製造誤差によるフレネルレンズの収差影響

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東京電機大学 宮嶋 様

光学機器は高性能化と同時に薄型化、軽量化、低コスト化が求められている。そこで光学レンズ面のフレネル化が進められている。フレネルレンズは球面レンズの表面を同心円状に分割することでレンズ内部の材料を必要としないことから薄型、軽量が特徴であり、LED 用マイクロレンズから望遠鏡用大口径レンズまで適用の範囲が広いレンズである。また球面レンズでは設計不可能な、レンズ口径よりも短い焦点距離が設計可能であることから優れた集光特性を持つ。さらにフレネルレンズ用金型と光学プラスチックを使用したインジェクションモールド製法によって低コストで量産が可能である。フレネルレンズ用金型の製造方法はフォトリソグラフィやエッチングといった化学加工と転写金型製造技術や精密切削技術による機械加工が挙げられるが加工時間と加工精度の観点から機械加工が主流となっている。現在では機械加工技術の向上によりフレネルレンズ用金型の製造誤差を数μm 単位まで抑える事ができている。しかし近年のフレネルレンズは溝深さや溝ピッチが数十〜数百μm に設計されており、製造誤差によってフレネルレンズのエッジ部分は設計値よりも丸みを帯びる場合や鋭利になってしまう場合がある。より高精度な超精密加工技術の研究も進められているが超精密加工機を用いた場合、製造コストや加工時間の増加が課題となっている。そこでフレネルレンズの製造誤差と収差の関係を解析し、フレネルレンズ用金型の最適製造精度を求める。

図1 フレネルレンズの断面図
図1 フレネルレンズの断面図

キーワード:フレネルレンズ、製造誤差、収差

使用ツール
光学設計評価プログラム CODE V

 

 


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