JP2009139897A - 画像観察装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像観察装置は、画像形成素子9からの光を射出瞳6に導く光学系8と、画像形成素子と光学系との間又は光学系と射出瞳との間に配置された回折光学素子7とを有する。回折光学素子は、互いに異なる材料により形成され、互い間隔をあけて配置された複数の回折格子部を有する。各格子輪帯において、格子側面は、複数の格子輪帯の頂部を通る包絡面3の法線に対して格子面とは反対側に傾いている。j番目の回折格子部におけるk番目の格子輪帯に関し、以下の条件を満足する。
θd(j,k)=sin−1[{ni・sinθi(j,k)−m(j,k)・λ/P(j,k)}/nd]≦θi(j,k),
s
M(k)=Σ{m(j,k)}=const.
j=1
θd(j,k)≦θ≦θi(j,k)。
【選択図】図18
Description
θ3(k) =sin−1[{n1・sinθ1(k) −M・λ/P(k)}/n2]
である。kは最も内側の格子の番号を1としたときの各格子の番号である。Pはk番目の格子ピッチ(k番目及びk−1番目の格子間のピッチ)である。λは設計波長である。
M=m1+m2
を満たす必要がある。
θ1 ≧θ2 、θ2 ≦θ3 …(11)又は、
θ1 ≦θ2 、θ2 ≧θ3 …(12)
となる場合がある。
=sin−1[{ni・sinθi(j,k)−m(j,k)・λ/P(j,k)}/nd]
≦θi(j,k)
s
M(k)=Σ{m(j,k)}=const.
j=1
θd(j,k)≦θ≦θi(j,k)
ただし、λは、回折光学素子の設計波長、
θi(j,k)は、j番目の回折格子部においてk番目の格子と射出瞳を通る光線の包絡面の法線に対してなす角度であり、|θi(j,k)|は光学系の最大画角よりも小さい、
θd(j,k)は、j番目の回折格子部におけるk番目の格子輪帯での設計回折次光の回折角、
m(j,k)は、j番目の回折格子部におけるk番目の格子輪帯の設計回折次数、
P(j,k)は、k番目とk−1番目の格子輪帯間のピッチ、
kEは、格子輪帯のピッチが最小となる又はθi(j,k)が最大となる格子輪帯の番号、
M(k)は、回折光学素子の回折次数、
ni及びndはそれぞれ、j番目の回折格子部における入射側媒質と回折側媒質の屈折率、
sは、j番目の回折格子部における複数の格子の総数、
θは、格子側面が包絡面の法線に対してなす角度、
である。
=sin−1[{ni・sinθi(j,k)−m(j,k)・λ/P(j,k)}/nd]
≧θi(j,k)
s
M(k)=Σ{m(j,k)}=const.
j=1
θi (j,k)≦θ≦θd(j,k)
ただし、λは、回折光学素子の設計波長、
θi(j,k)は、j番目の回折格子部においてk番目の格子輪帯と射出瞳を通る光線の包絡面の法線に対してなす角度であり、|θi(j,k)|は光学系の最大画角よりも小さい、
θd(j,k)は、j番目の回折格子部におけるk番目の格子輪帯での設計回折次光の回折角、
m(j,k)は、j番目の回折格子部におけるk番目の格子輪帯の設計回折次数、
P(j,k)は、k番目とk−1番目の格子輪帯間のピッチ、
kEは、格子のピッチが最小となる又はθi(j,k)が最大となる格子輪帯の番号、
M(k)は、回折光学素子の回折次数、
ni及びndはそれぞれ、j番目の回折格子部における入射側媒質と回折側媒質の屈折率、
sは、j番目の回折格子部における複数の格子の総数、
θは、格子側面が包絡面の法線に対してなす角度、
である。
=sin−1[{ni・sinθi(j,k)−m(j,k)・λ/P(j,k)}/nd]
≦θi(j,k) …(1)
s
M(k)=Σ{m(j,k)}=const. …(2)
j=1
θd(j,k)≦θ≦θi(j,k) …(3)。
s
M(k)=Σ{m(j,k)}=−1
j=1
とする必要がある。したがって、式(1)及び(2)の条件を満足した上で、回折光学素子全体での設計回折次数Mに対する回折効率が広波長域にわたって確保できるように、それぞれの回折格子部のm(j,k)を設定する。
≦ m(j,k)・λ/{ni・cosθi(j,k)−nd・cosθd(j,k)} …(4)
図10に示すように、格子高さd(j,k)は、各格子先端4の位置における先端包絡面3の法線に沿った方向での格子先端4と格子溝部5における最下点との間の距離(高さ)である。格子溝部は、k番目の格子輪帯の格子側面2とk+1番目の格子輪帯の格子面1とにより形成される溝部である。
= m(j,k)・λ/{ni・cosθi(j,k)−nd・cosθd(j,k)} …(5)
これに対し、本実施例では、入射光線が光軸から離れる方向に向かって進む場合を想定しており、格子側面2は、光線の入射角と同じ角度(厳密に同じ角度だけでなく同じとみなせる角度も含む)だけ該法線に対して格子面1とは反対側に傾けられている。つまり、格子側面2は、格子面1とのなす角度(格子頂角)が、格子側面2を傾けない場合に比べて大きくなるように設定されている。この場合、格子溝部5の最下点は、格子側面2を傾けない場合に比べて格子先端4に近くなる。このため、格子先端4と格子溝部5の最下点の間の距離d(j,k)は、各格子先端位置での先端包絡面3の法線に沿った方向においてd0(j,k)よりも小さくなる。
=sin−1[{ni・sinθi(j,k)−m(j,k)・λ/P(j,k)}/nd]
≧θi(j,k) …(6)
s
M(k)=Σ{m(j,k)}=const. …(2)
j=1
θi(j,k) ≦θ≦θd(j,k) …(7)
ただし、θi (j,k),θd(j,k),θ等のパラメータの意味は、上記1の場合と同じである。
d(j,k)
≧ m(j,k)・λ/{ni・cosθi(j,k)−nd・cosθd(j,k)}…(8)
であることが好ましい。
したがって、格子高さd(j,k)の値は、式(8)の条件を満足する。
画像欠陥が生じる。
m2=−8.2
少数点を含む次数については、例えばm1=+9.2の場合には+9次と+10次が一定の割合ずつで発生していることを意味する。m1=+9.2次の回折角は、+9次の回折光と+10次の回折光の強度の比率を考慮したこれら回折光の重心を通る光線の角度である。したがって、格子側面34に向かって回折する一部の回折次数の光線が、少ない比率ではあるが残る。
=14.4247[°]
θ3 =sin−1[{1・sinθ2−m2・λ/P}/n2 ]
=14.2921[°]。
=9.901[μm]
d20=m2・λ/{1・cosθ2−n2(λ)・cosθ3}
=7.331[μm]
しかし、実施例1では、格子側面34が、先端包絡面3の法線に対して格子頂角が大きくなる方向に傾けられているため、格子溝部の最下点は、該法線に対して傾いた格子側面と位相関数で表される格子面33との交点となる。このため、第1及び第2の回折格子部31a,32aの格子高さd1,d2は、
d1≦d10
d2≦d20
となる。
d1≧d10
d2≧d20
となる。
C1=−9.8792・10−4
C2= 1.5989・10−7
C3= 2.9680・10−9
C4= −4.1182・10−12
ただし、rは光軸からの距離を表す。
φ(R(k))= −k・λ
を満たすR(k)として求められる。
p(k)=R(k)−R(k−1)
となる。
実施例2における回折光学素子の各パラメータは以下の通りである。
第2の回折格子部の材料の屈折率:n2(λ)=1.63554(分散νd=22.75)
各回折素子層の厚み:50μm
各基板の材料の屈折率:n3(λ)=1.57090(分散νd=33.81)
各基板の厚み:1.0mm
第1及び第2の回折格子部間の距離(間隔)G:1.5μm
この場合、290番目の格子輪帯について、半径R(290)は上記位相関数から13.958[mm]となり、ピッチp(290)は29.667[μm]となる。眼球の回転中心(特定点)が射出瞳の位置から光軸方向に10mmの位置にあるとし、290番目の格子輪帯に入射する光線がこの特定点からの光線とすると、画角は24.4975°となり、入射角θ1は、θ1=15.787[°]となる。
=13.9702[°]。
m1=+8.7
m2=−7.7
とする。このときの第1及び第2の回折格子部の格子側面を傾けない場合の格子高さd10,d20はそれぞれ、以下のようになる。
=9.589[μm]
d20=m2・λ/{1・cosθ2−n2(λ)・cosθ3}
=7.107[μm]。
η(h,λ)
=sinc2[π・{(m1+m2)−{Φ1(h,λ)+Φ2(h,λ)}/λ}]
として算出される。ここで、Φ1、Φ2は第1及び第2の回折格子部31,32での光路差であり、実施例2ではh=13.958である。
=14.0251[°]。
第2の回折格子部:θ3 =13.9702[°]<θ2(=14.0251[°])。
m1=+11.2
m2=−10.2
となる。このとき、第1及び第2の回折格子部の格子側面を傾けない場合の格子高さはそれぞれ、
d10=11.663[μm]
d20=8.800[μm]
となる。また、波長に対するスカラー回折効率は、図20に示すようになる。
2,13,14 格子側面
3 先端包絡面
4 格子先端
5 格子溝部
6 瞳(射出瞳)
7, 回折光学素子
8 プリズム素子(接眼光学系)
9 画像形成素子
10 眼球
10a 中心窩
31 第1の回折素子層
32 第2の回折素子層
31a 第1の回折格子部
32a 第2の回折格子部
G 空気間隔
Claims (5)
- 原画を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子からの光を射出瞳に導く光学系と、
前記画像形成素子と前記光学系との間又は前記光学系と前記射出瞳との間に配置された回折光学素子とを有し、
前記回折光学素子は、互いに異なる材料により形成され、互いに間隔をあけて配置された複数の回折格子部を有し、
前記各回折格子部には、それぞれ格子面と格子側面を有する複数の格子輪帯が形成され、
前記各格子輪帯において、前記格子側面は、前記複数の格子輪帯の頂部を通る包絡面の法線に対して前記格子面とは反対側に傾いており、
前記回折光学素子は、前記複数の回折格子部のうちj番目の回折格子部における前記複数の格子輪帯のうちk番目の格子輪帯に関し、少なくともk=kEにおいて、以下の条件を満足することを特徴とする画像観察装置。
θd(j,k)
=sin−1[{ni・sinθi(j,k)−m(j,k)・λ/P(j,k)}/nd]
≦θi(j,k)
s
M(k)=Σ{m(j,k)}=const.
j=1
θd(j,k)≦θ≦θi(j,k)
ただし、λは、前記回折光学素子の設計波長、
θi(j,k)は、前記j番目の回折格子部において前記k番目の格子輪帯と前記射出瞳を通る光線の前記包絡面の法線に対してなす角度であり、|θi(j,k)|は前記光学系の最大画角よりも小さい、
θd(j,k)は、前記j番目の回折格子部における前記k番目の格子輪帯での設計回折次光の回折角、
m(j,k)は、前記j番目の回折格子部における前記k番目の格子輪帯の設計回折次数、
P(j,k)は、前記k番目とk−1番目の格子輪帯間のピッチ、
kEは、前記格子輪帯のピッチが最小となる又はθi(j,k)が最大となる前記格子輪帯の番号、
M(k)は、前記回折光学素子の回折次数、
ni及びndはそれぞれ、前記j番目の回折格子部における入射側媒質と回折側媒質の屈折率、
sは、前記j番目の回折格子部における前記複数の格子輪帯の総数、
θは、前記格子側面が前記包絡面の法線に対してなす角度、
である。 - 前記回折光学素子は、さらに以下の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の画像観察装置。
d(j,k)
≦m(j,k)・λ/{ni・cosθi(j,k)−nd・cosθd(j,k)}
ただし、d(j,k)は、前記j番目の回折格子部における前記k番目の格子輪帯の前記法線に沿った方向での高さである。 - 原画を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子からの光を射出瞳に導く光学系と、
前記画像形成素子と前記光学系との間又は前記光学系と前記射出瞳との間に配置された回折光学素子とを有し、
前記回折光学素子は、互いに異なる材料により形成され、互いに間隔をあけて配置された複数の回折格子部を有し、
前記各回折格子部には、それぞれ格子面と格子側面を有する複数の格子輪帯が形成され、
前記各格子輪帯において、前記格子側面は、前記複数の格子輪帯の頂部を通る包絡面の法線に対して前記格子面と同じ側に傾いており、
前記回折光学素子は、前記複数の回折格子部のうちj番目の回折格子部における前記複数の格子輪帯のうちk番目の格子輪帯に関し、少なくともk=kEにおいて、以下の条件を満足することを特徴とする画像観察装置。
θd(j,k)
=sin−1[{ni・sinθi(j,k)−m(j,k)・λ/P(j,k)}/nd]
≧θi(j,k)
s
M(k)=Σ{m(j,k)}=const.
j=1
θi (j,k)≦θ≦θd(j,k)
ただし、λは、前記回折光学素子の設計波長、
θi(j,k)は、前記j番目の回折格子部において前記k番目の格子輪帯と前記射出瞳を通る光線の前記包絡面の法線に対してなす角度であり、|θi(j,k)|は前記光学系の最大画角よりも小さい、
θd(j,k)は、前記j番目の回折格子部における前記k番目の格子輪帯での設計回折次光の回折角、
m(j,k)は、前記j番目の回折格子部における前記k番目の格子輪帯の設計回折次数、
P(j,k)は、前記k番目とk−1番目の格子輪帯間のピッチ、
kEは、前記格子輪帯のピッチが最小となる又はθi(j,k)が最大となる前記格子輪帯の番号、
M(k)は、前記回折光学素子の回折次数、
ni及びndはそれぞれ、前記j番目の回折格子部における入射側媒質と回折側媒質の屈折率、
sは、前記j番目の回折格子部における前記複数の格子輪帯の総数、
θは、前記格子側面が前記包絡面の法線に対してなす角度、
である。 - 前記回折光学素子は、さらに以下の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の画像観察装置。
d(j,k)
≧m(j,k)・λ/{ni・cosθi(j,k)−nd・cosθd(j,k)}
ただし、d(j,k)は、前記j番目の回折格子部における前記k番目の格子輪帯の前記法線に沿った方向での高さである。 - θi (j,k)は、該回折光学素子及び前記光学系を含む観察光学系の射出瞳の位置よりも該回折光学素子から遠い位置にある光軸上の特定点を通る光線の入射角であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の画像観察装置。
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