JP4329059B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子等を用いたビデオカメラや電子スチルカメラ等に好適なズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラや電子スチルカメラ等の小型化に伴い、ズームレンズの小型化が要求されている。近年では、変倍機能を備えたズームレンズの要求は益々強くなり、変倍機能の重要性が増している。また、高画質への要求により撮像素子の高画素化が進み、レンズの性能への要求も厳しくなってきている。このような要求を達成するひとつの手段として、従来から、回折光学素子を用いたズームレンズが知られている。
【０００３】
例えば、物体側から順に負・正の２成分タイプのズームレンズで、第１レンズ群または第２レンズ群は少なくとも１面に回折光学面を有しているもの（例えば、特許文献１を参照）や、負・正・正の３成分タイプのズームレンズで、いずれかのレンズ群に回折光学面を有しているもの（例えば、特許文献２を参照）や、負・正・正の３成分タイプのズームレンズで、第２レンズ群中に回折光学面を有しているもの（例えば、特許文献３を参照）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−５２２３５号公報
【特許文献２】
特開平１１−５２２３７号公報
【特許文献３】
特開２０００−２２１３９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示されているいずれのズームレンズも性能、小型化ともに不十分であった。また、特許文献３に開示されているズームレンズでは、第２レンズ群中に設けられている回折光学面がレンズ接合面に導入されているため、製造が困難であった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子等を用いたビデオカメラや電子スチルカメラ等に好適で、射出瞳位置が結像面から十分遠く離れ、３倍程度の変倍比を有し、特に、回折光学素子を用いて小型で高性能なズームレンズを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１に係る発明のズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が変化し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が増大するように、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群がそれぞれ移動し且つ前記第３レンズ群が固定され、前記第２レンズ群は４枚以下のレンズ成分で構成され、前記第２レンズ群中には、最も物体側の面を除くいずれかのレンズ面に、回折光学面を有し、該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、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、次式０．２＜Ｃ／ｆｗ＜２．０及び０．３＜｜ｆ２／ｆ１｜≦０．７９２１７３の条件を満足する。
【０００８】
請求項２に係る発明のズームレンズは、請求項１に記載のズームレンズにおいて、第２レンズ群の最も像側の面から回折光学面までの光軸に沿った距離をＬとし、第２レンズ群の全長をＬ２（但し、絞りを含まず）としたとき、次式０≦Ｌ／Ｌ２＜１．０の条件を満足する。
【０００９】
請求項３に係る発明のズームレンズは、請求項１又は請求項２に記載のズームレンズにおいて、回折光学面は、空気と接するレンズ面上に形成され、回折光学素子を有する面の曲率半径をｒａとしたとき、次式０≦｜ｆｗ／ｒａ｜＜０．４の条件を満足するように形成されている。
【００１０】
請求項４に係る発明のズームレンズは、請求項１〜３のいずれかに記載のズームレンズにおいて、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、次式０．２＜ｆ３／ｆｗ＜１５．０の条件を満足する。
また、請求項５に係る発明のズームレンズは、請求項１〜４のいずれかに記載のズームレンズにおいて、第１レンズ群中の最も物体側の負レンズの物体側の面の曲率半径をｒ１とし、第１レンズ群中の最も物体側の負レンズの像側の面の曲率半径をｒ２としたとき、次式−３＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ２−ｒ１）＜０の条件を満足する。
さらに、請求項６に係る発明のズームレンズは、請求項１〜５のいずれかに記載のズームレンズにおいて、第２レンズ群中の最も物体側の凸レンズと最も像側の凹レンズの各々のｄ線における屈折率の差をΔＮとしたとき、次式０．０２＜ΔＮの条件を満足する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るズームレンズの実施の形態について説明する。本発明のズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、絞りと正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。このように物体側から順に、負・正・正の屈折力配置を採用しているので、射出瞳位置を像面から十分遠く離すことができる。また、第２レンズ群Ｇ２中に開口絞りを有することは重要な構成要件であって、諸収差の補正と射出瞳位置を像面より十分離すのに必要な要件である。第３レンズ群Ｇ３では、十分に遠くに離すことはできない。特に第３レンズ群Ｇ３は、像面に最も近く位置しているので、射出瞳の位置を像面から離すのに効果が大きい。したがって、本発明のズームレンズは、固体撮像素子を用いたカメラなどに好適である。
【００１２】
また、本発明では、第２レンズ群Ｇ２に、回折作用によるレンズ面（以下、回折光学面という）を導入することにより、特に色収差に関して優れた補正が可能であり、且つ、回折光学素子に特有の問題であったフレアを低減し、その結果、優れた光学性能を達成することができることを見出した。以下、この点について詳述する。
【００１３】
一般に、光線を偏向させる作用として、屈折作用、反射作用、および回折作用の３種類が知られている。本発明において、回折光学面とは、光波としての回折作用を利用することにより光を屈曲させ、種々の光学作用を得ることのできるレンズ面をいう。具体的には、回折光学面は、負分散を生じさせることができること、小型化しやすいことなど、数々の利点を有している。その中でも特に、色収差補正に極めて有効であることが知られている。なお、このような回折光学素子の性質に関しては、「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修」に詳しい。
【００１４】
さて、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に、回折光学面を通過する光線角度は、できるだけ小さい方が好ましい。これは、上記光線角度が大きくなると、回折光学面によるフレアが発生しやすくなり、画質を損ねてしまうからである。そこで、回折光学面によるフレアがあまり影響を及ぼさずに、良好な画像を得るためには、本光学系の場合、その角度が１０度以下とすることが望ましい。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、本ズームレンズ中においては、第２レンズ群中の最も物体側の面は、光線の角度が１０度を超えるため不適である。したがって、最も物体側の面を除くいずれかのレンズ面に、回折光学面を有することが好ましいことを見出した。なお、その効果を十分に得るには、光線角度が５度以下であることがより好ましい。
【００１５】
以下、条件式の説明に沿って、本発明のズームレンズを詳細に説明する。本発明のズームレンズにおいて、Ｃは回折光学面の有効径（直径）、ｆｗは広角端におけるレンズ系全体の焦点距離としたとき、次式（１）を満足する。
【００１６】
【数１】
０．２＜ Ｃ ／ｆｗ ＜２．０ （１）
【００１７】
上記条件式（１）は、回折光学面を有するレンズの適切な有効径（直径）Ｃを規定している。条件式（１）の上限値を上回ると、有効径が大きくなりすぎ、回折光学面の製作が困難となりコストアップにつながる。また、回折光学面に外部からの有害光が入りやすくなり、フレア等による画質低下を招きやすくなる。反対に、条件式（１）の下限値を下回ると、また、前記回折光学面を有するレンズの有効径Ｃが小さくなりすぎて、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つながるばかりか、格子によるフレア発生が大きくなり画質低下を招きやすくなる。さらには、光量不足の傾向が強まり不都合である。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（１）の上限値を０．９とすることが好ましい。また、下限値を０．５とすることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、Ｌ２は第２レンズ群の全長（但し、絞りを含まず）、Ｌは第２レンズ群の最も像側の面から回折光学面までの光軸に沿った距離としたとき、次式（２）を満足する。
【００１９】
【数２】
０ ≦ Ｌ／Ｌ２ ＜１．０ （２）
【００２０】
上記条件式（２）は、回折光学面を有するレンズの適切な位置を規定している。条件式（２）の上限値を上回ると、回折光学面が絞り位置に近くなりすぎ、鏡筒実装上の不都合が生じるばかりか、回折光学面に入射する光線角度が大きくなりすぎ、フレア発生が大きくなって不都合である。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上限値を０．９とすることが望ましい。
【００２１】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、ｒａは回折光学面を有する面の曲率半径としたとき、次式（３）を満足する。
【００２２】
【数３】
０ ≦｜ｆｗ／ｒａ｜＜０．４ （３）
【００２３】
上記条件式（３）は、回折光学面を有するレンズ面の曲率半径ｒａの適切な範囲を規定している。条件式（３）の上限値を上回ると、回折光学面の曲率半径ｒａが小さくなりすぎてしまい、回折光学面自身を製造しづらくなる不都合が生じるばかりか、コマ収差や像面湾曲収差の発生が甚大となってしまう。なお、回折光学面が平面上に形成されているときは、ｒａは無限大なので、条件式（３）は、｜ｆｗ／ｒａ｜＝０である。
【００２４】
さらに、本発明に係るズームレンズにおいて、ｆ３は第３レンズ群の焦点距離としたとき、次式（４）を満足する。
【００２５】
【数４】
０．２ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ １５．０ （４）
【００２６】
上記条件式（４）は、ｆ３の適切な範囲を規定している。条件式（４）の上限値を超えると、射出瞳を像面から十分に離すことが困難となってしまう。条件式（４）の下限値を下回ると、ズームレンズ全体の小型化が困難となってしまう。本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（４）の上限値を１０．０とすることが望ましい。また、条件式（４）の下限値を１．５とすることが望ましい。なお、この第３レンズ群を物体側に繰り出してフォーカシングが可能である。
【００２７】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、ｒ１は第１レンズ群中の最も物体側の負レンズの物体側の面の曲率半径、ｒ２は第１レンズ群中の最も物体側の負レンズの像側の面の曲率半径としたとき、次式（５）を満足することが望ましい。
【００２８】
【数５】
−３ ＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ２−ｒ１）＜０ （５）
【００２９】
上記条件式（５）は、第１レンズ群中の最も物体側の負レンズの適切な範囲を規定している。条件式（５）の下限を下回ると、非点収差や倍率色収差などの軸外収差の劣化が大きくなり、好ましくない。反対に、条件式（５）の上限値を上回ると、レンズの研摩や心取りが困難となりコストアップにつながる。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（５）の上限値を−０．８とすることが望ましい。また、条件式（５）の下限値を−２とすることが望ましい。
【００３０】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、ΔＮは第２レンズ群中の最も物体側の凸レンズと最も像側の凹レンズの各々のｄ線における屈折率の差としたとき、次式（６）を満足することが望ましい。
【００３１】
【数６】
０．０２＜ΔＮ （６）
【００３２】
本発明のように、最大像高に比してバックフォーカスの長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２レンズ群中のレンズの屈折率差である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とを見出した。このとき、第２レンズ群中において、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも高いことが望ましい。また、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い、さらに、ペッツバール和が負側に変移しやすくなるので好ましくない。
【００３３】
ところで、回折光学面は、レンズ接合面に形成すると、回折格子の高さが大きくなってフレアが発生しやすくなるので、空気と接するレンズ面上に形成することが好ましい。また、諸収差をさらに良好に補正するには、第２レンズ群中に、両凸レンズと両凹レンズとの貼り合わせからなる接合レンズを有することがより好ましい。
【００３４】
第２レンズ群中の最も物体側のレンズは、両凸レンズであることが好ましい。さらに、この両凸レンズを構成している像側のレンズ面、または、第２レンズ群中の最も像側レンズを構成している像側のレンズ面に、回折光学面を配することが望ましい。なお、回折光学面を、後者である最も像側のレンズ面に配置するときは、物体側に凸である面とすることが好ましい。また、第２レンズ群Ｇ２の最も像側の面は、回折光学面を配置している、いないにかかわらず、像側に凹な面とすることが諸収差の補正上望ましい。
【００３５】
第１レンズ群は、物体側の面が物体側に凸面を向けた負レンズ、凸レンズの構成とすることが好ましい。また、第２レンズ群は、小型化のため４枚以下のレンズで構成され、第３レンズ群も２枚以下のレンズで構成されることが望ましい。
【００３６】
上記の第１レンズ群の焦点距離ｆ１とし、第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、次式（７）を満足することが好ましい。
【００３７】
【数７】
０．３＜｜ｆ２／ｆ１｜＜１．０ （７）
【００３８】
上記条件式（７）は、第１レンズ群と第２レンズ群のパワー配分の適切な範囲を規定する。条件式（７）を外れると、収差バランスを失いやすくなるばかりか、小型化の達成が困難となる。
【００３９】
なお、回折光学面はアッベ数νｄが６５以下の光学ガラスのレンズ面上に形成することが望ましい。これは、回折格子が製造しやすく、良好な光学性能が得られるからである。
【００４０】
また、回折光学面をレンズ上に形成する場合、製造を容易にする観点から、フレネルゾーンプレートのように、回折光学面を光軸に対して回転対称な格子構造にすることが好ましい。この場合、通常の非球面レンズと同様に、精研削でも、ガラスモールドでも製作可能である。さらには、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。
【００４１】
さらに、本発明においては、もともと屈折面として非球面状に形成されたレンズのレンズ面に回折作用を有するキノフォームまたはマルチレベルのバイナリ層を付加してもよい。以下、この点についてさらに説明する。
【００４２】
一般に、ガラスモールド法で非球面レンズを形成する場合、いわゆる「型」を作り、その「型」の形状を転写した多数のレプリカをガラスで安価に且つ精度良く作っている。したがって、もともと屈折面として非球面状に形成されたレンズ面の上に回折光学面を形成するには、その「型」にキノフォームまたはバイナリ層を付加するだけで良い。このような方法は、コストアップおよび工程時間の増加をそれほど招かずに済むため、実用的価値が高い。特に、レンズ面にバイナリ層を付加する方法は、半導体チップの製造方法と似通っているため、より実用的価値が高い。なお、レンズ面を平面状または球面状に形成し、その表面に薄い透明な樹脂層を付加して、キノフォームまたはバイナリ形状を作成しても良い。
【００４３】
さらに、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シークエンスの制御を行う制御手段からの信号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、ブレ補正量に基づき防振レンズ群を移動させる駆動機構とを組みあわせ、防振レンズシステムを構成することもできる。この場合、本発明においては、小型のレンズ群またはその一部を光軸と直交する方向にシフトするように構成することが好ましい。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、屈折率分布型レンズ等を用いることにより、さらに良好な光学性能が得られることは言うまでもない。
【００４４】
【実施例】
図１、図４、図７は各実施例のズームレンズにおける、構成および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）までのズーム軌跡を示す図である。以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づいて説明する。各実施例において、本発明のズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りと正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。そして、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が増大するように、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２をそれぞれ移動させ且つ第３レンズ群Ｇ３を固定させて、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍を行っている。また、第２レンズ群Ｇ２は４枚以下のレンズ成分で構成されている。
【００４５】
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法により計算した。超高屈折法とは、非球面形状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、本実施例においては回折光学面は超高屈折法のデータとして、すなわち、後述する非球面式（８），（９）およ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、Ｆ線を選んでいる。本実施例において用いたこれらｄ線、ｇ線、Ｃ線、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。
【００４６】
【表１】
【００４７】
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ｘとし、基準球面の曲率半径をｒとし、近軸曲率半径をＲとし、円錐定数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣｎとしたとき、次式（８），（９）で表される。
【００４８】
【数８】
【００４９】
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」に詳しい。
【００５０】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１〜図３を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施例に係るズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【００５１】
図１のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側の面が非球面状に形成された負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、開口絞りＳと、物体側の面が非球面状に形成され且つ像側の面に回折光学面Ｇｆが形成された両凸レンズＬ３、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４から構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側の面が非球面状に形成された両凸レンズＬ５から構成されている。
【００５２】
なお、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間において、第２レンズ群Ｇ２の近傍に絞りＳが配置され、この絞りＳは変倍時に第２レンズ群Ｇ２とともに移動する。また、第３レンズ群Ｇ３の像側に、光学フィルターＦ１が配置されており、第３レンズ群Ｇ３とともに固定されている。
【００５３】
広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へのズーム作動は、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を群単位で移動させて行われ、本第１実施例では、図１に示すように、第１および第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２を実線の矢印Ａ１，Ａ２で示すように移動させる。第３レンズ群Ｇ３は固定されている。
【００５４】
このように図１に示した本発明の第１実施例における各レンズの諸元を表２に示す。表２において面番号１〜１４は、図１における符号１〜１４に対応している。また、表２におけるｒはレンズ面の曲率半径（非球面の場合には基準球面の曲率半径）を、ｄはレンズ面の間隔を、ｎｄはｄ線、ｎｇはｇ線、ｎＣはＣ線、ｎＦはＦ線に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００５５】
この表２において、面番号５が開口絞りＳを示す。また、面番号４に示す面間隔（すなわち面番号４と面番号５との面間隔）ｄ４と面番号１０に示す面間隔（すなわち面番号１０と面番号１１との面間隔）ｄ１０は、ズーム作動に応じて変化する。同様に、ズームレンズの全体の焦点距離ｆ、口径比ＦＮＯもズーム作動に応じて変化する。このようにズーム作動に応じて変化する値は、広角端（Ｗ）および望遠端（Ｔ）において、以下に示している。また、前述の条件式（１）〜（７）に対応する値、すなわち条件対応値も以下に示している。
【００５６】
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、面番号の右に＊印を付している。本実施例では、面番号７および８に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当し、したがって、図１中のレンズＬ３が、回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。また、面番号７および８には、この回折光学面Ｇｆの諸元を超高屈折法を用いて示している。Ｃ２＝０の場合は記載を省略している。以上の表の説明は、他の実施例においても同様である。
【００５７】
【表２】
【００５８】
このように第１実施例では、上記条件式（１）〜（７）は全て満たされることがわかる。
【００５９】
図２、３は、第１実施例の諸収差図である。すなわち、図２は広角端(Ｗ)における諸収差図であり、図３は望遠端（Ｔ）における諸収差図である。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。なお、球面収差図において最大口径に対応するＦナンバーの値、非点収差図と歪曲収差図では、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す。また、非点収差図では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、他の実施例においても同様である。各収差図から明らかなように、第１実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００６０】
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について図４〜図６を用いて説明する。図４は、本発明の第２実施例に係るズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【００６１】
図４のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側の面が非球面状に形成された負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、開口絞りＳと、物体側の面が非球面状に形成され且つ像側の面に回折光学面Ｇｆが形成された両凸レンズＬ３、両凸レンズＬ４および両凹レンズＬ５との貼り合わせレンズから構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側の面が非球面状に形成された両凸レンズＬ６から構成されている。
【００６２】
なお、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間において、第２レンズ群Ｇ２の近傍に絞りＳが配置され、この絞りＳは変倍時に第２レンズ群Ｇ２とともに移動する。また、第３レンズ群Ｇ３の像側に、物体側から順に、光学フィルターＦ１、光学フィルターＦ２が配置され、第３レンズ群Ｇ３と同様に固定されている。
【００６３】
広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へのズーム作動は、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を群単位で移動させて行われ、本第２実施例では、図４に示すように、第１および第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２を矢印Ａ３，Ａ４で示すように移動させて行われる。なお、第３レンズ群Ｇ３は固定されている。
【００６４】
このように図４に示した本発明の第２実施例における各レンズの諸元を表３に示す。表３において、面番号１〜１７は、図４における符号１〜１７に対応している。
【００６５】
この表３において、面番号５が開口絞りＳを示す。また、面番号４に示す面間隔（すなわち面番号４と面番号５との面間隔）ｄ４と、面番号１１に示す面間隔（すなわち面番号１１と面番号１２との面間隔）ｄ１１とは、ズーム作動に応じて変化する。同様に、ズームレンズの全体の焦点距離ｆ、口径比ＦＮＯも、ズーム作動に応じて変化する。このようにズーム作動に応じて変化する値は、広角端（Ｗ）および望遠端（Ｔ）において以下に示している。また、前述の条件式（１）〜（７）に対応する値、すなわち条件対応値も以下に示している。
【００６６】
なお、表３において、非球面形状に形成されたレンズ面には、面番号の右に＊印を付している。本実施例では、面番号７および８に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当し、したがって図４中のレンズＬ３が回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。また、面番号７および８には、この回折光学面Ｇｆの諸元を超高屈折法を用いて示している。
【００６７】
【表３】
【００６８】
このように第２実施例では、上記条件式（１）〜（７）は全て満たされることがわかる。
【００６９】
図５、６は、第２実施例の諸収差図である。すなわち、図５は広角端（Ｗ）における諸収差図であり、図６は望遠端（Ｔ）における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第２実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００７０】
（第３実施例）
続いて、本発明の第３実施例について図７〜図９を用いて説明する。図７は、本発明の第３実施例に係るズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【００７１】
図７のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側の面が非球面状に形成された負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、開口絞りＳと、物体側の面が非球面状に形成された両凸レンズＬ３および両凹レンズＬ４との貼り合わせレンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５および像側の面に回折光学面Ｇｆを備えた正メニスカスレンズＬ６との貼り合わせレンズから構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側の面が非球面状に形成された両凸レンズＬ７、像側に凸面を向けた平凸レンズＬ８から構成されている。なお、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に絞りＳが配置され、第３レンズ群Ｇ３と同様に固定されている。
【００７２】
広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へのズーム作動は、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を群単位で移動させて行われ、本第３実施例は、図７に示すように、第１および第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２を矢印Ａ５，Ａ６で示すように移動させて行われる。なお、第３レンズ群Ｇ３は固定されている。
【００７３】
このように図７に示した本発明の第３実施例における各レンズの諸元を表４に示す。表４において面番号１〜１６は、図７における符号１〜１６に対応している。
【００７４】
この表４において、面番号５が開口絞りＳを示す。また、面番号４に示す面間隔（すなわち面番号４と面番号５との面間隔）ｄ４と、面番号５に示す面間隔（すなわち面番号５と面番号６との面間隔）ｄ５と、面番号１２に示す面間隔（すなわち面番号１２と面番号１３との面間隔）ｄ１２とは、ズーム作動に応じて変化する。同様に、ズームレンズの全体の焦点距離ｆ、口径比ＦＮＯも、ズーム作動に応じて変化する。このようにズーム作動に応じて変化する値は、広角端（Ｗ）および望遠端（Ｔ）において、以下に示している。また、前述の条件式（１）〜（７）に対応する値、すなわち条件対応値も以下に示している。
【００７５】
なお、表４において、非球面形状に形成されたレンズ面には、面番号の右に＊印を付している。本実施例では、面番号１１および１２に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当し、したがって図７中のレンズＬ６が回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。また、面番号１１および１２には、この回折光学面Ｇｆの諸元を超高屈折法を用いて示している。
【００７６】
【表４】
面番号 ｒ ｄ ｎｄ ｎｇ ｎＣ ｎＦ
1 63.27518 1.00000 1.804000 1.825700 1.798820 1.816080
2* 5.86614 1.37500 1.000000
3 8.27052 1.80000 1.805180 1.847290 1.796110 1.827770
4 18.50044 d4(可変) 1.000000
5 開口絞りＳ d5(可変)
6* 4.39627 2.20000 1.804000 1.825700 1.798820 1.816080
7 -6.54377 0.75000 1.688930 1.717970 1.682500 1.704670
8 3.15882 0.60000 1.000000
9 6.25657 0.50000 1.743200 1.762050 1.738650 1.753720
10 5.72154 0.90000 1.772500 1.791970 1.767800 1.783370
11 30.18608 0.00000 10001 7418.6853 11170.4255 8274.7311
12* 30.18608 d12(可変) 1.000000
13* 76.30423 1.30000 1.804000 1.825700 1.798820 1.816080
14 -402.31705 0.60000 1.000000
15 ∞ 3.00000 1.516330 1.526210 1.513860 1.521910
16 -66.41146 2.54229 1.000000
（非球面データ）
面番号 κ Ｃ４ Ｃ６ Ｃ８ Ｃ１０
2 1.0000 -1.08470×10-4 -2.63700×10-5 1.18050×10-6 -3.62870×10-8
6 1.0000 -5.89130×10-4 -6.53380×10-5 6.47880×10-6 -6.62230×10-7
12 1.0000 1.65160×10-4 1.80860×10-6 3.34900×10-10 -2.32220×10-10
13 1.0000 -6.45180×10-4 7.34220×10-6 9.53910×10-6 -5.65190×10-7
（変倍における可変間隔）
広角端(Ｗ) 望遠端（Ｔ）
ｆ 5.56 10.48
FNO 2.919 3.962
d4 9.86552 1.75642
d5 4.31641 1.40331
d12 1.89346 4.80653
（条件式対応値）
Ｃ ＝ 4.40
ｆｗ＝ 5.56205
Ｌ ＝ 0
Ｌ２＝ 4.95
ｒａ＝ 30.18608
ｆ１＝-16.32883
ｆ２＝ 8.80221
ｆ３＝ 50.03825
ｒ１＝ 63.27518
ｒ２＝ 5.86614
（１）Ｃ／ｆｗ ＝0.791075
（２）Ｌ／Ｌ２ ＝0
（３）｜ｆｗ／ｒａ｜＝0.184259
（４）ｆ３／ｆｗ ＝8.996368
（５）（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ２−ｒ１）＝-1.20436
（６）ΔＮ ＝0.0608
（７）｜ｆ２／ｆ１｜＝0.539059
【００７７】
このように第３実施例では、上記条件式（１）〜（７）は全て満たされることがわかる。
【００７８】
図８、９は、第３実施例の諸収差図である。すなわち、図８は広角端（Ｗ）における諸収差図であり、図９は望遠端（Ｔ）における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第３実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子等を用いたビデオカメラや電子スチルカメラ等に好適で、回折光学素子を用いて、３倍程度の変倍比を有し、小型で高性能なズームレンズを実現することができる。
【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】第１実施例の広角端（Ｗ）における諸収差図である。
【図３】第１実施例の望遠端（Ｔ）における諸収差図である。
【図４】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５】第２実施例の広角端（Ｗ）における諸収差図である。
【図６】第２実例の望遠端（Ｔ）における諸収差図である。
【図７】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８】第３実施例の広角端（Ｗ）における諸収差図である。
【図９】第３実施例の望遠端（Ｔ）における諸収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｓ 開口絞り
Ｌｉ 各レンズ成分
Ｇｆ 回折光学面
Ｉ 像面
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子等を用いたビデオカメラや電子スチルカメラ等に好適なズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラや電子スチルカメラ等の小型化に伴い、ズームレンズの小型化が要求されている。近年では、変倍機能を備えたズームレンズの要求は益々強くなり、変倍機能の重要性が増している。また、高画質への要求により撮像素子の高画素化が進み、レンズの性能への要求も厳しくなってきている。このような要求を達成するひとつの手段として、従来から、回折光学素子を用いたズームレンズが知られている。
【０００３】
例えば、物体側から順に負・正の２成分タイプのズームレンズで、第１レンズ群または第２レンズ群は少なくとも１面に回折光学面を有しているもの（例えば、特許文献１を参照）や、負・正・正の３成分タイプのズームレンズで、いずれかのレンズ群に回折光学面を有しているもの（例えば、特許文献２を参照）や、負・正・正の３成分タイプのズームレンズで、第２レンズ群中に回折光学面を有しているもの（例えば、特許文献３を参照）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−５２２３５号公報
【特許文献２】
特開平１１−５２２３７号公報
【特許文献３】
特開２０００−２２１３９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示されているいずれのズームレンズも性能、小型化ともに不十分であった。また、特許文献３に開示されているズームレンズでは、第２レンズ群中に設けられている回折光学面がレンズ接合面に導入されているため、製造が困難であった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子等を用いたビデオカメラや電子スチルカメラ等に好適で、射出瞳位置が結像面から十分遠く離れ、３倍程度の変倍比を有し、特に、回折光学素子を用いて小型で高性能なズームレンズを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１に係る発明のズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が変化し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が増大するように、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群がそれぞれ移動し且つ前記第３レンズ群が固定され、前記第２レンズ群は４枚以下のレンズ成分で構成され、前記第２レンズ群中には、最も物体側の面を除くいずれかのレンズ面に、回折光学面を有し、該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、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、次式０．２＜Ｃ／ｆｗ＜２．０及び０．３＜｜ｆ２／ｆ１｜≦０．７９２１７３の条件を満足する。
【０００８】
請求項２に係る発明のズームレンズは、請求項１に記載のズームレンズにおいて、第２レンズ群の最も像側の面から回折光学面までの光軸に沿った距離をＬとし、第２レンズ群の全長をＬ２（但し、絞りを含まず）としたとき、次式０≦Ｌ／Ｌ２＜１．０の条件を満足する。
【０００９】
請求項３に係る発明のズームレンズは、請求項１又は請求項２に記載のズームレンズにおいて、回折光学面は、空気と接するレンズ面上に形成され、回折光学素子を有する面の曲率半径をｒａとしたとき、次式０≦｜ｆｗ／ｒａ｜＜０．４の条件を満足するように形成されている。
【００１０】
請求項４に係る発明のズームレンズは、請求項１〜３のいずれかに記載のズームレンズにおいて、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、次式０．２＜ｆ３／ｆｗ＜１５．０の条件を満足する。
また、請求項５に係る発明のズームレンズは、請求項１〜４のいずれかに記載のズームレンズにおいて、第１レンズ群中の最も物体側の負レンズの物体側の面の曲率半径をｒ１とし、第１レンズ群中の最も物体側の負レンズの像側の面の曲率半径をｒ２としたとき、次式−３＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ２−ｒ１）＜０の条件を満足する。
さらに、請求項６に係る発明のズームレンズは、請求項１〜５のいずれかに記載のズームレンズにおいて、第２レンズ群中の最も物体側の凸レンズと最も像側の凹レンズの各々のｄ線における屈折率の差をΔＮとしたとき、次式０．０２＜ΔＮの条件を満足する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るズームレンズの実施の形態について説明する。本発明のズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、絞りと正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。このように物体側から順に、負・正・正の屈折力配置を採用しているので、射出瞳位置を像面から十分遠く離すことができる。また、第２レンズ群Ｇ２中に開口絞りを有することは重要な構成要件であって、諸収差の補正と射出瞳位置を像面より十分離すのに必要な要件である。第３レンズ群Ｇ３では、十分に遠くに離すことはできない。特に第３レンズ群Ｇ３は、像面に最も近く位置しているので、射出瞳の位置を像面から離すのに効果が大きい。したがって、本発明のズームレンズは、固体撮像素子を用いたカメラなどに好適である。
【００１２】
また、本発明では、第２レンズ群Ｇ２に、回折作用によるレンズ面（以下、回折光学面という）を導入することにより、特に色収差に関して優れた補正が可能であり、且つ、回折光学素子に特有の問題であったフレアを低減し、その結果、優れた光学性能を達成することができることを見出した。以下、この点について詳述する。
【００１３】
一般に、光線を偏向させる作用として、屈折作用、反射作用、および回折作用の３種類が知られている。本発明において、回折光学面とは、光波としての回折作用を利用することにより光を屈曲させ、種々の光学作用を得ることのできるレンズ面をいう。具体的には、回折光学面は、負分散を生じさせることができること、小型化しやすいことなど、数々の利点を有している。その中でも特に、色収差補正に極めて有効であることが知られている。なお、このような回折光学素子の性質に関しては、「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修」に詳しい。
【００１４】
さて、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に、回折光学面を通過する光線角度は、できるだけ小さい方が好ましい。これは、上記光線角度が大きくなると、回折光学面によるフレアが発生しやすくなり、画質を損ねてしまうからである。そこで、回折光学面によるフレアがあまり影響を及ぼさずに、良好な画像を得るためには、本光学系の場合、その角度が１０度以下とすることが望ましい。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、本ズームレンズ中においては、第２レンズ群中の最も物体側の面は、光線の角度が１０度を超えるため不適である。したがって、最も物体側の面を除くいずれかのレンズ面に、回折光学面を有することが好ましいことを見出した。なお、その効果を十分に得るには、光線角度が５度以下であることがより好ましい。
【００１５】
以下、条件式の説明に沿って、本発明のズームレンズを詳細に説明する。本発明のズームレンズにおいて、Ｃは回折光学面の有効径（直径）、ｆｗは広角端におけるレンズ系全体の焦点距離としたとき、次式（１）を満足する。
【００１６】
【数１】
０．２＜ Ｃ ／ｆｗ ＜２．０ （１）
【００１７】
上記条件式（１）は、回折光学面を有するレンズの適切な有効径（直径）Ｃを規定している。条件式（１）の上限値を上回ると、有効径が大きくなりすぎ、回折光学面の製作が困難となりコストアップにつながる。また、回折光学面に外部からの有害光が入りやすくなり、フレア等による画質低下を招きやすくなる。反対に、条件式（１）の下限値を下回ると、また、前記回折光学面を有するレンズの有効径Ｃが小さくなりすぎて、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つながるばかりか、格子によるフレア発生が大きくなり画質低下を招きやすくなる。さらには、光量不足の傾向が強まり不都合である。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（１）の上限値を０．９とすることが好ましい。また、下限値を０．５とすることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、Ｌ２は第２レンズ群の全長（但し、絞りを含まず）、Ｌは第２レンズ群の最も像側の面から回折光学面までの光軸に沿った距離としたとき、次式（２）を満足する。
【００１９】
【数２】
０ ≦ Ｌ／Ｌ２ ＜１．０ （２）
【００２０】
上記条件式（２）は、回折光学面を有するレンズの適切な位置を規定している。条件式（２）の上限値を上回ると、回折光学面が絞り位置に近くなりすぎ、鏡筒実装上の不都合が生じるばかりか、回折光学面に入射する光線角度が大きくなりすぎ、フレア発生が大きくなって不都合である。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上限値を０．９とすることが望ましい。
【００２１】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、ｒａは回折光学面を有する面の曲率半径としたとき、次式（３）を満足する。
【００２２】
【数３】
０ ≦｜ｆｗ／ｒａ｜＜０．４ （３）
【００２３】
上記条件式（３）は、回折光学面を有するレンズ面の曲率半径ｒａの適切な範囲を規定している。条件式（３）の上限値を上回ると、回折光学面の曲率半径ｒａが小さくなりすぎてしまい、回折光学面自身を製造しづらくなる不都合が生じるばかりか、コマ収差や像面湾曲収差の発生が甚大となってしまう。なお、回折光学面が平面上に形成されているときは、ｒａは無限大なので、条件式（３）は、｜ｆｗ／ｒａ｜＝０である。
【００２４】
さらに、本発明に係るズームレンズにおいて、ｆ３は第３レンズ群の焦点距離としたとき、次式（４）を満足する。
【００２５】
【数４】
０．２ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ １５．０ （４）
【００２６】
上記条件式（４）は、ｆ３の適切な範囲を規定している。条件式（４）の上限値を超えると、射出瞳を像面から十分に離すことが困難となってしまう。条件式（４）の下限値を下回ると、ズームレンズ全体の小型化が困難となってしまう。本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（４）の上限値を１０．０とすることが望ましい。また、条件式（４）の下限値を１．５とすることが望ましい。なお、この第３レンズ群を物体側に繰り出してフォーカシングが可能である。
【００２７】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、ｒ１は第１レンズ群中の最も物体側の負レンズの物体側の面の曲率半径、ｒ２は第１レンズ群中の最も物体側の負レンズの像側の面の曲率半径としたとき、次式（５）を満足することが望ましい。
【００２８】
【数５】
−３ ＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ２−ｒ１）＜０ （５）
【００２９】
上記条件式（５）は、第１レンズ群中の最も物体側の負レンズの適切な範囲を規定している。条件式（５）の下限を下回ると、非点収差や倍率色収差などの軸外収差の劣化が大きくなり、好ましくない。反対に、条件式（５）の上限値を上回ると、レンズの研摩や心取りが困難となりコストアップにつながる。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（５）の上限値を−０．８とすることが望ましい。また、条件式（５）の下限値を−２とすることが望ましい。
【００３０】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、ΔＮは第２レンズ群中の最も物体側の凸レンズと最も像側の凹レンズの各々のｄ線における屈折率の差としたとき、次式（６）を満足することが望ましい。
【００３１】
【数６】
０．０２＜ΔＮ （６）
【００３２】
本発明のように、最大像高に比してバックフォーカスの長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２レンズ群中のレンズの屈折率差である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とを見出した。このとき、第２レンズ群中において、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも高いことが望ましい。また、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い、さらに、ペッツバール和が負側に変移しやすくなるので好ましくない。
【００３３】
ところで、回折光学面は、レンズ接合面に形成すると、回折格子の高さが大きくなってフレアが発生しやすくなるので、空気と接するレンズ面上に形成することが好ましい。また、諸収差をさらに良好に補正するには、第２レンズ群中に、両凸レンズと両凹レンズとの貼り合わせからなる接合レンズを有することがより好ましい。
【００３４】
第２レンズ群中の最も物体側のレンズは、両凸レンズであることが好ましい。さらに、この両凸レンズを構成している像側のレンズ面、または、第２レンズ群中の最も像側レンズを構成している像側のレンズ面に、回折光学面を配することが望ましい。なお、回折光学面を、後者である最も像側のレンズ面に配置するときは、物体側に凸である面とすることが好ましい。また、第２レンズ群Ｇ２の最も像側の面は、回折光学面を配置している、いないにかかわらず、像側に凹な面とすることが諸収差の補正上望ましい。
【００３５】
第１レンズ群は、物体側の面が物体側に凸面を向けた負レンズ、凸レンズの構成とすることが好ましい。また、第２レンズ群は、小型化のため４枚以下のレンズで構成され、第３レンズ群も２枚以下のレンズで構成されることが望ましい。
【００３６】
上記の第１レンズ群の焦点距離ｆ１とし、第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、次式（７）を満足することが好ましい。
【００３７】
【数７】
０．３＜｜ｆ２／ｆ１｜＜１．０ （７）
【００３８】
上記条件式（７）は、第１レンズ群と第２レンズ群のパワー配分の適切な範囲を規定する。条件式（７）を外れると、収差バランスを失いやすくなるばかりか、小型化の達成が困難となる。
【００３９】
なお、回折光学面はアッベ数νｄが６５以下の光学ガラスのレンズ面上に形成することが望ましい。これは、回折格子が製造しやすく、良好な光学性能が得られるからである。
【００４０】
また、回折光学面をレンズ上に形成する場合、製造を容易にする観点から、フレネルゾーンプレートのように、回折光学面を光軸に対して回転対称な格子構造にすることが好ましい。この場合、通常の非球面レンズと同様に、精研削でも、ガラスモールドでも製作可能である。さらには、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。
【００４１】
さらに、本発明においては、もともと屈折面として非球面状に形成されたレンズのレンズ面に回折作用を有するキノフォームまたはマルチレベルのバイナリ層を付加してもよい。以下、この点についてさらに説明する。
【００４２】
一般に、ガラスモールド法で非球面レンズを形成する場合、いわゆる「型」を作り、その「型」の形状を転写した多数のレプリカをガラスで安価に且つ精度良く作っている。したがって、もともと屈折面として非球面状に形成されたレンズ面の上に回折光学面を形成するには、その「型」にキノフォームまたはバイナリ層を付加するだけで良い。このような方法は、コストアップおよび工程時間の増加をそれほど招かずに済むため、実用的価値が高い。特に、レンズ面にバイナリ層を付加する方法は、半導体チップの製造方法と似通っているため、より実用的価値が高い。なお、レンズ面を平面状または球面状に形成し、その表面に薄い透明な樹脂層を付加して、キノフォームまたはバイナリ形状を作成しても良い。
【００４３】
さらに、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シークエンスの制御を行う制御手段からの信号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、ブレ補正量に基づき防振レンズ群を移動させる駆動機構とを組みあわせ、防振レンズシステムを構成することもできる。この場合、本発明においては、小型のレンズ群またはその一部を光軸と直交する方向にシフトするように構成することが好ましい。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、屈折率分布型レンズ等を用いることにより、さらに良好な光学性能が得られることは言うまでもない。
【００４４】
【実施例】
図１、図４、図７は各実施例のズームレンズにおける、構成および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）までのズーム軌跡を示す図である。以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づいて説明する。各実施例において、本発明のズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りと正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。そして、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が増大するように、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２をそれぞれ移動させ且つ第３レンズ群Ｇ３を固定させて、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍を行っている。また、第２レンズ群Ｇ２は４枚以下のレンズ成分で構成されている。
【００４５】
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法により計算した。超高屈折法とは、非球面形状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、本実施例においては回折光学面は超高屈折法のデータとして、すなわち、後述する非球面式（８），（９）およ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、Ｆ線を選んでいる。本実施例において用いたこれらｄ線、ｇ線、Ｃ線、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。
【００４６】
【表１】
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ｘとし、基準球面の曲率半径をｒとし、近軸曲率半径をＲとし、円錐定数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣｎとしたとき、次式（８），（９）で表される。
【００４８】
【数８】
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」に詳しい。
【００５０】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１〜図３を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施例に係るズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【００５１】
図１のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側の面が非球面状に形成された負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、開口絞りＳと、物体側の面が非球面状に形成され且つ像側の面に回折光学面Ｇｆが形成された両凸レンズＬ３、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４から構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側の面が非球面状に形成された両凸レンズＬ５から構成されている。
【００５２】
なお、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間において、第２レンズ群Ｇ２の近傍に絞りＳが配置され、この絞りＳは変倍時に第２レンズ群Ｇ２とともに移動する。また、第３レンズ群Ｇ３の像側に、光学フィルターＦ１が配置されており、第３レンズ群Ｇ３とともに固定されている。
【００５３】
広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へのズーム作動は、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を群単位で移動させて行われ、本第１実施例では、図１に示すように、第１および第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２を実線の矢印Ａ１，Ａ２で示すように移動させる。第３レンズ群Ｇ３は固定されている。
【００５４】
このように図１に示した本発明の第１実施例における各レンズの諸元を表２に示す。表２において面番号１〜１４は、図１における符号１〜１４に対応している。また、表２におけるｒはレンズ面の曲率半径（非球面の場合には基準球面の曲率半径）を、ｄはレンズ面の間隔を、ｎｄはｄ線、ｎｇはｇ線、ｎＣはＣ線、ｎＦはＦ線に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００５５】
この表２において、面番号５が開口絞りＳを示す。また、面番号４に示す面間隔（すなわち面番号４と面番号５との面間隔）ｄ４と面番号１０に示す面間隔（すなわち面番号１０と面番号１１との面間隔）ｄ１０は、ズーム作動に応じて変化する。同様に、ズームレンズの全体の焦点距離ｆ、口径比ＦＮＯもズーム作動に応じて変化する。このようにズーム作動に応じて変化する値は、広角端（Ｗ）および望遠端（Ｔ）において、以下に示している。また、前述の条件式（１）〜（７）に対応する値、すなわち条件対応値も以下に示している。
【００５６】
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、面番号の右に＊印を付している。本実施例では、面番号７および８に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当し、したがって、図１中のレンズＬ３が、回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。また、面番号７および８には、この回折光学面Ｇｆの諸元を超高屈折法を用いて示している。Ｃ２＝０の場合は記載を省略している。以上の表の説明は、他の実施例においても同様である。
【００５７】
【表２】
このように第１実施例では、上記条件式（１）〜（７）は全て満たされることがわかる。
【００５９】
図２、３は、第１実施例の諸収差図である。すなわち、図２は広角端(Ｗ)における諸収差図であり、図３は望遠端（Ｔ）における諸収差図である。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。なお、球面収差図において最大口径に対応するＦナンバーの値、非点収差図と歪曲収差図では、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す。また、非点収差図では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、他の実施例においても同様である。各収差図から明らかなように、第１実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００６０】
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について図４〜図６を用いて説明する。図４は、本発明の第２実施例に係るズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【００６１】
図４のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側の面が非球面状に形成された負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、開口絞りＳと、物体側の面が非球面状に形成され且つ像側の面に回折光学面Ｇｆが形成された両凸レンズＬ３、両凸レンズＬ４および両凹レンズＬ５との貼り合わせレンズから構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側の面が非球面状に形成された両凸レンズＬ６から構成されている。
【００６２】
なお、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間において、第２レンズ群Ｇ２の近傍に絞りＳが配置され、この絞りＳは変倍時に第２レンズ群Ｇ２とともに移動する。また、第３レンズ群Ｇ３の像側に、物体側から順に、光学フィルターＦ１、光学フィルターＦ２が配置され、第３レンズ群Ｇ３と同様に固定されている。
【００６３】
広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へのズーム作動は、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を群単位で移動させて行われ、本第２実施例では、図４に示すように、第１および第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２を矢印Ａ３，Ａ４で示すように移動させて行われる。なお、第３レンズ群Ｇ３は固定されている。
【００６４】
このように図４に示した本発明の第２実施例における各レンズの諸元を表３に示す。表３において、面番号１〜１７は、図４における符号１〜１７に対応している。
【００６５】
この表３において、面番号５が開口絞りＳを示す。また、面番号４に示す面間隔（すなわち面番号４と面番号５との面間隔）ｄ４と、面番号１１に示す面間隔（すなわち面番号１１と面番号１２との面間隔）ｄ１１とは、ズーム作動に応じて変化する。同様に、ズームレンズの全体の焦点距離ｆ、口径比ＦＮＯも、ズーム作動に応じて変化する。このようにズーム作動に応じて変化する値は、広角端（Ｗ）および望遠端（Ｔ）において以下に示している。また、前述の条件式（１）〜（７）に対応する値、すなわち条件対応値も以下に示している。
【００６６】
なお、表３において、非球面形状に形成されたレンズ面には、面番号の右に＊印を付している。本実施例では、面番号７および８に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当し、したがって図４中のレンズＬ３が回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。また、面番号７および８には、この回折光学面Ｇｆの諸元を超高屈折法を用いて示している。
【００６７】
【表３】
このように第２実施例では、上記条件式（１）〜（７）は全て満たされることがわかる。
【００６９】
図５、６は、第２実施例の諸収差図である。すなわち、図５は広角端（Ｗ）における諸収差図であり、図６は望遠端（Ｔ）における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第２実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００７０】
（第３実施例）
続いて、本発明の第３実施例について図７〜図９を用いて説明する。図７は、本発明の第３実施例に係るズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【００７１】
図７のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側の面が非球面状に形成された負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、開口絞りＳと、物体側の面が非球面状に形成された両凸レンズＬ３および両凹レンズＬ４との貼り合わせレンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５および像側の面に回折光学面Ｇｆを備えた正メニスカスレンズＬ６との貼り合わせレンズから構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側の面が非球面状に形成された両凸レンズＬ７、像側に凸面を向けた平凸レンズＬ８から構成されている。なお、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に絞りＳが配置され、第３レンズ群Ｇ３と同様に固定されている。
【００７２】
広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へのズーム作動は、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を群単位で移動させて行われ、本第３実施例は、図７に示すように、第１および第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２を矢印Ａ５，Ａ６で示すように移動させて行われる。なお、第３レンズ群Ｇ３は固定されている。
【００７３】
このように図７に示した本発明の第３実施例における各レンズの諸元を表４に示す。表４において面番号１〜１６は、図７における符号１〜１６に対応している。
【００７４】
この表４において、面番号５が開口絞りＳを示す。また、面番号４に示す面間隔（すなわち面番号４と面番号５との面間隔）ｄ４と、面番号５に示す面間隔（すなわち面番号５と面番号６との面間隔）ｄ５と、面番号１２に示す面間隔（すなわち面番号１２と面番号１３との面間隔）ｄ１２とは、ズーム作動に応じて変化する。同様に、ズームレンズの全体の焦点距離ｆ、口径比ＦＮＯも、ズーム作動に応じて変化する。このようにズーム作動に応じて変化する値は、広角端（Ｗ）および望遠端（Ｔ）において、以下に示している。また、前述の条件式（１）〜（７）に対応する値、すなわち条件対応値も以下に示している。
【００７５】
なお、表４において、非球面形状に形成されたレンズ面には、面番号の右に＊印を付している。本実施例では、面番号１１および１２に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当し、したがって図７中のレンズＬ６が回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。また、面番号１１および１２には、この回折光学面Ｇｆの諸元を超高屈折法を用いて示している。
【００７６】
【表４】
面番号 ｒ ｄ ｎｄ ｎｇ ｎＣ ｎＦ
1 63.27518 1.00000 1.804000 1.825700 1.798820 1.816080
2* 5.86614 1.37500 1.000000
3 8.27052 1.80000 1.805180 1.847290 1.796110 1.827770
4 18.50044 d4(可変) 1.000000
5 開口絞りＳ d5(可変)
6* 4.39627 2.20000 1.804000 1.825700 1.798820 1.816080
7 -6.54377 0.75000 1.688930 1.717970 1.682500 1.704670
8 3.15882 0.60000 1.000000
9 6.25657 0.50000 1.743200 1.762050 1.738650 1.753720
10 5.72154 0.90000 1.772500 1.791970 1.767800 1.783370
11 30.18608 0.00000 10001 7418.6853 11170.4255 8274.7311
12* 30.18608 d12(可変) 1.000000
13* 76.30423 1.30000 1.804000 1.825700 1.798820 1.816080
14 -402.31705 0.60000 1.000000
15 ∞ 3.00000 1.516330 1.526210 1.513860 1.521910
16 -66.41146 2.54229 1.000000
（非球面データ）
面番号 κ Ｃ４ Ｃ６ Ｃ８ Ｃ１０
2 1.0000 -1.08470×10-4 -2.63700×10-5 1.18050×10-6 -3.62870×10-8
6 1.0000 -5.89130×10-4 -6.53380×10-5 6.47880×10-6 -6.62230×10-7
12 1.0000 1.65160×10-4 1.80860×10-6 3.34900×10-10 -2.32220×10-10
13 1.0000 -6.45180×10-4 7.34220×10-6 9.53910×10-6 -5.65190×10-7
（変倍における可変間隔）
広角端(Ｗ) 望遠端（Ｔ）
ｆ 5.56 10.48
FNO 2.919 3.962
d4 9.86552 1.75642
d5 4.31641 1.40331
d12 1.89346 4.80653
（条件式対応値）
Ｃ ＝ 4.40
ｆｗ＝ 5.56205
Ｌ ＝ 0
Ｌ２＝ 4.95
ｒａ＝ 30.18608
ｆ１＝-16.32883
ｆ２＝ 8.80221
ｆ３＝ 50.03825
ｒ１＝ 63.27518
ｒ２＝ 5.86614
（１）Ｃ／ｆｗ ＝0.791075
（２）Ｌ／Ｌ２ ＝0
（３）｜ｆｗ／ｒａ｜＝0.184259
（４）ｆ３／ｆｗ ＝8.996368
（５）（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ２−ｒ１）＝-1.20436
（６）ΔＮ ＝0.0608
（７）｜ｆ２／ｆ１｜＝0.539059
【００７７】
このように第３実施例では、上記条件式（１）〜（７）は全て満たされることがわかる。
【００７８】
図８、９は、第３実施例の諸収差図である。すなわち、図８は広角端（Ｗ）における諸収差図であり、図９は望遠端（Ｔ）における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第３実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子等を用いたビデオカメラや電子スチルカメラ等に好適で、回折光学素子を用いて、３倍程度の変倍比を有し、小型で高性能なズームレンズを実現することができる。
【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】第１実施例の広角端（Ｗ）における諸収差図である。
【図３】第１実施例の望遠端（Ｔ）における諸収差図である。
【図４】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５】第２実施例の広角端（Ｗ）における諸収差図である。
【図６】第２実例の望遠端（Ｔ）における諸収差図である。
【図７】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８】第３実施例の広角端（Ｗ）における諸収差図である。
【図９】第３実施例の望遠端（Ｔ）における諸収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｓ 開口絞り
Ｌｉ 各レンズ成分
Ｇｆ 回折光学面
Ｉ 像面
Claims (6)
- 物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が変化し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が増大するように、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群がそれぞれ移動し且つ前記第３レンズ群が固定され、前記第２レンズ群は４枚以下のレンズ成分で構成され、前記第２レンズ群中には、最も物体側の面を除くいずれかのレンズ面に、回折光学面を有し、該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、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、次式
０．２＜Ｃ／ｆｗ＜２．０
０．３＜｜ｆ２／ｆ１｜≦０．７９２１７３
の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第２レンズ群の最も像側の面から前記回折光学面までの光軸に沿った距離をＬとし、前記第２レンズ群の全長をＬ２（但し、絞りを含まず）としたとき、次式
０≦Ｌ／Ｌ２＜１．０
の条件を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。 - 前記回折光学面は、空気と接するレンズ面上に形成され、前記回折光学素子を有する面の曲率半径をｒａとしたとき、次式
０≦｜ｆｗ／ｒａ｜＜０．４
の条件を満足するように形成されてい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。 - 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、次式
０．２＜ｆ３／ｆｗ＜１５．０
の条件を満足する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。 - 前記第１レンズ群中の最も物体側の負レンズの物体側の面の曲率半径をｒ１とし、前記第１レンズ群中の最も物体側の負レンズの像側の面の曲率半径をｒ２としたとき、次式
−３＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ２−ｒ１）＜０
の条件を満足す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。 - 前記第２レンズ群中の最も物体側の凸レンズと最も像側の凹レンズの各々のｄ線における屈折率の差をΔＮとしたとき、次式
０．０２＜ΔＮ
の条件を満足する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。
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