(57)【要約】【課題】二片式回折屈折複合型画像形成システムの提供。【解決手段】第１レンズと第２レンズで組成され、該第１レンズが凹面と凸面を具え、その凹面が対物面とされ、該第２レンズが凸面と凹面を具え、その凸面が第１レンズの凸面に向けられ、第２レンズの凹面がフィルタに向けられ、該第１レンズと第２レンズの任意の一面が球面或いは非球面とされ、並びにこの画像形成システムが少なくとも一つの回折面を具え、回折屈折複合レンズ面が第１レンズ或いは第２レンズの任意の一面に位置し、回折手段特有の光学特性により、部品数を増加せずに、多くの収差を除去し画像形成品質を高め、製造コストを減らし、空間を節約し、小型化を達成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二片式回折屈折複合型画像形成システムにおいて、
そのシステム焦点距離がｆ0 とされ、
焦点距離がｆ1 とされ、厚さがｔ1 とされ、その対物面が凹面とされた第１レンズと、
その焦点距離がｆ2 とされ、厚さがｔ2 とされ、その第１レンズ３との距離がｄ12とされた第２レンズとを具え、
その特性は、
ｆ1 ＞０
ｆ1 ／ｆ0 ＞１．５
ｔ1 ／ｆ0 ＞０．５
ｆ2 ＞０
ｄ12／ｆ0 ＞０．３
ｔ2 ／ｆ0 ＞０．３
を満足させることを特徴とする、二片式回折屈折複合型画像形成システム。
【請求項２】
請求項１に記載の二片式回折屈折複合型画像形成システムにおいて、このシステムの入射瞳孔直径がＤEPとされ、第１レンズの直径はＤ1
とされ、第２レンズの直径はＤ2 とされ、その特性は、
Ｄ1 ／ＤEP＞３
Ｄ2 ／ＤEP＞１．４
を満足させることを特徴とする、二片式回折屈折複合型画像形成システム。
【請求項３】
請求項１に記載の二片式回折屈折複合型画像形成システムにおいて、第１レンズと第２レンズの任意の一面が球面或いは非球面とされると共に、この像形成システムが少なくとも回折面を具えたことを特徴とする、二片式回折屈折複合型画像形成システム。
【請求項４】
請求項３に記載の二片式回折屈折複合型画像形成システムにおいて、回折屈折複合レンズ面が第１レンズ或いは第２レンズの任意の一面に位置することを特徴とする、二片式回折屈折複合型画像形成システム。
【請求項５】
請求項１に記載の二片式回折屈折複合型画像形成システムにおいて、第１レンズと第２レンズの材料がアクリル或いはガラスとされたことを特徴とする、二片式回折屈折複合型画像形成システム。
【請求項６】
請求項１に記載の二片式回折屈折複合型画像形成システムにおいて、第１レンズと第２レンズの材料がアクリル或いはガラスを除く光学材料とされたことを特徴とする、二片式回折屈折複合型画像形成システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一種の二片式回折屈折複合型画像形成システムに係り、特に、第１レンズと第２レンズで組成され、該第１レンズが凹面と凸面を具え、その凹面が対物面とされ、該第２レンズが凸面と凹面を具え、その凸面が第１レンズの凸面に向けられ、第２レンズの凹面がフィルタに向けられ、該第１レンズと第２レンズの任意の一面が球面或いは非球面とされ、並びにこの画像形成システムが少なくとも一つの回折面を具え、回折屈折複合レンズ面が第１レンズ或いは第２レンズの任意の一面に位置し、回折手段特有の光学特性により、部品数を増加せずに、多くの収差を除去し画像形成品質を高め、製造コストを減らし、空間を節約し、小型化を達成する二片式回折屈折複合型画像形成システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
伝統的なレンズは、良好な画像形成品質を得ようとすれば、システムに多くの屈折手段が必要となり、例えば周知の一種の撮像レンズシステムは、５片のレンズ手段で組成され（特許文献１参照。）、また、一種の複合レンズシステムは、３片のレンズ手段で組成されている（特許文献２参照。）。これらはいずれもシステムの体積と重量の増加をもたらし、消費性電子製品の体積縮小の障害となる。このため、近年、各業界の不断の積極的な研究開発により、回折手段を有するシステムが生まれ、それは、回折手段により、屈折手段の組合せでは達成し得なかった機能、例えばマルチフォーカス、環状フォーカス、及び入射波長に対する分波等の機能を達成し、回折手段と屈折手段の結合により、システムのレンズ数を増加せずに、良好な画像形成品質を得られるようにしたものである。
【０００３】
図１は回折手段と屈折手段を結合させた画像形成システムの周知の構造であり、この画像形成システムは第１レンズ１、第２レンズ２を具え、該第１レンズが凸面１１と凹面１２を具え、該凸面１１は対物面とされ、第２レンズ２の第１レンズ１に向いた凸面２１が回折屈折複合レンズ面とされ、第２レンズ２のもう一つの凸面２２が電荷結合素子６に向けられ、該凸面２１が回折手段と屈折手段に結合されて、システムのレンズ数を増加せずにそれ以前の技術よりも良好な画像形成品質を得られるものとされている（特許文献３参照。）。しかし、第１レンズ１は比較的大きな曲げ率を有するため素子の製造が容易でなく、且つ第１レンズ１の対物面が凸面１１とされて、視野角度をあまり大きくすることができず、このため第１レンズ１の体積が大きく、厚さが厚く、重量が重く、製造コストが高くなる。
【０００４】
【特許文献１】
台湾特許公告第４４２６８５号
【特許文献２】
台湾特許公告第４３２２４１号
【特許文献３】
米国特許第６０９７５５１号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構造の欠点を鑑み、本発明は、回折手段特有の光学特性により、屈折手段表面に彫刻により回折手段の輪郭を設計し、レンズ数を増加せずに、収差を除去し画像形成品質を高めた一種の二片式回折屈折複合型画像形成システムを提供することにある。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、第１レンズの曲げ率が小さく、製造が容易である一種の二片式回折屈折複合型画像形成システムを提供することにある。
【０００７】
本発明のさらにもう一つの目的は、対物面を凹面とし、大きな視野角度に適した設計とした、一種の二片式回折屈折複合型画像形成システムを提供することにある。
【０００８】
本発明のさらにまたもう一つの目的は、必要な設計目標により必要なレンズパラメータを速やかに得られる一種の二片式回折屈折複合型画像形成システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、二片式回折屈折複合型画像形成システムにおいて、
そのシステム焦点距離がｆ0 とされ、
焦点距離がｆ1 とされ、厚さがｔ1 とされ、その対物面が凹面とされた第１レンズと、
その焦点距離がｆ2 とされ、厚さがｔ2 とされ、その第１レンズ３との距離がｄ12とされた第２レンズとを具え、
その特性は、
ｆ1 ＞０
ｆ1 ／ｆ0 ＞１．５
ｔ1 ／ｆ0 ＞０．５
ｆ2 ＞０
ｄ12／ｆ0 ＞０．３
ｔ2 ／ｆ0 ＞０．３
を満足させることを特徴とする、二片式回折屈折複合型画像形成システムとしている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の二片式回折屈折複合型画像形成システムにおいて、このシステムの入射瞳孔直径がＤEPとされ、第１レンズの直径はＤ1 とされ、第２レンズの直径はＤ2 とされ、その特性は、
Ｄ1 ／ＤEP＞３
Ｄ2 ／ＤEP＞１．４
を満足させることを特徴とする、二片式回折屈折複合型画像形成システムとしている。
請求項３の発明は、請求項１に記載の二片式回折屈折複合型画像形成システムにおいて、第１レンズと第２レンズの任意の一面が球面或いは非球面とされると共に、この像形成システムが少なくとも回折面を具えたことを特徴とする、二片式回折屈折複合型画像形成システムとしている。
請求項４の発明は、請求項３に記載の二片式回折屈折複合型画像形成システムにおいて、回折屈折複合レンズ面が第１レンズ或いは第２レンズの任意の一面に位置することを特徴とする、二片式回折屈折複合型画像形成システムとしている。
請求項５の発明は、請求項１に記載の二片式回折屈折複合型画像形成システムにおいて、第１レンズと第２レンズの材料がアクリル或いはガラスとされたことを特徴とする、二片式回折屈折複合型画像形成システムとしている。
請求項６の発明は、請求項１に記載の二片式回折屈折複合型画像形成システムにおいて、第１レンズと第２レンズの材料がアクリル或いはガラスを除く光学材料とされたことを特徴とする、二片式回折屈折複合型画像形成システムとしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のその他の目的と詳細な構造は、以下の説明により更に明確となる。当然、本発明は別の実施例或いは別の実施例の組合せ上違いがあり得るが、ここで説明する実施例及び添付の図面に示される構造は、本発明の技術内容を詳細に説明するためのものであり、本発明の実施範囲を限定するものではない。
【００１１】
図２及び図３を参照されたい。本発明の二片式回折屈折複合型画像形成システムは、そのシステム焦点距離がｆ0 とされ、
焦点距離がｆ1 とされ、厚さがｔ1 とされ、その対物面が凹面３１である第１レンズ３と、
焦点距離がｆ2 とされ、厚さがｔ2 とされ、その第１レンズ３との距離がｄ12である第２レンズ４と、
を具え、第１レンズ３と第２レンズ４の距離が少なくともシステムの焦点距離の４分の１より大きく、その特性は、
ｆ1 ＞０
ｆ1 ／ｆ0 ＞１．５
ｔ1 ／ｆ0 ＞０．５
ｆ2 ＞０
ｄ12／ｆ0 ＞０．３
ｔ2 ／ｆ0 ＞０．３
を満足させる。
【００１２】
また、このシステムの入射瞳孔直径はＤEPとされ、第１レンズの直径はＤ1 とされ、第２レンズの直径はＤ2 とされ、その特性は、
Ｄ1 ／ＤEP＞３
Ｄ2 ／ＤEP＞１．４
を満足させる。
【００１３】
以上の定義に基づき、二片式回折屈折複合型画像形成システムを設計する時、上述の境界条件を加え、優良化速度とシステムの最良の解のサーチを加速する。
【００１４】
図２及び図３に示される本発明の実施例によると、第１レンズ３と第２レンズ４にフィルタ５、電荷結合素子６が組み合わされ、その光学システムの視野角は６０度とされ、焦点距離ｆ0 は５．５ｍｍ、その他のデータは図５に示されるとおりであり、第１レンズ３と第２レンズ４はいずれも非球面とされ、その材質はアクリル、ガラス、或いはその他の光学物質とされ、該第１レンズ３は凹面３１と凸面３２を具え、該第２レンズ４は凸面４１と凹面４２を具え、第１レンズ３の凹面３１は物件に向けられた対物面とされ、第１レンズ３の凸面３２は第２レンズ４の凸面４１に向けられ、第２レンズ４の凹面４２は電荷結合素子６に向けられ、該フィルタ５は第２レンズ４の凹面４２と電荷結合素子６の間に設置されている。そのうち、第１レンズ３或いは第２レンズ４の任意の一面に回折屈折複合レンズ面が設けられる。本実施例では、該回折屈折複合レンズ面は第２レンズ４の凸面４１に位置する。
【００１５】
回折屈折複合レンズ面の加工方式に関してここで大まかに説明する。図４を参照されたい。まず先端半径が約０．２ｍｍの円弧エッジ型ツール７で第２レンズ４の凸面４１を加工して非球面４１−２を形成する。この非球面４１−２はテンポラリー面に属するが、ただし回折形状切削量が過多とならないように、該非球面４１−２の形状誤差は１μｍ以下に制御する必要がある。さらに先端半径が０．３μｍより小さい三角エッジ型ナイフ８で高低の起伏形状加工の回折面４１−１を完成し、異なる波帯域間の垂直切断面が正確に加工されるように、該三角エッジ型ナイフ８は垂直辺縁８１を具えている。こうして凸面４１を加工して回折面４１−１と非球面４１−２を有するものとなす。この回折面４１−１と非球面４１−２はＳｗｅａｔｅｒ  Ｍｏｄｅｌを利用して設計した回折屈折複合レンズ面の非球面係数に、図４に示されるその他のパラメータを組み合わせ、以下のデータを得る：
ｆ1 ＝９．０４ｍｍ    ｆ2 ＝１７．５６ｍｍ
ｔ1 ＝３．６ｍｍ      ｔ2 ＝２．４ｍｍ
Ｄ1 ＝７．０２ｍｍ    Ｄ2 ＝３．２３ｍｍ
Ｐｏｗｅｒ１＝０．１１０６  Ｐｏｗｅｒ２＝０．０５６９５
ＤEP＝２．０ｍｍ
ｄ12＝１．８ｍｍ
【００１６】
その他の光学特性については図６から図１１を参照されたい。図から分かるように、本実施例は相当に良好な変調伝達関数（ＭＴＦ）及び比較的小さいフィールド曲線とひずみを具え、且つシステムの色差を除去する。特に強調すべきことは、本発明はレンズ数を増加せずに、多くの収差を解消し像形成品質を高めることができ、その体積は小さく、重量は軽く、複製が容易で、製造コストが低く、消費性電子製品例えばビデオディスクドライブ、ディジタルビデオカメラ、ビデオカメラ等がますます軽量化、薄型化する将来にあって、本発明は伝統的な光学装置の難題を解決することができることである。
【００１７】
【発明の効果】
総合すると、本発明の二片式回折屈折複合型画像形成システムは、その凹面対物面と回折屈折複合レンズ面の組合せにより、レンズ数を増加せずに、より多くの収差を解消し像形成品質を高めることができ、その産業上の利用性と進歩性は明らかである。なお、以上の実施例は本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属する。さらに、本発明はその出願前に頒布されたいかなる刊行物にもその記載がなく、また公開もされていないため、新規性を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】周知の回折屈折複合型画像形成システムの表示図である。
【図２】本発明の実施例表示図である。
【図３】本発明の実施例の光追跡図である。
【図４】本発明の回折屈折複合レンズ面の加工表示図である。
【図５】本発明の実施例のシステムパラメータ表である。
【図６】本発明の実施例の点図である。
【図７】本発明の実施例の０度変調伝達関数図である。
【図８】本発明の実施例の１５度変調伝達関数図である。
【図９】本発明の実施例の３０度変調伝達関数図である。
【図１０】本発明の実施例の二次スペクトルグラフである。
【図１１】本発明の実施例のフィールド曲線とひずみ図である。
【符号の説明】
１  第１レンズ
１１  凸面
１２  凹面
２  第２レンズ
２１、２２  凸面
３  第１レンズ
３１  凹面
３２  凸面
４  第２レンズ
４１  凸面
４１−１  回折面
４１−２  非球面
４２  凹面
５  フィルタ
６  電荷結合素子
７  円弧エッジ型ツール
８  三角エッジ型ナイフ
８１  垂直辺縁
ｆ0 、ｆ1 、ｆ2 焦点距離
ｔ1 、ｔ2   厚さ
ｄ12  距離
Ｄ1   第１レンズの直径
Ｄ2   第２レンズの直径
ＤEP  入射瞳孔直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004191636.tif 000010
【図９】
2004191636.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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