(57)【要約】 【課題】  画面外にある太陽光等の不要光が回折光学素子に入射することにより生じる被り（フレア・ゴースト）を極力低減しつつ、色収差の補正を良好に行い、かつ小型高性能の撮影光学系の提供を目的とする。【解決手段】  回折光学素子を有する光学系であって、物体側から順に、正の屈折力を有する前群、回折光学素子、正及び負の屈折力を有する後群から構成され、かつ以下の条件式を満足すること0.20 ＜ HF-do／ｆF  ＜  0.600.28 ＜ ｆF／f ＜ 0.8HF-do： 前群後側主点と回折光学素子物体側頂点の距離fF  ： 前群の焦点距離【選択図】  図１
2012123152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折光学素子を含む光学系であって、
物体側より順に、正の屈折力を有する前群、回折光学素子、正または負の屈折力を有する後群から成り、かつ以下の条件式を満たす光学系。
0.20 ＜ HF-do／ｆF  ＜ 0.60
0.28 ＜ ｆF／f ＜ 0.80
ここで、HF-do： 前群の後側主点と回折光学素子物体側頂点の距離
fF  ： 前群の焦点距離
【請求項２】
前記正群において下記の条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の光学系。
Σ｛（θgFi − 0.6438 + 0.001682×νdi）／fi｝／Σ（1／fi） ＞ 0.05
ここで、fi，νdi，θgFi  ： それぞれ前群中i番目のレンズにおける焦点距離、ｄ線のアッベ数、g線とＦ線の部分分散比
νd＝（Nd−１）／（NF−NC）
θgF＝（Ng−NF）／（NF−NC）
Nd、 NF、NC、Ng：  ｄ線、Ｆ線、C線、g線における屈折率
【請求項３】
請求項1又は請求項２に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来、長焦点距離の撮影光学系として、物体側から像側へ順に、正の屈折力の前群と、負の屈折力の後群より成る、所謂望遠レンズが知られている。
【背景技術】
【０００２】
一般的に望遠レンズは、焦点距離が長くなるに従い軸上色収差、及び倍率色収差が発生し、それらを補正するべく、全長を長く、また前群の外径を大きくする必要がある。
【０００３】
そのため望遠レンズは、高い光学性能と、撮影時の利便性や携帯性の両立が課題となっている。
【０００４】
そこで特許文献1および特許文献2では、蛍石等の異常部分分散を持った低分散材料より成る正レンズと高分散材料を用いた負レンズを組み合わせることで、光学系を大型化せずに、これらの収差を良好に補正している。
【０００５】
ところが、蛍石等の異常部分分散ガラスは、色収差の補正に関して効果がある反面、材料の比重が異常部分分散を有さない他の低分散ガラスよりも大きく、それを用いることでレンズ系全体の重量に関しては問題を残している。
【０００６】
例えば、蛍石は比重３．１８、商品名ＦＫ０１は比重３．６３である。
【０００７】
これらに対し、異常部分分散性の小さい商品名ＦＫ５は比重２．４６、商品名ＢＫ７は比重２．５２である。
【０００８】
また、異常部分分散ガラスは、表面が比較的傷つき易く、更に商品名ＦＫ０１等は大口径とすると、急激な温度変化に対して割れ易いという問題もある。
【０００９】
そこで、特許文献3〜5では、望遠レンズ系の最前面に回折格子を有する、所謂回折光学素子を用いることで、小型軽量かつ色収差が良好な光学系を提案している。
【００１０】
しかしながら、画面外にある不要光（太陽光等）が回折光学素子に入射することで、画面全体がぼんやりと被った状態（フレア・ゴースト）になる場合がある。
【００１１】
これを回避するための対策として、画面外にある不要光が直接入射し難い箇所に、回折光学面を配置する方法が考えられる。
【００１２】
特許文献6では、回折光学素子よりも物体側に、正の屈折力を有するレンズ群を配置し、不要光の直接的な入射は避けているが、前記正レンズ群の後側主点位置と回折光学素子の距離が近く、効率的に不要光を回避しているとは言い難い。
【００１３】
特許文献7では、正レンズ群の後側主点位置と回折光学素子の距離が遠く、十分に不要光を回避しているが、正レンズ群の屈折力が強く、回折光学素子での軸上光線光ｈが小さくなり、回折光学素子本来の色収差補正効果を逸している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開2008-145584号公報
【特許文献２】特開平11-326754号公報
【特許文献３】特開平6-324262号公報
【特許文献４】特開平6-331887号公報
【特許文献５】特開2000-258685号公報
【特許文献６】特開2004-126391号公報
【特許文献７】特開2007-121440号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は以上の問題点を鑑みて、画面外にある不要光が回折光学素子に入射することで生じる被り（フレア・ゴースト）を極力低減しつつ、色収差の補正を良好に行い、かつ小型軽量の撮影光学系を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の請求項1の光学系は、回折光学素子を含み、物体側から順に、正の屈折力を有する前群、回折光学素子、正及び負の屈折力を有する後群から成り、かつ
0.20 ＜ HF-do／ｆF ＜ 0.60
0.28 ＜ ｆF／f ＜ 0.80
なる条件を満足することを特徴としている。
ここで、ｆF は前群の焦点距離、HF-doは前群の後側主点と回折光学素子の物体側頂点の距離、ｆは全系の焦点距離を表す。
また、本発明の請求項2の光学系は、前記正レンズ群において、
Σ｛（θgFi − 0.6438 + 0.001682×νdi）／fi｝／Σ（1／fi） ＞ 0.05
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１７】
ここで、ｆi、νdi、θgFiは、それぞれ前群中i番目のレンズにおける焦点距離、ｄ線のアッベ数、ｇ線とＦ線の部分分散比を表している。
【００１８】
また、本発明の請求項3の光学機器は、請求項1及び請求項2の光学系を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、画面外にある不要光が回折光学素子に入射することで生じる被り（フレア・ゴースト）を極力低減しつつ、色収差の補正を良好に行い、かつ小型軽量の撮影光学系を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】本発明の数値実施例１における物体無限遠のときの収差図
【図３】本発明の数値実施例２におけるレンズ断面図
【図４】本発明の数値実施例２における物体無限遠のときの収差図
【図５】本発明の数値実施例３におけるレンズ断面図
【図６】本発明の数値実施例３における物体無限遠のときの収差図
【図７】本発明に係る回折光学素子の説明図
【図８】本発明に係る回折光学素子の波長依存特性の説明図
【図９】本発明に係る回折光学素子の説明図
【図１０】本発明に係る回折光学素子の波長依存特性の説明図
【図１１】本発明に係る回折光学素子の説明図
【図１２】本発明に係る回折光学素子の波長依存特性の説明図
【図１３】本発明の撮影装置の要部概略図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の撮影光学系の各実施例について説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施例１における、撮影光学系のレンズ断面図、図２は本発明の実施例１の物体距離無限遠における収差図である。
【００２３】
図３は本発明の実施例２における、撮影光学系のレンズ断面図、図４は本発明の実施例２の物体距離無限遠における収差図である。
【００２４】
図５は本発明の実施例３における、撮影光学系のレンズ断面図、図６は本発明の実施例３の物体距離無限遠における収差図である。
【００２５】
図１，図３，図５のレンズ断面図において、ＬＦは正の屈折力を有する前群、ＤＯは回折光学素子、ＬＲは正または負の屈折力を有する後群、Ｓは開放絞りである。
【００２６】
またＧは光学フィルタやフェースプレート等のガラスブロックである。
【００２７】
ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面、銀塩フィルム用のカメラのときはフィルム面等の感光面に相当する。
【００２８】
以下、ｇ線，ｄ線，Ｆ線，Ｃ線に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ，Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣとし、アッベ数νｄと部分分散比θｇＦを
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
とおく。
【００２９】
このとき
θgF − 0.6438 + 0.001682×νd  ＞  0.03
なる条件を満足する材料を異常部分分散材料と称している。
【００３０】
図２において、球面収差の図中に示すｄ、ｇ、Ｃ、Ｆは、それぞれｄ線，ｇ線，Ｃ線，Ｆ線における収差を表している。
【００３１】
また、非点収差の図中に示すｄS，ｇSはｄ線とｇ線のサジタル像面、ｄＭ，ｇＭはｄ線とｇ線のメリディオナル像面を表し、倍率色収差の図中に示すｇ，Ｆ，Ｃは、それぞれｇ線、Ｆ線の収差を表している。
【００３２】
本発明では、近軸軸上光線ｈが比較的高い位置に回折光学素子を用いて、軸上色収差の補正を行っている。
【００３３】
具体的には、条件式（１）及び条件式（2）を満足することで、画面外にある不要光が、回折光学素子に入射し難くし、フレアを抑制することができ、かつ回折光学素子本来の良好な色収差補正効果を得ることができる。
0.20 ＜ HF-do／ｆF  ＜  0.60  ・・・（1）
0.28 ＜ ｆF／f ＜ 0.80  ・・・（2）
条件式（１）において、HF-doは前群の後側主点位置から回折光学素子の物体側頂点までの距離をあらわしており、ｆFは前群の焦点距離を表している。
【００３４】
HF-doを大きくする程、またｆFを小さくする程、物体側から見た回折光学素子の像が小さくなり、言い換えれば、不要光が回折光学素子に入射し難くすることができる。
【００３５】
即ち、条件式（1）の下限値は、回折光学素子に入射する不要光を抑制するための条件である。
【００３６】
一方で、条件式（1）の上限値を逸すると、光学系の全長が長くなる上、前群の外径が大きくなり、撮影時の利便性や携帯性を逸する。
【００３７】
条件式（1）の条件式は、以下の範囲を満たすことで、より良好な不要光抑制効果を得ることができる。
0.28 ＜ HF-do／ｆF  ＜  0.50  ・・・（3）
条件式（2）では、全系における前群の屈折力を規定しており、下限値を逸すると、回折光学素子に入射する不要光は少なくなるが、回折光学素子での軸上光線高ｈが小さくなり、本来の軸上色収差補正効果を良好に得ることができない。
【００３８】
また、上限値を逸すると、前群の屈折力が弱くなり、不要光の抑制効果を良好に得ることができない。
【００３９】
条件式（2）の条件式は、以下の範囲を満たすことで、より良好に、軸上色収差補正効果及びフレア抑制効果を得ることができる。
0.32 ＜ ｆF／f ＜ 0.60  ・・・（4）
また、本実施例では、比較的瞳近軸光線ｈ-の高い、正の屈折力を有する前群での異常部分分散比を大きくすることで、倍率色収差の補正を行っている。
【００４０】
具体的には、前記正レンズ群において、条件式（5）を満たすことで、倍率色収差を良好に補正することができる。
Σ｛（θgFi − 0.6438 + 0.001682×νdi）／fi｝／Σ（1／fi） ＞ 0.05・・・（5）
ここで、ｆi、νdi、θgFiは、それぞれ前群中i番目のレンズにおける焦点距離、ｄ線のアッベ数、ｇ線とＦ線の部分分散比を表している。
【００４１】
条件式（5）の下限を逸脱すると、前群でのｇ線の倍率色収差補正効果が弱くなり、良好な光学特性を得ることができない。
【００４２】
条件式（5）の条件式は、以下の範囲を満たすことで、より良好に、倍率色収差補正効果を得ることができる。
Σ｛（θgFi − 0.6438 + 0.001682×νdi）／fi｝／Σ（1／fi） ＞ 0.06・・・（6）
以上のように各実施例では、回折光学素子の配置条件と前群の材料を適切に設定している。
【００４３】
これにより、画面外にある不要光が回折光学素子に入射することによって生じるフレアを極力低減でき、かつ色収差を良好に補正した、小型軽量の撮影光学系を得ている。
【００４４】
次に各実施例で用いている回折光学素子の特性について説明する。
【００４５】
回折光学素子は従来のガラスによる屈折とは異なる光学的特性を備えており、負の分散と異常分散性の特徴を持っている。
【００４６】
具体的には、アッベ数νｄ＝−３．４５、部分分散比θｇＦ＝０．２９６となっている。
【００４７】
この性質を利用し、屈折光学系中に適切に用いることによって、色収差を良好に補正している。
【００４８】
尚、各実施例に用いる回折光学素子において、格子部のピッチを変更することにより非球面の効果を持たせても良い。
【００４９】
次に各実施例で用いる回折光学素子の構成について説明する。
【００５０】
回折光学素子の構成としては、図７に示すようなエアギャップ１０１をはさんだ回折格子１０６，１０７より成る２積層構成のものが適用できる。
【００５１】
この他、図９に示すようなエアギャップ１０１をはさんだ回折格子１０６〜１０８より成る３積層構成のものが適用できる。
【００５２】
この他図１１に示すような格子厚の異なる（または、同一の）回折格子１０４，１０５より成る２つの層を積層した２層構成のものが適用できる。
【００５３】
図７では基材１０２’上に紫外線硬化樹脂からなる第１の回折格子１０６を形成し、基材１０２上に紫外線硬化樹脂からなる第２の回折格子１０７を形成している。
【００５４】
図８は、図７に示す２積層構成の回折光学素子における１次回折光の回折効率の波長依存特性説明図である。
【００５５】
図８からわかるように設計次数（１次）の回折効率は、使用波長全域で９５％以上の高い回折効率を有している。
【００５６】
図９では基材１０２’上に紫外線硬化樹脂からなる第１の回折格子１０６を形成し、基材１０２上に紫外線硬化樹脂からなる第２の回折格子１０７とその格子を埋めた層１０８で形成している。
【００５７】
図１０は図９に示す３積層構成の回折光学素子における１次回折光の回折効率の波長依存特性説明図である。図１０からわかるように設計次数（１次）の回折効率は、使用波長全域で９５％以上の高い回折効率を有している。
【００５８】
図１１では基材１０２上に紫外線硬化樹脂からなる第１の回折格子１０４を形成し、その上に別の紫外線硬化樹脂からなる第２の回折格子１０５を形成している。
【００５９】
図１２は図１１に示す２層構造の回折光学素子における、１次回折光の回折効率の波長依存特性説明図である。
【００６０】
図１２から分かるように設計次数（１次）の回折効率は、使用波長全域で９５％以上の高い回折効率を有している。
【００６１】
次に本発明の数値実施例について説明する。
【００６２】
各数値実施例において、ｉは物体側からの順番を示す。
【００６３】
ｒｉは物体側より第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より第ｉ番目のレンズ厚及び基準状態の軸上面間隔、ｎｄｉとνｄｉは第ｉ番目の光学部材のｄ線における屈折率とアッべ数を各々表している。
【００６４】
ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。ＡＩＲは空気であることを示す。
【００６５】
また各実施例の回折格子の格子部位相形状ψは、回折光の回折次数をｍ、設計波長をλ０、光軸に対して垂直方向の高さをｈ、位相係数をＣｉ（ｉ＝１，２，３…）としたとき、次式によって表される。
【００６６】
ψ（ｈ，ｍ）＝（２π／ｍλ０）＊（Ｃ１・ｈ2＋Ｃ２・ｈ4＋Ｃ３・ｈ6＋…）
また前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を（表−１）に示す。
【００６７】
次に各実施例に示した撮影光学系を撮像装置に適用した実施例を、図１３を用いて説明する。
【００６８】
図１３は一眼レフカメラの要部概略図である。
【００６９】
図１３において、１０は各実施例の撮影光学系１を有する撮影レンズである。
【００７０】
撮影光学系１は保持部材である鏡筒２に保持されている。
【００７１】
２０はカメラ本体である。カメラ本体２０は、クイックリターンミラー３、焦点板４、ペンタダハプリズム５、接眼レンズ６等によって構成されている。
【００７２】
クイックリターンミラーは、撮影レンズ１０からの光束を上方に反射する。焦点板４は、撮影レンズ１０の像形成位置に配置されている。
【００７３】
ペンタダハプリズム５は、焦点板４に形成された逆像を正立像に変換する。接眼レンズ６は、その正立像を観察者が観察するためのものである。
【００７４】
７は感光面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）や銀塩フィルムが配置される。
【００７５】
撮影時にはクイックリターンミラー３が光路から退避して、感光面７上に撮影レンズ１０によって像が形成される。
【００７６】
以上、本発明の好ましい光学系の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは言うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００７７】
【表１】
2012123152.tif 000003
【００７８】
【表２】
2012123152.tif 000004
【００７９】
【表３】
2012123152.tif 000005
【００８０】
【表４】
2012123152.tif 000006
【符号の説明】
【００８１】
ＬＦ  正の屈折力を有する前群
ＤＯ  回折光学素子
ＬＲ  正または負の屈折力を有する後群
Ｓ  開口絞り
Ｇ  ガラスブロック
ＩＰ  像面
ｄ  ｄ線
ｇ  ｇ線
Ｃ  Ｃ線
Ｆ  Ｆ線
ｄＭ  ｄ線のメリディオナル像面
ｄＳ  ｄ線のサジタル像面
ｇＭ  ｇ線のメリディオナル像面
ｇＳ  ｇ線のサジタル像面
【図１】
2012123152.tif 000007
【図２】
2012123152.tif 000008
【図３】
2012123152.tif 000009
【図４】
2012123152.tif 000010
【図５】
2012123152.tif 000011
【図６】
2012123152.tif 000012
【図７】
2012123152.tif 000013
【図８】
2012123152.tif 000014
【図９】
2012123152.tif 000015
【図１０】
2012123152.tif 000016
【図１１】
2012123152.tif 000017
【図１２】
2012123152.tif 000018
【図１３】
2012123152.tif 000019