(57)【要約】【課題】高倍率であって、且つ、小型で高性能なカタディオプトリックアフォーカルコンバーターを提供する。【解決手段】長い方の共役長側に物体が位置するように配置され、物体側から光の進行方向の順に、光が入射する輪帯状の入射面Ｓ１と、入射面Ｓ１を透過した光に対して凹面を向けた主ミラー面ＲＦ１と、主ミラー面ＲＦ１によって反射した光に対して凸面を向けた２次ミラー面ＲＦ２とを少なくとも有するカタディオプトリック対物レンズからなる第１レンズ系Ｇ１と、第１レンズ系Ｇ１の像位置の後方に配置される正の屈折力を有する第２レンズ系Ｇ２とからなるカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣであって、主ミラー面ＲＦ１を除くいずれかの光学面が回折光学面Ｇｆとして形成され、第１レンズ系Ｇ１の像側焦点と第２レンズ系Ｇ２の物体側焦点のズレ量をΔとし、第２レンズ系Ｇ２の焦点距離をｆ２としたとき、式−０．１＜Δ／ｆ２＜０．１を満足するように各部材の諸元が設定される。【選択図】  図１
2004258238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長い方の共役長側に物体が位置するように配置され、前記物体側から光の進行方向の順に、前記光が入射する輪帯状の入射面と、前記入射面を透過した前記光に対して凹面を向けた主ミラー面と、前記主ミラー面によって反射した前記光に対して凸面又は平面を向けた２次ミラー面とを少なくとも有するカタディオプトリック対物レンズからなる第１レンズ系と、
前記第１レンズ系の像位置の後方に配置される正の屈折力を有する第２レンズ系とからなるカタディオプトリックアフォーカルコンバーターであって、
前記主ミラー面を除くいずれかの光学面が回折光学面として形成され、
前記第１レンズ系の像側焦点と前記第２レンズ系の物体側焦点のズレ量をΔとし、前記第２レンズ系の焦点距離をｆ２としたとき、次式
−０．１  ＜  Δ／ｆ２  ＜  ０．１
を満足することを特徴とするカタディオプトリックアフォーカルコンバーター。
【請求項２】
前記回折光学面の有効径をΦｃとし、前記主ミラー面の有効径をΦＭとしたとき、次式
０．２  ＜  Φｃ／ΦＭ  ＜  ５．０
を満足することを特徴とする請求項１に記載のカタディオプトリックアフォーカルコンバーター。
【請求項３】
前記第１レンズ系の最も像側の面と前記第２レンズ系の最も物体側の面の光軸上の距離をＷとし、前記カタディオプトリック対物レンズの焦点距離をｆ１としたとき、次式
０．１  ＜  Ｗ／ｆ１  ＜  ２．０
を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載のカタディオプトリックアフォーカルコンバーター。
【請求項４】
アフォーカル倍率の大きさが３．０倍より大きく形成され、前記第１及び第２レンズ系を構成するレンズ面のいずれかの透過屈折面を前記回折光学面として形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のカタディオプトリックアフォーカルコンバーター。
【請求項５】
前記主ミラー面より物体側の光学部材に前記回折光学面が設けられ、前記回折光学面を有する前記光学部材の最も物体側の面の有効径をΦｏとし、前記第２レンズ系の最も物体側の面の有効径をΦｅとしたとき、次式
０．５  ＜  Φｏ／Φｅ  ＜  ２０．０
を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のカタディオプトリックアフォーカルコンバーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カタディオプトリックレンズ（反射屈折式レンズ）に関し、特にカタディオプトリックレンズを対物レンズに用いたカタディオプトリックアフォーカルコンバーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、３５ｍｍ判フィルムを使用する撮像装置では、長焦点距離レンズ、特に超望遠レンズとして、反射屈折式レンズがしばしば用いられている。その理由は屈折作用のみによって長焦点距離レンズを構成しようとすると、必然的にレンズの全長が長くなるが、反射屈折式レンズを採用することにより、色収差、特に２次スペクトルの劣化を招くことなく、レンズ全長を短くすることができるからである。３５ｍｍ判フィルム用の撮影レンズとして用いられる従来の反射屈折式レンズは、その小型化を図るために、光線の入射方向より順に、入射面、主ミラー面、２次ミラー面が配置されている。入射面としては、平面でも良いが、一般に凸面の入射面が用いられ、主ミラー面としては凹面鏡が用いら、２次ミラー面としては凸面鏡が用いられ、従ってその屈折率配置は、正、正、負の成分で構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５８−２０５１２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年デジタルスチルカメラ等の固体撮像素子を有するカメラが一般的となっているが、その小型化に伴い固体撮像素子も小型が進んでいる。また、高画質への要求も高く固体撮像素子の高密度化が進み、そのため撮影レンズへの要求性能も高まっている。このような要求を解決する一つの手段として、３５ｍｍ判フィルム用の撮影レンズとして開発された反射屈折式レンズを利用することも考えられるが、高倍率であって、且つ、より小型で高性能化する必要があるという課題があった。
【０００５】
本発明は、以上の課題に鑑みなされたものであり、デジタルスチルカメラ等の小型個体撮像素子用の撮影レンズに対して好適であり、特に回折光学素子を用いて高倍率であって、且つ、小型で高性能なカタディオプトリックアフォーカルコンバーターを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターは、長い方の共役長に物体が位置するように配置され、物体側から光の進行方向の順に、光が入射する輪帯状の入射面と、この入射面を透過した光に対して凹面を向けた主ミラー面と、主ミラー面によって反射した光に対して凸面又は平面を向けた２次ミラー面とを少なくとも有するカタディオプトリック対物レンズからなる第１レンズ系と、この第１レンズ系の像位置の後方に配置される正の屈折力を有する第２レンズ系とからなるものであり、主ミラー面を除くいずれかの光学面が回折光学面として形成される。そして、第１レンズ系の像側焦点と第２レンズ系の物体側焦点のズレ量をΔとし、第２レンズ系の焦点距離をｆ２としたとき、次式
−０．１  ＜  Δ／ｆ２  ＜  ０．１
を満足する。
【０００７】
なお、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターは、回折光学面の有効径をΦｃとし、主ミラー面の有効径をΦＭとしたとき、次式
０．２  ＜  Φｃ／ΦＭ  ＜  ５．０
を満足するように構成されることが好ましい。
【０００８】
また、第１レンズ系の最も像側の面と第２レンズ系の最も物体側の面の光軸上の距離をＷとし、カタディオプトリック対物レンズの焦点距離をｆ１としたとき、次式
０．１  ＜  Ｗ／ｆ１  ＜  ２．０
を満足するように構成されることが好ましい。
【０００９】
また、アフォーカル倍率の大きさが３．０倍より大きく、第１及び第２レンズ系を構成するレンズ面のいずれかの透過屈折面を回折光学面として形成することが好ましい。
【００１０】
さらに、主ミラー面より物体側の光学部材に回折光学面を設け、この回折光学面を有する光学部材の最も物体側の面の有効径をΦｏとし、第２レンズ系の最も物体側の面の有効径をΦｅとしたとき、次式
０．５  ＜  Φｏ／Φｅ  ＜  ２０．０
を満足するように構成することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターは、カメラ等の対物レンズ（撮影レンズ）の物体側に装着されて、物体側から入射した平行光束を像側に平行に出射する光学系であり、このような物体側に装着されるものはフロントコンバーターと呼ばれる。この場合、フロントコンバーターのアフォーカル倍率Ｍは、軸上近軸光線の傾角の大きさから求められ、この軸上近軸光線の出射側の傾角θｏｕｔに対する入射側の傾角θｉｎの比（｜θｏｕｔ／θｉｎ｜）として表される。なお、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣは、アフォーカル倍率Ｍが１．０よりも大きいフロントコンバーター、つまり、望遠化の機能を有するフロントテレコンバーターに関するものである。
【００１２】
図１は第１実施例におけるレンズ構成を示しており、カタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣは、ケプラー型光学系を構成している。すなわち、基本的には物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ系Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ系Ｇ２とから構成され、第１レンズ系Ｇ１の像側焦点と第２レンズ系Ｇ２の物体側焦点とが一致するように配置されている。その結果、物体側から平行に入射した光束は、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣを透過したのち、像側に平行な光束として出射される。そのため、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣのようなフロントテレコンバーターはアフォーカルコンバーターとも呼ばれる。
【００１３】
したがって、このようなアフォーカルコンバーターのアフォーカル倍率Ｍは、第１レンズ系Ｇ１の焦点距離をｆＦとし、第２レンズ系Ｇ２の焦点距離をｆＲとすると、以下に示す式（ａ）で表される。
【００１４】
【数１】
Ｍ  ＝  ｆＦ／ｆＲ                    （ａ）
【００１５】
但し、アフォーカル倍率Ｍは、第１レンズ系Ｇ１の像側焦点位置と第２レンズ系Ｇ２の物体側焦点位置とを一致させていないときでも、軸上近軸光線の傾角の大きさに関し、出射側に対する入射側の比（Ｍ＝｜θｏｕｔ／θｉｎ｜）として定義する。なお、このアフォーカル倍率Ｍは、アフォーカルコンバーターのレンズデータの部分のみを近軸追跡計算することによって求められる。すなわち、マスターレンズによらず、アフォーカルコンバーターのアフォーカル倍率Ｍはこのアフォーカルコンバーターの構成パラメータによって定まるものである。
【００１６】
但し、実用的には、第１レンズ系Ｇ１の像側焦点位置と、第２レンズ系Ｇ２の物体側焦点位置とを厳密に一致させる必要は無く、第１レンズ系Ｇ１又は第２レンズ系Ｇ２の少なくともいずれか一方を光軸に沿って移動させてピント合わせ（焦点合わせ）をするか、後方の撮影レンズ（対物レンズ）でピント合わせをすることができる範囲内において双方の焦点位置を十分に近接させておけば良い。このように、双方の焦点位置が厳密に一致していない場合でも、アフォーカル倍率Ｍとは軸上近軸光線の傾角の大きさに関し、入射側に対する出射側の比と考えるものとする。なお、このときのアフォーカル倍率Ｍは式（ａ）からずれるが、そのずれ量はわずかである。なお、双方の焦点位置を厳密に一致させた場合、アフォーカルコンバーターと任意の結像レンズ系（焦点距離をｆとする）の合成焦点距離はＭ×ｆで与えられるが、一致していない場合はＭ×ｆから若干外れてしまう。合成した全体の光学系の焦点距離は、近軸光線追跡計算によって求められる。
【００１７】
以上により説明したフロントテレコンバーターには、正レンズ群と負レンズ群を組み合わせるガリレイ型のアフォーカルコンバーターもある得るが、フロントテレコンバーターの径を小さくするには、このようなケプラー型のアフォーカルコンバーターとすることが望ましい。
【００１８】
なお、本発明のフロントテレコンバーターのような付加的な光学系では、それ自体において収差を十分に除去しておかないと、撮影レンズに装着した状態における合成光学系（フロントテレコンバーター＋撮影レンズ）での収差が劣化してしまい、合成光学系の結像性能が劣化してしまうので注意が必要である。本発明は、このようなケプラー型のアフォーカルコンバーターにおいて、対物レンズ部にカタディオプトリックレンズ（以下、「カタディオプトリック対物レンズ」と呼ぶ）を用いて、収差発生の少ない、優れた結像性能を有するように構成するものである。これを、カタディオプトリックアフォーカルコンバーターと称するものとする。
【００１９】
カタディオプトリック対物レンズは、図１に示すように、第１レンズ系Ｇ１に設けられており、物体側から入射した光線の進行方向の順に、入射面Ｓ１と、主ミラー面ＲＦ１及び２次ミラー面ＲＦ２とを有した光学素子（Ｌ２）として構成されている。このカタディオプトリック対物レンズは、図３に示す第２実施例のように複数の光学素子を貼り合わせた接合レンズ（Ｌ１２〜Ｌ１４）として構成することも可能であるし、図５に示す第３実施例のように反射鏡（Ｍ２２，Ｍ２４）を組み合わせて構成することも可能である。
【００２０】
先に説明したように、屈折作用のみによって長焦点距離レンズを構成しようとすると、必然的にレンズの全長が長くなるが、カタディオプトリックレンズ（反射屈折式レンズ）を対物レンズ部に採用することにより、色収差、特に２次スペクトルの劣化を抑えて、レンズ全長を短くすることができる。本発明は、このカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣに回折光学面Ｇｆを形成し、更なる高性能化と小型化を図ったものであり、その最適な条件、構成要件を見出したものである。特にアフォーカル倍率Ｍが３倍以上の場合に効果的であることを見出した。
【００２１】
なお、入射面Ｓ１と主ミラー面ＲＦ１及び２次ミラー面ＲＦ２とを備えたカタディオプトリック対物レンズでは、各像点の結像に寄与する光束の断面は、輪帯状、あるいは輪帯の一部分が欠けた馬蹄形状となっており、従って、それらの光線の重心位置となる主光線は、実際には遮光されている。しかしながら、簡単のために、本明細書では、実際には遮光されていても、各光線の重心位置となる光線を主光線と呼ぶこととする。
【００２２】
次に、回折光学面及びこの回折光学面を有する光学素子である回折光学素子について説明する。一般に、光線を曲げる方法は屈折と反射が知られているが、第３番目の方法として回折が知られている。回折光学素子とは、光の回折現象を利用した光学素子であって、屈折や反射とは異なる振る舞いを示すことが知られている。具体的には、回折格子やフレネルゾーンプレートによる回折光学面が従来より知られている。この回折光学面の性質としては、負の分散値を有していて、色収差補正に極めて有効であることが知られている。このため、通常ガラスでは達し得ない良好な色収差補正が可能である事が知られている。本発明においては、ガラスやプラスチック等の光学部材の表面に回折格子やフレネルゾーンプレートのように回折現象を応用して光線を曲げる作用を有する面を形成し、その作用により良好な光学性能を得るものであり、このように回折現象を応用して光線を曲げる作用をする面を回折光学面と呼ぶことにする。そして、このような面を有する光学素子を回折光学素子と一般に呼んでいる。なお、回折光学素子等については、「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００２３】
以上のように構成されたカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣの構成条件について以下に説明する。本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣは、第１レンズ系Ｇ１の像側焦点と第２レンズ系Ｇ２の物体側焦点のズレ量をΔとし、第２レンズ系Ｇ２の焦点距離をｆ２としたとき、下の条件式（１）を満足するように構成される。
【００２４】
【数２】
−０．１  ＜  Δ／ｆ２  ＜  ０．１              （１）
【００２５】
条件式（１）は、第１レンズ系Ｇ１の像側焦点と第２レンズ系Ｇ２の物体側焦点のズレ量の大きさを規定する。アフォーカル状態を定義するための条件と呼ぶこともできる。この条件式（１）の範囲を超えると、アフォーカル状態から外れてしまうため、後方の撮影レンズと組み合わせた場合に、ピント位置のずれが大きくなってしまい、実使用上の問題が発生しがちである。条件式（１）の上限を超える場合には、撮影レンズと組み合わせた場合のピント位置が近距離側となるので、カメラ側のフォーカシング機能で補正できることが多いが、カメラの撮影レンズの至近距離が伸びてしまう不都合も発生する。なお、本発明の効果を十分に発揮するためには、上限を０．０３、下限を−０．０３とすることが望ましい。
【００２６】
また、カタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣに形成された回折光学面Ｇｆの有効径（直径）をΦｃとし、第１レンズ系Ｇ１に形成された主ミラー面ＲＦ１の有効径（直径）をΦＭとしたとき、下の条件式（２）を満たすことが好ましい。
【００２７】
【数３】
０．１  ＜  Φｃ／ΦＭ  ＜  ５．０              （２）
【００２８】
条件式（２）は、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣに設けられた回折光学面Ｇｆの適切な有効径を規定する。条件式（２）の上限を上回ると、主ミラー面ＲＦ１に対する径が大きくなりすぎ、回折光学面Ｇｆの製造が困難となりコストアップにつながる。また、回折光学面Ｇｆに外部からの有害光が入りやすくなり、フレア等による画質低下を招きやすくなる。反対に条件式（２）の下限を下回ると、回折光学面Ｇｆを有するレンズの適切な有効径が小さくなりすぎて、回折光学面Ｇｆの格子ピッチが小さくなる傾向が強まり、回折光学面Ｇｆの製造が困難となりコストアップにつながるばかりか、格子によるフレア発生が大きくなり画質低下を招きやすくなる。なお、本発明の効果を十分に発揮するには上限を２．０、下限を０．５とすることが望ましい。
【００２９】
また、第１レンズ系Ｇ１の最も像側の面と第２レンズ系Ｇ２の最も物体側の面との光軸上の距離をＷとし、カタディオプトリック対物レンズの焦点距離をｆ１としたとき、下の条件式（３）を満たすことが好ましい。
【００３０】
【数４】
０．１  ＜  Ｗ／ｆ１  ＜  ２．０              （３）
【００３１】
条件式（３）は第１レンズ系Ｇ１の最も像側の面と第２レンズ系Ｇ２の最も物体側の面との光軸に沿って計った距離を規定するものである。条件式（３）の上限を上回ると、距離Ｗが大きくなりすぎて、カタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣの全長の大型化を招きやすい。また、第１レンズ系Ｇ１から大きな空間を隔てて第２レンズ系Ｇ２を精度良く保持する機構を取ることが難しくなる。さらには、像面歪曲やコマ収差の補正上の自由度を失いやすくなってしまい、良好な画質を得ることが困難となってしまう。反対に、条件式（３）の下限を下回ると、第１レンズ系Ｇ１と第２レンズ系Ｇ２の間に結像される第１レンズ系Ｇ１の像位置が、第１レンズ系Ｇ１の像側の面及び第２レンズ系Ｇ２の物体側の面に近くなりすぎてしまい、それらの面の表面の傷、埃等が画像に写り込みやすくなる不都合が生じる。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上限を１．０、下限を０．３とすることが望ましい。
【００３２】
さらに、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣにおいて、回折光学面Ｇｆは、主ミラー面ＲＦ１より物体側の光学部材に設けることが好ましい。特に回折光学面Ｇｆを最も物体側の光学部材に設けることにより、この回折光学面Ｇｆで発生したフレアが像面に到達しにくくなるため、良好な画質を得ることができる。このとき、回折光学面Ｇｆが形成された光学部材（回折光学素子）の最も物体側の有効径（直径）をΦｏとし、第２レンズ系Ｇ２の最も物体側に位置するレンズの有効径（直径）をΦｅとしたとき、下の条件式（４）を満たすことが好ましい。
【００３３】
【数５】
０．５  ＜  Φｏ／Φｅ  ＜  ２０．０            （４）
【００３４】
条件式（４）は、回折光学面Ｇｆが形成された最も物体側に位置する回折光学素子の最も物体側の有効径と第２レンズ系Ｇ２の最も物体側に位置するレンズの有効径の比（Φｏ／Φｅ）を規定するものである。条件式（４）の上限を上回ると、最も物体側に位置する光学部材の最も物体側の面の有効径Φｏが大きくなりすぎて、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターの径の大型化を招きやすい。また、収差上は球面収差の発生が甚大となって、良好な結像性能が得られない。反対に、条件式（４）の下限を下回ると、最も物体側に位置する光学部材の最も物体側の面の有効径Φｏが小さくなりすぎてしまい、十分な光量の確保が困難となってしまい不都合である。また、アフォーカル倍率Ｍが小さくなる傾向となって不都合である。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上限を８．０、下限を１．０とすることが望ましい。
【００３５】
さて、一般に、光学系の回折光学面を通過する光線の角度は、できるだけ小さい事が好ましい。これは、回折光学面を通過する光線の角度が大きくなると回折光学面（格子の段差部分）によるフレア（ブレーズした所定次数以外の光が有害光となって像面に達する現象）が発生し易くなり、画質を損ねてしまうためである。そして、そのフレアがあまり影響を及ぼさずに、良好な画質を得るためには、本光学系の場合、その角度が５度以下とすることが望ましい。このような条件が満たされれば、回折光学面Ｇｆは、カタディオプトリック対物レンズ中のどこに配置しても良い。しかし、その効果を十分に得るには、３度以下であることが望ましい。
【００３６】
さらに、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣは、回折光学面Ｇｆを有する回折光学素子の最も物体側の面から、カタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣの最も像側の面までの光軸上の距離をＬとし、主ミラー面ＲＦ１と２次ミラー面ＲＦ２との頂点間隔をＡとしたとき、下の条件式（５），（６）を満たすことが好ましい。
【００３７】
【数６】
１．０  ＜  Φｃ／Ｌ  ＜  ２０．０              （５）
０．１  ＜  Ａ／ｆ１  ＜  ３．０                （６）
【００３８】
条件式（５）は、回折光学素子の最も物体側の面から最終面までの厚さＬと、回折光学面Ｇｆの有効径Φｃとの比を規定するものである。条件式（５）の上限を超えると、回折光学面Ｇｆの有効径Φｃが大きくなりすぎてしまい、球面収差に対する偏心誤差感度が敏感となりすぎるため、僅かな位置誤差によっても大きな性能劣化を引き起こしてしまう不都合を生じる。逆に、条件式（５）の下限を越えると、回折光学面Ｇｆから最終面までの厚さＬが大きくなりすぎてしまい、重量が大幅にアップすることになり、軽量化に反する。また、回折光学面Ｇｆの有効径Φｃが小さくなりすぎてしまい、光量不足の傾向となり、良好な画質が得られない。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上限を１５．０、下限を５．０とすることが望ましい。
【００３９】
条件式（６）は、主ミラー面ＲＦ１と２次ミラー面ＲＦ２との頂点間隔Ａと、この主ミラー面ＲＦ１及び２次ミラーＲＦ２面とを有するカタディオプトリック対物レンズの焦点距離ｆ１との比を規定するものである。条件式（６）の上限を超える場合は、カタディオプトリック対物レンズの全長が長くなりすぎてしまい、小型化することができない。また、条件式（６）の下限を越える場合も、現実的な設計が不可能となる。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上限を１．５、下限を０．１５とすることが望ましい。
【００４０】
実際にカタディオプトリック対物レンズを構成するときは、第１レンズ系Ｇ１中の回折光学面Ｇｆはレンズ面上に形成され、回折光学面Ｇｆの格子ピッチをＰとしたとき、０．００３＜Ｐ／ｆ１を満たすことが望ましい。下限を越えると、現実的に製造が困難となる。
【００４１】
次に、本発明において、第１レンズ系Ｇ１の輪帯状の主ミラー面ＲＦ１の中央部は、主ミラー面ＲＦ１と曲面を共有するレンズ面に形成され、２次ミラー面ＲＦ２から主ミラー面ＲＦ１と曲面を共有するレンズ面に至る光路は、レンズによって満たされていてもよい（例えば、後述する第１及び第２実施例）。この光路が空気の場合（例えば、後述する第３実施例）よりも重量は増加するが、この構成により、カタディオプトリック対物レンズの構成が簡素化されることとなる。その際、２次ミラー面ＲＦ２から主ミラー面ＲＦ１と曲面を共有するレンズに至る光路を満たすレンズに、さらに別のレンズが貼り合わされた構成とすることもできる（例えば、第２実施例）。なお、さらに貼り合わせる別のレンズ（例えば、第２実施例における両凹レンズＬ１５）は、当然に主ミラー面ＲＦ１と曲面を共有するレンズ面の像側に貼り合わされる。
【００４２】
第２レンズ系Ｇ２に関しては、凸メニスカスレンズと、接合凸レンズとから構成されることが望ましく、さらに、この接合凸レンズは、凹レンズと両凸レンズとからなることが望ましい。
【００４３】
そして、第１レンズ系Ｇ１を構成するレンズ面中のいずれかの透過屈折面に、回折光学面を設けることが好ましい。これは、反射面に回折光学面を設けると、製作誤差に対する感度が透過屈折面に比べて大きくなってしまい、実際に製造した際の光学性能の劣化が大きくなってしまうためである。より、具体的には、ほぼフラットな光学面を有する光学部材に回折光学面を設け、最も物体側に配置すれば、取り付けやアライメントの機構が簡素となって好ましい。
【００４４】
実際に回折光学面を創製するには、レンズの表面にフレネルゾーンプレートのように、光軸に対して回転対称な格子構造を作ることが製造上容易であるため好ましい。この際、通常の非球面レンズを製造するのと同じく、精研削でも、ガラスモールドでも可能である。さらには、レンズ表面に薄い樹脂層で格子構造を形成してもよい。また、格子はキノフォーム等の単純な単層構造に限らず、複数の格子構造を重ねることにより、回折効率の波長特性や画角特性を向上させることができるので好都合である。
【００４５】
さらに、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣは、撮影レンズのブレを検出するブレ検出手段と、ブレ検出手段からの信号とカメラの作動シークエンスの制御を行う制御手段からの信号とに基づいて適正なブレ補正量を定めるブレ制御装置と、ブレ補正量に基づき防振レンズ群を移動させる駆動機構とを組み合わせて、防振レンズシステムを構成することもできる。この場合、上述の第２レンズ系Ｇ２全体若しくは第２レンズ系Ｇ２の一部のレンズ群を光軸とほぼ直交する方向に可動として防振を行うことができる。また、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣを構成する各レンズに対して、屈折率分布型レンズ等を用いることにより、さらに良好な光学性能を得ることができることは言うまでもない。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣの具体的な実施例について説明する。下に示す３つの実施例では、図１、図３及び図５に示すように、物体側から順に、第１レンズ系Ｇ１と第２レンズ系Ｇ２とを配置して構成されている。
【００４７】
各実施例において、回折光学面Ｇｆの位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式（７），（８）とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法は、非球面形状を表す式と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例において回折光学面Ｇｆは超高屈折率法のデータとして、すなわち、後述する非球面式（７），（８）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象としてｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線を選んだ。本実施例において用いたｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線の波長と各スペクトル線に対して設定した具体的な屈折率の値を下の表１に示す。
【００４８】
【表１】
2004258238.tif 000003
【００４９】
各実施例において非球面は、光軸に垂直な方向の高さ（入射高）をｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（非球面量又はサグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径をｒとし、近軸曲率半径をＲとし、円錐係数をκとし、２次の非球面係数をＣ２、４次の非球面係数をＣ４、６次の非球面係数をＣ６、８次の非球面係数をＣ８、１０次の非球面係数をＣ１０としたとき、下の式（７），（８）で表されるものとした。
【００５０】
【数７】
2004258238.tif 000004
【００５１】
なお、本実施例において用いた超高屈折率法については、前述の「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００５２】
（第１実施例）
図１に本発明の第１実施例に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣのレンズ構成を示す。第１実施例において、第１レンズ系Ｇ１は、物体側から順に、平行平板ガラスからなり像側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｆ１Ｅ、物体側に凹面を向けたカタディオプトリックレンズＬ２を配置して構成されている。ここで、回折光学素子Ｆ１Ｅは、フィルターＦ１の像側の面に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子として構成されている。また、カタディオプトリックレンズＬ２は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２（負レンズ）の物体側のレンズ面の周辺部が輪帯状の入射面Ｓ１を形成しており、像側レンズ面の周辺部は反射材がコーティングされて輪帯状の主ミラー面ＲＦ１（入射面Ｓ１に対して凹面）が形成されており、さらに、物体側レンズ面の中央部は反射材がコーティングされて２次ミラー面ＲＦ２（主ミラー面ＲＦ１に対して凸面）が形成されている。
【００５３】
第２レンズ系Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３（正レンズ）、両凸レンズＬ３（正レンズ）と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５（負レンズ）との貼り合わせからなる接合正レンズを配置して構成される。
【００５４】
このため、第１レンズ系Ｇ１の物体側から入射した平行光束は、回折光学素子Ｆ１Ｅを通過した後、カタディオプトリックレンズＬ２の入射面Ｓ１に入射し、主ミラー面ＲＦ１、２次ミラー面ＲＦ２の順で反射して、輪帯状の主ミラー面ＲＦ１の中心部から、第１レンズ系Ｇ１の像側に出射して一旦結像する。そして、第２レンズ系Ｇ２に入射した光線は平行光束に変換されて像側に出射する。
【００５５】
下の表２に、本第１実施例における各レンズの諸元を示す。表２における面番号１〜１２は本発明のカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣに関するものであり、それぞれ図１における符号１〜１２に対応する。また、表２におけるｒはレンズ面の曲率半径（非球面の場合は基準球面の曲率半径）を、ｄはレンズ面の間隔を、ｎ（ｄ）はｄ線に対する屈折率を、ｎ（ｇ）はｇ線に対する屈折率をそれぞれ示している。なお、表２において、非球面形状に形成されたレンズ面には、面番号の右側に＊印を付している。また、非球面係数Ｃｎ（ｎ＝２，４，６，８，１０）において「Ｅ−０９」等は「×１０−０９」等を示す。以下の表２の記号の説明は、以降の実施例においても同様である。また、以下の全ての諸元値において掲載されている曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さの単位は、特記の無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることもできる。なお、屈折率の符号が正から負、又は、負から正のように変化している面は反射面を示す。
【００５６】
本第１実施例では、面番号２及び３に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当している。また、カタディオプトリック対物レンズにおける入射面Ｓ１が面番号４に相当し、主ミラー面ＲＦ１が面番号５に相当し、２次ミラー面ＲＦ２が面番号６に相当している。
【００５７】
【表２】
2004258238.tif 000005
2004258238.tif 000006
【００５８】
このように本第１実施例では、上記条件式（１）〜（６）は全て満たされていることが分かる。
【００５９】
また、図２は第１実施例における光学系の諸収差図である。各収差図においてｄはｄ線を、ｇはｇ線をそれぞれ示している。また、球面収差図では最大口径に対する入射高Ｈを、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図では半画角ωをぞれぞれ示し、コマ収差図では各半画角ωの値を示す。さらに、非点収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。以上の収差図の説明は、以降の他の収差図についても同様である。各収差図から明らかなように、本第１実施例では諸収差が良好に補正されており、カタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣ全体において、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００６０】
（第２実施例）
図３に、本発明の第２実施例に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣのレンズ構成を示す。第２実施例において、第１レンズ系Ｇ１は、物体側から順に、平行平板ガラスからなり像側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｆ１１Ｅ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２（正レンズ）と両凹レンズＬ１３（負レンズ）と両凸レンズＬ１４（正レンズ）との貼り合わせからなる接合カタディオプトリックレンズ及び、この接合カタディオプトリックレンズの像側の面に張り合わされた両凹レンズＬ１５（負レンズ）と両凸レンズＬ１６（正レンズ）とから構成される。
【００６１】
ここで、回折光学素子Ｌ１１Ｅは、フィルターＦ１１の像側の面に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子として構成されている。また、接合カタディオプトリックレンズは、両凹レンズＬ１３の物体側のレンズ面の周辺部が輪帯状の入射面Ｓ１を形成しており、両凸レンズＬ１４の像側の面の周辺部は反射コーティングがされて輪帯状の主ミラー面ＲＦ１（入射面Ｓ１に対して凹面）が形成されており、正メニスカスレンズＬ１２の物体側の面が反射コーティングされて２次ミラー面ＲＦ２（主ミラー面ＲＦ１に対して凸面）が形成されている。
【００６２】
第２レンズ系Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１７（正レンズ）、両凸レンズＬ１８（正レンズ）と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１９（負レンズ）との張り合わせからなる接合正レンズを配置して構成される。
【００６３】
このため、第１レンズ系Ｇ１の物体側から入射した平行光束は、回折光学素子Ｆ１Ｅを通過した後、接合カタディオプトリックレンズの入射面Ｓ１に入射し、主ミラー面ＲＦ１、２次ミラー面ＲＦ２の順で反射して、輪帯状の主ミラー面ＲＦ１の中心部から両凹レンズＬ１５及び両凸レンズＬ１６を通過して第１レンズ系Ｇ１の像側に出射して一旦結像する。そして、第２レンズ系Ｇ２に入った光線は平行光束に変換されて像側に出射する。
【００６４】
下の表３に、本第２実施例における各レンズの諸元を示す。表３における面番号１〜１９は本発明のカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣに関するものであり、それぞれ図３における符号１〜１９に対応する。
【００６５】
本第２実施例では、面番号２及び３に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当している。また、カタディオプトリック対物レンズにおける入射面Ｓ１が面番号４に相当し、主ミラー面ＲＦ１が面番号６に相当し、２次ミラー面ＲＦ２が面番号９に相当している。
【００６６】
【表３】
2004258238.tif 000007
2004258238.tif 000008
【００６７】
このように本第２実施例では、上記条件式（１）〜（６）を全て満たしていることが分かる。また、図４は第２実施例における光学系の諸収差図である。各収差図から明らかなように、本第２実施例では諸収差が良好に補正されており、カタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣ全体において、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００６８】
（第３実施例）
図５に本発明の第３実施例に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣのレンズ構成を示す。本第３実施例では、第１及び第２実施例とは異なり、反射鏡を用いてカタディオプトリックレンズを構成した場合を示している。第３実施例において、第１レンズ系Ｇ１は、物体側から順に、平行平板ガラスからなり物体側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｆ２１Ｅ、像側に平面反射面（２次ミラー面ＲＦ２）を向けた反射鏡Ｍ２２、開口絞りＰ２３、物体側に凹面状の反射面を向け輪帯状に形成された反射面（主ミラー面ＲＦ１）を有する反射鏡Ｍ２４を配置して構成されている。ここで、回折光学素子Ｆ２１Ｅは、フィルターＦ２１の物体側の面に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子として構成されている。なお、本実施例において、入射面Ｓ１は回折光学素子Ｆ２１Ｅの物体側の面である。また、２次ミラー面ＲＦ２は主ミラー面ＲＦ１に凸面を向けた形状としても構わない。
【００６９】
第２レンズ系Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２５（正レンズ）、両凸レンズＬ２６（正レンズ）と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２７（負レンズ）との貼り合わせからなる接合正レンズを配置して構成される。
【００７０】
このため、第１レンズ系Ｇ１の物体側から入射した平行光束は、回折光学素子Ｆ２１Ｅを通過した後、主ミラー面ＲＦ１，２次ミラー面ＲＦ２の順で反射して一旦結像する。そして、輪帯状の主ミラー面ＲＦ１（Ｍ２４）の中心部から第１レンズ系の像側に出射して第２レンズ系Ｇ２に入射し、平行光束に変換されて像側に出射する。
【００７１】
下の表４に、本第３実施例における各レンズの諸元を示す。表４における面番号１〜１１は本発明のカタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣに関するものであり、それぞれ図５における符号１〜１１に対応する。
【００７２】
本第３実施例では、面番号１及び２に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当している。また、カタディオプトリック対物レンズにおける入射面Ｓ１が面番号１に相当し、主ミラー面ＲＦ１が面番号５に相当し、２次ミラー面ＲＦ２が面番号６に相当している。
【００７３】
【表４】
2004258238.tif 000009
2004258238.tif 000010
【００７４】
このように本第３実施例では、上記条件式（１）〜（６）を全て満たしていることが分かる。また、図６は第３実施例における光学系の諸収差図である。各収差図から明らかなように、本第３実施例では諸収差が良好に補正されており、カタディオプトリックアフォーカルコンバーターＦＣ全体において、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターによれば、色収差を含む諸収差が高度に補正されており、各収差図に見られる通りの高性能なカタディオプトリックアフォーカルコンバーターが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターの第１実施例に係るレンズ構成を示す図である。
【図２】第１実施例に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターの諸収差図である。
【図３】本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターの第２実施例に係るレンズ構成を示す図である。
【図４】第２実施例に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターの諸収差図である。
【図５】本発明に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターの第３実施例に係るレンズ構成を示す図である。
【図６】第３実施例に係るカタディオプトリックアフォーカルコンバーターの諸収差図である。
【符号の説明】
ＦＣ  カタディオプトリックアフォーカルコンバーター
Ｇ１  第１レンズ系
Ｇ２  第２レンズ系
Ｓ１  入射面
ＲＦ１  主ミラー
ＲＦ２  ２次ミラー
Ｇｆ  回折光学面
【図１】
2004258238.tif 000011
【図２】
2004258238.tif 000012
【図３】
2004258238.tif 000013
【図４】
2004258238.tif 000014
【図５】
2004258238.tif 000015
【図６】
2004258238.tif 000016