JP4423588B2 - 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し、特に屈折率分布型レンズと回折光学素子を用いた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レンズ群又は第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及び特許文献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、小型の固体撮像素子等を用いてビデオカメラや電子スチルカメラ等の小型撮影装置に好適であり、２．５〜３倍程度の実用的な変倍比を有した、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】
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、少なくとも、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、貼り合わせレンズからなり正の屈折力を有する第２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、第１レンズ群及び第２レンズ群がそれぞれ移動し、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が変化するように構成され、第１レンズ群及び第２レンズ群中の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、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、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＜５．０及び−０．４５９０６４≦ｆ２／ｆ１＜−０．２の条件を満たすように構成されている。
【０００８】
また、本発明に係るズームレンズでは、第１レンズ群は負メニスカスレンズを有し、第２レンズ群は屈折率分布型レンズを有し、前記屈折率分布型レンズの光軸上の光線の進行方向の単位長さ当たり（ｍｍ）の屈折率勾配をΔＮとしたとき、次式−０．２＜ΔＮ＜−０．００１の条件を満たすことが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係るズームレンズでは、前記第２レンズ群は、屈折率分布型レンズを有し、前記屈折率分布型レンズの厚さをＬｇとしたとき、次式０．０５＜Ｌｇ／ｆｗ＜２．０の条件を満たすことが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係るズームレンズでは、第１レンズ群は回折光学面を有して、この回折光学面の曲率半径をｒａとしたとき、次式０．０５＜｜ｆｗ／ｒａ｜＜２．０の条件を満たすことが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係るズームレンズでは、第２レンズ群は回折光学面を有して、この回折光学面の曲率半径をｒｂとしたとき、次式０．０５＜｜ｆｗ／ｒｂ｜＜２．０の条件を満たすことが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係るズームレンズでは、第１レンズ群は非球面を有する負メニスカスレンズからなり、第２レンズ群は非球面を有する両凸レンズと負レンズの貼り合わせレンズからなり、像高が１．５ｍｍよりも小さく、第１レンズ群及び第２レンズ群の少なくともいずれかには屈折率分布型レンズを有することが好ましい。
さらに、本発明に係るズームレンズでは、前記第１レンズ群は負メニスカスレンズを有し、前記負メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径をｒ１、前記負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径をｒ２としたとき、次式 １．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜５．０ の条件を満たすのが好ましい。
【００１３】
【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。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、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。このように物体側から順に、負・正の屈折力配置を採用しているので、前玉径が小さくコンパクトで、且つ射出瞳位置を像面から比較的離した構成を採ることができる。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。
【００１４】
本発明は、このような構成のレンズタイプにおいて、回折光学素子及び屈折率分布型レンズを利用して、ズームレンズの小型化及び高性能化を図った。
【００１５】
まず、回折光学素子を用いた点について以下に説明する。本発明では、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２中の少なくともいずれかに、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。
【００１６】
一般に、光線を偏向させる作用として、屈折作用、反射作用、及び回折作用の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。
【００１７】
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、本発明のズームレンズにおいては第１レンズ群Ｇ１に回折光学面に配置することにより倍率色収差の補正を、第２レンズ群Ｇ２に回折光学面を配置することにより軸上色収差の補正をより効果的に行うことができる。
【００１８】
次に、屈折率分布型レンズを用いた点について以下に説明する。本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群及び第２レンズ群中のいずれかのレンズに、光軸方向に屈折率が連続的に変化する屈折率分布型レンズを用いることにより、小型であるにも係らず、収差発生の少ない、優れた光学性能が得られるようになっている。
【００１９】
一般に、光学ガラス材料には、無色、透明、均質なものが用いられているが、屈折率分布型レンズとは均質ではなく、屈折率が媒質中で連続的に変化しているものをいう。そして、基本的には、アキシャル型、ラディアル型があることが知られている。アキシャル型とは、光軸方向に屈折率が連続的に変化しているものをいい、ラディアル型とは、光軸と垂直な方向に屈折率が連続的に変化しているものをいう。また、これらの組み合わせもあり得る。図１０（Ａ）はアキシャル型の屈折率分布型レンズ１を光軸と垂直な方向から見た断面図であり、光軸と垂直な線は屈折率が等しいポイントを連ねている（すなわち屈折率の等高線を示している）。また、図１０（Ｂ）はラディアル型の屈折率分布型レンズ２を光軸と垂直な方向から見た断面図であり、光軸と平行な線は屈折率が等しいポイントを連ねている。そして、このアキシャル型の屈折率分布型レンズは、近年、大口径のものの製作が可能となったため、実用に供することが可能となった。
【００２０】
このアキシャル型の屈折率分布型レンズについてもう少し述べると、屈折面及び媒質内での局所的な屈折率変化によって、非球面レンズのような作用を有することや、ガラス分散値がレンズ内で連続的に変化することにより、貼り合わせレンズのような効果を有することから、単レンズでも良好な色収差補正能力を有している。このため、高価な非球面レンズや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である。
【００２１】
本発明においては、この（アキシャル型）屈折率分布型レンズと先述の回折光学素子とを組み合わせて用いることにより、諸収差（特に色収差）が良好に補正されて優れた結像性能が得られる。さらに、収差補正に要するレンズ枚数を少なくすることができるので、安価且つ小型な構成にすることもできる。
【００２２】
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。
【００２３】
【数１】
０．２＜ Ｃ ／ｆｗ ＜５．０ （１）
【００２４】
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３．０とすることが好ましい。また、下限値を０．４とすることが好ましい。
【００２５】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は負メニスカスレンズを有し、第２レンズ群Ｇ２は屈折率分布型レンズを有し、この屈折率分布型レンズの光軸上の光線の進行方向の単位長さ当たり（ｍｍ）の屈折率勾配をΔＮとしたとき、次式（２）を満足する。
【００２６】
【数２】
−０．２＜ΔＮ＜−０．００１ （２）
【００２７】
上記条件式（２）は、第２レンズ群中の屈折率分布型レンズの屈折率勾配ΔＮの適切な範囲を規定している。この屈折率勾配ΔＮの範囲は、本発明が回折光学面との組み合わせによりプラスでもマイナスでも収差バランスを取り得るなかで見出された、より好ましい範囲である。条件式（２）の上限値を上回ると、球面収差が正側に過大となって不都合である。反対に、条件式（２）の下限値を下回ると、ペッツバール和が負側に大きくなりすぎて像面湾曲が甚大となり、画質低下を招きやすくなる。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（２）の上限値を−０．００３とすることが好ましい。また、下限値を−０．１５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、屈折率分布型レンズの厚さをＬｇとしたとき、次式（３）を満たす。
【００２９】
【数３】
０．０５＜Ｌｇ／ｆｗ＜２．０ （３）
【００３０】
上記条件式（３）は、最も物体側の屈折率分布型レンズの厚さＬｇ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、屈折率分布型レンズの厚さが厚くなりすぎて、レンズ自身を製造しづらくなる不都合が生じるばかりか、光学系全体の重量の増加を招いて小型化に反する。反対に、条件式（３）の下限値を下回ると、屈折率分布型レンズの厚さが薄くなりすぎて、収差補正上の効果が減じて（特に、倍率色収差）、良好な結像性能が得られなくなる。また、屈折率分布型レンズでは、物体側の面と像側の面とで所定の屈折率差を設けるために単位長さ当たりの屈折率の差すなわち勾配を大きくとらなければならず、屈折率分布型レンズの厚さが薄くなりすぎると、レンズ自身を製造しづらくなる不都合が生じる。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（３）の上限値を０．５とすることが好ましい。また、下限値を０．０５とすることが好ましい。
【００３１】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１中の回折光学面を有する面の曲率半径ｒａとしたとき、次式（４）を満足する。
【００３２】
【数４】
０．２＜｜ｆｗ／ｒａ｜＜２．０ （４）
【００３３】
上記条件式（４）は、第１レンズ群Ｇ１中の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（４）の下限値を下回ると、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。特に、広角端においては顕著である。なお、第１レンズ群Ｇ１中の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（４）は、｜ｆｗ／ｒａ｜＝０である。なお、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１．０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。
【００３４】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、第２レンズ群Ｇ２中の回折光学面を有する面の曲率半径ｒｂとしたとき、次式（５）を満足する。
【００３５】
【数５】
０．２＜｜ｆｗ／ｒｂ｜＜２．０ （５）
【００３６】
上記条件式（５）は、第２レンズ群Ｇ２中の回折光学面を有するレンズ面の曲率半径ｒｂの適切な範囲を規定している。条件式（５）の下限値を下回ると、回折光学面の曲率半径ｒｂ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、球面収差の発生が甚大となってしまう。特に、望遠端においては顕著である。なお、第１レンズ群Ｇ１中の回折光学面が平面上に形成されているときは、ｒｂは無限大なので、条件式（５）は、｜ｆｗ／ｒｂ｜＝０である。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１．０とすることが好ましい。また、下限値を０．２とすることが好ましい。
【００３７】
さらに、本発明のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２としたとき、次式（６）を満足することが望ましい。
【００３８】
【数６】
−３．０＜ｆ２／ｆ１＜−０．２ （６）
【００３９】
上記条件式（６）は、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２の適切なパワー配分を規定している。この条件式（６）の範囲を外れると、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。条件式（６）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１の大きさが大きくなりすぎてしまい、非点収差や歪曲収差の発生が甚大となって、画質を損ねるおそれがある。反対に、条件式（６）の下限値を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２の大きさが大きくなりすぎてしまい、光学系の全長が長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、条件式（６）の上限値を−０．３とすることが好ましい。また、下限値を−１．０とすることが好ましい。
【００４０】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１に設けられた負メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径をｒ１、像側の面の曲率半径ｒ２としたとき、次式（７）を満足することが望ましい。
【００４１】
【数７】
１．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜５．０ （７）
【００４２】
上記条件式（７）は、第１レンズ群Ｇ１中の負メニスカスレンズの形状の適切な範囲を規定している。条件式（７）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。反対に、条件式（７）の下限値を下回ると、非点収差や倍率色収差などの軸収差の劣化が大きくなり、好ましくない。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（７）の上限値を４．０とすることが望ましい。また、条件式（７）の下限値を２．０とすることが望ましい。
【００４３】
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Ｇ１には、負メニスカスレンズが設けられることが好ましい。このような構成によれば、軸外色収差の補正に効果的である。さらに良好な結像性能を確保するためには、この負メニスカスレンズの物体側の面及び像側の面のいずれかに、回折光学面を設けてもよい。このとき、上記負メニスカスレンズは、屈折率が１．７以上であることが好ましい。
【００４４】
第１レンズ群Ｇ１は、非球面レンズを少なくとも１枚有することが好ましい。なお、回折光学面はレンズ接合面に形成すると、界面の屈折率差が小さいため、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。
【００４５】
第２レンズ群Ｇ２は、小型化を達成するために構成レンズを２枚以内で、最も物体側のレンズが両凸レンズであることが望ましい。また、製造上の公差を緩和するために、第２レンズ群Ｇ２を、（両）凸レンズと凹レンズとの貼り合わせレンズを有することが望ましい。このとき、（両）凸レンズのアッベ数は、５５以上であることが望ましい。さらに、第２レンズ群Ｇ２中における、両凸レンズの物体側のレンズ面に回折光学面を配置することにより、軸上色収差の補正を十分に行うことができる。
【００４６】
また、上記した屈折率分布型レンズについて、さらに詳細に述べると、屈折率分布型レンズにおける光軸方向の屈折率の分布は、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズ及び第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズのどちらであっても、光線の進行方向に屈折率が減少するものであることが好ましい。このようにすれば、光線が光軸より離れるに従い、その光線の屈折角は小さくなり、歪曲収差を減少させる補正を極めて有効に行うことができるからである。
【００４７】
なお、この屈折率分布型レンズを、第２レンズ群Ｇ２中の（両）凸レンズ及び凹レンズのいずれにも用いる場合は、光軸方向に像側に向かってアッベ数が増加することが望ましい。このとき、球面レンズとすると製造しやすくなるので、さらに好ましい。
【００４８】
また、本発明において、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。ここで、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。
【００４９】
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ＬＡやＬＢのレンズ面に回折作用を有するキノフォーム又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。
【００５０】
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よく作っている。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」にキノフォーム又はバイナリ層を付加するだけでよい。このような方法は、コストアップ及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、レンズ面を平面状又は球面状に形成し、その表面に薄い透明な樹脂層を付加して、キノフォーム又はバイナリ形状を作成してもよい。
【００５１】
また、本発明に係るズームレンズは、このズーム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。このとき、第２レンズ群Ｇ２を、光軸と直交する方向にシフトする構成がより望ましい。
【００５２】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づいて説明する。なお、各実施例において、屈折率分布型レンズは、各色の波長の屈折率変化の係数を用いて、光軸方向に線形に変化するデータとして示している。
【００５３】
また、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）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）とその係数により示している。また、本実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線、ｇ線を選んでいる。ここで本実施例において用いた、ｄ線及びｇ線の波長と、これらスペクトル線に対して設定した具体的な屈折率の値を以下の表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
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（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）で表される。
【００５６】
【数８】
ｘ＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−κ・ｙ2／ｒ2）1/2｝＋Ｃ4ｙ4＋Ｃ6ｙ6
＋Ｃ8ｙ8＋Ｃ10ｙ10＋Ｃ12ｙ12＋Ｃ14ｙ14＋Ｃ16ｙ16 （８）
【００５７】
なお、本実施例において用いた超高屈折法については、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。
【００５８】
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例に係るズームレンズＭＬ１のレンズ構成及び広角端（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。第１実施例においてズームレンズＭＬ１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からなり負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、両凸レンズＬ２と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３との貼り合わせレンズからなり正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。
【００５９】
なお、本実施例では、第２レンズ群Ｇ２の負メニスカスレンズＬ３が屈折率分布型レンズＧＲＩＮからなっており、その屈折率分布は光線の進行方向に屈折率が減少するものとなるように構成した。また、第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズＬ２が回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子（回折光学素子）からなっている。また、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１及び第２レンズ群Ｇ２の負メニスカスレンズＬ３は非球面を有している。
【００６０】
また、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の近傍に開口絞りＳが配置され、この開口絞りＳは変倍時に第２レンズ群Ｇ２とともに移動する。
【００６１】
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及び第２レンズ群Ｇ２を群単位で移動させて行われ、この第１実施例では、図１中に実線の矢印Ａ１，Ａ２で示すように、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少して、第２レンズ群Ｇ２と像面Ｉとの間隔が増大するように移動させる。
【００６２】
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１〜８は、図１における符号１〜８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、ｎ（ｄ）はｄ線、ｎ（ｇ）はｇ線に対する屈折率をそれぞれ示している。また、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、これらの面の諸元は上記の超高屈折法を用いて示している。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。
【００６３】
表２において、面番号３が開口絞りＳを示す。また、面番号２に示す面間隔（すなわち面番号２と面番号３との面間隔）ｄ２及び面番号８に示す面間隔（すなわち面番号８と像面Ｉとの面間隔）ｄ８は、ズーム作動に応じて変化するため、広角端（Ｗ）及び望遠端（Ｔ）におけるこれらの値を以下に示している。そして、面番号４及び５が回折光学面Ｇｆに相当し、この回折光学面Ｇｆの諸元は超高屈折法を用いて示している。また、屈折率分布型レンズにおいて、光軸方向の屈折率の変化量は、表中の「１ｍｍ当たりの屈折率の変化量」にレンズ厚さ0.500000を掛けた量となる。
【００６４】
なお、諸元の表中に記載されている長さの単位は全てｍｍであるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。以上、表の説明は、他の実施例においても同様である。
【００６５】
【表２】
【００６６】
このように本実施例では、上記条件式（１）〜（７）が全て満たされていることが分かる。
【００６７】
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、ｄはｄ線を、ｇはｇ線をそれぞれ示している。なお、球面収差図におけるＨは最大の入射高を１に規格化した入射高を、非点収差図及び歪曲収差図におけるＹは像高の最大値をそれぞれ示している。なお、本実施例において、像高は１．４である。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。
【００６８】
各収差図から明らかなように、第１実施例におけるズームレンズＭＬ１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分かる。
【００６９】
（参考例）
図４は、本願の参考例に係るズームレンズＭＬ２のレンズ構成及び広角端（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。参考例においてズームレンズＭＬ２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からなり負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、両凸レンズＬ２と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３との貼り合わせレンズからなり正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。
【００７０】
なお、本参考例では、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１が屈折率分布型レンズＧＲＩＮからなっており、その屈折率分布は光線の進行方向に屈折率が減少するものとなるように構成した。また、第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズＬ２が回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子（回折光学素子）ＤＯＥからなっている。また、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１及び第２レンズ群Ｇ２の負メニスカスレンズＬ３は非球面を有している。
【００７１】
また、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の近傍に開口絞りＳが配置され、この開口絞りＳは変倍時に第２レンズ群Ｇ２とともに移動する。
【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及び第２レンズ群Ｇ２を群単位で移動させて行われ、この参考例では、図４中に実線の矢印Ａ３，Ａ４で示すように、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少して、第２レンズ群Ｇ２と像面Ｉとの間隔が増大するように移動させる。
【００７３】
下の表３に、本参考例における各レンズの諸元を示す。表３における面番号１〜８は、図４における符号１〜８に対応している。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。
【００７４】
なお、表３おいて、面番号３が開口絞りＳを示す。また、面番号２に示す面間隔（すなわち面番号２と面番号３との面間隔）ｄ２及び面番号８に示す面間隔（すなわち面番号８と像面Ｉとの面間隔）ｄ８は、ズーム作動に応じて変化するため、広角端（Ｗ）及び望遠端（Ｔ）におけるこれらの値を以下に示している。そして、面番号４及び５が回折光学面Ｇｆに相当し、この回折光学面Ｇｆの諸元は超高屈折法を用いて示している。また、屈折率分布型レンズにおいて、光軸方向の屈折率の変化量は、表中の「１ｍｍ当たりの屈折率の変化量」にレンズ厚さ1.345350を掛けた量となる。
【００７５】
【表３】
【００７６】
このように本参考例では、上記条件式（１）〜（７）が全て満たされていることが分かる。
【００７７】
図５、６は、参考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。なお、本参考例において、像高は１．４である。各収差図から明らかなように、参考例のズームレンズＭＬ２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分かる。
【００７８】
（第２実施例）
図７は、本発明の第２実施例に係るズームレンズＭＬ３のレンズ構成及び広角端（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。第２実施例においてズームレンズＭＬ３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からなり負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、両凸レンズＬ２と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３との貼り合わせレンズからなり正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。
【００７９】
なお、本実施例では、第２レンズ群Ｇ２の負メニスカスレンズＬ３が屈折率分布型レンズＧＲＩＮからなっており、その屈折率分布は光線の進行方向に屈折率が減少するものとなるように構成した。また、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１及び第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズＬ２が、それぞれ回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子（回折光学素子）ＤＯＥからなっている。また、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１は、回折光学面Ｇｆの他に非球面も有している。
【００８０】
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及び第２レンズ群Ｇ２を群単位で移動させて行われ、この第２実施例では、図７中に実線の矢印Ａ５，Ａ６で示すように、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少して、第２レンズ群Ｇ２と像面Ｉとの間隔が増大するように移動させる。
【００８１】
下の表４に、本第２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１〜８は、図７における符号１〜８に対応している。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。
【００８２】
なお、面番号３に示す面間隔（すなわち面番号３と面番号４との面間隔）ｄ３及び面番号８に示す面間隔（すなわち面番号８と像面Ｉとの面間隔）ｄ８はズーム作動に応じて変化するため、広角端（Ｗ）及び望遠端（Ｔ）におけるこれらの値を以下に示している。また、面番号１及び２と、面番号４及び５とが回折光学面Ｇｆに相当し、これら回折光学面Ｇｆの諸元は超高屈折法を用いて示している。また、屈折率分布型レンズにおいて、光軸方向の屈折率の変化量は、表中の「１ｍｍ当たりの屈折率の変化量」にレンズ厚さ0.500000を掛けた量となる。
【００８３】
【表４】
【００８４】
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。
【００８５】
図８、９は、第２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。なお、本実施例において、像高は１．４である。各収差図から明らかなように、第２実施例のズームレンズＭＬ３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分かる。
【００８６】
【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てビデオカメラや電子スチルカメラ等の小型撮影装置に好適であり、２．５〜３倍程度の実用的な変倍比を有した、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】 本願の参考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】 参考例の広角端（Ｗ）における諸収差図である。
【図６】 参考例の望遠端（Ｔ）における諸収差図である。
【図７】 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８】 第２実施例の広角端（Ｗ）における諸収差図である。
【図９】 第２実施例の望遠端（Ｔ）における諸収差図である。
【図１０】 （Ａ）はアキシャル型の屈折率分布型レンズを光軸と垂直な方向から見た断面図であり、（Ｂ）はラディアル型の屈折率分布型レンズを光軸と垂直な方向から見た断面図である。
【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し、特に屈折率分布型レンズと回折光学素子を用いた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レンズ群又は第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及び特許文献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、小型の固体撮像素子等を用いてビデオカメラや電子スチルカメラ等の小型撮影装置に好適であり、２．５〜３倍程度の実用的な変倍比を有した、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】
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、少なくとも、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、貼り合わせレンズからなり正の屈折力を有する第２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、第１レンズ群及び第２レンズ群がそれぞれ移動し、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が変化するように構成され、第１レンズ群及び第２レンズ群中の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、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、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＜５．０及び−０．４５９０６４≦ｆ２／ｆ１＜−０．２の条件を満たすように構成されている。
【０００８】
また、本発明に係るズームレンズでは、第１レンズ群は負メニスカスレンズを有し、第２レンズ群は屈折率分布型レンズを有し、前記屈折率分布型レンズの光軸上の光線の進行方向の単位長さ当たり（ｍｍ）の屈折率勾配をΔＮとしたとき、次式−０．２＜ΔＮ＜−０．００１の条件を満たすことが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係るズームレンズでは、前記第２レンズ群は、屈折率分布型レンズを有し、前記屈折率分布型レンズの厚さをＬｇとしたとき、次式０．０５＜Ｌｇ／ｆｗ＜２．０の条件を満たすことが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係るズームレンズでは、第１レンズ群は回折光学面を有して、この回折光学面の曲率半径をｒａとしたとき、次式０．０５＜｜ｆｗ／ｒａ｜＜２．０の条件を満たすことが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係るズームレンズでは、第２レンズ群は回折光学面を有して、この回折光学面の曲率半径をｒｂとしたとき、次式０．０５＜｜ｆｗ／ｒｂ｜＜２．０の条件を満たすことが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係るズームレンズでは、第１レンズ群は非球面を有する負メニスカスレンズからなり、第２レンズ群は非球面を有する両凸レンズと負レンズの貼り合わせレンズからなり、像高が１．５ｍｍよりも小さく、第１レンズ群及び第２レンズ群の少なくともいずれかには屈折率分布型レンズを有することが好ましい。
さらに、本発明に係るズームレンズでは、前記第１レンズ群は負メニスカスレンズを有し、前記負メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径をｒ１、前記負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径をｒ２としたとき、次式 １．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜５．０ の条件を満たすのが好ましい。
【００１３】
【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。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、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。このように物体側から順に、負・正の屈折力配置を採用しているので、前玉径が小さくコンパクトで、且つ射出瞳位置を像面から比較的離した構成を採ることができる。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。
【００１４】
本発明は、このような構成のレンズタイプにおいて、回折光学素子及び屈折率分布型レンズを利用して、ズームレンズの小型化及び高性能化を図った。
【００１５】
まず、回折光学素子を用いた点について以下に説明する。本発明では、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２中の少なくともいずれかに、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。
【００１６】
一般に、光線を偏向させる作用として、屈折作用、反射作用、及び回折作用の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。
【００１７】
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、本発明のズームレンズにおいては第１レンズ群Ｇ１に回折光学面に配置することにより倍率色収差の補正を、第２レンズ群Ｇ２に回折光学面を配置することにより軸上色収差の補正をより効果的に行うことができる。
【００１８】
次に、屈折率分布型レンズを用いた点について以下に説明する。本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群及び第２レンズ群中のいずれかのレンズに、光軸方向に屈折率が連続的に変化する屈折率分布型レンズを用いることにより、小型であるにも係らず、収差発生の少ない、優れた光学性能が得られるようになっている。
【００１９】
一般に、光学ガラス材料には、無色、透明、均質なものが用いられているが、屈折率分布型レンズとは均質ではなく、屈折率が媒質中で連続的に変化しているものをいう。そして、基本的には、アキシャル型、ラディアル型があることが知られている。アキシャル型とは、光軸方向に屈折率が連続的に変化しているものをいい、ラディアル型とは、光軸と垂直な方向に屈折率が連続的に変化しているものをいう。また、これらの組み合わせもあり得る。図１０（Ａ）はアキシャル型の屈折率分布型レンズ１を光軸と垂直な方向から見た断面図であり、光軸と垂直な線は屈折率が等しいポイントを連ねている（すなわち屈折率の等高線を示している）。また、図１０（Ｂ）はラディアル型の屈折率分布型レンズ２を光軸と垂直な方向から見た断面図であり、光軸と平行な線は屈折率が等しいポイントを連ねている。そして、このアキシャル型の屈折率分布型レンズは、近年、大口径のものの製作が可能となったため、実用に供することが可能となった。
【００２０】
このアキシャル型の屈折率分布型レンズについてもう少し述べると、屈折面及び媒質内での局所的な屈折率変化によって、非球面レンズのような作用を有することや、ガラス分散値がレンズ内で連続的に変化することにより、貼り合わせレンズのような効果を有することから、単レンズでも良好な色収差補正能力を有している。このため、高価な非球面レンズや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である。
【００２１】
本発明においては、この（アキシャル型）屈折率分布型レンズと先述の回折光学素子とを組み合わせて用いることにより、諸収差（特に色収差）が良好に補正されて優れた結像性能が得られる。さらに、収差補正に要するレンズ枚数を少なくすることができるので、安価且つ小型な構成にすることもできる。
【００２２】
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。
【００２３】
【数１】
０．２＜ Ｃ ／ｆｗ ＜５．０ （１）
【００２４】
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３．０とすることが好ましい。また、下限値を０．４とすることが好ましい。
【００２５】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は負メニスカスレンズを有し、第２レンズ群Ｇ２は屈折率分布型レンズを有し、この屈折率分布型レンズの光軸上の光線の進行方向の単位長さ当たり（ｍｍ）の屈折率勾配をΔＮとしたとき、次式（２）を満足する。
【００２６】
【数２】
−０．２＜ΔＮ＜−０．００１ （２）
【００２７】
上記条件式（２）は、第２レンズ群中の屈折率分布型レンズの屈折率勾配ΔＮの適切な範囲を規定している。この屈折率勾配ΔＮの範囲は、本発明が回折光学面との組み合わせによりプラスでもマイナスでも収差バランスを取り得るなかで見出された、より好ましい範囲である。条件式（２）の上限値を上回ると、球面収差が正側に過大となって不都合である。反対に、条件式（２）の下限値を下回ると、ペッツバール和が負側に大きくなりすぎて像面湾曲が甚大となり、画質低下を招きやすくなる。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（２）の上限値を−０．００３とすることが好ましい。また、下限値を−０．１５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、屈折率分布型レンズの厚さをＬｇとしたとき、次式（３）を満たす。
【００２９】
【数３】
０．０５＜Ｌｇ／ｆｗ＜２．０ （３）
【００３０】
上記条件式（３）は、最も物体側の屈折率分布型レンズの厚さＬｇ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、屈折率分布型レンズの厚さが厚くなりすぎて、レンズ自身を製造しづらくなる不都合が生じるばかりか、光学系全体の重量の増加を招いて小型化に反する。反対に、条件式（３）の下限値を下回ると、屈折率分布型レンズの厚さが薄くなりすぎて、収差補正上の効果が減じて（特に、倍率色収差）、良好な結像性能が得られなくなる。また、屈折率分布型レンズでは、物体側の面と像側の面とで所定の屈折率差を設けるために単位長さ当たりの屈折率の差すなわち勾配を大きくとらなければならず、屈折率分布型レンズの厚さが薄くなりすぎると、レンズ自身を製造しづらくなる不都合が生じる。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（３）の上限値を０．５とすることが好ましい。また、下限値を０．０５とすることが好ましい。
【００３１】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１中の回折光学面を有する面の曲率半径ｒａとしたとき、次式（４）を満足する。
【００３２】
【数４】
０．２＜｜ｆｗ／ｒａ｜＜２．０ （４）
【００３３】
上記条件式（４）は、第１レンズ群Ｇ１中の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（４）の下限値を下回ると、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。特に、広角端においては顕著である。なお、第１レンズ群Ｇ１中の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（４）は、｜ｆｗ／ｒａ｜＝０である。なお、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１．０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。
【００３４】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、第２レンズ群Ｇ２中の回折光学面を有する面の曲率半径ｒｂとしたとき、次式（５）を満足する。
【００３５】
【数５】
０．２＜｜ｆｗ／ｒｂ｜＜２．０ （５）
【００３６】
上記条件式（５）は、第２レンズ群Ｇ２中の回折光学面を有するレンズ面の曲率半径ｒｂの適切な範囲を規定している。条件式（５）の下限値を下回ると、回折光学面の曲率半径ｒｂ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、球面収差の発生が甚大となってしまう。特に、望遠端においては顕著である。なお、第１レンズ群Ｇ１中の回折光学面が平面上に形成されているときは、ｒｂは無限大なので、条件式（５）は、｜ｆｗ／ｒｂ｜＝０である。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１．０とすることが好ましい。また、下限値を０．２とすることが好ましい。
【００３７】
さらに、本発明のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２としたとき、次式（６）を満足することが望ましい。
【００３８】
【数６】
−３．０＜ｆ２／ｆ１＜−０．２ （６）
【００３９】
上記条件式（６）は、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２の適切なパワー配分を規定している。この条件式（６）の範囲を外れると、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。条件式（６）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１の大きさが大きくなりすぎてしまい、非点収差や歪曲収差の発生が甚大となって、画質を損ねるおそれがある。反対に、条件式（６）の下限値を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２の大きさが大きくなりすぎてしまい、光学系の全長が長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、条件式（６）の上限値を−０．３とすることが好ましい。また、下限値を−１．０とすることが好ましい。
【００４０】
また、本発明に係るズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１に設けられた負メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径をｒ１、像側の面の曲率半径ｒ２としたとき、次式（７）を満足することが望ましい。
【００４１】
【数７】
１．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜５．０ （７）
【００４２】
上記条件式（７）は、第１レンズ群Ｇ１中の負メニスカスレンズの形状の適切な範囲を規定している。条件式（７）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。反対に、条件式（７）の下限値を下回ると、非点収差や倍率色収差などの軸収差の劣化が大きくなり、好ましくない。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（７）の上限値を４．０とすることが望ましい。また、条件式（７）の下限値を２．０とすることが望ましい。
【００４３】
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Ｇ１には、負メニスカスレンズが設けられることが好ましい。このような構成によれば、軸外色収差の補正に効果的である。さらに良好な結像性能を確保するためには、この負メニスカスレンズの物体側の面及び像側の面のいずれかに、回折光学面を設けてもよい。このとき、上記負メニスカスレンズは、屈折率が１．７以上であることが好ましい。
【００４４】
第１レンズ群Ｇ１は、非球面レンズを少なくとも１枚有することが好ましい。なお、回折光学面はレンズ接合面に形成すると、界面の屈折率差が小さいため、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。
【００４５】
第２レンズ群Ｇ２は、小型化を達成するために構成レンズを２枚以内で、最も物体側のレンズが両凸レンズであることが望ましい。また、製造上の公差を緩和するために、第２レンズ群Ｇ２を、（両）凸レンズと凹レンズとの貼り合わせレンズを有することが望ましい。このとき、（両）凸レンズのアッベ数は、５５以上であることが望ましい。さらに、第２レンズ群Ｇ２中における、両凸レンズの物体側のレンズ面に回折光学面を配置することにより、軸上色収差の補正を十分に行うことができる。
【００４６】
また、上記した屈折率分布型レンズについて、さらに詳細に述べると、屈折率分布型レンズにおける光軸方向の屈折率の分布は、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズ及び第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズのどちらであっても、光線の進行方向に屈折率が減少するものであることが好ましい。このようにすれば、光線が光軸より離れるに従い、その光線の屈折角は小さくなり、歪曲収差を減少させる補正を極めて有効に行うことができるからである。
【００４７】
なお、この屈折率分布型レンズを、第２レンズ群Ｇ２中の（両）凸レンズ及び凹レンズのいずれにも用いる場合は、光軸方向に像側に向かってアッベ数が増加することが望ましい。このとき、球面レンズとすると製造しやすくなるので、さらに好ましい。
【００４８】
また、本発明において、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。ここで、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。
【００４９】
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ＬＡやＬＢのレンズ面に回折作用を有するキノフォーム又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。
【００５０】
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よく作っている。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」にキノフォーム又はバイナリ層を付加するだけでよい。このような方法は、コストアップ及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、レンズ面を平面状又は球面状に形成し、その表面に薄い透明な樹脂層を付加して、キノフォーム又はバイナリ形状を作成してもよい。
【００５１】
また、本発明に係るズームレンズは、このズーム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。このとき、第２レンズ群Ｇ２を、光軸と直交する方向にシフトする構成がより望ましい。
【００５２】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づいて説明する。なお、各実施例において、屈折率分布型レンズは、各色の波長の屈折率変化の係数を用いて、光軸方向に線形に変化するデータとして示している。
【００５３】
また、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）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）とその係数により示している。また、本実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線、ｇ線を選んでいる。ここで本実施例において用いた、ｄ線及びｇ線の波長と、これらスペクトル線に対して設定した具体的な屈折率の値を以下の表１に示す。
【００５４】
【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（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）で表される。
【００５６】
【数８】
ｘ＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−κ・ｙ2／ｒ2）1/2｝＋Ｃ4ｙ4＋Ｃ6ｙ6
＋Ｃ8ｙ8＋Ｃ10ｙ10＋Ｃ12ｙ12＋Ｃ14ｙ14＋Ｃ16ｙ16 （８）
【００５７】
なお、本実施例において用いた超高屈折法については、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。
【００５８】
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例に係るズームレンズＭＬ１のレンズ構成及び広角端（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。第１実施例においてズームレンズＭＬ１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からなり負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、両凸レンズＬ２と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３との貼り合わせレンズからなり正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。
【００５９】
なお、本実施例では、第２レンズ群Ｇ２の負メニスカスレンズＬ３が屈折率分布型レンズＧＲＩＮからなっており、その屈折率分布は光線の進行方向に屈折率が減少するものとなるように構成した。また、第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズＬ２が回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子（回折光学素子）からなっている。また、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１及び第２レンズ群Ｇ２の負メニスカスレンズＬ３は非球面を有している。
【００６０】
また、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の近傍に開口絞りＳが配置され、この開口絞りＳは変倍時に第２レンズ群Ｇ２とともに移動する。
【００６１】
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及び第２レンズ群Ｇ２を群単位で移動させて行われ、この第１実施例では、図１中に実線の矢印Ａ１，Ａ２で示すように、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少して、第２レンズ群Ｇ２と像面Ｉとの間隔が増大するように移動させる。
【００６２】
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１〜８は、図１における符号１〜８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、ｎ（ｄ）はｄ線、ｎ（ｇ）はｇ線に対する屈折率をそれぞれ示している。また、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、これらの面の諸元は上記の超高屈折法を用いて示している。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。
【００６３】
表２において、面番号３が開口絞りＳを示す。また、面番号２に示す面間隔（すなわち面番号２と面番号３との面間隔）ｄ２及び面番号８に示す面間隔（すなわち面番号８と像面Ｉとの面間隔）ｄ８は、ズーム作動に応じて変化するため、広角端（Ｗ）及び望遠端（Ｔ）におけるこれらの値を以下に示している。そして、面番号４及び５が回折光学面Ｇｆに相当し、この回折光学面Ｇｆの諸元は超高屈折法を用いて示している。また、屈折率分布型レンズにおいて、光軸方向の屈折率の変化量は、表中の「１ｍｍ当たりの屈折率の変化量」にレンズ厚さ0.500000を掛けた量となる。
【００６４】
なお、諸元の表中に記載されている長さの単位は全てｍｍであるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。以上、表の説明は、他の実施例においても同様である。
【００６５】
【表２】
このように本実施例では、上記条件式（１）〜（７）が全て満たされていることが分かる。
【００６７】
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、ｄはｄ線を、ｇはｇ線をそれぞれ示している。なお、球面収差図におけるＨは最大の入射高を１に規格化した入射高を、非点収差図及び歪曲収差図におけるＹは像高の最大値をそれぞれ示している。なお、本実施例において、像高は１．４である。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。
【００６８】
各収差図から明らかなように、第１実施例におけるズームレンズＭＬ１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分かる。
【００６９】
（参考例）
図４は、本願の参考例に係るズームレンズＭＬ２のレンズ構成及び広角端（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。参考例においてズームレンズＭＬ２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からなり負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、両凸レンズＬ２と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３との貼り合わせレンズからなり正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。
【００７０】
なお、本参考例では、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１が屈折率分布型レンズＧＲＩＮからなっており、その屈折率分布は光線の進行方向に屈折率が減少するものとなるように構成した。また、第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズＬ２が回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子（回折光学素子）ＤＯＥからなっている。また、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１及び第２レンズ群Ｇ２の負メニスカスレンズＬ３は非球面を有している。
【００７１】
また、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の近傍に開口絞りＳが配置され、この開口絞りＳは変倍時に第２レンズ群Ｇ２とともに移動する。
【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及び第２レンズ群Ｇ２を群単位で移動させて行われ、この参考例では、図４中に実線の矢印Ａ３，Ａ４で示すように、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少して、第２レンズ群Ｇ２と像面Ｉとの間隔が増大するように移動させる。
【００７３】
下の表３に、本参考例における各レンズの諸元を示す。表３における面番号１〜８は、図４における符号１〜８に対応している。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。
【００７４】
なお、表３おいて、面番号３が開口絞りＳを示す。また、面番号２に示す面間隔（すなわち面番号２と面番号３との面間隔）ｄ２及び面番号８に示す面間隔（すなわち面番号８と像面Ｉとの面間隔）ｄ８は、ズーム作動に応じて変化するため、広角端（Ｗ）及び望遠端（Ｔ）におけるこれらの値を以下に示している。そして、面番号４及び５が回折光学面Ｇｆに相当し、この回折光学面Ｇｆの諸元は超高屈折法を用いて示している。また、屈折率分布型レンズにおいて、光軸方向の屈折率の変化量は、表中の「１ｍｍ当たりの屈折率の変化量」にレンズ厚さ1.345350を掛けた量となる。
【００７５】
【表３】
このように本参考例では、上記条件式（１）〜（７）が全て満たされていることが分かる。
【００７７】
図５、６は、参考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。なお、本参考例において、像高は１．４である。各収差図から明らかなように、参考例のズームレンズＭＬ２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分かる。
【００７８】
（第２実施例）
図７は、本発明の第２実施例に係るズームレンズＭＬ３のレンズ構成及び広角端（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。第２実施例においてズームレンズＭＬ３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からなり負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、両凸レンズＬ２と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３との貼り合わせレンズからなり正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。
【００７９】
なお、本実施例では、第２レンズ群Ｇ２の負メニスカスレンズＬ３が屈折率分布型レンズＧＲＩＮからなっており、その屈折率分布は光線の進行方向に屈折率が減少するものとなるように構成した。また、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１及び第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズＬ２が、それぞれ回折光学面Ｇｆを有するレンズ素子（回折光学素子）ＤＯＥからなっている。また、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１は、回折光学面Ｇｆの他に非球面も有している。
【００８０】
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及び第２レンズ群Ｇ２を群単位で移動させて行われ、この第２実施例では、図７中に実線の矢印Ａ５，Ａ６で示すように、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少して、第２レンズ群Ｇ２と像面Ｉとの間隔が増大するように移動させる。
【００８１】
下の表４に、本第２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１〜８は、図７における符号１〜８に対応している。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。
【００８２】
なお、面番号３に示す面間隔（すなわち面番号３と面番号４との面間隔）ｄ３及び面番号８に示す面間隔（すなわち面番号８と像面Ｉとの面間隔）ｄ８はズーム作動に応じて変化するため、広角端（Ｗ）及び望遠端（Ｔ）におけるこれらの値を以下に示している。また、面番号１及び２と、面番号４及び５とが回折光学面Ｇｆに相当し、これら回折光学面Ｇｆの諸元は超高屈折法を用いて示している。また、屈折率分布型レンズにおいて、光軸方向の屈折率の変化量は、表中の「１ｍｍ当たりの屈折率の変化量」にレンズ厚さ0.500000を掛けた量となる。
【００８３】
【表４】
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。
【００８５】
図８、９は、第２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。なお、本実施例において、像高は１．４である。各収差図から明らかなように、第２実施例のズームレンズＭＬ３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分かる。
【００８６】
【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てビデオカメラや電子スチルカメラ等の小型撮影装置に好適であり、２．５〜３倍程度の実用的な変倍比を有した、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】 本願の参考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】 参考例の広角端（Ｗ）における諸収差図である。
【図６】 参考例の望遠端（Ｔ）における諸収差図である。
【図７】 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８】 第２実施例の広角端（Ｗ）における諸収差図である。
【図９】 第２実施例の望遠端（Ｔ）における諸収差図である。
【図１０】 （Ａ）はアキシャル型の屈折率分布型レンズを光軸と垂直な方向から見た断面図であり、（Ｂ）はラディアル型の屈折率分布型レンズを光軸と垂直な方向から見た断面図である。
Claims (8)
- 少なくとも、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、貼り合わせレンズからなり正の屈折力を有する第２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レンズ群及び前記第２レンズ群がそれぞれ移動し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が変化するように構成され、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群中の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、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、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＜５．０
−０．４５９０６４≦ｆ２／ｆ１＜−０．２
の条件を満たすことを特徴とするズームレンズ。 - 前記第１レンズ群は、負メニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は、屈折率分布型レンズを有し、
前記屈折率分布型レンズの光軸上の光線の進行方向の単位長さ当たり（ｍｍ）の屈折率勾配をΔＮとしたとき、次式
−０．２＜ΔＮ＜−０．００１
の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。 - 前記第２レンズ群は、屈折率分布型レンズを有し、
前記屈折率分布型レンズの厚さをＬｇとしたとき、次式
０．０５＜Ｌｇ／ｆｗ＜２．０
の条件を満たす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１レンズ群は回折光学面を有して、前記回折光学面の曲率半径をｒａとしたとき、次式
０．０５＜｜ｆｗ／ｒａ｜＜２．０
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１項に記載のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群は回折光学面を有して、前記回折光学面の曲率半径をｒｂとしたとき、次式
０．０５＜｜ｆｗ／ｒｂ｜＜２．０
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１項に記載のズームレンズ。 - 前記第１レンズ群は、非球面を有する負メニスカスレンズからなり、前記第２レンズ群は非球面を有する両凸レンズと負レンズの接合レンズからなり、
像高が１．５ｍｍよりも小さく、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の少なくともいずれかには屈折率分布型レンズを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のズームレンズ。 - 前記第１レンズ群は負メニスカスレンズを有し、前記負メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径をｒ１、前記負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径をｒ２としたとき、次式
１．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜５．０
の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のズームレンズ。 - 前記回折光学面は、レンズ表面に樹脂層で形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
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