JP2008209866A

JP2008209866A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置

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Publication number: JP2008209866A
Application number: JP2007049012A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hamano; 博之浜野; Kenji Obe; 健司大部
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Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2027-02-28
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Abstract

【課題】色収差を十分に補正した高ズーム比でコンパクトなズームレンズ及びそれを使用した撮像装置を得ること。
【解決手段】最も物体側に正の屈折力の第１レンズ群、絞り、後側レンズ群を有し、第１レンズ群に正の屈折力を有する第１の回折光学部、後側レンズ群に正の屈折力を有する第２の回折光学部を有し、２つの回折光学部のパワーの関係と回折光学部の位置を適切な関係に設定すること。
【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が必要である。

そしてそれに加え、白色光の照明光を用いたときに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。一般に高ズーム比にするために、望遠端のズーム位置での焦点距離をより長くすると、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。

そのため色収差の補正として、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、望遠端において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より成るレンズを配置することが知られている。

これに対して、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１〜３）。

一方、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り、各レンズ群を移動させてズーミングを行った高ズーム比の４群構成のズームレンズが知られている（特許文献４）。

又、物体側から像側へ順に、正、負、正、負、正の屈折力のレンズ群より成り、各レンズ群を移動させてズーミングを行った高ズーム比の５群構成のズームレンズが知られている（特許文献５、６）。
特開２００４−１１７８２６号公報特開２００４−１１７８２７号公報特開平１１−２９５５９８号公報特開２００６−１０６１９１号公報特開２００２−１０７６２５号公報特開２００５−１０７２６２号公報

一般にズームレンズにおいてズーム比を大きくすると、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と、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。

しかしながらズームレンズに複数の回折光学部を設けるときには、その屈折力と光学系中の位置を適切に設定しないと、色収差を大幅に改善することが難しくなる。

特許文献１〜３では回折光学部を複数設けているが、回折光学部のパワーが必ずしも望遠端と広角端において色収差を補正するのに最適な関係となっていない。また回折光学部の光学系中の位置も望遠端と広角端において色収差の補正を優先したものとはいえない。

ズーム比を大きくしつつ、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そのパワー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、最も物体側に正の屈折力の第１レンズ群、該第１レンズ群よりも像側に開口絞り、該開口絞りの像側に１以上のレンズ群を含む後側レンズ群を有し、
該第１レンズ群と該後側レンズ群中の少なくとも１つのレンズ群がズーミングに際して移動するズームレンズであって、
該第１レンズ群は少なくとも１つの正のパワーを有する第１の回折光学部を有し、該後側レンズ群は少なくとも１つの正のパワーを有する第２の回折光学部を有し、該第１の回折光学部の焦点距離をｆｄ１、該第２の回折光学部の焦点距離をｆｄ２、望遠端において該第１の回折光学部と該開口絞りとの距離をＬ１、広角端において該第２の回折光学部と開口絞りの距離をＬ２、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとするとき、
４．０＜ｆｄ１／ｆｄ２＜１５．０
０．３＜Ｌ１／ｆｔ＜０．９
１．５＜Ｌ２／ｆｗ＜７．０
なる条件式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の実施例について説明する。

本発明のズームレンズは、最も物体側に正の屈折力の第１レンズ群、第１レンズ群よりも像側に開口絞り、開口絞りの像側に１以上のレンズ群を含む後側レンズ群を有している。そしてズーミングに際して第１レンズ群と後側レンズ群中の少なくとも１つのレンズ群が移動する。

そして第１レンズ群は少なくとも１つの正のパワーを有する第１の回折光学部を有している。又後側レンズ群は少なくとも１つの正のパワーを有する第２の回折光学部を有している。

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である。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である。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である。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〜図１７は、各々本発明に係る回折光学素子の説明図である。

図１８は本発明のズームレンズを備えるデジタルカメラ（撮像装置）の要部概略図である。

図１９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、左方が物体側（前方）で右方が像側（後方）である。

尚、各実施例のズームレンズをプロジェクター等の投射レンズとして用いるときは、左方がスクリーン、右方が被投射画像となる。

レンズ断面図において、Ｌｉは物体側から数えた第ｉ番目の第ｉレンズ群である。Ｌ１は最も物体側に配置された第１レンズ群である。ＳＰは第１レンズ群Ｌ１よりも像側に位置する開口絞りである。

Ｌｒは開口絞りＳＰの像側に配置された１以上のレンズ群を含む後側レンズ群である。ＦＰはフレアカット絞りである。

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センサー等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面、銀塩フィルム用カメラの際にはフィルム面等の感光面に相当する。

実線及び点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。

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。

尚、以下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。

各実施例において、第１レンズ群Ｌ１は少なくとも１つの正のパワーを有する第１の回折光学部を有している。又、後側レンズ群Ｌｒは少なくとも１つの正のパワーを有する第２の回折光学部を有している。

第１の回折光学部の焦点距離をｆｄ１、第２の回折光学部の焦点距離をｆｄ２とする。

望遠端において第１の回折光学部と開口絞りＳＰとの距離をＬ１、広角端において第２の回折光学部と開口絞りＳＰの距離をＬ２とする。

広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとする。このとき、
４．０＜ｆｄ１／ｆｄ２＜１５．０ ‥‥‥（１）
０．３＜Ｌ１／ｆｔ＜０．９ ‥‥‥（２）
１．５＜Ｌ２／ｆｗ＜７．０ ‥‥‥（３）
なる条件式を満足している。

回折光学部は、レンズ面上に形成した紫外線硬化型の樹脂より成る回折格子より成っている。

回折光学素子は、レンズや平板等の光学部材とその面上に形成した回折光学部より成っている。

ここで回折光学部（回折光学面）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）
なる式で表わす。このとき、２次項の係数Ｃ２より、屈折力φＤは、
φＤ＝−２・Ｃ２
となる。

従って回折光学部の焦点距離ｆｄは

となる。

次に条件式（１）〜（３）の技術的意味について説明する。

条件式（１）の下限を超えて第２の回折光学部のパワーが弱くなり過ぎると、広角端において倍率色収差が補正不足になるので良くない。逆に上限を超えて第１の回折光学部のパワーが弱くな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ってしまう。

条件式（２）の下限を超えた位置に第１の回折光学部を設けてしまうと回折光学部を通る軸外光線の高さが低すぎて望遠端において倍率色収差の補正が不十分になってくる。逆に上限を超えてしまうと、レンズ全長が長くなってくる。

条件式（３）の下限を超えた位置に第２の回折光学部を設けてしまうと回折光学部を通る軸外光線の高さが低すぎて広角端において倍率色収差の補正が不十分になってくる。逆に上限を超えてしまうと、レンズ全長が長くなってくる。

各実施例では単に回折光学面を複数設けるだけでなく条件式（１）から（３）を満足するように第１の回折光学部と第２の回折光学部のパワー関係を最適範囲に設定し、更にその位置を規定している。これによって、望遠端と広角端において色収差の補正を良好に行っている。

尚、各実施例において、更に好ましくは次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。但し以下の条件式は更に好ましい条件である。即ちズームレンズに要求される様々な技術課題を解決する上で、本実施例にとってより好ましい付加的な要件である。

第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１とする。このとき
５０．０＜ｆｄ１／ｆｔ＜５００．０ ‥‥‥（４）
８０．０＜ｆｄ２／ｆｗ＜５００．０ ‥‥‥（５）
０．３＜ｆ１／ｆｔ＜１．５ ‥‥‥（６）
なる条件式を満足することである。

次に前述の各条件式（４）〜（６）の技術的意味について説明する。

条件式（４）は、望遠端における色収差を更に良好に補正するためのものである。

条件式（４）の下限を超えて第１レンズ群Ｌ１の第１の回折光学部のパワーが強くなり過ぎると異常分散効果が大きくなり過ぎて望遠端において軸上色収差が補正過剰になる。

逆に上限を超えると望遠端において軸上色収差が補正不足になる。

条件式（５）は広角端において倍率色収差を更に良好に補正するためのものである。

条件式（５）の下限を超えて第２の回折光学部のパワーが強くなり過ぎると望遠端において倍率色収差の２次スペクトル成分の補正が困難になる。

逆に上限を超えてパワーが弱くなると広角端において倍率色収差の補正が不十分になってくる。

条件式（６）はズーム領域全域に渡って球面収差やコマ収差等の諸収差を補正しつつ光学系の小型化を達成するために更に好ましい条件式である。

条件式（６）の下限を超えて第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が短くなりすぎると望遠端において球面収差やコマ収差の補正が困難になる。

逆に上限を超えて第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が長くなりすぎると光学系全体が大型化してしまう。

尚、各実施例において更に好ましくは、条件式（１）〜（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

６．０＜ｆｄ１／ｆｄ２＜１０．０ ‥‥‥（１ａ）
０．４＜Ｌ１／ｆｔ＜０．７５ ‥‥‥（２ａ）
１．９＜Ｌ２／ｆｗ＜５．０ ‥‥‥（３ａ）
７０．０＜ｆｄ１／ｆｔ＜４００．０ ‥‥‥（４ａ）
１２０．０＜ｆｄ２／ｆｗ＜３００．０ ‥‥‥（５ａ）
０．４＜ｆ１／ｆｔ＜１．２ ‥‥‥（６ａ）
尚、これらの条件式（１ａ）〜（６ａ）の上限値を条件式（１）〜（６）の上限値としても良い。又条件式（１ａ）〜（６ａ）の下限値を条件式（１）〜（６）の下限値としても良い。

以上のように各実施例では、ズーム全域にわた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。

次に各実施例のズームレンズの構成について説明する。

図１の実施例１のズームレンズにおいて、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の前方に位置しており、ズーミングに際して光軸上を移動する。Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。ズーミングに際して各レンズ群が移動している。

本実施例では第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。

同図に示す第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。

本実施例では第４レンズ群Ｌ４を移動させて変倍に伴う像面変動の補正を行うとともに、第４レンズ群Ｌ４を移動させてフォーカスを行うようにしている。

特に、同図の曲線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。これによれば第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することができる。

また比較的有効径が小さい第４レンズ群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することが出来、フォーカスを高速に行うことができる。

尚、望遠端のズーム位置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（物体側）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ように移動する。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ように移動する。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ように移動する。

本実施例では第３レンズ群Ｌ３は物体側に凸状の軌跡を有するように移動している。これによればズーム中間において、画面周辺光線を十分確保するために前玉径が増大しないようにして、前玉径を小型にすることが容易になる。

実施例１において、第１レンズ群Ｌ１は、以下のレンズ構成より成っている。最も物体側には物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負（負の屈折力の）レンズＧ１と正（正の屈折力の）レンズＧ２からなる貼合せレンズが設けられている。

更にその像側には、屈折力の絶対値が像側に比べ物体側に強く、物体側が凸面のメニスカス形状の正レンズＧ３、屈折力の絶対値が像側に比べ物体側に強く物体側が凸面のメニスカス形状の正レンズＧ４を配置している。

そしてレンズＧ１とレンズ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第１の回折光学部（第１の回折光学部）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が適切な範囲内となるようにしている。

これよりズーム全域及び全画角に渡り高い回折効率を維持している。

尚、各実施例において回折光学部（回折光学面）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。

第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に、像側が凹面でメニスカス形状の負レンズ、両凹形状の負レンズ、正レンズより成っている。

これによってズーミングに伴う収差変動を良好に補正している。

第３レンズ群Ｌ３は物体側が凸面の正レンズ、物体側が凸面でメニスカス形状の負レンズ、物体側が凸面の正レンズより成っている。

物体側の正レンズの物体側の面は非球面形状である。この非球面を用いると広角端における軸上の球面収差を更に良好に補正することができる。又このときの非球面形状はレンズ中心からレンズの周辺にいくに従って正の屈折力が弱くなる形状とするのが収差補正に好ましい。

第４レンズ群Ｌ４は両凸形状の正レンズと負レンズの貼合わせレンズにより成っている。そして貼合わせ面に光軸に対し、回転対称の正のパワーを有する回折格子で構成される第２の回折光学部を設けている。

これにより第４レンズ群Ｌ４でフォーカスするときの色収差の変動を少なくしている。

又、高ズーム比（ズーム比１０以上）になると、第１レンズ群Ｌ１に設けた回折光学部で大きな異常分散性を発生させて望遠端の色収差を補正しようとすると、広角端において倍率色収差が多く発生してくる。

そこで本実施例では像面付近に配置された第４レンズ群Ｌ４に正のパワーを有する第２の回折光学部を設けることで、広角端における倍率色収差の２次スペクトルを良好に補正している。

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、図１の実施例１のズームレンズと同じズームタイプである。又、第１レンズ群Ｌ１中の回折光学部を設ける位置も実施例１と同じである。

実施例２は実施例１に比べて第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズ枚数が異なっているだけであり、第２、第３、第４レンズ群のレンズ構成は同じである。

実施例２において、第１レンズ群Ｌ１は物体側が凸面でメニスカス形状の負レンズＧ１と正レンズＧ２との接合レンズ、物体側が凸面でメニスカス形状の正レンズＧ３より成っている。

そして負レンズＧ１と正レンズＧ２との接合面に正のパワーの回折光学部を設けている。

本実施例では回折光学部の色収差の補正効果によって第１レンズ群Ｌ１で発生する色収差を低減し、収差補正と全系の小型化を容易にしている。

従来、硝材だけで全系の小型化を図ろうとすると、第１レンズ群Ｌ１内の正レンズに異常分散性が大きい硝材を使うことになり、正レンズの材料の屈折率が低くなってくる。その結果、第１レンズ群Ｌ１を負レンズ１枚、正レンズ２枚のレンズで構成しようとすると球面収差やコマ収差の補正が困難になる。

本実施例では第１レンズ群Ｌ１に回折光学部を設けて異常分散効果を持たせることで正レンズの自由度を増やし、色収差の補正効果とレンズ枚数の削減を容易にしている。

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。ズーミングに際して各レンズ群が移動する。

ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の前方に位置しており、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、レンズ系全体の小型化を容易にしている。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。

第２レンズ群Ｌ２に関する実線の曲線２ａと点線の曲線２ｂ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ム位置へのズーミングの際の像面変動を補正するための移動軌跡である。

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２ｃに示すように第２レンズ群Ｌ２を前方へ繰り出すことによって行っている。

実施例３において第１レンズ群Ｌ１は以下のレンズ構成より成っている。

物体側から像側へ順に、負レンズＧ１、正レンズＧ２、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の接合面に正のパワーの第１の回折光学部を設けている。この回折光学部を用いれば望遠端における軸上及び倍率色収差の補正を良好に行うことが容易になる。

第２レンズ群Ｌ２は、屈折力の絶対値が物体側の面に比べ像側の面が大きい負レンズ、両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズより構成している。

第３レンズ群Ｌ３は負レンズと正レンズとの貼合わせレンズ、正レンズと負レンズの貼合わせレンズより構成している。

第４レンズ群Ｌ４は正レンズと負レンズとの貼合わせレンズ、物体側の面が凹形状の負レンズより構成している。

第５レンズ群Ｌ５は両凸形状の正レンズ、像側に凸面を向けた正レンズ、像側が凸面でメニスカス形状の負レンズより構成している。

そして物体側から２番目の正レンズの像側の面に光軸に対し、回転対称で正の屈折力の第２の回折光学部を設けている。

第５レンズ群Ｌ５に正のパワーを有する第２の回折光学部を設けて広角端における倍率色収差を効果的に補正している。

又本実施例では、広角端から望遠端におけるズーミングに際し、第１の回折光学部を有する第１レンズ群Ｌ１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。

これによれば望遠端において倍率色収差を効果的に補正しながら、広角端における収差の影響を小さくすることができる。

又第２の回折光学部を有する第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を移動させている。これによれば第２の回折光学部による色収差への影響を広角端では大きく、望遠端では小さくすることができる。

第５レンズ群Ｌ５は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、少なくとも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より好ましい。

尚、以上の各実施例において、第１レンズ群Ｌ１の物体側や第４レンズ群Ｌ４又は第５レンズ群Ｌ５の像側に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。

以上のように各実施例では２つの回折光学部を使って広角端から望遠端までの全ズーム領域にわたって良好に色収差を補正したズームレンズを得ている。

ここで、各実施例１のズームレンズで用いた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拡大断面図であり、レンズを構成する基板（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。

図１４は、この回折光学素子１の回折効率の特性を示す図である。図１４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１４中において＋１次の回折光の回折効率は実線で示している。

さらに、図１４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積層した積層型の回折光学素子について説明する。図１５は積層型の回折光学素子の一部拡大断面図であり、図１６は図１５に示す回折光学素子の＋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１５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を形成している。

更にその上に第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１６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素子にすることで、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の格子厚を図１７のように等しくしても良い。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。

回折光学素子は大きな異常分散性を有することから、このように第１レンズ群Ｌ１に回折光学面を設けることで、望遠側における軸上色収差、倍率色収差の補正を効果的に行うことが出来る。

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１８を用いて説明する。

図１８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。

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）の実施例を図１９を用いて説明する。

図１９において、１０はビデオカメラ本体である。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である。１２は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の固体撮像素子である。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である。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。

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す。Ｒｉは物体側より順に第ｉ番目（第ｉ面）の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉは各々ｄ線を基準としたときの材料の屈折率とアッベ数である。又前述の各条件式と数値実施例の関係を表−１に示す。

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を近軸曲率半径、Ｋ、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面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）
但し λ：基準波長（ｄ線）
ｈ：光軸からの距離

数値実施例 1

ｆ＝ 6.10 〜 104.00 Ｆｎｏ＝ 2.85 〜 3.99 ２ω＝60.6゜〜 3.9゜

R 1 = 81.394 D 1 = 1.60 N 1 = 1.806100 ν 1 = 33.3
R 2 =38.009(回折面) D 2 = 4.50 N 2 = 1.487490 ν 2 = 70.2
R 3 =-1023.597 D 3 = 0.20
R 4 = 35.708 D 4 = 3.90 N 3 = 1.487490 ν 3 = 70.2
R 5 = 418.621 D 5 = 0.20
R 6 = 36.184 D 6 = 2.00 N 4 = 1.487490 ν 4 = 70.2
R 7 = 56.284 D 7 = 可変
R 8 = 62.609 D 8 = 0.90 N 5 = 1.882997 ν 5 = 40.8
R 9 = 8.417 D 9 = 4.52
R10 = -20.991 D10 = 0.75 N 6 = 1.603112 ν 6 = 60.6
R11 = 35.844 D11 = 0.20
R12 = 18.033 D12 = 1.90 N 7 = 1.922860 ν 7 = 18.9
R13 = 71.769 D13 = 可変
R14 = 絞り D14 = 8.76
R15 = 8.958 D15 = 2.50 N 8 = 1.772499 ν 8 = 49.6
R16 = 63.956 D16 = 1.85
R17 = 15.673 D17 = 0.70 N 9 = 1.846660 ν 9 = 23.9
R18 = 6.792 D18 = 0.98
R19 = 23.154 D19 = 1.40 N10 = 1.487490 ν10 = 70.2
R20 = 180.990 D20 = 1.20
R21 =フレアカット絞り D21 = 可変
R22 = 15.975 D22 = 2.50 N11 = 1.518229 ν11 = 58.9
R23 =-12.118(回折面)D23 = 0.60 N12 = 1.772499 ν12 = 49.6
R24 = -29.625 D24 = 可変
R25 = ∞ D25 = 0.80 N13 = 1.516330 ν13 = 64.1
R26 = ∞
＼焦点距離 6.10 39.30 104.00
可変間隔＼
D 7 0.80 25.01 33.59
D13 29.45 8.14 2.13
D21 5.00 3.38 15.55
D24 7.00 14.38 1.40

非球面係数
R15 ｋ=-2.94241 Ｂ=4.29441e-4 Ｃ=-4.84425e-6 Ｄ=1.25873e-7 Ｅ=-1.96953e-9
R22 ｋ=-7.76517 Ｂ=2.55931e-4 Ｃ=-1.12751e-6
位相係数
２面 C2=-9.2117e-5
２３面 C2=-6.33713e-4

数値実施例２

ｆ＝ 6.10 〜 97.80 Ｆｎｏ＝ 2.85 〜 3.95 ２ω＝60.6゜〜 4.2゜

R 1 = 75.174 D 1 = 1.40 N 1 = 1.806100 ν 1 = 33.3
R 2 = 35.060(回折面)D 2 = 5.20 N 2 = 1.487490 ν 2 = 70.2
R 3 = -215.348 D 3 = 0.20
R 4 = 31.682 D 4 = 4.10 N 3 = 1.603112 ν 3 = 60.6
R 5 = 123.855 D 5 = 可変
R 6 = 49.655 D 6 = 0.90 N 4 = 1.882997 ν 4 = 40.8
R 7 = 8.681 D 7 = 4.79
R 8 = -23.532 D 8 = 0.75 N 5 = 1.603112 ν 5 = 60.6
R 9 = 38.960 D 9 = 0.20
R10 = 18.157 D10 = 1.90 N 6 = 1.922860 ν 6 = 18.9
R11 = 58.411 D11 = 可変
R12 = 絞り D12 = 8.76
R13 = 9.450 D13 = 2.50 N 7 = 1.772499 ν 7 = 49.6
R14 = 84.703 D14 = 1.85
R15 = 16.697 D15 = 0.70 N 8 = 1.846660 ν 8 = 23.9
R16 = 7.239 D16 = 0.98
R17 = 26.238 D17 = 1.40 N 9 = 1.487490 ν 9 = 70.2
R18 = -367.715 D18 = 0.50
R19 =フレアカット絞り D19 = 可変
R20 = 17.564 D20 = 2.50 N10 = 1.516330 ν10 = 64.1
R21 =-41.074(回折面)D21 = 0.60 N11 = 1.772499 ν11 = 49.6
R22 = -78.230 D22 = 可変
R23 = ∞ D23 = 0.80 N12 = 1.498310 ν12 = 65.1
R24 = ∞

＼焦点距離 6.10 38.32 97.80
可変間隔＼
D 5 0.80 26.86 35.96
D11 31.94 8.78 2.24
D19 6.00 4.91 16.24
D22 6.00 12.85 0.72

非球面係数
R13 ｋ=-4.21927 Ｂ=5.40575e-4 Ｃ=-7.88847e-6 Ｄ=1.45357e-7 Ｅ=-1.65364e-9
R20 ｋ=-6.81291 Ｂ=1.57658e-4 Ｃ=-4.99286e-7
位相係数
２面 C2=-1.0277e-4
２１面 C2=-6.944d-4

数値実施例３
ｆ＝ 34.60 〜 155.00 Ｆｎｏ＝ 4.12 〜 5.77 ２ω＝64.0゜〜 15.9゜

R 1 = 200.758 D 1 = 4.00 N 1 = 1.846660 ν 1 = 23.9
R 2 = 97.459(回折面)D 2 = 8.50 N 2 = 1.638539 ν 2 = 55.4
R 3 = 2953.469 D 3 = 0.20
R 4 = 77.444 D 4 = 6.50 N 3 = 1.712995 ν 3 = 53.9
R 5 = 168.405 D 5 = 可変
R 6 = 137.914 D 6 = 2.30 N 4 = 1.772499 ν 4 = 49.6
R 7 = 21.134 D 7 = 9.36
R 8 = -263.959 D 8 = 2.50 N 5 = 1.882997 ν 5 = 40.8
R 9 = 57.025 D 9 = 0.20
R10 = 33.116 D10 = 6.70 N 6 = 1.805181 ν 6 = 25.4
R11 = -151.512 D11 = 0.60
R12 = -87.303 D12 = 1.70 N 7 = 1.670029 ν 7 = 47.2
R13 = 86.486 D13 = 可変
R14 = 絞り D14 = 6.59
R15 = 137.778 D15 = 1.50 N 8 = 1.712995 ν 8 = 53.9
R16 = 28.866 D16 = 5.50 N 9 = 1.487490 ν 9 = 70.2
R17 = -86.148 D17 = 0.25
R18 = 40.249 D18 = 7.00 N10 = 1.487490 ν10 = 70.2
R19 = -24.238 D19 = 1.38 N11 = 1.698947 ν11 = 30.1
R20 = -39.354 D20 = 可変
R21 = -100.568 D21 = 4.10 N12 = 1.805181 ν12 = 25.4
R22 = -29.570 D22 = 1.50 N13 = 1.743997 ν13 = 44.8
R23 = 120.580 D23 = 9.60
R24 = -36.779 D24 = 2.38 N14 = 1.603112 ν14 = 60.6
R25 = -56.686 D25 = 可変
R26 = 161.283 D26 = 9.00 N15 = 1.570989 ν15 = 50.8
R27 = -37.521 D27 = 0.30
R28 = -120.394 D28 = 6.00 N16 = 1.639300 ν16 = 44.9
R29 =-46.399(回折面)D29 = 1.80
R30 = -33.596 D30 = 2.20 N17 = 1.846660 ν17 = 23.9
R31 = -74.424 D31 = 可変

＼焦点距離 34.60 111.66 155.00
可変間隔＼
D 5 3.75 48.49 61.60
D13 39.99 10.31 1.45
D20 2.61 12.68 13.91
D25 18.38 4.90 2.70

非球面係数
R27 ｋ=4.92522e-1 Ｂ=2.13209e-6 Ｃ=-6.68465e-11 Ｄ=3.42029e-12
Ｅ=-4.67615e-15

位相係数
２面 C2=-1.6956e-4
２９面 C2=-1.5e-4

数値実施例１のレンズ断面図数値実施例１の広角端における収差図数値実施例１の中間のズーム位置における収差図数値実施例１の望遠端における収差図数値実施例２のレンズ断面図数値実施例２の広角端における収差図数値実施例２の中間のズーム位置における収差図数値実施例２の望遠端における収差図数値実施例３のレンズ断面図数値実施例３の広角端における収差図数値実施例３の中間のズーム位置における収差図数値実施例３の望遠端における収差図単層構造の回折光学素子の断面図単層構造の回折光学素子の回折効率の説明図積層構造の回折光学素子の断面図積層構造の回折光学素子の回折効率の説明図積層構造の回折光学素子の断面図本発明の撮像装置の要部概略図本発明の撮像装置の要部概略図

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
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
Ｌｒ後側レンズ群
ＦＰフレアカット絞り

Claims

最も物体側に正の屈折力の第１レンズ群、該第１レンズ群よりも像側に開口絞り、該開口絞りの像側に１以上のレンズ群を含む後側レンズ群を有し、
該第１レンズ群と該後側レンズ群中の少なくとも１つのレンズ群がズーミングに際して移動するズームレンズであって、
該第１レンズ群は少なくとも１つの正のパワーを有する第１の回折光学部を有し、該後側レンズ群は少なくとも１つの正のパワーを有する第２の回折光学部を有し、該第１の回折光学部の焦点距離をｆｄ１、該第２の回折光学部の焦点距離をｆｄ２、望遠端において該第１の回折光学部と該開口絞りとの距離をＬ１、広角端において該第２の回折光学部と開口絞りの距離をＬ２、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとするとき、
４．０＜ｆｄ１／ｆｄ２＜１５．０
０．３＜Ｌ１／ｆｔ＜０．９
１．５＜Ｌ２／ｆｗ＜７．０
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
前記ズームレンズは、
５０．０＜ｆｄ１／ｆｔ＜５００．０
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。
前記ズームレンズは、
８０．０＜ｆｄ２／ｆｗ＜５００．０
なる条件式を満足す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。
該第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき
０．３＜ｆ１／ｆｔ＜１．５
なる条件式を満足す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、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、ズーミングに際して各レンズ群が移動するズームレンズであって、
該第１レンズ群は少なくとも１つの正のパワーを有する第１の回折光学部を有し、該第４レンズ群は少なくとも１つの正のパワーを有する第２の回折光学部を有し、該第１の回折光学部の焦点距離をｆｄ１、該第２の回折光学部の焦点距離をｆｄ２、望遠端において該第１の回折光学部と該開口絞りとの距離をＬ１、広角端において該第２の回折光学部と開口絞りの距離をＬ２、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとするとき、
４．０＜ｆｄ１／ｆｄ２＜１５．０
０．３＜Ｌ１／ｆｔ＜０．９
１．５＜Ｌ２／ｆｗ＜７．０
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき
５０．０＜ｆｄ１／ｆｔ＜５００．０
８０．０＜ｆｄ２／ｆｗ＜５００．０
０．３＜ｆ１／ｆｔ＜１．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項５に記載のズームレンズ。
物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、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レンズ群を有し、ズーミングに際して各レンズ群が移動するズームレンズであって、
該第１レンズ群は少なくとも１つの正のパワーを有する第１の回折光学部を有し、該第５レンズ群は少なくとも１つの正のパワーを有する第２の回折光学部を有し、該第１の回折光学部の焦点距離をｆｄ１、該第２の回折光学部の焦点距離をｆｄ２、望遠端において該第１の回折光学部と該開口絞りとの距離をＬ１、広角端において該第２の回折光学部と開口絞りの距離をＬ２、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとするとき、
４．０＜ｆｄ１／ｆｄ２＜１５．０
０．３＜Ｌ１／ｆｔ＜０．９
１．５＜Ｌ２／ｆｗ＜７．０
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき
５０．０＜ｆｄ１／ｆｔ＜５００．０
８０．０＜ｆｄ２／ｆｗ＜５００．０
０．３＜ｆ１／ｆｔ＜１．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項７に記載のズームレンズ。
請求項１から８のいずれか１項に記載のズームレンズと、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していることを特徴とする撮像装置。