【発明の詳細な説明】本発明は、表面に微細な輪状の凹凸を形成したマイクロ
フレネルレンズの製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a micro Fresnel lens having minute annular irregularities formed on its surface.
従来の光学レンズとしては、ガラス、プラスチック等の
透明物体の表面を研磨し、所要半径の凸球面、或いは凹
球面を形成し、光学レンズとしてＮＡ、焦点距離、Ｆナ
ンバー等の物理定数を決定していた。Conventional optical lenses are made by polishing the surface of a transparent object such as glass or plastic to form a convex or concave spherical surface with a required radius, and determining the physical constants such as NA, focal length, and F number as an optical lens. was.
従って、これらのレンズの物理定数を決定するのは、レ
ンズの材質と、ガラス、プラスチック等の透明物体の研
磨だけで行なわれ、他にこれに代わる方法がなかった。Therefore, the physical constants of these lenses are determined only by the material of the lens and the polishing of the transparent object such as glass or plastic, and there is no other alternative method.
例えば、ガラスレンズの製造方法としては、第１図に示
すように、固定台１にガラスレンズ素材２を固定し、そ
の上から研磨金型３を載せて研磨材、水等を常時流し込
みながら（ＩＩＦ磨金型金型３転させてガラスレンズ素
材２を研磨し、所要の曲率、曲面のガラスのレンズを製
造していたものである。For example, as shown in FIG. 1, a glass lens manufacturing method involves fixing a glass lens material 2 on a fixing table 1, placing an abrasive mold 3 on top of it, and constantly pouring abrasive material, water, etc. The glass lens material 2 was polished by rotating the IIF polishing mold three times to manufacture a glass lens with the required curvature and curved surface.
又、プラスチックレンズの製造の一例としては、第２図
に示すように、数値制御の切削盤の固定台４上に、プラ
スチックレンズ素材５を固定し、ハイドロを数値制御し
ながら動かしてプラスチックレンズ素材５を切削加工し
、所要の曲率、曲面のプラスチックレンズを製造し、た
ものである。In addition, as an example of manufacturing a plastic lens, as shown in Fig. 2, a plastic lens material 5 is fixed on a fixing table 4 of a numerically controlled cutting machine, and the plastic lens material is moved by numerically controlling the hydro. 5 was machined to produce a plastic lens with the required curvature and curved surface.
このように、これらのレンズは長年技術者の感に頼るし
か方法がないため、量産性が悪く、これを解消すること
が一つの問題となっていた。As described above, since these lenses have had no choice but to rely on the intuition of engineers for many years, they have been difficult to mass produce, and solving this problem has been a problem.
又、レンズとしての特性は前記の物理定数だけでは評価
できない項目、特に収差の問題については解決方法がな
いので、従来から色収差については何枚かのレンズ構成
で調整していたが、非点、コマ、像面弯曲、及び曲面収
差については、曲率、曲面を精度よく研磨仕上げするし
かなく、長年の課題となっていた。In addition, the characteristics of a lens cannot be evaluated using only the physical constants mentioned above, and in particular, there is no solution to the problem of aberration, so chromatic aberration has traditionally been adjusted by using several lens configurations, but astigmatism, Regarding coma, field curvature, and curved surface aberration, the only solution is to precisely polish the curvature and curved surface, which has been a long-standing problem.
本発明は、従来のガラス、プラスチック等の光の屈折現
象を利用したレンズの非点、コマ、像面弯曲、及び球面
収差を解決するため、光の回折現象を利用したマイクロ
フレネルレンズを大量に、しかも廉価に提供することを
目的とするマイクロフレネルレンズの製造方法である。In order to solve the astigmatism, coma, field curvature, and spherical aberration of conventional lenses that utilize the light refraction phenomenon of glass, plastic, etc., the present invention aims to mass produce micro Fresnel lenses that utilize the light diffraction phenomenon. This is a method for manufacturing a micro Fresnel lens, which is intended to be provided at a low price.
以下、本発明の実施の一例を第３図乃至第６図について
説明する。An example of the implementation of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3 to 6.
表面を平滑にしたガラス１１の表面にレジスト１２を塗
布し、電子ビーム、レーザ光、紫外線等レジスト１２が
感光する光線をレンズ１−１２上に露光し、これを現像
すると、第３図、第４図に示すように輪状となったレジ
スト１２の像が形成される。A resist 12 is applied to the surface of the glass 11 with a smooth surface, and a light beam to which the resist 12 is sensitive, such as an electron beam, a laser beam, or an ultraviolet ray, is exposed onto the lens 1-12, and then developed. As shown in FIG. 4, a ring-shaped image of the resist 12 is formed.
次に、このガラス１１をエツチングし、レジスト１２を
除去すると、第５図に示したように、表面に輪状の凹凸
ａを形成したガラススタンパ−八が形成される。Next, when this glass 11 is etched and the resist 12 is removed, a glass stamper 8 having ring-shaped irregularities a formed on its surface is formed as shown in FIG.
更に、このガラススタンパ−への表面の輪状の凹凸ａ上
にホトポリマー１３を滴下し、該ホトポリマー１３の上
からガラス板又はアクリル板１４を押し付け、ガラス板
又はアクリル板１４の上面から紫外線を照射し、ホトポ
リマー１３を軽度に硬化させてガラススタンパ−Ａから
ホトポリマー１３を剥離してガラススクンパーＡの凹凸
ａをホトポリマ−１３に転写し、その表面を凹凸ａと反
対の凹凸すとする。Further, a photopolymer 13 is dropped onto the annular irregularities a on the surface of the glass stamper, a glass plate or acrylic plate 14 is pressed onto the photopolymer 13, and ultraviolet rays are irradiated from the top surface of the glass plate or acrylic plate 14. Assume that the photopolymer 13 is slightly cured, the photopolymer 13 is peeled off from the glass stamper A, and the unevenness a of the glass stamper A is transferred to the photopolymer 13, and the surface thereof is made uneven in the opposite direction to the unevenness a.
その後に、ホトポリマー１３の該凹凸面すから紫外線を
充分に照射してホトポリマー１３を完全に硬化させ、ガ
ラススタンパ−八を複製したマイクロフレネルレンズが
製造される。Thereafter, the uneven surface of the photopolymer 13 is sufficiently irradiated with ultraviolet rays to completely cure the photopolymer 13, thereby producing a micro Fresnel lens that is a copy of the glass stamper.
第７図は、上記製造方法で製作されたマイクロフレネル
レンズの光の集束状態を示すもので、アクリル坂１４側
から入った入射平面波（平行光束）１５はマイクロフレ
ネルレンズを通って凹凸面すから出るが、この際に回折
現象を生じて球面波１６となり、焦点１７で最も小さく
絞られる。FIG. 7 shows the state of light convergence of the micro Fresnel lens manufactured by the above manufacturing method. However, at this time, a diffraction phenomenon occurs, resulting in a spherical wave 16, which is narrowed down to its smallest size at a focal point 17.
このレンズの焦点距離ｆルンズ直径２ｄとし、レーザス
ポット強度が中心の１／２．１／ｅ２となる所で、レー
ザスポット径を２ａ＋／２．２ａ１／ｅ２とすれば、２ ａ１／２ ＝ １．０３λＦ２ａ＋ ／ｅ２＝１．６’７λＦ（Ｆ；レンズのＦナンバー、Ｆ＝ｆ／２ｄ）が成立する
。If the focal length of this lens is f and the lens diameter is 2d, and the laser spot intensity is 1/2.1/e2 of the center, and the laser spot diameter is 2a+/2.2a1/e2, then 2 a1/2 = 1 .03λF 2a+ /e2=1.6'7λF (F: F number of lens, F=f/2d) holds true.
従って、レンズのＦナンバーを小さくすることによって
、スポット径を小さくすることができる。Therefore, by reducing the F number of the lens, the spot diameter can be reduced.
例えば、レンズ直径２ ｄ ＝ ０．４ ｍｍ、焦点距
離ｆ＝０．２５鰭、レーザ波長λ＝０．６３２８μｍの
とき・スポット径はそれぞれ２ ａｓ ／２ ＝０．４１ ａｍ２ ａｔ ／ ｅ２＝０．６６ ａｍとなる。For example, when the lens diameter is 2 d = 0.4 mm, the focal length f = 0.25 fins, and the laser wavelength λ = 0.6328 μm, the spot diameter is 2 as /2 = 0.41 am 2 at / e2 = 0. .66 am.
以上のように、このマイクロフレネルレンズを用いるこ
とにより、レーザスポット径を１μｍ以下に絞ることが
できる。As described above, by using this micro Fresnel lens, the laser spot diameter can be narrowed down to 1 μm or less.
第８図の実施例は、前実施例のマイクロフレネルレンズ
のガラス板又はアクリル板１４上に、フッ化マグネシウ
ムＭｇＦ２．２ｆｆｉｔ化硅素ＳｉＯ２、酸化ジルコニ
ウムＺｒＯ３の３闇より成る反射防止膜１８を蒸着、ス
パッタリングで形成したものである。In the embodiment shown in FIG. 8, on the glass plate or acrylic plate 14 of the micro Fresnel lens of the previous embodiment, an antireflection film 18 consisting of three layers, magnesium fluoride MgF2.2ffit, silicon oxide SiO2, and zirconium oxide ZrO3, is deposited. It is formed by sputtering.
この反射防止膜Ｉ８の形成によって、この反射防止膜を
つけない場合は、集束効率が３５％であったものが、こ
れをつけることにより集束効率を４０％にまで高めるこ
とができると共に、アクリル板１４そのままの時よりも
表面強度を高めることができ、傷つきを防止できる。By forming this anti-reflection film I8, the focusing efficiency was 35% without this anti-reflection film, but by adding it, the focusing efficiency can be increased to 40%, and the acrylic plate 14 The surface strength can be increased compared to when it is left as is, and scratches can be prevented.
第９図は、光ディスク（ＬＤ、ＣＤ）の光学系として使
用した例で、２１．２２がマイクロフレネルレンズで、
大きいレーザスポット集束性を要求される対物レンズ２
２、コリメートレンズ２１として使用したものである。Figure 9 shows an example of use as an optical system for optical discs (LD, CD), with micro Fresnel lenses at 21 and 22.
Objective lens 2 that requires large laser spot focusing ability
2. It was used as a collimating lens 21.
即ぢ、レーザダイオード２３から出たレーザ光はコリメ
ートレンズ２１で平行光束化され、ビームスリッタ２４
．１／４波長板２５を通り、対物レンズ２２で集束され
て光ディスク２６のピ・７ト而２８で反射され、再び対
物レンズ２２で平行光束化され、１／４波長板２５を通
ってビームスリッタ２４で屈折され、レーザ受光素子２
７で受光して信号電流として取出されるものである。Immediately, the laser light emitted from the laser diode 23 is collimated by the collimating lens 21, and then passed through the beam slitter 24.
．． It passes through the 1/4 wavelength plate 25, is focused by the objective lens 22, is reflected by the pin 7 of the optical disk 26, is again made into a parallel beam by the objective lens 22, passes through the 1/4 wavelength plate 25, and is sent to a beam slitter. 24, and the laser light receiving element 2
7, the light is received and extracted as a signal current.
この他、このマイクロフレネルレンズは、プロジェクシ
ョンテレビの光学系等幅広い応用ができるものである。In addition, this micro Fresnel lens can be used in a wide range of applications such as optical systems for projection televisions.
以上のように、本発明によって製造されたフレネルレン
ズば、Ｆナンバーを小さくでき、光デイスク用ピンクア
ップの対物レンズとして用いることにより１μｍ以下の
レーザスポット径に絞ることができ、クロストークを大
幅に改善できる。As described above, the Fresnel lens manufactured according to the present invention can reduce the F number, and when used as a pink-up objective lens for optical disks, the laser spot diameter can be narrowed down to 1 μm or less, and crosstalk can be significantly reduced. It can be improved.
又、ＮＡを大きくすることができるため、従来３〜４枚
を必要としていた対物レンズを１枚のマイクロフレネル
レンズで足らずことができる。Furthermore, since the NA can be increased, one micro Fresnel lens can be used instead of the conventional three to four objective lenses.
そして、対物レンズとコリメートレンズを各１枚のマイ
クロフレネルレンズで構成することができるため、光軸
調整が容易になり、調整時間を大幅に短縮できると共に
ピンクアップの光学系を小さくすることができ、小型、
軽量化に貢献するものである。Furthermore, since the objective lens and collimating lens can each be constructed with one micro Fresnel lens, optical axis adjustment becomes easier, the adjustment time can be significantly shortened, and the pink-up optical system can be made smaller. , small size,
This contributes to weight reduction.
しかも、使用レーザ光の波長での収差が全くないため、
ディスクのそりや傾きによって発生ずる収差の増大が防
止できる。Moreover, there is no aberration at the wavelength of the laser beam used, so
It is possible to prevent an increase in aberrations caused by warpage or inclination of the disk.
本発明の製造方法は、このようなマイクロフレネルレン
ズの複製が可能となり、その生産性が飛躍的に向上する
ので、大量生産、ローコストで生産でき、しかもその品
質が均一で、従来のような技術者の感に頼る必要がない
等多くの特徴ををするものである。The manufacturing method of the present invention makes it possible to reproduce such micro Fresnel lenses and dramatically improves productivity, allowing for mass production and low cost production, with uniform quality, and compared to conventional technology. It has many characteristics, such as not having to rely on one's intuition.
第１図は従来のガラスレンズの加工法、第２図は同プラ
スチックレンズの加工法を示すもので、第３図乃至第６
図は本発明の一実施例を示すもので、第３図と第４図は
ガラススタンバーの製造工程の断面図と平面図、第５図
はガラススタンパぐ−の断面図、第６図はホトポリマー
法によるマイクロフレネルレンズの複製工程あ断面図、
第７図はマイクロフレネルレンズの回折現象の説明図、
第８図は他の実施例の断面図、第９図はマイクロフレネ
ルレンズを用した光ビ・７クアソプの説明図である。Ａ・・・ガラススタンパ−１１１・・・ガラス、１２・
・・レジスタ、１３・・・ホトポリマー、１４・・・ア
クリル板・特許出願人 パイオニア株式会社第１ 図第２図第３図第４図第５ｒＥＪ第６０４Figure 1 shows the conventional processing method for glass lenses, Figure 2 shows the processing method for plastic lenses, and Figures 3 to 6 show the conventional processing method for glass lenses.
The figures show one embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are a sectional view and a plan view of the manufacturing process of a glass stamp bar, FIG. 5 is a sectional view of a glass stamp bar, and FIG. 6 is a sectional view of a glass stamp bar. Cross-sectional view of the micro Fresnel lens duplication process using the photopolymer method,
Figure 7 is an explanatory diagram of the diffraction phenomenon of a micro Fresnel lens.
FIG. 8 is a cross-sectional view of another embodiment, and FIG. 9 is an explanatory diagram of an optical camera using a micro Fresnel lens. A...Glass stamper-111...Glass, 12.
...Resistor, 13...Photopolymer, 14...Acrylic plate Patent applicant Pioneer Corporation Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5rEJ No. 60 4
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21076283AJPS60103307A (en) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | Manufacture of micro fresnel lens |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21076283AJPS60103307A (en) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | Manufacture of micro fresnel lens |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60103307Atrue JPS60103307A (en) | 1985-06-07 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21076283APendingJPS60103307A (en) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | Manufacture of micro fresnel lens |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60103307A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4737447A (en)* | 1983-11-11 | 1988-04-12 | Pioneer Electronic Corporation | Process for producing micro Fresnel lens |
| JPH04110903A (en)* | 1990-08-31 | 1992-04-13 | Hoya Corp | Optical filter, solid state image pickup element having this optical filter and production of this optical filter |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5557807A (en)* | 1978-10-25 | 1980-04-30 | Hitachi Ltd | Production of diffraction grating |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5557807A (en)* | 1978-10-25 | 1980-04-30 | Hitachi Ltd | Production of diffraction grating |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4737447A (en)* | 1983-11-11 | 1988-04-12 | Pioneer Electronic Corporation | Process for producing micro Fresnel lens |
| JPH04110903A (en)* | 1990-08-31 | 1992-04-13 | Hoya Corp | Optical filter, solid state image pickup element having this optical filter and production of this optical filter |
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