JPH11125709A

JPH11125709A - 回折光学素子を用いた光学系

Info

Publication number: JPH11125709A
Application number: JP28863197A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kamo; 加茂裕二
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1997-10-21
Publication date: 1999-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】回折光学素子を用いた光学系においてより簡
単な方法で不要次数光のフレアによる画像の劣化を少な
くすること。【解決手段】回折光学素子を有し、不要次数光による
フレア光が目立たなくなるように、不要次数光の像面に
おけるスポットを大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折光学素子（Ｄ
ｉｆｆｒａｃｔｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｍｅｎ
ｔ：以下、ＤＯＥと呼ぶ。）を用いた光学系に関するも
のであり、例えば銀塩カメラや電子カメラ等の撮影光学
系や、カメラのファインダー、双眼鏡等の目視観察光学
系に利用される光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、屈折率の差によって光線を屈
折させる屈折光学素子は扱いやすく加工も容易なので、
一般的に広く用いられてきた。また、その他の光学素子
としては、光の回折現象を利用した回折光学素子が存在
したが、加工的な問題もあって、従来は光を分岐させる
回折格子のような限られたものしか実用されてこなかっ
た。

【０００３】ところが、近年になってリソグラフィー手
法や超精密加工等の技術が進歩して比較的容易に製作で
きるようになったことから、この回折光学素子が注目さ
れ利用されてきている。

【０００４】また、回折光学素子（ＤＯＥ）は屈折光学
素子と異なった特性があることからも注目されている。
ＤＯＥのアッベ数は、一般的なガラス硝材には存在しな
い−３．４５という逆分散の特性を有している。

【０００５】ここで、まず、そのＤＯＥについて説明を
行う。ＤＯＥに関しては、「光学」２２巻６３５〜６４
２頁及び７３０頁〜７３７頁に詳しく解説されている。

【０００６】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、回折作用にて射出する光は以下の関係
式を満たす。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。

【０００７】したがって、リング状の回折格子のピッチ
を適切に構成してやれば、光を一点に集中させることが
でき、レンズ作用を持たせることができる。すなわち、
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、ｊ番目の格子により回折された光線と中心
を通る光線との光路差が波長の整数倍になるように構成
すれば、２つの光は強め合うことになる。つまり、以下
の関係式を満たす。

【０００８】 √（ｒ_j ²＋ｆ²）−ｆ＝ｊλ ・・・（ｂ−１）また、ｒ_jが焦点距離に対して余り大きくなければ、格
子のリング半径ｒ_jは次の式で表される。

【０００９】ｒ_j＝√（２ｊλｆ）・・・（ｂ−２）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、入射光の光量と１次回
折光の光量比（以下、回折効率と呼ぶ。）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ＤＯＥで
も、その断面形状を図２に示すような鋸歯形状で構成す
れば回折効率を１００％まで向上することができる。そ
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。ｈ＝ｍλ／（ｎ−１）・・・（ｃ）ただし、ｈは山の高さ、ｍは回折次数（以下、設計回折
次数と呼ぶ。）、ｎは回折面を構成する光学部材の屈折
率である。

【００１０】ところが、（ｃ）式は波長の式になってい
るため、回折効率１００％は只一つの波長でしか達成さ
れない。このように回折効率Ｄ_M（λ）は波長に依存
し、その関係を表したものが次の式である。Ｄ_M（λ）＝ｓｉｎｃ²［π｛Ｍ −ｍ｛（１−ｎ）／（１−ｎ_DOE）｝（λ_DOE／λ）｝］・・・（ｄ）ただし、Ｍ、ｍはそれぞれ使用回折次数、設計回折次
数、λ、λ_DOEはそれぞれ使用波長、設計波長、ｎ、ｎ
_DOEはそれぞれ波長λ、λ_DOEのときの回折面を構成す
る光学部材の屈折率である。

【００１１】また、キノフォーム形状を図３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。このようなＤＯＥ
はすでにバーコードスキャナーや光ピックアップに採用
され実用化されている。

【００１２】そこで、近年では、一般的な硝材には存在
しない高分散なＤＯＥの特性を、撮影光学系や目視観察
光学系のような白色で使用する光学系に応用し、色収差
補正に積極的に利用されようとしてきている。撮影光学
系に応用したものとして、例えばカメラ用の望遠レンズ
にＤＯＥを用いた特開平６−３２４２６２号のものがあ
った。そこでは、ＤＯＥの回折効率を最大にする波長が
示されている。また、フィルムカメラ用の単レンズにＤ
ＯＥを用いたＷＯ９５／１８３９３のものがあった。こ
れも同様に、条件式でＤＯＥの回折効率を最大にする波
長（nominal or central wavelength ）を設定してい
た。また、「回折光学素子入門」（監修：（社）応用物
理学会日本光学会光設計研究グループ）の４０〜４
９頁には、カメラ用の望遠レンズやトリプレットレンズ
にＤＯＥを用いた設計例が示されていた。ただし、そこ
に示された望遠レンズ１は、２次スペクトルが大きく発
生しており、性能が未達成であった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、白色の
ような広い波長域においてＤＯＥを用いると、回折効率
の波長依存性の影響が問題となってくる。図４はこの影
響を表すグラフであり、波長によるＤＯＥの回折効率の
変化を示したものである。これは従来技術で説明した回
折効率の式（ｄ）より計算しており、１次光の回折効率
を５００ｎｍで最大にしたときの０次光、１次光、２次
光の回折効率の変化を表している。また、これ以降で
は、結像に関わる光（１次光）を設計次数光、それ以外
の次数の不要な光（１次光以外の全ての次数光。図４の
グラフに示した例では０次光、２次光）をまとめて不要
次数光と呼ぶ。このように波長域が広い場合には、使用
波長が設計波長と異なると、設計次数光の回折効率が低
下してしまい、それ以外の不要次数光の回折効率が大き
くなってしまう。

【００１４】これから分かるように、青色の短波長側と
赤色の長波長側において不要次数光が多く発生するた
め、像面では青と赤のフレアが発生する。この様子を具
体的に示したものが、像面における点像を表した図５
（ａ）である。この図に示されたように、不要次数光
は、画面中心部では設計次数光の点像の周りに軸上色収
差が発生しているかのように現れ、また、画面周辺部で
は設計次数光の点像から離れた位置に倍率色収差が発生
しているかのように現れる。

【００１５】そのため、白色下で使用する光学系にＤＯ
Ｅを用いるときには、このフレアの影響を考慮しなけれ
ば画質が劣化する。また、像面上での点像のボケを、以
下スポットと呼ぶ。

【００１６】ところが、ＤＯＥを撮影光学系に応用した
従来の先行例には、この問題を解決する方法は示されて
いなかった。特開平６−３２４２６２号やＷＯ９５／１
８３９３では、回折効率を最大にする波長を設定してい
るが、不要次数光の光量のバランスを取っているだけ
で、フレアはまだ目立ってしまっていた。

【００１７】一方、特開平９−１２７３２１号、特開平
９−１２７３２２号では、積層された２又は３種類の光
学材料の境界面にキノフォーム形状のパターンを構成し
た回折面を用いることにより、回折効率の波長依存性を
軽減している。ところが、回折面の上にさらに光学材料
を構成するので、製作が従来に比べ難しく加工工数がか
かるため、従来のレンズ等に比べてコストが高くなって
しまう欠点があった。

【００１８】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、回折光学素子を
用いた光学系においてより簡単な方法で不要次数光のフ
レアによる画像の劣化を少なくすることである。

【００１９】

【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１の回折光学素子を用いた光学系は、回折
光学素子を有し、不要次数光によるフレア光が目立たな
くなるように、不要次数光の像面におけるスポットを大
きくしたことを特徴とするものである。

【００２０】本発明の第２の回折光学素子を用いた光学
系は、回折光学素子を有し、不要次数光によるフレア光
が目立たなくなるように、不要次数光の色を変化させて
いることを特徴とするものである。

【００２１】まず、本発明の第１の回折光学素子を用い
た光学系について、このような構成をとった理由と作用
を説明する。ＤＯＥは回折現象を利用しているため、原
理上、波長が変わると不要次数光が発生するのは避けら
れない。その量は、一般的なキノフォームでは、図４の
ように、不要次数光が少なくなるように設計波長（回折
効率を１００％にする波長）を５００ｎｍにしてバラン
スを取っても、全光量に対して、ｇ線では７．４％、Ｆ
線では０．２％、ｄ線では８．６％、Ｃ線では１９．７
％発生し、波長域の両端で大きくなってしまう。そのた
め、ＤＯＥを白色下で使用したときにフレアが目立つの
は、この不要次数光の光量が大きくなることが原因であ
ると考えられる。

【００２２】ところが、従来の設計例では、不要次数光
は、図５（ａ）のように像面位置で十分集光しており、
像面上での強度分布は図５（ｂ）のようになっていた。
ここで、図５（ｂ）は、縦軸に光強度をとり横軸に像位
置をとった像面上での強度分布を模式的に表したもので
あり、図の左が画面中心部、図の右が画面周辺部の場合
を示している。この図に示すように、不要次数光の強度
分布は鋭いピークを持っていたので、撮像手段であるフ
ィルム、ＣＣＤあるいは目に感知されてしまい、目立ち
やすくなっていた。特に輝度が高い金属の反射等の被写
体に対しては、顕著であった。

【００２３】そこで、本発明では、図６（ａ）のよう
に、像面において設計次数光に比べて不要次数光のスポ
ットを大きくして単位面積当たりの強度を下げることに
より、不要次数光を目立たなくするようにした。このよ
うにすれぱ、光量自体は同じであっても不要次数光が像
面では大きくボケているため、図６（ｂ）に示すよう
に、強度分布のピークが鈍く、撮像手段であるフィル
ム、ＣＣＤあるいは目に感知され難くできる。その結
果、ＤＯＥを用いてもフレアが気にならない良好な画像
を得ることが可能になる。

【００２４】次に、このように良好な画像が得られるよ
うな不要次数光のスポットの大きさについて説明を加え
る。不要次数光のスポットが目立つと判断するのは人な
ので、目自体の要因と画像を観察するときの状況を十分
考慮する必要がある。人が画像を観察する状況には様々
な場合があるが、実際の場面においてその観察方法は、
実像の場合と虚像の場合では大きく異なっている。実像
を形成する光学系としては例えばカメラがあるが、実際
に光学系が形成する像に比べて拡大された写真プリント
等の画像を見るような場合が多い。それに対して、ファ
インダーや双眼鏡等の虚像を形成する光学系では、形成
された虚像を直接目で観察する場合が多い。したがっ
て、これらの違いを考慮してそれぞれの場合における不
要次数光のスポットの大きさを規定した。

【００２５】まず、実像を形成する光学系においては、
写真プリント等の画像を観察する状況を考慮した次の条
件式を満たすように、不要次数光のスポットを大きくす
ればよい。Ｆ_NO・Ｓ・１３００／（２Ｉｈ）＞３５０・・・（１）ここで、Ｆ_NO：光学系のＦナンバーＳ：像面における不要次数光のスポットの大きさＩｈ：光学系の像高である。ただし、光学系の明るさを入射側開口数（ＮＡ
とする。）で表す場合は、Ｆ_NOは１／（２・ＮＡ）とす
る。また、スポットの大きさは直径である。

【００２６】この式は、光学系を同じＦナンバーにした
ときの許容錯乱円（２Ｉｈ／１３００）を基準として不
要次数光のスポットの大きさを規定したものである。許
容錯乱円とは目の分解能から決まり、写真を観察する際
に許容される像のボケをフィルム上での大きさに置き換
えたものであり、光学系の性能の目安になっている。ま
た、この許容錯乱円は略フィルムの対角長によって決ま
り、おおよそ対角長／１０００〜対角長／１５００にな
ることが知られている（以上、「カメラ技術ハンドブッ
ク」写真工業出版社刊を参考）。したがって、この許容
錯乱円を基準にすることにより、不要次数光のスポット
を規定することができる。また、この式は、フィルムを
使った光学系に限らず、ＣＣＤ等の撮像素子を使った光
学系に対しても当然適用できる。この条件式を越える
と、不要次数光のスポットが小さくなるので、集光され
てフレアが目立ってしまう。

【００２７】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。Ｆ_NO・Ｓ・１３００／（２Ｉｈ）＞５００・・・（２）ここで、Ｆ_NO：光学系のＦナンバーＳ：像面における不要次数光のスポットの大きさＩｈ：光学系の像高である。ただし、光学系の明るさを入射側開口数（ＮＡ
とする。）で表す場合は、Ｆ_NOは１／（２・ＮＡ）とす
る。

【００２８】また、虚像を形成する光学系においては、
直接目で観察することが多いので、スポットの大きさを
定めた次の条件式を満たすのがよい。 ε＞１５′ ・・・（３）ここで、ε：不要次数光のスポットの視野角である。

【００２９】この条件式を越えると、不要次数光のスポ
ットが小さくなるので、集光されてフレアが目立ってし
まう。

【００３０】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。 ε＞２５′ ・・・（４）ここで、ε：不要次数光のスポットの視野角である。

【００３１】次に説明するのは、このように不要次数光
のスポットを大きくするための効果的な２つの方法であ
る。１つめは、不要次数光の焦点位置を像面から離して
おく方法である。ＤＯＥは、図７に光路を示すように、
回折次数によって回折面Ａからの光線の進む方向が異な
るので、次数によって焦点距離が変わってくる。この焦
点距離は、次に示す理由から規則的になることが分か
る。従来技術で説明した（ａ）式のｓｉｎθ’は近軸領
域ではθ’であり、（ａ）式の入射角をθ＝０（平行
光〉とすると、θ’は次数に比例していることが分か
る。また、焦点距離は近軸光線追跡の公式より、入射光
線高を１とすると、１／θ’になるので、ＤＯＥの焦点
距離は、次数の逆数に比例することが分かる。具体的に
は、例えば設計次数を１としたときには、０次光の焦点
距離は∞になり、また、２次光の焦点距離は１次光の１
／２倍になる。これから分かるように、光学系全体にお
ける各次数の焦点位置は、ＤＯＥより像側の光学系の影
響もあるが、略規則的に変化し、一般には、設計次数光
ｍ次の焦点位置の前後に同じような距離で不要次数光ｍ
−１，ｍ＋１次の焦点が現れることが多い。

【００３２】このように、不要次数光の焦点位置が像面
から離れていれば、一般的な光学系でも言えるように、
デフォーカス作用によりスポットは大きくなるので、単
位面積当たりの強度が低くなることはよく知られている
通りである。ところが、その強度のピークを十分低くす
るためには、焦点位置を大きく変える必要があるにもか
かわらず、従来の設計例では、不要次数光の焦点位置が
像面の近くにあったため、強度が高くフレアが目立って
いた。

【００３３】そこで、本発明では、不要次数光が目立た
なくなるように、不要次数光の焦点位置を像面から離す
ように構成した。この方法では、ＤＯＥの焦点距離を操
作するだけで不要次数光のスポットの大きさが変えられ
るので、非常にコントロールしやすいという利点があ
る。また、焦点位置をコントロールすることは、不要次
数光の像そのものを像面から遠ざけることになり、周辺
のスポットも略同様に大きくすることができるので、効
果的である。

【００３４】次に、不要次数光を目立たなくするような
不要次数光の焦点位置について説明する。先に不要次数
光のスポットの大きさを人の目の分解能を考慮して、実
像を結ぶ光学系においては許容錯乱円を基準にして規定
した。また、許容錯乱円はおおよそ対角長によって決ま
ることもそこで説明した。そのため、人が画像を観察す
る状況を考慮するには、不要次数光の焦点位置を像高に
よって規定すればよい。したがって、実像を結ぶ光学系
は次の条件式を満たすようにすれぱよい。

【００３５】｜ｆ_b1’−ｆ_b1｜／Ｉｈ＞０．５・・・（５）ここで、ｆ_b1’：不要次数光の焦点位置ｆ_b1：設計次数光の焦点位置Ｉｈ：光学系の像高である。

【００３６】この条件式を越えると、不要次数光の焦点
位置が近くなって不要次数光によるフレアが目立ちやす
くなってしまう。

【００３７】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。｜ｆ_b1’−ｆ_b1｜／Ｉｈ＞０．８・・・（６）ここで、ｆ_b1’：不要次数光の焦点位置ｆ_b1：設計次数光の焦点位置Ｉｈ：光学系の像高である。

【００３８】また、虚像を結ぶ光学系においては次の条
件式を満たすのがよい。虚像の場合は、一般的にｍ^-1の
単位が使用されているので、焦点位置の条件式もそれに
合わせている。｜ｆ_b2’−ｆ_b2｜・Ｉｈ／１０００＞０．２・・・（７）ここで、ｆ_b2’：不要次数光の焦点位置（ただし、単位
はｍ^-1）ｆ_b2：設計次数光の焦点位置（ただし、単位はｍ^-1）Ｉｈ：光学系の像高である。

【００３９】この条件式を越えると、同様に不要次数光
の焦点位置が近くなって不要次数光によるフレアが目立
ちやすくなってしまう。なお好ましくは、次の条件式を
満たすのがよい。

【００４０】｜ｆ_b2’−ｆ_b2｜・Ｉｈ／１０００＞０．４・・・（８）ここで、ｆ_b2’：不要次数光の焦点位置（ただし、単位
はｍ^-1）ｆ_b2：設計次数光の焦点位置（ただし、単位はｍ^-1）Ｉｈ：光学系の像高である。

【００４１】次に、不要次数光の焦点位置が像面から遠
くなるような光学系の詳細な構成について説明する。Ｄ
ＯＥは回折現象によるため、各次数の焦点距離には規則
性があることは上記で説明した。また、近軸理論から明
らかなように、レンズの持つ横倍率の２乗、すなわち縦
倍率が焦点位置に影響を及ぼす。このため、光学系全体
における不要次数光の焦点位置は、ＤＯＥの設計次数光
の焦点距離とそれより像側のレンズの縦倍率によって決
まってくる。したがって、不要次数光の焦点位置が像面
から遠くなるようにするには、実像を結ぶ光学系は次の
条件を満たすのがよい。また、ここでも人が画像を観察
する状況を考慮するため、同様に像高によって規定して
いる。

【００４２】｜ｆ_DOE・（ｍ_g’−ｍ_g）²／Ｉｈ｜＞０．５・・・（９）ここで、ｆ_DOE：回折光学素子の焦点距離ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。ただし、回折面が第１面の場合は、ｍ_g’＝
０、また、回折面が最終面の場合は、ｍ_g＝１とする。

【００４３】この式において、回折面が第１面の場合に
は、ｍ_g’が、また、回折面が最終面の場合はｍ_gが定
義できないが、焦点位置を定義するための式なので、こ
こではそれぞれｍ_g’＝０，ｍ_g＝１と定義する。この
条件式を越えると、不要次数光の焦点位置が近くなって
不要次数光によるフレアが目立ちやすくなってしまう。

【００４４】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。

【００４５】｜ｆ_DOE・（ｍ_g’−ｍ_g）²／Ｉｈ｜＞０．６５・・・（10）ここで、ｆ_DOE：回折光学素子の焦点距離ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。ただし、回折面が第１面の場合は、ｍ_g’＝
０、また、回折面が最終面の場合は、ｍ_g＝１とする。

【００４６】また、同様に虚像を結ぶ光学系の場合には
次の条件式を満たすのがよい。｜ｆ_DOE・α²・（ｍ_g’−ｍ_g）²・１０００／Ｉｈ｜＞０．０２５・・・（11）ここで、ｆ_DOE：回折光学素子の焦点距離ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。ただし、回折面が第１面の場合は、ｍ_g’＝
０、また、回折面が最終面の場合は、ｍ_g＝１とする。
αは、α＝（１０＋１００／ｆ_b）／ｆ_bで定義する値
である。ただし、ｆ_bは設計次数光の焦点位置である。

【００４７】虚像の場合は、目で見る光学系がほとんど
である。そのため、この条件式は目で見たときの焦点位
置で規定している。αはそれを考慮した係数であり、焦
点距離１０ｍｍの場合の横倍率を示している。

【００４８】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。｜ｆ_DOE・α²・（ｍ_g’−ｍ_g）²・１０００／Ｉｈ｜＞０．０５・・・（12）ここで、ｆ_DOE：回折光学素子の焦点距離ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。ただし、回折面が第１面の場合は、ｍ_g’＝
０、また、回折面が最終面の場合は、ｍ_g＝１とする。
αは、α＝（１０＋１００／ｆ_b）／ｆ_bで定義する値
である。ただし、ｆ_bは設計次数光の焦点位置である。

【００４９】また、色収差補正を考慮すれば、少なくと
も１面ずつの正パワーと負パワーを持つ回折面を有する
のがよい。回折面はアッベ数が−３．４５と分散が非常
に大きいので、光学系をうまく構成しないと、逆に色収
差が悪化してしまうことがある。特に、パワーを強くし
すぎると色補正のバランスが崩れてしまう。そのため、
上記のように構成することにより、パワーの異なる回折
面同士でそれ自体の色収差をキャンセルしつつ、焦点位
置を大きく変化させることができるので効果的である。

【００５０】スポットを大きくするための２つめの方法
は、不要次数光の収差をコントロールする方法である。
スポットを大きくするため、先に不要次数光の焦点位置
を変える方法について述べた。この方法でも十分効果が
あるが、不要次数光の焦点位置を変化させるためにはＤ
ＯＥの焦点距離に大きく依存する特徴があった。一方、
ＤＯＥのアッベ数は−３．４５と従来のガラスに比べて
非常に色分散が大きく異常分散性も強いため、ＤＯＥの
焦点距離を制限しておかないと色収差のバランスが崩れ
てしまう。特に枚数の少ないレンズ系では、ＤＯＥの焦
点距離が色収差補正にとって重要であった。

【００５１】ＤＯＥは次数によって焦点距離が変わるこ
とをすでに説明したが、同時に回折次数により光線の屈
曲度合が異なるので、そこで発生する収差量も次数によ
って変わってくる。また、そのときにはそれ以降の光路
も回折次数によって変わってくるため、そこでも収差発
生量が変わってくる。このように、不要次数光の収差
は、ＤＯＥやその他のレンズによる影響により、各次数
により収差量の差が発生してくる。

【００５２】そこで、本発明では、不要次数光が目立た
なくなるように不要次数光の収差をコントロールするよ
うに構成した。ただし、不要次数光の収差を発生させる
といっても、当然設計次数光の収差は良好でなければな
らない。そのため、光学系のその他のレンズ等をうまく
構成することにより、不要次数光の収差だけを変えるこ
とが必要になる。

【００５３】この方法では、余りＤＯＥの焦点距離には
依らないので、例えば不要次数光の焦点位置が像面と近
くなってしまう場合でも、色収差を良好に補正しながら
不要次数光を目立たなくするように構成することが可能
である。

【００５４】次に、不要次数光を目立たなくするような
不要次数光の収差について説明する。不要次数光による
フレアを目立たなくするようにスポットを大きくするに
は、その収差を適切に発生させる必要がある。すでに説
明したように、不要次数光の焦点位置は設計次数光とは
異なる位置にあるので、収差を発生させる方向にも注意
しなければならない。

【００５５】球面収差の場合は、瞳の周辺に行くに従い
像面から遠くなる方向に発生するような収差にするのが
よい。そうすれば、不要次数光の焦点位置よりさらに像
面より離れた位置で光線が光軸を横切るので、不要次数
光のデフォーカス作用のみよりも大きな効果でスポット
を大きくすることができる。球面収差は、画面中心でも
現れる唯一の収差であり、この収差を悪くしておけば中
心から周辺までスポットを大きくすることができ効果が
高い。また、球面収差を大きくすれば、不要次数光の近
軸焦点位置が像面に近い場合でもスポットを大きくでき
るので、色収差補正の関係上でＤＯＥのパワーを余り強
くできない光学系において特に有効である。

【００５６】また、像面湾曲収差の場合は、像面から遠
くなる方向に発生させるような収差にすればよい。そう
すれば、画面周辺部では不要次数光の焦点位置よりさら
に像面から離れた位置に集光するので、より効果的にス
ポットを大きくすることができる。像面湾曲収差による
方法は画面の周辺部で有効であり、高次のコマ収差が発
生して周辺部のスポットのコントロールが難しい場合に
特に効果的である。

【００５７】この場合、実像を結ぶ光学系では、次の条
件式を満たすようにするのがよい。また、ここでもすで
に説明したように、人の目の分解能を考慮するため、像
高によってその量を規定している。｜ＤＭ_max1｜／Ｉｈ＞０．２５・・・（13）ここで、ＤＭ_max1：不要次数光の焦点位置を基準にした
ときの、像面から最も離れたときの不要次数光の像面湾
曲収差（メリディオナル方向）の値Ｉｈ：光学系の像高である。

【００５８】この条件式を越えると、画面の周辺部にお
いて不要次数光が像面に近い所で集光してしまうので、
不要次数光のフレアが目立ちやすくなってしまう。

【００５９】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。｜ＤＭ_max1｜／Ｉｈ＞０．５・・・（14）ここで、ＤＭ_max1：不要次数光の焦点位置を基準にした
ときの、像面から最も離れたときの不要次数光の像面湾
曲収差（メリディオナル方向）の値Ｉｈ：光学系の像高である。

【００６０】また、虚像を結ぶ光学系では、次の条件式
を満たすようにするのがよい。虚像の場合は、一般的に
ｍ^-1の単位が使用されているので、焦点位置の条件式も
それに合わせている。｜ＤＭ_max2｜・Ｉｈ／１０００＞０．１・・・（15）ここで、ＤＭ_max2：不要次数光の焦点位置を基準にした
ときの、像面から最も離れたときの不要次数光の像面湾
曲収差（メリディオナル方向）の値（ただし、単位はｍ
^-1）Ｉｈ：光学系の像高である。

【００６１】この条件式を越えると、画面の周辺部にお
いて不要次数光が像面に近い所で集光してしまうので、
不要次数光のフレアが目立ちやすくなってしまう。

【００６２】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。｜ＤＭ_max2｜・Ｉｈ／１０００＞０．２・・・（16）ここで、ＤＭ_max2：不要次数光の焦点位置を基準にした
ときの、像面から最も離れたときの不要次数光の像面湾
曲収差（メリディオナル方向）の値（ただし、単位はｍ
^-1）Ｉｈ：光学系の像高である。

【００６３】また、以上説明したような収差をコントロ
ールする方法により不要次数光の強度分布を均一にする
こともできるので、不要次数光をより目立たなくさせる
ことが可能である。

【００６４】次に、不要次数光の収差によりフレアが目
立たなくなるような光学系の詳細な構成について説明す
る。先に説明したように、回折面の各次数の焦点距離
は、次数によって規則的に変わっている。また、回折面
での光線高は次数によっては変わらないので、そこで発
生する収差発生量もおおよそ規則的に変わるといってよ
い。例えば、ＤＯＥにおける２次光の収差発生量は１次
光の発生量に比例して大きくなり、また、特に０次光の
場合の収差発生量は常に０になる。したがって、回折面
における設計次数光の収差発生量を大きくして光学系を
構成しておけば、不要次数光との収差の隔差を大きくす
ることができるので、光学系の設計次数光の収差を良好
にしつつ、不要次数光の収差だけを大きくすることがで
きる。

【００６５】また、そのとき、回折面には非球面効果を
有している方が設計次数光の収差発生量を大きくできる
ので効果的である。また、回折面で収差発生量を大きく
するため、非球面を少なくとも１面有していると、さら
に効果的である。そのとき、この非球面は回折面で発生
する収差と逆方向の収差を発生させておくのがよい。

【００６６】次に、不要次数光の収差を効果的に発生さ
せる回折面の構成について説明する。不要次数光のスポ
ットを大きくするために、周辺部では像面湾曲収差を発
生させるのがよいことをすでに説明した。この像面湾曲
収差は周辺部における焦点位置の収差といえるので、回
折面を光軸近傍から周辺部に向かってパワーを変化させ
るように構成すれば、周辺部でその焦点を変化させるこ
とが可能になる。また、すでに説明したように、不要次
数光の焦点位置は設計次数光とは異なる位置にあるの
で、スポットを大きくするために像面から離れる方向に
収差を発生させるようにパワーを与える必要がある。そ
れを考慮すると、回折面は周辺に行くにつれパワーが強
くなるのがよい。

【００６７】したがって、実像を形成する光学系におい
ては、回折面は次の条件式を満たすようするのがよい。｜（ｆ_Dmax−ｆ_Dmin）・（ｍ_g’−ｍ_g）²／Ｉｈ｜＞０．０５・・・（17）ここで、ｆ_Dmax：回折光学素子の面の焦点距離の最大値ｆ_Dmin：回折光学素子の面の焦点距離の最小値ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。

【００６８】ただし、この条件式の回折光学素子の面の
焦点距離ｆ_Dmax、ｆ_Dminは、回折面をウルトラ・ハイ・
インデックス法で表した場合、近軸のパワーの関係を用
いて次のように定義する。ｆ_D（ｙ）＝１／［（ｎ−１）・｛１／ｒ_D1（ｙ）−１／ｒ_D2（ｙ）｝］ここで、ｆ_D（ｙ）：高さｙのときの回折面の焦点距離ｎ：ウルトラ・ハイ・インデックス法によるｄ線の屈折
率ｒ_D1（ｙ）：物体側曲率半径ｒ_D2（ｙ）：像側曲率半径ただし、ｒ_D1（ｙ）、ｒ_D2（ｙ）は、非球面効果がない
場合には、近軸曲率半径と一致する。また、非球面効果
がある場合には、次の式で定義した曲率半径とする。こ
の式は、光軸上に中心を持つ円の方程式と高さｙでの面
の法線の方程式の連立方程式から導き出すことができ
る。

【００６９】ｒ（ｙ）＝ｙ・｛１＋ｆ’（ｙ）²｝／ｆ”（ｙ）ここで、ｙ：光軸からの高さｆ（ｙ）：非球面定義式である。

【００７０】この条件式を越えると、画面の周辺部にお
いて不要次数光が像面に近い所で集光してしまうので、
不要次数光のフレアが目立ちやすくなってしまう。

【００７１】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。｜（ｆ_Dmax−ｆ_Dmin）・（ｍ_g’−ｍ_g）²／Ｉｈ｜＞０．０８・・・（18）ここで、ｆ_Dmax：回折光学素子の面の焦点距離の最大値ｆ_Dmin：回折光学素子の面の焦点距離の最小値ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。

【００７２】また、虚像を形成する光学系においては、
回折面は次の条件式を満たすようするのがよい。｜（ｆ_Dmax−ｆ_Dmin）・α²・（ｍ_g’−ｍ_g）²・Ｉｈ／１０００｜＞０．００１・・・（19）ここで、ｆ_Dmax：回折光学素子の面の焦点距離の最大値ｆ_Dmin：回折光学素子の面の焦点距離の最小値ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。αは、α＝（１０＋１００／ｆ_b）／ｆ_bで定
義する値である。ただし、ｆ_bは設計次数光の焦点位置
である。

【００７３】ただし、この条件式の回折光学素子の面の
焦点距離ｆ_Dmax、ｆ_Dminは、回折面をウルトラ・ハイ・
インデックス法で表した場合、近軸のパワーの関係を用
いて次のように定義する。ｆ_D（ｙ）＝１／［（ｎ−１）・｛１／ｒ_D1（ｙ）−１
／ｒ_D2（ｙ）｝］ここで、ｆ_D（ｙ）：高さｙのときの回折面の焦点距離ｎ：ウルトラ・ハイ・インデックス法によるｄ線の屈折
率ｒ_D1（ｙ）：物体側曲率半径ｒ_D2（ｙ）：像側曲率半径ただし、ｒ_D1（ｙ）、ｒ_D2（ｙ）は、非球面効果がない
場合には、近軸曲率半径と一致する。また、非球面効果
がある場合には、次の式で定義した曲率半径とする。こ
の式は、光軸上に中心を持つ円の方程式と高さｙでの面
の法線の方程式の連立方程式から導き出すことができ
る。

【００７４】ｒ（ｙ）＝ｙ・｛１＋ｆ’（ｙ）²｝／ｆ”（ｙ）ここで、ｙ：光軸からの高さｆ（ｙ）：非球面定義式である。

【００７５】虚像の場合は目で見る光学系がほとんどで
ある。そのため、この条件式は目で見たときを考慮して
いる。αはそれを考慮した係数であり、焦点距離１０ｍ
ｍの場合の横倍率を示している。

【００７６】この条件式を越えると、画面の周辺部にお
いて不要次数光が像面に近い所で集光してしまうので、
不要次数光のフレアが目立ちやすくなってしまう。

【００７７】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。

【００７８】｜（ｆ_Dmax−ｆ_Dmin）・α²・（ｍ_g’−ｍ_g）²・Ｉｈ／１０００｜＞０．００５・・・（20）ここで、ｆ_Dmax：回折光学素子の面の焦点距離の最大値ｆ_Dmin：回折光学素子の面の焦点距離の最小値ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。αは、α＝（１０＋１００／ｆ_b）／ｆ_bで定
義する値である。ただし、ｆ_bは設計次数光の焦点位置
である。

【００７９】このように、本発明の第１の回折光学素子
を用いた光学系について説明した方法を用いれば、光学
系の構成を工夫することで目的が達成でき、新たな部材
や装置を用いる必要がないので、コスト的に非常に有利
である。

【００８０】次に、本発明の第２の回折光学素子を用い
た光学系について、このような構成をとった理由と作用
を説明する。第１の回折光学素子を用いた光学系につい
て説明したように、ＤＯＥを白色下で使用したときに発
生するフレアが目立つのは、不要次数光の光量が大きく
なることが原因であると考えられた。ところが、カラー
画像を見る場合には必ずしもそれだけではない。写真や
ファインダ等の画面を見るときに限らず、看板や標識等
でも色によって注意を引き付ける度合いが異なっている
ことは経験上知られている。このような心理的影響を数
値化したものに、誘目性と呼ばれる尺度がある。

【００８１】この誘目性は、色を観察する際の注意の引
かれやすさの主観的評価であり、誘目尺度値のレベルに
よってその目立ちやすさの度合いを示している。それに
よると、目立ちやすい色は背景が黒の場合は、順に、
黄、黄赤、赤、黄緑、赤紫、青、緑、青緑、紫、青紫と
なり、背景が白の場合は、赤、黄、黄赤、青、赤紫、
緑、黄緑、紫、青紫となる（「色彩科学ハンドブック」
日本色彩学会編、東京大学出版会）。

【００８２】一方、ＤＯＥは、図４に示すような波長依
存性により、波長域の両端での回折効率が低下してしま
う。図４に示されているように、２次光は短波長側（青
側）で、また、０次光では長波長側（赤側）で回折効率
が特に低下するので、フレアは２次光による青と０次光
による赤の２色の色が現れやすい。この色は誘目性でい
うと、比較的目立ちやすい色であった。

【００８３】そこで、本発明では、この不要次数光によ
るフレアが目立たなくなるように、その色を変化させる
ように構成した。そうすれば、光学系にＤＯＥを用いて
も、写真やファインダ等の画面を見る場合にフレアに注
意が引き付けられないので、フレアが気にならない良好
な画像を得ることが可能になる。

【００８４】すでに説明した理由で、ＤＯＥの場合は波
長依存性より青と赤のフレアが現れやすい。ところで、
青と赤の２色を混合すれば紫系統の色に変えることがで
きるが、この紫系統の色は誘目尺度値でいうと目立ちに
くい色である。したがって、色の異なる青と赤の２つの
不要次数光を重ね合わせて色を紫系統の色に変化させれ
ば、フレアに注意が引き付けられないようにすることが
でき効果的である。

【００８５】その方法としては、少なくとも１枚ずつの
正パワーと負パワーの回折面を用いるのがよい。同じ次
数光でもＤＯＥのパワーの符号が異なる場合には、設計
次数光に対して不要次数光の現れる方向が像面上で逆に
なる。そのため、パワーの異なる２つの回折面を用いる
ことにより、それぞれ色の異なる不要次数光を重ね合わ
せることが可能になる。また、２つの回折面を使用すれ
ば、異常分散性（ＤＯＥの特性（ａ）式より明らか）を
キャンセルできるので、色収差の補正にも効果がある。
さらに、ＤＯＥのパワーを比較的自由にコントロールす
ることができるようになるので、本発明の第１の光学系
について説明したような像面でのスポットを大きくする
ことも同時に可能になる。

【００８６】また、このとき、不要次数光を重ね合わせ
るためには、像面上での主光線位置が略同じであるよう
にするのがよい。そうすれば、光学系の明るさを暗くし
た場合、例えばＦナンバーを大きくして光束が細くなっ
ていった場合でも、不要次数光が重なり合っているので
フレアが気にならない。

【００８７】また、不要次数光を重ね合わせるために
は、像面上でのスポットの大きさを略同じにするのがよ
い。そうすれば、フレアの色が紫系統になる面積の割合
が増えるので、フレアが気にならなくなる。このとき、
次の条件式を満たすのがよい。

【００８８】０．３３＜｜｛ｆ_DOE1・（ｍ_g1’−ｍ_g1）²｝／｛ｆ_DOE2・（ｍ_g2’−ｍ_g2）²｝｜＜３・・・（21）ここで、ｆ_DOE1：第１回折面の焦点距離ｍ_g1’：第１回折面を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g1：第１回折面を含まないでそれより像側の横倍率ｆ_DOE2：第２回折面の焦点距離ｍ_g2’：第２回折面を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g2：第２回折面を含まないでそれより像側の横倍率である。この条件式の上限、下限を越えると、像面上で
の不要次数光の位置がずれて重なり合う面積の割合が低
くなって目立ってしまう。

【００８９】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。

【００９０】０．５＜｜｛ｆ_DOE1・（ｍ_g1’−ｍ_g1）²｝／｛ｆ_DOE2・（ｍ_g2’−ｍ_g2）²｝｜＜２・・・（22）ここで、ｆ_DOE1：第１回折面の焦点距離ｍ_g1’：第１回折面を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g1：第１回折面を含まないでそれより像側の横倍率ｆ_DOE2：第２回折面の焦点距離ｍ_g2’：第２回折面を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g2：第２回折面を含まないでそれより像側の横倍率である。

【００９１】以上に、不要次数光を重ねて紫系統にすれ
ば、誘目性によりフレアを目立たなくすることができる
ことを説明した。ところが、不要次数光の強度が余りに
違うと、重なり合わせてもフレアが目立ったままになっ
てしまう可能性がある。不要次数光の強度は図４で説明
した回折効率の影響が大きいが、さらにフィルム等の分
光感度（目で観察する光学系は比視感度）や光学系の透
過率等によって決まる。また、回折効率を最大にする設
計波長を変えることによって、波長域の両端での不要次
数光の発生の度合い、すなわち強度が変わってくる。

【００９２】そのため、実像を形成する光学系において
は、フィルムやＣＣＤの分光感度を考慮して次の条件式
を満たすのがよい。４６０＜λ_DOE＜５６０・・・（23）ここで、λ_DOE：設計波長（単位はｎｍ）である。

【００９３】この式の上限を越えると、重なり合わせた
フレアが青に近くなり、下限を越えると、重なり合わせ
たフレアが赤に近くなり、共にフレアが目立ちやすくな
ってしまう。

【００９４】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。

【００９５】４８０＜λ_DOE＜５４０・・・（24）また、虚像を形成する光学系においては、比視感度を考
慮して次の条件式を満たすのがよい。５３０＜λ_DOE＜６３０・・・（25）ここで、λ_DOE：設計波長（単位はｎｍ）である。

【００９６】この式の上限を越えると、重なり合わせた
フレアが青に近くなり、下限を越えると、重なり合わせ
たフレアが赤に近くなり、共にフレアが目立ちやすくな
ってしまう。

【００９７】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。５５０＜λ_DOE＜６１０・・・（26）次に、少なくとも１枚ずつの正パワーと負パワーの回折
面を用いて不要次数光を重ね合わせる場合の色収差補正
を考慮した最適な構成について説明する。ＤＯＥのアッ
ベ数は−３．４５と非常に高分散なので、この正パワー
と負パワーの回折面をうまく配置しないと、逆に色収差
を悪化させてしまう可能性があった。軸上色収差は正と
負の回折面のパワーをコントロールすれば色収差を打ち
消し合うことができるので、フレアを目立たなくさせな
がら良好に補正することができる。ところが、倍率色収
差は、収差論から知られるように軸上マージナル光線高
×周辺主光線高に関係しているので、正パワーと負パワ
ーの回折面があっても周辺光線高の符号が逆の場合に
は、収差が悪化してしまうことがある。

【００９８】そのため、フレアを目立たなくさせること
と倍率色収差を良好に補正するために、正パワーと負パ
ワーの回折面を明るさ絞りに対して両方共同じ側に配置
する。そうすれば、周辺主光線高の符号が同じになるの
で、正パワーと負パワーの回折面で発生する倍率色収差
が同符号になり打ち消し合うことができる。

【００９９】このように、本発明の第２の光学系でも、
光学系の構成を工夫することで目的が達成でき、新たな
部材や装置を用いる必要がないので、コスト的に非常に
有利である。

【０１００】また、本発明の第１、第２の光学系につい
て、設計次数光は１次であるのが好ましい。従来技術で
説明した（ｄ）式において、設計次数ｍを１〜５にした
ときの回折効率の変化を示したのが図８である。このよ
うに白色のような広い波長域では、設計次数を大きくす
ると波長の変化による回折効率の低下が激しくなってく
る。そのため、不要次数光によるフレアの発生を少なく
するには、設計次数を最も回折効率の低下の少ない１次
で構成するのがよい。

【０１０１】また、本発明の第１、第２の光学系につい
て、設計次数がｍ次のとき、考慮する不要次数はｍ−１
次とｍ＋１次であるのが好ましい。従来技術で説明した
（ｄ）式において、設計波長を５００ｎｍ、設計次数１
次のときの不要次数−１次、０次、２次、３次の回折効
率の変化を示したのが図９である。このように、ｍ−２
次とｍ＋２次である−１、３次の回折効率は低くなって
いるので、白色下でも余り影響はない。したがって、考
慮する不要次数はｍ−１次とｍ＋１次で十分である。

【０１０２】また、本発明の第１、第２の光学系につい
て、不要次数光のスポットは、ｍ−１次光の場合はＣ
線、ｍ＋１次光の場合はＦ線又はｇ線で見るのがよい。
これは、波長と回折効率の関係より、不要次数光の強度
が強い部分の代表的な波長を選んだものである。したが
って、特にその波長だけ考慮しておけば、不要次数光に
よるフレアを見え難くすることができる。

【０１０３】また、不要次数光を見え難くして色にじみ
を軽減しても、設計次数光において色収差が発生したま
までは、高画質は達成できない。ＤＯＥは非常に高分散
な特性があるため、うまく構成しないと、設計次数光の
色収差が発生し逆に性能が低下してしまうこともある。
そのため、本発明の第１、第２の光学系において、次の
条件式を満たすのがよい。

【０１０４】｜１３００・Ｃ／（２・Ｉｈ・Ｆ_NO）｜＜４．５・・・（27）ここで、Ｃ：Ｃ線又はｇ線の軸上色収差量Ｉｈ：光学系の像高Ｆ_NO：光学系のＦナンバーである。ただし、光学系の明るさを入射側開口数（ＮＡ
とする。）で表す場合は、Ｆ_NOは１／（２・ＮＡ）とす
る。この条件式を越えると、設計次数光の色収差が大き
くなり、高画質を満たせない。

【０１０５】なお好ましくは、次の条件式を満たすのが
よい。｜１３００・Ｃ／（２・Ｉｈ・Ｆ_NO）｜＜３・・・（28）ここで、Ｃ：Ｃ線又はｇ線の軸上色収差量Ｉｈ：光学系の像高Ｆ_NO：光学系のＦナンバーである。ただし、光学系の明るさを入射側開口数（ＮＡ
とする。）で表す場合は、Ｆ_NOは１／（２・ＮＡ）とす
る。

【０１０６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回折光学素子を用
いた光学系の実施例１〜３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。また、この式は、条件式（１７）等における回折面
の焦点距離を算出するときの非球面定義式ｆ（ｙ）にも
相当する。

【０１０７】Ｚ＝ＣＹ²／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｃ²Ｙ²｝］＋Ａ₄Ｙ⁴＋Ａ₆Ｙ⁶＋Ａ₈Ｙ⁸＋Ａ₁₀Ｙ¹⁰＋Ａ₁₂Ｙ¹²・・・（ｅ）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、Ａ₁₂は
それぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係
数である。

【０１０８】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。そのた
め、回折面と示したウルトラ・ハイ・インデックス屈折
型レンズによる非球面は実際は存在しない。しかし、各
実施例に対応するレンズ断面図中には、数値データ中に
回折面として記載された面番も基材の面に表記してあ
る。

【０１０９】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）。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３）。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１
０（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。

【０１１０】図１１〜図１３にそれぞれ実施例１〜３の
光軸を含むレンズ断面図を示す。以下、これらの実施例
を説明する。実施例１は、図１１に示すように、フロン
トコンバータレンズＣＬにＤＯＥを用いたものである。
フロントコンバータレンズＣＬは物体側の２枚からな
り、物体側より、両凸の正の第１レンズと両凹の負の第
２レンズからなり、第１レンズの物体側に正パワーの回
折面を、第２レンズの物体側に負パワーの回折面を設け
ている。また、この２枚のレンズ共プラスチックから構
成されている。

【０１１１】なお、フロントコンバータレンズＣＬを配
置するマスターレンズＭＬは、物体側より、物体側に凸
面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズの接合レン
ズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、物体側
に凸面を向けた負メニスカスレンズ、両凹レンズ、両凸
レンズ、絞り、両凸レンズ、物体側に凸面を向けた正メ
ニスカスレンズ、像面側に凸面を向けた負メニスカスレ
ンズ、両凸レンズ、平凹レンズからなる。

【０１１２】非球面は、フロントコンバータレンズＣＬ
の２面の回折面と、マスターレンズＭＬの絞りの後の両
凸レンズの物体側の面、最も像側の平凹レンズの物体側
の面に用いている。

【０１１３】この実施例の無限物点における収差図を図
１４に示す。図中、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、
ＤＴは歪曲収差、ＣＣは倍率色収差である（以下、同
じ）。また、図１９にこの実施例の第１レンズの回折面
による中心（ａ）と周辺（最大像高の７０％）（ｂ）の
設計次数光と不要次数光のスポット図を、図２０にこの
実施例の第２レンズの回折面による中心（ａ）と周辺
（最大像高の７０％）（ｂ）の設計次数光と不要次数光
のスポット図を示す。

【０１１４】この実施例では、不要次数光のスポットを
像面上で大きくしていると共に、不要次数光を重ね合わ
せてその色を目立たなくしている。

【０１１５】実施例２は、図１２に示すように、ファイ
ンタレンズにＤＯＥを用いたものである。このファイン
ダレンズは固定焦点であり、物体側より、両凸の正レン
ズと像反転部材であるプリズムからなる対物レンズ系Ｏ
ｂと、両凸で正のパワーを有する像反転部材であるプリ
ズムと両凸の正レンズからなる接眼レンズ系Ｏｃから構
成されている。また、接眼レンズ系Ｏｃの両凸レンズの
入射面に正パワーの回折面を設けている。非球面は、対
物レンズ系Ｏｂの両凸レンズの観察側の面と、接眼レン
ズ系Ｏｃの回折面と、接眼レンズ系Ｏｃの両凸レンズの
観察側の面に用いている。なお、図中、ＥＰはアイポイ
ントである。

【０１１６】この実施例の無限物点における収差図を図
１５に示す。また、図２１にこの実施例における中心
（ａ）と周辺（最大像高の７０％）（ｂ）の設計次数光
と不要次数光のスポット図を示す。

【０１１７】この実施例では、不要次数光の焦点位置と
周辺での像面湾曲を同時に変化させているが、特に像面
湾曲収差によって不要次数光の像面上でのスポットを大
きくしている。

【０１１８】実施例３について、図１３（ａ）に広角
端、同図（ｂ）に中間画角、同図（ｃ）に望遠端でのレ
ンズ断面図を示す。この実施例は、ファインダレンズに
ＤＯＥを用いたものである。このファインダレンズはズ
ーム系であり、物体側より、両凹の負の第１レンズと両
凸の正の第２レンズと絞りと物体側に凹の負メニスカス
レンズの第３レンズと図示していないが像反転部材であ
るダハミラーとからなる対物レンズ系Ｏｂと、絞りと凸
平の正のパワーを有する像反転部材であるプリズムと両
凸の正レンズからなる接眼レンズ系Ｏｃから構成されて
いる。また、対物レンズ系Ｏｂの第１レンズと第２レン
ズを動かすことによってズーミングを行う。また、接眼
レンズ系Ｏｃのプリズムの観察側の面に正パワーの回折
面を設けている。

【０１１９】非球面は、対物レンズ系Ｏｂの第２レンズ
の両面と、第３レンズの両面と、接眼レンズ系Ｏｃの回
折面と、接眼レンズ系Ｏｃの両凸レンズの物体側の面に
用いている。

【０１２０】この実施例の無限物点における広角端の収
差図を図１６に、中間画角の収差図を図１７に、望遠端
の収差図を図１８にそれぞれ示す。また、この実施例の
中心（ａ）と周辺（最大像高の７０％）（ｂ）の広角端
での設計次数光と不要次数光のスポット図を図２２に、
同様の中間画角での設計次数光と不要次数光のスポット
図を図２３に、同様の望遠端での設計次数光と不要次数
光のスポット図を図２４にそれぞれ示す。

【０１２１】この実施例でも、同様に不要次数光の焦点
位置と周辺での像面湾曲を同時に変化させているが、特
に焦点位置によって不要次数光の像面上でのスポットを
大きくしている。

【０１２２】以下に、上記実施例１〜３の数値データを
示す。各データ中、ｆは焦点距離、、ｆ_obは対物レンズ
系の焦点距離、ｆ_epは接眼レンズ系の焦点距離、Ｆ_NOは
Ｆナンバー、ｆ_Bはバックフォーカス、ωは半画角、φ
は瞳径、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、φ₁、φ₂…は各レンズ
面の有効径、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（ｅ）式にて表される。

【０１２３】実施例１ｆ＝148.52 Ｆ_NO＝ 5.7 ω ＝ 6.34° ｆ_B＝ 61.77 φ₁＝５０．５８ φ_４＝ 34.14 ｒ₁= 49.93721 （回折面）ｄ₁= 0.00000 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 ｒ₂= 49.93929 ｄ₂=17.96422 ｎ_d2 =1.49241 ν_d2 =57.66 ｒ₃= -171.32435 ｄ₃=10.53770 ｒ₄= -76.98416 （回折面）ｄ₄= 0.00000 ｎ_d3 =1001 ν_d3 =-3.45 ｒ₅= -76.99122 ｄ₅= 2.50000 ｎ_d4 =1.49241 ν_d4 =57.66 ｒ₆= 46.35714 ｄ₆= 3.50000 ｒ₇= 247.07060 ｄ₇= 2.40000 ｎ_d5 =1.80518 ν_d5 =25.42 ｒ₈= 74.03930 ｄ₈= 4.21600 ｎ_d6 =1.48749 ν_d6 =70.23 ｒ₉= -184.01250 ｄ₉= 0.20000 ｒ₁₀= 49.05590 ｄ₁₀= 3.15400 ｎ_d7 =1.72916 ν_d7 =54.68 ｒ₁₁= 166.32590 ｄ₁₁=30.71760 ｒ₁₂= 407.87420 ｄ₁₂= 1.50000 ｎ_d8 =1.77250 ν_d8 =49.60 ｒ₁₃= 16.05770 ｄ₁₃= 5.39400 ｒ₁₄= -28.19580 ｄ₁₄= 1.20000 ｎ_d9 =1.77250 ν_d9 =49.60 ｒ₁₅= 54.90090 ｄ₁₅= 0.20000 ｒ₁₆= 37.55390 ｄ₁₆= 2.87300 ｎ_d10=1.84666 ν_d10=23.78 ｒ₁₇= -78.69950 ｄ₁₇= 1.50000 ｒ₁₈= ∞（絞り）ｄ₁₈= 0.80000 ｒ₁₉= 38.13160 （非球面）ｄ₁₉= 2.51100 ｎ_d11=1.56016 ν_d11=60.30 ｒ₂₀= -103.84840 ｄ₂₀= 0.20000 ｒ₂₁= 22.42720 ｄ₂₁= 2.68000 ｎ_d12=1.48749 ν_d12=70.23 ｒ₂₂= 431.88110 ｄ₂₂= 2.11800 ｒ₂₃= -26.44210 ｄ₂₃= 1.20000 ｎ_d13=1.80518 ν_d13=25.42 ｒ₂₄= -192.57640 ｄ₂₄= 1.00000 ｒ₂₅= 31.92790 ｄ₂₅= 3.43100 ｎ_d14=1.60311 ν_d14=60.64 ｒ₂₆= -36.80100 ｄ₂₆= 7.02700 ｒ₂₇= ∞ （非球面）ｄ₂₇= 1.21200 ｎ_d15=1.79952 ν_d15=42.22 ｒ₂₈= 43.92620 非球面係数第１面Ｋ = 0.0000 A₄ = 7.1253 ×10^-11 A₆ = 6.9126 ×10^-14 A₈ = 1.3674 ×10^-16 A₁₀=-1.6062 ×10^-19 A₁₂=-2.8003 ×10^-26 第４面Ｋ = 0.0000 A₄ =-1.3482 ×10^-10 A₆ =-5.5717 ×10^-13 A₈ = 6.2479 ×10^-16 A₁₀= 1.6462 ×10^-18 A₁₂= 2.8827 ×10^-26 第１９面Ｋ = 0.0000 A₄ = 8.3634 ×10^-6 A₆ = 1.1592 ×10^-8 A₈ = 6.8945 ×10^-11 A₁₀= 4.7517 ×10^-13 A₁₂= 0 第２７面Ｋ = 0.0000 A₄ =-5.2001 ×10^-5 A₆ =-1.5982 ×10^-7 A₈ = 4.3993 ×10^-11 A₁₀=-1.5466 ×10^-14 A₁₂= 0 。

【０１２４】実施例２ｆ_ob＝ 8.76 ｆ_ep＝ 19.54 ω ＝ 28.47° φ ＝ 4 φ₈＝ 11.376 ｒ₁= ∞（絞り）ｄ₁= 5.40000 ｒ₂= 9.10054 ｄ₂= 4.80144 ｎ_d1 =1.49241 ν_d1 =57.66 ｒ₃= -6.76709 （非球面）ｄ₃= 0.70000 ｒ₄= ∞ ｄ₄= 9.79200 ｎ_d2 =1.49241 ν_d2 =57.66 ｒ₅= ∞ ｄ₅= 1.00000 ｒ₆= 29.10000 ｄ₆=26.00000 ｎ_d3 =1.49241 ν_d3 =57.66 ｒ₇= -92.46966 ｄ₇= 0.70000 ｒ₈= 19.91104 （回折面）ｄ₈= 0.00000 ｎ_d4 =1001 ν_d4 =-3.45 ｒ₉= 19.91144 ｄ₉= 2.50000 ｎ_d5 =1.49241 ν_d5 =57.66 ｒ₁₀= -24.25124 （非球面）ｄ₁₀=15.00000 ｒ₁₁= ∞（ＥＰ）非球面係数第３面Ｋ =-0.6303 A₄ = 9.5175 ×10^-4 A₆ =-1.3475 ×10^-5 A₈ = 1.0691 ×10^-6 A₁₀=-2.1204 ×10^-8 第８面Ｋ = 0.0000 A₄ = 2.8900 ×10^-8 A₆ = 1.2633 ×10^-9 A₈ =-1.0757 ×10^-10 A₁₀= 1.7575 ×10^-12 第１０面Ｋ = 0.0000 A₄ = 1.5320 ×10^-4 A₆ =-1.7569 ×10^-6 A₈ =-7.5255 ×10^-8 A₁₀= 2.0191 ×10^-9 。

【０１２５】実施例３ｆ_ob＝ 8.46 〜 12.97 〜 20.21 ｆ_ep＝ 21.05 ω ＝ 25.73°〜 16.09°〜 10.03° φ ＝ 5 φ₁₁＝ 8.992 ｒ₁= -12.60009 ｄ₁= 1.00000 ｎ_d1 =1.58423 ν_d1 =30.49 ｒ₂= 12.23263 ｄ₂=(可変) ｒ₃= 8.66073 （非球面）ｄ₃= 5.16550 ｎ_d2 =1.52542 ν_d2 =55.78 ｒ₄= -7.42422 （非球面）ｄ₄=(可変) ｒ₅= ∞（絞り）ｄ₅= 0.40000 ｒ₆= -25.97580 （非球面）ｄ₆= 1.50000 ｎ_d3 =1.58423 ν_d3 =30.49 ｒ₇= -53.59938 （非球面）ｄ₇=13.33000 ｒ₈= ∞（絞り）ｄ₈= 0.00000 ｒ₉= 9.08700 ｄ₉=29.50000 ｎ_d4 =1.52542 ν_d4 =55.78 ｒ₁₀= ∞ ｄ₁₀= 0.00000 ｎ_d5 =1001 ν_d5 =-3.45 ｒ₁₁= -410000.0000（回折面）ｄ₁₁= 1.70933 ｒ₁₂= 12.16575 （非球面）ｄ₁₂= 2.10000 ｎ_d6 =1.49241 ν_d6 =57.66 ｒ₁₃= -111.23645 ｄ₁₃=16.50000 ｒ₁₄= ∞（ＥＰ）非球面係数第３面Ｋ = 0.0000 A₄ =-6.6417 ×10^-4 A₆ =-1.4558 ×10^-5 A₈ =-1.1666 ×10^-6 A₁₀= 2.4026 ×10^-8 第４面Ｋ = 0.0000 A₄ = 2.7643 ×10^-4 A₆ =-2.7493 ×10^-5 A₈ = 5.5890 ×10^-7 A₁₀=-4.4005 ×10^-9 第６面Ｋ = 0.0000 A₄ =-1.1947 ×10^-3 A₆ = 2.2499 ×10^-4 A₈ =-6.8978 ×10^-5 A₁₀= 4.9897 ×10^-6 第７面Ｋ = 0.0000 A₄ =-1.3663 ×10^-3 A₆ = 3.9508 ×10^-4 A₈ =-9.0569 ×10^-5 A₁₀= 5.9469 ×10^-6 第１１面Ｋ = 0.0000 A₄ =-3.2093 ×10^-8 A₆ = 1.0666 ×10^-9 A₈ =-7.1869 ×10^-12 A₁₀=-2.9699 ×10^-13 第１２面Ｋ =-0.4308 A₄ =-1.7162 ×10^-4 A₆ = 8.8593 ×10^-6 A₈ =-4.2087 ×10^-7 A₁₀= 7.6031 ×10^-9 。

【０１２６】次に、上記実施例の条件式（１）〜（２
２）、（２７）、（２８）の値を次の表に示す。各条件
式は、１つの実施例において、不要次数光の０次と２次
の２種類について計算した。また、さらに、実施例１の
場合の条件式は、物体側からその回折面の番号を１、２
として、それぞれにおいて計算した。例えば、「第１Ｄ
ＯＥにおける０次光の条件式」は“１−０”の記号で表
している。また、さらに、実施例３の場合は、広角端
（Ｗ）、中間画角（Ｓ）、望遠端（Ｔ）の３状態につい
てそれぞれ計算した。例えば、「広角端における０次光
の条件式」は“Ｗ−０”の記号で表している。

【０１２７】

【０１２８】上記の表において、例えば実施例１の条件
式（１７）、（１８）の欄には、０．２３４と０．１１
２という数値が記載されている。ここで、１−２の欄は
空欄になっているが、数値が記載されていないのではな
く、１−０の記載の０．２３４と共通の値であるという
意味である。同様に、実施例１の条件式（２１）、（２
２）の欄には、１．３０５という数値が記載されている
が、この数値は、１−０，１−２，２−０，２−２に共
通の値であることを意味している。その他の各実施例の
条件式についても同様である。

【０１２９】以上において、スポットの大きさの条件式
については、画面の中で最も小さくなる所で計算した。
また、スポットの大きさは、撮影レンズの場合は、０次
光をＣ線、２次光をｇ線で、また、ファインダレンズの
場合は、０次光をＣ線、２次光をＦ線で計算した。

【０１３０】また、不要次数光の焦点位置の条件式は、
本来最小錯乱円位置を焦点位置にするのが最適である
が、簡単のため、それに最も近いと思われる近軸焦点位
置で計算した。また、同様に、撮影レンズの場合は、０
次光をＣ線、２次光をｇ線で、また、ファインダレンズ
の場合は、０次光をＣ線、２次光をＦ線で焦点位置の差
を計算した。また、収差の条件式に関しても同様に上記
の波長で計算した。

【０１３１】以上説明した本発明の回折光学素子を用い
た光学系は、例えば次のように構成することができる。〔１〕回折光学素子を有し、不要次数光によるフレア
光が目立たなくなるように、不要次数光の像面における
スポットを大きくしたことを特徴とする回折光学素子を
用いた光学系。

【０１３２】〔２〕上記〔１〕において、次の条件式
を満たし実像を形成することを特徴とする回折光学素子
を用いた光学系。Ｆ_NO・Ｓ・１３００／（２Ｉｈ）＞３５０・・・（１）ここで、Ｆ_NO：光学系のＦナンバーＳ：像面における不要次数光のスポットの大きさＩｈ：光学系の像高である。ただし、光学系の明るさを入射側開口数（ＮＡ
とする。）で表す場合は、Ｆ_NOは１／（２・ＮＡ）とす
る。

【０１３３】〔３〕上記〔１〕において、次の条件式
を満たし実像を形成することを特徴とする回折光学素子
を用いた光学系。Ｆ_NO・Ｓ・１３００／（２Ｉｈ）＞５００・・・（２）ここで、Ｆ_NO：光学系のＦナンバーＳ：像面における不要次数光のスポットの大きさＩｈ：光学系の像高である。ただし、光学系の明るさを入射側開口数（ＮＡ
とする。）で表す場合は、Ｆ_NOは１／（２・ＮＡ）とす
る。

【０１３４】〔４〕上記〔１〕において、次の条件式
を満たし虚像を形成することを特徴とする回折光学素子
を用いた光学系。 ε＞１５′ ・・・（３）ここで、ε：不要次数光のスポットの視野角である。

【０１３５】〔５〕上記〔１〕において、次の条件式
を満たし虚像を形成することを特徴とする回折光学素子
を用いた光学系。 ε＞２５′ ・・・（４）ここで、ε：不要次数光のスポットの視野角である。

【０１３６】〔６〕回折光学素子を有し、不要次数光
によるフレア光が目立たなくなるように、不要次数光の
焦点位置を像面から遠ざけたことを特徴とする回折光学
素子を用いた光学系。

【０１３７】〔７〕上記〔６〕において、不要次数光
の焦点位置は次の条件式を満たし実像を形成することを
特徴とする回折光学素子を用いた光学系。｜ｆ_b1’−ｆ_b1｜／Ｉｈ＞０．５・・・（５）ここで、ｆ_b1’：不要次数光の焦点位置ｆ_b1：設計次数光の焦点位置Ｉｈ：光学系の像高である。

【０１３８】〔８〕上記〔６〕において、不要次数光
の焦点位置は次の条件式を満たし実像を形成することを
特徴とする回折光学素子を用いた光学系。｜ｆ_b1’−ｆ_b1｜／Ｉｈ＞０．８・・・（６）ここで、ｆ_b1’：不要次数光の焦点位置ｆ_b1：設計次数光の焦点位置Ｉｈ：光学系の像高である。

【０１３９】

〔９〕上記〔６〕において、不要次数光
の焦点位置は次の条件式を満たし虚像を形成することを
特徴とする回折光学素子を用いた光学系。｜ｆ_b2’−ｆ_b2｜・Ｉｈ／１０００＞０．２・・・（７）ここで、ｆ_b2’：不要次数光の焦点位置（ただし、単位
はｍ^-1）ｆ_b2：設計次数光の焦点位置（ただし、単位はｍ^-1）Ｉｈ：光学系の像高である。

【０１４０】〔１０〕上記〔６〕において、不要次数
光の焦点位置は次の条件式を満たし虚像を形成すること
を特徴とする回折光学素子を用いた光学系。｜ｆ_b2’−ｆ_b2｜・Ｉｈ／１０００＞０．４・・・（８）ここで、ｆ_b2’：不要次数光の焦点位置（ただし、単位
はｍ^-1）ｆ_b2：設計次数光の焦点位置（ただし、単位はｍ^-1）Ｉｈ：光学系の像高である。

【０１４１】〔１１〕回折光学素子を有し、その焦点
距離が次の条件式を満たし実像を形成することを特徴と
する回折光学素子を用いた光学系。｜ｆ_DOE・（ｍ_g’−ｍ_g）²／Ｉｈ｜＞０．５・・・（９）ここで、ｆ_DOE：回折光学素子の焦点距離ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。ただし、回折面が第１面の場合は、ｍ_g’＝
０、また、回折面が最終面の場合は、ｍ_g＝１とする。

【０１４２】〔１２〕回折光学素子を有し、その焦点
距離が次の条件式を満たし実像を形成することを特徴と
する回折光学素子を用いた光学系。｜ｆ_DOE・（ｍ_g’−ｍ_g）²／Ｉｈ｜＞０．６５・・・（10）ここで、ｆ_DOE：回折光学素子の焦点距離ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。ただし、回折面が第１面の場合は、ｍ_g’＝
０、また、回折面が最終面の場合は、ｍ_g＝１とする。

【０１４３】〔１３〕回折光学素子を有し、その焦点
距離が次の条件式を満たし虚像を形成することを特徴と
する回折光学素子を用いた光学系。｜ｆ_DOE・α²・（ｍ_g’−ｍ_g）²・１０００／Ｉｈ｜＞０．０２５・・・（11）ここで、ｆ_DOE：回折光学素子の焦点距離ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。ただし、回折面が第１面の場合は、ｍ_g’＝
０、また、回折面が最終面の場合は、ｍ_g＝１とする。
αは、α＝（１０＋１００／ｆ_b）／ｆ_bで定義する値
である。ただし、ｆ_bは設計次数光の焦点位置である。

【０１４４】〔１４〕回折光学素子を有し、その焦点
距離が次の条件式を満たし虚像を形成することを特徴と
する回折光学素子を用いた光学系。｜ｆ_DOE・α²・（ｍ_g’−ｍ_g）²・１０００／Ｉｈ｜＞０．０５・・・（12）ここで、ｆ_DOE：回折光学素子の焦点距離ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。ただし、回折面が第１面の場合は、ｍ_g’＝
０、また、回折面が最終面の場合は、ｍ_g＝１とする。
αは、α＝（１０＋１００／ｆ_b）／ｆ_bで定義する値
である。ただし、ｆ_bは設計次数光の焦点位置である。

【０１４５】〔１５〕上記〔６〕において、少なくと
も１面ずつの正パワーと負パワーの回折面を有すること
を特徴とする回折光学素子を用いた光学系。

【０１４６】〔１６〕回折光学素子を有し、不要次数
光によるフレア光が目立たなくなるように、不要次数光
の収差を発生させたことを特徴とする回折光学素子を用
いた光学系。

【０１４７】〔１７〕回折光学素子を有し、不要次数
光によるフレア光が目立たなくなるように、不要次数光
の球面収差を瞳の周辺に行くに従い像面から遠ざける方
向に大きくしたことを特徴とする回折光学素子を用いた
光学系。

【０１４８】〔１８〕回折光学素子を有し、不要次数
光によるフレア光が目立たなくなるように、不要次数光
の像面湾曲収差を像面から遠ざける方向に大きくしたこ
とを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。

【０１４９】〔１９〕上記〔１８〕において、不要次
数光の像面湾曲収差は次の条件式を満たし実像を形成す
ることを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。｜ＤＭ_max1｜／Ｉｈ＞０．２５・・・（13）ここで、ＤＭ_max1：不要次数光の焦点位置を基準にした
ときの、像面から最も離れたときの不要次数光の像面湾
曲収差（メリディオナル方向）の値Ｉｈ：光学系の像高である。

【０１５０】〔２０〕上記〔１８〕において、不要次
数光の像面湾曲収差は次の条件式を満たし実像を形成す
ることを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。｜ＤＭ_max1｜／Ｉｈ＞０．５・・・（14）ここで、ＤＭ_max1：不要次数光の焦点位置を基準にした
ときの、像面から最も離れたときの不要次数光の像面湾
曲収差（メリディオナル方向）の値Ｉｈ：光学系の像高である。

【０１５１】〔２１〕上記〔１８〕において、不要次
数光の像面湾曲収差は次の条件式を満たし虚像を形成す
ることを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。｜ＤＭ_max2｜・Ｉｈ／１０００＞０．１・・・（15）ここで、ＤＭ_max2：不要次数光の焦点位置を基準にした
ときの、像面から最も離れたときの不要次数光の像面湾
曲収差（メリディオナル方向）の値（ただし、単位はｍ
^-1）Ｉｈ：光学系の像高である。

【０１５２】〔２２〕上記〔１８〕において、不要次
数光の像面湾曲収差は次の条件式を満たし虚像を形成す
ることを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。｜ＤＭ_max2｜・Ｉｈ／１０００＞０．２・・・（16）ここで、ＤＭ_max2：不要次数光の焦点位置を基準にした
ときの、像面から最も離れたときの不要次数光の像面湾
曲収差（メリディオナル方向）の値（ただし、単位はｍ
^-1）Ｉｈ：光学系の像高である。

【０１５３】〔２３〕上記〔１６〕から〔１８〕の何
れか１項において、回折面には非球面効果を有している
ことを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。

【０１５４】〔２４〕上記〔１８〕において、回折面
は周辺にいくにつれパワーが強くなることを特徴とする
回折光学素子を用いた光学系。

【０１５５】〔２５〕上記〔１６〕から〔１８〕の何
れか１項において、少なくとも１面の非球面を有してい
ることを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。

【０１５６】〔２６〕上記〔２５〕において、非球面
は回折面で発生する収差と逆の収差を発生させているこ
とを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。

【０１５７】〔２７〕周辺にいくにつれパワーが強く
なる回折光学素子を有し、その面における焦点距離の変
化が次の条件式を満たし実像を形成することを特徴とす
る回折光学素子を用いた光学系。｜（ｆ_Dmax−ｆ_Dmin）・（ｍ_g’−ｍ_g）²／Ｉｈ｜＞０．０５・・・（17）ここで、ｆ_Dmax：回折光学素子の面の焦点距離の最大値ｆ_Dmin：回折光学素子の面の焦点距離の最小値ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。

【０１５８】〔２８〕周辺にいくにつれパワーが強く
なる回折光学素子を有し、その面における焦点距離の変
化が次の条件式を満たし実像を形成することを特徴とす
る回折光学素子を用いた光学系。｜（ｆ_Dmax−ｆ_Dmin）・（ｍ_g’−ｍ_g）²／Ｉｈ｜＞０．０８・・・（18）ここで、ｆ_Dmax：回折光学素子の面の焦点距離の最大値ｆ_Dmin：回折光学素子の面の焦点距離の最小値ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。

【０１５９】〔２９〕周辺にいくにつれパワーが強く
なる回折光学素子を有し、その面における焦点距離の変
化が次の条件式を満たし虚像を形成することを特徴とす
る回折光学素子を用いた光学系。｜（ｆ_Dmax−ｆ_Dmin）・α²・（ｍ_g’−ｍ_g）²・Ｉｈ／１０００｜＞０．００１・・・（19）ここで、ｆ_Dmax：回折光学素子の面の焦点距離の最大値ｆ_Dmin：回折光学素子の面の焦点距離の最小値ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。αは、α＝（１０＋１００／ｆ_b）／ｆ_bで定
義する値である。ただし、ｆ_bは設計次数光の焦点位置
である。

【０１６０】〔３０〕周辺にいくにつれパワーが強く
なる回折光学素子を有し、その面における焦点距離の変
化が次の条件式を満たし虚像を形成することを特徴とす
る回折光学素子を用いた光学系。｜（ｆ_Dmax−ｆ_Dmin）・α²・（ｍ_g’−ｍ_g）²・Ｉｈ／１０００｜＞０．００５・・・（20）ここで、ｆ_Dmax：回折光学素子の面の焦点距離の最大値ｆ_Dmin：回折光学素子の面の焦点距離の最小値ｍ_g’：回折光学素子を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g：回折光学素子を含まないでそれより像側の横倍率Ｉｈ：光学系の像高である。αは、α＝（１０＋１００／ｆ_b）／ｆ_bで定
義する値である。ただし、ｆ_bは設計次数光の焦点位置
である。

【０１６１】〔３１〕回折光学素子を有し、不要次数
光によるフレア光が目立たなくなるように、不要次数光
の色を変化させていることを特徴とする回折光学素子を
用いた光学系。

【０１６２】〔３２〕上記〔３１〕において、少なく
とも２面の回折面を有し不要次数光を重ね合わせている
ことを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。

【０１６３】〔３３〕上記〔３２〕において、不要次
数光が重なり合うように像面での主光線位置が略同じ位
置にあることを特徴とする回折光学素子を用いた光学
系。

【０１６４】〔３４〕上記〔３２〕において、不要次
数光が重なり合うように像面でのスポットの大きさが略
同じであることを特徴とする回折光学素子を用いた光学
系。

【０１６５】〔３５〕上記〔３２〕から〔３４〕の何
れか１項において、回折面の焦点距離は次の条件式を満
たしていることを特徴とする回折光学素子を用いた光学
系。０．３３＜｜｛ｆ_DOE1・（ｍ_g1’−ｍ_g1）²｝／｛ｆ_DOE2・（ｍ_g2’−ｍ_g2）²｝｜＜３・・・（21）ここで、ｆ_DOE1：第１回折面の焦点距離ｍ_g1’：第１回折面を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g1：第１回折面を含まないでそれより像側の横倍率ｆ_DOE2：第２回折面の焦点距離ｍ_g2’：第２回折面を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g2：第２回折面を含まないでそれより像側の横倍率である。

【０１６６】〔３６〕上記〔３２〕から〔３４〕の何
れか１項において、回折面の焦点距離は次の条件式を満
たしていることを特徴とする回折光学素子を用いた光学
系。０．５＜｜｛ｆ_DOE1・（ｍ_g1’−ｍ_g1）²｝／｛ｆ_DOE2・（ｍ_g2’−ｍ_g2）²｝｜＜２・・・（22）ここで、ｆ_DOE1：第１回折面の焦点距離ｍ_g1’：第１回折面を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g1：第１回折面を含まないでそれより像側の横倍率ｆ_DOE2：第２回折面の焦点距離ｍ_g2’：第２回折面を含んでそれより像側の横倍率ｍ_g2：第２回折面を含まないでそれより像側の横倍率である。

【０１６７】〔３７〕上記〔３２〕において、回折効
率を最大にする設計波長が次の条件式を満たし実像を形
成することを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。４６０＜λ_DOE＜５６０・・・（23）ここで、λ_DOE：設計波長（単位はｎｍ）である。

【０１６８】〔３８〕上記〔３２〕において、回折効
率を最大にする設計波長が次の条件式を満たし実像を形
成することを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。４８０＜λ_DOE＜５４０・・・（24）ここで、λ_DOE：設計波長（単位はｎｍ）である。

【０１６９】〔３９〕上記〔３２〕において、回折効
率を最大にする設計波長が次の条件式を満たし虚像を形
成することを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。５３０＜λ_DOE＜６３０・・・（25）ここで、λ_DOE：設計波長（単位はｎｍ）である。

【０１７０】〔４０〕上記〔３２〕において、回折効
率を最大にする設計波長が次の条件式を満たし虚像を形
成することを特徴とする回折光学素子を用いた光学系。５５０＜λ_DOE＜６１０・・・（26）ここで、λ_DOE：設計波長（単位はｎｍ）である。

【０１７１】〔４１〕上記〔３２〕において、少なく
とも１面ずつの正パワーと負パワーの回折面は明るさ絞
りに対し共に同じ側に配置したことを特徴とする回折光
学素子を用いた光学系。

【０１７２】〔４２〕上記〔１〕から〔４１〕の何れ
か１項において、白色の下で使用することを特徴とする
回折光学素子を用いた光学系。

【０１７３】〔４３〕上記〔１〕から〔４１〕の何れ
か１項において、設計次数がｍ次のとき、スポットを大
きくする不要次数はｍ−１とｍ＋１次であることを特徴
とする回折光学素子を用いた光学系。

【０１７４】〔４４〕上記〔１〕から〔４１〕の何れ
か１項において、設計次数ｍが１次であることを特徴と
する回折光学素子を用いた光学系。

【０１７５】〔４５〕上記〔１〕、〔６〕、〔１
１〕、〔１２〕、〔１６〕、〔１７〕、〔１８〕、〔２
７〕、〔２８〕、〔３１〕の何れか１項において、次の
条件式を満たし実像を形成することを特徴とする回折光
学素子を用いた光学系。｜１３００・Ｃ／（２・Ｉｈ・Ｆ_NO）｜＜４．５・・・（27）ここで、Ｃ：Ｃ線又はｇ線の軸上色収差量Ｉｈ：光学系の像高Ｆ_NO：光学系のＦナンバーである。ただし、光学系の明るさを入射側開口数（ＮＡ
とする。）で表す場合は、Ｆ_NOは１／（２・ＮＡ）とす
る。

【０１７６】〔４６〕上記〔１〕、〔６〕、〔１
１〕、〔１２〕、〔１６〕、〔１７〕、〔１８〕、〔２
７〕、〔２８〕、〔３１〕の何れか１項において、次の
条件式を満たし実像を形成することを特徴とする回折光
学素子を用いた光学系。｜１３００・Ｃ／（２・Ｉｈ・Ｆ_NO）｜＜３・・・（28）ここで、Ｃ：Ｃ線又はｇ線の軸上色収差量Ｉｈ：光学系の像高Ｆ_NO：光学系のＦナンバーである。ただし、光学系の明るさを入射側開口数（ＮＡ
とする。）で表す場合は、Ｆ_NOは１／（２・ＮＡ）とす
る。

【０１７７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では、ＤＯＥの不要次数光のスポットを像面上で大きく
することにより、又は、不要次数光のスポットの色を変
えることにより、白色下でＤＯＥを用いても不要次数光
のフレアを目立たなくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回折現象を説明するための図である。

【図２】キノフォームの断面形状を示す図である。

【図３】バイナリー光学素子の断面形状を示す図であ
る。

【図４】設計波長を５００ｎｍにしたとき波長と回折効
率の関係を示す図である。

【図５】ＤＯＥを用いた従来の光学系によるスポットの
様子を示す図である。

【図６】本発明の光学系によるスポットの様子を示す図
である。

【図７】回折面での各次数の光線の進行方向を示す図で
ある。

【図８】設計次数を１〜５にしたときの回折効率の変化
を示す図である。

【図９】設計波長５００ｎｍ、設計次数１次のときの不
要次数光の波長と回折効率の関係を示す図である。

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

【図１１】本発明の実施例１のレンズ断面図である。

【図１２】本発明の実施例２のレンズ断面図である。

【図１３】本発明の実施例３のレンズ断面図である。

【図１４】実施例１における無限物点における収差図で
ある。

【図１５】実施例２における無限物点における収差図で
ある。

【図１６】実施例３の無限物点における広角端の収差図
である。

【図１７】実施例３の無限物点における中間画角の収差
図である。

【図１８】実施例３の無限物点における望遠端の収差図
である。

【図１９】実施例１の第１レンズの回折面による中心と
周辺の設計次数光と不要次数光のスポット図である。

【図２０】実施例１の第２レンズの回折面による中心と
周辺の設計次数光と不要次数光のスポット図である。

【図２１】実施例２における中心と周辺の設計次数光と
不要次数光のスポット図である。

【図２２】実施例３における中心と周辺の広角端での設
計次数光と不要次数光のスポット図である。

【図２３】実施例３における中心と周辺の中間画角での
設計次数光と不要次数光のスポット図である。

【図２４】実施例３における中心と周辺の望遠端での設
計次数光と不要次数光のスポット図である。

【符号の説明】

Ａ…回折面ＣＬ…フロントコンバータレンズＭＬ…マスターレンズＯｂ…対物レンズ系Ｏｃ…接眼レンズ系ＥＰ…アイポイント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】回折光学素子を有し、不要次数光による
フレア光が目立たなくなるように、不要次数光の像面に
おけるスポットを大きくしたことを特徴とする回折光学
素子を用いた光学系。
【請求項２】回折光学素子を有し、不要次数光による
フレア光が目立たなくなるように、不要次数光の焦点位
置を像面から遠ざけたことを特徴とする回折光学素子を
用いた光学系。
【請求項３】回折光学素子を有し、不要次数光による
フレア光が目立たなくなるように、不要次数光の収差を
発生させたことを特徴とする回折光学素子を用いた光学
系。
【請求項４】回折光学素子を有し、不要次数光による
フレア光が目立たなくなるように、不要次数光の色を変
化させていることを特徴とする回折光学素子を用いた光
学系。