JPS62269127A

JPS62269127A - バイレベル位相格子型焦点板

Info

Publication number: JPS62269127A
Application number: JP11284886A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Masumoto; 升本　久幸; Kazuo Kimura; 和夫木村
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1986-05-17
Filing date: 1986-05-17
Publication date: 1987-11-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】罠肛立Ｊ本発明は、山と谷から成る微小単位パターンを正方形状
に規則的に配置したバイレベル位相格子型焦点板に関す
るらのである。

微小単位パターンを構成する山と谷の位相を４００〜７
００ｎｍの範囲の所定の波長の光に対し、所定の角度に
設定するとともに、山もしくは谷を円や輪帯もしくはこ
れらの組合せによって構成し、かかる微小単位パターン
をｌＯ〜３０μｍ程度の繰返しピッチで正方形状に規則
的に配置した位相型の回折格子は、０次回折光の強度を
コントロールすることができ、同時に回折特性（拡散特
性）をコントロールすることができることから、結像光
学系の焦点検出用の焦点板としてきわめて有用であるこ
とが知られている（例えば特開昭５５−１１９３１号公
報、特開昭６０−１８４２３１号公報参照）。

ところで、一般的に、焦点板として好ましい特性を挙げ
ると、以下の３つである。

Ａ、明るく映像がクリアに見えること。

Ｂ、デフォーカス時に自然なボケ味が得られること。

Ｃ，ザラザラした感じ、即ち粒状感が目立たないこと。

これらの焦点仮としての好ましい特性Ａ、Ｂ。

Ｃを満足するためには、位相型回折格子に以下の如き特
性を持たせればよい。

（イ）上記特性へについては、結像レンズ系のＦナンバ
で決まる最大角度内に殆んど全ての回折光を収める。換
言すれば、拡散特性をコントロールすることにより、結
像レンズ系を通過してきた光の殆んどが視覚されるよう
にすればよい。

（ロ）上記特性Ｂについては、上記Ｆナンバでひろう角
度の中に出来るだけ高い次数の回折光を入れ、かつ各次
数の回折光の強度をできるだけ等しくすることにより、
デフォーカス時に像が全体的かつ均一にホヤけるように
すればよい。逆に言えば、特定の次数の回折光の強度だ
けが他に比して強いと１、その回折光のみが強調される
ため、自然なボケ味が得られない。

（ハ）特性Ｃにいう粒状感は、例えば、スリガラスを焦
点仮に用いた場合に見られるようなザラザラした感じを
いうが、バイレベル位相格子型焦点板の場合には、微小
単位パターンの繰返しピッチが肉眼の分解能に対応する
程度に大きくなると、微小単位パターン全体が一つの粒
として視覚されるようになるので、微小単位パターンの
大きさく繰返しピッチ）をできるだけ小さくする必要が
ある。

この点、通常の一眼レフカメラのファインダ系について
考察すると、微小単位パターンの繰返しピッチが３０μ
ｍ以上となると、肉眼で識別されるようになる。

また、ビデオカメラのファインダ系は、−眼レフカメラ
のファインダ系に比して倍率が高いため、繰返しピッチ
を２０μｍ以下としないと、微小単位パターンが一つの
粒となって識別されるようになる。

ここで自然なボケ味を得るためには、高次の回折光の強
度をできるだけ等しくすればよいが、前記特開昭６０−
１８４２３１号公報においては、第７図に例示する如く
、微小単位パターンの山部が正方形と円形で構成され、
その場合に得られる点光源の回折特性を第８図に示すよ
うに、２次ないし３次の回折光でしかほぼ一様な強度分
布が得られておらず、ボケ味にやや難点がある。

発明の目的本発明は、焦点板として好ましい諸特性を満足し、特に
デフォーカス時に自然なボケ味を示すとともに、実際の
写真撮影において、焦点板上のボケ量をフィルム」−の
ボケ量にできるだけ近づけることができるバイレベル位
相格子型焦点板を提供することを目的としている。

発明の構成とその作用かかる目的を達成するため、本発明においては、正方形
状に規則的に配置する各微小単位パターンを構成する山
と谷の境界線を直線部と曲線部、さらに直線部は直交す
る直線部と所望の傾斜線とで形成したことを基本的な特
徴としている。

波動光学的考察によれば、円囲口の拡散特性は、ベッセ
ル関数で表わされ、矩形開口のそれは５ｉｎｅ関散とな
る。また、円囲口の場合、拡散特性は、拡散方向によら
ず一定であるのに対し、矩形開口では、その稜線方向と
対角線方向とでは異なる異方性がある。

したがって、本発明のように、山と谷の境界線を直線部
と曲線部とで形成すれば、各々の拡散特性の相違が相乗
されて、所望のフラットな拡散特性が得られることにな
るのである。

本発明にかかるバイレベル位相格子型焦点板において、
微小単位パターンの繰返しピッチは１０〜３０μｍとす
る。１０μｍより小さいピッチでは、微小単位パターン
そのものが小さくなりすぎ、製作上、コスト上の問題が
生ずる。

また、３０μｍより大きい繰返しピッチでは、各微小単
位パターンが粒状に視覚され、所謂粒状感が目立って好
ましくない。

微小単位Ａｌ１−ンを構成する山と谷の位相差は、４０
０＝７００ｎｍの範囲の特定の波長、例えば、５５０ｎ
ｍの光に対しπラジアンとなるように設定する。

いま、回折格子の山と谷の高さの差をｃｔｐとすると、
位相差θは、波長をλ１回折格子を形成する透明体の屈
折率をｎとして、 λ となる。

したがって、λ＝０．５５μｍ　（５５０ｎｍ）、　ｎ
＝１．４９１４（アクリル樹脂）とすると、位相差θは
１．７８７ｄｐπ（ラジアン）となり、　ｄｐ　＝０．
５６μｍのとき、θ＝πとなる。即ち、山を通った光と
谷を通った光が逆位相となって、互いに打ち消し合うよ
うになる。ここで、山と谷の面積を等しくすると、山を
通った光の量と、谷を通った逆位相の光の量が等しくな
り、相互に完全に打ち消し合って０次の光は零になる。

ｎ＝１．４９１４として、λ＝０．５５μｍ、ｄｐ＝０
．５６μｍとすると、前述のように完全に消し合うよう
になるが、どれかが変化すれば完全には打ち消し合わず
０次の光が残ることになる。例えばλ＝０．４μ■とす
ると、位相差は１．３７６πラジアンとなり、位相は逆
位相を超えてしまい、完全には打ち消し合わず０次の光
がいくらか残る。

さらに０次以外の光についても若干強度が変わると共に
、回折角度（方向９位置）も変わり、虹のように内側に
分離するようになる。λ＝　０．７μｍとしても同様の
現象となり０次はやはり残るが、回折角度は逆に外側へ
いく。この回折格子はファインダーの焦点板として使う
時は、白色光が被写体であるケースが多いので、可視域
の中心付近に設計中心をもってくるのが良い。λ＝　Ｏ
、，１μｍ以下の波長に対して位相差をπラジアンにす
ると（従って、ｃｔｐを０．４１ａｍ以下にすると）、
λ＝０．７μｍにおいては０．５７πラジアン以下しか
位相を変えないことになり、０次の光が極端に増えてし
まい、自然なボケが得られないばかりでなく、ピント合
わせ能力も劣る事になる。逆に、λ＝０．７μｍ以上の
波長に対して位相差をπラジアンに設定しても同様な現
象が起こる。λ＝０．４〜０．７μ面の範囲であれば、
ボケ味についてもピント合わせの能力に対してもそれ程
支障がないものである。

次に、山と谷の面積と０次回折光（正確には（０゜０）
次）の強度Ｉ（０，０）との関係は、１（０，０）＝Ｓ
ｕ”＋ＳＬ”＋２ＳｕＳ（、ｃｏｓθとなる。

ここで、Ｓｕは微小単位パターン全体に対する山の面積
比、ＳＬは同様に谷の面積比、θは前記山と谷の位相差
を表わす。

いま、θ＝π（ラジアン）とすると、１（０，０）＝（Ｓｕ−８Ｌ）” となり、Ｓｕ　＝ＳＬ（＝０．５）のときｆｉｔ（０，
０）＝０となって前述の結果を与える。

また、５ｕ−０，３，Ｓ（、＝０．７又は、５ｕ＝０７
．５Ｌ＝０．３とすると、θ＝π（ラジアン）のときは
、１（０，０）＝０．１６となる。つまり、山又は谷の面積比を０．３まで小さく
すると、全光量の１６％が０次に集中し、０次がこれ以
上に集中すると、均一なボケが得られず、フォーカス時
とデフォーカス時の識別が困難となり望ましくない。０
次の場合、このように山と谷が逆になっても同じ結果に
なるが、これは０次以外についてら同じである。

なお、上記の０次回折光については、本出願人と同一の
出願人にかかる特開昭５５−９５６８号公報に詳しい考
察があるので、上記以外の点についてはこれに譲る。

哀檄鯉以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

（実施例１）本実施例では、第１図に示すように、微小単位パターン
の中心の山部の外側の境界線を正方形Ｍ１とし、内側の
境界線を小円とし、その四方に４５゜回転した計４ｇの
長方形Ｍ！を配置し、正方形Ｍ１の頂部と四方の長方形
Ｍ、とを連結部ｍて連結する。さらに、各長方形Ｍ、の
間に小円Ｍ３を配置し、微小単位パターンの各辺に１７
２小円Ｍ４（隣り合う計２つのパターンと合わせて円と
なる）を２つずつ配置する。上記のようにして、互いに
直交する直線り２．Ｌｔおよびこれら直線に対し傾斜し
た傾斜線しっとで直線部を形成するとともに、小円Ｍユ
、１／２小円Ｍ４によって曲線部を構成する。

いま、繰返しピッチを２４μｍ、最小すきま間隔（山部
と山部の間隔で最小の値をもつもの）を２μｍとしたと
き、この微小単位パターンによって得られる点光源の回
折特性を第１表及び第２図に示す。この場合、山部全体
が１つのパターンに占める面積比は約０．４６である。

第１表第２図の回折特性を第８図に示す従来例の回折特性と比
較すると明らかなように、山部の外側境界線を上記の形
状としたことにより、（±１．０）。

（０，±１）次の回折光強度（１，５％）、（±２　、
　Ｏ）。

（±２．±２）次の回折光強度（２，１％）、（±２゜
±４）次の回折光強度（１，９９）、（±３．０）、（
０゜±３）次の回折光強度（１，８％）、（±３．±３
）次の回折光強度（１，６％）、（±４．±２）次の回
折光強度（１，９％）、（±５．０）、（０，±５）次
の回折光強度（１，５％）となり、５次の回折光まで強
度がほぼ等しくなり、回折光の拡散性が改善されている
ことが理解される。

（実施例２）実施例２は、第１図に示した実施例１の微小単位パター
ンの長方形Ｍ、の内側境界線を小円Ｍ。

に変え、１／２小円Ｍ４を長方形Ｍ、の一辺と４５゜の
角度をなｔ、＝Ｊ形状の斜行部形成Ｍ６に変えたもので
あって、この場合にも山部の直線部形成を互いに直交す
る直線Ｌｔ、Ｌ＊と斜行した傾斜線Ｌ３゜Ｌ　ａ　、　
Ｌ　ｓとで構成する。

繰返しパターンのピッチを２４μｍ１最小すきま間隔１
．８μｍの回折特性を第２表及び第４図に示す。この場
合、山部全体が１つのパターンに占めろ面積比は約０．
４６である。

第　　２　　表この第４図の拡散特性より明らかなように、回折光強度
０．９〜１．５％とほぼ一様で６次回折光まで拡散して
おり、デフォーカス時のボケ味が改善されていることか
わかる。

（実施例３）実施例３の微小単位パターンは、第５図に示すように、
第３図に示す如き微小単位パターンの繰返しパターンの
ビッヂを２８μｍ１最小ずきま間隔を２μｍに拡大して
製作しゃすくしたものであって、形状は第３図と同じも
のである。この場合、山部全体が１つのパターンに占め
る面積比は、約０．４５である。

第３表及び第６図に示すように、拡散特性は、第２実施
例と同様に、６次の回折光までほぼ均一な回折光強度（
１，２〜２．３％）で拡散している。

［以下余白コ第３表なお、以上の従来例及び実施例では、λ＝０．５５ａｍ
、　ｎ　＝　１．４９１４．　ｄｐ　＝０．５６μｍと
している。

直線部は、互いに９００をなす直線部とそれと４５°を
なす角度以外の任意の角度をなす傾斜線においても同様
のボケの改善は可能である。

発明の効果本発明によれば、山と谷の境界線を３種類の直線部と曲
線部とで形成し、直線部で与えられる回折特性と曲線部
で与えられる回折特性とを相乗的に利用したので、方向
性をなくして拡散特性を広範囲にわたってフラット化す
ることができ自然なボケ味を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の微小単位パターン配列の部
分平面図、第２図はその一つの微小単位パターンの拡散
特性図、第３図は本発明の実施例２の微小単位パターン
配列の部分平面図、第４図はその一つの微小単位パター
ンの拡散特性図、第５図は本発明の実施例３の微小単位
パターン配列の部分平面図、第６図はその一つの微小単
位パターンの拡散特性図、第７図は従来例の微小単位パ
ターン配列の部分平面図、第８図はその一つの微小単位
パターンの拡散特性図である。特　許　出　願　人　ミノルタカメラ株式会社代　　理
　　人　弁理士　前出　葆　ほか２名第５図Ｍ２第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）山と谷から成る微小単位パターンを繰返しピッチ
１０〜３０μｍで正方形に配置し、山と谷の位相差を４
００〜７００ｎｍの間の所望の波長の光に対しπラジア
ンに設定し、微小単位パターン全体に対する山または谷
の面積比を０．３〜０．５の範囲としたバイレベル位相
格子型焦点板であって、各微小単位パターンの山と谷の
境界線を直線部と曲線部とで形成し、直線部は直交する
直線部と所望の傾斜線から成ることを特徴とするバイレ
ベル位相格子型焦点板。