JP2000241614A - 回折光学素子及びそれを有した撮影光学系 - Google Patents
回折光学素子及びそれを有した撮影光学系Info
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Abstract
れ、かつ色フレアが目立たない回折光学素子及びそれを
有した撮影光学系を得ること。 【解決手段】少なくとも2種類の分散の異なる材質から
成る回折格子4,5を近接して積層した格子構造をも
ち、設計次数が1次であり、該格子構造での最大光路長
差が波長の1倍となる波長(設計波長)を複数有し、0
次や2次の次数の回折光によるフレアが白色となるよう
に、該複数の設計波長の各値を決めている。
Description
は所定の帯域光で使用する回折光学素子及びそれを有し
た撮影光学系に関するものであり、特に、3色以上の色
光を用いてカラー画像を形成する撮影光学系の一部に用
いる回折光学素子として好適なものである。
法の1つとして、分散の異なる2つの硝材(レンズ)を
組み合わせる方法がある。
を減じる方法に対して、レンズ面やあるいは光学系のレ
ンズ面以外の部分に回折作用を有する回折光学素子(以
下回折格子とも言う)を設けることで、色収差を減じる
方法が、例えばSPIE Vol.1354 International Lens
Design Conference(1990)等の文献や特開平4−
213421号公報、特開平6−324262号公報、
USP5044706等により開示されている。これ
は、光学系中の屈折面と回折面とでは、屈折力の符号が
同じ場合には、ある基準波長の光線に対する色収差の出
方が逆方向に発現するという物理現象を利用したもので
ある。さらに、このような回折光学素子は、その周期的
構造の周期を自由に変化させることで非球面レンズ的な
効果をも持たせることができるので単色収差の低減にも
大きな効果がある。
折後も1本の光線であるのに対し、回折においては、1
本の光線が回折されると複数の次数の回折光に光が分か
れてしまう。そこで、光学系に回折光学素子を用いる場
合には、使用波長領域の光束が特定次数(以後「設計次
数」とも言う)に集中するように格子構造を決定する必
要がある。特定の次数に光が集中している場合では、そ
れ以外の次数の回折光の強度は低いものとなり、強度が
0の場合にはその回折光は存在しないものとなる。
は、使用波長域全域において設計次数の光線の回折効率
が十分高いことが必要になる。また、設計次数以外の回
折次数をもった光線は、設計次数の光線とは別な所に結
像するため、フレア(光)となる。従って回折光学素子
を利用した光学系においては、回折光学素子の設計次数
の光線の回折効率の分光分布及び設計次数以外の次数の
光線(不要回折光)の振る舞いについても十分考慮する
事が重要である。
成る回折格子3を設けた回折光学素子1を光学系中のあ
る面に形成した場合の特定の回折次数の光線に対する回
折効率の特性を図20に示す。以下、回折効率の値は全
透過光束に対する各回折光の光量の割合であり、格子境
界面での反射光などは説明が複雑になるので考慮してい
ない値になっている。この図20で、横軸は波長を表
し、縦軸は回折効率を表している。この回折光学素子
は、1次の回折次数(図中実線)において、使用波長領
域でもっとも回折効率が高くなるように設計されてい
る。即ち設計次数は1次となる。さらに、設計次数近傍
の回折次数(1次±1次の0次と2次)の回折効率も併
せ並記しておく。図20に示されるように、設計次数で
は回折効率はある波長で最も高くなり(以下「設計波
長」と言う)それ以外の波長では序々に低くなる。この
設計次数での回折効率の低下分は、他の次数の回折光と
なり、フレアとなる。また、回折光学素子を複数個使用
した場合には特に、設計波長以外の波長での回折効率の
低下は透過率の低下にもつながる。
り様々と提案されている。
開示されている回折光学素子は、図21に示すように3
種類の異なる材料(3つの回折格子4,8,5)と、2
種類の異なる格子厚d1,d2を最適に選び、等しいピ
ッチ分布で各回折格子近接して配置したものであり、こ
の構成により図23に示すように可視域全域で設計次数
での高い回折効率を実現している。
る構成を特開平10−133149号公報に提示してい
る。同公報で提示された回折光学素子は、図22に示す
ように、2層に重ね合わされた積層断面形状をもってい
て、そして2層4,5を構成する材質の屈折率、分散特
性および各格子厚を最適化することにより、可視域全域
で設計次数での高い回折効率を実現している。
は、図19に示したようなキノフォーム型の回折光学素
子の格子厚を調整することで設計波長を適宜シフトする
ことにより、設計次数近傍の次数の不要回折光の量を低
減した回折光学素子を開示している。
開平9−127322号公報で提案されている回折光学
素子は、設計次数の回折効率が大幅に改善されているた
め、設計次数以外の次数の回折光である不要回折光の量
も低減されフレアは減少している。しかしながら得られ
る画像には色フレアが目立っていた。又、フレアの色味
やフレアの量などについての詳細な記述はされていな
い。
は、図19に示すような1つの回折面を有する格子形状
について不要次数光の色フレアの影響などについては記
述されているが、(以下「単層DOE」という)、2層
以上に重ね合わされた積層断面形状をもつ回折光学素子
(以下「積層DOE」という)についてのフレアに関し
ては何ら言及されていない。
層DOEと比べるとフレアは大幅に低減しているもの
の、不要回折光が全く存在しないということはなく、わ
ずかながら残存している。撮影(投影)条件の変化しな
い光学系(例えば、複写機のリーダーレンズや液晶プロ
ジェクターの投射レンズ)への応用では、積層DOEに
よりフレアの影響は問題ないレベルまで抑制されてい
る。しかしながら、本発明者が種々と検討した結果によ
ると、カメラ、ビデオなど様々な被写体を様々な条件で
撮影するような光学系に於いては、わずかに残存してい
るフレアが問題になる場合があることがわかった。一例
を示すと被写体中に光源などが存在する場合、撮影時に
は光源が適正な露出になるようには撮影せず、光源以外
の被写体が適正露出になるような撮影をおこなう。従っ
て光源部は適正露光以上の露光で撮影されることにな
る。例えば、光源が適正露光の100倍で露光される
と、フレアがわずか2%残存していたとしても、光源部
のフレアの量も100倍されるので適正露光の2倍の光
量をもつフレアとなり、撮影画像に必ずフレアが発生す
る。
を応用した場合、わずかなフレアでも問題となることが
ある。とくに、フレア成分に波長依存性がある場合に
は、特開平10−104411号公報で開示している単
層DOEに基づく色光特性に似た色フレアが積層DOE
の場合にも発生する。
アが目立たない回折光学素子及びそれを有した撮影光学
系の提供を目的としている。
学素子を有した撮影光学系は、少なくとも2種類の分散
の異なる材質からなる複数の回折格子を積層した格子構
造をもち、該格子構造での最大光路長差が波長の整数倍
となる波長である設計波長を複数有し、該設計波長λ0
が次の条件を満たす回折光学素子を、光学系中に含むこ
とを特徴としている。
(λ0)}はE1(λ0)、E2(λ0)、E3(λ
0)の中の最大値を表わし、min{E1(λ0)、E
2(λ0)、E3(λ0)}はE1(λ0)、E2(λ
0)、E3(λ0)の中の最小値を表し、E1(λ
0)、E2(λ0)、E3(λ0)は次の通りである。
λ)、Dm(λ0,λ)、Dm+1(λ0,λ):回折
光学素子の設計次数がm、設計波長がλ0のときのそれ
ぞれ(m−1)次、m次と(m+1)次の波長λでの回
折効率、L(λ):光源の波長λでの分光特性、F1
(λ)、F2(λ)、F3(λ):撮像手段の中のそれ
ぞれある波長域の光を検出する受光手段の分光感度特
性。ただし、分光感度が最大になる波長が小さい方から
F1(λ)、F2(λ)、F3(λ)とする、 T(λ):撮影光学系の波長λでの透過率。
て、前記回折光学素子の複数の設計波長の中で最短波長
の設計波長λ01が次の条件を満たしていることを特徴
としている。
おいて、前記回折光学素子の複数の設計波長の中で短い
側から数えてL番目である最長波長の設計波長λ0Lが
次の条件を満たしていることを特徴としている。
は請求項3の発明において、前記回折光学素子の各設計
波長の間隔Δλ0,aが次の条件を満たしていることを特
徴としている。ここで、Lは設計波長の数を表す。
回折格子は格子の向きが他の回折格子とは異なる回折格
子が少なくとも一つ以上含まれることを特徴としてい
る。
て、前記使用波長域が、可視領域であることを特徴とし
ている。
て、前記複数の回折格子は基板上に積層されており、該
積層した回折格子の基板側に近いほうから順に第1の回
折格子、第2の回折格子、第iの回折格子としたとき、
第1の回折格子を形成する材質と基板が同材質であるこ
とを特徴としている。
か1項の発明において、前記複数の回折格子は互いに密
接或いは近接させて配置してあることを特徴としてい
る。
とも2種類の分散の異なる材質から成る複数の回折格子
を積層した格子構造をもち、該格子構造での最大光路長
差が波長の整数倍となる波長である設計波長を複数有
し、設計次数以外の次数の回折光によるフレアを白色又
は白色に近い色にしたことを特徴としている。
て、前記複数の設計波長のうち最短波長をλ01とした
とき、 400nm≦λ01≦455nm であることを特徴としている。
明において、前記複数の設計波長のうち最長波長をλ0
Lとしたとき、 550nm≦λ0L≦620nm であることを特徴としている。
1の発明において、前記複数の回折格子は互いに密接或
いは近接させて配置してあることを特徴としている。
撮影形は、請求項9乃至請求項12のいずれかの回折光
学素子を含む光学系と、ピーク感度の波長域が互いに異
なる複数の受光手段とを有し、該複数の受光手段に入射
する設計次数以外の次数の回折光の光量を制御して白色
又は白色に近いフレアとなるようにしていることを特徴
としている。
折光学素子の実施形態1の正面図である。回折光学素子
1は基板2の表面に複数の回折格子4,5が作成された
構成となっている。図2は図1の回折光学素子を図中A
−A‘断面で切断した断面形状の一部である。図2は格
子(回折格子)の深さ方向にかなりデフォルメされた図
となっている。本実施形態の回折光学素子は、基板2上
に設けられた第1層4と第2層5からなり、第1層4と
空気層8の境界部に第1の回折格子面6を有する第1の
回折格子4、第2層5と空気層8の境界部に第2の回折
格子面7を有する第2の回折格子5からなる構造を有し
ている。
率について説明する。
回折光学素子1で、設計波長λ0で回折効率が最大(1
00%)となる条件は、光束が格子(基板2)に対して
垂直入射した場合は、回折格子3の山と谷のそれぞれを
通過する光線間光学光路長差が波長の整数倍になればよ
く、式で表わすと、 (n01−1)d=mλ0 …(3) となる。ここでn01は波長λ0での回折格子3の材質
の屈折率である。dは格子厚、mは設計回折次数(設計
次数)である。又、λ0は設計波長である。
でしか等号は成り立たず、それ以外の波長では回折効率
は最大値から低下してしまう。任意の使用波長λでの回
折効率は、次の(4)式で表わす。
1(λ)は波長λでの回折格子3の材質の屈折率であ
る。
も、回折格子としての基本的な光学特性は同様であるか
ら、全層を通して一つの回折格子として作用させるため
には、回折格子の山と谷のそれぞれを通過する光線間の
光学光路長差を求め、それを全層にわたって加えあわせ
たものが波長の整数倍になるように決定する。従って図
2に示した本実施形態の場合の設計次数mで回折効率が
最大とる条件式は (n01−1)d1±(n02−1)d2=mλ0 …(5) となる。ここでn01は第1の回折格子4の材質の波長
λ0での屈折率、n02は第2の回折格子5の材質の波
長λ0での屈折率、d1、d2はそれぞれ第1の回折格
子4と第2の回折格子5の格子厚で、mは設計次数であ
る。ここで回折方向を図2中の0次回折光から左寄りに
回折する回折光の次数を正の回折次数、逆に右寄りに回
折する回折光の次数を負の回折次数とすると、(5)式
での各層の加減の符号(±)は、図2に示すように、左
から右に格子厚が減少する第1の回折格子4の場合が正
となり、逆に左から右に格子厚が増加する第2の回折格
子5の場合が負となる。
波長λでの回折効率は、次の(6)式のようになる。
(λ)−1)d2ただし、Mは回折効率を評価すべき回
折次数、n1(λ)は第1の回折格子4の波長λでの材
質の屈折率、n2(λ)は第2の回折格子5の波長λで
の材質の屈折率、d1、d2はそれぞれ第1の回折格子
4と第2の回折格子5の格子厚である。
界面に形成されているが、これに限定するものではな
く、図21に示されるように、2つの異なる材料の境界
面に回折格子面を形成してもいい。
折光(設計次数以外の次数の回折光)の説明をおこな
う。不要次数の回折光の回折効率を説明するために、本
発明の積層型の回折光学素子として図2に示した2層の
構造を考える。ここで材質、格子厚は、第1回折格子4
に大日本インキ化学工業(株)製の紫外線硬化樹脂C0
01(nd=1.524、νd=50.8)、第2回折格子5に紫外線
硬化樹脂2(nd=1.635、νd=23.0)を用い、第1の回折
格子4の格子厚d1は9.5μm、第2の回折格子5の
格子厚d2は6.9μm、2つの格子間の距離D1は
1.0μmとし、格子ピッチは140μmとする。また
設計次数mは1次である。
効率は図3のようになる。この例では設計波長λ0は可
視領域で2つ存在し、短波長側から順に438nmと5
88nmである。図から明らかに設計波長の438nm
と588nmでは回折効率が100%になっていること
がわかる。また図4に、不要次数の回折光の回折効率を
示す。設計波長438nmと588nmでは不要回折光
は存在せず、1次回折光の回折効率が低下する設計波長
以外の波長領域において、1次以外の各次数での回折効
率が大きくなっていることが分かる。つまり、設計次数
以外の次数の回折光である不要次数の回折光が発生する
ことになる。さらに図から高次のm+2、m+3、…次
や、m−2、m−3、…次については、次数が設計次数
mから離れるにつれて回折効率は小さくなっていること
がわかる。従って、フレア光は弱くなってきて影響は少
なくなってくる。そのため、不要次数光の中、設計次数
の隣の次数であるm−1、m+1次の影響が最も大きい
といえ、このm±1の次の回折光によるフレアが許容で
きれば、さらに高次の他の不要次数の回折光によるフレ
アは当然許容できることになる。
にm−1、m+1次の回折光が色フレアとして目立たな
いように、回折光学素子を構成する複数の回折格子の各
要素(格子ピッチ、材質の屈折率や分散、断面格子形状
等)を色フレアが白色又は白色に近い色のフレアとなる
ように設定している。
の回折効率を計算したものを図5、図6、図7、図8、
図9、図10に示す。ここで、回折光学素子を構成する
材料、格子ピッチ、設計次数などは前述と同じ構成のま
ま、格子厚だけを変えて複数種の回折光学素子を構成し
た。図11に各格子厚の組み合わせとその時の設計波長
及び設計波長間隔、後述する撮像手段でカラー画像を記
録したときのフレア量を示す。図5、図6は図11中
で構成された回折光学素子の夫々設計次数の回折光と設
計次数以外の次数の回折光の回折効率を表している。同
様に図7、図8は図11中で構成された回折光学素子
の夫々設計次数の回折光と設計次数以外の次数の回折効
率を、図9、図10は図11中で構成された回折光学
素子の夫々設計次数と設計次数以外の次数の回折光の回
折効率を表している。これらから分かるように、設計次
数以外の次数の回折光である不要次数回折光の回折効率
は設計次数の設計波長によって大きく変化し、全体とし
てのフレアの色味も変化してくる。
手段の分光特性について説明する。撮像手段とは、像を
記録する手段であり、例えば銀塩フィルムやCCD等で
ある。例として、図12に一般的なカラーフィルムの可
視領域での分光感度特性を示した。撮像手段は、一般的
に3つの波長域に分かれた受光手段を有しており、それ
を混合することによってカラー画像の再現を行ってい
る。銀塩カラーフィルムは青、緑、赤にピーク感度を有
する3つの感光層から構成されているし、CCDも青、
緑、赤にピーク感度を有する3つのセンサから構成され
ている。以下、青、緑、赤にピーク感度を有する受光手
段を、それぞれ第1、第2、第3受光手段と呼ぶことに
する。
2つの図より、図5、6のときには、不要次数光の青成
分が大きいため、第1受光手段に記録されやすく、図
7、8のときには、不要次数光の赤成分が大きいため、
第3受光手段に記録されやすく、図9、10のときに
は、不要次数光の緑成分が大きいため、第2受光手段に
記録されやすいことが分かる。このため、青、緑又は赤
の色フレアが発生しやすくなってくる。
は、m+1又はm−1次の不要回折光(mは設計次数)
がそれぞれ第1、第2又は第3受光手段によって受光さ
れる量が大きくなってしまうためと、3つの受光手段で
受光される各不要次数の回折光の色バランスがくずれる
からといえる。
色フレアが目立たなくなるように、複数の設計波長λ0
の組み合わせを最適化する手段をとった。そのために、
分光特性から不要次数の回折光の色フレア量を定義し、
その量を小さく、且つ3つの受光手段で受光されるフレ
ア光の量のバランスが取れて結果として白色又は白色に
近いフレアとなるように複数の設計波長を設定してい
る。
成する手順と作用を順に説明する。まず、回折光学素子
を用いたときの撮影光学系の分光特性について説明す
る。従来の一般的な撮影光学系での分光特性は、光源の
発光スペクトルと撮像手段の分光感度とレンズ(撮影レ
ンズ)の分光透過率から決まる。特に、撮像手段が3つ
の波長域の受光手段に分かれているときには、次のよう
に定義される。
のエネルギーを示し、F1(λ)、F2(λ)、F3
(λ)は撮像手段の第1、第2、第3の受光手段の分光
感度であり、波長λの光に対する感度を示し、T(λ)
は撮影光学系の分光透過率であり、波長λの光に対する
透過率である。
にして色を混合することによりカラーバランスのとれた
色再現を行っている。
わち、光源が白色光源(D65)である図13に示すL
(λ)、撮像手段が一般的なカラーフィルムである図1
2に示すF1(λ)、F2(λ)&F3(λ)、レンズ
の透過率が図14に示すT(λ)である場合について撮
影光学系の分光特性の計算を行うと、この分光特性は図
15のようになる。
ると、さらに回折光学素子の設計次数m次の回折効率D
m(λ)の要因が加わってくる。回折効率Dm(λ)
は、設計波長λ0とλの式Dm(λ0、λ)と書ける。
よって、設計波長λ0の回折光学素子を用いたときの分
光特性は次のように定義できる。当然光学系に回折光学
素子を組込んだ状態で受光手段の出力を同じにしてカラ
ーバランスのとれた色再現を行うため(8)と同様の等
号が成り立つ。
性も定義できる。設計次数をmとしたとき、不要次数の
回折光m−1次回折光の分光特性は、 Dm-1(λ0,λ)L(λ)F1(λ)T(λ) …(11−1) Dm-1(λ0,λ)L(λ)F2(λ)T(λ) …(11−2) Dm-1(λ0,λ)L(λ)F3(λ)T(λ) …(11−3) であり、同様に、不要次数の回折光m+1次回折光の分
光特性は、 Dm+1(λ0,λ)L(λ)F1(λ)T(λ) …(12−1) Dm+1(λ0,λ)L(λ)F2(λ)T(λ) …(12−2) Dm+1(λ0,λ)L(λ)F3(λ)T(λ) …(12−3) で定義できる。
量を定義する。分光特性が示す値は、光学系を通った後
記録される波長λの光のエネルギーであるため、結像に
関わるトータルの光のエネルギーを求めるには、この分
光特性を全てのλで積分すればよい。
レア量(全エネルギー)は、式(11−1)〜(11−
3)、式(12−1)〜(12−3)の積分量から定義
できる。このようにして(m−1)次と(m+1)次の
フレア量を定義し、和をとり、設計次数の回折光の光の
分光特性の積分値であるトータルエネルギー(9−1)
〜(9−3)で正規化すると、第1、第2、第3の受光
手段での色フレア量E1(λ0)、E2(λ0)&E3
(λ0)は、次の式(13−1)〜(13−3)のよう
に表すことができる。
(λ0)
(λ0)
(λ0)
れぞれの受光手段で受光される色フレア量の大きさと、
各受光手段で受光される色フレア量の間の光量バランス
が問題である。従って(13−1)、(13−2)と
(13−3)式の量が共に小さくなり、且つ3つの受光
手段の少なくともどれか1つの受光手段の量が極端に大
きくならないように積層DOEの設計波長λ0を求めれ
ばよい。
(13−3)式をそれぞれE1(λ0)、E2(λ
0)、E3(λ0)とすると、白色又は白色に近いフレ
アを形成させて色フレアを目立たなくするためには、積
層DOEの設計波長λ0を以下の条件式(1),(2)
を満たすように設定すればよい。
(λ0)}はE1(λ0)、E2(λ0)、E3(λ
0)の中の最大値をmin{E1(λ0)、E2(λ
0)、E3(λ0)}はE1(λ0)、E2(λ0)、
E3(λ0)の中の最小値を表している。
青と緑と赤の各色のフレア量の和を示したものである。
したがって、この上限の0.04を越えると、その量が
多くてフレア自体が目立ってくるため、画質が悪くなっ
てしまう。また(2)式は設計波長がλ0のときの各色
のフレア量の間の差を示したものである。この(2)式
の上限0.02を超えると、フレアが色づいてみえるた
め、少ないフレア量でも画質が悪くなってしまう。
が白色又は白色に近いものになるように複数の設計波長
λ0の組み合わせを最適化すれば、色フレアが軽減され
て目立たない撮影光学系を得ることができる。
条件で最適な設計波長を明らかにする。
長の設計波長λ01は、次の(14),(14a)式の
条件を満たすのがよい。
合の設計波長の組み合わせとなっている。この時の各次
数での回折効率を表した図5、図6において短波長側の
波長領域における不要次数の回折光の回折効率が増加し
ていることがわかる。
においては第1の受光手段のフレア量が1.94%と大きく
なっている。この(14),(14a)式は、回折光学
素子の設計次数での回折効率を最大にする複数の設計波
長λ0の中で最短波長の設計波長の条件を表し、この上
限の波長455nmを越える波長を最短設計波長とする
と、青の色フレアが目立ちやすくなる。
最長波長の設計波長λ0Lは、次の(15),(15
a)式の条件を満たすのがよい。
合の設計波長の組み合わせとなっている。この時の回折
効率を表した図7、図8において長波長側の波長領域に
おける不要次数の回折光の回折効率が増加していること
がわかる。
では第3の受光手段のフレア量が1.94%と大きくなって
いる。この(15),(15a)式は、回折光学素子の
設計次数での回折効率を最大にする複数の設計波長λ0
の中で最長波長の設計波長の条件を表し、この下限の5
50nmを越えると、赤の色フレアが目立ちやすくな
る。
Δλ0,aは、この複数の設計波長の数をLとするとき、
次の条件を満たすのがよい。
わせとなっている。この時の回折効率を表した図9、図
10において2つの設計波長の間の波長域の不要次数の
回折光の回折効率が増加していることがわかる。
では第2の受光手段のフレア量が1.97%と大きくなって
いる。この(16)式は、回折光学素子の設計次数での
回折効率を最大にする複数の設計波長λ0の波長間隔の
条件を表し、この上限の220nmを越えると、2つの
設計波長の間の波長域の緑の色フレアが目立ちやすくな
る。
において説明を行った。しかし本発明は設計波長λ0が
2つ又は3つを越えて存在する構成においても成立す
る。
定である回折格子を有する積層DOEについて説明を行
った。しかし、実際にはこれに限定するものではなく、
本発明は図16に示すような徐々に格子ピッチが変わる
回折格子を有する球面又は非球面レンズのような機能を
有する回折光学素子にも適用できる。
を設けた回折光学素子を例にとり本発明の構成と効果を
説明したが、本発明は、レンズの曲面表面に回折格子部
(回折光学素子)を設けた場合においても同様の効果が
得られる。
の場合を示したが、本発明は設計回折次数を1次に限定
するものではなく、2次などの1次とは異なった高次の
次数を設計次数とした場合であっても、積層DOEの最
大光学光路長差を(所望の回折次数)(所望の設計波
長)となるように設定し、設計次数以外の次数の回折光
によるフレア量が本発明の条件を満たすようにすれば同
様の効果が得られる。ただし、1次以外を設計次数にし
た場合、回折効率の波長依存性は強くなるので、色フレ
アを低減且つ目立たなくした光学系を構成するのには設
計次数は1次とするのが好ましい。
明の実施形態2を図17に示す。図17はカメラ等の撮
影レンズの断面を示したものであり、同図中の9は撮影
レンズで、内部に複数のレンズ絞り10と本発明の回折
光学素子1を持つ。11は結像面であるフィルムまたは
CCDである。尚、素子1は屈折力が正であり、レンズ
の色収差を補正している。
せで構成することで、回折効率の波長依存性は大幅に改
善されているので、フレアが少なく低周波数での解像力
も高い高性能な撮影レンズを提供できる。又、本発明に
よりフレアが、白色又は白色に近いものになっており、
目立たない。
明の回折光学素子を設けたが、これに限定するものでは
なく、複数のレンズのいずれかの曲面表面に設けても良
いし、撮影レンズ内に複数、本発明の回折光学素子を使
用しても良い。
の場合を示したが、これに限定するものではなく、ビデ
オカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナー
や、デジタル複写機のリーダーレンズなど可視領域など
の広波長域で使用される結像光学系に使用しても同様の
効果が得られる。
光学機器を示す実施形態3の要部概略図である。図18
は、双眼鏡等の観察光学系の断面を示したものであり、
同図中、11は結像面、12は対物レンズ、13は像を
成立させるためのプリズム、14は接眼レンズ、15は
評価面(瞳面)である。図中、1は本発明の回折光学素
子である。回折光学素子1は対物レンズ2により結像面
11での色収差等を補正する目的で形成されている。
存性は大幅に改善されているので、フレアが少なく低周
波数での解像力も高い高性能な対物レンズを提供でき
る。又、本発明によりフレアが、白色又は白色に近いも
のになっており、目立たない。
学素子を形成した場合を示したが、これに限定するもの
ではなく、プリズム表面や接眼レンズ内の位置であって
も同様の効果が得られる。しかしながら、結像面11よ
り物体側に設けることで対物レンズ部のみでの色収差低
減効果があるため、肉眼の観察系の場合、少なくとも対
物レンズ側に設けることが望ましい。
したが、これに限定するものではなく地上望遠鏡や天体
観測用望遠鏡など他のタイプの観察機器にも本発明は適
用でき、また本発明は、レンズシャッターカメラやビデ
オカメラなどの光学式のファインダーに適用しても同様
の効果が得られる。
アとすることにより、不要次数光の色フレアを目立たな
くできる回折光学素子及びそれを有した撮影光学系を達
成することができる。
もとより、カメラやビデオ等特殊な撮影条件での使用が
考えられる撮影光学系に回折光学素子を応用した場合で
も色フレアの影響の目立たない良好な画質が得られる撮
影光学系を提供することができる。
図
格子形状の説明図
の回折効率の説明図
次数の回折効率の説明図
数の回折効率の説明図
率の説明図
説明図
率の説明図
説明図
効率の説明図
系の分光特性の説明図
明図
概略図
明図
明図
明図
Claims (13)
- 【請求項1】 少なくとも2種類の分散の異なる材質か
らなる複数の回折格子を積層した格子構造をもち、該格
子構造での最大光路長差が波長の整数倍となる波長であ
る設計波長を複数有し、該設計波長λ0が次の条件を満
たす回折光学素子を、光学系中に含むことを特徴とする
回折光学素子を有した撮影光学系。 0<E1(λ0)+E2(λ0)+E3(λ0)<0.
04 0<max{E1(λ0)、E2(λ0)、E3(λ
0)} −min{E1(λ0)、E2(λ0)、E3(λ
0)}<0.02 ただし、max{E1(λ0)、E2(λ0)、E3
(λ0)}はE1(λ0)、E2(λ0)、E3(λ
0)の中の最大値を表わし、min{E1(λ0)、E
2(λ0)、E3(λ0)}はE1(λ0)、E2(λ
0)、E3(λ0)の中の最小値を表し、E1(λ
0)、E2(λ0)、E3(λ0)は次の通りである。 【数1】 ただし、 【数2】 とする。以上において、 Dm-1(λ0,λ)、Dm(λ0,λ)、Dm+1(λ
0,λ):回折光学素子の設計次数がm、設計波長がλ
0のときのそれぞれ(m−1)次、m次、(m+1)次
の波長λでの回折効率、L(λ):光源の波長λでの分
光特性、 F1(λ)、F2(λ)、F3(λ):撮像手段の中の
それぞれある波長域の光を検出する受光手段の分光感度
特性。ただし、分光感度が最大になる波長が小さい方か
らF1(λ)、F2(λ)、F3(λ)とする、 T(λ):撮影光学系の波長λでの透過率。 - 【請求項2】 前記回折光学素子の複数の設計波長の中
で最短波長の設計波長λ01が次の条件を満たしている
ことを特徴とする請求項1の回折光学素子を有した撮影
光学系。 400nm≦λ01≦455nm - 【請求項3】 前記回折光学素子の複数の設計波長の中
で最長波長の設計波長λ0Lが次の条件を満たしている
ことを特徴とする請求項1又は2の回折光学素子を有し
た撮影光学系。 620nm≦λ0L≧550nm - 【請求項4】 前記回折光学素子の各設計波長の間隔Δ
λ0,aが次の条件を満たしていることを特徴とする請求
項1,2又は3の回折光学素子を有した撮影光学系。こ
こで、Lは設計波長の数を表す。 Δλ0,a≦220nm 但しΔλ0,a=λ0,a+1−λ0,a 1≦a≦L−1 - 【請求項5】 前記複数の回折格子は格子の向きが他の
回折格子とは異なる回折格子が少なくとも一つ以上含ま
れることを特徴とする請求項1の回折光学素子を有した
撮影光学系。 - 【請求項6】 前記使用波長域が、可視領域であること
を特徴とする請求項1の回折光学素子を有した撮影光学
系。 - 【請求項7】 前記複数の回折格子は基板上に積層され
ており、該積層した回折格子の基板側に近いほうから順
に第1の回折格子、第2の回折格子、第iの回折格子と
したとき、第1の回折格子を形成する材質と基板が同材
質であることを特徴とする請求項1の回折光学素子を有
した撮影光学系。 - 【請求項8】 前記複数の回折格子は互いに密接或いは
近接させて配置してあることを特徴とする請求項1乃至
7のいずれかに記載の撮影光学系。 - 【請求項9】 少なくとも2種類の分散の異なる材質か
ら成る複数の回折格子を積層した格子構造をもち、該格
子構造での最大光路長差が波長の整数倍となる波長であ
る設計波長を複数有し、設計次数以外の次数の回折光に
よるフレアを白色又は白色に近い色にしたことを特徴と
する回折光学素子。 - 【請求項10】 前記複数の設計波長のうち最短波長を
λ01としたとき、 400nm≦λ01≦455nm であることを特徴とする請求項9の回折光学素子。 - 【請求項11】 前記複数の設計波長のうち最長波長を
λ0Lとしたとき、 550nm≦λ0L≦620nm であることを特徴とする請求項9又は10の回折光学素
子。 - 【請求項12】 前記複数の回折格子は互いに密接或い
は近接させて配置してあることを特徴とする請求項9,
10又は11の回折光学素子。 - 【請求項13】 請求項9乃至請求項12のいずれかの
回折光学素子を含む光学系と、ピーク感度の波長域が互
いに異なる複数の受光手段とを有し、該複数の受光手段
に入射する設計次数以外の次数の回折光の光量を制御し
て白色又は白色に近いフレアとなるようにしていること
を特徴とする回折光学素子を有した撮影光学系。
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