(57)【要約】    【課題】  全変倍範囲において高い光学性能を持ったズームレンズ及びそれを有する光学機器を得ること。    【解決手段】  物体側より順に、ズーミングのために移動しない正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために移動しない第３レンズ群、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群の５つのレンズ群のみをレンズ群として有するズームレンズにおいて、該第１レンズ群は物体側に凸状の貼合せ面を有し、該貼合せ面に回折格子により構成される回折光学部が設けられており、該貼合せ面の曲率半径をＲＤ、該第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、    ０．５  ＜  ＲＤ／ｆ１  ＜  １．２なる条件を満足すること。【選択図】図５
2006003913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、ズーミングのために移動しない正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために移動しない第３レンズ群、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群の５つのレンズ群のみをレンズ群として有するズームレンズにおいて、該第１レンズ群は物体側に凸状の貼合せ面を有し、該貼合せ面に回折格子により構成される回折光学部が設けられており、該貼合せ面の曲率半径をＲＤ、該第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
０．５  ＜  ＲＤ／ｆ１  ＜  １．２
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記回折光学部は互いに分散の異なる材料より成る複数の回折格子の積層構造により構成されていることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記貼合せ面は、物体側より順に負レンズと正レンズから成る貼合せレンズの貼合せ面であることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
物体側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために移動しない第３レンズ群と、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第４レンズ群と、正の屈折力の第５レンズ群の５つのレンズ群のみをレンズ群として有するズームレンズにおいて、
該第１レンズ群は、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と正レンズから成る貼合せレンズを有し、該貼合せレンズの貼合せ面に回折格子により構成される回折光学部が設けられており、該貼合せ面の曲率半径をＲＤ、該第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
０．５  ＜  ＲＤ／ｆ１  ＜  １．２
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項５】
ｄ線の波長をλｄ、光軸からの距離をｈとして、前記回折光学部によって波面に与えられる位相が、
φ（ｈ）＝（２π／λｄ）・（Ｃ2・ｈ2＋Ｃ4・ｈ4＋・・Ｃ2・i・ｈ2・i）
で表わされ、全系の望遠端での焦点距離をｆｔ、望遠端でのＦナンバーをＦｎｏＴとするとき、
−０．０１  ＜  Ｃ2・（ｆｔ／ＦｎｏＴ）＜  ０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項６】
前記回折光学部は、３度から１０度の入射角で入射する光線に対して回折効率が最も高くなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項７】
前記回折光学部は１以上の回折格子で構成され、このうち１つの回折格子は中心部から周辺部に行くに従って格子高さが変化する領域を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項８】
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、全系の広角端と望遠端での焦点距離を各々ｆｗ，ｆＴとするとき、
【数１】
2006003913.tif 000010
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項９】
前記第３レンズ群は、像を安定化するために光軸と垂直な方向の成分を持つように移動可能であり、望遠端でかつ無限遠物体に対する第３レンズ群の倍率をβ３、第３レンズ群より像側の光学系の倍率をβｒとするとき、
０．５＜｜（１−β３）・βｒ｜＜３
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１０】
光電変換素子上に像を形成することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する光電変換素子とを有することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はズームレンズ及びそれを有する光学機器に関し、高変倍比、大口径比を持ちかつ良好な光学性能を維持しつつレンズ系全体の小型化を図った特にビデオカメラ、電子スチルカメラ、銀塩写真用カメラに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、ホームビデオカメラ等の小型軽量化に伴い、撮像用のズームレンズの小型化にも目覚しい進歩が見られ、特にレンズ全長の短縮化や前玉径の小型化、構成の簡略化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（焦点合せ）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。
【０００４】
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レンズ群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易になり、また近接撮影、特に極至近撮影が容易となり、さらに小型軽量のレンズ群を移動させているので、レンズ群の駆動力が小さくて済み迅速な焦点合せが出来る等の特徴がある。
【０００５】
このようなリアフォーカス式のズームレンズとして、物体側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、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４つのレンズ群を有し、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第４レンズ群を移動させて変倍に伴なう像面変動の補正とフォーカスを行っているものが知られている（特許文献１、２）。
【０００６】
また物体側より順に、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５つのレンズ群を有し、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第４レンズ群を移動させて変倍に伴なう像面変動の補正とフォーカスを行っているものが知られている（特許文献３）。
【０００７】
これらのズームレンズにおいては特に望遠側では軸上色収差や倍率色収差が大きくなり、特にデジタルスチルカメラのような高画素で高画質が要求されるものに利用しようとすると目立って来て問題となる。
【０００８】
この問題に対して、物体側より順に、正、負、正、正の屈折力の４群構成のズームレンズにおいて、第１レンズ群に異常分散硝材のレンズを用いることで対応しているものが知られている（特許文献４）。
【０００９】
一方、色収差の発生を抑制する方法として近年、回折光学素子を撮像光学系に応用する提案がなされているものが知られている（特許文献５〜１０）。
【００１０】
特許文献５，６では、単レンズに回折光学素子を応用することで色収差の低減を図っている。
【００１１】
また特許文献７では、ズームレンズの第２レンズ群または第３レンズ群に回折光学素子を用いることを提案し、従来例に対してレンズ枚数の削減やレンズ系の小型化を達成している。
【００１２】
また特許文献８、９では、第１レンズ群に回折光学面を設けることで第１レンズ群のレンズ枚数の削減を達成している。
【００１３】
更に特許文献１０では、２枚のレンズの接合レンズ面（貼合せ面）に回折光学面を設けて色収差低減を図っている。
【００１４】
また回折光学素子を撮影系に使用する場合は可視範囲全域に渡って十分な回折効率を得る必要がある。一般に単層の回折格子では設計波長以外の波長では回折効率が落ちて設計次数以外の不要回折光が色フレアーの要因となる。これを考慮して、回折光学素子を構成する各回折格子の３種の異なる材料と２種の異なる格子厚を最適に選ぶことで可視範囲全域で高い回折効率を得ているものが知られている（特許文献１１）。
【特許文献１】特開昭６２−２４２１３号公報
【特許文献２】特開昭６３−２４７３１６号公報
【特許文献３】特開平８−５９１３号公報
【特許文献４】特開２０００−２６７００５号公報
【特許文献５】特開平４−２１３４２１号公報
【特許文献６】特開平６−３２４２６２号公報
【特許文献７】米国特許第５，２６８，７９０号
【特許文献８】特開平１１−５２２３８号公報
【特許文献９】特開平１１−５２２４４号公報
【特許文献１０】特開平１１−３０５１２６号公報
【特許文献１１】特開平９−１２７３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
一般にズーム比が１０倍程度の高変倍比のズームレンズにおいて、第１レンズ群に回折光学面を導入して色収差を補正しようとした場合、回折光学面に入射する光線角度が画角や焦点距離の変化によって大きく変化するので回折効率が変化して不要回折光が多くなってくる。特許文献８，９の例では、像側に凸状のレンズ面に回折光学面を設けているので軸上光線と周辺光線で回折光学面に入る角度の差が大きくて回折効率が十分に得られない。
【００１６】
また可視範囲全域で高い回折効率を得るためには、回折光学素子を複数の回折格子で構成する必要があり前後にレンズを有する貼合せレンズ面に回折光学面を設定する必要がある。特許文献１０では回折格子を貼合せレンズ面に設けてはいるが、回折格子への入射条件が考慮されていない。
【００１７】
本発明は、これらの従来技術を鑑み、全変倍範囲において高い光学性能を持った新規な構成のズームレンズ及びそれを有する光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願第１発明のズームレンズは、物体側より順に、ズーミングのために移動しない正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために移動しない第３レンズ群、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群の５つのレンズ群のみをレンズ群として有するズームレンズにおいて、該第１レンズ群は物体側に凸状の貼合せ面を有し、該貼合せ面に回折格子により構成される回折光学部が設けられており、該貼合せ面の曲率半径をＲＤ、該第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
０．５  ＜  ＲＤ／ｆ１  ＜  １．２
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１９】
本願第２発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために移動しない第３レンズ群と、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第４レンズ群と、正の屈折力の第５レンズ群の５つのレンズ群のみをレンズ群として有するズームレンズにおいて、
該第１レンズ群は、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と正レンズから成る貼合せレンズを有し、該貼合せレンズの貼合せ面に回折格子により構成される回折光学部が設けられており、該貼合せ面の曲率半径をＲＤ、該第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
０．５  ＜  ＲＤ／ｆ１  ＜  １．２
なる条件を満足することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、全変倍範囲において高い光学性能を持ったズームレンズ及びそれを有する光学機器を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
【実施例】
【００２２】
具体的には、図１は参考例１に相当する参考数値実施例１のズームレンズの要部断面図、図２、図３、図４は参考数値実施例１のズームレンズの広角端、中間、望遠端の各ズーム位置における収差図である。図５は実施形態１に相当する数値実施例１のズームレンズの要部断面図、図６、図７、図８は数値実施例１のズームレンズの広角端、中間、望遠端の各ズーム位置における収差図である。図９は実施形態２に相当する数値実施例２のズームレンズの要部断面図、図１０、図１１、図１２は数値実施例２のズームレンズの広角端、中間、望遠端の各ズーム位置における収差図である。図１３は実施形態３に相当する本発明のズームレンズを用いた光学機器の概略図である。
（参考例１）
図１に示したレンズ断面図において、Ｌ１はズーミングのためには移動しない（固定の）正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２はズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３はズーミングのためには移動しない（固定の）正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４はズーミング及びフォーカスの際に光軸方向に移動する正の屈折力の第４レンズ群である。
【００２３】
ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の前方に配置されている。Ｇは色分解プリズムやフェイスプレートやフィルター等に対応するガラスブロックである。ＩＰは像面であり、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子（光電変換素子）が配置される。ＦＰはフレアーカット絞りである。
【００２４】
広角端から望遠端へのズーミングに際しては、図１中の矢印に示すように第２レンズ群Ｌ２を像側に移動させて主たる変倍を行うと共に、第４レンズ群Ｌ４を物体側に凸状の軌跡で移動させて変倍に伴う像面位置の変動を補正している。
【００２５】
また図１に示す第４レンズ群Ｌ４の実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに伴う像面変動を補正するための移動軌跡を示している。このように第４レンズ群Ｌ４を物体側に凸状の軌跡を有するように移動させることにより、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間の空間の有効利用を図りレンズ全長の短縮化を効果的に達成している。
【００２６】
参考例１において、例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは、同図の直線４ｃに示すように第４レンズ群Ｌ４を前方へ繰り出すことによって行っている。
【００２７】
尚、広角端、望遠端とは変倍用レンズ群である第２レンズ群Ｌ２が機構上光軸方向に移動可能な範囲の両端に位置した時のズーム位置をいう。これは、後述するその他のズームレンズの実施形態においても同様である。
【００２８】
参考例１において、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３とをズーミング及びフォーカスの際に固定としているが、必要に応じて移動させても良い。また第３レンズ群Ｌ３を光軸と垂直な方向の成分を持つように移動させることで、手ブレ等に起因した撮影像のブレを安定化（防振）させることも可能である。
【００２９】
そして参考例１では、第１レンズ群Ｌ１を、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Ｇ１と正レンズＧ２からなる貼合せレンズ、像側に比べ物体側に強い屈折力の凸面を向けた正メニスカスレンズＧ３で構成している。そしてレンズＧ１とレンズＧ２の貼合せ面に、光軸に対して回転対称な回折格子で構成される回折光学部を設け、貼合せレンズを回折光学素子としている。この回折光学部を設けた貼合せ面の曲率を適切に設定することで、各画角に基づく光線の回折光学部（回折光学面）への入射光線の角度が±１５度の範囲内となるようにして変倍全域及び全画角に渡り高い回折効率を維持している。
【００３０】
ここで、参考例１で用いた回折光学素子の構成について説明する。
【００３１】
図１４は回折光学素子１の回折光学部の一部拡大断面図であり、基板（透明基板）２上に１つの層よりなる回折格子３を設けている。図１５は、この回折光学素子１の回折効率の特性を示す図である。図１５において横軸は波長を表し、縦軸は回折効率を表している。なお、回折効率は全透過光束に対する回折光の光量の割合であり、格子境界面での反射光などは説明が複雑になるのでここでは考慮していない。
【００３２】
回折格子３の光学材料は、紫外線硬化樹脂（屈折率ｎd＝１．５１３、アッベ数νd＝５１．０）を用い、格子厚ｄ1を１．０３μｍと設定し、波長５３０ｎｍ、＋１次の回折光の回折効率が最も高くなるようにしている。すなわち設計次数が＋１次で、設計波長が波長５３０ｎｍである。図１５中において＋１次の回折光の回折効率は実線で示している。
【００３３】
さらに、図１５では設計次数近傍の回折次数（＋１次±１次である０次と＋２次）の回折効率も併記している。図から分かるように、設計次数での回折効率は設計波長近傍で最も高くなり、それ以外の波長では徐々に低くなる。
【００３４】
この設計次数での回折効率の低下分が他の次数の回折光となり、フレアの要因となる。また、回折光学素子を光学系中の複数箇所に使用した場合には、設計波長以外の波長での回折効率の低下は透過率の低下にもつながることになる。
【００３５】
次に、異なる材料よりなる複数の回折格子を積層した積層型の回折光学素子について説明する。図１６は積層型の回折光学素子の一部拡大断面図であり、図１７は図１６に示す回折光学素子の＋１次の回折光の回折効率の波長依存性を表す図である。図１６の回折光学素子では、基板１０２上に紫外線硬化樹脂（屈折率ｎｄ＝１．４９９、アッベ数νｄ＝５４）からなる第１の回折格子１０４を形成し、その上に第２の回折格子１０５（屈折率ｎｄ＝１．５９８、アッベ数νｄ＝２８）を形成している。この材料の組み合わせにおいて、第１の回折格子１０４の格子厚ｄ１はｄ１＝１３．８μｍ、第２の回折格子１０５の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．５μｍとしている。
【００３６】
図１７からも分かるように、積層構造の回折格子を備えた回折光学素子にすることで、設計次数の回折光において使用波長全域（ここでは可視域）で９５％以上という高い回折効率を得ている。
【００３７】
なお、前述の積層構造の回折光学素子としては、回折格子を構成する材料を紫外線硬化樹脂に限定するものではなく、他のプラスチック材等も使用できるし、基材によっては第１の層を直接基材に形成しても良い。また各格子厚が必ずしも異なる必要はなく、材料の組み合わせによっては２つの層１０４と１０５の格子厚を等しくしても良い。この場合は表面に格子形状が形成されないことになるので、防塵性に優れ、回折光学素子の組立作業性を向上させることができる。更には２つの回折格子１０４と１０５を必ずしも密着させる必要はなく、空気層を隔てて２つの回折格子の層を配置しても良い。
【００３８】
参考例１の場合、図１４や図１６の基板２，１０２を貼合せレンズを構成する少なくとも一方のレンズとし、そのレンズ面上に回折格子を設けている。例えば、図１４に示すごとく回折格子が単層のときは一方のレンズ面に回折格子を設ければよく、回折格子が２層以上の多層のときは両方のレンズ面に回折格子を設けて位置合せをしながら周辺部（有効径外）で接着すればよい。
【００３９】
参考例１において、回折光学部が設けられている貼合せ面は球面であるが、回折格子が設けられるベース面を非球面にすれば、更に望遠端での球面収差やコマ収差の補正が良好に行うこともできる。
【００４０】
これらの回折光学部の構成については後述する他の各実施形態１，２においても同様である。
【００４１】
なお、上述のように回折光学部は少なくとも１層の位相型回折格子によって構成されているので、実際には所定の厚みを持つことになるが、幾何光学的には無視できる程度の厚みなので、厚みを無視する場合には回折光学面（回折面）と呼ぶこともある。
（実施形態１）
図５に示したレンズ断面図において、Ｌ１はズーミングのためには移動しない（固定の）正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２はズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３はズーミングのためには移動しない（固定の）正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４はズーミング及びフォーカスの際に光軸方向に移動する負の屈折力の第４レンズ群、Ｌ５はズーミングのためには移動しない（固定の）正の屈折力の第５レンズ群である。
【００４２】
ＳＰは開口絞り、Ｇはフェースプレート、フィルター等に対応するガラスブロック、ＩＰは像面である。
【００４３】
広角端から望遠端へのズーミングに際しては、図５中の矢印に示すように第２レンズ群Ｌ２を像側に移動させて主たる変倍を行うと共に、第４レンズ群Ｌ４を像側に凸状の軌跡で移動させて変倍に伴う像面位置の変動を補正している。
【００４４】
また図５に示す第４レンズ群Ｌ４の実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに伴う像面変動を補正するための移動軌跡を示している。このように第４レンズ群Ｌ４を像側に凸状の軌跡を有するように移動させることにより、第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５の間の空間の有効利用を図りレンズ全長の短縮化を効果的に達成している。
【００４５】
実施形態１において、例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは、同図の直線４ｃに示すように第４レンズ群Ｌ４を後方へ繰り込むことにより行っている。
【００４６】
尚、実施形態１では、第１レンズ群、第３レンズ群、そして第５レンズ群をズーミング及びフォーカスの際に固定としているが、必要に応じて移動させても良い。また第３レンズ群Ｌ３を光軸と垂直な方向の成分を持つように移動させることで、手ブレ等に起因した撮影像のブレを安定化させることも可能である。
【００４７】
実施形態１では、このようなレンズ構成を採用することで、広角側での第２レンズ群Ｌ２の移動に対する焦点距離の変化を実施形態１に示したような正、負、正、正の屈折力の４つのレンズ群より成る４群ズームレンズに比べて大きくすることができ、かつ前玉有効径をより小さくすることができる。
【００４８】
実施形態１では、第１レンズ群Ｌ１を、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Ｇ１と正レンズＧ２からなる貼合せレンズ、像側に比べて物体側に強い屈折力の凸面を有する正メニスカスレンズＧ３で構成しており、レンズＧ１とレンズＧ２の貼合せ面に光軸に対して回転対称な回折格子で構成される回折光学部を設けている。そして、この回折光学部を設けた貼合せ面の曲率を適切に設定することで、各画角に基づく光線の回折光学部への入射光線の角度が±１５度の範囲内となるようにして変倍全域及び全画角に渡り高い回折効率を維持している。
（実施形態２）
図９に示したレンズ断面図において、Ｌ１はズーミングのためには移動しない（固定の）正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２はズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３はズーミングのために移動しない（固定の）正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４はズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第４レンズ群、Ｌ５はズーミングに際して光軸方向に移動する正の屈折力の第５レンズ群である。
【００４９】
ＳＰは絞り、Ｇはフェースプレート、フィルター等に相当するガラスブロック、ＩＰは像面である。
【００５０】
広角端から望遠端へのズーミングに際しては、図９中の矢印に示すように第２レンズ群Ｌ２を像側に、第４レンズ群Ｌ４を像側に凸状の軌跡で、そして第５レンズ群Ｌ５を物体側に凸状の軌跡で移動させている。
【００５１】
また第５レンズ群Ｌ５を光軸方向に移動させてフォーカシングを行うリアフォーカス式を採用している。尚、本実施形態では第１レンズ群Ｌ１、第３レンズ群Ｌ３はズーミングに際して固定であるが必要に応じて移動させても良い。
【００５２】
図９に示す第５レンズ群Ｌ５の実線の曲線５ａと点線の曲線５ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに伴う像面変動を補正するための移動軌跡を示している。
【００５３】
実施形態２において、例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは、同図の直線５ｃに示すように第５レンズ群Ｌ５を前方へ繰り出すことにより行っている。
【００５４】
尚、実施形態２では第１レンズ群、第３レンズ群はズーミング及びフォーカスの際に固定としているが、必要に応じて移動させても良い。また第３レンズ群Ｌ３を光軸と垂直な方向の成分を持つように移動させることで、手ブレ等に起因した撮影像のブレを安定化させることも可能である。
【００５５】
実施形態２では、このようなレンズ構成を採用することで、広角側での第２レンズ群Ｌ２の移動に対する焦点距離の変化を実施形態１に示したような正、負、正、正の屈折力の４つのレンズ群より成る４群ズームレンズに比べて大きくすることができ、かつ前玉有効径をより小さくすることができる。そしてズーミングに際して３つのレンズ群を移動させることで、全ズーム領域に渡って更に良好な光学性能を達成している。
【００５６】
実施形態２では、第１レンズ群Ｌ１を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Ｇ１と正レンズＧ２からなる貼合せレンズ、像面側に比べて物体側に強い屈折力の凸面を有する正メニスカスレンズＧ３で構成しており、レンズＧ１とレンズＧ２の貼合せ面に光軸に対して回転対称な回折格子で構成される回折光学素子を設けている。
【００５７】
参考例１と実施形態１，２に示したズームレンズでは、第１レンズ群を負メニスカスレンズと正レンズの貼合せレンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズで構成し、貼合せレンズの貼合せ面に回折光学部を設け、それが透過波面に与える位相を適切に設定することで、第１レンズ群で発生する色収差を低減し、変倍全域に渡って色収差を良好に補正するようにしている。
【００５８】
例えば、第１レンズ群を正レンズのみで構成し、第１レンズ群中に回折光学素子を設けても、例えばｄ線とｇ線といった２波長のみの色収差を考えたときは色収差を抑えることができる。しかし、回折光学面は大きな異常分散性を有しているため、特に望遠端ではそれ以外の波長に対する色収差いわゆる２次スペクトルが大きくなってしまい、全可視波長範囲内で色収差を補正することができない。
【００５９】
そこで本発明では、屈折系の色消し条件と回折光学面の色消し条件を最適に組み合わせることで、特に望遠端での２次スペクトルまで含めた色収差を良好に補正して高い光学性能を得ている。
【００６０】
第１レンズ群の色消し効果を回折光学面に分担させるには、回折による光学的パワーが正の値を持つことが望ましい。回折光学面の光学的パワーが負の値になってしまうと、通常の屈折光学系と発生する色収差の方向が同じになってしまい、回折光学面による色消し効果が出ず、光学系全域で十分な色収差の補正が行えないからである。
【００６１】
また一般に、ズーム比１０倍程度以上の高変倍比を有するズームレンズでは、第１レンズ群に入射する光線の角度がズーム位置や画角によって大きく変化する。回折光学面への入射光線の角度が変動すると、回折効率が低下して色フレアーの原因となる。そこで、参考例１と実施形態１，２で示したズームレンズでは、回折光学部を設けるレンズ面の位置やその曲率半径を適切な値とし、又各レンズ群を適切に設定することで全ズーム域、全画角で高い回折効率が得られるようにしている。
【００６２】
図１９は、参考例１（参考数値実施例１）の回折光学面における光軸からの高さに対する入射角度の変動を示すものである。横軸が光軸からの高さで縦軸が入射角度である。斜線部の中の領域が入射光線の分布範囲である。
【００６３】
図１９において、入射角０度の光線に対して回折効率が最大となるように回折格子の形状を設定した場合には、回折光学面の高さ１９付近では設定した入射角に対して＋２０度程度の差がある光線が入射することになる。これに対し、回折光学面への入射角度が約９度の光線に対して回折効率が最大となるように回折格子の形状を設定した場合には、設定した入射角に対して±１１度程度の範囲に入射角の変動を抑制することができる。回折効率の低下を考慮すると、回折光学面での入射角の変動は±１５度以内であることが望ましい。
【００６４】
そこで参考例１と実施形態１，２では、波長５９０ｎｍ、所望の次数、そして３度から１０度の間の所定の入射角で入射する光線に対して回折効率が最も高くなるように、回折光学部を構成する回折格子の形状を最適化している。これにより、ズーム全域に渡って必要十分な回折効率を得ている。
【００６５】
更に、回折光学部の領域を分割して、例えば中心領域と周辺領域で回折光学面への想定入射角を変えて領域ごとに回折格子形状を最適化すると、回折光学面への入射角の変動による回折効率の低下を更に抑制することができる。
【００６６】
特に参考例１と実施形態１，２で示したズームレンズの場合には、周辺領域での格子厚を中心領域より薄く設定するのが好ましい。
【００６７】
以上参考例１と実施形態１，２から明らかなように、本発明のズームレンズは、物体側より順に、ズーミングのためには移動しない正の屈折力の第１レンズ群と、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群とを有することを基本構成としている。
【００６８】
そして、本発明は大別して第１発明と第２発明を有している。このうち第１発明では、第１レンズ群が物体側に凸状の貼合せ面を有し、この貼合せ面に回折格子を有する回折光学部が設けられていることを特徴としている。
【００６９】
又、第２発明では、第１レンズ群が、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と正レンズからなる貼合せレンズを有し、この貼合せレンズの貼合せ面に回折格子を有する回折光学部が設けられていることを特徴としている。同時に、貼合せ面の曲率半径をＲＤ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
０．５  ＜  ＲＤ／ｆ１  ＜  １．２  ・・・（１）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００７０】
尚、第１発明においては、次の条件のうち１以上を満足させるのが良い。
【００７１】
（ア−１）回折光学部が互いに分散の異なる材料より成る複数の回折格子の積層構造により構成されていることである。
【００７２】
（ア−２）回折光学部が設けられた貼合せ面の曲率半径をＲＤ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
０．５  ＜  ＲＤ／ｆ１  ＜  １．２  ・・・（１）
なる条件を満足することである。
【００７３】
（ア−３）回折光学部が設けられた貼合せ面は、物体側より順に負レンズと正レンズから成る貼合せレンズの貼合せ面であることである。
【００７４】
又、第１、第２発明においては、次の条件のうちの１以上を満足させるのが良い。
【００７５】
（イ−１）ｄ線の波長をλｄ、光軸からの距離をｈとして、回折光学部によって波面に与える位相が
φ（ｈ）＝（２π／λｄ）・（Ｃ2・ｈ2＋Ｃ4・ｈ4＋・・Ｃ2・i・ｈ2・i）で表わされ、全系の望遠端での焦点距離をｆｔ、望遠端でのＦナンバーをＦｎｏＴとするとき、
−０．０１  ＜  Ｃ2・（ｆｔ／ＦｎｏＴ）＜  ０  ・・・（２）
なる条件を満足することである。
【００７６】
（イ−２）参考例１と実施形態１，２のように、第２レンズ群の像側に、ズーミングのために移動しない第３レンズ群を配置することである。
【００７７】
（イ−３）参考例１のように、第２レンズ群の像側に、ズーミングのためには移動しない第３レンズ群と、ズーミングのために光軸方向に移動する正の屈折力の第４レンズ群を配置することである。
【００７８】
（イ−４）実施形態１，２のように、第２レンズ群の像側に、ズーミングのためには移動しない第３レンズ群と、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第４レンズ群が配置されていることである。
【００７９】
（イ−５）実施形態１，２のように、第２レンズ群の像側に、ズーミングのためには移動しない第３レンズ群と、ズーミングに際して光軸方向に移動する負の屈折力の第４レンズ群と、正の屈折力の第５レンズ群を配置することである。
【００８０】
（イ−６）回折光学部は１以上の回折格子より成り、このうち１つの回折格子は中心部から周辺部に行くに従って格子高さが変化する領域を有していることである。
【００８１】
以下、回折光学部への光線の入射角度とは、回折格子が設けられているレンズ面に対する入射角度、回折格子の格子面への入射角度、又は前述した回折光学面への入射角度をいう。
【００８２】
（イ−７）回折光学部の最も回折効率が高くなる回折次数において、波長５９０ｎｍの光の最も回折効率が高くなる回折光学部への入射角度は３度から１０度の範囲内であることである。
【００８３】
（イ−８）第１レンズ群の焦点距離をｆ１、全系の広角端と望遠端での焦点距離を各々ｆｗ，ｆＴとするとき
【００８４】
【数３】
2006003913.tif 000003
【００８５】
なる条件を満足することである。
【００８６】
（イ−９）第２レンズ群の像側に、ズーミングのためには移動せず、像安定化のために光軸と垂直な方向の成分を持つように移動する第３レンズ群と、ズーミング際して光軸方向に移動する少なくとも１つのレンズ群を配置し、望遠端でかつ無限遠物体に対する第３レンズ群の倍率をβ３、第３レンズ群より像側の光学系の倍率をβｒとするとき、
０．５＜｜（１−β３）・βｒ｜＜３・・・（４）
なる条件を満足することである。
【００８７】
（イ−１０）第３レンズ群を光軸と垂直な方向の成分を持つように移動させて像を変位させ、手ブレ等に起因した撮影像のブレを安定化させることである。
【００８８】
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。
【００８９】
条件式（１）は、第１レンズ群内の貼合せ面に回折光学部（回折光学面）を導入しつつ、回折光学部に対する入射角の変動を低減する為のものである。ここで「回折光学部に対する入射角」とは、回折光学部を幾何光学的に回折光学面とみなしたときの入射角を想定しており、後述の各実施形態の数値実施例においては回折光学部が設けられている光学面（レンズ面）への入射角を意味している。
【００９０】
条件式（１）の下限を超えて回折光学面（貼合せ面）の曲率が強く（大きく）なり過ぎると、特に望遠端の軸上光線に対する入射角が大きくなりすぎて回折効率が低下してしまうので良くない。逆に上限を超えて曲率が弱く（小さく）なり過ぎると、広角側の周辺で入射角が大きくなって良くない。
【００９１】
更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００９２】
０．６＜  ＲＤ／ｆ１  ＜１．０  ・・・（１ａ）
条件式（２）は回折光学部が与える波面への位相を適切に設定する、ひいては回折光学部を構成する回折格子の形状を適切に設定するためのものである。
【００９３】
条件式（２）の下限を超えると回折光学部での色収差補正が大きくなり過ぎて２次スペクトルの色収差補正が過剰になるので良くない。逆に上限を超えると２次スペクトルの色収差が補正不足になってしまう。
【００９４】
更に好ましくは条件式（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００９５】
−０．００５  ＜  Ｃ２・（ｆｔ／ＦｎｏＴ）＜  ０  ・・・（２ａ）
条件式（３）は第１レンズ群の屈折力に関するものであり、変倍に伴なう収差変動を少なくしつつ、所望の変倍比を効果的に得るためのものである。下限値を超えて第１レンズ群の屈折力が強くなりすぎると、小型化には有利になるが望遠端で発生する球面収差やコマ収差の補正が困難になる。逆に上限値を超えると、ズーミング時の第２レンズ群の移動量が大きくなり過ぎてレンズ全長が長くなってしまう。
【００９６】
更に好ましくは条件式（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００９７】
【数４】
2006003913.tif 000004
【００９８】
条件式（４）は第３レンズ群の結像倍率に関するものである。条件式（４）の下限を超えると、防振時に必要な第３レンズ群の移動量が大きくなって良くない。逆に上限を超えると第３レンズ群の敏感度が大きくなり過ぎて防振時の制御が困難になるので良くない。更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００９９】
０．８＜｜（１−β３）・βｒ｜＜２．０  ・・・（４ａ）
以下に参考例１と実施形態１，２のズームレンズの数値データにそれぞれ相当する参考数値実施例１と数値実施例１，２を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、Ｒｉは物体側より第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉは物体側より第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ厚または空気間隔、Ｎｉとνｉは第ｉ番目の光学部材の屈折率とアッベ数である。ｆ，Ｆｎｏ，２ωはそれぞれ無限遠物体に焦点を合わせたときの全系の焦点距離、Ｆナンバー、画角を表わしている。
【０１００】
非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正、Ｒを近軸曲率半径、ｋを離心率、Ｂ，Ｃ，Ｄを各々非球面係数としたとき
【０１０１】
【数５】
2006003913.tif 000005
【０１０２】
なる式で表わしている。
【０１０３】
回折光学面（回折面）は前述の位相関数、
φ（ｈ）＝（２π／λｄ）・（Ｃ2・ｈ2＋Ｃ4・ｈ4＋・・Ｃ2・i・ｈ2・i）の位相係数を与えることで表している。
【０１０４】
また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０-z」を意味する。
【０１０５】
そして、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す。
【０１０６】
【数６】
2006003913.tif 000006
【０１０７】
【数７】
2006003913.tif 000007
【０１０８】
【数８】
2006003913.tif 000008
【０１０９】
【表１】
2006003913.tif 000009
【０１１０】
（実施形態３）
次に参考例１と実施形態１、２に示したようなズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラ（光学機器）の実施形態を図１３を用いて説明する。
【０１１１】
図１３において、１０はビデオカメラ本体、１１は参考例と実施形態１，２で説明したいずれかのズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の固体撮像素子（光電変換素子）、１３は撮像素子１２が受けた被写体像を記録する記録手段、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示されている。
【０１１２】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】参考数値実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図２】参考数値実施例１のズームレンズの広角端における収差図
【図３】参考数値実施例１のズームレンズの中間のズーム位置における収差図
【図４】参考数値実施例１のズームレンズの望遠端における収差図
【図５】数値実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図６】数値実施例１のズームレンズの広角端における収差図
【図７】数値実施例１のズームレンズの中間のズーム位置における収差図
【図８】数値実施例１のズームレンズの望遠端における収差図
【図９】数値実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図１０】数値実施例２のズームレンズの広角端における収差図
【図１１】数値実施例２のズームレンズの中間のズーム位置における収差図
【図１２】数値実施例２のズームレンズの望遠端における収差図
【図１３】本発明の光学機器の要部断面図
【図１４】単層構造の回折光学素子の断面図
【図１５】単層構造の回折光学素子の回折効率の説明図
【図１６】積層構造の回折光学素子の断面図
【図１７】積層構造の回折光学素子の回折効率の説明図
【図１８】積層構造の回折光学素子の断面図
【図１９】数値実施例１の回折光学部への入射角を示す図
【符号の説明】
【０１１４】
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
ｄ  ｄ線
ｇ  ｇ線
ΔＭ  メリディオナル像面
ΔＳ  サジタル像面
ＳＰ  絞り
ＩＰ  像面
Ｇ  ガラスブロック
【図１】
2006003913.tif 000011
【図２】
2006003913.tif 000012
【図３】
2006003913.tif 000013
【図４】
2006003913.tif 000014
【図５】
2006003913.tif 000015
【図６】
2006003913.tif 000016
【図７】
2006003913.tif 000017
【図８】
2006003913.tif 000018
【図９】
2006003913.tif 000019
【図１０】
2006003913.tif 000020
【図１１】
2006003913.tif 000021
【図１２】
2006003913.tif 000022
【図１３】
2006003913.tif 000023
【図１４】
2006003913.tif 000024
【図１５】
2006003913.tif 000025
【図１６】
2006003913.tif 000026
【図１７】
2006003913.tif 000027
【図１８】
2006003913.tif 000028
【図１９】
2006003913.tif 000029