JP2003322796A - ズームレンズ及びそれを有する光学機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折光学素子を利用し、全ズーム域・全物体
距離にわたって良好な性能を有する小型のズームレンズ
及びそれを用いた光学機器を得ること。 【解決手段】 物体側より順に、負の屈折力の第１レン
ズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レ
ンズ群を有し、広角端より望遠端へのズーミングに際
し、各レンズ群は物体側へ移動するズームレンズにおい
て、該ズームレンズは、１以上の回折光学部を有する。

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
れを有する光学機器に関し、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高変倍比のズームレンズ及びそれを
有する光学機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、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用いられる撮影レン
ズとしては、レンズ系全体が小型化で、高変倍比のズー
ムレンズが望まれている。

【０００３】レンズ系全体の小型化を図る方法の１つに
非球面を効果的に配置し、少ないレンズ枚数で光学系を
構成する方法がある。

【０００４】又、多くのズームレンズにおいては、レン
ズ系中に非球面を設けることによって諸収差を良好に補
正しつつ、レンズ系全体の小型化を図りつつ、変倍比を
得ている。

【０００５】しかしながら、非球面を効果的に配置した
としても色収差においては非球面による補正効果が少な
く、特に高変倍化を図ろうとすると変倍における色収差
の変動が増大し、これを良好に補正することが困難とな
ってくる。

【０００６】光学系の色収差を補正する方法の１つとし
て、分散の異なる２つの材質の硝材（レンズ）を組み合
わせる方法に対して、レンズ面やあるいは光学系の一部
に回折作用を有する回折格子を設けた回折光学素子を用
いて、色収差を減じる方法がＳＰＩＥ Vol.1354 Intern
ational Lens Design Conference(1990)等の文献や特開
平４−２１３４２１号公報、特開平６−３２４２６２号
公報、そしてＵＳＰ５０４４７０６号などにより開示さ
れている。

【０００７】これは、光学系中の屈折面と回折面とで
は、ある基準波長の光線に対する色収差の出方が逆方向
に発現するという物理現象を利用したものである。

【０００８】最も簡単なズームタイプとして負の屈折力
の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群の２つのレ
ンズ群より成り、双方のレンズ間隔を変えて変倍を行な
う所謂負正２群ズームレンズがある。

【０００９】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。

【００１０】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１０−１６１０２２号公報、
特開平１０−２１３７４４号公報等で提案されている。

【００１１】一方、バックフォーカスの短いレンズシャ
ッターカメラ用のズームレンズとして、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
の２つのレンズ群で構成し、両レンズ群の間隔を変えて
変倍する、所謂正負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９−１９７２７４号
公報、特開平１０−１４２５０４号公報、特開平１０−
１４２５０５号公報、特開平１１−１４９０４３号公報
等において提案されている。

【００１２】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ため光学全長が短く、広
角端におけるバックフォーカスも短い。レンズ群が全体
として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。

【００１３】２群ズームレンズの像側に負または正の屈
折力の第３レンズ群を配置し、高倍化に伴って発生する
諸収差の補正を行なった、所謂３群ズームレンズが、例
えば特公平７−３５０７号公報や、特公平６−４０１７
０号公報等で提案されている。

【００１４】一般にバックフォーカスを必要とせず光学
系の射出角を気にしなくても良いレンズシャッターカメ
ラ等に適した３群ズーム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。

【００１５】又、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
等や特開平１１−１０９２４２号公報等で提案されてい
る。

【００１６】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レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ
群、負の屈折力を有する第３レンズ群で構成された正，
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変倍比４程度のズームレンズを
実現している。

【００１７】

【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、高変倍化を図るには、例えば各レン
ズ群の屈折力を強めたり、又変倍用のレンズ群の移動量
を増加させれば良い。

【００１８】しかしながら単にレンズ群の屈折力を強め
たり、又変倍用のレンズ群の移動量を増加させると、変
倍に伴う収差変動、例えば色収差変動が増大し、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。

【００１９】ズームタイプとして、負正２群ズームレン
ズは光学全長が長くなる為、レンズ系全体の小型化にお
いては不利である。

【００２０】正負２群ズームレンズにおいて色収差を十
分に良く補正しようとすると、レンズ群が２つしかない
ために設計の自由度が少なく更に高変倍化を図ろうとす
ると色収差以外の収差補正が困難となる。特に広角端と
望遠端との中間の焦点距離のポジション（ズーム位置）
において像面がアンダーになるため、比較的少ないレン
ズ枚数で小型化と高い光学性能を維持するためには変倍
比が３程度が限界となってくる。

【００２１】一方、正正負３群ズームレンズは２群ズー
ムレンズの前述した欠点を補っており、特開平１１―２
３９６８号公報、特開平１１―１０９２４２号公報で提
案されているズームレンズは、高変倍化にある程度対応
できるが、広角化を図るのが難しい。

【００２２】本発明は、各レンズ群のレンズ構成を適切
に設定するとともに回折光学部を利用することにより、
変倍に伴う色収差の変動を良好に補正した高変倍比で全
変倍範囲にわたり良好なる光学性能を有したレンズ全長
の短いコンパクトなズームレンズ及びこれを用いた光学
機器の提供を目的とする。

【００２３】

【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レンズ
群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レン
ズ群を有し、広角端より望遠端へのズーミングに際し、
各レンズ群は物体側へ移動するズームレンズにおいて、
該ズームレンズは、１以上の回折光学部を有することを
特徴としている。

【００２４】請求項２の発明は請求項１の発明において
前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉとするとき、 ０．０５＜ ｆ３／ｆ１ ＜０．５ なる条件を満足することを特徴としている。

【００２５】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて広角端における全系のバックフォーカスをｂｆ
ｗ、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆ
ｗ、ｆｔ、望遠端における光学全長をＬｔとするとき、 ０．２＜ ｂｆｗ／ｆｗ ＜０．６ ０．７＜ Ｌｔ／ｆｔ ＜１．１ なる条件を満足することを特徴としている。

【００２６】請求項４の発明は請求項１、２又は３の発
明においてｄ線の波長をλｄ、光軸からの距離をｈ、ｉ
次の位相係数をＣｉとし、前記回折光学部によって波面
に与える位相Φ（ｈ）が、 Φ（ｈ）＝（２π／λ）・（Ｃ２・ｈ²＋Ｃ４・ｈ⁴＋Ｃ
６ｈ⁶） で表わされるとき、前記第３レンズ群は回折光学部を有
し、その位相係数Ｃ２が、 ０＜ Ｃ２ ＜ ０．０１ なる条件を満足することを特徴としている。

【００２７】請求項５の発明は請求項１から４のいずれ
か１項の発明において記第３レンズ群は１枚の負レンズ
よりなることを特徴としている。

【００２８】請求項６の発明は請求項１から５のいずれ
か１項の発明において広角端と望遠端における全系の焦
点距離を各々ｆｗ、ｆｔとするとき、 ２．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜５．０ なる条件を満足することを特徴としている。

【００２９】請求項７の発明は請求項１から６のいずれ
か１項の発明において広角端における前記第ｉレンズ群
と第（ｉ＋１）レンズ群の軸上空気間隔をＢｉｗ、望遠
端における前記第ｉレンズ群と第（ｉ＋１）レンズ群の
軸上空気間隔をＢｉｔとするとき、 ０．２＜ Ｂ１ｔ／Ｂ１ｗ ＜０．７ ０．１＜ Ｂ２ｗ／Ｂ２ｔ ＜０．７ なる条件を満足することを特徴としている。

【００３０】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レンズ群は１枚の正レン
ズからなり、該第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端
における全系の焦点距離をｆｗとするとき、 ０．４＜ ｆ２／ｆｗ ＜０．８ なる条件を満足することを特徴としている。

【００３１】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２レンズ群と第３レンズ群
は各々１以上の非球面を有することを特徴としている。

【００３２】請求項１０の発明は請求項１から９のいず
れか１項のズームレンズが撮像素子に像を形成すること
を特徴としている。

【００３３】請求項１１の発明の光学機器は請求項１か
ら１０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る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。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下に図面を用いて本発明のズー
ムレンズ及び光学機器の実施形態について説明する。

【００３５】図１は、本発明の実施形態１（後述の数値
実施例１に対応）のズームレンズの要部断面図、図２，
図３は実施形態１のズームレンズの広角端、望遠端にお
ける収差図である。

【００３６】図４は、本発明の実施形態２（後述の数値
実施例２に対応）のズームレンズの要部断面図、図５，
図６は実施形態２のズームレンズの広角端、望遠端にお
ける収差図である。

【００３７】図７は、本発明の実施形態３（後述の数値
実施例３に対応）のズームレンズの要部断面図、図８，
図９は実施形態３のズームレンズの広角端、望遠端にお
ける収差図である。

【００３８】図１０は、本発明の実施形態４（後述の数
値実施例４に対応）のズームレンズの要部断面図、図１
１，図１２は実施形態４のズームレンズの広角端、望遠
端における収差図である。

【００３９】図１３は、本発明の実施形態５（後述の数
値実施例５に対応）のズームレンズの要部断面図、図１
４，図１５は実施形態５のズームレンズの広角端、望遠
端における収差図である。

【００４０】図１６は、本発明の実施形態６（後述の数
値実施例６に対応）のズームレンズの要部断面図、図１
７，図１８は実施形態６のズームレンズの広角端、望遠
端における収差図である。

【００４１】各実施形態のレンズ断面中、Ｌ１は負の屈
折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ
群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は負の屈折
力の第３レンズ群である。ＳＰは開口絞りであり、第２
群Ｌ２の前方に配置しており、ズーミングに際し、第２
レンズ群Ｌ２と一体的に移動している。ＩＰは像面であ
り、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子（光電変換素
子）やフィルム等の感光材料が配置されている。

【００４２】各実施形態の収差図において、ｄ，ｇはｄ
線及びｇ線、ΔＭ，ΔＳはメリジオナル像面、サジタル
像面、倍率色収差はｇ線によって表している。

【００４３】各実施形態のレンズ断面図における矢印は
広角端から望遠端へのズーミングにおける各レンズ群の
移動軌跡を示している。

【００４４】尚、広角端と望遠端とは変倍用レンズ群が
機構上光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズ
ーム位置をいう。

【００４５】各実施形態では基板面となる球面又は非球
面より成る光軸に対して回転対称な位相型の回折格子で
構成される回折光学部を設けたレンズ（回折光学素子）
を１以上用いている。

【００４６】なお、回折光学部は位相型の回折格子で構
成しているので、実際には所定の厚みを持つことになる
が、幾何光学的には無視できる程度の厚みなので、後述
する数値実施例では厚みを無視して示している。厚みを
無視する場合には回折光学面（回折面）と呼ぶ。

【００４７】各実施形態では全系に１以上の回折光学部
を設けることで、高い光学性能と光学系全体の小型化を
図りつつ高変倍化を容易にしている。

【００４８】各実施形態ではこのようなズーム方式及び
光学構成を採ることにより、少ないレンズ枚数でレンズ
系全体が小型であるにも関わらず色収差が良好に補正さ
れた、高い光学性能を得ている。

【００４９】各実施形態に係るズームレンズは、広角端
から望遠端へのズーミングに際し第１レンズ群Ｌ１と第
２レンズ群Ｌ２の間隔が減少するように、又第２レンズ
群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が減少するように各レ
ンズ群をいずれも物体側へ移動させている。

【００５０】この時、特に第３レンズ群Ｌ３に変倍作用
を大きく持たせるように屈折力と移動条件を設定してい
る。又第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の合成屈折
力を正の屈折力とし、第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力と
でレンズ系全体でテレフォトタイプを形成することで、
レンズ系全体の小型化を図っている。

【００５１】そして回折光学部を１以上用いることによ
り色収差を良好に補正し、全変倍領域において高い光学
性能を得ている。そしてこの補正効果によって光学系全
体のレンズ枚数を少なくし、光学系全体の小型化を効果
的に行っている。

【００５２】次に各実施形態における前述した以外の特
徴について説明する。

【００５３】（ア−１）第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ
とするとき、 ０．０５＜ ｆ３／ｆ１ ＜０．５ ・・・（１） なる条件を満足している。

【００５４】条件式（１）は第１レンズ群Ｌ１と第３レ
ンズ群Ｌ３の焦点距離の比に関し、双方の負の屈折力を
適切に設定し、主にレンズ系全体の小型化を図るための
ものである。

【００５５】条件式（１）の下限値を超えると第１レン
ズ群Ｌ１の屈折力が弱くなり過ぎて３群ズームレンズに
よる高変倍化への効果が十分発揮できず高変倍化が難し
くなる。各実施形態のズームレンズは第２レンズ群Ｌ２
と第３レンズ群Ｌ３で変倍を行っているが、第１レンズ
群Ｌ１の屈折力が弱くなり過ぎると第２レンズ群Ｌ２の
変倍分担が小さくなり、この分第３レンズ群Ｌ３の変倍
分担が大きくなる。そうすると変倍を効率的に行うのに
不利となり、また、小型化の達成が難しくなってくる。

【００５６】また、条件式（１）の上限値を超えると第
３レンズ群Ｌ３に対して第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力
が相対的に強くなり過ぎて、レンズ系全体がレトロタイ
プに近くなり、レンズ全長が増大してくる。特に、広角
端におけるレンズ全長が増大すると第１レンズ群Ｌ１の
レンズ径も増大するため良くない。また、第３レンズ群
Ｌ３の屈折力が弱くなると変倍における第３レンズ群Ｌ
３の移動量も増大し、望遠端でのレンズ全長が増大する
とともに第３レンズ群Ｌ３のレンズ径も増大するので良
くない。

【００５７】更に小型化と高性能化のバランスを図るた
めには、条件式（１）の下限値を０．１５とすることが
望ましい。また、上限値を０．４０とすることが望まし
い。

【００５８】（ア−２）広角端における全系のバックフ
ォーカスをｂｆｗ、広角端と望遠端における全系の焦点
距離を各々ｆｗ、ｆｔ、望遠端における光学全長（第１
レンズ面から像面までの長さ）をＬｔとするとき、 ０．２＜ ｂｆｗ／ｆｗ ＜０．６ ・・・（２） ０．７＜ Ｌｔ／ｆｔ ＜１．１ ・・・（３） なる条件を満足している。

【００５９】条件式（２）は広角端における全系の近軸
バックフォーカス（最も像面側のレンズ面から近軸像面
までの距離）と広角端における全系の焦点距離との比に
関し、主にレンズ系全体の小型化を図るためのものであ
る。

【００６０】条件式（２）の下限値を超えると広角端に
おけるバックフォーカスが短くなり過ぎて第３レンズ群
Ｌ３のレンズ径が増大し、また、広角端における周辺光
量の十分なる確保が困難となるため良くない。

【００６１】条件式（２）の上限値を超えると広角端に
おけるバックフォーカスが長くなり過ぎて、適切な屈折
力配置が保てなくなり、結果的には各レンズ群の屈折力
が弱くなりレンズ全長が増大するため良くない。

【００６２】更に小型化と高性能化のバランスを図るた
めには、条件式（２）の下限値を０．２５とすることが
望ましい。また、上限値を０．５０とすることが望まし
い。

【００６３】条件式（３）は望遠端における光学全長と
望遠端における全系の焦点距離との比に関し、主にレン
ズ系全体の小型化と高性能化のバランスを図るためのも
のである。

【００６４】条件式（３）の下限値を超えると各レンズ
群の屈折力が強くなり過ぎて、少ないレンズ枚数で各レ
ンズ群を構成しよとしたとき、色収差は回折光学部で補
正できても、それ以外の諸収差の補正が困難となるため
良くない。又条件式（３）の上限値を越えるとレンズ全
長が長くなってくるので良くない。

【００６５】更に小型化と高性能化のバランスを図るた
めには、条件式（３）の下限値を０．８５とすることが
望ましい。また、上限値を１．０３とすることが望まし
い。

【００６６】（ア−３）ｄ線の波長をλｄ、光軸からの
距離をｈ、ｉ次の位相係数をＣｉとし、回折光学部によ
って波面に与える位相Φ（ｈ）が、 Φ（ｈ）＝（２π／λ）・（Ｃ２・ｈ²＋Ｃ４・ｈ⁴＋Ｃ
６ｈ⁶） で表わされるとき、前記第３レンズ群Ｌ３は回折光学部
を有し、その位相係数Ｃ２が、 ０＜ Ｃ２ ＜ ０．０１ ・・・（４） なる条件を満足している。

【００６７】各実施形態では、最も変倍分担の大きい第
３レンズ群Ｌ３に回折光学部を設けることが色収差を良
好に補正するのに好ましい。広角端の軸外光束と望遠端
の軸外光束が第３レンズ群Ｌ３を通過するときの光軸か
らの高さｈが大きく異なっている為、特に変倍における
倍率色収差の変動の補正が容易である。また、広角端の
中心光束と望遠端の中心光束が第３レンズ群Ｌ３を通過
するときの光軸からの高さｈは、望遠端の方が高いた
め、負の屈折力で発生する軸上色収差の影響が望遠端の
方が強くなる。比較的、負の屈折力が強い第３レンズ群
Ｌ３で発生する軸上色収差を回折光学部で補正すること
で、変倍における軸上色収差の変動を抑えるのが容易と
なる。

【００６８】条件式（４）は、第３レンズ群Ｌ３に設け
る回折光学部の位相係数を規定しており、主に軸上色収
差を良好に補正するものである。

【００６９】条件式（４）の下限値を超えると、第３レ
ンズ群Ｌ３で発生する軸上色収差の補正が不足し、強い
ては望遠端における軸上色収差が悪化するため好ましく
ない。

【００７０】条件式（４）の上限値を超えると、第３レ
ンズ群Ｌ３で発生する軸上色収差の補正が過剰になり過
ぎて、特に広角端における軸上色収差の補正が困難とな
るため好ましくない。

【００７１】更に高性能化を図るためには条件式（４）
の下限値を０．０００１とすることが望ましい。また、
上限値を０．００７とすることが望ましい。

【００７２】（ア−４）第３レンズ群Ｌ３は１枚の負レ
ンズより構成している。

【００７３】第３レンズ群Ｌ３を複数のレンズで構成す
ると第３レンズ群Ｌ３の厚み（光軸方向の長さ）が増
し、第３レンズ群Ｌ３のレンズ径が増大するため好まし
くない。第３レンズ群Ｌ３を１枚のレンズ構成とするこ
とで変倍時に第２レンズ群Ｌ２との空気間隔の確保が容
易となるため屈折力の配置の自由度が増すので好まし
い。

【００７４】（ア−５）広角端と望遠端における全系の
焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとするとき、 ２．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜５．０ ・・・（５） なる条件を満足している。

【００７５】条件式（５）は望遠端と広角端における全
系の焦点距離の比に関し、各実施形態の構成に適した変
倍比を規定したものである。

【００７６】条件式（５）の下限値を超えて変倍比が小
さくなりすぎると、回折光学部を用いる色収差の補正効
果が少なくなってくるため好ましくない。

【００７７】また、条件式（５）の上限値を超えて変倍
比が大きくなり過ぎると、少ないレンズ枚数で高い光学
性能を得るのが難しくなり、これに対してレンズ枚数を
増やすとレンズ系全体が大型化するので好ましくない。

【００７８】更に高性能化と変倍比のバランスを図るた
めには条件式（５）の下限値を２．８とすることが望ま
しい。また。上限値を４．５とすることが望ましい。

【００７９】（ア−６）広角端における第ｉレンズ群と
第（ｉ＋１）レンズ群の軸上空気間隔をＢｉｗ、望遠端
における第ｉレンズ群と第（ｉ＋１）レンズ群の軸上空
気間隔をＢｉｔとするとき、 ０．２＜ Ｂ１ｔ／Ｂ１ｗ ＜０．８ ・・・（６） ０．１＜ Ｂ２ｗ／Ｂ２ｔ ＜０．７ ・・・（７） なる条件を満足することを特徴としている。

【００８０】各実施形態のズームレンズは、物体側から
順に負、正、負の屈折力のレンズ群で構成されており、
第３レンズ群Ｌ３に最も変倍分担を持たせているが、第
２レンズ群Ｌ２も変倍分担を待たせている。

【００８１】その為には、広角端に対して望遠端での第
１、第２レンズ群Ｌ１，Ｌ２の軸上間隔が減少、第２，
第３レンズ群Ｌ２,Ｌ３の軸上間隔が減少するようにい
ずれも物体側へ移動させている。特に第３レンズ群Ｌ３
を物体側へ大きく移動させることで第３レンズ群Ｌ３に
大きく変倍作用を持たせている。

【００８２】条件式（６）は望遠端と広角端における第
１，第２レンズ群Ｌ１，Ｌ２の間隔の比を規定したもの
であり、小型化を維持しつつ第２レンズ群Ｌ２の変倍分
担を適切に設定するためのものである。

【００８３】条件式（６）の下限値を超えると広角端に
おける第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の軸上間隔
が増大し過ぎて、第１レンズ群Ｌ１のレンズ径が増大し
過ぎるため好ましくない。

【００８４】また、条件式（６）の上限値を超えて変倍
における第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔変
化が小さくなると、第２レンズ群Ｌ２の変倍作用が小さ
くなるため十分な変倍比を得ることが困難となるため好
ましくない。

【００８５】更に好ましくは、条件式（６）の下限値を
０．３、上限値を０．６とするのが良い。

【００８６】条件式（７）は望遠端と広角端における第
２，第３レンズ群Ｌ２，Ｌ３の間隔の比を規定したもの
であり、小型化を維持しつつ第３レンズ群Ｌ３の変倍分
担を適切に設定するためのものである。

【００８７】条件式（７）の下限値を超えると広角端に
おける第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の軸上間隔
が増大し過ぎて、第３レンズ群Ｌ３のレンズ径が増大し
過ぎるため好ましくない。

【００８８】また、条件式（７）の上限値を超えて変倍
における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔変
化が小さくなると、第３レンズ群Ｌ３の変倍作用が小さ
くなるため十分な変倍比を得ることが困難となるため好
ましくない。

【００８９】更に好ましくは、条件式（７）の下限値を
０．２、上限値を０．５５とするのが良い。

【００９０】（ア−７）第２レンズ群Ｌ２は１枚の正レ
ンズからなり、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２、広
角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、 ０．４＜ ｆ２／ｆｗ ＜０．８ ・・・（８） なる条件を満足するしている。

【００９１】負正負の屈折力のレンズ群より成る３群ズ
ームレンズは屈折力が対称型であり、回折光学部を設け
て色収差の補正がなされていれば比較的他の収差の補正
が容易である。この為第２レンズ群Ｌ２を１枚のレンズ
で構成することがレンズ系全体の小型化の為好ましい。

【００９２】更に条件式（８）を満足するようにしてい
る。

【００９３】条件式（８）は第２レンズ群Ｌ２の屈折力
を適切に設定するためのものである。

【００９４】条件式（８）の下限値を超えて第２レンズ
群Ｌ２の屈折力が強くなり過ぎると第２レンズ群Ｌ２を
１枚のレンズで構成しようとすると特に望遠端における
球面収差が増大し過ぎるため好ましくない。また、条件
式（８）の上限値を超えて第２レンズ群Ｌ２の屈折力が
弱くなり過ぎると変倍における第２レンズ群Ｌ２の移動
量が増大し、強いては望遠端における光学全長が増大す
るため好ましくない。

【００９５】更に好ましくは条件式（８）の下限値を
０．５、上限値を０．７とするのが良い。

【００９６】（ア−８）第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ
群Ｌ３は各々１以上の非球面を有している。

【００９７】各実施形態のズームレンズは第２レンズ群
Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３で変倍している。変倍における
収差変動を良好に抑えるためには、ある程度各レンズ群
の収差が補正されていることが好ましい。この為には、
変倍作用を担う第２、第３レンズ群Ｌ２，Ｌ３に非球面
を施すことで変倍における収差変動を抑えることが、高
い光学性能を得るのに好ましい。

【００９８】更に、第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力で発
生する球面収差を補正するように、第２レンズ群Ｌ２に
はレンズ中心からレンズ周辺にかけて正の屈折力が弱く
なる形状の非球面を施すのが好ましい。また、第３レン
ズ群Ｌ３の負の屈折力で発生する球面収差を補正するよ
うに、第３レンズ群Ｌ３にはレンズ中心からレンズ周辺
にかけて負の屈折力が弱くなる形状の非球面を施すのが
好ましい。

【００９９】（ア−９）無限遠物体から至近距離物体に
かけてのフォーカスに際して、第２レンズ群Ｌ２を物体
側へ移動させることにより行うことが収差補正上好まし
い。

【０１００】以上のように各実施形態においては、負の
屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群
Ｌ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３の３つのレンズ群
を有し、回折光学部を有効に用いることで全変倍範囲に
おいて高い光学性能を有した比較的バックフォーカスが
短く、光学全長が短く、レンズ枚数の少ない変倍比３〜
５程度の小型のズームレンズを達成している。

【０１０１】次に各実施形態で用いた回折光学部を設け
たレンズ（回折光学素子）の構成について説明する。

【０１０２】図１９は回折光学素子１の回折光学部の一
部拡大断面図であり、基板２に１つの層よりなる回折格
子３を設けている。図２０は、この回折光学素子１の回
折効率の特性を示す図である。図２０において横軸は波
長を表し、縦軸は回折効率を表している。なお、回折効
率は全透過光束に対する回折光の光量の割合であり、格
子境界面での反射光などは説明が複雑になるのでここで
は考慮していない。

【０１０３】回折格子３の光学材料は、紫外線硬化樹脂
（ｎd＝１．５１３，νd＝５１．０）を用い、格子厚ｄ
1を１．０３μｍと設定し、波長５３０ｎｍ、＋１次の
回折光の回折効率が最も高くなるようにしている。すな
わち、設計次数が＋１次で、設計波長が５３０ｎｍであ
る。図２０中において、＋１次の回折光の回折効率は実
線で示している。

【０１０４】さらに、図２０では設計次数近傍の回折次
数（＋１次±１次である０次光と＋２次）の回折効率も
併記している。図２０から分かるように、設計次数での
回折効率は設計波長近傍で最も高くなり、それ以外の波
長では徐々に低くなる。

【０１０５】この設計次数での回折効率の低下分が他の
次数の回折光となり、フレアの要因となる。また、回折
光学素子を複数箇所に使用した場合には、設計波長以外
の波長での回折効率の低下は透過率の低下にもつながる
ことになる。

【０１０６】次に、異なる材料よりなる複数の回折格子
を積層した積層型の回折光学素子について説明する。図
２１は積層型の回折光学素子の一部拡大断面図であり、
図２２はこの回折光学素子の＋１次の回折光の回折効率
の波長依存性を表す図である。図２１の回折光学素子で
は、基板１０２上に紫外線硬化樹脂（屈折率ｎｄ＝１．
４９９、アッベ数νｄ＝５４）からなる第１の回折格子
１０４を形成し、その上に別の回折格子１０５（屈折率
ｎｄ＝１．５９８、アッベ数νｄ＝２８）を形成してい
る。この材料の組み合わせにおいて、第１の回折格子１
０４の格子厚ｄ１はｄ１＝１３．８μｍ、第２の回折格
子１０５の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．５μｍとしてい
る。

【０１０７】図２２からも分かるように、積層構造の回
折格子を備えた回折光学素子にすることで、設計次数の
回折光において使用波長全域（ここでは可視域）で９５
％以上という高い回折効率が得ている。

【０１０８】なお、前述の積層構造の回折光学素子とし
ては、回折格子を構成する材料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２つの回折格子１０４と１０５の
格子部の格子厚を等しくしても良い。この場合は表面に
格子形状が形成されないことになるので、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。更には２つの回折格子１０４と１０５を必ずしも密
着させる必要はなく、空気層を隔てて２つの回折格子の
層を配置しても良い。

【０１０９】以下に実施形態１〜６のズームレンズの数
値データに各々対応する数値実施例１〜６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、Ｄ
ｉ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番目の光学部材の屈折率、アッ
ベ数を示す。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは
半画角である。

【０１１０】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 で表示される。但しＲは曲率半径である。

【０１１１】回折光学部の回折光学面（回折面）は前述
の位相関数、 φ（ｈ）＝２π／λｄ（Ｃ2・ｈ²＋Ｃ4・ｈ⁴＋・・・Ｃ2i
・ｈ²ⁱ） の位相係数を与えることで表している。

【０１１２】なお、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１
０^-Z」を意味する。

【０１１３】各数値実施例における上述した条件式との
対応を表１に示す。

【０１１４】

【外１】

【０１１５】

【外２】

【０１１６】

【外３】

【０１１７】

【外４】

【０１１８】

【外５】

【０１１９】

【外６】

【０１２０】

【表１】

【０１２１】次に実施形態１〜６に示したようなズーム
レンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラ
（光学機器）の実施形態を図２３を用いて説明する。

【０１２２】図２３において、１０はカメラ本体、１１
は実施形態１〜３で説明したいずれかのズームレンズに
よって構成された撮影光学系、１２はカメラ本体に内臓
されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシ
ャッターボタンである。

【０１２３】このように本発明のズームレンズをデジタ
ルスチルカメラ等の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が実現できる。

【０１２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
変倍に伴う色収差の変動を良好に補正した高変倍比で全
変倍範囲にわたり良好なる光学性能を有したレンズ全長
の短いコンパクトなズームレンズ及びこれを有する光学
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のズームレンズのレンズ
断面図

【図２】 本発明の実施形態１のズームレンズの広角端
における収差図

【図３】 本発明の実施形態１のズームレンズの望遠端
における収差図

【図４】 本発明の実施形態２のズームレンズのレンズ
断面図

【図５】 本発明の実施形態２のズームレンズの広角端
における収差図

【図６】 本発明の実施形態２のズームレンズの望遠端
における収差図

【図７】 本発明の実施形態３のズームレンズのレンズ
断面図

【図８】 本発明の実施形態３のズームレンズの広角端
における収差図

【図９】 本発明の実施形態３のズームレンズの望遠端
における収差図

【図１０】 本発明の実施形態４のズームレンズのレン
ズ断面図

【図１１】 本発明の実施形態４のズームレンズの広角
端における収差図

【図１２】 本発明の実施形態４のズームレンズの望遠
端における収差図

【図１３】 本発明の実施形態５のズームレンズのレン
ズ断面図

【図１４】 本発明の実施形態５のズームレンズの広角
端における収差図

【図１５】 本発明の実施形態５のズームレンズの望遠
端における収差図

【図１６】 本発明の実施形態６のズームレンズのレン
ズ断面図

【図１７】 本発明の実施形態６のズームレンズの広角
端における収差図

【図１８】 本発明の実施形態６のズームレンズの望遠
端における収差図

【図１９】 単層構造の回折光学素子の説明図

【図２０】 単層構造の回折光学素子の波長依存特性の
説明図

【図２１】 積層構造の回折光学素子の説明図

【図２２】 積層構造の回折光学素子の波長依存特性の
説明図

【図２３】 デジタルスチルカメラの要部概略図

【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 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA02 KA03 MA13 PA03 PA04 PA17 PB03 PB04 QA03 QA06 QA17 QA19 QA21 QA25 QA26 QA39 QA41 QA45 QA46 RA05 RA12 RA13 RA36 RA44 RA46 SA14 SA16 SA20 SA62 SA63 SA64 SB02 SB03 SB12 SB22 UA01

Claims (11)

【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レン
   ズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レ
   ンズ群を有し、広角端より望遠端へのズーミングに際
   し、各レンズ群は物体側へ移動するズームレンズにおい
   て、該ズームレンズは、１以上の回折光学部を有するこ
   とを特徴とするズームレンズ。
2. 【請求項２】 前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉとす
   るとき、 ０．０５＜ ｆ３／ｆ１ ＜０．５ なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズーム
   レンズ。
3. 【請求項３】 広角端における全系のバックフォーカス
   をｂｆｗ、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各
   々ｆｗ、ｆｔ、望遠端における光学全長をＬｔとすると
   き、 ０．２＜ ｂｆｗ／ｆｗ ＜０．６ ０．７＜ Ｌｔ／ｆｔ ＜１．１ なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２の
   ズームレンズ。
4. 【請求項４】 ｄ線の波長をλｄ、光軸からの距離を
   ｈ、ｉ次の位相係数をＣｉとし、前記回折光学部によっ
   て波面に与える位相Φ（ｈ）が、 Φ（ｈ）＝（２π／λ）・（Ｃ２・ｈ²＋Ｃ４・ｈ⁴＋Ｃ
   ６ｈ⁶） で表わされるとき、前記第３レンズ群は回折光学部を有
   し、その位相係数Ｃ２が、 ０＜ Ｃ２ ＜ ０．０１ なる条件を満足す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３レンズ群は１枚の負レンズより
   なることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の
   ズームレンズ。
6. 【請求項６】 広角端と望遠端における全系の焦点距離
   を各々ｆｗ、ｆｔとするとき、 ２．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜５．０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５の
   いずれか１項のズームレンズ。
7. 【請求項７】 広角端における前記第ｉレンズ群と第
   （ｉ＋１）レンズ群の軸上空気間隔をＢｉｗ、望遠端に
   おける前記第ｉレンズ群と第（ｉ＋１）レンズ群の軸上
   空気間隔をＢｉｔとするとき、 ０．２＜ Ｂ１ｔ／Ｂ１ｗ ＜０．７ ０．１＜ Ｂ２ｗ／Ｂ２ｔ ＜０．７ 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２レンズ群は１枚の正レンズから
   なり、該第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端におけ
   る全系の焦点距離をｆｗとするとき、 ０．４＜ ｆ２／ｆｗ ＜０．８ 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２レンズ群と第３レンズ群は各々
   １以上の非球面を有する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】 撮像素子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９のいずれか１項の
    ズームレンズ。
11. 【請求項１１】 請求項１から１０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る像を
    受光する撮像素子を有していることを特徴とする光学機
    器。