JPS62141511A - グレ−テイングレンズ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、光学式情報処理装置等の集光レンズやコリメ
ートレンズ等に用いられるグレーティングレンズに関す
る。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に、光学装置に必要な集光レンズやコリメートレン
ズには、収差を極力少なくするため、球面単レンズを複
数枚組合せた複合レンズが用いられてぎた。しかしなが
ら高性能な複合レンズは高価であり、また、重量が重く
なるという問題があった。

この問題を解決するため、光波の回折を利用するいわゆ
るグレーティングレンズが提案されている。このグレー
ティングレンズは、透明な平行平板上にその断面が矩形
状または鋸歯状である同心円状の微細なピッチの不等間
隔回折格子を形成し、この不等間隔回折格子による光波
の回折を用いたレンズである。

しかしながら、このようなグレーティングレンズには次
のような問題がある。すなわち、グレーティングレンズ
の最小ピッチ（最外周）は、開口数をＮＡ、光の波長を
λとすれば、λ／ＮＡで与エラレル。タトエばλ＝　０
．７８　ａｍ　：　ＮＡ＝　０．４７の一般的な対物レ
ンズ用グレーティングレンズの場合、最小ピッチは１．
７電重程度となる。このため、グレーティングレンズを
製造するためには、超微細加工が必要とされるという問
題がある。また、グレーティングレンズは、設計した入
射角以外の角度で入射した光に対しては、非常に収差が
大ｉく、使用できる角度範囲、が非常に狭くなる。

その収差量は、開口数が大きいほど大きく、たとえばＮ
Ａ＝　０．４７とすれば、傾ぎ入射角０．１度のときに
λ／１０（ＲＭＳ値）もの収差が発生し、有効視野角を
広くとれないという問題がある。

これらの問題を解決するため、球面単レンズと、クレー
ティングレンズを組・合せて用いることが提案されてい
る。このような組合せレンズを用いれば、グレーティン
グレンズの間口数を小さくすることができ、必要とされ
る不等間隔回折格子の最小ピッチがかなり大きくなり、
また有効視野角も大きくとれる。

しかしながらこのような組合せレンズの場合、２つのレ
ンズの軸あわせが必要とされるため、生産性−が悪化す
るという問題が生じる。また、レンズ面が４面もあるた
め、各レンズ面での反射損失を抑えるために、各レンズ
面に反射防止膜を形成する必要があり、生産コストも高
くなるという問題がある。

［発明の目的］ □本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、有効視野角を広くとれ、かつ、生産性に優れ、生産
コストの安価なグレーティングレンズを提供しようとす
るものである。

［発明の概要］ すなわち本発明のグレーティングレンズは、一方の面に
凸球面が形成され、他方の面に断面が矩形状または鋸歯
状の不等間隔回折格子が形成されていることにより、有
効視野角を広くとれ、かつ、生産性に優れ、生産コスト
を安価にしたものである。

［発明の実施例］ 以下、本発明の詳細を図面に示す実施例について説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例のグレーティングレンズを
光学式情報処理装置の対物レンズとして用いた例を示す
もので、光源（図示せず）からのほぼ平行なレーザ光１
を、デンスク２の情報記録面に集光させるため、レーザ
光１の入射方向の面に、不等間隔回折格子３を形成され
、反対側の面を凸球面形状のレンズ４とされたグレーテ
ィングレンズ５が配置されている。そして、グレーティ
ングレンズ５の不等間隔回折格子３は、そのｍ番目の半
径ｒ、を、次式を満足させるように設定されている。

ｓｉｎθ＝！！ｎ１１Ｓｉｎθ′・・ ｓｉｎ　（（２十〇）　−ｎＣ−３ｉｎ　（（２＋β）
Ｒ−３ｉｎ（２−ｔ−ｔａｎ　θ′ 十（Ｌ＋Ｒ（１−ｃｏｓ　ａ）　）ｔａｎθｎ　−ｔ／
ＣＯ３θ’　＋　（Ｌ＋Ｒ（１−ｃｏｓα））／ＣＯ８
θ＋ｎｃ　（ｔｃ　−Ｒ（１−ＣＯ３α））、”ｃｏｓ
　　β−（ｎ　　−ｔ＋１−　＋ｎ＝　　−ｔｃ　　）
　　−ｍ　λｒ、−Ｒ−ｓｉｎ　ａ＋　（ｔａ　−Ｒ’
（１”ｃｏｓ　ｃｒ）　）・ｔａｎβ なおここで、ｔｃ、ｎｃ％Ｒは、それぞれグレーディン
グレンズ５の厚さ、屈折率、曲率半径を示し、ｔｌｎ、
ｌはそれぞれディスクの厚さ、屈折率、作動距離を示し
、λは波長を示している。

この実施例のクレーティングレンズでは、ｔｃ＝　３．
５ｕ＋ｍ１Ｒ＝　３．７ｍｍ、ｎｃ　＝　１．４９　、
ｔ＝　１．２電、ｎ　−１，５５、Ｌ＝　２．００　Ｉ
ｌｍとし、開口数を０．４７として、必要なグレーティ
ング本数は３１７本、最小ピッチは４．２μｌとなる。

一方、従来の平板型のグレーティングレンズで、同様な
条件を満たすためには、グレーティング本数６２０本、
最小ピッチ１．７μｍとなる。したがって、製造工程に
おける加工を大幅に簡略化することができる。また、有
効、視野角も広くとれ、傾き入射角±１．０度以内であ
れば、収差はλ／３Ｇ以内となる。

このようなグレーティングレンズ５は、たとえば研磨さ
れたガラス製の平凸レンズの平面上に、厚さ数μｍの光
硬化性高分子薄膜を形成し、この後所定のパターンを有
する金型を密着させ、光を照射することにより、硬・化
させ、形成することができる。また、光硬化性高分子膜
のかわりに、光照射により体積変化や屈折率変化が生じ
る高分子の薄膜を形成し、所定のパターン作成されたフ
ォトマスクを密着し、露光現像を行なうことによっても
、同様に形成することができる。また、プラスチック等
を用いて、射出成形法や注形法等のプラスチックモール
ド法を用いても同様に作成することができる。

上記説明のように、この実施例のグレーティングレンズ
では、有効視野角を広くとることができる。また、同心
円状不等間隔回折格子の最小ピッチを大きくすることが
でき、組合ぜレンズのように２つのレンズの軸あわせ等
も必要としないため、生産性に優れ、生産コストを安価
にすることができる。

第２図は、本発明の他の実施例のグレーティングレンズ
をコリメータとして用いた例を示すもので、この実施例
では、レーザダイオード６からのレーザ光７を平行光に
するため、レーザ光７の入射方向の面に凸球面形状のレ
ンズ８を形成され、反対側の面に不等間隔回折格子９を
形成されたグレーティングレンズ１０が配置されている
。また、グレーティングレンズ１０の不等間隔回折格子
９の半径は、前述の実施例と同様にして決定されている
。

このようにグレーティングレンズをコリメータとして用
いても前述の実施例と同様な効果を得ることができ、有
効視野角が広いため、レーザダイオードの位置を機械的
精度で決定することができ、微調整の手間が不必要とな
る。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明のグレーティングレンズでは、
一方の面に凸球面が形成され、他方の面に断面が矩形状
または鋸歯状の不等間隔回折格子が形成されているので
、有効視野角を広くとれ、かつ、生産性に優れ、生産コ
ストも安価となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のグレーティングレンズを光
学式情報処理装置の対物レンズとして用いた例を示す概
略構成図、第２図は本発明の他の実施のグレーティング
レンズをコリメータとして用いた例を示す概略構成図で
ある。 ３・・・・・・・・・不等間隔回折格子４・・・・・・
・・・凸球面状レンズ ５・・・・・・・・・グレーティングレンズ出願人　　
　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 第１　図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方の面に凸球面が形成され、他方の面に断面が
   矩形状または鋸歯状の不等間隔回折格子が形成されてい
   ることを特徴とするグレーティングレンズ。
2. （２）不等間隔回折格子は、ガラス製平凸レンズの平面
   上に感光性樹脂により形成された特許請求の範囲第１項
   記載のグレーティングレンズ。
3. （３）凸球面および不等間隔回折格子は、プラスチック
   を用いてプラスチックモールドにより形成された特許請
   求の範囲第１項記載のグレーティングレンズ。