JP2003215457A - ズームレンズ及びそれを有する光学機器 - Google Patents

ズームレンズ及びそれを有する光学機器

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JP2003215457A
JP2003215457A JP2002016945A JP2002016945A JP2003215457A JP 2003215457 A JP2003215457 A JP 2003215457A JP 2002016945 A JP2002016945 A JP 2002016945A JP 2002016945 A JP2002016945 A JP 2002016945A JP 2003215457 A JP2003215457 A JP 2003215457A
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lens
lens group
distance
zoom
group
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JP2002016945A
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Takashi Shirasago
貴司 白砂
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Canon Inc
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/143—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only
    • G02B15/1431—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being positive
    • G02B15/143105—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being positive arranged +-+

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折光学素子を用いることでコンパクトで良
好な光学性能の特に倍率色収差の小さなズームレンズ及
びそれを用いた光学機器を得ること。 【解決手段】 物体側より順に、正の屈折力の第１レン
ズ群、負の屈折力の第２レンズ群、及び正の屈折力のレ
ンズ群を含み全体として正の屈折力の後続レンズ群を有
し、広角端に対し望遠端での、該第１レンズ群と第２レ
ンズ群の間隔が大きくなるように該第１レンズ群が光軸
上を移動して変倍を行うズームレンズにおいて、物体距
離の変化に伴う焦点位置の調整を、該いずれかのレンズ
群を単独または複数同時に光軸上を移動させて行い、該
焦点位置の調整を行うレンズ群は光軸に対し回転対称な
回折光学面を１面以上有すること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フィルム用カメ
ラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等に好適なズームレ
ンズ及びそれを有する光学機器に関し、特に良好な色収
差補正を達成した高画質かつレンズ系全体がコンパクト
なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、銀塩写真やビデオ及びデジタルカ
メラ用のズームレンズは、写真フィルムの微粒子化やＣ
ＣＤの高画素化により、高変倍でかつ高画質なものが要
求されている。
【０００３】なかでも、撮影領域の拡大という面で、銀
塩写真、ビデオ、デジタルカメラにかかわらず、より長
焦点距離で高倍率撮影が可能な撮影レンズが望まれてお
り、なかでもその長焦点距離を含む望遠型のズームレン
ズは特に要望が大きい。
【０００４】しかしながら、このような長焦点距離の撮
影レンズは像面湾曲や非点収差の補正が比較的易しい反
面、色収差の発生を小さく抑えるのが非常に困難な面が
ある。また、通常の屈折光学系のみでレンズ系を構成し
た場合、満足な光学性能を維持するためにはレンズ全系
の望遠比を或る程度の大きさ以上にしなくてはならな
い。
【０００５】結果このような長焦点距離のレンズ系はレ
ンズ全長が非常に大きくなってしまい、取り扱い上非常
に不便となる。そして、これらの難点はこの長焦点距離
を含むズームレンズで達成しようとするとさらに顕著に
なる。
【０００６】特開平４−３０１８１１号公報では、物体
側より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群そして負の屈
折力の第５群の５つのレンズ群を有し、該第１群を物体
側へ、該第２群を像面側へ移動させて広角端から望遠端
への変倍を行い、変倍に伴う像面変動を該第４群を移動
させて補正すると共に該第４群を移動させてフォーカス
を行った長焦点距離を含むズームレンズが提案されてい
る。
【０００７】又、特開平４−３０１６１２号公報では物
体側より順に、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、そして
負の屈折力の第５群の５つのレンズ群を有し、第２群を
移動させて変倍を行い、第４群を移動させて変倍に伴う
像面変動の補正とフォーカスを行い、レンズ系全体をテ
レフォトタイプに近づけてレンズ全長の短縮化を図った
５群タイプのズームレンズが提案されている。
【０００８】一方最近のズームレンズは、非球面の製造
技術や設計応用の進歩により、レンズ性能を決定する諸
収差の補正が少ないレンズ枚数構成においても容易とな
っており、ズームレンズの小型、高性能化に非常に大き
な成果をもたらしている。
【０００９】しかしながら色収差に関しては、その補正
はレンズ系を構成する硝材の色分散特性及び正、負レン
ズの組み合わせによる色消し条件に関わるため、非球面
効果による色収差の補正は多く期待できない。
【００１０】この色収差の発生、変動を小さく抑える方
法として、近年では回折光学素子を用いた撮像光学系
が、例えば特開平４−２１３４２１号公報、特開平８−
３２４２６２号公報で提案されている。これらの従来例
は単レンズに回折光学素子を応用したものであり、色収
差に対する言及はあるが、ズームレンズ特有の色収差の
ズーミングによる変動の除去等の考察、記載はなく、ズ
ームレンズへの応用は行われていない。
【００１１】回折光学素子を利用したズームレンズは、
例えば特開平１１−１３３３０５号公報で提案されてい
る。
【００１２】本提案では、正の屈折力の第１レンズ群、
負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群
を含む構成において、回折光学面を第１レンズ群内に配
置することにより変倍により大きく悪化する色収差を補
正している。尚、フォーカスによる収差変動については
言及されておらず、その点で検討の余地があった。
【００１３】又、米国特許第５，２６８，７９０号では
正、負、正、そして正の屈折力のレンズ群の４つのレン
ズ群より成る４群ズームレンズにおいて、変倍用の第２
群又は変倍に伴う像面変動を補正する為の第３群に回折
光学素子を用いたズームレンズが提案されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】一般に高変倍で長焦点
距離を含むズームレンズでは変倍による色収差の変動が
大きくなってきて全変倍範囲にわたり、又物体距離全般
にわたり高い光学性能を得るのが大変難しくなってく
る。
【００１５】特にズーム比が４倍程度の高い変倍比のズ
ームレンズでは各レンズ群内で発生する色収差を補正す
るため、張り合わせレンズを用いることが多い。そして
レンズ群に対し、非球面を用いることによりレンズ群の
レンズ枚数を削減し、レンズ全長を短くする方法がとら
れている。
【００１６】しかしながら、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、変倍に伴う
色収差の変動を良好に補正することが困難になってく
る。
【００１７】本発明は、回折光学素子及び各レンズ群の
レンズ構成を適切に設定することにより、広角端から望
遠端に至る全変倍範囲にわたり、又無限遠物体から超至
近物体に至る物体距離全般にわたり、良好なる光学性能
を有したズームレンズ及びそれを有する光学機器の提供
を目的とする。
【００１８】この他本発明は、レンズ系の最適な場所に
回折光学素子を配置することによりズーミングやフォー
カシングに伴う色収差の悪化を抑制した、高性能な写真
用カメラやビデオカメラ、デジタルカメラ等に好適なズ
ームレンズ及びそれを有する光学機器の提供を目的とす
る。
【００１９】
【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、正の屈折力の第１レンズ
群、負の屈折力の第２レンズ群、及び正の屈折力のレン
ズ群を含み全体として正の屈折力の後続レンズ群を有
し、広角端に対し望遠端での該第１レンズ群と第２レン
ズ群の間隔が大きくなるように、該第１レンズ群が光軸
上を移動して変倍を行うズームレンズにおいて、物体距
離の変化に伴う焦点位置の調整を、該いずれかのレンズ
群を単独または複数同時に光軸上を移動させて行い、該
焦点位置の調整を行うレンズ群は回折光学面を１面以上
有することを特徴としている。
【００２０】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記焦点位置の調整を行うレンズ群は、１つ以上の
接合面を有し、前記回転対称な回折光学面は該接合面の
１つ以上に配置されていることを特徴としている。
【００２１】請求項３の発明は請求項１の発明におい
て、前記焦点位置の調整を行うレンズ群は、微小な空気
間隔を隔てて向かい合う、互いに略同じ曲率半径を有す
る隣接面を有し、前記回折光学面は該隣接面に配置され
ていることを特徴としている。
【００２２】請求項４の発明のズームレンズは、物体側
より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第
２レンズ群、及び正の屈折力のレンズ群を含み全体とし
て正の屈折力の後続レンズ群を有し、広角端に対し望遠
端での該第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が大きくな
るように、該第１レンズ群が光軸上を移動して変倍を行
うズームレンズにおいて、物体距離の変化に伴う焦点位
置の調整は該第１レンズ群を光軸に沿って移動させるこ
とで行い、該第１レンズ群は、回折光学面を１面以上有
することを特徴としている。
【００２３】請求項５の発明は請求項４の発明におい
て、前記第１レンズ群は、２つのレンズ要素及び該２つ
のレンズ要素の接合面もしくは微小な空気間隔を隔てた
隣接面に配置された回折光学面より成ることを特徴とし
ている。
【００２４】請求項６の発明のズームレンズは、物体側
より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第
２レンズ群、及び正の屈折力のレンズ群を含み全体とし
て正の屈折力の後続レンズ群を有し、広角端に対し望遠
端での該第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が大きくな
るように、該第１レンズ群が光軸上を移動して変倍を行
うズームレンズにおいて、物体距離の変化に伴う焦点位
置の調整は該第２レンズ群を光軸に沿って移動させるこ
とで行い、該第２レンズ群は、回折光学面を１面以上有
することを特徴としている。
【００２５】請求項７の発明のズームレンズは、物体側
より順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の
第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、正の屈
折力の第４レンズ群と、負の屈折力の第５レンズ群を有
し、広角端に対し望遠端での第１レンズ群と第２レンズ
群の間隔が大きくなり、第２レンズ群と第３レンズ群の
間隔が小さくなり、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔
が大きくなり、第４レンズ群と第５レンズ群が間隔が小
さくなるようにレンズ群を移動させて変倍を行うズーム
レンズにおいて、物体距離の変化に伴う焦点位置の調整
を、該第１レンズ群を光軸上を移動させて行い、該第１
レンズ群は回折光学面を１面以上有することを特徴とし
ている。
【００２６】請求項８の発明は請求項７の発明におい
て、前記第１レンズ群は、１つ以上の接合面もしくは微
小な空気間隔を隔てた隣接面を有し、前記回折光学面は
該接合面もしくは隣接面の１つ以上に配置されているこ
とを特徴としている。
【００２７】請求項９の発明のズームレンズは、物体側
より順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の
第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、正の屈
折力の第４レンズ群を有し、広角端に対し望遠端での第
１レンズ群と第２レンズ群の間隔が大きくなり、第２レ
ンズ群と第３レンズ群の間隔が小さくなり、第３レンズ
群と第４レンズ群の間隔が小さくなるようにレンズ群を
移動させて変倍を行うズームレンズにおいて、物体距離
の変化に伴う焦点位置の調整を、該第２レンズ群を光軸
に沿って移動させて行い、該第２レンズ群は光軸に対し
回転対称な回折光学面を１面以上有することを特徴とし
ている。
【００２８】請求項１０の発明は請求項９の発明におい
て、前記第２レンズ群は、１つ以上の接合面もしくは微
小な空気間隔を隔てた隣接面を有し、前記回折光学面は
該接合面もしくは隣接面の１以上に配置されていること
を特徴としている。
【００２９】請求項１１の発明は請求項１から１０の発
明において、撮像素子上に像を形成するための光学系で
あることを特徴としている。
【００３０】請求項１２の発明の光学機器は、請求項１
から１１のいずれか１項のズームレンズと、該ズームレ
ンズによって形成された像を受光する撮像素子を有して
いることを特徴としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の後述する実施形態
１のズームレンズの広角端のレンズ断面図である。図
２、図３は本発明の実施形態１のズームレンズの広角端
における、物体距離無限遠のとき、および物体距離１．
８ｍのときの縦収差図である。図４、図５は本発明の実
施形態１のズームレンズの望遠端における、物体距離無
限遠のとき、および距離１．８ｍのときの縦収差図であ
る。
【００３２】図６は本発明の後述する実施形態２のズー
ムレンズの広角端のレンズ断面図である。図７、図８は
本発明の実施形態２のズームレンズの広角端における、
物体距離無限遠のとき、および物体距離１．８ｍのとき
の縦収差図である。図９、図１０は本発明の実施形態２
のズームレンズの望遠端における、物体距離無限遠のと
き、および物体距離１．８ｍのときの縦収差図である。
【００３３】図１１は本発明の後述する実施形態３のズ
ームレンズの広角端のレンズ断面図である。図１２、図
１３は本発明の実施形態３のズームレンズの広角端にお
ける、物体距離無限遠のとき、および物体距離０．８ｍ
のときの縦収差図である。図１４、図１５は本発明の実
施形態３のズームレンズの望遠端における、物体距離無
限遠のとき、および物体距離０．８ｍのときの縦収差図
である。
【００３４】図１、図６の実施形態１、２のレンズ断面
図において、Ｌ１は正の屈折力の第１群（第１レンズ
群）、Ｌ２は負の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ
３は正の屈折力の第３群（第３レンズ群）、Ｌ４は正の
屈折力の第４群（第４レンズ群）、Ｌ５は負の屈折力の
第５群（第５レンズ群）、ＳＰは絞りであり、第３群の
前方に設けており、変倍に際して一体的に移動してい
る。ＩＰは像面であり、撮像素子の撮像面や写真用フィ
ルムが位置している。
【００３５】第１群Ｌ１、第２群Ｌ２は先行レンズ郡Ｌ
Ｆを構成し、第３群Ｌ３、第４群Ｌ４、第５群Ｌ５は全
体として正の屈折力の後続レンズ群ＬＢを構成してい
る。矢印は広角端から望遠端への変倍に伴う各レンズ群
の移動軌跡を示している。
【００３６】広角端に対し望遠端での第１レンズ群Ｌ１
と第２レンズ群Ｌ２の間隔が大となり、第２レンズ群Ｌ
２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が小となり、第３レンズ群
Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔が大となり、第４レンズ
群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５の間隔が小となるように各レ
ンズ群を移動させている。また、絞りＳＰは第３レンズ
群と一体的に移動させているが、独立に移動させても良
い。
【００３７】実施形態１、２は広角端から望遠端への変
倍に際し、前記第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の
間隔が増大するように前記第１レンズ群Ｌ１が物体側へ
移動するような構成となっている。無限遠物体から至近
物体への変化時のフォーカスは第1レンズ群Ｌ１を物体
側へ繰り出すことで行っている。
【００３８】このような構成とすることで、第１レンズ
群Ｌ１の正の屈折力は、特に望遠側においてテレフォト
タイプの屈折力配置を取る為の役割を担っており、第１
レンズ群Ｌ１によってＦナンバー光束（軸上光束）を収
斂させることにより、後続レンズ群ＬＢの有効外径を小
さくして、レンズ系全体のコンパクト化を図っている。
また、第１レンズ群Ｌ１を光軸上に移動させてフォーカ
シングを行う構成とすることで、フォーカシング時の収
差変動を抑え、且つそのメカ機構の簡素化を容易にして
いる。
【００３９】図１の実施形態１でのズームレンズでは上
記構成において更にフォーカシングを行う第１レンズ群
を負の第１レンズＧ１、正の第２レンズＧ２、正の第３
レンズＧ３より構成し、第１レンズ群Ｌ１中に光軸に対
し回転対称な回折光学面を設けている。このような構成
とすることで、その回折光学面の持つ色収差補正能力に
よりフォーカシング時に大きく悪化する軸上色収差と倍
率色収差を抑え、またその回折光学面の持つ非球面効果
を有効に利用してフォーカシング時のその他諸収差によ
る画質劣化を極力抑える様な構成となっている。
【００４０】また実施形態１では、前記回折光学面には
軸上光束が大きな光束幅をもって通過し、且つ軸外周辺
光束が光軸から離れた高い範囲を通過する形になり、広
角端から望遠端への変倍に際し大きく悪化する軸上色収
差と倍率色収差をも良好に補正することが可能で、全変
倍域及びフォーカシング全域において高い光学性能を有
したズームレンズを実現している。
【００４１】また、上記のような構成では、特に望遠端
側で顕著に発生する色収差の補正を回折光学面が担って
いるため、他の屈折力のみを有す光学要素（レンズ）で
の色収差補正の分担が非常に小さくて済む。そのため、
比較的比重の大きい、材質のアッベ数が７５以上といっ
たような低分散ガラスを使用する必要がなくなり、第１
レンズ群Ｌ１全体を軽量化することが可能になるため、
第１レンズ群Ｌ１でフォーカシングを行う際の駆動機構
への負担が軽減され、非常に有利となっている。
【００４２】また、実施形態１では回折光学面は、第１
レンズ群中、微小な空気間隔を隔てた第１レンズＧ１と
第２レンズＧ２の隣接面に積層構造で配置されている。
このような構成とすることで回折光学面を密閉して構成
することができ、非常に微細な構造である該回折光学面
を汚れや傷、変形などから守るのに有利となっている。
【００４３】また、第１レンズ群Ｌ１に設けた回折光学
面については、軸上物点及び軸外物点からの光線が出来
るだけ回折光学面へ垂直に入射するよう、平面または物
体側へ凸面を向けたレンズ面に設けるのがよく、これに
より、回折効率の低下を緩和することが出来る。望まし
くは、レンズ面の法線に対し、±１５°未満で光線が入
射するようなレンズ面に回折光学面を設定するのが良
い。
【００４４】実施形態１は物体側より順に、第１群Ｌ１
は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、物体
側に凸面を向けた正レンズ、物体側に凸面を向けた正レ
ンズを有し、第２群Ｌ２は、両レンズ面が凹面の負レン
ズ、物体側に凸面を向けた正レンズを有し、第３群Ｌ３
は、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、両
レンズ面が凸面の正レンズを有し、第４群Ｌ４は、両レ
ンズ面が凸面の正レンズ、物体側に凹面を向けた負レン
ズ、両レンズ面が凸面の正レンズを有し、第５群Ｌ５
は、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、像
面側に凹面を向けた負レンズ、物体側に凸面を向けた正
レンズを有している。
【００４５】図６の実施形態２では、第１レンズ群Ｌ１
中に実施形態１と同様に回折光学面を設けて、実施形態
１と同様の効果を得ている。又、第１レンズ群を負の第
１レンズＧ１、正の第２レンズＧ２の２枚構成としてい
る。実施形態２では、第１レンズ群Ｌ１中に第１レンズ
Ｇ１と第２レンズＧ２との間に回折光学面を配置したこ
とにより実施形態１と同様の効果を得るとともに、第１
レンズ群Ｌ１の収差補正能力を維持しつつ構成レンズ枚
数を減らしている。
【００４６】実施形態２では、第１レンズ群Ｌ１でフォ
ーカシングを行うようにした際、前記のように第１レン
ズ群Ｌ１を２枚構成とし、第１レンズ群Ｌ１でフォーカ
シングを行う際の駆動負荷を軽減させている。
【００４７】実施形態２は物体側より順に、第１群Ｌ１
は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、物体
側に凸面を向けた正レンズを有し、第２群Ｌ２は、両レ
ンズ面が凹面の負レンズ、物体側に凹面を向けた負レン
ズ、両レンズ面が凸面の正レンズを有し、第３群Ｌ３
は、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズ、物
体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、両レンズ
面が凸面の正レンズを有し、第４群Ｌ４は、両レンズ面
が凸面の正レンズ、物体側に凹面を向けた負レンズ、物
体側に凸面を向けた正レンズを有し、第５群Ｌ５は、物
体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、像面側に
凹面を向けた負レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズ
を有している。
【００４８】図１１の実施形態３のレンズ断面図におい
て、Ｌ１は正の屈折力の第１群（第１レンズ群）、Ｌ２
は負の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ３は正の屈
折力の第３群、Ｌ４は正の屈折力の第４群である。ＳＰ
は開口絞りであり、第３群Ｌ３の前方に配置しており、
変倍に際して、第３群Ｌ３と一体的に移動している。Ｉ
Ｐは像面であり、撮像素子等の撮像面が位置している。
【００４９】第１群Ｌ１、第２群Ｌ２は先行レンズ群Ｌ
Ｆを構成し、第３群Ｌ３、第４群Ｌ４は全体として正の
屈折力の後続レンズ群ＬＢを構成している。矢印は広角
端から望遠端への変倍に伴う各レンズ群の移動軌跡を示
している。
【００５０】広角端に対し、望遠端での第１レンズ群Ｌ
１と第２レンズ群Ｌ２の間隔が大となり、第２レンズ群
Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が小となり、第３レンズ
群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔が小となるように各レ
ンズ群を移動させている。
【００５１】図１１の実施形態３は、広角端から望遠端
への変倍に際し、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２
の間隔が増大するように第１レンズ群Ｌ１が物体側へ移
動するような構成となっている。無限遠物体から至近物
体への変化時のフォーカスは前記第２レンズ群Ｌ２を物
体側へ繰り出すことで行っている。
【００５２】ここでもフォーカシング群である第２レン
ズ群Ｌ２中の、第４レンズＧ４と第５レンズＧ５の間の
微小な空気間隔を隔てた隣接面に実施形態１と同様の回
折光学面を配置している。これにより実施形態１と同様
の効果を得ている。即ち、無限遠物体から至近物体まで
のフォーカシングにおいても良好な光学性能を維持した
ズームレンズを実現している。
【００５３】実施形態３は物体側より順に、第１群Ｌ１
は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、物体
側に凸面を向けた正レンズを有し、第２群Ｌ２は、像面
側に凹面を向けた負レンズ、像面側に凹面を向けた負レ
ンズ、物体側に凸面を向けた正レンズを有し、第３群Ｌ
３は、両レンズ面が凸面の正レンズ、物体側に凹面を向
けた負レンズ、物体側に凹面を向けた負レンズを有し、
第４群Ｌ４は、両レンズ面が凸面の正レンズ、像面側に
凹面を向けた負レンズを有している。
【００５４】各実施形態において用いる回折光学素子
は、正の屈折力の第１群Ｌ１内に配置している実施形態
１、２では回折光学面が正の屈折力を有するようにして
おり、負の屈折力の第２群Ｌ２に配置している実施形態
３では回折光学面が負の屈折力を有するようにしてい
る。これによって屈折によって発生する色収差を回折光
学面で打ち消している。
【００５５】なお、各実施形態では回折光学素子を１つ
用いているが、更に回折光学素子を追加しても良く、こ
れによれば、更に良好な光学性能が得られる。追加する
回折光学素子は、正の屈折力であっても負の屈折力であ
ってもよく、特に負の屈折力の回折光学素子を追加する
場合は、光学系の像面寄りで瞳近軸光線の入射高が比較
的高く、かつ、近軸軸上光線の入射高が比較的低くなる
位置に配置するのが良い。これによれば、倍率色収差を
更に良好に補正することができる。また、各回折光学素
子は平面或いは球面に配置してあるが、非球面をベース
としてもよく、又、対向する両面に施してもよい。更
に、ベースの材質は光を透過するものであれば、特にガ
ラスでなくてもプラスチック等の他の材質でも良い。
【００５６】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値的に製作した光学素子であるバイナリーオプテック
スで製作してもよい。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転写する方法（いわゆる複合
型非球面、レプリカ非球面など）で作成してもよい。
【００５７】位相形状で表わされる回折光学素子の回折
格子形状（回折光学面又は回折光学部ともいう。）は、
例えば図１６に示すキノフォーム形状が適用可能であ
る。図１７は図１６に示す回折光学素子の１次回折効率
の波長依存特性を示している。実際の回折光学素子１０
１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次回折効率が１００％となる
ような格子厚ｄの格子部１０３を複数形成した回折格子
を設けて構成している。
【００５８】図１７で明らかなように設計次数での回折
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０次、２次回折光が増大
している。こ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。
【００５９】そこで図１８に示す積層型の回折格子を本
発明の実施形態における回折光学素子の格子形状（回折
光学面）として用いても良い。
【００６０】図１９はこの構成の回折光学素子の１次回
折効率の波長依存特性である。具体的な構成としては、
基材上に紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９９，νｄ＝５
４）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（ｎｄ＝１．５９８，νｄ＝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の格子部の
格子厚ｄ１はｄ１＝１３．８μｍ、第２の回折格子の格
子部の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．５μｍとしている。
【００６１】図１９から分かるように積層構造の回折格
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。
【００６２】この他、図２０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。図２０
に示す２つの回折格子１０６，１０７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２１に
示す。図２０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１０７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１０６を形成して
いる。
【００６３】図２１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。
【００６４】図２２は３つの回折格子１０６、１０７、
１０８を用いた回折光学素子の説明図である。回折格子
を３層以上積層すれば、更に良好なる光学特性が得られ
る。
【００６５】図２３は図２２に示す回折光学素子の１次
回折光の回折効率の波長依存特性の説明図である。
【００６６】図２２で示す積層構造の回折光学素子を用
いれば、空気層に触れる部分の回折格子の格子厚を薄く
することが可能となる。それにより回折格子のエッジの
壁部分で発生する散乱光によるフレアが低減され、また
回折格子に入射する光の入射角の増大に伴う回折効率低
下の軽減も可能となり、光学性能は更に改善される。
【００６７】また、各実施形態で用いる回折光学素子を
積層構造の回折格子にしてレンズの接合面または微小な
空気間隔を持った隣接面に配置することにより、回折格
子を外気に触れにくい構成とすることができ、ごみの付
着、汚れなどによる画質を劣化させる不要な散乱光の発
生を低減している。
【００６８】このように本発明の各実施形態で用いる回
折光学素子として積層構造の回折格子を用いることで、
光学性能を更に改善している。
【００６９】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
のプラスチック材なども使用できるし、基材によって
は、第１の回折格子を直接基材に形成してもよい。
【００７０】また、各格子厚が異なる必要はなく、材料
の組み合わせによっては図２４に示すように２つの格子
部の格子厚を等しくできる。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、
回折光学素子の組み立て作業性が向上し、より安価な光
学系を提供できる。
【００７１】図２５は本発明のズームレンズをフィルム
用カメラやデジタルカメラ等の一眼レフカメラに適用し
たときの光学機器の要部概略図である。
【００７２】図２５において２０はカメラ本体、２１は
本発明のズームレンズ、２２は撮像手段であり、フィル
ム、ＣＣＤ等から成っている。２３はファインダー系で
あり、被写体像が形成される焦点板２５、像反転手段と
してのペンタプリズム２６焦点版２５上の被写体像を観
察する為の接眼レンズ２７を有している。２４はクイッ
クリターンミラーである。
【００７３】次に、本発明の実施形態１〜３に各々対応
する数値実施例１〜３を示す。各数値実施例においてｉ
は物体側からの光学面の順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の
光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１
面との間の間隔、ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第
ｉ番目の光学部材の材質の屈折率、アッベ数を示す。こ
こで、曲率半径および面間隔の単位はｍｍ（ミリメート
ル）である。
【００７４】ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは
半画角である。またｋを離心率、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ・
・・を非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方
向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形
状は、 ｘ＝(ｈ2／Ｒ)／[１＋[１−(１＋ｋ)(ｈ／Ｒ)2]1/2]＋
Ｂｈ4＋Ｃｈ6＋Ｄｈ8＋Ｅｈ10＋Ｆｈ12・・・ で表される。但しＲは曲率半径である。また、例えば
「ｅ−Ｚ」の表示は「１０ -Z」を意味する。
【００７５】各数値実施例は共にＤで示す面に回折光学
素子が設けられており、ＡＬで示す面は非球面である。
【００７６】ここで、各数値実施例の回折作用する回折
光学部の位相形状φは、次式によって定義している。
【００７７】φ（ｈ，ｍ）＝（２π／ｍλ0）（Ｃ1ｈ2
＋Ｃ2ｈ4＋Ｃ3ｈ6…） 但し、 ｈは光軸に対して垂直方向の高さ、ｍは回折光
の回折次数、λ0は設計波長、Ｃｉは位相係数（ｉ＝
１，２，３…）である。
【００７８】この時、任意の波長λ、任意の回折次数ｍ
に対する回折光学面Ｄの屈折力φDは、最も低次の位相
係数Ｃ1を用いて次のように表わすことができる。
【００７９】φD（λ，ｍ）＝−２Ｃ1ｍλ／λ0 各数値実施例において、回折光の回折次数ｍは１であ
り、設計波長λ0はｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）で
ある。
【００８０】
【外１】
【００８１】
【外２】
【００８２】
【外３】
【００８３】
【発明の効果】本発明によれば、回折光学素子及び各レ
ンズ群のレンズ構成を適切に設定することにより、広角
端から望遠端に至る全変倍範囲にわたり、又無限遠物体
から超至近物体に至る物体距離全般にわたり、良好なる
光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する光学機
器を達成することができる。
【００８４】この他本発明によれば、レンズ系の最適な
場所に回折光学素子を配置することによりズーミングや
フォーカシングに伴う色収差の悪化を抑制した、高性能
な写真用カメラやビデオカメラ、デジタルカメラ等に好
適なズームレンズ及びそれを有する光学機器を達成する
ことができる。
【００８５】この他本発明によれば、色収差を始めとす
る諸収差を全変倍域及び全フォーカシング域において良
好に補正した、高性能なズームレンズ及びそれを有する
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】 本発明の実施形態１の広角端におけるレンズ
断面図
【図２】 本発明の実施形態１の広角端における無限遠
物体の縦収差図
【図３】 本発明の実施形態１の広角端における物体距
離１．８ｍのときの縦収差図
【図４】 本発明の実施形態１の望遠端における無限遠
物体の縦収差図
【図５】 本発明の実施形態１の望遠端における物体距
離１．８ｍのときの縦収差図
【図６】 本発明の実施形態２の広角端におけるレンズ
断面図
【図７】 本発明の実施形態２の広角端における無限遠
物体の縦収差図
【図８】 本発明の実施形態２の広角端における物体距
離１．８ｍのときの縦収差図
【図９】 本発明の実施形態２の望遠端における無限遠
物体の縦収差図
【図１０】 本発明の実施形態２の望遠端における物体
距離１．８ｍのときの縦収差図
【図１１】 本発明の実施形態３の広角端におけるレン
ズ断面図
【図１２】 本発明の実施形態３の広角端における無限
遠物体の縦収差図
【図１３】 本発明の実施形態３の広角端における物体
距離０．８ｍのときの縦収差図
【図１４】 本発明の実施形態３の望遠端における無限
遠物体の縦収差図
【図１５】 本発明の実施形態３の望遠端における物体
距離０．８ｍのときの縦収差図
【図１６】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【図１７】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図
【図１８】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【図１９】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図
【図２０】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【図２１】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図
【図２２】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【図２３】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図
【図２４】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【図２５】 本発明の光学機器の説明図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群 Ｌ２ 第２群 Ｌ３ 第３群 Ｌ４ 第４群 Ｌ５ 第５群 ＳＰ 開口絞り ＩＰ 像面 ｄ ｄ線 ｇ ｇ線 ΔＳ サジタル像面 ΔＭ メリディオナル像面 ω 画角 Ｆｎｏ Ｆナンバー １０１ 回折光学素子 １０２ 基板 １０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８
回折格子 ２１ ズームレンズ ２２ 撮像手段 ２３ ファインダー系 ２４ クイックリターンミラー ２５ 焦点版
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 AA04 AA18 AA33 AA40 AA43 AA51 AA55 AA65 2H087 KA02 KA03 MA12 MA13 PA07 PA09 PA10 PA16 PA20 PB10 PB13 PB14 QA02 QA06 QA17 QA21 QA25 QA26 QA39 QA41 QA42 QA46 RA05 RA12 RA13 RA32 RA46 SA23 SA27 SA29 SA32 SA43 SA47 SA49 SA52 SA55 SA62 SA63 SA64 SA65 SA66 SB03 SB04 SB13 SB14 SB23 SB24 SB33 SB34 SB44

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体側より順に、正の屈折力の第１レン
    ズ群、負の屈折力の第２レンズ群、及び正の屈折力のレ
    ンズ群を含み全体として正の屈折力の後続レンズ群を有
    し、広角端に対し望遠端での該第１レンズ群と第２レン
    ズ群の間隔が大きくなるように、該第１レンズ群が光軸
    上を移動して変倍を行うズームレンズにおいて、 物体距離の変化に伴う焦点位置の調整を、該いずれかの
    レンズ群を単独または複数同時に光軸上を移動させて行
    い、該焦点位置の調整を行うレンズ群は回折光学面を１
    面以上有することを特徴とするズームレンズ。
  2. 【請求項２】 前記焦点位置の調整を行うレンズ群は、
    １つ以上の接合面を有し、前記回折光学面は該接合面の
    １つ以上に配置されていることを特徴とする請求項１に
    記載のズームレンズ。
  3. 【請求項３】 前記焦点位置の調整を行うレンズ群は、
    微小な空気間隔を隔てて向かい合う、互いに略同じ曲率
    半径を有する隣接面を有し、前記回折光学面は該隣接面
    に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のズ
    ームレンズ。
  4. 【請求項４】 物体側より順に、正の屈折力の第１レン
    ズ群、負の屈折力の第２レンズ群、及び正の屈折力のレ
    ンズ群を含み全体として正の屈折力の後続レンズ群を有
    し、広角端に対し望遠端での該第１レンズ群と第２レン
    ズ群の間隔が大きくなるように、該第１レンズ群が光軸
    上を移動して変倍を行うズームレンズにおいて、 物体距離の変化に伴う焦点位置の調整は該第１レンズ群
    を光軸に沿って移動させることで行い、該第１レンズ群
    は、回折光学面を１面以上有することを特徴とするズー
    ムレンズ。
  5. 【請求項５】 前記第１レンズ群は、２つのレンズ要素
    及び該２つのレンズ要素の接合面もしくは微小な空気間
    隔を隔てた隣接面に配置された回折光学面より成ること
    を特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。
  6. 【請求項６】 物体側より順に、正の屈折力の第１レン
    ズ群、負の屈折力の第２レンズ群、及び正の屈折力のレ
    ンズ群を含み全体として正の屈折力の後続レンズ群を有
    し、広角端に対し望遠端での該第１レンズ群と第２レン
    ズ群の間隔が大きくなるように、該第１レンズ群が光軸
    上を移動して変倍を行うズームレンズにおいて、 物体距離の変化に伴う焦点位置の調整は該第２レンズ群
    を光軸に沿って移動させることで行い、該第２レンズ群
    は、回折光学面を１面以上有することを特徴とするズー
    ムレンズ。
  7. 【請求項７】 物体側より順に、正の屈折力の第１レン
    ズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第
    ３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群と、負の屈折
    力の第５レンズ群を有し、広角端に対し望遠端での第１
    レンズ群と第２レンズ群の間隔が大きくなり、第２レン
    ズ群と第３レンズ群の間隔が小さくなり、第３レンズ群
    と第４レンズ群の間隔が大きくなり、第４レンズ群と第
    ５レンズ群が間隔が小さくなるようにレンズ群を移動さ
    せて変倍を行うズームレンズにおいて、 物体距離の変化に伴う焦点位置の調整を、該第１レンズ
    群を光軸上を移動させて行い、該第１レンズ群は回折光
    学面を１面以上有することを特徴とするズームレンズ。
  8. 【請求項８】 前記第１レンズ群は、１つ以上の接合面
    もしくは微小な空気間隔を隔てた隣接面を有し、前記回
    折光学面は該接合面もしくは隣接面の１つ以上に配置さ
    れていることを特徴とする請求項７に記載のズームレン
    ズ。
  9. 【請求項９】 物体側より順に、正の屈折力の第１レン
    ズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第
    ３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群を有し、広角
    端に対し望遠端での第１レンズ群と第２レンズ群の間隔
    が大きくなり、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が小
    さくなり、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が小さく
    なるようにレンズ群を移動させて変倍を行うズームレン
    ズにおいて、 物体距離の変化に伴う焦点位置の調整を、該第２レンズ
    群を光軸に沿って移動させて行い、該第２レンズ群は光
    軸に対し回転対称な回折光学面を１面以上有することを
    特徴とするズームレンズ。
  10. 【請求項１０】 前記第２レンズ群は、１つ以上の接合
    面もしくは微小な空気間隔を隔てた隣接面を有し、前記
    回折光学面は該接合面もしくは隣接面の１つ以上に配置
    されていることを特徴とする請求項９のズームレンズ。
  11. 【請求項１１】 撮像素子上に像を形成する為の光学系
    であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１
    項に記載のズームレンズ。
  12. 【請求項１２】 請求項１から１１のいずれか１項に記
    載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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