JPH10161020A - 回折光学素子を用いた撮影光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折光学素子を用いて高性能かつ低コストな
撮影光学系を提供する。 【解決手段】 物体側から順に、物体側に凸のメニスカ
スの第１正レンズ、明るさ絞り、両凸の第２正レンズの
順に配置し、第１レンズの物体側に回折面を形成してい
る。このように、明るさ絞りと、少なくとも２枚のレン
ズと、少なくとも１面の回折面を有し、ｆを全系の焦点
距離、ｄ_DOE を明るさ絞りから回折面までの光軸上の距
離とすると、０＜ｄ_DOE ／ｆ＜０．２４の条件を満た
す。これは、倍率色収差のバランスをとるために、回折
面を明るさ絞りの近傍に配置して光線高を低くする条件
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、回折光学素子（Ｄ
ｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎ
ｔ：以下、ＤＯＥと呼ぶ。）を用いた撮影光学系に関す
るものであり、例えば銀塩カメラや電子カメラ等の撮影
光学系に利用されるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、銀塩カメラや電子カメラ等に
使用される撮影光学系に関しては、高性能と低コストを
目的とした提案がされてきた。一般的な撮影光学系で
は、性能を上げるには収差の補正のために多くの枚数の
レンズが必要になり、低コスト化するのは難しかった。
そこで、近年では、非球面を用いて性能を維持したまま
枚数を減らすことによって低コストが達成されてきてい
る。ところが、非球面は球面収差やコマ収差等の単色収
差は補正できるが、色収差の補正ができないという欠点
があった。そのため、あまり枚数を減らして低コスト化
してしまうと、色収差が悪化するので性能が低下するこ
とがあった。したがって、色収差を補正するためには異
なるパワーのレンズを組み合わせて補正するしかないの
で、レンズ枚数を増やさざるを得なかった。そのため、
高性能と低コストの両方を満足させることは難しかっ
た。

【０００３】一方、近年では、回折作用によって光線を
屈曲させる回折光学素子（ＤＯＥ）が注目されてきてい
る。ＤＯＥは一般的な硝子硝材とは異なり、アッベ数が
−３．４５という逆分散の特性を有しているため、従来
の屈折系と違い正パワー＋正パワーの組み合わせで色消
しできるという特徴がある。このような特徴があるた
め、撮影光学系にＤＯＥを用いることが考えられてい
る。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】 √（ｒ_j ² ＋ｆ² ）−ｆ＝ｊλ ・・・（ｂ−１） また、ｒ_j が焦点距離に対してあまり大きくなければ、
格子のリング半径ｒ_jは次の式で表される。

【０００８】 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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】そこで、このようなＤＯＥを撮影光学系に
応用した例として、次のようなものがあった。ＷＯ９５
／１８３９３のものでは、単レンズの撮影光学系に回折
面を構成し、収差補正している。特開平４−１８１９０
８号のものでは、ラジアル型不均質レンズを製作の容易
なタイプにするために、それによる色収差の発生を回折
型レンズにより打ち消して補正している。また、枚数は
１〜３枚で構成している。特開平６−３２４２６２号と
特開平６−３３１８８７号のものでは、望遠系のレンズ
の前玉に回折面を構成して色収差補正を行っている。ま
た、枚数はそれぞれ６枚、１０〜１１枚で構成してい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＤＯＥを用
いたこれらの撮影光学系では、何れも性能やコストにお
いてまだ不十分であった。ＷＯ９５／１８３９３のもの
では、単レンズなのでコストは低く抑えられている。し
かし、コマ収差等は補正し切れていないため、性能は不
十分であった。

【００１３】特開平４−１８１９０８号のものでは、少
ない枚数であるにもかかわらず高性能を達成している。
ところが、不均質レンズを使用しているため、実際には
低コストとは言えなかった。また、不均質レンズはまだ
カメラ等のための大量生産には向いていないため、不利
であった。

【００１４】特開平６−３２４２６２号、特開平６−３
３１８８７号のものでは、望遠系のレンズにＤＯＥを用
いて高性能を達成している。ところが、ＤＯＥは色収差
の微修正を行っている程度で、その効果を十分に生かし
切れていない。このように、ＤＯＥを用いた先行例で
は、何れも低コストと高性能の両方を満たしていない。

【００１５】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、ＤＯＥを用いて
高性能かつ低コストな撮影光学系を提供することであ
る。

【００１６】

【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撮影光学系は、
明るさ絞りと、少なくとも２枚のレンズと、少なくとも
１面の回折面を有し、次の条件を満たすことを特徴とす
るものである。 ０＜ｄ_DOE ／ｆ＜０．２４ ・・・（１） ただし、ｆは全系の焦点距離、ｄ_DOE は明るさ絞りから
回折面までの光軸上の距離である。

【００１７】本発明の第２の回折光学素子を用いた撮影
光学系は、明るさ絞りと、２枚のレンズから構成され、
回折面を１面のみ有することを特徴とするものである。

【００１８】本発明の第３の回折光学素子を用いた撮影
光学系は、明るさ絞りを有し、物体側から順に、正レン
ズ、正レンズの２枚から構成され、少なくとも１面の回
折面を有し、何れも均質系の媒質で構成されていること
を特徴とするものである。

【００１９】本発明の第４の回折光学素子を用いた撮影
光学系は、明るさ絞りを有し、物体側から順に、正レン
ズ、正レンズの２枚から構成され、少なくとも１面の回
折面を有し、次の条件を満たすことを特徴とするもので
ある。 −１＜ＳＦ₁ ＜０．１５ ・・・（３） ただし、ＳＦ₁ は、 ＳＦ₁ ＝（ｒ_A −ｒ_B ）／（ｒ_A ＋ｒ_B ） で表され、ここで、ｒ_A は第１レンズの物体側の曲率半
径、ｒ_B は第１レンズの像側の曲率半径である。

【００２０】本発明の第５の回折光学素子を用いた撮影
光学系は、明るさ絞りを有し、物体側から順に、正レン
ズ、負レンズの２枚から構成され、少なくとも１面の回
折面を有することを特徴とするものである。

【００２１】本発明の第６の回折光学素子を用いた撮影
光学系は、明るさ絞りを有し、物体側から順に、負レン
ズ、正レンズの２枚から構成され、少なくとも１面の回
折面を有することを特徴とするものである。

【００２２】以下に、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。最初に、上記の第１〜第６
の全てのものに関して、目的を達成するための必要な構
成条件について説明する。従来より、低コストなレンズ
系としてレンズ枚数を１枚で構成したものが提案されて
いた。ところが、レンズを１枚まで少なくしてしまう
と、パワーは仕様で決まってしまい、収差補正をするに
はベンディング形状を選択する程度しかなく、設計自由
度が非常に少なかった。そのため、１枚では、構成上、
倍率色収差、ペッツバール和の補正ができず、また、非
球面を用いても、ディストーション、コマ収差等は残留
してしまっていた。このように１枚では低コストである
が、高性能を達成することは難しかった。

【００２３】そこで、少なくとも２枚のレンズで構成す
れば、レンズのパワー配分や絞り位置の選択等が可能に
なるため、設計自由度が非常に増え、１枚で補正できな
かった上記の収差を良好に補正できる。したがって、低
コストといえども高性能を達成するためには、少なくと
も２枚のレンズが必要である。

【００２４】ところが、レンズを２枚で構成しても、色
収差だけは補正が不十分であった。一方、回折光学素子
（ＤＯＥ）は回折面自体でアッべ数が−３．４５という
分散特性を有しているため、レンズの屈折面に回折面を
構成すれば、これ以上レンズを増やすことなく色収差の
補正が可能になる。そのため、本発明では、以下に説明
するように適切にＤＯＥを用いることによって低コスト
と高性能を達成することができる。

【００２５】まず、第１の撮影光学系について、このよ
うな構成をとった理由と作用を説明する。最初に、ＤＯ
Ｅにおける収差補正の効果について説明する。ＤＯＥは
非常に高分散なので、パワーを大きくしすぎると色収差
が発生して性能が低下してしまう。そのため、色収差の
発生のバランスをとるため、ＤＯＥのパワーを比較的小
さくして色収差を補正した。

【００２６】ところが、そのようにＤＯＥを構成して
も、倍率色収差が劣化してしまうことがある。倍率色収
差に関しては、パワーだけでなく光線高によっても色収
差補正効果が変わる。そのため、分散が非常に大きいＤ
ＯＥを光線高の高いところに構成してしまうと、倍率色
収差の補正効果が過剰になってしまうことが劣化の原因
である。したがって、倍率色収差のバランスをとるた
め、本発明では、回折面を明るさ絞りの近傍に配置する
ことによって光線高を低くするように構成した。

【００２７】したがって、回折面の位置は以下の条件式
を満たすのがよい。 ０＜ｄ_DOE ／ｆ＜０．２４ ・・・（１） ただし、ｆは全系の焦点距離、ｄ_DOE は明るさ絞りから
回折面までの光軸上の距離である。

【００２８】この式の上限の０．２４を越えると、回折
面による倍率色収差の発生が大きくなるため、軸上色収
差とのバランスがとれなくなってしまい、下限の０にな
ると、明るさ絞りと物理的に干渉してしまう。また、高
性能と低コストを更に満たすためには、（１）式は以下
の条件を満たすのがよい。

【００２９】 ０．０２＜ｄ_DOE ／ｆ＜０．２１ ・・・（２） 次に、第２の撮影光学系について、このような構成をと
った理由と作用を説明する。まず、ＤＯＥにおける不要
次数光の問題について説明する。ＤＯＥは先行技術で述
べた（ｃ）式に示すように、特定の波長しか回折効率が
１００％にならないという特性がある。よって、その波
長とは異なった波長の光線がＤＯＥに入射すると、設計
次数のｍ次の回折効率が低下するため、それ以外の次数
（例えばｍ＋１、ｍ−１次等）の回折効率が増加して不
要な光が発生してしまう。ここで、設計次数が１、設計
波長が５００ｎｍのときの波長３５０ｎｍから７００ｎ
ｍまでの回折効率の変化を図４に示す。図４から明らか
なように、白色光に対してＤＯＥを用いるときには、図
４における０次と２次のような不要な光が発生するた
め、画質に影響が出てしまう場合があった。したがっ
て、ＤＯＥを多く用いて収差性能を向上させても、不要
次数光の影響が大きくなるため、画質は低下してしまう
問題があった。

【００３０】また、回折面は１面で十分に色収差補正効
果があるため、複数面にして構成すると、色収差補正効
果が過剰になり、回折面で発生する色収差を別の回折面
で補正しなければならない場合があった。そのため、こ
のような回折面の配置にすると、組立等によって回折面
同士が偏心すると、性能低下が起きる心配があった。し
たがって、本発明の目的を達成するには、２枚のレンズ
系に回折面を最小の１面で構成するのがよい。

【００３１】次に、第３の撮影光学系について、このよ
うな構成をとった理由と作用を説明する。第３〜第４の
撮影光学系では、正パワー＋正パワーの２枚レンズの最
適な構成について説明する。

【００３２】従来の正パワー＋正パワーの２枚レンズで
は、全系の焦点距離に対して正のパワーが２つに分割す
るため、各面の曲率が余りきつくならない。そのため、
高次収差の発生が少なく、球面収差やコマ収差等の単色
収差は全般的に良好であるという利点がある。しかし、
このレンズ系には正レンズしかないので、軸上色収差を
小さくするには個々の収差発生量を小さくするしかな
く、原理的に０にすることはできなかった。そのため性
能は十分とはいえなかった。そこで、本発明では、回折
面を正パワー＋正パワーのレンズ系に用いることによっ
て、効果的に色収差の補正を行い、性能を向上させた。

【００３３】ところで、レンズに不均質媒質を用いる
と、媒質によっも色収差やコマ収差等の単色収差の補正
ができるため、均質系で構成するよりも更に性能が向上
することが考えられる。しかし、不均質レンズは均質レ
ンズに比べてコストが非常に高く、枚数が少なくてもま
だカメラ等に使用するには低コストとはいえない。ま
た、品質管理や生産方法も均質系に比べて難しいため、
カメラ等の大量生産をするものには不向きである。した
がって、不均質媒質を使用すれば性能が向上するが、そ
れに対してコストや生産性の問題が非常に大きいため、
総合するとデメリットの方が大きい。したがって、本発
明の目的を達成するには、全て均質系媒質で構成した正
パワー＋正パワーの２枚のレンズに回折面を構成するの
がよい。

【００３４】次に、第４の撮影光学系について、このよ
うな構成をとった理由と作用を説明する。レンズ系を２
枚だけで構成すると、一方のレンズで大きな収差が発生
したとき、もう一方のレンズでは収差を補正し切れない
ことがある。そのため、個々のレンズの収差発生をでき
るだけ小さくすることが必要である。特に、正パワー＋
正パワーの構成の場合、第１レンズよりも第２レンズの
方が光束が細くなるため、第２レンズでは球面収差やコ
マ収差の補正がし難くなる。そのため、第１レンズでの
収差発生をできるだけ小さくしておくことが必要であ
る。そのため、上記の収差を良好に補正するには第１レ
ンズを物体側に凸の形状にすればよく、また、これによ
ってディストーションや非点収差の発生も小さくでき
る。

【００３５】したがって、第１レンズは以下の条件を満
たすのがよい。 −１＜ＳＦ₁ ＜０．１５ ・・・（３） ただし、ＳＦ₁ は、 ＳＦ₁ ＝（ｒ_A −ｒ_B ）／（ｒ_A ＋ｒ_B ） で表され、ここで、ｒ_A は第１レンズの物体側の曲率半
径、ｒ_B は第１レンズの像側の曲率半径である。この条
件式は第１レンズのシェイプファクターを表し、この上
限の０．１５を越えると、正のパワーが小さくなって収
差補正の効果が少なくなり、下限の−１を越えると、レ
ンズの形状が物体側に凸でなくなるので、コマ収差等が
悪化してしまい、性能が低下してしまう。また、更なる
高性能を満たすためには、式（３）は次の条件を満たす
のがよい。

【００３６】 −０．５＜ＳＦ１＜０．０８ ・・・（４） また、第２〜第４の撮影光学系の構成においては、正レ
ンズしかないので、ペッツバール和を小さくできず、像
面湾曲によって周辺性能が悪化することがあった。この
場合には、湾曲の影響を小さくするために像面を長辺若
しくは短辺方向に曲率を付けたシリンドリカル形状に構
成すればよい。

【００３７】次に、第５の撮影光学系について、このよ
うな構成をとった理由と作用を説明する。まず、２枚の
レンズを正パワー＋正パワーで構成すると、正レンズし
かないため、ペッツバール和を小さくできないという欠
点があった。そのため、像面湾曲が大きくなってしま
い、周辺性能に問題があった。また、主点位置はレンズ
の中央付近になるため、全長を短縮するのは原理的に限
界があった。

【００３８】そこで、２枚のレンズを物体側から順に正
レンズ、負レンズで構成すると、ペッツバール和の補正
が可能になり、さらに、主点位置が物体側に移動するの
で全長の短縮が可能になる。ところが、正パワー＋負パ
ワーの２枚では、余りパワーを強くすると球面収差やコ
マ収差が悪化してしまうため、色収差補正に最適なパワ
ー構成をとれず十分な補正ができなかった。

【００３９】そこで、本発明では、回折面を正パワー＋
負パワーのレンズ系に用いることによって色収差の補正
を効果的に行い、性能を向上させた。このような構成を
とれば、従来のレンズ系よりも性能が良好になり、全長
を短縮できるので、カメラをコンパクトにできる。した
がって、本発明の目的を達成するには、物体側から順に
正パワー＋負パワーのレンズに回折面を構成すればよ
い。

【００４０】次に、第６の撮影光学系について、このよ
うな構成をとった理由と作用を説明する。第６の撮影光
学系では、負パワー＋正パワーの２枚レンズの構成につ
いて説明する。すでに述べたように、２枚を正パワー＋
正パワーで構成すると、ペッツバール和の影響により像
面湾曲が大きくなってしまい周辺性能に問題があった。
また、主点位置はレンズの中央付近になるため、焦点距
離が短くなるとバックフォーカスが十分に確保できない
場合があった。

【００４１】そこで、２枚のレンズを物体側から順に負
パワー＋正パワーで構成すると、ペッツバール和の補正
が可能になり、さらに、主点位置が像側に移動するので
バックフォーカスの確保が可能になる。ところが、従来
の負パワー＋正パワーの２枚レンズでは、余りパワーを
強くすると球面収差やコマ収差が悪化してしまうため、
色収差補正に最適なパワー構成をとれず十分な補正がで
きなかった。そこで、本発明では、回折面を負パワー＋
正パワーのレンズ系に用いることによって色収差の補正
を効果的に行い、性能を向上させた。

【００４２】このような構成をとれば、従来のレンズ系
よりも性能が良好になり、広角系のレンズや、また、例
えば監視カメラ用レンズのようなイメージサイズが小さ
い光学系において、焦点距離が短くなっても物理的にバ
ックフォーカスが確保できる。したがって、本発明の目
的を達成するには、物体側から順に負パワー＋正パワー
のレンズに回折面を構成すればよい。

【００４３】また、第５〜第６の撮影光学系では、２枚
レンズの中の１枚が負レンズであるため、全系のパワー
を確保するためには正レンズのパワーを大きくする必要
がある。さらに、色収差やペッツバール和の補正、全長
短縮等を行うとパワーが強くなって各面の収差発生量が
大きくなり、性能が低下してしまうことがある。そのた
め、望ましくは、レンズ系には回折面の他に少なくとも
１面の非球面を用いれば、収差が良好に補正できる。

【００４４】また、第５〜第６の撮影光学系の構成で
は、負レンズは以下の条件を満たすのがよい。 −１．２＜ｆ／ｆ_NEG ＜−０．０５ ・・・（５） ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ_NEG は負レンズの焦点
距離である。

【００４５】この条件式は負レンズのパワーの条件式
で、上限の−０．０５を越えると、パワーが弱くなりす
ぎて色収差補正やペッツバール和の補正の効果が少なく
なり、下限の−１．２を越えると、パワーが強くなりす
ぎて非球面を用いてもコマ収差や非点収差が補正できな
くなる。また、さらなる高性能を満たすためには、式
（５）は以下の条件を満たすのがよい。

【００４６】 −０．９＜ｆ／ｆ_NEG ＜−０．１５ ・・・（６） また、ここで、第２〜第６の撮影光学系における絞り位
置について説明する。従来の２枚レンズでは十分に倍率
色収差を補正できないので、性能を確保するには絞りを
配置できる位置は限られてきた。ところが、ＤＯＥを用
いることによって倍率色収差を良好に補正できるため、
絞り位置も従来より自由度が大きくなった。

【００４７】特に、絞り位置を物体側や像側にすれば、
シャッター部材はレンズのスペースに邪魔されずに構成
できるので、カメラ内での設計自由度が大きくなる。ま
た、絞り位置を２枚のレンズ間にすれば、周辺光束をレ
ンズの枠等で上下ともカットできるため、コマ収差の補
正上有利である。

【００４８】また、第１〜第２の撮影光学系において、
２枚のレンズを正パワー＋正パワーで構成してもよい。
そうすれば、第３、第４の撮影光学系に関して説明した
ように、球面収差やコマ収差が良好に保たれ、単色収差
が全般的に良好になる。

【００４９】また、第１〜第２の撮影光学系において、
２枚のレンズを正パワー＋負パワーで構成してもよい。
そうすれば、第５の撮影光学系に関して説明したよう
に、ペッツバール和の問題を改善でき、また、全長短縮
が可能になる。

【００５０】また、第１〜第２の撮影光学系において、
２枚のレンズを負パワー＋正パワーで構成してもよい。
そうすれば、第６の撮影光学系に関して説明したよう
に、ペッツバール和の問題を改善でき、また、焦点距離
が短いレンズ系でもバックフォーカスの確保が容易にな
る。

【００５１】また第１、第３〜第６の撮影光学系におい
て、回折面を１面のみで構成してもよい。そうすれば、
第２の撮影光学系に関して説明したように、不要次数光
の問題が少なくなり、画質の低下を抑えられる。

【００５２】また、第１〜第２、第４〜第６の撮影光学
系において、全てのレンズの媒質を均質系で構成しても
よい。そうすれば、第３の撮影光学系に関して説明した
ように、コストや生産性において問題が少なくなる。

【００５３】また、このような不要次数光の問題に関し
て、第１〜第６の撮影光学系において、設計次数を１次
にするのがよい。従来技術で説明した（ｃ）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５である。この図から明らかなように、撮
影光学系で使用する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次で構成すればよい。

【００５４】また、同じ問題に関して、第１〜第６の撮
影光学系において、回折効率を最大にする設計波長λ
_DOE を次のようにすればよい。 ４７０ｎｍ＜λ_DOE ＜５５０ｎｍ ・・・（９） この条件式は、レンズの透過率、フィルムやＣＣＤ等の
分光特性、光源の分光特性を考慮してＤＯＥによるフレ
アが目立たなくなるように設計波長λ_DOE を設定したも
のである。そのため、この条件式の上限５５０ｎｍ、下
限４７０ｎｍを越えると、フレアが比較的目立ちやすく
なってしまう。

【００５５】また、その他に第１〜第６の撮影光学系を
次のように構成してもよい。従来、ＤＯＥにおいて回折
面を平面上に構成したものがあった。このようにすれば
回折面の製作が容易になるが、面への入射角が大きくな
るとコマ収差が発生しやすくなるため、収差補正上好ま
しくない。そのため、回折面を構成する面にも曲率を付
けた方が収差が良好に補正される。

【００５６】また、従来のレンズ系では、正レンズに対
し負レンズを用いて色消しを行っていた。しかし、ＤＯ
Ｅは逆分散のため、正レンズに対しＤＯＥを正パワーに
して構成することによって色消しを行う。このため、本
発明のレンズ系でも、回折面のパワーは正パワーで構成
するのがよい。

【００５７】このとき、回折面のパワーは次の条件を満
たすのがよい。 ０．０２＜ｆ／ｆ_DOE ＜０．５ ・・・（７） ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ_DOE は回折面のパワー
である。

【００５８】この条件式の上限０．５を越えると、回折
面のパワーが大きすぎて色収差補正効果が過剰になって
しまうため性能が低下してしまい、下限０．０２を越え
ると、回折面のパワーが小さすぎて色収差補正効果が小
さくなるため性能が向上しない。また、更に高性能を満
たすためには、式（７）は以下の条件を満たすのがよ
い。

【００５９】 ０．０５＜ｆ／ｆ_DOE ＜０．２５ ・・・（８） また、回折面は撮影光学系の光利用効率を大きするよう
にした方が不要光が減り、優れた画質が得られるため、
回折効率の良いキノフォーム形状がよい。若しくは、キ
ノフォーム形状を階段近似したバイナリー光学素子と呼
ばれるものが好ましい。

【００６０】また、ＤＯＥはプラスチックで構成すれ
ば、一体成型を行うことによって大量生産が容易になる
ため、カメラ等に最適である。また、それを低吸湿材料
にすれば、湿度による形状変化が少なくなるので、環境
変化による性能劣化が少なくなる。一方、ＤＯＥをガラ
ス等で構成する場合、レンズ表面に微細な回折格子を形
成するのは容易ではない。そのため、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成すれ
ば、製作が容易になる。この樹脂材料は紫外線によって
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。

【００６１】また、撮像素子がＣＣＤ等の場合、ＣＣＤ
への入射角を略垂直にして光量確保する必要があるの
で、光学系をテレセントリックにする必要があった。し
かし、そのように構成すると全長が大きくなるので好ま
しくはなかった。そのため、光学系の射出瞳位置を有限
に設定しておくのが望ましい。

【００６２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回折光学素子を用
いた撮影光学系の実施例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。

【００６３】 Ｚ＝ＣＹ² ／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｃ² Ｙ² ｝］ ＋Ａ₄ Ｙ⁴ ＋Ａ₆ Ｙ⁶ ＋Ａ₈ Ｙ⁸ ＋Ａ₁₀Ｙ¹⁰・・・（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はそれぞ
れ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。

【００６４】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。

【００６５】回折面の具体的な形状としては、例えば図
３０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３０（ｄ）のキノフォームや図３
０（ｅ）や図３０（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。

【００６６】図６〜図２１にそれぞれ実施例１〜１６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１〜４ 実施例１〜４は、それぞれ図６〜図９に示すように、２
枚の正レンズから構成され、そのレンズ間に明るさ絞り
を配置したものである。実施例１は、物体側から順に、
物体側に凸のメニスカスの第１正レンズ、明るさ絞り、
両凸の第２正レンズの順に配置し、第１レンズの物体側
に回折面（ＤＯＥ）を形成している。また、実施例２〜
４は、物体側に凸のメニスカスの第１正レンズ、明るさ
絞り、像側に凸のメニスカスの第２正レンズの順に配置
している。また、回折面については、実施例２は第１レ
ンズの像側に形成し、実施例３は第２レンズの物体側、
実施例４は第２レンズの像側に形成している。また、実
施例２〜４では、アクリル系の樹脂の基材上に回折面を
形成している。なお、実施例１〜４の回折面は非球面形
状になっている。

【００６７】実施例５〜６ 実施例５〜６は、それぞれ図１０〜図１１に示すよう
に、２枚の正レンズから構成され、その物体側に明るさ
絞りを配置したものである。実施例５、６共、物体側か
ら順に、明るさ絞り、物体側に凸のメニスカスの第１正
レンズ、像側に凸のメニスカスの第２正レンズの順に配
置し、実施例５、６共、非球面を第１レンズの物体側と
第２レンズの像側に形成している。また、回折面につい
ては、実施例５では第１レンズの像側に形成し、実施例
６では第２レンズの物体側に形成している。また、実施
例６では、２枚共アクリル系の樹脂で構成し、その中、
第２レンズの基材上に回折面を形成している。なお、実
施例５、６の回折面は非球面形状になっている。

【００６８】実施例７〜８ 実施例７〜８は、それぞれ図１２〜図１３に示すよう
に、２枚の正レンズから構成され、その像側に明るさ絞
りを配置したものである。実施例７、８共、物体側から
順に、物体側に凸のメニスカスの第１正レンズ、像側に
凸のメニスカスの第２正レンズの順に配置し、実施例７
では非球面を第１レンズの物体側と第２レンズの像側
に、実施例８では第１レンズの物体側に形成している。
また、回折面については、実施例７では第１レンズの像
側に形成し、実施例８では第２レンズの物体側に形成し
ている。また、実施例７では、２枚共低吸湿なポリオレ
フィン系の樹脂で構成し、その中、第１レンズの基材上
に回折面を形成している。また、実施例８では、ガラス
基材上に薄い樹脂層を構成し、その表面に回折面を形成
している。なお、実施例５、６の回折面は非球面形状に
なっている。

【００６９】実施例９〜１０ 実施例９〜１０は、それぞれ図１４〜図１５に示すよう
に、物体側から順に、正レンズと負レンズの２枚から構
成され、その物体側に明るさ絞りを配置したものであ
る。実施例９、１０共、物体側から順に、物体側に凸の
メニスカスの第１正レンズ、像側に凸のメニスカスの第
２負レンズの順に配置し、両実施例共非球面を第１レン
ズの物体側と第２レンズの像側に形成している。また、
回折面については、実施例９では第１レンズの像側に形
成し、実施例１０では第２レンズの物体側に形成してい
る。また、実施例９では、２枚共低吸湿なポリオレフィ
ン系の樹脂で構成し、その中、第１レンズの基材上に回
折面を形成している。また、実施例１０では、ガラス基
材上に薄い樹脂層を構成し、その表面に回折面を形成し
ている。なお、実施例５、６の回折面は非球面形状にな
っている。

【００７０】実施例１１ 実施例１１は、図１６に示すように、物体側から順に、
正レンズと負レンズの２枚から構成され、その間に明る
さ絞りを配置したものである。物体側から順に、物体側
に凸のメニスカスの第１正レンズ、明るさ絞り、像側に
凸のメニスカスの第２負レンズの順に配置し、非球面を
第１レンズの物体側と第２レンズの両面に形成し、回折
面を第１レンズの像側に形成している。また、第１レン
ズをアクリル系樹脂、第２レンズをポリカーボネイト樹
脂で構成し、その中、第１レンズの基材上に回折面を形
成している。なお、回折面は球面形状になっている。

【００７１】実施例１２〜１３ 実施例１２〜１３は、それぞれ図１７〜図１８に示すよ
うに、物体側から順に、負レンズと正レンズの２枚から
構成され、その物体側に明るさ絞りを配置したものであ
る。実施例１２、１３共、物体側から順に、明るさ絞
り、物体側に凸のメニスカスの第１負レンズ、像側に凸
のメニスカスの第２正レンズの順に配置し、非球面を、
実施例１２では第１レンズの物体側と第２レンズの像側
に、実施例１３では第１レンズの両面と第２レンズの像
側に形成している。また、回折面については、実施例１
２では第１レンズの像側に、実施例１３では第２レンズ
の物体側に形成している。また、実施例１２では、第１
レンズを低吸湿なポリオレフィン系の樹脂で構成し、そ
の基材上に回折面を形成している。また、実施例１３で
は、ガラス基材上に薄い樹脂層を構成し、その表面に回
折面を形成している。なお、回折面は、実施例１２では
非球面形状、実施例１３では球面形状になっている。

【００７２】実施例１４ 実施例１４は、図１９に示すように、物体側から順に、
負レンズと正レンズの２枚から構成され、その間に明る
さ絞りを配置したものである。物体側から順に、物体側
に凸のメニスカスの第１負レンズ、明るさ絞り、両凸の
第２正レンズの順に配置し、非球面を第１レンズの物体
側と第２レンズの像側に形成し、回折面を第２レンズの
物体側に形成している。また、第１レンズをポリカーボ
ネイト樹脂、第２レンズを低吸湿なポリオレフィン系の
樹脂で構成し、その中、第２レンズの基材上に回折面を
形成している。なお、回折面は球面形状になっている。

【００７３】実施例１５〜１６ 実施例１５〜１６は、それぞれ図２０〜図２１に示すよ
うに、物体側から順に、負レンズと正レンズの２枚から
構成され、その像側に明るさ絞りを配置したものてあ
る。実施例１５、１６共、物体側から順に、物体側に凸
のメニスカスの第１負レンズ、像側に凸のメニスカスの
第２正レンズ、明るさ絞りの順に配置し、非球面を、実
施例１５では第１レンズの物体側と第２レンズの像側、
実施例１６では第１レンズの両面と第２レンズの像側に
形成している。また、回折面については、実施例１５で
は第１レンズの像側、実施例１６については第２レンズ
の物体側に形成している。また、実施例１５では、第１
レンズをポリカーボネイト樹脂で構成し、その基材上に
回折面を形成している。なお、回折面は、実施例１５で
は非球面形状、実施例１６では球面形状になっている。

【００７４】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（ｅ）式にて表される。

【００７５】実施例１ ｆ＝48.58mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝39.04mm, ω＝23.91 ° ｒ₁ = 6.91373 （回折面）ｄ₁ = 0 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 ｒ₂ = 6.91384 ｄ₂ = 2.29102 ｎ_d2 =1.69680 ν_d2 =55.53 ｒ₃ = 6.21043 ｄ₃ = 1.57116 ｒ₄ = ∞ (絞り) ｄ₄ = 2.74000 ｒ₅ = 38.30240 ｄ₅ = 2.50000 ｎ_d3 =1.51633 ν_d3 =64.14 ｒ₆ = -145.27686 非球面係数 第１面 Ｋ =-0.0175 A₄ = 6.5806 ×10^-6 A₆ = 1.3958 ×10^-7 A₈ = 1.9281 ×10^-9 A₁₀= 1.0779 ×10^-10 実施例２ ｆ＝36.06mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝29.48mm, ω＝30.43 ° ｒ₁ = 7.42410 ｄ₁ = 3.09803 ｎ_d1 =1.49241 ν_d1 =57.66 ｒ₂ = 7.78222 ｄ₂ = 0 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₃ = 7.78246（回折面）ｄ₃ = 1.83377 ｒ₄ = ∞ (絞り) ｄ₄ = 0.50406 ｒ₅ = -62.16903 ｄ₅ = 3 ｎ_d3 =1.74400 ν_d3 =44.78 ｒ₆ = -27.10094 非球面係数 第３面 Ｋ =-0.0917 A₄ = 2.4369 ×10^-5 A₆ = 4.0193 ×10^-7 A₈ = 3.2435 ×10^-9 A₁₀= 2.2080 ×10^-10 実施例３ ｆ＝35.94mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝35.73mm, ω＝31.22 ° ｒ₁ = 33.62695 ｄ₁ = 2.00000 ｎ_d1 =1.51633 ν_d1 =64.15 ｒ₂ = 3203.77273 ｄ₂ = 2.00000 ｒ₃ = ∞ (絞り) ｄ₃ = 2.35882 ｒ₄ = -7.63487（回折面）ｄ₄ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₅ = -7.63464 ｄ₅ = 3.00000 ｎ_d3 =1.49241 ν_d3 =57.66 ｒ₆ = -7.20525 非球面係数 第４面 Ｋ =-0.0002 A₄ =-1.1363 ×10^-7 A₆ =-3.4337 ×10^-8 A₈ = 4.3313 ×10^-9 A₁₀=-2.0047 ×10^-10 実施例４ ｆ＝36.02mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝31.87mm, ω＝30.93 ° ｒ₁ = 19.71078 ｄ₁ = 3.00000 ｎ_d1 =1.51633 ν_d1 =64.15 ｒ₂ = 30.64933 ｄ₂ = 3.00000 ｒ₃ = ∞ (絞り) ｄ₃ = 5.00000 ｒ₄ = -20.19943 ｄ₄ = 2.50000 ｎ_d2 =1.49241 ν_d2 =57.66 ｒ₅ = -11.84776 ｄ₅ = 0.00000 ｎ_d3 =1001 ν_d3 =-3.45 ｒ₆ = -11.84746（回折面） 非球面係数 第６面 Ｋ = 0.0000 A₄ = 7.0440 ×10^-8 A₆ =-6.2362 ×10^-9 A₈ = 2.9135 ×10^-10 A₁₀=-4.7735 ×10^-12 実施例５ ｆ＝36.23mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝33.79mm, ω＝30.66 ° ｒ₁ = ∞ (絞り) ｄ₁ = 3.40340 ｒ₂ = 6.58384（非球面）ｄ₂ = 1.20000 ｎ_d1 =1.57099 ν_d1 =50.80 ｒ₃ = 6.87553 ｄ₃ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₄ = 6.87561（回折面）ｄ₄ = 2.30073 ｒ₅ = -13.48876 ｄ₅ = 1.20000 ｎ_d3 =1.63854 ν_d3 =55.38 ｒ₆ = -9.94660（非球面） 非球面係数 第２面 Ｋ =-0.6318 A₄ =-1.1042 ×10^-4 A₆ = 4.0200 ×10^-5 A₈ =-2.8152 ×10^-6 A₁₀= 1.2034 ×10^-7 第４面 Ｋ =-0.0765 A₄ = 2.9184 ×10^-5 A₆ = 6.4199 ×10^-7 A₈ = 6.4026 ×10^-9 A₁₀= 5.2385 ×10^-10 第６面 Ｋ =-0.2013 A₄ = 5.1608 ×10^-5 A₆ =-1.1148 ×10^-6 A₈ = 6.8045 ×10^-8 A₁₀=-8.1066 ×10^-10 実施例６ ｆ＝36.07mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝33.72mm, ω＝30.77 ° ｒ₁ = ∞ (絞り) ｄ₁ = 3.05845 ｒ₂ = 9.97541（非球面）ｄ₂ = 2.47667 ｎ_d1 =1.49241 ν_d1 =57.66 ｒ₃ = 12.19426 ｄ₃ = 1.45021 ｒ₄ = -11.88229（回折面）ｄ₄ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₅ = -11.88196 ｄ₅ = 2.24201 ｎ_d3 =1.49241 ν_d3 =57.66 ｒ₆ = -9.08945（非球面） 非球面係数 第２面 Ｋ = 0 A₄ =-1.3961 ×10^-4 A₆ = 4.0138 ×10^-6 A₈ = 0 A₁₀= 0 第４面 Ｋ =-0.0186 A₄ =-1.3469 ×10^-6 A₆ =-1.6823 ×10^-8 A₈ = 4.8156 ×10^-10 A₁₀=-1.3513 ×10^-11 第６面 Ｋ =-0.1908 A₄ = 7.7812 ×10^-5 A₆ =-3.3883 ×10^-6 A₈ = 2.0185 ×10^-7 A₁₀= 2.3491 ×10^-10 実施例７ ｆ＝36.10mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝31.44mm, ω＝30.30 ° ｒ₁ = 11.59844（非球面）ｄ₁ = 2.50000 ｎ_d1 =1.52542 ν_d1 =55.78 ｒ₂ = 25.87488 ｄ₂ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₃ = 25.87622（回折面）ｄ₃ = 2.70248 ｒ₄ = -8.32192 ｄ₄ = 3.00000 ｎ_d3 =1.52542 ν_d3 =55.78 ｒ₅ = -8.91705（非球面）ｄ₅ = 1.00000 ｒ₆ = ∞ (絞り) 非球面係数 第１面 Ｋ = 1.4496 A₄ =-8.6872 ×10^-5 A₆ = 1.0217 ×10^-6 A₈ = 8.2837 ×10^-8 A₁₀=-1.0350 ×10^-9 第３面 Ｋ =-0.0204 A₄ = 7.7872 ×10^-8 A₆ = 5.9898 ×10^-9 A₈ =-1.0838 ×10^-10 A₁₀=-1.5893 ×10^-12 第５面 Ｋ = 0.2234 A₄ = 3.2547 ×10^-4 A₆ =-3.3400 ×10^-5 A₈ = 4.6694 ×10^-6 A₁₀=-2.3879 ×10^-7 実施例８ ｆ＝36.09mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝32.06mm, ω＝30.97 ° ｒ₁ = 9.51696（非球面）ｄ₁ = 2.50000 ｎ_d1 =1.74400 ν_d1 =44.78 ｒ₂ = 10.52707 ｄ₂ = 1.04033 ｒ₃ = -15.46041（回折面）ｄ₃ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₄ = -15.45937 ｄ₄ = 0.10000 ｎ_d3 =1.52288 ν_d3 =52.50 ｒ₅ = -15.45937 ｄ₅ = 3.00000 ｎ_d4 =1.80440 ν_d4 =39.59 ｒ₆ = -13.67783 ｄ₆ = 1.00000 ｒ₇ = ∞ (絞り) 非球面係数 第１面 Ｋ = 0.1880 A₄ =-7.5555 ×10^-5 A₆ = 4.2084 ×10^-6 A₈ =-2.6452 ×10^-7 A₁₀= 4.4126 ×10^-9 第３面 Ｋ = 0.4814 A₄ = 1.6249 ×10^-5 A₆ = 7.4952 ×10^-8 A₈ = 1.4691 ×10^-9 A₁₀=-3.6227 ×10^-11 実施例９ ｆ＝36.06mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝32.81mm, ω＝29.83 ° ｒ₁ = ∞ (絞り) ｄ₁ = 0.50000 ｒ₂ = 7.57760（非球面）ｄ₂ = 2.46929 ｎ_d1 =1.52542 ν_d1 =55.78 ｒ₃ = 15.05913 ｄ₃ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₄ = 15.06001（回折面）ｄ₄ = 1.35207 ｒ₅ = -4.28197 ｄ₅ = 1.99511 ｎ_d3 =1.52542 ν_d3 =55.78 ｒ₆ = -5.43794（非球面） 非球面係数 第２面 Ｋ = 0 A₄ = 6.2449 ×10^-4 A₆ = 2.7831 ×10^-5 A₈ =-2.3513 ×10^-7 A₁₀= 3.0083 ×10^-7 第４面 Ｋ = 0 A₄ = 1.3125 ×10^-7 A₆ =-8.8085 ×10^-9 A₈ =-1.3059 ×10^-9 A₁₀= 1.5398 ×10^-10 第６面 Ｋ = 0 A₄ = 4.0201 ×10^-4 A₆ = 4.0097 ×10^-5 A₈ =-9.8937 ×10^-7 A₁₀= 1.7083 ×10^-7 実施例１０ ｆ＝36.14mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝33.18mm, ω＝29.98 ° ｒ₁ = ∞ (絞り) ｄ₁ = 0.50000 ｒ₂ = 7.87896（非球面）ｄ₂ = 2.38715 ｎ_d1 =1.63854 ν_d1 =55.38 ｒ₃ = 20.16269 ｄ₃ = 0.93137 ｒ₄ = -5.56618（回折面）ｄ₄ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₅ = -5.56608 ｄ₅ = 0.10000 ｎ_d3 =1.52288 ν_d3 =52.50 ｒ₆ = -5.56608 ｄ₆ = 2.60967 ｎ_d4 =1.74950 ν_d4 =35.27 ｒ₇ = -8.18851（非球面） 非球面係数 第２面 Ｋ = 0 A₄ = 5.8651 ×10^-4 A₆ = 2.3985 ×10^-5 A₈ = 2.0588 ×10^-6 A₁₀= 6.2312 ×10^-10 第４面 Ｋ = 0 A₄ =-7.5180 ×10^-8 A₆ = 6.3634 ×10^-10 A₈ = 6.5392 ×10^-10 A₁₀=-2.2491 ×10^-10 第７面 Ｋ = 0 A₄ = 3.4101 ×10^-4 A₆ = 2.2906 ×10^-5 A₈ =-2.7705 ×10^-7 A₁₀= 3.6877 ×10^-8 実施例１１ ｆ＝35.91mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝21.52mm, ω＝30.30 ° ｒ₁ = -7.05746（非球面）ｄ₁ = 2.30000 ｎ_d1 =1.49241 ν_d1 =57.66 ｒ₂ = 14.08423 ｄ₂ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₃ = 14.08473（回折面）ｄ₃ = 2.29582 ｒ₄ = ∞ (絞り) ｄ₄ = 4.48559 ｒ₅ = -10.25229（非球面）ｄ₅ = 4.50403 ｎ_d3 =1.58423 ν_d3 =30.49 ｒ₆ = -15.83454（非球面） 非球面係数 第１面 Ｋ = 0 A₄ =-2.3262 ×10^-5 A₆ = 8.1332 ×10^-7 A₈ =-6.2628 ×10^-8 A₁₀= 1.5511 ×10^-9 第５面 Ｋ = 0.2201 A₄ =-5.2563 ×10^-4 A₆ =-7.8289 ×10^-5 A₈ = 5.5639 ×10^-6 A₁₀=-2.4568 ×10^-7 第６面 Ｋ = 0 A₄ =-1.3974 ×10^-4 Ａ_６ ＝−８．０３４９ ×10^-6 A₈ = 1.9598 ×10^-7 A₁₀=-2.8489 ×10^-9 実施例１２ ｆ＝36.06mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝34.03mm, ω＝31.96 ° ｒ₁ = ∞ (絞り) ｄ₁ = 1.00000 ｒ₂ = 10.03481（非球面）ｄ₂ = 3.20127 ｎ_d1 =1.58423 ν_d1 =30.49 ｒ₃ = 7.76426 ｄ₃ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₄ = 7.76443（回折面）ｄ₄ = 1.47535 ｒ₅ = -33.63417 ｄ₅ = 3.65580 ｎ_d3 =1.72916 ν_d3 =54.68 ｒ₆ = -13.04871（非球面） 非球面係数 第２面 Ｋ = 0 A₄ =-1.4407 ×10^-4 A₆ = 4.1761 ×10^-6 A₈ = 1.7471 ×10^-7 A₁₀=-9.7508 ×10^-8 第４面 Ｋ = 0 A₄ =-3.4278 ×10^-8 A₆ = 2.0277 ×10^-8 A₈ =-1.9875 ×10^-9 A₁₀= 5.6037 ×10^-11 第６面 Ｋ = 0 A₄ =-9.9931 ×10^-5 A₆ =-4.8519 ×10^-6 A₈ = 1.0625 ×10^-7 A₁₀=-6.0450 ×10^-9 実施例１３ ｆ＝36.10mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝35.68mm, ω＝32.33 ° ｒ₁ = ∞ (絞り) ｄ₁ = 1.00000 ｒ₂ = 6.35269（非球面）ｄ₂ = 1.39370 ｎ_d1 =1.67270 ν_d1 =32.10 ｒ₃ = 4.91600（非球面）ｄ₃ = 1.80000 ｒ₄ = -30.98742（回折面）ｄ₄ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₅ = -30.98563 ｄ₅ = 0.10000 ｎ_d3 =1.52288 ν_d3 =52.50 ｒ₆ = -30.98563 ｄ₆ = 1.83346 ｎ_d4 =1.60311 ν_d4 =60.64 ｒ₇ = -9.42965（非球面） 非球面係数 第２面 Ｋ = 0 A₄ =-8.9798 ×10^-4 A₆ =-4.1523 ×10^-5 A₈ = 4.5065 ×10^-6 A₁₀=-5.8311 ×10^-7 第３面 Ｋ = 0 A₄ =-1.1345 ×10^-3 A₆ =-8.8333 ×10^-6 A₈ =-4.1509 ×10^-6 A₁₀=-8.4669 ×10^-8 第７面 Ｋ = 0 A₄ =-2.8189 ×10^-4 A₆ =-2.7086 ×10^-5 A₈ = 1.4981 ×10^-6 A₁₀=-9.5050 ×１０^−８ 実施例１４ ｆ＝28.40mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝27.99mm, ω＝39.53 ° ｒ₁ = 10.25543（非球面）ｄ₁ = 7.83781 ｎ_d1 =1.58423 ν_d1 =30.49 ｒ₂ = 5.62830 ｄ₂ = 8.99453 ｒ₃ = ∞ (絞り) ｄ₃ = 0.74914 ｒ₄ = 94.91775（回折面）ｄ₄ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₅ = 94.95548 ｄ₅ =16.43054 ｎ_d3 =1.52542 ν_d3 =55.78 ｒ₆ = -11.73144（非球面） 非球面係数 第１面 Ｋ = 0 A₄ = 1.3631 ×10^-5 A₆ = 1.4664 ×10^-8 A₈ =-1.5347 ×10^-9 A₁₀= 1.3247 ×10^-11 第６面 Ｋ = 0 A₄ = 9.1625 ×10^-5 A₆ =-1.5954 ×10^-7 A₈ = 5.2916 ×10^-9 A₁₀= 4.1098 ×10^-12 実施例１５ ｆ＝28.49mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝24.33mm, ω＝38.84 ° ｒ₁ = 7.63416（非球面）ｄ₁ = 3.33983 ｎ_d1 =1.58423 ν_d1 =30.49 ｒ₂ = 5.17443 ｄ₂ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₃ = 5.17454（回折面）ｄ₃ = 1.13367 ｒ₄ = -52.74007 ｄ₄ = 2.20000 ｎ_d3 =1.67790 ν_d3 =55.34 ｒ₅ = -9.91155（非球面）ｄ₅ = 1.00000 ｒ₆ = ∞ (絞り) 非球面係数 第１面 Ｋ = 0 A₄ =-3.2760 ×10^-4 A₆ =-4.8325 ×10^-6 A₈ =-5.6482 ×10^-7 A₁₀=-3.3557 ×10^-9 第３面 Ｋ = 0 A₄ =-1.3215 ×10^-7 A₆ = 7.6302 ×10^-8 A₈ =-1.1646 ×10^-8 A₁₀= 6.3223 ×10^-10 第５面 Ｋ = 0 A₄ =-5.1452 ×10^-4 A₆ =-1.0559 ×10^-5 A₈ =-1.5190 ×10^-6 A₁₀=-6.5933 ×10^-10 実施例１６ ｆ＝36.10mm, Ｆ_NO＝8.0, ｆ_B ＝32.90mm, ω＝32.38 ° ｒ₁ = 10.03645（非球面）ｄ₁ = 3.91802 ｎ_d1 =1.60342 ν_d1 =38.01 ｒ₂ = 6.33133（非球面）ｄ₂ = 1.60282 ｒ₃ = -53.44303（回折面）ｄ₃ = 0.00000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₄ = -53.43722 ｄ₄ = 2.84551 ｎ_d3 =1.63854 ν_d3 =55.38 ｒ₅ = -10.39640（非球面）ｄ₅ = 1.00000 ｒ₆ = ∞ (絞り) 非球面係数 第１面 Ｋ = 0 A₄ =-1.6933 ×10^-4 A₆ =-5.5657 ×10^-6 A₈ =-3.6642 ×10^-9 A₁₀=-1.8218 ×10^-9 第２面 Ｋ = 0 A₄ = 6.5371 ×10^-5 A₆ = 3.4012 ×10^-6 A₈ =-4.5904 ×10^-7 A₁₀= 6.2789 ×10^-8 第５面 Ｋ = 0 A₄ =-2.8991 ×10^-4 A₆ =-1.6823 ×10^-5 A₈ = 9.4645 ×10^-7 A₁₀=-6.2250 ×10^-8 次に、上記実施例１、５、７、９、１１、１２、１４、
１５の無限遠物点に対する球面収差、非点収差、歪曲収
差、倍率色収差を表す収差図をそれぞれ図２２〜図２９
に示す。以上の各実施例の前記条件式（１）〜（８）の
値を下記の表に示す。

【００７６】

【００７７】以上の本発明の回折光学素子を用いた撮影
光学系は例えば次のように構成することができる。 〔１〕 明るさ絞りと、少なくとも２枚のレンズと、少
なくとも１面の回折面を有し、次の条件を満たすことを
特徴とする回折光学素子を用いた撮影光学系。 ０＜ｄ_DOE ／ｆ＜０．２４ ・・・（１） ただし、ｆは全系の焦点距離、ｄ_DOE は明るさ絞りから
回折面までの光軸上の距離である。

【００７８】〔２〕 明るさ絞りと、少なくとも２枚の
レンズと、少なくとも１面の回折面を有し、次の条件を
満たすことを特徴とする回折光学素子を用いた撮影光学
系。 ０．０２＜ｄ_DOE ／ｆ＜０．２１ ・・・（２） ただし、ｆは全系の焦点距離、ｄ_DOE は明るさ絞りから
回折面までの光軸上の距離である。

【００７９】〔３〕 上記〔１〕又は〔２〕において、
レンズは２枚で構成されていることを特徴とする回折光
学素子を用いた撮影光学系。

【００８０】〔４〕 明るさ絞りと、２枚のレンズから
構成され、回折面を１面のみ有することを特徴とする回
折光学素子を用いた撮影光学系。

【００８１】〔５〕 上記〔３〕又は〔４〕において、
物体側から順に、正レンズ、正レンズの２枚から構成さ
れていることを特徴とする回折光学素子を用いた撮影光
学系。

【００８２】〔６〕 上記〔３〕又は〔４〕において、
物体側から順に、正レンズ、負レンズの２枚から構成さ
れていることを特徴とする回折光学素子を用いた撮影光
学系。

【００８３】〔７〕 上記〔３〕又は〔４〕において、
物体側から順に、負レンズ、正レンズの２枚から構成さ
れていることを特徴とする回折光学素子を用いた撮影光
学系。

【００８４】〔８〕 明るさ絞りを有し、物体側から順
に、正レンズ、正レンズの２枚から構成され、少なくと
も１面の回折面を有し、何れも均質系の媒質で構成され
ていることを特徴とする回折光学素子を用いた撮影光学
系。

【００８５】

〔９〕 明るさ絞りを有し、物体側から順
に、正レンズ、正レンズの２枚から構成され、少なくと
も１面の回折面を有し、次の条件を満たすことを特徴と
する回折光学素子を用いた撮影光学系。 −１＜ＳＦ₁ ＜０．１５ ・・・（３） ただし、ＳＦ₁ は、 ＳＦ₁ ＝（ｒ_A −ｒ_B ）／（ｒ_A ＋ｒ_B ） で表され、ここで、ｒ_A は第１レンズの物体側の曲率半
径、ｒ_B は第１レンズの像側の曲率半径である。

【００８６】〔１０〕 明るさ絞りを有し、物体側から
順に、正レンズ、正レンズの２枚から構成され、少なく
とも１面の回折面を有し、次の条件を満たすことを特徴
とする回折光学素子を用いた撮影光学系。 −０．５＜ＳＦ１＜０．０８ ・・・（４） ただし、ＳＦ₁ は、 ＳＦ₁ ＝（ｒ_A −ｒ_B ）／（ｒ_A ＋ｒ_B ） で表され、ここで、ｒ_A は第１レンズの物体側の曲率半
径、ｒ_B は第１レンズの像側の曲率半径である。

【００８７】〔１１〕 明るさ絞りを有し、物体側から
順に、正レンズ、負レンズの２枚から構成され、少なく
とも１面の回折面を有することを特徴とする回折光学素
子を用いた撮影光学系。

【００８８】〔１２〕 明るさ絞りを有し、物体側から
順に、負レンズ、正レンズの２枚から構成され、少なく
とも１面の回折面を有することを特徴とする回折光学素
子を用いた撮影光学系。

【００８９】〔１３〕 上記〔１１〕又は〔１２〕にお
いて、以下の条件を満たすことを特徴とする回折光学素
子を用いた撮影光学系。 −１．２＜ｆ／ｆ_NEG ＜−０．０５ ・・・（５） ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ_NEG は負レンズの焦点
距離である。

【００９０】〔１４〕 上記〔１１〕又は〔１２〕にお
いて、以下の条件を満たすことを特徴とする回折光学素
子を用いた撮影光学系。 −０．９＜ｆ／ｆ_NEG ＜−０．１５ ・・・（６） ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ_NEG は負レンズの焦点
距離である。

【００９１】〔１５〕 上記〔１１〕又は〔１２〕にお
いて、回折面の他に少なくとも１面の非球面を有するこ
とを特徴とする回折光学素子を用いた撮影光学系。

【００９２】〔１６〕 上記〔３〕、〔４〕、〔８〕〜
〔１０〕、〔１２〕の何れか１項において、明るさ絞り
は２枚のレンズの物体側に配置したことを特徴とする回
折光学素子を用いた撮影光学系。

【００９３】〔１７〕 上記〔３〕、〔４〕、〔８〕〜
〔１２〕の何れか１項において、明るさ絞りは２枚のレ
ンズの間に配置したことを特徴とする回折光学素子を用
いた撮影光学系。

【００９４】〔１８〕 上記〔３〕、〔４〕、〔８〕〜
〔１２〕の何れか１項において、明るさ絞りは２枚のレ
ンズの像側に配置したことを特徴とする回折光学素子を
用いた撮影光学系。

【００９５】〔１９〕 上記〔１〕、〔２〕、〔８〕〜
〔１２〕の何れか１項において、回折面を１面のみ有す
ることを特徴とする回折光学素子を用いた撮影光学系。

【００９６】〔２０〕 上記〔１〕、〔２〕、〔４〕、
〔８〕〜〔１２〕の何れか１項において、回折面はレン
ズ曲面上に構成したことを特徴とする回折光学素子を用
いた撮影光学系。

【００９７】〔２１〕 上記〔１〕、〔２〕、〔４〕、

〔９〕〜〔１２〕の何れか１項において、何れのレンズ
も均質系の媒質で構成されていることを特徴とする回折
光学素子を用いた撮影光学系。

【００９８】〔２２〕 上記〔１〕、〔２〕、〔４〕、
〔８〕〜〔１２〕の何れか１項において、回折面は正の
パワーを有していることを特徴とする回折光学素子を用
いた撮影光学系。

【００９９】〔２３〕 上記〔２２〕において、回折面
は次の条件式を満たすことを特徴とする回折光学素子を
用いた撮影光学系。 ０．０２＜ｆ／ｆ_DOE ＜０．５ ・・・（７） ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ_DOE は回折面のパワー
である。

【０１００】〔２４〕 上記〔２２〕において、回折面
は次の条件式を満たすことを特徴とする回折光学素子を
用いた撮影光学系。 ０．０５＜ｆ／ｆ_DOE ＜０．２５ ・・・（８） ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ_DOE は回折面のパワー
である。

【０１０１】〔２５〕 上記〔１〕、〔２〕、〔４〕、
〔８〕〜〔１２〕の何れか１項において、回折面はキノ
フォーム形状で構成されていることを特徴とする回折光
学素子を用いた撮影光学系。

【０１０２】〔２６〕 上記〔１〕、〔２〕、〔４〕、
〔８〕〜〔１２〕の何れか１項において、回折面はバイ
ナリー光学素子で構成されていることを特徴とする回折
光学素子を用いた撮影光学系。

【０１０３】〔２７〕 上記〔１〕、〔２〕、〔４〕、
〔８〕〜〔１２〕の何れか１項において、回折効率が最
大にする波長を設計波長とするとき、設計波長λ_DOE は
次の式を満たすことを特徴とする回折光学素子を用いた
撮影光学系。 ４７０ｎｍ＜λ_DOE ＜５５０ｎｍ ・・・（９）。

【０１０４】〔２８〕 上記〔１〕、〔２〕、〔４〕、
〔８〕〜〔１２〕の何れか１項において、回折次数は１
次であることを特徴とする回折光学素子を用いた撮影光
学系。

【０１０５】〔２９〕 上記〔１〕、〔２〕、〔４〕、
〔８〕〜〔１２〕の何れか１項において、少なくとも回
折面を有するレンズはプラスチックで構成されているこ
とを特徴とする回折光学素子を用いた撮影光学系。

【０１０６】〔３０〕 上記〔１〕、〔２〕、〔４〕、
〔８〕〜〔１２〕の何れか１項において、少なくとも回
折面を有するレンズは低吸湿な有機材料で構成されてい
ることを特徴とする回折光学素子を用いた撮影光学系。

【０１０７】〔３１〕 上記〔１〕、〔２〕、〔４〕、
〔８〕〜〔１２〕の何れか１項において、回折面は基材
に密着させた樹脂で構成されていることを特徴とする回
折光学素子を用いた撮影光学系。

【０１０８】〔３２〕 上記〔１〕、〔２〕、〔４〕、
〔８〕〜〔１２〕の何れか１項において、固定焦点であ
ることを特徴とする回折光学素子を用いた撮影光学系。

【０１０９】〔３３〕 上記〔１〕、〔２〕、〔４〕、
〔８〕〜〔１２〕の何れか１項において、射出瞳位置が
有限であることを特徴とする回折光学素子を用いた撮影
光学系。

【０１１０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では回折面を適切に用いることにより、少ない枚数であ
りながら色収差の補正された高性能な光学系を得ること
ができる。それによって、カメラ等に用いられる撮影光
学系を安価で高性能なものにできる。

【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】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】設計次数を１、設計波長を５００ｎｍにしたと
きの波長と回折効率の関係を示す図である。

【図５】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６】実施例１の光軸を含むレンズ断面図である。

【図７】実施例２の光軸を含むレンズ断面図である。

【図８】実施例３の光軸を含むレンズ断面図である。

【図９】実施例４の光軸を含むレンズ断面図である。

【図１０】実施例５の光軸を含むレンズ断面図である。

【図１１】実施例６の光軸を含むレンズ断面図である。

【図１２】実施例７の光軸を含むレンズ断面図である。

【図１３】実施例８の光軸を含むレンズ断面図である。

【図１４】実施例９の光軸を含むレンズ断面図である。

【図１５】実施例１０の光軸を含むレンズ断面図であ
る。

【図１６】実施例１１の光軸を含むレンズ断面図であ
る。

【図１７】実施例１２の光軸を含むレンズ断面図であ
る。

【図１８】実施例１３の光軸を含むレンズ断面図であ
る。

【図１９】実施例１４の光軸を含むレンズ断面図であ
る。

【図２０】実施例１５の光軸を含むレンズ断面図であ
る。

【図２１】実施例１６の光軸を含むレンズ断面図であ
る。

【図２２】実施例１の収差図である。

【図２３】実施例５の収差図である。

【図２４】実施例７の収差図である。

【図２５】実施例９の収差図である。

【図２６】実施例１１の収差図である。

【図２７】実施例１２の収差図である。

【図２８】実施例１４の収差図である。

【図２９】実施例１５の収差図である。

【図３０】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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 明るさ絞りと、少なくとも２枚のレンズ
   と、少なくとも１面の回折面を有し、次の条件を満たす
   ことを特徴とする回折光学素子を用いた撮影光学系。 ０＜ｄ_DOE ／ｆ＜０．２４ ・・・（１） ただし、ｆは全系の焦点距離、ｄ_DOE は明るさ絞りから
   回折面までの光軸上の距離である。
2. 【請求項２】 請求項１において、レンズは２枚で構成
   されていることを特徴とする回折光学素子を用いた撮影
   光学系。
3. 【請求項３】 明るさ絞りと、２枚のレンズから構成さ
   れ、回折面を１面のみ有することを特徴とする回折光学
   素子を用いた撮影光学系。
4. 【請求項４】 請求項２又は３において、物体側から順
   に、正レンズ、正レンズ、又は、正レンズ、負レンズ、
   若しくは、負レンズ、正レンズの何れかから構成されて
   いることを特徴とする撮影光学系。