JP2002244044A - ズームレンズ及びそれを用いた光学機器 - Google Patents

ズームレンズ及びそれを用いた光学機器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 全体として４つのレンズ群を有し、少なくと
も１つのレンズ群に１つの回折光学素子を用いて変倍に
伴う色収差を良好に補正したコンパクトなズームレンズ
を得ること。 【解決手段】 物体側より順に、負の屈折力の第１群
と、正の屈折力の第２群と、負の屈折力の第３レンズ群
と、正の屈折力の第４群を有し、ＤｉＷを広角端での第
ｉ群と第ｉ＋１群の間隔、ＤｉＴを望遠端での第ｉ群と
第ｉ＋１群の間隔としたとき、 ＤＩＷ ＞ ＤＩＴ
（１） Ｄ２Ｗ ＜ Ｄ２Ｔ
（２） Ｄ３Ｗ ＞ Ｄ３Ｔ
（３） なる条件式を満足するように、前記各レンズ群の間隔を
変化させて広角端から望遠端への変倍を行うズームレン
ズに於いて、前記少なくともひとつのレンズ群に回折光
学素子が含まれていることを特徴としたズームレンズ。

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関し、特に一眼レフカメラ等のス
ティルカメラ電子スティルカメラビデオカメラ等に好適
であり、コンパクトで高性能、特に倍率色収差を良好に
補正した超広角のズームレンズ及びそれを用いた光学機
器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一眼レフカメラ用の交換レンズは、レン
ズ系の像面側にクイックリターンミラー等を配置するス
ペースを確保するためにある程度長いバックフォーカス
を必要とされている。またＣＣＤを用いたデジタルカメ
ラにおいてもローパスフィルター、赤外カットフィルタ
ー等を配置するスペースを確保するために長いバックフ
ォーカスを必要とされている。
【０００３】３５ｍｍ一眼レフカメラ用に換算して広角
端の焦点距離が２０ｍｍよりも短い所謂、超広角ズーム
レンズとして、従来より、負の屈折力が先行するネガテ
ィブリード式のズームレンズが知られている。
【０００４】例えば、特開昭６０−８７３１２号公報、
特開平２−２０１３１０号公報、特開平５−２４１０７
３号公報、特開平４−２３５５１５号公報等では物体側
より順に負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群、負
の屈折力の第３群、そして正の屈折力の第４群の４つの
レンズ群を有し、変倍の際には、これらのレンズ群のう
ちの少なくとも２つのレンズ群を移動させて変倍を行っ
たズームレンズを提案している。これは、レンズ系がレ
トロフォーカスタイプとり、最も簡単なレンズ群構成で
前述のバックフォーカスを確保することが可能なズーム
タイプである。このタイプは簡単なレンズ構成であるた
めローコスト化に有利であるが、高変倍化、大口径化を
図る場合、絞り径が増大したり、変倍のための各レンズ
群の移動量が増大するためコンパクト化が困難になる等
の欠点があった。
【０００５】これらの欠点を改善し、レンズ系全体の小
型化及び高変倍化を図ったズームレンズが、例えば特開
平１１−１７４３２８号公報、特開平１１−１７４３２
９号公報等で提案されている。
【０００６】これらの各公報ではズームレンズを物体側
より順に負、正、負、そして正の屈折力のレンズ群の全
体として４つのレンズ群より構成し、このうち所定のレ
ンズ群の全体として４つのレンズ群より構成し、このう
ち所定のレンズ群を適切に移動させて変倍を行ってい
る。
【０００７】従来より前述のような広角ズームレンズに
於いては、光学性能上特に、歪曲、像面湾曲、倍率色収
差を良好に補正することが課題となっていた。これは、
レンズ系が絞りを挟んで物体側が負の屈折力、像側が正
の屈折力の非対称な屈折力配置になっているために発生
しており、特に倍率色収差に関しては、画面中間部から
周辺部にかけて多くが残存し、特に明暗のはっきりした
高輝度の被写体を撮影した場合に色のにじみとなって現
れる場合があった。倍率色収差を補正する方法として、
異常分散ガラスを用いる方法があるが、レンズ枚数の増
加、レンズ系の増大につながってしまう傾向にあった。
【０００８】色収差については分散の異なる硝材を組み
合わせて補正する方法の他にレンズ面又は光学系の一部
に回折作用を有する回折光学素子を設けて補正した光学
系が、例えば特開平４−２１３４２１号公報や特開平６
−３２４２６２号公報、米国特許第、５，２６８，７９
０号公報で提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】一般にズームレンズの
小型化を図りつつ高変倍化を図る為にレンズ群の屈折力
を強め、又変倍用の各レンズ群の移動量を増加させる
と、変倍に伴う収差変動、特に色収差の変動が増大し、
全変倍範囲にわたり良好なる光学性能を得るのが難しく
なってくる。
【００１０】本発明は各レンズ群のレンズ構成及び前記
レンズ群に配置する回折光学面を適切に設定することに
より、高変倍比が容易でしかも変倍に伴い変動する倍率
色収差を良好に補正し全変倍範囲に渡り良好なる光学性
能を有した、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。
【００１１】この他、本発明は３５ｍｍ一眼レフカメラ
換算で、焦点距離２８ｍｍ程度の広角域を含むズームレ
ンズで、良好な光学性能で特に、倍率色収差が良好に補
正されたコンパクトな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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明のズーム
レンズは物体側より順に、負の屈折力の第１群と、正の
屈折力の第２群と、負の屈折力の第３レンズ群と、正の
屈折力の第４群を有し、ＤｉＷを広角端での第ｉ群と第
ｉ＋１群の間隔、ＤｉＴを望遠端での第ｉ群と第ｉ＋１
群の間隔としたとき、 ＤＩＷ ＞ ＤＩＴ （１） Ｄ２Ｗ ＜ Ｄ２Ｔ （２） Ｄ３Ｗ ＞ Ｄ３Ｔ （３） なる条件式を満足するように、前記各レンズ群の間隔を
変化させて広角端から望遠端への変倍を行うズームレン
ズに於いて、前記少なくともひとつのレンズ群に回折光
学素子が含まれていることを特徴としている。
【００１３】請求項２の発明は請求項１の発明において
前記回折光学素子は、第４群に含まれており、ｆ４ＤＯ
Ｅを前記回折光学素子の回折成分のみの焦点距離、ｆｔ
を望遠端での全系の焦点距離としたとき １５ ＜ ｆ４ＤＯＥ／ ｆ ｔ ＜ １５００ （４） の条件式を満足することを特徴としている。
【００１４】請求項３の発明は請求項１の発明において
前記回折光学素子は第１群に含まれており、ｆ１ＤＯＥ
を前記回折光学素子の回折成分のみの焦点距離、ｆＴを
望遠端での全系の焦点距離としたとき −１５００ ＜ ｆ１ＤＯＥ ／ ｆ ｔ ＜ −１５ （５） の条件式を満足することを特徴としている。
【００１５】請求項４の発明は請求項１の発明において
前記回折光学素子は第１群と第４群に含まれており、ｆ
１ＤＯＥを前記第１群に含まれている回折光学素子の回
折成分のみの焦点距離、ｆ４ＤＯＥを前記第４群に含ま
れている回折光学素子の回折成分のみの焦点距離、ｆｔ
は望遠端での全系の焦点距離としたとき １５ ＜ ｆ４ＤＯＥ／ ｆ ｔ ＜ １５００ （４） −１５００ ＜ ｆ１ＤＯＥ ／ ｆ ｔ ＜ −１５ （５） の条件式を満足することを特徴としている。
【００１６】請求項５の発明は請求項１から４のいずれ
か１項の発明においてｆｗ、ｆｔを各々広角端、望遠端
での全系の焦点距離、ｆｉを第ｉ群の焦点距離としたと
き
【００１７】
【数２】
【００１８】の条件式を満足することを特徴としてい
る。
【００１９】請求項６の発明は請求項１から５のいずれ
か１項の発明においてｆｗを広角端での全系の焦点距
離、ＳＫｗを広角端でのバックフォーカスとしたとき １．６ ＜ ＳＫｗ／ｆｗ ＜ ２．８ （１０） の条件式を満足することを特徴としている。
【００２０】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１群は、レンズ中心からレ
ンズ周辺にいくに従って負の屈折力が弱くなる形状の非
球面を有することを特徴としている。
【００２１】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２群と前記第４群は、変倍
の際一体で移動することを特徴としている。
【００２２】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１群は変倍の際、像面側に
凸状の軌跡で移動することを特徴としている。
【００２３】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３群の物体側もしくは像
側に隣接して絞りが配置されていることを特徴としてい
る。
【００２４】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第４群は、レンズ中心か
らレンズ周辺にいくに従って正の屈折力が弱くなる形状
の非球面を有することを特徴としている。
【００２５】請求項１２の発明は請求項１から１１のい
ずれか１項の発明において前記回折光学素子に入射、射
出する光線と前記回折光学素子の面法線とのなす角をθ
としたとき −１５ ＜ θ ＜ １５ （１１） の条件式を満足することを特徴としている。
【００２６】請求項１３の発明は請求項１から１２のい
ずれか１項の発明において前記回折光学素子は積層構造
であることを特徴としている。
【００２７】請求項１４の発明は請求項１から１３のい
ずれか１項の発明において前記回折光学素子の光線有効
径内全域で、Ｃｉを位相係数、ｈを光軸中心からの高
さ、λｏは基準波長とし Ｑ（ｈ）＝（Ｃｌ・ｈ2＋Ｃ２・ｈ4＋Ｃ３・ｈ6＋…）
／λｏ とおいたとき ｜ｄＱ（ｈ）／ｄｈ｜＜ ３０ （１２） の条件式を満足することを特徴としている。
【００２８】請求項１５の発明の光学機器は請求項１か
ら１４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。
【００２９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の数値実施例１のズ
ームレンズのレンズ断面図、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。図４は本発
明の数値実施例２のズームレンズのレンズ断面図、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。図７は本発明の数値実施例３のズームレン
ズのレンズ断面図、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、図１０は本発明の数値実施
例４のズームレンズのレンズ断面図、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。
【００３０】レンズ断面内において、Ｌ１は負の屈折力
の第１群、Ｌ２は正の屈折力の第２群、Ｌ３は負の屈折
力の第３群、Ｌ４は正の屈折力の第４群である。Ｓは開
口絞り、ＳＰはフレアーカット絞りである。矢印は広角
端から望遠端への変倍を行う際の各レンズ群の移動軌跡
を示している。
【００３１】収差図のうち、球面収差において実線はｄ
線、二点鎖線はｇ線、一点鎖線はＣ線、点線はＦ線、鎖
線は正弦条件であり、非点収差において実線はサジタル
光線、点線はメリディオナル光線を表し、倍率色収差に
於いて二点鎖線はｇ線、一点鎖線はＣ線、点線はＦ線を
表す。
【００３２】本実施形態ではＤｉＷを広角端での第ｉ群
と第ｉ＋１群の間隔、ＤｉＴを望遠端での第ｉ群と第ｉ
＋１群の間隔としたとき ＤＩＷ ＞ ＤＩＴ （１） Ｄ２Ｗ ＜ Ｄ２Ｔ （２） Ｄ３Ｗ ＞ Ｄ３Ｔ （３） なる条件式を満足するように前記各レンズ群の間隔を変
化させて広角端から望遠端への変倍を行っている。そし
て少なくともひとつのレンズ群に回折光学素子（Ｄｉｆ
ｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｅｌｅｍｅｎｔ，Ｄ
ＯＥ）を設けている。
【００３３】本実施形態では広角端から望遠端への変倍
に際して、条件式（１）〜（３）を満足するように、第
１群は他のレンズ群とは異なった軌跡（像側に凸状の軌
跡）で往復移動し、第２群と第４群は一体で物体側に移
動し、第３群は物体側に移動しており、絞りＳは第３群
と一体に移動している。実施例１，２においてフレアー
カット絞りＳＰは第３群と一体的に移動している。尚、
前記第２群と前記第４群は変倍に際して別の軌跡で移動
させても良いが、第２群、第４群は特に製造誤差、即ち
群の倒れ、偏心による性能の劣化が大きい群であるため
一体移動として第２群、第４群の相対位置関係固定とし
た方が好ましい。この様にレンズ系を４つのレンズ群で
構成し各レンズ群の間隔を変倍時に変化させることで、
第２、第３、第４群の変倍のための移動量を少なくする
ことを可能とし、かつ絞り径を小さくしてコンパクトな
ズームレンズを達成している。
【００３４】又、本実施形態では、４つのレンズ群のう
ちの少なくとも１つのレンズ群に少なくとも１つの回折
光学素子（ＤＯＥ）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（ＤＯＥ）を設けたレンズ群で
発生する色収差、特に倍率色収差を低減し、全変倍範囲
にわたり色収差を良好に補正している。
【００３５】具体的には第１群又は第４群又は双方のレ
ンズ群にＤＯＥを用いている。
【００３６】ＤＯＥ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いる。即ち、負の分散と異常分散
性の特徴を持っている。具体的には、アッベ数 νｄ＝−３．４５、θｇｆ＝０．２９６となっている。
【００３７】この性質を作用することによって倍率色収
差を良好に補正している。
【００３８】尚、本発明のズームレンズに用いる回折光
学素子は、そ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。
【００３９】本発明に係る回折光学素子はホログラフィ
ック光学素子の制作手法であるリソグラフィック手法で
２値的に制作した光学素子であるバイナリーオプテック
スで制作してもよい。またこれらの方法で作成した型に
よって製造してもよい。また光学面にプラスチック等の
膜を上記回折光学面として添付する方法（いわゆるレプ
リカ非球面）で作成してもよい。
【００４０】尚、本発明のズームレンズにおいて、更に
高い変倍比を確保しつつ収差補正を良好に行うには次の
諸条件のうちの少なくとも１つを満足させるのが良い。 （ア−１） 前記回折光学素子は、第４群に含まれてお
り、ｆ４ＤＯＥを前記回折光学素子の回折成分のみの焦
点距離、ｆｔを望遠端での全系の焦点距離としたとき １５ ＜ ｆ４ＤＯＥ／ ｆ ｔ ＜ １５００ （４） の条件式を満足することである。
【００４１】条件式（４）は第４群にＤＯＥを設けると
きには、ＤＯＥに正の屈折力を持たせて異常分散性を利
用してｇ線〜ｃ線まで良好に倍率色収差を補正する為の
ものである。条件式（４）を満足することで全変倍範囲
にわたり倍率色収差を良好に補正している。 （ア−２） 前記回折光学素子は第１群に含まれてお
り、ｆ１ＤＯＥを前記回折光学素子の回折成分のみの焦
点距離、ｆＴを望遠端での全系の焦点距離としたとき −１５００ ＜ ｆ１ＤＯＥ ／ ｆ ｔ ＜ −１５ （５） の条件式を満足することである。
【００４２】条件式５は第１群にＤＯＥを設けるときに
はＤＯＥに負の屈折力を持たせて異常分散性を利用して
ｇ線〜ｃ線まで良好に倍率色収差を補正する為のもので
ある。条件式（５）を満足することで全変倍範囲にわた
り倍率色収差を良好に補正している。 （ア−３） 前記回折光学素子は第１群と第４群に含ま
れており、ｆ１ＤＯＥを前記第１群に含まれている回折
光学素子の回折成分のみの焦点距離、ｆ４ＤＯＥを前記
第４群に含まれている回折光学素子の回折成分のみの焦
点距離、ｆｔは望遠端での全系の焦点距離としたとき １５ ＜ ｆ４ＤＯＥ／ ｆ ｔ ＜ １５００ （４） −１５００ ＜ ｆ１ＤＯＥ ／ ｆ ｔ ＜ −１５ （５） の条件式を満足することである。
【００４３】条件式（４）は前述した（ア−１）におけ
る条件式（４）と同じであり、条件式（５）は前述した
（ア−２）における条件式（５）と同じである。（ア−
４） ｆｗ、ｆｔを各々広角端、望遠端での全系の焦点
距離、ｆｉを第ｉ群の焦点距離としたとき
【００４４】
【数３】
【００４５】の条件式を満足することである。
【００４６】条件式（６）は第１群の焦点距離の範囲を
規定するものである。下限値を超えて第１群の負の屈折
力が強くなると、第１群で発生する諸収差が大きくな
り、これを他のレンズ群でバランス良く補正することが
困難となる。又、上限値を超えて第１群の負の屈折力が
弱くなると、収差補正上は有利だがレンズ系が大きくな
り好ましくない。条件式（７）は第２群の焦点距離の範
囲を規定するものである。下限値を超えて第２群の正の
屈折力が強くなると、全長の短縮、絞り径の小型化には
有利だが、第２群で発生する球面収差等諸収差が大きく
なり、これをバランス良く他のレンズ群で補正すること
が困耕となる。又、上限値を超えて第２群の正の屈折力
が弱くなると、収差補正には有利だがレンズ系が増大し
てくる。条件式（８），（９）は、各々、第２群の焦点
距離に対する第３群、第４群の焦点距離を規定するもの
であり、コンパクト化と高性能を両立させるためのもの
である。どちらも下限値を超えて第３群、第４群の屈折
力が強くなると、第３群、第４群での球面収差、コマ収
差、非点収差が大きく発生し、これらをバランス良く補
正することが困難となる。又、上限値を超えて第３群、
第４群の屈折力が弱くなると、レンズ全長が長くなって
しまう。（ア−５） ｆｗを広角端での全系の焦点距
離、ＳＫｗを広角端でのバックフォーカスとしたとき １．６ ＜ ＳＫｗ／ｆｗ ＜ ２．８ （１０） の条件式を満足することである。
【００４７】条件式（１０）は必要なバックフォーカス
を満足するためのものであり、下限値を超えてバックフ
ォーカスが短くなると、例えばクイックリターンミラー
等を配置するスペースがなくなり、上限値を越えてバッ
クフォーカスが長くなると、レンズ全長が長くなり好ま
しくない。フォーカスが長くなると、レンズ全長が長く
なり好ましくない。 （ア−６） 前記第１群は、レンズ中心からレンズ周辺
にいくに従って負の屈折力が弱くなる形状の非球面を有
することである。 （ア−７） 前記第２群と前記第４群は、変倍の際一体
で移動することである。 （ア−８） 前記第１群は変倍の際、像面側に凸状の軌
跡で移動することである。（ア−９） 前記第３群の物
体側もしくは像側に隣接して絞りが配置されていること
である。 （ア−１０） 前記第４群は、レンズ中心からレンズ周
辺にいくに従って正の屈折力が弱くなる形状の非球面を
有することである。 （ア−１１） 前記回折光学素子に入射、射出する光線
と前記回折光学素子の面法線とのなす角をθとしたとき −１５ ＜ θ ＜ １５ （１１） の条件式を満足することである。
【００４８】条件式（１１）はＤＯＥへの入射・射出角
が光束中の位置および画角によって極力変化しないよう
に設定することを意味しており、これにより高い回折効
率を実現可能としている。 （ア−１２） 前記回折光学素子は積層構造とすること
である。
【００４９】通常、回折格子の設計次数（例えば１次）
での回折効率は最適化した光線波長から離れるに従って
低下し、その反面、設計次数以外で特に近傍の次数であ
る０次、２次回折光が増大してくる傾向がある。
【００５０】この設計次数以外の回折光の増加は、それ
が像面に達するとフレアとなり、光学系の解像度の低下
につながる。これに対し、異なる屈折率の光学材料で形
成した回折面を積層構造に形成することで、より広い波
長領域で設計次数の回折効率を維持することができる。
【００５１】本発明のズームレンズでは、この積層構造
の回折光学面を適用することでより良好な像を得てい
る。 （ア−１３） 前記回折光学素子の光線有効径内全域
で、Ｃｉを位相係数、ｈを光軸中心からの高さ、λｏは
基準波長とし Ｑ（ｈ）＝（Ｃｌ・ｈ2＋Ｃ２・ｈ4＋Ｃ３・ｈ6＋…）
／λｏ とおいたとき ｜ｄＱ（ｈ）／ｄｈ｜＜ ３０ （１２） の条件式を満足することである。
【００５２】この条件式（１２）は、回折光学素子の各
輪帯の最小幅を規定するものであり、条件式（１２）を
超えると輪帯の幅が小さくなりすぎ、また回折光学素子
の輪帯の数が増えることにつながり、加工が困難となる
傾向がある。
【００５３】次に各数値実施例について説明する。
【００５４】数値実施例１ 第１群を、物体側に凸面を有するメニスカス状の負レン
ズ、負レンズ、そして正レンズより構成し、物体側の第
１レンズ面にレンズ中心からレンズ周辺へ行くに従って
正の屈折力が強くなる形状の非球面を用いることで、広
角側で発生する樽型の歪曲を小さくしている。第２群
は、負レンズと正レンズの接合レンズと、正レンズより
構成し、第３群は、負レンズ、負レンズと正レンズの接
合レンズより構成し、少ない枚数でバランス良く諸収差
を補正している。第４群は３つの正レンズと３つの負レ
ンズを有している。このうち第４群の最も像面側の面は
レンズ中心からレンズ周辺にいくに従って正の屈折力が
弱くなる形状の非球面である。第４群に前述の形状の非
球面を用いることで、広角側で発生する高次のサジタル
像面湾曲を良好に補正している。
【００５５】また、第４群、第１２レンズの像面側の面
にＤＯＥを用いている。
【００５６】フォーカシングは第１群中の第２、第３レ
ンズで行うことが可能であり、重量の軽いレンズ群で行
うことにより、近年、オートフォーカスカメラに装着し
た場合、フォーカスレンズの軽量化が可能なため、迅速
なオートフォーカスが行える。
【００５７】数値実施例２ 第１群を、物体側に凸面を有するメニスカス状の負レン
ズ、そして負レンズと正レンズの接合レンズより構成
し、第１レンズの物体側の面にレンズ中心からレンズ周
辺へ行くに従って正の屈折力が強くなる形状の非球面を
用いることで、広角側で発生する樽型の歪曲を小さくし
ている。第２群は、負レンズと正レンズの接合レンズ
と、正レンズより構成し、第３群は、負レンズ、負レン
ズと正レンズの接合レンズより構成し、少ない枚数でバ
ランス良く諸収差を補正している。第４群は３つの正レ
ンズと３つの負レンズより構成している。このうち第４
群の最も像面側の面は、レンズ中心からレンズ周辺にい
くに従って正の屈折力が弱くなる形状の非球面である。
第４群に前述の形状の非球面を用いることで、広角側で
発生する高次のサジタル像面湾曲を良好に補正してい
る。
【００５８】また、第４群の第１１レンズと第１２レン
ズの間にＤＯＥを用いている。
【００５９】本実施例でもフオーカシングは第１群中の
第２、第３、第４レンズで行うことが可能であり、重量
の軽いレンズ群で行うことにより、近年、主流となって
いるオートフオーカスカメラに装着した場合、フォーカ
スレンズの軽量化が可能なため、迅速なオートフォーカ
スが行える。
【００６０】数値実施例３ 第１群を、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レン
ズ、像側にレンズ中心からレンズ周辺へいくに従って負
の屈折力が弱くなる形状の非球面を有する負レンズ、そ
して正レンズより構成し、前記非球面により広角側で発
生する樽型の歪曲を補正している。第２群は、負レンズ
と正レンズの接合レンズ、正レンズより構成し、第３群
は、正レンズと負レンズの接合レンズより構成し、少な
い枚数でバランス良く諸収差を補正している。第４群は
２枚の正レンズと１枚の負レンズより構成している。こ
のうち第４群の最も像側にレンズ中心からレンズ周辺に
いくに従って正の屈折力が弱くなる形状の非球面を用い
ることで、広角側で発生する高次のサジタル像面湾曲を
良好に補正している。
【００６１】第４群の第１０レンズの像側にＤＯＥを用
いている。
【００６２】フォーカシングは第１群中の第２、第３レ
ンズで行うことが可能である。
【００６３】数値実施例４ 第１群を、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レン
ズ、像側にレンズ中心からレンズ周辺へいくに従って負
の屈折力が弱くなる形状の非球面を有する負レンズ、そ
して正レンズより構成し、前記非球面により広角側で発
生する樽型の歪曲を補正している。第２群は、負レンズ
と正レンズの接合レンズ、正レンズより構成し、第３群
は、正レンズと負レンズの接合レンズより構成し、少な
い枚数でバランス良く諸収差を補正している。
【００６４】第４群は、２つの正レンズと２つの負レン
ズより構成している。このうち第４群の最も像側のレン
ズ面に、レンズ中心からレンズ周辺にいくに従って正の
屈折力が弱くなる形状の非球面を用いることで、広角側
で発生する高次のサジクル像面湾曲を良好に補正してい
る。
【００６５】また、第４群、第１０レンズと第１１レン
ズの間にＤＯＥを用いている。
【００６６】フォーカシングは第１群中の第２、第３レ
ンズで行うことが可能である。
【００６７】次に本発明で用いる回折光学素子の構成に
ついて説明する。
【００６８】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１３に示す１層のキノフォーム形状の１層
構成のものや、図１５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、第１
７図に示すようなエアギャップをはさんだ２層構成のも
の等が適用可能である。
【００６９】図１４は図１３に示す回折光学素子１０１
の１次回折光の回折光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
折光の回折光率が１００％となるような格子厚ｄの回折
格子１０３を形成している。
【００７０】図１４で明らかなように設計次数の回折光
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。
【００７１】図１５に示す２つの回折格子１０４，１０
５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１４に示す。
【００７２】図１５では基材１０２上に紫外線硬化樹脂
（ｎｄ＝１．４９９，ｖｄ＝５４）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（ｎ
ｄ＝１．５９８，Ｖｄ＝２８）からなる第２の回折格子
１０５を形成している。この材質の組み合わせでは、第
１の回折格子１０４の格子厚ｄｌはｄｌ＝１３．８μ
ｍ、第２の回折格子１０５の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．
５μｍとしている。
【００７３】図１６からわ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。
【００７４】本発明に係る回折光学素子として積層構造
を用いれば、光学性能を更に改善することができる。
【００７５】図１７に示す２つの回折格子１０６，１０
７を用いた回折光学素子の１次回折光の回折効率の波長
依存特性を図１８に示す。
【００７６】図１７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。
【００７７】図１８からわかるように設計次数の回折効
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。
【００７８】尚、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の回折格子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い。
【００７９】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。
【００８０】次に本発明のズームレンズを用いた電子ス
チルカメラ（光学機器）の実施形態について図１９を用
いて説明する。
【００８１】図１９において１０はカメラ本体、１１は
本発明のズームレンズ、１２は撮像手段であり、フィル
ム、ＣＣＤ等から成っている。１３はファインダー系で
あり、被写体像が形成される焦点板１５、像反転手段と
してのペンタプリズム１６、焦点板１５上の被写体像を
観察する為の接眼レンズ１７を有している。１４はクイ
ックリターンミラーである。
【００８２】図１９に示すように、本発明のズームレン
ズを電子スチルカメラに適用することにより、小型で良
い光学性能を有した光学機器を実現している。
【００８３】次に本発明の数値実施例について説明す
る。
【００８４】数値実施例において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
と第ｉ＋１番目のレンズ厚または空気間隔、ｎｉとｖｉ
は第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率とアッべ数であ
る。
【００８５】また、ｂ，ｃ，ｄ，ｅ・・は非球面係数で
あり、非球面形状は、非球面上での任意の点の光軸から
垂直方向の高さをｈ、非球面の面頂点を通り光軸に垂直
な平面との距離をｘとしたとき、
【００８６】
【数４】
【００８７】なる式であらわされる。
【００８８】また、回折光学素子の形状は、基準波長
（ｄ線）をλｏ、光軸からの距離をｈ、位相をΦ（ｈ）
としたとき、 Φ（ｈ）＝２πλｏ（Ｃｌ・ａ2＋Ｃ２・ｈ4＋Ｃ３・ｈ
6＋… なる式で表される。
【００８９】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。
【００９０】又、数値実施例の最後の面は設計上用いた
ダミー面である。
【００９１】
【外１】
【００９２】
【外２】
【００９３】
【外３】
【００９４】
【外４】
【００９５】
【表１】
【００９６】
【発明の効果】本発明によれば各レンズ群のレンズ構成
及び前記レンズ群に配置する回折光学面を適切に設定す
ることにより、高変倍比が容易でしかも変倍に伴い変動
する倍率色収差を良好に補正し全変倍範囲に渡り良好な
る光学性能を有した、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。
【００９７】この他、本発明によれば３５ｍｍ一眼レフ
カメラ換算で、焦点距離２８ｍｍ程度の広角域を含むズ
ームレンズで、良好な光学性能で特に、倍率色収差が良
好に補正されたコンパクトな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。
【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】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【図１４】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図
【図１５】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【図１６】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図
【図１７】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【図１８】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図
【図１９】 本発明のズームレンズを用いた光学機器の
要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１レンズ群 Ｌ２ 第２レンズ群 Ｌ３ 第３レンズ群 Ｌ４ 第４レンズ群 Ｓ 絞り ＳＰ フレアー絞り ＤＯＥ 回折光学面 １０２ 基板 １０１ 回折光学素子 １０３，１０４，１０５，１０６，１０７ 回折格子 ｄ ｄ線 ｇ ｇ線 Ｃ Ｃ線 Ｓ サジタル像面 Ｍ メリディオナル像面 Ｓ（ｇ） ｇ線のサジタル像面 Ｍ（ｇ） ｇ線のメリディオナル像面 Ｓ．Ｃ 正弦条件
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 AA04 AA18 AA51 AA55 AA65 2H087 KA02 KA03 MA13 MA14 MA15 NA14 PA09 PA10 PA12 PA16 PA19 PB11 PB15 PB16 QA02 QA07 QA17 QA22 QA25 QA26 QA37 QA41 QA45 QA46 RA05 RA12 RA13 RA46 SA24 SA26 SA30 SA32 SA62 SA63 SA64 SA65 SB04 SB05 SB14 SB23 SB24 SB34 SB35 SB37

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体側より順に、負の屈折力の第１群
    と、正の屈折力の第２群と、負の屈折力の第３レンズ群
    と、正の屈折力の第４群を有し、ＤｉＷを広角端での第
    ｉ群と第ｉ＋１群の間隔、ＤｉＴを望遠端での第ｉ群と
    第ｉ＋１群の間隔としたとき、 ＤＩＷ ＞ ＤＩＴ （１） Ｄ２Ｗ ＜ Ｄ２Ｔ （２） Ｄ３Ｗ ＞ Ｄ３Ｔ （３） なる条件式を満足するように、前記各レンズ群の間隔を
    変化させて広角端から望遠端への変倍を行うズームレン
    ズに於いて、前記少なくともひとつのレンズ群に回折光
    学素子が含まれていることを特徴としたズームレンズ。
  2. 【請求項２】 前記回折光学素子は、第４群に含まれて
    おり、ｆ４ＤＯＥを前記回折光学素子の回折成分のみの
    焦点距離、ｆｔを望遠端での全系の焦点距離としたとき １５ ＜ ｆ４ＤＯＥ／ ｆ ｔ ＜ １５００ （４） の条件式を満足することを特徴とした請求項１のズーム
    レンズ。
  3. 【請求項３】 前記回折光学素子は第１群に含まれてお
    り、ｆ１ＤＯＥを前記回折光学素子の回折成分のみの焦
    点距離、ｆＴを望遠端での全系の焦点距離としたとき −１５００ ＜ ｆ１ＤＯＥ ／ ｆ ｔ ＜ −１５ （５） の条件式を満足することを特徴とした請求項１のズーム
    レンズ。
  4. 【請求項４】 前記回折光学素子は第１群と第４群に含
    まれており、ｆ１ＤＯＥを前記第１群に含まれている回
    折光学素子の回折成分のみの焦点距離、ｆ４ＤＯＥを前
    記第４群に含まれている回折光学素子の回折成分のみの
    焦点距離、ｆｔは望遠端での全系の焦点距離としたとき １５ ＜ ｆ４ＤＯＥ／ ｆ ｔ ＜ １５００ （４） −１５００ ＜ ｆ１ＤＯＥ ／ ｆ ｔ ＜ −１５ （５） の条件式を満足することを特徴とした請求項１のズーム
    レンズ。
  5. 【請求項５】 ｆｗ、ｆｔを各々広角端、望遠端での全
    系の焦点距離、ｆｉを第ｉ群の焦点距離としたとき 【数１】 の条件式を満足することを特徴とした請求項１から４の
    いずれか１項のズームレンズ。
  6. 【請求項６】 ｆｗを広角端での全系の焦点距離、ＳＫ
    ｗを広角端でのバックフォーカスとしたとき １．６ ＜ ＳＫｗ／ｆｗ ＜ ２．８ （１０） の条件式を満足することを特徴とした請求項１から５の
    いずれか１項のズームレンズ。
  7. 【請求項７】 前記第１群は、レンズ中心からレンズ周
    辺にいくに従って負の屈折力が弱くなる形状の非球面を
    有することを特徴とした請求項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２群と前記第４群は、変倍の際一
    体で移動することを特徴とした請求項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１群は変倍の際、像面側に凸状の
    軌跡で移動することを特徴とした請求項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３群の物体側もしくは像側に隣
    接して絞りが配置されていることを特徴とした請求項１
    から９のいずれか１項のズームレンズ。
  11. 【請求項１１】 前記第４群は、レンズ中心からレンズ
    周辺にいくに従って正の屈折力が弱くなる形状の非球面
    を有することを特徴とした請求項１から１０のいずれか
    １項のズームレンズ。
  12. 【請求項１２】 前記回折光学素子に入射、射出する光
    線と前記回折光学素子の面法線とのなす角をθとしたと
    き −１５ ＜ θ ＜ １５ （１１） の条件式を満足することを特徴とした請求項１から１１
    のいずれか１項のズームレンズ。
  13. 【請求項１３】 前記回折光学素子は積層構造であるこ
    とを特徴とした請求項１から１２のいずれか１項のズー
    ムレンズ。
  14. 【請求項１４】 前記回折光学素子の光線有効径内全域
    で、Ｃｉを位相係数、ｈを光軸中心からの高さ、λｏは
    基準波長とし Ｑ（ｈ）＝（Ｃｌ・ｈ2＋Ｃ２・ｈ4＋Ｃ３・ｈ6＋…）
    ／λｏ とおいたとき ｜ｄＱ（ｈ）／ｄｈ｜＜ ３０ （１２） の条件式を満足することを特徴とした請求項１から１３
    のいずれか１項のズームレンズ。
  15. 【請求項１５】 請求項１から１４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。
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