JPS5919909A - フレネルゾ−ンプレ−ト - 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】 この発明は、空気中より屈折率が１以上の透明な物質中
の１点に平行光を集光させるフレネルゾーンプレートに
関するものである。

従来のとの棟フレネルゾーンプレートはその輪帯の半径
ｖＫ　が、第１式で与えられる値となっていた。ここで
、λは波長、ｆは焦点距離。

ｋ＝１．２・・・である。このフレネルゾーンプレート
の作用を第１図に示す。第１図において。

（１）はフレネルゾーンプレー）、（２）は光軸、（３
）は入射平行光、（４）は出射光、　（５Ｈ″ｉ′集光
点である。

このように、フレネルゾーンプレートが空気中に置かれ
ている場合、入射平行光（３）はフレネルゾーンプレー
ト（１）の半径ＶＫのところで回折され集光点（５）に
向う出射光線に変換され、他の光線も同様に集光点（５
）に向う出射光線に変換される。この場合には、集光点
（５）では収差を生じることなく回折限界のスポットサ
イズをもつ集光光が得られる。次に、第（１）式で与え
られる輪帯をもつ、フレネルゾーンプレートを用いて、
空気中より屈折率ｎ　）　１の透明な物質中へ平行光を
集光させる場合には、空気と上記物質の境界で屈折が起
きるため球面収差が生じ、集光点でのスポット径が回折
限界による値よりも大きくなり、シャープに集光するこ
とができなくなる０この状態を示したものが第２図であ
る。第２図において、（１）は第１図で説明した輪帯半
径が第（１）式で与えられるフレネルゾーンプレート。

（６）は屈折率ｎ　）　１の透明物質、（７）は上記透
明物質と空気との境界である。フレネルゾーンプレー　
ト（１１で回折された出射光（４）は焦点（８）に向う
光線となるが、境界（７）で屈折されるため、この面に
おける屈折の法則に従った方向に変えられ。

光軸（２）とは集魚（８）とは異なる位置で交わる。他
の光線も同様にして境界（７）で屈折され集光点（５）
の近傍で光軸と交わる。この光軸と交わる位置は各光線
により異なるため、一点では交わらず、集光点（５）に
おける像はボケ、そのスポット径は回折限界による値よ
りも大きくなる。

このように、従来の７レネルゾーンプレートでは、屈折
率が１より大きい物質中でシャープに集光することはで
きなかった。

この発明はこれらの欠点を除去するため１輪帯半径を第
１式とは異なるものとし、屈折率が１以上の物質中で回
折限界のスポット径を得るようにしたものであり、以下
図面について靜細に説明する、 第３図は本発明のフレネルゾーンプレートの輪！半径を
求めるための模式図である。このフレネルゾーンプレー
トより距離ｄのところにある屈折率ｎ　）　１の透明物
質（６）中に表面より距離差のところで入射平行光（３
）ヲ無収差で集光させるための輪帯半径を求める。この
ような輪帯の半径Ｖにはフレネルゾーングレート上の点
Ｍから境界（７）上の点Ｎを経て集光点０に至る光学距
離と点Ｍから境界（７）上の点Ｐを経て物質中の点りに
至る光学距離との差が十波長の整数倍になるようにすれ
ば求めることができる。第３図において、光線ＭＮの入
射角をθ７．屈折角を０２とすると。

が成り立つ。また、光路ＭＮＯと光路ＭＰＬの光学距離
の差に対して、波長をλとすると ・・・・・・・・・（３） が成り立つ。ＭＮ、　Ｎｏ等をｄ、ｔ、θ８．θ２を用
いて表わし１式（３）に代入すると となる。また、所要の輪帯半径Ｖには。

ＶＫ−χｔａｎθ２＋ｄｔａｎθ　・川・・・川・川・
・川・・（５１として求まる。すなわち、第（２）式と
第（４）式をＫをパラメータとしてθ２．θ２　に関す
る連立方程式として解き、その解を第（５）弐に代入す
ることにより輪帯半径ｖＫが求まる。

このように輪帯の半径ＶＫ　　をきめると、境界（７）
で屈折された光線はすべて集光点０に向うこととなり、
無収差で口折限界のスポット径となる。

第４図は本発明の一実施例であり、透明なガラス板もし
くはフィルム上に上記半径の多数の同心円を描き、これ
らがっくる輪帯の半径が０と■、との間及びｖ２に４−
ｖ２に＋１　’ｋ”’１　＋　２’−’）との間が透明
で、Ｖ２に−１とｖ２ｘ　（ｋ＝ｂ　２−）との間を不
透明にしたものである。

第５図は本発明の他の実施例であり、透明なガラス板（
９）もしくはフィルム上に輪帯の半径が０とＶ、との間
及びｖ２にとｖ２に＋１（ｋ＝１．２．、、）　　との
間のみに屈折率がｎで１以上の、その厚みがλ／　（ｎ
　−１）となる透明物質００を付けた位相型のフレネル
ゾーングレートであり、第４図に示したものより効率が
高い。

第４図、第５図に示した本発明に係わるフレネルゾーン
プレートを用いれば、屈折率が１以上の物質中で回折限
界のスポット径となるシャープな集光が得られる。

なお９以上は空気中（屈折率ｎ−１）から屈折率が１以
」＝の物質中で集光する場合について述べたが、屈折率
がｎ、〉１のところから屈折率が１２　（）ｎ、　）と
なる物質中に集光するフレネルゾーンプレー）　（ｎ−
ｎ２　／　ｎ、　＞　１として計算できる）として用い
ることができる。

以上のように、この発明に係るフレネルゾーンプレート
では９輪帯半径を従来のものとは異なる第２式、第４式
及び第５式を満足するようにすることにより空気中より
の平行光を屈折率が１以上の物質中で回折限界のスポッ
ト径が得られシャープな集光特性が得られるという効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフレネルゾーンプレートを用いて空気中
で平行光を集光する場合の模式図。 第２図は従来のフレネルゾーンプレートを用いてｎ　）
　１の物質に集光する場合の模式図、第３図は本発明に
係るフレネルゾーンプレートの輪帯半径を求めるだめの
模式図、第４図はこの発明に係るフレネルゾーンプレー
トの一実施例を示す図、第５図はこの発明に係るフレネ
ルゾーンプレートの他の実施例を示す図である。図中で
１）はフレネルゾーンプレート、　（２１は光軸、（３
）は入射平行光、（４）は出射光、（５）は集光点、（
６）は屈折率が１以上の透明物質、（７）は上記透明物
質と空気との境界、（８）は焦点、（９）はガラス板も
しくはフィルム、００は屈折率が１以上の透明物質であ
る。なお１図中、同一あるいは相当部分には同一符号を
付して示しである。 代理人　　葛　野　信　− 第１図 空五中 ／ｙｌ＝１ 集光点＋５）に ｂ１テ３スボ・ント 第２図　　。 巣光戚（５）に ６・１す３スキ−ソト 第３図 ″　　　　１ 集光熱に ７）−１す５大木ｉント 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）平行光を１点に集光するフレネルゾーンプレート
   において２輪帯の半径ＶＫ　　が、θ、とθ２を変数と
   する連立方程式 ％式％ （ここで、に＝１．２．・・・・・・、ｎは屈折率。 λは波長、λは屈折率ｎの透明物質の表面から集光点ま
   での距離、ｄはフレネルゾーンプレートより上記透明物
   質までの距離である）の解によってきまる多数の同上・
   円を透明なガラス板もしくはフィルム上に描き、これら
   がつくる輪帯の半径が０とＶ、の聞及びｙ２にとＶ、に
   ＋１　（ｋ＝１．２・・・・・・）との間を透明、ηに
   −１とＶ、Ｋ（ｋ＝１　、２・・・）との間を不透明に
   したことを特徴とするフレネルゾーンプレート。
2. （２）透明なガラス板もしくはフィルム上に輪帯の半径
   がＯとＶ、との間及びＶ２にとＶ２に＋１　（ｋ　＝１
   ．２・・・）との間のみに屈折率がｎで１以上の、その
   厚みがλ／　（ｎ　−１）となる透明物質を付けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のフレネル
   ゾーンプレート。