回折格子を含む光学系および光学機器
【課題】回折光学素子による不要回折光の発生を抑制しつつ十分な色収差の低減効果が得られるコンパクトな光学系が求められている。
【解決手段】光学系は、１つのレンズ群に含まれ、第１の媒質により形成された負レンズＧｎＡと、該負レンズの少なくとも１つのレンズ面に形成され、第１の媒質とは異なる第２の媒質に密着する回折格子６（Ｌｄｏｅ）と、該１つのレンズ群に含まれ、第１および第２の媒質とは異なる第３の媒質により形成された正レンズＧｐＣとを有する。第１の媒質は、ｎｄＡを該第１の媒質のｄ線に対する屈折率とし、νｄＡを該第１の媒質のｄ線に対するアッベ数とするとき、ｎｄＡ≧１．７、４０≦νｄＡ≦５５なる条件を満足し、第３の媒質は、ｎｄＣを該第３の媒質のｄ線に対する屈折率とし、νｄＣを該第３の媒質のｄ線に対するアッベ数とするとき、ｎｄＣ≦１．５５、νｄＣ≧６０なる条件を満足する。
【解決手段】光学系は、１つのレンズ群に含まれ、第１の媒質により形成された負レンズＧｎＡと、該負レンズの少なくとも１つのレンズ面に形成され、第１の媒質とは異なる第２の媒質に密着する回折格子６（Ｌｄｏｅ）と、該１つのレンズ群に含まれ、第１および第２の媒質とは異なる第３の媒質により形成された正レンズＧｐＣとを有する。第１の媒質は、ｎｄＡを該第１の媒質のｄ線に対する屈折率とし、νｄＡを該第１の媒質のｄ線に対するアッベ数とするとき、ｎｄＡ≧１．７、４０≦νｄＡ≦５５なる条件を満足し、第３の媒質は、ｎｄＣを該第３の媒質のｄ線に対する屈折率とし、νｄＣを該第３の媒質のｄ線に対するアッベ数とするとき、ｎｄＣ≦１．５５、νｄＣ≧６０なる条件を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学素子（回折格子）を含む光学系に関し、特に撮像装置等の光学機器に好適な光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学系において発生する軸上色収差や倍率色収差等の色収差を低減する方法の１つとして、特許文献１，２にて開示されているような回折光学素子（ＤＯＥ）を利用した色消し方法がある。特許文献１，２にて開示された光学系では、ＤＯＥの周期構造を変化させることによる非球面効果と、通常の硝材とは異なるＤＯＥの負の分散特性（υｄ＝−３．４５３）や強い異常分散性（θｇＦ＝０．２９６）を利用した色収差の低減効果とを併せて利用する。これにより、色収差の低減だけでなく、光学系の小型化も可能とする。
【０００３】
なお、特許文献１には、樹脂材料を密着させて又は積層して構成されたＤＯＥが開示されている。また、特許文献２には、ガラス材料と樹脂材料を密着させて構成されたＤＯＥが開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献３，４には、ガラス材料と樹脂材料を用いて構成されたＤＯＥが開示されている。特許文献３にて開示されたＤＯＥは、２つの回折格子を密着配置した密着２層ＤＯＥであり、特許文献４にて開示されたＤＯＥは、複数の回折格子を積層配置した積層ＤＯＥである。いずれのＤＯＥも、各回折格子を構成する材料や各回折格子の格子厚を適切に設定することで、特定の次数の回折光に対して広い波長域で高い回折効率を実現している。回折効率とは、ＤＯＥを透過する光全体に対する特定の次数の回折光の光量の割合である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３９１３号公報
【特許文献２】特開平１１−２７１５１４号公報
【特許文献３】特開２０００−９８１１８号公報
【特許文献４】特開２００３−２２７９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜４にて開示された回折光学素子を用いた光学系では、十分な色収差の低減効果は期待できるものの、回折光学素子の格子厚が厚いために、回折光学素子に対して光が斜めに入射したときの回折効率の低下が懸念される。回折効率が低下することで、不要な回折次数の回折光が増加し、フレアやゴーストによる結像性能の悪化やコントラストの低下を引き起こす。
【０００７】
本発明は、回折光学素子による不要回折光の発生を抑制しつつ十分な色収差の低減効果が得られるコンパクトな光学系を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての光学系は、複数のレンズ群のうち１つのレンズ群に含まれ、第１の媒質により形成された負レンズと、該負レンズの少なくとも１つのレンズ面に形成され、第１の媒質とは異なる第２の媒質に密着する回折格子と、該１つのレンズ群に含まれ、第１および第２の媒質とは異なる第３の媒質により形成された正レンズとを有する。第１の媒質は、ｎｄＡを該第１の媒質のｄ線に対する屈折率とし、νｄＡを該第１の媒質のｄ線に対するアッベ数とするとき、ｎｄＡ≧１．７、４０≦νｄＡ≦５５なる条件を満足し、第３の媒質は、ｎｄＣを該第３の媒質のｄ線に対する屈折率とし、νｄＣを該第３の媒質のｄ線に対するアッベ数とするとき、ｎｄＣ≦１．５５、νｄＣ≧６０なる条件を満足することを特徴とする。
【０００９】
なお、上記光学系を有する光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、特定の条件を満足する第１の媒質により形成された回折格子に第２の媒質を密着させた構成を採用することで、格子厚を小さくすることができ、斜入射光に対する回折効率の低下を回避することができ、不要回折光の発生を抑制することができる。しかも、特定の条件を満足する第１の媒質と第３の媒質によって負レンズおよび正レンズをそれぞれ形成することで、色収差を十分に低減することが可能となり、かつ光学系全体の小型化も実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１（数値例１）の光学系（広角端で無限遠物体距離）の構成を示す断面図。
【図２】数値例１の広角端で無限遠物体距離における収差図、中間ズーム位置で無限遠物体距離における収差図および望遠端で無限遠物体距離における収差図。
【図３】本発明の実施例２（数値例２）の光学系（広角端、無限遠物体距離）の構成を示す断面図。
【図４】数値例２の広角端で無限遠物体距離における収差図、中間ズーム位置で無限遠物体距離における収差図および望遠端で無限遠物体距離における収差図。
【図５】本発明の実施例３（数値例３）の光学系（無限遠物体距離）の構成を示す断面図。
【図６】数値例３の無限遠物体距離における収差図。
【図７】本発明の実施例４（数値例４）の光学系（無限遠物体距離）の構成を示す断面図。
【図８】数値例４の無限遠物体距離における収差図。
【図９】数値例１〜４における各材料のｎｄ−νｄの関係を示す図。
【図１０】実施例１〜４における回折光学素子の構成を示す図。
【図１１】数値例１における回折光学素子の回折効率の波長依存特性を示す図。
【図１２】数値例２における回折光学素子の回折効率の波長依存特性を示す図。
【図１３】数値例３における回折光学素子の回折効率の波長依存特性を示す図。
【図１４】数値例４における回折光学素子の回折効率の波長依存特性を示す図。
【図１５】数値例１〜４における各材料のｎｄ−νｄの関係を示す図。
【図１６】従来および実施例の回折光学素子の斜入射光に対する回折効率の波長依存特性を示す図。
【図１７】実施例１から４に示す光学系を撮影光学系として備えた本発明の実施例５であるデジタルカメラの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
まず、具体的な実施例（数値例）の説明に先立って、各実施例に共通する事項について説明する。
【００１４】
各実施例の光学系は、複数のレンズ群を含み、該複数のレンズ群のうち同一の１つのレンズ群（以下、特定レンズ群という）に、以下の負レンズと正レンズとが含まれている。負レンズは、第１の媒質である低融点ガラス（以下、材料Ａという）により形成されている。また、正レンズは、第３の媒質である低屈折率低分散ガラス（以下、材料Ｃという）により形成されている。
【００１５】
そして、特定レンズ群において、負レンズと正レンズとをできるだけ物体側または像側の位置に配置し、かつこれらを互いに近い距離に配置する。このような構成にすることで、光学系全体の色収差その他の諸収差を良好に補正（低減）する。
【００１６】
さらに、材料Ａにより形成された負レンズにおける少なくとも１つのレンズ面に、同じく材料Ａによって回折格子を形成する。そして、その回折格子が形成されたレンズ面（以下、回折面ともいう）に、第２の媒質（以下、材料Ｂという）である紫外線硬化樹脂または微粒子分散材料を密着させる。このような構成にすることで、回折面における回折格子の格子厚を薄くすることができるとともに、可視波長域にて高い回折効率を得ることができる。また、回折格子の格子厚が薄くなることで、斜入射光に対する回折効率の低下を緩和することができ、回折面での不要回折光（フレアやゴースト）の発生を抑制することができる。
【００１７】
材料Ａおよび材料Ｃが満足すべき条件について以下、説明する。材料Ａは条件（１），（２）を満足し、材料Ｃは条件（３），（４）を満足する。
【００１８】
ｎｄＡ≧１．７ …（１）
４０≦νｄＡ≦５５ …（２）
ｎｄＣ≦１．５５ …（３）
νｄＣ≧６０ …（４）
ただし、ｎｄＡは材料Ａのｄ線に対する屈折率であり、νｄＡは材料Ａのｄ線に対するアッベ数である。また、ｎｄＣは材料Ｃのｄ線に対する屈折率であり、νｄＣは材料Ｃのｄ線に対するアッベ数である。
【００１９】
図９には、条件（１），（２）を満足する材料Ａの範囲と、条件（３），（４）を満足する材料Ｃの範囲をそれぞれ矩形枠で囲んで示している。図９において、縦軸はｄ線に対する屈折率を、横軸はｄ線に対するアッベ数を示している。
【００２０】
材料Ａにおいて、ｎｄＡが条件（１）の下限値を下回ると、光学系の諸収差、特に色収差を良好に補正することができなくなるだけでなく、回折格子を形成するための低融点ガラスの選択幅が小さくなり、好ましくない。
【００２１】
また、νｄＡが条件（２）の下限値を下回ると、材料Ａにより形成された回折格子に密着させる材料Ｂの存在範囲がなくなるので、好ましくない。一方、νｄＡが条件（２）の上限値を上回ると、光学系の諸収差、特に色収差の補正が困難となり、好ましくない。
【００２２】
材料Ｃにおいて、ｎｄＣが条件（３）の下限値を下回ると、光学系の諸収差を良好に補正できるような硝材が存在しなくなるので、好ましくない。
【００２３】
また、νｄＣが条件（４）の下限値を下回ると、光学系の諸収差、特に色収差を良好に補正できなくなるので、好ましくない。
【００２４】
次に、材料Ａ，Ｃが上記の条件（１）〜（４）を満たすことが必要である理由を、図１５を用いてさらに具体的に説明する。図１５において、縦軸はｄ線に対する屈折率を、横軸はｄ線に対するアッベ数を示している。また、図１５は、１つに固定した材料Ｂを、材料Ａにより形成された回折格子に密着させて１つの回折光学素子（ＤＯＥ）として構成された密着２層ＤＯＥに対して光が垂直に入射するときに回折効率が１００％になる材料Ａの例を、材料１〜１１として示している。例えば、材料１については、図１５中の「材料１のライン」が垂直入射光に対する回折効率が１００％となる材料１の範囲となる。さらに、図１５中には、材料１〜１１を選択したときの密着２層ＤＯＥの格子厚を点線で示している。
【００２５】
図１５から明らかなように、材料Ａとして、より高屈折率低分散の材料になるほど（すなわち、材料１１が最も）、より小さい格子厚で１００％の回折効率を得ることができる。
【００２６】
一方、光学系の色収差補正においては、低分散なガラスを正レンズに用い、高分散なガラスを負レンズに用いる必要があるが、逆に、上述した回折効率の面からは低分散なガラス（材料Ａ）を負レンズに形成される回折格子の材料として用いたい。そこで、実施例では、これらの相反する両要求を概ね満足できるように、材料Ａが満足すべき条件（１），（２）を決定した。さらに、このような材料Ａを使用しても光学系全体の色収差を良好に補正できるように、正レンズの材料Ｃを（３），（４）を満足するような、より低屈折率低分散の材料に限定した。
【００２７】
なお、上記条件（１）〜（４）を満足することは光学系全体の小型化にも有効であるが、条件（１），（３），（４）を以下の条件（１ａ），（３ａ），（４ａ）ように変更することで、光学系の諸収差、特に色収差の補正効果を高めることができる。しかも、光学系のさらなる小型化も可能である。
ｎｄＡ≧１．７５ …（１ａ）
ｎｄＣ≦１．５０ …（３ａ）
νｄＣ≧６５ …（４ａ）
条件（１）〜（４）を満足し、さらに以下の条件（５）〜（８）および条件（Ｉ）のうち少なくとも１つを満足することは、回折面での不要回折光（フレアやゴースト）の発生を抑制して色収差の補正も十分になされた小型の光学系を実現するのに、より好ましい。
【００２８】
まず、以下に示す条件（５）を満足すると良い。
【００２９】
０．００≦｜ＬＧＡＣ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜＜０．１０ …（５）
ただし、ＬＧＡＣは特定レンズ群において負レンズに形成された回折面（回折格子）と正レンズにおける負レンズ側のレンズ面との間の光軸上の距離である。ＯＬＷは該光学系の広角端における物体距離が無限遠のときの光学全長である。ＯＬＴは該光学系の望遠端における物体距離が無限遠のときの光学全長である。なお、該光学系が単焦点である場合は、ＯＬＷ＝ＯＬＴとする。
【００３０】
条件（５）は、特定レンズ群における材料Ａにより形成された負レンズと材料Ｃにより形成された正レンズとの間の光軸上の距離を規定する。｜ＬＧＡＣ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜の値が条件（５）の上限値を上回ると、負レンズと正レンズとが離れ過ぎてしまい、光学系の諸収差、特に色収差の補正が困難となり、好ましくない。
【００３１】
なお、条件（５）を、以下のように変更すると、色収差補正をより良好に行うことができる。
【００３２】
０．００≦｜ＬＧＡＣ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜＜０．０７ …（５ａ）
また、光学系が、最も物体側に配置された第１レンズと、最も像側に配置された第２レンズと、絞りとを含んでいる場合に、以下の条件（６）を満足するとより良い。
【００３３】
０．００１＜｜ＬＯＩＤ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜＜０．５０ …（６）
ただし、ＬＯＩＤは、回折面（回折格子）が絞りよりも物体側に配置されている場合は、光学系の物体距離が無限遠であるときの第１レンズの物体側レンズ面から回折面までの距離である。また、ＬＯＩＤは、回折面が絞りより像側に配置されている場合は、物体距離が無限遠であるときの第２レンズの像側レンズ面から回折面までの距離である。
【００３４】
条件（６）は、回折面の配置箇所を規定する。｜ＬＯＩＤ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜の値が条件（６）の下限値を下回ると、回折面の配置箇所が最も物体側の第１レンズの物体側レンズ面または最も像側の第２レンズの像側レンズ面に配置されることになり、防塵性の面から好ましくない。一方、｜ＬＯＩＤ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜の値が条件（６）の上限値を上回ると、回折面の配置箇所が最も物体側の第１レンズの物体側レンズ面または最も像側の第２レンズの像側レンズ面から離れ過ぎ、十分な色収差の補正効果を得られなくなり、好ましくない。
【００３５】
なお、条件（６）を、以下のように変更すると、回折格子をより容易に製作することができるとともに、色収差補正をより良好に行うことができる。
【００３６】
０．００５＜｜ＬＯＩＤ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜＜０．３０ …（６ａ）
以下の条件（７）を満足すると、より良い。
【００３７】
０．００１＜｜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆｄｏｅ｜＜０．１０ …（７）
ただし、ｆｄｏｅは回折面の回折による焦点距離であり、ｆｗは光学系の広角端における物体距離が無限遠のときの焦点距離であり、ｆｔは光学系の望遠端における物体距離が無限遠のときの焦点距離である。光学系が単焦点である場合は、ｆｗ＝ｆｔとする。
【００３８】
条件（７）は、回折面の回折による焦点距離と光学系全系の焦点距離との関係を規定する。｜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆｄｏｅ｜の値が条件（７）の下限値を下回ると、光学系全系の焦点距離に対する回折の屈折力（パワー）が弱くなり過ぎ、光学系の色収差の補正が困難となり、好ましくない。一方、｜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆｄｏｅ｜の値が条件（７）の上限値を上回ると、光学系全系の焦点距離に対する回折の屈折力が強くなり過ぎ、回折格子の格子ピッチが細かくなり、回折効率の低下とこれに伴う不要回折光の発生を引き起こすので、好ましくない。
【００３９】
なお、条件（７）を、以下のように変更すると、光学系における色収差の補正効果をより高めることができるとともに、回折効率の低下を回避できる。
【００４０】
０．０１＜｜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆｄｏｅ｜＜０．０５ …（７ａ）
また、材料Ａを、ガラス転移温度ＴｇＡの低融点ガラスとし、以下の条件（８）を満足するとより良い。
【００４１】
ＴｇＡ≦６５０℃ …（８）
条件（８）は、低融点ガラスである材料Ａのガラス転移温度の範囲を規定する。ＴｇＡが条件（８）の上限値を上回ると、ガラスの転移温度が高くなりすぎ、回折格子をガラスの表面に成形するのが困難になるので、好ましくない。
【００４２】
なお、条件（８）を以下のように変更すると、回折格子をより容易に成形することができ、好ましい。
【００４３】
ＴｇＡ≦６２０℃ …（８ａ）
さらに、条件（Ｉ）として、材料Ａにより形成された回折格子と、以下の条件（９）〜（１２）を満足する材料Ｂにより形成された素子とが密着接合されることにより、１つの回折光学素子が構成されると、より良い。
ｎｄＡ−ｎｄＢ＞０ …（９）
ｎｄＢ≧１．６０ …（１０）
νｄＢ≦２５ …（１１）
ｈｄ≦８μｍ …（１２）
ただし、ｎｄＢは材料Ｂのｄ線に対する屈折率であり、νｄＢは材料Ｂのｄ線に対するアッベ数であり、ｈｄは回折光学素子の全体の格子厚である。
【００４４】
条件（９）〜（１１）は、材料Ａにより形成された回折面に密着接合されて１つの回折光学素子の働きをなす樹脂材料または微粒子分散材料である材料Ｂの特性を規定する。図９には、条件（９）〜（１２）を満足する材料Ｂの範囲を矩形枠で示している。
【００４５】
ｎｄＡ−ｎｄＢの値が条件（９）の下限値を下回ると、材料Ａと材料Ｂにより形成される回折光学素子に求める性能が得られなくなり、好ましくない。ｎｄＢの値が条件（１０）の下限値を下回ると、光学系の諸収差、特に色収差の補正を行うために負レンズに用いる材料Ａが存在しなくなるので、好ましくない。νｄＢの値が条件（１１）の上限値を上回ると、回折光学素子が所望の性能を得られなくなるので好ましくない。
【００４６】
条件（１２）は、材料Ａと材料Ｂにより構成される回折光学素子の格子厚の範囲を規定する。ｈｄの値が条件（１２）の上限値を上回ると、格子厚が大きくなり過ぎて、斜入射光に対する回折効率が大きく低下するので、好ましくない。
【００４７】
なお、条件（９）〜（１２）を、以下のように変更し、材料Ｂの範囲を図９中の矩形点線枠に示した範囲とすることは、回折効率の低下をより効果的に抑制でき、不要回折光のさらなる低減に繋がるので、好ましい。
ｎｄＡ−ｎｄＢ＞０．１０ …（９ａ）
ｎｄＢ≧１．６５ …（１０ａ）
νｄＢ≦２０ …（１１ａ）
ｈｄ≦６μｍ …（１２ａ）
次に、本発明の具体的な実施例を、数値例とともに示す。図１には、実施例１（数値例１）の広角端で物体距離が無限遠であるときの光学系の構成を示している。図２には、数値例１の広角端で物体距離が無限遠であるときの収差図（ａ）、中間ズーム位置で物体距離が無限遠であるときの収差図（ｂ）および望遠端で物体距離が無限遠であるときの収差図（ｃ）を示している。
【００４８】
また、図３には、実施例２（数値例２）の広角端で物体距離が無限遠であるときの光学系の構成を示している。図４には、数値例２の広角端で物体距離が無限遠であるときの収差図（ａ）、中間ズーム位置で物体距離が無限遠であるときの収差図（ｂ）および望遠端で物体距離が無限遠であるときの収差図（ｃ）を示している。
【００４９】
また、図５には、実施例３（数値例３）の物体距離が無限遠であるときの光学系の構成を示している。図６には、数値例３の物体距離が無限遠であるときの収差図を示している。
【００５０】
さらに、図７には、実施例４（数値例４）の物体距離が無限遠であるときの光学系の構成を示している。図８には、数値例４の物体距離が無限遠であるときの収差図を示している。
【００５１】
各レンズ構成図において、ＩＰは像面を、Ｇは水晶ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等のガラスブロックを、Ｓは開口絞りをそれぞれ示している。また、各収差図のうち球面収差、歪曲および倍率色収差において、実線はｄ線の収差を、二点鎖線はｇ線の収差を、一点鎖線はＣ線の収差を、点線はＦ線の収差をそれぞれ示している。また、非点収差においては、実線はサジタル光線（ΔＳ）の収差、点線はメリディオナル光線（ΔＭ）の収差を示している。
【実施例１】
【００５２】
図１に示す実施例１の光学系は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（光学機器）に用いられる望遠ズームレンズである。
【００５３】
該ズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３とを含む。さらに、それに続いて、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５と、負の屈折力を有する第６レンズ群Ｌ６と、正の屈折力を有する第７レンズ群Ｌ７とを含む。開口絞りＳは、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間に配置されている。
【００５４】
材料Ａにより形成された負レンズ（ＧｎＡ）は、第１レンズ群Ｌ１の物体側から２番目に配置された凹レンズに相当する。また、材料Ｃにより形成された正レンズ（ＧｐＣ）は、同じ第１レンズ群Ｌ１の物体側から３番目に配置された凸レンズに相当する。
【００５５】
負レンズＧｎＡにおける正レンズＧｐＣ側（像側）のレンズ面には回折格子が形成され、該回折格子に後述する材料Ｂからなる回折格子が密着接合されることで回折光学素子（Ｌｄｏｅ）が構成される。なお、負レンズＧｎＡと正レンズＧｐＣとが接合レンズを構成しており、該接合レンズの接合面が回折面となっている。該回折面（回折格子）は、開口絞りＳよりも物体側に配置されている。
【００５６】
このように構成されたズームレンズにおいて、無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングは、第６レンズ群Ｌ６の全体（Ｌｆｏ）を像側へ移動させて行う。また、第２レンズ群Ｌ２の全体（ＬＩＳ）を光軸に直交する方向にシフトさせることにより、手振れ等の振動に起因する像振れを低減する。
【００５７】
さらに、広角端から望遠端への変倍に際しては、第１レンズ群Ｌ１から第６レンズ群Ｌ６を像側から物体側に移動させる。第７レンズ群Ｌ７は、変倍に際して固定（不動）である。
【００５８】
本実施例では、近軸軸上光線が高く、かつ瞳近軸光線も高い位置（第１レンズ群Ｌ１における接合レンズの接合面の位置）に回折光学素子（Ｌｄｏｅ）を設けることによって、軸上色収差および倍率色収差を同時に補正する。また、低融点ガラス（材料Ａ）を第１レンズ群Ｌ１内の負レンズＧｎＡの材料として用いることで、該負レンズＧｎＡの像側レンズ面（接合面）に回折格子を直接設けることができる。さらに、同じ第１レンズ群Ｌ１内の正レンズＧｐＣの材料として材料Ｃを用いることで、光学系の色収差補正のアシストを行う。
【００５９】
ここで、本実施例および後述する他の実施例にて用いられる回折光学素子（ＤＯＥ）の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、密着２層ＤＯＥを示している。
【００６０】
基板４の表面には第１の回折格子６が形成されている。もう１つの基板５上には紫外線硬化樹脂または微粒子分散材料からなる第２の回折格子７が形成されている。第２の回折格子７が第１の回折格子６に対して空気層を介在させることなく密着することで、１つのＤＯＥ１として機能する。第１および第２の回折格子６，７は互いに同じ格子厚ｈｄを有する。
【００６１】
基板４が低融点ガラス（材料Ａ）により形成された負レンズＧｎＡに相当し、第１の回折格子６は、該負レンズＧｎＡのレンズ面に形成されている。第２の回折格子７が材料Ｂにより形成された回折格子に相当する。基板５は、本実施例では正レンズＧｐＣに相当し、他の実施例では正レンズＧｐＣ以外のレンズに相当する。
【００６２】
格子の形状については、第１の回折格子６は、図１０の上から下に向かって格子厚が単調に増加する形状を有する。一方、第２の回折格子７は、図１０の上から下に向かって格子厚が単調に減少する形状を有する。
【００６３】
また、図１０に示すように、ＤＯＥに入射光を左側から入射させると、１次回折光は右斜め下方向に進み、０次回折光は直進する。
【００６４】
図１１に、本実施例における密着２層ＤＯＥの設計回折次数の回折光である１次回折光の回折効率の波長依存特性（ａ）と、設計回折次数±１次の回折光である０次回折光および２次回折光の回折効率の波長依存特性（ｂ）を示す。縦軸は回折効率（％）を、横軸は波長（ｎｍ）である。本実施例では、第１の回折格子６は（ｎｄＡ，νｄＡ）＝（１．８１０，４１．０）の材料Ａにより形成され、第２の回折格子７は（ｎｄＢ，νｄＢ）＝（１．６９６，１４．５）の材料Ｂにより形成されている。格子厚ｈｄは、第１および第２の回折格子６，７とも５．１８μｍと小さく設定されている。また、格子ピッチＰは２００μｍである。
【００６５】
本実施例の密着２層ＤＯＥは、格子厚が小さいにもかかわらず、設計回折次数光（１次回折光）の回折効率は使用波長全域で約９６．０％以上と高く、かつ不要回折次数光（０，２次光）の回折効率は使用波長全域で約１．４％以下と抑制されている。
【００６６】
次に、格子厚が小さい本実施例のＤＯＥとこれよりも格子厚が大きい従来のＤＯＥとの斜入射光に対する回折効率を比較する。従来のＤＯＥも、実施例のＤＯＥと同じ密着２層ＤＯＥとする。また、従来のＤＯＥにおいて、第１の回折格子は（ｎｄ１，νｄ１）＝（１．７１４，３８．９）の材料により形成され、第２の回折格子は（ｎｄ２，νｄ２）＝（１．６４７，２０．７）の材料により形成されているものとする。第１および第２の回折格子の格子厚ｈｄはともに８．８６μｍとする。
【００６７】
０ｄｅｇ入射光（垂直入射光）を基準として、波長５００ｎｍ近傍の回折効率が９７％以上になる入射角度範囲を調べると、従来のＤＯＥについては図１６（ａ）に示すような結果が得られた。すなわち、波長５００ｎｍ近傍の回折効率が９７％以上になる入射角度範囲は、−１４〜＋２０ｄｅｇと、３４ｄｅｇの角度範囲であった。
【００６８】
一方、本実施例のＤＯＥについては、図１６（ｂ）に示すように、波長５００ｎｍ近傍の回折効率が９７％以上になる入射角度範囲は、−２２〜＋２６ｄｅｇと４８ｄｅｇの角度範囲であり、従来のＤＯＥに比べてかなり広いという結果が得られた。このように、本実施例のＤＯＥでは、斜入射光に対する回折効率が従来のＤＯＥに比べてかなり改善する。
【００６９】
以上説明したように、本実施例のズームレンズでは、諸収差、特に軸上色収差や倍率色収差を良好に補正することができる。しかも、回折格子（つまりはＤＯＥ）の格子厚を小さくすることができ、斜入射光に対する回折効率の低下を抑制することができ、斜入射光がＤＯＥに入射することによって発生する不要回折光（フレアやゴースト）を低減することができる。これにより、該ズームレンズを通した撮影において、収差の影響やフレアやゴーストの写り込みがほとんどない良好な撮影画像を取得することができる。
【実施例２】
【００７０】
図３に示す実施例２の光学系は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（光学機器）に用いられる望遠ズームレンズである。
【００７１】
該ズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３とを含む。さらに、それに続いて、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４と、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５とを含む。開口絞りＳは、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間に配置されている。
【００７２】
材料Ａにより形成された負レンズ（ＧｎＡ）は、第１レンズ群Ｌ１の物体側から１番目に配置された凹レンズに相当する。また、材料Ｃにより形成された正レンズ（ＧｐＣ）は、同じ第１レンズ群Ｌ１の物体側から３番目に配置された凸レンズに相当する。
【００７３】
負レンズＧｎＡにおける像側レンズ面には回折格子が形成され、該回折格子に材料Ｂからなる回折格子が密着接合されることで回折光学素子（Ｌｄｏｅ）が構成される。なお、負レンズＧｎＡと第１レンズ群Ｌ１において物体側から２番目に配置された凸レンズとが接合レンズを構成しており、該接合レンズの接合面が回折面となっている。該回折面（回折格子）は、開口絞りＳよりも物体側に配置されている。
【００７４】
このように構成されたズームレンズにおいて、無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングは、第５レンズ群Ｌ５の全体（Ｌｆｏ）を物体側へ移動させて行う。
【００７５】
さらに、広角端から望遠端への変倍に際しては、第１レンズ群Ｌ１から第５レンズ群Ｌ５を像側から物体側に移動させる。
【００７６】
本実施例では、近軸軸上光線が高く、かつ瞳近軸光線も高い位置（第１レンズ群Ｌ１における接合レンズの接合面の位置）に回折光学素子（Ｌｄｏｅ）を設けることによって、軸上色収差および倍率色収差を同時に補正する。また、低融点ガラス（材料Ａ）を第１レンズ群Ｌ１内の負レンズＧｎＡの材料として用いることで、該負レンズＧｎＡの像側レンズ面（接合面）に回折格子を直接設けることができる。さらに、同じ第１レンズ群Ｌ１内の正レンズＧｐＣの材料として材料Ｃを用いることで、光学系の色収差補正のアシストを行う。
【００７７】
回折光学素子（ＤＯＥ）の構成は、実施例１において図１０を用いて説明した構成と同じである。
【００７８】
図１２に、本実施例における密着２層ＤＯＥの設計回折次数の回折光である１次回折光の回折効率の波長依存特性（ａ）と、設計回折次数±１次の回折光である０次回折光および２次回折光の回折効率の波長依存特性（ｂ）の例を示す。縦軸は回折効率（％）を、横軸は波長（ｎｍ）である。第１の回折格子６は（ｎｄＡ，νｄＡ）＝（１．８２１，４２．７）の材料Ａにより形成され、第２の回折格子７は（ｎｄＢ，νｄＢ）＝（１．７００，１４．２）の材料Ｂにより形成されている。格子厚ｈｄは、第１および第２の回折格子６，７とも４．８８μｍと小さく設定されている。また、格子ピッチＰは２００μｍである。
【００７９】
本実施例の密着２層ＤＯＥは、格子厚が小さいにもかかわらず、設計回折次数光（１次回折光）の回折効率は使用波長全域で約９６．０％以上と高く、かつ不要回折次数光（０，２次光）の回折効率は使用波長全域で約１．３％以下と抑制されている。また、図示はしないが、実施例１と同様に、斜入射光に対する回折効率が従来のＤＯＥに比べてかなり改善する。
【００８０】
以上説明したように、本実施例のズームレンズでは、諸収差、特に軸上色収差や倍率色収差を良好に補正することができる。しかも、回折格子（つまりはＤＯＥ）の格子厚を小さくすることができ、斜入射光に対する回折効率の低下を抑制することができ、斜入射光がＤＯＥに入射することによって発生する不要回折光（フレアやゴースト）を低減することができる。これにより、該ズームレンズを通した撮影において、収差の影響やフレアやゴーストの写り込みがほとんどない良好な撮影画像を取得することができる。
【実施例３】
【００８１】
図５に示す実施例３の光学系は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（光学機器）に用いられる単焦点広角レンズである。
【００８２】
該広角レンズにおいて、物体側から順に、ＬＦは負の屈折力を有する前群であり、ＬＲは正の屈折力を有する後群である。Ｓは開口絞りであり、前群ＬＦと後群ＬＲとの間に配置されている。
【００８３】
材料Ａにより形成された負レンズ（ＧｎＡ）は、後群ＬＲの最も像側に配置された凹レンズに相当する。また、材料Ｃにより形成された正レンズ（ＧｐＣ）は、同じ後群ＬＲの像側から３番目に配置された凸レンズに相当する。
【００８４】
負レンズＧｎＡにおける物体側レンズ面には回折格子が形成され、該回折格子に後述する材料Ｂからなる回折格子が密着接合されることで回折光学素子（Ｌｄｏｅ）が構成される。なお、負レンズＧｎＡと後群ＬＲにおいて像側から２番目に配置された凸レンズとが後群ＬＲにおいて最も像側の接合レンズを構成しており、該接合レンズの接合面が回折面となっている。該回折面（回折格子）は、開口絞りＳよりも像側に配置されている。
【００８５】
このように構成された広角レンズにおいて、無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングは、前群ＬＦ内の一部（Ｌｆｏ）を像側に移動させて行う。
【００８６】
本実施例では、近軸軸上光線が高く、かつ瞳近軸光線も高い位置（後群ＬＲにおける最も像側の接合レンズの接合面の位置）に回折光学素子（Ｌｄｏｅ）を設けることによって、軸上色収差および倍率色収差を同時に補正する。また、低融点ガラス（材料Ａ）を後群ＬＲ内の負レンズＧｎＡの材料として用いることで、該負レンズＧｎＡの物体側レンズ面（接合面）に回折格子を直接設けることができる。さらに、同じ後群ＬＲ内の正レンズＧｐＣの材料として材料Ｃを用いることで、光学系の色収差補正のアシストを行う。
【００８７】
回折光学素子（ＤＯＥ）の構成は、実施例１において図１０を用いて説明した構成と同じである。ただし、入射光と射出光である１次および０次回折光の向きが図１０に示した向きとは逆になる。
【００８８】
図１３に、本実施例における密着２層ＤＯＥの設計回折次数の回折光である１次回折光の回折効率の波長依存特性（ａ）と、設計回折次数±１次の回折光である０次回折光および２次回折光の回折効率の波長依存特性（ｂ）の例を示す。縦軸は回折効率（％）を、横軸は波長（ｎｍ）である。第１の回折格子６は（ｎｄＡ，νｄＡ）＝（１．７７２，５０．０）の材料Ａにより形成され、第２の回折格子７は（ｎｄＢ，νｄＢ）＝（１．６６８，１７．２）の材料Ｂにより形成されている。格子厚ｈｄは、第１および第２の回折格子６，７とも５．７１μｍと小さく設定されている。また、格子ピッチＰは２００μｍである。
【００８９】
本実施例の密着２層ＤＯＥは、格子厚が小さいにもかかわらず、設計回折次数光（１次回折光）の回折効率は使用波長全域で約９３．０％以上と高く、かつ不要回折次数光（０，２次光）の回折効率は使用波長全域で約２．６％以下と抑制されている。また、図示はしないが、実施例１と同様に、斜入射光に対する回折効率が従来のＤＯＥに比べてかなり改善する。
【００９０】
以上説明したように、本実施例の広角レンズでは、諸収差、特に軸上色収差や倍率色収差を良好に補正することができる。しかも、回折格子（つまりはＤＯＥ）の格子厚を小さくすることができ、斜入射光に対する回折効率の低下を抑制することができ、斜入射光がＤＯＥに入射することによって発生する不要回折光（フレアやゴースト）を低減することができる。これにより、該広角レンズを通した撮影において、収差の影響やフレアやゴーストの写り込みがほとんどない良好な撮影画像を取得することができる。
【実施例４】
【００９１】
図７に示す実施例４の光学系は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（光学機器）に用いられる単焦点超望遠レンズである。
【００９２】
該超望遠レンズにおいて、物体側から順に、ＬＦは正の屈折力を有する前群であり、ＬＲは正の屈折力を有する後群である。Ｓは開口絞りであり、前群ＬＦと後群ＬＲとの間に配置されている。
【００９３】
材料Ａにより形成された負レンズ（ＧｎＡ）は、前群ＬＦにおける物体側から４番目に配置された凹レンズに相当する。また、材料Ｃにより形成された正レンズ（ＧｐＣ）は、同じ前群ＬＦの物体側から２番目に配置された凸レンズに相当する。
【００９４】
負レンズＧｎＡにおける物体側レンズ面には回折格子が形成され、該回折格子に材料Ｂからなる回折格子が密着接合されることで回折光学素子（Ｌｄｏｅ）が構成される。なお、負レンズＧｎＡと前群ＬＦにおいて物体側から３番目に配置された凸レンズとが前群ＬＦのうち物体側に配置される接合レンズを構成しており、該接合レンズの接合面が回折面となっている。該回折面（回折格子）は、開口絞りＳよりも物体側に配置されている。
【００９５】
このように構成された超望遠レンズにおいて、無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングは、前群ＬＦ内の一部（Ｌｆｏ）を像側に移動させて行う。
【００９６】
本実施例では、近軸軸上光線が高く、かつ瞳近軸光線も高い位置（前群ＬＦのうち物体側に配置された接合レンズの接合面の位置）に回折光学素子（Ｌｄｏｅ）を設けることによって、軸上色収差および倍率色収差を同時に補正する。また、低融点ガラス（材料Ａ）を前群ＬＦ内の負レンズＧｎＡの材料として用いることで、該負レンズＧｎＡの物体側レンズ面（接合面）に回折格子を直接設けることができる。さらに、同じ前群ＬＦ内の正レンズＧｐＣの材料として材料Ｃを用いることで、光学系の色収差補正のアシストを行う。
【００９７】
回折光学素子（ＤＯＥ）の構成は、実施例１において図１０を用いて説明した構成と同じである。
【００９８】
図１４に、本実施例における密着２層ＤＯＥの設計回折次数の回折光である１次回折光の回折効率の波長依存特性（ａ）と、設計回折次数±１次の回折光である０次回折光および２次回折光の回折効率の波長依存特性（ｂ）の例を示す。縦軸は回折効率（％）を、横軸は波長（ｎｍ）である。第１の回折格子６は（ｎｄＡ，νｄＡ）＝（１．８５４，４０．４）の材料Ａにより形成され、第２の回折格子７は（ｎｄＢ，νｄＢ）＝（１．７２０，１２．９）の材料Ｂにより形成されている。格子厚ｈｄは、第１および第２の回折格子６，７とも４．４０μｍと小さく設定されている。また、格子ピッチＰは２００μｍである。
【００９９】
本実施例の密着２層ＤＯＥは、格子厚が小さいにもかかわらず、設計回折次数光（１次回折光）の回折効率は使用波長全域で約９７．０％以上と高く、かつ不要回折次数光（０，２次光）の回折効率は使用波長全域で約１．０％以下と抑制されている。また、図示はしないが、実施例１と同様に、斜入射光に対する回折効率が従来のＤＯＥに比べてかなり改善する。
【０１００】
以上説明したように、本実施例の広角レンズでは、諸収差、特に軸上色収差や倍率色収差を良好に補正することができる。しかも、回折格子（つまりはＤＯＥ）の格子厚を小さくすることができ、斜入射光に対する回折効率の低下を抑制することができ、斜入射光がＤＯＥに入射することによって発生する不要回折光（フレアやゴースト）を低減することができる。これにより、該超望遠レンズを通した撮影において、収差の影響やフレアやゴーストの写り込みがほとんどない良好な撮影画像を取得することができる。
【０１０１】
次に、上記実施例にて用いられた回折光学素子（ＤＯＥ）の特性についてさらに説明する。ＤＯＥは、従来のガラスやプラスチック等による屈折とは異なり、負の分散と異常部分分散性の光学的特性を備えている。具体的には、アッベ数νｄ＝−３．４５３、θｇＦ＝０．２９６となっている。この性質を利用して、ＤＯＥを屈折光学系に適切に用いることで、該屈折光学系にて発生する色収差を良好に補正することが可能となる。
【０１０２】
実施例にて用いられるＤＯＥの格子ピッチを変更することによって、ＤＯＥに非球面の効果を持たせてもよい。
【０１０３】
また、ＤＯＥを設ける光学面（レンズ面）において、光学系を通過する軸上光線および軸外光線がそれらの入射位置における面法線方向に対して角度差を持つと、回折効率が低下することが懸念される。このため、軸上光線および軸外光線に対して、できるだけコンセントリックなレンズ面にＤＯＥを設けることが好ましい。
【０１０４】
なお、ＤＯＥは光学面上に設けられるが、その光学面は、球面、平面、非球面および２次曲面のいずれでもよい。また、各実施例では、ＤＯＥが接合レンズの接合面に設けられている場合を示しているが、必ずしもＤＯＥが接合レンズの接合面に設けられる必要はない。
【０１０５】
さらに、各実施例にて説明したＤＯＥの製法としては、バイナリオプティクス形状をフォトレジストにより直接レンズ面に成形する方法や、同様の方法によって製作した型を用いてレプリカ成形やモールド成形を行う方法を用いることができる。また、格子形状を鋸形状のキノフォームにすれば、回折効率がより向上し、理想値に近い回折効率が期待できる。
【０１０６】
以下、実施例１〜４のそれぞれに対応する数値例１〜４を示す。数値例において、ｒｉは物体側からｉ番目のレンズ面の曲率半径を示し、ｄｉは物体側からｉ番目の基準状態での軸上面間隔を示す。ｎｄｉとνｄｉはそれぞれ、は物体側からｉ番目の光学部材のｄ線に対する屈折率とアッべ数を示す。ＦｎｏはＦナンバーを示す。「ｅ±Ｍ」は、「×１０±Ｍ」を意味する。
【０１０７】
また、回折格子の位相形状ψは、回折光の回折次数をｍ、設計波長をλ０、光軸からの光軸に直交する方向の高さをｈ、位相係数をＣｉ（ｉ＝１，２，３…）とするとき、次式によって表される。
ψ（ｈ，ｍ）＝（２π／ｍλ０）×（Ｃ１・ｈ２＋Ｃ２・ｈ４＋Ｃ３・ｈ６＋…）
さらに、非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、ｈを光軸からの光軸に直交する方向の高さ、ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，…を非球面係数とするとき、次式によって表される。
【０１０８】
【数１】
【０１０９】
また、前述した各条件と各数値例との関係を、表１にまとめて示す。
［数値例１］
単位 mm
面データ
面番号i ri di ndi νdi 有効径
1 ∞ 0.15 52.65
2 82.008 5.41 1.48749 70.2 52.00
3 1515.255 0.15 51.56
4 71.010 1.50 1.81000 41.0 49.54
5(回折) 44.854 7.11 1.48749 70.2 47.33
6 261.187 (可変) 46.69
7 ∞ 1.48 24.44
8 765.788 1.50 1.61800 63.3 22.96
9 66.622 0.94 21.67
10 602.481 1.50 1.60300 65.4 21.56
11 18.168 2.84 1.67270 32.1 20.68
12 30.105 (可変) 20.43
13 23.327 1.50 1.92286 18.9 20.75
14 18.216 4.26 1.56384 60.7 19.98
15 385.771 1.00 19.74
16(絞り) ∞ (可変) 16.98
17 -24.760 1.50 1.53996 59.5 17.48
18 26.754 2.87 1.74000 28.3 18.22
19 333.492 (可変) 18.30
20 -109.907 3.15 1.56384 60.7 19.26
21 -23.141 0.15 19.50
22 91.049 4.79 1.48749 70.2 19.91
23 -19.036 1.50 2.00330 28.3 20.03
24 -52.955 0.15 21.25
25 41.984 2.98 1.81600 46.6 22.15
26 -676.802 (可変) 22.06
27 151.387 1.50 1.88300 40.8 20.14
28 31.412 1.69 19.74
29 996.697 2.50 1.92286 18.9 19.79
30 -48.074 1.50 1.88300 40.8 20.01
31 51.119 (可変) 20.56
32 57.794 3.06 1.64769 33.8 36.10
33 133.204 40.08 36.12
像面 ∞
非球面データ
第5面(回折面)
A 2=-5.74436e-005 A 4=-1.22212e-008
各種データ
ズーム比 4.01
広角 中間 望遠
焦点距離 72.50 135.50 290.90
Fナンバー 4.66 4.97 5.87
画角 16.62 9.07 4.25
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 144.08 171.47 204.08
BF 40.08 40.08 40.08
d 6 1.30 29.91 56.37
d12 17.11 8.64 1.20
d16 3.50 8.12 9.80
d19 11.10 7.02 1.60
d26 11.51 9.63 1.20
d31 2.80 11.40 37.14
d33 40.08 40.08 40.08
入射瞳位置 40.75 102.38 215.40
射出瞳位置 -32.18 -44.80 -88.42
前側主点位置 40.50 21.55 -152.22
後側主点位置-32.43 -95.43 -250.82
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 121.18 14.32 -0.79 -10.17
2 7 -37.93 8.27 5.15 -0.77
3 13 52.29 6.76 -1.07 -5.53
4 17 -60.64 4.37 -0.09 -2.71
5 20 27.51 12.72 4.46 -3.66
6 27 -25.70 7.19 2.50 -1.97
7 32 155.14 3.06 -1.40 -3.23
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 177.63
2 4 -157.05
3 5 108.52
4 8 -118.17
5 10 -31.10
6 11 62.16
7 13 -104.87
8 14 33.77
9 17 -23.57
10 18 39.15
11 20 51.32
12 22 32.76
13 23 -30.29
14 25 48.54
15 27 -45.15
16 29 49.75
17 30 -27.86
18 32 155.14
[数値例２]
単位 mm
面データ
面番号i ri di ndi νdi 有効径
1 106.201 1.50 1.82080 42.7 52.50
2(回折) 49.590 6.04 1.51633 64.1 50.70
3 137.408 0.15 50.47
4 68.701 7.88 1.48749 70.2 50.42
5 -186.189 (可変) 50.05
6 -63.589 1.50 1.83481 42.7 33.94
7 42.816 0.19 33.11
8 43.440 4.43 1.84666 23.8 33.21
9 513.395 (可変) 33.26
10(絞り) ∞ 0.15 26.86
11 72.265 1.50 1.92286 18.9 34.31
12 48.651 0.17 33.89
13 49.139 6.36 1.60311 60.6 33.94
14 -75.127 (可変) 33.87
15 86.062 4.06 1.48749 70.2 26.38
16 -52.393 1.50 1.83400 37.2 26.01
17 -143.111 0.15 25.71
18 48.523 2.44 1.60300 65.4 24.84
19 128.516 (可変) 24.24
20 113.270 1.50 1.83481 42.7 16.87
21 26.363 2.44 16.48
22 -36.292 1.50 1.83481 42.7 16.52
23 29.745 3.95 1.72825 28.5 18.19
24 -40.171 (可変) 18.92
像面 ∞
非球面データ
第2面(回折面)
A 2=-4.44322e-005 A 4= 3.97558e-009 A 6=-1.06128e-011
各種データ
ズーム比 2.84
広角 中間 望遠
焦点距離 103.00 200.00 292.50
Fナンバー 4.67 5.44 5.77
画角 11.86 6.17 4.23
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 162.16 189.12 210.66
BF 45.16 58.25 70.16
d 5 4.40 30.97 43.19
d 9 40.36 14.48 6.50
d14 2.90 25.58 41.30
d19 21.93 12.42 2.10
d24 45.16 58.25 70.16
入射瞳位置 55.16 86.40 105.31
射出瞳位置 -24.37 -29.60 -33.37
前側主点位置 5.59 -168.91 -428.60
後側主点位置-57.84 -141.75 -222.34
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 132.84 15.57 5.17 -5.24
2 6 -67.82 6.11 0.13 -3.26
3 10 71.87 8.18 2.77 -2.40
4 15 79.16 8.15 1.95 -3.29
5 20 -33.04 9.39 -0.18 -7.00
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -115.89
2 2 144.92
3 4 104.00
4 6 -30.46
5 8 55.81
6 11 -166.40
7 13 50.22
8 15 67.45
9 16 -99.85
10 18 127.81
11 20 -41.49
12 22 -19.38
13 23 24.04
[数値例３]
単位 mm
面データ
面番号i ri di ndi νdi 有効径
1 ∞ 0.00 121.00
2 49.847 5.79 1.77250 49.6 73.07
3 29.708 8.66 54.13
4* 61.579 6.83 1.66910 55.4 52.00
5 58.051 0.15 47.88
6 32.620 1.80 1.77250 49.6 40.39
7 15.393 9.26 28.73
8 126.019 1.80 1.78800 47.4 28.43
9 18.628 9.56 23.93
10 45.981 2.00 1.88300 40.8 22.06
11 18.224 5.11 1.84666 23.8 20.59
12 -117.898 2.05 20.05
13 -143.664 10.07 1.48749 70.2 18.08
14 -13.793 1.20 1.84666 23.8 14.13
15 -18.133 4.95 14.68
16 -21.027 1.20 2.00330 28.3 14.17
17 -30.415 1.00 14.64
18(絞り) ∞ 3.77 14.07
19 15.305 3.19 1.51633 64.1 15.56
20 38.347 1.20 1.88300 40.8 15.00
21 22.660 1.06 14.45
22 79.792 1.20 2.00330 28.3 14.45
23 12.385 1.50 1.85026 32.3 14.22
24 17.477 3.28 1.48749 70.2 14.71
25 -70.231 0.15 16.03
26 47.883 6.60 1.64769 33.8 18.70
27(回折) -14.593 1.80 1.77200 50.0 19.83
28 -24.890 38.47 22.00
像面 ∞
非球面データ
第4面
K = 0.00000e+000 A 4= 7.67518e-006 A 6= 1.77447e-009 A 8=-5.21311e-012 A10= 9.03671e-015
第27面(回折面)
A 2=-8.95945e-004 A 4= 3.28200e-006
各種データ
焦点距離 14.36
Fナンバー 2.89
画角 56.38
像高 21.60
レンズ全長 133.66
BF 38.47
入射瞳位置 31.01
射出瞳位置 -28.31
前側主点位置 42.28
後側主点位置 24.11
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -108.83
2 4 -6775.85
3 6 -39.53
4 8 -27.95
5 10 -35.38
6 11 18.97
7 13 30.52
8 14 -77.95
9 16 -72.54
10 19 47.11
11 20 -65.07
12 22 -14.74
13 23 44.03
14 24 29.06
15 26 17.48
16 27 -54.10
[数値例４]
単位 mm
面データ
面番号i ri di ndi νdi 有効径
1 143.126 26.92 1.48749 70.2 141.99
2 -780.617 33.17 140.21
3 114.623 13.11 1.49700 81.5 108.17
4 634.138 5.60 106.80
5 -452.511 4.00 1.85026 32.3 106.58
6(回折) -334.793 4.00 1.85400 40.4 105.34
7 192.486 0.15 99.21
8 104.402 14.96 1.43387 95.1 97.38
9 -1044.208 0.15 96.42
10 59.016 5.30 1.58313 59.4 81.52
11 48.119 0.00 74.00
12 ∞ 0.20 85.52
13 ∞ 50.35 85.38
14 -826.643 3.50 2.00330 28.3 49.00
15 -140.316 1.80 1.80400 46.6 48.46
16 89.625 0.00 45.83
17 ∞ 26.29 46.62
18(絞り) ∞ 25.43 39.59
19 108.384 1.30 2.00330 28.3 32.45
20 29.737 9.10 1.67300 38.2 31.17
21 -80.726 1.50 30.82
22 -109.512 8.00 1.67003 47.2 29.92
23 -40.022 1.30 1.49700 81.5 28.92
24 101.986 9.10 27.58
25 -47.442 1.30 1.88300 40.8 27.63
26 125.861 2.00 29.11
27 ∞ 0.00 30.24
28 -1323.051 7.07 1.65412 39.7 30.16
29 -25.336 1.40 1.81600 46.6 31.17
30 -63.505 3.55 34.01
31 390.076 9.44 1.57135 53.0 38.52
32 -34.498 5.76 1.52249 59.8 39.60
33 -44.253 3.00 42.05
34 ∞ 2.00 1.51633 64.2 42.15
35 ∞ 123.32 42.17
像面 ∞
非球面データ
第6面(回折面)
A 2=-3.03387e-005 A 4= 9.80399e-010
各種データ
焦点距離 584.94
Fナンバー 4.12
画角 2.12
像高 21.64
レンズ全長 404.06
BF 123.32
入射瞳位置 707.64
射出瞳位置 -157.92
前側主点位置 76.00
後側主点位置 -461.62
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 250.50
2 3 279.18
3 5 1366.27
4 6 -143.87
5 8 219.62
6 10 -544.41
7 14 168.02
8 15 -67.79
9 19 -41.19
10 20 33.40
11 22 89.98
12 23 -57.66
13 25 -38.88
14 28 39.40
15 29 -52.52
16 31 55.93
17 32 -375.60
18 34 0.00
【０１１０】
【表１】
【実施例５】
【０１１１】
図１７には、上記実施例１〜４のレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）を示している。
【０１１２】
図１７において、２０はカメラ本体、２１は撮影光学系、２２はカメラ本体２０に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。
【０１１３】
２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。
【０１１４】
このように各実施例のレンズを撮像装置に適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置を実現することができる。
【０１１５】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
不要回折光の発生を抑制しつつ十分な色収差の低減効果が得られるコンパクトな光学系および光学機器を提供できる。
【符号の説明】
【０１１７】
１，Ｌｄｏｅ 回折光学素子
ＧｎＡ 負レンズ
ＧｐＣ 正レンズ
ＩＰ 像面
６ 第１の回折格子
７ 第２の回折格子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学素子（回折格子）を含む光学系に関し、特に撮像装置等の光学機器に好適な光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学系において発生する軸上色収差や倍率色収差等の色収差を低減する方法の１つとして、特許文献１，２にて開示されているような回折光学素子（ＤＯＥ）を利用した色消し方法がある。特許文献１，２にて開示された光学系では、ＤＯＥの周期構造を変化させることによる非球面効果と、通常の硝材とは異なるＤＯＥの負の分散特性（υｄ＝−３．４５３）や強い異常分散性（θｇＦ＝０．２９６）を利用した色収差の低減効果とを併せて利用する。これにより、色収差の低減だけでなく、光学系の小型化も可能とする。
【０００３】
なお、特許文献１には、樹脂材料を密着させて又は積層して構成されたＤＯＥが開示されている。また、特許文献２には、ガラス材料と樹脂材料を密着させて構成されたＤＯＥが開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献３，４には、ガラス材料と樹脂材料を用いて構成されたＤＯＥが開示されている。特許文献３にて開示されたＤＯＥは、２つの回折格子を密着配置した密着２層ＤＯＥであり、特許文献４にて開示されたＤＯＥは、複数の回折格子を積層配置した積層ＤＯＥである。いずれのＤＯＥも、各回折格子を構成する材料や各回折格子の格子厚を適切に設定することで、特定の次数の回折光に対して広い波長域で高い回折効率を実現している。回折効率とは、ＤＯＥを透過する光全体に対する特定の次数の回折光の光量の割合である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３９１３号公報
【特許文献２】特開平１１−２７１５１４号公報
【特許文献３】特開２０００−９８１１８号公報
【特許文献４】特開２００３−２２７９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜４にて開示された回折光学素子を用いた光学系では、十分な色収差の低減効果は期待できるものの、回折光学素子の格子厚が厚いために、回折光学素子に対して光が斜めに入射したときの回折効率の低下が懸念される。回折効率が低下することで、不要な回折次数の回折光が増加し、フレアやゴーストによる結像性能の悪化やコントラストの低下を引き起こす。
【０００７】
本発明は、回折光学素子による不要回折光の発生を抑制しつつ十分な色収差の低減効果が得られるコンパクトな光学系を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての光学系は、複数のレンズ群のうち１つのレンズ群に含まれ、第１の媒質により形成された負レンズと、該負レンズの少なくとも１つのレンズ面に形成され、第１の媒質とは異なる第２の媒質に密着する回折格子と、該１つのレンズ群に含まれ、第１および第２の媒質とは異なる第３の媒質により形成された正レンズとを有する。第１の媒質は、ｎｄＡを該第１の媒質のｄ線に対する屈折率とし、νｄＡを該第１の媒質のｄ線に対するアッベ数とするとき、ｎｄＡ≧１．７、４０≦νｄＡ≦５５なる条件を満足し、第３の媒質は、ｎｄＣを該第３の媒質のｄ線に対する屈折率とし、νｄＣを該第３の媒質のｄ線に対するアッベ数とするとき、ｎｄＣ≦１．５５、νｄＣ≧６０なる条件を満足することを特徴とする。
【０００９】
なお、上記光学系を有する光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、特定の条件を満足する第１の媒質により形成された回折格子に第２の媒質を密着させた構成を採用することで、格子厚を小さくすることができ、斜入射光に対する回折効率の低下を回避することができ、不要回折光の発生を抑制することができる。しかも、特定の条件を満足する第１の媒質と第３の媒質によって負レンズおよび正レンズをそれぞれ形成することで、色収差を十分に低減することが可能となり、かつ光学系全体の小型化も実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１（数値例１）の光学系（広角端で無限遠物体距離）の構成を示す断面図。
【図２】数値例１の広角端で無限遠物体距離における収差図、中間ズーム位置で無限遠物体距離における収差図および望遠端で無限遠物体距離における収差図。
【図３】本発明の実施例２（数値例２）の光学系（広角端、無限遠物体距離）の構成を示す断面図。
【図４】数値例２の広角端で無限遠物体距離における収差図、中間ズーム位置で無限遠物体距離における収差図および望遠端で無限遠物体距離における収差図。
【図５】本発明の実施例３（数値例３）の光学系（無限遠物体距離）の構成を示す断面図。
【図６】数値例３の無限遠物体距離における収差図。
【図７】本発明の実施例４（数値例４）の光学系（無限遠物体距離）の構成を示す断面図。
【図８】数値例４の無限遠物体距離における収差図。
【図９】数値例１〜４における各材料のｎｄ−νｄの関係を示す図。
【図１０】実施例１〜４における回折光学素子の構成を示す図。
【図１１】数値例１における回折光学素子の回折効率の波長依存特性を示す図。
【図１２】数値例２における回折光学素子の回折効率の波長依存特性を示す図。
【図１３】数値例３における回折光学素子の回折効率の波長依存特性を示す図。
【図１４】数値例４における回折光学素子の回折効率の波長依存特性を示す図。
【図１５】数値例１〜４における各材料のｎｄ−νｄの関係を示す図。
【図１６】従来および実施例の回折光学素子の斜入射光に対する回折効率の波長依存特性を示す図。
【図１７】実施例１から４に示す光学系を撮影光学系として備えた本発明の実施例５であるデジタルカメラの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
まず、具体的な実施例（数値例）の説明に先立って、各実施例に共通する事項について説明する。
【００１４】
各実施例の光学系は、複数のレンズ群を含み、該複数のレンズ群のうち同一の１つのレンズ群（以下、特定レンズ群という）に、以下の負レンズと正レンズとが含まれている。負レンズは、第１の媒質である低融点ガラス（以下、材料Ａという）により形成されている。また、正レンズは、第３の媒質である低屈折率低分散ガラス（以下、材料Ｃという）により形成されている。
【００１５】
そして、特定レンズ群において、負レンズと正レンズとをできるだけ物体側または像側の位置に配置し、かつこれらを互いに近い距離に配置する。このような構成にすることで、光学系全体の色収差その他の諸収差を良好に補正（低減）する。
【００１６】
さらに、材料Ａにより形成された負レンズにおける少なくとも１つのレンズ面に、同じく材料Ａによって回折格子を形成する。そして、その回折格子が形成されたレンズ面（以下、回折面ともいう）に、第２の媒質（以下、材料Ｂという）である紫外線硬化樹脂または微粒子分散材料を密着させる。このような構成にすることで、回折面における回折格子の格子厚を薄くすることができるとともに、可視波長域にて高い回折効率を得ることができる。また、回折格子の格子厚が薄くなることで、斜入射光に対する回折効率の低下を緩和することができ、回折面での不要回折光（フレアやゴースト）の発生を抑制することができる。
【００１７】
材料Ａおよび材料Ｃが満足すべき条件について以下、説明する。材料Ａは条件（１），（２）を満足し、材料Ｃは条件（３），（４）を満足する。
【００１８】
ｎｄＡ≧１．７ …（１）
４０≦νｄＡ≦５５ …（２）
ｎｄＣ≦１．５５ …（３）
νｄＣ≧６０ …（４）
ただし、ｎｄＡは材料Ａのｄ線に対する屈折率であり、νｄＡは材料Ａのｄ線に対するアッベ数である。また、ｎｄＣは材料Ｃのｄ線に対する屈折率であり、νｄＣは材料Ｃのｄ線に対するアッベ数である。
【００１９】
図９には、条件（１），（２）を満足する材料Ａの範囲と、条件（３），（４）を満足する材料Ｃの範囲をそれぞれ矩形枠で囲んで示している。図９において、縦軸はｄ線に対する屈折率を、横軸はｄ線に対するアッベ数を示している。
【００２０】
材料Ａにおいて、ｎｄＡが条件（１）の下限値を下回ると、光学系の諸収差、特に色収差を良好に補正することができなくなるだけでなく、回折格子を形成するための低融点ガラスの選択幅が小さくなり、好ましくない。
【００２１】
また、νｄＡが条件（２）の下限値を下回ると、材料Ａにより形成された回折格子に密着させる材料Ｂの存在範囲がなくなるので、好ましくない。一方、νｄＡが条件（２）の上限値を上回ると、光学系の諸収差、特に色収差の補正が困難となり、好ましくない。
【００２２】
材料Ｃにおいて、ｎｄＣが条件（３）の下限値を下回ると、光学系の諸収差を良好に補正できるような硝材が存在しなくなるので、好ましくない。
【００２３】
また、νｄＣが条件（４）の下限値を下回ると、光学系の諸収差、特に色収差を良好に補正できなくなるので、好ましくない。
【００２４】
次に、材料Ａ，Ｃが上記の条件（１）〜（４）を満たすことが必要である理由を、図１５を用いてさらに具体的に説明する。図１５において、縦軸はｄ線に対する屈折率を、横軸はｄ線に対するアッベ数を示している。また、図１５は、１つに固定した材料Ｂを、材料Ａにより形成された回折格子に密着させて１つの回折光学素子（ＤＯＥ）として構成された密着２層ＤＯＥに対して光が垂直に入射するときに回折効率が１００％になる材料Ａの例を、材料１〜１１として示している。例えば、材料１については、図１５中の「材料１のライン」が垂直入射光に対する回折効率が１００％となる材料１の範囲となる。さらに、図１５中には、材料１〜１１を選択したときの密着２層ＤＯＥの格子厚を点線で示している。
【００２５】
図１５から明らかなように、材料Ａとして、より高屈折率低分散の材料になるほど（すなわち、材料１１が最も）、より小さい格子厚で１００％の回折効率を得ることができる。
【００２６】
一方、光学系の色収差補正においては、低分散なガラスを正レンズに用い、高分散なガラスを負レンズに用いる必要があるが、逆に、上述した回折効率の面からは低分散なガラス（材料Ａ）を負レンズに形成される回折格子の材料として用いたい。そこで、実施例では、これらの相反する両要求を概ね満足できるように、材料Ａが満足すべき条件（１），（２）を決定した。さらに、このような材料Ａを使用しても光学系全体の色収差を良好に補正できるように、正レンズの材料Ｃを（３），（４）を満足するような、より低屈折率低分散の材料に限定した。
【００２７】
なお、上記条件（１）〜（４）を満足することは光学系全体の小型化にも有効であるが、条件（１），（３），（４）を以下の条件（１ａ），（３ａ），（４ａ）ように変更することで、光学系の諸収差、特に色収差の補正効果を高めることができる。しかも、光学系のさらなる小型化も可能である。
ｎｄＡ≧１．７５ …（１ａ）
ｎｄＣ≦１．５０ …（３ａ）
νｄＣ≧６５ …（４ａ）
条件（１）〜（４）を満足し、さらに以下の条件（５）〜（８）および条件（Ｉ）のうち少なくとも１つを満足することは、回折面での不要回折光（フレアやゴースト）の発生を抑制して色収差の補正も十分になされた小型の光学系を実現するのに、より好ましい。
【００２８】
まず、以下に示す条件（５）を満足すると良い。
【００２９】
０．００≦｜ＬＧＡＣ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜＜０．１０ …（５）
ただし、ＬＧＡＣは特定レンズ群において負レンズに形成された回折面（回折格子）と正レンズにおける負レンズ側のレンズ面との間の光軸上の距離である。ＯＬＷは該光学系の広角端における物体距離が無限遠のときの光学全長である。ＯＬＴは該光学系の望遠端における物体距離が無限遠のときの光学全長である。なお、該光学系が単焦点である場合は、ＯＬＷ＝ＯＬＴとする。
【００３０】
条件（５）は、特定レンズ群における材料Ａにより形成された負レンズと材料Ｃにより形成された正レンズとの間の光軸上の距離を規定する。｜ＬＧＡＣ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜の値が条件（５）の上限値を上回ると、負レンズと正レンズとが離れ過ぎてしまい、光学系の諸収差、特に色収差の補正が困難となり、好ましくない。
【００３１】
なお、条件（５）を、以下のように変更すると、色収差補正をより良好に行うことができる。
【００３２】
０．００≦｜ＬＧＡＣ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜＜０．０７ …（５ａ）
また、光学系が、最も物体側に配置された第１レンズと、最も像側に配置された第２レンズと、絞りとを含んでいる場合に、以下の条件（６）を満足するとより良い。
【００３３】
０．００１＜｜ＬＯＩＤ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜＜０．５０ …（６）
ただし、ＬＯＩＤは、回折面（回折格子）が絞りよりも物体側に配置されている場合は、光学系の物体距離が無限遠であるときの第１レンズの物体側レンズ面から回折面までの距離である。また、ＬＯＩＤは、回折面が絞りより像側に配置されている場合は、物体距離が無限遠であるときの第２レンズの像側レンズ面から回折面までの距離である。
【００３４】
条件（６）は、回折面の配置箇所を規定する。｜ＬＯＩＤ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜の値が条件（６）の下限値を下回ると、回折面の配置箇所が最も物体側の第１レンズの物体側レンズ面または最も像側の第２レンズの像側レンズ面に配置されることになり、防塵性の面から好ましくない。一方、｜ＬＯＩＤ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜の値が条件（６）の上限値を上回ると、回折面の配置箇所が最も物体側の第１レンズの物体側レンズ面または最も像側の第２レンズの像側レンズ面から離れ過ぎ、十分な色収差の補正効果を得られなくなり、好ましくない。
【００３５】
なお、条件（６）を、以下のように変更すると、回折格子をより容易に製作することができるとともに、色収差補正をより良好に行うことができる。
【００３６】
０．００５＜｜ＬＯＩＤ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜＜０．３０ …（６ａ）
以下の条件（７）を満足すると、より良い。
【００３７】
０．００１＜｜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆｄｏｅ｜＜０．１０ …（７）
ただし、ｆｄｏｅは回折面の回折による焦点距離であり、ｆｗは光学系の広角端における物体距離が無限遠のときの焦点距離であり、ｆｔは光学系の望遠端における物体距離が無限遠のときの焦点距離である。光学系が単焦点である場合は、ｆｗ＝ｆｔとする。
【００３８】
条件（７）は、回折面の回折による焦点距離と光学系全系の焦点距離との関係を規定する。｜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆｄｏｅ｜の値が条件（７）の下限値を下回ると、光学系全系の焦点距離に対する回折の屈折力（パワー）が弱くなり過ぎ、光学系の色収差の補正が困難となり、好ましくない。一方、｜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆｄｏｅ｜の値が条件（７）の上限値を上回ると、光学系全系の焦点距離に対する回折の屈折力が強くなり過ぎ、回折格子の格子ピッチが細かくなり、回折効率の低下とこれに伴う不要回折光の発生を引き起こすので、好ましくない。
【００３９】
なお、条件（７）を、以下のように変更すると、光学系における色収差の補正効果をより高めることができるとともに、回折効率の低下を回避できる。
【００４０】
０．０１＜｜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆｄｏｅ｜＜０．０５ …（７ａ）
また、材料Ａを、ガラス転移温度ＴｇＡの低融点ガラスとし、以下の条件（８）を満足するとより良い。
【００４１】
ＴｇＡ≦６５０℃ …（８）
条件（８）は、低融点ガラスである材料Ａのガラス転移温度の範囲を規定する。ＴｇＡが条件（８）の上限値を上回ると、ガラスの転移温度が高くなりすぎ、回折格子をガラスの表面に成形するのが困難になるので、好ましくない。
【００４２】
なお、条件（８）を以下のように変更すると、回折格子をより容易に成形することができ、好ましい。
【００４３】
ＴｇＡ≦６２０℃ …（８ａ）
さらに、条件（Ｉ）として、材料Ａにより形成された回折格子と、以下の条件（９）〜（１２）を満足する材料Ｂにより形成された素子とが密着接合されることにより、１つの回折光学素子が構成されると、より良い。
ｎｄＡ−ｎｄＢ＞０ …（９）
ｎｄＢ≧１．６０ …（１０）
νｄＢ≦２５ …（１１）
ｈｄ≦８μｍ …（１２）
ただし、ｎｄＢは材料Ｂのｄ線に対する屈折率であり、νｄＢは材料Ｂのｄ線に対するアッベ数であり、ｈｄは回折光学素子の全体の格子厚である。
【００４４】
条件（９）〜（１１）は、材料Ａにより形成された回折面に密着接合されて１つの回折光学素子の働きをなす樹脂材料または微粒子分散材料である材料Ｂの特性を規定する。図９には、条件（９）〜（１２）を満足する材料Ｂの範囲を矩形枠で示している。
【００４５】
ｎｄＡ−ｎｄＢの値が条件（９）の下限値を下回ると、材料Ａと材料Ｂにより形成される回折光学素子に求める性能が得られなくなり、好ましくない。ｎｄＢの値が条件（１０）の下限値を下回ると、光学系の諸収差、特に色収差の補正を行うために負レンズに用いる材料Ａが存在しなくなるので、好ましくない。νｄＢの値が条件（１１）の上限値を上回ると、回折光学素子が所望の性能を得られなくなるので好ましくない。
【００４６】
条件（１２）は、材料Ａと材料Ｂにより構成される回折光学素子の格子厚の範囲を規定する。ｈｄの値が条件（１２）の上限値を上回ると、格子厚が大きくなり過ぎて、斜入射光に対する回折効率が大きく低下するので、好ましくない。
【００４７】
なお、条件（９）〜（１２）を、以下のように変更し、材料Ｂの範囲を図９中の矩形点線枠に示した範囲とすることは、回折効率の低下をより効果的に抑制でき、不要回折光のさらなる低減に繋がるので、好ましい。
ｎｄＡ−ｎｄＢ＞０．１０ …（９ａ）
ｎｄＢ≧１．６５ …（１０ａ）
νｄＢ≦２０ …（１１ａ）
ｈｄ≦６μｍ …（１２ａ）
次に、本発明の具体的な実施例を、数値例とともに示す。図１には、実施例１（数値例１）の広角端で物体距離が無限遠であるときの光学系の構成を示している。図２には、数値例１の広角端で物体距離が無限遠であるときの収差図（ａ）、中間ズーム位置で物体距離が無限遠であるときの収差図（ｂ）および望遠端で物体距離が無限遠であるときの収差図（ｃ）を示している。
【００４８】
また、図３には、実施例２（数値例２）の広角端で物体距離が無限遠であるときの光学系の構成を示している。図４には、数値例２の広角端で物体距離が無限遠であるときの収差図（ａ）、中間ズーム位置で物体距離が無限遠であるときの収差図（ｂ）および望遠端で物体距離が無限遠であるときの収差図（ｃ）を示している。
【００４９】
また、図５には、実施例３（数値例３）の物体距離が無限遠であるときの光学系の構成を示している。図６には、数値例３の物体距離が無限遠であるときの収差図を示している。
【００５０】
さらに、図７には、実施例４（数値例４）の物体距離が無限遠であるときの光学系の構成を示している。図８には、数値例４の物体距離が無限遠であるときの収差図を示している。
【００５１】
各レンズ構成図において、ＩＰは像面を、Ｇは水晶ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等のガラスブロックを、Ｓは開口絞りをそれぞれ示している。また、各収差図のうち球面収差、歪曲および倍率色収差において、実線はｄ線の収差を、二点鎖線はｇ線の収差を、一点鎖線はＣ線の収差を、点線はＦ線の収差をそれぞれ示している。また、非点収差においては、実線はサジタル光線（ΔＳ）の収差、点線はメリディオナル光線（ΔＭ）の収差を示している。
【実施例１】
【００５２】
図１に示す実施例１の光学系は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（光学機器）に用いられる望遠ズームレンズである。
【００５３】
該ズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３とを含む。さらに、それに続いて、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５と、負の屈折力を有する第６レンズ群Ｌ６と、正の屈折力を有する第７レンズ群Ｌ７とを含む。開口絞りＳは、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間に配置されている。
【００５４】
材料Ａにより形成された負レンズ（ＧｎＡ）は、第１レンズ群Ｌ１の物体側から２番目に配置された凹レンズに相当する。また、材料Ｃにより形成された正レンズ（ＧｐＣ）は、同じ第１レンズ群Ｌ１の物体側から３番目に配置された凸レンズに相当する。
【００５５】
負レンズＧｎＡにおける正レンズＧｐＣ側（像側）のレンズ面には回折格子が形成され、該回折格子に後述する材料Ｂからなる回折格子が密着接合されることで回折光学素子（Ｌｄｏｅ）が構成される。なお、負レンズＧｎＡと正レンズＧｐＣとが接合レンズを構成しており、該接合レンズの接合面が回折面となっている。該回折面（回折格子）は、開口絞りＳよりも物体側に配置されている。
【００５６】
このように構成されたズームレンズにおいて、無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングは、第６レンズ群Ｌ６の全体（Ｌｆｏ）を像側へ移動させて行う。また、第２レンズ群Ｌ２の全体（ＬＩＳ）を光軸に直交する方向にシフトさせることにより、手振れ等の振動に起因する像振れを低減する。
【００５７】
さらに、広角端から望遠端への変倍に際しては、第１レンズ群Ｌ１から第６レンズ群Ｌ６を像側から物体側に移動させる。第７レンズ群Ｌ７は、変倍に際して固定（不動）である。
【００５８】
本実施例では、近軸軸上光線が高く、かつ瞳近軸光線も高い位置（第１レンズ群Ｌ１における接合レンズの接合面の位置）に回折光学素子（Ｌｄｏｅ）を設けることによって、軸上色収差および倍率色収差を同時に補正する。また、低融点ガラス（材料Ａ）を第１レンズ群Ｌ１内の負レンズＧｎＡの材料として用いることで、該負レンズＧｎＡの像側レンズ面（接合面）に回折格子を直接設けることができる。さらに、同じ第１レンズ群Ｌ１内の正レンズＧｐＣの材料として材料Ｃを用いることで、光学系の色収差補正のアシストを行う。
【００５９】
ここで、本実施例および後述する他の実施例にて用いられる回折光学素子（ＤＯＥ）の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、密着２層ＤＯＥを示している。
【００６０】
基板４の表面には第１の回折格子６が形成されている。もう１つの基板５上には紫外線硬化樹脂または微粒子分散材料からなる第２の回折格子７が形成されている。第２の回折格子７が第１の回折格子６に対して空気層を介在させることなく密着することで、１つのＤＯＥ１として機能する。第１および第２の回折格子６，７は互いに同じ格子厚ｈｄを有する。
【００６１】
基板４が低融点ガラス（材料Ａ）により形成された負レンズＧｎＡに相当し、第１の回折格子６は、該負レンズＧｎＡのレンズ面に形成されている。第２の回折格子７が材料Ｂにより形成された回折格子に相当する。基板５は、本実施例では正レンズＧｐＣに相当し、他の実施例では正レンズＧｐＣ以外のレンズに相当する。
【００６２】
格子の形状については、第１の回折格子６は、図１０の上から下に向かって格子厚が単調に増加する形状を有する。一方、第２の回折格子７は、図１０の上から下に向かって格子厚が単調に減少する形状を有する。
【００６３】
また、図１０に示すように、ＤＯＥに入射光を左側から入射させると、１次回折光は右斜め下方向に進み、０次回折光は直進する。
【００６４】
図１１に、本実施例における密着２層ＤＯＥの設計回折次数の回折光である１次回折光の回折効率の波長依存特性（ａ）と、設計回折次数±１次の回折光である０次回折光および２次回折光の回折効率の波長依存特性（ｂ）を示す。縦軸は回折効率（％）を、横軸は波長（ｎｍ）である。本実施例では、第１の回折格子６は（ｎｄＡ，νｄＡ）＝（１．８１０，４１．０）の材料Ａにより形成され、第２の回折格子７は（ｎｄＢ，νｄＢ）＝（１．６９６，１４．５）の材料Ｂにより形成されている。格子厚ｈｄは、第１および第２の回折格子６，７とも５．１８μｍと小さく設定されている。また、格子ピッチＰは２００μｍである。
【００６５】
本実施例の密着２層ＤＯＥは、格子厚が小さいにもかかわらず、設計回折次数光（１次回折光）の回折効率は使用波長全域で約９６．０％以上と高く、かつ不要回折次数光（０，２次光）の回折効率は使用波長全域で約１．４％以下と抑制されている。
【００６６】
次に、格子厚が小さい本実施例のＤＯＥとこれよりも格子厚が大きい従来のＤＯＥとの斜入射光に対する回折効率を比較する。従来のＤＯＥも、実施例のＤＯＥと同じ密着２層ＤＯＥとする。また、従来のＤＯＥにおいて、第１の回折格子は（ｎｄ１，νｄ１）＝（１．７１４，３８．９）の材料により形成され、第２の回折格子は（ｎｄ２，νｄ２）＝（１．６４７，２０．７）の材料により形成されているものとする。第１および第２の回折格子の格子厚ｈｄはともに８．８６μｍとする。
【００６７】
０ｄｅｇ入射光（垂直入射光）を基準として、波長５００ｎｍ近傍の回折効率が９７％以上になる入射角度範囲を調べると、従来のＤＯＥについては図１６（ａ）に示すような結果が得られた。すなわち、波長５００ｎｍ近傍の回折効率が９７％以上になる入射角度範囲は、−１４〜＋２０ｄｅｇと、３４ｄｅｇの角度範囲であった。
【００６８】
一方、本実施例のＤＯＥについては、図１６（ｂ）に示すように、波長５００ｎｍ近傍の回折効率が９７％以上になる入射角度範囲は、−２２〜＋２６ｄｅｇと４８ｄｅｇの角度範囲であり、従来のＤＯＥに比べてかなり広いという結果が得られた。このように、本実施例のＤＯＥでは、斜入射光に対する回折効率が従来のＤＯＥに比べてかなり改善する。
【００６９】
以上説明したように、本実施例のズームレンズでは、諸収差、特に軸上色収差や倍率色収差を良好に補正することができる。しかも、回折格子（つまりはＤＯＥ）の格子厚を小さくすることができ、斜入射光に対する回折効率の低下を抑制することができ、斜入射光がＤＯＥに入射することによって発生する不要回折光（フレアやゴースト）を低減することができる。これにより、該ズームレンズを通した撮影において、収差の影響やフレアやゴーストの写り込みがほとんどない良好な撮影画像を取得することができる。
【実施例２】
【００７０】
図３に示す実施例２の光学系は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（光学機器）に用いられる望遠ズームレンズである。
【００７１】
該ズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３とを含む。さらに、それに続いて、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４と、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５とを含む。開口絞りＳは、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間に配置されている。
【００７２】
材料Ａにより形成された負レンズ（ＧｎＡ）は、第１レンズ群Ｌ１の物体側から１番目に配置された凹レンズに相当する。また、材料Ｃにより形成された正レンズ（ＧｐＣ）は、同じ第１レンズ群Ｌ１の物体側から３番目に配置された凸レンズに相当する。
【００７３】
負レンズＧｎＡにおける像側レンズ面には回折格子が形成され、該回折格子に材料Ｂからなる回折格子が密着接合されることで回折光学素子（Ｌｄｏｅ）が構成される。なお、負レンズＧｎＡと第１レンズ群Ｌ１において物体側から２番目に配置された凸レンズとが接合レンズを構成しており、該接合レンズの接合面が回折面となっている。該回折面（回折格子）は、開口絞りＳよりも物体側に配置されている。
【００７４】
このように構成されたズームレンズにおいて、無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングは、第５レンズ群Ｌ５の全体（Ｌｆｏ）を物体側へ移動させて行う。
【００７５】
さらに、広角端から望遠端への変倍に際しては、第１レンズ群Ｌ１から第５レンズ群Ｌ５を像側から物体側に移動させる。
【００７６】
本実施例では、近軸軸上光線が高く、かつ瞳近軸光線も高い位置（第１レンズ群Ｌ１における接合レンズの接合面の位置）に回折光学素子（Ｌｄｏｅ）を設けることによって、軸上色収差および倍率色収差を同時に補正する。また、低融点ガラス（材料Ａ）を第１レンズ群Ｌ１内の負レンズＧｎＡの材料として用いることで、該負レンズＧｎＡの像側レンズ面（接合面）に回折格子を直接設けることができる。さらに、同じ第１レンズ群Ｌ１内の正レンズＧｐＣの材料として材料Ｃを用いることで、光学系の色収差補正のアシストを行う。
【００７７】
回折光学素子（ＤＯＥ）の構成は、実施例１において図１０を用いて説明した構成と同じである。
【００７８】
図１２に、本実施例における密着２層ＤＯＥの設計回折次数の回折光である１次回折光の回折効率の波長依存特性（ａ）と、設計回折次数±１次の回折光である０次回折光および２次回折光の回折効率の波長依存特性（ｂ）の例を示す。縦軸は回折効率（％）を、横軸は波長（ｎｍ）である。第１の回折格子６は（ｎｄＡ，νｄＡ）＝（１．８２１，４２．７）の材料Ａにより形成され、第２の回折格子７は（ｎｄＢ，νｄＢ）＝（１．７００，１４．２）の材料Ｂにより形成されている。格子厚ｈｄは、第１および第２の回折格子６，７とも４．８８μｍと小さく設定されている。また、格子ピッチＰは２００μｍである。
【００７９】
本実施例の密着２層ＤＯＥは、格子厚が小さいにもかかわらず、設計回折次数光（１次回折光）の回折効率は使用波長全域で約９６．０％以上と高く、かつ不要回折次数光（０，２次光）の回折効率は使用波長全域で約１．３％以下と抑制されている。また、図示はしないが、実施例１と同様に、斜入射光に対する回折効率が従来のＤＯＥに比べてかなり改善する。
【００８０】
以上説明したように、本実施例のズームレンズでは、諸収差、特に軸上色収差や倍率色収差を良好に補正することができる。しかも、回折格子（つまりはＤＯＥ）の格子厚を小さくすることができ、斜入射光に対する回折効率の低下を抑制することができ、斜入射光がＤＯＥに入射することによって発生する不要回折光（フレアやゴースト）を低減することができる。これにより、該ズームレンズを通した撮影において、収差の影響やフレアやゴーストの写り込みがほとんどない良好な撮影画像を取得することができる。
【実施例３】
【００８１】
図５に示す実施例３の光学系は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（光学機器）に用いられる単焦点広角レンズである。
【００８２】
該広角レンズにおいて、物体側から順に、ＬＦは負の屈折力を有する前群であり、ＬＲは正の屈折力を有する後群である。Ｓは開口絞りであり、前群ＬＦと後群ＬＲとの間に配置されている。
【００８３】
材料Ａにより形成された負レンズ（ＧｎＡ）は、後群ＬＲの最も像側に配置された凹レンズに相当する。また、材料Ｃにより形成された正レンズ（ＧｐＣ）は、同じ後群ＬＲの像側から３番目に配置された凸レンズに相当する。
【００８４】
負レンズＧｎＡにおける物体側レンズ面には回折格子が形成され、該回折格子に後述する材料Ｂからなる回折格子が密着接合されることで回折光学素子（Ｌｄｏｅ）が構成される。なお、負レンズＧｎＡと後群ＬＲにおいて像側から２番目に配置された凸レンズとが後群ＬＲにおいて最も像側の接合レンズを構成しており、該接合レンズの接合面が回折面となっている。該回折面（回折格子）は、開口絞りＳよりも像側に配置されている。
【００８５】
このように構成された広角レンズにおいて、無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングは、前群ＬＦ内の一部（Ｌｆｏ）を像側に移動させて行う。
【００８６】
本実施例では、近軸軸上光線が高く、かつ瞳近軸光線も高い位置（後群ＬＲにおける最も像側の接合レンズの接合面の位置）に回折光学素子（Ｌｄｏｅ）を設けることによって、軸上色収差および倍率色収差を同時に補正する。また、低融点ガラス（材料Ａ）を後群ＬＲ内の負レンズＧｎＡの材料として用いることで、該負レンズＧｎＡの物体側レンズ面（接合面）に回折格子を直接設けることができる。さらに、同じ後群ＬＲ内の正レンズＧｐＣの材料として材料Ｃを用いることで、光学系の色収差補正のアシストを行う。
【００８７】
回折光学素子（ＤＯＥ）の構成は、実施例１において図１０を用いて説明した構成と同じである。ただし、入射光と射出光である１次および０次回折光の向きが図１０に示した向きとは逆になる。
【００８８】
図１３に、本実施例における密着２層ＤＯＥの設計回折次数の回折光である１次回折光の回折効率の波長依存特性（ａ）と、設計回折次数±１次の回折光である０次回折光および２次回折光の回折効率の波長依存特性（ｂ）の例を示す。縦軸は回折効率（％）を、横軸は波長（ｎｍ）である。第１の回折格子６は（ｎｄＡ，νｄＡ）＝（１．７７２，５０．０）の材料Ａにより形成され、第２の回折格子７は（ｎｄＢ，νｄＢ）＝（１．６６８，１７．２）の材料Ｂにより形成されている。格子厚ｈｄは、第１および第２の回折格子６，７とも５．７１μｍと小さく設定されている。また、格子ピッチＰは２００μｍである。
【００８９】
本実施例の密着２層ＤＯＥは、格子厚が小さいにもかかわらず、設計回折次数光（１次回折光）の回折効率は使用波長全域で約９３．０％以上と高く、かつ不要回折次数光（０，２次光）の回折効率は使用波長全域で約２．６％以下と抑制されている。また、図示はしないが、実施例１と同様に、斜入射光に対する回折効率が従来のＤＯＥに比べてかなり改善する。
【００９０】
以上説明したように、本実施例の広角レンズでは、諸収差、特に軸上色収差や倍率色収差を良好に補正することができる。しかも、回折格子（つまりはＤＯＥ）の格子厚を小さくすることができ、斜入射光に対する回折効率の低下を抑制することができ、斜入射光がＤＯＥに入射することによって発生する不要回折光（フレアやゴースト）を低減することができる。これにより、該広角レンズを通した撮影において、収差の影響やフレアやゴーストの写り込みがほとんどない良好な撮影画像を取得することができる。
【実施例４】
【００９１】
図７に示す実施例４の光学系は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（光学機器）に用いられる単焦点超望遠レンズである。
【００９２】
該超望遠レンズにおいて、物体側から順に、ＬＦは正の屈折力を有する前群であり、ＬＲは正の屈折力を有する後群である。Ｓは開口絞りであり、前群ＬＦと後群ＬＲとの間に配置されている。
【００９３】
材料Ａにより形成された負レンズ（ＧｎＡ）は、前群ＬＦにおける物体側から４番目に配置された凹レンズに相当する。また、材料Ｃにより形成された正レンズ（ＧｐＣ）は、同じ前群ＬＦの物体側から２番目に配置された凸レンズに相当する。
【００９４】
負レンズＧｎＡにおける物体側レンズ面には回折格子が形成され、該回折格子に材料Ｂからなる回折格子が密着接合されることで回折光学素子（Ｌｄｏｅ）が構成される。なお、負レンズＧｎＡと前群ＬＦにおいて物体側から３番目に配置された凸レンズとが前群ＬＦのうち物体側に配置される接合レンズを構成しており、該接合レンズの接合面が回折面となっている。該回折面（回折格子）は、開口絞りＳよりも物体側に配置されている。
【００９５】
このように構成された超望遠レンズにおいて、無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングは、前群ＬＦ内の一部（Ｌｆｏ）を像側に移動させて行う。
【００９６】
本実施例では、近軸軸上光線が高く、かつ瞳近軸光線も高い位置（前群ＬＦのうち物体側に配置された接合レンズの接合面の位置）に回折光学素子（Ｌｄｏｅ）を設けることによって、軸上色収差および倍率色収差を同時に補正する。また、低融点ガラス（材料Ａ）を前群ＬＦ内の負レンズＧｎＡの材料として用いることで、該負レンズＧｎＡの物体側レンズ面（接合面）に回折格子を直接設けることができる。さらに、同じ前群ＬＦ内の正レンズＧｐＣの材料として材料Ｃを用いることで、光学系の色収差補正のアシストを行う。
【００９７】
回折光学素子（ＤＯＥ）の構成は、実施例１において図１０を用いて説明した構成と同じである。
【００９８】
図１４に、本実施例における密着２層ＤＯＥの設計回折次数の回折光である１次回折光の回折効率の波長依存特性（ａ）と、設計回折次数±１次の回折光である０次回折光および２次回折光の回折効率の波長依存特性（ｂ）の例を示す。縦軸は回折効率（％）を、横軸は波長（ｎｍ）である。第１の回折格子６は（ｎｄＡ，νｄＡ）＝（１．８５４，４０．４）の材料Ａにより形成され、第２の回折格子７は（ｎｄＢ，νｄＢ）＝（１．７２０，１２．９）の材料Ｂにより形成されている。格子厚ｈｄは、第１および第２の回折格子６，７とも４．４０μｍと小さく設定されている。また、格子ピッチＰは２００μｍである。
【００９９】
本実施例の密着２層ＤＯＥは、格子厚が小さいにもかかわらず、設計回折次数光（１次回折光）の回折効率は使用波長全域で約９７．０％以上と高く、かつ不要回折次数光（０，２次光）の回折効率は使用波長全域で約１．０％以下と抑制されている。また、図示はしないが、実施例１と同様に、斜入射光に対する回折効率が従来のＤＯＥに比べてかなり改善する。
【０１００】
以上説明したように、本実施例の広角レンズでは、諸収差、特に軸上色収差や倍率色収差を良好に補正することができる。しかも、回折格子（つまりはＤＯＥ）の格子厚を小さくすることができ、斜入射光に対する回折効率の低下を抑制することができ、斜入射光がＤＯＥに入射することによって発生する不要回折光（フレアやゴースト）を低減することができる。これにより、該超望遠レンズを通した撮影において、収差の影響やフレアやゴーストの写り込みがほとんどない良好な撮影画像を取得することができる。
【０１０１】
次に、上記実施例にて用いられた回折光学素子（ＤＯＥ）の特性についてさらに説明する。ＤＯＥは、従来のガラスやプラスチック等による屈折とは異なり、負の分散と異常部分分散性の光学的特性を備えている。具体的には、アッベ数νｄ＝−３．４５３、θｇＦ＝０．２９６となっている。この性質を利用して、ＤＯＥを屈折光学系に適切に用いることで、該屈折光学系にて発生する色収差を良好に補正することが可能となる。
【０１０２】
実施例にて用いられるＤＯＥの格子ピッチを変更することによって、ＤＯＥに非球面の効果を持たせてもよい。
【０１０３】
また、ＤＯＥを設ける光学面（レンズ面）において、光学系を通過する軸上光線および軸外光線がそれらの入射位置における面法線方向に対して角度差を持つと、回折効率が低下することが懸念される。このため、軸上光線および軸外光線に対して、できるだけコンセントリックなレンズ面にＤＯＥを設けることが好ましい。
【０１０４】
なお、ＤＯＥは光学面上に設けられるが、その光学面は、球面、平面、非球面および２次曲面のいずれでもよい。また、各実施例では、ＤＯＥが接合レンズの接合面に設けられている場合を示しているが、必ずしもＤＯＥが接合レンズの接合面に設けられる必要はない。
【０１０５】
さらに、各実施例にて説明したＤＯＥの製法としては、バイナリオプティクス形状をフォトレジストにより直接レンズ面に成形する方法や、同様の方法によって製作した型を用いてレプリカ成形やモールド成形を行う方法を用いることができる。また、格子形状を鋸形状のキノフォームにすれば、回折効率がより向上し、理想値に近い回折効率が期待できる。
【０１０６】
以下、実施例１〜４のそれぞれに対応する数値例１〜４を示す。数値例において、ｒｉは物体側からｉ番目のレンズ面の曲率半径を示し、ｄｉは物体側からｉ番目の基準状態での軸上面間隔を示す。ｎｄｉとνｄｉはそれぞれ、は物体側からｉ番目の光学部材のｄ線に対する屈折率とアッべ数を示す。ＦｎｏはＦナンバーを示す。「ｅ±Ｍ」は、「×１０±Ｍ」を意味する。
【０１０７】
また、回折格子の位相形状ψは、回折光の回折次数をｍ、設計波長をλ０、光軸からの光軸に直交する方向の高さをｈ、位相係数をＣｉ（ｉ＝１，２，３…）とするとき、次式によって表される。
ψ（ｈ，ｍ）＝（２π／ｍλ０）×（Ｃ１・ｈ２＋Ｃ２・ｈ４＋Ｃ３・ｈ６＋…）
さらに、非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、ｈを光軸からの光軸に直交する方向の高さ、ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，…を非球面係数とするとき、次式によって表される。
【０１０８】
【数１】
【０１０９】
また、前述した各条件と各数値例との関係を、表１にまとめて示す。
［数値例１］
単位 mm
面データ
面番号i ri di ndi νdi 有効径
1 ∞ 0.15 52.65
2 82.008 5.41 1.48749 70.2 52.00
3 1515.255 0.15 51.56
4 71.010 1.50 1.81000 41.0 49.54
5(回折) 44.854 7.11 1.48749 70.2 47.33
6 261.187 (可変) 46.69
7 ∞ 1.48 24.44
8 765.788 1.50 1.61800 63.3 22.96
9 66.622 0.94 21.67
10 602.481 1.50 1.60300 65.4 21.56
11 18.168 2.84 1.67270 32.1 20.68
12 30.105 (可変) 20.43
13 23.327 1.50 1.92286 18.9 20.75
14 18.216 4.26 1.56384 60.7 19.98
15 385.771 1.00 19.74
16(絞り) ∞ (可変) 16.98
17 -24.760 1.50 1.53996 59.5 17.48
18 26.754 2.87 1.74000 28.3 18.22
19 333.492 (可変) 18.30
20 -109.907 3.15 1.56384 60.7 19.26
21 -23.141 0.15 19.50
22 91.049 4.79 1.48749 70.2 19.91
23 -19.036 1.50 2.00330 28.3 20.03
24 -52.955 0.15 21.25
25 41.984 2.98 1.81600 46.6 22.15
26 -676.802 (可変) 22.06
27 151.387 1.50 1.88300 40.8 20.14
28 31.412 1.69 19.74
29 996.697 2.50 1.92286 18.9 19.79
30 -48.074 1.50 1.88300 40.8 20.01
31 51.119 (可変) 20.56
32 57.794 3.06 1.64769 33.8 36.10
33 133.204 40.08 36.12
像面 ∞
非球面データ
第5面(回折面)
A 2=-5.74436e-005 A 4=-1.22212e-008
各種データ
ズーム比 4.01
広角 中間 望遠
焦点距離 72.50 135.50 290.90
Fナンバー 4.66 4.97 5.87
画角 16.62 9.07 4.25
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 144.08 171.47 204.08
BF 40.08 40.08 40.08
d 6 1.30 29.91 56.37
d12 17.11 8.64 1.20
d16 3.50 8.12 9.80
d19 11.10 7.02 1.60
d26 11.51 9.63 1.20
d31 2.80 11.40 37.14
d33 40.08 40.08 40.08
入射瞳位置 40.75 102.38 215.40
射出瞳位置 -32.18 -44.80 -88.42
前側主点位置 40.50 21.55 -152.22
後側主点位置-32.43 -95.43 -250.82
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 121.18 14.32 -0.79 -10.17
2 7 -37.93 8.27 5.15 -0.77
3 13 52.29 6.76 -1.07 -5.53
4 17 -60.64 4.37 -0.09 -2.71
5 20 27.51 12.72 4.46 -3.66
6 27 -25.70 7.19 2.50 -1.97
7 32 155.14 3.06 -1.40 -3.23
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 177.63
2 4 -157.05
3 5 108.52
4 8 -118.17
5 10 -31.10
6 11 62.16
7 13 -104.87
8 14 33.77
9 17 -23.57
10 18 39.15
11 20 51.32
12 22 32.76
13 23 -30.29
14 25 48.54
15 27 -45.15
16 29 49.75
17 30 -27.86
18 32 155.14
[数値例２]
単位 mm
面データ
面番号i ri di ndi νdi 有効径
1 106.201 1.50 1.82080 42.7 52.50
2(回折) 49.590 6.04 1.51633 64.1 50.70
3 137.408 0.15 50.47
4 68.701 7.88 1.48749 70.2 50.42
5 -186.189 (可変) 50.05
6 -63.589 1.50 1.83481 42.7 33.94
7 42.816 0.19 33.11
8 43.440 4.43 1.84666 23.8 33.21
9 513.395 (可変) 33.26
10(絞り) ∞ 0.15 26.86
11 72.265 1.50 1.92286 18.9 34.31
12 48.651 0.17 33.89
13 49.139 6.36 1.60311 60.6 33.94
14 -75.127 (可変) 33.87
15 86.062 4.06 1.48749 70.2 26.38
16 -52.393 1.50 1.83400 37.2 26.01
17 -143.111 0.15 25.71
18 48.523 2.44 1.60300 65.4 24.84
19 128.516 (可変) 24.24
20 113.270 1.50 1.83481 42.7 16.87
21 26.363 2.44 16.48
22 -36.292 1.50 1.83481 42.7 16.52
23 29.745 3.95 1.72825 28.5 18.19
24 -40.171 (可変) 18.92
像面 ∞
非球面データ
第2面(回折面)
A 2=-4.44322e-005 A 4= 3.97558e-009 A 6=-1.06128e-011
各種データ
ズーム比 2.84
広角 中間 望遠
焦点距離 103.00 200.00 292.50
Fナンバー 4.67 5.44 5.77
画角 11.86 6.17 4.23
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 162.16 189.12 210.66
BF 45.16 58.25 70.16
d 5 4.40 30.97 43.19
d 9 40.36 14.48 6.50
d14 2.90 25.58 41.30
d19 21.93 12.42 2.10
d24 45.16 58.25 70.16
入射瞳位置 55.16 86.40 105.31
射出瞳位置 -24.37 -29.60 -33.37
前側主点位置 5.59 -168.91 -428.60
後側主点位置-57.84 -141.75 -222.34
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 132.84 15.57 5.17 -5.24
2 6 -67.82 6.11 0.13 -3.26
3 10 71.87 8.18 2.77 -2.40
4 15 79.16 8.15 1.95 -3.29
5 20 -33.04 9.39 -0.18 -7.00
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -115.89
2 2 144.92
3 4 104.00
4 6 -30.46
5 8 55.81
6 11 -166.40
7 13 50.22
8 15 67.45
9 16 -99.85
10 18 127.81
11 20 -41.49
12 22 -19.38
13 23 24.04
[数値例３]
単位 mm
面データ
面番号i ri di ndi νdi 有効径
1 ∞ 0.00 121.00
2 49.847 5.79 1.77250 49.6 73.07
3 29.708 8.66 54.13
4* 61.579 6.83 1.66910 55.4 52.00
5 58.051 0.15 47.88
6 32.620 1.80 1.77250 49.6 40.39
7 15.393 9.26 28.73
8 126.019 1.80 1.78800 47.4 28.43
9 18.628 9.56 23.93
10 45.981 2.00 1.88300 40.8 22.06
11 18.224 5.11 1.84666 23.8 20.59
12 -117.898 2.05 20.05
13 -143.664 10.07 1.48749 70.2 18.08
14 -13.793 1.20 1.84666 23.8 14.13
15 -18.133 4.95 14.68
16 -21.027 1.20 2.00330 28.3 14.17
17 -30.415 1.00 14.64
18(絞り) ∞ 3.77 14.07
19 15.305 3.19 1.51633 64.1 15.56
20 38.347 1.20 1.88300 40.8 15.00
21 22.660 1.06 14.45
22 79.792 1.20 2.00330 28.3 14.45
23 12.385 1.50 1.85026 32.3 14.22
24 17.477 3.28 1.48749 70.2 14.71
25 -70.231 0.15 16.03
26 47.883 6.60 1.64769 33.8 18.70
27(回折) -14.593 1.80 1.77200 50.0 19.83
28 -24.890 38.47 22.00
像面 ∞
非球面データ
第4面
K = 0.00000e+000 A 4= 7.67518e-006 A 6= 1.77447e-009 A 8=-5.21311e-012 A10= 9.03671e-015
第27面(回折面)
A 2=-8.95945e-004 A 4= 3.28200e-006
各種データ
焦点距離 14.36
Fナンバー 2.89
画角 56.38
像高 21.60
レンズ全長 133.66
BF 38.47
入射瞳位置 31.01
射出瞳位置 -28.31
前側主点位置 42.28
後側主点位置 24.11
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -108.83
2 4 -6775.85
3 6 -39.53
4 8 -27.95
5 10 -35.38
6 11 18.97
7 13 30.52
8 14 -77.95
9 16 -72.54
10 19 47.11
11 20 -65.07
12 22 -14.74
13 23 44.03
14 24 29.06
15 26 17.48
16 27 -54.10
[数値例４]
単位 mm
面データ
面番号i ri di ndi νdi 有効径
1 143.126 26.92 1.48749 70.2 141.99
2 -780.617 33.17 140.21
3 114.623 13.11 1.49700 81.5 108.17
4 634.138 5.60 106.80
5 -452.511 4.00 1.85026 32.3 106.58
6(回折) -334.793 4.00 1.85400 40.4 105.34
7 192.486 0.15 99.21
8 104.402 14.96 1.43387 95.1 97.38
9 -1044.208 0.15 96.42
10 59.016 5.30 1.58313 59.4 81.52
11 48.119 0.00 74.00
12 ∞ 0.20 85.52
13 ∞ 50.35 85.38
14 -826.643 3.50 2.00330 28.3 49.00
15 -140.316 1.80 1.80400 46.6 48.46
16 89.625 0.00 45.83
17 ∞ 26.29 46.62
18(絞り) ∞ 25.43 39.59
19 108.384 1.30 2.00330 28.3 32.45
20 29.737 9.10 1.67300 38.2 31.17
21 -80.726 1.50 30.82
22 -109.512 8.00 1.67003 47.2 29.92
23 -40.022 1.30 1.49700 81.5 28.92
24 101.986 9.10 27.58
25 -47.442 1.30 1.88300 40.8 27.63
26 125.861 2.00 29.11
27 ∞ 0.00 30.24
28 -1323.051 7.07 1.65412 39.7 30.16
29 -25.336 1.40 1.81600 46.6 31.17
30 -63.505 3.55 34.01
31 390.076 9.44 1.57135 53.0 38.52
32 -34.498 5.76 1.52249 59.8 39.60
33 -44.253 3.00 42.05
34 ∞ 2.00 1.51633 64.2 42.15
35 ∞ 123.32 42.17
像面 ∞
非球面データ
第6面(回折面)
A 2=-3.03387e-005 A 4= 9.80399e-010
各種データ
焦点距離 584.94
Fナンバー 4.12
画角 2.12
像高 21.64
レンズ全長 404.06
BF 123.32
入射瞳位置 707.64
射出瞳位置 -157.92
前側主点位置 76.00
後側主点位置 -461.62
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 250.50
2 3 279.18
3 5 1366.27
4 6 -143.87
5 8 219.62
6 10 -544.41
7 14 168.02
8 15 -67.79
9 19 -41.19
10 20 33.40
11 22 89.98
12 23 -57.66
13 25 -38.88
14 28 39.40
15 29 -52.52
16 31 55.93
17 32 -375.60
18 34 0.00
【０１１０】
【表１】
【実施例５】
【０１１１】
図１７には、上記実施例１〜４のレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）を示している。
【０１１２】
図１７において、２０はカメラ本体、２１は撮影光学系、２２はカメラ本体２０に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。
【０１１３】
２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。
【０１１４】
このように各実施例のレンズを撮像装置に適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置を実現することができる。
【０１１５】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
不要回折光の発生を抑制しつつ十分な色収差の低減効果が得られるコンパクトな光学系および光学機器を提供できる。
【符号の説明】
【０１１７】
１，Ｌｄｏｅ 回折光学素子
ＧｎＡ 負レンズ
ＧｐＣ 正レンズ
ＩＰ 像面
６ 第１の回折格子
７ 第２の回折格子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズ群を含む光学系であって、
前記複数のレンズ群のうち１つのレンズ群に含まれ、第１の媒質により形成された負レンズと、
前記負レンズの少なくとも１つのレンズ面に形成され、前記第１の媒質とは異なる第２の媒質に密着する回折格子と、
前記１つのレンズ群に含まれ、前記第１および第２の媒質とは異なる第３の媒質により形成された正レンズとを有し、
前記第１の媒質は、ｎｄＡを該第１の媒質のｄ線に対する屈折率とし、νｄＡを該第１の媒質のｄ線に対するアッベ数とするとき、
ｎｄＡ≧１．７
４０≦νｄＡ≦５５
なる条件を満足し、
前記第３の媒質は、ｎｄＣを該第３の媒質のｄ線に対する屈折率とし、νｄＣを該第３の媒質のｄ線に対するアッベ数とするとき、
ｎｄＣ≦１．５５
νｄＣ≧６０
なる条件を満足することを特徴とする光学系。
【請求項２】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
０．００≦｜ＬＧＡＣ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜＜０．１０
ただし、ＬＧＡＣは前記回折格子と前記正レンズにおける前記負レンズ側のレンズ面との間の光軸上の距離であり、ＯＬＷは該光学系の広角端における物体距離が無限遠のときの光学全長であり、ＯＬＴは該光学系の望遠端における物体距離が無限遠のときの光学全長である。該光学系が単焦点である場合は、ＯＬＷ＝ＯＬＴとする。
【請求項３】
該光学系は、最も物体側に配置された第１レンズと、最も像側に配置された第２レンズと、絞りとを含んでおり、
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
０．００１＜｜ＬＯＩＤ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜＜０．５０
ただし、ＬＯＩＤは、前記回折格子が前記絞りよりも物体側に配置されている場合における物体距離が無限遠であるときの前記第１レンズの物体側レンズ面から前記回折格子までの距離、または前記回折格子が前記絞りより像側に配置されている場合における物体距離が無限遠であるときの前記第２レンズの像側レンズ面から前記回折格子までの距離である。
【請求項４】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学系。
０．００１＜｜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆｄｏｅ｜＜０．１０
ただし、ｆｄｏｅは前記回折格子の回折による焦点距離であり、ｆｗは該光学系の広角端における物体距離が無限遠のときの焦点距離であり、ｆｔは該光学系の望遠端における物体距離が無限遠のときの焦点距離である。該光学系が単焦点である場合は、ｆｗ＝ｆｔとする。
【請求項５】
前記第１の媒質は、ガラス転移温度ＴｇＡが以下の条件を満足する低融点ガラスであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学系。
ＴｇＡ≦６５０℃
【請求項６】
前記回折格子と以下の条件を満足する前記第２の媒質により形成された回折格子とが密着接合されることにより１つの回折光学素子が構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学系。
ｎｄＡ−ｎｄＢ＞０
ｎｄＢ≧１．６０
νｄＢ≦２５
ｈｄ≦８μｍ
ただし、ｎｄＢは前記第２の媒質のｄ線に対する屈折率であり、νｄＢは前記第２の媒質のｄ線に対するアッベ数であり、ｈｄは前記回折光学素子の格子厚である。
【請求項７】
前記第３の媒質は、紫外線硬化樹脂または微粒子分散材料であることを特徴とする請求項６に記載の光学系。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。
【請求項１】
複数のレンズ群を含む光学系であって、
前記複数のレンズ群のうち１つのレンズ群に含まれ、第１の媒質により形成された負レンズと、
前記負レンズの少なくとも１つのレンズ面に形成され、前記第１の媒質とは異なる第２の媒質に密着する回折格子と、
前記１つのレンズ群に含まれ、前記第１および第２の媒質とは異なる第３の媒質により形成された正レンズとを有し、
前記第１の媒質は、ｎｄＡを該第１の媒質のｄ線に対する屈折率とし、νｄＡを該第１の媒質のｄ線に対するアッベ数とするとき、
ｎｄＡ≧１．７
４０≦νｄＡ≦５５
なる条件を満足し、
前記第３の媒質は、ｎｄＣを該第３の媒質のｄ線に対する屈折率とし、νｄＣを該第３の媒質のｄ線に対するアッベ数とするとき、
ｎｄＣ≦１．５５
νｄＣ≧６０
なる条件を満足することを特徴とする光学系。
【請求項２】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
０．００≦｜ＬＧＡＣ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜＜０．１０
ただし、ＬＧＡＣは前記回折格子と前記正レンズにおける前記負レンズ側のレンズ面との間の光軸上の距離であり、ＯＬＷは該光学系の広角端における物体距離が無限遠のときの光学全長であり、ＯＬＴは該光学系の望遠端における物体距離が無限遠のときの光学全長である。該光学系が単焦点である場合は、ＯＬＷ＝ＯＬＴとする。
【請求項３】
該光学系は、最も物体側に配置された第１レンズと、最も像側に配置された第２レンズと、絞りとを含んでおり、
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
０．００１＜｜ＬＯＩＤ／√（ＯＬＷ×ＯＬＴ）｜＜０．５０
ただし、ＬＯＩＤは、前記回折格子が前記絞りよりも物体側に配置されている場合における物体距離が無限遠であるときの前記第１レンズの物体側レンズ面から前記回折格子までの距離、または前記回折格子が前記絞りより像側に配置されている場合における物体距離が無限遠であるときの前記第２レンズの像側レンズ面から前記回折格子までの距離である。
【請求項４】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学系。
０．００１＜｜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆｄｏｅ｜＜０．１０
ただし、ｆｄｏｅは前記回折格子の回折による焦点距離であり、ｆｗは該光学系の広角端における物体距離が無限遠のときの焦点距離であり、ｆｔは該光学系の望遠端における物体距離が無限遠のときの焦点距離である。該光学系が単焦点である場合は、ｆｗ＝ｆｔとする。
【請求項５】
前記第１の媒質は、ガラス転移温度ＴｇＡが以下の条件を満足する低融点ガラスであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学系。
ＴｇＡ≦６５０℃
【請求項６】
前記回折格子と以下の条件を満足する前記第２の媒質により形成された回折格子とが密着接合されることにより１つの回折光学素子が構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学系。
ｎｄＡ−ｎｄＢ＞０
ｎｄＢ≧１．６０
νｄＢ≦２５
ｈｄ≦８μｍ
ただし、ｎｄＢは前記第２の媒質のｄ線に対する屈折率であり、νｄＢは前記第２の媒質のｄ線に対するアッベ数であり、ｈｄは前記回折光学素子の格子厚である。
【請求項７】
前記第３の媒質は、紫外線硬化樹脂または微粒子分散材料であることを特徴とする請求項６に記載の光学系。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−７８３９７（Ｐ２０１２−７８３９７Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２０８１５（Ｐ２０１０−２２０８１５）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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