(57)【要約】【課題】  太陽光のような強い光が回折光学素子に入射した場合に発生するフレアを低減する回折光学素子。【解決手段】  第１の屈折率を有する光学材料と第２の屈折率を有する光学材料を密着させてその境界に回折格子を形成した密着タイプのブレーズ回折光学素子を前群レンズに配置し最大画角にから更に外側に20度の角度が付いた方向から撮像光学系の前玉全域に向けて入射する平行光束が該回折光学素子に到達し、該撮像光学系に該角度を有して入射する光束において、該撮像光学系の光軸に交差する光線と光軸により形成される断面をメリディオナル断面としたとき、該回折光学素子に到達する光束のメリディオナル断面におけ幅において、光軸を横切って回折光学素子入射する光束を全光束に対して90%以上となるように鏡筒または製品フードを構成した。【選択図】  図１
2010256476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズで構成された撮像光学系において、物体側より前群レンズ、絞り、後群レンズで構成され、第１の屈折率を有する光学材料と第２の屈折率を有する光学材料を密着させてその境界に回折格子を形成した密着タイプのブレーズ回折光学素子を前群レンズに配置し、最大画角にから更に外側に20度の角度が付いた方向から撮像光学系の前玉全域に向けて入射する平行光束が該回折光学素子に到達し、該撮像光学系に該角度を有して入射する光束において、該撮像光学系の光軸と交差する光線と光軸により形成される断面をメリディオナル断面としたとき、該回折光学素子に到達する光束のメリディオナル断面におけ幅において、光軸を横切って回折光学素子に入射する光束を全光束に対して90%以上となるように鏡筒または製品フードを構成したことを特徴とする撮像光学系。
【請求項２】
特許請求の範囲第１項記載の撮像光学系において、該前群レンズの最も物体側の光線有効径をφｆ、該回折光学素子の光線有効径をφdoとしたとき、
φdo/φｆ≧0.7
となる位置に回折光学素子を配置したことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
【請求項３】
特許請求の範囲第１項記載の撮像光学系は、物体側より順に正の屈折力を有する第１レンズ群と負の屈折率を有する第２レンズ群と正又は負の屈折率を有す第３レンズ群の３群構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像光学系。
【請求項４】
特許請求の範囲第１項記載の撮像光学系において、該回折光学素子は最も物体側に配置した第１レンズに密着して形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項５】
複数のレンズで構成された撮像光学系において、物体側より前群レンズ、絞り、後群レンズで構成され、第１の屈折率を有する光学材料と第２の屈折率を有する光学材料を密着させてその境界に回折格子を形成した密着タイプのブレーズ回折光学素子を前群レンズに配置し最大画角にから更に外側に20度の角度が付いた方向から撮像光学系の前玉全域に向けて入射する平行光束が該回折光学素子に到達し、該撮像光学系に該角度を有して入射する光束において、該撮像光学系の光軸に交差する光線と光軸により形成される断面をメリディオナル断面としたとき、該回折光学素子に到達する光束のメリディオナル断面におけ幅において、光軸を横切って回折光学素子に入射する光束を全光束に対して90%未満となるように鏡筒または製品フードを構成し、平行光が回折光学素子の上側に当たる領域について、
最大画角にから更に外側に20度の角度が付いた方向から入射する該光束において、光軸を横切らずに回折光学素子に到達する範囲に存在する回折格子に格子壁面の遮光手段等のフレア対策を施したことを特徴とする撮像光学系。
【請求項６】
特許請求の範囲第５項記載の撮像光学系において、該前群レンズの最も物体側の光線有効径をφｆ、該回折光学素子の光線有効径をφdoとしたとき、
φdo/φｆ≧0.7
となる位置に回折光学素子を配置したことを特徴とする請求項５に記載の撮像光学系。
【請求項７】
特許請求の範囲第５項記載の撮像光学系は、物体側より順に正の屈折力を有する第１レンズ群と負の屈折率を有する第２レンズ群と正又は負の屈折率を有す第３レンズ群の３群構成としたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の撮像光学系。
【請求項８】
特許請求の範囲第５項記載の撮像光学系において、該回折光学素子は最も物体側に配置した第１レンズに密着して形成されていることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項９】
特許請求の範囲第５項記載の撮像光学系において、該フレア対策は格子壁面の角度を回折効率がベストとなる角度に対してフレアを抑制する方向に傾けたことを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項１０】
特許請求の範囲第５項記載の撮像光学系において、該フレア対策は回折格子の回折次数を他の回折格子の使用次数と異なる次数としたことを特徴とする撮像光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系に用いられる撮像光学系であり、複数波長に対応可能な回折光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学系の色収差を減じる方法として光学系の１部に回折作用を有する回折光学素子を設ける方法が知られている（非特許文献１）。
【０００３】
また、回折光学素子の形状としてはベースの形状に光路差関数で定義される位相項を付加した形状となっている。まず、ベースの形状としてはレンズの表面の形状であり、球面形状や非球面形状、平面形状であったりする。また、回折レンズ構造による光路長の付加量は、光軸からの高さｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Cn、波長λを用いて、
φ(ｈ)＝(C1ｈ2＋C2ｈ4＋C3ｈ6＋...)×2π/λ
により定義される光路差関数φ(ｈ)により表す。一例として曲率がRのレンズ表面に上記の光路差関数φ（ｈ）にて格子形状を付加する場合、光軸方向の位置をX、hを中心から数えた輪帯番号、ｄを格子厚とした時
【０００４】
【数１】
2010256476.tif 000003
【０００５】
で表される形状とすることで、回折作用を付加した回折レンズを作成することが可能である。即ち上記の式においては最初の2項はベース形状を示しており、第3項は光路差関数で位相項を付加した形状を示している。また、第2項については輪帯番号が変わる部分でｘの位置が不連続となっており、これにより格子形状が生じる。
【０００６】
回折光学素子を光学系中に用いるときには使用波長域全域において設計次数の光線の回折効率が十分高いことが必要になる。
【０００７】
回折効率が低いと、即ち設計次数以外の回折次数をもった光線が多く存在すると、これらの光線は、設計次数の光線とは別な所に結像するためフレア光となる。
【０００８】
図１９、図２０は従来の回折光学素子の説明図である。図１９において、１９２は回折格子の輪帯であり、格子と格子のピッチを変えることで光学的なパワーを与えることが出来る。また、図２０は第1の回折格子２０５と第2の回折格子２０６を空気を挟んで配置しており、この構成を取る事により広い波長域に対して高い回折効率を得る事が可能となっている。
【０００９】
図１８は積層型回折格子の説明図である２１１は第1の回折格子、２１２は第2の回折格子、２１３は空気層である。第1の回折格子と第2回折格子は分散の異なる材質からなり、本実施例の回折格子においては、、第1の回折格子２１１に紫外線硬化樹脂１（nd=1.635,νd=23.0）、第2の回折格子２１２に紫外線硬化樹脂２(nd=1.524,νd=50.8)を用い、第1の回折格子２１１の格子厚ｄ１は7.8μｍ、第2の回折格子２１２の格子厚ｄ２は10.7μｍ、2つの格子間の空気層の厚みｄ３は1.0μｍである。又、格子ピッチは140μｍ、設計次数は１次である。この時回折効率は可視域全域でほぼ１００％なる。図１８に示したように第1の回折格子２１１の格子壁面２１５と第2の回折格子２１２の格子壁面２１６はほぼ入射光線２１５の第1の格子の樹脂内の光線方向に平行にした時に回折効率はベストとなる。この観点から、回折格子の壁面の角度を設定することで、有効画角内の光束に対して最適化した提案がなされている（特許文献１、２）。
【００１０】
また、壁面の角度をより鈍角方向に傾けることで、反射フレアーを像面に到達させないようにするといった特許も提案されている（特許文献３）。
【００１１】
また、密着タイプの回折光学素子の格子壁面に遮光手段を設けるといった内容の特許も提案されている（特許文献４）。
【００１２】
また、回折光学素子を撮像光学系の前玉から遠ざけて、回折光学素子に画面外から入射する強い光が当たらないようにした構成が提案されている（特許文献５）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−２９４９２４号公報
【特許文献２】特開１０−１８６１１８号公報
【特許文献３】特開２００５−２９２５７１号公報
【特許文献４】特開２００４−１２６３９４号公報
【特許文献５】特開２００７−１２１４４０号公報
【非特許文献１】SPIE Vol.1354                    International Lens Design Conference (1990)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながらこの特許文献１や特許文献２の手法については有効画面内の光の回折効率を高め、有効画面内の光に対する格子壁面の抑制には有効であるが、画面外に太陽光があるような逆光シーンの実写においては問題があった。
【００１５】
つまり、この素子を撮像光学系に使用する場合には光線入射角度が壁面の角度からずれた場合には、壁面により反射され像面に到達した場合にはフレアーとして画像に影響を及ぼす。
【００１６】
この対策として、特許文献３の壁面の角度をより鈍角方向に傾けることで、反射フレアーを像面に到達させないようにするといった特許も提案されている。しかしながら、鈍角に傾けることで透過光の位置を変えることで不要光の影響を大きく減らすことは出来ないことが最近の検討で判明した。これは、不要光の発生の状況は幾何光学的な振る舞いでは無く、回折現象を起こすことで幾何光学的な光線の追跡では到達し得ない位置に光が到達することによる。
【００１７】
また、特許文献４のように密着タイプの回折光学素子の格子壁面に遮光手段を設けるといった方法については壁面に遮光部材を設けるためには、加工上の課題も多く、大幅なコスト上昇を招く可能性が強い。特に回折光学素子の全格子に遮光手段を設けるとなると、製造上のタクトが大幅に増加することが予想される。
【００１８】
撮像光学系中に回折光学素子を使用する場合には素子に対して、画像形成に使用される有効画角内の光束以外にも有効画角外からの光が入射する。回折光学素子を絞りより像側に使用しているような場合には大きな角度で入る光束は鏡筒により遮られるため問題となることは少ないが、光学系の絞りより前で回折光学素子を使用した場合には、有効画角外からの光が回折光学素子に入射し易くフレアの発生が問題となる。
【００１９】
通常の光源が有効画角外にあっても光量が低いためフレアの発生は限定的であり大きな問題となることは少ない。これに対して日中の撮影における太陽光は照度が最大で１０万lxに達するため、注意が必要である。特に逆光時の撮影においては、遮光用のフードを取り付けるといった対策を行うことが多いが、太陽光の撮像光学系への入射角度によっては、フレア発生を引き起こしてしまう。
【００２０】
特に、最大画角の外側の２０度以下の比較的低い角度から入射する太陽光のような強い光は、回折光学素子に直接光が当たりやすく、回折光学素子を２次光源としたフレアが発生する。このフレア光が像面へ到達することで、画像のカブリやゴーストといった問題が発生する。
【００２１】
また、特許文献５のように回折光学素子を前玉から後ろに下げると、倍率色等の収差補正上はベストな位置とは言い難く、回折光学素子の収差補正効果を最大限に生かした設計が出来なくなる。
【００２２】
本発明は画面外の太陽光のような強い光源が撮影光学系の回折光学素子に入射する場合に発生するフレアを防止し、回折光学素子の収差補正能力をフルに活用した上に良好な画像が得られる撮像光学系を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は上記の課題に対して、複数のレンズで構成された撮像光学系において、物体側より前群レンズ、絞り、後群レンズで構成され、第１の屈折率を有する光学材料と第２の屈折率を有する光学材料を密着させてその境界に回折格子を形成した密着タイプのブレーズ回折光学素子を前群レンズに配置し、最大画角にから更に外側に20度の角度が付いた方向から撮像光学系の前玉全域に向けて入射する平行光束が該回折光学素子に到達し、該撮像光学系に該角度を有して入射する光束において、該撮像光学系の光軸に交差する光線と光軸により形成される断面をメリディオナル断面としたとき、該回折光学素子に到達する光束のメリディオナル断面におけ幅において、光軸を横切って回折光学素子に入射する光束を全光束に対して90%以上となるように鏡筒または製品フードを構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、撮像光学系に回折光学素子を使用した場合の色収差の補正効果を最も生かした状態で、有効画角の外側から入手する強い光の影響を抑制することが可能となり。強い光が画面外から入射した場合にもフレアやカブリの発生の少ない、良好な撮像画像を得られる撮像光学系の提供が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施例の光学系の説明図。
【図２】本発明の第１の実施例の素子断面図。
【図３】本発明の第１の実施例の素子上側のフレア発生状況説明図。
【図４】回折光学素子への光線入射角度。
【図５】第１の実施例の素子上側の入射角度に対する回折効率変化の説明図。
【図６】本発明の第１の実施例の素子下側のフレア発生状況説明図。
【図７】第１の実施例の素子下側の入射角度に対する回折効率変化の説明図。
【図８】本発明の第１の実施例の他の素子断面図。
【図９】本発明の他の回折光学素子の上側入射光線のフレア発生状況説明図。
【図１０】第１の実施例の他の素子上側の入射角度に対する回折効率変化の説明図。
【図１１】本発明の他の回折光学素子の下側入射光線のフレア発生状況説明図。
【図１２】第１の実施例の他の素子下側の入射角度に対する回折効率変化の説明図。
【図１３】本発明の第２の実施例のフレア抑制対策エリア説明上面図。
【図１４】本発明の第２の実施例のフレア抑制対策エリア説明断面図。
【図１５】本発明の第2実施例の光学系の説明図。
【図１６】回折光学素子の格子壁面遮光の説明図。
【図１７】回折光学素子の格子壁面傾け対策説明図。
【図１８】従来の回折光学素子の拡大図。
【図１９】従来の回折光学素子の上面図。
【図２０】従来の回折光学素子の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施例１）
図１は本発明の第1の実施例を４００ｍｍの望遠レンズに適用した場合の説明図である、図において、１は回折光学素子、２は絞り、３はCCD等の像面、４は最大画角の光束、５は撮像光学系の光軸、６は有効画角の外側からの太陽光等の平行光の一部、７は回折光学素子１に入射する画面外20度の平行光束、８はレンズフードを示している。
【００２７】
400mmの望遠レンズのように第1郡のレンズが正のパワーを有するレンズの場合には、回折光学素子はできるだけ物点側で使用した方が倍率色収差の補正に効果があり、出来るだけ物点側に素子を配置することが望ましい。本実施例においては、正の屈折力の第1群レンズ、負の屈折率の第2群レンズ、正の屈折率の第3群レンズにて構成されており、この系において最も倍率色収差の補正に効果があるのは第1レンズに使用することである。
【００２８】
回折光学素子としては、正のパワーを有している位相を付加するように格子中央から外側かけて格子ピッチを狭くした回折格子とすることで光学系として色収差を改善している。
【００２９】
本実施例においては回折光学素子を第1レンズと第2レンズの間に設けている。このため逆光シーンの撮影において、画面外20度付近の角度から入射する太陽光等の光束はレンズフードや光軸鏡筒で全ての光束を遮光することはできない。したがって、光束の一部の光は回折光学素子に入射する。画面外20度付近の光をレンズフードで全て遮光しようとすると非常に長いレンズフードが必要となる。この非常に長いレンズフードは撮像光学系の重量の増大や、操作性、収納性といった点で問題となり、現実的にはこのような長いレンズフードを製品に同梱することは考えにくい。
【００３０】
本実施例においては、20度付近の光において、密着タイプの回折光学素子に対して有害な光束を殆どカットできる構成となっている。具体的には図１における回折光学素子の上側に入射する光束の殆どをカットすることで、レンズフードを含んだ撮像光学系の重量をアップすることなく、フレアの発生を抑制した撮像光学系を提供する。
【００３１】
図２は本発明の回折光学素子の説明図である。図において２１は光軸、２２は第１レンズ、２３は第２レンズ、２４は第１の低屈折率高分散の材料、２５は高屈折率低分散の材料である。このように低屈折率高分散材料と高屈折率低分散材料を組み合わせるのは広い波長域で高い回折効率を得るためである。
【００３２】
また、２６は光軸より上側の回折格子の輪帯の格子壁面に入射する有効画面外の光線、２７は光軸より下側の回折格子の輪帯の格子壁面に入射する有効画面外の光線を示している。光線２６と光線２７は平行光束の一部を示しているが、光線が上から入射して回折光学素子の上側に当たる場合と光線が上から入射して光軸２１を超えて下側の回折光学素子に入射する光では光線が格子壁面に入射して反射する状況が異なっている。
【００３３】
図３は本発明の回折格子の格子付近の説明図である。図において３１は低屈折率高分散の第1の材料、３２は高屈折率低分散の第2の材料、３３は画像を形成する光線の有効画角内の最大角度と最小角度の平均角度を示した補助線、３５は有効画角の外から回折格子壁面に入射する光線を示している。
【００３４】
この時のフレア発生状況を素子への入射角度が10°の場合について、横軸に回折角度、縦軸に全光量を１００％とした時の光量としたグラフを図５に示す。また、計算に使用した回折格子は1次の回折効率が最も高くなるように最適化した格子として計算している。グラフの横軸の角度は素子の面法線に対する角度であり図３に示したように角度の符号を取る。
【００３５】
回折光学素子の壁面はできるだけ有効画角内の光を壁面で蹴らないように回折光学素子の格子に入射する光束の平均角度だけ傾けるように構成する。平均角度の決定方法としては、図４に示すように回折光学素子に入射する光線角度を求めた上で決定する。図４は回折光学素子の形成されている面に対する入射角度を横軸に回折光学素子の中心を０とした時の光線入射高さ、縦軸に光線角度を示している。４１は有効画角内の最大角度、４２は有効画角内の最小角度、４３は平均角度を示している。有効画角内の光線の平均角度に対して回折効率を最も高くするためには、この平均角度と一致させた方向に回折格子の壁面を傾けた方が良い。
【００３６】
図３における格子壁面の方向は回折格子への入射光の有効画角内の最大角度と最小角度の平均値である補助線３３の方向に平行にしている。この時、回折光学素子に入射した光線３５は低屈折率材料を通過した後、高屈折率材料に入射し、図に示したように低い角度で回折格子に入射した時は格子壁面において全反射する。
【００３７】
図５において、10度付近に飽和しているピークを有しているが、これが1次の回折光の発生位置である。また、−10度付近に光量ピークがあるがこれが格子壁面の全反射光により発生しているフレアである。このピークを中心に回折によるフレアが発生していることが分かる。また、図５のグラフにおいて像面に光が到達する角度は0度±１度〜±２度付近のフレアであり、-10度付近の全反射ピークは像面に到達していない。また、全反射光からの回折光は0度付近まで裾を引いた形状となっている。したがって、図２において回折光学素子の上側に入射した光２６はフレアを発生させ画像を劣化させる。
【００３８】
図６は回折光学素子の下側に入射した光線が壁面に入射した時の状況を示した説明図である。図において６１は低屈折率高分散の第1の材料、６２は高屈折率低分散の第2の材料、６３は画像を形成する光線の有効画角内の最大角度と最小角度の平均角度を示した補助線、６５は有効画角の外から回折格子壁面に入射する光線を示している。図６に示したように低屈折率の第1の材料を通過した光線は高屈率の第2の材料との境界において、フレネル反射及び透過することで２つの光線に分離する。可視域の光に対して回折効率を高めた密着タイプの回折光学素子においては、第1の材料と第2の材料との屈折率差は０．１以下となるのが普通であり、従って殆どの光については透過光となる。例えば壁面の法線方向に対して80度で回折格子の壁面に入射した場合に約９４％は透過光であり、６％が反射光である。実際にCCD面に到達するフレア光は反射光の方向に進むフレアであり、また、この反射光自体ではなく、この透過光の周辺に発生する回折光である。従って光軸を横切って素子の下側に入射した光によるフレアの発生は非常に少なく画像の劣化に対しては問題を発生させないレベルである。
【００３９】
図７はこの時の様子を素子への入射角度が10°の場合について、横軸に回折角度、縦軸に全光量を１００％とした時の光量としたグラフにしたものである。また、計算に使用した回折格子は1次の回折効率が最も高くなるように最適化した格子として計算している。グラフの横軸の角度は素子の面法線に対する角度であり図６に示したように＋側を取る。
【００４０】
図７において、-10度付近に飽和しているピークを有しているが、これが1次の回折光の発生位置である。また、＋10度付近に光量ピークがあるがこれが格子壁面のフレネル反射光により発生しているフレアである。このピークを中心に回折によるフレアが発生しているが、いずれにしてもフレアの量としては微弱な光である。また、図７のグラフにおいて像面に光が到達する角度は0度±１度〜±２度付近の光であり、フレアの量としては微弱で画像を劣化させるレベルではない。このフレア発生の特性は厳密な電磁場解析を行うことで判明したが、従来のスカラー計算においてはこのような現象を捉えることができない。また、エアーを2つの格子で挟んだタイプの図２０のような回折光学素子においては、回折光学素子の上側に入射した光束も下側に入射した光束も共に不要回折光が発生し、本発明の構成である素子の上側に入射する光束を遮光しても不要回折光の発生を抑制することができない。
【００４１】
図８は本発明の別のタイプの回折光学素子の説明図である。図において８１は光軸、８２は第１レンズ、８３は第２レンズ、８４は第１の高屈折率低分散の材料、２５は低屈折率高分散の材料である。このように低屈折率高分散材料と高屈折率低分散材料を組み合わせるのは広い波長域で高い回折効率を得るためである。
【００４２】
また、８６は光軸より上側の回折格子の輪帯の格子壁面に入射する有効画面外の光線、８７は光軸より下側の回折格子の輪帯の格子壁面に入射する有効画面外の光線を示している。光線８６と光線８７は平行光束の一部を示しているが、光線が上から入射して回折光学素子の上側に当たる場合と光線が上から入射して光軸８１を超えて下側の回折光学素子に入射する光では光線が格子壁面に入射して反射する状況が異なっている。
【００４３】
図９は本発明の実施前の回折格子壁面の角度の説明図、図１１は本発明の回折格子の壁面角度の説明図である。図において１１１、１２１は高屈折率低分散の第1の材料、１１２、１２２は低屈折率高分散の第2の材料、１１３、１２３は画像を形成する光線の有効画角内の最大角度と最小角度の平均角度を示した補助線、１１５、１２５は有効画角の外から回折格子壁面に入射する光線を示している。
【００４４】
図９において、有効画面外の光線９５は高屈折率材料９１を通過し、高屈折率材料９１と低屈折率材料９２の回折格子の壁面において全反射する。全反射のためこの時のフレアの光量は強い光となるが、角度的にCCD面には到達しない。
【００４５】
この時の様子を素子への入射角度が10°の場合について、横軸に回折角度、縦軸に全光量を１００％とした時の光量としたグラフを図１３に示す。また、計算に使用した回折格子は1次の回折効率が最も高くなるように最適化した格子として計算している。グラフの横軸の角度は素子の面法線に対する角度であり図９に示したように＋側を取る。
【００４６】
図１０において、−10度付近に飽和しているピークを有しているが、これが1次の回折光の発生位置である。また、＋10度付近に光量ピークがあるがこれが格子壁面の全反射光により発生しているフレアである。このピークを中心に回折によるフレアが発生していることが分かる。また、図１０のグラフにおいて像面に光が到達する角度は0度±１度〜±２度付近のフレアであり、＋10度付近の全反射ピークは像面に到達していない。また、全反射光からの回折光は0度付近まで裾を引いた形状となっている。
【００４７】
図１１は回折光学素子の下側に入射した光線が壁面に入射した時の状況を示した説明図である。図において１１１は高屈折率低分散の第1の材料、１１２は低屈折率高分散の第2の材料、１１３は画像を形成する光線の有効画角内の最大角度と最小角度の平均角度を示した補助線、１１５は有効画角の外から回折格子壁面に入射する光線を示している。図１１に示したように高屈折率の第1の材料を通過した光線は低屈率の第2の材料との境界を通過後に再び高屈率の第1の材料との境界の回折格子壁面において、フレネル反射及び透過することで２つの光線に分離する。可視域の光に対して回折効率を高めた密着タイプの回折光学素子においては、第1の材料と第2の材料との屈折率差は０．１以下となるのが普通であり、従って殆どの光については透過光となる。例えば壁面の法線方向に対して80度で回折格子の壁面に入射した場合に約９４％は透過光であり、６％が反射光である。実際にCCD面に到達するフレア光は反射光の方向に進むフレアであり、また、この反射光自体ではなく、この透過光の周辺に発生する回折光である。従って光軸を横切って素子の下側に入射した光によるフレアの発生は非常に少なく画像の劣化に対しては問題を発生させないレベルである。
【００４８】
図１２はこの時の様子を素子への入射角度が10°の場合について、横軸に回折角度、縦軸に全光量を１００％とした時の光量としたグラフにしたものである。また、計算に使用した回折格子は1次の回折効率が最も高くなるように最適化した格子として計算している。グラフの横軸の角度は素子の面法線に対する角度であり図１２に示したように−側を取る。
【００４９】
図１２において、＋10度付近に飽和しているピークを有しているが、これが1次の回折光の発生位置である。また、−10度付近に光量ピークがあるがこれが格子壁面のフレネル反射光により発生しているフレアである。このピークを中心に回折によるフレアが発生しているが、いずれにしてもフレアの量としては微弱な光である。また、図１２のグラフにおいて像面に光が到達する角度は0度±１度〜±２度付近の光であり、フレアの量としては微弱で画像を劣化させるレベルではない。
【００５０】
以上説明したように、図８のタイプの回折光学素子においても、有効画角外に20度付近の光については、素子の下側に入射した光束についてはフレアの発生が抑制されている。従って、本発明の構成であるところの密着タイプの回折光学素子において、最大画角にから更に外側に20度の角度が付いた方向から撮像光学系の前玉全域に向けて入射する平行光束が該回折光学素子に到達し、該撮像光学系に該角度を有して入射する光束において、該撮像光学系の光軸に交差する光線と光軸により形成される断面をメリディオナル断面としたとき、該回折光学素子に到達する光束のメリディオナル断面におけ幅において、光軸を横切って回折光学素子入射する光束を全光束に対して90%以上となるように鏡筒または製品フードを構成することによりフレアを抑制することが可能である。
【００５１】
本発明は光学系の第1レンズと第2レンズの間に回折光学素子を作成したが、回折光学素子を像面側に配置することで、鏡筒により画面外の光を遮光することが可能となり、レンズフードを短くすることが出来る。一方、回折光学素子を像面側に下げることで、倍率色収差の改善効果が落ちてくる。従って、本発明の効果を得るためには、最も物体側のレンズの有効径をφｆ、回折光学素子の有効径をφdoとしたときに、
φdo／φｆ≧０．７
とすることが望ましい。本構成を取ることにより、倍率色補正効果が最大限に引き出せ、光学系の全長短縮や高性能かに対して著しい効果を得ることが出来る。
【００５２】
図１３は本発明の第２の実施例の説明図である、図は回折格子を正面から見た説明図であり、図１４は光軸を含んだ断面図である。図において１３１は回折格子の壁面を画像を形成する光線の有効画角内の最大角度と最小角度の平均角度に対して傾けた範囲、１３２は回折格子の壁面の角度を画像を形成する光線の有効画角内の最大角度と最小角度の平均角度とした範囲を示している。
【００５３】
図１５は本発明の第２の実施例を４００ｍｍの望遠レンズに適用した場合の説明図である、図において、１５１は回折光学素子、１５２は絞り、１５３はCCD等の像面、１５４は最大画角の光束、１５５は撮像光学系の光軸、１５６は有効画角の外側からの太陽光等の平行光の一部、１５７は回折光学素子１５１に入射する画面外20度の平行光束、１５８はレンズフードを示している。
【００５４】
図１５において、画面外20度から入射した平行光束は一部をレンズフードまたは鏡筒により遮光されるが、メリディオナル断面における回折光学素子に平行光束が当たっている領域の幅をW0、図15の光軸より下側すなわち画面外２０度光束が光軸を横切って入射する領域の幅をW１とするとW1/W0＜0.9となっている。このとき領域１３１の領域については既に説明したように不要回折光が発生し易く問題である。このため本発明においては、領域１３１に対してフレア対策を施す。
【００５５】
具体的なフレア対策としては、図１６に示したように壁面に遮光部材を塗布することで不要なフレアの発生を抑制することが可能となる。図１６において、従来の構成においては、この遮光部材を素子の全域に対して塗布を行ったが、大幅はコストアップを招くため実際に実施することは難しかった。本発明によれば輪帯のピッチの大きい光軸付近の一部を遮光することでコストアップを抑えることが可能である。一方、強いフレアが発生する領域を遮光することで大きなフレア抑制効果を得ることが可能である。これによりコストアップを最小限にした状態でフレア少ない回折光学素子の提供が可能である。
【００５６】
他のフレア対策としては、図１７に示したように格子の壁面を画面内の光に対してベストの回折効率が得られる角度である平均角度から傾けことで、フレアを抑制することが可能である。一方、ベストの壁面角度から傾けることで回折効率の劣化が懸念されるが、回折格子の光軸付近の輪帯のピッチが広いため、壁面を傾けることによる回折効率の劣化は軽微であり許容範囲である。
【符号の説明】
【００５７】
１  回折光学素子
２  絞り
３  CCD等の像面
４  最大画角の光束
５  撮像光学系の光軸
６  有効画角の外側からの太陽光等の平行光の一部
７  回折光学素子１に入射する画面外20度の平行光束
８  レンズフード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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