JPH10186231A - How to design a diffractive lens - Google Patents
How to design a diffractive lensInfo
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- JPH10186231A JPH10186231A JP30785897A JP30785897A JPH10186231A JP H10186231 A JPH10186231 A JP H10186231A JP 30785897 A JP30785897 A JP 30785897A JP 30785897 A JP30785897 A JP 30785897A JP H10186231 A JPH10186231 A JP H10186231A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光軸に平行な光束以外の光線を考慮した回折
屈折ハイブリッドレンズの微細形状の設計法は、これま
で知られていなかった。
【解決手段成】 屈折レンズのレンズ面上に形成される
回折レンズの設計方法において、 前記回折レンズの作
用を光軸からの高さを変数として多項式で光路差関数と
して表すステップと、該光路差関数に基づいて段差とな
る輪帯の切り換え点を決定するステップと、前記回折レ
ンズの巨視的な形状から輪帯毎の光線の入射角度を求め
るステップと、輪帯毎に光路差の単位波長分に相当する
光軸方向のシフトを前記入射角度に基づいて求めるステ
ップと、前記光路差関数に基づいて各輪帯で与えるべき
光路差を求めるステップと、前記光軸方向のシフトと前
記光路差とに基づいて前記各輪帯毎の微視的形状を決定
するステップを備える。 (57) [Problem] A method of designing a fine shape of a diffractive refraction hybrid lens in consideration of light rays other than a light beam parallel to an optical axis has not been known so far. In a method of designing a diffractive lens formed on a lens surface of a refractive lens, a step of expressing an action of the diffractive lens as a function of an optical path difference in a polynomial with a height from an optical axis as a variable; Determining the switching point of the annular zone to be a step based on the function; obtaining the incident angle of the light beam for each annular zone from the macroscopic shape of the diffraction lens; Obtaining the shift in the optical axis direction corresponding to the incident angle, obtaining the optical path difference to be given in each annular zone based on the optical path difference function, and shifting the optical axis direction and the optical path difference. Determining a microscopic shape for each of the annular zones based on
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、屈折レンズのレ
ンズ面上に回折レンズを形成する場合に適した回折レン
ズの設計方法に関し、より詳しくは、一般的な光軸に斜
めに入射する光束がある場合の回折屈折ハイブリッドレ
ンズの設計方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of designing a diffractive lens suitable for forming a diffractive lens on a lens surface of a refracting lens, and more particularly, to a method for designing a diffractive lens which obliquely enters a general optical axis. The present invention relates to a method for designing a diffractive refraction hybrid lens in a certain case.
【0002】[0002]
【従来の技術】単レンズで色収差を補正するために、屈
折レンズの曲面であるレンズ面上に回折レンズ作用を持
つ輪帯構造を形成したレンズが従来から知られている。
例えば、特開平6−242373号公報には屈折レンズ
の表面に回折レンズ構造を形成した光ディスク装置用の
対物レンズが開示されている。2. Description of the Related Art In order to correct chromatic aberration with a single lens, there has been conventionally known a lens in which a ring structure having a diffractive lens function is formed on a lens surface which is a curved surface of a refractive lens.
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-242373 discloses an objective lens for an optical disk device in which a diffractive lens structure is formed on the surface of a refractive lens.
【0003】また、特開平8−171052号公報に
は、スウェットモデルを利用した高屈折率法により回折
レンズを非常に高い屈折率を持つ薄膜として設計し、こ
れに基づいて輪帯の段差を設ける位置、段差の量を決定
すると共に、段差間の輪帯表面のサグ量をベースになる
屈折レンズのサグ量と回折レンズ構造のサグ量の和とし
て求める設計方法が開示されている。In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-171052, a diffractive lens is designed as a thin film having a very high refractive index by a high refractive index method using a sweat model, and a step of an annular zone is provided based on the thin film. A design method is disclosed in which the position and the amount of the step are determined, and the sag amount of the annular zone surface between the steps is obtained as the sum of the sag amount of the base refractive lens and the sag amount of the diffractive lens structure.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】これら以外にも、回折
レンズを利用したレンズ設計の従来例はいくつか知られ
ているが、微細形状の決定法や数値データを示している
ものは、上記2公報の様に光ディスク用として設計され
ているもの以外には知られていない。特開平6−242
373号公報に記載の対物レンズは、各輪帯毎に非球面
係数を決めているため計算が煩雑になる。また、特開平
8−171052号公報に開示されている計算では、輪
帯内での回折レンズ構造のサグ量の変化を s(z)-(r
(z)2−H2)1/2という、球面を表す形式の表現を用いて
定義しているため、回折レンズのパワーが0に近い部
分、即ち曲率半径rが非常に大きくなる部分が存在する
ときに誤差が大きくなることと、2次関数による表現で
あることから、得られる性能にも限界があり、特開平6
−242373号公報に開示される方法により得られる
回折レンズ構造と比較すると発生する収差の量が大きい
という問題がある。In addition to the above, there are known several conventional examples of lens design using a diffractive lens. Nothing is known other than those designed for optical disks as in the publication. JP-A-6-242
In the objective lens described in Japanese Patent No. 373, calculation is complicated because an aspheric coefficient is determined for each orbicular zone. Further, in the calculation disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-171052, the change in the sag amount of the diffractive lens structure in the annular zone is expressed as s (z)-(r
(z) 2 -H 2 ) 1/2 , which is defined using a form representing a spherical surface, there is a portion where the power of the diffractive lens is close to 0, that is, a portion where the radius of curvature r is very large. However, the performance is limited because the error is large when performing the calculation and the expression is a quadratic function.
There is a problem that the amount of generated aberration is large as compared with the diffractive lens structure obtained by the method disclosed in JP-A-242373.
【0005】この発明は、上述した従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、各輪帯毎に非球面係数を決定
する(特開平6−242373号公報に開示)ほど煩雑
ではなく、特開平8−171052号公報に開示される
方法によるよりは表現上の誤差による収差の発生を抑え
ることができ、さらに平行光束以外の入射光にも対応
し、一般的な、画角のあるレンズでも回折効率を最大に
する微細形状を決定することができる回折レンズの設計
方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is not as complicated as determining an aspherical coefficient for each annular zone (disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-242373). It is possible to suppress the occurrence of aberration due to errors in expression as compared with the method disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 8-171052, and to cope with incident light other than a parallel light flux. It is an object of the present invention to provide a method of designing a diffraction lens capable of determining a fine shape that maximizes diffraction efficiency.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明にかかる回折レ
ンズの設計方法は、レンズ面上の点の前記回折レンズの
作用を通過光線に対する光路長付加量として表すステッ
プと、前記回折レンズの巨視的な形状から面の傾きを求
めるステップと、予定される前記レンズ面上の点に入射
する光線束の平均的入射角度の余弦を求めるステップ
と、前記平均的入射角度の余弦より単位波長分に相当す
る光軸方向の面のシフト量を求めるステップと、前記光
路長付加量に基づいて、前記点の光軸方向シフトにより
与えるべき実光路差量を求めるステップと、前記単位波
長分に相当する光軸方向のシフト量と前記光路差とに基
づいて前記レンズ面上の点における光軸方向シフト量を
決定するステップと、を備えることを特徴としている。A method of designing a diffractive lens according to the present invention comprises the steps of expressing the action of a point on a lens surface of the diffractive lens as an added amount of an optical path length to a passing light beam; Calculating the inclination of the surface from the optimal shape, obtaining the cosine of the average incident angle of the light beam incident on a point on the lens surface to be planned, and corresponding to the unit wavelength from the cosine of the average incident angle. Determining the amount of shift of the surface in the optical axis direction to be performed; determining the actual optical path difference amount to be given by the optical axis direction shift of the point based on the added amount of optical path length; and light corresponding to the unit wavelength. Determining a shift amount in the optical axis direction at a point on the lens surface based on the shift amount in the axial direction and the optical path difference.
【0007】別の観点からは、本発明に係る屈折レンズ
のレンズ面上に形成される回折レンズの設計方法は、前
記回折レンズの作用を光軸からの高さを変数として多項
式の光路差関数として表すステップと、該光路差関数に
基づいて段差となる輪帯の切り換え点を決定するステッ
プと、前記回折レンズの巨視的な形状から輪帯毎の光線
の入射角度を求めるステップと、輪帯毎に光路差の単位
波長分に相当する光軸方向のシフトを前記入射角度に基
づいて求めるステップと、前記光路差関数に基づいて各
輪帯で与えるべき光路差を求めるステップと、前記光軸
方向のシフトと前記光路差とに基づいて前記各輪帯毎の
微視的形状を決定するステップと、を備えることを特徴
としている。From another viewpoint, a method of designing a diffractive lens formed on a lens surface of a refractive lens according to the present invention is characterized in that the function of the diffractive lens is a polynomial optical path difference function using a height from an optical axis as a variable. And the step of determining the switching point of the annular zone that becomes a step based on the optical path difference function; the step of determining the angle of incidence of light rays for each annular zone from the macroscopic shape of the diffractive lens; Obtaining a shift in the optical axis direction corresponding to the unit wavelength of the optical path difference for each unit based on the incident angle; obtaining an optical path difference to be given in each annular zone based on the optical path difference function; Determining a microscopic shape for each of the annular zones based on a direction shift and the optical path difference.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる回折レン
ズの設計方法の実施形態を説明する。まず、対象となる
回折レンズが形成された屈折回折ハイブリッドレンズの
構成を説明する。上述のように、本発明は、画角のある
レンズ(即ち、光軸に対して斜めに入射する光線がある
場合)に対しても適用可能であるが、まず入射光線が光
軸に対して平行と考えることのできる光ディスク装置用
の対物レンズについて説明し、次に、一般的な、例えば
CCD等の受光デバイス上に像を形成するための集光レ
ンズについて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a diffraction lens designing method according to the present invention will be described below. First, the configuration of a refraction-diffraction hybrid lens on which a target diffraction lens is formed will be described. As described above, the present invention can be applied to a lens having an angle of view (that is, a case where there is a ray obliquely incident on the optical axis). A description will be given of an objective lens for an optical disk device that can be considered to be parallel, and then a general condensing lens for forming an image on a light receiving device such as a CCD.
【0009】図1は、本発明が適用される回折レンズ1
0を示す図である。レンズ10は、例えば、CCD等の
受光デバイス上に像を形成するための集光レンズ、ある
いは光ディスク装置のピックアップ用対物レンズとして
用いられる正レンズである。図1(A)はレンズ10の正
面図、(B)はレンズ10の巨視的形状を示す側面図、
(C)はレンズ10の微視的形状を示すための一部拡大側
面図である。FIG. 1 shows a diffraction lens 1 to which the present invention is applied.
FIG. The lens 10 is, for example, a condenser lens for forming an image on a light receiving device such as a CCD, or a positive lens used as a pickup objective lens of an optical disk device. 1A is a front view of the lens 10, FIG. 1B is a side view showing a macroscopic shape of the lens 10,
FIG. 2C is a partially enlarged side view showing a microscopic shape of the lens 10.
【0010】レンズ10は、巨視的に見て共に中心から
周辺に向けて曲率半径が大きくなる非球面である2つの
レンズ面11,12を有する両凸の単レンズである。レ
ンズ10の一方のレンズ面11には、図1(A)に示した
ように、光軸を中心とする多数の同心円状の輪帯を備え
る回折レンズが形成されている。回折レンズは、フレネ
ルレンズのように各輪帯の境界に光軸方向の段差を持
つ。この段差の高さは、利用する回折光の次数と波長と
に応じて決定される。なお、回折レンズは曲面上に設定
することができるので、本実施の形態においては、回折
レンズを形成するためにレンズの一方の面を平面にする
ことはしない。図1に示す例では平行光束の入射側の面
に回折レンズを設けている。The lens 10 is a single biconvex lens having two aspherical lens surfaces 11, 12 whose radius of curvature increases from the center toward the periphery when viewed macroscopically. On one lens surface 11 of the lens 10, as shown in FIG. 1A, a diffraction lens having a large number of concentric annular zones centered on the optical axis is formed. The diffractive lens has a step in the optical axis direction at the boundary of each annular zone like a Fresnel lens. The height of the step is determined according to the order and wavelength of the diffracted light to be used. Note that, since the diffractive lens can be set on a curved surface, in this embodiment, one surface of the lens is not made flat in order to form the diffractive lens. In the example shown in FIG. 1, a diffraction lens is provided on the surface on the incident side of the parallel light beam.
【0011】次に、上記のような回折レンズの設計方法
について説明する。実施形態の方法は、フレネルタイプ
の回折レンズを曲面である屈折レンズのレンズ面に付加
する際の設計方法であり、より詳細には、位相関数法に
よって得られた巨視的形状と光路差関数、またはスウェ
ットモデルで得られた高屈折率薄膜層の巨視的形状と、
回折構造を作る媒質の屈折率とから具体的な加工形状を
得る方法である。Next, a method of designing a diffraction lens as described above will be described. The method of the embodiment is a design method when a Fresnel type diffractive lens is added to the lens surface of a refractive lens that is a curved surface, and more specifically, a macroscopic shape and an optical path difference function obtained by a phase function method, Or the macroscopic shape of the high refractive index thin film layer obtained by the sweat model,
This is a method of obtaining a specific processed shape from the refractive index of the medium that forms the diffraction structure.
【0012】前述のように、回折と屈折とが混在したレ
ンズの設計法として、巨視的な形状と回折レンズのパワ
ーとを分離して設計する方法として種々の方法が知られ
ており、その代表的なものとして、スウェットモデルを
利用する高屈折率法や位相関数法が知られている。スウ
ェットモデルを利用した高屈折率法は、回折レンズの屈
折力をその巨視的形状を示す薄い膜状の屈折レンズに置
換して計算するモデルである。この方法は、ウルトラハ
イインデックス法とも呼ばれ、回折パワーを屈折パワー
に置き換えるため、非常に高い屈折率を薄膜に与える。
スウェットモデルを用いることにより、既存のレンズ設
計プログラムで回折レンズを扱うことができるようにな
る。本設計法でスウェットモデルを用いて設計する場
合、最終的形状を求める手順の途中で光路差関数を得る
ステップがある。一方、位相関数法で設計する場合には
巨視的形状と光路差関数が、通常の収差補正のための設
計の終了時に得られる。以下の説明では、スウェットモ
デルを用いて設計する場合を例に設計手順を示す。As described above, as a method of designing a lens in which diffraction and refraction are mixed, various methods are known as a method of designing by separating a macroscopic shape and the power of a diffraction lens. As a typical method, a high refractive index method and a phase function method using a sweat model are known. The high refractive index method using a sweat model is a model in which the refractive power of a diffractive lens is calculated by replacing it with a thin film-like refractive lens having a macroscopic shape. This method, which is also called an ultra-high index method, gives a very high refractive index to the thin film because the diffraction power is replaced by the refraction power.
The use of the sweat model allows the existing lens design program to handle the diffractive lens. When designing using a sweat model in this design method, there is a step of obtaining an optical path difference function in the middle of the procedure for obtaining the final shape. On the other hand, when designing by the phase function method, the macroscopic shape and the optical path difference function are obtained at the end of the normal design for aberration correction. In the following description, a design procedure will be described by taking as an example the case of designing using a sweat model.
【0013】スウェットモデルによる回折レンズの設計
自体は前述の公報(特開平8−171052号公報)に
も記載されるように、従来から知られている。ただし、
スウェットモデルにより得られるデータは薄膜の両面の
巨視的形状であるため、スウェットモデルにより得られ
た薄膜レンズの作用を実現するためにどのようなピッチ
でどのようなステップを持つ輪帯を形成すればよいかは
スウェットモデルを用いて得られたデータだけからは判
断できない。本実施形態では、このスウェットモデルに
より得られた薄膜レンズを具体的な輪帯群を有する回折
レンズに変換する手順を示す。[0013] The design itself of a diffractive lens using a sweat model has been conventionally known, as described in the above-mentioned gazette (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-171052). However,
Since the data obtained by the sweat model is the macroscopic shape of both surfaces of the thin film, it is necessary to form an annular zone with any pitch and at what steps in order to realize the action of the thin film lens obtained by the sweat model. Goodness cannot be determined only from data obtained using the sweat model. In the present embodiment, a procedure for converting a thin film lens obtained by the sweat model to a diffraction lens having a specific annular zone group will be described.
【0014】まず、前提となるスウェットモデルによる
回折レンズの設計について簡単に説明する。スウェット
モデルを用いた高屈折率法により回折レンズ設計で光線
追跡をする際には、回折レンズを表す薄膜の屈折率は高
いほど望ましい。しかし、現実には使用するソフトウェ
アの計算精度の限界による有効桁数の減少と、モデルと
なる薄膜の屈折率が有限の値を取ることによるシミュレ
ーションの誤差とのバランスを考えて屈折率を設定する
必要がある。具体的には、薄膜の屈折率は例えば500
〜100万程度の間でプログラムの精度に応じて設定す
る。First, the design of a diffractive lens based on a prerequisite sweat model will be briefly described. When performing ray tracing with a diffractive lens design by a high refractive index method using a sweat model, it is preferable that the refractive index of the thin film representing the diffractive lens is higher. However, in reality, the refractive index is set in consideration of the balance between the reduction of the number of significant digits due to the limit of the calculation accuracy of the software used and the simulation error due to the fact that the refractive index of the model thin film takes a finite value. There is a need. Specifically, the refractive index of the thin film is, for example, 500
The setting is made in accordance with the accuracy of the program between about 1,000,000 and about 1,000,000.
【0015】スウェットモデルにおける薄膜の屈折率n
は使用光線の波長λの関数としての特性を持たせるた
め、n(λ)=λ×C+1で定義することが望ましい。C
は任意の定数である。これにより、薄膜の厚さの変化に
対する波長単位の光路差のシフト量が波長によらずに一
定になる。また、計算を分かり易くするためには、n
(λ)=λ×10s+1で設定することが好ましい。ここ
でsは、屈折率nが上記の屈折率範囲を満たす範囲で定
められる任意の数である。例えば、ブレーズ化される波
長λをd線の波長587.56nmとし、sを6に設定すると、
薄膜の屈折率は588.56となり、薄膜の厚さ1nm当たりの
光路差のシフト量が1λとなる。この様に関数を設定す
ることにより、設計者にとって屈折率と波長との対応が
わかりやすくなると共に、薄膜層の面に垂直な方向の厚
さと、光路長のシフト量とが簡単な関係として表現され
る。The refractive index n of the thin film in the sweat model
Is preferably defined as n (λ) = λ × C + 1 in order to have a characteristic as a function of the wavelength λ of the light beam used. C
Is an arbitrary constant. As a result, the shift amount of the optical path difference in the wavelength unit with respect to the change in the thickness of the thin film becomes constant regardless of the wavelength. To make the calculation easier to understand, n
It is preferable to set (λ) = λ × 10 s +1. Here, s is an arbitrary number determined so that the refractive index n satisfies the above-mentioned refractive index range. For example, if the wavelength λ to be blazed is d-line wavelength 587.56 nm and s is set to 6,
The refractive index of the thin film is 588.56, and the shift amount of the optical path difference per 1 nm of the thickness of the thin film is 1λ. By setting the function in this way, the correspondence between the refractive index and the wavelength can be easily understood by the designer, and the thickness in the direction perpendicular to the surface of the thin film layer and the shift amount of the optical path length can be expressed as a simple relationship. Is done.
【0016】なお、上記の式の「1」は、空気の屈折率
であり、薄膜として表されている部分が実際の輪帯構造
に加工された際に空気になること、すなわち、輪帯構造
が薄膜とレンズとの境界面に形成されることを意味す
る。薄膜として表されている部分が実際の加工後にレン
ズ材料で埋まる場合、すなわち、薄膜と空気との境界面
に輪帯構造が形成される場合には、「1」に代えてレン
ズの屈折率、例えば「1.5」を用いる。ただし、この
ような定数の違いは、設定される屈折率が比較的低く、
回折作用を表現する薄膜の厚さが厚くなってしまう場合
には結果に影響するが、薄膜の屈折率が10000以上
に設定されている場合にはほとんど影響しない。Note that "1" in the above equation is the refractive index of air, and that the portion represented as a thin film becomes air when processed into an actual annular structure, that is, the annular structure. Is formed at the interface between the thin film and the lens. When the portion represented as the thin film is filled with the lens material after the actual processing, that is, when the annular structure is formed at the interface between the thin film and the air, the refractive index of the lens is replaced with “1”, For example, “1.5” is used. However, such a difference between the constants is set relatively low refractive index,
The result is affected when the thickness of the thin film expressing the diffraction effect is increased, but is hardly affected when the refractive index of the thin film is set to 10,000 or more.
【0017】スウェットモデルを用いた回折レンズの設
計においては、まず、回折レンズを屈折レンズのどの面
に設けるかを決定する。レンズのある面に回折格子を形
成する場合、回折レンズにより補正すべき収差の種類に
より、また、加工の容易さに鑑みていずれの面に形成す
るかを決定する。従来、回折格子は、平面に付されるの
が一般的であったが、超精密旋盤を用いれば平面以外の
球面あるいは非球面に回折格子を付することも可能とな
る。本実施の形態においては、前述のように、回折レン
ズを曲面に形成する。In designing a diffractive lens using the sweat model, first, it is determined on which surface of the refractive lens the diffractive lens is provided. When a diffraction grating is formed on a certain surface of a lens, which surface is to be formed is determined according to the type of aberration to be corrected by the diffraction lens and in view of the ease of processing. Conventionally, a diffraction grating is generally attached to a flat surface, but if an ultraprecision lathe is used, it is possible to attach a diffraction grating to a spherical surface or an aspherical surface other than a flat surface. In the present embodiment, as described above, the diffraction lens is formed on a curved surface.
【0018】スウェットモデルによる設計では回折レン
ズは薄膜として表現されるため、回折レンズの微細形状
やパワーは現れない。そこで、スウェットモデルにより
得られた薄膜データを具体的な回折レンズ構造に展開す
る途中のステップとして、光路差関数を作成する。光路
差関数とは、薄膜内を進む光線と、薄膜がなかった場合
の光線との光路差を光線が薄膜に入射する点の光軸から
の距離hを変数として示す関数である。スウェットモデ
ルでは、薄膜内を進む光線と、薄膜がなかった場合の光
線との光路長の差が、回折レンズの光路長の飛び値であ
る。すなわち、光路差関数を作成するためには、この光
路長の飛び値を求めることになる。なお、光軸について
回転対称な光学系では、レンズ上の位置は光軸からの距
離hのみで表しても良いので、光路差はhの関数として
表現される。In the design based on the sweat model, the diffractive lens is expressed as a thin film, so that the fine shape and power of the diffractive lens do not appear. Therefore, an optical path difference function is created as a step in the process of developing the thin film data obtained by the sweat model into a specific diffraction lens structure. The optical path difference function is a function indicating the optical path difference between a light ray traveling in the thin film and a light ray without the thin film as a variable h, which is a distance h from the optical axis at a point where the light ray enters the thin film. In the sweat model, the difference in the optical path length between the light beam traveling in the thin film and the light beam in the absence of the thin film is the jump value of the optical path length of the diffraction lens. That is, in order to create the optical path difference function, the jump value of the optical path length is obtained. In an optical system that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, the position on the lens may be represented only by the distance h from the optical axis, so that the optical path difference is expressed as a function of h.
【0019】空気、あるいはレンズ等の屈折率n0を持
つ他の媒質から薄膜に対して入射角度θ0で入射する光
線は、屈折の法則「n0・sinθ0=n1・sinθ1」
に従って屈折角θ1で薄膜中を進むこととなる。ただ
し、スウェットモデルでは薄膜の屈折率n1が他の媒質
の屈折率n0と比較して著しく大きいため、入射角度θ0
の大小に拘わらず、屈折角θ1はほぼ0度となる。すな
わち、薄膜に対してどのような角度で入射した光線も、
薄膜中ではほぼ入射点での法線に沿って進むこととな
る。したがって、光線が入射する面の法線に沿う方向に
おける薄膜の厚さを各点で求めれば、光路差関数を得る
ことができる。実際には、光軸からの距離hが異なる1
0点程度の位置で法線に沿う薄膜の厚さを計算して求
め、この結果を多項式近似することにより光路差関数を
求めることができる。Light rays incident on the thin film from air or another medium having a refractive index n0 such as a lens at an incident angle θ0 are defined by the law of refraction “n0 · sinθ0 = n1 · sinθ1”.
Accordingly, the light travels through the thin film at the refraction angle θ1. However, in the sweat model, since the refractive index n1 of the thin film is significantly larger than the refractive index n0 of the other medium, the incident angle θ0
Irrespective of the magnitude of the refraction angle, the refraction angle θ1 is almost 0 degrees. That is, light rays incident on the thin film at any angle
In the thin film, the light travels almost along the normal line at the point of incidence. Therefore, the optical path difference function can be obtained by determining the thickness of the thin film at each point in the direction along the normal to the plane on which the light beam enters. Actually, the distance h from the optical axis is different 1
The optical path difference function can be obtained by calculating and calculating the thickness of the thin film along the normal line at a position of about zero, and by approximating the result with a polynomial.
【0020】なお、スウェットモデルによる設計では、
回折レンズ構造が付される屈折レンズのレンズ面(ベー
スカーブ)が曲面である場合には、設計時に面の定義に
用いた関数の次数より高次の光路差成分が発生する。従
って、スウェットモデルを利用した場合の光路差関数は
2次関数では十分に近似することができない。少なくと
も4次関数、可能であれば、8次関数程度の精度で近似
することが望ましい。In the design based on the sweat model,
If the lens surface (base curve) of the refractive lens provided with the diffractive lens structure is a curved surface, a higher-order optical path difference component than the order of the function used to define the surface at the time of design occurs. Therefore, the optical path difference function using the sweat model cannot be sufficiently approximated by a quadratic function. It is desirable to approximate with at least a quadratic function, and if possible, an accuracy of about an eighth-order function.
【0021】光路差関数の近似誤差は、そのまま波面収
差となる。ほとんどの光学系では波面の誤差は0.01λ
程度は許容できると考えられる。表1、表2に示される
レンズデータの場合では、8次までの展開で誤差が最大
でl/1000λになり、8次関数を用いれば精度的には十
分であった。6次までの展開では誤差は最大0.02λに
なる。最大誤差がこの程度となるのが光ディスク用の対
物レンズの微細形状を作る場合に必要とされる精度であ
り、4次までの展開では若千精度不足である。光路差関
数の2次の項P2と回折レンズの焦点距離fDは波長をλ
として次式、 fD=−l/(2・P2・λ) の関係になる。The approximation error of the optical path difference function becomes the wavefront aberration as it is. Most optical systems have a wavefront error of 0.01λ
The degree is considered to be acceptable. In the case of the lens data shown in Tables 1 and 2, the error is 1 / 1000λ at the maximum in the expansion up to the eighth order, and the use of the eighth order function is sufficient in accuracy. In expansion up to the sixth order, the error becomes a maximum of 0.02λ. The maximum error is in this range is the accuracy required for forming a fine shape of the objective lens for an optical disk, and the development up to the fourth order is insufficient in accuracy. The quadratic term P2 of the optical path difference function and the focal length fD of the diffractive lens are represented by wavelengths λ
The following equation is obtained: fD = −l / (2 · P2 · λ)
【0022】光路差関数が決定されると、この光路差関
数に基づいて各輪帯の切り替え点の光軸からの距離を求
める。切り替え点は、前記の公報に開示されるように薄
膜を透過する光線の光路長が波長の整数倍になる位置と
して定義してもよいが、より一般的に、光路長を2nπ
+αとして捉え(0rad.<α<2πrad.)、光路長を波
長で割った際の剰余がαに一致する点を切り替え点とし
てもよい。なお、回折レンズ構造を曲面上に形成する場
合、前述のように光路差関数が高次の項を持つため、こ
の光路差関数をそのまま利用すると計算式が複雑にな
る。特に光路差関数が8次、あるいは10次の関数で定
義される場合、これを解いて光路差を波長の整数倍にす
ることは困難である。When the optical path difference function is determined, the distance between the switching point of each ring zone and the optical axis is determined based on the optical path difference function. The switching point may be defined as a position where the optical path length of a light beam transmitted through the thin film becomes an integral multiple of the wavelength as disclosed in the above-mentioned publication, but more generally, the optical path length is set to 2nπ
+ Α (0 rad. <Α <2π rad.), And a point at which the remainder when the optical path length is divided by the wavelength coincides with α may be set as the switching point. When the diffractive lens structure is formed on a curved surface, since the optical path difference function has a higher-order term as described above, if this optical path difference function is used as it is, the calculation formula becomes complicated. In particular, when the optical path difference function is defined by an 8th-order or 10th-order function, it is difficult to solve this and make the optical path difference an integral multiple of the wavelength.
【0023】一方、回折レンズの段差の位置は、回折レ
ンズのパワーを決める重要なものではあるが、段差の位
置の誤差は直接的に波面収差にはならない。段差の位置
の誤差は、パワーの回折成分と、屈折成分の負担の割合
をわずかに変えるのみである。それは、段差位置の誤差
は、ブレーズ化波長にあっては何ら影響を与えるもので
はなく、波長幅がある光学系において、球面収差の波長
変化の成分が変わることを意味する。従って、球面収差
の色収差変化を、波面収差で4次のオーダー、いわゆる
3次の球面収差のレベルまで補正する場合、4次までの
光路差関数をもとに段差位置を求めれば十分である。そ
こで、実施形態では、輪帯の切り替え点の決定に際して
は光路差関数を2次項と4次項とを含む4次関数で表現
し、この4次関数を解くことにより境界のhを決定す
る。そして、4次関数で表現しきれない6次、8次等の
高次の項については、各輪帯の形状を決定する際に考慮
に入れ、光軸方向の位置を決定する。On the other hand, the position of the step of the diffractive lens is important for determining the power of the diffractive lens, but the error of the position of the step does not directly result in wavefront aberration. An error in the position of the step only slightly changes the ratio of the burden of the power diffraction component to the power of the refraction component. That is, the error of the step position has no effect on the blazed wavelength, and means that the component of the wavelength change of the spherical aberration changes in an optical system having a wavelength width. Therefore, when correcting the chromatic aberration change of the spherical aberration to the order of the fourth order, that is, the so-called third order spherical aberration, by the wavefront aberration, it is sufficient to obtain the step position based on the optical path difference function up to the fourth order. Therefore, in the embodiment, when determining the switching point of the annular zone, the optical path difference function is expressed by a quartic function including a quadratic term and a quartic term, and the boundary h is determined by solving the quartic function. Higher-order terms such as sixth-order and eighth-order terms that cannot be expressed by a fourth-order function are taken into consideration when determining the shape of each ring zone, and the position in the optical axis direction is determined.
【0024】2次項と4次項とから構成される4次関数
の解は2次関数の解の公式で求めることができるため、
境界位置を容易に求めることが可能である。すなわち、
輪帯の切り替え点の決定には4次の光路差関数、各輪帯
の光軸方向の位置の決定には8次の光路差関数というよ
うに、次数の異なる光路差関数を求め、それぞれの計算
に用いることにより、計算の負荷を軽減することができ
る。当然、波面収差で6次以上のオーダーの球面収差の
色収差変化を補正したい場合は、段差位置の設定時にも
高次の項を考慮して行う。Since the solution of the quartic function composed of the quadratic and quartic terms can be obtained by the formula of the solution of the quadratic function,
The boundary position can be easily obtained. That is,
Optical path difference functions of different orders are obtained, such as a fourth-order optical path difference function for determining the switching point of the annular zone and an eighth-order optical path difference function for determining the position of each annular zone in the optical axis direction. By using for calculation, the load of calculation can be reduced. Naturally, when it is desired to correct the chromatic aberration change of the spherical aberration of the sixth order or higher by the wavefront aberration, the higher order term is also taken into consideration when setting the step position.
【0025】結局、輪帯の切り替え点を求めるために
は、計算が容易な4次の展開式を用い、光路差関数から
微細形状を作るのであればそのための光路差関数として
は8次までの展開式を用いる。そうでなければ各輪帯毎
の面を光路差関数とは別なルートで設計し位相整合を図
るといった設計の際の光路差関数の次数の使い分けが考
えられる。また、設計上高次の回折効果は無くても設計
可能である場合は、高屈折率法で設計データ中で高次非
球面を用いて光路差関数の高次項を無視し得るような小
さい値になるよう設計することもできる。After all, in order to find the switching point of the annular zone, a fourth-order expansion formula that is easy to calculate is used, and if a fine shape is formed from the optical path difference function, the optical path difference function for that purpose is up to the eighth order. Use the expansion formula. Otherwise, it is conceivable to use different orders of the optical path difference function at the time of design, such as designing the surface of each annular zone with a route different from the optical path difference function and achieving phase matching. If the design can be performed without the high-order diffraction effect in design, a small value such that the high-order term of the optical path difference function can be ignored using a high-order aspheric surface in the design data by the high refractive index method It can be designed to be
【0026】次に、回折レンズ構造を高屈折率の薄膜か
ら実際の屈折率を持つ媒質に置き換えてフレネルレンズ
状の輪帯構造を設計する。実形状では屈折率が低いた
め、薄膜での説明のように入射光線が法線方向に沿うこ
とはなく、入射角度に応じて異なる方向に進む。したが
って、入射角度の違いにより与えられる光路差が異なる
こととなるため、入射角度を一つに特定できない場合に
は、軸外光線の回折効率をも考慮して輪帯の形状を決定
する必要がある。また、入射光束の波長に幅がある場合
には、波長の違いによる回折効率の変化も考慮する必要
がある。Next, the diffractive lens structure is replaced with a medium having an actual refractive index from a thin film having a high refractive index to design a Fresnel lens-like annular zone structure. Since the refractive index is low in the actual shape, the incident light does not follow the normal direction as in the description of the thin film, but travels in different directions according to the incident angle. Therefore, since the optical path difference given by the difference in the incident angle will be different, if the incident angle cannot be specified as one, it is necessary to determine the shape of the annular zone in consideration of the diffraction efficiency of off-axis light rays. is there. If the wavelength of the incident light beam has a range, it is necessary to consider the change in diffraction efficiency due to the difference in wavelength.
【0027】回折レンズ構造への光線の入射角度は、巨
視的な形状に対して決定されているが、実際の輪帯は図
1(C)に示されるように巨視的な形状とは異なるため、
輪帯に対する入射角度は巨視的な形状に対する入射角度
とは異なることになる。正確を期するためには、この入
射角度の変化を考慮に入れて輪帯の設計をすることが望
ましいが、色収差の補正を目的とするような場合、巨視
的な形状と微視的な形状とに対する入射角度の違いは2
度程度であるため、輪帯に対する入射角度は巨視的な形
状に対する入射角度の違いを無視したとしても影響は小
さい。また、無視できない大きさになりそうな場合は、
巨視的な形状をもとに決めた暫定的な形状に対し、改め
て入射角度を求め直して微細形状を求めることもでき
る。Although the angle of incidence of the light beam on the diffractive lens structure is determined for the macroscopic shape, the actual annular zone is different from the macroscopic shape as shown in FIG. ,
The angle of incidence on the annular zone will be different from the angle of incidence on the macroscopic shape. In order to ensure accuracy, it is desirable to design the orbicular zone taking into account the change in the incident angle, but when correcting chromatic aberration, the macroscopic shape and the microscopic shape are required. The difference of the incident angle with respect to
Since the degree of incidence is on the order of degrees, the influence of the angle of incidence on the annular zone is small even if the difference in the angle of incidence on the macroscopic shape is ignored. Also, if it is likely to be a size that cannot be ignored,
With respect to the provisional shape determined based on the macroscopic shape, the incident angle can be obtained again to obtain a fine shape.
【0028】次に、具体的なレンズ構成を用いてこの発
明の回折レンズ設計方法についてより詳細に説明する。
まず、実施例1として、まず入射光線が光軸に対して平
行と考えることのできる光ディスク装置用の対物レンズ
について説明する。本実施例のレンズは、光ディスク用
の対物レンズであり、プラスチック製の両面非球面レン
ズの平行光束が入射する側のレンズ面に回折レンズを付
加した屈折回折ハイブリットレンズである。Next, the diffractive lens designing method of the present invention will be described in more detail using a specific lens configuration.
First, as Embodiment 1, first, an objective lens for an optical disc device in which an incident light beam can be considered to be parallel to the optical axis will be described. The lens of this embodiment is an objective lens for an optical disk, and is a refraction-diffractive hybrid lens in which a diffractive lens is added to a lens surface of a plastic double-sided aspherical lens on which parallel light flux enters.
【0029】実施例1の巨視的な形状を示す数値構成
は、表1に示される。表中、第1面と第2面との間がウ
ルトラハイインデックスレンズで表される回折レンズ部
分を示す薄膜(高屈折率薄膜)、第2面と第3面との間
がプラスチック製の屈折レンズ、第4面、第5面が光デ
ィスクの保護層を示す。なお、表中の記号NAは対物レ
ンズの開口数、fは波長780nmでの全系の焦点距離、r
は光軸との交点における曲率半径(単位:mm)、dは面間
隔(単位:mm)、n780、n830はそれぞれ波長780n
m,830nmでの屈折率である。第1面から第3面の
非球面形状を規定する円錐係数Kと4,6,8,10次
の各非球面係数A4、A6、A8、A10は、表2に示される。Table 1 shows a numerical configuration showing the macroscopic shape of the first embodiment. In the table, the portion between the first surface and the second surface is a thin film (high refractive index thin film) indicating a diffractive lens portion represented by an ultra high index lens, and the portion between the second surface and the third surface is plastic refraction. The lens, the fourth surface and the fifth surface indicate the protective layer of the optical disk. The symbol NA in the table is the numerical aperture of the objective lens, f is the focal length of the entire system at a wavelength of 780 nm, r
Is the radius of curvature (unit: mm) at the intersection with the optical axis, d is the surface spacing (unit: mm), and n780 and n830 are 780 n wavelengths, respectively.
m, refractive index at 830 nm. Table 2 shows the conic coefficients K defining the aspherical shapes of the first to third surfaces, and the respective aspherical coefficients A4, A6, A8, and A10 of the fourth, sixth, eighth, and tenth orders.
【0030】[0030]
【表1】 [Table 1]
【0031】[0031]
【表2】 第1面 K=-0.5100 A4=-5.6295×10-5 A6=-1.8850×10-4 A8= 6.1500×10-5 A10=-6.8400×10-5 第2面 K=-0.5100 A4=-5.6800×10-5 A6=-1.8850×10-4 A8= 6.1500×10-5 A10=-6.8400×10-5 第3面 K= 0.0000 A4= 1.6510×10-2 A6=-4.4810×10-3 A8= 4.8930×10-4 A10=-8.8000×10-5 回折レンズの焦点距離 fdoe=-1/(2λP2)=120.465 屈折レンズの焦点距離 fref=r/(n'-n)=3.704[Table 2] First surface K = -0.5100 A4 = -5.6295 × 10 -5 A6 = -1.8850 × 10 -4 A8 = 6.1500 × 10 -5 A10 = -6.8400 × 10 -5 Second surface K = -0.5100 A4 = -5.6800 × 10 -5 A6 = -1.8850 × 10 -4 A8 = 6.1500 × 10 -5 A10 = -6.8400 × 10 -5 third surface K = 0.0000 A4 = 1.6510 × 10 -2 A6 = -4.4810 × 10 - 3 A8 = 4.8930 × 10 -4 A10 = -8.8000 × 10 -5 Focal length of diffractive lens fdoe = -1 / (2λP2) = 120.465 Focal length of refractive lens fref = r / (n'-n) = 3.704
【0032】上記のようにスウェットモデルによる設計
が終了した後、薄膜のデータに基づいて光路差関数を多
項式として求め、これを利用して輪帯の段差部分の光軸
からの高さを求め、次に、各輪帯内での光軸方向の高さ
を近似式により規定する。光路差関数は、スウェットモ
デルによって設計された薄膜の通過光線に対する光路長
付加量を薄膜上の数点についてサンプリングして、近似
により求められる。ここでは、下に示すように、段差の
光軸からの高さを求めるための4次の近似式After the design based on the sweat model is completed as described above, the optical path difference function is obtained as a polynomial based on the data of the thin film, and the height of the step portion of the annular zone from the optical axis is obtained by using this function. Next, the height in the optical axis direction in each annular zone is defined by an approximate expression. The optical path difference function is obtained by approximation by sampling the additional amount of the optical path length for the light passing through the thin film designed by the sweat model at several points on the thin film. Here, as shown below, a fourth-order approximation formula for calculating the height of the step from the optical axis is shown below.
【数15】 と、輪帯内での光軸方向の高さを求めるための10次の
近似式(Equation 15) And a 10th-order approximation formula for obtaining the height in the optical axis direction in the annular zone
【数16】 とを規定する。(Equation 16) Is defined.
【0033】高屈折率薄膜から、光路長付加量を求める
場合、従来の、平面上に付された回折格子の作用を考え
る場合には、薄膜で与えられる光路差は全ての位置で光
軸に平行な距離として求めれば足りた。しかし本発明で
は回折格子を曲面上に形成した場合を想定しているた
め、光路長は光線を追跡して光線と面との交点を求めて
計算する必要がある。ただし、薄膜の屈折率が上記の設
定のように極端に大きい場合、入射角度とは無関係に屈
折角はほぼ0となり、屈折した光線は面上の入射点に立
てた法線に沿って進むので、薄膜へ入射する光線の光路
長付加量は、薄膜の光軸方向の厚さを薄膜の光入射側の
面の入射点における法線のy方向の方向余弦で割った値
で近似することもできる。この近似により計算量を少な
くすることができる。When the additional amount of the optical path length is obtained from the high refractive index thin film, and when the function of a conventional diffraction grating provided on a plane is considered, the optical path difference given by the thin film is not reflected on the optical axis at all positions. It was sufficient to find them as parallel distances. However, in the present invention, since it is assumed that the diffraction grating is formed on a curved surface, it is necessary to calculate the optical path length by tracing a ray and finding an intersection between the ray and the surface. However, when the refractive index of the thin film is extremely large as in the above setting, the refraction angle becomes almost 0 irrespective of the incident angle, and the refracted light beam travels along the normal set to the incident point on the surface. The additional optical path length of the light beam incident on the thin film can be approximated by the value obtained by dividing the thickness of the thin film in the optical axis direction by the cosine of the direction of the normal to the incident point on the light incident side surface of the thin film. it can. This approximation can reduce the amount of calculation.
【0034】[0034]
【表3】 4次で展開 10次で展開 P2 -5.3213 -5.3213 P4 -3.1124×10-1 -3.2194×10-1 P6 1.6828×10-2 P8 1.0792×10-2 P10 -6.0986×10-3 [Table 3] 4th order expansion 10th order P2 -5.3213 -5.3213 P4 -3.1124 × 10 -1 -3.2194 × 10 -1 P6 1.6828 × 10 -2 P8 1.0792 × 10 -2 P10 -6.0986 × 10 -3
【0035】第1に、輪帯の切り替え位置を求める。本
レンズでは球面収差の波長変化を補正するために4次で
展開した光路差関数φ4に基づいて、輪帯の切り替え位
置を決定する。以下の表4は、中心からN番目の輪帯の
中心側の端部の光軸からの高さhi(N)、輪帯の中央点の
光軸からの高さhc(N)、輪帯の最も周辺側の端部の光軸
からの高さho(N)を各輪帯毎に示す。これらの値は、First, the switching position of the ring zone is obtained. In this lens, the switching position of the annular zone is determined based on the optical path difference function φ4 developed in the fourth order in order to correct the wavelength change of the spherical aberration. Table 4 below shows the height hi (N) of the center-side end of the Nth orb from the center from the optical axis, the height hc (N) from the optical axis of the center point of the orb, and the orb. The height ho (N) from the optical axis of the edge on the most peripheral side is shown for each orbicular zone. These values are
【数17】 [Equation 17]
【数18】 (Equation 18)
【数19】 に従って求められる。[Equation 19] Is required in accordance with
【0036】また、位相関数法で設計した場合で高次の
光路差関数を持たない場合や、球面収差の波長変化を補
正しないでも良い場合は、2次関数で輪帯の切り替え位
置を求めればよい。In the case of designing by the phase function method, when there is no higher-order optical path difference function, or when it is not necessary to correct the wavelength change of the spherical aberration, the switching position of the annular zone can be obtained by the quadratic function. Good.
【0037】[0037]
【表4】 [Table 4]
【0038】次に、非球面係数により定められる薄膜と
屈折レンズの境界面の巨視的な形状を各輪帯の中心側端
部、中央部、周辺側端部について求めておく。巨視的形
状は、Next, the macroscopic shape of the boundary surface between the thin film and the refractive lens determined by the aspheric coefficient is determined for the center side end, the center, and the peripheral side end of each orbicular zone. The macroscopic shape is
【数20】 により計算される。計算結果は、表5に示す通りであ
り、段差のない連続した回転対称面として定義される。(Equation 20) Is calculated by The calculation result is as shown in Table 5, and is defined as a continuous rotationally symmetric surface without a step.
【0039】[0039]
【表5】 [Table 5]
【0040】続いて、上記の巨視的形状から求められる
各輪帯への光線の入射角度を求める。Subsequently, the angle of incidence of the light beam on each of the zones determined from the macroscopic shape is obtained.
【0041】巨視的形状の高さhによる一次微分値dXo
(N)/dhを求め、これに基づいて、The first derivative dXo depending on the height h of the macroscopic shape
(N) / dh, and based on this,
【数21】 にしたがって方向余弦の光軸方向成分Lを求めると共
に、巨視的形状で規定される面の光軸に対する角度α(r
ad.)を、(Equation 21) , The optical axis direction component L of the direction cosine is obtained, and the angle α (r
ad.)
【数22】 を用いて求める。(Equation 22) Is determined using
【0042】この例では、入射光は基本的に光軸に平行
に調整された平行光線のみ出あるので、レンズ上のどの
高さの点でも入射光線が光軸となす角度Wは0rad.であ
る。したがって、W-αで求められる各点での入射角度
θ(rad.)は表6に示す通りとなる。ここでは、実際の回
折レンズ面は決定されていないため、巨視的な形状を用
いて角度θを計算する。表7には各輪帯の外周部の端部
における各値を示している。In this example, the incident light basically emits only parallel rays adjusted in parallel to the optical axis. Therefore, the angle W at which the incident light forms the optical axis at any point on the lens is 0 rad. is there. Therefore, the incident angle θ (rad.) At each point determined by W−α is as shown in Table 6. Here, since the actual diffraction lens surface has not been determined, the angle θ is calculated using a macroscopic shape. Table 7 shows each value at the end of the outer peripheral portion of each ring zone.
【0043】[0043]
【表6】 [Table 6]
【0044】上記の入射角θに基づいてその余弦を求め
ると共に、実際の材料の屈折率を用いて屈折角の余弦を
計算し、これらに基づいて法線方向に沿った1λ分の光
路差を与える厚さΔtを、The cosine of the refraction angle is calculated based on the incident angle θ, and the cosine of the refraction angle is calculated using the refractive index of the actual material. Based on these, the optical path difference of 1λ along the normal direction is calculated. Gives the thickness Δt,
【数23】 により計算する。n0は回折レンズ面より入射側の媒質
の屈折率、n1は射出側の媒質の屈折率である。また、
この段差を光軸と平行な方向の段差ΔXに変換するため
には、光軸と面の法線とのなす角度をαとして、ΔX=
Δt/cosαとなる。なお、光束が光軸に平行な本実施例
の光学系では、cosα=cosθである。これらの計算結果
は、表7に示される通りである。(Equation 23) Is calculated by n0 is the refractive index of the medium on the incident side from the diffraction lens surface, and n1 is the refractive index of the medium on the exit side. Also,
In order to convert this step into a step ΔX in a direction parallel to the optical axis, the angle between the optical axis and the normal to the surface is α, and ΔX =
Δt / cosα. In the optical system of this embodiment in which the light beam is parallel to the optical axis, cosα = cosθ. The results of these calculations are as shown in Table 7.
【0045】[0045]
【表7】 [Table 7]
【0046】10次の光路差関数φ10に、4次の光路差関
数φ4から決定した各輪帯の中央部の光軸からの距離を
代入して計算された結果がφc(N)である。スウェットモ
デルにより設定された高屈折率の薄膜が設けられている
場合と、これが設けられていない場合との光路差を波長
λを単位として表8に示している。φi(N)-N、φc(N)-
N、φo(N)-Nは、それぞれ中心側端部、中央部、周辺側
端部での光軸からの距離を10次の光路差関数φ10に代入
して計算された結果から波長の整数分を差し引いた結果
であり、連続的な光路差関数φ10で表された薄膜を4次
の光路差関数φ4から決定した位置に段差を設けてフレ
ネルレンズ状の複数の輪帯に分割した場合の各輪帯での
中心側端点、中央部、周辺側端点の巨視的な形状に対し
て微細形状によって付加するべき光路差量を示してい
る。また、もし輪帯の境界高さをサンプル点からの近似
関数を作らずに、例えば光路長差が0.5λ丁度の小数部
を持つような位置を探し求めれば、微細形状にするべき
光路長差に表8のような細かい有効数字を持つことはな
くなるが、計算量が増えるばかりであまり意味のあるこ
とではない。The result calculated by substituting the distance from the optical axis at the center of each zone determined from the fourth-order optical path difference function φ4 into the tenth-order optical path difference function φ10 is φc (N). Table 8 shows the optical path difference between the case where the thin film having the high refractive index set by the sweat model is provided and the case where the thin film is not provided, using the wavelength λ as a unit. φi (N) -N, φc (N)-
N, φo (N) -N are integers of wavelength from the result calculated by substituting the distance from the optical axis at the center end, the center, and the peripheral end into the 10th-order optical path difference function φ10, respectively. In the case where the thin film represented by the continuous optical path difference function φ10 is divided into a plurality of Fresnel lens-shaped orbicular zones by providing a step at the position determined from the fourth-order optical path difference function φ4. It shows the amount of optical path difference to be added by a fine shape with respect to the macroscopic shape of the center side end point, the center portion, and the peripheral side end point in each ring zone. If, for example, a position where the optical path length difference has a decimal part of 0.5λ just is searched for without forming an approximation function from the sample point, the optical path length difference to be formed into a fine shape is obtained. Although there is no longer a small significant figure as shown in Table 8, it is not very meaningful because the calculation amount is increased.
【0047】[0047]
【表8】 [Table 8]
【0048】上記で求めた10次の光路差関数の計算結果
と各輪帯毎の1波長分に相当する光軸方向の厚さΔXと
の積をとることにより、各輪帯の各位置で必要な光軸方
向の光路差を実形状のレンズ厚さに変換した量を求め
る。すなわち、ΔXは各輪帯の周辺端部分での1波長に
相当する光軸方向の厚さであり、上記の表で示されるφ
o(N)-Nは1波長に満たない余剰を規定しているため、こ
れらを掛け合わせることにより、余剰分に必要な光軸方
向のレンズ厚さを求めることができる。なお、表8に示
しているΔXは周辺端部分での値である。中心側端部で
の段差を求めるためには一つ中心側の輪帯のΔXの値を
参照すればよい。また、中心部での光路差を求めるため
には表8に示していない輪帯中心部用のΔXを作らなく
ともその中心部を挟む前後の輪帯のΔXの値の平均値を
利用しても十分な精度の設計が可能である。表9に各輪
帯の内側端部、中心部、外側端部の光路差分のレンズ厚
さ ΔXi(N)、ΔXc(N)、 ΔXo(N)を示す。The product of the above-described calculation result of the tenth-order optical path difference function and the thickness ΔX in the optical axis direction corresponding to one wavelength for each ring zone is obtained, so that each position of each ring zone is obtained. An amount obtained by converting a necessary optical path difference in the optical axis direction into a lens thickness of an actual shape is obtained. That is, ΔX is the thickness in the optical axis direction corresponding to one wavelength at the peripheral end portion of each annular zone, and φX shown in the above table
Since o (N) -N specifies a surplus that is less than one wavelength, the lens thickness in the optical axis direction necessary for the surplus can be obtained by multiplying the surplus. Note that ΔX shown in Table 8 is a value at the peripheral end portion. In order to obtain the step at the center end, the value of ΔX of one center side annular zone may be referred to. Further, in order to obtain the optical path difference at the center, the average value of the ΔX values of the zones before and after sandwiching the center is used without making ΔX for the center of the zone not shown in Table 8. However, a design with sufficient accuracy is possible. Table 9 shows the lens thicknesses ΔXi (N), ΔXc (N), and ΔXo (N) of the optical path difference between the inner end, the center, and the outer end of each annular zone.
【0049】[0049]
【表9】 [Table 9]
【0050】これらの光路差付加分のレンズ厚さデータ
と、表5に示された巨視的形状とから実際の形状を求め
る。表10は、この形状データを示している。これは、
巨視的形状、すなわち、ベースカーブの情報も含んだ状
態で提供されるサグ量のデータである。The actual shape is obtained from the lens thickness data corresponding to the added optical path difference and the macroscopic shape shown in Table 5. Table 10 shows the shape data. this is,
This is sag amount data provided in a state that also includes information on a macroscopic shape, that is, a base curve.
【0051】[0051]
【表10】 [Table 10]
【0052】回折レンズ(もしくはその成形型)を超精密
旋盤を用いて作製する場合、上記の表10に示すような
輪帯上の各点でのデータをバイトの送りピッチ毎に全て
求めて加工データを作成することもできるが、計算量を
少なくするためには、バイトの送り軌跡を関数で近似さ
せて表現できた方が望ましい。そこで、本実施例では、
上記の各輪帯毎に求められた3つの点の光路差分のレン
ズ厚さを関数として4次の多項式で近似し、0次、2
次、4次の係数を求め、この4次の近似多項式に基づい
てバイトの送り量を制御するようにしている。3点を通
る4次関数(数3)の係数は、When a diffractive lens (or a mold thereof) is manufactured using an ultra-precision lathe, data at each point on the annular zone as shown in Table 10 above is obtained for every bite feed pitch. Although data can be created, in order to reduce the amount of calculation, it is desirable that the feed trajectory of the byte can be approximated and represented by a function. Therefore, in this embodiment,
The lens thickness of the optical path difference at the three points obtained for each of the above annular zones is approximated by a fourth-order polynomial as a function, and the 0th-order, 2nd-order,
Next, a fourth-order coefficient is obtained, and the byte feed amount is controlled based on the fourth-order approximate polynomial. The coefficient of the quartic function (Equation 3) passing through three points is
【数24】 (Equation 24)
【数25】 (Equation 25)
【数26】 により求められる。表11は、巨視的な形状に付加され
る微細構造部分サグ量を4次関数で近似した場合の各係
数の演算結果のリストである。(Equation 26) Required by Table 11 is a list of calculation results of the respective coefficients when the amount of the fine structure portion sag added to the macroscopic shape is approximated by a quartic function.
【0053】[0053]
【表11】 輪帯番号 0次係数 2次係数 4次係数 N B0N B2N B4N 0 0.0000000 0.0078084 0.0000000 1 -0.0014530 0.0076664 8.1589×10-4 2 -0.0029055 0.0075970 8.1963×10-4 3 -0.0043565 0.0075236 8.2380×10-4 4 -0.0058041 0.0074423 8.3127×10-4 5 -0.0072445 0.0073468 8.4465×10-4 6 -0.0086709 0.0072284 8.6631×10-4 7 -0.0100739 0.0070768 8.9841×10-4 8 -0.0114404 0.0068804 9.4294×10-4 9 -0.0127538 0.0066260 1.0018×10-3 10 -0.0139939 0.0062997 1.0766×10-3 11 -0.0151366 0.0058864 1.1689×10-3 12 -0.0161542 0.0053708 1.2802×10-3 13 -0.0170157 0.0047370 1.4118×10-3 14 -0.0176866 0.0039694 1.5646×10-3 15 -0.0181305 0.0030526 1.7394×10-3 16 -0.0183088 0.0019726 1.9368×10-3 17 -0.0181828 0.0007165 2.1570×10-3 18 -0.0177141 -0.0007263 2.3998×10-3 Table 11 zonal number 0 order coefficient secondary coefficient fourth order coefficient N B0N B2N B4N 0 0.0000000 0.0078084 0.0000000 1 -0.0014530 0.0076664 8.1589 × 10 -4 2 -0.0029055 0.0075970 8.1963 × 10 -4 3 -0.0043565 0.0075236 8.2380 × 10 - 4 4 -0.0058041 0.0074423 8.3127 × 10 -4 5 -0.0072445 0.0073468 8.4465 × 10 -4 6 -0.0086709 0.0072284 8.6631 × 10 -4 7 -0.0100739 0.0070768 8.9841 × 10 -4 8 -0.0114404 0.0068804 9.4294 × 10 -4 9 -0.0127538 0.0066260 1.0018 × 10 -3 10 -0.0139939 0.0062997 1.0766 × 10 -3 11 -0.0151366 0.0058864 1.1689 × 10 -3 12 -0.0161542 0.0053708 1.2802 × 10 -3 13 -0.0170157 0.0047370 1.4118 × 10 -3 14 -0.0176866 0.0039694 1.5646 × 10 -3 15 -0.0181305 0.0030526 1.7394 × 10 -3 16 -0.0183088 0.0019726 1.9368 × 10 -3 17 -0.0181828 0.0007165 2.1570 × 10 -3 18 -0.0177141 -0.0007263 2.3998 × 10 -3
【0054】表11に示す各係数と、表1のr、表2の
非球面係数、そして(数3)より、任意のh(光軸から
の高さ)に対する巨視形状(サグ量)Xを求めることが
できる。From the coefficients shown in Table 11, r in Table 1, aspherical coefficients in Table 2, and (Equation 3), the macroscopic shape (sag amount) X for an arbitrary h (height from the optical axis) is calculated. You can ask.
【0055】また、微細形状全体を輪帯毎の4次関数、
あるいは2次関数として表現することも可能である。4
次関数で表現する場合には以下に記載のFurther, the entire fine shape is represented by a quartic function for each ring zone,
Alternatively, it can be expressed as a quadratic function. 4
When expressed by the following function,
【数27】 にて表わされ、この場合の係数C0N、C2N、C4Nはそれ
ぞれ(数12)、(数13)、(数14)にて求められ
る。係数の計算結果を表12に示す。[Equation 27] In this case, the coefficients C0N, C2N, and C4N are obtained by (Equation 12), (Equation 13), and (Equation 14), respectively. Table 12 shows the calculation results of the coefficients.
【0056】[0056]
【表12】 輪帯番号 0次係数 2次係数 4次係数 N C0N C2N C4N 0 0.0000000 0.2600433 0.0000 1 -0.0014699 0.2593101 8.3768×10-03 2 -0.0029527 0.2592799 8.5535×10-03 3 -0.0044402 0.2591988 8.7190×10-03 4 -0.0059338 0.2590979 8.8560×10-03 5 -0.0074489 0.2590228 8.9489×10-03 6 -0.0090184 0.2590305 8.9843×10-03 7 -0.0106940 0.2591865 8.9506×10-03 8 -0.0125474 0.2595632 8.8375×10-03 9 -0.0146709 0.2602377 8.6361×10-03 10 -0.0171770 0.2612905 8.3386×10-03 11 -0.0201975 0.2628044 7.9383×10-03 12 -0.0238835 0.2648633 7.4296×10-03 13 -0.0284035 0.2675516 6.8074×10-03 14 -0.0339428 0.2709531 6.0678×10-03 15 -0.0407016 0.2751505 5.2073×10-03 16 -0.0488942 0.2802252 4.2230×10-03 17 -0.0587470 0.2862561 3.1128×10-03 18 -0.0704971 0.2933200 1.8751×10-03 Table 12 zonal number 0 order coefficient secondary coefficient fourth order coefficient N C0N C2N C4N 0 0.0000000 0.2600433 0.0000 1 -0.0014699 0.2593101 8.3768 × 10 -03 2 -0.0029527 0.2592799 8.5535 × 10 -03 3 -0.0044402 0.2591988 8.7190 × 10 - 03 4 -0.0059338 0.2590979 8.8560 × 10 -03 5 -0.0074489 0.2590228 8.9489 × 10 -03 6 -0.0090184 0.2590305 8.9843 × 10 -03 7 -0.0106940 0.2591865 8.9506 × 10 -03 8 -0.0125474 0.2595632 8.8375 × 10 -03 9 -0.0146709 0.2602377 8.6361 × 10 -03 10 -0.0171770 0.2612905 8.3386 × 10 -03 11 -0.0201975 0.2628044 7.9383 × 10 -03 12 -0.0238835 0.2648633 7.4296 × 10 -03 13 -0.0284035 0.2675516 6.8074 × 10 -03 14 -0.0339428 0.2709531 6.0678 × 10 -03 15 -0.0407016 0.2751505 5.2073 × 10 -03 16 -0.0488942 0.2802252 4.2230 × 10 -03 17 -0.0587470 0.2862561 3.1128 × 10 -03 18 -0.0704971 0.2933200 1.8751 × 10 -03
【0057】表12に示す各係数と、(数27)に基づ
いて、任意のh(光軸からの高さ)に対する巨視形状
(サグ量)Xを求めることができる。なお、微細形状全
体を輪対毎の2次関数で表現することもできる。ここで
2次関数は(数2)で表わされる関数である。(数2)
の関数で表わす場合の係数C0N、C2Nはそれぞれ(数1
0)、(数11)により求められる。A macroscopic shape (sag amount) X for an arbitrary h (height from the optical axis) can be obtained based on each coefficient shown in Table 12 and (Equation 27). Note that the entire fine shape can be expressed by a quadratic function for each wheel pair. Here, the quadratic function is a function represented by (Equation 2). (Equation 2)
The coefficients C0N and C2N when expressed by the function of
0) and (Equation 11).
【0058】次に、実施例2として、一般的な、画角の
あるレンズ(即ち、光軸に対して斜めに入射する光線が
ある場合)に対して本発明を適用した例について説明す
る。実施例2のレンズはCCD等の、微小な受光面積を
持つ受光デバイス上に可視光の像を結ぶためのレンズで
あり、ガラス製の両面非球面レンズの光束が入射する側
のレンズ面に回折レンズを付加した屈折回折ハイブリッ
ドレンズである。集光レンズの結像面側には平行平面板
状の媒質が存在する。実施例2の巨視的な形状を示す数
値構成は、表14に示される。このレンズは光路差関数
を用いて設計されており、ウルトラハイインデックスデ
ータはない。第1面11Mが回折屈折ハイブリッド面、
第1面11Mと第2面12Mとの間がプラスチック製の
屈折レンズ10M、第3面、から第6面は2枚の平行平
面板21、22を示している(図3参照)。Next, as a second embodiment, an example will be described in which the present invention is applied to a general lens having an angle of view (that is, a case where a light beam obliquely enters the optical axis). The lens of Example 2 is a lens for forming an image of visible light on a light receiving device having a small light receiving area, such as a CCD, and diffracts into a lens surface on the side where a light beam of a glass double-sided aspherical lens is incident. This is a refraction-diffraction hybrid lens with a lens added. A plane-parallel plate-shaped medium exists on the image forming surface side of the condenser lens. Table 14 shows a numerical configuration showing a macroscopic shape of the second embodiment. This lens is designed using an optical path difference function and has no ultra high index data. The first surface 11M is a diffractive refraction hybrid surface,
Between the first surface 11M and the second surface 12M, a plastic refracting lens 10M is shown, and the third to sixth surfaces show two parallel flat plates 21, 22 (see FIG. 3).
【0059】表13において、fはd線の波長(587.56
nm)での全系の焦点距離(単位:mm)、Wは半画角、r
は光軸との交点における曲率半径(単位:mm)、dは面
問隔(単位:mm)、ndはd線(波長:587.56nm)での屈
折率、νdはアッベ数である。第1面と第2面の非球面
形状を規定する円錐係数Kと4、6、8、10次の各非
球面係数は、表14に示される。In Table 13, f is the wavelength of the d-line (587.56
nm) focal length of the whole system (unit: mm), W is half angle of view, r
Is the radius of curvature (unit: mm) at the intersection with the optical axis, d is the surface interval (unit: mm), nd is the refractive index at the d-line (wavelength: 587.56 nm), and νd is the Abbe number. Table 14 shows the conical coefficients K and the fourth, sixth, eighth, and tenth order aspherical coefficients that define the aspherical shapes of the first and second surfaces.
【0060】[0060]
【表13】 [Table 13]
【0061】[0061]
【表14】第1面 K=0.00 A4= 1.350×10-3 A6= 2.600
×10-4 A8=-3.0500×10-5 A10=1.3800×10-5 第2面 K=0.00 A4= 8.900×10-3 A6= 2.920×10-3 A8
=-1.0300×10-3 A10=6.7800×10-4 回折レンズの焦点距離 fdoe=‐1/(2λP2) =7
0.457 ブレーズ化波長 570nm[Table 14] Surface 1 K = 0.00 A4 = 1.350 × 10 -3 A6 = 2.600
× 10 -4 A8 = -3.0500 × 10 -5 A10 = 1.3800 × 10 -5 Second surface K = 0.00 A4 = 8.900 × 10 -3 A6 = 2.920 × 10 -3 A8
= -1.0300 × 10 -3 A10 = 6.7800 × 10 -4 Focal length of diffractive lens fdoe = -1 / (2λP2) = 7
0.457 Blaze wavelength 570nm
【0062】第1に、8次まで利用されている光路差関
数φ8に基づき、輪帯の切り替え位置を決定する。光路
差関数φ8はFirst, the switching position of the annular zone is determined based on the optical path difference function φ8 used up to the eighth order. The optical path difference function φ8 is
【数28】 に示す。光路差関数φ8を用いる場合、4次関数と異な
り、切り替え位置を求めるには、繰り返し計算を行うこ
とになるが、十分な精度の計算が可能である。[Equation 28] Shown in When the optical path difference function φ8 is used, unlike the quartic function, the switching position is calculated repeatedly to obtain the switching position, but the calculation can be performed with sufficient accuracy.
【0063】以下の表15は、中心からN番目の輪帯の
中心側の端部の光軸からの高さhi(N)、輪帯の中央点の
光軸からの高さhc(N)、輪帯の最も周辺側の端部の光軸
からの高さho(N)を各輪帯毎に示す。 これらの値は、
ニュートン法などの繰り返し計算によって求められる。
ただし、第1面の有効半径は2.2mmであり、輪帯の総数
は70になるため、表15では途中の輪帯を一部省略して
記述している。Table 15 below shows the height hi (N) of the center-side end of the Nth orb from the center from the optical axis, and the height hc (N) of the central point of the orb from the optical axis. The height ho (N) of the most peripheral end of the orb from the optical axis is shown for each orb. These values are
It is obtained by repeated calculations such as Newton's method.
However, the effective radius of the first surface is 2.2 mm, and the total number of orbicular zones is 70. Therefore, in Table 15, the intermediate orbicular zones are partially omitted.
【0064】[0064]
【表15】 [Table 15]
【0065】次に、非球面係数により定められる回折屈
折ハイブリッド面の巨視的な形状を各輪帯の中心側端
部、中央部、周辺側端部について求めておく。巨視的形
状は、(数20)により計算される。計算結果は、表1
6に示す通りであり、段差のない連続した回転対称面と
して定義される。Next, the macroscopic shape of the diffractive refraction hybrid surface determined by the aspherical coefficient is determined for the center-side end, the center, and the peripheral end of each orbicular zone. The macroscopic shape is calculated by (Equation 20). Table 1 shows the calculation results.
6 and is defined as a continuous rotationally symmetric surface without any steps.
【0066】[0066]
【表16】 [Table 16]
【0067】続いて、上記の巨視的形状から求められる
各輪帯への光線の入射角度を求める。巨視的形状の高さ
hによる一次微分値dXo(N)/dhを求め、 これに基づ
いて(数21)に従って方向余弦の光軸方向成分Lを求
めると共に、巨視的形状で規定される面の光軸に対する
角度α(rad.)を(数22)を用いて求める。この例で
は、入射光線が光軸となす角度Wは、画角によって変化
するため、平均的入射角度を考える。光束幅も、画角も
あり、1つの光線で入射角度を決定できない場合には、
面に入射する光線の平均的な入射角度を利用して、微細
形状を決定することになる。Subsequently, the angle of incidence of the light beam on each of the zones determined from the macroscopic shape is determined. The first derivative dXo (N) / dh based on the height h of the macroscopic shape is obtained, and based on this, the optical axis direction component L of the direction cosine is obtained according to (Equation 21), and the surface of the surface defined by the macroscopic shape is determined. The angle α (rad.) With respect to the optical axis is determined using (Equation 22). In this example, since the angle W formed by the incident light beam with the optical axis changes depending on the angle of view, an average incident angle is considered. If the beam angle and the angle of view are too large to determine the angle of incidence with one ray,
The fine shape is determined by using the average incident angle of the light beam incident on the surface.
【0068】平均的に回折効率を上げるには、(1)入
射角度の絶対値の最小値と最大値の平均を取る方法、
(2)入射角の絶対値を画像面積を加味して平均を取る
方法、(3)θの2乗を画像面積を加味して平均を取る
方法、等が考えられる。本実施例では、最終的に求めら
れるべき段差厚さが入射角度の2乗で変化することか
ら、入射角度の2乗の平均で入射角度を決める方法を採
用している。To increase the diffraction efficiency on average, (1) a method of averaging the minimum value and the maximum value of the absolute value of the incident angle,
(2) a method of taking the absolute value of the incident angle in consideration of the image area, and (3) a method of taking the mean of the square of θ in consideration of the image area, etc. In the present embodiment, since the thickness of the step to be finally determined changes with the square of the incident angle, a method of determining the incident angle by the average of the square of the incident angle is adopted.
【0069】2乗平均入射角度を用いた方法について説
明する。レンズ上の1点に入射する(有効に結像に寄与
する)光線の分布は簡単には決定できない。しかし1点
毎に入射角度を求めることは煩わしいので、ここではか
なり粗い仮定の下に、単純な計算で各点での段差を決め
る。ここでは、次のような仮定を設ける。 (1)1点への入射光線は完全な円錐状の領域になる。 (2)入射角度の分布は同心円上の等間隔。 上記の仮定が成立しているものとして、2乗和平均で、
平均入射角度を求めることにする。A method using the mean square incident angle will be described. The distribution of light rays incident on one point on the lens (effectively contributing to imaging) cannot be easily determined. However, since it is troublesome to find the incident angle for each point, the step at each point is determined by a simple calculation under a rather rough assumption. Here, the following assumptions are made. (1) A light beam incident on one point becomes a perfect conical area. (2) The distribution of incident angles is equally spaced on concentric circles. Assuming that the above assumptions hold, in the sum of squares,
The average incident angle will be determined.
【0070】なお、ほとんど近似すること無しに、平均
入射角度を求めることも、現在の設計ツールを利用すれ
ば不可能ではない。しかし、写真レンズのように、有効
に利用される像面が長方形の場合では、像高の方向毎に
入射角度分布は異なってしまうため、面の回転対称性が
失われるため計算量が爆発的に増加してしまう。これに
対し、実際に画角、光束幅、のあるレンズではほとんど
の場合波長幅もあるため、計算精度を上げた分の入射角
度変化による回折効率への寄与は波長特性の項によるロ
スに埋もれてしまうので、そこまで厳密に計算する必要
はない。上記の近似の下で単純平均入射角度をm、角度
幅の半値をr、2乗平均入射角度をUとして、Note that it is not impossible to obtain the average incident angle with almost no approximation by using current design tools. However, when the image plane that is effectively used is rectangular, as in a photographic lens, the incident angle distribution differs for each image height direction, and the rotational symmetry of the plane is lost, so the amount of computation explodes. Will increase. In contrast, most lenses with an actual angle of view and luminous flux width also have a wavelength width in most cases, so the contribution to diffraction efficiency due to the change in incident angle due to increased calculation accuracy is buried in the loss due to the wavelength characteristic term. You don't need to calculate that exactly. Under the above approximation, the simple average incident angle is m, the half value of the angular width is r, and the square mean incident angle is U,
【数29】 が成立する。(Equation 29) Holds.
【0071】(数29)において、rとmは次のように
して求めることができる。 (1)光線追跡により、メリディオナル断面内で、面の
高さhに対し、入射可能な最大光線角度θU、最小光線
角度θLを求める。 (2)θU、θLをhの関数化して、任意のhに対しθ
U、θLが定まるようにする。 (3)m=((θU+θL)/2−面の法線角度α) r=((θU−θL)/2)In (Equation 29), r and m can be obtained as follows. (1) The maximum ray angle θU and the minimum ray angle θL that can be incident with respect to the height h of the surface in the meridional section are obtained by ray tracing. (2) By converting θU and θL into a function of h, for any h, θ
U and θL are determined. (3) m = ((θU + θL) / 2−normal angle α of surface) r = ((θU−θL) / 2)
【0072】このような計算の結果、各点での2乗平均
入射角度θ(rad.)は表17に示す通りとなる。ここでも
実施例1と同様に、実際の回折レンズ面は決定されてい
ないため、巨視的な形状を用いて角度θを計算する。As a result of such calculation, the root mean square incident angle θ (rad.) At each point is as shown in Table 17. Here, similarly to the first embodiment, since the actual diffraction lens surface is not determined, the angle θ is calculated using a macroscopic shape.
【表17】 輪帯番号 1次微分 方向余弦 面の角度 2乗平均入射角度 N dXo/dh L α(rad.) θ 0 0.0609 0.9982 0.0608 0.2971 1 0.1059 0.9944 0.1056 0.2977 2 0.1374 0.9907 0.1365 0.3035 3 0.1632 0.9869 0.1618 0.3099 4 0.1859 0.9832 0.1838 0.3165 5 0.2065 0.9793 0.2036 0.3229 6 0.2255 0.9755 0.2218 0.3293 7 0.2433 0.9717 0.2387 0.3354 8 0.2602 0.9678 0.2546 0.3414 9 0.2764 0.9639 0.2696 0.3472 10 0.2919 0.9599 0.2840 0.3528 11 0.3069 0.9560 0.2978 0.3582 12 0.3215 0.9520 0.3111 0.3633 13 0.3358 0.9480 0.3239 0.3683 14 0.3497 0.9440 0.3364 0.3730 15 0.3633 0.9399 0.3485 0.3775 16 0.3767 0.9358 0.3603 0.3818 17 0.3899 0.9317 0.3718 0.3859 18 0.4030 0.9275 0.3831 0.3899 19 0.4158 0.9233 0.3941 0.3936 20 0.4286 0.9191 0.4049 0.3971 21 0.4412 0.9149 0.4155 0.4005 22 0.4538 0.9106 0.4260 0.4037 23 0.4663 0.9063 0.4363 0.4067 24 0.4787 0.9020 0.4465 0.4096 25 0.4911 0.8976 0.4565 0.4123 26 0.5034 0.8932 0.4664 0.4149 27 0.5158 0.8888 0.4762 0.4173 28 0.5281 0.8843 0.4859 0.4196 29 0.5404 0.8797 0.4955 0.4217 30 0.5528 0.8752 0.5050 0.4237 35 0.6152 0.8517 0.5515 0.4321 40 0.6796 0.8271 0.5969 0.4381 45 0.7471 0.8011 0.6416 0.4424 50 0.8188 0.7737 0.6861 0.4455 55 0.8957 0.7449 0.7304 0.4480 60 0.9790 0.7146 0.7748 0.4502 65 1.0696 0.6829 0.8190 0.4523 70 1.1686 0.6502 0.8630 0.4544[Table 17] Ring number No. 1st derivative Angle of direction cosine plane Mean square incident angle N dXo / dh L α (rad.) Θ 0 0.0609 0.9982 0.0608 0.2971 1 0.1059 0.9944 0.1056 0.2977 2 0.1374 0.9907 0.1365 0.3035 3 0.1632 0.9869 0.1618 0.3099 4 0.1859 0.9832 0.1838 0.3165 5 0.2065 0.9793 0.2036 0.3229 6 0.2255 0.9755 0.2218 0.3293 7 0.2433 0.9717 0.2387 0.3354 8 0.2602 0.9678 0.2546 0.3414 9 0.2764 0.9639 0.2696 0.3472 10 0.2919 0.9599 0.2840 0.3528 11 0.3069 0.9560 0.2978 0.3582 12 0.3215 0.9520 0.3111 0.3633 13 0.3 0.3683 14 0.3497 0.9440 0.3364 0.3730 15 0.3633 0.9399 0.3485 0.3775 16 0.3767 0.9358 0.3603 0.3818 17 0.3899 0.9317 0.3718 0.3859 18 0.4030 0.9275 0.3831 0.3899 19 0.4158 0.9233 0.3941 0.3936 20 0.4286 0.9191 0.4049 0.3971 21 0.4412 0.9149 0.4155 0.4005 22 0.4538 0.9106 0.4260 0.4037 23 0.4663 0.906 0.4363 0.4067 24 0.4787 0.9020 0.4465 0.4096 25 0.4911 0.8976 0.4565 0.4123 26 0.5034 0.8932 0.4664 0.4149 27 0.5158 0.8888 0.4762 0.4173 28 0.5281 0.8843 0.4859 0.4196 29 0.5404 0.8797 0.4955 0.4217 30 0.5528 0.8752 0.5050 0.4237 35 0.6152 0.8517 0.5515 0.4321 40 0.6796 0.8271 0.5969 0.4381 45 0.7471 0.8011 0.6416 0.4424 50 0.8188 0.7737 0.6861 0.4455 55 0.8957 0.7449 0.7304 0.4480 60 0.9790 0.7146 0.7748 0.4502 65 1.0696 0.6829 0.8190 0.4523 70 1.1686 0.6502 0.8630 0.4544
【0073】上記の入射角θに基づいてその余弦を求め
ると共に、実際の材料の屈折率を用いて屈折角の余弦を
計算し、これらに基づいて法線方向に沿った厚さ△tを
(数23)により計算する。この段差を光軸と平行な方
向の段差△Xに変換するためには、光軸と面の法線との
なす角度をαとして、△X=△t/cosαとなる。これ
らの計算結果は、表18に示される通りである。The cosine of the refraction angle is calculated based on the incident angle θ, the cosine of the refraction angle is calculated using the refractive index of the actual material, and the thickness Δt along the normal direction is calculated based on these. It is calculated by equation (23). In order to convert this step into a step ΔX in the direction parallel to the optical axis, ΔX = Δt / cos α, where α is the angle between the optical axis and the normal to the surface. The results of these calculations are as shown in Table 18.
【0074】[0074]
【表18】 輪帯番号N cosθ cosθ' △t △X 0 0.9562 0.9868 -0.0006908 -0.0006921 1 0.9560 0.9867 -0.0006908 -0.0006946 2 0.9543 0.9862 -0.0006901 -0.0006966 3 0.9523 0.9856 -0.0006893 -0.0006985 4 0.9503 0.9850 -0.0006886 -0.0007004 5 0.9483 0.9844 -0.0006878 -0.0007023 6 0.9463 0.9838 -0.0006870 -0.0007042 7 0.9443 0.9832 -0.0006862 -0.0007062 8 0.9423 0.9826 -0.0006854 -0.0007083 9 0.9403 0.9821 -0.0006847 -0.0007104 10 0.9384 0.9815 -0.0006840 -0.0007125 11 0.9365 0.9810 -0.0006832 -0.0007147 12 0.9347 0.9804 -0.0006825 -0.0007169 13 0.9330 0.9799 -0.0006818 -0.0007193 14 0.9312 0.9794 -0.0006812 -0.0007216 15 0.9296 0.9789 -0.0006805 -0.0007241 16 0.9280 0.9785 -0.0006799 -0.0007266 17 0.9264 0.9780 -0.0006793 -0.0007292 18 0.9250 0.9776 -0.0006788 -0.0007318 19 0.9235 0.9772 -0.0006782 -0.0007345 20 0.9222 0.9768 -0.0006777 -0.0007373 21 0.9209 0.9764 -0.0006772 -0.0007402 22 0.9196 0.9760 -0.0006767 -0.0007431 23 0.9184 0.9757 -0.0006763 -0.0007462 24 0.9173 0.9754 -0.0006758 -0.0007493 25 0.9162 0.9750 -0.0006754 -0.0007524 26 0.9152 0.9748 -0.0006750 -0.0007557 27 0.9142 0.9745 -0.0006746 -0.0007591 28 0.9133 0.9742 -0.0006743 -0.0007625 29 0.9124 0.9740 -0.0006739 -0.0007661 30 0.9116 0.9737 -0.0006736 -0.0007697 35 0.9081 0.9727 -0.0006723 -0.0007893 40 0.9056 0.9720 -0.0006713 -0.0008117 45 0.9037 0.9715 -0.0006706 -0.0008371 50 0.9024 0.9711 -0.0006701 -0.0008661 55 0.9013 0.9708 -0.0006697 -0.0008991 60 0.9004 0.9705 -0.0006693 -0.0009367 65 0.8995 0.9703 -0.0006690 -0.0009796 70 0.8985 0.9700 -0.0006686 -0.0010284[Table 18] Zone number N cosθ cosθ '△ t △ X 0 0.9562 0.9868 -0.0006908 -0.0006921 1 0.9560 0.9867 -0.0006908 -0.0006946 2 0.9543 0.9862 -0.0006901 -0.0006966 3 0.9523 0.9856 -0.0006893 -0.0006985 4 0.9503 0.9850 -0.0006886 -0.0007004 5 0.9483 0.9844 -0.0006878 -0.0007023 6 0.9463 0.9838 -0.0006870 -0.0007042 7 0.9443 0.9832 -0.0006862 -0.0007062 8 0.9423 0.9826 -0.0006854 -0.0007083 9 0.9403 0.9821 -0.0006847 -0.0007104 10 0.9384 0.9815 -0.0006840 -0.0007125 11 0.9365 0.9810 -0.0006832 -0.0007147 12 0.9347 0.9804 -0.0006825 -0.0007169 13 0.9330 0.9799 -0.0006818 -0.0007193 14 0.9312 0.9794 -0.0006812 -0.0007216 15 0.9296 0.9789 -0.0006805 -0.0007241 16 0.9280 0.9785 -0.0006799 -0.0007266 17 0.9264 0.9780 -0.0006793 -0.0007292 18 0.9250 0.9776 -0.0006788 -0.0007318 19 0.9235 0.9772 -0.0006782 -0.0007345 20 0.9222 0.9768 -0.0006777 -0.0007373 21 0.9209 0.9764 -0.0006772 -0.0007402 22 0.9196 0.9760 -0.0006767 -0.0007431 23 0.9184 0.9757 -0.0006763 -0.0007462 24 0.9173 0.975 4 -0.0006758 -0.0007493 25 0.9162 0.9750 -0.0006754 -0.0007524 26 0.9152 0.9748 -0.0006750 -0.0007557 27 0.9142 0.9745 -0.0006746 -0.0007591 28 0.9133 0.9742 -0.0006743 -0.0007625 29 0.9124 0.9740 -0.0006739 -0.0007661 30 0.9116 0.9737 -0.0006736 -0.0007697 35 0.9081 0.9727 -0.0006723 -0.0007893 40 0.9056 0.9720 -0.0006713 -0.0008117 45 0.9037 0.9715 -0.0006706 -0.0008371 50 0.9024 0.9711 -0.0006701 -0.0008661 55 0.9013 0.9708 -0.0006697 -0.0008991 60 0.9004 0.9705 -0.0006693 -0.0009367 65 0.8995 0.9703 -0.0006690 -0.0009796 70 0.8985 0.9700 0.0006686 -0.0010284
【0075】前述のように、第2実施例では輪帯の境界
点等の決定を設計時に得られた8次の光路差関数自体を
用いて行っているため、輪帯中心側端部、中央部、周辺
側端部での巨視的な形状からの位相ずれ分φi(N)-N、φ
c(N)-N、φo(N)-Nは、それぞれ0.500λ、0λ,-0.500λ
になっている。この結果を表19に示す。As described above, in the second embodiment, the boundary point of the ring zone is determined by using the eighth-order optical path difference function itself obtained at the time of design. Part, phase deviation from the macroscopic shape at the peripheral end φi (N) -N, φ
c (N) -N, φo (N) -N are 0.500λ, 0λ, -0.500λ, respectively.
It has become. Table 19 shows the results.
【0076】[0076]
【表19】 [Table 19]
【0077】各輪帯毎の1波長分に相当する光軸方向の
厚さ△Xと±0.5の積をとることにより、各輪帯の各位
置で必要な光軸方向の光路差を実形状に変換した微細形
状として求める。結果を表20に示す。By taking the product of the thickness ΔX in the optical axis direction corresponding to one wavelength for each annular zone and ± 0.5, the optical path difference in the optical axis direction required at each position of each annular zone is formed in the actual shape. Calculated as the fine shape converted to The results are shown in Table 20.
【0078】[0078]
【表20】 [Table 20]
【0079】これらの光路差データと、表16に示され
た巨視的形状とから上記の光路差を与えるために必要な
実際の形状を求める。表21は、この形状データを示し
ている。これは、巨視的形状、すなわち、ベースカーブ
の情報も含んだ状態で提供されるサグ量のデータであ
る。From the optical path difference data and the macroscopic shape shown in Table 16, the actual shape required to give the above optical path difference is determined. Table 21 shows the shape data. This is the data of the sag amount provided in a state including the information of the macroscopic shape, that is, the base curve.
【0080】[0080]
【表21】 [Table 21]
【0081】この例でも、上記の各輪帯毎に求められた
3つの点の光路差分のレンズ厚さを関数として4次の多
項式で近似し、0次、2次、4次の係数を求め、加工用
データとすることができるが、第2実施例の場合、輪帯
数が多いため1つ1つの輪帯幅は狭くなるため、2次式
で近似しても最大で誤差1/300λ以下の十分な精度に近
似できる。2次の関数は(数1)で表わされ、この場合
の係数B0N、B2Nはそれぞれ(数5)、(数6)により
求められる。表22は、各係数B0N、B2Nの演算結果の
リストである。Also in this example, the lens thickness of the optical path difference of the three points obtained for each of the above-mentioned zones is approximated by a fourth-order polynomial as a function, and zero-order, second-order, and fourth-order coefficients are obtained. However, in the case of the second embodiment, since the number of zones is large, the width of each zone is narrow, and even if approximated by a quadratic equation, the error is at most 1 / 300λ. It can be approximated to the following sufficient accuracy. The quadratic function is represented by (Equation 1), and the coefficients B0N and B2N in this case are obtained by (Equation 5) and (Equation 6), respectively. Table 22 is a list of the calculation results of the coefficients B0N and B2N.
【表22】 [Table 22]
【0082】表13に示すrと、表14に示す非球面係
数と、表22に示すB0NとB2Nと(数1)で、任意の高
さhに対するサグ量Xのデータを求めることができる。Data of the sag amount X with respect to an arbitrary height h can be obtained from r shown in Table 13, the aspheric coefficient shown in Table 14, and B0N and B2N shown in Table 22 (Equation 1).
【0083】また、実施例1の場合と同様、微細形状全
体を輪帯毎の2次関数として表現することも可能であ
る。この場合の2次関数は(数2)で表わされ、各係数
C0N、C2Nはそれぞれ(数10)、(数11)で求めら
れる。このようにして計算した係数は表23に示すもの
となる。Further, as in the case of the first embodiment, the entire fine shape can be expressed as a quadratic function for each ring zone. The quadratic function in this case is represented by (Equation 2), and the coefficients C0N and C2N are obtained by (Equation 10) and (Equation 11), respectively. The coefficients thus calculated are shown in Table 23.
【0084】[0084]
【表23】 [Table 23]
【0085】従って、表23に示す各係数と、(数3
0)より、任意のh(光軸からの高さ)に対する巨視形
状(サグ量)Xを求めることができる。Accordingly, each coefficient shown in Table 23 and (Equation 3)
0), a macroscopic shape (sag amount) X for an arbitrary h (height from the optical axis) can be obtained.
【0086】[0086]
【発明の効果】以上説明したように、この発明の回折レ
ンズの設計方法によれば、スウェットモデル等に基づく
自動設計プログラムの出力に基づいて回折レンズの輪帯
の境や段差等を簡単に設計することができ、しかも、回
折レンズの性能となる精度を高く保つことができる。As described above, according to the method for designing a diffractive lens of the present invention, it is possible to easily design the boundaries and steps of the annular zone of the diffractive lens based on the output of an automatic design program based on a sweat model or the like. In addition, the accuracy of the performance of the diffraction lens can be kept high.
【図1】この発明の設計方法が適用される屈折回折ハイ
ブリッドレンズの説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a refraction-diffraction hybrid lens to which a design method of the present invention is applied.
【図2】実施例の対物レンズのレンズ図である。FIG. 2 is a lens diagram of an objective lens according to an example.
【図3】実施例2の集光レンズのレンズ図である。FIG. 3 is a lens diagram of a condenser lens according to a second embodiment.
10 対物レンズ 11,12 レンズ面 10M 集光レンズ 11M,12M レンズ面 10 Objective lens 11,12 Lens surface 10M Condensing lens 11M, 12M Lens surface
【数30】 [Equation 30]
Claims (19)
折レンズの微細形状設計方法において、 レンズ面上の点の前記回折レンズの作用を通過光線に対
する光路長付加量として表すステップと、 前記回折レンズの巨視的な形状から面の傾きを求めるス
テップと、 予定される前記レンズ面上の点に入射する光線束の平均
的入射角度の余弦を求めるステップと、 前記平均的入射角度の余弦より単位波長分に相当する光
軸方向の面のシフト量を求めるステップと、 前記光路長付加量に基づいて、前記点の光軸方向シフト
により与えるべき実光路差量を求めるステップと、 前記単位波長分に相当する光軸方向のシフト量と前記光
路差とに基づいて前記レンズ面上の点における光軸方向
シフト量を決定するステップと、を備えることを特徴と
する回折レンズの設計方法。1. A method of designing a fine shape of a diffractive lens formed on a lens surface of a refracting lens, wherein the step of expressing a function of the diffractive lens at a point on the lens surface as an optical path length addition amount to a passing light beam; Obtaining the surface inclination from the macroscopic shape of the lens; obtaining the cosine of the average incident angle of the light beam incident on the point on the predetermined lens surface; and calculating the unit from the cosine of the average incident angle. Obtaining a shift amount of the surface in the optical axis direction corresponding to the wavelength component; obtaining an actual optical path difference amount to be given by the optical axis direction shift of the point based on the optical path length addition amount; Determining the amount of shift in the optical axis direction at a point on the lens surface based on the shift amount in the optical axis direction and the optical path difference corresponding to How to design a lens.
折レンズの設計方法において、 前記回折レンズの作用を光軸からの高さを変数として多
項式の光路差関数として表すステップと、 該光路差関数に基づいて段差となる輪帯の切り換え点を
決定するステップと、 前記回折レンズの巨視的な形状から輪帯毎の光線の入射
角度を求めるステップと、 輪帯毎に光路差の単位波長分に相当する光軸方向のシフ
トを前記入射角度に基づいて求めるステップと、 前記光路差関数に基づいて各輪帯で与えるべき光路差を
求めるステップと、 前記光軸方向のシフトと前記光路差とに基づいて前記各
輪帯毎の微視的形状を決定するステップと、を備えるこ
とを特徴とする回折レンズの設計方法。2. A method of designing a diffractive lens formed on a lens surface of a refracting lens, wherein the function of the diffractive lens is represented as a polynomial optical path difference function using a height from an optical axis as a variable; Determining the switching point of the annular zone to be a step based on the function; obtaining the incident angle of the light beam for each annular zone from the macroscopic shape of the diffractive lens; Obtaining a shift in the optical axis direction corresponding to the angle of incidence based on the incident angle; obtaining an optical path difference to be given in each annular zone based on the optical path difference function; and shifting the optical axis direction and the optical path difference. Determining a microscopic shape for each of the orbicular zones based on the following formula:
計データから光線の平均入射角度を求めるステップを備
えることを特徴とする請求項2に記載の回折レンズの設
計方法。3. The method according to claim 2, wherein the step of obtaining the incident angle includes the step of obtaining an average incident angle of light rays from design data.
入射角度の2乗平均の入射角度を求めるステップである
ことを特徴とする請求項3に記載の回折レンズの設計方
法。4. The step of obtaining the average incident angle,
The method of designing a diffraction lens according to claim 3, wherein the step is a step of obtaining a square mean incident angle of the incident angle.
は、該微視的形状を2次の多項式で近似するステップと
を備えることを特徴とする請求項2に記載の回折レンズ
の設計方法。5. The method according to claim 2, wherein the step of determining the microscopic shape includes the step of approximating the microscopic shape by a second-order polynomial. .
は、該微視的形状を4次の多項式で近似するステップと
を備えることを特徴とする請求項2に記載の回折レンズ
の設計方法。6. The method according to claim 2, wherein the step of determining the microscopic shape includes the step of approximating the microscopic shape with a fourth-order polynomial. .
点を決定するための第1の近似式と、前記各輪帯毎の光
軸方向のシフトを決定するための前記第1の多項式より
次数の高い第2の近似式とを有することを特徴とする請
求項2に記載の回折レンズの設計方法。7. The optical path difference function includes a first approximate expression for determining a switching point of the orb, and a first polynomial for determining a shift in an optical axis direction for each of the orb. The method according to claim 2, further comprising a second approximate expression having a higher order.
り、前記第2の近似式は少なくとも8次の多項式である
ことを特徴とする請求項7に記載の回折レンズの設計方
法。8. The method according to claim 7, wherein the first approximate expression is a fourth-order polynomial, and the second approximate expression is at least an eighth-order polynomial. .
ことを特徴とする請求項8に記載の回折レンズの設計方
法。9. The method according to claim 8, wherein the second approximate expression is a 10th-order polynomial.
モデルによる高屈折率法により求められることを特徴と
する請求項1または2に記載の回折レンズの設計方法。10. The method of designing a diffractive lens according to claim 1, wherein the action of the diffractive lens is obtained by a high refractive index method using a sweat model.
の多項式は、前記屈折レンズの面形状を含めて、 【数1】 で表されることを特徴とする請求項5に記載の回折レン
ズの設計方法。11. A second-order polynomial for approximating the microscopic shape is expressed by the following equation, including the surface shape of the refractive lens. The method for designing a diffractive lens according to claim 5, wherein:
の多項式は、前記屈折レンズの面形状を含めて、 【数2】 で表されることを特徴とする請求項5に記載の回折レン
ズの設計方法。12. A second-order polynomial for approximating the microscopic shape is expressed by the following equation, including the surface shape of the refractive lens. The method for designing a diffractive lens according to claim 5, wherein:
の多項式は、前記屈折レンズの面形状を含めて、 【数3】 で表されることを特徴とする請求項6に記載の回折レン
ズの設計方法。13. A fourth-order polynomial for approximating the microscopic shape is expressed by the following equation, including the surface shape of the refractive lens. The method for designing a diffractive lens according to claim 6, wherein:
の多項式は、前記屈折レンズの面形状を含めて、 【数4】 で表されることを特徴とする請求項6に記載の回折レン
ズの設計方法。14. A fourth-order polynomial for approximating the microscopic shape is expressed by the following equation, including the surface shape of the refractive lens. The method for designing a diffractive lens according to claim 6, wherein:
式は、前記輪帯毎に微視的形状の光軸に対する対称性を
利用し、少なくとも光軸からの高さが異なる2点を通る
軌跡として定義されていることを特徴とする請求項5ま
たは請求項6に記載の回折レンズの設計方法。15. The polynomial for approximating the microscopic shape utilizes symmetry of the microscopic shape with respect to the optical axis for each of the annular zones, and passes through at least two points having different heights from the optical axis. The method of designing a diffractive lens according to claim 5, wherein the method is defined as a trajectory.
定する各係数は、光軸から数えてN番目の輪帯の最も中
心側の点、最も周辺側の点のそれぞれにおける光軸方向
のシフト量を△Xi(N),△Xo(N)、該各点の光軸からの距
離をそれぞれhi(N),ho(N)として、 【数5】 【数6】 により求められることを特徴とする請求項11に記載の回
折レンズの設計方法。16. The coefficients defining the second-order polynomial diffractive lens may be defined by a point in the optical axis direction at each of the most central point and the most peripheral point of the Nth orbicular zone counted from the optical axis. The shift amounts are △ Xi (N) and △ Xo (N), and the distances of the points from the optical axis are hi (N) and ho (N), respectively. (Equation 6) 12. The method for designing a diffractive lens according to claim 11, wherein the method is obtained by the following.
定する各係数は、光軸から数えてN番目の輪帯の最も中
心側の点、中央点、最も周辺側の点のそれぞれにおける
光軸方向のシフト量を△Xi(N),△Xc(N),△Xo(N)、該各
点の光軸からの距離をそれぞれhi(N),hc(N),ho(N)とし
て、 【数7】 【数8】 【数9】 により求められることを特徴とする請求項13に記載の回
折レンズの設計方法。17. The coefficients defining the fourth-order polynomial diffractive lens are the light at each of the most central point, the center point, and the most peripheral point of the Nth orbicular zone counted from the optical axis. The amount of shift in the axial direction is △ Xi (N), △ Xc (N), △ Xo (N), and the distance from the optical axis of each point is hi (N), hc (N), ho (N). , (Equation 8) (Equation 9) 14. The method for designing a diffractive lens according to claim 13, wherein:
定する各係数は、光軸から数えてN番目の輪帯の最も中
心側の点、最も周辺側の点のそれぞれにおける光軸方向
の位置をXi(N),Xo(N)、該各点の光軸からの距離をそれ
ぞれhi(N),ho(N)として、 【数10】 【数11】 により求められることを特徴とする請求項12に記載の回
折レンズの設計方法。18. The coefficients defining the second-order polynomial diffractive lens may be defined by a point in the optical axis direction at each of the most central point and the most peripheral point of the Nth orbicular zone counted from the optical axis. Let Xi (N) and Xo (N) be the positions and hi (N) and ho (N) be the distances from the optical axis of each point, respectively. [Equation 11] 13. The method of designing a diffractive lens according to claim 12, wherein the method is obtained by the following.
定する各係数は、光軸から数えてN番目の輪帯の最も中
心側の点、中央点、最も周辺側の点のそれぞれにおける
光軸方向の位置をXi(N),Xc(N),Xo(N)、該各点の光軸か
らの距離をそれぞれhi(N),hc(N),ho(N)として、 【数12】 【数13】 【数14】 により求められることを特徴とする請求項14に記載の回
折レンズの設計方法。19. The coefficients defining the fourth-order polynomial diffractive lens are the light at each of the most central point, the central point, and the most peripheral point of the Nth orbicular zone counted from the optical axis. The positions in the axial direction are Xi (N), Xc (N), Xo (N), and the distances of the points from the optical axis are hi (N), hc (N), ho (N), respectively. ] (Equation 13) [Equation 14] 15. The method for designing a diffractive lens according to claim 14, wherein:
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|---|---|---|---|
| JP30785897A JP4127883B2 (en) | 1996-10-24 | 1997-10-22 | Diffraction lens design method |
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP8-300948 | 1996-10-24 | ||
| JP30094896 | 1996-10-24 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH10186231A true JPH10186231A (en) | 1998-07-14 |
| JP4127883B2 JP4127883B2 (en) | 2008-07-30 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4127883B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001147367A (en) * | 1999-11-19 | 2001-05-29 | Konica Corp | Objective lens and light pick up device |
| US6654184B1 (en) | 1998-12-09 | 2003-11-25 | Pentax Corporation | Method for designing diffractive lens |
| CN114624877A (en) * | 2022-03-16 | 2022-06-14 | 中国科学院光电技术研究所 | A Design Method of Large Field of View Diffractive Lenses Working in Infrared Bands |
-
1997
- 1997-10-22 JP JP30785897A patent/JP4127883B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6654184B1 (en) | 1998-12-09 | 2003-11-25 | Pentax Corporation | Method for designing diffractive lens |
| JP2001147367A (en) * | 1999-11-19 | 2001-05-29 | Konica Corp | Objective lens and light pick up device |
| CN114624877A (en) * | 2022-03-16 | 2022-06-14 | 中国科学院光电技术研究所 | A Design Method of Large Field of View Diffractive Lenses Working in Infrared Bands |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4127883B2 (en) | 2008-07-30 |
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