JP3738533B2

JP3738533B2 - Lens having lens effect due to diffraction action

Info

Publication number: JP3738533B2
Application number: JP20044097A
Authority: JP
Inventors: 弘向井; 滋人大森
Original assignee: コニカミノルタフォトイメージング株式会社
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2017-07-25
Also published as: JPH1144841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折作用によるレンズ効果を有するレンズに関するものであり、更に詳しくは、回折格子を利用した回折作用によるパワーで、レンズ効果が得られるレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
早水良定『アプラナティックな平板光学素子(1996年6月第21回光学シンポジウム)』において、両面に回折作用によるレンズ効果を有する平行平板から成る光学素子が提案されている。この光学素子は、両面の回折作用によるパワーでコマ収差補正を行うものであり、色補正を行うものではない。これに対し、回折光学素子を用いて色補正を行う光学系が従来より知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
回折格子の回折効率は、設計波長では高効率(≒１)である。しかし、設計波長と異なる波長に対しては回折効率が低下し、高次回折光の回折効率が増加する。この現象は、白色光を対象とする場合ほど顕著である。例えば、回折格子の設計波長を緑色とした場合、０次回折光による赤色の像及び２次回折光による青色の像が発生することになる。像が多重となるため、(設計)像性能は低下してしまう。
【０００４】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであって、その目的は、高次回折光に起因する像性能低下がなく、レンズ枚数の増加なしに色収差の補正が可能なレンズを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明のレンズは、レンズ両面に、回折作用によるレンズ効果を複数の波長を有する可視光に対して有するレンズであって、以下の条件式を満足することを特徴とする。
0.75 ≦ φdF/φdR ≦ 1.25
ただし、
φｄF：入射側面の回折作用によるパワー、
φｄR：射出側面の回折作用によるパワー
である。
【０００６】
第２の発明のファインダ光学系は、上記第１の発明に係るレンズを有することを特徴とする。
第３の発明のファインダ光学系は、リレー部を有するファインダ光学系であって、前記リレー部を構成する最も物体側のレンズとして上記第１の発明に係るレンズを有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施したレンズを、図面を参照しつつ説明する。図１，図２は、ファインダ光学系の一部を成すリレー部，コンデンサ部及び接眼部の光学構成及び光路を示している。図１中のリレー部は、第１の実施の形態に係るレンズで構成されており、図２中のリレー部は、第２の実施の形態に係るレンズで構成されている。図１，図２中、Ｇｉ(ｉ=1,2,3,4)は物体側から数えてi番目の光学要素を示しており、ASP印が付された面は非球面で構成された面、DOE印が付された面は回折面で構成された面であることを示している。
【０００８】
図１，図２において、リレー部は第１レンズＧ１及び第２レンズＧ２から成っており、コンデンサ部は第３レンズＧ３から成っており、接眼部は第４レンズＧ４から成っている。リレー部を構成している第１レンズＧ１は、レンズ両面が回折面(DOE)で構成されており、その回折作用によってレンズ効果が得られる。この第１レンズＧ１のように両面に回折作用を有するレンズを用いれば、各回折面での高次回折光による像位置を動かすことが可能である。そのためには、例えば、レンズ両面の回折によるパワーの総和を一定として、個々の面の回折によるパワーを変えてやればよい。このようにして、高次回折光による像位置を設計像位置に影響しない位置に動かすことが可能である。
【０００９】
《高次回折光による像位置を近づける場合》
色補正のために必要な回折によるパワーを両面に振り分けることによって、高次回折光による像位置を近づけることが可能である。第１の実施の形態(図１)に係る第１レンズＧ１は、このために以下の条件式(1)を満たした構成となっている。この構成によれば、回折面による高次回折光の像が重なるため、設計像性能に対する影響が低減されて、高次回折光に起因する像性能低下が防止される。しかも、レンズ枚数の増加なしに色収差の補正が可能となる。条件式(1)の上限又は下限を超えると、一方の回折面による高次回折光の像が設計像から離れるため、設計像性能に対する影響が大きくなる。
【００１０】
0.75≦φdF／φdR≦1.25 …(1)
ただし、
φdF：入射側面の回折作用によるパワー、
φdR：射出側面の回折作用によるパワー
である。
【００１１】
《高次回折光による像位置を離す場合》
各面の回折作用によるパワーを正，負とし、各面の回折作用のパワーで合成されるパワーを、色補正のために必要な回折によるパワー程度にすることによって、高次回折光による像位置を離すことが可能である。第２の実施の形態(図２)に係る第１レンズＧ１は、このために以下の条件式(2)を満たした構成となっている。この構成によれば、回折面による高次回折光の像が離れるため、設計像性能に対する影響が低減されて、高次回折光に起因する像性能低下が防止される。しかも、レンズ枚数の増加なしに色収差の補正が可能となる。条件式(2)の上限又は下限を超えると、両面の回折面による色補正が過不足となる。そのため、色収差が大きくなる。
【００１２】
-1.25≦φdF／φdR≦-0.75 …(2)
ただし、
φdF：入射側面の回折作用によるパワー、
φdR：射出側面の回折作用によるパワー
である。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を実施したレンズを、コンストラクションデータ，収差図等を挙げて、更に具体的に説明する。ここで例として挙げる実施例１，２は、前述した第１，第２の実施の形態にそれぞれ対応する実施例であり、第１，第２の実施の形態で構成されたファインダ光学系を表す図１，図２は、対応する実施例１，２で構成されたファインダ光学系の光学構成及び光路をそれぞれ示している。また、比較例を併せて示し、図３にそのファインダ光学系の光学構成及び光路を示す。
【００１４】
表１，表５，表９に、実施例１，２；比較例に対応するコンストラクションデータ{光学要素(EL)，面，曲率半径，面種，軸上面間隔，ｅ線に対する屈折率(Ｎｅ),アッベ数(νｄ)}及び条件式対応値を示す。表２，表６，表１０に、実施例１，２；比較例に対応する回折面データを示し、表３，表７，表１１に、実施例１，２；比較例に対応する非球面データを示す。また、表４，表８，表１２に、実施例１，２；比較例に対応する高次回折光の軸上較差を示す。
【００１５】
面種がDOEの面は、回折面で構成された面であり、回折面のピッチの位相形状を表す以下の式(DS)で定義されるものとする。また、面種がASPの面は、非球面で構成された面であり、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義されるものとする。
【００１６】
Φ(h)＝(2π／λ)・(ΣCi・h²ⁱ) …(DS)
ただし、式(DS)中、
Φ(h)：回折面の位相関数、
h ：光軸に対して垂直な方向の高さ、
Ci ：回折面のi次の位相関数係数、
λ ：設計波長(=546nm)
である。
【００１７】
Z(h)＝c・h²／[1+√{1-(k-1)・c²・h²}]+Σ(Ai・hⁱ) …(AS)
ただし、式(AS)中、
Z(h)：光軸方向の基準面からの変位量、
h ：光軸に対して垂直な方向の高さ、
c ：近軸曲率、
k ：円錐定数、
Ai ：i次の非球面係数
である。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
【表３】

【００２１】
【表４】

【００２２】
【表５】

【００２３】
【表６】

【００２４】
【表７】

【００２５】
【表８】

【００２６】
【表９】

【００２７】
【表１０】

【００２８】
【表１１】

【００２９】
【表１２】

【００３０】
図４は、実施例１の収差図であり、上から順に、非点収差，歪曲，倍率色収差及び凡例としての線名称(ｅ線，ｃ線，ｇ線；タンジェンシャル，サジタル)を示している。非点収差の縦軸は視度(ジオプタ)を示し、歪曲収差の縦軸は歪曲量(％)を示し、倍率色収差の縦軸は光軸となす角度(ラジアン)を示す。各収差図の横軸は、すべて瞳面(Ｅ)への入射角度(ラジアン)を示す。なお、非点収差図において、軸上(瞳面への入射角度＝０ラジアン)でのｅ線に対するｇ線の視度較差が(ｇ線)軸上色収差であり、軸上でのｅ線に対するｃ線の視度較差が(ｃ線)軸上色収差である。
【００３１】
実施例１は、高次回折光による像位置を設計像位置に近づけた例であり、実施例２は、高次回折光による像位置を設計像位置から離した例である。比較例は、回折面を１面だけ設けた例である。実施例２及び比較例の収差は、実施例１の収差とほぼ同等である。
【００３２】
実施例１は、面S1及び面S2に回折作用を有し、互いのパワーは等しくなっている。この回折面S1,S2で軸上色収差が補正される。その結果を示すのが、対応する収差図(図４)である。実施例１の非点収差図において、ｃ線の軸上色収差は0.5ジオプタである。表４と表１２とを比較すると分かるように、高次回折光の像位置(視度)は、回折面を１面のみとした比較例の約半分程度の像の離れ度合いとなっている。
【００３３】
実施例２は、面S1及び面S2に回折作用を有し、それぞれのパワーは正，負である。表８と表１２とを比較すると分かるように、高次回折光の像位置(視度)は、回折面を１面のみとした比較例に比べて大きく像が離れている。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るレンズを用いることによって、レンズ枚数を増やすことなく、色補正を行うことができる。また、回折面による高次回折光の像位置が、設計像位置に対して影響しない位置にあるため、高次回折光による像性能の劣化を防ぐことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態(実施例１)に係る光学配置及び光路を示す光学構成図。
【図２】第２の実施の形態(実施例２)に係る光学配置及び光路を示す光学構成図。
【図３】比較例に係る光学配置及び光路を示す光学構成図。
【図４】実施例１の収差図。
【符号の説明】
Ｇ１…第１レンズ
Ｇ２…第２レンズ
Ｇ３…第３レンズ
Ｇ４…第４レンズ
DOE …回折面
ASP …非球面
Ｏ …焦点面
Ｉ …中間像面
Ｅ …瞳[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lens having a lens effect due to a diffractive action, and more particularly to a lens capable of obtaining a lens effect with power due to a diffractive action utilizing a diffraction grating.
[0002]
[Prior art]
In Yoshinori Hayami's “Aplanatic Flat Optical Element (June 1996 21st Optical Symposium)”, an optical element composed of parallel flat plates having a lens effect by diffractive action on both sides is proposed. This optical element performs coma aberration correction with power due to diffraction action on both sides, and does not perform color correction. On the other hand, an optical system that performs color correction using a diffractive optical element is conventionally known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The diffraction efficiency of the diffraction grating is high (≈1) at the design wavelength. However, the diffraction efficiency decreases for wavelengths different from the design wavelength, and the diffraction efficiency of higher-order diffracted light increases. This phenomenon is more conspicuous as white light is targeted. For example, when the design wavelength of the diffraction grating is green, a red image by 0th order diffracted light and a blue image by 2nd order diffracted light are generated. Since the images are multiplexed, the (design) image performance is degraded.
[0004]
The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a lens capable of correcting chromatic aberration without causing deterioration in image performance due to high-order diffracted light and without increasing the number of lenses. .
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the lens of the first invention is a lens having a lens effect due to diffraction action on visible light having a plurality of wavelengths on both surfaces of the lens, and satisfies the following conditional expression: It is characterized by.
0.75 ≤ φdF / φdR ≤ 1.25
However,
φdF: power due to diffraction on the incident side,
φdR: power due to diffraction on the exit side.
[0006]
Finder optical system of the second invention is characterized by having a lens according to the first aspect.
A finder optical system according to a third aspect of the present invention is a finder optical system having a relay portion, and has the lens according to the first aspect as a lens closest to the object side constituting the relay portion.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a lens embodying the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show an optical configuration and an optical path of a relay unit, a capacitor unit, and an eyepiece unit that form a part of a finder optical system. The relay unit in FIG. 1 is configured by the lens according to the first embodiment, and the relay unit in FIG. 2 is configured by the lens according to the second embodiment. In FIG. 1 and FIG. 2, Gi (i = 1, 2, 3, 4) indicates the i-th optical element counted from the object side, and the surface marked with ASP is a surface formed of an aspherical surface. The surface with the DOE mark indicates that the surface is a diffractive surface.
[0008]
In FIG. 1 and FIG. 2, the relay part is composed of a first lens G1 and a second lens G2, the condenser part is composed of a third lens G3, and the eyepiece part is composed of a fourth lens G4. The first lens G1 constituting the relay unit has both lens surfaces formed of diffractive surfaces (DOE), and a lens effect is obtained by the diffractive action. If a lens having a diffractive action on both sides, such as the first lens G1, is used, it is possible to move the image position by high-order diffracted light on each diffractive surface. For this purpose, for example, the power of the diffraction of the individual surfaces may be changed while the total power of the diffraction of both surfaces of the lens is constant. In this way, it is possible to move the image position by high-order diffracted light to a position that does not affect the design image position.
[0009]
<When moving the image position close to high-order diffracted light>
By allocating the power due to diffraction necessary for color correction to both sides, it is possible to bring the image position by the higher-order diffracted light closer. For this purpose, the first lens G1 according to the first embodiment (FIG. 1) is configured to satisfy the following conditional expression (1). According to this configuration, since the images of the higher-order diffracted light from the diffractive surface overlap, the influence on the design image performance is reduced, and the deterioration of the image performance due to the higher-order diffracted light is prevented. In addition, it is possible to correct chromatic aberration without increasing the number of lenses. When the upper limit or lower limit of conditional expression (1) is exceeded, the image of high-order diffracted light from one diffraction surface is separated from the design image, and the influence on the design image performance becomes large.
[0010]
0.75 ≦ φdF / φdR ≦ 1.25 (1)
However,
φdF: Power due to diffraction on the incident side,
φdR: Power due to diffraction on the exit side.
[0011]
<When separating the image position by high-order diffracted light>
By making the power due to the diffractive action of each surface positive and negative, the power synthesized by the power of the diffractive action of each surface is about the power required by the diffraction for color correction, so that the image position by the higher-order diffracted light is Can be separated. For this purpose, the first lens G1 according to the second embodiment (FIG. 2) is configured to satisfy the following conditional expression (2). According to this configuration, since the image of the high-order diffracted light from the diffractive surface is separated, the influence on the design image performance is reduced, and the image performance deterioration caused by the high-order diffracted light is prevented. In addition, it is possible to correct chromatic aberration without increasing the number of lenses. If the upper limit or lower limit of conditional expression (2) is exceeded, color correction by the diffractive surfaces on both sides becomes excessive or insufficient. Therefore, chromatic aberration increases.
[0012]
-1.25 ≦ φdF / φdR ≦ -0.75 (2)
However,
φdF: Power due to diffraction on the incident side,
φdR: Power due to diffraction on the exit side.
[0013]
【Example】
Hereinafter, the lens embodying the present invention will be described more specifically with reference to construction data, aberration diagrams, and the like. Examples 1 and 2 listed here are examples corresponding to the first and second embodiments, respectively, and represent the finder optical system configured in the first and second embodiments. 1 and 2 show the optical configuration and optical path of the finder optical system configured in the corresponding first and second embodiments. A comparative example is also shown, and FIG. 3 shows the optical configuration and optical path of the finder optical system.
[0014]
Tables 1, 5 and 9 show Examples 1 and 2; construction data corresponding to comparative examples {optical element (EL), surface, radius of curvature, surface type, axial top surface spacing, refractive index for e-line (Ne). , Abbe number (νd)} and the value corresponding to the conditional expression. Tables 2, 6 and 10 show diffraction surface data corresponding to Examples 1 and 2; Comparative Examples, and Tables 3, 7 and 11 show Examples 1 and 2; Aspherical surfaces corresponding to Comparative Examples. Data is shown. Tables 4, 8 and 12 show on-axis differences of high-order diffracted light corresponding to Examples 1 and 2 and Comparative Examples.
[0015]
A surface with a surface type of DOE is a surface formed by a diffractive surface, and is defined by the following equation (DS) representing the phase shape of the pitch of the diffractive surface. Further, a surface whose surface type is ASP is a surface formed of an aspheric surface, and is defined by the following expression (AS) representing the surface shape of the aspheric surface.
[0016]
Φ (h) = (2π / λ) ・ (ΣCi ・ h ²ⁱ )… (DS)
However, in the formula (DS)
Φ (h): diffractive surface phase function,
h: height in a direction perpendicular to the optical axis,
Ci: i-th order phase function coefficient of the diffraction surface,
λ: Design wavelength (= 546nm)
It is.
[0017]
Z (h) = c · h ² / [1 + √ {1- (k-1) · c ² · h ² }] + Σ (Ai · h ⁱ )… (AS)
However, in the formula (AS)
Z (h): Displacement from the reference plane in the optical axis direction
h: height in a direction perpendicular to the optical axis,
c: paraxial curvature,
k: conic constant,
Ai: i-th order aspheric coefficient.
[0018]
[Table 1]

[0019]
[Table 2]

[0020]
[Table 3]

[0021]
[Table 4]

[0022]
[Table 5]

[0023]
[Table 6]

[0024]
[Table 7]

[0025]
[Table 8]

[0026]
[Table 9]

[0027]
[Table 10]

[0028]
[Table 11]

[0029]
[Table 12]

[0030]
FIG. 4 is an aberration diagram of Example 1, showing astigmatism, distortion, lateral chromatic aberration, and legend line names (e-line, c-line, g-line; tangential, sagittal) in order from the top. . The vertical axis of astigmatism indicates diopter (diopter), the vertical axis of distortion aberration indicates the amount of distortion (%), and the vertical axis of lateral chromatic aberration indicates the angle (radian) formed with the optical axis. The horizontal axis of each aberration diagram indicates the incident angle (radian) to the pupil plane (E). In the astigmatism diagram, the diopter difference of g-line with respect to e-line on the axis (incidence angle to the pupil plane = 0 radians) is the (g-line) axial chromatic aberration, and is relative to the e-line on the axis. The diopter range of the c line is the (c line) axial chromatic aberration.
[0031]
Example 1 is an example in which the image position by high-order diffracted light is brought close to the design image position, and Example 2 is an example in which the image position by high-order diffracted light is separated from the design image position. The comparative example is an example in which only one diffraction surface is provided. The aberrations of Example 2 and the comparative example are almost the same as those of Example 1.
[0032]
The first embodiment has a diffractive action on the surface S1 and the surface S2, and the respective powers are equal. The axial chromatic aberration is corrected by the diffraction surfaces S1 and S2. The corresponding aberration diagram (FIG. 4) shows the result. In the astigmatism diagram of Example 1, the axial chromatic aberration of the c-line is 0.5 diopter. As can be seen from a comparison between Table 4 and Table 12, the image position (diopter) of the high-order diffracted light is about half the image separation of the comparative example with only one diffractive surface.
[0033]
In Example 2, the surface S1 and the surface S2 have a diffractive action, and the respective powers are positive and negative. As can be seen from a comparison between Table 8 and Table 12, the image position (diopter) of the higher-order diffracted light is far away from that of the comparative example in which only one diffraction surface is provided.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, by using the lens according to the present invention, color correction can be performed without increasing the number of lenses. In addition, since the image position of the high-order diffracted light by the diffractive surface is at a position that does not affect the design image position, it is possible to prevent the image performance from being degraded by the high-order diffracted light.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical configuration diagram showing an optical arrangement and optical paths according to a first mode for embodying the present invention (embodiment 1);
FIG. 2 is an optical configuration diagram showing an optical arrangement and optical paths according to a second mode for embodying the present invention (embodiment 2);
FIG. 3 is an optical configuration diagram showing an optical arrangement and an optical path according to a comparative example.
4 is an aberration diagram of Example 1. FIG.
[Explanation of symbols]
G1 ... 1st lens G2 ... 2nd lens G3 ... 3rd lens G4 ... 4th lens
DOE ... Diffraction surface
ASP ... Aspherical surface O ... Focal plane I ... Intermediate image plane E ... Pupil

Claims

A lens having a lens effect due to diffraction action for visible light having a plurality of wavelengths on both surfaces of the lens, and satisfying the following conditional expression:
0.75 ≤ φdF / φdR ≤ 1.25
However,
φdF: power due to diffraction on the incident side,
φdR: power due to diffraction on the exit side.

A finder optical system comprising the lens according to claim 1.

A finder optical system that having a relay unit, as a most object side lens constituting the relay portion, a finder optical system, characterized in that it has a lens according to claim 1.