JP3754805B2 - ズームレンズ及びそれを用いた光学機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銀塩カメラやデジタルカメラ、ビデオカメラに好適に用いられるズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホームビデオカメラ等の小型軽量化に伴い、撮像用ズームレンズの小型化にもめざましい進歩が見られる。最近では特に全長の短縮化、前玉径の小型化、光学系の構成の簡略化等に力が注がれている。
【０００３】
これらの目的を達成する一つの手段として、物体側の第１レンズ群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、所謂リアフォーカス式のズームレンズが知られている。一般に、リアフォーカス式のズームレンズは、第１レンズ群を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて、第１レンズ群の有効径を小さくできるため、レンズ系全体の小型化が容易になる。
【０００４】
このようなリアフォーカス式のズームレンズとして、例えば特開昭６２−２４２１３号公報、特開昭６２−２４７３１６号公報では、物体側より順に正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群を有し、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第４レンズ群で変倍に伴う像面変動の補正とフォーカシングを行うズームレンズを開示している。
【０００５】
また一方では、１０倍以上の高変倍化を達成するズームレンズへのニーズが大きくなってきている。しかしながら、高変倍化を実現しつつ収差を抑えるためには、各レンズ群を構成するレンズの枚数を多くして、各レンズ群の収差補正にかかる分担を小さくする必要がある。各レンズ群を構成するレンズ枚数が増えると、当然ズームレンズ全体は大型化することになる。つまりズームレンズの高変倍化の要求は、小型化への要求とは相反するものであった。
【０００６】
この二律背反する要求を達成するため、ズームレンズを構成するレンズに非球面を用いる方法が従来より知られている。ただし、１０倍を超える高変倍比においては、色収差の補正も重要な課題となってくるが、非球面レンズでの色収差の補正は難しい。
【０００７】
ところで、色収差を良好に補正しつつ、ズームレンズを小型化する方法として、回折光学素子を用いる方法が知られている。
【０００８】
例えば米国特許５，２６８，７９０号には、バリエーターである第２レンズ群及び／またはコンペンセーターである第３レンズ群に回折光学素子を用いることを開示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、レンズ系の小型化を図りつつ、高変倍で、良好に色収差の補正された従来存在しない構成のズームレンズを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願第１発明のズームレンズは、長い共役側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第３レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正する全体で正の屈折力のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を、
【外１６】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ ：光軸からの高さ
とするとき、
１×１０−４＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０−１ （４ａ）
１×１０−７＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０−４ （５ａ）
なる条件を満足することを特徴としている。
また、これを５群構成としても構わない。すなわち、本願第２発明のズームレンズは、長い共役側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第３レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正する全体で正の屈折力のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を式（１）で表すとき、
１×１０ −４ ＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０ −１ （４ａ）
１×１０ −７ ＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０ −４ （５ａ）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１１】
本願第３発明のズームレンズは、長い共役側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、ズーミング中固定で正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第４レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を式（１）で表すとき、
１×１０−４＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０＋１ （４ｂ）
１×１０−５＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０−３ （５ｂ）
なる条件を満足することを特徴としている。
また、これを５群構成としても構わない。すなわち、本願第４発明のズームレンズは、長い共役側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、ズーミング中固定で正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第４レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を式（１）で表すとき、
１×１０ −４ ＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０ ＋１ （４ｂ）
１×１０ −５ ＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０ −３ （５ｂ）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１２】
本願第５発明のズームレンズは、長い共役側より順に、少なくとも、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、ズーミング中固定で正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第４レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正するズームレンズにおいて、前記第３レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を式（１）で表すとき、
１×１０−４＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０−１ （４ｃ）
１×１０−５＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０−２ （５ｃ）
なる条件を満足することを特徴としている。
また、これを５群構成としても構わない。すなわち、本願第６発明のズームレンズは、長い共役側より順に、少なくとも、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、ズーミング中固定で正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第４レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正するズームレンズにおいて、前記第３レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を式（１）で表すとき、
１×１０ −４ ＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０ −１ （４ｃ）
１×１０ −５ ＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０ −２ （５ｃ）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１４】
また、本願第１乃至第３発明のズームレンズにおいて、回折光学素子の位相を式（１）で表すとき、
Ψｉ・Ｃ１＜０ （２）
Ψｉ：回折光学素子を有するレンズ群の屈折力
なる条件を満足することが望ましい。
【００１５】
特に、回折光学素子が形成された面（ベース面）の曲率による屈折力をψｉとするとき、
ψｉ・Ｃ１＜０ （３）
なる条件を満足することが望ましい。
【００１７】
また、本願第１発明のズームレンズにおいて、第１レンズ群の焦点距離をＦ１、回折光学素子の回折光学面のみの焦点距離をＦｂｏとするとき、
０． ０５＜Ｆ１／Ｆｂｏ＜０．７ （６ａ）
なる条件を、本願第２発明のズームレンズにおいて、第２レンズ群の焦点距離をＦ２、回折光学素子の回折光学面のみの焦点距離をＦｂｏとするとき、
０． １＜｜ Ｆ２／Ｆｂｏ ｜ ＜０．７ （６ｂ）
なる条件を、本願第３発明のズームレンズにおいて、第３レンズ群の焦点距離をＦ３、回折光学素子の回折光学面のみの焦点距離をＦｂｏとするとき、
０． ０５＜Ｆ３／Ｆｂｏ＜０．２ （６ｃ）
なる条件を満足することが望ましい。
【００１８】
なお、ここでいう「回折光学面のみの焦点距離」とは、ベース面の曲率による屈折力を除いた回折光学面の回折作用だけで決まる焦点距離のことである。
【００１９】
また、本願第１発明のズームレンズにおいて、第１レンズ群の焦点距離をＦ１、広角端、望遠端での全系の焦点距離をそれぞれＦｗ、Ｆｔとするとき、
【００２０】
【外１４】
なる条件を、本願第２発明のズームレンズにおいて、第２レンズ群の焦点距離をＦ２、広角端、望遠端での全系の焦点距離をそれぞれＦｗ、Ｆｔとするとき、
【００２１】
【外１５】
なる条件を、本願第４発明のズームレンズにおいて、第３レンズ群の焦点距離をＦ３、広角端、望遠端での全系の焦点距離をそれぞれＦｗ、Ｆｔとするとき、
【００２２】
【外１６】
なる条件を満足することが望ましい。
【００２３】
また、本願第１発明のズームレンズにおいて、第１レンズ群中、回折光学面が１面のみであり、第１レンズ群の焦点距離をＦ１、回折光学面のベース面の曲率をＲｂｏとするとき、
｜Ｆ１／Ｒｂｏ｜＜１．８ （８ａ）
なる条件を、本願第２発明のズームレンズにおいて、第２レンズ群中、回折光学面が１面のみであり、第２レンズ群の焦点距離をＦ２、回折光学面のベース面の曲率をＲｂｏとするとき、
｜Ｆ２／Ｒｂｏ｜＜１．８ （８ｂ）
なる条件を、本願第３発明のズームレンズにおいて、第３レンズ群中、回折光学面が１面のみであり、第３レンズ群の焦点距離をＦ３、該回折光学面のベース面の曲率をＲｂｏとするとき、
｜Ｆ３／Ｒｂｏ｜＜０．７ （８ｃ）
なる条件を満足することが望ましい。
【００２４】
また、本願第１発明のズームレンズにおいて、第１レンズ群の光軸上の厚みをｔ１、前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とするとき、
０．１＜ｔ１／Ｆ１＜０．２７ （９ａ）
なる条件を、本願第２発明のズームレンズにおいて、第２レンズ群の光軸上の厚みをｔ２、前記第２レンズ群の焦点距離をＦ２とするとき、
０．０５＜｜ ｔ２／Ｆ２｜ ＜０．４ （９ｂ）
なる条件を、本願第３発明のズームレンズにおいて、第３レンズ群の光軸上の厚みをｔ３、前記第３レンズ群の焦点距離をＦ３とするとき、
０．１＜ｔ３／Ｆ３＜０．２７ （９ｃ）
なる条件を満足することが望ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１〜図８は、数値実施例１〜８に対応するズームレンズである。各図は全て広角端でのレンズ配置であり、広角端から望遠端へのレンズの移動の様子を矢印にて示している。図９〜図１６は、それぞれ図１〜図８のレンズ系に対応した広角端、望遠端における収差図である。
【００２６】
各図中、物体側（長い共役側）から順に、１は正の屈折力で固定の第１レンズ群、２は負の屈折力で変倍を行う第２レンズ群、３は正の屈折力で固定の第３レンズ群、４は正又は負の屈折力で変倍に伴う像面の補正並びにフォーカシングを行う第４レンズ群、５は正の屈折力で固定の第５レンズ群、Ｓは絞り、Ｇは光学フィルター、フェースプレート等、Ｉは像面、Ｂは回折光学面を表している。
【００２７】
図１、２、４、５、７に示したものは４群構成であり、第４レンズ群は正の屈折力を有している。図３、６に示したものは５群構成であり、第４レンズ群は負の屈折力を有している。
【００２８】
次に前述の条件式の意味について説明する。
【００２９】
式（２）において、Ｃ１は回折光学面による近軸屈折力を表している。式（２）の条件を満たすとき、回折光学素子を有するレンズ群の屈折力が正のときも、負のときも、そのレンズ群を構成する各レンズの曲率を緩くできるため、収差補正上有効である。
【００３０】
特に式（３）の条件を満たせば、同一の屈折力を持つ面を設定しても曲率が緩くなるため、色収差を含めた諸収差の発生を小さく抑えることができ、したがって、補正も非常に容易になる。
【００３１】
式（４ａ）〜（４ｃ）、（５ａ）〜（５ｃ）は、ビデオ用のズームレンズのように小さな径のズームレンズにおいて、有効に収差補正を行うための条件である。この条件式を外れると、収差補正が難しくなるだけでなく、回折光学素子を精度よく製造するのが難しくなる。
【００３２】
式（６ａ）〜（６ｃ）は若干の軸外収差、特に像面湾曲、ディストーションを補正するために、回折光学素子にパワーを与える際の条件である。式（６ａ）〜（６ｃ）を満たしていれば、回折光学素子の製作も難しくなく、収差補正も良好に行える。
【００３３】
式（７ａ）〜（７ｃ）の範囲であれば、回折光学素子の働きを有効に引き出すことができる。式（７ａ）〜（７ｃ）の下限値を逸脱すると、回折光学素子を含むレンズ群の屈折力が強すぎて色収差を補正しきれなくなり、また製作も困難になる。上限値を逸脱すると、回折光学素子を使わなくとも色収差の除去が容易になる。ただし、上限値を逸脱する場合であって、第１レンズ群が回折光学素子を有しているときは、所望の焦点距離のレンズを得るために、特に第２レンズ群の屈折力が強くなる。これによりペッツバール和が負に大きくなり、像面湾曲が補正過剰になるため適当でない。また、上限値を逸脱する場合であって、第２レンズ群が回折光学素子を有しているときは、第２レンズ群の移動量が大きくなるため、全長が大型化する。
【００３４】
回折光学面が１面だけのとき、式（８ａ）〜（８ｃ）の条件を逸脱すると、ベースの曲面で発生する収差を回折光学素子で補正しきれず、回折光学系の効果を十分に引き出せない。
【００３５】
式（９ａ）〜（９ｃ）は、回折光学素子を有効に用いられる範囲を示している。回折光学素子を用いると式（２）、（３）のところで述べたように、曲率が緩くても所望の屈折力が得られる。色収差補正のための組み合せレンズを回折光学素子によって廃止できれば、レンズ系の全長が短くなり有効に使われたことになる。
【００３６】
式（９ａ）〜（９ｃ）の上限値を逸脱すると、通常のガラスレンズでも可能な厚みであるため、回折光学素子を有効に使ったことにならない。また下限値を逸脱すると、回折による屈折力が多大に必要となり、収差の発生が大きくなる。
【００３７】
本実施形態の回折光学素子は、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ック手法で製作した、所謂バイナリーオプティックス（Binary Optics）と呼ばれる位相型の環状回折格子である。この場合更に回折効率を上げるため、格子の断面形状をキノフォームと呼ばれる鋸歯状の形状にしてもよい。またリソグラフィック手法で製作した型でモールド成型すれば、本実施形態の回折光学素子を安価に製作できる。
【００３８】
ところで、色収差係数（共立出版発行、松居吉哉著「レンズ設計法」８９ページ参照）といった観点から見ると絞りより物体側のレンズ群では、軸上色収差係数Ｌと倍率色収差係数Ｔが同一符号の面に回折光学面を配置し、絞りより像側のレンズ群では双方が逆符号の面に回折光学面を配置するのが好ましい。
【００３９】
本実施形態のように回折光学素子にバイナリーオプティックスを用いる場合、収差補正上やむを得ない場合などを除いて、最も物体側の面には回折光学素子を配置しないほうがよい。これは、数ミクロン、あるいはサブミクロンのオーダーの幅の溝で形成されたバイナリーオプティックスを、ゴミ等から守るためである。
【００４０】
以下に数値実施例を示すが、ｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚または空気間隔、ｎｉとνｉはそれぞれ物体側より順に第ｉ番目のレンズの屈折率とアッベ数である。
【００４１】
非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直な方向にＹ軸、光の進行方向を正とし、レンズの頂点とＸ軸の交点を原点にとり、ｒをレンズ面の近軸曲率半径、Ｋ、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５を非球面係数とするとき、
【００４２】
【外１７】
なる式で表される。
【００４３】
また、『Ｅ−０３』の表示は、『１０-3』を意味し、長さの単位は（ｍｍ）である。
【００４４】
【外１８】
【００４５】
【外１９】
【００４６】
【外２０】
【００４７】
【外２１】
【００４８】
【外２２】
【００４９】
【外２３】
【００５０】
【外２４】
【００５１】
【外２５】
【００５２】
ところで、各数値実施例において回折光学素子の格子断面形状が、図１７に示すようなキノフォーム形状をしているとする。図１７中、１０１は回折光学素子であり、１０２は基材、１０３は基材１０２の表面に紫外線硬化樹脂により形成された環状回折格子である。各数値実施例においては、基材１０２は回折光学面が形成されるベース面に相当する。図１７の回折光学素子は、波長５３０ｎｍで１次回折光の回折効率が１００％となるよう、環状回折格子１０３の格子厚ｄを設定している。
【００５３】
図１８は、図１７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を示している。図１８から明らかなように、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する一方、設計次数近傍の次数の０次、２次回折光の回折効率が増大する。この設計次数以外の回折光は、フレアの原因となるため光学系の解像度の低下につながる。
【００５４】
数値実施例８のズームレンズにおいて、回折光学素子の格子断面形状が図１７の格子形状である場合の、ワイド端での空間周波数に対するＭＴＦ特性を図１９に示す。この図で、低周波数領域のＭＴＦが所望の値より低下していることがわかる。
【００５５】
ここで、回折光学素子が、図２０に示すような積層型の格子断面形状である場合を考える。具体的な構成としては、基材１０２上に紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９９、νｄ＝５４）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の回折格子部の格子厚ｄｌはｄｌ＝１３．８μｍ、第２の回折格子部の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．５μｍとなる。
【００５６】
図２１は、図２０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である。図２１からわかるように、積層構造の回折格子にすることで、設計次数の回折効率が使用波長城全域で９５％以上の高い回折効率を有している。
【００５７】
数値実施例８のズームレンズにおいて、回折光学素子の格子断面形状が図２０の格子形状である場合の、ワイド端での空間周波数に対するＭＴＦ特性を図２２に示す。積層構造の回折格子を用いることで、低周波数領域のＭＴＦは改善され、所望のＭＴＦ特性が得られる。このように、積層構造の回折格子を回折光学素子として用いることで、光学性能はさらに改善される。
【００５８】
なお前述の積層構造の回折光学素子の材質は、紫外線硬化樹脂に限定されるものではなく、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１０４を直接基材に形成してもよい。また各格子厚が必ずしも異なる必要はなく、材料の組み合わせによっては図２３に示すように２つの格子厚を等しくできる。この場合は、回折光学素子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。
【００５９】
図２４、図２５は、本発明のズームレンズを光学機器に適用した例である。
【００６０】
図２４は本発明のズームレンズをビデオカメラに用いた場合であり、図中１０はビデオカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成される撮像光学系、１２はＣＣＤ等の撮像素子、１３は記録部である。撮像光学系１１によって取り込まれた像が撮像素子１２上に結像し、画像情報を記録部１３に記録する。不図示のファインダー系により観察者は撮影中に撮像素子上に形成された物体像を観察することができる。図２４と同様のシステムでデジタルスチルカメラも実現できる。
【００６１】
図２５は銀塩コンパクトカメラに用いた場合である。図中２０はカメラ本体、２１は本発明のズームレンズによって構成される撮影光学系、２２はフィルム面、２３はファインダー光学系である。
【００６２】
図２４、図２５に示したように、本発明のズームレンズを用いることにより、装置の小型化を図りつつ、高変倍で、良好に色収差の補正された光学機器を提供できる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、レンズ系の小型化を図りつつ、高変倍で、良好に色収差の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】本発明の数値実施例１のズームレンズの断面図である。
【図２】本発明の数値実施例２のズームレンズの断面図である。
【図３】本発明の数値実施例３のズームレンズの断面図である。
【図４】本発明の数値実施例４のズームレンズの断面図である。
【図５】本発明の数値実施例５のズームレンズの断面図である。
【図６】本発明の数値実施例６のズームレンズの断面図である。
【図７】本発明の数値実施例７のズームレンズの断面図である。
【図８】本発明の数値実施例８のズームレンズの断面図である。
【図９】本発明の数値実施例１のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１０】本発明の数値実施例２のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１１】本発明の数値実施例３のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１２】本発明の数値実施例４のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１３】本発明の数値実施例５のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１４】本発明の数値実施例６のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１５】本発明の数値実施例７のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１６】本発明の数値実施例８のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１７】回折光学素子の格子断面形状の一例を示す図である。
【図１８】図１７の回折光学素子の１次回折光の回折効率の波長依存特性を示す図である。
【図１９】図１７の回折光学素子を有するズームレンズの空間周波数に対するＭＴＦ特性を示す図である。
【図２０】積層構造の回折光学素子の格子断面形状の一例を示す図である。
【図２１】図２０の回折光学素子の１次回折効率の波長依存特性を示す図である。
【図２２】図２０の回折光学素子を有するズームレンズの空間周波数に対するＭＴＦ特性を示す図である。
【図２３】積層構造の回折光学素子の格子断面形状の別の例を示す図である。
【図２４】本発明のズームレンズを有したビデオカメラの要部概略図である。
【図２５】本発明のズームレンズを有したコンパクトカメラの要部概略図である。
【符号の説明】
１ 第１レンズ群
２ 第２レンズ群
３ 第３レンズ群
４ 第４レンズ群
５ 第５レンズ群
Ｓ 絞り
Ｇ 光学フィルター、フェースプレート等
Ｉ 像面
Ｂ 回折光学面
【発明の属する技術分野】
本発明は、銀塩カメラやデジタルカメラ、ビデオカメラに好適に用いられるズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホームビデオカメラ等の小型軽量化に伴い、撮像用ズームレンズの小型化にもめざましい進歩が見られる。最近では特に全長の短縮化、前玉径の小型化、光学系の構成の簡略化等に力が注がれている。
【０００３】
これらの目的を達成する一つの手段として、物体側の第１レンズ群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、所謂リアフォーカス式のズームレンズが知られている。一般に、リアフォーカス式のズームレンズは、第１レンズ群を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて、第１レンズ群の有効径を小さくできるため、レンズ系全体の小型化が容易になる。
【０００４】
このようなリアフォーカス式のズームレンズとして、例えば特開昭６２−２４２１３号公報、特開昭６２−２４７３１６号公報では、物体側より順に正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群を有し、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第４レンズ群で変倍に伴う像面変動の補正とフォーカシングを行うズームレンズを開示している。
【０００５】
また一方では、１０倍以上の高変倍化を達成するズームレンズへのニーズが大きくなってきている。しかしながら、高変倍化を実現しつつ収差を抑えるためには、各レンズ群を構成するレンズの枚数を多くして、各レンズ群の収差補正にかかる分担を小さくする必要がある。各レンズ群を構成するレンズ枚数が増えると、当然ズームレンズ全体は大型化することになる。つまりズームレンズの高変倍化の要求は、小型化への要求とは相反するものであった。
【０００６】
この二律背反する要求を達成するため、ズームレンズを構成するレンズに非球面を用いる方法が従来より知られている。ただし、１０倍を超える高変倍比においては、色収差の補正も重要な課題となってくるが、非球面レンズでの色収差の補正は難しい。
【０００７】
ところで、色収差を良好に補正しつつ、ズームレンズを小型化する方法として、回折光学素子を用いる方法が知られている。
【０００８】
例えば米国特許５，２６８，７９０号には、バリエーターである第２レンズ群及び／またはコンペンセーターである第３レンズ群に回折光学素子を用いることを開示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、レンズ系の小型化を図りつつ、高変倍で、良好に色収差の補正された従来存在しない構成のズームレンズを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願第１発明のズームレンズは、長い共役側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第３レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正する全体で正の屈折力のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を、
【外１６】
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ ：光軸からの高さ
とするとき、
１×１０−４＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０−１ （４ａ）
１×１０−７＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０−４ （５ａ）
なる条件を満足することを特徴としている。
また、これを５群構成としても構わない。すなわち、本願第２発明のズームレンズは、長い共役側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第３レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正する全体で正の屈折力のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を式（１）で表すとき、
１×１０ −４ ＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０ −１ （４ａ）
１×１０ −７ ＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０ −４ （５ａ）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１１】
本願第３発明のズームレンズは、長い共役側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、ズーミング中固定で正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第４レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を式（１）で表すとき、
１×１０−４＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０＋１ （４ｂ）
１×１０−５＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０−３ （５ｂ）
なる条件を満足することを特徴としている。
また、これを５群構成としても構わない。すなわち、本願第４発明のズームレンズは、長い共役側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、ズーミング中固定で正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第４レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を式（１）で表すとき、
１×１０ −４ ＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０ ＋１ （４ｂ）
１×１０ −５ ＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０ −３ （５ｂ）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１２】
本願第５発明のズームレンズは、長い共役側より順に、少なくとも、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、ズーミング中固定で正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第４レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正するズームレンズにおいて、前記第３レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を式（１）で表すとき、
１×１０−４＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０−１ （４ｃ）
１×１０−５＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０−２ （５ｃ）
なる条件を満足することを特徴としている。
また、これを５群構成としても構わない。すなわち、本願第６発明のズームレンズは、長い共役側より順に、少なくとも、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、ズーミング中固定で正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第４レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正するズームレンズにおいて、前記第３レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を式（１）で表すとき、
１×１０ −４ ＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０ −１ （４ｃ）
１×１０ −５ ＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０ −２ （５ｃ）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１４】
また、本願第１乃至第３発明のズームレンズにおいて、回折光学素子の位相を式（１）で表すとき、
Ψｉ・Ｃ１＜０ （２）
Ψｉ：回折光学素子を有するレンズ群の屈折力
なる条件を満足することが望ましい。
【００１５】
特に、回折光学素子が形成された面（ベース面）の曲率による屈折力をψｉとするとき、
ψｉ・Ｃ１＜０ （３）
なる条件を満足することが望ましい。
【００１７】
また、本願第１発明のズームレンズにおいて、第１レンズ群の焦点距離をＦ１、回折光学素子の回折光学面のみの焦点距離をＦｂｏとするとき、
０． ０５＜Ｆ１／Ｆｂｏ＜０．７ （６ａ）
なる条件を、本願第２発明のズームレンズにおいて、第２レンズ群の焦点距離をＦ２、回折光学素子の回折光学面のみの焦点距離をＦｂｏとするとき、
０． １＜｜ Ｆ２／Ｆｂｏ ｜ ＜０．７ （６ｂ）
なる条件を、本願第３発明のズームレンズにおいて、第３レンズ群の焦点距離をＦ３、回折光学素子の回折光学面のみの焦点距離をＦｂｏとするとき、
０． ０５＜Ｆ３／Ｆｂｏ＜０．２ （６ｃ）
なる条件を満足することが望ましい。
【００１８】
なお、ここでいう「回折光学面のみの焦点距離」とは、ベース面の曲率による屈折力を除いた回折光学面の回折作用だけで決まる焦点距離のことである。
【００１９】
また、本願第１発明のズームレンズにおいて、第１レンズ群の焦点距離をＦ１、広角端、望遠端での全系の焦点距離をそれぞれＦｗ、Ｆｔとするとき、
【００２０】
【外１４】
【００２１】
【外１５】
【００２２】
【外１６】
【００２３】
また、本願第１発明のズームレンズにおいて、第１レンズ群中、回折光学面が１面のみであり、第１レンズ群の焦点距離をＦ１、回折光学面のベース面の曲率をＲｂｏとするとき、
｜Ｆ１／Ｒｂｏ｜＜１．８ （８ａ）
なる条件を、本願第２発明のズームレンズにおいて、第２レンズ群中、回折光学面が１面のみであり、第２レンズ群の焦点距離をＦ２、回折光学面のベース面の曲率をＲｂｏとするとき、
｜Ｆ２／Ｒｂｏ｜＜１．８ （８ｂ）
なる条件を、本願第３発明のズームレンズにおいて、第３レンズ群中、回折光学面が１面のみであり、第３レンズ群の焦点距離をＦ３、該回折光学面のベース面の曲率をＲｂｏとするとき、
｜Ｆ３／Ｒｂｏ｜＜０．７ （８ｃ）
なる条件を満足することが望ましい。
【００２４】
また、本願第１発明のズームレンズにおいて、第１レンズ群の光軸上の厚みをｔ１、前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とするとき、
０．１＜ｔ１／Ｆ１＜０．２７ （９ａ）
なる条件を、本願第２発明のズームレンズにおいて、第２レンズ群の光軸上の厚みをｔ２、前記第２レンズ群の焦点距離をＦ２とするとき、
０．０５＜｜ ｔ２／Ｆ２｜ ＜０．４ （９ｂ）
なる条件を、本願第３発明のズームレンズにおいて、第３レンズ群の光軸上の厚みをｔ３、前記第３レンズ群の焦点距離をＦ３とするとき、
０．１＜ｔ３／Ｆ３＜０．２７ （９ｃ）
なる条件を満足することが望ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１〜図８は、数値実施例１〜８に対応するズームレンズである。各図は全て広角端でのレンズ配置であり、広角端から望遠端へのレンズの移動の様子を矢印にて示している。図９〜図１６は、それぞれ図１〜図８のレンズ系に対応した広角端、望遠端における収差図である。
【００２６】
各図中、物体側（長い共役側）から順に、１は正の屈折力で固定の第１レンズ群、２は負の屈折力で変倍を行う第２レンズ群、３は正の屈折力で固定の第３レンズ群、４は正又は負の屈折力で変倍に伴う像面の補正並びにフォーカシングを行う第４レンズ群、５は正の屈折力で固定の第５レンズ群、Ｓは絞り、Ｇは光学フィルター、フェースプレート等、Ｉは像面、Ｂは回折光学面を表している。
【００２７】
図１、２、４、５、７に示したものは４群構成であり、第４レンズ群は正の屈折力を有している。図３、６に示したものは５群構成であり、第４レンズ群は負の屈折力を有している。
【００２８】
次に前述の条件式の意味について説明する。
【００２９】
式（２）において、Ｃ１は回折光学面による近軸屈折力を表している。式（２）の条件を満たすとき、回折光学素子を有するレンズ群の屈折力が正のときも、負のときも、そのレンズ群を構成する各レンズの曲率を緩くできるため、収差補正上有効である。
【００３０】
特に式（３）の条件を満たせば、同一の屈折力を持つ面を設定しても曲率が緩くなるため、色収差を含めた諸収差の発生を小さく抑えることができ、したがって、補正も非常に容易になる。
【００３１】
式（４ａ）〜（４ｃ）、（５ａ）〜（５ｃ）は、ビデオ用のズームレンズのように小さな径のズームレンズにおいて、有効に収差補正を行うための条件である。この条件式を外れると、収差補正が難しくなるだけでなく、回折光学素子を精度よく製造するのが難しくなる。
【００３２】
式（６ａ）〜（６ｃ）は若干の軸外収差、特に像面湾曲、ディストーションを補正するために、回折光学素子にパワーを与える際の条件である。式（６ａ）〜（６ｃ）を満たしていれば、回折光学素子の製作も難しくなく、収差補正も良好に行える。
【００３３】
式（７ａ）〜（７ｃ）の範囲であれば、回折光学素子の働きを有効に引き出すことができる。式（７ａ）〜（７ｃ）の下限値を逸脱すると、回折光学素子を含むレンズ群の屈折力が強すぎて色収差を補正しきれなくなり、また製作も困難になる。上限値を逸脱すると、回折光学素子を使わなくとも色収差の除去が容易になる。ただし、上限値を逸脱する場合であって、第１レンズ群が回折光学素子を有しているときは、所望の焦点距離のレンズを得るために、特に第２レンズ群の屈折力が強くなる。これによりペッツバール和が負に大きくなり、像面湾曲が補正過剰になるため適当でない。また、上限値を逸脱する場合であって、第２レンズ群が回折光学素子を有しているときは、第２レンズ群の移動量が大きくなるため、全長が大型化する。
【００３４】
回折光学面が１面だけのとき、式（８ａ）〜（８ｃ）の条件を逸脱すると、ベースの曲面で発生する収差を回折光学素子で補正しきれず、回折光学系の効果を十分に引き出せない。
【００３５】
式（９ａ）〜（９ｃ）は、回折光学素子を有効に用いられる範囲を示している。回折光学素子を用いると式（２）、（３）のところで述べたように、曲率が緩くても所望の屈折力が得られる。色収差補正のための組み合せレンズを回折光学素子によって廃止できれば、レンズ系の全長が短くなり有効に使われたことになる。
【００３６】
式（９ａ）〜（９ｃ）の上限値を逸脱すると、通常のガラスレンズでも可能な厚みであるため、回折光学素子を有効に使ったことにならない。また下限値を逸脱すると、回折による屈折力が多大に必要となり、収差の発生が大きくなる。
【００３７】
本実施形態の回折光学素子は、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ック手法で製作した、所謂バイナリーオプティックス（Binary Optics）と呼ばれる位相型の環状回折格子である。この場合更に回折効率を上げるため、格子の断面形状をキノフォームと呼ばれる鋸歯状の形状にしてもよい。またリソグラフィック手法で製作した型でモールド成型すれば、本実施形態の回折光学素子を安価に製作できる。
【００３８】
ところで、色収差係数（共立出版発行、松居吉哉著「レンズ設計法」８９ページ参照）といった観点から見ると絞りより物体側のレンズ群では、軸上色収差係数Ｌと倍率色収差係数Ｔが同一符号の面に回折光学面を配置し、絞りより像側のレンズ群では双方が逆符号の面に回折光学面を配置するのが好ましい。
【００３９】
本実施形態のように回折光学素子にバイナリーオプティックスを用いる場合、収差補正上やむを得ない場合などを除いて、最も物体側の面には回折光学素子を配置しないほうがよい。これは、数ミクロン、あるいはサブミクロンのオーダーの幅の溝で形成されたバイナリーオプティックスを、ゴミ等から守るためである。
【００４０】
以下に数値実施例を示すが、ｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚または空気間隔、ｎｉとνｉはそれぞれ物体側より順に第ｉ番目のレンズの屈折率とアッベ数である。
【００４１】
非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直な方向にＹ軸、光の進行方向を正とし、レンズの頂点とＸ軸の交点を原点にとり、ｒをレンズ面の近軸曲率半径、Ｋ、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５を非球面係数とするとき、
【００４２】
【外１７】
【００４３】
また、『Ｅ−０３』の表示は、『１０-3』を意味し、長さの単位は（ｍｍ）である。
【００４４】
【外１８】
【外１９】
【外２０】
【外２１】
【外２２】
【外２３】
【外２４】
【外２５】
ところで、各数値実施例において回折光学素子の格子断面形状が、図１７に示すようなキノフォーム形状をしているとする。図１７中、１０１は回折光学素子であり、１０２は基材、１０３は基材１０２の表面に紫外線硬化樹脂により形成された環状回折格子である。各数値実施例においては、基材１０２は回折光学面が形成されるベース面に相当する。図１７の回折光学素子は、波長５３０ｎｍで１次回折光の回折効率が１００％となるよう、環状回折格子１０３の格子厚ｄを設定している。
【００５３】
図１８は、図１７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を示している。図１８から明らかなように、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する一方、設計次数近傍の次数の０次、２次回折光の回折効率が増大する。この設計次数以外の回折光は、フレアの原因となるため光学系の解像度の低下につながる。
【００５４】
数値実施例８のズームレンズにおいて、回折光学素子の格子断面形状が図１７の格子形状である場合の、ワイド端での空間周波数に対するＭＴＦ特性を図１９に示す。この図で、低周波数領域のＭＴＦが所望の値より低下していることがわかる。
【００５５】
ここで、回折光学素子が、図２０に示すような積層型の格子断面形状である場合を考える。具体的な構成としては、基材１０２上に紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９９、νｄ＝５４）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の回折格子部の格子厚ｄｌはｄｌ＝１３．８μｍ、第２の回折格子部の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．５μｍとなる。
【００５６】
図２１は、図２０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である。図２１からわかるように、積層構造の回折格子にすることで、設計次数の回折効率が使用波長城全域で９５％以上の高い回折効率を有している。
【００５７】
数値実施例８のズームレンズにおいて、回折光学素子の格子断面形状が図２０の格子形状である場合の、ワイド端での空間周波数に対するＭＴＦ特性を図２２に示す。積層構造の回折格子を用いることで、低周波数領域のＭＴＦは改善され、所望のＭＴＦ特性が得られる。このように、積層構造の回折格子を回折光学素子として用いることで、光学性能はさらに改善される。
【００５８】
なお前述の積層構造の回折光学素子の材質は、紫外線硬化樹脂に限定されるものではなく、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１０４を直接基材に形成してもよい。また各格子厚が必ずしも異なる必要はなく、材料の組み合わせによっては図２３に示すように２つの格子厚を等しくできる。この場合は、回折光学素子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。
【００５９】
図２４、図２５は、本発明のズームレンズを光学機器に適用した例である。
【００６０】
図２４は本発明のズームレンズをビデオカメラに用いた場合であり、図中１０はビデオカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成される撮像光学系、１２はＣＣＤ等の撮像素子、１３は記録部である。撮像光学系１１によって取り込まれた像が撮像素子１２上に結像し、画像情報を記録部１３に記録する。不図示のファインダー系により観察者は撮影中に撮像素子上に形成された物体像を観察することができる。図２４と同様のシステムでデジタルスチルカメラも実現できる。
【００６１】
図２５は銀塩コンパクトカメラに用いた場合である。図中２０はカメラ本体、２１は本発明のズームレンズによって構成される撮影光学系、２２はフィルム面、２３はファインダー光学系である。
【００６２】
図２４、図２５に示したように、本発明のズームレンズを用いることにより、装置の小型化を図りつつ、高変倍で、良好に色収差の補正された光学機器を提供できる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、レンズ系の小型化を図りつつ、高変倍で、良好に色収差の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】本発明の数値実施例１のズームレンズの断面図である。
【図２】本発明の数値実施例２のズームレンズの断面図である。
【図３】本発明の数値実施例３のズームレンズの断面図である。
【図４】本発明の数値実施例４のズームレンズの断面図である。
【図５】本発明の数値実施例５のズームレンズの断面図である。
【図６】本発明の数値実施例６のズームレンズの断面図である。
【図７】本発明の数値実施例７のズームレンズの断面図である。
【図８】本発明の数値実施例８のズームレンズの断面図である。
【図９】本発明の数値実施例１のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１０】本発明の数値実施例２のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１１】本発明の数値実施例３のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１２】本発明の数値実施例４のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１３】本発明の数値実施例５のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１４】本発明の数値実施例６のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１５】本発明の数値実施例７のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１６】本発明の数値実施例８のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【図１７】回折光学素子の格子断面形状の一例を示す図である。
【図１８】図１７の回折光学素子の１次回折光の回折効率の波長依存特性を示す図である。
【図１９】図１７の回折光学素子を有するズームレンズの空間周波数に対するＭＴＦ特性を示す図である。
【図２０】積層構造の回折光学素子の格子断面形状の一例を示す図である。
【図２１】図２０の回折光学素子の１次回折効率の波長依存特性を示す図である。
【図２２】図２０の回折光学素子を有するズームレンズの空間周波数に対するＭＴＦ特性を示す図である。
【図２３】積層構造の回折光学素子の格子断面形状の別の例を示す図である。
【図２４】本発明のズームレンズを有したビデオカメラの要部概略図である。
【図２５】本発明のズームレンズを有したコンパクトカメラの要部概略図である。
【符号の説明】
１ 第１レンズ群
２ 第２レンズ群
３ 第３レンズ群
４ 第４レンズ群
５ 第５レンズ群
Ｓ 絞り
Ｇ 光学フィルター、フェースプレート等
Ｉ 像面
Ｂ 回折光学面
Claims (29)
- 長い共役側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第３レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正する全体で正の屈折力のズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を、
【外１】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ：光軸からの高さ
とするとき、
１×１０−４＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０−１
１×１０−７＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０−４
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 長い共役側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第３レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正する全体で正の屈折力のズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を、
【外２】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ：光軸からの高さ
とするとき、
１×１０ −４ ＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０ −１
１×１０ −７ ＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０ −４
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記回折光学素子は、回折光学面を像面側に有す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。
- 前記回折光学素子の位相を、
【外３】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ ：光軸からの高さ
前記第１レンズ群の屈折力をΨ１とするとき、
Ψ１・Ｃ１＜０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記回折光学素子の位相を、
【外４】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ ：光軸からの高さ
前記回折光学素子の回折光学面が形成された面の曲率による屈折力をψ１とするとき、
ψ１・Ｃ１＜０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１、前記回折光学素子の回折光学面のみのの焦点距離をＦｂｏとするとき、
０．０５＜Ｆ１／Ｆｂｏ＜０．７
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１、広角端、望遠端での全系の焦点距離をそれぞれＦｗ、Ｆｔとするとき、
【外５】
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第１レンズ群中に回折光学面が１面のみであり、前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１、該回折光学面が形成された面の曲率をＲｂｏとするとき、
｜Ｆ１／Ｒｂｏ｜＜１．８
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第１レンズ群の光軸上の厚みをｔ１、前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とするとき、
０．１＜ｔ１／Ｆ１＜０．２７
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記回折光学素子は、第１の環状回折格子と、該第１の環状回折格子とは異なる材料で該第１の環状回折格子上に形成された第２の環状回折格子とを有することを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載のズームレンズ。
- 長い共役側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、ズーミング中固定で正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第４レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正するズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を、
【外６】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ ：光軸からの高さ
とするとき、
１×１０−４＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０＋１
１×１０−５＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０−３
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 長い共役側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、ズーミング中固定で正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第４レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正するズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を、
【外７】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ ：光軸からの高さ
とするとき、
１×１０ −４ ＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０ ＋１
１×１０ −５ ＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０ −３
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記回折光学素子の位相を、
【外８】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ ：光軸からの高さ
前記第２レンズ群の屈折力をΨ２とするとき、
Ψ２・Ｃ１＜０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１１又は１２記載のズームレンズ。 - 前記回折光学素子の位相を、
【外９】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ ：光軸からの高さ
前記回折光学素子の回折光学面が形成された面の曲率による屈折力をψ２とするとき、
ψ２・Ｃ１＜０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１１乃至１３いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群の焦点距離をＦ２、前記回折光学素子の回折光学面の焦点距離をＦｂｏとするとき、
０．１＜｜Ｆ２／Ｆｂｏ｜＜０．７
なる条件を満足することを特徴とする請求項１１乃至１４いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群の焦点距離をＦ２、広角端、望遠端での全系の焦点距離をそれぞれＦｗ、Ｆｔとするとき、
【外１０】
なる条件を満足することを特徴とする請求項１１乃至１５いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群中に回折光学面が１面のみであり、前記第２レンズ群の焦点距離をＦ２、該回折光学面が形成された面の曲率をＲｂｏとするとき、
｜Ｆ２／Ｒｂｏ｜＜１．８
なる条件を満足することを特徴とする請求項１１乃至１６いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群の光軸上の厚みをｔ２、前記第２レンズ群の焦点距離をＦ２とするとき、
０．０５＜｜ｔ２／Ｆ２｜＜０．４
なる条件を満足することを特徴とする請求項１１乃至１７いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記回折光学素子は、第１の環状回折格子と、該第１の環状回折格子とは異なる材料で該第１の環状回折格子上に形成された第２の環状回折格子とを有することを特徴とする請求項１１乃至１８いずれかに記載のズームレンズ。
- 長い共役側より順に、少なくとも、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、ズーミング中固定で正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第４レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正するズームレンズにおいて、
前記第３レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を、
【外１１】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ ：光軸からの高さ
とするとき、
１×１０−４＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０−１
１×１０−５＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０−２
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 長い共役側より順に、少なくとも、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、ズーミング中固定で正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群のみをレンズ群として有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群を移動させることにより像の大きさを変えるとともに、第４レンズ群以降の少なくとも１つのレンズ群を移動させることによりズーミングに伴う像面変動を補正するズームレンズにおいて、
前記第３レンズ群が回折光学素子を有し、前記回折光学素子の位相を、
【外１２】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ ：光軸からの高さ
とするとき、
１×１０ −４ ＜｜Ｃ２／Ｃ１｜＜１×１０ −１
１×１０ −５ ＜｜Ｃ３／Ｃ１｜＜１×１０ −２
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記回折光学素子の位相を、
【外１３】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ ：光軸からの高さ
前記第３レンズ群の屈折力をΨ３とするとき、
Ψ３・Ｃ１＜０
なる条件を満足することを特徴とする請求項２０又は２１記載のズームレンズ。 - 前記回折光学素子の位相を、
【外１４】
λ ：入射光束の波長
Ｃｉ：位相を表す係数
ｈ ：光軸からの高さ
前記回折光学素子が形成された面の曲率による屈折力をψ３とするとき、
ψ３・Ｃ１＜０
なる条件を満足することを特徴とする請求項２０乃至２２いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第３レンズ群の焦点距離をＦ３、前記回折光学素子の回折光学面のみの焦点距離をＦｂｏとするとき、
０．０５＜Ｆ３／Ｆｂｏ＜０．２
なる条件を満足することを特徴とする請求項２０乃至２３いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第３レンズ群の焦点距離をＦ３、広角端、望遠端での全系の焦点距離をそれぞれＦｗ、Ｆｔとするとき、
【外１５】
なる条件を満足することを特徴とする請求項２０乃至２４いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第３レンズ群中回折光学面が１面のみであり、前記第３レンズ群の焦点距離をＦ３、該回折光学面の曲率をＲｂｏとするとき、
｜Ｆ３／Ｒｂｏ｜＜０．７
なる条件を満足することを特徴とする請求項２０乃至２５いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第３レンズ群の光軸上の厚みをｔ３、前記第３レンズ群の焦点距離をＦ３とするとき、
０．１＜ｔ３／Ｆ３＜０．２７
なる条件を満足することを特徴とする請求項２０乃至２６いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記回折光学素子は、第１の環状回折格子と、該第１の環状回折格子とは異なる材料で該第１の環状回折格子上に形成された第２の環状回折格子とを有することを特徴とする請求項２０乃至２７いずれかに記載のズームレンズ。
- 請求項１乃至２８記載のズームレンズを有するカメラ。
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