变焦光学系统及具有其的拍摄装置制造方法
变焦光学系统及具有其的拍摄装置制造方法
【专利摘要】本发明具有从物侧起按顺序排列的具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3及具有负折射力的第四透镜组G4，在变焦时，各透镜组G1～G4的相互间隔变化，第三透镜组G3及第四透镜组G4中的任何一方至少具有一个衍射光学元件PF。
【专利说明】变焦光学系统及具有其的拍摄装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用衍射光学元件的变焦光学系统及具有变焦光学系统的拍摄
装置。
【背景技术】
[0002]在变焦光学系统中若使用衍射光学元件，则色像差校正容易进行，可获得高光学性能(例如参照专利文献I)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2004-117826号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]—般而言，数字照相机及摄影机等光学系统，期望透镜全长(光学全长，即从最靠近物侧的透镜面(第一面)至像面的长度)短、且光学系统整体小型。但是，有越缩短透镜全长，以色像差为代表的各种像差越大，光学性能越低这样的倾向。即使在此种光学系统中单独设置衍射光学元件，若不适当地设定配设位置及折射力，则难以在整个变焦区域良好地校正色像差。若不适当地使用了衍射光学元件，则色像差校正不足。此外，若衍射光学元件的折射力变大，则衍射光学元件的格栅间距变窄，制造困难，生产率恶化。
[0008]本发明是鉴于此种问题而完成的，其目的为通过有效使用衍射光学元件，提供一种小型、遍及全部变焦范围良好地校正以色像差为代表的各种像差并具有高光学性能的变焦光学系统及具有变焦光学系统的拍摄装置。
[0009]用于解决课题的技术方案
[0010]为了达成此目的，根据例示本发明的第一方式，提供一种变焦光学系统，其特征在于，具有从物侧起按顺序排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，该第一透镜组具有正折射力，该第二透镜组具有负折射力，第三透镜组具有正折射力，第四透镜组具有负折射力，在变焦时，各透镜组的相互间隔变化，所述第三透镜组及所述第四透镜组中的任一方至少具有一个衍射光学元件。
[0011]根据例示本发明的第二方式，提供一种拍摄装置(例如本实施方式中的数字单眼反射式相机CAM),其特征在于,具有上述方式的变焦光学系统。
[0012]发明的效果
[0013]根据本发明，可提供一种通过有效使用衍射光学元件、以较小的体积遍及全部变焦范围良好地校正以色像差为代表的各种像差并具有高光学性能的变焦光学系统及具有变焦光学系统的拍摄装置。
【专利附图】
【附图说明】[0014]图1是表示第一实施例涉及的变焦光学系统在广角端状态下的结构剖面图及从广角端状态(W)至望远程状态(T)的变焦轨道的图。
[0015]图2是表示本实施方式涉及的衍射光学元件的一例的示意图。
[0016]图3是第一实施例涉及的变焦光学系统在广角端状态下在拍摄距离无限远处的纵像差图。
[0017]图4是第一实施例涉及的变焦光学系统在望远程状态下在拍摄距离无限远处的纵像差图。
[0018]图5是表示第二实施例涉及的变焦光学系统在广角端状态下的结构剖面图及从广角端状态(W)至望远程状态(T)的变焦轨道图。
[0019]图6是第二实施例涉及的变焦光学系统在广角端状态下在拍摄距离无限远处的纵像差图。
[0020]图7是第二实施例涉及的变焦光学系统在望远程状态下在拍摄距离无限远处的纵像差图。
[0021]图8是用于说明异常分散玻璃的定义的图，横轴表示色散系数，纵轴表示部分分散比。
[0022]图9是表示本实施方式涉及的数字单眼反射式相机(拍摄装置)的结构的概略剖面图。
【具体实施方式】
[0023]以下，就本实施方式参照附图作说明。如图1所示，本实施方式的变焦光学系统ZL具有从物侧起按顺序排列的具有正折射力的第一透镜组Gl、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3及具有负折射力的第四透镜组G4，在从广角端状态向望远程状态变焦时，各透镜组的相互间隔变化，第三透镜组G3及第四透镜组G4中的任一方至少具有一个衍射光学兀件PF。
[0024]本实施方式的衍射光学元件PF使用所谓的紧贴多层型的衍射光学元件，如图2所示，其具有含不同光学材料的2个衍射光学元件要素，具体而言具有:第一衍射光学元件PF1，其具有形成有多个格栅槽的第一衍射光学面；及第二衍射光学元件PF2，其具有形成有多个格栅槽的第二衍射光学面，第一衍射光学元件PFl与第二衍射光学元件PF2配置成第一衍射光学面与第二衍射光学面彼此相对，该第一衍射光学面与该第二衍射光学面在衍射光学面C彼此紧贴而连接。
[0025]但是，本实施方式所使用的衍射光学元件PF并非如上述限定于紧贴多层型，即使是单层型或分离多层型的也无妨。
[0026]根据此种结构的本实施方式涉及的变焦光学系统ZL，在从广角端状态向望远程状态变焦时，通过使各透镜组Gl?G4的相互间隔变化，从而达成变焦光学系统ZL的小型化。此外，通过在发生很大轴上色像差的第三透镜组G3及第四透镜组G4中的任一方配置衍射光学元件PF,从而有效进行色像差的校正。
[0027]在后述的第一实施例中，通过在第三透镜组G3中配置紧贴多层型衍射光学元件PF，从而遍及整个变焦区域良好地校正色像差。此外，在第二实施例中，通过在第四透镜组G4中配置紧贴多层型衍射光学元件PF，从而遍及整个变焦区域良好地校正色像差。[0028]本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，优选，第三透镜组G3具有从物侧起按顺序排列的正透镜、负透镜及正透镜，这些透镜全部是凹面朝向像侧的弯月形状。根据此结构，能够遍及全部变焦区域进行良好的像差校正。
[0029]本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，优选，满足以下的条件式(I)。
[0030]30 ^ V dave ( 70…(I)
[0031]其中，
[0032]V dave:构成包含紧贴复和层型衍射光学元件PF的透镜组的正透镜的材料的色散系数(Abbe’s number)的平均值，该正透镜不包括折射力的绝对值在I / 5000以下的透镜及所述紧贴复和层型衍射光学元件PF。
[0033]条件式(I)在使用衍射光学元件PF的第三透镜组G3及第四透镜组G4的任一方中，规定除了折射力为I / 5000以下的透镜外的折射型透镜的色散系数vd的平均值。
[0034]衍射光学元件PF具备衍射光学面C (参照图2)，在该衍射光学面C上同心圆状地形成有每Imm就有数条至数百条的细槽状或缝隙状的格栅的结构，该衍射光学元件PF并具有使入射于衍射光学面C的光向依据格栅间距(格栅槽的间隔)与入射光的波长而确定的方向衍射的性质。此种衍射光学元件PF例如用于将特定阶数的衍射光聚光于一点的透镜等。
[0035]在用普通光学玻璃作成的折射型透镜中，波长越短，折射力特性的变化越大，反之，在衍射光学元件PF中折射力特性随波长线性变化。此外，折射型透镜的折射率特性因构成材料而变化，但衍射光学元件PF的折射率特性不会因构成材料而变化。因此，通过组合将多个折射型透镜组合而使折射力随波长线性变化的元件与衍射光学元件PF，从而获得很大消色效果，可良好地校正色像差。
[0036]条件式(I)规定色散系 数的平均值，作为折射力随波长而线性变化的多个折射型透镜的材料选择方法。若低于条件式(I)的下限值，则波长越短、所述折射型透镜的折射力特性变化越大，若将衍射光学元件PF与此种透镜组合，则像差的残留量变大。此外，因为组合的衍射光学元件PF的折射力变大、间距变窄，所以制造困难，量产性恶化。
[0037]反之，若高于条件式(I)的上限值，则因为在所述折射型透镜中使用异常分散性高的玻璃材料，所以需要比重大的玻璃材料，导致重量增加。此外，因为此等玻璃材料一般是折射率低的玻璃材料，所以球面像差等的校正难以进行。但是，就球面像差的校正而言，虽可通过使用非球面来消除，但是若以非球面校正时的校正量变大，则弛垂(sag)量(非球面从球面错开的错开量)变大，因而制造困难，量产性恶化。
[0038]另外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(I)的下限值设为32。此外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(I)的上限值设为57。
[0039]本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，优选，满足以下的条件式(2)。
[0040]0.005 ( I doei / i I ≤ 0.025...(2)
[0041]其中，
[0042]1:包含紧贴多层型衍射光学元件PF的整个透镜组的折射力，
[0043]doe1:紧贴多层型衍射光学元件PF的折射力。
[0044]条件式(2)规定衍射光学元件PF的折射力与包含该衍射光学元件PF的透镜组的折射力之比。若低于条件式(2)的下限值，则衍射光学元件PF的折射力变小，色像差校正不足。反之，若高于条件式(2)的上限值，则衍射光学元件PF的折射力变强，衍射光学元件PF的格栅间距变窄，制造困难，量产性恶化。
[0045]另外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(2)的下限值设为0.010。此外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(2)的上限值设为0.020。
[0046]本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，优选，满足以下的条件式(3)。
[0047]0.8 ≤ TLw / fw ≤ 1.3...(3)
[0048]其中，
[0049]TLw:广角端状态下从最靠近物侧的透镜面至像面的距离，
[0050]fw:广角端状态下整个系统的焦点距离。
[0051]条件式(3)规定广角端状态下的从最靠近物侧的透镜面(第一面)至像面的距离与广角端状态下的整个系统的焦点距离之比。若低于条件式(3)的下限值，则各种像差恶化。反之，若高于条件式(3)的上限值，则小型化不充分。
[0052]另外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(3)的下限值设为1.0。此外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(3)的上限值设为1.2。
[0053]本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，第四透镜组G4优选具有至少一个有正折射力的透镜和至少一个有负折射力的透镜。根据该结构，可抑制球面像差、彗形像差、像散像差、像面弯曲等，同时抑制轴上色像差的发生。此外，因为能够使这些折射型透镜的折射力随波长的变化更接近线形，所以在组合衍射光学元件PF时，可获得很大消色效果，而良好地校正光学系统的色像差。
[0054]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，优选，满足以下的条件式(4)。
[0055]0.08 ≤ Pmin ≤ 0.5...(4)
[0056]其中，
[0057]Pmin:紧贴多层型衍射光学元件PF的最小间距。
[0058]条件式(4)规定衍射光学元件PF的格栅的最小间距。若低于条件式(4)的下限值，则间距变窄，制造困难，量产性恶化。反之，若高于条件式(4)的上限值，则衍射光学元件PF的折射力变小，色像差校正不足。
[0059]另外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(4)的下限值设为0.2。
[0060]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，第一透镜组Gl优选，具有至少一个有正折射力的透镜，其中至少一个是异常分散玻璃。如此，通过使第一透镜组Gl中的至少一个正透镜使用异常分散玻璃，可抑制轴上色像差、及放大倍率色像差的发生。
[0061]一般而言，多数光学玻璃，若将纵轴作为部分分散比而取(0g，F)，将横轴作为色散系数而取V山则如图8所示，在部分分散比与色散系数之间大致成为直线关系，将此种玻璃称为正常分散玻璃。另一方面，将位于从该直线关系离开的位置的玻璃称为异常分散玻璃。更具体而言，在将结合成为正常分散玻璃的基准的NSL7与PBM2 (均为OHARAINC.的玻璃种类名称)而获得的直线作为标准线、将部分分散比相对于该标准线的偏差以Δ ( Θ g, F)来表示的情况下，则将满足以下条件式(5)或(6)的玻璃定义为异常分散玻璃。
[0062]Λ ( Θ g，F) <-0.012…(5)
[0063]Λ ( Θ g，F) > 0.012...(6)
[0064]另外，在将透镜材质对g线(波长λ = 435.835nm)的折射率设为ng,对F线(波长λ = 486.133nm)的折射率设为nF，对C线(波长λ = 656.273nm)的折射率设为nC时，部分分散比(Θ g, F)以(Θ g, F) = (ng-nF) / (nF-nC)来定义。
[0065]此外，成为上述正常分散玻璃的基准的NSL7，其部分分散比为0.5436、色散系数为60.49，PBM2的部分分散比为0.5828、色散系数为36.26。
[0066]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，第三透镜组G3优选具有至少一个非球面。通过该结构可良好地校正球面像差、彗形像差。
[0067]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，第四透镜组G4优选具有至少一个非球面。通过该结构可良好地校正球面像差、彗形像差。
[0068]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，优选，具有从第四透镜组G4的像侧起按顺序排列的具有正折射力的第五透镜组G5和具有负折射力的第六透镜组G6。通过该结构可达成变焦透镜光学系统ZL的进一步小型化。
[0069]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，第六透镜组G6优选具有至少一个非球面。通过该结构，可良好地校正像散像差、像面弯曲及失真(distortion)。
[0070]利用所谓多层型(或层叠型)衍射光学元件作为本实施方式涉及的衍射光学元件PF，该多层型(或层叠型)衍射光学元件如上所述，具有含不同光学材料的、具有第一衍射光学面的第一衍射光学元件PFl及具有第二衍射光学面的第二衍射光学元件PF2，第一衍射光学元件PFl与第二衍射光学元件PF2配置成第一衍射光学面与第二衍射光学面彼此相对，因此，可在包含从g线(波长λ = 435.835nm)至C线(波长λ = 635.273nm)的宽广的波段中提高衍射效率。因此，使用此种衍射光学元件PF的本实施方式涉及的变焦光学系统ZL,可利用在宽广的波段中。
[0071]另外，在本实施方式中，衍射效率示出在透过型衍射光学元件PF中利用I阶衍射光时，入射强度IO与一阶衍射光的强度Il的比率η (= Il / 10X100 (%))。
[0072]本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中使用的衍射光学元件PF，如上所述，也可以构成为相对配置的第一衍射光学面与第二衍射光学面彼此接触。也就是，也可以使在2个衍射元件要素上分别形成的格栅槽彼此紧贴而构成为紧贴多层型衍射光学元件。此种紧贴多层型衍射光学元件与将形成有格栅槽的2个衍射元件要素以各格栅槽相对的方式接近配置而构成的所谓分离复层型衍射光学元件比较，因为可简化制造工序，所以具备量产效率佳、此外对光线的入射角的衍射效率高(在包含g线至C线的宽广波段中为90%以上)的优点。因此，在利用此种紧贴多层型衍射光学元件的本实施方式涉及的变焦光学系统ZL，制造容易且衍射效率也闻。
[0073]再者，在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，构成衍射光学元件PF的第一衍射光学元件PFl及第二衍射光学元件PF2的至少一方也可包括紫外线硬化型树脂。通过该结构，可提高衍射光学元件PF的量产性及生产性。因此，可提高利用此种衍射光学元件PF的本实施方式涉及的变焦光学系统ZL的量产性及生产率。
[0074]详细而言，2个衍射元件构件的材料，能够一方使用普通玻璃或可注塑成型等的热塑性树脂或热硬化性树脂，另一方使用紫外线硬化型树脂，来制造衍射光学元件PF。例如，在使用玻璃作为一方的材料的情况下，通过切削研磨使衍射光学面C成形。其后，可采用在该衍射光学面C上滴下紫外线硬化型树脂，并照射紫外线而使其硬化的制造方法。此外，在使用热塑性树脂或热硬化性树脂作为一方的材料的情况下，通过使用形成有格栅槽的模具进行注塑成形等，从而使衍射光学面C成形。其后，可采用在该衍射光学面C上滴下紫外线硬化型树脂，并照射紫外线而使其硬化的制造方法。因为可采用此种制造方法，而不需要对2个衍射元件构件分别制作衍射光学面C进一步进行它们的位置对合这样的作业，所以可提高衍射光学元件PF的生产率及量产性。
[0075] 在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，构成衍射光学元件PF的第一衍射光学元件PFl及第二衍射光学元件PF2，也可以构成为包含具有彼此不同的光学特性的紫外线硬化型树脂。通过该结构可提高衍射光学元件PF的量产性及生产率。因此，可提高利用该衍射光学元件PF的本实施方式涉及的变焦光学系统ZL的量产性及生产率。
[0076]该情况下，首先，相对于滴在基板上的一方紫外线硬化型树脂，对形成有格栅槽的模具进行压模，从该模具的相反方向照射紫外线，使具有衍射光学面C的一方衍射元件构件成型。接下来，取下模具，在通过该紫外线照射而硬化了的衍射光学面C上滴下另一方的紫外线硬化型树脂。接下来，通过对该滴下的另一方的紫外线硬化型树脂照射紫外线，也使另一方的紫外线硬化型树脂硬化，而形成另一方的衍射元件要素。通过采用此种制造方法，只须要I个模具即可使格栅槽成形，并且不需要对2个衍射元件构件分别形成衍射光学面C及进行它们的位置对合这样的作业，只需要实施2次滴下紫外线硬化型树脂而使其硬化的作业即可制造。因此可进一步提高衍射光学元件PF的量产性及生产率。
[0077]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，在将构成衍射光学元件PF的2个衍射元件要素之中的更低折射率高分散的一方的衍射元件要素的材质对d线(波长587.562nm)、F线(波长486.133nm)及C线(波长656.273nm)的折射率设为ndl、nFl及nCl，并将更高折射率低分散的一方的衍射元件要素的材质对d线、F线及C线的折射率设为nd2、nF2及nC2时，优选，满足以下的条件式(7)~(10)。
[0078]ndl ≤1.54…(7)
[0079]0.0145 ≤ nFl-nCl…(8)
[0080]1.55 ≤ nd2…(9)
[0081]nF2-nC2 ≤ 0.013...(10)
[0082]上述条件式(J)~(10)分别规定:构成变焦光学系统ZL的衍射光学元件PF的不同的2个衍射元件要素所使用的光学材料、即2个不同树脂对d线的折射率和对F线及C线的折射率差(nF-nC)。进一步说明，此等条件式(7)~(10)规定在衍射光学元件PF中使用的不同的两种树脂、具体而言为相对而言具有较低折射率高分散的光学特性的树脂和具有较高折射率低分散的光学特性的树脂中，为了制造衍射光学元件PF而在使其硬化后应该满足的树脂光学特性。
[0083]通过满足该条件式(7)~(10)，能够以更好的性能使不同的2个衍射元件要素紧贴接合而形成衍射光学面C。其结果，能够在遍及g线~C线为止的宽波段中实现90%以上的衍射效率。但是，若高于条件式(7)~(10)的上限值或低于下限值，则难以在宽广的波段中获得90%以上的衍射效率，难以维持紧贴多层型衍射光学元件PF的优点。另外，此处所谓衍射效率，如上所述是入射光的强度与一阶衍射光的强度的比率。
[0084]此处，为了慎重起见，特别记载求出衍射效率的公式。在将衍射阶数设为m，将m阶衍射光的衍射效率设为n，将形成衍射光学面c的一方衍射元件要素的衍射格栅高度设为di，将形成衍射光学面c的另一方衍射元件构件的衍射格栅高度设为d2，将形成衍射光学面C的一方衍射元件要素的材料折射率设为nl，将形成衍射光学面C的另一方衍射元件要素的材料折射率设为n2，将波长设为λ时，衍射效率由以下的公式(11)，(12)来表示。
[0085]ηm = {sin(a-m) τι / (a_m) τι } '2...(11)
[0086]a = Knl-l)dl-(n2-l)d2} / λ …(12)
[0087]另外，就满足上述条件的树脂及使用此等树脂的紧贴多层型衍射光学元件PF的制造方法，例如记载于欧洲专利公开第1830204号公报及欧洲专利公开第1830205号公报。
[0088]在本实施方式中，在后述的各实施例中，使用包含2种不同的紫外线硬化型树脂的紧贴多层型衍射光学元件PF，衍射格栅高度为20.05 μ m，一阶衍射效率对g线(波长入=435.835nm)为 98%，对 F 线(波长 λ = 486.133nm)为 98%，对 d 线(波长 λ = 587.562nm)为 100%,对 C 线(波长 λ = 656.273nm)为 98%。
[0089]接下来，图9中示出具备上述的变焦光学系统ZL作为摄影透镜I的数字单眼反射式相机CAM (拍摄装置)的概略剖面图。该相机CAM中，来自未图示的物体(被拍摄体)的光通过摄影透镜I而聚光，并经由速返反射镜3而成像于焦点板4上。而后，在焦点板4上成像的光在五棱镜5中多次被反射而导向到接眼透镜6。由此，摄影者可经由接眼透镜6观察物体(被拍摄体)的直立影像。
[0090]此外，若通过摄影者按下未图示的释放按钮时，速返反射镜3向光路外退开，经摄影透镜I而聚光的未图示的物体(被拍摄体)的光在拍摄元件7上形成景被拍摄体像。由此，来自物体(被拍摄体)的光通过该拍摄元件7拍摄，并作为物体(被拍摄体)画像而记录于未图示的内存中。如此，摄影者可通过本相机CAM进行物体(被拍摄体)的拍摄。
[0091]另外，图9中记载的相机CAM也可以可装卸地保持摄影透镜1，也可以与摄影透镜I 一体而成形。此外，相机CAM既可以是所谓单眼反射式相机，也可以是不具速返反射镜的小型相机。
[0092]作为摄影透镜I而搭载于本相机CAM中的本实施方式涉及的变焦光学系统ZL，从后述的各实施例即可了解，通过其特征性的透镜结构，所以小型、且遍及整个变焦范围良好地校正以色像差为代表的各种像差，并具有高光学性能。因此，本相机CAM可实现小型且遍及整个变焦范围良好地校正以色像差为代表的各种像差、并具有高光学性能的拍摄装置。
[0093]实施例
[0094]以下，依据【专利附图】
【附图说明】本实施方式涉及的各实施例。以下示出表1及表2，而这些表是第一实施例及第二实施例中的各因素的表。
[0095]表中的(所有各因素)中，f表示变焦光学系统ZL在d线的广角端状态及望远程状态下的焦点距离(_)，FNo表示广角端状态及望远程状态下的F号码，Y表示像高，Σ d表示变焦光学系统ZL从最靠近物侧的透镜面(第一面)至最靠近像侧的透镜面为止的光轴上的距离。
[0096]表中的(透镜数据)中，面编号表示沿着光线行进方向的从从物侧起算的透镜面的顺序，r表示各透镜面的曲率半径，d表示面间隔即从各光学面至下一个光学面(或像面)的光轴上的距离，nd表示对d线(波长587.562nm)的折射率，v d表示对d线的色散系数，(可变)表示可变面间隔，* a表示非球面，* d表示衍射光学面，* s表示光圈，曲率半径r栏中的“⑴”表示平面。另外，省略空气折射率(d线)1.000000的记载。
[0097]表中的(非球面数据)中，就(透镜数据)所示的非球面用以下公式(a)表示其形状。此处，h表不垂直于光轴的方向的高度，Z(h)表不在高度h处光轴方向的变位量(弛垂量)，C表示基准球面的曲率半径(近轴曲率半径)，K表示圆锥系数，A表示4次的非球面系数，B表示6次的非球面系数。
[0098]另外，本实施方式中，“E-n”表示“ X 10-η”，例如“ 1.234Ε-05” 表示“ 1.234 X 10-5，，。
[0099]Z(h) = ch2 / {1+[1- (1+ κ ) c2h2) ]1/2} +Ah4+Bh6...(a)
[0100]表中的(衍射光学面数据)中，就(透镜数据)所示的衍射光学面，用以下公式(b)表示其形状。此处，h表示垂直于光轴的方向的高度，Φ00表示衍射光学元件的相位函数，λ表示入射光的波长，C2表示2阶的相位差系数，C4表示4阶次的相位差系数。
[0101]Φ (h) = (2 31 / λ).(C2h2+C4h4) -(b)
[0102]在表中的(第一透镜组Gl的正透镜的部分分散比与偏差)中，(0g，F)表示部分分散比，将结合成为正常分散玻璃的基准的NSL7与PBM2而获得的直线作为标准线，Δ ( Θ g, F)表示部分分散比相对于该标准线的偏差。
[0103]表中的(各组间隔数据)中，广角端状态及望远程状态下的Di (其中，i为整数)表示第i面与第(i+1)面的可变间隔。
[0104]表中的(变焦光学系统组数据)中，G表示组编号，组初面表示各透镜组的最靠近物侧的面编号，组焦点距离表示各透镜组的焦点距离。
[0105]此外，表中的(条件式)中，示出对应于上述条件式(I)~⑷的值。
[0106]以下，在全部的各因素值中，所公开的焦点距离f、曲率半径r、面间隔d、其他长度等，只要没有特别记载时，通常是使用“mm”，光学系统不论按比例放大或按比例缩小均可获得同等的光学性能，因此并非限定于此。此外，单位不限定于“mm”，也可以使用其他适当的单位。
[0107]此前的说明在所有实施例中均共享，并省略以下的说明。
[0108](第一实施例)
[0109]就第一种实施例，使用图1、图3、图4及表1作说明。图1示出第一实施例涉及的变焦光学系统ZL (ZLl)的结构剖面图及从广角端状态(W)至望远程状态(T)的变焦轨道。另外，在图1的结构剖面图中，为了避免繁杂的图示，而省略了构成衍射光学元件PF的衍射光学元件要素的附图标记PF1、PF2及衍射光学面的附图标记C的记载以及格栅槽的形状的记载，而仅单独记载了衍射光学元件PF的附图标记。
[0110]如图1所示，第一实施例涉及的变焦光学系统ZLl具有沿着光轴从物侧起按顺序排列的具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3、具有负折射力的第四透镜组G4、具有正折射力的第五透镜组G5及具有负折射力的第六透镜组G6，并使各透镜组的空气间隔变化而进行变焦。
[0111]第一透镜组Gl包括由沿着光轴从物侧起按顺序排列的正透镜L11、及负透镜L12与正透镜L13接合而成的接合透镜。另外，像侧的正透镜L13的构成材料为异常分散玻璃。
[0112]第二透镜组G2包括由沿着光轴从物侧起按顺序排列的负透镜L21、及负透镜L22与正透镜L23接合而成的接合透镜。
[0113]第三透镜组G3包括沿着光轴从物侧起按顺序排列的正透镜L31、负透镜L32及正透镜L33，这些透镜全部是凹面朝向像侧的弯月形状。另外，在物侧的正透镜L31的像侧的面上形成有紧贴多层型衍射光学元件PF，像侧的正透镜L33的像侧的面为非球面。
[0114]另外，衍射光学元件PF是将包含不同的2种紫外线硬化型树脂的衍射光学元件要、素PFl与PF2分别紧贴接合而构成的，其接合面成为形成有衍射格栅槽的衍射光学面C(参照图2)。本实施例中，作为衍射光学元件要素PFl与PF2的构成材料使用了具有以下表中的(树脂折射率)所示的折射率的树脂。另外，树脂折射率表示树脂硬化后的折射率。
[0115]第四透镜组G4包括由沿着光轴从物侧起按顺序排列的正透镜L41与负透镜L42接合而成的接合透镜。另外，负透镜L42的像侧的面为非球面。
[0116]第五透镜组G5包括沿着光轴从物侧起按顺序排列的正透镜L51、负透镜L52、正透镜L53及正透镜L54。
[0117]第六透镜组G6包括沿着光轴从物侧起按顺序排列的、正透镜L61与负透镜L62接合而成接合透镜、及负透镜L63。另外，像侧的负透镜L62的像侧的面为非球面。
[0118]在以下的表1中不出第一实施例中的各因素的值。表1中的面编号I~35对应于图1所不的面I~35。
[0119](表1)
[0120](全部各因素)
[0121]
【权利要求】
1.一种变焦光学系统，其特征在于， 具有从物侧起按顺序排列的、具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组和具有负折射力的第四透镜组， 在变焦时，各透镜组的相互间隔变化， 所述第三透镜组及所述第四透镜组中的任一方至少具有一个衍射光学元件。
2.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其特征在于， 所述第三透镜组具有从物侧起按顺序排列的正透镜、负透镜及正透镜，这些透镜全部为凹面朝向像侧的弯月形状。
3.根据权利要求1或2所述的变焦光学系统，其特征在于， 所述衍射光学元件为紧贴多层型衍射光学元件，且满足以下的条件式， 30 ≤ν dave ≤ 70 其中， V dave:构成包含所述紧贴多层型衍射光学元件的透镜组的、除折射力的绝对值在I / 5000以下的透镜及所述紧贴多层型衍射光学元件外的、所述正透镜的材料的色散系数的平均值。
4.根据权利要求3所述的变焦光学系统，其特征在于， 满足以下的条件式，
0.005 ≤I Φ?οθ? / Φ? I ≤ 0.025
其中， 1:包含所述紧贴多层型衍射光学元件的整个透镜组的折射力， ctdoe1:所述紧贴多层型衍射光学元件的折射力。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的变焦光学系统,其特征在于， 满足以下的条件式，
0.8 ≤ TLw / fw ≤ 1.3
其中， TLw:广角端状态下从最靠近物侧的透镜面至像面的距离， fw:广角端状态下整个系统的焦点距离。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的变焦光学系统,其特征在于， 所述第四透镜组具有至少一个有正折射力的透镜和至少一个有负折射力的透镜。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的变焦光学系统,其特征在于， 满足以下的条件式，
0.08 ≤ Pmin ≤ 0.5
其中， Pmin:所述紧贴多层型衍射光学元件的最小间距。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的变焦光学系统，其特征在于， 所述第一透镜组具有至少一个有正折射力的透镜， 其中至少一个为异常分散玻璃。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的变焦光学系统，其特征在于， 所述第三透镜组具有至少一个非球面。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的变焦光学系统，其特征在于， 所述第四透镜组具有至少一个非球面。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的变焦光学系统，其特征在于， 具有在所述第四透镜组的像侧按顺序排列的、具有正折射力的第五透镜组及具有负折射力的第六透镜组。
12.根据权利要求11所述的变焦光学系统，其特征在于， 所述第六透镜组具有至少一个非球面。
13.一种拍摄装置，其特征在于， 具备权利要求1至12中 任一项所述的变焦光学系统。
【文档编号】G02B15/20GK103477266SQ201280015726
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年3月14日 优先权日:2011年4月6日
【发明者】松本实保 申请人:株式会社尼康
【专利摘要】本发明具有从物侧起按顺序排列的具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3及具有负折射力的第四透镜组G4，在变焦时，各透镜组G1～G4的相互间隔变化，第三透镜组G3及第四透镜组G4中的任何一方至少具有一个衍射光学元件PF。
【专利说明】变焦光学系统及具有其的拍摄装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用衍射光学元件的变焦光学系统及具有变焦光学系统的拍摄
装置。
【背景技术】
[0002]在变焦光学系统中若使用衍射光学元件，则色像差校正容易进行，可获得高光学性能(例如参照专利文献I)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2004-117826号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]—般而言，数字照相机及摄影机等光学系统，期望透镜全长(光学全长，即从最靠近物侧的透镜面(第一面)至像面的长度)短、且光学系统整体小型。但是，有越缩短透镜全长，以色像差为代表的各种像差越大，光学性能越低这样的倾向。即使在此种光学系统中单独设置衍射光学元件，若不适当地设定配设位置及折射力，则难以在整个变焦区域良好地校正色像差。若不适当地使用了衍射光学元件，则色像差校正不足。此外，若衍射光学元件的折射力变大，则衍射光学元件的格栅间距变窄，制造困难，生产率恶化。
[0008]本发明是鉴于此种问题而完成的，其目的为通过有效使用衍射光学元件，提供一种小型、遍及全部变焦范围良好地校正以色像差为代表的各种像差并具有高光学性能的变焦光学系统及具有变焦光学系统的拍摄装置。
[0009]用于解决课题的技术方案
[0010]为了达成此目的，根据例示本发明的第一方式，提供一种变焦光学系统，其特征在于，具有从物侧起按顺序排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，该第一透镜组具有正折射力，该第二透镜组具有负折射力，第三透镜组具有正折射力，第四透镜组具有负折射力，在变焦时，各透镜组的相互间隔变化，所述第三透镜组及所述第四透镜组中的任一方至少具有一个衍射光学元件。
[0011]根据例示本发明的第二方式，提供一种拍摄装置(例如本实施方式中的数字单眼反射式相机CAM),其特征在于,具有上述方式的变焦光学系统。
[0012]发明的效果
[0013]根据本发明，可提供一种通过有效使用衍射光学元件、以较小的体积遍及全部变焦范围良好地校正以色像差为代表的各种像差并具有高光学性能的变焦光学系统及具有变焦光学系统的拍摄装置。
【专利附图】
【附图说明】[0014]图1是表示第一实施例涉及的变焦光学系统在广角端状态下的结构剖面图及从广角端状态(W)至望远程状态(T)的变焦轨道的图。
[0015]图2是表示本实施方式涉及的衍射光学元件的一例的示意图。
[0016]图3是第一实施例涉及的变焦光学系统在广角端状态下在拍摄距离无限远处的纵像差图。
[0017]图4是第一实施例涉及的变焦光学系统在望远程状态下在拍摄距离无限远处的纵像差图。
[0018]图5是表示第二实施例涉及的变焦光学系统在广角端状态下的结构剖面图及从广角端状态(W)至望远程状态(T)的变焦轨道图。
[0019]图6是第二实施例涉及的变焦光学系统在广角端状态下在拍摄距离无限远处的纵像差图。
[0020]图7是第二实施例涉及的变焦光学系统在望远程状态下在拍摄距离无限远处的纵像差图。
[0021]图8是用于说明异常分散玻璃的定义的图，横轴表示色散系数，纵轴表示部分分散比。
[0022]图9是表示本实施方式涉及的数字单眼反射式相机(拍摄装置)的结构的概略剖面图。
【具体实施方式】
[0023]以下，就本实施方式参照附图作说明。如图1所示，本实施方式的变焦光学系统ZL具有从物侧起按顺序排列的具有正折射力的第一透镜组Gl、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3及具有负折射力的第四透镜组G4，在从广角端状态向望远程状态变焦时，各透镜组的相互间隔变化，第三透镜组G3及第四透镜组G4中的任一方至少具有一个衍射光学兀件PF。
[0024]本实施方式的衍射光学元件PF使用所谓的紧贴多层型的衍射光学元件，如图2所示，其具有含不同光学材料的2个衍射光学元件要素，具体而言具有:第一衍射光学元件PF1，其具有形成有多个格栅槽的第一衍射光学面；及第二衍射光学元件PF2，其具有形成有多个格栅槽的第二衍射光学面，第一衍射光学元件PFl与第二衍射光学元件PF2配置成第一衍射光学面与第二衍射光学面彼此相对，该第一衍射光学面与该第二衍射光学面在衍射光学面C彼此紧贴而连接。
[0025]但是，本实施方式所使用的衍射光学元件PF并非如上述限定于紧贴多层型，即使是单层型或分离多层型的也无妨。
[0026]根据此种结构的本实施方式涉及的变焦光学系统ZL，在从广角端状态向望远程状态变焦时，通过使各透镜组Gl?G4的相互间隔变化，从而达成变焦光学系统ZL的小型化。此外，通过在发生很大轴上色像差的第三透镜组G3及第四透镜组G4中的任一方配置衍射光学元件PF,从而有效进行色像差的校正。
[0027]在后述的第一实施例中，通过在第三透镜组G3中配置紧贴多层型衍射光学元件PF，从而遍及整个变焦区域良好地校正色像差。此外，在第二实施例中，通过在第四透镜组G4中配置紧贴多层型衍射光学元件PF，从而遍及整个变焦区域良好地校正色像差。[0028]本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，优选，第三透镜组G3具有从物侧起按顺序排列的正透镜、负透镜及正透镜，这些透镜全部是凹面朝向像侧的弯月形状。根据此结构，能够遍及全部变焦区域进行良好的像差校正。
[0029]本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，优选，满足以下的条件式(I)。
[0030]30 ^ V dave ( 70…(I)
[0031]其中，
[0032]V dave:构成包含紧贴复和层型衍射光学元件PF的透镜组的正透镜的材料的色散系数(Abbe’s number)的平均值，该正透镜不包括折射力的绝对值在I / 5000以下的透镜及所述紧贴复和层型衍射光学元件PF。
[0033]条件式(I)在使用衍射光学元件PF的第三透镜组G3及第四透镜组G4的任一方中，规定除了折射力为I / 5000以下的透镜外的折射型透镜的色散系数vd的平均值。
[0034]衍射光学元件PF具备衍射光学面C (参照图2)，在该衍射光学面C上同心圆状地形成有每Imm就有数条至数百条的细槽状或缝隙状的格栅的结构，该衍射光学元件PF并具有使入射于衍射光学面C的光向依据格栅间距(格栅槽的间隔)与入射光的波长而确定的方向衍射的性质。此种衍射光学元件PF例如用于将特定阶数的衍射光聚光于一点的透镜等。
[0035]在用普通光学玻璃作成的折射型透镜中，波长越短，折射力特性的变化越大，反之，在衍射光学元件PF中折射力特性随波长线性变化。此外，折射型透镜的折射率特性因构成材料而变化，但衍射光学元件PF的折射率特性不会因构成材料而变化。因此，通过组合将多个折射型透镜组合而使折射力随波长线性变化的元件与衍射光学元件PF，从而获得很大消色效果，可良好地校正色像差。
[0036]条件式(I)规定色散系 数的平均值，作为折射力随波长而线性变化的多个折射型透镜的材料选择方法。若低于条件式(I)的下限值，则波长越短、所述折射型透镜的折射力特性变化越大，若将衍射光学元件PF与此种透镜组合，则像差的残留量变大。此外，因为组合的衍射光学元件PF的折射力变大、间距变窄，所以制造困难，量产性恶化。
[0037]反之，若高于条件式(I)的上限值，则因为在所述折射型透镜中使用异常分散性高的玻璃材料，所以需要比重大的玻璃材料，导致重量增加。此外，因为此等玻璃材料一般是折射率低的玻璃材料，所以球面像差等的校正难以进行。但是，就球面像差的校正而言，虽可通过使用非球面来消除，但是若以非球面校正时的校正量变大，则弛垂(sag)量(非球面从球面错开的错开量)变大，因而制造困难，量产性恶化。
[0038]另外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(I)的下限值设为32。此外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(I)的上限值设为57。
[0039]本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，优选，满足以下的条件式(2)。
[0040]0.005 ( I doei / i I ≤ 0.025...(2)
[0041]其中，
[0042]1:包含紧贴多层型衍射光学元件PF的整个透镜组的折射力，
[0043]doe1:紧贴多层型衍射光学元件PF的折射力。
[0044]条件式(2)规定衍射光学元件PF的折射力与包含该衍射光学元件PF的透镜组的折射力之比。若低于条件式(2)的下限值，则衍射光学元件PF的折射力变小，色像差校正不足。反之，若高于条件式(2)的上限值，则衍射光学元件PF的折射力变强，衍射光学元件PF的格栅间距变窄，制造困难，量产性恶化。
[0045]另外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(2)的下限值设为0.010。此外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(2)的上限值设为0.020。
[0046]本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，优选，满足以下的条件式(3)。
[0047]0.8 ≤ TLw / fw ≤ 1.3...(3)
[0048]其中，
[0049]TLw:广角端状态下从最靠近物侧的透镜面至像面的距离，
[0050]fw:广角端状态下整个系统的焦点距离。
[0051]条件式(3)规定广角端状态下的从最靠近物侧的透镜面(第一面)至像面的距离与广角端状态下的整个系统的焦点距离之比。若低于条件式(3)的下限值，则各种像差恶化。反之，若高于条件式(3)的上限值，则小型化不充分。
[0052]另外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(3)的下限值设为1.0。此外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(3)的上限值设为1.2。
[0053]本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，第四透镜组G4优选具有至少一个有正折射力的透镜和至少一个有负折射力的透镜。根据该结构，可抑制球面像差、彗形像差、像散像差、像面弯曲等，同时抑制轴上色像差的发生。此外，因为能够使这些折射型透镜的折射力随波长的变化更接近线形，所以在组合衍射光学元件PF时，可获得很大消色效果，而良好地校正光学系统的色像差。
[0054]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，优选，满足以下的条件式(4)。
[0055]0.08 ≤ Pmin ≤ 0.5...(4)
[0056]其中，
[0057]Pmin:紧贴多层型衍射光学元件PF的最小间距。
[0058]条件式(4)规定衍射光学元件PF的格栅的最小间距。若低于条件式(4)的下限值，则间距变窄，制造困难，量产性恶化。反之，若高于条件式(4)的上限值，则衍射光学元件PF的折射力变小，色像差校正不足。
[0059]另外，为了使本实施方式的效果更确实，优选，将条件式(4)的下限值设为0.2。
[0060]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，第一透镜组Gl优选，具有至少一个有正折射力的透镜，其中至少一个是异常分散玻璃。如此，通过使第一透镜组Gl中的至少一个正透镜使用异常分散玻璃，可抑制轴上色像差、及放大倍率色像差的发生。
[0061]一般而言，多数光学玻璃，若将纵轴作为部分分散比而取(0g，F)，将横轴作为色散系数而取V山则如图8所示，在部分分散比与色散系数之间大致成为直线关系，将此种玻璃称为正常分散玻璃。另一方面，将位于从该直线关系离开的位置的玻璃称为异常分散玻璃。更具体而言，在将结合成为正常分散玻璃的基准的NSL7与PBM2 (均为OHARAINC.的玻璃种类名称)而获得的直线作为标准线、将部分分散比相对于该标准线的偏差以Δ ( Θ g, F)来表示的情况下，则将满足以下条件式(5)或(6)的玻璃定义为异常分散玻璃。
[0062]Λ ( Θ g，F) <-0.012…(5)
[0063]Λ ( Θ g，F) > 0.012...(6)
[0064]另外，在将透镜材质对g线(波长λ = 435.835nm)的折射率设为ng,对F线(波长λ = 486.133nm)的折射率设为nF，对C线(波长λ = 656.273nm)的折射率设为nC时，部分分散比(Θ g, F)以(Θ g, F) = (ng-nF) / (nF-nC)来定义。
[0065]此外，成为上述正常分散玻璃的基准的NSL7，其部分分散比为0.5436、色散系数为60.49，PBM2的部分分散比为0.5828、色散系数为36.26。
[0066]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，第三透镜组G3优选具有至少一个非球面。通过该结构可良好地校正球面像差、彗形像差。
[0067]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，第四透镜组G4优选具有至少一个非球面。通过该结构可良好地校正球面像差、彗形像差。
[0068]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，优选，具有从第四透镜组G4的像侧起按顺序排列的具有正折射力的第五透镜组G5和具有负折射力的第六透镜组G6。通过该结构可达成变焦透镜光学系统ZL的进一步小型化。
[0069]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，第六透镜组G6优选具有至少一个非球面。通过该结构，可良好地校正像散像差、像面弯曲及失真(distortion)。
[0070]利用所谓多层型(或层叠型)衍射光学元件作为本实施方式涉及的衍射光学元件PF，该多层型(或层叠型)衍射光学元件如上所述，具有含不同光学材料的、具有第一衍射光学面的第一衍射光学元件PFl及具有第二衍射光学面的第二衍射光学元件PF2，第一衍射光学元件PFl与第二衍射光学元件PF2配置成第一衍射光学面与第二衍射光学面彼此相对，因此，可在包含从g线(波长λ = 435.835nm)至C线(波长λ = 635.273nm)的宽广的波段中提高衍射效率。因此，使用此种衍射光学元件PF的本实施方式涉及的变焦光学系统ZL,可利用在宽广的波段中。
[0071]另外，在本实施方式中，衍射效率示出在透过型衍射光学元件PF中利用I阶衍射光时，入射强度IO与一阶衍射光的强度Il的比率η (= Il / 10X100 (%))。
[0072]本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中使用的衍射光学元件PF，如上所述，也可以构成为相对配置的第一衍射光学面与第二衍射光学面彼此接触。也就是，也可以使在2个衍射元件要素上分别形成的格栅槽彼此紧贴而构成为紧贴多层型衍射光学元件。此种紧贴多层型衍射光学元件与将形成有格栅槽的2个衍射元件要素以各格栅槽相对的方式接近配置而构成的所谓分离复层型衍射光学元件比较，因为可简化制造工序，所以具备量产效率佳、此外对光线的入射角的衍射效率高(在包含g线至C线的宽广波段中为90%以上)的优点。因此，在利用此种紧贴多层型衍射光学元件的本实施方式涉及的变焦光学系统ZL，制造容易且衍射效率也闻。
[0073]再者，在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，构成衍射光学元件PF的第一衍射光学元件PFl及第二衍射光学元件PF2的至少一方也可包括紫外线硬化型树脂。通过该结构，可提高衍射光学元件PF的量产性及生产性。因此，可提高利用此种衍射光学元件PF的本实施方式涉及的变焦光学系统ZL的量产性及生产率。
[0074]详细而言，2个衍射元件构件的材料，能够一方使用普通玻璃或可注塑成型等的热塑性树脂或热硬化性树脂，另一方使用紫外线硬化型树脂，来制造衍射光学元件PF。例如，在使用玻璃作为一方的材料的情况下，通过切削研磨使衍射光学面C成形。其后，可采用在该衍射光学面C上滴下紫外线硬化型树脂，并照射紫外线而使其硬化的制造方法。此外，在使用热塑性树脂或热硬化性树脂作为一方的材料的情况下，通过使用形成有格栅槽的模具进行注塑成形等，从而使衍射光学面C成形。其后，可采用在该衍射光学面C上滴下紫外线硬化型树脂，并照射紫外线而使其硬化的制造方法。因为可采用此种制造方法，而不需要对2个衍射元件构件分别制作衍射光学面C进一步进行它们的位置对合这样的作业，所以可提高衍射光学元件PF的生产率及量产性。
[0075] 在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，构成衍射光学元件PF的第一衍射光学元件PFl及第二衍射光学元件PF2，也可以构成为包含具有彼此不同的光学特性的紫外线硬化型树脂。通过该结构可提高衍射光学元件PF的量产性及生产率。因此，可提高利用该衍射光学元件PF的本实施方式涉及的变焦光学系统ZL的量产性及生产率。
[0076]该情况下，首先，相对于滴在基板上的一方紫外线硬化型树脂，对形成有格栅槽的模具进行压模，从该模具的相反方向照射紫外线，使具有衍射光学面C的一方衍射元件构件成型。接下来，取下模具，在通过该紫外线照射而硬化了的衍射光学面C上滴下另一方的紫外线硬化型树脂。接下来，通过对该滴下的另一方的紫外线硬化型树脂照射紫外线，也使另一方的紫外线硬化型树脂硬化，而形成另一方的衍射元件要素。通过采用此种制造方法，只须要I个模具即可使格栅槽成形，并且不需要对2个衍射元件构件分别形成衍射光学面C及进行它们的位置对合这样的作业，只需要实施2次滴下紫外线硬化型树脂而使其硬化的作业即可制造。因此可进一步提高衍射光学元件PF的量产性及生产率。
[0077]在本实施方式涉及的变焦光学系统ZL中，在将构成衍射光学元件PF的2个衍射元件要素之中的更低折射率高分散的一方的衍射元件要素的材质对d线(波长587.562nm)、F线(波长486.133nm)及C线(波长656.273nm)的折射率设为ndl、nFl及nCl，并将更高折射率低分散的一方的衍射元件要素的材质对d线、F线及C线的折射率设为nd2、nF2及nC2时，优选，满足以下的条件式(7)~(10)。
[0078]ndl ≤1.54…(7)
[0079]0.0145 ≤ nFl-nCl…(8)
[0080]1.55 ≤ nd2…(9)
[0081]nF2-nC2 ≤ 0.013...(10)
[0082]上述条件式(J)~(10)分别规定:构成变焦光学系统ZL的衍射光学元件PF的不同的2个衍射元件要素所使用的光学材料、即2个不同树脂对d线的折射率和对F线及C线的折射率差(nF-nC)。进一步说明，此等条件式(7)~(10)规定在衍射光学元件PF中使用的不同的两种树脂、具体而言为相对而言具有较低折射率高分散的光学特性的树脂和具有较高折射率低分散的光学特性的树脂中，为了制造衍射光学元件PF而在使其硬化后应该满足的树脂光学特性。
[0083]通过满足该条件式(7)~(10)，能够以更好的性能使不同的2个衍射元件要素紧贴接合而形成衍射光学面C。其结果，能够在遍及g线~C线为止的宽波段中实现90%以上的衍射效率。但是，若高于条件式(7)~(10)的上限值或低于下限值，则难以在宽广的波段中获得90%以上的衍射效率，难以维持紧贴多层型衍射光学元件PF的优点。另外，此处所谓衍射效率，如上所述是入射光的强度与一阶衍射光的强度的比率。
[0084]此处，为了慎重起见，特别记载求出衍射效率的公式。在将衍射阶数设为m，将m阶衍射光的衍射效率设为n，将形成衍射光学面c的一方衍射元件要素的衍射格栅高度设为di，将形成衍射光学面c的另一方衍射元件构件的衍射格栅高度设为d2，将形成衍射光学面C的一方衍射元件要素的材料折射率设为nl，将形成衍射光学面C的另一方衍射元件要素的材料折射率设为n2，将波长设为λ时，衍射效率由以下的公式(11)，(12)来表示。
[0085]ηm = {sin(a-m) τι / (a_m) τι } '2...(11)
[0086]a = Knl-l)dl-(n2-l)d2} / λ …(12)
[0087]另外，就满足上述条件的树脂及使用此等树脂的紧贴多层型衍射光学元件PF的制造方法，例如记载于欧洲专利公开第1830204号公报及欧洲专利公开第1830205号公报。
[0088]在本实施方式中，在后述的各实施例中，使用包含2种不同的紫外线硬化型树脂的紧贴多层型衍射光学元件PF，衍射格栅高度为20.05 μ m，一阶衍射效率对g线(波长入=435.835nm)为 98%，对 F 线(波长 λ = 486.133nm)为 98%，对 d 线(波长 λ = 587.562nm)为 100%,对 C 线(波长 λ = 656.273nm)为 98%。
[0089]接下来，图9中示出具备上述的变焦光学系统ZL作为摄影透镜I的数字单眼反射式相机CAM (拍摄装置)的概略剖面图。该相机CAM中，来自未图示的物体(被拍摄体)的光通过摄影透镜I而聚光，并经由速返反射镜3而成像于焦点板4上。而后，在焦点板4上成像的光在五棱镜5中多次被反射而导向到接眼透镜6。由此，摄影者可经由接眼透镜6观察物体(被拍摄体)的直立影像。
[0090]此外，若通过摄影者按下未图示的释放按钮时，速返反射镜3向光路外退开，经摄影透镜I而聚光的未图示的物体(被拍摄体)的光在拍摄元件7上形成景被拍摄体像。由此，来自物体(被拍摄体)的光通过该拍摄元件7拍摄，并作为物体(被拍摄体)画像而记录于未图示的内存中。如此，摄影者可通过本相机CAM进行物体(被拍摄体)的拍摄。
[0091]另外，图9中记载的相机CAM也可以可装卸地保持摄影透镜1，也可以与摄影透镜I 一体而成形。此外，相机CAM既可以是所谓单眼反射式相机，也可以是不具速返反射镜的小型相机。
[0092]作为摄影透镜I而搭载于本相机CAM中的本实施方式涉及的变焦光学系统ZL，从后述的各实施例即可了解，通过其特征性的透镜结构，所以小型、且遍及整个变焦范围良好地校正以色像差为代表的各种像差，并具有高光学性能。因此，本相机CAM可实现小型且遍及整个变焦范围良好地校正以色像差为代表的各种像差、并具有高光学性能的拍摄装置。
[0093]实施例
[0094]以下，依据【专利附图】
【附图说明】本实施方式涉及的各实施例。以下示出表1及表2，而这些表是第一实施例及第二实施例中的各因素的表。
[0095]表中的(所有各因素)中，f表示变焦光学系统ZL在d线的广角端状态及望远程状态下的焦点距离(_)，FNo表示广角端状态及望远程状态下的F号码，Y表示像高，Σ d表示变焦光学系统ZL从最靠近物侧的透镜面(第一面)至最靠近像侧的透镜面为止的光轴上的距离。
[0096]表中的(透镜数据)中，面编号表示沿着光线行进方向的从从物侧起算的透镜面的顺序，r表示各透镜面的曲率半径，d表示面间隔即从各光学面至下一个光学面(或像面)的光轴上的距离，nd表示对d线(波长587.562nm)的折射率，v d表示对d线的色散系数，(可变)表示可变面间隔，* a表示非球面，* d表示衍射光学面，* s表示光圈，曲率半径r栏中的“⑴”表示平面。另外，省略空气折射率(d线)1.000000的记载。
[0097]表中的(非球面数据)中，就(透镜数据)所示的非球面用以下公式(a)表示其形状。此处，h表不垂直于光轴的方向的高度，Z(h)表不在高度h处光轴方向的变位量(弛垂量)，C表示基准球面的曲率半径(近轴曲率半径)，K表示圆锥系数，A表示4次的非球面系数，B表示6次的非球面系数。
[0098]另外，本实施方式中，“E-n”表示“ X 10-η”，例如“ 1.234Ε-05” 表示“ 1.234 X 10-5，，。
[0099]Z(h) = ch2 / {1+[1- (1+ κ ) c2h2) ]1/2} +Ah4+Bh6...(a)
[0100]表中的(衍射光学面数据)中，就(透镜数据)所示的衍射光学面，用以下公式(b)表示其形状。此处，h表示垂直于光轴的方向的高度，Φ00表示衍射光学元件的相位函数，λ表示入射光的波长，C2表示2阶的相位差系数，C4表示4阶次的相位差系数。
[0101]Φ (h) = (2 31 / λ).(C2h2+C4h4) -(b)
[0102]在表中的(第一透镜组Gl的正透镜的部分分散比与偏差)中，(0g，F)表示部分分散比，将结合成为正常分散玻璃的基准的NSL7与PBM2而获得的直线作为标准线，Δ ( Θ g, F)表示部分分散比相对于该标准线的偏差。
[0103]表中的(各组间隔数据)中，广角端状态及望远程状态下的Di (其中，i为整数)表示第i面与第(i+1)面的可变间隔。
[0104]表中的(变焦光学系统组数据)中，G表示组编号，组初面表示各透镜组的最靠近物侧的面编号，组焦点距离表示各透镜组的焦点距离。
[0105]此外，表中的(条件式)中，示出对应于上述条件式(I)~⑷的值。
[0106]以下，在全部的各因素值中，所公开的焦点距离f、曲率半径r、面间隔d、其他长度等，只要没有特别记载时，通常是使用“mm”，光学系统不论按比例放大或按比例缩小均可获得同等的光学性能，因此并非限定于此。此外，单位不限定于“mm”，也可以使用其他适当的单位。
[0107]此前的说明在所有实施例中均共享，并省略以下的说明。
[0108](第一实施例)
[0109]就第一种实施例，使用图1、图3、图4及表1作说明。图1示出第一实施例涉及的变焦光学系统ZL (ZLl)的结构剖面图及从广角端状态(W)至望远程状态(T)的变焦轨道。另外，在图1的结构剖面图中，为了避免繁杂的图示，而省略了构成衍射光学元件PF的衍射光学元件要素的附图标记PF1、PF2及衍射光学面的附图标记C的记载以及格栅槽的形状的记载，而仅单独记载了衍射光学元件PF的附图标记。
[0110]如图1所示，第一实施例涉及的变焦光学系统ZLl具有沿着光轴从物侧起按顺序排列的具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3、具有负折射力的第四透镜组G4、具有正折射力的第五透镜组G5及具有负折射力的第六透镜组G6，并使各透镜组的空气间隔变化而进行变焦。
[0111]第一透镜组Gl包括由沿着光轴从物侧起按顺序排列的正透镜L11、及负透镜L12与正透镜L13接合而成的接合透镜。另外，像侧的正透镜L13的构成材料为异常分散玻璃。
[0112]第二透镜组G2包括由沿着光轴从物侧起按顺序排列的负透镜L21、及负透镜L22与正透镜L23接合而成的接合透镜。
[0113]第三透镜组G3包括沿着光轴从物侧起按顺序排列的正透镜L31、负透镜L32及正透镜L33，这些透镜全部是凹面朝向像侧的弯月形状。另外，在物侧的正透镜L31的像侧的面上形成有紧贴多层型衍射光学元件PF，像侧的正透镜L33的像侧的面为非球面。
[0114]另外，衍射光学元件PF是将包含不同的2种紫外线硬化型树脂的衍射光学元件要、素PFl与PF2分别紧贴接合而构成的，其接合面成为形成有衍射格栅槽的衍射光学面C(参照图2)。本实施例中，作为衍射光学元件要素PFl与PF2的构成材料使用了具有以下表中的(树脂折射率)所示的折射率的树脂。另外，树脂折射率表示树脂硬化后的折射率。
[0115]第四透镜组G4包括由沿着光轴从物侧起按顺序排列的正透镜L41与负透镜L42接合而成的接合透镜。另外，负透镜L42的像侧的面为非球面。
[0116]第五透镜组G5包括沿着光轴从物侧起按顺序排列的正透镜L51、负透镜L52、正透镜L53及正透镜L54。
[0117]第六透镜组G6包括沿着光轴从物侧起按顺序排列的、正透镜L61与负透镜L62接合而成接合透镜、及负透镜L63。另外，像侧的负透镜L62的像侧的面为非球面。
[0118]在以下的表1中不出第一实施例中的各因素的值。表1中的面编号I~35对应于图1所不的面I~35。
[0119](表1)
[0120](全部各因素)
[0121]
【权利要求】
1.一种变焦光学系统，其特征在于， 具有从物侧起按顺序排列的、具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组和具有负折射力的第四透镜组， 在变焦时，各透镜组的相互间隔变化， 所述第三透镜组及所述第四透镜组中的任一方至少具有一个衍射光学元件。
2.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其特征在于， 所述第三透镜组具有从物侧起按顺序排列的正透镜、负透镜及正透镜，这些透镜全部为凹面朝向像侧的弯月形状。
3.根据权利要求1或2所述的变焦光学系统，其特征在于， 所述衍射光学元件为紧贴多层型衍射光学元件，且满足以下的条件式， 30 ≤ν dave ≤ 70 其中， V dave:构成包含所述紧贴多层型衍射光学元件的透镜组的、除折射力的绝对值在I / 5000以下的透镜及所述紧贴多层型衍射光学元件外的、所述正透镜的材料的色散系数的平均值。
4.根据权利要求3所述的变焦光学系统，其特征在于， 满足以下的条件式，
0.005 ≤I Φ?οθ? / Φ? I ≤ 0.025
其中， 1:包含所述紧贴多层型衍射光学元件的整个透镜组的折射力， ctdoe1:所述紧贴多层型衍射光学元件的折射力。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的变焦光学系统,其特征在于， 满足以下的条件式，
0.8 ≤ TLw / fw ≤ 1.3
其中， TLw:广角端状态下从最靠近物侧的透镜面至像面的距离， fw:广角端状态下整个系统的焦点距离。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的变焦光学系统,其特征在于， 所述第四透镜组具有至少一个有正折射力的透镜和至少一个有负折射力的透镜。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的变焦光学系统,其特征在于， 满足以下的条件式，
0.08 ≤ Pmin ≤ 0.5
其中， Pmin:所述紧贴多层型衍射光学元件的最小间距。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的变焦光学系统，其特征在于， 所述第一透镜组具有至少一个有正折射力的透镜， 其中至少一个为异常分散玻璃。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的变焦光学系统，其特征在于， 所述第三透镜组具有至少一个非球面。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的变焦光学系统，其特征在于， 所述第四透镜组具有至少一个非球面。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的变焦光学系统，其特征在于， 具有在所述第四透镜组的像侧按顺序排列的、具有正折射力的第五透镜组及具有负折射力的第六透镜组。
12.根据权利要求11所述的变焦光学系统，其特征在于， 所述第六透镜组具有至少一个非球面。
13.一种拍摄装置，其特征在于， 具备权利要求1至12中 任一项所述的变焦光学系统。
【文档编号】G02B15/20GK103477266SQ201280015726
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年3月14日 优先权日:2011年4月6日
【发明者】松本实保 申请人:株式会社尼康
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