JPH10268115A - Diffraction optical element and optical system - Google Patents

Diffraction optical element and optical system

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JPH10268115A
JPH10268115A JP7566097A JP7566097A JPH10268115A JP H10268115 A JPH10268115 A JP H10268115A JP 7566097 A JP7566097 A JP 7566097A JP 7566097 A JP7566097 A JP 7566097A JP H10268115 A JPH10268115 A JP H10268115A
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JP
Japan
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diffractive optical
optical element
diffraction grating
light
grating
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Application number
JP7566097A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Mukai
弘 向井
Shigeto Omori
滋人 大森
Yuichiro Otoshi
祐一郎 大利
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diffraction optical element having the same diffraction efficiency in the central region and peripheral region and generating no vignetting of light in the peripheral region by setting the grating height of a diffraction grating in the peripheral region lower than the grating height of the diffraction grating in the central region centering on the optical axis. SOLUTION: A diffraction optical element is arranged at the position relatively apart from the aperture position of an optical system or the position where the main light crosses the optical axis. The diffraction optical element has a blaze-shaped diffraction grating and acts as a lens. A pair of circular curved surfaces centering on the optical axis (a blaze-shaped transmission face provided to transmit diffracted light and a wall face having no lens action) are formed from the central region to the peripheral region of the diffraction grating. The grating height h2 of the diffraction grating in the peripheral region is set lower than the grating height h1 of the diffraction grating in the central region.

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、回折光学素子及び
光学系に関するものであり、更に詳しくは、ブレーズ形
状の回折格子を有することによりレンズとして作用する
回折光学素子及びそれを備えた光学系に関するものであ
る。
The present invention relates to a diffractive optical element and an optical system, and more particularly, to a diffractive optical element having a blazed diffraction grating and acting as a lens and an optical system having the same. Things.

【0002】[0002]

【従来の技術】回折格子を有することによりレンズとし
て作用する回折光学素子では、光軸を中心とした中央領
域におけるパワーよりも、周辺領域におけるパワーを強
める必要がある。周辺領域におけるパワーを強めるため
には、周辺領域における格子間隔を小さくする必要があ
るが、格子間隔の小さな回折格子を製造することは困難
である。格子間隔を小さくすることなくパワーを強める
ために、格子の設計次数を大きくした回折光学素子が欧
州特許第0412751号公報で提案されている。この
回折光学素子では、格子の設計次数を大きくするため
に、光軸を中心とした中央領域における回折格子の格子
高さよりも、周辺領域における回折格子の格子高さの方
が高くなっている。
2. Description of the Related Art In a diffractive optical element which functions as a lens by having a diffraction grating, it is necessary to increase the power in a peripheral region rather than the power in a central region around the optical axis. In order to increase the power in the peripheral region, it is necessary to reduce the lattice spacing in the peripheral region, but it is difficult to manufacture a diffraction grating with a small lattice spacing. In order to increase the power without reducing the grating interval, a diffractive optical element in which the design order of the grating is increased is proposed in European Patent No. 0427175. In this diffractive optical element, in order to increase the design order of the grating, the grating height of the diffraction grating in the peripheral region is higher than the grating height of the diffraction grating in the central region around the optical axis.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、欧州特許第0
412751号公報で提案されている回折光学素子に
は、周辺領域における回折効率が低下するといった問題
や周辺領域でケラレが発生するといった問題がある。特
公平7−50206号公報では0次と±1次の回折光を
選択的に発生させる格子形状(バイレベルの格子高さ,
格子凸部を形成する傾斜及び凸部と凹部との屈折率差)
が提案されており、特開平5−150108号公報では
所望の位相シフト性能を得るための格子形状(所定領域
で回折格子の厚さ方向の光路長を変化させた形状)が提
案されている。しかし、これらの格子形状はレンズとし
て作用するものではない。したがって、これらの格子形
状を採用しても、上記回折効率の低下やケラレの発生を
防止することはできない。
However, European Patent No. 0
The diffractive optical element proposed in Japanese Patent No. 412751 has a problem that the diffraction efficiency in the peripheral region is reduced and a problem that vignetting occurs in the peripheral region. In Japanese Patent Publication No. 7-50206, a grating shape (bi-level grating height, bi-level grating height,
(Inclination to form lattice convex part and refractive index difference between convex part and concave part)
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-150108 proposes a grating shape (a shape in which an optical path length in a thickness direction of a diffraction grating is changed in a predetermined region) to obtain a desired phase shift performance. However, these grating shapes do not act as lenses. Therefore, even if these grating shapes are adopted, it is not possible to prevent the reduction in the diffraction efficiency and the occurrence of vignetting.

【0004】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであって、第1の目的は、レンズと
して作用し、かつ、光軸を中心とした中央領域と周辺領
域とで回折効率が同じになる回折光学素子を提供するこ
とにある。第2の目的は、レンズとして作用し、かつ、
光軸を中心とした周辺領域における光線のケラレが発生
しない回折光学素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and a first object of the present invention is to act as a lens and to provide a central region and a peripheral region centered on an optical axis. Another object of the present invention is to provide a diffractive optical element having the same diffraction efficiency. The second purpose is to act as a lens, and
It is an object of the present invention to provide a diffractive optical element in which vignetting of light rays does not occur in a peripheral region around an optical axis.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明の回折光学素子は、ブレーズ形状の回折
格子を有することによりレンズとして作用する回折光学
素子であって、光軸を中心とした中央領域における回折
格子の格子高さよりも周辺領域における回折格子の格子
高さの方が低いことを特徴とする。
To achieve the above object, a diffractive optical element according to a first aspect of the present invention is a diffractive optical element having a blazed diffraction grating and acting as a lens. The grating height of the diffraction grating in the peripheral region is lower than the grating height of the diffraction grating in the central region as the center.

【0006】第2の発明の光学系は、上記第1の発明に
係る回折光学素子を、絞り位置又は主光線と光軸とが交
わる位置から比較的離れた位置に配置した構成となって
いる。
An optical system according to a second aspect of the invention has a configuration in which the diffractive optical element according to the first aspect of the invention is disposed at a position relatively far from a stop position or a position where a principal ray and an optical axis intersect. .

【0007】第3の発明の回折光学素子は、ブレーズ形
状の回折格子を有することによりレンズとして作用する
回折光学素子であって、回折光を透過するために設けら
れたブレーズ形状の透過面とレンズ作用をしない壁面に
おいて、個々のブレーズ形状は構成され、光軸を中心と
した中央領域のブレーズ形状の壁面はほぼ円柱面であ
り、光軸を中心とした周辺領域のブレーズ形状の壁面は
円錐面の一部であることを特徴とする。
A diffractive optical element according to a third aspect of the present invention is a diffractive optical element having a blazed diffraction grating and acting as a lens. The diffractive optical element has a blazed transmission surface provided for transmitting diffracted light and a lens. On the non-working wall surface, each blazed shape is configured, the blazed wall surface in the central area around the optical axis is almost a cylindrical surface, and the blazed wall surface in the peripheral area around the optical axis is a conical surface. Is characterized by being a part of

【0008】第4の発明の光学系は、上記第3の発明に
係る回折光学素子を、絞り位置又は主光線と光軸とが交
わる位置から比較的離れた位置に配置した構成となって
いる。
An optical system according to a fourth aspect of the invention has a configuration in which the diffractive optical element according to the third aspect of the invention is arranged at a position relatively far from a stop position or a position where the principal ray and the optical axis intersect. .

【0009】第5の発明の回折光学素子は、上記第3の
発明の構成において、光線入射側面が、前記ブレーズ形
状の回折格子から成り、かつ、光線入射角度よりも光線
射出角度が大きくなるようなパワーを有する回折光学面
であることを特徴とする。
A diffractive optical element according to a fifth aspect of the present invention is the diffractive optical element according to the third aspect of the present invention, wherein the light incident side surface is made of the blazed diffraction grating, and the light exit angle is larger than the light incident angle. It is a diffractive optical surface having a high power.

【0010】第6の発明の回折光学素子は、上記第3の
発明の構成において、光線射出側面が、前記ブレーズ形
状の回折格子から成り、かつ、光線入射角度よりも光線
射出角度が小さくなるようなパワーを有する回折光学面
であることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the diffractive optical element according to the third aspect of the present invention, the light emitting side surface is formed of the blazed diffraction grating, and the light emitting angle is smaller than the light incident angle. It is a diffractive optical surface having a high power.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した回折光学
素子及びそれを備えた光学系を説明する。一般に、ブレ
ーズ形状の回折格子の格子高さhは、次の式(1)で決めら
れる。 h=m0×λ0/(n0×cosθ−n'0×cosθ') …(1) ただし、 m0 :設計次数、 λ0:設計波長、 n0 :設計波長での光線入射側屈折率、 n'0:設計波長での光線射出側屈折率、 θ :光線入射角度、 θ':光線射出角度 である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a diffractive optical element embodying the present invention and an optical system having the same will be described. In general, the grating height h of a blazed diffraction grating is determined by the following equation (1). h = m0 × λ0 / (n0 × cosθ−n′0 × cosθ ′) (1) where, m0: design order, λ0: design wavelength, n0: refractive index on the light incident side at the design wavelength, n′0: Refractive index on the light emission side at the design wavelength, θ: light incident angle, θ ′: light emission angle.

【0012】上式(1)を満足する光線の回折効率は1(つ
まり100%)となる。一般的には回折光学素子の任意
箇所に対する光線入射角度は、0°を中心に正負角度均
等に分布するため、光線入射角度θ=0°で代表され
る。また、回折格子のパワーは弱いため、光線射出角度
θ'≒0°とおくことができる。したがって、回折格子
の格子高さhは、一般的には次の式(2)で表すことができ
る。 h=m0×λ0/(n0−n'0) …(2)
The diffraction efficiency of a ray satisfying the above equation (1) is 1 (ie, 100%). In general, the incident angle of a light beam on an arbitrary portion of the diffractive optical element is uniformly distributed at positive and negative angles around 0 °, and is represented by a light incident angle θ = 0 °. Further, since the power of the diffraction grating is weak, the light emission angle θ ′ ≒ 0 ° can be set. Therefore, the grating height h of the diffraction grating can be generally represented by the following equation (2). h = m0 × λ0 / (n0−n'0)… (2)

【0013】しかし、光学系の絞り位置又は主光線と光
軸とが交わる位置から比較的離れた位置に回折光学素子
を配置した場合、回折光学素子の任意箇所に対する光線
入射角度(特に、光軸を中心とした周辺領域に対する光
線の入射角度)θは、0°を中心に正負角度均等に分布
することにはならない。したがって、このことを考慮す
ると、回折光学素子の周辺領域に対して角度を持って入
射する光線についても回折効率が1となるようにするた
めには、中央領域における回折格子の格子高さよりも、
周辺領域における回折格子の格子高さの方を低くする必
要がある。
However, if the diffractive optical element is arranged at a position relatively far from the stop position of the optical system or the position where the principal ray intersects the optical axis, the incident angle of the light beam to an arbitrary position of the diffractive optical element (particularly, the optical axis Is not distributed uniformly at positive and negative angles about 0 °. Therefore, in consideration of this, in order for the diffraction efficiency to be 1 also with respect to the light beam incident at an angle with respect to the peripheral region of the diffractive optical element, the diffraction height is larger than the grating height of the diffraction grating in the central region.
It is necessary to lower the grating height of the diffraction grating in the peripheral region.

【0014】表1に、e線,θ=0°入射光線について
設計した回折格子におけるe線,種々の光線入射角度θ
での回折効率の計算結果を、格子高さを設計格子高さか
ら変化させたときの回折効率の計算結果と併せて示す。
なお、表1中の「格子高さ比」は、光線入射角度θ=0
°時に回折効率が1となる格子高さhを1としたときの
格子高さである。
Table 1 shows e-line, various incident angles θ of the ray at the diffraction grating designed for the incident ray of e-line, θ = 0 °.
Are shown together with the calculation results of the diffraction efficiency when the grating height is changed from the designed grating height.
The “grating height ratio” in Table 1 indicates that the light incident angle θ = 0.
This is the grating height when the grating height h at which the diffraction efficiency becomes 1 at ° is 1.

【0015】[0015]

【表1】 [Table 1]

【0016】表1から分かるように、光線入射角度θが
大きいときに格子高さを低くすると、回折効率を改善す
ることができる。このように、ブレーズ形状の回折格子
を有することによりレンズとして作用する回折光学素子
において、光軸を中心とした中央領域における回折格子
の格子高さよりも、周辺領域における回折格子の格子高
さの方を低くすることによって、中央領域と周辺領域と
で回折効率が同じになるようにすることができる。
As can be seen from Table 1, when the incident angle θ of the light beam is large, the diffraction efficiency can be improved by lowering the grating height. As described above, in the diffractive optical element which acts as a lens by having the blazed diffraction grating, the grating height of the diffraction grating in the peripheral region is larger than the grating height of the diffraction grating in the central region centered on the optical axis. , The diffraction efficiency can be made the same in the central region and the peripheral region.

【0017】ブレーズ形状の回折格子でレンズ作用を実
現する場合、そのブレーズ形状は、光軸を中心とした円
形状を成す1対の曲面(つまり、回折光を透過するため
に設けられたブレーズ形状の透過面とレンズ作用をしな
い壁面)が中央領域から周辺領域にかけて複数形成され
た構成をとることになる。上記1対の曲面のうちの一方
(レンズ作用をしない壁面)は、光軸に対してほぼ平行な
直線を含む曲面(ほぼ円柱面)で構成されることが多い
が、一般的に回折格子の格子高さhは1ミクロン程度で
あるため、上記曲面で光線がケラレる影響は非常に小さ
い。しかし、角度を持った光線の場合、ブレーズ形状に
よるケラレが発生する。特に、設計次数を大きくした場
合や2つの光学材料の境界面に回折効果を有する場合、
回折格子高さhが相対的に大きくなるため、ブレーズ形
状によるケラレの発生が大きくなる。
When a lens function is realized by a blazed diffraction grating, the blazed shape is a pair of curved surfaces forming a circular shape around the optical axis (that is, a blazed shape provided for transmitting diffracted light). (A transmission surface and a wall surface which does not act as a lens) are formed from the central region to the peripheral region. One of the pair of curved surfaces
(Wall surfaces that do not act as lenses) are often composed of curved surfaces (substantially cylindrical surfaces) containing straight lines that are almost parallel to the optical axis, but the grating height h of the diffraction grating is generally about 1 micron. Therefore, the effect of vignetting of the light beam on the curved surface is very small. However, in the case of a light beam having an angle, vignetting occurs due to the blaze shape. In particular, when the design order is increased or when there is a diffraction effect at the interface between two optical materials,
Since the diffraction grating height h is relatively large, vignetting due to the blaze shape is increased.

【0018】したがって、上記ケラレの発生を考慮する
と、光線が角度を持つ周辺領域でのブレーズ形状は、光
軸に対してほぼ平行な直線を含む曲面を有しない方が望
ましいことになる。つまり、光軸を中心とした中央領域
のブレーズ形状を、光軸に対してほぼ平行な直線を含む
曲面で一部(つまり、前記1対の曲面のうちの一方の曲
面)を構成し、光軸を中心とした周辺領域のブレーズ形
状を、前記曲面に対応する曲面が前記直線よりも光軸に
対して大きな角度を成す直線のみを含むようにすれば
(レンズ作用をしない壁面が円錐面の一部をなすことに
なる。)、回折光学素子の周辺領域に対して角度を持っ
て入射する光線についても、ブレーズ形状によるケラレ
が発生しないようにすることができる。
Therefore, in consideration of the occurrence of vignetting, it is desirable that the blaze shape in the peripheral region where the light beam has an angle does not have a curved surface including a straight line substantially parallel to the optical axis. In other words, the blaze shape of the central region centered on the optical axis is partially formed by a curved surface including a straight line substantially parallel to the optical axis (that is, one of the pair of curved surfaces), If the blaze shape of the peripheral region around the axis is such that the curved surface corresponding to the curved surface includes only a straight line that forms a larger angle with the optical axis than the straight line
(Walls that do not act as lenses form part of a conical surface.) Also, vignetting due to the blaze shape should not occur for light rays incident at an angle to the peripheral area of the diffractive optical element. Can be.

【0019】光線入射側面が、前記ブレーズ形状の回折
格子から成り、かつ、光線入射角度よりも光線射出角度
が大きくなるようなパワー(例えば、正のパワー)を有す
る回折光学面であれば、角度を持って入射する光線に対
してもブレーズ形状によるケラレが発生しなくなる。ま
た、光線射出側面が、前記ブレーズ形状の回折格子から
成り、かつ、光線入射角度よりも光線射出角度が小さく
なるようなパワー(例えば、負のパワー)を有する回折光
学面であれば、角度を持って入射する光線に対してもブ
レーズ形状によるケラレが発生しなくなる。
If the light incident side surface is a diffractive optical surface made of the blazed diffraction grating and having a power (eg, a positive power) such that the light exit angle is larger than the light incident angle, Vignetting due to the blaze shape does not occur even for a light beam incident with the angle. Further, if the light emitting side surface is a diffractive optical surface having a power (for example, negative power) such that the blazed diffraction grating is formed of the blazed diffraction grating and the light emitting angle is smaller than the light incident angle. Vignetting due to the blaze shape does not occur even for a light beam that is incident upon being carried.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明を実施した回折光学素子及びそ
れを用いた光学系を、コンストラクションデータ,図面
等を参照しつつ更に具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a diffractive optical element embodying the present invention and an optical system using the same will be described more specifically with reference to construction data, drawings and the like.

【0021】《実施例1,2(図1〜図4)》図1に示す
実施例1は、第1の発明に係る回折光学素子が用いられ
たケプラー型ファインダ光学系であり、第2の発明に係
る光学系に相当する。また、図3に示す実施例2は、第
3の発明に係る回折光学素子が用いられたケプラー型フ
ァインダ光学系であり、第4の発明に係る光学系に相当
する。表2,表4に、実施例1,2のコンストラクショ
ンデータ{面,曲率半径,軸上間隔,屈折率(e線),ア
ッベ数}を示し、表3,表5に、実施例1,2の非球面
データ及び回折光学面データを示す。
Embodiments 1 and 2 (FIGS. 1 to 4) Embodiment 1 shown in FIG. 1 is a Kepler-type finder optical system using the diffractive optical element according to the first invention. This corresponds to the optical system according to the invention. Embodiment 2 shown in FIG. 3 is a Keplerian finder optical system using the diffractive optical element according to the third invention, and corresponds to the optical system according to the fourth invention. Tables 2 and 4 show construction data {surface, radius of curvature, axial spacing, refractive index (e-line), Abbe number} of Examples 1 and 2, and Tables 3 and 5 show Examples 1 and 2. 2 shows the aspherical surface data and the diffractive optical surface data.

【0022】各コンストラクションデータにおいて、Si
(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目のレンズ面であ
り、Piは(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目のプリ
ズム面である。[ASP]印が付された面Siは、非球面で構
成された面であることを示し、非球面の面形状を表わす
以下の式(AS)で定義されるものとする。また、[DOE]印
が付された面Siは、回折光学面で構成された面であるこ
とを示し、回折光学面のピッチの位相形状を表す以下の
式(DS)で定義されるものとする。
In each construction data, Si
(i = 1,2,3, ...) is the i-th lens surface counted from the object side, and Pi is (i = 1,2,3, ...) is the i-th lens surface counted from the object side. Prism surface. The surface Si marked with [ASP] indicates that the surface is constituted by an aspheric surface, and is defined by the following equation (AS) representing the surface shape of the aspheric surface. Also, the surface Si marked with [DOE] indicates that the surface is composed of a diffractive optical surface, and is defined by the following formula (DS) representing the phase shape of the pitch of the diffractive optical surface. I do.

【0023】 Z(h)=c・h2/{1+(1-ε・c2・h2)1/2}+ΣAi・hi …(AS) ただし、式(AS)中、 Z(h):光軸方向の基準面からの変位量、 h :光軸に対して垂直な方向の高さ、 c :近軸曲率、 ε :2次曲面パラメータ、 Ai :i次の非球面係数 である。Z (h) = c · h 2 / {1+ (1-ε · c 2 · h 2 ) 1/2 } + ΣAi · h i (AS) where Z ( h): displacement amount from the reference plane in the optical axis direction, h: height in the direction perpendicular to the optical axis, c: paraxial curvature, ε: quadratic surface parameter, Ai: i-th order aspherical coefficient is there.

【0024】φ(h)=(2π/λ)・(ΣCi・h2i) …(DS) ただし、式(DS)中、 φ(h):回折光学面の位相関数、 Ci :回折光学面のi次の位相関数係数、 h :光軸に対して垂直な方向の高さ(格子高さ)、 λ :設計波長(=546nm) である。Φ (h) = (2π / λ) · (ΣCi · h 2i ) (DS) In the equation (DS), φ (h) is a phase function of the diffractive optical surface, and Ci is a diffractive optical surface. i-th phase function coefficient, h: height in the direction perpendicular to the optical axis (grating height), λ: design wavelength (= 546 nm).

【0025】[0025]

【表2】 [Table 2]

【0026】[0026]

【表3】 [Table 3]

【0027】[0027]

【表4】 [Table 4]

【0028】[0028]

【表5】 [Table 5]

【0029】実施例1,2のケプラー型ファインダ光学
系は、正,負,負,正の4枚の対物レンズと、対物レン
ズ間の絞り(E0)と、4つの反転系プリズムと、反転系プ
リズム間の1次像面(I)位置に配置された視野枠と、1
枚の接眼レンズと、から成っている。実施例1,2共、
最も物体に近いレンズが回折光学素子であるが、実施例
1ではその像側面S2が回折光学面[DOE]であり、実施例
2ではその物体側面S1が回折光学面[DOE]である。実施
例1,2共、最軸外の物高Kは-1412.4mm、物体距離は-3
000mm、ファインダ倍率は-0.399、視度は-1.001であ
る。
The Kepler-type finder optical systems of Embodiments 1 and 2 are composed of four positive, negative, negative and positive objective lenses, a stop (E0) between the objective lenses, four inversion system prisms, and an inversion system. A field frame arranged at a primary image plane (I) position between the prisms;
It consists of two eyepieces. In both Examples 1 and 2,
The lens closest to the object is the diffractive optical element. In the first embodiment, the image side surface S2 is the diffractive optical surface [DOE], and in the second embodiment, the object side surface S1 is the diffractive optical surface [DOE]. In both Examples 1 and 2, the off-axis object height K is -1412.4 mm and the object distance is -3.
000mm, finder magnification is -0.399, diopter is -1.001.

【0030】図2の断面図は、実施例1の回折光学面(S
2)の(A)中央領域断面形状及び(B)周辺領域断面形状を
拡大して示している。図2中、axは光軸AXに対して平行
な軸を示しており、h1は中央領域における回折格子の格
子高さ、h2は周辺領域における回折格子の格子高さであ
る。
FIG. 2 is a sectional view showing the diffractive optical surface (S
2A shows an enlarged cross-sectional shape of (A) a central region and a cross-sectional shape of (B) a peripheral region. In FIG. 2, ax indicates an axis parallel to the optical axis AX, h1 indicates the grating height of the diffraction grating in the central region, and h2 indicates the grating height of the diffraction grating in the peripheral region.

【0031】実施例1において、回折光学面[DOE]は入
射瞳(E1)から遠い位置に配置されているため、光軸AXを
中心とした周辺領域には光線が角度を持って入射する。
そこで、前述したように回折光学面に対する入射角度を
考慮して回折格子高さhを設計すると、周辺領域におけ
る回折格子の格子高さh2は、中央領域における回折格子
の格子高さh1に比べて低くなる。
In the first embodiment, since the diffractive optical surface [DOE] is arranged at a position far from the entrance pupil (E1), a light ray enters the peripheral area centered on the optical axis AX at an angle.
Therefore, as described above, when the diffraction grating height h is designed in consideration of the incident angle with respect to the diffraction optical surface, the grating height h2 in the peripheral region is larger than the grating height h1 in the central region. Lower.

【0032】図4の断面図は、実施例2の回折光学面(S
1)の(A)中央領域断面形状及び(B)周辺領域断面形状を
拡大して示している。図4中、axは光軸AXに対して平行
な軸を示しており、中央領域におけるV1は光軸AXに対し
てほぼ平行な直線{図4(A)の断面に表れる直線}を含む
曲面(ほぼ円柱面)、周辺領域におけるV2は曲面V1に対応
する曲面(円錐面の一部)を示している。また、αは曲面
V2に含まれる直線{図4(B)の断面に表れる直線}が軸ax
に対して成す角度である。
FIG. 4 is a sectional view showing the diffractive optical surface (S
1A is an enlarged view of (A) the cross-sectional shape of the central region and (B) the cross-sectional shape of the peripheral region. 4, ax indicates an axis parallel to the optical axis AX, and V1 in the central region is a curved surface including a straight line substantially parallel to the optical axis AX {the straight line appearing in the cross section of FIG. 4A}. V2 in the peripheral region (substantially cylindrical surface) and a curved surface corresponding to the curved surface V1 (part of a conical surface). Α is a curved surface
The straight line included in V2 {the straight line appearing in the cross section of FIG. 4B} is the axis ax
Is the angle made with respect to

【0033】実施例2において、回折光学面[DOE]は入
射瞳(E1)から遠い位置に配置されているため、光軸AXを
中心とした周辺領域には光線が角度を持って入射する。
そこで、前述したように回折光学面に対する入射角度を
考慮して回折格子のブレーズ形状を設計すると、周辺領
域におけるブレーズ形状の曲面V2に含まれる直線{図4
(B)の断面に表れる直線}が光軸AXに対して成す角度α
は、曲面V1に含まれる前記直線{図4(A)の断面に表れ
る直線}よりも大きくなる。
In the second embodiment, since the diffractive optical surface [DOE] is arranged at a position far from the entrance pupil (E1), a light ray enters the peripheral area around the optical axis AX at an angle.
Therefore, as described above, when the blazed shape of the diffraction grating is designed in consideration of the incident angle with respect to the diffractive optical surface, the straight line included in the blazed curved surface V2 in the peripheral region {FIG.
Angle between the optical axis AX and the straight line appearing in the cross section of FIG.
Is larger than the straight line {the straight line appearing in the cross section of FIG. 4A} included in the curved surface V1.

【0034】《実施例3(図5)》図5の断面図は、実施
例3の回折光学面D3の周辺領域断面形状を拡大して示し
ている。図5中、axは光軸AXに対して平行な軸、Lは回
折光学面D3への入射光線、L'は回折光学面D3からの射出
光線、θは光線入射角度、θ'は光線射出角度、Δはθ
とθ'との偏角を示している。実施例3ではレンズの光
線入射側に回折光学面D3が用いられており、この回折光
学面D3は、光線入射角度θよりも光線射出角度θ'が大
きくなるような正のパワーを有している。
<< Embodiment 3 (FIG. 5) >> The cross-sectional view of FIG. 5 shows an enlarged cross-sectional shape of the peripheral area of the diffractive optical surface D3 of Embodiment 3. In FIG. 5, ax is an axis parallel to the optical axis AX, L is a ray incident on the diffractive optical surface D3, L 'is a ray emitted from the diffractive optical surface D3, θ is a ray incident angle, and θ' is a ray exit Angle, Δ is θ
And θ ′ are shown. In the third embodiment, the diffractive optical surface D3 is used on the light incident side of the lens. The diffractive optical surface D3 has a positive power such that the light exit angle θ ′ is larger than the light incident angle θ. I have.

【0035】《実施例4(図6)》図6の断面図は、実施
例4の回折光学面D4の周辺領域断面形状を拡大して示し
ている。図6中、axは光軸AXに対して平行な軸、Lは回
折光学面D3への入射光線、L'は回折光学面D3からの射出
光線、θは光線入射角度、θ'は光線射出角度、Δはθ
とθ'との偏角を示している。実施例4ではレンズの光
線射出側に回折光学面D4が用いられており、この回折光
学面D4は、光線入射角度θよりも光線射出角度θ'が小
さくなるような負のパワーを有している。
<< Embodiment 4 (FIG. 6) >> The cross-sectional view of FIG. 6 shows an enlarged cross-sectional shape of the peripheral area of the diffractive optical surface D4 of Embodiment 4. In FIG. 6, ax is an axis parallel to the optical axis AX, L is a light beam incident on the diffractive optical surface D3, L 'is a light beam emitted from the diffractive optical surface D3, θ is a light incident angle, and θ' is a light beam emission Angle, Δ is θ
And θ ′ are shown. In the fourth embodiment, the diffractive optical surface D4 is used on the light exit side of the lens, and the diffractive optical surface D4 has a negative power such that the light exit angle θ ′ is smaller than the light incident angle θ. I have.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように第1の発明によれ
ば、レンズとして作用し、かつ、光軸を中心とした中央
領域と周辺領域とで回折効率が同じになる回折光学素子
を実現することができる。第2の発明によれば、上記回
折効率を同じにする効果がより有効に達成される。
According to the first aspect of the present invention, as described above, a diffractive optical element which functions as a lens and has the same diffraction efficiency in the central region and the peripheral region around the optical axis is realized. be able to. According to the second aspect, the effect of equalizing the diffraction efficiency is more effectively achieved.

【0037】また、第3,第5,第6の発明によれば、
レンズとして作用し、かつ、光軸を中心とした周辺領域
における光線のケラレが発生しない回折光学素子を実現
することができる。第4の発明によれば、上記ケラレの
発生防止がより有効に達成される。
According to the third, fifth, and sixth aspects of the invention,
It is possible to realize a diffractive optical element that acts as a lens and does not cause vignetting of light rays in a peripheral region around the optical axis. According to the fourth aspect, the occurrence of the vignetting is more effectively achieved.

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

【図1】実施例1のケプラー型ファインダ光学系のレン
ズ構成及び光路を示す光学構成図。
FIG. 1 is an optical configuration diagram showing a lens configuration and an optical path of a Kepler type finder optical system according to a first embodiment.

【図2】実施例1に用いられている回折光学面の中央領
域及び周辺領域の形状を示す拡大断面図。
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing shapes of a central area and a peripheral area of a diffractive optical surface used in the first embodiment.

【図3】実施例2のケプラー型ファインダ光学系のレン
ズ構成及び光路を示す光学構成図。
FIG. 3 is an optical configuration diagram illustrating a lens configuration and an optical path of a Kepler-type finder optical system according to a second embodiment.

【図4】実施例2に用いられている回折光学面の中央領
域及び周辺領域の形状を示す拡大断面図。
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing the shapes of a central area and a peripheral area of a diffractive optical surface used in Example 2.

【図5】実施例3に用いられている回折光学面の周辺領
域の形状を示す拡大断面図。
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a shape of a peripheral area of a diffractive optical surface used in a third embodiment.

【図6】実施例4に用いられている回折光学面の周辺領
域の形状を示す拡大断面図。
FIG. 6 is an enlarged sectional view showing a shape of a peripheral area of a diffractive optical surface used in Example 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

DOE …回折光学面 ASP …非球面 E0 …絞り E1 …入射瞳 E2 …射出瞳 I …1次像面 DOE… diffractive optical surface ASP… aspherical surface E0… stop E1… entrance pupil E2… exit pupil I… primary image plane

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ブレーズ形状の回折格子を有することに
よりレンズとして作用する回折光学素子であって、光軸
を中心とした中央領域における回折格子の格子高さより
も周辺領域における回折格子の格子高さの方が低いこと
を特徴とする回折光学素子。
1. A diffractive optical element having a blazed diffraction grating and acting as a lens, wherein the height of the diffraction grating in a peripheral region is higher than the height of the diffraction grating in a central region centered on the optical axis. A diffractive optical element characterized by having a lower value.
【請求項2】 請求項1に記載の回折光学素子を、絞り
位置又は主光線と光軸とが交わる位置から比較的離れた
位置に配置して成る光学系。
2. An optical system comprising the diffractive optical element according to claim 1 arranged at a stop position or a position relatively distant from a position where a principal ray and an optical axis intersect.
【請求項3】 ブレーズ形状の回折格子を有することに
よりレンズとして作用する回折光学素子であって、回折
光を透過するために設けられたブレーズ形状の透過面と
レンズ作用をしない壁面において、個々のブレーズ形状
は構成され、光軸を中心とした中央領域のブレーズ形状
の壁面はほぼ円柱面であり、光軸を中心とした周辺領域
のブレーズ形状の壁面は円錐面の一部であることを特徴
とする回折光学素子。
3. A diffractive optical element which acts as a lens by having a blazed diffraction grating, wherein a blazed transmission surface provided for transmitting diffracted light and a wall surface which does not act as a lens have individual elements. The blazed shape is configured, the blazed wall in the central area around the optical axis is almost cylindrical, and the blazed wall in the peripheral area around the optical axis is part of a conical surface. Diffractive optical element.
【請求項4】 請求項3に記載の回折光学素子を、絞り
位置又は主光線と光軸とが交わる位置から比較的離れた
位置に配置して成る光学系。
4. An optical system wherein the diffractive optical element according to claim 3 is disposed at a position relatively far from a stop position or a position where a principal ray and an optical axis intersect.
【請求項5】 光線入射側面が、前記ブレーズ形状の回
折格子から成り、かつ、光線入射角度よりも光線射出角
度が大きくなるようなパワーを有する回折光学面である
ことを特徴とする請求項3に記載の回折光学素子。
5. The light-incident side surface is a diffractive optical surface made of the blazed diffraction grating and having a power such that a light-emitting angle is larger than a light-incident angle. 4. The diffractive optical element according to 1.
【請求項6】 光線射出側面が、前記ブレーズ形状の回
折格子から成り、かつ、光線入射角度よりも光線射出角
度が小さくなるようなパワーを有する回折光学面である
ことを特徴とする請求項3に記載の回折光学素子。
6. A light diffusing optical surface having a power such that a light exit angle is smaller than a light incident angle, wherein the light exit side surface is made of the blazed diffraction grating. 4. The diffractive optical element according to 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6473232B2 (en) 2000-03-08 2002-10-29 Canon Kabushiki Kaisha Optical system having a diffractive optical element, and optical apparatus
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