(57)【要約】【課題】  変倍のための駆動機構が簡単で、光学系の全長が短く、温度変動時に変倍しても発生するデフォーカスを最小限に抑えることが可能である、変倍式望遠光学系及びこれを備える光学装置を提供する。【解決手段】  第１の光軸を有した回折面を含む回折光学系Ｇ１と、第１の光軸と並列配置された第２の光軸を有した反射面を含む反射光学系Ｇ２と、回折光学系Ｇ１の後方に配置され、第１の光軸を第２の光軸に向けて屈曲させる折り曲げミラーＭ１と、反射光学系Ｇ２の後方で、前記屈曲された光軸ともう一方の光軸との交点Ｐ上に配置され、回折光学系Ｇ１からの光のみを後方の光路に向ける第１の状態と、反射光学系Ｇ２からの光のみを後方の光路に向ける第２の状態とを選択的に取り得る光路切り換えミラーＭ２とを備え、回折光学系Ｇ１及び反射光学系Ｇ２を構成するレンズには、屈折率の温度依存係数dn/dTが正である硝材を用いて構成している。【選択図】  図１
2010249877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光軸を有した回折面を含む回折光学系と、
前記第１の光軸と並列配置された第２の光軸を有した反射面を含む反射光学系と、
前記回折光学系もしくは前記反射光学系の後方に配置され、前記第１の光軸もしくは前記第２の光軸をもう一方の光軸に向けて屈曲させる反射部材と、
前記回折光学系もしくは前記反射光学系の後方で、前記屈曲された光軸と、もう一方の光軸との交点上に配置され、前記回折光学系からの光のみを後方の光路に向ける第１の状態と、前記反射光学系からの光のみを後方の光路に向ける第２の状態とを選択的に取り得る光路変換部材とを備え、
前記回折光学系及び前記反射光学系を構成するレンズに、屈折率の温度依存係数dn/dTが正である硝材を用いることを特徴とする変倍式望遠光学系。
【請求項２】
前記回折光学系は、少なくとも１枚の正レンズと、少なくとも１枚の負レンズとを有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の変倍式望遠光学系。
【請求項３】
前記光路変換部材より像側に、バリエータレンズと、コンペンセータレンズとを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の変倍式望遠光学系。
【請求項４】
フォーカシングレンズを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の変倍式望遠光学系。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の変倍式望遠光学系を備えることを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変倍式望遠光学系及びこれを備える光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラやテレビカメラなどに使用する望遠光学系において、変倍のための機構が簡単で、全長が短く、広い波長域にて良好な結像性能を有するものが望まれている。
【０００３】
例えば、レンズの変倍方式として、レンズ光路切換方式（例えば、特許文献１を参照）を採用することにより、例えばミラーなど、光学系を構成する一つの光学素子を移動させるという簡単な構成で変倍切り換えができるとともに、変倍のために光学系を繰り出す必要がないため、光学系全長を短くすることができる。
【０００４】
しかしながら、長焦点距離化を進めつつ、特許文献１の技術をそのまま適用しようとすると、次のような問題が生じていた。まず、焦点距離が長いレンズを利用するため、レンズの色収差による色にじみが、撮影された画像に出てしまうおそれがあった。また、光学系の長焦点距離化に伴い、（上記変倍方式を採用しても）光学系全長が長くなってしまうおそれがあった。
【０００５】
こうした問題点に対処するために、反射光学系を利用するという方法がある。反射光学系は、原理的に色収差の発生がなく、かつ光学系全体の小型化を図りながら長焦点距離を得易いという長所がある。しかしながら、撮影画角の増大を図ることが難しく、また光束を往復して使用するために光軸近傍の光束がケラレてしまい、光学系全体の実質的な明るさが低下してしまうという短所がある。
【０００６】
そこで、レンズ光路切換方式を採用しつつ、望遠用光学系として屈折光学系を、より長い焦点距離を有する超望遠用光学系として反射光学系を採用するという案が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−３９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような望遠用光学系を構成するレンズには、広い波長域で発生する色収差を除去するため、凸レンズに、螢石やＥＤ（Extra-low Dispersion）ガラス等の異常分散性を有する硝材が用いられることが多い。しかしながら、異常分散性を有する硝材は、屈折率の温度依存係数dn/dTが負であることが多く、かつその絶対値も他の一般的な硝材のものと比較して大きい。したがって、こうした硝材を用いた凸レンズは、温度上昇時に焦点距離を大幅にのばすという働きを持つ。
【０００９】
それに対して、異常分散性を持たない一般の硝材は、屈折率の温度依存係数dn/dTが正であることが多い。しかしながら、こうした硝材は、上記のような望遠用光学系において凹レンズに用いられることが多いため、先の場合と同様に、温度上昇時には望遠光学系の焦点距離をのばす働きを持つ。
【００１０】
したがって、従来の望遠用光学系では、温度変動時に、凸レンズと凹レンズの両方が焦点距離の増大に寄与して、大きな焦点距離変動を生じる。そのため、反射系の超望遠と屈折系の望遠を切り換えると、大きなデフォーカス（合焦ずれ）が発生するおそれがあった。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、変倍のための駆動機構が簡単で、光学系の全長が短く、温度変動時に変倍しても発生するデフォーカスを最小限に抑えることが可能である、変倍式望遠光学系及びこれを備える光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するため、本発明を例示する第一の態様に従えば、第１の光軸を有した回折面を含む回折光学系と、前記第１の光軸と並列配置された第２の光軸を有した反射面を含む反射光学系と、前記回折光学系もしくは前記反射光学系の後方に配置され、前記第１の光軸もしくは前記第２の光軸をもう一方の光軸に向けて屈曲させる反射部材と、前記回折光学系もしくは前記反射光学系の後方で、前記屈曲された光軸と、もう一方の光軸との交点上に配置され、前記回折光学系からの光のみを後方の光路に向ける第１の状態と、前記反射光学系からの光のみを後方の光路に向ける第２の状態とを選択的に取り得る光路変換部材とを備え、前記回折光学系及び前記反射光学系を構成するレンズに、屈折率の温度依存係数dn/dTが正である硝材を用いることを特徴とする変倍式望遠光学系が提供される。
【００１３】
また、本発明を例示する第二の態様に従えば、第一の態様の変倍式望遠光学系を備えることを特徴とする光学装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の変倍式望遠光学系及びこれを備える光学装置によれば、変倍のための駆動機構が簡単で、光学系の全長が短く、温度変動時に変倍しても発生するデフォーカスを最小限に抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る変倍式望遠光学系の構成を概略的に示す図である。
【図２】回折光学系を構成する回折光学素子の形状を示す図である。
【図３】回折光学系の縦の球面収差と軸上色収差を示す図である。
【図４】比較用の望遠光学系の構成を概略的に示す図である。
【図５】比較用の望遠光学系の縦の球面収差と軸上色収差を示す図である。
【図６】反射光学系の縦の球面収差と軸上色収差を示す図である。
【図７】上記変倍式望遠光学系を備える光学装置（カメラ）の構成を概略的に示す図である。
【図８】本実施形態に係る変倍式望遠光学系の他の構成を概略的に示す図である。
【図９】回折光学系を使用した時におけるズーム概略図である。
【図１０】反射光学系を使用した時におけるズーム概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、光路は光軸に代表させて説明する。図１は、本実施形態に係る変倍式望遠光学系の構成を概略的に示す図である。本実施形態に係る変倍式望遠光学系は、図１に示すように、焦点距離の異なる、望遠用の光学系である回折光学系Ｇ１と、超望遠用の光学系である反射光学系Ｇ２とを有し、それぞれの光軸がほぼ平行となるように並列配置し、これら二つの光路を切り換えて使用することにより、変倍を行うように構成されている。
【００１７】
回折光学系Ｇ１と反射光学系Ｇ２との間には、折り返しミラーＭ１と、光路切り換えミラーＭ２とが設けられている。
【００１８】
折り返しミラーＭ１は、回折光学系Ｇ１の後方に配置され、回折光学系Ｇ１を通過した光路Ａを反射光学系Ｇ２の光軸に向けて屈曲させるために、反射面を反射光学系Ｇ２側に向けて傾斜させている。
【００１９】
光路切り換えミラーＭ２は、折り返しミラーＭ１によって屈曲された光路Ａ´と、反射光学系Ｇ２の光軸と一致させるため、反射光学系Ｇ２の後方に、具体的には光路Ａ´と光学系Ｇ２を通過した光路Ｂとの交点Ｐ上に、反射面が折り返しミラーＭ１の反射面と対向するように設けられている。なお、光路切り換えミラーＭ２は、ミラー駆動装置Ｍ２ｍにより光路Ａ´に沿って上下方向に移動可能であり、回折光学系Ｇ１からの光のみを後方の光路に向ける第１の状態（図１中の実線で示す位置）と、反射光学系Ｇ２からの光のみを後方の光路に向ける第２の状態（図１中の点線で示す位置）とを選択的に取り得る。
【００２０】
したがって、本実施形態における望遠光学系では、図１中の実線で示すように、光路切り換えミラーＭ２が反射光学系Ｇ２の光路内にある場合、回折光学系Ｇ１により得られる結像光束は、折り返しミラーＭ１で反射され、光路Ａ´を通り、光路切り換えミラーＭ２で反射され、該ミラーＭ２の後方で光路Ｂの延長上に設けられた像面Ｉにて物体像を形成する。この際、反射光学系Ｇ２によって得られる像は、光路切り換えミラーＭ２によって妨げられ、像面Ｉに導くことができないようになっている。
【００２１】
また、図１中の点線で示すように、ミラー駆動装置Ｍ２ｍを駆動して、光路切り換えミラーＭ２を移動させ、反射光学系Ｇ２の光路Ｂ外に退出させた場合、反射光学系Ｇ２を通った光束は、回折光学系Ｇ１と同様に、像面Ｉにて物体像を形成する。この際、回折光学系Ｇ１によって得られる像は、光路切り換えミラーＭ２によって妨げられ、像面Ｉに導くことができないようになっている。
【００２２】
以上のように、本実施形態においては、本光学系を構成する光学素子の一つである光路切り換えミラーＭ２を光路Ａ´に沿って上下方向に移動させるという簡単な構成で変倍切り換えができる。
【００２３】
回折光学系Ｇ１について説明する。本実施形態に係る回折光学系Ｇ１は、物体側から順に並んだ、回折光学素子Ｄ１と、正レンズＬ１と、負レンズＬ２と、折り返しミラーＭ１と、補正レンズＬ３と、光路切り換えミラーＭ２とを有し、焦点距離が長い、望遠結像機能を持つ。
【００２４】
回折光学素子Ｄ１は、紫外線硬化樹脂からなる平行平板を基板材としており、この像側の面に回折面（後述の表１の面番号１が該当）が形成されている。
【００２５】
一般に、回折光学素子の位相関数φは、光軸からの高さをｒとし、波長をλとし、係数Ｃ2〜Ｃ10としたとき、次式（１）で表される。
【００２６】
φ(r)＝(２π/λ)・(Ｃ2ｒ2＋Ｃ４ｒ4＋Ｃ6ｒ6＋Ｃ8ｒ8＋Ｃ10ｒ10)  …（１）
【００２７】
本実施形態においては、式（１）のＣ4〜Ｃ10は全て０であるので、回折光学素子Ｄ１の焦点距離をｆDとしたとき、次式（２）が成立する。
【００２８】
φ(ｒ)＝(２π/λ)・Ｃ2・ｒ2＝(２π/λ)・{-1/(2ｆD)}・ｒ2  …（２）
【００２９】
回折光学素子Ｄ１は、環境温度２０℃の状態にある場合、Ｃ2＝-1.2389×10-5[mm-1]であるため、式（２）よりｆD＝40356.8282[mm]となる。
【００３０】
続いて、回折光学素子Ｄ１の形状を図２に示す。回折光学素子Ｄ１において、ｍ番目の輪帯の半径ｒmは、基準波長としてｄ線の波長λdを587.6[nm]とし、回折光学素子Ｄ１の焦点距離ｆDを40356.8282[mm]（環境温度２０度の場合）としたとき、次式（３）で表される。
【００３１】
ｒｍ＝（２ｍ・λｄ・ｆD）(1/2)  …（３）
【００３２】
また、回折光学素子Ｄ１において、鋸歯状輪帯の高さｈは、基準波長λdと回折光学素子Ｄ１の基板材の屈折率ｎを用いると、次式（４）で表される。
【００３３】
ｈ＝λd/(ｎ−1)  …（４）
【００３４】
なお、本実施形態においては、基準波長λdは587.6[nm]としており、回折光学素子Ｄ１の基板材である紫外線硬化樹脂の屈折率ｎを1.500000とすると、鋸歯状輪帯の高さｈは1.2[μｍ]となる。
【００３５】
また、本実施形態においては、正レンズＬ１、負レンズＬ２及び補正レンズＬ３に、いずれも屈折率の温度依存係数dn/dTが正である硝材を用いている（後述の表３参照）。
【００３６】
上記構成によれば、回折光学系Ｇ１は、正レンズＬ１、負レンズＬ２及び補正レンズＬ３に色収差を発生し易い通常の光学ガラスを使用しているが、回折光学素子Ｄ１の波長分散効果によって、図３に示すように軸上色収差を良好に抑えることができる。
【００３７】
表１に回折光学系Ｇ１が環境温度２０℃の状態にある場合の光学系データを、表２に環境温度４０℃の状態にある場合の光学系データを示す。表２において、表１の環境温度が２０℃の状態にある場合と比べ、変動した数値には、＊印を付した。
【００３８】
なお、表中の［全体諸元］において、ｆは全系の焦点距離を、ＦはＦ値を、ωは画角を示す。また、［レンズデータ］において、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径[単位mm]を、ｄは各光学面から次の光学面（又は像面）までの光軸上の距離である面間隔[単位mm]を、ｎｄはｄ線（波長587.6nm）に対する屈折率と硝材名を示す。また、空気の屈折率「1.000000」の記載は省略している（以上、表の説明は、表４、表５、表７及び表８についても同様である）。
【００３９】
（表１）
回折光学系Ｇ１が環境温度２０℃の状態にある場合
［全体諸元］
ｆ＝749.9981mm、Ｆ／10、ω＝2.17°
［レンズデータ］
面番号          ｒ            ｄ          ｎｄ(硝材名)
1（入射瞳面）    ∞          25.0000      回折光学素子D1
2          299.7409      14.0000      1.516330(S-BSL7)      L1
3          -216.6011      11.0000
4          -198.2239      8.0000      1.548141(S-TIL1)      L2
5          3633.9276      440.0000
6          51.4073        10.0000      1.516330(S-BSL7)      L3
7          46.3249        227.3592
【００４０】
（表２）
回折光学系Ｇ１が環境温度４０℃の状態にある場合
［全体諸元］
ｆ＝749.9769*mm、Ｆ／10、ω＝2.17°
［レンズデータ］
面番号          ｒ            ｄ            ｎｄ(硝材名)
1（入射瞳面）      ∞        24.9980*      回折光学素子D1
2          299.7841*      14.0020*      1.516384*(S-BSL7)      L1
3          -216.6323*      10.9986*
4          -198.2580*      8.0014*      1.548177*(S-TIL1)      L2
5          3634.5526*      439.9986*
6          51.4147*        10.0014*      1.516384*(S-BSL7)      L3
7          46.3316*        227.3555*
【００４１】
表１及び表２の光学系データを算出するにあたり、使用したデータ（レンズＬ１〜Ｌ３の線膨脹係数α及び屈折率の温度依存係数dn/dtと、回折光学素子Ｄ１の線膨脹係数α）を表３に示す。また、空気間隔の変化に関しては、レンズ鏡筒は極低膨張部材で構成されており、回折光学素子Ｄ１及び各レンズＬ１〜Ｌ３は、それぞれ像側レンズ面の側部が、胴付面、押え環が無い状態で、レンズ鏡筒に接着・保持されているものと考えて、数値を計算した。
【００４２】
（表３）
硝材名          線膨張係数[K-1]    温度依存係数dn/dT[K-1]
S-BSL7            7.2×10-6            2.7×10-6              L1,L3
S-TIL1            8.6×10-6            1.8×10-6              L2
紫外線硬化樹脂      100×10-6                −                D1(基板材)
【００４３】
また、表１及び表２の光学系データを算出するにあたり、温度変化による回折光学素子Ｄ１の焦点距離の変化は、温度変化後の回折光学素子Ｄ１の焦点距離をｆD´とし、温度変化前の回折光学素子Ｄ１の焦点距離をｆDとし、回折光学素子Ｄ１を構成する素材の線膨張係数をαとし、温度変化時の上昇温度をΔＴとしたとき、次式（５）より導いた。
【００４４】
ｆD´＝ｆD（１＋２・α・ΔＴ）  …（５）
【００４５】
表１と表２の光学系データを基に近軸光線追跡を行うと、回折光学系Ｇ１において、環境温度が２０℃から４０℃に変化すると、回折光学系Ｇ１の焦点距離が０．０２１２ｍｍ短くなり、近軸像面位置が０．００３６ｍｍ物体側へ移動することが分かる。したがって、回折光学系Ｇ１は、温度変動によるデフォーカスの発生を良好に抑えていることが分かる。
【００４６】
比較のため、屈折率の温度依存係数dn/dTが負である、ＥＤガラスを用いて構成した望遠用の光学系Ｇ１´を例示する。図４に示すように、望遠用の光学系Ｇ１´は、物体側から順に並んだ、正レンズＬａと、負レンズＬｂと、正レンズＬｃと、補正レンズＬｄとを有し、正レンズＬａ，Ｌｃをいずれも屈折率の温度依存係数dn/dTが負であるＥＤレンズ(S-FPL51)を用いて構成した。この構成により、望遠用の光学系Ｇ１´は、焦点距離の長い、望遠結像機能を持ちながら、図５に示すように、軸上色収差を小さく抑えることができる。
【００４７】
表４に比較用の光学系Ｇ１´が環境温度２０℃の状態にある場合の光学系データを、表５に比較用の光学系Ｇ１´が環境温度４０℃の状態にある場合の光学系データを示す。表５において、表２の環境温度が２０℃の状態にある場合と比べ、変動した数値には、＊印を付した。
【００４８】
（表４）
ＥＤガラスを含む光学系Ｇ１´が環境温度２０℃の状態にある場合
［全体諸元］
ｆ＝750.0031*mm、Ｆ／10、ω＝2.17°
［レンズデータ］
面番号          ｒ            ｄ            ｎｄ
1（入射瞳面）  476.2539      14.0000      1.496999(S-FPL51)      La
2          -156.9465      7.0000
3          -145.6730      7.0000      1.516330(S-BSL7)      Lb
4          206.4596      5.0000
5          186.2614      12.0000      1.496999(S-FPL51)      Lc
6          -1135.6986    450.0000
7          61.3709        10.0000      1.516330(S-BSL7)      Ld
8          55.5313        233.6649
【００４９】
（表５）
ＥＤガラスを含む光学系Ｇ１´が環境温度４０℃の状態にある場合
［全体諸元］
ｆ＝752.4021*mm、Ｆ／10、ω＝2.17°
［レンズデータ］
面番号          ｒ            ｄ            ｎｄ
1（入射瞳面）  476.3787*      14.0037*      1.496875*(S-FPL51)      La
2          -156.9876*      6.9990*
3          -145.6940*      7.0010*      1.516384*(S-BSL7)      Lb
4          206.4893*      4.9969*
5          186.3102*      12.0031*      1.496875*(S-FPL51)      Lc
6          -1135.9962*    449.9986*
7          61.3797*        10.0014*      1.516384*(S-BSL7)      Ld
8          55.5393*        235.5788*
【００５０】
表４及び表５の光学系データを算出するにあたり、使用したデータ（レンズＬａ〜Ｌｄの線膨脹係数α及び屈折率の温度依存係数dn/dt）を表６に示す。また、空気間隔の変化に関しては、レンズ鏡筒は極低膨張部材からなり、各レンズＬａ〜Ｌｄは、それぞれ像側レンズ面の側部が、胴付面、押え環が無い状態で、レンズ鏡筒に接着・保持されているものと考えて、数値を計算した。
【００５１】
（表６）
硝材名          線膨張係数[K-1]    温度依存係数dn/dT[K-1]
S-FPL51          13.1×10-6            -6.2×10-6        La,Lc
S-BSL7            7.2×10-6            2.7×10-6          Lb,Ld
【００５２】
表４と表５の光学系データを基に近軸光線追跡を行うと、比較用の光学系Ｇ１´において、環境温度が２０℃から４０℃に変化すると、光学系Ｇ１´の焦点距離が２．３９９０ｍｍ長くなり、近軸像面位置が１．９１３９ｍｍ像側へ移動することが分かる。したがって、構成レンズに屈折率の温度依存係数dn/dtが正である硝材を用いた回折光学系Ｇ１（表１及び表２参照）は、構成レンズに屈折率の温度依存係数dn/dtが負である硝材を用いた光学系Ｇ１´（表４及び表５参照）と比較すると、温度変動によるデフォーカスの発生量が極めて小さいことがよく分かる。
【００５３】
続いて、反射光学系Ｇ２について説明する。反射光学系Ｇ２は、図１に示すように、光路順に並んだ、主鏡Ｍ３と、副鏡Ｍ４と、補正レンズＬ４と、補正レンズＬ５とを有し、焦点距離が極めて長い、超望遠結像機能を持つ。なお、主鏡Ｍ３と副鏡Ｍ４は極低膨張部材で、補正レンズＬ４，Ｌ５は屈折率の温度依存係数dn/dTが正である硝材（表９参照）で、主鏡Ｍ３、副鏡Ｍ４及び補正レンズＬ８，Ｌ９を保持するレンズ鏡筒は極低膨張部材でそれぞれ構成されている。
【００５４】
反射光学系Ｇ２の全長は副鏡Ｍ４の裏面から像面まで725[mm]であり、反射光学系Ｇ２の焦点距離である3000[mm]に対して1/4以下に抑えられている。また、反射光学系Ｇ２は、上記のように焦点距離が極めて長い超望遠結像機能を持つ光学系であるが、主鏡Ｍ３と副鏡Ｍ４が光束を集光させる大半のパワーを有しているので、図６に示すように、原理的に色収差をほとんど生じない。
【００５５】
このような構成の反射光学系Ｇ２において、環境温度２０℃の状態にある場合の光学系データを表７に、環境温度４０℃の状態にある場合の光学系データを表８に示す。表８において、表７の環境温度が２０℃の状態にある場合と比べ、変動した数値には、＊印を付した。また、表中、非球面については、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率基準球面の曲率半径（近軸曲率半径）をｒとし、円錐係数をκとしたとき、その形状を以下の式（６）で示している。
【００５６】
ｚ＝ｃｙ2／｛１＋（１−（κ＋１）ｃ2ｙ2）1/2｝  …（６）
【００５７】
（表７）
反射光学系Ｇ２が環境温度２０℃の状態にある場合
［全体諸元］
ｆ＝3000.5395mm、Ｆ／10、ω＝0.54°
［レンズデータ］
面番号            ｒ          ｄ        円錐係数κ    ｎｄ(硝材名)
1（入射瞳面）  -1200.0000    -460.0000    -1.0535        (反射)          M3
2          -350.0000      478.0000    -2.7105        (反射)          M4
3          192.4278      10.0000      (球面)      1.581439(S-TIL25)  L4
4          92.0105        2.0000      (球面)
5          105.9285      10.0000      (球面)      1.882997(S-LAH58)  L5
6          161.4805      199.6938      (球面)
【００５８】
（表８）
反射光学系Ｇ２が環境温度４０℃の状態にある場合
［全体諸元］
ｆ＝3000.5006*mm、Ｆ／10、ω＝0.54°
［レンズデータ］
面番号            ｒ          ｄ        円錐係数κ    ｎｄ(硝材名)
1（入射瞳面）  -1200.0000    -460.0000    -1.0535        (反射)          M3
2          -350.0000      477.9985*    -2.7105        (反射)          M4
3          192.4563*      10.0015*      (球面)      1.581509*(S-TIL25)  L4
4          92.0241*        1.9987*      (球面)
5          105.9425*      10.0013*      (球面)      1.883095*(S-LAH58)  L5
6          161.5018*      199.6913*      (球面)
【００５９】
表７及び表８の光学系データを算出するにあたり、使用したデータ（レンズＬ４，Ｌ５の線膨脹係数α及び屈折率の温度依存係数dn/dt）を表９に示す。
【００６０】
（表９）
硝材名          線膨張係数[K-1]    温度依存係数dn/dT[K-1]
S-TIL25            7.4×10-6            3.5×10-6          L4
S-LAH58            6.6×10-6            4.9×10-6          L5
【００６１】
表７と表８の光学系データを基に近軸光線追跡を行うと、反射光学系Ｇ２において、環境温度が２０℃から４０℃に変化すると、反射光学系Ｇ２の焦点距離が０．０３８９ｍｍ短くなり、近軸像面位置が０．００２５ｍｍ物体側へ移動することが分かる。したがって、反射光学系Ｇ２は、温度変動によるデフォーカスの発生を良好に抑えていることが分かる。そして、反射光学系Ｇ２（表７及び表８参照）は、構成レンズに屈折率の温度依存係数dn/dtが負である硝材を用いた比較用の望遠光学系Ｇ１´（表４及び表５参照）と比較すると、温度変動によるデフォーカスの発生量は極めて小さいことがよく分かる。また、反射光学系Ｇ２と回折光学系Ｇ１は、温度変動時に発生するデフォーカス量がほぼ等しく、温度変動時にこれら光学系Ｇ１，Ｇ２の切り換えを行っても、デフォーカスが問題となることはないと考えられる。
【００６２】
図７に、本実施形態に係る望遠光学系、すなわち回折光学系Ｇ１及び反射光学系Ｇ２を備えた光学装置の例として、カメラＣＡＭの構成を示す。このカメラＣＡＭは、ミラー駆動装置Ｍ２ｍを駆動して、切り換えミラーＭ２を光路Ａ´に沿って移動させ、選択された回折光学系Ｇ１もしくは反射光学系Ｇ２で不図示の被写体からの光が集光され、像面Ｉに配置された撮像素子（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等）に結像される。
【００６３】
図８に、回折光学系Ｇ１と反射光学系Ｇ２の構成は上記のものと同じであるが、像面Ｉを中間結像面Ｉ´とし、この中間結像面Ｉ´の後方に、フォーカシングレンズ群Ｇ３、バリエータレンズ群Ｇ４、コンペンセータレンズ群Ｇ５を配置した例を示す。
【００６４】
これらフォーカシングレンズ群Ｇ３、バリエータレンズ群Ｇ４、コンペンセータレンズ群Ｇ５は、ズーム機能を持つリレー系を構成しており、その倍率は0.5〜2倍となっている。したがって、本実施例では、回折光学系Ｇ１及びレンズ群Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５からなる光学系と、反射光学系Ｇ２及びレンズ群Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５からなる光学系は、それぞれ４倍のズーム比を持つズームレンズを構成することとなる。また、回折光学系Ｇ１と反射光学系Ｇ２の焦点距離が４倍異なるため、リレー系のズームと、回折光学系Ｇ１と反射光学系Ｇ２の切り換えを組み合わせることにより、焦点距離を375[mm]から6000[mm]まで１６倍可変可能な変倍式望遠光学系を構成していることにもなる。
【００６５】
なお、フォーカシング群Ｇ３は近距離撮影時のフォーカシングに使用するレンズ群であり、ズーミングには使用しない。ズーミング時には、バリエータレンズ群Ｇ４とコンペンセータレンズ群Ｇ５を、図９，図１０に示すように光軸に沿って移動させる。
【００６６】
本実施例においては、回折光学系Ｇ１の光軸を、折り返しミラーＭ１と光路切り換えミラーＭ２によって、反射光学系Ｇ２の光軸と一致させているので、図８に示すように、中間結像面Ｉ´より後方のレンズ群Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５を共通化することが可能となっている。したがって、機構がシンプルとなり、装置全体のコストも抑えることも可能である。また、光学系全長（すなわち反射光学系Ｇ２の副鏡Ｍ４裏面から像面Ｉまで）は2285mmであり、最大焦点距離の6000mmに対して半分以下に抑えられている。また、上記したように、温度変動時に発生するデフォーカス量は回折光学系Ｇ１と反射光学系Ｇ２の両方において極めて少ないので、温度変動時に回折光学系Ｇ１と反射光学系Ｇ２とを切り換えてもデフォーカスの発生量は極めて小さい。
【００６７】
以上のように、本実施形態に係る変倍式望遠光学系及びこれを備える光学装置によれば、変倍のための駆動機構が簡単で、光学系の全長が短く、温度変動時に変倍しても発生するデフォーカスを最小限に抑えることが可能である。
【００６８】
なお、本発明を分かりやすくするために、実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６９】
Ｇ１  回折光学系
Ｇ２  反射光学系
Ｇ３  フォーカシングレンズ群
Ｇ４  バリエータレンズ群
Ｇ５  コンペンセータレンズ群
Ｍ１  折り返しミラー（反射部材）
Ｍ２  光路切り換えミラー（光路変換部材）
Ｍ３  主鏡
Ｍ４  副鏡
ＣＡＭ  カメラ（光学装置）
Ｄ１  回折光学素子
Ｌ１~Ｌ３  回折光学系の構成レンズ
Ｌ４，Ｌ５  反射光学系を構成するレンズ
Ｌａ〜Ｌｂ  比較用の光学系を構成するレンズ
Ｉ    像面
Ｉ´  中間結像面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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