JP6661363B2 - 回折光学素子を用いた光学系および光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、回折光学素子を用いた光学系に関し、スチルカメラやビデオカメラ等の光学機器に用いられる光学系に関する。

一般的なカメラに用いられる撮影光学系で発生する軸上色収差や倍率色収差を低減（補正）する方法として、回折光学素子を用いる方法が知られている。これは、回折光学素子が有する通常硝材とは異なる負の分散特性（νｄ＝−３．４５３）や強い異常部分分散性（θｇＦ＝０．２９６）を利用して、通常の光学硝材では得られない強い色消し効果を得る方法である。

このような回折光学素子を用いて撮影光学系で発生する色収差を補正することは可能であるが、収差補正を重視して回折光学素子の回折面での屈折力を強め過ぎると、設計次数以外の不要な回折次数光が像面に到達して発生するフレアが増大するおそれがある。回折光学素子を用いた撮影光学系において、フレアの発生を抑制するために、回折光学素子の配置箇所や構成に対する条件が特許文献１および特許文献２に開示されている。特許文献１では、最も物体側の第１レンズ群内に特定の材料特性範囲内にある異常分散硝材を適切な箇所に配置することで、良好な収差補正効果を得ている。それとともに、回折面をより像面側に配置し、撮影光以外の画面外光が直接回折面に当たりづらい構成としているので、回折面に起因するフレアの発生を抑制している。また、特許文献２では、複数の回折格子を積層した回折光学部と固体材料からなる屈折光学部とを密着接合して回折光学素子を構成し、屈折光学部の固体材料に特定の材料特性範囲内にある異常分散特性を持たせている。さらに、屈折光学部の光軸方向の厚さを適切な範囲に設定している。これにより、収差補正効果を高めつつ、回折格子部の回折面における屈折力を緩和してフレアの発生を抑制している。

特開２００７−１２１４４０号公報 特開２０１１−００２５５５号公報

しかしながら、特許文献１，２のいずれにおいても、回折光学素子の回折面における屈折力を考慮しているが、位相関数における低次項の位相係数で規定される屈折力のみを考慮しているにすぎない。発明者の検討によれば、回折光学素子の回折面に起因するフレアを考える際に、低次項の位相係数で規定される屈折力のみでは不十分であり、高次項の位相係数で規定される屈折力まで考慮する必要がある。

本発明は、回折光学素子の回折面における高次光の位相係数で規定される屈折力までをも考慮したフレア抑制効果を有し、かつ諸収差も良好に補正できる小型の光学系およびこれを用いた光学機器を提供する。

本発明の一側面としての光学系は、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群、合焦に際して移動する第２レンズ群、第３レンズ群を有する光学系であって、該光学系が有する非球面の数は一つであり、第１レンズ群は回折面及び非球面を含む。設計波長をλ０、設計回折次数をｍ（ｍは整数）、光軸に垂直な方向における該光軸からの距離をｒ、１からｐまでの整数をｉ、２ｉ次項の位相係数をＣｉとして、回折面の位相関数ψ（ｒ）をψ（ｒ）＝２×ｍ×π／λ０×（Ｃ１×ｒ^２＋Ｃ２×ｒ^４＋Ｃ３×ｒ^６＋Ｃ４×ｒ^８＋Ｃ５×ｒ^１０＋…＋Ｃｐ×ｒ^２×ｐ）なる式で表し、近軸曲率半径をＲ、円錐定数をｋ、１からｑまでの整数をｊ、２（ｊ＋１）次項の非球面係数をＡｊとして、少なくとも一つの非球面の非球面関数Ｘ（ｒ）をＸ（ｒ）＝（１／Ｒ）×ｒ^２／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）^２｝］＋Ａ１×ｒ^４＋Ａ２×ｒ^６＋Ａ３×ｒ^８＋Ａ４×ｒ^１０＋…＋Ａｑ×ｒ^{２×（ｑ＋１）}なる式で表すとき、位相関数ψ（ｒ）と、非球面関数Ｘ（ｒ）とは、距離ｒが大きくなるほど互いに異なる符号で大きくなり、位相関数ψ（ｒ）において、２次項の位相係数Ｃ１と比較して該２次項よりも高次の項の位相係数の和の方が大きく、無限遠物体に合焦したときの焦点距離をｆ、ＦナンバーをＦｎｏとするとき、

なる条件を満足することを特徴とする。

なお、上記撮影光学系を有する光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明では、回折面の位相関数における高次項の位相係数および非球面の非球面関数における高次項の非球面係数のそれぞれを適切に設定する。これにより、回折面における屈折力に起因するフレアの発生を抑制しつつ、諸収差も良好に補正可能な小型の撮影光学系を実現することができる。そして、この撮影光学系を用いることで、小型で良好な光学性能を有する光学機器を実現することができる。

本発明の実施例１である（ａ）撮影光学系および（ｂ）回折光学素子の構成を示す断面図。 実施例１の撮影光学系の無限遠合焦状態での諸収差を示す図。 本発明の実施例２である（ａ）撮影光学系および（ｂ）回折光学素子の構成を示す断面図。 実施例２の撮影光学系の無限遠合焦状態での諸収差を示す図。 本発明の実施例３である（ａ）撮影光学系および（ｂ）回折光学素子の構成を示す断面図。 実施例３の撮影光学系の無限遠合焦状態での諸収差を示す図。 ｍ次回折光および（ｍ＋１）次回折光の（ａ）結像状態と（ｂ）球面収差形状を説明する図。 （ｍ＋１）次回折光の（ａ）結像状態および（ｂ）球面収差形状と、（ｃ）位相関数と位相係数との関係を説明する図。 （ａ）非球面関数と非球面係数との関係および（ｂ）ｍ次回折光の球面収差補正方法を説明する図。 実施例としての２積層型回折光学素子を示す図。 実施例としての３積層型回折光学素子を示す図。 実施例としての密着２層型回折光学素子を示す図。 上記２積層型回折光学素子の回折効率の波長依存特性を説明する図。 上記３積層型回折光学素子の回折効率の波長依存特性を説明する図。 上記密着２層型回折光学素子の回折効率の波長依存特性を説明する図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

まず、後述する具体的な実施例１〜３の撮影光学系（結像光学系）に共通する特徴について説明する。各実施例の撮影光学系の主な特徴として次の２つが挙げられる。第１の特徴は、回折光学素子の回折面に起因するフレアの発生を抑制するために、回折面における周辺部の局所的な屈折力を緩和することである。第２の特徴は、第１の特徴により発生する高次の球面収差を低減して光学系全系で所望の光学性能を維持することである。以下、これら第１および第２の特徴についてそれぞれ詳しく説明する。

第１の特徴について、一般に撮影光学系に回折光学素子を用いる場合は、回折面の中心から周辺側にいくほど屈折力が大きくなる（回折格子の格子ピッチが細かくなる）。これは、周辺側ほど光線が曲げられる度合いが大きいために発生する収差の量も大きくなり、これに伴い収差補正に要する屈折力も大きくなるためである。つまり、回折面に起因するフレアの主な発生源は、回折面の周辺部にあり、該周辺部の局所的な屈折力を緩和することがフレアの発生抑制につながる。回折面の周辺部の局所的な屈折力を緩和するためには、設計回折次数をｍ（ｍは整数）とするときのｍ次近傍の回折次数の回折光、例えば（ｍ＋１）次回折光の結像位置における高次の球面収差を、ｍ次回折光の結像位置側に大きく発生させる。

このことを図７を用いて説明する。ただし、図７では、ｍ次回折光（以下、ｍ次光といい、他の回折次数の回折光も同様とする）の屈折力が正であることを前提とし、回折面と光学系の瞳とが同じ位置にある場合を示している。このことは、後述する図８でも同じである。図７（ａ）はｍ次光と（ｍ＋１）次光の軸上光線の結像状態を示しており、図７（ｂ）は図７（ａ）に示した結像状態におけるｍ次光と（ｍ＋１）次光の球面収差形状を示している。図７（ａ）では、ｍ次光の光線を実線で、（ｍ＋１）次光の光線を点線で、（ｍ＋１）次光の瞳周辺光線の屈折力が小さい光線を一点鎖線で、（ｍ＋１）次光の瞳周辺光線の屈折力が大きい光線を二点鎖線でそれぞれ示している。また、図７（ｂ）でも、（ｍ＋１）次光の瞳周辺光線の屈折力が小さい光線の球面収差形状を一点鎖線で、（ｍ＋１）次光の瞳周辺光線の屈折力が大きい光線の球面収差形状を二点鎖線でそれぞれ示している。

図７（ａ），（ｂ）から分かるように、（ｍ＋１）次光の瞳周辺光線、つまりは回折面の周辺部の屈折力が小さくなると、瞳周辺光線の結像位置がｍ次光の結像位置に近づく。すなわち、（ｍ＋１）次光の高次の球面収差がｍ次光の結像位置側に発生する。

次に、（ｍ＋１）次光の高次の球面収差をｍ次光の結像位置側に発生させる方法としては、回折面での位相形状を表す位相関数における高次項の位相係数を適切な範囲で高めに規定することである。このことについて、図８を用いて説明する。

図８（ａ）は、（ｍ＋１）次光の結像位置の近傍における軸上光線の集光状態を示し、図８（ｂ）は図８（ａ）の集光状態における（ｍ＋１）次光の球面収差形状を示している。図８（ｃ）は、位相関数と位相係数との関係を示しており、縦軸は位相形状が設計波長の何倍かを表す位相関数ψを示し、横軸は回折面における光学系の光軸から該光軸に直交する高さ方向（以下、径方向という）の位置である径ｒを示している。

図８（ａ），（ｂ）から分かるように、（ｍ＋１）次光の球面収差形状を所望の形状にするには、光学系の瞳の中心から径方向周辺側に向かうにつれて、（ｍ＋１）次光が光軸と交わる位置をより離散的にする必要がある。これにより、低次の球面収差はあまり発生させずに、高次の球面収差のみを発生させることができる。さらに、高次の球面収差のみを発生させるには、前述したように位相関数における高次項の位相係数を適切な範囲で高めに規定する。この理由を示図８（ｃ）を用いて説明する。

回折面（回折光学素子）への入射光の波長である設計波長をλ０とし、回折面から出射して結像に使用される回折光の回折次数である設計回折次数をｍ（ｍは整数）とする。このとき、位相関数ψ（ｒ）は、光軸からの径をｒとし、ｉを１からｐまでの整数として２ｉ次項の位相係数をＣｉとするとき、以下の式（ａ）で表される。
ψ（ｒ）＝２×ｍ×π／λ０×（Ｃ１×ｒ^２＋Ｃ２×ｒ^４＋Ｃ３×ｒ^６＋Ｃ４×ｒ^８
＋Ｃ５×ｒ^１０＋…＋Ｃｐ×ｒ^２×ｐ） （ａ）
図８（ｃ）は、低次項から高次項の各位相係数が位相関数に与える影響をイメージ的に示している。図８（ｃ）では、低次項（２次項）の位相係数Ｃ１が与える影響を実線で、高次項の位相係数Ｃ３が与える影響を点線で、別の高次項の位相係数Ｃ５が与える影響を一点鎖線でそれぞれ示している。

図８（ｃ）から分かるように、高次項の位相係数であるほど、係数値を変えることで径方向周辺部の位相のみを変えることが可能である。一般に球面収差は位相関数で表される径方向での位相形状の変化度合いに依存するので、相関関数の高次項の位相係数を調整することで、高次の球面収差を制御することができる。

第２の特徴は、第１の特徴により（ｍ＋１）次光の高次の球面収差を発生させることがｍ次光の高次の球面収差に影響することの対策である。すなわち、回折面の近傍（特に回折面を設けた光学面と同じ光学面が望ましい）に非球面を設け、高次項の位相係数とは逆方向に非球面を表す非球面関数の高次項の非球面係数を設定する。これにより、ｍ次光の高次の球面収差をキャンセルさせることができる。

このことを図９を用いて説明する。図９（ａ）は、非球面関数と非球面係数との関係を示しており、縦軸は非球面関数（光軸方向における近軸球面からの離れ量である非球面量）Ｘを示し、横軸は非球面における光軸からの径ｒを示している。

非球面の非球面形状を表す非球面関数Ｘ（ｒ）は、近軸曲率半径をＲとし、円錐定数をｋとし、径をｒとし、ｊを１からｑまでの整数として２（ｊ＋１）次項の非球面係数をＡｊとするとき、以下の式（ｂ）で表される。
Ｘ（ｒ）＝（１／Ｒ）×ｒ^２／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）^２｝］
＋Ａ１×ｒ^４＋Ａ２×ｒ^６＋Ａ３×ｒ^８＋Ａ４×ｒ^１０…＋Ａｑ×ｒ^{２×（ｑ＋１）} （ｂ）
図９（ａ）は、低次項から高次項の各非球面係数が非球面関数（非球面量）に与える影響をイメージ的に示している。低次項の非球面係数Ａ１が与える影響を実線で、高次項の非球面係数Ａ３が与える影響を点線で、高次項の非球面係数Ａ５が与える影響を一点鎖線でそれぞれ示している。

図９（ａ）から分かるように、高次項の非球面係数であるほどこれを変えることで径方向周辺部の非球面量のみを変えることが可能である。このことは、図８（ｃ）に示した位相係数の位相関数への影響の仕方と逆である。一般に球面収差は非球面関数で表される径方向での非球面量の変化度合いに依存するので、高次項の非球面係数を調整することで、球面収差を制御することができる。

また図９（ｂ）は、ｍ次光の高次の球面収差の補正方法を示している。図９（ｂ）から分かるように、回折面における高次項の位相係数に起因して発生した高次の球面収差を、非球面における高次項の非球面係数に起因して発生する高次の球面収差でキャンセルすることで、光学系全系での球面収差を良好に補正している。

以上説明した第１および第２の特徴を実現するために満足すべき条件について以下説明する。各実施例の撮影光学系は、回折光学素子の回折面に起因するフレア、特に高次項の位相係数に起因するフレアの発生を抑制しつつ、光学系全体を小型かつ軽量とし、諸収差も良好に補正する。このためには、回折面における位相関数の位相係数と非球面における非球面関数の非球面係数との関係を適切に設定することが必要となる。この関係を規定したのが、以下の式（１）に示す条件である。

ここで各実施例の撮影光学系では、（Ａ）回折光学素子の回折面を該撮影光学系内の光学面に1面設ける。また、（Ｂ）少なくとも１つの非球面を該撮影光学系内の少なくとも１つの光学面に設ける。このとき、非球面は、光軸方向において回折面にできるだけ近くに配置されることが望ましい。さらに言えば、少なくとも１つの非球面のうち最も回折面に近い非球面を第１の非球面とするとき、該第１の非球面が設けられた光学面は、上記回折面を設けた光学面と同一面としてもよい。

位相関数ψ（ｒ）と最近非球面の非球面関数Ｘ（ｒ）はそれぞれ、撮影光学系の光軸から径方向での位置が離れるほど互いに異なる符号で大きくなる。つまり、一方が正の符号で大きくなれば、他方が負の符号で大きくなる。

そして、位相係数Ｃｉと最近非球面の非球面係数Ａｊとが、無限遠物体に合焦した状態にあるときの該結像光学系の焦点距離をｆとし、該結像光学系のＦナンバーをＦｎｏとするとき、

なる条件を満足する。なお、ｉおよびｊはそれぞれ、前述したように１からｐおよびｑまでの整数である。

上記式（１）の条件を説明する前に、以下の２つについて説明する。第１に、撮影光学系における回折面と非球面のそれぞれの数についてである。回折面の数は、フレアの観点からできるだけ少ないことが望まれるので、各実施例では１つとしている。非球面の数は、収差補正上必要となる最低限の数として、少なくとも１つ以上とした。

第２に、式（１）の条件における位相係数と非球面係数の規格化についてである。式（１）では、位相係数と非球面係数をそれぞれ、焦点距離ｆとＦナンバーＦｎｏとを用いて無次元に規格化している。例えば、位相係数Ｃ１を規格化すると、Ｃ１×（ｆ／Ｆｎｏ）となり、位相係数Ｃ２を規格化すると、Ｃ２×（ｆ／Ｆｎｏ）^３となる。これが第ｐ項まで続くと、
Ｃｐ×（ｆ／Ｆｎｏ）^{２×ｐ−１}
となる。一方、非球面係数Ａ１を規格化すると、Ａ１×（ｆ／Ｆｎｏ）^３となり、非球面係数Ａ２を規格化するとＡ２×（ｆ／Ｆｎｏ）^５となる。これが第ｑ項まで続くと、
Ａｑ×（ｆ／Ｆｎｏ）^{２×ｑ−１}
となる。

式（１）の条件は、撮影光学系における位相関数の位相係数の和と非球面関数の非球面係数の和との関係を規定する。各係数の和をとる理由は、各係数の符号を含めた全体への寄与度を明確にするためであり、高次項の係数であるほど該係数の寄与度が高くなることを表している。また、式（１）の範囲が負であることは、位相関数の位相係数の和と非球面関数の非球面係数の和とが互いに異なる符号を持つことを意味する。つまりは、回折面と第１の非球面を設けた各光学面に対して、位相関数と非球面関数の各値とが互いに逆方向に発生していることを意味している。

式（１）の値がその上限値を超えることは、分子である位相係数の和の絶対値が小さくなり過ぎる又は分母である非球面係数の和の絶対値が大きくなり過ぎることを意味する。位相係数の和の絶対値が小さくなり過ぎる、つまりは各高次項の位相係数の絶対値が小さくなり過ぎ、位相係数に起因する（ｍ＋１）次光の高次の球面収差の発生量が不十分となってしまう。これにより、回折面の径方向周辺部の屈折力の緩和効果が薄れ、回折面に起因するフレアが増加するので、好ましくない。また、非球面係数の和の絶対値が大きくなり過ぎる、つまりは各高次項の非球面係数の絶対値が大きくなり過ぎると、非球面係数に起因する高次の球面収差の発生量が大きくなり、光学系全体での高次の球面収差の発生量が大きくなり過ぎるので、好ましくない。

一方、式（１）の値がその下限値を下回ることは、位相係数の和の絶対値が大きくなり過ぎる又は非球面係数の和の絶対値が小さくなり過ぎることを意味する。位相係数の和の絶対値が大きくなり過ぎる、つまりは各高次項の位相係数の絶対値が大きくなり過ぎると、位相係数に起因する（ｍ＋１）次光の高次の球面収差の発生量も大きくなり過ぎる。これにより、光学系全体でのｍ次光の高次の球面収差の発生量も大きくなり過ぎるので、好ましくない。また、非球面係数の和の絶対値が小さくなり過ぎる、つまりは各高次項の非球面係数の絶対値が小さくなり過ぎると、非球面係数に起因する高次の球面収差の発生量も小さくなり過ぎてしまう。これにより、非球面係数に起因する高次の球面収差で位相係数に起因して発生する高次の球面収差をキャンセルしきれなくなり、光学系全体での高次の球面収差の発生量が大きくなり過ぎるので、好ましくない。

なお、式（１）の条件に代えて以下の式（１ａ）に示す条件を満足することが、より好ましい。式（１ａ）に示す条件を満足することで、回折光学素子の回折面に起因するフレア、特に高次項の位相係数に起因するフレアの発生までをも抑制するとともに、光学系全体の諸収差を良好に補正することができる。

また、式（１ａ）の条件に代えて以下の式（１ｂ）に示す条件を満足することが、さらに好ましい。

また、式（１）（または（１ａ）若しくは（１ｂ））の条件を満足した上で、以下の式（２）に示す条件を満足することが、回折面に起因するフレア、特に低次項から高次項までの位相係数に起因するフレア全体を低減する観点から、望ましい。

すなわち、位相関数ψ（ｒ）における低次項側の位相係数よりも高次項側の位相係数の和の値の方が大きいとともに、回折面における焦点距離ｆｄｏを、波長λに対して、
１／ｆｄｏ＝−２×ｍ×Ｃ１×λ／λ０
を満足する値とし、該結像光学系の光学全長をＬとするとき、

なる条件を満足することが望ましい。

式（２）の条件は、撮影光学系のテレ比（＝光学全長／全系の焦点距離）と２次項の位相係数Ｃ１で表される回折面での焦点距離との関係を規定する。

式（２）の条件を満足することは、撮影光学系のテレ比に対して、回折面における２次項の位相係数Ｃ１で表される屈折力（＝１／焦点距離）が弱く、回折面に起因するフレアの発生が抑制されていることを意味する。式（２）の値がその上限値を超えると、回折面における２次項の位相係数Ｃ１で表される屈折力が強くなり過ぎて回折格子ピッチが細かくなり、設計次数ｍ以外の次数の回折光によるフレアが発生するので、好ましくない。一方、式（２）の値がその下限値を下回ると、回折面における２次項の位相係数Ｃ１で表される屈折力が弱くなり過ぎて軸上色収差および倍率色収差の補正が困難になるので、好ましくない。

式（２）の条件に代えて以下の式（２ａ）に示す条件を満足することが、より好ましい。

式（２ａ）の条件に代えて以下の式（２ｂ）に示す条件を満足することが、さらに好ましい。

式（１）（または（１ａ）若しくは（１ｂ））および式（２）（または（２ａ）若しくは（２ｂ）を満足した上で、以下の式（３）に示す条件を満足することが望ましい。式（３）に示す条件を満足することで、結像光学系全系での諸収差、特に高次の球面収差を良好に補正することができる。

前述したように少なくとも１つの非球面のうち第１の非球面を回折面を設けた光学面上に設けても（つまり第１の非球面を設けた光学面と回折面を設けた光学面と同一面としても）よく、この方がより好ましい。このとき、第１の非球面の非球面関数Ｘ（ｒ）における低次項（４次項）の非球面係数Ａ１に比べて該４次項より高次項の非球面係数Ａｊの和の値が大きいとともに、以下の式（３）に示す条件を満足することが好ましい。

式（３）の条件は、撮影光学系における非球面関数の４次項の非球面係数Ａ１とこれよりも高次項の非球面係数Ａｊ（ｊは２以上の整数）の和の値との関係を規定する。各非球面係数は、式（１）と同様に規格化されている。第１の非球面を回折面を設けた光学面上に設けた方がよい理由は、回折面における高次項の位相係数に起因して発生する高次の球面収差を効率的に補正できるためである。また、４次項の非球面係数Ａ１に比べて該４次項よりも高次項の非球面係数Ａｊの和の値の方が大きいことは、非球面関数において非球面の径方向周辺部にいくほど非球面量が大きくなることを表している。

式（３）の値がその上限値を超えることは、分母である高次項の非球面係数Ａｊの和の絶対値が大きくなり過ぎることを意味する。高次項の非球面係数の和の絶対値が大きくなり過ぎると、非球面係数に起因する高次の球面収差の発生量が大きくなり、光学系全体での高次の球面収差の発生量も大きくなり過ぎるので、好ましくない。

一方、式（３）の値がその下限値を下回ることは、高次項の非球面係数Ａｊの和の絶対値が小さくなり過ぎることを意味する。高次項の非球面係数の和の絶対値が小さくなり過ぎると、非球面係数に起因する高次の球面収差の発生量も小さくなり過ぎ、位相係数に起因する高次の球面収差をキャンセルしきれなくなる。このため、光学系全体での高次の球面収差の発生量が大きくなり過ぎるので、好ましくない。

式（３）の条件に代えて以下の式（３ａ）に示す条件を満足することが、より好ましい。式（３ａ）に示す条件を満足することで、結像光学系の諸収差、特に高次の球面収差を良好に補正することができ、さらに光学系全系を小型・軽量化することができる。

式（３ａ）の条件に代えて以下の式（３ｂ）に示す条件を満足することが、さらに好ましい。

最後に、式（１）（または（１ａ）若しくは（１ｂ））、式（２）（または（２ａ）若しくは（２ｂ））および式（３）（または（３ａ）若しくは（３ｂ））を満足した上で、以下の式（４）に示す条件を満足することが望ましい。式（４）の条件を満足することで、回折面に起因するフレア、特に高次項の位相係数に起因するフレアの発生を抑制することができる。

撮影光学系において、（ｍ＋１）次光の結像位置における球面収差は、該撮影光学系の瞳の周辺部においてｍ次の回折光の結像位置側に発生しているとともに、式（４）の条件を満足する。

式（４）において、（ｍ＋１）次の回折光のうちｄ線の瞳９割位置での無限遠物体に合焦した状態（以下、無限遠合焦状態という）における球面収差量をＳＡｈ９_{（ｍ＋１）}とする。また、（ｍ＋１）次光のうちｄ線の瞳５割位置での無限遠合焦状態での球面収差量をＳＡｈ５_{（ｍ＋１）}とする。

２＜ＳＡｈ９_{（ｍ＋１）}／ＳＡｈ５_{（ｍ＋１）}＜４０ （４）
式（４）の条件は、光学系の（ｍ＋１）次光の結像位置におけるｄ線の球面収差形状を規定し、図８（ａ），（ｂ）にて説明した内容を条件化したものである。式（４）の条件は、（ｍ＋１）次光の結像位置におけるｄ線の球面収差が、光学系の瞳中心部から瞳中間部にかけては一定であまり発生しないのに対し、瞳周辺部では大きく、ｍ次光の結像位置側に発生していることを表す。これは、図８（ａ），（ｂ）を用いて説明したように、回折面の径方向周辺部の屈折力が弱まり、回折面に起因するフレアの発生が抑制されていることを意味する。

式（４）の値がその上限値を超えると、（ｍ＋１）次光の結像位置におけるｄ線の球面収差がｍ次光の結像位置側に大きく発生し過ぎて光学系全体でのｍ次光の高次の球面収差の発生量も大きくなり過ぎるので、好ましくない。一方、式（４）の値がその下限値を下回ると、（ｍ＋１）次光の結像位置におけるｄ線の球面収差において、ｍ次光の結像位置側に発生する量が少なくなり過ぎてしまう。これにより、回折面の径方向周辺部の屈折力の緩和効果が薄れ、回折面に起因するフレアが増加するので、好ましくない。

式（４）の条件に代えて以下の式（４ａ）に示す条件を満足することが、より好ましい。式（４ａ）に示す条件を満足することで、回折面に起因するフレア、特に高次項の位相係数に起因するフレアの発生をより抑制することができる。

２．５＜ＳＡｈ９_{（ｍ＋１）}／ＳＡｈ５_{（ｍ＋１）}＜３５．０ （４ａ）
式（４ａ）の条件に代えて以下の式（４ｂ）に示す条件を満足することが、さらに好ましい。

３＜ＳＡｈ９_{（ｍ＋１）}／ＳＡｈ５_{（ｍ＋１）}＜３２ （４ｂ）
次に、具体的な実施例１〜３について説明する。まず、各実施例に共通する符号等について説明する。各実施例の撮影光学系は、単焦点の超望遠レンズであり、スチルカメラやビデオカメラ等の撮影用光学機器（撮像装置や交換レンズ）の撮影光学系として用いられる。ただし、各実施例に示す光学系の用途は、撮影光学系に限らず、望遠鏡等の観察用光学機器の観察光学系や画像投射用光学機器（画像投射装置）の投射光学系等として用いてもよい。

実施例１〜３の撮影光学系の無限遠合焦状態での構成を図１（ａ）、図３（ａ）および図５（ａ）に示す。また図１（ｂ）、図３（ｂ）および図５（ｂ）には、撮影光学系内に設けられた回折光学素子の構成を示している。また各図において、回折面は曲面として記載されているが、実際には曲面に沿って複数の回折格子が層状に配列されている。

図１（ａ）、図３（ａ）および図５（ａ）に示す撮影光学系は、物体側から像側に順に配置された正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３とにより構成されている。各図において、Ｌｄｏｅは回折光学素子を示し、ａｓｐｈは非球面を示す。Ｏは光軸を示し、ＩＰは像面を示す。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示す。

回折光学素子Ｌｄｏｅの回折面は、該回折光学素子Ｌｄｏｅを構成する接合レンズの接合面に設けられている。無限遠物体側から至近距離物体側への合焦変化は、第２レンズ群Ｌ２のうちフォーカスレンズ群Ｌｆｏを像側へ移動させることで行う。第３レンズ群Ｌ３のうちＩＳレンズ群ＬＩＳは、光軸Ｏに直交する方向に移動（シフト）することにより、手振れ等に起因する像振れを低減する。

図１（ａ）、図３（ｂ）および図５（ａ）に示す撮影光学系の無限遠合焦状態での諸収差（球面収差、非点収差、歪曲および倍率色収差）をそれぞれ、図２、図４および図６に示す。図２、図４および図６中の球面収差において、実線はｄ線の球面収差を、二点鎖線はｇ線の鏡面収差をそれぞれ示す。非点収差においては、実線はｄ線のサジタル光線（ΔＳ）の非点収差を示し、点線はｄ線のメリディオナル光線（ΔＭ）の非点収差をそれぞれ示す。歪曲はｄ線で示す。倍率色収差において、二点鎖線はｄ線を基準としたｇ線で示す。各図において、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角をそれぞれ示す。

図１（ａ）に示す実施例１の撮影光学系は、焦点距離が３９２．２ｍｍでＦｎｏが４．１２の超望遠レンズである。回折光学素子Ｌｄｏｅは、第１レンズ群Ｌ１内の物体側から数えて４番目に配置された接合レンズである。

回折光学素子Ｌｄｏｅを図１（ｂ）に拡大して示している。回折光学素子Ｌｄｏｅを構成する接合レンズの接合面に回折面が設けられており、また同一の接合面に非球面（第１の非球面）ａｓｐｈが設けられている。これにより、式（３）の条件について前述した通り、回折面における高次項の位相係数に起因する高次の球面収差を、効率的に補正することができる。

また、図１（ａ）に示すように、第１レンズ群Ｌ１において、もう１つの非球面ａｓｐｈが、物体側から数えて３番目の負レンズの像側レンズ面に設けられている。ここに非球面を設けた理由は、本実施例の結像光学系は光学全長を短縮化しており、これにより発生する球面収差やコマ収差等の基本収差を補正するためである。また、この非球面を設ける光学面は、光線が該光学面を広く万遍なく通過することが望ましいので、物体側から数えて３番目の負レンズの像側レンズ面とした。

図２の収差図から分かるように、本実施例の撮影光学系では、無限遠合焦状態で諸収差が良好に補正されている。

そして、本実施例（後述する数値例１）は、表１にまとめて示したように前述した全ての条件を満足し、回折面における屈折力に起因するフレアの発生を抑制しながら、小型・軽量で、諸収差も良好に補正された撮影光学系を実現している。なお、表１において、Ｅ−Ｍは、×１０^−Ｍを意味する。

図３（ａ）に示す実施例２の撮影光学系は、焦点距離が２９２．２ｍｍでＦｎｏが２．９１の超望遠レンズである。回折光学素子Ｌｄｏｅは、物体側から数えて２番目にある接合レンズである。

回折光学素子Ｌｄｏｅを図３（ｂ）に拡大して示している。本実施例でも、回折光学素子Ｌｄｏｅを構成する接合レンズの接合面に回折面が設けられており、また同一の接合面に非球面（第１の非球面）ａｓｐｈが設けられている。これにより、実施例１と同様に、回折面における高次項の位相係数に起因する高次の球面収差を、効率的に補正することができる。

また、本実施例では、さらに２つの非球面ａｓｐｈが設けられている。１つの非球面は、図３（ｂ）（および図３（ａ））に示すように、回折光学素子Ｌｄｏｅの接合レンズの像側レンズ面に設けられている。この非球面は、回折面と同一の光学面に設けられた最近非球面のアシスト的な役割を有する。もう１つの非球面は、図３（ａ）に示すように、第１レンズ群Ｌ１内の最も物体側にある正レンズの物体側レンズ面に設けられている。この非球面が設けられた理由は、実施例１と同様に、光学全長の短縮化による球面収差やコマ収差等の基本収差を補正するためである。

図４の収差図から分かるように、本実施例の撮影光学系では、無限遠合焦状態で諸収差が良好に補正されている。

そして、本実施例（後述する数値例２）は、表１にまとめて示したように前述した全ての条件を満足し、回折面における屈折力に起因するフレアの発生を抑制しながら、小型・軽量で、諸収差も良好に補正された撮影光学系を実現している。

図５（ａ）に示す実施例３の撮影光学系は、焦点距離が３９２．１ｍｍでＦｎｏが４．１２の超望遠レンズである。回折光学素子Ｌｄｏｅは、第１レンズ群Ｌ１内の物体側から数えて２番目に配置された接合レンズである。

回折光学素子Ｌｄｏｅを図５（ｂ）に拡大して示している。本実施例でも、回折光学素子Ｌｄｏｅを構成する接合レンズの接合面に回折面が設けられており、また同一の接合面に非球面（第１の非球面）ａｓｐｈが設けられている。これにより、実施例１，２と同様に、回折面における高次項の位相係数に起因する高次の球面収差を、効率的に補正することができる。

また、図５（ａ）に示すように、もう１つの非球面ａｓｐｈが、実施例２と同様に、第１レンズ群Ｌ１における最も物体側にある正レンズの物体側レンズ面に設けられている。その理由は、実施例１，２と同様に、光学全長の短縮化による球面収差やコマ収差等の基本収差を補正するためである。

図６の収差図から分かるように、本実施例の撮影光学系では、無限遠合焦状態で諸収差が良好に補正されている。

そして、本実施例（後述する数値例３）は、表１にまとめて示したように前述した全ての条件を満足し、回折面における屈折力に起因するフレアの発生を抑制しながら、小型・軽量で、諸収差も良好に補正された撮影光学系を実現している。

なお、実施例１〜３とは異なる光学構成を有していても、前述した各条件を満足する結像光学系は、本発明の他の実施例に含まれる。

次に、各実施例で用いられ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、例えば、図１０に示すように空気層を挟んだ２積層構成や図１１に示すように空気層を挟んだ３積層構成を用いることができる。また、図１２に示すように同一の格子厚の２つの層が密着した密着２層構成を用いてもよい。これら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面に成形する方法がある。また、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でもよい。さらに、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。

図１０において、ガラス基板４上に紫外線硬化樹脂により形成された第１の回折格子６と、別のガラス基板５上に第１の回折格子６とは異なる紫外線硬化樹脂により形成された第２の回折格子７とが間隔Ｄの空気層８を介して近接配置されている。これら第１および第２の回折格子６，７が合わさって１つの回折光学素子として作用する。

第１の回折格子６の格子厚はｄ１であり、第２の回折格子６の格子厚はｄ２である。格子の形状（向き）は、第１の回折格子６では図中の上から下に向かって格子厚が単調減少する形状であり、第２の回折格子７では上から下に向かって格子厚が単調増加する形状である。図に示すように入射光を左側から入射させたときに、右斜め下方向に進むのが１次回折光（１次光）であり、直進するのが０次回折光（０次光）である。

図１３には、図１０に示した回折光学素子における設計次数（１次）の回折光である１次光と設計次数±１次の回折光である０次光および２次光の回折効率の波長依存特性を示す。この回折効率を求めた回光学素子において、第１の回折格子６の材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ１とアッベ数νｄ１は、（ｎｄ１，νｄ１）＝（１．６３６，２２．８）であり、第１の回折格子６の格子厚ｄ１は７．８８μｍである。第２の回折格子７の材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ２とアッベ数νｄ２は、（ｎｄ２，νｄ２）＝（１．５２４，５１．６）である。第２の回折格子７の格子厚ｄ２は１０．７１μｍである。空気間隔Ｄ１は１．５μｍであり、格子ピッチＰは２００μｍである。入射光をガラス基板４に対して垂直に入射させている。

図１３から分かるように、設計次数の回折光（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が実現されている一方、不要次数の回折光（０次光および２次光）の回折効率は使用波長全域で約５％以下に抑制されている。

図１１において、ガラス基板４上に紫外線硬化樹脂により形成された第１の回折格子６と、別のガラス基板５上に第１の回折格子６と同じ紫外線硬化樹脂により形成された第２の回折格子７とが間隔Ｄの空気層８を介して近接配置されている。ただし、第２の回折格子７において互いに隣接する格子間は第２の回折格子７とは異なる紫外線硬化樹脂９によって埋められている。これら第１および第２の回折格子６，７が合わさって１つの回折光学素子として作用する。

第１の回折格子６の格子厚はｄ１であり、第２の回折格子６の格子厚はｄ２である。格子の形状（向き）は、第１の回折格子６では図中の上から下に向かって格子厚が単調増加する形状であり、第２の回折格子７でも上から下に向かって格子厚が単調増加する形状である。図に示すように入射光を左側から入射させたときに、右斜め下方向に進むのが１次回折光（１次光）であり、直進するのが０次回折光（０次光）である。

図１４には、図１１に示した回折光学素子における設計次数（１次）の回折光である１次光と設計次数±１次の回折光である０次光および２次光の回折効率の波長依存特性を示す。この回折効率を求めた回光学素子において、第１の回折格子６の材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ１とアッベ数νｄ１は、（ｎｄ１，νｄ１）＝（１．６３６，２２．８）であり、第１の回折格子６の格子厚ｄ１は２．８３μｍである。第２の回折格子７の材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ２とアッベ数νｄ２は、（ｎｄ２，νｄ２）＝（１．５２４，５１．６）である。紫外線硬化樹脂９のｄ線に対する屈折率ｎｄ９とアッベ数νｄ９は、第１の回折格子７の材料と同じく、（ｎｄ９，νｄ９）＝（１．６３６，２２．８）である。第２の回折格子７の格子厚ｄ２は７．８８μｍである。空気間隔Ｄ１は１．５μｍであり、格子ピッチＰは２００μｍである。入射光をガラス基板４に対して垂直に入射させている。

図１４から分かるように、設計次数の回折光（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が実現されている一方、不要次数の回折光（０次光および２次光）の回折効率は使用波長全域で約５％以下に抑制されている。

図１２において、ガラス基板４上に紫外線硬化樹脂により形成された第１の回折格子６と、別のガラス基板５上に第１の回折格子６と異なる紫外線硬化樹脂により形成された第２の回折格子７とが、ともに格子厚ｄを有して互いに密着配置されている。これら第１および第２の回折格子６，７が合わさって１つの回折光学素子として作用する。

格子の形状（向き）は、第１の回折格子６では図中の上から下に向かって格子厚が単調増加する形状であり、第２の回折格子７でも上から下に向かって格子厚が単調減少する形状である。図に示すように入射光を左側から入射させたときに、右斜め下方向に進むのが１次回折光（１次光）であり、直進するのが０次回折光（０次光）である。

図１５には、図１２に示した回折光学素子における設計次数（１次）の回折光である１次光と設計次数±１次の回折光である０次光および２次光の回折効率の波長依存特性を示す。この回折効率を求めた回光学素子において、第１の回折格子６の材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ１とアッベ数νｄ１は、（ｎｄ１，νｄ１）＝（１．５６７，４６．６）である。第２の回折格子７の材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ２とアッベ数νｄ２は、（ｎｄ２，νｄ２）＝（１．５０４，１６．３）である。第１および第２の回折格子６，７の格子厚ｄは９．２９μｍである。格子ピッチＰは２００μｍである。入射光をガラス基板４に対して垂直に入射させている。

図１５から分かるように、設計次数の回折光（１次光）の回折効率は使用波長全域で約９９．５％以上の極めて高い回折効率が実現されている一方、不要次数の回折光（０次光および２次光）の回折効率は使用波長全域で約０．０５％以下に十分に抑制されている。

なお、図１０〜図１２に示した回折光学素子の構成は例に過ぎず、図１３〜図１５に示した回折効率等の基本性能がそれら回折光学素子と同等以上であれば、他の構成を有する回折光学素子を用いてもよい。

また、回折光学素子は光学面上に設けられるが、その光学面は球面であってもよいし、平面や非球面であってもよい。また、上記実施例１〜３では回折光学素子が接合レンズの接合面に設けられているが、他の光学面に設けられてもよい。

実施例１〜３に対応する数値例1〜３を以下に示す。各数値例は、図１２に示す密着２層構成の回折光学素子を用いた場合を示す。

各数値例において、ｒｉは物体側からｉ番目の光学面の曲率半径を示し、ｄｉはｉ番目の基準状態での軸上面間隔を示す。また、ｎｄｉとνｄｉはｉ番目の光学部材のｄ線における屈折率とアッべ数を示す。回折面（面番号の横に回折と記す）の位相形状および非球面（面番号の横に*を付す）の非球面形状は、前述した位相関数ψおよび非球面関数Ｘにより表される。
（数値例１）
単位 mm

面データ
面番号 rｉ dｉ ndｉ vdｉ 有効径
1 97.340 18.63 1.48749 70.2 95.19
2 -1356.262 19.00 93.27
3 80.187 16.79 1.49700 81.5 76.25
4 -262.711 0.14 72.85
5 -250.137 3.62 1.77250 49.6 72.84
6* 196.727 14.82 67.74
7 89.188 2.76 1.78590 44.2 56.36
8 40.184 0.04 1.61973 43.0 51.45
9(回折) 40.184 0.01 1.56691 19.4 51.49
10 40.184 13.34 1.48749 70.2 51.43
11 637.288 (可変) 49.25
12 276.724 3.32 1.80809 22.8 35.20
13 -238.067 1.80 1.88300 40.8 34.21
14 57.892 (可変) 32.16
15(絞り) ∞ 2.50 23.56
16 114.506 1.30 1.84666 23.9 23.14
17 33.813 4.86 1.61340 44.3 23.10
18 -109.359 1.80 23.30
19 83.934 3.91 1.84666 23.9 23.76
20 -74.484 1.30 1.81600 46.6 23.56
21 40.020 2.75 23.16
22 -92.935 1.30 1.88300 40.8 23.26
23 69.239 3.00 24.16
24 54.683 9.43 1.62588 35.7 26.57
25 -20.669 1.80 1.59522 67.7 27.30
26 -190.244 3.50 28.90
27 -43.119 1.80 1.80809 22.8 29.36
28 48.114 7.01 1.67300 38.1 32.92
29 -63.886 0.50 34.02
30 126.295 5.36 1.84666 23.9 36.70
31 -118.569 2.50 37.22
32 ∞ 2.00 1.51633 64.1 37.98
33 ∞ (可変) 38.23
像面 ∞

非球面データ
第6面
K = 2.91567e+000 A1= 2.35531e-008 A2=-1.55121e-011
A3= 6.88361e-015 A4=-3.45651e-018

第9面
K = 0.00000e+000 A1=-1.13785e-008 A2=-7.11264e-010
A3= 1.67071e-012 A4=-1.75941e-015

第9面(回折面)
C1=-5.90314e-005 C2=-1.45000e-008 C3= 4.75000e-011
C4=-1.14000e-013 C5= 1.03000e-016

各種データ
ズーム比 1.00

焦点距離 392.20
Fナンバー 4.12
画角 3.16
像高 21.64
レンズ全長 265.01
BF 66.29

d11 18.02
d14 29.79
d33 66.29

入射瞳位置 610.27
射出瞳位置 -61.89
前側主点位置 -197.50
後側主点位置 -325.90

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 1 131.88 89.15 1.88 -65.55
2 12 -79.84 5.12 3.45 0.63
3 15 3150.38 56.63 805.90 1021.03

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 187.09
2 3 125.65
3 5 -142.05
4 7 -95.43
5 8 8072.10
6 9 8402.27
7 10 87.34
8 12 158.82
9 13 -52.59
10 16 -57.09
11 17 42.66
12 19 47.14
13 20 -31.74
14 22 -44.77
15 24 25.18
16 25 -39.11
17 27 -27.89
18 28 41.83
19 30 72.96
20 32 0.00

（数値例２）
単位 mm

面データ
面番号 rｉ dｉ ndｉ vdｉ 有効径
1* 116.065 16.50 1.48749 70.2 100.52
2 -770.743 15.50 99.42
3 84.876 18.00 1.43387 95.1 84.98
4 -326.287 0.04 1.61973 43.0 82.21
5(回折) -326.287 0.01 1.56691 19.4 82.18
6 -326.287 3.30 1.65412 39.7 82.18
7* 306.473 7.10 77.59
8 79.064 6.86 1.43387 95.1 68.09
9 141.866 1.00 65.63
10 50.329 4.50 1.85026 32.3 59.06
11 38.845 (可変) 52.82
12 312.494 4.23 1.80809 22.8 44.40
13 -164.502 2.00 1.88300 40.8 43.49
14 66.932 (可変) 40.68
15(絞り) ∞ 2.00 33.64
16 73.421 7.50 1.59282 68.6 32.71
17 -52.729 1.80 1.84666 23.8 31.67
18 -126.526 5.00 31.07
19 338.637 3.96 1.72825 28.5 30.33
20 -48.427 1.55 1.61800 63.3 29.87
21 37.620 4.52 27.03
22 -75.156 1.55 1.77250 49.6 27.11
23 94.598 7.02 28.46
24 161.760 4.33 1.65412 39.7 35.10
25 -162.754 0.50 36.14
26 73.180 1.90 1.80809 22.8 38.55
27 48.048 7.65 1.61340 44.3 38.74
28 -112.885 7.99 39.06
29 ∞ 2.00 1.51633 64.1 39.68
30 ∞ (可変) 39.76
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A1=-5.06922e-008 A2=-4.93038e-013
A3=-7.36311e-016 A4= 1.09328e-019

第5面
K = 0.00000e+000 A1= 3.58609e-007 A2=-9.02862e-010
A3= 6.61406e-013 A4=-1.00775e-016 A5=-2.84418e-020

第5面(回折面)
C1=-2.32064e-005 C2=-2.52096e-008 C3= 6.45229e-011
C4=-5.25000e-014 C5= 1.37816e-017

第7面
K = 0.00000e+000 A1=-8.01112e-009 A2=-2.27443e-011
A3= 2.98818e-014 A4=-1.91491e-017 A5= 4.53825e-021

各種データ
ズーム比 1.00

焦点距離 292.46
Fナンバー 2.91
画角 4.23
像高 21.64
レンズ全長 250.46
BF 59.08

d11 20.93
d14 32.15
d30 59.08

入射瞳位置 425.16
射出瞳位置 -64.08
前側主点位置 23.09
後側主点位置 -233.39

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 1 143.44 72.81 -16.45 -59.78
2 12 -91.33 6.23 4.20 0.76
3 15 225.59 59.27 49.10 -1.31

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 208.20
2 3 157.33
3 4 21503.52
4 5 21537.10
5 6 -241.10
6 8 398.48
7 10 -244.19
8 12 133.89
9 13 -53.66
10 16 52.94
11 17 -107.99
12 19 58.43
13 20 -34.03
14 22 -54.00
15 24 124.68
16 26 -179.19
17 27 55.96
18 29 0.00

（数値例３）
単位 mm

面データ
面番号 rｉ dｉ ndｉ vdｉ 有効径
1* 120.127 13.78 1.48749 70.2 95.19
2 -578.855 4.36 94.57
3 110.375 6.45 1.48749 70.2 87.49
4 66.484 0.04 1.61973 43.0 80.93
5(回折) 66.484 0.01 1.61973 43.0 80.91
6 66.484 10.92 1.48749 70.2 80.90
7 150.723 10.00 79.41
8 151.190 6.51 1.48749 70.2 73.72
9 -4577.299 3.28 1.65412 39.7 72.68
10 111.074 5.56 68.17
11 63.690 9.74 1.43387 95.1 64.33
12 543.122 0.43 63.08
13 51.217 4.99 1.74950 35.3 56.15
14 38.860 (可変) 50.15
15 254.901 1.80 1.80000 29.8 35.18
16 23.047 6.71 1.80809 22.8 31.92
17 51.271 (可変) 30.77
18(絞り) ∞ 0.31 23.88
19 106.897 4.77 1.65412 39.7 23.90
20 -30.981 1.80 1.84666 23.8 23.44
21 -56.334 1.23 23.08
22 2565.199 1.80 1.88300 40.8 25.65
23 26.661 6.47 1.69895 30.1 25.17
24 -53.290 0.00 1.69895 30.1 25.19
25 -53.290 1.80 1.88300 40.8 25.19
26 45.150 5.90 25.47
27 44.178 8.03 1.58144 40.8 26.70
28 -23.218 1.40 1.80809 22.8 26.97
29 610.441 5.07 28.79
30 -24.589 1.80 1.59282 68.6 28.91
31 179.619 10.04 1.60342 38.0 35.59
32 -27.206 0.15 37.20
33 158.800 3.63 1.80809 22.8 40.84
34 -708.251 6.20 41.05
35 ∞ 2.20 1.51633 64.1 41.98
36 ∞ (可変) 42.19
像面 ∞

非球面データ
第1面
K =-5.84431e-001 A1=-4.50324e-008 A2=-3.00836e-012
A3=-2.06513e-016 A4= 1.11977e-019 A5=-1.48883e-023

第5面
K = 0.00000e+000 A1= 3.91902e-007 A2=-9.79150e-010
A3= 7.29111e-013 A4=-1.23361e-016 A5=-2.82239e-020

第5面(回折面)
C1=-2.63917e-005 C2=-2.34557e-008 C3= 5.57655e-011
C4=-4.70000e-014 C5= 1.26177e-017

各種データ
ズーム比 1.00

焦点距離 392.15
Fナンバー 4.12
画角 3.16
像高 21.64
レンズ全長 264.97
BF 61.63

d14 30.00
d17 26.18
d36 61.63

入射瞳位置 603.49
射出瞳位置 -74.67
前側主点位置 -132.61
後側主点位置 -330.52

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 1 144.75 76.06 -16.14 -62.06
2 15 -83.20 8.51 6.15 1.34
3 18 620.15 62.59 181.38 181.69

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 205.40
2 3 -360.29
3 4 18210.45
4 5 18780.47
5 6 234.07
6 8 300.36
7 9 -165.74
8 11 165.28
9 13 -259.85
10 15 -31.78
11 16 46.83
12 19 37.23
13 20 -84.04
14 22 -30.52
15 23 26.30
16 24 0.00
17 25 -27.45
18 27 27.37
19 28 -27.65
20 30 -36.36
21 31 39.88
22 33 160.82
23 35 0.00

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

ａｓｐｈ 非球面
Ｌｄｏｅ 回折光学素子

Claims (6)

1. 物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群、合焦に際して移動する第２レンズ群、第３レンズ群を有する光学系であって、
   該光学系が有する非球面の数は一つであり、
   前記第１レンズ群は回折面及び非球面を含み、
   設計波長をλ０、設計回折次数をｍ（ｍは整数）、光軸に垂直な方向における該光軸からの距離をｒ、１からｐまでの整数をｉ、２ｉ次項の位相係数をＣｉとして、前記回折面の位相関数ψ（ｒ）を
   ψ（ｒ）＝２×ｍ×π／λ０×（Ｃ１×ｒ^２＋Ｃ２×ｒ^４＋Ｃ３×ｒ^６＋Ｃ４×ｒ^８＋Ｃ５×ｒ^１０＋…＋Ｃｐ×ｒ^２×ｐ）
   なる式で表し、
   近軸曲率半径をＲ、円錐定数をｋ、１からｑまでの整数をｊ、２（ｊ＋１）次項の非球面係数をＡｊとして、前記非球面の非球面関数Ｘ（ｒ）を
   Ｘ（ｒ）＝（１／Ｒ）×ｒ^２／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）^２｝］＋Ａ１×ｒ^４＋Ａ２×ｒ^６＋Ａ３×ｒ^８＋Ａ４×ｒ^１０＋…＋Ａｑ×ｒ^{２×（ｑ＋１）}
   なる式で表すとき、
   前記位相関数ψ（ｒ）と前記非球面関数Ｘ（ｒ）とは、前記距離ｒが大きくなるほど互いに異なる符号で大きくなり、
   前記位相関数ψ（ｒ）において、２次項の位相係数Ｃ１と比較して該２次項よりも高次の項の位相係数の和の方が大きく、
   無限遠物体に合焦したときの焦点距離をｆ、ＦナンバーをＦｎｏとするとき、
   
   なる条件を満足することを特徴とする光学系。
2. 波長λに対する前記回折面の焦点距離ｆｄｏを
   １／ｆｄｏ＝−２×ｍ×Ｃ１×λ／λ０
   なる式で表し、
   光学全長をＬとするとき、
   
   なる条件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. 前記回折面と前記非球面とは同一面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
4. 前記非球面関数Ｘ（ｒ）において、４次項の非球面係数Ａ１と比較して該４次項よりも高次の項の非球面係数の和の方が大きく、
   
   なる条件を満足することを特徴とする請求項３に記載の光学系。
5. 無限遠物体に合焦した状態において、（ｍ＋１）次の回折光のうちｄ線の瞳９割位置での球面収差量をＳＡｈ９_{（ｍ＋１）}、前記（ｍ＋１）次の回折光のうちｄ線の瞳５割位置での球面収差量をＳＡｈ５_{（ｍ＋１）}とするとき、
   ２＜ＳＡｈ９_{（ｍ＋１）}／ＳＡｈ５_{（ｍ＋１）}＜４０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学系。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。