JP2002196239A - ズームレンズ及びそれを用いた光学機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折光学素子を用い色収差を良好に補正し
た、比較的バックッフォーカスが短く、高い光学性能を
有した変倍比３〜４倍程度のズームレンズ及びそれを用
いた光学機器を得ること。 【解決手段】 物体側から順に、正の屈折力を有する第
１群、正の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する
第３群、負の屈折力を有する第４群を有し、広角端より
望遠端への変倍に際し、各群の間隔を変化させながら共
に物体側へ移動するズームレンズにおいて、各群のう
ち、少なくとも第４群に１以上の回折光学素子を有する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はズームレンズ及びそ
れを用いた光学機器に閑し、特にレンズ系の一部に回折
光学素子を用いることによって諸収差、特に色収差を良
好に補正した写真用カメラ、ビデオカメラ、デジタルカ
メラそして放送用カメラ等の光学機器に好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子スチルカメラ、ビデオカ
メラ、写真用カメラ等の光学機器では、その小型軽量化
に伴いそれに用いる撮像用のズームレンズの小型軽量化
が強く要望されてきている。

【０００３】そして、ズームレンズとしては高い変倍機
能を備えていること、そして撮像素子の高精細化に伴な
い収差補正を良好に行なった高い光学性能を有している
ことが要望されている。

【０００４】収差補正を良好に行なう方法として非球面
を用いて行なうのが有効であることが知られている。非
球面を用いることにより球面収差や像面湾曲、コマ収差
等の収差を補正することには効果がある。しかしながら
色収差の補正は難しい。最近のズームレンズはレンズ全
長の短縮化を図りつつ色収差を含め諸収差を良好に補正
し、光学性能を良好に維持するのが大きな課題となって
いる。

【０００５】一方、色収差を小さく押さえる位置方法と
しては近年、回折光学素子を撮像光学系に応用した提案
がなされている。そしてズームレンズに回折光学素子を
用いて高変倍化を狙ったものなどが提案されている。

【０００６】最も簡素なレンズ構成のズームレンズとし
て、物体側から順に負の屈折力を有する第１群と、正の
屈折力を有する第２群の２つのレンズ群から成り、双方
を移動させて変倍を行なう負正２群ズームレンズがあ
る。この負正２群ズームレンズは、レトロタイプを形成
しており、バックフォーカスが比較的長いため一眼レフ
カメラのように長いバックフォーカスを必要とするカメ
ラの光学系に最適である。この負正２群ズームレンズに
回折光学素子を用いたものが例えば、特開平１０−１６
１０２２号公報、特開平１０−２１３７４４号公報等で
提案されている。

【０００７】バックフォーカスが比較的短く最も簡素な
レンズ構成のズームレンズとして、物体側から順に正の
屈折力の第１群と負の屈折力の第２群の２つのレンズ群
から成り、双方を移動させて変倍を行なう正負２群ズー
ムレンズがある。この正負２群ズームレンズにおいて回
折光学素子を用いて高性能化を図っているものが例え
ば、特開平９−１９７２７３号公報、特開平９−１９７
２７４号公報、特開平１０−１４２５０４号公報、特開
平１０−１４２５０５号公報等で提案されている。本出
願人も同様な構成のズームレンズを特開平１１−１４９
０４３号公報において提案している。

【０００８】これらの正負２群ズームレンズは、所謂テ
レフォトタイプを形成している。このため光学全長が短
くなり、又、広角端におけるバックフォーカスも短い。
レンズ群が２つしかないためメカ構成も簡素であり、特
に長いバックフォーカスを必要としないレンズシャッタ
ーカメラ等に多く使われている。

【０００９】一般に長いバックフォーカスを必要とせず
光学系の射出角が、あまり影響しないレンズシャッター
カメラ等に適した光学系（撮影レンズ）としては最終レ
ンズ群（最も像面側のレンズ群）が負の屈折力を有した
方がテレフォトタイプを形成し光学全長を短くできるた
め好ましい。これは３群以上を有するズームレンズにお
いても同様である。

【００１０】バックフォーカスが比較的短い３群ズーム
レンズにおいても同様である。

【００１１】バックフォーカスが比較的短い３つのレン
ズ群より成る３群ズームレンズにおいて回折光学素子を
用いて高性能化を図っているものが例えば、特開平１１
−２３９６８号公報等で提案されている。本出願人も同
様な構成のズームレンズを特開平１１−１０９２４２号
公報で提案している。

【００１２】これらは何れも物体側から順に正の屈折力
を有する第１群、正の屈折力を有する第２群、そして負
の屈折力を有する第３群で構成された正正負３群ズーム
レンズであり、回折光学素子により色収差が十分に補正
された高変倍なズームレンズを実現している。

【００１３】又、全体として４つのレンズ群より成る４
群ズームレンズにおいて回折光学素子を用いて高性能化
を図っているものが例えば、特開平９−２１１３２９号
公報、特開平１０−１４８７５７号公報、特開平１０−
１６０９１６号公報特開平１０−３３３０３６号公報等
で提案されている。これらは何れも物体側から順に正の
屈折力の第１群、負の屈折力の第２群、正の屈折力の第
３群、正の屈折力の第４群を有した構成より成ってい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】負正２群ズームレンズ
は光学全長が長くなるため小型の光学機器には装置全体
が大型化してくる為不利である。

【００１５】又、正負２群ズームレンズは、仮りに色収
差を良好に補正したとしてもレンズ群が２つしかないた
めに収差補正の自由度が少なくなり、高変倍化を図ろう
とすると色収差以外の収差が多く発生し、これを良好に
補正するのが困難となる。特に広角端と望遠端の中間の
焦点距離(ズーム)のポジションにおいて像面がアンダー
になってくるため、小型化と高い光学性能の双方を維持
しようとすると変倍比の限界が３程度となる。

【００１６】また、正正負３群ズームレンズは２群ズー
ムレンズの収差補正の欠点を補っており、高変倍化にあ
る程度対応可能ではある。しかしながら高変倍化を図り
つつ高い光学性能を得るのが難しい。

【００１７】これに対して、正負正正４群ズームレンズ
は高変倍化においては適しており、バックフォーカスを
比較的長くすることが出来るが光学全長が長くなるた
め、レンズ系全体の小型化においては不利である。

【００１８】そこで、各レンズ群のレンズ枚数を少なく
してレンズ全長を短くする事が考えられる。

【００１９】しかしながら、各レンズ群内で発生する色
収差を補正する為、各レンズ群内に貼り合わせレンズを
用いているのでレンズ枚数を減らすと色収差の補正をす
る要素が不十分になってきて、全変倍範囲で色収差を良
好に補正することが困難になってくる。

【００２０】本発明は、高変倍比を有し、全変倍範囲に
おいて色収差を良好に補正できるズームレンズ及びそれ
を用いた光学機器の提供を目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のズーム
レンズは物体側から順に、正の屈折力を有する第１群、
正の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３
群、負の屈折力を有する第４群を有し、広角端より望遠
端への変倍に際し、各群の間隔を変化させながら共に物
体側へ移動するズームレンズにおいて、少なくとも第４
群に１以上の回折光学素子を有することを特徴としてい
る。

【００２２】請求項２の発明のズームレンズは物体側か
ら順に、正の屈折力を有する第１群、正の屈折力を有す
る第２群、正の屈折力を有する第３群、負の屈折力を有
する第４群を有し、広角端より望遠端への変倍に際し、
各群の間隔を変化させながら共に物体側へ移動するズー
ムレンズにおいて、１以上の回折光学素子を有し、第１
群、第２群、第３群、第４群の焦点距離を各々、ｆｌ，
ｆ２，ｆ３，ｆ４とした時 ０．１＜ｆ３／ｆ１＜２ ・・・（１） −１．０＜ｆ４／ｆ２＜−０．０５・・・（２） なる条件を満足することを特徴としている。

【００２３】請求項３の発明のズームレンズは物体側か
ら順に、正の屈折力を有する第１群、正の屈折力を有す
る第２群、正の屈折力を有する第３群、負の屈折力を有
する第４群を有し、広角端より望遠端への変倍に際し、
第１群と第２群の間隔を増大、第２群と第３群の間隔を
増大、第３群と第４群の間隔を減少させながら共に物体
側へ移動するズームレンズにおいて、１以上の回折光学
素子を有し、広角端における第２群と第３群の軸上空気
間隔をＤ２３ｗ、望遠端における第２群と第３群の軸上
空気間隔をＤ２３ｔとした時、 ０．１＜Ｄ２３ｗ／Ｄ２３ｔ＜０．９５・・・（３） なる条件を満足することを特徴としている。

【００２４】請求項４の発明は請求項１、２又は３の発
明において前記第４群は、物体側へ凹面を向けた１枚の
負レンズから成ることを特徴としている。

【００２５】請求項５の発明は請求項１、２、３又は４
の発明において前記第２群は１枚の正レンズから成るこ
とを特徴としている。

【００２６】請求項６の発明のズームレンズは物体側か
ら順に、正の屈折力を有する第１群、正の屈折力を有す
る第２群、正の屈折力を有する第３群、負の屈折力を有
する第４群を有し、広角端より望遠端への変倍に際し、
各群の間隔を変化させながら共に物体側へ移動するズー
ムレンズにおいて、１以上の回折光学素子を有し、第２
群、第３群、第４群は各々単レンズから成ることを特徴
としている。

【００２７】請求項７の発明は請求項１から６のいずれ
か１項の発明において前記第４群の焦点距離をｆ４、広
角端における全系の焦点距錐をｆｗ、前記回折光学素子
の１つの回折光学面は、回折格子の位相Φ（ｈ）を Φ（ｈ）＝（２π／λ）・（ΣＣｉ・ｈｉ） 但し、Ｃｉはｉ次の位相係数 ｈは光軸からの高さ λは波長 で定義したとき、 −０．１＜Ｃ２＊ｆ４／ｆｗ＜０・・・（４） なる条件を満足することを特徴としている。

【００２８】請求項８の発明は請求項１から７のいずれ
か１項の発明において前記第１群、第２群、第３群、第
４群の焦点距離を各々ｆｌ、ｆ２、ｆ３、ｆ４、前記望
遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき、 ０．１＜ｆｌ／ｆｔ＜２・・・（５） ０．１＜ｆ２／ｆｔ＜２・・・（６） ０．１＜ｆ３／ｆｔ＜１・・・（７） ０．０５＜｜ｆ４／ｆｔ｜＜０．３・・・（８） なる条件を満足することを特徴としている。

【００２９】請求項９の発明は請求項１から８のいずれ
か１項の発明において前記第３群を物体側へ移動させる
ことで、無限遠物体から至近物体までのフオーカシング
を行うことを特徴としている。

【００３０】請求項１０の発明は請求項１から９のいず
れか１項の発明において前記第１群は物体側から順に負
レンズ、正レンズから成ることを特徴としている。

【００３１】請求項１１の発明は請求項１から１０のい
ずれか１項の発明において前記望遠端の焦点距離をｆ
ｔ、前記広角端の焦点距離をｆｗとしたとき、 ３．０＜ｆｔ／ｆｗ＜６．０・・・（９） なる条件を満足することを特徴としている。

【００３２】請求項１２の発明は請求項５又は６の発明
において前記第２群の正レンズの材質のアッベ数をＶｇ
２としたとき、 ０．０２＜１／Ｖｇ２＜０．０５・・・（１０） なる条件を満足することを特徴としている。

【００３３】請求項１３の発明のズームレンズは物体側
から順に、正の屈折力を有する第１群、正の屈折力を有
する第２群、正の屈折力を有する第３群、負の屈折力を
有する第４群を有し、広角端より望遠端への変倍に際
し、各群の間隔を変化させながら、共に物体側へ移動さ
せるズームレンズにおいて、１以上の回折光学素子を有
し、第ｉ群の焦点距離をｆｉ、広角端における第２群と
第３群の軸上空気間隔をＤ２３ｗ、望遠端における第２
群と第３群の軸上空気間隔をＤ２３ｔとしたとき、 ０．１＜ｆ３／ｆ１＜２・・・（１） −１．０＜ｆ４／ｆ２＜−０．０５・・・（２） ０．１＜Ｄ２３ｗ／Ｄ２３ｔ＜０．９５・・・（３） なる条件を満足することを特徴としている。

【００３４】請求項１４の発明は請求項１３の発明にお
いて前記第４群の焦点距離をｆ４、広角端における全系
の焦点距錐をｆｗ、前記回折光学素子の１つの回折光学
面は、回折格子の位相Φ（ｈ）を Φ（ｈ）＝（２π／λ）・（ΣＣｉ・ｈｉ） 但し、Ｃｉはｉ次の位相係数 ｈは光軸からの高さ λは波長 で定義したとき、 −０．１＜Ｃ２＊ｆ４／ｆｗ＜０ ・・・（４） なる条件を満足することを特徴としている。

【００３５】請求項１５の発明は請求項１４の発明にお
いて望遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき ０．１＜ｆｌ／ｆｔ＜２・・・（５） ０．１＜ｆ２／ｆｔ＜２・・・（６） ０．１＜ｆ３／ｆｔ＜１・・・（７） ０．０５＜｜ｆ４／ｆｔ｜＜０．３・・・（８） なる条件を満足することを特徴としている。

【００３６】請求項１６の発明は請求項１５の発明にお
いて広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき ３．０＜ｆｔ／ｆｗ＜６．０・・・（９） なる条件を満足することを特徴としている。

【００３７】請求項１７の発明は請求項１６の発明にお
いて前記第２群は１枚の正レンズよりなり該正レンズの
材質のアッベ数をＶｇ２としたとき ０．０２＜１／Ｖｇ２＜０．０５・・・（１０） なる条件を満足することを特徴としている。

【００３８】請求項１８の発明の光学機器は請求項１か
ら１７のいずれか１項のズームレンズを有していること
を特徴としている。

【００３９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の数値実施例１の広
角端のレンズ断面図、図２、図３は本発明の数値実施例
１の広角端と望遠端の収差図である。

【００４０】図４は本発明の数値実施例２の広角端のレ
ンズ断面図、図５、図６は本発明の数値実施例２の広角
端と望遠端の収差図である。

【００４１】図７は本発明の数値実施例３の広角端のレ
ンズ断面図、図８、図９は本発明の数値実施例３の広角
端と望遠端の収差図である。

【００４２】図１０は本発明の数値実施例４の広角端の
レンズ断面図、図１１、図１２は本発明の数値実施例４
の広角端と望遠端の収差図である。

【００４３】図１３は本発明の数値実施例５の広角端の
レンズ断面図、図１４、図１５は本発明の数値実施例５
の広角端と望遠端の収差図である。

【００４４】図１６は本発明の数値実施例６の広角端の
レンズ断面図、図１７、図１８は本発明の数値実施例６
の広角端と望遠端の収差図である。

【００４５】レンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力
の第１群、Ｌ２は正の屈折力の第２群、Ｌ３は正の屈折
力の第３群、Ｌ４は負の屈折力の第４群である。矢印は
広角側から望遠側への変倍を行なう際の各レンズ群の移
動方向を示す。ＳＰは絞り、ＩＰは像面である。

【００４６】収差図において実線はｄ線、２点鎖線はｇ
線、ΔＳはサジタル像面、ΔＭはメリディオナル像面で
ある。Ｙは像高である。

【００４７】本実施形態では広角端から望遠端への変倍
に際して、各レンズ群間隔を変化させながら各レンズ群
を物体側へ移動させている、具体的には第１群と第２群
の間隔（軸上空気間隔）が増大し、第２群と第３群の間
隔が増大し、第３群と第４群の間隔が減少するように第
１，第２，第３群，第４群を光軸上矢印の如く物体側へ
移動させている。

【００４８】特に第１，第２，第３群を物体側へ直接的
に第４群を物体側へ非直線的に移動させている。これに
より所定の変倍比化を効果的に達成しつつレンズ系全体
の小型化を図っている。

【００４９】このとき、第２群と第３群と第４群に各々
変倍作用を持たせており、中でも負の屈折力の強い第４
群に最も変倍作用を分担させており、全系をテレフォト
タイプに形成することで、全系の小型化を図っている。

【００５０】本発明では以上の構成を基本構成とし、４
つのレンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群に少なく
とも１つの回折光学素子を設けその位相を適切に設定
し，これにより回折光学素子を設けたレンズ群及び全系
で発生する色収差を低減し，全変倍範囲にわたり色収差
を良好に補正している。

【００５１】尚、回折光学面は光軸に対して回転対称で
ある。

【００５２】特にレンズシャッターカメラ等の比較的バ
ックフォーカスの短いカメラに最適な高い光学性能を有
した変倍比４〜５程度のズームレンズを達成している。

【００５３】次に前述した基本構成の基での各発明の構
成とその特徴について説明する。

【００５４】（ア−１)（第１の発明） 少なくとも第４群に１以上の回折光学素子を有すること
である。

【００５５】第１発明においては、上記のような４群ズ
ームレンズで、少なくとも第４群に１以上の回折光学素
子を設けることで、高性能化と小型化を因っている。

【００５６】第４群は最も変倍分担が大きく、広角端と
望遠端における軸上光束、軸外光束の通過する高さの差
が大きい為、回折光学素子により軸上色収差と倍率色収
差を良好に補正可能な為、全変倍領域において高い光学
性能が得られ、また、群の屈折力を強めることも可能と
なり小型化にも寄与している。

【００５７】（ア−２）(第２発明） 第２発明では１以上の回折光学素子を有し、第１群、第
２群、第３群、第４群の焦点距離を各々、ｆｌ，ｆ２，
ｆ３，ｆ４とした時 ０．１＜ｆ３／ｆ１＜２ ・・・（１） −１．０＜ｆ４／ｆ２＜−０．０５ ・・・（２） なる条件を満足している。

【００５８】第２発明においては、上記のような４群ズ
ームレンズで、任意のレンズ群に１以上の回折光学素子
を設けることで、色収差を良好に補正している。

【００５９】また、条件式（１）、（２）を満足するこ
とで、小型化と高性能とのバランスを図った屈折力配置
を設定している。

【００６０】（ア−３）(第３発明） 第３発明では１以上の回折光学素子を有し、広角端にお
ける第２群と第３群の軸上空気間隔をＤ２３ｗ、望遠端
における第２群と第３群の軸上空気間隔をＤ２３ｔとし
た時、 ０．１＜Ｄ２３ｗ／Ｄ２３ｔ＜０．９５ ・・・（３） なる条件を満足している。

【００６１】第３発明においては、上記のような４群ズ
ームレンズで、全系に１以上の回折光学素子を設けるこ
とで、色収差を良好に補正している。また、前述の条件
式（３）を満足するようにしていることで、第２群で特
に望遠端における球面収差と軸上色収差を補正する効果
を持たせている。

【００６２】（ア−４）（第４発明） 第４発明では１以上の回折光学素子を有し、第２群、第
３群、第４群は各々単レンズから成ることである。

【００６３】第４発明においては、上記のような４群ズ
ームレンズで、少なくとも全系に１以上の回折光学素子
を設けることで、特に色収差を低滅することができ、第
２群、第３群、第４群を一枚のレンズ構成でありながら
高性能化と小型化を実現している。

【００６４】(ア−５）(第５発明） １以上の回折光学素子を有し、第ｉ群の焦点距離をｆ
ｉ、広角端における第２群と第３群の軸上空気間隔をＤ
２３ｗ、望遠端における第２群と第３群の軸上空気間隔
をＤ２３ｔとしたとき、 ０．１＜ｆ３／ｆ１＜２ ・・・（１） −１．０＜ｆ４／ｆ２＜−０．０５ ・・・（２） ０．１＜Ｄ２３ｗ／Ｄ２３ｔ＜０．９５ ・・・（３） なる条件を満足することである。

【００６５】第５発明ではこのような構成を採ることに
より、小型にも関わらず色収差が良好に補正されてお
り、高い光学性能を実現している。

【００６６】尚、第１〜第５発明を総称して「本発明」
という。

【００６７】次に、上述の条件式（１）〜（３）につい
て技術的意味について以下に述べる。

【００６８】条件式（１）は、第１群と第３群の焦点距
離の比を規定しており、主に小型化と高性能化を図るた
めのものである。

【００６９】条件式（１）の下限値を超えると、第３群
の屈折力が強くなり過ぎて、特に望遠端における球面収
差が補正困難となるため良くない。また、下限値を超え
ると第３群の屈折力が弱くなり過ぎて、特に第３群の変
倍における移動量が増大し、望遠端における光学全長が
増大するため良くない。

【００７０】更に小型化と高性能化を両立させるために
好ましくは、条件式（１）の下限値を０．２とすること
が望ましい。また、上限値を１．５とすることが望まし
い。

【００７１】条件式（２）は、第２群と第４群の焦点距
離の比を規定しており、主に小型化と高性能化を図るた
めのものである。

【００７２】条件式（２）の下限値を超えると、第４群
の屈折力が弱くなり過ぎて、特に第４群の変倍における
移動量が増大し、望遠端における光学全長が増大するた
め良くない。また、上限値を超えると、第４群の屈折力
が強くなり過ぎて、特に広角端における歪曲収差が補正
困難となり、また、像面特性が悪化するため良くない。

【００７３】更に小型化と高性能化を両立させるために
好ましくは、条件式（２）の下限値を−０．８とするこ
とが望ましい。また、上限値を−０．１とすることが望
ましい。

【００７４】条件式（３）は、変倍における第２群と第
３群の間隔変化を規定したものであり、特に高性能化に
関するものである。

【００７５】条件式（３）の下限値を超えると、望遠端
において第２群が物体側へ移動し過ぎるため、第２群の
移動量が増大し良くない。また、上限値を超えると、第
２群と第３群の相対間隔変化が減少し過ぎて、特に望遠
端における球面収差と軸上色収差の補正効果が小さくな
るため良くない。

【００７６】更に好ましくは、条件式（３）の下限値を
０．２とすることが好ましい。また、上限値を０．８と
することが望ましい。

【００７７】本発明は、以上のような群構成、群の動き
において回折光学素子を有効に設けることで変倍による
収差変動を抑制し、特に色収差を補正することにより、
少枚数でありながら全変倍領域において高い光学性能を
有するズームレンズを実現している。

【００７８】更に上述の第１〜第３発明において好まし
くは、以下の構成のうち少なくとも一つ以上を満足する
ことが望ましい。

【００７９】（イ−１）前記第４群は、物体側へ凹面を
向けた１枚の負レンズから成ることである。

【００８０】第４群は最も多くの変倍負担を担ってい
る。また、小型化のためには、第４鮮の屈折力を強める
必要がある。しかしながら、第４群の屈折力を強めると
特に望遠端で第３群と第４群の軸上空気間隔の確保が困
難となり、第４群に十分な変倍分担を持たせることが困
難となり、結果的にはレンズ系が大型化してしまう。あ
るいは、十分な変倍比が得られなくなってしまう。そこ
で、第４群を一枚で構成することが、第４群の主点を出
来る限り物体側へ位置するように、小型化と変倍比の確
保に有利になるため好ましい。

【００８１】（イ−２）前記第２群は１枚の正レンズか
ら成ることである。

【００８２】広角端において第１群と第２群の間隔、第
２群と第３群の間隔が小さくなるため、第２群を一枚構
成とすることが、主点間隔の確保か容易となり光学系の
小型化に有利なため好ましい。また、ローコスト化にも
なるため好ましい。

【００８３】更に上述の第１〜第４発明において好まし
くは、以下の構成のうちの一つ以上を満足することが望
ましい。

【００８４】（ウ−１) 前記第４群の焦点距離をｆ
４、広角端における全系の焦点距錐をｆｗ、前記回折光
学素子の１つの回折光学面は、回折格子の位相Φ（ｈ）
を Φ（ｈ）＝（２π／λ）・（ΣＣｉ・ｈｉ） 但し、Ｃｉはｉ次の位相係数 ｈは光軸からの高さ λは波長 で定義したとき、 −０．１＜Ｃ２＊ｆ４／ｆｗ＜０ ・・・（４） なる条件を満足することである。

【００８５】最も強い屈折力を有する第４群に回折光学
素子を用いることで変倍における色収差変動を抑制し、
全変倍領域において高い光学性能を得ることが可能であ
るので好ましい。

【００８６】第４群は最も変倍分担が大きいためる条件
式（４）を満足させるような回折光学面を設定すること
で変倍における色収差変動の抑制に効果的である。

【００８７】条件式（４）の下限値を超えると負の屈折
力を有する第４群単独で発生する軸上色収差補正が過剰
となるため、他の群でバランスを図ることが困難とな
り、特に広角端における軸上色収差がアンダーになり補
正困難になるため好ましくない。また、上限値を超える
と負の屈折力を有する第４群単独で発生する軸上色収差
補正と逆方向であり、特に望遠端において軸上色収差を
補正することが困難となり、高い光学性能を得られなく
なるため好ましくない。

【００８８】更に好ましくは、条件式（４）の下限値を
−０．０５とすることが望ましい。

【００８９】（ウ−２)前記第１群、第２群、第３群、
第４群の焦点距離を各々ｆｌ、ｆ２、ｆ３、ｆ４、前記
望遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき、 ０．１＜ｆｌ／ｆｔ＜２ ・・・（５） ０．１＜ｆ２／ｆｔ＜２ ・・・（６） ０．１＜ｆ３／ｆｔ＜１ ・・・（７） ０．０５＜｜ｆ４／ｆｔ｜＜０．３ ・・・（８） なる条件を満足することである。

【００９０】条件式（５）〜（８）は各群の屈折力を適
切に設定するためのものである。

【００９１】条件式（５）は、第１群と望遠端における
全系の焦点距錐の比を規制しており小型化と高性能化を
図るためのものである。

【００９２】条件式（５）の下限値を超えると、第１群
の屈折力が強くなり過ぎて特に広角端における歪曲収差
が補正困難になり、また、前玉径が増大するため好まし
くない。また、上限値を超えると、第２群の屈折力が弱
くなり過ぎて第２群の変倍効果が小さくなり過ぎるため
特に、望遠端における光学全長が増大するため好ましく
ない。

【００９３】更に好ましくは、条件式（５）の下限値を
０．２とすることが望ましい。また、上限値を１．２と
することが望ましい。

【００９４】条件式（６）は、第２群と望遠端における
全系の焦点距離の比を規制しており、高性能化を図るた
めのものである。

【００９５】条件式（６）の下限値を超えると、第２群
の屈折力が強くなり過ぎて第２群で発生する球面収差を
補正することが困難となり、特に、望遠端における球面
収差が補正困難となるため好ましくなく、また、補正す
るために第２群のレンズ枚数を増やすと、大型化するた
め好ましくない。また、上限値を超えると、第２群の屈
折力が弱くなり過ぎて、第２群における球面収差と軸上
色収差補正の効果が小さくなり過ぎて、全変倍範囲にお
いて高性能を維持することが困難となるため好ましくな
い。

【００９６】更に好ましくは、条件式（６）の下限値を
０．２とすることか望ましい。また、上限値を１．０と
することが望ましい。

【００９７】条件式（７）は、第３群と望遠端における
全系の焦点距離の比を規制しており小型化と高性能化を
図るためのものである。

【００９８】条件式（７）の下限値を超えると、第３群
の屈折力が強くなり過ぎて、特に望遠端における球面収
差とコマ収差が補正困難となるため好ましくない。ま
た、上限値を超えると、第３群の屈折力が弱くなり過ぎ
て、第３群の変倍における移動量が増大し大型化するた
め好ましくない。また、特に広角端における歪曲収差が
補正不足になるため好ましくない。

【００９９】更に好ましくは、上限値を０．８とするこ
とが望ましい。

【０１００】条件式（８）は、第４群と望遠端における
全系の焦点距離の比を規制しており、小型化と高性能化
を図るためのものである。

【０１０１】条件式（８）の下限値を超えると、第４群
の屈折力が強くなり過ぎて特に広角端における歪曲収差
と望遠端における球面収差が補正困難となるため好まし
くない。また、上限値を超えると、第４群の屈折力が弱
くなり過ぎて、望遠端においてテレフォトが弱くなり光
学全長が増大し、後玉径が増大するため好ましくない。

【０１０２】更に好ましくは、条件式（８）の下限値を
０．０８とすることが望ましい。また、上限値を０．２
とすることが望ましい。

【０１０３】（ウ−３）前記第３群を物体側へ移動させ
ることで、無限遠物体から至近物体までのフオーカシン
グを行うことを特徴とすることである。

【０１０４】比較的屈折力の強い第３群を少なくとも物
体側へ移動させることで、無限遠物体から至近物体にか
けてのフォーカシングを行うことが、繰出量を低減可能
なため好ましい。

【０１０５】（ウ−４）前記第１群は物体側から順に負
レンズ、正レンズから成ることを特徴とすることであ
る。

【０１０６】第１群を物体側から順に負レンズ、正レン
ズとすることで前玉径を小さくすることが可能なため好
ましい。また、特に広角端における歪曲収差の補正に有
利なため好ましい。

【０１０７】（ウ−５）前記望遠端の焦点距離をｆｔ、
前記広角端の焦点距離をｆｗとしたとき、 ３．０＜ｆｔ／ｆｗ＜６．０ ・・・（９） なる条件を満足することである。

【０１０８】条件式（９）は変倍比を規定したものであ
る。

【０１０９】条件式（９）の下限値をこえると、変倍比
が小さくなり過ぎて本発明の４群ズームレンズの効果が
十分に発揮することができないので好ましくない。ま
た、上限値を超えると、変倍比が大きくなり過ぎて、小
型化を維持しつつ収差補正をすることが困難となるため
好ましくない。

【０１１０】更に好ましくは条件式（９）の下限値を
４．０とすることが望ましい。また、上限値を５．５と
することが望ましい。

【０１１１】（ウ−６）前記第２群の正レンズの材質の
アッベ数をＶｇ２としたとき、 ０．０２＜１／Ｖｇ２＜０．０５ ・・・（１０） なる条件を満足することである。

【０１１２】条件式（１０）は、第２群の正レンズの材
質のアッベ数を規定したものであり、主に軸上色収差を
良好に補正するためのものである。

【０１１３】条件式（１０）の下限値を超えると、特に
望遠端における軸上色収差がアンダーになるため好まし
くない。また、上限値を超えると、特に広角端における
軸上色収差がオーバーとなるため好ましくない。

【０１１４】更に好ましくは、条件式（１０）の下限値
を０．０２５とすることが望ましい。

【０１１５】又、第５発明においては次の構成のうちの
１以上を満足させるのが良い。

【０１１６】(エ−１)前記第４群の焦点距離をｆ４、広
角端における全系の焦点距錐をｆｗ、前記回折光学素子
の１つの回折光学面は、回折格子の位相Φ（ｈ）を Φ（ｈ）＝（２π／λ）・（ΣＣｉ・ｈｉ） 但し、Ｃｉはｉ次の位相係数 ｈは光軸からの高さ λは波長 で定義したとき、 −０．１＜Ｃ２＊ｆ４／ｆｗ＜０ ・・・（４） なる条件を満足することである。

【０１１７】(エ−２)望遠端における全系の焦点距離を
ｆｔとしたとき ０．１＜ｆｌ／ｆｔ＜２ ・・・（５） ０．１＜ｆ２／ｆｔ＜２ ・・・（６） ０．１＜ｆ３／ｆｔ＜１ ・・・（７） ０．０５＜｜ｆ４／ｆｔ｜＜０．３ ・・・（８） なる条件を満足することである。

【０１１８】(エ−３)広角端における全系の焦点距離を
ｆｗとしたとき ３．０＜ｆｔ／ｆｗ＜６．０ ・・・（９） なる条件を満足することである。

【０１１９】(エ−４)前記第２群は１枚の正レンズより
なり該正レンズの材質のアッベ数をＶｇ２としたとき ０．０２＜１／Ｖｇ２＜０．０５ ・・・（１０） なる条件を満足することである。

【０１２０】ここで条件式（４）〜（１０）の技術的意
味は前述したのと同様である。尚、本発明においては、
変倍の際に絞りを第２群と一体で移動しているが、別々
に移動しても良い。また、ズーミングで第３群と絞りを
一体で移動させても良い。

【０１２１】また、第１群と第４群または第１群と第３
群、あるいは第２群と第４群をズーミングの際に一体移
動するようにしても良い。

【０１２２】また、ある群または、群の一部を光軸と略
垂直方向にシフトさせて手振れ補正を行っても良い。

【０１２３】本実施形態で用いている回折光学素子の構
成としては図１９に示す１層のキノフォーム形状の１層
構成のものや、図２１に示すような格子厚の異なる（又
は同一の）２つの層を積層した２層構成のもの等が適用
可能である。

【０１２４】図２０は図１９に示す回折光学素子１０１
の１次回折光の回折効率の波長依存特性である。実際の
回折光学素子１０１の構成は、基材１０２の表面に紫外
線硬化樹脂を塗布し、樹脂部に波長５３０ｎｍで１次回
折光の回折効率が１００％となるような格子厚ｄの層１
０３を形成している。

【０１２５】図２０で明らかなように設計次数の回折効
率は最適化した波長５３０ｎｍから離れるに従って低下
し、一方設計次数近傍の次数の０次回折光と２次回折光
の回折効率が増大している。その設計次数以外の回折光
の増加はフレアとなり、光学系の解像度の低下につなが
る。

【０１２６】図２１に示す２つの層１０４、１０５を積
層した積層型の回折光学素子の１次回折光の回折効率の
波長依存特性を図２２に示す。

【０１２７】図２１では基材１０２上に紫外線硬化樹脂
（ｎｄ＝１．４９９，νｄ＝５４）からなる第１層１０
４を形成し，その上に別の紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．
５９８，νｄ＝２８）からなる第２層１０５を形成して
いる。この材質の組み合わせでは，第１層１０４の格子
厚ｄｌはｄｌ＝１３．８μｍ、第２の層１０５の格子厚
ｄ２はｄ２＝１０．５μｍとしている。

【０１２８】図２２から分かるように積層構造の回折光
学素子にすることで，設計次数の回析効率は，使用波長
全域で９５％以上の高い回析効率を有している。

【０１２９】なお、前述の積層構造の回折光学素子とし
て、材質を紫外線硬化樹脂に限定するものではなく、他
のプラスチック材等も使用できるし、基材によっては第
１の層１０４を直接基材に形成しても良い。また各格子
厚が必ずしも異なる必要はなく、材料の組み合わせによ
っては図２３に示すように２つの層１０４と１０５の格
子厚を等しくしても良い。

【０１３０】この場合は、回折光学素子の表面に格子形
状が形成されないので、防塵性に優れ、回折光学素子の
組立作業性を向上させることができる。

【０１３１】次に本発明のズームレンズを撮影光学系と
して用いたレンズシャッターカメラ（光学機器）の実施
形態を図２４を用いて説明する。

【０１３２】図２４において、１０はカメラ本体、１１
は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学
系、１２は被写体像を観察するためのファインダーであ
る。

【０１３３】１３はストロボ装置、１４は測定窓、１５
はカメラの動作を知らせる液晶表示窓、１６はレリーズ
ボタン、１７は各種のモードを切り替える操作スイッチ
である。

【０１３４】このように本発明のズームレンズを光学機
器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する
光学機器を実現している。

【０１３５】次に本発明の数値実施例を示す。数値実施
例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半
径、Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレ
ンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に
第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率とアッベ数である。
また、前述の各条件式と数字実施例の関係を表−１に示
す。

【０１３６】非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直
方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、
Ｋ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを各々非球面係数としたとき、

【０１３７】

【数１】

【０１３８】なる式で表している。又「ｅ−ｏｘ」は
「１０^-x」を意味している。

【０１３９】回折光学素子の面は以下の位相方程式で表
わしている。

【０１４０】

【数２】

【０１４１】上記φ（ｈ）は位相を表しており、Ｃｉは
ｉ次の位相係数、ｈはレンズ光軸から径方向の距離、λ
は基準波長である。

【０１４２】

【外１】

【０１４３】

【外２】

【０１４４】

【外３】

【０１４５】

【外４】

【０１４６】

【外５】

【０１４７】

【外６】

【０１４８】

【表１】

【０１４９】

【発明の効果】本発明によれば高変倍比を有し、全変倍
範囲において色収差を良好に補正できるズームレンズ及
びそれを用いた光学機器を達成することができる。

【０１５０】この他発明によれば、高変倍比を有し、全
変倍範囲において色収差を良好に補正し高い光学性能を
有し、かつ比較的バックフォーカスが短く、光学全長の
短いズームレンズ及びそれを用いた光学機器を構成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【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の広角端の収差図

【図３】 本発明の数値実施例１の望遠端の収差図

【図４】 本発明の数値実施例２のレンズ断面図

【図５】 本発明の数値実施例２の広角端の収差図

【図６】 本発明の数値実施例２の望遠端の収差図

【図７】 本発明の数値実施例３のレンズ断面図

【図８】 本発明の数値実施例３の広角端の収差図

【図９】 本発明の数値実施例３の望遠端の収差図

【図１０】 本発明の数値実施例４のレンズ断面図

【図１１】 本発明の数値実施例４の広角端の収差図

【図１２】 本発明の数値実施例４の望遠端の収差図

【図１３】 本発明の数値実施例５のレンズ断面図

【図１４】 本発明の数値実施例５の広角端の収差図

【図１５】 本発明の数値実施例５の望遠端の収差図

【図１６】 本発明の数値実施例６のレンズ断面図

【図１７】 本発明の数値実施例６の広角端の収差図

【図１８】 本発明の数値実施例６の望遠端の収差図

【図１９】 本発明に係る回折光学素子の説明図

【図２０】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図

【図２１】 本発明に係る回折光学素子の説明図

【図２２】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図

【図２３】 本発明に係る回折光学素子の説明図

【図２４】 本発明に係る光学機器の要部概略図

【符号の説明】 Ｌ１ 第１群 Ｌ２ 第２群 Ｌ３ 第３群 Ｌ４ 第４群 ＳＰ 絞り ＩＰ 像面 ΔＭ メリディオナル像面 ΔＳ サジタル像面 ｄ ｄ線 ｇ ｇ線 １０１ 回折光学素子 １０２ 基盤 １０３，１０４，１０５ 層 １０ カメラ本体 １１ ズームレンズ １２ ファインダー １３ ストロボ装置 １４ 測定窓 １５ 液晶表示窓 １６ レリーズボタン １７ 操作スイッチ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA01 MA14 PA05 PA06 PA17 PB05 PB06 QA03 QA17 QA21 QA25 QA37 QA39 QA41 QA46 RA05 RA12 RA13 RA36 RA46 SA23 SA26 SA29 SA33 SA62 SA63 SA64 SA65 SB03 SB12 SB22 SB23 SB32

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側から順に、正の屈折力を有する第
   １群、正の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する
   第３群、負の屈折力を有する第４群を有し、広角端より
   望遠端への変倍に際し、各群の間隔を変化させながら共
   に物体側へ移動するズームレンズにおいて、少なくとも
   第４群に１以上の回折光学素子を有することを特徴とす
   るズームレンズ。
2. 【請求項２】 物体側から順に、正の屈折力を有する第
   １群、正の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する
   第３群、負の屈折力を有する第４群を有し、広角端より
   望遠端への変倍に際し、各群の間隔を変化させながら共
   に物体側へ移動するズームレンズにおいて、１以上の回
   折光学素子を有し、第１群、第２群、第３群、第４群の
   焦点距離を各々、ｆｌ，ｆ２，ｆ３，ｆ４とした時 ０．１＜ｆ３／ｆ１＜２ −１．０＜ｆ４／ｆ２＜−０．０５ なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
3. 【請求項３】 物体側から順に、正の屈折力を有する第
   １群、正の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する
   第３群、負の屈折力を有する第４群を有し、広角端より
   望遠端への変倍に際し、第１群と第２群の間隔を増大、
   第２群と第３群の間隔を増大、第３群と第４群の間隔を
   減少させながら共に物体側へ移動するズームレンズにお
   いて、１以上の回折光学素子を有し、広角端における第
   ２群と第３群の軸上空気間隔をＤ２３ｗ、望遠端におけ
   る第２群と第３群の軸上空気間隔をＤ２３ｔとした時、 ０．１＜Ｄ２３ｗ／Ｄ２３ｔ＜０．９５ なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
4. 【請求項４】 前記第４群は、物体側へ凹面を向けた１
   枚の負レンズから成ることを特徴とする請求項１、２又
   は３のズームレンズ。
5. 【請求項５】 前記第２群は１枚の正レンズから成るこ
   とを特徴とする請求項１、２、３又は４のズームレン
   ズ。
6. 【請求項６】 物体側から順に、正の屈折力を有する第
   １群、正の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する
   第３群、負の屈折力を有する第４群を有し、広角端より
   望遠端への変倍に際し、各群の間隔を変化させながら共
   に物体側へ移動するズームレンズにおいて、１以上の回
   折光学素子を有し、第２群、第３群、第４群は各々単レ
   ンズから成ることを特徴とするズームレンズ。
7. 【請求項７】 前記第４群の焦点距離をｆ４、広角端に
   おける全系の焦点距錐をｆｗ、前記回折光学素子の１つ
   の回折光学面は、回折格子の位相Φ（ｈ）を Φ（ｈ）＝（２π／λ）・（ΣＣｉ・ｈｉ） 但し、Ｃｉはｉ次の位相係数 ｈは光軸からの高さ λは波長 で定義したとき、 −０．１＜Ｃ２＊ｆ４／ｆｗ＜０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から６の
   いずれか１項のズームレンズ。
8. 【請求項８】 前記第１群、第２群、第３群、第４群の
   焦点距離を各々ｆｌ、ｆ２、ｆ３、ｆ４、前記望遠端に
   おける全系の焦点距離をｆｔとしたとき、 ０．１＜ｆｌ／ｆｔ＜２ ０．１＜ｆ２／ｆｔ＜２ ０．１＜ｆ３／ｆｔ＜１ ０．０５＜｜ｆ４／ｆｔ｜＜０．３ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から７の
   いずれか１項のズームレンズ。
9. 【請求項９】 前記第３群を物体側へ移動させること
   で、無限遠物体から至近物体までのフオーカシングを行
   うことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項のズ
   ームレンズ。
10. 【請求項１０】 前記第１群は物体側から順に負レン
    ズ、正レンズから成ることを特徴とする請求項１から９
    のいずれか１項のズームレンズ。
11. 【請求項１１】 前記望遠端の焦点距離をｆｔ、前記広
    角端の焦点距離をｆｗとしたとき、 ３．０＜ｆｔ／ｆｗ＜６．０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１０
    のいずれか１項のズームレンズ。
12. 【請求項１２】 前記第２群の正レンズの材質のアッベ
    数をＶｇ２としたとき、 ０．０２＜１／Ｖｇ２＜０．０５ なる条件を満足することを特徴とする請求項５又は６の
    ズームレンズ。
13. 【請求項１３】 物体側から順に、正の屈折力を有する
    第１群、正の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有す
    る第３群、負の屈折力を有する第４群を有し、広角端よ
    り望遠端への変倍に際し、各群の間隔を変化させなが
    ら、共に物体側へ移動させるズームレンズにおいて、１
    以上の回折光学素子を有し、第ｉ群の焦点距離をｆｉ、
    広角端における第２群と第３群の軸上空気間隔をＤ２３
    ｗ、望遠端における第２群と第３群の軸上空気間隔をＤ
    ２３ｔとしたとき、 ０．１＜ｆ３／ｆ１＜２ −１．０＜ｆ４／ｆ２＜−０．０５ ０．１＜Ｄ２３ｗ／Ｄ２３ｔ＜０．９５ なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
14. 【請求項１４】 前記第４群の焦点距離をｆ４、広角端
    における全系の焦点距錐をｆｗ、前記回折光学素子の１
    つの回折光学面は、回折格子の位相Φ（ｈ）を Φ（ｈ）＝（２π／λ）・（ΣＣｉ・ｈｉ） 但し、Ｃｉはｉ次の位相係数 ｈは光軸からの高さ λは波長 で定義したとき、 −０．１＜Ｃ２＊ｆ４／ｆｗ＜０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１３のズー
    ムレンズ。
15. 【請求項１５】 望遠端における全系の焦点距離をｆｔ
    としたとき ０．１＜ｆｌ／ｆｔ＜２ ０．１＜ｆ２／ｆｔ＜２ ０．１＜ｆ３／ｆｔ＜１ ０．０５＜｜ｆ４／ｆｔ｜＜０．３ なる条件を満足することを特徴とする請求項１４のズー
    ムレンズ。
16. 【請求項１６】 広角端における全系の焦点距離をｆｗ
    としたとき ３．０＜ｆｔ／ｆｗ＜６．０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１５のズー
    ムレンズ。
17. 【請求項１７】 前記第２群は１枚の正レンズよりなり
    該正レンズの材質のアッベ数をＶｇ２としたとき ０．０２＜１／Ｖｇ２＜０．０５ なる条件を満足することを特徴とする請求項１６のズー
    ムレンズ。
18. 【請求項１８】 請求項１から１７のいずれか１項のズ
    ームレンズを有していることを特徴とする光学機器。