JPH0727112B2 - 屈折率分布型ネガティブレンズ - Google Patents
屈折率分布型ネガティブレンズInfo
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- JPH0727112B2 JPH0727112B2 JP61050020A JP5002086A JPH0727112B2 JP H0727112 B2 JPH0727112 B2 JP H0727112B2 JP 61050020 A JP61050020 A JP 61050020A JP 5002086 A JP5002086 A JP 5002086A JP H0727112 B2 JPH0727112 B2 JP H0727112B2
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Landscapes
- Lenses (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発散光、平行光、収束光のレンズ透過後におけ
る光線進行方向変換用として用いるネガティブレンズに
関する。
る光線進行方向変換用として用いるネガティブレンズに
関する。
平行光線を発散光に変換する場合、収束光を平行光に変
換する場合、収束光あるいは発散光の角度を変換する場
合等に使用されるレンズとして、球面収差及びコマ収差
が極めて小さい値が要求される場合には、一般に２個以
上の球面レンズを組合せたものが用いられている。
換する場合、収束光あるいは発散光の角度を変換する場
合等に使用されるレンズとして、球面収差及びコマ収差
が極めて小さい値が要求される場合には、一般に２個以
上の球面レンズを組合せたものが用いられている。
上記の組合せレンズは研磨及び貼り合せに多くの工数が
かかり製造コストが高くつくとともに、軽量小型化が難
しいという問題がある。
かかり製造コストが高くつくとともに、軽量小型化が難
しいという問題がある。
上記問題点の改善策として非球面レンズも使用されるよ
うになってきているが、非球面レンズは非球面の加工あ
るいは測定が必ずしも容易ではなく、量産に適している
とは言い難い。
うになってきているが、非球面レンズは非球面の加工あ
るいは測定が必ずしも容易ではなく、量産に適している
とは言い難い。
上記の問題を解決する本発明のネガティブレンズは、屈
折率が光軸方向に変化するとともに光軸に垂直な方向に
は一定であるような屈折率変化領域と、全体に屈折率が
一定の領域とを含み、前記屈折率変化領域を含むレンズ
面が球面であり、該領域の最小屈折率n00を持つ点を原
点として、該原点から光軸上でＺの距離にある部分の屈
折率ｎ（Ｚ）をｎ（Ｚ）＝n00＋n1Z＋n2Z2で表わすとき n00＝1.50〜1.75,n1＝0.02〜0.14mm-1, n2＝−0.03〜＋0.03mm-2であり、且つ前記屈折率変化領
域はＺ＝０から少なくとも （Ｄはレンズ口径、Ｒは最小屈折率n00を含むレンズ面
の曲率半径）の厚みの範囲に形成されていて、球面収差
及びコマ収差を補正した焦点距離が−20〜−5mmで開口
数（NA）が0.1〜0.35である。
折率が光軸方向に変化するとともに光軸に垂直な方向に
は一定であるような屈折率変化領域と、全体に屈折率が
一定の領域とを含み、前記屈折率変化領域を含むレンズ
面が球面であり、該領域の最小屈折率n00を持つ点を原
点として、該原点から光軸上でＺの距離にある部分の屈
折率ｎ（Ｚ）をｎ（Ｚ）＝n00＋n1Z＋n2Z2で表わすとき n00＝1.50〜1.75,n1＝0.02〜0.14mm-1, n2＝−0.03〜＋0.03mm-2であり、且つ前記屈折率変化領
域はＺ＝０から少なくとも （Ｄはレンズ口径、Ｒは最小屈折率n00を含むレンズ面
の曲率半径）の厚みの範囲に形成されていて、球面収差
及びコマ収差を補正した焦点距離が−20〜−5mmで開口
数（NA）が0.1〜0.35である。
本発明の好ましい実施例では、屈折率変化領域を光線出
射面から一定深さまで設け、この領域に隣接して光線入
射面まで屈折率一定領域を設ける。
射面から一定深さまで設け、この領域に隣接して光線入
射面まで屈折率一定領域を設ける。
また他の好ましい実施例として、光線出射面及び入射面
のそれぞれから一定深さまで屈折率変化領域とするとと
もに、これら両領域の中間を屈折率一定領域とする。後
者の場合、両屈折率変化領域におけるS0,n00,n1,n2,Rの
値は全て一致するか、あるいは１つ以上の値が異なって
いてよい。
のそれぞれから一定深さまで屈折率変化領域とするとと
もに、これら両領域の中間を屈折率一定領域とする。後
者の場合、両屈折率変化領域におけるS0,n00,n1,n2,Rの
値は全て一致するか、あるいは１つ以上の値が異なって
いてよい。
本発明に係る屈折率分布型ネガティブレンズは、光軸方
向に屈折率勾配を有する領域を設けて、この屈折率変化
領域を含むレンズ面を球面としているので、球面上で中
心から外周に向けて同心円状に変化する屈折率勾配が付
与され、この屈折率勾配によって球面収差が補正され、
その球面によってコマ収差が補正される。
向に屈折率勾配を有する領域を設けて、この屈折率変化
領域を含むレンズ面を球面としているので、球面上で中
心から外周に向けて同心円状に変化する屈折率勾配が付
与され、この屈折率勾配によって球面収差が補正され、
その球面によってコマ収差が補正される。
また平板状のガラス基板表面から深さ方向に、イオン交
換処理法等により屈折率勾配を形成して該面を球面加工
することにより球面状に同心円状の屈折率勾配を与える
ことができるので、短かい処理時間で薄い屈折率勾配層
であっても、球面の外周まで屈折率勾配の存在する大口
径の球面レンズを得ることができる。
換処理法等により屈折率勾配を形成して該面を球面加工
することにより球面状に同心円状の屈折率勾配を与える
ことができるので、短かい処理時間で薄い屈折率勾配層
であっても、球面の外周まで屈折率勾配の存在する大口
径の球面レンズを得ることができる。
以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。
する。
第１図においてレンズ１は第１の屈折面2Aが曲率半径R1
の凹球面となっており、レンズ面の側周を含む仮想面と
光軸３との交点０を原点として、この原点０から光軸方
向にZ0の距離範囲にわたり屈折率変化領域４が設けてあ
り、残りの部分は屈折率一定領域５としてある。
の凹球面となっており、レンズ面の側周を含む仮想面と
光軸３との交点０を原点として、この原点０から光軸方
向にZ0の距離範囲にわたり屈折率変化領域４が設けてあ
り、残りの部分は屈折率一定領域５としてある。
上記の屈折率変化領域４内では、原点０から距離Ｚにお
ける屈折率ｎ（Ｚ）が、 ｎ（Ｚ）＝n00＋n1Z＋n2Z2 （１） で表わされる屈折率分布が与えられており、且つ光軸に
垂直な面内では屈折率が一定となっている。
ける屈折率ｎ（Ｚ）が、 ｎ（Ｚ）＝n00＋n1Z＋n2Z2 （１） で表わされる屈折率分布が与えられており、且つ光軸に
垂直な面内では屈折率が一定となっている。
（１）式においてn00は原点０でのレンズ屈折率、n1,n2
は定数で、光学系で用いられる半導体レーザなどの光源
の波長における値である。
は定数で、光学系で用いられる半導体レーザなどの光源
の波長における値である。
その屈折率値は、原点０における値が最小であり、距離
Ｚとともに０≦Ｚ≦Z0の範囲で単調に増加し、n00＝1.5
0〜1.75,n1＝0.02〜0.14mm-1、n2＝−0.03〜0.03mm-2の
範囲の値を持つ。またレンズ最外周での厚みをｔ′とし
た時、Z0≦Ｚ≦ｔ′の範囲５では屈折率は一定値をも
つ。他方の屈折面2Bの曲率半径R2はコマ収差を補正する
ように値が決定され、屈折率一定領域５の屈折率値に依
存してR2＞0,R2＝0,R2＜０の値をもつ。
Ｚとともに０≦Ｚ≦Z0の範囲で単調に増加し、n00＝1.5
0〜1.75,n1＝0.02〜0.14mm-1、n2＝−0.03〜0.03mm-2の
範囲の値を持つ。またレンズ最外周での厚みをｔ′とし
た時、Z0≦Ｚ≦ｔ′の範囲５では屈折率は一定値をも
つ。他方の屈折面2Bの曲率半径R2はコマ収差を補正する
ように値が決定され、屈折率一定領域５の屈折率値に依
存してR2＞0,R2＝0,R2＜０の値をもつ。
第１図においてS0はサグとよばれ、レンズ口径をＤとす
ると で与えられる。
ると で与えられる。
そして本例レンズでは０点から上記サグS0よりも大きな
距離Z0の範囲まで前述した屈折率勾配を与えてある。こ
れにより、球面屈折面2A上には、屈折率が中心で最大で
外周に向けて半径方向に屈折率が漸減する同心円状の屈
折率分布が形成される。
距離Z0の範囲まで前述した屈折率勾配を与えてある。こ
れにより、球面屈折面2A上には、屈折率が中心で最大で
外周に向けて半径方向に屈折率が漸減する同心円状の屈
折率分布が形成される。
第２図に本発明の他の実施例を示す。
本例はレンズ１の両面側にそれぞれ屈折率変化領域4Aお
よび4Bを設け、これらの中間に屈折率一定領域５を設け
たものである。
よび4Bを設け、これらの中間に屈折率一定領域５を設け
たものである。
すなわち０を原点として０≦Ｚ≦Z0の範囲で第１図のレ
ンズと同一式で示される屈折率分布を付与し、他方の屈
折面2Bの側周を含む仮想面と光軸３との交点を０′とし
て、０≦Ｚ≦Z0′の範囲で同一の屈折率分布 ｎ（Ｚ）＝n00＋n1Z＋n2Z2 （２） で表わされる。またZ0′は該レンズ面でのサグS0′より
大である。ここでサグS0′は、 である。
ンズと同一式で示される屈折率分布を付与し、他方の屈
折面2Bの側周を含む仮想面と光軸３との交点を０′とし
て、０≦Ｚ≦Z0′の範囲で同一の屈折率分布 ｎ（Ｚ）＝n00＋n1Z＋n2Z2 （２） で表わされる。またZ0′は該レンズ面でのサグS0′より
大である。ここでサグS0′は、 である。
本発明に係るレンズの好適な製造方法について述べる
と、ガラスの屈折率増加に寄与する１価陽イオン、例え
ばLi,Cs,Tl,Agイオンの少なくとも１種のイオンを含む
組成のガラス基板を、そのガラスの屈折率の減少に寄与
する１価陽イオンを含む溶融塩中に、基板ガラスの転移
点付近の温度で浸漬処理する。
と、ガラスの屈折率増加に寄与する１価陽イオン、例え
ばLi,Cs,Tl,Agイオンの少なくとも１種のイオンを含む
組成のガラス基板を、そのガラスの屈折率の減少に寄与
する１価陽イオンを含む溶融塩中に、基板ガラスの転移
点付近の温度で浸漬処理する。
上記浸漬処理で基板ガラスの両面から溶融塩に向けてガ
ラス内の前記イオンが拡散し、イオン濃度分布により表
面から内部に向って一様に増加する屈折率分布が形成さ
れる。
ラス内の前記イオンが拡散し、イオン濃度分布により表
面から内部に向って一様に増加する屈折率分布が形成さ
れる。
上記溶融塩としては硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物など
を用いることができる。浸漬処理の温度が一般に高い程
イオン交換速度が大きくなるため好都合であるが、高温
ではガラスの変形が起るためガラスの転移点付近の温度
が選ばれ、一般には転移点＋50℃の範囲で行なうのが好
ましい。
を用いることができる。浸漬処理の温度が一般に高い程
イオン交換速度が大きくなるため好都合であるが、高温
ではガラスの変形が起るためガラスの転移点付近の温度
が選ばれ、一般には転移点＋50℃の範囲で行なうのが好
ましい。
上記のイオン交換処理の後、ガラス基板の片面または両
面を所定曲率半径の球面に、またレンズ厚みを所定の厚
みに加工する。
面を所定曲率半径の球面に、またレンズ厚みを所定の厚
みに加工する。
次に本発明の具体的実施例を示す。
実施例１ 第１表に示した組成の直径10mm,厚さ2.32mmのガラス円
板をモル比でKNO3/TlNO3＝99/1の組成を持つ溶融塩中で
475℃の温度で29日間の浸漬処理を行なった。
板をモル比でKNO3/TlNO3＝99/1の組成を持つ溶融塩中で
475℃の温度で29日間の浸漬処理を行なった。
上記母材ガラスの転移点（Tg）は486℃であった。同試
料において両表面を各々0.1mmの厚みだけ研磨除去した
後、厚み方向でのTlイオンの濃度分布をＸ線マイクロア
ナライザーで測定した結果を第３図に示した。また厚み
方向に屈折率分布を測定した結果、両表面からそれぞれ
厚み0.56mmの間で単調に増加する屈折率分布であった。
また表面の屈折率は1.577でありその表面から内部に向
けて０≦Ｚ≦0.56mmでの屈折率分布はｎ（Ｚ）＝1.577
＋0.0417Zで表わされた。一方、両表面からそれぞれ0.5
6mmにわたって屈折率が変化しているのに対し、残りの
中心付近の厚み1mmの範囲ではイオン交換が生じておら
ず、母材と同一の1,600の均一な屈折率を持っていた。
料において両表面を各々0.1mmの厚みだけ研磨除去した
後、厚み方向でのTlイオンの濃度分布をＸ線マイクロア
ナライザーで測定した結果を第３図に示した。また厚み
方向に屈折率分布を測定した結果、両表面からそれぞれ
厚み0.56mmの間で単調に増加する屈折率分布であった。
また表面の屈折率は1.577でありその表面から内部に向
けて０≦Ｚ≦0.56mmでの屈折率分布はｎ（Ｚ）＝1.577
＋0.0417Zで表わされた。一方、両表面からそれぞれ0.5
6mmにわたって屈折率が変化しているのに対し、残りの
中心付近の厚み1mmの範囲ではイオン交換が生じておら
ず、母材と同一の1,600の均一な屈折率を持っていた。
次に上記のガラス板の片面に曲率半径R1＝−9.02mm,他
方の面に曲率半径R2＝1790mmの球面加工を施し、レンズ
径を6.0mmに仕上げた。
方の面に曲率半径R2＝1790mmの球面加工を施し、レンズ
径を6.0mmに仕上げた。
得られたレンズの焦点距離は−15.0mm,開口数（NA）は
0.2であった。この系での球面収差（軸上収差）の測定
結果を第４図（１）に示した。またこの系での最大球面
収差は３μm,コマ収差は４μｍ以下であった。
0.2であった。この系での球面収差（軸上収差）の測定
結果を第４図（１）に示した。またこの系での最大球面
収差は３μm,コマ収差は４μｍ以下であった。
実施例２〜５ 各種の屈折率を有する母材ガラスを調整し、基本的に実
施例１と同様のイオン交換処理を行ない、厚み方向に種
々の屈折率分布を持つレンズ母材を製作しその母材より
レンズを製作した。
施例１と同様のイオン交換処理を行ない、厚み方向に種
々の屈折率分布を持つレンズ母材を製作しその母材より
レンズを製作した。
第２表に得られたレンズ内部の屈折率分布の測定値及び
レンズ諸元を示す。
レンズ諸元を示す。
なお表中の光軸方向の距離Ｚは、光線出射側レンズ面の
側周を含む仮想面と光軸との交点（第１図の点０に相
当）を原点とし、レンズ内部の方向への距離Ｚを示して
いる。得られたレンズについて球面収差を第４図（２）
〜（５）に示し、他の特性値は第３表に示した。
側周を含む仮想面と光軸との交点（第１図の点０に相
当）を原点とし、レンズ内部の方向への距離Ｚを示して
いる。得られたレンズについて球面収差を第４図（２）
〜（５）に示し、他の特性値は第３表に示した。
〔発明の効果〕 本発明によれば、板状ガラスを溶融塩中でイオン交換処
理するという簡単な工程で得られる板厚方向に屈折率分
布を有する材料を母材として、球面加工することによ
り、球面収差、コマ収差の小さいネガティブレンズを得
ることができる。
理するという簡単な工程で得られる板厚方向に屈折率分
布を有する材料を母材として、球面加工することによ
り、球面収差、コマ収差の小さいネガティブレンズを得
ることができる。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明の他の実施例を示す断面図、第３図は本発明のレンズ
に使用する母材ガラスの厚み方向でのTl濃度分布の例を
示すグラフ、第４図（１）〜（５）は本発明の実施例レ
ンズの収差図である。 １……レンズ、2A,2B……屈折面、３……光軸 4,4A,4B……屈折率変化領域 ５……屈折率一定領域
明の他の実施例を示す断面図、第３図は本発明のレンズ
に使用する母材ガラスの厚み方向でのTl濃度分布の例を
示すグラフ、第４図（１）〜（５）は本発明の実施例レ
ンズの収差図である。 １……レンズ、2A,2B……屈折面、３……光軸 4,4A,4B……屈折率変化領域 ５……屈折率一定領域
Claims (3)
- 【請求項１】屈折率が光軸方向に変化するとともに光軸
に垂直な方向には一定であるような屈折率変化領域と、
全体に屈折率が一定の領域とを含み、前記屈折率変化領
域を含むレンズ面が球面であり、該領域の最小屈折率n0
0を持つ点を原点として、該原点から光軸上でＺの距離
にある部分の屈折率を ｎ（Ｚ）＝n00＋n1Z＋n2Z2で表わすとき n00＝1.50〜1.75,n1＝0.02〜0.14mm-1, n2＝−0.03〜＋0.03mm-2であり、且つ前記屈折率変化領
域はＺ＝０から少なくとも （Ｄはレンズ口径、Ｒは最小屈折率n00を含むレンズ面
の曲率半径） の厚みの範囲に形成されていて、球面収差及びコマ収差
を補正した焦点距離が−20〜−5mmで開口数（NA）が0.1
〜0.35であることを特徴とする屈折率分布型ネガティブ
レンズ。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記屈折
率変化領域は、レンズの光線入射面又は光線出射面のい
ずれか一方の側に形成されている屈折率分布型ネガティ
ブレンズ。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、前記屈折
率変化領域は、レンズの光線入射面及び光線出射面の双
方に形成されており、これら両領域の中間に屈折率一定
領域が形成されている屈折率分布型ネガティブレンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61050020A JPH0727112B2 (ja) | 1986-03-07 | 1986-03-07 | 屈折率分布型ネガティブレンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61050020A JPH0727112B2 (ja) | 1986-03-07 | 1986-03-07 | 屈折率分布型ネガティブレンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62206511A JPS62206511A (ja) | 1987-09-11 |
| JPH0727112B2 true JPH0727112B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=12847311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61050020A Expired - Lifetime JPH0727112B2 (ja) | 1986-03-07 | 1986-03-07 | 屈折率分布型ネガティブレンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0727112B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5964547A (ja) * | 1982-10-02 | 1984-04-12 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 軸方向屈折率分布型レンズの製造方法 |
| JPS5999413A (ja) * | 1982-11-29 | 1984-06-08 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 屈折率分布型レンズ |
-
1986
- 1986-03-07 JP JP61050020A patent/JPH0727112B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62206511A (ja) | 1987-09-11 |
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