JPH10160916A - 回折作用面を有する光学系及びそれを用いた光学機器 - Google Patents
回折作用面を有する光学系及びそれを用いた光学機器Info
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- JPH10160916A JPH10160916A JP31951396A JP31951396A JPH10160916A JP H10160916 A JPH10160916 A JP H10160916A JP 31951396 A JP31951396 A JP 31951396A JP 31951396 A JP31951396 A JP 31951396A JP H10160916 A JPH10160916 A JP H10160916A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数の回折作用面を有する光学系の使用波長
帯域全域で平均的に高い回折効率を得ること。 【解決手段】 複数の回折作用面のうち、少なくとも２
つの回折作用面５ａ，５ｂの最も回折効率の高くなる光
の波長を異ならせる。
帯域全域で平均的に高い回折効率を得ること。 【解決手段】 複数の回折作用面のうち、少なくとも２
つの回折作用面５ａ，５ｂの最も回折効率の高くなる光
の波長を異ならせる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カメラ等の光学機
器の撮影光学系や観察光学系に好適に用いられる回折作
用面を有する光学系に関するものである。
器の撮影光学系や観察光学系に好適に用いられる回折作
用面を有する光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より屈折系のみによって構成される
光学系においては、分散特性の異なる硝材を組み合わせ
ることによって色収差を減らしている。例えば、望遠鏡
等の対物レンズでは、分散の小さい硝材を正レンズ、分
散の大きい硝材を負レンズとし、これらを組み合わせて
用いることで、軸上に現れる色収差を補正している。こ
のため、レンズの構成枚数が制限される場合や使用でき
る硝材が限られている場合などでは、色収差が十分に補
正できないことがあった。
光学系においては、分散特性の異なる硝材を組み合わせ
ることによって色収差を減らしている。例えば、望遠鏡
等の対物レンズでは、分散の小さい硝材を正レンズ、分
散の大きい硝材を負レンズとし、これらを組み合わせて
用いることで、軸上に現れる色収差を補正している。こ
のため、レンズの構成枚数が制限される場合や使用でき
る硝材が限られている場合などでは、色収差が十分に補
正できないことがあった。
【０００３】硝材の組み合わせにより色収差を補正する
方法に対して、SPIE Vol.1354 International Lens Des
ign Conference(1990)等の文献に、光学系の一部に回折
作用を持たせることで、色収差を減らす方法が開示され
ている。この方法は、図１５に示したように屈折光学系
と回折光学系とでは、色収差が逆方向に発生するという
物理現象を利用したものである。
方法に対して、SPIE Vol.1354 International Lens Des
ign Conference(1990)等の文献に、光学系の一部に回折
作用を持たせることで、色収差を減らす方法が開示され
ている。この方法は、図１５に示したように屈折光学系
と回折光学系とでは、色収差が逆方向に発生するという
物理現象を利用したものである。
【０００４】ところで、回折作用面における所定次数の
回折光の回折効率は、例えば図１６のような特性を持っ
ている。図１６において、横軸は波長、縦軸は回折効率
を表している。図１６に示すように、回折作用面は所定
波長λＤ（λＬ≦λＤ≦λＵ）において、所定次数の回
折光の回折効率が最も高くなるように設計されるため、
それ以外の波長での回折効率は波長λＤにおける回折効
率に比して相対的に低くなる。このλＤのような回折効
率の最も高くなる波長を設計波長、対象となる回折光の
次数を設計次数と呼ぶことにする。
回折光の回折効率は、例えば図１６のような特性を持っ
ている。図１６において、横軸は波長、縦軸は回折効率
を表している。図１６に示すように、回折作用面は所定
波長λＤ（λＬ≦λＤ≦λＵ）において、所定次数の回
折光の回折効率が最も高くなるように設計されるため、
それ以外の波長での回折効率は波長λＤにおける回折効
率に比して相対的に低くなる。このλＤのような回折効
率の最も高くなる波長を設計波長、対象となる回折光の
次数を設計次数と呼ぶことにする。
【０００５】例えば、設計波長を５５０ｎｍ、設計次数
を１次とし、回折作用面を輪帯状の８段の階段構造によ
り形成したとき、設計波長での回折効率は約９５％にな
り、波長４４０ｎｍにおける１次回折光の回折効率は約
８０％、波長６５０ｎｍにおける１次回折光の回折効率
は約８８％になる。したがって回折作用面を有した光学
系においては、その光学系が利用する波長帯域の中心付
近に設計波長を設定することが望ましい。
を１次とし、回折作用面を輪帯状の８段の階段構造によ
り形成したとき、設計波長での回折効率は約９５％にな
り、波長４４０ｎｍにおける１次回折光の回折効率は約
８０％、波長６５０ｎｍにおける１次回折光の回折効率
は約８８％になる。したがって回折作用面を有した光学
系においては、その光学系が利用する波長帯域の中心付
近に設計波長を設定することが望ましい。
【０００６】一般的な光学系は、例えば図１７に示すよ
うな分光透過特性を持っている。図１７において、横軸
は波長、縦軸は分光透過率を表している。この分光透過
特性は、硝材による光の吸収や屈折面における光の反射
などによって決定されるものであるが、回折作用面を有
する光学系の場合、回折効率を考慮に入れた分光透過特
性を考えなければならない。
うな分光透過特性を持っている。図１７において、横軸
は波長、縦軸は分光透過率を表している。この分光透過
特性は、硝材による光の吸収や屈折面における光の反射
などによって決定されるものであるが、回折作用面を有
する光学系の場合、回折効率を考慮に入れた分光透過特
性を考えなければならない。
【０００７】回折作用面を有する光学系の回折作用面を
除く分光透過特性をηlens（λ）、回折作用面の回折効
率をηdef（λ）とすると、光学系全体の分光透過特性
η（λ）は、 η（λ）＝ηlens（λ）×ηdef（λ） のように表される。図１７に示した分光透過特性を有す
る光学系に、図１６に示した回折効率を有する回折作用
面を付加した場合、設計次数での分光透過特性は図１８
のようになる。
除く分光透過特性をηlens（λ）、回折作用面の回折効
率をηdef（λ）とすると、光学系全体の分光透過特性
η（λ）は、 η（λ）＝ηlens（λ）×ηdef（λ） のように表される。図１７に示した分光透過特性を有す
る光学系に、図１６に示した回折効率を有する回折作用
面を付加した場合、設計次数での分光透過特性は図１８
のようになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】光学系中に存在する回
折作用面が１面だけの場合、前述したように設計波長を
使用波長帯域の中心付近に設定することで分光特性を比
較的良好に保つことができる。しかしながら、光学系中
に複数の回折作用面が存在する場合、各回折作用面での
設計波長を使用波長帯域の中心付近の単一の波長にした
のでは、光学系全体の回折効率が各回折作用面での回折
効率の積で表されることから、図１９に示すように設計
波長での回折効率は高く維持されるものの設計波長以外
の波長での回折効率が極端に低下してしまうという問題
が生じる。特に設計波長λＤより短かい波長側では、急
激に回折効率が低下するため画像に与える影響も無視で
きない。
折作用面が１面だけの場合、前述したように設計波長を
使用波長帯域の中心付近に設定することで分光特性を比
較的良好に保つことができる。しかしながら、光学系中
に複数の回折作用面が存在する場合、各回折作用面での
設計波長を使用波長帯域の中心付近の単一の波長にした
のでは、光学系全体の回折効率が各回折作用面での回折
効率の積で表されることから、図１９に示すように設計
波長での回折効率は高く維持されるものの設計波長以外
の波長での回折効率が極端に低下してしまうという問題
が生じる。特に設計波長λＤより短かい波長側では、急
激に回折効率が低下するため画像に与える影響も無視で
きない。
【０００９】本発明は上記のような問題に鑑み、複数の
回折作用面を有する光学系において、使用波長帯域全域
で平均的に高い回折効率を得ることを目的としている。
回折作用面を有する光学系において、使用波長帯域全域
で平均的に高い回折効率を得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光学系は複数の回折作用面を有し、複数の
作用面のうち、少なくとも２つの回折作用面は最も回折
効率の高くなる光の波長が異なるように設計することを
特徴としている。
め、本発明の光学系は複数の回折作用面を有し、複数の
作用面のうち、少なくとも２つの回折作用面は最も回折
効率の高くなる光の波長が異なるように設計することを
特徴としている。
【００１１】本発明の光学系において、最も回折効率の
高くなる光の波長が、複数の回折作用面の各々で異なる
形態がある。
高くなる光の波長が、複数の回折作用面の各々で異なる
形態がある。
【００１２】また、複数の回折作用面のうちの任意のｉ
番目の回折作用面にて最も回折効率の高くなる波長をλ
ｉとする時、
番目の回折作用面にて最も回折効率の高くなる波長をλ
ｉとする時、
【００１３】
【外２】 λＬ：前記光学系が使用する光の波長帯域のうちの最短
波長 λＵ：前記光学系が使用する光の波長帯域のうちの最長
波長 なる条件を満足することが好ましい。
波長 λＵ：前記光学系が使用する光の波長帯域のうちの最長
波長 なる条件を満足することが好ましい。
【００１４】本発明の光学系の使用波長帯域は、可視光
領域、可視光領域及び赤外光領域等が考えられる。
領域、可視光領域及び赤外光領域等が考えられる。
【００１５】本発明の光学系は、結像光学系、観察光学
系等に好適に用いることができる。
系等に好適に用いることができる。
【００１６】そして、本発明の別の実施形態であるアタ
ッチメントレンズは、第１の回折作用面を有する結像光
学系に取り付けられる第２の回折作用面を有するアタッ
チメントレンズであって、第２の回折作用面の最も回折
効率の高くなる光の波長は、第１の回折作用面の最も回
折効率の高くなる光の波長と異なることを特徴としてい
る。
ッチメントレンズは、第１の回折作用面を有する結像光
学系に取り付けられる第２の回折作用面を有するアタッ
チメントレンズであって、第２の回折作用面の最も回折
効率の高くなる光の波長は、第１の回折作用面の最も回
折効率の高くなる光の波長と異なることを特徴としてい
る。
【００１７】本発明の光学系及びアタッチメントレンズ
の回折作用面は、レンズ面上に形成されていることが好
ましい。
の回折作用面は、レンズ面上に形成されていることが好
ましい。
【００１８】更に、回折作用面は輪帯状の回折格子であ
ることが好ましい。この場合、回折作用面の周期的構造
は、階段状である形態、キノフォーム形状である形態、
三角波形状である形態等がある。
ることが好ましい。この場合、回折作用面の周期的構造
は、階段状である形態、キノフォーム形状である形態、
三角波形状である形態等がある。
【００１９】
（実施形態１）図１は、民生用のカムコーダなどに用い
られるズームレンズの構成概略図である。図中、１は光
学系であり、正・負・正・正の４つの群からなるリヤフ
ォーカスタイプのズームレンズである。１ａは前玉であ
る第１群、１ｂはバリエータである第２群、１ｃはアフ
ォーカル系である第３群、１ｄはコンペンセータとフォ
ーカスを兼ねる第４群である。２は光軸であり、物体か
らの光線は図中左側より入射し、像面である固体撮像素
子３上に結像する。４は絞り、５ａ，５ｂはそれぞれ回
折作用を発現するための構造が形成されている面（回折
作用面）、６は視感度の調整や入射した像の空間周波数
を制限するためのフィルターである。
られるズームレンズの構成概略図である。図中、１は光
学系であり、正・負・正・正の４つの群からなるリヤフ
ォーカスタイプのズームレンズである。１ａは前玉であ
る第１群、１ｂはバリエータである第２群、１ｃはアフ
ォーカル系である第３群、１ｄはコンペンセータとフォ
ーカスを兼ねる第４群である。２は光軸であり、物体か
らの光線は図中左側より入射し、像面である固体撮像素
子３上に結像する。４は絞り、５ａ，５ｂはそれぞれ回
折作用を発現するための構造が形成されている面（回折
作用面）、６は視感度の調整や入射した像の空間周波数
を制限するためのフィルターである。
【００２０】図１に示したように、回折作用面５ａ，５
ｂは光学系１の第２群と第３群の曲率を持った面にそれ
ぞれ形成されている。本実施形態では、回折作用面５
ａ，５ｂの設計波長を異ならせることにより、光学系１
全体における分光透過特性が適切な状態になるようにし
ている。
ｂは光学系１の第２群と第３群の曲率を持った面にそれ
ぞれ形成されている。本実施形態では、回折作用面５
ａ，５ｂの設計波長を異ならせることにより、光学系１
全体における分光透過特性が適切な状態になるようにし
ている。
【００２１】図２に回折作用面５ａ，５ｂの拡大断面
図、図３に回折作用面５ａ，５ｂの模式的な正面図を示
す。本実施形態の回折作用面５ａ，５ｂは、図３に示す
ように８段からなる階段状の周期構造が、図２に示すよ
うに光軸２を中心とした輪帯状に形成された、所謂バイ
ナリーオプティクス（ＢＯ）と呼ばれる回折格子であ
る。図３において、同心円状の実線は周期構造の１ピッ
チを示しており、光軸から周辺に向かうにしたがって１
ピッチの周期は短くなる。このピッチを適宜設計するこ
とで、回折作用面にもパワーを持たせることができる。
なお、回折作用面５ａ，５ｂの断面形状と正面形状は、
実際には設計条件により異なった形状となる。特に本実
施形態では、回折作用面５ａと５ｂを構成する材質の屈
折率と構造の高さをそれぞれ異ならせることにより設計
波長を変えているため、それぞれの回折作用面の断面形
状が異なる。
図、図３に回折作用面５ａ，５ｂの模式的な正面図を示
す。本実施形態の回折作用面５ａ，５ｂは、図３に示す
ように８段からなる階段状の周期構造が、図２に示すよ
うに光軸２を中心とした輪帯状に形成された、所謂バイ
ナリーオプティクス（ＢＯ）と呼ばれる回折格子であ
る。図３において、同心円状の実線は周期構造の１ピッ
チを示しており、光軸から周辺に向かうにしたがって１
ピッチの周期は短くなる。このピッチを適宜設計するこ
とで、回折作用面にもパワーを持たせることができる。
なお、回折作用面５ａ，５ｂの断面形状と正面形状は、
実際には設計条件により異なった形状となる。特に本実
施形態では、回折作用面５ａと５ｂを構成する材質の屈
折率と構造の高さをそれぞれ異ならせることにより設計
波長を変えているため、それぞれの回折作用面の断面形
状が異なる。
【００２２】回折作用面５ａ，５ｂの使用波長帯域全域
の回折効率を、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す。回折
作用面５ａ，５ｂ共に回折光の設計次数は１次であり、
それぞれの設計波長５３０ｎｍ，５１０ｎｍにおける回
折効率は約９５％となっている。本実施形態の光学系が
使用する波長域は主として最短波長（λＬ）３８０ｎｍ
から最長波長（λＵ）７００ｎｍの可視光領域であり、
図４（ａ），（ｂ）においては、そのうち４００ｎｍ〜
７００ｎｍの波長域を記している。図４（ａ），（ｂ）
より、それぞれの回折作用面における設計波長が異なる
ため、波長に対する回折効率の特性が異なっていること
が分かる。
の回折効率を、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す。回折
作用面５ａ，５ｂ共に回折光の設計次数は１次であり、
それぞれの設計波長５３０ｎｍ，５１０ｎｍにおける回
折効率は約９５％となっている。本実施形態の光学系が
使用する波長域は主として最短波長（λＬ）３８０ｎｍ
から最長波長（λＵ）７００ｎｍの可視光領域であり、
図４（ａ），（ｂ）においては、そのうち４００ｎｍ〜
７００ｎｍの波長域を記している。図４（ａ），（ｂ）
より、それぞれの回折作用面における設計波長が異なる
ため、波長に対する回折効率の特性が異なっていること
が分かる。
【００２３】図５に、回折作用面５ａ，５ｂ双方を合わ
せた回折効率を示す。図５より使用波長帯域全域におい
て、回折効率が比較的高く保たれていることが分かる。
したがって設計波長以外の波長において、光学系全体の
分光透過率が極端に低下するということもなく、全体と
して良好な分光透過特性に保たれる。
せた回折効率を示す。図５より使用波長帯域全域におい
て、回折効率が比較的高く保たれていることが分かる。
したがって設計波長以外の波長において、光学系全体の
分光透過率が極端に低下するということもなく、全体と
して良好な分光透過特性に保たれる。
【００２４】本実施形態では、回折作用面が８段からな
る階段状の周期構造の場合を示したが、図６のような４
段からなる階段状の周期構造であっても、設計波長の回
折効率が変化するだけで、設計波長をそれぞれの回折作
用面間で変化させることにより同様の効果が得られる。
また、階段状でなくとも図７のような周期構造の１ピッ
チが連続した曲線であるキノフォーム形状や図８のよう
な三角波形状であっても、各周期構造の高さと屈折率の
設定により各回折面の設計波長を異なるように設定する
ことで同様の効果が得られる。
る階段状の周期構造の場合を示したが、図６のような４
段からなる階段状の周期構造であっても、設計波長の回
折効率が変化するだけで、設計波長をそれぞれの回折作
用面間で変化させることにより同様の効果が得られる。
また、階段状でなくとも図７のような周期構造の１ピッ
チが連続した曲線であるキノフォーム形状や図８のよう
な三角波形状であっても、各周期構造の高さと屈折率の
設定により各回折面の設計波長を異なるように設定する
ことで同様の効果が得られる。
【００２５】また、回折作用面を形成するレンズ群は、
第２群と第３群以外の群であっても良く、設定する群や
位置については特に限定はしない。更に本実施形態で
は、各群が物体側から正・負・正・正となる４群タイプ
のズームレンズの場合を示したが、このズームタイプに
限定するものではなく、レンズシャッター方式のカメラ
等に用いられる２群タイプのズームレンズであっても、
それ以外のズームレンズであっても同様の効果を得るこ
とができる。
第２群と第３群以外の群であっても良く、設定する群や
位置については特に限定はしない。更に本実施形態で
は、各群が物体側から正・負・正・正となる４群タイプ
のズームレンズの場合を示したが、このズームタイプに
限定するものではなく、レンズシャッター方式のカメラ
等に用いられる２群タイプのズームレンズであっても、
それ以外のズームレンズであっても同様の効果を得るこ
とができる。
【００２６】また、光学系中の回折作用面の数は、２面
に限定されるものではなく、複数形成された回折作用面
において、少なくとも２面の設計波長を異ならせること
により同様の効果が得られる。この時、全ての回折作用
面の設計波長を異ならせる場合があることは言うまでも
ない。
に限定されるものではなく、複数形成された回折作用面
において、少なくとも２面の設計波長を異ならせること
により同様の効果が得られる。この時、全ての回折作用
面の設計波長を異ならせる場合があることは言うまでも
ない。
【００２７】また本実施形態では、可視光領域において
使用される光学系について示したが、この波長帯域に限
定されるものでなく、使用する波長帯域がある程度幅を
有するものであれば、その波長帯域が赤外光の領域であ
っても、可視光から赤外光にわたる領域であっても同様
の効果が得られる。
使用される光学系について示したが、この波長帯域に限
定されるものでなく、使用する波長帯域がある程度幅を
有するものであれば、その波長帯域が赤外光の領域であ
っても、可視光から赤外光にわたる領域であっても同様
の効果が得られる。
【００２８】また、利用する回折光は１次回折光に限ら
ず、２次回折光等その他の回折光であっても、設計波長
を少なくとも２つの回折作用面間で変化させることで同
様の効果が得られる。
ず、２次回折光等その他の回折光であっても、設計波長
を少なくとも２つの回折作用面間で変化させることで同
様の効果が得られる。
【００２９】ところで、各回折作用面の設計波長は、結
像する面の感度特性に応じて決める必要がある。すなわ
ち、本実施形態においては、固体撮像素子の感度特性に
合わせた例を示したが、この波長に限定されるものでは
ない。本実施形態で示した固体撮像素子のように、ある
波長に対してピークの感度を持つような結像面の場合に
は、設計波長をその波長に近い値に設定しつつ各回折作
用面で異ならせることで、使用波長域全域にわたって高
い回折効率が得られるとともに、ピーク感度が得られる
波長においても高い回折効率が得られる。この際、各設
計波長λｉが以下の条件を満足することが望ましい。
像する面の感度特性に応じて決める必要がある。すなわ
ち、本実施形態においては、固体撮像素子の感度特性に
合わせた例を示したが、この波長に限定されるものでは
ない。本実施形態で示した固体撮像素子のように、ある
波長に対してピークの感度を持つような結像面の場合に
は、設計波長をその波長に近い値に設定しつつ各回折作
用面で異ならせることで、使用波長域全域にわたって高
い回折効率が得られるとともに、ピーク感度が得られる
波長においても高い回折効率が得られる。この際、各設
計波長λｉが以下の条件を満足することが望ましい。
【００３０】
【外３】
【００３１】（実施形態２）図９は、双眼鏡等の観察光
学系の概略構成図を示したものである。図中７は観察光
学系全体、７ａは対物レンズ、７ｂは像を成立させるた
めのプリズム、７ｃは接眼レンズである。２は光軸、８
ａ，８ｂは回折作用面、９は対物レンズ７ａの結像面で
ある。回折作用面８ａは結像面９上での色収差を含めた
諸収差を補正し、回折作用面８ｂは接眼レンズ７ｃの色
収差を含めた諸収差を補正する。
学系の概略構成図を示したものである。図中７は観察光
学系全体、７ａは対物レンズ、７ｂは像を成立させるた
めのプリズム、７ｃは接眼レンズである。２は光軸、８
ａ，８ｂは回折作用面、９は対物レンズ７ａの結像面で
ある。回折作用面８ａは結像面９上での色収差を含めた
諸収差を補正し、回折作用面８ｂは接眼レンズ７ｃの色
収差を含めた諸収差を補正する。
【００３２】本実施形態の光学系では、肉眼での観察が
目的なので使用波長帯域は４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度
である。この時の回折作用面８ａ，８ｂの回折効率をそ
れぞれ図１０（ａ），（ｂ）に示す。本実施形態の回折
作用面８ａ，８ｂの設計波長はそれぞれ５５０ｎｍ，５
００ｎｍ、設計次数は１次である。
目的なので使用波長帯域は４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度
である。この時の回折作用面８ａ，８ｂの回折効率をそ
れぞれ図１０（ａ），（ｂ）に示す。本実施形態の回折
作用面８ａ，８ｂの設計波長はそれぞれ５５０ｎｍ，５
００ｎｍ、設計次数は１次である。
【００３３】図１１に回折作用面８ａ，８ｂ双方を合わ
せた回折効率を示す。図１１より使用波長帯域全域にお
いて、回折効率が比較的高く保たれていることが分か
る。したがって、光学系全体としての分光透過特性も非
常に良好に保たれる。
せた回折効率を示す。図１１より使用波長帯域全域にお
いて、回折効率が比較的高く保たれていることが分か
る。したがって、光学系全体としての分光透過特性も非
常に良好に保たれる。
【００３４】本実施形態では、対物レンズ、接眼レンズ
の双方に回折作用面を形成した場合を示したが、これに
限定されるものではなく、プリズム７ｂの表面等光学系
中の別の位置であっても同様の効果が得られる。ただ
し、結像面９における色収差低減効果があるため、対物
レンズ７ａのいずれかの場所には回折作用面を少なくと
も１面設けることが望ましい。更に、回折作用面を実施
形態１に示したような輪帯状の回折格子によって構成す
る場合、周期構造のピッチを適宜設定することにより回
折作用面に非球面レンズ的な効果を持たせることができ
るため、接眼レンズ７ｃにも少なくとも１面の回折作用
面を設けることが好ましい。すなわち観察光学系の場合
には、本実施形態のように対物レンズ、接眼レンズ双方
に少なくとも１面回折作用面を設けることがより望まし
い。
の双方に回折作用面を形成した場合を示したが、これに
限定されるものではなく、プリズム７ｂの表面等光学系
中の別の位置であっても同様の効果が得られる。ただ
し、結像面９における色収差低減効果があるため、対物
レンズ７ａのいずれかの場所には回折作用面を少なくと
も１面設けることが望ましい。更に、回折作用面を実施
形態１に示したような輪帯状の回折格子によって構成す
る場合、周期構造のピッチを適宜設定することにより回
折作用面に非球面レンズ的な効果を持たせることができ
るため、接眼レンズ７ｃにも少なくとも１面の回折作用
面を設けることが好ましい。すなわち観察光学系の場合
には、本実施形態のように対物レンズ、接眼レンズ双方
に少なくとも１面回折作用面を設けることがより望まし
い。
【００３５】対物レンズと接眼レンズの双方に回折作用
面を設ける構成は、本実施形態のような双眼鏡のみに限
定されるものではなく、地上望遠鏡や天体観測用望遠鏡
等でもよい。更にレンズシャッターカメラやビデオカメ
ラ等の光学式ファインダーであっても同様の効果が得ら
れる。
面を設ける構成は、本実施形態のような双眼鏡のみに限
定されるものではなく、地上望遠鏡や天体観測用望遠鏡
等でもよい。更にレンズシャッターカメラやビデオカメ
ラ等の光学式ファインダーであっても同様の効果が得ら
れる。
【００３６】また実施形態１と同様に回折作用面の構造
については、階段形状、キノフォーム形状、三角波形状
等いずれの形状であっても適宜設計することで同様の効
果が得られる。
については、階段形状、キノフォーム形状、三角波形状
等いずれの形状であっても適宜設計することで同様の効
果が得られる。
【００３７】（実施形態３）図１２は、マスターレンズ
の物体側に取り付けることで焦点距離を変えるアフォー
カルコンバータと呼ばれるアタッチメントレンズが取り
付けられた状態の写真レンズを模式的に示したものであ
る。図中１０はアタッチメントレンズ、１１はマスター
レンズである。１２は像面であり、アタッチメントレン
ズ１０が取り付けられていない状態でもマスターレンズ
１１によって物体像は像面１２に結像する。アタッチメ
ントレンズ１０とマスターレンズ１１は、回折作用面１
４ａ，１４ｂをそれぞれの光学系中に有している。
の物体側に取り付けることで焦点距離を変えるアフォー
カルコンバータと呼ばれるアタッチメントレンズが取り
付けられた状態の写真レンズを模式的に示したものであ
る。図中１０はアタッチメントレンズ、１１はマスター
レンズである。１２は像面であり、アタッチメントレン
ズ１０が取り付けられていない状態でもマスターレンズ
１１によって物体像は像面１２に結像する。アタッチメ
ントレンズ１０とマスターレンズ１１は、回折作用面１
４ａ，１４ｂをそれぞれの光学系中に有している。
【００３８】図１３（ａ）は、マスターレンズ１１内の
回折作用面１４ｂの回折効率を示したものである。回折
光学面１４ｂの設計波長は５３０ｎｍ、設計次数は１次
である。マスターレンズ１１は単体でも使用されること
から、主な使用波長帯域３８０ｎｍ〜７００ｎｍのうち
の中心からやや外れた波長を設計波長に設定している。
回折作用面１４ｂの回折効率を示したものである。回折
光学面１４ｂの設計波長は５３０ｎｍ、設計次数は１次
である。マスターレンズ１１は単体でも使用されること
から、主な使用波長帯域３８０ｎｍ〜７００ｎｍのうち
の中心からやや外れた波長を設計波長に設定している。
【００３９】図１３（ｂ）は、アタッチメントレンズ１
０内の回折作用面１４ａの回折効率を示したものであ
る。アタッチメントレンズは単体で使用されることはな
いが、マスターレンズ１１と組み合わせた時に光学性能
を良好に保つため、単体でも良好に収差補正されてい
る。本実施形態において、回折作用面１４ａの設計波長
は、回折作用面１４ｂとは異なった５００ｎｍとしてい
る。
０内の回折作用面１４ａの回折効率を示したものであ
る。アタッチメントレンズは単体で使用されることはな
いが、マスターレンズ１１と組み合わせた時に光学性能
を良好に保つため、単体でも良好に収差補正されてい
る。本実施形態において、回折作用面１４ａの設計波長
は、回折作用面１４ｂとは異なった５００ｎｍとしてい
る。
【００４０】図１４に回折作用面１４ａ，１４ｂ双方を
合わせた回折効率を示す。アッタチメントレンズ１０が
取り付けられた後も、使用波長帯域において比較的高い
回折効率を保っていることが分かる。
合わせた回折効率を示す。アッタチメントレンズ１０が
取り付けられた後も、使用波長帯域において比較的高い
回折効率を保っていることが分かる。
【００４１】このように回折作用面を有する光学系に、
回折作用面を有する別の光学系を付加して使用する場
合、使用波長帯域全域で高い回折効率を保つために、そ
れぞれの回折作用面の設計波長を変えるとよいことが分
かる。
回折作用面を有する別の光学系を付加して使用する場
合、使用波長帯域全域で高い回折効率を保つために、そ
れぞれの回折作用面の設計波長を変えるとよいことが分
かる。
【００４２】本実施形態では、マスターレンズの物体側
（前方）にアッタチメントレンズを取り付ける場合を示
したが、マスターレンズの像側（後方）に取り付けるリ
アコンバータレンズであっても同様の効果が得られる。
また本実施形態では、マスターのレンズ側の設計波長に
対して、アタッチメントレンズ側の設計波長が短い場合
を示したが、逆であってもよく、双方の設計波長が異な
っていれば同様の効果が期待できる。
（前方）にアッタチメントレンズを取り付ける場合を示
したが、マスターレンズの像側（後方）に取り付けるリ
アコンバータレンズであっても同様の効果が得られる。
また本実施形態では、マスターのレンズ側の設計波長に
対して、アタッチメントレンズ側の設計波長が短い場合
を示したが、逆であってもよく、双方の設計波長が異な
っていれば同様の効果が期待できる。
【００４３】また、実施形態１，２と同様に回折作用面
の構造については、階段形状、キノフォーム形状、三角
波形状等いずれの形状であっても適宜設計することで同
様の効果が得られる。
の構造については、階段形状、キノフォーム形状、三角
波形状等いずれの形状であっても適宜設計することで同
様の効果が得られる。
【００４４】本実施形態では写真レンズ用のアタッチメ
ントレンズを示したが、カムコーダ用や望遠鏡用のアタ
ッチメントレンズであっても、同様の効果が期待でき
る。
ントレンズを示したが、カムコーダ用や望遠鏡用のアタ
ッチメントレンズであっても、同様の効果が期待でき
る。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の回折作用面を有する光学系において、使用波長帯
域全域で平均的に高い回折効率を得ることができる。
複数の回折作用面を有する光学系において、使用波長帯
域全域で平均的に高い回折効率を得ることができる。
【図１】実施形態１のズームレンズの概略構成図であ
る。
る。
【図２】回折作用面の拡大断面図である。
【図３】回折作用面の模式的な正面図である。
【図４】回折作用面５ａ，５ｂそれぞれの回折効率を表
す図である。
す図である。
【図５】回折作用面５ａ，５ｂを合わせた回折効率を表
す図である。
す図である。
【図６】回折作用面の拡大断面図のその他の例である
（４段からなる階段形状）。
（４段からなる階段形状）。
【図７】回折作用面の拡大断面図のその他の例である
（キノフォーム形状）。
（キノフォーム形状）。
【図８】回折作用面の拡大断面図のその他の例である
（三角波形状）。
（三角波形状）。
【図９】実施形態２の観察光学系の概略構成図である。
【図１０】回折作用面８ａ，８ｂそれぞれの回折効率を
表す図である。
表す図である。
【図１１】回折作用面８ａ，８ｂを合わせた回折効率を
表す図である。
表す図である。
【図１２】実施形態３の写真用レンズの概略構成図であ
る。
る。
【図１３】回折作用面１４ｂ，１４ａそれぞれの回折効
率を表す図である。
率を表す図である。
【図１４】回折作用面１４ａ，１４ｂを合わせた回折効
率を表す図である。
率を表す図である。
【図１５】屈折光学系と回折光学系において発生する色
収差の違いを示した図である。
収差の違いを示した図である。
【図１６】回折作用面の回折効率の一例を表す図であ
る。
る。
【図１７】一般的な光学系の分光透過特性を表す図であ
る。
る。
【図１８】図１７に示した分光透過特性を有する光学系
に図１６に示した回折効率を有する回折作用面を付加し
た場合の設計次数での分光透過特性を表す図である。
に図１６に示した回折効率を有する回折作用面を付加し
た場合の設計次数での分光透過特性を表す図である。
【図１９】設計波長が同一の２枚の回折光学面を有する
光学系全体の回折効率を表す図である。
光学系全体の回折効率を表す図である。
１ 実施形態１のズームレンズ光学系 ２ 光軸 ３ 固体撮像素子 ４ 絞り ５ａ，５ｂ 回折作用面 ６ 光学フィルター ７ 実施形態２の観察光学系 ８ａ，８ｂ 回折作用面 ９ 結像面 １０ アタッチメントレンズ １１ マスターレンズ １２ 像面 １４ａ，１４ｂ 回折作用面
Claims (19)
- 【請求項１】 複数の回折作用面を有し、該複数の回折
作用面のうち、少なくとも２つの回折作用面は最も回折
効率の高くなる光の波長が異なることを特徴とする回折
作用面を有する光学系。 - 【請求項２】 最も回折効率の高くなる光の波長が、前
記複数の回折作用面の各々で異なることを特徴とする請
求項１記載の回折作用面を有する光学系。 - 【請求項３】 前記複数の回折作用面のうちの任意のｉ
番目の回折作用面にて最も回折効率の高くなる波長をλ
ｉとする時、 【外１】 λＬ：前記光学系が使用する光の波長帯域のうちの最短
波長 λＵ：前記光学系が使用する光の波長帯域のうちの最長
波長 なる条件を満足することを特徴とする請求項１、２記載
の回折作用面を有する光学系。 - 【請求項４】 前記回折作用面が、レンズ面上に形成さ
れていることを特徴とする請求項１乃至３記載の回折作
用面を有する光学系。 - 【請求項５】 前記回折作用面が、輪帯状の回折格子で
あることを特徴とする請求項１乃至４記載の回折作用面
を有する光学系。 - 【請求項６】 前記回折作用面の周期的構造が、階段状
であること特徴とする請求項５記載の回折作用面を有す
る光学系。 - 【請求項７】 前記回折作用面の周期的構造が、キノフ
ォーム形状であることを特徴とする請求項５記載の回折
作用面を有する光学系。 - 【請求項８】 前記回折作用面の周期的構造が、三角波
形状であることを特徴とする請求項５記載の回折作用面
を有する光学系。 - 【請求項９】 使用波長帯域が可視光領域であることを
特徴とする請求項１乃至８記載の回折作用面を有する光
学系。 - 【請求項１０】 使用波長帯域が可視光領域及び赤外光
領域であることを特徴とする請求項１乃至８記載の回折
作用面を有する光学系。 - 【請求項１１】 結像光学系であることを特徴とする請
求項１乃至１０記載の回折作用面を有する光学系。 - 【請求項１２】 観察光学系であることを特徴とする請
求項１乃至１０記載の回折作用面を有する光学系。 - 【請求項１３】 請求項１乃至１２記載の回折作用面を
有する光学系を用いた光学機器。 - 【請求項１４】 第１の回折作用面を有する結像光学系
に取り付けられるアタッチメントレンズであって、該ア
タッチメントレンズは第２の回折作用面を有し、該第２
の回折作用面の最も回折効率の高くなる光の波長は、前
記第１の回折作用面の最も回折効率の高くなる光の波長
と異なることを特徴とするアタッチメントレンズ。 - 【請求項１５】 前記第１及び／又は第２の回折作用面
が、レンズ面上に形成されていることを特徴とする請求
項１４記載のアタッチメントレンズ。 - 【請求項１６】 前記第１及び／又は第２回折作用面
が、輪帯状の回折格子であることを特徴とする請求項１
４、１５記載のアタッチメントレンズ。 - 【請求項１７】 前記第１及び／又は第２回折作用面の
周期的構造が、階段状であること特徴とする請求項１６
記載のアタッチメントレンズ。 - 【請求項１８】 前記第１及び／又は第２回折作用面の
周期的構造が、キノフォーム形状であることを特徴とす
る請求項１７記載のアタッチメントレンズ。 - 【請求項１９】 前記第１及び／又は第２回折作用面の
周期的構造が、三角波形状であることを特徴とする請求
項１７記載のアタッチメントレンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31951396A JPH10160916A (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 回折作用面を有する光学系及びそれを用いた光学機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31951396A JPH10160916A (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 回折作用面を有する光学系及びそれを用いた光学機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10160916A true JPH10160916A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=18111071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31951396A Withdrawn JPH10160916A (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 回折作用面を有する光学系及びそれを用いた光学機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10160916A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6657791B2 (en) | 2000-05-12 | 2003-12-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Zoom lens and optical apparatus having the same |
| JP2010092586A (ja) * | 2007-10-11 | 2010-04-22 | Konica Minolta Opto Inc | 光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置 |
-
1996
- 1996-11-29 JP JP31951396A patent/JPH10160916A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6657791B2 (en) | 2000-05-12 | 2003-12-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Zoom lens and optical apparatus having the same |
| JP2010092586A (ja) * | 2007-10-11 | 2010-04-22 | Konica Minolta Opto Inc | 光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040203 |