JP3320347B2

JP3320347B2 - 回折屈折型撮影光学系

Info

Publication number: JP3320347B2
Application number: JP28791097A
Authority: JP
Inventors: 秀樹小川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 2002-09-03
Anticipated expiration: 2017-10-03
Also published as: US6313958B1; JPH11109222A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銀塩写真カメラ、
ビデオカメラ、電子スチルカメラ等に好適な撮影レンズ
として用い、更に詳しくは屈折光学系と回折光学系を組
み合わせて結像性能を良好に補正した大口径比の回折屈
折型撮影光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、望遠レンズでは焦点距離が延
びるに従って、軸上色収差及び倍率色収差が悪化する傾
向にある。これらの色収差を補正するために、蛍石等の
異常部分分散を持った低分散正レンズと高分散負レンズ
を組み合わせて、色消しを行った種々の望遠レンズが知
られている。

【０００３】しかしながら、蛍石等の異常部分分散ガラ
スは色収差の補正に関して効果がある反面で非常に高価
であるという欠点があり、比重も異常部分分散を有さな
い他の低分散ガラスよりも比較的大きく、レンズ系全体
が重くなるという欠点もある。例えば、蛍石は比重３．
１８、ＦＫＯ１は比重３．６３あり、これらに対し異常
部分分散性の小さいＦＫ５は比重２．４６、ＢＫ７は比
重２．５２である。

【０００４】そして、異常部分分散ガラスは表面が比較
的傷が付き易く、また大口径レンズでは急激な温度変化
に対して割れ易いものもあり、色収差の補正の効果を高
めるために、近軸軸上光線と瞳近軸光線の通過する光軸
からの高さが高い最も物体側に配置されたレンズ（正レ
ンズ）に用いられた場合に、傷や割れを防ぐための一般
的に平行平板状のガラスを用いた保護ガラスの分だけ、
更に重畳とコストが上昇するという欠点もある。

【０００５】異常部分分散を持たないガラスを用いたま
まで、望遠レンズの色収差の補正を行ったものに特開平
６−３２４２６２号公報が知られている。この公報で
は、少なくとも１枚の正の屈折力を持った回折型光学素
子と、少なくとも１枚の正の屈折力を持つ屈折型光学素
子と、少なくとも１枚の負の屈折力を持つ屈折型光学素
子とより構成されたＦナンバＦ２．８程度、色収差が比
較的良好に補正された望遠レンズが開示されている。

【０００６】しかしながらこの公報では、軸上近軸光線
と瞳近軸光線が光学系に入射する入射高（光軸からの高
さ）が、共に比較的大きい光学系の物体側近傍に回折素
子を配置しており、軸上色収差と倍率色収差の補正に有
利である反面で、特に大口径の超望遠レンズに適用した
場合に素子の径が大きくなり、製造することが困難か或
いは製造コストが非常に高くなる等の問題がある。

【０００７】例えば、比較的量産性に優れた回折格子の
成形方法に、ガラスを高温で融解しながら金型等でプレ
ス成形を行う方法、或いはガラス基板等の表面に紫外線
硬化性のプラスチック樹脂等を型でプレス成形し、紫外
線を照射して硬化させる方法、或いはプラスチック樹脂
そのものを型で成形する方法等があるが、何れの場合に
も素子の径が大きくなってくると、型の転写性、離型性
等が悪化し、所望の性能である十分な回折効率等が得ら
れなくなってくる等の欠点がある。

【０００８】また、ガラスを直接切削して回折格子を成
形する方法、或いはＳｉＯ₂ 等の平面基板をウエットエ
ッチング又はドライエッチングにより階段状の回折格子
を成形する方法もあるが、量産性が悪く製造コストが高
くなる等の欠点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来例の欠点を解消し、大口径でありながら、色収差を
始めとする諸収差が良好に補正され、しかも安価で軽量
な回折屈折型撮影光学系を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る回折屈折型撮影光学系は、少なくとも１
枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズを含み最も物
体側に配置した正屈折力の第１レンズ群と、該第１レン
ズ群よりも像面側に配置し正屈折力を有する少なくとも
第１回折面と、該第１回折面よりも像面側に配置し負の
屈折力を有する少なくとも第２回折面とを有し、前記回
折面はそれぞれ光軸に対して回転対称形状の回折格子か
ら成り、前記第１回折面及び第２回折面を下記の条件式
を満足するように配置したことを特徴とする。｜ｈ_B／ｈ_A｜＜１｜Ｈ_A／Ｈ_B｜＜１ −１＜Ｈ_B／Ｈ₁＜０ただし、ｈ_A：第１回折面へ入射する近軸軸上光線の高
さｈ_B：第２回折面へ入射する近軸軸上光線の高さＨ_A：第１回折面へ入射する瞳近軸光線の高さＨ_B：第２回折面へ入射する瞳近軸光線の高さＨ₁：前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面へ入射
する瞳近軸光線の高さ

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。図１〜図７は具体的な実施例１〜７の
レンズ断面図である。物体側から、少なくとも１枚の正
レンズと少なくとも１枚の負レンズを含み最も物体側に
配置した正屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、少なくとも１
枚の正レンズと、少なくとも１枚の負レンズを含む負屈
折力を有する第２レンズ群Ｌ２、第２レンズ群Ｌ２より
も像面側に配置し正屈折力を有する第１回折面Ａを備え
た少なくとも１つの平板状の光学部材Ｌ３、第１回折面
Ａよりも像面側に配置し負の屈折力を有する第２回折面
Ｂを備えた少なくとも１つの平板状の光学部材Ｌ４、フ
ィルタ等の光学部材Ｌ５が配置されている。そして、第
１、第２回折面Ａ、Ｂはそれぞれ後述するように光軸に
対して回転対称形状の回折格子から成っている。

【００１２】図８及び図９は本発明の前提となる作用を
説明するための近軸配置概略図である。図８は解説面が
１面のみの場合で、図９は回折面が２面の場合をそれぞ
れ示している。Ｍは望遠レンズを構成する屈折光学系部
分であり、ここでは問題を簡単に扱うために薄肉単レン
ズとして考える。また、Ａは第１回折面、Ｂは第２回折
面であり、Ｐは近軸軸上光線、Ｑは瞳近軸光線を表して
いる。なお、近軸軸上光線は物体近軸光線、瞳近軸光線
は近軸主光線と呼ばれることもある。

【００１３】先ず、回折面が１面のみの場合を考え、屈
折光学系部分Ｍと第１回折面Ａについて、軸上色の収差
係数Ｌ及び倍率色の各収差係数Ｔの式を立てると、Ｌ＝ｈ_M ²φ_M ／ν_M ＋ｈ_A ²φ_A ／ν_A …(1) Ｔ＝ｈ_M Ｈ_M φ_M ／ν_M ＋ｈ_A Ｈ_A φ_A ／ν_A …(2) となる。ただし、

【００１４】φ_M ：望遠レンズを構成する屈折光学系部
分の屈折力 φ_A ：第１回折面Ａの設計次数回折光の屈折力 ν_M ：望遠レンズを構成する屈折光学系部分の（薄肉単
レンズの）アッべ数 ν_A ：第１回折面Ａの換算アッべ数（−３．４５相当）ｈ_M ：望遠レンズを構成する屈折光学系部分へ入射する
近軸軸上光線の高さｈ_A ：第１回折面Ａへ入射する近軸軸上光線の高さＨ_M ：望遠レンズを構成する屈折光学系部分へ入射する
瞳近軸光線の高さＨ_A ：第１回折面Ａへ入射する瞳近軸光線の高さである。

【００１５】式(1) で、第１項の屈折光学系部分の軸上
色の収差係数は、φ_M ＞０，ν_M ＞０から、ｈ_M ²φ_M ／
ν_M ＞０となる。

【００１６】従って、全系の軸上色の収差係数を小さく
するためには、式(1) の第２項の第１回折面Ａの軸上色
の収差係数が負の値でなければならない。即ち、ｈ_A ²φ
_A ／ν_A ＜０となることが必要である。なお、ν_A ＜０
であるので、第１回折面Ａの屈折力はφ_A ＞０である。

【００１７】このとき、式(2) における第２項の第１回
折面Ａの倍率色の収差係数は、ｈ_A＞０，Ｈ_A ＞０，ν_A
＜０から、ｈ_A Ｈ_A φ_A ／ν_A ＜０となる。

【００１８】また、式(2) で第１項の屈折光学系部分の
倍率色の収差係数も、ｈ_M ＞０，Ｈ_M ＜０，φ_M ＞０，
ν_M ＞０から、ｈ_M Ｈ_M φ_M ／ν_M ＜０となり、屈折光
学系部分の倍率色の収差係数を第１回折面Ａの倍率色の
収差係数で相殺して、全系の倍率色の収差係数を小さく
することはできない。

【００１９】結局、素子の径を比較的小さくすることが
可能な光学系の後方に回折素子を配置する場合には、回
折面が１面のみでは全系の軸上色と倍率色の収差係数を
同時に小さくすることはできない。

【００２０】次に、回折面が２面の場合を考えると、同
様に屈折光学系部分Ｍと第１回折面Ａ及び第２回折面Ｂ
について、軸上色の収差係数Ｌ及び倍率色の各収差係数
Ｔの式を立てると、Ｌ＝ｈ_M ²φ_M ／ν_M ＋ｈ_A ²φ_A ／ν_A ＋ｈ_B ²φ_B ／ν_B …(3) Ｔ＝ｈ_M Ｈ_M φ_M ／ν_M ＋ｈ_A Ｈ_A φ_A ／ν_A ＋ｈ_B Ｈ_B φ_B ／ν_B …(4) となる。ただし、

【００２１】φ_B ：第２回折面Ｂの設計次数回折光の屈
折力 ν_B ：第２回折面Ｂの換算アッベ数（−３．４５相当）ｈ_B ：第２回折面Ｂへ入射する近軸軸上光線の高さＨ_B ：第２回折面Ｂへ入射する瞳近軸光線の高さであ
る。

【００２２】先ず、式(4) の第２項の高さＨ_A に着目す
ると、Ｈ_A が比較的小さくなる位置に図９に示すように
第１回折面Ａを配置すれば、第２項の影響は殆どないも
のと見做せる。このとき第３項において、高さｈ_B があ
まり小さ過ぎずに高さＨ_B が比較的大きくなる位置に第
２回折面Ｂの屈折力をφ_B ＜０として配置すれば、第２
回折面Ｂで屈折光学系部分の倍率色の収差係数（負の
値）をほぼ相殺することができる。

【００２３】次に式(4) において、図９からも分かるよ
うに、ｈ_A ＞ｈ_B からｈ_A ²≫ｈ_B ²となり、第３項の第２
回折面Ｂの影響つまり全系の軸上色の収差係数を増加す
る方向は比較的少ないと見做せる。このとき、第２項に
おいて第１回折面Ａの屈折力にφ_A ＞０を与えれば、第
１回折面Ａで屈折光学系部分の軸上色の収差係数（正の
値）をほぼ相殺することができる。

【００２４】実際は、屈折光学系部分は複数のレンズ面
（ｉ＝１、…、ｎ面）で構成されているので、式(3) 及
び式(4) の第１項目はそれぞれ各面毎の収差係数の和と
なるが、屈折光学系部分が全体として本質的に正の屈折
力を有していることから、式(3) 及び式(4) の第１項目
の値の符号は、多くの場合に単レンズモデルのときの符
号と同一である。

【００２５】即ち、屈折光学系部分は多くの場合に、式
(6) 、式(7) のような符号の関係が成り立つ。

【００２６】

【式１】

【００２７】これらの符号の関係は、特に、異常部分分
散ガラス等を使用せず、かつ簡易なレンズ構成とするほ
ど成り立つ。

【００２８】従って、素子の径を比較的小さくすること
が可能な光学系の後方に回折素子を配置する場合には、
正屈折力と負屈折力の２つの回折面があれば、それらを
適切な位置に配置することにより、全系の軸上色と倍率
色の収差係数を同時に小さくすることができ、望ましく
は下記の条件式を満足するように配置することがよい。｜ｈ_B ／ｈ_A ｜＜ｌ …(8) ｜Ｈ_A ／Ｈ_B ｜＜１ …(9) −１＜Ｈ_B ／Ｈ₁ ＜０ …(10)

【００２９】ここで、Ｈ₁ は屈折光学系部分の主レンズ
部である少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の
負レンズを含み、最も物体側に配置された正屈折力の第
１レンズ群Ｌ１の最も物体側のレンズ面に入射する瞳近
軸光線の高さであり、前述の単レンズモデルでの高さｈ
_M にほぼ相当する。

【００３０】条件式(8) は軸上色の収差係数を小さく抑
えるためのものであり、上限値を超えると第２回折面Ｂ
での作用が強まり、軸上色収差が悪化する。また、第１
回折面Ａの屈折力を強めなければならず、その結果とし
て回折格子のピッチが細かくなり、製造し難くなるので
好ましくない。

【００３１】条件式(9) 及び(10)は倍率の色収差係数を
小さく抑えるためのものであり、条件式(9) の上限値を
超えると第１回折面Ａでの作用が強まり、倍率色収差が
悪化する。また、第２回折面Ｂの屈折力を強めなければ
ならず、その結果として回折格子のピッチが細かくなり
製造し難くなる。そして、条件式(10)の上限値を超える
と、第２回折面Ｂでの倍率色の補正効果が弱まり、補正
不足となるので良くない。また、条件式(10)の下限を超
えると、第２回折面Ｂでの補正効果が強まり、補正過剰
となるので好ましくない。

【００３２】更に望ましくは、条件式(8) 、(9) 、(10)
の数値範囲を次のようにすることが好適である。｜ｈ_B ／ｈ_A ｜＜０．９５ …(8') ｜Ｈ_A ／Ｈ_B ｜＜０．９５ …(9') −０．９５＜ｈ_B ／ｈ₁ ＜−０．０１ …(10')

【００３３】前述の色収差係数による色消しの議論は、
２波長についての色消しの議論であり、必ずしも全可視
域ので色消しされているとは限らない。以下に、可視域
全体で良好に色収差が補正されるために必要となる構成
について述べる。

【００３４】先ず、屈折光学系部分の軸上色収差を異常
部分分散ガラス等を用いずに、屈折光学系部分単独で補
正しようとした場合に、スペクトル曲線は通常では図１
０のような下に凸の曲がりを持ち、設計波長と他の１波
長の２波長で色消しされた所謂アクロマート型のスペク
トル曲線となる。

【００３５】次に、回折面で与えることのできるスペク
トル曲線について考えると、回折面の位相形状ψは、次
のような多項式で与えることができる。 ψ（ｈ，ｍ）＝｛２π／（ｍλ₀)}(C₁ｈ² ＋C₂ｈ⁴ ＋C₃ｈ⁶ ＋…）…(11)

【００３６】ここで、ｈ：光軸に対して垂直方向の高さｍ：回折光の回折次数 λ₀ ：設計波長 C_i：位相係数（ｉ＝１，２，３，…）である。

【００３７】このとき、任意の波長λ、任意の回折次数
ｍに対する回折面の屈折力φは、位相係数C₁を用いて次
のように表すことができる。 φ（λ、ｍ）＝−２C₁ｍλ／λ₀ …(12)

【００３８】この式(12)において、回折次数ｍを例えば
１とし、位相係数を負の値に選べば回折面の屈折力を正
とすることができる。このとき、式(12)から明らかなよ
うに、λ＞λ₀ の波長域においては、波長が長くなるほ
ど波長の変化に対して直線的に正の屈折力が強まり、逆
にλ＜λ₀ の波長域においては、波長が短くなるほど波
長の変化に対して直線的に正の屈折力が弱まることにな
る。

【００３９】つまり、回折面よりも物体側へ配置された
屈折光学系部分が軸上色収差に関して無収差であれば、
設計波長λ₀ の結像位置を光学系全体の結像位置とする
と、設計波長λ₀ よりも長波長側の近軸光線は、光学系
全体の結像位置よりも手前に結像し、設計波長λ₀ より
も短波長側の近軸光線は、光学系全体の結像位置よりも
後側に結像し、しかも波長の変化に対して直線的に結像
位置が図１１に示すようにずれてゆくことになる。

【００４０】従って、屈折光学系部分の残存色収差を回
折面で相殺し、可視域全域で色消しをするためには、回
折面単体では上に凸の曲がりを持った補正を与えること
はできないので、結局のところ屈折光学系部分で回折面
の直線的な補正に合わせ、それとは逆の傾きを持った直
線的な軸上色収差を予め発生させておく必要がある。

【００４１】そのためには、屈折光学系部分を最も物体
側に正屈折力の第１レンズを配置し、第１レンズ群Ｌ１
を少なくとも１枚の正レンズと、少なくとも１枚の負レ
ンズを含むように構成とすることが必要で、このように
構成することにより、屈折光学系部分のスペクトル曲線
を設計波長を中心に、設計波長よりも短波長側をより補
正不足とし、設計波長よりも長波長側をより補正過剰と
しながら、スペクトル曲線の極点の位置をより短波長側
へ移動させることができる。

【００４２】その結果、屈折光学系部分のスペクトル曲
線は図１２に示すような可視域全域でほぼ直線的な形状
となり、それにあわせて回折面の屈折力を設定すれば、
可視域全域での色消しが達成される。

【００４３】可視域全域で倍率色収差も含め、更に良好
に色消しするためには、次の条件式を満足することが望
ましい。０．０５＜φ_A ／φ＜２ …(13) −２＜φ_B ／φ＜−０．０５ …(14)

【００４４】条件式(13)の上限値を超えて第１回折面Ａ
の屈折力が強くなると、第１回折面Ａの軸上スペクトル
直線の傾きの絶対値が大きくなり、それに合わせて屈折
系部分のスペクトル曲線も直線形状を維持しながら大き
く傾けなければならず、球面収差、色の球面収差を始め
諸収差が悪化し、先の式(11)の高次の位相項に対応する
回折面の非球面効果では補正しきれない。また、条件式
(13)の下限値を超えて第１回折面Ａの屈折力が弱くなる
と、第１回折面Ａの軸上スペクトル直線の傾きの絶対値
が小さくなり、屈折系部分のスペクトル曲線を直線形状
を維持しながら傾きを小さくすることができず、設計波
長よりも短波長側で下に凸の大きな曲がりが生じ、第１
回折面Ａで軸上色収差が相殺できなくなるので好ましく
ない。

【００４５】そして、条件式(14)は条件式(13)を満足し
た上で、倍率色収差を更に良好にするためのものであ
り、条件式(14)の上限値を超えても、下限値を超えても
倍率色収差が悪化するので、条件式(14)を満足すること
が望ましい。

【００４６】更に望ましくは、条件式(13)、(14)の数値
範囲を次のようにすることが好ましい。０．１＜φ_A ／φ＜１ …(13') −１＜φ_B ／φ＜−０．１ …(14')

【００４７】また、第１レンズ群Ｌ１は次の条件式を満
足することも望ましい。５＜ν_P −ν_N ＜７５ …(15)

【００４８】ただし、ν_P ：第１レンズ群Ｌ１中の正レ
ンズのアッべ数の平均値 ν_N ：第１レンズ群Ｌ１中の負レンズのアッべ数の平均
値

【００４９】条件式(15)は屈折光学系部分の色収差以外
の諸収差を良好に保ちながら、特に軸上色収差のスペク
トル曲線に適切な傾きを与え、曲がりを少なくしてほぼ
直線形状を維持するのに有効であり、条件式(15)の上限
値を超えて正レンズと負レンズのアッべ数の平均値の差
が大きくなると、設計波長よりも短波長側の曲がりが増
え、回折面で色収差を補正しきれなくなってくる。逆
に、条件式(15)の下限値を超えて正レンズと負レンズの
アッべ数の平均値の差が小さくなると、スペクトル曲線
の直線性は向上するものの、屈折光学系部分を構成する
各レンズのレンズ面の屈折力分担が崩れ、色収差以外の
諸収差をバランス良く補正できなくなるので良くない。

【００５０】更に望ましくは、条件式(15)の数値範囲を
次のようにすることが良い。１５＜ν_P −ν_N ＜４５ …(15')

【００５１】これにより、色収差を始め諸収差を、更に
良好にすることができる。なお、各実施例の回折面の位
相形状ψは次式によって表される。 ψ（ｈ，ｍ）＝｛２π／（ｍλ₀)}(C₁ｈ² ＋C₂ｈ⁴ ＋C₃ｈ⁶ ＋…）…(23)

【００５２】ここで、ｈ：光軸に対して垂直方向の高さｍ：回折光の回折次数 λ₀ ：設計波長 C_i：位相係数（ｉ＝１，２，３…）である。

【００５３】各実施例において、回折光の回折次数ｍは
１であり、設計波長λ₀ はｄ線の波長（５８７．５６ｎ
ｍ）である。

【００５４】また、各実施例においてフォーカシング
は、第１レンズ群Ｌ１と第２回折面Ｂとの間に負屈折力
の第２レンズ群Ｌ２を設け、第２レンズ群Ｌ２を光軸方
向へ移動することをによって行っている。第２レンズ群
Ｌ２は少なくとも１枚の正レンズと、少なくとも１枚の
負レンズを含むように構成することがよく、このような
構成とすることにより、フォーカシングによる色収差の
変動を小さく抑えることができる。特に、倍率色収差の
変動を抑えるには、第２回折面Ｂよりも物体側に第２レ
ンズ群Ｌ２を配置して、第２回折面Ｂへ光線が入射する
以前で倍率色収差の変動成分を補正しておくことがよ
い。

【００５５】なお、実施例では１面の正屈折力の回折面
と、１面の負屈折力の回折面の合計２面であるが、更に
回折面を追加してもよく、これにより更に良好な光学性
能が得られる。また、各回折面は平行平板ガラスをベー
スとして片面に施しているが、球面レンズ或いは非球面
レンズをベースとしてもよく、両面に施してもよい。更
に、接合レンズの接合面に施してもよく、ベースの材質
は光を透過するものであれば、特にガラスでなくてもよ
い。また、第１回折面Ａと第２回折面Ｂの間及び第２回
折面Ｂの像面側に収差補正のための補正レンズがあって
もよい。

【００５６】次に、本発明の数値実施例を示す。ただ
し、各実施例において、ｒi は物体側から数えて第ｉ番
目の面の曲率半径、ｄi は物体側から数えて第ｉ番目の
基準状態の軸上面間隔を示し、ｎi 、νi は物体側から
教えて第ｉ番目のレンズのｄ線に対する屈折率、アッベ
数を示している。なお、ｆは焦点距離、ＦＮｏはＦナン
バ、２ωは画角である。

【００５７】数値実施例１ f ＝292.50 fno＝1:2.91 ２ω＝8.46° r1 = 159.121 d1 =13.50 n1 =1.51633 ν1 =64.2 r2 = -705.064 d2 = 0.15 r3 = 123.991 d3 =11.00 n2 =1.51633 ν2 =64.2 r4 = 554.293 d4 = 8.20 r5 =-2342.290 d5 = 5.00 n3 =1.67270 ν3 =32.1 r6 = 176.196 d6 =22.09 r7 = 66.589 d7 =11.00 n4 =1.48749 ν4 =70.2 r8 = 127.559 d8 = 8.32 r9 = 58.679 d9 = 5.70 n5 =1.65446 ν5 =33.6 r10= 42.847 d10=可変 r11= 226.342 d11= 7.00 n6 =1.84666 ν6 =23.8 r12= -121.673 d12= 3.00 n7 =1.85026 ν7 =32.3 r13= 88.134 d13=可変 r14= -523.886 d14= 2.50 n8 =1.60342 ν8 =38.0 r15= 128.755 d15= 5.50 n9 =1.88300 ν9 =40.8 r16= -392.575 d16= 4.00 ＊r17= 0.000 d17= 2.00 n10=1.45867 ν10=67.9 r18= 0.000 d18= 1.00 r19= 0.000(絞り) d19=29.16 ＊r20= 0.000 d20= 2.00 n11=1.45867 ν11=67.9 r21= 0.000 d21= 8.00 r22= 0.000 d20= 2.00 n12=1.51633 ν12=64.2 r23= 0.000 位相係数 17面 C₁=-4.19370・10^-4 C₂=-1.32540・10^-8 C₃=-4.81550・10^-11 C₄= 2.11060・10^-14 20面 C₁= 5.04550・10^-4 C₂= 4.34730・10^-8 C₃= 4.41550・10^-11 C₄=-3.83140・10^-14 可変間隔 ∞ ３ｍ d10 14.47 36.82 d13 31.00 8.65

【００５８】数値実施例２ f ＝292.50 fno＝1:2.91 ２ω＝8.46° r1 = 161.178 d1 =13.50 n1 =1.50378 ν1 =66.8 r2 = -605.902 d2 = 0.15 r3 = 124.253 d3 =11.00 n2 =1.48749 ν2 =70.2 r4 = 626.963 d4 = 7.78 r5 =-1452.331 d5 = 5.00 n3 =1.64831 ν3 =33.8 r6 = 182.850 d6 =22.29 r7 = 65.858 d7 =11.00 n4 =1.48749 ν4 =70.2 r8 = 124.251 d8 = 9.43 r9 = 58.061 d9 = 5.70 n5 =1.63980 ν5 =34.5 r10= 42.330 d10=可変 r11= 219.103 d11= 7.00 n6 =1.84666 ν6 =23.8 r12= -122.454 d12= 3.00 n7 =1.85026 ν7 =32.3 r13= 87.573 d13=可変 r14= -608.393 d14= 2.50 n8 =1.61293 ν8 =37.0 r15= 123.345 d15= 5.50 n9 =1.88300 ν9 =40.8 r16= -434.291 d16= 4.00 ＊r17= 0.000 d17= 2.00 n10=1.51633 ν10=64.2 r18= 0.000 d18= 1.00 r19= 0.000(絞り) d19=26.76 ＊r20= 0.000 d20= 2.00 n11=1.51633 ν11=64.2 r21= 0.000 d21= 8.00 r22= 0.000 d22= 2.00 n12=1.51633 ν12=64.2 r23= 0.000 位相係数 17面 C₁=-4.28740・10^-4 C₂=-1.74370・10^-8 C₃=-5.25780・10^-11 C₄= 2.49770・10^-14 20面 C₁= 5.08070・10^-4 C₂= 4.77400・10^-8 C₃= 4.98940・10^-11 C₄=-5.07930・10^-14 可変間隔 ∞ ３ｍ d10 14.52 37.23 d13 30.06 7.35

【００５９】数値実施例３ f ＝292.50 fno＝1:2.91 ２ω＝8.46° r1 = 119.301 d1 =17.50 n1 =1.51633 ν1 =64.2 r2 = -749.188 d2 = 6.50 r3 = 100.105 d3 =17.50 n2 =1.51633 ν2 =64.2 r4 = -800.725 d4 = 1.83 r5 = -511.463 d5 = 5.00 n3 =1.85026 ν3 =32.3 r6 = 233.093 d6 =19.32 r7 = 53.139 d7 = 5.00 n4 =1.75550 ν4 =25.1 r8 = 45.149 d8 =可変 r9 = -250.152 d9 = 6.20 n5 =1.84666 ν5 =23.8 r10= -81.048 d10= 3.20 n6 =1.64450 ν6 =40.8 r11= 85.355 d11=可変 r12= 253.089 d12= 2.50 n7 =1.74950 ν7 =35.3 r13= 95.351 d13= 6.00 n8 =1.80300 ν8 =46.7 r14= -441.117 d14= 3.00 r15= 0.000(絞り) d15= 5.00 ＊r16= 0.000 d16= 2.00 n9 =1.45867 ν9 =67.9 r17= 0.000 d17=14.55 r18= 0.000 d18= 2.00 n10=1.51633 ν10=64.2 r19= 0.000 d19=14.55 ＊r20= 0.000 d20= 2.00 n11=1.45867 ν11=67.9 r21= 0.000 位相係数 16面 C₁=-5.18200・10^-4 C₂=-1.78310・10^-8 C₃=-3.44570・10^-11 C₄= 3.12690・10^-14 20面 C₁= 6.69110・10^-4 C₂= 4.09040・10^-8 C₃= 7.42020・10^-11 C₄=-7.60310・10^-14 可変間隔 ∞ ３ｍ d8 23.76 39.95 d11 39.31 23.12

【００６０】数値実施例４ f ＝292.50 fno＝1:2.91 ２ω＝8.46° r1 = 117.352 d1 =15.30 n1 =1.51821 ν1 =65.0 r2 = -797.987 d2 =11.94 r3 = 96.159 d3 =13.30 n2 =1.49782 ν2 =66.8 r4 =-1142.879 d4 = 1.98 r5 = -577.645 d5 = 5.00 n3 =1.85026 ν3 =32.3 r6 = 229.602 d6 =19.82 r7 = 52.997 d7 = 5.00 n4 =1.72825 ν4 =28.5 r8 = 44.870 d8 =可変 r9 = -260.789 d9 = 5.70 n5 =1.84666 ν5 =23.8 r10= -82.869 d10= 3.20 n6 =1.64450 ν6 =40.8 r11= 84.483 d11=可変 r12= 273.186 d12= 2.50 n7 =1.72047 ν7 =34.7 r13= 92.471 d13= 6.00 n8 =1.80300 ν8 =46.7 r14= -438.423 d14= 3.00 r15= 0.000(絞り) d15= 5.00 ＊r16= 0.000 d16= 2.00 n9 =1.51633 ν9 =64.2 r17= 0.000 d17=14.18 r18= 0.000 d18= 2.00 n10=1.51633 ν10=64.2 r19= 0.000 d19=14.18 ＊r20= 0.000 d20= 2.00 n11=1.51633 ν11=64.2 r21= 0.000 位相係数 16面 C₁=-5.32830・10^-4 C₂=-1.68720・10^-8 C₃=-3.23100・10^-11 C₄= 2.29270・10^-14 20面 C₁= 6.94590・10^-4 C₂= 4.14320・10^-8 C₃= 6.80920・10^-11 C₄=-6.65540・10^-14 可変間隔 ∞ ３ｍ d8 23.75 39.93 d11 40.10 23.92

【００６１】数値実施例５ f ＝390.00 fno＝1:2.91 ２ω＝6.35° r1 = 160.714 d1 =24.11 n1 =1.50378 ν1 =66.8 r2 = -550.049 d2 = 6.33 r3 = 144.933 d3 =18.19 n2 =1.50378 ν2 =66.8 r4 = 986.476 d4 = 5.33 r5 = -735.669 d5 = 7.00 n3 =1.80440 ν3 =39.6 r6 = 204.691 d6 =44.02 r7 = 72.198 d7 =16.00 n4 =1.50378 ν4 =66.8 r8 = 167.885 d8 = 0.23 r9 = 67.571 d9 = 6.50 n5 =1.67270 ν5 =32.1 r10= 47.593 d10=可変 r11= 210.803 d11= 7.50 n6 =1.84666 ν6 =23.8 r12= -233.908 d12= 3.50 n7 =1.85026 ν7 =32.3 r13= 96.102 d13=可変 r14= -891.803 d14= 3.00 n8 =1.75550 ν8 =25.1 r15= 546.978 d15= 6.00 n9 =1.84666 ν9 =23.9 r16= -387.306 d16= 5.00 ＊r17= 0.000 d17= 2.00 n10=1.51633 ν10=64.2 r18= 0.000 d18= 9.92 r19= 0.000(絞り) d19=33.47 ＊r20= 0.000 d20= 2.00 n11=1.51633 ν11=64.2 r21= 0.000 d21= 8.00 r22= 0.000 d22= 2.00 n12=1.51633 ν12=64.2 r23= 0.000 位相係数 17面 C₁=-3.89430・10^-4 C₂=-6.70000・10^-10 C₃=-2.29200・10^-11 C₄= 1.49080・10^-14 20面 C₁= 5.17670・10^-4 C₂= 1.18720・10^-8 C₃= 3.55700・10^-11 C₄=-6.62930・10^-14 可変間隔 ∞ ４ｍ d10 18.42 45.34 d13 37.15 10.23

【００６２】数値実施例６ f ＝585.00 fno＝1:4.12 ２ω＝4.24° r1 = 190.407 d1 = 24.00 n1 =1.51633 ν1 =64.2 r2 = -516.933 d2 = 3.28 r3 = 233.393 d3 = 14.00 n2 =1.51633 ν2 =64.2 r4 = 1871.499 d4 = 9.17 r5 = -556.137 d5 = 7.00 n3 =1.80440 ν3 =39.6 r6 = 268.750 d6 =139.04 r7 = 92.373 d7 = 11.00 n4 =1.51633 ν4 =64.2 r8 = 272.360 d8 = 0.74 r9 = 69.257 d9 = 5.00 n5 =1.63636 ν5 =35.4 r10= 56.305 d10=可変 r11= 210.582 d11= 7.00 n6 =1.84666 ν6 =23.8 r12= -190.113 d12= 2.80 n7 =1.85026 ν7 =32.3 r13= 101.491 d13=可変＊r14= 0.000 d14= 2.00 n8 =1.45867 ν8 =67.9 r15= 0.000 d15= 17.00 r16= 0.000(絞り) d16= 36.07 ＊r17= 0.000 d17= 2.00 n9 =1.45867 ν9 =67.9 r18= 0.000 d18= 8.00 r19= 0.000(絞り) d19= 2.00 n10=1.51633 ν10=64.2 r20= 0.000 位相係数 14面 C₁=-3.18970・10^-4 C₂=-8.23150・10^-9 C₃=-1.81890・10^-11 C₄= 1.01680・10^-14 17面 C₁= 4.05420・10^-4 C₂= 1.12510・10^-8 C₃= 5.64840・10^-11 C₄=-8.53850・10^-14 可変間隔 ∞ ６ｍ d10 34.91 61.30 d13 31.99 5.60

【００６３】数値実施例７ f ＝585.00 fno＝1:4.12 ２ω＝4.24° r1 = 192.658 d1 = 24.00 n1 =1.50378 ν1 =66.8 r2 = -464.463 d2 = 1.82 r3 = 237.912 d3 = 14.00 n2 =1.49782 ν2 =66.8 r4 = 3621.821 d4 = 8.78 r5 = -506.414 d5 = 7.00 n3 =1.79952 ν3 =42.2 r6 = 282.840 d6 =144.06 r7 = 87.192 d7 = 11.00 n4 =1.50378 ν4 =66.8 r8 = 266.479 d8 = 0.15 r9 = 70.645 d9 = 5.00 n5 =1.61293 ν5 =37.0 r10= 55.675 d10=可変 r11= 214.492 d11= 7.00 n6 =1.84666 ν6 =23.8 r12= -182.787 d12= 2.80 n7 =1.85026 ν7 =32.3 r13= 101.326 d13=可変＊r14= 0.000 d14= 2.00 n8 =1.51633 ν8 =64.2 r15= 0.000 d15= 8.32 r16= 0.000(絞り) d16= 25.72 ＊r17= 0.000 d17= 2.00 n9 =1.51633 ν9 =64.2 r18= 0.000 d18= 8.00 r19= 0.000(絞り) d19= 2.00 n10=1.51633 ν10=64.2 r20= 0.000 位相係数 14面 C₁=-4.83710・10^-4 C₂=-1.82800・10^-8 C₃=-3.15590・10^-11 C₄= 2.32430・10^-14 17面 C₁= 5.80640・10^-4 C₂= 2.52960・10^-8 C₃= 8.61880・10^-11 C₄=-1.28480・10^-13 可変間隔 ∞ ６ｍ d10 40.34 67.30 d13 33.04 6.08

【００６４】次の表１は実施例１〜７の条件式の数値で
ある。

【００６５】

【表１】

【００６６】図１３〜図２６は実施例１〜７の縦収差図
を示す。なお、Ｓ、Ｃは正弦状態、ｄはｄ線、ｇはｇ
線、ｃはｃ線、ＦはＦ線、ΔＭはｄ線に対するメリディ
オナル像面、ΔＳはｄ線に対するサジカル像面、ΔＭｇ
はｇ線に対するメリディオナル像面、ΔＳｇはｇ線に対
するサジタル像面である。

【００６７】図２７は実際の回折光学素子の形状の断面
図を示し、基材１の表面に紫外線硬化樹脂を塗布し、こ
の樹脂部２に波長５３０ｎｍで１次回折効率が１００％
となるような格子厚ｄの格子３を成形している。図２８
はこの回折光学素子の１次回折効率の波長依存性を示
し、設計次数での回折効率は最適化した波長５３０ｎｍ
から離れるに従って低下し、一方で設計次数近傍の次数
０次、２次回折光が増大している。この設計次数以外の
回折光の増加はフレアとなり、光学系の解像度の低下に
つながる。

【００６８】図２９は図２７の格子形状を前述の数値実
施例１を作成した場合の場合の望遠端の軸上における空
間周波数に対するＭＴＦ（Modulation Transfer Functi
on）特性を示しており、低周波数領域のＭＴＦが所望の
値より低下していることが分かる。

【００６９】更に、回折効率を改善するためには、次に
説明するような積層構造の回折光学素子にすることが好
ましい。そこで、図３０に示すような積層型の回折格子
を実施例における回折光学素子の格子形状とすることが
考えられる。基材１上に紫外線硬化樹脂（Ｎｄ＝１．４
９９、νｄ＝５４）から成る第１の回折格子４が構成さ
れ、その上に別の紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．５９８、
νｄ＝２８）から成る第２の回折格子５が形成されてい
る。

【００７０】この材質の組み合わせでは、第１の回折格
子４の格子厚ｄｌはｄｌ＝１３．８μｍ、第２の回折格
子５の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．５μｍとしている。図
３１はこの構成の回折光学素子の１次回折効率の波長依
存性を示し、このように積層構造の回折格子にすること
により、設計次数の回折効率は使用波長全域で９５％以
上の高い回折劾率が得られる。

【００７１】図３２はこの場合の空間周波数に対するＭ
ＴＦ特性を示し、積層構造の回折格子を用いることで、
低周波のＭＴＦは改善され、所望のＭＴＦ特性が得られ
ている。このように、実施例の回折光学素子として積層
構造の回折格子を用いることで、光学性能は更に改善さ
れる。

【００７２】なお、前述の回折光学素子として、材質を
紫外線硬化樹脂に限定するものでなく、他のプラスチッ
ク材なども使用できるし、基材によっては第１の回折格
子４を直接基材に形成してもよい。また、各格子の厚み
が必ずしも異なる必要はなく、材料の組み合わせによっ
ては図３３に示すように２つの格子厚を等しくできる。
この場合に、回折光学素子の表面に格子形状が形成され
ないので、防塵性に優れ、回折光学素子の組み立て作業
性が向上し、より安価な光学系が得られる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る回折屈
折型撮影光学系によれば、異常部分分散ガラス等を用い
ない大口径望遠レンズでありながら、色収差を始めとす
る諸収差が良好に補正され、しかも安価で軽量となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のレンズ断面図である。

【図２】実施例２のレンズ断面図である。

【図３】実施例３のレンズ断面図である。

【図４】実施例４のレンズ断面図である。

【図５】実施例５のレンズ断面図である。

【図６】実施例６のレンズ断面図である。

【図７】実施例７のレンズ断面図である。

【図８】１面の回折面を有する近軸配置の概略図であ
る。

【図９】２面の回折面を有する近軸配置の概略図であ
る。

【図１０】色収差補正の説明図である。

【図１１】色収差補正の説明図である。

【図１２】色収差補正の説明図である。

【図１３】実施例１の無限遠合焦状態の縦収差図であ
る。

【図１４】実施例１の近距離合焦状態の縦収差図であ
る。

【図１５】実施例２の無限遠合焦状態の縦収差図であ
る。

【図１６】実施例２の近距離合焦状態の縦収差図であ
る。

【図１７】実施例３の無限遠合焦状態の縦断面図であ
る。

【図１８】実施例３の近距離合焦状態の縦収差図であ
る。

【図１９】実施例４の無限遠合焦状態の縦断面図であ
る。

【図２０】実施例４の近距離合焦状態の縦収差図であ
る。

【図２１】実施例５の無限遠合焦状態の縦断面図であ
る。

【図２２】実施例５の近距離合焦状態の縦収差図であ
る。

【図２３】実施例６の無限遠合焦状態の縦断面図であ
る。

【図２４】実施例６の近距離合焦状態の縦収差図であ
る。

【図２５】実施例７の無限遠合焦状態の縦断面図であ
る。

【図２６】実施例７の近距離合焦状態の縦収差図であ
る。

【図２７】回折光学素子の断面図である。

【図２８】１次回折効率波長特性のグラフ図である。

【図２９】ＭＴＦ特性のグラフ図である。

【図３０】多層構造の回折光学素子の断面図である。

【図３１】１次回折効率波長特性多層構造のグラフ図で
ある。

【図３２】ＭＴＦ特性のグラフ図である。

【図３３】他の多層構造の回折光学素子の断面図であ
る。

【符号の説明】

Ｌ１第１レンズ群Ｌ２第２レンズ群Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５光学部材Ａ、Ｂ回折面１基材２樹脂部３格子４回折格子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１枚の正レンズと少なくとも
１枚の負レンズを含み最も物体側に配置した正屈折力の
第１レンズ群と、該第１レンズ群よりも像面側に配置し
正屈折力を有する少なくとも第１回折面と、該第１回折
面よりも像面側に配置し負の屈折力を有する少なくとも
第２回折面とを有し、前記回折面はそれぞれ光軸に対し
て回転対称形状の回折格子から成り、前記第１回折面及
び第２回折面を下記の条件式を満足するように配置した
ことを特徴とする回折屈折型撮影光学系。｜ｈ _B ／ｈ _A ｜＜１｜Ｈ _A ／Ｈ _B ｜＜１ −１＜Ｈ _B ／Ｈ ₁ ＜０ただし、ｈ _A ：第１回折面へ入射する近軸軸上光線の高
さｈ _B ：第２回折面へ入射する近軸軸上光線の高さＨ _A ：第１回折面へ入射する瞳近軸光線の高さＨ _B ：第２回折面へ入射する瞳近軸光線の高さＨ ₁ ：前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面へ入射
する瞳近軸光線の高さ
【請求項２】前記回折面は下記の条件式を満足する請
求項１に記載の回折屈折型撮影光学系。０．０５＜φ_A／φ＜２ −２＜φ_Ｂ／φ＜−０．０５ただし、φ ：全系の合成屈折力 φ_A：第１回折面の１次回折光の屈折力（φ_A＞０） φ_B：第２回折面の１次回折光の屈折力（φ_B＜０）
【請求項３】下記の条件式を満足する請求項１又は２
に記載の回折屈折型撮影光学系。５＜ν_P−ν_N＜７５ただし、ν_P：第１レンズ群中の正レンズのアッべ数の
平均値 ν_N：第１レンズ群中の負レンズのアッべ数の平均値
【請求項４】前記第１レンズ群と前記第２回折面との
間に、少なくとも１枚の正レンズと、少なくとも１枚の
負レンズを含む負屈折力の第２レンズ群を配置し、フォ
ーカシングに際し前記第２レンズ群を光軸方向へ移動す
るようにした請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載
の回折屈折型撮影光学系。