JPH1090596A - グレーティング素子付光学系およびこれを用いた撮像装置 - Google Patents

グレーティング素子付光学系およびこれを用いた撮像装置

Info

Publication number
JPH1090596A
JPH1090596A JP8243731A JP24373196A JPH1090596A JP H1090596 A JPH1090596 A JP H1090596A JP 8243731 A JP8243731 A JP 8243731A JP 24373196 A JP24373196 A JP 24373196A JP H1090596 A JPH1090596 A JP H1090596A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
grating element
optical system
lens
focal length
element according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8243731A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazutake Boku
一武 朴
Shusuke Ono
周佑 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP8243731A priority Critical patent/JPH1090596A/ja
Priority to US08/926,048 priority patent/US6055105A/en
Priority to TW086113155A priority patent/TW349176B/zh
Priority to MYPI97004203A priority patent/MY125452A/en
Publication of JPH1090596A publication Critical patent/JPH1090596A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4205—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • G02B27/4211—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant correcting chromatic aberrations
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G02B27/0037—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration with diffracting elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折効果をレンズ面に持たせることにより、
レンズの構成枚数を増やすことなく、色収差の補正され
た良好な結像性能を有する光学系を提供し、この光学系
を用いて撮像装置を構成する。 【解決手段】 入射面が凹面であり正の屈折力を有する
レンズ１を用いて光学系が構成され、このレンズ１の少
なくとも一面に正の屈折力を有するグレーティング素子
面４０が形成されており、このグレーティング素子面４
０の形成されている面が光軸を離れるに従って曲率半径
が大きくなる非球面である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、色収差が良好に補
正された撮像光学系に関し、特に監視カメラ、ボードカ
メラ等の小型撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】撮像光学系においては、結像性能が重要
である。この結像性能に影響する因子としては、レンズ
の収差、回折、塵等の光学系内のものと、系外の環境条
件等があり、特にレンズの屈折率が波長毎に異なること
によって発生する色収差が、結像性能を劣化させる一因
となっている。
【０００３】そこで、従来はアッベ数の異なる幾つかの
レンズを組み合わせることによって、この色収差の低減
を図っており、この技術の他にも色消しレンズ系として
異常分散ガラスを使用することが知られている。
【０００４】また、色収差の低減を図る他の技術として
は、撮像光学系に独立した回折素子を加えて構成する技
術が提案されている。例えば、特開平８−４３７６７号
公報においては、キノフォームによって作成された平板
回折素子を屈折レンズと組み合わせることによって色収
差を良好に補正する技術が開示されている。さらに、特
開平６−２４２３７３号公報においては、レンズ面に回
折素子を設けた光ディスク用対物レンズが提案されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術においては、一定のレンズ枚数を必要とするため
に、レンズ加工および組立工程の観点から、低コスト化
を達成することができない。つまり、色収差を補正する
ために収束作用に直接関与しない素子を設けなければな
らないので、結果として部品点数の増加に繋がる。ま
た、レンズ面に独立した回折素子を設けたものについて
は、波長範囲が狭く、画角も小さいために、撮像光学系
に用いることができない。
【０００６】本発明は、これらの課題を解決するために
なされたもので、回折効果をレンズ面に持たせることに
より、レンズの構成枚数を増やすことなく、色収差の補
正された良好な結像性能を発揮して、撮像光学系に用い
ることができる光学系を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第一の構成に係るグレーティング素子付光学
系は、入射面が凹面であり正の屈折力を有するレンズを
用いて構成され、前記レンズの少なくとも一面に正の屈
折力を有するグレーティング素子面が形成されている。
このような構成とすることにより、レンズの構成枚数を
増やすことなく、色収差の補正された良好な結像性能を
有する光学系を得ることができる。
【０００８】また、前記レンズの入射面の頂点曲率半径
をｒ１、出射面の頂点曲率半径をｒ２としたとき、以下
の［数１］の条件を満足することが好ましい。
【０００９】
【数１】
【００１０】上式を満足することにより、諸収差のバラ
ンスが整った最適なレンズ形状とすることができる。さ
らに、前記レンズの少なくとも一面が、光軸を離れるに
従って曲率半径が大きくなる非球面であることが好まし
い。このような構成は、歪曲収差の補正に大きな効果を
発揮することができる。また、前記非球面にグレーティ
ング素子面が形成されていることが好ましい。このよう
にすれば、レンズ作成が容易になるとともに、転写性に
優れたグレーティング素子面を作成することができる。
【００１１】また、前記グレーティング素子付光学系全
系の合成焦点距離をＦ、前記グレーティング素子面の焦
点距離をｆｇとしたとき、以下の［数２］の条件を満足
することが好ましい。
【００１２】
【数２】
【００１３】上式を満足することにより、色収差を良好
に補正することができる。本発明の第二の構成に係るグ
レーティング素子付光学系は、出射面が凹面であり負の
屈折力を有する第１レンズと、入射面が凸面であり正の
屈折力を有する第２レンズとを物体側から順番に配置し
て構成され、前記第２レンズの少なくとも一面にグレー
ティング素子面が形成されている。このような構成とす
ることにより、レンズの構成枚数を増やすことなく、色
収差の補正された良好な結像性能を有する光学系を得る
ことができる。
【００１４】また、前記グレーティング素子面が正の屈
折力を有することが好ましく、前記グレーティング素子
付光学系全系の合成焦点距離をＦ、前記グレーティング
素子面の焦点距離をｆｇとしたとき、以下の［数３］の
条件を満足することが好ましい。
【００１５】
【数３】
【００１６】上式を満足することにより、色収差が良好
に補正されるとともに、結像性能の良好な光学系を得る
ことができる。さらに、前記グレーティング素子付光学
系を構成するレンズの少なくとも一面が、光軸を離れる
に従って曲率半径が大きくなる非球面であることが好ま
しい。こうすることにより、歪曲収差の補正に大きな効
果を発揮することができる。また、前記非球面にグレー
ティング素子面が形成されていることが好ましい。こう
すれば、レンズ作成を容易にすることが可能となるとと
もに、転写性に優れたグレーティング素子面を作成する
ことができる。
【００１７】また、前記第１レンズの焦点距離をｆ１、
前記第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、以下の
［数４］の条件を満足することが好ましい。
【００１８】
【数４】
【００１９】上式を満足させることにより、諸収差をバ
ランス良く補正することができる。さらに、前記第１レ
ンズと前記第２レンズとの間の空気間隔を変化させるこ
とにより、前記グレーティング素子付光学系の全系の合
成焦点距離を可変とすることができることが好ましい。
また、前記グレーティング素子付光学系において、短焦
点距離側における全系の合成焦点距離をｆｗ、前記第１
レンズの焦点距離をｆ１としたとき、以下の［数５］の
条件を満足することが好ましい。
【００２０】
【数５】
【００２１】上式を満足させることにより、諸収差の劣
化なしに全系の合成焦点距離を可変とすることができ
る。本発明の第三の構成に係るグレーティング素子付光
学系は、正の屈折力を有するレンズ２枚と、負の屈折力
を有するレンズ１枚とを用いて構成され、前記レンズの
少なくとも一面にグレーティング素子面が形成されてい
る。さらに具体的には、負の屈折力を有する第１レンズ
と、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有
する第３レンズとを物体側から順番に配置して構成さ
れ、前記第３レンズの少なくとも一面にグレーティング
素子面が形成されている。このような構成とすることに
より、レンズの構成枚数を増やすことなく、色収差の補
正された良好な結像性能を有する光学系を得ることがで
きる。
【００２２】また、前記第１レンズの出射面が凹面であ
り、前記第３レンズの出射面にグレーティング素子面が
形成されていることが好ましく、前記グレーティング素
子面が正の屈折力を有することが好ましい。さらに、前
記グレーティング素子付光学系全系の合成焦点距離を
Ｆ、前記グレーティング素子面の焦点距離をｆｇとした
とき、以下の［数６］の条件を満足することが好まし
い。
【００２３】
【数６】
【００２４】上式を満足させることにより、色収差が良
好に補正されるとともに、結像性能の良好な光学系を得
ることができる。また、前記グレーティング素子付光学
系を構成するレンズの少なくとも一面が、光軸を離れる
に従って曲率半径が大きくなる非球面であることが好ま
しい。こうすることにより、歪曲収差の補正に大きな効
果を発揮することができる。さらに、前記非球面にグレ
ーティング素子面が形成されていることが好ましい。こ
うすれば、レンズ作成が容易になるとともに、転写性に
優れたグレーティング素子面を作成することができる。
【００２５】また、前記第１レンズと前記第２レンズと
の間の空気間隔を変化させることにより、前記グレーテ
ィング素子付光学系の全系の合成焦点距離を可変とする
ことができることが好ましく、前記グレーティング素子
付光学系において、短焦点距離側における全系の合成焦
点距離をｆｗ、前記第１レンズの焦点距離をｆ１とした
とき、以下の［数７］の条件を満足することが好まし
い。
【００２６】
【数７】
【００２７】上式を満足させることにより、諸収差の劣
化なしに全系の合成焦点距離を可変とすることができ
る。また、本発明の第一から第三の構成に係るグレーテ
ィング素子付光学系を構成するレンズに形成されたグレ
ーティング素子面は、キノフォーム形状であることが好
ましく、さらに、前記グレーティング素子面を有するレ
ンズが、ガラスまたは樹脂のいずれかにより形成されて
いることが好ましい。このような構成とすることによ
り、転写性の優れたキノフォーム形状を有するグレーテ
ィング素子付レンズを実現することができる。
【００２８】さらに、撮像装置を構成する際に、本発明
の第一から第三の構成に係るグレーティング素子付光学
系と、撮像素子と、信号処理回路を有することが好まし
い。このような構成とすることにより、撮像装置全体と
しての大きさを従来よりも小型化することが可能とな
り、且つ結像性能が極めて良好な撮像装置を得ることが
できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態に係る
グレーティング素子付光学系について説明する。説明に
際して、まず、この発明におけるグレーティング素子の
設計方法について説明する。
【００３０】グレーティング素子は回折現象を利用した
光学素子である。屈折素子が短い波長に対して高い屈折
率を持つのに対して、グレーティング素子は長い波長の
方が回折角度が大きくなるために、色収差に対する振る
舞いが屈折素子とは逆になる。また、グレーティング素
子の分散は使用波長の帯域によって決定されるが、一般
に、カラー写真やカラー画像の場合、撮影に必要な波長
帯域は４３０ｎｍ〜６３０ｎｍ程度でよく、この場合に
おけるグレーティング素子の分散は負の値となる。この
グレーティング素子を正の屈折力を持つ屈折素子と組み
合わせる時には、正の屈折力を持つグレーティング素子
を用いることにより色消しを行うことができる。
【００３１】このグレーティング素子の具体的な設計法
としては、William C.Sweattにより提案された高屈折率
法（Describing holographic optical elements as len
ses:Journal of Optical Society of America,Vol.67,N
o.6,June 1977 参照）を用いた。これは、グレーティン
グ素子の光線の振る舞いを、仮想の高屈折率による屈折
現象に置き換えることができることを示したものであ
り、屈折率が無限大のときは、回折素子と完全に一致す
るというものである。しかしながら、実際の設計の際に
は無限大の屈折率は定義できず、なんらかの値を設定す
る必要がある。以下に高屈折率法と実際の回折格子との
誤差について説明する。
【００３２】図２２、図２３にＳｗｅａｔｔモデルの誤
差解析について示す。回折は次式［数８］を用いて解く
ことができる。
【００３３】
【数８】
【００３４】これに対して、屈折は第１面と第２面とで
２回屈折するため、そこにスネルの法則を２回適用す
る。１回目の適用を［数９］、２回目の適用を［数１
０］で示す。
【００３５】
【数９】
【００３６】
【数１０】
【００３７】ここで、θｈ＜＜１とすると、上式から２
つの出射角度の差はλ／ｄｎｈとなる。ここでレンズの
焦点距離をｆとすると、像面上での光線位置の誤差Δ
は、次式［数１１］となる。
【００３８】
【数１１】
【００３９】ここで、例えば波長５５０ｎｍ、焦点距離
ｆ＝５ｍｍ、グレーティングのピッチ２０μｍ、高屈折
率ｎｈ＝５５０１とすると、像面上での光線位置の誤差
は０．０２５μｍとなる。これは設計上考慮すべき値の
１０分の１以下であり問題ないレベルである。これによ
り高屈折率法で設計する場合の屈折率設定を、波長の１
０倍＋１とした。プラス１（＋１）とする理由は、グレ
ーティングのピッチは、１次回折光を用いる場合、高さ
がλ／（ｎ−１）ごとに決まるからである。すなわち、
屈折率ｎが１０λ＋１であれば、高屈折率層が０．１ｎ
ｍごとにピッチを刻んでいけばよいことがわかる。この
ことは、高屈折率層のサグ量を計算すれば、すぐに輪帯
数が計算でき便利である。例えば、高屈折率層のサグ量
が２．５ｎｍであれば、輪帯数は２５あることになる。
但し、実際の輪帯数は光線の屈折方向も考慮する必要が
あるため、面に垂直方向に測ったサグ量のみを用いて正
確に計算することはできないが、あたりをみる上では有
効である。
【００４０】（第一の実施形態）次に、本発明の第一の
実施形態に係るグレーティング素子付光学系について、
図面を参照しつつ説明する。図１、図３、図５、図７
は、各々第一の実施形態の具体的数値例である実施例
１、実施例２、実施例３、実施例４に係るグレーティン
グ素子付光学系のレンズ構成を示す断面図である。
【００４１】図１、図３、図５、図７において、本実施
形態に係るグレーティング素子付光学系は、物体側（図
中左側）より、第１レンズ１、水晶フィルターや撮像デ
バイスのフェースプレート等に光学的に等価な平板４お
よび像面５の順番に配置されている。このグレーティン
グ素子付光学系を構成する第１レンズ１は、入射面が凹
面であり、出射面が光軸を離れるに従って曲率半径が大
きくなる非球面となっており、この出射面に正の屈折力
を持つグレーティング素子面４０を有している。
【００４２】それぞれの実施例における第１レンズ１の
出射面の数値は、グレーティング素子面４０へ変換する
前の値を示しており、この数値に基づいてグレーティン
グ素子面４０が形成される。具体的には、設計時におい
て、図２４に示すように、ベース非球面３０（実施例１
〜４におけるｒ３）の上に高屈折面３１（実施例１〜４
におけるｒ２）を有し、その間に高屈折率部３２を有す
る状態を想定し、これらのベース非球面３０と高屈折率
面３１とで構成された出射面と同様な効果を得ることが
できるように、先に述べた方法において、図２５に示す
ようなグレーティング素子面４０へと変換させるのであ
る。また、このグレーティング素子面４０は、図２１に
示したようなキノフォーム形状で構成されており、グレ
ーティング素子面４０を有する第１レンズ１は、ガラス
成形及び樹脂成形のいずれかによって作成される。こう
することによって、転写性の優れたキノフォーム形状を
有するグレーティング素子付レンズを実現することがで
きる。
【００４３】この第一の実施形態において、第１レンズ
１の入射面の頂点曲率半径をｒ１、出射面の頂点曲率半
径をｒ２として、前記［数１］の条件式を満足すること
により、諸収差のバランスが整った最適なレンズ形状と
することができる。この上限、下限を越えると、軸外光
の入射画角が大きくなり、その結果、軸外性能の劣化
や、軸外光における回折効率の低下につながり、フレア
が発生してしまう。また、出射面の曲率半径が小さくな
ると、レンズ作成が困難になるため、歩留まりの原因と
なってしまい、コストアップにつながる。さらに、上記
構成において、少なくとも１面を光軸を離れるに従って
曲率半径が大きくなる非球面形状とすることは、歪曲収
差の補正に大きな効果を発揮する。さらに、前記非球面
を有する面をグレーティング素子面とすることで、レン
ズ作成を容易にし、且つ転写性に優れたグレーティング
素子面を作成することができる。
【００４４】また、この第一の実施形態において、光学
系の全系の合成焦点距離をＦ、グレーティング素子面の
焦点距離をｆｇとして、前記［数２］の条件式を満足す
ることにより、色収差を良好に補正することができる。
この上限、下限を越えると、色収差の補正不足、あるい
は補正過剰となり、良好な結像性能を得ることが困難と
なる。
【００４５】以下に、第一の実施形態の具体的な数値例
として、実施例１〜４を示す。Ｆは全系の合成焦点距
離、ＦｎｏはＦナンバー、２ωは画角を表している。実
施例中ｒ１、ｒ２、・・・は物体側から順番に数えた各
レンズ面の曲率半径、ｄ１、ｄ２、・・・は物体側から
順番に数えた各レンズ面に対する面間隔の肉厚、または
空気間隔、ｎｄ、νｄはそれぞれレンズ材料の屈折率と
アッベ数である。また、非球面形状を有する面（実施例
中の面Ｎｏの横に＊印で表示）については、次式［数１
２］で規定している。
【００４６】
【数１２】
【００４７】但し、上式［数１２］において、 Ｚ：光軸からの高さがｙの非球面形状の非球面頂点の接
平面からの距離 ｙ：光軸からの高さ ｃ：非球面頂点の曲率 ｋ：円錐定数 Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ：非球面係数 とする。
【００４８】以下、実施例１についての具体的数値を示
す。この中で高屈折率法により設計された高屈折面に
は、面Ｎｏに○印を表示している。 （実施例１） Ｆ＝５．７ Ｆｎｏ＝２．７ ２ω＝４４．８ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎｄ νｄ １＊ −9.84000 2.5 1.588066 62.35 ２＊○ −2.84150 0.0 5877 −3.45 ３＊ −2.84149 3.6 ４ ∞ 1.8 1.516330 64.10 ５ ∞ なお、＊印をつけた面は非球面であり、その非球面係数
を下記に示す。
【００４９】 第１面 第２面 第３面 ｋ 0.0 0.0 0.0 Ｄ −1.49016×10-2 −1.15144×10-4 −1.15108×10-4 Ｅ −2.09289×10-3 −2.56909×10-4 −2.56899×10-4 Ｆ 0.0 0.0 0.0 Ｇ 0.0 0.0 0.0 上記実施例１のグレーティング素子付光学系における諸
収差図を図２に示す。この図２の各収差図において、
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ
球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差
（％）、軸上色収差（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表
している。図２（ａ）の球面収差図において、実線はｄ
線であり、破線は正弦条件である。図２（ｂ）の非点収
差図において、実線はサジタル像面湾曲であり、破線は
メリジオナル像面湾曲である。図２（ｄ）の軸上色収差
図において、実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線
に対する値である。図２（ｅ）の倍率色収差図におい
て、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値である。こ
れらの収差図から明らかなように、実施例１によれば、
色収差が良好に補正され、且つ結像性能の良好なグレー
ティング素子付光学系が得られることがわかる。
【００５０】次に、実施例２についての具体的数値を以
下に示す。 （実施例２） Ｆ＝６．７ Ｆｎｏ＝２．７ ２ω＝３８．２ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎｄ νｄ １＊ −8.90000 2.7 1.525380 56.66 ２＊○ −3.00000 0.0 5877 −3.45 ３＊ −2.99998 4.8 ４ ∞ 1.8 1.516330 64.10 ５ ∞ なお、＊印をつけた面は非球面であり、その非球面係数
を下記に示す。
【００５１】 第１面 第２面 第３面 ｋ 0.0 0.0 0.0 Ｄ −1.01884×10-2 6.61273×10-4 6.61230×10-4 Ｅ −2.30851×10-3 −1.83991×10-4 −1.83991×10-4 Ｆ 0.0 0.0 0.0 Ｇ 0.0 0.0 0.0 上記実施例２のグレーティング素子付光学系における諸
収差図を図４に示す。この図４の各収差図において、
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ
球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差
（％）、軸上色収差（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表
している。図４（ａ）の球面収差図において、実線はｄ
線であり、破線は正弦条件である。図４（ｂ）の非点収
差図において、実線はサジタル像面湾曲であり、破線は
メリジオナル像面湾曲である。図４（ｄ）の軸上色収差
図において、実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線
に対する値である。図４（ｅ）の倍率色収差図におい
て、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値である。こ
れらの収差図から明らかなように、実施例２によれば、
色収差が良好に補正され、且つ結像性能の良好なグレー
ティング素子付光学系が得られることがわかる。
【００５２】次に、実施例３についての具体的数値を以
下に示す。 （実施例３） Ｆ＝４．３ Ｆｎｏ＝２．７ ２ω＝５９．３ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎｄ νｄ １＊ −15.00000 2.4 1.525380 56.66 ２＊○ −2.28025 0.0 5877 −3.45 ３＊ −2.28023 1.9 ４ ∞ 1.8 1.516330 64.10 ５ ∞ なお、＊印をつけた面は非球面であり、その非球面係数
を下記に示す。
【００５３】 第１面 第２面 第３面 ｋ 0.0 0.0 0.0 Ｄ −3.06689×10-2 1.70550×10-3 1.70546×10-3 Ｅ 1.11758×10-3 6.65885×10-4 6.65915×10-4 Ｆ 0.0 0.0 0.0 Ｇ 0.0 0.0 0.0 上記実施例３のグレーティング素子付光学系における諸
収差図を図６に示す。この図６の各収差図において、
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ
球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差
（％）、軸上色収差（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表
している。図６（ａ）の球面収差図において、実線はｄ
線であり、破線は正弦条件である。図６（ｂ）の非点収
差図において、実線はサジタル像面湾曲であり、破線は
メリジオナル像面湾曲である。図６（ｄ）の軸上色収差
図において、実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線
に対する値である。図６（ｅ）の倍率色収差図におい
て、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値である。こ
れらの収差図から明らかなように、実施例３によれば、
色収差が良好に補正され、且つ結像性能の良好なグレー
ティング素子付光学系が得られることがわかる。
【００５４】次に、実施例４についての具体的数値を以
下に示す。 （実施例４） Ｆ＝５．５ Ｆｎｏ＝２．６ ２ω＝４６．６ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎｄ νｄ １＊ −15.00000 2.6 1.525380 56.66 ２＊○ −2.70000 0.0 5877 −3.45 ３＊ −2.69998 3.2 ４ ∞ 1.8 1.516330 64.10 ５ ∞ なお、＊印をつけた面は非球面であり、その非球面係数
を下記に示す。
【００５５】 第１面 第２面 第３面 ｋ 0.0 0.0 0.0 Ｄ −1.73983×10-2 8.04881×10-4 8.04857×10-4 Ｅ −7.96659×10-4 -1.66260×10-4 −1.66227×10-4 Ｆ 0.0 0.0 0.0 Ｇ 0.0 0.0 0.0 上記実施例４のグレーティング素子付光学系における諸
収差図を図８に示す。この図８の各収差図において、
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ
球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差
（％）、軸上色収差（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表
している。図８（ａ）の球面収差図において、実線はｄ
線であり、破線は正弦条件である。図８（ｂ）の非点収
差図において、実線はサジタル像面湾曲であり、破線は
メリジオナル像面湾曲である。図８（ｄ）の軸上色収差
図において、実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線
に対する値である。図８（ｅ）の倍率色収差図におい
て、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値である。こ
れらの収差図から明らかなように、実施例４によれば、
色収差が良好に補正され、且つ結像性能の良好なグレー
ティング素子付光学系が得られることがわかる。
【００５６】なお、本実施形態においては、第１レンズ
の出射面にグレーティング素子面を有する構成について
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
入射面にグレーティング素子面を有する構成であっても
よい。また、本実施形態においては、出射面を光軸を離
れるに従って曲率半径が大きくなる非球面形状とした
が、本発明はこれに限定されるのもではなく、入射面が
光軸を離れるに従って曲率半径が大きくなる非球面形状
であってもよい。
【００５７】（第二の実施形態）次に、本発明の第二の
実施形態に係るグレーティング素子付光学系について、
図面を参照しつつ説明する。図９、図１１、図１３、図
１５は、各々第二の実施形態の具体的数値例であり、実
施例５、実施例６、実施例７、実施例８に係るグレーテ
ィング素子付光学系のレンズ構成を示す断面図である。
【００５８】図９、図１１、図１３、図１５において、
本実施形態に係るグレーティング素子付光学系は、物体
側（図中左側）より、第１レンズ１、第２レンズ２、水
晶フィルターや撮像デバイスのフェースプレート等に光
学的に等価な平板４および像面５の順に配置されてい
る。このグレーティング素子付光学系は、出射面が凹面
であり負の屈折力を持つ第１レンズ１と、入射面が凸面
であり正の屈折力を持つ第２レンズ２との２枚のレンズ
を用いて構成され、第２レンズの出射面に正の屈折力を
持つグレーティング素子面４０を有している。また、図
１１で示した実施例６については、第２レンズ２の入射
面にもグレーティング素子面５０を有している。
【００５９】それぞれの実施例における第２レンズ２の
出射面の数値は、グレーティング素子面４０へ変換する
前の値を示しており、この数値に基づいてグレーティン
グ素子面４０が形成される。具体的には、設計時におい
て、図２４に示すように、ベース非球面３０（実施例
５、７および８におけるｒ５、実施例６におけるｒ６）
の上に高屈折面３１（実施例５、７および８におけるｒ
４、実施例６におけるｒ５）を有し、その間に高屈折率
部３２を有する状態を想定し、これらのベース非球面３
０と高屈折率面３１とで構成された出射面と同様な効果
を得ることができるように、先に述べた方法において、
図２５に示すようなグレーティング素子面４０へと変換
させるのである。また、図１１に示した実施例６を構成
する第２レンズ２の入射面については、設計時におい
て、図２６に示すように、ベース非球面３０（実施例６
におけるｒ４）の上に高屈折面３１（実施例６における
ｒ３）を有し、その間に高屈折率部３２を有する状態を
想定し、これらのベース非球面３０と高屈折率面３１と
で構成された入射面と同様な効果を得ることができるよ
うに、先に述べた方法において、図２７に示すようなグ
レーティング素子面５０へと変換させるのである。
【００６０】これらのグレーティング素子面４０、５０
は、図２１に示したようなキノフォーム形状で構成され
ており、グレーティング素子面４０、５０を有する第２
レンズ２は、ガラス成形及び樹脂成形のいずれかによっ
て作成される。こうすることによって、転写性の優れた
キノフォーム形状を有するグレーティング素子付レンズ
を実現することができる。
【００６１】この第二の実施形態においては、グレーテ
ィング素子付光学系全系の合成焦点距離をＦ、グレーテ
ィング素子の焦点距離をｆｇとして、前記［数３］の条
件式を満足することにより、色収差が良好に補正され、
且つ結像性能の良好な光学系を得ることができる。この
上限、下限を越えると、色収差の補正不足、あるいは補
正過剰となり、良好な結像性能を得ることが困難とな
る。また、上記構成において、少なくとも１面を光軸を
離れるに従って曲率半径が大きくなる非球面形状とする
ことは、歪曲収差の補正に大きな効果を発揮する。ま
た、上記構成のように、非球面を有する面をグレーティ
ング素子面とすることで、レンズ作成を容易にし、且つ
転写性に優れたグレーティング素子面を作成することが
できる。
【００６２】また、この第二の実施形態において、第１
レンズ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ２の焦点距離を
ｆ２として、前記［数４］の条件式を満足することによ
って、諸収差をバランス良く補正することができる。こ
の上限を越えると、諸収差をバランス良く補正すること
が困難になり、この下限を越えると、第１レンズ１と第
２レンズ２との間隔が大きくなってしまい、小型化が困
難になる。
【００６３】さらに、上記構成において、第１レンズ１
と第２レンズ２との空気間隔を変化させることにより、
全系の合成焦点距離を可変とすることができる。前記構
成において、第１レンズ１と第２レンズ２との空気間隔
を変化させることにより全系の合成焦点距離を可変とし
たときには、短焦点距離側における全系の合成焦点距離
をｆｗ、第１レンズの焦点距離をｆ１として、前記［数
５］の条件式を満足することにより、諸収差の劣化なし
に焦点距離を可変とすることができる。この上限を越え
ると、焦点距離を可変とする時の空気間隔の移動量が大
きくなり、小型化の大きな弊害となり、下限を越える
と、諸収差をバランスよく補正することが困難となる。
【００６４】以下に、第二の実施形態の具体的な数値例
として、実施例５〜８を示す。Ｆは全系の合成焦点距
離、ＦｎｏはＦナンバー、２ωは画角を表している。実
施例中ｒ１、ｒ２、・・・は物体側から順番に数えた各
レンズ面の曲率半径、ｄ１、ｄ２、・・・は物体側から
順番に数えた各レンズ面に対する面間隔の肉厚、または
空気間隔、ｎｄ、νｄはそれぞれレンズ材料の屈折率と
アッベ数である。また、非球面形状を有する面（実施例
中の面Ｎｏの横に＊印で表示）については、前述した式
［数１２］で規定している。さらに、高屈折率法により
設計された高屈折面については、面Ｎｏの横に○印で表
示している。
【００６５】以下、実施例５についての具体的数値を示
す。 （実施例５） Ｆ＝３．８ Ｆｎｏ＝２．７ ２ω＝６０．０ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎｄ νｄ １＊ 15.00000 1.2 1.525380 56.66 ２ 2.76200 3.9 ３＊ 2.96000 3.5 1.525380 56.66 ４＊○ −5.96600 0.0 5877 −3.45 ５＊ −5.96588 1.0 ６ ∞ 1.8 1.516330 64.10 ７ ∞ なお、＊印をつけた面は非球面であり、その非球面係数
を下記に示す。
【００６６】 第１面 第３面 第４面 ｋ 0.0 -3.20434 0.0 Ｄ −2.81919×10-4 1.29008×10-2 1.27487×10-2 Ｅ 7.89784×10-5 −1.86932×10-4 8.73101×10-4 Ｆ −6.96177×10-6 0.0 2.92707×10-4 Ｇ 0.0 0.0 0.0 第５面 ｋ 0.0 Ｄ 1.27485×10-2 Ｅ 8.73112×10-4 Ｆ 2.92707×10-4 Ｇ 0.0 上記実施例５のグレーティング素子付光学系における諸
収差図を図１０に示す。この図１０の各収差図におい
て、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それ
ぞれ球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差
（％）、軸上色収差（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表
している。図１０（ａ）の球面収差図において、実線は
ｄ線であり、破線は正弦条件である。図１０（ｂ）の非
点収差図において、実線はサジタル像面湾曲であり、破
線はメリジオナル像面湾曲である。図１０（ｄ）の軸上
色収差図において、実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線
はＣ線に対する値である。図１０（ｅ）の倍率色収差図
において、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値であ
る。これらの収差図から明らかなように、実施例５によ
れば、色収差が良好に補正され、且つ結像性能の良好な
グレーティング素子付光学系が得られることがわかる。
【００６７】次に、実施例６についての具体的数値を以
下に示す。 （実施例６） Ｆ＝３．７ Ｆｎｏ＝２．９ ２ω＝６５．６ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎｄ νｄ １＊ ∞ 1.2 1.525380 56.66 ２ 2.76200 3.7 ３＊○ 2.45570 0.0 5877 −3.45 ４＊ 2.45570 3.5 1.525380 56.66 ５＊○ −10.73817 0.0 5877 −3.45 ６＊ −10.73770 1.0 ７ ∞ 1.8 1.516330 64.10 ８ ∞ なお、＊印をつけた面は非球面であり、その非球面係数
を下記に示す。
【００６８】 第１面 第３面 第４面 ｋ 0.0 −0.72351 −0.72351 Ｄ 9.34875×10-4 2.87860×10-3 2.87854×10-3 Ｅ 2.21302×10-4 7.61582×10-4 7.61648×10-4 Ｆ −3.10510×10-5 0.0 0.0 Ｇ 0.0 0.0 0.0 第５面 第６面 ｋ 0.0 0.0 Ｄ 1.98678×10-2 1.98680×10-2 Ｅ 9.63900×10-4 9.63528×10-4 Ｆ 2.10456×10-3 2.10456×10-3 Ｇ 0.0 0.0 上記実施例６のグレーティング素子付光学系における諸
収差図を図１２に示す。この図１２の各収差図におい
て、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それ
ぞれ球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差
（％）、軸上色収差（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表
している。図１２（ａ）の球面収差図において、実線は
ｄ線であり、破線は正弦条件である。図１２（ｂ）の非
点収差図において、実線はサジタル像面湾曲であり、破
線はメリジオナル像面湾曲である。図１２（ｄ）の軸上
色収差図において、実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線
はＣ線に対する値である。図１２（ｅ）の倍率色収差図
において、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値であ
る。これらの収差図から明らかなように、実施例６によ
れば、色収差が良好に補正され、且つ結像性能の良好な
グレーティング素子付光学系が得られることがわかる。
【００６９】次に、実施例７についての具体的数値を以
下に示す。 （実施例７） Ｆ＝３．８ Ｆｎｏ＝２．８ ２ω＝６２．８ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎｄ νｄ １＊ 25.00000 1.2 1.525380 56.66 ２ 2.76200 3.7 ３＊ 2.49966 3.5 1.525380 56.66 ４＊○ −10.73826 0.0 5877 −3.45 ５＊ −10.73770 1.0 ６ ∞ 1.8 1.516330 64.10 ７ ∞ なお、＊印をつけた面は非球面であり、その非球面係数
を下記に示す。
【００７０】 第１面 第３面 第４面 ｋ 0.0 0.52478 0.0 Ｄ 1.14602×10-3 −4.23767×10-3 1.98676×10-2 Ｅ 5.02799×10-5 −2.51710×10-3 9.63930×10-4 Ｆ −9.66224×10-6 0.0 2.10456×10-3 Ｇ 0.0 0.0 0.0 第５面 ｋ 0.0 Ｄ 1.98680×10-2 Ｅ 9.63528×10-4 Ｆ 2.10456×10-3 Ｇ 0.0 上記実施例７のグレーティング素子付光学系における諸
収差図を図１４に示す。この図１４の各収差図におい
て、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それ
ぞれ球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差
（％）、軸上色収差（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表
している。図１４（ａ）の球面収差図において、実線は
ｄ線であり、破線は正弦条件である。図１４（ｂ）の非
点収差図において、実線はサジタル像面湾曲であり、破
線はメリジオナル像面湾曲である。図１４（ｄ）の軸上
色収差図において、実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線
はＣ線に対する値である。図１４（ｅ）の倍率色収差図
において、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値であ
る。これらの収差図から明らかなように、実施例７によ
れば、色収差が良好に補正され、且つ結像性能の良好な
グレーティング素子付光学系が得られることがわかる。
【００７１】次に、実施例８についての具体的数値を以
下に示す。 （実施例８） Ｆ＝３．８〜４．５ Ｆｎｏ＝２．８〜２．９ ２ω＝６６．６〜５３．３ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎｄ νｄ １＊ 15.00000 1.2 1.588066 62.35 ２ 2.76200 （可変） ３＊ 2.96000 3.5 1.525380 56.66 ４＊○ −5.96600 0.0 5877 −3.45 ５＊ −5.96588 1.0 ６ ∞ 1.8 1.516330 64.10 ７ ∞ なお、＊印をつけた面は非球面であり、その非球面係数
を下記に示す。
【００７２】 第１面 第３面 第４面 ｋ 0.0 -2.70774 0.0 Ｄ −1.63938×10-3 1.14893×10-2 1.27487×10-2 Ｅ 4.30575×10-4 −7.02693×10-5 8.73101×10-4 Ｆ −4.02597×10-5 0.0 2.92707×10-4 Ｇ 0.0 0.0 0.0 第５面 ｋ 0.0 Ｄ 1.27486×10-2 Ｅ 8.73036×10-4 Ｆ 2.92723×10-4 Ｇ 0.0 可変に関する数値（Ｆ、ｄ２）を下記に示す。
【００７３】 Ｆ ｄ２ 3.8 3.90 4.5 2.77 上記実施例８のグレーティング素子付光学系におけるワ
イド端（短焦点距離側）、テレ端（長焦点距離側）での
諸収差図を図１６、図１７にそれぞれ示す。この図１６
および図１７の各収差図において、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ球面収差（ｍ
ｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、軸上色収差
（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表している。図１６
（ａ）および図１７（ａ）の球面収差図において、実線
はｄ線であり、破線は正弦条件である。図１６（ｂ）お
よび図１７（ｂ）の非点収差図において、実線はサジタ
ル像面湾曲であり、破線はメリジオナル像面湾曲であ
る。図１６（ｄ）および図１７（ｄ）の軸上色収差図に
おいて、実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対
する値である。図１６（ｅ）および図１７（ｅ）の倍率
色収差図において、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対す
る値である。これらの収差図から明らかなように、実施
例８によれば、色収差が良好に補正され、且つ可変焦点
位置全域に渡って結像性能の良好なグレーティング素子
付光学系が得られることがわかる。
【００７４】なお、本実施形態に係る実施例５、実施例
７および実施例８においては、第２レンズの出射面にグ
レーティング素子面を有する構成について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、入射面にグレ
ーティング素子面を有する構成であってもよい。 （第三の実施形態）次に、本発明の第三の実施形態に係
るグレーティング素子付光学系について、図面を参照し
つつ説明する。図１８は、第三の実施形態の具体的数値
例である実施例９に係るグレーティング素子付光学系の
ワイド端（短焦点距離側）におけるレンズ構成を示す断
面図である。
【００７５】図１８において、本実施形態に係るグレー
ティング素子付光学系は、物体側（図中左側）より、第
１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３、水晶フィル
ターや撮像デバイスのフェースプレート等に光学的に等
価な平板４および像面５の順番に配置されている。この
グレーティング素子付光学系において、第１レンズ１は
負の屈折力を有し、第２レンズ２は正の屈折力を有し、
第３レンズ３は正の屈折力を有する。そして、第３レン
ズ３の出射面にグレーティング素子面６０を有してい
る。また、第１レンズ１は出射面が凹面であり、第３レ
ンズは出射面が凹面であり、且つ正の屈折力を持つグレ
ーティング素子面６０を有している。
【００７６】この実施例９における第３レンズ３の出射
面の数値は、グレーティング素子面６０へ変換する前の
値を示しており、この数値に基づいてグレーティング素
子面６０が形成される。具体的には、設計時において、
図２８に示すように、ベース非球面３０（実施例９にお
けるｒ７）の上に高屈折面３１（実施例９におけるｒ
６）を有し、その間に高屈折率部３２を有する状態を想
定し、これらのベース非球面３０と高屈折率面３１とで
構成された出射面と同様な効果を得ることができるよう
に、先に述べた方法において、図２９に示すようなグレ
ーティング素子面６０へと変換させるのである。また、
このグレーティング素子面６０は、図２１に示したよう
なキノフォーム形状で構成されており、グレーティング
素子面６０を有する第３レンズ３は、ガラス成形及び樹
脂成形のいずれかによって作成される。こうすることに
よって、転写性の優れたキノフォーム形状を有するグレ
ーティング素子付レンズを実現することができる。
【００７７】この第三の実施形態においては、グレーテ
ィング素子付光学系全系の合成焦点距離をＦ、グレーテ
ィング素子の焦点距離をｆｇとして、前記［数６］の条
件式を満足することにより、色収差が良好に補正され、
且つ結像性能の良好な光学系を得ることができる。この
上限、下限を越えると、色収差の補正不足、あるいは補
正過剰となり、良好な結像性能を得ることが困難とな
る。また、上記構成において、少なくとも１面を光軸を
離れるに従って曲率半径が大きくなる非球面形状とする
ことは、歪曲収差の補正に大きな効果を発揮する。ま
た、上記構成のように、非球面を有する面をグレーティ
ング素子面とすることで、レンズ作成を容易にし、且つ
転写性に優れたグレーティング素子面を作成することが
できる。
【００７８】また、上記構成において、第１レンズ１と
第２レンズ２との空気間隔を変化させることにより全系
の合成焦点距離を可変とすることができる。前記構成に
おいて、第１レンズ１と第２レンズ２との空気間隔を変
化させることにより全系の合成焦点距離を可変としたと
きは、短焦点距離側における全系の合成焦点距離をｆ
ｗ、第１レンズ１の焦点距離をｆ１として、前記［数
７］の条件式を満足することにより、諸収差の劣化なし
に焦点距離を可変とすることができる。この上限を越え
ると、焦点距離を可変とする時の空気間隔の移動量が大
きくなり、小型化の大きな弊害となり、下限を越える
と、諸収差をバランスよく補正することが困難となる。
【００７９】以下に、第三の実施形態の具体的な数値例
として、実施例９を示す。Ｆは全系の合成焦点距離、Ｆ
ｎｏはＦナンバー、２ωは画角を表している。実施例中
ｒ１、ｒ２、・・・は物体側から順番に数えた各レンズ
面の曲率半径、ｄ１、ｄ２、・・・は物体側から順番に
数えた各レンズ面に対する面間隔の肉厚、または空気間
隔、ｎd、νdはそれぞれレンズ材料の屈折率とアッベ数
である。また、非球面形状を有する面（実施例中の面Ｎ
ｏの横に＊印で表示）については、前述した式［数１
２］で規定している。さらに、高屈折率法により設計さ
れた高屈折面については、面Ｎｏの横に○印で表示して
いる。
【００８０】以下、実施例９についての具体的数値を示
す。 （実施例９） Ｆ＝３．８〜４．６ Ｆｎｏ＝２．７〜３．０ ２ω＝６３．７〜５２．８ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎｄ νｄ １＊ 81.48100 1.2 1.525380 56.66 ２ 3.11900 （可変） ３＊ 3.24000 2.5 1.588066 62.35 ４ ∞ 0.2 ５＊ 3.06900 2.0 1.525380 56.66 ６＊○ 6.66184 0.0 5877 −3.45 ７＊ 6.66200 1.0 ８ ∞ 1.8 1.516330 64.10 ９ ∞ なお、＊印をつけた面は非球面であり、その非球面係数
を下記に示す。
【００８１】 第１面 第３面 第５面 ｋ −3.2928 −5.4161 0.0 Ｄ −7.08011×10-4 4.77434×10-7 8.77945×10-3 Ｅ 1.34173×10-5 −1.87194×10-5 −2.77629×10-3 Ｆ −5.30903×10-7 −1.32139×10-5 −1.68397×10-5 Ｇ 0.0 4.35301×10-6 0.0 第６面 第７面 ｋ 0.0 0.0 Ｄ 3.09447×10-2 3.09447×10-2 Ｅ −5.86120×10-3 −5.86120×10-3 Ｆ 1.78057×10-2 1.78051×10-2 Ｇ −7.55845×10-3 −7.55824×10-3 可変に関する数値（Ｆ、ｄ２）を下記に示す。
【００８２】 Ｆ ｄ２ 3.8 3.3 4.6 2.2 上記実施例９のグレーティング素子付光学系におけるワ
イド端（短焦点距離側）、テレ端（長焦点距離側）での
諸収差図を図１９、図２０にそれぞれ示す。この図１９
および図２９の各収差図において、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ球面収差（ｍｍ）、
非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、軸上色収差（ｍ
ｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表している。図１９（ａ）
および図２０（ａ）の球面収差図において、実線はｄ線
であり、破線は正弦条件である。図１９（ｂ）および図
２０（ｂ）の非点収差図において、実線はサジタル像面
湾曲であり、破線はメリジオナル像面湾曲である。図１
９（ｄ）および図２０（ｄ）の軸上色収差図において、
実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値で
ある。図１９（ｅ）および図２０（ｅ）の倍率色収差図
において、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値であ
る。これらの収差図から明らかなように、実施例９によ
れば、色収差が良好に補正され、且つ可変焦点位置全域
に渡って結像性能の良好なグレーティング素子付光学系
が得られることがわかる。
【００８３】なお、本実施形態においては、第３レンズ
の出射面にグレーティング素子面を有する構成について
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
入射面にグレーティング素子面を有する構成であっても
よい。
【００８４】（第四の実施形態）次に、本発明の第四の
実施体系に係る撮像装置の構成について図面を参照しつ
つ説明する。図２４で示されている撮像装置は、グレー
ティング素子付光学系２１、撮像素子２２および信号処
理回路２３等を用いて構成されている。
【００８５】グレーティング素子付光学系２１として
は、本発明の第一から第三の実施形態に係るグレーティ
ング素子付光学系のいずれかが用いられている。本発明
の各実施形態に係るグレーティング素子付光学系は、波
長範囲が広く、画角も大きいために、撮像装置を構成す
るのに適している。また、光学系の大きさも従来よりも
小さくなっている。
【００８６】したがって、本発明に係るグレーティング
素子付光学系を用いて撮像装置を構成すれば、撮像装置
全体としての大きさを従来よりも小型にすることが可能
であるとともに、結像性能が極めて良好な撮像装置を得
ることができる。
【００８７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
折効果をレンズ面に持たせること、つまり、光学系を構
成するレンズにグレーティング素子面を形成させること
により、レンズの構成枚数を増やすことなく、色収差の
補正された良好な結像性能を有するグレーティング素子
付光学系を提供することが可能となる。また、このグレ
ーティング素子付光学系は、撮像装置を構成するのに適
しているから、これを用いて撮像装置を構成することに
より、従来よりも小型で、且つ結像性能が極めて良好な
撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るグレーティング
素子付光学系の実施例１のレンズ構成を示す断面図
【図２】図１のグレーティング素子付光学系の諸収差図
【図３】本発明の第一の実施形態に係るグレーティング
素子付光学系の実施例２のレンズ構成を示す断面図
【図４】図３のグレーティング素子付光学系の諸収差図
【図５】本発明の第一の実施形態に係るグレーティング
素子付光学系の実施例３のレンズ構成を示す断面図
【図６】図５のグレーティング素子付光学系の諸収差図
【図７】本発明の第一の実施形態に係るグレーティング
素子付光学系の実施例４のレンズ構成を示す断面図
【図８】図７のグレーティング素子付光学系の諸収差図
【図９】本発明の第二の実施形態に係るグレーティング
素子付光学系の実施例５のレンズ構成を示す断面図
【図１０】図９のグレーティング素子付光学系の諸収差
図
【図１１】本発明の第二の実施形態に係るグレーティン
グ素子付光学系の実施例６のレンズ構成を示す断面図
【図１２】図１１のグレーティング素子付光学系の諸収
差図
【図１３】本発明の第二の実施形態に係るグレーティン
グ素子付光学系の実施例７のレンズ構成を示す断面図
【図１４】図１３のグレーティング素子付光学系の諸収
差図
【図１５】本発明の第二の実施形態に係るグレーティン
グ素子付光学系の実施例８のレンズ構成を示す断面図
【図１６】図１５のグレーティング素子付光学系の短焦
点距離側における諸収差図
【図１７】図１５のグレーティング素子付光学系の長焦
点距離側における諸収差図
【図１８】本発明の第三の実施形態に係るグレーティン
グ素子付光学系の実施例９のレンズ構成を示す断面図
【図１９】図１８のグレーティング素子付光学系の短焦
点距離側における諸収差図
【図２０】図１８のグレーティング素子付光学系の長焦
点距離側における諸収差図
【図２１】グレーティング素子面のキノフォームの形状
を示す拡大断面図
【図２２】Ｓｗｅａｔｔモデルの誤差解析を説明するた
めの図
【図２３】Ｓｗｅａｔｔモデルの誤差解析を説明するた
めの図
【図２４】グレーティング素子面に変換する前のレンズ
の出射面の拡大断面図
【図２５】図２４に示されたレンズ面を変換して形成さ
れたグレーティング素子面の拡大断面図
【図２６】グレーティング素子面に変換する前のレンズ
の出射面の拡大断面図
【図２７】図２６に示されたレンズ面を変換して形成さ
れたグレーティング素子面の拡大断面図
【図２８】グレーティング素子面に変換する前のレンズ
の出射面の拡大断面図
【図２９】図２８に示されたレンズ面を変換して形成さ
れたグレーティング素子面の拡大断面図
【図３０】本発明の第四の実施形態に係る撮像装置の構
成図
【符号の説明】
１ 第１レンズ ２ 第２レンズ ３ 第３レンズ ４ ガラス板 ５ 像面 ２１ グレーティング素子付光学系 ２２ 撮像素子 ２３ 信号処理回路 ４０，５０，６０ グレーティング素子面

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入射面が凹面であり正の屈折力を有する
    レンズを用いて構成され、前記レンズの少なくとも一面
    に正の屈折力を有するグレーティング素子面が形成され
    ているグレーティング素子付光学系。
  2. 【請求項２】 前記レンズの入射面の頂点曲率半径をｒ
    １、出射面の頂点曲率半径をｒ２としたとき、下式の条
    件を満足する請求項１記載のグレーティング素子付光学
    系。 ０．０５＜｜ｒ２／ｒ１｜＜０．５
  3. 【請求項３】 前記レンズの少なくとも一面が、光軸を
    離れるに従って曲率半径が大きくなる非球面である請求
    項１または２記載のグレーティング素子付光学系。
  4. 【請求項４】 前記非球面にグレーティング素子面が形
    成されている請求項３記載のグレーティング素子付光学
    系。
  5. 【請求項５】 前記グレーティング素子付光学系全系の
    合成焦点距離をＦ、前記グレーティング素子面の焦点距
    離をｆｇとしたとき、下式の条件を満足する請求項１か
    ら４のいずれか１項に記載のグレーティング素子付光学
    系。 ０．０５＜｜Ｆ／ｆｇ｜＜０．１５
  6. 【請求項６】 出射面が凹面であり負の屈折力を有する
    第１レンズと、入射面が凸面であり正の屈折力を有する
    第２レンズとを物体側から順番に配置して構成され、前
    記第２レンズの少なくとも一面にグレーティング素子面
    が形成されているグレーティング素子付光学系。
  7. 【請求項７】 前記グレーティング素子面が正の屈折力
    を有する請求項６記載のグレーティング素子付光学系。
  8. 【請求項８】 前記グレーティング素子付光学系全系の
    合成焦点距離をＦ、前記グレーティング素子面の焦点距
    離をｆｇとしたとき、下式の条件を満足する請求項６ま
    たは７記載のグレーティング素子付光学系。 ０．０５＜｜Ｆ／ｆｇ｜＜０．１５
  9. 【請求項９】 前記グレーティング素子付光学系を構成
    するレンズの少なくとも一面が、光軸を離れるに従って
    曲率半径が大きくなる非球面である請求項６、７または
    ８記載のグレーティング素子付光学系。
  10. 【請求項１０】 前記非球面にグレーティング素子面が
    形成されている請求項９記載のグレーティング素子付光
    学系。
  11. 【請求項１１】 前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前
    記第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、下式の条件
    を満足する請求項６から１０のいずれか１項に記載のグ
    レーティング素子付光学系。 ０．５＜｜ｆ２／ｆ１｜＜１．０
  12. 【請求項１２】 前記第１レンズと前記第２レンズとの
    間の空気間隔を変化させることにより、前記グレーティ
    ング素子付光学系の全系の合成焦点距離を可変とするこ
    とができる請求項６から１１のいずれか１項に記載のグ
    レーティング素子付光学系。
  13. 【請求項１３】 前記グレーティング素子付光学系にお
    いて、短焦点距離側における全系の合成焦点距離をｆ
    ｗ、前記第１レンズの焦点距離をｆ１としたとき、下式
    の条件を満足する請求項６から１２のいずれか１項に記
    載のグレーティング素子付光学系。 １．３＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜２．０
  14. 【請求項１４】 正の屈折力を有するレンズ２枚と、負
    の屈折力を有するレンズ１枚とを用いて構成され、前記
    レンズの少なくとも一面にグレーティング素子面が形成
    されているグレーティング素子付光学系。
  15. 【請求項１５】 前記グレーティング素子付光学系は、
    負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する
    第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズとを物体
    側から順番に配置して構成され、前記第３レンズの少な
    くとも一面にグレーティング素子面が形成されている請
    求項１４記載のグレーティング素子付光学系。
  16. 【請求項１６】 前記第１レンズの出射面が凹面であ
    り、前記第３レンズの出射面にグレーティング素子面が
    形成されている請求項１５記載のグレーティング素子付
    光学系。
  17. 【請求項１７】 前記グレーティング素子面が正の屈折
    力を有する請求項１４、１５または１６記載のグレーテ
    ィング素子付光学系。
  18. 【請求項１８】 前記グレーティング素子付光学系全系
    の合成焦点距離をＦ、前記グレーティング素子面の焦点
    距離をｆｇとしたとき、下式の条件を満足する請求項１
    ４から１７のいずれか１項に記載のグレーティング素子
    付光学系。 ０．０５＜｜Ｆ／ｆｇ｜＜０．１５
  19. 【請求項１９】 前記グレーティング素子付光学系を構
    成するレンズの少なくとも一面が、光軸を離れるに従っ
    て曲率半径が大きくなる非球面である請求項１４から１
    ８のいずれか１項に記載のグレーティング素子付光学
    系。
  20. 【請求項２０】 前記非球面にグレーティング素子面が
    形成されている請求項１９記載のグレーティング素子付
    光学系。
  21. 【請求項２１】 前記第１レンズと前記第２レンズとの
    間の空気間隔を変化させることにより、前記グレーティ
    ング素子付光学系の全系の合成焦点距離を可変とするこ
    とができる請求項１５から２０のいずれか１項に記載の
    グレーティング素子付光学系。
  22. 【請求項２２】 前記グレーティング素子付光学系にお
    いて、短焦点距離側における全系の合成焦点距離をｆ
    ｗ、前記第１レンズの焦点距離をｆ１としたとき、下式
    の条件を満足する請求項１５から２１のいずれか１項に
    記載のグレーティング素子付光学系。 １．３＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜２．０
  23. 【請求項２３】 前記グレーティング素子面がキノフォ
    ーム形状である請求項１から２２のいずれか１項に記載
    のグレーティング素子付光学系。
  24. 【請求項２４】 前記グレーティング素子面を有するレ
    ンズが、ガラスまたは樹脂のいずれかにより形成されて
    いる請求項１から２３のいずれか１項に記載のグレーテ
    ィング素子付光学系。
  25. 【請求項２５】 請求項１から２４のいずれか１項に記
    載のグレーティング素子付光学系と、撮像素子と、信号
    処理回路とを有する撮像装置。
JP8243731A 1996-09-13 1996-09-13 グレーティング素子付光学系およびこれを用いた撮像装置 Pending JPH1090596A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8243731A JPH1090596A (ja) 1996-09-13 1996-09-13 グレーティング素子付光学系およびこれを用いた撮像装置
US08/926,048 US6055105A (en) 1996-09-13 1997-09-09 Optical system with grating element and imaging device using the same
TW086113155A TW349176B (en) 1996-09-13 1997-09-11 Optical system with grating element and image-grabbing device using the optical system
MYPI97004203A MY125452A (en) 1996-09-13 1997-09-11 Optical system with grating element and imaging device using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8243731A JPH1090596A (ja) 1996-09-13 1996-09-13 グレーティング素子付光学系およびこれを用いた撮像装置

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11157602A Division JP2000028913A (ja) 1999-06-04 1999-06-04 グレ―ティング素子付光学系およびこれを用いた撮像装置
JP15760399A Division JPH11352397A (ja) 1999-06-04 1999-06-04 グレ―ティング素子付光学系およびこれを用いた撮像装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1090596A true JPH1090596A (ja) 1998-04-10

Family

ID=17108158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8243731A Pending JPH1090596A (ja) 1996-09-13 1996-09-13 グレーティング素子付光学系およびこれを用いた撮像装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6055105A (ja)
JP (1) JPH1090596A (ja)
MY (1) MY125452A (ja)
TW (1) TW349176B (ja)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10115777A (ja) * 1996-10-11 1998-05-06 Olympus Optical Co Ltd 撮影レンズ
JP2000019392A (ja) * 1998-06-30 2000-01-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 撮影レンズ
JP2001324674A (ja) * 2000-03-08 2001-11-22 Canon Inc 光学系及び光学機器
US6791754B2 (en) 2000-03-08 2004-09-14 Canon Kabushiki Kaisha Optical system having a diffractive optical element, and optical apparatus
EP1767975A1 (en) * 2005-09-22 2007-03-28 Fujinon Corporation Imaging lens comprising at least a lens with a diffractive optical surface
JP2008051941A (ja) * 2006-08-23 2008-03-06 Hitachi Maxell Ltd 回折型光学素子を有するレンズ系
WO2009153953A1 (ja) * 2008-06-16 2009-12-23 パナソニック株式会社 ２枚組撮像光学系およびそれを備えた撮像装置
WO2010074020A1 (ja) * 2008-12-24 2010-07-01 カンタツ株式会社 撮像レンズ
WO2012176791A1 (ja) * 2011-06-24 2012-12-27 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 対物光学系
JP6147405B1 (ja) * 2016-11-04 2017-06-14 エーエーシーアコースティックテクノロジーズ（シンセン）カンパニーリミテッドＡＡＣ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ 撮像レンズ

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6597401B1 (en) * 1997-10-20 2003-07-22 Pentax Corporation Image reading system with flare compensation
US7102826B2 (en) * 2002-03-01 2006-09-05 Avago Technologies Sensor Ip Pte. Ltd. Telecentric singlet having a small height requirement
JP2004053812A (ja) * 2002-07-18 2004-02-19 Seiko Precision Inc レンズ装置
CN1710447A (zh) * 2004-06-17 2005-12-21 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 非球面绕射镜片的模仁及其制造方法
CN100419488C (zh) * 2004-08-27 2008-09-17 清华大学 微型摄像镜头系统
CN100462771C (zh) * 2004-09-08 2009-02-18 清华大学 微型摄像镜头系统
CN100462770C (zh) * 2004-10-28 2009-02-18 清华大学 微型摄像镜头系统
US7249853B2 (en) * 2005-04-13 2007-07-31 Eastman Kodak Company Unpolished optical element with periodic surface roughness

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3365780B2 (ja) * 1991-08-23 2003-01-14 オリンパス光学工業株式会社 実像式変倍ファインダー光学系
US5260828A (en) * 1992-03-27 1993-11-09 Polaroid Corporation Methods and means for reducing temperature-induced variations in lenses and lens devices
JP3563747B2 (ja) * 1992-12-21 2004-09-08 ペンタックス株式会社 対物レンズ
US5581405A (en) * 1993-12-29 1996-12-03 Eastman Kodak Company Hybrid refractive/diffractive achromatic camera lens and camera using such
JP3577108B2 (ja) * 1994-07-27 2004-10-13 オリンパス株式会社 撮像光学系

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10115777A (ja) * 1996-10-11 1998-05-06 Olympus Optical Co Ltd 撮影レンズ
JP2000019392A (ja) * 1998-06-30 2000-01-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 撮影レンズ
JP2001324674A (ja) * 2000-03-08 2001-11-22 Canon Inc 光学系及び光学機器
US6791754B2 (en) 2000-03-08 2004-09-14 Canon Kabushiki Kaisha Optical system having a diffractive optical element, and optical apparatus
US6825979B2 (en) 2000-03-08 2004-11-30 Canon Kabushiki Kaisha Optical system having a diffractive optical element, and optical apparatus
US7623307B2 (en) 2005-09-22 2009-11-24 Fujinon Corporation Imaging lens
KR100812685B1 (ko) 2005-09-22 2008-03-13 후지논 가부시키가이샤 촬상렌즈
EP1767975A1 (en) * 2005-09-22 2007-03-28 Fujinon Corporation Imaging lens comprising at least a lens with a diffractive optical surface
JP2008051941A (ja) * 2006-08-23 2008-03-06 Hitachi Maxell Ltd 回折型光学素子を有するレンズ系
JP4796660B2 (ja) * 2008-06-16 2011-10-19 パナソニック株式会社 ２枚組撮像光学系およびそれを備えた撮像装置
WO2009153953A1 (ja) * 2008-06-16 2009-12-23 パナソニック株式会社 ２枚組撮像光学系およびそれを備えた撮像装置
US8384996B2 (en) 2008-06-16 2013-02-26 Panasonic Corporation Double image pickup optical system and image pickup apparatus provided therewith
WO2010074020A1 (ja) * 2008-12-24 2010-07-01 カンタツ株式会社 撮像レンズ
JP2010151935A (ja) * 2008-12-24 2010-07-08 Kantatsu Co Ltd 撮像レンズ
US8824065B2 (en) 2008-12-24 2014-09-02 Kantatsu Co., Ltd. Imaging lens
WO2012176791A1 (ja) * 2011-06-24 2012-12-27 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 対物光学系
JP5341265B2 (ja) * 2011-06-24 2013-11-13 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 対物光学系
US8767307B2 (en) 2011-06-24 2014-07-01 Olympus Medical Systems Corp. Objective optical system
JP6147405B1 (ja) * 2016-11-04 2017-06-14 エーエーシーアコースティックテクノロジーズ（シンセン）カンパニーリミテッドＡＡＣ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ 撮像レンズ

Also Published As

Publication number Publication date
TW349176B (en) 1999-01-01
MY125452A (en) 2006-08-30
US6055105A (en) 2000-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5978159A (en) Hybrid photographic objective
US5872658A (en) Zoom lens system
JPH1090596A (ja) グレーティング素子付光学系およびこれを用いた撮像装置
JP2002244044A (ja) ズームレンズ及びそれを用いた光学機器
US6157494A (en) Zoom lens system using a diffractive optical element and image pickup device using the same
JP3691638B2 (ja) ズームレンズ及びそれを用いたカメラ
JPH10148757A (ja) ズームレンズ及びそれを用いた光学機器
JP3342400B2 (ja) 回折光学素子を有した光学系
US6515809B2 (en) Fixed focal length lens system
JPH11119096A (ja) 回折面を用いたフロントコンバーターレンズ
JP3007695B2 (ja) 撮像レンズ
JP3853889B2 (ja) ズームレンズ
JPH09197274A (ja) ズームレンズ
US6101044A (en) Zoom lens system
JPH09197273A (ja) ズームレンズ
JP4860500B2 (ja) 色消しレンズ系、光学装置
JP3833754B2 (ja) 回折型光学素子を有する電子カメラ
JP3858443B2 (ja) レンズ光学系
JPH10311946A (ja) トリプレットレンズ
JPH06130298A (ja) コンパクトなズームレンズ
JP3860261B2 (ja) 両面が回折面からなる回折型光学素子
JP2000028913A (ja) グレ―ティング素子付光学系およびこれを用いた撮像装置
JPH11352397A (ja) グレ―ティング素子付光学系およびこれを用いた撮像装置
JPH11295591A (ja) 撮像光学系及びそれを用いた撮像装置
JP2000147373A (ja) 撮影光学系及びカメラ