(57)【要約】【課題】良好な結像性能を達成することができ、且つ、高性能なリレー光学系を提供する。【解決手段】有限距離の物体の像をリレーする光学系であって、物体側から順に配置された正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されるリレー光学系ＲＬにおいて、通過する光線の光軸とのなす角度が１０度以下となる位置に配置された回折光学面Ｇｆを有し、リレー結像倍率をβとしたとき、式−３．０＜β＜−０．２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
2004258246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有限距離の物体の像をリレーする光学系であって、物体側から順に配置された正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とから構成されるリレー光学系において、
通過する光線の光軸とのなす角度が１０度以下となる位置に配置された回折光学面を有し、
リレー結像倍率をβとしたとき、次式
−３．０  ＜  β  ＜  −０．２
を満足することを特徴とするリレー光学系。
【請求項２】
前記回折光学面は前記第１若しくは第２レンズ群中のいずれかのレンズ面に設けられ、
前記回折光学面の有効径をＣとし、全体の焦点距離をｆｗとしたとき、次式
０．０３  ＜  Ｃ／ｆｗ  ＜  ２．０
を満足することを特徴とする請求項１に記載のリレー光学系。
【請求項３】
通過する光線の光軸となす角度が５度以下になる位置に前記回折光学面が配置され、
前記第１レンズ群の最も像側の面と前記第２レンズ群の最も物体側の面との光軸上の距離をＬとし、全体の共役距離をＴＬとしたとき、次式
０．０８  ＜  Ｌ／ＴＬ  ＜  ０．８
を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のリレー光学系。
【請求項４】
前記第１レンズ群を出射し前記第２レンズ群に入射するまでの光線は光軸に対してほぼ平行になるように構成され、
前記第１レンズ群を出射し前記第２レンズ群に入射するまでの最大像高の主光線の光軸とのなす角度をＷとしたとき、次式
０．０１  ＜  Ｗ  ＜  １０．０
を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリレー光学系。
【請求項５】
前記回折光学面は、少なくとも一つの回折素子要素に形成された回折格子構造よりなり、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とは、少なくとも１つの回折素子要素の厚さ及び回折格子構造以外の部分は対称な構成の光学系であって、結像倍率がほぼ−１．０であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のリレー光学系。
【請求項６】
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とは対称な光学系であって、結像倍率がほぼ−１．０であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のリレー光学系。
【請求項７】
前記回折光学面は、屈折率の異なる複数の回折素子要素からなる複層の回折格子構造により構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のリレー光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体と像をリレーする光学系に関し、特に、回折光学素子を備えたリレー光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体と像をリレーするリレー光学系には、従来から正の屈折力を有するレンズを２組以上組み合わせて用いられている。そして、このリレー光学系を、対物レンズ及び接眼レンズと組み合わせて観察光学系を構成したり、装置内での引き回し光学系として、被写体（物体）から撮像面（像）までの距離が離れている場合などに用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２８１４１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の撮像素子の画素ピッチの微細化などによる撮像技術の進歩に対応して、リレー光学系等も小型化の要求があるが、優れた結像性能（特に、色ズレの少ないもの）と、小型化、軽量化等を両立させることが極めて困難であった。
【０００５】
本発明は、以上の課題に鑑みなされたものであり、回折光学素子を利用して、良好な結像性能を達成することができ、且つ、高性能なリレー光学系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、本発明に係るリレー光学系は、有限距離の物体の像をリレーする光学系であって、物体側から順に配置された正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とから構成されるリレー光学系において、通過する光線の光軸とのなす角度が１０度以下となる位置に配置された回折光学面を有し、リレー結像倍率をβとしたとき、次式
−３．０  ＜  β  ＜  −０．２
を満足するように構成される。
【０００７】
なお、本発明に係るリレー光学系において、回折光学面は第１若しくは第２レンズ群中のいずれかのレンズ面に設けられ、この回折光学面の有効径をＣとし、全体の焦点距離をｆｗとしたとき、次式
０．０３  ＜  Ｃ／ｆｗ  ＜  ２．０
を満足することが好ましい。
【０００８】
また、通過する光線の光軸とのなす角度が５度以下になる位置に回折光学面が配置され、第１レンズ群の最も像側の面と第２レンズ群の最も物体側の面との光軸上の距離をＬとし、全体の共役距離をＴＬとしたとき、次式
０．０８  ＜  Ｌ／ＴＬ  ＜  ０．８
を満足することが好ましい。
【０００９】
また、第１レンズ群を出射し第２レンズ群に入射するまでの光線は光軸に対してほぼ平行になるように構成され、第１レンズ群を出射し第２レンズ群に入射するまでの最大像高の主光線の光軸とのなす角度をＷとしたとき、次式
０．０１  ＜  Ｗ  ＜  １０．０
を満足することが好ましい。
【００１０】
また、回折光学面は、少なくとも一つの回折素子要素に形成された回折格子構造よりなり、第１レンズ群と第２レンズ群とは、少なくとも１つの回折素子要素の厚さ及び回折格子構造以外の部分は対称な構成の光学系であって、結像倍率がほぼ−１．０であるように構成されることが好ましい。
【００１１】
あるいは、第１レンズ群と第２レンズ群とは対称な光学系であって、結像倍率がほぼ−１．０であるように構成されることが好ましい。
【００１２】
さらに、回折光学面が、屈折率の異なる複数の回折素子要素からなる複層の回折格子構造により構成されることことが好ましい。
【００１３】
【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。一般的にリレー光学系は、凸レンズを用いても、凹レンズを用いても構成することができる。しかし、十分な共役距離を有し、レンズのサイズをコンパクトにし、良好な結像性能を保つように構成された、最も実用的なものとしては、凸レンズと凸レンズを正対させるタイプのものが従来より広く用いられている。図１に示すように、本発明に係るリレー光学系ＲＬも、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１（凸レンズ）と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２（凸レンズ）とから構成されている。そのため、物体Ｏから放射された光線は、第１レンズ群Ｇ１で屈折してほぼ平行光線として出射し、さらに第２レンズ群Ｇ２に入射して屈折し、第２レンズ群Ｇ２を出射した光線は像Ｉとして結像するように構成される。本発明においては、リレー光学系ＲＬに回折光学面Ｇｆを適用し、小型、高性能で、かつ、少ないレンズで構成することができる光学系を実現するための適正な条件を見出したものである。
【００１４】
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。
【００１５】
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１０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、回折光学面は、リレー光学系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、５度以下であることがより好ましい。
【００１６】
以下に本発明に係るリレー光学系ＲＬを構成するための条件について説明する。まず、本発明に係るリレー光学系ＲＬは、結像倍率をβとしたとき、下の条件式（１）を満足するように構成される。
【００１７】
【数１】
−３．０  ＜  β  ＜  −０．２              （１）
【００１８】
条件式（１）は、リレー光学系ＲＬの結像倍率の適切な範囲を示しており、条件式（１）の上限、下限のいずれを超えても、先に示した凸レンズと凸レンズとを正対させる構造は不適となってしまい、良好な収差補正を達成することが困難となる。また、上限を超える場合には、共役距離のうち像距離が短くなるため、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離が短くなり、この結果、レンズ系のペッツバール和が正側に大きくなって、像面の曲がりが負側に甚大となり、良好な画像が得られない。逆に下限を超えるときは、結像倍率の大きさが大きくなりすぎてしまい、球面収差が大きくなりがちであるばかりか、軸上色収差と倍率色収差が大きく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−０．５、下限を−１．８とすることが望ましい。
【００１９】
さらには、コストダウン等のため、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とを同一の光学系として対称に配置した、タンデム配置としても良い。この場合、結像倍率βは−１．０（いわゆる等倍）となり、開口絞りＳを光学系の中央に配置すれば歪曲収差、倍率色収差がほとんど０とできるので、良好な結像性能が得られて好ましい。
【００２０】
また、リレー光学系ＲＬが有する回折光学面Ｇｆの有効径（直径）をＣとし、リレー光学系ＲＬ全体の焦点距離をｆｗとしたとき、以下に示す条件式（２）を満足するように構成することが好ましい。
【００２１】
【数２】
０．０３  ＜  Ｃ／ｆｗ  ＜  ２．０            （２）
【００２２】
条件式（２）は、回折光学面Ｇｆの有効径（直径）の適切な範囲を規定している。条件式（２）の上限を上回ると、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（回折光学素子）の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、回折光学面Ｇｆの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１．０、下限を０．１２とすることが望ましい。
【００２３】
また、本発明においては、上述の条件式（１），（２）に加えて、以下の条件式（３），（４）を満足することが望ましい。なお、以下の条件式（３），（４）において、Ｌは第１レンズ群Ｇ１の最も像側の面と第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の面との光軸上の距離であり、ＴＬはリレー光学系ＲＬの光学系全体の共役距離（物像間距離）であり、Ｗは第１レンズ群Ｇ１を出射し第２レンズ群Ｇ２に入射するまでの最大像高の主光線の光軸とのなす角度（単位は「度」とする）である。
【００２４】
【数３】
０．０８  ＜  Ｌ／ＴＬ  ＜  ０．８              （３）
０．０１  ＜  Ｗ  ＜  １０．０                （４）
【００２５】
条件式（３）は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の光軸上の距離の適正なる範囲を示しており、合わせて第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の適切な位置も規定する。条件式（３）の上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の距離Ｌが大きくなりすぎて、この結果、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の焦点距離が小さくなりすぎてしまい、レンズ系のペッツバール和が正側に大きくなり、そのため像面の曲がりが負側に甚大となるため、良好な画像は得られない。さらには、回折光学面Ｇｆが像面に近くなりすぎてしまい、格子のピッチが画像に写り込み易くなる不都合も生じる。反対に、条件式（３）の下限を下回ると、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の焦点距離が大きくなりすぎてしまい、球面収差の発生、軸上色収差が甚大となり、良好な結像性能が得にくくなる。なお、本発明の効果をさらに十分に発揮するには、条件式（３）の上限値を０．５とし、下限値を０．０８とすることが好ましい。
【００２６】
条件式（４）は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間を通過する最大像高の主光線の光線角度（光軸とのなす角度）の適正なる範囲を規定するものである。条件式（４）の下限を下回ると、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間を通過する最大像高の主光線の光線角度が小さくなりすぎてしまい、十分な像面フィールドの大きさが確保しづらくなってしまい不都合である。特に、共役距離に制限のある場合には顕著である。一方、条件式（４）の上限を上回ると、リレー光学系ＲＬを通る光線角度（光軸とのなす角度）が大きくなりすぎてしまい、フレア発生が甚大となって画質を損ねるため不都合である。なお、本発明の効果をさらに十分に発揮するには、条件式（４）の上限値を３．０度とし、下限値を０．１度とすることが好ましい。
【００２７】
また、本発明において、さらに、次の条件式（５），（６）を満足することが望ましい。なお、以下の条件式（５），（６）において、ΔＮは第１レンズ群Ｇ１を接合レンズで構成する場合の接合した光学部材（レンズ）の屈折率の差であり、ｄは回折光学面Ｇｆを有する回折光学素子の光軸上の厚さである。なお、回折光学面Ｇｆが複層の回折格子構造を有する場合は、格子を形成する基板側の光学部材の光軸上の厚さを指すものとする。
【００２８】
【数４】
０．１  ＜  ΔＮ                        （５）
０．０１  ＜  ｄ／ｆｗ  ＜  ０．５              （６）
【００２９】
条件式（５）は、接合レンズを構成する光学部材の屈折率の差を規定するものである。条件式（５）の下限を超えると、球面収差の補正が困難となりがちで不都合である。又、ペッツバール和が小さくなりすぎてしまい、中心の最良像面と周辺の最良像面の差が大きくなりがちとなる不都合が生じる。
【００３０】
条件式（６）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最終面までの光軸上の厚さと全体の焦点距離との適切なる比を示すものである。条件式（６）の上限を超えると、回折光学素子の厚さｄが大きく（厚く）なりすぎてしまい製造しにくくなるばかりか、コストアップを招く。条件式（６）の下限を超えると、回折光学素子が薄くなりすぎてしまい、製造中に撓みやすくなる不都合が生じる。また、組み込み時の変形が生じやすくなり、結像性能劣化の原因となる。なお、本発明の効果をさらに十分に発揮するには、条件式（６）の上限値を０．１とし、下限値を０．０２とすることが好ましい。
【００３１】
なお、実際にリレー光学系ＲＬを構成するときには、以下に述べる用件を満たすように構成することが望ましい。まず、第１レンズ群Ｇ１の物体側に回折光学面を配置すると、通過する光線の光軸とのなす角度が１０度を超えてしまいがちなので、この回折光学面によるフレア発生が大きくなり好ましくない。そのため、回折光学面を通過する光線の光軸とのなす角度を１０度以下にするためには、第１レンズ群Ｇ１の像側や第２レンズ群Ｇ２の物体側に回折光学面を配置することが適切であって、回折光学面を配置するレンズは凸レンズでも凹レンズでも構わない。
【００３２】
また、良好な色収差補正のために、第２レンズ群Ｇ２も接合レンズを有することが好ましく、両凸レンズと凹メニスカスレンズの接合レンズとすることが好ましい。これは、回折光学面Ｇｆで補正しきれない２次スペクトルを補正するものであり、凸レンズと凹レンズの接合レンズで補正可能だからである。そして、さらには、その効果を十分に得るために、通過する光線の光軸とのなす角度が５度以下であることが好ましい。しかしながら、適用すべき仕様などによっては、接合レンズとせずとも、単レンズに回折光学面を形成するのみで、十分な効果が得られる場合もあり、コストや重量等を優先した設計を行うこともできる。そして、この場合に光学系中に非球面を少なくとも１面有することが望ましい。
【００３３】
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回折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回折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、複数の回折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。なお、回折光学面はアッベ数が６５以下の光学ガラスのレンズ面上に創製することが望ましい。これは、製造し易く良好な性能が得られるからである。
【００３４】
さらに、本発明に係るリレー光学系ＲＬ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。上述の第１レンズＧ１若しくは第２レンズ群Ｇ２のいずれか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、このとき、移動量をΔＳとしたとき、ΔＳ  ＜  ０．１を満たすことが望ましい。
【００３５】
また、本発明に係るリレー光学系ＲＬを構成する各レンズに対して、上述した非球面を有する非球面レンズや、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。また、このリレー光学系ＲＬは、レーザー光学系など単色光で用いても良く、この場合、収差補正の自由度が増すので、設計が容易になる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明に係るリレー光学系ＲＬの具体的な実施例について説明する。下に示す４つの実施例では、図１、図３、図５及び図７に示すように、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されており、物体Ｏから出た光線が、本発明に係るリレー光学系ＲＬでリレーされて、像面Ｉに結像する。
【００３７】
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。
【００３８】
【表１】
2004258246.tif 000003
【００３９】
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。
【００４０】
【数５】
2004258246.tif 000004
【００４１】
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。
【００４２】
（第１実施例）
図１に、本発明の第１実施例に係るリレー光学系ＲＬのレンズ構成を示す。本第１実施例におけるリレー光学系ＲＬの第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１（負レンズ）と像側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｌ２Ｅとの貼り合わせからなる接合レンズで構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｌ３Ｅと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４（負レンズ）とを貼り合わせた接合レンズで構成される。ここで、回折光学素子Ｌ２Ｅは、物体側に位置した両凸レンズＬ２（正レンズ）である第１回折素子要素（基板側光学部材）と、像側に位置する第２回折素子要素とを密接接合し、その接合面に回折光学面Ｇｆが形成された複層の回折格子構造を有して構成されている。また、回折光学素子Ｌ３Ｅは、像側に位置した両凸レンズＬ３（正レンズ）である第１回折素子要素（基板側光学部材）と、物体側に位置する第２回折素子要素とを密接接合し、その接合面に回折光学面Ｇｆが形成された複層の回折格子構造を有して構成されている。なお、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とは、回折光学面Ｇｆを有する回折素子要素を含めて完全対称な構成の光学系であり、各々の間の中央に開口絞りＳを有している。また、本第１実施例において、結像倍率βは−１．０００であるが、ほぼ−１．０（すなわち−１．０００からのずれが±５％以内）として構成しても構わない。
【００４３】
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１〜１１は、本発明に係るリレー光学系ＲＬに関するものであり、それぞれ図１における符号１〜１１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はレンズ面の面間隔を、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。以上の表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。
【００４４】
本実施例では、リレー光学系ＲＬの第１レンズ群Ｇ１における面番号３及び４に相当する面と、第２レンズ群Ｇ２における面番号８及び９に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当している。また、下の表２の条件対応値において、回折光学素子の回折光学面の有効径Ｃ及び光軸上の厚さｄは、第１及び第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２にそれぞれ回折光学素子を有するため、第１レンズ群Ｇ１における回折光学素子Ｌ２Ｅの有効径をＣ１、厚さをｄ１とし、第２レンズ群Ｇ２における回折光学素子Ｌ３Ｅの有効径をＣ２、厚さをｄ２としている。
【００４５】
【表２】
2004258246.tif 000005
2004258246.tif 000006
【００４６】
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わかる。
【００４７】
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ＮＡは開口数を、Ｙは像高を、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開口数ＮＡの最大値を、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図では像高Ｙの最大値をそれぞれ示し、コマ収差図では各像高Ｙ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、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００４８】
（第２実施例）
図３に、本発明の第２実施例に係るリレー光学系ＲＬのレンズ構成を示す。本第２実施例におけるリレー光学系ＲＬの第１レンズ群Ｇ１は、像側に凸面を向け像側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｌ１１Ｅから構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向け物体側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｌ１２Ｅから構成される。ここで、回折光学素子Ｌ１１Ｅは、物体側に位置し像側に凸面を向けた平凸レンズＬ１１（正レンズ）である第１回折素子要素（基板側光学部材）と、像側に位置する第２回折素子要素とを密接接合し、その接合面に回折光学面Ｇｆが形成された複層の回折格子構造を有して構成されている。また、回折光学素子Ｌ１２Ｅは、像側に位置し物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ１２（正レンズ）である第１回折素子要素（基板側光学部材）と、物体側に位置する第２回折素子要素とを密接接合し、その接合面に回折光学面Ｇｆが形成された複層の回折格子構造を有して構成されている。なお、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とは、第２回折素子要素の厚さ及び回折格子構造以外の部分が互いに対称な構成の光学系であり、各々の間の中央に開口絞りＳを有している。また、本第２実施例において、結像倍率βは−１．０００であるが、ほぼ−１．０（すなわち−１．０００からのずれが±５％以内）として構成しても構わない。
【００４９】
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１〜９は本発明のリレー光学系ＲＬに関するものであり、それぞれ図３における符号１〜９に対応する。
【００５０】
本実施例では、リレー光学系ＲＬの第１レンズ群Ｇ１における面番号２及び３に相当する面と、第２レンズ群Ｇ２における面番号７及び８に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当している。また、下の表３の条件対応値において、回折光学素子の回折光学面の有効径Ｃ及び光軸上の厚さｄは、第１実施例と同じく、第１レンズ群Ｇ１における回折光学素子Ｌ１１Ｅの有効径をＣ１、厚さをｄ１とし、第２レンズ群Ｇ２における回折光学素子Ｌ１２Ｅの有効径をＣ２、厚さをｄ２としている。
【００５１】
【表３】
2004258246.tif 000007
2004258246.tif 000008
【００５２】
このように本第２実施例では、上記条件式（１）〜（４）及び（６）を全て満足していることがわかる。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、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００５３】
（第３実施例）
図５に、本発明の第３実施例に係るリレー光学系ＲＬのレンズ構成を示す。本第３実施例におけるリレー光学系ＲＬの第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１（負レンズ）と像側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｌ２２Ｅとの貼り合わせからなる接合レンズで構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｌ２３Ｅと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４（負レンズ）とを貼り合わせた接合レンズで構成される。ここで、回折光学素子Ｌ２２Ｅは、物体側に位置した両凸レンズＬ２２（正レンズ）である第１回折素子要素（基板側光学部材）と、像側に位置する第２回折素子要素とを密接接合し、その接合面に回折光学面Ｇｆが形成された複層の回折格子構造を有して構成されている。また、回折光学素子Ｌ２３Ｅは、像側に位置した両凸レンズＬ２３（正レンズ）である第１回折素子要素（基板側光学部材）と、物体側に位置する第２回折素子要素とを密接接合し、その接合面に回折光学面Ｇｆが形成された複層の回折格子構造を有して構成されている。なお、開口絞りＳは第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズ面に隣接して配設されており、迷光を遮光するための迷光絞りＦＳは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間（好ましくは中央位置）に配設されている。
【００５４】
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は本発明のリレー光学系ＲＬ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。
【００５５】
本実施例では、リレー光学系ＲＬの第１レンズ群Ｇ１における面番号３及び４に相当する面と、第２レンズ群Ｇ２における面番号８及び９に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当している。また、下の表４の条件対応値において、回折光学素子の回折光学面の有効径Ｃ及び光軸上の厚さｄは、第１実施例と同じく、第１レンズ群Ｇ１における回折光学素子Ｌ２２Ｅの有効径をＣ１、厚さをｄ１とし、第２レンズ群Ｇ２における回折光学素子Ｌ２３Ｅの有効径をＣ２、厚さをｄ２としている。
【００５６】
【表４】
2004258246.tif 000009
2004258246.tif 000010
【００５７】
このように本第３実施例では、上記条件式（１）〜（６）を全て満足していることがわかる。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、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００５８】
（第４実施例）
図７に、本発明の第４実施例に係るリレー光学系ＲＬのレンズ構成を示す。本第４実施例におけるリレー光学系ＲＬの第１レンズ群Ｇ１は、像側に凸面を向け像側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｌ３１Ｅから構成される。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向け物体側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｌ３２Ｅから構成される。ここで、回折光学素子Ｌ３１Ｅは、物体側に位置し像側に凸面を向けた平凸レンズＬ３１（正レンズ）である第１回折素子要素（基板側光学部材）と、像側に位置する第２回折素子要素とを密接接合し、その接合面に回折光学面Ｇｆが形成された複層の回折格子構造を有して構成されている。また、回折光学素子Ｌ３２Ｅは、像側に位置し物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ３２（正レンズ）である第１回折素子要素（基板側光学部材）と、物体側に位置する第２回折素子要素とを密接接合し、その接合面に回折光学面Ｇｆが形成された複層の回折格子構造を有して構成されている。なお、開口絞りＳは第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の中央に配置されている。
【００５９】
下の表５に、本第４実施例における各レンズの諸元を示す。表５における面番号１〜９は本発明のリレー光学系ＲＬに関するものであり、それぞれ図７における符号１〜９に対応する。
【００６０】
本実施例では、リレー光学系ＲＬの第１レンズ群Ｇ１における面番号２及び３に相当する面と、第２レンズ群Ｇ２における面番号７及び８に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当している。また、下の表５の条件対応値において、回折光学素子の回折光学面の有効径Ｃ及び光軸上の厚さｄは、第１実施例と同じく、第１レンズ群Ｇ１における回折光学素子Ｌ３１Ｅの有効径をＣ１、厚さをｄ１とし、第２レンズ群Ｇ２における回折光学素子Ｌ３２Ｅの有効径をＣ２、厚さをｄ２としている。
【００６１】
【表５】
2004258246.tif 000011
2004258246.tif 000012
【００６２】
このように本第４実施例では、上記条件式（１）〜（４）及び（６）を全て満足していることがわかる。また、図８は第４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４実施例では諸収差が良好に補正されており、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００６３】
以上の各実施例において、開口絞りＳは、前述の位置に限定配置されることなく、他の位置に配置しても構わない。また、別部材として設けなくても、レンズを保持する枠で代用しても構わない。また、迷光絞りＦＳも、必要に応じて適宜所定の位置に配置しても構わない。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るリレー光学系によれば、回折光学素子を利用し、優れた結像性能を有するとともに、小型、軽量で、構成枚数の少ないリレー光学系を得ることができる。したがって、本発明のリレー光学系は、撮影光学系、装置内の光学系、ファインダー、レーザー干渉計用光学系、観察光学系等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリレー光学系の第１実施例におけるレンズ構成図である。
【図２】第１実施例における諸収差図である。
【図３】本発明に係るリレー光学系の第２実施例におけるレンズ構成図である。
【図４】第２実施例における諸収差図である。
【図５】本発明に係るリレー光学系の第３実施例におけるレンズ構成図である。
【図６】第３実施例における諸収差図である。
【図７】本発明に係るリレー光学系の第４実施例におけるレンズ構成図である。
【図８】第４実施例における諸収差図である。
【符号の説明】
ＲＬ  リレー光学系
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｇｆ  回折光学面
Ｏ  物体
Ｉ  像面
Ｓ  開口絞り
ＦＳ  迷光絞り
【図１】
2004258246.tif 000013
【図２】
2004258246.tif 000014
【図３】
2004258246.tif 000015
【図４】
2004258246.tif 000016
【図５】
2004258246.tif 000017
【図６】
2004258246.tif 000018
【図７】
2004258246.tif 000019
【図８】
2004258246.tif 000020