JPS62194201A - フレネル状レンズ - Google Patents

フレネル状レンズ

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JPS62194201A
JPS62194201A JP3637686A JP3637686A JPS62194201A JP S62194201 A JPS62194201 A JP S62194201A JP 3637686 A JP3637686 A JP 3637686A JP 3637686 A JP3637686 A JP 3637686A JP S62194201 A JPS62194201 A JP S62194201A
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JP
Japan
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lens
fresnel
fresnel lens
zone
wedge
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JP3637686A
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JPH0462642B2 (ja
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Shunsui Kawasaki
川崎 春水
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Pentax Corp
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Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1876Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (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。

Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、開口数が大きく、かつ焦点における集光効率
の高い一種のフレネルレンズに関するものである。
「従来技術オ、、lJlニーびその問題点」フレネルレ
ンズは、その−面を平面、他面を輪状の曲面群から構成
したもので、同一の焦点距離を有するレンズを薄くする
ことができるという利点がある。このフレネルレンズで
は、理論上、輪帯幅を狭くする程光学性能を上げること
ができるが、その精密製作には限度がある。他方このフ
レネルレンズからヒントを得たフレネル状レンズは、例
えばコンパクトディスク等の対物レンズとして各積用い
られでいる。その一つはグレーティングレンズと呼ばれ
るもので、いわゆるフレネル輪帯を鋸歯状に旋削加工し
たものである。このレンズでは外周になる程輸帯幅が狭
くなり、開口数が大きい(Fナンバーが小ざい)程輸帯
数も増加する0例えば焦点距離が2mm、Fナンバーが
1のレンズを想定すると、輪帯数は500、輪帯幅は約
lumとなる。このようなレンズの加工は不可能である
ため、現在のところ、このグレーティングレンズでは、
開口数が高々0.15程度の小口径レンズしか製作され
でいない。またこのレンズでは焦点における集光効率も
高々75%である。
このグレーティングレンズに代わるものとして、同様の
フレネル輪帯を有するゾーンプレートが製作されている
。このゾーンプレートにあいでも、開口数の大きいもの
ヲ旋削加工するのは困難なため、ホトリソグラフィー法
により製作されているが、その集光効率は40%と極め
て低い。
ざらに第3のフレネル状レンズとしで、ホログラムレン
ズが知られているが、製造工程がやや煩雑な上、集光効
率も低い。
このように従来のフレネル状レンズは、開口数の大きい
ものの製作が極めて困難であるか、その製造工程が複雑
であり、集光効率も低い等の欠点を有するものであった
6 「発明の目的」 本発明は、従来のフレネル状レンズの以上の問題点を解
消し、開口数が大きく、集光効率が高く、しかも旋削加
工が比較的容易なフレネル状レンズを得ることを目的と
する。
「発明の概要」 本発明は、−面が平面、他面が輪帯群の楔面群から構成
されているフレネル状レンズにおいで、各輪帯の径方向
の幅を同一幅に設定し、各輪帯の内径の光軸方向と平行
な高ざを、その内径円周上の光位相が可及的に零となる
ように定めるとともに、各輪帯の楔角を、該輪帯上の任
意の点における光位相が可及的に零になるように定めた
ことを特徴としている。
「発明の実施例」 以下図示実施例について本発明を説明する。筒1図は本
発明によるフレネル状レンズ1を断面図で示したもので
ある。このフレネル状レンズ1は、入射面2が平面、出
射面3が楔面4を有する輪帯5群からなっている。この
実施例では、輪帯群5の数は50である。またこのフレ
ネル状レンズ1の厚ざdは任意である。
本発明は、このフレネル状レンズにあいで、■各輪帯5
の幅Cを同一の幅に設定したこと、■各輪帯5の内径の
光軸方向と平行な高さを、その内径円周上の光位相か可
及的に零となるように定めたこと、 ■および各輪帯5の楔角αを、輪帯5上の任意の点にお
ける光位相が可及的に零になるように定めたことを特徴
としている。
第2図は、各輪帯5の高さTI、T2 (u m)と楔
角αの定義を示すもので、高ざT1、T2は、基準面S
の上(T1.T2・0)か、その左方(入射面2側、T
1.T2 <0)か、その右方(T1.T2>O)かに
よって符号が付される。この定義に基づき、各輪11F
5の高ざ丁1、T2、および楔角αの具体的な定め方に
ついで述べる。その理論的根拠はフレネルの回折積分で
ある。
いまフレネル状レンズ1の代わりに焦点距離fの収差の
ない理想レンズを想定し、これに平行光を入射したとす
ると、焦点面における光量分布は、第4図に破線で示す
、いわゆるエアリ−・ディスクの分布となる。同図の横
軸は焦点面上の横座標、縦軸は光強度分布である。この
場合には、レンズ上の任意の点から焦点に集光する光の
位相θは零(厳密にはθ= 2mvr、mは整数)であ
る、この理想レンズを取除いた円形開口からの光は焦点
に集光しないボケ像であり、光の位相eは零にはならな
い。
本発明においてフレネル状レンズ1の各輪帯5に楔面4
を設ける目的は、各輪帯5上の任意の点から焦点に到達
する光の位相を、曲面でなく楔面によって、可及的に零
に近づけ、フレネル状レンズを理想レンズに近づけるた
めである。
第3図は円形開口の光位相を示す図である。横軸は半径
r、’IX軸は光位相θである。この光位相θは符号6
で示す放物線となり、f3=nrl入fで表される。い
まm番面の輪帯Rmについで、その高さと楔角を考える
。この輪帯の内径、外径をそれぞれrl=mc、r2=
(ml−1)c、c=20u mとすると、半径r1、
T2における光位相は、θI=k(rl) /2f、θ
2・k(T2) /2f、 k・2TT/λである。こ
の放物線的光位相6を直線9で近似し、この直線9と逆
符号になる。ように直線7を加えると、この区間(rl
、T2)の位相項は曲線8のようになる。この曲線(位
相)8は僅かの残留項を残して殆ど零になる。
一方、半径r1にあける位相θ1を2TTで割った剰余
θdを、第2図に示す楔の高さ口、つまり光軸と平行な
方向の長さに換算すると、 θd;k(n−1)TIであるから、高ざT1は、T1
・λθd/27T(n−1)となる。半径r2における
楔の高ざT2は、 T2=(θ2−e Ded)/2iT(n−1) テア
ル。2うiコ楔角αは、 α=tan   (T2−T
I)/(T2−rl)□jan  (丁2−丁1)/C
となる。
したがって高ざT1、T2および楔角αをこのように定
めることによって、各輪帯5上の任意の点から焦点に到
達する光の位相を、可及的に零に近づけ、かつ各輪帯5
の内径円周上の光位相を可及的に零に近づけることがで
きる。
第5図は、フレネル状レンズ1の全体の半径r!1mm
、焦点距離fを2mm、輪帯の幅c!20umとしたと
きの各輪帯5について、楔の高さTl、T2および楔角
αをこのようにして計算した結果を示すものである。
第4図の破線は、第5図のデータに基づき作成したフレ
ネル状レンズの焦点にあける光量分布を示している。破
線は、前述の理想的なエアリ−・ディスク分布であって
、両者は殆ど−敗しでいる。これから本実施例のフレネ
ル状レンズの集光径は約1.6 um 、回折効率(集
光効率)は約84%であることか分る。
本発明のフレネル状レンズは、個別に製作する他、母型
である金型を超精密なCNC旋9j1等により加工し、
これに透明ガラスまたはプラスチツウを流し込んで製作
することができる。このような型による製作の場合、楔
の高さや角度の誤差、あるいは楔の山や谷の端部のだれ
が避けられないから、第4図の東線より集光径や集光特
性はやや低下する。しかし本発明の基本的な効果は損な
われない。
「発明の効果J 以上のように本発明によるフレネル状レンズは、従来の
この種レンズに比し、輪帯数を少なくしでも集光径を小
さくし、集光効率を高くすることができ、楔の高さも高
いために、金型の旋削も容易で精密なものを得ることが
できる。またフレネル状レンズに代わるゾーンプレート
やホログラムレンズに比し、簡単に製造することができ
、しかも集光径、集光効率とも遥かに優れたものを得る
ことができる。このためコンパクトディスクや光ビデオ
ディスク等の光学機器のピックアップのみならず、他の
光学的情報処理系における微小光学素子としで、多大の
用途を期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるフレネル状レンズの実施例を示す
上半縦断面図、第2図は各輪帯の拡大図、第3図は円形
開口の光位相を示す図、第4図は焦点面における光量分
布を示すグラフ、第5図は各輪帯の高さと楔角の計算例
を示す図表である。 1・・・フレネル状レンズ、2・・・入射面、3・・・
出射面、4・・・楔面、5・・・輪帯。 特許出願人  加光学工業株式会社 同代理人    三 浦 邦 夫 同   松井 茂 第3図 のへ寸のトド−の■■0寸−ト〜■■ −■トのト ヘ
ヘーのへ■のヘ トド5Sl−1−+I−S++−1−+−ヒトトヒト)
−)−)−1−1−1−ヒトト←ぐの一〜〜−1’−(
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ooo  oooo  oooo  ooo。 lol 11 lol 1 l 1o111 lot 
l l lII II II II II II II
 II II II II II It II II 
II II II II II II手昨売ネ甫正1!
’(自発) 昭和61年 4月 3日 特許庁長官 宇 賀 道 部 殿 1、事件の表示 昭和61年特許願第36376号 2、発明の名称 フレネル状レンズ 代表者 松 本  徹 氏名  (8328)弁理士 三 浦 邦 夫 (外1
名)5、補正命令の日付 自発 6、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 7、補正の内容 (1)明細書第6頁第9行目の「θ=vrr/λf、!
1という記載を「θ= n r2/λtJと補正する。 (2)同書第6頁第13〜14行目の、「θI=k(r
l)/2f、  e 2=k(r2)/2f、 、!]
という記載ヲrθI=k(rl)2/2f、θ2=k(
r2)2/2f、 JJと補正する。 以上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 一面が平面、他面が輪帯群の楔面群から構成されている
    フレネル状レンズにおいて、各輪帯の径方向の幅を同一
    幅に設定し、各輪帯の内径の光軸方向と平行な高さを、
    その内径円周上の光位相が可及的に零となるように定め
    るとともに、各輪帯の楔角を、該輪帯上の任意の点にお
    ける光位相が可及的に零になるように定めたことを特徴
    とするフレネル状レンズ。
JP3637686A 1986-02-20 1986-02-20 フレネル状レンズ Granted JPS62194201A (ja)

Priority Applications (1)

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JP3637686A JPS62194201A (ja) 1986-02-20 1986-02-20 フレネル状レンズ

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JP3637686A JPS62194201A (ja) 1986-02-20 1986-02-20 フレネル状レンズ

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JPS62194201A true JPS62194201A (ja) 1987-08-26
JPH0462642B2 JPH0462642B2 (ja) 1992-10-07

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4936666A (en) * 1989-08-08 1990-06-26 Minnesota Mining And Manufacturing Company Diffractive lens

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58168701U (ja) * 1982-05-04 1983-11-10 日本ビクター株式会社 フレネルレンズ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58168701U (ja) * 1982-05-04 1983-11-10 日本ビクター株式会社 フレネルレンズ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4936666A (en) * 1989-08-08 1990-06-26 Minnesota Mining And Manufacturing Company Diffractive lens
JPH0335502U (ja) * 1989-08-08 1991-04-08

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JPH0462642B2 (ja) 1992-10-07

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