JPH05188208A - 光学レンズとその製造方法 - Google Patents
光学レンズとその製造方法Info
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- JPH05188208A JPH05188208A JP126092A JP126092A JPH05188208A JP H05188208 A JPH05188208 A JP H05188208A JP 126092 A JP126092 A JP 126092A JP 126092 A JP126092 A JP 126092A JP H05188208 A JPH05188208 A JP H05188208A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回折形の光学レンズに関し、特に、構造が安
定で、光源の波長変動に依存しない光学レンズを提供す
る。 【構成】 基板１の表面に、反射層４を設けた反射形の
第１のグレーティング部２と、透過形の第２のグレーテ
ィング部３を構成し、基板裏面から光を、基板を通して
第１のグレーティング部へ入射し、基板内斜め方向に反
射回折し、基板の裏面で反射させ、第２のグレーティン
グ部に入射させ、集光させる。
定で、光源の波長変動に依存しない光学レンズを提供す
る。 【構成】 基板１の表面に、反射層４を設けた反射形の
第１のグレーティング部２と、透過形の第２のグレーテ
ィング部３を構成し、基板裏面から光を、基板を通して
第１のグレーティング部へ入射し、基板内斜め方向に反
射回折し、基板の裏面で反射させ、第２のグレーティン
グ部に入射させ、集光させる。
Description
【０００１】
【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、構造が安定で、光源の波長変
動の影響を回避できる光学レンズに関するものである。
関するものであり、特に、構造が安定で、光源の波長変
動の影響を回避できる光学レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】回折光学レンズは、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。しかしながら、グレーティ
ング構造であるため、一枚の回折光学レンズでは、光源
の波長変動が生じると回折角が変わり、集光特性が悪く
なるという問題点があり、半導体光源に対しては使いに
くい原因となっている。この問題点を解決できる従来の
光学レンズとして、図１０〜図１２に示すように、回折
光学レンズを２枚組み合わせて、波長変動の影響をなく
することができるレンズがあった。（(1). I. ワインカ゛ートナ
ー(Weingartner) :" リアル アント゛ アクロマチック イメーシ゛ンク゛ ウイス゛ ツ
ウ フ゜レーナー ホロク゛ラフィック オフ゜ティカル エレメンツ (Real and achroma
tic imaging with two planar holographic optical e
lements)", オフ゜ティクス コミュニケーションス゛ (Optics Communicati
ons), Vol. 58,No 6, pp. 385-388(1986). (2).山岸文
雄、稲垣雄史：”波長変動不感型グレーティングレン
ズ”, 光学第１８巻第１２号、pp. 674-680 (198
9).）。
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。しかしながら、グレーティ
ング構造であるため、一枚の回折光学レンズでは、光源
の波長変動が生じると回折角が変わり、集光特性が悪く
なるという問題点があり、半導体光源に対しては使いに
くい原因となっている。この問題点を解決できる従来の
光学レンズとして、図１０〜図１２に示すように、回折
光学レンズを２枚組み合わせて、波長変動の影響をなく
することができるレンズがあった。（(1). I. ワインカ゛ートナ
ー(Weingartner) :" リアル アント゛ アクロマチック イメーシ゛ンク゛ ウイス゛ ツ
ウ フ゜レーナー ホロク゛ラフィック オフ゜ティカル エレメンツ (Real and achroma
tic imaging with two planar holographic optical e
lements)", オフ゜ティクス コミュニケーションス゛ (Optics Communicati
ons), Vol. 58,No 6, pp. 385-388(1986). (2).山岸文
雄、稲垣雄史：”波長変動不感型グレーティングレン
ズ”, 光学第１８巻第１２号、pp. 674-680 (198
9).）。
【０００３】図９の３例とも基本的には同じなので、
（ａ）を例にして説明する。同図において、第１の基板
１０上に、円形の透過形の第１のグレーティング部１２
を形成し、第２の基板１１上に、円形の透過形の第２の
グレーティング部１３を形成し、光軸方向に、これらの
グレーティング部を２枚組み合わせた構造になってい
る。入射光５は、第１の基板１０側から入射し、第１の
グレーティング部１２で回折された光（途中回折光１
４）は、第２の基板１１上に設けた第２のグレーティン
グ部１３に入射し、回折され出射光６になり、焦点８に
集光される。入射光５の波長が変化したとき、第１のグ
レーティング１２による回折角の変化分を、第２のグレ
ーティング１３での回折角の変化分で、お互いに打ち消
すようになっているため、焦点８の位置は変化せず、ま
た収差の発生が無い。
（ａ）を例にして説明する。同図において、第１の基板
１０上に、円形の透過形の第１のグレーティング部１２
を形成し、第２の基板１１上に、円形の透過形の第２の
グレーティング部１３を形成し、光軸方向に、これらの
グレーティング部を２枚組み合わせた構造になってい
る。入射光５は、第１の基板１０側から入射し、第１の
グレーティング部１２で回折された光（途中回折光１
４）は、第２の基板１１上に設けた第２のグレーティン
グ部１３に入射し、回折され出射光６になり、焦点８に
集光される。入射光５の波長が変化したとき、第１のグ
レーティング１２による回折角の変化分を、第２のグレ
ーティング１３での回折角の変化分で、お互いに打ち消
すようになっているため、焦点８の位置は変化せず、ま
た収差の発生が無い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図９に示した従来の光
学レンズでは、第１のグレーティング部１２と第２のグ
レーティング部１３の位置合わせ（中心位置、傾き、及
び間隔）が複雑かつ面倒であり、安定性に欠けていた。
さらに、第１のグレーティング部１２と第２のグレーテ
ィング部１３を、別々の基板にそれぞれ製造しなければ
ならないという課題があった。
学レンズでは、第１のグレーティング部１２と第２のグ
レーティング部１３の位置合わせ（中心位置、傾き、及
び間隔）が複雑かつ面倒であり、安定性に欠けていた。
さらに、第１のグレーティング部１２と第２のグレーテ
ィング部１３を、別々の基板にそれぞれ製造しなければ
ならないという課題があった。
【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、光源の波長変動に依存しない光学レンズでありなが
ら、複雑な位置合わせの必要が無く、構造が安定で、製
造も容易な光学レンズを提供するものである。
で、光源の波長変動に依存しない光学レンズでありなが
ら、複雑な位置合わせの必要が無く、構造が安定で、製
造も容易な光学レンズを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、基板と、上記基板の表面に形成した第１
のグレーティング部と、上記第１のグレーティング部上
に設けた反射層と、上記基板の表面に形成した第２のグ
レーティング部とからなり、入射光を、上記基板の裏面
から上記基板を通して上記第１のグレーティング部に入
射し、上記第１のグレーティング部によって反射回折し
た光を上記基板内の伝搬光とし、上記伝搬光を、上記基
板の裏面で反射させて、上記第２のグレーティング部に
導き、出射させることを特徴とする光学レンズを提供す
るものである。
決するために、基板と、上記基板の表面に形成した第１
のグレーティング部と、上記第１のグレーティング部上
に設けた反射層と、上記基板の表面に形成した第２のグ
レーティング部とからなり、入射光を、上記基板の裏面
から上記基板を通して上記第１のグレーティング部に入
射し、上記第１のグレーティング部によって反射回折し
た光を上記基板内の伝搬光とし、上記伝搬光を、上記基
板の裏面で反射させて、上記第２のグレーティング部に
導き、出射させることを特徴とする光学レンズを提供す
るものである。
【０００７】
【作用】本発明は、同一基板上（表面）に、反射形のグ
レーティングである第１のグレーティング部と、透過形
のグレーティングである第２のグレーティング部を形成
し、第１のグレーティング部への基板裏面からの入射光
を、反射形の第１のグレーティング部により基板内斜め
方向に反射回折し、その後、基板の裏面で反射させ、第
２のグレーティング部に入射させ集光させるものであ
る。つまり、同一基板の表面だけで第１と第２のグレー
ティング部を構成できるため、波長変動の影響を回避す
ることが可能になるだけでなく、複雑な位置合わせの必
要がなく、構造も安定になり、また一度で製造できる。
レーティングである第１のグレーティング部と、透過形
のグレーティングである第２のグレーティング部を形成
し、第１のグレーティング部への基板裏面からの入射光
を、反射形の第１のグレーティング部により基板内斜め
方向に反射回折し、その後、基板の裏面で反射させ、第
２のグレーティング部に入射させ集光させるものであ
る。つまり、同一基板の表面だけで第１と第２のグレー
ティング部を構成できるため、波長変動の影響を回避す
ることが可能になるだけでなく、複雑な位置合わせの必
要がなく、構造も安定になり、また一度で製造できる。
【０００８】
【実施例】図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第１
の実施例の光学レンズの基本構成を示す平面図、基本構
成と光の集光の様子を示す側面図である。
の実施例の光学レンズの基本構成を示す平面図、基本構
成と光の集光の様子を示す側面図である。
【０００９】同図において、ガラス等の基板１表面に、
例えばＡｇやＡｌ、Ａｕ等の金属層または誘電体の多層
膜の反射層４Ａを上面に設けた、同心円のグレーティン
グからなる反射形の第１のグレーティング部２と、同じ
く同心円のグレーティングからなる透過形の第２のグレ
ーティング部を形成している。入射光５は、基板１裏面
から基板１内を通って第１のグレーティング部に入射
し、斜め方向に図のように反射回折され、基板１内の伝
搬光７となり、基板１の裏面の反射層４Ｂを形成した部
分で反射され、第２のグレーティング部３に入射し、外
部に回折され、焦点８に集光される。
例えばＡｇやＡｌ、Ａｕ等の金属層または誘電体の多層
膜の反射層４Ａを上面に設けた、同心円のグレーティン
グからなる反射形の第１のグレーティング部２と、同じ
く同心円のグレーティングからなる透過形の第２のグレ
ーティング部を形成している。入射光５は、基板１裏面
から基板１内を通って第１のグレーティング部に入射
し、斜め方向に図のように反射回折され、基板１内の伝
搬光７となり、基板１の裏面の反射層４Ｂを形成した部
分で反射され、第２のグレーティング部３に入射し、外
部に回折され、焦点８に集光される。
【００１０】このように、本発明者は、反射形グレーテ
ィング２と基板１裏面の反射を組み合わせることによ
り、透過形グレーティング３を形成した基板１表面に２
組のグレーティング部２、３を形成できることを発見し
た。さらに、従来例のように、透過形グレーティングど
うしを２組組み合わせるより、本発明のように、反射形
グレーティング２を含む組合せの方が光学特性が優れて
いることを発見した。
ィング２と基板１裏面の反射を組み合わせることによ
り、透過形グレーティング３を形成した基板１表面に２
組のグレーティング部２、３を形成できることを発見し
た。さらに、従来例のように、透過形グレーティングど
うしを２組組み合わせるより、本発明のように、反射形
グレーティング２を含む組合せの方が光学特性が優れて
いることを発見した。
【００１１】本実施例では、グレーティング部１は、内
向きの鋸歯形状のグレーティングからなり、グレーティ
ング部２は断面が矩形形状のグレーティングとした。内
向きの鋸歯形状とは、図１に示すように、グレーティン
グの斜面が中央部（光軸）に向いている場合を指し、そ
の逆の場合を外向きの鋸歯形状（例えば、図５の場合）
と定義する。このように、グレーティング部２を内向き
の鋸歯形状とすることにより、入射光５を高効率（７０
〜８０％）で、図１のように斜め外側に反射させるため
である。また、第２のグレーティング部３を外向きの鋸
歯形状とすると効率がよいが、本実施例では、このグレ
ーティング部３の周期が１μm以下となったため、微細
加工が難しくなり、断面を矩形形状とした。
向きの鋸歯形状のグレーティングからなり、グレーティ
ング部２は断面が矩形形状のグレーティングとした。内
向きの鋸歯形状とは、図１に示すように、グレーティン
グの斜面が中央部（光軸）に向いている場合を指し、そ
の逆の場合を外向きの鋸歯形状（例えば、図５の場合）
と定義する。このように、グレーティング部２を内向き
の鋸歯形状とすることにより、入射光５を高効率（７０
〜８０％）で、図１のように斜め外側に反射させるため
である。また、第２のグレーティング部３を外向きの鋸
歯形状とすると効率がよいが、本実施例では、このグレ
ーティング部３の周期が１μm以下となったため、微細
加工が難しくなり、断面を矩形形状とした。
【００１２】グレーティング部２の最大膜厚または溝の
最大深さＬは、鋸歯形状の場合、グレーティング部２の
屈折率ｎ'、入射光の波長λに対して、 ０.９λ／（２ｎ'）≦Ｌ≦１.１λ／（２ｎ'） のときが効率が良かった。例えば、λ＝０.８μm、ｎ'
＝１.６ではＬ＝０.２５μm近傍である。また、グレー
ティング部３の最大膜厚または溝の最大深さＬ1は、矩
形形状の場合、 ０.４λ／（ｎ'−１）≦Ｌ1≦０．６λ／（ｎ'−１） のときが効率が良かった。例えば、λ＝０.６３２８μ
m、ｎ'＝１.６ではＬ＝０.５μm近傍である。なお、グ
レーティング部３が鋸歯形状の時（図４〜７）は、その
最大膜厚は、矩形形状の２倍のとき（例えば１μm）が
効率がよかった。
最大深さＬは、鋸歯形状の場合、グレーティング部２の
屈折率ｎ'、入射光の波長λに対して、 ０.９λ／（２ｎ'）≦Ｌ≦１.１λ／（２ｎ'） のときが効率が良かった。例えば、λ＝０.８μm、ｎ'
＝１.６ではＬ＝０.２５μm近傍である。また、グレー
ティング部３の最大膜厚または溝の最大深さＬ1は、矩
形形状の場合、 ０.４λ／（ｎ'−１）≦Ｌ1≦０．６λ／（ｎ'−１） のときが効率が良かった。例えば、λ＝０.６３２８μ
m、ｎ'＝１.６ではＬ＝０.５μm近傍である。なお、グ
レーティング部３が鋸歯形状の時（図４〜７）は、その
最大膜厚は、矩形形状の２倍のとき（例えば１μm）が
効率がよかった。
【００１３】グレーティング部２、３の作製方法として
は、公知の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等
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、第
１と第２のグレーティング部２、３を同時に作製した
後、反射層４Ａを堆積した。反射層４Ａの膜厚は、グレ
ーティング部２の最大膜厚よりも大きくすることによ
り、反射効率を高めることができた。大量生産は、反射
層４Ａを堆積する前の第１のグレーティング部２と第２
のグレーティング部３を同時に含む金型を作製し、例え
ば、ＵＶ硬化樹脂を用いて金型から複製し、反射層４Ａ
を堆積すれば原盤と同一の、第１のグレーティング部２
と第２のグレーティング部３が、同時に複製でき、本発
明の光学レンズが、低価格で製造可能である。
は、公知の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等
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、第
１と第２のグレーティング部２、３を同時に作製した
後、反射層４Ａを堆積した。反射層４Ａの膜厚は、グレ
ーティング部２の最大膜厚よりも大きくすることによ
り、反射効率を高めることができた。大量生産は、反射
層４Ａを堆積する前の第１のグレーティング部２と第２
のグレーティング部３を同時に含む金型を作製し、例え
ば、ＵＶ硬化樹脂を用いて金型から複製し、反射層４Ａ
を堆積すれば原盤と同一の、第１のグレーティング部２
と第２のグレーティング部３が、同時に複製でき、本発
明の光学レンズが、低価格で製造可能である。
【００１４】基板１としては、使用波長に対して透明で
あれば良く、例えば石英等のガラス基板は、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。
あれば良く、例えば石英等のガラス基板は、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。
【００１５】図２は、本発明の第１の実施例の光学レン
ズにおいて、入射光の波長変動Δλが生じたときの集光
の様子を示す側面図である。同図において、光線を示す
実線は波長がλのとき（Δλ＝０）の光の集光する様子
を示し、２点鎖線、点線は、それぞれ、λが大きくなっ
たとき（Δλ＞０）、λが小さくなったとき（Δλ＜
０）の様子を示している。
ズにおいて、入射光の波長変動Δλが生じたときの集光
の様子を示す側面図である。同図において、光線を示す
実線は波長がλのとき（Δλ＝０）の光の集光する様子
を示し、２点鎖線、点線は、それぞれ、λが大きくなっ
たとき（Δλ＞０）、λが小さくなったとき（Δλ＜
０）の様子を示している。
【００１６】いま、屈折率ｎの基板中において、周期Λ
のグレーティングに、波長λの光が角度θで入射したと
きの回折角θDは、
のグレーティングに、波長λの光が角度θで入射したと
きの回折角θDは、
【００１７】
【数１】
【００１８】で表わされる。いま、波長がΔλだけ変化
したとすると、上式から回折角の変化分は
したとすると、上式から回折角の変化分は
【００１９】
【数２】
【００２０】となり、この値は、波長変化分に比例し、
グレーティング周期に反比例する。従って、入射光の波
長変動が生じて、第１のグレーティング部２で受けた、
回折角の変化は、第２のグレーティング部３でそれを打
ち消すようにグレーティング周期を設定することのよ
り、焦点８の位置を変えることなく、また集光スポット
もぼけなくすることが可能であった。
グレーティング周期に反比例する。従って、入射光の波
長変動が生じて、第１のグレーティング部２で受けた、
回折角の変化は、第２のグレーティング部３でそれを打
ち消すようにグレーティング周期を設定することのよ
り、焦点８の位置を変えることなく、また集光スポット
もぼけなくすることが可能であった。
【００２１】図３は本発明の第２の実施例の光学レンズ
の基本構成と集光の様子を示す側面図である。第１の実
施例と異なる点について説明する。本実施例では、基板
１の裏面には反射層が無く、伝搬光７が基板１の裏面で
の反射に全反射を用いている。図３のように伝搬光７の
反射角をそれぞれ、θ1、θ2とするとどちらの角も、次
の式で定義される臨界角θcよりも大きいときには、全
反射が利用できる。
の基本構成と集光の様子を示す側面図である。第１の実
施例と異なる点について説明する。本実施例では、基板
１の裏面には反射層が無く、伝搬光７が基板１の裏面で
の反射に全反射を用いている。図３のように伝搬光７の
反射角をそれぞれ、θ1、θ2とするとどちらの角も、次
の式で定義される臨界角θcよりも大きいときには、全
反射が利用できる。
【００２２】
【数３】
【００２３】例えば、基板１の屈折率がｎ＝１.６のと
き、臨界角は、θc＝３８.７°である。本実施例では、
例えば、λ＝０.８μmに対して、第１のグレーティング
部４を構成するグレーティングの周期をΛ＜０.８μmと
した。本実施例の光学レンズでは、裏面の反射層がいら
ない分だけ、製造が楽になる。その代わり、グレーティ
ング部２、３の周期が第１の実施例よりも小さくする必
要があった。
き、臨界角は、θc＝３８.７°である。本実施例では、
例えば、λ＝０.８μmに対して、第１のグレーティング
部４を構成するグレーティングの周期をΛ＜０.８μmと
した。本実施例の光学レンズでは、裏面の反射層がいら
ない分だけ、製造が楽になる。その代わり、グレーティ
ング部２、３の周期が第１の実施例よりも小さくする必
要があった。
【００２４】図４は本発明の第３の実施例の光学レンズ
の基本構成と集光の様子を示す側面図である。第１の実
施例と異なる点について説明する。本実施例では、例え
ば半導体レーザである光源９を基板１の裏面に設け、入
射光５として、発散球面波を用い、第２のグレーティン
グ部３'として、外向きの鋸歯形状グレーティングを用
いた。光源９を直接基板１の裏面に設けると、中央部の
穴のあいたドーナツ形状である反射層４Ｂの穴の径を小
さくできた。そのため、第１のグレーティング部２で回
折角を小さくすることが可能であり、その結果、第２の
グレーティング部３'と第１のグレーティング部２の間
隔を小さくでき、第２のグレーティング部３'の周期を
大きくでき、製造が容易になる。本実施例では、その結
果、第２のグレーティング部３'の断面を鋸歯形状にす
ることができ、高効率となった。
の基本構成と集光の様子を示す側面図である。第１の実
施例と異なる点について説明する。本実施例では、例え
ば半導体レーザである光源９を基板１の裏面に設け、入
射光５として、発散球面波を用い、第２のグレーティン
グ部３'として、外向きの鋸歯形状グレーティングを用
いた。光源９を直接基板１の裏面に設けると、中央部の
穴のあいたドーナツ形状である反射層４Ｂの穴の径を小
さくできた。そのため、第１のグレーティング部２で回
折角を小さくすることが可能であり、その結果、第２の
グレーティング部３'と第１のグレーティング部２の間
隔を小さくでき、第２のグレーティング部３'の周期を
大きくでき、製造が容易になる。本実施例では、その結
果、第２のグレーティング部３'の断面を鋸歯形状にす
ることができ、高効率となった。
【００２５】本実施例では、グレーティング部２、３'
を構成するグレーティングのパターン形状は円形とした
が、光源９である半導体レーザからの発散球面波５は、
一般に非点収差が発生するため、グレーティング部２、
３'を構成するグレーティングのパターン形状を楕円形
とすることにより、逆の方向に非点収差を発生させて無
収差とすることが可能になる。
を構成するグレーティングのパターン形状は円形とした
が、光源９である半導体レーザからの発散球面波５は、
一般に非点収差が発生するため、グレーティング部２、
３'を構成するグレーティングのパターン形状を楕円形
とすることにより、逆の方向に非点収差を発生させて無
収差とすることが可能になる。
【００２６】図５は本発明の第４の実施例の光学レンズ
の基本構成と集光の様子を示す側面図、図６は、本実施
例における第１と第２のグレーティング部を構成するグ
レーティングの周期とレンズ位置（光軸を原点）との関
係を示している。第３の実施例と異なる点について説明
する。
の基本構成と集光の様子を示す側面図、図６は、本実施
例における第１と第２のグレーティング部を構成するグ
レーティングの周期とレンズ位置（光軸を原点）との関
係を示している。第３の実施例と異なる点について説明
する。
【００２７】本実施例では、第１のグレーティング部
２'を構成するグレーティングを外向きの鋸歯形状にし
たことである。すなわち、グレーティング部２に入射し
た光は、これまでの実施例のように斜め外向きに回折さ
れずに、同図に示すように、斜め内向きに反射回折さ
れ、レンズ中央部（光軸）を横切り、基板１の裏面の反
射層４Ｂで反射され、第２のグレーティング部３'に入
射し、焦点８に集光される。従って、グレーティング部
２'と３'の間隔を小さくすることができ、その結果、グ
レーティング部３'の作製が楽になる。
２'を構成するグレーティングを外向きの鋸歯形状にし
たことである。すなわち、グレーティング部２に入射し
た光は、これまでの実施例のように斜め外向きに回折さ
れずに、同図に示すように、斜め内向きに反射回折さ
れ、レンズ中央部（光軸）を横切り、基板１の裏面の反
射層４Ｂで反射され、第２のグレーティング部３'に入
射し、焦点８に集光される。従って、グレーティング部
２'と３'の間隔を小さくすることができ、その結果、グ
レーティング部３'の作製が楽になる。
【００２８】さらに、本実施例では、入射光５である発
散球面波の広がり角が十分大きくても、波長変動を打ち
消す条件が存在するため、設計の自由度が大きくなると
いう効果がある。本実施例では、例えば、基板１の厚さ
を２ｍｍ、基板１の屈折率を１.５、波長を０.８μm、
焦点距離（基板１の表面から焦点８までの距離）を５ｍ
ｍ、第１のグレーティング部２'の口径を０.５ｍｍ、第
２のグレーティング部３'は、レンズ位置０.２５ｍｍか
ら０.５１６ｍｍとした。レンズとしての口径は、１.０
３ｍｍである。第１のグレーティング部２'の周期は中
央部４.２μmから外周部２.１μm、第２のグレーティン
グ部３'の周期は内周部３.４μmから外周部２.７μmま
で図６のように変化させた。
散球面波の広がり角が十分大きくても、波長変動を打ち
消す条件が存在するため、設計の自由度が大きくなると
いう効果がある。本実施例では、例えば、基板１の厚さ
を２ｍｍ、基板１の屈折率を１.５、波長を０.８μm、
焦点距離（基板１の表面から焦点８までの距離）を５ｍ
ｍ、第１のグレーティング部２'の口径を０.５ｍｍ、第
２のグレーティング部３'は、レンズ位置０.２５ｍｍか
ら０.５１６ｍｍとした。レンズとしての口径は、１.０
３ｍｍである。第１のグレーティング部２'の周期は中
央部４.２μmから外周部２.１μm、第２のグレーティン
グ部３'の周期は内周部３.４μmから外周部２.７μmま
で図６のように変化させた。
【００２９】図７は本発明の第５の実施例の光学レンズ
の基本構成と集光の様子を示す側面図である。第４の実
施例と異なる点について説明する。本実施例では、第１
のグレーティング部２'からの反射回折光の基板１の裏
面の反射角θ1、θ2を臨界角よりも大きくすることによ
り、基板１の裏面の反射層を無くし、その結果、平行の
入射光５でも、使えるようになったことである。従っ
て、平行光を入射光とした本発明の第１の実施例の光学
レンズに比べて、第１のグレーティング部２'と第２の
グレーティング部３'の間隔を小さくすることができ、
第２のグレーティング部３'の周期がより大きくでき、
製造が楽になるとともに、鋸歯形状の作製が可能とな
り、第２のグレーティング部３'の効率が向上した。
の基本構成と集光の様子を示す側面図である。第４の実
施例と異なる点について説明する。本実施例では、第１
のグレーティング部２'からの反射回折光の基板１の裏
面の反射角θ1、θ2を臨界角よりも大きくすることによ
り、基板１の裏面の反射層を無くし、その結果、平行の
入射光５でも、使えるようになったことである。従っ
て、平行光を入射光とした本発明の第１の実施例の光学
レンズに比べて、第１のグレーティング部２'と第２の
グレーティング部３'の間隔を小さくすることができ、
第２のグレーティング部３'の周期がより大きくでき、
製造が楽になるとともに、鋸歯形状の作製が可能とな
り、第２のグレーティング部３'の効率が向上した。
【００３０】図８は本発明の第６の実施例の光学レンズ
の基本構成と集光の様子を示す側面図である。第１の実
施例と異なる点について説明する。第１のグレーティン
グ部を基板１の外側に形成し、その内側に第２のグレー
ティング部３を形成したたことである。その結果、出射
光６の中央部にも光が存在できるようになったため、焦
点８での集光スポットのサイドローブの強度が減少し
た。
の基本構成と集光の様子を示す側面図である。第１の実
施例と異なる点について説明する。第１のグレーティン
グ部を基板１の外側に形成し、その内側に第２のグレー
ティング部３を形成したたことである。その結果、出射
光６の中央部にも光が存在できるようになったため、焦
点８での集光スポットのサイドローブの強度が減少し
た。
【００３１】図９は本発明の第７の実施例の光学レンズ
の基本構成を示す平面図である。側面は、本発明の第１
の実施例の図１（ｂ）と同じである。第１の実施例と異
なる点について説明する。本実施例の光学レンズは、第
１と第２のグレーティング部２''、３''は直線状グレー
ティングであり、一直線状に光を集光することができ
る。この光学レンズは、光カードシステムのように、線
上の情報を並列的に読みたいときに特に有効である。
の基本構成を示す平面図である。側面は、本発明の第１
の実施例の図１（ｂ）と同じである。第１の実施例と異
なる点について説明する。本実施例の光学レンズは、第
１と第２のグレーティング部２''、３''は直線状グレー
ティングであり、一直線状に光を集光することができ
る。この光学レンズは、光カードシステムのように、線
上の情報を並列的に読みたいときに特に有効である。
【００３２】以上、本発明の光学レンズについて、第１
から第７の実施例について述べたが、これらの実施例の
光学レンズ以外に、それぞれの光学レンズの構成を組み
合わせた光学レンズも構成可能であり、同様の効果を有
するのは言うまでもない。
から第７の実施例について述べたが、これらの実施例の
光学レンズ以外に、それぞれの光学レンズの構成を組み
合わせた光学レンズも構成可能であり、同様の効果を有
するのは言うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、構造が安
定で、光源の波長変動に依存しない光学レンズが実現可
能であるという効果を有する。
定で、光源の波長変動に依存しない光学レンズが実現可
能であるという効果を有する。
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例の光学レンズの
基本構成と集光の様子を示す平面図 （ｂ）は本発明の第１の実施例の光学レンズの基本構成
と集光の様子を示す側面図
基本構成と集光の様子を示す平面図 （ｂ）は本発明の第１の実施例の光学レンズの基本構成
と集光の様子を示す側面図
【図２】本発明の第１の実施例の光学レンズにおいて、
入射光の波長変動が生じたときの集光の様子を示す側面
図
入射光の波長変動が生じたときの集光の様子を示す側面
図
【図３】本発明の第２の実施例の光学レンズの基本構成
と集光の様子を示す側面図
と集光の様子を示す側面図
【図４】本発明の第３の実施例の光学レンズの基本構成
と集光の様子を示す側面図
と集光の様子を示す側面図
【図５】本発明の第４の実施例の光学レンズの基本構成
と集光の様子を示す側面図
と集光の様子を示す側面図
【図６】は第１と第２のグレーティング部におけるグレ
ーティング周期とレンズ位置の関係図
ーティング周期とレンズ位置の関係図
【図７】本発明の第５の実施例の光学レンズの基本構成
と集光の様子を示す側面図
と集光の様子を示す側面図
【図８】本発明の第６の実施例の光学レンズの基本構成
と集光の様子を示す側面図
と集光の様子を示す側面図
【図９】本発明の第７の実施例の光学レンズの基本構成
と集光の様子を示す側面図
と集光の様子を示す側面図
【図１０】従来の光学レンズの構成を示す側面図
【図１１】従来の光学レンズの構成を示す側面図
【図１２】従来の光学レンズの構成を示す側面図
１ 基板 ２ 第１のグレーティング部 ３ 第２のグレーティング部 ４ 反射層 ５ 入射光 ６ 出射光 ７ 伝搬光 ８ 焦点 ９ 光源
Claims (8)
- 【請求項１】基板と、上記基板の表面に形成した第１の
グレーティング部と、上記第１のグレーティング部上に
設けた反射層と、上記基板の表面に形成した第２のグレ
ーティング部とからなり、入射光を、上記基板の裏面か
ら上記基板を通して上記第１のグレーティング部に入射
し、上記第１のグレーティング部によって反射回折した
光を上記基板内の伝搬光とし、上記伝搬光を、上記基板
の裏面で反射させて、上記第２のグレーティング部に導
き、出射させることを特徴とする光学レンズ。 - 【請求項２】第１のグレーティング部と第２のグレーテ
ィング部は、楕円形のグレーティングから構成されてい
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】第１のグレーティング部と第２のグレーテ
ィング部は、直線状グレーティングで構成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の光学レンズ。 - 【請求項４】基板の裏面に反射層を設けることを特徴と
する請求項１記載の光学レンズ。 - 【請求項５】伝搬光が基板の裏面で反射する際の、垂直
方向からの反射角が、臨界角を越えることを特徴とする
請求項１記載の光学レンズ。 - 【請求項６】第１のグレーティング部は、外向きの鋸歯
形状のグレーティングから構成されていることを特徴と
する請求項１記載の光学レンズ。 - 【請求項７】入射光を発する光源を、基板の裏面に設け
ることを特徴とする請求項１記載の光学レンズ。 - 【請求項８】第１のグレーティング部と第２のグレーテ
ィング部を同時に含む金型を作製し、上記金形を用い
て、第１のグレーティング部と第２のグレーティング部
を同時に複製することを特徴とする請求項１記載の光学
レンズの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4001260A JP3003348B2 (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | 光学レンズとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4001260A JP3003348B2 (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | 光学レンズとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05188208A true JPH05188208A (ja) | 1993-07-30 |
| JP3003348B2 JP3003348B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=11496489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4001260A Expired - Fee Related JP3003348B2 (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | 光学レンズとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3003348B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6728034B1 (en) | 1999-06-16 | 2004-04-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Diffractive optical element that polarizes light and an optical pickup using the same |
| JP2005524096A (ja) * | 2002-04-25 | 2005-08-11 | プラノプ プラナール オプティックス リミテッド | 広視野を有する多色画像用の光学装置 |
-
1992
- 1992-01-08 JP JP4001260A patent/JP3003348B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6728034B1 (en) | 1999-06-16 | 2004-04-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Diffractive optical element that polarizes light and an optical pickup using the same |
| US6947213B2 (en) | 1999-06-16 | 2005-09-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Diffractive optical element that polarizes light and an optical pickup using the same |
| JP2005524096A (ja) * | 2002-04-25 | 2005-08-11 | プラノプ プラナール オプティックス リミテッド | 広視野を有する多色画像用の光学装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3003348B2 (ja) | 2000-01-24 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |