JP5854124B2 - ズーム光学系及び撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ズーム光学系及び撮像装置に関する。
ズーム光学系において、回折光学素子を用いると、色収差の補正が容易になり、高い光学性能を得ることが可能となる（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００４−１１７８２６号公報
一般に、デジタルカメラやビデオカメラ等の光学系は、レンズ全長（光学全長、すなわち最も物体側のレンズ面（第１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望まれる。しかしながら、レンズ全長を短縮するほど、色収差を始めとした諸収差が増大し、光学性能が低下する傾向がある。そのような光学系中に単に回折光学素子を設けても、配設位置や屈折力を適切に設定しなければ、ズーム全域で色収差を良好に補正することは難しい。回折光学素子を不適切に使用すると、色収差補正が不足する。また、回折光学素子の屈折力が大きくなると、回折光学素子の格子ピッチが細かくなり、製造が困難になり、生産性が悪化する。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、回折光学素子を効果的に使用することにより、小型で、全ズーム範囲に亘り色収差を始めとした諸収差を良好に補正し、高い光学性能を有したズーム光学系及び撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様においては、ズーム光学系は、物体側より順に並んだ、負の屈折力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群と、負の屈折力を持つ第３レンズ群と、正の屈折力を持つ第４レンズ群と、正の屈折力を持つ第５レンズ群とからなり、変倍に際して各レンズ群の相互間隔が変化するズーム光学系であって、前記第１レンズ群は、物体側から順に並んだ、第１の負レンズと、第２の負レンズと、正レンズとを有し、前記第１の負レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状であり、像側レンズ面に回折光学素子を有し、前記第２の負レンズは、両凹レンズ形状であり、前記正レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状であり、前記正レンズに用いる硝材は、以下の条件式を満足する。
ν１ｐ ≦ ３５
Δ（θｇ，Ｆ） ≧ ０．００７
但し、
ν１ｐ：前記第１レンズ群の前記正レンズに用いる硝材のｄ線を基準とするアッベ数、
Δ（θｇ，Ｆ）：ｄ線を基準とするアッベ数νｄを横軸、部分分散比（θｇ，Ｆ）＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）を縦軸としたグラフにおいて、硝種Ａと硝種Ｂを結ぶ直線を標準線としたとき、この標準線からの前記正レンズに用いる硝材の部分分散比の偏差。なお、前記硝種Ａと前記硝種Ｂの前記アッベ数νｄと部分分散比（θｇ，Ｆ）は、以下の値である。
硝種Ａ：νｄ＝６０．４９，（θｇ，Ｆ）＝０．５４３６
硝種Ｂ：νｄ＝３６．２６，（θｇ，Ｆ）＝０．５８２８
本発明の第２の態様においては、撮像装置は、上述のズーム光学系と、撮像素子とを備える。
本発明によれば、回折光学素子を効果的に使用することにより、小型で、全ズーム範囲に亘り色収差を始めとした諸収差を良好に補正し、高い光学性能を有したズーム光学系及び撮像装置を提供することができる。
本実施形態に係る回折光学素子を表す模式図である。 第１実施例に係るズーム光学系の広角端状態における構成断面図及び広角端状態（Ｗ）から望遠端状態（Ｔ）までのズーム軌道を示す図である。 第１実施例に係るズーム光学系の広角端状態における撮影距離無限遠での縦収差図である。 第１実施例に係るズーム光学系の望遠端状態における撮影距離無限遠での縦収差図である。 第２実施例に係るズーム光学系の広角端状態における構成断面図及び広角端状態（Ｗ）から望遠端状態（Ｔ）までのズーム軌道を示す図である。 第２実施例に係るズーム光学系の広角端状態における撮影距離無限遠での縦収差図である。 第２実施例に係るズーム光学系の望遠端状態における撮影距離無限遠での縦収差図である。 第３実施例に係るズーム光学系の広角端状態における構成断面図及び広角端状態（Ｗ）から望遠端状態（Ｔ）までのズーム軌道を示す図である。 第３実施例に係るズーム光学系の広角端状態における撮影距離無限遠での縦収差図である。 第３実施例に係るズーム光学系の望遠端状態における撮影距離無限遠での縦収差図である。 異常分散ガラスの定義を説明するためのグラフであり、横軸にｄ線を基準とするアッベ数νｄを、縦軸に部分分散比（θｇ，Ｆ）をとっている。 本実施形態に係るズーム光学系を用いたデジタル一眼レフカメラ（撮像装置）の構成を示す略断面図である。
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係るズーム光学系に用いる回折光学素子ＰＦは、図１に示すように、異なる光学材料からなる２つの回折素子要素、具体的には複数の格子溝が形成された第１の回折光学面を有する第１の回折光学素子ＰＦ１と、複数の格子溝が形成された第２の回折光学面を有する第２の回折光学素子ＰＦ２とを有し、第１の回折光学素子ＰＦ１と第２の回折光学素子ＰＦ２とは第１の回折光学面と第２の回折光学面とが互いに対向するように配置され、これら第１の回折光学面と第２の回折光学面が回折光学面Ｃにて互いに密着して接した、いわゆる密着複層型回折光学素子ＰＦを使用している。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬは、図２に示すように、物体側より順に並んだ、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を持つ第５レンズ群Ｇ５とからなり、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して各レンズ群の相互間隔が変化し、第１レンズ群Ｇ１は、少なくとも一枚の密着複層型回折光学素子ＰＦを有する構成となっている。
このように広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、各レンズ群Ｇ１〜Ｇ５の相互間隔を変化させることにより、ズーム光学系ＺＬの小型化を達成している。また、軸上色収差が大きく発生する第１レンズ群Ｇ１に、密着複層型回折光学素子ＰＦを配置することにより、効果的に色収差の補正を行っている。
後述の第１実施例では、第１レンズ群Ｇ１に密着複層型回折光学素子ＰＦを配置することにより、全ズーム域に亘り色収差を良好に補正している。第２実施例・第３実施例も同様である。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に並んだ、第１の負レンズＬ１１と、第２の負レンズＬ１２と、正レンズＬ１３とを有し、第１の負レンズＬ１１は物体側に凸面を向けたメニスカス形状であり、第２の負レンズＬ１２は両凹レンズ形状であり、正レンズＬ１３は物体側に凸面を向けたメニスカス形状である。また、密着複層型回折光学素子ＰＦは、第１の負レンズＬ１１の像側レンズ面（第２面）に設置され、この面は非球面であることが望ましい。この構成によれば、全ズーム域に亘り、良好な収差補正ができる。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、次の条件式（１），（２）を満足することが好ましい。
ν１ｐ ≦ ３５ …（１）
Δ（θｇ，Ｆ） ≧ ０．００７ …（２）
但し、
ν１ｐ：第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ１３に用いる硝材のｄ線を基準とするアッベ数、
Δ（θｇ，Ｆ）：ｄ線を基準とするアッベ数νｄを横軸、部分分散比（θｇ，Ｆ）＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）を縦軸としたグラフにおいて、硝種Ａ（株式会社オハラ硝種名ＮＳＬ７）と硝種Ｂ（株式会社オハラ硝種名ＰＢＭ２）を結ぶ直線を標準線としたとき、この標準線からの第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ１３に用いる硝材の部分分散比の偏差（図１１参照）。なお、νｄはｄ線を基準とするアッベ数であり、ｎｇ、ｎＦ、ｎＣはそれぞれフラウンホーファ線のｇ線、Ｆ線、Ｃ線に対する屈折率である。
このような条件式（１），（２）を満足する硝材を、第１レンズ群Ｇ１を構成する正レンズＬ３に用いることで、軸上色収差及び倍率色収差を良好に補正することができる。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
４０．０ ≦ ν１ｄave ≦ ５５．０ …（３）
但し、
ν１ｄave：第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズのうち、回折光学素子ＰＦ、屈折力の絶対値が１／５０００以下の硝材からなるレンズ、及び、アッベ数が７０より大きい異常分散ガラスからなるレンズを除いた、全てのレンズの硝材のｄ線を基準とするアッベ数の平均値。
条件式（３）は、第１レンズ群Ｇ１において、回折光学素子ＰＦ、屈折力の絶対値が１／５０００以下の硝材からなるレンズ、及びアッベ数が７０より大きい異常分散ガラスからなるレンズを除いた、屈折型レンズに用いた硝材のアッベ数の平均値を規定するものである。
回折光学素子ＰＦは、１mmあたり数本から数百本の細かい溝状又はスリット状の格子構造が同心円状に形成された回折光学面Ｃ（図１参照）を備え、この回折光学面Ｃに入射した光を格子ピッチ（格子溝の間隔）と入射光の波長によって定まる方向へ回折する性質を有している。このような回折光学素子ＰＦは、例えば、特定次数の回折光を一点に集光するレンズなどに用いられている。
通常の光学ガラスで作成した屈折型レンズでは、波長が短くなるほど屈折力特性の変化が大きくなるが、逆に、回折光学素子ＰＦでは、波長による屈折力特性は線形的に変化する。また、屈折型レンズの屈折率特性は、硝材によって変化するが、回折光学素子ＰＦの屈折率特性は、硝材によって変化しない。そこで、屈折型レンズを複数組み合わせて波長による屈折力変化を線形にしたものと、回折光学素子ＰＦとを組み合わせることで、大きな色消し効果が得られ、色収差を良好に補正することが可能となる。
条件式（３）は、波長によって屈折力が線形的に変化するような複数の屈折型レンズの硝材の選び方として、アッベ数の平均値を規定するものである。条件式（３）の下限値を下回ると、前記屈折型レンズは波長が短くなるほど屈折力特性の変化が大きくなり、このようなレンズに回折光学素子ＰＦを組み合わせると、収差の残存量が大きくなる。また、組み合わせる回折光学素子ＰＦの屈折力が大きくなり、ピッチが細かくなるため、製造が困難になり、量産性が悪化する。
逆に、条件式（３）の上限値を上回ると、前記屈折型レンズに異常分散性の高い硝材を使用することになるため、比重が大きい硝材が必要となり重量が増加する。また、これらの硝材は一般的に屈折率が低い硝材であるので、球面収差等の補正が難しくなる。但し、球面収差の補正については非球面を用いることで解消することが可能になるが、非球面での補正量が大きくなると、サグ量（非球面の球面からのズレ量）が大きくなり、製造が困難になって量産性が悪化する。
本実施形態の効果をより確実にするためには、条件式（３）の下限値を４３．０とすることが望ましい。また、本実施形態の効果をより確実にするためには、条件式（３）の上限値を５１．０とすることが望ましい。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５のうち、第３レンズ群Ｇ３のみが、ｄ線に対する屈折率が１．８より大きい高屈折率ガラス製のレンズ（比重の重いレンズ）を含んで構成されることが好ましい。この構成によれば、第３レンズ群Ｇ３を除く他のレンズ群、すなわち第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４及び第５レンズ群Ｇ５が比重の軽いレンズで構成されることになるため、軸上色収差及び倍率色収差を悪化させることなく、光学系全体を軽量化することができる。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、回折光学素子ＰＦの設置面（すなわち、第１レンズ群Ｇ１を構成する第１の負レンズＬ１１の像側レンズ面）が非球面であることを前提に、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
ｆDOE ＜ −７０００ …（４）
但し、
ｆDOE： 回折光学素子ＰＦの焦点距離(mm)。
条件式（４）は、回折光学素子ＰＦの屈折力を規定したものである。非球面と、条件式（４）を満足する回折光学素子ＰＦとを組み合わせることで、該素子の屈折力を緩くすることができるため、適切な格子ピッチを確保でき、ひいてはフレアを防止することができる。条件式（４）の上限値を上回ると、回折光学素子ＰＦの屈折力が強くなり、該素子の格子ピッチが細かくなるため、製造が困難になり、量産性が悪化する。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、次の条件式（５）を満足することが好ましい。
０．００１ ≦ ｜φdoei／φi｜ ≦ ０．０１０ …（５）
但し、
φi：回折光学素子ＰＦを含む第１レンズ群Ｇ１全体の屈折力、
φdoei：回折光学素子ＰＦの屈折力。
条件式（５）は、回折光学素子ＰＦの屈折力と、この回折光学素子ＰＦを含むレンズ群、すなわち第１レンズ群Ｇ１の屈折力との比を規定したものである。条件式（５）の下限値を下回ると、回折光学素子ＰＦの屈折力が小さくなり、色収差補正が不足する。逆に、条件式（５）の上限値を上回ると、回折光学素子ＰＦの屈折力が強くなり、回折光学素子ＰＦの格子ピッチが細かくなり、製造が困難になり量産性が悪化する。
本実施形態の効果をより確実にするためには、条件式（５）の下限値を０．００４とすることが望ましい。また、本実施形態の効果をより確実にするためには、条件式（５）の上限値を０．００６とすることが望ましい。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、次の条件式（６）を満たすことが好ましい。
３．０ ≦ ｜ＴＫ／ｆｗ｜ ≦ ４．０ …（６）
但し、
ＴＫ：ズーミングによって変化する、光学系の射出瞳から像面までの距離の最小値、
ｆｗ ：広角端状態における全系の焦点距離。
条件式（６）はズーミングによって変化する、光学系の射出瞳から像面までの距離の最小値と、広角端状態における全系の焦点距離の比を規定したものである。条件式（６）の下限値を下回ると、一眼レフカメラの交換レンズとして使用する際のミラー作動空間の確保が難しくなったり、画角周辺で撮像素子に入射する光線が傾くことによるシェーディングが発生したりする。逆に、条件式（６）の上限値を上回ると、小型化が不十分になる。
本実施形態の効果をより確実にするためには、条件式（６）の下限値を３．５することが望ましい。本実施形態の効果をさらに確実にするためには、条件式（６）の下限値を３．６とすることが望ましい。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、第５レンズ群Ｇ５は、少なくとも一枚の正レンズで構成することも可能であるが、これに少なくとも一枚の負レンズを加えればなお好ましい。このように正レンズと負レンズを少なくとも１枚ずつ有する構成にすれば、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲等を抑えながら、軸上色収差の発生を抑えることができる。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、次の条件式（７）を満たすことが好ましい。
０．０４０ ≦ Ｐmin ≦ ０．５００ …（７）
但し、
Ｐmin：回折光学素子ＰＦの最小ピッチ（mm）。
条件式（７）は、回折光学素子ＰＦの格子の最小ピッチを規定したものである。条件式（７）の下限値を下回ると、格子ピッチが細かくなり、製造が困難になり、量産性が悪化する。逆に、条件式（７）の上限値を上回ると、回折光学素子ＰＦの屈折力が小さくなり、色収差補正が不足する。
本実施形態の効果をより確実にするためには、条件式（７）の下限値を０．０５とすることが望ましい。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、少なくとも一枚の正レンズを有し、その硝材として正常分散ガラスを用いることが好ましい。このような正レンズと回折光学素子ＰＦとの組み合わせにより、軸上色収差及び倍率色収差の発生を抑えることができる。
一般的に、光学ガラスの多くは、縦軸に部分分散比として（θｇ，Ｆ）を、横軸にｄ線を基準とするアッベ数としてνｄをとると、図１１に示すように、部分分散比とアッベ数との間にほぼ直線関係が成り立ち、このような硝種を正常分散ガラスと呼ぶ。他方で、この直線関係から離れた位置にある硝種を異常分散ガラスと呼ぶ。より具体的には、正常分散ガラスの基準となるＮＳＬ７とＰＢＭ２（共に、株式会社オハラ硝種名）とを結んで得られる直線を標準線とし、この標準線からの部分分散比の偏差をΔ（θｇ，Ｆ）と表す場合、以下の条件式（８）又は（９）を満たすものを異常分散ガラスと定義する。なお、請求の範囲に規定する硝種ＡがＮＳＬ７に対応し、硝種ＢがＰＢＭ２に対応する。
Δ（θｇ，Ｆ） ＜ −０．０１２ …（８）
Δ（θｇ，Ｆ） ＞ ０．０１２ …（９）
なお、部分分散比（θｇ，Ｆ）は、レンズの材質のｇ線（波長λ＝435.835nm）に対する屈折率をｎｇとし、Ｆ線（波長λ＝486.133nm）に対する屈折率をｎＦとし、Ｃ線（波長λ＝656.273nm）に対する屈折率をｎＣとしたとき、（θｇ，Ｆ）＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で定義される。また、正常分散ガラスの基準となる、ＮＳＬ７は部分分散比が0.5436、アッベ数が60.49であり、ＰＢＭ２は部分分散比が0.5828、アッベ数が36.26である。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、第２レンズ群Ｇ２は、少なくとも一枚の非球面を有することが好ましい。この構成によれば、球面収差、コマ収差を良好に補正することができる。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、第４レンズ群Ｇ４は、少なくとも一枚の非球面を有することが好ましい。この構成によれば、球面収差、コマ収差を良好に補正することができる。
本実施形態に係る回折光学素子ＰＦは、上述したように、異なる光学材料からなる、第１の回折光学面を有する第１の回折光学素子ＰＦ１と、第２の回折光学素子ＰＦ２とを有し、これら第１の回折光学素子ＰＦ１と第２の回折光学素子ＰＦ２が第１の回折光学面と第２の回折光学面とを互いに対向するように配置された、いわゆる複層型（又は積層型）の回折光学素子に属するものであるため、ｇ線（波長λ＝435.835nm）からＣ線（波長λ＝635.273nm）を含む広波長域において回折効率を高くすることができる。したがって、このような回折光学素子ＰＦを用いた本実施形態に係るズーム光学系ＺＬは、広波長域において利用することが可能となる。
本実施形態において、回折効率は、透過型の回折光学素子ＰＦにおいて１次回折光を利用する場合、入射強度Ｉ０と一次回折光の強度Ｉ１との割合η（＝Ｉ１／Ｉ０×１００［％］）を示すこととする。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬに用いる回折光学素子ＰＦにあっては、上述したように、対向配置された第１の回折光学面と第２の回折光学面とが互いに接するように構成してもよい。つまり、２つの回折素子要素のそれぞれに形成された格子溝を互いに密着させて密着複層型回折光学素子として構成してもよい。このような密着複層型回折光学素子は、格子溝が形成された２つの回折素子要素をこの格子溝同士が対向するように近接配置してなるいわゆる分離複層型回折光学素子に比べ、製造工程を簡素化することができるため、量産効率がよく、また光線の入射角に対する回折効率が良い（ｇ線からＣ線を含む広波長域において９０％以上）という長所を備えている。したがって、このような密着複層型回折光学素子を利用した本実施形態に係るズーム光学系ＺＬでは、製造が容易となり、また回折効率も良くなる。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、回折光学素子ＰＦを構成する第１の回折光学素子ＰＦ１及び第２の回折光学素子ＰＦ２の少なくとも一方は、紫外線硬化型樹脂からなるように構成してもよい。この構成により、回折光学素子ＰＦの量産性、生産性を高めることができる。したがって、このような回折光学素子ＰＦを利用した本実施形態に係るズーム光学系ＺＬの量産性、生産性を高めることができる。
詳細に述べると、２つの回折素子要素の材料として、一方に一般のガラスもしくは射出成形などが可能な熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を、他方に紫外線硬化型樹脂を用いて、回折光学素子ＰＦを製造することができる。例えば、一方の材料としてガラスを用いる場合は、切削研磨によって回折光学面Ｃを成形する。その後で、この回折光学面Ｃに紫外線硬化型樹脂を滴下し、紫外線を照射して硬化させる製造方法を採用できる。また、一方の材料として熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いる場合は、格子溝が形成された金型を用いて射出成形などを行うことにより、回折光学面Ｃを成形する。その後で、この回折光学面Ｃに紫外線硬化型樹脂を滴下し、紫外線を照射して硬化させる製造方法を採用できる。このような製造方法が採用でき、２つの回折素子要素に対して回折光学面Ｃを別々に作製し、さらにこれらの位置合わせを行うという作業が不要になるため、回折光学素子ＰＦの生産性、量産性を高めることができる。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、回折光学素子ＰＦを構成する第１の回折光学素子ＰＦ１及び第２の回折光学素子ＰＦ２は、互いに異なる光学特性を有する紫外線硬化型樹脂からなるように構成してもよい。この構成により、回折光学素子ＰＦの量産性、生産性を高めることができる。したがって、この回折光学素子ＰＦを利用した本実施形態に係るズーム光学系ＺＬの量産性、生産性を高めることができる。
この場合には、まず、基板上に滴下した一方の紫外線硬化型樹脂に対して格子溝が形成された金型を型押し、その金型の反対方向から紫外線を照射して回折光学面Ｃを有する一方の回折素子要素を成形する。次に、金型を取り除き、この紫外線照射により硬化した回折光学面Ｃに他方の紫外線硬化型樹脂を滴下する。続いて、この滴下した他方の紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射することにより、他方の紫外線硬化型樹脂も硬化させ、他方の回折素子要素を形成する。このような製造方法を採用することにより、格子溝の成形が１つの金型のみで可能になるとともに、２つの回折素子要素に対して回折光学面Ｃを別々に形成し、これらの位置合わせを行うという作業が不要であり、紫外線硬化型樹脂を滴下して硬化させるという作業を２回実施するのみで製造することができる。したがって、回折光学素子ＰＦの量産性、生産性をより高めることができる。
本実施形態に係るズーム光学系ＺＬにおいて、回折光学素子ＰＦを構成する２つの回折素子要素のうち、より低屈折率高分散な方の回折素子要素の材質のｄ線（波長587.562nm）、Ｆ線（波長486.133nm）及びＣ線（波長656.273nm）に対する屈折率をｎｄ１、ｎＦ１及びｎＣ１とし、より高屈折率低分散な方の回折素子要素の材質のｄ線、Ｆ線及びＣ線に対する屈折率をｎｄ２、ｎＦ２及びｎＣ２としたとき、次の条件式（１０）〜（１３）を満足することが好ましい。
ｎｄ１ ≦ １．５４ …（１０）
０．０１４５ ≦ ｎＦ１−ｎＣ１ …（１１）
１．５５ ≦ ｎｄ２ …（１２）
ｎＦ２−ｎＣ２ ≦ ０．０１３ …（１３）
条件式（１０）〜（１３）は、ズーム光学系ＺＬの回折光学素子ＰＦを構成する異なる２つの回折素子要素に用いる光学材料、すなわち２つの異なる樹脂のｄ線に対する屈折率と、Ｆ線及びＣ線に対する屈折率差（ｎＦ−ｎＣ）をそれぞれ規定している。もう少し説明すると、条件式（１０）〜（１３）は、回折光学素子ＰＦに用いる異なる２種類の樹脂、具体的には相対的に低屈折率高分散な光学特性を持つ樹脂と、高屈折率低分散な光学特性を持つ樹脂とにおいて、回折光学素子ＰＦを製造するために硬化させた後に満足すべき樹脂の光学特性を規定するものである。
このような条件式（１０）〜（１３）を満足することで、より良い性能で、異なる２つの回折素子要素を密着接合させて回折光学面Ｃを形成することができる。その結果、ｇ線〜Ｃ線までの広波長域に亘って９０％以上の回折効率を実現することができる。しかしながら、条件式（１０）〜（１３）の上限値を上回るか又は下限値を下回ると、広波長域において９０％以上の回折効率を得ることが困難になり、密着複層型回折光学素子ＰＦの利点を維持することが困難になる。なお、ここでいう回折効率とは、前述のように入射光の強度と一次回折光との強度の割合である。
念のため、回折効率を求める式について記載する。回折次数をｍとし、ｍ次回折光の回折効率をηをとし、回折光学面Ｃを形成する一方の回折素子要素の回折格子高さをｄ１とし、回折光学面Ｃを形成する他方の回折素子要素の回折格子高さをｄ２とし、回折光学面Ｃを形成する一方の回折素子要素の材料の屈折率をｎ１とし、回折光学面Ｃを形成する他方の回折素子要素の材料の屈折率をｎ２とし、波長をλとしたとき、回折効率は、以下の式（１４），（１５）で表される。
ηｍ ＝ ｛ｓｉｎ（ａ−ｍ）π／（ａ−ｍ）π｝＾２ …（１４）
ａ ＝ ｛（ｎ１−１）ｄ１−（ｎ２−１）ｄ２｝／λ …（１５）
なお、上記条件を満足する樹脂、及びこれらの樹脂を用いた密着複層型回折光学素子ＰＦの製造方法については、例えば、欧州特許公開第１８３０２０４号公報、及び欧州特許公開第１８３０２０５号公報に記載されている。
本実施形態では、後述の各実施例において、２つの異なる紫外線硬化樹脂からなる密着複層型回折光学素子ＰＦを用いており、回折格子高さは２０．０５μｍ、一次の回折効率はｇ線（波長λ＝435.835nm）で９８％、Ｆ線（波長λ＝486.133nm）で９８％、ｄ線（波長λ＝587.562nm）で１００％、Ｃ線（波長λ＝656.273nm）で９８％である。
続いて、図１２に、上述のズーム光学系ＺＬを撮影レンズ１として備えた、デジタル一眼レフカメラＣＡＭ（撮像装置）の略断面図を示す。カメラＣＡＭにおいて、不図示の物体（被写体）からの光は、撮影レンズ１で集光されて、クイックリターンミラー３を介して焦点板４に結像される。そして、焦点板４に結像された光は、ペンタプリズム５中で複数回反射されて接眼レンズ６へと導かれる。これにより、撮影者は、物体（被写体）像を接眼レンズ６を介して正立像として観察することができる。
また、撮影者によって不図示のレリーズボタンが押されると、クイックリターンミラー３が光路外へ退避し、撮影レンズ１で集光された不図示の物体（被写体）の光は撮像素子７上に被写体像を形成する。これにより、物体（被写体）からの光は、当該撮像素子７により撮像され、物体（被写体）画像として不図示のメモリに記録される。このようにして、撮影者はカメラＣＡＭによる物体（被写体）の撮影を行うことができる。
カメラＣＡＭは、撮影レンズ１を着脱可能に保持するものでもよく、撮影レンズ１と一体に成形されるものでもよい。また、カメラＣＡＭは、いわゆる一眼レフカメラでもよく、クイックリターンミラー等を有さないコンパクトカメラでもよい。
カメラＣＡＭに撮影レンズ１として搭載した本実施形態に係るズーム光学系ＺＬは、後述の各実施例からも分かるように、その特徴的なレンズ構成によって、小型で、全ズーム範囲に亘り色収差を始めとした諸収差を良好に補正し、高い光学性能を有している。したがって、カメラＣＡＭは、小型で、全ズーム範囲に亘り色収差を始めとした諸収差を良好に補正し、高い光学性能を有した撮像装置を実現することができる。
以下、本実施形態に係るズーム光学系の各実施例について、図面に基づいて説明する。以下に表１〜表３を示すが、これらは第１実施例〜第３実施例における各レンズの諸元の表である。
表中の［全体諸元］において、ｆはズーム光学系ＺＬのｄ線における広角端状態及び望遠端状態での焦点距離（mm）を、ＦＮｏは広角端状態及び望遠端状態でのＦナンバーを、Ｙは像高を、Σｄはズーム光学系ＺＬの最も物体側のレンズ面（第１面）から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離を示す。
表中の［レンズデータ］において、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、Ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各光学面から次の光学面（又は像面）までの光軸上の距離である面間隔を、ｎｄはレンズに用いる硝材のｄ線（波長587.562nm）に対する屈折率を、νｄはレンズに用いる硝材のｄ線を基準とするアッベ数を、Ｄｉ（可変）は第ｉ面の可変の面間隔を、*aは非球面を、*ｄは回折光学面を、*sは絞りを、曲率半径Ｒの欄の「∞」は平面を示す。表中、空気の屈折率（ｄ線）「1.000000」の記載は省略する。
表中の［非球面データ］には、［レンズデータ］において*aを付した非球面について、その形状を次式（ａ）で示す。ここで、ｈは光軸に垂直な方向の高さを、Ｚ（ｈ）は高さｈにおける光軸方向の変位量（サグ量）を、ｃは基準球面の曲率半径（近軸曲率半径）を、κはコーニック係数を、Ａiは第ｉ次の非球面係数を示す。また、「Ｅ-n」は「×１０-n」を示し、例えば「1.234E-05」は「1.234×10-5」を示す。
Ｚ(ｈ) ＝ ｃｈ2／［１＋｛１−（１＋κ）ｃ2ｈ2）｝1/2］
＋Ａ4×ｙ4＋Ａ6×ｙ6＋Ａ8×ｙ8＋Ａ10×ｙ10＋Ａ12×ｙ12 …（ａ）
表中の［回折光学面データ］には、［レンズデータ］に示した回折光学面について、その形状を次式（ｂ）で示す。ここで、ｈは光軸に垂直な方向の高さを、Φ（ｈ）は回折光学素子の位相関数を、λは入射光の波長を、Ｃiは第ｉ次の位相差係数を示す。
Φ（ｈ） ＝（２π／λ）・（Ｃ2ｈ2＋Ｃ4ｈ4＋Ｃ6ｈ6＋Ｃ8ｈ8＋Ｃ10ｈ10） …（ｂ）
表中の［各群間隔データ］において、広角端状態及び望遠端状態における、第ｉ面の可変間隔Ｄｉ（但し、ｉは整数）を示す。
表中の［ズーム光学系群データ］において、Ｇは群番号、群初面は各レンズ群の最も物体側の面番号を、群焦点距離は各レンズ群の焦点距離を示す。
表中の［条件式］には、上記条件式（１）〜（７）に対応する値を示す。
表中の焦点距離ｆ、曲率半径Ｒ、面間隔ｄ、その他の長さの単位は「mm」である。但し、光学系は、比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「mm」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが可能である。
（第１実施例）
第１実施例について、図２〜図４及び表１を用いて説明する。図２は、第１実施例に係るズーム光学系ＺＬ（ＺＬ１）の構成断面図及び広角端状態（Ｗ）から望遠端状態（Ｔ）までのズーム軌道を示す。図２の構成断面図では、図示の煩雑さを回避すべく、回折光学素子ＰＦを構成する回折光学素子要素の符号ＰＦ１、ＰＦ２と、回折光学面の符号Ｃの記載及び格子溝の形状の記載は省略し、単に回折光学素子ＰＦの符号のみを記載する。
第１実施例に係るズーム光学系ＺＬ１は、図２に示すように、光軸に沿って物体側から順に並んだ、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を持つ第５レンズ群Ｇ５とから構成される。
変倍時には、広角端状態から望遠端状態にかけて、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が変化し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が増加し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が減少し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔が増加するように、第１レンズ群Ｇ１が物体側へ凸状の軌跡で移動し、第２レンズ群が物体側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３が物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４が物体側へ移動する。第５レンズ群Ｇ５は固定されており、ズーミングに際して移動しない。
第１レンズ群Ｇ１は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１の負レンズＬ１１と、両凹レンズ形状の第２の負レンズＬ１２と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１３とから構成される。第１の負レンズＬ１１の像側レンズ面には密着複層型回折光学素子ＰＦが設けられ、またこの面は非球面である。
回折光学素子ＰＦは、異なる２つの紫外線硬化型樹脂からなる回折光学素子要素ＰＦ１とＰＦ２がそれぞれ密着接合して構成されたものであり、その接合面は回折格子溝が形成された回折光学面Ｃとなっている（図１参照）。本実施例では、回折光学素子要素ＰＦ１とＰＦ２の構成材料として、以下の表中の［樹脂屈折率］に示す屈折率を有する樹脂を用いた。なお、樹脂屈折率は、樹脂硬化後の屈折率を示す。
第２レンズ群Ｇ２は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正レンズＬ２１と、負レンズＬ２２と正レンズＬ２３との接合レンズと、正レンズＬ２４とから構成される。
第３レンズ群Ｇ３は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正レンズＬ３１と負レンズＬ３２との接合レンズと、負レンズＬ３３とから構成される。
第４レンズ群Ｇ４は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、負レンズＬ４１と正レンズＬ４２との接合レンズと、負レンズＬ４３とから構成される。負レンズＬ４１の物体側レンズ面は非球面である。
第５レンズ群Ｇ５は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正レンズＬ５１と負レンズＬ５２との接合レンズから構成されている。
本実施例では、第３レンズ群Ｇ３の物体側に、絞りＳＰを配置する。絞りＳＰは、変倍時には広角端状態から望遠端状態において第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
以下の表１に、第１実施例に係るズーム光学系ＺＬ１の各諸元値を示す。表１における面番号１〜３０は、図２に示す曲率半径Ｒ１〜Ｒ３０の各光学面に対応している。
（表１）
［全体諸元］
広角端 望遠端
ｆ ＝ 24.8 〜 67.8
ＦＮｏ＝ 2.9 〜 2.9
Ｙ ＝ 21.6 〜 21.6
Σｄ ＝ 156.3 〜 141.5

［レンズデータ］
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 449.276 2.88 1.65844 50.84
2 *a 26.646 0.01 1.52780 33.41
3 *a*d 26.646 0.01 1.55710 49.74
4 *a 26.646 14.06
5 -407.787 2.10 1.60311 60.69
6 70.826 0.15
7 53.361 5.27 1.75520 27.57
8 150.738 D8(可変)
9 49.742 3.58 1.66672 48.33
10 *a 220.067 9.68
11 131.177 1.80 1.71736 29.57
12 32.690 7.36 1.49782 82.57
13 -179.945 8.00
14 *a 47.836 5.93 1.58913 61.22
15 -186.821 D15(可変)
16 *s ∞ 1.30
17 878.033 3.50 1.86074 23.08
18 -46.301 1.15 1.74400 44.81
19 75.737 2.06
20 -69.602 1.20 1.74400 44.81
21 614.114 D21(可変)
22 *a 53560.956 1.30 1.74077 27.74
23 56.392 4.60 1.49782 82.57
24 -37.848 0.20
25 39.729 1.40 1.76200 40.11
26 35.201 0.08 1.55389 39.22
27 *a 43.244 D27(可変)
28 35.707 6.00 1.58267 46.48
29 -435.607 1.40 1.75520 27.57
30 68.740 41.70

［非球面データ］
第2,3,4面
κ＝-1.2845
A4＝0.322160E-05，A6＝0.139792E-08，A8＝-0.270408E-11，A10＝0.291265E-14
A12＝-0.105112E-17
第10面
κ＝73.5073
A4＝0.252669E-06，A6＝-0.106583E-08，A8＝0.272800E-11，A10＝-0.693172E-14
第14面
κ＝-0.3667
A4＝-0.598146E-06，A6＝-0.228182E-09，A8＝0.519056E-13，A10＝-0.809169E-15
第22面
κ＝-8.0661e+019
A4＝0.104993E-04，A6＝-0.463141E-07，A8＝0.163623E-09，A10＝-0.311875E-12
第27面
κ＝4.1806
A4＝0.984974E-05，A6＝-0.381469E-07，A8＝0.609092E-11，A10＝0.292963E-1
A12＝-0.120149E-14

［回折光学面データ］
第3面
C2＝6.8348E-05，C4＝1.2529E-07，C6＝-8.5928E-11

［回折光学素子 光学データ］
nC nd nF ng
低屈折率 1.523300 1.527800 1.539100 1.549100
高屈折率 1.553800 1.557100 1.565000 1.571300

［各群間隔データ］
広角端 望遠端
D8 53.42 1.08
D15 0.15 24.41
D21 17.19 1.00
D27 0.50 25.94

［ズーム光学系 群データ］
群番号 群初面 群焦点距離
G1 1 -40.58
G2 9 44.42
G3 17 -54.63
G4 22 100.66
G5 28 173.02

［条件式］
条件式（１）ν１ｐ ＝27.57（正レンズＬ１３）
条件式（２）Δ（θｇ，Ｆ） ＝0.0112（正レンズＬ１３）
条件式（３）ν１ｄave ＝46.4
条件式（４） ｆDOE ＝-7315.48
条件式（５）｜φdoei／φi｜ ＝0.0056
条件式（６）｜ＴＫ／ｆｗ｜ ＝3.63
条件式（７）Ｐmin ＝0.094
表１から、第１実施例に係るズーム光学系ＺＬ１は、条件式（１）〜（７）を満たすことが分かる。
図３、図４は、第１実施例に係るズームレンズ系ＺＬの諸収差図である。図３は広角端状態における撮影距離無限遠での縦収差図であり、図４は望遠端状態における撮影距離無限遠での縦収差図である。縦収差図には、各図における左側から、（縦方向の）球面収差、非点収差、及び歪曲収差が記載されている。各収差図は、いずれも第１実施例に係るズーム光学系ＺＬ１を物体側から光線追跡したものである。
球面収差図において、ｄはｄ線（波長587.562nm）、ＣはＣ線（波長656.273nm）、ＦはＦ線（波長486.133nm）、ｇはｇ線（波長435.835nm）における収差を示す。また球面収差図において、縦軸は入射瞳半径の最大値を１として規格化して示した値を、横軸は各線における収差の値（mm）を示す。非点収差図は、ｄ線における収差を示し、実線Ｓはサジタル像面を、破線Ｔはメリディオナル像面を示す。また非点収差図において、縦軸は像高（mm）を、横軸は収差の値（mm）を示す。歪曲収差図は、ｄ線における収差を示す。また歪曲収差図において、縦軸は像高（mm）を、横軸は収差の割合（百分率（％値））を示す。
以上の収差図の説明は、他の実施例においても同様とし、その説明を省略する。
各収差図から明らかなように、第１実施例に係るズーム光学系ＺＬ１は、広角端状態から望遠端状態までの各焦点距離状態において、球面収差、非点収差、歪曲収差等を含め、諸収差が良好に補正されていることが分かる。
（第２実施例）
第２実施例について、図５〜図７及び表２を用いて説明する。図５は、第２実施例に係るズーム光学系ＺＬ（ＺＬ２）の構成断面図及び広角端状態（Ｗ）から望遠端状態（Ｔ）までのズーム軌道を示す。図５の構成断面図では、図示の煩雑さを回避すべく、回折光学素子ＰＦを構成する回折光学素子要素の符号ＰＦ１、ＰＦ２と、回折光学面の符号Ｃの記載及び格子溝の形状の記載は省略し、単に回折光学素子ＰＦの符号のみを記載する。
第２実施例に係るズーム光学系ＺＬ２は、図５に示すように、光軸に沿って物体側から順に並んだ、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を持つ第５レンズ群Ｇ５とから構成される。
変倍時には、広角端状態から望遠端状態にかけて、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が変化し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が増加し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が減少し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔が増加するように、第１レンズ群Ｇ１が物体側へ凸状の軌跡で移動し、第２レンズ群が物体側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３が物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４が物体側へ移動する。第５レンズ群Ｇ５は固定されており、ズーミングに際して移動しない。
第１レンズ群Ｇ１は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１の負レンズＬ１１と、両凹レンズ形状の第２の負レンズＬ１２と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１３とから構成される。第１の負レンズＬ１１の像側レンズ面には密着複層型回折光学素子ＰＦが設けられ、またこの面は非球面である。
回折光学素子ＰＦは、異なる２つの紫外線硬化型樹脂からなる回折光学素子要素ＰＦ１とＰＦ２がそれぞれ密着接合して構成されたものであり、その接合面は回折格子溝が形成された回折光学面Ｃとなっている（図１参照）。本実施例では、回折光学素子要素ＰＦ１とＰＦ２の構成材料として、以下の表中の［樹脂屈折率］に示す屈折率を有する樹脂を用いた。なお、樹脂屈折率は、樹脂硬化後の屈折率を示す。
第２レンズ群Ｇ２は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正レンズＬ２１と、負レンズＬ２２と正レンズＬ２３との接合レンズと、正レンズＬ２４とから構成される。
第３レンズ群Ｇ３は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正レンズＬ３１と負レンズＬ３２との接合レンズと、負レンズＬ３３とから構成される。
第４レンズ群Ｇ４は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、負レンズＬ４１と正レンズＬ４２との接合レンズと、負レンズＬ４３とから構成される。負レンズＬ４１の物体側レンズ面は非球面である。
第５レンズ群Ｇ５は、正レンズＬ５１から構成されている。
本実施例では、第３レンズ群Ｇ３の物体側に、絞りＳＰを配置する。絞りＳＰは、変倍時には広角端状態から望遠端状態において第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
以下の表２に、第２実施例に係るズーム光学系ＺＬ２の各諸元値を示す。表２における面番号１〜２９は、図５に示す曲率半径Ｒ１〜Ｒ２９の各光学面に対応している。
（表２）
［全体諸元］
広角端 望遠端
ｆ ＝ 24.8 〜 67.8
ＦＮｏ＝ 2.9 〜 2.9
Ｙ ＝ 21.6 〜 21.6
Σｄ ＝ 154.6 〜 156.2

［レンズデータ］
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 1373.856 2.88 1.65844 50.84
2 *a 26.403 0.01 1.52780 33.41
3 *a*d 26.403 0.01 1.55710 49.74
4 *a 26.403 14.04
5 -339.817 2.10 1.51742 52.20
6 75.213 0.15
7 58.908 7.00 1.75520 27.57
8 181.498 D8(可変)
9 45.700 4.46 1.67000 57.35
10 *a 149.654 10.23
11 120.621 1.80 1.72342 38.03
12 31.386 7.76 1.49782 82.57
13 -156.090 8.07
14 65.708 5.13 1.62041 60.25
15 -147.316 D15(可変)
16 *s ∞ 1.30
17 498.394 3.50 1.86074 23.08
18 -41.091 1.15 1.64769 33.73
19 68.531 2.82
20 -41.212 1.20 1.58267 46.48
21 277.500 D21(可変)
22 *a 39.968 1.40 1.72825 28.38
23 33.184 5.49 1.49782 82.57
24 -37.638 0.20
25 -156.917 2.13 1.67270 32.19
26 41.520 0.08 1.55389 39.22
27 *a 59.020 D27(可変)
28 47.383 7.00 1.48749 70.31
29 -2567.589 41.80

［非球面データ］
第2,3,4面
κ＝-1.1680
A4＝0.182938E-05，A6＝-0.243771E-08，A8＝0.736133E-11，A10＝-0.765274E-14
A12＝0.237652E-17
第10面
κ＝-10.9723
A4＝0.226737E-05，A6=-0.481488E-09，A8＝0.133671E-11，A10＝-0.194355E-14
第22面
κ＝0.5896
A4＝0.305972E-05，A6＝-0.407149E-08，A8＝-0.641264E-10，A10＝0.108717E-12
第27面
κ＝3.1944
A4=0.139947E-04，A6＝0.385271E-07，A8＝-0.411716E-09，A10＝0.198530E-11
A12＝-0.440321E-14

［回折光学面データ］
第3面
C2＝4.9111E-05，C4＝5.4082E-08，C6＝8.3034E-10
C8＝-2.2413E-12，C10＝1.6777E-15

［回折光学素子 光学データ］
nC nd nF ng
低屈折率 1.523300 1.527800 1.539100 1.549100
高屈折率 1.553800 1.557100 1.565000 1.571300

［各群間隔データ］
広角端 望遠端
D8 49.96 2.39
D15 0.15 31.29
D21 14.07 1.00
D27 0.50 31.62

［ズーム光学系 群データ］
群番号 群初面 群焦点距離
G1 1 -41.01
G2 9 47.18
G3 17 -53.40
G4 22 115.53
G5 28 95.52

［条件式］
条件式（１）ν１ｐ ＝27.57（正レンズＬ１３）
条件式（２）Δ（θｇ，Ｆ） ＝0.0112（正レンズＬ１３）
条件式（３）ν１ｄave ＝43.5
条件式（４）ｆDOE ＝-10181.00
条件式（５）｜φdoei／φi｜ ＝0.0040
条件式（６）｜ＴＫ／ｆｗ｜ ＝3.60
条件式（７）Ｐmin ＝0.055
表２から、第２実施例に係るズーム光学系ＺＬ２は、条件式（１）〜（７）を満たすことが分かる。
図６、図７は、第２実施例に係るズームレンズ系ＺＬの諸収差図である。図６は広角端状態における撮影距離無限遠での縦収差図であり、図７は望遠端状態における撮影距離無限遠での縦収差図である。縦収差図には、各図における左側から、（縦方向の）球面収差、非点収差、及び歪曲収差が記載されている。各収差図は、いずれも第２実施例に係るズーム光学系ＺＬ２を物体側から光線追跡したものである。
各収差図から明らかなように、第２実施例に係るズーム光学系ＺＬ２は、広角端状態から望遠端状態までの各焦点距離状態において、球面収差、非点収差、歪曲収差等を含め、諸収差が良好に補正されていることが分かる。
（第３実施例）
第３実施例について、図８〜図１０及び表３を用いて説明する。図８は、第３実施例に係るズーム光学系ＺＬ（ＺＬ３）の構成断面図及び広角端状態（Ｗ）から望遠端状態（Ｔ）までのズーム軌道を示す。図８の構成断面図では、図示の煩雑さを回避すべく、回折光学素子ＰＦを構成する回折光学素子要素の符号ＰＦ１、ＰＦ２と、回折光学面の符号Ｃの記載及び格子溝の形状の記載は省略し、単に回折光学素子ＰＦの符号のみを記載する。
第３実施例に係るズーム光学系ＺＬ３は、図８に示すように、光軸に沿って物体側から順に並んだ、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を持つ第５レンズ群Ｇ５とから構成される。
変倍時には、広角端状態から望遠端状態にかけて、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が変化し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が増加し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が減少し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔が増加するように、第１レンズ群Ｇ１が物体側へ凸状の軌跡で移動し、第２レンズ群が物体側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３が物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４が物体側へ移動する。第５レンズ群Ｇ５は固定されており、ズーミングに際して移動しない。
第１レンズ群Ｇ１は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１の負レンズＬ１１と、両凹レンズ形状の第２の負レンズＬ１２と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１３とから構成される。第１の負レンズＬ１１の像側レンズ面には密着複層型回折光学素子ＰＦが設けられ、またこの面は非球面である。
回折光学素子ＰＦは、異なる２つの紫外線硬化型樹脂からなる回折光学素子要素ＰＦ１とＰＦ２がそれぞれ密着接合して構成されたものであり、その接合面は回折格子溝が形成された回折光学面Ｃとなっている（図１参照）。本実施例では、回折光学素子要素ＰＦ１とＰＦ２の構成材料として、以下の表中の［樹脂屈折率］に示す屈折率を有する樹脂を用いた。なお、樹脂屈折率は、樹脂硬化後の屈折率を示す。
第２レンズ群Ｇ２は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正レンズＬ２１と、負レンズＬ２２と正レンズＬ２３との接合レンズと、正レンズＬ２４とから構成される。
第３レンズ群Ｇ３は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正レンズＬ３１と負レンズＬ３２との接合レンズと、負レンズＬ３３とから構成される。
第４レンズ群Ｇ４は、光軸に沿って物体側から順に並んだ、負レンズＬ４１と正レンズＬ４２との接合レンズと、負レンズＬ４３とから構成される。負レンズＬ４１の物体側レンズ面は非球面である。
第５レンズ群Ｇ５は、正レンズＬ５１から構成されている。
本実施例では、第３レンズ群Ｇ３の物体側に、開口絞りＳＰを配置する。開口絞りＳＰは、変倍時には広角端状態から望遠端状態において第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
以下の表３に、第３実施例に係るズーム光学系ＺＬ３の各諸元値を示す。表３における面番号１〜２９は、図８に示す曲率半径Ｒ１〜Ｒ２９の各光学面に対応している。
（表３）
［全体諸元］
広角端 望遠端
ｆ ＝ 24.8 〜 67.6
ＦＮｏ＝ 2.9 〜 2.9
Ｙ ＝ 21.6 〜 21.6
Σｄ ＝ 146.4 〜 157.1

［レンズデータ］
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 541.278 2.88 1.62041 60.25
2 *a 24.918 0.01 1.52780 33.41
3 *a*d 24.918 0.01 1.55710 49.74
4 *a 24.918 13.66
5 -1884.105 2.10 1.56384 60.71
6 82.335 0.15
7 52.740 4.44 1.68893 31.16
8 111.258 D8(可変)
9 42.908 5.90 1.74000 44.81
10 *a 78.686 8.56
11 78.465 1.80 1.74950 35.25
12 29.201 8.42 1.49782 82.57
13 -145.003 7.87
14 56.224 5.44 1.65100 56.24
15 -185.363 D15(可変)
16 *s ∞ 1.30
17 -833.557 3.50 1.86074 23.08
18 -37.536 1.15 1.64769 33.73
19 60.171 3.77
20 -30.999 1.20 1.54814 45.51
21 -247.421 D21(可変)
22 *a 52.989 1.30 1.54814 45.51
23 31.203 6.33 1.49782 82.57
24 -33.095 0.20
25 -870.002 3.38 1.71736 29.57
26 46.113 0.08 1.55389 39.22
27 *a 57.706 D27(可変)
28 57.488 5.72 1.62041 60.25
29 -2567.589 41.80

［非球面データ］
第2,3,4面
κ＝-1.0548
A4=0.196198E-05，A6=-0.337901E-09，A8＝0.506747E-11，A10＝-0.672772E-14
A12=0.318737E-17
第10面
κ＝-6.4009
A4=0.316676E-05，A6＝-0.809020E-09，A8＝0.101113E-11，A10＝-0.159292E-148
第22面
κ ＝ 0.4590
A4=0.134892E-06，A6=-0.142020E-07，A8=-0.182191E-10，A10＝0.617701E-13
第27面
κ ＝ 1.4571
A4=0.981089E-05，A6=0.110465E-07，A8=-0.220627E-09，A10=0.120511E-11
A12=-0.275363E-14

［回折光学面データ］
第3面
C2＝5.6215E-05，C4＝1.6670E-07，C6＝1.6313E-10
C8＝-9.4388E-13，C10＝8.2737E-16

［回折光学素子 光学データ］
nC nd nF ng
低屈折率 1.523300 1.527800 1.539100 1.549100
高屈折率 1.553800 1.557100 1.565000 1.571300

［各群間隔データ］
広角端 望遠端
D8 45.72 2.51
D15 0.15 23.61
D21 10.65 0.10
D27 0.67 41.64

［ズーム光学系 群データ］
群番号 群初面 群焦点距離
G1 1 -40.98
G2 9 44.40
G3 17 -45.75
G4 22 95.94
G5 28 90.71

［条件式］
条件式（１）ν１ｐ ＝31.16（正レンズＬ１３）
条件式（２）Δ（θｇ，Ｆ） ＝0.0072（正レンズＬ１３）
条件式（３）ν１ｄave ＝50.7
条件式（４）ｆDOE ＝-8894.42
条件式（５）｜φdoei／φi｜ ＝0.0046
条件式（６）｜ＴＫ／ｆｗ｜ ＝3.55
条件式（７）Ｐmin ＝0.076
表３から、第３実施例に係るズーム光学系ＺＬ３は、条件式（１）〜（７）を満たすことが分かる。
図９、図１０は、第３実施例に係るズームレンズ系ＺＬの諸収差図である。図９は広角端状態における撮影距離無限遠での縦収差図であり、図１０は望遠端状態における撮影距離無限遠での縦収差図である。縦収差図には、各図における左側から、（縦方向の）球面収差、非点収差、及び歪曲収差が記載されている。各収差図は、いずれも第３実施例に係るズーム光学系ＺＬ３を物体側から光線追跡したものである。
各収差図から明らかなように、第３実施例に係るズーム光学系ＺＬ３は、広角端状態から望遠端状態までの各焦点距離状態において、球面収差、非点収差、歪曲収差等を含め、諸収差が良好に補正されていることが分かる。
以上説明したように、本発明によれば、回折光学素子を効果的に使用することにより、小型で、全ズーム範囲に亘り色収差を始めとした諸収差を良好に補正し、高い光学性能を有したズーム光学系を提供することができる。
なお、本発明を分かりやすくするために、実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
ＺＬ（ＺＬ１〜ＺＬ３） ズーム光学系
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ５ 第５レンズ群
ＰＦ 回折光学素子
ＳＰ 絞り
ＣＡＭ デジタル一眼レフカメラ（撮像装置）
１ 撮影レンズ（ズーム光学系）

Claims (13)

  1. 物体側より順に並んだ、負の屈折力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群と、負の屈折力を持つ第３レンズ群と、正の屈折力を持つ第４レンズ群と、正の屈折力を持つ第５レンズ群とからなり、変倍に際して各レンズ群の相互間隔が変化するズーム光学系であって、
    前記第１レンズ群は、物体側から順に並んだ、第１の負レンズと、第２の負レンズと、正レンズとを有し、
    前記第１の負レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状であり、像側レンズ面に回折光学素子を有し、
    前記第２の負レンズは、両凹レンズ形状であり、
    前記正レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状であり、
    前記正レンズに用いる硝材は、以下の条件式を満足することを特徴とするズーム光学系。
    ν１ｐ ≦ ３５
    Δ（θｇ，Ｆ） ≧ ０．００７
    但し、
    ν１ｐ：前記第１レンズ群の前記正レンズに用いる硝材のｄ線を基準とするアッベ数、
    Δ（θｇ，Ｆ）：ｄ線を基準とするアッベ数νｄを横軸、部分分散比（θｇ，Ｆ）＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）を縦軸としたグラフにおいて、硝種Ａと硝種Ｂを結ぶ直線を標準線としたとき、この標準線からの前記正レンズに用いる硝材の部分分散比の偏差。なお、前記硝種Ａと前記硝種Ｂの前記アッベ数νｄと部分分散比（θｇ，Ｆ）は、以下の値である。
    硝種Ａ：νｄ＝６０．４９，（θｇ，Ｆ）＝０．５４３６
    硝種Ｂ：νｄ＝３６．２６，（θｇ，Ｆ）＝０．５８２８
  2. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のズーム光学系。
    ４０．０ ≦ ν１ｄave≦ ５５．０
    但し、
    ν１ｄave：前記第１レンズ群を構成するレンズのうち、前記回折光学素子、屈折力の絶対値が１／５０００以下の硝材からなるレンズ及びアッベ数が７０より大きい異常分散ガラスからなるレンズを除いた、全てのレンズの硝材のｄ線を基準とするアッベ数の平均値。
  3. 前記第１レンズ群〜前記第５レンズ群のうち、前記第３レンズ群のみがｄ線に対する屈折率が１．８より大きい高屈折率ガラス製のレンズを含んで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のズーム光学系。
  4. 前記第１レンズ群を構成する前記第１の負レンズは、前記回折光学素子を設ける前記像側レンズ面が非球面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のズーム光学系。
  5. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のズーム光学系。
    ｆDOE ＜ −７０００
    但し、
    ｆDOE： 前記回折光学素子の焦点距離(mm)。
  6. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のズーム光学系。
    ０．００１ ≦ ｜φdoei／φi｜ ≦ ０．０１０
    但し、
    φi：前記回折光学素子を含む前記第１レンズ群全体の屈折力、
    φdoei：前記回折光学素子の屈折力。
  7. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のズーム光学系。
    ３．０ ≦ ｜ＴＫ／ｆｗ｜ ≦ ４．０
    但し、
    ＴＫ：ズーミングによって変化する、光学系の射出瞳から像面までの距離の最小値、
    ｆｗ ：広角端状態における全系の焦点距離。
  8. 前記第５レンズ群は、少なくとも正レンズと負レンズを一枚ずつ有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のズーム光学系。
  9. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のズーム光学系。
    ０．０４０ ≦ Ｐmin ≦ ０．５００
    但し、
    Ｐmin：前記回折光学素子の最小ピッチ（mm）。
  10. 前記第１レンズ群の前記正レンズに用いる硝材は、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のズーム光学系。
    Δ（θｇ，Ｆ） ≦ ０．０１２
  11. 前記第２レンズ群は、少なくとも一枚の非球面を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のズーム光学系。
  12. 前記第４レンズ群は、少なくとも一枚の非球面を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のズーム光学系。
  13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のズーム光学系と、撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
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