JPH10160916A - Optical system with diffractive dunctional surface and optical equipment using it - Google Patents

Optical system with diffractive dunctional surface and optical equipment using it

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JPH10160916A
JPH10160916A JP31951396A JP31951396A JPH10160916A JP H10160916 A JPH10160916 A JP H10160916A JP 31951396 A JP31951396 A JP 31951396A JP 31951396 A JP31951396 A JP 31951396A JP H10160916 A JPH10160916 A JP H10160916A
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JP
Japan
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diffraction
optical system
diffractive
wavelength
lens
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JP31951396A
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Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Kobayashi
秀一 小林
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Canon Inc
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Publication date
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain high diffractive efficiency in average in a whole range of a use wavelength bond by designing an optical system so that at least two diffractive functional surfaces among plural functional surfaces are different in wavelengths of light whose diffractive efficiency becomes highest. SOLUTION: An optical system 1 is a rear focus type zoom lens consisting of four groups of positive, negative, positive and positive. Light 2 from an object is made incident from a left side to be image formed in a solid-state image pickup element 3 being an image surface. The diffractive functional surfaces 5a, 5b are formed respectively on surfaces having the curvatures of the second group and third group of the optical system 1. The diffractive functional surfaces 5a, 5b are a diffraction grating so-called binary obdisk (BO) so that a periodical structure of a structure consisting of eight steps is formed in a ring belt shape around an optical axis 2. In this a case, by changing the design wavelengths of the diffractive functional surfaces 5a, 5b, a spectral transmission characteristics in the whole optical system 1 becomes a proper state, Refractive indexes and heights of structure of material constituting the diffractive functional surfaces 5a, 5b are changed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、カメラ等の光学機
器の撮影光学系や観察光学系に好適に用いられる回折作
用面を有する光学系に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system having a diffraction surface which is suitably used for a photographing optical system and an observation optical system of an optical device such as a camera.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より屈折系のみによって構成される
光学系においては、分散特性の異なる硝材を組み合わせ
ることによって色収差を減らしている。例えば、望遠鏡
等の対物レンズでは、分散の小さい硝材を正レンズ、分
散の大きい硝材を負レンズとし、これらを組み合わせて
用いることで、軸上に現れる色収差を補正している。こ
のため、レンズの構成枚数が制限される場合や使用でき
る硝材が限られている場合などでは、色収差が十分に補
正できないことがあった。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an optical system composed only of a refraction system, chromatic aberration is reduced by combining glass materials having different dispersion characteristics. For example, in an objective lens such as a telescope, a glass material having a small dispersion is a positive lens, and a glass material having a large dispersion is a negative lens. By using these in combination, chromatic aberration appearing on the axis is corrected. For this reason, when the number of constituent lenses is limited, or when the usable glass material is limited, the chromatic aberration cannot be sufficiently corrected in some cases.

【0003】硝材の組み合わせにより色収差を補正する
方法に対して、SPIE Vol.1354 International Lens Des
ign Conference(1990)等の文献に、光学系の一部に回折
作用を持たせることで、色収差を減らす方法が開示され
ている。この方法は、図15に示したように屈折光学系
と回折光学系とでは、色収差が逆方向に発生するという
物理現象を利用したものである。
A method for correcting chromatic aberration by combining glass materials is described in SPIE Vol.1354 International Lens Des.
Documents such as Ign Conference (1990) disclose a method of reducing chromatic aberration by giving a part of an optical system a diffraction effect. This method utilizes the physical phenomenon that chromatic aberration occurs in the opposite direction between the refractive optical system and the diffractive optical system as shown in FIG.

【0004】ところで、回折作用面における所定次数の
回折光の回折効率は、例えば図16のような特性を持っ
ている。図16において、横軸は波長、縦軸は回折効率
を表している。図16に示すように、回折作用面は所定
波長λD(λL≦λD≦λU)において、所定次数の回
折光の回折効率が最も高くなるように設計されるため、
それ以外の波長での回折効率は波長λDにおける回折効
率に比して相対的に低くなる。このλDのような回折効
率の最も高くなる波長を設計波長、対象となる回折光の
次数を設計次数と呼ぶことにする。
Meanwhile, the diffraction efficiency of a predetermined order of diffracted light on the diffraction surface has a characteristic as shown in FIG. 16, for example. In FIG. 16, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents diffraction efficiency. As shown in FIG. 16, the diffraction surface is designed so that the diffraction efficiency of the diffracted light of the predetermined order becomes the highest at the predetermined wavelength λD (λL ≦ λD ≦ λU).
The diffraction efficiency at other wavelengths is relatively lower than the diffraction efficiency at wavelength λD. The wavelength at which the diffraction efficiency is highest, such as λD, is called the design wavelength, and the order of the target diffracted light is called the design order.

【0005】例えば、設計波長を550nm、設計次数
を1次とし、回折作用面を輪帯状の8段の階段構造によ
り形成したとき、設計波長での回折効率は約95%にな
り、波長440nmにおける1次回折光の回折効率は約
80%、波長650nmにおける1次回折光の回折効率
は約88%になる。したがって回折作用面を有した光学
系においては、その光学系が利用する波長帯域の中心付
近に設計波長を設定することが望ましい。
For example, when the design wavelength is 550 nm, the design order is 1st, and the diffraction surface is formed by an annular stepped structure of eight steps, the diffraction efficiency at the design wavelength becomes about 95%, and the wavelength at 440 nm is obtained. The diffraction efficiency of the first-order diffracted light is about 80%, and the diffraction efficiency of the first-order diffracted light at a wavelength of 650 nm is about 88%. Therefore, in an optical system having a diffraction surface, it is desirable to set the design wavelength near the center of the wavelength band used by the optical system.

【0006】一般的な光学系は、例えば図17に示すよ
うな分光透過特性を持っている。図17において、横軸
は波長、縦軸は分光透過率を表している。この分光透過
特性は、硝材による光の吸収や屈折面における光の反射
などによって決定されるものであるが、回折作用面を有
する光学系の場合、回折効率を考慮に入れた分光透過特
性を考えなければならない。
A general optical system has, for example, a spectral transmission characteristic as shown in FIG. In FIG. 17, the horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents spectral transmittance. This spectral transmission characteristic is determined by the absorption of light by the glass material and the reflection of light on the refraction surface. However, in the case of an optical system having a diffraction action surface, the spectral transmission characteristic considering diffraction efficiency is considered. There must be.

【0007】回折作用面を有する光学系の回折作用面を
除く分光透過特性をηlens(λ)、回折作用面の回折効
率をηdef(λ)とすると、光学系全体の分光透過特性
η(λ)は、 η(λ)=ηlens(λ)×ηdef(λ) のように表される。図17に示した分光透過特性を有す
る光学系に、図16に示した回折効率を有する回折作用
面を付加した場合、設計次数での分光透過特性は図18
のようになる。
Assuming that the spectral transmission characteristic of the optical system having the diffraction operation surface excluding the diffraction operation surface is η lens (λ) and the diffraction efficiency of the diffraction operation surface is η def (λ), the spectral transmission characteristic η ( λ) is expressed as η (λ) = η lens (λ) × η def (λ). When a diffractive surface having the diffraction efficiency shown in FIG. 16 is added to the optical system having the spectral transmission characteristics shown in FIG. 17, the spectral transmission characteristics at the design order are as shown in FIG.
become that way.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】光学系中に存在する回
折作用面が1面だけの場合、前述したように設計波長を
使用波長帯域の中心付近に設定することで分光特性を比
較的良好に保つことができる。しかしながら、光学系中
に複数の回折作用面が存在する場合、各回折作用面での
設計波長を使用波長帯域の中心付近の単一の波長にした
のでは、光学系全体の回折効率が各回折作用面での回折
効率の積で表されることから、図19に示すように設計
波長での回折効率は高く維持されるものの設計波長以外
の波長での回折効率が極端に低下してしまうという問題
が生じる。特に設計波長λDより短かい波長側では、急
激に回折効率が低下するため画像に与える影響も無視で
きない。
In the case where only one diffraction surface exists in the optical system, by setting the design wavelength near the center of the working wavelength band as described above, the spectral characteristics can be relatively improved. Can be kept. However, when there are a plurality of diffraction action surfaces in the optical system, if the design wavelength on each diffraction action surface is set to a single wavelength near the center of the used wavelength band, the diffraction efficiency of the entire optical system becomes different from each diffraction action. Since the diffraction efficiency is represented by the product of the diffraction efficiencies on the working surface, as shown in FIG. 19, the diffraction efficiency at the design wavelength is kept high, but the diffraction efficiency at wavelengths other than the design wavelength is extremely reduced. Problems arise. In particular, on the wavelength side shorter than the design wavelength λD, the effect on the image cannot be ignored because the diffraction efficiency sharply decreases.

【0009】本発明は上記のような問題に鑑み、複数の
回折作用面を有する光学系において、使用波長帯域全域
で平均的に高い回折効率を得ることを目的としている。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide an optical system having a plurality of diffractive surfaces to obtain a high average diffraction efficiency over the entire wavelength band used.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光学系は複数の回折作用面を有し、複数の
作用面のうち、少なくとも2つの回折作用面は最も回折
効率の高くなる光の波長が異なるように設計することを
特徴としている。
In order to achieve the above object, the optical system of the present invention has a plurality of diffraction surfaces, and at least two of the plurality of surfaces have the highest diffraction efficiency. It is characterized in that it is designed to have different wavelengths of light.

【0011】本発明の光学系において、最も回折効率の
高くなる光の波長が、複数の回折作用面の各々で異なる
形態がある。
In the optical system of the present invention, there is a form in which the wavelength of the light having the highest diffraction efficiency is different for each of the plurality of diffraction surfaces.

【0012】また、複数の回折作用面のうちの任意のi
番目の回折作用面にて最も回折効率の高くなる波長をλ
iとする時、
In addition, any i of a plurality of diffraction action surfaces
The wavelength at which the diffraction efficiency is highest on the
When i is

【0013】[0013]

【外2】 λL:前記光学系が使用する光の波長帯域のうちの最短
波長 λU:前記光学系が使用する光の波長帯域のうちの最長
波長 なる条件を満足することが好ましい。
[Outside 2] λL: the shortest wavelength in the wavelength band of light used by the optical system λU: the longest wavelength in the wavelength band of light used by the optical system It is preferable to satisfy the following condition.

【0014】本発明の光学系の使用波長帯域は、可視光
領域、可視光領域及び赤外光領域等が考えられる。
The wavelength band used in the optical system of the present invention is considered to be in a visible light region, a visible light region, an infrared light region, and the like.

【0015】本発明の光学系は、結像光学系、観察光学
系等に好適に用いることができる。
The optical system of the present invention can be suitably used for an imaging optical system, an observation optical system and the like.

【0016】そして、本発明の別の実施形態であるアタ
ッチメントレンズは、第1の回折作用面を有する結像光
学系に取り付けられる第2の回折作用面を有するアタッ
チメントレンズであって、第2の回折作用面の最も回折
効率の高くなる光の波長は、第1の回折作用面の最も回
折効率の高くなる光の波長と異なることを特徴としてい
る。
An attachment lens according to another embodiment of the present invention is an attachment lens having a second diffraction operation surface attached to an imaging optical system having a first diffraction operation surface, wherein the second lens has a second diffraction operation surface. The wavelength of the light having the highest diffraction efficiency on the diffraction surface is different from the wavelength of the light having the highest diffraction efficiency on the first diffraction surface.

【0017】本発明の光学系及びアタッチメントレンズ
の回折作用面は、レンズ面上に形成されていることが好
ましい。
It is preferable that the diffraction surface of the optical system and the attachment lens of the present invention is formed on the lens surface.

【0018】更に、回折作用面は輪帯状の回折格子であ
ることが好ましい。この場合、回折作用面の周期的構造
は、階段状である形態、キノフォーム形状である形態、
三角波形状である形態等がある。
Further, the diffraction surface is preferably a ring-shaped diffraction grating. In this case, the periodic structure of the diffraction surface is a step-like form, a kinoform-like form,
There is a form having a triangular wave shape.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(実施形態1)図1は、民生用のカムコーダなどに用い
られるズームレンズの構成概略図である。図中、1は光
学系であり、正・負・正・正の4つの群からなるリヤフ
ォーカスタイプのズームレンズである。1aは前玉であ
る第1群、1bはバリエータである第2群、1cはアフ
ォーカル系である第3群、1dはコンペンセータとフォ
ーカスを兼ねる第4群である。2は光軸であり、物体か
らの光線は図中左側より入射し、像面である固体撮像素
子3上に結像する。4は絞り、5a,5bはそれぞれ回
折作用を発現するための構造が形成されている面(回折
作用面)、6は視感度の調整や入射した像の空間周波数
を制限するためのフィルターである。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration of a zoom lens used in a consumer camcorder or the like. In the figure, reference numeral 1 denotes an optical system, which is a rear focus type zoom lens composed of four groups of positive, negative, positive and positive. 1a is a first lens group as a front lens, 1b is a second lens group as a variator, 1c is a third lens group as an afocal system, and 1d is a fourth lens group serving also as a compensator and a focus. Reference numeral 2 denotes an optical axis, and a light ray from an object enters from the left side in the figure and forms an image on the solid-state imaging device 3 which is an image plane. Reference numeral 4 denotes a stop, reference numerals 5a and 5b denote surfaces on which a structure for exhibiting a diffraction effect is formed (diffraction operation surface), and reference numeral 6 denotes a filter for adjusting visibility and limiting a spatial frequency of an incident image. .

【0020】図1に示したように、回折作用面5a,5
bは光学系1の第2群と第3群の曲率を持った面にそれ
ぞれ形成されている。本実施形態では、回折作用面5
a,5bの設計波長を異ならせることにより、光学系1
全体における分光透過特性が適切な状態になるようにし
ている。
As shown in FIG. 1, the diffraction surfaces 5a, 5a
b is formed on the surface of the optical system 1 having the curvature of the second group and the third group, respectively. In the present embodiment, the diffraction surface 5
By making the design wavelengths of a and 5b different, the optical system 1
The spectral transmission characteristics of the whole are set to be in an appropriate state.

【0021】図2に回折作用面5a,5bの拡大断面
図、図3に回折作用面5a,5bの模式的な正面図を示
す。本実施形態の回折作用面5a,5bは、図3に示す
ように8段からなる階段状の周期構造が、図2に示すよ
うに光軸2を中心とした輪帯状に形成された、所謂バイ
ナリーオプティクス(BO)と呼ばれる回折格子であ
る。図3において、同心円状の実線は周期構造の1ピッ
チを示しており、光軸から周辺に向かうにしたがって1
ピッチの周期は短くなる。このピッチを適宜設計するこ
とで、回折作用面にもパワーを持たせることができる。
なお、回折作用面5a,5bの断面形状と正面形状は、
実際には設計条件により異なった形状となる。特に本実
施形態では、回折作用面5aと5bを構成する材質の屈
折率と構造の高さをそれぞれ異ならせることにより設計
波長を変えているため、それぞれの回折作用面の断面形
状が異なる。
FIG. 2 is an enlarged sectional view of the diffraction action surfaces 5a and 5b, and FIG. 3 is a schematic front view of the diffraction action faces 5a and 5b. The diffraction action surfaces 5a and 5b of the present embodiment have a so-called eight-step stair-like periodic structure formed in an annular shape around the optical axis 2 as shown in FIG. This is a diffraction grating called binary optics (BO). In FIG. 3, a concentric solid line indicates one pitch of the periodic structure, and the pitch is 1 from the optical axis toward the periphery.
The pitch period becomes shorter. By appropriately designing this pitch, it is possible to give power to the diffraction surface.
The sectional shape and the front shape of the diffraction surfaces 5a and 5b are as follows.
Actually, the shape differs depending on the design conditions. In particular, in the present embodiment, since the design wavelength is changed by making the refractive index of the material constituting the diffraction action surfaces 5a and 5b different from each other and the height of the structure, the sectional shape of each diffraction action face is different.

【0022】回折作用面5a,5bの使用波長帯域全域
の回折効率を、図4(a)及び図4(b)に示す。回折
作用面5a,5b共に回折光の設計次数は1次であり、
それぞれの設計波長530nm,510nmにおける回
折効率は約95%となっている。本実施形態の光学系が
使用する波長域は主として最短波長(λL)380nm
から最長波長(λU)700nmの可視光領域であり、
図4(a),(b)においては、そのうち400nm〜
700nmの波長域を記している。図4(a),(b)
より、それぞれの回折作用面における設計波長が異なる
ため、波長に対する回折効率の特性が異なっていること
が分かる。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the diffraction efficiencies of the diffractive surfaces 5a and 5b over the entire useable wavelength band. The design order of the diffracted light is 1st order for both the diffraction action surfaces 5a and 5b,
The diffraction efficiency at the respective design wavelengths of 530 nm and 510 nm is about 95%. The wavelength range used by the optical system of this embodiment is mainly the shortest wavelength (λL) of 380 nm.
From 700nm to the longest wavelength (λU)
4 (a) and 4 (b), 400 nm to
The wavelength range of 700 nm is shown. FIG. 4 (a), (b)
From this, it can be seen that, since the design wavelength on each diffraction surface is different, the characteristic of the diffraction efficiency with respect to the wavelength is different.

【0023】図5に、回折作用面5a,5b双方を合わ
せた回折効率を示す。図5より使用波長帯域全域におい
て、回折効率が比較的高く保たれていることが分かる。
したがって設計波長以外の波長において、光学系全体の
分光透過率が極端に低下するということもなく、全体と
して良好な分光透過特性に保たれる。
FIG. 5 shows the diffraction efficiency of both the diffraction action surfaces 5a and 5b. It can be seen from FIG. 5 that the diffraction efficiency is kept relatively high over the entire use wavelength band.
Therefore, at wavelengths other than the design wavelength, the spectral transmittance of the entire optical system is not extremely reduced, and good spectral transmittance characteristics can be maintained as a whole.

【0024】本実施形態では、回折作用面が8段からな
る階段状の周期構造の場合を示したが、図6のような4
段からなる階段状の周期構造であっても、設計波長の回
折効率が変化するだけで、設計波長をそれぞれの回折作
用面間で変化させることにより同様の効果が得られる。
また、階段状でなくとも図7のような周期構造の1ピッ
チが連続した曲線であるキノフォーム形状や図8のよう
な三角波形状であっても、各周期構造の高さと屈折率の
設定により各回折面の設計波長を異なるように設定する
ことで同様の効果が得られる。
In this embodiment, the case where the diffraction action surface has a staircase-like periodic structure composed of eight steps has been described.
Even in the case of a step-like periodic structure including steps, the same effect can be obtained by changing the design wavelength between the diffraction action surfaces only by changing the diffraction efficiency at the design wavelength.
Further, even if it is not a step-like shape, even if it is a kinoform shape in which one pitch of a periodic structure is continuous as shown in FIG. 7 and a triangular wave shape as shown in FIG. Similar effects can be obtained by setting the design wavelength of each diffraction surface differently.

【0025】また、回折作用面を形成するレンズ群は、
第2群と第3群以外の群であっても良く、設定する群や
位置については特に限定はしない。更に本実施形態で
は、各群が物体側から正・負・正・正となる4群タイプ
のズームレンズの場合を示したが、このズームタイプに
限定するものではなく、レンズシャッター方式のカメラ
等に用いられる2群タイプのズームレンズであっても、
それ以外のズームレンズであっても同様の効果を得るこ
とができる。
The lens group forming the diffraction surface is
Groups other than the second and third groups may be used, and the groups and positions to be set are not particularly limited. Furthermore, in the present embodiment, the case of a four-group type zoom lens in which each group is positive, negative, positive, and positive from the object side has been described. However, the present invention is not limited to this zoom type. Even if it is a two-group type zoom lens used for
Similar effects can be obtained with other zoom lenses.

【0026】また、光学系中の回折作用面の数は、2面
に限定されるものではなく、複数形成された回折作用面
において、少なくとも2面の設計波長を異ならせること
により同様の効果が得られる。この時、全ての回折作用
面の設計波長を異ならせる場合があることは言うまでも
ない。
The number of diffractive surfaces in the optical system is not limited to two, but the same effect can be obtained by changing the design wavelength of at least two of the plurality of diffractive surfaces. can get. At this time, it goes without saying that the design wavelengths of all the diffraction surfaces may be different.

【0027】また本実施形態では、可視光領域において
使用される光学系について示したが、この波長帯域に限
定されるものでなく、使用する波長帯域がある程度幅を
有するものであれば、その波長帯域が赤外光の領域であ
っても、可視光から赤外光にわたる領域であっても同様
の効果が得られる。
In this embodiment, the optical system used in the visible light region has been described. However, the present invention is not limited to this wavelength band. Similar effects can be obtained even when the band is in the region of infrared light or in the region from visible light to infrared light.

【0028】また、利用する回折光は1次回折光に限ら
ず、2次回折光等その他の回折光であっても、設計波長
を少なくとも2つの回折作用面間で変化させることで同
様の効果が得られる。
The same effect can be obtained by changing the design wavelength between at least two diffractive surfaces even if the diffracted light to be used is not limited to the first-order diffracted light but other diffracted lights such as the second-order diffracted light. Can be

【0029】ところで、各回折作用面の設計波長は、結
像する面の感度特性に応じて決める必要がある。すなわ
ち、本実施形態においては、固体撮像素子の感度特性に
合わせた例を示したが、この波長に限定されるものでは
ない。本実施形態で示した固体撮像素子のように、ある
波長に対してピークの感度を持つような結像面の場合に
は、設計波長をその波長に近い値に設定しつつ各回折作
用面で異ならせることで、使用波長域全域にわたって高
い回折効率が得られるとともに、ピーク感度が得られる
波長においても高い回折効率が得られる。この際、各設
計波長λiが以下の条件を満足することが望ましい。
By the way, the design wavelength of each diffraction action surface needs to be determined according to the sensitivity characteristics of the image forming surface. That is, in the present embodiment, an example is shown in which the sensitivity characteristic of the solid-state imaging device is matched, but the present invention is not limited to this wavelength. In the case of an imaging surface having a peak sensitivity with respect to a certain wavelength as in the solid-state imaging device described in the present embodiment, the design wavelength is set at a value close to the wavelength while the diffraction surface is set at a value close to the wavelength. By making them different, high diffraction efficiency can be obtained over the entire use wavelength range, and high diffraction efficiency can be obtained even at a wavelength at which peak sensitivity is obtained. At this time, it is desirable that each design wavelength λi satisfies the following condition.

【0030】[0030]

【外3】 [Outside 3]

【0031】(実施形態2)図9は、双眼鏡等の観察光
学系の概略構成図を示したものである。図中7は観察光
学系全体、7aは対物レンズ、7bは像を成立させるた
めのプリズム、7cは接眼レンズである。2は光軸、8
a,8bは回折作用面、9は対物レンズ7aの結像面で
ある。回折作用面8aは結像面9上での色収差を含めた
諸収差を補正し、回折作用面8bは接眼レンズ7cの色
収差を含めた諸収差を補正する。
(Embodiment 2) FIG. 9 is a schematic structural view of an observation optical system such as binoculars. In the figure, reference numeral 7 denotes an entire observation optical system, 7a denotes an objective lens, 7b denotes a prism for establishing an image, and 7c denotes an eyepiece. 2 is the optical axis, 8
Reference numerals a and 8b denote diffraction surfaces, and reference numeral 9 denotes an image forming surface of the objective lens 7a. The diffraction surface 8a corrects various aberrations including the chromatic aberration on the imaging surface 9, and the diffraction surface 8b corrects various aberrations including the chromatic aberration of the eyepiece 7c.

【0032】本実施形態の光学系では、肉眼での観察が
目的なので使用波長帯域は400nm〜700nm程度
である。この時の回折作用面8a,8bの回折効率をそ
れぞれ図10(a),(b)に示す。本実施形態の回折
作用面8a,8bの設計波長はそれぞれ550nm,5
00nm、設計次数は1次である。
In the optical system of the present embodiment, the wavelength band to be used is about 400 nm to 700 nm because observation is performed with the naked eye. FIGS. 10A and 10B show the diffraction efficiencies of the diffraction surfaces 8a and 8b at this time. The design wavelengths of the diffraction action surfaces 8a and 8b of this embodiment are 550 nm and 5
00 nm, the design order is the first order.

【0033】図11に回折作用面8a,8b双方を合わ
せた回折効率を示す。図11より使用波長帯域全域にお
いて、回折効率が比較的高く保たれていることが分か
る。したがって、光学系全体としての分光透過特性も非
常に良好に保たれる。
FIG. 11 shows the diffraction efficiency of both the diffraction surfaces 8a and 8b. It can be seen from FIG. 11 that the diffraction efficiency is kept relatively high over the entire use wavelength band. Therefore, the spectral transmission characteristics of the optical system as a whole are also kept very good.

【0034】本実施形態では、対物レンズ、接眼レンズ
の双方に回折作用面を形成した場合を示したが、これに
限定されるものではなく、プリズム7bの表面等光学系
中の別の位置であっても同様の効果が得られる。ただ
し、結像面9における色収差低減効果があるため、対物
レンズ7aのいずれかの場所には回折作用面を少なくと
も1面設けることが望ましい。更に、回折作用面を実施
形態1に示したような輪帯状の回折格子によって構成す
る場合、周期構造のピッチを適宜設定することにより回
折作用面に非球面レンズ的な効果を持たせることができ
るため、接眼レンズ7cにも少なくとも1面の回折作用
面を設けることが好ましい。すなわち観察光学系の場合
には、本実施形態のように対物レンズ、接眼レンズ双方
に少なくとも1面回折作用面を設けることがより望まし
い。
In this embodiment, the case where the diffractive surface is formed on both the objective lens and the eyepiece is shown. However, the present invention is not limited to this, and the diffractive surface may be formed at another position in the optical system such as the surface of the prism 7b. Even if there is, the same effect can be obtained. However, since there is an effect of reducing chromatic aberration on the image forming surface 9, it is desirable to provide at least one diffractive surface at any place of the objective lens 7a. Further, when the diffraction surface is formed by a ring-shaped diffraction grating as described in the first embodiment, the diffraction surface can have the effect of an aspheric lens by appropriately setting the pitch of the periodic structure. Therefore, it is preferable to provide at least one diffractive surface on the eyepiece lens 7c. That is, in the case of an observation optical system, it is more desirable to provide at least one diffraction action surface on both the objective lens and the eyepiece as in the present embodiment.

【0035】対物レンズと接眼レンズの双方に回折作用
面を設ける構成は、本実施形態のような双眼鏡のみに限
定されるものではなく、地上望遠鏡や天体観測用望遠鏡
等でもよい。更にレンズシャッターカメラやビデオカメ
ラ等の光学式ファインダーであっても同様の効果が得ら
れる。
The configuration in which the diffraction action surfaces are provided on both the objective lens and the eyepiece is not limited to only the binoculars as in this embodiment, but may be a terrestrial telescope or a telescope for astronomical observation. Further, the same effect can be obtained even with an optical viewfinder such as a lens shutter camera or a video camera.

【0036】また実施形態1と同様に回折作用面の構造
については、階段形状、キノフォーム形状、三角波形状
等いずれの形状であっても適宜設計することで同様の効
果が得られる。
Similar to the first embodiment, the same effect can be obtained by appropriately designing the structure of the diffractive surface, whether it is a staircase shape, a kinoform shape, a triangular wave shape, or the like.

【0037】(実施形態3)図12は、マスターレンズ
の物体側に取り付けることで焦点距離を変えるアフォー
カルコンバータと呼ばれるアタッチメントレンズが取り
付けられた状態の写真レンズを模式的に示したものであ
る。図中10はアタッチメントレンズ、11はマスター
レンズである。12は像面であり、アタッチメントレン
ズ10が取り付けられていない状態でもマスターレンズ
11によって物体像は像面12に結像する。アタッチメ
ントレンズ10とマスターレンズ11は、回折作用面1
4a,14bをそれぞれの光学系中に有している。
(Embodiment 3) FIG. 12 schematically shows a photographic lens in which an attachment lens called an afocal converter for changing a focal length by being attached to an object side of a master lens is attached. In the figure, reference numeral 10 denotes an attachment lens, and reference numeral 11 denotes a master lens. Reference numeral 12 denotes an image plane, and an object image is formed on the image plane 12 by the master lens 11 even when the attachment lens 10 is not attached. The attachment lens 10 and the master lens 11
4a and 14b are provided in each optical system.

【0038】図13(a)は、マスターレンズ11内の
回折作用面14bの回折効率を示したものである。回折
光学面14bの設計波長は530nm、設計次数は1次
である。マスターレンズ11は単体でも使用されること
から、主な使用波長帯域380nm〜700nmのうち
の中心からやや外れた波長を設計波長に設定している。
FIG. 13A shows the diffraction efficiency of the diffraction surface 14 b in the master lens 11. The design wavelength of the diffractive optical surface 14b is 530 nm, and the design order is the first order. Since the master lens 11 is used alone, a wavelength slightly deviated from the center in the main wavelength band of 380 nm to 700 nm is set as the design wavelength.

【0039】図13(b)は、アタッチメントレンズ1
0内の回折作用面14aの回折効率を示したものであ
る。アタッチメントレンズは単体で使用されることはな
いが、マスターレンズ11と組み合わせた時に光学性能
を良好に保つため、単体でも良好に収差補正されてい
る。本実施形態において、回折作用面14aの設計波長
は、回折作用面14bとは異なった500nmとしてい
る。
FIG. 13B shows the attachment lens 1.
It shows the diffraction efficiency of the diffraction surface 14a within 0. Although the attachment lens is not used alone, the aberration is corrected singly even when used alone to maintain good optical performance when combined with the master lens 11. In the present embodiment, the design wavelength of the diffraction action surface 14a is set to 500 nm different from that of the diffraction action surface 14b.

【0040】図14に回折作用面14a,14b双方を
合わせた回折効率を示す。アッタチメントレンズ10が
取り付けられた後も、使用波長帯域において比較的高い
回折効率を保っていることが分かる。
FIG. 14 shows the diffraction efficiency of both the diffraction action surfaces 14a and 14b. It can be seen that even after the attachment lens 10 is attached, relatively high diffraction efficiency is maintained in the used wavelength band.

【0041】このように回折作用面を有する光学系に、
回折作用面を有する別の光学系を付加して使用する場
合、使用波長帯域全域で高い回折効率を保つために、そ
れぞれの回折作用面の設計波長を変えるとよいことが分
かる。
In such an optical system having a diffractive surface,
It can be seen that when another optical system having a diffraction action surface is added and used, it is better to change the design wavelength of each diffraction action face in order to maintain high diffraction efficiency over the entire used wavelength band.

【0042】本実施形態では、マスターレンズの物体側
(前方)にアッタチメントレンズを取り付ける場合を示
したが、マスターレンズの像側(後方)に取り付けるリ
アコンバータレンズであっても同様の効果が得られる。
また本実施形態では、マスターのレンズ側の設計波長に
対して、アタッチメントレンズ側の設計波長が短い場合
を示したが、逆であってもよく、双方の設計波長が異な
っていれば同様の効果が期待できる。
In this embodiment, the case where the attachment lens is mounted on the object side (front) of the master lens has been described. However, the same effect can be obtained by using a rear converter lens mounted on the image side (rear) of the master lens. .
Further, in the present embodiment, the case where the design wavelength on the attachment lens side is shorter than the design wavelength on the lens side of the master is shown. Can be expected.

【0043】また、実施形態1,2と同様に回折作用面
の構造については、階段形状、キノフォーム形状、三角
波形状等いずれの形状であっても適宜設計することで同
様の効果が得られる。
Similar to the first and second embodiments, the same effect can be obtained by appropriately designing the structure of the diffractive surface in any of a staircase shape, a kinoform shape, and a triangular wave shape.

【0044】本実施形態では写真レンズ用のアタッチメ
ントレンズを示したが、カムコーダ用や望遠鏡用のアタ
ッチメントレンズであっても、同様の効果が期待でき
る。
In this embodiment, an attachment lens for a photographic lens is shown. However, similar effects can be expected with an attachment lens for a camcorder or a telescope.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の回折作用面を有する光学系において、使用波長帯
域全域で平均的に高い回折効率を得ることができる。
As described above, according to the present invention,
In an optical system having a plurality of diffraction surfaces, a high diffraction efficiency can be obtained on average over the entire wavelength band used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態1のズームレンズの概略構成図であ
る。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a zoom lens according to a first embodiment.

【図2】回折作用面の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a diffraction action surface.

【図3】回折作用面の模式的な正面図である。FIG. 3 is a schematic front view of a diffraction action surface.

【図4】回折作用面5a,5bそれぞれの回折効率を表
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the diffraction efficiency of each of the diffraction surfaces 5a and 5b.

【図5】回折作用面5a,5bを合わせた回折効率を表
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing diffraction efficiency obtained by combining the diffraction action surfaces 5a and 5b.

【図6】回折作用面の拡大断面図のその他の例である
(4段からなる階段形状)。
FIG. 6 is another example of an enlarged cross-sectional view of a diffraction action surface (a stepped shape including four steps).

【図7】回折作用面の拡大断面図のその他の例である
(キノフォーム形状)。
FIG. 7 is another example of an enlarged sectional view of a diffraction action surface (a kinoform shape).

【図8】回折作用面の拡大断面図のその他の例である
(三角波形状)。
FIG. 8 is another example of an enlarged sectional view of the diffraction surface (triangular wave shape).

【図9】実施形態2の観察光学系の概略構成図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an observation optical system according to a second embodiment.

【図10】回折作用面8a,8bそれぞれの回折効率を
表す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the diffraction efficiency of each of the diffraction action surfaces 8a and 8b.

【図11】回折作用面8a,8bを合わせた回折効率を
表す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating diffraction efficiency obtained by combining the diffraction action surfaces 8a and 8b.

【図12】実施形態3の写真用レンズの概略構成図であ
る。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a photographic lens according to a third embodiment.

【図13】回折作用面14b,14aそれぞれの回折効
率を表す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating the diffraction efficiency of each of the diffraction action surfaces 14b and 14a.

【図14】回折作用面14a,14bを合わせた回折効
率を表す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating diffraction efficiency obtained by combining the diffraction surfaces 14a and 14b.

【図15】屈折光学系と回折光学系において発生する色
収差の違いを示した図である。
FIG. 15 is a diagram showing a difference in chromatic aberration generated between a refractive optical system and a diffractive optical system.

【図16】回折作用面の回折効率の一例を表す図であ
る。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a diffraction efficiency of a diffraction action surface.

【図17】一般的な光学系の分光透過特性を表す図であ
る。
FIG. 17 is a diagram illustrating a spectral transmission characteristic of a general optical system.

【図18】図17に示した分光透過特性を有する光学系
に図16に示した回折効率を有する回折作用面を付加し
た場合の設計次数での分光透過特性を表す図である。
18 is a diagram illustrating the spectral transmission characteristics at the design order when the diffraction surface having the diffraction efficiency illustrated in FIG. 16 is added to the optical system having the spectral transmission characteristics illustrated in FIG. 17;

【図19】設計波長が同一の2枚の回折光学面を有する
光学系全体の回折効率を表す図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating the diffraction efficiency of the entire optical system having two diffractive optical surfaces having the same design wavelength.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 実施形態1のズームレンズ光学系 2 光軸 3 固体撮像素子 4 絞り 5a,5b 回折作用面 6 光学フィルター 7 実施形態2の観察光学系 8a,8b 回折作用面 9 結像面 10 アタッチメントレンズ 11 マスターレンズ 12 像面 14a,14b 回折作用面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Zoom lens optical system of Embodiment 1 2 Optical axis 3 Solid-state image sensor 4 Aperture 5a, 5b Diffraction surface 6 Optical filter 7 Observation optical system 8a, 8b Diffraction surface 9 of Embodiment 9 Imaging surface 10 Attachment lens 11 Master Lens 12 Image surface 14a, 14b Diffraction surface

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の回折作用面を有し、該複数の回折
作用面のうち、少なくとも2つの回折作用面は最も回折
効率の高くなる光の波長が異なることを特徴とする回折
作用面を有する光学系。
1. A diffraction action surface having a plurality of diffraction action surfaces, wherein at least two of the plurality of diffraction action surfaces have different wavelengths of light having the highest diffraction efficiency. Having optical system.
【請求項2】 最も回折効率の高くなる光の波長が、前
記複数の回折作用面の各々で異なることを特徴とする請
求項1記載の回折作用面を有する光学系。
2. An optical system having a diffraction surface according to claim 1, wherein the wavelength of light having the highest diffraction efficiency is different for each of the plurality of diffraction surfaces.
【請求項3】 前記複数の回折作用面のうちの任意のi
番目の回折作用面にて最も回折効率の高くなる波長をλ
iとする時、 【外1】 λL:前記光学系が使用する光の波長帯域のうちの最短
波長 λU:前記光学系が使用する光の波長帯域のうちの最長
波長 なる条件を満足することを特徴とする請求項1、2記載
の回折作用面を有する光学系。
3. An arbitrary i among the plurality of diffraction action surfaces.
The wavelength at which the diffraction efficiency is highest on the
When i is used, λL: the shortest wavelength in the wavelength band of light used by the optical system λU: the longest wavelength in the wavelength band of light used by the optical system, wherein the following condition is satisfied. An optical system having a diffractive surface.
【請求項4】 前記回折作用面が、レンズ面上に形成さ
れていることを特徴とする請求項1乃至3記載の回折作
用面を有する光学系。
4. An optical system having a diffraction surface according to claim 1, wherein said diffraction surface is formed on a lens surface.
【請求項5】 前記回折作用面が、輪帯状の回折格子で
あることを特徴とする請求項1乃至4記載の回折作用面
を有する光学系。
5. The optical system having a diffraction surface according to claim 1, wherein the diffraction surface is an annular diffraction grating.
【請求項6】 前記回折作用面の周期的構造が、階段状
であること特徴とする請求項5記載の回折作用面を有す
る光学系。
6. The optical system having a diffraction surface according to claim 5, wherein the periodic structure of the diffraction surface is stepped.
【請求項7】 前記回折作用面の周期的構造が、キノフ
ォーム形状であることを特徴とする請求項5記載の回折
作用面を有する光学系。
7. The optical system having a diffractive surface according to claim 5, wherein the periodic structure of the diffractive surface is a kinoform shape.
【請求項8】 前記回折作用面の周期的構造が、三角波
形状であることを特徴とする請求項5記載の回折作用面
を有する光学系。
8. The optical system according to claim 5, wherein the periodic structure of the diffraction surface has a triangular wave shape.
【請求項9】 使用波長帯域が可視光領域であることを
特徴とする請求項1乃至8記載の回折作用面を有する光
学系。
9. The optical system having a diffractive surface according to claim 1, wherein the wavelength band used is in a visible light region.
【請求項10】 使用波長帯域が可視光領域及び赤外光
領域であることを特徴とする請求項1乃至8記載の回折
作用面を有する光学系。
10. The optical system having a diffractive surface according to claim 1, wherein a wavelength band to be used is a visible light region and an infrared light region.
【請求項11】 結像光学系であることを特徴とする請
求項1乃至10記載の回折作用面を有する光学系。
11. An optical system having a diffractive surface according to claim 1, wherein said optical system is an image forming optical system.
【請求項12】 観察光学系であることを特徴とする請
求項1乃至10記載の回折作用面を有する光学系。
12. The optical system having a diffraction surface according to claim 1, wherein the optical system is an observation optical system.
【請求項13】 請求項1乃至12記載の回折作用面を
有する光学系を用いた光学機器。
13. An optical apparatus using the optical system having the diffraction action surface according to claim 1.
【請求項14】 第1の回折作用面を有する結像光学系
に取り付けられるアタッチメントレンズであって、該ア
タッチメントレンズは第2の回折作用面を有し、該第2
の回折作用面の最も回折効率の高くなる光の波長は、前
記第1の回折作用面の最も回折効率の高くなる光の波長
と異なることを特徴とするアタッチメントレンズ。
14. An attachment lens attached to an imaging optical system having a first diffraction operation surface, wherein the attachment lens has a second diffraction operation surface, and
An attachment lens, wherein the wavelength of light having the highest diffraction efficiency on the diffraction action surface is different from the wavelength of light having the highest diffraction efficiency on the first diffraction action surface.
【請求項15】 前記第1及び/又は第2の回折作用面
が、レンズ面上に形成されていることを特徴とする請求
項14記載のアタッチメントレンズ。
15. The attachment lens according to claim 14, wherein said first and / or second diffraction action surface is formed on a lens surface.
【請求項16】 前記第1及び/又は第2回折作用面
が、輪帯状の回折格子であることを特徴とする請求項1
4、15記載のアタッチメントレンズ。
16. The device according to claim 1, wherein the first and / or second diffraction surface is a ring-shaped diffraction grating.
Attachment lens according to 4, 15.
【請求項17】 前記第1及び/又は第2回折作用面の
周期的構造が、階段状であること特徴とする請求項16
記載のアタッチメントレンズ。
17. The periodic structure of the first and / or second diffractive surface is step-shaped.
Attachment lens as described.
【請求項18】 前記第1及び/又は第2回折作用面の
周期的構造が、キノフォーム形状であることを特徴とす
る請求項17記載のアタッチメントレンズ。
18. The attachment lens according to claim 17, wherein the periodic structure of the first and / or second diffraction action surfaces has a kinoform shape.
【請求項19】 前記第1及び/又は第2回折作用面の
周期的構造が、三角波形状であることを特徴とする請求
項17記載のアタッチメントレンズ。
19. The attachment lens according to claim 17, wherein the periodic structure of the first and / or second diffraction action surfaces has a triangular wave shape.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6657791B2 (en) 2000-05-12 2003-12-02 Canon Kabushiki Kaisha Zoom lens and optical apparatus having the same
JP2010092586A (en) * 2007-10-11 2010-04-22 Konica Minolta Opto Inc Objective lens for optical pickup device, and optical pickup device

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