WO2000016148A1 - Lentille servant a modifier un axe optique - Google Patents

Lentille servant a modifier un axe optique Download PDF

Info

Publication number
WO2000016148A1
WO2000016148A1 PCT/JP1998/004145 JP9804145W WO0016148A1 WO 2000016148 A1 WO2000016148 A1 WO 2000016148A1 JP 9804145 W JP9804145 W JP 9804145W WO 0016148 A1 WO0016148 A1 WO 0016148A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical axis
light
lens
light guide
columnar
Prior art date
Application number
PCT/JP1998/004145
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hajime Nakajima
Patrick Ruther
Original Assignee
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh filed Critical Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority to EP98942995A priority Critical patent/EP1031865A4/en
Priority to PCT/JP1998/004145 priority patent/WO2000016148A1/ja
Publication of WO2000016148A1 publication Critical patent/WO2000016148A1/ja
Priority to US09/568,180 priority patent/US6341043B1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • 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
    • G02B3/06—Simple or compound lenses with non-spherical faces with cylindrical or toric faces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends

Definitions

  • the present invention relates to an optical axis conversion lens used for a micro optical element having a light guide and capable of freely changing the optical axis of light emitted from the light guide without being restricted by the height of the light guide. is there. Background art
  • FIG. 4 is a perspective view showing a conventional optical position detecting device using a rod-shaped lens disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-9813.
  • FIG. 102 is a buffer layer
  • 103 is a first plate light guide
  • 104 is an input optical fiber
  • 105 is an optical fiber holder
  • 106 is a first plate light guide having a predetermined curved surface shape.
  • the end face of the light body, 107 is an emission end face of the light from the first flat plate light guide 103, 108 is a rod-shaped lens used as an optical means having a uniaxial focusing action, and a rod-shaped lens holder And is adhered to the substrate 101.
  • 1 10 is the surface to be detected
  • 1 1 1 is the second flat plate light guide
  • 1 1 2 is the incident end face of the light to the second flat plate light guide 1 1
  • 1 1 3 is the predetermined curved surface shape End surface of the second flat plate light guide having
  • 1 14 b are branch light guides connected to the second plate light guide 1 11, 1 15 a, 1 15 b are output optical fibers, and X, ⁇ , and Z are rectangular coordinate axes.
  • the curvature of the first flat light guide end face 106 and the rod-like lens 108 is such that the converged light flux formed by each of them is focused on the general center position of the desired measurement range of the detection surface 110.
  • the positions of the second flat plate light guide end face 113 and the rod lens 108 are located at the focal position of the reflected light from the detection surface 110 converged in the Y-axis direction by the rod lens. It is determined that there is a flat light guide end face 113.
  • the light beam reflected by the surface to be detected 110 re-enters the rod-shaped lens 108 and is introduced into the second flat-plate light guide 111 from the incident end face 112.
  • the light flux is imaged at the branch point of the branching light guides 114a and 114b, and is output from the output optical fibers 115a and 115b.
  • the height of each of the flat light guides 103 and 111 is set to the diameter of the optical fiber 104, 115a and 115b.
  • the diameter of the rod-shaped lens 108 is limited by the height of the flat light guide 1 • 3, 1 1 1. That is, the diameter of the rod-shaped lens 108 must be specified to be the same as the diameter of the optical fibers 104, 115a, and 115b, and the diameter becomes small and the focal length is too short.
  • there were problems such as the inability to obtain a thin beam at a distance.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and can freely convert the optical axis of light emitted from the light guide without being restricted by the height of the light guide.
  • the objective of the present invention is to obtain an optical axis conversion lens that can form a narrow beam even at a distance. Disclosure of the invention
  • the present invention provides an input / output surface, a column-shaped converging surface that converges outgoing light to an external space or incident light from the external space in one direction, an optical axis of the input / exit surface and light of the columnar converging surface. And an internal reflecting mirror that matches the axis.
  • the optical axis of the light emitted from the light guide can be freely converted without being restricted by the height of the light guide, and a narrow beam can be formed even in a distant place of the light guide.
  • the optical axis of the incident light can be freely converted and emitted into the light guide.
  • the present invention is provided at an end face of a light guide that emits a light beam having a divergence angle of 0, and sets an opening width of a lens to an optical distance between the end face of the light guide and a main plane of the lens to a tangent of the divergence angle ⁇ .
  • the light guide is formed to be substantially equal to the light guide, and is formed to be larger than the thickness of the light guide.
  • the present invention has been made by a lithography process of a thick film resist and a resin molding process derived therefrom.
  • a lens capable of sufficiently enlarging the spread of a light beam is manufactured by a lithography process of a thick film registry and a resin molding process derived therefrom.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a columnar lens according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial sectional view showing a use state of the columnar lens.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a columnar lens according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an optical position detecting device using a conventional rod-shaped lens disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-9813. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a perspective view showing a columnar lens according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a partial sectional view showing a use state of the columnar lens.
  • A, B, and C are optical axes
  • the optical axis A and the optical axis B are orthogonal
  • the optical axis B and the optical axis C are also orthogonal.
  • Reference numeral 1 denotes a columnar lens (optical axis conversion lens)
  • la denotes a light incident surface (incoming / outgoing surface), which also functions as a light outgoing surface.
  • lb is the first internal mirror that converts optical axis A to optical axis B (internal mirror)
  • 1 c is the second internal mirror that converts optical axis B to optical axis C (internal mirror)
  • 1 d is a columnar lens surface (columnar focusing surface) that focuses light of the optical axis C, and also functions as a light incident surface.
  • L e and 1 f are lens protection parts provided at the bottom and top, respectively, to prevent the lens surface from being damaged during handling of the columnar lens 1.
  • reference numeral 2 denotes a flat light guide (light guide) formed by sandwiching the core layer 2a between the core layer 2a and the cladding layer 2b, which has a slightly lower refractive index. Is formed by The core layer 2a and the cladding layer 2b The thickness is formed so as to correspond to the core diameter and cladding thickness of the input optical fiber described later. d is the thickness of the cladding layer 2b, ⁇ is the divergence angle of the light beam incident on the entrance surface 1a from the end of the flat light guide 2, and the numerical aperture of the flat light guide 2 (N.A. ).
  • Reference numeral 3 denotes a substrate on which the flat light guide 2 and the columnar lens 1 are installed.
  • the first internal reflecting mirror 1b When the first internal reflecting mirror 1b is not formed, as shown in FIG. 2, the light emitted from the plate light guide 2 and incident on the incident surface 1a is d / d from the incident surface 1a. It will be blocked by the substrate 3 at a position tan S away. Therefore, the first internal reflecting mirror 1b is formed at a position where the optical axis A can be converted to the optical axis B before the light incident from the incident surface 1a is blocked by the substrate 3.
  • the second internal reflecting mirror 1c is formed at a position where the optical axis B can be converted to the optical axis C.
  • the columnar lens surface Id is formed such that its optical axis coincides with the optical axis C, and is formed so that incident light can be focused and emitted as a light source on the optical axis C.
  • the size and focal length of the columnar lens 1 are determined by the light condensing position and the light condensing spot size required for the emitted light beam.
  • a is the optical distance from the end of the flat plate light guide 2 to the main plane of the columnar lens 1
  • b is the optical distance from the main plane of the columnar lens 1 to the focusing position
  • f is the focal length of the columnar lens 1.
  • the focal length: f and the distance a are determined to satisfy this, and the spread of the ray bundle at that distance a can be sufficiently included.
  • the opening width of the columnar lens 1 is determined.
  • the distance a increases, and the aperture of the columnar lens 1 guides the light. Beyond the width of the light body. That is, it is essential to arrange the optical axis C of the columnar lens 1 at a position different from the optical axis A of the incident light. For this reason, the internal reflecting mirrors lb and 1c were formed at the positions described above.
  • lithography technique by applying the lithography technique to a thick film registry, even a fine structure can be manufactured with high productivity.
  • X-ray exposure is most suitable for accurate exposure of thick film resists, applying a process known as LIGA (acronym for lithography, electrical structure and molding in German). can do.
  • LIGA acronym for lithography, electrical structure and molding in German.
  • the constituent material may be any type as long as it is transparent at the wavelength of the light wave used, such as glass or polymer. Examples of such materials are shown below.
  • a ceramic in which a metal or an oxide is coated on the surface in a thin film is used, and a PMMA (polymethymethacryl late) resin is formed into a resin having a predetermined thickness on the thin film.
  • the thickness and the refractive index of the resin are selected so that light can efficiently enter and exit the optical fiber as a light guide.
  • X-ray exposure is performed using a mask in which the cross-sectional shape of the columnar lens 1 is drawn using gold or the like as an absorbing layer, and the shape of the columnar lens 1 is transferred to the PMMA resin.
  • this exposure using X-rays since the X-rays have good linearity, an accurate columnar structure can be transferred to a PMMA resin film having a thickness of several hundreds / zm.
  • the image is formed to form a columnar resin structure, and then the thin film provided between the resin and the ceramic substrate is etched to separate the structure from the substrate and form a single structure.
  • PMMA is sensitive to visible and near-infrared light. Since it is a transparent material, it can be used as it is as a collimation.
  • a molding process can be introduced to improve mass productivity.
  • an electric structure is performed on the substrate on which the columnar structure after development is mounted, and a metal such as nickel is mounted on the surface of the substrate so as to exceed the height of the columnar structure. If the metal is separated after fabrication, the columnar structure is transferred to the metal. If this is used as a female mold and resin molding such as injection molding is performed, a large number of resin replicas can be obtained.
  • the internal reflection mirrors 1b and 1c it is possible to use total internal reflection utilizing the difference between the refractive index of the transparent resin and the refractive index of the outside (mainly air).
  • a metal with high reflectivity such as silver is vapor-deposited on the surface of the reflector after forming the columnar structure.
  • a configuration as a back mirror is also possible.
  • the light emitted from the plate light guide 2 enters the columnar lens 1 as the optical axis A from the incident surface 1a of the columnar lens 1. Then, the incident light on the optical axis A is reflected vertically upward by the first internal reflecting mirror 1b, and is converted to the optical axis B so that the reflected light beam has an angular direction that is not blocked by the substrate 3. . Further, the incident light on the optical axis B is reflected again by the second internal reflecting mirror 1c, and the optical axis B is converted into the optical axis C. The incident light on the optical axis C is converged and emitted as a light source on the optical axis C by the columnar lens surface 1d, and forms a thin beam on a detection surface (not shown).
  • the columnar lens 1 Since the columnar lens 1 is formed so that light incident from the columnar lens surface 1 d can be emitted from the incident surface 1 a, the columnar lens 1 is not illustrated by using a separate columnar lens 1.
  • the reflected light from the surface to be detected is introduced from the columnar lens surface Id, focused, and the light emitted from the entrance surface 1a is analyzed. By doing so, triangulation can be performed.
  • the optical axis A of the outgoing light of the plate light guide 2 is changed to the optical axes B and C without being restricted by the height of the plate light guide 2. That is, there is obtained an effect that a thin beam can be formed even at a distance from the flat plate light guide 2.
  • the inclination angles of the internal reflecting mirrors lb and 1c are set as shown in the illustrated example.
  • the tilt angle can be set freely according to the application.
  • two internal reflecting mirrors lb and lc are provided, but the present invention is not limited to this.
  • one internal reflecting mirror may be provided, and the optical axis When performing many conversions, three or more conversions may be provided.
  • Embodiment 2 In the case of emission only upward, one internal reflecting mirror may be provided, and the optical axis When performing many conversions, three or more conversions may be provided.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a columnar lens according to Embodiment 2 of the present invention.
  • reference numeral 2 denotes a columnar lens (optical axis conversion lens), and 2a denotes a light incident surface (input / output surface). It also functions as a light emitting surface.
  • Reference numeral 2b denotes an internal reflecting mirror for converting the optical axis A to the optical axis B. The forming position and the forming angle are the same as those of the first internal reflecting mirror 1b in the first embodiment.
  • 2c is a columnar concave mirror (columnar focusing surface) that converts the optical axis B to the optical axis C and focuses the light.
  • the curved surface of the columnar concave mirror 2c is set so that the optical axis of the emitted light coincides with the desired optical axis C and a desired convergence angle is obtained.
  • 2 d is a light emitting surface, which also functions as a light incident surface.
  • the columnar lens 2 can be manufactured by the same manufacturing method as the columnar lens 1 shown in the first embodiment. Next, the operation will be described.
  • the light emitted from the plate light guide enters the columnar lens 2 as the optical axis A from the incident surface 2a of the columnar lens 2. Then, the incident light on the optical axis A is reflected vertically upward by the internal reflecting mirror 2b, and is converted into the optical axis B. Further, the incident light of the optical axis B is converted from the optical axis B to the optical axis C by the columnar concave mirror 2c, is focused at a desired convergence angle, is emitted from the emission surface 2d, and is not shown in the drawing. Form a narrow beam on the surface.
  • the columnar lens 2 is formed so that the light incident from the exit surface 2d can be focused by the columnar concave mirror 2c and exit from the entrance surface 2a.
  • the reflected light from the surface to be detected (not shown) is introduced from the emission surface 2d, focused by the columnar concave mirror 2c, and the light emitted from the incidence surface 2a is analyzed to perform triangulation. It can be carried out.
  • the optical axis A of the light emitted from the flat plate light guide is converted into the optical axes B and C without being restricted by the height of the flat light guide (not shown).
  • the height of the flat light guide not shown
  • the angle of inclination of the internal reflecting mirror 2b and the angle of the optical axis C are not limited to those shown in FIG. 3, but can be set freely according to the use of the columnar lens 2.
  • the present invention is not limited to this, and the freedom of setting the optical axis C can be increased by providing two or more internal reflecting mirrors.
  • the optical axis conversion lens according to the present invention can freely convert the optical axis of the light emitted from the light guide without being restricted by the height of the light guide. Suitable for forming narrow beams. are doing.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Description

明 細 書 光軸変換レンズ 技術分野
この発明は、 導光体を有する微小光学素子に使用され、 当該導光体の 高さに制約されることなく 当該導光体出射光の光軸を自由に変換できる 光軸変換レンズに関するものである。 背景技術
一般に、 導光体から空間に出射された光は、 当該導光体による光閉じ 込め効果を失い、 当該導光体の厚み方向に拡散放射する。 従来、 導光体 からの出射光を空間において広がり角の小さい光線束に変換する場合に は、 回転対称な一般レンズや円筒レンズを導光体端面に近接配置して拡 散を抑えていた。
かかる従来技術と して、 例えば、 特開平 1 0— 9 8 1 3号公報に開示 されたものがある。 第 4図は特開平 1 0— 9 8 1 3号公報に開示された 従来の棒状レンズを使用した光学的位置検出装置を示す斜視図であり、 第 4図において、 1 0 1は基板、 1 0 2はバッファ層、 1 0 3は第 1 の 平板導光体、 1 0 4は入力光ファイバ、 1 0 5は光ファイバ保持体、 1 0 6は所定の曲面形状を有する第 1の平板導光体端面、 1 0 7は第 1の 平板導光体 1 0 3からの光の出射端面、 1 0 8は一軸集束作用を有する 光学的手段として用いられる棒状レンズであ り、 棒状レンズ保持体によ つて保持され基板 1 0 1 に接着されている。 1 1 0は被検出面、 1 1 1 は第 2の平板導光体、 1 1 2は第 2の平板導光体 1 1 1への光の入射端 面、 1 1 3は所定の曲面形状を有する第 2の平板導光体端面、 1 1 4 a ， 1 1 4 bは第 2の平板導光体 1 1 1 に連続した分岐導光体、 1 1 5 a , 1 1 5 bは出力光ファイバ、 X， Υ , Zは直角座標軸である。
なお、 第 1の平板導光体端面 1 0 6 と棒状レンズ 1 0 8の曲率は、 各 々によって形成される集束光束が、 被検出面 1 1 0の所望測定範囲の概 括中心位置で焦点を持つように決定されている。 また、 第 2の平板導光 体端面 1 1 3 と棒状レンズ 1 0 8の位置は、 棒状レンズによ り Y軸方向 に集束した被検出面 1 1 0からの反射光の焦点位置に第 2の平板導光体 端面 1 1 3があるように決定されている。
次に動作について説明する。
入力光ファイバ 1 0 4から導入され第 1の平板導光体 1 0 6で反射した 光は、 出射端面 1 0 7から出射し、 棒状レンズ 1 0 8を経て被検出面 1 1 0に至る。 被検出面 1 1 0で反射した光束は、 棒状レンズ 1 0 8に再 度入射し、 入射端面 1 1 2から第 2の平板導光体 1 1 1 に導入される。 そして、 光束は分岐導光体 1 1 4 a , 1 1 4 bの分岐点で結像され、 出 力光ファ 1 1 5 a， 1 1 5 bから出力される。
従来の光軸変換レンズは以上のように構成されているので、 各平板導 光体 1 0 3 , 1 1 1の高さが光ファ 1 0 4， 1 1 5 a , 1 1 5 bの 径などで規定される場合には、 棒状レンズ 1 0 8の直径が平板導光体 1 ◦ 3， 1 1 1の高さによって制限を受ける。 すなわち、 棒状レンズ 1 0 8の直径を光ファ 1 0 4 , 1 1 5 a , 1 1 5 bの径と同一に規定し なければならず、 当該直径が小さ く なり焦点距離が短か過ぎて、 遠方に おいて細いビームを得られないなどの課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、 導光 体の高さに制約されることなく 当該導光体出射光の光軸を自由に変換で き、 当該導光体の遠方においても細いビームを形成できる光軸変換レン ズを得ることを目的とする。 発明の開示
この発明は、 入出射面と、 外部空間への出射光または当該外部空間か らの入射光を一方向に集束する柱状集束面と、 前記入出射面の光軸と前 記柱状集束面の光軸とを一致させる内部反射鏡とを備えたものである。
このことによって、 導光体の高さに制約されることなく 当該導光体出 射光の光軸を自由に変換でき、 当該導光体の遠方においても細いビーム を形成できるとともに、 外部空間からの入射光の光軸を自由に変換して 当該導光体内に出射できる効果がある。
この発明は、 広がり角 0なる光線束を出射する導光体端面に設置され 、 レンズの開口幅を、 前記導光体端面と当該レンズの主平面との光学距 離を前記広がり角 < の正接で除したものとほぼ等しく形成するとともに 、 前記導光体の厚みよ り も大き く形成したものである。
このことによって、 光線束の広がりを十分に包含してレンズ内に導入 できる効果がある。
この発明は、 厚膜レジス 卜のリ ソグラフィープロセスとそれによ り派 生する樹脂成形プロセスによって作製したものである。
このことによって、 微細な構造であっても量産性良く作製できる効果 がある。
この発明は、 光線束の広がりを十分に包含できるレンズを、 厚膜レジ ス 卜のリ ソグラフィープロセスとそれによ り派生する樹脂成形プロセス によって作製したものである。
このことによって、 微細な構造であっても、 光線束の広がりを十分に 包含できるレンズを量産性良く作製できる効果がある。 図面の簡単な説明 第 1図はこの発明の実施の形態 1 による柱状レンズを示す斜視図であ る。
第 2図は柱状レンズの使用状態を示す部分断面図である。
第 3図はこの発明の実施の形態 2 による柱状レンズを示す斜視図であ る。
第 4図は特開平 1 0— 9 8 1 3号公報に開示された従来の棒状レンズ を使用した光学的位置検出装置を示す斜視図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 この発明をよ り詳細に説明するために、 この発明を実施するた めの最良の形態について、 添付の図面にしたがって説明する。
実施の形態 1 .
第 1図はこの発明の実施の形態 1 による柱状レンズを示す斜視図、 第 2図は柱状レンズの使用状態を示す部分断面図である。 第 1図において 、 A , B , Cは光軸であり、 光軸 Aと光軸 Bは直交し、 光軸 Bと光軸 C も直交している。 1は柱状レンズ （光軸変換レンズ） 、 l aは光の入射 面 （入出射面） であ り、 光の出射面としても機能するものである。 l b は光軸 Aを光軸 Bに変換する第 1の内部反射鏡 （内部反射鏡） 、 1 cは 光軸 Bを光軸 Cに変換する第 2の内部反射鏡 （内部反射鏡） 、 1 dは光 軸 Cの光を集束する柱状レンズ面 （柱状集束面） であ り、 光の入射面と しても機能するものである。 l e， 1 f は柱状レンズ 1の取り扱い中に レンズ面が破損するのを防止するために、 底部と上部にそれそれ設けら れたレンズ保護部である。
また、 第 2図において、 2はコア層 2 aをこれよ り も屈折率が若干低 ぃクラッ ド層 2 bで挟み込んで形成された平板導光体 （導光体） であ り 、 透明樹脂によって形成されている。 このコア層 2 aとクラヅ ド層 2 b の厚みは、 後述する入力光ファイバのコア直径とクラ ッ ド厚みに対応す るように形成されている。 dはクラ ッ ド層 2 bの厚み、 Θは平板導光体 2の端部から入射面 1 aに入射した光線束の広がり角であり、 平板導光 体 2の開口数 （N . A . ) で記述されるものである。 3は平板導光体 2 や柱状レンズ 1などを設置する基板である。
次に第 1の内部反射鏡 1 bの形成位置について説明する。
第 1の内部反射鏡 1 bが形成されていない場合には、 第 2図に示すよ うに、 平板導光体 2から出射され入射面 1 aに入射した光は、 入射面 1 aから d/t a n S離れた位置で基板 3によって遮断されることになる 。 そこで、 第 1の内部反射鏡 1 bは、 入射面 1 aから入射した光が基板 3によって遮断される前に光軸 Aを光軸 Bに変換できる位置に形成して ある。
また、 第 2の内部反射鏡 1 cは、 光軸 Bを光軸 Cに変換できる位置に 形成されている。
また、 柱状レンズ面 I dは、 その光軸が光軸 Cに一致するように形成 されているとともに、 入射光を光軸 C上の光源として集束し出射できる ように形成されている。
柱状レンズ 1の大きさと焦点距離は、 出射後の光線束に要求される集 光位置および集光スポッ トの大きさで決定される。 ここで、 平板導光体 2の端部から柱状レンズ 1の主平面までの光学距離を a、 柱状レンズ 1 の主平面から集光位置までの光学距離を b、 柱状レンズ 1の焦点距離を f とし、 平板導光体 2のコア層 2 aのサイズを W、 集光点における所望 の集光スポッ トサイズを Dとすれば、 結像の公式よ り、
1 /f 二 l /a + l /b、 D = bW/a
の関係が得られる。 これを満足するように焦点距離 : f および距離 aが決 定され、 さらにその距離 aにおける光線束の広がりを十分に包含できる ように柱状レンズ 1 の開口幅が決定される。
一般に導光体の幅の数倍以上の遠方で当該導光体幅の数倍程度の小さ な集光スポッ トを得るためには、 距離 aが大き く なり、 上記柱状レンズ 1の開口が導光体の幅を越える。 つま り、 柱状レンズ 1の光軸 Cを、 入 射光の光軸 Aと異なる位置に配置することが必須となる。 このため、 内 部反射鏡 l b， 1 cを上述した位置に形成したのである。
次に本発明の製造方法の一例について説明する。
本発明は、 厚膜レジス 卜に対する リ ソグラフィ一技術を適用することに よ り、 微細な構造であっても量産性良く作製することができる。 厚膜レ ジス トの精度良い露光には、 X線を用いた露光が最適であり、 L I G A ( ドイ ツ語のリ ソグラフィー、 電気錶造、 成形の頭字語） という名称で 知られるプロセスを適用することができる。 構成材料としては、 使用す る光波の波長において透明であればよ く、 ガラス、 ポリマ一など多種類 考えられるが、 その一例を以下に示す。
基板には、 例えば、 金属または酸化物を表面に薄膜コーティ ングした セラ ミ ックスを用い、 P M M A ( Polymethy l methacry late ) 樹脂を当 該薄膜上に所定膜厚をもつて樹脂化する。 樹脂は導光体として光フアイ バへの光の入出射が効率良く行われるように、 その厚みおよび屈折率が 選定される。
これに、 金などを吸収層として柱状レンズ 1の断面形状を描画したマ スクを用いて X線露光を行い、 柱状レンズ 1の形状を前記 P M M A樹脂 に転写する。 この X線を用いた露光では X線の直進性が良いため、 正確 な柱状構造が膜厚数百/ z mの P M M A樹脂膜に転写できる。 転写後に現 像して柱状体の樹脂構造を作製後、 樹脂とセラ ミ ックス基板の間に設け た前記薄膜をエツチングすることによ り、 基板から構造体を分離して単 体の構造体を得ることができる。 P M M Aは可視光および近赤外光にお いて透明の素材であるので、 これをそのままコ リメ一夕として使用する ことができる。
また、 前記 L I G Aプロセスでは、 量産性を向上するために成形のプ 口セスが導入可能である。 この場合には、 現像後の柱状構造を装着した 基板に電気錄造を行って、 基板表面にニッケルなどの金属を当該柱状構 造の高さを越えて装着する。 鎢造後に当該金属を分離すれば、 当該金属 に柱状構造が転写されているので、 これを雌型として射出成形などの樹 脂成形を行えば、 樹脂のレプリカを多数得ることができる。
一方、 内部反射鏡 1 b , 1 cには、 透明樹脂の屈折率と外部 （主と し て空気） の屈折率差を利用した内部全反射を利用することが可能である 。 しかし、 反射鏡の角度と当該透明樹脂の屈折率によ り、 十分な反射が 得られない場合には、 柱状構造の形成後に銀などの高反射率の金属を反 射鏡表面に蒸着し、 裏面鏡とする構成も可能である。
次に動作について説明する。
平板導光体 2 を出射した光は、 柱状レンズ 1の入射面 1 aから光軸 Aと して柱状レンズ 1 内に入射する。 そして、 この光軸 Aの入射光は、 第 1 の内部反射鏡 1 bによって垂直上方に反射され、 反射後の光線束が基板 3に遮断されない角度方向となるよう、 光軸 Bに変換される。 さらに、 光軸 Bの入射光は、 第 2の内部反射鏡 1 cによって再び反射され、 その 光軸 Bを光軸 Cに変換される。 光軸 Cの入射光は、 柱状レンズ面 1 dに よって光軸 C上の光源として集束されて出射され、 図示しない被検出面 に細いビームを形成する。
なお、 柱状レンズ 1は、 柱状レンズ面 1 dから入射した光を入射面 1 aから出射することができるように形成されているので、 別途の柱状レ ンズ 1 を用いることによ り、 図示しない被検出面からの反射光を柱状レ ンズ面 I dから導入して集束し、 入射面 1 aから出射された光を分析す ることで三角測量を行うことができる。
以上のように、 この実施の形態 1 によれば、 平板導光体 2の高さに制 約されることなく 当該平板導光体 2の出射光の光軸 Aを光軸 B , Cへと 変換でき、 当該平板導光体 2の遠方においても細いビームを形成できる 効果が得られる。
なお、 上記実施の形態 1 においては、 入射光を直角に反射させるため に、 内部反射鏡 l b , 1 cの傾斜角度を図示例のように設定したが、 こ れに限られず、 柱状レンズ 1の用途に応じて当該傾斜角度を自由に設定 できる。
また、 内部反射鏡 l b , l cを 2個設けたが、 これに限られず、 例え ば、 上方のみへの出射の場合には 1個の内部反射鏡を設ければよ く、 さ らに光軸変換を多数行う場合には、 3個以上設けてもよい。 実施の形態 2 .
第 3図はこの発明の実施の形態 2 による柱状レンズを示す斜視図であ り、 第 3図において、 2は柱状レンズ （光軸変換レンズ） 、 2 aは光の 入射面 （入出射面） であり、 光の出射面としても機能するものである。 2 bは光軸 Aを光軸 Bに変換する内部反射鏡であり、 その形成位置およ び形成角度は上記実施の形態 1 における第 1の内部反射鏡 1 bと同様で ある。 2 cは光軸 Bを光軸 Cに変換するとともに、 その光を集束する柱 状凹面鏡 （柱状集束面） である。 この柱状凹面鏡 2 cの曲面は、 その出 射光の光軸が所望の光軸 Cに一致し、 かつ、 所望の集束角度が得られる ように設定されている。 2 dは光の出射面であり、 光の入射面としても 機能するものである。
なお、 この柱状レンズ 2は、 上記実施の形態 1 において示した柱状レ ンズ 1 と同様の製造方法によつて製造することができる。 次に動作について説明する。
図示しない平板導光体を出射した光は、 柱状レンズ 2の入射面 2 aから 光軸 Aとして柱状レンズ 2内に入射する。 そして、 この光軸 Aの入射光 は、 内部反射鏡 2 bによって垂直上方に反射され、 光軸 Bに変換される 。 さらに、 光軸 Bの入射光は、 柱状凹面鏡 2 cによってその光軸 Bを光 軸 Cに変換されるとともに、 所望の集束角度に集束されて出射面 2 dか ら出射され、 図示しない被検出面に細いビームを形成する。
なお、 柱状レンズ 2は、 出射面 2 dから入射した光を柱状凹面鏡 2 c によつて集束して入射面 2 aから出射することができるように形成され ているので、 別途の柱状レンズ 2 を用いることによ り、 図示しない被検 出面からの反射光を出射面 2 dから導入して柱状凹面鏡 2 cによって集 束し、 入射面 2 aから出射された光を分析することで三角測量を行う こ とができる。
以上のように、 この実施の形態 2 によれば、 図示しない平板導光体の 高さに制約されることなく 当該平板導光体の出射光の光軸 Aを光軸 B , Cへと変換でき、 当該平板導光体の遠方においても細いビームを形成で きる効果が得られる。
なお、 内部反射鏡 2 bの傾斜角度や光軸 Cの角度は、 第 3図に示した ものに限られず、 柱状レンズ 2の用途に応じて自由に設定できる。
また、 内部反射鏡 2 bを 1個設けたが、 これに限られず、 2個以上設 けることによって光軸 Cの設定の自由度を増すこともできる。 産業上の利用可能性
以上のように、 この発明に係る光軸変換レンズは、 導光体の高さに制 約されることなく 当該導光体出射光の光軸を自由に変換でき、 当該導光 体の遠方においても細いビームを形成できることを必要とするものに適 している。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 導光体からの出射光を内部に入射しまたは外部空間からの入射光を 前記導光体に出射する入出射面と、 前記入出射面の光軸と異なる位置ま たは異なる方向に光軸を有するとともに反射作用または屈折作用を有し 、 前記外部空間への出射光または前記外部空間からの入射光を一方向に 集束する柱状集束面と、 前記入出射面の光軸と前記柱状集束面の光軸と を一致させる内部反射鏡とを備えた光軸変換レンズ。
2 . 広がり角 0なる光線束を出射する導光体端面に設置され、 レ ンズの 開口幅を、 前記導光体端面と当該レ ンズの主平面との光学距離を前記広 がり角 0の正接で除したものとほぼ等しく形成するとともに、 前記導光 体の厚みよ り も大き く形成したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載 の光軸変換レ ンズ。
3 . 厚膜レジス トのリソグラフィープロセスとそれによ り派生する樹脂 成形プロセスによって作製したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載 の光軸変換レンズ。
4 . 厚膜レジス トのリ ソグラフィープロセスとそれによ り派生する樹脂 成形プロセスによって作製したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載 の光軸変換レ ンズ。
PCT/JP1998/004145 1998-09-16 1998-09-16 Lentille servant a modifier un axe optique WO2000016148A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP98942995A EP1031865A4 (en) 1998-09-16 1998-09-16 LENS FOR MODIFYING AN OPTICAL AXIS
PCT/JP1998/004145 WO2000016148A1 (fr) 1998-09-16 1998-09-16 Lentille servant a modifier un axe optique
US09/568,180 US6341043B1 (en) 1998-09-16 2000-05-09 Optical axis conversion lens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP1998/004145 WO2000016148A1 (fr) 1998-09-16 1998-09-16 Lentille servant a modifier un axe optique

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US09/568,180 Continuation US6341043B1 (en) 1998-09-16 2000-05-09 Optical axis conversion lens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2000016148A1 true WO2000016148A1 (fr) 2000-03-23

Family

ID=14208988

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP1998/004145 WO2000016148A1 (fr) 1998-09-16 1998-09-16 Lentille servant a modifier un axe optique

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6341043B1 (ja)
EP (1) EP1031865A4 (ja)
WO (1) WO2000016148A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60021775T2 (de) 2000-12-11 2006-04-20 Mitsubishi Denki K.K. Optischer distanzsensor
US6846116B2 (en) 2000-12-11 2005-01-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Sensor head

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0413243A (ja) * 1990-04-28 1992-01-17 Mitsubishi Electric Corp 光ヘッド
JPH04225306A (ja) * 1990-12-26 1992-08-14 Takenaka Denshi Kogyo Kk 光ファイバケーブルの光軸変換装置
JPH07154546A (ja) * 1993-11-29 1995-06-16 Nikon Corp 画像読取装置
JPH109813A (ja) * 1996-06-26 1998-01-16 Mitsubishi Electric Corp 光学的位置検出装置
JPH1020196A (ja) * 1996-07-08 1998-01-23 Canon Inc 変倍光学系及びそれを用いた撮像装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3850510A (en) * 1972-01-03 1974-11-26 Polaroid Corp Novel prismatic element
CH669677A5 (en) * 1986-03-24 1989-03-31 Benno Perren Optical device for beam focussing or divergence - has opposing spherical and planar reflectors provided by facing surfaces of transparent block
DE4014837A1 (de) * 1990-05-09 1991-11-14 Zeiss Carl Fa Verfahren und vorrichtungen zum punktweisen optischen ueberstreichen einer vorlage
US5150259A (en) * 1990-07-30 1992-09-22 Mitsubishi Rayon Company Ltd. Optical imaging device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0413243A (ja) * 1990-04-28 1992-01-17 Mitsubishi Electric Corp 光ヘッド
JPH04225306A (ja) * 1990-12-26 1992-08-14 Takenaka Denshi Kogyo Kk 光ファイバケーブルの光軸変換装置
JPH07154546A (ja) * 1993-11-29 1995-06-16 Nikon Corp 画像読取装置
JPH109813A (ja) * 1996-06-26 1998-01-16 Mitsubishi Electric Corp 光学的位置検出装置
JPH1020196A (ja) * 1996-07-08 1998-01-23 Canon Inc 変倍光学系及びそれを用いた撮像装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1031865A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP1031865A1 (en) 2000-08-30
US6341043B1 (en) 2002-01-22
EP1031865A4 (en) 2006-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10809468B2 (en) Optical component with beam deflection element, method for production thereof, and beam deflection elements suitable for the component
JP4195292B2 (ja) 反射光学系及び反射屈折系を利用した結像システム
CN110895191B (zh) 检测光学成像模块的对准损耗
WO2002048646A1 (fr) Telemetre optique
US6198862B1 (en) Optical position detector
JP2003202205A5 (ja)
JP3379336B2 (ja) 光学的位置検出装置
WO2000016148A1 (fr) Lentille servant a modifier un axe optique
JP3828755B2 (ja) 変位光量変換装置
CN110186563A (zh) 基于柱面光栅的分光波导模块和集成光谱仪及制作方法
US6243209B1 (en) Method and apparatus for providing rectangular shape array of light beams
US20240069422A1 (en) Folded projection and detection system
TW482890B (en) Optical distance sensor
JPH06130255A (ja) Ｌｅｄ用光カプラー及び情報読取り装置
JP3380877B2 (ja) Ｘ線・シンクロトロン放射光の平行放射素子及び収束素子
WO2019104623A1 (zh) 光学分波装置及其制造方法
TW200837508A (en) Exposure apparatus and device fabrication method
CN110392853A (zh) 光学分波装置
JPS60183505A (ja) ウエハの高さ測定器
JPH0795156B2 (ja) マイクロ・レンズ装置
JPH0611603A (ja) 光学部品およびその製法
JPH04343285A (ja) 半導体レーザ装置
JPH0443313A (ja) 光導波路アレイ及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CA JP KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09568180

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1998942995

Country of ref document: EP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1998942995

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1998942995

Country of ref document: EP