JP2706621B2 - 赤外用回折型レンズ - Google Patents
赤外用回折型レンズInfo
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- JP2706621B2 JP2706621B2 JP6103700A JP10370094A JP2706621B2 JP 2706621 B2 JP2706621 B2 JP 2706621B2 JP 6103700 A JP6103700 A JP 6103700A JP 10370094 A JP10370094 A JP 10370094A JP 2706621 B2 JP2706621 B2 JP 2706621B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- diffractive lens
- infrared
- wavelength
- refractive index
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- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外光用の集光特性が
よく、作製容易な赤外用回折型レンズに関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】従来の屈折型フレネルレンズに加え、近
年、小型軽量で再現性がよく、収差が小さい回折型レン
ズが注目されている。この回折型レンズは、例えば電子
ビーム描画等の微細加工によって製造を行うため、フレ
ネルマイクロレンズまたはマイクロフレネルレンズとも
呼ばれている。 【０００３】従来の回折型レンズは、屈折型フレネルレ
ンズ同様ガラスやアクリル樹脂等屈折率ｎが１．５前後
のもので作られていたため、レンズの位相変調量に対応
した溝の深さは、最大集光効率を得ようとした場合、入
射光の波長の１／（ｎ−１）倍つまり２倍の値にする必
要がある。例えば、可視光のＨｅ−Ｎｅレーザの０．６
３２８μｍを入射光とする場合、溝の深さは１．３μｍ
であるが、これが近赤外の波長が１．５μｍ用のものに
なると回折型レンズの溝の深さは３μｍとする必要があ
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
のように、屈折率が１．５前後の物質で近赤外用の回折
型レンズを作ると、溝の深さが深いため、正確なレンズ
形状を実現するのは難しく、つまりは集光特性のよい赤
外用回折型マイクロレンズが得られにくいという問題点
を有していた。 【０００５】本発明は、上記問題点を解決するもので、
集光特性のよい赤外用回折型レンズを提供することを目
的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、入射光の波長に依存し、レンズの位相変調
量に応じた凹凸部がレンズ表面に形成された赤外用回折
型レンズであって、前記入射光の波長は１．８μｍから
２３μｍの領域にあり、前記凹凸部は、屈折率が３以上
で、かつ、ＧｅもしくはＧｅを含む材料をエッチングす
ることにより垂直部分を有するように形成されたもので
ある。 【０００７】 【作用】本発明は上記した構成により、構成物質の屈折
率が高いため回折型レンズの溝の深さを浅くでき、又、
エッチングすることにより垂直部分を有するように凹凸
部が形成されるため、前記凹凸部の垂直部分で生じる不
要な多重反射光が少なくなり、作製容易で、高効率な集
光特性のよい赤外用回折型レンズを実現するものであ
る。 【０００８】 【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。図１(a),(b)はそれぞれ本発明の一実
施例における回折型の赤外用レンズ（以下回折型レンズ
と称す）を示す断面図、平面図である。 【０００９】図１において、１はＧｅ結晶であり、表面
に断面が鋸歯状のレンズの位相変調量に応じた凹凸部２
が施してある。鋸歯状の凹凸部２の溝の深さｔは、レン
ズの集光効率が最大になるために、レンズを構成してい
る物質の屈折率ｎ、及び入射光の波長λを用いて、ｔ＝
λ／（ｎ−１）と設定する必要がある。近赤外で透明な
Ｇｅの屈折率は、ｎ＝４．０であり、本実施例では、入
射光としてλ＝１０．６μｍの半導体レーザ光を用いた
ので溝の深さをｔ＝３．５μｍとした。従来例のように
ガラスやアクリル, 電子ビームレジスト等の屈折率が
１．５前後のもので作製した回折型レンズの場合、溝の
深さｔはλ＝１０．６μｍに対してｔ＝２１μｍとする
必要があったから、本実施例の回折型レンズにより、溝
の深さｔが従来例の１／６程度で、薄い回折型レンズが
実現できたと言える。その結果、凹凸部の垂直部分で生
じる不要な多重反射光が大幅に少なくなり、この多重反
射光に起因した回折効率の低下を防止して、集光特性に
優れた赤外用回折型レンズを容易に実現できる。 【００１０】また、入射光の反射を減少させるために、
少なくともレンズの入射側または反射側のどちらか一方
の面に無反射コーティングを行うと集光効率がさらに良
くなる。 【００１１】次に、図２を用いて作製工程を説明する。
まず図２(a)のＧｅ結晶１上に図２(b)のように電子ビー
ムレジスト３をコーティングし、電子ビームリソグラフ
ィにより、図２(c)のようにレンズのパターンを作製し
た。次に、イオンビームエッチングを行い、図２(d)の
ように電子ビームレジスト３の形をＧｅ結晶１に転写し
て凹凸部２を形成した。この時電子ビームレジスト３の
コーティング厚さを制御し溝の深さｔが最適になるよう
にした。 【００１２】尚、レンズとして作用するのはＧｅ結晶１
表面の凹凸のある部分であるので、この部分がＧｅであ
りさえすれば良く、凹凸のない部分は他の物質でもよ
い。 【００１３】以上のように本実施例によれば、溝の深さ
が従来例に比べて約１／６まで薄くなったこととエッチ
ングにより形成することにより、だれのない正確な凹凸
形状が実現でき、溝の深さが薄くなったことと、正確な
凹凸形状が実現できたことにより、その結果集光特性の
よい回折形レンズが実現でき、またイオンビームエッチ
ングでパターンの転写をする時間も短くなり作製が容易
である。 【００１４】以上の説明はＧｅを用いた回折型レンズに
ついて行ったが、屈折率が３以上の物質であればよく、
Ｇｅを含み、屈折率が３以上の材料から構成された回折
型レンズについても同様の効果が得られる。 【００１５】尚、Ｇｅの透過波長領域は、１．８μｍ〜
２３μｍであり、しかもＧｅはこの領域で屈折率が３以
上である。従って、入射光が結晶の透過波長領域ならど
の波長でも、同様の効果が得られる。 【００１６】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、高屈折率
な物質、例えばＧｅで回折型レンズの凹凸部をエッチン
グにより垂直部分を有するように形成したことによっ
て、前記凹凸部の垂直部分で生じる不要な多重反射光が
少なくなり、溝の深さが浅くて、かつ正確なレンズ形状
を実現でき、その結果、集光特性のよい回折型の赤外用
レンズを容易に実現できる。
よく、作製容易な赤外用回折型レンズに関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】従来の屈折型フレネルレンズに加え、近
年、小型軽量で再現性がよく、収差が小さい回折型レン
ズが注目されている。この回折型レンズは、例えば電子
ビーム描画等の微細加工によって製造を行うため、フレ
ネルマイクロレンズまたはマイクロフレネルレンズとも
呼ばれている。 【０００３】従来の回折型レンズは、屈折型フレネルレ
ンズ同様ガラスやアクリル樹脂等屈折率ｎが１．５前後
のもので作られていたため、レンズの位相変調量に対応
した溝の深さは、最大集光効率を得ようとした場合、入
射光の波長の１／（ｎ−１）倍つまり２倍の値にする必
要がある。例えば、可視光のＨｅ−Ｎｅレーザの０．６
３２８μｍを入射光とする場合、溝の深さは１．３μｍ
であるが、これが近赤外の波長が１．５μｍ用のものに
なると回折型レンズの溝の深さは３μｍとする必要があ
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
のように、屈折率が１．５前後の物質で近赤外用の回折
型レンズを作ると、溝の深さが深いため、正確なレンズ
形状を実現するのは難しく、つまりは集光特性のよい赤
外用回折型マイクロレンズが得られにくいという問題点
を有していた。 【０００５】本発明は、上記問題点を解決するもので、
集光特性のよい赤外用回折型レンズを提供することを目
的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、入射光の波長に依存し、レンズの位相変調
量に応じた凹凸部がレンズ表面に形成された赤外用回折
型レンズであって、前記入射光の波長は１．８μｍから
２３μｍの領域にあり、前記凹凸部は、屈折率が３以上
で、かつ、ＧｅもしくはＧｅを含む材料をエッチングす
ることにより垂直部分を有するように形成されたもので
ある。 【０００７】 【作用】本発明は上記した構成により、構成物質の屈折
率が高いため回折型レンズの溝の深さを浅くでき、又、
エッチングすることにより垂直部分を有するように凹凸
部が形成されるため、前記凹凸部の垂直部分で生じる不
要な多重反射光が少なくなり、作製容易で、高効率な集
光特性のよい赤外用回折型レンズを実現するものであ
る。 【０００８】 【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。図１(a),(b)はそれぞれ本発明の一実
施例における回折型の赤外用レンズ（以下回折型レンズ
と称す）を示す断面図、平面図である。 【０００９】図１において、１はＧｅ結晶であり、表面
に断面が鋸歯状のレンズの位相変調量に応じた凹凸部２
が施してある。鋸歯状の凹凸部２の溝の深さｔは、レン
ズの集光効率が最大になるために、レンズを構成してい
る物質の屈折率ｎ、及び入射光の波長λを用いて、ｔ＝
λ／（ｎ−１）と設定する必要がある。近赤外で透明な
Ｇｅの屈折率は、ｎ＝４．０であり、本実施例では、入
射光としてλ＝１０．６μｍの半導体レーザ光を用いた
ので溝の深さをｔ＝３．５μｍとした。従来例のように
ガラスやアクリル, 電子ビームレジスト等の屈折率が
１．５前後のもので作製した回折型レンズの場合、溝の
深さｔはλ＝１０．６μｍに対してｔ＝２１μｍとする
必要があったから、本実施例の回折型レンズにより、溝
の深さｔが従来例の１／６程度で、薄い回折型レンズが
実現できたと言える。その結果、凹凸部の垂直部分で生
じる不要な多重反射光が大幅に少なくなり、この多重反
射光に起因した回折効率の低下を防止して、集光特性に
優れた赤外用回折型レンズを容易に実現できる。 【００１０】また、入射光の反射を減少させるために、
少なくともレンズの入射側または反射側のどちらか一方
の面に無反射コーティングを行うと集光効率がさらに良
くなる。 【００１１】次に、図２を用いて作製工程を説明する。
まず図２(a)のＧｅ結晶１上に図２(b)のように電子ビー
ムレジスト３をコーティングし、電子ビームリソグラフ
ィにより、図２(c)のようにレンズのパターンを作製し
た。次に、イオンビームエッチングを行い、図２(d)の
ように電子ビームレジスト３の形をＧｅ結晶１に転写し
て凹凸部２を形成した。この時電子ビームレジスト３の
コーティング厚さを制御し溝の深さｔが最適になるよう
にした。 【００１２】尚、レンズとして作用するのはＧｅ結晶１
表面の凹凸のある部分であるので、この部分がＧｅであ
りさえすれば良く、凹凸のない部分は他の物質でもよ
い。 【００１３】以上のように本実施例によれば、溝の深さ
が従来例に比べて約１／６まで薄くなったこととエッチ
ングにより形成することにより、だれのない正確な凹凸
形状が実現でき、溝の深さが薄くなったことと、正確な
凹凸形状が実現できたことにより、その結果集光特性の
よい回折形レンズが実現でき、またイオンビームエッチ
ングでパターンの転写をする時間も短くなり作製が容易
である。 【００１４】以上の説明はＧｅを用いた回折型レンズに
ついて行ったが、屈折率が３以上の物質であればよく、
Ｇｅを含み、屈折率が３以上の材料から構成された回折
型レンズについても同様の効果が得られる。 【００１５】尚、Ｇｅの透過波長領域は、１．８μｍ〜
２３μｍであり、しかもＧｅはこの領域で屈折率が３以
上である。従って、入射光が結晶の透過波長領域ならど
の波長でも、同様の効果が得られる。 【００１６】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、高屈折率
な物質、例えばＧｅで回折型レンズの凹凸部をエッチン
グにより垂直部分を有するように形成したことによっ
て、前記凹凸部の垂直部分で生じる不要な多重反射光が
少なくなり、溝の深さが浅くて、かつ正確なレンズ形状
を実現でき、その結果、集光特性のよい回折型の赤外用
レンズを容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(a) 本発明の一実施例における赤外用回折型
レンズの断面図 (b) 本発明の一実施例における赤外用回折型レンズの
平面図 【図２】(a)〜(d) 本発明の一実施例の赤外用回折型レ
ンズの作製工程図 【符号の説明】 １ Ｇｅ結晶 ２ 凹凸部
レンズの断面図 (b) 本発明の一実施例における赤外用回折型レンズの
平面図 【図２】(a)〜(d) 本発明の一実施例の赤外用回折型レ
ンズの作製工程図 【符号の説明】 １ Ｇｅ結晶 ２ 凹凸部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭59−137908（ＪＰ，Ａ)
特開 昭51−110347（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−200010（ＪＰ，Ａ)
ＪｏｕＲＮａＬ ｏｆ ＯＰＴＩＣＡ
Ｌ ＳＯＣＩＥＴＹ ＯＦ ＡＭＥＲＩ
ＣＡ，51［１］（1961），Ｐ．17−20
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．入射光の波長に依存し、レンズの位相変調量に応じ
た凹凸部がレンズ表面に形成された赤外用回折型レンズ
であって、前記入射光の波長は１．８μｍから２３μｍ
の領域にあり、前記凹凸部は、屈折率が３以上で、か
つ、ＧｅもしくはＧｅを含む材料をエッチングすること
により垂直部分を有するように形成されたことを特徴と
する赤外用回折型レンズ。 ２．凹凸部は、前記凹凸部を構成する材料の屈折率ｎと
入射光の波長λとに対して、λ／（ｎ−１）の溝の深さ
を有する鋸歯形状であることを特徴とする請求項１記載
の赤外用回折型レンズ。 ３．少なくとも表面又は裏面に無反射コーティングを施
したことを特徴とする請求項１記載の赤外用回折型レン
ズ。 ４．凹凸部は、透過型の回折型凸レンズ形状であること
を特徴とする請求項１記載の赤外用回折型レンズ。 ５．凹凸部は、マスクの断面形状をＧｅもしくはＧｅを
含む材料に転写して形成されたことを特徴とする請求項
１記載の赤外用回折型レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6103700A JP2706621B2 (ja) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | 赤外用回折型レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6103700A JP2706621B2 (ja) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | 赤外用回折型レンズ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59245078A Division JPH0679081B2 (ja) | 1984-11-20 | 1984-11-20 | 赤外用フレネルレンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0756010A JPH0756010A (ja) | 1995-03-03 |
| JP2706621B2 true JP2706621B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=14361042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6103700A Expired - Lifetime JP2706621B2 (ja) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | 赤外用回折型レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2706621B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3758072B2 (ja) * | 1999-11-11 | 2006-03-22 | 三菱電機株式会社 | 赤外線光学系 |
| WO2022185716A1 (ja) * | 2021-03-01 | 2022-09-09 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | フレネルレンズ及びセンサシステム |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5124247A (ja) * | 1974-08-22 | 1976-02-27 | Yokogawa Electric Works Ltd | Kotaiikirenzu |
| US3947084A (en) * | 1975-02-28 | 1976-03-30 | Hughes Aircraft Company | Long-wave infrared afocal zoom telescope |
| JPS5336250A (en) * | 1976-09-16 | 1978-04-04 | Toshiba Corp | Fresnel lens |
-
1994
- 1994-05-18 JP JP6103700A patent/JP2706621B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＪｏｕＲＮａＬ ｏｆ ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＯＣＩＥＴＹ ＯＦ ＡＭＥＲＩＣＡ，５１［１］（１９６１），Ｐ．１７−２０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0756010A (ja) | 1995-03-03 |
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