(57)【要約】【課題】結像性能を良好に保ちつつ、小型で高変倍化が可能な構成のズームレンズを提供する。【解決手段】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を備え、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との間隔及び第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が変化する構成を採る。第１レンズ群Ｇ１、第２レンズＧ２群及び第３レンズ群Ｇ３中の少なくとも一つのレンズ面に回折光学面Ｇｆを有し、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に位置して正の屈折力を有する前方レンズ群Ｇ３Ｆと像側に位置して少なくとも正レンズを有する後方レンズ群Ｇ３Ｒとを有し、回折光学面Ｇｆ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、０．２＜Ｃ／ｆｗ＜５．０の条件を満たす構成とする。【選択図】        図１
2004258239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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レンズ群を備え、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レンズ群との間隔及び前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が変化する構成のズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群、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、物体側に位置して正の屈折力を有する前方レンズ群と像側に位置して少なくとも正レンズを有する後方レンズ群とを有し、
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
の条件を満たすことを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第３レンズ群における前記前方レンズ群の最も像側のレンズ面と前記後方レンズ群の最も物体側のレンズ面との間の光軸上の距離をＬとしたときに、
０．２＜Ｌ／ｆｗ＜５．０
の条件を満たす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】
前記第３レンズ群における前記前方レンズ群が少なくとも２枚のレンズを含むとともに、前記後方レンズ群が像側に凸面を向けた凹レンズを含み、前記前方レンズ群と前記後方レンズ群との間に開口絞り又はフレアストップを有し、広角端におけるバックフォーカスをＢｆｗとしたときに、
０．３＜Ｂｆｗ／Ｌ＜８．０
の条件を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載のズームレンズ。
【請求項４】
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、
−２．０＜ｆ２／ｆ３＜−０．２
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。
【請求項５】
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が広角端で１５度以下であり、望遠端で７度以下である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。
【発明の詳細な説明】
【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、銀塩フィルムやＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたカメラに好適な小型で高性能なズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ズームレンズの高性能化に伴い、種々のズームタイプが提案されている。特に、ビデオカメラやディジタルカメラ等の電子画像機器用のズームレンズにおいては、物体側から順に正、負、正の屈折力を有する３群構成タイプのズームレンズ等が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３０５１２６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年における撮像素子の画素ピッチの微細化など撮像技術の進歩に対応した優れた結像性能（特に色ずれの少ないもの）と、高変倍化（高ズーム比化）及び小型化等を両立させることは極めて困難であった。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、結像性能を良好に保ちつつ、小型で高変倍化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。
【０００６】
【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レンズ群との間隔及び第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が変化する構成のズームレンズにおいて、第１レンズ群、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、物体側に位置して正の屈折力を有する前方レンズ群と像側に位置して少なくとも正レンズを有する後方レンズ群とを有し、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、０．２＜Ｃ／ｆｗ＜５．０の条件を満たす構成とする。
【０００７】
本発明に係るズームレンズでは、物体側から順に、正、負、正の屈折力配置を有する３群構成を採用するとともに、第１、第２及び第３レンズ群中のいずれかのレンズ面に回折光学面を有しており、しかも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ため、結像性能を良好に保ちつつ、高変倍化を実現することができる。また、回折光学面を用いることにより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することができる。
【０００８】
本発明に係るズームレンズでは、第３レンズ群における前方レンズ群の最も像側のレンズ面と後方レンズ群の最も物体側のレンズ面との間の光軸上の距離をＬとしたときに、０．２＜Ｌ／ｆｗ＜５．０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、結像性能を低下させることなく光学系全体を小型化することが容易となる。
【０００９】
また、本発明に係るズームレンズでは、第３レンズ群における前方レンズ群が少なくとも２枚のレンズを含むとともに、後方レンズ群が像側に凸面を向けた凹レンズを含み、前方レンズ群と後方レンズ群との間に開口絞り又はフレアストップを有し、広角端におけるバックフォーカスをＢｆｗとしたときに、０．３＜Ｂｆｗ／Ｌ＜８．０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、結像性能を良好に保ちつつ、光学系全体を小型化するのが容易である。
【００１０】
また、本発明に係るズームレンズでは、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、−２．０＜ｆ２／ｆ３＜−０．２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、より一層良好な結像性能を得ることができる。
【００１１】
また、本発明に係るズームレンズでは、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が広角端で１５度以下であり、望遠端で７度以下であることが好ましい。このような構成であれば、回折光学面を第１レンズ群、第２レンズ群及び第３レンズ群中のいずれのレンズ面に設けてもよく、設計の自由度が大きくなる。
【００１２】
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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レンズ群との間隔及び第２レンズ群と第３レンズ群と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。
【００１５】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、第１レンズ群、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、最も大きい光軸上の空気間隔を介して物体側に位置する前方レンズ群と、像側に位置する後方レンズ群とを有している。そして、前方レンズ群は正の屈折力を有しており、後方レンズ群は少なくとも正レンズを有したする後方レンズ群とを有する構成となっている。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。
【００１６】
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。
【００１７】
【数１】
０．２＜Ｃ／ｆｗ＜５．０  …  （１）
【００１８】
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０．４とすることが好ましい。
【００１９】
このように本ズームレンズでは、物体側から順に、正、負、正の屈折力配置を有する３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、第１、第２及び第３レンズ群中のいずれかのレンズ面に回折光学素子を用いることにより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。
【００２０】
また、本発明に係るズームレンズでは、上記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が、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ため、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。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。
【００２１】
また、本発明に係るズームレンズでは、上述の構成に加え、第３レンズ群における前方レンズ群の最も像側のレンズ面と後方レンズ群の最も物体側のレンズ面との間の光軸上の距離を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。
【００２２】
【数２】
０．２＜Ｌ／ｆｗ＜５．０  …  （２）
【００２３】
上記条件式（２）は、第３レンズ群における前方レンズ群と後方レンズ群の適切な光軸上の距離を規定する。ここで、Ｌ／ｆｗの値が上記条件式（２）の上限値を上回ると第３レンズ群の全長が長くなり過ぎ、その結果、光学系全体の全長が長くなり過ぎてしまい、光学系全体の大型化を招き易くなり不都合である。反対に、Ｌ／ｆｗの値が上記条件式（２）の下限値を下回ると、第３レンズ群による収差補正の自由度が少なくなってしまい、良好な結像性能が得難くなる。特に、像面湾曲と主光線の上方の光束に発生するコマ収差の補正が困難となるため、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２．０とすることが好ましい。また、下限値については、０．４とすることが好ましい。
【００２４】
更に、本発明に係るズームレンズにおいては、前方レンズ群と後方レンズ群との間に開口絞り又はフレアストップが設けられていることが好ましい。第３レンズ群の最も物体側に開口絞りを置く場合であっても、前方レンズ群と後方レンズ群との間にはフレアストップを配置することが好ましい（後述の第１及び第２実施例参照）。性能を向上させるには、第３レンズ群が比較的厚い構造となるため、迷光によるフレアをカットすることが望ましいためである。そして更に、第３レンズ群における前方レンズ群が少なくとも２枚のレンズを含むとともに、後方レンズ群が像側に凸面を向けた凹レンズ（後述する第１及び第２実施例ではレンズＬ１２、第３実施例ではレンズＬ１１）を含み、広角端におけるバックフォーカスをＢｆｗ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。
【００２５】
【数３】
０．３＜Ｂｆｗ／Ｌ＜８．０  …  （３）
【００２６】
上記条件式（３）は、バックフォーカスＢｆｗと、第３レンズ群における前方レンズ群と後方レンズ群の適切な光軸上の距離Ｌとの比の適切なる範囲を規定するものである。ここで、Ｂｆｗ／Ｌ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しまい、光学系全体の大型化を招き易くなり不都合である。また、像面湾曲と歪曲収差の補正が困難となってしまい、良好な結像性能が得にくくなる。一方、Ｂｆｗ／Ｌ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しまい、レンズ系後方のスペースが確保しづらくなってしまう。そして、電子画像用のレンズの場合には、ローパスフィルタや赤外カットフィルターを配置することが困難となり、一眼レフ用レンズの場合は、クイックリターンミラーの配置が困難となる不都合が発生する。また、高次の像面湾曲が発生し易くなり、主光線の上方の光束に発生するコマ収差も高次のコマ成分が増してしまい、いずれの補正も困難となって、良好な結像性能が得難くなる。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（３）の上限値を３．０とすることが好ましい。また、下限値については０．５０とすることが好ましい。
【００２７】
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。
【００２８】
【数４】
−２．０＜ｆ２／ｆ３＜−０．２  …  （４）
【００２９】
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。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−０．３５とすることが好ましい。また、下限値については−１．５とすることが好ましい。
【００３０】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、第３レンズ群中の正レンズと負レンズとの貼り合わせレンズ（例えば、後述する第１及び第２実施例ではレンズＬ８とレンズＬ９との貼り合わせレンズ、第３実施例ではレンズ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３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。
【００３１】
【数５】
０．１５＜ΔＮ          …  （５）
【００３２】
本発明のような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は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（５）に示すように、第３レンズ群中の正レンズと負レンズと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、上記正レンズの屈折率が負レンズ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。
【００３３】
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。
【００３４】
【数６】
０．０１＜ｄ／ｆｗ＜１．５  …  （６）
【００３５】
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。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０．７とすることが好ましい。また、下限値については０．０１５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。
【００３７】
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（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１５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１５度以下となるもの（レンズ面）に設けるようにする。
【００３８】
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く、設計の自由度が大きくなる。また、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。しかし、良好な色収差補正のためには、第１レンズ群中に貼り合わせレンズを有することが好ましく（後述の第１、第２及び第３実施例参照）、回折光学面は、その貼り合わせレンズにおける物体側、像側いずれかの面に配置することが好ましい（第１及び第２実施例参照）。なお、更に良好な画質を得られるようにするには、上記角度は５度以下であることが好ましい（特に望遠端において）。
【００３９】
第２レンズ群は、凸メニスカスレンズと凹レンズとからなる貼り合わせレンズを有することが好ましい（後述の第１、第２及び第３実施例参照）。そして、回折光学面をこの第２レンズ群中に配置するのであれば、上記貼り合わせレンズの像側の面に配置することが好ましい（第３実施例参照。）。
【００４０】
回折光学面では補正しきれない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（後述の第１、第２及び第３実施例参照）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、より望ましくは５度以下であることが、より好ましい。そして、回折光学面は第３レンズ群における前方レンズ群中のいずれかのレンズ面に配置することが好ましい（第２実施例参照）。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。
【００４１】
また、第３レンズ群は、物体側から両凸レンズないしは凸メニスカスレンズを有することが好ましい（後述の第１、第２及び第３実施例参照）。そして、これらいずれかのレンズの像側のレンズ面に回折光学面を配置すれば（第２実施例参照）、良好な収差補正と、光線の通過する角度を小さくすることを両立させることが可能となるので好ましい。更に前方レンズ群は、良好な色収差補正のために両凸レンズと凹レンズからなる貼り合わせレンズを有することが好ましい（第１及び第２実施例参照）。
【００４２】
また、実際に本発明のズームレンズを構成する場合、第２レンズ群を変倍時に固定とすることもできる。このとき、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、生産技術上、好ましい。
【００４３】
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３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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
【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との間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が変化する構成とした（上記図中、像面を符号Ｉで示した）。
【００４８】
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。また、各実施例においては、収差特性の算出対象としてｄ線（波長５８７．６ｎｍ）及びｇ線（波長４３５．８ｎｍ）を選んだ。
【００４９】
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。
【００５０】
【数７】
2004258239.tif 000003
【００５１】
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。
【００５２】
（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Ｌ３と物体側の凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４との貼り合わせからなる接合レンズ及び両凹レンズＬ５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Ｓ６、両凸レンズＬ７、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）平凹レンズＬ９との貼り合わせからなる接合レンズ、フレアストップＦＳ１０、両凸レンズＬ１１及び物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２を配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成した。ここで、第３レンズ群Ｇ３における上記両凸レンズＬ７及び両凸レンズＬ８と平凹レンズＬ９との貼り合わせからなる接合レンズとから前方レンズ群Ｇ３Ｆを構成し、両凸レンズＬ１１と負メニスカスレンズＬ１２とから後方レンズ群Ｇ３Ｒを構成した。
【００５３】
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。
【００５４】
下の表１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１における面番号１〜２０は図１における符号１〜２０に対応する。また、表１におけるｒはレンズ面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径）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それぞれ示している。なお、表１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。なお、これら表１の記号の説明は、他の実施例に関する表についても同様である。
【００５５】
図１に示すように、本第１実施例では、第１レンズ群Ｇ１を構成する負メニスカスレンズＬ１の物体側の面（面番号は１及び２）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ＺＬ１では、面番号１及び２に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当する。また、レンズＬ１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。また、本実施例では、第３レンズ群中の正レンズ（レンズＬ８）と負レンズ（レンズＬ９）との貼り合わせレンズにおいて、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも低くなるという上述の条件を満たしたものとなっている。
【００５６】
【表１】
2004258239.tif 000004
2004258239.tif 000005
【００５７】
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Ｓ６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１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１０．６０４１５度、望遠端においては１．４３８７２度であった。
【００５８】
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。各球面収差図におけるＦＮＯの値は最大口径に対応する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。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ており、優れた結像性能を有していることが分かる。
【００５９】
（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は上述の第１実施例におけるズームレンズＺＬ１とほぼ同じであるが、回折光学面を２つ有する点が異なる。すなわち図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Ｌ３と物体側の凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４との貼り合わせからなる接合レンズ及び両凹レンズＬ５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Ｓ６、両凸レンズＬ７、両凸レンズＬ８と物体側に凹面を向けた平凹レンズＬ９との貼り合わせからなる接合レンズ、フレアストップＦＳ１０、両凸レンズＬ１１及び物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２を配置して正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における上記両凸レンズＬ７及び両凸レンズＬ８と平凹レンズＬ９との貼り合わせからなる接合レンズとから前方レンズ群Ｇ３Ｆを構成し、両凸レンズＬ１１と負メニスカスレンズＬ１２とから後方レンズ群Ｇ３Ｒを構成した。
【００６０】
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。
【００６１】
下の表２に、本第２実施例における各レンズの諸元を示す。表２における面番号１〜２１は図５における符号１〜２１に対応する。
【００６２】
図５に示すように、本第２実施例では、第１レンズ群Ｇ１を構成する負メニスカスレンズＬ１の物体側の面（面番号は１及び２）に第１の回折光学面Ｇｆ１を形成し、第３レンズ群Ｇ３を構成する両凸レンズＬ８の物体側の面（面番号は１３及び１４）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ＺＬ２では、面番号１及び２に相当する面が第１の回折光学面Ｇｆ１に相当し、面番号１３及び１４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Ｌ１及びレンズＬ８がそれぞれ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。また、本実施例では、第３レンズ群中の正レンズ（レンズＬ８）と負レンズ（レンズＬ９）との貼り合わせレンズにおいて、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも低くなるという上述の条件を満たしたものとなっている。
【００６３】
【表２】
2004258239.tif 000006
2004258239.tif 000007
2004258239.tif 000008
【００６４】
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Ｓ６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１及び面番号１３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、面番号１に相当するレンズ面では広角端において１０．６０４１５度、望遠端において１．４３８７２度であり、面番号１３に相当するレンズ面では広角端において１２．６３８８９度、望遠端において５．４７２２３度であった。
【００６５】
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。これら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ており、優れた結像性能を有していることが分かる。
【００６６】
（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と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ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には物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ８、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１の貼り合わせからなる接合レンズ、両凸レンズＬ１２及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３を配置して正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における上記正メニスカスレンズＬ８及び負メニスカスレンズＬ９とから前方レンズ群Ｇ３Ｆを構成し、負メニスカスレンズＬ１０と正メニスカスレンズＬ１１との貼り合わせからなる接合レンズ、両凸レンズＬ１２及び正メニスカスレンズＬ１３とから後方レンズ群Ｇ３Ｒを構成した。更に、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間には開口絞りＳ７を配置した。
【００６７】
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。この実施例に係るズームレンズＺＬ３では、変倍時においても第１レンズ群Ｇ１と開口絞りＳ７とは固定である。
【００６８】
下の表３に、本第３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１〜２３は図９における符号１〜２３に対応する。
【００６９】
図９に示すように、本第３実施例では、第２レンズ群Ｇ２を構成する正メニスカスレンズＬ６の像側の面（面番号は１０及び１１）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ＺＬ３では、面番号１０及び１１に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当する。また、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。また、本実施例では、第３レンズ群中の正レンズ（レンズＬ１１）と負レンズ（レンズＬ１０）との貼り合わせレンズにおいて、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも低くなるという上述の条件を満たしたものとなっている。
【００７０】
【表３】
2004258239.tif 000009
2004258239.tif 000010
2004258239.tif 000011
【００７１】
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１０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０．９７９０１度、望遠端において２．９４９３５度であった。
【００７２】
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。これら各収差図から明らかなように、本第３実施例に係るズームレンズＺＬ３では諸収差が良好に補正されており、優れた結像性能を有していることが分かる。
【００７３】
【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、物体側から順に、正、負、正の屈折力配置を有する３群構成を採用するとともに、第１、第２及び第３レンズ群中のいずれかのレンズ面に回折光学面を有しており、しかも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ため、結像性能を良好に保ちつつ、高変倍化を実現することができる。また、回折光学面を用いることにより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
Ｇ３Ｆ    前方レンズ群
Ｇ３Ｒ    後方レンズ群
Ｇｆ      回折光学面
ＦＳ１０  フレアストップ
Ｉ        像面
【図１】
2004258239.tif 000012
【図２】
2004258239.tif 000013
【図３】
2004258239.tif 000014
【図４】
2004258239.tif 000015
【図５】
2004258239.tif 000016
【図６】
2004258239.tif 000017
【図７】
2004258239.tif 000018
【図８】
2004258239.tif 000019
【図９】
2004258239.tif 000020
【図１０】
2004258239.tif 000021
【図１１】
2004258239.tif 000022
【図１２】
2004258239.tif 000023
【図１３】
2004258239.tif 000024