JP6851775B2 - 回折光学素子およびそれを有する光学系、撮像装置 - Google Patents

回折光学素子およびそれを有する光学系、撮像装置 Download PDF

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Description

本発明は、デジタルカメラ等の光学系に用いられる回折光学素子に関する。
光学系の色収差を低減するために用いられる光学素子として、鋸刃状の回折格子を有する回折光学素子が知られている。回折光学素子を光学系に用いる場合、回折格子の壁面部おいて光が反射または屈折することによって生じるフレアを低減することが重要となる。
特許文献１には、回折光学素子の格子壁面と入射光線が平行となるように回折光学素子を形成することでフレアを低減することができることが記載されている。
特開２００８−１７０５９４号公報
一般に、回折格子は型を用いて樹脂等を基板上に成形することで形成される。しかしながら、特許文献１のように、格子壁面を光軸に対して傾ける場合、型を離型する際に回折格子と型が干渉してしまう形状となったり、格子面と格子壁面の成す角度が小さくなりすぎたりするおそれがある。この場合、回折光学素子の製造が困難となってしまう。
本発明の一側面としての光学系は、回折光学素子を有し、前記回折光学素子は、物体側から像側へ順に配置された、凸面を有する第１のレンズと、回折による光学的パワーが正である回折格子部と、前記凸面と対向する凹面を有する第２のレンズとを備え、前記回折格子部は、物体側から像側へ順に配置された、第１の回折格子と、該第１の回折格子よりも高い屈折率を有する第２の回折格子とを含み、前記回折格子部の格子壁面の内径は、物体側から像側へ向かうにつれて小さくなっていることを特徴とする。
また、本発明の他の側面としての光学系は、回折光学素子を有し、前記回折光学素子は、物体側から像側へ順に配置された、凸面を有する第１のレンズと、回折による光学的パワーが正である回折格子部と、前記凸面と対向する凹面を有する第２のレンズとを備え、前記回折格子部は、物体側から像側へ順に配置された、第１の回折格子と、該第１の回折格子よりも高い屈折率を有する第２の回折格子とを含み、光軸を含む断面において、前記回折格子部の格子壁面と光軸とが成す角度をθＨ、前記第１の回折格子の頂部を通る包絡面と前記格子壁面との交点での前記包絡面の法線と光軸とが成す角度をθＭとしたとき、θＨ×θＭ＜０なる条件式を満たすことを特徴とする。
本発明によれば、フレアの発生を低減しつつ製造が容易な回折光学素子を実現することができる。
実施例１の回折光学素子の概略図である。 比較例１の回折光学素子の概略図である。 比較例２の回折光学素子の概略図である。 無限遠合焦時における実施例２の光学系の断面図である。 実施例２の光学系の回折光学素子におけるθＭ、θＨ、θＨＭを示す図である。 無限遠合焦時における実施例２の光学系の収差図である。 無限遠合焦時における実施例３の光学系の断面図である。 実施例３の光学系の回折光学素子におけるθＭ、θＨ、θＨＭを示す図である。 無限遠合焦時における実施例３の光学系の収差図である。 無限遠合焦時における実施例４の光学系の断面図である。 実施例４の光学系の回折光学素子におけるθＭ、θＨ、θＨＭを示す図である。 無限遠合焦時における実施例４の光学系の収差図である。 無限遠合焦時における実施例５の光学系の断面図である。 実施例５の光学系の回折光学素子におけるθＭ、θＨ、θＨＭを示す図である。 無限遠合焦時における実施例５の光学系の収差図である。 無限遠合焦時における実施例６の光学系の断面図である。 実施例６の光学系の回折光学素子におけるθＭ、θＨ、θＨＭを示す図である。 無限遠合焦時における実施例６の光学系の収差図である。 撮像装置の概略図である。
以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１に本実施例の回折光学素子（以下、ＤＯＥと称する）の概略図を示す。
図１（ａ）は本実施例のＤＯＥ１０の断面図である。図１（ａ）に示すように、本実施例のＤＯＥ１０は、第１のレンズ１２と第２のレンズ１３を有する。第１のレンズ１２は凸面を有しており、第２のレンズ１３は凹面を有している。第２のレンズ１３は、第１のレンズ１２の凸面に第２のレンズ１３の凹面が対向するように配置されている。ＯＬは第１のレンズ１２の光軸である。
第１のレンズ１２と第２のレンズ１３の間には、回折格子部１４が設けられている。ＤＯＥ１０を光学系に用いる場合、第２のレンズ１２に対して第１のレンズ１２が物体側に配置されるように、ＤＯＥ１０が配置される。すなわち、入射光は第１のレンズ１２側からＤＯＥ１０に入射する。
図１（ｂ）は、図１（ａ）において点線で囲んだ部分を拡大して表示した図である。本実施例のＤＯＥ１０において、回折格子部１４は第１のレンズ１２に近い側から順に密着して積層された第１の回折格子１５および第２の回折格子１６で構成されている。第１の回折格子１５と第２の回折格子１６の界面は鋸刃状となっており、格子面１４ａと格子壁面１４ｂが交互に形成されている。
なお、第１の回折格子１５および第２の回折格子１６は共に光軸ＯＬを中心とした同心円状の格子形状となっている。また第１の回折格子１５および第２の回折格子１６の格子ピッチ（隣接する格子壁面１４ｂ同士の間隔）を変化させることで回折格子部１４にレンズ作用を付与することができる。本実施例のＤＯＥ１０では、回折格子部１４の回折による光学的パワーは正となっている。
ここで、回折格子部１４の格子壁面１４ｂについて説明する。図１（ｂ）に示すように、格子壁面１４ｂは光軸ＯＬに平行な直線１７に対して傾いた形状となっている。具体的には、格子壁面１４ｂは第１のレンズ１２から第２のレンズ１３へ近づくにつれて格子壁面１４ｂの内径が小さくなるように傾いている。別の観点としては、格子壁面１４ｂと光軸ＯＬが成す角度をθＨ、該格子壁面が第１の回折格子１５の頂部を結んだ包絡面１９に接する位置での包絡面１９の面法線１２と光軸ＯＬが成す角度をθＭとしたとき、格子壁面１４ｂは以下の式（１）を満足する。
θＨ×θＭ＜０ （１）
式（１）において角度は光軸に対して時計回りを負、反時計回りを正としており、式（１）はθＨとθＭの符号が異なることを表わしている。
このように格子壁面１４ｂを傾けることで、入射光１８が第１のレンズ１２側から収斂光として回折格子部１４に入射する際に、入射光１８と格子壁面１４ｂの成す角度を小さくすることができる。これにより入射光のうち格子壁面１４ｂに入射する光の量を減らすことができ、格子壁面１４ｂに起因するフレアの発生を低減することができる。
次に、ＤＯＥ１０の回折格子部１４における光の回折効率について説明する。
ＤＯＥ１０における、第ｍ次の回折光の回折効率が最大となる条件は、波長λにおける第１の回折格子１５の屈折率をＮＬ（λ）、第２の回折格子１６の屈折率をＮＲ（λ）としたとき、次の式（２）で与えられる。
Φ（λ）＝（ＮＲ（λ）−ＮＬ（λ））×ｄ＝ｍλ （２）
Φ（λ）は回折格子部１４における光路長差を表している。また、ｄは第１の回折格子１５の頂部の包絡面と第２の回折格子１６の頂部の包絡面の距離であり、回折格子部１４の格子高さに相当する。式（２）におけるｍは回折次数であり、任意の整数値をとる。なお、０次の回折光に対して光軸に近づく方向に回折する回折光の回折次数を正とし、０次の回折光に対して光軸から離れる方向に回折する回折光の回折次数を負としている。
式（２）より、第１の回折格子１５と第２の回折格子１６を互いに屈折率の異なる材料を用いて形成し、格子高さｄを適切に設計することで任意の波長での回折効率を高めることができる。なお、より広い波長帯域において回折効率を向上するためには、相対的に高屈折率かつ低分散な材料と、相対的に低屈折率かつ高分散な材料を組み合わせて回折格子部１４を形成すれば良い。
ここで回折効率を向上する観点からは、回折格子部１４において第１の回折格子１５と第２の回折格子１６のうちのどちらを相対的に高屈折率にしても良い。しかしながら、本実施例のＤＯＥ１０では、フレアの発生を低減しつつ容易に製造することができるようにするために、第２の回折格子１６の屈折率を第１の回折格子１５の屈折率よりも大きくしている。以下に、本発明の構成について比較例を用いながら説明する。
回折格子部１４に正の光学的パワーを与える場合、格子面１４ａの傾斜は第１の回折格子１５および第２の回折格子１６の屈折率の大小関係によって定まる。第１の回折格子１５の屈折率よりも第２の回折格子１６の屈折率を大きくする場合には、正の光学的パワーを有する回折格子部１４の格子面１４ａは図１（ｂ）に示すような形状となる。
また、回折格子部１４の格子壁面１４ｂは、フレアを低減するために前述のように光軸に対して傾いた形状としている。このため、図１（ｂ）に示すように、格子壁面４ｂと格子面４ａの成す角度θｔｏｐを大きくすることができ、第１の回折格子１５および第２の回折格子１６の成形を容易にすることができる。
また、一般に回折格子は型を用いて樹脂等を成形することにより製造されるが、図１（ｂ）に示す本実施例のＤＯＥ１０では、型を光軸に平行な方向に離型する際に型と回折格子が干渉しにくい形状となっている。このため、ＤＯＥ１０を製造する際の離型工程を容易に行うことができる。
図２に、比較例１として第１の回折格子２５の屈折率よりも第２の回折格子２６の屈折率を小さくした場合のＤＯＥ２０の概略図を示す。比較例１のＤＯＥ２０は、実施例１のＤＯＥ１０と同様に、凸面を有する第１のレンズ２２と第１のレンズ２２の凸面に凹面を向けた第２のレンズ２３と、第１のレンズ２２と第２のレンズ２３の間に設けられた回折格子部２４と、を有する。
図２（ａ）は比較例１のＤＯＥ２０の断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に破線で示した領域の拡大図である。比較例１のＤＯＥ２０では、回折格子部２４は、第１のレンズ２２に近い側から順に積層された第１の回折格子２５と第２の回折格子２６により形成されている。ＤＯＥ２０の回折格子部２４は実施例１のＤＯＥ１０と同様に正の光学的パワーを有するが、第１の回折格子２５の屈折率よりも第２の回折格子２６の屈折率は小さくなっている点で実施例１のＤＯＥ１０とは異なる。このため比較例１のＤＯＥ２０における格子面２４ａの傾斜は、実施例１のＤＯＥ１０の格子面４ａとは反対方向に傾斜している。
比較例１のＤＯＥ２０では、実施例１のＤＯＥ１０と同様に、入射光１８と格子壁面２４ｂの成す角度を小さくするように格子壁面２４ｂを傾斜させているため、フレアの発生を低減することができる。しかし、図２（ｂ）に示すように、ＤＯＥ２０の格子面２４ａと格子壁面２４ｂの成す角度θｔｏｐは、実施例１のＤＯＥ１０と比較して小さくなっている。さらに、図２（ｂ）より、型を用いてＤＯＥ２０の第１の回折格子２５または第２の回折格子２６を成形する場合、光軸に平行な方向に型を離型する際に回折格子と型が干渉してしまう形状となっていることがわかる。すなわち、ＤＯＥ２０はＤＯＥ１０と比較して製造が困難となってしまう。
一方、比較例１のＤＯＥ２０において、型と回折格子が干渉しないように格子壁面２４ｂの傾斜を図２（ｃ）のようにした場合、離形性を向上することはできるが、入射光１８と格子壁面２４ｂの成す角度が大きくなってしまう。その結果、格子壁面２４ｂに入射する光の量が増加してしまい、フレアが顕著に発生してしまう。
次に、第１のレンズおよび第２のレンズの形状がＤＯＥ１０と異なる場合について、比較例２を用いて説明する。図３（ａ）に比較例２のＤＯＥ３０の断面図を示す。比較例２のＤＯＥ３０は、凹面を有する第１のレンズ３２と、第１のレンズ３２の凹面に凸面を向けた第２のレンズ３３と、第１のレンズ３２と第２のレンズ３３の間に設けられた回折格子部３４と、を有している。回折格子部３４は、第１のレンズ３２から近い側から順に積層された第１の回折格子３５と第２の回折格子３６により構成されている。実施例１のＤＯＥ１０と同様に、ＤＯＥ３０の回折格子部３４は正の光学的パワーを有する。
ＤＯＥ３０において第２の回折格子３６の屈折率を第１の回折格子３５の屈折率よりも大きくした場合の図３（ａ）に点線で囲んだ領域の拡大図を図３（ｂ）に示す。実施例１のＤＯＥ１０と同様に、比較例２のＤＯＥ３０においても入射光１８と格子壁面３４ｂの成す角度を小さくするように格子壁面３４ｂを傾斜させている。このため、ＤＯＥ３０においても格子壁面３４ｂに起因するフレアを低減することができる。
しかし、図３（ｂ）に示すようにＤＯＥ３０の格子面３４ａと格子壁面３４ｂの成す角度θｔｏｐは実施例１のＤＯＥ１０と比較して小さくなっている。そのため、ＤＯＥ１０と比較して製造が困難となってしまう。
一方、ＤＯＥ３０において第１の回折格子３５の屈折率を第２の回折格子３６の屈折率よりも大きくした場合の図３（ａ）に点線で囲んだ領域の拡大図を図３（ｃ）に示す。この場合、格子面３４ａと格子壁面３４ｂの成す角度θｔｏｐは図３（ｂ）に示す場合よりも大きくすることができる。しかしながら図３（ｃ）に示す構成の場合、第１の回折格子３５または第２の回折格子３６を成形するための型を光軸に平行な方向に離型しようとする際に、回折格子と型が干渉してしまう形状となっている。したがってＤＯＥ１０と比較して製造が困難となってしまう。
以上説明したように、比較例１のＤＯＥ２０や比較例２のＤＯＥ３０と異なり、実施例１のＤＯＥ１０はフレアを低減しつつ容易に製造することができる。これは曲率中心が光入射側にある曲面上に形成された正の光学的パワーの回折格子部１４において、第２の回折格子１６の屈折率を第１の回折格子１５よりも大きくし、格子壁面４ｂと入射光の成す角度が小さくなるように格子壁面１４ｂを傾斜させたためである。
なお、フレアを低減しつつＤＯＥ１０の製造を容易にするためには、回折格子部１４の全輪帯のうち５割以上の輪帯で格子壁面１４ｂが第１のレンズ１２から第２のレンズ１３に近づくにつれて内径が小さくなるように傾斜していることが好ましい。より好ましくは全輪帯のうち７割以上の輪帯で、さらに好ましくは全輪体で格子壁面１４ｂが第１のレンズ１２から第２のレンズ１３に近づくにつれて内径が小さくなるように傾斜していると良い。
また別の観点として、フレアを低減しつつＤＯＥ１０の製造を容易にするためには、回折格子部１４の全輪帯のうち５割以上の輪帯で格子壁面１４ｂが式（１）を満たすように傾斜していることが好ましい。より好ましくは全輪帯のうち７割以上の輪帯で、さらに好ましくは全輪体で格子壁面１４ｂが式（１）を満たすように傾斜していると良い。
なお、ＤＯＥ１０において第１のレンズ１２は正レンズとすることが好ましい。ここで、正レンズとは、光軸から離れるにつれて肉厚が薄くなる凸レンズを言う。上述したように、第１のレンズ１２は凸面を有している。ゆえに、第１のレンズ１２を負レンズにする場合、第１のレンズ１２のレンズ面のうち回折格子部１４が設けられていない側のレンズ面の曲率の絶対値が大きくなりすぎてしまう。この場合、第１のレンズ１２のレンズ面のうち回折格子部１４が設けられていない側のレンズ面での収差の発生量が増大してしまう。
また、ＤＯＥ１０において第２のレンズ１３は負レンズとすることが好ましい。ここで、負レンズとは、光軸から離れるにつれて肉厚が厚くなる凹レンズを言う。上述したように、第２のレンズ１３は凹面を有している。ゆえに、第２のレンズ１３を正レンズにする場合、第２のレンズ１３のレンズ面のうち回折格子部１４が設けられていない側のレンズ面の曲率の絶対値が大きくなりすぎてしまう。この場合、第２のレンズ１３のレンズ面のうち回折格子部１４が設けられていない側のレンズ面での収差の発生量が増大してしまう。
さらに、第１のレンズ１２のアッベ数をνＬＬ、第２のレンズ１３のアッベ数をνＬＲとしたとき、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
２０＜νＬＬ−νＬＲ＜６０ （３）
フラウンホーファー線のｇ線（４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれＮｇ，ＮＦ，Ｎｄ，ＮＣとするとき、アッベ数νｄはνｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）で与えられる。
νＬＬとνＬＲの差が小さい場合、ＤＯＥ１０を用いて色収差を十分に補正するためには第１のレンズ１２および第２のレンズ１３の回折格子部１４が形成されている側のレンズ面の曲率の絶対値を大きくする必要がある。式（３）の下限値を下回る場合、第１のレンズ１２および第２のレンズ１３の回折格子部１４が形成されている側のレンズ面の曲率の絶対値が大きくなりすぎてしまい、回折格子部１４に光が入射する際の入射角度が大きくなりすぎてしまう。この場合、格子壁面１４ｂに入射する光量が多くなるため、フレアを十分に低減することが難しくなる。
一方、式（３）の上限値を超えるほどにνＬＬとνＬＲの差が大きくなると、第１のレンズ１２および第２のレンズ１３の回折格子部１４が形成されている側のレンズ面の曲率が緩くなりすぎてしまい、球面収差等を補正することが困難となってしまう。
式（３）は次の式（３ａ）の範囲とすることが好ましく、式（３ｂ）の範囲とすることがより好ましい。
２７＜νＬＬ−νＬＲ＜５５ （３ａ）
３０＜νＬＬ−νＬＲ＜５３ （３ｂ）
また、第１のレンズ１２のｄ線における屈折率をＮＬＬ、第１の回折格子１５のｄ線における屈折率をＮＬとしたとき、以下の式（４）を満たすことが好ましい。
０．８＜ＮＬ／ＮＬＬ＜１．２ （４）
ＮＬがＮＬＬよりも小さい場合、第１のレンズ１２と第１の回折格子１５の界面は正の屈折力を有することになる。式（４）の下限値を下回るほどにＮＬＬに対してＮＬが小さくなると、ＤＯＥ１０に入射した光が第１のレンズ１２と第１の回折格子１５の界面において大きく屈折する結果、回折格子部１４に光が入射する際の入射角度が大きくなりすぎてしまう。この場合、格子壁面１４ｂに入射する光量が多くなるため、フレアを十分に低減することが難しくなる。
一方、式（４）の上限値を上回るほどに第１のレンズ１２に対して第１の回折格子１５の屈折率が大きくなる場合、第１の回折格子１５と第２の回折格子１６に用いる材料の選択肢が狭くなってしまう。その結果、広い波長範囲で高い回折効率を得ることが困難となってしまう。
なお、式（４）は次の式（４ａ）の範囲とすることが好ましい。
０．９＜ＮＬ／ＮＬＬ＜１．１ （４ａ）
また、任意の格子壁面１４ｂが第１の回折格子１５の頂部を連ねた包絡面に接する位置における該包絡面の面法線と該格子壁面１４ｂが成す角度の絶対値をθＨＭとする。このとき、回折格子部１４におけるθＨＭの最大値と最小値の差の絶対値であるΔθＨＭは以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
５°＜ΔθＨＭ＜４５° （５）
式（５）の値が小さくなることは、第１のレンズ１２および第２のレンズ１３の回折格子部１４が形成されている側のレンズ面の曲率半径が大きくなることに相当する。式（５）の下限値を下回る程に第１のレンズ１２および第２のレンズ１３の回折格子部１４が形成されている側のレンズ面の曲率半径が大きくなる場合、球面収差等の諸収差の補正が困難となってしまう。
一方、式（５）の上限値を上回る程に第１のレンズ１２および第２のレンズ１３の回折格子部１４が形成されている側のレンズ面の曲率半径が小さくなりすぎる場合、回折格子部１４に光が入射する際の入射角度が大きくなりすぎてしまう。この場合、回折格子部１４におけるフレアの発生を低減することが難しくなる。
なお、式（５）は次の式（５ａ）の範囲とすることが好ましい。
１０°＜ΔθＨＭ＜４０° （５ａ）
また、第１の回折格子１５と第２の回折格子１６のうち少なくとも一方は樹脂を用いて形成されていることが好ましい。樹脂は型を用いて成形しやすいため、第１の回折格子１５と第２の回折格子１６のうち少なくとも一方を、樹脂を用いて形成することで回折格子部１４の成形を容易に行うことができる。
なお、図１に示したＤＯＥ１０では、回折格子部１４において第１の回折格子１５と第２の回折格子１６が密着して接合されているが、第１の回折格子１５と第２の回折格子１６の間に薄膜を設けても良い。例えば格子壁面１４ｂのみに薄膜を設けても良いし、格子面１４ａと格子壁面１４ｂのいずれにも薄膜を設けても良い。なお、図１（ｂ）における格子面１４ａに相当する部分に薄膜が設けられている場合、第１の回折格子１５と薄膜の界面を格子面１４ａとする。また、図１（ｂ）における格子壁面１４ｂに相当する部分に薄膜が設けられている場合、第１の回折格子１５と薄膜の界面を格子壁面１４ｂとする。
次に、本発明の光学系の実施例として実施例２から６について説明する。
各実施例の光学系は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、銀塩フィルムカメラ等の撮像装置に用いられる撮影光学系である。
［実施例２］
次に、実施例２の光学系について説明する。図４に無限遠合焦時の本実施例の光学系１００の断面図を示す。図４において左方が物体側であり右方が像側である。光学系１００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Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、開口絞りＳＰ、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３で構成されている。無限遠から最至近距離へのフォーカシングに際して、第２レンズ群Ｌ２は像側に移動する。なお、第１レンズ群Ｌ１および第３レンズ群Ｌ３はフォーカシングに際して不動である。
図４においてＩＰは像面である。光学系１００をデジタルカメラの撮影光学系に用いる場合、像面ＩＰにはＣＭＯＳセンサやＣＣＤなどの固体撮像素子が配置される。また、光学系１００を銀塩フィルムカメラの撮影光学系に用いる場合、像面ＩＰはフィルム面に相当する。
第１レンズ群Ｌ１はＤＯＥ１１０を有している。ＤＯＥを光学系に用いることによって、色収差をはじめとした諸収差を良好に補正することができる。
図４に示すように、ＤＯＥ１１０は像側に凸面を有する第１のレンズ１１２と、物体側に凹面を有する第２のレンズ１１３を備えており、第１のレンズ１１２と第２のレンズ１１３の間には回折格子部１１４が設けられている。光学系１００において、第２のレンズ１１３に対して第１のレンズ１１２が物体側に配置されるようにＤＯＥ１１０が配置されている。
回折格子部１１４の構成は実施例１のＤＯＥ１０と同様である。すなわち、回折格子部１１４は第１のレンズ１１２から順に第１の回折格子と第１の回折格子よりも屈折率の大きな第２の回折格子を有し、回折格子部１１４の回折による光学的パワーは正である。
また、回折格子部１１４の格子壁面は、第１のレンズ１１２から第２のレンズ１１３へ近づくにつれて格子壁面の内径が小さくなるように光軸に対して傾斜している。別の観点としては、回折格子部１１４の格子壁面は式（１）を満たすように傾斜している。
ＤＯＥ１１０の回折格子部１１４における各格子壁面について、格子壁面から光軸までの距離とθＨ（°）、θＭ（°）、θＨＭ（°）の関係を図５に示す。図４に示す光学系１００の断面図において回折格子部１１４の形状は光軸に対して対称であるが、図５は光軸よりも上側についてのみ示している。なお、θＨおよびθＭは光軸から反時計回りを正、時計回りを負としている。また、θＨＭはθＨＭ＝｜θＨ−θＭ｜により算出される。
図５に示すとおり、ＤＯＥ１１０では全ての格子壁面が光軸に対して負の傾きとなっており、第１のレンズ１１２から第２のレンズ１１３へ近づくにつれて格子壁面の内径が小さくなるように光軸に対して傾斜している。また、ＤＯＥ１１０は式（１）を満たしている。したがって、実施例１で説明したように、ＤＯＥ１１０はフレアの発生を低減しつつ製造が容易な形状となっている。さらに、図５に示すようにＤＯＥ１１０は式（５）を満足する形状となっている。
なお、本実施例のＤＯＥ１１０において、第１の回折格子はアクリル系樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５６６、νｄ＝１９．０、θｇＦ＝０．４１８）により形成されている。θｇＦは部分分散比であり、フラウンホーファー線のｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する屈折率をＮｇ，ＮＦ，Ｎｄ，ＮＣとしたとき次の式（６）で与えられる値である。
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ） （６）
また、第２の回折格子はアクリル系樹脂にＺｒＯ２微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．６１９、νｄ＝４３．２、θｇＦ＝０．５６４）により形成されている。また、格子高さｄは１０．７９μｍとしている。
このような材料を用いて第１の回折格子および第２の回折格子を形成することにより、広い波長範囲で高い回折効率を得ている。
図６に無限遠合焦時の光学系１００の収差図を示す。図６におけるｄ、ｇ、Ｃはフラウンホーファー線のｄ線、ｇ線、Ｃ線に対する収差曲線を表わしている。非点収差図においてΔＭはメリディオナル像面、ΔＳはサジタル像面である。また、Ｙは像高（ｍｍ）であり、ＦｎはＦナンバーである。
図６に示すように、光学系１００は色収差をはじめとした諸収差が良好に補正されている。
なお、ＤＯＥ１１０による色収差を補正する効果をより高めるためには、軸上光束の光束径が大きくなる位置にＤＯＥ１１０を配置することが好ましい。一般に、望遠レンズにおける軸上光束の光束径は開口絞りＳＰの像側と比較して開口絞りＳＰの物体側の方が大きい。そのため、開口絞りＳＰよりも物体側にＤＯＥ１１０を配置することが好ましい。
また、ＤＯＥ１１０よりも物体側に配置されている全てのレンズからなる部分光学系は正の屈折力を有する。ＤＯＥ１１０よりも物体側に配置されている部分光学系の屈折力を正とすると、軸上光束は収斂光としてＤＯＥ１１０に入射することになる。このため、ＤＯＥ１１０の格子壁面と入射光の成す角度を小さくすることができ、効果的にフレアを低減することができる。なお、ＤＯＥ１１０よりも物体側に配置されているレンズが１枚のみである場合、該レンズがＤＯＥ１１０よりも物体側に配置されている部分光学系となる。
また、光学系の最も物体側のレンズ面から第１のレンズ１１２の回折格子部１１４が設けられている側のレンズ面までの光軸上の距離をＬｄ、光学系の全長をＬｔとしたとき、以下の条件式（７）を満たすことが好ましい。なお、Ｌｔは光学系における最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離である。
０．１０＜Ｌｄ／Ｌｔ＜０．５０ （７）
前述のようにＤＯＥ１１０を開口絞りＳＰよりも物体側に配置することでより効果的に色収差を補正することができるが、撮影画角外からの光等の本来像面に到達しない光（不要光）がＤＯＥ１１０に入射しやすくなってしまう。ＤＯＥ１１０に入射した不要光が格子壁面で反射されると不要光が像面に到達してフレアを生じてしまう。式（７）の下限値を下回る程にＬｄが小さくなる場合、ＤＯＥ１１０に対して撮影光以外の不要な光が入射しやすくなり、フレアが生じやすくなってしまう。一方、式（７）の上限値を上回る場合、ＤＯＥ１１０に入射する軸上光束の光束径が小さくなってしまう結果、色収差を十分に補正することが難しくなる。また、式（７）の上限値を上回る場合、光学系が大型化してしまう。
なお、式（７）は以下の式（７ａ）の範囲とすることが好ましい。
０．２０＜Ｌｄ／Ｌｔ＜０．４５ （７ａ）
また、第１のレンズ１１２の回折格子部１１４が設けられている側のレンズ面の曲率半径をＲｄ、光学系の全系の焦点距離をｆ、ＦナンバーをＦｎとしたとき、以下の条件式（８）を満たすことが好ましい。
−２．０＜ｆ／（Ｒｄ×Ｆｎ）＜−０．２０ （８）
式（８）の下限値を下回る程に第１のレンズの回折格子部１１４が設けられている側のレンズ面の曲率の絶対値が大きくなる場合、光が回折格子部１１４に入射する際の入射角度が大きくなってしまう。その結果、格子壁面へ入射する光量が増大してしまい、フレアを低減することが困難となってしまう。
一方、式（８）の上限値を上回る程に第１のレンズの回折格子部１１４が設けられている側のレンズ面の曲率の絶対値が小さくなると、球面収差等の諸収差の補正が困難となってしまう。
なお、式（８）の範囲は以下の式（８ａ）の範囲とすることが好ましく、式（８ｂ）の範囲とすることがより好ましい。
−１．９＜ｆ／（Ｒｄ×Ｆｎ）＜−０．３０ （８ａ）
−１．８＜ｆ／（Ｒｄ×Ｆｎ）＜−０．４１ （８ｂ）
さらに、光学系において最も物体側のレンズ面の有効径をＥ１、第１のレンズ１１２の回折格子部１１４が形成されている側のレンズ面の有効径をＥｄとする。また、第１のレンズ１１２の物体側のレンズ面（第１のレンズ１１２の回折格子部１１４が形成されていない側のレンズ面）の屈折力をＰｆとする。このとき、以下の条件式（９）を満たすことが好ましい。
０．６＜（Ｅ１−Ｅｄ）／Ｌｄ＋Ｅｄ×Ｐｆ−Ｅｄ／Ｒｄ＜２．０ （９）
ここで、第１のレンズ１１２の物体側のレンズ面の屈折力Ｐｆは、第１のレンズ１１２の物体側のレンズ面の曲率半径をＲＬＬとしたとき、以下の式（１０）で与えられる。
Ｐｆ＝（ＮＬＬ−１）／ＲＬＬ （１０）
光学系１００に入射した軸上マージナル光線が第１のレンズ１１２に入射する際の軸上マージナル光線と光軸の成す角度は、近似的に（Ｅ１−Ｅｄ）／（２Ｌｄ）で表わすことができる。また、軸上マージナル光線が第１のレンズ１１２の物体側のレンズ面に入射する前後の光線の進行方向が成す角度は、近似的にＥｄ×Ｐｆ／２で表わすことができる。
また、軸上マージナル光線が入射する位置における第１のレンズ１１２の回折格子部１１４が形成されている側のレンズ面の面法線が光軸と成す角度は、Ｅｄ／（２Ｒｄ）で表わすことができる。すなわち、式（９）の値は軸上マージナル光線が回折格子部１１４に入射する際の入射角度に対応した値となっている。
式（９）の上限値を上回ると、軸上マージナル光線が回折格子部１１４に入射する際の入射角度が大きくなりすぎてしまう。その結果、格子壁面へ入射する光量が増大してしまい、フレアを低減することが困難となってしまう。
式（９）の下限値を下回ると、回折格子部１１４よりも物体側における屈折力が小さくなりすぎたり、ＤＯＥ１１０よる収差補正効果を十分に得ることができなかったりする結果、光学系全体の収差補正が困難となってしまう。
式（９）式は以下の式（９ａ）範囲とすることが好ましく、式（９ｂ）の範囲とすることがより好ましい。
０．７０＜（Ｅ１−Ｅｄ）／Ｌｄ＋Ｅｄ×Ｐｆ−Ｅｄ／Ｒｄ＜１．８ （９ａ）
０．７５＜（Ｅ１−Ｅｄ）／Ｌｄ＋Ｅｄ×Ｐｆ−Ｅｄ／Ｒｄ＜１．７ （９ｂ）
また、無限遠合焦時に軸上マージナル光線が回折格子部１１４に入射する際の入射角度をθＤとしたとき、以下の式（１１）を満たすことが好ましい。なお入射角度θＤとは、回折格子部１１４に軸上マージナル光線が入射する位置における第１のレンズ１１２の像側のレンズ面の面法線と軸上マージナル光線が成す角度である。
１０°＜｜θＤ｜＜５７° （１１）
式（１１）の上限値を上回ると、軸上マージナル光線が回折格子部１１４に入射する際の入射角度が大きくなりすぎてしまう。その結果、格子壁面へ入射する光量が増大してしまい、フレアを低減することが困難となってしまう。
式（１１）の下限値を下回ると、回折格子部１１４よりも物体側における屈折力が小さくなりすぎたり、ＤＯＥ１１０よる収差補正効果を十分に得ることができなかったりする結果、光学系全体の収差補正が困難となってしまう。
なお、式（１１）は以下の式（１１ａ）の範囲とすることが好ましく、式（１１ｂ）の範囲とすることがより好ましい。
１５°＜｜θＤ｜＜５１° （１１ａ）
２０°＜｜θＤ｜＜４５° （１１ｂ）
［実施例３］
次に、実施例３の光学系について説明する。図７に無限遠合焦時の本実施例の光学系２００の断面図を示す。光学系２００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Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、開口絞りＳＰ、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３で構成されている。無限遠から最至近距離へのフォーカシングに際して、第２レンズ群Ｌ２は像側に移動する。なお、第１レンズ群Ｌ１および第３レンズ群Ｌ３はフォーカシングに際して不動である。
第１レンズ群Ｌ１はＤＯＥ２１０を有している。図７に示すように、ＤＯＥ２１０は像側に凸面を有する第１のレンズ２１２と、物体側に凹面を有する第２のレンズ２１３を備えており、第１のレンズ２１２と第２のレンズ２１３の間には回折格子部２１４が設けられている。光学系２００において、第２のレンズ２１３に対して第１のレンズ２１２が物体側に配置されるようにＤＯＥ２１０が配置されている。
回折格子部２１４の構成は実施例１のＤＯＥ１０と同様である。すなわち、回折格子部２１４は第１のレンズ２１２から順に第１の回折格子と第１の回折格子よりも屈折率の大きな第２の回折格子を有し、回折格子部２１４の回折による光学的パワーは正である。
また、回折格子部２１４の格子壁面は、第１のレンズ２１２から第２のレンズ２１３へ近づくにつれて格子壁面の内径が小さくなるように光軸に対して傾斜している。別の観点としては、回折格子部２１４の格子壁面は式（１）を満たすように傾斜している。
ＤＯＥ２１０の回折格子部２１４における各格子壁面について、格子壁面から光軸までの距離とθＨ（°）、θＭ（°）、θＨＭ（°）の関係を図８に示す。図７に示す光学系２００の断面図において回折格子部２１４の形状は光軸に対して対称であるが、図８は光軸よりも上側についてのみ示している。
図８に示すとおり、ＤＯＥ２１０では全ての格子壁面が光軸に対して負の傾きとなっており、第１のレンズ２１２から第２のレンズ２１３へ近づくにつれて格子壁面の内径が小さくなるように光軸に対して傾斜している。また、ＤＯＥ２１０は式（１）を満たしている。したがって、実施例１で説明したように、ＤＯＥ２１０はフレアの発生を低減しつつ製造が容易な形状となっている。さらに、図８に示すようにＤＯＥ２１０は式（５）を満足する形状となっている。
なお、本実施例のＤＯＥ２１０において、第１の回折格子は樹脂材料（Ｎｄ＝１．５２８、νｄ＝３４．７、θｇＦ＝０．６０５）により形成されている。
また、第２の回折格子は樹脂材料（Ｎｄ＝１．５５７、νｄ＝５０．２、θｇＦ＝０．５６８）により形成されている。また、格子高さｄは１９．９μｍである。
このような材料を用いて第１の回折格子および第２の回折格子を形成することにより、広い波長範囲で高い回折効率を得ている。
図９に無限遠合焦時の光学系２００の収差図を示す。図９に示すように、光学系２００は色収差をはじめとした諸収差が良好に補正されている。
［実施例４］
次に、実施例４の光学系について説明する。図１０に無限遠合焦時の本実施例の光学系３００の断面図を示す。光学系３００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Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３で構成されている。無限遠から最至近距離へのフォーカシングに際して、第２レンズ群Ｌ２は像側に移動する。なお、第１レンズ群Ｌ１および第３レンズ群Ｌ３はフォーカシングに際して不動である。
第１レンズ群Ｌ１はＤＯＥ３１０を有している。図１０に示すように、ＤＯＥ３１０は像側に凸面を有する第１のレンズ３１２と、物体側に凹面を有する第２のレンズ３１３を備えており、第１のレンズ３１２と第２のレンズ３１３の間には回折格子部３１４が設けられている。光学系３００において、第２のレンズ３１３に対して第１のレンズ３１２が物体側に配置されるようにＤＯＥ３１０が配置されている。
回折格子部３１４の構成は実施例１のＤＯＥ１０と同様である。すなわち、回折格子部３１４は第１のレンズ３１２から順に第１の回折格子と第１の回折格子よりも屈折率の大きな第２の回折格子を有し、回折格子部３１４の回折による光学的パワーは正である。
また、回折格子部３１４の格子壁面は、第１のレンズ３１２から第２のレンズ３１３へ近づくにつれて格子壁面の内径が小さくなるように光軸に対して傾斜している。別の観点としては、回折格子部３１４の格子壁面は式（１）を満たすように傾斜している。
ＤＯＥ３１０の回折格子部３１４における各格子壁面について、格子壁面から光軸までの距離とθＨ（°）、θＭ（°）、θＨＭ（°）の関係を図１１に示す。図１０に示す光学系３００の断面図において回折格子部３１４の形状は光軸に対して対称であるが、図１１は光軸よりも上側についてのみ示している。
図１１に示すとおり、ＤＯＥ３１０では全ての格子壁面が光軸に対して負の傾きとなっており、第１のレンズ３１２から第２のレンズ３１３へ近づくにつれて格子壁面の内径が小さくなるように光軸に対して傾斜している。また、別の観点としては、ＤＯＥ３１０は式（１）を満たしている。したがって、実施例１で説明したように、ＤＯＥ３１０はフレアの発生を低減しつつ製造が容易な形状となっている。さらに、図１１に示すようにＤＯＥ３１０は式（５）を満足する形状となっている。
なお、本実施例のＤＯＥ３１０において、第１の回折格子は樹脂材料（Ｎｄ＝１．６１５、νｄ＝２６．５、θｇＦ＝０．６１２）により形成されている。
また、第２の回折格子は樹脂材料（Ｎｄ＝１．６４３、νｄ＝３８．８、θｇＦ＝０．５７８）により形成されている。また、格子高さｄは２１．５μｍである。
このような材料を用いて第１の回折格子および第２の回折格子を形成することにより、広い波長範囲で高い回折効率を得ている。
図１２に無限遠合焦時の光学系３００の収差図を示す。図１２に示すように、光学系３００は色収差をはじめとした諸収差が良好に補正されている。
［実施例５］
次に、実施例５の光学系について説明する。図１３に無限遠合焦時の本実施例の光学系４００の断面図を示す。光学系４００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Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３で構成されている。無限遠から最至近距離へのフォーカシングに際して、第２レンズ群Ｌ２は像側に移動する。なお、第１レンズ群Ｌ１および第３レンズ群Ｌ３はフォーカシングに際して不動である。
第１レンズ群Ｌ１はＤＯＥ４１０を有している。図１３に示すように、ＤＯＥ４１０は像側に凸面を有する第１のレンズ４１２と、物体側に凹面を有する第２のレンズ４１３を備えており、第１のレンズ４１２と第２のレンズ４１３の間には回折格子部４１４が設けられている。光学系４００において、第２のレンズ４１３に対して第１のレンズ４１２が物体側に配置されるようにＤＯＥ４１０が配置されている。
回折格子部４１４の構成は実施例１のＤＯＥ１０と同様である。すなわち、回折格子部４１４は第１のレンズ４１２から順に第１の回折格子と第１の回折格子よりも屈折率の大きな第２の回折格子を有しており、回折格子部４１４の回折による光学的パワーは正である。
また、回折格子部４１４の格子壁面は、第１のレンズ４１２から第２のレンズ４１３へ近づくにつれて格子壁面の内径が小さくなるように光軸に対して傾斜している。別の観点としては、回折格子部４１４の格子壁面は式（１）を満たすように傾斜している。
ＤＯＥ４１０の回折格子部４１４における各格子壁面について、格子壁面から光軸までの距離とθＨ（°）、θＭ（°）、θＨＭ（°）の関係を図１４に示す。図１３に示す光学系４００の断面図において回折格子部４１４の形状は光軸に対して対称であるが、図１４は光軸よりも上側についてのみ示している。
図１４に示すとおり、ＤＯＥ４１０では全ての格子壁面が光軸に対して負の傾きとなっており、第１のレンズ４１２から第２のレンズ４１３へ近づくにつれて格子壁面の内径が小さくなるように光軸に対して傾斜している。また、ＤＯＥ４１０は式（１）を満たしている。したがって、実施例１で説明したように、ＤＯＥ４１０はフレアの発生を低減しつつ製造が容易な形状となっている。さらに、図１４に示すようにＤＯＥ４１０は式（５）を満足する形状となっている。
なお、本実施例のＤＯＥ４１０において、第１の回折格子はアクリル系樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５６６、νｄ＝１９．０、θｇＦ＝０．４１８）により形成されている。
また、第２の回折格子はアクリル系樹脂にＺｒＯ２微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．６１９、νｄ＝４３．２、θｇＦ＝０．５６４）により形成されている。また、格子高さｄは１０．７９μｍである。
このような材料を用いて第１の回折格子および第２の回折格子を形成することにより、広い波長範囲で高い回折効率を得ている。
図１５に無限遠合焦時の光学系４００の収差図を示す。図１５に示すように、光学系４００は色収差をはじめとした諸収差が良好に補正されている。
［実施例６］
次に、実施例６の光学系について説明する。図１６に無限遠合焦時の本実施例の光学系５００の断面図を示す。光学系５００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Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３で構成されている。無限遠から最至近距離へのフォーカシングに際して、第２レンズ群Ｌ２は像側に移動する。なお、第１レンズ群Ｌ１および第３レンズ群Ｌ３はフォーカシングに際して不動である。
第１レンズ群Ｌ１はＤＯＥ５１０を有している。図１６に示すように、ＤＯＥ５１０は像側に凸面を有する第１のレンズ５１２と、物体側に凹面を有する第２のレンズ５１３を備えており、第１のレンズ５１２と第２のレンズ５１３の間には回折格子部５１４が設けられている。光学系５００において、第２のレンズ５１３に対して第１のレンズ５１２が物体側に配置されるようにＤＯＥ５１０が配置されている。
回折格子部５１４の構成は実施例１のＤＯＥ１０と同様である。すなわち、回折格子部５１４は第１のレンズ５１２から順に第１の回折格子と第１の回折格子よりも屈折率の大きな第２の回折格子を有し、回折格子部５１４の回折による光学的パワーは正である。
また、回折格子部５１４の格子壁面は、第１のレンズ５１２から第２のレンズ５１３へ近づくにつれて格子壁面の内径が小さくなるように光軸に対して傾斜している。別の観点としては、回折格子部５１４の格子壁面は式（１）を満たすように傾斜している。
ＤＯＥ５１０の回折格子部５１４における各格子壁面について、格子壁面から光軸までの距離とθＨ（°）、θＭ（°）、θＨＭ（°）の関係を図１７に示す。図１６に示す光学系５００の断面図において回折格子部５１４の形状は光軸に対して対称であるが、図１７は光軸よりも上側についてのみ示している。
図１７に示すとおり、ＤＯＥ５１０では全ての格子壁面が光軸に対して負の傾きとなっており、第１のレンズ５１２から第２のレンズ５１３へ近づくにつれて格子壁面の内径が小さくなるように光軸に対して傾斜している。また、ＤＯＥ５１０は式（１）を満たしている。したがって、実施例１で説明したように、ＤＯＥ５１０はフレアの発生を低減しつつ製造が容易な形状となっている。さらに、図１７に示すようにＤＯＥ５１０は式（５）を満足する形状となっている。
なお、本実施例のＤＯＥ５１０において、第１の回折格子はフッ素系樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．４８０、νｄ＝２１．７、θｇＦ＝０．３８３）により形成されている。
また、第２の回折格子は樹脂材料（Ｎｄ＝１．５２４、νｄ＝５１．６、θｇＦ＝０．５６２）により形成されている。また、格子高さｄは１２．９５μｍである。
このような材料を用いて第１の回折格子および第２の回折格子を形成することにより、広い波長範囲で高い回折効率を得ている。
図１８に無限遠合焦時の光学系５００の収差図を示す。図１８に示すように、光学系５００は色収差をはじめとした諸収差が良好に補正されている。
以下に、実施例２から６で説明した光学系１００から光学系５００に対応する数値実施例１から５を示す。
各数値実施例の面データにおいて、ｒは各光学面の曲率半径、ｄ（ｍｍ）は第ｍ面と第（ｍ＋１）面との間の軸上間隔（光軸上の距離）を表わしている。ただし、ｍは光学系の面を光入射側から数えた時の番号である。また、ｎｄは各光学部材のｄ線に対する屈折率、νｄは光学部材のｄ線に対するアッベ数を表わしている。
非球面データおよび回折面データにおける「ｅ±Ｂ」は「×１０±Ｂ」を意味している。光学面の非球面形状は、光軸方向における面頂点からの変位量をＸ、光軸方向に垂直な方向における光軸からの高さをＨ、近軸曲率半径をＲ、円錐定数をｋ、非球面係数をＡ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０、Ａ１２，Ａ１４とするとき、以下の式（１８）により表される。
Figure 0006851775
なお、各数値実施例において、ｄ、焦点距離（ｍｍ）、Ｆナンバー、半画角（°）は全て各実施例の光学系が無限遠物体に焦点を合わせた時の値である。バックフォーカスＢＦは最終レンズ面から像面までの距離である。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。
また、各数値実施例の回折光学素子の回折面の位相形状ψは、次の式（１２）によって表される。
ψ（ｈ，ｍ）＝（２π／ｍλ０）（Ｃ２ｈ２＋Ｃ４ｈ４＋Ｃ６ｈ６…） （１２）
式（１２）において、ｈは光軸からの高さ、λ０は設計波長、ｍは回折次数、Ｃｉ（ｉ＝２，４，６・・・）は位相係数である。
このとき、任意の波長λ、任意の回折次数ｍに対する回折格子のパワーφＤは、最も低次の位相係数Ｃ２を用いて次の式（１３）によって表すことができる。
φＤ（λ，ｍ）＝−２Ｃ２ｍλ／λ０ （１３）
各数値実施例において、回折光学素子を構成する各回折格子の回折次数ｍは全て１であり、設計波長λ０は全てｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）である。
［数値実施例１］
単位（ｍｍ）

面データ
面番号 r d nd νｄ 有効径
1（非球面） 139.485 16.40 1.4875 70.2 134.48
2 600.728 144.94 133.46
3（非球面） 85.670 13.09 1.4970 81.5 72.94
4 -320.403 0.002 1.5660 19.0 71.19
5（回折面） -320.403 0.05 1.6199 43.2 71.18
6 -320.403 3.50 2.0033 28.3 71.16
7 648.053 2.88 68.88
8 679.319 2.34 1.8081 22.8 67.15
9 584.762 3.20 1.8348 42.7 66.22
10（非球面） 134.826 86.48 63.93
11（絞り） ∞ 34.82 40.14
12 76.077 4.06 1.8081 22.8 29.69
13 -67.737 1.50 1.8348 42.7 29.36
14 69.304 9.24 27.89
15 142.465 3.69 1.8467 23.9 27.97
16 -94.529 2.50 1.6056 43.7 27.80
17 64.379 2.50 27.11
18 -132.204 2.00 1.8040 46.6 27.12
19 78.220 5.70 27.56
20（非球面） 44.962 6.66 1.7380 32.3 31.33
21 -65.436 0.40 31.24
22 -57.768 3.00 1.8929 20.4 31.17
23 40.092 7.40 1.6134 44.3 31.43
24 -80.410 9.15 31.92
25 62.000 11.57 1.5673 42.8 32.68
26 -22.748 2.00 1.5952 67.7 32.26
27 61.925 25.00 30.99
28 ∞ 4.40 1.5163 64.1 33.73
29 ∞ 77.59 34.07
30 ∞

非球面データ
第1面
k = -1.42907E-02
A4 = -2.35660E-09
A6 = -2.78502E-13
A8 = -3.73974E-18
A10 = -1.71054E-21
A12 = -1.71054E-21

第3面
k = -1.88438E+00
A4 = 3.08070E-07
A6 = -9.77306E-13
A8 = -3.56770E-15
A10 = 1.58909E-18
A12 = -4.86078E-22

第10面
k = -2.05982E+00
A4 = 8.09083E-08
A6 = 5.54689E-12
A8 = -3.18893E-15
A10 = 4.15591E-19

第20面
k = 1.19638E+00
A4 = -1.76591E-06
A6 = -8.99919E-10
A8 = 7.80397E-13
A10 = 8.35620E-17

回折面データ
第5面
C2 = -4.03065E-05
C4 = 2.26824E-09
C6 = -9.56622E-13

各種データ
焦点距離 780.0
Fナンバー 5.80
半画角（°） 1.6
像高 21.6
レンズ全長 486.06
BF 77.59

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 224.5
2 8 -202.7
3 12 -200.0
［数値実施例２］
単位(mm)

面番号 r d nd νｄ 有効径
1（非球面） 125.499 16.25 1.4875 70.2 134.48
2 371.022 143.96 133.34
3（非球面） 87.614 14.70 1.4970 81.5 74.01
4 -190.068 0.05 1.5276 34.7 72.22
5（回折面） -190.068 0.05 1.5569 50.2 72.19
6 -190.068 3.50 1.9108 35.3 72.17
7 427.093 11.90 69.30
8 344.680 8.00 1.8830 40.8 63.16
9（非球面） 140.097 84.85 59.69
10（絞り） ∞ 31.74 36.31
11 98.207 3.53 1.8081 22.8 28.10
12 -64.390 1.50 1.8348 42.7 27.96
13 76.509 9.24 27.39
14 3660.189 3.67 1.8467 23.9 27.88
15 -59.545 2.50 1.6056 43.7 27.94
16 140.542 1.77 27.75
17 -133.850 2.00 1.8040 46.6 27.77
18 78.158 5.70 28.27
19（非球面） 47.721 6.64 1.7380 32.3 32.25
20 -69.436 0.40 32.23
21 -58.607 3.00 1.8929 20.4 32.21
22 48.545 7.61 1.6134 44.3 32.80
23 -65.327 10.00 33.35
24 64.850 11.75 1.5673 42.8 33.70
25 -23.631 2.00 1.5952 67.7 33.23
26 57.876 25.00 31.71
27 ∞ 4.40 1.5163 64.1 34.46
28 ∞ 70.34 34.81
29（像面） ∞

非球面データ
第1面
k = -1.42907E-02
A4 = -2.35660E-09
A6 = -2.78502E-13
A8 = -3.73974E-18
A10 = -1.71054E-21
A12 = -1.71054E-21

第3面
k = -1.88438E+00
A4 = 3.08070E-07
A6 = -9.77306E-13
A8 = -3.56770E-15
A10 = 1.58909E-18
A12 = -4.86078E-22

第9面
k = -2.05982E+00
A4 = 8.09083E-08
A6 = 5.54689E-12
A8 = -3.18893E-15
A10 = 4.15591E-19

第19面
k = 1.19638E+00
A4 = -1.76591E-06
A6 = -8.99919E-10
A8 = 7.80397E-13
A10 = 8.35620E-17

回折面データ
第5面
C2 = -4.03065E-05
C4 = 2.26824E-09
C6 = -9.56622E-13

各種データ
焦点距離 780.0
Fナンバー 5.80
半画角（°） 1.6
像高 21.6
レンズ全長 486.05
BF 70.34

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 268.4
2 8 -272.3
3 11 -204.5
［数値実施例３］
単位(mm)

面番号 r d nd νｄ 有効径
1（非球面） 119.357 22.64 1.4875 70.2 134.48
2 763.342 83.12 132.44
3（非球面） 92.232 17.81 1.4970 81.5 82.94
4 -179.273 0.05 1.6151 26.5 80.36
5（回折面） -179.273 0.05 1.6431 38.8 80.35
6 -179.273 2.95 1.8503 32.3 80.32
7 -2248.283 11.49 77.26
8 515.704 5.13 1.8081 22.8 65.99
9 -509.658 3.20 1.8830 40.8 64.40
10（非球面） 78.038 69.22 59.43
11（絞り） ∞ 26.48 46.26
12 461.982 1.80 1.8081 22.8 40.66
13 57.130 7.10 1.7570 47.8 40.40
14 -148.092 4.62 40.54
15 84.730 6.11 1.8467 23.9 39.79
16 -105.171 1.70 1.6056 43.7 39.28
17 39.636 7.85 36.33
18 -90.783 1.80 1.8040 46.6 36.34
19 69.793 2.85 37.50
20（非球面） 72.730 7.03 1.7380 32.3 40.31
21 -225.107 0.20 41.03
22 55.025 3.00 1.8467 23.9 42.35
23 40.048 5.86 1.6134 44.3 41.24
24 115.63 15.00 41.01
25 ∞ 2.20 1.5163 64.1 41.41
26 ∞ 59.79 41.45
27(像面) ∞

非球面データ
第1面
k = -3.23271E-01
A4 = 2.49708E-08
A6 = 1.09496E-12
A8 = 3.71896E-17
A10 = 7.60080E-21

第3面
k = -3.13925E+00
A4 = 3.75224E-07
A6 = -5.06005E-11
A8 = 4.11091E-15
A10 = -8.01472E-19
A12 = -1.03023E-22

第10面
k = -9.30267E-02
A4 = 4.40544E-08
A6 = 1.08005E-11
A8 = 3.85360E-15
A10 = -1.69391E-18

第20面
k = 8.04214E-01
A4 = -5.78950E-07
A6 = -1.51948E-10
A8 = -9.75920E-14
A10 = 5.87507E-17

回折面データ
第5面
C2 = -4.81608E-05
C4 = 2.48823E-09
C6 = -7.84815E-13

各種データ
焦点距離 390.0
Fナンバー 2.90
半画角（°） 3.2
像高 21.6
レンズ全長 369.07
BF 59.79

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 163.2
2 8 -101.9
3 12 345.2
［数値実施例４］
単位(mm)

面番号 r d nd νｄ 有効径
1（非球面） 79.068 20.71 1.4875 70.2 102.86
2 643.847 37.00 100.65
3（非球面） 64.836 16.86 1.4875 70.2 63.99
4 -106.833 0.002 1.5660 19.0 60.48
5（回折面） -106.833 0.05 1.6199 43.2 60.47
6 -106.833 3.95 1.6727 32.1 60.43
7 267.129 7.51 54.81
8 3209.381 5.34 1.8081 22.8 49.50
9 -251.490 3.00 1.7292 54.7 47.63
10 52.944 25.10 43.36
11（絞り） ∞ 4.44 39.22
12（非球面） 100.674 2.10 1.8081 22.8 37.93
13 47.692 8.03 1.7725 49.6 36.74
14 -577.611 2.89 35.51
15 -160.477 1.75 1.6968 55.5 34.15
16 50.108 2.99 32.80
17 195.498 4.88 1.8467 23.8 32.84
18 -122.150 1.80 1.5407 47.2 32.69
19 71.436 3.12 32.16
20 81.909 4.69 1.7200 43.7 34.92
21 -246.705 2.00 1.8081 22.8 35.50
22 188.446 0.20 36.42
23 70.535 5.76 1.8830 40.8 37.67
24 -1243.51 3.40 37.86
25 ∞ 2.20 1.5163 64.1 38.18
26 ∞ 56.05 38.30
27（像面） ∞

非球面データ
第1面
k = 2.94671E-01
A4 = -2.65433E-08
A6 = -1.12941E-11
A8 = -1.23216E-15
A10 = -9.03682E-19
A12 = 2.64633E-22
A14 = -8.68831E-26

第3面
k = 0.00000E+00
A4 = -4.13485E-07
A6 = -1.01773E-10
A8 = -4.09820E-14
A10 = -1.35393E-16
A12 = 1.46462E-19

第12面
k = 2.40879E+00
A4 = 8.23477E-07
A6 = -1.07278E-09
A8 = 7.33823E-12
A10 = -1.88191E-14
A12 = 1.75521E-17

回折面データ
第5面
C2 = -1.13342E-04
C4 = 3.23399E-08
C6 = -1.50255E-11

各種データ
焦点距離 195.9
Fナンバー 2.05
半画角（°） 6.3
像高 21.6
レンズ全長 225.84
BF 56.05

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 117.5
2 8 -75.9
3 12 122.8
［数値実施例５］
単位(mm)

面番号 r d nd νｄ 有効径
1（非球面） 76.590 22.07 1.4875 70.2 103.11
2 577.345 37.00 100.30
3（非球面） 68.307 16.10 1.5378 74.7 63.32
4 -104.952 0.005 1.4799 21.7 59.94
5（回折面） -104.952 0.05 1.5242 51.6 59.93
6 -104.952 3.95 1.7380 32.3 59.88
7 261.364 7.51 54.37
8 4389.915 3.76 1.8929 20.4 49.07
9 -357.754 3.00 1.7292 54.7 47.81
10 52.588 26.13 43.63
11（絞り） ∞ 4.44 39.33
12（非球面） 81.722 2.10 1.8081 22.8 37.97
13 47.021 7.57 1.7725 49.6 36.76
14 1282.624 2.89 35.41
15 -386.649 1.75 1.6968 55.5 33.98
16 47.511 2.97 32.47
17 230.898 4.72 1.8467 23.8 32.46
18 -120.061 1.80 1.5407 47.2 32.24
19 62.398 3.12 31.54
20 71.396 5.78 1.7200 43.7 34.36
21 -260.885 2.00 1.8081 22.8 35.11
22 187.059 0.20 35.93
23 67.544 5.42 1.8830 40.8 37.13
24 745.89 3.40 37.22
25 ∞ 2.20 1.5163 64.1 37.55
26 ∞ 54.00 37.70
27（像面） ∞

非球面データ
第1面
k = 2.62030E-01
A4 = -3.96383E-08
A6 = -1.15385E-11
A8 = -1.45058E-15
A10 = -1.53259E-18
A12 = 5.53728E-22
A14 = -1.45712E-25

第3面
k = 0.00000E+00
A4 = -3.77246E-07
A6 = -1.31037E-10
A8 = 5.75632E-14
A10 = -2.71228E-16
A12 = 2.43543E-19
A14 = -8.48835E-23

第12面
k = 7.32909E-01
A4 = 9.05629E-07
A6 = -1.17485E-09
A8 = 7.56204E-12
A10 = -1.88342E-14
A12 = 1.72746E-17

回折面データ
第5面
C2 = -8.84624E-05
C4 = 3.09506E-08
C6 = -1.63650E-11

各種データ
焦点距離 196.4
Fナンバー 2.05
半画角（°） 6.3
像高 21.6
レンズ全長 223.96
BF 54.00

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 117.5
2 8 -75.9
3 12 125.6
実施例２から６の光学系における種々の数値を表１にまとめて示す。
Figure 0006851775
［光学機器］
図１９は、本発明の一実施例としての撮像装置（デジタルスチルカメラ）６００の概略図である。本実施形態の撮像装置６００は、カメラ本体６０１と、上述した実施例２から６のいずれかと同様である光学系６０２と、光学系６０２によって形成される像を光電変換する受光素子（撮像素子）６０３を備える。
本実施形態の撮像装置６００は、実施例２から６のいずれかと同様である光学系６０２を有するため、ＤＯＥの格子壁面に起因するフレアが低減された高品位な画像を得ることができる。なお、受光素子６０３としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いることができる。
なお、上述した各実施例の光学系は、図１９に示したデジタルスチルカメラに限らず、銀塩フィルム用カメラやビデオカメラ、望遠鏡等の種々の光学機器に適用することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。
１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０ 回折光学素子
１２，１１２，２１２，３１２，４１２，５１２ 第１のレンズ
１３，１１３，２１３，３１３，４１３，５１３ 第２のレンズ
１４，１１４，２１４，３１４，４１４，５１４ 回折格子部
１５ 第１の回折格子
１６ 第２の回折格子

Claims (16)

  1. 回折光学素子を有する光学系であって、
    前記回折光学素子は、物体側から像側へ順に配置された、凸面を有する第１のレンズと、回折による光学的パワーが正である回折格子部と、前記凸面と対向する凹面を有する第２のレンズとを備え、
    前記回折格子部は、物体側から像側へ順に配置された、第１の回折格子と、該第１の回折格子よりも高い屈折率を有する第２の回折格子とを含み、
    前記回折格子部の格子壁面の内径は、物体側から像側へ向かうにつれて小さくなっていることを特徴とする光学系。
  2. 回折光学素子を有する光学系であって、
    前記回折光学素子は、物体側から像側へ順に配置された、凸面を有する第１のレンズと、回折による光学的パワーが正である回折格子部と、前記凸面と対向する凹面を有する第２のレンズとを備え、
    前記回折格子部は、物体側から像側へ順に配置された、第１の回折格子と、該第１の回折格子よりも高い屈折率を有する第２の回折格子とを含み、
    光軸を含む断面において、前記回折格子部の格子壁面と光軸とが成す角度をθＨ、前記第１の回折格子の頂部を通る包絡面と前記格子壁面との交点での前記包絡面の法線と光軸とが成す角度をθＭとしたとき、
    θＨ×θＭ＜０
    なる条件式を満たすことを特徴とする光学系。
  3. 前記第１のレンズは正レンズ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. 前記第２のレンズは負レンズであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学系。
  5. 前記第１のレンズのアッベ数をνＬＬ、前記第２のレンズのアッベ数をνＬＲとしたとき、
    ２０＜νＬＬ−νＬＲ＜６０
    なる条件式を満たす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. 前記第１のレンズの屈折率をＮＬＬ、前記第１の回折格子の屈折率をＮＬとしたとき、０．８＜ＮＬ／ＮＬＬ＜１．２
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学系。
  7. 光軸を含む断面において、前記第１の回折格子の頂部を通る包絡面と前記格子壁面との交点での前記包絡面の法線と前記格子壁面とが成す角度の絶対値をθＨＭ、該θＨＭの最大値と最小値との差の絶対値をΔθＨＭとしたとき、
    ５°＜ΔθＨＭ＜４５°
    なる条件式を満たすこと特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学系。
  8. 前記第１及び第２の回折格子のうち少なくとも一方は、樹脂材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学系。
  9. 前記第１及び第２の回折格子は、樹脂材料で構成されていることを特徴とする請求項８に記載の光学系。
  10. 前記回折光学素子よりも像側に配置された開口絞りを有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学系。
  11. 前記回折光学素子よりも物体側に配置されたレンズからなる部分光学系は、正の屈折力を有することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光学系。
  12. 前記第１のレンズの像側のレンズ面から前記光学系の最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＬｄ、前記光学系の全長をＬｔとしたとき、
    ０．１０＜Ｌｄ／Ｌｔ＜０．５０
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光学系。
  13. 前記光学系の焦点距離をｆ、ＦナンバーをＦｎ、前記第１のレンズの像側のレンズ面の曲率半径をＲｄとしたとき、
    −２．０＜ｆ／（Ｒｄ×Ｆｎ）＜−０．２０
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の光学系。
  14. 前記光学系の最も物体側のレンズ面の有効径をＥ１、前記第１のレンズの像側のレンズ面の有効径をＥｄ、前記第１のレンズの像側のレンズ面から前記光学系の最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＬｄ、前記第１のレンズの像側のレンズ面の曲率半径をＲｄ、前記第１のレンズの物体側のレンズ面の屈折力をＰｆとしたとき、
    ０．６＜（Ｅ１−Ｅｄ）／Ｌｄ＋Ｅｄ×Ｐｆ−Ｅｄ／Ｒｄ＜２．０
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の光学系。
  15. 無限遠合焦時に軸上マージナル光線が前記回折格子部に入射するときの入射角をθＤとしたとき、
    １０°＜｜θＤ｜＜５７°
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の光学系。
  16. 請求項１乃至１５の何れか一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を有することを特徴とする撮像装置。
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