JP4956102B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明はスチルカメラやビデオカメラ、そしてデジタルスチルカメラ等に好適なズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関するものである。

最近、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置（カメラ）には、高機能であること、そしてカメラ全体がコンパクト(小型)であることが要望されている。そしてそれに伴い、これらのカメラに用いる光学系（撮像光学系）には、レンズ枚数が少なく、小型で、しかも高い光学性能を有するズームレンズであることが求められている。

この種のカメラには、レンズ最後部と撮像素子との間に、ローパスフィルターや色補正フィルターなどの各種の光学部材が配置される。この為、それに用いるズームレンズには、比較的バックフォーカスが長いことが要求される。

更に、カラー画像用の撮像素子を用いたカラーカメラの場合には、色のシェーディングを避けるため、像側がテレセントリックであることが要求されている。

バックフォーカスが長く、像側のテレセントリック特性の良いズームレンズとして、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、及び正の屈折力の第３レンズ群より成る３群ズームレンズが知られている(特許文献１、２)。

一方、レンズ内部での屈折率が一様でない材料より成る屈折率分布型レンズが知られている。

屈折率分布型レンズでは、レンズ境界面で光線が屈折する光学作用の他に、光線が屈折率分布媒質中を伝播するときに受ける光学作用が加わる。このため、屈折率が一様な材料より成る均質レンズと比べて収差補正の自由度が高いことが知られている（非特許文献１）。

このうち、光軸(レンズ中心)から垂直方向(レンズ周辺部)かけて材料の屈折率が分布する、所謂ラジアル型屈折率分布レンズは、ペッツバール和や色収差の補正も可能あることが知られている（非特許文献２、３）。

負メニスカス形状で正の屈折力をもつラジアル型屈折率分布レンズをレトロフォーカス型のズームレンズに用いることで、軸外収差を良好に補正し、光学系全体のコンパクト化を図ったズームレンズが知られている(特許文献３)。

また、光軸と垂直方向に屈折率とアッベ数が変化するような平板のラジアル型屈折率分布レンズを用いて色収差の補正を良好に行ったズームレンズが知られている(特許文献４)。

また、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群より成り、第２レンズ群を１枚のラジアル型屈折率分布レンズで構成したズームレンズが知られている(特許文献５)。特許文献５では第２レンズ群を、凹形状でありレンズ全体で正の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レンズを用いて、第２レンズ群内でのペッツバール和と色収差を補正し、光学系全体の構成レンズ枚数を削減
しつつ良好な光学性能を得ている。
特開２００１−６６５０３号公報 特開２００１−２８１５４５号公報 特許第２８３６６９１号公報 特開平６−３３７３４７号公報 特開２００４−２４０４６４号公報 Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，６０，１４３６（１９７０） Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．，１９，１０８１（１９８０） Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．，２１，９９３（１９８２）

近年、カメラのコンパクト化とそれに用いるズームレンズの高倍化を両立することが行われている。このための１つの方法として、非撮影時に各レンズ群の間隔を撮影状態と異なる間隔まで縮小し、カメラ本体からのレンズの突出量を少なくする所謂沈胴式がある。

ズームレンズを構成する各レンズ群のレンズ枚数が多いと、各レンズ群の光軸上の長さが長くなる（レンズ全長が長くなる）。この結果、非撮影時に各レンズ群を繰み込んでも所望の沈胴長が得られず、沈胴式を利用するのが難しくなってくる。

光学設計分野では、光学系を構成するレンズ面を非球面形状とすることによって、全体のレンズ枚数を削減する手法が多く取られている。

しかしながら非球面を用いた場合、単色での結像性能に関わる収差は補正できるものの、硝材選択が支配的となる色収差を補正することが困難となる。

特にズームレンズを構成する複数のレンズ群のうち、任意の１つのレンズ群を１枚のレンズで構成すると、そのレンズ群内では色収差を補正することができない。

以上のように、光学系全体のコンパクト化のために構成レンズ枚数を削減すると収差補正が不十分となるため、光学系のコンパクト化と高画質化を両立させる事は大変困難である。

特許文献３では、負メニスカス形状で正の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レンズを用いることで光学系のコンパクト化を図っている。しかしながら、屈折率分布型レンズが球面のみで構成されているため、レンズ群を１枚で構成することが難しい。

特許文献４では、平板のラジアル型屈折率分布レンズを用いることで均質レンズの色収差を補正している。しかしながら屈折率分布型レンズが平板で構成されているため、この平面では単色収差の補正に用いられていないため補正効果が必ずしも十分でない。

特許文献５では、凹形状のラジアル型屈折率分布レンズを用いて正の屈折力をもつ第２レンズ群を１枚で構成している。

しかし、レンズ形状が与える負の屈折力が大きく、レンズ中心と有効径端(レンズ周辺部)での屈折率差が小さいため、収差補正に必要な屈折率分布媒質による屈折力を得るためにレンズ厚が厚くなる傾向があった。このため、沈胴式を用いるズームレンズでは沈胴長の短縮に不利となっている。

本発明は、全系の構成レンズ枚数が少なく、レンズ全長が短く且つ色収差を含む諸収差
を良好に補正した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。

この他本発明は、ラジアル型屈折率分布レンズを用いることで、構成レンズ枚数が少なくコンパクトでありながら諸収差が良好に補正されたズームレンズの提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側より像側に順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群より構成され、ズーミングに際し前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔及び前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔を変化させるズームレンズにおいて、
該第２レンズ群は、光軸に対し垂直な方向に材料の屈折率が変化する屈折率分布型レンズから構成され、
光軸から垂直な方向の距離ｈにおける波長λでの屈折率Ｎλ（ｈ）は、波長λにおけるｈ０乗、ｈ２乗、ｈ４乗・・・の係数をＮ００λ、Ｎ１０λ、Ｎ２０λ…とするとき、
Ｎλ（ｈ）＝Ｎ００λ＋Ｎ１０λ＊ｈ ^２ ＋Ｎ２０λ＊ｈ ^４ ＋…
で表されるものであり、該係数Ｎ００λに相当するｄ線に対する値をＮ００ｄとし、該屈折率分布型レンズは、材料の屈折率がＮ００ｄの薄肉均質レンズであるとしたときの屈折力をφ２ｓ、該第２レンズ群の屈折力をΦ２とするとき
−１．８５＜φ２ｓ／Φ２ ＜ １
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、全系の構成レンズ枚数が少なく、レンズ全長が短く且つ色収差を含む諸収差を良好に補正した高い光学性能を有する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。

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、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。

実施例１は、ズーム比２．０、開口比２．８０〜３．３１程度のズームレンズである。

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、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。

実施例２は、ズーム比２．０、開口比２．８０〜３．３６程度のズームレンズである。

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、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。

実施例３は、ズーム比２．０、開口比２．８０〜３．３４程度のズームレンズである。

図１３は本発明の実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１４、図１５、図１６はそれぞれ実施例４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。

実施例４は、ズーム比３．０５、開口比２．８３〜４．２８程度のズームレンズである。

図１７は本発明の実施例５のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１８、図１９、図２０はそれぞれ実施例５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。

実施例５は、ズーム比２．８、開口比２．９５〜３．３６程度のズームレンズである。

図２１は本発明の実施例６のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図２２、図２３、図２４はそれぞれ実施例６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。

実施例６は、ズーム比３．０、開口比２．８０〜４．０４程度のズームレンズである。

図２５は本発明の実施例７のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図２６、図２７、図２８はそれぞれ実施例７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。

実施例７は、ズーム比４．０９、開口比２．９２〜４．６３程度のズームレンズである。

図２９は本発明のズームレンズを備えるデジタルスチルカメラ(撮像装置)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る。各実施例のズームレンズを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やＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に被写体像を形成する。

各レンズ断面図において、左方が被写体（物体）側（前方）で、右方が像側（後方）である。レンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群である。

ＳＰは開口絞りであり、第２レンズ群Ｌ２の物体側に位置している。ＩＰは像面である。

収差図において、ｄ,ｇ,Ｃは各々ｄ線,ｇ線,Ｃ線である。

ΔＭ、ΔＳは各々メリディオナル像面、サジタル像面を表している。倍率色収差はｇ線とＣ線によって表している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。

尚、各実施例において広角端と望遠端は変倍用のレンズ群（第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３）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。

各実施例のズームレンズは、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３
が、ズーミングに際し第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、および第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が変化するように移動する。別の言い方をすれば、ズーミングに際して、第１レンズ群と第２レンズ群、及び第２レンズ群と第３レンズ群は互いに異なる軌跡で移動している。第１レンズ群と第３レンズ群も互いに異なる軌跡で移動していることが望ましい。

第２レンズ群Ｌ２は、光軸から垂直方向にかけて材料の屈折率が変化する屈折率分布を有する1枚の屈折率分布型レンズから構成されている。

このとき、光軸から垂直方向の距離ｈにおける波長λでの屈折率Ｎλ（ｈ）は、波長λにおけるｈ０乗、ｈ２乗、ｈ４乗・・・係数をＮ００λ、Ｎ１０λ、Ｎ２０λ…として、次のように表されるものとしている。

Ｎλ（ｈ）＝Ｎ００λ＋Ｎ１０λ＊ｈ^２＋Ｎ２０λ＊ｈ^４＋… （ａ）
（ａ）式の係数Ｎ００λに相当するｄ，ｇ，Ｃ線に対する値を順にＮ００ｄ，Ｎ００ｇ，Ｎ００Ｃとする。また、（ａ）式の係数Ｎ１０λに相当するｄ，ｇ，Ｃ線に対する値を順にＮ１０ｄ，Ｎ１０ｇ，Ｎ１０Ｃとする。このとき、屈折率分布型レンズにおいてアッベ数と等価なアッベ数Ｖ００ｇ，Ｖ１０ｇは次のように表される。

Ｖ００ｇ ＝ （Ｎ００ｄ−１）／（Ｎ００ｇ−Ｎ００Ｃ）
Ｖ１０ｇ ＝ Ｎ１０ｄ／（Ｎ１０ｇ−Ｎ１０Ｃ）
基準光線をｄ線として、ラジアル型屈折率分布レンズを材料が屈折率Ｎ００ｄの薄肉均質レンズと考えた場合の屈折力（面の屈折力）をφｓとする。また、屈折率分布媒質の持つ屈折力（媒質の屈折力）をφｍ＝−２＊Ｎ１０ｄ＊ｔ（ｔはレンズ厚）とする。このとき、ラジアル型屈折率分布レンズのペッツバール項ＰＴＺと近軸軸上色収差ＰＡＣは、薄肉近似の下で次のように表せる。

ＰＴＺ ＝ φｓ/Ｎ００ｄ ＋ φｍ／Ｎ００^２
ＰＡＣ ∝ （φｓ/Ｖ００ｇ ＋ φｍ／Ｖ１０ｇ）
また、ラジアル型屈折率分布レンズの全体の屈折力は次のように表される。

Φ ＝ φｓ ＋ φｍ
上式を見て解るように、ラジアル型屈折率分布レンズのペッツバール項ＰＴＺ、近軸軸上色収差ＰＡＣは、面で生じる項と媒質で生じる項の和となっており、
面と媒質の項でそれぞれ分母が異なる。ゆえに、各実施例では屈折率分布型のレンズ全体として等しい屈折力を持つ場合であっても、面の屈折力と媒質の屈折力の比率を変えることにより、レンズのペッツバール項、近軸軸上色収差がコントロールできる。

例えば正の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レンズの場合、媒質もつ屈折力の比率を大きくするとペッツバール項が均質レンズの場合よりも小さくできる。また、屈折率分布の２次の項Ｎ１０を波長毎に制御することで、色収差をコントロールできる。

本実施例では、Ｎ１０を波長毎に制御することで、ペッツバール和、色収差をコントロールしている。

（ａ）式の係数Ｎ００λに相当するｄ線に対する値をＮ００ｄとする。屈折率分布型レンズを材料の屈折率がＮ００ｄの薄肉均質レンズであるとしたときの屈折力をφ２ｓとす
る。また、第２レンズ群Ｌ２の屈折率をΦ２とする。このとき各実施例において
−１．８５＜φ２ｓ／Φ２ ＜ １ ‥‥‥（１）
なる条件を満足している。

ここで薄肉均質レンズの屈折力φとは物体側と像側の面の曲率半径を各々ｒ１、ｒ２、材料の屈折率をｎとするとき
φ＝（ｎ−１）＊（（１／ｒ１）−（１／ｒ２））
で表されるものである。

条件式（１）は、ラジアル型屈折率分布レンズのペッツバール項を制限するための条件式である。上限を超えるとラジアル型屈折率分布レンズのペッツバール項が、均質レンズを用いた場合よりも大きな値を持つため好ましくない。

また、下限を超えると、ラジアル型屈折率分布レンズの面で与えられる負の屈折力がより大きくなる。このときペッツバール項は均質レンズの場合より小さくできるものの、レンズ全体として正の屈折力をたせるため、屈折率分布媒質で与える正の屈折力を大きくしなければならない。屈折率分布媒質の屈折力を大きくするためには、光軸とレンズ周辺での屈折率差（屈折率分布の大きさ）を大きくするか、レンズ厚を厚くする必要がある。

つまり、下限を超えるとラジアル型屈折率分布レンズの屈折率分布の大きさが大きくなる、若しくは屈折率分布型レンズのコンパクト化に不利となるため好ましくない。

第２レンズ群Ｌ２が有するラジアル型屈折率分布レンズは、条件式（１）を満たすようにするのが良い。これによれば、屈折率分布が大きくなり過ぎたり、屈折率分布型レンズのコンパクト化を損なったりすること無く、第２レンズ群Ｌ２のもつペッツバール項を小さくすることができる。このとき、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｌ１と正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｌ３の間でペッツバール項をバランスすると、光学系全体のペッツバール和を小さくすることができる。

条件式（１）は以下の範囲とすることで、より第２レンズ群Ｌ２のペッツバール項を小さくすることができる。

−１．８５ ＜ φ２ｓ／Φ２ ＜ ０．５ ・・・（１ａ）
条件式（１ａ）は、さらに好ましくは以下の範囲とするのが良い。

−１．８５ ＜ φ２ｓ／Φ２ ＜ ０ ・・・（１ｂ）
屈折率分布型レンズを材料の屈折率がＮ００ｄの薄肉均質レンズであるとしたときの屈折力をφ２ｓ、屈折率分布媒質によって生ずる屈折力をφ２ｍとする。このとき、各実施例において
−１．５＜（φ２ｓ／Ｖ００ｇ＋φ２ｍ／Ｖ１０ｇ）／（Φ２／Ｖ００ｇ）＜１
‥‥‥（２）
なる条件を満足している。

条件式（２）は、ラジアル型屈折率分布レンズで生ずる色収差を制限するための条件式である。条件式（２）の上限又は下限の範囲を超えると、ラジアル型屈折率分布レンズで生じる色収差が大きくなり、光学系全体での色消しが困難となるため好ましくない。

ここで、条件式（２）が正値を持つ場合は正の屈折力を持つ均質レンズと同じ方向に色収差が発生する。これに対して、負値を持つ場合、ラジアル型屈折率分布レンズは正の屈折力を持つにも関わらず通常の均質レンズと逆方向の色収差が生じる。

ゆえに、条件式（２）が負値を持つようなラジアル型屈折率分布レンズは均質レンズと異なった特性を示し、収差補正上有利となりうる。

第２レンズ群Ｌ２中の屈折率分布型レンズの中心厚をｔ２、ズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗとする。このとき、各実施例において
０．１ ＜ ｔ２／ｆｗ ＜ １ ‥‥‥（３）
なる条件を満足している。

ラジアル型屈折率分布媒質で生ずる屈折力はレンズ厚に比例する。このため、レンズ厚が条件式（３）の下限を超えると、収差補正に必要な媒質の屈折力を得るための屈折率分布が大きくなり過ぎるため好ましくない。また、上限を超えると屈折率分布の大きさは小さくできるが、第２レンズ群Ｌ２の全長が均質レンズを複数枚用いた場合と変わらなくなり、ラジアル型屈折率分布レンズを用いて第２レンズ群Ｌ２の構成レンズ枚数を削減し全系のコンパクト化を図った効果が相殺されてしまう。

沈胴時のコンパクト化の観点から、条件式（３）は以下の範囲とすることがより好ましい。

０．１ ＜ ｔ２／ｆｗ ＜ ０．７ ・・・（３ａ）
条件式（３ａ）は、さらに以下の範囲とすることがより好ましい。

０．１ ＜ ｔ２／ｆｗ ＜ ０．５ ・・・（３ｂ）
各実施例において、屈折率分布型レンズは、少なくとも１面が非球面形状である。

光軸からの高さｈの位置での光軸方向の面の変位を、面頂点を基準としてｘとする。非球面係数をＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅとし、近軸曲率半径をｒ、円錐係数をｋとする。このとき非球面形状は次のように表せる。

ｘ＝（ｈ^２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）＊（ｈ／ｒ）^２｝^１／２］
＋Ｂ＊ｈ^４ ＋ Ｃ＊ｈ^６ ＋ Ｄ＊ｈ^８ ＋ Ｅ＊ｈ^１０ ‥‥‥（ｂ）
ここで、（ａ）式のラジアル型屈折率分布における４次以上の項（Ｎ２０、Ｎ３０…）は、近軸的には屈折力は持たずに、均質レンズにおける非球面と同等の効果を持つことが知られている。つまり、光軸からの高さｈが高くなるに従い屈折力が弱くなるような非球面形状（Ｂ＜０）と、ラジアル型屈折率分布レンズでＮ２０＞０となる屈折率分布は、等価なものと考えることができる。

まず、単色収差について考える。

（ｂ）式の非球面係数Ｂと（ａ）式の屈折率分布の４次の項Ｎ２０が等価であるならば、ラジアル型屈折率分布レンズの面に非球面を用いることで、屈折率分布の４次の項Ｎ２０と非球面形状Ｂを相互に置き換えることができる。ラジアル型屈折率分布レンズを球面のみで構成する場合、光学系の構成レンズ枚数を削減するため複雑な非球面効果を屈折率分布媒質のみで与えようとすると、屈折率分布の４次以上の高次項が肥大化する。このとき、ラジアル型屈折率分布レンズの動径方向（レンズ周辺方向）の屈折率分布に高次項の影響によるうねりが現れ好ましくない。そこで、各実施例ではラジアル型屈折率分布レンズに非球面を用いて屈折率分布の高次の項を非球面形状に可能な限り置き換えることによって、屈折率分布に無駄な分布がつくのを防いでいる。

次に、色収差について考える。
均質レンズにおいて、非球面形状の面を用いて色収差を補正することは困難である。一方、ラジアル型屈折率分布レンズの場合、屈折率分布の４次以上の高次項を波長毎にコントロールすることで、波長毎に異なる非球面効果を与えることが可能となる。

各実施例では、屈折率分布の４次の項Ｎ２０を波長毎にコントロールし、球面収差やコマ収差を各波長で補正している。
また各実施例では、単色収差はできるだけ非球面形状の面で補正し、色収差は屈折率分布を制御することによって補正するように、ラジアル型屈折率分布レンズを用いている。

尚、各実施例において諸収差のうち歪曲収差は、公知の電気的な収差補正方法を用いて補正してもよい。

各実施例は以上の様に各要素を設定する事により、特に、固体撮像素子を用いた撮影系に好適なズームレンズを得ている。

特に構成レンズ枚数が少なくコンパクトで、沈胴式のズームレンズに適した、ズーム比が２〜４倍程度の高い光学性能を有するズームレンズを達成している。

次に各実施例の特徴について説明する。

各実施例のズーム方式は、次のとおりである。

実施例１〜３、実施例５のズームレンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３で構成されている。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が像側へ移動し、第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３が物体側に互いに異なった軌跡で移動している。第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３の移動により主な変倍を行い、第１レンズ群Ｌ１の移動により変倍に伴う像点の移動を補償している。

実施例４、実施例６〜７のズームレンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３で構成されている。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が像側に凸状の往復移動し、第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３が物体側に互いに異なった軌跡で移動している。第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３の移動により主な変倍を行い、第１レンズ群Ｌ１の移動により変倍に伴う像点の移動を補償している。

次に各実施例のレンズ構成について説明する。

尚、レンズ形状における凸形状、凹形状、正メニスカス形状、負メニスカス形状等は光軸近傍における形状である。

実施例１は、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を物体側が凸面で負メニスカス形状の均質材料より成る均質レンズと物体側が凸面で正メニスカス形状の均質レンズで構成している。また、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を物体側が凸面の負メニスカス形状で、光軸（レンズ中心）から垂直方向（レンズ周辺）に向かうほど材料の屈折率が小さくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。

また、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を像側が凸面で正メニスカス形状の１枚の均質レンズで構成している。

また実施例１は、第１レンズ群Ｌ１の物体側から数えた１枚目（以下「１枚目」という）のレンズの像側の面、第２レンズ群Ｌ２の物体側の面、第３レンズ群Ｌ３の像側の面をそれぞれ非球面形状としている。

実施例２は、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を物体側が凸面で負メニスカス形状の均質レンズと物体側が凸面で正メニスカス形状の均質レンズで構成している。また、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を物体側が凸面の正メニスカス形状で、光軸から垂直方向に向かうほど屈折率が小さくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。また、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を像側が凸面で正メニスカス形状の１枚の均質レンズで構成している。

また実施例２は、第１レンズ群Ｌ１１枚目レンズの像側の面、第２レンズ群Ｌ２の物体側の面、第３レンズ群Ｌ３の像側の面をそれぞれ非球面形状としている。

実施例３は、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を物体側が凸面で負メニスカス形状の均質レンズと物体側が凸面で正メニスカス形状の均質レンズで構成している。また、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を物体側が凸面の正メニスカス形状で、光軸から垂直方向に向かうほど屈折率が小さくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。また、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を両凸形状の１枚の均質レンズで構成している。

また実施例３は、第１レンズ群Ｌ１の１枚目レンズの像側の面、第２レンズ群Ｌ２の物体側の面、第３レンズ群Ｌ３の像側の面をそれぞれ非球面形状としている。

実施例４は、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を物体側が平面の平凹形状の均質レンズと物体側が凸面で正メニスカス形状の均質レンズで構成している。また、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を物体側が凸面の負メニスカス形状で、光軸から垂直方向に向かうほど屈折率が小さくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。また、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を両凸形状で、光軸から垂直方向に向かうほど屈折率が大きくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。

また実施例４は、第１レンズ群Ｌ１の１枚目レンズの像側の面、第２レンズ群Ｌ２の物体側の面、第３レンズ群Ｌ３の像側の面をそれぞれ非球面形状としている。

実施例５は、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を両凹形状で、光軸から垂直方向に向かうほど屈折率が大きくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。また、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を物体側が凸面の負メニスカス形状で、光軸から垂直方向に向かうほど屈折率が小さくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。また、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を両凸形状の１枚の均質レンズで構成している。

また実施例５は、第１レンズ群Ｌ１の像側の面、第２レンズ群Ｌ２の物体側の面、第３レンズ群Ｌ３の像側の面をそれぞれ非球面形状としている。

実施例６は、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を両凹形状で、光軸から垂直方向に向かうほど屈折率が大きくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。また、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を物体側が凸面の負メニスカス形状で、光軸から垂直方向に向かうほど屈折率が小さくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。また、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を像側が凸面の正メニスカス形状で、光軸から垂直方向に向かうほど屈折率が大きくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。

また実施例６は、第１〜第３レンズ群Ｌ１〜Ｌ３の全ての面を非球面形状としている。

実施例７は、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を両凹形状で、光軸から垂直方向に向かうほど屈折率が大きくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。また、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を物体側が凸面の負メニスカス形状で、光軸から垂直方向に向かうほど屈折率が小さくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。また、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を像側が凸面の正メニスカス形状で、光軸から垂直方向に向かうほど屈折率が大きくなる分布のラジアル型屈折率分布レンズ１枚で構成している。

また実施例７は、第１〜第３レンズ群Ｌ１〜Ｌ３の全ての面を非球面形状としている。

次に、本発明の実施例１〜７に対応する数値実施例１〜７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は第ｉ番目のレンズ面（面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間のレンズ肉厚および空気間隔、Ｎｉ、νｉはそれぞれ第ｉ番目の部材のｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。

また、ｋは円錐係数、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは各々非球面係数である。非球面形状は光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき
ｘ＝（ｈ^２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）＊（ｈ／ｒ）^２｝^１／２］
＋Ｂ＊ｈ^４ ＋ Ｃ＊ｈ^６ ＋ Ｄ＊ｈ^８ ＋ Ｅ＊ｈ^１０
で表される。但しｒは近軸曲率半径である。

又「ｅ−０ｘ」は「×１０−ｘ」を意味している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。

ラジアル型の屈折率分布表現式は、レンズの動径方向距離（光軸からの高さ）をｈとし、係数をＮ００，Ｎ１０，Ｎ２０としたとき、高さｈでの屈折率Ｎ（ｈ）を
Ｎ（ｈ）＝Ｎ００＋Ｎ１０＊ｈ^２ ＋ Ｎ２０＊ｈ^４
として表している。

各数値実施例では各係数Ｎ００，Ｎ１０，Ｎ２０をＣ，ｄ，ｇ線に対して各々示している。

ＧＲＩＮは屈折率分布型の材料であることを示している。

又、前述の各条件式と各実施例との関係を表−１、表−２に示す。

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（光学機器）の実施例を図２９を用いて説明する。

図２９において、２０はデジタルカメラ本体、２１は上述の実施例１〜７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等の撮像素子である。２３は撮像素子２２が受光した被写体像を記録する記録手段、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ため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光学機器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。

実施例１のレンズ断面図 実施例１の広角端における収差図 実施例１の中間のズーム位置における収差図 実施例１の望遠端における収差図 実施例２のレンズ断面図 実施例２の広角端における収差図 実施例２の中間のズーム位置における収差図 実施例２の望遠端における収差図 実施例３のレンズ断面図 実施例３の広角端における収差図 実施例３の中間のズーム位置における収差図 実施例３の望遠端における収差図 実施例４のレンズ断面図 実施例４の広角端における収差図 実施例４の中間のズーム位置における収差図 実施例４の望遠端における収差図 実施例５のレンズ断面図 実施例５の広角端における収差図 実施例５の中間のズーム位置における収差図 実施例５の望遠端における収差図 実施例６のレンズ断面図 実施例６の広角端における収差図 実施例６の中間のズーム位置における収差図 実施例６の望遠端における収差図 実施例７のレンズ断面図 実施例７の広角端における収差図 実施例７の中間のズーム位置における収差図 実施例７の望遠端における収差図 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
ＳＰ Ｆナンバー決定部材（開口絞り）
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面

Claims (7)

1. 物体側より像側に順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群より構成され、ズーミングに際し前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔及び前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔を変化させるズームレンズにおいて、
   該第２レンズ群は、光軸に対し垂直な方向に材料の屈折率が変化する屈折率分布型レンズから構成され、
   光軸から垂直な方向の距離ｈにおける波長λでの屈折率Ｎλ（ｈ）は、波長λにおけるｈ０乗、ｈ２乗、ｈ４乗・・・の係数をＮ００λ、Ｎ１０λ、Ｎ２０λ…とするとき、
   Ｎλ（ｈ）＝Ｎ００λ＋Ｎ１０λ＊ｈ ^２ ＋Ｎ２０λ＊ｈ ^４ ＋…
   で表されるものであり、該係数Ｎ００λに相当するｄ線に対する値をＮ００ｄとし、該屈折率分布型レンズは、材料の屈折率がＮ００ｄの薄肉均質レンズであるとしたときの屈折力をφ２ｓ、該第２レンズ群の屈折力をΦ２とするとき
   −１．８５＜φ２ｓ／Φ２ ＜ １
   なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記材料の屈折率がＮ００ｄの薄肉均質レンズであるとしたときの屈折力をφ２ｓ、前記第２レンズ群の屈折力をΦ２とするとき
   −１．８５＜φ２ｓ／Φ２≦０．７５０
   なる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。
3. 前記材料の屈折率がＮ００ｄの薄肉均質レンズであるとしたときの屈折力をφ２ｓ、前記第２レンズ群の屈折力をΦ２とするとき
   −１．８５＜φ２ｓ／Φ２ ＜ ０．５
   なる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。
4. 前記屈折率分布型レンズは、前記係数Ｎ００λに相当するｄ，ｇ，Ｃ線に対する値を順にＮ００ｄ，Ｎ００ｇ，Ｎ００Ｃ、
   該係数Ｎ１０λに相当するｄ，ｇ，Ｃ線に対する値を順にＮ１０ｄ，Ｎ１０ｇ，Ｎ１０Ｃとし、
   これらの値に対する屈折率分布型レンズの材料のアッベ数Ｖ００ｇ，Ｖ１０ｇを
   Ｖ００ｇ ＝ （Ｎ００ｄ−１）／（Ｎ００ｇ−Ｎ００Ｃ）
   Ｖ１０ｇ ＝ Ｎ１０ｄ／（Ｎ１０ｇ−Ｎ１０Ｃ）
   とし、該屈折率分布型レンズを材料の屈折率がＮ００ｄの薄肉均質レンズであるとしたときの屈折力をφ２ｓ、屈折率分布媒質によって生ずる屈折力をφ２ｍとするとき
   −１．５＜（φ２ｓ／Ｖ００ｇ＋φ２ｍ／Ｖ１０ｇ）／（Φ２／Ｖ００ｇ）＜１
   なる条件を満足することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 前記屈折率分布型レンズの中心厚をｔ２、前記ズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗとするとき、
   ０．１ ＜ ｔ２／ｆｗ ＜ １
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項に記載のズームレンズ。
6. 前記屈折率分布型レンズは、少なくとも１面が非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する光電変換素子を有していることを特徴とする撮像装置。
   

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