衍射光学元件、光学系统、光学设备以及衍射光学元件的制造方法与流程

本发明涉及衍射光学元件、光学系统、光学设备以及衍射光学元件的制造方法。

背景技术：

以往，作为适合长焦距摄影光学系统的镜头类型，公开有在从物体侧依次具备具有正的光焦度的第1透镜组以及具有负的光焦度的第2透镜组的光学系统、即所谓的远焦镜头中，使用在透镜面或者光学系统的一部分设置了具有衍射作用的衍射光栅的衍射光学元件来减少色差的方法(例如，参照专利文献1)。但是，专利文献1存在期待进一步提高光学性能的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-173439号公报

技术实现要素：

本发明的第一方式的衍射光学元件，通过具有衍射光栅而作为透镜发挥作用，其中，周边区域中的衍射光栅的光栅高度比以光轴为中心的中央区域中的衍射光栅的光栅高度高。

本发明的第二方式的衍射光学元件，通过具有闪耀形状的衍射光栅而作为透镜发挥作用，其中，具有每个波长的衍射效率不同的两个以上的区域，两个以上的区域包括以光轴为中心且相比规定的标准化半径位于内侧的区域即中央区域以及相比规定的标准化半径位于外侧的周边区域，且满足下式的条件：

0.50<rs<0.98

e_in<e_out

e_in>90％

e_out>90％

其中，

rs：规定的标准化半径(从光轴起的与该光轴正交的方向的高度除以有效直径而得到的值)

e_in：中央区域中的衍射光栅的c线处的衍射效率

e_out：周边区域中的衍射光栅的c线处的衍射效率。

本发明的第三方式的衍射光学元件，通过具有闪耀形状的衍射光栅而作为透镜发挥作用，其中，具有每个波长的衍射效率不同的两个以上的区域，两个以上的区域包括以光轴为中心且相比规定的标准化半径位于内侧的区域即中央区域以及相比规定的标准化半径位于外侧的周边区域，且满足下式的条件：

0.50<rs<0.98

w_in<w_out

5nm<w_out-w_in<50nm

其中，

rs：规定的标准化半径(从光轴起的与该光轴正交的方向的高度除以有效直径而得到的值)

w_in：在中央区域的衍射光栅中衍射效率最高的波长

w_out：在周边区域的衍射光栅中衍射效率最高的波长。

本发明的第一方式的衍射光学元件的制造方法，所述衍射光学元件通过具有衍射光栅而作为透镜发挥作用，其中，将衍射光栅形成为，周边区域中的衍射光栅的光栅高度比以光轴为中心的中央区域中的衍射光栅的光栅高度高。

附图说明

图1是示出第1实施方式的衍射光学元件的截面的示意图。

图2是示出第2实施方式的衍射光学元件的截面的示意图。

图3是示出第2实施方式的衍射光学元件中的标准化半径与光栅高度的关系的说明图。

图4是示出第2实施方式的衍射光学元件的中间区域中的光栅高度的说明图。

图5是示出在第3和第4实施方式的衍射光学元件中，每个光栅高度的波长与眩光率的关系的说明图。

图6是示出将本实施方式的衍射光学元件形成在透镜面时的光栅高度的说明图。

图7是示出第1实施例的衍射光学元件的光斑像的说明图，(a)示出rc＝0.97时的光斑像，(b)示意地示出(a)的光斑像的边界，(c)示出rc＝1.00时的光斑像，(d)示意地示出(c)的光斑像的边界。

图8是示出第2实施例的衍射光学元件的光斑像的说明图，(a)示出rc＝0.93时的光斑像，(b)示意地示出(a)的光斑像的边界，(c)示出rc＝1.00时的光斑像，(d)示意地示出(c)的光斑像的边界。

图9是示出第1实施例的光学系统的无限远对焦状态下的镜头结构的剖视图。

图10是第1实施例的光学系统的无限远对焦状态下的各像差图。

图11是示出第2实施例的光学系统的无限远对焦状态下的镜头结构的剖视图。

图12是第2实施例的光学系统的无限远对焦状态下的各像差图。

图13是示出第3实施例的光学系统的无限远对焦状态下的镜头结构的剖视图。

图14是第3实施例的光学系统的无限远对焦状态下的各像差图。

图15是示出第4实施例的光学系统的无限远对焦状态下的镜头结构的剖视图。

图16是第4实施例的光学系统的无限远对焦状态下的各像差图。

图17是示出第5实施例的光学系统的无限远对焦状态下的镜头结构的剖视图。

图18是第5实施例的光学系统的无限远对焦状态下的各像差图。

图19是搭载上述光学系统的相机的剖视图。

图20是示出衍射光学元件的制造方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对优选实施方式进行说明。

衍射光学元件是每隔微小间隔(1mm)具备几个左右以特定间隔设置的缝状或阶梯状、或者锯片状(闪耀形状)的光栅结构而制作的光学元件，具有当光入射时，向由缝、闪耀的间距(间隔)与光的波长确定的方向产生衍射光束的性质。这种衍射光学元件使用于各种光学系统，例如，最近公知有将特定级数的衍射光聚集到一点而作为透镜来使用的技术等。

通过使用这种衍射光学元件，从而能够实现良好地对色差等各像差进行校正、长焦比小(镜头全长短)且具有高光学性能的远焦型光学系统(远焦镜头)。特别是，在轴向色差中，对于一般用2波长来校正轴向色差的消色差校正，通过使用衍射光学元件，从而能够实现用3波长来校正轴向色差的复消色差校正。

入射到衍射光学元件的衍射光学面的光线被分为多级衍射光。一般而言，在衍射光学元件中，使使用波长区域的光束集中于特定的级数(以下，称为“设计级数”)，以设计级数的衍射光的衍射效率在设计波长(λ0)中最佳化的方式确定其光栅结构。但是，衍射光的衍射效率显示出波长依赖性，因此设计波长(λ0)附近的波长下的衍射效率最高，随着从设计波长(λ0)的偏离变大，衍射效率降低。因此，在使用的光线的波长涉及宽频带时，在设计波长(λ0)附近以外的波长中，设计级数以外的级数的衍射光(以下，称为“无用衍射光”)具有强度。另外，设计级数是指通过所述衍射光栅衍射的n级、n±1级、n±2级……的衍射级数的衍射光中的强度变得最大的衍射光的衍射级数。

在使用了衍射光学元件的远焦镜头中，以对于设计级数的衍射光校正轴向色差的方式设计光学系统。但是，在无用衍射光的成像位置与设计级数的衍射光不同的基础上，无法校正轴向色差，因此在拍摄面上越是长波长越产生光斑直径大的眩光而成为问题(以下，将由于该眩光的光斑直径对于每个波长不同而产生的色偏称为眩光的着色)。

图1示出密接多层型衍射光学元件gd，其由第1衍射光学要素g1和第2衍射光学要素g2构成，第1衍射光学要素g1由低折射率高色散的第1光学材料构成，第2衍射光学要素g2由高折射率低色散的第2光学材料构成，在第1衍射光学要素g1与第2衍射光学要素g2之间设置形成闪耀形状(锯齿状)的衍射光栅的闪耀结构pr(凸纹图案)并使其密接。另外，虽然为了使说明简单，图1示出沿着平面形成衍射光栅(闪耀结构)的情况，但是也可以在透镜的曲面上形成衍射光栅(闪耀结构)。另外，也可以是在第1衍射光学要素g1与第2衍射光学要素g2之间设置空气间隔而在各衍射光学要素形成衍射光栅(闪耀结构)的分离多层型衍射光学元件、或者不设置第2衍射光学要素g2而是作为空气的单层型衍射光学元件。

在形成这样的衍射光学元件的衍射光学面的闪耀型衍射光栅中，设计波长通过衍射光栅的闪耀结构的前后的物质(在图1中，如上所述，第1衍射光学要素g1和第2衍射光学要素g2)的折射率和衍射光栅的闪耀结构的光栅高度而被确定。光栅高度越高，设计波长越变长，在长波长侧的衍射效率提高的同时，短波长侧的衍射效率降低。即，当考虑眩光的色调时，光栅高度越高，眩光的红色成分越减少而绿和蓝的成分越变强。在眩光着色中，对于相比绿色和蓝色的眩光光斑位于外侧的红色眩光，能够通过使光栅高度局部最佳化来使之减少。

(第1实施方式)

如图1所示，本实施方式的衍射光学元件gd构成为，为了减少上述的眩光(特别是红色眩光)的产生，周边区域ap中的衍射光栅的光栅高度比以光轴z为中心的中央区域ac中的衍射光栅的光栅高度高。

具体地讲，本实施方式的衍射光学元件gd优选满足以下所示的条件式(1)和条件式(2)。

0.50<rc<0.98(1)

0.01％<δh/h0<10.00％(2)

其中，

r：标准化半径(从光轴z起的与该光轴z正交的方向的高度除以有效直径而得到的值)

h0：0.00<r<0.50处的衍射光栅的光栅高度的平均值

hmax：0.98<r<1.00处的衍射光栅的光栅高度的平均值

δh：hmax与h0之差

rc：光栅高度为(h0+hmax)/2的标准化半径

条件式(1)规定中央区域ac与周边区域ap之间的边界的标准化半径。当低于该条件式(1)的下限值时，使光栅高度变高的影响波及到长波长的红色眩光与短波长的绿色和蓝色的眩光的光斑直径重叠的(着色少)部分，眩光光斑内侧中的绿色和蓝色的眩光强度增加，因此是不优选的。另外，为了可靠地得到条件式(1)的效果，更优选的是，使该条件式(1)的下限值为0.65，进一步为0.70、0.75、0.80。另外，当超过条件式(1)的上限值时，眩光的光斑直径最大的长波长的红色眩光的大部分成为变更光栅高度的效果未波及的区域，因此减轻眩光着色的效果变差，因此是不优选的。另外，为了可靠地得到条件式(1)的效果，更优选的是，使该条件式(1)的上限值为0.978，进一步为0.975、0.973、0.971。

条件式(2)规定中心区域ac中的、0.00<r<0.50的区域的光栅高度与周边区域ap中的、0.98<r<1.00的区域的光栅高度之差。当低于该条件式(2)的下限值时，长波长区域(红色)中的衍射效率的变化不充分，因此减轻外侧(周边区域)的红色眩光的效果差，是不优选的。另外，为了可靠地得到条件式(2)的效果，更优选的是，使该条件式(2)的下限值为0.05％，进一步为0.10％、0.15％、0.20％、0.25％、0.30％。另外，当超过条件式(2)的上限值时，设计波长过度地偏移到长波长侧，从而短波长区域(绿色和蓝色)中的衍射效率降低，因此内侧(中央区域)的绿色眩光变得过强，因此是不优选的。另外，为了可靠地得到条件式(2)的效果，更优选的是，使该条件式(2)的上限值为9.00％，进一步为8.00％、7.00％、6.00％、5.00％。

(第2实施方式)

另外，在上述的结构中，对使标准化半径为0.00至0.50为止为中央区域ac，该区域的光栅高度的平均值为h0，使标准化半径为0.98至1.00为止为周边区域ap，该区域的光栅高度的平均值为hmax的情况进行了说明，但是如图2所示，在将衍射光栅构成为以中央区域ac的光栅高度为h0、周边区域ap的光栅高度为hmax的情况下，本实施方式的衍射光学元件gd优选满足以下所示的条件式(3)。

se/(sc+sp)≤50％(3)

sc：中央区域ac的面积

sp：周边区域ap的面积

se：形成有光栅高度h0和光栅高度hmax以外的光栅高度的衍射光栅的区域ae的面积

条件式(3)规定中央区域ac和周边区域ap以外的区域(光栅高度为h0和光栅高度为hmax的区域(中间区域))ae的面积相对于将中央区域ac和周边区域ap合计的面积的比。如图2所示，连接中央区域ac与周边区域ap的中间区域ae优选为，从中央区域ac的光栅高度在该中间区域ae中阶梯性地变高而成为周边区域ap的光栅高度。当超过该条件式(3)的上限值时，中间区域ae中的色调的变化过缓，减轻眩光着色的效果变差，因此是不优选的。另外，为了可靠地得到该条件式(3)的效果，更优选的是，使条件式(3)的上限值为45％，进一步为40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％。

另外，中间区域ae可以如图3和图4的c1所示，构成为从光栅高度h0平缓地变化为光栅高度hmax，也可以如图4的c2所示，构成为不设置中间区域ae，而从光栅高度h0步进地变化为光栅高度hmax。

(第3实施方式)

另外，本实施方式的衍射光学元件gd构成为，为了减少上述的眩光(特别是红色眩光)的产生，具有每个波长的衍射效率不同的两个以上的区域，这些两个以上的区域包含以光轴为中心且相比规定的标准化半径位于内侧的区域即中央区域ac以及相比规定的标准化半径位于外侧的周边区域ap。

此处，作为在衍射光学元件gd的衍射光学面(衍射光栅)处衍射的波长λ的光中的、0级衍射光和2级衍射光相对于1级衍射光的比率，如下式(a)所示地定义眩光率f(λ)。

f(λ)＝(e0(λ)+e2(λ))/e1(λ)(a)

其中，

e0(λ)：0级衍射光的衍射效率

e1(λ)：1级衍射光的衍射效率

e2(λ)：2级衍射光的衍射效率

图5示出对于入射到衍射光栅的光的波长的、光栅高度低的衍射光栅的眩光率和光栅高度高的衍射光栅的眩光率。本实施方式的衍射光学元件gd优选满足以下所示的条件式(4)～(7)。

e_in<e_out(4)

0.50<rs<0.98(5)

e_in>90％(6)

e_out>90％(7)

其中，

rs：规定的标准化半径(从光轴起的与该光轴正交的方向的高度除以有效直径而得到的值)

e_in：中央区域ac中的衍射光栅的c线处的衍射效率

e_out：周边区域ap中的衍射光栅的c线处的衍射效率

另外，关于c线处的衍射效率e(e_in、e_out)，使用图5所示的c线处的眩光率f(f_in、f_out)而如下式(b)那样定义。

e＝1-f(b)

如条件式(4)所示，本实施方式的衍射光学元件gd构成为，周边区域ap中的c线处的衍射效率变得比中心区域ac中的衍射光栅的c线处的衍射效率高。

条件式(5)规定中央区域ac与周边区域ap之间的边界的标准化半径。当低于该条件式(5)的下限值时，使光栅高度变高的影响波及至长波长的红色眩光与短波长的绿色和蓝色的眩光的光斑直径重叠的(着色少)部分，眩光光斑的内侧中的绿色和蓝色的眩光强度增加，因此是不优选的。另外，为了可靠地得到条件式(5)的效果，更优选的是，使该条件式(5)的下限值为0.55，进一步为0.60、0.65、0.70、0.75、0.80。另外，当超过条件式(5)的上限值时，眩光的光斑直径最大的长波长的红色眩光的部分成为变更了光栅高度的效果未波及的区域，因此减轻眩光着色的效果变差，因此是不优选的。另外，为了可靠地得到条件式(5)的效果，更优选的是，使该条件式(5)的上限值为0.978，进一步为0.975、0.973、0.971。

条件式(6)和条件式(7)规定中央区域ac和周边区域ap中的衍射光栅的c线处的衍射效率。

当低于条件式(6)的下限值时，眩光的内侧的红色很强，是不优选的。另外，长波长的衍射效率变差，从而眩光强度变强，对比度降低且光学性能恶化。另外，为了可靠地得到条件式(6)的效果，更优选的是，使条件式(6)的下限值为91％，进一步为93％、95％、97％。

当低于条件式(7)的下限值时，眩光外侧的红色很强，即使在中央区域和周边区域设置差值，作为绝对值也过红。另外，眩光强度变强，光学性能恶化。另外，为了可靠地得到条件式(7)的效果，更优选的是，使条件式(7)的下限值为91％，进一步为93％、95％、97％。

另外，本实施方式的衍射光学元件gd优选满足以下所示的条件式(8)。

f_out/f_in<0.50(8)

其中，

f_in：中央区域ac中的衍射光栅的c线处的眩光率

f_out：周边区域ap中的衍射光栅的c线处的眩光率

条件式(8)规定周边区域ap中的衍射光栅的c线处的眩光率相对于中央区域ac中的衍射光栅的c线处的眩光率的比，表示周边区域ap的c线处的眩光率优选为中央区域ac的c线出的眩光率的一半以下。当超过该条件式(8)的上限值时，红色减少效果变差，因此是不优选的。另外，为了可靠地得到该条件式(8)的效果，更优选的是，使条件式(8)的上限值为0.45，进一步为0.40、0.35、0.30、0.25。

另外，本实施方式的衍射光学元件gd优选使用于450nm～650nm下的衍射效率为90％以上的光学系统。

(第4实施方式)

另外，本实施方式的衍射光学元件gd构成为，为了减少上述的眩光(特别是红色眩光)的产生，具有每个波长的衍射效率不同的两个以上的区域，这些两个以上的区域包括以光轴为中心且相比规定的标准化半径位于内侧的区域即中央区域ac以及相比规定的标准化半径位于外侧的周边区域ap。

本实施方式的衍射光学元件gd优选满足以下所示的条件式(9)～(11)。

w_in<w_out(9)

0.50<ra<0.98(10)

5nm<w_out-w_in<50nm(11)

其中，

ra：规定的标准化半径(从光轴起的与该光轴正交的方向的高度除以有效直径而得到的值)

w_in：在中央区域ac的衍射光栅中衍射效率最高的波长

w_out：在周边区域ap的衍射光栅中衍射效率最高的波长

另外，在存在多个衍射效率最高的波长时，取从可见光到近红外光中最短波长侧的最小值。

如条件式(9)所示，该本实施方式的衍射光学元件gd构成为，在周边区域ap中衍射效率最高的波长比在中心区域acc的衍射光栅中衍射效率最高的波长长。另外，如图5和式(b)所示，衍射效率最好的波长为眩光率最低的波长。

条件式(10)规定中央区域ac与周边区域ap之间的边界的标准化半径。当低于该条件式(10)的下限值时，光栅高度变高的影响波及到长波长的红色眩光与短波长的绿色和蓝色的眩光的光斑直径重叠的(着色少)部分，眩光光斑的内侧中的绿色和蓝色的眩光强度增加，因此是不优选的。另外，为了可靠地得到条件式(10)的效果，更优选的是，使该条件式(10)的下限值为0.55，进一步为0.60、0.65、0.70、0.75、0.80。另外，当超过条件式(10)的上限值时，眩光的光斑直径最大的长波长的红色眩光的大部分成为变更光栅高度的效果未波及的区域，因此减轻眩光着色的效果变差，因此是不优选的。另外，为了更可靠地得到条件式(5)的效果，更优选的是，使该条件式(10)的上限值为0.978，进一步为0.975、0.973、0.971。

条件式(11)规定在中央区域ac的衍射光栅中衍射效率最高的波长与在周边区域ap的衍射光栅中衍射效率最高的波长之差。当低于该条件式(11)的下限值时，光栅高度变高的影响波及到长波长的红色眩光与短波长的绿色和蓝色的眩光的光斑直径重叠的(着色少)部分，眩光光斑的内侧中的绿色和蓝色的眩光强度变高，着色减轻效果变差，因此是不优选的。另外，为了可靠地得到条件式(11)的效果，更优选的是使该条件式(11)的下限值为10nm，进一步为12nm、15nm。另外，当超过条件式(11)的上限值时，眩光的光斑直径最大的长波长的红色眩光的大部分成为变更光栅高度的效果未波及的区域，除了衍射效率的降低变大以外，眩光的中间部被着色为绿色，因此是不优选的。另外，为了可靠地得到条件式(11)的效果，更优选的是，使该条件式(11)的上限值为45nm，进一步为40nm、35nm、30nm。

另外，本实施方式的衍射光学元件gd优选使用于450nm～650nm下的衍射效率为90％以上的光学系统。

另外，关于上述本实施方式的衍射光学元件gd，优选的是，在有效直径内的任何区域中设计级数都相同。

另外，上述本实施方式的衍射光学元件gd优选为由折射率不同的两个光学材料构成且在该光学材料的边界面形成有所述衍射光栅的、所谓的多层型衍射光学元件。通过这种结构，在整个可见光范围内衍射效率得到改善。

另外，如图6所示，沿着透镜l的透镜面(曲面)形成有衍射光学元件gd时的光栅高度h为连结衍射光栅(闪耀结构)的峰或谷的线s1、s2的距离(与这些线s1、s2正交的方向的距离)。

另外，上述本实施方式的衍射光学元件gd能够使用于光学系统。具体地讲，在从物体侧依次具备具有正的光焦度的第1透镜组g1以及具有负的光焦度的第2透镜组g2的光学系统ol中，通过在第1透镜组g1设置上述衍射光学元件gd，从而能够提供在将衍射效率的降低抑制为最小限度的同时眩光着色小、光学性能优秀的光学系统。

此处，该光学系统ol优选满足以下所示的条件式(12)。

0.001<f1/fpf<0.030(12)

其中，

f1：第1透镜组g1的焦距

fpf：衍射光学元件gd的焦距

条件式(12)规定衍射光学元件gd的焦距相对于第1透镜组g1的焦距的比。通过满足该条件式(12)，能够良好地对轴向和倍率的色差进行校正。当低于该条件式(12)的下限值时，衍射光学元件gd的焦距变长(光焦度变小)，虽然±1级衍射光几乎没有扩散，因此眩光着色并不明显，但是当在中途改变光栅高度时，整体衍射效率降低的不利影响变大，因此是不优选的。另外，为了可靠地得到条件式(12)的效果，更优选的是，使该条件式(12)的下限值为0.003，进一步为0.005、0.008、0.010。另外，当超过条件式(12)的上限值时，衍射光学元件gd的焦距变短(光焦度变大)，虽然±1级衍射光扩散得过大而变淡、强度本来就弱、变得不明显，但是当在中途改变光栅高度时，整体的衍射效率降低的不利影响变大，因此是不优选的。另外，为了可靠地得到条件式(12)的效果，更优选的是，使该条件式(12)的上限值为0.025，进一步为0.020、0.018、0.015。

另外，以上说明的条件和结构分别发挥上述的效果，不限定于满足所有的条件和结构，即使满足任意一个条件或结构，或者满足任意一个条件或结构的组合，也能够得到上述的效果。

以下，参照图20对本实施方式的衍射光学元件gd的制造方法的概要进行说明。首先，准备构成衍射光学元件gd的衍射光学要素(步骤s100)。此处，作为衍射光学要素，例如，在图1所示的结构的情况下为第1衍射光学要素g1和第2衍射光学要素g2。并且，对于该衍射光学要素，将衍射光栅形成为，周边区域中的衍射光栅的光栅高度比以光轴为中心的中央区域中的衍射光栅的光栅高度高(步骤s200)。

如以上说明，根据本实施方式，能够提供在将衍射效率的降低抑制为最小限度的同时眩光着色小、不影响光学性能的优秀的衍射光学元件、使用了该衍射光学元件的光学系统以及光学设备。

实施例

(衍射光学元件的实施例)

以下，对上述衍射光学元件gd的实施例进行说明。

[衍射光学元件的第1实施例]

如图1所示，第1实施例是密接多层型衍射光学元件gd，其由第1衍射光学要素g1和第2衍射光学要素g2构成，第1衍射光学要素g1由低折射率高色散的第1光学材料构成，第2衍射光学要素g2由高折射率低色散的第2光学材料构成，在第1衍射光学要素g1与第2衍射光学要素g2之间设置形成闪耀形状(锯齿状)的衍射光栅的闪耀结构pr(凸纹图案)而使其密接。另外，通过下式(c)来定义第1衍射光学要素g1的光学材料的对于波长λ的光的折射率n1(λ)，通过下式(d)来定义第2衍射光学要素g2的光学材料的对于波长λ的光的折射率n2(λ)。

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)

另外，在以下的表1中示出对于上述式(c)和式(d)的系数。另外，在该表1中，上格为对于an的系数，下格为对于bn的系数(n＝0、1、……、5)。

(表1)

在这种第1实施例的衍射光学元件gd中，在图7(a)、图7(b)示出使h0＝22.8μm、hmax＝23.8μm，即δh/h0＝4.4％、rc＝0.97时的由无用衍射光引起的眩光着色，在表2示出亮度。另外，为了进行比较，在图7(c)、图7(d)示出rc＝1.00时(光栅高度在有效直径内恒定时)的眩光着色，在表2示出亮度。另外，图7(a)、图7(c)为光斑像，图7(b)、图7(d)是示出图7(a)、图7(c)的光斑像的边界的示意图。

另外，在表2中，h表示眩光相对于光斑直径的径向的位置，r表示红色光的亮度，g表示绿色光的亮度，b表示蓝色光的亮度。此处，表示亮度的r、g、b各自的值是将太阳光作为光源并对眩光强度乘以拍摄元件的各波长的分光灵敏度和透镜的分光透射率而得到的值。

另外，在图7(c)、图7(d)中，光斑像中的、区域p1表示大致均匀的色调的中心部，区域p2表示红色明显的周边部。另外，在图7(a)、图7(c)中，光斑像中心的白色部分为光源的像，而不是由衍射引起的眩光。

(表2)

如根据表2和图7明确可知，第1实施例的衍射光学元件(rc＝0.97的衍射光学元件)与以往的衍射光学元件(rc＝1.00的衍射光学元件)相比，在无用衍射光中、特别是周边部p2(h＝0.85～1.00)，红色光(r)的强度降低，抑制了眩光着色。

[衍射光学元件的第2实施例]

第2实施例示出作为衍射光学元件gd，使用光学玻璃(bk7)而形成了单层闪耀衍射光栅的情况。即，该衍射光学元件gd在图1中为使第2衍射光学要素g2为空气的单相型衍射光学元件。

在这种第2实施例的衍射光学元件gd中，在图8(a)、图8(b)示出由h0＝1000nm、hmax＝1090nm，即δh/h0＝9.0％、rc＝0.93时的无用衍射光引起的眩光着色，在表3示出亮度。另外，为了进行比较，在图8(c)、图8(d)示出rc＝1.00时的(光栅高度在有效直径内恒定的情况)的眩光着色，在表3示出亮度。另外，图9和表3的说明与上述的第1实施例中的图8和表2相同。

(表3)

如表3和图8明确可知，第2实施例的衍射光学元件(rc＝0.93的衍射光学元件)与以往的衍射光学元件(rc＝1.00的衍射光学元件)相比，在无用衍射光中的、特别是周边部p2(h＝0.85～1.00)，红色光(r)的强度降低，抑制了眩光着色。另外，在该第2实施例的衍射光学元件中，在中心部p1与周边部p2的边界中，形成有绿色成分稍微增加的中间部分。

(光学系统的实施例)

接着，根据附图对使用了上述衍射光学元件gd的光学系统的实施例进行说明。另外，图9、图11、图13、图15以及图17是示出各实施例的光学系统ol(ol1～ol5)的结构和折射率分布的剖视图。

此处，在各实施例中，衍射光学面的相位形状ψ通过下式(e)表示。

ψ(h、n)＝(2π/(n×λ0))×(c2h²+c4h⁴)(e)

其中，

h：对于光轴的垂直方向的高度

n：衍射光的级数

λ0：设计波长

ci：相位系数(i＝2、4)

另外，使用最低级的相位系数c2，如下式(f)表示针对任意的波长λ、任意的衍射级数m的以式(e)表示的衍射光学面的光焦度

[光学系统的第1实施例]

图9是示出第1实施例的光学系统ol1的结构的图。该光学系统ol1是从物体侧依次具备具有正的光焦度的第1透镜组g1、具有负的光焦度的第2透镜组g2、孔径光阑s以及具有负的光焦度的第3透镜组g3，且使第2透镜组g2为沿着光轴移动来进行对焦的对焦透镜组gf。

第1透镜组g1从物体侧依次由双凸正透镜l11、将双凸正透镜l12与双凹负透镜l13接合而成的接合正透镜、凹面朝向像侧且在该凹面形成有使用了两种不同材料的密接多层型衍射光学元件gd的正弯月形透镜l14以及将凸面朝向物体侧的负弯月形透镜l15与凸面朝向物体侧的正弯月形透镜l16接合而成的接合负透镜构成。另外，第2透镜组g2从物体侧依次由将双凸正透镜l21与双凹负透镜l22接合而成的接合负透镜构成。另外，第3透镜组g3从物体侧依次由将双凹负透镜l31与双凸正透镜l32接合而成的接合负透镜、将双凸正透镜l33与双凹负透镜l34接合而成的接合负透镜、双凹负透镜l35、将双凸透镜l36与双凹负透镜l37接合而成的接合正透镜cl31、将凸面朝向物体侧的负弯月形透镜l38与凸面朝向物体侧的正弯月形透镜l39接合而成的接合负透镜cl32以及将双凸正透镜l310与凹面朝向物体侧的负弯月形透镜l311接合而成的接合正透镜cl33构成。另外，在第3透镜组g3与像面i之间配置有滤光片fl。另外，在(表4)所示的透镜数据中，第20面表示假想面。

另外，第1实施例的光学系统ol1构成为，将第3透镜组g3内的将双凸正透镜l33与双凹负透镜l34接合而成的接合负透镜以及双凹负透镜l35作为防抖组gvr，使该防抖组gvr以具有与光轴正交的方向的位移分量的方式移动，从而对由光学系统ol1的抖动等引起的像位置的变更进行校正。

在以下的表4示出光学系统ol1的参数的值。在该表4中，全体参数所示的f表示整个系统的焦距，fno表示f值，ω表示半视场角，tl表示全长的值。此处，全长tl表示从最靠物体侧的透镜面(第1面)到像面i为止的光轴上的距离。另外，透镜数据中的第1栏m表示沿着光线行进的方向的从物体侧起的透镜面的顺序(面编号)，第2栏r表示各透镜面的曲率半径，第3栏d表示从各光学面到下一个光学面为止的光轴上的距离(面间隔)，第4栏νd和第5栏nd表示对于d线(λ＝587.6nm)的阿贝数和折射率，第6栏θgf表示相对部分色散。另外，曲率半径0.0000表示平面，省略空气的折射率1.00000。另外，透镜组焦距表示第1～第3透镜组g1～g3各自的始面编号和焦距。

此处，虽然对于以下的所有参数值中记载的焦距f、曲率半径r、面间隔d、其他长度的单位一般使用“mm”，但是即使对光学系统进行比例放大或比例缩小也能都得到相同的光学性能，因此并不限定于此。另外，这些标号的说明和参数表的说明在之后的实施例中也相同。

(表4)第1实施例

[全体参数]

f＝391.74403

fno＝5.76593

ω＝3.12480

tl＝229.99999

[透镜数据]

[透镜组焦距]

在该光学系统ol1中，第8面为衍射光学面。以下的表5示出衍射光学面数据，即设计波长λ0、级数n以及各相位系数c2、c4的值。

(表5)

[衍射光学面数据]

另外，在该光学系统ol1中，第1透镜组g1与第2透镜组g2之间的轴上空气间隔d1、第2透镜组g2与第3透镜组g3之间的轴上空气间隔d2以及后焦距bf在进行对焦时变化。在以下的表6示出无限远对焦状态、中间距离对焦状态以及近距离对焦状态下的可变间隔。另外，d0表示光学系统ol1的从最靠物体侧的面(第1面)到物体为止的距离，f表示焦距，β表示倍率，后焦距bf表示从最靠像面侧的光学面(第37面)到像面i为止的光轴上的距离(空气换算长)(该说明在之后的实施例中也相同)。

(表6)

[可变间隔数据]

在以下的表7示出该光学系统ol1中的各条件式对应值。

(表7)

fpf＝10000.0

[条件式对应值]

(12)f1/fpf＝0.012

如上所述，该光学系统ol1满足上述条件式(12)。

在图10示出该光学系统ol1的无限远对焦状态下的球面像差图、像散图、畸变图、倍率色差图以及彗差图。在各像差图中，fno表示f值，y表示像高。另外，在球面像差图中示出与最大孔径对应的f值的值，在像散图和畸变图中示出像高的最大值，在彗差图中示出各像高的值。d表示d线(λ＝587.6nm)，g表示g线(λ＝435.8nm)。在像散图中，实线表示弧矢像面，虚线表示子午像面。另外，在之后所示的各实施例的像差图中也使用与本实施例相同的标号。通过这些各像差图可知，该光学系统ol1从无限远对焦状态到近距离对焦状态良好地对各像差进行校正。

[光学系统的第2实施例]

图11是示出第2实施例的光学系统ol2的结构的图。该光学系统ol2为从物体侧依次具备具有正的光焦度的第1透镜组g1、具有负的光焦度的第2透镜组g2、孔径光阑s以及具有负的光焦度的第3透镜组g3，且使第2透镜组g2为沿着光轴移动来进行对焦的对焦透镜组gf。

第1透镜组g1从物体侧依次由双凸正透镜l11、将双凸正透镜l12与双凹负透镜l13接合而成的接合正透镜、将凹面朝向像侧且形成有使用了两种不同材料的密接多层型衍射光学元件gd的正弯月形透镜l14以及将凸面朝向物体侧的负弯月形透镜l15与凸面朝向物体侧的正弯月形透镜l16接合而成的接合负透镜构成。另外，第2透镜组g2从物体侧依次由将双凸正透镜l21与双凹负透镜l22接合而成的接合负透镜构成。另外，第3透镜组g3从物体侧依次由将双凹负透镜l31与双凸正透镜l32接合而成的接合负透镜、将双凸正透镜l33与双凹负透镜l34接合而成的接合负透镜、双凹负透镜l35、将双凸透镜l36与凹面朝向物体侧的负弯月形透镜l37接合而成的接合正透镜cl31、将双凹负透镜l38与双凸正透镜l39接合而成的接合负透镜cl32以及将双凸正透镜l310与凹面朝向物体侧的负弯月形透镜l311接合而成的接合正透镜cl33构成。另外，在(表8)所示的透镜数据中，第20面表示假想面。

另外，第2实施例的光学系统ol2构成为，将第3透镜组g3内的将双凸正透镜l33与双凹负透镜l34接合而成的接合负透镜以及双凹负透镜l35作为防抖组gvr，使该防抖组gvr以具有与光轴正交的方向的位移分量的方式移动，从而对由光学系统ol2的抖动等引起的像位置的变更进行校正。

在以下的表8示出光学系统ol2的参数的值。

(表8)第2实施例

[全体参数]

f＝489.70405

fno＝5.75019

ω＝2.51062

tl＝279.32422[透镜数据]

[透镜组焦距]

在该光学系统ol2中，第8面为衍射光学面。在以下的表9示出衍射光学面数据。

(表9)

[衍射光学面数据]

另外，在该光学系统ol2中，第1透镜组g1与第2透镜组g2之间的轴上空气间隔d1、第2透镜组g2与第3透镜组g3之间的轴上空气间隔d2以及后焦距bf在进行对焦时变化。在以下的表10示出无限远对焦状态、中间距离对焦状态以及近距离对焦状态下的可变间隔。

(表10)

[可变间隔数据]

在以下的表11示出该光学系统ol2中的各条件式对应值。

(表11)

fpf＝11756.3

[条件式对应值]

(12)f1/fpf＝0.012

如上所述，该光学系统ol2满足上述条件式(12)。

在图12示出该光学系统ol2的无限远对焦状态下的球面像差图、像散图、畸变图、倍率色差图以及彗差图。通过这些各像差图可知，该光学系统ol2从无限远对焦状态到近距离对焦状态良好地对各像差进行校正。

[光学系统的第3实施例]

图13是示出第3实施例的光学系统ol3的结构的图。该光学系统ol3是从物体侧依次具备具有正的光焦度的第1透镜组g1、具有负的光焦度的第2透镜组g2、孔径光阑s以及具有负的光焦度的第3透镜组g3，且使第2透镜组g2为沿着光轴移动来进行对焦的对焦透镜组gf。

第1透镜组g1从物体侧依次由凸面朝向物体侧的正弯月形透镜l11、将双凸正透镜l12与双凹负透镜l13接合而成的接合正透镜、将凹面朝向像侧且形成有使用了两种不同材料的密接多层型衍射光学元件gd的正弯月形透镜l14以及将凸面朝向物体侧的负弯月形透镜l15与凸面朝向物体侧的正弯月形透镜l16接合而成的接合正透镜构成。另外，第2透镜组g2从物体侧依次由将双凸正透镜l21与双凹负透镜l22接合而成的接合负透镜构成。另外，第3透镜组g3从物体侧依次由将凸面朝向物体侧的负弯月形透镜l31与双凸正透镜l32接合而成的接合负透镜、将双凸正透镜l33与双凹负透镜l34接合而成的接合负透镜、双凹负透镜l35、将双凸正透镜l36与双凹负透镜l37接合而成的接合正透镜cl31、将双凸正透镜l38与凹面朝向物体侧的负弯月形透镜l39接合而成的接合正透镜cl32以及将双凹负透镜l310与双凸正透镜l311接合而成的接合负透镜cl33构成。另外，在第3透镜组g3与像面i之间配置有滤光片fl。另外，在(表12)所示的透镜数据中，第20面表示假想面。

另外，第3实施例的光学系统ol3构成为，将第3透镜组g3内的将双凸正透镜l33与双凹负透镜l34接合而成的接合负透镜以及双凹负透镜l35作为防抖组gvr，使该防抖组gvr以具有与光轴正交的方向的位移分量的方式移动，从而对由光学系统ol3的抖动等引起的像位置的变更进行校正。

在以下的表12示出光学系统ol3的参数的值。

(表12)第3实施例

[全体参数]

f＝489.60699

fno＝5.77358

ω＝2.50102

tl＝280.00477

[透镜数据]

[透镜组焦距]

在该光学系统ol3中，第8面为衍射光学面。在以下的表13示出衍射光学面数据。

(表13)

[衍射光学面数据]

另外，在该光学系统ol3中，第1透镜组g1与第2透镜组g2之间的轴上空气间隔d1、第2透镜组g2与第3透镜组g3之间的轴上空气间隔d2以及后焦距bf在进行对焦时变化。在以下的表14示出无限远对焦状态、中间距离对焦状态以及近距离对焦状态下的可变间隔。

(表14)

[可变间隔数据]

在以下的表15示出该光学系统ol3中的各条件式对应值。

(表15)

fpf＝12500.0

[条件式对应值]

(12)f1/fpf＝0.014

如上所述，该光学系统ol3满足上述条件式(12)。

在图14示出该光学系统ol3的无限远对焦状态下的球面像差图、像散图、畸变图、倍率色差图以及彗差图。通过这些各像差图可知，该光学系统ol3从无限远对焦状态到近距离对焦状态良好地对各像差进行校正。

[光学系统的第4实施例]

图15是示出第4实施例的光学系统ol4的结构的图。该光学系统ol4是从物体侧依次具备具有正的光焦度的第1透镜组g1、具有负的光焦度的第2透镜组g2、孔径光阑s以及具有负的光焦度的第3透镜组g3，使第2透镜组g2为沿着光轴移动来进行对焦的对焦透镜组gf。

第1透镜组g1从物体侧依次由双凸正透镜l11、将双凸正透镜l12与双凹负透镜l13接合而成的接合正透镜、将凹面朝向像侧且形成有使用了两种不同材料的密接多层型衍射光学元件gd的正弯月形透镜l14以及将凸面朝向物体侧的负弯月形透镜l15与凸面朝向物体侧的正弯月形透镜l16接合而成的接合负透镜构成。另外，第2透镜组g2从物体侧依次由将双凸正透镜l21与双凹负透镜l22接合而成的接合负透镜构成。另外，第3透镜组g3从物体侧依次由将双凹负透镜l31与双凸正透镜l32接合而成的接合负透镜、将双凸正透镜l33与双凹负透镜l34接合而成的接合负透镜、双凹负透镜l35、将双凸透镜l36与将凹面朝向物体侧的负弯月形透镜l37接合而成的接合正透镜、将双凹负透镜l38与双凸正透镜l39接合而成的接合负透镜以及将双凸正透镜l310与凹面朝向物体侧的负弯月形透镜l311接合而成的接合正透镜构成。另外，在(表16)所示的透镜数据中，第20面表示假想面。

另外，第4实施例的光学系统ol4构成为，将第3透镜组g3内的将双凸正透镜l33与双凹负透镜l34接合而成的接合负透镜以及双凹负透镜l35作为防抖组gvr，使该防抖组gvr以具有与光轴正交的方向的位移分量的方式移动，从而对由光学系统ol4的抖动等引起的像位置的变更进行校正。

在以下的表16示出光学系统ol4的参数的值。

(表16)第4实施例

[全体参数]

f＝489.86648

fno＝5.88304

ω＝2.51193

tl＝279.31858

[透镜数据]

[透镜组焦距]

在该光学系统ol4中，第8面为衍射光学面。在以下的表17示出衍射光学面数据。

(表17)

[衍射光学面数据]

另外，在该光学系统ol4中，第1透镜组g1与第2透镜组g2之间的轴上空气间隔d1、第2透镜组g2与第3透镜组g3之间的轴上空气间隔d2以及后焦距bf在进行对焦时变化。在以下的表18示出无限远对焦状态、中间距离对焦状态以及近距离对焦状态下的可变间隔。

(表18)

[可变间隔数据]

在以下的表19示出该光学系统ol4中的各条件式对应值。

(表19)

fpf＝12310.1

[条件式对应值]

(12)f1/fpf＝0.013

如上所述，该光学系统ol4满足上述条件式(12)。

在图16示出该光学系统ol4的无限远对焦状态下的球面像差图、像散图、畸变图、倍率色差图以及彗差图。通过这些各像差图可知，该光学系统ol4从无限远对焦状态到近距离对焦状态良好地对各像差进行校正。

[光学系统的第5实施例]

图17是示出第5实施例的光学系统ol5的结构的图。该光学系统ol5为从物体侧依次具备具有正的光焦度的第1透镜组g1、具有负的光焦度的第2透镜组g2、孔径光阑s以及具有负的光焦度的第3透镜组g3，且使第2透镜组g2为沿着光轴移动来进行对焦的对焦透镜组gf。

第1透镜组g1从物体侧依次由双凸正透镜l11、将双凸正透镜l12与双凹负透镜l13接合而成的接合正透镜、将凹面朝向像侧且形成有使用了两种不同材料的密接多层型衍射光学元件gd的正弯月形透镜l14以及将凸面朝向物体侧的负弯月形透镜l15与凸面朝向物体侧的正弯月形透镜l16接合而成的接合负透镜构成。另外，第2透镜组g2从物体侧依次由将双凸正透镜l21与双凹负透镜l22接合而成的接合负透镜构成。另外，第3透镜组g3从物体侧依次由将凸面朝向物体侧的负弯月形透镜l31与双凸正透镜l32接合而成的接合负透镜、将双凸正透镜l33与双凹负透镜l34接合而成的接合负透镜、双凹负透镜l35、将双凸正透镜l36与双凹负透镜l37接合而成的接合正透镜cl31、将凸面朝向物体侧的负弯月形透镜l38与凸面朝向物体侧的正弯月形透镜l39接合而成的接合负透镜cl32以及将双凸正透镜l310与双凹负透镜l311接合而成的接合正透镜cl33构成。另外，在(表20)所示的透镜数据中，第20面表示假想面。

另外，第5实施例的光学系统ol5构成为，将第3透镜组g3内的双凸正透镜l33与双凹负透镜l34接合而成的接合负透镜以及双凹负透镜l35作为防抖组gvr，使该防抖组gvr以具有与光轴正交的方向的位移分量的方式移动，从而对由光学系统ol5的抖动等引起的像位置的变更进行校正。

在以下的表20示出光学系统ol5的参数的值。

(表20)第5实施例

[全体参数]

f＝587.82207

fno＝5.88304

ω＝2.51193

tl＝334.33637

[透镜数据]

[透镜组焦距]

在该光学系统ol5中，第8面为衍射光学面。在以下的表21示出衍射光学面数据。

(表21)

[衍射光学面数据]

另外，在该光学系统ol5中，第1透镜组g1与第2透镜组g2之间的轴上空气间隔d1、第2透镜组g2与第3透镜组g3之间的轴上空气间隔d2以及后焦距bf在进行对焦时变化。在以下的表22示出无限远对焦状态、中间距离对焦状态以及近距离对焦状态下的可变间隔。

(表22)

[可变间隔数据]

在以下的表23示出该光学系统ol5中的各条件式对应值。

(表23)

fpf＝15848.1

[条件式对应值]

(12)f1/fpf＝0.012

如上所述，该光学系统ol4满足上述条件式(12)。

在图18示出该光学系统ol5的无限远对焦状态下的球面像差图、像散图、畸变图、倍率色差图以及彗差图。通过这些各像差图可知，该光学系统ol5从无限远对焦状态到近距离对焦状态良好地对各像差进行校正。

另外，能够在不损坏光学性能的范围内适当采用以下记载的内容。

在上述的实施例中，虽然示出了3组结构的光学系统ol，但是以上的构成条件等还能够适用于4组、5组等其他的组结构。另外，也可以是在最靠物体侧增加了透镜或透镜组的结构、在最靠像面侧增加了透镜或透镜组的结构。具体地讲，也可以考虑在最靠像面侧增加了在进行变倍时或对焦时相对于像面的位置被固定的透镜组的结构。另外，透镜组表示被进行变倍时或对焦时变化的空气间隔分离的、具有至少一个透镜的部分。另外，透镜成分是指单透镜或将多个透镜接合而成的接合透镜。

另外，也可以是使单独或多个透镜组、或者部分透镜组在光轴方向上移动来进行从无限远物体向近距离物体的对焦的对焦组。此时，对焦组还能够应用于自动对焦，也适合于自动对焦用的(超声波电机等的)电机驱动。特别是，优选的是，使第2透镜组g2的至少一部分为对焦组，使其他透镜的在进行对焦时相对于像面的位置固定。当考虑施加到电机的负荷时，虽然对焦透镜组优选由接合透镜构成，但是也可以由单透镜构成。

另外，也可以是使透镜组或部分透镜组以具有与光轴正交的方向的位移分量的方式移动、或者在包含光轴的面内方向上旋转移动(摆动)，从而对由于手抖产生的像抖动进行校正的防抖组。特别是，优选的是，使第3透镜组g3的至少一部分为防抖组。

另外，透镜面可以由球面或平面形成，也可以由非球面形成。在透镜面为球面或平面时，透镜加工和组装调整变得容易，能够防止由加工和组装调整的误差引起的光学性能的劣化，因此是优选的。另外，即使在像面偏移的情况下，描绘性能的劣化也少，因此是优选的。在透镜面为非球面时，非球面也可以是基于研磨加工的非球面、通过模具将玻璃形成为非球面形状的玻璃模铸非球面、在玻璃表面将树脂形成为非球面形状的复合型非球面中的任意一种非球面。另外，透镜面也可以是衍射光学面，也可以使透镜为折射率分布型透镜(grin透镜)或塑料透镜。

孔径光阑s虽然优选配置在第3透镜组g3的附近或其中，但是也可以不设置作为孔径光阑的部件，而通过透镜的框来代替其作用。

而且，在各透镜面上，为了减轻眩光和重影并实现高对比度的高光学性能，也可以施加在宽波长区域中具有高透射率的增透膜。

接着，根据图19对作为具备本实施方式的光学系统ol的光学设备的相机进行说明。该相机1是具备本实施方式的光学系统ol来作为摄影镜头2的镜头可换式的所谓无反光镜相机。在该相机1中，来自未图示的物体(被摄体)的光通过摄影镜头2而被聚光，经由未图示的olpf(opticallowpassfilter：光学低通滤光片)而在拍摄部3的拍摄面上形成被摄体像。并且，被摄体像通过设置在拍摄部3的光电转换元件被光电转换而生成被摄体的图像。该图像显示在设置于相机1的evf(electronicviewfinder：电子取景器)4。由此，摄影者能够通过evf4对被摄体进行观察。

另外，当由摄影者按压未图示的释放按钮时，通过拍摄部3被光电转换的图像被存储在未图示的存储器。由此，摄影者能够进行基于该相机1的被摄体的摄影。另外，虽然在本实施方式中，对无反光镜相机的例子进行了说明，但是即使在相机本体中具有快速复原反光镜并通过取景器光学系统来观察被摄体的单反类型的相机上搭载了本实施方式的光学系统ol的情况下，也能够起到与上述相机1相同的效果。

标号说明

1相机(光学设备)ol(ol1～ol5)光学系统

g1第1透镜组g2第2透镜组

gd衍射光学元件