JP4423587B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回折光学素子を備えたズームレンズに関し、特に、ＣＣＤ等を撮像デバイスとした電子画像機器に好適なバックフォーカスの長いズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラやディジタルカメラ等の電気画像機器における画素ピッチの微細化技術の進歩は目覚ましく、よりきめ細かな画像が得られるようになってきていることに伴い、このような電子画像機器に用いられるズームレンズにおいても結像性能の優れた高性能なものが求められてきている。このような高性能なズームレンズの例としては、物体側から順に正、負、正、正の屈折力配置を有する４群構成タイプのものなどが知られている。
【０００３】
ところで、このような電子画像機器用に用いられるズームレンズでは、レンズ系の後方にフィルターやプリズム等の光学デバイスを配置する必要等から、比較的大きいバックフォーカスが確保される必要がある。このようにバックフォーカスの大きいズームレンズでは、特に、像面上の最大像高に至る光線の収差補正が難しくなるため、画像性能が優れた電子画像機器に上記のようなズームレンズを用いても、これに見合うだけの良好な画像を機器の像面上に結像できず、結果として電子画像機器の性能を十分に活かすことができない場合がある。
【０００４】
このような不具合を解消する方法としては、例えば負の分散値を有する回折光学素子をレンズ群中に設ける技術が知られており、これにより軽量かつ結像性能が良好なズームレンズを得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２１８２１号公報
【特許文献２】
特開２０００−１２１９４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにレンズ群中に回折光学素子を有したズームレンズでは、レンズ枚数を少なくできて軽量化できる反面、広角端の近傍領域において回折光学面の外部から入る有害光に起因する画質の低下が顕著となるため、ズームレンズの広角化及び高変倍化（高ズーム比化）を図ることは極めて困難であった。
【０００７】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、回折光学素子を用いて軽量化を図りつつ、広角端近傍において生じる画質の劣化を抑えて結像性能を向上させることが可能な構成のズームレンズを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係るズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が変化する構成のズームレンズにおいて、第２レンズ群及び第３レンズ群中の少なくとも一つのレンズ面に回折光学面を有し、第３レンズ群は、物体側から順に、両凸レンズと凹メニスカスレンズとで構成される貼り合わせレンズからなり、広角端において最大像高に至る主光線が回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度は１０度以下であり、回折光学面の有効径をＣ、広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとしたときに、０．２＜Ｃ／ｆｗ＜５．０の条件を満たし、前記第４レンズ群は、少なくとも１組の貼り合わせレンズを有し、前記貼り合わせレンズのうち最も物体側の貼り合わせレンズのｄ線に対する屈折率差をΔＮとしたときに、次式 ０．２＜ΔＮ の条件を満足する構成とする。
【０００９】
本発明に係るズームレンズでは、回折光学面を第２レンズ群及び第３レンズ群中の少なくとも一つのレンズ面に設けるとともに、広角端において最大像高に至る主光線がこの回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度が所定角度以下となるようにし、かつ、回折光学面の有効径と広角端におけるレンズ系全体の焦点距離との比が所定の範囲内に収まるようにしているので、広角端近傍において回折光学面の外部から入る有害光が効果的に抑えられ、広角端近傍における画質の低下が防止される。このため本ズームレンズでは、回折光学素子を用いて軽量化を図りつつ、広角端近傍において生じる画質の劣化を抑えて結像性能を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、上記回折光学面を光軸に対して回転対称な構造とすれば、回折光学素子の製造及びズームレンズへの組み込みが容易になるので、本ズームレンズの製造コストを低減することができる。また、本発明に係るズームレンズにおいては、第３レンズ群を構成する各レンズを通る光線の角度（各レンズ面の法線に対する角度）は比較的小さいものとなるため、この第３レンズ群中のいずれかのレンズ面に回折光学面を設けるようにすれば、回折光学面におけるフレアの発生を小さく抑えることができる。また、第３レンズ群を構成する各レンズの直径は比較的小さいため、回折光学面を第３レンズ群中に設けた場合には回折光学面を小さくすることができ、回折光学素子の製造コスト、ひいては本ズームレンズの製造コストを低減することができる。更に、第３レンズ群はズーミング中に固定とすることができるので、回折光学素子を第３レンズ群中に設けるようにすれば、回折光学素子を通る光線の変動を小さく抑えて色収差補正を効率よく行うことが可能となる。更には、鏡筒構造も簡素となって望ましい。また、回折光学面は第２レンズ群中の物体側に凸なレンズ面に設けられていてもよい。
【００１１】
また、広角端における像面から回折光学面までの光軸上の距離をＬとしたときに、１．０＜Ｌ／ｆｗ＜２０．０の条件を満たすようになっていることが好ましい。このような構成であれば、回折光学素子の製造が容易になるとともに、色収差の補正を十分に行うことが可能となる。
また、本発明に係るズームレンズにおいては、広角端におけるバックフォーカスをＢｆｗ、最大像高をＹ０としたときに、１．３＜Ｂｆｗ／Ｙ０＜１０．０の条件を満たすことが好ましい。このような構成であれば、レンズ系を大型化させることなく、またシェーディングを発生させることなく、電子画像機器用のズームレンズとしては十分な大きさのバックフォーカスを確保することが可能となる。
また、本発明に係るズームレンズにおいては、ズーミング中に第１レンズ群と第３レンズ群とが固定であり、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたときに、０．０５＜｜ｆ２／ｆ３｜＜１．０の条件を満たすことが好ましい。このような構成であれば、変倍時における球面収差及びコマ収差の変動を小さくして良好な結像性能を得ることができる。
【００１２】
また、前記回折光学面を有する回折光学素子の最も物体側に位置する面から最終面までの光軸上の厚さをｄとしたときに、次式 ０．０５＜ｄ／ｆｗ＜１．５ の条件を満足する構成であることが好ましい。
さらに、前記第２レンズ群は、少なくとも１組の貼り合わせレンズを有している構成であることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記回折光学面は、前記第３レンズ群の前記凹メニスカスレンズの最も像側のレンズ面に形成されているのが好ましい。
さらに、前記第４レンズ群は、回折光学面を有する構成であることが好ましい。
さらに、近距離物体への合焦は、前記第１レンズ群で行われる構成であることが好ましい。
さらに、近距離物体への合焦は、前記第４レンズ群で行われる構成であることが好ましい。
さらに、前記回折光学面は、アッベ数が６５以下の光学ガラスレンズのレンズ面上に形成されるのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。先ず、一般論として、多群構成のズームレンズの特徴について説明する。ズームレンズを構成するのに少なくとも２つのレンズ群を必要とするので、以下の説明において多群構成とは、３群以上のレンズ群を有するレンズ構成を指すものとする。先ず、多群構成のズームレンズでは、変倍を担うレンズ群の数が増えるので、高倍率化を図ることが可能である。また、各レンズ群の収差補正の負担を均等化し易いので、優れた結像性能を達成することが可能である。なお、光軸に沿って移動可能なレンズ群が増加すると鏡筒構造が複雑化するなどの不都合な面も生じるが、このような問題は近年の鏡筒技術の進歩により克服されつつある。
【００１５】
次に、回折光学面及び回折光学素子について説明する。一般に、光線を曲げる方法としては屈折と反射とが知られているが、第３番目の方法として回折が知られている。回折光学面とは、このように光の回折作用を行う光学面であり、回折光学素子とは、このような回折光学面を備えた光学素子をいう。回折光学素子には、従来知られた回折格子やフレネルゾーンプレートなどがある。このような回折光学素子は屈折や反射とは異なる振る舞いを示すことが知られており、その具体的な例としては、負の分散値を有することが挙げられる。この性質は色収差補正に極めて有効であり、高価な特殊低分散ガラスでしか達し得ない（通常のガラスでは達し得ない）良好な色収差補正が可能となる。なお、このような回折光学素子については、「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００１６】
本発明に係るズームレンズでは、上記ような多群構成のズームレンズの技術的基盤及び背景に基づき、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群を備え、広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が増大し、かつ、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が変化する構成を採用している。すなわち、本発明では、レンズ群の数を多くすることにより、各レンズ群の移動の自由度も含めて収差補正の自由度を大きくする構成を有している。
【００１７】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、第２レンズ群及び第３レンズ群中の少なくとも一つのレンズ面に、光軸に対して回転対称な回折光学面が設けられている。ここで回折光学面は、ガラスやプラスチック等の光学部材の表面に回折格子を設けるか、フレネルゾーンプレートのように光線を曲げて回折現象を生ずる面を上記光学部材の表面に形成するなどして生成する。図１３はフレネルゾーンプレートの一例を示すものであり、図１３（Ａ）は光軸方向から見たフレネルゾーンプレート１の正面図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）における矢視Ｂ−Ｂから見たフレネルゾーンプレート１の断面図である。この図１３に示すフレネルゾーンプレート１は回折光学面を構成する回折格子溝の１ピッチが連続した曲線であるキノフォーム型であるが、その他、周期構造が階段状のものや三角形状等のものとすることもできる。
【００１８】
一般に、回折光学面を有する光学系では、回折光学面を通過する光線が回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度は、できるだけ小さいことが好ましい。これは、上記角度が大きくなると回折光学面によるフレアが発生し易くなり、画質を損ねてしまうからである。したがって、本発明に係るズームレンズでは広角端においてフレアが及ぼす影響を小さくして良好な画質を得るため、広角端において最大像高に至る主光線（開口絞りの中心を通る光線）が回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度が常に１０度以下となるようにする、換言すると、回折光学面は、広角端において最大像高に至る主光線がレンズ面を通過するときに、そのレンズ面の法線となす角度が常に１０度以下となるもの（レンズ面）に設けるようにする。このような条件が満たされるのであれば、回折光学面は本ズームレンズを構成するどのレンズ面上に配置してもよいが、物体側に凸となるレンズ面のいずれかに形成するようにすれば、上記条件（回折光学面を通過する主光線が回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度が１０度以下になるようにするという条件）を満足させることが容易になる。なお、上記角度は実用的には７度以下であることが好ましく、更に良好な画質を得られるようにするには、５度以下であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、回折光学面の有効径（直径）をＣ、広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとしたときに、下の条件式（１）を満たす構成となっている。
【００２０】
【数１】
０．２＜Ｃ／ｆｗ＜５．０ … （１）
【００２１】
上記条件式（１）は、回折光学面の有効径Ｃの値を適切な範囲内に規制するものである。ここで、Ｃ／ｆｗの値が条件式（１）の上限値を上回ると回折光学面の有効径Ｃが大きくなり過ぎ、回折光学面の製作が困難となってコストアップに繋がる。また、広角端近傍において外部からの有害光が回折光学面に入り易くなり、フレア等による画質低下を招き易くなる。反対にＣ／ｆｗの値が条件式（１）の下限値を下回ると、回折光学面の有効径Ｃが小さくなり過ぎて、回折光学面の格子ピッチが小さくなる傾向が強まり、回折光学面の製作が困難となりコストアップに繋がるばかりか、回折光学面の格子によるフレアの発生が大きくなり画質の低下を招き易くなる。なお、本発明の効果を十分に発揮させるためには、上記条件式（１）の上限値を２．５とすることが好ましい。また、下限値については０．７とすることが好ましい。
【００２２】
このように本ズームレンズでは、物体側から順に、正、負、正、正の屈折力配置を有する４群構成を採用しており、その結果、高倍率のズームレンズを実現できるとともに、広角端及び望遠端以外の中間の焦点距離状態においても優れた結像性能が得られるようになっている。また、無限遠系及び有限遠系いずれにおいても良好な結像性能を有し、例えば電子画像機器に好適な大きいバックフォーカスが得られるようになっている。更に、上述のように回折光学素子を有しているため構成レンズ数を少なくすることができ、鏡筒のみならず、装着するカメラ全体も軽量化できるようになっている。また、このように回折光学素子を有するために、広角端の近傍領域において回折光学面の外部から入る有害光に起因する画質の低下が顕著となる不都合な点も生じる。
【００２３】
そこで、本発明に係るズームレンズでは、上述したように、広角端において最大像高に至る主光線がこの回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度を所定角度以下となるようにし、かつ、回折光学面の有効径と広角端におけるレンズ系全体の焦点距離との比が所定の範囲内に収まるようにしている。これにより広角端近傍において回折光学面の外部から入る有害光が効果的に抑えられるので、広角端近傍における画質の低下が防止される。このため本ズームレンズでは、回折光学素子を用いて軽量化を図りつつ、広角端近傍において生じる画質の劣化を抑えて結像性能を向上させることができる。また、これにより、ズームレンズの広角化及び高倍率化を実現することが可能となる。
【００２４】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、第３レンズ群を構成する各レンズを通る光線の角度（レンズ面の法線に対する角度）は比較的小さいものとなるため、この第３レンズ群中のいずれかのレンズ面に回折光学面を設けるようにすれば、回折光学面におけるフレアの発生を小さく抑えることができる（後述する第１実施例及び第２実施例参照）。また、第３レンズ群を構成する各レンズの直径は比較的小さいため、回折光学面を第３レンズ群中に設けた場合には回折光学面を小さくすることができ、回折光学素子の製造コスト、ひいては本ズームレンズの製造コストを低減することができる。更に、第３レンズ群はズーミング中に固定とすることができるので、回折光学素子を第３レンズ群中に設けるようにすれば、回折光学素子を通る光線の変動を小さく抑えて色収差補正を効率よく行うことが可能となる。更には、鏡筒構造も簡素となって望ましい。また、回折光学面は第２レンズ群中の物体側に凸なレンズ面に設けられていてもよい。
【００２５】
また、本発明に係るズームレンズでは、上述の構成に加え、広角端における像面（後述の図１，２，５，６，９，１０中に示す像面Ｉ参照）から回折光学面までの光軸上の距離をＬとしたときに、下の条件式（２）を満たす構成となっていることが好ましい。
【００２６】
【数２】
１．０＜Ｌ／ｆｗ＜２０．０ … （２）
【００２７】
上記条件式（２）は、回折光学面の適切な位置を規定するものである。ここで、Ｌ／ｆｗの値が上記条件式（２）の上限値を上回ると、回折光学素子の径が大きくなり過ぎ、回折光学素子の製造が困難となってしまう不都合が生じる。反対に、Ｌ／ｆｗの値が上記条件式（２）の下限値を下回ると、回折光学面が像面に近くなり過ぎてしまい、格子の周期構造が画像に写り込み易くなる不都合が生じるばかりか、色収差の補正効果が弱まってしまうため、良好な結像性能が得にくくなる。なお、本発明の効果を更に十分に発揮させるためには、条件式（２）の上限値を１２．０とすることが好ましい。また、下限値については、２．５とすることが好ましい。
【００２８】
更に、本発明に係るズームレンズにおいては、広角端におけるバックフォーカスをＢｆｗ、最大像高をＹ０としたときに、下の条件式（３）を満たす構成であることが好ましい。
【００２９】
【数３】
１．３＜Ｂｆｗ／Ｙ０＜１０．０ … （３）
【００３０】
上記条件式（３）は、電子画像機器用のズームレンズとして実用に足るような十分に大きい（長い）バックフォーカスを得るための条件を規定している。電子画像機器用の光学系ではシェーディングを回避するために射出瞳を像面から十分遠くへ離すことが必要であり、この目的のためにも条件式（３）を満足することが重要である。ここで、Ｂｆｗ／Ｙ０の値が条件式（３）の上限値を上回ると、バックフォーカスが大きくなり過ぎてレンズ系の全長が長くなり、ひいてはレンズ系の大型化を招いてしまう。また、第４レンズ群のレンズ径が過度に大きくなってしまう不都合を生じる。
【００３１】
一方、Ｂｆｗ／Ｙ０の値が条件式（３）の下限値を下回ると、バックフォーカスが小さくなり過ぎて、ズームレンズとＣＣＤ等の撮像デバイスとの間の光路中においてフィルターやプリズムを配置する空間を確保することが困難になってしまう。また、射出瞳の位置が像面に近づき過ぎて、上述したシェーディングが発生し易くなり、不都合である。なお、本発明の効果を更に十分に発揮させるためには、上記条件式（３）の上限値を５．０とすることが好ましい。また、下限値については３．０とすることが好ましい。
【００３２】
更に、本発明に係るズームレンズにおいては、ズーミング中に第１レンズ群と第３レンズ群とが固定であり、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたときに、下の条件式（４）を満たす構成であることが好ましい。
【００３３】
【数４】
０．０５＜｜ｆ２／ｆ３｜＜１．０ … （４）
【００３４】
上記条件式（４）は、第２レンズ群の焦点距離ｆ２と第３レンズ群の焦点距離ｆ３との大きさの比についての適切な範囲を規定している。ここで、｜ｆ２／ｆ３｜の値が条件式（４）の上限値を上回ると、第３レンズ群の焦点距離ｆ３の大きさが相対的に小さくなり過ぎて、変倍時における球面収差の変動が大きくなり好ましくない。また、望遠端において球面収差が負側に過大となり、良好な結像性能を得ることができなくなる。
【００３５】
一方、｜ｆ２／ｆ３｜の値が条件式（４）の下限値を下回ると、第２レンズ群の焦点距離ｆ２の大きさが相対的に小さくなり過ぎて、変倍時におけるコマ収差の変動が大きくなり、望遠端における歪曲収差が負側に大きくシフトするので好ましくない。また、広角端において負の下コマ収差が発生し、望遠端において球面収差が負側に補正過剰となり、良好な結像性能を得ることができなくなる。なお、本発明の効果を更に十分に発揮させるためには、上記条件式（４）の上限値を０．５とすることが好ましい。また、下限値については０．１５とすることが好ましい。
【００３６】
また、本発明に係るズームレンズを実際に構成する場合、第１レンズ群及び第３レンズ群を変倍時に固定とする光学配置を採ることにより、メカ構成上の観点から構成が簡素になり、製作誤差の影響を小さくすることができるので好ましい。特に、第１レンズ群が固定であれば、鏡筒構造の堅牢性や防塵性が増すので好ましい。
【００３７】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、第４レンズ群中の貼り合わせレンズ（例えば、後述する第１実施例におけるレンズＬ１０とレンズＬ１１との貼り合わせレンズ）のｄ線に対する屈折率差（第４レンズ群中の貼り合わせレンズが複数ある場合には、最も物体側にあるものを指すものとする）をΔＮとしたときに更に、次の条件式（５）を満たす構成であることが望ましい。
【００３８】
【数５】
０．２＜ΔＮ … （５）
【００３９】
本発明に係るズームレンズのように、最大像高に比してバックフォーカスの大きいズームレンズにおいては、像側のレンズ群を通る軸上光線の位置が光軸から大きく離れがちであり、この軸上光線の収差補正が難しい。本発明では、上記条件式（５）に示すように、第４レンズ群中の貼り合わせレンズの屈折率差ΔＮの値を適切な範囲に設定することにより、上述の軸上光線の収差補正を良好に行うことが可能である。このとき、第４レンズ群中において、正レンズ（例えば、後述する図１におけるレンズＬ１０）の屈折率が負レンズ（例えば、後述する図１におけるレンズＬ１１）の屈折率よりも低くなっていることが望ましい。ここで、ΔＮの値が条件式（５）の下限値を下回ると、球面収差の補正が困難となって、良好な結像性能を得ることができなくなってしまう。更には、ペッツバール和が負側に変移し易くなるので好ましくない。
【００４０】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、回折光学面を有する回折光学素子の最も物体側に位置する面から最終面までの光軸上の厚さ、すなわち回折光学素子の光軸上の厚さをｄとしたときに、次に条件式（６）を満たす構成であることが望ましい。
【００４１】
【数６】
０．０５＜ｄ／ｆｗ＜１．５ … （６）
【００４２】
上記条件式（６）は広角端におけるレンズ系全体の焦点距離ｆｗと回折光学素子の光軸上の厚さｄとの適切なる比を示すものである。ここで、ｄ／ｆｗの値が上記条件式（６）の上限値を超えると（ｄが大きくなり過ぎると）、回折光学素子が厚く（大きく）なり過ぎてしまい、製造しにくくなってコストアップを招いてしまう。
【００４３】
一方、ｄ／ｆｗの値が上記条件式（６）の下限値を下回ると回折光学素子が薄くなり過ぎてしまい、製造中に撓み易くなるという不都合が生じる。また、ズームレンズへの組み込み時の変形が生じ易くなり、結像性能劣化の原因ともなる。なお、本発明の効果を更に十分に発揮させるには、上記条件式（６）の上限値を０．８０とすることが好ましい。また、下限値については０．１０とすることが好ましい。
【００４４】
また、本発明に係るズームレンズを実際に構成するときには、以下に述べる構成的要件を更に満たすことが望ましい。先ず、回折光学面は、第１レンズ群中に設けることは、できれば避けた方がよい。第１レンズ群を通過する光線が構成レンズ各々の法線となす角度は広角端において１０度を超える場合があり、フレアの発生が大きくなるためである。したがって、回折光学面は構成レンズを通過する光線がレンズの法線となす角度が１０度以下となる第２レンズ群若しくは第３レンズ群（或いは第２レンズ群と第３レンズ群の両方）に配置するのが好ましい。なお、回折光学面を配置するレンズは凸レンズであっても凹レンズであっても構わない。
【００４５】
次に、良好な色収差補正をするためには、第２レンズ群が貼り合わせレンズ（例えば、後述する第１実施例ではレンズＬ５とレンズＬ６との貼り合わせレンズ）を有していることが好ましい。これは、特に、両凹レンズと凸メニスカスレンズの貼り合わせレンズであることが好ましい。
【００４６】
また、回折光学面において補正しきれない２次スペクトルを補正するため、第３レンズ群は凸レンズと凹レンズによる貼り合わせレンズ（例えば、後述する第１実施例ではレンズＬ８とレンズＬ９との貼り合わせレンズ）を有していることが好ましい。そして、更にその効果を十分に得るには、この貼り合わせレンズを通過する光線の光軸に対する角度が７度以下であることが、より好ましい。更に、収差補正上の観点から、第２レンズ群の使用倍率は、広角端から望遠端への変倍時に等倍（−１倍）を挟んで変化させることが望ましい。
【００４７】
また、第３レンズ群は、物体側から両凸レンズ、凹メニスカスレンズとなる構成（例えば、後述する第１実施例ではレンズＬ８とレンズＬ９）とすることが好ましい。これらは接合レンズとしても分離したレンズとしてもよく、上記凹メニスカスレンズの最も像側のレンズ面に回折光学素子面を配置すれば（後述の第１実施例参照）、良好な収差補正と、光線の通過する角度を７度以内とすることを両立させることが可能となるので好ましい。なお、第３レンズ群を貼り合わせレンズ（接合レンズ）として、その接合面に回折光学面を設けることは、回折格子のブレード高さが高くなり易く、製作が困難となるので好ましくない。
【００４８】
また、上述したように、各レンズを通過する光線がそのレンズ面の法線となす角度が１０度以上となるとフレアが発生して好ましくないが、第４レンズ群の適切な位置に回折光学面を配置することにより（後述の第１実施例参照）、たとえ光線の上記角度が１０度を超えてフレアが発生したとしても、良好な色収差補正を達成することが可能である。なお、この際、第４レンズ群中に凸レンズと凹レンズによる貼り合わせレンズを設けることにより（例えば、後述する第１実施例ではレンズＬ１０とレンズＬ１１との貼り合わせレンズ）、回折光学面では十分に補正しきれない２次スペクトルを良好に補正することができる。
【００４９】
また、本発明に係るズームレンズでは、近距離物体へのフォーカシング（合焦）は、第１レンズ群を物体側へ繰り出すいわゆるフロントフォーカス方式で行ってもよい。しかしながら、フォーカシング時に主光線が下がることなく周辺光量を確保するには、第４レンズ群を光軸方向に移動させてフォーカシングを行う、いわゆるリアフォーカス方式にすることが好ましい。
【００５０】
また、実際に回折光学面をレンズ上に形成する場合、フレネルゾーンプレートのように、光軸に対して回転対称な構造（格子構造）とすれば、製造を容易にすることができる点で好ましい。このような回転対称な格子構造は、通常の非球面レンズを製作するのと同じく、精研削でも、ガラスモールドでも形成可能である。また、レンズ表面に薄い樹脂層を形成し、この樹脂層に格子構造を設けるようにしてもよい。また、回折格子はキノフォーム等の単純な単層構造に限らず、複数の格子構造を重ねて複層構造にしてもよい。このように複層構造の回折格子によれば、回折効率の波長特性や画角特性をより一層向上させることができる。
【００５１】
また、回折光学面は、アッベ数が６５以下の光学ガラスレンズのレンズ面上に形成することが好ましい。これは、回折格子の形成が容易で、しかも良好な光学性能が得られるからである。更に、本発明に係るズームレンズは、本発明に係るズームレンズを構成する各レンズに加えて、非球面レンズ、屈折率分布型レンズ等を用いることにより、更に良好な光学性能が得られることはいうまでもない。
【００５２】
また、本発明に係るズームレンズは、撮影レンズのブレを検出するブレ検出手段と、ブレ検出手段からの信号とカメラの作動のシーケンス制御を行う制御手段とに基づいて適正なブレ補正量を定めるブレ制御装置と、ブレ制御装置により定められたブレ補正量に基づいて防振レンズ群を移動させる駆動機構とを組み合わせて、防振レンズシステムを構成することもできる。
【００５３】
【実施例】
以下、本発明に係るズームレンズの具体的な実施例について説明する。下に示す３つの実施例では、図１、図５及び図９に示すように、本発明のズームレンズそれぞれが、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を備えるとともに、広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が変化する構成とした。
【００５４】
各実施例において、回折光学面の位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式（７），（８）とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法は、非球面形状を表す式と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例において回折光学面は超高屈折率法のデータを、後述する非球面式（７），（８）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象としてｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線を選んだ。本実施例において用いたｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線の波長と、各スペクトル線に対して設定した具体的な屈折率の値を下の表１に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
各実施例において非球面は、光軸に垂直な方向の高さ（入射高）をｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径をｒ、近軸曲率半径をＲとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣnとしたとき、下の式（７），（８）で表されるものとした。
【００５７】
【数７】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−κ・ｙ2／ｒ2）1/2｝
＋Ｃ2・ｙ2＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10 …（７）
Ｒ＝１／｛（１／ｒ）＋２Ｃ2｝ …（８）
【００５８】
なお、本実施例において用いた超高屈折率法については、前述の「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００５９】
なお、下に示す各実施例では、第１レンズ群Ｇ１及び第３レンズ群Ｇ３を変倍時に固定としているが、これは一例であり、第１レンズ群Ｇ１又は第３レンズ群Ｇ３が変倍時に光軸方向に移動するように構成することも可能である。この場合、収差補正の自由度が増すので、設計が容易になる。
【００６０】
（第１実施例）
図１に、本発明の第１実施例に係るズームレンズのレンズ構成を示す。本第１実施例に用いたズームレンズＺＬ１では、図１に示すように、第１レンズ群Ｇ１には物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と両凸レンズＬ２との貼り合わせからなる接合レンズ及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３を配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第２レンズ群Ｇ２には物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４及び両凹レンズＬ５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６との貼り合わせからなる接合レンズを配置して負の屈折力を有するレンズ群を構成した。また、第３レンズ群Ｇ３には開口絞りＳ７及び両凸レンズＬ８と物体側に凹面を向けた（像側に凸面を向けた）負メニスカスレンズＬ９との貼り合わせからなる接合レンズを配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第４レンズ群Ｇ４には両凸レンズＬ１０と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１１との貼り合わせからなる接合レンズを配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成した。
【００６１】
図２は本第１実施例に係るズームレンズＺＬ１を広角端から望遠端まで変倍させたときの各レンズ群の移動軌跡を示す図であり、（Ｗ）はズームレンズＺＬ１が広角端にある場合の各レンズ群の位置、（Ｔ）はズームレンズＺＬ１が望遠端にある場合の各レンズ群の位置をそれぞれ示している。この図にも示すように、本実施例では第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とが変倍時に固定となるようにした。
【００６２】
下の表２に、本第１実施例における各レンズの諸元を示す（長さの単位は全てｍｍ。他の実施例についても同じ）。表２における面番号１〜１９は図１における符号１〜１９に対応する。また、表２におけるｒはレンズ面の曲率半径（非球面の場合には基準球面の曲率半径）を、ｄはレンズ面の間隔を、ｎ（ｄ）はｄ線に対する屈折率を、ｎ（ｇ）はｇ線に対する屈折率を、ｎ（Ｃ）はＣ線に対する屈折率を、ｎ（Ｆ）はＦ線に対する屈折率をそれぞれ示している。なお、表２において、非球面形状に形成されたレンズ面には、面番号の右側に＊印を付している。また、非球面係数Ｃｎ（ｎ＝２，４，６，８，１０）において「Ｅ−０９」等は「×１０-09」等を示す。また、「０（零）」となるｎ次の非球面係数Ｃｎは省略している。なお、これら表２の記号の説明は、他の実施例の表においても同様である。
【００６３】
図１に示すように、本第１実施例では、第３レンズ群Ｇ３を構成する負メニスカスレンズＬ９の像側の面（面番号は１４及び１５）に第１の回折光学面Ｇｆ１を形成し、第４レンズ群Ｇ４を構成する両凸レンズＬ１０の物体側に面（面番号は１６及び１７）に第２の回折光学面Ｇｆ２を形成した。したがって、本実施例に係るズームレンズＺＬ１では、面番号１４及び１５に相当する面が第１の回折光学面Ｇｆ１に相当し、面番号１６及び１７に相当する面が第２の回折光学面Ｇｆ２に相当する。また、レンズＬ９とレンズＬ１０とが回折光学面を有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。
【００６４】
また、表２から分かるように、本実施例において、レンズＬ１０の屈折率はｄ線についてｎ（ｄ）＝１．４８７４９０、ｇ線についてｎ（ｇ）＝１．４９５９３２、Ｃ線についてｎ（Ｃ）＝１．４８５３４６、Ｆ線についてｎ（Ｆ）＝１．４９２２７０であり、レンズＬ１１の屈折率はｄ線についてｎ（ｇ）＝１．８６０７４１、ｇ線についてｎ（ｇ）＝１．９１０６４９、Ｃ線についてｎ（Ｃ）＝１．８５００７６、Ｆ線についてｎ（Ｆ）＝１．８８７４７７である。したがって、本実施例に係るズームレンズＺＬ１は、上述の式（５）を満たしつつ、第４レンズ群Ｇ４中において、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも小さいという条件を満足したものとなっている。
【００６５】
【表２】
【００６６】
このように本実施例では、前述の条件式（１）〜（６）は全て満たされることが分かる。また、本実施例では、最大像高に至る光線で、開口絞りＳ７の中心を通る光線（主光線）がレンズ面の法線となす角度（光線入射角）は面番号１４に相当するレンズ面における値が最も小さくなっており、広角端において６．５２４°、望遠端においては６．１５８°であった。
【００６７】
図３及び図４は第１実施例に係るズームレンズＺＬ１のｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線に対する諸収差図である。ここで、図３は広角端における無限遠合焦点状態での諸収差図を示しており、図４は望遠端における無限遠合焦点状態での諸収差図を示している。各収差図におけるＦＮＯの値はＦナンバーであり、各非点収差図及び各歪曲収差図におけるＹの値は像高の最大値である。また、各コマ収差図におけるＹの値は像高の値である。また、非点収差図において、実線はサジタル像面を示しており、破線はメリディオナル像面を示している（これら収差図の説明は、他の実施例についても同じ）。図３及び図４に示す各収差図から明らかなように、本第１実施例に係るズームレンズＺＬ１では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが分かる。
【００６８】
（第２実施例）
図５に、本発明の第２実施例に係るズームレンズのレンズ構成を示す。本第２実施例に用いたズームレンズＺＬ２では、図５に示すように、第１レンズ群Ｇ１には物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と両凸レンズＬ２との貼り合わせからなる接合レンズ及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３を配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第２レンズ群Ｇ２には物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４及び両凹レンズＬ５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６との貼り合わせからなる接合レンズを配置して負の屈折力を有するレンズ群を構成した。また、第３レンズ群Ｇ３には開口絞りＳ７、両凸レンズＬ８と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ９との貼り合わせからなる接合レンズを配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第４レンズ群Ｇ４には両凸レンズＬ１０及び両凸レンズＬ１１と両凹レンズＬ１１との貼り合わせからなる接合レンズを配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成した。
【００６９】
図６は本第２実施例に係るズームレンズＺＬ２を広角端から望遠端まで変倍させたときの各レンズ群の移動軌跡を示す図であり、（Ｗ）はズームレンズＺＬ２が広角端にある場合の各レンズ群の位置、（Ｔ）はズームレンズＺＬ２が望遠端にある場合の各レンズ群の位置をそれぞれ示している。この図にも示すように、本実施例では、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とが変倍時に固定となるようにした。
【００７０】
下の表３に、本第２実施例における各レンズの諸元を示す。表３における面番号１〜２０は図５における符号１〜２０に対応する。図５に示すように、本第２実施例では、第３レンズ群Ｇ３を構成する負メニスカスレンズＬ９の像側の面（面番号は１４及び１５）に回折光学面Ｇｆを形成した。したがって、本実施例に係るズームレンズＺＬ２では、面番号１４及び１５に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当する。また、レンズＬ９が回折光学面を有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。
【００７１】
また、表３から分かるように、レンズＬ１１の屈折率はｄ線についてｎ（ｄ）＝１．４９７０００、ｇ線についてｎ（ｇ）＝１．５０４５１０、Ｃ線についてｎ（Ｃ）＝１．４９５１４０、Ｆ線についてｎ（Ｆ）＝１．５０１２３０であり、レンズＬ１２の屈折率はｄ線についてｎ（ｇ）＝１．８０５１８０、ｇ線についてｎ（ｇ）＝１．８４７０１０、Ｃ線についてｎ（Ｃ）＝１．７９６１１０、Ｆ線についてｎ（Ｆ）＝１．８２７７３０である。したがって、本実施例に係るズームレンズＺＬ２は、上述の式（５）を満たしつつ、第４レンズ群Ｇ４中において、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも小さいという条件を満足したものとなっている。
【００７２】
【表３】
【００７３】
このように本実施例では、前述の条件式（１）〜（６）は全て満たされることが分かる。また、本実施例では、最大像高に至る光線で、開口絞りＳ７の中心を通る光線（主光線）がレンズ面の法線となす角度（光線入射角）は面番号１４に相当するレンズ面における値が最も小さくなっており、広角端において６．５０６°、望遠端においては６．１３８°であった。
【００７４】
図７及び図８は第２実施例に係るズームレンズＺＬ２のｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線に対する諸収差図である。ここで、図７は広角端における無限遠合焦点状態での諸収差図を示しており、図８は望遠端における無限遠合焦点状態での諸収差図を示している。図７及び図８に示す各収差図から明らかなように、本第２実施例に係るズームレンズＺＬ２では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが分かる。
【００７５】
（第３実施例）
図９に、本発明の第３実施例に係るズームレンズのレンズ構成を示す。本第３実施例に用いたズームレンズＺＬ３では、図９に示すように、第１レンズ群Ｇ１には物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と両凸レンズＬ２との貼り合わせからなる接合レンズ及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３を配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第２レンズ群Ｇ２には物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４及び両凹レンズＬ５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６との貼り合わせからなる接合レンズを配置して負の屈折力を有するレンズ群を構成した。また、第３レンズ群Ｇ３には開口絞りＳ７、両凸レンズＬ８及び物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ９とを配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第４レンズ群Ｇ４には両凸レンズＬ１０及び両凸レンズＬ１１と両凹レンズＬ１２との貼り合わせからなる接合レンズを配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成した。
【００７６】
図１０は本第３実施例に係るズームレンズＺＬ３を広角端から望遠端まで変倍させたときの各レンズ群の移動軌跡を示す図であり、（Ｗ）はズームレンズＺＬ３が広角端にある場合の各レンズ群の位置、（Ｔ）はズームレンズＺＬ３が望遠端にある場合の各レンズ群の位置をそれぞれ示している。この図にも示すように、本実施例では、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とが変倍時に固定となるようにした。
【００７７】
下の表４に、本第３実施例における各レンズの諸元を示す。表４における面番号１〜２２は図９における符号１〜２２に対応する。図９に示すように、本第３実施例では、第２レンズ群Ｇ２を構成する負メニスカスレンズＬ４の像側の面（面番号は７及び８）は第１の回折光学面Ｇｆ１を形成し、同じく第２レンズ群Ｇ２を構成する正メニスカスレンズＬ６の像側に面（面番号は１１及び１２）に第２の回折光学面Ｇｆ２を形成した。したがって、本実施例に係るズームレンズＺＬ３では、面番号７及び８に相当する面が第１の回折光学面Ｇｆ１に相当し、面番号１１及び１２に相当する面が第２の回折光学面Ｇｆ２に相当する。また、レンズＬ４及びレンズＬ６が回折光学面を有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。
【００７８】
また、表４から分かるように、レンズＬ１０及びレンズＬ１１の屈折率はともにｄ線についてｎ（ｄ）＝１．５１６８００、ｇ線についてｎ（ｇ）＝１．５２６７０３、Ｃ線についてｎ（Ｃ）＝１．５１４３２２、Ｆ線についてｎ（Ｆ）＝１．５２２３８４であり、レンズＬ１２の屈折率はｄ線についてｎ（ｇ）＝１．８６０７４１、ｇ線についてｎ（ｇ）＝１．９１０６４９、Ｃ線についてｎ（Ｃ）＝１．８５００７６、Ｆ線についてｎ（Ｆ）＝１．８８７４７７である。したがって、本実施例に係るズームレンズＺＬ３は、上述の式（５）を満たしつつ、第４レンズ群Ｇ４中において、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも小さいという条件を満足したものとなっている。
【００７９】
【表４】
【００８０】
このように本実施例では、前述の条件式（１）〜（６）は全て満たされることが分かる。また、本実施例では、最大像高に至る光線で、開口絞りＳ７の中心を通る光線（主光線）がレンズ面の法線となす角度（光線入射角）は面番号１１に相当するレンズ面における値が最も小さくなっており、広角端においては３．６４３°、望遠端においては５．０６４°であった。
【００８１】
図１１及び図１２は第３実施例に係るズームレンズＺＬ３のｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線に対する諸収差図である。ここで、図１１は広角端における無限遠合焦点状態での諸収差図を示しており、図１２は望遠端における無限遠合焦点状態での諸収差図を示している。図１１及び図１２に示す各収差図から明らかなように、本第３実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが分かる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るズームレンズでは、回折光学面を第２レンズ群若しくは第３レンズ群に設けるようにするとともに、広角端において最大像高に至る主光線がこの回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度を所定角度以下となるように制限するようになっているので、広角端近傍において回折光学面の外部から入る有害光が効果的に抑えられ、広角端近傍における画質の低下が防止される。このため本ズームレンズでは、回折光学素子を用いることにより得られる軽量化と優れた結像性能との利点を十分に活かしつつ、ズームレンズの広角化及び高倍率化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図２】上記第１実施例に係るズームレンズを広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）まで変倍させたときの各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図３】上記第１実施例に係るズームレンズの広角端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図４】上記第１実施例に係るズームレンズの望遠端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図５】本発明の第２実施例に係るズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図６】上記第２実施例に係るズームレンズを広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）まで変倍させたときの各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図７】上記第２実施例に係るズームレンズの広角端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図８】上記第２実施例に係るズームレンズの望遠端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図９】本発明の第３実施例に係るズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図１０】上記第３実施例に係るズームレンズを広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）まで変倍させたときの各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図１１】上記第３実施例に係るズームレンズの広角端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図１２】上記第３実施例に係るズームレンズの望遠端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図１３】フレネルゾーンプレートの一例を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）における矢視Ｂ−Ｂから見た断面図である。
【符号の説明】
ＺＬ１ ズームレンズ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇｆ１，Ｇｆ２ 回折光学面
Ｉ 像面
【発明の属する技術分野】
本発明は回折光学素子を備えたズームレンズに関し、特に、ＣＣＤ等を撮像デバイスとした電子画像機器に好適なバックフォーカスの長いズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラやディジタルカメラ等の電気画像機器における画素ピッチの微細化技術の進歩は目覚ましく、よりきめ細かな画像が得られるようになってきていることに伴い、このような電子画像機器に用いられるズームレンズにおいても結像性能の優れた高性能なものが求められてきている。このような高性能なズームレンズの例としては、物体側から順に正、負、正、正の屈折力配置を有する４群構成タイプのものなどが知られている。
【０００３】
ところで、このような電子画像機器用に用いられるズームレンズでは、レンズ系の後方にフィルターやプリズム等の光学デバイスを配置する必要等から、比較的大きいバックフォーカスが確保される必要がある。このようにバックフォーカスの大きいズームレンズでは、特に、像面上の最大像高に至る光線の収差補正が難しくなるため、画像性能が優れた電子画像機器に上記のようなズームレンズを用いても、これに見合うだけの良好な画像を機器の像面上に結像できず、結果として電子画像機器の性能を十分に活かすことができない場合がある。
【０００４】
このような不具合を解消する方法としては、例えば負の分散値を有する回折光学素子をレンズ群中に設ける技術が知られており、これにより軽量かつ結像性能が良好なズームレンズを得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２１８２１号公報
【特許文献２】
特開２０００−１２１９４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにレンズ群中に回折光学素子を有したズームレンズでは、レンズ枚数を少なくできて軽量化できる反面、広角端の近傍領域において回折光学面の外部から入る有害光に起因する画質の低下が顕著となるため、ズームレンズの広角化及び高変倍化（高ズーム比化）を図ることは極めて困難であった。
【０００７】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、回折光学素子を用いて軽量化を図りつつ、広角端近傍において生じる画質の劣化を抑えて結像性能を向上させることが可能な構成のズームレンズを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係るズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が変化する構成のズームレンズにおいて、第２レンズ群及び第３レンズ群中の少なくとも一つのレンズ面に回折光学面を有し、第３レンズ群は、物体側から順に、両凸レンズと凹メニスカスレンズとで構成される貼り合わせレンズからなり、広角端において最大像高に至る主光線が回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度は１０度以下であり、回折光学面の有効径をＣ、広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとしたときに、０．２＜Ｃ／ｆｗ＜５．０の条件を満たし、前記第４レンズ群は、少なくとも１組の貼り合わせレンズを有し、前記貼り合わせレンズのうち最も物体側の貼り合わせレンズのｄ線に対する屈折率差をΔＮとしたときに、次式 ０．２＜ΔＮ の条件を満足する構成とする。
【０００９】
本発明に係るズームレンズでは、回折光学面を第２レンズ群及び第３レンズ群中の少なくとも一つのレンズ面に設けるとともに、広角端において最大像高に至る主光線がこの回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度が所定角度以下となるようにし、かつ、回折光学面の有効径と広角端におけるレンズ系全体の焦点距離との比が所定の範囲内に収まるようにしているので、広角端近傍において回折光学面の外部から入る有害光が効果的に抑えられ、広角端近傍における画質の低下が防止される。このため本ズームレンズでは、回折光学素子を用いて軽量化を図りつつ、広角端近傍において生じる画質の劣化を抑えて結像性能を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、上記回折光学面を光軸に対して回転対称な構造とすれば、回折光学素子の製造及びズームレンズへの組み込みが容易になるので、本ズームレンズの製造コストを低減することができる。また、本発明に係るズームレンズにおいては、第３レンズ群を構成する各レンズを通る光線の角度（各レンズ面の法線に対する角度）は比較的小さいものとなるため、この第３レンズ群中のいずれかのレンズ面に回折光学面を設けるようにすれば、回折光学面におけるフレアの発生を小さく抑えることができる。また、第３レンズ群を構成する各レンズの直径は比較的小さいため、回折光学面を第３レンズ群中に設けた場合には回折光学面を小さくすることができ、回折光学素子の製造コスト、ひいては本ズームレンズの製造コストを低減することができる。更に、第３レンズ群はズーミング中に固定とすることができるので、回折光学素子を第３レンズ群中に設けるようにすれば、回折光学素子を通る光線の変動を小さく抑えて色収差補正を効率よく行うことが可能となる。更には、鏡筒構造も簡素となって望ましい。また、回折光学面は第２レンズ群中の物体側に凸なレンズ面に設けられていてもよい。
【００１１】
また、広角端における像面から回折光学面までの光軸上の距離をＬとしたときに、１．０＜Ｌ／ｆｗ＜２０．０の条件を満たすようになっていることが好ましい。このような構成であれば、回折光学素子の製造が容易になるとともに、色収差の補正を十分に行うことが可能となる。
また、本発明に係るズームレンズにおいては、広角端におけるバックフォーカスをＢｆｗ、最大像高をＹ０としたときに、１．３＜Ｂｆｗ／Ｙ０＜１０．０の条件を満たすことが好ましい。このような構成であれば、レンズ系を大型化させることなく、またシェーディングを発生させることなく、電子画像機器用のズームレンズとしては十分な大きさのバックフォーカスを確保することが可能となる。
また、本発明に係るズームレンズにおいては、ズーミング中に第１レンズ群と第３レンズ群とが固定であり、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたときに、０．０５＜｜ｆ２／ｆ３｜＜１．０の条件を満たすことが好ましい。このような構成であれば、変倍時における球面収差及びコマ収差の変動を小さくして良好な結像性能を得ることができる。
【００１２】
また、前記回折光学面を有する回折光学素子の最も物体側に位置する面から最終面までの光軸上の厚さをｄとしたときに、次式 ０．０５＜ｄ／ｆｗ＜１．５ の条件を満足する構成であることが好ましい。
さらに、前記第２レンズ群は、少なくとも１組の貼り合わせレンズを有している構成であることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記回折光学面は、前記第３レンズ群の前記凹メニスカスレンズの最も像側のレンズ面に形成されているのが好ましい。
さらに、前記第４レンズ群は、回折光学面を有する構成であることが好ましい。
さらに、近距離物体への合焦は、前記第１レンズ群で行われる構成であることが好ましい。
さらに、近距離物体への合焦は、前記第４レンズ群で行われる構成であることが好ましい。
さらに、前記回折光学面は、アッベ数が６５以下の光学ガラスレンズのレンズ面上に形成されるのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。先ず、一般論として、多群構成のズームレンズの特徴について説明する。ズームレンズを構成するのに少なくとも２つのレンズ群を必要とするので、以下の説明において多群構成とは、３群以上のレンズ群を有するレンズ構成を指すものとする。先ず、多群構成のズームレンズでは、変倍を担うレンズ群の数が増えるので、高倍率化を図ることが可能である。また、各レンズ群の収差補正の負担を均等化し易いので、優れた結像性能を達成することが可能である。なお、光軸に沿って移動可能なレンズ群が増加すると鏡筒構造が複雑化するなどの不都合な面も生じるが、このような問題は近年の鏡筒技術の進歩により克服されつつある。
【００１５】
次に、回折光学面及び回折光学素子について説明する。一般に、光線を曲げる方法としては屈折と反射とが知られているが、第３番目の方法として回折が知られている。回折光学面とは、このように光の回折作用を行う光学面であり、回折光学素子とは、このような回折光学面を備えた光学素子をいう。回折光学素子には、従来知られた回折格子やフレネルゾーンプレートなどがある。このような回折光学素子は屈折や反射とは異なる振る舞いを示すことが知られており、その具体的な例としては、負の分散値を有することが挙げられる。この性質は色収差補正に極めて有効であり、高価な特殊低分散ガラスでしか達し得ない（通常のガラスでは達し得ない）良好な色収差補正が可能となる。なお、このような回折光学素子については、「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００１６】
本発明に係るズームレンズでは、上記ような多群構成のズームレンズの技術的基盤及び背景に基づき、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群を備え、広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が増大し、かつ、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が変化する構成を採用している。すなわち、本発明では、レンズ群の数を多くすることにより、各レンズ群の移動の自由度も含めて収差補正の自由度を大きくする構成を有している。
【００１７】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、第２レンズ群及び第３レンズ群中の少なくとも一つのレンズ面に、光軸に対して回転対称な回折光学面が設けられている。ここで回折光学面は、ガラスやプラスチック等の光学部材の表面に回折格子を設けるか、フレネルゾーンプレートのように光線を曲げて回折現象を生ずる面を上記光学部材の表面に形成するなどして生成する。図１３はフレネルゾーンプレートの一例を示すものであり、図１３（Ａ）は光軸方向から見たフレネルゾーンプレート１の正面図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）における矢視Ｂ−Ｂから見たフレネルゾーンプレート１の断面図である。この図１３に示すフレネルゾーンプレート１は回折光学面を構成する回折格子溝の１ピッチが連続した曲線であるキノフォーム型であるが、その他、周期構造が階段状のものや三角形状等のものとすることもできる。
【００１８】
一般に、回折光学面を有する光学系では、回折光学面を通過する光線が回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度は、できるだけ小さいことが好ましい。これは、上記角度が大きくなると回折光学面によるフレアが発生し易くなり、画質を損ねてしまうからである。したがって、本発明に係るズームレンズでは広角端においてフレアが及ぼす影響を小さくして良好な画質を得るため、広角端において最大像高に至る主光線（開口絞りの中心を通る光線）が回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度が常に１０度以下となるようにする、換言すると、回折光学面は、広角端において最大像高に至る主光線がレンズ面を通過するときに、そのレンズ面の法線となす角度が常に１０度以下となるもの（レンズ面）に設けるようにする。このような条件が満たされるのであれば、回折光学面は本ズームレンズを構成するどのレンズ面上に配置してもよいが、物体側に凸となるレンズ面のいずれかに形成するようにすれば、上記条件（回折光学面を通過する主光線が回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度が１０度以下になるようにするという条件）を満足させることが容易になる。なお、上記角度は実用的には７度以下であることが好ましく、更に良好な画質を得られるようにするには、５度以下であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、回折光学面の有効径（直径）をＣ、広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとしたときに、下の条件式（１）を満たす構成となっている。
【００２０】
【数１】
０．２＜Ｃ／ｆｗ＜５．０ … （１）
【００２１】
上記条件式（１）は、回折光学面の有効径Ｃの値を適切な範囲内に規制するものである。ここで、Ｃ／ｆｗの値が条件式（１）の上限値を上回ると回折光学面の有効径Ｃが大きくなり過ぎ、回折光学面の製作が困難となってコストアップに繋がる。また、広角端近傍において外部からの有害光が回折光学面に入り易くなり、フレア等による画質低下を招き易くなる。反対にＣ／ｆｗの値が条件式（１）の下限値を下回ると、回折光学面の有効径Ｃが小さくなり過ぎて、回折光学面の格子ピッチが小さくなる傾向が強まり、回折光学面の製作が困難となりコストアップに繋がるばかりか、回折光学面の格子によるフレアの発生が大きくなり画質の低下を招き易くなる。なお、本発明の効果を十分に発揮させるためには、上記条件式（１）の上限値を２．５とすることが好ましい。また、下限値については０．７とすることが好ましい。
【００２２】
このように本ズームレンズでは、物体側から順に、正、負、正、正の屈折力配置を有する４群構成を採用しており、その結果、高倍率のズームレンズを実現できるとともに、広角端及び望遠端以外の中間の焦点距離状態においても優れた結像性能が得られるようになっている。また、無限遠系及び有限遠系いずれにおいても良好な結像性能を有し、例えば電子画像機器に好適な大きいバックフォーカスが得られるようになっている。更に、上述のように回折光学素子を有しているため構成レンズ数を少なくすることができ、鏡筒のみならず、装着するカメラ全体も軽量化できるようになっている。また、このように回折光学素子を有するために、広角端の近傍領域において回折光学面の外部から入る有害光に起因する画質の低下が顕著となる不都合な点も生じる。
【００２３】
そこで、本発明に係るズームレンズでは、上述したように、広角端において最大像高に至る主光線がこの回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度を所定角度以下となるようにし、かつ、回折光学面の有効径と広角端におけるレンズ系全体の焦点距離との比が所定の範囲内に収まるようにしている。これにより広角端近傍において回折光学面の外部から入る有害光が効果的に抑えられるので、広角端近傍における画質の低下が防止される。このため本ズームレンズでは、回折光学素子を用いて軽量化を図りつつ、広角端近傍において生じる画質の劣化を抑えて結像性能を向上させることができる。また、これにより、ズームレンズの広角化及び高倍率化を実現することが可能となる。
【００２４】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、第３レンズ群を構成する各レンズを通る光線の角度（レンズ面の法線に対する角度）は比較的小さいものとなるため、この第３レンズ群中のいずれかのレンズ面に回折光学面を設けるようにすれば、回折光学面におけるフレアの発生を小さく抑えることができる（後述する第１実施例及び第２実施例参照）。また、第３レンズ群を構成する各レンズの直径は比較的小さいため、回折光学面を第３レンズ群中に設けた場合には回折光学面を小さくすることができ、回折光学素子の製造コスト、ひいては本ズームレンズの製造コストを低減することができる。更に、第３レンズ群はズーミング中に固定とすることができるので、回折光学素子を第３レンズ群中に設けるようにすれば、回折光学素子を通る光線の変動を小さく抑えて色収差補正を効率よく行うことが可能となる。更には、鏡筒構造も簡素となって望ましい。また、回折光学面は第２レンズ群中の物体側に凸なレンズ面に設けられていてもよい。
【００２５】
また、本発明に係るズームレンズでは、上述の構成に加え、広角端における像面（後述の図１，２，５，６，９，１０中に示す像面Ｉ参照）から回折光学面までの光軸上の距離をＬとしたときに、下の条件式（２）を満たす構成となっていることが好ましい。
【００２６】
【数２】
１．０＜Ｌ／ｆｗ＜２０．０ … （２）
【００２７】
上記条件式（２）は、回折光学面の適切な位置を規定するものである。ここで、Ｌ／ｆｗの値が上記条件式（２）の上限値を上回ると、回折光学素子の径が大きくなり過ぎ、回折光学素子の製造が困難となってしまう不都合が生じる。反対に、Ｌ／ｆｗの値が上記条件式（２）の下限値を下回ると、回折光学面が像面に近くなり過ぎてしまい、格子の周期構造が画像に写り込み易くなる不都合が生じるばかりか、色収差の補正効果が弱まってしまうため、良好な結像性能が得にくくなる。なお、本発明の効果を更に十分に発揮させるためには、条件式（２）の上限値を１２．０とすることが好ましい。また、下限値については、２．５とすることが好ましい。
【００２８】
更に、本発明に係るズームレンズにおいては、広角端におけるバックフォーカスをＢｆｗ、最大像高をＹ０としたときに、下の条件式（３）を満たす構成であることが好ましい。
【００２９】
【数３】
１．３＜Ｂｆｗ／Ｙ０＜１０．０ … （３）
【００３０】
上記条件式（３）は、電子画像機器用のズームレンズとして実用に足るような十分に大きい（長い）バックフォーカスを得るための条件を規定している。電子画像機器用の光学系ではシェーディングを回避するために射出瞳を像面から十分遠くへ離すことが必要であり、この目的のためにも条件式（３）を満足することが重要である。ここで、Ｂｆｗ／Ｙ０の値が条件式（３）の上限値を上回ると、バックフォーカスが大きくなり過ぎてレンズ系の全長が長くなり、ひいてはレンズ系の大型化を招いてしまう。また、第４レンズ群のレンズ径が過度に大きくなってしまう不都合を生じる。
【００３１】
一方、Ｂｆｗ／Ｙ０の値が条件式（３）の下限値を下回ると、バックフォーカスが小さくなり過ぎて、ズームレンズとＣＣＤ等の撮像デバイスとの間の光路中においてフィルターやプリズムを配置する空間を確保することが困難になってしまう。また、射出瞳の位置が像面に近づき過ぎて、上述したシェーディングが発生し易くなり、不都合である。なお、本発明の効果を更に十分に発揮させるためには、上記条件式（３）の上限値を５．０とすることが好ましい。また、下限値については３．０とすることが好ましい。
【００３２】
更に、本発明に係るズームレンズにおいては、ズーミング中に第１レンズ群と第３レンズ群とが固定であり、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたときに、下の条件式（４）を満たす構成であることが好ましい。
【００３３】
【数４】
０．０５＜｜ｆ２／ｆ３｜＜１．０ … （４）
【００３４】
上記条件式（４）は、第２レンズ群の焦点距離ｆ２と第３レンズ群の焦点距離ｆ３との大きさの比についての適切な範囲を規定している。ここで、｜ｆ２／ｆ３｜の値が条件式（４）の上限値を上回ると、第３レンズ群の焦点距離ｆ３の大きさが相対的に小さくなり過ぎて、変倍時における球面収差の変動が大きくなり好ましくない。また、望遠端において球面収差が負側に過大となり、良好な結像性能を得ることができなくなる。
【００３５】
一方、｜ｆ２／ｆ３｜の値が条件式（４）の下限値を下回ると、第２レンズ群の焦点距離ｆ２の大きさが相対的に小さくなり過ぎて、変倍時におけるコマ収差の変動が大きくなり、望遠端における歪曲収差が負側に大きくシフトするので好ましくない。また、広角端において負の下コマ収差が発生し、望遠端において球面収差が負側に補正過剰となり、良好な結像性能を得ることができなくなる。なお、本発明の効果を更に十分に発揮させるためには、上記条件式（４）の上限値を０．５とすることが好ましい。また、下限値については０．１５とすることが好ましい。
【００３６】
また、本発明に係るズームレンズを実際に構成する場合、第１レンズ群及び第３レンズ群を変倍時に固定とする光学配置を採ることにより、メカ構成上の観点から構成が簡素になり、製作誤差の影響を小さくすることができるので好ましい。特に、第１レンズ群が固定であれば、鏡筒構造の堅牢性や防塵性が増すので好ましい。
【００３７】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、第４レンズ群中の貼り合わせレンズ（例えば、後述する第１実施例におけるレンズＬ１０とレンズＬ１１との貼り合わせレンズ）のｄ線に対する屈折率差（第４レンズ群中の貼り合わせレンズが複数ある場合には、最も物体側にあるものを指すものとする）をΔＮとしたときに更に、次の条件式（５）を満たす構成であることが望ましい。
【００３８】
【数５】
０．２＜ΔＮ … （５）
【００３９】
本発明に係るズームレンズのように、最大像高に比してバックフォーカスの大きいズームレンズにおいては、像側のレンズ群を通る軸上光線の位置が光軸から大きく離れがちであり、この軸上光線の収差補正が難しい。本発明では、上記条件式（５）に示すように、第４レンズ群中の貼り合わせレンズの屈折率差ΔＮの値を適切な範囲に設定することにより、上述の軸上光線の収差補正を良好に行うことが可能である。このとき、第４レンズ群中において、正レンズ（例えば、後述する図１におけるレンズＬ１０）の屈折率が負レンズ（例えば、後述する図１におけるレンズＬ１１）の屈折率よりも低くなっていることが望ましい。ここで、ΔＮの値が条件式（５）の下限値を下回ると、球面収差の補正が困難となって、良好な結像性能を得ることができなくなってしまう。更には、ペッツバール和が負側に変移し易くなるので好ましくない。
【００４０】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、回折光学面を有する回折光学素子の最も物体側に位置する面から最終面までの光軸上の厚さ、すなわち回折光学素子の光軸上の厚さをｄとしたときに、次に条件式（６）を満たす構成であることが望ましい。
【００４１】
【数６】
０．０５＜ｄ／ｆｗ＜１．５ … （６）
【００４２】
上記条件式（６）は広角端におけるレンズ系全体の焦点距離ｆｗと回折光学素子の光軸上の厚さｄとの適切なる比を示すものである。ここで、ｄ／ｆｗの値が上記条件式（６）の上限値を超えると（ｄが大きくなり過ぎると）、回折光学素子が厚く（大きく）なり過ぎてしまい、製造しにくくなってコストアップを招いてしまう。
【００４３】
一方、ｄ／ｆｗの値が上記条件式（６）の下限値を下回ると回折光学素子が薄くなり過ぎてしまい、製造中に撓み易くなるという不都合が生じる。また、ズームレンズへの組み込み時の変形が生じ易くなり、結像性能劣化の原因ともなる。なお、本発明の効果を更に十分に発揮させるには、上記条件式（６）の上限値を０．８０とすることが好ましい。また、下限値については０．１０とすることが好ましい。
【００４４】
また、本発明に係るズームレンズを実際に構成するときには、以下に述べる構成的要件を更に満たすことが望ましい。先ず、回折光学面は、第１レンズ群中に設けることは、できれば避けた方がよい。第１レンズ群を通過する光線が構成レンズ各々の法線となす角度は広角端において１０度を超える場合があり、フレアの発生が大きくなるためである。したがって、回折光学面は構成レンズを通過する光線がレンズの法線となす角度が１０度以下となる第２レンズ群若しくは第３レンズ群（或いは第２レンズ群と第３レンズ群の両方）に配置するのが好ましい。なお、回折光学面を配置するレンズは凸レンズであっても凹レンズであっても構わない。
【００４５】
次に、良好な色収差補正をするためには、第２レンズ群が貼り合わせレンズ（例えば、後述する第１実施例ではレンズＬ５とレンズＬ６との貼り合わせレンズ）を有していることが好ましい。これは、特に、両凹レンズと凸メニスカスレンズの貼り合わせレンズであることが好ましい。
【００４６】
また、回折光学面において補正しきれない２次スペクトルを補正するため、第３レンズ群は凸レンズと凹レンズによる貼り合わせレンズ（例えば、後述する第１実施例ではレンズＬ８とレンズＬ９との貼り合わせレンズ）を有していることが好ましい。そして、更にその効果を十分に得るには、この貼り合わせレンズを通過する光線の光軸に対する角度が７度以下であることが、より好ましい。更に、収差補正上の観点から、第２レンズ群の使用倍率は、広角端から望遠端への変倍時に等倍（−１倍）を挟んで変化させることが望ましい。
【００４７】
また、第３レンズ群は、物体側から両凸レンズ、凹メニスカスレンズとなる構成（例えば、後述する第１実施例ではレンズＬ８とレンズＬ９）とすることが好ましい。これらは接合レンズとしても分離したレンズとしてもよく、上記凹メニスカスレンズの最も像側のレンズ面に回折光学素子面を配置すれば（後述の第１実施例参照）、良好な収差補正と、光線の通過する角度を７度以内とすることを両立させることが可能となるので好ましい。なお、第３レンズ群を貼り合わせレンズ（接合レンズ）として、その接合面に回折光学面を設けることは、回折格子のブレード高さが高くなり易く、製作が困難となるので好ましくない。
【００４８】
また、上述したように、各レンズを通過する光線がそのレンズ面の法線となす角度が１０度以上となるとフレアが発生して好ましくないが、第４レンズ群の適切な位置に回折光学面を配置することにより（後述の第１実施例参照）、たとえ光線の上記角度が１０度を超えてフレアが発生したとしても、良好な色収差補正を達成することが可能である。なお、この際、第４レンズ群中に凸レンズと凹レンズによる貼り合わせレンズを設けることにより（例えば、後述する第１実施例ではレンズＬ１０とレンズＬ１１との貼り合わせレンズ）、回折光学面では十分に補正しきれない２次スペクトルを良好に補正することができる。
【００４９】
また、本発明に係るズームレンズでは、近距離物体へのフォーカシング（合焦）は、第１レンズ群を物体側へ繰り出すいわゆるフロントフォーカス方式で行ってもよい。しかしながら、フォーカシング時に主光線が下がることなく周辺光量を確保するには、第４レンズ群を光軸方向に移動させてフォーカシングを行う、いわゆるリアフォーカス方式にすることが好ましい。
【００５０】
また、実際に回折光学面をレンズ上に形成する場合、フレネルゾーンプレートのように、光軸に対して回転対称な構造（格子構造）とすれば、製造を容易にすることができる点で好ましい。このような回転対称な格子構造は、通常の非球面レンズを製作するのと同じく、精研削でも、ガラスモールドでも形成可能である。また、レンズ表面に薄い樹脂層を形成し、この樹脂層に格子構造を設けるようにしてもよい。また、回折格子はキノフォーム等の単純な単層構造に限らず、複数の格子構造を重ねて複層構造にしてもよい。このように複層構造の回折格子によれば、回折効率の波長特性や画角特性をより一層向上させることができる。
【００５１】
また、回折光学面は、アッベ数が６５以下の光学ガラスレンズのレンズ面上に形成することが好ましい。これは、回折格子の形成が容易で、しかも良好な光学性能が得られるからである。更に、本発明に係るズームレンズは、本発明に係るズームレンズを構成する各レンズに加えて、非球面レンズ、屈折率分布型レンズ等を用いることにより、更に良好な光学性能が得られることはいうまでもない。
【００５２】
また、本発明に係るズームレンズは、撮影レンズのブレを検出するブレ検出手段と、ブレ検出手段からの信号とカメラの作動のシーケンス制御を行う制御手段とに基づいて適正なブレ補正量を定めるブレ制御装置と、ブレ制御装置により定められたブレ補正量に基づいて防振レンズ群を移動させる駆動機構とを組み合わせて、防振レンズシステムを構成することもできる。
【００５３】
【実施例】
以下、本発明に係るズームレンズの具体的な実施例について説明する。下に示す３つの実施例では、図１、図５及び図９に示すように、本発明のズームレンズそれぞれが、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を備えるとともに、広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が変化する構成とした。
【００５４】
各実施例において、回折光学面の位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式（７），（８）とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法は、非球面形状を表す式と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例において回折光学面は超高屈折率法のデータを、後述する非球面式（７），（８）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象としてｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線を選んだ。本実施例において用いたｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線の波長と、各スペクトル線に対して設定した具体的な屈折率の値を下の表１に示す。
【００５５】
【表１】
各実施例において非球面は、光軸に垂直な方向の高さ（入射高）をｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径をｒ、近軸曲率半径をＲとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣnとしたとき、下の式（７），（８）で表されるものとした。
【００５７】
【数７】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−κ・ｙ2／ｒ2）1/2｝
＋Ｃ2・ｙ2＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10 …（７）
Ｒ＝１／｛（１／ｒ）＋２Ｃ2｝ …（８）
【００５８】
なお、本実施例において用いた超高屈折率法については、前述の「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００５９】
なお、下に示す各実施例では、第１レンズ群Ｇ１及び第３レンズ群Ｇ３を変倍時に固定としているが、これは一例であり、第１レンズ群Ｇ１又は第３レンズ群Ｇ３が変倍時に光軸方向に移動するように構成することも可能である。この場合、収差補正の自由度が増すので、設計が容易になる。
【００６０】
（第１実施例）
図１に、本発明の第１実施例に係るズームレンズのレンズ構成を示す。本第１実施例に用いたズームレンズＺＬ１では、図１に示すように、第１レンズ群Ｇ１には物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と両凸レンズＬ２との貼り合わせからなる接合レンズ及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３を配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第２レンズ群Ｇ２には物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４及び両凹レンズＬ５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６との貼り合わせからなる接合レンズを配置して負の屈折力を有するレンズ群を構成した。また、第３レンズ群Ｇ３には開口絞りＳ７及び両凸レンズＬ８と物体側に凹面を向けた（像側に凸面を向けた）負メニスカスレンズＬ９との貼り合わせからなる接合レンズを配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第４レンズ群Ｇ４には両凸レンズＬ１０と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１１との貼り合わせからなる接合レンズを配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成した。
【００６１】
図２は本第１実施例に係るズームレンズＺＬ１を広角端から望遠端まで変倍させたときの各レンズ群の移動軌跡を示す図であり、（Ｗ）はズームレンズＺＬ１が広角端にある場合の各レンズ群の位置、（Ｔ）はズームレンズＺＬ１が望遠端にある場合の各レンズ群の位置をそれぞれ示している。この図にも示すように、本実施例では第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とが変倍時に固定となるようにした。
【００６２】
下の表２に、本第１実施例における各レンズの諸元を示す（長さの単位は全てｍｍ。他の実施例についても同じ）。表２における面番号１〜１９は図１における符号１〜１９に対応する。また、表２におけるｒはレンズ面の曲率半径（非球面の場合には基準球面の曲率半径）を、ｄはレンズ面の間隔を、ｎ（ｄ）はｄ線に対する屈折率を、ｎ（ｇ）はｇ線に対する屈折率を、ｎ（Ｃ）はＣ線に対する屈折率を、ｎ（Ｆ）はＦ線に対する屈折率をそれぞれ示している。なお、表２において、非球面形状に形成されたレンズ面には、面番号の右側に＊印を付している。また、非球面係数Ｃｎ（ｎ＝２，４，６，８，１０）において「Ｅ−０９」等は「×１０-09」等を示す。また、「０（零）」となるｎ次の非球面係数Ｃｎは省略している。なお、これら表２の記号の説明は、他の実施例の表においても同様である。
【００６３】
図１に示すように、本第１実施例では、第３レンズ群Ｇ３を構成する負メニスカスレンズＬ９の像側の面（面番号は１４及び１５）に第１の回折光学面Ｇｆ１を形成し、第４レンズ群Ｇ４を構成する両凸レンズＬ１０の物体側に面（面番号は１６及び１７）に第２の回折光学面Ｇｆ２を形成した。したがって、本実施例に係るズームレンズＺＬ１では、面番号１４及び１５に相当する面が第１の回折光学面Ｇｆ１に相当し、面番号１６及び１７に相当する面が第２の回折光学面Ｇｆ２に相当する。また、レンズＬ９とレンズＬ１０とが回折光学面を有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。
【００６４】
また、表２から分かるように、本実施例において、レンズＬ１０の屈折率はｄ線についてｎ（ｄ）＝１．４８７４９０、ｇ線についてｎ（ｇ）＝１．４９５９３２、Ｃ線についてｎ（Ｃ）＝１．４８５３４６、Ｆ線についてｎ（Ｆ）＝１．４９２２７０であり、レンズＬ１１の屈折率はｄ線についてｎ（ｇ）＝１．８６０７４１、ｇ線についてｎ（ｇ）＝１．９１０６４９、Ｃ線についてｎ（Ｃ）＝１．８５００７６、Ｆ線についてｎ（Ｆ）＝１．８８７４７７である。したがって、本実施例に係るズームレンズＺＬ１は、上述の式（５）を満たしつつ、第４レンズ群Ｇ４中において、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも小さいという条件を満足したものとなっている。
【００６５】
【表２】
このように本実施例では、前述の条件式（１）〜（６）は全て満たされることが分かる。また、本実施例では、最大像高に至る光線で、開口絞りＳ７の中心を通る光線（主光線）がレンズ面の法線となす角度（光線入射角）は面番号１４に相当するレンズ面における値が最も小さくなっており、広角端において６．５２４°、望遠端においては６．１５８°であった。
【００６７】
図３及び図４は第１実施例に係るズームレンズＺＬ１のｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線に対する諸収差図である。ここで、図３は広角端における無限遠合焦点状態での諸収差図を示しており、図４は望遠端における無限遠合焦点状態での諸収差図を示している。各収差図におけるＦＮＯの値はＦナンバーであり、各非点収差図及び各歪曲収差図におけるＹの値は像高の最大値である。また、各コマ収差図におけるＹの値は像高の値である。また、非点収差図において、実線はサジタル像面を示しており、破線はメリディオナル像面を示している（これら収差図の説明は、他の実施例についても同じ）。図３及び図４に示す各収差図から明らかなように、本第１実施例に係るズームレンズＺＬ１では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが分かる。
【００６８】
（第２実施例）
図５に、本発明の第２実施例に係るズームレンズのレンズ構成を示す。本第２実施例に用いたズームレンズＺＬ２では、図５に示すように、第１レンズ群Ｇ１には物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と両凸レンズＬ２との貼り合わせからなる接合レンズ及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３を配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第２レンズ群Ｇ２には物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４及び両凹レンズＬ５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６との貼り合わせからなる接合レンズを配置して負の屈折力を有するレンズ群を構成した。また、第３レンズ群Ｇ３には開口絞りＳ７、両凸レンズＬ８と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ９との貼り合わせからなる接合レンズを配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第４レンズ群Ｇ４には両凸レンズＬ１０及び両凸レンズＬ１１と両凹レンズＬ１１との貼り合わせからなる接合レンズを配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成した。
【００６９】
図６は本第２実施例に係るズームレンズＺＬ２を広角端から望遠端まで変倍させたときの各レンズ群の移動軌跡を示す図であり、（Ｗ）はズームレンズＺＬ２が広角端にある場合の各レンズ群の位置、（Ｔ）はズームレンズＺＬ２が望遠端にある場合の各レンズ群の位置をそれぞれ示している。この図にも示すように、本実施例では、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とが変倍時に固定となるようにした。
【００７０】
下の表３に、本第２実施例における各レンズの諸元を示す。表３における面番号１〜２０は図５における符号１〜２０に対応する。図５に示すように、本第２実施例では、第３レンズ群Ｇ３を構成する負メニスカスレンズＬ９の像側の面（面番号は１４及び１５）に回折光学面Ｇｆを形成した。したがって、本実施例に係るズームレンズＺＬ２では、面番号１４及び１５に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当する。また、レンズＬ９が回折光学面を有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。
【００７１】
また、表３から分かるように、レンズＬ１１の屈折率はｄ線についてｎ（ｄ）＝１．４９７０００、ｇ線についてｎ（ｇ）＝１．５０４５１０、Ｃ線についてｎ（Ｃ）＝１．４９５１４０、Ｆ線についてｎ（Ｆ）＝１．５０１２３０であり、レンズＬ１２の屈折率はｄ線についてｎ（ｇ）＝１．８０５１８０、ｇ線についてｎ（ｇ）＝１．８４７０１０、Ｃ線についてｎ（Ｃ）＝１．７９６１１０、Ｆ線についてｎ（Ｆ）＝１．８２７７３０である。したがって、本実施例に係るズームレンズＺＬ２は、上述の式（５）を満たしつつ、第４レンズ群Ｇ４中において、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも小さいという条件を満足したものとなっている。
【００７２】
【表３】
このように本実施例では、前述の条件式（１）〜（６）は全て満たされることが分かる。また、本実施例では、最大像高に至る光線で、開口絞りＳ７の中心を通る光線（主光線）がレンズ面の法線となす角度（光線入射角）は面番号１４に相当するレンズ面における値が最も小さくなっており、広角端において６．５０６°、望遠端においては６．１３８°であった。
【００７４】
図７及び図８は第２実施例に係るズームレンズＺＬ２のｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線に対する諸収差図である。ここで、図７は広角端における無限遠合焦点状態での諸収差図を示しており、図８は望遠端における無限遠合焦点状態での諸収差図を示している。図７及び図８に示す各収差図から明らかなように、本第２実施例に係るズームレンズＺＬ２では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが分かる。
【００７５】
（第３実施例）
図９に、本発明の第３実施例に係るズームレンズのレンズ構成を示す。本第３実施例に用いたズームレンズＺＬ３では、図９に示すように、第１レンズ群Ｇ１には物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と両凸レンズＬ２との貼り合わせからなる接合レンズ及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３を配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第２レンズ群Ｇ２には物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４及び両凹レンズＬ５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６との貼り合わせからなる接合レンズを配置して負の屈折力を有するレンズ群を構成した。また、第３レンズ群Ｇ３には開口絞りＳ７、両凸レンズＬ８及び物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ９とを配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第４レンズ群Ｇ４には両凸レンズＬ１０及び両凸レンズＬ１１と両凹レンズＬ１２との貼り合わせからなる接合レンズを配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成した。
【００７６】
図１０は本第３実施例に係るズームレンズＺＬ３を広角端から望遠端まで変倍させたときの各レンズ群の移動軌跡を示す図であり、（Ｗ）はズームレンズＺＬ３が広角端にある場合の各レンズ群の位置、（Ｔ）はズームレンズＺＬ３が望遠端にある場合の各レンズ群の位置をそれぞれ示している。この図にも示すように、本実施例では、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とが変倍時に固定となるようにした。
【００７７】
下の表４に、本第３実施例における各レンズの諸元を示す。表４における面番号１〜２２は図９における符号１〜２２に対応する。図９に示すように、本第３実施例では、第２レンズ群Ｇ２を構成する負メニスカスレンズＬ４の像側の面（面番号は７及び８）は第１の回折光学面Ｇｆ１を形成し、同じく第２レンズ群Ｇ２を構成する正メニスカスレンズＬ６の像側に面（面番号は１１及び１２）に第２の回折光学面Ｇｆ２を形成した。したがって、本実施例に係るズームレンズＺＬ３では、面番号７及び８に相当する面が第１の回折光学面Ｇｆ１に相当し、面番号１１及び１２に相当する面が第２の回折光学面Ｇｆ２に相当する。また、レンズＬ４及びレンズＬ６が回折光学面を有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。
【００７８】
また、表４から分かるように、レンズＬ１０及びレンズＬ１１の屈折率はともにｄ線についてｎ（ｄ）＝１．５１６８００、ｇ線についてｎ（ｇ）＝１．５２６７０３、Ｃ線についてｎ（Ｃ）＝１．５１４３２２、Ｆ線についてｎ（Ｆ）＝１．５２２３８４であり、レンズＬ１２の屈折率はｄ線についてｎ（ｇ）＝１．８６０７４１、ｇ線についてｎ（ｇ）＝１．９１０６４９、Ｃ線についてｎ（Ｃ）＝１．８５００７６、Ｆ線についてｎ（Ｆ）＝１．８８７４７７である。したがって、本実施例に係るズームレンズＺＬ３は、上述の式（５）を満たしつつ、第４レンズ群Ｇ４中において、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも小さいという条件を満足したものとなっている。
【００７９】
【表４】
このように本実施例では、前述の条件式（１）〜（６）は全て満たされることが分かる。また、本実施例では、最大像高に至る光線で、開口絞りＳ７の中心を通る光線（主光線）がレンズ面の法線となす角度（光線入射角）は面番号１１に相当するレンズ面における値が最も小さくなっており、広角端においては３．６４３°、望遠端においては５．０６４°であった。
【００８１】
図１１及び図１２は第３実施例に係るズームレンズＺＬ３のｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線に対する諸収差図である。ここで、図１１は広角端における無限遠合焦点状態での諸収差図を示しており、図１２は望遠端における無限遠合焦点状態での諸収差図を示している。図１１及び図１２に示す各収差図から明らかなように、本第３実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが分かる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るズームレンズでは、回折光学面を第２レンズ群若しくは第３レンズ群に設けるようにするとともに、広角端において最大像高に至る主光線がこの回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度を所定角度以下となるように制限するようになっているので、広角端近傍において回折光学面の外部から入る有害光が効果的に抑えられ、広角端近傍における画質の低下が防止される。このため本ズームレンズでは、回折光学素子を用いることにより得られる軽量化と優れた結像性能との利点を十分に活かしつつ、ズームレンズの広角化及び高倍率化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図２】上記第１実施例に係るズームレンズを広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）まで変倍させたときの各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図３】上記第１実施例に係るズームレンズの広角端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図４】上記第１実施例に係るズームレンズの望遠端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図５】本発明の第２実施例に係るズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図６】上記第２実施例に係るズームレンズを広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）まで変倍させたときの各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図７】上記第２実施例に係るズームレンズの広角端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図８】上記第２実施例に係るズームレンズの望遠端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図９】本発明の第３実施例に係るズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図１０】上記第３実施例に係るズームレンズを広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）まで変倍させたときの各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図１１】上記第３実施例に係るズームレンズの広角端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図１２】上記第３実施例に係るズームレンズの望遠端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図１３】フレネルゾーンプレートの一例を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）における矢視Ｂ−Ｂから見た断面図である。
【符号の説明】
ＺＬ１ ズームレンズ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇｆ１，Ｇｆ２ 回折光学面
Ｉ 像面
Claims (13)
- 物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、広角端から望遠端への変倍時に前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が変化する構成のズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群中の少なくとも一つのレンズ面に回折光学面を有し、
前記第３レンズ群は、物体側から順に、両凸レンズと凹メニスカスレンズとで構成される貼り合わせレンズからなり、
広角端において最大像高に至る主光線が前記回折光学面を通過するときに前記回折光学面の法線となす角度は１０度以下であり、前記回折光学面の有効径をＣ、広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとしたときに、
０．２＜Ｃ／ｆｗ＜５．０
の条件を満たし、
前記第４レンズ群は、少なくとも１組の貼り合わせレンズを有し、前記貼り合わせレンズのうち最も物体側の貼り合わせレンズのｄ線に対する屈折率差をΔＮとしたときに、次式
０．２＜ΔＮ
の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記回折光学面は光軸に対して回転対称な構造であることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
- 前記回折光学面が前記第３レンズ群中のいずれかのレンズ面若しくは前記第２レンズ群中の物体側に凸なレンズ面に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のズームレンズ。
- 広角端における像面から前記回折光学面までの光軸上の距離をＬとしたときに、
１．０＜Ｌ／ｆｗ＜２０．０
の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のズームレンズ。 - 広角端におけるバックフォーカスをＢｆｗ、最大像高をＹ０としたときに、
１．３＜Ｂｆｗ／Ｙ０＜１０．０
の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のズームレンズ。 - ズーミング中に前記第１レンズ群と前記第３レンズ群とが固定であり、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたときに、
０．０５＜｜ｆ２／ｆ３｜＜１．０
の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のズームレンズ。 - 前記回折光学面を有する回折光学素子の最も物体側に位置する面から最終面までの光軸上の厚さをｄとしたときに、次式
０．０５＜ｄ／ｆｗ＜１．５
の条件を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群は、少なくとも１組の貼り合わせレンズを有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のズームレンズ。
- 前記回折光学面は、前記第３レンズ群の前記凹メニスカスレンズの最も像側のレンズ面に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のズームレンズ。
- 前記第４レンズ群は、回折光学面を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のズームレンズ。
- 近距離物体への合焦は、前記第１レンズ群で行われることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のズームレンズ。
- 近距離物体への合焦は、前記第４レンズ群で行われることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のズームレンズ。
- 前記回折光学面は、アッベ数が６５以下の光学ガラスレンズのレンズ面上に形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のズームレンズ。
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