JP5253107B2

JP5253107B2 - リアアタッチメントレンズ及びそれを有する撮影光学系

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Publication number: JP5253107B2
Application number: JP2008295461A
Authority: JP
Inventors: 秀樹小川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2028-11-19
Also published as: JP2010122427A

Description

本発明は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、放送用カメラなどに用いられる撮影レンズ（主レンズ系）の像側に着脱可能に装着して、全系の焦点距離を主レンズ系の本来の焦点距離に比べて長い方へ変化させるリアアタッチメントレンズに関する。

従来より、撮影レンズ（撮影光学系）である主レンズ系の像面側に着脱可能に装着し、主レンズ系単独の焦点距離に比べて全系の焦点距離を長い方へ変化させるリアアタッチメントレンズが知られている（特許文献１〜３）。

リアアタッチメントレンズは、主レンズ系の物体側に装着して全系の焦点距離を長い方へ変化させるフロント方式のアタッチメントレンズに比べて光学系全体が小型になるという特徴がある。

このため、リアアタッチメントレンズは近年全体が小型化されているデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置の撮影光学系に多用されている。
特公昭５８−３４８１３号特開昭６３−１０６７１５号公報特開平１１−１８３８００号公報

一般にリアアタッチメントレンズは、それ自身が無収差となるように設計されていたとしても、倍率が大きくなるほど主レンズ系の残存収差が拡大し、画質を劣化させる傾向がある。

例えば、倍率が２倍であった場合は、単純に、コマ収差や倍率色収差等の横収差は２倍に拡大され、画質が劣化する。また、球面収差や像面湾曲、そして軸上色収差等の縦収差は、倍率の自乗倍、つまり４倍に拡大される。リアアタッチメントレンズを使用することの多い望遠レンズでは、焦点距離が長くなるに従って、諸収差のうち色収差が悪化する傾向にある。その為、リアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着した場合は、拡大された倍率色収差が画質を劣化させる主原因となっている。

本発明は、主レンズ系の像側に装着し、全系の焦点距離を長い方へ変移したときの諸収差の変動が少なく、特に色収差の変動が小さく、全系として高い光学性能を維持することができるリアアタッチメントレンズを提供することを目的とする。

本発明のリアアタッチメントレンズは、主レンズ系の像面側に着脱可能に装着され、該主レンズ系単独の焦点距離に比べて長い方へ焦点距離を変化させるリアアタッチメントレンズにおいて、該リアアタッチメントレンズは、樹脂により形成された屈折光学素子ＧＮＬを有し、該屈折光学素子ＧＮＬの材料のアッベ数、部分分散比を各々ν_Ｇ、θｇＦ_Ｇ、該屈折光学素子ＧＮＬの２つの屈折面が共に空気に面するときのｄ線に対する屈折力をφ_Ｇ、リアアタッチメントレンズの拡大倍率をβ_Ｇ、該屈折光学素子ＧＮＬの異常部分分散比ΔθｇＦ_Ｇを
ΔθｇＦ_Ｇ＝θｇＦ_Ｇ−（−１．６６５×１０^−７×ν_Ｇ ^３＋５．２１３×１０^−５
×νＧ^２−５．６５６×１０^−３×ν_Ｇ＋０．７２７８）
とするとき、
｜ΔθｇＦ_Ｇ｜＞０．０２７２
０．０００５＜｜φ_Ｇ・β_Ｇ｜＜０．０５００
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明のリアアタッチメントレンズによれば、主レンズ系の像側に装着し、全系の焦点距離を長い方へ変化させたときの諸収差の変動が少なく、特に色収差の変動が小さく、全系として高い光学性能を維持することができる。

以下、本発明のリアアタッチメントレンズ及びそれを主レンズ系に装着したときの撮影光学系及び該撮影光学系を用いた撮像装置について説明する。

本発明のリアアタッチメントレンズは、主レンズ系の像面側に着脱可能に装着され、主レンズ系単独の焦点距離に比べて長い方へ焦点距離を変化させる。

ここで主レンズ系としては、例えば望遠レンズ、望遠型のズームレンズ等が適用できる。

望遠レンズとは、光軸と瞳近軸光線の交わる点より前方での、近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値が、光軸と瞳近軸光線の交わる点より後方での近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも大きい光学系である。

望遠型のズームレンズとは、広角端のズーム位置において前述の条件を満足する光学系である。

図１は、本発明のリアアタッチメントレンズを主レンズ系の像側に装着したときの近軸屈折力配置における光路を示す近軸配置概略図である。

図２、図３は本発明のリアアタッチメントレンズを装着する、例として選んだ主レンズ系の一例としてのレンズ断面図と収差図である。

図４、図５は本発明の実施例１のリアアタッチメントレンズを主レンズ系の像側に装着したときのレンズ断面図と収差図である。

図６、図７は本発明の実施例２のリアアタッチメントレンズを主レンズ系の像側に装着したときのレンズ断面図と収差図である。

図８、図９は本発明の実施例３のリアアタッチメントレンズを主レンズ系の像側に装着したときのレンズ断面図と収差図である。

図１０、図１１は本発明の実施例４のリアアタッチメントレンズを主レンズ系の像側に装着したときのレンズ断面図と収差図である。

図１２、図１３は本発明の実施例５のリアアタッチメントレンズを主レンズ系の像側に装着したときのレンズ断面図と収差図である。

図１４は、本発明のリアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着した撮影光学系を有する撮像装置の説明図である。

近軸配置概略図及びレンズ断面図において、左方が物体側で、右方が像側である。ＯＬは撮影光学系である。ＲＡはリアアタッチメントレンズ、Ｍは主レンズ系（マスターレンズ）である。

リアアタッチメントレンズＲＡは、樹脂を光重合又は熱重合により形成した屈折光学素子ＧＮＬとそれ以外の部分光学系Ａより成っている。

ＳＰは開口絞りである。Ｇは光学フィルター、フェースプレート等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が、銀塩フィルム用カメラの撮像光学系とし使用する際にはフィルム面に相当する。

Ｐは軸上近軸光線である。Ｑは瞳近軸光線である。

収差図において、ｄ、ｇ、Ｃ、Ｆはｄ線、線ｇ、Ｃ線、Ｆ線である。ΔＭ、ΔＳはメリジオナル像面、サジタル像面である倍率色収差はｇ線によって表している。ＦはＦナンバー、Ｙは像高である。

各実施例のリアアタッチメントレンズＲＡは、樹脂を光重合又は熱重合により形成した１以上の屈折光学素子ＧＮＬを有している。

ここで、屈折光学素子ＧＮＬの材料のアッベ数、部分分散比、異常部分分散比を各々ν_Ｇ、θｇＦ_Ｇ、ΔθｇＦ_Ｇとする。

屈折光学素子ＧＮＬの２つ屈折面が共に空気に面するとしたときのｄ線に対する屈折力をφ_Ｇとする。そしてリアアタッチメントレンズＲＡの拡大倍率をβ_Ｇとする。そして異常部分分散比ΔθｇＦ_Ｇを
ΔθｇＦ_Ｇ＝θｇＦ_Ｇ−（−１．６６５×１０^−７×ν_Ｇ ^３＋５．２１３×１０^−５
×ν_Ｇ ^２−５．６５６×１０^−３×ν_Ｇ＋０．７２７８）
とする。

このとき、
｜ΔθｇＦ_Ｇ｜＞０．０２７２・・・（１）
０．０００５＜｜φ_Ｇ・β_Ｇ｜＜０．０５００・・・（２）
なる条件式を満足している。

又、屈折光学素子ＧＮＬの材料のアッベ数ν_Ｇは、
ν_Ｇ＜４５・・・（３）
なる条件を満足している。

本発明の撮影光学系では、主レンズ系Ｍの像側に着脱可能に装着されるリアアタッチメントレンズＲＡを設けている。

このときリアアタッチメントレンズＲＡを構成する屈折光学系ＧＮＬへ入射する軸上近軸光線Ｐの光軸からの高さをｈ_Ｇとする。又、屈折光学系ＧＮＬへ入射する瞳近軸光線Ｑの光軸からの高さをＨ_Ｇとする。

このとき、
｜Ｈ_Ｇ／ｈ_Ｇ｜＞１．２・・・（４）
なる条件を満足している。

ここで、屈折光学素子ＧＮＬの材料のアッベ数ν_Ｇ、部分分散比θｇＦ_Ｇは次のとおりである。

ｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれＮ_ｇ、Ｎ_Ｆ、Ｎ_ｄ、Ｎ_Ｃとしたとき
ν_Ｇ＝（Ｎ_ｄ−１）／（Ｎ_Ｆ−Ｎ_Ｃ）
θｇＦ_Ｇ＝（Ｎ_ｇ−Ｎ_Ｆ）／（Ｎ_Ｆ−Ｎ_Ｃ）
である。

また、軸上近軸光線及び瞳近軸光線は、次のように定義する光線である。

軸上近軸光線は、光学系全系の焦点距離を１に正規化し、光学系に光軸と平行に、光軸からの高さを１として入射させた近軸光線である。

また、瞳近軸光線は、光学系全系の焦点距離を１に正規化し、光軸に対して−４５°で入射する光線の内、光学系の入射瞳と光軸との交点を通過する近軸光線である。

物体は光学系の左側にあるものとし、物体側から光学系に入射する光線は左から右へ進むものとする。

光学系への入射角度は、光軸から測って時計回りを正、半時計回りを負とする。また、物体は光学系の左側にあるものとし、物体側から光学系に入射する光線は左から右へ進むものと定義する。

まず、本発明のリアアタッチメントレンズ及びそれを有する撮影光学系の光学作用について説明する。

最初に、撮影光学系に用いる光学材料の分散特性の一般的な特徴について述べる。

光学材料の屈折率の波長特性（分散特性）において、アッベ数の逆数１／νｄの増加に伴い、分散特性曲線におけるＦ線〜Ｃ線間の全体の傾きが大きくなる。

又、部分分散比θｇＦの増加に伴い、分散特性曲線のＦ線〜Ｃ線間の傾きに対するｇ線〜Ｆ線間の傾き（短波長側の曲がり具合）が大きくなる。

一般的に光学材料は、短波長側の屈折率が長波長側の屈折率よりも高く（アッベ数が正の値）、分散特性曲線は下に凸状（部分分散比が正の値）の軌跡を描き、短波長側になるほど波長の変化に対する屈折率の変化は大きくなる。

そして、アッベ数の小さい高分散な光学材料ほど部分分散比が大きくなり、分散特性曲線は下に凸状が強まる傾向にある。

部分分散比が大きな光学材料では、その材料を用いたレンズ面の色収差係数の波長依存特性曲線は、部分分散比が小さな光学材料を用いた場合に比べて短波長側でより大きな曲がりを示す。

一方、部分分散比が小さな光学材料では、その材料を用いたレンズ面の色収差係数の波長依存特性曲線は、使用波長域全体でより直線に近い形状を示す。

硝材など一般的な光学材料の部分分散比は、アッベ数に対してほぼ直線的な分布を示し、この直線から外れた特性を持つものが異常部分分散性を示す光学材料である。

異常部分分散を持つ光学材料として、低分散側では蛍石やＵＤガラスなどのフッ素系の比較的高部分分散比の材料、そして、高分散側では、クルツフリント系や一部のランタン系の比較的低部分分散比の材料が一般的に知られている。これらの硝材の部分分散比もほぼこの直線の近傍に位置している。

次に、これらの一般的な異常部分分散材料の撮影光学系への一般的な適用方法について述べる。

望遠レンズを始め多くの撮影光学系では、光学系全体として正の屈折力を持たせることから、負レンズの枚数よりも正レンズの枚数の方が多くなるのが一般的である。

望遠レンズを例にとると、特に光学系全体の色収差の発生量のほとんどを占める絞りより物体側のレンズ群の構成として、正レンズ（レンズ枚数が多い）に対しては、色収差係数の波長特性曲線全体の傾き成分を軽減するために低分散の材料を選択する。そして、負レンズ（レンズ枚数が少ない）には、高分散の材料を選択しつつ適切な屈折力を与え、個々の低分散材料より成る正レンズによって積算された色収差係数の波長特性曲線全体の傾き成分を打ち消すように構成している。

更に、色収差係数の波長特性の曲がり成分に関しては、低分散材料より成る正レンズに一般の低分散材料よりも比較的高部分分散比の材料を選択する。

又、高分散材料より成る負レンズには、一般の高分散材料よりも比較的低部分分散比の材料を選択し、個々の低分散材料より成る正レンズによって積算された色収差係数の波長特性曲線の曲がり成分を打ち消すように構成している。

つまり、正レンズに蛍石やＵＤガラスなどのフッ素系の低分散かつ比較的高部分分散比の材料を選択し、負レンズにクルツフリント系や一部のランタン系の高分散かつ比較的低部分分散比の材料を選択する。これによって光学系全体の色収差波長特性曲線の傾き成分と曲がり成分をバランスさせる構成となっている。

しかしながら、一般的な異常部分分散材料の組み合わせのままでは、多くの撮影光学系において、負レンズの分散特性の大きな曲がり成分に起因した色収差係数の波長特性の曲がり成分が、正レンズで積算された曲がり成分に対して補正過剰ぎみとなる。

そのため、光学系全体の軸上色収差係数の波長特性曲線でみると、上に凸状の所謂アクロマートの曲線として色収差が残存することになる。

この残存した色収差は、光学系を構成するレンズの屈折力を強め、レンズ全長を短くするほど拡大し、一般的な異常部分分散材料を使用して前述の一般的な適用方法を用いる限り、色収差を補正することは困難な傾向にある。

以上述べたことは、主レンズ系（マスターレンズ）にリアアタッチメントレンズを装着した際の光学系全系に対しても当てはまる。

主レンズ系に残存した色収差をリアアタッチメントレンズが拡大するため、リアアタッチメントレンズとしては、主レンズ系の残存色収差を打ち消す構成が必要となってくる。これを色収差係数の波長特性を用いて言いかえると、主レンズ系の色収差係数の波長特性曲線の全体の傾き成分と曲がり成分を同時に打ち消す色収差係数の波長特性をリアアタッチメントレンズに与えることに他ならない。

次に、主レンズＭの色収差係数の波長特性曲線のＦ線〜Ｃ線間の傾き（全体の傾き成分）に対するｇ線〜Ｆ線間の傾き（短波長側の曲がり成分）を打ち消す色収差係数の波長特性をリアアタッチメントレンズに与るための構成について説明する。

屈折光学素子ＧＮＬの材料のアッベ数と屈折力をそれぞれν_Ｇ、φ_Ｇとする。アッベ数ν_Ｇを示す一般硝材の部分分散比を基準とした屈折光学素子ＧＮＬの部分分散比θｇＦ_Ｇの差分（異常部分分散比）を△θｇＦ_Ｇとする。このとき、屈折光学素子ＧＮＬのｇ線〜Ｆ線間の色消し効果は、概ね下記に比例する。即ち、
△θｇＦ_Ｇ・φ_Ｇ／ν_Ｇ
に比例する。

つまり、異常部分分散比△θｇＦ_Ｇ及び屈折力φ_Ｇが大きく、アッベ数ν_Ｇが小さいほど屈折光学素子ＧＮＬの色消し効果は大きくなる傾向を持つ。

主レンズＭ及び部分光学系Ａとｇ線〜Ｆ線間の色収差係数を打ち消すためには、主レンズＭ及び部分光学系Ａを構成する通常の硝種の部分分散比θｇＦの分布幅を考慮すると、条件式（１）を満足することが重要となる。

条件式（１）を満足させることにより、全系の倍率色収差係数の波長特性曲線の曲がり成分（ｇ線〜Ｆ線間）を良好に補正することが容易となる。

条件式（１）の数値範囲を超えて屈折光学素子ＧＮＬの材料を定めると、悪化したｇ線〜Ｆ線間の色収差を補正する自由度としては屈折力φ_Ｇを大きくするしかない。その結果、屈折光学素子ＧＮＬの樹脂厚が厚くなり、次の問題が懸念される。

・製造時の樹脂の硬化収縮ムラによる面精度の悪化、及び複屈折や屈折率分布の発生
・温度変化、湿度変化に対する面精度、屈折率の変化
従って、条件式（１）の数値範囲を超えないことが重要である。

条件式（２）は、屈折光学素子ＧＮＬのパワーφ_ＧとリアアタッチメントレンズＲＡの拡大倍率の積に関する。

条件式（２）は、拡大倍率に比例する傾向にある屈折光学素子ＧＮＬのパワーを規定し、ｇ線〜Ｆ線間の色収差を良好に補正しつつ、樹脂厚の増加を抑えて前記製造上の諸問題や耐環境性の諸問題を緩和するためのものである。

条件式（２）の下限を超えて屈折光学素子ＧＮＬのパワーφ_Ｇが小さくなると、樹脂厚は薄くなるが、ｇ線〜Ｆ線間の色収差補正効果が弱まるので良くない。

逆に、条件式（２）の上限を超えて屈折光学素子ＧＮＬのパワーφ_Ｇが大きくなると、ｇ線〜Ｆ線間の色収差補正が過剰となるばかりでなく、樹脂厚が厚くなるので良くない。

従って、条件式（２）の数値範囲を超えないことが重要である。

条件式（３）は、屈折光学素子ＧＮＬのアッべ数ν_Ｇを規定し、更にｇ線〜Ｆ線間の色収差を良好に補正しつつ、樹脂厚の増加を抑えて前記製造上の諸問題や耐環境性の諸問題を緩和するためのものである。

条件式（３）の数値範囲を超えて屈折光学素子ＧＮＬのアッベ数ν_Ｇが大きくなると、ｇ線〜Ｆ線間の色収差補正効果が弱まるのとともに、樹脂厚が厚くなるので良くない。

従って、条件式（３）の数値範囲を超えないことが望ましい。

ｇ線〜Ｆ線間の色収差を更に良好に補正するためには、条件式（１）の数値範囲を次の様にするのが、より望ましい。

即ち、
｜ΔθｇＦ_Ｇ｜＞０．０５・・・（１ａ）
とすることである。

また、主レンズＭ及びリアアタッチメントレンズＲＡを構成する通常の硝種のθｇＦが有限の値であるが故、大きすぎる値をとることは、逆に色収差の悪化を招く場合もあるので、望ましくは、下記の条件式を満足するのがよい。

即ち、
｜ΔθｇＦ_Ｇ｜＜０．５・・・（１ｂ）
ｇ線〜Ｆ線間の色収差を良好に補正しつつ、樹脂厚の増加を抑えて前記製造上の諸問題や耐環境性の諸問題を緩和するためには、条件式（２）の数値範囲を次の様にするのが望ましい。

即ち、
０．００１＜｜φ_Ｇ・β_Ｇ｜＜０．０３０・・・（２ａ）
ｇ線〜Ｆ線間の色収差を良好に補正しつつ、樹脂厚の増加を抑えて製造上の諸問題や耐環境性の諸問題を緩和するためには、条件式（３）の数値範囲を次の様にするのが望ましい。

即ち、
ν_Ｇ＜３０・・・（３ａ）
とするのが良い。

以下、本発明のリアアタッチメントレンズ及びそれを有する撮影光学系の構成と各条件式について説明する。

最初に、主レンズ系の色収差係数の波長特性曲線の全体の傾き成分を打ち消す色収差係数の波長特性をリアアタッチメントレンズに与えたときの構成について説明する。

まず、図１に示した主レンズ系ＭにリアアタッチメントレンズＲＡを装着した撮影光学系ＯＬの近軸配置概略図を用いて説明する。

ここでは、問題を簡単に扱う為、屈折光学素子ＧＮＬは部分光学系Ａの像面側に配置されているものとし、それぞれ薄肉単レンズとして考える。

まず、リアアタッチメントレンズＲＡに屈折光学素子ＧＮＬが無い場合を考える。このとき部分光学系ＡがリアアタッチメントＲＡを構成する。主レンズＭとリアアタッチメントレンズＲＡ（Ａ）について、Ｆ線〜Ｃ線間の軸上色収差の収差係数（Ｌ_ＦＣ）及び倍率色収差の各収差係数（Ｔ_ＦＣ）の式を立てると、
Ｌ_ＦＣ＝ｈ_Ｍ ^２φ_Ｍ／ν_Ｍ＋ｈ_Ａ ^２φ_Ａ／ν_Ａ・・・（ａ１）
Ｔ_ＦＣ＝ｈ_ＭＨ_Ｍφ_Ｍ／ν_Ｍ＋ｈ_ＡＨ_Ａφ_Ａ／ν_Ａ・・・（ａ２）
となる。

但し、
φ_Ｍ：主レンズ系Ｍのｄ線に対する屈折力
φ_Ａ：リアアタッチメントレンズＲＡ（Ａ）のｄ線に対する屈折力
ν_Ｍ：主レンズＭ（薄肉単レンズ）の材料のアッべ数
ν_Ａ：リアアタッチメントレンズＲＡ（Ａ）（薄肉単レンズ）の材料のアッべ数
ｈ_Ｍ：主レンズ系Ｍへ入射する近軸軸上光線Ｐの高さ
ｈ_Ａ：リアアタッチメントレンズＲＡ（Ａ）へ入射する近軸軸上光線Ｐの高さ
Ｈ_Ｍ：主レンズ系ｍへ入射する瞳近軸光線Ｑの高さ
Ｈ_Ａ：リアアタッチメントレンズＲＡ（Ａ）へ入射する瞳近軸光線Ｑの高さ
である。

（ａ１）式で、第１項の主レンズ系Ｍの軸上色収差の収差係数は、
φ_Ｍ＞０，ν_Ｍ＞０よりｈ_Ｍ ^２φ_Ｍ／ν_Ｍ＞０
となる。

また、第２項のリアアタッチメントレンズＲＡ（Ａ）の軸上色収差の収差係数は、
φ_Ａ＜０，ν_Ａ＞０よりｈ_Ａ ^２φ_Ａ／ν_Ａ＜０
である。

従って、軸上色収差に関しては、主レンズ系Ｍの軸上色収差の収差係数をリアアタッチメントレンズＲＡ（Ａ）の軸上色収差の収差係数で打ち消して、全系の軸上色収差の収差係数を小さくすることが可能である。

一方、（ａ２）式で、第１項の主レンズ系Ｍの倍率色収差の収差係数は、
ｈ_Ｍ＞０，Ｈ_Ｍ＜０，φ_Ｍ＞０，ν_Ｍ＞０よりｈ_ＭＨ_Ｍ φ_Ｍ／ν_Ｍ＜０
となる。

また、第２項のリアアタッチメントレンズＲＡ（Ａ）の倍率色収差の収差係数は、
ｈ_Ａ＞０，Ｈ_Ａ＞０，φ_Ａ＜０，ν_Ａ＞０よりｈ_ＡＨ_Ａ φ_Ａ／ν_Ａ＜０
である。

従って、倍率色収差に関しては、主レンズ系Ｍの倍率色収差の収差係数をリアアタッチメントレンズＲＡ（Ａ）の倍率色収差の収差係数で打ち消して、全系の倍率色収差の収差係数を小さくすることは困難といえる。

実際は、主レンズ系Ｍ及びリアアタッチメントレンズＲＡ（Ａ）は複数のレンズ面（ｍ面、ｎ面）で構成されているので、（ａ１）式及び（ａ２）式の各項の値はそれぞれ、各面毎の収差係数の和となり、詳しくは次の様に表せられる。

まず、（ａ３）式及び（ａ４）式の主レンズ系Ｍに関する第１項目は、主レンズ系Ｍが全体として本質的に正の屈折力を有している。このことから、（ａ３）式及び（ａ４）式の第１項目の値の符号は、多くの場合、前記単レンズモデルのときの符号と同一である。

そして、（ａ３）式及び（ａ４）式のリアアタッチメントレンズＲＡ（Ａ）に関する第２項目も同様に、リアアタッチメントレンズＲＡ（Ａ）が全体として本質的に負の屈折力を有している。

このことから、（ａ３）式及び（ａ４）式の第２項目の値の符号も、多くの場合、単レンズモデルのときの符号と同一となり、前述の単レンズモデルで議論しても特に差し支えない。

次に、リアアタッチメントレンズＲＡに屈折光学素子ＧＮＬがある場合を考える。主レンズ系ＭとリアアタッチメントレンズＲＡの部分光学系Ａ及び屈折光学素子ＧＮＬについて、Ｆ線〜Ｃ線間の軸上色収差の収差係数（Ｌ_ＦＣ）及び倍率色収差の各収差係数（Ｔ_ＦＣ）の式を立てると、次のようになる。

Ｌ_ＦＣ＝ｈ_Ｍ ^２φ_Ｍ／ν_Ｍ＋ｈ_Ａ ^２φ_Ａ／ν_Ａ＋ｈ_Ｇ ^２φ_Ｇ／ν_Ｇ・・（ａ５）
Ｔ_ＦＣ＝ｈ_ＭＨ_Ｍφ_Ｍ／ν_Ｍ＋ｈ_ＡＨ_Ａφ_Ａ／ν_Ａ＋ｈ_ＧＨ_Ｇφ_Ｇν_Ｇ・・（ａ６）
但し、
φ_Ｇ：屈折光学素子ＧＮＬのｄ線に対する屈折力
ν_Ｇ：屈折光学素子ＧＮＬ（薄肉単レンズ）の材料のアッべ数
ｈ_Ｇ：屈折光学素子ＧＮＬへ入射する近軸軸上光線Ｐの高さ
Ｈ_Ｇ：屈折光学素子ＧＮＬへ入射する瞳近軸光線Ｑの高さ
である。

まず、（ａ６）式の第３項に着目する。図１の様に、屈折光学素子ＧＮＬを部分光学系Ａの比較的後方に高さＨ_Ｇが比較的大きくなる様な位置に屈折光学素子ＧＮＬの屈折力を
φ_Ｇ＞０
として配置すれば、（ａ６）式の第３項は、
ｈ_Ｇ＞０，Ｈ_Ｇ＞０，ν_Ｇ＞０
より
ｈ_ＧＨ_Ｇ φ_Ｇ／ν_Ｇ＞０
となり、屈折光学素子ＧＮＬで、前述の主レンズＭと光学系部分Ａの倍率色収差の収差係数（共に負の値）をキャンセルすることができる。

このとき、（ａ５）式の第３項も正の値となり、前述の主レンズＭと光学系部分Ａの軸上色収差の収差係数（正の値）をキャンセルできず、全系の軸上色収差の収差係数を増加することになる。

しかしながら図１からもわかる様に、
ｈ_Ｍ＞ｈ_Ａ＞ｈ_Ｇよりｈ_Ｍ ^２ ≫ ｈ_Ａ ^２ ≫ ｈ_Ｇ ^２
となり、屈折光学素子ＧＮＬが軸上色収差の収差係数へ与える影響（全系の軸上色収差の収差係数を増加する方向）は比較的少なくなる。

即ち、屈折光学素子ＧＮＬが配置される位置として、少なくとも条件式（４）を満足する様に配置されることが必要となる。

また更に、リアアタッチメントレンズＲＡの拡大倍率に比例して、主レンズＭのＦナンバーも拡大される為、単位焦点深度当たりの屈折光学素子ＧＮＬの軸上色収差の増加分は緩和される。このため、結局、屈折光学素子ＧＮＬが軸上色収差へ与える影響はほとんど無いとみなすことができる。

従って、屈折光学素子ＧＮＬに、正の屈折力を与え、その配置を条件式（４）が満足されるよう設定する。

これによれば、全系の倍率色収差係数の波長特性曲線の全体の傾き（Ｆ線〜Ｃ線間）を、全系の軸上色収差係数にほとんど影響を与えずに良好に補正することができる。

条件式（４）の数値範囲を超えると軸上色収差が悪化するので良くない。

更に、Ｆ線〜Ｃ線間の倍率色収差と軸上色収差の双方を良好にバランス良く補正するためには、条件式（４）の数値範囲を次の様にするのが、より望ましい。

即ち、
｜Ｈ_Ｇ／ｈ_Ｇ｜＞１．５・・・（４ａ）
とすることである。

次に、屈折光学素子ＧＮＬの材料の具体例について述べる。

ＧＮＬ材料の具体例としては、樹脂が挙げられる。樹脂としては、特に、ＵＶ硬化樹脂（ｎｄ＝１．６３５，νｄ＝２２．７，θｇＦ＝０．６９）、Ｎ−ポリビニルカルバゾール（ｎｄ＝１．６９６，νｄ＝１７．７，θｇＦ＝０．６９）が挙げられる。また、下記の無機酸化物微粒子を合成樹脂中に分散させた混合体がある。

すなわち、TiO₂(nd=2.304,νd=13.8,θgF=0.87),Nb₂O₅(nd=2.367,νd=14.0),ITO(nd=1.8581,νd=5.53),Cr₂O₃(nd=2.2178,νd=13.4)がある。この他、BaTiO₃(nd=2.4362,νd=11.3)を樹脂に分散させた混合体などが挙げられるが、これに限定するものではない。

無機微粒子の平均径は、散乱などの影響を考えると２ｎｍ〜５０ｎｍ程度がよく、凝集を抑えるために分散剤などを添加しても良い。

また、微粒子を混合する樹脂の光学定数の特性としても、上記に掲げた樹脂意外ではスチレン、ポリメタクリル酸メチル（アクリル）などでも良い。

ナノ微粒子を分散させた混合体の分散特性Ｎ（λ）は、良く知られたＤｒｕｄｅの式から導きだされた次式によって簡単に計算することができる。

即ち、
Ｎ（λ）＝［１＋Ｖ｛Ｎ_ＩＴＯ ^２（λ）−１｝＋（１−Ｖ）
｛Ｎ_Ｐ ^２（λ）−１｝］^１／２
ここで、λは任意の波長、Ｎ_ＩＴＯはＩＴＯの屈折率、Ｎ_Ｐはポリマーの屈折率、Ｖはポリマー体積に対するＩＴＯ微粒子の総体積の分率である。

成形に際しては、成形型等を用いて光重合成形または熱重合成形とすることにより、高い量産性を得ることができる。

本実施形態では、屈折光学素子ＧＮＬの屈折面は球面であるが、非球面とすれば、色の球面収差などの色収差フレアを補正することができる。

また、本実施例では、屈折光学素子ＧＮＬを光学系中のレンズに挟み込んだ層に適用している。この他、空気などの雰囲気とで界面を形成したり、比較的低屈折率な材料とで界面を形成したりすれば、界面の僅かな曲率変化で色収差を比較的大きく変化させることができるため好ましい。

以上のように本実施例によれば、色収差を始めとする諸収差を良好に補正された、高い光学性能を有するリアアタッチメントレンズが得られる。

次に屈折光学素子ＧＮＬを具体的な撮影光学系に応用した実施例１乃至５について説明する。

ここでは、屈折光学素子ＧＮＬの材料として、ＵＶ硬化樹脂（ｎｄ＝1.635，νｄ＝22.7，θｇＦ＝0.69）を用いている。この他、これとは別のＵＶ硬化性樹脂にＩＴＯ無機微粒子を分散させた混合体材料（ｎｄ＝1.524，νｄ＝13.9，θｇＦ＝0.346）を用いている。

図２は主レンズである望遠レンズの断面図である。

図４は実施例１のリアアタッチメントレンズＲＡは、主レンズ系Ｍの拡大倍率が１．４倍である。ＵＶ硬化性樹脂にＩＴＯ無機微粒子を分散させた混合体材料を用いた屈折光学素子ＧＮＬに、正の屈折力を与え、リアアタッチメントレンズＲＡ中の比較的後方（像側）に配置している。

図６の実施例２のリアアタッチメントレンズＲＡは、主レンズ系Ｍの拡大倍率が１．４倍である。ＵＶ硬化性樹脂を用いた屈折光学素子ＧＮＬに、負の屈折力を与え、リアアタッチメントレンズＲＡ中の比較的後方に配置している。

図８の実施例３のリアアタッチメントレンズＲＡは、主レンズ系Ｍの拡大倍率が２倍である。ＵＶ硬化性樹脂にＩＴＯ無機微粒子を分散させた混合体材料を用いた屈折光学素子ＧＮＬに、正の屈折力を与え、リアアタッチメントレンズＲＡ中の比較的後方に配置している。

図１０の実施例４のリアアタッチメントレンズＲＡは、主レンズ系Ｍの拡大倍率が２倍である。ＵＶ硬化性樹脂を用いた屈折光学素子ＧＮＬに、負の屈折力を与え、リアアタッチメントレンズＲＡ中の比較的後方に配置している。

図１２の実施例５のリアアタッチメントレンズＲＡは、主レンズ系Ｍの拡大倍率が２倍である。ＵＶ硬化性樹脂を用いた屈折光学素子ＧＮＬ１に、正の屈折力を与え、リアアタッチメントレンズの比較的前方に配置している。

更にＵＶ硬化性樹脂にＩＴＯ無機微粒子を分散させた混合体材料を用いた屈折光学素子ＧＮＬ２に、正の屈折力を与え、リアアタッチメントレンズＲＡ中の比較的後方に配置している。

各実施例では、以上の如く屈折光学素子ＧＮＬ（ＧＮＬ１、ＧＮＬ２）を用いることにより、撮影光学系ＯＬにおける軸上色収差と倍率色収差を共に良好に補正している。

以下、主レンズ系及び実施例１乃至５に対応する数値実施例１乃至５の具体的な数値データを示す。各数値実施例において、ｊは物体側から数えた順序を示す。Ｒｊは第ｊ番目の光学面の曲率半径、Ｄｊは第ｊ面と第ｊ＋１面との間の軸上間隔、Ｎｊ，νｊはそれぞれｄ線に対する第ｊ番目と第（ｊ＋１）面との間の媒質の屈折率、アッベ数を示す。

主レンズ系の最も物体側及び最も像側の平面（曲率半径∞の面）は、フィルター等に相当するものである。

屈折光学素子ＧＮＬ（ＧＮＬ１、ＧＮＬ２）のｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線に対する屈折率及びアッベ数、部分分散比を表１に示す。
また、表２に各数値実施例の条件式に対する数値を示す。

(主レンズ系)
焦点距離 293.3
Fナンバー 2.9
画角 4.2
像高 21.6
レンズ全長 195.6
BF 77.4

j Rj Dj Nj νj
物面 ∞ ∞
1 ∞ 6.0 1.5163 64.1
2 ∞ 1.0
3 131.303 15.5 1.4338 95.2
4 -472.660 0.7
5 109.103 18.2 1.4970 81.6
6 -450.650 3.5
7 -345.086 5.6 1.7205 34.7
8 274.876 31.3
9 47.161 6.1 1.5891 61.2
10 41.324 17.1
11 -214.529 6.0 1.8052 25.4
12 -72.608 2.5 1.6134 43.8
13 84.898 33.2
14 172.436 2.5 1.6968 55.5
15 55.380 8.0 1.6180 63.4
16 -280.316 3.0
17（絞り）∞ 33.5
18 ∞ 2.0 1.5163 64.1
19 ∞ 77.4
像面 ∞

（数値実施例１）
焦点距離 413.6
Fナンバー 4.1
画角 3.0
像高 21.6
レンズ全長 255.2
BF 40.0

j Rj Dj Nj νj
物面 ∞ ∞
1 ∞ 6.0 1.5163 64.1
2 ∞ 1.0
3 131.303 15.5 1.4338 95.2
4 -472.660 0.7
5 109.103 18.2 1.4970 81.6
6 -450.650 3.5
7 -345.086 5.6 1.7205 34.7
8 274.876 31.3
9 47.161 6.1 1.5891 61.2
10 41.324 17.1
11 -214.529 6.0 1.8052 25.4
12 -72.608 2.5 1.6134 43.8
13 84.898 33.2
14 172.436 2.5 1.6968 55.5
15 55.380 8.0 1.6180 63.4
16 -280.316 3.0
17（絞り） ∞ 33.5
18 ∞ 2.0 1.5163 64.1
19 ∞ 28.4
20 159.634 1.8 1.8850 41.0
21 27.668 6.4 1.6836 29.5
22 -61.869 2.7
23 -23.895 2.1 1.4870 70.4
24 -24.264 0.2
25 -113.846 1.8 1.8850 41.0
26 56.948 0.2
27 37.706 6.4 1.5508 45.2
28(GNL) -44.718 7.8 1.5963 13.9
29 -36.486 1.8 1.8628 27.5
30 292.907 40.0
像面 ∞

（数値実施例３）
焦点距離 585.0
Fナンバー 5.9
画角 2.1
像高 21.6
レンズ全長 277.7
BF 55.9

j Rj Dj Nj νj
物面 ∞ ∞
1 ∞ 6.0 1.5163 64.1
2 ∞ 1.0
3 131.303 15.5 1.4338 95.2
4 -472.660 0.7
5 109.103 18.2 1.4970 81.6
6 -450.650 3.5
7 -345.086 5.6 1.7205 34.7
8 274.876 31.3
9 47.161 6.1 1.5891 61.2
10 41.324 17.1
11 -214.529 6.0 1.8052 25.4
12 -72.608 2.5 1.6134 43.8
13 84.898 33.2
14 172.436 2.5 1.6968 55.5
15 55.380 8.0 1.6180 63.4
16 -280.316 3.0
17（絞り）∞ 33.5
18 ∞ 2.0 1.5163 64.1
19 ∞ 28.4
20 52.218 1.5 1.8850 41.0
21 23.696 0.8
22 32.540 3.8 1.5991 37.0
23 -58.161 0.2
24 -329.971 3.7 1.8414 44.1
25 -19.802 1.6 1.8834 39.6
26 17.133 4.5 1.7550 25.9
27 -503.907 1.0
28 -61.205 1.8 1.8850 41.0
29(GNL)-220.145 27.4 1.5963 13.9
30 -187.127 5.6 1.4870 70.4
31 -26.227 0.2
32 -95.556 1.8 1.8549 24.6
33 104.418 55.9
像面 ∞

（数値実施例４）
焦点距離 585.0
Fナンバー 5.9
画角 2.1
像高 21.6
レンズ全長 292.1
BF 48.4

j Rj Dj Nj νj
物面 ∞ ∞
1 ∞ 6.0 1.5163 64.1
2 ∞ 1.0
3 131.303 15.5 1.4338 95.2
4 -472.660 0.7
5 109.103 18.2 1.4970 81.6
6 -450.650 3.5
7 -345.086 5.6 1.7205 34.7
8 274.876 31.3
9 47.161 6.1 1.5891 61.2
10 41.324 17.1
11 -214.529 6.0 1.8052 25.4
12 -72.608 2.5 1.6134 43.8
13 84.898 33.2
14 172.436 2.5 1.6968 55.5
15 55.380 8.0 1.6180 63.4
16 -280.316 3.0
17（絞り）∞ 33.5
18 ∞ 2.0 1.5163 64.1
19 ∞ 28.4
20 59.196 1.5 1.8850 41.0
21 27.574 10.4
22 54.365 3.8 1.5653 42.2
23 -43.886 0.2
24 -107.084 3.7 1.6724 55.9
25 -25.969 1.6 1.8850 41.0
26 24.164 4.5 1.8500 23.0
27 634.729 23.8
28 -102.818 4.6 1.8850 41.0
29(GNL) 495.482 1.8 1.6356 22.7
30 50.599 10.4 1.5506 45.2
31 -31.906 0.2
32 -576.849 1.8 1.8500 23.0
33 180.689 48.4
像面 ∞

（数値実施例５）
焦点距離 585.0
Fナンバー 5.9
画角 2.1
像高 21.6
レンズ全長 296.9
BF 40.0

j Rj Dj Nj νj
物面 ∞ ∞
1 ∞ 6.0 1.5163 64.1
2 ∞ 1.0
3 131.303 15.5 1.4338 95.2
4 -472.660 0.7
5 109.103 18.2 1.4970 81.6
6 -450.650 3.5
7 -345.086 5.6 1.7205 34.7
8 274.876 31.3
9 47.161 6.1 1.5891 61.2
10 41.324 17.1
11 -214.529 6.0 1.8052 25.4
12 -72.608 2.5 1.6134 43.8
13 84.898 33.2
14 172.436 2.5 1.6968 55.5
15 55.380 8.0 1.6180 63.4
16 -280.316 3.0
17（絞り）∞ 33.5
18 ∞ 2.0 1.5163 64.1
19 ∞ 28.4
20 78.375 1.8 1.8850 41.0
21(GNL1) 20.374 2.8 1.6356 22.7
22 32.176 4.0 1.5582 43.6
23 -99.700 0.2
24 1279.156 6.1 1.8358 44.5
25 -14.434 1.8 1.8329 39.8
26 19.243 16.7 1.6564 31.4
27 -3000.000 2.4
28 -70.281 16.7 1.8850 41.0
29(GNL2) 94.938 10.0 1.5963 13.9
30 248.581 8.6 1.5100 60.6
31 -28.578 0.2
32 -143.010 1.8 1.7723 25.3
33 145.286 40.0
像面 ∞

次に本発明のリアアタッチメントレンズを主レンズ系の像側に装着し、撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）の実施例を図１４を用いて説明する。

図１４において、２０はカメラ本体、２１は本発明のリアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着した撮影光学系である。

２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。

２３は固体撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記憶するメモリである。２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダーである。

このように本発明の撮影光学系をデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。

本発明の光学作用を説明する為の近軸配置概略図主レンズ系の断面図主レンズ系のみの縦収差図（無限遠合焦状態）本発明の実施例１のリアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着したときのレンズ断面図本発明の実施例１のリアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着したときの収差図本発明の実施例２のリアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着したときのレンズ断面図本発明の実施例２のリアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着したときの収差図本発明の実施例３のリアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着したときのレンズ断面図本発明の実施例３のリアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着したときの収差図本発明の実施例４のリアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着したときのレンズ断面図本発明の実施例４のリアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着したときの収差図本発明の実施例５のリアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着したときのレンズ断面図本発明の実施例５のリアアタッチメントレンズを主レンズ系に装着したときの収差図本発明の撮像装置の概略図

符号の説明

ＯＬ撮影光学系
Ｍ主レンズ系
ＲＡリアアタッチメントレンズ
ＧＮＬ屈折光学素子
Ａ部分光学系
ＳＰ開口絞り
Ｇガラスブロック
ＩＰ像面
ｄｄ線
ｇｇ線
ＣＣ線
ＦＦ線
ΔＭメリジオナル像面
ΔＳサジタル像面
Ｙ像高
ＦＦナンバー

Claims

主レンズ系の像面側に着脱可能に装着され、該主レンズ系単独の焦点距離に比べて長い方へ焦点距離を変化させるリアアタッチメントレンズにおいて、該リアアタッチメントレンズは、樹脂により形成された屈折光学素子ＧＮＬを有し、該屈折光学素子ＧＮＬの材料のアッベ数、部分分散比を各々ν_Ｇ、θｇＦ_Ｇ、該屈折光学素子ＧＮＬの２つの屈折面が共に空気に面するときのｄ線に対する屈折力をφ_Ｇ、リアアタッチメントレンズの拡大倍率をβ_Ｇ、該屈折光学素子ＧＮＬの異常部分分散比ΔθｇＦ_Ｇを
ΔθｇＦ_Ｇ＝θｇＦ_Ｇ−（−１．６６５×１０^−７×ν_Ｇ ^３＋５．２１３×１０^−５
×νＧ^２−５．６５６×１０^−３×ν_Ｇ＋０．７２７８）
とするとき、
｜ΔθｇＦ_Ｇ｜＞０．０２７２
０．０００５＜｜φ_Ｇ・β_Ｇ｜＜０．０５００
なる条件式を満足することを特徴とするリアアタッチメントレンズ。
前記アッベ数ν_Ｇは、
ν_Ｇ＜４５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載のリアアタッチメントレンズ。
主レンズ系と、該主レンズ系の像側に着脱可能に装着された請求項１又は２のリアアタッチメントレンズと、を有することを特徴とする撮影光学系。
前記屈折光学素子ＧＮＬへ入射する軸上近軸光線の光軸からの高さをｈ_Ｇ、該屈折光学素子ＧＮＬへ入射する瞳近軸光線の光軸からの高さをＨ_Ｇとするとき、
｜Ｈ_Ｇ／ｈ_Ｇ｜＞１．２
なる条件を満足することを特徴とする請求項３の撮影光学系。
請求項３又は４の撮影光学系と該撮影光学系によって形成された像を受光する固体撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。