JP4898379B2 - 撮影光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は撮影光学系に関し、例えば写真用カメラや、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に好適なものである。

従来、長焦点距離の撮影光学系として、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する前方レンズ群と、負の屈折力を有する後方レンズ群とを有する望遠タイプの撮影光学系（望遠レンズ）が知られている。

一般的に、焦点距離が長い望遠レンズでは、焦点距離が延びるにしたがって、諸収差のうち、特に軸上色収差及び倍率色収差等の色収差が悪化する。

これらの色収差を、異常分散を持った低分散材料を用いた正レンズと、高分散材料を用いた負レンズとを組み合わせて補正した望遠レンズが提案されている（特許文献１）。

一方、撮影光学系の色収差を補正する方法として、回折光学素子を用いる方法も知られている（特許文献２）。

特許文献２では、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、及び第３レンズ群で構成され、第１レンズ群に回折光学素子を用いることにより色収差を補正している。
特開２０００−８９１０１号公報 特開２０００−２５８６８５号公報

一般に屈折光学系よりなる望遠レンズにおいて所望の光学性能を達成するためには、Ｆナンバーおよび焦点距離に応じて、ある程度のレンズ全長が必要となる。

前方レンズ群の正の屈折力を強くすると共に、後方レンズ群の負の屈折力を強くするとレンズ全長を短くすることができるが、色収差が大きく発生してしまう。このような場合には光学系の物体側の正レンズに蛍石等の異常分散ガラスを用いても、軸上色収差と倍率色収差の両方をバランス良く補正することが困難となる。

また、光学系に回折光学素子を用いるとレンズ全長を短くしつつ、色収差を良好に補正して高い光学性能を得ることが容易になるが、極端にレンズ全長を短くすると、色収差をバランス良く補正することができない場合がある。

本発明は、色収差が良好に補正された、レンズ全長の短い望遠タイプ（テレフォトタイプ）の撮影光学系及びそれを有する撮像装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１の撮影光学系は、光軸と瞳近軸光線の交点をＰとしたとき、交点Ｐより物体側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値が、交点Ｐより像側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも大きい撮影光学系において、アッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、
−０．００１５×νｄ＋０．６４２５＜θｇＦ
６０＜νｄ
なる２つの条件を満足する材料からなる正レンズを交点Ｐより物体側に有し、前記２つの条件を満足する材料からなる負レンズを交点Ｐより像側に有することを特徴としている。
また、本発明の請求項２の撮影光学系は、光軸と瞳近軸光線の交点をＰとしたとき、交点Ｐより物体側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値が、交点Ｐより像側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも大きい撮影光学系において、回折光学素子を交点Ｐより物体側に有し、アッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、
−０．００１５×νｄ＋０．６４２５＜θｇＦ
６０＜νｄ
なる２つの条件を満足する材料からなる負レンズを交点Ｐより像側に有することを特徴としている。

本発明によれば、色収差が良好に補正された、レンズ全長の短い望遠タイプ（テレフォトタイプ）の撮影光学系及びそれを有する撮像装置が得られる。

図１、図３、図５、図７は、数値実施例１から４のそれぞれに対応するレンズ断面図である。各レンズ断面図において、左が物体側（拡大側・前方）であり、右が像側（縮小側・後方）である。なお、各数値実施例の撮影光学系は望遠タイプ（テレフォトタイプ）の撮影光学系である。テレフォトタイプの撮影光学系では、光軸と瞳近軸光線の交点をＰとしたとき、交点Ｐより物体側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値が、交点Ｐより像側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも大きくなる。また、レンズ全長（最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の長さ）よりも焦点距離が長い撮影光学系はテレフォトタイプの撮影光学系である。

各数値実施例において、Ｂ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｂ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｂ３は正の屈折力の第３レンズ群である。Ｂ３１は正の屈折力の第３１レンズ群であり、Ｂ３２は負の屈折力の第３２レンズ群であり、Ｂ３３は正の屈折力の第３３レンズ群である。ＳＰは開口絞りである。

第１レンズ群Ｂ１は、最も物体側の第１の正レンズと比較的長い空気間隔を隔てて、第２の正レンズ及び後続レンズから構成されている。無限遠物点から至近距離物点へのフォーカシングは第２レンズ群Ｂ２を像面側へ移動させて行われる。また、第３２レンズ群Ｂ３２を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させることにより、撮影光学系が形成する像を光軸と垂直方向に変位させ、手ぶれ等による画像のぶれを補正している。

なお、第１レンズ群Ｂ１または第２レンズ群Ｂ２中に配置された正レンズＧＰ、および第３レンズ群Ｂ３中に配置された負レンズＧＮは異常分散特性をもつ材料よりなる。この異常分散特性をもつ材料は、アッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、
−０．００１５×νｄ＋０．６４２５＜θｇＦ ・・・（１）
６０＜νｄ ・・・（２）
なる条件を満足する。但し、アッベ数νｄおよび部分分散比θｇＦは、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ），Ｆ線（４８６．１ｎｍ），ｄ線（５８７．６ｎｍ），Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ，Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣとしたとき、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
で表される。

また、光軸と瞳近軸光線の交点をＰとしたとき、正レンズＧＰは点Ｐより物体側（開口絞りＳＰより物体側）に配置されており、負レンズＧＮは点Ｐより像側（開口絞りＳＰより象側）に配置されている。

回折光学素子１０１は、レンズや平板等の光学部材とその面上に形成した回折光学部より成っている。回折光学部は、レンズ面上に形成した紫外線硬化型の樹脂より成る回折格子より成っている。

数値実施例１のレンズ構成は以下の通りである。第１レンズ群は、物体側より順に、正レンズ１１、異常分散特性を有する正レンズ１２、正レンズ１３と負レンズ１４の接合レンズ、回折光学部を含む負レンズ１５と正レンズ１６の接合レンズ（回折光学素子１０１）から構成されている。第２レンズ群は正レンズと負レンズとの接合レンズで構成されている。第３１レンズ群は負レンズと正レンズの接合レンズで構成されている。第３２レンズ群は正レンズと負レンズとの接合レンズ及び負レンズで構成されている。第３３レンズ群は、正レンズと負レンズの接合レンズと、正レンズと異常分散特性を有する負レンズＧＮの接合レンズと、差込フィルターを想定した平板とで構成されている。

数値実施例２のレンズ構成は以下の通りである。第１レンズ群は、物体側より順に、正レンズ２１、正レンズ２２、負レンズ２３、回折光学部を含む正レンズ２４と正レンズ２５の接合レンズ（回折光学素子１０１）、負メニスカスレンズ２６から構成されている。第２レンズ群は異常分散特性を有する負レンズＧＮで構成されている。第３１レンズ群は負レンズと正レンズの接合レンズで構成されている。第３２レンズ群は正レンズと負レンズの接合レンズ及び負レンズで構成されている。第３３レンズ群は、正レンズと負レンズの接合レンズと、正レンズと異常分散特性を有する負レンズＧＮの接合レンズと、差込フィルターを想定した平板とで構成されている。

数値実施例３のレンズ構成は以下の通りである。第１レンズ群は、物体側より順に、正レンズ３１、異常分散特性を有する正レンズ３２、正レンズ３３、負レンズ３４、回折光学部を含む負レンズ３５と正レンズ３６の接合レンズ（回折光学素子１０１）から構成されている。第２レンズ群は正レンズと負レンズの接合レンズで構成されている。第３１レンズ群は負レンズと正レンズの接合レンズで構成されている。第３２レンズ群は、正レンズと負レンズの接合レンズ及び負レンズで構成されている。第３３レンズ群は、正レンズと負レンズの接合レンズと、正レンズと異常分散特性を有する負レンズＧＮの接合レンズと、差込フィルターを想定した平板とで構成されている。

数値実施例４のレンズ構成は以下の通りである。第１レンズ群は、物体側より順に、保護ガラス、異常分散特性を有する正レンズ４１、異常分散特性を有する正レンズ４２、負レンズ４３、異常分散特性を有する正レンズ４４、負メニスカスレンズ４５で構成されている。第２レンズ群は正レンズと負レンズの接合レンズで構成されている。第３１レンズ群は負レンズと正レンズの接合レンズで構成されている。第３２レンズ群は正レンズと負レンズの接合レンズ及び負レンズで構成されている。第３３レンズ群は、正レンズと負レンズの接合レンズと、正レンズと異常分散特性を有する負レンズＧＮの接合レンズと、さらに差込フィルターを想定した平板とで構成されている。

図２、図４、図６、図８は、数値実施例１から４のそれぞれに対応する収差図である。球面収差の収差図における実線はｄ線、二点鎖線はｇ線、一点鎖線はＣ線、点線はＦ線、鎖線は正弦条件である。非点収差の収差図において実線はサジタル光線、点線はメリディオナル光線を表し、倍率色収差に於いて二点鎖線はｇ線、一点鎖線はＣ線、点線はＦ線を表している。ωは半画角であり、ＦｎｏはＦナンバーを表している。球面収差の収差図における縦軸は入射瞳径であり、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図における縦軸は像高である。

光軸と瞳近軸光線の交点Ｐより物体側（開口絞りＳＰより物体側）に、回折光学素子１０１および異常分散材料よりなる正レンズＧＰの少なくとも一方を配置し、交点Ｐより像側（開口絞りＳＰより像側）に、異常分散材料よりなる負レンズＧＮを配置している。これらの配置によって軸上色収差および倍率色収差を効果的に補正している。図９の数値実施例１にかかる撮影光学系の光路図を参照して具体的に説明する。回折光学素子１０１および正レンズＧＰにおいては、近軸軸上光線Ｘ１と瞳近軸光線Ｘ２の符号が異なる（光軸に対して反対側を通る）ため、回折光学素子１０１および正レンズＧＰの異常分散特性により、軸上色収差ｇ線がマイナス方向、倍率色収差ｇ線がプラス方向に補正される。第１レンズ群Ｂ１部分系では、軸上色収差がマイナス方向に補正過剰となり、倍率色収差はプラス方向に補正不足となっている。光軸と瞳近軸光線Ｘ２の交点Ｐより像側（開口絞りＳＰより像側）に配置された負レンズＧＮでは、近軸軸上光線Ｘ１と瞳近軸光線Ｘ２の符号が同一である（光軸に対して同じ側を通る）。したがって、負レンズＧＮの材料の異常分散特性により軸上色収差ｇ線がプラス方向、倍率色収差ｇ線もプラス方向に補正される。このように、回折光学部が正のパワーを有する回折光学素子１０１および異常分散材料よりなる正レンズＧＰの少なくとも一方と、異常分散材料よりなる負レンズＧＮにより、軸上色収差と倍率色収差の２次スペクトル成分をバランス良く補正している。

ここで、近軸軸上光線とは、光学系全系の焦点距離を１に正規化したとき、光学系の光軸と平行に、光軸からの高さを１として入射させた近軸光線である。また、瞳近軸光線とは、光学系全系の焦点距離を１に正規化したとき、光軸に対して−４５°で入射する光線の内、光学系の入射瞳と光軸との交点を通過する近軸光線である。光学系の入射角度は、光軸から測って時計回りを正、反時計回りを負とする。なお、物体は光学系の左側にあるものとし、物体側から光学系に入射する光線は左側から右へ進むものとする。

ここで、回折光学素子の特性について説明する。回折光学素子はガラスやプラスチック等による屈折とは異なる光学的特性を備えている。即ち、回折光学素子は負の分散と異常分散性の特徴を有している。なお、実施例における回折光学素子１０１では、アッベ数νｄ＝−３．４５、部分分散比θｇｆ＝０．２９６となっている。この光学的性質を利用することによって撮影光学系の色収差を良好に補正することができる。

撮影光学系に用いる回折光学素子は、そのピッチを光軸中心から周辺部にかけて変更することにより非球面の効果を持たせても良い。

数値実施例１から３の回折光学部は、物体側が凸形状のレンズ面に設けられている。これにより、撮影光学系の像面に向かうあらゆる光線に対して、回折光学部に入射する角度が小さくなるようにして、回折効率を高くしている。

回折光学素子は、レンズ面に紫外線硬化樹脂の層を回折光学部として貼り付ける方法（いわゆるレプリカ法）により製造することができる。なお、紫外線硬化樹脂は耐紫外線性が弱い種類のものがあるため、光学系に用いるときは、回折光学部の物体側に紫外線カットコートを施したレンズを配置するのが良い。

次に、数値実施例１に基づいて回折光学素子の製造方法を説明する。数値実施例１の回折光学部は第１レンズ群の最も像側の負レンズ１５と、その像側の正レンズ１６の接合面に形成されている。まず、負レンズ１５及び正レンズ１６のレンズ面のうち、レプリカ加工を施さない側の面に真空蒸着等の方法により反射防止コートを施す。次に不図示の所定形状に加工されたレプリカ成形用回折格子型を用いて負レンズ１５及び正レンズ１６の他面にレプリカ回折格子を成形する。レプリカ回折格子は紫外線硬化型の樹脂材料であるため、成形時にはレプリカ成型用回折格子型とは反対側のレンズ面から紫外線を照射する。したがって、レプリカ基盤ガラス材料は紫外線透過率の高い材料であることが望ましく、かつ、レプリカ成形面とは反対側のレンズ面には紫外線透過率の高いコーティングが施されていることが望ましい。紫外線透過率を高めることにより、樹脂の硬化時間を短縮することができ、樹脂の硬化不良や回折格子の面精度低下を防ぐことができる。また、耐紫外線性を確保するために、レプリカ成形レンズである負レンズ１５及び正レンズ１６とは別に、紫外線を遮る手段を設けている。従来の撮影光学系では、紫外線カット手段を、ほとんど屈折力がない保護フィルターにより構成していたため、光学部材の枚数が増加し、レンズ全長が長くなっていた。数値実施例１の撮影光学系においては、最も物体側のレンズのうち、物体側または像側のレンズ面に紫外線カットコートを施してレンズ全長の増大を防止することができる。また、紫外線カット手段としての膜は可視域の反射防止を兼ねた多層膜とするのがよい。

各数値実施例は以下の条件式を満足している。ここで、全系の焦点距離をｆ、光学系の最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の長さをＯＴＬ、負レンズＧＮの焦点距離をｆｎ、最も物体側のレンズ面から負レンズＧＮの物体側面までの光軸上の長さをＬｎとしている。
０．４＜ＯＴＬ／ｆ＜０．６５ ・・・（３）
０．０３＜｜ｆｎ｜／ｆ＜０．３ ・・・（４）
０．６＜Ｌｎ／ＯＴＬ＜１ ・・・（５）
条件式（３）は撮影光学系のレンズ全長ＯＴＬと焦点距離ｆの比を表しており、レンズ全長の短縮化の度合いを表現した式である。条件式（３）の下限値を超えてレンズ全長ＯＴＬが短くなると、各レンズ群で発生する諸収差が大きくなり、これをバランス良く補正することが困難となる。条件式（３）の上限値を越えてレンズ全長ＯＴＬが長くなると収差補正には有利であるが、撮影光学系のレンズ全長ＯＴＬが短縮されない。

条件式（４）は、異常分散特性を有する材料を用いた負レンズＧＮの焦点距離ｆｎを、レンズ全系の焦点距離ｆに対して規定したものである。条件式（４）の下限値を超えて負レンズＧＮの屈折力が強くなると倍率色収差が補正過剰となり、逆に光学性能が悪化する。条件式（４）の上限値を越えて負レンズＧＮの屈折力が弱くなると、倍率色収差の補正が小さくなり、十分に色収差を補正することが困難となる。

条件式（５）は、撮影光学系の最も物体側のレンズ面から前記負レンズＧＮの物体側のレンズ面までの長さＬｎを、撮影光学系のレンズ全長ＯＴＬに対して規定するものである。条件式（５）の下限値を超えてＬｎが短くなると、負レンズＧＮを通過する近軸軸上光線が高く、瞳近軸光線が低くなる方向となる。この結果、倍率色収差の補正能力が小さくなり光学性能が悪化する。条件式（５）の上限値に向かってＬｎが長くなると、負レンズＧＮを通過する近軸軸上光線が低く、瞳近軸光線が高くなる方向となる。この結果、倍率色収差の補正能力が大きくなるため容易に倍率色収差の補正が可能となる。但し、本実施例では、一眼レフカメラ等への装着及びエクステンダー等のアタッチメントレンズの装着を考慮しているため、このような物理的要因によってもＬｎの長さが規制される。

数値実施例１から３においては、回折光学素子１０１を配置することにより、光学全長を短縮し、且つ、レンズ系の軽量化を図っている。

回折光学素子１０１の回折のパワー（回折光学部のみによる光学的パワー）をφｄ、撮影光学系の最も物体側のレンズ面から回折光学素子１０１の回折面までの光軸上の長さをＬｄとしたとき、
０．０７＜φｄ×ｆ＜０．２ ・・・（６）
０．３＜Ｌｄ／ＯＴＬ＜０．６５ ・・・（７）
なる条件式を満足している。

なお、回折光学素子１０１の回折面は、図１２及び図１４のような単層型回折光学素子においては、撮影光学系の最も物体側のレンズ面から回折格子の物体側までの長さをＬｄとする。図１０のような積層型回折光学素子においては、撮影光学系の最も物体側のレンズ面から、対向する回折格子の中点までの光軸上の長さをＬｄとする。

条件式（６）は回折光学素子の回折のパワーφｄを全系の焦点距離に対して規定している。条件式（６）の下限値を超えて回折光学素子の回折による正のパワーが弱くなると、軸上色収差、倍率色収差の補正効果が小さくなり、光学性能が悪化する。条件式（６）の上限値を超えて回折光学素子の回折による正のパワーが強くなると、軸上色収差、倍率色収差の補正効果が大きくなってくる。従って、倍率色収差は良好に補正される方向である。しかし、特に軸上色収差の補正が過剰となる傾向、即ち、ｇ線の軸上色収差がマイナス方向へ大きくなるため、逆に光学性能が悪化する。

条件式（７）は撮影光学系のレンズ全長ＯＴＬと、第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から回折光学素子の回折面までの光軸上の長さＬｄとの比を規定するものである。主に良好な色収差の補正効果を保ちつつ回折格子のエッジ等に撮影に関らない不要光が当たってフレアーの原因となるのを少なくするためのものである。条件式（７）の下限値を超えて第１レンズ群Ｂ１の最も物体側のレンズ面と回折光学素子の回折面までの光軸上の長さＬｄが小さくなりすぎると回折による収差補正の効果は大きくなるが、フレアーの発生が多くなってくる。条件式（７）の上限値を超えて第１レンズ群Ｂ１の最も物体側のレンズ面と回折光学素子の回折面まで光軸上の長さＬｄが大きくなるとフレアーの発生は小さくなるが、回折による収差補正効果が小さくなってくる。

数値実施例１から４では、前記第１レンズ群の最も物体側に配置された第１の正レンズ１１、２１、３１、４１とその像側に配置された第２の正レンズ１２、２２、３２、４２との空気間隔をＬ１、第１の正レンズの焦点距離をｆｇ１としたとき、
０．０１＜Ｌ１／ＯＴＬ＜０．２ ・・・（８）
０．３＜ｆｇ１／ｆ＜０．７ ・・・（９）
なる条件式を満足している。

条件式（８）、（９）はレンズ重量の軽量化のための条件式である。

条件式（８）は、第１レンズ群の最も物体側の第１の正レンズ１１、２１、３１、４１とその像側に配置された第２の正レンズ１２、２２、３２、４２の空気間隔Ｌ１と、撮影光学系の全長ＯＴＬの比を規定するものである。条件式（８）の下限値を越えて第１レンズ群の最も物体側の第１の正レンズとその像側に配置された第２の正レンズとの空気間隔Ｌ１が短くなると、第２の正レンズより像側のレンズの外径が大きくなりレンズ重量が増加する。条件式（８）の上限値を越えて前記第１レンズ群の最も物体側の第１の正レンズとその像側に配置された第２の正レンズとの空気間隔Ｌ１が長くなると第１レンズ群で発生する諸収差が大きくなり好ましくない。

条件式（９）は、第１レンズ群の最も物体側の正レンズ１１、２１、３１、４１の焦点距離ｆｇ１を、レンズ全系の焦点距離ｆに対して規定している。条件式（９）の下限値を越えて正レンズ１１、２１、３１、４１の正の屈折力が強くなると、第１レンズ群の第２の正レンズ１２、２２、３２、４２より像側のレンズの外径が小さくなりレンズ重量は軽くなる。しかし、第１の正レンズで発生する収差が大きくなりこれを補正することが困難となる。条件式（９）の上限値を超えて第１の正レンズ１１、２１、３１、４１の屈折力が弱くなると、第２の正レンズ１２、２２、３２、４２より像側のレンズの外径が大きくなってレンズ重量が増加する。

数値実施例１から４では、撮影光学系を物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群Ｂ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、正または負の屈折力の第３レンズ群Ｂ３で構成し、前記第２レンズ群を光軸上移動させてフォーカシングを行っている。このように、小型軽量な第２レンズ群Ｂ２でフォーカシングを行うことにより操作性を良好にしている。また、オートフォーカスカメラに用いたときも、フォーカスレンズ用のアクチュエータの負荷が小さいため、迅速なレンズ駆動が可能となる。

更に、数値実施例１から４では、第３レンズ群Ｂ３の第３２レンズ群Ｂ３２を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて手振れ補正（防振）を行っている。各数値実施例においては、第３レンズ群Ｂ３の一部のレンズ群で防振を行っているが、第３レンズ群全体で防振を行っても良い。

数値実施例１の第１レンズ群では、物体側より順に、正レンズ１１、正レンズ１２、正レンズ１３、負レンズ１４を配置し、正レンズ１３と負レンズ１４を接合レンズとしている。負レンズ１４の物体側レンズ面は、第１レンズ群で発生する球面収差を補正する役割があるが、正レンズ１３と接合することにより正レンズ１３と負レンズ１４の相対的倒れを防ぎ、収差補正のバランスが崩れて全系の光学性能が劣化することを防止している。

次に本発明の回折光学部を詳細に説明する。回折光学部としては図１０に示すようなエアギャップをはさんだ回折格子１０６、１０７より成る２層構成や、図１２に示すようなキノフォーム形状の回折格子１０３の１層構成が適用できる。また、図１４に示すような格子厚の異なる（又は、同一の）回折格子１０４、１０５の２つの層を積層した２層構成を適用することができる。

図１０、図１２、図１４において１０２、１０２’は基材である。

図１０の回折光学素子１０１は基材（レンズ又は平板）１０２上に紫外線硬化樹脂からなる第１の回折格子１０６を形成し、基材（レンズ又は平板）１０２’上に紫外線硬化樹脂からなる第２の回折格子１０７を形成して構成している。図１１は、図１０に示す２つの回折格子１０６，１０７を用いた回折光学部の１次回折光の回折効率の波長依存特性の概略図である。図１１からわかるように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。

図１３は図１２に示す１層構成の回折光学部の１次回折光の回折光率の波長依存特性の概略図である。実際の回折光学素子の構成は、基材（ガラス）の表面に紫外線硬化樹脂を塗布し、紫外線硬化樹脂に波長５３０ｎｍで１次回折光の回折効率が１００％となるような格子厚ｄの回折格子１０３を形成して構成している。図１３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、光学系の解像度を低下させる原因となってくる。

図１５は図１４に示す２つの回折格子１０４，１０５を積層した積層型の回折光学部の１次回折光の回折効率の波長依存特性の概略図である。図１４の回折光学素子１０１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の回折格子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の回折格子１０５を形成して構成している。この材質の組み合わせでは、第１の回折格子１０４の格子厚ｄｌはｄｌ＝１３．８μｍ、第２の回折格子１０５の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．５μｍとしている。図１５からわかるように積層構造の回折光学部にすることで、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。

次に本発明の数値実施例を詳細に示す。なお、各数値実施例において物体側からの面の順番をｉとして、ｒｉを第ｉ面の曲率半径、ｄｉを第ｉ面と第（ｉ＋１）面の間隔、ｎｉとνｉを第ｉ番目の材料のｄ線での屈折率とアッベ数で表す。

また、回折光学部は、基準波長（ｄ線）をλｏ、光軸からの距離をｈ、位相をΦ（ｈ）としたとき、
Φ（ｈ）＝２πλｏ（Ｃｌ・ｈ^２＋Ｃ２・ｈ^４＋Ｃ３・ｈ^６＋…）
なる式で表される。

ｆは焦点距離、ＦＮｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。ＢＦはバックフォーカスである。各数値実施例の屈折力のない最後の２つの面は設計上用いたガラスブロックの面である。又、前述の各条件式と各数値実施例との関係を表１に示す。

次に本発明の撮影光学系を用いたデジタルカメラ（撮像装置）の実施例を図１６を用いて説明する。図１６において、１０００はデジタルカメラ本体である。１００１は本発明の撮影光学系、１００２は撮影光学系１００１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。１００３は撮像素子１００２が受光した被写体像に対応する情報を記録するメモリ、１００４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察する為のファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１００２上に形成された被写体像が表示される。このように本発明の撮影光学系をデジタルカメラ等の撮像装置に適用することにより、色収差が良好に補正された、レンズ全長の短い望遠タイプの撮影光学系を有する撮像装置を実現することができる。

本発明の数値実施例１の撮影光学系の断面図 本発明の数値実施例１の物体距離が無限遠の時の収差図 本発明の数値実施例２の撮影光学系の断面図 本発明の数値実施例２の物体距離が無限遠の時の収差図 本発明の数値実施例３の撮影光学系の断面図 本発明の数値実施例３の物体距離が無限遠の時の収差図 本発明の数値実施例４の撮影光学系の断面図 本発明の数値実施例４の物体距離が無限遠の時の収差図 本発明の数値実施例１の撮影光学系の光路図 本発明に係る回折光学素子の説明図 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性の説明図 本発明に係る回折光学素子の説明図 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性の説明図 本発明に係る回折光学素子の説明図 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性の説明図 本発明の撮像装置の概略図

符号の説明

１１、２１、３１、４１ 第１の正レンズ
１２、２２、３２、４２ 第２の正レンズ
１０１ 回折光学素子（ＤＯＥ）
１０２，１０２’ 基材
１０３、１０４、１０５、１０６、１０７ 回折光学部（回折格子）
Ｂ１ 第１レンズ群
Ｂ２ 第２レンズ群
Ｂ３ 第３レンズ群
Ｂ３１ 第３１レンズ群
Ｂ３２ 第３２レンズ群
Ｂ３３ 第３３レンズ群
ＳＰ 絞り
ＧＰ 異常分散材料よりなる正レンズ
ＧＮ 異常分散材料よりなる負レンズ

Claims (13)

1. 光軸と瞳近軸光線の交点をＰとしたとき、交点Ｐより物体側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値が、交点Ｐより像側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも大きい撮影光学系において、アッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、
   −０．００１５×νｄ＋０．６４２５＜θｇＦ
   ６０＜νｄ
   なる２つの条件を満足する材料からなる正レンズを交点Ｐより物体側に有し、前記２つの条件を満足する材料からなる負レンズを交点Ｐより像側に有することを特徴とする撮影光学系。
2. 光軸と瞳近軸光線の交点をＰとしたとき、交点Ｐより物体側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値が、交点Ｐより像側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも大きい撮影光学系において、回折光学素子を交点Ｐより物体側に有し、アッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、
   −０．００１５×νｄ＋０．６４２５＜θｇＦ
   ６０＜νｄ
   なる２つの条件を満足する材料からなる負レンズを交点Ｐより像側に有することを特徴とする撮影光学系。
3. 回折光学素子のパワーをφｄ、撮影光学系の焦点距離をｆ、最も物体側のレンズ面から回折光学素子の回折面までの光軸上の長さをＬｄ、撮影光学系の最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の長さをＯＴＬとしたとき、
   ０．０７＜φｄ×ｆ＜０．２
   ０．３＜Ｌｄ／ＯＴＬ＜０．６５
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項２に記載の撮影光学系。
4. 撮影光学系の焦点距離をｆ、撮影光学系の最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の長さをＯＴＬとしたとき、
   ０．４＜ＯＴＬ／ｆ＜０．６５
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮影光学系。
5. 前記負レンズの焦点距離をｆｎ、撮影光学系の焦点距離をｆ、最も物体側のレンズ面から前記負レンズの物体側のレンズ面までの光軸上の長さをＬｎ、撮影光学系の最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の長さをＯＴＬとしたとき、
   ０．０３＜｜ｆｎ｜／ｆ＜０．３
   ０．６＜Ｌｎ／ＯＴＬ＜１
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮影光学系。
6. 撮影光学系の最も物体側に配置されたレンズである第１の正レンズと物体側から２番目に配置されたレンズである第２の正レンズの間隔をＬ１、撮影光学系の最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の長さをＯＴＬとするとき、
   ０．０１＜Ｌ１／ＯＴＬ＜０．２
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮影光学系。
7. 前記第１の正レンズの焦点距離をｆｇ１、撮影光学系の焦点距離をｆとしたとき、
   ０．３＜ｆｇ１／ｆ＜０．７
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項６に記載の撮影光学系。
8. 物体側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正または負の屈折力の第３レンズ群からなり、前記第２レンズ群を光軸上移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮影光学系。
9. 第３レンズ群の少なくとも一部を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて、前記撮影光学系が形成する像を光軸と垂直方向に変位させることを特徴とする請求項８に記載の撮影光学系。
10. 物体側より順に、正レンズ、正レンズ、正レンズ及び負レンズを有し、隣り合う前記正レンズと前記負レンズは接合されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮影光学系。
11. 絞りより物体側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値が、絞りより像側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも大きい撮影光学系において、アッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、
    −０．００１５×νｄ＋０．６４２５＜θｇＦ
    ６０＜νｄ
    なる２つの条件を満足する材料からなる正レンズを絞りより物体側に有し、前記２つの条件を満足する材料からなる負レンズを絞りより像側に有することを特徴とする撮影光学系。
12. 絞りより物体側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値が、絞りより像側で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも大きい撮影光学系において、回折光学素子を絞りより物体側に有し、アッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、
    −０．００１５×νｄ＋０．６４２５＜θｇＦ
    ６０＜νｄ
    なる２つの条件を満足する材料からなる負レンズを絞りより像側に有することを特徴とする撮影光学系。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮影光学系と、該撮影光学系によって形成された像を受光する固体撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。

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