(57)【要約】【課題】バックフォーカスが大きくても良好な結像性能が得られ、高性能な電子画像機器用として十分に使用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、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５を備え、広角端から望遠端への変倍時には第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間隔が変化する構成とする。そして、第１〜第５レンズ群のいずれかのレンズ群中に、光軸に対して回転対称な形状の回折光学面（Ｇｆ１，Ｇｆ２）を設け、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の条件を満たす構成とする。【選択図】        図１
2004212640.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、負の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、正の屈折力を有する第５レンズ群を備え、広角端から望遠端への変倍時には前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔及び前記第４レンズ群と前記第５レンズ群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〜第５レンズ群のいずれかのレンズ群中に回折光学面を有し、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】
広角端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の軸上空気間隔をＤ２３ｗとし、望遠端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の軸上空気間隔をＤ２３ｔとしたときに、
０．００１＜（Ｄ２３ｔ−Ｄ２３ｗ）／ｆｗ＜１．０
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】
前記回折光学面は、光軸に対して回転対称な形状を有してい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。
【請求項４】
広角端における像面から前記回折光学面までの光軸上の距離をＬとしたときに、
１．０＜Ｌ／ｆｗ＜２０．０
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】
広角端におけるバックフォーカスをＢｆｗ、広角端における最大像高をＹ０としたときに、
１．０＜Ｂｆｗ／Ｙ０＜８．０
の条件を満たす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。
【請求項６】
広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群及び前記第４レンズ群が固定であり、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、
０．０５＜ｆ２／ｆ３＜１．５
の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜５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、レンズ構成の一部をレンズの光軸に沿って移動させて焦点距離を変えるレンズ、すなわちズームレンズに関し、特に、ＣＣＤ等を撮像デバイスとした電子画像機器に好適なバックフォーカスの大きいズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ズームレンズはビデオカメラやディジタルスチルカメラ等の電子画像機器に固定式或いは着脱自在に取り付けられ、レンズ構成の一部をレンズの光軸に沿って移動させることにより、焦点距離を自在に変化させて任意の倍率の画像（映像）を得ることができる構成となっている。近年、ビデオカメラやディジタルスチルカメラ等の電気画像機器における画素ピッチの微細化技術の進歩は目覚ましく、よりきめ細かな画像が得られるようになってきていることに伴い、ズームレンズにおいても結像性能の優れたものが求められているが、このような高性能なものの例としては従来、山路タイプのズームレンズ、物体側から順に正、負、正、正の屈折力配置を有する４群構成タイプのズームレンズ等が知られている。このような従来のズームレンズでは変倍を担うレンズ群が比較的多いため、高変倍化（高ズーム比化）が大変容易であるという特徴がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−６４７３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような電子画像機器用に用いられるズームレンズにおいては、電子画像機器との間の光路中に複数のデバイスを配置する必要等から、或る程度の大きさのバックフォーカスを確保する必要がある。このようにバックフォーカスが大きいズームレンズでは、像面上の最大像高に至る光線の収差補正が難しいため、画像性能が優れた電子画像機器に上記のようなズームレンズを用いても、これに見合うだけの良好な画像を機器の像面上に結像できず、結果として電子画像機器の性能を十分に活かすことができない場合があるという問題があった。
【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、バックフォーカスが大きくても良好な結像性能が得られ、高性能な電子画像機器用として十分に使用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、負の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、正の屈折力を有する第５レンズ群を備え、広角端から望遠端への変倍時には第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔及び第４レンズ群と第５レンズ群の間隔が変化する構成のズームレンズにおいて、第１〜第５レンズ群のいずれかのレンズ群中に回折光学面を有し、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】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、広角端における第２レンズ群と第３レンズ群の軸上空気間隔をＤ２３ｗとし、望遠端における第２レンズ群と第３レンズ群の軸上空気間隔をＤ２３ｔとしたときに、０．００１＜（Ｄ２３ｔ−Ｄ２３ｗ）／ｆｗ＜１．０の条件を満たす構成とすることが好ましい。また、上記回折光学面は、光軸に対して回転対称な形状を有していることが好ましい。
【０００８】
更に、本発明に係るズームレンズにおいては、広角端における像面から回折光学面までの光軸上の距離をＬとしたときに、１．０＜Ｌ／ｆｗ＜２０．０の条件を満たす構成とすることが好ましい。また、広角端におけるバックフォーカスをＢｆｗ、広角端における最大像高をＹ０としたときに、１．０＜Ｂｆｗ／Ｙ０＜８．０の条件を満たす構成とすることが好ましい。
【０００９】
更に、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群及び第４レンズ群が固定であり、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、０．０５＜ｆ２／ｆ３＜１．５の条件を満たす構成とすることが好ましい。
【００１０】
【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、多群構成のズームレンズでは、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。
【００１１】
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が知られているが、第３番目の方法として回折がある。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、その振る舞い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。
【００１２】
次に、本発明に係るズームレンズについて説明する。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板及び背景に基づき、物体側から順に、正、負、負、正、正の屈折力配置を有する５群レンズ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採っている。そして、広角端から望遠端への変倍時には第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔及び第４レンズ群と第５レンズ群の間隔が変化する構成を採っている。
【００１３】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、上記第１〜第５レンズ群のいずれかのレンズ群中に、光軸に対して回転対称な形状の回折光学面を設けている。本発明においては、ガラスやプラスチック等の光学部材の表面に回折光学面、すなわち回折格子や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形成して良好な光学性能を得るようにする。図１６はフレネルゾーンプレートの一例を示すものであり、図１６（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１６（Ｂ）は図１６（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１６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。
【００１４】
また、本発明に係るズームレンズでは、上記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。
【００１５】
【数１】
０．２＜Ｃ／ｆｗ＜５．０  …  （１）
【００１６】
上記条件式（１）は、回折光学面の有効径Ｃの適切なる範囲を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。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０．７とすることが好ましい。
【００１７】
このように本発明に係るズームレンズでは、第１〜第５レンズ群のいずれかのレンズ群中に、光軸に対して回転対称な形状の回折光学面を有し、かつ上記条件式（１）を満たすようにすることにより、高倍率のズームレンズを実現しつつ、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を得ることができるようになっている。また、無限焦点系及び有限焦点系のいずれにおいても良好な結像性能が得られるので、バックフォーカスの大きいタイプ、例えば電子画像機器用のズームレンズとしても好適である。
【００１８】
ここで、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一般の光学系の場合と同様、回折光学面に入射する光線の角度は、できるだけ小さいことが好ましい。これは、上記入射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、その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、最大像高に至る主光線（絞りの中心を通る光線）が回折光学面に入射する角度（主光線の光軸が回折光学面の法線となす角度）が１５度以下、より好ましくは１０度以下となるようにすること、換言すると、回折光学面は、入射する光の角度が１５度（好ましくは１０度）以下となるレンズ面に設けられることが望ましい。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中のどこに配置してもよいが、本ズームレンズを構成するレンズの面のうち、物体側に凸となる面のいずれかに形成するようにすれば、上記条件を満足させることが容易になる。
【００１９】
また、本発明に係るズームレンズでは、広角端における第２レンズ群と第３レンズ群の軸上空気間隔をＤ２３ｗとし、望遠端における第２レンズ群と第３レンズ群の軸上空気間隔をＤ２３ｔ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。
【００２０】
【数２】
０．００１＜（Ｄ２３ｔ−Ｄ２３ｗ）／ｆｗ＜１．０  …  （２）
【００２１】
上記条件式（２）は、広角端と望遠端とにおける第２レンズ群と第３レンズ群との軸上空気間隔の差（Ｄ２３ｔ−Ｄ２３ｗ）と、広角端におけるレンズ系全体の焦点距離ｆｗとの比について適切な範囲を規定している。ここで、（Ｄ２３ｔ−Ｄ２３ｗ）／ｆｗの値が上記条件式（２）の上限値を上回ると、望遠端における全長が長くなり過ぎて、前玉径（第１レンズ群のレンズ系）の増大を招くだけでなく、広角端及び望遠端の双方において像面湾曲が負側に大きくシフトし、望遠端における球面収差が補正不足になってしまう。また、変倍時における第２レンズ群の移動スペースを確保することが困難となり、変倍のための第３レンズ群の使用倍率の変化を大きく確保することができず、高倍率化が困難になってしまう。
【００２２】
反対に（Ｄ２３ｔ−Ｄ２３ｗ）／ｆｗの値が条件式（２）の下限値を下回ると、高変倍化や変倍時の各レンズ群の収差補正の負担の均等化が困難になるばかりでなく、変倍時の諸収差の発生及び変動が過大になってしまう。特に、変倍時の像面湾曲及びコマ収差の変動が大きくなり、望遠端において像面湾曲が負側に過大となる。加えて、広角端では主光線よりも下側の光線に対して正のコマ収差が過大に発生し、望遠端では主光線よりも上側の光線に対して正のコマ収差が過大に発生する。その結果、良好な結像性能を得ることができなくなってしまう。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（２）の上限値を０．４５とすることが好ましい。また、下限値については０．００１５とすることが好ましい。
【００２３】
更に、本発明に係るズームレンズにおいては、広角端及び望遠端以外の中間焦点距離状態における第１レンズ群に対する第２レンズ群と第３レンズ群との相対的な位置関係も重要である。本発明では、上述の相対的な位置関係を適切に設定することにより、変倍時の収差変動を抑えて良好な結像性能を達成することが可能である。
【００２４】
また、本発明に係るズームレンズを実際に構成する場合、第１レンズ群及び第４レンズ群を変倍時に固定とすることにより、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好ましい。特に、第１レンズ群が固定であれば、鏡筒構造の堅牢性や防塵性が増すので好ましい。
【００２５】
また、本発明に係るズームレンズでは、上述の構成に加え、広角端における像面から回折光学面までの光軸上の距離をＬとしたときに、下の条件式（３）を満たす構成となっていることが好ましい。
【００２６】
【数３】
１．０＜Ｌ／ｆｗ＜２０．０  …  （３）
【００２７】
上記条件式（３）は、回折光学面の適切な位置を規定するものである。ここで、Ｌ／ｆｗの値が上記条件式（３）の上限値を上回ると、回折光学素子の径が大きくなり過ぎ、製造が困難となってしまう不都合が生じる。反対にＬ／ｆｗの値が上記条件式（３）の下限値を下回ると、像面に近くなり過ぎてしまい、格子のピッチが画像に写り込み易くなる不都合が生じるばかりか、色収差の補正効果が弱まってしまうため、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（３）の上限値を１２．０とすることが好ましい。また、下限値については、２．０とすることが好ましい。
【００２８】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、更に、広角端におけるバックフォーカスをＢｆｗ、広角端における最大像高をＹ０としたときに、下の条件式（４）を満たす構成となっていることが好ましい。
【００２９】
【数４】
１．０＜Ｂｆｗ／Ｙ０＜８．０  …  （４）
【００３０】
上記条件式（４）は、電子画像機器用のズームレンズとして実用に足るような十分に大きい（長い）バックフォーカスを得るための条件を規定している。電子画像機器用の光学系ではシェーディングを回避するために射出瞳を像面から十分遠くへ離すことが必要であり、この目的のためにも条件式（４）を満足することが重要である。ここで、Ｂｆｗ／Ｙ０の値が条件式（４）の上限値を上回ると、バックフォーカスが長くなり過ぎてレンズ系の全長が長くなり、ひいてはレンズ系の大型化を招いてしまう。また、第５レンズ群のレンズ径が過度に大きくなってしまう不都合を生じる。
【００３１】
一方、Ｂｆｗ／Ｙ０の値が条件式（４）の下限値を下回ると、バックフォーカスが短くなり過ぎて、ズームレンズとＣＣＤ等の撮像デバイスとの間の光路中においてフィルターやプリズムを配置する空間を確保することが困難になってしまう。また、射出瞳の位置が像面に近づき過ぎて、上述したシェーディングが発生し易くなり、不都合である。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５．０とすることが好ましい。また、下限値については２．０とすることが好ましい。
【００３２】
また、本発明に係るズームレンズにおいては、更に、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群及び第４レンズ群が固定であり、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（５）を満たす構成となっていることが好ましい。
【００３３】
【数５】
０．０５＜ｆ２／ｆ３＜１．５  …  （５）
【００３４】
上記条件式（５）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との比について適切な範囲を規定するものである。ここで、ｆ２／ｆ３の値が条件式（５）の上限値を上回ると、第３レンズ群の焦点距離が短くなり過ぎて、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正側に大きくシフトするので好ましくない。また、広角端において正の下コマ収差が発生し、望遠端において球面収差が正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。
【００３５】
一方、ｆ２／ｆ３の値が条件式（５）の下限値を下回ると、第２レンズ群の焦点距離が短くなり過ぎて、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するには、上記条件式（５）の上限値を０．５とすることが好ましい。また、下限値については０．２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においては、更に、次の条件式（６），又は（７）を満たす構成となっていることが望ましい。
【００３７】
【数６】
０．２＜ΔＮ        …  （６）
０．０５＜ｄ／ｆｗ＜２．０  …  （７）
【００３８】
ここで、ΔＮは第５レンズ群中の貼り合わせレンズのｄ線に対する屈折率差（第５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）であり、ｄは回折光学素子（回折光学面を有するレンズ素子）の光軸上の厚さである。
【００３９】
上記条件式（６）について説明する。本発明に係るズームレンズのように、最大像高に比してバックフォーカスの大きい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が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、上記条件式（６）に示すように、第５レンズ群中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、第５レンズ群中において、正レンズ（例えば、後述する図１におけるレンズＬ１０）の屈折率が負レンズ（例えば、後述する図１におけるレンズＬ１１）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（６）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、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。
【００４０】
上記条件式（７）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をｄとしたときに、ｆｗと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（７）の上限値を超えるとｄが大きくなり過ぎ、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（７）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、その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（７）の上限値を１．０とすることが好ましい。また、下限値については０．１とすることが好ましい。
【００４１】
ところで、本発明に係るズームレンズを実際に構成するとき、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うことが好ましい。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５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。
【００４２】
また、第２レンズ群は、収差補正上の観点から、物体側に凸面を向けた負メニスカス単レンズから構成されていることが好ましい。そして、より優れた結像性能を達成するためには、少なくとも一方の面が非球面形状に形成された負単レンズで第２レンズ群を構成する方がよい。更に、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）を挟んで変化するようになっていることが望ましい。
【００４３】
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格子構造であることが、製造を容易にする点で好ましい。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。
【００４４】
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。
【００４５】
更に、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。また、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】
【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６及び図１１に示すように、本発明のズームレンズＺＬを、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、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５を備え、広角端から望遠端への変倍時には第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間隔が変化するように、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第５レンズ群Ｇ５が光軸に沿って移動する構成とした。また、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４は変倍に対して固定とした。防振時には、第４レンズ群Ｇ４の全体（或いはその一部のレンズ群）からなる防振レンズ群が光軸と直交する方向に移動するようにした。
【００４７】
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（８），（９）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として、すなわち、後述する非球面式（８），（９）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象としてｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線を選んだ。本実施例において用いたｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線の波長と、各スペクトル線に対して設定した具体的な屈折率の値を下の表１に示す。
【００４８】
【表１】
2004212640.tif 000003
【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、２次の非球面係数をＣ２、４次の非球面係数をＣ４、６次の非球面係数をＣ６、８次の非球面係数をＣ８、１０次の非球面係数をＣ１０としたとき、下の式（８），（９）で表されるものとした。
【００５０】
【数７】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ２／ｒ）／（１＋（１−κ・ｙ２／ｒ２）１／２）
＋Ｃ２・ｙ２＋Ｃ４・ｙ４＋Ｃ６・ｙ６＋Ｃ８・ｙ８＋Ｃ１０・ｙ１０    …（８）
Ｒ＝１／（（１／ｒ）＋２Ｃ２）                        …（９）
【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ＺＬ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（負レンズ）と両凸レンズＬ２（正レンズ）との貼り合わせからなる接合正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（正レンズ）を配置して正レンズ群を構成し、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（負レンズ）を配置して負レンズ群を構成した。また、第３レンズ群Ｇ３には両凹レンズＬ５（負レンズ）と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６（正レンズ）との貼り合わせからなる接合負レンズを配置して負レンズ群を構成し、第４レンズ群Ｇ４には開口絞りＰ７と、両凸レンズＬ８（正レンズ）と物体側に凹面を向けた（像側に凸面を向けた）負メニスカスレンズＬ９（負レンズ）との貼り合わせからなる接合負レンズを配置して正レンズ群を構成した。また、第５レンズ群Ｇ５には両凸レンズＬ１０（正レンズ）と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１１（負レンズ）との貼り合わせからなる接合正レンズを配置して正レンズ群を構成した。
【００５３】
ここで、第４レンズ群Ｇ４を構成する負メニスカスレンズＬ９の像側の面には第１の回折光学面Ｇｆ１を形成し、第５レンズ群Ｇ５を構成する両凸レンズＬ１０の物体側に面には第２の回折光学面Ｇｆ２を形成した。また、図２は本第１実施例に係るズームレンズを広角端から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て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ＺＬが広角端にある場合の各レンズ群の位置、（Ｍ）はズームレンズＺＬが中間焦点距離状態にある場合の各レンズ群の位置、（Ｔ）はズームレンズＺＬ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２に、本第１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１〜１９は図１における符号１１〜１９に対応する。また、表２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、ｎ（Ｃ）はＣ線に対する屈折率を、ｎ（Ｆ）はＦ線に対する屈折率をそれぞれ示している。なお、表２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。以上の表２の記号の説明は、以降の実施例の表においても同様である。
【００５５】
また、本実施例では、ズームレンズＺＬにおける面番号１４及び１５に相当する面が第１の回折光学面Ｇｆ１に相当し、面番号１６及び１７に相当する面が第２の回折光学面Ｇｆ２に相当する。したがって本実施例では、レンズＬ９が第１の回折光学面Ｇｆ１を有するレンズ素子（回折光学素子）に相当し、レンズＬ１０が第２の回折光学面Ｇｆ２を有するレンズ素子に相当する。
【００５６】
【表２】
2004212640.tif 000004
2004212640.tif 000005
2004212640.tif 000006
【００５７】
このように本実施例では、上記条件式（１）〜（７）は全て満たされることが分かる。
【００５８】
また、図３〜図５は第１実施例に係るズームレンズＺＬのｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線に対する諸収差図を示している。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、図４はズームレンズＺＬが中間焦点距離状態における無限遠合焦点状態での諸収差図、図５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。各収差図においてＦＮＯはＦナンバーを、Ｙは像高を、Ｄはｄ線を、Ｇはｇ線を、ＣはＣ線を、ＦはＦ線をそれぞれ示している。また、球面収差図では、最大口径に対応するＦナンバーの値、非点収差図、歪曲収差図では像高の最大値をそれぞれ示し、コマ収差図では各像高の値を示している。更に、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。以上の収差図の説明は、以降の他の収差図についても同様である。各収差図から明らかなように、本第１実施例では、広角端から望遠端までの各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、良好な結像性能が確保されていることが分かる。
【００５９】
（第２実施例）
図６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ＺＬでは図６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Ｌ２１（負レンズ）と両凸レンズＬ２２（正レンズ）との貼り合わせからなる接合正レンズ及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３（正レンズ）を配置して正レンズ群を構成し、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Ｌ２４（負レンズ）を配置して負レンズ群を構成した。また、第３レンズ群Ｇ３には両凹レンズＬ２５（負レンズ）と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２６（正レンズ）との貼り合わせからなる接合負レンズを配置して負レンズ群を構成し、第４レンズ群Ｇ４には開口絞りＰ２７と、両凸レンズＬ２８（正レンズ）と物体側に凹面を向けた（像側に凸面を向けた）負メニスカスレンズＬ２９（負レンズ）との貼り合わせからなる接合負レンズを配置して正レンズ群を構成した。また、第５レンズ群Ｇ５には両凸レンズＬ３０（正レンズ）と、両凸レンズＬ３１（正レンズ）と両凹レンズＬ３２（負レンズ）との貼り合わせからなる接合正レンズを配置して正レンズ群を構成した。
【００６０】
ここで、第４レンズ群Ｇ４を構成する負メニスカスレンズＬ２９の像側の面には回折光学面Ｇｆを形成した。また、図７は本第２実施例に係るズームレンズを広角端から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て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ＺＬが広角端にある場合の各レンズ群の位置、（Ｍ）はズームレンズＺＬが中間焦点距離状態にある場合の各レンズ群の位置、（Ｔ）はズームレンズＺＬ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３に、本第２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１〜２０は図６における符号１〜２０に対応する。また、本実施例では、ズームレンズＺＬにおける面番号１４及び１５に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当する。したがって、レンズＬ２９が回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子に相当する。
【００６２】
【表３】
2004212640.tif 000007
2004212640.tif 000008
2004212640.tif 000009
【００６３】
このように本実施例では、上記条件式（１）〜（７）は全て満たされることが分かる。
【００６４】
また、図８〜図１０は第２実施例に係るズームレンズＺＬのｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線に対する諸収差図である。ここで図８は広角端における無限遠合焦点状態での諸収差図、図９はズームレンズＺＬが中間焦点距離状態における無限遠合焦点状態での諸収差図、図１０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。各収差図から明らかなように、本第２実施例では、広角端から望遠端までの各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、良好な結像性能が確保されていることが分かる。
【００６５】
（第３実施例）
図１１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ＺＬでは図１１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Ｌ４１（負レンズ）と両凸レンズＬ４２（正レンズ）との貼り合わせからなる接合正レンズ及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４３（正レンズ）を配置して正レンズ群を構成し、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Ｌ４４（負レンズ）を配置して負レンズ群を構成した。また、第３レンズ群Ｇ３には両凹レンズＬ４５（負レンズ）と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４６（正レンズ）との貼り合わせからなる接合負レンズを配置して負レンズ群を構成し、第４レンズ群Ｇ４には開口絞りＰ４７と、両凸レンズＬ４８（正レンズ）と、物体側に凹面を向けた（像側に凸面を向けた）負メニスカスレンズＬ４９（負レンズ）とを配置して正レンズ群を構成した。また、第５レンズ群Ｇ５には両凸レンズＬ５０（正レンズ）と、両凸レンズＬ５１（正レンズ）と両凹レンズＬ５２（負レンズ）との貼り合わせからなる接合正レンズを配置して正レンズ群を構成した。
【００６６】
ここで、第２レンズ群Ｇ２を構成する負メニスカスレンズＬ４４の像側の面には第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Ｌ４６の物体側に面には第２の回折光学面Ｇｆ２を形成した。また、図１２は本第３実施例に係るズームレンズを広角端から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て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ＺＬが広角端にある場合の各レンズ群の位置、（Ｍ）はズームレンズＺＬが中間焦点距離状態にある場合の各レンズ群の位置、（Ｔ）はズームレンズＺＬ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。
【００６７】
下の表４に、本第３実施例における各レンズの諸元を示す。表４における面番号１〜２２は図１１における符号１〜２２に対応する。また、本実施例では、ズームレンズＺＬにおける面番号７及び８に相当する面が第１の回折光学面Ｇｆ１に相当し、面番号１１及び１２に相当する面が第２の回折光学面Ｇｆ２に相当する。したがって、レンズＬ４４が第１の回折光学面Ｇｆ１を有するレンズ素子に相当し、レンズＬ４６が第２の回折光学面Ｇｆ２を有するレンズ素子に相当する。
【００６８】
【表４】
2004212640.tif 000010
2004212640.tif 000011
2004212640.tif 000012
【００６９】
このように本実施例では、上記条件式（１）〜（７）は全て満たされることが分かる。
【００７０】
また、図１３〜図１５は第３実施例に係るズームレンズＺＬのｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線に対する諸収差図である。ここで図１３は広角端における無限遠合焦点状態での諸収差図、図１４はズームレンズＺＬが中間焦点距離状態における無限遠合焦点状態での諸収差図、図１５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。各収差図から明らかなように、本第３実施例では、広角端から望遠端までの各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、良好な結像性能が確保されていることが分かる。
【００７１】
なお、上述の各実施例では、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４を変倍時に固定としているが、本発明を逸脱することなく、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４が変倍時に移動するように構成することも可能である。この場合、収差補正の自由度が増すので、設計が容易になる。
【００７２】
【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によれば、中間焦点距離状態においても優れた結像性能を有するとともに、無限焦点系及び有限焦点系のいずれにおいても良好な結像性能を達成することができ、かつ優れた防振性能を備えた高性能なズームレンズを実現することができる。また、バックフォーカスが大きくても高性能であるので、ビデオカメラやディジタルスチルカメラ等の電子画像機器用の光学系にも好適である。
【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）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て望遠端（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中間焦点距離状態における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図５】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６】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７】上記第２実施例に係るズームレンズを広角端（Ｗ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て望遠端（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８】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９】上記第２実施例に係るズームレンズの中間焦点距離状態における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図１０】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１１】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１２】上記第３実施例に係るズームレンズを広角端（Ｗ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て望遠端（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１３】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１４】上記第３実施例に係るズームレンズの中間焦点距離状態における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図１５】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１６】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】
ＺＬ    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
Ｇ４    第４レンズ群
Ｇ５    第５レンズ群
Ｇｆ１，Ｇｆ２    回折光学面
Ｉ      像面
【図１】
2004212640.tif 000013
【図２】
2004212640.tif 000014
【図３】
2004212640.tif 000015
【図４】
2004212640.tif 000016
【図５】
2004212640.tif 000017
【図６】
2004212640.tif 000018
【図７】
2004212640.tif 000019
【図８】
2004212640.tif 000020
【図９】
2004212640.tif 000021
【図１０】
2004212640.tif 000022
【図１１】
2004212640.tif 000023
【図１２】
2004212640.tif 000024
【図１３】
2004212640.tif 000025
【図１４】
2004212640.tif 000026
【図１５】
2004212640.tif 000027
【図１６】
2004212640.tif 000028