術が必要であり、またプレス用の型
自体も高価であって、低価格化に限界がある。
しかも、非球面レンズはセルフォックレンズよりもさら
に収差が少なく非常に感度の良いものとなっているため
、焦点距離の位置調整の精度を高める必要があり、かえ
って調整作業がやりづらい欠点を有している。この場合
のレンズと光ファイバの端面などとの距離の設定許容度
はレンズの焦点深度に関係している。第10図はレンズ
の焦点深度を説明しているものであるが、焦点深度が大
きければ大きい程レンズと光ファイバの端面との位置決
めの許容度が大きくなる0通常、焦点深度とは焦点の近
傍でスポット径の変化が125倍以下となる光軸方向の
長さを云うが、この焦点深度はレンズの開口数NAのみ
ならず収差によっても変化する。ところが非球面レンズ
では収差がきわめて小さくなるため、焦点深度は主にN
Aにより決まり、 d=±λ/ (2(NA) 2) ・・・(
1)によって求められる。よって非球面レンズにおいて
焦点深度を深くするためには開口数NAを小さくすれば
良いことになる6レンズの開口数はNA=sinθ#a
/f であるため、第10図において開口径aを小さくするか
あるいは焦点距離fを長くすれば焦点深度を深くできる
ことになる。ところが開口径aを小さくすると、半導体
レーザなどの発光源がらの光の補足量が減少し、光通信
における光の利用率が低下してS/Nの悪化を生じ、ま
た焦点距離fを長くすると、光学系の光軸方向の長さが
大きくなり装置が大型化しまた外乱光の問題も生じてく
る。
に収差が少なく非常に感度の良いものとなっているため
、焦点距離の位置調整の精度を高める必要があり、かえ
って調整作業がやりづらい欠点を有している。この場合
のレンズと光ファイバの端面などとの距離の設定許容度
はレンズの焦点深度に関係している。第10図はレンズ
の焦点深度を説明しているものであるが、焦点深度が大
きければ大きい程レンズと光ファイバの端面との位置決
めの許容度が大きくなる0通常、焦点深度とは焦点の近
傍でスポット径の変化が125倍以下となる光軸方向の
長さを云うが、この焦点深度はレンズの開口数NAのみ
ならず収差によっても変化する。ところが非球面レンズ
では収差がきわめて小さくなるため、焦点深度は主にN
Aにより決まり、 d=±λ/ (2(NA) 2) ・・・(
1)によって求められる。よって非球面レンズにおいて
焦点深度を深くするためには開口数NAを小さくすれば
良いことになる6レンズの開口数はNA=sinθ#a
/f であるため、第10図において開口径aを小さくするか
あるいは焦点距離fを長くすれば焦点深度を深くできる
ことになる。ところが開口径aを小さくすると、半導体
レーザなどの発光源がらの光の補足量が減少し、光通信
における光の利用率が低下してS/Nの悪化を生じ、ま
た焦点距離fを長くすると、光学系の光軸方向の長さが
大きくなり装置が大型化しまた外乱光の問題も生じてく
る。
よって光通信装置において非球面レンズを使用する場合
、収差をある程度残すような光学面の設計を行なえば、
開口径aをある程度大きくできてしかも焦点深度を深く
することが可能である。しかしながら実際に収差をある
程度残し、しかも焦点深度を深くするような設計は非常
に困難であり、実現性の低いものとなる。
、収差をある程度残すような光学面の設計を行なえば、
開口径aをある程度大きくできてしかも焦点深度を深く
することが可能である。しかしながら実際に収差をある
程度残し、しかも焦点深度を深くするような設計は非常
に困難であり、実現性の低いものとなる。
本発明の第1の目的は、セルフォックレンズや非球面レ
ンズよりもさらに安価でしがも収差が少なく、安価な光
通信装置や各種センサなどを構成できるようにしたレン
ズを提供することにある。
ンズよりもさらに安価でしがも収差が少なく、安価な光
通信装置や各種センサなどを構成できるようにしたレン
ズを提供することにある。
本発明の第2の目的は、非球面レンズと同等に収差を少
なくして光の利用効率を高めるとともに、実質的な焦点
深度を深(できるレンズを提供することにある。
なくして光の利用効率を高めるとともに、実質的な焦点
深度を深(できるレンズを提供することにある。
さらに本発明の第3の目的は、収差の少ないまた焦点深
度の深いレンズを簡単な工程で低コストにて製造するこ
とにある。
度の深いレンズを簡単な工程で低コストにて製造するこ
とにある。
[課題を解決するための手段]
本発明によるレンズは、屈折率の異なる材料が光軸を囲
む境界面にて接合されていることを特徴とするものであ
る。
む境界面にて接合されていることを特徴とするものであ
る。
さらに、詳しくは、外周側の材料の屈折率が内周側の材
料の屈折率よりも小さく且つ少なくとも1つの光学面が
凸状の球面または非球面となったレンズである。
料の屈折率よりも小さく且つ少なくとも1つの光学面が
凸状の球面または非球面となったレンズである。
さらに本発明は、外周部と内周部とが異なる屈折率の層
となっている材料を加熱しその軸方向に引き伸ばして異
なる屈折率の層が径方向に重ねられた棒材を形成する工
程と、この棒材を所定の長さに切断する工程と、切断さ
れた短棒に光学面を加工する工程とを備えたことを特徴
とするレンズの製造方法である。
となっている材料を加熱しその軸方向に引き伸ばして異
なる屈折率の層が径方向に重ねられた棒材を形成する工
程と、この棒材を所定の長さに切断する工程と、切断さ
れた短棒に光学面を加工する工程とを備えたことを特徴
とするレンズの製造方法である。
[作用]
上記手段では、光軸を囲む境界にて異なる屈折率の層が
接合されているレンズであるため、この屈折率の相違に
より内周を通過した光束と外周を通過した光束の焦点位
置を調整して従来と異なる光学特性のレンズを得ること
ができるようになる0例えば外周の層の屈折率が内周の
層の屈折率よりも小さい構成にすることにより、球面の
凸レンズであっても球面収差を小さくでき、従来の非球
面レンズに近い光の利用効率のレンズを安価に構成でき
るようになる。また内周と外周の層の屈折率を近いもの
にし非球面を形成することにより収差がなく光の利用効
率が高く、しかも実質的な焦点深度の深いレンズを構成
できるようになる。
接合されているレンズであるため、この屈折率の相違に
より内周を通過した光束と外周を通過した光束の焦点位
置を調整して従来と異なる光学特性のレンズを得ること
ができるようになる0例えば外周の層の屈折率が内周の
層の屈折率よりも小さい構成にすることにより、球面の
凸レンズであっても球面収差を小さくでき、従来の非球
面レンズに近い光の利用効率のレンズを安価に構成でき
るようになる。また内周と外周の層の屈折率を近いもの
にし非球面を形成することにより収差がなく光の利用効
率が高く、しかも実質的な焦点深度の深いレンズを構成
できるようになる。
さらに第3の手段では、丸棒材を引き伸ばし、切断して
研磨あるいはプレスすることにより前記のような異なる
層が接合されたレンズを容易に安価に製造でき、また量
産も可能になる。
研磨あるいはプレスすることにより前記のような異なる
層が接合されたレンズを容易に安価に製造でき、また量
産も可能になる。
[実施例]
以下本発明の実施例を第1図から第7図の図面により説
明する。
明する。
第1図は本発明の第1実施例によるレンズの縦断面図、
第2図はその右側から見た正面図である。
第2図はその右側から見た正面図である。
第1図に示すレンズ10は、光軸0を中心とする円筒面
の境界面Aの内側と外側とが異なる材料(硝材)10a
とlobとにより構成されている。内側の材料10aの
屈折率はn、で外側の材料10bの屈折率はnlであり
、且つn m > n bの関係である。このレンズ1
0は、入射面Bと出射面Cが共に球面の両凸レンズであ
る。前記両屈折率n、とn5を選択することにより、内
側の材料10a内を透過した光束(実線)の結像位置と
外側の材料10b内を透過した光束(破線)の結像位置
との差を可能な限り少なくすれば、第4図に示すように
、球面収差の小さい球面レンズを構成できる。ただしこ
の構成では境界面Aを境にして内側の層と外側の層とで
屈折率が相違しているため、レンズ10内にてこの境界
面Aに入射する光が反射され、レンズ内にて乱反射する
光成分が生じる問題がある。しかしながら、入射面Bと
出射面Cの球面形状ならびに境界面Aの直径などを適宜
に選択した設計を行なうことにより、第3図に示すよう
に、境界面Aを通過する光L0を境界面Aに沿う方向に
でき、またその上下の光り、とL2がなるべく境界面A
に入射しないようにすることが可能である。
の境界面Aの内側と外側とが異なる材料(硝材)10a
とlobとにより構成されている。内側の材料10aの
屈折率はn、で外側の材料10bの屈折率はnlであり
、且つn m > n bの関係である。このレンズ1
0は、入射面Bと出射面Cが共に球面の両凸レンズであ
る。前記両屈折率n、とn5を選択することにより、内
側の材料10a内を透過した光束(実線)の結像位置と
外側の材料10b内を透過した光束(破線)の結像位置
との差を可能な限り少なくすれば、第4図に示すように
、球面収差の小さい球面レンズを構成できる。ただしこ
の構成では境界面Aを境にして内側の層と外側の層とで
屈折率が相違しているため、レンズ10内にてこの境界
面Aに入射する光が反射され、レンズ内にて乱反射する
光成分が生じる問題がある。しかしながら、入射面Bと
出射面Cの球面形状ならびに境界面Aの直径などを適宜
に選択した設計を行なうことにより、第3図に示すよう
に、境界面Aを通過する光L0を境界面Aに沿う方向に
でき、またその上下の光り、とL2がなるべく境界面A
に入射しないようにすることが可能である。
この構成のレンズlOは球面収差が小さいため、光通信
装置に使用した場合に、光の利用効率がよくほぼ非球面
レンズと同等の性能を発揮できる。しかも入射面Bと出
射面Cが球面であるため、非球面レンズよりも安価に製
造できる。
装置に使用した場合に、光の利用効率がよくほぼ非球面
レンズと同等の性能を発揮できる。しかも入射面Bと出
射面Cが球面であるため、非球面レンズよりも安価に製
造できる。
第5図は本発明の第2実施例を示している。
この実施例のレンズ20では、内側の材料20aの屈折
率nAと外側の材料20bの屈折率DI+とがきわめて
近い値であり且つn a > n mの関係になってい
る。この屈折率の近い材料としては1例えば内側の材料
20aが硝材BK7で外側の材料20bが硝材に5の組
み合わせである。そして入射面りと出射面Eは共に非球
面となっている。ここで前述の(11式から内側の材料
2Oa内を透過する光束は開口数NAが小さいために焦
点深度2d、は深く、外側の材料2Ob内を透過する光
束は開口数NAが大きいため焦点深度2d2は浅くなる
。ここで開口数と焦点に集光されたスポットの径Φとの
関係は、 Φ=1.22xん/NA である。よって内側の材料20aを透過した光束のスポ
ット径Φ、は大きく、外側の材料20bを透過した光束
のスポット径Φ2は小さくなる。
率nAと外側の材料20bの屈折率DI+とがきわめて
近い値であり且つn a > n mの関係になってい
る。この屈折率の近い材料としては1例えば内側の材料
20aが硝材BK7で外側の材料20bが硝材に5の組
み合わせである。そして入射面りと出射面Eは共に非球
面となっている。ここで前述の(11式から内側の材料
2Oa内を透過する光束は開口数NAが小さいために焦
点深度2d、は深く、外側の材料2Ob内を透過する光
束は開口数NAが大きいため焦点深度2d2は浅くなる
。ここで開口数と焦点に集光されたスポットの径Φとの
関係は、 Φ=1.22xん/NA である。よって内側の材料20aを透過した光束のスポ
ット径Φ、は大きく、外側の材料20bを透過した光束
のスポット径Φ2は小さくなる。
よってこの2種の透過光の組み合わせにより、ある程度
の光量を確保できるスポットが形成される深さ2d0を
大きくできる。よって第5図に示すレンズの全体が同じ
材料により構成されている場合の非球面レンズの焦点深
度2dzよりも実質的に焦点深度の深いレンズ、すなわ
ち光通信装置用などにおいて光ファイバの端面に対する
位置合せの許容度の大きいレンズを構成できるようにな
る。また2つの材料nAとn、の差を小さくしておくこ
とにより、従来の非球面レンズの設計ブロダラムあるい
はプレス型をそのまま使用して球面収差の小さい、光の
利用効率のよいレンズを構成できるようになる。
の光量を確保できるスポットが形成される深さ2d0を
大きくできる。よって第5図に示すレンズの全体が同じ
材料により構成されている場合の非球面レンズの焦点深
度2dzよりも実質的に焦点深度の深いレンズ、すなわ
ち光通信装置用などにおいて光ファイバの端面に対する
位置合せの許容度の大きいレンズを構成できるようにな
る。また2つの材料nAとn、の差を小さくしておくこ
とにより、従来の非球面レンズの設計ブロダラムあるい
はプレス型をそのまま使用して球面収差の小さい、光の
利用効率のよいレンズを構成できるようになる。
第6図は本発明の第3実施例を示している。
この実施例は凹レンズである。この凹レンズ30におい
ても内側の材料30aと外側の材料30bの屈折率が相
違している。この凹レンズにおいても材料30aと30
bとで屈折率を変えてお(ことにより収差を少なくでき
る。この収差を少なくした凹レンズは、例えば光ピツク
アップの受光部に使用することが可能である。
ても内側の材料30aと外側の材料30bの屈折率が相
違している。この凹レンズにおいても材料30aと30
bとで屈折率を変えてお(ことにより収差を少なくでき
る。この収差を少なくした凹レンズは、例えば光ピツク
アップの受光部に使用することが可能である。
第7図(Al 、 (Bl 、 (C)は上記レンズの
製造方法を示している。
製造方法を示している。
まず第7図(Al に示すように、屈折率n、とn、の
相違する材料を組み合わゼたベレット状の硝材40を使
用し、これを加熱してその端部から引き伸ばして所定の
太さの丸棒40aを作成するにの引き伸ばし作業では硝
材40から上方へ引き出すよりも下方へ引き出す方が、
径の大きい丸棒を安定して引き出すことができる1次に
第7図+8+に示すように、丸棒40aに所定のピッチ
で傷41を付け、この傷41の下側を支えて上方から油
圧などにより圧力をかけ、短寸法の材料42を切り出す
。次にこの材料42を研磨しあるいは加熱プレスするこ
となどにより第7図(C)に示すレンズの成形を完了す
る。
相違する材料を組み合わゼたベレット状の硝材40を使
用し、これを加熱してその端部から引き伸ばして所定の
太さの丸棒40aを作成するにの引き伸ばし作業では硝
材40から上方へ引き出すよりも下方へ引き出す方が、
径の大きい丸棒を安定して引き出すことができる1次に
第7図+8+に示すように、丸棒40aに所定のピッチ
で傷41を付け、この傷41の下側を支えて上方から油
圧などにより圧力をかけ、短寸法の材料42を切り出す
。次にこの材料42を研磨しあるいは加熱プレスするこ
となどにより第7図(C)に示すレンズの成形を完了す
る。
なお図の実施例では、屈折率の相違する材料が半径方向
に2層の構造になっているが、3層またはそれ以上にし
て徐々に屈折率が異なるような組み合わせにすることも
可能である。
に2層の構造になっているが、3層またはそれ以上にし
て徐々に屈折率が異なるような組み合わせにすることも
可能である。
[効果]
以上のように本発明によれば、球面収差の少ない球面レ
ンズあるいは実質的な焦点深度の深い非球面レンズなど
を簡単に且つ低コストにて製作できるようになる。また
本発明の製造方法によりこのレンズを量産することが可
能になる。
ンズあるいは実質的な焦点深度の深い非球面レンズなど
を簡単に且つ低コストにて製作できるようになる。また
本発明の製造方法によりこのレンズを量産することが可
能になる。
第1図は本発明の第1実施例による球面凸レンズを示す
断面図、第2図はこれを右方向から見た正面図、第3図
は光の透過状態を示す断面図、第4図は第1実施例によ
るレンズの球面収差を示す線図、第5図は本発明の第2
実施例による非球面凸レンズを示す断面図、第6図は本
発明の第3実施例による凹レンズを示す断面図、第7図
(A)。 (Bl 、 (C)は本発明によるレンズ製造方法の工
程説明図、第8図は従来の球面凸レンズを示す側面図、
第9図はその球面収差を示す線図、第1O図は従来の凸
レンズにおける焦点深度を示す側面図である。 10.20.30・・・レンズ、10a、20a。 30 a−内側の材料、10b、20b、30b・・・
外側の材料、A・・・境界面。 第1図 第2図 第3 図 第4 図 第7図 (B) 第6図 第9 図
断面図、第2図はこれを右方向から見た正面図、第3図
は光の透過状態を示す断面図、第4図は第1実施例によ
るレンズの球面収差を示す線図、第5図は本発明の第2
実施例による非球面凸レンズを示す断面図、第6図は本
発明の第3実施例による凹レンズを示す断面図、第7図
(A)。 (Bl 、 (C)は本発明によるレンズ製造方法の工
程説明図、第8図は従来の球面凸レンズを示す側面図、
第9図はその球面収差を示す線図、第1O図は従来の凸
レンズにおける焦点深度を示す側面図である。 10.20.30・・・レンズ、10a、20a。 30 a−内側の材料、10b、20b、30b・・・
外側の材料、A・・・境界面。 第1図 第2図 第3 図 第4 図 第7図 (B) 第6図 第9 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、屈折率の異なる材料が光軸を囲む境界面にて接合さ
れていることを特徴とするレンズ 2、外周側の材料の屈折率が内周側の材料の屈折率より
も小さく且つ少なくとも1つの光学面が凸状の球面また
は非球面である請求項1記載のレンズ 3、外周部と内周部とが異なる屈折率の層となっている
材料を加熱しその軸方向に引き伸ばして異なる屈折率の
層が径方向に重ねられた棒材を形成する工程と、この棒
材を所定の長さに切断する工程と、切断された短棒に光
学面を加工する工程とからなることを特徴とするレンズ
の製造方法
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20274590A JPH0485501A (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | レンズならびにレンズの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20274590A JPH0485501A (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | レンズならびにレンズの製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0485501A true JPH0485501A (ja) | 1992-03-18 |
Family
ID=16462460
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20274590A Pending JPH0485501A (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | レンズならびにレンズの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0485501A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007134142A (ja) * | 2005-11-09 | 2007-05-31 | Matsushita Electric Works Ltd | 照明器具 |
JP2008037101A (ja) * | 2006-07-13 | 2008-02-21 | Nippon Steel Chem Co Ltd | フィルム積層体及びその製造方法 |
US9398990B2 (en) | 2011-07-06 | 2016-07-26 | W Mark Richter | Motion-based power assist system for wheelchairs |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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