JP2015203790A - 光学系およびこれを用いた光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】不要回折光によるフレアを相対的な強度分布を変えることで目立ちにくくする光学系およびこれを用いた光学機器を提供する。【解決手段】光軸方向に配列された第１及び第２の回折格子を有する光学系であって、前記第１及び第２の回折格子の使用回折次数の夫々をｍａ（ｍａは０以上の整数）及びｍｂ（ｍｂは０以上の整数）、軸上光束が前記第１及び第２の回折格子の夫々から（ｍａ＋１）次の光及びｍｂ次の光として出射するときの像面上での最大径をＥａ（ｍａ＋１）、軸上光束が前記第１及び第２の回折格子の夫々からｍａ次の光及び（ｍｂ＋１）次の光として出射するときの像面上の最大径をＥｂ（ｍｂ＋１）、とするとき、Ｅｂ（ｍｂ＋１）＜Ｅａ（ｍａ＋１）１．０５＜Ｅａ（ｍａ＋１）／Ｅｂ（ｍｂ＋１）＜１．９０なる条件を満たす。【選択図】図１

Description

本発明は、光学系およびこれを用いた光学機器に関し、光軸方向に離間した少なくとも２つの回折格子を備え、ビデオカメラやデジタルカメラ、テレビカメラ等に好適なものである。

光学系の色収差を減じる一つの方法として、互いに異なる硝材の組み合わせを用いる方法が知られている。また、別の方法として、光学系の一部に回折作用を有する回折光学素子（例えば複数の回折格子を積層して形成）を設ける方法が知られている。このような回折光学素子には、色収差の補正の他、その周期的構造の周期を適宜変化させることで非球面レンズ的な効果を持たせることができることが知られている。

ここで、屈折においては、１本の光線は屈折後も１本の光線であるのに対し、回折においては、各次数に光が分かれてしまう。そこで、レンズ系として回折光学素子を用いる場合には、使用波長領域の光束が１つの特定次数（以後、設計次数とも言う）に集中するように格子構造を決定する必要がある。そして、特定次数、特定波長光に対して、高い効率で光を回折できる回折レンズとして、ブレーズ構造の回折光学素子が用いられる。

また、広い波長域において高い効率で光を回折するような回折光学素子が、特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の回折光学素子は、材料の屈折率や構成を適切に選択することで、可視域全域で高い回折効率を得ている。

また、特許文献２においては、回折光学素子を複数用いることで、収差が良好に補正された光学系が開示されている。

特開２０００−７５１１８号公報 特開２００９−２７１３５４号公報

複数の回折格子を光学系中に設けた場合、設計次数以外の光（以後不要回折光とも言う）が像面に届いてフレアとなる場合がある。その際に、不要回折光によるフレアは、回折次数ごとに離散的な形状を持つことが多い。

そして、不要回折光によるフレアは、回折格子を形成する材料や構成を適切に選ぶことで、ある程度減少させることができる。特許文献１に記載されている回折光学素子は、２種類の回折格子をわずかにずらして配置することで、不要回折光によるフレアを低減している。

しかしながら、従来技術では、このような不要回折光によるフレアを相対的な強度分布を変えることで目立ちにくくするまでには至っていなかった。特に、このような従来技術において、光学系によっては、不要回折光によるフレアが目立ち易くなってしまう構成もあった。

以上のことから、不要回折光によるフレアが目立ちにくくなるような構成が求められる。
本発明の目的は、不要回折光によるフレアを相対的な強度分布を変えることで目立ちにくくする光学系およびこれを用いた光学機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る光学系は、光軸方向に配列された第１及び第２の回折格子を有する光学系であって、前記第１及び第２の回折格子の使用回折次数の夫々をｍ_ａ（ｍ_ａは０以上の整数）及びｍ_ｂ（ｍ_ｂは０以上の整数）、軸上光束が前記第１及び第２の回折格子の夫々から（ｍ_ａ＋１）次の光及びｍ_ｂ次の光として出射するときの像面上での最大径をＥａ（ｍ_ａ＋１）、軸上光束が前記第１及び第２の回折格子の夫々からｍ_ａ次の光及び（ｍ_ｂ＋１）次の光として出射するときの像面上の最大径をＥｂ（ｍ_ｂ＋１）、とするとき、
Ｅｂ（ｍ_ｂ＋１）＜Ｅａ（ｍ_ａ＋１）
１．０５＜Ｅａ（ｍ_ａ＋１）／Ｅｂ（ｍ_ｂ＋１）＜１．９０
なる条件を満たすことを特徴とする。

また、本発明に係る光学機器は、上記光学系を有することを特徴とする。

本発明によれば、不要回折光によるフレアを相対的な強度分布を変えることで目立ちにくくする光学系およびこれを用いた光学機器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る光学系における不要回折光の相対的な強度分布の模式図である。 本発明の実施形態に係る光学系における回折光学素子の部分断面図である。 （ａ）は回折光学素子の正面図、（ｂ）は側面図である。 第１の実施形態に係る光学系の断面図である。 第１の実施形態に係る光学系の収差図である。 第２の実施形態に係る光学系の断面図である。 第２の実施形態に係る光学系の収差図である。 第３の実施形態に係る光学系の断面図である。 第３の実施形態に係る光学系の収差図である。 第１の実施形態に係る回折格子の回折効率を示す図である。 第２の実施形態に係る回折格子の回折効率を示す図である。 第３の実施形態に係る回折格子の回折効率を示す図である。 本発明の実施形態に係る光学系を搭載した光学機器としての撮像装置の要部概略図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を用いて説明する。

《第１の実施形態》
（光学機器）
本発明の実施形態に係る光学系を撮影光学系として搭載した光学機器としての撮像装置（デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、銀塩フィルムカメラ等）を図１３に示す。２０はカメラ本体、２１は撮影光学系、２２はカメラ本体に内蔵され、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。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。

（光学系）
図４に示す本実施形態に係る光学系（撮像レンズ系）のレンズ断面図において、左方が物体側（前方）、右方が像側（後方）である。また、以下に述べるレンズ群とは、ズーミングもしくはフォーカシングによって変化する光軸方向のレンズ間隔によって分けられる部分とする。また、光学防振のために、光軸と垂直方向に稼動させるブロックについてもレンズ群としても良い。

図４に示す光学系は、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、フォーカス群ＬＦ、開口絞りＳＰ、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２から成る。該光学系は、フォーカシングの際に、フォーカス群ＬＦを像側に繰り出すことで、近距離物体への合焦を可能にしている。

ここで、図５に本実施形態に係る光学系の収差図を示す。この収差図において、ｄ、ｇ、Ｃ、Ｆは夫々ｄ線、ｇ線、Ｃ線およびＦ線に関する収差であることを示す。ΔＭおよびΔＳは、夫々メリディオナル像面およびサジタル像面である。また、倍率色収差はｇ線によって表している。なお、ωは半画角、ＦｎｏはＦナンバーである。

さて、本実施形態に係る光学系では、第１レンズ群Ｌ１内に第１の回折格子である回折格子Ｄａ、第２の回折格子である回折格子Ｄｂを用いることで、諸収差（特に色収差）を減じた光学系としている。さらに、後述する条件式を満足するように回折格子ＤａとＤｂの回折ピッチを変えることで、像面上の不要回折光の大きさ（軸上光束の像面上の最大径）をわずかに異ならせ、不要回折光によるフレアを目立ちにくくしている。

図１に、像面上の不要回折光の相対的な強度分布を模式的に示す。図１（ａ）は、従来例のように回折格子を１つ用いた場合の、像面上の位置における不要回折光の強度分布である。これに対し、図１（ｂ）は、本実施形態に係る光学系として光軸方向に離間して配列された２つの回折格子を用いた場合の、像面上の位置における不要回折光の強度プロファイルである。

図１（ａ）において、ＦＬ１は設計次数（使用回折次数）であるｍ次（ｍは０以上の整数）に対する不要回折光である（ｍ＋１）次の光束による強度分布である。また、ＦＬ２は設計次数（使用回折次数）であるｍ次（ｍは０以上の整数）に対する不要回折光である（ｍ＋２）次の光束による強度分布である。図１（ａ）のように、相対的な強度分布として不要回折光が離散的に像面上に現われると、不要回折光によるフレアが目立ち易い。

一方、図１（ｂ）において、ＦＬａ１は設計次数（使用回折次数）であるｍ_ａ次（ｍ_ａは０以上の整数）に対する不要回折光である（ｍ_ａ＋１）次の光束による強度分布である。また、ＦＬｂ１は設計次数（使用回折次数）であるｍ_ｂ次（ｍ_ｂは０以上の整数）に対する不要回折光である（ｍ_ｂ＋１）次の光束による強度分布である。

また、ＦＬａ２は設計次数（使用回折次数）であるｍ_ａ次（ｍ_ａは０以上の整数）に対する不要回折光である（ｍ_ａ＋２）次の光束による強度分布である。また、ＦＬｂ２は設計次数（使用回折次数）であるｍ_ｂ次（ｍ_ｂは０以上の整数）に対する不要回折光である（ｍ_ｂ＋２）次の光束による強度分布である。

図１（ｂ）に示すように、本実施形態の光学系は、２つの回折格子Ｄａ、Ｄｂの不要回折光による像面上のサイズをわずかに異ならせる。これにより、相対的な強度分布として不要回折光による強度分布がなだらかに変化するため、不要回折光によるフレアを目立ちにくくする。

ここで、図１（ｂ）において、第１、第２の回折格子における使用回折次数を夫々ｍ_ａ次（ｍ_ａは０以上の整数）、ｍ_ｂ次（ｍ_ｂは０以上の整数）とする。そして、軸上光束が第１、第２の回折格子を夫々（ｍ_ａ＋１）次、ｍ_ｂ次の光にて出射するときの像面上の最大径をＥａ（ｍ_ａ＋１）とする。また、軸上光束が第１、第２の回折格子を夫々ｍ_ａ次、（ｍ_ｂ＋１）次の光にて出射するときの像面上の最大径をＥｂ（ｍ_ｂ＋１）とする。

ここで、Ｅｂ（ｍ_ｂ＋１）＜Ｅａ（ｍ_ａ＋１）とするとき、本実施形態では、以下の条件式を満たす。

１．０５＜Ｅａ（ｍ_ａ＋１）／Ｅｂ（ｍ_ｂ＋１）＜１．９０ ・・・（１）
これにより、図１（ａ）の強度分布ＦＬ１に対して、図１（ｂ）の強度分布ＦＬａ１、ＦＬｂ１では、像面上の最大径の位置近傍の強度変化を緩やかにでき、不要回折光によるフレアを目立ちにくくする。

条件式（１）の下限値を超えると、２つの回折格子による不要回折光が重なってしまい、強度分布をなだらかにすることができない。また、条件式（１）の上限値を超えると、２つの回折格子の隣り合った次数による不要回折光が重なってしまい、好ましくない。

条件式（１）については、更に以下の条件式（１Ａ）の範囲とすることが、より好ましい。

１．１５＜Ｅａ（ｍ_ａ＋１）／Ｅｂ（ｍ_ｂ＋１）＜１．５０ ・・・（１Ａ）
なお、後述の表１において、Ｅａ（ｍ_ａ＋１）、Ｅｂ（ｍ_ｂ＋１）をそれぞれＥａ、Ｅｂと略記している。

更に、本実施形態では、不要回折光である（ｍ＋２）次における軸上光束の像面上の最大径を、回折格子Ｄａ、Ｄｂに対して夫々Ｅａ（ｍ_ａ＋２）、Ｅｂ（ｍ_ｂ＋２）とするとき、以下の条件式（１’）を満たす。

１．０５＜Ｅａ（ｍ_ａ＋２）／Ｅｂ（ｍ_ｂ＋２）＜１．９０ ・・・（１’）
ただし、Ｅｂ（ｍ_ｂ＋２）＜Ｅａ（ｍ_ａ＋２）
条件式（１’）の下限値を超えると、２つの回折格子による不要回折光が重なってしまい、強度分布をなだらかにすることができない。また、条件式（１’）の上限値を超えると、２つの回折格子の隣り合った次数による不要回折光が重なってしまい、好ましくない。

条件式（１’）については、更に以下の条件式（１’Ａ）の範囲とすることが、より好ましい。

１．１５＜Ｅａ（ｍ_ａ＋２）／Ｅｂ（ｍ_ｂ＋２）＜１．５０ ・・・（１’Ａ）
ここで、本実施形態においては、図１（ｂ）に示されるように、以下の条件式を満たす。

Ｅｂ（ｍ_ｂ＋１）＜Ｅａ（ｍ_ａ＋１）＜Ｅｂ（ｍ_ｂ＋２）＜Ｅａ（ｍ_ａ＋２）
これにより、強度変化を緩やかにでき、不要回折光によるフレアを目立ちにくくする。

ところで、回折格子Ｄａ、Ｄｂの設計波長におけるパワーを夫々φａ、φｂ、軸上光束の近軸光線高さをｈａ、ｈｂとしたとき、以下の条件式（２）を満たすことで、上記のように不要回折光による強度分布をなだらかにすることができる。

１．０３＜Ｆａ／Ｆｂ＜１．９５ ・・・（２）
ただし、Ｆａ＝φａ×ｈａ^２
Ｆｂ＝φｂ×ｈｂ^２
Ｆｂ＜Ｆａ
条件式（２）の下限値を超えると、２つの回折格子による不要回折光が重なってしまい、強度分布をなだらかにすることができない。また、条件式（２）の上限値を超えると２つの回折格子の隣り合った次数による不要回折光が重なってしまい、好ましくない。

条件式（２）については、更に以下の条件式（２Ａ）の範囲とすることが、より好ましい。

１．１０＜Ｆａ／Ｆｂ＜１．７０ ・・・（２Ａ）
なお、本実施形態の積層型回折光学素子１の各回折面の位相形状ψは、次式によって表される。

ψ（ｈ，ｍ）＝（２π／ｍλ_０）（Ｃ_２ｈ^２＋Ｃ_４ｈ^４＋Ｃ_６ｈ^６…）
ここに、ｈは光軸に対して垂直方向の高さ、ｍは回折光の回折次数、λ_０は設計波長、Ｃｉは位相係数（ｉ＝２，４，６…）である。

また、任意の波長λ、任意の回折次数ｍに対する回折格子のパワーφ_Ｄは、最も低次の位相係数Ｃ_２を用いて以下のように表すことができる。

φ_Ｄ（λ，ｍ）＝−２Ｃ_２ｍλ／λ_０
本実施形態において、積層型回折光学素子１を構成する各回折格子の使用回折次数ｍは全て１であり、設計波長λ_０ は全てｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）である。

（積層型回折光学素子）
ここで、本実施形態においては、上記の回折格子ＤａとＤｂを密着接合し、一体化させた積層型回折光学素子１（図２）として作成している。これら第１、第２の回折格子Ｄａ、Ｄｂは、それぞれ単体で１つの回折光学素子として作用するものである。即ち、回折格子Ｄａ、Ｄｂは同心円状の格子形状から成り、径方向における格子ピッチが変化することで、レンズ作用を有する。

本実施形態における積層型回折光学素子１に入射させる光の波長領域（すなわち使用波長領域）は、可領域全域である。そして、回折格子Ｄａ、Ｄｂを構成する材料および格子厚さは、可領域全域で使用回折次数であるｍ次として１次（ｍ＝１）の回折光の回折効率を高くするよう選択される。

以下に、本実施形態における積層型回折光学素子１の具体的な構成を述べる。図３（ａ）は、本実施形態に係る積層型回折光学素子１の正面図であり、図３（ｂ）は積層型回折光学素子１の側面図である。また、図２には、図３の積層型回折光学素子１をＡ−Ａ’線で切断したときの断面形状の一部を拡大して示している。但し、図２は格子深さ方向にかなりデフォルメされた図となっている。

図２で、第１の回折格子Ｄａ、第２の回折格子Ｄｂは、第１の透明基板４と第２の透明基板５の間に積層されている。第１の回折格子Ｄａは、格子ベース部６と、格子ベース部６に一体形成された回折格子８ａ、８ｂ（８ａとは異なる材料からなる）とが、密着接合されて形成されている。一方、第２の回折格子Ｄｂは、格子ベース部７と、格子ベース部７に一体形成された回折格子９ａ、９ｂ（９ａとは異なる材料からなる）とが、密着接合されて形成されている。さらに、回折格子８ｂと回折格子９ｂが、中間層１０を介して密着接合されている。

ここで、材料に関しては、回折格子８ａを形成する第１の材料として、フッ素系樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂Ａ（ｄ線に対する屈折率Ｎｄ＝１．５０６、アッベ数νｄ＝１７．７、部分分散比θｇＦ＝０．４０５）を用いた。一方、回折格子８ｂを形成する第２の材料には、アクリル系樹脂にＺｒＯ２微粒子を混合させた樹脂Ｂ（ｄ線に対する屈折率Ｎｄ＝１．５６９、アッベ数νｄ＝４７．９、部分分散比θｇＦ＝０．５７０）を用いた。

また、回折格子９ａを形成する材料として、回折格子８ａに使用した第１の材料と同じ材料（樹脂Ａ）を用いた。そして、回折格子９ｂを形成する材料として、回折格子８ｂに使用した第２の材料と同じ材料（樹脂Ｂ）を用い、さらに、中間層１０にも、同じ材料（樹脂Ｂ）を用いた。

なお、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦの定義は一般に用いられるものと同じであり、ｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれＮｇ，ＮＦ，Ｎｄ，ＮＣとするとき、それぞれ次式で表される。

νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
また、回折格子８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂの格子厚は、光軸上で９．２３μｍである。そして、ベース部６の厚さは２μｍ、ベース部７の厚さは２μｍ、中間層１０の厚さｄｘは０．１ｍｍとした。

中間層１０の厚さｄｘを十分厚くすることで、回折格子Ｄａと回折格子Ｄｂを個別に扱うことができ、不要回折光による強度分布をなだらかにすることができる。一方、中間層１０の厚さｄｘを薄くする（回折格子Ｄａと回折格子Ｄｂの間隔を近付ける）と、２つの回折格子を一体の回折格子として取り扱わなければならず、不要回折光による強度分布をなだらかにすることができない。

回折格子Ｄａと回折格子Ｄｂの間隔に相当する中間層１０の厚さｄｘは、ｄ線の波長をλｄとしたとき、以下の条件式（３）を満たすことが好ましい。
８０ ＜ ｄｘ／λｄ ＜ ８００００ ・・・（３）
ここで、λｄはｄ線の波長である。

（回折格子の位相差と回折効率）
次に、本実施形態における回折格子の位相差と回折効率の関係について述べる。回折格子の位相差に関し、図２に示した本実施形態における回折格子Ｄａにおいて、波長λの場合に、使用回折次数であるｍ次の回折光の回折効率が最大となる条件は、光路長差Φ（λ）が以下の式を満足することである。
Φ（λ）＝（ｎ０２−ｎ０１）×ｄ１＝ｍλ
ここで、ｎ０１は回折格子８ａを形成する材料（樹脂Ａ）の波長λの光に対する屈折率、ｎ０２は回折格子８ｂを形成する材料（樹脂Ｂ）の波長λの光に対する屈折率である。また、ｄ１は回折格子８ａ、８ｂの格子厚である。

光路長差Φ（λ）に関する上記式は、回折格子Ｄｂについても同様である。

図２中の０次回折光から下向き（光軸に近づく方向）に回折する光の回折次数を正の回折次数（例えば＋１次）、０次回折光から上向き（光軸から離れる方向）に回折する光の回折次数を負の回折次数とする。すると、条件式（５）における格子厚ｄ１の加減の符号は、図２中の回折格子Ｄａの場合、正となる。

次に、回折格子の回折効率に関し、任意の波長λでの回折効率η（λ）は、以下の式で表すことができる。

η（λ）＝ｓｉｎｃ^２〔π｛ｍ−Φ（λ）／λ｝〕
ここで、ｍは評価すべき回折光の次数（使用回折次数）、Φ（λ）は波長λの光に対する積層型回折光学素子の１つの単位格子（回折格子Ｄａ）における光路長差である。また、ｓｉｎｃ（ｘ）は、｛ｓｉｎ（ｘ）／ｘ｝で表される関数である。

図１０は、それぞれ回折格子Ｄａ、Ｄｂの光軸付近における使用回折次数である＋１次での回折効率特性を示している。これらの特性図からも分かるように、回折格子Ｄａ、Ｄｂは、可視域全域において、高い回折効率を得ている。

このとき、回折格子Ｄａと回折格子Ｄｂの回折効率をそれぞれηａ、ηｂとしたとき、以下の条件式（４ａ）、（４ｂ）を共に満たすことで、さらに不要回折光によるフレアを目立ちにくくすることができる。
０．９５＜ ηａ＜１ ・・・（４ａ）
０．９５＜ ηｂ＜１ ・・・（４ｂ）
ただし、ηａ、ηｂは、それぞれｄ線、Ｆ線、Ｃ線における回折効率の平均値であり、回折効率は最大値を１とする値である。

条件式（４ａ）、（４ｂ）における下限を超える（下回る）と、不要回折光によるフレアの強度が高くなってしまうため、フレアが目立ち易くなってしまう。また、条件式（４ａ）、（４ｂ）における上限を超える（上回る）と、回折光学素子の作成難易度が上がるため好ましくない。

また、回折格子Ｄａ、Ｄｂにおいて、回折効率ηａ、ηｂが、以下の条件式（５）を満たすことが好ましい。
０≦｜ηａ―ηｂ｜＜０．０２ ・・・（５）
条件式（５）の上限値を超える（上回る）と、２つの回折光によるフレアの強度バランスがくずれてしまうため、フレアが目立ち易くなってしまう。

以上の構成により、本実施形態では、可視域全域において像面上に生じる不要回折光によるフレアが目立ちにくくなるような積層型回折光学素子を用いた光学系を得ることができる。更に、このような積層型回折光学素子を光学系中に用いることで、諸収差が良好に低減された光学系、また全長が短縮された光学系を得ることができる。

《第２の実施形態》
第１の実施形態の光学系においては、近接した位置、かつ曲率が同じ面に２つの回折格子を設ける構成とし、作成がし易い積層型回折光学素子を得ていたが、本発明はこれに限るものではない。曲率が違う２つ以上の面に回折格子を設けることで、光学設計の自由度を高くし、諸収差を減じた光学系を得ることもできる。本実施形態では、夫々が回折光学素子を形成する回折格子Ｄａ、Ｄｂが、１つのレンズにおける異なるレンズ面に設けられる。

図６に、本実施形態（数値例２）の光学系を示し、図７に収差図を示す。本実施形態の光学系は、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、フォーカス群ＬＦ、開口絞りＳＰ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２から成る光学系である。該光学系は、フォーカシングの際に、フォーカス群ＬＦを像側に繰り出すことで、近距離物体への合焦を可能にしている。

また、第１レンズ群Ｌ１内に回折格子Ｄａ、Ｄｂを用いることで、諸収差、特に色収差を減じた光学系を得ている。本実施形態に係る回折格子ＤａとＤｂは、第１の実施形態と同じ材料を用い、樹脂Ａから成る回折格子Ｄａと樹脂Ｂから成る回折格子Ｄｂを構成する。本実施形態においては、回折格子Ｄａの格子厚を９．２３μｍとし、回折格子Ｄｂの格子厚を９．１５μｍとした。

図１１は、それぞれ回折格子Ｄａ、Ｄｂの光軸付近における、１次での回折効率特性を示している。これらの特性図からも分かるように、回折格子Ｄａ、Ｄｂは可視域全域において、高い回折効率を得ている。さらに、本実施形態では、回折格子ＤａとＤｂの間隔、及び回折ピッチを適切に設定することで、像面上の不要回折光の大きさをわずかに異ならせている。その結果、不要回折光によるフレアが目立ちにくい光学系となっている。

《第３の実施形態》
本実施形態では、夫々が回折光学素子を形成する回折格子Ｄａ、Ｄｂが、異なるレンズにおける異なるレンズ面に設けられる。図８に、本実施形態（数値例３）の光学系を示し、図９に収差図を示す。本実施形態の光学系は、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、フォーカス群ＬＦ、開口絞りＳＰ、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２から成る光学系である。該光学系は、フォーカシングの際に、フォーカス群ＬＦを像側に繰り出すことで、近距離物体への合焦を可能にしている。

また、第１レンズ群Ｌ１内に回折格子Ｄａ、Ｄｂを用いることで、諸収差、特に色収差を減じた光学系を得ている。本実施形態に係る回折格子ＤａとＤｂは、第１の実施形態と同じ材料を用い、樹脂Ａから成る回折格子Ｄａと樹脂Ｂから成る回折格子Ｄｂを構成する。本実施形態においては、回折格子Ｄａの格子厚を９．２３μｍとし、回折格子Ｄｂの格子厚を９．０２μｍとした。

図１２は、それぞれ回折格子Ｄａ、Ｄｂの光軸付近における、１次での回折効率特性を示している。これらの特性図からも分かるように、回折格子Ｄａ、Ｄｂは可視域全域において、高い回折効率を得ている。さらに、本実施形態では、回折格子ＤａとＤｂの間隔、及び回折ピッチを適切に設定することで、像面上の不要回折光の大きさをわずかに異ならせている。その結果、不要回折光によるフレアが目立ちにくい光学系となっている。

（数値実施例）
以下、上記各実施形態に対応する数値実施例を示す。各数値実施例において、Ｍは光入射側から数えた面または光学素子の番号を示す。例えば、Ｒ_Ｍは第Ｍ番目の光学面（第Ｍ面）の曲率半径である。Ｄ_Ｍは第Ｍ面と第（Ｍ＋１）面との間の軸上間隔である。「Ｅ±ＸＸ」は「×１０^±ＸＸ」を意味する。Ｆｎｏは有効Ｆナンバーである。ωは半画角であり、単位は度である。

（数値実施例１）
ｆ＝３９２ Ｆｎｏ＝ ４ ２ω＝６．３２°

（数値実施例２）
ｆ＝３９２ Ｆｎｏ＝ ４．１ ２ω＝６．３２°

（数値実施例３）
ｆ＝３９２ Ｆｎｏ＝ ４．１ ２ω＝６．３２°

ここで、上述した条件式（１）〜（５）と数値実施例との関係を表１に示す。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、光学系として撮影光学系について説明したが、本発明の光学系は、双眼鏡、地上望遠鏡や天体観測用望遠鏡等の光学機器における観察光学系にも適用することができる。更には、レンズシャッターカメラやビデオカメラなどの光学式ファインダ光学系にも適用することができる。

Ｄａ・・第１の回折格子、Ｄｂ・・第２の回折格子

Claims (8)

1. 光軸方向に配列された第１及び第２の回折格子を有する光学系であって、
   前記第１及び第２の回折格子の使用回折次数の夫々をｍ_ａ（ｍ_ａは０以上の整数）及びｍ_ｂ（ｍ_ｂは０以上の整数）、軸上光束が前記第１及び第２の回折格子の夫々から（ｍ_ａ＋１）次の光及びｍ_ｂ次の光として出射するときの像面上での最大径をＥａ（ｍ_ａ＋１）、軸上光束が前記第１及び第２の回折格子の夫々からｍ_ａ次の光及び（ｍ_ｂ＋１）次の光として出射するときの像面上の最大径をＥｂ（ｍ_ｂ＋１）、とするとき、
   Ｅｂ（ｍ_ｂ＋１）＜Ｅａ（ｍ_ａ＋１）
   １．０５＜Ｅａ（ｍ_ａ＋１）／Ｅｂ（ｍ_ｂ＋１）＜１．９０
   なる条件を満たすことを特徴とする光学系。
2. 前記第１及び第２の回折格子の設計波長におけるパワーを夫々φａ、φｂ、軸上光束の近軸光線高さをｈａ、ｈｂとしたとき、
   １．０３＜Ｆａ／Ｆｂ＜１．９５
   ただし、Ｆａ＝φａ×ｈａ^２
   Ｆｂ＝φｂ×ｈｂ^２
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記第１及び第２の回折格子の光軸方向の距離をｄｘ、ｄ線の波長をλｄとしたとき、
   ８０＜ｄｘ／λｄ＜８００００
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
4. 前記第１及び第２の回折格子の回折効率を夫々ηａ、ηｂ（ただし、ηａ、ηｂは夫々ｄ線、Ｆ線、Ｃ線における回折効率（夫々最大値が１）の平均値）としたとき、
   ０．９５＜ ηａ＜１
   ０．９５＜ ηｂ＜１
   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項に記載の光学系。
5. ０≦｜ηａ―ηｂ｜＜０．０２
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光学系。
6. 可視域全域において用いられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学系。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。
8. 撮像素子を有することを特徴とする請求項７に記載の光学機器。