JPWO2019142641A1 - 回折光学素子、光学系、光学機器及び回折光学素子の製造方法 - Google Patents

回折光学素子、光学系、光学機器及び回折光学素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

回折効率の低下を最小限に抑えながら、フレアの色づきが小さく、光学性能に影響のない優れた回折光学素子、この回折光学素子を用いた光学系及び光学機器を提供する。光学機器であるカメラ１の光学系ＯＬに用いられ、回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子ＧＤは、光軸Ｚを中心とした中央領域Ａｃにおける回折格子の格子高さｈ０よりも、周辺領域Ａｐにおける回折格子の格子高さｈｍａｘの方が高くなるように構成されている。

Description

本発明は、回折光学素子、光学系、光学機器及び回折光学素子の製造方法に関する。
従来、長焦点距離の撮影光学系に好適なレンズタイプとして、物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群と負の屈折力を有する第２レンズ群とを有する光学系である、いわゆる望遠レンズにおいて、レンズ面あるいは光学系の一部に回折作用を有する回折格子を設けた回折光学素子を用いて、色収差を減じる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１は、さらなる光学性能の向上が要望されているという課題があった。
特開２０１６−１７３４３９号公報
本発明の第一の態様に係る回折光学素子は、回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子であって、光軸を中心とした中央領域における回折格子の格子高さよりも、周辺領域における回折格子の格子高さの方が高い。
本発明の第二の態様に係る回折光学素子は、ブレーズ形状の回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子であって、波長毎の回折効率が異なる２以上の領域を有し、２以上の領域は、光軸を中心とし、所定の規格化半径よりも内側の領域である中央領域と、所定の規格化半径よりも外側の周辺領域とを含み、次式の条件を満足する。
０．５０ ＜ｒｓ ＜ ０．９８
Ｅ＿ｉｎ ＜ Ｅ＿ｏｕｔ
Ｅ＿ｉｎ ＞ ９０％
Ｅ＿ｏｕｔ ＞ ９０％
但し、
ｒｓ：所定の規格化半径（光軸からの当該光軸と直交する方向の高さを有効径で除した値）
Ｅ＿ｉｎ：中央領域における回折格子のＣ線での回折効率
Ｅ＿ｏｕｔ：周辺領域における回折格子のＣ線での回折効率
本発明の第三の態様に係る回折光学素子は、ブレーズ形状の回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子であって、波長毎の回折効率が異なる２以上の領域を有し、２以上の領域は、光軸を中心とし、所定の規格化半径よりも内側の領域である中央領域と、所定の規格化半径よりも外側の周辺領域とを含み、次式の条件を満足する。
０．５０ ＜ ｒｓ ＜０．９８
Ｗ＿ｉｎ ＜ Ｗ＿ｏｕｔ
５ｎｍ ＜ Ｗ＿ｏｕｔ−Ｗ＿ｉｎ ＜ ５０ｎｍ
但し、
ｒｓ：所定の規格化半径（光軸からの当該光軸と直交する方向の高さを有効径で除した値）
Ｗ＿ｉｎ：中央領域の回折格子において最も回折効率の高い波長
Ｗ＿ｏｕｔ：周辺領域の回折格子において最も回折効率の高い波長
本発明の第一の態様に係る回折光学素子の製造方法は、回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子の製造方法であって、回折格子を、光軸を中心とした中央領域における回折格子の格子高さよりも、周辺領域における回折格子の格子高さの方が高くなるように形成する。
第１の実施形態に係る回折光学素子の断面を示す模式図である。 第２の実施形態に係る回折光学素子の断面を示す模式図である。 第２の実施形態に係る回折光学素子における規格化半径と格子高さの関係を示す説明図である。 第２の実施形態に係る回折光学素子における中間領域における格子高さを示す説明図である。 第３及び第４の実施形態に係る回折光学素子において、格子高さ毎の波長とフレア比率の関係を示す説明図である。 本実施形態に係る回折光学素子をレンズ面に形成したときの格子高さを示す説明図である。 第１実施例に係る回折光学素子のスポット像を示す説明図であって、（ａ）はｒｃ＝０．９７のときのスポット像を示し、（ｂ）は（ａ）のスポット像の境界を模式的に示し、（ｃ）はｒｃ＝１．００のときのスポット像を示し、（ｄ）は（ｃ）のスポットの像の境界を模式的に示す。 第２実施例に係る回折光学素子のスポット像を示す説明図であって、（ａ）はｒｃ＝０．９３のときのスポット像を示し、（ｂ）は（ａ）のスポット像の境界を模式的に示し、（ｃ）はｒｃ＝１．００のときのスポット像を示し、（ｄ）は（ｃ）のスポットの像の境界を模式的に示す。 第１実施例に係る光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成を示す断面図である。 第１実施例に係る光学系の無限遠合焦状態における諸収差図である。 第２実施例に係る光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成を示す断面図である。 第２実施例に係る光学系の無限遠合焦状態における諸収差図である。 第３実施例に係る光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成を示す断面図である。 第３実施例に係る光学系の無限遠合焦状態における諸収差図である。 第４実施例に係る光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成を示す断面図である。 第４実施例に係る光学系の無限遠合焦状態における諸収差図である。 第５実施例に係る光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成を示す断面図である。 第５実施例に係る光学系の無限遠合焦状態における諸収差図である。 上記光学系を搭載するカメラの断面図である。 回折光学素子の製造方法を示すフローチャートである。
以下、好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
回折光学素子は、微小間隔（１ｍｍ）当たり数本程度の特定の間隔で設けられたスリット状もしくは階段状、あるいはのこぎりの刃状（ブレーズ形状）の格子構造を備えて作られた光学素子であり、光が入射されると、スリットやブレーズのピッチ（間隔）と光の波長とで定まる方向に回折光束を生じさせる性質を有している。このような回折光学素子は種々の光学系に用いられており、例えば、最近では、特定次数の回折光を一点に集めてレンズとして使用するものなどが知られている。
このような回折光学素子を用いることにより、色収差等の諸収差を良好に補正しつつ、テレ比の小さい（レンズ全長の短い）、高い光学性能を有した望遠型の光学系（望遠レンズ）を実現することができる。特に、軸上色収差においては、一般的な２波長で軸上色収差が補正されるアクロマート補正に対し、回折光学素子を用いることにより３波長で軸上色収差が補正されるアポクロマート補正が可能となる。
回折光学素子の回折光学面に入射した光線は、複数の次数の回折光に分かれる。一般に、回折光学素子では、使用波長領域の光束が特定の次数（以下、「設計次数」と称する。）に集中させ、設計次数の回折光の回折効率が設計波長（λ０）において最適化されるようにその格子構造を決定する。しかしながら、回折光の回折効率は波長依存性を示すため、設計波長（λ０）近傍の波長における回折効率が最も高く、設計波長（λ０）からのずれが大きくなるにつれて、回折効率は低下する。このため、使用する光線の波長が広帯域に渡る場合、設計波長（λ０）近傍以外の波長では、設計次数以外の次数の回折光（以下、「不要回折光」と称する。）が強度を有するようになる。なお、設計次数とは、前記回折格子で回折されたｎ次、ｎ±１次、ｎ±２次・・・の回折次数の回折光のうち、強度が最大となる回折光の回折次数のことをいう。
回折光学素子を用いた望遠レンズでは、設計次数の回折光に対して軸上色収差が補正されるように光学系が設計される。しかしながら、不要回折光の結像位置は設計次数の回折光とは異なるうえ、軸上色収差が補正されないので撮像面上では長波長ほどスポット径の大きなフレア光が生じて問題となる（以下、このフレアのスポット径が波長ごとに異なるために生じる色ズレを、フレアの色づきと称する）。
図１は、低屈折率高分散の第１の光学材料からなる第１回折光学要素Ｇ１と、高屈折率低分散の第２の光学材料からなる第２回折光学要素Ｇ２とから構成され、第１の回折光学要素Ｇ１及び第２の回折光学要素Ｇ２の間にブレーズ形状（鋸歯状）の回折格子を形成するブレーズ構造Ｐｒ（レリーフパターン）を設けて密着させた密着複層型の回折光学素子ＧＤを示している。なお、図１は、説明を簡単にするために、平面に沿って回折格子（ブレーズ構造）が形成されている場合を示しているが、レンズの曲面上に回折格子（ブレーズ構造）を形成してもよい。また、第１回折光学要素Ｇ１と第２回折光学要素Ｇ２との間に空気間隔を設けてそれぞれの回折光学要素に回折格子（ブレーズ構造）を形成した分離複層型の回折光学素子や、第２回折光学要素Ｇ２を設けずに空気とした単層型の回折光学素子としてもよい。
このような回折光学素子の回折光学面を形成するブレーズ型回折格子においては、設計波長は回折格子のブレーズ構造の前後の物質（図１においては、上述したように、第１回折光学要素Ｇ１及び第２回折光学要素Ｇ２）の屈折率と、回折格子のブレーズ構造の格子高さによって決定される。格子高さが高いほど、設計波長が長くなり、長波長側の回折効率が向上すると同時に、短波長側の回折効率が低下する。すなわち、フレアの色味について考えると、格子高さが高いほどフレアの赤成分が減って緑や青の成分が強くなる。フレアの色づきでは、緑や青のフレアスポットよりも外側にある赤いフレアに対して、格子高さを部分的に最適化することでこれを減じることができる。
（第１の実施形態）
本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、上述したフレア（特に赤いフレア）の発生を低減させるために、図１に示すように、光軸Ｚを中心とした中央領域Ａｃにおける回折格子の格子高さよりも、周辺領域Ａｐにおける回折格子の格子高さの方が高くなるように構成されている。
具体的には、本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、以下に示す条件式（１）及び条件式（２）を満足することが望ましい。
０．５０ ＜ ｒｃ ＜ ０．９８ （１）
０．０１％ ＜ Δｈ／ｈ０ ＜ １０．００％ （２）
但し、
ｒ：規格化半径（光軸Ｚからの当該光軸Ｚと直交する方向の高さを有効径で除した値）
ｈ０：０．００＜ｒ＜０．５０における回折格子の格子高さの平均値
ｈｍａｘ：０．９８＜ｒ＜１．００における回折格子の格子高さの平均値
Δｈ：ｈｍａｘとｈ０との差
ｒｃ：格子高さが（ｈ０＋ｈｍａｘ）／２となる規格化半径
条件式（１）は、中央領域Ａｃと周辺領域Ａｐとの境界の規格化半径を規定するものである。この条件式（１）の下限値を下回ると、長波長の赤いフレアと短波長の緑や青のフレアのスポット径が重複している（色づきの少ない）部分にまで格子高さを高くした影響が及んでしまい、フレアスポットの内側における緑や青のフレア強度が増すため好ましくない。なお、条件式（１）の効果を確実なものとするために、この条件式（１）の下限値を０．６５、更に０．７０、０．７５、０．８０とすることがより望ましい。また、条件式（１）の上限値を上回ると、フレアのスポット径が最も大きい長波長の赤いフレアの大部分が格子高さを変更した効果の及ばない領域となってしまうためフレアの色づきを軽減する効果に乏しくなるため好ましくない。なお、条件式（１）の効果を確実なものとするために、この条件式（１）の上限値を０．９７８、更に０．９７５、０．９７３、０．９７１とすることがより望ましい。
条件式（２）は、中心領域Ａｃのうち、０．００＜ｒ＜０．５０の領域の格子高さと、周辺領域Ａｐのうち、０．９８＜ｒ＜１．００の領域の格子高さとの差を規定するものである。この条件式（２）の下限値を下回ると、長波長領域（赤色）における回折効率の変化が不十分のため外側（周辺領域）の赤いフレアを軽減する効果に乏しく好ましくない。なお、条件式（２）の効果を確実なものとするために、この条件式（２）の下限値を０．０５％、更に０．１０％、０．１５％、０．２０％、０．２５％、０．３０％とすることがより望ましい。また、条件式（２）の上限値を上回ると、設計波長が長波長側にシフトしすぎることで、短波長領域（緑や青）における回折効率が低下するため内側（中央領域）の緑のフレアが強くなりすぎるため好ましくない。なお、条件式（２）の効果を確実なものとするために、この条件式（２）の上限値を９．００％、更に８．００％、７．００％、６．００％、５．００％とすることがより望ましい。
（第２の実施形態）
また、上述の構成では、規格化半径が０．００から０．５０までを中央領域Ａｃとして、当該領域の格子高さの平均値がｈ０であり、規格化半径が０．９８から１．００までを周辺領域Ａｐとして、当該領域の格子高さの平均値がｈｍａｘであるとした場合について説明しているが、図２に示すように、中央領域Ａｃの格子高さをｈ０とし、周辺領域Ａｐの格子高さをｈｍａｘとなるように回折格子を構成した場合、本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、以下に示す条件式（３）を満足することが望ましい。
Ｓｅ ／ （Ｓｃ＋Ｓｐ） ≦ ５０％ （３）
Ｓｃ：中央領域Ａｃの面積
Ｓｐ：周辺領域Ａｐの面積
Ｓｅ：格子高さｈ０及び格子高さｈｍａｘ以外の格子高さの回折格子が形成された領域Ａｅの面積
条件式（３）は、中央領域Ａｃと周辺領域Ａｐを合計した面積に対するそれ以外の領域（格子高さｈ０及び格子高さｈｍａｘの領域（中間領域））Ａｅの面積の比を規定するものである。図２に示すように、中央領域Ａｃと周辺領域Ａｐとをつなぐ中間領域Ａｅは、中央領域Ａｃの格子高さから、この中間領域Ａｅで段階的に高くして周辺領域Ａｐの格子高さにすることが好ましい。この条件式（３）の上限値を上回ると、中間領域Ａｅでの色味の変化が緩すぎて、フレアの色づき軽減効果に乏しくなるため好ましくない。なお、この条件式（３）の効果を確実なものとするために、条件式（３）の上限値を４５％、更に４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％とすることがより望ましい。
なお、中間領域Ａｅは、図３や図４のＣ１に示すように、格子高さｈ０から格子高さｈｍａｘに緩やかに変化するように構成してもよいし、図４のＣ２に示すように、中間領域Ａｅを設けず、格子高さｈ０から格子高さｈｍａｘにステップ状に変化するように構成してもよい。
（第３の実施形態）
また、本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、上述したフレア（特に赤いフレア）の発生を低減させるために、波長毎の回折効率が異なる２以上の領域を有し、これらの２以上の領域は、光軸を中心とし、所定の規格化半径よりも内側の領域である中央領域Ａｃと、所定の規格化半径よりも外側の周辺領域Ａｐとを含んで構成される。
ここで、回折光学素子ＧＤの回折光学面（回折格子）で回折される波長λの光のうち、１次回折光に対する０次回折光及び２次回折光の比率として、フレア比率Ｆ（λ）を次式（ａ）のように定義する。
Ｆ（λ） ＝ （Ｅ0（λ）＋Ｅ2（λ））／Ｅ1（λ） （ａ）
但し、
Ｅ0（λ）：０次回折光の回折効率
Ｅ1（λ）：１次回折光の回折効率
Ｅ2（λ）：２次回折光の回折効率
図５は、回折格子に入射する光の波長に対する、格子高さが低い回折格子のフレア比率と、格子高さが高い回折格子のフレア比率とを示している。本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、以下に示す条件式（４）〜（７）を満足することが望ましい。
Ｅ＿ｉｎ ＜ Ｅ＿ｏｕｔ （４）
０．５０ ＜ｒｓ ＜ ０．９８ （５）
Ｅ＿ｉｎ ＞ ９０％ （６）
Ｅ＿ｏｕｔ ＞ ９０％ （７）
但し、
ｒｓ：所定の規格化半径（光軸からの当該光軸と直交する方向の高さを有効径で除した値）
Ｅ＿ｉｎ：中央領域Ａｃにおける回折格子のＣ線での回折効率
Ｅ＿ｏｕｔ：周辺領域Ａｐにおける回折格子のＣ線での回折効率
なお、Ｃ線での回折効率Ｅ（Ｅ＿ｉｎ，Ｅ＿ｏｕｔ）は、図５に示すＣ線でのフレア比率Ｆ（Ｆ＿ｉｎ，Ｆ＿ｏｕｔ）を用いて次式（ｂ）のように定義する。
Ｅ ＝ １−Ｆ （ｂ）
本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、条件式（４）に示すように、中心領域Ａｃにおける回折格子のＣ線での回折効率よりも、周辺領域ＡｐにおけるＣ線での回折効率の方が高くなるように構成されている。
条件式（５）は、中央領域Ａｃと周辺領域Ａｐとの境界の規格化半径を規定するものである。この条件式（５）の下限値を下回ると、長波長の赤いフレアと短波長の緑や青のフレアのスポット径が重複している（色づきの少ない）部分にまで格子高さを高くした影響が及んでしまい、フレアスポットの内側における緑や青のフレア強度が増すため好ましくない。なお、条件式（５）の効果を確実なものとするために、この条件式（５）の下限値を０．５５、更に０．６０、０．６５、０．７０、０．７５、０．８０とすることがより望ましい。また、条件式（５）の上限値を上回ると、フレアのスポット径が最も大きい長波長の赤いフレアの部分が格子高さを変更した効果の及ばない領域となってしまうためフレアの色づきを軽減する効果に乏しくなるため好ましくない。なお、条件式（５）の効果を確実なものとするために、この条件式（５）の上限値を０．９７８、更に０．９７５、０．９７３、０．９７１とすることがより望ましい。
条件式（６）及び条件式（７）は、中央領域Ａｃ及び周辺領域Ａｐにおける回折格子のＣ線での回折効率を規定するものである。
条件式（６）の下限値を下回ると、フレアの内側の赤みが強く、望ましくない。また、長波長の回折効率が悪くなることでフレア強度が強くなり、コントラスト低下し光学性能が悪化する。なお、条件式（６）の効果を確実なものとするために、条件式（６）の下限値を、９１％、更に９３％、９５％、９７％とすることがより望ましい。
条件式（７）の下限値を下回ると、フレアの外側の赤みが強く、中央領域と周辺領域に差を設けたとしても絶対値として赤すぎる。また、フレア強度が強くなり、光学性能が悪化する。なお、条件式（７）の効果を確実なものとするために、条件式（７）の下限値を、９１％、更に９３％、９５％、９７％とすることがより望ましい。
また、本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、以下に示す条件式（８）を満足することが望ましい。
Ｆ＿ｏｕｔ／Ｆ＿ｉｎ ＜ ０．５０ （８）
但し、
Ｆ＿ｉｎ：中央領域Ａｃにおける回折格子のＣ線でのフレア比率
Ｆ＿ｏｕｔ：周辺領域Ａｐにおける回折格子のＣ線でのフレア比率
条件式（８）は、中央領域Ａｃにおける回折格子のＣ線でのフレア比率に対する周辺領域Ａｐにおける回折格子のＣ線でのフレア比率の比を規定するものであり、周辺領域ＡｐのＣ線でのフレア比率は、中央領域ＡｃのＣ線でのフレア比率の半分以下が好ましいことを示している。この条件式（８）の上限値を上回ると、赤み低減効果に乏しいため好ましくない。なお、この条件式（８）の効果を確実なものとするために、条件式（８）の上限値を０．４５、更に０．４０、０．３５、０．３０、０．２５とすることがより望ましい。
なお、本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍにおける回折効率が９０％以上の光学系に用いられることが望ましい。
（第４の実施形態）
また、本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、上述したフレア（特に赤いフレア）の発生を低減させるために、波長毎の回折効率が異なる２以上の領域を有し、これらの２以上の領域は、光軸を中心とし、所定の規格化半径よりも内側の領域である中央領域Ａｃと、所定の規格化半径よりも外側の周辺領域Ａｐとを含んで構成される。
本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、以下に示す条件式（９）〜（１１）を満足することが望ましい。
Ｗ＿ｉｎ ＜ Ｗ＿ｏｕｔ （９）
０．５０ ＜ ｒａ ＜０．９８ （１０）
５ｎｍ ＜ Ｗ＿ｏｕｔ−Ｗ＿ｉｎ ＜ ５０ｎｍ （１１）
但し、
ｒａ：所定の規格化半径（光軸からの当該光軸と直交する方向の高さを有効径で除した値）
Ｗ＿ｉｎ：中央領域Ａｃの回折格子において最も回折効率の高い波長
Ｗ＿ｏｕｔ：周辺領域Ａｐの回折格子において最も回折効率の高い波長
なお、最も回折効率の高い波長が複数存在する場合は、可視光から近赤外において最も短波長側の極小値とする。
この本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、条件式（９）に示すように、中心領域Ａｃｃの回折格子において最も回折効率の高い波長よりも、周辺領域Ａｐにおいて最も回折効率の高い波長の方が長くなるように構成されている。なお、図５及び式（ｂ）に示すように、最も回折効率がよい波長は最もフレア比率が最も低い波長である。
条件式（１０）は、中央領域Ａｃと周辺領域Ａｐとの境界の規格化半径を規定するものである。この条件式（１０）の下限値を下回ると、長波長の赤いフレアと短波長の緑や青のフレアのスポット径が重複している（色づきの少ない）部分にまで格子高さを高くした影響が及んでしまい、フレアスポットの内側における緑や青のフレア強度が増すため好ましくない。なお、条件式（１０）の効果を確実なものとするために、この条件式（１０）の下限値を０．５５、更に０．６０、０．６５、０．７０、０．７５、０．８０とすることがより望ましい。また、条件式（１０）の上限値を上回ると、フレアのスポット径が最も大きい長波長の赤いフレアの大部分が格子高さを変更した効果の及ばない領域となってしまうためフレアの色づきを軽減する効果に乏しくなるため好ましくない。なお、条件式（５）の効果を確実なものとするために、この条件式（１０）の上限値を０．９７８、更に０．９７５、０．９７３、０．９７１とすることがより望ましい。
条件式（１１）は、中央領域Ａｃの回折格子において最も回折効率の高い波長と周辺領域Ａｐの回折格子において最も回折効率の高い波長との差を規定するものである。この条件式（１１）の下限値を下回ると、長波長の赤いフレアと短波長の緑や青のフレアのスポット径が重複している（色づきの少ない）部分にまで格子高さを高くした影響が及んでしまい、フレアスポットの内側における緑や青のフレア強度が高くなり、色づき軽減効果に乏しいため好ましくない。なお、条件式（１１）の効果を確実なものとするために、この条件式（１１）の下限値を１０ｎｍ、更に１２ｎｍ、１５ｎｍとすることがより望ましい。また、条件式（１１）の上限値を上回ると、フレアのスポット径が最も大きい長波長の赤いフレアの大部分が格子高さを変更した効果の及ばない領域となり、回折効率の低下が大きくなるのに加えて、フレアの中間部が緑色に色づくため好ましくない。なお、条件式（１１）の効果を確実なものとするために、この条件式（１１）の上限値を４５ｎｍ、更に４０ｎｍ、３５ｎｍ、３０ｎｍとすることがより望ましい。
なお、本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍにおける回折効率が９０％以上の光学系に用いられることが望ましい。
また、上述した本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、有効径内のどの領域においても設計次数が同一であることが望ましい。
また、上述した本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、屈折率の異なる２つの光学材料で構成され、当該光学材料の境界面に前記回折格子が形成されている、いわゆる複層型の回折光学素子であることが望ましい。このような構成とすることにより、可視光全域で回折効率が良くなる。
また、レンズＬのレンズ面（曲面）に沿って回折光学素子ＧＤを形成した場合の格子高さｈは、図６に示すように、回折格子（ブレーズ構造）の山又は谷を結ぶ線Ｓ１，Ｓ２の距離（これらの線Ｓ１，Ｓ２に直交する方向の距離）であるとする。
また、上述した本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、光学系に用いることができる。具体的には、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、を有する光学系ＯＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１に、上述した回折光学素子ＧＤを設けることにより、回折効率の低下を最小限に抑えながら、フレアの色づきが小さく、光学性能に優れた光学系を提供することができる。
ここで、この光学系ＯＬは、以下に示す条件式（１２）を満足することが望ましい。
０．００１ ＜ ｆ１／ｆｐｆ ＜ ０．０３０ （１２）
但し、
ｆ１：第１レンズ群Ｇ１の焦点距離
ｆｐｆ：回折光学素子ＧＤの焦点距離
条件式（１２）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離に対する、回折光学素子ＧＤの焦点距離の比を規定している。この条件式（１２）を満足することにより、軸上と倍率の色収差を良好に補正することができる。この条件式（１２）の下限値を下回ると、回折光学素子ＧＤの焦点距離が長くなり（屈折力が小さくなり）、±１次回折光があまり広がらないのでフレアの色づきが目立たなくなるが、格子高さを途中で変えると、全体として回折効率が低下する弊害の方が大きくなるため好ましくない。なお、条件式（１２）の効果を確実なものとするために、この条件式（１２）の下限値を０．００３、更に０．００５、０．００８、０．０１０とすることがより望ましい。また、条件式（１２）の上限値を上回ると、回折光学素子ＧＤの焦点距離が短くなり（屈折力が大きくなり）、±１次回折光が広がりすぎて淡く、強度が弱くもともと目立たなくなるが、格子高さを途中で変えると、全体として回折効率が低下する弊害の方が大きくなるため好ましくない。なお、条件式（１２）の効果を確実なものとするために、この条件式（１２）の上限値を０．０２５、更に０．０２０、０．０１８、０．０１５することがより望ましい。
なお、以上で説明した条件及び構成は、それぞれが上述した効果を発揮するものであり、全ての条件及び構成を満たすものに限定されることはなく、いずれかの条件又は構成、或いは、いずれかの条件又は構成の組み合わせを満たすものでも、上述した効果を得ることが可能である。
以下、本実施形態に係る回折光学素子ＧＤの製造方法の概要を図２０を参照して説明する。まず、回折光学素子ＧＤを構成する回折光学要素を準備する（ステップＳ１００）。ここで、回折光学要素としては、例えば、図１に示す構成の場合は、第１回折光学要素Ｇ１及び第２回折光学要素Ｇ２である。そして、この回折光学要素に対して、回折格子を、光軸を中心とした中央領域における回折格子の格子高さよりも、周辺領域における回折格子の格子高さの方が高くなるように形成する（ステップＳ２００）。
以上説明したように、本実施形態によると、回折効率の低下を最小限に抑えながら、フレアの色づきが小さく、光学性能に影響のない優れた回折光学素子、この回折光学素子を用いた光学系及び光学機器を提供することができる。
（回折光学素子の実施例）
以下に、上述した回折光学素子ＧＤの実施例について説明する。
［回折光学素子の第１実施例］
第１実施例は、図１に示すように、低屈折率高分散の第１の光学材料からなる第１回折光学要素Ｇ１と、高屈折率低分散の第２の光学材料からなる第２回折光学要素Ｇ２とから構成され、第１の回折光学要素Ｇ１及び第２の回折光学要素Ｇ２の間にブレーズ形状（鋸歯状）の回折格子を形成するブレーズ構造Ｐｒ（レリーフパターン）を設けて密着させた密着複層型の回折光学素子ＧＤである。なお、波長λの光に対する第１回折光学要素Ｇ１の光学材料の屈折率ｎ1（λ）を次式（ｃ）で定義し、第２回折光学要素Ｇ２の光学材料の屈折率ｎ2（λ）を次式（ｄ）で定義する。
ｎ1（λ） ＝ Ａ0＋Ａ1・λ2＋Ａ2・λ-2＋Ａ3・λ-4
＋Ａ4・λ-6＋Ａ5・λ-8 （ｃ）
ｎ2（λ） ＝ Ｂ0＋Ｂ1・λ2＋Ｂ2・λ-2＋Ｂ3・λ-4
＋Ｂ4・λ-6＋Ｂ5・λ-8 （ｄ）
また、上述した式（ｃ）及び式（ｄ）に対する係数を次の表１に示す。なお、この表１において、上段がＡｎに対する係数であり、下段がＢｎに対する係数である（ｎ＝０，１，・・・，５）。
（表１）
Ａ０／Ｂ０ Ａ１／Ｂ１ Ａ２／Ｂ２ Ａ３／Ｂ３ Ａ４／Ｂ４ Ａ５／Ｂ５
2.29366 0.00071 0.019114 0.001897 -0.00028 0.0000304
2.435204 -0.02572 -0.01407 0.009837 -0.0014 0.0000783
このような第１実施例に係る回折光学素子ＧＤにおいて、ｈ０＝２２．８μｍ、ｈｍａｘ＝２３．８μｍ、すなわちΔｈ／ｈ０＝４．４％とし、ｒｃ＝０．９７とした場合の不要回折光によるフレアの色づきを図７（ａ）、（ｂ）に示し、輝度を表２に示す。なお、比較のために、ｒｃ＝１．００の場合（格子高さが有効径内において一定の場合）のフレアの色づきを図７（ｃ）、（ｄ）に示し、輝度を表２に示す。なお、図７（ａ）、（ｃ）はスポット像であり、図７（ｂ）、（ｄ）は、図７（ａ）、（ｃ）のスポット像の境界を示す模式図である。
また、表２において、Ｈはフレアのスポット径に対する径方向の位置を示し、Ｒは赤色光の輝度を、Ｇは緑色光の輝度を、Ｂは青色光の輝度をそれぞれ示す。ここで、輝度を示すＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの値は、光源を太陽光とし、フレアの強度に対して撮像素子の各波長毎の分光感度とレンズの分光透過率とを乗じたものである。
また、図７（ｃ）、（ｄ）において、スポット像のうち、領域Ｐ１は、ほぼ均一な色味の中心部を示し、領域Ｐ２は、赤色が目立つ周辺部を示す。なお、図７（ａ）、（ｃ）において、スポット像の中心の白色の部分は、回折によるフレアではなく光源の像である。
（表２）
ｒｃ 0.97 1.00
H Ｒ Ｇ Ｂ Ｒ Ｇ Ｂ
0.80〜0.85 65 20 3 64 4 2
0.85〜0.90 60 2 2 64 2 2
0.90〜0.95 20 0 1 42 1 2
0.95〜1.00 2 0 0 10 0 1
表２及び図７から明らかなように、第１実施例に係る回折光学素子（ｒｃ＝０．９７の回折光学素子）は、従来の回折光学素子（ｒｃ＝１．００の回折光学素子）に比べて、不要回折光のうち、特に周辺部Ｐ２（Ｈ＝０．８５〜１．００）において赤色光（Ｒ）の強度が低下し、フレアの色づきが抑えられていることがわかる。
［回折光学素子の第２実施例］
第２実施例は、回折光学素子ＧＤとして、光学ガラス（ＢＫ７）を用いて、単層のブレーズド回折格子を形成した場合を示している。すなわち、この回折光学素子ＧＤは、図１において、第２の回折光学要素Ｇ２を空気とした単相型の回折光学素子である。
このような第２実施例に係る回折光学素子ＧＤにおいて、ｈ０＝１０００ｎｍ、ｈｍａｘ＝１０９０ｎｍ、すなわちΔｈ／ｈ０＝９．０％とし、ｒｃ＝０．９３とした場合の不要回折光によるフレアの色づきを図８（ａ）、（ｂ）に示し、輝度を表３に示す。なお、比較のために、ｒｃ＝１．００の場合（格子高さが有効径内において一定の場合）のフレアの色づきを図８（ｃ）、（ｄ）に示し、輝度を表３に示す。なお、図９及び表３の説明は、上述した第１実施例における図８及び表２と同じである。
（表３）
ｒｃ 0.93 1.00
H Ｒ Ｇ Ｂ Ｒ Ｇ Ｂ
0.80〜0.85 72 6 2 97 26 3
0.85〜0.90 45 2 2 81 8 2
0.90〜0.95 14 0 1 30 1 1
0.95〜1.00 3 0 0 5 0 0
表３及び図８から明らかなように、第２実施例に係る回折光学素子（ｒｃ＝０．９３の回折光学素子）は、従来の回折光学素子（ｒｃ＝１．００の回折光学素子）に比べて、不要回折光のうち、特に周辺部Ｐ２（Ｈ＝０．８５〜１．００）において赤色光（Ｒ）の強度が低下し、フレアの色づきが抑えられていることがわかる。なお、この第２実施例に係る回折光学素子においては、中心部Ｐ１と周辺部Ｐ２の境界において、少し緑成分が増える中間部分が形成されている。
（光学系の実施例）
次に、上述した回折光学素子ＧＤを用いた光学系の実施例を図面に基づいて説明する。なお、図９、図１１、図１３、図１５及び図１７は、各実施例に係る光学系ＯＬ（ＯＬ１〜ＯＬ５）の構成及び屈折率配分を示す断面図である。
ここで、各実施例において、回折光学面の位相形状ψは、次式（ｅ）によって表される。
ψ（ｈ，ｎ） ＝ （２π／（ｎ×λ０））×（Ｃ2ｈ2＋Ｃ4ｈ4） （ｅ）
但し、
ｈ：光軸に対する垂直方向の高さ
ｎ：回折光の次数
λ０：設計波長
Ｃi：位相係数（ｉ＝２，４）
また、任意の波長λ、任意の回折次数ｍに対する式（ｅ）で表される回折光学面の屈折力φＤは、最も低次の位相係数Ｃ2を用いて、次式（ｆ）のように表される。
φＤ（λ，ｎ） ＝ −２×Ｃ2×ｎ×λ／λ０ （ｆ）
［光学系の第１実施例］
図９は、第１実施例に係る光学系ＯＬ１の構成を示す図である。この光学系ＯＬ１は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳと、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを備え、第２レンズ群Ｇ２を光軸に沿って移動させて合焦を行う合焦レンズ群Ｇｆとしている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、両凸正レンズＬ１１、両凸正レンズＬ１２と両凹負レンズＬ１３とを接合した接合正レンズ、像側に凹面を向け、この凹面に２種類の異なる材料を用いた密着複層型の回折光学素子ＧＤが形成された正メニスカスレンズＬ１４、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１６とを接合した接合負レンズで構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２とを接合した接合負レンズで構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹負レンズＬ３１と両凸正レンズＬ３２とを接合した接合負レンズ、両凸正レンズＬ３３と両凹負レンズＬ３４とを接合した接合負レンズ、両凹負レンズＬ３５、両凸レンズＬ３６と両凹負レンズＬ３７とを接合した接合正レンズＣＬ３１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３８と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３９とを接合した接合負レンズＣＬ３２、及び、両凸正レンズＬ３１０と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３１１とを接合した接合正レンズＣＬ３３で構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３と像面Ｉとの間にフィルターＦＬが配置されている。なお、（表４）に示すレンズデータにおいて、第２０面は仮想面を示している。
また、第１実施例に係る光学系ＯＬ１は、第３レンズ群Ｇ３内の両凸正レンズＬ３３と両凹負レンズＬ３４とを接合した接合負レンズ、及び、両凹負レンズＬ３５を防振群Ｇｖｒとし、この防振群Ｇｖｒを光軸と直交する方向の変位成分を持つように移動させることにより、光学系ＯＬ１の振動等に起因する像位置の変更が補正されるように構成されている。
以下の表４に、光学系ＯＬ１の諸元の値を掲げる。この表４において、全体諸元に示すｆは全系の焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、ωは半画角、及び、ＴＬは全長の値を表している。ここで、全長ＴＬは、最も物体側のレンズ面（第１面）から像面Ｉまでの光軸上の距離を示している。また、レンズデータにおける第１欄ｍ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（面番号）を、第２欄ｒは、各レンズ面の曲率半径を、第３欄ｄは、各光学面から次の光学面までの光軸上の距離（面間隔）を、第４欄νｄ及び第５欄ｎｄは、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数及び屈折率を、第６欄θｇＦは部分分散比を示している。また、曲率半径0.0000は平面を示し、空気の屈折率1.00000は省略してある。なお、レンズ群焦点距離は第１〜第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３各々の始面の番号と焦点距離を示している。
ここで、以下の全ての諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄ、その他長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は、比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。また、これらの符号の説明及び諸元表の説明は以降の実施例においても同様である。
（表４）第１実施例
［全体諸元］
ｆ ＝ 391.74403
ＦＮｏ＝ 5.76593
ω ＝ 3.12480
ＴＬ ＝ 229.99999

［レンズデータ］
ｍ ｒ ｄ νｄ ｎｄ θｇＦ
物面 ∞
1 90.5290 9.0224 70.32 1.487490 0.5291
2 3476.6214 0.2500
3 108.6866 9.7966 70.32 1.487490 0.5291
4 -237.7886 2.5000 44.46 1.612660 0.564
5 179.8167 2.5000
6 80.0400 5.4497 64.13 1.516800 0.5357
7 140.7615 0.2000 33.36 1.527800 0.6291
8* 140.7615 0.3000 49.98 1.557147 0.5688
9 140.7615 15.9286
10 57.9333 2.0000 42.73 1.834810 0.5648
11 32.3388 9.3177 70.32 1.487490 0.5291
12 90.7740 D1
13 132.6572 4.1393 33.72 1.647690 0.593
14 -523.0292 1.7000 50.27 1.719990 0.5527
15 67.7680 D2
16 0.0000 3.0000 Ｓ
17 -434.3952 2.0000 46.59 1.816000 0.5567
18 23.9849 4.4832 58.82 1.518230 0.5449
19 -100.9429 0.1000
20 0.0000 1.0000
21 397.4081 3.6000 25.45 1.805180 0.6157
22 -96.5962 1.5000 67.90 1.593190 0.544
23 69.4057 1.5000
24 -199.5009 1.5000 67.90 1.593190 0.544
25 60.2877 4.0000
26 33.8022 6.7774 39.21 1.595510 0.5806
27 -23.0330 2.0000 82.57 1.497820 0.5386
28 49.4624 5.0000
29 257.9794 2.0000 46.59 1.816000 0.5567
30 22.5049 4.5956 44.46 1.612660 0.564
31 76.0065 2.5663
32 38.0090 9.7423 40.98 1.581440 0.5763
33 -24.5636 2.0000 22.74 1.808090 0.6287
34 -105.7609 9.1491
35 0.0000 40.5814
36 0.0000 2.0000 63.88 1.516800 0.536
37 0.0000 BF
像面 ∞

［レンズ群焦点距離］
レンズ群 始面 焦点距離
第１レンズ群 1 120.3
第２レンズ群 13 -175.5
第３レンズ群 16 -81.2
この光学系ＯＬ１において、第８面は回折光学面である。以下の表５に回折光学面データ、すなわち設計波長λ０、次数ｎ並びに各位相係数Ｃ2、Ｃ4の値を示す。
（表５）
［回折光学面データ］
ｍ λ０ ｎ Ｃ2 Ｃ4
8 587.6 1.0 -5.00000E-05 3.46148E-10
また、この光学系ＯＬ１において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上空気間隔Ｄ１、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔Ｄ２、及び、バックフォーカスＢＦは、合焦に際して変化する。次の表６に、無限遠合焦状態、中間距離合焦状態及び近距離合焦状態における可変間隔を示す。なお、Ｄ０は光学系ＯＬ１の最も物体側の面（第１面）から物体までの距離を示し、ｆは焦点距離、βは倍率を示し、バックフォーカスＢＦは、最も像面側の光学面（第３７面）から像面Ｉまでの光軸上の距離（空気換算長）を示している（この説明は、以降の実施例においても同様である）。
（表６）
［可変間隔データ］
合焦状態 無限遠 中間距離 近距離
ｆ 391.74403 − −
β − -0.03333 -0.22277
Ｄ０ ∞ 11775.1260 1770.0002
Ｄ１ 7.61558 9.90206 24.63002
Ｄ２ 44.58471 42.29823 27.62027
ＢＦ 0.09999 0.10000 0.09999
次の表７に、この光学系ＯＬ１における各条件式対応値を示す。
（表７）
ｆｐｆ＝10000.0

［条件式対応値］
（１２）ｆ１／ｆｐｆ＝0.012
このように、この光学系ＯＬ１は、上記条件式（１２）を満足している。
この光学系ＯＬ１の無限遠合焦状態における球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図及びコマ収差図を図１０に示す。各収差図において、ＦＮＯはＦナンバー、Ｙは像高をそれぞれ示す。なお、球面収差図では最大口径に対応するＦナンバーの値を示し、非点収差図及び歪曲収差図では像高の最大値を示し、コマ収差図では各像高の値を示す。ｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）、ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）をそれぞれ示す。非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面をそれぞれ示す。また、以降に示す各実施例の収差図においても、本実施例と同様の符号を用いる。これらの各収差図より、この光学系ＯＬ１は、無限遠合焦状態から近距離合焦状態にわたって諸収差が良好に補正されていることがわかる。
［光学系の第２実施例］
図１１は、第２実施例に係る光学系ＯＬ２の構成を示す図である。この光学系ＯＬ２は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳと、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを備え、第２レンズ群Ｇ２を光軸に沿って移動させて合焦を行う合焦レンズ群Ｇｆとしている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、両凸正レンズＬ１１、両凸正レンズＬ１２と両凹負レンズＬ１３とを接合した接合正レンズ、像側に凹面を向け２種類の異なる材料を用いた密着複層型の回折光学素子ＧＤが形成された正メニスカスレンズＬ１４、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１６とを接合した接合負レンズで構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２とを接合した接合負レンズで構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凹負レンズＬ３１と両凸正レンズＬ３２とを接合した接合負レンズ、両凸正レンズＬ３３と両凹負レンズＬ３４とを接合した接合負レンズ、両凹負レンズＬ３５、両凸レンズＬ３６と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３７とを接合した接合正レンズＣＬ３１、両凹負レンズＬ３８と両凸正レンズＬ３９とを接合した接合負レンズＣＬ３２、及び、両凸正レンズＬ３１０と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３１１とを接合した接合正レンズＣＬ３３で構成されている。なお、（表８）に示すレンズデータにおいて、第２０面は仮想面を示している。
また、第２実施例に係る光学系ＯＬ２は、第３レンズ群Ｇ３内の両凸正レンズＬ３３と両凹負レンズＬ３４とを接合した接合負レンズ、及び、両凹負レンズＬ３５を防振群Ｇｖｒとし、この防振群Ｇｖｒを光軸と直交する方向の変位成分を持つように移動させることにより、光学系ＯＬ２の振動等に起因する像位置の変更が補正されるように構成されている。
以下の表８に、光学系ＯＬ２の諸元の値を掲げる。
（表８）第２実施例
［全体諸元］
ｆ ＝ 489.70405
ＦＮｏ＝ 5.75019
ω ＝ 2.51062
ＴＬ ＝ 279.32422

［レンズデータ］
ｍ ｒ ｄ νｄ ｎｄ θｇＦ
物面 ∞
1 170.0946 12.8000 70.31 1.487490 0.5291
2 -624.7082 0.1000
3 122.1897 14.2000 70.31 1.487490 0.5291
4 -397.5861 4.2000 44.46 1.612660 0.564
5 168.6766 3.0000
6 87.1890 8.4000 64.13 1.516800 0.5356
7 159.3794 0.2000 33.41 1.527800 0.6329
8* 159.3794 0.3000 49.74 1.557100 0.5625
9 159.3794 25.8964
10 82.0499 4.0475 40.66 1.883000 0.5669
11 44.0296 9.9231 70.31 1.487490 0.5291
12 159.8899 D1
13 213.6406 3.5000 33.73 1.647690 0.5931
14 -289.8235 2.0000 50.27 1.719990 0.5527
15 81.1056 D2
16 0.0000 4.6833 Ｓ
17 -96.9087 3.0000 46.59 1.816000 0.5567
18 54.5734 4.5000 58.82 1.518230 0.5449
19 -47.3825 4.5000
20 0.0000 0.5000
21 63.6526 3.8251 36.40 1.620040 0.5878
22 -67.1997 1.2000 82.57 1.497820 0.5386
23 38.7110 3.0000
24 -104.6546 1.5000 67.90 1.593190 0.544
25 57.0672 5.0000
26 36.2961 8.4742 41.51 1.575010 0.5765
27 -29.7475 4.0000 82.57 1.497820 0.5386
28 -944.5222 9.8861
29 -43.9902 2.0000 46.59 1.816000 0.5567
30 36.4672 4.9460 44.46 1.612660 0.564
31 -108.4507 0.5000
32 69.7069 8.3459 40.98 1.581440 0.5763
33 -27.7792 2.0000 22.74 1.808090 0.6288
34 -105.8102 BF
像面 ∞

［レンズ群焦点距離］
レンズ群 始面 焦点距離
第１レンズ群 1 158.7
第２レンズ群 13 -166.5
第３レンズ群 16 -108.5
この光学系ＯＬ２において、第８面は回折光学面である。以下の表９に回折光学面データを示す。
（表９）
［回折光学面データ］
ｍ λ０ ｎ Ｃ2 Ｃ4
8 587.6 1.0 -4.25304E-05 3.00000E-10
また、この光学系ＯＬ２において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上空気間隔Ｄ１、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔Ｄ２、及び、バックフォーカスＢＦは、合焦に際して変化する。次の表１０に、無限遠合焦状態、中間距離合焦状態及び近距離合焦状態における可変間隔を示す。
（表１０）
［可変間隔データ］
合焦状態 無限遠 中間距離 近距離
ｆ 489.70405 − −
β − -0.03333 -0.18012
Ｄ０ ∞ 14704.2290 2720.0000
Ｄ１ 22.24696 25.12411 39.16215
Ｄ２ 32.25305 29.35590 15.39786
ＢＦ 64.39657 64.40466 64.43514
次の表１１に、この光学系ＯＬ２における各条件式対応値を示す。
（表１１）
ｆｐｆ＝11756.3

［条件式対応値］
（１２）ｆ１／ｆｐｆ＝0.012
このように、この光学系ＯＬ２は、上記条件式（１２）を満足している。
この光学系ＯＬ２の無限遠合焦状態における球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図及びコマ収差図を図１２に示す。これらの各収差図より、この光学系ＯＬ２は、無限遠合焦状態から近距離合焦状態にわたって諸収差が良好に補正されていることがわかる。
［光学系の第３実施例］
図１３は、第３実施例に係る光学系ＯＬ３の構成を示す図である。この光学系ＯＬ３は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳと、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを備え、第２レンズ群Ｇ２を光軸に沿って移動させて合焦を行う合焦レンズ群Ｇｆとしている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１、両凸正レンズＬ１２と両凹負レンズＬ１３とを接合した接合正レンズ、像側に凹面を向け２種類の異なる材料を用いた密着複層型の回折光学素子ＧＤが形成された正メニスカスレンズＬ１４、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１６とを接合した接合正レンズで構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２とを接合した接合負レンズで構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３１と両凸正レンズＬ３２とを接合した接合負レンズ、両凸正レンズＬ３３と両凹負レンズＬ３４とを接合した接合負レンズ、両凹負レンズＬ３５、両凸正レンズＬ３６と両凹負レンズＬ３７とを接合した接合正レンズＣＬ３１、両凸正レンズＬ３８と物体側に凹面を向けた負メニスカスＬ３９とを接合した接合正レンズＣＬ３２、及び、両凹負レンズＬ３１０と両凸正レンズＬ３１１とを接合した接合負レンズＣＬ３３で構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３と像面Ｉとの間にフィルターＦＬが配置されている。なお、（表１２）に示すレンズデータにおいて、第２０面は仮想面を示している。
また、第３実施例に係る光学系ＯＬ３は、第３レンズ群Ｇ３内の両凸正レンズＬ３３と両凹負レンズＬ３４とを接合した接合負レンズ、及び、両凹負レンズＬ３５を防振群Ｇｖｒとし、この防振群Ｇｖｒを光軸と直交する方向の変位成分を持つように移動させることにより、光学系ＯＬ３の振動等に起因する像位置の変更が補正されるように構成されている。
以下の表１２に、光学系ＯＬ３の諸元の値を掲げる。
（表１２）第３実施例
［全体諸元］
ｆ ＝ 489.60699
ＦＮｏ＝ 5.77358
ω ＝ 2.50102
ＴＬ ＝ 280.00477

［レンズデータ］
ｍ ｒ ｄ νｄ ｎｄ θｇＦ
物面 ∞
1 122.9476 12.8000 70.32 1.487490 0.5291
2 1170.7859 0.1000
3 138.4197 14.2000 70.32 1.487490 0.5291
4 -404.2440 4.2000 44.46 1.612660 0.564
5 239.1102 3.0000
6 119.7261 6.0000 64.13 1.516800 0.5356
7 182.0193 0.2000 33.36 1.527800 0.6291
8* 182.0193 0.3000 49.98 1.557147 0.5688
9 182.0193 30.5473
10 68.0810 2.5000 40.66 1.883000 0.5668
11 42.3028 10.3591 70.32 1.487490 0.5291
12 139.6949 D1
13 160.1874 3.5000 31.16 1.688930 0.5993
14 -763.1227 1.8000 49.26 1.743200 0.5526
15 72.3797 D2
16 0.0000 4.6833 Ｓ
17 184.5427 3.0000 35.72 1.902650 0.5804
18 32.0345 4.5000 46.48 1.582670 0.5663
19 -1347.5920 4.5000
20 0.0000 0.5000
21 108.6182 3.2000 33.72 1.647690 0.593
22 -132.3745 1.2000 70.32 1.487490 0.5291
23 51.5472 2.4500
24 -139.0671 1.3000 67.90 1.593190 0.544
25 71.8302 5.5639
26 30.9587 6.5741 44.46 1.612660 0.564
27 -29.7499 2.0000 67.90 1.593190 0.544
28 27.3446 6.3892
29 38.2118 9.2060 40.98 1.581440 0.5763
30 -22.9829 2.0000 22.74 1.808090 0.6287
31 -33.7014 1.9429
32 -39.4851 2.0000 40.66 1.883000 0.5668
33 57.7841 4.8763 44.46 1.612660 0.564
34 -105.7143 27.2264
35 0.0000 40.5814
36 0.0000 2.0000 63.88 1.516800 0.536
37 0.0000 BF
像面 ∞

［レンズ群焦点距離］
レンズ群 始面 焦点距離
第１レンズ群 1 156.0
第２レンズ群 13 -169.5
第３レンズ群 16 -102.5
この光学系ＯＬ３において、第８面は回折光学面である。以下の表１３に回折光学面データを示す。
（表１３）
［回折光学面データ］
ｍ λ０ ｎ Ｃ2 Ｃ4
8 587.6 1.0 -4.00000E-05 3.00000E-10
また、この光学系ＯＬ３において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上空気間隔Ｄ１、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔Ｄ２、及び、バックフォーカスＢＦは、合焦に際して変化する。次の表１４に、無限遠合焦状態、中間距離合焦状態及び近距離合焦状態における可変間隔を示す。
（表１４）
［可変間隔データ］
合焦状態 無限遠 中間距離 近距離
ｆ 489.60699 − −
β − -0.03333 -0.17907
Ｄ０ ∞ 14688.0010 2720.0000
Ｄ１ 23.65867 26.53105 40.54928
Ｄ２ 31.04134 28.15895 14.21073
ＢＦ 0.10477 0.11361 0.14305
次の表１５に、この光学系ＯＬ３における各条件式対応値を示す。
（表１５）
ｆｐｆ＝12500.0

［条件式対応値］
（１２）ｆ１／ｆｐｆ＝0.014
このように、この光学系ＯＬ３は、上記条件式（１２）を満足している。
この光学系ＯＬ３の無限遠合焦状態における球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図及びコマ収差図を図１４に示す。これらの各収差図より、この光学系ＯＬ３は、無限遠合焦状態から近距離合焦状態にわたって諸収差が良好に補正されていることがわかる。
［光学系の第４実施例］
図１５は、第４実施例に係る光学系ＯＬ４の構成を示す図である。この光学系ＯＬ４は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳと、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを備え、第２レンズ群Ｇ２を光軸に沿って移動させて合焦を行う合焦レンズ群Ｇｆとしている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、両凸正レンズＬ１１、両凸正レンズＬ１２と両凹負レンズＬ１３とを接合した接合正レンズ、像側に凹面を向け２種類の異なる材料を用いた密着複層型の回折光学素子ＧＤが形成された正メニスカスレンズＬ１４、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１６とを接合した接合負レンズで構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２とを接合した接合負レンズで構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凹負レンズＬ３１と両凸正レンズＬ３２とを接合した接合負レンズ、両凸正レンズＬ３３と両凹負レンズＬ３４とを接合した接合負レンズ、両凹負レンズＬ３５、両凸レンズＬ３６と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３７とを接合した接合正レンズ、両凹負レンズＬ３８と両凸正レンズＬ３９とを接合した接合負レンズ、及び、両凸正レンズＬ３１０と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３１１とを接合した接合正レンズで構成されている。なお、（表１６）に示すレンズデータにおいて、第２０面は仮想面を示している。
また、第４実施例に係る光学系ＯＬ４は、第３レンズ群Ｇ３内の両凸正レンズＬ３３と両凹負レンズＬ３４とを接合した接合負レンズ、及び、両凹負レンズＬ３５を防振群Ｇｖｒとし、この防振群Ｇｖｒを光軸と直交する方向の変位成分を持つように移動させることにより、光学系ＯＬ４の振動等に起因する像位置の変更が補正されるように構成されている。
以下の表１６に、光学系ＯＬ４の諸元の値を掲げる。
（表１６）第４実施例
［全体諸元］
ｆ ＝ 489.86648
ＦＮｏ＝ 5.88304
ω ＝ 2.51193
ＴＬ ＝ 279.31858

［レンズデータ］
ｍ ｒ ｄ νｄ ｎｄ θｇＦ
物面 ∞
1 177.9322 10.7424 70.31 1.487490 0.5291
2 -684.2028 0.1000
3 122.4566 13.2172 70.31 1.487490 0.5291
4 -434.8886 3.3400 44.46 1.612660 0.564
5 175.1561 2.5000
6 93.5593 9.5000 64.13 1.516800 0.5356
7 182.0193 0.2000 33.41 1.527800 0.6329
8* 182.0193 0.3000 49.74 1.557100 0.5625
9 182.0193 24.6299
10 85.2289 2.7000 40.66 1.883000 0.5669
11 46.6951 9.6422 70.31 1.487490 0.5291
12 167.4939 D1
13 213.7194 3.5000 33.73 1.647690 0.5931
14 -215.1271 2.0000 50.27 1.719990 0.5527
15 81.1151 D2
16 0.0000 4.6833 Ｓ
17 -108.6991 3.0000 46.59 1.816000 0.5567
18 51.7879 4.5000 58.82 1.518230 0.5449
19 -47.3380 4.5000
20 0.0000 0.5000
21 58.5515 4.1845 36.40 1.620040 0.5878
22 -71.0652 2.0000 82.57 1.497820 0.5386
23 34.7292 3.0000
24 -96.6917 1.2000 67.90 1.593190 0.544
25 57.7620 5.0000
26 36.6409 8.3877 41.51 1.575010 0.5765
27 -29.6683 3.2259 82.57 1.497820 0.5386
28 -506.0649 8.9942
29 -47.7973 2.0000 46.59 1.816000 0.5567
30 34.9739 5.0330 44.46 1.612660 0.564
31 -108.0742 0.6389
32 61.8976 8.2352 40.98 1.581440 0.5763
33 -29.6045 2.0000 22.74 1.808090 0.6288
34 -156.7818 23.3642
35 0.0000 BF
像面 ∞

［レンズ群焦点距離］
レンズ群 始面 焦点距離
第１レンズ群 1 160.3
第２レンズ群 13 -164.1
第３レンズ群 16 -111.5
この光学系ＯＬ４において、第８面は回折光学面である。以下の表１７に回折光学面データを示す。
（表１７）
［回折光学面データ］
ｍ λ０ ｎ Ｃ2 Ｃ4
8 587.6 1.0 -4.06169E-05 3.00000E-10
また、この光学系ＯＬ４において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上空気間隔Ｄ１、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔Ｄ２、及び、バックフォーカスＢＦは、合焦に際して変化する。次の表１８に、無限遠合焦状態、中間距離合焦状態及び近距離合焦状態における可変間隔を示す。
（表１８）
［可変間隔データ］
合焦状態 無限遠 中間距離 近距離
ｆ 489.86648 − −
β − -0.03333 -0.18008
Ｄ０ ∞ 14707.6860 2720.0000
Ｄ１ 28.11673 30.99524 45.01048
Ｄ２ 32.38327 29.48476 15.54952
ＢＦ 42.00002 42.00002 42.00002
次の表１９に、この光学系ＯＬ４における各条件式対応値を示す。
（表１９）
ｆｐｆ＝12310.1

［条件式対応値］
（１２）ｆ１／ｆｐｆ＝0.013
このように、この光学系ＯＬ４は、上記条件式（１２）を満足している。
この光学系ＯＬ４の無限遠合焦状態における球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図及びコマ収差図を図１６に示す。これらの各収差図より、この光学系ＯＬ４は、無限遠合焦状態から近距離合焦状態にわたって諸収差が良好に補正されていることがわかる。
［光学系の第５実施例］
図１７は、第５実施例に係る光学系ＯＬ５の構成を示す図である。この光学系ＯＬ５は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳと、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを備え、第２レンズ群Ｇ２を光軸に沿って移動させて合焦を行う合焦レンズ群Ｇｆとしている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、両凸正レンズＬ１１、両凸正レンズＬ１２と両凹負レンズＬ１３とを接合した接合正レンズ、像側に凹面を向け２種類の異なる材料を用いた密着複層型の回折光学素子ＧＤが形成された正メニスカスレンズＬ１４、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１６とを接合した接合負レンズで構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２とを接合した接合負レンズで構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３１と両凸正レンズＬ３２とを接合した接合負レンズ、両凸正レンズＬ３３と両凹負レンズＬ３４とを接合した接合負レンズ、両凹負レンズＬ３５、両凸正レンズＬ３６と両凹負レンズＬ３７とを接合した接合正レンズＣＬ３１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３８と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３９とを接合した接合負レンズＣＬ３２、及び、両凸正レンズＬ３１０と両凹負レンズＬ３１１とを接合した接合正レンズＣＬ３３で構成されている。なお、（表２０）に示すレンズデータにおいて、第２０面は仮想面を示している。
また、第５実施例に係る光学系ＯＬ５は、第３レンズ群Ｇ３内の両凸正レンズＬ３３と両凹負レンズＬ３４とを接合した接合負レンズ、及び、両凹負レンズＬ３５を防振群Ｇｖｒとし、この防振群Ｇｖｒを光軸と直交する方向の変位成分を持つように移動させることにより、光学系ＯＬ５の振動等に起因する像位置の変更が補正されるように構成されている。
以下の表２０に、光学系ＯＬ５の諸元の値を掲げる。
（表２０）第５実施例
［全体諸元］
ｆ ＝ 587.82207
ＦＮｏ＝ 5.88304
ω ＝ 2.51193
ＴＬ ＝ 334.33637

［レンズデータ］
ｍ ｒ ｄ νｄ ｎｄ θｇＦ
物面 ∞
1 302.4929 12.0000 70.32 1.487490 0.5291
2 -715.9215 0.1000
3 210.7157 15.0000 70.32 1.487490 0.5291
4 -342.1326 5.0000 44.46 1.612660 0.564
5 333.1726 5.0000
6 90.8030 10.0000 63.88 1.516800 0.536
7 171.8616 0.4000 33.36 1.527800 0.6291
8* 171.8616 0.6000 49.98 1.557147 0.5688
9 171.8616 47.3894
10 80.6830 3.0000 40.66 1.883000 0.5668
11 45.9758 11.0000 70.32 1.487490 0.5291
12 158.1668 D1
13 163.1229 3.5000 33.72 1.647690 0.593
14 -678.8737 2.2000 50.27 1.719990 0.5527
15 75.9479 D2
16 0.0000 5.6200 Ｓ
17 227.5523 4.2000 46.59 1.816000 0.5567
18 43.5080 3.6503 58.82 1.518230 0.5449
19 -176.3202 3.5000
20 0.0000 0.9168
21 62.2833 4.0000 36.40 1.620040 0.5878
22 -55.1599 1.7000 67.90 1.593190 0.544
23 38.1756 2.6955
24 -129.4541 1.6000 67.90 1.593190 0.544
25 62.2355 4.0000
26 47.1782 6.3136 40.98 1.581440 0.5763
27 -35.5372 2.0000 67.90 1.593190 0.544
28 939.6807 8.3679
29 99.9008 1.5000 40.66 1.883000 0.5668
30 28.0287 5.3178 44.46 1.612660 0.564
31 118.6519 0.1000
32 39.8576 5.5971 36.40 1.620040 0.5878
33 -253.7914 1.5000 20.88 1.922860 0.639
34 92.8638 9.0000
35 0.0000 1.5000 63.88 1.516800 0.536
36 0.0000 20.0000
37 0.0000 BF
像面 ∞

［レンズ群焦点距離］
レンズ群 始面 焦点距離
第１レンズ群 1 195.3
第２レンズ群 13 -182.2
第３レンズ群 16 -121.3
この光学系ＯＬ５において、第８面は回折光学面である。以下の表２１に回折光学面データを示す。
（表２１）
［回折光学面データ］
ｍ λ０ ｎ Ｃ2 Ｃ4
8 587.6 1.0 -3.15496E-05 1.94872E-10
また、この光学系ＯＬ５において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上空気間隔Ｄ１、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔Ｄ２、及び、バックフォーカスＢＦは、合焦に際して変化する。次の表２２に、無限遠合焦状態、中間距離合焦状態及び近距離合焦状態における可変間隔を示す。
（表２２）
［可変間隔データ］
合焦状態 無限遠 中間距離 近距離
ｆ 587.82207 − −
β − -0.03333 -0.17715
Ｄ０ ∞ 17647.0010 3314.9820
Ｄ１ 23.85485 27.17253 42.96010
Ｄ２ 54.71307 51.39539 35.60782
ＢＦ 42.00000 41.99968 41.99993
次の表２３に、この光学系ＯＬ５における各条件式対応値を示す。
（表２３）
ｆｐｆ＝15848.1

［条件式対応値］
（１２）ｆ１／ｆｐｆ＝0.012
このように、この光学系ＯＬ４は、上記条件式（１２）を満足している。
この光学系ＯＬ５の無限遠合焦状態における球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図及びコマ収差図を図１８に示す。これらの各収差図より、この光学系ＯＬ５は、無限遠合焦状態から近距離合焦状態にわたって諸収差が良好に補正されていることがわかる。
なお、以下に記載の内容は、光学性能を損なわない範囲で適宜採用可能である。
上述した実施例では、３群構成の光学系ＯＬを示したが、以上の構成条件等は、４群、５群等の他の群構成にも適用可能である。また、最も物体側にレンズまたはレンズ群を追加した構成や、最も像面側にレンズまたはレンズ群を追加した構成でも構わない。具体的には、最も像面側に、変倍時又は合焦時に像面に対する位置を固定されたレンズ群を追加した構成が考えられる。また、レンズ群とは、変倍時又は合焦時に変化する空気間隔で分離された、少なくとも１枚のレンズを有する部分を示す。また、レンズ成分とは、単レンズ又は複数のレンズが接合された接合レンズをいう。
また、単独または複数のレンズ群、または部分レンズ群を光軸方向に移動させて、無限遠物体から近距離物体への合焦を行う合焦群としても良い。この場合、合焦群はオートフォーカスにも適用でき、オートフォーカス用の（超音波モータ等の）モータ駆動にも適している。特に、第２レンズ群Ｇ２の少なくとも一部を合焦群とし、その他のレンズは合焦時に像面に対する位置を固定とするのが好ましい。モータにかかる負荷を考慮すると、合焦レンズ群は接合レンズで構成するのが好ましいが、単レンズで構成してもよい。
また、レンズ群または部分レンズ群を光軸に直交方向の変位成分を持つように移動させ、または、光軸を含む面内方向に回転移動（揺動）させて、手振れによって生じる像ブレを補正する防振群としてもよい。特に、第３レンズ群Ｇ３の少なくとも一部を防振群とするのが好ましい。
また、レンズ面は、球面または平面で形成されても、非球面で形成されても構わない。レンズ面が球面または平面の場合、レンズ加工及び組立調整が容易になり、加工及び組立調整の誤差による光学性能の劣化を防げるので好ましい。また、像面がずれた場合でも描写性能の劣化が少ないので好ましい。レンズ面が非球面の場合、非球面は、研削加工による非球面、ガラスを型で非球面形状に形成したガラスモールド非球面、ガラスの表面に樹脂を非球面形状に形成した複合型非球面のいずれの非球面でも構わない。また、レンズ面は回折光学面としてもよく、レンズを屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）或いはプラスチックレンズとしてもよい。
開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の近傍または中に配置されるのが好ましいが、開口絞りとしての部材を設けずに、レンズの枠でその役割を代用してもよい。
さらに、各レンズ面には、フレアやゴーストを軽減し高コントラストの高い光学性能を達成するために、広い波長域で高い透過率を有する反射防止膜を施してもよい。
次に、本実施形態に係る光学系ＯＬを備えた光学機器であるカメラを図１９に基づいて説明する。このカメラ１は、撮影レンズ２として本実施形態に係る光学系ＯＬを備えたレンズ交換式の所謂ミラーレスカメラである。本カメラ１において、不図示の物体（被写体）からの光は、撮影レンズ２で集光されて、不図示のＯＬＰＦ（Optical low pass filter：光学ローパスフィルタ）を介して撮像部３の撮像面上に被写体像を形成する。そして、撮像部３に設けられた光電変換素子により被写体像が光電変換されて被写体の画像が生成される。この画像は、カメラ１に設けられたＥＶＦ（Electronic view finder：電子ビューファインダ）４に表示される。これにより撮影者は、ＥＶＦ４を介して被写体を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、撮像部３により光電変換された画像が不図示のメモリに記憶される。このようにして、撮影者は本カメラ１による被写体の撮影を行うことができる。なお、本実施形態では、ミラーレスカメラの例を説明したが、カメラ本体にクイックリターンミラーを有しファインダー光学系により被写体を観察する一眼レフタイプのカメラに本実施形態に係る光学系ＯＬを搭載した場合でも、上記カメラ１と同様の効果を奏することができる。
１ カメラ（光学機器） ＯＬ（ＯＬ１〜ＯＬ５） 光学系
Ｇ１ 第１レンズ群 Ｇ２ 第２レンズ群
ＧＤ 回折光学素子
本発明の第三の態様に係る回折光学素子は、ブレーズ形状の回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子であって、波長毎の回折効率が異なる２以上の領域を有し、２以上の領域は、光軸を中心とし、所定の規格化半径よりも内側の領域である中央領域と、所定の規格化半径よりも外側の周辺領域とを含み、次式の条件を満足する。
０．５０ ＜ ｒａ ＜０．９８
Ｗ＿ｉｎ ＜ Ｗ＿ｏｕｔ
５ｎｍ ＜ Ｗ＿ｏｕｔ−Ｗ＿ｉｎ ＜ ５０ｎｍ
但し、
ｒａ：所定の規格化半径（光軸からの当該光軸と直交する方向の高さを有効径で除した値）
Ｗ＿ｉｎ：中央領域の回折格子において最も回折効率の高い波長
Ｗ＿ｏｕｔ：周辺領域の回折格子において最も回折効率の高い波長
条件式（３）は、中央領域Ａｃと周辺領域Ａｐを合計した面積に対するそれ以外の領域（格子高さｈ０及び格子高さｈｍａｘ以外の格子高さの回折格子が形成された領域（中間領域））Ａｅの面積の比を規定するものである。図２に示すように、中央領域Ａｃと周辺領域Ａｐとをつなぐ中間領域Ａｅは、中央領域Ａｃの格子高さから、この中間領域Ａｅで段階的に高くして周辺領域Ａｐの格子高さにすることが好ましい。この条件式（３）の上限値を上回ると、中間領域Ａｅでの色味の変化が緩すぎて、フレアの色づき軽減効果に乏しくなるため好ましくない。なお、この条件式（３）の効果を確実なものとするために、条件式（３）の上限値を４５％、更に４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％とすることがより望ましい。
この本実施形態に係る回折光学素子ＧＤは、条件式（９）に示すように、中心領域Ａｃの回折格子において最も回折効率の高い波長よりも、周辺領域Ａｐにおいて最も回折効率の高い波長の方が長くなるように構成されている。なお、図５及び式（ｂ）に示すように、最も回折効率がよい波長は最もフレア比率が最も低い波長である。
条件式（１０）は、中央領域Ａｃと周辺領域Ａｐとの境界の規格化半径を規定するものである。この条件式（１０）の下限値を下回ると、長波長の赤いフレアと短波長の緑や青のフレアのスポット径が重複している（色づきの少ない）部分にまで格子高さを高くした影響が及んでしまい、フレアスポットの内側における緑や青のフレア強度が増すため好ましくない。なお、条件式（１０）の効果を確実なものとするために、この条件式（１０）の下限値を０．５５、更に０．６０、０．６５、０．７０、０．７５、０．８０とすることがより望ましい。また、条件式（１０）の上限値を上回ると、フレアのスポット径が最も大きい長波長の赤いフレアの大部分が格子高さを変更した効果の及ばない領域となってしまうためフレアの色づきを軽減する効果に乏しくなるため好ましくない。なお、条件式（１０）の効果を確実なものとするために、この条件式（１０）の上限値を０．９７８、更に０．９７５、０．９７３、０．９７１とすることがより望ましい。
条件式（１２）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離に対する、回折光学素子ＧＤの焦点距離の比を規定している。この条件式（１２）を満足することにより、軸上と倍率の色収差を良好に補正することができる。この条件式（１２）の下限値を下回ると、回折光学素子ＧＤの焦点距離が長くなり（屈折力が小さくなり）、±１次回折光があまり広がらないのでフレアの色づきが目立たなくなるが、格子高さを途中で変えると、全体として回折効率が低下する弊害の方が大きくなるため好ましくない。なお、条件式（１２）の効果を確実なものとするために、この条件式（１２）の下限値を０．００３、更に０．００５、０．００８、０．０１０とすることがより望ましい。また、条件式（１２）の上限値を上回ると、回折光学素子ＧＤの焦点距離が短くなり（屈折力が大きくなり）、±１次回折光が広がりすぎて淡く、強度が弱く、目立たなくなるが、格子高さを途中で変えると、全体として回折効率が低下する弊害の方が大きくなるため好ましくない。なお、条件式（１２）の効果を確実なものとするために、この条件式（１２）の上限値を０．０２５、更に０．０２０、０．０１８、０．０１５することがより望ましい。
また、図７（ｂ）、（ｄ）において、スポット像のうち、領域Ｐ１は、ほぼ均一な色味の中心部を示し、領域Ｐ２は、赤色が目立つ周辺部を示す。なお、図７（ａ）、（ｃ）において、スポット像の中心の白色の部分は、回折によるフレアではなく光源の像である。
このように、この光学系ＯＬ５は、上記条件式（１２）を満足している。

Claims (13)

  1. 回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子であって、
    光軸を中心とした中央領域における回折格子の格子高さよりも、周辺領域における回折格子の格子高さの方が高い回折光学素子。
  2. 前記回折格子は、ブレーズ形状をしている請求項１に記載の回折光学素子。
  3. 次式の条件を満足する請求項１または２に記載の回折光学素子。
    ０．５０ ＜ ｒｃ ＜ ０．９８
    ０．０１％ ＜ Δｈ／ｈ０ ＜ １０．００％
    但し、
    ｒ：規格化半径（光軸からの当該光軸と直交する方向の高さを有効径で除した値）
    ｈ０：０．００＜ｒ＜０．５０における前記回折格子の格子高さの平均値
    ｈｍａｘ：０．９８＜ｒ＜１．００における前記回折格子の格子高さの平均値
    Δｈ：ｈｍａｘとｈ０との差
    ｒｃ：格子高さが（ｈ０＋ｈｍａｘ）／２となる規格化半径
  4. 前記中央領域は、格子高さｈ０の回折格子が形成されており、
    前記周辺領域は、格子高さｈｍａｘの回折格子が形成されており、
    次式の条件を満足する請求項１〜３のいずれか一項に記載の回折光学素子。
    Ｓｅ ／ （Ｓｃ＋Ｓｐ） ≦ ５０％
    Ｓｃ：前記中央領域の面積
    Ｓｐ：前記周辺領域の面積
    Ｓｅ：格子高さｈ０及び格子高さｈｍａｘ以外の格子高さの回折格子が形成された領域の面積
  5. ブレーズ形状の回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子であって、
    波長毎の回折効率が異なる２以上の領域を有し、
    前記２以上の領域は、光軸を中心とし、所定の規格化半径よりも内側の領域である中央領域と、前記所定の規格化半径よりも外側の周辺領域とを含み、
    次式の条件を満足する回折光学素子。
    Ｅ＿ｉｎ ＜ Ｅ＿ｏｕｔ
    ０．５０ ＜ｒｓ ＜ ０．９８
    Ｅ＿ｉｎ ＞ ９０％
    Ｅ＿ｏｕｔ ＞ ９０％
    但し、
    ｒｓ：前記所定の規格化半径（光軸からの当該光軸と直交する方向の高さを有効径で除した値）
    Ｅ＿ｉｎ：前記中央領域における回折格子のＣ線での回折効率
    Ｅ＿ｏｕｔ：前記周辺領域における回折格子のＣ線での回折効率
  6. 次式の条件を満足する請求項５に記載の回折光学素子。
    Ｆ＿ｏｕｔ／Ｆ＿ｉｎ ＜ ０．５０
    但し、
    Ｆ＿ｉｎ：前記中央領域における回折格子のＣ線でのフレア比率
    Ｆ＿ｏｕｔ：前記周辺領域における回折格子のＣ線でのフレア比率
  7. ブレーズ形状の回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子であって、
    波長毎の回折効率が異なる２以上の領域を有し、
    前記２以上の領域は、光軸を中心とし、所定の規格化半径よりも内側の領域である中央領域と、前記所定の規格化半径よりも外側の周辺領域とを含み、
    次式の条件を満足する回折光学素子。
    Ｗ＿ｉｎ ＜ Ｗ＿ｏｕｔ
    ０．５０ ＜ ｒａ ＜０．９８
    ５ｎｍ ＜ Ｗ＿ｏｕｔ−Ｗ＿ｉｎ ＜ ５０ｎｍ
    但し、
    ｒａ：前記所定の規格化半径（光軸からの当該光軸と直交する方向の高さを有効径で除した値）
    Ｗ＿ｉｎ：前記中央領域の回折格子において最も回折効率の高い波長
    Ｗ＿ｏｕｔ：前記周辺領域の回折格子において最も回折効率の高い波長
  8. 有効径内のどの領域においても設計次数が同一である請求項１〜７のいずれか一項に記載の回折光学素子。
    なお、設計次数とは、前記回折格子で回折されたｎ次、ｎ±１次、ｎ±２次・・・の回折次数の回折光のうち、強度が最大となる回折光の回折次数のことをいう。
  9. 屈折率の異なる２つの光学材料で構成され、当該光学材料の境界面に前記回折格子が形成されている請求項１〜８のいずれか一項に記載の回折光学素子。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の回折光学素子を有する光学系。
  11. 物体側から順に、
    正の屈折力を有する第１レンズ群と、
    負の屈折力を有する第２レンズ群と、を有し、
    前記第１レンズ群は請求項１〜９のいずれか一項に記載の回折光学素子を有し、
    次式の条件を満足する光学系。
    ０．００１ ＜ ｆ１／ｆｐｆ ＜ ０．０３０
    但し、
    ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
    ｆｐｆ：前記回折光学素子の焦点距離
  12. 請求項１０または１１に記載の光学系を有する光学機器。
  13. 回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子の製造方法であって、
    前記回折格子を、光軸を中心とした中央領域における回折格子の格子高さよりも、周辺領域における回折格子の格子高さの方が高くなるように形成する回折光学素子の製造方法。
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