JPH095510A

JPH095510A - 光学素子

Info

Publication number: JPH095510A
Application number: JP7176870A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Tanaka; 一幸田中
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-06-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1997-01-10
Also published as: US5764343A

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、光学特性の劣化、光量の
減少が少なく、後側主点を前に又は前側主点を後ろにす
ることの出来る光学素子および上記の光学素子を用いた
焦点検出光学系を提供することにある。【構成】本発明の光学素子は、後側主点が肉厚中心
よりも前又は前側主点が肉厚中心よりも後ろに位置し、
少なくとも１面が回折現象を用いたレンズ作用面である
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回折現象を用いた（回
折型光学素子と呼ぶ）光学素子に関するものである。又
本発明は、回折型光学素子を含んだ焦点検出光学系で、
特に赤外光を被写体に向けて投光し、被写体よりの反射
光を受光することにより被写体までの距離を測定するア
クティブ式測距装置に利用される焦点検出光学系に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学素子は、一般に屈折理論から
なる光学素子にて構成されている。又近年、回折現象を
用いた回折型光学素子も提案されており、主として色収
差や他の諸収差を補正するために用いられている。

【０００３】又アクティブ方式測距システムは次に述べ
るようなものである。従来、カメラ等の自動合焦システ
ムには、大きく分けて二つの方式がある。その一つは、
被写体の輝度分布情報にもとづいて測距を行なうパッシ
ブ方式であり、他は被写体に対して赤外線等を投射して
その反射信号にもとづいて測距を行なうアクティブ方式
である。

【０００４】これら方式のうち、投光レンズを通して被
写体に向けて赤外光を投射し、投光レンズから一定距
離、つまり基線長だけ離れて設けられた受光レンズを介
して半導体位置検出装置に被写体からの反射光を受光さ
せ、その入射位置によって被写体距離を測定するいわゆ
る赤外線アクティブ式三角測距方式によるオートフォー
カス装置は、簡単な構成にて実現出来るために、多くの
製品に採用されている。

【０００５】このアクティブオートフォーカス装置のう
ち、画面中央部にしか測距ゾーンを有していないアクテ
ィブオートフォーカス装置の場合、投光した方向に主要
被写体が存在しない時にはオートフォーカス装置は、他
の被写体あるいは背景つまり無限遠に合焦するため、中
抜けと呼ばれている主要被写体に対してはピンボケ写真
になってしまう欠点があった。

【０００６】この欠点を除去するために、測距用の投光
信号を複数用い、ファインダー内の複数の測距位置を測
距するようにしたいわゆる広視野オートフォーカスある
いは多点測距と呼ばれる技術が提案され、これに必要な
投射光学系（投光光学系）が、例えば特開平４−２４８
５０号公報等により知られている。又、近年、前述のよ
うなアクティブ式オートフォーカスを用いたコンパクト
カメラの小型化が求められている。

【０００７】次に、前述の回折型光学素子について説明
する。回折型光学素子に関しては、「光学」２２巻１２
６頁〜１３０頁等に紹介されており、又ＳＰＩＥ１３
５４巻２４頁〜２９頁および３０頁乃至３７頁には、回
折型光学素子を用いた撮像光学系が提案されている。更
にアプライドオプティクス３１巻１３号にも記載され
ている。

【０００８】この回折型光学素子ＤＯＥは、回折現象に
もとづく光学系であって、図１８に示すように入射角を
θ、射出角をθ’、回折次数をｍ、回折格子Ｇのピッチ
をｄとすると、下記の式（１１）にしたがった回折現象
がおきる。

【０００９】 sin θ−sin θ’＝ｍλ／ｄ（１１）このような、回折現象を適用した焦点検出光学系とし
て、特開昭６１−１３４７１６号公報に記載されたもの
等が知られている。これらの光学系は、回折現象におけ
るほぼ同じ光量に分割された複数の回折次数の光束を用
いたものである。

【００１０】一方一つの回折次数の光束に注目した場
合、例えば図１９に示すようにピッチｄを連続的に変化
させるとｍ次の回折光に集光させることが出来、レンズ
作用を持たせることが出来る。ここでＤＯＥの断面形状
を図２０に示すような鋸状にし、その山の高さｈが下記
の式（１２）を満足するように構成すれば、波長λの入
射光についてｍ次の回折光が１００％となる。

【００１１】ｈ＝ｍλ／（ｎ−１）（１２）ただし、ｎはＤＯＥの基材の屈折率である。

【００１２】このような形状をキノフォームと呼んでい
る。又このキノフォームを図２１に示すように段階近似
したＤＯＥをバイナリーオプティクス（binary optics
）と呼んでいる。このバイナリーオプティクスによれ
ば、図２１の（Ａ）に示す４段階近似で８１％、又図２
１の（Ｂ）に示す８段階近似で９５％、更に１６段階近
似では９９％の回折効率が得られることが知られてい
る。

【００１３】又（１１）式からわかるように、ＤＯＥに
て構成したレンズの焦点距離の波長特性は、次の（１
３）式のようになり、いわゆるアッベ数に換算するとν
_d ＝−３．４５となり、大きな逆分数を持つことにな
る。

【００１４】 λｆ（λ）＝一定（１３）ただしｆ（λ）はＤＯＥで構成したレンズの波長λにお
ける焦点距離である。

【００１５】又波長λ₀ で回折効率を１００％にしたキ
ノフォームの、波長λの回折効率ｋは、下記の式（１
４）にしたがうことが知られている。

【００１６】ｋ＝sin²［π（λ₀ ／λ−ｍ）］／［π（λ₀ ／λ−ｍ）］² （１４）

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】光学素子の全長を短く
するためには、その後側主点を前に出す必要があり、レ
ンズの被写体側の面に正のパワーを配置し、レンズの結
像側の面に負のパワーを配置する必要がある。しかし
Ｎ. Ａ. の大きなレンズは、パワーを強くすると収差が
大きくなり、又最後には光線が通らなくなる。

【００１８】即ち、全長の短い光学系を一般の光学素子
で構成するためには、メニスカスレンズにする必要があ
る。しかし、メニスカスレンズは強い屈折率を持つレン
ズとしては不向きな形状のレンズである。つまり凹面の
負の屈折力を維持してレンズ全体の正の屈折力を強くし
かつレンズの径を確保しようとすると、図１４に示すよ
うに凸面にて大きな収差が発生し、光学素子としての機
能を十分に果たせなくなる。

【００１９】本発明の目的は、簡単な構成で、光学特性
の劣化や光量の減少が少なく、かつ後側主点位置を前に
出すことの出来る光学素子を又は前側主点を後ろに出す
ことの出来る光学素子を提供することにある。

【００２０】本発明の他の目的は、簡単な構成であっ
て、投光レンズの光学特性の劣化や光量の減少が少なく
かつ薄型が達成できる焦点検出光学系を提供することに
ある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の光学素子は、後
側主点が光学素子の肉厚の中心よりも前あるいは前側主
点が光学素子の肉厚の中心よりも後ろにある光学素子
で、少なくとも１面が回折現象を用いたレンズ作用面で
あることを特徴としている。

【００２２】前記のように、本発明の光学素子は、少な
くとも１面が回折現象を用いたレンズ作用面を有するこ
とを特徴としている。このように巨視的な平面に屈折力
を持たせることの出来る回折現象を用いたレンズ作用面
（ＤＯＥ面と呼ぶ）を少なくとも１面持つことによっ
て、１枚のレンズで強い屈折力を持たせることが可能で
ある。即ち図１５に示すように光学素子のレンズ面に対
して、光軸からの高さにかかわらず光軸とほぼ垂直な平
面にレンズ面（屈折面）を構成出来る。又図１４に示す
ような、同じパワーを持つ屈折型レンズとＤＯＥ面を持
つレンズ（光学素子）とを比較すると、光軸上の点から
発した光線のうち、光軸に対して大きな角度を持つ光線
程、屈折型レンズへの入射高は、ＤＯＥ面を持つレンズ
への入射高と比べて大きくなる。そのために、屈折型レ
ンズでは収差の発生が大になり、実質上使用できる有効
径はＤＯＥ面を用いたレンズよりも小になる。

【００２３】以上のように、本発明の光学素子は、後側
焦点位置を光学素子肉厚中心よりも前側に又は前側焦点
位置を光学素子肉厚中心よりも後ろ側に位置せしめしか
も光学性能の劣化をまねくことなく明るい光学素子にな
し得る。

【００２４】又、本発明において、光学素子のＤＯＥ面
が１面の場合、ＤＯＥ面の回折効率による光量の低下の
影響が少ないので全長が短く明るい光学系になし得る。

【００２５】このようにＤＯＥ面が１面の場合、下記条
件（１）を満足することが望ましい。

【００２６】（１）５．３×φ_T ×ｎ／Ｄ＜φ＜１
９×φ_T ×ｎ／Ｄただし、φ_T は光学素子全系のパワー、φは光学素子の
回折面のパワー、ｎは光学素子の屈折率、Ｄは光学素子
の有効径である。

【００２７】パワーφが条件（１）の下限値の５．３×
φ_T ×ｎ／Ｄを越えると主点の位置を十分に前へ出すこ
とが出来ず、又上限値の１９×φ_T ×ｍ／Ｄを越える
と、ＤＯＥ面を用いても収差を良好に補正できなくな
る。

【００２８】又、光学素子の両面をＤＯＥ面にすれば、
光学素子の主点を更に前に出すことができ、かつ収差補
正能力の高い光学系になし得る。このように両面をＤＯ
Ｅとした場合、次の条件（２）を満足することが望まし
い。

【００２９】（２）８×φ_T ×ｎ／Ｄ＜φ＜１９×φ_T ×ｎ／Ｄこのφが条件（２）の下限値の８×φ_T ×ｎ／Ｄを越え
ると、主点が光学素子の内部又は後ろに位置し、又上限
値の１９×φ_T ×ｎ／Ｄを越えると、ＤＯＥを用いて
も、収差を良好に補正できなくなる。

【００３０】上記条件（１），（２）の説明等は、後側
主点が光学素子の肉厚の中心よりも前にある光学素子に
ついて述べたが、光学素子の向きを逆にすれば、前側主
点が光学素子の肉厚の中心よりも後ろにある光学素子を
構成することになる。したがって上記説明は、前側主点
が後ろにある光学素子についても全く同様であり、条件
（１），（２）に関しても同じである。

【００３１】上記の本発明の光学素子において、ＤＯＥ
面の少なくとも１面を巨視的に平面にすることにより、
作りやすいＤＯＥ面の光学素子になし得る。

【００３２】又光学素子において、ＤＯＥ面の少なくと
も１面に巨視的に曲率を持たせることにより、ＤＯＥ面
での光線を曲げる自由度が大になり、収差補正能力の高
い光学素子になし得る。

【００３３】又光学素子のＤＯＥ面を中心と周辺とのパ
ワーが異なる面とすることも可能である。これによっ
て、収差補正能力の高い光学素子を構成することが可能
である。

【００３４】又、本発明は、発光手段とこの発光手段か
ら発する光を被写体に向けて投光する投光光学素子にお
いて、この投光光学素子として少なくとも１面がＤＯＥ
面である焦点検出光学系である。

【００３５】このように、投光レンズ（投光光学素子）
の被検出物体側をＤＯＥ面とすることにより、前述の通
り光学特性の劣化や光量の低下を起こすことなく、後側
主点を被写体側に配置出来、全長の短い薄型の投光レン
ズになし得る。

【００３６】又少なくとも前記レンズの発光側の面をＤ
ＯＥ面にすれば、ＤＯＥ面に汚れが付きにくくかつ明る
い光学系を構成し得る。

【００３７】前記の光学系において用いる光学素子は、
下記条件（３）を満足することが望ましい。

【００３８】（３）４．６×φ_T ×ｎ／Ｄ＜φ＜１
９×φ_T ×ｎ／Ｄ条件（３）の下限値４．６×φ_T ×ｎ／Ｄを越えると投
光光学系としての全長が大になり、又上限値の１９×φ
_T ×ｎ／Ｄを越えるとＤＯＥのパワーが強くなりすぎて
性能が劣化する。

【００３９】又、光学素子にＤＯＥ面を配置する場合、
ＤＯＥを前述のキノフォームと称する鋸状の形状を階段
状で表わすバイナリーオプティブで製作してもよい。Ｄ
ＯＥの屈折力を大にすると、同じ次数の回折効率を向上
させるためには、中心部と周辺部で鋸状のピッチ差を大
にしなければならなず、製作が困難になり又歩留まりの
低下等コストアップの原因になる。そのため中心部とそ
の周辺部との回折次数を変えることにより解決し得る。
例えば中心部では１次の回折効率を１００％に設定し、
周辺部では２次の回折効率を１００％に設定してもよ
い。

【００４０】又、発光素子の分光特性は、被写体がまぶ
じく感じないように、赤外域にあるが、発光素子の発光
最大エネルギーの波長と、ＤＯＥの最大回折効率の波長
とを一致させることが望ましい。

【００４１】又、ＤＯＥ面の中心と周辺のパワーを変え
ることにより収差補正能力の高い光学系を提供できる。

【００４２】

【実施例】次に本発明の光学素子の実施例を示す。図１
は本発明の第１の実施例で、光学素子の両面がＤＯＥ面
であって、下記データーに示す通りの構成である。ｒ₁ ＝∞（ＤＯＥ面）ｒ₂ ＝∞（ＤＯＥ面）ｄ₁ ＝1.14 ｎ₁ ＝1.485 ν₁ ＝57.66 非球面係数（面ｒ₁ ）Ｐ＝243 ，Ｅ＝-0.8182 ×10^-6，Ｆ＝0.2368×10^-8 Ｇ＝-0.1007 ×10^-9 （面ｒ₂ ）Ｐ＝1.82×10⁶ ，Ｅ＝-0.1513 ×10^-5，Ｆ＝0.8584×10^-8 Ｇ＝-0.8591 ×10^-10 上記の第１の実施例は、ＤＯＥをウルトラハイインデッ
クス法にて設計したものでいずれも屈折率は１４８７で
アッベ数は−３．４５で面ｒ₁ での屈折力は０．２３７
又面ｒ₃ での屈折力は−０．１６８である。又後側焦点
位置は、第１面（ｒ₁ ）の面頂から被写体側へ０．６８
mmである。

【００４３】次に本発明の第２の実施例を示す。この実
施例は、本発明の光学素子をアクティブ方式測距システ
ムに応用した例である。

【００４４】まず、基本的な一点測距を行なうアクティ
ブ式三角測距について述べる。図２は、本発明を実施す
るためのアクティブ方式測距を行なう焦点検出装置の要
部を示すブロック図である。図において、１１は赤外発
光ダイオード（ＩＲＥＤ）、１１ａは赤外発光ダイオー
ド１１の制御用ダイオード、１２は赤外発光ダイオード
から発せられた光束を集光する投光レンズ、１３は被写
体、１４は受光レンズ、１５は半導体からなる周知の検
出装置（以下ＰＳＤと称す）、１６はオートフォーカス
用ＩＣ、１７はピント調整用レンズを駆動させるための
演算等を行なう制御手段、１８はドライバー、１９は撮
影レンズをそのフォーカシングのため駆動するモーター
である。又、制御手段１７にはＣＰＵが内蔵されてお
り、その出力はドライバーによる撮影レンズ繰出しのた
めの動力源となるモーター１９を駆動する。

【００４５】次に上記構成の装置により、被写体距離を
測る赤外アクティブ方式三角測距の動作原理を説明す
る。

【００４６】受光レンズ１４の光軸とＰＳＤ１５の中心
線とを一致させ光軸と受光面の交点を原点とするとき、
被写体にての反射光の受光レンズ１４への入射位置を
ｘ、投光レンズ１２と受光レンズ１４の主点間距離つま
り基線長をＷ、受光レンズ１４の焦点距離をｆとすると
被写体距離ｄは下記の式（２１）にて与えられる。

【００４７】ｄ＝Ｗ・ｆ／ｘ（２１）被写体にて反射され、ＰＳＤ１５にて受光された際にＰ
ＳＤで発生する光電流Ｉ₁ ，Ｉ₂ は、共に入射光強度に
比例するが、光電流比Ｉ₁ ／Ｉ₂ は、入射光強度には依
存せず、入射光位置ｘのみで決定される。ここでＰＳＤ
１５の全長をｔとすると、Ｉ₁ ／Ｉ₂ は、下記の式（２
２）のようになる。

【００４８】Ｉ₁ ／Ｉ₂ ＝（ｔ／２＋ｘ）／（ｔ／２−ｘ）（２２）式（２２）と式（２１）とより、Ｉ₁ ／Ｉ₂ は、式（２
３）にて求められる。

【００４９】Ｉ₁ ／Ｉ₂ ＝（ｔ＋２Ｗ・ｆ／ｄ）（ｔ−２Ｗ・ｆ／ｄ）（２３）したがって、ＰＳＤ１５の光電流比Ｉ₁ ／Ｉ₂ が求めら
れれば、被写体距離ｄは一義的に決定される。

【００５０】図２は、アクティブ式三角測距装置による
測距原理の説明を簡単にするために単純な１点測距を行
なう構成にしたが、これを３点測距に応用した時の装置
の構成を図３に示す。

【００５１】図３においては、３個の赤外線発光ダイオ
ード２１ａ，２１ｂ，２１ｃに対して３個のＰＳＤ２５
ａ，２５ｂ，２５ｃが用いられており、又３個の赤外線
発光ダイオード２１ａ，２１ｂ，２１ｃにより発光され
た測光用赤外発散光３３ａ，３３ｂ，３３ｃは夫々パッ
ケージ２１により収斂され更に投光レンズ２２により平
行光束に近いビームとなり、被写体２３へ向けられる。
更に被写体２３にて反射された各ビームは、受光レンズ
２４により３個のＰＳＤ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのうち
の対応するＰＳＤに入射する。

【００５２】このようにＰＳＤを３個に分離することに
より１点測距に比べて他の方向からの入射光の影響を小
さく出来、Ｓ／Ｎが向上する。

【００５３】上記実施例にて用いる投光レンズ２２（投
光光学素子）および収斂作用を有するパッケージ２１よ
りなる投光光学系を次に示す。

【００５４】図４は投光光学系の例１を示し、そのデー
ターは下記の通りである。

【００５５】例１ｒ₁ ＝∞（ＤＯＥ面）ｄ₁ ＝1.56 ｎ₁ ＝1.485 ν₁ ＝57.66 ｒ₂ ＝13.328 ｄ₂ ＝3.91 ｒ₃ ＝1.97 ｄ₃ ＝3.17 ｎ₂ ＝1.54 ν₂ ＝54 ｒ₄ ＝∞ 非球面係数（面ｒ₁ ）Ｐ＝659 ，Ｅ＝-0.5616 ×10^-6，Ｆ＝0.6330×10^-8 Ｇ＝-0.5259 ×10^-9 （面ｒ₂ ）Ｐ＝-29 ，Ｅ＝-0.1067 ×10^-2，Ｆ＝-0.7232 ×10^-4 Ｇ＝-0.1693 ×10^-5 この投光光学系（例１）は、ｒ₁ がＤＯＥ面で、このＤ
ＯＥ面はウルトラハイインデックス法で設計されてい
る。このＤＯＥ面（ウルトラハイインデックス）の屈折
率は１４８７、又アッベ数は−３．４５である。又面ｒ
₁ の屈折力は０．１３９、面ｒ₂ の屈折力は−０．０３
６である。又後側主点は第１面の面頂から被写体側へ−
０．１８mmである。又面ｒ₂ は非球面である。

【００５６】この投光光学系（例１）では、第１面に巨
視的平面であるＤＯＥを配置し、全長が短く透過率が高
くかつ作りやすい光学系になっている。

【００５７】図５は投光光学系の他の例（例２）を示す
もので、下記データーを有する。

【００５８】例２ｒ₁ ＝3237（ＤＯＥ面）ｄ₁ ＝1.304 ｎ₁ ＝1.485 ν₁ ＝57.66 ｒ₂ ＝12.62 ｄ₂ ＝4.122 ｒ₃ ＝1.97 ｄ₃ ＝3.17 ｎ₂ ＝1.54 ν₂ ＝54 ｒ₄ ＝∞ 非球面係数（面ｒ₁ ）Ｐ＝2582，Ｅ＝-0.6618 ×10^-6，Ｆ＝0.6620×10^-8 Ｇ＝-0.4955 ×10^-9 （面ｒ₂ ）Ｐ＝-27 ，Ｅ＝-0.1105 ×10^-2，Ｆ＝-0.7817 ×10^-4 Ｇ＝0.2078×10^-5 この投光光学系（例２）は、ｒ₁ がＤＯＥ面で、このＤ
ＯＥ面はウルトラハイインデックス法で設計されてい
る。このＤＯＥ面（ウルトラハイインデックス）の屈折
率は１４８７、又アッベ数は−３．４５である。又面ｒ
₁ の屈折力は０．１３４、面ｒ₂ の屈折力は−０．０３
８である。又後側主点は第１面の面頂から被写体側へ−
０．１２mmである。又ｒ₁ ，ｒ₂ は非球面である。

【００５９】この投光光学系（例２）では、第１面に巨
視的平面であるＤＯＥを配置し、全長が短く透過率が高
くかつ収差補正能力の高い光学系になっている。

【００６０】図６は他の投光光学系（例３）で、下記デ
ーターを有する。

【００６１】例３ｒ₁ ＝∞（ＤＯＥ面１）ｄ₁ ＝1.142 ｎ₁ ＝1.485 ν₁ ＝57.66 ｒ₂ ＝∞（ＤＯＥ面２）ｄ₂ ＝3.474 ｒ₃ ＝1.97 ｄ₃ ＝3.17 ｎ₂ ＝1.54 ν₂ ＝54 ｒ₄ ＝∞ 非球面係数（面ｒ₁ ）Ｐ＝243 ，Ｅ＝-0.8182 ×10^-6，Ｆ＝0.2368×10^-8 Ｇ＝-0.1007 ×10^-9 （面ｒ₂ ）Ｐ＝1.82×10⁶ ，Ｅ＝-0.1513 ×10^-5，Ｆ＝0.8584×10^-8 Ｇ＝-0.8591 ×10^-10 この投光光学系（例３）は、ｒ₁ がＤＯＥ面１、ｒ₂が
ＤＯＥ面２で、このＤＯＥ面はウルトラハイインデック
ス法で設計されている。このＤＯＥ面（ウルトラハイイ
ンデックス）の屈折率はいずれも１４８７、又アッベ数
はいずれも−３．４５である。又面ｒ₁ の屈折力は０．
２３７、面ｒ₂ の屈折力は−０．１６８である。又後側
主点は第１面の面頂から被写体側へ０．６８mmである。
又面ｒ₁ ，ｒ₂ は非球面である。

【００６２】この投光光学系（例３）では、第１面、第
２面に巨視的平面であるＤＯＥを配置し、全長が短く透
過率が高くかつ作りやすい光学系になっている。

【００６３】図７は、他の投光光学系（例４）で、下記
のデーターを有する。

【００６４】例４ｒ₁ ＝∞（ＤＯＥ面１）ｄ₁ ＝1.299 ｎ₁ ＝1.485 ν₁ ＝57.66 ｒ₂ ＝-6293(ＤＯＥ面２）ｄ₂ ＝3.117 ｒ₃ ＝1.97 ｄ₃ ＝3.17 ｎ₂ ＝1.54 ν₂ ＝54 ｒ₄ ＝∞ 非球面係数（面ｒ₁ ）Ｐ＝181 ，Ｅ＝-0.7862 ×10^-6，Ｆ＝0.3153×10^-8 Ｇ＝-0.1095 ×10^-9 （面ｒ₂ ）Ｐ＝1.82×10⁶，Ｅ＝-0.1582 ×10^-5，Ｆ＝0.7178×10^-8 Ｇ＝-0.3375 ×10^-11 この投光光学系（例４）は、ｒ₁ がＤＯＥ面１で、又ｒ
₂ がＤＯＥ面２でこれらＤＯＥ面はウルトラハイインデ
ックス法で設計されている。このＤＯＥ面（ウルトラハ
イインデックス）の屈折率は１４８７、又アッベ数は−
３．４５である。又面ｒ₁ の屈折力は０．２４９、面ｒ
₂ の屈折力は−０．１９１である。又後側主点は第１面
の面頂から被写体側へ０．８８mmである。又面ｒ₁ ，ｒ
₂ は非球面である。

【００６５】この投光光学系（例４）では、第１面に巨
視的平面であるＤＯＥを配置し、又第２面に巨視的に曲
面であるＤＯＥ面を配置し、全長が短く収差補正能力の
高い光学系になっている。

【００６６】図８は、他の投光光学系（例５）で、下記
のデーターを有する。

【００６７】例５ｒ₁ ＝611.5(ＤＯＥ面１）ｄ₁ ＝1.852 ｎ₁ ＝1.485 ν₁ ＝57.66 ｒ₂ ＝∞( ＤＯＥ面２）ｄ₂ ＝3.474 ｒ₃ ＝1.97 ｄ₃ ＝3.17 ｎ₂ ＝1.54 ν₂ ＝54 ｒ₄ ＝∞ 非球面係数（面ｒ₁ ）Ｐ＝277 ，Ｅ＝-0.1366 ×10^-5，Ｆ＝0.7109×10^-8 Ｇ＝-0.1949 ×10^-10 （面ｒ₂ ）Ｐ＝1.82×10⁶ ，Ｅ＝-0.2119 ×10^-5，Ｆ＝0.1206×10^-6 Ｇ＝0.3960×10^-9 この投光光学系（例５）は、ｒ₁ がＤＯＥ面１で、又ｒ
₂ がＤＯＥ面２でこれらＤＯＥ面はウルトラハイインデ
ックス法で設計されている。このＤＯＥ面（ウルトラハ
イインデックス）の屈折率は１４８７、又アッベ数は−
３．４５である。又面ｒ₁ の屈折力は０．２７４、面ｒ
₂ の屈折力は−０．２４２である。又後側主点は第１面
の面頂から被写体側へ１．２８mmである。又面ｒ₁ ，ｒ
₂ は非球面である。

【００６８】この投光光学系（例５）では、第１面に巨
視的曲面であるＤＯＥを配置し、又第２面に巨視的に平
面であるＤＯＥ面を配置し、全長が短く収差補正能力の
高い光学系になっている。

【００６９】図９は、他の投光光学系（例６）で、下記
データーを有する。

【００７０】例６ｒ₁ ＝1151.8（DOE 面１）ｄ₁ ＝1.517 ｎ₁ ＝1.485 ν₁ ＝57.66 ｒ₂ ＝-1674.9(DOE 面２）ｄ₂ ＝2.499 ｒ₃ ＝1.97 ｄ₃ ＝3.17 ｎ₂ ＝1.54 ν₂ ＝54 ｒ₄ ＝∞ 非球面係数（面ｒ₁ ）Ｐ＝298 ，Ｅ＝-0.8955 ×10^-6，Ｆ＝0.4396×10^-9 Ｇ＝-0.1655 ×10^-9 （面ｒ₂ ）Ｐ＝1.82×10⁵ ，Ｅ＝-0.1978 ×10^-5，Ｆ＝-0.7943 ×10^-8 Ｇ＝0.8586×10^-9 この投光光学系（例６）は、ｒ₁ がＤＯＥ面１で、又ｒ
₂ がＤＯＥ面２でこれらＤＯＥ面はウルトラハイインデ
ックス法で設計されている。このＤＯＥ面（ウルトラハ
イインデックス）の屈折率は１４８７、又アッベ数は−
３．４５である。又面ｒ₁ の屈折力は０．２２６、面ｒ
₂ の屈折力は−０．１７７である。又後側主点は第１面
の面頂から被写体側へ０．９８mmである。又面ｒ₁ ，ｒ
₂ は非球面である。

【００７１】この投光光学系（例６）では、第１面，第
２面共に巨視的曲面であるＤＯＥを配置し、全長が短く
収差補正能力の高い光学系になっている。

【００７２】図１０は、他の投光光学系（例７）で、下
記データーを有する。

【００７３】例７ｒ₁ ＝5.61 ｄ₁ ＝2.85 ｎ₁ ＝1.485 ν₁ ＝57.66 ｒ₂ ＝∞（ＤＯＥ面）ｄ₂ ＝3.637 ｒ₃ ＝1.97 ｄ₃ ＝3.17 ｎ₂ ＝1.54 ν₂ ＝54 ｒ₄ ＝∞ 非球面係数（面ｒ₁ ）Ｐ＝0.327 ，Ｅ＝-0.1494 ×10^-4，Ｆ＝-0.2866 ×10^-5 Ｇ＝0.4006×10^-7 （面ｒ₂ ）Ｐ＝-0.84 ×10⁶ ，Ｅ＝-0.1494 ×10^-4，Ｆ＝0.2866×10^-5 Ｇ＝-0.4006 ×10^-7 この投光光学系（例７）は、ｒ₂ がＤＯＥ面で、このＤ
ＯＥ面はウルトラハイインデックス法で設計されてい
る。このＤＯＥ面（ウルトラハイインデックス）の屈折
率は１４８７、又アッベ数は−３．４５である。又面ｒ
₁ の屈折力は０．２３７、面ｒ₂ の屈折力は−０．１６
８である。又後側主点は第１面の面頂から被写体側へ−
１．２mmである。又面ｒ₁ ，ｒ₂ は非球面である。

【００７４】この投光光学系（例６）では、第２面に巨
視的平面であるＤＯＥを配置し、全長が短く収差補正能
力が高く、透過率が高くかつ作りやすい光学系になって
いる。

【００７５】図１１は、他の投光光学系（例８）で、下
記データーを有する。

【００７６】例８ｒ₁ ＝5.81 ｄ₁ ＝2.5 ｎ₁ ＝1.485 ν₁ ＝57.66 ｒ₂ 20.00（ＤＯＥ面）ｄ₂ ＝3.886 ｒ₃ ＝1.97 ｄ₃ ＝3.17 ｎ₂ ＝1.54 ν₂ ＝54 ｒ₄ ＝∞ 非球面係数（面ｒ₁ ）Ｐ＝0.2678，Ｅ＝-0.8844 ×10^-4，Ｆ＝0.6557×10^-6 Ｇ＝0.6111×10^-6 （面ｒ₂ ）Ｐ＝0.993 ，Ｅ＝-0.4376 ×10^-7，Ｆ＝0.8445×10^-8 Ｇ＝0.4291×10^-10 この投光光学系（例８）は、ｒ₂ がＤＯＥ面で、このＤ
ＯＥ面はウルトラハイインデックス法で設計されてい
る。このＤＯＥ面（ウルトラハイインデックス）の屈折
率は１４８７、又アッベ数は−３．４５である。又、面
ｒ₂ の屈折力は０．０４３である。又後側主点は第１面
の面頂から被写体側へ−１．１mmである。又ｒ₁ ，ｒ₂
は非球面である。

【００７７】この投光光学系（例８）では、第２面に巨
視的曲面であるＤＯＥを配置し、汚れがつきにくく、収
差補正能力が高く、かつ透過率が高い光学系になってい
る。

【００７８】本発明の実施例で用いている非球面は、光
軸方向をｘ軸、光軸と垂直な方向をｙ軸、非球面の頂点
の曲率をＣとする時、下記の式にて表わされる。

【００７９】ｘ＝Ｃｙ² ／［１＋（１−ｐＣ² ｙ² ）
^1/2 ］＋Ｅｙ⁴ ＋Ｆｙ⁶ ＋Ｇｙ⁸ ただし、ｐは円錐定数、Ｅ，Ｆ，Ｇは４次，６次，８次
の非球面係数である。

【００８０】尚図４〜図１０においてｒ₃ ，ｒ₄ は、パ
ッケージ２１でその平面ｒ₄ に近接して発光面が配置さ
れている。

【００８１】次に上記実施例に示した、ＤＯＥ面を有す
る光学素子、又上記実施例に示したＤＯＥ面を有する光
学素子を含む光学系の設計法について説明する。

【００８２】前述のように回折型光学素子を含む設計法
として、ウルトラ−ハイインデックス法（ｕｌｔｒａ
−ｈｉｇｈｉｎｄｅｘｍｅｔｈｏｄｓ）と呼ばれる
ものが知られている。このウルトラ−ハイインデック
ス法については、ＳＰＩＥ１２６巻４６ー５３頁（１９
７７年）に詳細に記載されている。このウルトラ−ハイ
インデックス法について、図１２をもとに簡単に説明
する。

【００８３】この図１２において、１はｎ≫１である屈
折系レンズ（ウルトラ−ハイインデックスレンズ）
の媒質、２は法線、ｚは光軸方向の座標、ｈは基板方向
の座標である。

【００８４】このウルトラ−ハイインデックスレン
ズにおいては、次の式（３１）が成立つ。

【００８５】（ｎ_U −１）ｄ_Z ／ｄｈ＝ｎsin θ−ｎ’sin θ’ （３１）ただし、ｎ_U はウルトラ−ハイインデックスレンズ
の屈折率、ｚはウルトラ−ハイインデックスレンズ
の光軸方向の座標、ｈは光軸からの距離、ｎ，ｎ’はそ
れぞれ入射側媒質および射出側媒質の屈折率、θ，θ’
は光線の入射角および射出角である。尚、前述の実施例
データーではｎ_U ＝１０００１としている。つまり、例
えば実施例１でｎ₃ ，ｎ₇ の値が１０００１である。又
回折格子では、下記式（３２）が成立つ。

【００８６】ｎsin θ−ｎ’sin θ’＝ｍλ／ｄ（３２）式（３１）および（３２）から次の式（３３）が成立
つ。

【００８７】（ｎ_U −１）ｄ_Z ／ｄｈ＝ｍλ／ｄ（３３）即ち、ウルトラ−ハイインデックスレンズ（屈折率
が極めて大きい屈折型レンズ）の面形状と回折型光学素
子のピッチとの間には上記式（３２）で与えられる等価
関係が成立し、この式を通じてウルトラ−ハイインデ
ックス法で設計したウルトラ−ハイインデックスの面
形状から回折型光学素子のピッチ分布を求めることが出
来る。

【００８８】具体的には、ウルトラ−ハイインデック
スレンズを下記式（３４）にて表わされる非球面を有
するレンズとして設計すると、式（３３）と下記式（３
４）とから回折型光学素子のピッチ分布は、下記の式
（３５）にて表わされる。

【００８９】ｚ＝（ｃｈ² ）／｛１−ｃ² （ｋ＋１）ｈ² ｝^1/2 ＋Ａｈ⁴ ＋Ｂｈ⁶ ＋Ｃｈ⁸ ＋Ｄｈ¹⁰ （３４）ｄ＝ｍλ／｛（ｎ−１）（ｄ_z ／ｄｈ）］＝｛ｍλ／（ｎ−１）｝／［ｃｈ／｛１−ｃ² （ｋ＋１）ｈ² ｝^1/2 ＋４Ａｈ³ ＋６Ｂｈ⁴ ＋８Ｃｈ⁷ ＋１０Ｄｈ⁹ ］（３５）ただしｚは光軸でレンズに接する接平面からのずれ量
（サグ値）、ｃは曲率、ｈは光軸からの距離、ｋは円錐
定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，・・・は夫々４次，６次，８
次，１０次，・・・の非球面係数である。

【００９０】以上のように、各実施例に示すＤＯＥを有
する光学素子は、非球面も含め設計並びに作成し得る。

【００９１】図１３は、図９に示す投光レンズを含む投
光光学系（例６）において、物体距離５ｍの被写体面上
に投光した時の被写体面上での光の強度を示す図であ
る。この図は、光軸から上下方向の距離を横軸、光の強
度を縦軸方向にとったもので、強度は光軸に関して上下
対称図面では左右対称になり、図面では右方向（例えば
被写体面上で上方向）のみ示してある。この図のよう
に、三つのスポットは、光軸上と光軸より上下に夫々約
６００mm離れた位置に投光される。

【００９２】図１６は、例えば本発明の第１の実施例に
示す光学素子を虫めがねに適用した場合を示すものであ
る。図に示すように光学素子３１の主点３２はレンズの
外に出ており、又図１６の（Ａ）から（Ｂ）のように光
学素子３１の表裏を逆にすることにより、同じ拡大率で
あって、ワーキングディスタンスを変化させることが出
来る。又ワーキングディスタンスを一定にすれば、拡大
率を変えることが出来る。

【００９３】図２は、本発明の光学素子を懐中電灯の前
に装着する例である。本発明の光学素子３１の主点３２
がレンズの外に出ているために、光学素子３１の表裏を
逆にして装着するとランプ３３から出た光の拡がり方を
変えることが出来る。

【００９４】本発明は、特許請求の範囲の各請求項に記
載されているもののほか、次の各項に記載するものも含
まれる。

【００９５】（１）特許請求の範囲の請求項１に記載さ
れている光学素子であって、下記条件（１）を満足する
光学素子。

【００９６】（１）５．３×φ_T ×ｎ／Ｄ＜φ＜１
９×φ_T ×ｎ／Ｄ（２）特許請求の範囲の請求項１に記載されている光学
素子であって、両面が回折現象を用いたレンズ作用面で
ある光学素子。

【００９７】（３）前記（２）の項にに記載されている
光学素子であって、下記条件（２）を満足する光学素
子。

【００９８】（２）８×φ_T ×ｎ／Ｄ＜φ＜１９×φ_T ×ｎ／Ｄ（４）特許請求の範囲の請求項１に記載されている光学
素子であって、前記回折現象を用いたレンズ作用面が面
の位置により連続的又は非連続的にパワーが変化する光
学素子。

【００９９】（５）特許請求の範囲の請求項２に記載さ
れている光学系であって、非検出物体による反射光を受
光する受光手段と、受光手段上に反射光を集光する受光
光学素子を少なくとも備え、受光手段に入射する反射光
の入射位置により、被検出物体の位置を検出する測距手
段において、前記投光光学素子の各面のうちの少なくと
も一つの面が回折現象を用いたレンズ作用面であること
を特徴とする焦点検出光学系。

【０１００】（６）前記（５）の項に記載されている光
学系であって、前記投光光学素子の被写体側の面が回折
現象を用いたレンズ作用面で、かつ前記投光光学素子の
少なくとも被写体側の面が巨視的に平面であることを特
徴とする焦点検出光学系。

【０１０１】（７）前記（５）の項に記載されている光
学系であって、前記投光光学素子の被写体側の面が回折
現象を用いたレンズ作用面で、かつ前記投光光学素子の
少なくとも被写体側の面が巨視的に曲面であることを特
徴とする焦点検出光学系。

【０１０２】（８）前記（５）の項に記載されている光
学系であって、前記投光光学素子の両面が回折現象を用
いたレンズ作用面で、かつ前記投光光学素子の少なくと
も被写体側の面が巨視的に平面であることを特徴とする
焦点検出光学系。

【０１０３】（９）前記（５）の項に記載されている光
学系であって、前記投光光学素子の両面が回折現象を用
いたレンズ作用面で、かつ前記投光光学素子の少なくと
も被写体側の面が巨視的に曲面であることを特徴とする
焦点検出光学系。

【０１０４】（１０）前記（５）の項に記載されている
光学系であって、前記投光光学素子の両面が回折現象を
用いたレンズ作用面で、かつ前記投光光学素子の少なく
とも発光素子側の面が巨視的に平面であることを特徴と
する焦点検出光学系。

【０１０５】（１１）前記（５）の項に記載されている
光学系であって、前記投光光学素子の両面が回折現象を
用いたレンズ作用面で、かつ前記投光光学素子の少なく
とも被写体側の面が巨視的に曲面であることを特徴とす
る焦点検出光学系。

【０１０６】（１２）前記（５）の項に記載されている
光学系であって、前記投光光学素子の両面が回折現象を
用いたレンズ作用面で、かつ前記投光光学素子の発光素
子側の面が巨視的に平面であることを特徴とする焦点検
出光学系。

【０１０７】（１３）前記（５）の項に記載されている
光学系であって、前記投光光学素子の被写体側の面が回
折現象を用いたレンズ作用面で、かつ前記投光光学素子
の少なくとも発光素子側の面が巨視的に曲面であること
を特徴とする焦点検出光学系。

【０１０８】（１４）前記（５）の項に記載されている
光学系であって、前記投光光学素子の発光素子側の面が
回折現象を用いたレンズ作用面で、かつ前記投光光学素
子の少なくとも発光素子側の面が巨視的に平面であるこ
とを特徴とする焦点検出光学系。

【０１０９】（１５）前記（５）の項に記載されている
光学系であって、前記投光光学素子の発光素子側の面が
回折現象を用いたレンズ作用面で、かつ前記投光光学素
子の少なくとも発光素子側の面が巨視的に曲面であるこ
とを特徴とする焦点検出光学系。

【０１１０】（１６）前記（５）の項に記載されている
光学系で、前記光学素子が下記条件（３）を満足する焦
点検出光学系。

【０１１１】４．６×φ_T ×ｎ／Ｄ＜φ＜１９×φ_T ×ｎ／Ｄ

【０１１２】

【発明の効果】本発明の光学素子は、光学特性の劣化や
光量の現象が少なくかつ主点の位置をレンズの中心から
逆側に離すことが出来る。又この光学素子を用いた本発
明の測距装置は、光学特性の劣化や減少が少なくかつ光
学系の全長を短くし得たものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である光学素子の構成を
示す図

【図２】本発明の第２の実施例である焦点検出光学系を
適用し得る１点測距のアクティブ式三角測距装置の構成
を示す図

【図３】上記第２の実施例を適用し得る３点測距のアク
ティブ式三角測距装置の構成を示す図

【図４】本発明の第２の実施例で用いる投光光学系（例
１）の断面図

【図５】本発明の第２の実施例で用いる投光光学系（例
２）の断面図

【図６】本発明の第２の実施例で用いる投光光学系（例
３）の断面図

【図７】本発明の第２の実施例で用いる投光光学系（例
４）の断面図

【図８】本発明の第２の実施例で用いる投光光学系（例
５）の断面図

【図９】本発明の第２の実施例で用いる投光光学系（例
６）の断面図

【図１０】本発明の第２の実施例で用いる投光光学系
（例７）の断面図

【図１１】本発明の第２の実施例で用いる投光光学系
（例８）の断面図

【図１２】前記投光光学系（例６）による被写体面上で
の光の強度分布を示す図

【図１３】ウルトラ−ハイインデックス法の説明図

【図１４】メニスカス形状の屈折型光学素子による光線
の屈折状況を示す図

【図１５】回折現象を用いるレンズ作用面を有する光学
素子による光線の屈折状況を示す図

【図１６】本発明の第１の実施例の光学素子の応用例を
示す図

【図１７】本発明の第１の実施例の光学素子の他の応用
例を示す図

【図１８】回折現象を用いたレンズ作用面での作用を示
す図

【図１９】回折現象を用いたレンズ作用面での一つの次
数に注目した時の作用図

【図２０】キノフォームとして構成したＤＯＥの断面形
状を示す図

【図２１】キノフォームを段階近似したバイナリー光学
素子の断面図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】後側主点が光学素子の肉厚の中心より前に
ある又は前側主点が光学素子の厚肉の中心より後ろにあ
る少なくとも一面が回折現象を用いたレンズ作用面であ
る光学素子。
【請求項２】発光手段と、発光手段から発する光を被写
体に向けて投光する投光光学素子とよりなり、前記投光
光学素子の少なくとも１面が回折現象を用いたレンズ作
用面であることを特徴とする焦点検出光学系。