JP2011002555A - 光学素子及びそれを有する光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 異常部分分散特性を有する屈折光学部の厚さを適切に規定し、回折光学部によるフレアの発生も極力低減しながら、色収差の補正が十分になされ良好な光学性能が得られる光学素子及びそれを有する光学系を得ること。
【解決手段】 複数の回折格子を積層して成る回折光学部の光入出射面のうち少なくとも一方に固体材料から成る屈折作用を有する屈折光学部が密着された接合部を有する光学系であって、該固体材料のアッベ数と部分分散比νｄ、θｇＦ、異常部分分散比ΔθｇＦを各々適切に設定したこと。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学素子及びそれを有する光学系に関し、例えば銀塩写真用カメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、プロジェクター、望遠鏡、画像読取装置等の光学機器に好適なものである。

従来から光学系として蛍石や商品名ＦＫ０１等の異常部分分散で且つ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ことで色収差を補正した光学系が知られている。この他、光学系としてＩＴＯやＴｉＯ_２等の微粒子を樹脂材料に混合した微粒子分散材料や異常部分分散特性を有した樹脂材料を用いて、色収差を補正した光学系が知られている（特許文献１、２）。この他光学系として、通常硝材と異なる負の分散特性（νｄ＝−３．４５３）や強い異常分散性（θｇＦ＝０．２９６）を有する回折光学素子を利用し、色収差を補正した光学系が知られている。更に回折格子の周期構造を変化させることによる非球面効果を得るようにした光学系が知られている（特許文献３）。

特開２００５−１８１３９２号公報 特開２００６−１４５８２３号公報 特開２０００−２５８６８５号公報

異常部分分散特性を有した微粒子分散材料や樹脂材料を用いると、光学系の色収差の補正と全系の小型化が容易となるが、これらの材料は成形性の観点から使用する材料の厚さが制限されてくる。また微粒子分散材料のうち、可視波長領域内に大きな吸収及び散乱を有している材料を用いるときは、透過率の観点から材料の厚さをできるだけ薄くすることが必要となる。その際、光学系の色収差の補正及び全系の小型化と材料の厚さのバランスをとることが重要になってくる。光学系に回折光学素子を用いると色収差の補正が容易となるが、撮影光(設計次数)以外の不要な回折次数の回折光が存在すると、それがフレア光となって結像性能を大きく悪化させる原因となってくる。例えば画面外に太陽光等の強い光があり、そこからの光が直接回折光学素子に当たると、画面全体がぼんやりと被った状態（フレア・ゴースト）になり、画面全体のコントラストが低下してくる。

本発明は、異常部分分散特性を有する固体材料から成る屈折光学部の厚さを適切に規定し、回折光学部によるフレアの発生も極力低減しながら、色収差の補正が十分になされ良好な光学性能が得られる光学素子及びそれを有する光学系の提供を目的とする。

本発明の光学素子は、複数の回折格子を積層して成る回折光学部の光入出射面のうち少なくとも一方に固体材料から成る屈折作用を有する屈折光学部が密着された接合部を有する光学素子であって、該固体材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄ、θｇＦ、異常部分分散比をΔθｇＦとし、
ΔθｇＦ＝θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７×νｄ^３＋５．２１３×１０^−５×νｄ^２−５．６５６×１０^−３×νｄ＋０．７２７８）
とおくとき、
０．０１＜｜ΔθｇＦ｜＜０．５０
νｄ＜６０
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、異常部分分散特性を有する固体材料から成る屈折光学部の厚さを適切に規定し、回折光学部によるフレアの発生も極力低減しながら、色収差の補正が十分になされ良好な光学性能が得られる光学素子及びそれを有する光学系が得られる。

本発明に係る実施例１の光学素子の素子断面図 本発明に係る実施例２の光学素子の素子断面図 本発明に係る実施例３の光学素子の素子断面図 本発明に係る実施例４の光学素子の素子断面図 実施例１又は２の光学素子を用いた数値実施例１のレンズ断面図 数値実施例１の光学系における物体無限遠時の収差図 実施例１又は２の光学素子を用いた数値実施例２のレンズ断面図 数値実施例２の光学系における物体無限遠時の収差図 実施例１又は２の光学素子を用いた数値実施例３のレンズ断面図 数値実施例３の光学系における物体無限遠時の収差図 実施例３又は４の光学素子を用いた数値実施例４のレンズ断面図 数値実施例４の光学系における物体無限遠時の収差図 本発明に係る異常部分分散特性を有する材料の存在範囲に関する説明図 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 本発明に係る図１０の回折光学素子における回折効率の波長依存特性の説明図 本発明に係る図１１の回折光学素子における回折効率の波長依存特性の説明図 本発明に係る図１２の回折光学素子における回折効率の波長依存特性の説明図

本発明の光学素子ＯＥは、複数の回折格子を積層して成る回折光学部１２の光入出射面のうち少なくとも一方に固体材料から成る屈折作用を有する屈折光学部１３とが密着された接合部１４を有している。そして接合部は平板又はレンズ部材等の２つの光学部材に挟まれて密着されている。ここで、屈折作用を有する屈折光学部とは屈折作用でパワーが生じる、例えば屈折レンズ等を意味し、回折作用でパワーが生じる回折光学部を含んでいない。また、固体材料とは、光学系を使用する状態で固体の材料を指し、製造時などの光学系を使用する前での状態は、どのような状態であっても良い。例えば、製造時には液体材料であっても、それを硬化させて固体材料としたものも、ここでいう固体材料に該当する。例えば、固体材料は、紫外線硬化樹脂若しくは無機微粒子を樹脂材料に分散させた混合体から成っている。

次に、本発明の各実施例の光学素子及びそれを有する光学系について説明する。図１乃至図４は、各々本発明の実施例１乃至４の光学素子（回折光学素子）ＯＥの素子構成図である。各実施例の光学素子ＯＥは、ガラス基板１０、ガラス基板１１、回折光学部１２、屈折光学部１３を有している。そして各々が密着配置されている。この時、回折光学部１２の光軸上の厚さはｄｄｏｅ、屈折光学部１３の光軸Ｌａ上の厚さはｄａｎｍであり、各図とも厚さ方向にかなりデフォルメされた図となっている。また各図中では、ガラス基板１０、１１が平凸形状のレンズ、回折光学部１２と屈折光学部１３の境界面が平面になっているが、これに限るものではない。ガラス基板１０、１１は平板、両凸形状のレンズ、両凹形状のレンズ等の光学部材であっても良い。また各部の境界面は曲面形状であっても良い。

各実施例において、屈折光学部１３は回折光学部１２の光入出射面のうち少なくとも一方の面と密着されて接合部１４を構成している。光学素子ＯＥは少なくとも１つの接合部１４を有している。図１、図２の実施例１、２の光学素子ＯＥは回折光学部１２の境界面（光入出射面）の片側に屈折光学部１３が密着した構成の接合部１４を有している。図１の回折光学部１２の構成は密着２層構造である。図２の回折光学部１２は２積層構造である。回折光学部１２の構成もこれに限るものではなく、所望の高い回折効率を得られる構成であれば何であっても良い。また屈折光学部１３を回折光学部１２とガラス基板１１の間に配置しているが回折光学部１２とガラス基板１０の間に配置しても良い。

図３、図４の実施例３、４の光学素子ＯＥは、回折光学部１２の境界面（光入出射面）の両側に屈折光学部１３が密着した構成の接合部１４を有している。図３の回折光学部１２の構成は密着２層構造である。図４の回折光学部１２は２積層構造である。この回折光学部１２の構成もこれに限るものではなく、所望の高い回折効率を得られる構成であれば何であっても良い。また屈折光学部１３を回折光学部１２の両側に配置することによって、片側に配置した場合に比べ、１つの面に関する成形性がよりし易くなる。また屈折光学部１３の厚さｄａｎｍ１及びｄａｎｍ２は同じでも異なっていても良い。各実施例において、屈折光学部13を構成する固体材料は、紫外線硬化樹脂若しくは無機微粒子を樹脂材料に分散させた混合体から成っている。また回折光学部１２を構成する材料は、異なる２つ以上の紫外線硬化樹脂若しくは無機微粒子を樹脂材料に分散させた混合体から成っている。そして、固体材料１３と屈折光学部１２を構成する材料は、全て異なる材料から成っていても良く、又少なくとも１つが同じ材料から成っていても良い。

各実施例において、屈折光学部１３を構成する固体材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄ、θｇＦ、異常部分分散比をΔθｇＦとする。ここで、固体材料のｄ線、ｇ線、Ｆ線、Ｃ線の屈折率を各々ｎｄ、ｎｇ、ｎＦ、ｎＣとするとき、アッベ数νｄと部分分散比θｇＦを次の式で表す。
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
θｇＦ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
また、異常部分分散比ΔθｇＦは次の式で表す。

ΔθｇＦ＝θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７×νｄ^３＋５．２１３×１０^−５×νｄ^２−５．６５６×１０^−３×νｄ＋０．７２７８）
各実施例ではこのとき、
０．０１＜｜ΔθｇＦ｜＜０．５０ ‥‥‥（１）
νｄ＜６０ ‥‥‥（２）
なる条件式を満足している。条件式（１）及び（２）は、異常部分分散特性を有する固体材料（樹脂材料若しくは微粒子分散材料）の存在範囲を規定するものである。ここで、各条件式の関係をイメージし易くするため、図１３を用いて説明する。図１３は部分分散比θｇＦとアッベ数νｄの関係を表しており、縦軸が部分分散比θｇＦ、横軸がアッベ数νｄを各々表している。ここで、図１３中の記した一般硝材が分布する範囲を曲線近似したのが、前述の
（−１．６６５×１０^−７×νｄ^３＋５．２１３×１０^−５×νｄ^２−５．６５６×１０^−３×νｄ＋０．７２７８）
なる式である。

図１３に示したように、本発明で使用の固体材料は一般の硝材が存在する範囲とは図１３において上下方向に離れた範囲内にあることが分かる。この離れ具合が条件式（１）の異常部分分散比ΔθｇＦに当たる。異常部分分散比ΔθｇＦの絶対値が大きくなればなる程（近似曲線から離れれば離れる程）、異常部分分散特性が強くなることを示している。本実施例で使用の材料は、いずれも強い異常部分分散特性を有していることが分かる。尚、図１３中に各実施形態において使用した固体材料の存在位置をプロットしたが、条件式（１）及び（２）の範囲を満足していれば、これらに限定されるものではない。

本実施例では、このような回折光学部と屈折光学部とを密着配置した構成にしている。これにより、回折光学部が持つリニア特性（図１３中の異常部分分散比ΔθｇＦが右下にかなり離れた位置）と屈折光学部が持つノンリニア特性（図１３中の異常部分分散比ΔθｇＦが右上に離れた位置）を同時に有することができる。これにより、光学系の色収差を各々単独で用いるより良好に補正することができる。そして両者のバランスを適切に取ることにより回折光学部のパワーを緩めることができフレアを低減することができる。更に、屈折光学部の厚さも薄くすることができる。

条件式（１）の下限値を超えると、通常の一般硝材とは変わらない光学特性の材料となり、光学系における色収差の補正が困難となり、本発明の目的とする光学素子を得るのが困難となる。条件式（１）の上限値を超えると、通常の一般硝材とかなり離れてしまい、現実的な材料では達成することができないので好ましくない。また条件式（２）の上限値を超えると、光学素子を光学系に導入した際、光学系全体での各色収差及び他の諸収差の補正が困難になる。更に好ましくは条件式（１）、（２）の数値範囲を、下記に示す範囲にするのが良い。これによれば、より回折光学部と屈折光学部の屈折力のバランスが良くなり、色収差の補正効果が高まり、良好な光学性能が得られる。
０．０３＜｜ΔθｇＦ｜＜０．４０ ‥‥‥（１ａ）
νｄ＜５０ ‥‥‥（２ａ）
更に好ましくは条件式（２ａ）の数値を次の如く設定するのが良い。

νｄ＜４０ ‥‥‥（２ｂ）
本発明において更に好ましくは次の各条件式のうち少なくとも１つを満足することが、回折光学部１２によるフレアの発生を軽減し、かつ屈折光学部１３における厚さの低減に好ましい。更に、色収差の補正も十分になされた小型な光学系を実現するのに好ましい。光学素子ＯＥにおいて、回折光学部１２の光軸上の厚さをｄｄｏｅ、屈折光学部１３の光軸上の厚さをｄａｎｍとする。このとき、下記の条件式を満足するのが良い。
０．００１＜ｄｄｏｅ／ｄａｎｍ≦１．０００ ‥‥‥（３）
ｄｄｏｅ≦０．１（ｍｍ） ‥‥‥（４）
ここで、回折光学部１２の光軸上の厚さｄｄｏｅ及び屈折光学部１３の光軸上の厚さｄａｎｍについて、回折光学部１２及び屈折光学部１３が各々複数存在する場合は、各部の光軸上の厚さの和とする。

条件式（３）、（４）は、光学素子ＯＥにおける回折光学部１２と屈折光学部１３の光軸上の厚さの関係を規定するものである。条件式（３）の下限値を超えると、屈折光学部１３の厚さが厚くなり過ぎ、成形がしにくくなり好ましくない。また屈折光学部13の固体材料が微粒子分散材料の場合、透過率の低下も懸念されるので好ましくない。条件式（３）の上限値を超えると、屈折光学部１３の厚さが薄くなり過ぎ、光学素子ＯＥとしての所望の屈折力が得られず、色収差の補正が困難となり、回折光学部１２との色収差補正の分担のバランスも悪化するので好ましくない。条件式（４）の上限値を超えると、回折光学部１２の厚さが厚くなり過ぎ、成形がしにくくなり好ましくない。また回折光学部１２の材料が微粒子分散材料の場合、透過率の低下も懸念されるので好ましくない。

更に好ましくは条件式（３）、（４）の数値範囲にすると、固体材料部１３の成形性が向上するので好ましい。
０．００５＜ｄｄｏｅ／ｄａｎｍ＜０．８００ ‥‥‥（３ａ）
ｄｄｏｅ≦０．０８（ｍｍ） ‥‥‥（４ａ）
更に好ましくは条件式（３ａ）、（４ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．０１＜ｄｄｏｅ／ｄａｎｍ＜０．５０ ‥‥‥（３ｂ）
ｄｄｏｅ≦０．０５（ｍｍ） ‥‥‥（４ｂ）
以上のように各実施例によれば、異常部分分散特性を有する屈折光学部の厚さを適切に規定し、回折光学部によるフレアの発生も極力低減しながら、色収差の補正が十分になされ良好な光学性能が得られる。

次に、上記各実施例１乃至４の光学素子ＯＥを導入した光学系の各実施例について説明する。図５、図７、図９、図１１は本発明の実施例５乃至８の光学系のレンズ断面図である。図６、図８、図１０、図１２は本発明の実施例５乃至８の光学系の物体距離が無限遠での収差図である。後述する数値実施例１乃至４は実施例５乃至８に対応している。本発明の光学系は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩フィルム用カメラ、望遠鏡、双眼鏡の観察装置、複写機、プロジェクター等の光学機器に用いられるものである。レンズ断面図において、左方が前方（物体側、拡大側）で、右方が後方（像面側、縮小側）である。プロジェクター等の画像投射装置に用いるときは、左方がスクリーン側、右方が被投射画像側となる。Ｓは光量調節用の開口絞り（絞り）である。ＬＦは開口絞りＳよりも物体側に位置する前群であり、単数若しくは複数のレンズ群を有している。

ＬＲは開口絞りＳよりも像面側に位置する後群であり、単数若しくは複数のレンズ群を有している。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する感光面が置かれる。Ｌｆｏはフォーカス用のレンズ群であり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカスの際には矢印の如く像側へ移動させている。ＬＩＳは防振用のレンズ群であり、光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて、手ブレ等で光学系が振動したときの画像ブレを補正している。Ｇは各種のフィルタ、フェースプレート、色分解プリズム等のガラスブロックである。

各収差図中、球面収差において、実線ｄはｄ線、二点鎖線ｇはｇ線、一点鎖線ＣはＣ線、点線ＦはＦ線を各々表している。更に非点収差においては、実線はサジタル光線による像面ΔＳ、点線はメリディオナル光線による像面ΔＭを表している。倍率色収差においては、二点鎖線ｇはｇ線、一点鎖線ＣはＣ線、点線ＦはＦ線を各々表している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。各実施例の光学系は、開口絞りＳに対し、物体側に前群ＬＦ、像側に後群ＬＲを有している。そして、前群ＬＦは条件式（１）、（２）を満足する屈折光学部を含む少なくとも１つの光学素子ＯＥを有している。

実施例５〜８の光学素子ＯＥを用いた光学系において、回折光学部１２の焦点距離をｆｄｏｅ、屈折光学部１３の焦点距離をｆａｎｍとする。このとき、下記の条件式を満足している。
０．０１＜｜ｆａｎｍ／ｆｄｏｅ｜＜１．００ ‥‥‥（５）
条件式（５）は、屈折光学部１３と回折光学部１２の空気中に配置したときの焦点距離の関係を規定するものである。条件式（５）の上限値を超えると、回折光学部１２の屈折力が強くなり過ぎ、回折光学部１２によるフレアが悪化する方向にあるので好ましくない。一方、条件式（５）の下限値を超えると、屈折光学部１３の屈折力が強くなり過ぎ、屈折光学部１３の厚さが増す方向にあるので好ましくない。

更に好ましくは条件式（５）の数値範囲にすると、回折光学部１２と屈折光学部１３の色収差補正における分担のバランスが向上し、回折光学部１２によるフレアの低減及び屈折光学部１３の厚さ低減するのが容易となるので好ましい。
０．１０＜｜ｆａｎｍ／ｆｄｏｅ｜＜０．７０ ‥‥‥（５ａ）
本実施例の光学系はテレ比（レンズ全長／焦点距離）をＴＷとするとき
０．６＜ＴＷ＜０．７ ‥‥‥（６）
なる条件を満足している。ここで、レンズ全長とは第１物体面から像面までの距離である。各実施例の光学素子ＯＥを条件式（６）を満足する望遠型の光学系に適用することで、望遠型のレンズ系で多く発生してくる軸上色収差と倍率色収差を良好に補正することができる効果が得られる。条件式（６）の下限を超えるとテレ比の望遠レンズでは色収差の補正が難しくなる。又、条件式（６）の上限値を超えると条件式（１）、（２）を満足する光学素子ＯＥを用いる効果が少なくなってくる。

以上のように各実施例によれば、前述した光学素子を光学系に用いることで、色収差を良好に補正でき、且つ光学系全体の小型化を達成することができる。またその際、回折光学部と異常部分分散特性を有する屈折光学部を密着配置させ、互いの屈折力の分担を適切に行うことで、回折光学部によるフレアの発生及び屈折光学部の厚さを低減することができる。更に両部を密着させることで、成形性の面でも一体成形が容易となるので、量産性が容易になる。

次に各実施例の光学系について説明する。図５の実施例５の光学系は、超望遠レンズである。図５のレンズ断面図において、ＬＦは開口絞りＳより物体側の正の屈折力の前群、ＬＲは開口絞りＳより像側の負の屈折力の後群である。開口絞りＳは、前群ＬＦと後群ＬＲの間に配置されている。回折光学部（Ｌｄｏｅ）と屈折光学部（Ｌａｎｍ）を含む光学素子ＯＥは前群ＬＦの最も物体側に配置された接合レンズより成っている。接合レンズの接合面に回折光学部Ｌｄｏｅと屈折光学部Ｌａｎｍが密着配置されている。この時の光学素子ＯＥは、実施例１又は２と同様の回折光学部（Ｌｄｏｅ）の片側に屈折光学部（Ｌａｎｍ）が密着配置した構成より成っている。ここで、屈折光学部（Ｌａｎｍ）は屈折率ｎｄ、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦが（ｎｄ，νｄ，θｇＦ）＝（１．６３６，２２．７，０．６９）の特性を有した紫外線硬化樹脂であり、屈折光学部（Ｌａｎｍ）の光軸上の厚さｄａｎｍ＝２．０（ｍｍ）である。また回折光学部（Ｌｄｏｅ）の光軸上の厚さｄｄｏｅ＝０．５（ｍｍ）である。これらの数値は、条件式（１）〜（５）について良好に各数値範囲を満足している。Ｇはフィルター等のガラスブロックである。ＩＰは像面である。無限遠物点から至近距離物点へのフォーカシングは、前群ＬＦの最も像面側の接合レンズ（Ｌｆｏ）を像面側へ移動させて行っている。更に後群ＬＲ内の一部のレンズ群（ＬＩＳ）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、手ぶれ等による画像のぶれを補正している。

本実施例では、近軸軸上光線ｈが高く、且つ瞳近軸光線ｈａも高い位置（前群ＬＦの最も物体側の接合レンズ位置）に、回折光学部（Ｌｄｏｅ）及び屈折光学部（Ｌａｎｍ）を密着配置した光学素子ＯＥを用いている。これによって、軸上色収差及び倍率色収差の補正を同時に良好に行っている。このように、回折光学部（Ｌｄｏｅ）と屈折光学部（Ｌａｎｍ）をｈ、ｈａが高い位置で且つ両者を密着配置させることにより、回折光学部（Ｌｄｏｅ）と屈折光学部（Ｌａｎｍ）の屈折力を適切に分担させることができる。各部Ｌｄｏｅ、Ｌａｎｍの屈折力を分担させることで、回折光学部（Ｌｄｏｅ）は回折格子の輪帯数を減らし、最小格子ピッチの値を大きくすることができる。このことにより、画面内外の光が回折光学部Ｌｄｏｅに入射することによって発生するフレア・ゴーストを低減することができる。また屈折光学部（Ｌａｎｍ）は樹脂部の厚さを低減することができ、透過率や成形性の面を向上させている。尚、本実施例のようなレンズ構成にすることで、諸収差、特に軸上色収差及び倍率色収差を良好に補正している（図６参照）。

図７の実施例６の光学系は、超望遠レンズである。図７のレンズ断面図において、各部材に付した符号と図５に付した符号は同一部材を示している。実施例６と光学系の基本構成は実施例５と同じである。本実施例における光学素子ＯＥは、実施例１又は２と同様の回折光学部（Ｌｄｏｅ）の片側に屈折光学部（Ｌａｎｍ）が密着配置した構成より成っている。ここで、屈折光学部（Ｌａｎｍ）は（ｎｄ，νｄ，θｇＦ）＝（１．６３６，２２．７，０．６９）の特性を有した紫外線硬化樹脂であり、屈折光学部（Ｌａｎｍ）の光軸上の厚さｄａｎｍ＝２．５（ｍｍ）である。また回折光学部（Ｌｄｏｅ）の光軸上の厚さｄｄｏｅ＝０．５（ｍｍ）である。これらの数値は、条件式（１）〜（５）について良好に各数値範囲を満足している。この他の構成は実施例５と同じである。

図９の実施例７の光学系は、超望遠レンズである。図９のレンズ断面図において、各部材に付した符号と図５に付した符号は同一部材を示している。実施例７の光学系の基本構成は実施例５と同じである。本実施例の光学素子ＯＥは、実施例１又は２の回折光学部（Ｌｄｏｅ）の片側に屈折光学部（Ｌａｎｍ）が密着配置した構成より成っている。ここで、屈折光学部（Ｌａｎｍ）は（ｎｄ，νｄ，θｇＦ）＝（１．５７２，１３．５，０．３４）の特性を有した微粒子分散材料であり、屈折光学部（Ｌａｎｍ）の光軸上の厚さｄａｎｍ＝２．０（ｍｍ）である。また回折光学部（Ｌｄｏｅ）の光軸上の厚さｄｄｏｅ＝０．５（ｍｍ）である。これらの数値は、条件式（１）〜（５）について良好に各数値範囲を満足している。この他の構成は実施例５と同じである。

図１１の実施例８の光学系は、超望遠レンズである。図１１のレンズ断面図において、各部材に付した符号と図５に付した符号は同一の部材を示している。本実施例の光学素子ＯＥは、実施例３又は４と同様の回折光学部（Ｌｄｏｅ）の両側に屈折光学部（Ｌａｎｍ）が密着配置した構成より成っている。ここで、屈折光学部（Ｌａｎｍ）は（ｎｄ，νｄ，θｇＦ）＝（１．６３６，２２．７，０．６９）の特性を有した紫外線硬化樹脂であり、２つの屈折光学部（Ｌａｎｍ）の光軸上の厚さの合計はｄａｎｍ＝２．２（ｍｍ）である。各々の屈折光学部の厚さは（ｄａｎｍ１＝０．３（ｍｍ）、ｄａｎｍ２＝１．９（ｍｍ））である。また回折光学部（Ｌｄｏｅ）の光軸上の厚さｄｄｏｅ＝０．５（ｍｍ）である。これらの数値は、条件式（１）〜（５）について良好に各数値範囲を満足している。この他の構成は実施例５と同じである。尚、実施例５〜８の光学系は各々望遠レンズの実施例を示しているが、これに限るものではなく、広角レンズやズームレンズであっても良い。

次に本発明に係る回折光学部の特性について説明する。回折光学部は、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、部分分散比θｇＦ＝０．２９６となっている。この性質を利用し、屈折光学系中に適切に用いることによって、色収差を良好に補正することが容易となる。尚本発明に用いる回折光学部は、回折格子の格子部のピッチを変更することにより非球面の効果を持たせても良い。そして、回折光学部を設ける面として、各光学系を通過する軸上光線及び軸外光線が、各光線入射位置における面法線方向に対して角度に差が生じると、回折効率が劣化することが懸念される。その為、軸上光線及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設定することが好ましい。

回折光学部は、光学面の上に設けられるのであるが、その光学面の曲率半径は球面若しくは平面あるいは非球面あるいは２次曲面でも良い。また各本実施例では、回折光学部が接合レンズの接合面に設けられているが、これに限定されるものではない。各実施例における回折光学部の製法としては、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表面に成形する方法の他に、この方法によって作成した型を用いるレプリカ成形やモールド成形を行う方法が適用可能である。また、鋸状形状のキノフォームにすれば、回折効率が上がり、理想値に近い回折効率が期待できる。

次に本発明で用いる光学素子の回折光学部の構成について説明する。回折光学部の構成としては、図１４に示すような空気層８を挟んだ２積層構成のものや、同じく図１５に示すような空気層８を挟んだ３積層構成のもの、図１６に示すような同一の格子厚で２つの層が密着した密着２層構成のもの等が適用可能である。図１４の光学素子では、基材４上に紫外線硬化樹脂からなる第１の回折格子６を形成して第１の素子部２を構成している。もう１つの基材５上に前記と異なる紫外線硬化樹脂からなる第２の回折格子７を形成して第２の素子部３を構成している。そして間隔Ｄの空気層８を介して近接配置した光学素子１を構成している。これら２つの回折格子６、７を合わせて、１つの回折光学部としての働きをなしている。この時、第１の回折格子６の格子厚はｄ１、第２の回折格子７の格子厚はｄ２である。格子部の向きは、第１の回折格子６は図中、上から下に向かうに連れ格子厚が単調減少するが、一方第２の回折格子７は上から下に向かうに連れ格子厚が単調増加する方向である。また、図１４に示したように入射光を左側から入れると、右斜め下方向に進むのが１次光であり、直進するのが０次光である。

図１７に、図１４に示す２積層構成の光学素子１における設計次数である１次回折光及び設計次数±１次である０次回折光、２次回折光の回折効率の波長依存特性を示す。因みに光学素子１の構成としては、第１の回折格子６の材料は（ｎｄ１，νｄ１）＝（１．６３６，２２．８）で格子厚ｄ１＝７．８８μｍである。第２の回折格子７の材料は（ｎｄ２，νｄ２）＝（１．５２４，５１．６）で格子厚ｄ２＝１０．７１μｍで、空気間隔Ｄ１＝１．５μｍとしている。また図１４の回折格子６、７の格子ピッチＰ＝２００μｍである。図１７からわかるように、設計次数光（１次光）の回折効率は使用波長全域で約９０％以上の高い回折効率で、不要回折次数光（０、２次光）の回折効率も使用波長全域で約５％以下と抑制されている。

図１５の光学素子１では、基材４上に紫外線硬化樹脂からなる第１の回折格子６を形成して、第１の素子部２を構成している。もう１つの基材５上に前記と同じ紫外線硬化樹脂からなる第２の回折格子７を形成し、回折格子７を異なる紫外線硬化樹脂（回折格子）９で埋めた構成より第２の素子部３を構成している。そして第１の回折格子６と第２の回折格子（７，９）を、間隔Ｄの空気層８を介して近接配置して光学素子１を構成している。これら３つの回折格子６、７、９を合わせて、１つの回折光学部としての働きをなしている。この時、第１の回折格子６の格子厚はｄ１、第２の回折格子７、９の格子厚はｄ２である。格子の向きは、前記第１の回折格子６及び第２の回折格子７とも図中上から下に向かうに連れ格子厚が単調増加する方向である。また、図１５に示したように入射光を左側から入れると、右斜め下方向に進むのが１次光であり、直進するのが０次光である。

図１８に、図１５に示す３積層構成の光学素子１における設計次数である１次回折光及び設計次数±１次である０次回折光、２次回折光の回折効率の波長依存特性を示す。因みに光学素子１の構成としては、第１の回折格子６の材料は（ｎｄ１，νｄ１）＝（１．６３６，２２．８）で格子厚ｄ１＝２．８３μｍである。第２の回折格子７の材料は（ｎｄ２−１，νｄ２−１）＝（１．５２４，５１．６）、回折格子９の材料は（ｎｄ２−２，νｄ２−２）＝（１．６３６，２２．８）で格子厚ｄ２＝７．８８μｍで、空気間隔Ｄ＝１．５μｍとしている。また図１５の回折格子６、７、９の格子ピッチＰ＝２００μｍである。図１８からわかるように、図１７と同様に設計次数光（１次光）の回折効率は使用波長全域で約９０％以上の高い回折効率で、不要回折次数光（０、２次光）の回折効率も使用波長全域で約５％以下と抑制されている。

図１６の光学素子１では、基材４上に紫外線硬化樹脂からなる第１の回折格子６を形成して第１の素子部２を構成している。そしてもう１つの基材５上に前記と異なる紫外線硬化樹脂からなる第２の回折格子７を形成して第２の素子部３を構成している。そしてそれらを同じ格子厚ｄで密着させた構成して光学素子１を構成している。これら２つの回折格子６、７を合わせて、１つの回折光学部としての働きをなしている。格子の向きは、第１の回折格子６は図中上から下に向かうに連れ格子厚が単調増加するが、一方第２の回折格子７は上から下に向かうに連れ格子厚が単調減少する方向である。また、図１６に示したように入射光を左側から入れると、右斜め下方向に進むのが１次光であり、直進するのが０次光である。

図１９に、図１６に示す密着２層構成の光学素子１における設計次数である１次回折光及び設計次数±１次である０次回折光、２次回折光の回折効率の波長依存特性を示す。因みに光学素子１の構成としては、第１の回折格子６の材料は（ｎｄ１，νｄ１）＝（１．５６７，４６．６）で、第２の回折格子７の材料は（ｎｄ２，νｄ２）＝（１．５０４，１６．３）で同一の格子厚ｄ＝９．２９μｍとしている。また図１６の回折格子６、７の格子ピッチＰ＝２００μｍである。図１９からわかるように、図１７、図１８より設計次数光（１次光）の回折効率は使用波長全域で約９９．５％以上のかなり高い回折効率で、不要回折次数光（０、２次光）の回折効率も使用波長全域で約０．０５％以下とかなり抑制されている。前述のように、本発明に用いる光学素子ＯＥについて説明したが、回折効率等の基本性能が前述の回折光学素子と同等以上であれば、これに限定されるものではない。

次に本発明の実施例５乃至８に相当する数値実施例１乃至４について説明する。各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は物体側より第ｉ番目の軸上面間隔である。ｎｄｉとνｄｉは第ｉ番目の光学部材のｄ線における屈折率とアッべ数を各々表している。また、ＦｎｏはＦナンバーである。また各実施例の回折光学面の位相形状ψは、回折光の回折次数をｍ、設計波長をλ０、光軸に対して垂直方向の高さをｈ、位相係数をＣｉ（ｉ＝１，２，３…）としたとき、次式によって表される。
ψ（ｈ，ｍ）＝（２π／ｍλ０）＊（Ｃ１・ｈ²＋Ｃ２・ｈ⁴＋Ｃ３・ｈ⁶＋…）
更に、非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、ｈを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ…を各次数の非球面係数とした時、次式によって表される。光路中の∞の面は設計上用いたダミー面である。また前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す。

［数値実施例1］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 124.790 3.84 1.48749 70.2 95.15
2(回折) 154.789 2.00 1.63554 22.7 94.66
3 202.038 9.76 1.48749 70.2 94.60
4 -476.799 8.18 94.09
5 94.909 9.39 1.48749 70.2 83.30
6 366.311 4.24 81.91
7 -726.662 4.00 1.85000 32.4 81.16
8 149.653 0.89 77.02
9 83.641 11.40 1.48749 70.2 75.56
10 846.877 2.19 73.89
11 54.172 5.30 2.00330 28.3 64.70
12 44.403 0.00 58.60
13 ∞ 0.20 64.74
14 ∞ 50.23 64.62
15 277.229 2.01 1.48749 70.2 36.06
16 416.088 1.80 1.43387 95.1 35.31
17 58.120 0.00 33.63
18 ∞ 24.80 34.51
19(絞り) ∞ 0.15 25.73
20 68.650 1.30 2.00330 28.3 25.26
21 34.034 4.27 1.57099 50.8 24.39
22 -347.173 0.30 23.93
23 88.076 3.47 1.84666 23.8 26.14
24 -116.951 1.30 1.80400 46.6 25.46
25 36.527 3.11 23.87
26 -78.664 1.30 1.60300 65.4 23.84
27 85.840 1.60 23.88
28 ∞ 0.00 23.96
29 56.102 4.91 1.60562 43.7 24.94
30 -47.945 1.40 1.80400 46.6 25.35
31 -113.163 24.13 25.97
32 56.830 3.03 1.43875 95.0 34.61
33 103.750 10.34 34.73
34 ∞ 2.00 1.51633 64.2 36.98
35 ∞ 37.32
像面 ∞

非球面データ
第2面(回折面)
C1=-2.49129e-005 C2= 1.28547e-009

各種データ
焦点距離 392.03
Fナンバー 4.12
画角 3.16
像高 21.64
レンズ全長 256.07
BF 53.22

入射瞳位置 547.39
射出瞳位置 -59.79
前側主点位置 -420.54
後側主点位置 -338.81

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 1193.09
2 2 974.65
3 3 292.47
4 5 259.83
5 7 -145.69
6 9 189.45
7 11 -336.99
8 15 1696.01
9 16 -155.95
10 20 -68.57
11 21 54.51
12 23 59.80
13 24 -34.49
14 26 -67.87
15 29 43.46
16 30 -104.47
17 32 280.87
18 34 0.00

［数値実施例2］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 136.480 20.29 1.48749 70.2 141.99
2(回折) 1266.598 2.51 1.63554 22.7 141.09
3 1955.512 7.81 1.48749 70.2 140.44
4 -919.253 31.35 138.91
5 123.966 14.57 1.43875 95.0 107.25
6 670.402 5.81 103.89
7 -375.529 4.00 1.88300 40.8 103.67
8 222.659 0.69 98.84
9 106.846 16.87 1.43387 95.1 97.07
10 -1264.258 2.15 95.00
11 58.022 5.30 1.76200 40.1 80.51
12 48.875 0.00 73.60
13 ∞ 0.20 83.21
14 ∞ 63.88 83.09
15 612.685 3.50 1.83400 37.2 42.70
16 -103.580 1.80 1.80400 46.6 42.36
17 81.286 0.00 39.92
18 ∞ 30.23 40.60
19(絞り) ∞ 45.30 32.33
20 -132.745 1.30 2.00330 28.3 26.48
21 33.779 6.77 1.65412 39.7 27.37
22 -48.751 1.50 28.16
23 -224.685 6.19 1.68893 31.1 29.17
24 -24.978 1.30 1.49700 81.5 29.61
25 123.609 5.83 30.31
26 -29.813 1.30 1.88300 40.8 30.50
27 -50.974 2.00 32.44
28 ∞ 0.00 35.64
29 353.819 7.00 1.65412 39.7 35.95
30 126.214 6.69 1.81600 46.6 38.83
31 -84.786 9.52 39.66
32 -49.802 3.25 1.57099 50.8 40.76
33 -42.545 3.00 41.65
34 ∞ 2.00 1.51633 64.2 41.86
35 ∞ 41.90
像面 ∞

非球面データ
第2面(回折面)
C1=-1.20000e-005 C2= 4.12000e-012 C3=-1.01000e-014

各種データ
焦点距離 584.96
Fナンバー 4.12
画角 2.12
像高 21.64
レンズ全長 374.37
BF 60.47

入射瞳位置 1026.31
射出瞳位置 -182.43
前側主点位置 202.58
後側主点位置 -524.49

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 309.73
2 2 4974.33
3 3 1283.85
4 5 343.85
5 7 -157.81
6 9 227.92
7 11 -542.88
8 15 106.47
9 16 -56.40
10 20 -26.73
11 21 31.53
12 23 40.28
13 24 -41.69
14 26 -83.75
15 29 -303.65
16 30 63.05
17 32 439.68
18 34 0.00

［数値実施例3］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 136.795 21.90 1.48749 70.2 145.12
2(回折) 2676.639 2.00 1.57160 13.5 144.22
3 1292.008 10.16 1.48749 70.2 142.97
4 -841.970 33.52 140.68
5 125.067 14.54 1.43875 95.0 105.43
6 867.815 5.20 102.15
7 -378.732 4.00 1.88300 40.8 101.86
8 248.423 0.15 97.30
9 101.396 13.24 1.43387 95.1 94.82
10 3404.189 1.35 93.82
11 59.474 5.30 1.75500 52.3 80.54
12 49.786 0.00 73.64
13 ∞ 0.20 83.63
14 ∞ 65.94 83.50
15 618.327 3.50 1.83400 37.2 41.24
16 -97.531 1.80 1.80400 46.6 40.88
17 87.214 0.00 38.53
18 ∞ 33.23 39.24
19(絞り) ∞ 18.94 28.39
20 -146.979 1.30 2.00330 28.3 22.34
21 37.227 4.70 1.65412 39.7 22.05
22 -50.323 1.50 22.11
23 269.415 4.39 1.68893 31.1 21.88
24 -28.902 1.30 1.49700 81.5 22.11
25 66.596 2.99 22.23
26 -34.242 1.30 1.88300 40.8 22.27
27 -144.796 2.00 23.42
28 ∞ 0.00 25.12
29 -299.339 6.63 1.65412 39.7 24.94
30 -96.847 4.45 1.81600 46.6 27.51
31 -69.371 25.55 29.15
32 130.528 10.00 1.51633 64.1 41.05
33 -102.250 3.00 42.02
34 ∞ 2.00 1.51633 64.2 42.13
35 ∞ 42.16
像面 ∞

非球面データ
第2面(回折面)
C1= 6.39402e-006 C2= 1.66565e-011

各種データ
焦点距離 584.98
Fナンバー 4.12
画角 2.12
像高 21.64
レンズ全長 374.38
BF 68.28

入射瞳位置 1190.28
射出瞳位置 -181.65
前側主点位置 406.08
後側主点位置 -516.70

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 295.95
2 2 -4140.20
3 3 1047.33
4 5 331.08
5 7 -169.39
6 9 240.58
7 11 -529.37
8 15 101.24
9 16 -57.02
10 20 -29.50
11 21 33.42
12 23 38.12
13 24 -40.37
14 26 -51.07
15 29 216.07
16 30 279.31
17 32 112.69
18 34 0.00

［数値実施例4］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 125.073 3.64 1.48749 70.2 95.15
2 151.479 0.28 1.63554 22.7 94.66
3(回折) 154.789 1.87 1.63554 22.7 94.63
4 201.107 9.82 1.48749 70.2 94.60
5 -471.734 7.31 94.08
6 94.826 9.21 1.48749 70.2 83.66
7 367.516 4.17 82.43
8 -730.675 4.00 1.85000 32.4 81.78
9 149.174 0.15 77.58
10 84.597 10.91 1.48749 70.2 76.34
11 943.072 1.91 75.01
12 55.432 5.30 2.00330 28.3 65.86
13 45.319 0.00 59.66
14 ∞ 0.20 65.92
15 ∞ 52.8 65.81
16 363.750 2.50 1.48749 70.2 36.03
17 -614.904 1.80 1.43387 95.1 35.30
18 58.754 0.00 33.41
19 ∞ 26.44 34.26
20(絞り) ∞ 0.15 25.05
21 65.490 1.30 2.00330 28.3 24.60
22 32.716 4.25 1.57099 50.8 23.73
23 -309.789 0.30 23.27
24 92.662 3.42 1.84666 23.8 25.53
25 -104.923 1.30 1.80400 46.6 24.86
26 37.446 2.93 23.35
27 -78.923 1.30 1.60300 65.4 23.31
28 76.840 1.60 23.35
29 ∞ 0.00 23.47
30 55.791 4.56 1.60562 43.7 24.44
31 -55.546 1.40 1.80400 46.6 24.87
32 -128.840 22.43 25.44
33 59.270 3.24 1.43875 95.0 34.13
34 137.687 9.75 34.31
35 ∞ 2.00 1.51633 64.2 36.56
36 ∞ 36.90
像面 ∞

非球面データ
第3面(回折面)
C1=-2.49129e-005 C2= 1.28547e-009

各種データ
焦点距離 392.04
Fナンバー 4.12
画角 3.16
像高 21.64
レンズ全長 256.07
BF 53.83

入射瞳位置 578.93
射出瞳位置 -57.83
前側主点位置 -405.57
後側主点位置 -338.21

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 1408.16
2 2 7021.81
3 3 989.64
4 4 290.62
5 6 259.29
6 8 -145.44
7 10 189.85
8 12 -335.67
9 16 469.22
10 17 -123.51
11 21 -66.48
12 22 52.06
13 24 58.58
14 25 -34.19
15 27 -64.36
16 30 46.68
17 31 -122.49
18 33 234.25
19 35 0.00

ｄｄｏｅ：回折光学部の光軸上での厚さ、ｄａｎｍ、ｄａｎｍ１、ｄａｎｍ２：屈折光学部の光軸上での厚さ、ＬＦ：前群、ＬＲ：後群、Ｌａｎｍ：屈折光学部、Ｌｄｏｅ：回折光学部、Ｌｆｏ：フォーカスレンズ群、ＬＩＳ：ＩＳレンズ群、Ｓ：開口絞り、Ｇ：ガラスブロック、ＩＰ：像面、ΔＭ：メリディオナル像面、ΔＳ：サジタル像面、１：回折光学素子、２：第１の回折格子部、３：第２の回折格子部、４：第１の基材、５：第２の基材、６：第１の回折格子、７：第２の回折格子、８：空気層、９：第２の回折格子に密着した樹脂層、１０：ガラス基板１、１１：ガラス基板２、１２：回折光学部、１３：屈折光学部、Ｄ：空気間隔、ｄ１：第１の回折格子の格子厚、ｄ２：第２の回折格子の格子厚

Claims (11)

1. 複数の回折格子を積層して成る回折光学部の光入出射面のうち少なくとも一方に固体材料から成る屈折作用を有する屈折光学部が密着された接合部を有する光学素子であって、該固体材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄ、θｇＦ、異常部分分散比をΔθｇＦとし、
   ΔθｇＦ＝θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７×νｄ^３＋５．２１３×１０^−５
   ×νｄ^２−５．６５６×１０^−３×νｄ＋０．７２７８）
   とおくとき、
   ０．０１＜｜ΔθｇＦ｜＜０．５０
   νｄ＜６０
   なる条件式を満足することを特徴とする光学素子。
2. 前記回折光学部の光軸上の厚さをｄｄｏｅ、前記屈折光学部の光軸上の厚さをｄａｎｍとするとき、
   ０．００１＜ｄｄｏｅ／ｄａｎｍ≦１．０００
   ｄｄｏｅ≦０．１（ｍｍ）
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
   ここで、該回折光学部の光軸上の厚さｄｄｏｅ及び屈折光学部の光軸上の厚さｄａｎｍは、該回折光学部と該屈折光学部が各々複数存在する場合は、各部の光軸上の厚さの和である。
3. 前記屈折光学部の固体材料は、紫外線硬化樹脂若しくは無機微粒子を樹脂材料に分散させた混合体から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記回折光学部を構成する材料は、異なる２つ以上の紫外線硬化樹脂若しくは無機微粒子を樹脂材料に分散させた混合体から成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 前記屈折光学部の固体材料と前記回折光学部を構成する材料は、全て異なる材料から成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
6. 前記屈折光学部の固体材料と前記回折光学部を構成する材料は、少なくとも１つが同じ材料から成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
7. 前記接合部は２つの光学部材に挟まれて密着されている事を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学素子を有することを特徴とする光学系。
9. 前記屈折光学部の焦点距離をｆａｎｍ、前記回折光学部の焦点距離をｆｄｏｅとするとき、
   ０．０１＜｜ｆａｎｍ／ｆｄｏｅ｜＜１．００
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項８に記載の光学系。
10. 前記光学系のテレ比をＴＷとするとき
    ０．６＜ＴＷ＜０．７
    なる条件を満足することを特徴とする請求項８又は９に記載の光学系。
11. 請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の光学系を有していることを特徴とする光学機器。