JP4478914B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【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デジタ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、ビデオカメラやデジタ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細密化が進み、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】
このようなズームレンズとして、例えば、物体側から順に、負・正の2成分タイプであり、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(特許文献1を参照)や、物体側から順に、負・正・正の3成分タイプであり、いずれかのレンズ群に回折光学面を有しているもの(特許文献2を参照)が知られている。また、物体側から順に、負・正・正の3成分タイプであり、第2レンズ群中に回折光学面を有しているものが知られている(特許文献3を参照)。
【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において開示された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で開示されているズームレンズは、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、上記の従来例の欠点を改善するとともに、良好な性能を維持しながら、固体撮像素子等を用いたビデオカメラやデジタルカメラ等に好適で、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且つ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、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レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、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減少し、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レンズ群は凸レンズ成分を備える2枚以下のレンズ成分で構成され、前記第1レンズ群中の凸レンズ成分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とし、前記回折光学面は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 0.2<C/fw<5.0 及び 0.23960≦|fw/ra|≦0.32487の条件を満足することを特徴とする。
【0008】
本発明に係るズームレンズは、前記第1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L1とし、前記第1レンズ群の全長をL1(但し、絞りを含まず)としたとき、次式0.0≦L1/L<0.5の条件を満足することを特徴とする。
【0010】
さらに、前記凸レンズ成分は、前記第1レンズ群中の凸メニスカスレンズ成分であり、前記回折光学面は、前記凸メニスカスレンズ成分のいずれかのレンズ面に形成され、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<|f2/f1|<1.2の条件を満足することを特徴とする。
【0011】
本発明に係るズームレンズは、最大像高を通過する主光線の角度が、望遠端で10度以下である前記回折光学面を有することを特徴とする。
本発明に係るズームレンズは、最大像高を通過する主光線の角度が、広角端で5度以下である前記回折光学面を有することを特徴とする。
【0012】
さらに、前記第1レンズ群は、最も物体側に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としたときに、式 1.0<(r1+r2)/(r1−r2)<5.0 の条件を満足する構成であることが好ましい。
さらに、前記第3レンズ群を光軸方向に移動させて、近距離への合焦をする構成であることが好ましい。
さらに、前記第3レンズ群の焦点距離をf3としたときに、式 1.0<f3/fw<20.0 の条件を満足する構成であることが好ましい。
さらに、前記第1レンズ群は、物体側から順に、負メニスカスレンズ、正レンズで構成され、前記第2レンズ群は、3枚以下のレンズで構成されるのが好ましい。
さらに、前記回折光学面は、前記第1レンズ群の最も像側のレンズ面に形成されているのが好ましい。
さらに、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のが好ましい。
さらに、前記第2レンズ群は、両凸レンズと両凹レンズとを貼り合わせた接合レンズを有することが好ましい。
【0013】
【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、正の屈折力を有する第2レンズ群G2とを少なくとも有して構成されている。このように、本発明は、負・正の屈折力配置を採用することにより、コンパクトに、射出瞳位置を像面から離す構造をとることができる。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】
ところで、本発明では、第1レンズ群G1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。
【0015】
一般に、光線を曲げる方法として、屈折、反射及び回折の3種類が知られている。回折光学面とはこのような光の回折作用を行う光学面である。また、回折光学素子とはこのような回折光学面を備えた光学素子であり、従来知られた回折格子やフレネルゾーンプレートなどがある。このような回折光学素子は、屈折や反射とは異なる振る舞いを示すことが知られており、その具体例としては、負分散を有することが挙げられる。この性質は、色収差補正に極めて有効であり、高価な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となる。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。
【0016】
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、最大像高に至る主光線(絞りの中心を通る光線)が回折光学面に入射する角度(主光線の光軸が回折光学面の法線となす角度)が、本光学系の場合、10度以下であることが望ましい。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、本発明においては、第1レンズ群G1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、望遠端にて10度以下、広角端にて5度以下であることがより好ましい。
【0017】
以下、本発明におけるズームレンズに規定されている条件式(1)〜(6)について説明する。本発明のズームレンズは、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、次の条件式(1)を満足する。
【0018】
【数1】
0.2< C /fw <5.0 (1)
【0019】
この条件式(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。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。
【0020】
また、本発明のズームレンズにおいて、L1は第1レンズ群G1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、Lは第1レンズ群G1の全長としたとき、次の条件式(2)を満足する。
【0021】
【数2】
0.0≦ L1/L <0.5 (2)
【0022】
この条件式(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、回折光学面が物体側になりすぎ、大型化して製造上不都合である。反対に、条件式(2)の下限値を下回ると、像面に近くなりすぎ、格子のピッチが画像に写りこみやすくなる不都合が生じるばかりか、軸上色収差の補正効果が弱まってしまうため、良好な結像性能が得にくくなる。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上限値を0.1とすることが望ましい。なお、L1=0の場合は、回折光学面がG1の最も像側の面に位置することを示している。
【0023】
また、本発明のズームレンズにおいて、raは回折光学素子を有する面の曲率半径としたとき、次の条件式(3)を満足する。
【0024】
【数3】
0.23960≦|fw/ra|≦0.32487 (3)
【0025】
この条件式(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。なお、回折光学面が平面上に形成されているとき、raは無限大なので、条件式(3)は、|fw/ra|=0である。
【0026】
さらに、本発明のズームレンズは、以下に述べる条件式(4)〜(6)を満足することが望ましい。
【0027】
本発明は、第1レンズ群G1の焦点距離f1とし、第2レンズ群G2の焦点距離をf2としたとき、次の条件式(4)を満足することが好ましい。
【0028】
【数4】
0.2<|f2/f1|<1.2 (4)
【0029】
この条件式(4)は、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2のパワー配分の適切な範囲を規定する。条件式(4)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。また、条件式(4)の下限値を下回ると第2レンズ群G2の焦点距離f2が大きくなりすぎ、全長が長くなって不都合である。反対に、条件式(4)の上限値を上回ると、第1レンズ群G1の焦点距離f1が小さくなりすぎ、非点収差や歪曲収差の発生が甚大となり、画質を損ねるおそれがある。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上限値を1.0とすることが望ましい。また、下限値を0.4とすることが望ましい。
【0030】
また、本発明のズームレンズの第1レンズ群G1中の最も物体側に配置されている負メニスカスレンズにおいて、r1を物体側の面の曲率半径、r2を像側の面の曲率半径としたとき、次の条件式(5)を満足することが望ましい。
【0031】
【数5】
1.0<(r1+r2)/(r1−r2)<5.0 (5)
【0032】
この条件式(5)は、第1レンズ群G1に配置されている最も物体側の負メニスカスレンズの適切な形状を規定している。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、レンズの研摩や芯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1.5とすることが望ましい。
【0033】
ところで、前述したように、射出瞳を像面からさらに十分に遠ざけるためには、第2レンズ群G2の像側、すなわち、撮像素子の物体側に正の屈折力を有する第3レンズ群G3を配置することが好ましい。これは、いわゆるフィールドレンズの作用を利用するものであり、ズーミング中は固定していることが好ましく、その結果、第3レンズ群G3を光軸方向に移動させて、近距離へのフォーカシング(合焦)が可能である。
【0034】
上記の第3レンズ群G3を配置した場合において、本発明のズームレンズは、f3は第3レンズ群G3の焦点距離としたとき、次の条件式(6)を満足することが好ましい。
【0035】
【数6】
1.0 < f3/fw < 20.0 (6)
【0036】
この条件式(6)は、第3レンズ群G3を配置した場合に、第3レンズ群の焦点距離f3の適切な範囲を規定している。条件式(6)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(6)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。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10.0とすることが望ましい。また、条件式(6)の下限値を2.0とすることが望ましい。
【0037】
なお、実際に光学系を構成する際は、第1レンズ群G1は、物体側から順に、凹メニスカスレンズ、凸レンズの構成とすることが好ましい。さらに、小型化を達成させるため、第2レンズ群G2は3枚以内、(第3レンズ群G3が配置された場合は)第3レンズ群G3は2枚以下のレンズで構成されることが望ましい。
【0038】
このとき、第1レンズ群G1は、少なくとも非球面レンズを1枚有することが好ましい。また、第1レンズ群G1中に設けられている回折光学面は、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。特に、本発明では、第1レンズ群G1の像側に凸メニスカスレンズを配置して、このレンズの像側の面に回折光学面を設けることがより好ましい。
【0039】
第2レンズ群G2は、諸収差を良好に補正するために、両凸レンズと両凹レンズを貼り合わせた接合レンズを配置することが望ましい。なお、第2レンズ群G2を構成する負メニスカスレンズの屈折率を1.7以上、両凸レンズのアッベ数を35.0以上とすることが好ましい。また、さらに良好な結像性能を確保するために、両凸レンズのアッベ数を45.0以上とすることが望ましい。
【0040】
なお、第2レンズ群G2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、この両凸レンズの像側のレンズ面あるいは(第2レンズ群G2中の)最も像側に配置されたレンズの像側のレンズ面に、回折光学面を配置してもよい。なお、後者の場合、回折光学面が配置されるレンズ面は、物体側に凸な面であることが好ましい。
【0041】
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されることが望ましい。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。
【0042】
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である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ため、好都合である。
【0043】
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、この点について説明する。
【0044】
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。
【0045】
また、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、小型の負レンズ群またはその一部を光軸と直交する方向に変位(シフト)するように構成することが好ましい。
【0046】
さらに、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、良好な光学性能が得られることは言うまでもない。
【0047】
【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が、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(7)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(7)及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超高屈折法の計算に用いるための屈折率の値を下の表1に示す。
【0048】
【表1】
【0049】
各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをy、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、基準球面の曲率半径(近軸曲率半径)をr、円錐係数をκ、n次の非球面係数をCnとしたとき、以下の条件式(7)で表される。
【0050】
【数7】
x=(y2/r)/{1+(1−κ・y2/r2)1/2}
+C4y4+C6y6+C8y8+C10y10 (7)
【0051】
なお、各実施例において、非球面形状に形成されたレンズ面には、表中の面番号の右側に*印を付している。また、各実施例において、回折光学面の位相差は、通常の屈折率と上記非球面式(7)とを用いて行う超高屈折率法により計算した。このため、非球面レンズ面及び回折光学面のいずれにも非球面式(7)が用いられるが、非球面レンズ面に用いられる非球面式(7)はレンズ面の非球面形状そのものを示し、一方、回折光学面に用いられる非球面式(7)は回折光学面の性能の諸元を示す。
【0052】
(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、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。
【0053】
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、物体側に凸面を向け且つ像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且つ像側の面に回折光学面Gfを備え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、物体側の面が非球面状に形成された両凸レンズL3及び両凹レンズL4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及び両凸レンズL6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から構成されている。
【0054】
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。第3レンズ群G3の両凸レンズL7の像側に光学フィルターF1が配置され、この光学フィルターF1は第3レンズ群G3とともに固定されている。また、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に示すように、第1及び第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。このとき、第3レンズ群G3は固定されている。
【0055】
次に、この第1実施例における各レンズの諸元を表2に示す。表中、第1欄mは物体側からの各光学面の番号(以下、面番号と称する。なお右の*印は非球面形状に形成されているレンズ面である)、第2欄rは各光学面の曲率半径(非球面の場合には基準球面の曲率半径)、第3欄dは各光学面から次の光学面(または像面)までの光軸上の距離、さらに第4欄nd、第5欄ng、第6欄nC、第7欄nFはそれぞれd線、g線、C線、F線に対する屈折率をそれぞれ示している。そして、第8欄Lは各レンズ成分を表す。また、表には前記条件式(1)〜(6)に対応する値、すなわち条件対応値も示している。以上の表の説明は、他の実施例においても同様である。
【0056】
なお、この第1実施例では、面番号5に示す面間隔d5(すなわち面番号5と面番号6との面間隔)と、面番号12に示す面間隔d12(すなわち面番号12と面番号13との面間隔)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と口径比FNOもズーム作動に応じて変化する。また、最大像高に至る主光線が回折光学面Gfに入射角度aもズーム作動に応じて変化する(なお、面番号4が広角端(W)において最も入射角度aが小さくなる)。このようなズーム作動に応じて変化する値も、広角端(W)及び望遠端(T)において、表中に示している。また、本実施例では、面番号6が開口絞りSに相当している。さらに、面番号4及び5に相当する面が回折光学面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。
【0057】
【表2】
【0058】
このように第1実施例では、上記条件式(1)〜(6)は全て満たされることが分かる。図2、3に、第1実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差及び倍率色収差を示す。なお、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。
【0059】
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分かる。なお、第1実施例の第2レンズ群G2において、両凸レンズL3のアッベ数は46.58、両凸レンズL6のアッベ数は、46.58であった(但し、いずれもd線に対するアッベ数である)。
【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、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。
【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、物体側に凸面を向け且つ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且つ像側の面に回折光学面Gfを備え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、物体側の面が非球面状に形成された両凸レンズL3、両凸レンズL4及び両凹レンズL5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。また、第3レンズ群G3の両凸レンズL7の像側に光学フィルターF1、光学フィルターF2が配置され、これらのフィルターF1及びF2は第3レンズ群G3とともに固定されている。また、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4に示すように、第1及び第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。このとき、第3レンズ群G3は固定されている。
【0063】
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。なお、この第2実施例では、面番号5に示す面間隔d5(すなわち面番号5と面番号6との面間隔)と、面番号11に示す面間隔d11(すなわち面番号11と面番号12との面間隔)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と口径比FNOもズーム作動に応じて変化する。また、最大像高に至る主光線が回折光学面Gfに入射角度aもズーム作動に応じて変化する(なお、面番号4が広角端(W)において最も入射角度aが小さくなる)。このようなズーム作動に応じて変化する値も、広角端(W)及び望遠端(T)において、表中に示している。また、本実施例では、面番号6が開口絞りSに相当している。さらに、面番号4及び5に相当する面が回折光学面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。
【0064】
【表3】
【0065】
このように第2実施例では、上記条件式(1)〜(6)は全て満たされることが分かる。図5、6は、第2実施例の諸収差図である。なお、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分かる。なお、第2実施例の第2レンズ群G2において、両凸レンズL3のアッベ数は54.66、両凸レンズL4のアッベ数は、46.63であった(但し、いずれもd線に対するアッベ数である)。
【0066】
(参考例)
続いて、本発明の参考例について図7〜図9を用いて説明する。図7は、本発明の参考例に係るズームレンズのレンズ構成、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。
【0067】
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、物体側に凸面を向け且つ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且つ像側の面に回折光学面Gfを備え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、物体側の面が非球面状に形成された両凸レンズL3、両凸レンズL4及び両凹レンズL5の貼り合わせレンズから構成されている。
【0068】
なお、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間に開口絞りS、第2レンズ群G2の像側に光学フィルターF1が配置されている。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、この参考例は、図7に示すように、第1及び第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、平板フィルターF1は固定されている。
【0069】
このように図7に示した本発明の参考例における各レンズの諸元を表4に示す。なお、この参考例では、面番号5に示す面間隔d5(すなわち面番号5と面番号6との面間隔)と、面番号11に示す面間隔d11(すなわち面番号11と面番号12との面間隔)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と口径比FNOもズーム作動に応じて変化する。また、最大像高に至る主光線が回折光学面Gfに入射角度aもズーム作動に応じて変化する(なお、面番号4が広角端(W)において最も入射角度aが小さくなる)。このようなズーム作動に応じて変化する値も、広角端(W)及び望遠端(T)において、表中に示している。また、本実施例では、面番号6が開口絞りSに相当している。さらに、面番号4及び5に相当する面が回折光学面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。
【0070】
【表4】
【0071】
このように参考例では、上記条件式(1)〜(5)は全て満たされることが分かる(但し、第3レンズ群G3が配置されていないため、上記の条件式(6)は記載していない)。図8、9は、参考例の諸収差図である。なお、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、参考例では、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分かる。なお、参考例の第2レンズ群G2において、両凸レンズL3のアッベ数は54.66、両凸レンズL4のアッベ数は、46.63であった(但し、いずれもd線に対するアッベ数である)。
【0072】
【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デジタ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実施例の望遠端(T)における諸収差図である。
【図7】 本発明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8】 参考例の広角端(W)における諸収差図である。
【図9】 参考例の望遠端(T)における諸収差図である。
Claims (12)
- 物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、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減少し、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レンズ群は凸レンズ成分を備える2枚以下のレンズ成分で構成され、前記第1レンズ群中の凸レンズ成分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とし、前記回折光学面は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
0.2<C/fw<5.0
0.23960≦|fw/ra|≦0.32487
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1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L1とし、前記第1レンズ群の全長をL(但し、絞りを含まず)としたとき、次式
0.0≦L1/L<0.5
の条件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。 - 前記凸レンズ成分は、前記第1レンズ群中の凸メニスカスレンズ成分であり、
前記回折光学面は、前記凸メニスカスレンズ成分のいずれかのレンズ面に形成され、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<|f2/f1|<1.2
の条件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。 - 最大像高を通過する主光線の角度が、望遠端で10度以下である前記回折光学面を有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。
- 最大像高を通過する主光線の角度が、広角端で5度以下である前記回折光学面を有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1レンズ群は、最も物体側に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としたときに、次式、
1.0<(r1+r2)/(r1−r2)<5.0
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。 - 前記第3レンズ群を光軸方向に移動させて、近距離への合焦をすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか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としたときに、次式、
1.0<f3/fw<20.0
の条件を満足することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第1レンズ群は、物体側から順に、負メニスカスレンズ、正レンズで構成され、前記第2レンズ群は、3枚以下のレンズで構成されることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のズームレンズ。
- 前記回折光学面は、前記第1レンズ群の最も像側のレンズ面に形成されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか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1〜10のいずれかに記載のズームレンズ。
- 前記第2レンズ群は、両凸レンズと両凹レンズとを貼り合わせた接合レンズを有することを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載のズームレンズ。
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