JPS60129703A - 光学装置用非球面レンズ - Google Patents
光学装置用非球面レンズInfo
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- JPS60129703A JPS60129703A JP58237447A JP23744783A JPS60129703A JP S60129703 A JPS60129703 A JP S60129703A JP 58237447 A JP58237447 A JP 58237447A JP 23744783 A JP23744783 A JP 23744783A JP S60129703 A JPS60129703 A JP S60129703A
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- JP
- Japan
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- lens
- light
- axis
- parallel
- spherical surface
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- Granted
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
- G02B3/04—Simple or compound lenses with non-spherical faces with continuous faces that are rotationally symmetrical but deviate from a true sphere, e.g. so called "aspheric" lenses
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- 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】
（イ）発明の属する技術分野
本発明は１枚で平行光束の拡大、縮少を可能とする非球
面レンズに関する。
面レンズに関する。
（ロ）従来技術の説明
平行光束を゛加熱用や加工用として集束するための光学
装置またはレーザ光のように細いビームを拡大するため
の光学装置においては、従来複数枚のレンズを組み合せ
た光学系が用いられている。
装置またはレーザ光のように細いビームを拡大するため
の光学装置においては、従来複数枚のレンズを組み合せ
た光学系が用いられている。
例えば第１図Ａは凸レンズ１．２を同一中心軸上に配列
せしめてレンズノーウジング３に固定せしめた光学系を
、第１図Ｂは凸レンズ１と凹レンズ４とを同一中心軸上
に配列せしめてハウジング６に固定せしめた光学系であ
るが、これらは製作上レンズ１．２またはレンズ１．４
の平行度や同心度を確保するために、レンズノーウジン
グ６の製作や、該ハウジング６へのレンズ１，２，４１
７）組付けに高い精度が要求されている０また一般に球
面レンズを用いた光学系では、これを構成するレンズの
数を増すことにより、レンズ収差を少くすることが広く
行われているが、このようにし′ｆｃ場合、レンズハウ
レンズの製作および該ハウジングへのレンズの組付けに
要求される精度はさらに厳密になるとともに、光学装置
自体も京★が大きく増大するため、この光学装置を組み
込んだ加熱装置等の応用機器を小型化する上での大きな
障害となり、かつレンズの表面反射による光の損失も犬
となる。
せしめてレンズノーウジング３に固定せしめた光学系を
、第１図Ｂは凸レンズ１と凹レンズ４とを同一中心軸上
に配列せしめてハウジング６に固定せしめた光学系であ
るが、これらは製作上レンズ１．２またはレンズ１．４
の平行度や同心度を確保するために、レンズノーウジン
グ６の製作や、該ハウジング６へのレンズ１，２，４１
７）組付けに高い精度が要求されている０また一般に球
面レンズを用いた光学系では、これを構成するレンズの
数を増すことにより、レンズ収差を少くすることが広く
行われているが、このようにし′ｆｃ場合、レンズハウ
レンズの製作および該ハウジングへのレンズの組付けに
要求される精度はさらに厳密になるとともに、光学装置
自体も京★が大きく増大するため、この光学装置を組み
込んだ加熱装置等の応用機器を小型化する上での大きな
障害となり、かつレンズの表面反射による光の損失も犬
となる。
一方仮で高い精度で製作された光学装置であっても、例
えば第１図ＯＫ示すように入射光束５がレンズ系の光軸
６に一、Ｊしない場合には、入射した光の一部がハウジ
ング３内に閉じ込められる事態が生ずる。従ってこのよ
うな組合せレンズよりなる従来装置を使用する際には、
光を効率よく拡大または縮小するためにかみ９の注意深
い光軸調整が必要とされる〇 このように従来使用されている光束の拡大装置めるいは
縮小装賦には幾つかの問題点が存在するが、これらは組
合せレンズによ！ｌｌ構成される光学装置に本質的に付
随するものであり、１枚のレンズによシ従来の光学装置
と同様に光の拡大、縮小が可能であるものが出現すれば
、このレンズには上記のようなｉ！１＝点は存在しない
。
えば第１図ＯＫ示すように入射光束５がレンズ系の光軸
６に一、Ｊしない場合には、入射した光の一部がハウジ
ング３内に閉じ込められる事態が生ずる。従ってこのよ
うな組合せレンズよりなる従来装置を使用する際には、
光を効率よく拡大または縮小するためにかみ９の注意深
い光軸調整が必要とされる〇 このように従来使用されている光束の拡大装置めるいは
縮小装賦には幾つかの問題点が存在するが、これらは組
合せレンズによ！ｌｌ構成される光学装置に本質的に付
随するものであり、１枚のレンズによシ従来の光学装置
と同様に光の拡大、縮小が可能であるものが出現すれば
、このレンズには上記のようなｉ！１＝点は存在しない
。
従って従来装置と同様の光の拡大、縮小が可能の１枚レ
ンズの出現が望まれている。
ンズの出現が望まれている。
ｅり発明の目的
本）＃３明は、非球面し／ズの特徴を生がして、１枚で
平行光束の樺太、縮小を可能とするレンズを提供するこ
とを目的とする。
平行光束の樺太、縮小を可能とするレンズを提供するこ
とを目的とする。
また本発明はレンズの光の入射面または出射面の何れか
一方を球面とし、表作の容易な上記レンズを提供するこ
とを目的とする。
一方を球面とし、表作の容易な上記レンズを提供するこ
とを目的とする。
に）発明の構成
上記目的を達成するため、不発８Ａはレンズの光の入射
面および出射面のいずれか一方を次の（１）式で与えら
れる球面とし、他方を次の（２）式で与えられる非球面
とり、ＸＹＺ三次元座標系のｚｔｍ周りに回転対称に透
明のレンズ材にょ多形成したものでわる〇 即ち前記球面は、その表面上の点のＸＹＺ三次元座標系
における座標値（Ｘ□、ｙユ、２□）が、前記球面の牛
径をｒ。、ｚＩＩｌＩを含みＸ−２面に垂直′な面内に
おいて前記点と前記座標系の原点とを結ぶ線の２軸に対
する角度をθ（ただし−９００≦０≦９００）、Ｘ−２
面に平行な面内において前０６点と２軸とを結ぶ線のＸ
細に対する角度をψ（ただし０°≦ψ≦１８０°）とし
たとき、前記点の座標値はθ、ψをパラメータとして次
の式（１）により与えられる牛径ｒ。の球面とする。
面および出射面のいずれか一方を次の（１）式で与えら
れる球面とし、他方を次の（２）式で与えられる非球面
とり、ＸＹＺ三次元座標系のｚｔｍ周りに回転対称に透
明のレンズ材にょ多形成したものでわる〇 即ち前記球面は、その表面上の点のＸＹＺ三次元座標系
における座標値（Ｘ□、ｙユ、２□）が、前記球面の牛
径をｒ。、ｚＩＩｌＩを含みＸ−２面に垂直′な面内に
おいて前記点と前記座標系の原点とを結ぶ線の２軸に対
する角度をθ（ただし−９００≦０≦９００）、Ｘ−２
面に平行な面内において前０６点と２軸とを結ぶ線のＸ
細に対する角度をψ（ただし０°≦ψ≦１８０°）とし
たとき、前記点の座標値はθ、ψをパラメータとして次
の式（１）により与えられる牛径ｒ。の球面とする。
ｘ□＝ｒｏｓｉｎθｃｏｓψ
ｙ□＝ｒｏｓｉｎθｓｉｎψ
２ユ＝ｒｏｃｏｓθ
壕だ前記非球面は、その表面上の点のＸＹＺ三次元座標
系におけ゛る座標値（ｘ２＋ ’！２＋ ２２）が、２
＠に平行に入射した光がレンズ面で屈折する角数を０Ｘ
。
系におけ゛る座標値（ｘ２＋ ’！２＋ ２２）が、２
＠に平行に入射した光がレンズ面で屈折する角数を０Ｘ
。
ｚ軸に平行に入射しかつレンズ面で屈折した光のレンズ
中の進路に沿うレンズの厚さをδ、レンズ〜の２軸上の
厚さをδ。、波長λの光線に対する前記レンズ材の屈折
率をｎｉとしたとき、前記点の座標値はθ、ψをパラメ
ータとして次の連立式（２）により与えられる非球面と
する。
中の進路に沿うレンズの厚さをδ、レンズ〜の２軸上の
厚さをδ。、波長λの光線に対する前記レンズ材の屈折
率をｎｉとしたとき、前記点の座標値はθ、ψをパラメ
ータとして次の連立式（２）により与えられる非球面と
する。
ｘ２＝（ｒＯ５１１１０±δｓｉｎθｘ）ＣｏＳψ７２
＝（ｒ ｏｓｕ＋Ｏ：ｌ：ａＳｉｏｏＸ）ｓ＋ｎｆｚ２
” ｒｏ（Ａｓ’±δω、θ工 （ホ））発明の説明 前記本発明の非球面レンズの捕成原理を説明する。
＝（ｒ ｏｓｕ＋Ｏ：ｌ：ａＳｉｏｏＸ）ｓ＋ｎｆｚ２
” ｒｏ（Ａｓ’±δω、θ工 （ホ））発明の説明 前記本発明の非球面レンズの捕成原理を説明する。
第２区は波長λの光１０が、該元に対する屈折率ｎλの
光学ガラスから成り、入射ｔｈｉ１１および出射面１２
を平行とした板ガラス１６に入射した場合の、光の進路
を示した図である０元１０の板ガラス１′５の入射面１
１に入射した点１４の入射角を０１、該点１４における
板ガラス１６内への出射角をＯｂとすると、入射光１０
は板ガラス１３の入射面１１で次の（１）式を満足する
屈折を生ずる０ｓｉｎθｌＬ／５ｔｎ１９ ｂ ＝ｎ
Ｊ ’ 、 ＩＩ ＋１ ＠（１）入射光１０は屈折の
ため進路を板ガラス１６内において石・号１５の方向に
装置し、出射面１２で１）びノ出折し上田射光１６とし
て出射するため、出射光１６は入射光１０に平行となっ
て出射面１２から出て行く。この給茶出射光１６は入射
光１Ｕの延長線に対し距離Ｅたけ偏ることとなる。この
距離！は板カラス１６の厚さをｔとすると次の（２）式
で与えられ、前記屈折率ｎλが一定の場合、入射角θ２
と仮ガラス１６の厚さｔの関数となっている。
光学ガラスから成り、入射ｔｈｉ１１および出射面１２
を平行とした板ガラス１６に入射した場合の、光の進路
を示した図である０元１０の板ガラス１′５の入射面１
１に入射した点１４の入射角を０１、該点１４における
板ガラス１６内への出射角をＯｂとすると、入射光１０
は板ガラス１３の入射面１１で次の（１）式を満足する
屈折を生ずる０ｓｉｎθｌＬ／５ｔｎ１９ ｂ ＝ｎ
Ｊ ’ 、 ＩＩ ＋１ ＠（１）入射光１０は屈折の
ため進路を板ガラス１６内において石・号１５の方向に
装置し、出射面１２で１）びノ出折し上田射光１６とし
て出射するため、出射光１６は入射光１０に平行となっ
て出射面１２から出て行く。この給茶出射光１６は入射
光１Ｕの延長線に対し距離Ｅたけ偏ることとなる。この
距離！は板カラス１６の厚さをｔとすると次の（２）式
で与えられ、前記屈折率ｎλが一定の場合、入射角θ２
と仮ガラス１６の厚さｔの関数となっている。
１ ＝ ｔｃｏｓθａ（ｔａｎａｔＬ−１ａ１１０ｂ）
・・・（２）第３図は前記板ガラス１６と同一の・６個
の板ガラス１７．１’８．１９を平行光束の光軸に対し
それぞれの入射面の１＠きを変えて配置し、平行な６本
の入射光２０をそれぞれの板ガラスに入射せしめた場合
の光の進路を示した図である。第６図かられかるように
、それぞれの板カラス１７．１８゜１９から出射する出
射光２１は入射光２０に平行であるが、それぞれの板ガ
ラス１７，１８．１９に対する入射角度が異るため第６
図の左方から光が入射する場合は出射光２１の間隔は入
射光２０の間隔より広がっている。第６図に示す板ガラ
ス１７．１８．１９の配置によオシは、第６図の有刃か
ら光を入射させた場合は図の元の進路を逆にたどって出
射光の１に３」−は入射光の間隔より細小されることが
明らかである。このような平行光の光線−」隔の私大、
糺小を埋沈的に行うことによって九釆の仏太、細小が行
えることになる。
・・・（２）第３図は前記板ガラス１６と同一の・６個
の板ガラス１７．１’８．１９を平行光束の光軸に対し
それぞれの入射面の１＠きを変えて配置し、平行な６本
の入射光２０をそれぞれの板ガラスに入射せしめた場合
の光の進路を示した図である。第６図かられかるように
、それぞれの板カラス１７．１８゜１９から出射する出
射光２１は入射光２０に平行であるが、それぞれの板ガ
ラス１７，１８．１９に対する入射角度が異るため第６
図の左方から光が入射する場合は出射光２１の間隔は入
射光２０の間隔より広がっている。第６図に示す板ガラ
ス１７．１８．１９の配置によオシは、第６図の有刃か
ら光を入射させた場合は図の元の進路を逆にたどって出
射光の１に３」−は入射光の間隔より細小されることが
明らかである。このような平行光の光線−」隔の私大、
糺小を埋沈的に行うことによって九釆の仏太、細小が行
えることになる。
ここにレンズに寂ける光の入射面または出射面の何れか
一方を球面とし、その中心を通る任意断面で二次元的に
前記元縁間隔の拡大、細小を行う憤成を考える。けだし
レンズの一面を球面とすることはレンズの製作を戸易と
することに基く。
一方を球面とし、その中心を通る任意断面で二次元的に
前記元縁間隔の拡大、細小を行う憤成を考える。けだし
レンズの一面を球面とすることはレンズの製作を戸易と
することに基く。
ＸＹＺ二次元座係糸において前記球面を２輔を中心とし
て回転対称に形成するものとする。第４図は励記ＸＹＺ
三次元座標系におけるＹ−Ｚ面を示し、前記球面は座標
の原点０を中心とする半径ｒｏの半円の円弧２２として
あられされている。
て回転対称に形成するものとする。第４図は励記ＸＹＺ
三次元座標系におけるＹ−Ｚ面を示し、前記球面は座標
の原点０を中心とする半径ｒｏの半円の円弧２２として
あられされている。
この円弧２２上の点２′６と原点Ｏと音軸ぶ蛛の２輔と
なす角θをパラメータ（−９０°≦θ≦９００）として
前記点のｍｈ値（ｚ、ｙ）をあられすと次のとおシでる
る。
なす角θをパラメータ（−９０°≦θ≦９００）として
前記点のｍｈ値（ｚ、ｙ）をあられすと次のとおシでる
る。
ｚ＝ｒｏｃｏｓθ −１１−（８１
Ｙ ＝ ｒ ｏｓｉｎθ −−−（４１ｚ軸に平行な入
射光２４が前記点２６よ゛リレンズに入射し、レンズを
通った後に２軸に平行な出射光２５として出射する条件
を４える。点２５において円弧２２に接線２６を引き、
直接Ｍ２６の２軸に対する角度をめることにより入射光
２４のレンズに対する入射角θ、は簡単にめられるので
、入射光２４が点２６において屈折したレンズ内の光の
進路２７は前記式（１）から０ｂを計算することで簡単
に計算できる。次に進路２７に交叉しかつ前記接線２６
に平行な練２８を引き、該融２８が前記進路２７と交叉
する点２９を前記進路２７を進んだ光がレンズから出射
する出射点とすると、点２９から出射する出射光２５は
Ｚ軸に平行となる。ｚ軸に平行な複数の入射光２４に対
して上記の操作を行うと、第４図に示すように出射光２
５は２軸に平行のｌま、その間隔を入射光２４に比して
拡大させることができる。
射光２４が前記点２６よ゛リレンズに入射し、レンズを
通った後に２軸に平行な出射光２５として出射する条件
を４える。点２５において円弧２２に接線２６を引き、
直接Ｍ２６の２軸に対する角度をめることにより入射光
２４のレンズに対する入射角θ、は簡単にめられるので
、入射光２４が点２６において屈折したレンズ内の光の
進路２７は前記式（１）から０ｂを計算することで簡単
に計算できる。次に進路２７に交叉しかつ前記接線２６
に平行な練２８を引き、該融２８が前記進路２７と交叉
する点２９を前記進路２７を進んだ光がレンズから出射
する出射点とすると、点２９から出射する出射光２５は
Ｚ軸に平行となる。ｚ軸に平行な複数の入射光２４に対
して上記の操作を行うと、第４図に示すように出射光２
５は２軸に平行のｌま、その間隔を入射光２４に比して
拡大させることができる。
ｚ軸に平行なすべての入射光２４に対して連続的に１ｍ
様な効果を得るためには、前記円弧２２０接緋２６に平
行に引いた線２８の群の包絡線を描けばよい。しかしな
がら光学装置用レンズとして成立するためには、レンズ
のりらゆる点を通る光の光路長をすべて等しくするよう
に谷光路に沿うレンズの犀さδ（入射点２３と出射点２
９間の距離）會角度θについて変化させなければならな
い。
様な効果を得るためには、前記円弧２２０接緋２６に平
行に引いた線２８の群の包絡線を描けばよい。しかしな
がら光学装置用レンズとして成立するためには、レンズ
のりらゆる点を通る光の光路長をすべて等しくするよう
に谷光路に沿うレンズの犀さδ（入射点２３と出射点２
９間の距離）會角度θについて変化させなければならな
い。
ここにθ＝０即ちｚ軸を通る光線のレンズの入射点６０
と出射点６１間のレンズ厚ぢをδ。とすると、前記レン
ズ内の光の進路２７に沿うレンズ厚さδは次の式（５）
および式（６）で与えられる。
と出射点６１間のレンズ厚ぢをδ。とすると、前記レン
ズ内の光の進路２７に沿うレンズ厚さδは次の式（５）
および式（６）で与えられる。
ここにθ工はｚ軸に平行に入射した光２４がレンズ面２
２で屈折する角度を示す。
２で屈折する角度を示す。
第５図は第４図に上記レンズ厚さδの補正を加えた図で
める。便って第４図に前記式（８）（４）により与えら
れた円弧を入射面とするレンズの出射面位―２Ｂの群メ
包絡線で与えられる曲線とすればよい。この包絡線の座
標（ｚ、ｙ）は次の式（γ）および式（８）で与えられ
、その形状は第６１図の線６２および第７図の線５５の
とお夕でるる。
める。便って第４図に前記式（８）（４）により与えら
れた円弧を入射面とするレンズの出射面位―２Ｂの群メ
包絡線で与えられる曲線とすればよい。この包絡線の座
標（ｚ、ｙ）は次の式（γ）および式（８）で与えられ
、その形状は第６１図の線６２および第７図の線５５の
とお夕でるる。
Ｚ＝ｒＯｃｏｓθ±δｃｏｓθｘ １」（７）Ｙ ＝＝
ｒ ｏｓｉ＋＋ θ± δｓｉｎ ０ Ｘ ａ 拳
１１（８１そして式（８０４１により与えられた円弧２
２および式（７） （８１により与えられる包絡憑３２
，６５を２＠の周９に回転せしめると請求める非球面レ
ンズの両面が得られる。
ｒ ｏｓｉ＋＋ θ± δｓｉｎ ０ Ｘ ａ 拳
１１（８１そして式（８０４１により与えられた円弧２
２および式（７） （８１により与えられる包絡憑３２
，６５を２＠の周９に回転せしめると請求める非球面レ
ンズの両面が得られる。
ここに上記式ｆｆ） （８１中の加減算記号は請求める
レンズの内側を円弧２２で得られる球面に形成する場合
（第６図）は請求めるレンズの外１ｕｌｌ ｋ円弧２２
で得られる球面に形成する場合（第７図）はマイナスと
することをあられしている。
レンズの内側を円弧２２で得られる球面に形成する場合
（第６図）は請求めるレンズの外１ｕｌｌ ｋ円弧２２
で得られる球面に形成する場合（第７図）はマイナスと
することをあられしている。
そこで前記式（８）（４）により与えられる円および式
（７１（８１によシ与えられる曲線をｚｍの周シに回転
させめるレンズの表面の座標値をめる。ここに前記円２
２上の点２５および曲線３１または曲線３２上の点２９
のＸ軸に対する回転角をψ（０゜≦ψ≦１８０°とする
と、レンズの球面のｋ 襟（ｘ。
（７１（８１によシ与えられる曲線をｚｍの周シに回転
させめるレンズの表面の座標値をめる。ここに前記円２
２上の点２５および曲線３１または曲線３２上の点２９
のＸ軸に対する回転角をψ（０゜≦ψ≦１８０°とする
と、レンズの球面のｋ 襟（ｘ。
ｙ、ｚ）は次式で与えられ、
ｘ ＝ ｒ ｏｓｉｎ０ｃｏｓψ Φ・・（９）Ｙ ＝
ｒ ｏｓｉｎθｓｉ口ψ ｍ−・ＣＩＯ＋ｚ＝ｒ ｃ
ｏｓｏ ｅｌｌｌｌ（１１）また他面の卯琢面の座標（
ｘ、ｙ、ｚ）は次式で与えられる。
ｒ ｏｓｉｎθｓｉ口ψ ｍ−・ＣＩＯ＋ｚ＝ｒ ｃ
ｏｓｏ ｅｌｌｌｌ（１１）また他面の卯琢面の座標（
ｘ、ｙ、ｚ）は次式で与えられる。
ｘ ＝ （ｒ ｏｓｉｎ θ±δｓｉｎ θＸ ）ｃｏ
ｓ ψ 自−−＋ｌｊシＹ＝ （ｒ、）ｓｉｎθ±δｓ
ｉｎθｘ）ｓｉｎψ＠ ＠ ＠Ｑ３）Ｚ ＝ ｒ ｏＣ
Ｏ３θ±δｃｏｓａ ｘ＊ ＊ ＊（１４−）ここに角
度θ、ψはそれぞれパラメータ（−９００≦θ≦９０°
、Ｄ°≦ψ≦１８０°）テアシ、式（１２１ａ８）中の
加減算記号はレンズの一面を形成する球［ｆｉ氷他面を
形成する非球面の内側にあるときはプラス、前記球面が
非球面の外側にあるときはマイナスを勘られすものとす
る。
ｓ ψ 自−−＋ｌｊシＹ＝ （ｒ、）ｓｉｎθ±δｓ
ｉｎθｘ）ｓｉｎψ＠ ＠ ＠Ｑ３）Ｚ ＝ ｒ ｏＣ
Ｏ３θ±δｃｏｓａ ｘ＊ ＊ ＊（１４−）ここに角
度θ、ψはそれぞれパラメータ（−９００≦θ≦９０°
、Ｄ°≦ψ≦１８０°）テアシ、式（１２１ａ８）中の
加減算記号はレンズの一面を形成する球［ｆｉ氷他面を
形成する非球面の内側にあるときはプラス、前記球面が
非球面の外側にあるときはマイナスを勘られすものとす
る。
従って透明′なレンズ材により、入射面および出射面の
何れか一方ヲ球面とし、他方を非球面とするレンズでろ
って、ＸＹＺ三次元楔標系のＸ＠またはＹ軸あるいはＸ
−Ｙ面内で座標系の原点を通る任息の匣峙を基本縁とし
、角０は一９０°≦θ≦９００、角ψはａ°≦ψ≦１８
００の範囲内において球面上の＝標値（Ｘ工、ｙ□、２
よ）が、式％式％（１７） ］ を満足する前記球面と、非球面上のｍ＝値（ｘ２゜７２
＋２２）が連立式 ７・ ”ａ＝（ｒｏｓｉｎθ±δ５ＩＩＩθＸ）ｃ０Ｓψ １
・（社）ｙ ｘ ＝（ｒ ｏ ３１１’θ±δｓｉｎθ
ｘ）ｓｉｎψ１１ ＠ ＠１２１＋ｚ、＝ｒ ｏｃｏｓ
ｏ±ａｃｏｓ θ ＊ ｅ ＊ ５１を満足する前記
非球面とを画き、レンズの入射面および出射面の形状を
決定することにより、平行光束の拡大、縮小を単一のレ
ンズで行い得る非球向レンズを得るものである。
何れか一方ヲ球面とし、他方を非球面とするレンズでろ
って、ＸＹＺ三次元楔標系のＸ＠またはＹ軸あるいはＸ
−Ｙ面内で座標系の原点を通る任息の匣峙を基本縁とし
、角０は一９０°≦θ≦９００、角ψはａ°≦ψ≦１８
００の範囲内において球面上の＝標値（Ｘ工、ｙ□、２
よ）が、式％式％（１７） ］ を満足する前記球面と、非球面上のｍ＝値（ｘ２゜７２
＋２２）が連立式 ７・ ”ａ＝（ｒｏｓｉｎθ±δ５ＩＩＩθＸ）ｃ０Ｓψ １
・（社）ｙ ｘ ＝（ｒ ｏ ３１１’θ±δｓｉｎθ
ｘ）ｓｉｎψ１１ ＠ ＠１２１＋ｚ、＝ｒ ｏｃｏｓ
ｏ±ａｃｏｓ θ ＊ ｅ ＊ ５１を満足する前記
非球面とを画き、レンズの入射面および出射面の形状を
決定することにより、平行光束の拡大、縮小を単一のレ
ンズで行い得る非球向レンズを得るものである。
上記式（ＩＶＩないい１９）による匪似値（Ｘ□、ｙ工
、２工）で与えられた球面６４を内側に形成し、上記式
に））ないし例による座憚値（ｘ２＋７２＋ｚ２）で与
えられた貞二球面６５を外貨ｊに形成した本発明の非球
面レンズの一例を第８図に一部を欠截した斜面図で示す
。上記非球面レンズによれば、第４図および第５図に治
いて説明したところから明らかなように、Ｚ軸に平行な
入射光２４は半球面３４上の点２３からレンズ内に入射
して屈折によりその進路を勝２７の方向に変更し、非球
面５５上の点２９からレンズ外に出射されるが、その出
射光２５は２軸に平行に出射され、かつ出射光２５の間
隔は入射光２”４の間隔より拡大されることが明らかで
ある。
、２工）で与えられた球面６４を内側に形成し、上記式
に））ないし例による座憚値（ｘ２＋７２＋ｚ２）で与
えられた貞二球面６５を外貨ｊに形成した本発明の非球
面レンズの一例を第８図に一部を欠截した斜面図で示す
。上記非球面レンズによれば、第４図および第５図に治
いて説明したところから明らかなように、Ｚ軸に平行な
入射光２４は半球面３４上の点２３からレンズ内に入射
して屈折によりその進路を勝２７の方向に変更し、非球
面５５上の点２９からレンズ外に出射されるが、その出
射光２５は２軸に平行に出射され、かつ出射光２５の間
隔は入射光２”４の間隔より拡大されることが明らかで
ある。
第９凶は上記式（１７）ないし０９）で与えられた球面
５６業内側に、式（２ｏ）ないし−で与えられた非球面
６７をブト側に形成した本発明の球面レンズの一例のＹ
−ｚ１１Ｉ］内の両凹を示すとともに、入射光束の光軸
が２軸に対して１頃斜して入射した場合の平行な光線群
３８の進路を示した図である。この場合、各光線３８の
球面３６上の点３９において入射し、非球面６７上の点
４０から出射するとし、前記点３９．４０において球面
３６および非球面５７にそれぞれ恢′＠４１．４２を引
くと、接ｉ融４１，４２は、ｚ＃ｌに平行に入射光線が
入射する第５図の場合にかいては接融２６．２８が平行
でめるのに対し、入射光＃６８の２軸に対する傾き角に
比例した角度で父叉する線となる。従って前記点４０に
おいてレンズから出射する出射光線４６は入射プＣ憩３
８とは平行にならない。しかしながら平行な光線群の各
光線６８について前記球面６６への入−射点および非球
面６７からの出射点にそれぞれ引いた接線のなす角はそ
れぞれ均等の値となるため、出射光線群４５は平行性を
失われることなく、かつ入射した光はすべて有効に拡大
が行われている。
５６業内側に、式（２ｏ）ないし−で与えられた非球面
６７をブト側に形成した本発明の球面レンズの一例のＹ
−ｚ１１Ｉ］内の両凹を示すとともに、入射光束の光軸
が２軸に対して１頃斜して入射した場合の平行な光線群
３８の進路を示した図である。この場合、各光線３８の
球面３６上の点３９において入射し、非球面６７上の点
４０から出射するとし、前記点３９．４０において球面
３６および非球面５７にそれぞれ恢′＠４１．４２を引
くと、接ｉ融４１，４２は、ｚ＃ｌに平行に入射光線が
入射する第５図の場合にかいては接融２６．２８が平行
でめるのに対し、入射光＃６８の２軸に対する傾き角に
比例した角度で父叉する線となる。従って前記点４０に
おいてレンズから出射する出射光線４６は入射プＣ憩３
８とは平行にならない。しかしながら平行な光線群の各
光線６８について前記球面６６への入−射点および非球
面６７からの出射点にそれぞれ引いた接線のなす角はそ
れぞれ均等の値となるため、出射光線群４５は平行性を
失われることなく、かつ入射した光はすべて有効に拡大
が行われている。
第９図において元の進行方向を逆にすれば出射光束は入
射光束よシ縮小された平行光尿となることも図から明ら
かである。
射光束よシ縮小された平行光尿となることも図から明ら
かである。
従って本発明のレンズによれば１枚のレンズにより平行
光束ヲ幻率よく拡大、縮小させることが口」北となる。
光束ヲ幻率よく拡大、縮小させることが口」北となる。
（へ）発明の効果
本発明のレンズは、光の入射面および出射面のイ０」れ
か一方は、ＸＹＺ三次元座標系における座標値（Ｘよ＋
７ 、＋ ｚよ）が前記式（５）ないい壇により与え
られる球面に形成され、他方は同座標系におけるＪ坐標
頌（３Ｃａ＋ ７２１２２ ）が前記隣ないし例で与え
られる非球面に形成されているものであるから、単一の
レンズで、Ｚ軸方向に平行に入射する平行光束を拡犬址
たは縮小せしめて、平行光束として出射することを可能
とした。
か一方は、ＸＹＺ三次元座標系における座標値（Ｘよ＋
７ 、＋ ｚよ）が前記式（５）ないい壇により与え
られる球面に形成され、他方は同座標系におけるＪ坐標
頌（３Ｃａ＋ ７２１２２ ）が前記隣ないし例で与え
られる非球面に形成されているものであるから、単一の
レンズで、Ｚ軸方向に平行に入射する平行光束を拡犬址
たは縮小せしめて、平行光束として出射することを可能
とした。
従って従来の光学装置において、光束の拡大および肘百
小を行うために用いられていた組合せレンズ系に代えて
１個のレンズを用いれば足りるので、光学装置を樅−１
救、７１１ｍ化させることができるとともに、小さな光
学装置にも容易に組み込むことができ、レンズ表面での
反射による光の損失が最小限ですみ、レンズ光軸と入射
光軸が多小ずれても、光の閉じ込め等による損失は発生
せず、かつ光束の平行性を維持して主分な機能を発揮で
きるので、光軸論乎が容易であり、ｔ′だ入射面と出射
面の何れか一方は球面に形成したことにより、少くとも
一面の研属等の製作上の問題点を解消せしめたものでり
る。
小を行うために用いられていた組合せレンズ系に代えて
１個のレンズを用いれば足りるので、光学装置を樅−１
救、７１１ｍ化させることができるとともに、小さな光
学装置にも容易に組み込むことができ、レンズ表面での
反射による光の損失が最小限ですみ、レンズ光軸と入射
光軸が多小ずれても、光の閉じ込め等による損失は発生
せず、かつ光束の平行性を維持して主分な機能を発揮で
きるので、光軸論乎が容易であり、ｔ′だ入射面と出射
面の何れか一方は球面に形成したことにより、少くとも
一面の研属等の製作上の問題点を解消せしめたものでり
る。
そして本発明を従うξの糾合せレンズ糸と対比すれば、
高い精度が要求されていたレンズハウジングの製作やレ
ンズ系の組付けが不要となるので、製作上の工程が大幅
に減少され、製品品質の均一性が高くなるという後れた
特長を有するものといえる０ 従って本発明の非球面レンズは、光来の拡大用としてレ
ーザービームなどのビームエキスパンダ等として、また
光束の縮、Ｊ−用としては元来密度の上昇を利用して光
の照度増大や加熱源としての元工洋ルギー密度の向上等
に使用でき、その笑用土の１曲１直は犬なるものがある
。
高い精度が要求されていたレンズハウジングの製作やレ
ンズ系の組付けが不要となるので、製作上の工程が大幅
に減少され、製品品質の均一性が高くなるという後れた
特長を有するものといえる０ 従って本発明の非球面レンズは、光来の拡大用としてレ
ーザービームなどのビームエキスパンダ等として、また
光束の縮、Ｊ−用としては元来密度の上昇を利用して光
の照度増大や加熱源としての元工洋ルギー密度の向上等
に使用でき、その笑用土の１曲１直は犬なるものがある
。
第１図は従来の光学装置に用いられる組合せレンズ系の
説明図、第２図ないし第４図はそれぞれ本発明のレンズ
の原理を説明するための祝明図、第５図は本発明のレン
ズのＩＪｉ１理図、第６図および第７図は、それぞれ内
側２よひ外側を球面とした本昇明のレンズ断（３）と元
の進路を説明す企図、第８図は本釦明のレンズの一実施
例を一部を欠截して示した斜面図、第９図は本発明の他
の実施例に２ける元の進路の説明図である。 なお図中、１０．２０．２４．５８ は入射または出射
する光線 １６、２１．２５．４５ は出射または入射する光線 ２２はレンズの球面を規定する円弧 ３２．３５はレンズの非球面を現定す る曲森 ５４．３６はレンズの＃Ｃ面 ５５．３７はレンズの非球面 をそれぞれ示すものである。 第 １ 図 第 ２ 図 ３
説明図、第２図ないし第４図はそれぞれ本発明のレンズ
の原理を説明するための祝明図、第５図は本発明のレン
ズのＩＪｉ１理図、第６図および第７図は、それぞれ内
側２よひ外側を球面とした本昇明のレンズ断（３）と元
の進路を説明す企図、第８図は本釦明のレンズの一実施
例を一部を欠截して示した斜面図、第９図は本発明の他
の実施例に２ける元の進路の説明図である。 なお図中、１０．２０．２４．５８ は入射または出射
する光線 １６、２１．２５．４５ は出射または入射する光線 ２２はレンズの球面を規定する円弧 ３２．３５はレンズの非球面を現定す る曲森 ５４．３６はレンズの＃Ｃ面 ５５．３７はレンズの非球面 をそれぞれ示すものである。 第 １ 図 第 ２ 図 ３
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 透明なレンズ材よりなり、ＸＹＺ三次元座標系の２軸周
りに回転対称であって、ｚ軸方向の一面が次の（ａ）に
より与えられる球面よりなり、他面が次の（ｂ）により
与えられる非球面よりなることを特徴とする光学装置用
非球面レンズ。 （ａ）、前記−面を形成する球面は、その底面上の点の
ＸＹＺ三次三次元基標系ける座標値（Ｘ工、ｙ工、２工
）が前記球面の半径をｒｏ 、Ｚ軸を含みＸ−Ｙ面に垂
直な面内において前記点と前記座標系の原一点とを結ぶ
線の２軸に対する角度を０（ただし−９０゜≦θ≦９０
０）、Ｘ−Ｙ面に平行な面内において前記点と２軸とを
結ぶ線のＸ軸に対する角度をψ（ただし０°≦ψ≦１８
０°）としたとき、式％式％ （ で与えられる球面であること０ （ｂ）前記他面を形成する非球面は、その表面上の点の
ＸＹＺ三次元座標系における座標値（Ｘ２＋７２＋Ｚ、
）が、Ｚ軸に平行に入射した光がレンズ面で屈折する角
度をθ工、Ｚ軸に平行に入射しかつレンズ面で屈折した
光のレンズ中の進路に沿うレンズの厚さをδ 、レンズ
の２軸上の厚さをδ。、波長λの光線に対する前記レン
ズ材の屈折率をｎλとしたとき、連立式 ％式％ ） ） により与えられる非球面であること。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58237447A JPS60129703A (ja) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | 光学装置用非球面レンズ |
| US06/681,558 US4609262A (en) | 1983-12-16 | 1984-12-14 | Aspherical lens for use in optical equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58237447A JPS60129703A (ja) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | 光学装置用非球面レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60129703A true JPS60129703A (ja) | 1985-07-11 |
| JPS635727B2 JPS635727B2 (ja) | 1988-02-04 |
Family
ID=17015478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58237447A Granted JPS60129703A (ja) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | 光学装置用非球面レンズ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4609262A (ja) |
| JP (1) | JPS60129703A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07301704A (ja) * | 1994-05-02 | 1995-11-14 | Stanley Electric Co Ltd | 平行光線を出入射する曲面光学素子 |
| EP2790050A1 (de) * | 2013-04-11 | 2014-10-15 | asphericon GmbH | Refraktiver Strahlformer |
| WO2023002784A1 (ja) * | 2021-07-19 | 2023-01-26 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 誘電体レンズ及びアンテナモジュール |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8630152D0 (en) * | 1986-12-17 | 1987-01-28 | Gen Electric Co Plc | Optical communication systems |
| US5435818A (en) * | 1992-06-02 | 1995-07-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Mold for optical element and a method of molding optical element |
| US5654831A (en) * | 1995-01-04 | 1997-08-05 | Hughes Electronics | Refractive ellipsoid optical surface without spherical aberration |
| WO2004097465A2 (en) * | 2003-04-24 | 2004-11-11 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Singlet telescopes with controllable ghosts for laser beam forming |
| CN103885170A (zh) * | 2012-12-20 | 2014-06-25 | 福州高意通讯有限公司 | 一种微型扩束望远镜及其制造方法 |
| US10761276B2 (en) | 2015-05-15 | 2020-09-01 | Nlight, Inc. | Passively aligned crossed-cylinder objective assembly |
| WO2017143089A1 (en) * | 2016-02-16 | 2017-08-24 | Nlight, Inc. | Passively aligned single element telescope for improved package brightness |
| WO2017161334A1 (en) | 2016-03-18 | 2017-09-21 | Nlight, Inc. | Spectrally multiplexing diode pump modules to improve brightness |
| JP6814887B2 (ja) | 2016-12-23 | 2021-01-20 | エヌライト，インコーポレーテッド | 低コスト光ポンプレーザパッケージ |
| US10763640B2 (en) | 2017-04-24 | 2020-09-01 | Nlight, Inc. | Low swap two-phase cooled diode laser package |
| EP3750218A4 (en) | 2018-02-06 | 2021-11-03 | Nlight, Inc. | DIODE LASER DEVICE WITH FAC LENS BEAM STEERING OUTSIDE THE PLANE |
| US10651355B1 (en) | 2018-11-15 | 2020-05-12 | Nlight, Inc. | High-power laser diode package implemented with meniscus slow axis collimator for reduced diode package footprint or improved laser output brightness |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1422307A (en) * | 1920-01-19 | 1922-07-11 | Salto Salvatore | Projecting device for beams of light |
| US2063178A (en) * | 1934-01-30 | 1936-12-08 | Zeiss Carl Fa | Photographic objective |
| US3508811A (en) * | 1966-11-09 | 1970-04-28 | Taisuke Tsugami | Aspheric lens having log cos surfaces |
| US3598477A (en) * | 1969-06-09 | 1971-08-10 | Sylvania Electric Prod | Lens having one spheric and one aspheric surface |
-
1983
- 1983-12-16 JP JP58237447A patent/JPS60129703A/ja active Granted
-
1984
- 1984-12-14 US US06/681,558 patent/US4609262A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07301704A (ja) * | 1994-05-02 | 1995-11-14 | Stanley Electric Co Ltd | 平行光線を出入射する曲面光学素子 |
| EP2790050A1 (de) * | 2013-04-11 | 2014-10-15 | asphericon GmbH | Refraktiver Strahlformer |
| JP2014206740A (ja) * | 2013-04-11 | 2014-10-30 | アスフェリコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 屈折式ビーム整形器 |
| US9547177B2 (en) | 2013-04-11 | 2017-01-17 | Asphericon Gmbh | Refractive beam shaper |
| WO2023002784A1 (ja) * | 2021-07-19 | 2023-01-26 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 誘電体レンズ及びアンテナモジュール |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS635727B2 (ja) | 1988-02-04 |
| US4609262A (en) | 1986-09-02 |
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