JPH05224005A - 屈折率分布型レンズ配列体 - Google Patents
屈折率分布型レンズ配列体Info
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- JPH05224005A JPH05224005A JP2286992A JP2286992A JPH05224005A JP H05224005 A JPH05224005 A JP H05224005A JP 2286992 A JP2286992 A JP 2286992A JP 2286992 A JP2286992 A JP 2286992A JP H05224005 A JPH05224005 A JP H05224005A
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- Japan
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- refractive index
- optical
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- lens
- lenses
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光インターコネクション等の光学的な情報伝
送で、部品のアライメントを容易に行え、かつ高い分解
能が得られる光学系を提供する。 【構成】 両端面が平坦な屈折率分布型レンズ２の複数
を、光軸を共通にしてテレセントリックに配列する。レ
ンズ２は、ｎ（ｒ）＝ｎ0［１−（ｇｒ）2＋ｈ4（ｇ
ｒ）4］で表される屈折率分布を有し、４次項係数ｈ4の
値として−０．２から０．６までの範囲に入るものを用
いる。 【効果】 レンズ２間の空隙部に光部品を挿入すること
により、この部品からの光学的なパターン出力が他のレ
ンズ間空隙に挿入した他の光部品に伝送され、シミュレ
ーションの結果によれば、上記のようなテレセントリッ
ク光学系では、従来、単独の屈折率分布型レンズにおけ
る４次項係数の最適値とされた値よりも上記範囲の値と
した方が高い解像度が得られる。
送で、部品のアライメントを容易に行え、かつ高い分解
能が得られる光学系を提供する。 【構成】 両端面が平坦な屈折率分布型レンズ２の複数
を、光軸を共通にしてテレセントリックに配列する。レ
ンズ２は、ｎ（ｒ）＝ｎ0［１−（ｇｒ）2＋ｈ4（ｇ
ｒ）4］で表される屈折率分布を有し、４次項係数ｈ4の
値として−０．２から０．６までの範囲に入るものを用
いる。 【効果】 レンズ２間の空隙部に光部品を挿入すること
により、この部品からの光学的なパターン出力が他のレ
ンズ間空隙に挿入した他の光部品に伝送され、シミュレ
ーションの結果によれば、上記のようなテレセントリッ
ク光学系では、従来、単独の屈折率分布型レンズにおけ
る４次項係数の最適値とされた値よりも上記範囲の値と
した方が高い解像度が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理、光コンピ
ューティング、光変換、光インターコネクション、光計
測といった分野で光学系を構成するのに有用な汎用的光
学系に関する。
ューティング、光変換、光インターコネクション、光計
測といった分野で光学系を構成するのに有用な汎用的光
学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】レンズ、グレーティング、プリズム等を
組み合わせて光学系を構成する場合、各部品の光軸のア
ライメント調整は極めて複雑であり、多くの光学部品或
いは空間変調素子（以下「ＳＬＭ」と略記する）、ディ
テクタアレイ、ＬＥＤアレイ、半導体レーザアレイ（以
下「ＬＤアレイ」と略記する）等の光電子部品を高精度
に位置合わせすることは不可能に近い。
組み合わせて光学系を構成する場合、各部品の光軸のア
ライメント調整は極めて複雑であり、多くの光学部品或
いは空間変調素子（以下「ＳＬＭ」と略記する）、ディ
テクタアレイ、ＬＥＤアレイ、半導体レーザアレイ（以
下「ＬＤアレイ」と略記する）等の光電子部品を高精度
に位置合わせすることは不可能に近い。
【０００３】さらに、これら部品類のアライメント、固
定のための機構が複雑になることから、光学系の小型化
や組立後の温度変化等に対する信頼性確保が難しいとい
った問題点もある。
定のための機構が複雑になることから、光学系の小型化
や組立後の温度変化等に対する信頼性確保が難しいとい
った問題点もある。
【０００４】このような従来の問題点を解決するために
本発明者は先に、特願平２−２５３８３１及び特願平２
−２５３８３０によって以下に述べるような光情報伝達
装置とその製造方法を提案した。
本発明者は先に、特願平２−２５３８３１及び特願平２
−２５３８３０によって以下に述べるような光情報伝達
装置とその製造方法を提案した。
【０００５】即ち、上記の先行出願に開示されている装
置は、多数個のレンズを等間隔に同軸上に配列し、各隣
接レンズ間にそれぞれ共役像面を形成し、共役像面間で
の光パターンの空間伝送を行うものである。特に各レン
ズとして屈折率分布型レンズを用いると、各レンズの光
入出力端面がすべて平面となるので、部品挿入の容易
さ、反射防止コーティングが不要になることなど数多く
の利点が生まれる。
置は、多数個のレンズを等間隔に同軸上に配列し、各隣
接レンズ間にそれぞれ共役像面を形成し、共役像面間で
の光パターンの空間伝送を行うものである。特に各レン
ズとして屈折率分布型レンズを用いると、各レンズの光
入出力端面がすべて平面となるので、部品挿入の容易
さ、反射防止コーティングが不要になることなど数多く
の利点が生まれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな屈折率分布型レンズで上記装置を構成しようとする
場合、所望の共役像面間の結像に対して高い分解能を得
るためには、レンズの屈折率分布の最適化が必要とな
る。
うな屈折率分布型レンズで上記装置を構成しようとする
場合、所望の共役像面間の結像に対して高い分解能を得
るためには、レンズの屈折率分布の最適化が必要とな
る。
【０００７】これまで、このような同軸上レンズ配列体
に対する屈折率分布の最適値は明確にはされていなかっ
たが、本発明で規定する条件を満たすようにレンズの屈
折率分布を形成することにより高い分解能が得られるこ
とをシミュレーションにより見いだした。
に対する屈折率分布の最適値は明確にはされていなかっ
たが、本発明で規定する条件を満たすようにレンズの屈
折率分布を形成することにより高い分解能が得られるこ
とをシミュレーションにより見いだした。
【０００８】本発明の第１の目的は、アライメント、調
整の複雑さ、困難さ、光学系の小型化の困難さ、信頼性
の低さを解決することであり、本発明の第２の目的は、
同軸上レンズ配列体において、各共役像面間の結像に対
して高い分解能を得られる改良技術を提供することであ
る。
整の複雑さ、困難さ、光学系の小型化の困難さ、信頼性
の低さを解決することであり、本発明の第２の目的は、
同軸上レンズ配列体において、各共役像面間の結像に対
して高い分解能を得られる改良技術を提供することであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】略円筒形状の透明部材の
円筒軸に対して対称な屈折率分布を有するレンズ体を複
数個同軸上に配列してレンズ配列体を構成する。前記レ
ンズ体として、光線入射面と射出面が円筒軸に垂直な平
面で、断面内での屈折率分布が、円筒軸から半径方向の
距離をｒとして ｎ（ｒ）＝ｎ0［１−（ｇｒ）2＋ｈ4（ｇｒ）4］ と表すとき、ｈ4が −０．２≦ｈ4≦０．６ の範囲内にあるものを用いる。このような光学パラメー
タをもった屈折率分布型レンズを、隣接する二個のレン
ズがテレセントリックな配置となるようにする。
円筒軸に対して対称な屈折率分布を有するレンズ体を複
数個同軸上に配列してレンズ配列体を構成する。前記レ
ンズ体として、光線入射面と射出面が円筒軸に垂直な平
面で、断面内での屈折率分布が、円筒軸から半径方向の
距離をｒとして ｎ（ｒ）＝ｎ0［１−（ｇｒ）2＋ｈ4（ｇｒ）4］ と表すとき、ｈ4が −０．２≦ｈ4≦０．６ の範囲内にあるものを用いる。このような光学パラメー
タをもった屈折率分布型レンズを、隣接する二個のレン
ズがテレセントリックな配置となるようにする。
【００１０】
【作用】本発明によれば、屈折率分布型レンズの端面に
接触させて他部品を挿入固定できるため、光学系のアラ
イメント固定が容易であり、またこの時、屈折率分布が
最適化されているため、共役像面間の結像において高い
分解能を得ることができる。
接触させて他部品を挿入固定できるため、光学系のアラ
イメント固定が容易であり、またこの時、屈折率分布が
最適化されているため、共役像面間の結像において高い
分解能を得ることができる。
【００１１】
【実施例】以下本発明を図面に示した実施例に基づき詳
細に説明する。図１は、本発明に係るレンズ配列体の一
例を示すレンズ光軸に沿った側面図である。図において
１はガラス、セラミクス、プラスチック等からなる基板
であり、この基板１に、屈折率分布型レンズ（以下「ロ
ッドレンズ」と呼ぶ）２が配列固定してある。
細に説明する。図１は、本発明に係るレンズ配列体の一
例を示すレンズ光軸に沿った側面図である。図において
１はガラス、セラミクス、プラスチック等からなる基板
であり、この基板１に、屈折率分布型レンズ（以下「ロ
ッドレンズ」と呼ぶ）２が配列固定してある。
【００１２】ロッドレンズ２は、例えば円柱ロッド状ガ
ラスをイオン交換することによって得られるレンズで、
円柱中心軸線に対して回転対称な、中心から外周方向に
向けて半径方向に略二乗分布で減少するような屈折率分
布をもっており、この屈折率勾配により、ロッド内で光
線が内側に曲げられ凸レンズとして作用する。このよう
なロッドレンズ２を光軸２０を共通にして多段に配置し
ている。
ラスをイオン交換することによって得られるレンズで、
円柱中心軸線に対して回転対称な、中心から外周方向に
向けて半径方向に略二乗分布で減少するような屈折率分
布をもっており、この屈折率勾配により、ロッド内で光
線が内側に曲げられ凸レンズとして作用する。このよう
なロッドレンズ２を光軸２０を共通にして多段に配置し
ている。
【００１３】本発明では各ロッドレンズ２によって等倍
結像系を構成し、さらに多段に配置したロッドレンズの
各共役像面Ｉ1，Ｉ2・・・が共通になるようにそれぞれ
のロッドレンズの距離を調整して固定する。即ち、同軸
２０上に配列したロッドレンズの共役結像面がすべて相
互に共通になるような等倍結像系を構成する。図１でＩ
1〜Ｉ4はすべて共役な等倍結像面になっている。実際に
は１つの等倍（−１倍）結像系は、図２に示すように２
個のロッドレンズをテレセントリックな配置として構成
される。
結像系を構成し、さらに多段に配置したロッドレンズの
各共役像面Ｉ1，Ｉ2・・・が共通になるようにそれぞれ
のロッドレンズの距離を調整して固定する。即ち、同軸
２０上に配列したロッドレンズの共役結像面がすべて相
互に共通になるような等倍結像系を構成する。図１でＩ
1〜Ｉ4はすべて共役な等倍結像面になっている。実際に
は１つの等倍（−１倍）結像系は、図２に示すように２
個のロッドレンズをテレセントリックな配置として構成
される。
【００１４】図２のようなテレセントリック光学系によ
って、フーリエ変換面に適当な絞りを入れる等の方法
で、像面の各点における明るさと解像度を等しくするこ
とができ、また像面各点から射出する主光線を、各共役
像面位置ですべて光軸に平行にすることができ、多段の
カスケード結像が可能となる。
って、フーリエ変換面に適当な絞りを入れる等の方法
で、像面の各点における明るさと解像度を等しくするこ
とができ、また像面各点から射出する主光線を、各共役
像面位置ですべて光軸に平行にすることができ、多段の
カスケード結像が可能となる。
【００１５】また本発明では、このようなロッドレンズ
を用いたテレセントリック光学系の結像において、最も
高い解像度が得られるようにロッドレンズの屈折率分布
形状を設定している。すなわち、ロッドレンズの断面内
で、円筒軸上の屈折率をｎ0として軸から距離ｒの点に
おける屈折率ｎ（ｒ）を
を用いたテレセントリック光学系の結像において、最も
高い解像度が得られるようにロッドレンズの屈折率分布
形状を設定している。すなわち、ロッドレンズの断面内
で、円筒軸上の屈折率をｎ0として軸から距離ｒの点に
おける屈折率ｎ（ｒ）を
【数１】 ｎ（ｒ）＝ｎ0［１−（ｇｒ）2＋ｈ4（ｇｒ）4］ 式１ と記述する。式１でｇは集光パワーを表すパラメータで
あり、またｈ4は収差の大小をコントロールするパラメ
ータであると言える。
あり、またｈ4は収差の大小をコントロールするパラメ
ータであると言える。
【００１６】これまで、ロッドレンズの連続媒質の中を
伝播するメリディオナル光線の無収差条件は
伝播するメリディオナル光線の無収差条件は
【数２】 ｎ（ｒ）＝ｎ0ｓｅｃｈ（ｇｒ） ＝ｎ0｛１−１／２（ｇｒ）2＋５／６（ｇｒ）4−６１／９０（ｇ ｒ）6＋・・｝ 式２ として解析的に得られていた（例えばＳ．Ｋｗａｋａｍ
ｉａｎｄ Ｊ．Ｎｉｓｈｉｚａｗａ，ＩＥＥＥ Ｔｒａ
ｎｓ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔ
ｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，１６（１９６８）８１４）。
ｉａｎｄ Ｊ．Ｎｉｓｈｉｚａｗａ，ＩＥＥＥ Ｔｒａ
ｎｓ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔ
ｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，１６（１９６８）８１４）。
【００１７】しかしながら図２に示すようなテレセント
リック光学系では必ずしも上記条件が最適ではなく、本
発明者らは新たに、テレセントリック光学系に対して光
線追跡シミュレーションを行い、屈折率分布の最適値を
求めた。
リック光学系では必ずしも上記条件が最適ではなく、本
発明者らは新たに、テレセントリック光学系に対して光
線追跡シミュレーションを行い、屈折率分布の最適値を
求めた。
【００１８】図３はシミュレーションに用いた光学系の
光路断面図で、光学系の一例として、レンズ径４ｍｍ、
レンズ長４．２ｍｍ、軸上屈折率ｎ0＝１．６０８、ｇ
パラメータ＝０．１５３３、開口絞り径＝２ｍｍとし、
ｈ4を変数として各像高での等倍共役面での集光スポッ
トを光線追跡により計算した。作動距離Ｗｄは、各計算
時にＷｄ＝５．３〜５．５ｍｍの付近で集光スポットの
最良位置に設定した。
光路断面図で、光学系の一例として、レンズ径４ｍｍ、
レンズ長４．２ｍｍ、軸上屈折率ｎ0＝１．６０８、ｇ
パラメータ＝０．１５３３、開口絞り径＝２ｍｍとし、
ｈ4を変数として各像高での等倍共役面での集光スポッ
トを光線追跡により計算した。作動距離Ｗｄは、各計算
時にＷｄ＝５．３〜５．５ｍｍの付近で集光スポットの
最良位置に設定した。
【００１９】図４は軸上物点の結像における共役像面上
のスポットダイヤグラムと、集光スポットの幾何光学的
な径を示した計算結果である。同図から、連続媒質中で
の無収差条件（式２）であるｈ4＝５／６＝０．８３３
よりも、本テレセントリック光学系ではｈ4＝０．５８
６の方が収差が小さいことがわかる。
のスポットダイヤグラムと、集光スポットの幾何光学的
な径を示した計算結果である。同図から、連続媒質中で
の無収差条件（式２）であるｈ4＝５／６＝０．８３３
よりも、本テレセントリック光学系ではｈ4＝０．５８
６の方が収差が小さいことがわかる。
【００２０】しかしながらｈ4＝０．５８６では、図５
に示すように軸外結像で非点収差が大きく発生する。例
えば同じ光学系で像高１．２ｍｍの範囲内で集光スポッ
トの劣化を低く抑えようとすると、図６の計算結果に示
されるようにｈ4＝０．１１７〜−０．１１７の範囲に
する必要がある。
に示すように軸外結像で非点収差が大きく発生する。例
えば同じ光学系で像高１．２ｍｍの範囲内で集光スポッ
トの劣化を低く抑えようとすると、図６の計算結果に示
されるようにｈ4＝０．１１７〜−０．１１７の範囲に
する必要がある。
【００２１】以上の結果から、利用しようとする像面が
比較的小さい場合はｈ4〜０．５８６とすることが望ま
しく、また比較的大きい場合はｈ4＝０．１１７〜−
０．１１７程度にすることが望ましいと言える。従って
これらを合わせて、本発明で扱うテレセントリック光学
系に対しては、ｈ4をおよそ−０．２〜０．６の範囲内
に設定することにより、解像度の高い良好な結像が実現
できると言える。
比較的小さい場合はｈ4〜０．５８６とすることが望ま
しく、また比較的大きい場合はｈ4＝０．１１７〜−
０．１１７程度にすることが望ましいと言える。従って
これらを合わせて、本発明で扱うテレセントリック光学
系に対しては、ｈ4をおよそ−０．２〜０．６の範囲内
に設定することにより、解像度の高い良好な結像が実現
できると言える。
【００２２】なお、このようなテレセントリック光学系
は、充分に長いロッドレンズをガラスやセラミクスの基
板上に固定した後、スライシングマシン等を用いて、レ
ンズ長およびレンズ間空隙が所定長さとなるようにレン
ズを分断する溝を形成することによって作製することが
できる。あるいは、予め端面研磨した個々のロッドレン
ズを同軸上に配列固定してもよい。
は、充分に長いロッドレンズをガラスやセラミクスの基
板上に固定した後、スライシングマシン等を用いて、レ
ンズ長およびレンズ間空隙が所定長さとなるようにレン
ズを分断する溝を形成することによって作製することが
できる。あるいは、予め端面研磨した個々のロッドレン
ズを同軸上に配列固定してもよい。
【００２３】
【発明の効果】本発明により、従来極めて困難であった
光部品の挿入、位置決めを容易に行え、かつテレセント
リック光学系の屈折率分布最適化により、高分解能の光
学系を構成することができる。
光部品の挿入、位置決めを容易に行え、かつテレセント
リック光学系の屈折率分布最適化により、高分解能の光
学系を構成することができる。
【図１】本発明の一実施例を示す側断面図
【図２】図１の実施例で、テレセントリック光学系１ユ
ニットについての光路に沿う断面図
ニットについての光路に沿う断面図
【図３】シミュレーションに用いた光学系の光路に沿う
断面図
断面図
【図４】図３のテレセントリック光学系の軸上結像にお
ける集光スポットの大きさの計算結果を示す図
ける集光スポットの大きさの計算結果を示す図
【図５】図３のテレセントリック光学系の軸上結像の最
良条件における各像高でのスポットダイアグラムを計算
した結果を示す図
良条件における各像高でのスポットダイアグラムを計算
した結果を示す図
【図６】図３のテレセントリック光学系の像高２．４ｍ
ｍの範囲内での集光スポットの大きさを計算した結果を
示す図
ｍの範囲内での集光スポットの大きさを計算した結果を
示す図
１ 基板 ２ 屈折率分布型ロッドレンズ ３ 挿入光部品 ２０ レンズ光軸
Claims (1)
- 【請求項１】 略円筒形状の透明部材の円筒軸に対して
対称な屈折率分布を有するレンズ体を複数個同軸上に配
列したレンズ配列体であって、前記レンズ体の光線入射
面と射出面は円筒軸に垂直な平面であって、前記レンズ
配列体の隣接する二個のレンズはテレセントリックな配
置になっており、かつ前記レンズの屈折率分布を、断面
内で円筒軸から半径方向の距離をｒとして ｎ（ｒ）＝ｎ0［１−（ｇｒ）2＋ｈ4（ｇｒ）4］ と表すとき、ｈ4が −０．２≦ｈ4≦０．６ の範囲内にあることを特徴とする屈折率分布型レンズ配
列体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2286992A JPH05224005A (ja) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | 屈折率分布型レンズ配列体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2286992A JPH05224005A (ja) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | 屈折率分布型レンズ配列体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05224005A true JPH05224005A (ja) | 1993-09-03 |
Family
ID=12094704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2286992A Pending JPH05224005A (ja) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | 屈折率分布型レンズ配列体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05224005A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009011153A1 (ja) * | 2007-07-13 | 2009-01-22 | Mitsubishi Electric Corporation | 画像読取装置 |
| WO2009122483A1 (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-08 | 三菱電機株式会社 | 画像読取装置 |
| JP2012143003A (ja) * | 2012-04-20 | 2012-07-26 | Mitsubishi Electric Corp | 画像読取装置 |
| US9264572B2 (en) | 2011-10-25 | 2016-02-16 | Mitsubishi Electric Corporation | Image reading device |
-
1992
- 1992-02-07 JP JP2286992A patent/JPH05224005A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009011153A1 (ja) * | 2007-07-13 | 2009-01-22 | Mitsubishi Electric Corporation | 画像読取装置 |
| JPWO2009011153A1 (ja) * | 2007-07-13 | 2010-09-16 | 三菱電機株式会社 | 画像読取装置 |
| JP2012235538A (ja) * | 2007-07-13 | 2012-11-29 | Mitsubishi Electric Corp | 画像読取装置 |
| US8482813B2 (en) | 2007-07-13 | 2013-07-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Image-scanning device |
| WO2009122483A1 (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-08 | 三菱電機株式会社 | 画像読取装置 |
| JPWO2009122483A1 (ja) * | 2008-03-31 | 2011-07-28 | 三菱電機株式会社 | 画像読取装置 |
| US8228566B2 (en) | 2008-03-31 | 2012-07-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Image reading apparatus |
| US9264572B2 (en) | 2011-10-25 | 2016-02-16 | Mitsubishi Electric Corporation | Image reading device |
| JP2012143003A (ja) * | 2012-04-20 | 2012-07-26 | Mitsubishi Electric Corp | 画像読取装置 |
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