JP4380593B2 - Fresnel lens - Google Patents
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Description
本発明は、光透過性を有する円盤状の光学基板上に、複数の輪帯領域が中心から外周側に向かって各輪帯ピッチを除々に狭めて設定され、且つ、各輪帯領域内に各三角形状回折格子が形成されたフレネルレンズにおいて、各三角形状回折格子は各輪帯ピッチに合わせて底辺長さを設定した底辺と、底辺と対向して外周側に向けて傾斜させた傾斜面を有する第1回折格子部と、底辺と対向して内周側に向けて傾斜させた傾斜面を有する第2回折格子部とを備え、第1,第2回折格子部の各輪帯ピッチに対する占有比率を略一定に設定した上で、底辺を高さ基準として各三角形状回折格子の高さを、各輪帯領域がそれぞれ要求する光透過率になるように各輪帯領域ごとに可変させることで、各輪帯領域ごとに入射光に対する光透過率を調整して、内周部及び外周部での光量分布を均一化できるように構成したフレネルレンズに関するものである。 In the present invention, a plurality of annular zones are set on the disc-shaped optical substrate having light transmittance, and each annular zone pitch is gradually narrowed from the center toward the outer peripheral side. In the Fresnel lens in which each triangular diffraction grating is formed, each triangular diffraction grating has a bottom surface whose base length is set in accordance with each annular zone pitch, and an inclined surface that is inclined toward the outer peripheral side facing the bottom surface. And a second diffraction grating part having an inclined surface facing the bottom side and inclined toward the inner peripheral side, with respect to each annular pitch of the first and second diffraction grating parts. The occupancy ratio is set to be substantially constant, and the height of each triangular diffraction grating is varied for each annular region so that each annular region has the required light transmittance with the base as the height reference. By adjusting the light transmittance for incident light for each annular zone, It relates Fresnel lens configured so as to be able to equalize the light intensity distribution at the peripheral portion and the outer peripheral portion.
最近、回折光学素子の一種であるフレネルレンズは、非球面レンズと組み合わせることにより、光学的な収差を小さな値に設定できる等の理由から、光ディスク装置の光ピックアップや、光通信装置の光学系に多用されている。 Recently, Fresnel lenses, which are a type of diffractive optical element, can be used in optical pickups for optical disk devices and optical systems for optical communication devices because of the fact that optical aberrations can be set to small values when combined with aspherical lenses. It is used a lot.
この種のフレネルレンズの一例として直角三角形状の回折格子を有するフレネルレンズを、ガラス材を用いて金型により加熱圧縮成形するか、又は、透明樹脂材を用いて金型により射出成形して作製する場合に、フレネルレンズ用の金型をダイヤモンド工具により切削加工して作製する技術的思想が開示されている(非特許文献1)。
図14(a),(b)は従来例として直角三角形状の回折格子を有するフレネルレンズを示した平面図,縦断面図、
図15は図14に示した従来のフレネルレンズを金型により成形する際に、フレネルレンズ用の金型をダイヤモン工具により切削加工して作製する状態を模式的に示した縦断面図、
図16は従来のフレネルレンズに、中央部の光束は光強度が強く、且つ、外周部の光束は光強度が弱いレーザー光を入射させた状態を模式的に示した図である。
14 (a) and 14 (b) are a plan view and a longitudinal sectional view showing a Fresnel lens having a right-angled triangular diffraction grating as a conventional example,
FIG. 15 is a longitudinal sectional view schematically showing a state in which when the conventional Fresnel lens shown in FIG. 14 is molded by a mold, the mold for the Fresnel lens is cut by a diamond tool,
FIG. 16 is a diagram schematically showing a state in which a conventional Fresnel lens is irradiated with a laser beam having a high light intensity at the central portion and a low light intensity at the outer peripheral portion.
図14(a),(b)に示したように、従来のフレネルレンズ100は、光透過性を有するガラス材や透明樹脂材などを用いた円盤状の光学基板(Optical Base Plate)OBP上に、複数の輪帯領域(Ring Zone)RZが中心0を中心にしてリング状の同心円を描き、且つ、中心0から外周側に向かって各輪帯ピッチを除々に狭めて設定されていると共に、各輪帯領域RZ内には直角三角形状の回折格子101がそれぞれ形成されている。この際、上記した回折格子101は、光学基板OBP上で入射光となるレーザー光Lが入射する側に仮想に設定した底辺101aと、この底辺101aと対向して入射光回折面となる傾斜面101bと、位相折り返しポイント面となる垂直面101cとに囲まれて直角三角形状に形成されている。
As shown in FIGS. 14A and 14B, the conventional Fresnel
そして、各輪帯領域RZ内に形成された各回折格子101の回折効果を利用してレンズ機能を持たせている。 The lens function is provided by using the diffraction effect of each diffraction grating 101 formed in each annular zone RZ.
ところで、上記した従来のフレネルレンズ100を例えば光ディスク装置(図示せず)のピックアップの回折光学素子として用いるような場合には、素子としての小型化と、フレネルレンズ100に入射させるレーザー光のビームパワーを有効利用するために高い回折効率との双方が要求されている。
By the way, when the conventional Fresnel
これらの要求を実現するために、従来のフレネルレンズ100は、前述したように、ガラス材を用いて金型により加熱圧縮成形するか、又は、透明樹脂材を用いて金型により射出成形して作製されているが、この際、図15に示したように、フレネルレンズ用の金型150が、ダイヤモンド工具151により金属製金型母材上で仮想に設定した底辺150aと、この底辺150aに対向した傾斜面150bと、垂直面150cとに囲まれて直角三角形状に切削加工して作製されている。
In order to realize these requirements, as described above, the conventional Fresnel
具体的には、図15に示したように、フレネルレンズ用の金属製金型母材を回転させながらダイヤモンド工具151の先端に取り付けたダイヤモンドバイト151aを移動させて直角三角形状の回折格子パターンを刻んでおり、回折格子101{図14(b)}の位相分布を直線近似する方法によって、加工時間を短縮できること、切削加工面が良好な表面粗さに保てること等のメリットが得られる。
Specifically, as shown in FIG. 15, while rotating the metal mold base material for the Fresnel lens, the
ここで、フレネルレンズ用の金型150において、一つの輪帯領域分の位相形状は略直角三角形であり、フレネルレンズ100の入射光回折面となる傾斜面101b{図15(b)}と対応した傾斜面150bは輪帯ピッチにおける切削最高高さから最小高さまでを結んだ略直線状になっていると共に、フレネルレンズ100の位相折り返しポイント面となる垂直面101c{図15(b)}と対応した垂直面150cは金型水平方向に対して略垂直に立ち上がる形状になっている。
Here, in the mold 150 for the Fresnel lens, the phase shape for one annular zone is a substantially right triangle, and corresponds to the
そして、ダイヤモンド工具151の先端に取り付けたダイヤモンドバイト151aが切削加工面と平行となる際、切削加工面が鏡面状になるので、ダイヤモンドバイト151aを傾斜させて傾斜面150bを所定の傾斜角を持って切削加工する一方、ダイヤモンドバイト151aを略垂直に起立させて垂直面150cを略垂直に切削加工することで、フレネルレンズ用の金型150が作製されている。
When the
この後、作製したフレネルレンズ用の金型150を用いて、上記した従来のフレネルレンズ100をガラス材又は透明樹脂材により成形している。
Thereafter, the above-described conventional Fresnel
ところで、光ピックアップ等の光源に使用されている半導体レーザー(図示せず)は光強度分布を持っており、図16に示した如く、従来のフレネルレンズ100に、半導体レーザーから出射したレーザー光Lを不図示のコリメータレンズで平行光に変換して入射させた時に、一般的に、適宜な位置で断面した時の断面積が略円形であるレーザー光Lの光束の中央部は光強度が強く(光量が大きく)、且つ、外周部の光束は光強度が弱い(光量が小さい)傾向がある。このように不均一な光強度分布(光量分布)を持ったレーザー光Lの光束を従来のフレネルレンズ100に入射させて集光した場合、レンズ外周部の光強度が、中央部と比較して弱くなるために、レンズの口径が小さくなった状態と等価な現象となる。このため、レンズの開口数(NA)が低下し、集光スポットが本来のレンズ設計と比較して、大きくなるといった現象が起き、光学特性の劣化が発生し、問題となっている。
Incidentally, a semiconductor laser (not shown) used for a light source such as an optical pickup has a light intensity distribution. As shown in FIG. 16, a laser beam L emitted from a semiconductor laser is emitted to a conventional Fresnel
そこで、本発明では、レーザー光を集光するフレネルレンズに、集光機能の他に、レーザー光源の光強度分布(光量分布)を調整する機能を備え、フレネルレンズへの入射光を均一に調整することで、フレネルレンズの中央部と外周部での光量分布を均一とし、前述のNA低下を抑制し、集光スポットの劣化を防止することができる構造形態のフレネルレンズが望まれている。 Therefore, in the present invention, the Fresnel lens that condenses the laser light has a function of adjusting the light intensity distribution (light amount distribution) of the laser light source in addition to the condensing function, and uniformly adjusts the incident light to the Fresnel lens. Thus, there is a demand for a Fresnel lens having a structure in which the light amount distribution at the center portion and the outer peripheral portion of the Fresnel lens is made uniform, the above-described reduction in NA is suppressed, and deterioration of the focused spot can be prevented.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求項1記載の発明は、光透過性を有する光学基板上に複数の輪帯領域が中心から外周側に向かって各輪帯ピッチを除々に狭めて設定され、且つ、各輪帯領域内に各三角形状回折格子が形成されたフレネルレンズにおいて、
前記各三角形状回折格子は、前記光学基板上で入射光が入射する側に前記各輪帯ピッチに合わせて底辺長さを設定した底辺と、前記底辺を透過した前記入射光が出射する側に外周側に向けて傾斜した傾斜面を有し且つ前記入射光に対して特定次数の回折光を回折して所定の集光位置に集光させる第1回折格子部と、前記底辺を透過した前記入射光が出射する側に内周側に向けて傾斜した傾斜面を有し且つ前記第1回折格子部と異なる回折次数に前記入射光を回折して特定次数以外の回折光を発生させると共に前記入射光に対して光透過率を調整する第2回折格子部とを備えてなり、
前記第1,第2回折格子部の前記各輪帯ピッチに対する占有比率を略一定に設定した上で、前記底辺を高さ基準として前記各三角形状回折格子の高さを、前記各輪帯領域がそれぞれ要求する光透過率になるように前記各輪帯領域ごとに可変させたことを特徴とするフレネルレンズである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and the invention according to claim 1 is that the plurality of annular zones are formed on the optical substrate having light transmittance, and each annular zone pitch is gradually changed from the center toward the outer peripheral side. In a Fresnel lens that is set narrowly to each other and each triangular diffraction grating is formed in each annular region,
Each of the triangular diffraction gratings has a base on which a base length is set in accordance with each ring pitch on a side on which incident light is incident on the optical substrate, and a side on which the incident light transmitted through the base is emitted. A first diffraction grating portion having an inclined surface inclined toward the outer peripheral side and diffracting a specific-order diffracted light with respect to the incident light and condensing it at a predetermined condensing position; and before passing through the base The incident light is emitted on the side from which the incident light exits and is inclined toward the inner peripheral side, and the incident light is diffracted to a diffraction order different from that of the first diffraction grating portion to generate diffracted light other than the specific order. A second diffraction grating portion for adjusting the light transmittance with respect to the incident light,
The occupation ratio of each of the first and second diffraction grating portions to each of the annular zone pitches is set to be substantially constant, and the height of each of the triangular diffraction gratings is set to each of the annular zone regions with the base as a height reference. Is a Fresnel lens characterized in that it is varied for each of the annular zones so as to obtain the required light transmittance.
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のフレネルレンズにおいて、
前記光学基板上でレンズ中心部の前記輪帯領域内に形成される三角形状回折格子は、前記第1回折格子部のみを有することを特徴とするフレネルレンズである。
The invention according to claim 2 is the Fresnel lens according to claim 1,
The triangular diffraction grating formed in the annular region at the center of the lens on the optical substrate is a Fresnel lens having only the first diffraction grating.
請求項1記載のフレネルレンズによると、とくに、光学基板上で中心から外周側に向かって各輪帯ピッチを除々に狭めて設定した各輪帯領域内に形成された各三角形状回折格子は、各輪帯ピッチに合わせて底辺長さを設定した底辺と、底辺と対向して外周側に向けて傾斜させた傾斜面を有する第1回折格子部と、底辺と対向して内周側に向けて傾斜させた傾斜面を有する第2回折格子部とを備え、第1,第2回折格子部の各輪帯ピッチに対する占有比率を略一定に設定した上で、底辺を高さ基準として各三角形状回折格子の高さを、各輪帯領域がそれぞれ要求する光透過率になるように各輪帯領域ごとに可変させているので、本発明に係るフレネルレンズを例えば光ピックアップに適用した時に、フレネルレンズに入射する入射光に光量分布があっても、入射光に対して光量分布を均一に補正して、この入射光を所定の集光位置に集光さることができるので、これにより劣化のない集光スポットを得ることができる。更に、本発明に係るフレネルレンズは、入射光の光強度分布を均一化するのみでなく、組み合わせられる光学系の特性に合わせて、任意な光透過率を設定し、任意な光透過光量分布を得ることができる。 According to the Fresnel lens according to claim 1, in particular, each triangular diffraction grating formed in each annular zone set by gradually narrowing each annular zone pitch from the center toward the outer peripheral side on the optical substrate, A base having a base length set in accordance with each annular pitch, a first diffraction grating portion having an inclined surface facing the base and inclined toward the outer peripheral side, and facing the base toward the inner peripheral side And a second diffraction grating portion having an inclined surface that is inclined, and the occupying ratio of each of the first and second diffraction grating portions to each annular pitch is set to be substantially constant, and each triangle is defined with the base as the height reference. Since the height of the shape diffraction grating is varied for each annular zone so that each annular zone has a required light transmittance, when the Fresnel lens according to the present invention is applied to, for example, an optical pickup, Light intensity distribution on incident light entering the Fresnel lens Even, uniformly corrected light amount distribution with respect to the incident light, it is possible monkey condenses the incident light at a predetermined focusing position, thereby to obtain a focused spot not deteriorated. Furthermore, the Fresnel lens according to the present invention not only makes the light intensity distribution of incident light uniform, but also sets an arbitrary light transmittance according to the characteristics of the optical system to be combined, and an arbitrary light transmitted light amount distribution. Obtainable.
また、請求項2記載のフレネルレンズによると、とくに、光学基板上でレンズ中心部の輪帯領域内に形成される三角形状回折格子は、第1回折格子部のみを有しているので、このフレネルレンズ用の金型を作製する際に、レンズ中心部の三角形状回折格子を容易に切削加工することができる。 Further, according to the Fresnel lens of claim 2, the triangular diffraction grating formed in the annular zone at the center of the lens on the optical substrate has only the first diffraction grating portion. When producing a mold for a Fresnel lens, the triangular diffraction grating at the center of the lens can be easily cut.
以下に本発明に係るフレネルレンズの一実施例について図1〜図13を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an example of a Fresnel lens according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
本発明に係るフレネルレンズは、例えば、不図示の光ディスク装置の光ピックアップに取り付けられた非球面を有する対物レンズと組み合わせて適用されている。そして、光ピックアップ内でレーザー光源から出射した不均一な光強度分布(光量分布)を有する光束をフレネルレンズに入射させた時に、フレネルレンズで均一な光強度分布(光量分布)を有する光束に補正して、対物レンズ側に出射できるように構成されている。 The Fresnel lens according to the present invention is applied in combination with, for example, an objective lens having an aspheric surface attached to an optical pickup of an optical disk device (not shown). When a light beam having a non-uniform light intensity distribution (light amount distribution) emitted from a laser light source in the optical pickup is incident on the Fresnel lens, the light beam is corrected to a light beam having a uniform light intensity distribution (light amount distribution) by the Fresnel lens. And it is comprised so that it can radiate | emit to the objective lens side.
図1(a),(b)は本発明に係るフレネルレンズを示した上面図,縦断面図、
図2は本発明に係るフレネルレンズを使用した時に、光学系の光路を説明するための図、
図3は本発明に係るフレネルレンズを使用した時に、光学系の光強度分布及び光透過率を図2中の位置X1〜X3に対応して示した図である。
1 (a) and 1 (b) are a top view, a longitudinal sectional view, showing a Fresnel lens according to the present invention,
FIG. 2 is a diagram for explaining the optical path of the optical system when the Fresnel lens according to the present invention is used;
FIG. 3 is a diagram showing the light intensity distribution and light transmittance of the optical system corresponding to positions X1 to X3 in FIG. 2 when the Fresnel lens according to the present invention is used.
図1(a),(b)に示した如く、本発明に係るフレネルレンズ10は、光透過性を有するガラス基板を用いた円盤状の光学基板(Optical Base Plate)OBP上に、複数の輪帯領域(Ring Zone)RZが中心0を中心にしてリング状の同心円を描き、中心0から外周側に向かって各輪帯ピッチを除々に狭めて設定されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a
また、フレネルレンズ10の各輪帯領域RZ内には各三角形状回折格子11が各輪帯ピッチに合わせて中心0から外周側に向かって形成されている。
Further, each
そして、フレネルレンズ10の各輪帯領域RZ内に形成された各三角形状回折格子11は、光学基板OBP上で入射光となるレーザー光Lが入射する側に仮想に設定した底辺11aがその底辺長さを各輪帯ピッチに合わせて設定され、且つ、底辺11aを透過したレーザー光Lが出射する側に第1回折格子部11bが外周側に向けて傾斜した傾斜面を有して形成されていると共に、底辺11aを透過したレーザー光Lが出射する側に第2回折格子部11cが内周側に向けて傾斜した傾斜面を有して形成されている。
Each
尚、図1(a),(b)中において、レンズ中心部の輪帯領域内には底辺11aと対向して第1回折格子部11bのみが形成されているが、これについては後で述べる。
In FIGS. 1 (a) and 1 (b), only the first diffraction
この際、三角形状回折格子11中の第1回折格子部11bは、輪帯領域RZ内に入射した入射光に対して特定次数の回折光として例えば1次回折光を回折して所定の集光位置(焦点位置)に集光させるレンズ集光作用を備えている。即ち、三角形状回折格子11中の底辺11aと第1回折格子部11bとが成す角が各輪帯ピッチに応じて内周側から外周側に向かうにつれて大きくなり、これに伴って各第1回折格子部11bに平行に入射したレーザー光Lは各第1回折格子部11bに応じて入射角が変化するのでこれに応じて屈折角も異なることにより所定の集光位置(焦点位置)に集光させることができる。
At this time, the first diffraction
一方、三角形状回折格子11中の第2回折格子部11cは、第1回折格子部11bと異なる回折次数に入射光を回折して特定次数以外(1次回折光以外)の回折光を発生させ、且つ、入射光に対して光透過率を調整する作用を備えている。
On the other hand, the second
従って、三角形状回折格子11中の第1回折格子部11bは1次回折光回折面となり、一方、第2回折格子部11cは1次回折光以外の回折光への回折面及び位相折り返しポイント面となる。
Accordingly, the first diffraction
更に、フレネルレンズ10の各輪帯領域RZ内に形成された各三角形状回折格子11は、第1,第2回折格子部11b,11cの各輪帯ピッチRpnに対する占有比率を全ての輪帯領域RZに対して略一定に設定した上で、底辺11aから第1,第2回折格子部11b,11cが交わる頂点までの高さHn(H0,H1,H2,H3,……,Hn、 但し、n:0以上の正の整数)、言い換えると、底辺11aを高さ基準として各三角形状回折格子11の高さHnを、各輪帯領域RZがそれぞれ要求する光透過率になるように各輪帯領域RZごとに可変させており、内周側から外周側に向かうにつれて高さHnが徐々に高くなっているが、これについては後で詳述する。
Furthermore, each
ここで、フレネルレンズ10において、複数の輪帯領域RZを、光学基板OBPの中心0から外周側に向かって順にRZ0,RZ1,RZ2,RZ3,……,RZn(但し、n:0以上の正の整数)と設定した場合に、まず、光学基板OBPの中心0を中心としてn番目の輪帯領域RZnに対応するレンズ半径(輪帯半径)Rnを下記の数1より求めることができる。
この数1中で、Rnはn番目のレンズ半径であり、λは入射光の波長であり、入射光として波長λが0.4μmのレーザー光を用いている。また、f1は三角形状回折格子11中の第1回折格子部11bによる1次回折光の焦点距離であり、この実施例ではf1=20mmに設定されている。また、dは回折次数であり、この実施例では第1回折格子部11bによる1次回折光を対象にしているのでd=1である。
In this number 1, R n is the n-th lens radius, lambda is the wavelength of the incident light, the wavelength lambda is using a laser beam of 0.4μm as the incident light. Further, f1 is a focal length of the first-order diffracted light by the first diffraction
従って、光学基板OBPの中心0を中心としてRZ0,RZ1,RZ2,RZ3,……,RZnに対応してレンズ半径R0,R1,R2,R3,……,Rnが求められる。
Therefore, centering on the
次に、光学基板OBPの中心0を含む輪帯領域RZ0の輪帯ピッチRp0は、下記の数2より求めることができる。
次に、上記したn=0の場合を除外して、n番目の輪帯ピッチRpnは、下記の数3より求めることができる。
従って、数2及び数3から、レンズ中心部の輪帯領域RZ0のみが輪帯ピッチRp0を半径にして円形に設定されるものの、輪帯領域RZ1,RZ2,RZ3,……,RZnは、輪帯ピッチRp1,Rp2,Rp3,……,Rpnの各ピッチ幅でリング状に設定されている。 Therefore, from Equations 2 and 3, only the annular zone RZ 0 at the center of the lens is set to be circular with the annular zone pitch Rp 0 as the radius, but the annular zones RZ 1 , RZ 2 , RZ 3 ,. , RZ n is zonal pitch Rp 1, Rp 2, Rp 3 , ......, is set in a ring shape at the pitch of Rp n.
そして、フレネルレンズ10のレンズ半径の最大値に対応するnの最大値を例えば140に設定した場合に、nを0〜140の範囲で順次可変しながらλ=0.4μm,f1=20mm,d=1を数1に代入してレンズ半径Rnを計算し、この後、数2及び数3により、例えば、輪帯領域RZnと対応したレンズ半径Rnが光学基板OBPの中心0を含んだ0μm近傍(RZ0),500μm(RZ15),1000μm(RZ62),レンズ最外周部に位置する1500μm(RZ140)における輪帯ピッチRpnをそれぞれ求めると、126.5μm(Rp0),16.1μm(Rp15),8.0μm(Rp62),5.4μm(Rp140)が得られ、以下、ここで得られたレンズ半径Rn及び輪帯ピッチRpnの各値を使用して説明する。
When the maximum value of n corresponding to the maximum value of the lens radius of the
尚、実施例のフレネルレンズ10を設計する場合には、全ての輪帯領域RZn(n=0〜140)に対応したレンズ半径Rn及び輪帯ピッチRpnを求めれば良い。
In the case of designing the
次に、上記構成による本発明に係るフレネルレンズ10を使用するにあたって、図2に示したように、位置X1を入射光となるレーザー光Lと対応した位置とし、また、位置X2をフレネルレンズ10と対応した位置とし、また、位置X3を出射光と対応した位置とし、更に、位置X4を出射光の集光位置とした場合に、レーザー光源(図示せず)から出射したレーザー光Lをコリメータレンズ(図示せず)で平行光に変換して、適宜な位置で断面した時の断面形状が略円形であるレーザー光Lの平行光をフレネルレンズ10の一方の面から入射させ、他方の面上で複数の輪帯領域RZ内にそれぞれ形成した三角形状回折格子11中の第1,第2回折格子部11b,11cにより回折させてから出射させた時に、とくに、第1回折格子部11bで回折された1次回折光が光軸K上で焦点距離f1に対応した所定の集光位置に集光され、且つ、第2回折格子部11cで回折された1次回折光以外の回折光が第1回折格子部11bとは異なる回折位置に回折されるようになっている。
Next, when the
ここで、図3中で点線を用いて示した如く、断面形状が略円形であるレーザー光Lの平行光をフレネルレンズ10に入射した時に、図2に示した位置X1における入射光束の光強度分布は光軸Kを中心にして対称であると仮定した場合、半導体レーザーの特性により、中央部の光強度を100%とすると、レンズ半径が500μm,1000μm,1500μmでは光強度がそれぞれ、97.5%,90.0%,77.5%に低下しており、中央部が凸状に突出した凸型の光強度分布特性となっている。
Here, as indicated by the dotted line in FIG. 3, when the parallel light of the laser light L having a substantially circular cross section is incident on the
このように中央部が凸型の光強度分布を持った入射光束を、先に図16用いて説明したように従来のフレネルレンズ100で集光すると、レンズ外周部の光量が、中央部と比較して小さくなるために、レンズの口径が小さくなった状態と等価な現象となり、レンズの開口数(NA)が低下し、集光スポットが本来のレンズ設計と比較して、大きくなるといった現象が起き、光学特性の劣化が発生する。
As described above, when the incident light flux having the convex light intensity distribution in the central portion is condensed by the
この問題を解決する為に、図2中の位置X2におけるフレネルレンズ10上での光束の光透過率分布において、図3中で実線を用いて示したように、レンズ半径が0μm,500μm,1000μm,1500μmで必要な光透過率が、それぞれ77.5%, 79.5%, 86.1%, 100%になるように設定し、即ち、位置X1における凸型の光強度分布特性に対して反転させて、位置X2で中央部が凹状にへこんだ凹型の光透過率分布特性になるように逆補正している。
In order to solve this problem, in the light transmittance distribution of the light beam on the
この設定により、入射光がフレネルレンズ10を透過して出射した時に、図2に示した位置X3における出射光の光強度分布は、図3中で一点鎖線を用いて示したように、入射光量とフレネルレンズ透過率との積となり、その結果フラットなものとなる。
With this setting, when the incident light is transmitted through the
これにより、フレネルレンズ10の外周部の光量が、中央部と略等しくなるので、レンズの口径は変化しない状態と等価になり、レンズの開口数(NA)は変化せず、集光スポットが本来のレンズ設計と比較して、大きくなるといった現象が発生しなくなる。
As a result, the amount of light at the outer peripheral portion of the
但し、出射光の光強度分布がフラットになった際、全体の光量は低下するが、高輝度レーザー等の、より光量の大きいレーザー光源を使用すれば、光量の低下は防止できる。 However, when the light intensity distribution of the emitted light becomes flat, the total amount of light decreases. However, if a laser light source with a larger amount of light such as a high-intensity laser is used, the decrease in the amount of light can be prevented.
次に、本発明に係るフレネルレンズ10において、各輪帯領域RZ(RZ0,RZ1,RZ2,RZ3,……,RZn)内で各三角形状回折格子11を各輪帯ピッチRpn(Rp0,Rp1,Rp2,Rp3,……,Rpn)に合わせて中心0から外周側に向かって形成した時に、外周側,内周側に向けてそれぞれ傾斜させた第1,第2回折格子部11b,11cの各輪帯ピッチRpnに対する占有比率を略一定に設定した上で、底辺11aを高さ基準として各三角形状回折格子11の高さHnを、各輪帯領域RZがそれぞれ要求する光透過率になるように各輪帯領域RZごとに可変させて、フレネルレンズ10上で図3中で実線を用いて示したような位置X2における凹型の光透過率分布が得られるように補正する構造及び方法について、図4〜図13を用いて説明する。
Next, in the
図4は本発明に係るフレネルレンズにおいて、一つの輪帯領域内に形成した三角形状回折格子の高さを説明するために拡大して示した図であり、(a)は三角形状回折格子が直角三角形の場合を示し、(b)は三角形状回折格子中の第2回折格子部11cに対してダイヤモンド工具の最大切削各角度を例えば75°に設定した場合を示した図、
図5は本発明に係るフレネルレンズにおいて、一つの輪帯領域内に形成した三角形状回折格子の高さと1次回折光回折効率との関係を示した図、
図6は本発明に係るフレネルレンズにおいて、レンズ半径1500μmにおける輪帯ピッチ5.4μm内での三角形状回折格子の高さを示した図、
図7は本発明に係るフレネルレンズにおいて、レンズ半径1500μmにおける輪帯ピッチ5.4μm内での三角形状回折格子の回折光強度を示した図、
図8は本発明に係るフレネルレンズにおいて、レンズ半径1000μmにおける輪帯ピッチ8.0μm内での三角形状回折格子の高さを示した図、
図9は本発明に係るフレネルレンズにおいて、レンズ半径1000μmにおける輪帯ピッチ8.0μm内での三角形状回折格子の回折光強度を示した図、
図10は本発明に係るフレネルレンズにおいて、レンズ半径500μmにおける輪帯ピッチ16.1μm内での三角形状回折格子の高さを示した図、
図11は本発明に係るフレネルレンズにおいて、レンズ半径500μmにおける輪帯ピッチ16.1μm内での三角形状回折格子の回折光強度を示した図、
図12は本発明に係るフレネルレンズにおいて、レンズ半径0μm近傍における輪帯ピッチ126.5μm内での三角形状回折格子の高さを示した図、
図13は本発明に係るフレネルレンズにおいて、レンズ半径0μm近傍における輪帯ピッチ126.5μm内での三角形状回折格子の回折光強度を示した図である。
FIG. 4 is an enlarged view for explaining the height of a triangular diffraction grating formed in one annular zone in the Fresnel lens according to the present invention, and (a) shows a triangular diffraction grating. A case of a right triangle is shown, (b) is a diagram showing a case where the maximum cutting angle of the diamond tool is set to, for example, 75 ° with respect to the second
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the height of a triangular diffraction grating formed in one annular zone and the first-order diffracted light diffraction efficiency in the Fresnel lens according to the present invention;
FIG. 6 is a diagram showing the height of a triangular diffraction grating within an annular pitch of 5.4 μm at a lens radius of 1500 μm in the Fresnel lens according to the present invention,
FIG. 7 is a diagram showing the diffracted light intensity of a triangular diffraction grating within an annular pitch of 5.4 μm at a lens radius of 1500 μm in the Fresnel lens according to the present invention;
FIG. 8 is a diagram showing the height of a triangular diffraction grating in an annular pitch of 8.0 μm at a lens radius of 1000 μm in the Fresnel lens according to the present invention,
FIG. 9 is a diagram showing the diffracted light intensity of a triangular diffraction grating within an annular pitch of 8.0 μm at a lens radius of 1000 μm in the Fresnel lens according to the present invention;
FIG. 10 is a diagram showing the height of a triangular diffraction grating in an annular pitch of 16.1 μm at a lens radius of 500 μm in the Fresnel lens according to the present invention;
FIG. 11 is a diagram showing the diffracted light intensity of a triangular diffraction grating in an annular pitch of 16.1 μm at a lens radius of 500 μm in the Fresnel lens according to the present invention;
FIG. 12 is a diagram showing the height of a triangular diffraction grating within an annular pitch of 126.5 μm in the vicinity of a lens radius of 0 μm in the Fresnel lens according to the present invention;
FIG. 13 is a diagram showing the diffracted light intensity of the triangular diffraction grating within the annular zone pitch of 126.5 μm near the lens radius of 0 μm in the Fresnel lens according to the present invention.
まず、図4(a)に示した如く、横軸に輪帯ピッチRpnを示し、縦軸に位相差λを示した場合に、一つの輪帯ピッチRpn内に形成された三角形状回折格子11が直角三角形であると仮定すると、底辺11aから直角三角形の頂点までの高さHは、一般的に下記の数4より求めることができる。
この数4中で、Hは直角三角形状の回折格子(11)の高さ、λは光源の波長、dは回折次数で1以上の整数、kはフレネルレンズ10の屈折率である。
In Equation 4, H is the height of the right-angled
上記した直角三角形状の回折格子(11)中の第1回折格子部11bは、1次回折構造の回折格子を使用しているので、λを0.40μm、dを1、kを1.46とすると、直角三角形状の回折格子(11)の高さHは0.869μmとなり、この直角三角形状の回折格子(11)の高さHは入射光の1波長λ分の位相差を有することになり、且つ、直角三角形状の回折格子(11)の1次回折光回折効率は100%となる。
Since the first diffraction
ところで、前述したように、フレネルレンズ10をガラス材を用いて金型で成形する場合に、フレネルレンズ用の金型を作製する際に、ダイヤモンド工具の先端形状からの加工限界、あるいは成形時の型抜きを考慮し、直角三角形の90°部分の角度を、図4(b)に示したように90°よりも小さい角度で例えば75°にダイヤモンド工具の最大切削角度を設定する場合がある。
By the way, as described above, when the
この場合に、三角形状回折格子11中で底辺11aと第2回折格子部11cとが成す角が75°となり、この時に最大回折効率が得られる三角形状回折格子11の高さHnは、底辺11aから第1,第2回折格子部11b,11cが交わる頂点までの高さ、言い換えると、底辺11aを高さ基準とした時の三角形状回折格子11の高さになり、この時の高さHnは直角三角形の高さHよりも当然低くなっている。この際、三角形状回折格子11中の第2回折格子部11cに対するダイヤモンド工具の切削角度が小さくなると、三角形状回折格子11の高さHnは低くなる。
In this case, the angle formed by the
また、各輪帯領域RZnごとに輪帯ピッチRpnの値を正規化して1.00と設定した場合に、図4(a)に示した直角三角形の回折格子(11)では一つの輪帯ピッチRpn内に第1回折格子部11bのみが占有している一方、図4(b)に示した三角形状回折格子11では一つの輪帯ピッチRpn内に第1回折格子部11bと第2回折格子部11cとが(1.00−α):αの占有比率でそれぞれ占有しており、この時に、αは0から0.1以内の所定値に設定される。
Further, when the value of the zonal pitch Rp n for each ring zones RZ n was set to 1.00 is normalized, the diffraction grating (11) one of the wheels in the right triangle shown in FIG. 4 (a) while only the first diffraction
更に、図4(b)中で、一つの輪帯ピッチRpn内に形成した三角形状回折格子11において、底辺11aと対向して外周側に向かって傾斜させた傾斜面を有する第1回折格子部11bは、入射光に対して1次回折光のみを回折して、この1次回折光を光軸K(図2)上で所定の集光位置に集光する機能を備えているものであり、一方、底辺11aと対向して内周側に向かって傾斜させた傾斜面を有する第2回折格子部11cは、入射光に対して1次回折光以外の回折光を回折して第1回折格子11とは異なる回折位置に回折する機能を備えているものである。
Further, in FIG. 4 (b), in a triangular-
ここで、フレネルレンズ10(図1)中で最も大きな光透過率を必要とするレンズ最外周部のレンズ半径1500μmにおける輪帯ピッチ5.4μmの場合に、図4(a)に示した直角三角形の回折格子(11)では前述したように100%の1次回折光回折効率が得られるものの、図4(b)に示したように三角形状回折格子11中の第2回折格子部11cに対してダイヤモンド工具の最大切削角度を例えば75°に設定して三角形状回折格子11を形成すると、フレネルレンズ10(図1)のレンズ最外周部での最高光透過率は低下するが、フレネルレンズ10(図1)に対して目的である光透過量の光量分布への均一化を図ることができ、この際、必然的に、三角形状回折格子11の高さHnが0.833μmと算出され、且つ、5.4μmの輪帯ピッチに対して第1回折格子部11bの占有比率が0.959、第2回折格子部11cの占有比率が0.041と算出され、即ち、αが0.041となる。
Here, in the case where the annular zone pitch is 5.4 μm at the lens radius of 1500 μm at the outermost peripheral portion of the lens that requires the greatest light transmittance in the Fresnel lens 10 (FIG. 1), the right triangle shown in FIG. In the diffraction grating (11), as described above, the first-order diffracted light diffraction efficiency of 100% is obtained. However, as shown in FIG. 4 (b), the second
この際、輪帯領域RZ内の1次回折光回折効率は、三角形状回折格子11の位相分布をフーリエ変換することによって算出されることが一般に行われており、レンズ半径1500μmにおける輪帯ピッチ5.4μmの場合でダイヤモンド工具の最大切削角度を例えば75°に設定した時に1次回折光回折効率が91.7%となる。
At this time, the first-order diffracted light diffraction efficiency in the annular zone RZ is generally calculated by Fourier transforming the phase distribution of the
そこで、フレネルレンズ10に対してレンズ半径が0μm,500μm,1000μm,1500μmで必要な光透過率は、前述したように、それぞれ77.5%, 79.5%, 86.1%, 100%であるが、金型製作の容易性、型抜きの容易性を考慮した場合に、上記したレンズ半径1500μmにおける輪帯ピッチ5.4μmの場合でダイヤモンド工具の最大切削角度を例えば75°に設定した時に得られた1次回折光回折効率91.7%を基準の補正値に設定して、レンズ半径が0μm,500μm,1000μmでもレンズ半径1500μmの場合を基準して補正し、即ち、レンズ半径が0μm,500μm,1000μm,1500μmで必要な光透過率77.5%, 79.5%, 86.1%, 100%に対して補正値0.917をかけて補正し、それぞれ、71.0%, 72.9%,78.9%, 91.7%を必要な補正光透過率としても、フレネルレンズ10(図1)に対して目的である光透過量の光量分布への均一化を図ることができる。
Therefore, as described above, the required light transmittance is 77.5%, 79.5%, 86.1%, and 100% with respect to the
更に、上記したレンズ半径1500μmにおける輪帯ピッチ5.4μmの場合でダイヤモンド工具の最大切削角度を例えば75°に設定した時に得られた輪帯ピッチ内での第1,第2回折格子部11b,11cの占有比率(0.959:0.041)を一定に固定した状態で、三角形状回折格子11中の底辺11aから第1,第2回折格子部11b,11cが交わる頂点までの高さHn、言い換えると、底辺11aを高さ基準として三角形状回折格子11の高さHnを、各輪帯領域RZがそれぞれ要求する補正後の光透過率(補正光透過率)になるように各輪帯領域RZごとに可変させている。
Furthermore, the first and second
上記に伴って、図5は、輪帯ピッチ内での第1,第2回折格子部11b,11cの占有比率(0.959:0.041)を一定に固定した状態で、三角形状回折格子11の高さHnを変化させた時の1次回折光回折効率を示している。
Accordingly, FIG. 5 shows a triangular diffraction grating in a state where the occupation ratio (0.959: 0.041) of the first and second
この図5において、横軸は三角形状回折格子11の高さHnの相対値を示していて、最大値1.00が0.833μmに対応し、相対値を0.65から1.00まで変化させているので、実質的には0.541μmから0.833μmまで変化させていることになる。この際、相対値が1.00の時にダイヤモンド工具の最大切削角度は75.0°となり、相対値が0.65の時に切削角度は67.7°となる。一方、縦軸は、1次回折光回折効率(%)を示し、三角形状回折格子11の位相分布を、フーリエ変換することにより、1次回折光における光強度を算出したものである。
In FIG. 5, the horizontal axis indicates the relative value of the height H n of the
この図5より、三角形状回折格子11の高さHnの相対値が、0.65, 0.80,
0.90, 1.00と変化した時に、1次回折光回折効率は、それぞれ61.3%,
80.6%, 88.7%, 91.7%となり、三角形状回折格子11の高さHn
を変化させた場合に連続的に1次回折光回折効率を制御できることがわかる。
From FIG. 5, the relative value of the height H n of the
When changed to 0.90 and 1.00, the first-order diffracted light diffraction efficiency is 61.3%,
80.6%, 88.7%, 91.7%, and the height H n of the
It can be seen that the diffraction efficiency of the first-order diffracted light can be controlled continuously when V is changed.
そして、図5のように、三角形状回折格子11の高さHnと1次回折光回折効率の関係をテーブルとして持つことにより、逆に、1次回折光回折効率、すなわちフレネルレンズ10の必要な補正光透過率に対応して三角形状回折格子11の高さHnを求めることができる。
Then, as shown in FIG. 5, by having the relationship of the height H n and 1-order diffracted light diffraction efficiency of the
以下、一つの輪帯領域RZnのレンズ半径Rnと対応した輪帯ピッチRpn内で三角形状回折格子11の高さHnを求める具体例について順を追って説明する。
It will be sequentially described specific example for obtaining the height H n of the
まず、図6に示した如く、フレネルレンズ10(図1)の光学基板OBP上において、前述したように、レンズ最外周部に位置する輪帯領域RZ140と対応したレンズ半径1500μmにおける輪帯ピッチRp140は5.4μmであり、且つ、フレネルレンズ用の金型を作製する時にこの輪帯ピッチ内で三角形状回折格子11中の第2回折格子部11cに対するダイヤモンド工具の最大切削角度が75°に設定されていると共に、三角形状回折格子11の構成は、5.4μmの輪帯ピッチに対して第1回折格子部11bの占有比率が0.959、第2回折格子部11cの占有比率が0.041に設定されている。
First, as shown in FIG. 6, on the optical substrate OBP of the Fresnel lens 10 (FIG. 1), as described above, the annular zone pitch at the lens radius of 1500 μm corresponding to the annular zone RZ 140 located at the outermost peripheral portion of the lens. Rp 140 is 5.4 μm, and the maximum cutting angle of the diamond tool with respect to the second
そして、輪帯領域RZ140内で要求される三角形状回折格子11の必要な補正光透過率は前述したように91.7%である。この場合、図5に示した特性曲線において1次回折光回折効率の値が必要な補正光透過率の値と等価であるものとすると、図5に示した特性曲線中の1次回折光回折効率91.7%の値から三角形状回折格子11の高さHnが相対値で1.00であると読み取れるので、この相対値1.00に対応して三角形状回折格子11の高さHnは0.833μmである。
The necessary corrected light transmittance of the
この際、レンズ半径1500μmにおける輪帯ピッチ5.4μm内での回折次数における回折光強度を図7に示す。図7中で横軸は−9次から+9次までの次数を示し、縦軸は最大値を255として規格化された回折光強度を示す。この図7から明らかなように、回折光の91.7%がレンズ集光を担う+1次の次数に集中している。 At this time, FIG. 7 shows the diffracted light intensity at the diffraction order within the annular zone pitch of 5.4 μm at the lens radius of 1500 μm. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the orders from the −9th order to the + 9th order, and the vertical axis indicates the diffracted light intensity normalized with the maximum value being 255. As is apparent from FIG. 7, 91.7% of the diffracted light is concentrated in the + 1st order that is responsible for condensing the lens.
次に、図8に示した如く、フレネルレンズ10(図1)の光学基板OBP上において、前述したように、輪帯領域RZ62と対応したレンズ半径1000μmにおける輪帯ピッチRp62は8.0μmであり、且つ、三角形状回折格子11の構成は、図6の場合と同様に、8.0μmの輪帯ピッチに対して第1回折格子部11bの占有比率が0.959、第2回折格子部11cの占有比率が0.041に設定されている。
Next, as shown in FIG. 8, on the optical substrate OBP of the Fresnel lens 10 (FIG. 1), as described above, zonal pitch Rp 62 in the lens radial 1000μm corresponding with annular region RZ 62 is 8.0μm In addition, the configuration of the
そして、輪帯領域RZ62内で要求される三角形状回折格子11の必要な補正光透過率は前述したように78.9%である。この場合、図5に示した特性曲線中の1次回折光回折効率78.9%の値から三角形状回折格子11の高さHnが相対値で0.791であると読み取れるので、この相対値0.791に対応して三角形状回折格子11の高さHnは0.659μmである。更に、フレネルレンズ用の金型を作製する時に、この輪帯ピッチ内で三角形状回折格子11中の第2回折格子部11cへの切削角度は63.5°になる。
The necessary corrected light transmittance of the
この際、レンズ半径1000μmにおける輪帯ピッチ8.0μm内での回折次数における回折光強度を図9に示す。この図9で明らかなように、メインの+1次の回折光の他に、0次、+2次、及び、−1次以上の高次光が僅かに存在し、これらが、集光位置とは異なる方向に入射光を回折し、輪帯ピッチ8.0μm内での光透過率を下げている。 At this time, FIG. 9 shows the diffracted light intensity in the diffraction order within the annular zone pitch of 8.0 μm at the lens radius of 1000 μm. As is apparent from FIG. 9, in addition to the main + 1st order diffracted light, there are slightly higher-order lights of 0th order, + 2nd order, and −1st order or more, and these directions are different from the condensing position. The incident light is diffracted to reduce the light transmittance within an annular pitch of 8.0 μm.
次に、図10に示した如く、フレネルレンズ10(図1)の光学基板OBP上において、前述したように、輪帯領域RZ15と対応したレンズ半径500μmにおける輪帯ピッチRp15は16.1μmであり、且つ、三角形状回折格子11の構成は、図6及び図8の場合と同様に、16.1μmの輪帯ピッチに対して第1回折格子部11bの占有比率が0.959、第2回折格子部11cの占有比率が0.041に設定されている。
Next, as shown in FIG. 10, on the optical substrate OBP of the Fresnel lens 10 (FIG. 1), as described above, zonal pitch Rp 15 in the lens radial 500μm corresponding with annular region RZ 15 is 16.1μm Further, the configuration of the
そして、輪帯領域RZ15内で要求される三角形状回折格子11の必要な補正光透過率は前述したように72.9%である。この場合、図5に示した特性曲線中の1次回折光回折効率72.9%の値から三角形状回折格子11の高さHnが相対値で0.743であると読み取れるので、この相対値0.743に対応して三角形状回折格子11の高さHnは0.619μmである。更に、フレネルレンズ用の金型を作製する時に、この輪帯ピッチ内で三角形状回折格子11中の第2回折格子部11cへの切削角度は43.3°になる。
The necessary corrected light transmittance of the
この際、レンズ半径500μmにおける輪帯ピッチ16.1μm内での回折次数における回折光強度を図11に示す。この図11で明らかなように、メインの+1次の回折光の他に、0次、+2次、及び、−1次以上の高次光が図9の場合よりも多く存在し、これらが、集光位置とは異なる方向に入射光を回折し、輪帯ピッチ16.1μm内での光透過率を下げている。 At this time, FIG. 11 shows the diffracted light intensity at the diffraction order within the annular zone pitch of 16.1 μm at the lens radius of 500 μm. As apparent from FIG. 11, in addition to the main + 1st order diffracted light, there are more 0th order, + 2nd order, and −1st order or higher order light than in the case of FIG. The incident light is diffracted in a direction different from the position to reduce the light transmittance within the annular zone pitch of 16.1 μm.
次に、図12に示した如く、フレネルレンズ10(図1)の光学基板OBP上において、前述したように、輪帯領域RZ0と対応したレンズ半径0μm近傍における輪帯ピッチRp0は126.5μmであり、且つ、三角形状回折格子11の構成は、図6及び図8並びに図10の場合と同様に、126.5μmの輪帯ピッチに対して第1回折格子部11bの占有比率を0.959、第2回折格子部11cの占有比率を0.041に設定しても良いが、レンズ中心部では第2回折格子部11cによる位相折り返しポイント面を削除しても光透過率の性能に影響を与えないために、ここでは輪帯ピッチ126.5μm内に第1回折格子部11bのみを占有させることで三角形状回折格子11が直角三角形になり、フレネルレンズ用の金型を作製する際にレンズ中心部の三角形状回折格子11を容易に切削加工することができる。
Next, as shown in FIG. 12, on the optical substrate OBP of the Fresnel lens 10 (FIG. 1), as described above, zonal pitch Rp 0 in the lens radial 0μm vicinity corresponding with annular region RZ 0 126. As in the case of FIGS. 6, 8, and 10, the configuration of the
そして、輪帯領域RZ0内で要求される三角形状回折格子11の必要な補正光透過率は前述したように71.0%である。この場合、図5に示した特性曲線中の1次回折光回折効率71.0%の値から三角形状回折格子11の高さHnが相対値で0.713であると読み取れるので、この相対値0.713に対応して三角形状回折格子11の高さHnは0.594μmである。更に、フレネルレンズ用の金型を作製する時に、レンズ中心部では第2回折格子部11cによる位相折り返しポイント面が削除されているために、第2回折格子部11cに対するダイヤモンド工具の切削角度は存在せず、第1回折格子部11bのみを切削加工すれば良い。
The necessary corrected light transmittance of the
この際、レンズ半径0μm近傍における輪帯ピッチ126.5μm内での回折次数における回折光強度を図13に示す。この図13で明らかなように、メインの+1次の回折光の他に、0次、+2次、及び、−1次以上の高次光が図11の場合よりも僅かに多く存在し、これらが、集光位置とは異なる方向に入射光を回折し、輪帯ピッチ126.5μm内での光透過率を下げている。 At this time, the diffracted light intensity at the diffraction order within the annular zone pitch of 126.5 μm near the lens radius of 0 μm is shown in FIG. 13. As apparent from FIG. 13, in addition to the main + 1st order diffracted light, there are slightly more high order light of 0th order, + 2nd order, and −1st order or more than in the case of FIG. The incident light is diffracted in a direction different from the condensing position, and the light transmittance within the annular zone pitch of 126.5 μm is lowered.
以上のように、全ての輪帯領域RZn(但し、n=0〜140)に対応してレンズ半径Rn及び輪帯ピッチRpnを求めて、各輪帯領域RZn内で各輪帯ピッチRpnに対応して形成した各三角形状回折格11の必要な補正光透過率を求め、各三角形状回折格11の高さHnを各輪帯ピッチRpnごとに求めれば良い。
As described above, all of the ring zones RZ n (where, n = 0 to 140) seeking the lens radius R n and annular pitch Rp n corresponding to each annular zone in the annular region RZ n obtains the necessary correction light transmittance of the pitch Rp n each
上述したように、本発明に係るフレネルレンズ10では、各輪帯領域RZnと対応した各輪帯ピッチRpn内に各三角形状回折格子11を形成した際、各三角形状回折格子11中の第1,第2回折格子部11b,11cの各輪帯ピッチRpnに対する占有比率を略一定に設定した上で、底辺11aを高さ基準として各三角形状回折格子11の高さHnを、各輪帯領域RZnがそれぞれ要求する光透過率になるように各輪帯領域RZnごとに可変させているので、本発明に係るフレネルレンズ10を例えば光ピックアップに適用した時に、フレネルレンズ10に入射する入射光に光量分布があっても、入射光に対して光量分布を均一に補正して、この入射光を所定の集光位置に集光さることができるので、これにより劣化のない集光スポットを得ることができる。
As described above, the
尚、上記した実施例では、三角形状回折格子11中の第1,第2回折格子部11b,11cに、1次回折構造を使用しているが、この回折次数に限定されるものでなく、2次、3次等、より高次な回折構造でも同様な機能を備えることができる。
In the above-described embodiment, the first-order diffraction structure is used for the first and second
また、本発明に係るフレネルレンズ10の用途は、実施例で挙げた、入射光の光強度分布を均一化するのみでなく、組み合わせられる光学系の特性に合わせて、任意な光透過率を設定し、任意な光透過光量分布を得ることができる。
The application of the
10…本発明に係るフレネルレンズ、
11…三角形状回折格子、
11a…底辺、11b…第1回折格子部、11c…第2回折格子部、
OBP…光学基板、0…光学基板の中心、
K…光軸、L…入射光(レーザー光)、
RZ(RZ0,RZ1,RZ2,RZ3,……,RZn)…輪帯領域、
Rn(R0,R1,R2,R3,……,Rn)…レンズ半径、
Rpn(Rp0,Rp1,Rp2,Rp3,……,Rpn)…輪帯ピッチ。
10 ... Fresnel lens according to the present invention,
11 ... Triangular diffraction grating,
11a ... bottom, 11b ... first diffraction grating part, 11c ... second diffraction grating part,
OBP ... optical substrate, 0 ... center of optical substrate,
K: optical axis, L: incident light (laser light),
RZ (RZ 0 , RZ 1 , RZ 2 , RZ 3 ,..., RZ n ) ... annular zone region,
R n (R 0 , R 1 , R 2 , R 3 ,..., R n ) ... lens radius,
Rp n (Rp 0, Rp 1 , Rp 2, Rp 3, ......, Rp n) ... ring-shaped zone pitch.
Claims (2)
前記各三角形状回折格子は、前記光学基板上で入射光が入射する側に前記各輪帯ピッチに合わせて底辺長さを設定した底辺と、前記底辺を透過した前記入射光が出射する側に外周側に向けて傾斜した傾斜面を有し且つ前記入射光に対して特定次数の回折光を回折して所定の集光位置に集光させる第1回折格子部と、前記底辺を透過した前記入射光が出射する側に内周側に向けて傾斜した傾斜面を有し且つ前記第1回折格子部と異なる回折次数に前記入射光を回折して特定次数以外の回折光を発生させると共に前記入射光に対して光透過率を調整する第2回折格子部とを備えてなり、
前記第1,第2回折格子部の前記各輪帯ピッチに対する占有比率を略一定に設定した上で、前記底辺を高さ基準として前記各三角形状回折格子の高さを、前記各輪帯領域がそれぞれ要求する光透過率になるように前記各輪帯領域ごとに可変させたことを特徴とするフレネルレンズ。 A plurality of annular zones are set on the optical substrate having optical transparency so that each annular zone pitch is gradually narrowed from the center toward the outer peripheral side, and each triangular diffraction grating is formed in each annular zone. In the Fresnel lens
Each of the triangular diffraction gratings has a base on which a base length is set in accordance with each ring pitch on a side on which incident light is incident on the optical substrate, and a side on which the incident light transmitted through the base is emitted. A first diffraction grating portion having an inclined surface inclined toward the outer peripheral side and diffracting a specific-order diffracted light with respect to the incident light and condensing it at a predetermined condensing position; and before passing through the base The incident light is emitted on the side from which the incident light exits and is inclined toward the inner peripheral side, and the incident light is diffracted to a diffraction order different from that of the first diffraction grating portion to generate diffracted light other than the specific order. A second diffraction grating portion for adjusting the light transmittance with respect to the incident light,
The occupation ratio of each of the first and second diffraction grating portions to each of the annular zone pitches is set to be substantially constant, and the height of each of the triangular diffraction gratings is set to each of the annular zone regions with the base as a height reference. The Fresnel lens is made variable for each of the annular zones so as to obtain the required light transmittance.
2. The Fresnel lens according to claim 1, wherein a triangular diffraction grating formed in the annular zone at the center of the lens on the optical substrate has only the first diffraction grating portion.
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