JP4764051B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

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、高ズーム比、大口径比で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ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、銀塩写真用カメラ等に好適なものである。

近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、そして銀塩フィルムを用いた銀塩写真用カメラ等の撮像装置に用いる撮影光学系として、コンパクト、広画角、しかも高解像力のズームレンズが要求されている。例えば、ビデオカメラにおいては、動画だけでなく、高画質な静止画像を記録することが望まれてきており、高い光学性能でありながら小型なレンズ系が要求されている。

これらの要求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（焦点合わせ）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（特許文献１〜３）。

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わせが出来る等の特徴がある。

特許文献１では、物体側より像側へ順に、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を補正するとともにフォーカスを行っている。

特許文献２では、物体側より像側へ順に、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を補正するとともにフォーカスを行っている。

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これらの色収差が目立ってくる。

これに対して特許文献３では、物体側より像側へ順に、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色収差を良好に補正している。

一方、光学系の色収差の発生を抑制する方法として近年、光学系に回折光学素子を用いる方法が提案されている（特許文献４〜７）。

特許文献４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。

特許文献５では、ズームレンズを構成する第２レンズ群または第３レンズ群に回折光学素子を用いて、全系のレンズ枚数の削減やレンズ系の小型化を達成しつつ色収差を軽減している。

特許文献６では、ズームレンズを構成する第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つつ色収差を補正している。

特許文献７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の低減を図った光学系を開示している。

また回折光学素子を撮影系（光学系）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において回折効率が落ちて設計次数以外の回折光による不要回折光が生じ、これが色フレアーの要因となってくる。これを考慮して、回折光学素子を複数の回折格子より構成し、このとき構成する各回折格子を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によって可視範囲全域で高い回折効率を得る回折光学素子が提案されている（特許文献８）。
特開平１１−３０５１２４号公報 特開平８−５９１３号公報 特開２０００−２６７００５号公報 特開平６−３２４２６２号公報 米国特許第５，２６８，７９０号 特開平１１−５２２３８号公報 特開平１１−３０５１２６号公報 特開平９−１２７３２２号公報

一般に、ズームレンズの各レンズ群の屈折力を強めると、ズーミングに際する各レンズ群の移動量が少なくなるためにレンズ系全体を小型化にしつつ高ズーム比を得ることができる。しかしながらズーミングや合焦（フォーカシング）の際の諸収差の変動量、特に色収差の変動量が大きくなるために高い光学性能を得るのが困難になる。

例えば、ズーム比が１０倍程度の高ズーム比のズームレンズにおいて、第１レンズ群に回折光学部を導入して色収差を補正しようとした場合、回折光学部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場合があるので、適切な導入位置を検討し、不要回折光を抑制する必要がある。

また可視光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る。複数の回折格子を前後にレンズを有する貼合せレンズ面に設定するときにも、回折格子への入射条件を考慮して設計する必要がある。

また、回折光学部のみにより全系の色収差の補正を負担しようとすると、高ズーム化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、広角端から望遠端における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、回折光学部を設ける光学系中の位置や光学系中の光学素子を構成する材料の分散を適切に選ぶことが重要になってくる。

本発明は、全ズーム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撮像装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングのために光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力のレンズ群を含む後群より構成されるズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は回折光学部を有し、前記後群の少なくとも１枚の正レンズＬｐの材料のアッベ数をνｐ、前記正レンズＬｐの材料の部分分散比をθ_ｇＦ 、前記第１レンズ群の回折光学部の屈折力をφＤ、前記正レンズＬｐの屈折力をφｐ、前記第１レンズ群の屈折力をφ１とするとき、
νｐ・θ_ｇＦ ＞ ３８
１×１０ ^−３ ＜ φＤ／φｐ ＜ １×１０ ^−２
９×１０ ^−３ ＜ φＤ／φ１ ＜ １．２×１０ ^−２
なる条件を満たすことを特徴としている。

本発明によれば、全ズーム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撮像装置を得られる。

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図２、図３はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。

図４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５、図６はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。

図７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８、図９はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。

図１０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１１、図１２はそれぞれ実施例４のズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。

図１３、１４は、各々本発明に係る回折光学素子の説明図である。

図１５は本発明のズームレンズを備えるデジタルカメラの要部概略図である。

図１６は本発明のズームレンズを備えるビデオカメラの要部概略図である。

各実施例のズームレンズは撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、レンズ断面図において、左方が被写体側（前方）で、右方が像側（後方）である。

各実施例のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、ズーミングのために光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力のレンズ群を含む後群Ｌｒより成っている。

図１、図４、図７の実施例１〜３では後群Ｌｒは正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５より成っている。

図１０の実施例４では、後群Ｌｒは、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４より成っている。

ＳＰは開口絞りであり、各実施例では、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間に配置されている。

Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。

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センサーやＣＭＯＳセンター等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面、銀塩フィルム用のカメラのときはフィルム面等の感光面に相当する。

実線の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。

尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変培用の第２レンズ群Ｌ２が機構上光軸上を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。

収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線、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線によってあらわしている。ＦはＦナンバー、ωは半画角である。

次に各実施例の特徴について説明する。

◎第１レンズ群Ｌ１は、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、後群Ｌｒ中の少なくとも１枚の正レンズＬｐの材料のアッベ数をνp、該正レンズＬｐの材料の部分分散比をθ_ｇＦとするとき、
νp・θ_ｇＦ ＞ ３８・・・・（１）
なる条件を満たしている。

尚、ｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線に対する材料の屈折率を各々、Ｎｇ、Ｎｄ、ＮＦ、ＮＣとしたとき、アッベ数νｄと部分分散比θ_ｇＦは、

で表されるものである。

尚、各実施例において回折光学部とは、基板（平板又はレンズ）上に設けた１以上の回折格子をいう。又回折光学素子とは１以上の回折格子より成る回折光学部を基板（平板又はレンズ）上に設けた素子をいう。

各実施例では、第１レンズ群Ｌ１に設けられた回折光学部よりも像側の後群Ｌｒ中に、条件式（１）を満たす、所謂異常分散性の硝材を用いた正レンズＬｐを配置している。回折光学部を設けることにより望遠端での色収差の補正は容易となるが、軸上色収差と倍率色収差の補正を少ないレンズ枚数で両立させる事は難しい。例えば、第１レンズ群Ｌ１の回折光学部で望遠端の軸上色収差を補正した場合、広角端と望遠端における短波長域と長波長域の倍率色収差は、一般的には補正過剰側にシフトする。その結果、補正不足傾向のズーム位置での倍率色収差は改善されるが、元来補正過剰傾向のズーム位置では悪化する。換言すれば、広角端か望遠端のどちらか一方のズーム位置で倍率色収差は補正できても、他方のズーム位置では回折光学部が無い場合よりも悪化する。

そこで、各実施例では、条件式（１）を満たす正レンズＬｐを、絞りＳＰよりも像側のレンズ群に配置する事で、上記のように悪化する倍率色収差を補正している。

好ましくは、上記条件式（１）を満たす正レンズＬｐは、一般的に軸外光線の入射高の大きい、最も像側のレンズ群中に配置する事が、色収差の補正上有効である。

更に好ましくは、条件式（１）の数値を次の如く設定するのが良い。

νｐ・θ_ｇＦ＞４１・・・・（１ａ）
◎第１レンズ群Ｌ１の回折光学部の屈折力をφＤ、正レンズＬｐの屈折力をφｐとするとき、
１×１０⁻³ ＜ φD／φp ＜ １×１０⁻²・・・・（２）
なる条件を満たしている。

ここで回折光学部の屈折力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、位相をφ（ｈ）とし、
φ（ｈ）＝（２π／λｄ）・（Ｃ2・ｈ2＋Ｃ4・ｈ4＋・・Ｃ2・i・ｈ2・i）
なる式で表したとき、２次項の係数Ｃ2より、屈折力φＤは、
φＤ＝−２・Ｃ2
となる。条件式（２）は回折光学部の屈折力φＤと、異常分散性を有する正レンズＬｐの屈折力ΦＰとの比率を限定したものである。

前述のように、回折光学部による色収差の補正と異常分散ガラスによる色収差の補正とが適切なバランスにある場合には、ズーム全域での光学性能は良好に維持される。条件式（２）の下限を超えると回折光学部の補正力が不足するため、高ズーム比のズームレンズであると望遠端での軸上色収差の補正が不十分になる。逆に上限を超えると、特に広角端での倍率色収差の補正が不充分となる。

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。

１．５×１０^−３＜φＤ／φｐ＜８×１０^−３・・・・（２ａ）
◎第１レンズ群Ｌ１の屈折力をφ１、回折光学部の屈折力をφＤとするとき、
９×１０⁻³ ＜ φD／φ1 ＜ １．２×１０⁻²・・・・（３）
なる条件を満たしている。

条件式（３）は、回折光学部の屈折力φＤと第１レンズ群Ｌ１の屈折力φ１の比率を限定したものである。

一般に色収差を補正するためには、第１レンズ群Ｌ１の屈折力は小さい方が好ましい。

第１レンズ群Ｌ１中に回折光学部を導入する事により、第１レンズ群Ｌ１の屈折力を大きくする事ができるため、ズームレンズ全体のコンパクト化が容易となる。条件式（３）の下限を超えると、回折光学部の屈折力が小さすぎるため、同時に色収差の補正能力が不足する。逆に上限を超えると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が小さくなりすぎるため、高ズーム化を図ると光学系が増大してくるので良くない。

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。

９．３×１０⁻³ ＜ φD／φ1 ＜ １．１５×１０⁻²・・・・（３ａ）
◎第１レンズ群Ｌ１の屈折力をφ１、全系の望遠端における焦点距離をｆＴとするとき、
０．５＜φ１・ｆＴ＜２．０・・・・（４）
なる条件を満たしている。

条件式（４）は、第１レンズ群Ｌ１の屈折力φ１と望遠端での焦点距離ｆＴの積を限定したものである。下限を超えると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が不十分となるため、回折光学部の屈折力を充分に確保する事が困難になり、色収差の補正が不足してくる。逆に上限を超えると、高ズーム比のズームレンズであると望遠端での焦点距離が長くなった上で第１レンズ群Ｌ１の屈折力が過剰に大きくなる。この結果、回折光学部による色収差の補正が過剰となり、別途、異常分散ガラスの正レンズを用いたことによる色収差の補正が困難になる。

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。

０．７＜φ１・ｆＴ＜１．８・・・・（４ａ）
◎後群Ｌｒを物体側から像側へ順に、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５で構成するときには正レンズＬｐの屈折力をφｐ、第５レンズ群Ｌ５の屈折力をφｐとするとき、
０．９＜φｐ／φ５＜２．２・・・・（５）
なる条件を満たしている。

条件式（５）は、条件式（１）を満たす異常分散性の正レンズＬｐの屈折力φｐと第５レンズ群Ｌ５の屈折力φ５の比を限定したものである。下限を超えると異常分散による色収差の補正の効果が不足するため、特に倍率色収差の補正が困難となる。上限を超えると第５レンズ群Ｌ５の屈折力が小さくなりすぎ、コマ収差や非点隔差といった他の収差の補正が不足してくる。

更に好ましくは、条件式（５）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

１．１＜φｐ／φ５＜２．０・・・・（５ａ）
◎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。

これによって可視光全域にわたり、高い回折効率を得ている。

次に各実施例の特徴について説明する。

図１の実施例１では、広角端から望遠端へのズーミングに際して、矢印に示すように第１レンズ群Ｌ１を物体側に移動させるとともに、第２レンズ群Ｌ２を像側に移動させて主たる変倍を行っている。第３レンズ群Ｌ３は物体側に配置された絞りＳＰとともに物体側に凸状の軌跡を描き移動し、第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５は、非線形な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。

また第５レンズ群Ｌ５に関する実線の曲線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変倍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５レンズ群Ｌ５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。

本実施例において、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って行っている。

本実施例において、全てのレンズ群がズーミングに際して光軸上を移動している。特に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を物体側へ、直線的に第３レンズ群Ｌ３を物体側に凸状の軌跡を描くように移動させることで、第１レンズ群Ｌ１の有効径の縮小を図っているが、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３とをズーミングの際に固定としても良い。フォーカスの際に第５レンズ群Ｌ５の代わりに、第４レンズ群Ｌ４を移動させても良い。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）させるようにしても良い。

実施例１では、第１レンズ群Ｌ１を、物体側から像側へ順に、物体側の面が凸面でメニスカス形状の負レンズＧ１と正レンズＧ２からなる貼合せレンズ、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ３で構成している。そして負レンズＧ１と正レンズＧ２の貼合わせ面に、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、貼合せレンズとともに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を抑制して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。

更に実施例１では、第５レンズ群Ｌ５中に、異常分散性を有する正レンズＬｐを配置している。第１レンズ群Ｌ１に配置した回折光学素子と、第５レンズ群Ｌ５に配置した異常分散性の正レンズＬｐにより、軸上色収差と倍率色収差の補正分担が可能となるため、ズーム全域で良好なる収差補正が容易になる。

ここで、本実施例及び後述する各実施例で用いる回折光学素子の構成について説明する。

図１３は回折光学素子１の回折光学部の一部分の拡大断面図である。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。回折格子３の光学材料は、例えば紫外線硬化樹脂（屈折率ｎd＝１．５１３、アッベ数νd＝５１．０）を用い、格子厚ｄ1を設計位相量に合わせて適切な量に設定し、波長５３０ｎｍで、＋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。一般に、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。

次に、異なる材料よりなる複数の回折格子を基板上に積層した積層型の回折光学素子について説明する。図１４は積層型の回折光学素子の一部分の拡大断面図である。図１４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と第２の回折格子１０５の格子厚ｄ２は設計位相量から設定できる。

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。

実施例１では、図１３の基板２、図１４の基板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３（１０４、１０５）を設けている。例えば、図１３に示すごとく回折格子３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貼合わせレンズの両方のレンズ面に回折格子を設けて位置合わせをしながら周辺部（有効径外）で接着すればよい。実施例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、平面でも良く、又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のが容易となる。

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例においても全く同様である。

なお、上述のように回折光学部は少なくとも１層の位相型の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。

図４の実施例２では、広角端から望遠端へのズーミングに際して、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っている。第４レンズ群Ｌ４を像側に凸状の軌跡で移動させると同時に、第５レンズ群Ｌ５を物体側に凸状の軌跡で移動させる事で、変倍に伴う像面位置の変動を補正している。

第５レンズ群Ｌ５をズーミングに際して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。

第５レンズ群Ｌ５に関する曲線５ａ，５ｂ、直線５Ｃの技術的意味は実施例１と同じである。

実施例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、第５レンズ群Ｌ５を前方に繰出すことによって行っているが、第４レンズ群Ｌ４を後方へ繰り込むことによって行っても良い。

尚、実施例２では、第１レンズ群Ｌ１、第３レンズ群Ｌ３をズーミング及びフォーカスのためには、移動させていないが、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ようにしても良い。

実施例２において、第１レンズ群Ｌ１と第５レンズ群Ｌ５の構成は実施例１と同じである。

図７の実施例３では、広角端から望遠端へのズーミングに際して、矢印に示すように第２レンズ群Ｌ２を像側に移動させて、主たる変倍を行っている。第４レンズ群Ｌ４を非線形な軌跡で、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変倍に伴う像面位置の変動を補正している。

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。第５レンズ群Ｌ５に関する曲線５ａ，５ｂ、直線５Ｃの技術的意味は実施例１と同じである。

尚、実施例３では第１レンズ群Ｌ１、第３レンズ群Ｌ３はズーミングのためには移動しないが必要に応じて移動させても良い。

実施例３では第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ようにしても良い。実施例３は実施例１、２と比較し、第３レンズ群Ｌ３と第５レンズ群Ｌ５の構成レンズ枚数を削減し、第３レンズ群Ｌ３による防振時の光学性能を確保している。

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良好な光学性能を達成している。

実施例３において第１レンズ群Ｌ１の構成は実施例１と同様である。

又実施例３においても、第５レンズ群Ｌ５中に、異常分散性を有する正レンズＬｐを配置して軸上色補正と倍率色収差をバランス良く補正している。

図１０の実施例４では、広角端から望遠端へのズーミングに際して、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を物体側に凸状の軌跡で移動させている。

また第４レンズ群Ｌ４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。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変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡である。このように第４レンズ群Ｌ４を物体側へ凸状の軌跡とすることで第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間の空気の有効利用を図り、レンズ全長の短縮化を効果的に達成している。

又、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に示すように第４レンズ群Ｌ４を前方に繰り出すことで行っている。

尚、実施例４では第１レンズ群Ｌ１、第３レンズ群Ｌ３はズーミングのためには移動しない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ようにしても良い。

実施例４では、このようなレンズ構成を採用することで、光学系の構成レンズ枚数を減らして全長をコンパクトにするとともに、全ズーム領域に渡って良好な光学性能を達成している。

実施例４において、第１レンズ群Ｌ１の構成は実施例１と同じである。

即ち負レンズＧ１と正レンズＧ２の貼合わ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。

又実施例４においては、第４レンズ群Ｌ４中に、異常分散性を有する正レンズＬｐを配置して軸上色収差をバランス良く補正している。

以上のように、実施例１〜４に示したズームレンズでは、第１レンズ群Ｌ１をメニスカス形状の負レンズと正レンズの貼合せレンズと物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズで構成し、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Ｌ１で発生する色収差を低減し、ズーム領域全域に渡って色収差を良好に補正している。

例えば、第１レンズ群Ｌ１を正レンズのみで構成し、第１レンズ群Ｌ１中に回折光学部を設けても、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、回折光学部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。

そこで本発明では、屈折系の色消し条件と回折光学部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全可視域において色収差を良好に補正して高い光学性能を得ている。

本発明のズームレンズにおいて、第１レンズ群の色消し効果を回折光学部に分担させるには、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。回折光学部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、回折光学部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。

また一般に、ズーム比１０倍程度以上の高ズーム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。回折光学部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、実施例１〜４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。

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部への想定入射角を変えて領域ごとに回折格子の形状を最適化すると、回折光学部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。特に実施例１〜４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。

以上の各実施例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、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レンズ群とその像側に配置された正の屈折力のレンズ群を含む後群を有することを基本構成としている。

そして、この基本構成の基で、前述の如く、各レンズ群を構成して色収差を良好に補正し、高い光学性能を得ている。

以下に本発明の数値実施例１〜４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，Ｆ、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。

最後の２つの面は、フィルター等のガラスブロックである。

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、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
Ｘ＝(1/R)H²／（1+(1-(1+k)(H/R)²)^1/2）＋BH⁴＋CH⁶＋DH⁸
なる式で表わしている。

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。
また、例えば「Ｅ-Z」の表示は「１０^-z」を意味する。
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。

各実施例では、高ズーム比でありながらコンパクトで、かつ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１５を用いて説明する。

図１５において、２０はデジタルカメラ本体、２１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、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）、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、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。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラ（撮像装置）の実施形態を図１６を用いて説明する。

図１６において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等の固体撮像素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像に対応する情報を記録するメモリ、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１２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ビデオカメラ等の光学素子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。

数値実施例１のレンズ断面図 数値実施例１の広角端の収差図 数値実施例１の望遠端の収差図 数値実施例２のレンズ断面図 数値実施例２の広角端の収差図 数値実施例２の望遠端の収差図 数値実施例３のレンズ断面図 数値実施例３の広角端の収差図 数値実施例３の望遠端の収差図 数値実施例４のレンズ断面図 数値実施例４の広角端の収差図 数値実施例４の望遠端の収差図 本発明に係る回折光学素子の説明図 本発明に係る回折光学素子の説明図 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 本発明のズームレンズをビデオカメラに適用したときの概略図

符号の説明

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
Ｌｒ…後群
ＳＰ…絞り
ＩＰ…像面
ｄ…ｄ線
ｇ…ｇ線
Ｃ…Ｃ線
Ｆ…Ｆ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 (9)

1. 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングのために光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力のレンズ群を含む後群より構成されるズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は回折光学部を有し、前記後群の少なくとも１枚の正レンズＬｐの材料のアッベ数をνｐ、前記正レンズＬｐの材料の部分分散比をθ_ｇＦ 、前記第１レンズ群の回折光学部の屈折力をφＤ、前記正レンズＬｐの屈折力をφｐ、前記第１レンズ群の屈折力をφ１とするとき、
   νｐ・θ_ｇＦ ＞ ３８
   １×１０ ^−３ ＜ φＤ／φｐ ＜ １×１０ ^−２
   ９×１０ ^−３ ＜ φＤ／φ１ ＜ １．２×１０ ^−２
   なる条件を満たすことを特徴とするズームレンズ。
2. 全系の望遠端における焦点距離をｆＴとするとき、
   ０．５ ＜ φ１・ｆＴ ＜ ２．０
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記後群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第３レンズ群、前記正レンズＬｐを含むレンズ群を有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。
4. 前記後群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第３レンズ群、前記正レンズＬｐを含む正の屈折力の第４レンズ群より構成され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。
5. 前記後群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、前記正レンズＬｐを含む正の屈折力の第５レンズ群より構成され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。
6. 前記第５レンズ群の屈折力をφ５とするとき、
   ０．９ ＜ φｐ／φ５ ＜ ２．２
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項５に記載のズームレンズ。
7. 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が積層された構造であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
8. 光電変換素子に像を形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 請求項１乃至８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た像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。