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WO2024143433A1 - 光学系装置 - Google Patents

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WO2024143433A1
WO2024143433A1 PCT/JP2023/046826 JP2023046826W WO2024143433A1 WO 2024143433 A1 WO2024143433 A1 WO 2024143433A1 JP 2023046826 W JP2023046826 W JP 2023046826W WO 2024143433 A1 WO2024143433 A1 WO 2024143433A1
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WO
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light
irradiation unit
optical system
pitch
distance
Prior art date
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PCT/JP2023/046826
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English (en)
French (fr)
Inventor
晃史 縄田
田中覚
Original Assignee
Ｓｃｉｖａｘ株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/10—Bifocal lenses; Multifocal lenses

Definitions

  • the present invention relates to an optical system device.
  • the above sensor system consists of a light irradiation unit that irradiates light onto the target object, a camera unit that detects the light reflected from each point on the target object, and a calculation unit that calculates the distance to the target object from the signal received by the camera.
  • Non-Patent Document 1 optical devices utilizing the Lau effect have been known to convert incident light into a dot pattern.
  • This is composed of a diffraction grating with a predetermined pitch P and a light source, and is arranged so that the distance L0 between the diffraction grating and the light source satisfies the following formula A, where ⁇ is the wavelength of the light from the light source and n is a natural number of 1 or more.
  • a device in which the diffraction grating is replaced with a microlens is under consideration (for example, Patent Document 2).
  • Figure 3 shows the results of a simulation of the contrast ratio when the light from the light source is irradiated onto an optical element with ⁇ changed from 10 to 90 ⁇ m in 10 ⁇ m increments.
  • the present invention aims to provide an optical system device that can emit high-contrast light even when emitting a non-circular dot pattern.
  • an optical system device of the present invention comprises an optical element in which aspherical lenses that transmit light of wavelength ⁇ are periodically arranged, and an irradiation unit having a light source that irradiates a plurality of the lenses with light of wavelength ⁇ , wherein m and n are natural numbers of 1 or more, a focal length of a cross-sectional shape of the aspherical lens perpendicular to the y direction is f 1 , a focal length of a cross-sectional shape perpendicular to the x direction is f 2 (f 1 ⁇ f 2 ), a magnitude of the pitch of the aspherical lens in the x direction is P 1 , and a magnitude of the pitch in the y direction is P 2 , a distance L 1 between the irradiation unit and a first focal plane of the aspherical lens, and a distance L 2 between the irradiation unit and a second focal plane are expressed by the following formulas 1 and 2:
  • the distances L 1 and L 2 are expressed by the following formulas 3 and 4. It is preferable to satisfy the following.
  • planar shape of the lens is rectangular or hexagonal.
  • FIG. 13 is a diagram showing the orientation distribution at the far end of the irradiation unit used in the simulation.
  • 1A is a schematic cross-sectional view taken along an xz plane
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along a yz plane
  • FIG. 1C is a perspective view showing an aspheric lens, showing a conventional optical system device.
  • 1 is a graph showing the contrast of a conventional optical system device.
  • 1 is a projection diagram of a dot pattern of a conventional optical system device.
  • 1A and 1B are schematic cross-sectional views showing an optical system device of the present invention
  • 3A to 3C are schematic cross-sectional views illustrating a method for producing an optical element of the present invention.
  • the optical system device of the present invention is mainly composed of an optical element 1 and an irradiation unit 2.
  • the mutually perpendicular directions are defined as the x-direction, y-direction, and z-direction
  • the optical axis direction of the optical element 1 is defined as the z-direction.
  • FIG. 5(a) is a view of the optical system device as viewed in the y-direction
  • FIG. 5(b) is a view of the optical system device as viewed in the x-direction.
  • the optical element 1 is a periodic arrangement of aspheric lenses 11 that transmit mainly light of wavelength ⁇ .
  • the aspherical lens 11 is a lens whose focal length f1 is determined by a cross-sectional shape perpendicular to the y direction, whose focal length f2 is determined by a cross-sectional shape perpendicular to the x direction, whose pitch in the x direction is P1 , and whose pitch in the y direction is P2 .
  • the aspherical lens 11 has a focal length f1 that is different from the focal length f2 (i.e., f1 ⁇ f2 ).
  • the focal length means the distance between the lens surface closest to the focal point and the focal point, as shown in FIG. 5.
  • the aspherical lens 11 is disposed so that both the focal point determined by the cross-sectional shape perpendicular to the y direction and the focal point determined by the cross-sectional shape perpendicular to the x direction are located on the irradiation unit 2 side of the aspherical lens 11.
  • the optical element of the present invention can also be used for wide-angle lenses whose focal lengths f1 and f2 are smaller than 20 ⁇ m, 15 ⁇ m, and 10 ⁇ m, respectively, and narrow-angle lenses whose focal lengths are larger than 60 ⁇ m, 65 ⁇ m, and 70 ⁇ m, respectively.
  • the aspherical lens 11 may have any shape as long as it can focus light. In addition to common lenses such as convex and concave lenses, Fresnel lenses, DOE lenses, metalenses, etc. can also be used. In the case of a convex lens, it is preferable that the convex lens portion faces the irradiation unit 2.
  • the planar shape of the lens can be rectangular or hexagonal.
  • An anti-reflection coating that prevents light from the irradiation unit 2 from being reflected may also be formed on the aspherical lens 11.
  • the pitches P1 and P2 should be sufficiently larger than the wavelength ⁇ of the light from the light source 7, for example, 5 times or more, and preferably 10 times or more.

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Abstract

非円形のドットパターンを照射する場合であっても、コントラストの高い光を照射することができる光学系装置を提供することを目的とする。　波長λの光を透過する非球面レンズが周期的に配列された光学素子と、波長λの光を前記レンズの複数に照射する光源を有する照射部と、を具備し、ｍ、ｎを１以上の自然数とし、前記非球面レンズのｙ方向に垂直な断面形状による焦点距離をｆ１、ｘ方向に垂直な断面形状による焦点距離をｆ２（ｆ１≠ｆ２）、前記非球面レンズのｘ方向のピッチの大きさをＰ１、ｙ方向のピッチの大きさをＰ２とすると、前記照射部と前記非球面レンズの第１焦点面との距離Ｌ１、第２焦点面との距離Ｌ２が、下記式１および式２を満たすこと。

Description

光学系装置
　本発明は、光学系装置に関するものである。
　タイムオブフライト（ＴＯＦ）法を用いた３次元計測センサが携帯機器、車、ロボット等に採用されようとしている。これは、光源から対象物に照射された光が反射され戻って来るまでの時間から対象物の距離を計測するものである。光源からの光が対象物の所定の領域に均一に照射されていれば、照射されている各点における距離を測定でき対象物の立体構造が検知できることになる。
　上記センサーシステムは対象物に光を照射する光照射部と対象物の各点から反射してきた光を検知するカメラ部及びカメラが受光した信号から対象物の距離を算出する演算部からなる。
　カメラ部と演算部は既存のＣＭＯＳイメージャとＣＰＵを使用できるため、上記システムの独自の部分はレーザと光学フィルタからなる光照射部となる。特にマイクロレンズアレイにレーザ光を透過させることでビームを整形し、対象物に対して制御された領域での均一な照射を行う拡散フィルタは、上記システムの特徴的な部品となる。
　ここで、従来の拡散フィルタは、マイクロレンズアレイが周期構造であるために、回折の影響で光強度のむらが生じるという問題があった。そこで、このむらを抑制するために、各レンズをランダムに配置する等の工夫が行われている（例えば、特許文献１）。
　一方、ＴＯＦには、遠距離測定のニーズがあり、照射光のインテンシティには、遠距離測定ができるだけの強さが必要となる。しかし、ランダムに配置したマイクロレンズアレイは照射光の均一性が高い分、インテンシティが低くなるため、遠距離測定には不向きである。
　そこで、電力を節減しなおかつ強い光の信号を処理できる方法としてドットパターンを照射し、この光のタイムオブフライトから３次元計測を行うことが検討されている。
　従来、入射した光をドットパターンに変換するものとしては、Ｌａｕ効果を利用した光学系装置が知られている（例えば、非特許文献１）。これは、所定ピッチＰの回折格子と光源で構成されるもので、光源の光の波長をλ、ｎを１以上の自然数とすると、回折格子と光源の距離L０が下記式Ａを満たすように配置したものである。
　また、当該回折格子をマイクロレンズに置き換えたものも検討されている（例えば、特許文献２）。
特表２００６－５００６２１ 国際公開第２０１７／１３１５８５ H. Hamam, Lau Array Illuminator, Applied Optics, 43(14):2888-2894, May 10, 2004.
　本発明者等が鋭意研究した結果、回折格子をマイクロレンズに置き換えた場合には、マイクロレンズと光源の距離Ｌ０ではなく、マイクロレンズの焦点面と光源の距離Ｌが下記式Ｂ
を満たすときにさらに光を強め合うことがわかった（例えば、特願２０２１－１３７５６０）。
　ここで、当該光学系装置においては、ドットパターンを円状にしたい場合には、レンズに球面レンズを使用し、非円形にしたい場合には、非球面レンズを使用している。
　しかしながら、当該光学系装置では、光学素子に非球面レンズを用いると、球面レンズを用いる場合と比較してコントラストが低下することがわかった。これは、非球面レンズの場合、当該レンズの断面形状が方向によって異なるため、それぞれの方向の断面形状による焦点距離が異なり、非球面レンズによって光が最も集中する見かけ上の焦点距離と実際の焦点距離との間にずれが生じるためである。
　このことについて光学シミュレーションソフトBeamPROP（Synopsys社製）を用いたシミュレーションをおこなった。照射部は、波長が９４０ｎｍ（λ＝０．９４）で、図１（ａ）、（ｂ）に示すような配光の光を照射する単光源７とした。光学素子８は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、屈折率が１．５３である非球面レンズ81をピッチＰが３２μｍ（Ｐ＝３２）となるように周期的に正方配列したものを用いた。非球面レンズ81は、図２（ｃ）に示すように、ｘｙ平面の平面形状の一辺の長さが３２μｍの正方形で、高さが２１．２μｍであるものを用いた。非球面レンズ81の焦点距離は５０μｍであるが、非球面レンズ81のｙ方向に垂直な断面形状による焦点距離ｆ１は１０μｍ、ｘ方向に垂直な断面形状による焦点距離ｆ２は８０μｍである。光学素子と光源７との距離Lδは、下記式Ｃ（ｎ＝２）とした。具体的には、光学素子８と光源７との距離を１０８９＋δμｍとした。
　δを１０～９０μｍまで１０μｍずつ変更して光源の光を光学素子に照射したときのシミュレーションによるコントラスト比の結果を図３に示す。また、図４は、（ａ）δ＝１０μｍ、（ｂ）δ＝５０μｍ、（ｃ）δ＝８０μｍとして、光源の光を光学素子に照射したときのシミュレーションによる投影図である。
　図４（ａ）に示すように、δ＝１０μｍのときは、非球面レンズのｙ方向に垂直な断面形状による焦点面と光源の距離Ｌが式Ｂを満たすが、ｘ方向に垂直な断面形状による焦点面と光源の距離Ｌが式Ｂを満たさないため、ドットがｙ方向に伸びた形状になる。また、図４（ｃ）に示すように、δ＝８０μｍのときは、非球面レンズのｘ方向に垂直な断面形状による焦点面と光源の距離Ｌが式Ｂを満たすが、ｙ方向に垂直な断面形状による焦点面と光源の距離Ｌが式Ｂを満たさないため、ドットがｘ方向に伸びた形状になる。また、図４（ｂ）に示すように、δ＝５０μｍのときは、ドットが円状になるが、ｘｚ平面における断面形状の焦点面と光源の距離Ｌもｙｚ平面における断面形状の焦点面と光源の距離Ｌも式Ｂを満たさないため、図３に示すようにコントラストは、δ＝１０μｍやδ＝８０μｍのときと比べて低くなる。
　このように、従来の光学系装置は、非球面レンズの方向の違いによる焦点距離の差を考慮したものではなかった。
　そこで本発明は、非円形のドットパターンを照射する場合であっても、コントラストの高い光を照射することができる光学系装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の光学系装置は、波長λの光を透過する非球面レンズが周期的に配列された光学素子と、波長λの光を前記レンズの複数に照射する光源を有する照射部と、を具備し、ｍ、ｎを１以上の自然数とし、前記非球面レンズのｙ方向に垂直な断面形状による焦点距離をｆ１、ｘ方向に垂直な断面形状による焦点距離をｆ２（ｆ１≠ｆ２）、前記非球面レンズのｘ方向のピッチの大きさをＰ１、ｙ方向のピッチの大きさをＰ２とすると、前記照射部と前記非球面レンズの第１焦点面との距離Ｌ１、第２焦点面との距離Ｌ２が、下記式１および式２
を満たすことを特徴とする。
　また、前記照射部の光源は、ｘ方向のピッチの大きさをＰｘ、ｙ方向のピッチの大きさをＰｙとする配列であり、ｊ、ｋを１以上の自然数とすると、Ｐｘ＝ｊＰ１又はｊＰｘ＝Ｐ１を満たし、Ｐｙ＝ｋＰ２又はｋＰｙ＝Ｐ２を満たす方がよい。
　また、距離Ｌ１およびＬ２が、下記式３および式４
を満たす方が好ましい。
　また、前記レンズの平面形状は、長方形又は六角形である方が好ましい。
　本発明の光学系装置は、コントラストの高い光を照射することができる。
シミュレーションに用いた照射部の遠方会における配向分布を示す図である。 従来の光学系装置を示す（ａ）ｘｚ平面による概略断面図（ｂ）ｙｚ平面による概略断面図および（ｃ）非球面レンズを示す斜視図である。 従来の光学系装置のコントラストを示すグラフである。 従来の光学系装置のドットパターンの投影図である。 本発明の（ａ）（ｂ）光学系装置を示す概略断面図および（ｃ）非球面レンズを示す斜視図である。 本発明の光学系装置のドットパターンの投影図である。 本発明の光学素子の製造方法を示す概略断面図である。
　以下に、本発明の光学系装置について説明する。本発明の光学系装置は、図５に示すように、光学素子１と、照射部２とで主に構成される。ここで互いに垂直な方向をｘ方向、ｙ方向、ｚ方向とし、光学素子１の光軸方向をｚ方向とすると、図５（ａ）は光学系装置をｙ方向に見た図であり、図５（ｂ）は光学系装置をｘ方向に見た図である。
　光学素子１は、図５に示すように、主に波長λの光を透過する非球面レンズ11が周期的に配列されたものである。
　非球面レンズ11は、ｙ方向に垂直な断面形状による焦点距離がｆ１、ｘ方向に垂直な断面形状による焦点距離がｆ２、ｘ方向のピッチの大きさがＰ１、ｙ方向のピッチの大きさがＰ２のレンズである。ここで、非球面レンズ11は、焦点距離ｆ１と焦点距離がｆ２の距離が異なるものである（すなわち、ｆ１≠ｆ２）。なお、本明細書において焦点距離とは、図５に示すように、焦点から最も近いレンズ表面と焦点の間の距離を意味する。また、非球面レンズ11は、ｙ方向に垂直な断面形状による焦点およびｘ方向に垂直な断面形状による焦点の両方が非球面レンズ11の照射部２側に位置するように配置される。また、本発明の光学素子は、焦点距離ｆ１やｆ２がそれぞれ２０μｍ、１５μｍ、１０μｍより小さい広角レンズや、それぞれ６０μｍ、６５μｍ、７０μｍより大きい狭角レンズ等に用いることもできる。
　非球面レンズ11の形状は光を集光できればどのようなものでもよく、凸レンズや凹レンズ等の一般的なレンズの他、フルネルレンズやＤＯＥレンズ、メタレンズ等を用いることもできる。凸レンズの場合には、凸レンズ部分を照射部２側に向けたものである方が好ましい。また、レンズの平面形状は、長方形や六角形とすることができる。また、非球面レンズ11には、照射部２からの光が反射するのを防止する反射防止膜が形成されていてもよい。
　また、非球面レンズはどのような材料を用いてもよいが、例えば樹脂やガラスを用いることができる。
　照射部２は、図５に示すように、波長λの光を非球面レンズ11の複数に照射する光源７を有するものである。光源７は、波長λの光を非球面レンズ11の複数に照射できればどのようなものでもよい。また、照射部２は、単光源でも複数光源でもよい。また、単光源の光を複数の細孔が形成されたアパーチャーに通すことにより複数光源としたものでもよい。照射部２を複数光源で構成する場合には、当該光源７は、同一平面上に形成される方が好ましい。また、照射部２と光学素子１は、照射部２の光源の光軸方向と光学素子１の非球面レンズ11の光軸方向が一致するように配置すればよい。照射部２の具体例としては、例えば、少ない電力で高出力が見込めるＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）を挙げることができる。ＶＣＳＥＬは、発光面に垂直な方向に光を照射することができる光源７を複数有するものである。また、照射部２は、光源７以外の部分に光吸収膜が形成されている方が反射光によるノイズが入らないため好ましい。
　照射部２に複数の光源７を有する場合には、照射部２と光学素子１を相対的に平行移動しても、平面視で、光学素子１の各非球面レンズ11に対する光源７の数が同じになるように配置する必要がある。したがって、照射部２の光源７は、ｘ方向のピッチの大きさをＰｘ、ｙ方向のピッチの大きさをＰｙとし、ｊ、ｋを１以上の自然数とすると、Ｐｘ＝ｊＰ１又はｊＰｘ＝Ｐ１を満たし、Ｐｙ＝ｋＰ２又はｋＰｙ＝Ｐ２を満たすように規則的に配列する方が好ましい。
　また、光学素子１は、照射部２の光源７が正方配列である場合には、非球面レンズ11のピッチＰ１とピッチＰ２をＰ１＝Ｐ２とすることができる。また、照射部２の光源７が六方配列である場合には、非球面レンズ11のピッチＰ１とピッチＰ２を２Ｐ１＝√３Ｐ２又は√３Ｐ１＝２Ｐ２とすることができる。
［照射部と光学素子の位置関係］
　光学系装置は、図５に示すように、照射部２と非球面レンズ11の第１焦点面111との距離Ｌ１、第２焦点面112との距離Ｌ２が、下記式αおよび式βを満たす場合に入射した光をコントラストの大きなドットパターンに変換できる。ここで、ｍ、ｎは１以上の自然数、Ｐ１は非球面レンズ11のｘ方向のピッチの大きさ、Ｐ２は非球面レンズ11のｙ方向のピッチの大きさ、λは照射部２から入射する光の波長、ｆ１は非球面レンズ11のｙ方向に垂直な断面形状による焦点距離、ｆ２はｘ方向に垂直な断面形状による焦点距離（ｆ１≠ｆ２）、ａ、ｂ、ｃ、ｄは許容される誤差を示す係数を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　なお、第１焦点面111とは、非球面レンズ11の光軸（ｚ方向）と垂直で、非球面レンズ11のｙ方向に垂直な断面形状による焦点位置にある平面を意味する。また、第２焦点面112とは、非球面レンズ11の光軸（ｚ方向）と垂直で、非球面レンズ11のｘ方向に垂直な断面形状による焦点位置にある平面を意味する。また、距離Ｌ１、Ｌ２は、光が媒質中を進むときと同時間内に真空中を進む距離（光路長）を意味し、媒質の屈折率をN、実際の距離をＬとすると、それらの積NLで表される。
　また、式αの係数ａはａ＝１、ａ＝０．５、ａ＝０．３、ａ＝０．１と小さい程好ましい。また、係数ｂもｂ＝１、ｂ＝０．５、ｂ＝０．３、ｂ＝０．１と小さい程好ましい。また、式βの係数ｃはｃ＝１、ｃ＝０．５、ｃ＝０．３、ｃ＝０．１と小さい程好ましい。また、係数ｄもｄ＝１、ｄ＝０．５、ｄ＝０．３、ｄ＝０．１と小さい程好ましい。式α、式βの係数が、ａ＝ｂ＝ｃ＝ｄ＝１の場合、式α、式βはそれぞれ下記式１、式２となる。
　特に、式α、式βの係数が、ａ＝ｂ＝ｃ＝ｄ＝０の場合、すなわち距離Ｌ１およびＬ２が、下記式３および式４を満たすときに最も光を強め合うことができる。
　また、ピッチＰ１、Ｐ２が光源７の光の波長λより小さくなり過ぎると回折を生じ難くなる。したがって、光源７の配光角内に回折を生じるのに十分な非球面レンズ11が含まれている限りにおいて、ピッチＰ１、Ｐ２は、光源７の光の波長λより十分に大きい方がよく、例えば５倍以上、好ましくは１０倍以上がよい。
［シミュレーション］
　次に照射部２と非球面レンズ11のｘ方向の焦点面111との距離Ｌ１、ｙ方向の焦点面112との距離Ｌ２が下記式３および式４を満たす場合について、遠方界における光強度分布をシミュレーションした。シミュレーションには、光学シミュレーションソフトBeamPROP（Synopsys社製）を用いた。
　照射部２は、波長が９４０ｎｍ（λ＝０．９４）で、図１に示すような配光の光を照射する単光源とした。光学素子１は、波長λの光を透過する非球面レンズ11を用いた。非球面レンズ11としては、図５（ｃ）に示すように、屈折率が１．５３、焦点距離ｆ１が５μｍ、焦点距離ｆ２が７５μｍであり、ピッチＰ１が３３μｍ（Ｐ１＝３３）、ピッチＰ２が３２μｍ（Ｐ２＝３２）となるように周期的に配列されたものを用いた。ここで、ｍ＝２、ｎ＝２の時、Ｌ１＝１１５９μm、Ｌ２＝１０８９μmであり、L１+ｆ１＝L２+ｆ２＝１１６４μmとなる位置に照射部１と非球面レンズ11を配置した。
　図６にシミュレーションの結果である投影図を示す。図６に示すように、ドットは非常にシャープな円状になった。また、コントラストは84.2であったことから、従来のものよりもコントラストをかなり向上できることがわかった。
[光学素子製造方法]
　光学素子１の製造方法について説明する。光学素子１の非球面レンズ11は、どのように製造してもよいが、例えば、インプリント法を用いて製造することができる。
　具体的には、まず、インプリント法を用いて、基板９上に非球面レンズ11を形成する（非球面レンズ形成工程）。例えば、図７（ａ）に示すように、スピンコータ等の周知の方法によって、基板９上に非球面レンズ11の材料11ａを所定の膜厚で塗布する（塗布工程）。材料11ａとしては、波長λの光を透過する非球面レンズ11を形成できればどのようなものでもよく、例えば光硬化性のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を用いることができる。次に、図７（ｂ）に示すように、非球面レンズ11の形状を反転させた形状のパターンを有するモールド51を用意し、塗布した非球面レンズ11の材料11aに加圧してパターンを転写する（転写工程）。次に、ＵＶライト等の光を照射して、塗布したパターンを硬化させる（硬化工程）。次に、図７（ｃ）に示すように、モールド51を離型して、図７（ｄ）に示すように、非球面レンズ11を形成することができる。
　１　光学素子
　２　照射部
　７　光源
　11　非球面レンズ
　111　第１焦点面
　112　第２焦点面

Claims (4)

  1. 　波長λの光を透過する非球面レンズが周期的に配列された光学素子と、
    　波長λの光を前記レンズの複数に照射する光源を有する照射部と、
    を具備し、
    　ｍ、ｎを１以上の自然数とし、前記非球面レンズのｙ方向に垂直な断面形状による焦点距離をｆ１、ｘ方向に垂直な断面形状による焦点距離をｆ２（ｆ１≠ｆ２）、前記非球面レンズのｘ方向のピッチの大きさをＰ１、ｙ方向のピッチの大きさをＰ２とすると、前記照射部と前記非球面レンズの第１焦点面との距離Ｌ１、第２焦点面との距離Ｌ２が、下記式１および式２
    を満たすことを特徴とする光学系装置。
  2. 　前記照射部の光源は、ｘ方向のピッチの大きさをＰｘ、ｙ方向のピッチの大きさをＰｙとする配列であり、ｊ、ｋを１以上の自然数とすると、Ｐｘ＝ｊＰ１又はｊＰｘ＝Ｐ１を満たし、Ｐｙ＝ｋＰ２又はｋＰｙ＝Ｐ２を満たすことを特徴とする請求項１記載の光学系装置。
  3. 　距離Ｌ１およびＬ２が、下記式３および式４
    を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の光学系装置。
  4. 　前記レンズの平面形状は、長方形又は六角形であることを特徴とする請求項１又は２記載の光学系装置。
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