JP2005292860A - Manufacturing method of diffractive lens - Google Patents

Manufacturing method of diffractive lens Download PDF

Info

Publication number
JP2005292860A
JP2005292860A JP2005199145A JP2005199145A JP2005292860A JP 2005292860 A JP2005292860 A JP 2005292860A JP 2005199145 A JP2005199145 A JP 2005199145A JP 2005199145 A JP2005199145 A JP 2005199145A JP 2005292860 A JP2005292860 A JP 2005292860A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
diffraction efficiency
procedure
diffractive lens
calculation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005199145A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michihiro Yamagata
道弘 山形
Yasuhiro Tanaka
康弘 田中
Tomohiko Sasano
智彦 笹埜
Kazutake Boku
一武 朴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2005199145A priority Critical patent/JP2005292860A/en
Publication of JP2005292860A publication Critical patent/JP2005292860A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Lenses (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a diffraction lens by calculating diffraction efficiencies for a plurality of wavelengths at a high speed. <P>SOLUTION: Diffraction efficiencies in a plurality of regions comprising at least one zone are calculated for a plurality of wavelengths sequentially and stored in a first storage means. Using the information on the diffraction efficiencies of the respective regions stored in the first storage means and the information of weights for the respective regions stored in a second storage means, the diffraction efficiency of the whole diffraction lens is calculated. On the basis of the calculation result, the performance of the diffraction lens is optimized, and thereafter the diffraction lens is manufactured. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、回折レンズに関するものであり、特にダイヤモンドバイトによる切削加工で得られた回折レンズ、あるいはダイヤモンドバイトで切削加工した金型を用いて成型して得られた回折レンズの回折効率の計算(シミュレーション)技術、および、色消し回折レンズの設計技術に関するものである。   The present invention relates to a diffractive lens, and in particular, to calculate the diffraction efficiency of a diffractive lens obtained by cutting with a diamond tool or a diffractive lens obtained by molding using a die cut with a diamond tool ( The present invention relates to a simulation) technique and an achromatic diffraction lens design technique.

近年、回折レンズを用いて、色消しレンズや、2焦点レンズなど、レンズの高機能化を図る提案が多く出されている(例えば特許文献1、特許文献2)。これらの回折レンズの多くは、レンズあるいはガラス等の平板の表面上に周期的な起伏形状を構成してなるいわゆるレリーフ型の回折レンズである。   In recent years, many proposals have been made to increase the functionality of lenses such as achromatic lenses and bifocal lenses using diffractive lenses (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Many of these diffractive lenses are so-called relief type diffractive lenses in which a periodic undulation is formed on the surface of a flat plate such as a lens or glass.

レリーフ型の回折レンズには大きく2種類の加工方法がある。1つは、ダイヤモンドバイトによる切削加工であり、この場合には、鋸歯状のレリーフ(起伏形状)が加工できる。他の1つは、フォトリソグラフィによる方法で、前記鋸歯状のレリーフを階段状で近似したものとなり、バイナリ型と呼ばれている。   There are two types of processing methods for relief type diffractive lenses. One is cutting with a diamond tool, and in this case, a serrated relief (undulation shape) can be processed. The other is a photolithography method, which approximates the serrated relief in a step shape, and is called a binary type.

回折レンズを利用あるいは設計する際に回折効率は重要な特性値である。   When using or designing a diffractive lens, diffraction efficiency is an important characteristic value.

バイナリ型の場合には、スワンソン(Swanson)ら(非特許文献1)により、製造工程で使うマスクの枚数と回折効率との関連が計算され一般に知られている。   In the case of the binary type, the relationship between the number of masks used in the manufacturing process and the diffraction efficiency is generally known by Swanson et al. (Non-patent Document 1).

また、ピッチが波長に比べて十分に長く、位相変化が1波長程度の周期的なレリーフ型回折格子の回折効率は、その断面形状をもとに、材料の屈折率から透過波面の位相遅れ量を計算し、その値をフーリエ変換した時のフーリエ係数として得られる(スカラー回折理論)ことが一般に知られている(例えば、非特許文献2)。
特開平8−171052号公報 特願平8−290080号 G.J.Swanson and Wilfird B.Veldkamp、 "Diffractive optical elements for use in infrared systems"、 Optical Engineering、Vol.28,No.6,(1989) M.C.Hutley、"Diffraction Grating"、Academic Press,Chap.2,1982)
The diffraction efficiency of a periodic relief type diffraction grating whose pitch is sufficiently longer than the wavelength and whose phase change is about one wavelength is based on the cross-sectional shape of the material, and the phase lag of the transmitted wavefront from the refractive index of the material. Is obtained as a Fourier coefficient when the value is Fourier transformed (scalar diffraction theory) (for example, Non-Patent Document 2).
JP-A-8-171052 Japanese Patent Application No. 8-290080 G. J. Swanson and Wilfird B. Veldkamp, "Diffractive optical elements for use in infrared systems", Optical Engineering, Vol. 28, No. 6, (1989) M. C. Hutley, "Diffraction Grating", Academic Press, Chap. 2, 1982)

図23(a)はダイヤモンドバイトを用いた回折レンズ用金型の加工を示す概略図である。矢印方向に自転する金型1901はダイヤモンドバイト1902により加工される。ダイヤモンドバイトは先端が鋭利であり、回折レンズ又は回折レンズ用金型の加工に適している。   FIG. 23A is a schematic view showing the processing of a diffraction lens mold using a diamond tool. A mold 1901 that rotates in the direction of the arrow is processed by a diamond tool 1902. The diamond tool has a sharp tip and is suitable for processing a diffraction lens or a mold for a diffraction lens.

図23(b)は図23(a)の加工部Aを拡大した図である。ダイヤモンドバイトの先端1903はある曲率半径(ノーズ半径)1904を持つ円弧形状である。ここで、設計形状が2点差線1905に示すような鋸歯状の場合であっても、その窪み部はダイアモンドバイトの先端部の曲率半径とほぼ同一の半径を有する円弧形状1906に加工されてしまう。   FIG. 23B is an enlarged view of the processing portion A of FIG. The tip 1903 of the diamond bit has an arc shape having a certain radius of curvature (nose radius) 1904. Here, even if the design shape is a sawtooth shape as indicated by a two-dotted line 1905, the hollow portion is processed into an arc shape 1906 having a radius substantially the same as the radius of curvature of the tip of the diamond bite. .

図24は簡単のために平板上に回折レンズを形成した場合の金型及びレンズの加工を説明する概略断面図である。   FIG. 24 is a schematic cross-sectional view for explaining processing of a mold and a lens when a diffractive lens is formed on a flat plate for simplicity.

レンズの設計形状が図24(a)である場合、このレンズを製造するための金型の設計形状は図24(b)のようになる。しかしながら、先端が所定の曲率半径を有する円弧形状のダイヤモンドバイト2001を用いて加工した場合には、図24(c)に示すように金型の断面で凹になる角部が丸まってしまう。この結果、成形されるレンズは、図24(d)のようなレリーフ形状となる。   When the design shape of the lens is FIG. 24A, the design shape of the mold for manufacturing this lens is as shown in FIG. However, when machining is performed using an arc-shaped diamond cutting tool 2001 having a predetermined radius of curvature, the corners that are concave in the cross section of the mold are rounded as shown in FIG. As a result, the molded lens has a relief shape as shown in FIG.

また、図24(e)は加工後の図24(c)の金型表面A部を微細に観察した場合の拡大断面図である。バイトの送り速度とバイトの曲率半径によって、微小な起伏からなる切削痕2002が残る。この切削痕もレンズ表面に転写される。   FIG. 24 (e) is an enlarged cross-sectional view when the surface A part of the mold surface of FIG. 24 (c) after processing is finely observed. Depending on the feed speed of the cutting tool and the radius of curvature of the cutting tool, a cutting trace 2002 consisting of minute undulations remains. This cutting mark is also transferred to the lens surface.

回折レンズの回折効率はレリーフ形状の影響を受けるので、このようにレンズの製造過程で形状が劣化した場合、回折効率が設計値からずれてしまう。   Since the diffraction efficiency of the diffractive lens is affected by the relief shape, the diffraction efficiency deviates from the design value when the shape deteriorates during the manufacturing process of the lens.

上述のような、回折効率の変化を防ぐためには先端が鋭利なバイトを用いればよいが、このときには、加工に必要な切削距離が長くなることや、バイトの磨耗による劣化が大きくなることや、バイト自体がチッピングなどを起こしやすくなることなど技術的に困難な課題が多く、結果として生産性を著しく悪くしてしまう。   In order to prevent the change in diffraction efficiency as described above, it is only necessary to use a cutting tool with a sharp tip, but at this time, the cutting distance necessary for processing becomes long, deterioration due to wear of the cutting tool becomes large, There are many technically difficult issues such as the fact that the bite itself tends to cause chipping and the like, and as a result, productivity is remarkably deteriorated.

ここで、バイト先端の曲率半径と、得られる回折レンズの回折効率の関係を知ることができれば、製造過程での回折効率の低下を許容できる範囲に抑えるにはどのようなバイトを選択すればよいのかが切削加工前に判断でき、必要以上に鋭利なバイトを用いずに済むため、生産効率上有用である。   Here, as long as the relationship between the radius of curvature of the cutting tool tip and the diffraction efficiency of the obtained diffractive lens can be known, any tool can be selected in order to suppress the reduction in diffraction efficiency during the manufacturing process to an allowable range. This is useful in terms of production efficiency because it can be determined before cutting and it is not necessary to use a sharper cutting tool than necessary.

また、回折レンズ設計時に加工法を勘案して回折効率を計算できれば、加工法をレンズ設計のパラメータの一つとして、製造しやすいレンズを設計することができる。従って、レンズ設計時に加工法を考慮して最終的に得られる回折効率を簡便に計算する手法が求められる。   In addition, if the diffraction efficiency can be calculated in consideration of the processing method when designing the diffractive lens, a lens that is easy to manufacture can be designed using the processing method as one of the lens design parameters. Therefore, there is a need for a method for simply calculating the finally obtained diffraction efficiency in consideration of the processing method during lens design.

回折レンズの応用の代表的な例として色消しレンズを挙げることができる。これは屈折レンズの色収差を回折レンズの色収差で補正するものである。このようなレンズとしては、特開平6−242373号公報や特開平8−171052号公報などが知られている。上記両公報に開示されたレンズはいずれも回折レンズの輪帯数が多いので、ダイヤモンドバイトを用いた切削加工などを用いてレンズの金型を加工した場合に加工が困難になり、また、バイトの頂点の曲率による形状劣化によって回折効率が低下してしまう。ところが、これらの問題に対して設計的な配慮がなされておらず、回折効率の確保と、生産性の確保の両立が困難であった。   A typical example of the application of a diffractive lens is an achromatic lens. This corrects the chromatic aberration of the refractive lens with the chromatic aberration of the diffractive lens. As such lenses, JP-A-6-242373 and JP-A-8-171052 are known. The lenses disclosed in both of the above publications have a large number of ring zones of diffractive lenses, so that processing becomes difficult when the lens mold is processed by cutting using a diamond tool, etc. The diffraction efficiency is lowered due to the shape deterioration due to the curvature of the apex of. However, design considerations have not been made for these problems, and it has been difficult to ensure both diffraction efficiency and productivity.

本発明はこれら上記の課題を解決するためになされたもので、ダイヤモンドバイトを用いた切削加工によるレンズ金型を用いたレンズの回折効率を簡便に計算する手法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for simply calculating the diffraction efficiency of a lens using a lens mold by cutting using a diamond tool.

また、本発明は、ダイヤモンドバイトを用いた切削加工での生産性に優れ、かつ色消し作用も十分に満足な回折屈折一体型のレンズを提供することを目的とする。   It is another object of the present invention to provide a diffractive integrated lens having excellent productivity in cutting using a diamond cutting tool and sufficiently satisfying an achromatic effect.

上記課題を解決するため、本発明は、以下の構成とするものである。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.

即ち、本発明の第1の構成にかかる回折効率計算装置は、それぞれが少なくとも1つの輪帯を含む複数の領域に分割された回折レンズの回折効率を計算する装置であって、前記各領域における回折効率の情報を保存する第1の記憶手段と、前記それぞれの領域に対する重率の情報を保存する第2の記憶手段と、前記第1及び第2の記憶手段から情報を取り出して、前記回折レンズ全体の回折効率を下記式(1)を用いて計算する第1の演算手段とを有することを特徴とする。   That is, the diffraction efficiency calculation device according to the first configuration of the present invention is a device that calculates the diffraction efficiency of a diffraction lens that is divided into a plurality of regions each including at least one annular zone. Information is extracted from first storage means for storing diffraction efficiency information, second storage means for storing weight information for the respective regions, and the first and second storage means, and the diffraction And a first calculating means for calculating the diffraction efficiency of the entire lens using the following formula (1).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

j:回折光の次数を表す整数
j:回折レンズのj次回折光に対する回折効率
M:回折効率を計算する領域の数を示す正の整数(M>1)
m:領域の番号
ηmj:m番目の領域のj次回折光に対する回折効率
(第1の記憶手段に保存)
m:m番目の領域に対する重率(第2の記憶手段に保存)
また、本発明の第1の構成にかかる回折効率計算方法は、それぞれが少なくとも1つの輪帯を含む複数の領域に分割された回折レンズの回折効率を計算する方法であって、前記各領域における回折効率の情報を保存する第1の記憶手順と、前記それぞれの領域に対する重率の情報を保存する第2の記憶手順と、前記第1及び第2の記憶手順により保存された情報を取り出して、前記回折レンズ全体の回折効率を下記式(1)を用いて計算する第1の演算手順とを有することを特徴とする。
j: Integer representing the order of the diffracted light E j : Diffraction efficiency of the diffractive lens for the j-th order diffracted light M: Positive integer indicating the number of regions for calculating the diffraction efficiency (M> 1)
m: number of region η mj : diffraction efficiency for j-th order diffracted light of m-th region
(Saved in the first storage means)
W m : Weight ratio for the m-th area (stored in the second storage means)
The diffraction efficiency calculation method according to the first configuration of the present invention is a method for calculating the diffraction efficiency of a diffractive lens divided into a plurality of regions each including at least one annular zone. A first storage procedure for storing diffraction efficiency information; a second storage procedure for storing weight information for each region; and information stored by the first and second storage procedures. And a first calculation procedure for calculating the diffraction efficiency of the entire diffractive lens using the following equation (1).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

j:回折光の次数を表す整数
j:回折レンズのj次回折光に対する回折効率
M:回折効率を計算する領域の数を示す正の整数(M>1)
m:領域の番号
ηmj:m番目の領域のj次回折光に対する回折効率
(第1の記憶手順により保存)
m:m番目の領域に対する重率(第2の記憶手順により保存)
また、本発明の第1の構成にかかる記録媒体は、それぞれが少なくとも1つの輪帯を含む複数の領域に分割された回折レンズの回折効率を計算するプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記各領域における回折効率の情報を保存する第1の記憶手順と、前記それぞれの領域に対する重率の情報を保存する第2の記憶手順と、前記第1及び第2の記憶手順により保存された情報を取り出して、前記回折レンズ全体の回折効率を下記式(1)を用いて計算する第1の演算手順とをコンピュータに実行させるためのプログラムが記録されたことを特徴とする。
j: Integer representing the order of the diffracted light E j : Diffraction efficiency of the diffractive lens for the j-th order diffracted light M: Positive integer indicating the number of regions for calculating the diffraction efficiency (M> 1)
m: number of region η mj : diffraction efficiency for j-th order diffracted light of m-th region
(Saved by the first storage procedure)
W m : Weight ratio for the m-th area (saved by the second storage procedure)
The recording medium according to the first configuration of the present invention is a computer-readable recording medium that records a program for calculating the diffraction efficiency of a diffraction lens divided into a plurality of regions each including at least one annular zone. A first storage procedure for storing diffraction efficiency information in each region, a second storage procedure for storing weight information for each region, and the first and second storage procedures. The stored information is extracted, and a program for causing a computer to execute a first calculation procedure for calculating the diffraction efficiency of the entire diffractive lens using the following formula (1) is recorded.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

j:回折光の次数を表す整数
j:回折レンズのj次回折光に対する回折効率
M:回折効率を計算する領域の数を示す正の整数(M>1)
m:領域の番号
ηmj:m番目の領域のj次回折光に対する回折効率
(第1の記憶手順により保存)
m:m番目の領域に対する重率(第2の記憶手順により保存)
本発明の上記の第1の各構成によれば、回折レンズを複数の領域に分割し、各領域ごとに重率を付与して全体の回折効率を得ることとしたので、各領域ごとに回折効率が異なる場合であっても、レンズ全体の回折効率を正確に効率よく計算することができる。本発明の回折効率の計算は、コンピュータを用いて実行するのに好適である。
j: Integer representing the order of the diffracted light E j : Diffraction efficiency of the diffractive lens for the j-th order diffracted light M: Positive integer indicating the number of regions for calculating the diffraction efficiency (M> 1)
m: number of region η mj : diffraction efficiency for j-th order diffracted light of m-th region
(Saved by the first storage procedure)
W m : Weight ratio for the m-th area (saved by the second storage procedure)
According to each of the first configurations of the present invention, the diffraction lens is divided into a plurality of regions, and weighting is given to each region to obtain the overall diffraction efficiency. Even when the efficiency is different, the diffraction efficiency of the entire lens can be accurately and efficiently calculated. The calculation of the diffraction efficiency of the present invention is suitable to be performed using a computer.

また、本発明の第2の構成にかかる回折効率計算装置は、それぞれが少なくとも1つの輪帯を含む複数の領域に分割された回折レンズの回折効率を複数の波長に対して計算する装置であって、前記各領域における複数の波長に対する回折効率の情報を保存する第1の記憶手段と、前記それぞれの領域に対する重率の情報を保存する第2の記憶手段と、前記回折レンズのレリーフの断面形状の情報を保存する第3の記憶手段と、複数の波長の情報を保存する第4の記憶手段と、前記複数の波長に対する回折レンズの材料の複数の屈折率の情報を保存する第5の記憶手段と、前記第3の記憶手段に保存する前記回折レンズのレリーフの断面形状を計算する第4の演算手段と、前記第1の記憶手段に保存する前記複数の波長に対する前記各領域における回折効率を、前記第3、第4、及び第5の記憶手段から取り出した情報を用いて計算する第2の演算手段と、前記第2の演算手段を前記波長の数と同じ回数だけ繰り返し動作させる第3の繰り返し手段と、前記第3の繰り返し手段を前記領域の数と同じ回数だけ繰り返し動作させる第4の繰り返し手段と、前記第1及び第2の記憶手段から情報を取り出して、前記回折レンズ全体の回折効率を下記式(5)を用いて計算する第1の演算手段とを有することを特徴とする。   The diffraction efficiency calculation apparatus according to the second configuration of the present invention is an apparatus that calculates the diffraction efficiency of a diffraction lens divided into a plurality of regions each including at least one annular zone for a plurality of wavelengths. A first storage means for storing diffraction efficiency information for a plurality of wavelengths in each region; a second storage means for storing weight information for each region; and a relief cross-section of the diffraction lens. Third storage means for storing shape information, fourth storage means for storing information on a plurality of wavelengths, and a fifth storage section for storing information on a plurality of refractive indexes of the material of the diffractive lens for the plurality of wavelengths. A storage unit; a fourth calculation unit that calculates a cross-sectional shape of the relief of the diffractive lens stored in the third storage unit; and each region for the plurality of wavelengths stored in the first storage unit. Second diffraction means for calculating the diffraction efficiency using the information extracted from the third, fourth and fifth storage means, and the second calculation means is repeated as many times as the number of wavelengths. Information is extracted from the first and second storage means, the third repeating means to be operated, the fourth repeating means for causing the third repeating means to operate repeatedly as many times as the number of the regions, And a first calculating means for calculating the diffraction efficiency of the entire diffractive lens using the following equation (5).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

j:回折光の次数を表す整数
l:波長の番号
jl:第l番目の波長における回折レンズのj次回折光に対する回折効率
M:回折効率を計算する領域の数を示す正の整数(M>1)
m:領域の番号
m:m番目の領域に対する重率
ηmjl:第l番目の波長におけるm番目の領域のj次回折光に対する回折効率
また、本発明の第2の構成にかかる回折効率計算方法は、それぞれが少なくとも1つの輪帯を含む複数の領域に分割された回折レンズの回折効率を複数の波長に対して計算する方法であって、前記各領域における複数の波長に対する回折効率の情報を保存する第1の記憶手順と、前記それぞれの領域に対する重率の情報を保存する第2の記憶手順と、前記回折レンズのレリーフの断面形状の情報を保存する第3の記憶手順と、複数の波長の情報を保存する第4の記憶手順と、前記複数の波長に対する回折レンズの材料の複数の屈折率の情報を保存する第5の記憶手順と、前記第3の記憶手順で保存される、前記回折レンズのレリーフの断面形状を計算する第4の演算手順と、前記第1の記憶手順で保存される、前記複数の波長に対する前記各領域における回折効率を、前記第3、第4、及び第5の記憶手順により保存された情報を取り出して計算する第2の演算手順と、前記第2の演算手順を前記波長の数と同じ回数だけ繰り返し行う第3の繰り返し手順と、前記第3の繰り返し手順を前記領域の数と同じ回数だけ繰り返し行う第4の繰り返し手順と、前記第1及び第2の記憶手順により保存された情報を取り出して、前記回折レンズ全体の回折効率を下記式(5)を用いて計算する第1の演算手順とを有することを特徴とする。
j: Integer representing the order of diffracted light l: Wavelength number E jl : Diffraction efficiency of the diffractive lens at the l-th wavelength with respect to j-th order diffracted light M: Positive integer indicating the number of regions where diffraction efficiency is calculated (M> 1)
m: number of region W m : weight ratio for m-th region η mjl : diffraction efficiency for j-th order diffracted light of m-th region at l-th wavelength Further, the diffraction efficiency calculation method according to the second configuration of the present invention Is a method for calculating the diffraction efficiency of a diffractive lens divided into a plurality of regions each including at least one annular zone with respect to a plurality of wavelengths, wherein information on the diffraction efficiency for the plurality of wavelengths in each region is obtained. A first storage procedure for storing; a second storage procedure for storing information on the weights for the respective regions; a third storage procedure for storing information on the sectional shape of the relief of the diffractive lens; A fourth storage procedure for storing wavelength information, a fifth storage procedure for storing information on a plurality of refractive indexes of the material of the diffractive lens for the plurality of wavelengths, and a third storage procedure. Diffraction The fourth calculation procedure for calculating the cross-sectional shape of the relief of the lens, and the diffraction efficiency in each of the regions for the plurality of wavelengths stored in the first storage procedure are the third, fourth, and fifth. A second calculation procedure for extracting and calculating information stored by the storage procedure, a third repetition procedure for repeating the second calculation procedure the same number of times as the number of wavelengths, and the third repetition procedure. Is extracted the same number of times as the number of the regions, and information stored by the first and second storage procedures is extracted, and the diffraction efficiency of the entire diffractive lens is expressed by the following equation (5). And a first calculation procedure to be used for calculation.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

j:回折光の次数を表す整数
l:波長の番号
jl:第l番目の波長における回折レンズのj次回折光に対する回折効率
M:回折効率を計算する領域の数を示す正の整数(M>1)
m:領域の番号
m:m番目の領域に対する重率
ηmjl:第l番目の波長におけるm番目の領域のj次回折光に対する回折効率
また、本発明の第2の構成にかかる記録媒体は、それぞれが少なくとも1つの輪帯を含む複数の領域に分割された回折レンズの回折効率を複数の波長に対して計算するプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記各領域における複数の波長に対する回折効率の情報を保存する第1の記憶手順と、前記それぞれの領域に対する重率の情報を保存する第2の記憶手順と、前記回折レンズのレリーフの断面形状の情報を保存する第3の記憶手順と、複数の波長の情報を保存する第4の記憶手順と、前記複数の波長に対する回折レンズの材料の複数の屈折率の情報を保存する第5の記憶手順と、前記第3の記憶手順で保存される、前記回折レンズのレリーフの断面形状を計算する第4の演算手順と、前記第1の記憶手順で保存される、前記複数の波長に対する前記各領域における回折効率を、前記第3、第4、及び第5の記憶手順により保存された情報を取り出して計算する第2の演算手順と、前記第2の演算手順を前記波長の数と同じ回数だけ繰り返し行う第3の繰り返し手順と、前記第3の繰り返し手順を前記領域の数と同じ回数だけ繰り返し行う第4の繰り返し手順と、前記第1及び第2の記憶手順により保存された情報を取り出して、前記回折レンズ全体の回折効率を下記式(5)を用いて計算する第1の演算手順とをコンピュータに実行させるためのプログラムが記録されたことを特徴とする。
j: Integer representing the order of diffracted light l: Wavelength number E jl : Diffraction efficiency of the diffractive lens at the l-th wavelength with respect to j-th order diffracted light M: Positive integer indicating the number of regions where diffraction efficiency is calculated (M> 1)
m: area number W m : weight ratio for m-th area η mjl : diffraction efficiency for j-th order diffracted light of m-th area at l-th wavelength The recording medium according to the second configuration of the present invention is A computer-readable recording medium on which a program for calculating the diffraction efficiency of a diffraction lens divided into a plurality of regions each including at least one annular zone with respect to a plurality of wavelengths is recorded, A first storage procedure for storing diffraction efficiency information with respect to a wavelength; a second storage procedure for storing weight information for each of the regions; and a third storage procedure for storing information on the sectional shape of the relief of the diffraction lens. A fourth storage procedure for storing information on a plurality of wavelengths, and a fifth storage procedure for storing information on a plurality of refractive indexes of the material of the diffractive lens for the plurality of wavelengths, A fourth calculation procedure for calculating a sectional shape of the relief of the diffractive lens, which is stored in the third storage procedure, and each region for the plurality of wavelengths stored in the first storage procedure. A second calculation procedure for calculating the diffraction efficiency by extracting the information stored by the third, fourth, and fifth storage procedures, and the second calculation procedure are repeated the same number of times as the number of wavelengths. A third iterative procedure to perform, a fourth iterative procedure to repeat the third iterative procedure as many times as the number of areas, and the information stored by the first and second storage procedures, A program for causing a computer to execute a first calculation procedure for calculating the diffraction efficiency of the entire diffractive lens using the following formula (5) is recorded.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

j:回折光の次数を表す整数
l:波長の番号
jl:第l番目の波長における回折レンズのj次回折光に対する回折効率
M:回折効率を計算する領域の数を示す正の整数(M>1)
m:領域の番号
m:m番目の領域に対する重率
ηmjl:第l番目の波長におけるm番目の領域のj次回折光に対する回折効率
本発明の上記第2の各構成によれば、複数の波長に対して回折効率を計算する必要がある場合に、比較的少ない記憶容量で高速に計算することができる。
j: Integer representing the order of diffracted light l: Wavelength number E jl : Diffraction efficiency of the diffractive lens at the l-th wavelength with respect to j-th order diffracted light M: Positive integer indicating the number of regions where diffraction efficiency is calculated (M> 1)
m: number of region W m : weight ratio for m-th region η mjl : diffraction efficiency for j-th order diffracted light of m-th region at l-th wavelength According to each of the second configurations of the present invention, a plurality of When it is necessary to calculate the diffraction efficiency with respect to the wavelength, it can be calculated at a high speed with a relatively small storage capacity.

また、本発明のレンズ形状計測装置は、回折レンズ又は回折レンズ用金型からなる被計測物の表面形状を計測するためのレンズ形状計測装置であって、前記被計測物の表面形状を計測する形状計測手段と、前記形状計測手段により得られた計測データから、前記被計測物の巨視的な球面、非球面及び平面のいずれかの成分を除去する演算装置と、前記巨視的成分が除去された計測データに基づいて前記回折レンズの回折効率を計算する回折効率計算装置とを有し、前記回折効率計算装置が上記第1の構成にかかる回折効率計算装置であることを特徴とする。   The lens shape measuring device of the present invention is a lens shape measuring device for measuring the surface shape of an object to be measured comprising a diffractive lens or a diffraction lens mold, and measures the surface shape of the object to be measured. A shape measuring means, an arithmetic device for removing any one of a spherical surface, an aspherical surface and a flat surface of the object to be measured from the measurement data obtained by the shape measuring means, and the macroscopic component are removed. And a diffraction efficiency calculation device for calculating the diffraction efficiency of the diffractive lens based on the measured data, wherein the diffraction efficiency calculation device is the diffraction efficiency calculation device according to the first configuration.

また、本発明の回折効率計算方法は、回折レンズ又は回折レンズ用金型からなる被計測物の表面形状を計測することにより回折レンズの回折効率を計算する方法であって、前記被計測物の表面形状を計測する形状計測手順と、前記形状計測手順により得られた計測データから、前記被計測物の巨視的な球面、非球面及び平面のいずれかの成分を除去する演算手順と、前記巨視的成分が除去された計測データに基づいて前記回折レンズの回折効率を計算する回折効率計算手順とを有し、前記回折効率計算手順として上記第1の構成にかかる回折効率計算方法を用いることを特徴とする。   The diffraction efficiency calculation method of the present invention is a method for calculating the diffraction efficiency of a diffractive lens by measuring the surface shape of the object to be measured comprising a diffractive lens or a diffractive lens mold, A shape measurement procedure for measuring a surface shape, a calculation procedure for removing any component of the macroscopic spherical surface, aspherical surface, and plane of the object to be measured from the measurement data obtained by the shape measurement procedure; A diffraction efficiency calculation procedure for calculating the diffraction efficiency of the diffractive lens based on the measurement data from which the target component has been removed, and using the diffraction efficiency calculation method according to the first configuration as the diffraction efficiency calculation procedure. Features.

また、本発明の記録媒体は、回折レンズ又は回折レンズ用金型からなる被計測物の表面形状を計測することにより回折レンズの回折効率を計算するプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記被計測物の表面形状を計測する形状計測手順と、前記形状計測手順により得られた計測データから、前記被計測物の巨視的な球面、非球面及び平面のいずれかの成分を除去する演算手順と、前記巨視的成分が除去された計測データに基づいて前記回折レンズの回折効率を計算する回折効率計算手順とをコンピュータに実行させるためのプログラムが記録されており、前記回折効率計算手順を実行させるためのプログラムが、上記第1の構成にかかる記録媒体に記録されたプログラムであることを特徴とする。   The recording medium of the present invention is a computer-readable recording medium that records a program for calculating the diffraction efficiency of a diffractive lens by measuring the surface shape of an object to be measured, which is a diffractive lens or a diffractive lens mold. From the shape measurement procedure for measuring the surface shape of the object to be measured and the measurement data obtained by the shape measurement procedure, the macroscopic spherical surface, aspherical surface, or plane component of the object to be measured is removed. And a computer program for causing the computer to execute a calculation procedure for calculating the diffraction efficiency of the diffraction lens based on the measurement data from which the macroscopic component has been removed is recorded. The program for executing the procedure is a program recorded on the recording medium according to the first configuration.

かかる各構成によれば、実際に得られた回折レンズ又は回折レンズ成型用金型のレリーフ形状を計測することにより、回折レンズの回折効率を得ることができるので、得られたレンズやレンズ成型用金型の形状精度がどの程度回折効率に影響を与えるのかを知ることができ、形状精度の公差の決定や、不良品の選別など製品の品質管理上の有効な判断材料を得ることができる。また、実際に得られたレリーフ形状から計算された回折効率を、設計上のレリーフ形状から求まる回折効率と比較することにより、回折レンズの製造工程の各種条件と得られるレンズの回折効率との関係を知ることができる。従って、この関係をレンズ設計に反映させることにより、最終的に得られる回折レンズの回折効率の正確な予測と、最適な製造条件の選択が可能になる。   According to each of these configurations, the diffraction efficiency of the diffractive lens can be obtained by measuring the relief shape of the actually obtained diffractive lens or diffractive lens molding die. It is possible to know how much the shape accuracy of the mold affects the diffraction efficiency, and to obtain an effective judgment material for quality control of the product such as determination of tolerance of shape accuracy and selection of defective products. In addition, by comparing the diffraction efficiency calculated from the actually obtained relief shape with the diffraction efficiency obtained from the design relief shape, the relationship between the various conditions in the manufacturing process of the diffractive lens and the diffraction efficiency of the obtained lens Can know. Therefore, by reflecting this relationship in the lens design, it is possible to accurately predict the diffraction efficiency of the finally obtained diffractive lens and to select the optimum manufacturing conditions.

また、本発明のレンズ設計装置は、回折レンズを設計するための装置であって、レンズの設計データを入力する入力手段と、前記設計データに基づいて得られる回折レンズの光学性能及び回折効率を計算する演算手段とを有し、前記回折効率を計算する演算手段が上記第1の構成にかかる回折効率計算装置であることを特徴とする。   The lens design apparatus of the present invention is an apparatus for designing a diffractive lens, and includes input means for inputting lens design data, and optical performance and diffraction efficiency of the diffractive lens obtained based on the design data. And a calculating means for calculating the diffraction efficiency is the diffraction efficiency calculating apparatus according to the first configuration.

また、本発明のレンズ設計方法は、回折レンズを設計するための方法であって、レンズの設計データを入力する入力手順と、前記設計データに基づいて得られる回折レンズの光学性能及び回折効率を計算する演算手順と、前記演算手順の結果に基づいて、レンズの性能の最適化を行う最適化手順とを有し、前記回折効率を計算する演算手順が上記第1の構成にかかる回折効率計算方法であることを特徴とする。   The lens design method of the present invention is a method for designing a diffractive lens, and includes an input procedure for inputting lens design data, and optical performance and diffraction efficiency of the diffractive lens obtained based on the design data. A calculation procedure for calculating the diffraction efficiency based on the result of the calculation procedure, and an optimization procedure for optimizing the performance of the lens. It is a method.

また、本発明の記憶媒体は、回折レンズを設計するプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、レンズの性能評価に用いる評価関数をコンピュータに実行させるためのプログラムが記録されており、前記プログラムは、上記第1の構成にかかる記録媒体に記録されたプログラムを含むことを特徴とする。   The storage medium of the present invention is a computer-readable recording medium in which a program for designing a diffractive lens is recorded, and a program for causing a computer to execute an evaluation function used for lens performance evaluation is recorded. The program includes a program recorded on the recording medium according to the first configuration.

かかる各構成によれば、設計データに基づいて最終的に得られる回折レンズの光学特性及び回折効率を正確に予測することができるので、色収差の補正量と回折効率の許容量の両方の制約条件を考慮しつつレンズ設計を行うことができる。従って、短時間で効率よく良好な特性を有する回折レンズを設計することができる。また、得られるレンズの回折効率の計算に製造工程の各種条件(例えば切削バイトの先端部の曲率半径、バイトの送り速度等)と得られるレンズの回折効率との関係を加味することにより、レンズ設計と同時に最適な製造条件の選択を併せて行うことができる。   According to each of these configurations, the optical characteristics and diffraction efficiency of the finally obtained diffractive lens can be accurately predicted based on the design data, so that both the correction amount of chromatic aberration and the allowable amount of diffraction efficiency are constrained. It is possible to design a lens while taking this into consideration. Accordingly, it is possible to design a diffractive lens having good characteristics efficiently in a short time. In addition, the calculation of the diffraction efficiency of the obtained lens takes into account the relationship between various conditions of the manufacturing process (for example, the radius of curvature of the tip of the cutting tool, the feed speed of the tool, etc.) and the diffraction efficiency of the resulting lens. The optimum manufacturing conditions can be selected simultaneously with the design.

本発明にかかる屈折回折一体型のレンズは、複数の同心円状の輪帯にて構成される回折レンズを、屈折レンズの少なくとも1つの面上に形成してなる屈折回折一体型のレンズであって、下記式(6)で定義されるkが、
0.1≦k
を満足することを特徴とする。
A refractive / diffraction integrated lens according to the present invention is a refractive / diffraction integrated lens formed by forming a diffractive lens composed of a plurality of concentric annular zones on at least one surface of a refractive lens. K defined by the following formula (6) is
0.1 ≦ k
It is characterized by satisfying.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

f:前記屈折回折一体型のレンズの合成焦点距離
d:回折レンズの焦点距離
g:前記屈折レンズの焦点距離
νd:前記回折レンズの使用波長域における部分分散係数
νg:前記屈折レンズの使用波長域における部分分散係数
上記構成によれば、ダイアモンドバイトを用いた切削加工により屈折回折一体型のレンズ又は屈折回折一体型レンズ用成形金型を生産性よく製造することができる。
f: Synthetic focal length of the refractive and diffractive integrated lens f d : Focal length of the diffractive lens f g : Focal length of the refractive lens ν d : Partial dispersion coefficient ν g in the wavelength range of use of the diffractive lens ν: The refractive lens According to the above configuration, a refractive diffraction integrated lens or a refractive diffraction integrated lens molding die can be manufactured with high productivity by cutting using a diamond bite.

本発明にかかる対物レンズは、同心円状の輪帯にて構成される回折レンズを、入射面と射出面から構成される単レンズの少なくとも1つの面上に形成してなる屈折回折一体型の光情報記録再生装置用の対物レンズであって、下記式(6)で定義されるkが、
0.2≦k≦0.6
を満足することを特徴とする。
The objective lens according to the present invention is a refractive and diffractive integrated light formed by forming a diffractive lens composed of concentric annular zones on at least one surface of a single lens composed of an entrance surface and an exit surface. An objective lens for an information recording / reproducing apparatus, wherein k defined by the following equation (6) is
0.2 ≦ k ≦ 0.6
It is characterized by satisfying.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

f:前記屈折回折一体型のレンズの合成焦点距離
d:回折レンズの焦点距離
g:前記屈折レンズの焦点距離
νd:前記回折レンズの使用波長域における部分分散係数
νg:前記屈折レンズの使用波長域における部分分散係数
上記構成によれば、ダイアモンドバイトを用いた切削加工により対物レンズ又は対物レンズ用成形金型を製造する場合に、良好な色収差補正とレンズの生産性を両立させることができる。従って、本発明の対物レンズを備えた光ヘッド装置は、光源の波長が変化しても対物レンズの焦点距離の変化が少なく、また迷光が減少できるので良好な信号出力が得られる。また、このような特性を有する対物レンズを単レンズで構成できるから、光ヘッドの小型化が可能である。
f: Synthetic focal length of the refractive and diffractive integrated lens f d : Focal length of the diffractive lens f g : Focal length of the refractive lens ν d : Partial dispersion coefficient ν g in the wavelength range of use of the diffractive lens ν: The refractive lens According to the above configuration, when manufacturing an objective lens or a molding die for an objective lens by cutting using a diamond tool, both good chromatic aberration correction and lens productivity can be achieved. Can do. Therefore, the optical head device provided with the objective lens of the present invention has a small change in the focal length of the objective lens even when the wavelength of the light source changes, and can reduce stray light, so that a good signal output can be obtained. Further, since the objective lens having such characteristics can be constituted by a single lens, the optical head can be miniaturized.

本発明にかかる撮像用レンズは、同心円状の輪帯にて構成される回折レンズを、入射面と射出面から構成される単レンズの少なくとも1つの面上に形成してなる屈折回折一体型の撮像用レンズであって、下記式(6)で定義されるkが、
0.3≦k
を満足することを特徴とする。
The imaging lens according to the present invention is a refractive and diffraction integrated type formed by forming a diffractive lens composed of concentric annular zones on at least one surface of a single lens composed of an entrance surface and an exit surface. An imaging lens, and k defined by the following formula (6) is
0.3 ≦ k
It is characterized by satisfying.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

f:前記屈折回折一体型のレンズの合成焦点距離
d:回折レンズの焦点距離
g:前記屈折レンズの焦点距離
νd:前記回折レンズの使用波長域における部分分散係数
νg:前記屈折レンズの使用波長域における部分分散係数
上記構成によれば、ダイアモンドバイトを用いた切削加工により撮像用レンズ又は撮像用レンズ用成形金型を生産性よく製造することができる。更に、0.4≦k≦0.7を満足すると、加工性に優れ、結像性能も良好な撮像用レンズが得られる。従って、本発明の撮像用レンズを備えた撮像装置は、良好に色収差が除去されてフレアの少ない画像を得ることができる。
f: Synthetic focal length of the refractive and diffractive integrated lens f d : Focal length of the diffractive lens f g : Focal length of the refractive lens ν d : Partial dispersion coefficient ν g in the wavelength range of use of the diffractive lens ν: The refractive lens According to the above configuration, the imaging lens or the imaging lens molding die can be manufactured with high productivity by cutting using a diamond bite. Furthermore, when 0.4 ≦ k ≦ 0.7 is satisfied, an imaging lens having excellent processability and good imaging performance can be obtained. Therefore, the image pickup apparatus including the image pickup lens of the present invention can obtain an image with less flare and excellent chromatic aberration.

本発明の回折効率計算装置によれば、回折レンズを複数の領域に分割し、各領域ごとに重率を付与して全体の回折効率を得ることとしたので、各領域ごとに回折効率が異なる場合であっても、レンズ全体の回折効率を正確に効率よく計算することができる。本発明の回折効率の計算は、コンピュータを用いて実行するのに好適である。   According to the diffraction efficiency calculation apparatus of the present invention, the diffraction lens is divided into a plurality of regions, and weighting is given to each region to obtain the overall diffraction efficiency. Therefore, the diffraction efficiency is different for each region. Even in this case, the diffraction efficiency of the entire lens can be calculated accurately and efficiently. The calculation of the diffraction efficiency of the present invention is suitable to be performed using a computer.

また、本発明のレンズ形状計測装置によれば、実際に得られた回折レンズ又は回折レンズ成型用金型のレリーフ形状を計測することにより、回折レンズの回折効率を得ることができるので、得られたレンズやレンズ成型用金型の形状精度がどの程度回折効率に影響を与えるのかを知ることができ、形状精度の公差の決定や、不良品の選別など製品の品質管理上の有効な判断材料を得ることができる。また、実際に得られたレリーフ形状から計算された回折効率を、設計上のレリーフ形状から求まる回折効率と比較することにより、回折レンズの製造工程の各種条件と得られるレンズの回折効率との関係を知ることができる。従って、この関係をレンズ設計に反映させることにより、最終的に得られる回折レンズの回折効率の正確な予測と、最適な製造条件の選択が可能になる。   Further, according to the lens shape measuring apparatus of the present invention, the diffraction efficiency of the diffractive lens can be obtained by measuring the relief shape of the actually obtained diffractive lens or diffractive lens molding die. Can determine how much the accuracy of the shape of the lens and lens mold influences the diffraction efficiency, and is an effective judgment material for quality control of products such as determining the tolerance of shape accuracy and selecting defective products Can be obtained. In addition, by comparing the diffraction efficiency calculated from the actually obtained relief shape with the diffraction efficiency obtained from the design relief shape, the relationship between the various conditions in the manufacturing process of the diffractive lens and the diffraction efficiency of the obtained lens Can know. Therefore, by reflecting this relationship in the lens design, it is possible to accurately predict the diffraction efficiency of the finally obtained diffractive lens and to select the optimum manufacturing conditions.

また、本発明のレンズ設計装置によれば、設計データに基づいて最終的に得られる回折レンズの光学特性及び回折効率を正確に予測することができるので、色収差の補正量と回折効率の許容量の両方の制約条件を考慮しつつレンズ設計を行うことができる。従って、短時間で効率よく良好な特性を有する回折レンズを設計することができる。また、得られるレンズの回折効率の計算に製造工程の各種条件と得られるレンズの回折効率との関係を加味することにより、レンズ設計と同時に最適な製造条件の選択を併せて行うことができる。   Further, according to the lens design apparatus of the present invention, the optical characteristics and diffraction efficiency of the finally obtained diffractive lens can be accurately predicted based on the design data, so the correction amount of chromatic aberration and the allowable amount of diffraction efficiency. It is possible to design a lens while considering both of these constraints. Accordingly, it is possible to design a diffractive lens having good characteristics efficiently in a short time. Further, by considering the relationship between various conditions of the manufacturing process and the diffraction efficiency of the obtained lens in the calculation of the diffraction efficiency of the obtained lens, it is possible to simultaneously select the optimum manufacturing conditions simultaneously with the lens design.

また、本発明の屈折回折一体型のレンズによれば、ダイアモンドバイトを用いた切削加工により屈折回折一体型のレンズ又は屈折回折一体型レンズ用成形金型を生産性よく製造することができる。   In addition, according to the refractive and diffraction integrated lens of the present invention, a refractive and diffraction integrated lens or a refractive and diffraction integrated lens molding die can be manufactured with high productivity by cutting using a diamond bite.

また、本発明の対物レンズによれば、ダイアモンドバイトを用いた切削加工により対物レンズ又は対物レンズ用成形金型を製造する場合に、良好な色収差補正とレンズの生産性を両立させることができる。従って、本発明の対物レンズを備えた光ヘッド装置は、光源の波長が変化しても対物レンズの焦点距離の変化が少なく、また迷光が減少できるので良好な信号出力が得られる。また、このような特性を有する対物レンズを単レンズで構成できるから、光ヘッドの小型化が可能である。   In addition, according to the objective lens of the present invention, it is possible to achieve both good chromatic aberration correction and lens productivity when manufacturing an objective lens or a molding die for an objective lens by cutting using a diamond tool. Therefore, the optical head device provided with the objective lens of the present invention has a small change in the focal length of the objective lens even when the wavelength of the light source changes, and can reduce stray light, so that a good signal output can be obtained. Further, since the objective lens having such characteristics can be constituted by a single lens, the optical head can be miniaturized.

また、本発明の撮像用レンズによれば、ダイアモンドバイトを用いた切削加工により撮像用レンズ又は撮像用レンズ用成形金型を生産性よく製造することができる。更に、0.4≦k≦0.7を満足すると、加工性に優れ、結像性能も良好な撮像用レンズが得られる。従って、本発明の撮像用レンズを備えた撮像装置は、良好に色収差が除去されてフレアの少ない画像を得ることができる。   Further, according to the imaging lens of the present invention, the imaging lens or the imaging lens molding die can be manufactured with high productivity by cutting using a diamond bite. Furthermore, when 0.4 ≦ k ≦ 0.7 is satisfied, an imaging lens having excellent processability and good imaging performance can be obtained. Therefore, the image pickup apparatus including the image pickup lens of the present invention can obtain an image with less flare and excellent chromatic aberration.

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
切削加工により製造された回折レンズの場合には、バイトによる形状変化の程度が輪帯により異なる。輪帯の間隔(ピッチ)が長い輪帯においてはバイトによる形状劣化の影響は相対的に小さく、一方で輪帯の間隔が短い輪帯においてはその影響は深刻となる。
(First embodiment)
In the case of a diffractive lens manufactured by cutting, the degree of shape change due to the cutting tool varies depending on the ring zone. In an annular zone where the interval (pitch) of the annular zone is long, the influence of the shape deterioration due to the cutting tool is relatively small, whereas in an annular zone where the interval of the annular zone is short, the influence becomes serious.

また、一般に、回折レンズにおいては、レンズの中心部の輪帯はピッチが長く、周辺部に向かうにつれて短くなる。   In general, in a diffractive lens, the annular zone at the center of the lens has a long pitch and becomes shorter toward the periphery.

このため、レンズの中心付近と周辺付近とでは回折効率が異なることとなる。   For this reason, the diffraction efficiency differs between the vicinity of the center of the lens and the vicinity of the periphery.

レンズ全体の回折効率を知るには、レンズの部分毎の回折効率の加重平均により求めることが出来る。   In order to know the diffraction efficiency of the entire lens, it can be obtained by a weighted average of diffraction efficiency for each part of the lens.

(実施例1)
図1に本発明の第1の実施形態に係る回折効率の計算装置の外観図を示す。
(Example 1)
FIG. 1 shows an external view of a diffraction efficiency calculation apparatus according to the first embodiment of the present invention.

101は計算機本体、102はディスプレイ、103はFDD(フレキシブルディスクドライブ装置)、104はキーボード、105はHDD(ハードディスクドライブ装置)、106はプリンタである。各装置は接続ケーブル107にて計算機本体101と接続されている。計算機本体101の内部には演算装置と、ローカルメモリ装置が内蔵されている。   Reference numeral 101 denotes a computer main body, 102 a display, 103 an FDD (flexible disk drive device), 104 a keyboard, 105 an HDD (hard disk drive device), and 106 a printer. Each device is connected to the computer main body 101 by a connection cable 107. An arithmetic unit and a local memory device are built in the computer main body 101.

図2は上記の装置の構成を示す。キーボードからの入力及びFDDにより読み込まれたデータはHDD装置に保存される。演算に必要なデータはHDDよりローカルメモリに読み込まれ、演算ユニットによって必要な演算がされ、結果をHDDに保存する。計算の結果はディスプレイあるいはプリンタに出力する。   FIG. 2 shows the configuration of the apparatus described above. Input from the keyboard and data read by FDD are stored in the HDD device. Data necessary for the calculation is read from the HDD into the local memory, and a calculation necessary for the calculation unit is performed, and the result is stored in the HDD. The calculation result is output to a display or a printer.

HDDにはコンピュータを用いて回折効率を計算するコンピュータプログラムが記録されており、演算装置はHDDよりプログラムをローカルメモリ上に読み出して、プログラムを実行する。また、プログラムは図1のフレキシブルディスク108あるいは、光ディスク109などに記録してあっても良い。   A computer program for calculating diffraction efficiency using a computer is recorded in the HDD, and the arithmetic unit reads the program from the HDD onto a local memory and executes the program. The program may be recorded on the flexible disk 108 or the optical disk 109 shown in FIG.

ここで、本発明の「記憶手段」とは、情報を保存しておくための手段であり、フレキシブルディスク、ハードディスク、ローカルメモリ、光ディスク等の情報記録媒体、あるいはプリンタにより印刷(出力)された情報記録媒体などを指す。また、「記憶手順」とは、情報を保存する処理をいい、フレキシブルディスク、ハードディスク、ローカルメモリ、光ディスク等への情報の記録(保存)、あるいはプリンタによる印刷(出力)などが該当する。   Here, the “storage means” of the present invention is means for storing information, and information printed (output) by an information recording medium such as a flexible disk, hard disk, local memory, optical disk, or printer. It refers to recording media. The “storage procedure” refers to a process of storing information, and includes recording (saving) information on a flexible disk, hard disk, local memory, optical disk, etc., printing (output) by a printer, and the like.

また、本発明の「演算手段」とは、情報を用いて数値計算を行うための手段であって、一般には計算機の演算ユニットを指す。また、「演算手順」とは、情報を用いて数値計算を行う処理をいう。   The “calculation means” of the present invention is a means for performing numerical calculation using information, and generally refers to an arithmetic unit of a computer. The “calculation procedure” refers to a process of performing numerical calculation using information.

本発明の「繰り返し手段」とは、計算機のプログラムにより演算ユニットを繰り返し動作させることを指すが、計算機の操作者がキーボード等の手段を介して計算機に指示を送り計算動作を繰り返すことでもよい。また、「繰り返し手順」とは、所定の手順(処理)を繰り返し行うことをいう。   The “repeat means” of the present invention refers to repeatedly operating the arithmetic unit by a computer program, but the computer operator may send an instruction to the computer via means such as a keyboard to repeat the calculation operation. Further, the “repeating procedure” means repeating a predetermined procedure (processing).

また、本発明の「記憶手段から情報を取り出す」とは、FDDを用いてフレキシブルディスクからデータを読み出すこと、HDDを用いてハードディスクからデータを読み出すこと、光ディスクドライブを用いて光ディスクからデータを読み出すこと、ローカルメモリからデータを読み出すこと、及び計算機の操作者が印刷出力されたデータをキーボードより入力することなどを指す。   In the present invention, “retrieving information from storage means” refers to reading data from a flexible disk using an FDD, reading data from a hard disk using an HDD, and reading data from an optical disk using an optical disk drive. Reading data from a local memory, and inputting data printed out by a computer operator from a keyboard.

また、本発明の「プログラムを記録した記録媒体」とは、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、あるいはプリンタによる印刷出力など、計算機用のソフトウェアを保存するためのあらゆる媒体を指す。   The “recording medium on which the program is recorded” of the present invention refers to any medium for storing computer software, such as a flexible disk, a hard disk, an optical disk, or a print output by a printer.

なお、これらの各手段(手順)は今後の計算機技術の進展により新規の手段(手順)が考案される可能性があるが、新規に考案される装置及び方法もその機能が本発明の各手段(手順)と同一であれば、本発明に含まれることはいうまでもない。本発明においては、上記の各手段(手順)は具体的な装置又は方法に依存するのではなく、各手段(手順)の機能に依存するからである。例えば、フレキシブルディスク等の記憶媒体の代わりとして、ネットワークケーブルを介してネットワークに接続されている情報端末を用い、該情報端末よりデータを送受信することなどが考えられるが、これは本発明の記憶手段からの情報の取り出しに相当する。   These means (procedures) may be devised as new means (procedures) due to the advancement of computer technology in the future. The newly devised apparatus and method also have the functions of each means of the present invention. Needless to say, if the same as (procedure), it is included in the present invention. In the present invention, each means (procedure) described above does not depend on a specific apparatus or method, but depends on the function of each means (procedure). For example, instead of a storage medium such as a flexible disk, an information terminal connected to a network via a network cable may be used, and data may be transmitted / received from the information terminal. This corresponds to the extraction of information from.

また、以下の説明では、重複説明を回避するために所定の「手段」を備えた「装置」を中心に説明するが、これらの説明は同時に所定の「手順」を有する「方法」に関する説明であると、又は所定の「手順」をコンピュータに実行させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な「記録媒体」に関する説明であると解釈されなければならない。   Further, in the following description, in order to avoid duplicated explanation, explanation will be focused on “apparatus” having predetermined “means”, but these explanations are related to “method” having a predetermined “procedure” at the same time. It should be construed that the description relates to a computer-readable “recording medium” in which a program for causing a computer to execute a predetermined “procedure” is recorded.

本実施例の装置は、回折素子を複数の領域に分割したときのm番目の領域のj次の回折光の回折効率をηmjとし、各領域に対する重率をWmとするとき下記式(1)を計算する。 When the diffraction efficiency of the m-th region when the diffraction element is divided into a plurality of regions is η mj and the weighting factor for each region is W m , the apparatus of the present embodiment has the following formula ( 1) is calculated.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

ここで、式(1)の計算がηmjの加重平均となるためには、Wmが下記式(7)を満足する必要がある。 Here, in order for the calculation of Expression (1) to be a weighted average of η mj , W m needs to satisfy the following Expression (7).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

ただし、簡易に計算を行う場合などには必ずしも上記式(7)を満足しなくても良い。   However, the above formula (7) does not necessarily have to be satisfied when performing simple calculations.

図3に上記を計算するためのアルゴリズムを示す。本例では、回折レンズをM箇所の領域に分割するものとする。   FIG. 3 shows an algorithm for calculating the above. In this example, the diffractive lens is divided into M areas.

記憶手段にはあらかじめ回折レンズをM箇所の領域に分割したときの各領域の回折効率情報と、それぞれの領域の重率が保存されている。   The storage means stores in advance the diffraction efficiency information of each region when the diffractive lens is divided into M regions, and the weight of each region.

図4は、第1の記憶手段に記憶されている回折効率情報と、第2の記憶手段に記憶されている重率情報のそれぞれの記憶状態を示した概念図である。   FIG. 4 is a conceptual diagram showing storage states of the diffraction efficiency information stored in the first storage unit and the weight ratio information stored in the second storage unit.

図4(a)は、計算する回折次数が0次、−1次、1次の3つの次数の場合の回折効率情報を記憶する第1の記憶手段の構成である。計算する次数が3つの場合には、M×3の要素からなる2次元のデータ配列となる。このようなデータ配列は、データの保存と、必要なデータの読み出しが出来る装置であれば、計算機のメインメモリやフレキシブルディスクなどいずれの記憶手段上に構成してもよい。   FIG. 4A shows the configuration of the first storage means for storing diffraction efficiency information when the diffraction orders to be calculated are three orders of 0th order, −1st order, and 1st order. When there are three orders to be calculated, a two-dimensional data array composed of M × 3 elements is obtained. Such a data array may be configured on any storage means such as a main memory or a flexible disk of a computer as long as it is an apparatus capable of storing data and reading out necessary data.

図4(b)は、同様に各領域の重率の情報を記憶する第2の記憶手段の構成である。こちらは、M個のデータ列となる。これも前記と同様に計算機のいかなる記憶装置を用いて構成しても構わない。   FIG. 4B shows the configuration of the second storage unit that similarly stores information on the weight of each region. This is M data strings. Similarly to the above, any storage device of the computer may be used.

本発明中で、記憶手段とは、このようなデータの配列あるいはデータ列あるいは単一のデータを保存しておくための計算機本体内又は外部の記録領域を指し、計算装置を構成するいかなる記憶領域上に構成しても構わない。以下、個々の記憶手段についてどの記憶領域を用いるのかというような説明は避け、単にメモリとのみ記載するものとする。   In the present invention, the storage means refers to a recording area inside or outside the computer main body for storing such data arrangement or data string or single data, and any storage area constituting the calculation device. You may comprise above. Hereinafter, description of which storage area is used for each storage means is avoided, and only memory is described.

また、データ配列については、その添え字を省略して記載した場合には配列全体を指し、添え字をつけて記載した場合にはその中の単一の要素を指すものとする。例えば、図4の場合においては「η」は(M×3)個の要素からなる計算装置上に確保された記憶領域を差し、「η10」はその中の1つの要素を指す。 In addition, regarding a data array, when the subscript is omitted, it indicates the entire array, and when it is described with a subscript, it indicates a single element therein. For example, in the case of FIG. 4, “η” indicates a storage area secured on a computing device made up of (M × 3) elements, and “η 10 ” indicates one of the elements.

図3において、第1のステップ2101では計算する回折次数をセットする。続くステップ2102ではメモリEiの値を0に、領域のカウンタmを1で初期化する。次のステップ2103では、m番目の領域のi次回折光の回折効率情報ηmiとm番目の領域に対する重率Wmを、第1及び第2の記憶手段よりそれぞれ読み出し、ηmiとWmの積をEiに加算する。次のステップ2104では、全領域の計算が終了したのかどうかを判定するため、領域カウンタmがMと同じかどうか調べる。m=Mでなければ、まだ加算していない領域があるので、ステップ2105に進み、領域カウンタmを1つ増やしてステップ2103を行う。また、2104でm=Mであれば、ステップ2106に進む。この2102から2015までのステップが本発明の第1の演算手段に相当する。2106は他の回折次数の計算を行うのかどうかの判断をする。他の次数の回折効率の計算が必要な場合には、ステップ2107に進み、iに次に計算する回折次数をセットし、ステップ2102以降の処理を再度行う。他の次数の計算が不要であれば計算を終了する。 In FIG. 3, in the first step 2101, the diffraction order to be calculated is set. In the next step 2102, the value of the memory E i is initialized to 0 and the area counter m is initialized to 1. In the next step 2103, the diffraction efficiency information η mi of the i-th order diffracted light in the m-th region and the weight ratio W m for the m-th region are read from the first and second storage means, respectively, and η mi and W m Add the product to E i . In the next step 2104, it is checked whether or not the area counter m is equal to M in order to determine whether or not the calculation of all areas has been completed. If not m = M, there is an area that has not yet been added, so the process proceeds to step 2105, where the area counter m is incremented by 1, and step 2103 is performed. If m = M in 2104, the process proceeds to step 2106. Steps 2102 to 2015 correspond to the first calculation means of the present invention. In step 2106, it is determined whether to calculate another diffraction order. If it is necessary to calculate the diffraction efficiency of another order, the process proceeds to step 2107, the diffraction order to be calculated next is set to i, and the processing after step 2102 is performed again. If other order calculations are unnecessary, the calculation is terminated.

本実施例の装置を用いることにより、各領域毎に回折効率の異なるレンズのレンズ全体の回折効率を効率よく正確に計算することが可能となる。   By using the apparatus of the present embodiment, it becomes possible to efficiently and accurately calculate the diffraction efficiency of the entire lens of lenses having different diffraction efficiency for each region.

本実施例では複数の回折次数を計算する場合を例に挙げて説明したが、単一の次数の計算のみの場合には、図3に示したステップのうちで、複数の次数を計算するために準備された、ステップ2101、2106、2107を省略したアルゴリズムで計算可能である。   In the present embodiment, the case of calculating a plurality of diffraction orders has been described as an example. However, in the case of calculating only a single order, in order to calculate a plurality of orders in the steps shown in FIG. The calculation can be performed by the algorithm prepared in step 2 omitting steps 2101, 2106, and 2107.

(実施例2)
実施例1では、各領域の回折効率があらかじめ判っており、計算を開始する前にこれがメモリに保存されていることを前提とした。ところが、実際には、各領域の回折効率が未知である場合が多い。このような場合、回折レンズの形状や、屈折率などを実測し、そのデータを用いて、各領域の回折効率を求め、それを元にレンズ全体の回折効率を計算することとなる。この場合の計算アルゴリズムを示したのが図5である。
(Example 2)
In the first embodiment, it is assumed that the diffraction efficiency of each region is known in advance and is stored in the memory before the calculation is started. However, in practice, the diffraction efficiency of each region is often unknown. In such a case, the shape and refractive index of the diffractive lens are measured, and the diffraction efficiency of each region is obtained using the data, and the diffraction efficiency of the entire lens is calculated based on that. FIG. 5 shows a calculation algorithm in this case.

第3、第4、第5及び第2の記憶手段であるメモリには、それぞれ順に、回折レンズのレリーフの断面形状データ、光源の波長、前記波長に対するレンズ材料の屈折率、及び各輪帯毎の重率の各情報が、あらかじめ保存されているものとする。   In the memories as the third, fourth, fifth and second storage means, the sectional shape data of the relief of the diffractive lens, the wavelength of the light source, the refractive index of the lens material with respect to the wavelength, and each ring zone, respectively. It is assumed that each piece of weight information is stored in advance.

ステップ301では、第3の記憶手段であるメモリに保存されているレリーフ形状のデータを元に、レンズの輪帯の数を求めメモリMに保存する。また、輪帯のカウンタであるメモリmを1に初期化する。   In step 301, the number of lens ring zones is obtained and stored in the memory M based on the relief shape data stored in the memory as the third storage means. Also, the memory m, which is a ring zone counter, is initialized to 1.

ステップ302では、第3の記憶手段よりm番目の輪帯のレリーフ形状情報を取り出し、第4、第5の記憶手段よりそれぞれ波長、屈折率の情報を取り出して、m番目の輪帯の回折効率を計算し、その結果を第1の記憶手段であるメモリηの対応する領域に保存する。このステップ302が本発明の第2の演算手段である。   In step 302, the relief shape information of the mth annular zone is extracted from the third storage means, and the wavelength and refractive index information are extracted from the fourth and fifth storage means, respectively, and the diffraction efficiency of the mth annular zone is extracted. And the result is stored in the corresponding area of the memory η which is the first storage means. This step 302 is the second calculation means of the present invention.

ステップ303では、ステップ302を全輪帯に対して行ったかどうかを調べる。m=Mが成立しない場合には、まだ計算していない輪帯がある場合で、この時にはステップ304に進み、mを1つ増分して再度302のステップを行う。この303及び304のステップが第1の繰り返し手段である。また、m=Mが成立している場合には、302のステップを全ての輪帯に対して実行済みであることを示しており、このとき、第1の記憶手段であるメモリηには全ての輪帯の回折効率が保存された状態となる。   In step 303, it is checked whether step 302 has been performed for all the annular zones. If m = M does not hold, there is a ring zone that has not yet been calculated. At this time, the routine proceeds to step 304, where m is incremented by one and step 302 is performed again. These steps 303 and 304 are the first repeating means. Further, when m = M is established, it indicates that the step 302 has been executed for all the annular zones. At this time, all of the memories η as the first storage means are included in the memory η. The diffraction efficiency of the annular zone is preserved.

ステップ305はレンズ全体の回折効率を求めるステップである。ステップ301からステップ304までのステップが全て実行されると、第1の記憶手段であるメモリηには全ての輪帯の回折効率が保存される。また、第2の記憶手段には重率の情報があらかじめ既知情報として保存されている。従って、このステップ305で実施例1ですでに説明したアルゴリズムを実行することで、レンズ全体の回折効率を計算できる。   Step 305 is a step for obtaining the diffraction efficiency of the entire lens. When all steps from step 301 to step 304 are executed, the diffraction efficiencies of all the annular zones are stored in the memory η which is the first storage means. The second storage means stores weight information as known information in advance. Therefore, the diffraction efficiency of the entire lens can be calculated by executing the algorithm already described in the first embodiment in step 305.

以上、本実施例の装置を用いることにより、個別の輪帯の回折効率情報が未知であっても、レリーフ形状と屈折率が判ればレンズ全体の回折効率を計算することが出来るため、光学設計上有益な情報を得ることが可能となる。   As described above, the diffraction efficiency of the entire lens can be calculated if the relief shape and refractive index are known even if the diffraction efficiency information of the individual annular zone is unknown by using the apparatus of this embodiment. It is possible to obtain useful information.

(実施例3)
前記の実施例2においては、回折レンズの1つの輪帯を1つの領域として分割した場合のアルゴリズムの例を示した。回折レンズの輪帯のピッチはレンズ中心部では広く、周辺に向かうにつれて狭くなる。ここで、レンズの周辺部では隣り合う輪帯同士のピッチはほぼ同じになることがある。このような場合には、そのような輪帯の回折効率はほぼ同じと見なすことが出来る。従って、回折効率がほぼ同じと見なせる複数の輪帯を1つの領域として取り扱えば、メモリηやメモリWに必要な記憶容量を減らすことが可能で、さらには計算量も少なくてすむためより高速に演算できる。
Example 3
In the second embodiment, an example of an algorithm in the case where one annular zone of the diffractive lens is divided into one region is shown. The pitch of the annular zone of the diffractive lens is wide at the center of the lens and becomes narrower toward the periphery. Here, in the periphery of the lens, the pitch between adjacent annular zones may be substantially the same. In such a case, the diffraction efficiency of such an annular zone can be regarded as substantially the same. Therefore, if a plurality of annular zones that can be regarded as having substantially the same diffraction efficiency are handled as one region, it is possible to reduce the storage capacity required for the memory η and the memory W, and further, the calculation amount can be reduced. Can be calculated.

(実施例4)
回折素子の微細なレリーフ形状を元に回折効率を計算する方法には数種の方法が知られている。回折レンズの場合にはフーリェ変換を用いるようなスカラ回折理論で十分満足な精度が得られる。この時の詳細な計算アルゴリズムを図6に示す。
Example 4
Several methods are known for calculating the diffraction efficiency based on the fine relief shape of the diffraction element. In the case of a diffractive lens, sufficiently satisfactory accuracy can be obtained by scalar diffraction theory using Fourier transform. A detailed calculation algorithm at this time is shown in FIG.

ステップ401では、計算する輪帯のレリーフの断面形状データを作業用として計算装置上に確保したデータ配列Dにセットする。このとき、データ配列の要素数を2の累乗個にしておくとフーリェ変換の際にFFT(高速フーリエ変換)を用いることが出来て計算処理を高速化できる。具体的には、4096個程度がよい。   In step 401, the sectional shape data of the relief of the annular zone to be calculated is set in the data array D secured on the computing device for work. At this time, if the number of elements in the data array is set to a power of 2, FFT (Fast Fourier Transform) can be used in the Fourier transform, and the calculation process can be speeded up. Specifically, about 4096 are good.

続く、ステップ402では、波長λ、屈折率Nを第3及び第4の記憶手段であるメモリからそれぞれ読み出し、これを用いて、透過光の複素振幅を求めて、データ配列Dと同数の要素からなる計算装置上に確保した複素配列Pに保存する。   Subsequently, in step 402, the wavelength λ and the refractive index N are read from the memories which are the third and fourth storage units, respectively, and the complex amplitude of the transmitted light is obtained by using these, and from the same number of elements as the data array D. Is stored in the complex array P secured on the computer.

次のステップ403では、複素配列PのFFTを行う。このステップの処理により、複素配列Pにフーリエ係数が保存される。   In the next step 403, FFT of the complex array P is performed. The Fourier coefficient is stored in the complex array P by the processing of this step.

ステップ404では、複素配列Pの各要素に複素共役を乗じて実数とする。次に、複素配列Pの全要素の和が1となるように各要素を正規化する。これにより複素配列Pに各次数に対応した回折効率が保存されたこととなる。   In step 404, each element of the complex array P is multiplied by a complex conjugate to obtain a real number. Next, each element is normalized so that the sum of all elements of the complex array P is 1. As a result, the diffraction efficiency corresponding to each order is stored in the complex array P.

ステップ405では、複素配列Pから必要な次数の回折効率の情報を読み出し、第1の記憶手段であるメモリηに保存する。   In step 405, the required order diffraction efficiency information is read from the complex array P and stored in the memory η as the first storage means.

(第2の実施形態)
これまでに説明した実施例においては、回折レンズを複数の領域に分割したときの各領域に対する重率は、あらかじめ好適な値を記憶手段に保存しておくものとした。ところが、光源の強度分布や、回折レンズの輪帯の径を元にそれらを計算できれば、データ入力の手間を省力化できる。
(Second Embodiment)
In the embodiments described so far, it is assumed that a suitable value is previously stored in the storage unit for the weighting ratio for each region when the diffractive lens is divided into a plurality of regions. However, if these can be calculated based on the intensity distribution of the light source and the diameter of the annular zone of the diffractive lens, the labor required for data input can be saved.

重率は回折レンズの各領域に入射する光の量をレンズ全体に入射する光の量で割った値を用いればよい。   The weight ratio may be a value obtained by dividing the amount of light incident on each region of the diffractive lens by the amount of light incident on the entire lens.

回折レンズへの入射光が均一の強度分布を持っていると仮定できるような場合においては、各領域の面積をレンズの有効径で割った値を重率として用いることで妥当な計算を行うことが可能となる。   When it can be assumed that the light incident on the diffractive lens has a uniform intensity distribution, use the value obtained by dividing the area of each region by the effective diameter of the lens as the weight factor. Is possible.

(実施例5)
各領域の面積の情報がメモリ(第6の記憶手段)に保存されている場合の重率の計算について説明する。
(Example 5)
The calculation of the weight ratio when the area information of each region is stored in the memory (sixth storage means) will be described.

回折レンズの光束が透過する領域(有効領域)をM個の領域に分割するものとし、m番目の領域の面積をSmとする。まず、第6の記憶手段に保存されている各領域の面積を読み出してそれを合計し、有効領域の面積Stを計算する。つまり、下記式(8)を計算する。 The region (effective region) through which the light beam of the diffractive lens is transmitted is divided into M regions, and the area of the mth region is Sm. First, read the area of each region is stored in the sixth storing means to sum it and calculating the area S t of the effective region. That is, the following formula (8) is calculated.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

続いて、m=1から順にm=Mまで下記式(9)を計算する。   Subsequently, the following formula (9) is calculated from m = 1 to m = M in order.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

以上の計算により各輪帯の重率を計算するのが本発明の第3の演算手段である。   The third calculation means of the present invention calculates the weight of each annular zone by the above calculation.

得られた各輪帯に対する重率Wmは、重率の情報を保存する第2の記憶手段であるメモリに保存する。こうして求めた重率は、下記式(7)を満足する。 The obtained weight ratio W m for each annular zone is stored in a memory which is a second storage means for storing information on the weight ratio. The weight obtained in this way satisfies the following formula (7).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

従って、この重率と各領域の回折効率の積和演算が、各領域の回折効率を対応する領域の面積で重み付けした加重平均となる。   Therefore, the product-sum operation of this weight factor and the diffraction efficiency of each region becomes a weighted average obtained by weighting the diffraction efficiency of each region by the area of the corresponding region.

(実施例6)
回折レンズが、同心円状の輪帯で構成されている場合には、各輪帯の面積の情報の代わりに輪帯の半径の情報から重率を計算できる。
(Example 6)
When the diffractive lens is composed of concentric annular zones, the weight ratio can be calculated from the information on the radius of the annular zone instead of the information on the area of each annular zone.

ここで、輪帯はレンズの中心から順に数えるものとし、輪帯の総数がMであるとする。即ち、レンズ中心の輪帯が第1番目の輪帯で、最外周の輪帯が第M番目であるものとする。m番目の輪帯の半径をRmで表すとき、最外周の輪帯の半径RMはレンズの有効半径となる。このRmが第7の記憶手段であるデータ配列に保存されているとすると、このRmを順次読み出し、第2の記憶手段である重率配列Wの各要素に下記式(3)及び式(4)の計算結果を保存する。 Here, it is assumed that the annular zones are counted in order from the center of the lens, and the total number of annular zones is M. That is, the annular zone at the center of the lens is the first annular zone and the outermost annular zone is the Mth zone. When the radius of the m-th zone is represented by R m , the radius R M of the outermost zone is the effective radius of the lens. Assuming that R m is stored in the data array that is the seventh storage means, this R m is sequentially read out, and the following expression (3) and expression are given to each element of the weight array W that is the second storage means. Save the calculation result of (4).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

Figure 2005292860
Figure 2005292860

m:レンズ中心から数えてm番目の輪帯の半径
m:m番目の輪帯の重率
M :輪帯の数
m :輪帯をレンズの中心から順に数えたときの番号
これにより、各輪帯の面積に比例した重率Wmがもとまる。また、こうして求めた、重率は、下記式(7)を満足する。
R m : Radius of the m-th annular zone counted from the lens center W m : Weight ratio of the m-th annular zone M: Number of annular zones m: Number when the annular zones are counted in order from the lens center A weight factor W m proportional to the area of each ring zone is obtained. Further, the weight obtained in this way satisfies the following formula (7).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

従って、この重率と各領域の回折効率の積和演算が、各領域の回折効率を対応する領域の面積で重み付けした加重平均となる。   Therefore, the product-sum operation of this weight factor and the diffraction efficiency of each region becomes a weighted average obtained by weighting the diffraction efficiency of each region by the area of the corresponding region.

(実施例7)
レーザ光源などを用いた場合には、射出光の強度分布は均一ではなく、ガウス分布となることが知られている。また、半導体レーザなどの場合には射出光束は楕円形状をしている。
(Example 7)
When a laser light source or the like is used, it is known that the intensity distribution of the emitted light is not uniform but a Gaussian distribution. In the case of a semiconductor laser or the like, the emitted light beam has an elliptical shape.

図7(a)は半導体レーザからの射出光の様子を模式的に描いたものである。半導体レーザ光源601は射出光束が楕円であり、楕円の短軸方向(x軸)602と長軸方向(y軸)603とでは射出光束の強度分布が異なる。前記2軸の強度分布は例えば図7(b)のような分布をする。このような光源を用いた場合には、輪帯の面積に比例したような重率を用いると計算結果が実際と大きくずれてしまうため好ましくない。   FIG. 7A schematically illustrates the state of light emitted from the semiconductor laser. In the semiconductor laser light source 601, the emitted light beam is an ellipse, and the intensity distribution of the emitted light beam is different between the short axis direction (x axis) 602 and the long axis direction (y axis) 603 of the ellipse. The biaxial intensity distribution is, for example, as shown in FIG. When such a light source is used, it is not preferable to use a weight ratio proportional to the area of the annular zone because the calculation result is greatly deviated from the actual result.

そこで、図7(b)のように、ビームの中心の光束の強度を1として正規化したときの、x軸及びy軸での断面におけるレンズの有効径604での強度(頂点に対する比率)をIx、及びIyとする。入射光強度が図7(b)のような場合には、このIx及びIyの情報があれば、輪帯の面積に比例した重率よりもより現実的な各輪帯への入射光強度に比例した重率を計算できる。 Therefore, as shown in FIG. 7B, when the intensity of the light beam at the center of the beam is normalized as 1, the intensity (ratio to the vertex) at the effective diameter 604 of the lens in the cross section along the x axis and the y axis is obtained. Let Ix and Iy. In the case where the incident light intensity is as shown in FIG. 7B, if there is information of I x and I y , the incident light to each annular zone is more realistic than the weight ratio proportional to the area of the annular zone. The weight ratio proportional to the strength can be calculated.

図8に具体的なアルゴリズムを示す。   FIG. 8 shows a specific algorithm.

入射光強度情報であるIx及びIyはあらかじめ第8の記憶手段であるメモリに保存されているものとする。 It is assumed that the incident light intensity information I x and I y is stored in advance in a memory which is an eighth storage unit.

ステップ501では、入射光が図7(b)に示したような強度分布であるものとして、レンズに入射する全光量を計算し、この計算結果を別のメモリに保存する。   In step 501, assuming that the incident light has an intensity distribution as shown in FIG. 7B, the total amount of light incident on the lens is calculated, and the calculation result is stored in another memory.

次のステップ502では輪帯カウンタmを1に初期化する。   In the next step 502, the annular zone counter m is initialized to 1.

ステップ503では、実施例6で説明した第7の記憶手段に保存されている各輪帯の半径の情報と入射する光束の強度分布に関する情報を用いて、m番目の輪帯に入射する光量を計算する。続くステップ504では、ステップ503で求めたm番目の輪帯に入射する光量をメモリに保存してある全光量で割り、その商をm番目の輪帯の重率Wmとして第2の記憶手段である重率配列Wに保存する。このステップ503及び504が本発明の第3の演算手段である。 In step 503, the amount of light incident on the mth annular zone is determined using the information on the radius of each annular zone and the information on the intensity distribution of the incident light beam stored in the seventh storage means described in the sixth embodiment. calculate. In the subsequent step 504, the amount of light incident on the m-th annular zone obtained in step 503 is divided by the total amount of light stored in the memory, and the quotient is set as the weight W m of the m-th annular zone in the second storage means. Is stored in the weight array W. Steps 503 and 504 are the third calculation means of the present invention.

ステップ505では503と504のステップを全部の輪帯に対して実行済みであるかどうかを確認し、m=Mが成立しない場合には、ステップ506に進みmを1つ増分させてステップ503及び504を再度実行する。また、m=Mであれば、全ての輪帯に対して503及び504が実行済みであることを意味し、このとき、Wには全輪帯の重率情報が保存された状態となる。   In step 505, it is confirmed whether or not steps 503 and 504 have been executed for all the annular zones. If m = M does not hold, the process proceeds to step 506, where m is incremented by one and steps 503 and 503 are performed. 504 is executed again. If m = M, it means that 503 and 504 have been executed for all the annular zones. At this time, W is in a state in which the weight ratio information of all the annular zones is stored.

このアルゴリズムによれば、各輪帯に入射する光束の光強度にほぼ比例した重率を求めることが出来る。また、この計算により求めた重率Wmは、下記式(7)を満足する。 According to this algorithm, it is possible to obtain a weight ratio approximately proportional to the light intensity of the light beam incident on each annular zone. Further, the weight ratio W m obtained by this calculation satisfies the following formula (7).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

従って、この重率と各領域の回折効率の積和演算が、各領域の回折効率を対応する領域に入射する光強度で重み付けした加重平均となる。   Therefore, the product-sum operation of the weighting factor and the diffraction efficiency of each region is a weighted average obtained by weighting the diffraction efficiency of each region with the light intensity incident on the corresponding region.

従って、本実施例によれば、レンズへの入射光の強度分布を勘案した回折効率の計算が可能になる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to calculate the diffraction efficiency in consideration of the intensity distribution of the incident light to the lens.

(第3の実施形態)
これまでに説明した実施例の回折効率計算装置ではレリーフ形状が既知であるものとした。しかし、レンズを設計した段階の設計レリーフ形状データと、加工用のバイトの情報、あるいはバイトの送り速度の情報などを知れば設計レリーフ形状を元に加工後のレリーフ形状を計算することが可能である。つまり、これらの情報を元に、設計したレンズの、製造によるレリーフ形状の変化を勘案して、最終的に得られるレンズの回折効率を計算することが可能となる。
(Third embodiment)
In the diffraction efficiency calculation apparatus of the embodiment described so far, the relief shape is assumed to be known. However, it is possible to calculate the relief shape after processing based on the design relief shape if you know the design relief shape data at the stage of designing the lens and the information about the tool bit for cutting or the feed speed of the bite. is there. That is, based on this information, it is possible to calculate the diffraction efficiency of the lens finally obtained by taking into account the change in the relief shape of the designed lens due to manufacturing.

なお、以下の実施例ではバイトを用いて切削加工した回折レンズ用金型を用いて、回折レンズを成型する場合を例に説明する。しかしながら、本発明はこのような場合に限定されず、金型を用いないで回折レンズを直接バイトで切削加工する場合にも同様に適用することができる。   In the following embodiments, a case where a diffractive lens is molded using a diffractive lens mold cut by a cutting tool will be described as an example. However, the present invention is not limited to such a case, and can be similarly applied to a case where a diffraction lens is directly cut with a cutting tool without using a mold.

(実施例8)
図9は本発明の第3の実施形態に係る回折効率計算装置の計算アルゴリズムである。
(Example 8)
FIG. 9 shows a calculation algorithm of the diffraction efficiency calculation apparatus according to the third embodiment of the present invention.

まず最初に、計算に必要なデータを入力する。即ち、回折レンズのレリーフの設計形状、金型の切削加工に使用する加工用バイトの先端部半径、レンズに使用される光源の波長、及びレンズ材料の屈折率を入力し、それぞれを順に第9、第10、第4、第5の記憶手段であるメモリに保存する。   First, input the data necessary for the calculation. That is, the design shape of the relief of the diffractive lens, the tip radius of the cutting tool used for cutting the mold, the wavelength of the light source used for the lens, and the refractive index of the lens material are input in order, respectively. , 10th, 4th and 5th storage means are stored in the memory.

ステップ701では、回折レンズの輪帯数をメモリMに保存し、輪帯のカウンタmを1に初期化する。   In step 701, the number of annular zones of the diffractive lens is stored in the memory M, and the annular zone counter m is initialized to 1.

ステップ702は、設計レリーフの形状の情報を元に加工後のレリーフ形状を求め、それを第3の記憶手段であるレリーフ形状保存用メモリに保存するステップである。   Step 702 is a step of obtaining a relief shape after processing based on information on the shape of the design relief, and saving it in a relief shape storage memory as a third storage means.

まず、第9及び第10の記憶手段であるメモリから、第m番目の輪帯の設計レリーフ形状及び加工用バイトの先端部のノーズ半径の情報tをそれぞれ取り出す。   First, information about the design relief shape of the m-th annular zone and the nose radius information t at the tip of the machining tool are extracted from the memory serving as the ninth and tenth storage means.

図10はこのステップ702における処理の過程を図示したものである。図10(a)において、801は鋸歯状のレリーフの設計形状である。ここで、レンズを金型をもちいてプレス成形あるいは射出成形により製造する場合には、金型で凹になる頂点(レンズでは凸になる頂点)をバイトのノーズ半径tで丸めた形状が加工後のレリーフ形状となる。即ち、レリーフ801の場合には、頂点802を半径tで丸めればよい。そこで、801に半径がtの円弧803を内接させることにより、図10(b)に示す加工後のレリーフ形状804を得る。この804を第3の記憶手段である、レリーフ形状を保存するためのメモリに保存する。なお、レンズ材料をバイトで切削してレンズを製造するような場合にはレンズのレリーフで凹になる箇所を半径tで丸めればよい。このステップ702が本発明の第4の演算手段である。   FIG. 10 illustrates the process in step 702. In FIG. 10A, reference numeral 801 denotes a design shape of a serrated relief. Here, when a lens is manufactured by press molding or injection molding using a mold, the shape obtained by rounding the apex that becomes concave in the mold (the apex that becomes convex in the lens) with the nose radius t of the bite is processed. Relief shape. That is, in the case of the relief 801, the vertex 802 may be rounded with the radius t. Therefore, by inscribing an arc 803 having a radius t to 801, a processed relief shape 804 shown in FIG. 10B is obtained. This 804 is stored in a memory for storing the relief shape, which is the third storage means. In the case where a lens is manufactured by cutting a lens material with a cutting tool, a concave portion in the relief of the lens may be rounded with a radius t. This step 702 is the fourth computing means of the present invention.

ステップ703は、輪帯の回折効率を計算するステップである。このステップでは、例えば、実施例2で説明したように、第3、第4、第5の記憶手段であるメモリからそれぞれレリーフ形状、波長、屈折率の情報を取り出して、回折効率を計算し、計算結果を第1の記憶手段であるメモリηに保存する。   Step 703 is a step of calculating the diffraction efficiency of the annular zone. In this step, for example, as described in the second embodiment, information on the relief shape, wavelength, and refractive index is respectively extracted from the memory that is the third, fourth, and fifth storage means, and the diffraction efficiency is calculated. The calculation result is stored in the memory η which is the first storage means.

ステップ704は、m=Mかどうかを確認する。m=Mが成立しなければ、ステップ705に進み、mを1つ増分して再度ステップ702及び703を繰り返す。このステップ704及び705が第1と第2の繰り返し手段の両方を兼ねたものである。704でm=Mが成立したときには、702及び703のステップを全ての輪帯に対して実行済みであることを意味し、そのときには、第1の記憶手段であるメモリηには各輪帯の回折効率の情報が保存された状態となる。   Step 704 checks whether m = M. If m = M does not hold, the process proceeds to step 705, m is incremented by 1, and steps 702 and 703 are repeated again. Steps 704 and 705 serve as both the first and second repeating means. When m = M is established in 704, it means that the steps 702 and 703 have been executed for all the annular zones, and in that case, the memory η as the first storage means has each annular zone. The diffraction efficiency information is stored.

ステップ706は各輪帯に対する重率Wを求めるステップである。このステップの具体的な計算内容は、実施例5、実施例6あるいは実施例7ですでに説明したので省略する。ステップ706により得た各輪帯の重率の情報は、第2の記憶手段であるメモリWに保存される。   Step 706 is a step for obtaining the weight ratio W for each annular zone. Since the specific calculation contents of this step have already been described in the fifth, sixth, or seventh embodiment, a description thereof will be omitted. Information on the weight ratio of each zone obtained in step 706 is stored in the memory W as the second storage means.

ステップ707はレンズ全体の回折効率を求めるステップである。具体的な計算内容は実施例1と同様であり、ここでの説明は省略する。   Step 707 is a step for obtaining the diffraction efficiency of the entire lens. The specific calculation contents are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted here.

以上説明したように、本実施例の装置を用いることによって、レンズの設計データと、加工用のバイトの情報を元に回折効率を計算することが出来る。   As described above, the diffraction efficiency can be calculated based on the lens design data and the processing tool information by using the apparatus of this embodiment.

なお、参考のために、図11に本実施例の装置で計算した加工後のレリーフ形状の例を示す。2301及び2306はそれぞれピッチが25μm及び127μmで、深さは共に1.292μmのレリーフの設計形状である(図11の紙面上下方向と水平方向の縮尺は一致していない)。この深さDは、材料の屈折率nが1.5262、光源の波長λが680nmの時にちょうど下記式(10)を満足する。   For reference, FIG. 11 shows an example of a relief shape after processing calculated by the apparatus of this embodiment. 2301 and 2306 are relief design shapes having pitches of 25 μm and 127 μm, respectively, and a depth of 1.292 μm (the scales in the vertical direction and the horizontal direction in FIG. 11 do not match). This depth D exactly satisfies the following formula (10) when the refractive index n of the material is 1.5262 and the wavelength λ of the light source is 680 nm.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

従って、図11の設計レリーフ2301,2306は、表面反射を無視するとき、1次回折光の回折効率が100%の回折効率となるレリーフ形状である。このような設計レリーフの成型用金型をノーズ半径が10μmのバイトで加工した場合に、得られるレリーフ形状の計算結果がそれぞれ2302及び2307である。また、ノーズ半径が30μmのバイトで加工した場合に得られるレリーフ形状の計算結果はそれぞれ2304及び2309となる。なお、2点鎖線2303、2305、2308、2310はそれぞれの輪帯の設計レリーフ形状2301又は2306を示す。また、これらの輪帯の1次回折光の回折効率を、FFTを用いた方法で計算した結果は、設計レリーフ2301及び2306が100%、レリーフ2302が94.3%、レリーフ2304が90.0%、レリーフ2307が73.5%、レリーフ2309が54.5%である。   Therefore, the design reliefs 2301 and 2306 in FIG. 11 have a relief shape in which the diffraction efficiency of the first-order diffracted light is 100% when the surface reflection is ignored. When such a design relief mold is processed with a tool having a nose radius of 10 μm, the calculated relief shapes are 2302 and 2307, respectively. Also, the relief shape calculation results obtained when machining with a tool having a nose radius of 30 μm are 2304 and 2309, respectively. Two-dot chain lines 2303, 2305, 2308, and 2310 indicate the design relief shapes 2301 or 2306 of the respective annular zones. Further, the results of calculating the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of these annular zones by the method using FFT are 100% for the design reliefs 2301 and 2306, 94.3% for the relief 2302, and 90.0% for the relief 2304. Relief 2307 is 73.5%, and relief 2309 is 54.5%.

(実施例9)
加工用バイトの送り速度によっては、加工後のレリーフに切削痕が残る場合がある。切削痕によって加工後のレリーフ形状が周期的なうねりを持つため、そのうねりによる回折光が発生する。この結果、レンズの実際に使用する次数の回折効率が低下する。従って、切削痕を考慮したシミュレーションをすれば、加工用バイトの送り速度と得られたレンズの回折効率の関係を知ることが出来る。これは、レンズの製造工程を検討するための有益なデータとすることが出来る。
Example 9
Depending on the feed speed of the cutting tool, cutting marks may remain on the relief after processing. Since the relief shape after processing has a periodic undulation due to the cutting trace, diffracted light is generated by the undulation. As a result, the diffraction efficiency of the actually used order of the lens is lowered. Therefore, if a simulation is performed in consideration of the cutting trace, the relationship between the processing tool feed speed and the obtained lens diffraction efficiency can be known. This can be useful data for studying the lens manufacturing process.

この計算を行うためには、実施例8の説明において、ステップ702として示した第4の演算手段として、図12に示すアルゴリズムを用いることにより可能となる。また、図13はこのアルゴリズムを説明するための図である。   In order to perform this calculation, it is possible to use the algorithm shown in FIG. 12 as the fourth calculation means shown as step 702 in the description of the eighth embodiment. FIG. 13 is a diagram for explaining this algorithm.

図13(a)において、レリーフの設計形状は実線901に示す鋸歯状であるとし、加工用バイトのノーズ半径をt、被切削金型1回転あたりの加工バイトの送り量をsとする。またこれらの情報は、あらかじめそれぞれ順に計算装置の第9、第10、第11の記憶手段に保存されているものとする。   In FIG. 13A, the relief design shape is a sawtooth shape indicated by a solid line 901, the nose radius of the machining tool is t, and the machining tool feed amount per rotation of the die to be cut is s. In addition, it is assumed that these pieces of information are stored in advance in the ninth, tenth, and eleventh storage units of the calculation device in advance.

図12において、ステップ1001では、設計レリーフ形状を第9の記憶手段であるメモリより読み出し、作業用として一時的に計算機のメモリに確保したデータ配列に保存する。   In FIG. 12, in step 1001, the design relief shape is read from the memory which is the ninth storage means, and stored in a data array temporarily reserved in the memory of the computer for work.

次の、ステップ1002では、第11の記憶手段であるメモリSの値を用いて、レリーフ上にバイト先端の接点を求め、これを作業用として一時的に計算機のメモリ上に確保した接点保存用配列Pに保存する。具体的には、図13(a)の、レリーフのピッチ方向(図13では横軸方向)の間隔が送り速度sの平行な線902を引き、前記線902と設計レリーフ901との交点P1、P2、P3、・・・、PG-1、PGを求め、その座標をメモリに保存する。なお、ここでは前記の交点の数がG箇所あるものとする。 In the next step 1002, using the value of the memory S which is the eleventh storage means, the contact at the tip of the byte is obtained on the relief, and this is temporarily saved in the memory of the computer for use as a work. Save to array P. Specifically, in FIG. 13A, a line 902 in which the spacing in the relief pitch direction (horizontal axis direction in FIG. 13) is parallel to the feed speed s is drawn, and the intersection point P 1 between the line 902 and the design relief 901 is drawn. , P 2 , P 3 ,..., P G−1 , P G are obtained, and the coordinates are stored in the memory. Here, it is assumed that there are G intersections.

次のステップ1003ではカウンタgを1に初期化する。   In the next step 1003, the counter g is initialized to 1.

ステップ1004では、Pgで設計レリーフに接する半径tの円弧Cgを求める。 In step 1004, determining the arc C g of radius t in contact with the design relief in P g.

ステップ1005では1004で求めた円弧が設計レリーフ形状と交わるかどうかをチェックする。交わる場合(例えば、図13で円弧CGの場合)ステップ1007に進む。交わらない場合には、ステップ1006に進む。 In step 1005, it is checked whether or not the arc obtained in 1004 intersects the design relief shape. If intersects (e.g., if the arc C G in FIG. 13) proceeds to step 1007. If not, the process proceeds to step 1006.

ステップ1006では、上記で求めた円弧の形状を形状保存配列に保存し、ステップ1007に進む。   In step 1006, the arc shape obtained above is stored in the shape storage array, and the process proceeds to step 1007.

ステップ1007では全ての交点Pに対してステップ1004を行ったのかどうかを確認する。g=Gでない場合には、1008に進み、gを1つ増分して次の計算を行う。g=Gの場合には、計算が終了していることを示す。   In step 1007, it is confirmed whether or not step 1004 has been performed for all intersection points P. If g = G is not satisfied, the process proceeds to 1008, where g is incremented by 1, and the next calculation is performed. When g = G, the calculation is complete.

以上により、形状保存用の配列には、図13(b)に示した切削の送り速度を考慮した加工後の形状データ903が保存される。このデータは第3の記憶手段であるメモリに保存される。   Thus, the shape data 903 after processing taking into consideration the cutting feed rate shown in FIG. 13B is stored in the shape storage array. This data is stored in a memory which is a third storage means.

(第4の実施形態)
写真用のレンズなど広い波長域に亘って使用するレンズの場合、回折効率の計算を複数の波長で計算する必要がある。この場合、これまでに説明した実施例の計算処理を必要な波長分だけ繰り返せば良いが、計算する波長数に比例して計算量が増大する。
(Fourth embodiment)
In the case of a lens used over a wide wavelength range such as a photographic lens, it is necessary to calculate the diffraction efficiency at a plurality of wavelengths. In this case, the calculation processing of the embodiment described so far may be repeated for the necessary wavelengths, but the calculation amount increases in proportion to the number of wavelengths to be calculated.

ここで、設計レリーフ形状から加工後のレリーフ形状を求めるステップは、例えば実施例8に示したような、設計レリーフに内接する円弧の方程式を求め、その包絡線を求めるようなステップであるため、計算量が多い。この加工後のレリーフ形状を求める計算はどの波長に対する回折効率の計算であっても同じであるため、1度レリーフ形状を計算して保存し、その結果を全ての波長の回折効率計算に用いることで、これまでの実施例で説明した計算方法を波長の回数だけ繰り返す場合に比べて計算量を低減し処理を高速化できる。重率の計算についても前記と同様のことがいえる。   Here, since the step of obtaining the relief shape after processing from the design relief shape is a step of obtaining an equation of an arc inscribed in the design relief as shown in, for example, Example 8, and obtaining the envelope thereof, There is a lot of calculation. Since the calculation for calculating the relief shape after processing is the same regardless of the calculation of diffraction efficiency for any wavelength, the relief shape should be calculated and stored once, and the result used for calculating the diffraction efficiency for all wavelengths. Thus, the amount of calculation can be reduced and the processing speed can be increased as compared with the case where the calculation methods described in the embodiments so far are repeated by the number of wavelengths. The same can be said for the calculation of the weight ratio.

さらには、ある輪帯の加工後のレリーフ形状を設計レリーフ形状から求めたときに、加工後のレリーフ形状を用いて計算する全ての波長における回折効率を順に計算し、記憶手段には計算された回折効率のみを保存し、続いて、次の輪帯の加工後のレリーフ形状を計算すればよい。このような手順の計算は、全ての輪帯の加工後のレリーフ形状をまずはじめに計算し、それらを記憶手段に保存しておいてから、記憶した加工後のレリーフ形状を順次読み出して計算しようとする波長における回折効率を順次計算する場合に比べて、加工後のレリーフ形状データは容量が大きいため、必要となる記憶容量を低減できる上に、データの読み出しにかかる時間を低減できる利点がある。   Furthermore, when the relief shape after processing a certain annular zone is obtained from the design relief shape, the diffraction efficiencies at all wavelengths calculated using the relief shape after processing are calculated in order, and are calculated in the storage means. It is only necessary to store the diffraction efficiency and then calculate the relief shape after processing the next annular zone. The calculation of such a procedure is to first calculate the relief shapes after processing of all the annular zones, save them in the storage means, and then sequentially read out the stored relief shapes after processing. Compared with the case of sequentially calculating the diffraction efficiency at the wavelength to be processed, the relief shape data after processing has a large capacity, so that there is an advantage that the required storage capacity can be reduced and the time required for reading the data can be reduced.

(実施例10)
図14は第4の実施形態に係る回折効率計算装置のアルゴリズムの説明図である。
(Example 10)
FIG. 14 is an explanatory diagram of an algorithm of the diffraction efficiency calculation apparatus according to the fourth embodiment.

あらかじめ、第9、第10、第4、第5、第7の記憶手段であるメモリには、それぞれ順に、レンズのレリーフの設計形状の情報、加工用のバイトの情報、複数の波長情報、前記複数の波長に対応する屈折率の情報及び回折レンズの輪帯の半径の情報が保存されているものとする。   In advance, in the memories which are the ninth, tenth, fourth, fifth and seventh storage means, respectively, the information on the design shape of the relief of the lens, the information on the processing tool, the plurality of wavelength information, It is assumed that information on the refractive index corresponding to a plurality of wavelengths and information on the radius of the annular zone of the diffractive lens are stored.

ステップ1101は計算を開始するために初期化するステップで、第1、第2及び第3の記憶手段であるメモリを計算装置上に確保し、レンズの輪帯の数をMに、計算する波長の数をLに、メモリmを1に初期化する。   Step 1101 is an initialization step for starting the calculation. A memory which is the first, second and third storage means is secured on the calculation device, the number of lens ring zones is M, and the wavelength to be calculated. Is initialized to L and the memory m is initialized to 1.

ステップ1102は、第9及び第10のメモリからレリーフの設計形状及びバイトのノーズ半径の情報を取り出して、輪帯の加工後のレリーフ形状を計算し、第3の記憶手段であるメモリに保存する。このステップの詳細な計算内容は、実施例8のステップ702に相当する。このステップ1102が本発明の第4の演算手段に相当する。   Step 1102 extracts the relief design shape and bite nose radius information from the ninth and tenth memories, calculates the relief shape after processing the annular zone, and stores it in the memory as the third storage means. . Detailed calculation contents of this step correspond to step 702 of the eighth embodiment. This step 1102 corresponds to the fourth calculation means of the present invention.

ステップ1103では波長カウンタを1に初期化する。続くステップ1104では第3、第4、第5の記憶手段であるメモリから加工後のレリーフ形状、第l番目めに相当する波長、第l番目の波長に対する材料の屈折率の情報をそれぞれ取り出して、回折効率を計算し、第1の情報記憶手段であるメモリに保存する。このステップ1104が第2の演算手段である。   In step 1103, the wavelength counter is initialized to 1. In the subsequent step 1104, the processed relief shape, the wavelength corresponding to the 1st wavelength, and the refractive index information of the material for the lth wavelength are extracted from the memory as the third, fourth and fifth storage means. Then, the diffraction efficiency is calculated and stored in the memory which is the first information storage means. This step 1104 is the second calculation means.

ステップ1105では、l=Lかどうかを判断する。l=Lであれば1104のステップを全部の波長に対して実行済みであることを意味し、次の1107に進む。l=Lが成立しない場合には、まだ計算していない波長があることを意味するので、ステップ1106に進んで、lを1つだけ増やして1104のステップを再度実行する。このステップ1105及び1106が第3の繰り返し手段に相当する。   In step 1105, it is determined whether l = L. If l = L, it means that step 1104 has been executed for all wavelengths, and the process proceeds to the next 1107. If l = L does not hold, it means that there is a wavelength that has not been calculated yet, so the process proceeds to step 1106, where l is incremented by 1, and step 1104 is executed again. Steps 1105 and 1106 correspond to a third repeating unit.

ステップ1107では、m=Mかどうかを判断する。m=Mであれば1102、1103、1104のステップを全部の輪帯に対して実行済みであることを意味するので、次の1109に進む。m=Mが成立しない場合には、まだ計算していない輪帯があることを意味するので、ステップ1108に進んで、mを1つだけ増やして1102、1103、1104のステップを再度実行する。このステップ1107及び1108が第4の繰り返し手段である。   In step 1107, it is determined whether m = M. If m = M, it means that steps 1102, 1103, 1104 have been executed for all the annular zones. If m = M does not hold, it means that there is an annular zone that has not been calculated yet, so the process proceeds to step 1108, where m is increased by 1, and steps 1102, 1103, and 1104 are executed again. Steps 1107 and 1108 are the fourth repeating means.

ステップ1109では、第7の記憶手段であるメモリから輪帯の半径の情報を取り出して重率を計算し、重率を保存するための第2の記憶手段であるメモリに保存する。このステップの計算内容は、実施例6ですでに説明した内容と同じでよい。なお、第2の記憶手段に保存する重率に関する情報は、輪帯の半径から計算する実施例6の方法ではなく、第2の実施形態の実施例5又は実施例7の方法で計算してもよい。   In step 1109, the information on the radius of the zonal zone is extracted from the memory which is the seventh storage means, the weight is calculated, and is stored in the memory which is the second storage means for storing the weight. The calculation content of this step may be the same as the content already described in the sixth embodiment. Note that the information on the weighting ratio stored in the second storage means is calculated by the method of Example 5 or Example 7 of the second embodiment, not by the method of Example 6 calculated from the radius of the annular zone. Also good.

ステップ1110では波長カウンタであるlを1に初期化する。次の、ステップ1111では、第1及び第2の記憶手段から第l番目の波長に対する輪帯毎の回折効率の情報及び輪帯の重率の情報を取り出して第l番目の波長に対するレンズ全体の屈折率を計算する。ステップ1112では、l=Lかどうかを判断する。l=Lであれば1111のステップを全部の波長に対して実行済みであることを意味し、計算を終了する。l=Lが成立しない場合には、まだ計算していない波長があることを意味するので、ステップ1113に進んで、lを1つだけ増やして1111のステップを再度実行する。このステップ1110、1111、1112、1113によって、下記式(5)が実行される。   In step 1110, the wavelength counter l is initialized to 1. In the next step 1111, the diffraction efficiency information for each annular zone and the information on the weight of the annular zone for the l-th wavelength are extracted from the first and second storage means, and the entire lens for the l-th wavelength is extracted. Calculate the refractive index. In step 1112, it is determined whether l = L. If l = L, it means that step 1111 has been executed for all wavelengths, and the calculation is terminated. If l = L does not hold, it means that there is a wavelength that has not been calculated yet, so the procedure proceeds to step 1113, where l is increased by 1, and step 1111 is executed again. By these steps 1110, 1111, 1112, and 1113, the following formula (5) is executed.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

j:回折光の次数を表す整数
l:波長の番号
jl:第l番目の波長における回折レンズのj次回折光に対する回折効率
M:回折効率を計算する被計算物の領域の数を示す正の整数(M>1)
m:被計算物の領域の番号
m:m番目の領域に対する重率
ηmjl:第l番目の波長におけるm番目の領域のj次回折光に対する回折効率
このステップ1110、1111、1112、1113が第1の演算手段である。
j: integer representing the order of the diffracted light l: wavelength number E jl : diffraction efficiency of the diffractive lens at the l-th wavelength with respect to the j-th order diffracted light M: positive indicating the number of areas of the object for calculating the diffraction efficiency Integer (M> 1)
m: Number of the area of the object to be calculated W m : Weight ratio for the mth area η mjl : Diffraction efficiency for the jth order diffracted light of the mth area at the lth wavelength The steps 1110, 1111, 1112, 1113 are the first 1 computing means.

本実施例に示した計算アルゴリズムを用いると、比較的少ない記憶容量で、なおかつ高速に多波長の計算を行うことが可能となる。よって、カメラ用レンズなど広い波長域で用いるレンズの設計をする際には計算時間を短縮でき特に有用である。   When the calculation algorithm shown in this embodiment is used, it is possible to perform multi-wavelength calculations at a high speed with a relatively small storage capacity. Therefore, when designing a lens for use in a wide wavelength range such as a camera lens, the calculation time can be shortened, which is particularly useful.

(第5の実施形態)
製造された回折レンズや、レンズ成型用金型の形状は表面あらさ計等の超精密の形状評価装置を用いて計測することが可能である。回折レンズの製造上、レンズやレンズ成型用金型の形状精度がどの程度回折効率に影響を与えるのかを知ることは公差の決定や、不良品の選別など製品の品質管理上重要である。
(Fifth embodiment)
The shape of the manufactured diffractive lens or lens molding die can be measured using an ultra-precision shape evaluation device such as a surface roughness meter. In manufacturing a diffractive lens, knowing how much the accuracy of the shape of the lens or lens molding die affects the diffraction efficiency is important for product quality control, such as determining tolerances and selecting defective products.

(実施例11)
図15は第5の実施形態に係るレンズ形状計測装置の構成図である。
(Example 11)
FIG. 15 is a configuration diagram of a lens shape measuring apparatus according to the fifth embodiment.

被検レンズ1201はステージ1202上に配置される。ステージ1202はステージ制御装置1203によって、水平方向に移動する。触針1204はレンズに接するように触針制御装置1205によって垂直方向に移動するよう制御されている。   The test lens 1201 is disposed on the stage 1202. The stage 1202 is moved in the horizontal direction by the stage controller 1203. The stylus 1204 is controlled to move in the vertical direction by the stylus control device 1205 so as to contact the lens.

ステージ制御装置1203及び触針制御装置1205はステージ座標Y及び触針の座標Zを演算装置1206に転送する。ステージ座標Yとそれに対応する触針の座標Zの組で構成されるデータ列がレンズの形状情報となる。ハードディスクドライブ装置(HDD)1207にはコンピュータを用いて回折効率を計算するプログラムが記録されており、演算装置1206は、これを読み込むことにより装置を制御し、データを求める。回折効率の計算に必要なデータはキーボード1208から入力する。ディスプレイ1209には計算結果や、計測した形状情報などを表示する。   The stage control device 1203 and the stylus control device 1205 transfer the stage coordinate Y and the stylus coordinate Z to the arithmetic unit 1206. A data string composed of a set of stage coordinates Y and stylus coordinates Z corresponding thereto is lens shape information. A hard disk drive (HDD) 1207 stores a program for calculating diffraction efficiency using a computer, and an arithmetic unit 1206 reads the program to control the apparatus and obtain data. Data necessary for calculating the diffraction efficiency is input from the keyboard 1208. A display 1209 displays a calculation result, measured shape information, and the like.

図16は本実施例のコンピュータを用いて回折効率を計算するソフトウェアのアルゴリズムである。   FIG. 16 shows a software algorithm for calculating the diffraction efficiency using the computer of this embodiment.

ステップ1301はデータ入力をするステップであり、計測用被検レンズの計測範囲、サンプリング点数などの形状計測用のデータと、硝子材料の屈折率、波長などの回折効率に必要なデータを入力する。   Step 1301 is a step of inputting data. Data for shape measurement such as the measurement range and the number of sampling points of the measurement lens to be measured, and data necessary for diffraction efficiency such as the refractive index and wavelength of the glass material are input.

ステップ1302は形状を計測するステップであり、ステージ1202をステージ制御装置1203を用いて水平方向に動かしながらそのときのステージの座標データと、触針制御装置1205からの触針の座標データを計算機のメモリ領域にあらかじめ確保した計測データ配列Uに保存する。   Step 1302 is a step of measuring the shape. While moving the stage 1202 in the horizontal direction using the stage controller 1203, the coordinate data of the stage at that time and the coordinate data of the stylus from the stylus controller 1205 are calculated by the computer. The data is stored in the measurement data array U secured in advance in the memory area.

ここで、図17(a)の実線2201は表面粗さ計を用いて屈折回折一体型のレンズを計測した場合のデータの例である。縦軸2202が被測定レンズの光軸と一致し、縦軸方向はレンズのサグ量に相当する。横軸2203はレンズのレンズの中心から外周への方向(半径方向)に一致する。   Here, a solid line 2201 in FIG. 17A is an example of data obtained when a refractive / diffraction integrated lens is measured using a surface roughness meter. The vertical axis 2202 coincides with the optical axis of the lens to be measured, and the vertical axis direction corresponds to the sag amount of the lens. The horizontal axis 2203 corresponds to the direction from the lens center to the outer periphery (radial direction) of the lens.

次のステップ1303では、計測データが金型であるかレンズであるのかを判断する。計測データがレンズであれば、ステップ1305に進み、計測データが金型の計測データの場合には、ステップ1304に進み、このステップ1304でデータを反転させてレンズ形状のデータを作り、それを計測データ配列Uに保存する。   In the next step 1303, it is determined whether the measurement data is a mold or a lens. If the measurement data is a lens, the process proceeds to step 1305. If the measurement data is mold measurement data, the process proceeds to step 1304. In step 1304, the data is inverted to create lens shape data, and the measurement is performed. Save to data array U.

ステップ1305は計測した形状データを最小二乗法などを用いて非球面、球面あるいは平面にフィッテングする。続く1306のステップではステップ1305で求めた非球面、球面あるいは平面の形状を計測データ配列Uから除去し、レリーフ形状配列Lに保存する。   In step 1305, the measured shape data is fitted to an aspherical surface, a spherical surface, or a plane using a least square method or the like. In the subsequent step 1306, the shape of the aspherical surface, spherical surface or plane obtained in step 1305 is removed from the measurement data array U and stored in the relief shape array L.

この1305及び1306の処理を説明する図が図17である。回折レンズの回折効率の演算には、レンズ表面の微視的な起伏形状が重要である。ところが、表面粗さ計などのような形状計測装置を用いて回折レンズを計測した場合には、実線2201に示すように微視的な起伏形状が巨視的な曲面形状に重畳した状態で計測される。そのため、計測データからレンズの巨視的な曲面形状データを除去する処理が必要である。図17(a)の破線2204はステップ1305で求めた非球面多項式をプロットしたものである。図17(b)に示すレリーフ形状2205はステップ1306によって計測データ2201から巨視的形状データ2204を除去した結果である。このレリーフ形状2205が形状配列Lに保存される。   FIG. 17 is a diagram for explaining the processes 1305 and 1306. In calculating the diffraction efficiency of a diffractive lens, the microscopic undulation shape of the lens surface is important. However, when a diffractive lens is measured using a shape measuring device such as a surface roughness meter, the measurement is performed in a state where a microscopic undulation shape is superimposed on a macroscopic curved surface shape as indicated by a solid line 2201. The Therefore, it is necessary to remove the macroscopic curved surface shape data of the lens from the measurement data. A broken line 2204 in FIG. 17A is a plot of the aspheric polynomial obtained in step 1305. A relief shape 2205 shown in FIG. 17B is a result of removing the macroscopic shape data 2204 from the measurement data 2201 in step 1306. The relief shape 2205 is stored in the shape array L.

ステップ1307では輪帯カウンタmを1に初期化し、ステップ1308では第m番目の輪帯の回折効率を計算し、第1の記憶手段であるメモリに保存する。ステップ1309では全ての輪帯に対して計算済みであるのかどうかを確認し、まだ計算していない輪帯があればステップ1310でmを一つ増分してステップ1308を繰り返す。ステップ1309で全ての輪帯に対して計算が終了していることを確認した場合には、ステップ1311に進み、ここで、各輪帯に対する重率を計算し、第2の記憶手段であるメモリに保存する。ステップ1312では第1及び第2の記憶手段であるメモリから輪帯毎の回折効率と輪帯毎の重率の情報を取り出してレンズ全体の回折効率を求める。ステップ1307〜1312によるレンズ全体の回折効率の計算は、第1の実施形態又は第2の実施形態に説明した本発明の回折効率計算装置を使用して計算することができる。   In step 1307, the annular zone counter m is initialized to 1, and in step 1308, the diffraction efficiency of the m-th annular zone is calculated and stored in the memory which is the first storage means. In step 1309, it is confirmed whether calculation has been completed for all the annular zones. If there is an annular zone that has not yet been calculated, m is incremented by one in step 1310 and step 1308 is repeated. If it is confirmed in step 1309 that the calculation has been completed for all the annular zones, the process proceeds to step 1311 where the weighting factor for each annular zone is calculated and the memory serving as the second storage means. Save to. In step 1312, information on the diffraction efficiency for each annular zone and the weighting factor for each annular zone is extracted from the memory serving as the first and second storage means, and the diffraction efficiency of the entire lens is obtained. The calculation of the diffraction efficiency of the entire lens in steps 1307 to 1312 can be calculated using the diffraction efficiency calculation apparatus of the present invention described in the first embodiment or the second embodiment.

なお、本実施例では触針式の形状計測装置を用いて説明したが、これが、光学式の非接触形状計測器や、原子間力を利用した形状計測器など他の形状計測装置であっても同様に動作することは言うまでもない。   In this embodiment, the stylus type shape measuring device has been described. However, this is another shape measuring device such as an optical non-contact shape measuring device or a shape measuring device using atomic force. Needless to say, it works the same way.

以上本実施の形態で述べた形状計測装置を用いれば、計測した回折レンズ又は回折レンズ用金型の形状から回折効率を容易に計算することが可能となる。   If the shape measuring apparatus described in the present embodiment is used as described above, the diffraction efficiency can be easily calculated from the measured shape of the diffraction lens or the diffraction lens mold.

(第6の実施形態)
図18は第6の実施形態に係る回折効率を勘案したレンズ設計のアルゴリズムの説明図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 18 is an explanatory diagram of a lens design algorithm in consideration of diffraction efficiency according to the sixth embodiment.

まず、レンズの目標仕様を決定し(ステップ1401)、続いて、レンズの初期パラメータを入力する(ステップ1402)。続いて、入力されたレンズパラメータに対して光線を追跡して光学性能を計算し(ステップ1403)、性能が目標仕様を満足するかどうか確認する(ステップ1404)。ここで、性能が満足であればステップ1406に進み、そうでなければ、ステップ1405でレンズのパラメータを修正して、再度光学性能を評価するステップ1403を繰り返す。   First, the target specification of the lens is determined (step 1401), and then the initial parameters of the lens are input (step 1402). Subsequently, the optical performance is calculated by tracing the ray with respect to the input lens parameter (step 1403), and it is confirmed whether the performance satisfies the target specification (step 1404). If the performance is satisfactory, the process proceeds to step 1406; otherwise, the lens parameters are modified in step 1405, and step 1403 for evaluating the optical performance is repeated.

ステップ1406では加工を勘案した回折効率を計算する。この計算は、本発明の第3の実施形態で説明した回折効率計算装置を使用して行うことができる。   In step 1406, the diffraction efficiency considering the processing is calculated. This calculation can be performed using the diffraction efficiency calculation apparatus described in the third embodiment of the present invention.

ステップ1407で計算で得られた回折効率がシステム設計上の条件を満足するかどうかを検討し、回折効率が満足であれば、設計を完了し(ステップ1408)、回折効率が不満であれば、回折レンズのパラメータを修正し(ステップ1405)、光学性能の計算のステップ1403に戻る。   It is examined whether the diffraction efficiency obtained by the calculation in Step 1407 satisfies the system design conditions. If the diffraction efficiency is satisfied, the design is completed (Step 1408). If the diffraction efficiency is unsatisfactory, The parameters of the diffractive lens are corrected (step 1405), and the process returns to step 1403 of the optical performance calculation.

回折効率を改善するようにパラメータを修正することは、回折レンズのピッチを広くする方向にレンズデータを補正することとなる。このとき、特にレンズの外周部のピッチの狭いところを拡げると回折効率の改善には効果がある。このときには、回折レンズのピッチの修正によって発生する収差を屈折レンズの非球面係数を修正することにより補正する必要がある。   Correcting the parameters so as to improve the diffraction efficiency corrects the lens data in the direction of widening the pitch of the diffractive lens. At this time, it is effective to improve the diffraction efficiency especially when the narrow pitch portion of the outer peripheral portion of the lens is widened. At this time, it is necessary to correct the aberration caused by the correction of the pitch of the diffractive lens by correcting the aspherical coefficient of the refractive lens.

また、回折レンズ全体のパワーを小さくしても、結果として回折レンズのピッチを拡げることが可能で、回折効率の改善には効果がある。この場合には、回折レンズにより色収差補正などを行っていた場合には色収差補正量が少なくなるが、本手法を用いて設計することにより、色収差の補正量と、回折効率の許容量の両方の制約条件を鑑みてレンズ設計を行うことが可能である。   Even if the power of the entire diffractive lens is reduced, the pitch of the diffractive lens can be increased as a result, which is effective in improving the diffraction efficiency. In this case, the chromatic aberration correction amount decreases when chromatic aberration correction is performed by a diffraction lens, but by designing using this method, both the correction amount of chromatic aberration and the allowable amount of diffraction efficiency can be achieved. It is possible to design a lens in consideration of the constraint conditions.

また、本発明の回折効率を計算する方法をレンズ設計ソフトに組み込めば、前述の工程を簡素化しつつ、より最適な設計解を得ることが可能となる。より具体的には、レンズ設計のメリットファンクション(評価関数)の1つとして、加工を勘案した回折効率を使えるようにすればよい。これはレンズ設計ソフトに本発明の回折効率を計算するプログラムを組み込むだけで容易に実現可能である。こうすれば、設計者は、収差条件などと同様に回折効率を評価関数として要求し、例えばDLS法などの広く知られた最適化技術を用いて評価関数を極小にする設計解を得ることが可能となる。   If the method for calculating the diffraction efficiency of the present invention is incorporated in the lens design software, it is possible to obtain a more optimal design solution while simplifying the above-described steps. More specifically, as one of the merit functions (evaluation functions) of lens design, diffraction efficiency taking into account processing may be used. This can be easily realized simply by incorporating the program for calculating the diffraction efficiency of the present invention into the lens design software. In this way, the designer can request diffraction efficiency as an evaluation function in the same way as the aberration condition, and obtain a design solution that minimizes the evaluation function using a well-known optimization technique such as the DLS method. It becomes possible.

以上、本実施形態にて述べたように、レンズ設計時に、加工も勘案して回折効率を知ることができれば、回折効率に対する制約が厳しい光学系を設計する場合に有効である。   As described above, as described in the present embodiment, if the diffraction efficiency can be known in consideration of processing at the time of lens design, it is effective when designing an optical system in which restrictions on the diffraction efficiency are severe.

(第7の実施形態)
ここでは、第6の実施形態のレンズ設計装置を用いて設計したレンズについて説明する。
(Seventh embodiment)
Here, a lens designed using the lens design apparatus of the sixth embodiment will be described.

本実施の形態では、屈折レンズの色収差を回折レンズで補正する色消しレンズの設計を例に説明する。レンズ設計時に、回折効率を改善するようにレンズの設計データを修正することは、回折レンズのピッチを拡げるようにピッチを修正することとなる。ピッチの修正の考え方には以下に示す2とおりの考え方がある。   In the present embodiment, a design of an achromatic lens that corrects chromatic aberration of a refractive lens with a diffraction lens will be described as an example. At the time of designing the lens, correcting the lens design data so as to improve the diffraction efficiency means correcting the pitch so as to widen the pitch of the diffractive lens. There are two ways of correcting the pitch as shown below.

1つは、回折レンズの焦点距離を長くすることである。こうすることで、全体的にピッチを拡げることが可能となり、回折効率が改善される。レンズ全体の合成焦点距離が一定となるような制約下で回折レンズの焦点距離を長くした場合、屈折レンズの焦点距離をそれに応じて短くする必要があるため、結果として、色収差補正条件を満足できず、色収差が補正不足となるような光学特性を持つレンズとなる。   One is to increase the focal length of the diffractive lens. By doing so, the pitch can be expanded as a whole, and the diffraction efficiency is improved. When the focal length of the diffractive lens is increased under the constraint that the total focal length of the entire lens is constant, the refractive lens needs to be shortened accordingly, and as a result, the chromatic aberration correction condition can be satisfied. Therefore, the lens has optical characteristics such that chromatic aberration is insufficiently corrected.

もう1つは、レンズの周辺部のピッチを拡げることである。これは、周辺部のピッチの細かい部分で回折効率の低下が著しいため、これを防ぐのに効果がある。この場合には、レンズの中心近傍を透過する光束は色収差が補正されているが、レンズの周辺部を通る光束に対しては色収差が補正不足となるようなレンズ特性を有する。   The other is to increase the pitch at the periphery of the lens. This is effective in preventing this because the diffraction efficiency is remarkably lowered at a fine pitch in the peripheral portion. In this case, the chromatic aberration of the light beam transmitted near the center of the lens is corrected, but the lens characteristic is such that the chromatic aberration is insufficiently corrected for the light beam passing through the periphery of the lens.

また、上記の2つの考え方を複合したレンズも設計できる。つまり、回折レンズの焦点距離を色消し条件から若干長いように設定し、さらにレンズ周辺のピッチを正規のピッチから若干拡げることとする。このように設計した場合、全体的な色収差の補正不足量及びレンズ周辺部を透過する光束に対する色収差補正不足量はそれぞれ独立で回折効率の改善を行った場合よりも少なくて済み、結果として、光学特性の劣化を少なくすることができる。   A lens that combines the above two concepts can also be designed. In other words, the focal length of the diffractive lens is set to be slightly longer than the achromatic condition, and the pitch around the lens is slightly expanded from the normal pitch. When designed in this way, the overall amount of undercorrection of chromatic aberration and the amount of undercorrection of chromatic aberration with respect to the light beam transmitted through the periphery of the lens can be smaller than in the case of independently improving the diffraction efficiency. The deterioration of characteristics can be reduced.

以上説明したように、第6の実施形態のレンズ設計装置を用いて設計した色収差補正レンズは、色収差補正が補正不足気味となるが、その分ダイヤモンドバイトを用いた切削加工で製造したときに、製造による回折効率の低下が少ないレンズを得ることができる。   As described above, the chromatic aberration correction lens designed by using the lens design apparatus of the sixth embodiment seems to be insufficiently corrected for chromatic aberration, but when it is manufactured by cutting using a diamond tool, A lens with little decrease in diffraction efficiency due to manufacture can be obtained.

(第8の実施形態)
ここでは、第8の実施形態に係る屈折回折一体型レンズについて説明する。屈折回折一体型レンズとは、複数の同心円状の輪帯にて構成される回折レンズを、屈折レンズの少なくとも1つの面上に構成してなるレンズをいう。
(Eighth embodiment)
Here, a refractive-diffraction integrated lens according to the eighth embodiment will be described. The integrated refractive and diffractive lens is a lens formed by forming a diffractive lens composed of a plurality of concentric annular zones on at least one surface of a refractive lens.

レンズの設計中心波長をλ1、その前後の波長をλ2、λ3とする。各波長におけるレンズ材料の屈折率をそれぞれn1、n2及びn3とするとき、屈折レンズの使用波長域における部分分散係数νg及び回折レンズの使用波長域における部分分散係数νdを、下記式(11)、式(12)のように定義する。 The design center wavelength of the lens is λ 1 , and the wavelengths before and after that are λ 2 and λ 3 . When the refractive index of the lens material at each wavelength is n 1 , n 2, and n 3 , the partial dispersion coefficient ν g in the used wavelength range of the refractive lens and the partial dispersion coefficient ν d in the used wavelength range of the diffractive lens are as follows: It defines like Formula (11) and Formula (12).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

Figure 2005292860
Figure 2005292860

また、屈折レンズの焦点距離をfg、回折レンズの焦点距離をfd、合成焦点距離をfとするとき、下記式(13) When the focal length of the refractive lens is f g , the focal length of the diffractive lens is f d , and the combined focal length is f, the following formula (13)

Figure 2005292860
Figure 2005292860

を満足するように焦点距離を選ぶと、λ1、λ2、λ3の各波長において、色収差が除去される。 When the focal length is selected so as to satisfy the above, chromatic aberration is removed at each wavelength of λ 1 , λ 2 , and λ 3 .

ここで、一般の光学機器の設計上、色収差に対してはいくらかの許容範囲があって、ガラスレンズや樹脂レンズ単体の色収差の半分程度まで低減できれば十分である場合が多い。この場合には上記の式(13)を下記式(14)と書き直すことができる。   Here, in the design of a general optical apparatus, there is some tolerance for chromatic aberration, and it is often sufficient to reduce to about half of the chromatic aberration of a glass lens or a resin lens alone. In this case, the above equation (13) can be rewritten as the following equation (14).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

ここで、kはいわばガラス(又は樹脂)レンズ単体の色収差をどの程度まで除去するのかを示す係数であって、k=0の時には色収差が0の状態であって、k=1の場合は回折レンズを用いない場合となる。   Here, k is a coefficient indicating how much the chromatic aberration of the glass (or resin) lens itself is removed, and when k = 0, the chromatic aberration is 0, and when k = 1, diffraction is performed. This is the case when no lens is used.

ここで、
0.1≦k≦0.9
は回折効率を良好に確保しつつ、色収差補正を行うための条件であって、kが下限を越えると、輪帯数の多いレンズとなり、輪帯のピッチが狭くなってしまうため、満足な回折効率を得るためには鋭利なバイトを用いる必要があり、生産性が悪くなる。また、上限を越えると色収差の補正が満足に行えず、回折レンズを一体化した効果が不十分となる。
here,
0.1 ≦ k ≦ 0.9
Is a condition for correcting chromatic aberration while ensuring good diffraction efficiency. If k exceeds the lower limit, the lens has a large number of ring zones, and the pitch of the ring zones becomes narrow. In order to obtain efficiency, it is necessary to use a sharp bite, and productivity is deteriorated. If the upper limit is exceeded, chromatic aberration cannot be corrected satisfactorily, and the effect of integrating the diffractive lens becomes insufficient.

また、
0.2≦k≦0.8
を満足すればさらに好ましい。
Also,
0.2 ≦ k ≦ 0.8
Is more preferable.

(第9の実施形態)
図19は第9の実施形態に係る光情報記録再生装置に使用される対物レンズの概略形状及び光路を示す。
(Ninth embodiment)
FIG. 19 shows a schematic shape and an optical path of an objective lens used in the optical information recording / reproducing apparatus according to the ninth embodiment.

1501が本発明の光情報記録再生装置用の対物レンズであり、屈折レンズの入射面側に回折レンズ1502を設けた屈折回折一体型レンズである。1503は情報記録媒体の保護樹脂であり、1504は入射光束を示す。   Reference numeral 1501 denotes an objective lens for the optical information recording / reproducing apparatus of the present invention, which is a refractive / diffraction integrated lens provided with a diffractive lens 1502 on the incident surface side of the refractive lens. Reference numeral 1503 denotes a protective resin for the information recording medium, and 1504 denotes an incident light beam.

光情報記録再生装置において、光源のレーザは出力を変えたときに発信波長が変わってしまうので、対物レンズは、波長変化による焦点距離変化が少ないことが望ましい。本実施の形態に示すレンズは、屈折レンズと、回折レンズとが互いに正の屈折力を持ち、屈折レンズの色収差を回折レンズで補正する構成となっている。   In the optical information recording / reproducing apparatus, since the transmission wavelength of the light source laser changes when the output is changed, it is desirable that the objective lens has a small focal length change due to the wavelength change. The lens shown in this embodiment has a configuration in which the refractive lens and the diffractive lens have positive refractive powers, and the chromatic aberration of the refractive lens is corrected by the diffractive lens.

ここで、光情報記録再生装置用の半導体レーザ光源の波長変動は数nm程度であるので、設計波長±10nmの範囲での色消しを考えればよい。つまり、λ2=λ1−10nm、λ3=λ1+10nm、として部分分散を計算すればよい。 Here, since the wavelength variation of the semiconductor laser light source for the optical information recording / reproducing apparatus is about several nanometers, it is only necessary to consider achromaticity in the range of the design wavelength ± 10 nm. That is, partial dispersion may be calculated as λ 2 = λ 1 -10 nm and λ 3 = λ 1 +10 nm.

ここで、レンズの開口数(NA)をNとするとき回折レンズの最小ピッチpは概略下記式(15)で表すことができる。   Here, when the numerical aperture (NA) of the lens is N, the minimum pitch p of the diffractive lens can be roughly expressed by the following formula (15).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

ここで、光情報記録再生装置は光源波長λが650nm〜800nm、NAが0.45〜0.65程度である。   Here, the optical information recording / reproducing apparatus has a light source wavelength λ of about 650 nm to 800 nm and an NA of about 0.45 to 0.65.

また、一般にレンズ用の金型をバイトを用いて切削加工する場合、切削バイトの先端のノーズ半径が10μm程度であれば生産性がよく好ましい。それより小さなバイトは、回折効率を改善できるが、生産性が悪くなるため好ましくない。 ここで、上記の係数kについて、
0.2≦k≦0.6
は光情報記録再生装置の対物レンズとして好適なkの範囲である。kが下限を下回る場合には、ノーズ半径が10μm程度のバイトを用いてレンズ又はレンズ用金型を加工する場合に上述の最小ピッチpが短くなり、回折効率の低下を招く。また、kが上記式の上限を越えた場合には、色収差補正の効果が少なくなり、回折レンズを一体化させたメリットを十分に発揮できない。
In general, when a lens mold is cut using a cutting tool, it is preferable that the nose radius at the tip of the cutting tool is about 10 μm. A bit smaller than that can improve the diffraction efficiency, but is not preferable because the productivity becomes worse. Here, for the above coefficient k,
0.2 ≦ k ≦ 0.6
Is a range of k suitable for an objective lens of an optical information recording / reproducing apparatus. When k is lower than the lower limit, the minimum pitch p is shortened when a lens or a lens mold is processed using a cutting tool having a nose radius of about 10 μm, leading to a decrease in diffraction efficiency. Further, when k exceeds the upper limit of the above formula, the effect of correcting chromatic aberration is reduced, and the merit of integrating the diffraction lens cannot be fully exhibited.

また、
0.3≦k≦0.55
はNAが0.5以上の高NAレンズの場合に回折効率を満足に確保するための条件である。NAが高い場合最小ピッチが細かくなるため、kの下限を大きくする必要があり、また、高NAレンズは焦点深度が短いため、上限を0.55程度とする必要がある。
Also,
0.3 ≦ k ≦ 0.55
Is a condition for satisfactorily ensuring diffraction efficiency in the case of a high NA lens having an NA of 0.5 or more. Since the minimum pitch becomes fine when NA is high, the lower limit of k needs to be increased, and since the high NA lens has a short focal depth, the upper limit needs to be about 0.55.

(実施例12)
光学系の全系の焦点距離が3mmである場合に、屈折レンズと回折レンズの合成系(屈折回折一体型レンズ)で、光ヘッド用のレンズを設計した例を示す。
(Example 12)
An example in which a lens for an optical head is designed by a combined system of a refractive lens and a diffractive lens (refractive diffraction integrated lens) when the focal length of the entire optical system is 3 mm is shown.

設計に用いたレンズ材料の各波長に対する屈折率を表1に示す。   Table 1 shows the refractive index for each wavelength of the lens material used in the design.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

このときのνg及びνdは、νg=830.01735,νd=−34となる。 At this time, ν g and ν d are ν g = 830.01735 and ν d = −34.

合成焦点距離f=3.0mmの条件の下で、前記係数kを3通りに変えたときの設計結果を表2〜表4に示す。表中、回折効率はノーズ半径が10μmのバイトを用いて加工した場合の回折効率を本発明の回折効率計算装置を用いて計算した結果である。   Tables 2 to 4 show the design results when the coefficient k is changed in three ways under the condition of the composite focal length f = 3.0 mm. In the table, the diffraction efficiency is the result of calculating the diffraction efficiency when processing using a tool having a nose radius of 10 μm using the diffraction efficiency calculation apparatus of the present invention.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

Figure 2005292860
Figure 2005292860

Figure 2005292860
Figure 2005292860

以上より、0.3≦kとすることで、回折効率を改善できる。   From the above, the diffraction efficiency can be improved by setting 0.3 ≦ k.

続いて、合成焦点距離を5mmとした場合の同様の設計結果を下記表5〜7に示す。   Subsequently, similar design results when the combined focal length is 5 mm are shown in Tables 5 to 7 below.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

Figure 2005292860
Figure 2005292860

Figure 2005292860
Figure 2005292860

続いて、焦点距離が3mmで、別の材料を用いた場合を示す。   Subsequently, a case where the focal length is 3 mm and another material is used will be described.

設計に用いたレンズ材料の各波長に対する屈折率を表8に示す。   Table 8 shows the refractive index for each wavelength of the lens material used in the design.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

このときのνg及びνdは、νg=881.50345,νd=−34.0となる。設計結果を表9〜11に示す。 At this time, ν g and ν d are ν g = 881.50345 and ν d = −34.0. Tables 9 to 11 show the design results.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

Figure 2005292860
Figure 2005292860

Figure 2005292860
Figure 2005292860

以上の表に示した設計例より、材料や、焦点距離に関わらず、kを一定の範囲にすることで回折効率を改善できる。   From the design examples shown in the above table, the diffraction efficiency can be improved by keeping k in a certain range regardless of the material and focal length.

なお、本実施例において、回折レンズのm番目の輪帯半径rmは、下記式(16)により計算した。 In the present embodiment, m-th ring zone radius r m of the diffractive lens was calculated by the following equation (16).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

輪帯半径の計算法は仮想の高屈折率を用いる方法など他にも知られている。kが一定の範囲内に入るように屈折レンズと回折レンズの焦点距離を選択する事により回折効率を損なうことなく加工性に優れた屈折回折色消しレンズを設計できるという本願の趣旨は、他の方法を用いて輪帯半径を設計した場合においても同様の効果を有することは言うまでもなく明らかである。   Other methods for calculating the zonal radius are known, such as a method using a virtual high refractive index. The purpose of the present application is that a refraction / diffraction achromatic lens having excellent processability can be designed without impairing diffraction efficiency by selecting the focal length of the refraction lens and the diffraction lens so that k falls within a certain range. It goes without saying that the same effect can be obtained even when the zone radius is designed using the method.

また、本実施例では光ヘッド用のレンズとしたが、光源が半導体レーザと同程度の波長変動を有する光学系であれば本願発明の範囲でレンズ設計をすることにより、回折効率と色収差補正の両立を実現できることは言うまでもない。   In this embodiment, the lens for the optical head is used. However, if the light source has an optical system having the same wavelength fluctuation as that of the semiconductor laser, the lens is designed within the scope of the present invention so that the diffraction efficiency and chromatic aberration can be corrected. Needless to say, a balance can be realized.

また、本実施例においては回折レンズをレンズの入射面側に設ける構成で説明したが、レンズの射出面側に回折レンズを設ける構成にした場合も、同様の効果を有することは言うまでもない。   In this embodiment, the diffractive lens is provided on the incident surface side of the lens. However, it goes without saying that the same effect can be obtained when the diffractive lens is provided on the exit surface side of the lens.

(第10の実施形態)
次に、本発明の第10の実施形態に係る光ヘッドの構成について図面を参照しつつ説明する。
(Tenth embodiment)
Next, the configuration of an optical head according to the tenth embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.

図20は本実施形態の光ヘッドの構成図である。   FIG. 20 is a configuration diagram of the optical head of the present embodiment.

半導体レーザ光源1601からの発散光束1602はコリメートレンズ1603により略平行光束1604となり、ビームスプリッタ1605を透過し、本発明の光情報記録再生装置用対物レンズ1606によって、ディスク1607に集光される。ディスク1607からの反射光は本発明の光情報記録再生装置用対物レンズ1606により略平行光束となり、ビームスプリッタ1605によって反射されて、検出光学系1608によって、受光素子1609に集光される。   The divergent light beam 1602 from the semiconductor laser light source 1601 becomes a substantially parallel light beam 1604 by the collimator lens 1603, passes through the beam splitter 1605, and is condensed on the disk 1607 by the objective lens 1606 for the optical information recording / reproducing apparatus of the present invention. The reflected light from the disk 1607 becomes a substantially parallel light beam by the objective lens 1606 for the optical information recording / reproducing apparatus of the present invention, is reflected by the beam splitter 1605, and is condensed on the light receiving element 1609 by the detection optical system 1608.

ここで、半導体レーザ光源1601は情報の記録時と再生時とで出力を変化させるため、波長が若干変化する。対物レンズ1606として、第9の実施形態で説明した対物レンズを用いているので、色収差による対物レンズの焦点距離の変化が少ない。また、回折レンズの回折効率も良好であるため、迷光を減らすことができるため、良好な信号出力を得ることができる。   Here, since the output of the semiconductor laser light source 1601 changes between information recording and reproduction, the wavelength slightly changes. Since the objective lens described in the ninth embodiment is used as the objective lens 1606, a change in the focal length of the objective lens due to chromatic aberration is small. In addition, since the diffraction efficiency of the diffractive lens is good, stray light can be reduced, so that a good signal output can be obtained.

(第11の実施形態)
続いて、本発明の第11の実施形態に係る撮像用レンズについて図を用いて説明する。
(Eleventh embodiment)
Subsequently, an imaging lens according to an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図21は本発明の撮像用レンズの構成図である。1701は本発明の撮像用レンズであり、屈折レンズの入射面側に複数の同心円状の輪帯にて構成される回折レンズ1702を設けた屈折回折一体型レンズである。入射光1703はレンズにより、像平面1704に結像される。   FIG. 21 is a configuration diagram of the imaging lens of the present invention. Reference numeral 1701 denotes an imaging lens according to the present invention, which is an integrated refractive and diffractive lens provided with a diffractive lens 1702 composed of a plurality of concentric annular zones on the incident surface side of the refractive lens. Incident light 1703 is focused on an image plane 1704 by a lens.

本レンズにおいて、屈折レンズ、及び回折レンズ共に正の屈折力を有する構成となっており、屈折レンズの色収差を回折レンズを用いて補正している。   In this lens, both the refractive lens and the diffractive lens have a positive refractive power, and the chromatic aberration of the refractive lens is corrected using the diffractive lens.

撮像用のレンズの場合には使用する波長域が広く、基準波長λ1の回折効率だけでなく、λ2及びλ3の回折効率についても配慮が必要となる。基準波長以外で回折効率が低下した場合、レンズにより得られた像がフレアを含む画像となり好ましくない。 In the case of an imaging lens, the wavelength range to be used is wide, and it is necessary to consider not only the diffraction efficiency of the reference wavelength λ 1 but also the diffraction efficiency of λ 2 and λ 3 . When the diffraction efficiency is lowered at a wavelength other than the reference wavelength, the image obtained by the lens becomes an image containing flare, which is not preferable.

本発明の撮像用レンズは、前記係数kが下記の関係を満足することが好ましい。   In the imaging lens of the present invention, the coefficient k preferably satisfies the following relationship.

0.3≦k
kが上式の下限を越えると満足な回折効率を得るためには非常に鋭利なバイトを用いて加工する必要があり、レンズの生産性を損なう。
0.3 ≦ k
If k exceeds the lower limit of the above equation, it is necessary to process with a very sharp tool to obtain satisfactory diffraction efficiency, which impairs the productivity of the lens.

さらには、
0.4≦k≦0.7
を満足することが好ましい。本式の下限はFナンバーが1.5程度の明るいレンズにおいて、満足な回折効率を得るための条件であり、上限は残存色収差を屈折レンズ単体の場合の半分まで低減するための条件である。
Moreover,
0.4 ≦ k ≦ 0.7
Is preferably satisfied. The lower limit of this expression is a condition for obtaining satisfactory diffraction efficiency in a bright lens having an F number of about 1.5, and the upper limit is a condition for reducing the residual chromatic aberration to half that of a refractive lens alone.

(実施例13)
ここでは、回折レンズと屈折レンズの合成焦点距離が5mm、Fナンバーが1.55のレンズについてkの値を変えた3つの設計例について比較検討する。
(Example 13)
Here, three design examples in which the value of k is changed for a lens having a combined focal length of 5 mm and an F number of 1.55 for the diffractive lens and the refractive lens will be compared.

λ1、λ2、λ3は可視光域を使うことを考慮して、それぞれd線(587.6nm)、F線(486.1nm)、C線(656.3nm)とした。 λ 1 , λ 2 , and λ 3 are d-line (587.6 nm), F-line (486.1 nm), and C-line (656.3 nm) in consideration of using the visible light region.

表12に設計に用いた基準波長とその波長におけるレンズ材料の屈折率を示す。   Table 12 shows the reference wavelength used in the design and the refractive index of the lens material at that wavelength.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

表13、表15、表14はそれぞれk=0、0.4、0.7の場合の設計で、表中、回折効率はノーズ半径が10μmのバイトを用いて加工した場合の回折効率を本発明の回折効率計算装置を用いて計算した結果である。   Tables 13, 15, and 14 are designs for k = 0, 0.4, and 0.7, respectively. In the table, the diffraction efficiency is the diffraction efficiency when processed using a tool having a nose radius of 10 μm. It is the result calculated using the diffraction efficiency calculation apparatus of invention.

Figure 2005292860
Figure 2005292860

Figure 2005292860
Figure 2005292860

Figure 2005292860
Figure 2005292860

k=0の場合には輪帯数も多く、最小ピッチが小さい。結果としてノーズ半径が10μmのバイトを用いて加工したとしても、満足に回折効率を確保できない。   When k = 0, the number of annular zones is large and the minimum pitch is small. As a result, even if processing is performed using a tool having a nose radius of 10 μm, the diffraction efficiency cannot be secured satisfactorily.

これに対し、k=0.4として設計した場合には、ノーズ半径が10μmのバイトを用いても良好な回折効率を確保でき、生産性が良い。k=0.7にすればさらに良くなることが判る。   On the other hand, when designed with k = 0.4, good diffraction efficiency can be ensured even when a tool with a nose radius of 10 μm is used, and productivity is good. It can be seen that further improvement is obtained when k = 0.7.

なお、本実施例において、回折レンズのm番目の輪帯半径rmは、下記式(16)を用いて計算した。 In the present embodiment, m-th ring zone radius r m of the diffractive lens, was calculated using the following equation (16).

Figure 2005292860
Figure 2005292860

輪帯半径の計算法は仮想の高屈折率を用いる方法など他にも知られている。kが一定の範囲内に入るように屈折レンズと回折レンズの焦点距離を選択する事により回折効率を損なうことなく加工性に優れた屈折回折色消しレンズを設計できるという本願の趣旨は、他の方法を用いて輪帯半径を設計した場合においても同様の効果を有することは言うまでもなく明らかである。   Other methods for calculating the zonal radius are known, such as a method using a virtual high refractive index. The purpose of the present application is that a refraction / diffraction achromatic lens having excellent processability can be designed without impairing diffraction efficiency by selecting the focal length of the refraction lens and the diffraction lens so that k falls within a certain range. It goes without saying that the same effect can be obtained even when the zone radius is designed using the method.

なお、本実施例においては、λ1、λ2、λ3としてそれぞれd線、F線、C線を用いたが、これは対象とする被写体のスペクトル分布及び撮像素子の感度特性などを考慮して変更してもよい。波長を変更した場合においても、本発明に示す方法で設計すれば、回折効率と色収差補正の両方を勘案した設計解が得られることは言うまでもない。 In this embodiment, d-line, F-line, and C-line are used as λ 1 , λ 2 , and λ 3 , respectively, but this takes into account the spectral distribution of the subject and the sensitivity characteristics of the image sensor. May be changed. Even when the wavelength is changed, it goes without saying that a design solution that takes into account both diffraction efficiency and chromatic aberration correction can be obtained by designing with the method shown in the present invention.

また、本実施例においては回折レンズをレンズの入射面側に設ける構成で説明したが、レンズの射出面側に回折レンズを設ける構成にした場合も、同様の効果を有することは言うまでもない。   In this embodiment, the diffractive lens is provided on the incident surface side of the lens. However, it goes without saying that the same effect can be obtained when the diffractive lens is provided on the exit surface side of the lens.

(第12の実施形態)
次に、本発明の第12の実施形態に係る撮像装置について図面を参照しつつ説明する。
(Twelfth embodiment)
Next, an imaging device according to a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図22に示される撮像装置は、本発明の撮像用レンズ1801、CCDデバイス1802、及び信号処理回路1803を用いて構成されている。   The imaging apparatus shown in FIG. 22 is configured using an imaging lens 1801, a CCD device 1802, and a signal processing circuit 1803 of the present invention.

屈折回折一体型のレンズ1801はCCDデバイス1802上に被写体を結像する。CCDデバイス1802は光学像を電気信号に変換する。CCD1802から出力された電気信号は、信号処理回路1803により画像データへと加工される。   The refraction / diffraction integrated lens 1801 forms an image of a subject on the CCD device 1802. The CCD device 1802 converts the optical image into an electrical signal. The electrical signal output from the CCD 1802 is processed into image data by the signal processing circuit 1803.

ここで、屈折回折一体型のレンズとしては、本発明の第11の実施形態のレンズを用いている。そのため、回折レンズ一体型の単レンズで色収差除去を行っても、回折効率が良好であり、フレアの少ない画像出力を得ることができる。   Here, the lens according to the eleventh embodiment of the present invention is used as the refractive-diffraction integrated lens. Therefore, even if chromatic aberration is removed with a single lens integrated with a diffractive lens, the diffraction efficiency is good and an image output with little flare can be obtained.

本発明の第1の実施形態に係る回折効率計算装置の外観図1 is an external view of a diffraction efficiency calculation apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る回折効率計算装置のブロック構成図The block block diagram of the diffraction efficiency calculation apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態に係る回折効率計算装置のアルゴリズムの説明図。Explanatory drawing of the algorithm of the diffraction efficiency calculation apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る回折効率計算装置のデータ配列の説明図。Explanatory drawing of the data arrangement | sequence of the diffraction efficiency calculation apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る回折効率計算装置の計算アルゴリズムの説明図Explanatory drawing of the calculation algorithm of the diffraction efficiency calculation apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention FFTを用いた回折効率の計算法のアルゴリズムの説明図Explanatory drawing of algorithm of calculation method of diffraction efficiency using FFT 半導体レーザの光量分布の説明図Illustration of light intensity distribution of semiconductor laser 本発明の第2の実施の形態に係る回折効率計算装置の計算アルゴリズムの説明図Explanatory drawing of the calculation algorithm of the diffraction efficiency calculation apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第3の実施形態に係る回折効率計算装置のアルゴリズムの説明図Explanatory drawing of the algorithm of the diffraction efficiency calculation apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態における加工後のレリーフ形状の計算の説明図Explanatory drawing of calculation of the relief shape after the process in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る回折効率計算装置で、設計レリーフ形状から加工後のレリーフ形状を計算した例を示した図。The figure which showed the example which calculated the relief shape after a process from the design relief shape in the diffraction efficiency calculation apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. バイトの送り速度を勘案して加工後のレリーフ形状を計算するアルゴリズムの説明図Explanatory diagram of the algorithm to calculate the relief shape after processing taking into account the feed rate of the tool バイトの送り速度を勘案して加工後のレリーフ形状を計算する過程の説明図Explanatory drawing of the process of calculating the relief shape after processing taking into account the feed rate of the tool 本発明の第4の実施形態に係る回折効率計算装置の計算アルゴリズムの説明図Explanatory drawing of the calculation algorithm of the diffraction efficiency calculation apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 第5の実施形態に係るレンズ形状計測装置の構成図The block diagram of the lens shape measuring device which concerns on 5th Embodiment 第5の実施形態に係るレンズ形状計測装置のアルゴリズムの説明図Explanatory drawing of the algorithm of the lens shape measuring apparatus which concerns on 5th Embodiment 形状計測データから巨視的な曲面形状を除去するデータ処理の説明図Explanatory drawing of data processing to remove macroscopic curved surface shape from shape measurement data 第6の実施形態に係る回折効率を勘案したレンズ設計のアルゴリズムの説明図Explanatory drawing of the algorithm of the lens design which considered the diffraction efficiency based on 6th Embodiment 第9の実施形態に係る光情報記録再生装置の対物レンズの概略形状及び光路を示す図The figure which shows schematic shape and optical path of the objective lens of the optical information recording / reproducing apparatus concerning 9th Embodiment 第10の実施形態に係る光ヘッドの構成図Configuration of an optical head according to the tenth embodiment 第11の実施形態に係る撮像用レンズを示す図The figure which shows the lens for imaging which concerns on 11th Embodiment 第12の実施形態に係る撮像装置の構成図Configuration of an imaging apparatus according to a twelfth embodiment ダイヤモンドバイトを用いた金型の切削加工の概略図Schematic diagram of die cutting using diamond tool ダイヤモンドバイトを用いた金型加工と、それを用いて成形したレンズの概略図Schematic diagram of mold processing using diamond tool and lens molded using it

符号の説明Explanation of symbols

101 計算機本体
102 ディスプレイ
103 FDD(フレキシブルディスクドライブ装置)
104 キーボード
105 HDD(ハードディスクドライブ装置)
106 プリンタ
107 接続ケーブル
108 フレキシブルディスク
109 光ディスク
601 半導体レーザ
602 x軸
603 y軸
604 レンズの有効径
801 設計レリーフ形状
802 設計レリーフの頂点
803 加工用のバイトのノーズ半径と同じ半径の円弧
804 計算により求められた加工後のレリーフ形状
901 レリーフの設計形状
902 バイトの送り速度sと同じ間隔で平行に引いた直線
903 切削加工後レリーフの形状の計算結果
1201 被検レンズ
1202 ステージ
1203 ステージ制御装置
1204 触針
1205 触針制御装置
1206 演算装置
1207 ハードディスクドライブ装置(HDD)
1208 キーボード
1209 ディスプレイ
1501 光情報記録再生装置用の対物レンズ
1502 回折レンズ
1503 情報記録媒体の保護樹脂
1504 入射光束
1601 レーザ光源
1602 発散光束
1603 コリメートレンズ
1604 略平行光束
1605 ビームスプリッタ
1606 光情報記録再生装置用の対物レンズ
1607 ディスク
1608 検出光学系
1609 受光素子
1701 撮像用レンズ
1702 回折レンズ
1703 入射光
1704 像平面
1801 撮像用のレンズ
1802 CCDデバイス
1803 信号処理回路
1901 金型
1902 ダイヤモンドバイト
1903 ダイヤモンドバイトの先端
1904 ノーズ半径
1905 設計形状
1906 加工後の形状
2001 ダイヤモンドバイト
2002 切削痕
2201 形状計測によって得られたデータ
2202 縦軸(レンズのサグ量)
2203 横軸(レンズの径)
2204 最小二乗法でもとめた非球面
2205 計測データから非球面を除去して得られたレリーフ形状
2301 設計レリーフ形状
2302 10μmバイトで加工したレリーフ形状
2303 設計レリーフ形状
2304 30μmバイトで加工したレリーフ形状
2305 設計レリーフ形状
2306 設計レリーフ形状
2307 10μmバイトで加工したレリーフ形状
2308 設計レリーフ形状
2309 30μmバイトで加工したレリーフ形状
2310 設計レリーフ形状
101 Computer Main Body 102 Display 103 FDD (Flexible Disk Drive Device)
104 Keyboard 105 HDD (Hard Disk Drive Device)
106 Printer 107 Connection cable 108 Flexible disk 109 Optical disk 601 Semiconductor laser 602 x-axis 603 y-axis 604 Effective diameter of lens 801 Design relief shape 802 Apex of design relief 803 Arc having the same radius as the nose radius of the cutting tool 804 Calculated Relief shape after machining 901 Design shape of relief 902 Straight line drawn in parallel at the same interval as the feed speed s of the cutting tool 903 Calculation result of relief shape after cutting 1201 Test lens 1202 Stage 1203 Stage controller 1204 Stylus 1205 Stylus control device 1206 Arithmetic device 1207 Hard disk drive device (HDD)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1208 Keyboard 1209 Display 1501 Objective lens for optical information recording / reproducing apparatus 1502 Diffraction lens 1503 Protective resin for information recording medium 1504 Incident light beam 1601 Laser light source 1602 Diverging light beam 1603 Collimating lens 1604 Substantially parallel light beam 1605 Beam splitter 1606 For optical information recording / reproducing apparatus Objective lens 1607 disc 1608 detection optical system 1609 light receiving element 1701 imaging lens 1702 diffractive lens 1703 incident light 1704 image plane 1801 imaging lens 1802 CCD device 1803 signal processing circuit 1901 mold 1902 diamond tool 1903 diamond tool tip 1904 nose Radius 1905 Design shape 1906 Shape after processing 2001 Diamond bit 2002 Cutting mark The data 2202 vertical axis obtained by 201 shape measurement (sag amount of the lens)
2203 Horizontal axis (lens diameter)
2204 Aspherical surface obtained by least square method 2205 Relief shape obtained by removing aspherical surface from measurement data 2301 Designed relief shape 2302 Relief shape processed with 10 μm byte 2303 Designed relief shape 2304 Relief shape processed with 30 μm bite 2305 Design Relief shape 2306 Design relief shape 2307 Relief shape machined with 10 μm bite 2308 Design relief shape 2309 Relief shape machined with 30 μm bite 2310 Design relief shape

Claims (1)

それぞれが少なくとも1つの輪帯を含む複数の領域に分割された回折レンズの製造方法であって、
製造すべき回折レンズの設計データを入力する入力手順と、
前記設計データに基づいて得られる前記回折レンズの光学性能及び回折効率を計算する演算手順と、
前記演算手順の結果に基づいて前記回折レンズの性能の最適化を行う最適化手順と、
前記最適化手順によって得られた前記回折レンズを製造する製造手順とを備え、
前記演算手順は、
前記各領域における複数の波長に対する回折効率の情報を保存する第1の記憶手順と、
前記それぞれの領域に対する重率の情報を保存する第2の記憶手順と、
前記回折レンズのレリーフの断面形状の情報を保存する第3の記憶手順と、
複数の波長の情報を保存する第4の記憶手順と、
前記複数の波長に対する回折レンズの材料の複数の屈折率の情報を保存する第5の記憶手順と、
前記第3の記憶手順で保存される、前記回折レンズのレリーフの断面形状を計算する第4の演算手順と、
前記第1の記憶手順で保存される、前記複数の波長に対する前記各領域における回折効率を、前記第3、第4、及び第5の記憶手順により保存された情報を取り出して計算する第2の演算手順と、
前記第2の演算手順を前記波長の数と同じ回数だけ繰り返し行う第3の繰り返し手順と、
前記第3の繰り返し手順を前記領域の数と同じ回数だけ繰り返し行う第4の繰り返し手順と、
前記第1及び第2の記憶手順により保存された情報を取り出して、前記回折レンズ全体の回折効率を下記式(5)を用いて計算する第1の演算手順とを有することを特徴とする、回折レンズの製造方法。
Figure 2005292860
j:回折光の次数を表す整数
l:波長の番号
jl:第l番目の波長における回折レンズのj次回折光に対する回折効率
M:回折効率を計算する領域の数を示す正の整数(M>1)
m:領域の番号
m:m番目の領域に対する重率
ηmjl:第l番目の波長におけるm番目の領域のj次回折光に対する回折効率
A method of manufacturing a diffractive lens, each of which is divided into a plurality of regions including at least one annular zone,
An input procedure for inputting design data of a diffractive lens to be manufactured;
A calculation procedure for calculating the optical performance and diffraction efficiency of the diffractive lens obtained based on the design data;
An optimization procedure for optimizing the performance of the diffractive lens based on the result of the calculation procedure;
A manufacturing procedure for manufacturing the diffractive lens obtained by the optimization procedure,
The calculation procedure is as follows:
A first storage procedure for storing diffraction efficiency information for a plurality of wavelengths in each region;
A second storage procedure for storing weight information for each of the areas;
A third storage procedure for storing information on the cross-sectional shape of the relief of the diffractive lens;
A fourth storage procedure for storing information of a plurality of wavelengths;
A fifth storage procedure for storing information on a plurality of refractive indexes of the material of the diffractive lens for the plurality of wavelengths;
A fourth calculation procedure for calculating a cross-sectional shape of the relief of the diffractive lens, which is stored in the third storage procedure;
Calculating the diffraction efficiency in each region for the plurality of wavelengths stored in the first storage procedure by extracting the information stored in the third, fourth, and fifth storage procedures and calculating the second Calculation procedure and
A third iterative procedure for repeating the second computation procedure as many times as the number of wavelengths;
A fourth iterative procedure in which the third iterative procedure is repeated as many times as the number of regions;
A first calculation procedure for extracting the information stored by the first and second storage procedures and calculating the diffraction efficiency of the entire diffractive lens using the following equation (5): A method for manufacturing a diffractive lens.
Figure 2005292860
j: Integer representing the order of diffracted light l: Wavelength number E jl : Diffraction efficiency of the diffractive lens at the l-th wavelength with respect to j-th order diffracted light M: Positive integer indicating the number of regions where diffraction efficiency is calculated (M> 1)
m: number of region W m : weight ratio for m-th region η mjl : diffraction efficiency for j-th order diffracted light of m-th region at l-th wavelength
JP2005199145A 1997-10-03 2005-07-07 Manufacturing method of diffractive lens Pending JP2005292860A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005199145A JP2005292860A (en) 1997-10-03 2005-07-07 Manufacturing method of diffractive lens

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27093397 1997-10-03
JP2005199145A JP2005292860A (en) 1997-10-03 2005-07-07 Manufacturing method of diffractive lens

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25629998A Division JP3853524B2 (en) 1997-10-03 1998-09-10 Refractive and diffraction integrated lens, optical recording information reproducing apparatus including the lens, and imaging apparatus including the lens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005292860A true JP2005292860A (en) 2005-10-20

Family

ID=35325771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005199145A Pending JP2005292860A (en) 1997-10-03 2005-07-07 Manufacturing method of diffractive lens

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005292860A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009535621A (en) * 2006-04-28 2009-10-01 コーニング インコーポレイテッド Monolithic Offner spectrometer
JP2010096999A (en) * 2008-10-17 2010-04-30 Nikon Corp Diffraction optical element, diffraction optical member, and optical system
JP2013057564A (en) * 2011-09-07 2013-03-28 Canon Inc Shape evaluation method, shape evaluation apparatus, program, and recording medium
JP2018531434A (en) * 2015-10-02 2018-10-25 レイナー・イントラオキュラー・レンジズ・リミテッド Multifocal lens and manufacturing method thereof
JP2018531435A (en) * 2015-10-02 2018-10-25 レイナー・イントラオキュラー・レンジズ・リミテッド Multifocal lens

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009535621A (en) * 2006-04-28 2009-10-01 コーニング インコーポレイテッド Monolithic Offner spectrometer
JP2013231984A (en) * 2006-04-28 2013-11-14 Corning Inc Monolithic offner spectrometer
JP2010096999A (en) * 2008-10-17 2010-04-30 Nikon Corp Diffraction optical element, diffraction optical member, and optical system
JP2013057564A (en) * 2011-09-07 2013-03-28 Canon Inc Shape evaluation method, shape evaluation apparatus, program, and recording medium
JP2018531434A (en) * 2015-10-02 2018-10-25 レイナー・イントラオキュラー・レンジズ・リミテッド Multifocal lens and manufacturing method thereof
JP2018531435A (en) * 2015-10-02 2018-10-25 レイナー・イントラオキュラー・レンジズ・リミテッド Multifocal lens
US10463474B2 (en) 2015-10-02 2019-11-05 Rayner Intraocular Lenses Limited Multifocal lens
US10524899B2 (en) 2015-10-02 2020-01-07 Rayner Intraocular Limited Multifocal lens and method for producing same
US11029536B2 (en) 2015-10-02 2021-06-08 Rayner Intraocular Lenses Limited Multifocal lens

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100332197B1 (en) Refraction-diffraction integral type lens and apparatus using the same
JP4905193B2 (en) Concave diffraction mirror and spectroscopic device using the same
US7934175B2 (en) Parameter adjustment method, semiconductor device manufacturing method, and recording medium
WO1995034800A1 (en) Apparatus for mapping optical elements
US6515955B2 (en) Objective optical system for optical pick-up
JP4573941B2 (en) Collimator lens and optical scanning device using the same
JP4374640B2 (en) Diffraction lens and design method thereof
US6819491B2 (en) Objective lens unit for optical pickup, optical pickup and disc driving device
JPH0519162A (en) Objective lens and method of measuring objective lens
US6654184B1 (en) Method for designing diffractive lens
JP2005292860A (en) Manufacturing method of diffractive lens
US5978140A (en) Method for designing diffractive lenses
JP3853524B2 (en) Refractive and diffraction integrated lens, optical recording information reproducing apparatus including the lens, and imaging apparatus including the lens
CN120161631A (en) Intelligent correction method and system for optical performance of functional lenses
US4772105A (en) Graded refractive index lens system
JP3547343B2 (en) Design method of lens integrated with diffraction means
JP3312061B2 (en) Microscope objective lens
JPH10133104A (en) Diffraction means integrated lens
JP2008032991A (en) Reference lens for interferometer
KR20100111497A (en) Objective
JP3618996B2 (en) Eccentricity measuring method and eccentricity measuring device
JPH0576606B2 (en)
Yamagata et al. Efficiency simulation for diamond-turned diffractive lenses
JP2002236007A (en) Optical element evaluation apparatus and optical element evaluation method
JPH10186231A (en) How to design a diffractive lens

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050909

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080417

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080814