JP5317553B2 - 光学系及びそれを用いた光学機器、撮像装置並びに投影装置 - Google Patents

Description

本発明は光学系に関し、例えば銀塩フィルム用カメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、望遠鏡、双眼鏡、プロジェクタ、複写機等の光学機器、撮像装置並びに投影装置に好適な光学系に関するものである。

一般にデジタルカメラやビデオカメラ、そしてプロジェクタ等の光学機器に用いられる光学系は、光学機器の小型化に対応してレンズ全長（光学全長、物体側の第１レンズ面から像面までの長さ）が短く、光学系全体が小型であることが要望されている。

一般的にこれらの光学機器に用いられる光学系は、そのレンズ全長を短縮するほど諸収差が増大する。特に軸上色収差及び倍率色収差などの色収差が増大し、光学性能が低下する傾向にある。

近年、デジタルカメラをはじめとした光学機器では、より高画素且つ高画質であることが要求されている。そしてそれに用いる光学系においては、諸収差のうち、特に色収差を良好に補正した高い光学性能を有する光学系であることが要望されている。

光学系において、色収差の発生を低減する色消し方法として、光学部材に異常部分分散材料を用いる方法や回折作用を有する回折光学素子を用いる方法が一般的によく知られている。

このうち光学部材に異常部分分散材料を用いて色収差の発生の低減を行った光学系が知られている（特許文献１〜３）。

特許文献１では、異常部分分散材料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材料を正レンズに用い、高分散な材料を負レンズに用い、これらを組み合わせることで色収差の補正を良好に行った望遠レンズを提案している。

また、特許文献２及び３では、異常部分分散材料としてITOやTiO₂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を提案している。

特許文献２、３では微粒子分散材料や樹脂材料を用いることで、色収差をはじめとした諸収差の補正を行いつつ、光学系全体の小型化を図っている。

一方、回折光学素子を用いて色収差の補正を行った光学系が知られている（特許文献４〜６）。

一般に回折光学素子は、アッベ数に相当する数値の絶対値が３．４５と小さく、回折によるパワー（焦点距離の逆数）を僅かに変化させるだけで、球面収差、コマ収差、非点収差等にほとんど影響を与えることなく、色収差を大きく変化できる特徴がある。

また、扱う光が回折光であるため、入射光の波長の変化に対してパワーが線形変化し、色収差係数の波長特性は完全な直線となる。

したがって、レンズ全長の短縮に際しては、主に球面収差、コマ収差、非点収差の補正に特化して収差補正を行えば良い。又、色収差に関しては、色収差係数の波長特性の線形性が得られるように、構成レンズの材料の硝材と屈折力を最適化して設計を行えば、レンズ全長が短縮された光学系が得られる。

特許文献４〜６では、回折光学素子が有する通常の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）等の性質を利用して色収差の補正を行っている。更に回折光学素子の回折格子の周期構造を変化させることによって非球面効果を得ている。特許文献４〜６では、この２つの効果を利用し、光学性能を大幅に向上させ、更に光学系全体の小型化を図った撮像光学系を提案している。
特開平１１−１１９０９２号公報 特開２００５−１８１３９２号公報 特開２００６−１４５８２３号公報 特開２０００−２５８６８５号公報 特開２００６−３１７６０５号公報 特開２００７−１２１４４０号公報

一般的に、光学材料として蛍石等の異常部分分散ガラスだけの使用で光学系の色収差の補正と光学系全体の小型化を図るのは困難である。これは、光学系の小型化に伴う色収差の悪化を、蛍石等を使用したレンズで屈折力を大きく変化させることで補正しようとすると、他の諸収差が増大してしまうためである。

また、蛍石や商品名FK01等の異常部分分散ガラスは、加工が難しく又比重が異常部分分散を有さない他の低分散ガラスよりも比較的大きい。例えば、蛍石で比重3.18、FK01で比重3.63である。

これらに対し、異常部分分散性の小さい商品名FK5で比重2.46、商品名BK7で比重2.52である。そのため、これらの異常部分分散ガラスを用いると、レンズ系全体が重くなってくる。

更に、異常部分分散ガラスは軟らかいため、表面が比較的傷つき易い。又商品名FK01等は大口径にすると、急激な温度変化に対して割れ易い性質がある。

また、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小型化の両立が容易となる。但し、成形性の観点から使用する材料の厚さが制限される。また微粒子分散材料では、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もある。

このため、微粒子分散材料を用いるときは透過率の観点からできるだけ厚さを薄くすることが好ましい。このため、これらの材料を用いるときは、光学系の色収差の補正及び小型化、そして材料の厚さ等の要素をバランス良く保つことが重要になってくる。

特に異常部分分散特性を有する材料を光学系中に用いるときは、その位置と厚さを適切に設定することが重要になってくる。

一般に光学系のレンズ全長を短縮すると色収差が増大してくる。このとき増大した色収差を蛍石のようなアッベ数の大きい低分散ガラスを使ったレンズを用いて補正するには、レンズ面の屈折力を大きく変化させなければ色収差が大きく変化しない。

このため、異常分散ガラスより成るレンズを用いるときは、その屈折力を適切に設定し、光学系中の適切な位置に配置することが重要となってくる。

これらが不適切であると色収差を補正しつつ、球面収差、コマ収差、非点収差などの諸収差を補正するのが困難となる。

一方、回折光学素子は十分な色収差の補正作用がある。回折光学素子を用いるとき、撮影光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。

例えば、被写体内に高輝度な光源等が存在し、それを撮影すると、光源周辺に不要回折光によるフレアが多く現れる。また、画面外にある太陽光等の強い光が直接、回折光学素子に当たると、それによりフレア光が発生し、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。

このときの不要回折光を減少させるためには回折光学素子を光学系中で像側に配置すれば良い。即ち、回折光学素子の光学系中での配置のインナー化を図れば良い。

しかしながら、回折光学素子の配置のインナー化を図ると、回折光学素子に入射する軸上光線の入射高や軸上主光線の入射高を適切に設定するのが難しくなり、色収差の補正が困難になってくる。

このため、回折光学素子を用いるときは、光学系中の適切な位置に、適切なパワーをもって配置することが、回折光学素子を用いて適切なる効果を得るのに重要になってくる。

本発明は、色収差をはじめとする諸収差を良好に補正することができ、しかも全系が小型で良好な光学性能を有する光学系及びそれを用いた光学機器、撮像装置並びに投影装置の提供を目的とする。

本発明に係る光学系は、物体側より順に、前群、絞り、後群より構成される光学系において、前記前群または後群は固体材料から成る屈折作用をする固体材料素子と、回折光学素子を有し、該固体材料素子は、屈折光学素子の少なくとも一方の透過面に形成されており、該固体材料のd線に対するアッベ数、g線とF線に対する部分分散比を各々νd、θgF、前記回折光学素子の回折光学部と前記固体材料素子の空気中における焦点距離を各々fdoe、fanm、前記固体材料素子が設けられた固体材料面から像面までの物体距離無限遠時における距離をLanm-img、前記回折光学素子の回折光学面から像面までの物体距離無限遠時における距離をdoe-img、物体距離無限遠時における光学全長をLtotとするとき
θｇF > （−1.665×10^-7・νd³＋5.213×10^-5・νd²−5.656×10^-3・νd＋0.755）
なる条件を満足し、かつ
νd < 60
0.01 < | fanm / fdoe | < 2.00
0.0 ≦ | Ldoe-img − Lanm-img | / Ltot < 0.5
なる条件を満足し、かつ前記回折光学部が設けられた回折光学面から前記絞りまでの物体距離無限遠時の距離をLdoe-stoとするとき、
0.1 < Ldoe-sto / Ltot < 0.8
なる条件を満足することを特徴とする。但し光学系がズームレンズのときはパラメータLdoe-img、Lanm-img、Ltot、Ldoe-stoは望遠端での値とする。

但し光学系がズームレンズのときはパラメータLdoe-img、Lanm-img、Ltotは望遠端での値とする。

本発明によれば、色収差を良好に補正できるとともに光学系全体を小型化することができる高性能な光学系及びそれを用いた光学機器、撮像装置並びに投影装置を実現することができる。

本発明の光学系及びそれを有する光学機器の実施例について説明する。本発明の光学系は、物体側より像側へ順に、前群、絞り（開口絞り）、後群より構成される単一の焦点距離のレンズ系又はズームレンズである。そして前群又は後群は固体材料から成る屈折作用をする固体材料素子と回折光学素子を有している。

また、固体材料素子は、レンズ等の屈折光学素子の光入出射面である２つの透過面のうち少なくとも一方の透過面に形成されている。

図１は本発明の実施例１のレンズ断面図である。図２は本発明の実施例１の物体距離が無限遠での収差図である。

実施例１の光学系は単一の焦点距離のレンズ系である。

図３は本発明の実施例２のレンズ断面図、図４は本発明の実施例２の物体距離が無限遠での収差図である。

実施例２の光学系は単一の焦点距離のレンズ系である。

図5は本発明の実施例3のレンズ断面図である。図6は本発明の実施例１の物体距離が無限遠での収差図である。

実施例3の光学系は単一の焦点距離のレンズ系である。

図7は本発明の実施例4のレンズ断面図である。図8は本発明の実施例4の物体距離が無限遠での収差図である。

実施例4の光学系は単一の焦点距離のレンズ系である。

図9は本発明の数値実施例5の望遠端におけるレンズ断面図である。図10〜12は本発明の実施例5の物体距離が無限遠での広角端、中間のズーム位置、望遠端での収差図である。

実施例5の光学系は、ズームレンズである。

図20は、本発明の光学系をデジタルカメラ等の撮像装置に適用したときの要部概略図である。

図21は本発明の光学系をプロジェクタ等の画像投射装置に適用したときの要部概略図である。

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。

ｉを物体側から数えたときの順序を示したとき、Ｌｉは第ｉレンズ群を示している。

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、図１、図３、図５において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。図７、図９においては、物体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。

図１、図３、図5、図9において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。

図9において矢印は望遠端から広角端へのズーミングにおける各レンズ群の移動軌跡を示している。

図２、図４、図６、図8の各収差図中、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。また図10〜図12の各収差図中では、球面収差において実線は波長550nm、二点鎖線は波長620nm、一点鎖線は波長470nm、点線は波長440nm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、二点鎖線は波長620nm、一点鎖線は波長470nm、点線は波長440nmを各々表している。

FnoはFナンバー、ωは半画角である。

尚、実施例5のズームレンズにおいて広角端と望遠端は変倍用レンズ群が機構上、光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

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又は後群LRは少なくとも１つの固体材料から成る固体材料素子Lanmと少なくとも１つの回折光学部Ldoeを含む回折光学素子を有している。

ここで、固体材料素子Lanmはレンズ等の屈折光学素子の少なくとも１つの透過面に形成されている。

固体材料素子が設けられた屈折光学素子の透過面と反対側の透過面は空気と接した球面形状若しくは非球面形状である。

なお、屈折光学素子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素子を含んでいない。

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。

各実施例の光学系において、前群LF又は後群LRは固体材料から成る屈折作用をする固体材料素子と、回折光学素子を有している。

固体材料素子は、屈折光学素子の少なくとも一方の透過面に形成されている。固体材料のd線に対するアッベ数、g線とF線に対する部分分散比を各々νd、θgFとする。

回折光学素子の回折光学部と固体材料素子の空気中における焦点距離を各々fdoe、fanmとする。

固体材料素子が設けられた固体材料面から像面までの物体距離無限遠時における距離をLanm-imgとする。回折光学素子の回折光学面から像面までの物体距離無限遠時における距離をLdoe-imgとする。物体距離無限遠時における光学全長をLtotとする。

このとき
θｇF > （−1.665×10^-7・νd³＋5.213×10^-5・νd²−5.656×10^-3・νd＋0.755）
・・・(1-1)
若しくは
θｇF < （−1.665×10^-7・νd³＋5.213×10^-5・νd²−5.656×10^-3・νd＋0.700）
・・・(1-2)
なる条件を満足する。かつ
νd < 60 ・・・(2)
0.01 < | fanm / fdoe | < 2.00 ・・・(3)
0.0 ≦ | Ldoe-img − Lanm-img | / Ltot < 0.5・・・(4)
なる条件を満足する。

但し光学系がズームレンズのときはパラメータLdoe-img、Lanm-img、Ltotは望遠端での値とする。

ここで回折光学部のパワー（焦点距離の逆数）φDは次の如く求められる。

回折光学部の回折格子の形状を、基準波長(d線)をλD、光軸からの距離をh、位相係数をCi(i=1、2、3…)、回折光学部の位相関数をφ(h)とする。位相関数φ(h)は
φ(h)=(2π/λd)・(C1・h²+C2・h⁴+C3・h⁶+・・・・)
なる式で表される。このとき2次項の係数C1より、基準波長(d線)における屈折力φDはφD=-2・C1となる。

各実施例の光学系は、条件式(1-1)、(2)、又は(1-2)、(2)を満足する固体材料より成る固体材料素子を有している。それとともに、固体材料素子Lanmと回折光学素子の回折光学部Ldoeは条件式(3)、(4)を更に満足している。

ここで部分分散比θgFは固体材料のg線、F線、C線に対する屈折率を各々ng、nF、nCとする。このとき、
θgF=(ng-nF)/(nF-nC)
の式で表される。

アッベ数νdは固体材料のd線、F線、C線に対する屈折率を各々nd、nF、nCとする。このとき
νd=(nd-1)/(nF-nC)
の式で表される。

条件式(1-1)、(1-2)、(2)は、異常部分分散特性を有する固体材料（微粒子分散材料若しくは樹脂材料）の存在範囲を規定するものである。

このとき、これらの条件式(1-1)、(1-2)、(2)は、条件式(1-1)と(2)若しくは条件式(1-2)と(2)を同時に満足するのが良い。

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。

図13に示したように、各実施例で使用の固体材料は一般硝材が存在する範囲とは上下方向に離れた範囲内にある。

つまり、異常部分分散特性を有している。尚、図13中に各実施例で使用した固体材料の存在位置をプロットしたが、条件式(1-1)、(1-2)、(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。

条件式(1-1)の下限値又は条件式(1-2)の上限値を超えると、通常の一般硝材とは変わらない光学特性の材料となり、色収差の補正が困難となり本発明の目的とする光学系を達成するのが難しくなる。又、条件式(2)を超えると光学系全体での色収差の補正が困難になる。

条件式(3)は、異常部分分散特性を有する固体材料素子Lanm（微粒子分散材料若しくは樹脂材料）と回折光学部Ldoeの焦点距離の関係を規定するものである。条件式(3)の上限値を超えると、回折光学部Ldoeの屈折力が強くなり過ぎ、回折光学部Ldoeによるフレアが増加するので好ましくない。

一方、条件式(3)の下限値を超えると、固体材料素子Lanmの屈折力が強くなり過ぎ、固体材料素子Lanmの厚さが増す方向なので好ましくない。

条件式(4)は、固体材料素子Lanmと回折光学素子における回折光学部Ldoeの配置箇所の関係を規定するものである。

条件式(4)の上限値を超えると、回折光学部Ldoeと固体材料素子Lanmの屈折力の分担が適切に行えなくなり、色収差の補正が困難となるので好ましくない。

各実施例において更に好ましくは条件式(1-1)、(1-2)、(2)〜(4)の数値範囲を下記に示す範囲にすることによって、より回折光学素子における回折光学部と固体材料素子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。

νd < 50 ・・・(2a)
更に
νd < 40 ・・・(2b)
とするのが良い。又
0.03 < | fanm / fdoe | < 1.80 ・・・(3a)
0.0 ≦ | Ldoe-img − Lanm-img | / Ltot < 0.3 ・・・(4a)
更に
0.0 ≦ | Ldoe-img − Lanm-img | / Ltot < 0.2 ・・・(4b)
とするのが良い。

以上のように各実施例によれば、異常部分分散特性を有した固体材料素子（微粒子分散材料若しくは樹脂材料を用いた素子）と回折光学素子を適切に箇所に適切な条件で設定している。これにより、色収差の補正が十分になされ良好な光学性能を有した、コンパクトな光学系を達成することができる。その際、固体材料素子の厚さも比較的薄くすることが容易となる。

本発明の光学系は、以上の諸条件を満足することによって達成される。更に、回折光学素子の回折光学部によるフレアの発生及び固体材料素子の厚さを低減し、且つ色収差の補正を良好に行い光学系全体の小型化を図るには、次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。

回折光学部Ldoeが設けられた回折光学面から絞りSまでの物体距離無限遠時の距離をLdoe-stoとする。

但し光学系がズームレンズのときはパラメータLdoe-stoは望遠端での値とする。

回折光学面での光線有効径をφdoe、固体材料面での光線有効径をφanmとする。

光学系の物体距離無限遠での全系の焦点距離（但し、光学系がズームレンズの場合は望遠端で且つ物体距離無限遠での全系の焦点距離）をfとする。

固体材料素子Lanmの光軸上の厚さをdanm、固体材料素子Lanmが設けられた屈折光学素子の光軸上での厚さをdglsとする。

但し、固体材料素子Lanmは、固体材料素子Lanmが光学系に２以上ある場合、回折光学部Ldoeと、絞りSに対して同じ側の群にあり且つ回折光学部Ldoeにより近くに配置された固体材料素子とする。

このとき
0.1 < Ldoe-sto / Ltot < 0.8・・・(5)
0.5 < φdoe / φanm < 2.0 ・・・(6)
0.001 < | f / fdoe | < 0.100・・・(7)
0.01< | f / fanm | < 6.00 ・・・(8)
danm / dgls < 0.50 ・・・(9)
なる条件式のうち１以上を満足するのが良い。

条件式(5)は、光学系における回折光学素子の回折光学部Ldoeと絞りSとの配置箇所の関係を規定するものである。条件式(5)の下限値を超えると、回折光学部Ldoeの配置箇所をより絞りSに近づけることとなり、回折光学素子による色収差補正効果が弱まってしまうので好ましくない。

一方条件式(5)の上限値を超えると、絞りSの配置箇所が光学系における最も物体側若しくは像面側に近い位置に配置されることとなり、光学系の構成上諸収差を補正することが困難となるので好ましくない。

条件式(5)は、更に、下記の数値範囲にすると、回折光学素子による色収差補正効果とフレア抑制効果をより強める方向にあるので好ましい。

0.1 < Ldoe-sto / Ltot < 0.6 ・・・(5a)
条件式(6)は、回折光学素子の回折光学部Ldoeと固体材料素子Lanmの配置箇所の規定に関するものである。条件式(6)の範囲内を超えると、回折光学部Ldoeと固体材料素子Lanmの配置箇所が離れてしまうこととなり、両部の屈折力の分担が適切に行えなくなり、色収差の補正が困難となるので好ましくない。

条件式(6)は、更に、下記の数値範囲にすると、回折光学部Ldoeと固体材料素子Lanmの配置箇所の関係がより適切になり、更なる色収差補正効果が可能となるので好ましい。

0.7 < φdoe / φanm < 1.5 ・・・(6a)
条件式(7)は、光学系における回折光学素子の回折光学部Ldoeと全系の焦点距離の関係を規定するものである。条件式(7)の下限値を超えると、回折光学部Ldoeの屈折力が弱くなり過ぎて、色収差の補正が困難となり好ましくない。

一方条件式(7)の上限値を超えると、回折光学部Ldoeの屈折力が強くなり過ぎ、格子ピッチが細かくなり、回折効率の劣化、強いてはフレアの更なる発生につながるので好ましくない。

条件式(7)は、更に、下記の数値範囲にあることが色収差補正及び回折効率の劣化対策から好ましい。

0.01 < | f / fdoe | < 0.08 ・・・(7a)
条件式(8)は、光学系における固体材料素子Lanmと全系の焦点距離の関係を規定するものである。条件式(8)の下限値を超えると、固体材料素子の屈折力が弱くなり過ぎて、色収差の補正が困難となり、回折光学部Ldoe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。

一方条件式(8)の上限値を超えると、固体材料素子Lanmの屈折力が強くなり過ぎ、固体材料素子Lanmの厚さが増す方向にあるので好ましくない。

条件式(9)は、固体材料素子Lanmと固体材料素子Lanmが密着しているレンズ（屈折光学素子）との厚さの関係を規定するものである。

条件式(9)の上限値を超えると、固体材料素子Lanmの厚さが厚くなり過ぎると、成形がしにくくなり好ましくない。また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。

因みに、固体材料素子Lanmはレンズ面上に設けられ、接する面はレンズ面と空気であるとしたが、これに限定されるものではない。

例えば接する面が両面レンズ面であるような接合レンズの接合面に設けても良い。また固体材料素子Lanmの面の形状に関して、空気と接した面は球面若しくは非球面であるとしたが、これに限定されるものではない。例えば、レンズ面と接した面が球面若しくは非球面であっても良い。

条件式(8)、(9)は、更に、下記の数値範囲にあることが、固体材料素子Lanmによる色収差の補正効果を高め、且つ固体材料素子Lanmの厚さを薄くできる方向にあるので好ましい。

0.01 < | f / fanm | < 5.50 ・・・(8a)
danm / dgls < 0.40 ・・・(9a)
更に
danm / dgls < 0.30 ・・・(9b)
以上のように各実施例によれば、色収差を良好に補正でき、且つ光学系全体の小型化も実現可能な光学系を達成することができる。またその際、回折光学素子と異常部分分散特性を有する固体材料素子の配置を適切に行い、互いの屈折力の分担が適切になされることで、回折光学素子によるフレアの発生及び固体材料素子の厚さを低減することが容易となる。

次に各実施例で用いる回折光学素子の構成について説明する。

回折光学素子を構成する回折光学部Ldoeの構成としては、図14に示すような空気層を挟んで２つの回折格子を積層した２積層構成のものや、同じく図15に示すような空気層を挟んで３つの回折格子を積層した３積層構成のものが適用できる。

更に、図16に示すような格子部の格子厚が同一の２つの回折格子を密着した密着２層構成のもの等が適用可能である。

図14の回折光学素子１は、基材（例えばレンズ）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。又、もう１つの基材（例えばレンズ）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。そして第１、第２の素子部２、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。

第１、第２の回折格子６、７で回折光学部（回折光学面）を構成している。これら第１、第２の素子部２、３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。このとき、第１の回折格子６の格子部６ａの格子厚はｄ１、第２の回折格子７の格子部７ａの格子厚はｄ２である。

格子部６ａ、７ａの向きは、第１の回折格子６は上から下に向かうに連れ、格子部６ａの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、格子部７ａの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は、図14に示す2積層構成の回折光学部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である。

因みに素子構成としては、第1の回折格子6の材料は(nd1,νd1)=(1.636,22.8)で格子部6aの格子厚d1=7.88μmである。第2の回折格子7の材料は(nd2,νd2)=(1.524,51.6)で格子部7aの格子厚d2=10.71μmである。空気間隔D1=1.5μmとしている。また図１８の格子部6a、7aは格子ピッチ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の回折光学素子は、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、第3の回折格子7、9を形成して第2の素子部3を構成している。このとき、回折格子9は回折格子7を異なる紫外線硬化樹脂で埋めた構成になっている。

そして第1の素子部2と第2の素子部3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3つの回折格子6、7、9を合わせて、1つの回折光学部（回折光学面）としての働きをなしている。

このとき、第1の回折格子6の格子部6aの格子厚はd1である。第2、第3の回折格子7、9の格子部7a、9aの格子厚はd2である。格子部の向きは、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。

尚、第3の回折格子9は第2の回折格子7と逆である。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は、図15に示す3積層構成の回折光学部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である。因みに素子構成としては、第1の回折格子6の材料は(nd1,νd1)=(1.636,22.8)で、格子部6aの格子厚d1=2.83μmである。第2、第3の回折格子7、9の材料は(nd2-1,νd2-1)=(1.524,51.6)と(nd3-2,νd3-2)=(1.636,22.8)で格子部7a、9aの格子厚d2=d3=7.88μmで、空気間隔D=1.5μmとしている。

また図15の格子部6a、7a、9aは格子ピッチ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の回折光学素子は、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。第1、第2の回折格子6、7の格子部6a、7aの格子厚は同じ格子厚dであり、双方を密着させた構成になっている。

これら2つの回折格子を合わせて、1つの回折光学部（回折光学面）としての働きをなしている。格子部6a、7aの格子の向きは、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は、図16に示す密着2層構成の回折光学部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。

因みに素子構成としては、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)である。格子部6a、7aは同一の格子厚d=9.29μmとしている。

また図16中の格子部6a、7a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部と同等以上であれば、これらの構成に限定されるものではない。

次に各実施例で用いている回折光学素子の特性（光学特性）について説明する。

回折光学素子は、従来のガラスやプラスチック等による屈折作用とは異なり、負の分散
と異常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、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可能となる。

尚、本発明に用いる回折光学素子は、それを構成する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、回折光学素子を構成する回折光学部（回折光学面）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、レンズ面等の光学面の上や接合レンズの接合面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（基板）に回折光学部を成形して形成する方法がある。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。

次に各実施例のレンズ構成の特徴について説明する。

図１の実施例１の光学系は正の屈折力の前群と正の屈折力の後群より成る光学系である。

図１のレンズ断面図において、LFは正の屈折力の前群、LRは正の屈折力の後群、Sは開口絞りである。開口絞りSは、前群LFと後群LRの間に配置されている。回折光学素子の回折光学部(Ldoe)、固体材料素子（Lanm）とも前群LFに配置されている。

前群LFの最も物体側に配置された接合レンズの接合面に回折光学部（Ldoe）を有している。また前群LFの物体側から数えて3番目の正の第3レンズの像面側の面（面番号５の面）に接するように、条件式(1-1)若しくは(1-2)と条件式(2)を満足した固体材料素子（Lanm）を有している。

ここで、固体材料素子（Lanm）は（nd,νd,θgF）=(1.63555,22.7,0.69)の特性を有した紫外線硬化樹脂である。

尚本実施例1は、条件式(3)〜(9)についても、良好に各数値範囲を満足している（詳細の値については、後述の表1を参照のこと。）。

また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1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)を用いることによって、軸上色収差及び倍率色収差を補正している。

また、回折光学部(Ldoe)よりやや像面側で、近軸軸上光線hと瞳近軸光線haが比較的高い位置（前群LFの第3レンズの像面側にある面位置）に、異常部分分散特性を有した固体材料から成る固体材料素子(Lanm)を用いている。これにより、各色収差の補正を行っている。

このように、回折光学部(Ldoe)と固体材料素子(Lanm)を比較的h、haが高い位置で且つ両者を近づけて配置させることにより、回折光学部(Ldoe)と固体材料素子(Lanm)の屈折力を適切に分担させることができる。

各部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。また固体材料素子(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1のようなレンズ構成にすることで、諸収差、特に軸上及び倍率色収差が良好に補正することができる（図２参照）。

次に、図３本発明の実施例2の光学系について説明する。

図３のレンズ断面図において、LFは正の屈折力の前群、LRは正の屈折力の後群、Sは開口絞りである。開口絞りSは、前群LFと後群LRの間に配置されている。回折光学素子の回折光学部(Ldoe)、固体材料素子（Lanm）とも前群LFに配置されている。前群LFの最も物体側に配置された正レンズの像面側の面（面番号２の面）に条件式(1-1)若しくは(1-2)と条件式(2)を満足した固体材料素子（Lanm）を有している。

また前群LFの物体側から数えて2番目の接合レンズの接合面に回折光学部(Ldoe)を有している。回折光学素子(Ldoe)と固体材料素子（Lanm）の配置は実施例1と反対の構成になっている。

ここで、固体材料素子（Lanm）は実施例1と同様に、（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る。

尚本実施例2についても、条件式(3)〜(9)の数値範囲を良好に満足している（詳細の値については、後述の表1を参照のこと。）。

また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2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の最も物体側の正レンズの像面側にある面位置）に、異常部分分散特性を有した固体材料から成る固体材料素子(Lanm)を用いている。これにより、軸上色収差及び倍率色収差を補正している。

また、固体材料素子(Lanm)よりやや像面側で、近軸軸上光線hと瞳近軸光線haが比較的高い位置（前群LFの物体側から2番目の接合レンズの接合面位置）に、回折光学部(Ldoe)を用いることで、各色収差の補正を行っている。

このように、回折光学部(Ldoe)と固体材料素子(Lanm)を比較的h、haが高い位置で且つ両者を近づけて配置させることにより、回折光学部(Ldoe)と固体材料素子(Lanm)の屈折力を適切に分担させることができる。

各部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。また固体材料素子(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2 のようなレンズ構成にすることで、諸収差、特に軸上及び倍率色収差が良好に補正することができる（図４参照）。

次に、図5の実施例3の光学系について説明する。

図5のレンズ断面図において、LFは正の屈折力の前群、LRは正の屈折力の後群、Sは開口絞りである。開口絞りSは、前群LFと後群LRの間に配置されている。回折光学素子の回折光学部(Ldoe)は後群LRに配置されており、固体材料素子（Lanm）は前群LF及び後群LRの双方に配置されている。

このように固体材料素子（Lanm）は回折光学部（Ldoe）と同一レンズ群内に少なくとも1つ以上設けてあれば、異なるレンズ群に用いても良い。

このように本実施例において、固体材料素子は、回折光学部と、絞りに対して同じ側のレンズ群と、回折光学部の絞りSに対するレンズ群と異なるレンズ群に設けられている。

前群LFの最も物体側に配置された正レンズの像面側にある面（面番号２の面）に前記条件式(1-1)若しくは(1-2)と条件式(2)を満足した固体材料素子（Lanm）を有している。また後群LRの最も像面側にある接合レンズの物体側の面（面番号３１の面）にも条件式(1-1)若しくは(1-2)と条件式(2)を満足した固体材料素子（Lanm）を有している。

更に後群LRの最も像面側にある接合レンズの接合面に回折光学部(Ldoe)を有している。ここで、固体材料素子（Lanm）は実施例1、2と同様に、（nd,νd,θgF）=(1.63555,22.7,0.69)の特性を有した紫外線硬化樹脂である。尚本実施例3についても、条件式(3)〜(9)の数値範囲を良好に満足している（詳細の値については、後述の表1を参照のこと。）。

また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3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の最も物体側の正レンズの像面側にある面位置）に、異常部分分散特性を有した固体材料から成る固体材料素子(Lanm)を用いている。これによって、軸上色収差及び倍率色収差を補正している。

また、絞りSより像面側で近軸軸上光線hと瞳近軸光線haが比較的高い位置（後群LRの最も像面側の接合レンズ位置）に、回折光学部(Ldoe)、固体材料素子（Lanm）を用いることで、各色収差の補正を行っている。

このように、回折光学部(Ldoe)と固体材料素子(Lanm)を比較的h、haが高い位置で且つ両者を近づけて配置させることにより、回折光学部(Ldoe)と固体材料素子(Lanm)の屈折力を適切に分担させることができる。

各部の屈折力を分担させることで、前記回折光学部(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。また固体材料素子(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3 のようなレンズ構成にすることで、諸収差、特に軸上及び倍率色収差が良好に補正することができる（図6参照）。

図7の実施例4の光学系は負の屈折力の前群と正の屈折力の後群より成る広角レンズである。

図7のレンズ断面図において、LFは負の屈折力の前群、LRは正の屈折力の後群、Sは開口絞りである。開口絞りSは後群LR内に配置されている。回折光学素子の回折光学部(Ldoe)及び固体材料素子（Lanm）はともに後群LRに配置されている。後群LRの最も像面側から2番目に配置された接合レンズの接合面に条件式(1-1)若しくは(1-2)と条件式(2)を満足した固体材料素子（Lanm）を有している。

また後群LRの最も像面側にある接合レンズの接合面に回折光学部(Ldoe)を有している。

ここで、固体材料素子（Lanm）は実施例1から実施例3と同様に、（nd,νd,θgF）=(1.63555,22.7,0.69)の特性を有した紫外線硬化樹脂である。

尚、本実施例4についても、条件式(3)〜(9)の数値範囲を良好に満足している（詳細の値については、後述の表1を参照のこと。）。

また無限遠物点から至近距離物点へのフォーカシングは、後群LR全体を物体側へ移動させて行っている。

本実施例4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（後群LRの最も像面側の接合レンズの接合面位置）に、回折光学部(Ldoe)を用いることによって、軸上色収差及び倍率色収差を補正している。

また、回折光学部(Ldoe)よりやや物体側で、近軸軸上光線hと瞳近軸光線haが比較的高い位置（後群LRの像面側から2番目に配置された接合レンズの接合面位置）に、異常部分分散特性を有した固体材料から成る固体材料素子（Lanm）を用いている。これにより各色収差の補正を行っている。

このように、回折光学部(Ldoe)と固体材料素子（Lanm）を比較的h、haが高い位置で且つ両者を近づけて配置させることにより、回折光学部(Ldoe)と固体材料素子（Lanm）の屈折力を適切に分担させることができる。

各部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。また前記固体材料素子（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4のようなレンズ構成にすることで、諸収差、特に軸上及び倍率色収差が良好に補正することができる（図8参照）。

図9の実施例5の光学系は、前群LFと後群LRを有し、これらのうち複数のレンズ群が移動してズーミングを行うプロジェクタ等に用いる投射用のズームレンズである。

本実施例の光学系はプロジェクタ用のズームレンズであるが、これを撮影用のズームレンズとして用いても良い。

図9のレンズ断面図において、図中左側がスクリーン、IPは被投画像（例えば液晶）である。

LFは正の屈折力の前群、LRは正の屈折力の後群、Sは開口絞りである。開口絞りSは、前群LFと後群LRの間に配置されている。尚、前群LFは負の屈折力を有する第1レンズ群L1、正の屈折力を有する第2レンズ群L2、正の屈折力を有する第3レンズ群L3から構成されている。

更に、後群LRは負の屈折力を有する第4レンズ群L4、正の屈折力を有する第5レンズ群L5、正の屈折力を有する第6レンズ群L6から構成されている。

回折光学素子の回折光学部(Ldoe)及び固体材料素子（Lanm）はともに後群LRの最も像面側の接合レンズの接合面に配置されている。

このとき、条件式(1-1)若しくは(1-2)と条件式(2)を満足した固体材料素子（Lanm）を有している。

ここで、固体材料素子（Lanm）は実施例1から実施例4と同様に、（nd,νd,θgF）=(1.63555,22.7,0.69)の特性を有した紫外線硬化樹脂である。

尚本実施例5についても、条件式(3)〜(9)の数値範囲を良好に満足している（詳細の値については、後述の表1を参照のこと。）。

また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内の第1レンズL1（Lfo）を物体側へ移動させて行っている。望遠端から広角端へのズーミングに際しては、第2レンズ群L2、第3レンズ群L3、第4レンズ群L4、第5レンズ群L5を像面側に移動させている。残りの第1レンズ群L1及び第6レンズ群L6はズーミングの際固定である。

本実施例5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（後群LRの最も像面側の接合レンズの接合面位置）に、回折光学部(Ldoe)及び固体材料素子（Lanm）を用いている。これによって、軸上色収差及び倍率色収差を補正している。

このように、回折光学部(Ldoe)と固体材料素子（Lanm）を比較的h、haが高い位置で且つ両者を近づけて配置させることにより、回折光学部(Ldoe)と固体材料素子（Lanm）の屈折力を適切に分担させることができる。

各部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。また固体材料素子（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る働きをなしている。

尚、本実施例5のようなレンズ構成にすることで、諸収差、特に軸上及び倍率色収差が良好に補正することができる（図10から図12参照）。

次に本発明の数値実施例について説明する。
各数値実施例において、iは物体側からの面の順序を示す。riは物体側より第ｉ番目のレンズ面の曲率半径である。diは物体側より第ｉ番目の基準状態の軸上面間隔、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。BFは空気換算したときのバックフォーカスである。

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とする。また、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。

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 vd 有効径
1 137.095 20.54 1.48749 70.2 141.99
2(回折) 2328.880 10.00 1.48749 70.2 141.30
3 -837.170 33.15 138.98
4 124.577 11.45 1.43875 95.0 106.17
5 617.613 2.50 1.63555 22.7 104.80
6 878.939 5.22 103.57
7 -383.508 4.00 1.88300 40.8 103.34
8 220.801 0.15 98.32
9 98.370 15.03 1.43387 95.1 96.17
10 11454.904 0.72 94.83
11 59.092 5.30 1.76200 40.1 81.64
12 49.359 0.00 74.49
13 ∞ 0.20 84.44
14 ∞ 62.51 84.33
15 925.531 3.50 1.83400 37.2 44.32
16 -86.572 1.80 1.80400 46.6 44.19
17 92.684 0.00 41.56
18 ∞ 35.73 42.28
19(絞り) ∞ 27.10 31.36
20 -442.618 1.30 2.00330 28.3 23.13
21 33.615 4.98 1.65412 39.7 23.02
22 -60.853 1.50 23.54
23 216.039 4.68 1.68893 31.1 24.21
24 -30.466 1.30 1.49700 81.5 24.36
25 67.835 3.38 24.29
26 -36.473 1.30 1.88300 40.8 24.32
27 252.606 2.00 25.85
28 ∞ 0.00 27.43
29 194.955 3.38 1.65412 39.7 27.91
30 94.894 4.50 1.81600 46.6 29.81
31 -77.070 25.22 30.52
32 304.806 10.00 1.57099 50.8 41.05
33 -87.377 3.00 42.33
34 ∞ 2.00 1.51633 64.2 42.43
35 ∞ 42.45
像面 ∞

非球面データ
第2面(回折面)
C1=-1.28870e-005 C2=-1.13425e-010

各種データ
焦点距離 584.97
Fナンバー 4.12
画角 2.12
像高 21.64
レンズ全長 377.30
BF 69.85

入射瞳位置 1070.98
射出瞳位置 -192.65
前側主点位置 352.35
後側主点位置 -515.13

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 295.74
2 2 1224.77
3 4 353.18
4 5 3256.40
5 7 -158.20
6 9 228.60
7 11 -514.41
8 15 95.07
9 16 -55.43
10 20 -31.10
11 21 33.81
12 23 39.06
13 24 -42.12
14 26 -36.02
15 29 -286.48
16 30 52.74
17 32 120.05
18 34 0.00


[数値実施例2]
単位mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 135.444 23.83 1.48749 70.2 141.99
2 -1291.100 2.50 1.63555 22.7 141.29
3 -940.406 27.87 140.68
4 125.071 13.29 1.43387 95.1 110.98
5(回折) 1004.713 6.50 2.00330 28.3 109.64
6 834.955 5.44 105.92
7 -394.186 4.00 1.88300 40.8 105.71
8 220.705 0.15 100.81
9 102.414 15.19 1.43387 95.1 98.86
10 -1785.271 0.15 97.94
11 61.146 5.30 1.61800 63.3 84.02
12 49.427 0.00 76.34
13 ∞ 0.20 86.83
14 ∞ 62.54 86.71
15 553.049 3.50 1.80518 25.4 46.57
16 -320.565 1.80 1.81600 46.6 45.75
17 88.584 0.00 43.75
18 ∞ 40.99 44.47
19(絞り) ∞ 40.82 33.69
20 -1532.499 1.30 2.00330 28.3 26.31
21 32.521 5.64 1.72342 38.0 26.68
22 -94.989 1.50 27.14
23 1323.301 5.48 1.66998 39.3 27.74
24 -28.906 1.30 1.49700 81.5 27.97
25 74.315 4.29 28.10
26 -37.441 1.30 1.88300 40.8 28.14
27 -52.652 2.00 29.13
28 ∞ 0.00 30.83
29 241.153 1.80 1.43875 95.0 31.04
30 45.139 3.31 1.81600 46.6 32.10
31 90.572 24.47 32.15
32 156.227 5.28 1.57099 50.8 41.05
33 -139.790 3.00 41.36
34 ∞ 2.00 1.51633 64.2 41.52
35 ∞ 41.56
像面 ∞

非球面データ
第5面(回折面)
C1=-1.64588e-005 C2=-2.37753e-010

各種データ
焦点距離 584.91
Fナンバー 4.12
画角 2.12
像高 21.64
レンズ全長 377.15
BF 60.42

入射瞳位置 1037.11
射出瞳位置 -174.33
前側主点位置 164.64
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 1 252.84
2 2 5432.54
3 4 324.37
4 5 -6020.89
5 7 -159.75
6 9 223.79
7 11 -504.46
8 15 252.49
9 16 -84.89
10 20 -31.73
11 21 34.12
12 23 42.29
13 24 -41.70
14 26 -152.90
15 29 -126.93
16 30 106.78
17 32 130.05
18 34 0.00


［数値実施例3］
単位mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 137.071 23.57 1.48749 70.2 141.99
2 1085.043 5.00 1.63555 22.7 139.70
3 -1548.611 32.45 139.27
4 111.613 13.49 1.49700 81.5 107.74
5 564.921 5.41 106.07
6 -548.376 4.00 2.00330 28.3 105.66
7 242.957 2.42 100.95
8 117.594 19.55 1.43387 95.1 98.05
9 -940.148 0.15 94.00
10 63.545 5.30 1.43875 95.0 80.65
11 47.999 0.00 72.66
12 ∞ 0.20 83.42
13 ∞ 47.87 83.29
14 1739.911 3.50 2.00330 28.3 49.00
15 -220.323 1.80 1.83481 42.7 48.31
16 84.697 0.00 45.80
17 ∞ 26.92 46.64
18(絞り) ∞ 2.40 39.41
19 129.538 1.30 2.00330 28.3 38.38
20 51.603 7.00 1.77250 49.6 37.42
21 68.711 5.00 36.11
22 47.959 5.00 1.64850 53.0 36.25
23 44.145 7.00 1.49700 81.5 34.75
24 217.950 3.00 33.74
25 -67.132 1.30 1.88300 40.8 33.68
26 2903.169 8.25 34.00
27 ∞ 0.00 35.50
28 -196.466 3.74 1.84666 23.8 35.35
29 -59.594 1.80 1.88300 40.8 35.68
30 -62.268 61.64 36.04
31 70.062 1.80 1.63555 22.7 40.55
32 58.595 10.00 1.53172 48.8 40.21
33(回折) -45.426 1.80 1.60300 65.4 40.01
34 181.351 3.00 39.59
35 ∞ 2.00 1.51633 64.2 39.68
36 ∞ 39.73
像面 ∞

非球面データ
第33面(回折面)
C1= 5.00000e-005 C2= 1.95962e-008 C3=-4.37012e-011

各種データ
焦点距離 584.93
Fナンバー 4.12
画角 2.12
像高 21.64
レンズ全長 402.43
BF 84.77

入射瞳位置 715.23
射出瞳位置 -140.67
前側主点位置-217.46
後側主点位置-500.16

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 319.23
2 2 1004.63
3 4 277.13
4 6 -167.39
5 8 242.26
6 10 -499.08
7 14 195.09
8 15 -73.09
9 19 -86.21
10 20 227.69
11 22 -1767.46
12 23 109.91
13 25 -74.29
14 28 99.79
15 29 -2296.23
16 31 -599.91
17 32 50.02
18 33 -59.70
19 35 0.00

［数値実施例4］
単位mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 ∞ 0.00 121.00
2 48.177 3.27 1.77250 49.6 72.15
3 29.668 11.58 55.55
4* 63.154 7.13 1.66910 55.4 52.00
5 63.694 0.15 48.09
6 35.622 1.80 1.77250 49.6 41.04
7 16.118 8.67 29.51
8 92.462 1.80 1.78800 47.4 29.23
9 18.895 9.08 24.69
10 44.704 2.00 1.88300 40.8 22.87
11 16.449 5.54 1.84666 23.8 21.09
12 -251.029 2.4 20.51
13 -295.108 11.00 1.48749 70.2 18.45
14 -13.326 1.20 1.84666 23.8 14.28
15 -17.585 4.99 14.88
16 -20.186 1.20 2.00330 28.3 14.38
17 -32.787 1.00 14.92
18(絞り) ∞ 1.06 14.35
19 19.295 8.12 1.51633 64.1 15.81
20 93.362 1.50 1.88300 40.8 14.61
21 32.813 0.89 14.26
22 269.796 1.20 2.00330 28.3 14.28
23 17.430 0.75 1.63555 22.7 14.29
24 27.287 3.47 1.48749 70.2 14.48
25 -25.260 0.15 15.97
26 45.868 4.20 1.64769 33.8 20.03
27(回折) -43.478 2.09 1.88300 40.8 21.03
28 -39.136 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)
C1=-4.63752e-004

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 134.69
BF 38.47

入射瞳位置 30.58
射出瞳位置 -25.51
前側主点位置 41.72
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 -108.30
2 4 1769.41
3 6 -39.70
4 8 -30.47
5 10 -30.49
6 11 18.41
7 13 28.27
8 14 -74.64
9 16 -54.97
10 19 45.41
11 20 -57.97
12 22 -18.62
13 23 73.73
14 24 27.50
15 26 34.04
16 27 272.81

［数値実施例5］
単位mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 71.354 3.03 2.00330 28.3 33.83
2 337.639 0.15 32.89
3 48.762 1.50 1.88300 40.8 29.87
4 22.747 5.59 26.39
5 -71.634 1.50 1.92286 18.9 26.27
6 66.211 (可変) 25.63
7 -364.939 2.86 2.00330 28.3 25.77
8 -50.453 0.15 25.86
9 36.911 1.50 1.51633 64.1 24.18
10 21.169 3.15 1.92286 18.9 22.74
11 38.719 (可変) 21.81
12 ∞ 0.00 21.66
13 28.813 3.75 1.60562 43.7 21.71
14 -249.559 (可変) 21.31
15(絞り) ∞ 1.45 20.20
16 -217.291 1.50 1.84666 23.8 19.55
17 41.818 (可変) 18.89
18 -17.637 1.50 1.84666 23.8 18.86
19 76.442 6.21 1.60300 65.4 24.15
20 -23.887 0.15 26.02
21 -170.650 4.43 2.00330 28.3 30.54
22 -35.261 (可変) 31.51
23 62.245 3.07 1.88300 40.8 34.22
24 199.113 0.10 1.63555 22.7 34.13
25(回折) 156.198 2.99 1.83481 42.7 34.12
26 -222.241 1.82 34.02
27 ∞ 41.50 1.62299 58.2 50.00
28 ∞ 0.00 50.00
29 ∞ 2.60 1.51633 64.1 50.00
30 ∞ (可変) 50.00
像面 ∞

非球面データ
第25面(回折面)
C1=-3.35424e-004 C2= 3.95405e-007 C3=-1.84279e-010

各種データ
ズーム比 1.20
広角 中間 望遠
焦点距離 28.83 31.28 34.46
Fナンバー 1.60 1.69 1.80
画角 23.44 21.78 19.94
像高 12.50 12.50 12.50
レンズ全長 122.37 122.36 122.36
BF 6.03 6.03 6.03

d 6 4.03 2.92 1.87
d11 8.72 6.24 2.62
d14 1.87 3.65 5.58
d17 10.72 9.50 8.23
d22 0.50 3.53 7.54

入射瞳位置 25.06 24.71 23.83
射出瞳位置 -203.48 -197.16 -207.67
前側主点位置 49.92 51.17 52.73
後側主点位置 -22.81 -25.27 -28.44

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 -28.13 11.77 8.73 -0.46
2 7 34.46 7.66 0.13 -3.85
3 12 42.66 3.75 0.24 -2.10
4 15 -40.95 2.95 2.13 -0.13
5 18 104.19 12.29 29.53 31.67
6 23 53.95 52.08 0.74 -31.67

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 89.00
2 3 -49.37
3 5 -36.68
4 7 57.66
5 9 -99.03
6 10 46.06
7 13 42.66
8 16 -40.95
9 18 -16.66
10 19 30.80
11 21 43.26
12 23 100.95
13 24 -4685.62
14 25 102.25
15 27 0.00
16 29 0.00

図20は本発明の光学系を有する光学機器の実施例の要部概略図である。本実施例ではビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置を含む光学機器に撮影レンズとして前述した光学系を用いた例を示している。

図20において、１０６は撮像装置である。光学系１０８で被写体１０９の像を受光するための撮像素子１０７に結像している。これによって、画像情報を得ている。

本実施例によれば画像情報をＣＣＤ等の撮像手段上に形成するビデオカメラ、デジタルカメラ等の光学機器を達成することができる。

図21は本発明の光学系を有する画像投射装置の実施例の要部概略図である。同図は前述した光学系を３板式のカラー液晶プロジェクタに適用し、複数の液晶表示素子（投影像原画）に基づく複数の色光の画像情報を色合成手段を介して合成し、光学系１０３でスクリーン面１０４上に拡大投射する画像投射装置を示している。

図21においてカラー液晶プロジェクタ１０１は照明光学系からの光で照明されたＲ、Ｇ、Ｂの３枚の液晶パネル１０５Ｂ、１０５Ｇ、１０５ＲからのＲＧＢの各色光を色合成手段としてのプリズム１０２で１つの光路に合成している。そして、光学系１０３を用いてスクリーン１０４に投影している。

本発明の数値実施例1のレンズ断面図 本発明の数値実施例1の物体無限遠のときの収差図 本発明の数値実施例2のレンズ断面図 本発明の数値実施例2の物体無限遠のときの収差図 本発明の数値実施例3のレンズ断面図 本発明の数値実施例3の物体無限遠のときの収差図 本発明の数値実施例4のレンズ断面図 本発明の数値実施例4の物体無限遠のときの収差図 本発明の数値実施例5の広角端でのレンズ断面図 本発明の数値実施例5の物体無限遠の広角端における収差図 本発明の数値実施例5の物体無限遠の中間のズーム位置における収差図 本発明の数値実施例5の物体無限遠の望遠端における収差図 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14の回折光学素子の回折効率の波長依存特性の説明図 本発明に係る図15の回折光学素子の回折効率の波長依存特性の説明図 本発明に係る図16の回折光学素子の回折効率の波長依存特性の説明図 本発明の光学系を有する撮像装置の実施例の要部概略図 本発明の光学系をカラー液晶プロジェクターに適用したときの要部概略図

符号の説明

LF：前群
LR：後群
Lanm：固体材料素子
Ldoe：回折光学部
Lfo：フォーカスレンズ群
LIS：防振用レンズ群
S：開口絞り
G：ガラスブロック
IP：像面
L1：第1レンズ群
L2：第2レンズ群
L3：第3レンズ群
L4：第4レンズ群
L5：第5レンズ群
L6：第6レンズ群
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の素子部
3：第2の素子部
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
D：空気間隔
d1：第1の回折格子の格子部の格子厚
d2：第2の回折格子の格子部の格子厚
101：液晶プロジェクター
102：色合成手段
103：投射レンズ
104：スクリーン
105(5B,5G,5R)：液晶パネル
106：撮像装置
107：撮像手段
108：撮影レンズ
109：被写体

Claims (11)

1. 物体側より順に、前群、絞り、後群より構成される光学系において、前記前群または後群は固体材料から成る屈折作用をする固体材料素子と、回折光学素子を有し、該固体材料素子は、屈折光学素子の少なくとも一方の透過面に形成されており、該固体材料のd線に対するアッベ数、g線とF線に対する部分分散比を各々νd、θgF、前記回折光学素子の回折光学部と前記固体材料素子の空気中における焦点距離を各々fdoe、fanm、前記固体材料素子が設けられた固体材料面から像面までの物体距離無限遠時における距離をLanm-img、前記回折光学素子の回折光学面から像面までの物体距離無限遠時における距離をdoe-img、物体距離無限遠時における光学全長をLtotとするとき
   θｇF > （−1.665×10^-7・νd³＋5.213×10^-5・νd²−5.656×10^-3・νd＋0.755）
   なる条件を満足し、かつ
   νd < 60
   0.01 < | fanm / fdoe | < 2.00
   0.0 ≦ | Ldoe-img − Lanm-img | / Ltot < 0.5
   なる条件を満足し、かつ
   前記回折光学部が設けられた回折光学面から前記絞りまでの物体距離無限遠時の距離をLdoe-stoとするとき、
   0.1 < Ldoe-sto / Ltot < 0.8
   なる条件を満足することを特徴とする光学系。
   但し光学系がズームレンズのときはパラメータLdoe-img、Lanm-img、Ltot、Ldoe-stoは望遠端での値とする。
2. 前記回折光学面での光線有効径をφdoe、前記固体材料面での光線有効径をφanmとするとき
   0.5 < φdoe / φanm < 2.0
   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. 前記光学系の物体距離無限遠での全系の焦点距離（但し、光学系がズームレンズの場合は望遠端で且つ物体距離無限遠での全系の焦点距離）をfとするとき
   0.001 < | f / fdoe | < 0.100
   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. 前記光学系の物体距離無限遠での全系の焦点距離（但し、光学系がズームレンズの場合は望遠端で且つ物体距離無限遠での全系の焦点距離）をf、前記固体材料素子の光軸上の厚さをdanm、前記固体材料素子が設けられた屈折光学素子の光軸上での厚さをdglsとするとき
   0.01< | f / fanm | < 6.00
   danm / dgls < 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３のいずれか１項に記載の光学系。但し、前記固体材料素子は、固体材料素子が光学系に２以上ある場合、前記回折光学部と、絞りに対して同じ側の群にあり且つ前記回折光学部により近くに配置された固体材料素子とする。
5. 前記固体材料は、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乃至４のいずれか１項に記載の光学系。
6. 前記回折光学面は、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５のいずれか１項に記載の光学系。
7. 前記固体材料素子において、固体材料素子が設けられた屈折光学素子の透過面と反対側の透過面は空気と接した球面形状若しくは非球面形状であ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. 前記固体材料素子は、前記回折光学部と、絞りに対して同じ側のレンズ群内と、前記回折光学部の絞りに対するレンズ群と異なるレンズ群内に設けられてい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. 請求項１乃至８のいずれか１項の光学系を有していることを特徴とする光学機器。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項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を有していることを特徴とする撮像装置。
11. 請求項１乃至８のいずれか１項の光学系と投影像原画を照明する照明光学系とを有していることを特徴とする投影装置。