JP3144292B2

JP3144292B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JP3144292B2
Application number: JP01978496A
Authority: JP
Inventors: 祐一郎大利
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 2001-03-12
Anticipated expiration: 2016-02-06
Also published as: JPH09211329A; US5872658A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ズームレンズに関
するものであり、例えばビデオカメラや一眼レフレック
スカメラ用撮影レンズに適した、コンパクトなズームレ
ンズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、正の屈折力を有する第１群、
負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する１以上
のレンズ群からなるズームレンズが知られている。

【０００３】このズームレンズにおいては、第１群は少
なくとも３枚以上、第２群は少なくとも２枚のレンズで
構成されているズームレンズが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ズームレンズ
の場合、各群において色収差が良好に補正されていなけ
ればならない。このため従来のズームレンズでは、各レ
ンズ群を分散の異なる少なくとも２枚のレンズで構成す
る必要があり、各群のレンズ枚数をさらに削減して、さ
らにコンパクト化を図ろうとすることは非常に困難であ
った。

【０００５】本発明は、上記問題に鑑み、構成枚数が少
なく、色収差が良好に補正されたズームレンズを提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載のズームレンズは、物体側より順に、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有す
る第２レンズ群と、正の屈折力を有する１以上のレンズ
群と、からなるズームレンズにおいて、前記第１レンズ
群に、回折光学面を設けるとともに、該回折光学面は、
以下の条件式を満足することを特徴とする。 2<|R2・Hmax/λ0|<50 ただし、 R2：２次の位相係数、 Hmax：回折光学面の有効半径、 λ0：設計波長、である。

【０００７】また、請求項２記載のズームレンズは、物
体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負
の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する
１以上のレンズ群と、からなるズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群に、回折光学面を設けるとともに、該
回折光学面は、以下の条件式を満足することを特徴とす
る。 2<|R2・Hmax/λ0|<50 ただし、 R2：２次の位相係数、 Hmax：回折光学面の有効半径、 λ0：設計波長、である。

【０００８】また、請求項３記載のズームレンズは、請
求項１または２のいずれかに記載のズームレンズにおい
て、前記回折光学面は、非球面形状である屈折光学面の
表面に設けられていることを特徴とする。

【０００９】また、請求項４記載のズームレンズは、物
体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負
の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する
第３レンズ群と、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ズーミングに際して、
第２レンズ群を像側へ移動させ、第４レンズ群を一旦物
体側へ移動させた後、再び像側へ移動させるズームレン
ズにおいて、前記第１レンズ群に、回折光学面を設ける
とともに、該回折光学面は、以下の条件式を満足するこ
とを特徴とする。 2<|R2・Hmax/λ0|<50 ただし、 R2：２次の位相係数、 Hmax：回折光学面の有効半径、 λ0：設計波長、である。

【００１０】また、請求項５記載のズームレンズは、物
体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負
の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する
第３レンズ群と、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ズーミングに際して、
第２レンズ群を像側へ移動させ、第４レンズ群を一旦物
体側へ移動させた後、再び像側へ移動させるズームレン
ズにおいて、前記第２レンズ群に、回折光学面を設ける
とともに、該回折光学面は、以下の条件式を満足するこ
とを特徴とする。 2<|R2・Hmax/λ0|<50 ただし、 R2：２次の位相係数、 Hmax：回折光学面の有効半径、 λ0：設計波長、である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施したズームレ
ンズを図面を参照しつつ説明する。図１、２は、第１、
２の実施形態のズームレンズのレンズ構成図に対応し、
広角端(Ｗ)でのレンズ配置を示している。なお、各実施
形態のズームレンズは、いずれもビデオカメラ用ズーム
レンズである。

【００１２】第１、２の実施形態のズームレンズは、い
ずれも、物体側から順に、正の屈折力を有する第１群(G
r1)と、負の屈折力を有する第２群(Gr2)と、正の屈折力
を有する第３群(Gr3)と、正の屈折力を有する第４群(Gr
4)と、からなり、広角端から望遠端へのズーミングに際
して、第２群(Gr2)を像側へ移動させ、第４群(Gr4)を一
旦、物体側へ移動させた後、再び像側へ移動させるズー
ムレンズである。図１，２において、矢印ｍ１及びｍ２
は、各実施形態のズームレンズにおいて、広角端から望
遠端へのズーミングの際の第２群(Gr2)と第３群(Gr3)と
の移動を模式的に表している。

【００１３】第１の実施形態のズームレンズは、物体側
から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状であ
って像側面が非球面形状であるとともに像側面の表面に
回折光学面が設けられている回折−屈折Hybrid型レンズ
である第１レンズ(L1)からなる第１群(Gr1)と、物体側
に凸面を向けた負メニスカス形状である第２レンズ(L
2)，両凹形状の第３レンズ(L3)，物体側に凸面を向けた
正メニスカス形状であって物体側の凸面を第３レンズ(L
3)の像側面に接合させてなる第４レンズ(L4)からなる第
２群(Gr2)と、絞り(A)，両凸形状の第５レンズ(L5)から
なる第３群(Gr3)と、物体側に凸面を向けた負メニスカ
ス形状の第６レンズ(L6)，両凸形状の第７レンズ(L7)か
らなる第４群(Gr4)とから構成されている。また、最も
像側に配置された、平板(L8)は、ローカットフィルタで
ある。

【００１４】第２の実施形態のズームレンズは、物体側
から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状であ
る第１レンズ(L1)，両凸形状であって物体側の凸面を第
１レンズ(L1)の像側面に接合させてなる第２レンズ(L
2)，物体側に凸面を向けた正メニスカス形状である第３
レンズ(L3)からなる第１群(Gr1)と、物体側に凸面を向
けた負メニスカス形状である第４レンズ(L4)，物体側に
凹面を向けた負メニスカス形状であって像側面が非球面
形状であるとともに像側面の表面に回折光学面が設けら
れている回折−屈折Hybrid型レンズである第５レンズ(L
5)からなる第２群(Gr2)と、絞り(A)，両凸形状の第６レ
ンズ(L6)からなる第３群(Gr3)と、物体側に凸面を向け
た負メニスカス形状の第７レンズ(L7)，両凸形状の第８
レンズ(L8)からなる第４群(Gr4)とから構成されてい
る。また、最も像側に配置された、平板(L9)は、ローカ
ットフィルタである。

【００１５】第１の実施形態のズームレンズは第１群
に、第２の実施形態のズームレンズは第２群に、それぞ
れ回折光学面を有している。このように、物体側から、
正の屈折力を有する第１群と、負の屈折力を有する第２
群と、正の屈折力を有する１以上のレンズ群とからなる
ズームレンズにおいて、第１群または第２群に回折光学
面を設けると、従来の屈折光学素子からなるズームレン
ズで、低枚数化を図った場合に補正困難であった色収差
を良好に補正することができる。

【００１６】一般に、回折光学面を含むレンズ群で発生
する軸上色収差Ｌは、薄肉系で取り扱った場合、Ｌ＝φref／νref＋φdef／νdef ・・・・・・（１） νref＝（Ｎｄ−１）／（Ｎｇ−Ｎｃ）・・・・（２） νdef＝λｄ／（λｇ−λｃ）＝−２．６７・・（３）但し、Ｌ：軸上色収差、 φref：屈折光学面の屈折力、 νref：屈折光学面の分散値、 φdef：回折光学面の屈折力、 νdef：回折光学面の分散値、Ｎｄ：ｄ線に対する屈折光学面のレンズ光軸上での屈折
率、Ｎｇ：ｇ線に対する屈折光学面のレンズ光軸上での屈折
率、Ｎｃ：ｃ線に対する屈折光学面のレンズ光軸上での屈折
率、 λｄ：ｄ線の波長、 λｇ：ｇ線の波長、 λｃ：ｃ線の波長、で与えられる。（３）式より、回折光学面は負の大きな
分散（−２．６７）を持つことがわかる。各実施形態の
ズームレンズでは、上記のような回折光学面の特性を利
用して、屈折光学面を有する屈折光学素子で発生した色
収差を、回折光学面を有する回折光学素子で補正するこ
とにより、色収差の補正を行っている。

【００１７】一般に、屈折光学面だけで構成されている
光学系において、色収差を補正する場合、分散の値は常
に正であるため、互いに分散の値が異なる正の屈折力を
もつ光学素子と負の屈折力を有する光学素子との組み合
わせにより補正を行う以外に色収差の補正を行う方法は
ない。

【００１８】ところが、色収差の補正を行うための２つ
の屈折光学素子は、屈折力の符号が互いに逆であるの
で、２つの屈折光学素子を組み合わせて所望の合成屈折
力を得るためには、一方の光学素子の屈折力を２つの光
学素子の合成屈折力よりも大きくしなければならない。
そして、このように一方の光学素子の屈折力が２つの光
学素子の合成屈折力よりも大きくなると、高次の収差が
発生しやすいという問題がある。

【００１９】これに対して、屈折光学素子と回折光学素
子とを組み合わせて色収差の補正を行う場合、回折光学
面が上記のように大きな負の分散を有するので、色収差
の補正のための２つの光学素子の屈折力の符号を同じに
することができる。このため、屈折光学素子の屈折力を
合成屈折力よりも小さくすることができ、高次の収差が
発生しにくい。

【００２０】また、各実施形態のズームレンズでは、屈
折光学面の表面に回折光学面を設けている(回折−屈折H
ybrid型レンズ)ため、屈折光学面で発生した色収差を回
折光学面で良好に補正することができる。また、各実施
形態のズームレンズは、補正のために新たにレンズを付
加しなくてもよく、全系をコンパクトに構成することが
できる。第１の実施形態のズームレンズは、第１群を回
折−屈折Hybrid型レンズ１枚で構成しており、非常にコ
ンパクトである。また、第２の実施形態のズームレンズ
は、第２群に設けられた１枚の回折−屈折Hybrid型レン
ズで、２枚のレンズを接合してなる接合レンズの作用を
実現しており、コンパクトで高性能である。

【００２１】また、各実施形態のズームレンズでは、回
折光学面が設けられた屈折光学面は非球面形状である。
このように、回折光学面を設ける面のベース面が非球面
形状であると、たとえば機械加工で回折光学面を形成す
る場合に、非球面形状と回折光学面の形状を同時加工す
ることができ、製造工程を短縮するとともに加工を高精
度に行うことができる。

【００２２】ところで、一般に、回折光学面は位相形状
を適宜設計することができ、屈折光学面における非球面
と光学的に等価な面を回折光学面によって設計すること
も可能である。このようにすると、回折光学面によっ
て、色収差だけでなく球面収差の補正を行うことも可能
である。

【００２３】しかしながら、回折光学面の位相形状のみ
で球面収差の補正を行なうと、設計波長の球面収差は補
正されるが、設計波長以外の波長では回折による光の曲
げられ方が異なるため、色の球面収差の発生が大きくな
ってしまうという問題が発生する。

【００２４】以上の点を考慮すると、球面収差は屈折光
学面によって補正するのが好ましい。各実施形態では、
非球面形状の屈折光学面により球面収差と軸外のコマ収
差を補正する一方で、屈折光学面の表面に設けた回折光
学面により軸上色収差と倍率色収差を補正することによ
り、良好な光学性能を達成している。

【００２５】さらに、回折光学面を設けた面と反対側の
面を非球面としてもよい。このように構成することによ
り、設計の自由度が増加するとともに、さらに収差補正
を行うことができる。

【００２６】また、回折光学面は、ブレーズド化（鋸
状）することが望ましい。回折光学面をブレーズド化す
ることにより、回折効率を向上させることができる。

【００２７】このようなブレーズド化された回折光学面
は、（１）精密な切削加工により成形型を製作し、ガラ
スあるいはプラスチック材料を直接成形する方法、
（２）ガラスレンズ上に樹脂層を形成し、この樹脂層に
回折光学面を成形する方法、（３）半導体製造技術を応
用し、鋸形状をステップ形状で近似して、ガラス表面に
設けた樹脂層をレーザー加工する方法（バイナリーオプ
ティクス）等により、製造することができる。

【００２８】回折光学面の製造にあたっては、上記のよ
うな製造方法のいずれを採用してもよいが、プラスチッ
クレンズによる射出成形が最も低コスト化に対して効果
的である。なお、プラスチックの分散による色収差の発
生は回折光学面により、補正可能である。

【００２９】次に、各実施形態のズームレンズが満足す
べき、条件について説明する。 2<｜R2・Hmax/λ0｜<50・・・（４）ただし、 R2：２次の位相係数、 Hmax：回折光学面の有効半径、 λ0：設計波長、である。

【００３０】条件式（４）は、物体側から、正の屈折力
を有する第１群と、負の屈折力を有する第２群と、正の
屈折力を有する１以上のレンズ群とからなるズームレン
ズにおいて、第１群または第２群に回折光学面を設けた
場合に、その回折光学面が満足すべき条件式である。こ
の条件式の下限を越えると、回折光学面による色収差の
補正が不足し、回折光学面が設けられているレンズ群の
色収差を補正できない。逆に、この条件式の上限を越え
ると、色収差の補正が過多となるだけでなく、周辺部で
の回折光学面のピッチが小さくなるため、十分な回折効
率を得ることができない。また、回折光学面のピッチが
小さくなりすぎると、回折光学面の製造が困難となると
いう問題も発生する。

【００３１】０．２≦｜φ１／φ２｜≦０．４・・・（５）ただし、 φ１：第１群の屈折力、 φ２：第２群の屈折力、である。

【００３２】条件式（５）は、物体側から、正の屈折力
を有する第１群と、負の屈折力を有する第２群と、正の
屈折力を有する第３群と、正の屈折力を有する第４群
と、からなるズームレンズにおいて、第１群と第２群と
が満足すべき条件式である。この条件式の上限を越えた
場合には、第１群の屈折力が強くなりすぎて諸収差、と
くに望遠端での球面収差とコマ収差の補正が困難とな
る。逆に、この条件式の下限を越えた場合には、第１群
の屈折力が弱くなりすぎ、全系の全長が増大してしま
う。

【００３３】１．０≦｜φ２／φｗ｜≦１．５・・・（６）ただし、 φ２：第２群の屈折力、 φｗ：全系の広角端の屈折力、である。

【００３４】条件式（６）は、物体側から、正の屈折力
を有する第１群と、負の屈折力を有する第２群と、正の
屈折力を有する第３群と、正の屈折力を有する第４群
と、からなるズームレンズにおいて、第２群とが満足す
べき条件式である。この条件式の上限を越えた場合に
は、第２群の屈折力が強くなりすぎて変倍にともなう収
差の補正が困難となる。逆に、この条件式の下限を越え
た場合には、第２群の屈折力が弱くなりすぎ、全系の全
長が増大するとともに、変倍時のレンズ群の移動量が大
きくなってしまい、コンパクトなズームレンズが達成で
きない。

【００３５】

【実施例】以下、本発明にかかるズームレンズを、コン
ストラクションデータ，収差図等を挙げて、更に具体的
に示す。なお、以下に挙げる実施例１〜２は、前述した
第１〜第２の実施形態にそれぞれ対応しており、第１〜
第２の実施形態を表すレンズ配置図は、対応する実施例
１〜２のレンズ構成をぞれぞれ示している。

【００３６】各実施例において、ri(i=1,2,3,...)は物
体側から数えてi番目の面の曲率半径、di(i=1,2,3...)
は物体側から数えてi番目の軸上面間隔を示し、Ni(i=1,
2,3...)，νi(i=1,2,3...)は物体側から数えてi番目の
レンズのｄ線に対する屈折率，アッベ数を示す。なお、
実施例中の数値データに付された文字Ｅは、該当する数
値の指数部分を表し、例えば、１．０×１０Ｅ０２であ
れば、１．０×１０²を示すものとする。

【００３７】また、全系の焦点距離ｆ及びＦナンバーFN
O，第１群と第２群との間隔(軸上面間隔d5)は、左から
順に、広角端(Ｗ)，中間焦点距離(Ｍ)、望遠端(Ｔ)での
それぞれの値に対応している。

【００３８】各実施例中、曲率半径に＊印を付した面は
非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形
状を表す以下の式で定義するものとする。

【００３９】

【数１】

【００４０】ここで、Ｘ：光軸と垂直な方向の高さ、Ｙ：光軸方向の基準面からの変位量、Ｃ：近軸曲率、 ε：２次曲面パラメータ、Ａi：i次の非球面係数、である。

【００４１】また、各実施例中、曲率半径に(HOE)を付
した面は回折光学面を屈折型光学素子の表面に設けた面
であることを示し、回折光学面のピッチを決める位相形
状を以下の式で定義するものとする。

【００４２】

【数２】

【００４３】ここで、 φ（Ｘ）：位相関数、Ｒi：i次の位相係数、Ｘ：光軸と垂直な方向の高さ、である。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】図３，図６は、それぞれ、実施例１，２の
広角端での収差図、図４，図７は、それぞれ、実施例
１，２の中間焦点距離での収差図、図５，図８は、それ
ぞれ、実施例１，２の望遠端での収差図を表す。

【００４７】各図は、左から順に、球面収差、非点収
差、歪曲を表す。また、球面収差図において、実線はｄ
線、破線はｃ線、一点鎖線はｇ線に対する収差をそれぞ
れ表す。更に、非点収差図において、実線(Y)と実線(X)
はメリディオナル面とサジタル面での非点収差をそれぞ
れ表している。

【００４８】また、実施例１及び２は、前記条件式
（４）〜（６）を満足している。以下の表に、実施例１
及び２における条件式（４）〜（６）に対応する値を示
す。ただし、条件式（４）において、設計波長λ0は、5
87.6nm（ｄ線）である。

【００４９】

【表３】

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、構
成枚数が少なく、色収差が良好に補正されたズームレン
ズを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のズームレンズの広角端でのレンズ構
成図

【図２】実施例２のズームレンズの広角端でのレンズ構
成図

【図３】実施例１のズームレンズの広角端での収差図

【図４】実施例１のズームレンズの中間焦点距離での収
差図

【図５】実施例１のズームレンズの望遠端での収差図

【図６】実施例２のズームレンズの広角端での収差図

【図７】実施例２のズームレンズの中間焦点距離での収
差図

【図８】実施例２のズームレンズの望遠端での収差図

【符号の説明】

Gr1 ・・・第１群 Gr2 ・・・第２群 Gr3 ・・・第３群 Gr4 ・・・第４群

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に、正の屈折力を有する第１
レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の
屈折力を有する１以上のレンズ群と、からなるズームレ
ンズにおいて、前記第１レンズ群に、回折光学面を設けるとともに、該
回折光学面は、以下の条件式を満足することを特徴とす
るズームレンズ； 2<|R2・Hmax/λ0|<50 ただし、 R2：２次の位相係数、 Hmax：回折光学面の有効半径、 λ0：設計波長、である。
【請求項２】物体側より順に、正の屈折力を有する第１
レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の
屈折力を有する１以上のレンズ群と、からなるズームレ
ンズにおいて、前記第２レンズ群に、回折光学面を設けるとともに、該
回折光学面は、以下の条件式を満足することを特徴とす
るズームレンズ； 2<|R2・Hmax/λ0|<50 ただし、 R2：２次の位相係数、 Hmax：回折光学面の有効半径、 λ0：設計波長、である。
【請求項３】前記回折光学面は、非球面形状である屈折
光学面の表面に設けられていることを特徴とする請求項
１または２のいずれかに記載のズームレンズ。
【請求項４】物体側から順に、正の屈折力を有する第１
レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の
屈折力を有する第３レンズ群と、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ズーミ
ングに際して、第２レンズ群を像側へ移動させ、第４レ
ンズ群を一旦物体側へ移動させた後、再び像側へ移動さ
せるズームレンズにおいて、前記第１レンズ群に、回折光学面を設けるとともに、該
回折光学面は、以下の条件式を満足することを特徴とす
るズームレンズ； 2<|R2・Hmax/λ0|<50 ただし、 R2：２次の位相係数、 Hmax：回折光学面の有効半径、 λ0：設計波長、である。
【請求項５】物体側から順に、正の屈折力を有する第１
レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の
屈折力を有する第３レンズ群と、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ズーミ
ングに際して、第２レンズ群を像側へ移動させ、第４レ
ンズ群を一旦物体側へ移動させた後、再び像側へ移動さ
せるズームレンズにおいて、前記第２レンズ群に、回折光学面を設けるとともに、該
回折光学面は、以下の条件式を満足することを特徴とす
るズームレンズ； 2<|R2・Hmax/λ0|<50 ただし、 R2：２次の位相係数、 Hmax：回折光学面の有効半径、 λ0：設計波長、である。