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JP2017146561A - Diffractive optical element, optical system, and image capturing device - Google Patents

Diffractive optical element, optical system, and image capturing device Download PDF

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JP2017146561A
JP2017146561A JP2016030295A JP2016030295A JP2017146561A JP 2017146561 A JP2017146561 A JP 2017146561A JP 2016030295 A JP2016030295 A JP 2016030295A JP 2016030295 A JP2016030295 A JP 2016030295A JP 2017146561 A JP2017146561 A JP 2017146561A
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JP
Japan
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optical
optical system
conditional expression
light
rainbow
Prior art date
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Application number
JP2016030295A
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Japanese (ja)
Inventor
一範 小森
Kazunori Komori
一範 小森
敏也 瀬川
Toshiya Segawa
敏也 瀬川
成紀 細谷
Shigeki Hosoya
成紀 細谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tamron Co Ltd
Original Assignee
Tamron Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diffractive optical element that is easy to manufacture and capable of preventing image quality degradation due to rainbow flare, and to provide an optical system and an image capturing device.SOLUTION: In order to clear the above problem, an optical system is provided, which includes an optical surface with a fine periodic structure having a certain pitch caused by machining marks, and satisfies a predetermined conditional expression (1), where p (μm) represents the certain pitch, w (μm) represents a wavelength of a light ray of a shortest wavelength in a wavelength range in which the optical system is used, and ω' (°) represents an incident angle of a light ray having a maximum field angle among all the rays passing an optical axis on the optical surface.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本件発明は回折光学素子、光学系及び撮像装置に関する。   The present invention relates to a diffractive optical element, an optical system, and an imaging apparatus.

従来より、光学素子の光学面、或いはその金型を加工する方法としていわゆる切削法が知られている。切削法とは、バイト(切削工具)を用いて光学素子の光学面、或いはその金型を切削し、所望の形状に加工する方法である。切削法により光学面等を加工する場合、バイトの送りピッチ(加工ピッチ)に起因した意図せぬ微細構造が形成されることがある。このような微細構造は上記送りピッチに応じて、回折格子と同様の周期構造を有する。そのため当該光学面に入射した光は、表面の微細構造によって回折されてフレアとなる。回折光の回折角度は入射光の波長に依存するため、当該光学面に入射した光は、波長毎に分光された虹色の回折フレア(以下、「虹フレア」と称する。)となる。   Conventionally, a so-called cutting method is known as a method of processing an optical surface of an optical element or a mold thereof. The cutting method is a method in which a tool (cutting tool) is used to cut an optical surface of an optical element or a mold thereof to process it into a desired shape. When an optical surface or the like is processed by a cutting method, an unintended fine structure may be formed due to the feed pitch (processing pitch) of the cutting tool. Such a fine structure has the same periodic structure as the diffraction grating according to the feed pitch. Therefore, the light incident on the optical surface is diffracted by the fine structure of the surface and becomes flare. Since the diffraction angle of the diffracted light depends on the wavelength of the incident light, the light incident on the optical surface becomes iridescent diffracted flare (hereinafter referred to as “rainbow flare”) that is dispersed for each wavelength.

当該虹フレアが像面に入射すると、色調が不鮮明になったり、輪郭の鮮明な被写体像を得ることが困難になる等、画質が大きく低下する。従って、意図せぬ微細構造が光学面に残存しないように、光学面を加工することが求められる。そのような方法として、例えば、光学面を切削加工した後、その表面を研磨することが考えられる。また、曲率半径(R)の大きいバイトを用いて、光学面を切削加工することも考えられる。これらの方法によれば、バイトの加工痕により形成される表面の凹凸を小さくすることができ、表面に入射した光が意図せず回折することを防止することができる。   When the rainbow flare is incident on the image plane, the image quality is greatly deteriorated, for example, the color tone becomes unclear and it becomes difficult to obtain a subject image with a clear outline. Therefore, it is required to process the optical surface so that an unintended fine structure does not remain on the optical surface. As such a method, for example, it is conceivable to polish the surface after cutting the optical surface. It is also conceivable to cut the optical surface using a tool having a large radius of curvature (R). According to these methods, the unevenness of the surface formed by the processing traces of the cutting tool can be reduced, and light incident on the surface can be prevented from being unintentionally diffracted.

しかしながら、回折光学素子の回折面、或いはフレネルレンズのフレネル面等、輪帯構造を有する光学面を加工する際に、上記二つの方法を適用することはできない。回折面には、一般に、断面鋸歯形状のブレーズ格子が設けられる(例えば、特許文献1参照)。回折面は、上記回折格子により入射した光から特定の次数の回折光を取り出し、光の回折作用を利用することで、光の屈折作用、或いは反射作用とは異なる波長分散性、非球面性を利用する光学面である。上述した切削加工後に表面を研磨する方法では、上記ブレーズ格子の形状が変化し、所望の回折作用を得ることができなくなる。また、曲率の大きいバイトを用いる方法では、所望の形状のブレーズ格子を形成することが困難になる。所定の次数の回折光を効率よく取り出すためには、エッジのシャープなブレーズ格子を形成する必要があるが、曲率半径の大きなバイトではそのようなブレーズ格子を形成することが困難であるためである。フレネル面についても同様のことがいえる。   However, the above two methods cannot be applied when processing an optical surface having an annular structure such as a diffractive surface of a diffractive optical element or a Fresnel surface of a Fresnel lens. The diffractive surface is generally provided with a blazed grating having a sawtooth cross section (see, for example, Patent Document 1). The diffractive surface takes out diffracted light of a specific order from the light incident by the diffraction grating and uses the light diffractive action to provide wavelength dispersion and asphericity different from the light refracting or reflecting action. The optical surface to be used. In the method of polishing the surface after the above-described cutting process, the shape of the blazed grating changes, and a desired diffraction effect cannot be obtained. In addition, it is difficult to form a blazed grating having a desired shape by a method using a cutting tool having a large curvature. This is because it is necessary to form a blazed grating with sharp edges in order to efficiently extract a diffracted light of a predetermined order, but it is difficult to form such a blazed grating with a tool having a large curvature radius. . The same is true for the Fresnel surface.

一方、バイトの送りピッチを限りなく小さくしていけば、加工痕による凹凸を小さくすることができ、虹フレアの光量を低減させることができる。しかしながら、バイトの送りピッチを小さくすることは、加工時間の増大を招き、加工精度の低下や加工コストの増大につながる。   On the other hand, if the bite feed pitch is made as small as possible, the unevenness caused by the processing marks can be reduced, and the amount of rainbow flare can be reduced. However, reducing the tool feed pitch leads to an increase in machining time, leading to a reduction in machining accuracy and an increase in machining cost.

特開平4−248501号公報JP-A-4-248501

そこで、本件発明の課題は、製造時の加工が容易であり、虹フレアによる画質の低下を防止することができる光学系、撮像装置及び光学素子の加工方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an optical system, an imaging apparatus, and an optical element processing method that can be easily processed at the time of manufacture and can prevent image quality deterioration due to rainbow flare.

上記課題を解決するため、本件発明に係る光学系は、加工痕に起因する所定のピッチを有する微細周期構造を備えた光学面を含む光学系であって、前記所定のピッチをp(μm)とし、当該光学系の使用波長域において最も短波長の光線の波長をw(μm)とし、
前記光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角をω’(°)としたとき、下記条件式(1)を満足することを特徴とする。
1.0 > (p/w)×sinω’ ・・・(1)
In order to solve the above problems, an optical system according to the present invention is an optical system including an optical surface having a fine periodic structure having a predetermined pitch caused by a processing mark, and the predetermined pitch is p (μm). And the wavelength of the shortest ray in the wavelength range of use of the optical system is w (μm),
Of the light rays passing through the optical axis of the optical surface, the following conditional expression (1) is satisfied, where ω ′ (°) is the incident angle of the light ray having the maximum field angle.
1.0> (p / w) × sin ω ′ (1)

また、上記課題を解決するため、本件発明に係る撮像装置は、上記本件発明に係る光学系と、当該光学系の像面側に、当該光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an imaging apparatus according to the present invention converts the optical system according to the present invention and an optical image formed by the optical system on the image plane side of the optical system into an electrical signal. And an image pickup device.

また、上記課題を解決するため、本件発明に係る光学素子の加工方法は、光学素子を切削工具を用いて加工する加工方法であって、前記切削工具の送りピッチをp(μm)とし、当該光学素子の使用波長域において最も短波長の光線の波長をw(μm)とし、前記光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角をω’(°)としたとき、下記条件式(1)を満足するようにして、前記光学面に対して前記切削工具を当接し、当該光学面を当該切削工具により切削することを特徴とする。
1.0 > (p/w)×sinω’ ・・・(1)
Moreover, in order to solve the said subject, the processing method of the optical element which concerns on this invention is a processing method which processes an optical element using a cutting tool, Comprising: Let the feed pitch of the said cutting tool be p (micrometer), the said The wavelength of the shortest light beam in the use wavelength range of the optical element is w (μm), and the incident angle of the light beam having the maximum field angle among the light beams passing through the optical axis of the optical surface is ω ′ (°). When the following conditional expression (1) is satisfied, the cutting tool is brought into contact with the optical surface, and the optical surface is cut by the cutting tool.
1.0> (p / w) × sin ω ′ (1)

本件発明によれば、製造時の加工が容易であり、虹フレアによる画質の低下を防止することができる光学系及び撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical system and an imaging apparatus that can be easily processed at the time of manufacture and can prevent deterioration in image quality due to rainbow flare.

回折面の光軸を通過する光線に起因する虹フレアを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the rainbow flare resulting from the light ray which passes the optical axis of a diffraction surface. 回折面の光軸外を通過する光線に起因する虹フレアを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the rainbow flare resulting from the light ray which passes off the optical axis of a diffraction surface. テレフォトタイプの光学系を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a telephoto type optical system. レトロフォーカスタイプの光学系を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a retrofocus type optical system. 実施例1の光学系の構成を示すレンズ断面図である。2 is a lens cross-sectional view illustrating a configuration of an optical system of Example 1. FIG. 実施例1の光学系において、回折面に起因して発生した虹フレアと回折面の光軸を通過した光線のスポットダイアグラムである。In the optical system of Example 1, it is the spot diagram of the rainbow flare which originated in the diffraction surface, and the light ray which passed the optical axis of the diffraction surface. 実施例2の光学系において、回折面に起因して発生した虹フレアと回折面の光軸を通過した光線のスポットダイアグラムである。6 is a spot diagram of a rainbow flare generated due to a diffractive surface and a light beam passing through the optical axis of the diffractive surface in the optical system of Example 2. FIG. 実施例3の光学系の構成を示すレンズ断面図である。6 is a lens cross-sectional view illustrating a configuration of an optical system according to Example 3. FIG. 実施例3の光学系において、回折面に起因して発生した虹フレアと回折面の光軸を通過した光線のスポットダイアグラムである。In the optical system of Example 3, it is the spot diagram of the rainbow flare which originated in the diffraction surface, and the light ray which passed the optical axis of the diffraction surface. 実施例4の光学系において、回折面に起因して発生した虹フレアと回折面の光軸を通過した光線のスポットダイアグラムである。In the optical system of Example 4, it is the spot diagram of the rainbow flare which originated in the diffraction surface, and the light ray which passed the optical axis of the diffraction surface.

以下、本件発明に係る光学系及び撮像装置の実施の形態を順に説明する。   Hereinafter, embodiments of an optical system and an imaging apparatus according to the present invention will be described in order.

1.光学系
本件発明に係る光学系は、加工痕に起因する所定のピッチを有する微細周期構造を備えた光学面を含む光学系である。本件発明に係る光学系は、後述する条件式(1)を満足し、好ましくは条件式(2)〜(4)を満足するものとする。本件発明に係る光学系では、これらの条件式を満足させることにより、加工痕に起因する上記微細周期構造によって虹フレアが発生した場合も、当該虹フレア光が像面に入射しないため、虹フレアによる画質の低下を防止することができる。以下、本件発明に係る光学系の構成について説明した後、本件発明に係る光学系が満足すべき、或いは、満足することが好ましい条件式について説明する。
1. Optical system The optical system according to the present invention is an optical system including an optical surface having a fine periodic structure having a predetermined pitch caused by a processing mark. The optical system according to the present invention satisfies conditional expression (1) described later, and preferably satisfies conditional expressions (2) to (4). In the optical system according to the present invention, by satisfying these conditional expressions, the rainbow flare light does not enter the image plane even when the rainbow flare is generated by the fine periodic structure caused by the processing mark. It is possible to prevent the deterioration of the image quality due to. Hereinafter, after describing the configuration of the optical system according to the present invention, conditional expressions that the optical system according to the present invention should satisfy or preferably satisfy will be described.

1−1.光学面
まず、光学面について説明する。本件発明において光学面とは、入射光に対して屈折、反射、回折等の光学作用を有する面をいう。当該光学面の形状は特に限定されるものではなく、球面、非球面、平面等、どのような形状であってもよい。また、当該光学面は、球面、非球面、平面等の表面に回折格子が形成された回折面であってもよい。また、当該光学面はいわゆるフレネル面であってもよい。本件発明は、回折面やフレネル面等の輪帯構造を有する光学面に特に好適である。このような輪帯構造を備えた光学面では、加工痕を研磨等の手法によって除去することができず、加工痕に起因する上記微細周期構造が残存しやすいためである。以下では、当該光学面が回折面である場合を例に挙げて説明するが、以下に説明する事項は、上記列挙したいずれの形状の光学面であっても、加工痕に起因する上記微細周期構造を有する限り、同様の作用効果を奏する。
1-1. Optical surface First, the optical surface will be described. In the present invention, the optical surface refers to a surface having an optical action such as refraction, reflection or diffraction with respect to incident light. The shape of the optical surface is not particularly limited, and may be any shape such as a spherical surface, an aspherical surface, or a flat surface. The optical surface may be a diffractive surface in which a diffraction grating is formed on a surface such as a spherical surface, an aspherical surface, or a flat surface. The optical surface may be a so-called Fresnel surface. The present invention is particularly suitable for an optical surface having an annular structure such as a diffractive surface or a Fresnel surface. This is because, on an optical surface having such an annular structure, the processing trace cannot be removed by a technique such as polishing, and the fine periodic structure resulting from the processing trace tends to remain. In the following, the case where the optical surface is a diffractive surface will be described as an example. However, the matter described below is not limited to the above-described fine period caused by processing marks, regardless of the shape of the optical surface listed above. As long as it has a structure, the same effects are obtained.

例えば、当該光学面がブレーズ化された回折面である場合、当該回折面は下記式で表すことができる。   For example, when the optical surface is a blazed diffraction surface, the diffraction surface can be expressed by the following equation.

Figure 2017146561

Φ(h)は、位相差関数であり、
hは、同径方向における光軸からの長さであり、
C1、C2、C3、C4は、任意の係数であり、
mは、回折次数であり、
λは、設計波長である。
Figure 2017146561

Φ (h) is a phase difference function,
h is the length from the optical axis in the same radial direction,
C1, C2, C3, and C4 are arbitrary coefficients,
m is the diffraction order,
λ is the design wavelength.

なお、上記式(1)において、任意の波長を設計波長とすることができる。設計波長は、当該光学系の使用波長域内の任意の波長とすることが好ましい。例えば、当該光学系の使用波長域が可視光波長域(例えば、380nm以上780nm以下)である場合、可視光波長域内の任意の波長の光線を設計波長とすることができる。また、当該光学系が近赤外〜赤外領域の波長を使用する場合、これらの波長域内の任意の波長を設計波長とすることができる。   In the above formula (1), an arbitrary wavelength can be set as the design wavelength. The design wavelength is preferably an arbitrary wavelength within the use wavelength range of the optical system. For example, when the use wavelength range of the optical system is a visible light wavelength range (for example, 380 nm or more and 780 nm or less), a light beam having an arbitrary wavelength within the visible light wavelength range can be set as the design wavelength. Moreover, when the optical system uses wavelengths in the near infrared to infrared region, any wavelength within these wavelength regions can be set as the design wavelength.

1−2.微細周期構造
次に、微細周期構造について説明する。本件発明において、当該微細周期構造とは、加工痕に起因して表面に形成された微細な凹凸構造をいう。例えば、切削法により光学素子の光学面の加工を行うと、光学面にはバイト等の切削工具の切削痕が残存する場合がある。切削法では、被加工面を回転させながら、切削工具を光学面に当接させて、切削工具を外周から内周に向けて少しずつ移動させながら、光学面を所定の形状に切削する。そのため光学面には、切削痕(加工痕)が溝状に所定のピッチで周期的に形成される。本件発明では、この切削痕、すなわち加工痕に起因した微細な凹凸構造を微細周期構造と称する。当該光学面が上述した回折面である場合、回折面を切削法により加工すると、上記式(1)で定義される回折格子構造とは別にこのような加工痕に起因する意図せぬ微細周期構造が形成される。そして、当該光学面が回折面の場合、上述したとおり、表面を研磨する等の方法により、加工痕を除去することができない。表面を研磨した場合、表面に意図的に設けた回折格子の形状が変化し、所望の回折作用を得ることができなくなるためである。
1-2. Next, the fine periodic structure will be described. In this invention, the said fine periodic structure means the fine uneven structure formed in the surface resulting from a process trace. For example, when an optical surface of an optical element is processed by a cutting method, a cutting trace of a cutting tool such as a cutting tool may remain on the optical surface. In the cutting method, the optical surface is cut into a predetermined shape while rotating the work surface while bringing the cutting tool into contact with the optical surface and moving the cutting tool little by little from the outer periphery toward the inner periphery. Therefore, cutting marks (processing marks) are periodically formed in a groove shape at a predetermined pitch on the optical surface. In the present invention, this cutting trace, that is, a fine uneven structure resulting from the machining trace is referred to as a fine periodic structure. When the optical surface is the diffractive surface described above, if the diffractive surface is processed by a cutting method, an unintended fine periodic structure caused by such a processing mark apart from the diffraction grating structure defined by the above formula (1) Is formed. And when the said optical surface is a diffraction surface, as above-mentioned, a process trace cannot be removed by methods, such as grind | polishing the surface. This is because when the surface is polished, the shape of the diffraction grating intentionally provided on the surface changes, and a desired diffraction effect cannot be obtained.

そこで、本件発明では、当該加工痕に起因する微細周期構造に入射した光が回折し、虹フレアが発生した場合も、以下の条件式(1)を満足させることにより、製造時の加工が容易であり、虹フレアによる画質の低下を防止することを可能とした。以下、条件式(1)及び条件式(2)〜条件式(4)について、順に説明する。   Therefore, in the present invention, even when light incident on the fine periodic structure caused by the processing trace is diffracted and rainbow flare is generated, the following conditional expression (1) is satisfied, so that processing during manufacturing is easy. Therefore, it is possible to prevent deterioration in image quality due to rainbow flare. Hereinafter, conditional expression (1) and conditional expression (2) to conditional expression (4) will be described in order.

1−3.条件式
1−3−1.条件式(1)
まず、条件式(1)について説明する。本件発明に係る光学系は、以下の条件式(1)を満足することが好ましい。当該条件式(1)は軸上光線に関する条件式である。なお、当該光学系が加工痕に起因する所定のピッチを有する微細周期構造を備えた光学面を複数含む場合、少なくともいずれか一つの光学面に関して下記条件式(1)を満足すればよい。他の条件式についても同様である。
1-3. Conditional expression 1-3-1. Conditional expression (1)
First, conditional expression (1) will be described. The optical system according to the present invention preferably satisfies the following conditional expression (1). The said conditional expression (1) is a conditional expression regarding an axial ray. In the case where the optical system includes a plurality of optical surfaces having a fine periodic structure having a predetermined pitch due to processing marks, the following conditional expression (1) may be satisfied with respect to at least one of the optical surfaces. The same applies to other conditional expressions.

条件式(1):1.0 > (p/w)×sinω’   Conditional expression (1): 1.0> (p / w) × sin ω ′

上記条件式(1)において、p(μm)は微細周期構造のピッチであり、上述したとおり当該ピッチ(所定のピッチ)は加工時の切削工具の送りピッチに相当する。w(μm)は当該光学系の使用波長域において最も短波長の光線の波長であり、ω’(°)は当該光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角である。   In the conditional expression (1), p (μm) is the pitch of the fine periodic structure, and as described above, the pitch (predetermined pitch) corresponds to the feed pitch of the cutting tool during processing. w (μm) is the wavelength of the shortest light beam in the wavelength range used by the optical system, and ω ′ (°) is the incident angle of the light beam having the maximum field angle among the light beams passing through the optical axis of the optical surface. It is.

条件式(1)を満足させることにより、軸上光線が上記微細周期構造を備える光学面に入射し、当該軸上光線が回折されて虹フレアが発生した場合であっても、当該虹フレア光が像面に入射しないため、虹フレアによる画質の低下を防止することができる。図1を参照しながら、この点について、以下詳細に説明する。   By satisfying conditional expression (1), even if the axial ray enters the optical surface having the fine periodic structure and the axial ray is diffracted to generate a rainbow flare, the rainbow flare light is generated. Is not incident on the image plane, it is possible to prevent deterioration in image quality due to rainbow flare. This point will be described in detail below with reference to FIG.

図1は、加工痕に起因する上記微細周期構造を備えた光学面を含む光学系において、虹フレア光と像面との関係を模式的に示した図である。光学系は、一般に、複数のレンズを組み合わせて構成されるが、どのような光学系であっても、図1に示すように、薄肉の単レンズLに単純モデル化して表すことができる。ここで、図1において、一点鎖線は光軸lを表し、IMGは像面を示す。また、光軸lと直線oy’とがなす角度は、当該光学系の半画角ω(°)に相当する。さらに、図1において、細い実線で表す線は、当該光学系に入射した光線の光路を示す。そして、図1では、上記微細周期構造により回折した軸上光線に関する回折光を複数の矢印により模式的に示している。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a relationship between rainbow flare light and an image plane in an optical system including an optical surface having the fine periodic structure resulting from a processing mark. Optics generally configured by combining a plurality of lenses, whatever the optical system, as shown in FIG. 1, it can be represented by simply modeled single lens L 0 thin. Here, in FIG. 1, an alternate long and short dash line represents the optical axis l, and IMG represents an image plane. The angle formed by the optical axis l and the straight line oy ′ corresponds to the half angle of view ω (°) of the optical system. Further, in FIG. 1, a line represented by a thin solid line indicates an optical path of a light beam incident on the optical system. In FIG. 1, the diffracted light related to the on-axis light beam diffracted by the fine periodic structure is schematically shown by a plurality of arrows.

上記微細周期構造によって回折した回折光の回折角度(θ’)は、以下の式(A)で表すことができる。   The diffraction angle (θ ′) of the diffracted light diffracted by the fine periodic structure can be expressed by the following formula (A).

式(A):sinθ’= w’/p   Formula (A): sin θ ′ = w ′ / p

但し、上記式(A)において、w’は入射光の波長であり、p(μm)は微細周期構造のピッチである。   In the above formula (A), w ′ is the wavelength of incident light, and p (μm) is the pitch of the fine periodic structure.

ここで、式(A)から明らかなように、回折光の回折角度(θ’)は微細周期構造に入射した入射光の波長に依存し、当該回折角度(θ’)は入射光の波長が短いほど小さくなる。そして、図1から明らかなように、その回折角度(θ’)が当該光学系の半画角(ω)よりも大きければ、当該回折光は像面に入射しない。従って、当該光学系の使用波長域において最も短波長の光線をw(μm)としたとき、その光線について、その回折光の回折角(θ’)が当該光学系の半画角(ω)よりも大きければ、上記虹フレアが発生しても、その虹フレア光が像面に入射することはない。   Here, as is clear from the equation (A), the diffraction angle (θ ′) of the diffracted light depends on the wavelength of the incident light incident on the fine periodic structure, and the diffraction angle (θ ′) depends on the wavelength of the incident light. The shorter, the smaller. As is apparent from FIG. 1, if the diffraction angle (θ ′) is larger than the half angle of view (ω) of the optical system, the diffracted light does not enter the image plane. Accordingly, when the light beam having the shortest wavelength in the use wavelength range of the optical system is w (μm), the diffraction angle (θ ′) of the diffracted light is less than the half field angle (ω) of the optical system. If the rainbow flare occurs, the rainbow flare light does not enter the image plane.

以上より、軸上光線について虹フレア光が像面に入射しない条件として、θ’>ωであることが求められる。ここで、ω<90だから、sinθ’>sinωの関係が成り立つ。従って、式(A)に基づき、虹フレア光が像面に入射しない条件として、以下の式(B)が導かれる。   From the above, it is required that θ ′> ω as a condition that the rainbow flare light does not enter the image plane for the axial ray. Here, since ω <90, the relationship of sin θ ′> sin ω holds. Therefore, based on the formula (A), the following formula (B) is derived as a condition that the rainbow flare light does not enter the image plane.

式(B):1>(p/w)×sinω   Formula (B): 1> (p / w) × sin ω

ここで、当該光学系において、光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角と、当該光学系の半画角とが一致していれば、上記式(B)を満足させることにより、虹フレア光が像面に入射するのを防止することができる。しかしながら、当該光学系において上記微細周期構造を備えた光学面が配置された位置によって、当該光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角と、当該光学系の半画角とが異なる場合がある。条件式(1)は、式(B)において、当該半画角(ω)を、光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角(ω’)に置き換えたものである。すなわち、条件式(1)を満足させることにより、当該光学系内における上記光学面の配置によらず、軸上光線による虹フレア光が像面に入射するのを防止することができる。   Here, in the optical system, if the incident angle of the light beam having the maximum field angle out of the light beams passing through the optical axis of the optical surface matches the half field angle of the optical system, the above formula (B) By satisfying the above, it is possible to prevent the rainbow flare light from entering the image plane. However, depending on the position where the optical surface having the fine periodic structure is arranged in the optical system, the incident angle of the light with the maximum field angle among the light beams passing through the optical axis of the optical surface, and the half of the optical system. The angle of view may be different. Conditional expression (1) is obtained by replacing the half field angle (ω) with the incident angle (ω ′) of the light beam having the maximum field angle among the light beams passing through the optical axis of the optical surface. It is. That is, by satisfying conditional expression (1), it is possible to prevent the rainbow flare light caused by the axial ray from entering the image plane regardless of the arrangement of the optical surface in the optical system.

ここで、虹フレア光は像面において一定の広がりを有する。そのため、下記条件式(1−a)を満足させることがより好ましい。条件式(1−a)を満足させることにより、軸上光線に関して虹フレア光が像面において一定の広がりを有する場合であっても、像面に虹フレア光が入射するのを防止することができる。   Here, the rainbow flare light has a certain spread in the image plane. Therefore, it is more preferable to satisfy the following conditional expression (1-a). By satisfying the conditional expression (1-a), it is possible to prevent the rainbow flare light from entering the image plane even when the rainbow flare light has a certain spread on the image plane with respect to the axial ray. it can.

条件式(1−a): 0.8 > (p/w)×sinω’   Conditional expression (1-a): 0.8> (p / w) × sin ω ′

1−3−2.条件式(2)
次に、条件式(2)について説明する。本件発明に係る光学系は、以下に示す条件式(2)を満足することがより好ましい。条件式(2)は、軸外光線に関する条件式である。なお、下記条件式(2)において、「p」、「w」、「ω’」は条件式(1)と同じであるため、ここでは説明を省略する。
1-3-2. Conditional expression (2)
Next, conditional expression (2) will be described. The optical system according to the present invention more preferably satisfies the following conditional expression (2). Conditional expression (2) is a conditional expression related to off-axis rays. In the following conditional expression (2), “p”, “w”, and “ω ′” are the same as those in the conditional expression (1), and thus description thereof is omitted here.

条件式(2): 0.5 > (p/w)×sinω’   Conditional expression (2): 0.5> (p / w) × sin ω ′

条件式(2)を満足させることにより、軸上光線だけではなく、軸外光線についても、上記虹フレアが発生したとしても、虹フレア光が像面に入射しないため、虹フレアによる画質の低下を防止することができる。図2を参照しながら、この点について、以下詳細に説明する。   By satisfying conditional expression (2), not only on-axis rays but also off-axis rays, even if the rainbow flare occurs, the rainbow flare light does not enter the image plane. Can be prevented. This point will be described in detail below with reference to FIG.

図2は、図1と同様に当該光学系を薄肉の単レンズLに単純モデル化して表した模式図である。図2において、一点鎖線は光軸lを表し、光軸lと軸外光線の主光線lとが成す角をωとする。 Figure 2 is a schematic diagram showing by simply modeled single lens L 0 thin the optical system as in FIG. 2, dashed line represents the optical axis l, an angle formed between the optical axis l and the off-axis light rays of the principal ray l 0 is the omega 0.

軸外光線が当該光学系に入射角ωで入射したとき、上記微細周期構造による回折光の回折角度(θ’)と、入射光が回折せずに出射したときの出射角(θ)との間には以下の式(B)に示す関係が成り立つ。但し、下記式において、mは回折次数であり、「w」、「p」は上記と同様である。 When off-axis rays are incident on the optical system at an incident angle ω 0 , the diffraction angle (θ 0 ′) of the diffracted light by the fine periodic structure and the exit angle (θ) when the incident light is emitted without being diffracted The relationship shown in the following formula (B) is established. In the following formula, m is the diffraction order, and “w” and “p” are the same as above.

式(B): sinθ’−sinθ=(m×w)/p Formula (B): sin θ 0 ′ −sin θ = (m × w) / p

ここで、軸外光線の回折光が像面に入射しない条件として、当該軸外光線の−1次回折光の回折角度(θ’)が「−ω」より小さいことが求められる。このことから、以下の式(C)が導き出される。 Here, as a condition that the diffracted light of the off-axis light beam does not enter the image plane, the diffraction angle (θ 0 ′) of the −1st-order diffracted light beam of the off-axis light beam is required to be smaller than “−ω 0 ”. From this, the following formula (C) is derived.

式(C): sin(−ω)−sinω < −w/p Formula (C): sin (−ω 0 ) −sin ω 0 <−w / p

そして、上記式を変形すると、次の式(D)が導きだされる。   Then, when the above equation is modified, the following equation (D) is derived.

式(D): 0.5> (p/w) × sinω Formula (D): 0.5> (p / w) × sin ω 0

ここで、当該光学系に入射する軸上光線の入射角(ω)と、上記微細周期構造を備えた光学面において、当該光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角(ω’)とは異なる。そこで、上記式(D)において、「ω」を「ω’」に置き換えることにより、上記式(2)が導き出される。すなわち、条件式(2)を満足させることにより、当該光学系内における上記光学面の配置によらず、軸外光線による虹フレア光が像面に入射するのを防止することができる。 Here, the incident angle (ω 0 ) of the axial ray incident on the optical system and the ray having the maximum field angle among the rays passing through the optical axis of the optical surface in the optical surface having the fine periodic structure. Is different from the incident angle (ω ′). Therefore, in the above equation (D), the above equation (2) is derived by replacing “ω” with “ω ′”. That is, by satisfying conditional expression (2), it is possible to prevent rainbow flare light from off-axis rays from entering the image plane regardless of the arrangement of the optical surface in the optical system.

但し、一般の撮像光学系では、軸外光線に対しては瞳が小さくなっていく傾向にあり、虹フレアの原因となる虹フレア光の光量自体が少なくなる傾向にある。そのため、当該光学面の光軸を通過する光線のうち、像面に対して最大画角で入射する光線によって発生する虹フレア光を像面の外側に排除する必要がない場合がある。光量が小さく、画質に影響を与えない場合もあるためである。従って、上述した条件式(1)、好ましくは条件式(1−a)を満足させれば、虹フレアが発生したとしても画質の低下を抑制することが十分可能になる。   However, in a general imaging optical system, the pupil tends to be small with respect to off-axis rays, and the amount of rainbow flare light itself that causes rainbow flare tends to decrease. Therefore, there is a case where it is not necessary to exclude the rainbow flare light generated by the light incident on the image plane at the maximum angle of view out of the light passing through the optical axis of the optical surface. This is because the amount of light is small and does not affect the image quality. Therefore, if the conditional expression (1), preferably the conditional expression (1-a) described above is satisfied, even if rainbow flare occurs, it is possible to sufficiently suppress deterioration in image quality.

1−3−3.条件式(3)
次に、条件式(3)について説明する。本件発明に係る光学系は、以下の条件式(3)を満足することが好ましい。
1-3-3. Conditional expression (3)
Next, conditional expression (3) will be described. The optical system according to the present invention preferably satisfies the following conditional expression (3).

条件式(3): 1.0 ≧ ω’/ω   Conditional expression (3): 1.0 ≧ ω ′ / ω

ここで、「ω’」、「ω」は上述のとおりである。当該光学系の半画角(ω)に対して、上記加工痕に起因する微細周期構造を備える光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角(ω’)が条件式(3)の関係を満足する場合、虹フレアが発生した場合であっても、上記条件式(1)等を満足させることにより、虹フレア光が像面に入射しないため、虹フレアによる画質低下を良好に防止することができる。換言すれば、回折面等の加工痕を表面研磨等の手法によって除去できない光学面を含む光学系において、当該光学面を上記条件式(3)を満足する位置に配置することにより、加工痕に起因する意図せぬ微細周期構造によって回折した回折光が像面に入射するのを抑制し、虹フレアによる画質の低下を抑制することが容易になる。   Here, “ω ′” and “ω” are as described above. The incident angle (ω ′) of the light beam having the maximum field angle among the light beams passing through the optical axis of the optical surface having the fine periodic structure caused by the processing marks is the half field angle (ω) of the optical system. If the relationship of conditional expression (3) is satisfied, even if rainbow flare occurs, rainbow flare light does not enter the image plane by satisfying conditional expression (1) above. It is possible to satisfactorily prevent image quality deterioration. In other words, in an optical system including an optical surface in which a processing mark such as a diffractive surface cannot be removed by a method such as surface polishing, the optical surface is arranged at a position satisfying the conditional expression (3), thereby forming a processing mark. It becomes easy to suppress the diffracted light diffracted by the unintended fine periodic structure resulting from being incident on the image plane, and to suppress deterioration in image quality due to rainbow flare.

1−3−4.条件式(4)
本件発明に係る光学系において、上記条件式(3)により得られる効果がより良好になるという観点から、以下の条件式(4)を満足することがより好ましい。
1-3-4. Conditional expression (4)
In the optical system according to the present invention, it is more preferable that the following conditional expression (4) is satisfied from the viewpoint that the effect obtained by the conditional expression (3) becomes better.

条件式(4): 0.8 > ω’/ω   Conditional expression (4): 0.8> ω ′ / ω

1−4.光学面の配置
当該光学系が複数の群に分かれている場合、当該光学系の半画角(ω)と、当該光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角(ω’)とは必ずしも一致しない。特に、テレフォトタイプの光学系や、レトロフォーカスタイプの光学系のように、絞りの前後における屈折力配置が非対称の光学系ではその傾向が顕著になる。
1-4. Arrangement of optical surface When the optical system is divided into a plurality of groups, the incident angle of the light beam having the maximum angle of view among the half field angle (ω) of the optical system and the light beam passing through the optical axis of the optical surface. (Ω ′) does not necessarily match. In particular, such a tendency becomes remarkable in an optical system in which the refractive power arrangement is asymmetric before and after the stop, such as a telephoto type optical system and a retrofocus type optical system.

例えば、テレフォトタイプの光学系の後群では、最大画角の光線の入射角(α)は、当該光学系の半画角(ω)よりも大きくなる(図3参照)。従って、テレフォトタイプの光学系では、すなわち、物体側から順に、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とから構成され、当該光学系全系の焦点距離よりも、当該光学系の最終レンズ面から像面までの距離が短い光学系では、前群に当該光学面が含まれることが好ましい。   For example, in the rear group of the telephoto type optical system, the incident angle (α) of the light beam having the maximum field angle is larger than the half field angle (ω) of the optical system (see FIG. 3). Therefore, in the telephoto type optical system, that is, in order from the object side, it is composed of a front group having a positive refractive power and a rear group having a negative refractive power, which is larger than the focal length of the entire optical system. In an optical system having a short distance from the final lens surface to the image plane of the optical system, it is preferable that the front group includes the optical surface.

これに対して、レトロフォーカスタイプの光学系の後群では、最大画角の光線の入射角(α)は、当該光学系の半画角(ω)よりも小さくなる(図4参照)。従って、レトロフォーカスタイプの光学系では、すなわち、物体側から順に、負の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群とから構成され、当該光学系全系の焦点距離よりも、当該光学系の最終レンズ面から像面までの距離が長い光学系では、後群に当該光学面が含まれることが好ましい。   On the other hand, in the rear group of the retrofocus type optical system, the incident angle (α) of the light beam having the maximum field angle is smaller than the half field angle (ω) of the optical system (see FIG. 4). Therefore, in a retrofocus type optical system, that is, in order from the object side, it is composed of a front group having negative refractive power and a rear group having positive refractive power, which is larger than the focal length of the entire optical system. In an optical system having a long distance from the final lens surface to the image plane of the optical system, the optical surface is preferably included in the rear group.

このように、光学系内における光学面の配置によっては、上記光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角(ω’)は変動するから、上述した条件式(3)又は条件式(4)を満足する位置に光学面が配置されることが好ましい。   As described above, depending on the arrangement of the optical surface in the optical system, the incident angle (ω ′) of the light beam having the maximum field angle among the light beams passing through the optical axis of the optical surface varies. It is preferable that the optical surface is disposed at a position satisfying 3) or conditional expression (4).

2.光学素子の加工方法
次に、本件発明に係る光学素子の加工方法の実施の形態を説明する。本件発明に係る光学素子の加工方法は、光学面に輪帯構造を備えていない光学素子にも適用可能であるが、本実施の形態では、回折光学素子やフレネルレンズ等の光学面に輪帯構造を備える光学素子を例に挙げて説明する。
2. Next, an embodiment of an optical element processing method according to the present invention will be described. The processing method of the optical element according to the present invention is applicable to an optical element that does not have an annular structure on the optical surface, but in the present embodiment, an annular surface is applied to an optical surface such as a diffractive optical element or a Fresnel lens. An optical element having a structure will be described as an example.

本実施の形態の光学素子の加工方法は、いわゆる切削法により光学素子の光学面を加工する方法である。このとき、切削工具の送りピッチをp(μm)とし、当該光学素子の使用波長域において最も短波長の光線の波長をw(μm)とし、当該光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角をω’(°)としたとき、下記条件式(5)を満足するようにして、光学面に対して前記切削工具を当接し、当該光学面を当該切削工具により切削しながら、上述した位相差関数式等で表される輪帯構造を光学面に形成する。   The processing method of the optical element of this embodiment is a method of processing the optical surface of the optical element by a so-called cutting method. At this time, the feed pitch of the cutting tool is p (μm), the wavelength of the shortest light beam in the use wavelength range of the optical element is w (μm), and among the light beams passing through the optical axis of the optical surface, When the incident angle of the light beam having the maximum angle of view is ω ′ (°), the cutting tool is brought into contact with the optical surface so as to satisfy the following conditional expression (5), and the optical surface is brought into contact with the cutting tool. An annular structure represented by the above-described phase difference function formula or the like is formed on the optical surface while cutting by the above.

条件式(5): 1.0 > (p/w)×sinω’   Conditional expression (5): 1.0> (p / w) × sin ω ′

光学素子の光学面を切削法により加工する際に、上記条件式(1)を満足するような送りピッチで切削工具を送りながら光学面を加工することで、当該光学面に加工痕(切削痕)が溝状に所定のピッチで周期的に形成された場合も、上述したとおり、この加工痕に起因する微細周期構造に入射した光が回折して虹フレアが発生しても、当該虹フレアが像面に入射するのを防止することができる。そのため、光学面に輪帯構造を形成する場合に、輪帯構造を形成後に加工痕を除去するための特別な方法を用いることなく、加工痕に起因する虹フレア等による画質の低下を抑制することができる。   When an optical surface of an optical element is processed by a cutting method, the optical surface is processed while feeding a cutting tool at a feed pitch that satisfies the above-described conditional expression (1). ) Are periodically formed in a groove shape at a predetermined pitch, as described above, even if the rainbow flare is generated by diffracting the light incident on the fine periodic structure caused by the processing marks, the rainbow flare Can be prevented from entering the image plane. Therefore, when forming an annular structure on the optical surface, it is possible to suppress deterioration in image quality due to rainbow flare or the like caused by the processed marks without using a special method for removing the processed marks after forming the annular structure. be able to.

但し、上述したとおり、当該光学素子の加工方法は光学面に輪帯構造を備えない光学素子にも好適である。すなわち、当該加工方法によれば、例えば、球面レンズ等を切削法により加工する場合も、球面を加工した後に研磨等の手法により加工痕を除去することなく、加工痕に起因する虹フレアによる画質の低下を抑制することができる。   However, as described above, the processing method of the optical element is also suitable for an optical element that does not have an annular structure on the optical surface. That is, according to the processing method, for example, even when a spherical lens or the like is processed by a cutting method, the image quality due to rainbow flare caused by the processing mark is removed without removing the processing mark by a method such as polishing after processing the spherical surface. Can be suppressed.

3.撮像装置
次に、本件発明に係る撮像装置の実施の形態について説明する。本実施の形態の撮像装置は、上記光学系と、当該光学系の像面側に設けられ、当該光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備える構成とすることができる。本件発明に係る撮像装置は、上記光学系を備えるため、加工痕に起因する微細周期構造を含む場合に虹フレアが発生したとしても、当該虹フレア光が像面に入射しないため虹フレアによる画質の低下を防止することができる。従って、回折面やフレネル面等の輪帯構造を有する光学面を含む光学系のように、加工痕に起因する上記微細周期構造が残存しやすい光学系を用いた場合も上記画質の低下を防止することができる。
3. Next, an embodiment of an imaging apparatus according to the present invention will be described. The imaging apparatus according to the present embodiment includes the optical system and an imaging element that is provided on the image plane side of the optical system and converts an optical image formed by the optical system into an electrical signal. Can do. Since the imaging apparatus according to the present invention includes the optical system described above, even if rainbow flare occurs when a fine periodic structure resulting from a processing mark is included, the rainbow flare light does not enter the image plane, so image quality by rainbow flare Can be prevented. Therefore, even when using an optical system that easily retains the fine periodic structure due to processing marks, such as an optical system including an optical surface having an annular structure such as a diffractive surface or a Fresnel surface, the deterioration of the image quality is prevented. can do.

次に、実施例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Next, an Example is shown and this invention is demonstrated concretely. However, the present invention is not limited to the following examples.

実施例1の光学系は、図5に示すように、物体側から順に、正の屈折力を有する前群GFtと、負の屈折力を有する後群GRtとからなるテレフォトタイプの光学系である。具体的には、前群GFtは1枚の正レンズから構成され、後群GRtは、物体側から順に像面側に凸形状の負のメニスカスレンズと、正レンズとから構成されている。前群GFtを構成する正レンズの物体側面は回折面である。また、図中に示す「IMG」は像面を表している。具体的なレンズ面データ、回折面データ、緒元は以下のとおりである。但し、レンズ面データにおいて、「面番号」は物体側から数えたレンズ面の番号、「r」はレンズ面の曲率半径、「d」はd線(波長λ=587.6nm)に対する屈折率、「ν」はd線に対するアッベ数をそれぞれ示している。また、回折面データにおいて、「m」は回折次数を表し、「C2」、「C3」、「C4」は当該回折面を上記位相差関数で表したときの回折係数を表す。これらの事項は他の実施例においても同様であるため、以下では説明を省略する。   As shown in FIG. 5, the optical system according to the first embodiment is a telephoto type optical system including a front group GFt having a positive refractive power and a rear group GRt having a negative refractive power in order from the object side. is there. Specifically, the front group GFt is composed of a single positive lens, and the rear group GRt is composed of a negative meniscus lens having a convex shape on the image plane side in order from the object side, and a positive lens. The object side surface of the positive lens constituting the front group GFt is a diffractive surface. In addition, “IMG” shown in the drawing represents an image plane. Specific lens surface data, diffraction surface data, and specifications are as follows. In the lens surface data, “surface number” is the lens surface number counted from the object side, “r” is the radius of curvature of the lens surface, “d” is the refractive index with respect to the d-line (wavelength λ = 587.6 nm), “Ν” indicates the Abbe number with respect to the d-line. In the diffraction surface data, “m” represents a diffraction order, and “C2,” “C3,” and “C4” represent diffraction coefficients when the diffraction surface is represented by the above phase difference function. Since these matters are the same in the other embodiments, the description thereof will be omitted below.

(1)レンズ面データ
面番号 r d n ν 備考
1 48.60 12.00 1.51633 64.1 絞り/回折面
2 162.00 70.00
3 -29.50 3.00 1.62041 60.3
4 -106.20 0.50
5 -150.00 10.00 1.62004 36.3
6 -60.50 64.75
(1) Lens surface data surface number rdn ν Remarks
1 48.60 12.00 1.51633 64.1 Aperture / Diffraction surface
2 162.00 70.00
3 -29.50 3.00 1.62041 60.3
4 -106.20 0.50
5 -150.00 10.00 1.62004 36.3
6 -60.50 64.75

(2)回折面データ
面番号 m C2 C3 C4 正規化半径
1 1 -2.62E+00 1.30E-03 2.40E-07 1.000
(2) Diffraction surface data surface number m C2 C3 C4 Normalized radius
1 1 -2.62E + 00 1.30E-03 2.40E-07 1.000

(3)緒元
焦点距離 199.8mm
Fナンバー 5.6
半画角ω 6.12°
(3) Original focal length 199.8mm
F number 5.6
Half angle of view ω 6.12 °

実施例1の光学系において、第1面を回折面とし、当該回折面を加工する際の切削工具の送りピッチ(p)を3.00μmとした。また、当該光学系の使用波長域において最も短波長の光線の波長(w)及び、当該第1面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角(ω’)、条件式(1)の値はそれぞれ以下のとおりである。   In the optical system of Example 1, the first surface was a diffractive surface, and the feed pitch (p) of the cutting tool when processing the diffractive surface was 3.00 μm. In addition, the wavelength (w) of the shortest light beam in the use wavelength range of the optical system and the incident angle (ω ′) of the light beam having the maximum field angle among the light beams passing through the optical axis of the first surface, conditions The value of Formula (1) is as follows, respectively.

p 3.00μm
w 0.436μm
ω’ 6.12°
p 3.00μm
w 0.436μm
ω '6.12 °

条件式(1):(p/w)×sinω’=0.73 Conditional expression (1): (p / w) × sin ω ′ = 0.73

また、図6に、実施例1の光学系において、回折面に起因して発生した軸上光線の虹フレア光と、軸上光線、及び最大画角の7割、10割の画角の光線によるスポットダイアグラムを示す。   Further, FIG. 6 shows the rainbow flare light of the axial ray generated due to the diffractive surface in the optical system of Example 1, the axial ray, and the light ray of 70% and 10% of the maximum field angle. Shows a spot diagram.

実施例1の光学系では、回折面を有する第1面に絞りが配置されているため、回折面の中心、すなわち光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角(ω’)は、当該光学系の半画角(ω)と等しい。そのため、図4に示すように、軸上光線による虹フレア光は最大画角(10割)の外側に分布しており、像面に当該虹フレア光が入射しないことが分かる。従って、回折面を加工する際の切削工具の送りピッチを上記条件式(1)を満足するようにすることで、虹フレアが発生しても、当該虹色フレア光により画質が低下することを抑制可能である。軸外光線については、虹フレア光の一部が画面内に入射するおそれがあるが、切削工具の送りピッチを比較的大きく設定することができるため、加工時間の短縮、加工精度の向上を図ることができる。   In the optical system of the first embodiment, since the stop is disposed on the first surface having the diffractive surface, the incident angle (ω ′) of the light beam having the maximum field angle among the light beams passing through the center of the diffractive surface, that is, the optical axis. ) Is equal to the half angle of view (ω) of the optical system. Therefore, as shown in FIG. 4, the rainbow flare light by the axial ray is distributed outside the maximum field angle (100%), and it can be seen that the rainbow flare light does not enter the image plane. Therefore, by setting the feed pitch of the cutting tool when processing the diffractive surface to satisfy the above conditional expression (1), even if rainbow flare occurs, the image quality deteriorates due to the rainbow flare light. It can be suppressed. For off-axis rays, some of the rainbow flare light may be incident on the screen, but the feed pitch of the cutting tool can be set to a relatively large value, thereby shortening the machining time and improving the machining accuracy. be able to.

次に、実施例2の光学系について説明する。実施例2の光学系は、第1面を加工する際の切削工具の送りピッチを1.60μmにしたことを除いて、実施例1の光学系と同じである。従って、ここでは実施例2の光学系の構成、レンズ面データ、回折面データ及び緒元に関する説明を省略し、以下にp、w、ω’の値及び条件式(1)の数値のみを示す。   Next, the optical system of Example 2 will be described. The optical system of Example 2 is the same as the optical system of Example 1 except that the feed pitch of the cutting tool when machining the first surface is 1.60 μm. Accordingly, the description of the configuration of the optical system, lens surface data, diffraction surface data, and specifications of Example 2 is omitted here, and only the values of p, w, ω ′ and the numerical value of conditional expression (1) are shown below. .

p 1.60μm
w 0.436μm
ω’ 6.12°
p 1.60μm
w 0.436μm
ω '6.12 °

条件式(1):(p/w)×sinω’=0.39 Conditional expression (1): (p / w) × sin ω ′ = 0.39

また、図7に実施例2の光学系において、回折面に起因して発生した最大画角の光線による虹フレア光と軸上光線、及び最大画角の7割、10割の画角の光線によるスポットダイアグラムを示す。   In addition, in the optical system of Example 2 shown in FIG. 7, the rainbow flare light and the axial light beam due to the light beam with the maximum field angle generated due to the diffraction surface, and the light beam with the field angle of 70% and 10% of the maximum field angle. Shows a spot diagram.

実施例2の光学系の場合、図示しない最大画角の光線以外による虹フレア光を含め、全ての虹フレア光が最大画角のスポット位置の外側に分布している。実施例1と比較すると第1面を加工する際の切削工具の送りピッチが小さいが、虹フレア光が像面内に一切入射しないため、輪郭の鮮鋭なクリアで高コントラストな像が得られる。   In the case of the optical system according to the second embodiment, all rainbow flare light including rainbow flare light other than light beams having a maximum field angle (not shown) is distributed outside the spot position having the maximum field angle. Compared with Example 1, although the feed pitch of the cutting tool when processing the first surface is small, since no rainbow flare light is incident on the image plane, a clear, clear and high-contrast image can be obtained.

実施例3の光学系は、図8に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する前群GFrと、正の屈折力を有する後群GRrとからなるレトロフォーカスタイプの光学系である。具体的には、前群GFrは物体側から順に、物体側に凸形状の負のメニスカスレンズと、物体側に凸形状の正のメニスカスレンズとから構成される。また、後群GRrは像側に凸の正レンズから構成されている。後群GRrを構成する正レンズの物体側面は回折面であり、且つ、非球面である。また、図中に示す「S」は開口絞りを表し、「IMG」は像面を表している。具体的なレンズ面データ、回折面データ、非球面データ、緒元は以下のとおりである。但し、非球面データは、下記式により非球面を表したときの非球面係数及び円錐定数である。   As shown in FIG. 8, the optical system of Example 3 is a retrofocus type optical system including a front group GFr having a negative refractive power and a rear group GRr having a positive refractive power in order from the object side. is there. Specifically, the front group GFr includes, in order from the object side, a negative meniscus lens having a convex shape on the object side and a positive meniscus lens having a convex shape on the object side. The rear group GRr includes a positive lens convex on the image side. The object side surface of the positive lens constituting the rear group GRr is a diffractive surface and an aspherical surface. Further, “S” shown in the drawing represents an aperture stop, and “IMG” represents an image plane. Specific lens surface data, diffraction surface data, aspheric surface data, and specifications are as follows. However, the aspheric surface data is an aspheric coefficient and a conic constant when the aspheric surface is expressed by the following equation.

ここで、非球面は次式で定義されるものとする。
z=ch2/[1+{1-(1+k)c2h2}1/2]+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10・・・
(但し、cは曲率(1/r)、hは光軸からの高さ、kは円錐係数、A4、A6、A8、A10・・・は各次数の非球面係数)
Here, the aspheric surface is defined by the following equation.
z = ch 2 / [1+ {1- (1 + k) c 2 h 2 } 1/2 ] + A4h 4 + A6h 6 + A8h 8 + A10h 10 ...
(Where c is the curvature (1 / r), h is the height from the optical axis, k is the conic coefficient, A4, A6, A8, A10... Are aspheric coefficients of each order)

(1)レンズ面データ
面番号 r d n ν 備考
1 73.30 3.00 1.51633 64.1
2 14.60 10.00
3 28.20 8.00 1.80518 25.4
4 52.00 7.40
5 - 1.00 絞り
6 -100.00 10.00 1.62041 60.3 回折面/非球面
7 -20.30 50.0
(1) Lens surface data surface number rdn ν Remarks
1 73.30 3.00 1.51633 64.1
2 14.60 10.00
3 28.20 8.00 1.80518 25.4
4 52.00 7.40
5-1.00 aperture
6 -100.00 10.00 1.62041 60.3 Diffractive surface / Aspherical surface
7 -20.30 50.0

(2)回折面データ
面番号 m C2 C3 C4 正規化半径
6 1 -1.63E+01 6.00E-02 0.00E+00 1.000
(2) Diffraction surface data
Surface number m C2 C3 C4 Normalized radius
6 1 -1.63E + 01 6.00E-02 0.00E + 00 1.000

(3)非球面データ
面番号 A4 A6
6 -1.70E-05 2.50E-08
(3) Aspheric data surface number A4 A6
6 -1.70E-05 2.50E-08

(4)緒元
焦点距離 35.5mm
Fナンバー 5.0
半画角ω 34.20°
(4) Original focal length 35.5mm
F number 5.0
Half angle of view ω 34.20 °

実施例1の光学系において、0.91μmとした。また、当該光学系の使用波長域において最も短波長の光線の波長(w)及び、当該第1面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角(ω’)、条件式(1)の値はそれぞれ以下のとおりである。   In the optical system of Example 1, the thickness was 0.91 μm. In addition, the wavelength (w) of the shortest light beam in the use wavelength range of the optical system and the incident angle (ω ′) of the light beam having the maximum field angle among the light beams passing through the optical axis of the first surface, conditions The value of Formula (1) is as follows, respectively.

p 0.91μm
w 0.436μm
ω’ 25.88°
p 0.91μm
w 0.436μm
ω '25.88 °

条件式(1):(p/w)×sinω’=0.91 Conditional expression (1): (p / w) × sin ω ′ = 0.91

また、図9に、実施例3の光学系において、回折面に起因して発生した軸上光線の虹フレア光と軸上光線、及び最大画角の7割、10割の画角の光線によるスポットダイアグラムを示す。   Further, in FIG. 9, in the optical system of Example 3, the axial rainbow flare light and axial light generated due to the diffractive surface, and the light beams having the angle of view of 70% and 10% of the maximum field angle. A spot diagram is shown.

実施例3の光学系では、絞りよりも物体側に負の屈折力を有する前群を備えるため、後群に含まれる回折面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角(ω’)は、当該光学系の半画角(ω)よりも小さい。また、図9に示すように、軸上光線による虹フレア光は最大画角(10割)の外側に分布しており、像面に当該虹フレア光が入射しないことが分かる。従って、回折面を加工する際の切削工具の送りピッチを上記条件式(1)を満足するようにすることで、虹フレアが発生しても、当該虹フレア光により画質が低下することを抑制可能である。軸外光線については、虹フレア光の一部が画面内に入射するおそれがあるが、切削工具の送りピッチを比較的大きく設定することができるため、加工時間の短縮、加工精度の向上を図ることができる。   The optical system according to the third embodiment includes the front group having negative refractive power on the object side with respect to the stop, so that the incident light beam having the maximum field angle among the light beams passing through the optical axis of the diffractive surface included in the rear group. The angle (ω ′) is smaller than the half field angle (ω) of the optical system. Further, as shown in FIG. 9, the rainbow flare light by the axial ray is distributed outside the maximum field angle (100%), and it can be seen that the rainbow flare light does not enter the image plane. Therefore, by making the feed pitch of the cutting tool when processing the diffractive surface satisfy the above-mentioned conditional expression (1), even if rainbow flare occurs, it is possible to suppress deterioration in image quality due to the rainbow flare light. Is possible. For off-axis rays, some of the rainbow flare light may be incident on the screen, but the feed pitch of the cutting tool can be set to a relatively large value, thereby shortening the machining time and improving the machining accuracy. be able to.

次に、実施例4の光学系について説明する。実施例4の光学系は、第6面の回折面を加工する際の切削工具の送りピッチを0.48μmにしたことを除いて、実施例3の光学系と同じである。従って、ここでは実施例4の光学系の構成、レンズ面データ、回折面データ、非球面データ及び緒元に関する説明を省略し、以下にp、w、ω’の値及び条件式(1)の数値のみを示す。   Next, an optical system according to Example 4 will be described. The optical system of Example 4 is the same as the optical system of Example 3 except that the feed pitch of the cutting tool when processing the sixth diffractive surface is 0.48 μm. Therefore, description of the configuration of the optical system, lens surface data, diffractive surface data, aspherical data, and specifications of Example 4 is omitted here, and the values of p, w, ω ′ and conditional expression (1) are as follows. Only numerical values are shown.

p 0.48μm
w 0.48μm
ω’ 25.88°
p 0.48μm
w 0.48μm
ω '25.88 °

条件式(1):(p/w)×sinω’=0.48 Conditional expression (1): (p / w) × sin ω ′ = 0.48

また、図10に実施例4の光学系において、回折面に起因して発生した最大画角の光線による虹フレアと軸上光線、および最大画角の7割、10割の画角の光線によるスポットダイアグラムを示す。     In addition, in the optical system of Example 4 shown in FIG. 10, the rainbow flare and the axial ray due to the light beam with the maximum field angle generated due to the diffraction surface, and the light beam with the angle of view of 70% and 10% of the maximum field angle. A spot diagram is shown.

実施例4の光学系の場合、図示しない最大画角の光線以外による虹フレア光を含め、全ての虹フレア光が最大画角のスポット位置の外側に分布している。すなわち、虹フレアが像面内に一切入射しないため、輪郭の鮮鋭なクリアで高コントラストな像が得られる。   In the case of the optical system according to the fourth embodiment, all rainbow flare light is distributed outside the spot position having the maximum angle of view, including rainbow flare light other than light rays having a maximum angle of view (not shown). That is, since no rainbow flare is incident on the image plane, a clear and clear image with a high contour can be obtained.

本件発明によれば、製造時の加工が容易であり、虹フレアによる画質の低下を防止することができる光学系及び撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical system and an imaging apparatus that can be easily processed at the time of manufacture and can prevent deterioration in image quality due to rainbow flare.

GFt 前群(テレフォトタイプ)
GRt 後群(テレフォトタイプ)
GFr 前群(レトロフォーカスタイプ)
GRr 後群(レトロフォーカスタイプ)
S 開口絞り
IMG 像面
l 光軸
GFt front group (telephoto type)
GRt rear group (telephoto type)
GFr front group (retro focus type)
GRr rear group (retro focus type)
S Aperture stop IMG Image surface l Optical axis

Claims (10)

加工痕に起因する所定のピッチを有する微細周期構造を備えた光学面を含む光学系であって、
前記所定のピッチをp(μm)とし、
当該光学系の使用波長域において最も短波長の光線の波長をw(μm)とし、
前記光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角をω’(°)としたとき、
下記条件式(1)を満足することを特徴とする光学系。
1.0 > (p/w)×sinω’ ・・・(1)
An optical system including an optical surface having a fine periodic structure having a predetermined pitch caused by processing marks,
The predetermined pitch is p (μm),
W (μm) is the wavelength of the shortest wavelength in the wavelength range of use of the optical system,
Of the light rays passing through the optical axis of the optical surface, the incident angle of the light ray with the maximum field angle is ω ′ (°),
An optical system characterized by satisfying the following conditional expression (1).
1.0> (p / w) × sin ω ′ (1)
下記条件式(2)を満足する請求項1に記載の光学系。
0.5 > (p/w)×sinω’ ・・・(2)
The optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression (2) is satisfied.
0.5> (p / w) × sin ω ′ (2)
当該光学系の半画角をω(°)としたとき、
下記条件式(3)を満足する請求項1又は請求項2に記載の光学系。
1.0 ≧ ω’/ω ・・・(3)
When the half angle of view of the optical system is ω (°),
The optical system according to claim 1 or 2, wherein the following conditional expression (3) is satisfied.
1.0 ≧ ω ′ / ω (3)
下記条件式(4)を満足する請求項3に記載の光学系。
0.8 > ω’/ω ・・・(4)
The optical system according to claim 3, wherein the following conditional expression (4) is satisfied.
0.8> ω ′ / ω (4)
前記光学面は、前記微細周期構造のピッチと異なるピッチで形成された輪帯構造を備える請求項1から請求項4に記載の光学系。   5. The optical system according to claim 1, wherein the optical surface includes an annular structure formed at a pitch different from a pitch of the fine periodic structure. 物体側から順に、負の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群とから構成され、
当該光学系全系の焦点距離よりも、当該光学系の最終レンズ面から像面までの距離が長く、
前記後群に前記光学面が含まれる請求項5に記載の光学系。
In order from the object side, it is composed of a front group having negative refractive power and a rear group having positive refractive power,
The distance from the final lens surface of the optical system to the image plane is longer than the focal length of the entire optical system,
The optical system according to claim 5, wherein the rear group includes the optical surface.
物体側から順に、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とから構成され、
当該光学系全系の焦点距離よりも、当該光学系の光学全長が短く、
前記前群に前記光学面が含まれる請求項5に記載の光学系。
In order from the object side, it is composed of a front group having a positive refractive power and a rear group having a negative refractive power,
The optical total length of the optical system is shorter than the focal length of the entire optical system,
The optical system according to claim 5, wherein the front group includes the optical surface.
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の光学系と、当該光学系の像面側に、当該光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。   An optical system according to any one of claims 1 to 7, and an image pickup device that converts an optical image formed by the optical system into an electrical signal on an image plane side of the optical system. An imaging apparatus characterized by the above. 光学素子を切削工具を用いて加工する光学素子の加工方法であって、
前記切削工具の送りピッチをp(μm)とし、
当該光学素子の使用波長域において最も短波長の光線の波長をw(μm)とし、
前記光学面の光軸を通過する光線のうち、最大画角の光線の入射角をω’(°)としたとき、
下記条件式(5)を満足するようにして、前記光学面に対して前記切削工具を当接し、当該光学面を当該切削工具により切削することを特徴とする光学素子の加工方法。
1.0 > (p/w)×sinω’ ・・・(5)
An optical element processing method for processing an optical element using a cutting tool,
The feed pitch of the cutting tool is p (μm),
W (μm) is the wavelength of the shortest wavelength in the wavelength range of use of the optical element,
Of the light rays passing through the optical axis of the optical surface, the incident angle of the light ray with the maximum field angle is ω ′ (°),
A processing method of an optical element, wherein the cutting tool is brought into contact with the optical surface so as to satisfy the following conditional expression (5), and the optical surface is cut by the cutting tool.
1.0> (p / w) × sin ω ′ (5)
当該光学素子の前記光学面を前記切削工具により切削しながら、当該光学面に輪帯構造を形成する請求項9に記載の光学素子の加工方法。   The processing method of the optical element according to claim 9, wherein an annular structure is formed on the optical surface while cutting the optical surface of the optical element with the cutting tool.
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