JPH11271514A - 回折光学素子及び光学系 - Google Patents
回折光学素子及び光学系Info
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- JPH11271514A JPH11271514A JP7397598A JP7397598A JPH11271514A JP H11271514 A JPH11271514 A JP H11271514A JP 7397598 A JP7397598 A JP 7397598A JP 7397598 A JP7397598 A JP 7397598A JP H11271514 A JPH11271514 A JP H11271514A
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- diffractive optical
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 白色光に対して回折効率が良好な回折光学素
子を提供し、回折光学素子を含む光学系において、広い
波長域で回折効率が良好であるだけでなく、軸上光から
軸外光にわたって回折効率が良好な光学系を提供する。 【解決手段】 回折格子のパワーが負の第２レンズ(G2)
と正の第３レンズ(G3)は、ガラスと樹脂とを密着させ
て、境界面(r4,r8)に回折格子のレリーフパターンを形
成してなる回折光学素子であって、物体側からガラス，
レリーフパターン，樹脂の順で構成されている。レリー
フパターンの回折格子高さhは、式：h＝λ／｜n−n'｜
で表される。ただし、λ:波長(≦450nm)，n,n':境界面
に隣接する物体側,像側の光学材料の波長λの光に対す
る屈折率である。
子を提供し、回折光学素子を含む光学系において、広い
波長域で回折効率が良好であるだけでなく、軸上光から
軸外光にわたって回折効率が良好な光学系を提供する。 【解決手段】 回折格子のパワーが負の第２レンズ(G2)
と正の第３レンズ(G3)は、ガラスと樹脂とを密着させ
て、境界面(r4,r8)に回折格子のレリーフパターンを形
成してなる回折光学素子であって、物体側からガラス，
レリーフパターン，樹脂の順で構成されている。レリー
フパターンの回折格子高さhは、式：h＝λ／｜n−n'｜
で表される。ただし、λ:波長(≦450nm)，n,n':境界面
に隣接する物体側,像側の光学材料の波長λの光に対す
る屈折率である。
Description
【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、白色光で使
用する回折光学素子及びそれを含む光学系に関するもの
である。
光学系に関するものであり、更に詳しくは、白色光で使
用する回折光学素子及びそれを含む光学系に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】回折光学素子には、従来より知られてい
る屈折光学素子には無い有用な特長がある。例えば集光
作用を有する回折光学素子には、以下のような特長があ
る。・通常の屈折光学素子のレンズ表面に回折光学素子
を付けることによって、回折作用と屈折作用の両方を一
つの光学素子に持たせることができる。・屈折光学素子
でいう分散特性に相当する量が、回折光学素子では逆の
値を持つため、回折光学素子で色収差を効果的に補正す
ることができる。
る屈折光学素子には無い有用な特長がある。例えば集光
作用を有する回折光学素子には、以下のような特長があ
る。・通常の屈折光学素子のレンズ表面に回折光学素子
を付けることによって、回折作用と屈折作用の両方を一
つの光学素子に持たせることができる。・屈折光学素子
でいう分散特性に相当する量が、回折光学素子では逆の
値を持つため、回折光学素子で色収差を効果的に補正す
ることができる。
【０００３】回折光学素子には、上記のような有用な特
長がある反面、回折効率が波長に依存するため問題もあ
る。例えば、設計波長以外では設計次数以外の回折光の
発生が顕著となるため、これにより発生するゴーストが
像性能劣化の原因となる。特に使用波長域が広い白色光
で使用する光学系では、これが大きな問題となる。
長がある反面、回折効率が波長に依存するため問題もあ
る。例えば、設計波長以外では設計次数以外の回折光の
発生が顕著となるため、これにより発生するゴーストが
像性能劣化の原因となる。特に使用波長域が広い白色光
で使用する光学系では、これが大きな問題となる。
【０００４】この問題を解決することを目的とした回折
光学素子が、特開平9-127321号公報とSteven M. Ebstei
n(1996.9.15 OPTICAL SOCIETY OF AMERICA)で提案され
ている。これらの回折光学素子は、互いに異なる光学材
料の境界面に回折格子のレリーフパターンが形成された
構成をとっている。そして、２材料の屈折率差が波長に
依存することを利用して波長による位相差の変化を防ぐ
ことにより、広い波長域で回折効率を高くすることを可
能にしている。
光学素子が、特開平9-127321号公報とSteven M. Ebstei
n(1996.9.15 OPTICAL SOCIETY OF AMERICA)で提案され
ている。これらの回折光学素子は、互いに異なる光学材
料の境界面に回折格子のレリーフパターンが形成された
構成をとっている。そして、２材料の屈折率差が波長に
依存することを利用して波長による位相差の変化を防ぐ
ことにより、広い波長域で回折効率を高くすることを可
能にしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、白色光で使用
する光学系に上記回折光学素子を用いる場合には、回折
光学素子に入射する白色光に対して回折効率が良好であ
るだけでは不十分である。ｇ線波長からＣ線波長にわた
る広い波長域で回折効率が良好であるのに加えて、軸上
光から軸外光にわたって回折効率が良好であることが、
更に必要である。
する光学系に上記回折光学素子を用いる場合には、回折
光学素子に入射する白色光に対して回折効率が良好であ
るだけでは不十分である。ｇ線波長からＣ線波長にわた
る広い波長域で回折効率が良好であるのに加えて、軸上
光から軸外光にわたって回折効率が良好であることが、
更に必要である。
【０００６】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであって、白色光に対して回折効率が良好な回折
光学素子を提供することを第１の目的とする。また、回
折光学素子を含む光学系において、広い波長域で回折効
率が良好であるだけでなく、軸上光から軸外光にわたっ
て回折効率が良好な光学系を提供することを第２の目的
とする。
たものであって、白色光に対して回折効率が良好な回折
光学素子を提供することを第１の目的とする。また、回
折光学素子を含む光学系において、広い波長域で回折効
率が良好であるだけでなく、軸上光から軸外光にわたっ
て回折効率が良好な光学系を提供することを第２の目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、第１の発明の回折光学素子は、積層された複
数の光学材料から成るとともに、その少なくとも一つの
互いに異なる光学材料の境界面に回折格子のレリーフパ
ターンが形成された、白色光で使用される回折光学素子
であって、前記レリーフパターンの回折格子高さが以下
の式で表されることを特徴とする。 h＝λ／｜n−n'｜ ただし、 h ：レリーフパターンの回折格子高さ、 λ：波長{ここで、λ≦450(nm)である。}、 n ：境界面に隣接する物体側の光学材料の波長λの光に
対する屈折率、 n'：境界面に隣接する像側の光学材料の波長λの光に対
する屈折率、 である。
るために、第１の発明の回折光学素子は、積層された複
数の光学材料から成るとともに、その少なくとも一つの
互いに異なる光学材料の境界面に回折格子のレリーフパ
ターンが形成された、白色光で使用される回折光学素子
であって、前記レリーフパターンの回折格子高さが以下
の式で表されることを特徴とする。 h＝λ／｜n−n'｜ ただし、 h ：レリーフパターンの回折格子高さ、 λ：波長{ここで、λ≦450(nm)である。}、 n ：境界面に隣接する物体側の光学材料の波長λの光に
対する屈折率、 n'：境界面に隣接する像側の光学材料の波長λの光に対
する屈折率、 である。
【０００８】上記第２の目的を達成するために、第２の
発明の光学系は、ガラスと樹脂とを密着させ、かつ、そ
の境界面に回折格子のレリーフパターンを形成してなる
回折光学素子を、前記レリーフパターンが光学系の瞳又
は絞りより物体側に位置するように含む光学系おいて、
前記回折格子のパワーが正の場合には、前記回折光学素
子を物体側から樹脂，レリーフパターン，ガラスの順で
構成し、前記回折格子のパワーが負の場合には、前記回
折光学素子を物体側からガラス，レリーフパターン，樹
脂の順で構成したことを特徴とする。
発明の光学系は、ガラスと樹脂とを密着させ、かつ、そ
の境界面に回折格子のレリーフパターンを形成してなる
回折光学素子を、前記レリーフパターンが光学系の瞳又
は絞りより物体側に位置するように含む光学系おいて、
前記回折格子のパワーが正の場合には、前記回折光学素
子を物体側から樹脂，レリーフパターン，ガラスの順で
構成し、前記回折格子のパワーが負の場合には、前記回
折光学素子を物体側からガラス，レリーフパターン，樹
脂の順で構成したことを特徴とする。
【０００９】上記第２の目的を達成するために、第３の
発明の光学系は、ガラスと樹脂とを密着させ、かつ、そ
の境界面に回折格子のレリーフパターンを形成してなる
回折光学素子を、前記レリーフパターンが光学系の瞳又
は絞りより像側に位置するように含む光学系おいて、前
記回折格子のパワーが正の場合には、前記回折光学素子
を物体側からガラス，レリーフパターン，樹脂の順で構
成し、前記回折格子のパワーが負の場合には、前記回折
光学素子を物体側から樹脂，レリーフパターン，ガラス
の順で構成したことを特徴とする。
発明の光学系は、ガラスと樹脂とを密着させ、かつ、そ
の境界面に回折格子のレリーフパターンを形成してなる
回折光学素子を、前記レリーフパターンが光学系の瞳又
は絞りより像側に位置するように含む光学系おいて、前
記回折格子のパワーが正の場合には、前記回折光学素子
を物体側からガラス，レリーフパターン，樹脂の順で構
成し、前記回折格子のパワーが負の場合には、前記回折
光学素子を物体側から樹脂，レリーフパターン，ガラス
の順で構成したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した回折光学
素子及びそれを含む光学系を、図面を参照しつつ説明す
る。図１は、本実施の形態に係るズームレンズを示すレ
ンズ構成図であり、広角端[Ｗ]，ミドル(中間焦点距離
状態)[Ｍ]及び望遠端[Ｔ]でのレンズ配置を示してい
る。このレンズ構成図中の矢印(m1,m2)は、ズーミング
における第１群(Gr1)と第２群(Gr2)の移動をそれぞれ模
式的に示しており、di(i=5,9)は、ズーミングにおいて
変化する可変間隔を示している。また、各レンズ構成図
中、ri(i=1,2,3,...)が付された面は物体側から数えてi
番目の面{ただしr12が付された面は像面(I)}であり、ri
に*印が付された面は非球面、riに#印が付された面は回
折光学面(回折格子面)である。
素子及びそれを含む光学系を、図面を参照しつつ説明す
る。図１は、本実施の形態に係るズームレンズを示すレ
ンズ構成図であり、広角端[Ｗ]，ミドル(中間焦点距離
状態)[Ｍ]及び望遠端[Ｔ]でのレンズ配置を示してい
る。このレンズ構成図中の矢印(m1,m2)は、ズーミング
における第１群(Gr1)と第２群(Gr2)の移動をそれぞれ模
式的に示しており、di(i=5,9)は、ズーミングにおいて
変化する可変間隔を示している。また、各レンズ構成図
中、ri(i=1,2,3,...)が付された面は物体側から数えてi
番目の面{ただしr12が付された面は像面(I)}であり、ri
に*印が付された面は非球面、riに#印が付された面は回
折光学面(回折格子面)である。
【００１１】このズームレンズは、第１，第２レンズ(G
1,G2)から成る第１群(Gr1)と、絞り(S)と第３レンズ(G
3)から成る第２群(Gr2)と、ローパスフィルターから成
る第３群(Gr3)と、で構成されている。第２レンズ(G2)
と第３レンズ(G3)は、積層された２つの光学材料から成
るとともに、互いに異なる光学材料の境界面(r4,r8)に
回折格子のレリーフパターンが形成された回折光学素子
である。第２レンズ(G2)の境界面(r4)は回折格子のパワ
ーが負の回折光学面であり、第３レンズ(G3)の境界面(r
8)は回折格子のパワーが正の回折光学面である。また、
各境界面(r4,r8)の物体側の媒質はガラスであり、像側
の媒質は樹脂である。
1,G2)から成る第１群(Gr1)と、絞り(S)と第３レンズ(G
3)から成る第２群(Gr2)と、ローパスフィルターから成
る第３群(Gr3)と、で構成されている。第２レンズ(G2)
と第３レンズ(G3)は、積層された２つの光学材料から成
るとともに、互いに異なる光学材料の境界面(r4,r8)に
回折格子のレリーフパターンが形成された回折光学素子
である。第２レンズ(G2)の境界面(r4)は回折格子のパワ
ーが負の回折光学面であり、第３レンズ(G3)の境界面(r
8)は回折格子のパワーが正の回折光学面である。また、
各境界面(r4,r8)の物体側の媒質はガラスであり、像側
の媒質は樹脂である。
【００１２】第２，第３レンズ(G2,G3)に設けられてい
るレリーフパターンの回折格子断面形状は、ブレーズ形
状である。回折格子断面形状がブレーズ形状である場合
の回折効率ηは、以下の式(1)で表される。 η＝[{sin(π(α−m))}／{π(α−m)}]2 …(1) ただし、 m ：回折次数、 α＝h0(n・cosθ−n'・cosθ')／λ …(1') λ ：波長、 n ：境界面に隣接する物体側の光学材料の波長λの光
に対する屈折率、 n' ：境界面に隣接する像側の光学材料の波長λの光に
対する屈折率、 θ ：境界面に入射する光線の入射角度(単位：degre
e)、 θ'：境界面から射出する光線の射出角度(単位：degre
e)、 h0 ：回折格子高さ{＝λ0／(n0−n'0)}、 λ0：設計波長、 n0 ：境界面に隣接する物体側の光学材料の設計波長λ0
の光に対する屈折率、 n'0：境界面に隣接する像側の光学材料の設計波長λ0の
光に対する屈折率、 である。
るレリーフパターンの回折格子断面形状は、ブレーズ形
状である。回折格子断面形状がブレーズ形状である場合
の回折効率ηは、以下の式(1)で表される。 η＝[{sin(π(α−m))}／{π(α−m)}]2 …(1) ただし、 m ：回折次数、 α＝h0(n・cosθ−n'・cosθ')／λ …(1') λ ：波長、 n ：境界面に隣接する物体側の光学材料の波長λの光
に対する屈折率、 n' ：境界面に隣接する像側の光学材料の波長λの光に
対する屈折率、 θ ：境界面に入射する光線の入射角度(単位：degre
e)、 θ'：境界面から射出する光線の射出角度(単位：degre
e)、 h0 ：回折格子高さ{＝λ0／(n0−n'0)}、 λ0：設計波長、 n0 ：境界面に隣接する物体側の光学材料の設計波長λ0
の光に対する屈折率、 n'0：境界面に隣接する像側の光学材料の設計波長λ0の
光に対する屈折率、 である。
【００１３】本実施の形態に係る回折光学素子は、ガラ
スと樹脂とを密着させて、その境界面に回折格子のレリ
ーフパターンを形成したものである。ここで、ガラスPS
KS52と樹脂MS300との組み合わせ、ガラスSF9と樹脂OPET
との組み合わせ、のそれぞれについて、波長λでの回折
格子高さに相当するλ／｜n−n'｜を各光線について計
算し、その結果を表１に示す。なお、各ガラス，樹脂の
ｄ線に対する屈折率ｎｄ，アッベ数νｄ、ガラスの転移
点温度Tgは、以下の通りである。 ガラス…PSKS52：nd=1.6， νd=64.33，Tg=534(℃) 樹脂 …MS300 ：nd=1.5644， νd=35.1 ガラス…SF9 ：nd=1.65446，νd=33.86，Tg=435(℃) 樹脂 …OPET ：nd=1.62017，νd=24.01
スと樹脂とを密着させて、その境界面に回折格子のレリ
ーフパターンを形成したものである。ここで、ガラスPS
KS52と樹脂MS300との組み合わせ、ガラスSF9と樹脂OPET
との組み合わせ、のそれぞれについて、波長λでの回折
格子高さに相当するλ／｜n−n'｜を各光線について計
算し、その結果を表１に示す。なお、各ガラス，樹脂の
ｄ線に対する屈折率ｎｄ，アッベ数νｄ、ガラスの転移
点温度Tgは、以下の通りである。 ガラス…PSKS52：nd=1.6， νd=64.33，Tg=534(℃) 樹脂 …MS300 ：nd=1.5644， νd=35.1 ガラス…SF9 ：nd=1.65446，νd=33.86，Tg=435(℃) 樹脂 …OPET ：nd=1.62017，νd=24.01
【００１４】
【表１】
【００１５】表１から分かるように、λ／｜n−n'｜
は、ｇ線程度で中間値、Ｆ線程度で最小値、Ｃ線程度で
最大値となる。したがって、ｇ線程度の設計波長λ0で
回折格子高さh0を決めれば、Ｆ線及びＣ線での回折格子
高さとのずれ量が振り分けとなるため、ｇ線波長(435.8
4nm)からＣ線波長(656.28nm)にわたって回折効率が良好
になると予測される。
は、ｇ線程度で中間値、Ｆ線程度で最小値、Ｃ線程度で
最大値となる。したがって、ｇ線程度の設計波長λ0で
回折格子高さh0を決めれば、Ｆ線及びＣ線での回折格子
高さとのずれ量が振り分けとなるため、ｇ線波長(435.8
4nm)からＣ線波長(656.28nm)にわたって回折効率が良好
になると予測される。
【００１６】つまり、積層された複数の光学材料から成
るとともに、その少なくとも一つの互いに異なる光学材
料の境界面に回折格子のレリーフパターンが形成され
た、白色光で使用される回折光学素子において、レリー
フパターンの回折格子高さが以下の式(2)で表されるな
らば、白色光に対して(つまりｇ線波長435.84nmからＣ
線波長656.28nmにわたって)回折効率が良好な回折光学
素子を実現することができる。この条件を外れた場合、
Ｆ線波長付近での回折効率の低下又はＣ線波長付近での
回折効率の低下が発生することになる。 h＝λ／｜n−n'｜ …(2) ただし、 h ：レリーフパターンの回折格子高さ、 λ：波長{ここで、λ≦450(nm)である。}、 n ：境界面に隣接する物体側の光学材料の波長λの光に
対する屈折率、 n'：境界面に隣接する像側の光学材料の波長λの光に対
する屈折率、 である。
るとともに、その少なくとも一つの互いに異なる光学材
料の境界面に回折格子のレリーフパターンが形成され
た、白色光で使用される回折光学素子において、レリー
フパターンの回折格子高さが以下の式(2)で表されるな
らば、白色光に対して(つまりｇ線波長435.84nmからＣ
線波長656.28nmにわたって)回折効率が良好な回折光学
素子を実現することができる。この条件を外れた場合、
Ｆ線波長付近での回折効率の低下又はＣ線波長付近での
回折効率の低下が発生することになる。 h＝λ／｜n−n'｜ …(2) ただし、 h ：レリーフパターンの回折格子高さ、 λ：波長{ここで、λ≦450(nm)である。}、 n ：境界面に隣接する物体側の光学材料の波長λの光に
対する屈折率、 n'：境界面に隣接する像側の光学材料の波長λの光に対
する屈折率、 である。
【００１７】ところで、回折光学素子を含む光学系にお
いては、式(1')から分かるように、回折格子のレリーフ
パターンが形成されている境界面に対して、どのような
角度θで光線が入射するかによって回折効率ηは異な
る。そこで、軸上光入射の場合と軸外光入射の場合とに
ついて回折効率ηを計算し、その結果に基づいて本発明
に係る光学系の特徴を説明することにする。なお、回折
効率ηの計算において、ガラスはPSKS52、樹脂はMS300
とし、ガラス，樹脂とも平行平板(つまり屈折作用によ
るパワーを持たない)とし、また、回折格子高さh0＝16.
6(μm)，設計波長λ0＝435(nm)とした。
いては、式(1')から分かるように、回折格子のレリーフ
パターンが形成されている境界面に対して、どのような
角度θで光線が入射するかによって回折効率ηは異な
る。そこで、軸上光入射の場合と軸外光入射の場合とに
ついて回折効率ηを計算し、その結果に基づいて本発明
に係る光学系の特徴を説明することにする。なお、回折
効率ηの計算において、ガラスはPSKS52、樹脂はMS300
とし、ガラス，樹脂とも平行平板(つまり屈折作用によ
るパワーを持たない)とし、また、回折格子高さh0＝16.
6(μm)，設計波長λ0＝435(nm)とした。
【００１８】表２に、軸上光入射の場合の回折効率ηを
示す。ここでは、θ＝0°の平行入射光を軸上光の代表
光線とした。この場合、cos(±θ')＝cosθ'であるた
め、回折格子のパワー符号が正，負のいずれであっても
回折効率ηに変化はない。また、回折格子のパワー＝0.
008557，平行平板に対する入射角度＝0°，平行平板か
らの１次回折光の射出角度＝-0.78°とした。
示す。ここでは、θ＝0°の平行入射光を軸上光の代表
光線とした。この場合、cos(±θ')＝cosθ'であるた
め、回折格子のパワー符号が正，負のいずれであっても
回折効率ηに変化はない。また、回折格子のパワー＝0.
008557，平行平板に対する入射角度＝0°，平行平板か
らの１次回折光の射出角度＝-0.78°とした。
【００１９】
【表２】
【００２０】表２に示す２つのタイプを比較すると分か
るように、物体側からガラス，レリーフパターン，樹
脂；物体側から樹脂，レリーフパターン，ガラス、のい
ずれの順で回折光学素子を構成した場合でも、回折効率
は良好である。
るように、物体側からガラス，レリーフパターン，樹
脂；物体側から樹脂，レリーフパターン，ガラス、のい
ずれの順で回折光学素子を構成した場合でも、回折効率
は良好である。
【００２１】次に、上述した平行入射光の回折効率ηが
良好である構成を前提として、軸外光が入射する場合を
考える。軸外光入射の場合は、回折格子のレリーフパタ
ーンが光学系の瞳(又は絞り)より物体側(前側)に位置す
る場合と像側(後側)に位置する場合とに分けられ、さら
に、回折格子のパワーが正の場合と負の場合とに分けら
れる。
良好である構成を前提として、軸外光が入射する場合を
考える。軸外光入射の場合は、回折格子のレリーフパタ
ーンが光学系の瞳(又は絞り)より物体側(前側)に位置す
る場合と像側(後側)に位置する場合とに分けられ、さら
に、回折格子のパワーが正の場合と負の場合とに分けら
れる。
【００２２】表３に、レリーフパターンが瞳より前側に
位置し、回折格子のパワーが正の場合の回折効率η(％)
を示す。ここでは、回折格子のパワー＝0.008557，平行
平板に対する入射角度＝-10°，平行平板からの１次回
折光の射出角度＝-11.25°とした。
位置し、回折格子のパワーが正の場合の回折効率η(％)
を示す。ここでは、回折格子のパワー＝0.008557，平行
平板に対する入射角度＝-10°，平行平板からの１次回
折光の射出角度＝-11.25°とした。
【００２３】
【表３】
【００２４】表３に示す２つのタイプを比較すると分か
るように、回折光学素子が物体側からガラス，レリーフ
パターン，樹脂の順で構成されている場合には、Ｆ線で
の１次回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率
増大が問題である。したがって、レリーフパターンが瞳
より前側に位置し、回折格子のパワーが正の場合には、
回折光学素子を物体側から樹脂，レリーフパターン，ガ
ラスの順で構成することが適当である。
るように、回折光学素子が物体側からガラス，レリーフ
パターン，樹脂の順で構成されている場合には、Ｆ線で
の１次回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率
増大が問題である。したがって、レリーフパターンが瞳
より前側に位置し、回折格子のパワーが正の場合には、
回折光学素子を物体側から樹脂，レリーフパターン，ガ
ラスの順で構成することが適当である。
【００２５】上記のように回折光学素子の構成の順番で
回折効率ηに違いが生じる理由を説明する。境界面(回
折格子面)に対する入射・射出角度θ，θ'は、以下の屈
折回折の式(3)にしたがって、屈折率n，n'の違いにより
変化する。このため、式(1')が表す値αも変化すること
になる。αの変化量は、入射角度θが大きいほど(斜入
射であるほど)、また回折格子のパワーが大きいほど(格
子間隔dが小さいほど、高次であるほど)大きくなる。表
４にＦ線(λ=486.13nm)について、m＝2のときの入射・
射出角度θ，θ'についてα，η等を示す。表４から、
構成の順番でα及び回折効率ηが変化することが分か
る。 n'・sinθ'−n・sinθ＝mλ／d …(3) ただし、 d：格子ピッチ間隔、 である。
回折効率ηに違いが生じる理由を説明する。境界面(回
折格子面)に対する入射・射出角度θ，θ'は、以下の屈
折回折の式(3)にしたがって、屈折率n，n'の違いにより
変化する。このため、式(1')が表す値αも変化すること
になる。αの変化量は、入射角度θが大きいほど(斜入
射であるほど)、また回折格子のパワーが大きいほど(格
子間隔dが小さいほど、高次であるほど)大きくなる。表
４にＦ線(λ=486.13nm)について、m＝2のときの入射・
射出角度θ，θ'についてα，η等を示す。表４から、
構成の順番でα及び回折効率ηが変化することが分か
る。 n'・sinθ'−n・sinθ＝mλ／d …(3) ただし、 d：格子ピッチ間隔、 である。
【００２６】
【表４】
【００２７】以上のことから分かるように、ガラスと樹
脂とを密着させ、かつ、その境界面に回折格子のレリー
フパターンを形成してなる回折光学素子を、レリーフパ
ターンが光学系の瞳又は絞りより物体側に位置するよう
に含む光学系おいて、回折格子のパワーが正の場合に
は、回折光学素子を物体側から樹脂，レリーフパター
ン，ガラスの順で構成すれば、軸上光から軸外光にわた
って回折効率が良好な回折光学素子を含む光学系を実現
することができる。この条件を外れた場合は、軸外光で
の１次回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率
増大が生じるため不適当である。
脂とを密着させ、かつ、その境界面に回折格子のレリー
フパターンを形成してなる回折光学素子を、レリーフパ
ターンが光学系の瞳又は絞りより物体側に位置するよう
に含む光学系おいて、回折格子のパワーが正の場合に
は、回折光学素子を物体側から樹脂，レリーフパター
ン，ガラスの順で構成すれば、軸上光から軸外光にわた
って回折効率が良好な回折光学素子を含む光学系を実現
することができる。この条件を外れた場合は、軸外光で
の１次回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率
増大が生じるため不適当である。
【００２８】表５に、レリーフパターンが瞳より前側に
位置し、回折格子のパワーが負の場合の回折効率η(％)
を示す。ここでは、回折格子のパワー＝-0.008557，平
行平板に対する入射角度＝-10°，平行平板からの１次
回折光の射出角度＝-8.75°とした。
位置し、回折格子のパワーが負の場合の回折効率η(％)
を示す。ここでは、回折格子のパワー＝-0.008557，平
行平板に対する入射角度＝-10°，平行平板からの１次
回折光の射出角度＝-8.75°とした。
【００２９】
【表５】
【００３０】表５に示す２つのタイプを比較すると分か
るように、回折光学素子が物体側から樹脂，レリーフパ
ターン，ガラスの順で構成されている場合には、Ｆ線で
の１次回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率
増大が問題である。したがって、レリーフパターンが瞳
より前側に位置し、回折格子のパワーが負の場合には、
回折光学素子を物体側からガラス，レリーフパターン，
樹脂の順で構成することが適当である。
るように、回折光学素子が物体側から樹脂，レリーフパ
ターン，ガラスの順で構成されている場合には、Ｆ線で
の１次回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率
増大が問題である。したがって、レリーフパターンが瞳
より前側に位置し、回折格子のパワーが負の場合には、
回折光学素子を物体側からガラス，レリーフパターン，
樹脂の順で構成することが適当である。
【００３１】以上のことから分かるように、ガラスと樹
脂とを密着させ、かつ、その境界面に回折格子のレリー
フパターンを形成してなる回折光学素子を、レリーフパ
ターンが光学系の瞳又は絞りより物体側に位置するよう
に含む光学系おいて、回折格子のパワーが負の場合に
は、回折光学素子を物体側からガラス，レリーフパター
ン，樹脂の順で構成すれば、軸上光から軸外光にわたっ
て回折効率が良好な回折光学素子を含む光学系を実現す
ることができる。この条件を外れた場合は、軸外光での
１次回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率増
大が生じるため不適当である。
脂とを密着させ、かつ、その境界面に回折格子のレリー
フパターンを形成してなる回折光学素子を、レリーフパ
ターンが光学系の瞳又は絞りより物体側に位置するよう
に含む光学系おいて、回折格子のパワーが負の場合に
は、回折光学素子を物体側からガラス，レリーフパター
ン，樹脂の順で構成すれば、軸上光から軸外光にわたっ
て回折効率が良好な回折光学素子を含む光学系を実現す
ることができる。この条件を外れた場合は、軸外光での
１次回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率増
大が生じるため不適当である。
【００３２】表６に、レリーフパターンが瞳より後側に
位置し、回折格子のパワーが正の場合の回折効率η(％)
を示す。ここでは、回折格子のパワー＝0.008557，平行
平板に対する入射角度＝-10°，平行平板からの１次回
折光の射出角度＝-8.75°とした。
位置し、回折格子のパワーが正の場合の回折効率η(％)
を示す。ここでは、回折格子のパワー＝0.008557，平行
平板に対する入射角度＝-10°，平行平板からの１次回
折光の射出角度＝-8.75°とした。
【００３３】
【表６】
【００３４】表６に示す２つのタイプを比較すると分か
るように、回折光学素子が物体側から樹脂，レリーフパ
ターン，ガラスの順で構成されている場合には、Ｆ線で
の１次回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率
増大が問題である。したがって、レリーフパターンが瞳
より後側に位置し、回折格子のパワーが正の場合には、
回折光学素子を物体側からガラス，レリーフパターン，
樹脂の順で構成することが適当である。
るように、回折光学素子が物体側から樹脂，レリーフパ
ターン，ガラスの順で構成されている場合には、Ｆ線で
の１次回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率
増大が問題である。したがって、レリーフパターンが瞳
より後側に位置し、回折格子のパワーが正の場合には、
回折光学素子を物体側からガラス，レリーフパターン，
樹脂の順で構成することが適当である。
【００３５】以上のことから分かるように、ガラスと樹
脂とを密着させ、かつ、その境界面に回折格子のレリー
フパターンを形成してなる回折光学素子を、レリーフパ
ターンが光学系の瞳又は絞りより像側に位置するように
含む光学系おいて、回折格子のパワーが正の場合には、
回折光学素子を物体側からガラス，レリーフパターン，
樹脂の順で構成すれば、軸上光から軸外光にわたって回
折効率が良好な回折光学素子を含む光学系を実現するこ
とができる。この条件を外れた場合は、軸外光での１次
回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率増大が
生じるため不適当である。
脂とを密着させ、かつ、その境界面に回折格子のレリー
フパターンを形成してなる回折光学素子を、レリーフパ
ターンが光学系の瞳又は絞りより像側に位置するように
含む光学系おいて、回折格子のパワーが正の場合には、
回折光学素子を物体側からガラス，レリーフパターン，
樹脂の順で構成すれば、軸上光から軸外光にわたって回
折効率が良好な回折光学素子を含む光学系を実現するこ
とができる。この条件を外れた場合は、軸外光での１次
回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率増大が
生じるため不適当である。
【００３６】表７に、レリーフパターンが瞳より後側に
位置し、回折格子のパワーが負の場合の回折効率η(％)
を示す。ここでは、回折格子のパワー＝-0.008557，平
行平板に対する入射角度＝-10°，平行平板からの１次
回折光の射出角度＝-11.25°とした。
位置し、回折格子のパワーが負の場合の回折効率η(％)
を示す。ここでは、回折格子のパワー＝-0.008557，平
行平板に対する入射角度＝-10°，平行平板からの１次
回折光の射出角度＝-11.25°とした。
【００３７】
【表７】
【００３８】表７に示す２つのタイプを比較すると分か
るように、回折光学素子が物体側からガラス，レリーフ
パターン，樹脂の順で構成されている場合には、Ｆ線で
の１次回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率
増大が問題である。したがって、レリーフパターンが瞳
より後側に位置し、回折格子のパワーが負の場合には、
回折光学素子を物体側から樹脂，レリーフパターン，ガ
ラスの順で構成することが適当である。
るように、回折光学素子が物体側からガラス，レリーフ
パターン，樹脂の順で構成されている場合には、Ｆ線で
の１次回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率
増大が問題である。したがって、レリーフパターンが瞳
より後側に位置し、回折格子のパワーが負の場合には、
回折光学素子を物体側から樹脂，レリーフパターン，ガ
ラスの順で構成することが適当である。
【００３９】以上のことから分かるように、ガラスと樹
脂とを密着させ、かつ、その境界面に回折格子のレリー
フパターンを形成してなる回折光学素子を、レリーフパ
ターンが光学系の瞳又は絞りより像側に位置するように
含む光学系おいて、回折格子のパワーが負の場合には、
回折光学素子を物体側から樹脂，レリーフパターン，ガ
ラスの順で構成すれば、軸上光から軸外光にわたって回
折効率が良好な回折光学素子を含む光学系を実現するこ
とができる。この条件を外れた場合は、軸外光での１次
回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率増大が
生じるため不適当である。
脂とを密着させ、かつ、その境界面に回折格子のレリー
フパターンを形成してなる回折光学素子を、レリーフパ
ターンが光学系の瞳又は絞りより像側に位置するように
含む光学系おいて、回折格子のパワーが負の場合には、
回折光学素子を物体側から樹脂，レリーフパターン，ガ
ラスの順で構成すれば、軸上光から軸外光にわたって回
折効率が良好な回折光学素子を含む光学系を実現するこ
とができる。この条件を外れた場合は、軸外光での１次
回折光の回折効率低下及び２次回折光の回折効率増大が
生じるため不適当である。
【００４０】
【実施例】以下、本発明を実施した回折光学素子を含む
ズームレンズの構成を、コンストラクションデータを挙
げて更に具体的に示す。ここで例として挙げる実施例
は、前述した実施の形態に対応しており、実施の形態を
表すレンズ構成図(図１)は、この実施例のレンズ構成を
示している。
ズームレンズの構成を、コンストラクションデータを挙
げて更に具体的に示す。ここで例として挙げる実施例
は、前述した実施の形態に対応しており、実施の形態を
表すレンズ構成図(図１)は、この実施例のレンズ構成を
示している。
【００４１】この実施例のコンストラクションデータに
おいて、ri(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の面
の曲率半径、di(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目
の軸上面間隔を示しており、Ni(i=1,2,3,...),νi(i=1,
2,3,...)は物体側から数えてi番目の光学要素のｄ線に
対する屈折率,アッベ数を示している。また、コンスト
ラクションデータ中、ズーミングにおいて変化する軸上
面間隔(可変間隔)は、広角端(短焦点距離端)[Ｗ]〜望遠
端(長焦点距離端)[Ｔ]での各群間の軸上空気間隔であ
る。各焦点距離状態[Ｗ]，[Ｔ]に対応する全系の焦点距
離ｆ，半画角ω及びＦナンバーFNOを併せて示す。
おいて、ri(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の面
の曲率半径、di(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目
の軸上面間隔を示しており、Ni(i=1,2,3,...),νi(i=1,
2,3,...)は物体側から数えてi番目の光学要素のｄ線に
対する屈折率,アッベ数を示している。また、コンスト
ラクションデータ中、ズーミングにおいて変化する軸上
面間隔(可変間隔)は、広角端(短焦点距離端)[Ｗ]〜望遠
端(長焦点距離端)[Ｔ]での各群間の軸上空気間隔であ
る。各焦点距離状態[Ｗ]，[Ｔ]に対応する全系の焦点距
離ｆ，半画角ω及びＦナンバーFNOを併せて示す。
【００４２】曲率半径riに*印が付された面は、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、曲率
半径riに#印が付された面は、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。各非球面の
非球面データ及び各回折光学面の回折光学面データを他
のデータと併せて示す。
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、曲率
半径riに#印が付された面は、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。各非球面の
非球面データ及び各回折光学面の回折光学面データを他
のデータと併せて示す。
【００４３】 X(H)＝(C・H2)／{1+√(1-C2・H2)}＋(A4・H4+A6・H6+A8・H8+A10・H10) …(AS) ただし、式(AS)中、 X(H)：高さHの位置での光軸方向の変位量(面頂点基
準)、 H ：光軸に対して垂直な方向の高さ、 C ：近軸曲率、 Ai ：i次の非球面係数、 である。
準)、 H ：光軸に対して垂直な方向の高さ、 C ：近軸曲率、 Ai ：i次の非球面係数、 である。
【００４４】 φ(H)＝(2π／λ0)・(C1・H2+C2・H4) …(DS) ただし、式(DS)中、 φ(H)：位相関数、 H ：光軸に対して垂直な方向の高さ、 Ci ：2i次の位相係数、 λ0 ：設計波長、 である。
【００４５】
【００４６】[第１面(r1)の非球面データ] A4= 0.009071 A6=-0.0001235 A8=-4.4×10-6
【００４７】[第２面(r2)の非球面データ] A4= 0.012871 A6= 0.00211106 A8= 9.85×１０−５
【００４８】［第３面(r3)の非球面データ] A4=-0.00584 A6= 0.00141341 A8=-0.00014
【００４９】[第４面(r4)の非球面データ] A4= 0.036276 A6=-0.015181 A8= 0.002011
【００５０】[第５面(r5)の非球面データ] A4=-0.01326 A6= 0.0018055 A8=-0.00037
【００５１】[第７面(r7)の非球面データ] A4=-0.00695 A6=-0.0008778 A8= 0.000301 A10=-0.00013
【００５２】[第８面(r8)の非球面データ] A4=-0.01369 A6= 0.0051316 A8=-0.00021
【００５３】[第９面(r9)の非球面データ] A4= 0.000919 A6=-0.0003216 A8= 3.39×10-5
【００５４】[第４面(r4)の回折光学面データ] C1= 0.003039 C2=-0.0007736
【００５５】[第８面(r8)の回折光学面データ] C1=-0.00146 C2= 0.00030703
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように第１の発明によれ
ば、白色光に対して回折効率が良好な回折光学素子を実
現することができる。また第２，第３の発明によれば、
回折光学素子を含む光学系において、広い波長域で回折
効率が良好であるだけでなく、軸上光から軸外光にわた
って回折効率が良好な光学系を実現することができる。
ば、白色光に対して回折効率が良好な回折光学素子を実
現することができる。また第２，第３の発明によれば、
回折光学素子を含む光学系において、広い波長域で回折
効率が良好であるだけでなく、軸上光から軸外光にわた
って回折効率が良好な光学系を実現することができる。
【図１】実施の形態(実施例)の概略構成を示すレンズ構
成図。
成図。
Gr1 …第１群 Gr2 …第２群 Gr3 …ローパスフィルター G1 …第１レンズ G2 …第２レンズ(回折光学素子) G3 …第３レンズ(回折光学素子) S …絞り AX …レンズ光軸
Claims (3)
- 【請求項１】 積層された複数の光学材料から成るとと
もに、その少なくとも一つの互いに異なる光学材料の境
界面に回折格子のレリーフパターンが形成された、白色
光で使用される回折光学素子であって、 前記レリーフパターンの回折格子高さが以下の式で表さ
れることを特徴とする回折光学素子； h＝λ／｜n−n'｜ ただし、 h ：レリーフパターンの回折格子高さ、 λ：波長{ここで、λ≦450(nm)である。}、 n ：境界面に隣接する物体側の光学材料の波長λの光に
対する屈折率、 n'：境界面に隣接する像側の光学材料の波長λの光に対
する屈折率、 である。 - 【請求項２】 ガラスと樹脂とを密着させ、かつ、その
境界面に回折格子のレリーフパターンを形成してなる回
折光学素子を、前記レリーフパターンが光学系の瞳又は
絞りより物体側に位置するように含む光学系おいて、 前記回折格子のパワーが正の場合には、前記回折光学素
子を物体側から樹脂，レリーフパターン，ガラスの順で
構成し、 前記回折格子のパワーが負の場合には、前記回折光学素
子を物体側からガラス，レリーフパターン，樹脂の順で
構成したことを特徴とする光学系。 - 【請求項３】 ガラスと樹脂とを密着させ、かつ、その
境界面に回折格子のレリーフパターンを形成してなる回
折光学素子を、前記レリーフパターンが光学系の瞳又は
絞りより像側に位置するように含む光学系おいて、 前記回折格子のパワーが正の場合には、前記回折光学素
子を物体側からガラス，レリーフパターン，樹脂の順で
構成し、 前記回折格子のパワーが負の場合には、前記回折光学素
子を物体側から樹脂，レリーフパターン，ガラスの順で
構成したことを特徴とする光学系。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07397598A JP3709705B2 (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 回折光学素子を含む光学系 |
| US09/271,553 US6392805B1 (en) | 1998-03-23 | 1999-03-18 | Diffractive optical element and an optical system having a diffractive optical element |
| US10/076,249 US6671096B2 (en) | 1998-03-23 | 2002-02-13 | Diffractive optical element and an optical system having a diffractive optical element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07397598A JP3709705B2 (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 回折光学素子を含む光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11271514A true JPH11271514A (ja) | 1999-10-08 |
| JP3709705B2 JP3709705B2 (ja) | 2005-10-26 |
Family
ID=13533616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07397598A Expired - Fee Related JP3709705B2 (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 回折光学素子を含む光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3709705B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2001324674A (ja) * | 2000-03-08 | 2001-11-22 | Canon Inc | 光学系及び光学機器 |
| JP2002196236A (ja) * | 2000-12-22 | 2002-07-12 | Canon Inc | ズームレンズ及びそれを用いた光学機器 |
| JP2004213006A (ja) * | 2002-12-31 | 2004-07-29 | Samsung Electronics Co Ltd | ハイブリッドアクロマティック光学レンズ及びその製造方法 |
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-
1998
- 1998-03-23 JP JP07397598A patent/JP3709705B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2017211575A (ja) * | 2016-05-27 | 2017-11-30 | マクセルホールディングス株式会社 | 撮像レンズ系及び撮像装置 |
| WO2017204364A1 (ja) * | 2016-05-27 | 2017-11-30 | 日立マクセル株式会社 | 撮像レンズ系及び撮像装置 |
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|---|---|
| JP3709705B2 (ja) | 2005-10-26 |
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