JP3314021B2 - ズームレンズ - Google Patents

ズームレンズ

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JP3314021B2 JP31464197A JP31464197A JP3314021B2 JP 3314021 B2 JP3314021 B2 JP 3314021B2 JP 31464197 A JP31464197 A JP 31464197A JP 31464197 A JP31464197 A JP 31464197A JP 3314021 B2 JP3314021 B2 JP 3314021B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に写真用やビデ
オカメラやデジタルカメラ等に好適な高変倍でありなが
ら、特に良好な色収差補正を達成した高画質なズームレ
ンズに関するものである。
【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、高変倍でありながら高画質なも
のが要求されている。近年では、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、少レンズ枚数構成においても容易となってきてい
る。
【０００３】しかしながら色収差に関しては、その補正
はレンズ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係わるため、非球面に
よる色収差の補正は期待できない。
【０００４】一方、色収差の発生、変動を小さく抑える
方法として、近年では回折型光学素子を撮像光学系に応
用する提案が、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。
【０００５】ズームレンズへの応用に関しては米国特許
公報第５２６８７９０号に記載がある。この従来例で
は、主変倍群である第２レンズ群又は補正群である第３
レンズ群に回折光学素子を用いることを提案しており、
第１レンズ群については従来通りの構成であり、この構
成では第１レンズ群で発生する色収差はそのままであ
り、そのためズーミングに伴い全系の色収差が悪化する
ことがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ズー
ミングに伴う色収差の悪化を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防止したズームレンズ
を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係るズームレンズは、物体側から順に、ズ
ーミング中に可動な正の屈折力の第１レンズ群と、負の
屈折力の第２レンズ群と、全体として正の屈折力を有す
る結像系である第３レンズ群とを有し、広角端から望遠
端への変倍に際して前記第１レンズ群、第２レンズ群の
空気間隔が大となるように少なくとも前記第１レンズ群
を光軸方向に移動させるズームレンズにおいて、前記第
１、第２レンズ群はそれぞれ少なくとも１枚の正レンズ
と負レンズとを有すると共に、前記第１レンズ群中に光
軸に対して回転対称な少なくとも１枚の回折光学素子を
備え、該回折光学素子の位相φ（Ｈ）を、光軸からの距
離をＨ、２ｉ次項の位相係数をＣ2i、回折次数をｍ、基
準波長をλとするとき、 φ（Ｈ）＝（２π・ｍ／λ）・（Ｃ2・Ｈ2＋Ｃ4・Ｈ4＋Ｃ6・Ｈ6… ＋Ｃ2i・Ｈ2i） と表し、前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とすると
き、 ５×１０-6＞｜Ｃ2／Ｆ１｜＞１×１０-9 の条件式を満足することを特徴とする。
【０００８】また、本発明に係るズームレンズは、物体
側から順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力
の第２レンズ群と、全体として正の屈折力を有する結像
系である第３レンズ群とを有し、広角端から望遠端への
変倍に際して前記第１レンズ群、第２レンズ群の空気間
隔が大となるように前記第１レンズ群と第２レンズ群の
少なくとも一方を光軸方向に移動させるズームレンズに
おいて、前記第１レンズ群中に光軸に対して回転対称な
少なくとも１枚の回折光学素子を配し、該回折光学素子
の位相φ（Ｈ）を、光軸からの距離をＨ、２ｉ次項の位
相係数をＣ2i、回折次数をｍ、基準波長をλとすると
き、 φ（Ｈ）＝（２π・ｍ／λ）・（Ｃ2・Ｈ2＋Ｃ4・Ｈ4＋Ｃ6・Ｈ6… ＋Ｃ２ｉ・Ｈ２ｉ） と表し、前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１、前記第２
レンズ群の焦点距離をＦ２、広角端におけるレンズ系全
体の焦点距離をＦｗとするとき、 ５×１０-6＞｜Ｃ2／Ｆ１｜＞１×１０-9 ０．３＜｜Ｆ２／Ｆｗ｜＜０．７５ の条件式を満足することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。図１〜図６は実施例１〜６のズームレ
ンズのレンズ構成図を示し、物体側から順に、ズーミン
グ中に可動の正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折
力の第２レンズ群Ｌ２、絞りＳＰ、全体として正の屈折
力を有する結像系の第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ
４、第５レンズ群Ｌ５を有し、広角端から望遠端への変
倍に際して、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２間の
空気間隔が大となるように、少なくとも第１レンズ群Ｌ
１を光軸方向に移動させるようになっている。なお、Ｉ
Ｐは像面である。また、各実施例１〜６は共にＡで示す
面に回折型光学素子が設けられており、実施例１、２の
Ｂで示す面は非球面とされている。
【００１０】このズームレンズ光学系において、諸収差
の良好な補正と光学系の大きさのバランスを保つため
に、次の条件式(1) を満たすことが望ましい。なお、Ｆ
２は第２レンズ群Ｌ２の焦点距離、Ｆｗは広角端におけ
るレンズ系全体の焦点距離である。 ０．３＜｜Ｆ２／Ｆｗ｜＜０．７５ …(1)
【００１１】条件式(1) の上限値を超えると、第２レン
ズ群Ｌ２の屈折力が弱くなり過ぎて、一定の変倍に際し
て第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２の相対移動量が大きく
なり過ぎ、レンズ系の大型化を招いてしまう。一方、条
件式(1) の下限値を超えることは、第２レンズ群Ｌ２で
高次の球面収差及びコマ収差が大きく発生してくるため
に、回折光学素子を含め他のレンズ群での補正が困難と
なってくる。
【００１２】また、更なる光学性能向上のためには、条
件式(1) の数値範囲は次のようにすることが好ましい。 ０．３５＜｜Ｆ２／Ｆｗ｜＜０．６５ …(1)'
【００１３】この際に、変倍時において第１レンズ群Ｌ
１又は第２レンズ群Ｌ２を光軸上で固定にすると、機構
上簡易な構成とすることができる。
【００１４】そして、第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２は
それぞれ少なくとも１枚以上の正レンズと負レンズを有
することが、特に画質が良好な高変倍なズームレンズを
達成するために望ましい。仮に、第１、第２レンズ群Ｌ
１、Ｌ２の何れかが単レンズ又は同符号の屈折力を有す
るレンズ構成すると、前述したように屈折光学系による
「２次スペクトル曲線の曲がり」を回折光学系により補
正することができず、他のレンズ群によってその残存色
収差を良好に補正することが困難になる。
【００１５】そして、第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２の
焦点距離Ｆ１、Ｆ２の比が、次の条件式(2) を満足する
ことが望ましい。 ０．２＜｜Ｆ２／Ｆ１｜＜０．７ …(2)
【００１６】条件式(2) の上限値を超えると、第２レン
ズ群Ｌ２の屈折作用が弱くなり過ぎ、変倍の際の移動が
増すため、レンズ系の全長やレンズ系が増大してくるた
め好ましくない。一方、下限値を超えると第２レンズ群
Ｌ２の屈折作用が大きくなり過ぎて、高次の軸収差が多
く発生し、それを補正することが困難になってくる。
【００１７】第１レンズ群Ｌ１中には、光軸に対して回
転対称な少なくとも１枚の回折型光学素子を有してお
り、この回折光学素子の色収差補正効果により、変倍時
における色収差変動の補正を容易にしている。
【００１８】更に、第２レンズ群Ｌ２にも回折光学素子
を導入することにより、更なる色収差の改善が可能であ
る。
【００１９】この回転対称な回折光学素子は、その位相
係数をＣ2iとしたとき、光軸からの距離Ｈにおける位相
φ（Ｈ）は次式で表される。ただし、λは基準波長（ｄ
線）、ｍは回折次数である。 φ（Ｈ）＝（２π・ｍ／λ）・（Ｃ2・Ｈ2＋Ｃ4・Ｈ4＋Ｃ6・Ｈ6… ＋Ｃ2i・Ｈ2i）
【００２０】一般に、屈折光学系のアッべ数（分散値）
νｄは、ｄ、Ｃ、Ｆ線の各波長における屈折力をＮｄ、
ＮＣ、ＮＦとしたとき、次式で表される。 νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）＞０
【００２１】一方、回折光学素子のアッベ数はνｄは、
ｄ、Ｃ、Ｆ線の各波長をλｄ、λＣ、λＦとしたとき、 νｄ＝λｄ／（λＦ−λＣ） と表され、νｄ＝−３．４５となる。これにより、任意
波長における分散性は、屈折光学系と逆作用を有するこ
とを示している。
【００２２】また、回折光学素子の基準波長における近
軸的な一次回折光（ｍ＝１）の屈折力φは、回折光学素
子の位相を表す前式から２次項の係数をＣ2としたと
き、φ＝−２・Ｃ2と表される。
【００２３】更に、任意波長をλ、基準波長をλ0とし
たとき、任意波長の基準波長に対する屈折力変化は、次
式となる。 φ’＝（λ／λ0）・（−２・Ｃ2）
【００２４】これにより、回折光学系の特徴として、前
式の位相係数Ｃ2を変化させることにより、弱い近軸屈
折力変化で大きな分散性が得られることが理解できる。
これは色収差以外の諸収差に大きな影響を与えることな
く、色収差の補正を行うことを意味している。
【００２５】位相係数Ｃ4以降の高次数の係数は、回折
素子面の光線入射高の変化に対する屈折力変化は非球面
と類似した効果を得ることができると同時に、光線入射
高の変化に応じて基準波長に対し任意波長の屈折力変化
を与えることができるため、倍率色収差の補正に有効で
ある。
【００２６】また、前式から理解できるように、回折光
学系においては任意波長における屈折力変化は波長に対
し比例関係をとる。しかしながら、一般のレンズのよう
な屈折光学素子においては、波長により分散値が異なる
ために、任意波長における屈折力の変化は波長に対し比
例関係とはならず、非線型な関係つまり「２次スペクト
ル曲線の曲がり」を生ずる。また、これはレンズ群での
色発生量が大きくなるほど、この非線型の関係は大きく
なる傾向にあり、多数のレンズを用いても比例関係を生
み出すことはなかなか困難である。
【００２７】本発明において、良好な色収差補正を行う
ために、回折光学素子の位相係数の値を最適なものとす
ることが重要である。特に、第１レンズ群Ｌ１中に配置
される回折光学素子は、Ｃ2を回折光学素子の近軸境域
における回折の屈折力を決定する２次項の位相係数とし
たとき、次の条件式(3) を満足すること（１群中に複数
の回折光学素子が存在する場合は少なくともその１面）
が必要である。 ５・１０-6＞｜Ｃ2／Ｆ１｜＞１・１０-9 …(3)
【００２８】条件式(3) は第１レンズ群Ｌ１の屈折力に
対する回折光学素子の回折の屈折力比の関係を表すもの
である。条件式(3) の上限値を超えると、回折光学素子
による色補正が強くなり過ぎると同時に、回折面の周辺
部の格子のピッチが細かくなってくるため、製造上の難
度が加わってくる。また、下限値を超えると回折光学素
子による色補正効果が弱くなり好ましくない。
【００２９】更に、回折格子のベース面を非球面や自由
曲面とすることは、より光学性能の向上が期待できる。
【００３０】また、非球面におけるレンズ頂点光軸方向
への変位量Ｘは、Ｈを光軸からの距離、Ｒを曲率半径、
非球面係数をＫ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると次式で与えら
れる。 Ｘ＝（Ｈ2 ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）・（Ｈ／Ｒ)2}1/2] ＋Ａ・Ｈ2 ＋Ｂ・Ｈ4 ＋Ｃ・Ｈ6 ＋Ｄ・Ｈ8 ＋Ｅ・Ｈ10
【００３１】次に、実施例１〜６の数値実施例を示す。
これらの数値実施例において、ｒｉは物体側から順に第
ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側から順に第
ｉ番目のレンズ厚又は空気間隔、ｎｉとνｉはそれぞれ
物体側から順に第ｉ番目のレンズの屈折率とアッベ数で
ある。
【００３２】 数値実施例１ f ＝35.63 〜195.03 fno＝5.23〜6.70 ２ω＝62.5〜12.7 r1 = 130.941 d1 = 2.10 n1 =1.846660 ν1 =23.8 r2 = 60.577 d2 = 5.90 n2 =1.603112 ν2 =60.6 r3 = -359.606 d3 = 0.12 r4 = 43.305 d4 = 4.00 n3 =1.696797 ν3 =55.5 ＊r5 = 129.878 d5 =可変 r6 = 91.638 d6 = 1.20 n4 =1.804000 ν4 =46.6 r7 = 13.613 d7 = 3.94 r8 = -46.470 d8 = 1.10 n5 =1.772499 ν5 =49.6 r9 = 43.443 d9 = 0.50 r10= 24.686 d10= 3.30 n6 =1.846660 ν6 =23.8 r11= -60.095 d11= 1.14 r12= -24.810 d12= 1.00 n7 =1.772499 ν7 =49.6 r13= 6419.328 d13=可変 r14=絞り d14=可変 r15= 28.668 d15= 3.90 n8 =1.516330 ν8 =64.1 r16= -36.134 d16= 0.20 r17= 35.992 d17= 3.90 n9 =1.516330 ν9 =64.1 r18= -22.614 d18= 1.00 n10=1.834000 ν10=37.2 r19= -187.201 d19= 0.20 r20= 19.974 d20= 3.10 n11=1.518229 ν11=58.9 r21= -97.867 d21= 0.90 n12=1.743198 ν12=49.3 r22= 17.663 d22=可変 r23= -457.889 d23= 2.80 n13=1.517417 ν13=52.4 r24= -48.323 d24= 0.20 r25= 189.733 d25= 5.28 n14=1.518229 ν14=58.9 r26= -24.878 d26= 1.40 n15=1.834000 ν15=37.2 r27= -56.826 d27=可変 ＊r28= -48.186 d28= 2.00 n16=1.491710 ν16=57.4 r29= -51.362
【００３３】 焦点距離 35.63 86.61 195.03 可変間隔 d5 1.05 21.40 33.40 d13 18.21 4.82 0.88 d22 24.40 13.90 13.28 d27 2.00 21.27 31.31 非球面係数 28面 K=1.64567・10-1 A=0 B=-8.19352・10-7 C=1.93598・10-8 D=9.45641・10-12 E=-3.67904・10-14 位相係数 5面 C2=-9.23077・10-5 C4=-5.42732・10-9 C6= 5.43928・10-11 C8=-6.20366・10-14
【００３４】 数値実施例２ f ＝35.05 〜195.43 fno＝5.23〜6.70 ２ω＝63.4〜12.6 r1 = 129.308 d1 = 2.10 n1 =1.846660 ν1 =23.8 r2 = 60.701 d2 = 5.90 n2 =1.603112 ν2 =60.6 r3 = -341.908 d3 = 0.12 r4 = 43.281 d4 = 4.00 n3 =1.696797 ν3 =55.5 ＊r5 = 126.917 d5 =可変 ＊r6 = 77.217 d6 = 1.20 n4 =1.804000 ν4 =46.6 r7 = 13.757 d7 = 3.76 r8 = -44.494 d8 = 1.10 n5 =1.772499 ν5 =49.6 r9 = 43.504 d9 = 0.50 r10= 24.591 d10= 3.30 n6 =1.846660 ν6 =23.8 r11= -66.121 d11= 1.05 r12= -24.024 d12= 1.00 n7 =1.772499 ν7 =49.6 r13= 1871.178 d13=可変 r14=絞り d14=可変 r15= 28.859 d15= 3.90 n8 =1.516330 ν8 =64.1 r16= -35.790 d16= 0.20 r17= 35.819 d17= 3.90 n9 =1.516330 ν9 =64.1 r18= -22.475 d18= 1.00 n10=1.834000 ν10=37.2 r19= -184.243 d19= 0.20 r20= 19.962 d20= 3.10 n11=1.518229 ν11=58.9 r21= -95.632 d21= 0.90 n12=1.743198 ν12=49.3 r22= 17.585 d22=可変 r23= -586.989 d23= 2.80 n13=1.517417 ν13=52.4 r24= -49.206 d24= 0.20 r25= 198.691 d25= 5.30 n14=1.518229 ν14=58.9 r26= -25.739 d26= 1.40 n15=1.834000 ν15=37.2 r27= -57.857 d27=可変 ＊r28= -47.303 d28= 2.00 n16=1.491710 ν16=57.4 r29= -45.981
【００３５】 焦点距離 35.05 85.38 195.43 可変間隔 d5 1.33 21.66 33.68 d13 18.13 4.93 1.13 d22 24.52 13.63 13.05 d27 2.00 21.14 31.10 非球面係数 28面 K=1.64567・10-1 A=0 B=-8.19352・10-7 C=1.93598・10-9 D=9.45641・10-12 E=-3.67904・10-14 位相係数 5面 C2=-1.03345・10-4 C4= 1.08482・10-8 C6=-1.31192・10-11 C8= 2.75364・10-14 6面 C2= 1.69785・10-4 C4= 4.59640・10-7 C6= 2.31925・10-9 C8=-6.89863・10-12
【００３６】 数値実施例３ f ＝35.00 〜207.07 fno＝4.86〜6.70 ２ω＝63.4〜11.9 r1 = 144.449 d1 = 2.10 n1 =1.846660 ν1 =23.8 r2 = 69.295 d2 = 8.00 n2 =1.603112 ν2 =60.6 r3 = -211.583 d3 = 0.12 r4 = 41.727 d4 = 5.00 n3 =1.696797 ν3 =55.5 ＊r5 = 89.605 d5 =可変 r6 = 67.184 d6 = 1.20 n4 =1.804000 ν4 =46.6 r7 = 14.542 d7 = 5.30 ＊r8 = -49.485 d8 = 1.10 n5 =1.772499 ν5 =49.6 r9 = 46.800 d9 = 0.50 r10= 26.465 d10= 3.30 n6 =1.846660 ν6 =23.8 r11= -96.471 d11= 1.57 r12= -24.927 d12= 1.00 n7 =1.772499 ν7 =49.6 r13= -267.244 d13=可変 r14=絞り d14=可変 r15= 34.415 d15= 3.90 n8 =1.516330 ν8 =64.2 r16= -34.181 d16= 0.20 r17= 28.512 d17= 4.00 n9 =1.516330 ν9 =64.1 r18= -27.395 d18= 1.00 n10=1.834000 ν10=37.2 r19= -312.456 d19= 0.20 r20= 23.218 d20= 3.50 n11=1.516330 ν11=64.2 r21= -54.954 d21= 0.90 n12=1.804000 ν12=46.6 r22= 20.631 d22=可変 r23= -94.614 d23= 3.00 n13=1.518229 ν13=59.0 r24= -27.492 d24= 0.20 r25= 90.069 d25= 3.80 n14=1.517417 ν14=52.4 r26= -40.173 d26= 1.91 r27= -28.084 d27= 1.40 n15=1.834807 ν16=42.7 r28= -112.927
【００３７】
【００３８】 数値実施例４ f ＝28.52 〜101.50 fno＝3.50〜4.67 ２ω＝74.4〜24.1 r1 = 102.671 d1 = 2.00 n1 =1.846659 ν1 =23.8 r2 = 53.149 d2 = 5.67 n2 =1.696797 ν2 =55.5 ＊r3 = 263.494 d3 = 0.12 r4 = 45.795 d4 = 4.81 n3 =1.712995 ν3 =53.8 r5 = 126.700 d5 =可変 ＊r6 = 59.612 d6 = 1.20 n4 =1.834000 ν4 =37.2 r7 = 13.322 d7 = 6.14 r8 = -72.600 d8 = 1.10 n5 =1.804000 ν5 =46.6 r9 = 35.106 d9 = 0.10 r10= 22.860 d10= 4.40 n6 =1.846658 ν6 =23.9 r11= -53.615 d11= 0.60 r12= -30.389 d12= 1.10 n7 =1.834807 ν7 =42.7 r13= 259.025 d13=可変 r14=絞り d14= 1.00 r15= 25.860 d15= 1.20 n8 =1.846659 ν8 =23.8 r16= 14.543 d16= 5.83 n9 =1.603112 ν9 =60.7 r17= -39.747 d17= 0.12 r18= 29.605 d18= 2.10 n10=1.772499 ν10=49.6 r19= 70.836 d19=可変 r20= -44.026 d20= 3.35 n11=1.755199 ν11=27.5 r21= -13.220 d21= 1.10 n12=1.804000 ν12=46.6 r22= 82.687 d22=可変 r23= 244.005 d23= 5.45 n13=1.487490 ν13=70.2 r24= -17.781 d24= 0.12 r25= 68.402 d25= 2.58 n14=1.696797 ν14=55.5 r26= -93.016 d26= 3.00 r27= -19.199 d27= 1.40 n15=1.846659 ν16=23.8 r28= -55.904
【００３９】
【００４０】 数値実施例５ f ＝100.03〜293.50 fno＝5.70〜5.70 ２ω＝24.4〜8.4 r1 = 146.261 d1 = 3.00 n1 =1.805177 ν1 =25.4 r2 = 85.187 d2 = 7.00 n2 =1.589130 ν2 =61.2 r3 =16103.450 d3 = 0.20 ＊r4 = 116.055 d4 = 5.00 n3 =1.516330 ν3 =64.2 r5 = 1171.861 d5 =可変 ＊r6 = 7637.252 d6 = 1.50 n4 =1.696797 ν4 =55.5 r7 = 44.705 d7 = 4.00 r8 = -48.564 d8 = 1.50 n5 =1.696797 ν5 =55.5 r9 = 48.707 d9 = 3.60 n6 =1.805177 ν6 =25.4 r10= -294.937 d10=可変 r11= 117.800 d11= 5.70 n7 =1.531717 ν7 =48.9 r12= -33.410 d12= 2.40 n8 =1.805177 ν8 =25.4 r13= -58.876 d13=可変 r14=絞り d14= 2.00 r15= 36.267 d15= 4.00 n9 =1.613749 ν9 =56.4 r16= 66.735 d16= 1.10 r17= 58.823 d17= 2.50 n10=1.805177 ν10=25.4 r18= 29.038 d18= 4.00 n11=1.592701 ν11=35.3 r19= 77.581 d19=12.80 r20=固定絞り d20=21.78 r21= 295.201 d21= 3.50 n12=1.603112 ν12=60.7 r22= -76.406 d22= 3.55 r23= -31.505 d23= 1.50 n13=1.772499 ν13=49.6 r24= -270.608 d24= 3.90 n14=1.647689 ν14=33.8 r25= -63.977
【００４１】
【００４２】 数値実施例６ f ＝77.50 〜290.10 fno＝4.17〜5.96 ２ω＝31.2〜8.5 r1 = 100.056 d1 = 2.60 n1 =1.805181 ν1 =25.4 r2 = 69.260 d2 = 6.40 n2 =1.516330 ν2 =64.2 ＊r3 = 5087.059 d3 = 0.20 r4 = 92.173 d4 = 4.50 n3 =1.516330 ν3 =64.2 r5 = 336.513 d5 =可変 r6 = -215.916 d6 = 1.50 n4 =1.834807 ν4 =42.7 r7 = 28.436 d7 = 5.90 r8 = 39.034 d8 = 3.00 n5 =1.846659 ν5 =25.4 r9 = 142.364 d9 =可変 r10=絞り d10= 10.19 r11= -181.951 d11= 2.20 n6 =1.805181 ν6 =25.4 r12= 150.977 d12= 4.60 n7 =1.517417 ν7 =52.4 r13= -36.395 d13=可変 r14= 75.739 d14= 5.25 n8 =1.487490 ν8 =70.2 r15= -30.444 d15= 1.40 n9 =1.894000 ν9 =37.2 r16= -137.869 d16= 0.15 r17= 54.603 d17= 3.70 n10=1.571351 ν10=53.0 r18= -87.354 d18=可変 r19= 375.447 d19= 1.30 n11=1.772499 ν11=49.6 r20= 39.229 d20= 2.40 r21= -73.176 d21= 1.30 n12=1.712995 ν12=53.8 r22= 39.945 d22= 3.10 n13=1.728249 ν13=28.5 r23= -671.186
【００４３】
【００４４】次表は各条件式についての実施例１〜６に
おける数値を示している。
【００４５】
【００４６】また、図７〜図２４は実施例１〜６の収差
図である。これらの収差図中で、ｄ、ｇ、Ｃ、Ｆはそれ
ぞれｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線の波長、ΔＳはサジタル像
面、ΔＭはメリデオナル像面を示し、Ｓ、Ｃは正弦条件
を満たす曲線を示している。
【００４７】図２５は実施例１と類似で、回折光学素子
面、非球面を有しない従来例のレンズ構成図、次表はこ
の従来例の数値実施例、図２６〜図２８はこの場合の収
差図である。実施例１の収差図と比較すると、特に望遠
端における倍率色収差が十分に改善されていないことが
分かる。
【００４８】 従来例１ f ＝25.21 〜195.50 fno＝5.00〜6.7 ２ω＝63.1〜12.6 r1 = 131.592 d1 = 2.10 n1 =1.846660 ν1 =23.8 r2 = 55.993 d2 = 5.90 n2 =1.603112 ν2 =60.7 r3 = -324.423 d3 = 0.12 r4 = 44.580 d4 = 4.00 n3 =1.696797 ν3 =55.5 r5 = 131.490 d5 =可変 r6 = 51.851 d6 = 1.20 n4 =1.804000 ν4 =46.6 r7 = 13.730 d7 = 4.47 r8 = -39.705 d8 = 1.10 n5 =1.772499 ν5 =49.6 r9 = 39.701 d9 = 0.50 r10= 25.262 d10= 3.30 n6 =1.846660 ν6 =28.8 r11= -54.626 d11= 0.74 r12= -23.804 d12= 1.00 n7 =1.772499 ν7 =49.6 r13= 605.607 d13=可変 r14=絞り d14=可変 r15= 28.895 d15= 3.90 n8 =1.516330 ν8 =64.2 r16= -37.851 d16= 0.20 r17= 33.335 d17= 3.90 n9 =1.516330 ν9 =64.2 r18= -23.033 d18= 1.00 n10=1.834000 ν10=37.2 r19= -150.718 d19= 0.20 r20= 19.925 d20= 3.10 n11=1.518229 ν11=59.0 r21= -110.130 d21= 0.90 n12=1.743198 ν12=49.3 r22= 17.202 d22=可変 r23=-6426.447 d23= 2.80 n13=1.517417 ν13=52.4 r24= -50.610 d24= 0.20 r25= 241.216 d25= 5.30 n14=1.518229 ν14=59.0 r26= -25.090 d26= 1.40 n15=1.834000 ν15=37.2 r27= -58.988 d27=可変 ＊r28= -45.317 d28= 2.00 n16=1.491710 ν16=57.4 r29= -52.030
【００４９】 焦点距離 35.21 85.50 195.50 可変間隔 d5 1.30 22.17 34.75 d9 17.36 3.38 1.34 d13 25.12 13.46 9.80 d19 6.00 26.87 39.45 非球面係数 28面 K=4.20834・10-1 A=0 B=-1.28470・10-6 C=1.05811・10-9 D=6.29307・10-12 E=0
【００５０】図２９〜図４０及び図４１〜図５２はそれ
ぞれ数値実施例１及び２における物体距離無限時の光学
系全体、各レンズ群Ｌ１〜Ｌ５の色収差量を示したグラ
フ図である。このグラフ図の縦軸は像高Ｙ（ｍｍ）を示
し、横軸は波長λ（ｎｍ）を示している。縦軸のＹ＝０
の場合は各波長における軸上の色収差量、Ｙ＝１５、Ｙ
＝２１．６８５の場合は倍率の色収差量を示している。
また、各レンズ群Ｌ１〜Ｌ５における色収差量は、他の
レンズ群を理想光学系とすることにより計算される。
【００５１】また、図５３〜図６４は従来例の同様の色
収差量のグラフ図である。いま、この従来例のグラフ図
を注目すると、ズームレンズの変倍に係る第１、第２レ
ンズ群Ｌ１、Ｌ２で発生する色収差は、他レンズ群にお
いては広角端、望遠端共に同様な発生傾向と量であるの
に対し、広角端と望遠端でそれぞれ異なった傾向と量の
相殺関係で、ズームによる色収差変動の補正を行ってい
ることが理解できる。この場合に、広角端に対し望遠端
においては「２次スペクトル曲線の曲がり」を相殺しき
れず、残存色収差量が大きいことを示している。
【００５２】従って、ズームレンズタイプにおいては、
第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の色収差発生量を
他の収差に関係なく、回折光学素子で調整することが有
効であることが分かる。
【００５３】特に、図２９〜図４０は従来例の数値例の
光学系配置を基に、回折光学素子を第１レンズ群Ｌ１に
導入したものである。光学系を望遠化する際には、第１
レンズ群Ｌ１で発生する残存色収差量を抑えることによ
り、望遠端における色収差良好な光学系が達成される
が、図３１、図３２により第１レンズ群Ｌ１における色
収差の発生量が、従来例の図５５、図５６に対し大幅に
減少していることが理解できる。従って、第２レンズ群
Ｌ２は少量の色収差量により第１レンズ群Ｌ１の色収差
量を相殺すればよく、前述した「２次スペクトル曲線の
曲がり」の発生が抑えられるため、ズーミングによる色
収差変動が良好に補正された光学系の達成が可能とな
る。
【００５４】回折光学面はホログラフィック光学素子
（ＨＯＥ）の製作手法であるリソグラフィク手法で２値
的に製作した光学素子であるバイナリオプティックス(B
INARYOPTICS) で製作してもよい。この場合に更に回折
効率を上げるために、図６５に示すようなキノフォーム
と呼ばれる鋸状の形状にしてもよい。また、これらの方
法で製作した型による成形により製造することもでき
る。
【００５５】これらの回折光学素子は光学面の上に施さ
れているが、そのベースは球面又は平面又は非球面でも
支障はない。また、それらの光学面にプラスチック等の
膜を回折光学面として添付する方法である所謂レプリカ
非球面で作成することもできる。この回折光学素子の屈
折力を強くすると、中心と周辺の鋸状のピッチの差が大
きくなり製作が難しくなり、また完成品の回折効率も良
くない。何れの場合も最も物体側の面は直接外部に位置
することになるので、収差補正上やむを得ない等の特別
な場合を除いて、回折型光学素子を配置しない方がよ
い。回折光学素子は数μｍ或いはサブμｍのオーダのか
なり狭い幅の溝で構成されており、塵埃等からレンズ表
面を保護するには、内側に配置することが好ましい。
【００５６】また、回折効率を改善するためには、次に
説明するような積層構造の回折光学素子にするのが好ま
しい。図６６は図６５に示す回折光学素子の１次回折効
率の波長依存性を示している。実際の回折素子の構成は
前述した基材１の表面に塗布した樹脂部２に、波長５３
０ｎｍで１次回折効率が１００％となるような格子厚ｄ
の格子３を成形している。図６６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、一方で設計次数近接の次数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。図６７は図６５の格子形状で前述の数値実施例１を
作成した場合の広角端軸上における空間周波数に対する
ＭＴＦ特性を示す。この図６７により、低周波数領域の
ＭＴＦが所望の値より低下していることが分かる。
【００５７】そこで、図６８に示すような積層型の回折
格子を本発明の実施例における回折光学素子部の格子形
状とする。図６９はこの構成の回折光学素子の１次回折
効率の波長依存性である。具体的な構成としては、基材
上１０２に紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９９、νｄ＝
５４）から成る第１の回折格子４を構成し、その上に別
の紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．５９８、νｄ＝２８）か
ら成る第２の回折格子５を形成している。
【００５８】この材質の組み台わせでは、第１の回折格
子４の格子厚ｄｌはｄｌ＝１３．８μｍ、第２の回折格
子５の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．５μｍとしている。図
６９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。
【００５９】図７０はこの積層構造の場合の空間周波数
に対するＭＴＦ特性を示し、このように積層構造の回折
格子を用いることで低周波のＭＴＦは改善され、所望の
ＭＴＦ特性が得られ積層構造の回折格子を用いることで
光学性能は更に改善される。
【００６０】なお、前述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なく、他の樹脂材など
も使用できるし、基材１によっては第１の回折格子４を
直接に基材１に形成してもよい。また、各格子厚が必ず
しも異なる必要はなく、材料の組み合わせでは図７１に
示すように２つの格子厚を等しくできる。この場合の回
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
り安価な光学系が得られる。
【００６１】また、更に３層以上の積層構造にすること
により、より良好な回折効率を達成することができる。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るズーム
レンズは、高変倍でありながら全ズーム域に渡って色収
差補正が良好な高画質な光学性能を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のレンズ構成図である。
【図２】実施例２のレンズ構成図である。
【図３】実施例３のレンズ構成図である。
【図４】実施例４のレンズ構成図である。
【図５】実施例５のレンズ構成図である。
【図６】実施例６のレンズ構成図である。
【図７】実施例１の広角端での収差図である。
【図８】実施例１の中間での収差図である。
【図９】実施例１の望遠端での収差図である。
【図１０】実施例２の広角端での収差図である。
【図１１】実施例２の中間での収差図である。
【図１２】実施例２の望遠端での収差図である。
【図１３】実施例３の広角端での収差図である。
【図１４】実施例３の中間での収差図である。
【図１５】実施例３の望遠端での収差図である。
【図１６】実施例４の広角端での収差図である。
【図１７】実施例４の中間での収差図である。
【図１８】実施例４の望遠端での収差図である。
【図１９】実施例５の広角端での収差図である。
【図２０】実施例５の中間での収差図である。
【図２１】実施例５の望遠端での収差図である。
【図２２】実施例６の広角端での収差図である。
【図２３】実施例６の中間での収差図である。
【図２４】実施例６の望遠端での収差図である。
【図２５】従来例のレンズ構成図である。
【図２６】従来例での広角端での収差図である。
【図２７】従来例での中間での収差図である。
【図２８】従来例での望遠端での収差図である。
【図２９】実施例１の光学系全体の広角時の残存色収差
図である。
【図３０】実施例１の光学系全体の望遠時の残存色収差
図である。
【図３１】実施例１の第１レンズ群の広角時の残存色収
差図である。
【図３２】実施例１の第１レンズ群の望遠時の残存色収
差図である。
【図３３】実施例１の第２レンズ群の広角時の残存色収
差図である。
【図３４】実施例１の第２レンズ群の望遠時の残存色収
差図である。
【図３５】実施例１の第３レンズ群の広角時の残存色収
差図である。
【図３６】実施例１の第３レンズ群の望遠時の残存色収
差図である。
【図３７】実施例１の第４レンズ群の広角時の残存色収
差図である。
【図３８】実施例１の第４レンズ群の望遠時の残存色収
差図である。
【図３９】実施例１の第５レンズ群の広角時の残存色収
差図である。
【図４０】実施例１の第５レンズ群の望遠時の残存色収
差図である。
【図４１】実施例２の光学系全体の広角時の残存色収差
図である。
【図４２】実施例２の光学系全体の望遠時の残存色収差
図である。
【図４３】実施例２の第１レンズ群の広角時の残存色収
差図である。
【図４４】実施例２の第１レンズ群の望遠時の残存色収
差図である。
【図４５】実施例２の第２レンズ群の広角時の残存色収
差図である。
【図４６】実施例２の第２レンズ群の望遠時の残存色収
差図である。
【図４７】実施例２の第３レンズ群の広角時の残存色収
差図である。
【図４８】実施例２の第３レンズ群の望遠時の残存色収
差図である。
【図４９】実施例２の第４レンズ群の広角時の残存色収
差図である。
【図５０】実施例２の第４レンズ群の望遠時の残存色収
差図である。
【図５１】実施例２の第５レンズ群の広角時の残存色収
差図である。
【図５２】実施例２の第５レンズ群の望遠時の残存色収
差図である。
【図５３】従来例の光学系全体の広角時の残存色収差図
である。
【図５４】従来例の光学系全体の望遠時の残存色収差図
である。
【図５５】従来例の第１レンズ群の広角時の残存色収差
図である。
【図５６】従来例の第１レンズ群の望遠時の残存色収差
図である。
【図５７】従来例の第２レンズ群の広角時の残存色収差
図である。
【図５８】従来例の第２レンズ群の望遠時の残存色収差
図である。
【図５９】従来例の第３レンズ群の広角時の残存色収差
図である。
【図６０】従来例の第３レンズ群の望遠時の残存色収差
図である。
【図６１】従来例の第４レンズ群の広角時の残存色収差
図である。
【図６２】従来例の第４レンズ群の望遠時の残存色収差
図である。
【図６３】従来例の第５レンズ群の広角時の残存色収差
図である。
【図６４】従来例の第５レンズ群の望遠時の残存色収差
図である。
【図６５】単層構造の回折光学素子の構成図である。
【図６６】単層構造の回折効率のグラフ図である。
【図６７】単層構造の空間周波数に対するＭＴＦ特性の
グラフ図である。
【図６８】積層構造の回折光学素子の構成図である。
【図６９】積層構造の回折効率のグラフ図である。
【図７０】積層構造の空間周波数に対するＭＴＦ特性の
グラフ図である。
【図７１】積層構造の他の回折光学素子の構成図であ
る。
【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 Ｌ５ 第５レンズ群 Ａ 回折光学面 Ｂ 非球面 １ 基材 ２ 樹脂部 ３、４、５ 回折格子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−94932（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−179212（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−225310（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−211329（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−311346（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−161022（ＪＰ，Ａ) 米国特許5268790（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C02B 5/18 C02B 9/00 - 17/08 C02B 21/02 - 21/04 C02B 25/00 - 25/04

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体側から順に、ズーミング中に可動な
    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、全体として正の屈折力を有する結像系である第３
    レンズ群とを有し、広角端から望遠端への変倍に際して
    前記第１レンズ群、第２レンズ群の空気間隔が大となる
    ように少なくとも前記第１レンズ群を光軸方向に移動さ
    せるズームレンズにおいて、前記第１、第２レンズ群は
    それぞれ少なくとも１枚の正レンズと負レンズとを有す
    ると共に、前記第１レンズ群中に光軸に対して回転対称
    な少なくとも１枚の回折光学素子を備え、該回折光学素
    子の位相φ（Ｈ）を、光軸からの距離をＨ、２ｉ次項の
    位相係数をＣ 2i 、回折次数をｍ、基準波長をλとすると
    き、 φ（Ｈ）＝（２π・ｍ／λ）・（Ｃ 2 ・Ｈ 2 ＋Ｃ 4 ・Ｈ 4 ＋Ｃ 6 ・Ｈ 6 … ＋Ｃ 2i ・Ｈ 2i ） と表し、前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とすると
    き、 ５×１０ -6 ＞｜Ｃ 2 ／Ｆ１｜＞１×１０ -9 の条件式を満足する ことを特徴とするズームレンズ。
  2. 【請求項２】 前記第２レンズ群中に少なくとも１枚の
    回折光学素子を有する請求項１に記載のズームレンズ。
  3. 【請求項３】 前記回折光学素子の素子面は積層構造の
    回折格子とした請求項１又は２に記載のズームレンズ。
  4. 【請求項４】 物体側から順に、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、全体として正の
    屈折力を有する結像系である第３レンズ群とを有し、広
    角端から望遠端への変倍に際して前記第１レンズ群、第
    ２レンズ群の空気間隔が大となるように前記第１レンズ
    群と第２レンズ群の少なくとも一方を光軸方向に移動さ
    せるズームレンズにおいて、前記第１レンズ群中に光軸
    に対して回転対称な少なくとも１枚の回折光学素子を配
    し、該回折光学素子の位相φ（Ｈ）を、光軸からの距離
    をＨ、２ｉ次項の位相係数をＣ 2i 、回折次数をｍ、基準
    波長をλとするとき、 φ（Ｈ）＝（２π・ｍ／λ）・（Ｃ 2 ・Ｈ 2 ＋Ｃ 4 ・Ｈ 4 ＋Ｃ 6 ・Ｈ 6 … ＋Ｃ ２ｉ ・Ｈ ２ｉ ） と表し、前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１、 前記第２
    レンズ群の焦点距離をＦ２、広角端におけるレンズ系全
    体の焦点距離をＦｗとするとき、５×１０ -6 ＞｜Ｃ 2 ／Ｆ１｜＞１×１０ -9 ０．３＜｜Ｆ２／Ｆｗ｜＜０．７５の条件式を満足する ことを特徴とするズームレンズ。
  5. 【請求項５】 前記第２レンズ群中に少なくとも１枚の
    回折光学素子を有する請求項４に記載のズームレンズ。
  6. 【請求項６】 前記第１、第２レンズ群はそれぞれ少な
    くとも１枚以上の正レンズと負レンズを有する請求項４
    又は５に記載のズームレンズ。
  7. 【請求項７】 前記回折光学素子の素子面は積層構造の
    回折格子とした請求項４又は５に記載のズームレンズ。
  8. 【請求項８】 次式を満足するようにした請求項４に記
    載のズームレンズ。 ０．３５＜｜Ｆ２／Ｆｗ｜＜０．６５
  9. 【請求項９】 次式を満足するようにした請求項４に記
    載のズームレンズ。 ０．２＜｜Ｆ２／Ｆ１｜＜０．７
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