JPH08220482A - 回折光学素子を含む光学系 - Google Patents
回折光学素子を含む光学系Info
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- JPH08220482A JPH08220482A JP23010595A JP23010595A JPH08220482A JP H08220482 A JPH08220482 A JP H08220482A JP 23010595 A JP23010595 A JP 23010595A JP 23010595 A JP23010595 A JP 23010595A JP H08220482 A JPH08220482 A JP H08220482A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回折効率の波長依存に伴う光学系の性能低下
を低減し、不要次数光によるフレアの発生を有効に防止
できる回折光学素子を含む光学系を提供する。 【解決手段】 レリーフ型回折光学素子11を含む結像レ
ンズ系３と、照明光学系１とを有し、回折光学素子11
は、そのレリーフパターン面10を、全体として一つのレ
ンズとしての作用を有しつつ、複数の異なる波長の光で
回折効率がそれぞれ最大となる複数の異なる溝深さの領
域に分割し、照明光学系１は、レリーフパターン面10の
各領域にそれぞれ対応する領域を有し、レリーフパター
ン面10の対応する領域における回折効率が最大となる波
長を実質的に中心波長とする帯域光を透過させる波長選
択性を有する波長選択素子９を具え、レリーフパターン
面10および波長選択素子９を、これらの間に位置するレ
ンズ系14に関して近軸的にほぼ共役位置関係となるよう
に配置する。
を低減し、不要次数光によるフレアの発生を有効に防止
できる回折光学素子を含む光学系を提供する。 【解決手段】 レリーフ型回折光学素子11を含む結像レ
ンズ系３と、照明光学系１とを有し、回折光学素子11
は、そのレリーフパターン面10を、全体として一つのレ
ンズとしての作用を有しつつ、複数の異なる波長の光で
回折効率がそれぞれ最大となる複数の異なる溝深さの領
域に分割し、照明光学系１は、レリーフパターン面10の
各領域にそれぞれ対応する領域を有し、レリーフパター
ン面10の対応する領域における回折効率が最大となる波
長を実質的に中心波長とする帯域光を透過させる波長選
択性を有する波長選択素子９を具え、レリーフパターン
面10および波長選択素子９を、これらの間に位置するレ
ンズ系14に関して近軸的にほぼ共役位置関係となるよう
に配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、帯域光あるいは
複数の波長で使用する回折光学素子を含む光学系に関す
るものである。
複数の波長で使用する回折光学素子を含む光学系に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】回折光学素子、例えば、集光作用を有す
る回折レンズを用いる光学系には、従来の屈折レンズを
用いる場合に比べて、以下のような特長を有することが
知られている。 回折レンズによって非球面波を容易に生成できるの
で、収差補正上効果的である。 回折レンズは、実質的に厚みを持たないので、光学
系をコンパクトにできると共に、設計の自由度を上げる
ことができる。 屈折レンズでいう分散特性に相当する量が、回折レ
ンズでは負の値を持つので、屈折素子との組み合わせに
よって、色収差を効果的に補正することができる。
る回折レンズを用いる光学系には、従来の屈折レンズを
用いる場合に比べて、以下のような特長を有することが
知られている。 回折レンズによって非球面波を容易に生成できるの
で、収差補正上効果的である。 回折レンズは、実質的に厚みを持たないので、光学
系をコンパクトにできると共に、設計の自由度を上げる
ことができる。 屈折レンズでいう分散特性に相当する量が、回折レ
ンズでは負の値を持つので、屈折素子との組み合わせに
よって、色収差を効果的に補正することができる。
【０００３】このような回折レンズの特長を利用して、
光学系の性能を向上させることに関しては、例えば、Bi
nary Optics Technology;The Theory and Design of Mu
lti-Level Diffractive Optical Element,Gary J.Swans
on,Technical Report 854,MIT Lincoln Laboratory,Aug
ust 1989. に詳しく記述されている。
光学系の性能を向上させることに関しては、例えば、Bi
nary Optics Technology;The Theory and Design of Mu
lti-Level Diffractive Optical Element,Gary J.Swans
on,Technical Report 854,MIT Lincoln Laboratory,Aug
ust 1989. に詳しく記述されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、回折
光学素子には、従来の屈折素子にはない多くの有用な特
長があるが、他方では、回折効率が波長に依存するため
に、以下のような問題がある。例えば、光学系に適用す
る回折光学素子は、レンズ素子として利用する場合が多
いが、このような用途においては、複数の回折光（複数
の焦点）が存在するのは、一般に好ましくない。そこ
で、回折レンズでは、一般に、図７に示すように、使用
する波長で透明な基材に、断面形状が鋸歯波状のレリー
フパターンを形成して、特定次数の回折光にエネルギー
を集中させるようにしている。
光学素子には、従来の屈折素子にはない多くの有用な特
長があるが、他方では、回折効率が波長に依存するため
に、以下のような問題がある。例えば、光学系に適用す
る回折光学素子は、レンズ素子として利用する場合が多
いが、このような用途においては、複数の回折光（複数
の焦点）が存在するのは、一般に好ましくない。そこ
で、回折レンズでは、一般に、図７に示すように、使用
する波長で透明な基材に、断面形状が鋸歯波状のレリー
フパターンを形成して、特定次数の回折光にエネルギー
を集中させるようにしている。
【０００５】しかしながら、図７に示すように、断面形
状を鋸歯形状に加工すると、その溝深さによってエネル
ギーを最大限に集中できる波長が異なるため、波長幅を
有する帯域光のエネルギーを特定次数の回折光に集中さ
せることができなくなる。このような現象は、例えば、
レーザのような、単色と見なせる光を利用するような場
合は問題とならないが、顕微鏡のように、白色光を利用
する光学系においては無視できない問題となる。
状を鋸歯形状に加工すると、その溝深さによってエネル
ギーを最大限に集中できる波長が異なるため、波長幅を
有する帯域光のエネルギーを特定次数の回折光に集中さ
せることができなくなる。このような現象は、例えば、
レーザのような、単色と見なせる光を利用するような場
合は問題とならないが、顕微鏡のように、白色光を利用
する光学系においては無視できない問題となる。
【０００６】また、回折光学素子の有用な特徴の一つで
ある色収差補正効果を実現する場合には、使用する波長
が必然的に複数であるために、特定の波長の光で回折効
率を最適化すると、その他の波長では回折効率が低下
し、特に、可視帯域光で撮像する撮像光学系に適用した
場合には、回折効率の波長依存によって多くの不要次数
光が発生し、これによりフレアが生じるという問題があ
る。
ある色収差補正効果を実現する場合には、使用する波長
が必然的に複数であるために、特定の波長の光で回折効
率を最適化すると、その他の波長では回折効率が低下
し、特に、可視帯域光で撮像する撮像光学系に適用した
場合には、回折効率の波長依存によって多くの不要次数
光が発生し、これによりフレアが生じるという問題があ
る。
【０００７】図８は、図７に示した断面形状を有する回
折光学素子において、基材としてＢＫ７を用い、レリー
フパターンを、波長λ＝５１０ｎｍにおいて１次回折効
率が１００％となるような溝深さで形成した場合の１次
回折効率の波長依存特性を示すものである。図８から明
らかなように、一般に可視波長領域と見なせるλ＝４０
０ｎｍからλ＝７００ｎｍにおいて、回折効率は、最適
化した波長λ＝５１０ｎｍから離れるに従って減少し、
特に、短波長領域での低下が著しいことがわかる。この
ような所望次数における回折効率の低下は、不要次数光
の増加として、光学系に悪影響を与えることになる。
折光学素子において、基材としてＢＫ７を用い、レリー
フパターンを、波長λ＝５１０ｎｍにおいて１次回折効
率が１００％となるような溝深さで形成した場合の１次
回折効率の波長依存特性を示すものである。図８から明
らかなように、一般に可視波長領域と見なせるλ＝４０
０ｎｍからλ＝７００ｎｍにおいて、回折効率は、最適
化した波長λ＝５１０ｎｍから離れるに従って減少し、
特に、短波長領域での低下が著しいことがわかる。この
ような所望次数における回折効率の低下は、不要次数光
の増加として、光学系に悪影響を与えることになる。
【０００８】図９は、図８に示した回折効率の波長依存
特性を有する回折光学素子について、０次回折効率お
よび２次回折効率の波長依存特性をそれぞれ示すもの
である。図９から明らかなように、１次回折効率が低下
すると、最適化波長よりも短波長側では２次回折効率が
増加し、また、最適化波長よりも長波長側では０次回折
効率が増加する。
特性を有する回折光学素子について、０次回折効率お
よび２次回折効率の波長依存特性をそれぞれ示すもの
である。図９から明らかなように、１次回折効率が低下
すると、最適化波長よりも短波長側では２次回折効率が
増加し、また、最適化波長よりも長波長側では０次回折
効率が増加する。
【０００９】この発明は、上述した問題点に着目してな
されたもので、回折効率の波長依存に伴う光学系の性能
低下を低減し、不要次数光によるフレア等の発生を有効
に防止し得るよう適切に構成した回折光学素子を含む光
学系を提供することを目的とするものである。
されたもので、回折効率の波長依存に伴う光学系の性能
低下を低減し、不要次数光によるフレア等の発生を有効
に防止し得るよう適切に構成した回折光学素子を含む光
学系を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の回折光学素子を含む光学系は、鋸歯断面
形状を有するレリーフ型回折光学素子を含む結像レンズ
系と、照明光学系とを有し、前記回折光学素子は、その
レリーフパターン面を、全体として一つのレンズとして
の作用を有しつつ、複数の異なる波長の光で回折効率が
それぞれ最大となる複数の異なる溝深さの領域に分割し
て構成し、前記照明光学系は、前記回折光学素子のレリ
ーフパターン面の各領域にそれぞれ対応する領域を有
し、前記レリーフパターン面の対応する領域における回
折効率が最大となる波長を実質的に中心波長とする帯域
光を透過させる波長選択性を有する波長選択素子を具
え、前記回折光学素子のレリーフパターン面および波長
選択素子を、これらの間に位置するレンズ素子を含む光
学素子を一つのレンズ系と見なしたとき、該レンズ系に
関して近軸的にほぼ共役位置関係となるように配置した
ことを特徴とするものである。
め、この発明の回折光学素子を含む光学系は、鋸歯断面
形状を有するレリーフ型回折光学素子を含む結像レンズ
系と、照明光学系とを有し、前記回折光学素子は、その
レリーフパターン面を、全体として一つのレンズとして
の作用を有しつつ、複数の異なる波長の光で回折効率が
それぞれ最大となる複数の異なる溝深さの領域に分割し
て構成し、前記照明光学系は、前記回折光学素子のレリ
ーフパターン面の各領域にそれぞれ対応する領域を有
し、前記レリーフパターン面の対応する領域における回
折効率が最大となる波長を実質的に中心波長とする帯域
光を透過させる波長選択性を有する波長選択素子を具
え、前記回折光学素子のレリーフパターン面および波長
選択素子を、これらの間に位置するレンズ素子を含む光
学素子を一つのレンズ系と見なしたとき、該レンズ系に
関して近軸的にほぼ共役位置関係となるように配置した
ことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】この発明において、波長選択素子
の各領域は、例えば、可視域の光に対して、狭い波長範
囲の光を透過する。しかも、波長選択素子および回折光
学素子のレリーフパターン面は、これら間に位置するレ
ンズ系に関して近軸的に結像関係となる位置の近傍に配
置されので、波長選択素子の各領域と、回折光学素子の
レリーフパターン面の各領域とは、一対一に対応するこ
とになる。したがって、回折光学素子のレリーフパター
ン面の各領域には、所定の狭い波長範囲の光のみが入射
することになる。
の各領域は、例えば、可視域の光に対して、狭い波長範
囲の光を透過する。しかも、波長選択素子および回折光
学素子のレリーフパターン面は、これら間に位置するレ
ンズ系に関して近軸的に結像関係となる位置の近傍に配
置されので、波長選択素子の各領域と、回折光学素子の
レリーフパターン面の各領域とは、一対一に対応するこ
とになる。したがって、回折光学素子のレリーフパター
ン面の各領域には、所定の狭い波長範囲の光のみが入射
することになる。
【００１２】ここで、回折光学素子のレリーフパターン
面の各領域は、入射する波長範囲の中心波長に対して回
折効率が最大となる溝深さを有するので、波長幅による
回折効率の低下を有効に低減することができる。したが
って、結像レンズ系全体としての回折効率を大きく向上
することができるので、不要な回折次数光による回折効
率の波長依存に伴う光学系の性能低下を有効に低減で
き、フレア等の発生を有効に防止することが可能とな
る。
面の各領域は、入射する波長範囲の中心波長に対して回
折効率が最大となる溝深さを有するので、波長幅による
回折効率の低下を有効に低減することができる。したが
って、結像レンズ系全体としての回折効率を大きく向上
することができるので、不要な回折次数光による回折効
率の波長依存に伴う光学系の性能低下を有効に低減で
き、フレア等の発生を有効に防止することが可能とな
る。
【００１３】なお、回折レンズを複数の領域に分割し、
かつ、各領域に対応させてバンドパスフィルタを形成し
たものとして、米国特許第５０７１２０７号明細書に記
載されたものがある。この先行例では、回折レンズの各
領域ごとに異なる波長の光を入射させ、それぞれの波長
の光が同一の焦点距離を有するように、各領域ごとに周
期構造のピッチを違えて設定している。これに対して、
この発明では、上述したように、各領域ごとにレリーフ
パターン面の溝深さを違えて設定しており、先行例とは
構成上明らかに相違する。
かつ、各領域に対応させてバンドパスフィルタを形成し
たものとして、米国特許第５０７１２０７号明細書に記
載されたものがある。この先行例では、回折レンズの各
領域ごとに異なる波長の光を入射させ、それぞれの波長
の光が同一の焦点距離を有するように、各領域ごとに周
期構造のピッチを違えて設定している。これに対して、
この発明では、上述したように、各領域ごとにレリーフ
パターン面の溝深さを違えて設定しており、先行例とは
構成上明らかに相違する。
【００１４】ここで、先行例において、各領域ごとにピ
ッチを違えて設定するのは、要するに、回折レンズ単体
での色収差を、実質的に除去するためで、この発明にお
けるように、不要次数光の発生を低減するために、各領
域ごとに溝深さを違えて設定するものとは、技術的背景
が全く異なっていると共に、このような不要次数光の低
減については、先行例では何ら考慮されていない。
ッチを違えて設定するのは、要するに、回折レンズ単体
での色収差を、実質的に除去するためで、この発明にお
けるように、不要次数光の発生を低減するために、各領
域ごとに溝深さを違えて設定するものとは、技術的背景
が全く異なっていると共に、このような不要次数光の低
減については、先行例では何ら考慮されていない。
【００１５】また、先行例の構成は、各領域ごとに回折
レンズの周期構造を変化させているため、実質的に各領
域ごとに異なる回折レンズを結合したことに相当する。
つまり、各領域ごとに、設計的に全く異なる回折レンズ
を適用している。これに対して、この発明では、設計的
に同一の回折レンズを適用しているので、例えば、屈折
レンズを含む光学系に適用した場合でも、上述したよう
に、不要次数光の発生を有効に低減することができる
が、先行例の設計的に異なる回折レンズを適用した場合
には、色収差は補正されても、不要次数光の低減につい
ては考慮されていないため、フレアが生じることにな
る。
レンズの周期構造を変化させているため、実質的に各領
域ごとに異なる回折レンズを結合したことに相当する。
つまり、各領域ごとに、設計的に全く異なる回折レンズ
を適用している。これに対して、この発明では、設計的
に同一の回折レンズを適用しているので、例えば、屈折
レンズを含む光学系に適用した場合でも、上述したよう
に、不要次数光の発生を有効に低減することができる
が、先行例の設計的に異なる回折レンズを適用した場合
には、色収差は補正されても、不要次数光の低減につい
ては考慮されていないため、フレアが生じることにな
る。
【００１６】以下、図面を参照してこの発明の実施の形
態について説明する。図１は、この発明の基本的実施の
形態を模式的に示すものである。この光学系は、照明光
学系１により物体２を照明し、その像を結像レンズ系３
を介して像面４に結像させる、一般的な結像光学系で、
顕微鏡、スライドプロジェクタ、オーバーヘッドプロジ
ェクタ、液晶ビデオプロジェクタ等の種々の光学機器に
応用できるものである。
態について説明する。図１は、この発明の基本的実施の
形態を模式的に示すものである。この光学系は、照明光
学系１により物体２を照明し、その像を結像レンズ系３
を介して像面４に結像させる、一般的な結像光学系で、
顕微鏡、スライドプロジェクタ、オーバーヘッドプロジ
ェクタ、液晶ビデオプロジェクタ等の種々の光学機器に
応用できるものである。
【００１７】すなわち、顕微鏡に応用した場合には、物
体２は観察標本となり、結像レンズ系３は対物レンズと
なり、像面４に結像される像は、更に接眼レンズ（図示
せず）を通して観察されるか、リレーレンズ（図示せ
ず）を通してカメラ等に導かれる。また、スライドプロ
ジェクタ、オーバーヘッドプロジェクタ、液晶ビデオプ
ロジェクタに応用した場合には、物体２は、それぞれス
ライドフィルム、トランスペアレンシー原稿、液晶パネ
ルであり、像面４はスクリーンとなる。
体２は観察標本となり、結像レンズ系３は対物レンズと
なり、像面４に結像される像は、更に接眼レンズ（図示
せず）を通して観察されるか、リレーレンズ（図示せ
ず）を通してカメラ等に導かれる。また、スライドプロ
ジェクタ、オーバーヘッドプロジェクタ、液晶ビデオプ
ロジェクタに応用した場合には、物体２は、それぞれス
ライドフィルム、トランスペアレンシー原稿、液晶パネ
ルであり、像面４はスクリーンとなる。
【００１８】照明光学系１は、帯域光、例えば、可視の
白色光を発する光源たるランプ５、コレクタレンズ６、
このコレクタレンズ６に関してランプ５と共役位置にあ
る開口絞り７、コンデンサレンズ８、領域分割された波
長選択素子９等を有する。ここで、コンデンサレンズ８
により、開口絞り７の像を結像レンズ系３の入射瞳に投
影する構成とすると、いわゆるケーラー照明となる。こ
の発明の実施においても、ケーラー照明とするのが好ま
しい。
白色光を発する光源たるランプ５、コレクタレンズ６、
このコレクタレンズ６に関してランプ５と共役位置にあ
る開口絞り７、コンデンサレンズ８、領域分割された波
長選択素子９等を有する。ここで、コンデンサレンズ８
により、開口絞り７の像を結像レンズ系３の入射瞳に投
影する構成とすると、いわゆるケーラー照明となる。こ
の発明の実施においても、ケーラー照明とするのが好ま
しい。
【００１９】波長選択素子９は、例えば、図２に示すよ
うに、分割した２つの領域９ａ，９ｂを有し、各領域毎
に透過中心波長が異なる、すなわち、領域９ａは波長λ
ａを、領域９ｂは波長λｂをそれぞれ中心波長とする狭
い波長範囲の光を透過させるバンドパスフィルタ特性を
持たせて構成する。このバンドパスフィルタ特性は、既
知の手段、例えば、干渉フィルタあるいは吸収型カラー
フィルタ等で容易に実現することができる。
うに、分割した２つの領域９ａ，９ｂを有し、各領域毎
に透過中心波長が異なる、すなわち、領域９ａは波長λ
ａを、領域９ｂは波長λｂをそれぞれ中心波長とする狭
い波長範囲の光を透過させるバンドパスフィルタ特性を
持たせて構成する。このバンドパスフィルタ特性は、既
知の手段、例えば、干渉フィルタあるいは吸収型カラー
フィルタ等で容易に実現することができる。
【００２０】結像レンズ系３は、少なくとも、同心円状
のレリーフパターンが形成されたレリーフパターン面１
０を有する回折光学素子１１を含んで構成する。なお、
一般的には、結像レンズ系３は、収差補正上、回折光学
素子１１の他に、レンズ群１２，１３も含む。図１で
は、結像レンズ系３を、物体側から、レンズ群１２、回
折光学素子１１およびレンズ群１３を順次配列して構成
しているが、これらの配列は、結像レンズ系３の収差補
正上の要請から決まるもので、図１に示す配列に限られ
ない。したがって、場合によっては、レンズ群１２，１
３は、いずれか一方の場合もあるし、さらに３群以上の
レンズ群を設ける場合もある。
のレリーフパターンが形成されたレリーフパターン面１
０を有する回折光学素子１１を含んで構成する。なお、
一般的には、結像レンズ系３は、収差補正上、回折光学
素子１１の他に、レンズ群１２，１３も含む。図１で
は、結像レンズ系３を、物体側から、レンズ群１２、回
折光学素子１１およびレンズ群１３を順次配列して構成
しているが、これらの配列は、結像レンズ系３の収差補
正上の要請から決まるもので、図１に示す配列に限られ
ない。したがって、場合によっては、レンズ群１２，１
３は、いずれか一方の場合もあるし、さらに３群以上の
レンズ群を設ける場合もある。
【００２１】ここで、回折光学素子１１のレリーフパタ
ーン面１０は、波長選択素子９の領域分割に対応して領
域分割し、各領域のレリーフパターン面の溝深さを、当
該領域を通過する光の中心波長に対して、最大の回折効
率が得られるように最適化する。ただし、パターンの表
面から見た構造、具体的には、リングピッチ分布は、領
域分割に関係なく連続させる。すなわち、波長選択素子
９が、図２に示したように、領域９ａ，９ｂに分割され
ている場合には、それに対応して、レリーフパターン面
１０を、図３に示すように、領域１０ａ，１０ｂに分割
し、領域１０ａを波長λａに対して、領域１０ｂを波長
λｂに対して、それぞれ最大の回折効率が得られるよう
に溝深さを最適化する。
ーン面１０は、波長選択素子９の領域分割に対応して領
域分割し、各領域のレリーフパターン面の溝深さを、当
該領域を通過する光の中心波長に対して、最大の回折効
率が得られるように最適化する。ただし、パターンの表
面から見た構造、具体的には、リングピッチ分布は、領
域分割に関係なく連続させる。すなわち、波長選択素子
９が、図２に示したように、領域９ａ，９ｂに分割され
ている場合には、それに対応して、レリーフパターン面
１０を、図３に示すように、領域１０ａ，１０ｂに分割
し、領域１０ａを波長λａに対して、領域１０ｂを波長
λｂに対して、それぞれ最大の回折効率が得られるよう
に溝深さを最適化する。
【００２２】上記の波長選択素子９および回折光学素子
１１のレリーフパターン面１０は、これら間に位置する
光学素子、例えば、図１ではコンデンサレンズ８、レン
ズ群１２および物体２を一つのレンズ系１４と見なした
とき、該レンズ系１４に関して近軸的にほぼ共役位置関
係に配置する。なお、物体２は、一般には厚さの薄い平
行平板と見なせるので、レンズ系１４から無視しても差
し支えない。また、レンズ系１４は、一般的には、それ
単独では収差補正されないが、実際上本発明の効果に影
響するものではない。
１１のレリーフパターン面１０は、これら間に位置する
光学素子、例えば、図１ではコンデンサレンズ８、レン
ズ群１２および物体２を一つのレンズ系１４と見なした
とき、該レンズ系１４に関して近軸的にほぼ共役位置関
係に配置する。なお、物体２は、一般には厚さの薄い平
行平板と見なせるので、レンズ系１４から無視しても差
し支えない。また、レンズ系１４は、一般的には、それ
単独では収差補正されないが、実際上本発明の効果に影
響するものではない。
【００２３】このように、波長選択素子９およびレリー
フパターン面１０を、レンズ系１４に関して近軸的にほ
ぼ共役位置関係に配置することにより、レンズ系１４に
よって波長選択素子９の領域９ａの像をレリーフパター
ン面１０の領域１０ａに、波長選択素子９の領域９ｂの
像をレリーフパターン面１０の領域１０ｂに、それぞれ
投影するようにする。
フパターン面１０を、レンズ系１４に関して近軸的にほ
ぼ共役位置関係に配置することにより、レンズ系１４に
よって波長選択素子９の領域９ａの像をレリーフパター
ン面１０の領域１０ａに、波長選択素子９の領域９ｂの
像をレリーフパターン面１０の領域１０ｂに、それぞれ
投影するようにする。
【００２４】なお、波長選択素子９およびレリーフパタ
ーン面１０の領域分割の仕方は、図２および図３に示し
たものに限らず、両者を対応させて任意の複数の領域に
分割することができる。例えば、図４に示すように、波
長選択素子９およびレリーフパターン面１０を、３つの
領域Ａ，Ｂ，Ｃに枡目状に分割したり、図５に示すよう
に、同心円状に分割することもできる。ただし、好まし
くは、領域Ａ，Ｂ，Ｃの各々の面積の総計は、互いにほ
ぼ等しくする。
ーン面１０の領域分割の仕方は、図２および図３に示し
たものに限らず、両者を対応させて任意の複数の領域に
分割することができる。例えば、図４に示すように、波
長選択素子９およびレリーフパターン面１０を、３つの
領域Ａ，Ｂ，Ｃに枡目状に分割したり、図５に示すよう
に、同心円状に分割することもできる。ただし、好まし
くは、領域Ａ，Ｂ，Ｃの各々の面積の総計は、互いにほ
ぼ等しくする。
【００２５】図６は、一般的に可視波長域とみなす波長
幅Δλ（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における光学系の回
折効率の波長依存特性を示すものである。図６におい
て、はλａ＝０．４５μｍで回折効率が最大となるよ
うにレリーフパターンの溝深さを最適化した場合を、
はλｂ＝０．５３μｍで同様に最適化した場合を、は
λｃ＝０．６２μｍで同様に最適化した場合を示してい
る。
幅Δλ（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における光学系の回
折効率の波長依存特性を示すものである。図６におい
て、はλａ＝０．４５μｍで回折効率が最大となるよ
うにレリーフパターンの溝深さを最適化した場合を、
はλｂ＝０．５３μｍで同様に最適化した場合を、は
λｃ＝０．６２μｍで同様に最適化した場合を示してい
る。
【００２６】この発明の一実施形態においては、図１に
示す光学系において、波長選択素子９およびレリーフパ
ターン面１０をそれぞれ３つの領域Ａ，Ｂ，Ｃに分割
し、波長選択素子９においては、領域Ａのバンドパスフ
ィルタの透過中心波長をλａ＝０．４５μｍ、透過波長
幅をΔλａ、領域Ｂについては透過中心波長をλｂ＝
０．５３μｍ、透過波長幅をΔλｂ、領域Ｃについては
透過中心波長をλｃ＝０．６２μｍ、透過波長幅をΔλ
ｃとする。
示す光学系において、波長選択素子９およびレリーフパ
ターン面１０をそれぞれ３つの領域Ａ，Ｂ，Ｃに分割
し、波長選択素子９においては、領域Ａのバンドパスフ
ィルタの透過中心波長をλａ＝０．４５μｍ、透過波長
幅をΔλａ、領域Ｂについては透過中心波長をλｂ＝
０．５３μｍ、透過波長幅をΔλｂ、領域Ｃについては
透過中心波長をλｃ＝０．６２μｍ、透過波長幅をΔλ
ｃとする。
【００２７】また、レリーフパターン面１０において
は、領域Ａ、ＢおよびＣにおけるレリーフパターン面の
溝深さを、対応する波長選択素子９の領域Ａ、Ｂおよび
Ｃの透過中心波長λａ、λｂおよびλｃで、それぞれ回
折効率が最大となるように最適化する。この場合、各領
域Ａ、ＢおよびＣの溝深さｄａ、ｄｂおよびｄｃは、例
えば、基材の屈折率を１．５２（ＢＫ７の場合）とする
と、ｄ＝λ／（ｎ−１）から、ｄａ≒０．８７μｍ、ｄ
ｂ≒１．０２μｍ、およびｄｃ≒１．１９μｍとなる。
は、領域Ａ、ＢおよびＣにおけるレリーフパターン面の
溝深さを、対応する波長選択素子９の領域Ａ、Ｂおよび
Ｃの透過中心波長λａ、λｂおよびλｃで、それぞれ回
折効率が最大となるように最適化する。この場合、各領
域Ａ、ＢおよびＣの溝深さｄａ、ｄｂおよびｄｃは、例
えば、基材の屈折率を１．５２（ＢＫ７の場合）とする
と、ｄ＝λ／（ｎ−１）から、ｄａ≒０．８７μｍ、ｄ
ｂ≒１．０２μｍ、およびｄｃ≒１．１９μｍとなる。
【００２８】このように構成すれば、波長選択素子９お
よび回折光学素子１１を通過する光は、対応する領域
Ａ，ＢおよびＣのそれぞれにおいて、実質的に回折効率
が１００％となる波長近傍の光となるので、図６に太線
で示すように、実質的に高い回折効率で回折されること
になる。したがって、可視波長域全体に亘って回折効率
の波長依存を有効に低減でき、不要次数光によるフレア
の発生を有効に低減することができる。
よび回折光学素子１１を通過する光は、対応する領域
Ａ，ＢおよびＣのそれぞれにおいて、実質的に回折効率
が１００％となる波長近傍の光となるので、図６に太線
で示すように、実質的に高い回折効率で回折されること
になる。したがって、可視波長域全体に亘って回折効率
の波長依存を有効に低減でき、不要次数光によるフレア
の発生を有効に低減することができる。
【００２９】なお、図６において、それぞれ２曲線の交
わる境界波長λ0 は、２曲線のそれぞれの最適波長（回
折効率が１００％となる波長）をλ1 およびλ2 とし、
基材の屈折率の波長分散を無視すると、それらの最適波
長の平均値、すなわち、λ0＝（λ1 ＋λ2 ）／２で与
えられる。したがって、ΔλａとΔλｂとの境界波長
は、０．４９μｍとなり、ΔλｂとΔλｃとの境界波長
は、０．５７５μｍとなる。
わる境界波長λ0 は、２曲線のそれぞれの最適波長（回
折効率が１００％となる波長）をλ1 およびλ2 とし、
基材の屈折率の波長分散を無視すると、それらの最適波
長の平均値、すなわち、λ0＝（λ1 ＋λ2 ）／２で与
えられる。したがって、ΔλａとΔλｂとの境界波長
は、０．４９μｍとなり、ΔλｂとΔλｃとの境界波長
は、０．５７５μｍとなる。
【００３０】この発明は、上述した実施形態に限定され
るものではなく、幾多の変形または変更が可能である。
例えば、波長選択素子９および回折光学素子１１のレリ
ーフパターン面１０のそれぞれの分割領域数が、例え
ば、図２および図３に示したように少ない場合には、像
面４の任意の点、特に軸外像点において、各領域を通過
する光束による像形成への寄与の割合が均等でなくな
り、像面上で場所的な色むらが生じるおそれがある。こ
のような場合には、波長選択素子９および回折光学素子
１１のレリーフパターン面１０のそれぞれの分割領域の
対応関係を保ったまま、これらを光軸を中心に高速に回
転させることにより、色むらが時間的に平均化され、自
然な色再現性を得ることができる。
るものではなく、幾多の変形または変更が可能である。
例えば、波長選択素子９および回折光学素子１１のレリ
ーフパターン面１０のそれぞれの分割領域数が、例え
ば、図２および図３に示したように少ない場合には、像
面４の任意の点、特に軸外像点において、各領域を通過
する光束による像形成への寄与の割合が均等でなくな
り、像面上で場所的な色むらが生じるおそれがある。こ
のような場合には、波長選択素子９および回折光学素子
１１のレリーフパターン面１０のそれぞれの分割領域の
対応関係を保ったまま、これらを光軸を中心に高速に回
転させることにより、色むらが時間的に平均化され、自
然な色再現性を得ることができる。
【００３１】また、波長選択素子９を光軸方向に移動可
能に構成することもできる。このようにすれば、結像レ
ンズ系３を交換した場合でも、波長選択素子９を光軸方
向に移動させることにより、波長選択素子９と回折光学
素子１１のレリーフパターン面１０とを、レンズ系１４
に関して近軸的共役関係に保つことができる。
能に構成することもできる。このようにすれば、結像レ
ンズ系３を交換した場合でも、波長選択素子９を光軸方
向に移動させることにより、波長選択素子９と回折光学
素子１１のレリーフパターン面１０とを、レンズ系１４
に関して近軸的共役関係に保つことができる。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、複数
の波長、あるいは帯域光で使用する場合において、回折
効率の波長依存に伴う光学系の性能低下を有効に低減す
ることができ、したがって不要次数光によるフレアの発
生を有効に防止することができる。
の波長、あるいは帯域光で使用する場合において、回折
効率の波長依存に伴う光学系の性能低下を有効に低減す
ることができ、したがって不要次数光によるフレアの発
生を有効に防止することができる。
【図１】この発明の実施の形態を示す図である
【図２】波長選択素子の一例の構成を示す図である。
【図３】回折光学素子の一例の構成を示す図である。
【図４】波長選択素子および回折光学素子の他の例の構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図５】同じく、さらに他の例を示す図である。
【図６】図１に示した光学系の回折効率の波長依存特性
を示す図である。
を示す図である。
【図７】従来の回折光学素子を示す断面図である。
【図８】図７に示した回折光学素子における１次回折効
率の波長依存特性を示す図である。
率の波長依存特性を示す図である。
【図９】図７に示した回折光学素子における０次回折効
率と２次回折効率との波長依存特性をそれぞれ示す図で
ある。
率と２次回折効率との波長依存特性をそれぞれ示す図で
ある。
１ 照明光学系 ２ 物体 ３ 結像レンズ系 ４ 像面 ５ ランプ ６ コレクタレンズ ７ 開口絞り ８ コンデンサレンズ ９ 波長選択素子 ９ａ，９ｂ 波長選択素子の領域 １０ レリーフパターン面 １０ａ，１０ｂ レリーフパターン面の領域 １１ 回折光学素子 １２，１３ レンズ群
Claims (1)
- 【請求項１】 鋸歯断面形状を有するレリーフ型回折光
学素子を含む結像レンズ系と、照明光学系とを有し、 前記回折光学素子は、そのレリーフパターン面を、全体
として一つのレンズとしての作用を有しつつ、複数の異
なる波長の光で回折効率がそれぞれ最大となる複数の異
なる溝深さの領域に分割して構成し、 前記照明光学系は、前記回折光学素子のレリーフパター
ン面の各領域にそれぞれ対応する領域を有し、前記レリ
ーフパターン面の対応する領域における回折効率が最大
となる波長を実質的に中心波長とする帯域光を透過させ
る波長選択性を有する波長選択素子を具え、 前記回折光学素子のレリーフパターン面および波長選択
素子を、これらの間に位置するレンズ素子を含む光学素
子を一つのレンズ系と見なしたとき、該レンズ系に関し
て近軸的にほぼ共役位置関係となるように配置したこと
を特徴とする回折光学素子を含む光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23010595A JPH08220482A (ja) | 1994-12-13 | 1995-09-07 | 回折光学素子を含む光学系 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-308836 | 1994-12-13 | ||
| JP30883694 | 1994-12-13 | ||
| JP23010595A JPH08220482A (ja) | 1994-12-13 | 1995-09-07 | 回折光学素子を含む光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08220482A true JPH08220482A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=26529144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23010595A Withdrawn JPH08220482A (ja) | 1994-12-13 | 1995-09-07 | 回折光学素子を含む光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08220482A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0863440A2 (en) * | 1997-02-28 | 1998-09-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection exposure apparatus and device manufacturing method |
| JPH11202111A (ja) * | 1998-01-14 | 1999-07-30 | Olympus Optical Co Ltd | 光学系 |
| JP2001060336A (ja) * | 1998-10-28 | 2001-03-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学ヘッド |
| US6621640B2 (en) | 2000-04-04 | 2003-09-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection display apparatus |
| US6831783B2 (en) | 2000-06-07 | 2004-12-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Diffractive optical element and optical system |
| JP2006119458A (ja) * | 2004-10-22 | 2006-05-11 | Toppan Printing Co Ltd | レリーフ型回折格子およびそれを用いた照明装置 |
| WO2013038595A1 (ja) * | 2011-09-16 | 2013-03-21 | パナソニック株式会社 | 撮像装置 |
| WO2019142641A1 (ja) * | 2018-01-16 | 2019-07-25 | 株式会社ニコン | 回折光学素子、光学系、光学機器及び回折光学素子の製造方法 |
| WO2022264488A1 (ja) * | 2021-06-15 | 2022-12-22 | ソニーグループ株式会社 | 集光素子 |
-
1995
- 1995-09-07 JP JP23010595A patent/JPH08220482A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0863440A2 (en) * | 1997-02-28 | 1998-09-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection exposure apparatus and device manufacturing method |
| EP0863440A3 (en) * | 1997-02-28 | 1999-07-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection exposure apparatus and device manufacturing method |
| JPH11202111A (ja) * | 1998-01-14 | 1999-07-30 | Olympus Optical Co Ltd | 光学系 |
| JP2001060336A (ja) * | 1998-10-28 | 2001-03-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学ヘッド |
| US6621640B2 (en) | 2000-04-04 | 2003-09-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection display apparatus |
| US6831783B2 (en) | 2000-06-07 | 2004-12-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Diffractive optical element and optical system |
| JP2006119458A (ja) * | 2004-10-22 | 2006-05-11 | Toppan Printing Co Ltd | レリーフ型回折格子およびそれを用いた照明装置 |
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| WO2019142641A1 (ja) * | 2018-01-16 | 2019-07-25 | 株式会社ニコン | 回折光学素子、光学系、光学機器及び回折光学素子の製造方法 |
| JPWO2019142641A1 (ja) * | 2018-01-16 | 2020-12-17 | 株式会社ニコン | 回折光学素子、光学系、光学機器及び回折光学素子の製造方法 |
| WO2022264488A1 (ja) * | 2021-06-15 | 2022-12-22 | ソニーグループ株式会社 | 集光素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20021203 |