JPH1073760A

JPH1073760A - 回折型光学素子を有するレンズ系

Info

Publication number: JPH1073760A
Application number: JP8277793A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ogata; 小方康司
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 1998-03-17
Anticipated expiration: 2016-10-21
Also published as: US5949577A; JP3833754B2

Abstract

(57)【要約】【課題】回折型光学素子を用いて高仕様・高画質な単
レンズを得ること、特に、銀塩カメラや電子カメラ等の
色収差の補正が要求されるものに適した光学系を提供す
ることである。【解決手段】１枚の正レンズと絞りを有する光学系に
おいて、正レンズはその少なくとも１面が回折面ｒ₁に
て構成されており、ｆ_Dは回折面の焦点距離、ｆはレン
ズ系全系の焦点距離とすると、３＜ｆ_D／ｆ＜３０
・・・（１）を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折現象に基づく
レンズ作用を持った回折面を有するような回折型光学素
子（以下、ＤｉｆｆｒａｃｔｉｖｅＯｐｔｉｃａｌ
Ｅｌｅｍｅｎｔを略してＤＯＥと称する。）を有するレ
ンズ系に関するものであり、特に、１枚の正レンズにて
構成されるような簡単な構成の銀塩カメラ、電子カメラ
等のカメラ撮影光学系に利用されるレンズ系に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レンズ付きフィルムに代表さ
れるような安価なカメラには、プラスチック製の単レン
ズが用いられている。しかし、よく知られているよう
に、単レンズでは収差補正の自由度が少なく、球面収差
を最小にする、あるいは、低次コマ収差をゼロにするよ
うにベンディング形状を選択する程度の自由度しかな
い。特に、色収差の補正とペッツバール像面の補正は本
質的に不可能である。したがって、これらの問題に対し
ていくつかの工夫がなされており、第１には、フィルム
面をシリンドリカル形状とすることで、像面湾曲の影響
を緩和している。第２には、Ｆナンバーを大きくして球
面収差等の発生を少なくし、また、焦点深度が深くなる
から色収差の影響を緩和している。さらに、焦点深度を
深くすることで焦点合わせを不要となし、簡単操作と低
価格の実現に役立っている。第３には、非球面を利用し
て色収差やペッツバール像面以外の収差を改善すること
である。

【０００３】このような単レンズの先行例として、特開
平６−５９１８８号のものがある。この実施例９に従っ
て具体的に説明する。実施例９は、焦点距離が３０ｍ
ｍ、Ｆナンバーが９．７であり、両面共に非球面が用い
られている。この先行例においては、レンズ厚みや絞り
間隔に対するディストーション及びコマ収差の関連が述
べられており、結論として、ディストーションを減らす
ためにレンズ厚みを小となし、コマ収差補正のために絞
り間隔を大としている。そして、両面非球面にてその他
の収差を改善している。また、フィルム面は曲率半径が
８０ｍｍないし３００ｍｍのシリンドリカル面となって
いる。しかし、特開平６−５９１８８号の公報の図１３
の収差図から分かるように、球面収差は最大光線高で
１．２ｍｍ程度、ｇ線の軸上色収差は０．８ｍｍ程度、
倍率色収差は最大画角で０．１５ｍｍ程度発生してお
り、決して満足できるものではない。その他の先行例に
おいても収差の状況は同様である。

【０００４】もし、レンズのＦナンバーを小さくして明
るくなし、オートフォーカス機能を搭載してより高仕様
のカメラを目指しても、従来の単レンズでは実用に耐え
ない。あるいは、ＣＣＤ素子を受像面とするようないわ
ゆる電子カメラにおいても同様である。

【０００５】本発明では、後記するように、ＤＯＥを用
いてより高仕様・高画質な単レンズを実現しようとする
ものである。

【０００６】次に、回折型光学素子（ＤＯＥ）について
説明する。ＤＯＥに関しては、「光学」第２２巻第６３
５〜６４２頁及び第７３０〜７３７頁等に詳しく解説さ
れている。

【０００７】従来のレンズが媒質の界面における屈折作
用に基づいているのに対し、ＤＯＥは光の回折作用に基
づいている。一般的に、図１で示すような回折格子へ光
が入射したとき、回折作用にて射出される光は以下の関
係式を満たす。

【０００８】ｓｉｎθ−ｓｉｎθ’＝ｍλ／ｄ・・・（ａ）ただし、θは入射角、θ’は射出角、λは光の波長、ｄ
は回折格子のピッチ、ｍは回折次数である。したがっ
て、（ａ）式に従ってリング状の回折格子のピッチを適
切に構成してやれば、光を一点に集光させること、すな
わち、レンズ作用を持たせることができる。このとき、
ｊ番目の格子のリング半径をｒ_j、回折面の焦点距離を
ｆとすると、１次近似の領域にて以下の式を満たす。

【０００９】ｒ_j ²＝２ｊλｆ・・・（ｂ）一方、回折格子の構成法としては、明暗のリングにて構
成する振幅変調型、屈折率あるいは光路長を変える位相
変調型等が提案されている。振幅変調型のＤＯＥでは複
数の回折次数光が発生するため、例えば入射光の光量と
１次回折光の光量比（以下、回折効率と称す。）は最大
でも６％程度である。あるいは、振幅変調型のＤＯＥを
漂白処理等を施して改良したとしても、回折効率は最大
で３４％程度である。しかし、同じく位相変調型のＤＯ
Ｅでも、その断面形状を図２（ａ）に示すような鋸歯形
状で構成すれば、回折効率を１００％まで向上できる。
このようなＤＯＥをキノフォームと称している。このと
き、鋸歯状の山の高さは次式で与えられる。

【００１０】ｈ＝ｍλ／（ｎ−１）・・・（ｃ）ただし、ｈは山の高さ、ｎは基材の屈折率である。
（ｃ）式からも予測されるように、回折効率１００％は
只一つの波長に対してのみ達成される。また、キノフォ
ーム形状を図２（ｂ）のように階段近似したものはバイ
ナリー光学素子と呼ばれたりするが、これはリソグラフ
ィー的手法にて比較的容易に製作できる。バイナリー光
学素子では、４段階近似で８１％、８段階近似で９５
％、１６段階近似で９９％の回折効率が得られることが
知られている。

【００１１】ＤＯＥの設計法についてもいくつかの方法
が知られているが、本発明ではウルトラ・ハイ・インデ
ックス法を用いている。この手法については、"Mathema
tical equivalence between a holographic optical el
ement and ultra-high indexlens"J. Opt. Sos. Am. 6
9,486-487 、又は、"Using a conventional opticaldes
ign program to design holographic optical element
s" Opt. Eng. 19,649-653 等に示されている。すなわ
ち、ＤＯＥは厚みが０で屈折率が非常に大きな屈折面と
等価であることが知られている。

【００１２】ＤＯＥをレンズとして用いるとき、２個の
重要な特徴がある。第１の特徴は、非球面作用を持つこ
とであり、回折格子のピッチを適切に構成すれば光を完
全に一点に集めることができる。このことは、非球面に
て球面収差をゼロに補正することと同じ作用である。第
２の特徴は、色の分散が非常に大きいことである。アッ
べ数で表現すれば−３．４５という値になり、従来の屈
折作用の材料と比べると数１０倍の色収差が反対方向に
発生する。分散が大きいことは自然光の下で使用される
レンズ系にＤＯＥを応用するとき、最大の問題となる。
また、ＤＯＥの任意の波長における屈折率は、以下の
（ｄ）式にて与えられる。ｎ（λ）＝１＋｛ｎ（λ₀）−１｝・λ／λ₀ ・・・（ｄ）ただし、λは任意の波長、ｎ（λ）はそのときの屈折
率、λ₀は基準波長、ｎ（λ₀）はそのときの屈折率で
ある。

【００１３】このようなＤＯＥを自然光の下で使用され
るレンズ系に適用した例として、”Ｈｙｂｒｉｄｄｉ
ｆｆｒａｃｔｉｖｅ−ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｌｅｎｓ
ｅｓａｎｄａｃｈｒｏｍａｔｓ”Ａｐｐｌ．Ｏｐ
ｔ．２７，２９６０−２９７１が知られている。この先
行例においては、近軸の色収差補正の原理に基づいて、
アッべ数−３．４５のレンズと従来のガラスレンズを組
み合わせて色収差補正を行った場合の計算例が示されて
いる。具体的には、物体側面は凸面であり、像側面は平
面であるようなレンズにおいて、平面上に回折面を構成
しており、このとき、軸上色収差のアクロマート化と残
存する２次スペクトルについて示されている。しかし、
倍率色収差やその他の収差に関しては触れておらず、具
体的な設計データもない。

【００１４】また、ＷＯ９５／１８３９３号において、
被写体側に凸な正メニスカスレンズと絞りを配置し、正
レンズの像面側を回折面にて構成した例が示されてい
る。この先行例では、屈折系と回折系の組み合せにより
色収差を補正し、レンズ部品を増やすことなく高性能を
達成したものである。しかし、上記公報に示された実施
例は、レンズ厚みが薄く成形性や組立性に劣る。さら
に、レンズ全長がやや長いという欠点を有する。

【００１５】また、本出願人は、特開平６−３２４２６
２号において、望遠レンズへの適用例を示している。こ
の公報では、従来の望遠レンズの前に平板状のＤＯＥを
配置し、色収差補正の改善を行っている。したがって、
収差は非常に良くなっているが、部品点数を増やしてお
り、ＤＯＥのメリットを十分に生かしているとは言いが
たい。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術のこ
のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
は、ＤＯＥを用いて高仕様・高画質な単レンズを得るこ
と、特に、銀塩カメラや電子カメラ等の色収差の補正が
要求されるものに適した光学系を提供することである。
さらに、レンズ厚みを適度に厚くしてレンズ全長の短縮
を図った光学系を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の回折型光学素子を有するレンズ系は、１枚の正レン
ズと絞りを有する光学系において、該正レンズは両面共
に曲率を有し、その少なくとも１面が回折面にて構成さ
れていることを特徴とするものである。

【００１８】この場合、下記条件式を満たすことが望ま
しい。３＜ｆ_D／ｆ＜３０・・・（１）ただし、ｆ_Dは回折面の焦点距離、ｆはレンズ系全系の
焦点距離である。

【００１９】本発明のもう１つの回折型光学素子を有す
るレンズ系は、１枚の正レンズと絞りを有する光学系に
おいて、該正レンズは少なくとも１面の回折面を有して
おり、下記条件式を満足することを特徴とするものであ
る。３＜ｆ_D／ｆ＜３０・・・（１）０．０７５＜ｄ／ｆ＜０．１５・・・（２）ただし、ｆ_Dは前記回折面の焦点距離、ｆはレンズ系全
系の焦点距離、ｄは前記正レンズの厚みである。

【００２０】以下、本発明において上記構成をとる理由
と作用について説明する。正単レンズの片方の面のみが
曲率を有する場合、すなわち凸平形状とＤＯＥの組み合
わせで収差補正を行うと、軸上色収差及び倍率色収差の
補正はできるがコマ収差の補正が不十分であり、さらに
非点収差の色収差が大きく発生することが分かった。し
たがって、凸平形状のレンズでは、例えＤＯＥを用いた
としても高性能は得られない。そこで、まず基準波長に
おける基本的な収差を補正するために、両面共に曲率を
有するレンズであることが望ましい。この場合、絞りと
レンズが接近し、また、レンズも非常に薄いならば、レ
ンズのベンディングと収差の関係により両凸形状が望ま
しいことが知られている。絞りがレンズへ接近する程歪
曲収差や倍率色収差の発生が少なくなる。しかし、コマ
収差の補正が不十分となってしまい好ましくない。そこ
で、コマ収差を適当に補正しつつ全画面の性能をバラン
ス良くとるために、絞りとレンズを十分離して配置する
必要がある。

【００２１】このように、一般的には、レンズと絞りは
離して配置されるし、レンズ自体も適度な厚みが必要と
されるので、正レンズは絞りに対して凹面を向けたメニ
スカス形状であることが望ましい。このようにして基準
波長におけるコマ収差等の発生を小さくできる。

【００２２】そして、少なくとも１面を回折面にて構成
すれば、回折面の作用と屈折系の作用で色収差補正が可
能となる。この場合、回折面のアッべ数は−３．４５と
負の値を持っているから、色収差補正の実現には正パワ
ー同士の組み合わせが必要となる。色収差の補正に関し
て、以下に説明する。

【００２３】一般に、第１レンズの焦点距離をｆ₁、ア
ッべ数をν₁とし、第２レンズの焦点距離をｆ₂、アッ
べ数をν₂とすれば、薄肉密着系の合成焦点距離及び近
軸色収差補正の式は以下のようになる。ただし、ｆは合
成焦点距離である。

【００２４】１／ｆ＝１／ｆ₁＋１／ｆ₂ ・・・（ｅ）１／ｆ₁ν₁＋１／ｆ₂ν₂＝０・・・（ｆ）これらの式より、各レンズの焦点距離は、ｆ₁＝（１−ν₂／ν₁）ｆ・・・（ｇ）ｆ₂＝−（ν₁／ν₂−１）ｆ・・・（ｈ）となることが知られている。（ｇ）式及び（ｈ）式よ
り、組合せレンズの焦点距離とアッべ数が求められる。
本発明の場合、回折面のアッべ数は−３．４５と負の値
を持っているから、色収差補正の実現は正パワー同士の
組み合せが必要となる。

【００２５】従来の屈折系では、薄肉密着系として近似
できており、（ｇ）式及び（ｈ）式に従って構成すれ
ば、軸上色収差及び倍率色収差共に良好に補正される。
しかし、本発明のように回折面を有する単レンズにおい
ては、回折面で発生する高次収差が大きく、軸上色収差
を補正しても倍率色収差は補正不足となってしまう。そ
こで、倍率色収差を十分に補正するために、軸上色収差
を補正過剰な状態にしている。そのための条件式が以下
の（１）式である。（１）式満たすことで、広い画角で
の高性能を達成している。３＜ｆ_D／ｆ＜３０・・・（１）ただし、ｆ_Dは回折面の焦点距離、ｆはレンズ系全系の
焦点距離である。

【００２６】ここで、回折面のアッべ数をν_D、屈折系
のアッべ数をν_Rとすると、前記（ｇ）式より、ｆ_D／ｆ＝１−ν_R／ν_D ・・・（ｉ）となる。（ｉ）式より、例えばν_R＝３０のとき、ｆ_D
／ｆ＝９．７であり、ν_R＝６０のとき、ｆ_D／ｆ＝１
８．４となる。ただし、すでに述べたように、ν_D＝−
３．４５である。（ｉ）式は、１次領域での色収差補正
式であるが、軸上色収差を補正過剰とするために、これ
より小さな値とすることがよく、そのための条件式が
（１）式である。カメラ等の撮影光学系では、広い範囲
の波長域が用いられるため、ｇ線とＣ線にて色収差補正
が行われることが多い。（１）式の上限の３０を越える
と、正レンズの基材として使える材料が高価なものとな
ってしまうので、好ましくない。一方、（１）式の下限
の３を越えると、基材として使える材料がない。

【００２７】なお、特に、正レンズの絞りと反対側の面
が回折面にて構成される場合には、３＜ｆ_D／ｆ＜１５・・・（１）’ を満足することが望ましい。

【００２８】また、基材のアッベ数が小さい程２次スペ
クトルの量は大きくなってしまう。そこで、良好な色収
差を達成するためには、４５＜ν_D ・・・（３）を満たすことが好ましい。ただし、ν_Dは回折光学素子
の基材のアッべ数である。（３）式の下限の４５を越え
ると、２次スペクトルの発生量が大きくなって好ましく
ない。

【００２９】また、良好な色収差を達成するためには、
条件式（１）若しくは（１）’は以下の場合がより好ま
しい。

【００３０】６＜ｆ_D／ｆ＜１２・・・（１）” ところで、（ｇ）式及び（ｈ）式に従って色収差補正を
行ったとしても、屈折系のみによる補正と、回折面を有
する補正の場合で、２次スペクトルの結果は全く異な
る。これを図３を参照にして説明する。図３は、横軸は
波長、縦軸は像点位置を示し、縦軸は軸上色収差の発生
量に相当している。曲線１は従来の単レンズの場合であ
り、色収差は全く補正されていない。したがって、短波
長側で像点は大きくマイナスである。曲線２は屈折系同
士の組み合せによる色収差補正の場合であり、Ｆ線とＣ
線の像点が一致するように色消しされている。このと
き、２次スペクトルの量は例えばｇ線でみると補正過剰
になっている。一方、曲線３は回折面と屈折系の組み合
わせによる色収差補正の様子であり、曲線２と同様にＦ
線とＣ線で色消しがなされている。しかし、２次スペク
トルの曲線は明らかに逆向きとなっており、ｇ線は補正
不足になっている。このような違いは、回折面が有する
大きな負の分散によるものである。

【００３１】次に、回折面は絞りと反対側の面に構成さ
れることがよい。一般的に、正レンズは絞りに対して凹
面を向けたメニスカスレンズとなる。絞り側の面の曲率
は小さく、反対側の面は曲率が大きい。その結果、軸外
主光線の面への入射角は、絞り側の面で大きく、反対側
の面では小さい。倍率色収差の発生についてみれば、絞
り側の面で倍率色収差の発生量が大きく、逆に反対側の
面では小さい。したがって、正レンズにおいて、絞り側
の面を回折面にて構成すると、倍率色収差を補正するた
めの回折面のパワーをより強くしなければならず、軸上
色収差の２次スペクトルが増大する。一方、絞りと反対
側の面を回折面にて構成すれば、より小さなパワーの回
折面で倍率色収差の補正が可能なので、２次スペクトル
を小さくできる。すなわち、軸上色収差の２次スペクト
ルを小さくするために、正レンズの回折面は絞りと反対
側の面がよい。

【００３２】また、正レンズの厚みは以下の条件式を満
たすのがよい。０．０７５＜ｄ／ｆ＜０．１５・・・（２）ただし、ｆはレンズ系全系の焦点距離、ｄはレンズの厚
みである。（２）式の上限の０．１５を越えると、レン
ズの径が大きくなりすぎて好ましくない。（２）式の下
限の０．０７５を越えると、レンズが薄くなって、正レ
ンズの両面における光線高が接近してしまうため、収差
補正にとって好ましくない。さらに、性能が悪化する。

【００３３】また、リアー絞りの場合には、正レンズの
両面が物体側から順に正パワー及び負パワーで構成され
ており、いわゆるテレフォトタイプとなっているので、
全長短縮の効果がある。条件式（２）を満たすようにレ
ンズの厚みを設定すれば、テレフォトの効果が得られや
すく、一層の全長短縮が可能となる。

【００３４】以上のようにＤＯＥを構成することで、軸
上色収差や倍率色収差及び基準波長の収差をバランス良
く補正できる。しかし、下記条件式を満たすことで、さ
らに高性能を達成することができる。 −０．５＜（ｒ_A−ｒ_B）／（ｒ_A＋ｒ_B）＜−０．１・・・（４）ただし、ＤＯＥの基材において、ｒ_Aは屈折力の強い面
の曲率半径であり、ｒ_Bは屈折力の弱い面の曲率半径で
ある。

【００３５】（４）式はレンズのベンディングに関する
条件式であり、非点収差の色収差を改善するための条件
式である。（１）式を満足することで倍率色収差は補正
される。したがって、各波長における像は、像面内（光
軸に対して垂直方向）でのズレは小さいが、光軸方向で
のズレが大きい場合がある。主光線で説明すると、各波
長における主光線と像面との交点のずれが小さいが、最
良像面の位置は波長毎に大きく異なっていることがあ
る。これは非点収差の色収差が大きい状況であり、基準
波長以外の像は大きくぼけてしまっており、高性能は期
待できない。（４）式はこのうよな非点収差の色収差を
発生させないための条件式である。（４）式の上限の−
０．１を越えると、曲率半径が小さくなりすぎ、（４）
式の下限の−０．５を越えると、逆に曲率半径が大きく
なりすぎて好ましくない。

【００３６】また、本発明のレンズではペッツバール和
の補正はできない。回折面はペッツバール和へ寄与しな
いので、屈折系のみの特性でペッツバール和が決まる。
したがって、像面湾曲が大きく発生するのでフィルム面
の湾曲化が望ましい。あるいは、高屈折率の無機ガラス
材料を使用すれば、像面湾曲の発生を改善できる。この
場合、ガラス表面に微細な回折格子（例えば、キノフォ
ーム形状）を形成することはかなり困難である。そこ
で、ガラス表面に薄い樹脂層を形成し、その樹脂表面に
回折格子を作製すればよい。このとき使用される樹脂材
料としては、紫外線にて硬化するタイプ、熱にて硬化す
るタイプ等が生産性において好ましい。

【００３７】また、ガラス基材では、その表面に直接あ
るいは樹脂層を形成してその表面に回折格子を形成する
方法の何れにしても、コストアップは避けられない。そ
こで、基材自体も樹脂材料にて構成し、その表面に回折
格子を成形にて製造すれば、コスト低減が可能になり好
ましい。樹脂材料としては、いわゆるアクリル系やポリ
カーボネイト系のものが一般的であるが、アッベ材料が
４５以上の材料を用いることが性能上好ましい。また、
一般の樹脂材料は、温度や湿度の変化に伴って屈折率や
面形状が変化してしまう。そこで、低吸湿な樹脂材料を
用いれば、環境中の湿度変化に伴うレンズの変化を改善
できるので望ましい。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回折型光学素子を
有するレンズ系の実施例１〜１６について説明する。本
発明によるレンズ系の回折面は、ウルトラ・ハイ・イン
デックス法を用いて設計しており、具体的には、回折面
は厚みが０で波長がｄ線のときの屈折率が１００１の屈
折型レンズとして表現されている。したがって、後記す
る数値データにおいても、以下に示すような通常の非球
面式にて記載する。すなわち、光軸方向をＺ軸、光軸と
垂直な方向をＹ軸とすると、非球面は以下の式にて表せ
られる。

【００３９】Ｚ＝ＣＹ²／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｃ²Ｙ²｝］＋Ａ₄Ｙ⁴＋Ａ₆Ｙ⁶＋Ａ₈Ｙ⁸＋Ａ₁₀Ｙ¹⁰・・・（ｊ）ただし、Ｃは面頂における曲率（＝１／ｒ、ｒは曲率半
径）、Ｋは円錐係数、Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀はそれぞ
れ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。

【００４０】また、回折面と厚みが０で接する面はＤＯ
Ｅの基材表面である。そして、実際の製造においては、
回折面の非球面形状と基材表面の形状との差及び屈折率
から位相変化を求め、この位相変化を回折格子のピッチ
に換算して基材表面上に回折格子を形成する。つまり、
後述する各実施例において、最終的にレンズとしての作
用を有するのは基材の面である。

【００４１】回折面の具体的な形状としては、例えば図
１０に断面を示すようなものがある。図の（ａ）は、透
明部２１と不透明部２２が交互に配列され、不透明部２
２の厚みはほぼ０であるが、振幅変調型と呼ばれる回折
面である。図の（ｂ）は、屈折率の異なる高屈折率部２
３と低屈折率部２４を交互に配列して、屈折率差による
位相差にて回折作用を持たせたものである。図の（ｃ）
は、矩形状の凹凸を交互に配列して厚みの差による位相
差にて回折作用を持たせたものである。これは２レベル
のバイナリー素子でもある。図の（ｄ）は、表面を鋸歯
形状にしたものであり、キノフォームと呼ばれ、連続的
な厚みの差による位相差にて回折作用を持たせたもので
ある（図２（ａ））。図の（ｅ）と（ｆ）は、キノフォ
ームを４レベル及び８レベルで近似したバイナリー素子
である（図２（ｂ））。このように回折面の形状にはい
くつかの形式があるが、本発明では、回折効率を高くし
て光量を有効に利用したいため、図１０（ｄ）のキノフ
ォームや図１０（ｅ）や図１０（ｆ）等の４レベル以上
のバイナリー素子を用いることが望ましい。

【００４２】図４〜図８にそれぞれ実施例１、２、３、
４、７の光軸を含むレンズ断面図を示す。実施例５、
６、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１
６については、それぞれ図４、図５、図８、図６、図
４、図８、図４、図５、図４、図８、図４と同様である
ので、図示は省く。

【００４３】実施例１、４、５、１０、１２、１４、１
６は、物体側より順に、正レンズと絞りにて構成され、
物体側の面が回折面にて構成されている。実施例２、
６、１３も同様に、物体側より順に、正レンズと絞りに
て構成され、像側の面が回折面にて構成されている。

【００４４】実施例３、９は、物体側より順に、絞りと
正レンズにて構成され、物体側の面が回折面にて構成さ
れている。実施例７、８、１１、１５も同様に、物体側
より順に、絞りと正レンズにて構成され、像側の面が回
折面にて構成されている。

【００４５】実施例４は、ガラス基材上に薄い樹脂層を
形成し、その表面にキノフォーム形状を形成している。
実施例１、２、５、８、９、１３、１４、１５、１６
は、いわゆるアクリル樹脂の基材上にキノフォーム形状
を形成しており、実施例６は、いわゆるポリカーボネー
ト樹脂の基材上にキノフォーム形状を形成している。実
施例１０、１１、１２は、低吸湿なポリオレフィン系の
樹脂の基材上にキノフォーム形状を形成している。実施
例３、７は、ガラスの基材上にキノフォーム形状を形成
している。

【００４６】回折面の形状は、実施例５、１６は球面で
あるが、他の実施例においては非球面形状である。基材
の屈折面については、実施例１の像側の面、実施例２の
物体側の面、実施例８の物体側の面が非球面形状であ
る。

【００４７】以下に、上記実施例１〜１６の数値データ
を示す。各データ中、ｆは焦点距離、Ｆ_NOはＦナンバ
ー、ｆ_Bはバックフォーカス、ωは半画角、ｒ₁、ｒ₂
…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は各レンズ面
間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率、ν
_d1、ν_d2…はｄ線のアッベ数であり、また、非球面形状
は前記（ｊ）式にて表される。

【００４８】実施例１ｆ＝40.05mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B＝29.82mm, ω＝26.7° ｒ₁= 9.35985 （回折面）ｄ₁= 0 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 ｒ₂= 9.36003 ｄ₂= 3.5 ｎ_d2 =1.49241 ν_d2 =57.66 ｒ₃= 14.457 （非球面）ｄ₃= 5.1 ｒ₄= ∞ (絞り) 非球面係数第１面Ｋ = 0 A₄ =-1.7289 ×10^-8 A₆ = 2.1788 ×10^-9 A₈ =-8.8514 ×10^-11 A₁₀= 1.2680 ×10^-12 第３面Ｋ = 0 A₄ = 9.2217 ×10^-5 A₆ =-1.7654 ×10^-6 A₈ =-1.6359 ×10^-7 A₁₀= 8.3080 ×10^-9 。

【００４９】実施例２ｆ＝50.01mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B＝35.53mm, ω＝22.3° ｒ₁= 12.421 （非球面）ｄ₁= 5.7 ｎ_d1 =1.49241 ν_d1 =57.66 ｒ₂= 18.70665 ｄ₂= 0 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₃= 18.70776 （回折面）ｄ₃= 6.9 ｒ₄= ∞ (絞り) 非球面係数第１面Ｋ =-0.5953 A₄ = 4.0664 ×10^-7 A₆ = 1.6165 ×10^-6 A₈ =-2.5003 ×10^-8 A₁₀= 1.8218 ×10^-10 第３面Ｋ = 0 A₄ =-2.3878 ×10^-8 A₆ = 3.2489 ×10^-9 A₈ =-1.3129 ×10^-10 A₁₀= 1.9321 ×10^-12 。

【００５０】実施例３ｆ＝28.00mm, Ｆ_NO＝10.0, ｆ_B＝29.10mm, ω＝41.0° ｒ₁= ∞ (絞り) ｄ₁= 5.0 ｒ₂= -19.60472 （回折面）ｄ₂= 0 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 ｒ₃= -19.60302 ｄ₃= 2.0 ｎ_d2 =1.77250 ν_d2 =49.60 ｒ₄= -11.358 非球面係数第２面Ｋ = 0 A₄ =-4.2194 ×10^-8 A₆ = 4.0969 ×10^-9 A₈ =-1.8442 ×10^-10 A₁₀= 3.2197 ×10^-12 。

【００５１】実施例４ｆ＝35.08mm, Ｆ_NO＝ 5.6, ｆ_B＝24.69mm, ω＝29.2° ｒ₁= 10.53841 （回折面）ｄ₁= 0 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 ｒ₂= 10.53879 ｄ₂= 0.1 ｎ_d2 =1.52288 ν_d2 =52.50 ｒ₃= 10.53879 ｄ₃= 2.7 ｎ_d3 =1.72916 ν_d3 =54.68 ｒ₄= 14.624 ｄ₄= 6.3 ｒ₅= ∞ (絞り) 非球面係数第１面Ｋ = 0 A₄ =-2.3481 ×10^-8 A₆ = 5.9052 ×10^-10 A₈ =-1.0936 ×10^-11 A₁₀= 5.9429 ×10^-14 。

【００５２】実施例５ｆ＝35.09mm, Ｆ_NO＝10.0, ｆ_B＝27.39mm, ω＝29.4° ｒ₁= 7.73666 （回折面）ｄ₁= 0 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 ｒ₂= 7.73685 ｄ₂= 2.8 ｎ_d2 =1.49241 ν_d2 =57.66 ｒ₃= 11.239 ｄ₃= 3.3 ｒ₄= ∞ (絞り) 。

【００５３】実施例６ｆ＝34.99mm, Ｆ_NO＝ 8.0, ｆ_B＝26.70mm, ω＝29.7° ｒ₁= 8.635 ｄ₁= 2.2 ｎ_d1 =1.58423 ν_d1 =30.49 ｒ₂= 11.63195 ｄ₂= 0 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₃= 11.63291 （回折面）ｄ₃= 5.0 ｒ₄= ∞ (絞り) 非球面係数第３面Ｋ = 0 A₄ = 6.2514 ×10^-8 A₆ =-4.0455 ×10^-9 A₈ = 1.6008 ×10^-10 A₁₀=-2.3132 ×10^-12 。

【００５４】実施例７ｆ＝35.02mm, Ｆ_NO＝10.0, ｆ_B＝36.70mm, ω＝33.4° ｒ₁= ∞ (絞り) ｄ₁= 5.3 ｒ₂= -19.476 ｄ₂= 2.1 ｎ_d1 =1.80518 ν_d1 =25.43 ｒ₃= -13.13493 ｄ₃= 0 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₄= -13.13400 （回折面）非球面係数第４面Ｋ = 0 A₄ = 2.8820 ×10^-8 A₆ =-2.4872 ×10^-9 A₈ = 9.0522 ×10^-11 A₁₀=-1.2789 ×10^-12 。

【００５５】実施例８ｆ＝28.13mm, Ｆ_NO＝10.0, ｆ_B＝29.95mm, ω＝40.9° ｒ₁= ∞ (絞り) ｄ₁= 2.1 ｒ₂= -17.405 （非球面）ｄ₂= 3.4 ｎ_d1 =1.49241 ν_d1 =57.66 ｒ₃= -8.78033 ｄ₃= 0 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₄= -8.78003 （回折面）非球面係数第２面Ｋ =-3.7483 A₄ =-1.1079 ×10^-6 A₆ =-4.3796 ×10^-5 A₈ = 1.0864 ×10^-5 A₁₀=-8.6209 ×10^-7 第４面Ｋ = 0 A₄ = 1.0720 ×10^-7 A₆ =-1.7234 ×10^-8 A₈ = 1.1880 ×10^-9 A₁₀=-3.1276 ×10^-11 。

【００５６】実施例９ｆ＝35.01mm, Ｆ_NO＝10.0, ｆ_B＝36.36mm, ω＝33.6° ｒ₁= ∞ (絞り) ｄ₁= 5.0 ｒ₂= -27.31349 （回折面）ｄ₂= 0 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 ｒ₃= -27.31115 ｄ₃= 3.7 ｎ_d2 =1.51633 ν_d2 =64.15 ｒ₄= -12.095 非球面係数第２面Ｋ = 0 A₄ =-4.7099 ×10^-8 A₆ = 5.4520 ×10^-9 A₈ =-2.7932 ×10^-10 A₁₀= 5.1518 ×10^-12 。

【００５７】実施例１０ｆ＝34.91mm, Ｆ_NO＝ 8.0, ｆ_B＝26.42mm, ω＝29.6° ｒ₁= 8.46962 （回折面）ｄ₁= 0 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 ｒ₂= 8.46986 ｄ₂= 2.8 ｎ_d2 =1.52542 ν_d2 =55.78 ｒ₃= 12.587 ｄ₃= 4.3 ｒ₄= ∞ (絞り) 非球面係数第１面Ｋ = 0 A₄ =-3.7712 ×10^-8 A₆ = 1.9069 ×10^-9 A₈ =-6.0866 ×10^-11 A₁₀= 6.6391 ×10^-13 。

【００５８】実施例１１ｆ＝34.99mm, Ｆ_NO＝10.0, ｆ_B＝35.80mm, ω＝34.0° ｒ₁= ∞ (絞り) ｄ₁= 6.4 ｒ₂= -67.100 ｄ₂= 4.5 ｎ_d1 =1.52542 ν_d1 =55.78 ｒ₃= -15.88033 ｄ₃= 0 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₄= -15.87970 （回折面）非球面係数第４面Ｋ = 0 A₄ = 9.3943 ×10^-9 A₆ =-1.6509 ×10^-10 A₈ = 2.2255 ×10^-12 A₁₀=-1.2518 ×10^-14 。

【００５９】実施例１２ｆ＝35.05mm, Ｆ_NO＝10.0, ｆ_B＝26.38mm, ω＝29.5° ｒ₁= 7.52470 （回折面）ｄ₁= 0 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 r₂= 7.52486 ｄ₂= 2.8 ｎ_d2 =1.52542 ν_d2 =55.78 ｒ₃= 10.320 ｄ₃= 4.0 ｒ₄= ∞ (絞り) 非球面係数第１面Ｋ = 0 A₄ =-3.2062 ×10^-8 A₆ = 2.4717 ×10^-9 A₈ =-9.9425 ×10^-11 A₁₀= 1.3675 ×10^-12 。

【００６０】実施例１３ｆ＝35.04mm, Ｆ_NO＝10.0, ｆ_B＝26.71mm, ω＝29.5° ｒ₁= 7.922 ｄ₁= 2.9 ｎ_d1 =1.49241 ν_d1 =57.66 ｒ₂= 11.56682 ｄ₂= 0 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₃= 11.56740 （回折面）ｄ₃= 4.1 ｒ₄= ∞ (絞り) 非球面係数第３面Ｋ = 0 A₄ = 6.4050 ×10^-8 A₆ =-4.9665 ×10^-9 A₈ = 2.1745 ×10^-10 A₁₀=-2.5989 ×10^-12 。

【００６１】実施例１４ｆ＝44.99mm, Ｆ_NO＝10.0, ｆ_B＝33.50mm, ω＝24.5° ｒ₁= 10.34363 （回折面）ｄ₁= 0 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 ｒ₂= 10.34385 ｄ₂= 3.6 ｎ_d2 =1.49241 ν_d2 =57.66 r₃= 15.799 ｄ₃= 6.1 ｒ₄= ∞ (絞り) 非球面係数第１面Ｋ = 0 A₄ =-1.5807 ×10^-8 A₆ = 8.4078 ×10^-10 A₈ =-2.6139 ×10^-11 A₁₀= 2.7852 ×10^-13 。

【００６２】実施例１５ｆ＝44.95mm, Ｆ_NO＝10.0, ｆ_B＝47.33mm, ω＝26.7° ｒ₁= ∞ (絞り) ｄ₁= 5.3 ｒ₂= -37.350 ｄ₂= 6.0 ｎ_d1 =1.49241 ν_d1 =57.66 ｒ₃= -15.49698 ｄ₃= 0 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₄= -15.49653 （回折面）非球面係数第４面Ｋ = 0 A₄ = 1.5193 ×10^-8 A₆ =-9.3462 ×10^-10 A₈ = 2.2678 ×10^-11 A₁₀=-1.8027 ×10^-13 。

【００６３】実施例１６ｆ＝34.97mm, Ｆ_NO＝10.0, ｆ_B＝26.87mm, ω＝29.4° ｒ₁= 7.73738 （回折面）ｄ₁= 0 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 ｒ₂= 7.73753 ｄ₂= 3.2 ｎ_d2 =1.49241 ν_d2 =57.66 ｒ₃= 11.253 ｄ₃= 3.14 ｒ₄= ∞ (絞り) 。

【００６４】上記実施例１の無限遠物点に対する球面収
差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、横収差を表す収
差図を図９に示す。

【００６５】以上の各実施例のｆ、ｆ_D、ｆ_D／ｆ＝
（１）、ｄ、ｄ／ｆ＝（２）、ｒ_A、ｒ_B、（ｒ_A−ｒ
_B）／（ｒ_A＋ｒ_B）＝（４）の値を下記の表に示す。

【００６６】以上説明した本発明の回折型光学素子を有
するレンズ系は、例えば次のように構成することができ
る。〔１〕１枚の正レンズと絞りを有する光学系におい
て、該正レンズは両面共に曲率を有し、その少なくとも
１面が回折面にて構成されていることを特徴とする回折
型光学素子を有するレンズ系。

【００６７】〔２〕下記条件式を満たすことを特徴と
する上記〔１〕記載の回折型光学素子を有するレンズ
系。３＜ｆ_D／ｆ＜３０・・・（１）ただし、ｆ_Dは前記回折面の焦点距離、ｆはレンズ系全
系の焦点距離である。

【００６８】〔３〕前記正レンズは絞りと反対側の面
が回折面にて構成され、下記の条件式を満足することを
特徴とする上記〔１〕記載の回折型光学素子を有するレ
ンズ系。３＜ｆ_D／ｆ＜１５・・・（１）’ ただし、ｆ_Dは前記回折面の焦点距離、ｆはレンズ系全
系の焦点距離である。

【００６９】〔４〕１枚の正レンズと絞りを有する光
学系において、該正レンズは少なくとも１面の回折面を
有しており、下記条件式を満足することを特徴とする回
折型光学素子を有するレンズ系。３＜ｆ_D／ｆ＜３０・・・（１）０．０７５＜ｄ／ｆ＜０．１５・・・（２）ただし、ｆ_Dは前記回折面の焦点距離、ｆはレンズ系全
系の焦点距離、ｄは前記正レンズの厚みである。

【００７０】〔５〕前記正レンズは前記絞りに対して
凹面を向けたメニスカスレンズであることを特徴とする
上記〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の回折型光学素
子を有するレンズ系。

【００７１】〔６〕前記正レンズは低吸湿な樹脂材料
にて構成されていることを特徴とする上記〔１〕から
〔４〕の何れか１項記載の回折型光学素子を有するレン
ズ系。

【００７２】〔７〕前記正レンズはガラス材料にて構
成され、その表面に薄い樹脂層が形成されており、その
樹脂面上に回折面が構成されていることを特徴とする上
記〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の回折型光学素子
を有するレンズ系。

【００７３】〔８〕前記正レンズはガラス材料にて構
成され、その表面に直接回折面が形成されていることを
特徴とする上記〔１〕から〔３〕の何れか１項記載の回
折型光学素子を有するレンズ系。

【００７４】

〔９〕１枚の正レンズと絞りを有する光
学系において、該正レンズは絞りに対し凹面を向けたメ
ニスカスレンズであり、その少なくとも１面が回折面に
て構成されていることを特徴とする回折型光学素子を有
するレンズ系。

【００７５】〔１０〕１枚の正レンズと絞りを有する
光学系において、該正レンズは両面共に曲率を有し、そ
の少なくとも１面が回折面にて構成されており、カメラ
撮影用であることを特徴とする回折型光学素子を有する
レンズ系。

【００７６】〔１１〕上記〔１〕、

〔９〕又は〔１
０〕において、回折型光学素子は以下条件式を満たすこ
とを特徴とする回折型光学素子を有するレンズ系。３＜ｆ_D／ｆ＜３０・・・（１）ただし、ｆ_Dは回折面の焦点距離、ｆはレンズ系全系の
焦点距離である。

【００７７】〔１２〕上記〔１〕から〔１１〕の何れ
か１項において、回折型光学素子は以下の条件式を満た
すことを特徴とする回折型光学素子を有するレンズ系。４５＜ν_D ・・・（３）ただし、ν_Dは回折光学素子の基材のアッべ数である。

【００７８】〔１３〕上記〔１〕から〔１２〕の何れ
か１項において、回折型光学素子は下記条件式を満たす
ことを特徴とする回折型光学素子を有するレンズ系。 −０．５＜（ｒ_A−ｒ_B）／（ｒ_A＋ｒ_B）＜−０．１・・・（４）ただし、回折型光学素子の基材において、ｒ_Aは屈折力
の強い面の曲率半径であり、ｒ_Bは屈折力の弱い面の曲
率半径である。

【００７９】〔１４〕上記〔１〕から〔１２〕の何れ
か１項において、物体側から順に、正レンズと絞りにて
構成されていることを特徴とする回折型光学素子を有す
るレンズ系。

【００８０】〔１５〕上記〔１〕から〔１２〕の何れ
か１項において、物体側から順に、絞りと正レンズにて
構成されていることを特徴とする回折型光学素子を有す
るレンズ系。

【００８１】〔１６〕上記〔１〕から〔１２〕の何れ
か１項において、前記回折面は軸上色収差を補正過剰な
状態にするように構成されていることを特徴とする回折
型光学素子を有するレンズ系。

【００８２】〔１７〕上記〔１〕において、レンズと
絞りは十分に離れていることを特徴とする回折型光学素
子を有するレンズ系。

【００８３】〔１８〕上記〔１〕において、レンズと
絞りは、コマ収差を適当に補正しつつ全画面の性能をバ
ランス良く得られる程度に十分に離れていることを特徴
とする回折型光学素子を有するレンズ系。

【００８４】〔１９〕上記〔１〕において、レンズ面
において、軸上光線と最大画角の軸外光線とが異なる光
線高となるように絞りを配置してあることを特徴とする
回折型光学素子を有するレンズ系。

【００８５】〔２０〕上記〔１〕において、絞りと反
対側のレンズ面において、軸上の光束と最大画角の軸外
の光束が分離するような位置に絞りが配置されているこ
とを特徴とする回折型光学素子を有するレンズ系。

【００８６】〔２１〕物体側から順に、１枚の正レン
ズと絞りにて構成される光学系において、該正レンズは
少なくとも１面の回折面を有しており、下記条件式を満
足することを特徴とする回折型光学素子を有するレンズ
系。３＜ｆ_D／ｆ＜１５・・・（１）０．０７５＜ｄ／ｆ＜０．１５・・・（２）ただし、ｆ_Dは前記回折面の焦点距離、ｆはレンズ系全
系の焦点距離、ｄは前記正レンズの厚みである。

【００８７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のレンズ系は、単レンズながら、回折面を適切に配置す
ることで、従来の屈折レンズでは実現不可能な高性能を
達成できた。その結果、例えば銀塩カメラあるいは電子
カメラ等の白色光下で用いられるカメラを高仕様なもの
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回折格子の回折作用を説明するための図であ
る。

【図２】位相変調型回折型光学素子の断面形状を示す図
である。

【図３】色収差の補正に関して説明するための図であ
る。

【図４】実施例１のレンズ系の断面図である。

【図５】実施例２のレンズ系の断面図である。

【図６】実施例３のレンズ系の断面図である。

【図７】実施例４のレンズ系の断面図である。

【図８】実施例７のレンズ系の断面図である。

【図９】実施例１の収差図である。

【図１０】本発明において用いる回折面の具体的な形状
を例示する断面図である。

【符号の説明】２１…透明部２２…不透明部２３…高屈折率部２４…低屈折率部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１枚の正レンズと絞りを有する光学系に
おいて、該正レンズは両面共に曲率を有し、その少なく
とも１面が回折面にて構成されていることを特徴とする
回折型光学素子を有するレンズ系。
【請求項２】下記条件式を満たすことを特徴とする請
求項１記載の回折型光学素子を有するレンズ系。３＜ｆ_D／ｆ＜３０・・・（１）ただし、ｆ_Dは前記回折面の焦点距離、ｆはレンズ系全
系の焦点距離である。
【請求項３】１枚の正レンズと絞りを有する光学系に
おいて、該正レンズは少なくとも１面の回折面を有して
おり、下記条件式を満足することを特徴とする回折型光
学素子を有するレンズ系。３＜ｆ_D／ｆ＜３０・・・（１）０．０７５＜ｄ／ｆ＜０．１５・・・（２）ただし、ｆ_Dは前記回折面の焦点距離、ｆはレンズ系全
系の焦点距離、ｄは前記正レンズの厚みである。