TWI554782B - A zoom optical system and a photographing device having a zoom optical system - Google Patents

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Description

變焦光學系統及具有變焦光學系統之拍攝裝置
本發明係關於一種使用繞射光學元件之變焦光學系統及具有變焦光學系統之拍攝裝置。
在變焦光學系統中使用繞射光學元件時，容易修正色像差，可獲得高光學性能(例如參照專利文獻1)。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開2004-117826號公報
一般而言，數位相機及攝影機等之光學系統，要求透鏡全長(光學全長，亦即從最靠近物體側之透鏡面(第一面)至像面的長度)短，且整個光學系統體積小。但是，愈縮短透鏡全長，色像差等各種像差愈大，光學性能愈低。即使在此種光學系統中僅設置繞射光學元件，若不適切設定配設位置及折射力，在整個變焦區域不易良好地修正色像差。不適切使用繞射光學元件時，色像差修正不足。此外，繞射光學元件之折射力變大時，繞射光學元件之格柵間距變窄，製造困難，生產性惡化。
本發明係鑑於此種問題者，其目的為藉由有效使用繞射光學元件，而提供一種小型，且在全部變焦範圍良好地修正色像差等各種像差，具有高光學性能之變焦光學系統及具有變焦光學系統之拍攝裝置。
為了達成此目的，按照例示本發明之第一樣態，提供一種變焦光學系統，其特徵為具有從物體側起依序排列之：第一透 鏡群，其具有正折射力；第二透鏡群，其具有負折射力；第三透鏡群，其具有正折射力；及第四透鏡群，其具有負折射力；於變倍時，各透鏡群之相互間隔變化，前述第三透鏡群及前述第四透鏡群之任何一方至少具有一片繞射光學元件。
按照例示本發明之第二樣態，提供一種拍攝裝置(例如本實施形態中之數位單眼反射式相機CAM)，其特徵為具有上述樣態之變焦光學系統。
按照本發明，藉由有效使用繞射光學元件，可提供一種小型，且包括全部變焦範圍良好地修正色像差等各種像差，具有高光學性能之變焦光學系統及具有變焦光學系統之拍攝裝置。
以下，就本實施形態參照圖式作說明。如第一圖所示，本實施形態之變焦光學系統ZL具有從物體側起依序排列之具有正折射力的第一透鏡群G1、具有負折射力之第二透鏡群G2、具有正折射力之第三透鏡群G3、及具有負折射力之第四透鏡群G4，從廣角端狀態向望遠端狀態變倍時，各透鏡群之相互間隔變化，第三透鏡群G3及第四透鏡群G4之任何一方至少具有一片繞射光學元件PF。
本實施形態之繞射光學元件PF如第二圖所示，係使用所謂的密合複層型的繞射光學元件，其具有由不同光學材料構成之2個繞射光學元件構件，具體而言係具有：第一繞射光學元件PF1，其具有已形成有複數個格柵溝之第一繞射光學面；及第二繞射光學元件PF2，其具有已形成有複數個格柵溝之第二繞射光學面；第一繞射光學元件PF1與第二繞射光學元件PF2係配置成第一繞射光學面與第二繞射光學面彼此相對，該第一繞射光學面與該第二繞射光學面以繞射光學面C彼此密合而連接。
但是本實施形態所使用之繞射光學元件PF並非如上述限 定於密合複層型者，即使係單層型或分離複層型亦無妨。
按照此種結構之本實施形態的變焦光學系統ZL，從廣角端狀態向望遠端狀態變倍時，藉由使各透鏡群G1~G4之相互間隔變化，而達成變焦光學系統ZL之小型化。此外，發生很大軸上色像差之第三透鏡群G3及第四透鏡群G4的任何一方，係藉由配置繞射光學元件PF有效進行色像差之修正。
後述之第一種實施例係藉由在第三透鏡群G3中配置密合複層型繞射光學元件PF，在整個變焦區域良好地修正色像差。此外，第二種實施例，係藉由在第四透鏡群G4中配置密合複層型繞射光學元件PF，在整個變焦區域良好地修正色像差。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，較佳為第三透鏡群G3具有從物體側起依序排列之正透鏡、負透鏡及正透鏡，此等全部係將凹面朝向影像側之彎月形狀。按照此結構，在全部變焦區域可進行良好之像差修正。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，宜滿足以下之條件式(1)。
30≦ν d ave≦70………(1)
其中，ν dave：係構成包含密合複層型繞射光學元件PF之透鏡群的正透鏡的材料的色散係數(Abbe’s number)之平均值，該正透鏡不包括折射力之絕對值在1/5000以下的透鏡，及前述密合複層型繞射光學元件PF。
條件式(1)係規定在使用繞射光學元件PF之第三透鏡群G3及第四透鏡群G4的任何一方，除了折射力為1/5000以下之透鏡的折射型透鏡之色散係數ν d的平均值者。
繞射光學元件PF具備繞射光學面C(參照第二圖)，該繞射光學面C上有每1mm有數條至數百條細溝狀或縫隙狀格柵的結構形成同心圓狀，該繞射光學元件PF並具有使入射於繞射光學面C之光向依據格柵間距(格柵溝之間隔)與入射光 的波長而定的方向繞射的性質。此種繞射光學元件PF例如使用於將特定階數之繞射光聚光於一點的透鏡等。
以普通光學玻璃作成之折射型透鏡係波長愈短，折射力特性之變化愈大，反之，繞射光學元件PF之折射力特性係隨波長而線形變化。此外，折射型透鏡之折射率特性係依構成材料而變化，而繞射光學元件PF之折射率特性不因構成材料而變化。因此，藉由組合將複數個折射型透鏡組合而使折射力隨波長線形變化者與繞射光學元件PF，獲得很大消色效果，可良好地修正色像差。
條件式(1)就折射力隨波長而線形變化之複數個折射型透鏡的材料選擇方法，係規定色散係數之平均值者。低於條件式(1)之下限值時，前述折射型透鏡係波長愈短折射力特性變化愈大，在此種透鏡中組合繞射光學元件PF時，像差之殘留量變大。此外，因為組合之繞射光學元件PF的折射力變大，間距變窄，所以製造困難，量產性惡化。
反之，高於條件式(1)之上限值時，因為前述折射型透鏡中使用異常分散性高的玻璃材料，所以需要比重大之玻璃材料，而導致重量增加。此外，由於此等折射型透鏡之玻璃材料一般而言係折射率低之玻璃材料，因此球面像差等之修正困難。但是，就球面像差之修正，雖可藉由使用非球面而消除，但是當以非球面修正時之修正量變大時，弛垂(sag)量(非球面從球面之偏移量)變大，因而製造困難，量產性惡化。
另外，為了使本實施形態之效果更確實，條件式(1)之下限值應為32。此外，為了使本實施形態之效果更確實，條件式(1)之上限值應為57。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，宜滿足以下的條件式(2)。
0.005≦| Φdoei/Φi |≦0.025………(2)
其中，Φi：包含密合複層型繞射光學元件PF之整個透鏡群的折 射力，Φdoei：密合複層型繞射光學元件PF之折射力。
條件式(2)係規定繞射光學元件PF之折射力與包含該繞射光學元件PF之透鏡群的折射力之比者。低於條件式(2)之下限值時，繞射光學元件PF之折射力變小，色像差修正不足。反之，高於條件式(2)之上限值時，繞射光學元件PF之折射力變強，繞射光學元件PF之格柵間距變窄，製造困難，量產性惡化。
另外，為了使本實施形態之效果更確實，條件式(2)之下限值應為0.010。此外，為了使本實施形態之效果更確實，條件式(2)之上限值應為0.020。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，宜滿足以下之條件式(3)。
0.8≦TLw/fw≦1.3………(3)
其中，TLw：廣角端狀態下從最靠近物體側之透鏡面至像面的距離，fw：廣角端狀態下整個系統之焦點距離。
條件式(3)係規定在廣角端狀態下從最靠近物體側之透鏡面(第一面)至像面的距離與在廣角端狀態下整個系統的焦點距離之比者。低於條件式(3)之下限值時，各種像差惡化。反之，高於條件式(3)之上限值時，小型化不充分。
另外，為了使本實施形態之效果更確實，條件式(3)之下限值應為1.0。此外，為了使本實施形態之效果更確實，條件式(3)之上限值應為1.2。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，第四透鏡群G4宜具有至少一片為正折射力之透鏡，與至少一片為負折射力之透鏡。藉由該結構可抑制球面像差、彗形像差、像散像差、像面彎曲等，並抑制軸上色像差之發生。此外，因為藉由此等折射型透鏡可使折射力隨波長之變化更接近線形，所以組合繞射光 學元件PF時，可獲得很大消色效果，而良好地修正光學系統的色像差。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，宜滿足以下之條件式(4)。
0.08≦Pmin≦0.5………(4)
其中，Pmin：密合複層型繞射光學元件PF之最小間距。
條件式(4)係規定繞射光學元件PF之格柵的最小間距者。低於條件式(4)之下限值時，間距變窄，製造困難，量產性惡化。反之，高於條件式(4)之上限值時，繞射光學元件PF之折射力變小，色像差修正不足。
另外，為了使本實施形態之效果更確實，條件式(4)之下限值應為0.2。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，第一透鏡群G1宜具有至少一片為正折射力之透鏡，且其中至少一片係異常分散玻璃。如此，藉由在第一透鏡群G1中之至少一片正透鏡使用異常分散玻璃，可抑制軸上色像差、及倍率色像差之發生。
一般而言，許多光學玻璃是將縱軸作為部分分散比而設為(θ g,F)，將橫軸作為色散係數而設為ν d時，如第八圖所示，在部分分散比與色散係數之間大致成為直線關係，並將此種玻璃稱為正常分散玻璃。另一方面，將在離開該直線關係之位置的玻璃種類稱為異常分散玻璃。更具體而言，將結合成為正常分散玻璃之基準的NSL7與PBM2(均為OHARA INC.的玻璃種類名稱)而獲得之直線作為標準線，將部分分散比對該標準線之偏差以△(θ g,F)來表示時，則將滿足以下條件式(5)或(6)者定義為異常分散玻璃。
△(θ g,F)<-0.012………(5)
△(θ g,F)>0.012………(6)
另外，將透鏡材質對g線(波長λ=435.835nm)的折射率設為ng，對F線(波長λ=486.133nm)的折射率設為nF， 對C線(波長λ=656.273nm)的折射率設為nC時，部分分散比(θ g,F)是以(θ g,F)=(ng-nF)/(nF-nC)來定義。
此外，成為上述正常分散玻璃之基準的NSL7，其部分分散比為0.5436，色散係數為60.49，PBM2之部分分散比為0.5828，色散係數為36.26。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，第三透鏡群G3至少一片宜具有非球面。藉由該結構可良好地修正球面像差、彗形像差。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，第四透鏡群G4至少一片宜具有非球面。藉由該結構可良好地修正球面像差、彗形像差。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，宜具有從第四透鏡群G4之影像側起依序排列的具有正折射力之第五透鏡群G5、與具有負折射力之第六透鏡群G6。藉由該結構可達成變焦透鏡光學系統ZL之進一步小型化。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，第六透鏡群G6至少一片宜具有非球面。藉由該結構，可良好地修正像散像差、像面彎曲及失真(distortion)。
利用所謂複層型(或疊層型)繞射光學元件作為本實施形態之繞射光學元件PF，該複層型(或疊層型)繞射光學元件如上述具有由不同光學材料構成之具有第一繞射光學面的第一繞射光學元件PF1及具有第二繞射光學面的第二繞射光學元件PF2，第一繞射光學元件PF1與第二繞射光學元件PF2以第一繞射光學面與第二繞射光學面彼此相對之方式而配置，因此，可在包含從g線(波長λ=435.835nm)至C線(波長λ=656.273nm)之寬廣波長帶中提高繞射效率。因此，使用此種繞射光學元件PF之本實施形態的變焦光學系統ZL，可利用在寬廣波長帶中。
另外，本實施形態中之繞射效率，係顯示在透過型之繞射光學元件PF中利用1階繞射光時，入射強度I0與一階繞射光 之強度I1的比率η(=I1/I0×100[%])。
本實施形態之變焦光學系統ZL中使用的繞射光學元件PF，如上述亦可以相對配置之第一繞射光學面與第二繞射光學面彼此接觸的方式而構成。換言之，亦可使2個繞射元件構件分別形成的格柵溝彼此密合而構成密合複層型繞射光學元件。此種密合複層型繞射光學元件與將形成有格柵溝之2個繞射元件構件以各格柵溝相對的方式接近配置而構成之所謂分離複層型繞射光學元件比較，因為可簡化製程，所以具備量產效率佳，此外對光線之入射角的繞射效率佳(在包含g線至C線的寬廣波長帶中為90%以上)之優點。因此，利用此種密合複層型繞射光學元件之本實施形態的變焦光學系統ZL製造容易，且繞射效率亦佳。
再者，本實施形態之變焦光學系統ZL中，構成繞射光學元件PF之第一繞射光學元件PF1及第二繞射光學元件PF2的至少一方亦可由紫外線硬化型樹脂構成。藉由該結構，可提高繞射光學元件PF之量產性及生產性。因此，可提高利用此種繞射光學元件PF之本實施形態的變焦光學系統ZL之量產性及生產性。
詳細而言，2個繞射元件構件之材料，分別為一方使用普通玻璃或是可射出成形等之熱可塑性樹脂或熱硬化性樹脂，另一方使用紫外線硬化型樹脂，可製造繞射光學元件PF。例如，一方之材料為使用玻璃的情況，係藉由切削研磨使繞射光學面C成形。其後，可採用在該繞射光學面C上滴下紫外線硬化型樹脂，並照射紫外線而硬化的製造方法。此外，一方之材料使用熱可塑性樹脂或熱硬化性樹脂的情況，係藉由使用形成有格柵溝之金屬模進行射出成形等，使繞射光學面C成形。其後，可採用在該繞射光學面C上滴下紫外線硬化型樹脂，並照射紫外線而硬化的製造方法。因為可採用此種製造方法，而不需要對2個繞射元件構件分別製作繞射光學面C，進一步進行此等對準的作業，所以可提高繞射光學元件PF之生產性及量產 性。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，構成繞射光學元件PF之第一繞射光學元件PF1及第二繞射光學元件PF2亦可由彼此具有不同光學特性之紫外線硬化型樹脂而構成。藉由該結構可提高繞射光學元件PF之量產性及生產性。因此，可提高利用該繞射光學元件PF之本實施形態的變焦光學系統ZL之量產性及生產性。
該情況下，首先，係對滴在基板上之一方紫外線硬化型樹脂，以形成有格柵溝之金屬模進行壓模，從該金屬模的相反方向照射紫外線，而使具有繞射光學面C之一方繞射元件構件成形。其次，除去金屬模，在藉由該紫外線照射而硬化的繞射光學面C上滴下另一方之紫外線硬化型樹脂。繼續，藉由在該滴下之另一方的紫外線硬化型樹脂照射紫外線，也使另一方之紫外線硬化型樹脂硬化，而形成另一方之繞射元件構件。藉由採用此種製造方法，只須要1個金屬模即可使格柵溝成形，並且不需要對2個繞射元件構件分別形成繞射光學面C，及進行此等之對準作業，只需要實施2次滴下紫外線硬化型樹脂而硬化的作業即可製造。因此可進一步提高繞射光學元件PF之量產性及生產性。
本實施形態之變焦光學系統ZL中，構成繞射光學元件PF的2個繞射元件構件之中，將更低折射率高分散之一方的繞射元件構件的材質對d線(波長λ=587.562nm)、F線(波長λ=486.133nm)及C線(波長λ=656.273nm)的折射率設為nd1、nF1及nC1，並將更高折射率低分散之一方的繞射元件構件的材質對d線、F線及C線之折射率設為nd2、nF2及nC2時，宜滿足以下之條件式(7)~(10)。
nd1≦1.54………(7)
0.0145≦nF1-nC1………(8)
1.55≦nd2………(9)
nF2-nC2≦0.013………(10)
上述條件式(7)~(10)分別規定構成變焦光學系統ZL之繞射光學元件PF的不同之2個繞射元件構件所使用的光學材料，亦即2個不同樹脂對d線之折射率與對F線及C線的折射率差(nF-nC)。進一步說明，此等條件式(7)~(10)係規定繞射光學元件PF中使用之不同的兩種樹脂，具體而言為具有相對性低折射率高分散之光學特性的樹脂、與具有高折射率低分散之光學特性的樹脂中，為了製造繞射光學元件PF使其硬化後應該滿足的樹脂光學特性者。
藉由滿足該條件式(7)~(10)，可使更佳性能之不同的2個繞射元件構件密合接合，而形成繞射光學面C。結果，在包括g線~C線的寬廣波長帶可實現90%以上的繞射效率。但是，高於條件式(7)~(10)之上限值或是低於下限值時，則不易在寬廣波長帶中獲得90%以上的繞射效率，不易維持密合複層型繞射光學元件PF之優點困難。另外，此處所謂繞射效率，如前述係入射光之強度與一階繞射光之強度的比率。
此處，為了慎重起見，特別記載求出繞射效率的公式。將繞射階數設為m，將m階繞射光的繞射效率設為η，形成繞射光學面C之一方繞射元件構件的繞射格柵高度設為d1，形成繞射光學面C之另一方繞射元件構件的繞射格柵高度設為d2，形成繞射光學面C之一方繞射元件構件的材料折射率設為n1，形成繞射光學面C之另一方繞射元件構件的材料折射率設為n2，波長設為λ時，繞射效率由以下的公式(11),(12)來表示。
η m={sin(a-m)π/(a-m)π}^ 2………(11)
a={(n1-1)d1-(n2-1)d2}/λ………(12)
另外，就滿足上述條件之樹脂及使用此等樹脂之密合複層型繞射光學元件PF的製造方法，例如記載於歐洲專利公開第1830204號公報及歐洲專利公開第1830205號公報。
本實施形態在後述之各個實施例中，係使用由2個不同之紫外線硬化型樹脂構成的密合複層型繞射光學元件PF，繞射 格柵高度為20.05μm，一階繞射效率對g線(波長λ=435.835nm)係98%，對F線(波長λ=486.133nm)係98%，對d線(波長λ=587.562nm)係100%，對C線(波長λ=656.273nm)係98%。
繼續，第九圖中顯示具備上述之變焦光學系統ZL作為攝影透鏡1的數位單眼反射式相機CAM(拍攝裝置)的概略剖面圖。該相機CAM中，來自無圖示之物體(景物)的光以攝影透鏡1聚光，並經由速返反射鏡3而成像於焦點板4上。而後，在焦點板4上成像之光在五稜鏡5中複數次反射而導向接眼透鏡6。藉此，攝影者可經由接眼透鏡6觀察物體(景物)的直立影像。
此外，有些攝影者按下無圖示之釋放按鈕時，速返反射鏡3向光程外退開，經攝影透鏡1而聚光之無圖示的物體(景物)之光在拍攝元件7上形成景物影像。藉此，來自物體(景物)之光藉由該拍攝元件7拍攝，並作為物體(景物)畫像而記錄於無圖示的記憶體中。如此，攝影者可藉由本相機CAM進行物體(景物)之拍攝。
另外，第九圖中記載之相機CAM亦可為可裝卸地保持攝影透鏡1者，亦可為與攝影透鏡1一體而成形者。此外，相機CAM亦可為所謂單眼反射式相機，亦可為不具速返反射鏡等之小型相機。
作為攝影透鏡1而搭載於本相機CAM中的本實施形態之變焦光學系統ZL，從後述之各種實施例即可瞭解，由於其特徵性的透鏡結構，所以小型，且在整個變焦範圍良好地修正色像差等各種像差，並具有高光學性能。因此，本相機CAM可實現小型，且在整個變焦範圍良好地修正色像差等各種像差，並具有高光學性能的拍攝裝置。
【實施例】
以下，依據圖式說明本實施形態之各種實施例。以下係顯示表1及表2，而此等係第一種實施例及第二種實施例的各諸 元表。
表中之[整體諸元]中，f表示變焦光學系統ZL在d線之廣角端狀態及望遠端狀態下的焦點距離(mm)，FNo表示廣角端狀態及望遠端狀態下的F號碼，Y表示像高，Σ d表示變焦光學系統ZL從最靠近物體側之透鏡面(第一面)至最靠近影像側之透鏡面的光軸上距離。
表中之[透鏡資料]中，面編號表示沿著光線行進方向，透鏡面從物體側起的順序，r表示各透鏡面的曲率半徑，d表示面間隔，是從各光學面至下一個光學面(或像面)在光軸上的距離，nd表示對d線(波長λ=587.562nm)之折射率，ν d表示對d線之色散係數，(可變)表示可變面間隔，＊ a表示非球面，＊ d表示繞射光學面，＊ s表示光圈，曲率半徑r之攔中的「∞」表示平面。另外，省略空氣折射率(d線)1.000000的記載。
表中之[非球面資料]中，就顯示於[透鏡資料]的非球面，用以下公式(a)表示其形狀。此處，h表示垂直於光軸之方向的高度，Z(h)表示在高度h中之光軸方向的變位量(弛垂量)，c表示基準球面之曲率半徑(近軸曲率半徑)，κ表示圓錐係數，A表示4次的非球面係數，B表示6次的非球面係數。
另外，本實施形態中之「E-n」表示「×10-n」，例如「1.234E-05」表示「1.234×10-5」。
Z(h)=ch2/[1+{1-(1+κ)c2h2)}1/2]+Ah4+Bh6………(a)
表中之[繞射光學面資料]中，就顯示於[透鏡資料]的繞射光學面，用以下公式(b)表示其形狀。此處，h表示垂直於光軸之方向的高度，Φ(h)表示繞射光學元件之相位函數，λ表示入射光之波長，C2表示2次的相位差係數，C4表示4次之相位差係數。
Φ(h)=(2 π/λ)‧(C2h2+C4h4)………(b)
在表中之[第一透鏡群G1之正透鏡的部分分散比與偏差]中，(θ g,F)表示部分分散比，將結合成為正常分散玻璃之基 準的NSL7與PBM2而獲得之直線作為標準線，△(θ g,F)表示部分分散比對該標準線之偏差。
表中的[各群間隔資料]中，在廣角端狀態及望遠端狀態之Di(其中，i係整數)表示第i面與第(i+1)面的可變間隔。
表中之[變焦光學系統群資料]中，G表示群編號，群初面表示各透鏡群最靠近物體側之面編號，群焦點距離表示各透鏡群的焦點距離。
此外，表中之[條件式]中，表示對應於上述條件式(1)~(4)之值。
以下，在全部的諸元值中，所揭示之焦點距離f、曲率半徑r、面間隔d、其他長度等，只要沒有特別記載時，通常是使用「mm」，光學系統由於不論正比放大或正比縮小均可獲得同等之光學性能，因此並非限定於此者。此外，單位不限定於「mm」，亦可使用其他適當之單位。
以上之說明在全部之實施例中均共用，並省略在以下之說明。
[第一種實施例]
就第一種實施例，使用第一圖、第三圖、第四圖及表1作說明。第一圖顯示第一種實施例之變焦光學系統ZL(ZL1)的結構剖面圖及從廣角端狀態(W)至望遠端狀態(T)的變焦軌道。另外，第一圖之結構剖面圖為了避免圖示之繁雜度，而省略構成繞射光學元件PF之繞射光學元件構件的符號PF1、PF2，及繞射光學面之符號C的記載，以及格柵溝之形狀的記載，而僅記載繞射光學元件PF之符號。
如第一圖所示，第一種實施例之變焦光學系統ZL1具有沿著光軸從物體側起依序排列之具有正折射力的第一透鏡群G1、具有負折射力之第二透鏡群G2、具有正折射力之第三透鏡群G3、具有負折射力之第四透鏡群G4、具有正折射力之第五透鏡群G5、及具有負折射力之第六透鏡群G6，並使各透鏡群之空氣間隔變化而進行變倍。
第一透鏡群G1由沿著光軸從物體側起依序排列之正透鏡L11、及負透鏡L12與正透鏡L13之接合透鏡而構成。另外，影像側之正透鏡L13的構成材料係異常分散玻璃。
第二透鏡群G2由沿著光軸從物體側起依序排列之負透鏡L21、及負透鏡L22與正透鏡L23之接合透鏡而構成。
第三透鏡群G3由沿著光軸從物體側起依序排列之正透鏡L31、負透鏡L32及正透鏡L33而構成，此等全部係凹面朝向影像側之彎月形狀。另外，在物體側之正透鏡L31的影像側之面上形成密合複層型繞射光學元件PF，影像側之正透鏡L33的影像側之面係非球面。
另外，繞射光學元件PF係將由不同之2個紫外線硬化型樹脂構成的繞射光學元件構件PF1與PF2分別密合接合而構成者，其接合面成為形成有繞射格柵溝之繞射光學面C(參照第二圖)。本實施例之繞射光學元件構件PF1與PF2的構成材料係使用具有以下表中之[樹脂折射率]的折射率之樹脂。另外，樹脂折射率表示樹脂硬化後之折射率。
第四透鏡群G4由沿著光軸從物體側起依序排列之正透鏡L41與負透鏡L42之接合透鏡而構成。另外，負透鏡L42之影像側的面係非球面。
第五透鏡群G5由沿著光軸從物體側起依序排列之正透鏡L51、負透鏡L52、正透鏡L53及正透鏡L54而構成。
第六透鏡群G6由沿著光軸從物體側起依序排列之正透鏡L61與負透鏡L62之接合透鏡、及負透鏡L63而構成。另外，影像側之負透鏡L62的影像側之面係非球面。
在以下之表1中顯示第一種實施例之各諸元之值。表1中之面編號1~35對應於第一圖所示之面1~35。
從表1所示之諸元表中瞭解本實施例之變焦光學系統ZL1滿足全部的上述條件式(1)~(4)。
第三圖、第四圖係第一種實施例之變焦透鏡系統ZL的各種像差圖。此處，第三圖係在廣角端狀態下攝影距離無限大時的縱像差圖，第四圖係在望遠端狀態下攝影距離無限大時的縱像差圖。另外，縱像差圖中，從各圖左側起記載(縱方向的) 球面像差、像散像差及歪曲像差。此外，此等像差圖均係從物體側光線追蹤第一種實施例之變焦光學系統ZL1者。
另外，球面像差圖中之d表示d線上的像差，C表示C線上的像差，F表示F線上的像差，g表示g線上的像差。此外，像散像差圖中，實線表示弧矢像面，虛線表示子午像面。此外，球面像差圖中，縱軸表示將入射瞳孔半徑之最大值設為1而規格化顯示之值，橫軸表示各線上之像差值(mm)。此外，像散像差圖中，縱軸表示像高(mm)，橫軸表示像差之值(mm)。此外，歪曲像差之縱軸表示像高(mm)，並以百分率(%值)表示像差的比率。以上像差圖之說明在其他實施例中亦同，並省略其說明。
從各像差圖瞭解，第一種實施例從廣角端狀態至望遠端狀態之各焦點距離狀態下，已良好地修正包含球面像差、像散像差、歪曲像差等各種像差。
[第二種實施例]
就第二種實施例，使用第五圖至第七圖及表2作說明。第五圖顯示第二種實施例之變焦光學系統ZL(ZL2)的結構剖面圖及從廣角端狀態(W)至望遠端狀態(T)的變焦軌道。另外，第五圖之結構剖面圖為了避免圖示之繁雜度，而省略構成繞射光學元件PF之繞射光學元件構件的符號PF1、PF2，及繞射光學面之符號C的記載，以及格柵溝之形狀的記載，而僅記載繞射光學元件PF之符號。
如第五圖所示，第二種實施例之變焦光學系統ZL2具有沿著光軸從物體側起依序排列之具有正折射力的第一透鏡群G1、具有負折射力之第二透鏡群G2、具有正折射力之第三透鏡群G3、具有負折射力之第四透鏡群G4、具有正折射力之第五透鏡群G5、及具有負折射力之第六透鏡群G6，並使各透鏡群之空氣間隔變化而進行變倍。
第一透鏡群G1由沿著光軸從物體側起依序排列之正透鏡L11、及負透鏡L12與正透鏡L13之接合透鏡而構成。另外， 影像側之正透鏡L13的構成材料係異常分散玻璃。
第二透鏡群G2由沿著光軸從物體側起依序排列之負透鏡L21、及負透鏡L22與正透鏡L23之接合透鏡而構成。
第三透鏡群G3由沿著光軸從物體側起依序排列之正透鏡L31、負透鏡L32及正透鏡L33而構成，此等全部係凹面朝向影像側之彎月形狀。另外，物體側之正透鏡L31的影像側之面及影像側之正透鏡L33的影像側之面均係非球面。
第四透鏡群G4由沿著光軸從物體側起依序排列之正透鏡L41與負透鏡L42之接合透鏡而構成。另外，負透鏡L42之影像側的面上形成有密合複層型繞射光學元件PF。此外，該密合複層型繞射光學元件PF的影像側之面係非球面。
另外，繞射光學元件PF係將由不同之2個紫外線硬化型樹脂構成的繞射光學元件構件PF1與PF2分別密合接合而構成者，其接合面成為形成有繞射格柵溝之繞射光學面C(參照第二圖)。本實施例之繞射光學元件構件PF1與PF2的構成材料係使用具有以下表中之[樹脂折射率]所示的折射率之樹脂。另外，樹脂折射率表示樹脂硬化後之折射率。
第五透鏡群G5由沿著光軸從物體側起依序排列之正透鏡L51、負透鏡L52、正透鏡L53及正透鏡L54而構成。
第六透鏡群G6由沿著光軸從物體側起依序排列之正透鏡L61與負透鏡L62之接合透鏡、及負透鏡L63而構成。另外，影像側之負透鏡L62的影像側之面係非球面。
在以下之表2中顯示第二種實施例之各諸元值。表2中之面編號1~35對應於第五圖所示之面1~35。
從表2所示之諸元表中瞭解本實施例之變焦光學系統ZL2滿足全部的上述條件式(1)~(4)。
第六圖、第七圖係第二種實施例之變焦透鏡系統ZL2的 各種像差圖。此處，第六圖係在廣角端狀態下攝影距離無限大時的縱像差圖，第七圖係在望遠端狀態下攝影距離無限大時的縱像差圖。另外，縱像差圖中，從各圖左側起記載(縱方向的)球面像差、像散像差及歪曲像差。此外，此等像差圖均係從物體側光線追蹤第二種實施例之變焦光學系統ZL2者。
從各像差圖瞭解，第二種實施例從廣角端狀態至望遠端狀態之各焦點距離狀態下，已良好地修正包含球面像差、像散像差、歪曲像差等各種像差。
如以上說明，按照本發明，藉由有效使用繞射光學元件，可提供小型，且在全部變焦範圍良好地修正色像差等各種像差，具有高光學性能之變焦光學系統及具有變焦光學系統之拍攝裝置。
另外，為了容易瞭解本發明，係附加實施形態之構成要件作說明，不過本發明當然並非限定於此者。
1‧‧‧攝影透鏡(變焦光學系統)
3‧‧‧速返反射鏡
4‧‧‧焦點板
5‧‧‧五稜鏡
6‧‧‧接眼透鏡
7‧‧‧拍攝元件
C‧‧‧繞射光學面
CAM‧‧‧數位單眼反射式相機(拍攝裝置)
G1‧‧‧第一透鏡群
G2‧‧‧第二透鏡群
G3‧‧‧第三透鏡群
G4‧‧‧第四透鏡群
G5‧‧‧第五透鏡群
G6‧‧‧第六透鏡群
PF(PF1,PF2)‧‧‧繞射光學元件
SP‧‧‧光圈
ZL(ZL1,ZL2)‧‧‧變焦光學系統
第一圖係顯示第一種實施例之變焦光學系統在廣角端狀態之結構剖面圖及從廣角端狀態(W)至望遠端狀態(T)的變焦軌道圖。
第二圖係顯示本實施形態之繞射光學元件的一例之示意圖。
第三圖係第一種實施例之變焦光學系統在廣角端狀態下拍攝距離無限大時的縱像差圖。
第四圖係第一種實施例之變焦光學系統在望遠端狀態下拍攝距離無限大時的縱像差圖。
第五圖係顯示第二種實施例之變焦光學系統在廣角端狀態之結構剖面圖及從廣角端狀態(W)至望遠端狀態(T)的變焦軌道圖。
第六圖係第二種實施例之變焦光學系統在廣角端狀態下拍攝距離無限大時的縱像差圖。
第七圖係第二種實施例之變焦光學系統在望遠端狀態下拍攝距離無限大時的縱像差圖。
第八圖係異常分散玻璃之定義的說明圖，且橫軸為色散係數，縱軸為部分分散比。
第九圖係顯示本實施形態之數位單眼反射式相機(拍攝裝置)的結構之概略剖面圖。
ZL(ZL1)‧‧‧變焦光學系統
L41‧‧‧正透鏡
G1‧‧‧第一透鏡群
L42‧‧‧負透鏡
L11,L13‧‧‧正透鏡
G5‧‧‧第五透鏡群
L12‧‧‧負透鏡
L51,L53,L54‧‧‧正透鏡
G2‧‧‧第二透鏡群
L52‧‧‧負透鏡
L21,L22‧‧‧負透鏡
G6‧‧‧第六透鏡群
L23‧‧‧正透鏡
L61‧‧‧正透鏡
G3‧‧‧第三透鏡群
L62,L63‧‧‧負透鏡
L31,L33‧‧‧正透鏡
PF‧‧‧繞射光學元件
L32‧‧‧負透鏡
SP‧‧‧光圈
G4‧‧‧第四透鏡群

Claims (13)

  1. 一種變焦光學系統，其特徵為具有從物體側起依序排列之：第一透鏡群，其具有正折射力；第二透鏡群，其具有負折射力；第三透鏡群，其具有正折射力；及第四透鏡群，其具有負折射力；於變倍時，各透鏡群之相互間隔變化，前述第三透鏡群及前述第四透鏡群之任何一方至少具有一片繞射光學元件，前述繞射光學元件係密合複層型繞射光學元件，前述變焦光學系統滿足以下之條件式，0.005≦| Φdoei/Φi |≦0.020其中，Φi：包含前述密合複層型繞射光學元件之整個透鏡群的折射力，Φdoei：前述密合複層型繞射光學元件之折射力。
  2. 如申請專利範圍第1項之變焦光學系統，其中前述第三透鏡群具有從物體側起依序排列之正透鏡、負透鏡及正透鏡，此等全部係凹面朝向影像側之彎月形狀。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之變焦光學系統，其中滿足以下之條件式，30≦ν d ave≦70其中，ν dave：係構成包含前述密合複層型繞射光學元件之透鏡群的前述正透鏡的材料的色散係數之平均值，該正透鏡不包括折射力之絕對值在1/5000以下的透鏡，及前述密合複層型繞射光學元件。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之變焦光學系統，其中滿足以下之條件式，0.8≦TLw/fw≦1.3其中， TLw：廣角端狀態下從最靠近物體側之透鏡面至像面的距離，fw：廣角端狀態下整個系統之焦點距離。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項之變焦光學系統，其中前述第四透鏡群具有至少一片為正折射力之透鏡、及至少一片為負折射力之透鏡。
  6. 一種變焦光學系統，其特徵為具有從物體側起依序排列之：第一透鏡群，其具有正折射力；第二透鏡群，其具有負折射力；第三透鏡群，其具有正折射力；及第四透鏡群，其具有負折射力；於變倍時，各透鏡群之相互間隔變化，前述第三透鏡群及前述第四透鏡群之任何一方至少具有一片繞射光學元件，前述繞射光學元件係密合複層型繞射光學元件，前述變焦光學系統滿足以下之條件式(1)及條件式(2)，0.005≦| Φdoei/Φi |≦0.020 (1)其中，Φi：包含前述密合複層型繞射光學元件之整個透鏡群的折射力，Φdoei：前述密合複層型繞射光學元件之折射力，0.08≦Pmin≦0.5 (2)其中，Pmin：前述密合複層型繞射光學元件之最小間距。
  7. 如申請專利範圍第6項之變焦光學系統，其中前述第三透鏡群具有從物體側起依序排列之正透鏡、負透鏡及正透鏡，此等全部係凹面朝向影像側之彎月形狀。
  8. 如申請專利範圍第6項或第7項之變焦光學系統，其中前述第一透鏡群具有至少一片為正折射力之透鏡，其中至少一片係異常分散玻璃。
  9. 如申請專利範圍第6項或第7項之變焦光學系統，其中前 述第三透鏡群具有至少一片係非球面。
  10. 如申請專利範圍第6項或第7項之變焦光學系統，其中前述第四透鏡群具有至少一片係非球面。
  11. 如申請專利範圍第6項或第7項之變焦光學系統，其中具有依序排列於前述第四透鏡群之影像側的：第五透鏡群，其具有正折射力；及第六透鏡群，其具有負折射力。
  12. 如申請專利範圍第11項之變焦光學系統，其中前述第六透鏡群具有至少一片係非球面。
  13. 一種拍攝裝置，其特徵為具備申請專利範圍第1項至第12項中任一項之變焦光學系統。
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