JPS59127006A - フレネルゾ−ンプレ−ト - Google Patents
フレネルゾ−ンプレ−トInfo
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- JPS59127006A JPS59127006A JP264883A JP264883A JPS59127006A JP S59127006 A JPS59127006 A JP S59127006A JP 264883 A JP264883 A JP 264883A JP 264883 A JP264883 A JP 264883A JP S59127006 A JPS59127006 A JP S59127006A
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- fresnel zone
- refractive index
- plate
- transparent
- concave
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、空気中よシ屈折率が１以上の透明な物質中
の１点に平行光を集光させ、かつコマ収差のないフレネ
ルゾーンプレートに関するものである。
の１点に平行光を集光させ、かつコマ収差のないフレネ
ルゾーンプレートに関するものである。
従来のこの櫛フレネルゾーンプレートはその輪帯の半径
ｒｋが第１式 で与えられる値をもち、平行平板のガラス板の庁面のみ
にフレネルゾーンが形成される構成罠なっていた。第１
弐において、λは波長、ｆは焦点距７１、に＝１．ａし
・・である。このフレネルゾーンプレートの作用を第１
図に示す。第１図において。
ｒｋが第１式 で与えられる値をもち、平行平板のガラス板の庁面のみ
にフレネルゾーンが形成される構成罠なっていた。第１
弐において、λは波長、ｆは焦点距７１、に＝１．ａし
・・である。このフレネルゾーンプレートの作用を第１
図に示す。第１図において。
は）はガラス板、（２）はフレネルゾーン、１３）はフ
レネルゾーンプレー）、１４１は光軸、（５）は入射平
行光。
レネルゾーンプレー）、１４１は光軸、（５）は入射平
行光。
（６）は出射光、（７）は集光点である。このような構
成の７レネルゾーングレート（３）に光軸（４）に平行
な入射光が入射すると、入射平行光（５）はフレネルゾ
ーン（２）の半径ｆｋのところで回折され、集光点（７
）に向う出射光線（６）Ｋ変換され、他の入射光線も同
様に集光点（７）に向う出射光線（６）に変換される。
成の７レネルゾーングレート（３）に光軸（４）に平行
な入射光が入射すると、入射平行光（５）はフレネルゾ
ーン（２）の半径ｆｋのところで回折され、集光点（７
）に向う出射光線（６）Ｋ変換され、他の入射光線も同
様に集光点（７）に向う出射光線（６）に変換される。
この場合には集光点（７）では集差を生じることなく回
折限界のスポットサイズをもつ集光光が得られる。
折限界のスポットサイズをもつ集光光が得られる。
この状ＤＩＩＣおけるスポットダイアグラムを第２＃１
！Ｊ−に示す。
！Ｊ−に示す。
次に、オ山式で与えられる輪帯をもつフレネルゾーンプ
レートを用いて、空気中よシ屈折率ｎ２＞１の透明な物
質中へ平行光を集光させる場合には。
レートを用いて、空気中よシ屈折率ｎ２＞１の透明な物
質中へ平行光を集光させる場合には。
空気と上記透明・物質との境界で屈折が起きるため球面
収差が生じ、集光点でのスポット径が回折限界による値
よシも大きくなシ、７ヤーグに集光することができなく
なる。この状態を示したものが第３図である。第３図に
おいて、１３）は第１図で説明した輪帯半径が第１式で
与えられるフレネルゾーングレー）、＋８１は屈折率ｎ
２〉１の透明物質、（９）は上記透明物質と空気との境
界である。プレネルゾーンプレート（３）で回折された
出射光（６）は焦点Ｃ１ｏ＋に向う光線となるか、境界
（９）で屈折されるため。
収差が生じ、集光点でのスポット径が回折限界による値
よシも大きくなシ、７ヤーグに集光することができなく
なる。この状態を示したものが第３図である。第３図に
おいて、１３）は第１図で説明した輪帯半径が第１式で
与えられるフレネルゾーングレー）、＋８１は屈折率ｎ
２〉１の透明物質、（９）は上記透明物質と空気との境
界である。プレネルゾーンプレート（３）で回折された
出射光（６）は焦点Ｃ１ｏ＋に向う光線となるか、境界
（９）で屈折されるため。
この面における屈折の法則に従った方向に変えられ、光
軸（４）とは焦点叫とは異なる位置で交わる。
軸（４）とは焦点叫とは異なる位置で交わる。
他の光線も同様にして境界（９）で屈折され集光点（７
）の近停で光軸と交わる。この先軸と交わる位置は各光
線によル異なるため１点では交からす、集光点（７）に
おける像はボケ、そのスポット径は回折限界による値よ
シも大きくなる。これを第４図に示す。
）の近停で光軸と交わる。この先軸と交わる位置は各光
線によル異なるため１点では交からす、集光点（７）に
おける像はボケ、そのスポット径は回折限界による値よ
シも大きくなる。これを第４図に示す。
また、第１図で示したフレネルゾーンプレー（３）Ｋ上
記光軸＋４１に対して傾きをもつ平行光ｕ１１を入射し
た場合には、コマ収差が生じ、集光点でのスポット径が
回折限界による値よシも大きくなシ、シャープに集光す
ることができなくなる。この状態を示したものが第５図
である。第５図において。
記光軸＋４１に対して傾きをもつ平行光ｕ１１を入射し
た場合には、コマ収差が生じ、集光点でのスポット径が
回折限界による値よシも大きくなシ、シャープに集光す
ることができなくなる。この状態を示したものが第５図
である。第５図において。
（Ｉｌｌ （Ｉｌａバ１１ｂ）は上記光軸（４）に対し
て傾きをもつ入射平光、（１２１（１２ａバ１２ｂ）
ｆｉ入射平行光（１１１（ｌｌａバ１１ｂ）に対する出
射光、 （１３１は入射平行光ｕｉｌに対する集光点で
ある。フレネルゾーン（２）で回折された出射光ｕ２１
は上記境界（９）で屈折され集光点［３１に向う光線と
なるが、入射平行光叩の７レネルゾーンに対する入射高
さが、入射平光（Ｉｌｌと入射平行光（１１ａバ１１ｂ
）とでは異なるため、フレネルゾーン（２）で回折され
た出射光α２）と出射光（１２ａＪおよび出射光（１２
ｂＪは境界面（９）で屈折されたのちも１点では交わら
ず互いに異なる位置で交わる。
て傾きをもつ入射平光、（１２１（１２ａバ１２ｂ）
ｆｉ入射平行光（１１１（ｌｌａバ１１ｂ）に対する出
射光、 （１３１は入射平行光ｕｉｌに対する集光点で
ある。フレネルゾーン（２）で回折された出射光ｕ２１
は上記境界（９）で屈折され集光点［３１に向う光線と
なるが、入射平行光叩の７レネルゾーンに対する入射高
さが、入射平光（Ｉｌｌと入射平行光（１１ａバ１１ｂ
）とでは異なるため、フレネルゾーン（２）で回折され
た出射光α２）と出射光（１２ａＪおよび出射光（１２
ｂＪは境界面（９）で屈折されたのちも１点では交わら
ず互いに異なる位置で交わる。
他の光線につＶても同じである。その差異はいわゆるコ
マ収差となって現われ集光点（１：１における像はボケ
、そのスポット径は回折限界による値よルも大きくなる
。第６図に、第５図の集光点（＋３１におけるスポット
ダイアグラムを示す。
マ収差となって現われ集光点（１：１における像はボケ
、そのスポット径は回折限界による値よルも大きくなる
。第６図に、第５図の集光点（＋３１におけるスポット
ダイアグラムを示す。
このように、従来のフレネルゾーングレートでは、屈折
率が１よル大きい物質中でシャープに集光できないとい
う欠点があるとともに、入射平行光が光軸に対して傾く
とコマ収差を生じシャープに集光することはできないと
いう欠点があった。
率が１よル大きい物質中でシャープに集光できないとい
う欠点があるとともに、入射平行光が光軸に対して傾く
とコマ収差を生じシャープに集光することはできないと
いう欠点があった。
この発明は９以上の欠点を除去するため、平凹レンズの
凹面側を平行光が入射する入射面とし。
凹面側を平行光が入射する入射面とし。
平面側に７レネルゾーンを作成し、正弦条件の不満足ｔ
が小さくなるようＫまた。屈折率が１以上の物質中で回
折限界のスポット径となるようにフレネルゾーンの輪帯
半径、上記平凹レンズの厚み。
が小さくなるようＫまた。屈折率が１以上の物質中で回
折限界のスポット径となるようにフレネルゾーンの輪帯
半径、上記平凹レンズの厚み。
Ｍ折半および曲率半径等を決定し１球面状差を除去しか
つコマ収差が小さくなるよう例したものであシ、以下図
面について詳細に説明する。
つコマ収差が小さくなるよう例したものであシ、以下図
面について詳細に説明する。
オフ図は本発明の７レネルゾーンプレートの輪帯半径を
求めるための模式図である。このフレネルゾーングレー
トよシ距ＲＬｔのところＫある屈折率ｎ３≧１の透明物
質（８）中忙表面（９）よシ距Ｍｔのところで入射平行
光（５）を集光させかつコマ収差が小さくなるように７
レネルゾーンの輪帯半径１ｋ。
求めるための模式図である。このフレネルゾーングレー
トよシ距ＲＬｔのところＫある屈折率ｎ３≧１の透明物
質（８）中忙表面（９）よシ距Ｍｔのところで入射平行
光（５）を集光させかつコマ収差が小さくなるように７
レネルゾーンの輪帯半径１ｋ。
平凹レンズの厚み、屈折率および曲率半径を求める。オ
フ図において、ｕ５）は平行透ＥＡ板、ｕ６）は凹面透
明板、 ｆｉｌは屈折光、 （１８１ｔ’ｉ屈折光、
（１９１は平凹レンズ、（２Ｑｌ／ｒｉ基準平面である
。
フ図において、ｕ５）は平行透ＥＡ板、ｕ６）は凹面透
明板、 ｆｉｌは屈折光、 （１８１ｔ’ｉ屈折光、
（１９１は平凹レンズ、（２Ｑｌ／ｒｉ基準平面である
。
オフ図において、入射平行光（５）を集光点Ｆで１点忙
集光するためＫは、基準平面上の点Ａから凹 −面透明
板上の点Ｂから平行透明板（１５１上の点Ｃと７レネル
ゾーン上の点りを蚤て、透明物質上の点Ｅで屈折して集
光点Ｆに至る光学距離と、基準平面上の点０から点Ｐと
点Ｑと点Ｒと点Ｓを予て点Ｆに至る光学距離との差が１
／２波長の整数倍になることである。
集光するためＫは、基準平面上の点Ａから凹 −面透明
板上の点Ｂから平行透明板（１５１上の点Ｃと７レネル
ゾーン上の点りを蚤て、透明物質上の点Ｅで屈折して集
光点Ｆに至る光学距離と、基準平面上の点０から点Ｐと
点Ｑと点Ｒと点Ｓを予て点Ｆに至る光学距離との差が１
／２波長の整数倍になることである。
すなわち、この条件はオ（２）式
％式％
）
のように書くことができる。ここで０１ は上記凹面
透明板の屈折率＋ ０２は上記平行透明板の屈折率。
透明板の屈折率＋ ０２は上記平行透明板の屈折率。
ｋは輪帯の番号でに＝ＬＺ・・・、λは波長である。
次に１点Ｂと点Ｃお工び点Ｅで各光線が屈折することを
考慮し、角度Ｑ１とＱ２とＱ３とＱ４とＱ５と暢とをオ
フ図のようにとシ、かつ、上記凹面ガラス板の中心部の
厚さをｄ１曲率半径を’１＋平行ガラス板の厚さをｄ２
＋上牝フレネルゾーングレートと透明物質（８）との距
離をｔ、上記透明物質（８）の表面（９）よシ集光点ま
での距Ｍをｔとするとオ（２）式はオ（３）式のように
書ける。
考慮し、角度Ｑ１とＱ２とＱ３とＱ４とＱ５と暢とをオ
フ図のようにとシ、かつ、上記凹面ガラス板の中心部の
厚さをｄ１曲率半径を’１＋平行ガラス板の厚さをｄ２
＋上牝フレネルゾーングレートと透明物質（８）との距
離をｔ、上記透明物質（８）の表面（９）よシ集光点ま
での距Ｍをｔとするとオ（２）式はオ（３）式のように
書ける。
（ｆ ＋Ｊｄ１ ＋ｎ２ｄ、Ｂ ＋ｔ＋ｎ３す＝に、−
・−・・・・・−・・・・・・・・・・・−・・・・・
・・・・・１３）また９点Ｂと点Ｃおよび点Ｅにおいて
はスネルの法則よシ ｆｉｌｎ＃１ ＝ｎ１ａｌｒｌｌ’２ ・甲甲曲Ｕ―
山……ψ…・ｔ・・−・・旧・・・―…・・ｅ・・−（
４）ｎｌａｌｎ＃３ ＝ｎ２ＮＩ’ｌθ４ ・・―・・
−川・・・・・−・・・・・・…・・・・・・・甲・・
・・・・・・・・曲１５１ａｉｎθ５ ＝ｎ３ ＠ｌｎ
θ６・・φ・Φ・・・・Φ−・・−Φ・・・Φ・−・・
・φ−・ｅ・・ｅ−・−・・・―・・・・−・―Φ−１
・・・ｔ６１０３”’１−θ２ ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・＋７１と書ける。
・−・・・・・−・・・・・・・・・・・−・・・・・
・・・・・１３）また９点Ｂと点Ｃおよび点Ｅにおいて
はスネルの法則よシ ｆｉｌｎ＃１ ＝ｎ１ａｌｒｌｌ’２ ・甲甲曲Ｕ―
山……ψ…・ｔ・・−・・旧・・・―…・・ｅ・・−（
４）ｎｌａｌｎ＃３ ＝ｎ２ＮＩ’ｌθ４ ・・―・・
−川・・・・・−・・・・・・…・・・・・・・甲・・
・・・・・・・・曲１５１ａｉｎθ５ ＝ｎ３ ＠ｌｎ
θ６・・φ・Φ・・・・Φ−・・−Φ・・・Φ・−・・
・φ−・ｅ・・ｅ−・−・・・―・・・・−・―Φ−１
・・・ｔ６１０３”’１−θ２ ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・＋７１と書ける。
次に、フレネルゾーンの輪帯の半径をｒｋとすると。
ｒ ｋ＝＝ＡｔａｍＱｓ ＋ｆｔａｍθ６＝ｒ ＊ ｉ
ｎθ１＋（ｒ （ｌ Ｃｏａｌ’ Ｉ ）十ｄ１ノ
ｔａｎθ３十ｄ２ｔａｎθ４・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（８
）と書ける。
ｎθ１＋（ｒ （ｌ Ｃｏａｌ’ Ｉ ）十ｄ１ノ
ｔａｎθ３十ｄ２ｔａｎθ４・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（８
）と書ける。
以上の第３式から第８式を０１から０６を変数とする連
立方程式として解き、その解を第８式に代入すると輪帯
の半径ｒｋが求ま９９球面収差が除去されたものとなっ
てｂる。
立方程式として解き、その解を第８式に代入すると輪帯
の半径ｒｋが求ま９９球面収差が除去されたものとなっ
てｂる。
しかし、コマ収差を生じないためにはいやゆる正弦条件
を満足する必要があるが、必ずしもすべての入射光線に
対して正弦条件を満すようＫすることはできない。正弦
条件の不腐定量−２ｓ 、ｃ 。
を満足する必要があるが、必ずしもすべての入射光線に
対して正弦条件を満すようＫすることはできない。正弦
条件の不腐定量−２ｓ 、ｃ 。
と書ける。ここで［は焦点距離である。
本発明によるフレネルゾーンプレートでは、残葉コマ収
差の評価量として から０．６ の間で となるように凹面透明板の屈−１７？率ｎ１．厚さｄｌ
と曲率半値ｒおよび平行透明板の厚みｄ２ と屈折率
ｎ２ の値を選択して連立方程式を解く。
差の評価量として から０．６ の間で となるように凹面透明板の屈−１７？率ｎ１．厚さｄｌ
と曲率半値ｒおよび平行透明板の厚みｄ２ と屈折率
ｎ２ の値を選択して連立方程式を解く。
このように、フレネルゾーンの輪帯半径’ｋｅ上記凹面
透明板の厚みｄｌ と屈折率”Ｉｓ上記平行透明板の
厚みｄ２と屈折率ｎ２とをきめると、入射平行光が光軸
１４１ Ｋ対し頑いたとしても出射光のコマ収差は除去
されているので集光点（１３１ではシャープなスポット
が得られる。オ８因はこの状況を示したものであル、オ
９図は集光点（１３１におけるスポットを示したもので
ある。
透明板の厚みｄｌ と屈折率”Ｉｓ上記平行透明板の
厚みｄ２と屈折率ｎ２とをきめると、入射平行光が光軸
１４１ Ｋ対し頑いたとしても出射光のコマ収差は除去
されているので集光点（１３１ではシャープなスポット
が得られる。オ８因はこの状況を示したものであル、オ
９図は集光点（１３１におけるスポットを示したもので
ある。
第１０図の実線（インは残留コマ収差の評価書が２．８
２λであ）凹面透明板（１６）と平行透明板１５１の屈
折率が異なる場合の入射高さと正弦粂件不満足潰との関
係を示したものであシ、パラメータの値ヲ、ｎ１−１．
７．ｎ２． ＝＝ １．５ ｎ３＝１．５． ｊｌ
”＝１ ｍｒ、 ｄ２ ＝０．５ ｍｍ、 Ｌ”＝
２ ｗｎ、 ｔ ＝ １．２ｍｍ 、λ＝０．７８．
ａｍ とし開口数ＮＡを−０４５としたものである。
２λであ）凹面透明板（１６）と平行透明板１５１の屈
折率が異なる場合の入射高さと正弦粂件不満足潰との関
係を示したものであシ、パラメータの値ヲ、ｎ１−１．
７．ｎ２． ＝＝ １．５ ｎ３＝１．５． ｊｌ
”＝１ ｍｒ、 ｄ２ ＝０．５ ｍｍ、 Ｌ”＝
２ ｗｎ、 ｔ ＝ １．２ｍｍ 、λ＝０．７８．
ａｍ とし開口数ＮＡを−０４５としたものである。
図中９点線（口λは開口数と直径が同じな従来の７レネ
ルゾーングレートの収差を示したものであル。
ルゾーングレートの収差を示したものであル。
これにくらべて本発明によるフレネルゾーングレートの
コマ収差は非常忙小さくなっていることがわかる。
コマ収差は非常忙小さくなっていることがわかる。
第１１ 図は凹面透明板（１６１と平行透明板Ｕ５＋の
屈折率を同じとし、上記凹面透明板（１６１と平行透明
板（１５１を分割せずＶＣＩ体とした残留コマ収差の評
価量が４．５５λとなる場合であるが、この場合でもコ
マ収差の発生は小さいことがわかる。
屈折率を同じとし、上記凹面透明板（１６１と平行透明
板（１５１を分割せずＶＣＩ体とした残留コマ収差の評
価量が４．５５λとなる場合であるが、この場合でもコ
マ収差の発生は小さいことがわかる。
第１２図は本発明の一実施例で６シ、平行透明板（］５
ｊの上に１輪帯の半径ｒＢ、・の０とｒｌとの間および
ｒ２に−１とｔ２ｋ（ｋ ”：’ １．２ ”・）との
間および’ｚｋ −１（！： ｔ２１ （ｋ ；１．２
．・＝ ）との間のみに屈折率がｎ（Ｎ１）の透明物質
１２１Ｊを付けてフレネルゾーン（２）を形成した位相
型のフレネルゾーングレートである。
ｊの上に１輪帯の半径ｒＢ、・の０とｒｌとの間および
ｒ２に−１とｔ２ｋ（ｋ ”：’ １．２ ”・）との
間および’ｚｋ −１（！： ｔ２１ （ｋ ；１．２
．・＝ ）との間のみに屈折率がｎ（Ｎ１）の透明物質
１２１Ｊを付けてフレネルゾーン（２）を形成した位相
型のフレネルゾーングレートである。
また、第１３図は本発明の他の実施例であシ、平行透明
板ｕ５１の上に１輪帯の半径ｆｋのＯからｊ２およびｊ
２ からｒ２に＋２（ｋ ＝＝ １．２・・・） の輪
帯の間では連続的に厚さが薄くなる屈折率ｎの透明物質
０２含付けて７レネルゾーンを形成しブレーズ化を計っ
た位相型のフレネルゾーンプレートである。
板ｕ５１の上に１輪帯の半径ｆｋのＯからｊ２およびｊ
２ からｒ２に＋２（ｋ ＝＝ １．２・・・） の輪
帯の間では連続的に厚さが薄くなる屈折率ｎの透明物質
０２含付けて７レネルゾーンを形成しブレーズ化を計っ
た位相型のフレネルゾーンプレートである。
第１′４図は本発明の他の実施例であシ、凹面透明（１
６１と平行透明板（１５１とを同じ屈折率の透明板とし
。
６１と平行透明板（１５１とを同じ屈折率の透明板とし
。
第１３図のように分割せずに１体の平凹レンズとしてそ
の平面側にフレネルゾーンを形成したものである。この
とき輪帯の半径ｒｋのｒ２に−ｓとｆ２ｋ （（ｋ＝
＝１．２．・・・Ｊとの間のみに屈折率がｎ Ｃ’ｉ１
）の透明物質１２］） 全付けて７レネルゾーン（２）
を形成する。
の平面側にフレネルゾーンを形成したものである。この
とき輪帯の半径ｒｋのｒ２に−ｓとｆ２ｋ （（ｋ＝
＝１．２．・・・Ｊとの間のみに屈折率がｎ Ｃ’ｉ１
）の透明物質１２］） 全付けて７レネルゾーン（２）
を形成する。
第１５ 図は本発明の他の実ＩＡ列であシ、第１４図の
７レネルゾーンｔ［−１３１ｇのフレネルゾーンと同様
にしてブレーズ化をＪｌｏりた構成としたものである。
７レネルゾーンｔ［−１３１ｇのフレネルゾーンと同様
にしてブレーズ化をＪｌｏりた構成としたものである。
オス２図、第１３図、第１４ 図および第１５ 因に
示した本発明に係わるフレネルゾーングレートを用いれ
ば、入射平行光が上記フレネルシー３プレー ト＋３１
の光軸（４）忙対して相対的に傾いたとしてもコマ収差
が小さいので回折限界して近いスポット径となるシャー
プな集光が得られる。
示した本発明に係わるフレネルゾーングレートを用いれ
ば、入射平行光が上記フレネルシー３プレー ト＋３１
の光軸（４）忙対して相対的に傾いたとしてもコマ収差
が小さいので回折限界して近いスポット径となるシャー
プな集光が得られる。
なお９以上はフレネルゾーンを透明な物質（２１１を用
いて、その厚みを変えることによシ位相型の７レネルゾ
ーンを形成する場合について述べたが。
いて、その厚みを変えることによシ位相型の７レネルゾ
ーンを形成する場合について述べたが。
輪帯箪径ｒｋ の０とｆ］ の間およびｒ２にとｒ、
２に＋１（ｋ＝１． Ｚ−Ｊとの間を透明、ｒ２に−＋
とｒ２ｋ（ｋ＝１．２・・・〕との間を不透明にしたフ
レネルゾーンをｆ″Ｆ−製しても効率は上記位相型フレ
ネルゾーンにくらべて低下するが、同様の集光作用を行
うのでこのような構成としてもよい。
２に＋１（ｋ＝１． Ｚ−Ｊとの間を透明、ｒ２に−＋
とｒ２ｋ（ｋ＝１．２・・・〕との間を不透明にしたフ
レネルゾーンをｆ″Ｆ−製しても効率は上記位相型フレ
ネルゾーンにくらべて低下するが、同様の集光作用を行
うのでこのような構成としてもよい。
以上のように、この発明に係るフレネルゾーンプレート
では、平凹レンズの凹面を平行光が入射する入射面とし
、平面側に７レネルゾーンを作成し、その輪帯の平径が
遅立方程式第３式からオ８式の解となるようＫＬ、かつ
残留コマ収差の評価量が小さくなるよ５に平凹レンズの
屈折率、厚みおよび曲率平径を決定することによシ、屈
折率が１以上の透明物質内で回折限界のスポット径およ
びコマ収差の発生量が小さくなるようにしたものであ勺
、入射平行光が光軸に対して傾いたとしても回折限界に
近いスポット径が得られ、シャープな集光特性が得られ
るという効果を有する。
では、平凹レンズの凹面を平行光が入射する入射面とし
、平面側に７レネルゾーンを作成し、その輪帯の平径が
遅立方程式第３式からオ８式の解となるようＫＬ、かつ
残留コマ収差の評価量が小さくなるよ５に平凹レンズの
屈折率、厚みおよび曲率平径を決定することによシ、屈
折率が１以上の透明物質内で回折限界のスポット径およ
びコマ収差の発生量が小さくなるようにしたものであ勺
、入射平行光が光軸に対して傾いたとしても回折限界に
近いスポット径が得られ、シャープな集光特性が得られ
るという効果を有する。
牙１図は従来の７レネルゾーンプレートを用いて光軸に
平行な入射平行光を集光する場合の模式図、第２図は第
１図に対する集光点でのスポットを示す図、第３図は従
来のフレネルゾーングレートを用いてｎ＞１の透明物質
に集光する一場合の模式図、第４図は第３図に対する集
光点でのスポットを示す図、第５図は従来のフレネルゾ
ーンプレートを用いて光軸に対して傾いた入射平行光を
集光する場合の模式区、オ６図／Ｉ′ｉ第５図に対する
集光点でのスポットダイアグラム、オフ図は本発明に係
るフレネルシー７プレートの輪帯半径を求めるための模
式図、第８図は本発明に係るフレネルシー７グレートを
用いて光軸に対して傾いた入射平行光を集光する場合の
模式図、１９図は第８図に対する集光点でのスポットを
示す区、第１０図と第１１図はコマ収差曲線の例、第１
２図はこの発明に係るフレネルゾーングレートの一実施
例を示すψ図、第１３図はこの発明に係るフレネルゾー
ンフ。 レートの他の実施例を示す図、第１４図はこの発明に係
るフレネルゾーンプレートの他の実施例を示す図、第１
５図はこの発明に係るフレネルゾーンプレートの他の実
施例を示す図である。 図中、（１）はガラス板、（２）はワレネルゾーン、（
３）はフレネルゾーンプレート、＋４１は光軸、（５）
は入射平行光、（６）は出射光、（７）は集光点、（８
）は屈折率が１以上の透明物質、（９）は表面、叫は焦
点、ｕＤ（ｉａ）（１１ｂ）は入射平行光、 （１２１
（１２ａバ１２ｂ）は出射光、 （１３１は集光点、
Ｑ４１は焦点、ｕ５）は平行透明板、ｕ６）は凹面透明
板、 ＋１７１は屈折光、ａ８１は屈折光、 （１９］
は平凹レンズ。 （２１＋１は基準平面、Ｑｌ）は屈折率が１以上の透明
物質である。 なお１図中、同一あるｈＦｉ相当部分には同一符号を付
して示しである。 ネｒｆａ ｌ 卑２ Ω 塾仝脇 Ｉ ネ フ １５イ）１ ＋ｔｏｒ’；ｈ 、５ ダ弧イ・イブ１
″）’ｌ、＋＋＋ハ ネ１
２図（い 事１３ Ｑ ’４．＋４必 ネ１５島
平行な入射平行光を集光する場合の模式図、第２図は第
１図に対する集光点でのスポットを示す図、第３図は従
来のフレネルゾーングレートを用いてｎ＞１の透明物質
に集光する一場合の模式図、第４図は第３図に対する集
光点でのスポットを示す図、第５図は従来のフレネルゾ
ーンプレートを用いて光軸に対して傾いた入射平行光を
集光する場合の模式区、オ６図／Ｉ′ｉ第５図に対する
集光点でのスポットダイアグラム、オフ図は本発明に係
るフレネルシー７プレートの輪帯半径を求めるための模
式図、第８図は本発明に係るフレネルシー７グレートを
用いて光軸に対して傾いた入射平行光を集光する場合の
模式図、１９図は第８図に対する集光点でのスポットを
示す区、第１０図と第１１図はコマ収差曲線の例、第１
２図はこの発明に係るフレネルゾーングレートの一実施
例を示すψ図、第１３図はこの発明に係るフレネルゾー
ンフ。 レートの他の実施例を示す図、第１４図はこの発明に係
るフレネルゾーンプレートの他の実施例を示す図、第１
５図はこの発明に係るフレネルゾーンプレートの他の実
施例を示す図である。 図中、（１）はガラス板、（２）はワレネルゾーン、（
３）はフレネルゾーンプレート、＋４１は光軸、（５）
は入射平行光、（６）は出射光、（７）は集光点、（８
）は屈折率が１以上の透明物質、（９）は表面、叫は焦
点、ｕＤ（ｉａ）（１１ｂ）は入射平行光、 （１２１
（１２ａバ１２ｂ）は出射光、 （１３１は集光点、
Ｑ４１は焦点、ｕ５）は平行透明板、ｕ６）は凹面透明
板、 ＋１７１は屈折光、ａ８１は屈折光、 （１９］
は平凹レンズ。 （２１＋１は基準平面、Ｑｌ）は屈折率が１以上の透明
物質である。 なお１図中、同一あるｈＦｉ相当部分には同一符号を付
して示しである。 ネｒｆａ ｌ 卑２ Ω 塾仝脇 Ｉ ネ フ １５イ）１ ＋ｔｏｒ’；ｈ 、５ ダ弧イ・イブ１
″）’ｌ、＋＋＋ハ ネ１
２図（い 事１３ Ｑ ’４．＋４必 ネ１５島
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ｉｌ） 平行光を屈折率が１以上の透明物質中の１点
に集光させるフレネルゾーンプレートにおｈで。 屈折率がｎ２ で厚さがｄ２ である平行な透明板
と。 屈折率がｎ】で中心の厚さがｄｌで一方の側を半径ｔの
凹面とし、もう一方の側を平面とした形状をもつ凹面透
ＢＡ板の平面側に上記平行透明板とを張合せｆｃｍ成の
平凹レンズの凹面揃ヲ平行光が入射する側とし、上記平
凸レンズの平面ｆ目！Ｉ Ｋフレネルゾーンを形成し、
かつ上記フレネルゾーン中によシに番目の＠帝半径ｆｋ
が０１と０２と０３と８４と０５と０６を変数とする連
立方程式 ％式％ （ここでｋ ＝ １．２．・・・、ｔはフレネルゾーン
グレートの出射側から屈Ｆｒ率ｎ３ の透明＃！：Ｊ質
の表面鷹での距離、ｔは上記透明物質の表面から集光点
までの距離、λは波長である） の解によシ ｒｋ＝ｌ−１ａｎθ５＋ｔｔａｎθ６ と与えられ、かつ上記フレネルゾーンプレートの開口数
Ｎ、Ａが０．１から０．６の範囲で残留コマ収差の絆価
敵が （ここでｋｍａｘ／ｒｉ最大輪帝数、ｆは焦点距離であ
るンとなるようにしたことを特徴とするフレネルゾーン
グレート。 （２）フレネルゾーンの輪帯半径１２に−１とｒｋ（ｋ
＝ １．２．・・・λとの間のみに屈折率がｎ（ｎ）１
ノの透明物質を付けたことを特徴とする特許請求の範囲
オｉ１１項記載の７レネルゾーンプレート（３） フ
レネルゾーンの輪帯半径ｒ１．の０からｆ２および１２
ｋからｒｚｋ十ｚ （ｋ＝ｉ、 ２・・・λの輪帯の間
では連続的に厚さが薄くなる屈折率ｎ（）ＩＪの透明物
質を形成しフレネルゾーンのブレーズ化を計ったことを
特徴とする特許請求の範囲オ山頂記載の７レネルゾーン
プレート （４）平凹レンズを１枚の透明板によ多形成したことを
特徴とする特許請求の範囲オ（２）項および第１３）項
記載のフレネルゾーンプレート
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP264883A JPS59127006A (ja) | 1983-01-11 | 1983-01-11 | フレネルゾ−ンプレ−ト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP264883A JPS59127006A (ja) | 1983-01-11 | 1983-01-11 | フレネルゾ−ンプレ−ト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59127006A true JPS59127006A (ja) | 1984-07-21 |
| JPS6311641B2 JPS6311641B2 (ja) | 1988-03-15 |
Family
ID=11535170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP264883A Granted JPS59127006A (ja) | 1983-01-11 | 1983-01-11 | フレネルゾ−ンプレ−ト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59127006A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6269201A (ja) * | 1985-09-21 | 1987-03-30 | Univ Osaka | 不整透過型フレネルゾ−ンプレ−ト |
| JPH05210054A (ja) * | 1991-09-23 | 1993-08-20 | Hughes Aircraft Co | 回折および屈折光学素子を使用する双接眼レンズ光学システム |
| US5257133A (en) * | 1991-09-11 | 1993-10-26 | Hughes Aircraft Company | Re-imaging optical system employing refractive and diffractive optical elements |
| US6865025B2 (en) * | 2001-07-11 | 2005-03-08 | Konica Minolta Opto, Inc. | Aberration compensating optical element, optical system, optical pickup device, recorder and reproducer |
| CN114967127A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-08-30 | 曹桂源 | 多波长消色差超薄平面透镜的设计方法 |
-
1983
- 1983-01-11 JP JP264883A patent/JPS59127006A/ja active Granted
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6269201A (ja) * | 1985-09-21 | 1987-03-30 | Univ Osaka | 不整透過型フレネルゾ−ンプレ−ト |
| JPH0587801B2 (ja) * | 1985-09-21 | 1993-12-20 | Oosaka Daigakucho | |
| US5257133A (en) * | 1991-09-11 | 1993-10-26 | Hughes Aircraft Company | Re-imaging optical system employing refractive and diffractive optical elements |
| JPH05210054A (ja) * | 1991-09-23 | 1993-08-20 | Hughes Aircraft Co | 回折および屈折光学素子を使用する双接眼レンズ光学システム |
| US6865025B2 (en) * | 2001-07-11 | 2005-03-08 | Konica Minolta Opto, Inc. | Aberration compensating optical element, optical system, optical pickup device, recorder and reproducer |
| CN114967127A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-08-30 | 曹桂源 | 多波长消色差超薄平面透镜的设计方法 |
| CN114967127B (zh) * | 2022-06-16 | 2023-09-12 | 曹桂源 | 多波长消色差超薄平面透镜的设计方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6311641B2 (ja) | 1988-03-15 |
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