(57)【要約】  像面を有する光学系に用いられる屈折フレネルレンズは、同心状に配置された複数の輪帯レンズ面と、隣接する前記輪帯レンズ面の間に形成された複数の側壁面と、を備え、側壁面は、側壁面において反射および／または屈折により発生するノイズ光が像面において空間的に広がるように変調されている。
2016500156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像面を有する光学系に用いられる屈折フレネルレンズであって、
同心状に配置された複数の輪帯レンズ面と、
隣接する前記輪帯レンズ面の間に形成された複数の側壁面と、を備え、
前記側壁面は、前記側壁面における反射および／または屈折により発生するノイズ光が前記像面において空間的に広がるように変調されているフレネルレンズ。
【請求項２】
請求項１に記載のフレネルレンズにおいて、
前記側壁面は、屈折により発生するノイズ光が前記像面において空間的に一方向に集中しないように変調されているフレネルレンズ。
【請求項３】
請求項２に記載のフレネルレンズにおいて、
光軸に対する前記側壁面の角度が変調されているフレネルレンズ。
【請求項４】
請求項２に記載のフレネルレンズにおいて、
前記側壁面の位置は、光軸に対する前記側壁面の角度が周方向の位置によらず一定の状態で、径方向に変調されているフレネルレンズ。
【請求項５】
請求項２に記載のフレネルレンズにおいて、
光軸に対する前記側壁面の角度は、周方向の位置に応じて周期的に変調されているフレネルレンズ。
【請求項６】
請求項２に記載のフレネルレンズにおいて、
前記側壁面の位置は、周方向の位置に応じて径方向に周期的に変調されているフレネルレンズ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のフレネルレンズにおいて、
前記光学系はヒトの眼であり、前記像面は網膜であり、前記フレネルレンズは少なくとも前記眼に用いられる眼鏡レンズの一方の面上に存在し、
前記フレネルレンズは、同心状に配置された複数の前記輪帯レンズ面と、隣接する前記輪帯レンズ面の間に形成された複数の側壁面と、を備え、
側壁面変調は、前記側壁面における反射および／または屈折により発生するノイズ光が前記網膜において種々の視線角度に対して最小となるように最適化されているフレネルレンズ。
【請求項８】
請求項７に記載のフレネルレンズにおいて、
前記側壁面変調は、回折により発生するノイズ光が前記眼の虹彩を通過した後に前記網膜において空間的に集中しないように調整されているフレネルレンズ。
【請求項９】
光学装置であって、
撮影レンズと、
前記撮影レンズを通過する光を制限する絞りと、
フレネルレンズと、を備え、
前記フレネルレンズは、同心状に配置された複数の輪帯レンズ面と、隣接する前記輪帯レンズ面の間に形成された複数の側壁面と、を備え、
側壁面変調は、前記側壁面における反射および／または屈折により発生するノイズ光が前記像面において最小となるように最適化されている光学装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学装置において、
前記側壁面変調は、前記側壁面における反射および／または屈折により発生するノイズ光が前記絞りを通過しないように最適化されている光学装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の光学装置において、
前記側壁面変調は、回折により発生するノイズ光が前記絞りを通過した後に前記像面において空間的に集中しないように調整されている光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレネルレンズおよび光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
同心円状に配置された複数の輪帯レンズを備えるフレネルレンズが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特許第３３１０４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術のフレネルレンズでは、隣接する輪帯レンズ面の間に形成されている側壁面で反射または屈折した光がノイズとなって目立つという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によると、像面を有する光学系に用いられる屈折フレネルレンズであって、同心状に配置された複数の輪帯レンズ面と、隣接する輪帯レンズ面の間に形成された複数の側壁面と、を備え、側壁面は、側壁面において反射および／または屈折により発生するノイズ光が像面において空間的に広がるように変調されている。
本発明の第２の態様によると、第１の態様のフレネルレンズにおいて、側壁面は、屈折により発生するノイズ光が像面における空間的に一つの方向に集中しないように変調されていることが好ましい。
本発明の第３の態様によると、第２の態様のフレネルレンズにおいて、光軸に対する側壁面の角度が変調されていることが好ましい。
本発明の第４の態様によると、第２の態様のフレネルレンズにおいて、側壁面の位置は、光軸に対する側壁面の角度が周方向の位置によらず一定とした状態で、径方向に変調されていることが好ましい。
本発明の第５の態様によると、第２の態様のフレネルレンズにおいて、光軸に対する側壁面の角度は、周方向の位置に応じて周期的に変調されていることが好ましい。
本発明の第６の態様によると、第２の態様のフレネルレンズにおいて、側壁面の位置は、周方向の位置に応じて径方向に周期的に変調されていることが好ましい。
本発明の第７の態様によると、第１〜６のいずれか一態様のフレネルレンズにおいて、光学系はヒトの眼であり、像面は網膜であり、フレネルレンズは少なくとも眼に用いられる眼鏡レンズの一方の面上に存在し、フレネルレンズは、同心状に配置された複数の輪帯レンズ面と、隣接する輪帯レンズ面の間に形成された複数の側壁面と、を備え、側壁面変調は、側壁面における反射および／または屈折により発生するノイズ光が網膜において種々の視線角度に対して最小となるように最適化されていることが好ましい。
本発明の第８の態様によると、第７の態様のフレネルレンズにおいて、側壁面変調は、回折により発生するノイズ光が眼の虹彩を通過した後に網膜において空間的に集中しないように調整されていることが好ましい。
本発明の第９の態様によると、光学装置であって、撮影レンズと、撮影レンズを通過する光を制限する絞りと、フレネルレンズと、を備え、フレネルレンズは、同心状に配置された複数の輪帯レンズ面と、隣接する輪帯レンズ面の間に形成された複数の側壁面と、を備え、側壁面変調は、側壁面における反射および／または屈折により発生するノイズ光が像面において最小となるように最適化されている。
本発明の第１０の態様によると、第９の態様の光学装置において、側壁面変調は、側壁面における反射および／または屈折により発生するノイズ光が絞りを通過しないように最適化されていることが好ましい。
本発明の第１１の態様によると、第９の態様の光学装置において、側壁面変調は、回折により発生するノイズ光が絞りを通過した後に像面において空間的に集中しないように調整されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、側壁面で反射および／または屈折した光により発生するノイズを目立たなくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の一実施形態のフレネルレンズの上面図および断面図であり、図１Ｃは図１Ｂの拡大図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施形態のフレネルレンズを眼鏡レンズとして使用した場合に観察される、眼の虹彩を通して網膜上に到達するノイズ光の分布を模式的に示す図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、変形例１のフレネルレンズの上面図および断面図であり、図３Ｃは図３Ｂの拡大図である。
【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、変形例２のフレネルレンズの断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態のフレネルレンズを備える眼鏡レンズを模式的に示す図である。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは、従来のフレネルレンズの上面図および断面図である。
【図７】図７は、フレネルレンズを眼鏡レンズとして使用する場合の光路を模式的に示す図である。
【図８】図８は、フレネルレンズを眼鏡レンズとして使用した場合において、眼の虹彩を通して網膜上に到達する正規の出射光およびノイズ光の分布を模式的に示す図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態のフレネルレンズを眼鏡レンズとして使用する場合の光路を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、変形例５のフレネルレンズを説明する拡大平面図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る別の変形例を示す平面図である。
【図１２】図１２は、本発明に係るさらに別の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。本実施形態の屈折型フレネルレンズは、例えばメニスカスレンズの眼側の凹面に形成されたフレネルレンズ面を有し、正または負の屈折力を有し、眼鏡レンズあるいは結像レンズとして使用される。本実施形態のフレネルレンズの具体的な説明を行う前に、従来技術のフレネルレンズを眼鏡レンズとして使用する場合の問題点について説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、従来技術のフレネルレンズ１の一例を模式的に示す上面図および断面図である。なお、図６Ａおよび図６Ｂは、フレネルレンズ１の一部を示している。フレネルレンズ１は、凹レンズのレンズ面を同心円状に分割した各部分を平板上に配置した構造であって、光軸Ａｘが中心Ｏを通る平凹レンズ状の中心レンズ３と、中心レンズ３の外側で光軸Ａｘに対して同心円状に配置された複数の輪帯レンズ４（４１、４２、４３、…、４ｎ）とを有する。中心レンズ３と輪帯レンズ４との間、および隣接する輪帯レンズ４の間には、これらをつなぐ複数の側壁部５（５１、５２、５３、…、５ｎ）が形成されている。なお、フレネルレンズ１は、例えば、高分子材料を金型内に射出成形して作製される。成型品を金型から容易に離型できるようにするため、側壁部５は光軸２に対して所定の角度で傾斜している。
【０００９】
図７は、フレネルレンズ１を眼鏡レンズとして使用する場合の光路を模式的に示す図である。図７に示すように、フレネルレンズ１に入射した入射光１１は、中心レンズ３または輪帯レンズ４により屈折されて正規の出射光１２として出射され、眼鏡使用者の眼２０に入射する。しかし、入射光１１の一部は、側壁部５によって反射され、ノイズ光１３としてフレネルレンズ１から出射する。ノイズ光１３は、フレネルレンズ１から出射する角度によって、眼鏡使用者の眼２０の虹彩３０を通して眼２０内に入射する。なお、図７では、フレネルレンズ面がメニスカスレンズの物体側にあり、眼側の面は平面で示されているが、これはフレネルレンズ面を透過する本来の光および側壁部５で発生するノイズ光の各光線の様子を分りやすく説明するための例示である。またフレネルレンズ面は、後述する図５に示すように、眼側の凹面に設けることもできる。
【００１０】
図８は、正規の出射光１２およびノイズ光１３が、眼２０の虹彩３０を通って網膜上に到達する際の分布を模式的に示す図である。図８では、一例として、点光源から出射された光がフレネルレンズ１に入射した場合を示す。この場合、図８に示すように、正規の出射光１２は網膜上で結像されて点光源の像を形成している。一方、網膜上に到達したノイズ光１３は、側壁部５の形状に対応して円弧状の線となる。したがって、眼鏡使用者には、正規の出射光１２による点光源の像に加えて、線状のノイズ光１３が見えてしまう。
【００１１】
フレネルレンズ１への入射光１１の入射角度が一定である場合には、光軸Ａｘに対する側壁部５の角度（以下、傾斜角度とも呼ぶ）を調整することで、ノイズ光１３の出射角度を調整して、ノイズ光１３を眼鏡使用者の眼２０の虹彩３０内に入射しないようにすることもできる。しかしながら、眼鏡を使用する環境では、入射光１１は様々な角度から眼鏡レンズ（ここではフレネルレンズ１）に入射する。また、眼球も広い視線角度で回転し得る。したがって、側壁部５の傾斜角度を、ある入射角度のノイズ光１３が眼２０に入射しないような最適な角度に調整しても、別の入射角度のノイズ光１３はより多く眼２０に入射するようになることが実際に起こる場合がある。すなわち、全てのノイズ光１３を眼鏡使用者の眼２０に入射させないように側壁部５の傾斜角度を調整することは非常に困難である。
【００１２】
このような問題をふまえて、本実施形態のフレネルレンズは、側壁部で反射されたノイズ光が目立たなくなるように構成した。以下、本実施形態のフレネルレンズについて説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本実施形態のフレネルレンズ１００を模式的に示す上面図および断面図であり、図１Ｃは図１Ｂの一部を拡大した図である。なお、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは、フレネルレンズ１００の一部を示している。上述した従来技術のフレネルレンズ１と同様に、本実施形態のフレネルレンズ１００は、凹レンズのレンズ面を同心円状に分割して平板上に配置した構造であって、光軸Ａｘが中心Ｏを通る平凹レンズ状の中心レンズ１０３と、中心レンズ１０３の外側に光軸Ａｘに対して同心状に配置された複数の輪帯レンズ（輪帯レンズ面）１０４（１０４１、１０４２、１０４３、…、１０４ｎ）とを有する。中心レンズ１０３と輪帯レンズ１０４との間、および隣接する輪帯レンズ１０４の間には、これらをつなぐ複数の側壁部（側壁面）１０５（１０５１、１０５２、１０５３、…、５ｎ）が形成されている。
【００１３】
本実施形態のフレネルレンズ１００は、従来技術のフレネルレンズ１とは異なって、図１Ａに示すように、上から見た（光軸Ａｘ方向から見た）側壁面１０５の形状が、底部１０５ｂでは光軸Ａｘを中心とする真円形状となっている。一方、側壁面１０５の頂部１０５ｔでは光軸Ａｘを中心とする円に対して周期的に変調が加えられた波状円形状となっている。なお、本説明では、フレネルレンズ１００において、輪帯レンズ１０４と側壁面１０５との交線部分のうち、輪帯レンズ１０４および側壁面１０５が形成されていない方の面（以下、裏面と呼ぶ）１０６から遠い方を頂部１０５ｔとし、裏面１０６に近い方を底部１０５ｂとする。
【００１４】
このような頂部１０５ｔの波状円形状は、側壁面１０５の傾斜角度θが、一周内で一定ではなく、周方向の位置に応じて周期的に変化していることにより形成されている。具体的に、任意の位置Ｐにおける側壁面１０５の傾斜角度θは、下記の式（１）によって表される。なお、式（１）において、α、β、γおよびｆはそれぞれ、基準傾斜角度、基準傾斜角度に対する角度振幅、初期位相、および一周内における変化の周期の数（周波数）である。α、β、γおよびｆは、本実施形態の側壁においてはそれぞれ一定の値であるとする。また、式（１）において、φは、位置Ｐを、中心Ｏを原点とした極座標によって表したときの偏角（始線ＯＸに対する、原点Ｏを端点とし位置Ｐを通る半直線ＯＰの角度）である。
θ（φ）＝α＋β×１／２（１−ｃоｓ（ｆ×φ＋γ）・・・（１）
【００１５】
すなわち、側壁面１０５の傾斜角度θは、基準傾斜角度αを中心に、偏角φを変数とした正弦関数によって変調されている。図１Ｃは、このような側壁面１０５の変調の一例を模式的に説明している。側壁面１０５は、周方向の位置に応じて、図１Ｃにおいて実線で示す側壁面１０５から破線で示す側壁面１０５までの間で変化する。さらに、フレネルレンズ１００は、上述したように凹レンズのレンズ面を同心円状に分割して平板上に配置した構造である。フレネルレンズ１００では、側壁面１０５の傾斜角度は変調されているが、輪帯レンズ面１０４は、上記凹レンズ（すなわち、基の凹レンズ）のレンズ面形状の一部であることを維持した状態となっている。
【００１６】
なお、このような形状のフレネルレンズ１００、またはフレネルレンズ１００を作製するための金型は、例えば旋盤加工により形成することができる。
【００１７】
図９は、本実施形態のフレネルレンズ１００を眼鏡レンズとして使用する場合の光路を模式的に示す図である。図９に示すように、フレネルレンズ１００の輪帯レンズ面１０４を透過した本来の光束（正規の出射光）１２は、虹彩３０を通過して眼２０の網膜に結像する。一方、側壁面１０５での反射および／または屈折により発生するノイズ光１３は虹彩（瞳孔）３０の外側に向かうようにフレネルレンズ１００の側壁面１０５は変調されている。言い換えると、側壁面１０５により発生するノイズ光１３が眼に到達しないか、または、虹彩３０に遮られるように、側壁面１０５は変調され最適化されている。これにより、ノイズ光１３が眼２０の網膜に到達することは殆どなくなり、眼２０の網膜に形成される像に到達するノイズ光の悪影響を大幅に軽減することができる。
【００１８】
図２Ａおよび図２Ｂは、本実施形態のフレネルレンズ１００を眼鏡レンズとして使用する場合、側壁面１０５で反射して眼鏡使用者の眼の虹彩を通して網膜上に到達するノイズ光１３の分布を模式的に示す図である。なお、図２Ａおよび図２Ｂでは、説明を容易にするため、１つの側壁部１０５で反射および／または屈折したノイズ光のみを示している。図２Ａにおいて、実線は眼に入射したノイズ光を示し、点線は眼に入射しなかったノイズ光を示している。また、図２Ａに示す場合と図２Ｂに示す場合とでは、側壁面１０５の頂部１０５ｔの波状円形状における周期的変調の角度振幅βと周波数ｆとは異なっている。すなわち、図２Ａに示す場合では、図２Ｂに示す場合と比べて、側壁面１０５における変調の角度振幅βが大きい。また、図２Ｂに示す場合では、図２Ａに示す場合と比べて、側壁面１０５における変調の周波数ｆが高い。交線追跡シミュレーションソフトウェアを用いて、図２Ａまたは図２Ｂに示す網膜上におけるノイズ光はシミュレーション結果によく一致することを確かめた。
【００１９】
図２Ａに示す例では、側壁面１０５のより大きな変調の角度振幅βにより傾斜角度θの変化が大きく、そのため、側壁面１０５の一周内においてフレネルレンズから出射するノイズ光１３の出射角度の変化が大きい。そのため、ノイズ光１３は、反射位置によっては眼鏡使用者の眼に入射しない。従来技術のフレネルレンズ１では、図８で示したように、側壁部５で反射されたノイズ光１３は側壁部５の形状に類似の連続的な円弧ちなるのに対し、図２Ａに示す例においては、ノイズ光１３は、側壁面１０５の上記波状円形状が分離した形状、すなわち、側壁面１０５の波状円形状が部分的に消失して生成される。図２Ａに示すノイズ光１３の実線部分は眼に入射して眼鏡使用者に見えるが、図２Ａに示すノイズ光１３の点線部分については、変調の効果により眼に入射されないため、眼鏡使用者には見えない。これにより、図２Ａに示す例では、従来技術と比べて、眼鏡使用者にとってノイズ光１３を目立たなくすることができる。
【００２０】
また、図２Ｂに示す例においては、側壁面１０５の変調の周波数ｆが高いことにより、側壁面１０５の一周内において変化の周期が多く、それにより、ノイズ光１３が散乱される。すなわち、従来技術のフレネルレンズ１では、図８で示したように、ノイズ光１３が側壁部５の形状に応じて円弧状に集中するのに対し、図２Ｂに示す例においては、ノイズ光１３が帯状に広がる。これにより、図２Ｂに示す例においてが、従来技術と比べて、網膜上に到達するノイズ光１３の単位面積当たりの輝度が低くなるので、眼鏡使用者にとってノイズ光１３を目立たなくすることができる。
【００２１】
本実施形態のフレネルレンズ１００では、従来技術のフレネルレンズ１と比べて、側壁面１０５での反射により発生するノイズ光１３を目立たなくすることができる。
【００２２】
また、本実施形態のフレネルレンズ１００では、従来技術のフレネルレンズ１と比べて、眼鏡使用者を外から観察する観察者から見た側壁面１０５（輪帯レンズ面１０４の輪郭）の形状を目立たないので、観察者から見た美観も向上する。
【００２３】
なお、本実施形態のフレネルレンズ１００において、中心Ｏの近傍から外周の近傍にかけて形成されている複数の側壁面１０５のうち、全ての側壁面１０５を波状円形状としてもよいし、一部の側壁面１０５を波状円形状としてもよい。また、上記波状円形状とするための周期的変調における基準傾斜角度α、角度振幅β、位相γ、および周波数ｆは、各側壁面１０５毎に異なっていてもよいし、全ての側壁面１０５において同一であってもよい。
【００２４】
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
フレネルレンズ１００は、同心状に配置された複数の輪帯レンズ面１０４と、隣接する輪帯レンズ面１０４の間に形成された複数の側壁面１０５と、を備え、側壁面１０５により発生するノイズ光が光学系の外側に向かうか、または、絞りにより遮られるように側壁面１０５の変調を最適化している。これにより、側壁面１０５において反射および／または屈折した光によって発生し眼の虹彩を通して網膜に入射するノイズ光を目立たなくすることができる。
【００２５】
（変形例１）
上述した実施形態では、上から見た側壁面１０５の形状が、底部１０５ｂでは光軸Ａｘを中心とする真円形状であり、頂部１０５ｔでは光軸Ａｘを中心とする円に対して周期的に変調された波状円形状であった。しかしながら、上から見た側壁面１０５の形状が、頂部１０５ｔでは光軸Ａｘを中心とする真円形状であり、底部１０５ｂでは光軸Ａｘを中心とする円に対して周期的に変調された波状円形状であってもよい。
【００２６】
また、上から見た側壁面１０５の形状が、頂部１０５ｔおよび底部１０５ｂの両方とも光軸Ａｘを中心とする円に対して周期的に変調された波状円形状であってもよい。図３Ａおよび図３Ｂは、このような場合のフレネルレンズ２００の構成例を模式的に示す上面図および断面図であり、図３Ｃは、図３Ｂの一部を拡大した図である。
【００２７】
フレネルレンズ２００において、側壁面１０５の頂部１０５ｔにおける任意の位置Ｐｔと中心Ｏとの距離（半径）ｒｔは、下記の式（２）によって表される。また、側壁面１０５の底部１０５ｂにおける任意の位置Ｐｂと中心Ｏとの距離（半径）ｒｂは、下記の式（３）によって表される。なお、式（２）および（３）において、ＣｔおよびＣｂはそれぞれ、頂部１０５ｔおよび底部１０５ｂにおける基準半径を示しており、ＡｔおよびＡｂはそれぞれ、頂部１０５ｔおよび底部１０５ｂにおける基準半径に対する半径振幅を示しており、γおよびｆはそれぞれ、初期位相および一周内における変化の周期の数（周波数）を示している。また、式（２）および（３）において、φは、位置Ｐｔまたは位置Ｐｂを、中心Ｏを原点とした極座標によって表したときの偏角（始線ＯＸに対する、原点Ｏを端点とし位置Ｐｔまたは位置Ｐｂを通る半直線ＯＰの角度）である。
ｒｔ（φ）＝Ｃｔ＋Ａｔ×１／２〔１−ｃｏｓ（ｆ×φ＋γ）〕・・・（２）
ｒｂ（φ）＝Ｃｂ＋Ａｂ×１／２〔１−ｃｏｓ（ｆ×φ＋γ）〕・・・（３）
【００２８】
すなわち、側壁面１０５の頂部１０５ｔおよび底部１０５ｂにおける半径ｒｔおよびｒｂはそれぞれ、基準半径ＣｔおよびＣｂを中心として、偏角φを変数とした余弦関数によって変調されている。
【００２９】
また、図３Ａおよび図３Ｂに示すフレネルレンズ２００においては、側壁面１０５の頂部１０５ｔにおける波状形状とするための周期的変調の振幅、周期、および位相が、底部１０５ｂにおける波状形状とするための周期的変調の振幅、周期、および位相のそれぞれと一致するように設定されているので、側壁面１０５の傾斜角度θは、一周内で一定である。また、側壁面１０５の位置は、周方向における位置に応じて、径方向に周期的に変調される。図３Ｃは、そのような変調について模式的に説明する図である。側壁面１０５は、周方向の位置に応じて、図３Ｃにおいて実線で示す側壁面１０５と破線で示す側壁面１０５との間を、輪帯レンズ面１０４に沿って平行移動する。以上説明したフレネルレンズ２００においては、周方向の位置によらず側壁面１０５の傾斜角度θは一定のまま、側壁面１０５の位置が径方向に変調さる。さらに、上述したフレネルレンズ１００と同様に、フレネルレンズ２００は、凹レンズのレンズ面を同心円状に分割して平板上に配置した構造である。フレネルレンズ２００では、側壁面１０５は変調されているものの、輪帯レンズ面１０４は、上記凹レンズ（すなわち、基の凹レンズ）のレンズ面形状の一部であることを維持した状態となっている。
【００３０】
なお、頂部１０５ｔの波状形状とするための周期的変調の振幅、周期、および位相が、底部１０５ｂの波状形状とするための周期的変調の振幅、周期、および位相のそれぞれが異なっていてもよく、すなわち、側壁面１０５の傾斜角度θが一周内で一定でなくてもよい。
【００３１】
なお、上述したような形状のフレネルレンズ２００、またはフレネルレンズ２００を作製するための金型は、例えば旋盤加工により形成することができる。フレネルレンズ２００では、側壁面１０５の高さを最適化することにより、側壁面１０５の周期的変調の振幅が１０μｍ程度でもノイズ光を分散させる効果が得られることが、光学計算結果から示されている。
【００３２】
また、変形例１のフレネルレンズ２００において、中心Ｏの近傍から外周の近傍にかけて形成されている複数の側壁面１０５のうち、全ての側壁面１０５を波状円形状としてもよいし、一部の側壁面１０５を波状円形状としてもよい。また、上記波状円形状とするための周期的変調における振幅ＡｔとＡｂ、および周波数ｆは、各側壁面１０５毎に異なっていてもよいし、全ての側壁面１０５において同一であってもよい。
【００３３】
（変形例２）
側壁部１０５において、頂部１０５ｔまたは底部１０５ｂの少なくとも一方が光軸Ａｘを中心とする円に対して周期的変調が加えられた波状円形状である構成であって、側壁面１０５の傾斜角度θを、図４Ａや図４Ｂに示すように、側壁面１０５の頂部１０５ｔから底部１０５ｂへと連続的に変化させるようにしてもよい。なお、図４Ａは、側壁面１０５の傾斜角度θが、頂部１０５ｔにおいて最小であって底部１０５ｂへ向けて徐々に大きくなる例を示しており、図４Ｂは、側壁面１０５の傾斜角度θが、頂部１０５ｔから底部１０５ｂへ向けて周期的に変化する例を示している。
【００３４】
このように、壁面１０５の傾斜角度θを、側壁面１０５の頂部１０５ｔから底部１０５ｂへと連続的に変化させることにより、ノイズ光をより広く帯状に拡散させることができるので、眼鏡使用者にとってノイズ光をさらに目立たなくすることができる。
【００３５】
なお、この変形例２の形状のフレネルレンズ、または変形例２の形状のフレネルレンズを作製するための金型も、例えば旋盤加工により形成することができる。
【００３６】
（変形例３）
上述した実施形態では、側壁面１０５の周期的変調における角度振幅βおよび周波数ｆが一定である例について述べたが、本発明はこのような実施例に限られず、側壁面１０５の変調は、角度振幅βを連続的に変化させるような振幅変調であってもよいし、周波数ｆを連続的に変化させるような周波数変調であってもよい。また、あるいは、角度振幅βや周波数ｆをランダムに変化させるような変調であってもよい。ただし、フレネルレンズまたはフレネルレンズを作製するための金型を旋盤加工によって形成する場合、側壁面１０５を周期的変調する際の角度振幅βおよび周波数ｆは一定とする方が、スループットを向上させることができる。振幅変調の変動を輪帯レンズ面幅の±１０％より小さくするか、あるいは、周波数の変調指数を２００％より小さくすることで、側壁面で反射および／または屈折した光に起因するノイズをより目立たなくすることができる。
【００３７】
（変形例４）
上述した本発明に係るフレネルレンズは、例えば眼鏡レンズに用いることができる。図５は、本発明に係るフレネルレンズを備える眼鏡レンズ５０を模式的に示す図である。眼鏡レンズ５０は、眼球側の面に本発明に係るフレネルレンズが形成されたメニスカスレンズである。この場合、フレネルレンズを形成する面は平面に限られない。フレネルレンズは、凹面に設けてもよいし凸面に設けてもよい。フレネルレンズは、全面および／または後面に設けることが可能である。輪帯レンズは凹形状であっても、あるいは、凸形状であってもよい。なお、本発明に係るフレネルレンズは、眼鏡レンズに限らず、その他の光学装置（例えば、拡大鏡のような光学系）に用いてもよい。例えば、撮影レンズと撮影レンズを通過する光を制限する絞りとを備えた光学装置に、本発明に係るフレネルレンズ１００を用いてもよい。このように適用された光学装置において、図５に示した眼２０および虹彩３０はそれぞれ、撮影レンズと絞りに対応する。このような本発明の一実施例により実現される光学装置は、図９に示す光線を参照して説明する以下の機能を備える。すなわち、フレネルレンズ１００の輪帯レンズ面１０４を透過した本来の光線１２は、絞り（虹彩）３０を通過して撮像面（網膜）に結像する。本発明に係るフレネルレンズ１００において、側壁面１０５により発生するノイズ光１３が絞り（虹彩）３０を通過しないように側壁面１０５は変調され最適化されている。したがって、フレネルレンズ１００の側壁面１０５で生ずるノイズ光１３が絞り（虹彩）３０を通過することがないので、ノイズ光１３は撮影レンズ（眼）２０を通して撮像面（網膜）に到達することがない。その結果、撮像面（網膜）に形成される像に到達するノイズ光の悪影響を大幅に軽減できる。
【００３８】
本発明に係るフレネルレンズの態様についてさらに詳しく説明すると、側壁面１０５での反射および／または屈折に起因するノイズ光が通常は虹彩３０（または、変形例４の光学装置においては絞り）を通過しないように、側壁面は変調され最適化されている。また、回折により発生するノイズ光が特定の方向、すなわち、結像面（網膜あるいは結像面）に集光しないように、側壁面１０５は変調されている。
【００３９】
（変形例５）
上述した本発明に係るフレネルレンズにおいて、輪帯レンズ面１０４のピッチが狭い場合には、回折効果によって、０次光以外の複数次数の回折光（±１次光、±２次光、…、）が出射され、眼鏡使用者に見えるノイズとなるおそれがある。そこで、上述したフレネルレンズにおいて、回折光により発生するノイズを抑制するような構成としてもよい。具体的には、輪帯レンズ面１０４が等間隔に配置されると回折光強度が大きくなることから、輪帯レンズ１０４面のピッチを不等間隔にすることで、回折光強度を、小さくして平均化し、ピークを低くするようにする。
【００４０】
図１０は、回折光により発生するノイズを抑制するように構成されたフレネルレンズ３００を説明するための図である。図１０は、変調された側壁面１０５を、フレネルレンズ３００の上面の一部を、説明を容易にするために、まっすぐにして拡大した図である。なお、フレネルレンズ３００は、下記に説明する点以外は上記変形例１で説明したフレネルレンズ２００と同様の構成である。正確な光学計算に基づいて、本実施例のフレネルレンズ３００では、側壁面１０５の位置に与える周期的変調について、隣接する側壁面の初期位相が互いに異なるようにすることで、光学面を挟んで隣接する二つの側壁面１０５間の間隔が一定とならないようにしている。このような構成を光学グレーティングの機能の観点で説明すると、隣接する溝に限らず、すべての溝が、等間隔で互いに平行に形成されている場合、はっきりした回折光ピーク（すなわち、ノイズ光）が形成される。溝が等間隔とならず互いに斜めになるように形成することで、このような回折効果の程度を減少させることができる。本実施形態においては、同一の周波数で変調する場合には、各側壁面の初期位相をオフセットさせるか、あるいは、互いに隣接する側壁面について、公約数を持たないような周波数（以下、互いに素な周波数と呼ぶ）でそれぞれ変調することで、特定の方向への回折光が発生することを防ぐ。勿論、互いに素な周波数を用いて初期位相をオフセットさせてもよい。
【００４１】
このように、側壁面１０５毎に、変調の周波数や振幅を変化させたり、あるいは、上記説明のように初期位相を変化させることで、輪帯レンズ面１０４は各位置において不規則な形状となり、その結果、回折光によるノイズピークを小さくすることができる。なお、隣接する側壁面１０５において、変調の周波数に加え、振幅および位相の少なくとも一方が互いに異なるようにしてもよい。
【００４２】
図１１は、本発明に係る別の変形例であるフレネルレンズ４００を示す平面図である。図１１の平面図に示すフレネルレンズ４００では、各輪帯レンズ面１０４の両側に位置する一組の側壁面１０５（すなわち、内側と外側の側壁面）が、同一の周波数ｆであって、初期位相が１８０度異なるように変調されている。この点を除けば、フレネルレンズ４００の基本構成は、図１Ａに示したフレネルレンズ１００に対応している。図１２は、本発明に係るさらに別の変形例であるフレネルレンズ５００を示す平面図である。図１２の平面図に示すフレネルレンズ５００でも、各輪帯レンズ面１０４の両側に位置する一組の側壁面１０５（すなわち、内側と外側の側壁面）において、変調の初期値が１８０度異なるように構成されているが、フレネルレンズ５００の基本構成は図３Ａに示したフレネルレンズ２００に対応している。
【００４３】
図１１および図１２に示した変形例では、隣接する側壁面１０５の位相が１８０度異なる。これは位相の最大値であり、実用的には、隣接する側壁面１０５間における初期位相の違いが少なくとも３０度あれば効果がある。
【００４４】
要するに、点像を網膜に形成する光束が通過するフレネルレンズが、複数の輪帯レンズ面を有する場合、各側壁面の変調について、周波数、振幅、および相対位相は、輪帯レンズ面１０４の幅が約１０％程度変化するように選択される。このようにすることで、回折光により発生するノイズをより効果的に小さくすることができる。
【００４５】
上記では、種々の実施形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【００４６】
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ２０１２／０８１７１８（２０１２年１１月３０日出願）
【符号の説明】
【００４７】
１、１００、２００、３００、４００、５００…フレネルレンズ
１０４…輪帯レンズ（輪帯レンズ面）
１０５…側壁部（側壁面）
２０…眼（撮影レンズ）
３０…虹彩（絞り）
５０…眼鏡レンズ
【図１】
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【図２Ａ】
2016500156.tif 000004
【図２Ｂ】
2016500156.tif 000005
【図３】
2016500156.tif 000006
【図４Ａ】
2016500156.tif 000007
【図４Ｂ】
2016500156.tif 000008
【図５】
2016500156.tif 000009
【図６】
2016500156.tif 000010
【図７】
2016500156.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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