JPS62242913A - 一方向性屈折率分布型スラブレンズアレ− - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光通信分野や光情報処理機器分野で使用され
るスラブ状レンズアレーに関するものである。

［従来の技術］ 円柱状のガラス体の中心軸から半径方向に沿つて、屈折
率がほぼ ｎ（ｒ）　２＝ｎｏ　２　（１−ｇ２　ｒ２　）　　　
（１１又は ｎ（ｒ）＝ｎｏ　　（１−ｊ−Ａｒ２）　　　　　＋２
１（ここでｎｒは半径ｒでの屈折率、ｎｏは中心部の屈
折率、Ｑ、Ａは定数である。） に従って減少する屈折率分布型ロッドレンズは、光通信
用の各種光部品構成材料として注目を集めている。特に
このレンズを多数個配列したマイクロレンズアレーは作
像用光学系として複写器やミニファックス用の転写レン
ズとして使用され、装置の小型化に寄与している。

このような０ラド状レンズ体は、レンズの長さによって
結像状態が変化することは良く知られており、例えば［
ニューセラミックスの発展」　（柳田博明編、北野一部
、１７５頁化学工業社）に詳しく述べられている。これ
によると、第４図に示すようにロッドレンズ３に入射し
た光線は、メリディオナル断面内では正弦波で透過し、
この光路の一周期長をＰ＝２π／Ａとすると、レンズ長
がＰ／２から３Ｐ／４の長さで像距１１Ｎ２＋と物体距
離ｆｌｏが等しくなり、第５図に示すように物体１に対
し、光軸４上に正立等倍実像２が形成されるごとになる
。

またこの条件を満足するロッド状レンズを、第６図に示
すように２段又は３段に重ね、さらにこの重ねたものの
所要複数個を一方向に配列してロッドレンズアレーを作
製し複数個のロッドレンズを透過した光束を合成して明
るい正立等倍結像が可能となることが述べられている。

ここで、であり、王立等倍実像形成条件は！。＝ｆ＋、
Ｍ（倍率）−１である。

このようなロッドレンズアレーは、物体と像間距ｌ１ｌ
（共波長Ｌ”ｊ２ｏ　＋１１　＋　＋７ｏ　）が通常の
レンズと比べて短かいので、複写器やファクシミリの転
写光学系を小型化するのに有用である。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、従来のロッドレンズアレーは第６図に示
すように円柱状レンズがお互いに円周の一点で近接レン
ズと接することになるので、レンズ同士の隙間が多く出
来ることになる。各レンズ間の迷光の出入を防ぐため、
レンズ間の隙間には光を吸収する材料を充填するので、
レンズアレーに入射した光はこの部分だけ透過しなくな
り、光量を損うことになる。

レンズアレーのなかには横方向については、まったく等
しい像を転写する場合、たとえばバーコードを読みとる
場合やアレー光源のような直線光源より発光する光と直
線状に集光する場合、必ずしも１コツト状レンズを使う
必要はなく、１コツト状レンズを用いると、上記のよう
に大幅に光量を失うという欠点があった。

［問題点を解決するための手段］ 一方、屈折率分布型レンズは、上述の円柱状のレンズ以
外にすでに特公昭６１−５６６１号公報で）ホぺられて
いるごとく、厚さ方向にのみほぼ（１）式あるいは（２
式に従う１方向にのみ屈折率勾配を有する集光性のスラ
ブ状レンズである。

すなわち、屈折率分布型スラブレンズ５は、第７図に示
す如く直方体形状のガラス内にＸ方向およびＹ方向は屈
折率勾配を有せず、Ｙ方向のみ直方体の中心面から上下
方向に向って式（１）又は（２に従って屈折率が減少す
るような屈折率勾配を有するレンズである。

従って２方向を光軸にとれば、Ｘ方向の長さはスラブレ
ンズの製造条件が許す限り大ぎくとることができる。ま
たＺ軸に沿って入射した光線に対してＸ方向はまったく
レンズ効果はない。これに対してＹ方向は屈折率分布型
ロッドレンズの場合と同様に屈折率勾配を有するので、
入射光はＹ方向については正弦波で透過することになる
。従って、レンズ長をＰ／２から３Ｐ／４長さに調節す
るとＹ方向に対しては像距１１１ｆ。と物体距１１１Ｉ
＋が等しくなり、正立等倍実像を形成することができる
。このレンズアレーはまたレンズ入射端より離れた位置
にある光源からの光を効率良く出射側に集光するのにも
有益である。スラブレンズを用いて点光源又は線光源よ
り発する光線を出射側に線状に集光するような場合、第
８図に示す如く光源９とレンズが、ある距離だけ離れて
いるとスラブレズ５の横方向、即ちＸ方向は！ｌｉ造条
件が許す限り大きくとることができるが、厚さ方向即ち
Ｙｌ）向には限りがあるため光束の一部はケラしてしま
う。

そこで、本発明は入射した光Ｄをほとんど損うことなく
効率良く透過させつるスラブ状レンズアレーを提供する
ことを目的とし、更に光束のケラレをなくしたスラブ状
レンズアレーを提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明はスラブ状レンズをと
垂直な面を接し、屈折率分布が互いに平行になるように
屈折率分布の方向に複数個重ね合せることによって実現
するスラブ状レンズアレーを用い、レンズアレーに入射
した光量をほとんど損うことなく効率良く透過させ、従
来のレンズアレーの持つ問題点を解決するものである。

レンズアレーを構成する屈折率分布型スラブレンズ５は
、第７図について説明したように直方体形状のガラス内
にＸ方向およびＹ方向は屈折率勾配を右Ｕず、Ｙ方向の
み直方体の中心面から上下方向に向って、式（１）又は
（′２Ｊに従って屈折率が減少でるような屈折率勾配を
有し、Ｚ方向を光軸にとればＸ方向の長さにスラブレン
ズの製造条件が許す限り大きくとることができる。また
Ｚ軸に沿つ゛て入射した光線に対してＸ方向はまったく
レンズ効果はないが、Ｙ方向のみ入射光は正弦波で透過
することになる。従って、レンズ長をＰ／２から３Ｐ／
４の長さに調節するとＹ方向に対しては像距離！。と物
体距離β１が等しくなり、正立等倍実像を形成すること
ができる。

このスラブレンズ５を第１図に示すようにＹ方向に多数
個（図では３個）重ね合せてレンズアレー１０にすると
、Ｙ方向に対してはレンズを透過した光束を合成して明
るい像を形成することが可能となる。そこで、横方向、
即ちＸ方向についてはまったく等しい像を転写する場合
、例えばバーコードを読みとる場合やアレー光源のよう
な直線状光源より発する光を直線状に集光する場合など
では、第２図にその斜視図を示すようにレンズ同士の間
の隙間は殆／υどなくＸ方向は一体のガラスで境界がな
いので、光を追うことなく像を形成することが可能とな
る。また製造面においても、円柱レンズを積み上げるの
と比較すると直方体を重ね合せるだけの簡単な工程で作
製可能な利点がある。

１個のスラブレンズ５を用いて点光源又は線光源より発
する光線を出射側に線状に集光させる場合には、第８図
について述べたように厚さ方向、即ちＹ方向には限りが
あるため光束の一部はケラしてしまう。しかし、第３図
に示すようにレンズ長がＰ／２から３Ｐ／４の長さのス
ラブレンズを厚さ方向（屈折率分布を有するＹ方向）に
徂ね合せてレンズアレー１０とすることによって等倍結
縁条件を作り出せば、共役長位置にある光源からの光９
は常に反対方向の共役長位置に無駄なく集光することが
可能となる。勿論、結像系として用いる場合でも光源か
らの光線の集光系として用いる場合でも、隣接するレン
ズからレンズの開口角を越えて入射して来る迷光は、レ
ンズアレー１０の結像特性や集光特性を悪化させるので
、レンズ間に使用波長を吸収するコート剤を挿入するこ
とが必要となるが、これとても円柱体同士の隙間を充填
するロッドレンズアレーに比較するとあらかじめ上下面
を吸収コート剤を蒸着するかコートしたスラブレンズを
重ね合せるという簡単な工程で迷光を防ぐことができる
。

［実施例］ 市販のスラブレンズＧＬＳ２５Ｃ（Ｃｌ　＝−、０，０
８４〜０、０８８、ｎ０＝　１．４７開口数Ｎ、　Ａ、
０．２２　、ピッチ長７１〜７５ＩＩＩＩｌ１１厚さ３
．４ｎ＋ａ　）のレンズを幅５ｍｍ。

長さ４４．５ｍｍとし、これを屈折率分布を有する方向
、即ち厚さ方向に３枚重ね合せで厚さ１０．２ｍｍのレ
ンズアレーとすることにより、厚さ方向のみ等倍結像条
件を満す共役長９５．５ｍｍの光学系を形成することが
できた。同様にして多数個厚さ方向に重ね合せたスラブ
レンズアレー１０を第３図に示ずように光集束系に用い
る場合は、光源９とレンズの距離によってスラブレンズ
への最大入射角が決まる。

上記の市販のスラブレンズを用いた場合、および厚さ２
．５ｍｍで上記と同様の光学定数を右するスラブレンズ
を用いた場合のレンズアレーが受光可能な光源との距離
をスラブレンズの間口角と比較して表１にまとめた。

表１　スラブレンズアレーの可能な入射開口数と光源距
離の関係＊但しスラブレンズの間口数はＮ、　Ａ、　−
０，２２さらに、上記の市販のスラブレンズＧＬ３２５
Ｃを重ね合せる時に、光吸収剤として黒色のアクリルラ
ッカーをスプレーを用いて隣接する面、即ち厚さ方向の
上下面に塗布した後、これを重ね合せたところ、光吸収
剤を用いない場合に比べてコントラストの良い像を１９
ることができた。

［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明に基づいて得られた一方向にの
み屈折率勾配を有する集光性スラブレンズアレーは、屈
折率分布のない横方向についてはまった等しい像を転写
する場合にあっては、レンズアレーに入射した光束をほ
とんど損うことなく像を形成することができるばかりで
なく、通常のスラブレンズと同様に点光源又は線光源か
ら発した光線を出射側で線状を集光することが可能とな
る。さらにレンズアレーの！！！造上も、円柱レンズ積
み上げるような困難さを必要とせず直方体を重ね合せる
だけの簡単な工程で作製可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一方向性屈折率分布型スラブレンズアレ
ーの側面図、第２図はバーコード読取りに利用した同上
スラブレンズの斜視図、第３図は第１図のスラブレンズ
による光源からの集光を説明する側面図、第４図は屈折
率分布型レンズの光学定数を説明する側面図、第５図は
従来の屈折率分布型［１ツドレンズによる王立等倍実像
形成を説明する側面図、第６図はロッドレンズアレーの
断面図、第７図は屈折率分布型スラブレンズの斜視図、
第８図はレンズによる光線のケラレを説明する側面図で
ある。 １・・・物体、２・・・像、３・・・ロッドレンズ、４
・・・光軸、５・・・スラブレンズ、６・・・物体、７
・・・像、８・・・光束、９・・・光源、１０・・・レ
ンズアレー。 出　願　人　　ホーヤ株式会社 代　　理　　人　　　朝　倉　正　幸 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　一方向にのみ屈折率分布を有する集光性のスラブ状
   屈折率分布型レンズを、屈折率分布と垂直な面を接し、
   屈折率分布が相互に平行になるように屈折率分布の方向
   に沿って複数個重ね合せたことを特徴とするスラブレン
   ズアレー。 ２　重ね合せた複数個のスラブレンズの相互が接する境
   界面に、使用する波長の光を吸収する材料を配置したこ
   とを特徴とする第１項に記載のスラブ状レンズアレー。