JPH10170820A - 回折光学素子を有した光学系 - Google Patents
回折光学素子を有した光学系Info
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- JPH10170820A JPH10170820A JP8333640A JP33364096A JPH10170820A JP H10170820 A JPH10170820 A JP H10170820A JP 8333640 A JP8333640 A JP 8333640A JP 33364096 A JP33364096 A JP 33364096A JP H10170820 A JPH10170820 A JP H10170820A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回折光学素子を有した光学系において、回折
効率の劣化を抑えること。 【解決手段】 曲率半径r1の球面上に回折光学面が形
成され、回折光学面の光軸上の点から瞳Pの中心までの
距離をt1とした時、 0.8≦r1/t1≦1.2 なる条件を満足するように回折光学面を形成する。
効率の劣化を抑えること。 【解決手段】 曲率半径r1の球面上に回折光学面が形
成され、回折光学面の光軸上の点から瞳Pの中心までの
距離をt1とした時、 0.8≦r1/t1≦1.2 なる条件を満足するように回折光学面を形成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、写真用レンズやリ
ソグラフィー用レンズなどの光学系全般に用いられる回
折光学素子を有した光学系に関するものである。
ソグラフィー用レンズなどの光学系全般に用いられる回
折光学素子を有した光学系に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、回折光学素子を有した光学系が発
表されるようになっている。例えば特開平6−3318
87号公報には回折光学素子を用いた光ディスク用レン
ズや写真用レンズが開示されている。この従来例では、
曲面上に回折光学素子が配置され、それによって色収差
や単色の諸収差を補正している。
表されるようになっている。例えば特開平6−3318
87号公報には回折光学素子を用いた光ディスク用レン
ズや写真用レンズが開示されている。この従来例では、
曲面上に回折光学素子が配置され、それによって色収差
や単色の諸収差を補正している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の構成では、画角が大きくなると回折光学素子に入
射する光線の入射角の範囲が広がるため、軸外において
回折効率が低下して光強度が低下するとともに、フレア
ーが発生して画質を劣化させる原因となっていた。
来例の構成では、画角が大きくなると回折光学素子に入
射する光線の入射角の範囲が広がるため、軸外において
回折効率が低下して光強度が低下するとともに、フレア
ーが発生して画質を劣化させる原因となっていた。
【0004】上記のような課題を解決するため、本発明
は、軸外においても回折効率の低下が少なく、良好な画
像が得られる回折光学素子を有した光学系を提供するこ
とを目的とする。
は、軸外においても回折効率の低下が少なく、良好な画
像が得られる回折光学素子を有した光学系を提供するこ
とを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の回折光学素子を有した光学系は、曲率半径
rの球面上に回折光学面が形成され、回折光学面の光軸
上の点から瞳中心までの距離をtとした時、 0.8≦r/t≦1.2 なる条件を満足することを特徴とする。
め、本発明の回折光学素子を有した光学系は、曲率半径
rの球面上に回折光学面が形成され、回折光学面の光軸
上の点から瞳中心までの距離をtとした時、 0.8≦r/t≦1.2 なる条件を満足することを特徴とする。
【0006】この時、回折光学面が形成された球面の曲
率中心は、ほぼ瞳中心と一致することが好ましい。
率中心は、ほぼ瞳中心と一致することが好ましい。
【0007】また、回折光学面は光軸を中心とする複数
の輪帯面を有し、各輪帯面の境界面が、球面に対して垂
直であることが好ましい。更に、回折光学面は、階段状
の断面を持つバイナリー光学面であることが好ましい。
の輪帯面を有し、各輪帯面の境界面が、球面に対して垂
直であることが好ましい。更に、回折光学面は、階段状
の断面を持つバイナリー光学面であることが好ましい。
【0008】また、回折光学面の位相分布が、 ΔL(R)=C1R2+C2R4+C3R6+C4R8 R:径方向の距離 C1〜C4:定数 で表せる時、 C1<0 なる条件を満足することが好ましい。
【0009】そして、C2,C3,C4の符号が同一であ
ることも好ましい。
ることも好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の光学系を写真用単
レンズに適用した場合について説明する。
レンズに適用した場合について説明する。
【0011】(実施例1)図1は、第1の実施例の光学
系を示す図である。
系を示す図である。
【0012】本実施例の光学系は絞りPと単レンズLか
らなっており、単レンズLの第1面が回折光学面であ
る。Iは像面である。単レンズLの第1面は、絞りPの
中心に対してコンセントリックになっている。即ち、単
レンズLの第1面から測った絞りPまでの距離をt1、
単レンズLの第1面の曲率半径をr1とすると、r1/
t1=1.0である。本実施例では、単レンズLの形状
はメニスカス凹レンズであるが、回折光学面が強い正の
パワーであるため、全体としての正のパワーを持ってい
る。屈折系(凹レンズ)のみの焦点距離は−152mm
であるが、回折光学面を含めた全系の焦点距離は38m
mである。
らなっており、単レンズLの第1面が回折光学面であ
る。Iは像面である。単レンズLの第1面は、絞りPの
中心に対してコンセントリックになっている。即ち、単
レンズLの第1面から測った絞りPまでの距離をt1、
単レンズLの第1面の曲率半径をr1とすると、r1/
t1=1.0である。本実施例では、単レンズLの形状
はメニスカス凹レンズであるが、回折光学面が強い正の
パワーであるため、全体としての正のパワーを持ってい
る。屈折系(凹レンズ)のみの焦点距離は−152mm
であるが、回折光学面を含めた全系の焦点距離は38m
mである。
【0013】本実施例の回折光学面は、図2に示したよ
うな断面形状を持つバイナリーオプティクス(BO)と
呼ばれる輪帯状の回折格子によって構成されている。図
2は第1面の微小領域の拡大図であるため、平面上にB
O面が形成されているようにみえるが実際は球面上であ
り、各格子の境界面は球面に対して垂直になっている。
また、格子ピッチは光軸上(中心)から周辺に行くにし
たがって小さくなり、周辺部では約1.3μmである。
うな断面形状を持つバイナリーオプティクス(BO)と
呼ばれる輪帯状の回折格子によって構成されている。図
2は第1面の微小領域の拡大図であるため、平面上にB
O面が形成されているようにみえるが実際は球面上であ
り、各格子の境界面は球面に対して垂直になっている。
また、格子ピッチは光軸上(中心)から周辺に行くにし
たがって小さくなり、周辺部では約1.3μmである。
【0014】このように本発明の光学系では、回折光学
面に対してほぼ垂直な方向から主光線が入射するので回
折効率が悪化せず、又フレアーの少ない良好な像が得ら
れる。
面に対してほぼ垂直な方向から主光線が入射するので回
折効率が悪化せず、又フレアーの少ない良好な像が得ら
れる。
【0015】実施例1の具体的な数値データを表1に示
す。
す。
【0016】
【表1】
【0017】図3は本実施例の光学系のd線における縦
収差を示す図であり、それぞれ球面収差、像面湾曲
(S:サジタル、M:メリディオナル)、歪曲を示して
いる。
収差を示す図であり、それぞれ球面収差、像面湾曲
(S:サジタル、M:メリディオナル)、歪曲を示して
いる。
【0018】本実施例の光学系の収差補正が良好になさ
れていることを示すために、仕様の同じ球面単レンズ
(回折光学面を持たないもの)との性能と比較する。表
2にこのレンズの数値データを、図4に光路図を、図5
に収差図を示す。
れていることを示すために、仕様の同じ球面単レンズ
(回折光学面を持たないもの)との性能と比較する。表
2にこのレンズの数値データを、図4に光路図を、図5
に収差図を示す。
【0019】
【表2】
【0020】図3と図5とを比較することにより、本実
施例の光学系で収差補正が良好になされていることが分
かる。特に、回折光学面の作用によって球面収差及び像
面湾曲が良好に補正されている。
施例の光学系で収差補正が良好になされていることが分
かる。特に、回折光学面の作用によって球面収差及び像
面湾曲が良好に補正されている。
【0021】(実施例2)図6は、第2の実施例の光学
系を示す図である。
系を示す図である。
【0022】本実施例の光学系も絞りPと単レンズLか
らなっており、やはり単レンズLの第1面が回折光学面
である。単レンズLの第1面は、絞りPの中心に対して
コンセントリックになっている。即ち、単レンズLの第
1面から測った絞りPまでの距離をt1、単レンズLの
第1面の曲率半径をr1とすると、r1/t1=1.0
である。本実施例では、単レンズLの形状はメニスカス
凹レンズであり、回折光学面も正のパワーであるため、
全体としての正のパワーを持っている。屈折系(凹レン
ズ)のみの焦点距離は+152mmであるが、回折光学
面を含めた全系の焦点距離は38mmである。
らなっており、やはり単レンズLの第1面が回折光学面
である。単レンズLの第1面は、絞りPの中心に対して
コンセントリックになっている。即ち、単レンズLの第
1面から測った絞りPまでの距離をt1、単レンズLの
第1面の曲率半径をr1とすると、r1/t1=1.0
である。本実施例では、単レンズLの形状はメニスカス
凹レンズであり、回折光学面も正のパワーであるため、
全体としての正のパワーを持っている。屈折系(凹レン
ズ)のみの焦点距離は+152mmであるが、回折光学
面を含めた全系の焦点距離は38mmである。
【0023】本実施例の回折光学面も、実施例1と同様
にBOで構成されており、やはり各格子の境界面が球面
に対して垂直である。このため、実施例1と同様に回折
効率が悪化せず、フレアーの少ない像が得られるという
効果がある。
にBOで構成されており、やはり各格子の境界面が球面
に対して垂直である。このため、実施例1と同様に回折
効率が悪化せず、フレアーの少ない像が得られるという
効果がある。
【0024】
【表3】
【0025】また、図7は実施例2のd線における縦収
差を示す図であり、それぞれ球面収差、像面湾曲(S:
サジタル、M:メリディオナル)、歪曲を示している。
差を示す図であり、それぞれ球面収差、像面湾曲(S:
サジタル、M:メリディオナル)、歪曲を示している。
【0026】図7と図5(従来型レンズの収差)とを比
較することにより、本実施例の光学系では収差補正が良
好になされていることが分かる。特に、回折光学面の作
用によって球面収差及び像面湾曲が良好に補正されてい
る。
較することにより、本実施例の光学系では収差補正が良
好になされていることが分かる。特に、回折光学面の作
用によって球面収差及び像面湾曲が良好に補正されてい
る。
【0027】更に、本実施例の回折光学面の格子ピッチ
も中心から周辺にいくにしたがって小さくなるが、屈折
系が正のパワーを持つため周辺部のピッチは実施例1よ
りも若干大きくなり約2.6μmである。このため、実
施例1の回折光学面に比べて比較的作り易いという利点
がある。
も中心から周辺にいくにしたがって小さくなるが、屈折
系が正のパワーを持つため周辺部のピッチは実施例1よ
りも若干大きくなり約2.6μmである。このため、実
施例1の回折光学面に比べて比較的作り易いという利点
がある。
【0028】(実施例3)図8は、第3の実施例の光学
系を示す図である。
系を示す図である。
【0029】本実施例の光学系も絞りPと単レンズLか
らなっており、やはり単レンズLの第1面が回折光学面
である。単レンズLの第1面は、絞りPの中心に対して
ほぼコンセントリックになっている。単レンズLの第1
面から測った絞りPまでの距離をt1、単レンズLの第
1面の曲率半径をr1とすると、本実施例ではr1/t
1=0.8である。回折光学面は、実施例1,2と同様
にB0で構成されており、格子ピッチの最小値は、約
3.3μmである。
らなっており、やはり単レンズLの第1面が回折光学面
である。単レンズLの第1面は、絞りPの中心に対して
ほぼコンセントリックになっている。単レンズLの第1
面から測った絞りPまでの距離をt1、単レンズLの第
1面の曲率半径をr1とすると、本実施例ではr1/t
1=0.8である。回折光学面は、実施例1,2と同様
にB0で構成されており、格子ピッチの最小値は、約
3.3μmである。
【0030】実施例3の具体的な数値を表4に示す。
【0031】
【表4】
【0032】また、図9は実施例3のd線における縦収
差を示す図であり、それぞれ球面収差、像面湾曲(S:
サジタル、M:メリディオナル)、歪曲を示している。
差を示す図であり、それぞれ球面収差、像面湾曲(S:
サジタル、M:メリディオナル)、歪曲を示している。
【0033】本実施例では、画面周辺部でメリディオナ
ル像面湾曲が若干大きいが、それ以外の収差は回折光学
素子を用いた自由度によって良好に補正されている。r
1/t1の値は0.8であるが、この値をこれ以上下回
ると、像面湾曲が更に悪化し、また、回折効率が落ちフ
レアーが大きくなるので良くない。
ル像面湾曲が若干大きいが、それ以外の収差は回折光学
素子を用いた自由度によって良好に補正されている。r
1/t1の値は0.8であるが、この値をこれ以上下回
ると、像面湾曲が更に悪化し、また、回折効率が落ちフ
レアーが大きくなるので良くない。
【0034】(実施例4)図10は、第4の実施例の光
学系を示す図である。
学系を示す図である。
【0035】本実施例の光学系も絞りPと単レンズLか
らなっており、やはり単レンズLの第1面が回折光学面
である。単レンズLの第1面は、絞りPの中心に対して
ほぼコンセントリックになっている。単レンズLの第1
面から測った絞りPまでの距離をt1、単レンズLの第
1面の曲率半径をr1とすると、本実施例ではr1/t
1=1.2である。回折光学面は、BOで構成されてお
り、格子ピッチの最小値は約2.4μmである。
らなっており、やはり単レンズLの第1面が回折光学面
である。単レンズLの第1面は、絞りPの中心に対して
ほぼコンセントリックになっている。単レンズLの第1
面から測った絞りPまでの距離をt1、単レンズLの第
1面の曲率半径をr1とすると、本実施例ではr1/t
1=1.2である。回折光学面は、BOで構成されてお
り、格子ピッチの最小値は約2.4μmである。
【0036】実施例4の具体的な数値を表5に示す。
【0037】
【表5】
【0038】また、図11は実施例4のd線における縦
収差を示す図であり、それぞれ球面収差、像面湾曲
(S:サジタル、M:メリディオナル)、歪曲を示して
いる。
収差を示す図であり、それぞれ球面収差、像面湾曲
(S:サジタル、M:メリディオナル)、歪曲を示して
いる。
【0039】本実施例では、諸収差とも回折光学素子を
用いた自由度によって良好に補正されている。r1/t
1の値は1.2であるが、この値をこれ以上上回ると、
歪曲が大きくなり、また、回折効率が落ちフレアーが大
きくなるので良くない。
用いた自由度によって良好に補正されている。r1/t
1の値は1.2であるが、この値をこれ以上上回ると、
歪曲が大きくなり、また、回折効率が落ちフレアーが大
きくなるので良くない。
【0040】(実施例5)実施例1〜4では単レンズL
の第1面、即ち絞りP直後の面を絞り中心に対してほぼ
コンセントリックにして、その面に回折光学面を設定し
た例のみを述べたが、絞りPより後の他の面に設定して
も構わない。例えば単レンズLの第2面に回折光学面を
設定した例を図12に示す。
の第1面、即ち絞りP直後の面を絞り中心に対してほぼ
コンセントリックにして、その面に回折光学面を設定し
た例のみを述べたが、絞りPより後の他の面に設定して
も構わない。例えば単レンズLの第2面に回折光学面を
設定した例を図12に示す。
【0041】同図では近軸の主光線の結像状態が示され
ている。第2面に対しては、実際の絞りPは第1面で屈
折されてP′の位置に光学的に存在する。したがって、
このP′が第2面に対する瞳となるので、第2面を瞳
P′の中心に対してコンセントリックになるようにすれ
ば、上記各実施例と同様の原理で第2面上に回折光学面
を設けることができる。この場合、単レンズLの第2面
の曲率半径をr2、第2面頂点から測った第2面に対す
る瞳の位置(P′までの距離)をt2とすると、r2/
t2=1となるが、実用上この値が0.8〜1.2の範
囲にあれば、回折効率の劣化は少ない。
ている。第2面に対しては、実際の絞りPは第1面で屈
折されてP′の位置に光学的に存在する。したがって、
このP′が第2面に対する瞳となるので、第2面を瞳
P′の中心に対してコンセントリックになるようにすれ
ば、上記各実施例と同様の原理で第2面上に回折光学面
を設けることができる。この場合、単レンズLの第2面
の曲率半径をr2、第2面頂点から測った第2面に対す
る瞳の位置(P′までの距離)をt2とすると、r2/
t2=1となるが、実用上この値が0.8〜1.2の範
囲にあれば、回折効率の劣化は少ない。
【0042】光学系が複数枚のレンズによって構成され
る場合、同様の考え方でいかなる面においても、本発明
を適用することができる。
る場合、同様の考え方でいかなる面においても、本発明
を適用することができる。
【0043】また、以上の実施例は簡単の為、写真用単
レンズを例に説明したが、図13に示したようなカメラ
の光学系、あるいは図14に示したような半導体等の露
光装置の光学系など光学系一般に本発明を適用すること
ができる。
レンズを例に説明したが、図13に示したようなカメラ
の光学系、あるいは図14に示したような半導体等の露
光装置の光学系など光学系一般に本発明を適用すること
ができる。
【0044】ところで、上述してきた各実施例におい
て、回折光学面の光路差(位相)分布を表す式の係数C
1は全て負の値になっており、これは回折光学面のパワ
ーが正であることを意味している。すなわち、係数C1
を負の値に設定することにより、回折光学面が正のパワ
ーの一部を負担することになり、レンズの曲率半径を小
さくすることなく、光学系全体として大きな正のパワー
を持たせることができる。これによって、諸収差の発生
を良好に抑えることが可能になる。逆にC1を正の値と
することにより、回折光学面に負のパワーを持たせるこ
ともできるが、結像光学系の場合、全体として正のパワ
ーが必要である為、上述してきた実施例のようにC1<
0とすることが好ましい。
て、回折光学面の光路差(位相)分布を表す式の係数C
1は全て負の値になっており、これは回折光学面のパワ
ーが正であることを意味している。すなわち、係数C1
を負の値に設定することにより、回折光学面が正のパワ
ーの一部を負担することになり、レンズの曲率半径を小
さくすることなく、光学系全体として大きな正のパワー
を持たせることができる。これによって、諸収差の発生
を良好に抑えることが可能になる。逆にC1を正の値と
することにより、回折光学面に負のパワーを持たせるこ
ともできるが、結像光学系の場合、全体として正のパワ
ーが必要である為、上述してきた実施例のようにC1<
0とすることが好ましい。
【0045】更に、係数C2〜C4の符号は同一であるこ
とが好ましい。係数C2,C3,C4によって、それぞれ
3次、5次、7次の光線収差がコントロールできるが、
実施例1〜5に示したような単レンズによって光学系が
構成される場合、同じ方向に高次の収差が発生する。つ
まり、単レンズによって光学系が構成されている場合、
係数C2〜C4を同符号にすることによって、高次の収差
を良好に補正することができる。なお、実施例1のC2
〜C4だけが負であるのは、実施例1のみ凹レンズ(屈
折系のみのパワーが負)であるからである。
とが好ましい。係数C2,C3,C4によって、それぞれ
3次、5次、7次の光線収差がコントロールできるが、
実施例1〜5に示したような単レンズによって光学系が
構成される場合、同じ方向に高次の収差が発生する。つ
まり、単レンズによって光学系が構成されている場合、
係数C2〜C4を同符号にすることによって、高次の収差
を良好に補正することができる。なお、実施例1のC2
〜C4だけが負であるのは、実施例1のみ凹レンズ(屈
折系のみのパワーが負)であるからである。
【0046】表6に各実施例の係数C1〜C4の符号、屈
折系のみのパワー、回折光学面のパワーを示す。
折系のみのパワー、回折光学面のパワーを示す。
【0047】
【表6】
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の回折光学
素子を有した光学系によれば、回折効率の劣化が少な
く、良好な画像を得ることができる。
素子を有した光学系によれば、回折効率の劣化が少な
く、良好な画像を得ることができる。
【図1】実施例1の光学系を示す図である。
【図2】第1面の拡大断面図である。
【図3】実施例1の光学系の収差図である。
【図4】屈折系のみによって構成された光学系を示す図
である。
である。
【図5】図4の光学系の収差図である。
【図6】実施例2の光学系を示す図である。
【図7】実施例2の光学系の収差図である。
【図8】実施例3の光学系を示す図である。
【図9】実施例3の光学系の収差図である。
【図10】実施例4の光学系を示す図である。
【図11】実施例4の光学系の収差図である。
【図12】実施例5の光学系を示す図である。
【図13】カメラの光学系を表す図である。
【図14】露光装置の光学系を表す図である。
I 像面 L 単レンズ P 絞り P′ 単レンズLの第1面による絞りPの像(第2面に
対する瞳) d1 単レンズLの肉厚 r1 第1面の曲率半径 r2 第2面の曲率半径 t1 第1面の光軸上の点から瞳中心までの距離 t2 第2面の光軸上の点から瞳中心までの距離
対する瞳) d1 単レンズLの肉厚 r1 第1面の曲率半径 r2 第2面の曲率半径 t1 第1面の光軸上の点から瞳中心までの距離 t2 第2面の光軸上の点から瞳中心までの距離
Claims (7)
- 【請求項1】 曲率半径rの球面上に回折光学面が形成
され、前記回折光学面の光軸上の点から瞳中心までの距
離をtとした時、 0.8≦r/t≦1.2 なる条件を満足することを特徴とする回折光学素子を有
した光学系。 - 【請求項2】 前記回折光学面が形成された球面の曲率
中心が、ほぼ瞳中心と一致することを特徴とする請求項
1記載の回折光学素子を有した光学系。 - 【請求項3】 前記回折光学面は光軸を中心とする複数
の輪帯面を有し、各輪帯面の境界面は、前記球面に対し
て垂直であることを特徴とする請求項1、2記載の回折
光学素子を有した光学系。 - 【請求項4】 前記回折光学面の位相分布が、 ΔL(R)=C1R2+C2R4+C3R6+C4R8 R:径方向の距離 C1〜C4:定数 で表せる時、 C1<0 なる条件を満足することを特徴とする請求項3記載の回
折光学素子を有した光学系。 - 【請求項5】 前記回折光学面の位相分布が、 ΔL(R)=C1R2+C2R4+C3R6+C4R8 R:径方向の距離 C1〜C4:定数 で表せる時、C2,C3,C4の符号が同一であることを
特徴とする請求項3、4記載の回折光学素子を有した光
学系。 - 【請求項6】 前記回折光学面は、階段状の断面を持つ
バイナリー光学面であることを特徴とする請求項1乃至
5記載の回折光学素子を有した光学系。 - 【請求項7】 請求項1乃至6記載の光学系を有した光
学機器。
Priority Applications (2)
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| JP8333640A JPH10170820A (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | 回折光学素子を有した光学系 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8333640A JPH10170820A (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | 回折光学素子を有した光学系 |
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Family Applications (1)
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