JPS63182601A - フレネル・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】 発明の要約 マイクロ・フレネル・レンズによる光の回折が、ステッ
プまたはブレーズのパターンに依存することを利用し、
レンズに複数の焦点を持たせる。この複数焦点フレネル
・レンズをたとえば単線双方向光通信用投受光素子の前
面に配置すれば、光の利用率が向上する。

発明の背景 技術分野 この発明はフレネル・レンズに関する。

従来技術とその問題点 レンズは光学部品の最も基本的なものであり。

光をコリメートするために、集光するために、その他の
多くの用途のために使用されている。

第６図は凸レンズ１３を投受光素子１０と光ファイバ１
４との光結合のために用いた応用例である。投受光素子
１０はよく知られているように、中央に投光部１１を、
その周囲に受光部１２（ハツチングで示す）をもつ素子
である。この投受光素子１０を光ファイバ１４に光結合
して単線双方向光通信を行なう。レンズ１３の焦点に投
受光素子１０の投光部１１が位置するようにこの素子Ｊ
、０を配置する。投光部１工から出射した光はレンズ１
３によってコリメートされ、光ファイバ１４の端面に入
射する。ところが。

光ファイバ１４のこの端面から光軸方向に出射した光は
レンズ１３によって投光部１１に集光する。このため、
受光部１２に入射する光量は非常に少なく。

光ファイバ１４を通して伝送されてきた光信号を正確に
検知できないという問題が生じる。

第７図は反射形光室スイッチ２０に凸レンズ２３を用い
た例を示している。光電スイッチ２０は投光器と受光器
２２とを備え、投光器は投光素子２１と、その前に配置
され投光素子２１から出射する光をコリメートするレン
ズ２８とから構成されている。このような構成において
、被検出物体２４が投光器に非常に近い位置にあるとき
には、物体２４からの反射光または散乱光（破線で示す
）は受光器２２には殆んど入射せず、投光器に戻ってし
まう。したがって、このように光軸が互いに異なる投、
受光器をもつ反射形光型スイッチではきわめて近接した
物体の検知が不可能であるという問題がある。

発明の概要 発明の目的 この発明は、投受光素子を用いた単線双方向光通信シス
テムや近接した物体検知用の光電スイッチ等に好適なレ
ンズ、とくにフレネル拳レンズを提供することを目的と
する。

発明の構成と効果 この発明によるフレネル・レンズは、焦点距離が異なる
複数のマイクロ・フレネル・レンズ素子を同一基板上に
形成したことを特徴とする。

たとえば焦点距離の短いレンズ素子を中央に。

これよりも焦点距離の長いレンズ素子をその周囲に形成
する。投受光素子の投光部からの光は中央のレンズ素子
によってコリメートされて外部に出射し、外部からの入
射光は周囲のレンズ素子によって集光またはコリメート
されて周囲の受光部に受光されるようになる。このよう
にして、２つの焦点距離をもつこの発明によるフレネル
・レンズは上記の投受光素子に好適に用いることが可能
となり、単線双方向光通信システムにおける光結合手段
として、また近接した物体の検知が可能な光電スイッチ
のレンズ手段として有効に利用される。

実施例の説明 第１図および第２図はこの発明の実施例を示している。

フレンル・レンズ１は、中央部のマイクロ・フレネル中
レンズ素子１ａとその周囲に設けられた環状のマイクロ
・フレネル・レンズ素子１ｂとから構成されている。い
ずれのレンズ素子１ａ、　ｌｂも同心円状の凹凸パター
ンを有し、この凹凸パターンによる光のフレネル回折を
利用して光を集光またはコリメートするものである。図
示の例ではブレーズ化された凹凸パターンが示されてい
るが、ステップ状の凹凸パターンを用いてもよい。

レンズ素子１ａとｌｂとにおいて、同心円状凹凸パター
ンのピッチが異なっており、これによってレンズ素子１
ａと１ｂとの焦点距離が異なることになる。中央のレン
ズ素子１ａの焦点距離ｆ１は９周囲のレンズ素子１ｂの
焦点距離ｆ２よりも短い。

第５図は他の例のフレネル会レンズ２を示している。基
板３に中央のレンズ素子３ａと周囲のレンズ素子３ｂと
が形成されている。中央のレンズ素子３ａは上記のレン
ズ素子１ａと同じように同心円状の凹凸パターンを備え
、平行光を円形スポットに集光または拡散光をコリメー
トする作用をなす。周囲のレンズ素子３ａは、シリンド
リカルやレンズを四角形に組合せたものと同じ機能をも
ち、平行入射光を四角形の４辺からなる枠状に集光する
。これらのレンズ素子３ａ＋　３ｂの焦点距離も相互に
異なっている。

上記の例では、焦点距離の異なる２つのレンズ素子の組
合せからフレネル・レンズが構成されているが、３つ以
上のレンズ素子の組合せによってフレネル・レンズを構
成してもよい。また、２つのレンズ素子は中央部とその
周囲とにそれぞれ配置されているが、他の配列、たとえ
ば直線上に並べることもできるし、縦横に配列してもよ
い。

２つ以上のレンズ素子を別個に作成してこれを１つの基
板上に接着することによってフレネル◆レンズをつくる
ことも可能であるが、２つ以上のレンズ素子を射出成形
その他のやり方によって透明樹脂で一体成形することが
好ましい。

この樹脂成形のためのフレネル会レンズの雌型は種々の
やり方でこれをつくることができるが。

たとえば次のようにして作製すればよい。

所定の基板上に電子線レジストを塗布し、電子線描画法
によりレジスト上に複数のレンズ素子を含むフレネル・
レンズ・パターンを描画し、その後、このレジストを現
像する。そして、基板上の残膜レジスト・パターンをド
ライ・エツチングによって基板に転写する。この基板が
雌型となる（特願昭６１．−３４１９参照）。

または、上記の残膜レジスト・パターンを雄型として電
鋳法によって雌型を形成する。すなわち、残膜レジスト
・パターンに金属をめっきし。

その後、残膜パターンおよび基板を有機溶剤等で溶解す
ることにより、金属めっき部分のみを残す（特願昭８１
−３４２０参照）。

第３図は、上述したフレネル・レンズ１を単線双方向光
通信システムにおいて投受光素子１０と光ファイバ１４
との光結合手段として応用した例を示している。投受光
素子１０の投光部１１から出射した光は中央のレンズ素
子１ａでコリメートされて光ファイバ１４の端面に入射
する。光ファイバ１４の端面からその光軸方向（端面に
垂直な方向）に出射した光のうち、中央部の光はレンズ
素子１ａによって投光部１１に集光するが２周囲の光は
焦点距離の長い周囲のレンズ素子１ｂによって集光され
ながら受光部１２に到達する。これによって受光部１２
でも多くの光の受光、検知が可能となる。

第４図は、」二連の複数焦点マイクロ・フレネル・レン
ズ１を反射形光電スイッチの光学系に利用した例を示し
ている。この光電スイッチは、主に非常に近い位置にあ
る物体２４を検出するためのものである。投受光素子１
０が用いられ、その前方にフレネル・レンズ１が配置さ
れている。投光部１１からの発散光は中央のレンズ素子
１ａによってコリメートされ、被検出物体２４に投射さ
れる。物体２４からの反射光または散乱光の一部は周囲
のレンズ素子１ｂによってコリメートまたは集光されて
受光部１２に検知される。

このように、この発明による複数焦点フレネル・レンズ
は投受光素子を用いた各種光学機器、システムに好適に
応用される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の実施例を示し、第１図
は斜視図、第２図は断面図である。 第３図はこの発明によるフレネル・レンズを単線双方向
光通信に応用した例を示す構成図、第４図は同フレネル
・レンズを反射形光電スイッチに−７一 応用した例を示す構成図である。 第５図はこの発明の他の実施例を示す斜視図である。 第６図は従来の単線双方向光通信システムの一部を示す
構成図、第７図は従来の反射形光電スイッチを示す構成
図である。 １．２・・・フレネル・レンズ２ １ａ、　ｌｂ、　３ａ、　３ｂ・・・マイクロ争フレネ
ル・レンズ素子。 以　　上 特許出願人　　立石電機株式会社 代　理　人　　　弁理士　牛　久　健　司（外１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 焦点距離が異なる複数のマイクロ・フレネル・レンズ素
   子が同一基板上に形成されているフレネル・レンズ。