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公開番号2025022586
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-14
出願番号2023127298
出願日2023-08-03
発明の名称レンズ、シミュレーション方法及び自由曲面形状特定方法
出願人ANAX Optics株式会社
代理人個人,個人
主分類G02B 3/00 20060101AFI20250206BHJP(光学)
要約【課題】レンズからの距離が異なる様々な焦点位置から集められた光の強度を均一にすることができるレンズ、シミュレーション方法及び自由曲面形状特定方法を提供する。
【解決手段】レンズは、複数のレンズセグメントを備えるレンズであって、複数のレンズセグメントそれぞれは、レンズからの焦点位置が異なる光をレンズから適長離れた焦点面に集光し、複数のレンズセグメントそれぞれが集光した光の量が同等になるように前記複数のレンズセグメントそれぞれの開口数が異なる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数のレンズセグメントを備えるレンズであって、
前記複数のレンズセグメントそれぞれは、前記レンズからの焦点位置が異なる光を前記レンズから適長離れた焦点面に集光し、
前記複数のレンズセグメントそれぞれが集光した光の量が同等になるように前記複数のレンズセグメントそれぞれの開口数が異なる、
レンズ。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記複数のレンズセグメントそれぞれの光の入射面の面積が異なることで前記開口数が異なる、
請求項１に記載のレンズ。
【請求項３】
前記複数のレンズセグメントの形状は、前記レンズの中心から半径方向の２つの線分で画定され、
前記複数のレンズセグメントそれぞれの前記２つの線分が挟む中心角が異なることで前記開口数が異なる、
請求項２に記載のレンズ。
【請求項４】
前記複数のレンズセグメントの形状は、前記レンズの中心を共有する２つの同心円で画定され、
前記複数のレンズセグメントそれぞれの前記２つの同心円の間の径方向寸法が異なることで前記開口数が異なる、
請求項２に記載のレンズ。
【請求項５】
前記複数のレンズセグメントの形状は、矩形状をなし、
前記複数のレンズセグメントそれぞれの前記矩形状の縦寸法及び横寸法の少なくとも一方が異なることで前記開口数が異なる、
請求項１に記載のレンズ。
【請求項６】
複数のレンズセグメントを備えるレンズの前記複数のレンズセグメントレイアウトを決定するシミュレーション方法であって、
前記レンズの境界内に複数の領域を有する初期パターンを設定し、
前記複数の領域それぞれに所要の熱膨張係数を割り当て、
前記レンズの境界内の温度を変化させて前記複数の領域を前記境界内で熱膨張させ、
熱膨張した前記複数の領域に基づいて前記複数のレンズセグメントレイアウトを決定する、
シミュレーション方法。
【請求項７】
複数のレンズセグメントを備えるレンズの前記複数のレンズセグメントの自由曲面形状特定方法であって、
前記レンズの中心から対象物までの第１距離、及び前記レンズの中心から焦点面までの第２距離に基づいて焦点距離を算出し、
算出した焦点距離を有するレンズの曲率半径の組合せを特定する第１条件式と、前記曲率半径に基づいて算出されるコンディントン形状ファクターが、前記第１距離及び前記第２距離に基づいて算出される球面収差が最小となる形状ファクターと等しくなる第２条件式とに基づいて、前記レンズの最適曲率半径を算出し、
算出した最適曲率半径を用いて前記複数のレンズセグメントの初期自由曲面形状を特定する、
自由曲面形状特定方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ、シミュレーション方法及び自由曲面形状特定方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、二次元状でマトリク状に配列されるマイクロレンズの縦方向と横方向の各曲率が同一のレンズが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１２－１３４２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなレンズは、撮像素子の表面に光が集光されるように焦点距離が調整されている。このため、焦点面から集められた光線は同じ距離から来る傾向があるため、光の強度は均一になる。しかし、レンズからの距離が異なる焦点面から来る光の強度は、焦点面がレンズに近いほど強くなり、光の強度が均一にならない。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、レンズからの距離が異なる様々な焦点位置から集められた光の強度を均一にすることができるレンズ、シミュレーション方法及び自由曲面形状特定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、レンズは、複数のレンズセグメントを備えるレンズであって、前記複数のレンズセグメントそれぞれは、前記レンズからの焦点位置が異なる光を前記レンズから適長離れた焦点面に集光し、前記複数のレンズセグメントそれぞれが集光した光の量が同等になるように前記複数のレンズセグメントそれぞれの開口数が異なる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レンズからの距離が異なる様々な焦点位置から集められた光の強度を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本実施形態のレンズの構造の一例を模式的に示す図である。
比較例１のレンズの構造の一例を模式的に示す図である。
比較例２のレンズの構造の一例を模式的に示す図である。
本実施形態のレンズの構造の他の例を模式的に示す図である。
本実施形態のシミュレータの構成の一例を示す図である。
シミュレーションの出力結果の一例を示す図である。
熱膨張係数と集光可能な光の量との関係を示す図である。
本実施形態の複数のレンズセグメントの一般的な配置の一例を示す図である。
自由曲面形状特定方法の処理手順の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施形態のレンズ１０の構造の一例を模式的に示す図である。本実施形態のレンズ１０は、複数のレンズセグメントを備えるマイクロレンズアレイである。図１の例では、レンズ１０の平面視（光の入射面又は出射面から見た状態）が円形（具体的には、同心円）である。中央部には円形状の開口が形成されている。なお、開口部は必須の構成ではない。複数のレンズセグメントを符号１～６で表す。なお、便宜上、レンズセグメントの数を６個としているが、レンズセグメントの数は６個に限定されるものではない。また、実際のレンズでは、レンズセグメントの数はもっと多い場合がある。なお、図１の例では、複数のレンズセグメントが隣接して配置されているが、複数のレンズセグメントは、隣接して配置されてなくてもよい。
【００１０】
レンズ１０からの焦点距離がＬ５である焦点位置Ｆ５からの光がレンズセグメント５に入射すると、入射した光は焦点面としての撮像面上で焦点が合うとともに撮像面に集光される。焦点位置Ｆ５とレンズセグメント５の上下の境界を繋ぐ２本の線分のなす角をΩ５とする。また、レンズ１０からの焦点距離がＬ４である焦点位置Ｆ４からの光がレンズセグメント４に入射すると、入射した光は撮像面上で焦点が合うとともに撮像面に集光される。焦点位置Ｆ４とレンズセグメント４の上下の境界を繋ぐ２本の線分のなす角をΩ４とする。また、レンズ１０からの焦点距離がＬ３である焦点位置Ｆ３からの光がレンズセグメント３に入射すると、入射した光は撮像面上で焦点が合うとともに撮像面に集光される。焦点位置Ｆ３とレンズセグメント３の上下の境界を繋ぐ２本の線分のなす角をΩ３とする。他のレンズセグメントも同様である。なお、焦点面は撮像面に限定されない。
（【００１１】以降は省略されています）

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