JP5074790B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明はズームレンズに関し、特に銀塩フィルム用カメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオ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。このような撮像装置において像形成を行う撮像レンズには、広い変倍域にわたって高い光学性能が要望されている。
更に、球面収差やコマ収差等の単色での像性能に関わる収差の補正に加え、白色光源において色にじみ具合や像の解像感を左右する色収差の補正が十分に行われていることが要望されている。
一般に、ズームレンズの色収差は、広角端では倍率色収差が、望遠端では軸上色収差及び倍率色収差が大きく発生する。この色収差を改善するためには、一次スペクトルのみならず、二次スペクトルでの色収差補正を行い、各群において色収差補正を十分行うことが重要である。
このような色収差の発生を低減する方法として、光学材料に異常分散材料を用いる方法が良く知られている。
特許文献１の光学系では、負レンズ群が先行する所謂ネガティブリード型の光学系において、瞳近軸光線の高い位置に、蛍石等の低分散レンズを配置することで倍率色収差を低減させている。
特許文献２の光学系では、正レンズ群が先行する所謂ポジティブリード型の光学系において、異常分散材料を配置することで二次スペクトルを補正している。
特許文献３及び特許文献４の光学系では、高分散かつ異常部分分散な光学特性を示す液体材料を用いることで色収差を補正している。
特開２００２−２８７０３１号
特開２００２−６２４７８号
米国特許第５７３１９０７号
米国特許第５６３８２１５号
特許文献１及び特許文献２のように、蛍石等の大きな異常分散特性を有する低分散ガラスを用いた光学系では、所望の二次スペクトル補正を行うために比較的曲率を大きくし、レンズの屈折力を大きく変化させる必要がある。このためレンズ厚が大きくなり、光学長の増大を招くと共に、色収差の補正と球面収差・コマ収差・非点収差等の諸収差の補正を両立することが困難であった。
また、特許文献３及び特許文献４のように、高分散かつ異常部分分散な光学特性を示す液体材料を用いた光学系は、液体を封止するための構造が必要であって、製造が複雑になる傾向があった。さらに、温度変化によって屈折率、分散特性が変化し、耐環境性を良好に維持するのが難しいという課題がある。
本発明の目的は、適切な場所に適切な分散特性を有する固体材料からなる屈折光学素子を適切な屈折力で配置することで、変倍域の全域にわたって良好な光学性能のズームレンズを得ることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明にかかるズームレンズは、物体側より像側へ順に、物体側レンズ群、絞り、負レンズ群を有するズームレンズにおいて、アッベ数をｖｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、前記負レンズ群は、
０．７５５＜θｇＦ−（−１．６６５×１０−７・ｖｄ３＋５．２１３×１０−５・ｖｄ２−５．６５６×１０−３・ｖｄ）＜１．０１１
なる条件式を満足する固体材料からなる正の屈折力の屈折光学素子を有し、前記屈折光学素子の物体側と像側の２つの屈折面はいずれも空気に面せず、
前記屈折光学素子の物体側と像側の２つの屈折面が共に空気に面するとしたときの焦点距離をｆ、前記負レンズ群の焦点距離をｆｎとするとき、
−５＜ｆ／ｆｎ＜−０．５
なる条件式を満足することを特徴としている。
０．７５５＜θｇＦ−（−１．６６５×１０−７・ｖｄ３＋５．２１３×１０−５・ｖｄ２−５．６５６×１０−３・ｖｄ）＜１．０１１
なる条件式を満足する固体材料からなる正の屈折力の屈折光学素子を有し、前記屈折光学素子の物体側と像側の２つの屈折面はいずれも空気に面せず、
前記屈折光学素子の物体側と像側の２つの屈折面が共に空気に面するとしたときの焦点距離をｆ、前記負レンズ群の焦点距離をｆｎとするとき、
−５＜ｆ／ｆｎ＜−０．５
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、色収差を良好に補正し、変倍域の全域にわたって良好なる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を得ることができる。
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）における無限遠合焦状態での収差図である。
図５は実施例２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（長焦点距離端）における無限遠合焦状態での収差図である。
図９は実施例３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（長焦点距離端）における無限遠合焦状態での収差図である。
図１３は実施例４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（長焦点距離端）における無限遠合焦状態での収差図である。
図１７は実施例５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（長焦点距離端）における無限遠合焦状態での収差図である。
図２１は実施例６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（長焦点距離端）における無限遠合焦状態での収差図である。
図２５は本発明のズームレンズを備えるカメラ（撮像装置）の概略図である。
各実施例のズームレンズはビデオカメラやデジタルカメラそして銀塩フィルムカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。
図２５は本発明のズームレンズを備えるカメラ（撮像装置）の概略図である。
各実施例のズームレンズはビデオカメラやデジタルカメラそして銀塩フィルムカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。
レンズ断面図において、左方が被写体側（前方）で、右方が像側（後方）である。また、レンズ断面図において、ｉを物体側からのレンズ群の順番とすると、Ｌｉは第ｉレンズ群を示す。ＳＰは開口絞りである。ＳＳＰはフレアカット絞りである。ＩＰは像面である。像面ＩＰは、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ズームレンズを使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する。銀塩フィルム用カメラの撮影光学系としてズームレンズを使用する際には、フィルム面に相当する。
矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際して各レンズ群の移動軌跡とフォーカシングの際の移動軌跡を示している。
矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際して各レンズ群の移動軌跡とフォーカシングの際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、△Ｍ，△Ｓはメリディオナル像面，サジタル像面である。倍率色収差はｇ線によって表している。ωは半画角、ＦｎｏはＦナンバーである。
なお、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を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。
各実施例はいずれも、物体側より像側へ順に、物体側レンズ群、絞り、負レンズ群を有するズームレンズである。本発明において、物体側レンズ群を構成するレンズ群の数は任意であり、最低限１つのレンズ群を有していれば良い。
絞りより像側に配置される負レンズ群は、以下の条件を満足する固体材料（光学系を使用する状態で固体の材料）からなる正の屈折力の屈折光学素子ＧＮＬを有している。すなわち、屈折光学素子ＧＮＬを形成する固体材料のアッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、
０．７５５＜θｇＦ−（−１．６６５×１０−７・ｖｄ３＋５．２１３×１０−５・ｖｄ２−５．６５６×１０−３・ｖｄ）＜１．０１１ ・・・（１）
なる条件を満足している。
０．７５５＜θｇＦ−（−１．６６５×１０−７・ｖｄ３＋５．２１３×１０−５・ｖｄ２−５．６５６×１０−３・ｖｄ）＜１．０１１ ・・・（１）
なる条件を満足している。
ここで、波長４３５．８ｎｍ（ｇ線）、波長４８６．１ｎｍ（Ｆ線）、波長５８７．６ｎｍ（ｄ線）、波長６５６．３ｎｍ（Ｃ線）のそれぞれに対する材料の屈折率をｎｇ，ｎＦ，ｎｄ，ｎＣとするとき、アッベ数νｄと部分分散比θｇＦは次のとおりである。
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
θｇＦ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
条件式（１）は、光学素子ＧＮＬとして使用する固体材料の屈折率に関する波長依存性を示したものである。条件式（１）を満たす正の屈折力の屈折光学素子ＧＮＬを絞りより像側に配置された負レンズ群に設けることで、良好な色収差補正を実現することができる。
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
θｇＦ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
条件式（１）は、光学素子ＧＮＬとして使用する固体材料の屈折率に関する波長依存性を示したものである。条件式（１）を満たす正の屈折力の屈折光学素子ＧＮＬを絞りより像側に配置された負レンズ群に設けることで、良好な色収差補正を実現することができる。
本発明における固体材料は部分分散比が一般的な光学材料に比べて大きいものを使用している。この固体材料からなる屈折光学素子を絞りよりも像側において正の屈折力で使用する効果について説明する。
光学材料の屈折率の波長依存特性において、アッベ数は分散特性曲線の全体の傾きを表し、部分分散比は分散特性曲線の曲がり具合を表すものである。一般的に光学材料は、短波長側の屈折率が長波長側の屈折率よりも高く、短波長側になるほど波長の変化に対する屈折率の変化は大きくなる。そして、アッベ数の小さい高分散な光学材料ほど部分分散比が大きくなる。部分分散比が大きな光学材料では、その材料を用いたレンズ面の色収差係数の波長依存特性曲線は、部分分散比が小さな光学材料を用いた場合に比べて短波長側でより大きな曲がりを示す。硝材など一般的な光学材料の部分分散比はアッベ数に対してほとんど一様な値をとり、この一様な値から外れた特性を持つ物が、異常部分分散性を示す光学材料である。
屈折光学素子が絞りの近傍に配置されている場合には、近軸軸上光線が高いため、軸上色収差に対する補正効果が大きくなる。軸上色収差の２次スペクトルがオーバー側に大きくなる場合には、上記の位置に異常分散性が高い正の屈折力を有する光学素子を配置する。この光学素子により、Ｃ線とｇ線のピント位置が共にオーバー側になるところを、ｇ線のピント位置を高い独立性をもってアンダー側に補正することが可能なため、２次スペクトルを小さくすることができる。また、屈折光学素子が絞りから離れた位置に配置されている場合には、瞳近軸光線が高くなるので、倍率色収差に対する効果が大きくなる。倍率色収差がオーバー側に大きくなる場合には、上記の位置に異常分散性が高い正の屈折力を有する光学素子を配置することでｇ線の屈折率が相対的に大きくなり、ｇ線をアンダー側へ補正することができる。
ただし、軸上色収差を補正する場合にも、倍率色収差を補正する場合にも、あまりに一般の光学材料とかけ離れたものをレンズとして用いた場合、そのレンズ面の色収差係数の波長依存特性曲線の短波長側の曲がりが大きくなりすぎてしまう。その大きな曲がりを打ち消すためには、他のレンズの屈折力も強くしなければならず、結局、球面収差、コマ収差や非点収差などに大きな影響を及ぼし、収差補正上困難となってしまう。そこで、正の屈折力を持つ屈折光学素子としては条件式（１）を満たす固体材料が好ましい。
固体材料が条件式の上限値を上回ると軸上色収差の２次スペクトルが補正過剰になり、下限値を超えると補正不足になる。
条件式（１）は以下の範囲とすることでさらに良好な色収差補正効果が期待できる。
０．７５５＜θｇＦ−（−１．６６５×１０−７・ｖｄ３＋５．２１３×１０−５・ｖｄ２−５．６５６×１０−３・ｖｄ）＜０．８７０ ・・・（１ａ）
さらに、屈折光学素子の屈折力により色収差の補正効果は変化するため、この屈折光学素子の屈折力を以下のように設定することが好ましい。
−５＜ｆ／ｆｎ＜−０．５ ・・・（２）
ここで、ｆは前記屈折光学素子の物体側と像側の２つの面を共に空気に面するとした時の焦点距離、ｆｎは前記屈折光学素子を有する負レンズ群の焦点距離である。
０．７５５＜θｇＦ−（−１．６６５×１０−７・ｖｄ３＋５．２１３×１０−５・ｖｄ２−５．６５６×１０−３・ｖｄ）＜０．８７０ ・・・（１ａ）
さらに、屈折光学素子の屈折力により色収差の補正効果は変化するため、この屈折光学素子の屈折力を以下のように設定することが好ましい。
−５＜ｆ／ｆｎ＜−０．５ ・・・（２）
ここで、ｆは前記屈折光学素子の物体側と像側の２つの面を共に空気に面するとした時の焦点距離、ｆｎは前記屈折光学素子を有する負レンズ群の焦点距離である。
固体材料が条件式（２）の上限値を上回ると軸上色収差の２次スペクトルが補正過剰になり、下限値を超えると補正不足になる。
また固体材料のアッベ数は以下の条件にあることが好ましい。
１０＜ｖｄ＜４５ ・・・（３）
これは、レンズ面の屈折力変化に対する各収差係数の変化は、アッベ数の絶対値が小さいほど大きくなるためである。アッベ数の絶対値が小さい高分散材料を用いれば、必要な色収差を得るための屈折力変化量は小さくて済み、収差論上、球面収差、コマ収差や非点収差などに大きな影響を及ぼすことなく色収差をコントロールできる。したがって、光学系を構成するレンズの内、少なくとも１つのレンズ面は、高分散材料で形成された屈折レンズ面であることが収差補正上重要である。特に負レンズ群においては負の屈折力の光学素子の屈折力が強くなるため、一次スペクトルの補正上アッベ数を大きく取るのが好ましい。したがって、固体材料からなる正の屈折力を持つ屈折光学素子のアッベ数を上記の条件の範囲内とすることで、良好に色収差を補正できる。逆に、正レンズ群においては正の屈折力の光学素子のアッベ数を大きくすることで良好に色収差を補正できる。このように群内で十分に色収差を補正することにより、変倍域の全域で良好に色収差が補正されたズームレンズを得ることができる。固体材料のアッベ数が上限値を上回ると一次スペクトルの補正が十分行えず、変倍による色収差の変動が大きくなってしまう。
また固体材料のアッベ数は以下の条件にあることが好ましい。
１０＜ｖｄ＜４５ ・・・（３）
これは、レンズ面の屈折力変化に対する各収差係数の変化は、アッベ数の絶対値が小さいほど大きくなるためである。アッベ数の絶対値が小さい高分散材料を用いれば、必要な色収差を得るための屈折力変化量は小さくて済み、収差論上、球面収差、コマ収差や非点収差などに大きな影響を及ぼすことなく色収差をコントロールできる。したがって、光学系を構成するレンズの内、少なくとも１つのレンズ面は、高分散材料で形成された屈折レンズ面であることが収差補正上重要である。特に負レンズ群においては負の屈折力の光学素子の屈折力が強くなるため、一次スペクトルの補正上アッベ数を大きく取るのが好ましい。したがって、固体材料からなる正の屈折力を持つ屈折光学素子のアッベ数を上記の条件の範囲内とすることで、良好に色収差を補正できる。逆に、正レンズ群においては正の屈折力の光学素子のアッベ数を大きくすることで良好に色収差を補正できる。このように群内で十分に色収差を補正することにより、変倍域の全域で良好に色収差が補正されたズームレンズを得ることができる。固体材料のアッベ数が上限値を上回ると一次スペクトルの補正が十分行えず、変倍による色収差の変動が大きくなってしまう。
また、広角端における絞りから固体材料からなる正の屈折力の屈折光学素子の物体側の面までの距離をＬ、前記ズームレンズの変倍域の全域における最大光学全長をＴとしたとき、以下の場所に配置されることが好ましい。
０．０１＜Ｌ／Ｔ＜０．２ ・・・（４）
ここで、光学全長とは、ズームレンズの最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の長さをいう。
０．０１＜Ｌ／Ｔ＜０．２ ・・・（４）
ここで、光学全長とは、ズームレンズの最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の長さをいう。
上記の条件式は、屈折光学素子を配置する位置により、倍率色収差及び軸上色収差の両方に対して一次スペクトル・二次スペクトルを良好に補正できる範囲を示している。条件式の上限を上回ると近軸軸上光線の高さが低いため軸上色収差に対する色収差補正効果が弱くなる。また、条件式の下限を下回ると瞳近軸光線の高さが低いため、倍率色収差に対する色収差補正効果が弱くなる。
条件式（４）は以下の範囲とすることでさらに良好な色収差補正効果が期待できる。
０．０１＜Ｌ／Ｔ＜０．１７ ・・・（４ａ）
以上のような条件を満足する固体の光学材料の具体例としては、樹脂が挙げられる。様々な樹脂の中でも特にＵＶ硬化樹脂（ｎｄ＝１．６３５，νｄ＝２２．７，θｇＦ＝０．６９）やＮ−ポリビニルカルバゾール（ｎｄ＝１．６９６，νｄ＝１７．７，θｇＦ＝０．６９）は上記の条件を満足する光学材料となるが、これに限定するものではない。
０．０１＜Ｌ／Ｔ＜０．１７ ・・・（４ａ）
以上のような条件を満足する固体の光学材料の具体例としては、樹脂が挙げられる。様々な樹脂の中でも特にＵＶ硬化樹脂（ｎｄ＝１．６３５，νｄ＝２２．７，θｇＦ＝０．６９）やＮ−ポリビニルカルバゾール（ｎｄ＝１．６９６，νｄ＝１７．７，θｇＦ＝０．６９）は上記の条件を満足する光学材料となるが、これに限定するものではない。
また、一般の硝材とは異なる特性を持つ材料として、下記の無機微粒子を合成樹脂等の透明媒体に分散させた混合体がある。すなわち、ＴｉＯ２（ｎｄ＝２．３０４，νｄ＝１３．８），Ｎｂ２Ｏ５（ｎｄ＝２．３６７，νｄ＝１４．０），ＩＴＯ（ｎｄ＝１．８５８１，νｄ＝５．５３），ＢａＴｉＯ３（ｎｄ＝２．４３６２，νｄ＝１１．３）等を挙げることができる。
この中では、ＴｉＯ２（ｎｄ＝２．３０４，νｄ＝１３．８，θｇＦ＝０．８７）微粒子を合成樹脂中に分散させた場合、上記の条件を満足する光学材料となる。
ＴｉＯ２は様々な用途で使われる材料であり、光学関連では反射防止膜などの光学薄膜を構成する蒸着用材料として用いられている。他にも光触媒、白色顔料などとして、またＴｉＯ２微粒子は化粧品材料として用いられている。
ＴｉＯ２を分散させる媒体材料としては、ポリマーが良く、成形型等を用いて光重合成形または熱重合成形することにより高い量産性を得ることができる。
また、ポリマーの光学定数の特性としても、部分分散比が比較的大きいポリマー、あるいはアッベ数が比較的小さいポリマーか、両者を満たすポリマーが良く、Ｎ−ポリビニルカルバゾール、スチレン、ポリメタクリル酸メチル（アクリル）、などが挙げられる。後述する実施例ではＴｉＯ２微粒子を分散させるホストポリマーとしてＰＭＭＡを用いるが、これに限定するものではない。
ナノ微粒子を分散させた混合体の分散特性Ｎ（λ）は、良く知られたＤｒｕｄｅの式から導きだされた次式によって簡単に計算することができる。即ち、
Ｎ（λ）＝［１＋Ｖ｛ＮＴｉＯ２（λ）−１｝＋（１−Ｖ）｛ＮＰ２（λ）−１｝］１／２ ・・・（５）
ここで、λは任意の波長、ＮＴｉＯはＴｉＯ２の屈折率、ＮＰはポリマーの屈折率、Ｖはポリマー体積に対するＴｉＯ２微粒子の総体積の分率である。
Ｎ（λ）＝［１＋Ｖ｛ＮＴｉＯ２（λ）−１｝＋（１−Ｖ）｛ＮＰ２（λ）−１｝］１／２ ・・・（５）
ここで、λは任意の波長、ＮＴｉＯはＴｉＯ２の屈折率、ＮＰはポリマーの屈折率、Ｖはポリマー体積に対するＴｉＯ２微粒子の総体積の分率である。
これらの固体材料からなる正の屈折力の屈折光学素子の一面を非球面形状とすることで色の球面収差を良好に補正でき、高い光学性能を得ることができる。この非球面形状を樹脂を用いて形成する場合、一般的には成形型を用いて光重合成形または熱重合成形によって作成される。そこで、成形型の形状を予め非球面形状としておけば、比較的容易にレンズの境界面とは反対側の面を非球面とする事が出来る。また、樹脂を貼り合わせるレンズ面を既存のモールド成形法によって作成すれば、容易に非球面形状を作成する事が出来る。
また、固体材料からなる正の屈折力の屈折光学素子の少なくとも一方の屈折面を空気に面することでこの面の前後で屈折率差が大きくなり、色収差補正効果を有効的に発揮できる。一方で、直接空気と触れる構造とすると耐環境性が弱くなるが、固体材料からなる正の屈折力の屈折光学素子をレンズで挟み込む構造とすれば、環境の変化による光学性能の劣化を抑えることができる。
なお、本発明の固体材料は上記の樹脂材料に限定されるものではなく、ガラス材料等を用いてもよく、種々の変形及び変更が可能である。
図１のズームレンズは、物体側より順に負の屈折力を持つ第１群、正の屈折力を持つ第２群、絞り、負の屈折力を持つ第３群、正の屈折力を持つ第４群から構成されている。広角端から望遠端への変倍に際し、第１群は像側へ移動し、第２群は物体側へ移動し、第３群、第４群は各々の群間隔を変化させながら物体側へ移動している。本実施例では第３群中最も物体側のレンズとその像側のレンズの間に正の屈折力を有するＵＶ硬化型の樹脂材料ＧＮＬを配置している。このようにＵＶ硬化型の樹脂材料ＧＮＬをガラスで挟み込んだ構成とすることで、環境の変化による光学性能の劣化を抑えることができる。また、第３群は近軸軸上光線の高い位置に配置されているため、望遠側の軸上色収差における二次スペクトルを良好に補正することができる。同時に、負レンズ群における正レンズのアッベ数が小さいため一次スペクトルを十分に補正する効果もある。さらに、異常分散材料としてＵＶ硬化型の樹脂材料を使用することで、蛍石当の従来材料に比べて肉厚を薄くすることができ、光学系の小型化にも有効である。また、本実施例では無限遠から至近物体へのフォーカシングに際して、第１群を物体側へ繰出している。
図５のズームレンズは、物体側より順に負の屈折力を持つ第１群、正の屈折力を持つ第２群、負の屈折率を持つ第３群、絞り、正の屈折力を持つ第４群、負の屈折力を持つ第５群、正の屈折率を持つ第６群から構成されている。広角端から望遠端への変倍に際し、第１群は像側に凸の軌道を描いて移動し、第２群は物体側へ移動し、第３群、第４群、第５群は各々の群間隔を変化させながら物体側へ移動し、第６群は固定している。本実施例では第５群中最も物体側のレンズの物体側に正の屈折力を有するＵＶ硬化型の樹脂材料ＧＮＬを配置している。このようにＵＶ硬化型の樹脂材料ＧＮＬをレンズに積層することで、例えば成形型を非球面形状とすることで比較的容易にレンズの境界面とは反対側の面を非球面形状にできる。ＵＶ硬化型の樹脂材料ＧＮＬを非球面形状とすることで色の球面収差を効果的に補正できる。また、第５群は近軸軸上光線および広角側の瞳近軸光線が比較的高い位置に配置されているため、望遠側の軸上色収差および広角側の倍率色収差における二次スペクトルを良好に補正することができる。同時に、負レンズ群における正レンズのアッベ数が小さいため一次スペクトルを十分に補正する効果もある。さらに、異常分散材料としてＵＶ硬化型の樹脂材料を使用することで、蛍石当の従来材料に比べて肉厚を薄くすることができ、光学系の小型化にも有効である。また、本実施例では無限遠から至近物体へのフォーカシングに際して、色収差の補正された第５群を像側へ移動することで、色収差の変動を抑えることができる。尚、本実施例では第４群を光軸と垂直な方向に変異させることで、手ぶれによる画像の劣化を防止することも可能である。
図９のズームレンズは、物体側より順に正の屈折力を持つ第１群、負の屈折力を持つ第２群、絞りを含んで正の屈折力を持つ第３群、負の屈折力を持つ第４群、正の屈折力を持つ第５群から構成されている。広角端から望遠端への変倍に際し、第１群は物体側へ移動し、第２群は像側へ移動し、第３群、第４群、第５群は各々の群間隔を変化させながら物体側へ移動している。本実施例では第４群中最も物体側のレンズとその像側のレンズの間に正の屈折力を有するＵＶ硬化型の樹脂材料ＧＮＬを配置している。このようにＵＶ硬化型の樹脂材料ＧＮＬをガラスで挟み込んだ構成とすることで、環境の変化による光学性能の劣化を抑えることができる。また、第３群は近軸軸上光線の高い位置に配置されているため、望遠側の軸上色収差における二次スペクトルを良好に補正することができる。また、望遠端に向かって絞りからの距離を大きくすることで望遠端の倍率色収差における二次スペクトルも補正することができる。同時に、負レンズ群における正レンズのアッベ数が小さいため一次スペクトルを十分に補正する効果もある。さらに、異常分散材料としてＵＶ硬化型の樹脂材料を使用することで、蛍石当の従来材料に比べて肉厚を薄くすることができ、光学系の小型化にも有効である。また、本実施例では無限遠から至近物体へのフォーカシングに際して、第２群を物体側へ繰出している。
図１３の実施例４のズームレンズは、物体側より順に負の屈折力を持つ第１群、絞り、正の屈折力を持つ第２群、負の屈折力を持つ第３群、正の屈折力を持つ第４群から構成されている。広角端から望遠端への変倍に際し、第１群は像側へ移動し、第２群は物体側へ移動し、第３群、第４群は各々の群間隔を変化させながら物体側へ移動している。本実施例では第３群中最も物体側のレンズとその像側のレンズの間に正の屈折力を有するＵＶ硬化型の樹脂材料ＧＮＬを配置している。このようにＵＶ硬化型の樹脂材料ＧＮＬをガラスで挟み込んだ構成とすることで、環境の変化による光学性能の劣化を抑えることができる。また、第３群は近軸軸上光線の高い位置に配置されているため、望遠側の軸上色収差における二次スペクトルを良好に補正することができる。同時に、負レンズ群における正レンズのアッベ数が小さいため一次スペクトルを十分に補正する効果もある。さらに、異常分散材料としてＵＶ硬化型の樹脂材料を使用することで、蛍石当の従来材料に比べて肉厚を薄くすることができ、光学系の小型化にも有効である。また、本実施例では無限遠から至近物体へのフォーカシングに際して、第１群を物体側へ繰出している。
図１７のズームレンズは、物体側より順に負の屈折力を持つ第１群、正の屈折力を持つ第２群、絞り、負の屈折力を持つ第３群、正の屈折力を持つ第４群、負の屈折力を持つ第５群から構成されている。広角端から望遠端への変倍に際し、第１群は像側へ移動し、第２群は物体側へ移動し、第３群、第４群、第５群は各々の群間隔を変化させながら物体側へ移動している。本実施例では第３群中最も物体側のレンズとその像側のレンズの間に正の屈折力を有するＮ−ポリビニルカルバゾールＧＮＬを配置している。このようにＮ−ポリビニルカルバゾールＧＮＬをガラスで挟み込んだ構成とすることで、環境の変化による光学性能の劣化を抑えることができる。また、第３群は近軸軸上光線の高い位置に配置されているため、望遠側の軸上色収差における二次スペクトルを良好に補正することができる。同時に、負レンズ群における正レンズのアッベ数が小さいため一次スペクトルを十分に補正する効果もある。さらに、異常分散材料としてＮ−ポリビニルカルバゾールを使用することで、蛍石当の従来材料に比べて肉厚を薄くすることができ、光学系の小型化にも有効である。また、本実施例では無限遠から至近物体へのフォーカシングに際して、第１群を物体側へ繰出している。
図２１のズームレンズは、物体側より順に負の屈折力を持つ第１群、正の屈折力を持つ第２群、負の屈折率を持つ第３群、絞り、正の屈折力を持つ第４群、負の屈折力を持つ第５群、正の屈折率を持つ第６群から構成されている。広角端から望遠端への変倍に際し、第１群は像側に凸の軌道を描いて移動し、第２群は物体側へ移動し、第３群、第４群、第５群は各々の群間隔を変化させながら物体側へ移動し、第６群は固定している。本実施例では第５群中最も物体側のレンズの物体側に正の屈折力を有するＴｉＯ２微粒子をＰＭＭＡに分散させた混合体ＧＮＬを配置している。また、ＴｉＯ２微粒子をＰＭＭＡに分散させた混合体ＧＮＬをレンズに積層することで、レンズの境界面とは反対側の面を非球面形状としている。ＴｉＯ２微粒子をＰＭＭＡに分散させた混合体ＧＮＬを非球面形状とすることで色の球面収差を効果的に補正できる。第５群は近軸軸上光線及び広角側の瞳近軸光線が比較的高い位置に配置されているため、望遠側の軸上色収差及び広角側の倍率色収差における二次スペクトルを補正することができる。同時に、負レンズ群における正レンズのアッベ数が小さいため一次スペクトルを十分に補正する効果もある。さらに、異常分散材料としてＴｉＯ２微粒子をＰＭＭＡに分散させた混合体を使用することで、蛍石当の従来材料に比べて肉厚を薄くすることができ、光学系の小型化にも有効である。また、本実施例では無限遠から至近物体へのフォーカシングに際して、色収差の補正された第５群を像側へ移動することで、色収差の変動を抑えることができる。尚、本実施例では第４群を光軸と垂直な方向に変異させることで、手ぶれによる画像の劣化を防止することも可能である。
次に本発明の実施例１〜６に対応する数値実施例１〜６の具体的な数値データを示す。各数値実施例においてｉは物体側から数えた面の番号を示す。ｒｉは第ｉ番目の光学面の曲率半径である、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔である。Ｎｉとｖｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数である。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。
また、非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、Ｈを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、Ｒを近軸曲率半径とし、Ｋを円錐定数、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを各次数の非球面係数とするとき、
Ｘ＝（Ｈ２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（Ｈ／Ｒ）２｝１／２］＋ＢＨ４＋ＣＨ６＋ＤＨ８＋ＥＨ１０ ・・・（６）
で表される。なお、各非球面係数における「Ｅ±ＸＸ」は「×１０±ＸＸ」を意味している。
Ｘ＝（Ｈ２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（Ｈ／Ｒ）２｝１／２］＋ＢＨ４＋ＣＨ６＋ＤＨ８＋ＥＨ１０ ・・・（６）
で表される。なお、各非球面係数における「Ｅ±ＸＸ」は「×１０±ＸＸ」を意味している。
各数値実施例における各条件式の関係を表１に、各数値実施例における固体材料ＧＮＬの各波長に対する屈折率を表２に示す。
次に各実施例に示したようなズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラの実施形態を図２５を用いて説明する。
図２５において、２０はカメラ本体である。２１は実施例１〜６で説明したいずれか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はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。
２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は液晶ディスプレイ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を観察するためのファインダである。
このように本発明のズームレンズをデジタルスチ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が実現できる。
ＳＰ 絞り
ＳＳＰ フレアカット絞り
ＧＮＬ 異常分散特性を有する屈折光学素子
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｍ メリディオナル像面
Ｓ サジタル像面
ＳＳＰ フレアカット絞り
ＧＮＬ 異常分散特性を有する屈折光学素子
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｍ メリディオナル像面
Ｓ サジタル像面
Claims (10)
- 物体側より像側へ順に、物体側レンズ群、絞り、負レンズ群を有するズームレンズにおいて、アッベ数をｖｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、前記負レンズ群は、
０．７５５＜θｇＦ−（−１．６６５×１０−７・ｖｄ３＋５．２１３×１０−５・ｖｄ２−５．６５６×１０−３・ｖｄ）＜１．０１１
なる条件式を満足する固体材料からなる正の屈折力の屈折光学素子を有し、前記屈折光学素子の物体側と像側の２つの屈折面はいずれも空気に面せず、
前記屈折光学素子の物体側と像側の２つの屈折面が共に空気に面するとしたときの焦点距離をｆ、前記負レンズ群の焦点距離をｆｎとするとき、
−５＜ｆ／ｆｎ＜−０．５
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記固体材料は、
１０＜ｖｄ＜４５
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。 - 広角端における前記絞りから前記屈折光学素子の物体側の面までの距離をＬ、前記ズームレンズの変倍域の全域における最大光学全長をＴとしたとき、
０．０１＜Ｌ／Ｔ＜０．２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。 - 前記固体材料は、樹脂であ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。
- 前記固体材料は、無機微粒子を透明媒体に分散させた混合体からな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。
- 前記無機微粒子はＴｉＯ２微粒子であることを特徴とする請求項５に記載のズームレンズ。
- 前記固体材料は、成形型を用いて光重合成形または熱重合成形されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 前記屈折光学素子の２つの屈折面のうち、少なくとも一方の屈折面は非球面であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 撮像素子に像を形成することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 請求項１乃至９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る像を受光する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
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