JP2018146879A - 光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

光学系及びそれを有する撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】回折光学素子を用いた撮影光学系において、所望の材料特性を有し、製造上の精度や対環境性に優れた光学材料（主に硝材）を使用し、可視波長域全域に渡って色収差が良好に補正された小型・軽量な光学系を提供する。
【解決手段】物体側から像側へ順に配置された、前群ＬＦ、開口絞りＳ、後群ＬＲから構成される光学系において、前群ＬＦは回折光学素子Ｌｄｏｅと複数の屈折光学素子を有するとともに、前記屈折光学素子に用いる光学材料を適切に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は光学系及びそれを有する撮像装置に関し、例えばビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、TVカメラ、監視用カメラそして銀塩フィルムを用いたフィルム用カメラ等に好適なものである。
一般に、撮像装置に用いられる光学系では、レンズ全長（第1レンズ面から像面までの距離）を短縮し、光学系全体の小型化を図る程、軸上色収差及び倍率色収差が増加する。望遠型の光学系では、焦点距離が長くなる程、色収差が増加する。このような光学系において、可視波長域に渡って色収差を補正するには、フラウンホーファー線におけるd線、g線、C線、F線の4波長の色収差を補正する必要がある。
一般に、色収差を低減する方法として、光学材料に異常部分分散材料を用いる方法や回折光学素子を用いる方法が知られている。しかしながら、高分散な光学材料は低分散の光学材料に比べて、g線とd線に関する部分分散比が大きい為、前記色消しの手法では、F-C線間の色収差を補正するとg線の色収差が低下する傾向にあった。
一方、g線の色収差を補正する手法として、光路中に回折光学素子を用いる方法は良く知られている。回折光学素子は異常部分分散特性を有しており、g線とd線に関する部分分散比に相当する数値が0.89と小さく、g線の色収差補正に有効である。また、アッベ数に相当する数値の絶対値が3.45と小さい為、回折による光学的な屈折力がわずかに生じるだけで、球面収差、コマ収差、非点収差等の諸収差にほとんど影響を与えることなく、色収差を補正することができる。
それに伴い、前記回折光学素子と併用する屈折光学素子に余力が生じ、レンズ全長の短縮化や、前記屈折光学素子に用いる硝材を比較的比重の軽い硝材に変更することで、レンズ重量の軽量化がなされた光学系が開示されている（特許文献1）。
更に、可視波長域の色収差と補正する他の方法として、回折光学素子と異常部分分散特性を有する屈折光学素子とを併用する手法があり、その手法を用いて色収差を補正した光学系が提案されている（特許文献2）。前記特許文献2では、回折光学素子を有した光学系において、可視波長域に渡って色収差を補正すべく、d線、g線、C線、F線の4波長の色収差補正に最適な異常部分分散特性を有する光学材料の材料範囲が開示されている。
特開2010−145797号公報 国際公開第2011/024258号
特許文献1では、回折光学素子の色収差補正効果によって、望遠レンズのレンズ全長の短縮化を図り、それとともに前記望遠レンズ内の屈折光学素子の屈折力増大に伴う、球面収差をはじめとした諸収差の低下を、非球面レンズにて補正している。これにより、諸収差の補正と光学系全系での小型・軽量化を図っている。
しかしながら、本特許文献1のような色消し手法は、現行の撮像装置を用いた撮影においては、実用上問題ないレベルまで色収差を補正できるが、将来の高精細、高画質対応の撮像装置には、十分とは言い難かった。特に、g線の色収差とF-C線間の色収差と同時に補正することが困難であった。これは、回折光学素子で発生する色収差が波長に比例して変化することに起因している。前記回折光学素子で発生する色収差と波長との間には比例関係があり、F-C線間の波長に対する色収差の傾きとg-F線間の波長に対する色収差の傾きは同じである。
一方、一般的な光学材料で発生する色収差は波長に対して曲線的に変化し、短波長側になるにつれて曲線の傾きが大きくなる傾向にある。従って、F-C線間の波長に対する色収差の傾きとg-F線間の波長に対する色収差の傾きが異なる。その為、一般的な光学材料で発生する色収差を回折光学素子で補正する場合、g-F線間の色収差を補正する為に必要な屈折力を前記回折光学素子に与えると、F-C線間の色収差が残存する。逆に、F-C線間の色収差を補正する為に必要な屈折力を前記回折光学素子に与えると、g-F線間に色収差が残存する。
従って、本文献1のように、回折光学素子を光学系に用いた場合、g線の色収差とF-C線間の色収差を同時に補正することが困難であった。
一方、特許文献2では、前記特許文献1における課題を解決すべく、回折光学素子を用いた光学系において、g線の色収差とF-C線間の色収差を同時に補正可能な光学材料の材料範囲を規定している。その際、回折光学素子を用いた光学系において、絞りに対して物体側又は像側の少なくとも一方に、前記回折光学素子と所望の材料特性を有した光学材料から成る屈折光学素子を用いている。
しかしながら、前記屈折光学素子に用いる所望の材料特性を有した光学材料は、樹脂材料を前提としており、前記樹脂材料から成る屈折光学部を、前記回折光学素子を設けた光学面の近傍に設けている。それに伴い、前記樹脂材料から成る屈折光学部は、比較的大口径なレンズの光学面に、屈折力をつけて（樹脂材料の厚さを厚くして）用いている為、レンズ自体の面精度や対環境性に課題があった。
本発明は前記課題を鑑みて、回折光学素子を用いた光学系において、所望の材料特性を有し、製造上の精度や対環境性に優れた光学材料（主に硝材）を使用し、可視波長域全域に渡って色収差が良好に補正された小型・軽量な光学系を提供することである。
本発明の光学系は、物体側から像側へ順に配置された、前群、開口絞り、後群から構成される光学系であって、
前記前群は回折光学素子及び複数の屈折光学素子を有し、
前記複数の屈折光学素子のうち、前記回折光学素子の回折面のパワーと同符号のパワーを有する屈折光学素子は、物体側から数えて第ｉ番目（ｉは１以上でＭ以下の整数、Ｍは１以上の整数）の屈折光学素子の光学材料のｄ線−Ｃ線間の部分分散比をθｄＣ−ｆｓｉ、ｇ線−ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ｆｓｉ、
δθｄＣ−ｆｓｉ＝θｄＣ−ｆｓｉ−（−０．１９６８×θｇｄ−ｆｓｉ＋０．５４８）
とするとき、
なる条件式を満足し、
前記複数の屈折光学素子のうち、前記回折光学素子の回折面のパワーと異符号のパワーを有する屈折光学素子は、物体側から数えて第ｊ番目（ｊは１以上でＮ以下の整数、Ｎは１以上の整数）の屈折光学素子の光学材料のｄ線−Ｃ線間の部分分散比をθｄＣ−ｆｄｊ、ｇ線−ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ｆｄｊ、
δθｄＣ−ｆｄｊ＝θｄＣ−ｆｄｊ−（−０．１９６８×θｇｄ−ｆｄｊ＋０．５４８）
とするとき、
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、回折光学素子を用いた光学系において、前記回折光学素子の分散特性に最適な材料特性を有した光学材料（主に硝材）を屈折光学素子に使用することにより、可視波長域全域に渡って色収差が良好に補正された小型・軽量な光学系を提供できる。
本発明の実施例1の無限遠物体時におけるレンズ断面図 本発明の実施例1における無限遠物体時の収差図 本発明の実施例2の無限遠物体時におけるレンズ断面図 本発明の実施例2における無限遠物体時の収差図 本発明の実施例3の無限遠物体時におけるレンズ断面図 本発明の実施例3における無限遠物体時の収差図 (A)、(B)、(C) 本発明に係る回折光学素子の説明図 (A)、(B)、(C) 本発明に係る回折光学素子の回折効率の波長依存特性を説明するグラフ 本発明の撮像装置の要部概略図
最初に、本発明に係る光学系の特徴について説明する。
まず本発明の目的は、前述の通り、回折光学素子を用いた光学系において、所望の材料特性を有し、製造上の精度や対環境性に優れた光学材料（主に硝材）を使用し、可視波長域全域に渡って色収差が良好に補正された小型・軽量な光学系を提供することである。
その為には、回折光学素子と屈折光学素子から成る光学系において、可視波長域全域で渡り光学系全系での色収差を良好に補正すべく、前記回折光学素子の分散特性と相性の良い材料特性を有した光学材料を選択し、屈折光学素子に使用する必要がある。またその際、選択した光学材料の比重が比較的軽いことが望ましい。
具体的には、本発明の光学系は、物体側から順に、前群、開口絞り、後群から成る光学系であり、前記前群は回折光学素子と複数の屈折光学素子で構成されている。本発明では、前記回折光学素子と屈折光学素子が、後述の各条件式を満足するように適切に組み合わせることで、回折光学素子にてg線の色収差を補正した際、低下するF-C線間の色収差を、屈折光学素子で補正している。これにより、g線の色収差とF-C線間の色収差を同時に0に近づけることができ、可視波長全域に渡って色収差の補正が良好になされた光学系を実現することができる。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の光学系は、物体側から像側へ順に配置された、前群、開口絞り、後群から構成される。前群は回折光学素子と複数の屈折光学素子を有する。

図1、図2は本発明の光学系の実施例1のレンズ断面図と収差図である。図3、図4は本発明の光学系の実施例2のレンズ断面図と収差図である。図5、図6は本発明の光学系の実施例3のレンズ断面図と収差図である。
レンズ断面図においてL0は光学系である。LFは前群、Sは開口絞り、LRは後群である。L1は正の屈折力の第1レンズ群、L2は無限遠物体から至近物体への合焦変化に伴い、光軸上を像側に移動する負の屈折力の第2レンズ群である。L3は負の屈折力の第3レンズ群である。第1レンズ群L1は回折光学素子Ldoeと非球面asphを有している。
開口絞りSは、第2レンズ群L2と第3レンズ群L3の間に配置されている。Oは光軸、IPは像面であり、撮像素子の撮像面に相当する。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表している。回折光学素子Ldoeにおける回折面は負レンズと正レンズを接合した接合レンズの接合面又は屈折光学素子の一方の光学面に設けられている。第3レンズ群L3は像ぶれ補正に際して光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動するレンズユニット（防振レンズ群）LISを有する。
図2、図4、図6は実施例1、2、3の物体距離が無限遠における収差図である。図2、図4、図6の球面収差において、実線のdはd線、二点鎖線のgはg線、一点鎖線のCはC線、点線のFはF線である。非点収差においては、実線のSはd線のサジタル光線、点線のMはd線のメリディオナル光線を表している。更に倍率色収差においては、二点鎖線のgはg線、一点鎖線のCはC線、点線のFはF線を表している。収差図においてFnoはFナンバー、ωは撮像半画角（度）である。
本発明の光学系L0は、物体側から像側へ順に配置された、前群LF、開口絞りS、後群LRから構成される。
前群LFは回折光学素子Ldoeと複数の屈折光学素子を有している。前群LFに含まれる複数の屈折光学素子の中で、回折光学素子Ldoeの回折面における屈折力と同符号の屈折力を有する屈折光学素子は次のとおりである。
物体側から数えて第i番目(iは1以上でM以下の整数、Mは1以上の整数）の屈折光学素子の光学材料の、フランホーファー線におけるd線、C線間の部分分散比をθdC-fsiとする。g線、d線間の部分分散比をθgd-fsiとし、異常部分分散比δθdC-fsiを
δθdC-fsi=θdC-fsi-(-0.1968×θgd-fsi +0.548)
とする。前群LFに含まれる複数の屈折光学素子の中で回折光学素子の回折面における屈折力と異符号の屈折力を有する屈折光学素子は次のとおりである。
物体側から数えて第j番目（jは1以上でN以下の整数、Nは1以上の整数）の屈折光学素子の光学材料のフランホーファー線におけるd線、C線間の部分分散比をθdC-fdjとする。g線、d線間の部分分散比をθgd-fdj、異常部分分散比δθdC-fdjを
δθdC-fdj=θdC-fdj-(-0.1968×θgd-fdj +0.548)
とする。
ここで条件式（1）、（2）に関するパラメータは次のとおりである。回折光学素子の回折面における屈折力と同符号の屈折力を有する屈折光学素子は、光学材料のd線、g線、C線、F線の屈折率を各々ndfsi、ngfsi、nCfsi、nFfsiとする。
屈折光学素子を形成している光学材料のd線、C線間の部分分散比θdC-fsiと、g線、d線間の部分分散比θgd-fsiは、
θdC-fsi=(ndfsi-nCfsi)/(nFfsi-nCfsi)
θgd-fsi=(ngfsi-ndfsi)/(nFfsi-nCfsi)
である。
回折光学素子の回折面における屈折力と異符号の屈折力を有する屈折光学素子は、光学材料のd線、g線、C線、F線の屈折率を各々ndfdj、ngfdj、nCfdj、nFfdjとする。屈折光学素子を形成している光学材料のd線、C線間の部分分散比θdC-fdjと、g線、d線間の部分分散比θgd-fdjは
θdC-fdj=(ndfdj-nCfdj)/(nFfdj-nCfdj)
θgd-fdj=(ngfdj-ndfdj)/(nFfdj-nCfdj)
である。このとき、
なる条件式を満足する。本発明の光学系L0において好ましくは次の条件式のうち1つ以上を満足するのが良い。
後群LRは屈折光学素子のみで構成されている。後群LRにおける物体側から数えて第i番目（iは1以上でK以下の整数、Kは1以上の整数）の屈折光学素子の光学材料の、フランホーファー線におけるd線、C線間の部分分散比をθdC-bi、g線、d線間の部分分散比をθgd-bi、とする。そして異常部分分散比δθdc-biを
δθdC-bi=θdC-bi-(-0.1968×θgd-bi+0.548)
とする。回折光学素子Ldoeの回折面の、フランホーファー線におけるd線、C線間の部分分散比をθdC-DO、g線、d線間の部分分散比をθgd-DOとする。そして異常部分分散比δθdc-DOを
δθdC-DO=θdC-DO-(-0.1968×θgd-DO+0.548)
とする。
φbiを後群LRにおける物体側から数えて第i番目の屈折光学素子の屈折力とする。νdbiを後群LRにおける物体側から数えて第i番目の屈折光学素子の光学材料のアッベ数とする。hbiを光学系中における屈折光学素子を設けた箇所の軸上近軸光線の入射高とする。φDOを回折光学素子Ldoeの回折面における屈折力（φDO=-2×m×C1×λ/λ0を満足する値）とする。νdDOを回折光学素子Ldoeのアッベ数とする。hDOを光学系L0中における回折面を設けた箇所の軸上近軸光線の入射高とする。
ここで第i番目の屈折光学素子の焦点距離をfbiとするとき、
φbi=1/fbi
である。屈折光学素子の光学材料のd線、g線、C線、F線の屈折率を各々ndbi、ngbi、nCbi、nFbiとするとき、
νdbi=(ndbi-1)/(nFbi-nCbi)
θdc-bi=(ndbi-nCbi)/(nFbi-nCbi)
θgd-bi=(ngbi-ndbi)/(nFbi-nCbi)
ここで、回折光学素子の回折面における位相形状を表す位相関数ψ(r)を、設計波長(基準波長)をλ0、光軸に対し垂直方向の高さをr、設計回折次数をm、位相係数をCi(i=1以上の整数)としたする。この際、ψ(r)=（2×m×π/λ0）×(C1×r2+C2×r4+C3×r6+C4×r8+C5×r10+…)で表される。、
その際、任意の波長λにおけるパワーφD0は
φd0=-2×m×C1×λ/λ0
で表すことができる。
回折光学素子Ldoeの回折面のd線、g線、C線、F線の屈折率を各々ndDO、ngDO、nCDO、nFDOとするとき、
νdDO=(ndDO-1)/(nFDO-nCDO)
θdc-DO=(ndDO-nCDO)/(nFDO-nCDO)
θgd-DO=(ngDO-ndDO)/(nFDO-nCDO)
である。このとき
なる条件式を満足する。前群LFに含まれる複数の屈折光学素子の中で、回折光学素子Ldoeの回折面における屈折力と同符号の屈折力を有する屈折光学素子は次のとおりである。
物体側から数えて第i番目（iは1以上でM以下の整数、Mは1以上の整数）の屈折光学素子の光学材料の、フランホーファー線におけるg線、d線間の異常部分分散比Δθgd-fsiを
Δθgd-fsi=θgd-fsi-(-1.687×10-7×νdfsi 3 +5.702×10-5×νdfsi 2 -6.603×10-3×νdfsi+1.462)
とする。前群LFに含まれる複数の屈折光学素子の中で、回折光学素子Ldoeの回折面における屈折力と異符号の屈折力を有する屈折光学素子は次のとおりである。
物体側から数えて第j番目（jは1以上でN以下の整数、Nは1以上の整数）の屈折光学素子の光学材料の、フランホーファー線におけるg線、d線間の部分分散比をθgd-fdjとする。異常部分分散比ΔθdC-fdjを
Δθgd-fdj=θgd-fdj-(-1.687×10-7×νdfdj 3 +5.702×10-5×νdfdj 2 -6.603×10-3×νdfdj+1.462)
とする。
アッベ数νdfsiは、
νdfsi=(ndfsi-1)/(nFfsi-nCfsi)
である。
アッベ数νdfdjは、
νdfdj=(ndfdj-1)/(nFfdj-nCfdj)
である。このとき、
なる条件式を満足する。後群LRは屈折光学素子のみで構成されている。そして、後群LRにおける物体側から数えて第i番目（iは1以上でK以下の整数、Kは1以上の整数）の屈折光学素子の光学材料の、フランホーファー線におけるg線、d線間の部分分散比をθgd-biとする。そして、異常部分分散比Δθgd-biを
Δθgd-bi=θgd-bi-(-1.687×10-7×νdbi 3 +5.702×10-5×νdbi 2 -6.603×10-3×νdbi+1.462)
とする。
回折光学素子Ldoeの回折面の、フランホーファー線におけるg線、d線間の部分分散比をθgd-DOとする。異常部分分散比Δθgd-DOを
Δθgd-DO=θgd-DO-(-1.687×10-7×νdDO 3+5.702×10-5×νdDO 2-6.603×10-3×νdDO+1.462)
とする。このとき、
なる条件式を満足する。
回折光学素子Ldoeと、後群LRにおける物体側から数えて第i番目（iは1以上でK以下の整数、Kは1以上の整数)の屈折光学素子は次のとおりである。
を光学系中における後群の物体側から数えて第i番目の屈折光学素子を設けた箇所の瞳近軸光線の入射高とする。
を光学系L0中における回折面を設けた箇所の瞳近軸光線の入射高とする。このとき、
なる条件式を満足する。前群LFは複数の屈折光学素子を有し、前群LFの複数の屈折光学素子の光軸上での間隔のうち最も離れた距離をLflとする。無限遠物体に合焦しているときのレンズ全長をLTOTとする。このとき、
0.05＜Lfl/LTOT＜0.50 ・・・（9）
なる条件式を満足する。
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式（1）は、光学系において、前群LF内の回折光学素子Ldoeと同符号の屈折力（各実施例では、正の値の屈折光学素子）を有する複数の屈折光学素子に使用する光学材料の、異常部分分散比の平均値の範囲を規定する。一方、条件式（2）は、同様に各実施例の光学系において、前群LF内の回折光学素子と異符号の屈折力（各実施例では、負の値の屈折光学素子）を有する複数の屈折光学素子に使用する光学材料の、異常部分分散比の平均値の範囲を規定する。
以下、δθdC-fsiとδθdC-fdjをδθdCと記す。またθdC-fsiとθdC-fdiをθdC、
θgd-fsiとθgd-fdiをθgdと記す。
条件式（1）、（2）におけるδθdCは、縦軸にθdC、横軸にθgdのグラフを考え、一般的な硝材が主に分布する範囲をθdC=-0.1968×θgd +0.548の直線で近似した際の、前記直線に対する前記θdCの離れ量を表している。条件式（1）の値が大きく、条件式（2）の値が小さい程、色収差の補正の観点から、回折光学素子の部分分散特性との相性が良く、可視波長域内でも、特に長波長側の色消しに効果を発揮する。
条件式（1）において、上限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeと同符号（正）の屈折力の屈折光学素子に使用する光学材料のδθdCの値が大きくなり過ぎ、屈折光学素子で発生する色収差が大きくなり過ぎる。色収差を補正する為に、回折光学素子Ldoeの回折面における屈折力を強くしなければならず、それに伴い、回折格子の格子ピッチを細かくなり過ぎ、回折面起因のフレアが増加するばかりか、製造が困難になるので、好ましくない。
一方、条件式（1）において、下限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeと同符号（正）の屈折力の屈折光学素子に使用する光学材料のδθdCの値が小さくなり過ぎる。この結果、回折光学素子を用いても、F-C線間の色収差を取り除くことが困難になるので、好ましくない。
次に、条件式（2）において、上限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeと異符号（負）の屈折力の屈折光学素子に使用する光学材料のδθdCの値が大きくなり過ぎる。この結果、回折光学素子Ldoeを用いても、F-C線間の色収差を取り除くことが困難になるので、好ましくない。一方、条件式（2）において、下限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeと異符号（負）の屈折力の屈折光学素子に使用する光学材料のδθdCの値が小さくなり過ぎる。それに伴い、回折光学素子Ldoeの回折面で発生する色収差を補正し切れなくなるので、好ましくない。
更に、条件式（1）、（2）が下記の条件式（1−a）、（2−a）の範囲内であることが、本発明に係る光学系において、回折光学素子の部分分散特性との相性が良く、可視波長域内、特に長波長側の色消しに効果を発揮することから、望ましい。
更に、条件式（1−a）、（2−a）は下記の範囲であることが望ましい。
条件式（1）、（2）を満足した上で、条件式（3）を満足することが、可視波長域内の特に長波長側の色収差を補正する上で好ましい。各実施例の光学系において、後群LRは屈折光学素子のみで構成されている。
条件式（3）は、光学系において、後群LRを構成する複数の屈折光学素子で発生するd-C線間の軸上色収差係数の和と、回折光学素子Ldoeで発生するd-C線間の軸上色収差係数の比率を規定する条件式である。条件式（3）は、回折光学素子Ldoeで発生する軸上色収差を、主に後群LRの屈折光学素子で補正していることを表している。条件式（3）の値が-1に近づく程、回折光学素子Ldoeで発生する軸上色収差を後群LRの屈折光学素子で補正していることを表している。
条件式（3）において、上限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生する軸上色収差係数に対して、屈折光学素子から成る後群LRで発生する軸上色収差係数の和の絶対値が小さくなりすぎる。つまり、前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生する軸上色収差を、屈折光学素子から成る後群LRで発生する軸上色収差だけでは、補正するのが困難になる。
それを改善する為に、後群LRに対して、有効径が大きく重量が重くなり易い、前群LF内の屈折光学素子の屈折力を強めたり、比重の大きい異常分散特性を有する光学材料を使用することになる。それに伴い、全系での重量が重くなるので、好ましくない。
一方、条件式（3）において、下限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生する軸上色収差係数に対して、屈折光学素子から成る後群LRで発生する軸上色収差係数の和の絶対値が大きくなる方向である。前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生する軸上色収差に対して、屈折光学素子から成る後群LRで発生する軸上色収差の値が異符号で同程度に近づくことを意味しており、軸上色収差の補正上は好ましい。
しかしながら、それを実現する為には、所望の光学特性を有する光学材料から成る屈折光学素子を、後群LR内に新たに屈折力を強めて増やさなければならない。後群LRには新たな屈折光学素子を設けるスペースが少なく、困難である為、好ましくない。
更に、条件式（3）が下記の条件式（3−a）の範囲内であることが、光学系において、前群LFの重量を重くせず、可視波長域内の特に長波長側の軸上色収差を良好に補正する観点から、望ましい。
更に、条件式（3−a）は下記の範囲であることが望ましい。
条件式（4）、（5）は、可視波長域内の特に短波長側の色収差を補正する上で好ましいものである。条件式（4）、（5）は光学系において、前群LF内の複数の屈折光学素子の内、回折光学素子Ldoeの回折面における屈折力と同符号の屈折力を有する屈折光学素子に関する。
条件式（4）は、光学系において、前群LF内の回折光学素子Ldoeと同符号の屈折力（正の値）の複数の屈折光学素子に使用する光学材料の、異常部分分散性の平均値の範囲を規定する式である。一方、条件式（5）は、同様に光学系において、前群LF内の回折光学素子Ldoeと異符号の屈折力（負の値）の複数の屈折光学素子に使用する光学材料の、異常部分分散性の平均値の範囲を規定する式である。
以下、Δθgd-fsiとΔθgd-fdiを以下Δθgdと記す。またθgd-fsiとθgd-fdiをθgd、νdfsjとνdfdjをνdと記す。
条件式（4）、（5）の各条件式におけるΔθgdは、縦軸にθgd、横軸にνdのグラフを考える。
一般的な硝材が主に分布する範囲をθgd=-1.687×10-7×νd3 +5.702×10-5×νd2-6.603×10-3×νd+1.462の関数で近似した際の、関数に対するθgdの離れ量を表している。
条件式（4）の値が大きく、条件式（5）の値が小さい程、色収差の補正の観点から、回折光学素子Ldoeの部分分散特性との相性が良く、可視波長域内でも、特に短波長側の色消しに効果を発揮する。
条件式（4）において、上限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeと同符号（正）の屈折力の屈折光学素子に使用する光学材料のΔθgdの値が大きくなり過ぎ、屈折光学素子で発生する色収差が大きくなり過ぎる。色収差を補正する為に、回折光学素子Ldoeの回折面における屈折力を強くしなければならず、それに伴い、回折格子の格子ピッチを細かくなり過ぎ、回折面が起因のフレアが増加するばかりか、製造が困難になる。
一方、条件式（4）において、下限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeと同符号（正）の屈折力の屈折光学素子に使用する光学材料のΔθgdの値が小さくなり過ぎる。この結果、回折光学素子Ldoeを用いても、g-d線間の色収差を取り除くことが困難になるので、好ましくない。
次に、条件式（5）において、上限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeと異符号（負）の屈折力の屈折光学素子に使用する光学材料のΔθgdの値が大きくなり過ぎる。この結果、回折光学素子Ldoeを用いても、g-d線間の色収差を取り除くことが困難になるので、好ましくない。
一方、条件式（5）において、下限値を超えると、屈折光学素子で発生する色収差が大きくなり過ぎる。色収差を補正する為に、回折光学素子Ldoeの回折面における屈折力を強くしなければならず、それに伴い、回折格子の格子ピッチを細かくなり過ぎ、回折面が起因のフレアが増加するばかりか、製造が困難になるので、好ましくない。
更に、条件式（4）、（5）の数値範囲が下記の範囲内であることが、回折光学素子Ldoeの部分分散特性との相性が良く、可視波長域内でも、特に短波長側の色消しに効果を発揮することから、望ましい。
更に、条件式（4−a）、（5−a）は下記の範囲であることが望ましい。
条件式（6）は、可視波長域内の特に短波長側の色収差を補正する上で好ましいものである。
条件式（6）は、本発明の光学系において、後群LRを構成する複数の屈折光学素子で発生するg-d線間の軸上色収差係数の和と、回折光学素子Ldoeで発生するg-d線間の軸上色収差係数の比率を規定する条件式である。条件式（6）は、回折光学素子Ldoeで発生する軸上色収差を、主に後群LRの屈折光学素子で補正していることを表している。条件式（6）の値が-1に近づく程、回折光学素子Ldoeで発生する軸上色収差を後群LRの屈折光学素子で補正していることを表している。
条件式（6）において、上限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生する軸上色収差係数に対して、屈折光学素子から成る後群LRで発生する軸上色収差係数の方が小さくなり過ぎてしまう。それに伴い、回折光学素子Ldoeで発生する軸上色収差を、屈折光学素子から成る後群LRで発生する軸上色収差のみでは補正しきれなくなる。それを改善する為に、後群LRに対して、有効径が大きく重量が重くなり易い、前群LF内の屈折光学素子の屈折力を強めたり、比重の大きい異常分散特性を有する光学材料を使用することになる。それに伴い、光学系全系での重量が重くなるので、好ましくない。
一方、条件式（6）において、下限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生する軸上色収差係数に対して、屈折光学素子から成る後群LRで発生する軸上色収差係数の方が大きくなる方向にある。それに伴い、前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生する軸上色収差に対して、屈折光学素子から成る後群LRで発生する軸上色収差の値が異符号で同程度に近づくことを意味しており、軸上色収差の補正上は好ましい。
しかしながら、それを実現する為には、所望の光学特性を有する光学材料から成る屈折光学素子を、後群LR内に新たに屈折力を強めて増やさなければならない。後群LRには新たな屈折光学素子を設けるスペースが少なく、困難である。
更に、条件式（6）の数値範囲が下記の範囲内であることが、前群LFの重量を重くせず、可視波長域内の特に短波長側の軸上色収差を良好に補正する観点から、望ましい。
条件式（7）、（8）は、可視波長全域において、良好な倍率色収差の補正をするためのものである。条件式（7）は、光学系において、後群LRを構成する複数の屈折光学素子で発生するd-C線間の倍率色収差係数の和と、回折光学素子Ldoeで発生するd-C線間の倍率色収差係数の比率を規定する。一方、条件式（8）は、光学系において、後群LRを構成する複数の屈折光学素子で発生するg-d線間の倍率色収差係数の和と、回折光学素子Ldoeで発生するg-d線間の倍率色収差係数の比率を規定する。
条件式（7）、（8）において、各条件式の絶対値が1に近づく程、回折光学素子Ldoeで発生する倍率色収差を、後群LRで発生する倍率色収差で補正していることを意味している。条件式（7）において、上限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生するd-C線間の倍率色収差係数に対して、屈折光学素子から成る後群LRで発生するd-C線間の倍率色収差係数の方が小さくなり過ぎてしまう。それに伴い、回折光学素子Ldoeで発生するd-C線間の倍率色収差を、屈折光学素子から成る後群LRで発生するd-C線間の倍率色収差のみでは補正しきれなくなる。
それを改善する為に、後群LRに対して、有効径が大きく重量が重くなり易い、前群LF内の屈折光学素子の屈折力を強めたり、比重の大きい異常分散特性を有する光学材料を使用することになる。それに伴い、光学系全系での重量が重くなるので、好ましくない。
一方、条件式（7）において、下限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生するd-C線間の倍率色収差係数に対して、屈折光学素子から成る後群LRで発生するd-C線間の倍率色収差係数の方が大きくなる方向である。それに伴い、前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生するd-C線間の倍率色収差に対して、屈折光学素子から成る後群で発生するd-C線間の倍率色収差の値が異符号で同程度に近づくことを意味しており、倍率色収差の補正上は好ましい。
しかしながら、それを実現する為には、所望の光学特性を有する光学材料から成る屈折光学素子を、後群LR内に新たに屈折力を強めて増やさなければならない。後群LRには新たな屈折光学素子を設けるスペースが少なく、困難である。
次に、条件式（8）において、上限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生するg-d線間の倍率色収差係数に対して、屈折光学素子から成る後群LRで発生するg-d線間の倍率色収差係数の方が大きくなる方向である。それに伴い、前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生するg-d線間の倍率色収差に対して、屈折光学素子から成る後群LRで発生するg-d線間の倍率色収差の値が同程度に近づくことを意味しており、倍率色収差の補正上は好ましい。
しかしながら、それを実現する為には、所望の光学特性を有する光学材料から成る屈折光学素子を、後群LR内に新たに屈折力を強めて増やさなければならない。後群LRには新たな屈折光学素子を設けるスペースが少なく、困難である。
一方、条件式（8）において、下限値を超えると、前群LF内の回折光学素子Ldoeで発生するg-d線間の倍率色収差係数に対して、屈折光学素子から成る後群LRで発生するg-d線間の倍率色収差係数の方が小さくなり過ぎてしまう。それに伴い、回折光学素子Ldoeで発生するg-d線間の倍率色収差を、屈折光学素子から成る後群LRで発生するg-d線間の倍率色収差のみでは補正しきれなくなる。
それを改善する為に、後群LRに対して、有効径が大きく重量が重くなり易い、前群LF内の屈折光学素子の屈折力を強めたり、比重の大きい異常分散特性を有する光学材料を使用することになる。それに伴い、光学系全系での重量が重くなるので、好ましくない。更に、条件式（7）、（8）の数値範囲が下記の範囲内であることが、前群LFの重量を重くせず、可視波長域全域の倍率色収差を良好に補正する観点から、望ましい。
更に、条件式（7−a）、（8−a）は下記の範囲であることが望ましい。
条件式（9）は、軸上及び倍率の各色収差を良好に補正した上、光学系全系での重量の軽量化を実現する上で好ましいものである。条件式（9）は、前群LF内の、各屈折光学素子間の光軸上での距離が最も離れた箇所での光軸上の距離を規定している。
条件式（9）は、光学系において、重量の大半を占めている前群LF内でも特に、重量の大きなウェイトを占めている前群LFのより物体側のレンズである、屈折光学素子を対象としている。重量の軽量化を考えた際、重量は体積に比例するので、2乗の項で効いてくる有効径方向の大きさが、特に重要になる。それに伴い、対象とする各屈折光学素子間の光軸上の間隔を広げて、有効径を小さくすることは、重量の軽量化の観点から効果的な対策である。
条件式（9）において、上限値を超えると、光学系全系のレンズ全長に対する前群LF内の、屈折光学素子の中で、各屈折光学素子間の光軸上での距離が最も離れた箇所での光軸上の距離が広くなり過ぎる。これは、軸上色収差及び倍率色収差を補正する上で重要な役割を果たしている各屈折光学素子が、より像側に配置されることを意味している。それに伴い、光学系全系での軸上色収差及び倍率色収差の補正が困難になるので、好ましくない。
一方、条件式（9）において、下限値を超えると、光学系全系のレンズ全長に対する前群LF内の、屈折光学素子の中で、各屈折光学素子間の光軸上での距離が最も離れた箇所での光軸上の距離が狭くなり過ぎる。これは、各屈折光学素子が、より物体側に配置されることを意味し、有効径が大きくなり、体積が増す、即ち重量が増す方向にあるので、好ましくない。
更に、前記条件式（9）の数値範囲が下記の範囲内であることが、軸上・倍率色収差及び球面収差等の諸収差を良好に補正しながら、光学系全系の重量を軽量化する観点から、望ましい。
0.075＜Lfl/LTOT＜0.400 ------------(9−a)
更に、条件式(9−a)は下記の範囲であることが望ましい。
0.100＜Lfl/LTOT＜0.300 ------------(9−b)
次に、本発明に係る光学系の他の特徴について、説明する。まず、本発明の光学系において、前群LFは、正の屈折力の第1レンズ群L1、無限遠物体から至近物体への合焦変化に伴い、光軸方向に移動する負の屈折力の第2レンズ群L2で構成され、後群LRは負の屈折力の第3レンズ群L3で構成されている。また、第1レンズ群L1内には正の屈折力の回折光学素子Ldoeと非球面を有している。このようなレンズ構成をとることで、無限遠物体から至近物体に渡り、軸上及び倍率色収差と球面収差をはじめとした諸収差が、良好に補正された光学系が容易に得られる。
回折光学素子Ldoeの回折面は、硝材から成る光学部材同士、若しくは光軸上での厚さが0.1mm以下の樹脂材料から成る光学部材同士で形成された接合レンズの接合面に設けられている。基本的に、第1レンズ群L1内の屈折光学素子に用いる光学材料は、硝材を前提としているが、回折光学素子Ldoeの回折面を形成している箇所のみが、光軸上での厚さが0.1mm以下と薄い樹脂材料を有している。これは後述するように、回折光学素子Ldoeにおける回折効率を、可視波長域全域に渡って高い値にする為に用いており、色収差補正の観点ではほぼ効果を発揮していない。
次に、第1レンズ群L1内の屈折光学素子に用いる光学材料の比重は、3.5以下であることが良い。ここで材料の比重はレンズに使用される材料の常温（15℃〜25℃）での質量と、それと同体積の圧力101.325kPa（標準気圧）のもとにおける4℃の純水の質量との比とする。第1レンズ群L1内の屈折光学素子は、光学材料の比重が3.5以下と、比較的軽い光学材料を使用し、これによって、第1レンズ群L1の重量の軽量化を容易にしている。
第3レンズ群L3内には、非球面を少なくとも1面以上有していることが良い。第3レンズ群L3に非球面を用いることで、光学系全系で発生する球面収差、コマ収差、非点収差等の諸収差の補正を容易にしている。最も物体側のレンズ面から撮像面までの光軸上の距離を無限遠物体時の全系の焦点距離で割った値（＝テレ比）が0．7以下であることが良い。軸上及び倍率色収差と、球面収差をはじめとした諸収差を良好に補正しながら、テレ比が0．7と小型な光学系を実現している。
本発明の光学系は、単焦点距離の超望遠型の光学系である。各実施例は焦点距離585mm、Fナンバー(Fno)4.12、テレ比0.7以下である。レンズ断面図においてLFは前群、Sは開口絞り、LRは後群である。開口絞りSを境に、物体側に前群LF、後群LRに分けられる。更に、前群LFは、正の屈折力の第1レンズ群L1と、負の屈折力の第2レンズ群L2より構成されている。後群LRは負の屈折力の第3レンズ群L3で構成されている。
また無限遠物体から至近物体への合焦変化は、第2レンズ群L2よりなるフォーカスレンズ群Lfoを光軸に沿って像面側へ移動させている。第3レンズ群L3中のレンズユニットである防振レンズ群(LIS)を光軸Oに対して垂直方向の成分を持つように移動させることにより、手ぶれ等による像ぶれの補正を行っている。
［実施例1］
実施例1の光学系L0は、焦点距離585mm、Fナンバー4.12、テレ比0.57である。回折光学素子Ldoeは物体側から数えて4番目の接合レンズよりなり接合レンズの接合レンズ面に回折面を設けている。この位置に回折面を設けている理由は、撮像画角外の本来撮影に不要な光が直接回折面に当りづらく、且つ軸上色収差及び倍率色収差の補正に効果が発揮できるという観点からである。また非球面asphは、第1レンズ群L1に1面、第3レンズ群L3に2面設けている。
テレ比が0.57と小型な光学系になると、色収差だけではなく、球面収差、コマ収差、非点収差等の諸収差も増加してくる。諸収差を良好に補正する為に、非球面を3面設けている。具体的には、第1レンズ群L1内の1つの非球面は主に球面収差の補正を、第3レンズ群L3内の2つの非球面は主にコマ収差、非点収差を補正している。
実施例1の光学系は、前述の各条件式（1）乃至（9）を良好に満足していることから、可視波長域全域に渡って色収差が良好に補正され、且つ全系の小型化及び軽量化がなされている。
［実施例2］
実施例2の光学系L0は、焦点距離585mm、Fナンバー4.12、テレ比0.57である。回折光学素子Ldoeは最も物体側にある正レンズよりなり、正レンズの像側の光学面上に回折面を設けている。この位置に回折面を設けている理由は、主に軸上色収差及び倍率色収差の補正を良好に行う上で、最も効果がある為である。それに伴い、実施例1の図1における物体側から3番目に配置された正レンズを削減することができた。また非球面に関しては、実施例1とほぼ同じ箇所に配置している。その配置理由も実施例1と同じである。
実施例2の光学系は、実施例1と同様に、各条件式（1）乃至（9）を良好に満足していることから、可視波長域全域に渡って色収差が良好に補正され、且つ全系の小型化及び軽量化がなされている。
［実施例3］
本発明の実施例3の光学系L0は、焦点距離585mm、Fナンバー4.12、テレ比0.61である。回折光学素子Ldoeは、実施例1と同様に、物体側から数えて4番目にある接合レンズであり、接合レンズの接合レンズ面に回折面を設けている。この位置に回折面を設けている理由も、実施例1と同様である。また非球面asphに関しては、実施例1と同じ箇所に配置し、その配置理由も実施例1と同じである。実施例1と異なる箇所は、全系でのレンズ全長と、後群LRの最も像側のレンズ構成である。
実施例3の光学系は、実施例1、実施例2と同様に、前述してきた各条件式（1）から（9）を良好に満足していることから、可視波長域全域に渡って色収差が良好に補正され、且つ全系の小型化及び軽量化がなされている。
前述の通り、各実施例について説明したが、前述の各条件式（1）から（9）を良好に満足し、且つ適切なレンズ構成であれば、本発明の実施例はこれに限ったものではない。回折光学素子は、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でも良い。
各実施例における回折光学素子の製法としては、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が適用できる。この他に、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できる。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。
次に本発明の光学系で用いる回折光学素子の構成について説明する。回折光学素子の構成としては、図7（A）に示すような空気層を挟んだ2積層構成のものや、同じく図7（B）に示すような空気層を挟んだ3積層構成のもの、図7（C）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7（A）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の回折格子部2を構成している。そしてもう1つの基材5上に第1の回折格子6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の回折光学部3を構成している。そして第1の回折光学部2と第2の回折光学部3を間隔Dの空気層8を介して近接配置した構成になっている。これら2つの回折格子6、7を合わせて、1つの回折光学素子1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6の格子厚はd2である。格子の向きは、第1の回折格子6は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7（A）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8（A）に、図7（A）に示す2積層構成の回折光学素子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。素子構成としては、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7（A）より格子ピッチP=200μmである。前記図8（A）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7（B）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、もう1つの基材5上に第1の回折格子6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、第2の回折格子7を異なる紫外線硬化樹脂9で埋めた構成になっている。そして第1の回折格子6と第2の回折格子7を、間隔Dの空気層8を介して近接配置させている。これら2つの回折格子6、7を合わせて、1つの回折光学素子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7（B）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8（B）に、図7（B）に示す3積層構成の回折光学素子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。素子構成としては、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)と(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7（B）より格子ピッチP=200μmである。図8（B）からわかるように、図8（A）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7（C）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、もう1つの基材5上に第1の回折格子6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、それらを同じ格子厚d1で密着させた構成になっている。これら2つの回折格子6、7を合わせて、1つの回折光学素子1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7（C）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8（C）に、図7（C）に示す密着2層構成の回折光学素子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。素子構成としては、第1の回折格子6の材料は(nd1,νd1)=(1.620,43.0)で、第2の回折格子7の材料は(nd2,νd2)=(1.567,19.4)で同一の格子厚d=11.5μmとしている。また図7（C）中の格子ピッチP=200μmである。
図8（C）からわかるように、図8（A），図8（B）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、各実施例に用いる回折光学素子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。
次に本発明の光学系を撮像装置（カメラシステム）に適用した実施例を図9を用いて説明する。図9は一眼レフカメラの要部概略図である。
図9において、20は実施例1乃至3のいずれか1つの光学系11を有する撮像レンズである。光学系11は保持部材である鏡筒12に保持されている。30はカメラ本体である。カメラ本体は撮像レンズ20からの光束を上方に反射するクイックリターンミラー13、撮像レンズ20の像形成位置に配置された焦点板14、焦点板14に形成された逆像を正立像に変換するペンタダハプリズム15を有している。更に、その正立像を観察するための接眼レンズ16等によって構成されている。
17は感光面であり、像を受光するCCDセンサやCMOSセンサ等の撮像素子（光電変換素子）（撮像部）や銀塩フィルムが配置される。撮影時にはクイックリターンミラー13が光路から退避して、感光面17上に撮影レンズ20によって像が形成される。このように実施例1、2の光学系を写真用カメラや、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用することにより、軽量で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。
尚、本実施例ではクイックリターンミラーのないミラーレスのカメラにも同様に適用することができる。
以下に本発明の実施例1乃至3に対応する数値データ1乃至3を示す。各数値データにおいて、iは物体側からの面の順序を示し、riは物体側より第i番目の面の曲率半径、diは物体側より第i番目と第i＋1番目の間隔、ndiとνdiは第i番目の光学部材の屈折率とアッベ数である。又、各面の有効径も示す。
焦点距離、Fナンバー、半画角（度）、像高、レンズ全長を示す。またバックフォーカ
ス（BF）は最終レンズ面から像面までの空気換算距離である。レンズ全長は第1レンズ面から最終レンズ面までの距離にバックフォーカスを加えた値である。各数値データにおいて最も像側の2つの面はフィルター等のガラスブロックである。数値は無限遠にフォーカスしているときを示している。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、A1、A2、A3、A4…を各次数の非球面係数とした時、次式（B）によって表される。
また各実施例の回折光学面の位相関数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＋…）
また各実施例における各条件式を表１に示す。
［数値データ1］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 373.848 12.09 1.48749 70.2 141.92
2 -1462.714 1.50 141.47
3 104.955 26.00 1.43387 95.1 134.90
4 509.877 57.96 131.31
5* 127.444 13.32 1.48749 70.2 82.89
6 -316.830 0.25 79.63
7 -323.653 4.60 1.67300 38.1 79.16
8 90.874 0.04 1.61973 43.0 70.67
9(回折) 90.874 0.01 1.56691 19.4 70.65
10 90.874 11.74 1.48749 70.2 70.64
11 3958.723 18.00 67.92
12 -967.245 4.41 1.84666 23.9 52.36
13 -191.049 2.60 1.61340 44.3 51.07
14 61.270 37.03 46.35
15(絞り) ∞ 2.50 34.44
16 124.933 1.50 1.88300 40.8 33.12
17 40.642 6.00 1.48749 70.2 31.94
18 -77.661 2.00 31.74
19* 46.025 1.80 1.65412 39.7 28.73
20 27.514 7.78 1.48749 70.2 27.00
21 -65.783 1.80 1.80610 40.9 25.42
22 98.358 5.00 24.09
23 89.244 3.19 1.84666 23.9 27.12
24 -79.604 1.80 1.88300 40.8 26.73
25 48.185 2.00 25.07
26 -554.688 1.80 1.88300 40.8 25.03
27 67.093 4.50 25.44
28 46.892 1.50 1.88300 40.8 23.72
29 23.387 5.56 1.69895 30.1 23.93
30 -50.280 3.22 24.09
31* -30.388 8.66 1.48749 70.2 24.10
32 -16.382 1.80 1.59522 67.7 25.31
33 114.048 3.96 28.69
34 102.715 2.20 1.48749 70.2 32.32
35 73.807 2.00 1.52417 51.5 33.50
36 626.132 0.10 1.60401 20.8 33.61
37 58.036 7.64 1.60342 38.0 34.53
38 -52.101 5.00 35.25
39 ∞ 2.20 1.51633 64.1 36.57
40 ∞ 60.48 36.81
像面 ∞
非球面データ
第5面
K = 0.00000e+000 A1=-1.80829e-007 A2=-2.21402e-011 A3=-4.01177e-015 A4= 5.36181e-019

第9面(回折面)
C1=-4.92426e-005 C2=-2.83767e-009 C3= 3.18595e-012 C4=-3.72572e-015
C5= 1.08281e-018

第19面
K = 0.00000e+000 A1= 1.71414e-006 A2= 1.87260e-009 A3= 5.74753e-013 A4= 5.86519e-015

第31面
K = 0.00000e+000 A1= 7.66880e-006 A2= 1.38018e-008 A3=-5.42811e-012 A4= 2.03217e-013

各種データ

焦点距離 585.00
Fナンバー 4.12
半画角（度） 2.12
像高 21.64
レンズ全長 334.78
BF 66.93

入射瞳位置 832.33
射出瞳位置 -91.40
前側主点位置-835.92
後側主点位置-524.53

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 1 169.18 127.50 17.05 -90.93
2 12 -103.32 7.01 3.83 -0.16
3 15 -331.08 85.52 -33.06 -128.13

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 612.10
2 3 298.80
3 5 188.29
4 7 -104.96
5 8 10038.43
6 9 10134.33
7 10 190.60
8 12 280.46
9 13 -75.34
10 16 -68.79
11 17 55.65
12 19 -108.76
13 20 40.91
14 21 -48.66
15 23 50.13
16 24 -33.77
17 26 -67.69
18 28 -54.47
19 29 23.57
20 31 60.63
21 32 -23.94
22 34 -551.71
23 35 159.42
24 36 -105.91
25 37 46.72
26 39 0.00
［数値データ2］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 180.544 15.00 1.48749 70.2 141.92
2 800.000 0.01 1.56691 19.4 140.94
3(回折) 800.000 0.04 1.61973 43.0 140.93
4 800.000 1.50 140.92
5 101.105 26.00 1.43387 95.1 133.26
6 440.783 45.27 129.20
7* 237.268 5.40 1.60562 43.7 88.87
8 47.305 21.40 1.48749 70.2 75.34
9 327.376 29.69 72.77
10 977.710 4.50 1.84666 23.9 52.89
11 -306.210 2.60 1.61340 44.3 51.68
12 70.128 40.00 47.87
13(絞り) ∞ 2.50 35.74
14 58.321 1.50 1.88300 40.8 34.04
15 28.792 6.00 1.48749 70.2 32.23
16 4904.968 2.00 31.96
17* 33.200 1.80 1.65412 39.7 29.85
18 20.813 8.71 1.48749 70.2 27.67
19 -192.705 1.80 1.80610 40.9 26.06
20 73.890 5.24 24.71
21 85.999 3.50 1.84666 23.9 26.92
22 -62.819 1.80 1.88300 40.8 26.51
23 40.471 2.38 24.55
24 -275.465 1.80 1.88300 40.8 24.51
25 78.542 4.50 25.04
26 48.207 1.50 1.88300 40.8 24.31
27 24.227 4.79 1.69895 30.1 24.56
28 -119.379 3.36 24.74
29* -48.973 8.06 1.48749 70.2 25.28
30 -21.674 1.80 1.59522 67.7 26.86
31 -65.776 2.50 28.89
32 171.229 2.20 1.48749 70.2 30.81
33 30.283 2.00 1.52417 51.5 32.06
34 46.041 0.10 1.60401 20.8 32.11
35 30.179 6.61 1.60342 38.0 32.34
36 1310.397 5.00 32.58
37 ∞ 2.20 1.51633 64.1 33.61
38 ∞ 60.48 33.91
像面 ∞
非球面データ
第3面(回折面)
C1=-1.43951e-005 C2= 5.52105e-011 C3=-3.15203e-014 C4= 6.51838e-018
C5=-1.71601e-022

第7面
K = 0.00000e+000 A1=-1.28122e-007 A2=-9.97798e-013 A3= 1.36605e-015 A4=-8.00161e-020

第17面
K = 0.00000e+000 A1= 2.41578e-006 A2= 2.94806e-009 A3= 7.30478e-013 A4= 1.23580e-014

第29面
K = 0.00000e+000 A1= 2.24908e-006 A2= 2.72593e-009 A3=-4.02798e-012 A4= 4.19607e-014

各種データ
ズーム比 1.00

焦点距離 585.00
Fナンバー 4.12
半画角（度） 2.12
像高 21.64
レンズ全長 334.78
BF 66.93

入射瞳位置 849.33
射出瞳位置 -70.14
前側主点位置-1185.60
後側主点位置-524.52

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 1 208.59 114.62 -25.40 -103.23
2 10 -141.26 7.10 4.74 0.67
3 13 -266.99 83.64 27.35 -45.34

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 474.53
2 2 34732.65
3 3 34717.82
4 5 295.55
5 7 -98.62
6 8 110.66
7 10 275.85
8 11 -92.78
9 14 -65.97
10 15 59.39
11 17 -90.48
12 18 39.05
13 19 -66.06
14 21 43.34
15 22 -27.65
16 24 -69.05
17 26 -56.82
18 27 29.22
19 29 72.72
20 30 -55.15
21 32 -75.86
22 33 161.75
23 34 -145.38
24 35 51.09
25 37 0.00
［数値データ3］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 215.064 10.68 1.48749 70.2 141.92
2 506.012 1.50 141.11
3 108.305 26.00 1.43387 95.1 136.94
4 546.706 63.21 133.55
5* 120.910 13.82 1.48749 70.2 83.65
6 -315.301 0.28 80.48
7 -303.426 4.60 1.67300 38.1 80.21
8 94.138 0.04 1.61973 43.0 71.99
9(回折) 94.138 0.01 1.56691 19.4 71.97
10 94.138 11.74 1.48749 70.2 71.96
11 3958.723 20.92 69.37
12 379.331 4.50 1.84666 23.9 51.21
13 -528.291 2.60 1.76200 40.1 49.70
14 59.566 34.65 45.62
15(絞り) ∞ 2.50 36.26
16 552.053 3.17 1.51742 52.4 35.40
17 -141.259 4.30 1.48749 70.2 34.99
18 -83.079 2.00 34.14
19* 85.835 1.80 1.59522 67.7 31.04
20 28.548 9.23 1.48749 70.2 28.83
21 -41.511 1.80 1.88300 40.8 27.39
22 -2249.924 5.00 26.53
23 88.934 3.50 1.75520 27.5 28.92
24 -87.807 1.80 1.77250 49.6 28.49
25 44.929 2.95 26.64
26 -121.483 1.80 1.77250 49.6 26.60
27 96.741 12.00 26.80
28 78.848 1.50 1.88300 40.8 31.63
29 37.737 4.56 1.64769 33.8 32.26
30 -536.709 2.27 32.51
31* 52.478 9.38 1.72151 29.2 35.67
32 -90.562 1.80 1.59522 67.7 35.60
33 79.828 6.53 35.34
34 -316.229 1.50 1.92286 18.9 36.14
35 30.664 5.10 1.84666 23.8 37.46
36 65.899 8.84 1.76182 26.5 37.81
37 -107.844 5.00 39.00
38 ∞ 2.20 1.51633 64.1 40.41
39 ∞ 64.40 40.71
像面 ∞
非球面データ
第5面
K = 0.00000e+000 A1=-1.96296e-007 A2=-2.87452e-011 A3=-2.57596e-015 A4= 2.90708e-019

第9面(回折面)
C1=-5.61181e-005 C2= 4.42883e-011 C3=-5.63549e-013 C4=-1.46893e-015
C5= 6.39877e-019

第19面
K = 0.00000e+000 A1= 1.07522e-006 A2= 1.34109e-009 A3=-1.99251e-012 A4= 6.32980e-015

第31面
K = 0.00000e+000 A1= 3.45844e-007 A2=-2.47799e-010 A3= 1.26446e-012 A4=-1.23886e-015

各種データ
ズーム比 1.00

焦点距離 585.01
Fナンバー 4.12
半画角（度） 2.12
像高 21.64
レンズ全長 358.73
BF 70.85

入射瞳位置 807.96
射出瞳位置 -98.96
前側主点位置-701.89
後側主点位置-520.60

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 1 178.68 131.88 19.46 -94.85
2 12 -97.22 7.10 4.83 0.87
3 15 -832.16 100.53 -90.38 -200.36

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 758.15
2 3 305.81
3 5 181.16
4 7 -106.26
5 8 8827.05
6 9 8895.77
7 10 197.61
8 12 261.38
9 13 -70.12
10 16 217.72
11 17 403.99
12 19 -72.72
13 20 36.26
14 21 -47.91
15 23 59.01
16 24 -38.25
17 26 -69.47
18 28 -83.40
19 29 54.61
20 31 47.35
21 32 -71.00
22 34 -30.23
23 35 63.52
24 36 54.90
25 38 0.00
LF：前群 LR：後群 L1：第1レンズ群 L2：第2レンズ群
L3：第3レンズ群 Ldoe：回折光学素子 Lfo：フォーカスレンズ群
LIS：防振レンズ群 S：開口絞り

Claims (13)

  1. 物体側から像側へ順に配置された、前群、開口絞り、後群から構成される光学系であって、
    前記前群は回折光学素子及び複数の屈折光学素子を有し、
    前記複数の屈折光学素子のうち、前記回折光学素子の回折面のパワーと同符号のパワーを有する屈折光学素子は、物体側から数えて第ｉ番目（ｉは１以上でＭ以下の整数、Ｍは１以上の整数）の屈折光学素子の光学材料のｄ線−Ｃ線間の部分分散比をθｄＣ−ｆｓｉ、ｇ線−ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ｆｓｉ、
    δθｄＣ−ｆｓｉ＝θｄＣ−ｆｓｉ−（−０．１９６８×θｇｄ−ｆｓｉ＋０．５４８）
    とするとき、
    なる条件式を満足し、
    前記複数の屈折光学素子のうち、前記回折光学素子の回折面のパワーと異符号のパワーを有する屈折光学素子は、物体側から数えて第ｊ番目（ｊは１以上でＮ以下の整数、Ｎは１以上の整数）の屈折光学素子の光学材料のｄ線−Ｃ線間の部分分散比をθｄＣ−ｆｄｊ、ｇ線−ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ｆｄｊ、
    δθｄＣ−ｆｄｊ＝θｄＣ−ｆｄｊ−（−０．１９６８×θｇｄ−ｆｄｊ＋０．５４８）
    とするとき、
    なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
  2. 前記後群は屈折光学素子のみで構成されており、前記後群における物体側から数えて第ｉ番目（ｉは１以上でＫ以下の整数、Ｋは１以上の整数）の屈折光学素子の光学材料のｄ線、Ｃ線間の部分分散比をθｄＣ−ｂｉ、ｇ線、ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ｂｉ、異常部分分散比δθｄＣ−ｂｉを
    δθｄＣ−ｂｉ＝θｄＣ−ｂｉ−（−０．１９６８×θｇｄ−ｂｉ＋０．５４８）
    とし、前記回折光学素子の回折面のｄ線、Ｃ線間の部分分散比をθｄＣ−ＤＯ、ｇ線、ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ＤＯ、異常部分分散比δθｄＣ−ＤＯを
    δθｄＣ−ＤＯ＝θｄＣ−ＤＯ−（−０．１９６８×θｇｄ−ＤＯ＋０．５４８）
    とし、
    φｂｉを後群ＬＲにおける物体側から数えて第ｉ番目の屈折光学素子のパワー、νｄｂｉを屈折光学素子の光学材料のアッベ数、ｈｂｉを光学系中における屈折光学素子を設けた箇所の軸上近軸光線の入射高、φＤＯを、回折光学素子の回折面におけるパワー（φＤ０＝−２ｍ×Ｃ１×λ／λ０を満足する値）、νｄＤＯを前記回折光学素子のアッベ数、ｈＤＯを光学系中における回折面を設けた箇所の軸上近軸光線の入射高とするとき、
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
  3. 前記前群に含まれる複数の屈折光学素子の中で、前記回折光学素子の回折面におけるパワーと同符号のパワーを有する屈折光学素子で、最も物体側から数えて第ｉ番目（ｉは１以上でＭ以下の整数、Ｍは１以上の整数）の屈折光学素子の光学材料のｇ線、ｄ線間の異常部分分散比Δθｇｄ−ｆｓｉを
    Δθｇｄ−ｆｓｉ＝θｇｄ−ｆｓｉ−（−１．６８７×１０−７×νｄｆｓｉ ３＋５．７０２×１０−５×νｄｆｓｉ ２−６．６０３×１０−３×νｄｆｓｉ＋１．４６２）
    とし、前記前群に含まれる複数の屈折光学素子の中で、前記回折光学素子の回折面におけるパワーと異符号のパワーを有する屈折光学素子は、物体側から数えて第ｊ番目（ｊは１以上でＮ以下の整数、Ｎは１以上の整数）の屈折光学素子の光学材料のｇ線、ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ｆｄｊとし、異常部分分散比Δθｇｄ−ｆｄｊを
    Δθｇｄ−ｆｄｊ＝θｇｄ−ｆｄｊ−（−１．６８７×１０−７×νｄｆｄｊ ３＋５．７０２×１０−５×νｄｆｄｊ ２−６．６０３×１０−３×νｄｆｄｊ＋１．４６２）
    とするとき、
    なる条件式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。
  4. 前記後群は屈折光学素子のみで構成されており、前記後群における物体側から数えて第ｉ番目（ｉは１以上でＫ以下の整数、Ｋは１以上の整数）の屈折光学素子の光学材料の、フランホーファー線におけるｇ線、ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ｂｉとし、異常部分分散比Δθｇｄ−ｂｉを
    Δθｇｄ−ｂｉ＝θｇｄ−ｂｉ−（−１．６８７×１０−７×νｄｂｉ ３＋５．７０２×１０−５×νｄｂｉ ２−６．６０３×１０−３×νｄｂｉ＋１．４６２）
    とし、前記回折光学素子の回折面のｇ線、ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ＤＯ、異常部分分散比Δθｇｄ−ＤＯを
    Δθｇｄ−ＤＯ＝θｇｄ−ＤＯ−（−１．６８７×１０−７×νｄＤＯ ３＋５．７０２×１０−５×νｄＤＯ ２−６．６０３×１０−３×νｄＤＯ＋１．４６２）
    とし、
    φｂｉを後群ＬＲにおける物体側から数えて第ｉ番目の屈折光学素子のパワー、νｄｂｉを屈折光学素子の光学材料のアッベ数、ｈｂｉを光学系中における屈折光学素子を設けた箇所の軸上近軸光線の入射高、φＤＯを、回折光学素子の回折面におけるパワー（φＤ０＝−２×ｍ×Ｃ１×λ／λ０を満足する値）、νｄＤＯを前記回折光学素子のアッベ数、ｈＤＯを光学系中における回折面を設けた箇所の軸上近軸光線の入射高とするとき、
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系。
  5. 前記後群は屈折光学素子のみで構成されており、前記後群における物体側から数えて第ｉ番目（ｉは１以上でＫ以下の整数、Ｋは１以上の整数）の屈折光学素子の光学材料のｄ線、Ｃ線間の部分分散比をθｄＣ−ｂｉ、ｇ線、ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ｂｉ、異常部分分散比δθｄＣ−ｂｉを
    δθｄＣ−ｂｉ＝θｄＣ−ｂｉ−（−０．１９６８×θｇｄ−ｂｉ＋０．５４８）
    とし、前記回折光学素子の回折面のｄ線、Ｃ線間の部分分散比をθｄＣ−ＤＯ、ｇ線、ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ＤＯ、異常部分分散比δθｄＣ−ＤＯを
    δθｄＣ−ＤＯ＝θｄＣ−ＤＯ−（−０．１９６８×θｇｄ−ＤＯ＋０．５４８）
    とし、
    前記後群における物体側から数えて第ｉ番目（ｉは１以上でＫ以下の整数、Ｋは１以上の整数）の屈折光学素子の光学材料のｇ線、ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ｂｉとし、異常部分分散比Δθｇｄ−ｂｉを
    Δθｇｄ−ｂｉ＝θｇｄ−ｂｉ−（−１．６８７×１０−７×νｄｂｉ ３＋５．７０２×１０−５×νｄｂｉ ２−６．６０３×１０−３×νｄｂｉ＋１．４６２）
    とし、前記回折光学素子の回折面のｇ線、ｄ線間の部分分散比をθｇｄ−ＤＯ、異常部分分散比Δθｇｄ−ＤＯを
    Δθｇｄ−ＤＯ＝θｇｄ−ＤＯ−（−１．６８７×１０−７×νｄＤＯ ３＋５．７０２×１０−５×νｄＤＯ ２−６．６０３×１０−３×νｄＤＯ＋１．４６２）
    とし、
    φｂｉを後群ＬＲにおける物体側から数えて第ｉ番目の屈折光学素子のパワー、νｄｂｉを屈折光学素子の光学材料のアッベ数、ｈｂｉを光学系中における屈折光学素子を設けた箇所の軸上近軸光線の入射高、φＤＯを、回折光学素子の回折面におけるパワー（φＤ０＝−２×ｍ×Ｃ１×λ／λ０を満足する値）、νｄＤＯを前記回折光学素子のアッベ数、ｈＤＯを光学系中における回折面を設けた箇所の軸上近軸光線の入射高とし、
    前記回折光学素子と、前記後群における物体側から数えて第ｉ番目（ｉは１以上でＫ以下の整数、Ｋは１以上の整数）の屈折光学素子は、
    を光学系中における後群の物体側から数えて第ｉ番目の屈折光学素子を設けた箇所の瞳近軸光線の入射高、
    を光学系Ｌ０中における回折面を設けた箇所の瞳近軸光線の入射高とするとき、
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学系。
  6. 前記前群は複数の屈折光学素子を有し、前記前群の複数の屈折光学素子の光軸上での間隔のうち最も離れた距離をＬｆｌ、無限遠物体に合焦しているときのレンズ全長をＬＴＯＴとするとき、
    ０．０５＜Ｌｆｌ／ＬＴＯＴ＜０．５０
    なる条件式を満足す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. 前記回折光学素子の回折面は、硝材から成る光学部材同士、若しくは光軸上での厚さが０．１ｍｍ以下の樹脂材料から成る光学部材同士で形成された接合レンズの接合面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系。
  8. 前記光学系はテレ比が０．７以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学系。
  9. 前記前群は正のパワーの第１レンズ群、負のパワーの第２レンズ群より構成され、無限遠物体から至近物体への合焦変化の際、前記第２レンズ群は光軸上を移動し、前記後群は第３レンズ群より構成され、前記第１レンズ群は回折光学素子と非球面を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系。
  10. 前記第１レンズ群に含まれる屈折光学素子の光学材料は比重が３．５以下であることを特徴とする請求項９に記載の光学系。
  11. 前記第３レンズ群は、１つ以上の非球面を有することを特徴とする請求項９または１０に記載の光学系。
  12. 前記第３レンズ群は、像ぶれ補正に際して光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動するレンズユニットを有することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の光学系。
  13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光学系と該光学系によって形成された像を受光する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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