JPH11271687A - 回折光学素子を含む光学系 - Google Patents
回折光学素子を含む光学系Info
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- JPH11271687A JPH11271687A JP7737898A JP7737898A JPH11271687A JP H11271687 A JPH11271687 A JP H11271687A JP 7737898 A JP7737898 A JP 7737898A JP 7737898 A JP7737898 A JP 7737898A JP H11271687 A JPH11271687 A JP H11271687A
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- Japan
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- optical
- relief pattern
- optical system
- diffraction grating
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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】 積層された２つの光学材料(N2,N3)から
成るとともに、その境界面(r4*#)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を含む光学系におい
て、回折光学素子が収束又は発散作用を有するレンズで
あり、境界面(r4*#)が光学系の瞳又は絞りから比較的離
れて位置し、レリーフパターンの回折格子断面形状が、
レンズ光軸(AX)を中心とする中央領域においてブレーズ
形状であり、レンズ光軸(AX)を中心とする周辺領域にお
いて三角形状である。
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】 積層された２つの光学材料(N2,N3)から
成るとともに、その境界面(r4*#)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を含む光学系におい
て、回折光学素子が収束又は発散作用を有するレンズで
あり、境界面(r4*#)が光学系の瞳又は絞りから比較的離
れて位置し、レリーフパターンの回折格子断面形状が、
レンズ光軸(AX)を中心とする中央領域においてブレーズ
形状であり、レンズ光軸(AX)を中心とする周辺領域にお
いて三角形状である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回折光学素子を含
む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を含む光学系に関するものであ
る。
む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(つまり広い波長域
で)回折効率が良好であるだけでは不十分である。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(つまり広い波長域
で)回折効率が良好であるだけでは不十分である。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、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
ることを目的とする。
たものであって、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
ることを目的とする。
【０００７】
【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を含む光学系は、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回折光学素子を含む光学系で
あって、前記回折光学素子が収束又は発散作用を有する
レンズであり、前記レリーフパターンが光学系の瞳又は
絞りから比較的離れて位置し、前記レリーフパターンの
回折格子断面形状が、レンズ光軸を中心とする中央領域
においてブレーズ形状又は台形形状であり、レンズ光軸
を中心とする周辺領域において三角形状であることを特
徴とする。
に、第１の発明の回折光学素子を含む光学系は、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回折光学素子を含む光学系で
あって、前記回折光学素子が収束又は発散作用を有する
レンズであり、前記レリーフパターンが光学系の瞳又は
絞りから比較的離れて位置し、前記レリーフパターンの
回折格子断面形状が、レンズ光軸を中心とする中央領域
においてブレーズ形状又は台形形状であり、レンズ光軸
を中心とする周辺領域において三角形状であることを特
徴とする。
【０００８】第２の発明の回折光学素子を含む光学系
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回折光学素子を含
む光学系において、前記境界面に入射する光線の入射角
度分布が０°を中心としてプラス側及びマイナス側へほ
ぼ等しい場合には、前記レリーフパターンの回折格子断
面形状をブレーズ形状又は台形形状とし、前記境界面に
入射する光線の入射角度分布が０°を中心としてプラス
側又はマイナス側へ偏っている場合には、前記レリーフ
パターンの回折格子断面形状を三角形状としたことを特
徴とする。
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回折光学素子を含
む光学系において、前記境界面に入射する光線の入射角
度分布が０°を中心としてプラス側及びマイナス側へほ
ぼ等しい場合には、前記レリーフパターンの回折格子断
面形状をブレーズ形状又は台形形状とし、前記境界面に
入射する光線の入射角度分布が０°を中心としてプラス
側又はマイナス側へ偏っている場合には、前記レリーフ
パターンの回折格子断面形状を三角形状としたことを特
徴とする。
【０００９】第３の発明の回折光学素子を含む光学系
は、上記第１又は第２の発明の構成において、前記三角
形状が以下の式で表されることを特徴とする。 ε／d＝k・｜θ｜ ただし、 d ：格子ピッチ間隔、 ε：三角頂点の格子ピッチ方向の位置、 θ：境界面に入射する光線の入射角度(単位：degree)、 k＝0.0025〜0.0075 である。
は、上記第１又は第２の発明の構成において、前記三角
形状が以下の式で表されることを特徴とする。 ε／d＝k・｜θ｜ ただし、 d ：格子ピッチ間隔、 ε：三角頂点の格子ピッチ方向の位置、 θ：境界面に入射する光線の入射角度(単位：degree)、 k＝0.0025〜0.0075 である。
【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。レリーフパターンが形成されている各境界面(r
4,r8)は、絞り(S)から比較的離れて位置している。また
図２，図３の部分拡大図から分かるように、中央領域と
周辺領域とで異なる回折格子断面形状を有している。つ
まり、レリーフパターンの回折格子断面形状は、レンズ
光軸(AX)を中心とする中央領域においてブレーズ形状と
なっており、レンズ光軸(AX)を中心とする周辺領域にお
いて三角形状となっている。
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。レリーフパターンが形成されている各境界面(r
4,r8)は、絞り(S)から比較的離れて位置している。また
図２，図３の部分拡大図から分かるように、中央領域と
周辺領域とで異なる回折格子断面形状を有している。つ
まり、レリーフパターンの回折格子断面形状は、レンズ
光軸(AX)を中心とする中央領域においてブレーズ形状と
なっており、レンズ光軸(AX)を中心とする周辺領域にお
いて三角形状となっている。
【００１２】上記のように、本実施の形態に用いられて
いる回折光学面は、領域ごとに異なる回折格子断面形状
を有している。一般的なレリーフパターンの回折格子断
面形状としては、ブレーズ形状，三角形状，台形形状の
３つのタイプが挙げられ、タイプによって得られる回折
効率も異なる。以下に、各タイプにおける回折効率を説
明する。
いる回折光学面は、領域ごとに異なる回折格子断面形状
を有している。一般的なレリーフパターンの回折格子断
面形状としては、ブレーズ形状，三角形状，台形形状の
３つのタイプが挙げられ、タイプによって得られる回折
効率も異なる。以下に、各タイプにおける回折効率を説
明する。
【００１３】レリーフパターンの回折格子断面形状が、
図４に示すブレーズ形状である場合には、その回折効率
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。
図４に示すブレーズ形状である場合には、その回折効率
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。
【００１４】レリーフパターンの回折格子断面形状が、
図５に示す三角形状である場合には、その回折効率η
(α＝m＝1のとき)は以下の式(2)で表される。なお、後
記データは、任意のα及び任意のmについての計算結果
である。 η＝(1−ε／d)2 …(2) ただし、 d ：格子ピッチ間隔、 ε：三角頂点の格子ピッチ方向の位置、 である。
図５に示す三角形状である場合には、その回折効率η
(α＝m＝1のとき)は以下の式(2)で表される。なお、後
記データは、任意のα及び任意のmについての計算結果
である。 η＝(1−ε／d)2 …(2) ただし、 d ：格子ピッチ間隔、 ε：三角頂点の格子ピッチ方向の位置、 である。
【００１５】レリーフパターンの回折格子断面形状が、
図６に示す台形形状である場合には、その回折効率η
(α＝m＝1のとき)は、以下の式(3)で表される。なお、
後記データは、任意のα及び任意のmについての計算結
果である。 η＝{1−δ／2π＋sin(δ／2π)}2＋(sinδ)4／π2 …(3) ただし、 δ：レンズ光軸(AX)に対して垂直な平面のレンズ光軸(A
X)方向の位置、 である。
図６に示す台形形状である場合には、その回折効率η
(α＝m＝1のとき)は、以下の式(3)で表される。なお、
後記データは、任意のα及び任意のmについての計算結
果である。 η＝{1−δ／2π＋sin(δ／2π)}2＋(sinδ)4／π2 …(3) ただし、 δ：レンズ光軸(AX)に対して垂直な平面のレンズ光軸(A
X)方向の位置、 である。
【００１６】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、θ＝０°の場合とθ＝２０°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実施の
形態に係る光学系の特徴を説明することにする。
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、θ＝０°の場合とθ＝２０°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実施の
形態に係る光学系の特徴を説明することにする。
【００１７】表１にθ＝０°の場合の回折効率ηの計算
結果を示し、表２にθ＝２０°の場合の回折効率ηの計
算結果を示す。θ＝０°の光線は、軸上光について考え
る場合や境界面に入射する光線の入射角度分布が０°を
中心としてプラス側及びマイナス側へほぼ等しい場合の
代表光線である。また、入射角度θ＝２０°の光線は、
軸外光について考える場合や境界面に入射する光線の入
射角度分布がプラス側又はマイナス側へ偏る場合の代表
光線である。
結果を示し、表２にθ＝２０°の場合の回折効率ηの計
算結果を示す。θ＝０°の光線は、軸上光について考え
る場合や境界面に入射する光線の入射角度分布が０°を
中心としてプラス側及びマイナス側へほぼ等しい場合の
代表光線である。また、入射角度θ＝２０°の光線は、
軸外光について考える場合や境界面に入射する光線の入
射角度分布がプラス側又はマイナス側へ偏る場合の代表
光線である。
【００１８】回折効率ηの計算において、境界面に隣接
する物体側の光学材料を樹脂MS300(ｄ線に対する屈折率
nd=1.5644，アッベ数νd=35.1)とし、境界面に隣接する
像側の光学材料をガラスPSKS52(ｄ線に対する屈折率nd=
1.6，アッベ数νd=64.33，転移点温度=534)とした。ま
た、回折格子高さ(h0)＝16.6μm(設計波長λ0：ｇ線)，
回折格子のパワー＝0.008557とし、回折格子面に対して
光線がθ＝0°で入射すると１次回折光がθ'＝-0.78°
で射出され、回折格子面に対して光線がθ＝-20°で入
射すると１次回折光がθ'＝-20.38°で射出されるもの
とした。
する物体側の光学材料を樹脂MS300(ｄ線に対する屈折率
nd=1.5644，アッベ数νd=35.1)とし、境界面に隣接する
像側の光学材料をガラスPSKS52(ｄ線に対する屈折率nd=
1.6，アッベ数νd=64.33，転移点温度=534)とした。ま
た、回折格子高さ(h0)＝16.6μm(設計波長λ0：ｇ線)，
回折格子のパワー＝0.008557とし、回折格子面に対して
光線がθ＝0°で入射すると１次回折光がθ'＝-0.78°
で射出され、回折格子面に対して光線がθ＝-20°で入
射すると１次回折光がθ'＝-20.38°で射出されるもの
とした。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１から、レリーフパターンの回折格子断
面形状がブレーズ形状や台形形状である場合には、１次
回折効率が高く、０次回折効率と２次回折効率が低い
(表１中の下線付きデータ参照)ことが分かる。したがっ
て、入射角度θ＝０°の場合には、回折格子断面形状が
ブレーズ形状又は台形形状のレリーフパターンが適当で
ある。
面形状がブレーズ形状や台形形状である場合には、１次
回折効率が高く、０次回折効率と２次回折効率が低い
(表１中の下線付きデータ参照)ことが分かる。したがっ
て、入射角度θ＝０°の場合には、回折格子断面形状が
ブレーズ形状又は台形形状のレリーフパターンが適当で
ある。
【００２１】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
回折光学素子を含む光学系であって、回折光学素子が収
束又は発散作用を有するレンズであり、レリーフパター
ンが光学系の瞳又は絞りから比較的離れて位置する場合
には、レリーフパターンの回折格子断面形状が、レンズ
光軸を中心とする中央領域においてブレーズ形状又は台
形形状であれば、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可能である。この条件を外れて
回折格子断面形状を三角形状にすると、ブレーズ形状又
は台形形状とした場合に比べてＦ線(λ=486.13nm)での
２次回折効率が大きくなり、回折効率的な性能が劣るこ
とになる。
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
回折光学素子を含む光学系であって、回折光学素子が収
束又は発散作用を有するレンズであり、レリーフパター
ンが光学系の瞳又は絞りから比較的離れて位置する場合
には、レリーフパターンの回折格子断面形状が、レンズ
光軸を中心とする中央領域においてブレーズ形状又は台
形形状であれば、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可能である。この条件を外れて
回折格子断面形状を三角形状にすると、ブレーズ形状又
は台形形状とした場合に比べてＦ線(λ=486.13nm)での
２次回折効率が大きくなり、回折効率的な性能が劣るこ
とになる。
【００２２】同様に、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
回折光学素子を含む光学系において、境界面に入射する
光線の入射角度分布が０°を中心としてプラス側及びマ
イナス側へほぼ等しい場合には、レリーフパターンの回
折格子断面形状をブレーズ形状又は台形形状とすれば、
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
ことが可能である。この条件を外れて回折格子断面形状
を三角形状にすると、ブレーズ形状又は台形形状とした
場合に比べてＦ線(λ=486.13nm)での２次回折効率が大
きくなり、回折効率的な性能が劣ることになる。
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
回折光学素子を含む光学系において、境界面に入射する
光線の入射角度分布が０°を中心としてプラス側及びマ
イナス側へほぼ等しい場合には、レリーフパターンの回
折格子断面形状をブレーズ形状又は台形形状とすれば、
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
ことが可能である。この条件を外れて回折格子断面形状
を三角形状にすると、ブレーズ形状又は台形形状とした
場合に比べてＦ線(λ=486.13nm)での２次回折効率が大
きくなり、回折効率的な性能が劣ることになる。
【００２３】
【表２】
【００２４】表２から、レリーフパターンの回折格子断
面形状が三角形状である場合には、２次回折効率が低い
(表２中の下線付きデータ参照)ことが分かる。したがっ
て、入射角度θ＝２０°の場合には、回折格子断面形状
が三角形状のレリーフパターンが適当である。
面形状が三角形状である場合には、２次回折効率が低い
(表２中の下線付きデータ参照)ことが分かる。したがっ
て、入射角度θ＝２０°の場合には、回折格子断面形状
が三角形状のレリーフパターンが適当である。
【００２５】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
回折光学素子を含む光学系であって、回折光学素子が収
束又は発散作用を有するレンズであり、レリーフパター
ンが光学系の瞳又は絞りから比較的離れて位置する場合
には、レリーフパターンの回折格子断面形状が、レンズ
光軸を中心とする周辺領域において三角形状であれば、
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
ことが可能である。これは、レリーフパターンが光学系
の瞳又は絞りから比較的離れて位置する場合には、軸外
光がレンズ光軸を中心とする周辺領域に入射することに
なるからである。この条件を外れて回折格子断面形状を
ブレーズ形状又は台形形状にすると、三角形状とした場
合に比べてＦ線(λ=486.13nm)での２次回折効率が大き
くなり、回折効率的な性能が劣ることになる。
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
回折光学素子を含む光学系であって、回折光学素子が収
束又は発散作用を有するレンズであり、レリーフパター
ンが光学系の瞳又は絞りから比較的離れて位置する場合
には、レリーフパターンの回折格子断面形状が、レンズ
光軸を中心とする周辺領域において三角形状であれば、
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
ことが可能である。これは、レリーフパターンが光学系
の瞳又は絞りから比較的離れて位置する場合には、軸外
光がレンズ光軸を中心とする周辺領域に入射することに
なるからである。この条件を外れて回折格子断面形状を
ブレーズ形状又は台形形状にすると、三角形状とした場
合に比べてＦ線(λ=486.13nm)での２次回折効率が大き
くなり、回折効率的な性能が劣ることになる。
【００２６】同様に、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
回折光学素子を含む光学系において、境界面に入射する
光線の入射角度分布が０°を中心としてプラス側又はマ
イナス側へ偏っている場合には、レリーフパターンの回
折格子断面形状を三角形状とすれば、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可能であ
る。この条件を外れて回折格子断面形状をブレーズ形状
又は台形形状にすると、三角形状とした場合に比べてＦ
線(λ=486.13nm)での２次回折効率が大きくなり、回折
効率的な性能が劣ることになる。
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
回折光学素子を含む光学系において、境界面に入射する
光線の入射角度分布が０°を中心としてプラス側又はマ
イナス側へ偏っている場合には、レリーフパターンの回
折格子断面形状を三角形状とすれば、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可能であ
る。この条件を外れて回折格子断面形状をブレーズ形状
又は台形形状にすると、三角形状とした場合に比べてＦ
線(λ=486.13nm)での２次回折効率が大きくなり、回折
効率的な性能が劣ることになる。
【００２７】上記のようにレリーフパターンの回折格子
断面形状を三角形状とする場合には、さらに、その三角
形状が以下の式(4)で表されるような構成にすることが
望ましい。式(1)で表される三角形状とすれば、Ｃ線(λ
=656.28nm)の０次回折効率及び２次回折効率を低くし
て、更に良好な性能を得ることが可能である。この条件
を外れると、Ｃ線(λ=656.28nm)の０次回折効率又は２
次回折効率が高くなってしまい、像性能が劣化するおそ
れがある。 ε／d＝k・｜θ｜ …(4) ただし、 k＝0.0025〜0.0075 である。
断面形状を三角形状とする場合には、さらに、その三角
形状が以下の式(4)で表されるような構成にすることが
望ましい。式(1)で表される三角形状とすれば、Ｃ線(λ
=656.28nm)の０次回折効率及び２次回折効率を低くし
て、更に良好な性能を得ることが可能である。この条件
を外れると、Ｃ線(λ=656.28nm)の０次回折効率又は２
次回折効率が高くなってしまい、像性能が劣化するおそ
れがある。 ε／d＝k・｜θ｜ …(4) ただし、 k＝0.0025〜0.0075 である。
【００２８】
【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〜図３)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〜図３)は、この実施例のレンズ
構成を示している。
【００２９】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。
【００３０】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(DS1)で定義されるものとする。また、三
角頂点の格子ピッチ方向の位置εは、以下の式(DS2)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(DS1)で定義されるものとする。また、三
角頂点の格子ピッチ方向の位置εは、以下の式(DS2)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。
【００３１】 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。
【００３２】 φ(H)＝(2π／λ0)・(C1・H2+C2・H4) …(DS1) ただし、式(DS1)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。
【００３３】 ε(H)＝d×(ε1・H2+ε2・H4+ε3・H6+ε4・H8) …(DS2) ただし、式(DS2)中、 ε(H)：三角頂点の格子ピッチ方向の位置、 d ：格子ピッチ間隔{(μm)，φ(H)に相当}、 εi ：2i次のε算出係数、 H ：光軸に対して垂直な方向の高さ(mm)、 である。
【００３４】
【００３５】[第１面(r1)の非球面データ] A4= 0.009071 A6=-0.0001235 A8=-4.4×10-6
【００３６】[第２面(r2)の非球面データ] A4= 0.012871 A6= 0.00211106 A8= 9.85×10-5
【００３７】[第３面(r3)の非球面データ] A4=-0.00584 A6= 0.00141341 A8=-0.00014
【００３８】[第４面(r4)の非球面データ] A4= 0.036276 A6=-0.015181 A8= 0.002011
【００３９】[第５面(r5)の非球面データ] A4=-0.01326 A6= 0.0018055 A8=-0.00037
【００４０】[第７面(r7)の非球面データ］ Ａ４＝−０．００６９５ Ａ６＝−０．０００８７７８ Ａ８＝ ０．０００３０１ Ａ１０＝−０．０００１３
【００４１】［第８面(r8)の非球面データ] A4=-0.01369 A6= 0.0051316 A8=-0.00021
【００４２】[第９面(r9)の非球面データ] A4= 0.000919 A6=-0.0003216 A8= 3.39×10-5
【００４３】[第４面(r4)の回折光学面データ] C1= 0.003039 C2=-0.0007736 ε1=-0.46796 ε2= 0.864644 ε3=-0.4856 ε4= 0.088904
【００４４】[第８面(r8)の回折光学面データ] C1=-0.00146 C2= 0.00030703 ε1= 0.012094 ε2=-0.09551 ε3= 0.130182 ε4=-0.03677
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、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。
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。
【図２】第２レンズの回折光学面の一部を拡大して示す
断面図。
断面図。
【図３】第３レンズの回折光学面の一部を拡大して示す
断面図。
断面図。
【図４】回折格子断面形状がブレーズ形状のレリーフパ
ターンを示す断面図。
ターンを示す断面図。
【図５】回折格子断面形状が三角形状のレリーフパター
ンを示す断面図。
ンを示す断面図。
【図６】回折格子断面形状が台形形状のレリーフパター
ンを示す断面図。
ンを示す断面図。
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回折光
学素子を含む光学系であって、 前記回折光学素子が収束又は発散作用を有するレンズで
あり、 前記レリーフパターンが光学系の瞳又は絞りから比較的
離れて位置し、 前記レリーフパターンの回折格子断面形状が、レンズ光
軸を中心とする中央領域においてブレーズ形状又は台形
形状であり、レンズ光軸を中心とする周辺領域において
三角形状であることを特徴とする光学系。 - 【請求項２】 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回折光
学素子を含む光学系において、 前記境界面に入射する光線の入射角度分布が０°を中心
としてプラス側及びマイナス側へほぼ等しい場合には、
前記レリーフパターンの回折格子断面形状をブレーズ形
状又は台形形状とし、 前記境界面に入射する光線の入射角度分布が０°を中心
としてプラス側又はマイナス側へ偏っている場合には、
前記レリーフパターンの回折格子断面形状を三角形状と
したことを特徴とする光学系。 - 【請求項３】 前記三角形状が以下の式で表されること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学系； ε／d＝k・｜θ｜ ただし、 d ：格子ピッチ間隔、 ε：三角頂点の格子ピッチ方向の位置、 θ：境界面に入射する光線の入射角度(単位：degree)、 k＝0.0025〜0.0075 である。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7737898A JPH11271687A (ja) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP7737898A JPH11271687A (ja) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | 回折光学素子を含む光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11271687A true JPH11271687A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=13632246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7737898A Pending JPH11271687A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-25 | 回折光学素子を含む光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11271687A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140144501A (ko) * | 2013-06-11 | 2014-12-19 | 엘지이노텍 주식회사 | 광학계 및 이를 포함하는 촬영 장치 |
-
1998
- 1998-03-25 JP JP7737898A patent/JPH11271687A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140144501A (ko) * | 2013-06-11 | 2014-12-19 | 엘지이노텍 주식회사 | 광학계 및 이를 포함하는 촬영 장치 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20050328 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Effective date: 20050615 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050621 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20050622 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050822 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20050822 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070116 |