JPH0843767A - 撮像光学系 - Google Patents
撮像光学系Info
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- JPH0843767A JPH0843767A JP19381994A JP19381994A JPH0843767A JP H0843767 A JPH0843767 A JP H0843767A JP 19381994 A JP19381994 A JP 19381994A JP 19381994 A JP19381994 A JP 19381994A JP H0843767 A JPH0843767 A JP H0843767A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、色収差を含めた諸収差が良好に
補正されており又色再現の良好な撮像光学系を提供する
ことを目的とする。 【構成】 本発明の撮像光学系は、少なくとも一つの
正の屈折力を持つ回折型光学素子と少なくとも一つの正
の屈折力を持つ屈折型光学素子と少なくとも一つの負の
屈折力を持つ屈折型光学素子とよりなり、回折型の光学
素子が最大回折効率となる波長をλMとする時下記条件
を満足することを特徴としている。 ４５０ｎｍ＜λＭ＜６００ｎｍ
補正されており又色再現の良好な撮像光学系を提供する
ことを目的とする。 【構成】 本発明の撮像光学系は、少なくとも一つの
正の屈折力を持つ回折型光学素子と少なくとも一つの正
の屈折力を持つ屈折型光学素子と少なくとも一つの負の
屈折力を持つ屈折型光学素子とよりなり、回折型の光学
素子が最大回折効率となる波長をλMとする時下記条件
を満足することを特徴としている。 ４５０ｎｍ＜λＭ＜６００ｎｍ
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、色収差が良好に補正さ
れた撮像光学系に関するものである。
れた撮像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に撮像光学系は、良好な結像性能が
求められる。この結像性能に関しては、一点から発した
光束を一点に収束させる性能（スポットの収束性）、歪
曲収差、像面湾曲が問題となり、それぞれフィルム等の
感光素子の感度波長の光が同じ点に収束される、つまり
色収差が良好に補正されることが求められる。又いわゆ
る可視域のカラー画像に対応した撮像光学系は、良好な
色再現を求められる。
求められる。この結像性能に関しては、一点から発した
光束を一点に収束させる性能（スポットの収束性）、歪
曲収差、像面湾曲が問題となり、それぞれフィルム等の
感光素子の感度波長の光が同じ点に収束される、つまり
色収差が良好に補正されることが求められる。又いわゆ
る可視域のカラー画像に対応した撮像光学系は、良好な
色再現を求められる。
【０００３】従来、以上の要件を満足し、更にコンパク
ト化、低コスト化、量産性、撮像システムとの適合性を
考慮した撮像光学系が知られている。
ト化、低コスト化、量産性、撮像システムとの適合性を
考慮した撮像光学系が知られている。
【０００４】又、撮像光学系等に回折型光学素子（ＤＯ
Ｅ）を用いることが撮案されている。
Ｅ）を用いることが撮案されている。
【０００５】この回折型光学系素子に関しては「光学」
の２２巻１２６頁〜１３０頁に記載されている。又撮像
光学系に回折型光学素子を用いた例として「ＳＰＩＥ」
の１３５４巻（１９９０年）２４頁〜３７頁や、「ＡＰ
ＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ」の３１巻、１３号（１９９
２年５月）の２２４８頁〜２２５１頁に記載されてい
る。更に回折型光学素子を導入した従来例として、米国
特許明細書第５２６８７９０号が知られている。このズ
ームレンズは、フォーカスレンズ群、バリエーターレン
ズ群、コンペンセーターレンズ群、リレーレンズ群から
４群ズームレンズで、バリエーターレンズ群とコンペン
セーターレンズ群に全部で２枚の回折型光学素子（回折
面）を設けたものである。
の２２巻１２６頁〜１３０頁に記載されている。又撮像
光学系に回折型光学素子を用いた例として「ＳＰＩＥ」
の１３５４巻（１９９０年）２４頁〜３７頁や、「ＡＰ
ＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ」の３１巻、１３号（１９９
２年５月）の２２４８頁〜２２５１頁に記載されてい
る。更に回折型光学素子を導入した従来例として、米国
特許明細書第５２６８７９０号が知られている。このズ
ームレンズは、フォーカスレンズ群、バリエーターレン
ズ群、コンペンセーターレンズ群、リレーレンズ群から
４群ズームレンズで、バリエーターレンズ群とコンペン
セーターレンズ群に全部で２枚の回折型光学素子（回折
面）を設けたものである。
【０００６】ここで回折型光学素子について簡単に説明
する。
する。
【０００７】回折型光学素子は、回折現象を利用した光
学素子で、図９に示すように、入射角をθ、射出角を
θ’回折次数をｍ、回折格子のピッチをｄとすると、次
の式（３）にしたがった回折現象を生ずる。
学素子で、図９に示すように、入射角をθ、射出角を
θ’回折次数をｍ、回折格子のピッチをｄとすると、次
の式（３）にしたがった回折現象を生ずる。
【０００８】 ｓｉｎθ−ｓｉｎθ’＝ｍλ／ｄ （３） この回折型光学素子において、一つの回折次数に注目し
た時、例えば図１０に示す様に、ｄを連続的に変化させ
るとｍ次の回折光を集光させる等のレンズ作用を持たせ
ることが出来る。
た時、例えば図１０に示す様に、ｄを連続的に変化させ
るとｍ次の回折光を集光させる等のレンズ作用を持たせ
ることが出来る。
【０００９】又回折型光学素子の断面形状を図１１のよ
うに鋸状にし、その山の高さｈを下記の式（４）を満足
するようにすると、波長λのλ波光についてｍ次の回折
光が１００％になる。
うに鋸状にし、その山の高さｈを下記の式（４）を満足
するようにすると、波長λのλ波光についてｍ次の回折
光が１００％になる。
【００１０】 ｈ＝ｍλ／（ｎ−１） （４） ただし、ｎは基材の屈折率である。
【００１１】この図１１に示すような形状をキノフォー
ムと呼ばれ、このキノフォームを図１２の（Ａ），
（Ｂ）のように段階近似したもの回折型光学素子（ＤＯ
Ｅ）をバイナリ− オプチカル エレメント（ＢＯＥ）
と呼ぶ。これらは、リゾグラフィー的な製法により比較
的容易に製作できる。ＢＯＥは、４段近似では８１％、
８段近似では９５％、１６段近似では９９％の回折効率
が得られる。又式（３）から分かるように、ＤＯＥで構
成したレンズの焦点距離の波長特性は、次の式（５）に
て表わされ、いわゆるアッベ数に換算するとνd ＝−
３．４５になり、大きな逆分散をもつ。
ムと呼ばれ、このキノフォームを図１２の（Ａ），
（Ｂ）のように段階近似したもの回折型光学素子（ＤＯ
Ｅ）をバイナリ− オプチカル エレメント（ＢＯＥ）
と呼ぶ。これらは、リゾグラフィー的な製法により比較
的容易に製作できる。ＢＯＥは、４段近似では８１％、
８段近似では９５％、１６段近似では９９％の回折効率
が得られる。又式（３）から分かるように、ＤＯＥで構
成したレンズの焦点距離の波長特性は、次の式（５）に
て表わされ、いわゆるアッベ数に換算するとνd ＝−
３．４５になり、大きな逆分散をもつ。
【００１２】 λf＝一定 （５） 又、波長λ0 で回折効率を１００％にしたキノフォーム
の波長λにおける回折効率Ｋは、下記式（６）にて表わ
される。
の波長λにおける回折効率Ｋは、下記式（６）にて表わ
される。
【００１３】 Ｋ＝sin2［π（λ0 ／λ−ｍ）］／［π（λ0 ／λ−ｍ）］2 （６） スポットの収束性に関しては、従来、正の屈折力をもっ
た屈折型光学素子と、負の屈折力をもった屈折型光学素
子との組合わせによって収差を補正していた。１枚の非
球面レンズや回折型光学素子の組合わせによって又単一
物点に対するスポットの収束性は確保できるが、像面全
域のスポットの収束性や歪曲収差、像面湾曲の補正は出
来ない。特に望遠レンズは、画角２ωが２ω＜１５°で
あって、全長を短くするためには物点側より正の屈折力
をもった屈折型光学素子、負の屈折力をもった屈折型光
学素子で構成するいわゆる望遠タイプの光学系を採用す
ることが多い。
た屈折型光学素子と、負の屈折力をもった屈折型光学素
子との組合わせによって収差を補正していた。１枚の非
球面レンズや回折型光学素子の組合わせによって又単一
物点に対するスポットの収束性は確保できるが、像面全
域のスポットの収束性や歪曲収差、像面湾曲の補正は出
来ない。特に望遠レンズは、画角２ωが２ω＜１５°で
あって、全長を短くするためには物点側より正の屈折力
をもった屈折型光学素子、負の屈折力をもった屈折型光
学素子で構成するいわゆる望遠タイプの光学系を採用す
ることが多い。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】光学系において、軸上
色収差が発生する原因は、波長により焦点距離が異なる
ことによる。基準波長のλdの焦点距離に対してＡ倍の
焦点距離を持つ波長λAの光学系の場合、波長λd に対
する波長λA の軸上色収差δA-d は、ほぼ式（７）にて
表わされる。
色収差が発生する原因は、波長により焦点距離が異なる
ことによる。基準波長のλdの焦点距離に対してＡ倍の
焦点距離を持つ波長λAの光学系の場合、波長λd に対
する波長λA の軸上色収差δA-d は、ほぼ式（７）にて
表わされる。
【００１５】δA-d ＝Ａ・ｆ （７） ただしｆは全系の焦点距離である。
【００１６】つまり、光学系の軸上色収差は、焦点距離
が長くなるほど大になる。そのため、特に望遠レンズ
は、色収差の補正が困難である。
が長くなるほど大になる。そのため、特に望遠レンズ
は、色収差の補正が困難である。
【００１７】色収差は、一般に材質ごとに異なる波長に
対する屈折率の変化の割合（分散）を利用して補正す
る。そのため全系が正の焦点距離をもつレンズ系の場
合、正の屈折力をもつ光学素子に分散の小さい材質を、
負の屈折力をもつ光学素子に分散の大きい材質を用い
る。しかし、前述のように、光学素子の組合わせは色収
差の補正だけでなく像面全体の結像性能を考慮して決定
しなければならない。特に像面の対角長に対して口径が
２．５倍以上の望遠レンズは、色収差を十分に補正する
のが困難であり、レンズの枚数を多くしたり、蛍石等超
低分散ガラスを用いたりしなければならない。しかし蛍
石は高価であり、又柔らかい材質であるため研磨がむず
かしい。更にガラスやプラスチックの材質で屈折型光学
素子（レンズ）を形成した時材質により差はあるが短波
長から長波長に波長が変化するにつれて屈折率が低くな
り更にその変化の程度が緩やかになる。
対する屈折率の変化の割合（分散）を利用して補正す
る。そのため全系が正の焦点距離をもつレンズ系の場
合、正の屈折力をもつ光学素子に分散の小さい材質を、
負の屈折力をもつ光学素子に分散の大きい材質を用い
る。しかし、前述のように、光学素子の組合わせは色収
差の補正だけでなく像面全体の結像性能を考慮して決定
しなければならない。特に像面の対角長に対して口径が
２．５倍以上の望遠レンズは、色収差を十分に補正する
のが困難であり、レンズの枚数を多くしたり、蛍石等超
低分散ガラスを用いたりしなければならない。しかし蛍
石は高価であり、又柔らかい材質であるため研磨がむず
かしい。更にガラスやプラスチックの材質で屈折型光学
素子（レンズ）を形成した時材質により差はあるが短波
長から長波長に波長が変化するにつれて屈折率が低くな
り更にその変化の程度が緩やかになる。
【００１８】図７には、５５０ｎｍの波長で屈折力（焦
点距離の逆数）が１になる単レンズを代表的な硝子材料
と超低分散ガラスと呼ばれる材質で構成した時の、波長
による屈折力の変化を示す。そのため、実用的範囲の材
質のレンズで構成された撮像レンズの色収差は、図５に
実線で示すようにＶ字状をなし、二つの波長のみが同じ
点に結像し、短波長側と長波長側とで色収差が大にな
る。
点距離の逆数）が１になる単レンズを代表的な硝子材料
と超低分散ガラスと呼ばれる材質で構成した時の、波長
による屈折力の変化を示す。そのため、実用的範囲の材
質のレンズで構成された撮像レンズの色収差は、図５に
実線で示すようにＶ字状をなし、二つの波長のみが同じ
点に結像し、短波長側と長波長側とで色収差が大にな
る。
【００１９】回折型光学素子は、屈折型光学素子と比較
すると分散の傾向が逆であって、かつその割合が大であ
る。そのため、例えば「光学」２２巻１２６頁〜１３０
頁に記載されているように、正の屈折力を持った回折型
光学素子と正の屈折力を持った屈折型光学素子とを組合
わせて色消しが可能になる。しかし、像面の対角長に対
して口径が２、３倍を越えるような撮像レンズは、他の
収差を良好に補正することが困難である。又回折型光学
素子の回折効率は、屈折型光学素子の表面透過率（表面
反射率と表面透過率を足すと１００％）に対して低いと
云う欠点がある。更に回折型光学素子の回折効率は、波
長によって大きく異なり、そのため特にカラー画像のた
めの撮像レンズにとっては、色再現に大きな撮影を与え
る。この点に関しては、上記の提案では考慮されていな
い。
すると分散の傾向が逆であって、かつその割合が大であ
る。そのため、例えば「光学」２２巻１２６頁〜１３０
頁に記載されているように、正の屈折力を持った回折型
光学素子と正の屈折力を持った屈折型光学素子とを組合
わせて色消しが可能になる。しかし、像面の対角長に対
して口径が２、３倍を越えるような撮像レンズは、他の
収差を良好に補正することが困難である。又回折型光学
素子の回折効率は、屈折型光学素子の表面透過率（表面
反射率と表面透過率を足すと１００％）に対して低いと
云う欠点がある。更に回折型光学素子の回折効率は、波
長によって大きく異なり、そのため特にカラー画像のた
めの撮像レンズにとっては、色再現に大きな撮影を与え
る。この点に関しては、上記の提案では考慮されていな
い。
【００２０】本発明は、色収差を含めた諸収差が良好に
補正され又色再現の良好な撮像レンズを提供することを
目的としている。
補正され又色再現の良好な撮像レンズを提供することを
目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の撮像光学系は、
少なくとも一つの正の屈折力を持つ回折型光学素子と少
なくとも一つの正の屈折力を持つ屈折型光学素子と少な
くとも一つの負の屈折力を持つ屈折型光学素子とよりな
り、前記回折型光学素子が次の条件（１）を満足するも
のである。
少なくとも一つの正の屈折力を持つ回折型光学素子と少
なくとも一つの正の屈折力を持つ屈折型光学素子と少な
くとも一つの負の屈折力を持つ屈折型光学素子とよりな
り、前記回折型光学素子が次の条件（１）を満足するも
のである。
【００２２】（１） ４５０ｎｍ＜λM ＜６００ｎｍ ただしλM は回折型光学素子が最大回折効率となる波長
である。
である。
【００２３】又、本発明の撮像光学系は、上記の構成に
加え回折型光学素子の波長λの回折効率をＥ（λ）、撮
像光学系全系の波長λの透過率をＴ（λ）、撮像素子の
分光感度特性をＢ（λ）とする時、次の条件（２）を満
足するようにすることも特徴としている。 （２） 0.85＜∫Ｂ（λ)・Ｔ（λ)・Ｂ（λ) ｄλ／∫Ｔ
（λ)・Ｂ（λ) ｄλ＜１ ただし、積分範囲の最小値は撮影に必要な最短波長又最
大値は撮影に必要な最長波長である。
加え回折型光学素子の波長λの回折効率をＥ（λ）、撮
像光学系全系の波長λの透過率をＴ（λ）、撮像素子の
分光感度特性をＢ（λ）とする時、次の条件（２）を満
足するようにすることも特徴としている。 （２） 0.85＜∫Ｂ（λ)・Ｔ（λ)・Ｂ（λ) ｄλ／∫Ｔ
（λ)・Ｂ（λ) ｄλ＜１ ただし、積分範囲の最小値は撮影に必要な最短波長又最
大値は撮影に必要な最長波長である。
【００２４】尚、前記条件（２）に示す波長λにおける
撮像光学系の透過率Ｔ（λ）は、波長λの光の撮影光学
系への入射光量に対する像面へ到達した光量の割合を示
している。具体的には、回折光学素子の不要次数の光束
など、設計上結像光束ではない光も含めて算出する値で
ある。
撮像光学系の透過率Ｔ（λ）は、波長λの光の撮影光学
系への入射光量に対する像面へ到達した光量の割合を示
している。具体的には、回折光学素子の不要次数の光束
など、設計上結像光束ではない光も含めて算出する値で
ある。
【００２５】本発明の撮像光学系は、前記のように少な
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った屈折型光学素子と少
なくとも１枚の負の屈折力を持った屈折型光学素子とよ
り構成されている。これら光学素子のうち、少なくとも
１枚の正の屈折力を持った屈折型光学素子と少なくとも
１枚の負の屈折力を持った屈折型光学素子は、主として
スポットの収束性や像面湾曲，歪曲収差等の補正のため
のもので、従来の撮像光学系と同様な手段にて補正して
いる。そのため、これら屈折型光学素子を用いた構成
は、従来提案されている撮像光学系で用いられているタ
イプを利用することが可能である。
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った屈折型光学素子と少
なくとも１枚の負の屈折力を持った屈折型光学素子とよ
り構成されている。これら光学素子のうち、少なくとも
１枚の正の屈折力を持った屈折型光学素子と少なくとも
１枚の負の屈折力を持った屈折型光学素子は、主として
スポットの収束性や像面湾曲，歪曲収差等の補正のため
のもので、従来の撮像光学系と同様な手段にて補正して
いる。そのため、これら屈折型光学素子を用いた構成
は、従来提案されている撮像光学系で用いられているタ
イプを利用することが可能である。
【００２６】更に本発明の撮像光学系で用いている正の
屈折力の回折型光学素子は、広い波長域での色収差の補
正のためのものである。回折型光学素子として正の屈折
力のものを用いているのは、回折型光学素子の分散が屈
折型光学素子の分散と反対であるためである。更に回折
型光学素子は、短波長から長波長までの焦点距離の変化
量が線型であることに注目し、広い波長域で色収差を補
正するようにした。
屈折力の回折型光学素子は、広い波長域での色収差の補
正のためのものである。回折型光学素子として正の屈折
力のものを用いているのは、回折型光学素子の分散が屈
折型光学素子の分散と反対であるためである。更に回折
型光学素子は、短波長から長波長までの焦点距離の変化
量が線型であることに注目し、広い波長域で色収差を補
正するようにした。
【００２７】図８は、波長５５０ｎｍで屈折力が１にな
る単レンズを回折型光学素子で構成した時の波長による
屈折力の変化を示すものである。この図からわかるよう
に、回折型光学素子は、分散性が大きいだけでなく、波
長による屈折力の変化の線型性が高い。これに対し、屈
折型光学素子は、図７に示すように波長による屈折力の
変化の線型性が悪い。
る単レンズを回折型光学素子で構成した時の波長による
屈折力の変化を示すものである。この図からわかるよう
に、回折型光学素子は、分散性が大きいだけでなく、波
長による屈折力の変化の線型性が高い。これに対し、屈
折型光学素子は、図７に示すように波長による屈折力の
変化の線型性が悪い。
【００２８】本発明の撮像光学系は、前述のような構成
にし、つまり回折型光学素子を付加し更に条件（１）を
満足するようにしてその目的を達成するようにした。
にし、つまり回折型光学素子を付加し更に条件（１）を
満足するようにしてその目的を達成するようにした。
【００２９】この条件（１）においてλM が下限の４５
０ｎｍを越えると像の赤味が減少し、又赤味のあるフレ
アーやゴーストが発生することがある。又条件（１）の
上限の６００ｎｍを越えると、像の青味が減少し、又赤
味のあるフレアーやゴーストが発生することがある。又
可視光の領域を感度範囲とする白黒画像の場合、条件
（１）の範囲を越えると像のコントラストが低下し又フ
レアーやゴーストの発生により像の劣化が大になる。
０ｎｍを越えると像の赤味が減少し、又赤味のあるフレ
アーやゴーストが発生することがある。又条件（１）の
上限の６００ｎｍを越えると、像の青味が減少し、又赤
味のあるフレアーやゴーストが発生することがある。又
可視光の領域を感度範囲とする白黒画像の場合、条件
（１）の範囲を越えると像のコントラストが低下し又フ
レアーやゴーストの発生により像の劣化が大になる。
【００３０】回折型光学素子は、図（ ）に示すような
キノフォームと呼ばれる鋸状の形状にすることによって
回折効率をあげることが出来る。この場合、鋸状の山の
高さｈ（ｎｍ）が下記の式（８）を満足することによ
り、条件（１）を満足する回折型光学素子を構成するこ
とが出来る。
キノフォームと呼ばれる鋸状の形状にすることによって
回折効率をあげることが出来る。この場合、鋸状の山の
高さｈ（ｎｍ）が下記の式（８）を満足することによ
り、条件（１）を満足する回折型光学素子を構成するこ
とが出来る。
【００３１】（８） ４５０×ｍ／（ｎ450 −１）＜ｈ
＜６００×ｍ（ｎ600 −１） ただしｍは整数で回折光の次数、ｎ450 は基材の波長４
５０ｎｍに対する屈折率、ｎ600 は基材の波長６００ｎ
ｍに対する屈折率である。
＜６００×ｍ（ｎ600 −１） ただしｍは整数で回折光の次数、ｎ450 は基材の波長４
５０ｎｍに対する屈折率、ｎ600 は基材の波長６００ｎ
ｍに対する屈折率である。
【００３２】前記キノフォームを条件（８）を満足する
ように構成することによって、波長４５０ｎｍから６０
０ｎｍの間の波長で最大回折効率が１００％程度にな
る。
ように構成することによって、波長４５０ｎｍから６０
０ｎｍの間の波長で最大回折効率が１００％程度にな
る。
【００３３】更に、一般のカラー写真の場合、前記キノ
フォームをｈが下記条件（９）を満足するようにすれば
良好な画質が得られる。
フォームをｈが下記条件（９）を満足するようにすれば
良好な画質が得られる。
【００３４】（９） ４９０×ｍ／（ｎ490 −１）＜ｈ
＜５５０×ｍ（ｎ550 −１） ただしｎ490 は基材の波長４９０ｎｍに対する屈折率、
ｎ550 は基材の波長５５０ｎｍに対する屈折率である。
＜５５０×ｍ（ｎ550 −１） ただしｎ490 は基材の波長４９０ｎｍに対する屈折率、
ｎ550 は基材の波長５５０ｎｍに対する屈折率である。
【００３５】又回折型光学素子は、ＢＯＥにて製作して
もよい。ＢＯＥは、前述のようにキノフォームを階段状
の面で近似したものである。ＢＯＥでは、４段のステッ
プで近似した時には、最大回折効率が約８１％、８段の
ステップで近似した時には約９５％、１６段のステップ
で近似した時には約９９％にすることが出来る。
もよい。ＢＯＥは、前述のようにキノフォームを階段状
の面で近似したものである。ＢＯＥでは、４段のステッ
プで近似した時には、最大回折効率が約８１％、８段の
ステップで近似した時には約９５％、１６段のステップ
で近似した時には約９９％にすることが出来る。
【００３６】このように、回折型光学素子をＢＯＥにて
製作した場合、１段目と最高段目との高さの差は、前記
の条件（８）や条件（９）又はフィルム等の撮像素子の
分光特性を勘案して設定することが望ましい。ここでＢ
ＯＥの近似段数をｓ段とし、１段目と最高段目の高さの
差をｈB とすると、前記の条件（８）は下記の条件（１
０）のように表わされる。
製作した場合、１段目と最高段目との高さの差は、前記
の条件（８）や条件（９）又はフィルム等の撮像素子の
分光特性を勘案して設定することが望ましい。ここでＢ
ＯＥの近似段数をｓ段とし、１段目と最高段目の高さの
差をｈB とすると、前記の条件（８）は下記の条件（１
０）のように表わされる。
【００３７】（１０） ４５０×ｍ／（ｎ450 −１）＜
ｈB ・ｓ／（ｓ−１）＜６６０×ｍ／（ｎ660 −１） 更に本発明の撮像光学系は、前記条件（２）を満足する
ことが望ましい。
ｈB ・ｓ／（ｓ−１）＜６６０×ｍ／（ｎ660 −１） 更に本発明の撮像光学系は、前記条件（２）を満足する
ことが望ましい。
【００３８】一般のカラー写真の撮影においては、撮影
に必要な波長域は可視光の範囲である。そのため、条件
（２）における積分範囲は、最小値が３８０ｎｍ、最大
値が７２０ｎｍにすると良い。又撮像素子の場合その分
光受光特性等を考慮して積分範囲の最小値、最大値を定
めることが好ましい。例えば、積分範囲の最小値として
撮像素子の受光可能な最短波長を又最大値として撮像素
子の受光可能な最長波長を選んでもよい。
に必要な波長域は可視光の範囲である。そのため、条件
（２）における積分範囲は、最小値が３８０ｎｍ、最大
値が７２０ｎｍにすると良い。又撮像素子の場合その分
光受光特性等を考慮して積分範囲の最小値、最大値を定
めることが好ましい。例えば、積分範囲の最小値として
撮像素子の受光可能な最短波長を又最大値として撮像素
子の受光可能な最長波長を選んでもよい。
【００３９】条件（２）の下限を越えると、撮像面のフ
レアーが増大し、現像や再生時に調整しても像に影響が
でる。
レアーが増大し、現像や再生時に調整しても像に影響が
でる。
【００４０】条件（２）を満足するために、回折型光学
素子をキノフォーム又は８段以上のステップで近似され
たＢＯＥで構成することが望ましい。
素子をキノフォーム又は８段以上のステップで近似され
たＢＯＥで構成することが望ましい。
【００４１】更に、本発明は、回折型光学素子と屈折型
光学素子とを組合わせることにより回折型光学素子は１
枚ですみ、そのために回折効率の影響を受けにくい。
光学素子とを組合わせることにより回折型光学素子は１
枚ですみ、そのために回折効率の影響を受けにくい。
【００４２】更に、回折型光学素子のパワーを大にする
と、中心と周辺とで鋸状のピッチの差が大になり、その
ため製作が困難になり、歩留まりの低下がコストアップ
の要因になる。又総合的な回折効率の低下をもたらす。
と、中心と周辺とで鋸状のピッチの差が大になり、その
ため製作が困難になり、歩留まりの低下がコストアップ
の要因になる。又総合的な回折効率の低下をもたらす。
【００４３】本発明では、屈折型光学素子により単色の
収差を補正するようにしたため、回折型光学素子のパワ
ーを大きくする必要はない。本発明において、回折型光
学素子のパワーが下記条件（１１）を満足すれば一層望
ましい。
収差を補正するようにしたため、回折型光学素子のパワ
ーを大きくする必要はない。本発明において、回折型光
学素子のパワーが下記条件（１１）を満足すれば一層望
ましい。
【００４４】 （１１） ０．００５＜ｆ／ｆDOE ＜０．０５０ ただし、ｆは撮像光学系全系の焦点距離、ｆDOE は回折
型光学素子の焦点距離である。
型光学素子の焦点距離である。
【００４５】条件（１１）の下限の０．００５を越える
と色収差を十分に補正できなくなる。又上限の０．０５
０を越えると回折型光学素子の製作が困難になる。
と色収差を十分に補正できなくなる。又上限の０．０５
０を越えると回折型光学素子の製作が困難になる。
【００４６】尚、回折型光学素子の基盤を平面にすれ
ば、製作性を向上させ得るので好ましい。
ば、製作性を向上させ得るので好ましい。
【００４７】
【実施例】図１は、本発明の撮像光学系の実施例を示す
図である。この実施例のデーターは下記の通りである。 ｒ１ ＝∞ ｄ１ ＝1.67 ｎ１ ＝1.51633 ν１ ＝64.15 ｒ２ ＝∞ ｄ２ ＝0.01 ｒ３ ＝∞ ｄ３ ＝0.06 （回折型光学素子面） ｒ４ ＝35.316 ｄ４ ＝4.55 ｎ３ ＝1.63930 ν３ ＝44.88 ｒ５ ＝155.367 ｄ５ ＝0.10 ｒ６ ＝35.104 ｄ６ ＝3.13 ｎ４ ＝1.63854 ν４ ＝55.38 ｒ７ ＝45.851 ｄ７ ＝0.08 ｒ８ ＝32.034 ｄ８ ＝5.63 ｎ５ ＝1.69350 ν５ ＝50.81 ｒ９ ＝43.533 ｄ９ ＝2.49 ｒ１０＝93.986 ｄ１０＝3.62 ｎ６ ＝1.76182 ν６ ＝26.55 ｒ１１＝18.750 ｄ１１＝27.71 ｒ１２＝絞り ｄ１２＝1.24 ｒ１３＝54.335 ｄ１３＝2.88 ｎ７ ＝1.72151 ν７ ＝29.24 ｒ１４＝126.188 ｆ＝100，Ｆナンバー＝2.87，２ω＝13.8°，ｆＤＯＥ ＝4264.11 ただしｒ1 ，ｒ2 ，・・・ はレンズ各面の曲率半径、ｄ
1 ，ｄ2 ，・・・ は各レンズの肉厚、ｎ1 ，ｎ2 ，・・・ は
各レンズの屈折率、ν1 ，ν2 ，・・・ は各レンズのアッ
ベ数である。
図である。この実施例のデーターは下記の通りである。 ｒ１ ＝∞ ｄ１ ＝1.67 ｎ１ ＝1.51633 ν１ ＝64.15 ｒ２ ＝∞ ｄ２ ＝0.01 ｒ３ ＝∞ ｄ３ ＝0.06 （回折型光学素子面） ｒ４ ＝35.316 ｄ４ ＝4.55 ｎ３ ＝1.63930 ν３ ＝44.88 ｒ５ ＝155.367 ｄ５ ＝0.10 ｒ６ ＝35.104 ｄ６ ＝3.13 ｎ４ ＝1.63854 ν４ ＝55.38 ｒ７ ＝45.851 ｄ７ ＝0.08 ｒ８ ＝32.034 ｄ８ ＝5.63 ｎ５ ＝1.69350 ν５ ＝50.81 ｒ９ ＝43.533 ｄ９ ＝2.49 ｒ１０＝93.986 ｄ１０＝3.62 ｎ６ ＝1.76182 ν６ ＝26.55 ｒ１１＝18.750 ｄ１１＝27.71 ｒ１２＝絞り ｄ１２＝1.24 ｒ１３＝54.335 ｄ１３＝2.88 ｎ７ ＝1.72151 ν７ ＝29.24 ｒ１４＝126.188 ｆ＝100，Ｆナンバー＝2.87，２ω＝13.8°，ｆＤＯＥ ＝4264.11 ただしｒ1 ，ｒ2 ，・・・ はレンズ各面の曲率半径、ｄ
1 ，ｄ2 ，・・・ は各レンズの肉厚、ｎ1 ，ｎ2 ，・・・ は
各レンズの屈折率、ν1 ，ν2 ，・・・ は各レンズのアッ
ベ数である。
【００４８】上記実施例では、最も物体側に回折型光学
素子を、又４枚の正の屈折力の屈折型光学素子と１枚の
負の屈折力の屈折型光学素子とより構成されている。
素子を、又４枚の正の屈折力の屈折型光学素子と１枚の
負の屈折力の屈折型光学素子とより構成されている。
【００４９】又、上記実施例と同様な構成で屈折型光学
素子のみからなる従来の撮像光学系を図３に示す。又こ
の従来例は、下記の通りのデーターを有している。 ｒ１ ＝35.345 ｄ１ ＝4.55 ｎ１ ＝1.63854 ν１ ＝55.38 ｒ２ ＝155.061 ｄ２ ＝0.10 ｒ３ ＝35.042 ｄ３ ＝3.13 ｎ２ ＝1.63854 ν２ ＝55.38 ｒ４ ＝46.026 ｄ４ ＝0.08 ｒ５ ＝31.922 ｄ５ ＝5.63 ｎ３ ＝1.69350 ν３ ＝50.81 ｒ６ ＝43.494 ｄ６ ＝2.49 ｒ７ ＝94.289 ｄ７ ＝3.63 ｎ４ ＝1.76182 ν４ ＝26.55 ｒ８ ＝18.747 ｄ８ ＝27.70 ｒ９ ＝絞り ｄ９ ＝1.22 ｒ１０＝52.743 ｄ１０＝2.88 ｎ５ ＝1.72151 ν５ ＝29.24 ｒ１１＝125.676 ｆ＝100 ，Ｆナンバー＝2.87，２ω＝13.8° 以上の本発明の実施例と前記の図３に示す撮影レンズ系
と構成はほとんど同じであるが図２に示す本発明の実施
例の収差状況と図４に示す図３の光学系の収差状況とを
比較するとわかるように、本発明の光学系が従来の光学
系に比べて色収差が小さい。
素子のみからなる従来の撮像光学系を図３に示す。又こ
の従来例は、下記の通りのデーターを有している。 ｒ１ ＝35.345 ｄ１ ＝4.55 ｎ１ ＝1.63854 ν１ ＝55.38 ｒ２ ＝155.061 ｄ２ ＝0.10 ｒ３ ＝35.042 ｄ３ ＝3.13 ｎ２ ＝1.63854 ν２ ＝55.38 ｒ４ ＝46.026 ｄ４ ＝0.08 ｒ５ ＝31.922 ｄ５ ＝5.63 ｎ３ ＝1.69350 ν３ ＝50.81 ｒ６ ＝43.494 ｄ６ ＝2.49 ｒ７ ＝94.289 ｄ７ ＝3.63 ｎ４ ＝1.76182 ν４ ＝26.55 ｒ８ ＝18.747 ｄ８ ＝27.70 ｒ９ ＝絞り ｄ９ ＝1.22 ｒ１０＝52.743 ｄ１０＝2.88 ｎ５ ＝1.72151 ν５ ＝29.24 ｒ１１＝125.676 ｆ＝100 ，Ｆナンバー＝2.87，２ω＝13.8° 以上の本発明の実施例と前記の図３に示す撮影レンズ系
と構成はほとんど同じであるが図２に示す本発明の実施
例の収差状況と図４に示す図３の光学系の収差状況とを
比較するとわかるように、本発明の光学系が従来の光学
系に比べて色収差が小さい。
【００５０】又、図５には、本発明と従来の屈折型光学
素子のみからなる光学系の波長に対する後側焦点位置の
変化（図５において破線が本発明、実線が従来例）を示
す。この図より本発明の光学系は、各波長の後側焦点位
置のばらつきが小であり、更に三つの波長の後側焦点位
置が同じ位置にある。したがって式（７）からわかるよ
うに、本発明の光学系は、焦点距離が長くなっても色収
差が大きくなりにくい構成である。
素子のみからなる光学系の波長に対する後側焦点位置の
変化（図５において破線が本発明、実線が従来例）を示
す。この図より本発明の光学系は、各波長の後側焦点位
置のばらつきが小であり、更に三つの波長の後側焦点位
置が同じ位置にある。したがって式（７）からわかるよ
うに、本発明の光学系は、焦点距離が長くなっても色収
差が大きくなりにくい構成である。
【００５１】ここで、回折型光学素子の基盤を平面にす
ることにより製作性を向上させることが出来、又回折型
光学素子の平行平面板の基材を光学系の最も物体側に配
置してあるので、屈折型光学素子の配置の時に間隔の自
由度が増し、収差補正を行ないやすくなる。
ることにより製作性を向上させることが出来、又回折型
光学素子の平行平面板の基材を光学系の最も物体側に配
置してあるので、屈折型光学素子の配置の時に間隔の自
由度が増し、収差補正を行ないやすくなる。
【００５２】更に光学系中に非球面レンズを用いたり、
回折型光学素子に非球面効果を持たせることによりスポ
ットの収束性、像面湾曲、歪曲収差をさらに良好に補正
したり、構成枚数を減らすことが出来る。
回折型光学素子に非球面効果を持たせることによりスポ
ットの収束性、像面湾曲、歪曲収差をさらに良好に補正
したり、構成枚数を減らすことが出来る。
【００５３】又回折型光学素子の回折面は、キノフォー
ムで構成してもよい。図６は、本発明の実施例における
回折面をキノフォームで構成した時の回折効率を示す図
で、可視領域において十分な回折効率を達成しているこ
とがわかる。
ムで構成してもよい。図６は、本発明の実施例における
回折面をキノフォームで構成した時の回折効率を示す図
で、可視領域において十分な回折効率を達成しているこ
とがわかる。
【００５４】又回折面をバイナリーオプティクスで構成
してもよい。この回折面は、切削、型による成形等によ
り製作できる。型による成形は、プレス式、射出式、ハ
イブリッド式（例えばガラス基盤上に薄い樹脂層を形成
し、この樹脂層に回折面形状を転写する）等のコスト、
精度、使用環境等に応じて選択することが望ましい。
してもよい。この回折面は、切削、型による成形等によ
り製作できる。型による成形は、プレス式、射出式、ハ
イブリッド式（例えばガラス基盤上に薄い樹脂層を形成
し、この樹脂層に回折面形状を転写する）等のコスト、
精度、使用環境等に応じて選択することが望ましい。
【００５５】又、回折型光学素子の基材にフィルターの
機能をもたせたり、基材と同じ鏡枠にフィルターを装置
し得るようにしてもよい。
機能をもたせたり、基材と同じ鏡枠にフィルターを装置
し得るようにしてもよい。
【００５６】又ＣＣＤ等の光電変換素子等を撮像素子と
して使うとき、回折出来なかった光によって生ずるフレ
ーアを直流成分として除去してもよい。又、カラーの場
合、各色フィルターの透過率を回折効率の分光特性と適
合するようにしてもよい。又、カラーの場合、各色フィ
ルターの透過率を回折光学素子の回折効率の分光特性と
適合するようにしてもよい。又、撮像素子としてフィル
ムを用いる時、撮影時に露光量を少なめにしたり、フィ
ルムから印画紙に焼き付ける時にコントラストの高い
（固い）印画紙を使ったり露光用を少なくして現像時間
を長めにするなどしてフレアーの影響を少なくしてもよ
い。
して使うとき、回折出来なかった光によって生ずるフレ
ーアを直流成分として除去してもよい。又、カラーの場
合、各色フィルターの透過率を回折効率の分光特性と適
合するようにしてもよい。又、カラーの場合、各色フィ
ルターの透過率を回折光学素子の回折効率の分光特性と
適合するようにしてもよい。又、撮像素子としてフィル
ムを用いる時、撮影時に露光量を少なめにしたり、フィ
ルムから印画紙に焼き付ける時にコントラストの高い
（固い）印画紙を使ったり露光用を少なくして現像時間
を長めにするなどしてフレアーの影響を少なくしてもよ
い。
【００５７】前記実施例は、図３に示す従来例よりも光
学素子が１枚多い。このように光学素子の枚数を多くす
れば、光学性能が向上することは当然である。しかし、
この実施例は、本発明のような撮像光学系において、回
折光学素子を用いることにより色収差が大幅に補正され
ることを示すために設計したものであり、そのため図３
に示す従来例とほぼ同じ大きさでかつ同じレンズ枚数
（屈折型光学素子の枚数）で設計した。屈折型光学素子
を１枚付加したとしても、光学系のコンパクト性を維持
しつつ上記の実施例の性能まで高めることは困難である
ことは、前述の説明より明らかである。又回折型光学素
子の単色の収差の補正能力を維持し一層コンパクトな、
光学素子の枚数の少ない設計が可能である。
学素子が１枚多い。このように光学素子の枚数を多くす
れば、光学性能が向上することは当然である。しかし、
この実施例は、本発明のような撮像光学系において、回
折光学素子を用いることにより色収差が大幅に補正され
ることを示すために設計したものであり、そのため図３
に示す従来例とほぼ同じ大きさでかつ同じレンズ枚数
（屈折型光学素子の枚数）で設計した。屈折型光学素子
を１枚付加したとしても、光学系のコンパクト性を維持
しつつ上記の実施例の性能まで高めることは困難である
ことは、前述の説明より明らかである。又回折型光学素
子の単色の収差の補正能力を維持し一層コンパクトな、
光学素子の枚数の少ない設計が可能である。
【００５８】
【発明の効果】本発明の撮像光学系は、回折型光学素子
を用いて諸収差特に色収差を良好に補正し、色再現の良
好な光学系である。
を用いて諸収差特に色収差を良好に補正し、色再現の良
好な光学系である。
【図１】本発明の実施例の構成を示す図
【図２】本発明の実施例の収差曲線図
【図３】回折光学素子を用いない従来の撮像光学系の構
成を示す図
成を示す図
【図４】上記従来例の収差曲線図
【図５】本発明の実施例と従来例の波長に対する後側焦
点位置の変化を示す図
点位置の変化を示す図
【図６】本発明の実施例で用いる回折光学素子の回折効
率を示す図
率を示す図
【図７】代表的ガラス材料よりなる波長５５０ｎｍで屈
折力が１の単レンズの波長に対する屈折力変化を示す図
折力が１の単レンズの波長に対する屈折力変化を示す図
【図８】屈折力１の単レンズに相当する回折型光学素子
の波長に対する屈折力変化を示す図
の波長に対する屈折力変化を示す図
【図９】回折格子による光の回折状況を示す図
【図１０】回折格子によるレンズ作用を示す図
【図１１】キノフォームの形状を示す図
【図１２】ＢＯＥで製作した回折型光学素子の形状を示
す図
す図
Claims (4)
- 【請求項１】少なくとも一つの正の屈折力を持つ回折型
光学素子と少なくとも一つの正の屈折力を持つ屈折型光
学素子と少なくとも一つの負の屈折力を持つ屈折型光学
素子とよりなり、前記回折型光学素子が次の条件（１）
を満足する撮像光学系。 （１） ４５０ｎｍ＜λM ＜６００ｎｍ ただしλM は回折型光学素子が最大回折効率となる波長
である。 - 【請求項２】回折型光学素子の波長λの回折効率をＥ
（λ）、撮像光学系全系の波長λの透過率をＴ（λ）、
撮像素子の分光感度特性をＢ（λ）とする時、次の条件
（２）を満足する請求項１の撮像光学系。 （２）0.85＜∫Ｂ（λ)・Ｔ（λ)・Ｂ（λ) ｄλ／∫Ｔ
（λ)・Ｂ（λ) ｄλ＜１ ただし、積分範囲の最小値は撮影に必要な最短波長又最
大値は撮影に必要な最長波長である。 - 【請求項３】前記回折型光学素子の回折面がキノフォー
ム形状である請求項１の撮像光学系。 - 【請求項４】前記回折型光学素子の回折面が８段以上の
バイナリー形状である請求項１又は３の撮像光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19381994A JP3577108B2 (ja) | 1994-07-27 | 1994-07-27 | 撮像光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19381994A JP3577108B2 (ja) | 1994-07-27 | 1994-07-27 | 撮像光学系 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004120962A Division JP2004246378A (ja) | 2004-04-16 | 2004-04-16 | 撮像光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843767A true JPH0843767A (ja) | 1996-02-16 |
| JP3577108B2 JP3577108B2 (ja) | 2004-10-13 |
Family
ID=16314284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19381994A Expired - Fee Related JP3577108B2 (ja) | 1994-07-27 | 1994-07-27 | 撮像光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3577108B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1152236A (ja) * | 1997-08-04 | 1999-02-26 | Canon Inc | リヤーフォーカス式のズームレンズ |
| US6011651A (en) * | 1996-09-26 | 2000-01-04 | Olympus Optical Co., Ltd. | Photographic optical system using diffractive optical element |
| US6055105A (en) * | 1996-09-13 | 2000-04-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical system with grating element and imaging device using the same |
| JP2000258685A (ja) * | 1999-03-10 | 2000-09-22 | Canon Inc | 撮影光学系 |
| JP2002031755A (ja) * | 1999-11-29 | 2002-01-31 | Canon Inc | 光学系及び原稿読取装置 |
| JP2006119458A (ja) * | 2004-10-22 | 2006-05-11 | Toppan Printing Co Ltd | レリーフ型回折格子およびそれを用いた照明装置 |
| US7046350B2 (en) | 1997-09-24 | 2006-05-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Device for calculating diffraction efficiencies of a diffraction lens, lens with grating element, and optical system for reading |
-
1994
- 1994-07-27 JP JP19381994A patent/JP3577108B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6055105A (en) * | 1996-09-13 | 2000-04-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical system with grating element and imaging device using the same |
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| JPH1152236A (ja) * | 1997-08-04 | 1999-02-26 | Canon Inc | リヤーフォーカス式のズームレンズ |
| US7046350B2 (en) | 1997-09-24 | 2006-05-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Device for calculating diffraction efficiencies of a diffraction lens, lens with grating element, and optical system for reading |
| JP2000258685A (ja) * | 1999-03-10 | 2000-09-22 | Canon Inc | 撮影光学系 |
| JP2002031755A (ja) * | 1999-11-29 | 2002-01-31 | Canon Inc | 光学系及び原稿読取装置 |
| JP2006119458A (ja) * | 2004-10-22 | 2006-05-11 | Toppan Printing Co Ltd | レリーフ型回折格子およびそれを用いた照明装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3577108B2 (ja) | 2004-10-13 |
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