(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ系の物体側に装着し、レンズ系全体の焦点距離を変化させるコンバーターレンズであって、正の第１レンズと、負の第２レンズと、互いに分散の異なる材質より成る２層構造の回折光学素子より構成され、物体側より順に前記第１レンズと前記第２レンズが配置され、前記回折光学素子は前記第１レンズ又は前記第２レンズのいずれか１つのレンズ面に形成されており、前記第１レンズと前記第２レンズの焦点距離を各々ｆ１，ｆ２としたとき、
１．２５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜２．５
なる条件を満足することを特徴とするコンバーターレンズ。
【請求項２】
前記回折光学素子は正の屈折力を有することを特徴とする請求項１に記載のコンバーターレンズ。
【請求項３】
前記回折光学素子は、前記第１レンズの像面側の面に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンバーターレンズ。
【請求項４】
前記回折光学素子は、前記第２レンズの物体側の面に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンバーターレンズ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコンバーターレンズを有することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ系の前方に装着してレンズ系全体の焦点距離を長い方、又は短い方に変位させるコンバーターレンズに関し、特に従来のコンバーターに対して色収差を大幅に改善したビデオカメラや電子スチルカメラ、銀塩写真用カメラ等に好適なコンバーターレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、撮影レンズの前方に装着し全系の焦点距離を長焦点距離側に変化させるフロント方式のテレコンバーターレンズ（テレコンバーター）が、例えば特開昭55-32046号公報で提案されている。
【０００３】
テレコンバーターは多くの場合、正の屈折力を有する前群と負の屈折力を有する後群の２つのレンズ群を両レンズ群の焦点距離の和だけ主点間隔を隔てて配置し、全系としてアフォーカル系を構成している。従って最も簡単なレンズ系としては正と負の屈折力の２枚のレンズで構成することができる。しかしながら高い光学性能を得る為には収差補正上、２枚のレンズの構成では困難である。
【０００４】
一方、色収差の発生を抑制する方法として近年、回折光学素子を撮像光学系に応用する提案がなされている。例えば、特開平4-213421号公報では回折光学素子を応用することで色収差の低減を図った狭視野望遠鏡を開示している。又、特開平7-311346号公報ではアフォーカルの望遠鏡に回折光学素子を応用したズーム望遠鏡を開示している。
【０００５】
この他、特開平6-324262号公報では、少なくとも１枚の正の屈折力を持った回折光学素子と、少なくとも１枚の正の屈折力を持った屈折光学素子と、少なくとも１枚の負の屈折力を持った屈折光学素子より構成されたＦナンバーＦ２．８程度の色収差が比較的良好に補正された望遠レンズを開示している。又、特開平6-331887号公報も同様に、回折光学素子と屈折光学素子を組み合わせ、色収差が比較的良好に補正されたＦナンバーＦ２．８程度の望遠レンズを開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
テレコンバーターにおいてアフォーカル倍率を上げつつ光学系を小型化する為には、各レンズ群の屈折力を強める必要があるが、この際、各レンズ群で発生する収差を十分に補正することが困難になってくる。
【０００７】
本発明は、第１レンズと第２レンズの２つのレンズを有し、このうち１つのレンズ面に回折光学素子を導入し、回折光学的な作用と屈折系の色消し効果を合成することで、特に望遠端付近における色収差の補正効果を高めたコンバーターレンズの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のコンバーターレンズは、レンズ系の物体側に装着し、レンズ系全体の焦点距離を変化させるコンバーターレンズであって、正の第１レンズと、負の第２レンズと、互いに分散の異なる材質より成る２層構造の回折光学素子より構成され、物体側より順に前記第１レンズと前記第２レンズが配置され、前記回折光学素子は前記第１レンズ又は前記第２レンズのいずれか１つのレンズ面に形成されており、前記第１レンズと前記第２レンズの焦点距離を各々ｆ１，ｆ２としたとき、
１．２５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜２．５
なる条件を満足することを特徴としている。
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記回折光学素子は正の屈折力を有することを特徴としている。
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記回折光学素子は、前記第１レンズの像面側の面に設けられていることを特徴としている。
請求項４の発明は請求項１又は２の発明において、前記回折光学素子は、前記第２レンズの物体側の面に設けられていることを特徴としている。
【０００９】
請求項５の発明のカメラは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコンバーターレンズを有することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１のコンバーターレンズを撮影レンズの光軸上前方に装着したときの要部概略図である。同図において、Ｃはコンバーターレンズ( コンバーター) 、Ｍは撮影レンズであり、ズームレンズより成っている。尚、撮影レンズＭは単一焦点距離のレンズ系であっても良い。
【００１１】
本実施形態のコンバーターレンズＣは、撮影レンズＭの光軸上前方に装着して全系の焦点距離を長い方へ変位させるテレコンバーターレンズとしての光学作用をしている。コンバーターレンズＣは、物体側より順に両レンズ面が凸面の正の屈折力の第１レンズＬ１と両レンズ面が凹面の負の屈折力の第２レンズＬ２を有している。撮影レンズＭは、物体側より順に変倍及び合焦の際に固定の正の屈折力の第１群Ｍ１、変倍機能を有する負の屈折力の第２群Ｍ２、正の屈折力の第３群Ｍ３、そして変倍により変動する像面を補正する補正機能と合焦機能の双方の機能を有する正の屈折力の第４群Ｍ４の４つのレンズ群を有している。ＳＰは絞り、ＦＰはフレアー絞り、Ｇはフィルター等のガラスブロック、ＩＰは像面である。
【００１２】
本実施形態のコンバーターＣは、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の主点間隔を第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の焦点距離の和に略等しくしており、これにより全体として略アフォーカル系を構成している。
【００１３】
本実施形態では、第１レンズ、又は第２レンズのうち少なくとも１つのレンズ面に光軸に対して回転対称な回折光学素子を導入することで、特に撮影レンズとしてズームレンズを用いたときに、望遠端で大きく発生する軸上色収差を効果的に補正している。
【００１４】
本実施形態では、このような回折光学素子を屈折面と併用すると回折面と屈折面では同符号の屈折力でもある基準波長に対する色収差の出方が逆方向である為、屈折面で発生する色収差を補正することができる。又、このような回折光学素子は大きな異常分散性を有している為、２次スペクトルの補正に関しても通常ガラスよりも大きな効果を持っている。
【００１５】
一般に、テレコンバーターを主レンズ系の前方に配置したとき、望遠端においてはかなり色収差、特に軸上色収差が大きくなるが、本発明では正の屈折力を有する回折光学素子を導入することで、特に従来のテレコンバーターで大きく発生する色収差を効果的に補正している。
【００１６】
そして、第１レンズの焦点距離ｆ１と第２レンズの焦点距離ｆ２の比が、前述の条件式（１）を満足するようにしている。条件式（１）の下限以下では、テレコンバーターとしての倍率が小さく回折光学素子を導入する程の必要性がなく、逆に上限を超えると球面収差等の他の収差の補正が困難になる。
【００１７】
本実施形態では、カメラの撮影レンズに適用した場合を示したが、これに限定するものではなく、ビデオカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナーやデジタル複写機のリーダーレンズ等に使用しても同様の効果が得られる。
【００１８】
回折光学素子の格子形状は、その周期をＰ，波長をλ，回折次数をｍとすると、入射光線をＰｓｉｎθ＝ｍλに基づく角度θ方向に回折している。回折光学素子により回折作用を得る為の格子形状の具体的な構造はキノフォーム型、連続的な位相分布を階段状に近似したバイナリー型、微少な周期構造を３角波形状に近似し、構成した鋸歯型等が適用できる。
【００１９】
本実施形態で用いている回折光学素子の構成としては図６に示す１層のキノフォーム形状の１層構成のものや、図８に示すような格子厚の異なる（又は同一の）２つの層を積層した２層構成のもの等が適用可能である。
【００２０】
図７は図６に示す回折光学素子１０１の１次回折光の回折効率の波長依存特性である。実際の回折光学素子１０１の構成は、基材１０２の表面に紫外線硬化樹脂を塗布し、樹脂部に波長５３０ｎｍで１次回折光の回折効率が１００％となるような格子厚ｄの層１０３を形成している。
【００２１】
図７で明らかなように設計次数の回折効率は最適化した波長５３０ｎｍから離れるに従って低下し、一方設計次数近傍の次数の０次回折光と２次回折光の回折効率が増大している。その設計次数以外の回折光の増加はフレアとなり、光学系の解像度の低下につながる。
【００２２】
図８に示す２つの層１０４，１０５を積層した積層型の回折光学素子の１次回折光の回折効率の波長依存特性を図９に示す。
【００２３】
図８では基材１０２上に紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９９，νｄ＝５４）からなる第１層１０４を形成し、その上に別の紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．５９８，νｄ＝２８）からなる第２層１０５を形成している。この材質の組み合わせでは、第１層１０４の格子厚ｄ１はｄ１＝１８．８μｍ、第２の層１０５の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．５μｍとしている。
【００２４】
図９から分かるように積層構造の回折光学素子にすることで、設計次数の回折効率は、使用波長全域で９５％以上の高い回折効率を有している。
【００２５】
なお、前述の積層構造の回折光学素子として、材質を紫外線硬化樹脂に限定するものではなく、他のプラスチック材等も使用できるし、基材によっては第１の層１０４を直接基材に形成しても良い。また各格子厚が必ずしも異なる必要はなく、材料の組み合わせによっては図１０に示すように２つの層１０４と１０５の格子厚を等しくしても良い。
【００２６】
この場合は、回折光学素子の表面に格子形状が形成されないので、防塵性に優れ、回折光学素子の組立作業性を向上させることができる。
【００２７】
以上のように、本実施形態では第１レンズと第２レンズの少なくとも１つのレンズ面に光軸に対して回転対称の回折光学素子を設け、その位相を適切に設定し、これにより第１レンズと第２レンズで発生する色収差を低減している。
【００２８】
本実施形態における回折光学素子は、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）の製作手法であるリソグラフィック手法で２値的に製作している。回折光学素子はバイナリーオプティックス（ＢＩＮＡＲＹ ＯＰＴＩＣＳ）で製作しても良い。この場合、更に回折効率を上げるためにキノフォームと呼ばれる鋸状の形状にしても良い。またこれらの方法で製作した方によって成型により製造しても良い。
【００２９】
また本実施形態における回折光学素子の形状は、位相係数をC2i 基準波長（ｄ線）をλ、光軸からの距離をｈ、位相をφ（ｈ）としたとき
φ(h) ＝2 π／λ(C2・h2+C4・h4+C6・h6+ …C2i・h2i)
の式で表されるものである。
【００３０】
そして前述の位相係数Ｃ２を変化させることにより、近軸的な屈折力及び基準波長に対する色収差をコントロールしている。又、位相係数Ｃ４以降の高次の項の係数は、回折光学素子面の光線入射高の変化に対する屈折力変化を非球面と類似した効果を得ると同時に、光線高の変化に応じて基準波長に対する色収差のコントロールをしている。
【００３１】
本発明においては、第１レンズの２次位相係数をＣ２１、第２レンズの２次の位相係数をＣ２２、全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
1.0 ×10-3＜Σ｜C21・f12 ＋C22・f22 ｜／ft＜2.0 ×10-2…（２）
の範囲とするのが良い。
【００３２】
条件式の下限を超えると色収差の補正が不十分となり、逆に上限を超えると過剰になってかえって色収差が悪化する。
【００３３】
回折光学素子は、数値実施例１、３のように第１レンズの像面側の面に設けても良い。又、数値実施例２のように第２レンズの物体側の面に設けても良い。又、参考例１のように第１，２レンズの両方に設けると更に収差が良好に補正できる。又、数値実施例３のようにプラスチックレンズを用いると光学系全体の軽量化を達成できる。
【００３４】
次に本発明のコンバーターレンズとそれを装着した撮影レンズＭの数値実施例を示す。数値実施例においてｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。又、前述の各条件式と数値実施例の関係を表−１に示す。
【００３５】
非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＹ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｋ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを各々非球面係数としたとき、
なる式で表している。又「Ｄ−０Ｘ」は「１０-X」を意味している。
【００３６】
【数１】
0004298028.tif 000002
実施例1  1.33倍
r 1=   40.871   d 1=  9.50    n 1= 1.51633    ν 1= 64.2
*r 2= -125.482    d 2=  9.53
r 3=  -59.831    d 3=  1.80    n 2= 1.51633    ν 2= 64.2
r 4=   38.376
r 2 面(回折面)   C2=-1.32663×10-4 C4=-2.62248×10-8
実施例2  1.29倍
r 1=   41.203    d 1=  9.50    n 1= 1.48749    ν 1= 70.2
r 2=  -83.303    d 2=  7.97
*r 3=  -50.684    d 3=  1.80    n 2= 1.51633    ν 2= 64.2
r 4=   42.850
r 3 面(回折面) C2=-7.90734×10-5 C4=-7.79424×10-8
参考例１  1.75倍
r 1=   38.506    d 1= 12.00    n 1= 1.51633    ν 1= 64.2
*r 2=-2033.783    d 2= 20.77
*r 3= -103.091    d 3=  1.80    n 2= 1.69680    ν 2= 55.5
r 4=   42.144
r 2 面(回折面) C2=-7.83985×10-4 C4= 2.29230×10-7
r 3 面(回折面) C2= 1.42721×10-3 C4=-1.10013×10-6
実施例3  1.33倍
r 1=   39.458    d 1=  9.50    n 1= 1.49171    ν 1= 57.4
*r 2= -115.271    d 2=  9.52
r 3=  -55.654    d 3=  1.80    n 2= 1.49171    ν 2= 57.4
r 4=   37.122
r 2 面(回折面) C2=-1.50965×10-4 C4=-3.11922×10-8
主レンズ系  f=64.09166
r 1=   48.324    d 1=  1.30    n 1= 1.84666    ν 1= 23.8
r 2=   25.164    d 2=  5.70    n 2= 1.60311    ν 2= 60.6
r 3= -210.564    d 3=  0.17
r 4=   21.166    d 4=  3.10    n 3= 1.69680    ν 3= 55.5
r 5=   51.698    d 5= 21.33
r 6=   53.276    d 6=  0.65    n 4= 1.77250    ν 4= 49.6
r 7=    5.383    d 7=  2.65
r 8=  -12.927    d 8=  0.60    n 5= 1.69680    ν 5= 55.5
r 9=   12.927    d 9=  0.85
r10=   12.407    d10=  1.55    n 6= 1.84666    ν 6= 23.8
r11=   84.497    d11=  1.30
r12=( 絞り )     d12=  1.20
*r13=    7.654    d13=  3.40    n 7= 1.58313    ν 7= 59.4
*r14=  104.107    d14=  0.20
r15=   10.242    d15=  0.60    n 8= 1.84666    ν 8= 23.8
r16=    6.539    d16=  1.59
r17=   30.954    d17=  1.60    n 9= 1.51633    ν 9= 64.1
r18=  -30.954    d18=  1.70
r19= ∞         d19=  7.50
r20=   12.613    d20=  2.50    n10= 1.60311    ν10= 60.6
r21=  -12.613    d21=  0.50    n11= 1.84666    ν11= 23.8
r22=  -33.464    d22=  3.00
r23= ∞         d23=  3.69    n12= 1.51633    ν12= 64.1
r24= ∞
r13 面(非球面) K=-2.58314 B=-2.58314 C=5.75642×10-4
D=-6.74713×10-6 E= 7.18668×10-8
r14 面(非球面) K= 1.80987×102  B= 7.32779×10-5
C=-4.13717×10-6
【００３７】
【表１】
0004298028.tif 000003
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、第１レンズと第２レンズの２つのレンズを有し、このうち少なくとも１つのレンズ面に回折光学面を導入し、回折光学的な作用と屈折系の色消し効果を合成することで、特に望遠端付近における色収差の補正効果を高めたコンバーターレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の数値実施例１のコンバーターレンズを撮影レンズの光軸上前方に装着したときの説明図
【図２】 本発明の数値実施例１のコンバーターレンズを撮影レンズの光軸上前方に装着したときの収差図
【図３】 本発明の数値実施例２のコンバーターレンズを撮影レンズの光軸上前方に装着したときの収差図
【図４】 本発明の参考例１のコンバーターレンズを撮影レンズの光軸上前方に装着したときの収差図
【図５】 本発明の数値実施例３のコンバーターレンズを撮影レンズの光軸上前方に装着したときの収差図
【図６】 本発明の参考例に係る回折光学素子の説明図
【図７】 本発明の参考例に係る回折光学素子の波長依存特性の説明図
【図８】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【図９】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性の説明図
【図１０】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【符号の説明】
Ｃ  コンバーターレンズ
Ｍ  撮影レンズ
Ｌ１  第１レンズ
Ｌ２  第２レンズ
ｄ  ｄ線
ｇ  ｇ線
ΔＳ  サジタル像面
ΔＭ  メリディオナル像面
【図１】
0004298028.tif 000004
【図２】
0004298028.tif 000005
【図３】
0004298028.tif 000006
【図４】
0004298028.tif 000007
【図５】
0004298028.tif 000008
【図６】
0004298028.tif 000009
【図７】
0004298028.tif 000010
【図８】
0004298028.tif 000011
【図９】
0004298028.tif 000012
【図１０】
0004298028.tif 000013