JP2008151846A

JP2008151846A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置

Info

Publication number: JP2008151846A
Application number: JP2006336968A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hamano; 博之浜野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: DE602007001661D1; US7616385B2; EP1933185B1; EP1933185A1; US20080144188A1; ATE437380T1; CN101206302B; CN101206302A; JP4898410B2

Abstract

【課題】色収差を始めとする諸収差を良好に補正することが容易なズームレンズを得ること。
【解決手段】開口絞りに対し、物体側に前側レンズ群、像側に後側レンズ群を有し、複数のレンズ群を移動させてズーミングを行うズームレンズにおいて、
該前側レンズ群は少なくとも１枚の正のパワーを有する回折光学部を有し、該後側レンズ群は少なくとも１枚の固体材料から成る正の屈折力の屈折光学素子ＧＮを有しており、
該屈折光学素子ＧＮの材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄ、θｇＦ、該回折光学部と該屈折光学素子ＧＮの空気中における焦点距離を各々ｆＤ、ｆＮとするとき
０．７５５＜θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３
＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ）＜１．０１１
８０＜ｆＤ／ｆＮ＜８００
なる条件を満足すること。
【選択図】図１

Description

本発明はズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩写真用カメラ等に好適なものである。

近年、デジタルカメラ等の撮像装置に用いられている撮像素子は、高画素化が進んでいる。それに対応して高画素の撮像素子を備える撮像装置で用いる撮影レンズ（撮像光学系）には、高解像力であることが求められている。高解像力の撮影レンズであるためには、まず球面収差やコマ収差等の単色（単波長）での像性能に関わる諸収差が良く補正されていることである。

そしてそれに加え、白色光の照明光を用いたとき得られる像に色にじみがないように色収差が十分良く補正されていることが必要である。

一方、撮影領域の拡大のため、撮影レンズが高ズーム比のズームレンズであることが要望されている。一般に高ズーム比化を図るために、望遠端のズーム位置での焦点距離をより長くすると、広角側のズーム位置では諸収差のうち倍率色収差が多く発生し、又望遠側のズーム位置では倍率色収差及び軸上色収差が多く発生してくる。

そのため色収差として、一次スペクトルのみならず、二次スペクトルでの補正を良好に行なうことが高画質な像性能を得るために重要になっている。

従来より、望遠端における色収差の二次スペクトルを補正するためにズームレンズを構成する各レンズ群のうち物体側のレンズ群に異常部分分散性のガラスを用いたレンズを配置することが知られている。

このうち、ズームレンズに異常部分分散性を有するレプリカ層（屈折光学素子）を設けて色収差を補正したものが知られている（例えば特許文献１）。

また、異常部分分散材料を用いず、回折光学部（回折光学面）を用いて色収差の補正を行ったズームレンズが知られている。

このうち、光学系中の絞りの前後に回折光学部を複数配置したズームレンズが知られている（例えば特許文献２〜４）。

一方、複数のレンズ群より成るズームレンズとして、物体側より像側に順に、正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成のズームレンズが知られている。

この４群構成のズームレンズにおいて異常分散性を有するガラスを用いて色収差を補正したものが知られている（特許文献５、６）。

又、物体側から実施例へ順に、正、負、正、負、正の屈折力のレンズ群より成る５群構成のズームレンズが知られている（特許文献７）。
特開２００５−３１６０４７号公報特開２００４−１１７８２６号公報特開平１０−２１３７４４号公報特開平１１−５２２３５号公報特開２００１−１９４５９０号公報特開２００２−６２４７８号公報特開平１０−９０６０１号公報

一般にズームレンズにおいて高ズーム比を図ると、ズーミングによる色収差の変動及び色収差の発生が大きくなる。特に望遠側において軸上色収差と倍率色収差の２次スペクトルが多く発生し、これを良好に補正するのが困難になる。

これに対して物体側のレンズ群に回折光学部を設けると、その異常分散効果により望遠側において色収差の発生を少なくすることができる。

しかし、物体側のレンズ群に回折光学部を設けて望遠側における色収差を補正した場合、この回折光学部は、広角端における色収差の補正効果が少ない。逆に回折光学部の屈折力を大きくして望遠側における色収差を大幅に改善しようとすると、広角端における倍率色収差が増加してくる。

これに対して光学系中に複数の回折光学部を設ける、または像面側に大きな異常分散性を有する光学部材を設ければ、広角端と望遠端において色収差を補正するのが容易となる。

しかしながら回折格子は光線の入射角の差で回折効率が変化する。

このためズーミング時に光線入射条件が変化するズームレンズでは導入する場所を適切に設定しないと、ズーミング時に回折効率が落ちてしまったりする場合が有る。

また、回折光学部のみに光学系の色収差の補正を負担しようとすると、高ズーム比を図りつつ全ズーム範囲において色収差を補正し、高画質化を図るのが難しくなる。

高ズーム比を図りつつ、全ズーム範囲にわたり色収差を良好に補正し、高い光学性能を得るには光学系中の回折光学部を設ける位置や異常部分分散材より成るレンズの位置、そして光学特性等を適切に設定することが重要になってくる。

本発明は、色収差を始めとする諸収差を全ズーム域にわたって良好に補正することができ、高い光学性能を有するズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、開口絞りに対し、物体側に前側レンズ群、像側に後側レンズ群を有し、複数のレンズ群を移動させてズーミングを行うズームレンズにおいて、
該前側レンズ群は少なくとも１枚の正のパワーを有する回折光学部を有し、該後側レンズ群は少なくとも１枚の固体材料から成る正の屈折力の屈折光学素子ＧＮを有しており、
該屈折光学素子ＧＮの材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄ、θｇＦ、該回折光学部と該屈折光学素子ＧＮの空気中における焦点距離を各々ｆＤ、ｆＮとするとき
０．７５５＜θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３
＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ）＜１．０１１
８０＜ｆＤ／ｆＮ＜８００
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、色収差を始めとする諸収差を良好に補正することが容易なズームレンズが得られる。

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置について説明する。

図１は本発明の実施例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図、図２、図３、図４はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端（長焦点距離端）における収差図である。

図５は本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図６、図７、図８はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図９は本発明の実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１０、図１１、図１２はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図１３は本発明の実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１４、図１５、図１６はそれぞれ実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図２２は、本発明の撮像装置の要部概略図である。

本発明のズームレンズは、デジタルカメラ・ビデオカメラ・銀塩フィルム用カメラ等の撮像装置や、望遠鏡、双眼鏡の観察装置、複写機、プロジェクター等の光学機器に用いられるものである。

図１、５、９、１３に示したレンズ断面図において、左方が前方（物体側、拡大側）で、右方が後方（像側、縮小側）である。

ＳＰは光量調節用の開口絞りである。

ＬＦは開口絞りＳＰよりも物体側に位置する前側レンズ群であり、複数のレンズ群を有している。

ＬＲは開口絞りＳＰよりも像側に位置する後側レンズ群であり、複数のレンズ群を有している。

ｉを物体側から数えたときの順序を示し、Ｌｉは第ｉレンズ群である。

ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する感光面が置かれる。

Ｇはフィルター、フェースプレート等のガラスブロックである。

矢印は広角端から望遠端へのズーミングにおける各レンズ群の移動軌跡を示している。

収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ、ΔＳはメリディオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。

ｆｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。

尚、以上の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群が機構上、光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

各実施例のズームレンズは、開口絞りＳＰに対し、物体側に複数のレンズ群より成る前側レンズ群ＬＦ、像側に複数のレンズ群より成る後側レンズ群ＬＲを有している。そして、複数のレンズ群を移動させてズーミングを行っている。

前側レンズ群ＬＦは少なくとも１枚の正のパワーを有する回折光学部を有し、後側レンズ群ＬＲは少なくとも１枚の固体材料から成る正の屈折力の屈折光学素子ＧＮを有している。

図１、図５の実施例１、２では、物体側から像側へ順に、前側レンズ群ＬＦは、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２より成っている。後側レンズ群は、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４より成っている。

図９の実施例３では、物体側から像側へ順に、前側レンズ群ＬＦは、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２より成っている。正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４と、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５より成っている。

図１３の実施例４では、前側レンズ群ＬＦは、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３より成っている。

後側レンズ群ＬＲは、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、負の屈折力の第５レンズ群Ｌ５、正の屈折力の第６レンズ群Ｌ６より成っている。

屈折光学素子ＧＮの材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄ、θｇＦとする。

回折光学部と屈折光学素子ＧＮの空気中における焦点距離を各々ｆＤ、ｆＮとする。このとき、
０．７５５＜ θｇＦ −（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３
×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ）＜１．０１１・・・（１）
８０＜ｆＤ／ｆＮ＜８００・・・（２）
なる条件式を満足している。

各実施例のズームレンズに用いる光学部材のアッベ数と部分分散比は次のとおりである。

今、フラウンフォーファー線のｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれＮ_ｇ、Ｎ_Ｆ、Ｎ_ｄ，Ｎ_Ｃとする。このとき、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦの定義は一般に用いられるものと同じであり、
νｄ＝（Ｎ_ｄ−１）／（Ｎ_Ｆ−Ｎ_Ｃ）
θｇＦ＝（Ｎ_ｇ−Ｎ_Ｆ）／（Ｎ_Ｆ−Ｎ_Ｃ）
で表される。

尚、ここで屈折光学素子とは屈折作用でパワーが生じる、例えば屈折レンズや層等を意味し、回折作用でパワーが生じる回折光学素子を含んでいない。

また、固体材料とは、ズームレンズを使用する状態で固体の材料を指し、製造時などの光学系を使用する前での状態は、どのような状態であっても良い。例えば、製造時には液体材料であっても、それを硬化させて固体材料としたものも、ここでいう固体材料に該当する。

ここで回折光学部のパワー（焦点距離の逆数）φＤは次の如く求められる。

回折光学部の回折格子の形状を、基準波長（ｄ線）をλＤ、光軸からの距離をｈ、位相係数をＣ２、Ｃ４、Ｃ６・・・・・・Ｃ２・ｉ、位相をφ（ｈ）とする。

そして、位相φ（ｈ）を、 φ（ｈ）＝（２π／λｄ）・（Ｃ２×ｈ^２＋Ｃ４×ｈ^４＋‥‥‥Ｃ２×ｉ・ｈ^２ｉ）

なる式で表す。このとき、２次項の係数Ｃ２より、屈折力φＤは、
φＤ＝−２・Ｃ２
となる。

回折光学部は大きな異常分散性を有する。このことから、第１レンズ群Ｌ１に回折光学部を設けると、望遠側において軸上色収差と、倍率色収差の補正を効果的に行うことが出来る。

一方、第１レンズ群Ｌ１の回折光学部で大きな異常分散性を発生させると、広角端において倍率色収差が増加する傾向となる。

そこで像面付近に配置した第４レンズ群Ｌ４に異常分散性の大きな材料より成る屈折光学素子ＧＮを設けて、広角端において発生する倍率色収差の２次スペクトルを良好に補正している。屈折光学素子ＧＮの材料の異常分散性は正の屈折力の場合、部分分散比が同じアッベ数の通常の硝材に比べて大きくなる方向である。すなわち波長に対する屈折率の非線形が大きくなる方向である。

条件式（１）の下限を超えると屈折光学素子ＧＮの持つ異常分散効果が不十分となり広角端において倍率色収差の補正効果が少なくなるので良くない。また逆に条件式（１）の上限を超えると望遠端において倍率色収差の補正が困難になるので良くない。

条件式（２）は前側レンズ群ＬＦ内の回折光学部と後側レンズ群ＬＲの異常分散効果を有する屈折光学素子ＧＮの屈折力の関係を適切に設定するためのものである。

条件式（２）の下限を超えて屈折光学素子ＧＮの屈折力が弱くなる、または回折光学部の屈折力が強くなり過ぎると広角端において倍率色収差の補正が困難になるので、良くない。逆に上限を超えて屈折光学素子ＧＮの屈折力が強くなり過ぎると望遠端において倍率色収差の補正が困難になってしまうので良くない。

条件式（１）を満足する固体の光学材料の具体例としては、樹脂が挙げられる。様々な樹脂の中でも特に以下の材料は条件式（１）を満足する光学材料となるが、これに限定するものではない。
・ＵＶ硬化樹脂（ｎｄ＝１．６３５，νｄ＝２２．７，θｇF＝０．６９）
・Ｎ−ポリビニルカルバゾール
（ｎｄ＝１．６９６，νｄ＝１７．７，θｇF＝０．６９）
また、一般の硝材とは異なる光学特性を持つ材料として、例えば下記の無機酸化物微粒子を合成樹脂中に分散させた混合体がある。
・ＴｉＯ_２（ｎｄ＝２．３０４，νｄ＝１３．８）
・Ｎｂ_２Ｏ_５（ｎｄ＝２．３６７，νｄ＝１４．０）
・ＩＴＯ（ｎｄ＝１．８５８１，νｄ＝５．５３）
・Ｃｒ_２Ｏ_３（ｎｄ＝２．２１７８，νｄ＝１３．４）
・ＢａＴｉＯ_３（ｎｄ＝２．４３６２，νｄ＝１１．３）
この中では、ＴｉＯ_２（ｎｄ＝２．３０４，νｄ＝１３．８，θｇF＝０．８７）微粒子を合成樹脂中に分散させた場合、上記条件式（１）を満足する光学材料となる。
ＴｉＯ_２は様々な用途で使われる材料であり、光学関連では反射防止膜などの光学薄膜を構成する蒸着用材料として用いられている。他にも光触媒、白色顔料などとして、またＴｉＯ_２微粒子は化粧品材料として用いられている。

ＴｉＯ_２微粒子の平均径は、散乱などの影響を考えると２ｎｍ〜５０ｎｍ程度がよく、凝集を抑えるために分散剤などを添加しても良い。

ＴｉＯ_２を分散させる媒体材料としては、ポリマーが良く、成形型等を用いて光重合成形または熱重合成形することにより高い量産性を得ることができる。

また、ポリマーの光学定数の特性としても、部分分散比が比較的大きいポリマー、あるいはアッベ数が比較的小さいポリマーか、両者を満たすポリマーが良く、Ｎ−ポリビニルカルバゾール、スチレン、ポリメタクリル酸メチル（アクリル）、などが挙げられる。後述する実施例ではＴｉＯ_２微粒子を分散させるホストポリマーとしてＵＶ硬化樹脂、Ｎ−ポリビニルカルバゾールを用いるが、これに限定するものではない。次に、各実施例で用いた回折光学素子の構成について説明する。

図１７は回折光学素子１を構成する回折光学部１ａの一部拡大断面図である。図１７の回折光学部１ａは、基板（レンズや透明基板等）２上に設けた１つの層よりなる回折格子３より成っている。

図１８は、この回折光学部１ａの回折効率の特性を示す図である。図１８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、格子部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。

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１８中において＋１次の回折光の回折効率を実線で示している。

さらに、図１８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。

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、回折光学部１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。

各実施例では、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部も適用可能である。図１９は積層型の回折格子を用いた回折光学部の一部分の拡大断面図である。図２０は図１９に示す回折格子の＋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１９の回折光学部は、基板１０２上に設けた紫外線硬化樹脂からなる第１の回折格子１０４と更にその上に設けた第２の回折格子１０５より成っている。

ここで紫外線硬化樹脂は、屈折率ｎｄ＝１．４９９、アッベ数νｄ＝５４である。

又第２の回折格子１０５の材料は、屈折率ｎｄ＝１．５９８、アッベ数νｄ＝２８である。

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。

図２０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部にすることで、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。

なお、前述の積層構造の回折光学部としては、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、図２１に示すように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。

次に本発明のズームレンズにおいて、更に好ましい条件について説明する。

広角端における倍率色収差を良好に補正するには、次の条件式を満足するのが良い。全系の広角端における焦点距離をｆｗとする。このとき、
３．０＜ｆＮ／ｆｗ＜１２．０・・・（３）
なる条件式を満足することである。

条件式（３）の下限を超えると望遠端において倍率色収差が増加し、また屈折光学素子ＧＮの厚みを増す必要が出来て、屈折光学素子ＧＮを樹脂層で成型するのが困難となる。逆に上限を超えると広角端において倍率色収差の補正が不十分になる。

各実施例において屈折光学素子ＧＮを樹脂材料で製造する場合、第４レンズ群Ｌ４を少なく共１枚の正レンズと少なく共１枚の負レンズを有する構成とし、該正レンズと負レンズの間に屈折光学素子ＧＮを設けるのが良い。このような構成とすることで成型時の樹脂の面精度に対する要求公差を緩和することができ、又対環境性の面からも有利である。

また望遠側において色収差を良好に補正するには、次の条件式を満足するのが良い。最も物体側に位置する正レンズの焦点距離をｆＰとする。このとき
５０＜ｆＤ／ｆＰ＜１０００・・・（４）
なる条件式を満足することである。

条件式（４）の下限を超えて回折光学部のパワーが強くなりすぎると、望遠端において軸上色収差の２次スペクトルの補正が過剰になってくるので良くない。逆に上限を超えて回折光学部のパワーが弱くなりすぎると望遠端において軸上色収差や倍率色収差が補正不足になるので良くない。各実施例において、以上の条件式（１）〜（４）を満足することで良好なるズームレンズが達成されるが、更に良好な光学性能を得るためは、数値範囲を次の如く設定するのが良い。

０．７６＜θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３
×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ）＜０．８５・・・（１ａ）
１２０＜ｆＤ／ｆＮ＜６００・・・（２ａ）
４．０＜ｆＮ／ｆｗ＜１０．０・・・（３ａ）
９０＜ｆＤ／ｆＰ＜８００・・・（４ａ）
次に各実施例の具体的な記載について説明する。

図１の実施例１のズームレンズにおいては、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。

ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の前方（物体側）に位置してズーミングに際して光軸上を移動する。矢印は広角端から望遠端へのズーミングにおける各レンズ群の移動軌跡を示している。

実施例１では第４レンズ群Ｌ４を光軸上移動させてフォーカシングを行うリヤーフォーカス式を採用している。

図１に示す第４レンズ群Ｌ４に関する実線の曲線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。

実施例１では、曲線４ａ、４ｂに示すように、広角端から望遠端へのズーミングに際して物体側へ凸状の軌跡を有するように移動させている。これにより第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４と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。

また比較的有効径が小さい第４レンズ群Ｌ４でフォーカスを行うことでアクチュエーターの負荷を低減出来、フォーカスの高速化も容易になる。望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、矢印４Ｃの如く第４レンズ群Ｌ４を前方に繰り出すことで行っている。

広角端から望遠端へのズーミングに際しては、第１レンズ群Ｌ１は望遠端で広角端よりも物体側に位置する様に、第２レンズ群Ｌ２は望遠端で広角端よりも像面側に位置する様に、第３レンズ群Ｌ３は望遠端で広角端よりも物体側に位置する様に移動している。

実施例１では第３レンズ群Ｌ３を物体側に凸状の軌跡を有する様に移動させることでズーム中間位置において周辺光線を確保するために前玉径が増大するのを低減し、前玉径の小型化を達成している。

以下、各レンズ群構成において断りがない限り、物体側から像側に配置されているものとする。第１レンズ群Ｌ１を、以下の構成としている。最も物体側には、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力の第１レンズＧ１と正の屈折力の第２レンズＧ２からなる貼合せレンズを配置している。

更に屈折力の絶対値が像側に比べ物体側に強く、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力の第３レンズＧ３、屈折力の絶対値が像側に比べ物体側に強く、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力の第４レンズＧ４を配置している。

そして負の屈折力の第１レンズＧ１と正の屈折力の第２レンズＧ２の貼合せ面に、光軸に対して回転対称で正のパワーを有する回折格子で構成される回折光学部を設けている。回折光学部と貼合せレンズで回折光学素子を構成している。

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適切な範囲内となるようにしている。これよりズーム領域全域及び全画角に渡り高い回折効率を維持している。

次に図５の実施例２のズームレンズについて説明する。実施例２のズームレンズは実施例１とズームタイプが同じである。実施例２において、第１レンズ群Ｌ１は物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズG1、正の屈折力の第２レンズG2、正の屈折力の第３レンズG3で構成している。

そして第１レンズG１と第２レンズG2の接合面に正の屈折力の回折光学部を設けている。

実施例２では回折光学部により色収差の補正を効果的に行い、第１レンズ群Ｌ１で発生する色収差を低減している。そして第３レンズＧ３の材料に高屈折率の材料を用いて、収差補正と小型化を実現している。

また第４レンズ群L4に異常分散性を有する正の屈折力層の屈折光学素子GNを用いて、広角端において倍率色収差の補正を良好に行っている。

この他の構成は実施例１と同じである。

次に図９の実施例３のズームレンズについて説明する。

図９の実施例３のズームレンズにおいて、L1は正の屈折力の第１レンズ群、L2は負の屈折力の第2レンズ群、L3は正の屈折力の第3レンズ群、L4は負の屈折力の第4レンズ群、L５は正の屈折力の第５レンズ群である。

ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群L3の前方に位置してズーミングに際して光軸上を移動する。尚、開口絞りSPはズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３と独立に移動しても良いし、また、第３レンズ群Ｌ３と一体に移動しても良い。

広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５は物体側に、第２レンズ群Ｌ２は非線形に移動している。

各移動レンズ群の移動軌跡や屈折力を適切に設定することで、広角端で撮影画角７５度以上を有し、又、ズーム比が５倍近いながらもレンズ系全体の小型化を達成している。フォーカスは第２レンズ群Ｌ２を光軸上に移動させる事で行っている。

実施例３において第１レンズ群L1は物体側から像側に順に、負の屈折力の第１レンズG1、正の屈折力の第２レンズG2、正の屈折力の第３レンズG3で構成している。第１レンズG１と第2レンズG2の接合面に回折光学部を設けている。

回折光学部により望遠端において軸上及び倍率色収差の補正を良好に行っている。また第５レンズ群L5に大きな異常分散性を有する正の屈折力の屈折光学素子GNを設けて、広角端において倍率色収差を効果的に補正している。

実施例３では、広角端から望遠端へのズーミングに際し、回折光学部を有する第１レンズ群を物体側に大きく移動させることで、軸外光線の高さを広角端においては小さく、望遠端では大きくしている。

これによって望遠端において倍率色収差を効果的に補正しながら、広角端における影響を小さくしている。逆に屈折光学素子GNを有する第５レンズ群Ｌ５の軸外光線を広角端では高く、望遠端では低くなるように第５レンズ群Ｌ５を移動させることで屈折光学素子GNによる色収差への影響を広角端では大きく、望遠端では小さくなるようにしている。

ズーミング時における非点収差の変動を抑制するためには、第５レンズ群を少なく共２枚の正レンズと１枚の負レンズを有する構成にするのが良い。屈折光学素子GNは正レンズと負レンズの間に設けるのが望ましい。

次に図１３の実施例４のズームレンズについて説明する。

図１３の実施例４のズームレンズにおいて、L1は負の屈折力の第１レンズ群、L２は正の屈折力の第２レンズ群、L３は負の屈折力の第３レンズ群、L４は正の屈折力の第４レンズ群、L５は負の屈折力の第５レンズ群、L６は正の屈折力の第６レンズ群である。

ＳＰは開口絞りであり、第４レンズ群L４の前方に位置してズーミングに際して光軸上を移動する。

開口絞りSPはズーミングに際して独立に移動しても良いし、第４レンズ群Ｌ４と一体に移動しても良い。広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５、第６レンズ群Ｌ６は物体側に、第３レンズ群Ｌ３は非線形に移動している。

各移動レンズ群の移動軌跡や屈折力を適切に設定することで、広角端で撮影画角８０度以上を有し、又、ズーム比４倍以上を得ながらもレンズ系全体の小型化を達成している。フォーカスは第３レンズ群Ｌ３を光軸上に移動させる事で行っている。

実施例４では実施例３の第１レンズ群Ｌ１に相当する部分を負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２に分割している。そしてズーミングに際して別移動することで広角化に伴うズーミング時の歪曲収差の変動と望遠端での球面収差の補正を良好に行っている。

更に第１レンズ群Ｌ１の第１レンズ群Ｇ１の像面側に回折光学部を設けている。これにより望遠端において倍率色収差を効果的に補正している。また第６レンズ群Ｌ６に正の屈折力を有する異常分散性の屈折光学素子GNを設けて広角端において倍率色収差を効果的に補正している。

各実施例において第３レンズ群Ｌ３の全部あるいはその一部を光軸に垂直方向の成分を持つように移動させることで手ぶれ（画像ブレ）の補正を行っても良い。

尚、各実施例において、第１レンズ群Ｌ１の物体側や最終レンズ群の像側に光学フィルターや屈折力の小さなレンズ群を付加しても良い。

又、テレコンバーターレンズやワイドコンバーターレンズ等を物体側や像側に配置しても良い。

本発明によれば以上のようにズームレンズの物体側の前側レンズ群に回折光学部を、像側の後側レンズ群に異常分散性を持つ屈折光学素子を導入することにより、ズーム全域に渡って色収差が良好に補正された高い光学性能を有するズームレンズを達成している。

次に本発明の数値実施例を示す。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番目のレンズ面の曲率半径である。Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目レンズのガラスの屈折率とアッベ数である。

非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを金軸曲率半径、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを各々非球面係数としたとき

なる式で表している。
また本発明における回折光学部の形状は以下の式で表されるものである。
位相をφ（ｈ）として

φ（ｈ）＝２π／λ（Ｃ２・ｈ２＋Ｃ４・ｈ４
＋・・Ｃ２・ｉ・ｈ２ｉ）

但し λ：基準波長（ｄ線）
ｈ：光軸からの距離

各実施例と条件式（１）〜（４）の数値関係を表−１に示す。

数値実施例１
ｆ＝ 6.10 〜 117.00 Ｆｎｏ＝ 2.72 〜 3.98 ２ω＝60.6゜〜 3.5゜

R 1 = 98.091 D 1 = 1.60 N 1 = 1.806100 ν 1 = 33.3
R 2 =41.343(回折光学部)D 2 =4.80 N 2 = 1.487490 ν 2 = 70.2
R 3 = -180.741 D 3 = 0.20
R 4 = 33.778 D 4 = 4.10 N 3 = 1.487490 ν 3 = 70.2
R 5 = 140.918 D 5 = 0.20
R 6 = 40.293 D 6 = 2.00 N 4 = 1.487490 ν 4 = 70.2
R 7 = 64.337 D 7 = 可変
R 8 = 66.287 D 8 = 0.90 N 5 = 1.882997 ν 5 = 40.8
R 9 = 8.276 D 9 = 4.35
R10 = -19.971 D10 = 0.75 N 6 = 1.603112 ν 6 = 60.6
R11 = 33.185 D11 = 0.20
R12 = 17.871 D12 = 1.90 N 7 = 1.922860 ν 7 = 18.9
R13 = 84.088 D13 = 可変
R14 = 絞り D14 = 8.75
R15 = 9.463 D15 = 2.50 N 8 = 1.772499 ν 8 = 49.6
R16 = 72.943 D16 = 1.85
R17 = 15.988 D17 = 0.70 N 9 = 1.846660 ν 9 = 23.9
R18 = 7.237 D18 = 0.98
R19 = 28.931 D19 = 1.40 N10 = 1.487490 ν10 = 70.2
R20 = -335.950 D20 = 1.80
R21 = ∞ D21 = 可変
R22 = 16.713 D22 = 2.50 N11 = 1.496999 ν11 = 81.5
R23 = -16.265 D23 = 0.60 N12 = 1.761821 ν12 = 26.5 θgF=0.675
R24 = -11.718 D24 = 0.60 N13 = 1.846660 ν13 = 23.9
R25 = -25.617 D25 = 可変
R26 = ∞ D26 = 0.30 N14 = 1.544270 ν14 = 70.6
R27 = ∞ D27 = 0.50 N15 = 1.494000 ν15 = 75.0
R28 = ∞ D28 = 0.80
R29 = ∞ D29 = 0.50 N16 = 1.498310 ν16 = 65.1
R30 = ∞

＼焦点距離 6.10 39.17 117.00
可変間隔＼
D 7 0.80 25.97 35.16
D13 28.95 7.99 2.07
D21 6.15 3.59 17.60
D25 8.00 16.32 1.51

非球面係数
R15 k=-3.65320 B=4.60770e-4 C=-5.65097e-6 D=1.00362e-7 E=-1.06006e-9
R25 k= 1.42111e+01 B=1.01907e-04 C= 4.57497e-07 D=5.24065e-9

位相係数
C2=-8.27465e-5

数値実施例２

ｆ＝ 6.10 〜 90.03 Ｆｎｏ＝ 2.85 〜 3.96 ２ω＝60.6゜〜 4.5゜

R 1 = 80.481 D 1 = 1.50 N 1 = 1.805181 ν 1 = 25.4
R 2 =35.918(回折光学部)D 2 =4.50 N 2 = 1.603112 ν 2 = 60.6
R 3 = 523.890 D 3 = 0.20
R 4 = 40.005 D 4 = 3.40 N 3 = 1.806098 ν 3 = 40.9
R 5 = 138.940 D 5 = 可変
R 6 = 48.864 D 6 = 0.90 N 4 = 1.882997 ν 4 = 40.8
R 7 = 8.998 D 7 = 4.84
R 8 = -28.826 D 8 = 0.75 N 5 = 1.487490 ν 5 = 70.2
R 9 = 23.395 D 9 = 0.20
R10 = 15.368 D10 = 1.90 N 6 = 1.922860 ν 6 = 18.9
R11 = 33.013 D11 = 可変
R12 = 絞り D12 = 8.83
R13 = 8.721 D13 = 2.50 N 7 = 1.772499 ν 7 = 49.6
R14 = 92.267 D14 = 1.85
R15 = 16.423 D15 = 0.70 N 8 = 1.846660 ν 8 = 23.9
R16 = 6.518 D16 = 0.98
R17 = 16.179 D17 = 1.40 N 9 = 1.487490 ν 9 = 70.2
R18 = 57.994 D18 = 1.80
R19 = ∞ D19 = 可変
R20 = 16.008 D20 = 2.50 N10 = 1.496999 ν10 = 81.5
R21 = -46.532 D21 = 0.75 N11 = 1.761821 ν11 = 26.5 θgF=0.701
R22 = -15.896 D22 = 0.60 N12 = 1.846660 ν12 = 23.9
R23 = -38.630 D23 = 可変
R24 = ∞ D24 = 0.30 N13 = 1.544270 ν13 = 70.6
R25 = ∞ D25 = 0.50 N14 = 1.494000 ν14 = 75.0
R26 = ∞ D26 = 0.80
R27 = ∞ D27 = 0.50 N15 = 1.498310 ν15 = 65.1
R28 = ∞

＼焦点距離 6.10 36.29 90.03
可変間隔＼
D 5 0.90 27.29 36.73
D11 31.79 9.01 2.58
D19 4.18 3.87 13.43
D23 5.00 11.07 0.70

非球面係数
R13 k=-1.8060 B=2.3785e-4 C=-5.2576e-7 D=1.07052e-8 E=-1.06054e-10
R23 k=2.10086 B=1.62706e-6 C=-4.24617e-7 D=-7.19769e-10

位相係数
C2=-1.36157e-4

数値実施例３

f= 27.81 〜 130.65 Fno= 4.12 〜 5.77 2ω=75.8゜〜18.8 ゜

R 1 = 155.787 D 1 = 3.70 N 1 = 1.846660 ν 1 = 23.9
R 2 =77.675(回折光学部)D 2 =11.50 N 2 = 1.622992 ν 2 = 58.2
R 3 = 1816.968 D 3 = 0.20
R 4 = 63.954 D 4 = 8.00 N 3 = 1.712995 ν 3 = 53.9
R 5 = 165.120 D 5 = 可変
R 6 = 99.211 D 6 = 1.90 N 4 = 1.772499 ν 4 = 49.6
R 7 = 15.912 D 7 = 8.71
R 8 = -115.032 D 8 = 1.00 N 5 = 1.882997 ν 5 = 40.8
R 9 = 52.320 D 9 = 0.24
R10 = 26.129 D10 = 6.18 N 6 = 1.805181 ν 6 = 25.4
R11 = -77.759 D11 = 0.55
R12 = -46.788 D12 = 1.58 N 7 = 1.670029 ν 7 = 47.2
R13 = 54.512 D13 = 可変
R14 = 絞り D14 = 5.27
R15 = 90.939 D15 = 1.20 N 8 = 1.712995 ν 8 = 53.9
R16 = 22.432 D16 = 4.80 N 9 = 1.487490 ν 9 = 70.2
R17 = -75.648 D17 = 0.20
R18 = 35.936 D18 = 6.00 N10 = 1.487490 ν10 = 70.2
R19 = -18.522 D19 = 1.10 N11 = 1.698947 ν11 = 30.1
R20 = -28.821 D20 = 可変
R21 = -108.656 D21 = 3.30 N12 = 1.805181 ν12 = 25.4
R22 = -26.521 D22 = 1.20 N13 = 1.743997 ν13 = 44.8
R23 = 101.143 D23 = 7.68
R24 = -28.961 D24 = 1.90 N14 = 1.603112 ν14 = 60.6
R25 = -54.533 D25 = 可変
R26 = 118.960 D26 = 9.00 N15 = 1.570989 ν15 = 50.8
R27 = -34.718 D27 = 0.30
R28 = -245.511 D28 = 8.10 N16 = 1.496999 ν16 = 81.5
R29 = -28.299 D29 = 3.20 N17 = 1.63555 ν17 = 22.7 θgF= 0.689
R30 = -22.015 D30 = 2.00 N18 = 1.846660 ν18 = 23.9
R31 = -56.593 D31 = 可変

＼焦点距離 27.81 88.15 130.65
可変間隔＼
D 5 3.00 36.32 47.68
D13 23.82 9.04 2.92
D20 2.09 12.50 14.15
D25 14.70 3.92 2.16

非球面係数
R27 k=-6.98542e-2 B=1.62029e-6 C=-1.96781e-9 D=2.81192e-12 E=-1.20730e-14

位相係数
C2=-2.48754e-5

数値実施例４
ｆ＝ 24.70 〜 100.00 Ｆｎｏ＝ 4.12 〜 5.77 ２ω＝82.4゜〜24.4 ゜

R 1 = 140.391 D 1 = 3.50 N 1 = 1.846660 ν 1 = 23.9
R 2 = 72.128(回折光学部)D 2 = 可変
R 3 = 76.150 D 3 = 10.20 N 2 = 1.622992 ν 2 = 58.2
R 4 = 387.369 D 4 = 0.18
R 5 = 64.630 D 5 = 7.30 N 3 = 1.712995 ν 3 = 53.9
R 6 = 178.513 D 6 = 可変
R 7 = 94.225 D 7 = 1.90 N 4 = 1.772499 ν 4 = 49.6
R 8 = 16.108 D 8 = 9.13
R 9 = -181.139 D 9 = 1.30 N 5 = 1.882997 ν 5 = 40.8
R10 = 42.713 D10 = 0.20
R11 = 25.526 D11 = 6.30 N 6 = 1.805181 ν 6 = 25.4
R12 = -111.990 D12 = 0.50
R13 = -73.009 D13 = 1.30 N 7 = 1.666718 ν 7 = 48.3
R14 = 50.888 D14 = 可変
R15 = 絞り D15 = 4.86
R16 = 113.251 D16 = 1.20 N 8 = 1.712995 ν 8 = 53.9
R17 = 26.489 D17 = 4.40 N 9 = 1.487490 ν 9 = 70.2
R18 = -44.341 D18 = 0.20
R19 = 32.653 D19 = 5.50 N10 = 1.487490 ν10 = 70.2
R20 = -18.337 D20 = 1.00 N11 = 1.688931 ν11 = 31.1
R21 = -30.856 D21 = 可変
R22 = -64.763 D22 = 3.00 N12 = 1.805181 ν12 = 25.4
R23 = -21.090 D23 = 1.00 N13 = 1.743997 ν13 = 44.8
R24 = 121.610 D24 = 7.08
R25 = -38.363 D25 = 1.80 N14 = 1.603112 ν14 = 60.6
R26 = -90.966 D26 = 可変
R27 = -303.487 D27 = 7.20 N15 = 1.570989 ν15 = 50.8
R28 = -32.726 D28 = 0.20
R29 = 274.537 D29 = 7.90 N16 = 1.496999 ν16 = 81.5
R30 = -26.510 D30 = 3.00 N17 = 1.63555 ν17 = 22.7 θgF= 0.689
R31 = -20.376 D31 = 1.80 N18 = 1.846660 ν18 = 23.9
R32 = -51.294 D32 = 可変

＼焦点距離 24.70 77.06 100.00
可変間隔＼
D 2 10.14 3.67 5.29
D 6 2.76 37.32 46.58
D14 27.46 8.39 3.50
D21 1.92 11.00 12.37
D26 13.56 3.61 1.99

非球面係数
R28 k=4.31517e-1 B=1.67864e-6 C=-1.71793e-9 D=8.15241e-12 E=-3.72129e-14

位相係数
C2=-1.60416e-5

各実施例では、高ズーム比でありながら色収差が良好に補正されたデジタルカメラ、ビデオカメラに対応可能な高性能なズームレンズを達成している。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルカメラ（撮像装置）の実施例を図２２を用いて説明する。

図２２において、２０はデジタルカメラ本体である。２１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系である。２２は撮影光学系２１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。２３は撮像素子２２が受光した被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察する為のファインダーである。

上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子２２上に形成された被写体像が表示される。

このように本発明のズームレンズをデジタルカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。

本発明は、一眼レフカメラにも同様に適用することができる。

数値実施例１のレンズ断面図数値実施例１の広角端における諸収差図数値実施例１の中間焦点距離における諸収差図数値実施例１の望遠端における諸収差図数値実施例２のレンズ断面図数値実施例２の広角端における諸収差図数値実施例２の中間焦点距離における諸収差図数値実施例２の望遠端における諸収差図数値実施例３のレンズ断面図数値実施例３の広角端における諸収差図数値実施例３の中間焦点距離における諸収差図数値実施例３の望遠端における諸収差図数値実施例４のレンズ断面図数値実施例４の広角端における諸収差図数値実施例４の中間焦点距離における諸収差図数値実施例４の望遠端における諸収差図単層構造の回折光学部の断面図単層構造の回折光学部の回折効率の説明図積層構造の回折光学部の断面図構造の回折光学部の回折効率の説明図回折光学部の断面図本発明のズームレンズをデジタルカメラに適用したときの概略図

符号の説明

ＬＦ前側レンズ群
ＬＲ後側レンズ群
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
Ｌ６第６レンズ群
ＳＰ絞り
ＩＰ像面
ｄｄ線
ｇｇ線
ΔＭメリディオナル像面
ΔＳサジタル像面
Ｇガラスブロック

Claims

開口絞りに対し、物体側に前側レンズ群、像側に後側レンズ群を有し、複数のレンズ群を移動させてズーミングを行うズームレンズにおいて、
該前側レンズ群は少なくとも１枚の正のパワーを有する回折光学部を有し、該後側レンズ群は少なくとも１枚の固体材料から成る正の屈折力の屈折光学素子ＧＮを有しており、
該屈折光学素子ＧＮの材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄ、θｇＦ、該回折光学部と該屈折光学素子ＧＮの空気中における焦点距離を各々ｆＤ、ｆＮとするとき
０．７５５＜θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３
＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ）＜１．０１１
８０＜ｆＤ／ｆＮ＜８００
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき
３．０＜ｆＮ／ｆｗ＜１２．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
最も物体側に位置する正レンズの空気中における焦点距離をｆＰとするとき
５０＜ｆＤ／ｆＰ＜１０００
なる条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
物体側から像側へ順に、
前記前側レンズ群は、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群より成り、
前記後側レンズ群は、正の屈折力の第３レンズ群と正の屈折力の第４レンズ群より成ることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のズームレンズ。
物体側から像側へ順に、
前記前側レンズ群は、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群より成り、
前記後側レンズ群は、正の屈折力の第３レンズ群と、負の屈折力の第４レンズ群と正の屈折力の第５レンズ群より成ることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のズームレンズ。
物体側から像側へ順に、
前記前側レンズ群は、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群より成り、
前記後側レンズ群は、正の屈折力の第４レンズ群、負の屈折力の第５レンズ群、正の屈折力の第６レンズ群より成ることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のズームレンズ。
請求項１から６のいずれか１項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する光電変換素子とを備えることを特徴とする撮像装置。