JPH116960A - レンズ系および撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 テレセントリックに近い状態で、かつ少な
い枚数の低コストである電子撮像光学系に適する構成に
する。 【解決手段】 最も像側のレンズ群を媒質が正のパワ
ーを持つラジアル型屈折率分布レンズ１枚にて構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学機器に用いる
レンズ系およびこのレンズ系を備えた撮像装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラやデジタルカメラ等
の光学機器が普及しているが、これら光学機器に用いら
れるレンズ系として、焦点距離を変えることのできるズ
ームレンズが大きな割合いを占めている。

【０００３】しかし、ズームレンズは通常少ないもので
も６〜７枚、多いものは１０枚以上のレンズが必要であ
るため、ビデオカメラやデジタルカメラの小型化や低コ
スト化の障害になっている。また、銀塩カメラ用ズーム
レンズも、同様に非常に少ないもので４枚、多いもので
は１０枚以上のレンズを用いるのが一般的であり、レン
ズ系の小型化や低コスト化の障害となっている。

【０００４】一方、少ないレンズ枚数よりなるズームレ
ンズの従来例として、特開昭６３−２７６０１３号公報
や特開平２−５６５１５号公報に記載されたレンズ系が
知られている。

【０００５】特開昭６３−２７６０１３号公報に記載さ
れたズームレンズは、ラジアル型屈折率分布レンズを用
いて４枚のレンズにて構成されている。又特開平２−５
６５１５号公報に記載されたズームレンズは、ラジアル
型屈折率分布レンズを用いて２枚のレンズで構成されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６３−２７６０
１３号公報に記載されているズームレンズは、物体側よ
り順に、正のレンズ群と負のレンズ群とよりなる２群ズ
ームレンズであり、レンズ系の構成上射出瞳がレンズ系
に近くそのためビデオカメラやデジタルカメラなどの電
子撮像光学系に用いようとすると、撮像面に主光線が垂
直に入射せず好ましくない。つまりこのズームレンズ
は、テレセントリックな状態から大きくはずれたレンズ
系である。

【０００７】また、特開平２−５６５１５号公報に記載
されたズームレンズは、レンズ枚数が２枚と少ないが２
枚ともラジアル型屈折率分布レンズであり、高価になる
上、物体側のラジアル型屈折率分布レンズが負の屈折力
を有するため素材作製が難しい。

【０００８】本発明は、テレセントリックに近い状態
で、かつ少ない枚数で構成された低コストなズームレン
ズで、電子撮像光学系に適したレンズ系およびこのレン
ズ系を用いた撮像装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成のレ
ンズ系は、物体側より順に、負の屈折力を持つ第１レン
ズ群と正の屈折力を持つ第２レンズ群とよりなり、両レ
ンズ群の間隔を変化させることによって全系の焦点距離
を変化させるようにした変倍レンズ系で、第１レンズ群
が均質レンズのみにて構成され又第２レンズ群が媒質が
正のパワーを持つラジアル型屈折率分布レンズ１枚にて
構成されたことを特徴とする。

【００１０】又本発明の他の第２の構成のレンズ系は、
物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負
の屈折力を持つ第２レンズ群と正の屈折力を持つ第３レ
ンズ群とよりなり、隣り合うレンズ群間の間隔を変化さ
せることによって全系の焦点距離を変化させるようにし
た変倍レンズ系で、第１レンズ群と第２レンズ群が均質
レンズのみにて構成され、第３レンズ群が媒質が正のパ
ワーを持つラジアル型屈折率分布レンズ１枚にて構成さ
れていることを特徴とする。

【００１１】本発明は、テレセントリックに近い状態に
しかつ少ないレンズ枚数にて構成するズームレンズを実
現するために、前記のように物体側より順に、負の屈折
力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ
群の二つのレンズ群にて構成されたズームレンズを考え
た。このタイプのズームレンズは、変倍のためのレンズ
群の数が少なく像側のレンズ群が正のパワーを有するた
めセントリックに近い状態にしやすいレンズ構成である
と云う利点を有している。

【００１２】しかし、上記のような構成のレンズ系にお
いて、少ないレンズ枚数にて構成するために各レンズ群
を均質球面レンズ１枚とすると、球面収差、コマ収差お
よび色収差の発生が大であり結像性能を良好に保つこと
は困難である。又、前記レンズ系中に非球面を設けるこ
とにより球面収差やコマ収差を補正することは可能であ
っても色収差を補正することはできない。

【００１３】本発明は、例えば第１レンズ群を均質レン
ズ１枚にて、又第２レンズ群をラジアル型屈折率分布レ
ンズ１枚にて構成することにより前記収差を補正するよ
うにした。

【００１４】ラジアル型屈折率分布レンズは、媒質が光
軸に垂直な方向に屈折率の分布を持っており、その屈折
率分布Ｎ(r) は、次の式（ａ）にて表わされる。 Ｎ(r) ＝Ｎ₀ ＋Ｎ₁ ｒ² ＋Ｎ₂ ｒ⁴ ＋Ｎ₃ ｒ⁶ ＋・・・ （ａ） 上記式で、Ｎ₀ は基準波長での光軸上の屈折率、Ｎ_i
（ｉ＝１，２，３）は基準波長での屈折率分布を表わす
係数、ｒは光軸から垂直な方向への距離である。

【００１５】また、ラジアル型屈折率分布レンズのアッ
ベ数Ｖ₀ ，Ｖ_i は次の式（ｂ），（ｃ）にて与えられ
る。 Ｖ₀ ＝（Ｎ_0d−１）／（Ｎ_0F−Ｎ_0C） （ｂ） Ｖ_i ＝Ｎ_id／（Ｎ_iF−Ｎ_iC） （ｉ＝１，２，３・・・） （ｃ） ただし、Ｎ_0d，Ｎ_0F，Ｎ_0Cは夫々ｄ線，Ｆ線，Ｃ線に対
する光軸上の屈折率、Ｎ_id，Ｎ_iF，Ｎ_iCは夫々ｄ線，Ｆ
線，Ｃ線に対する２ｉ次の屈折率分布係数である。

【００１６】ラジアル型屈折率分布レンズは、１枚でも
かなり収差補正能力が高く、パラメータの適切な設定に
よって１枚でもかなり良好な光学性能のレンズにするこ
とができる。

【００１７】本発明の第１の構成のレンズ系は、媒質が
正のパワーを有するラジアル型屈折率分布レンズを、前
記構成のズームレンズにおいて大きなパワーを必要とす
る第２レンズ群に用いることによって、つまり負の第１
レンズ群と正の第２レンズ群よりなる２群ズームレンズ
において正の第２レンズ群にラジアル型屈折率分布レン
ズを用いることによってこのレンズ群を１枚のレンズの
みにて構成して球面収差、コマ収差、色収差を良好に補
正し得たものである。

【００１８】このような構成の本発明のズームレンズに
おいて下記条件（１）、（２）を満足することが望まし
い。 （１） −０．２＜Ｎ₂ ×Ｒ_E ²／Ｎ₁ ＜０．２ （２） Ｖ₀ ＜Ｖ₁ ただし、Ｎ₁ ，Ｎ₂ はラジアル型屈折率分布レンズの２
次、４次の屈折率分布係数、Ｖ₀ ，Ｖ₁ は前記式
（ｂ）、（ｃ）にて表わされるラジアル型屈折率分布レ
ンズのアッベ数である。

【００１９】ラジアル型屈折率分布レンズ１枚で良好な
光学性能のレンズを得るためには、出来る限り収差の発
生が少ないようにレンズのパワーを持たせることが重要
であり、そのために設けたのが条件（１）、（２）であ
る。

【００２０】条件（１）は、ラジアル型屈折率分布レン
ズの媒質部分にて発生する球面収差を小さく抑えるため
の条件である。この条件（１）の下限の−０．２を超え
ると球面収差がアンダー側に過大になり、また上限の
０．２を超えると球面収差がオーバー側に過大になり好
ましくない。条件（２）は、ラジアル型屈折率分布レン
ズの媒質部分での色収差の発生を少なくしレンズ系の色
収差を良好に保つための条件である。この条件（２）を
満足しないと色収差が過大になり好ましくない。

【００２１】又、本発明の第１の構成のレンズ系を、高
度な収差補正を必要とするレンズ系として用いるために
は、下記条件（３）、（４）を満足することが望まし
い。 （３） −０．０５＜Ｎ₂ ×Ｒ_E ²／Ｎ₁ ＜０．０５ （４） −０．０１＜１／Ｖ₁ ＜０．０２

【００２２】条件（３）は、ラジアル型屈折率分布レン
ズの媒質部分で発生する球面収差をさらに小さく抑える
ための条件である。この条件（３）の下限の−０．０５
を超えると球面収差がアンダー側に大きくなり、また上
限の０．０５を超えると球面収差がオーバー側に大にな
る。

【００２３】条件（４）はラジアル型屈折率分布レンズ
の媒質部分で発生する色収差をさらに少なくしてレンズ
系の色収差を良好に保つための条件である。この条件の
上限の０．０２を超えると色収差が大になり、また下限
の−０．０１を超えると色収差が逆方向に発生する。

【００２４】又、ラジアル型屈折率分布レンズの光学的
効果と素材作製の容易さを考えるとラジアル型屈折率分
布レンズの最大屈折率差Δｎが次の条件（５）を満足す
ることが望ましい。 （５） ０．０１＜Δｎ＜０．２

【００２５】この条件（５）の下限の０．０１を超える
とラジアル型屈折率分布レンズによる作用が不十分であ
り、又上限の０．２を超えると素材の作製が困難にな
る。

【００２６】本発明の第１の構成のレンズ系において、
第１レンズ群を均質レンズ１枚にて構成しても、このレ
ンズ群の第２レンズ群に対するパワーをゆるくすること
により発生する収差量を許容し得る程度に抑えることが
できる。ここで第１レンズ群の第２レンズ群に対する屈
折力が、下記条件（６）を満足することが望ましい。 （６） ０．０６＜｜φ₁ ／φ₂ ｜＜０．６ ただし、φ₁ ，φ₂ は夫々第１レンズ群および第２レン
ズ群の屈折力である。

【００２７】この条件（６）は、第１レンズ群の屈折力
を適度にゆるくしてこのレンズ群にて発生する収差量を
許容範囲内に抑えるためのものである。

【００２８】条件（６）の上限の０．６を超えると第１
レンズ群の屈折力が強くなり第１レンズ群で発生するコ
マ収差、非点収差が過大になり、下限の０．０６を超え
ると第１レンズ群の屈折力が弱すぎてレンズ系の全長が
長くなり好ましくない。

【００２９】また、本発明のレンズ系において、明るさ
絞りは、非点収差がなるべく発生せずかつレンズの径が
あまり大きくならないように第２レンズ群のラジアル型
屈折率分布レンズの物体側の面の近くに配置するのが望
ましい。そのために下記条件（７）を満足することが望
ましい。 （７） −０．５＜φ₂ ・Ｄ_S ＜０．５ ただし、Ｄ_S は明るさ絞りの第２レンズ群のラジアル型
屈折率分布レンズの物体側の面からの光軸上の距離であ
る。

【００３０】この条件（７）は、明るさ絞りの位置を規
定するためのもので、明るさ絞りが条件（７）の範囲内
にあれば非点収差を良好に補正できる。

【００３１】条件（７）の下限の−０．５を超えるとメ
リディオナル像面が負の方向に大きく倒れ、上限の０．
５を超えるとメリディオナル像面が正の方向に大きく倒
れ、非点収差が悪化する。

【００３２】また、明るさ絞りとラジアル型屈折率分布
レンズの物体側の面との間隔Ｄ_Sは、変倍時に変化しな
い方が、鏡枠構成が簡単になり望ましい。

【００３３】以上の説明では、本発明のレンズ系が均質
レンズ１枚の第１レンズ群と、第２レンズ群がラジアル
型屈折率分布レンズ１枚の２枚のレンズにて構成した
が、第１レンズ群を均質レンズ２枚以上にて構成しても
よい。これによりレンズ系の収差を一層良好に補正でき
る。

【００３４】また、本発明では、第１レンズ群を均質レ
ンズにて、第２レンズ群をラジアル型屈折率分布レンズ
にて構成したが、これはレンズ素子作製の観点から効果
的である。

【００３５】負の第１レンズ群と正の第２レンズ群にて
構成されるタイプのズームレンズは、第１レンズ群のレ
ンズ径の方が第２レンズ群のレンズ径よりも大になる傾
向がある。一方レンズ作製上は、ラジアル型屈折率分布
レンズがイオン交換により作製されるためレンズの径が
小さい方が作製し易く、逆にレンズの研磨は、レンズの
径が極端に小さいと加工が難しい。

【００３６】以上の理由から、レンズの径が比較的大き
い第１レンズ群に均質レンズを用い、レンズの径の小さ
い第２レンズ群にラジアル型屈折率分布レンズを用いる
ことがレンズ素子作製の観点から望ましい。また、正の
第２レンズ群にラジアル型屈折率分布レンズを用いれ
ば、ラジアル型屈折率分布レンズの作製が容易である正
の屈折力にすることができる。

【００３７】又、ラジアル型屈折率分布レンズは、面に
曲率を持たせれば収差補正上一層望ましいが、両面を平
面にすることも可能である。ラジアル型屈折率分布レン
ズの両面を平面にすれば、像面湾曲が少し大になるが、
レンズ加工が容易であり低コストになし得る。

【００３８】本発明の他の第２の構成は、物体側より順
に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レ
ンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群とよりなり、隣り
合うレンズ群の間隔を変化させて変倍を行なうものであ
る。

【００３９】この第２の構成のレンズ系は、レンズ群の
数が比較的少なく像側に正の屈折力のレンズ群（第３レ
ンズ群）を配置することによってテレセントリックに近
い状態のレンズ系にしたものである。又この発明の第２
の構成のレンズ系は、変倍の際に三つのレンズ群のすべ
てを移動させてもよく、あるいは第１レンズ群を固定と
し他の第２、第３のレンズ群を夫々可動にしても又第３
レンズ群を固定として第１、第２レンズ群を夫々可動に
してもよい。

【００４０】このような、正の第１レンズ群、負の第２
レンズ群、正の第３レンズ群の三つのレンズ群にて構成
するタイプのズームレンズにおいて、レンズ系を少ない
レンズ枚数にて構成するためには、すべてのレンズ群を
均質球面レンズ１枚のみにて構成することが考えられ
る。しかし、このような構成では、球面収差、コマ収差
および色収差の発生が大であって、結像性能を良好に保
つことが困難である。又上記収差を非球面を用いて補正
しようとしても、球面収差とコマ収差はある程度補正し
得たとしても色収差は補正し得ない。

【００４１】本発明の第２の構成のレンズ系は、第１レ
ンズ群を均質レンズ１枚、第２レンズ群を均質レンズ１
枚そして第３レンズ群をラジアル型屈折率分布レンズ１
枚にて構成して諸収差を良好に補正するようにした。

【００４２】また、この第２の構成のレンズ系において
本発明の第１の構成である２群ズームレンズと同様に、
使用するラジアル型屈折率分布レンズが前記条件
（１）、（２）を満足することが望ましい。

【００４３】前述のようにラジアル型屈折率分布レンズ
は、そのレンズ１枚でも光学性能が良好になるようにす
ることが可能であり、そのためにはなるべく収差を発生
しないようにレンズのパワーを定めることが重要であ
り、条件（１）、（２）を満足することが望ましい。

【００４４】また、本発明の第２の構成のレンズ系にお
いて、これを高度な収差補正を必要とするレンズ系とし
て用いる場合には、前述の条件（３）、（４）のうちの
少なくとも一方の条件を満足することが望ましい。

【００４５】また、本発明の第２の構成のレンズ系にお
いて用いられるラジアル型屈折率分布レンズは、光学的
効果と素材作製の容易さとを考慮すると、その最大屈折
率差Δｎが前記の条件（５）を満足することが望まし
い。

【００４６】また、本発明の第２の構成のレンズ系にお
いて、第１レンズ群を均質球面レンズ１枚にて構成して
も第２レンズ群に対するパワーをゆるくすることによっ
て第１レンズ群で発生する収差量を許容範囲内に抑える
ことができる。

【００４７】この場合、前記の第２の構成のレンズ系
は、下記条件（８）、（９）を満足することが望まし
い。 （８） ０．０４＜｜φ₁ ／φ₃ ｜＜０．４ （９） ０．１＜｜φ₂ ／φ₃ ｜＜１．３ ただし、φ₁ 、φ₂ 、φ₃ は夫々第１レンズ群、第２レ
ンズ群、第３レンズ群の屈折力である。

【００４８】これら条件（８）、（９）は、第１レンズ
群および第２レンズ群のパワーを過度にゆるくしてこれ
らレンズ群にて発生する収差量を許容範囲内に抑えるよ
うにするための条件である。

【００４９】これら条件の上限を超えるとつまり条件
（８）の上限の０．４および条件（９）の上限の１．３
を超えると、第１レンズ群および第２レンズ群のパワー
が強くなり、それらレンズ群で発生するコマ収差および
非点収差が過大になる。又条件（８）の下限の０．０４
および条件（９）の下限の０．１を超えると、第１レン
ズ群および第２レンズ群のパワーが弱くなりレンズ系の
全長が長くなる。

【００５０】また、この第２の構成のレンズ系は、明る
さ絞りを、非点収差の発生がなるべく少なくかつレンズ
の径があまり大きくならないように、第３レンズ群のラ
ジアル型屈折率分布レンズの物体側の面の近傍に設ける
のがよい。その場合、次の条件（１０）を満足するよう
にすることが望ましい。 （１０） −０．５＜φ₃ ・Ｄ_S＜０．５ ただし、Ｄ_S は明るさ絞りのラジアル型屈折率分布レン
ズの物体側の面からの光軸方向の距離である。

【００５１】この条件（１０）は、明るさ絞りの配置位
置を規定するためのもので、この条件の範囲内に明るさ
絞りを配置することにより非点収差を良好に補正するこ
とができる。

【００５２】この条件（１０）の下限の−０．５を超え
るとメリディオナル像面が負の方向に大きく倒れ、又上
限の０．５を超えるとメリディオナル像面が正の方向に
大きく倒れ非点収差が悪化する。また変倍時にはＤ_S の
値が変化しない方が鏡枠構成が簡単になるので好まし
い。

【００５３】以上述べた本発明の第２の構成のレンズ系
は、第１レンズ群および第２レンズ群を均質レンズ１枚
にて構成し、レンズ系全体を３枚のレンズにて構成し
た。しかし第１レンズ群もしくは第２レンズ群の枚数を
さらに増やすことによって更に収差を良好に補正するこ
とが可能になる。

【００５４】また本発明の第２の構成のレンズ系は、第
１レンズ群、第２レンズ群に均質レンズを又最も像側の
レンズ群の第３レンズ群をラジアル型屈折率分布レンズ
を用いたが、このようにすることはレンズ素子の作製の
観点からも効果的である。

【００５５】正の第１レンズ群と負の第２レンズ群と正
の第３レンズ群よりなる３群ズームレンズにおいては、
第１レンズ群と第２レンズ群の方が第３レンズ群よりも
レンズの径が大になる傾向がある。したがって、本発明
の第２の構成のレンズ系は、比較的大きなレンズ径の第
１、第２レンズ群に均質レンズを、又比較的小さな径の
第３レンズ群にラジアル型屈折率分布レンズを用いるこ
とになる。したがって前述のようにレンズ素子作製の観
点から効果的である。又、上記のような構成にすること
により、ラジアル型屈折率分布レンズがレンズを作製し
やすい正のパワーのレンズにすることが可能である。

【００５６】又、本発明で用いるラジアル型屈折率分布
レンズは、面に曲率を持たせた方が収差補正上望ましい
が、両面を平面にすることも可能である。このように両
面平面にすると像面湾曲は若干大きくなるが、レンズの
加工が容易になり大幅なコスト低減を可能にする。

【００５７】次に、以上述べた３群ズームレンズの変形
として、２焦点切り換え変倍レンズを得ることができ
る。例えば、特開昭６４−４４９０７号公報に記載され
ているように、本発明の第２の構成のレンズ系におい
て、第１レンズ群と第３レンズ群を固定し、第２レンズ
群を等倍の結像倍率をはさんで移動させてある二つの状
態で同じ位置に結像させることが可能であり、これによ
り２焦点切り換え変倍レンズを構成し得る。

【００５８】この２焦点切り換え変倍レンズは、可動レ
ンズ群が一つのレンズ群のみですむため鏡枠構造を簡単
に出来る利点がある。上記構成の２焦点切り換えレンズ
は、第３レンズ群が固定であるためこのレンズ群と撮像
素子との位置関係は変化せず、第３レンズ群のラジアル
型屈折率分布レンズを撮像素子に貼りつけて両者を一体
化することができる。

【００５９】以上述べたように、本発明のレンズ系は、
第１の構成である２群ズームレンズのタイプのレンズ
系、第２の構成である３群ズームレンズのタイプのレン
ズ系そしてこの３群ズームレンズタイプのレンズ系をも
とにした２焦点切り換え変倍レンズ共に、最も像側のレ
ンズ群を両平面ラジアル型屈折率分布レンズ１枚にて構
成することにより、少ないレンズ枚数で低コストの変倍
レンズを得ることができる。つまり通常の大きなパワー
を必要とする最も像側のレンズ群を１枚のレンズにて構
成し、しかも加工が容易な両面平面とすることにより低
コストになし得る。又、このような本発明の特徴は、２
群ズームレンズや３群ズームレンズに限らず、複数のレ
ンズ群よりなるズームレンズにおいても、最も像側のレ
ンズ群を正の屈折力を持つレンズ群とし、この最も像側
の正の屈折力のレンズ群を媒質が正のパワーを有し、両
面が平面のラジアル型屈折率分布レンズ１枚にすれば、
前述の各タイプのレンズ系と同様に、少ないレンズ枚数
で低コストで、良好な光学性能を有するレンズ系を構成
し得る。

【００６０】以上述べた本発明のレンズ系において、歪
曲収差を更に良好に補正する必要がある場合、撮像素子
としてＣＣＤ等の電子撮像素子を用い、これにより像を
電気信号に変換した後に歪曲収差を電気的に補正するこ
とも可能である。

【００６１】今後、デジタルカメラやカメラ付き携帯電
話端末等のさらなる普及のために、超小型のレンズが必
要になり、単焦点レンズの場合レンズ系の全長が１０mm
以下、ズームレンズの場合でもレンズ系の全長が２０mm
以下であるレンズ系が必要になると思われる。

【００６２】このようにレンズ系を小型にする上で特に
効果的なのは撮像サイズを小型にすることである。この
ことは、従来ビデオカメラ用撮像レンズがイメージャー
サイズの小型化にともなって大幅な小型化を実現し得た
ことからも明らかである。

【００６３】又撮像素子を小型化するとレンズ系も一層
小型化する必要があり、しかも電子撮像光学系はテレセ
ントリックな条件などを満足することを考慮すると撮像
サイズの対角長程度の直径のレンズを撮像素子の近くに
配置する必要が生ずる。

【００６４】しかし、レンズの径が１mm近くまで小さく
なると、従来の研磨レンズやプレスレンズでは加工が困
難になり、たとえ加工し得たとしても極めて高いコスト
のレンズ系になる。また、回折効果を利用した回折レン
ズはレンズ系が小になると原理的にレンズ作用が弱くな
る。

【００６５】以上の理由から、レンズの径の極めて小さ
いレンズとしては、前述のようなラジアル型屈折率分布
レンズを用いることが望ましい。このような小型のレン
ズとしてラジアル型屈折率分布レンズを用いることの利
点として、撮像素子に最も近いレンズ群を１枚のレンズ
のみにて構成することができ、しかもレンズ面を両面平
面にすることができ、又１枚のレンズのみであることか
ら組立調整が簡単である等の利点がある。その上レンズ
径が１mm以下でも十分レンズ作用を有する。

【００６６】次に、ラジアル型屈折率分布レンズを用い
て超小型なレンズ系を構成するための手段について述べ
る。

【００６７】前述のような変倍レンズの場合、後に示す
実施例のようにレンズ系の全長は撮像素子の対角長の１
０倍程度である。したがって全長が２０mm以下の変倍レ
ンズを得ようとする場合、撮像素子の有効撮像サイズの
対角長を全長の1/10程度の２mm程度以下にすればよい。
このレンズ系にて用いるラジアル型屈折率分布レンズの
直径は約２mmになる。上記撮像素子よりも更に小さい撮
像素子を用いれば更に小さい変倍レンズになり、逆に全
長が４０mm程度まで許容される場合、ラジアル型屈折率
分布レンズの直径は約４mm程度になる。

【００６８】一方撮像素子を小さくすることにも限界が
あり、あまり小さすぎるとレンズ系に要求される解像度
が極端に大になり、一方レンズ系は回折による影響から
解像度には限界がある。

【００６９】ここで、レンズ系のＦナンバーを一般的な
値であるＦ／２として計算を行なうと、レーリーの解像
限界により、解像力は約１．５μｍになる。

【００７０】現在のデジタルカメラで主流のＶＧＡ規格
を考えると、縦方向が４８０画素、横方向が６４０画素
であるので、画素が約１．５μｍピッチで並んでいると
すると、撮像素子の撮像サイズの対角長は約１．２mmに
なる。もしＶＧＡの1/4 の画素数で許容されるとすると
撮像サイズの対角長は半分の約０．６mmになる。

【００７１】これら撮像素子に用いるラジアル型屈折率
分布レンズの直径は、テレセントリックの条件を考慮す
ると撮像サイズの対角長程度になり０．６mm〜２mm程度
になる。

【００７２】以上のことから、デジタルカメラやカメラ
付き携帯端末等に用いる超小型レンズ系は、撮像素子に
最も近いレンズ系に用いるラジアル型屈折率分布レンズ
が、下記条件（１１）を満足することが望ましい。 （１１） ０．５mm＜Ｄ_R ＜４mm ただし、Ｄ_R はラジアル型屈折率分布の有効直径であ
る。

【００７３】この条件（１１）の上限の４mmを超えると
レンズ系が大型になり、下限の０．５mmを超えると回折
によりぼけが生じ、結像性能が悪化する。

【００７４】又全長を一層短くする必要がある場合は、
条件（１１）の代りに条件（１１−１）を満足すること
が望ましい。 （１１−１） ０．５mm＜Ｄ_R ＜２mm

【００７５】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面に示し又下記データを有する各実施例にもとづいて
説明する。 実施例１ ｆ＝3.8 〜7.6 ，Ｆ／2.8 ，２ω＝65.0°〜30.6°，最大像高2.0 ，ｆ_B ＝1.0 ｒ₁ ＝-35.1891 ｄ₁ ＝0.6000 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.1 ｒ₂ ＝9.7161 ｄ₂ ＝Ｄ₁ （可変） ｒ₃ ＝∞（絞り） ｄ₃ ＝9.7911 ｎ₂ （屈折率分布レンズ） ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝Ｄ₂ （可変） ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝2.000 ｎ₃ ＝1.51633 ν₃ ＝64.1 ｒ₆ ＝∞ 屈折率分布係数 Ｎ₀ ＝1.66400 ，Ｎ₁ ＝-9.26 ×10^-3，Ｎ₂ ＝0 ，Ｖ₀ ＝38.2，Ｖ₁ ＝655 ｆ 3.8 5.3 7.6 Ｄ₁ 13.5929 6.4649 1.0000 Ｄ₂ 2.5404 3.2066 4.2282 Ｒ_E ＝1.8 ，Ｎ₂ ・Ｒ_E ²／Ｎ₁ ＝0 ，φ₂ ・Ｄ_S＝0 ，Δｎ＝0.03 ｜φ₁ ／φ₂ ｜＝0.44，Ｄ_R ＝3.6

【００７６】 実施例２ ｆ＝4.99〜11.45 ，Ｆ／2.8 ，２ω＝48.1°〜19.9°，最大像高2.0 ｆ_B ＝0.9652 ｒ₁ ＝24.2640 ｄ₁ ＝1.4900 ｎ₁ ＝1.7725 ν₁ ＝49.6 ｒ₂ ＝247.0769 ｄ₂ ＝Ｄ₁ （可変） ｒ₃ ＝-31.6281 ｄ₃ ＝0.7900 ｎ₂ ＝1.63030 ν₂ ＝65.44 ｒ₄ ＝9.1245 ｄ₄ ＝Ｄ₂ （可変） ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝10.4840 ｎ₃ （屈折率分布レンズ） ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.6000 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝4.4000 ｎ₄ ＝1.51633 ν₄ ＝64.1 ｒ₈ ＝∞ 屈折率分布係数 Ｎ₀ ＝1.65000 ，Ｎ₁ ＝-9.26 ×10^-3，Ｎ₂ ＝0 ，Ｖ₀ ＝40.0，Ｖ₁ ＝655 ｆ 4.99 6.8 11.45 Ｄ₁ 1.0000 6.5386 12.7211 Ｄ₂ 9.4923 7.1101 1.0000 Ｒ_E ＝2.0 ，Ｎ₂ ・Ｒ_E ²／Ｎ₁ ＝0 ，φ₃ ・Ｄ_S＝0 ，Δｎ＝0.037 ｜φ₁ ／φ₃ ｜＝0.18，｜φ₂ ／φ₃ ｜＝0.55，Ｄ_R ＝4.0

【００７７】 実施例３ ｆ＝3.62〜9.06，Ｆ／2.0 ，２ω＝48.1°〜19.0°，最大像高1.5 ，ｆ_B ＝0 ｒ₁ ＝15.5111 ｄ₁ ＝1.8000 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.1 ｒ₂ ＝135.8978 ｄ₂ ＝Ｄ₁ （可変） ｒ₃ ＝115.6697 ｄ₃ ＝0.6000 ｎ₂ ＝1.51633 ν₂ ＝64.1 ｒ₄ ＝5.9272 ｄ₄ ＝Ｄ₂ （可変） ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝16.5064 ｎ₃ （屈折率分布レンズ） ｒ₆ ＝∞ 屈折率分布係数 Ｎ₀ ＝1.66400 ，Ｎ₁ ＝-9.26 ×10^-3，Ｎ₂ ＝0 ，Ｖ₀ ＝38.2，Ｖ₁ ＝655 ｆ 3.62 5.7 9.06 Ｄ₁ 0.7000 7.6852 12.200 Ｄ₂ 13.300 8.9037 1.8000 Ｒ_E ＝2.0 ，Ｎ₂ ・Ｒ_E ²／Ｎ₁ ＝0 ，φ₃ ・Ｄ_S＝0 ，Δｎ＝0.037 ｜φ₁ ／φ₃ ｜＝0.17，｜φ₂ ／φ₃ ｜＝0.48，Ｄ_R ＝4.0

【００７８】 実施例４ ｆ＝2.6 〜26.0，Ｆ／2.8 ，２ω＝67.0°〜7.2 °，最大像高1.6 ｆ_B ＝1.2288 ｒ₁ ＝31.6344 ｄ₁ ＝0.6000 ｎ₁ ＝1.80518 ν₁ ＝25.42 ｒ₂ ＝17.2935 ｄ₂ ＝4.8000 ｎ₂ ＝1.60311 ν₂ ＝60.64 ｒ₃ ＝-839.5322 ｄ₃ ＝0.1000 ｒ₄ ＝14.4574 ｄ₄ ＝2.8000 ｎ₃ ＝1.65160 ν₃ ＝58.55 ｒ₅ ＝29.9680 ｄ₅ ＝Ｄ₁ （可変） ｒ₆ ＝35.5729 ｄ₆ ＝0.6000 ｎ₄ ＝1.80400 ν₄ ＝46.57 ｒ₇ ＝4.3160 ｄ₇ ＝2.8000 ｒ₈ ＝-19.8163 ｄ₈ ＝0.6000 ｎ₅ ＝1.65160 ν₅ ＝58.55 ｒ₉ ＝4.8092 ｄ₉ ＝2.6000 ｎ₆ ＝1.80518 ν₆ ＝25.42 ｒ₁₀＝64.4091 ｄ₁₀＝Ｄ₂ （可変） ｒ₁₁＝∞（絞り） ｄ₁₁＝9.9627 ｎ₇ （屈折率分布レンズ） ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝Ｄ₃ （可変） ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝4.0000 ｎ₈ ＝1.51633 ν₈ ＝64.14 ｒ₁₄＝∞ 屈折率分布係数 Ｎ₀ ＝1.66400 ，Ｎ_1d＝-9.2600×10^-3，Ｎ_2d＝1.0000×10^-5 Ｖ₀ ＝38.20 Ｖ₁ ＝655 ，Ｖ₂ ＝655 Ｎ_1C＝-9.2502 ×10^-3，Ｎ_2C＝1.0081×10^-5 Ｎ_1F＝-9.2699 ×10^-3，Ｎ_2F＝1.0011×10^-5 Ｎ_1g＝-9.2488 ×10^-3，Ｎ_2g＝1.0563×10^-5 ｆ 2.6 8.2 26.0 Ｄ₁ 0.6000 9.0330 15.1161 Ｄ₂ 15.0184 5.8274 1.4599 Ｄ₃ 1.2419 2.0000 0.2842 Ｒ_E ＝1.8 ，Ｎ₂ ・Ｒ_E ²／Ｎ₁ ＝0.0035，φ₃ ・Ｄ_S＝0 ，Δｎ＝0.03 ｜φ₁ ／φ₃ ｜＝0.25，｜φ₂ ／φ₃ ｜＝1.20，Ｄ_R ＝3.6

【００７９】 実施例５ ｆ＝1.92，Ｆ／2.0 ，２ω＝49.0°，最大像高0.8 ，ｆ_B ＝0 ｒ₁ ＝∞（絞り） ｄ₁ ＝5.1200 ｎ₁ （屈折率分布レンズ） ｒ₂ ＝∞ 屈折率分布係数 Ｎ₀ ＝1.70000 ，Ｎ₁ ＝-8.000×10^-2，Ｎ₂ ＝0 ，Ｖ₀ ＝40.0，Ｖ₁ ＝655 Ｄ_R ＝1.64mm，Δｎ＝0.054 ただしｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・ はレンズ各面の曲率半径、ｄ
₁ ，ｄ₂ ，・・・ は各レンズの肉厚およびレンズ間隔、ｎ
₁ ，ｎ₂ ，・・・ は各レンズの屈折率、ν₁ ，ν₂ ，・・・
は各レンズのアッベ数である。又これらデータ中、焦点
距離ｆ、像高、曲率半径等の長さの単位はmmである。尚
基準波長はｄ線である。

【００８０】実施例１は図１に示す通りの構成の２群ズ
ームレンズで、物体側より順に、均質凹レンズ１枚より
なる第１レンズ群と、両平面ラジアル型屈折率分布レン
ズ１枚よりなる第２レンズ群よりなり、２枚のレンズに
て構成されている。このレンズ系は、第１レンズ群と第
２レンズ群の二つのレンズ群が光軸に沿ってそれらレン
ズの間隔が狭くなるように移動して広角端から望遠端へ
の変倍を行なう。

【００８１】この実施例において、レンズ系の像側に配
置されている平行平面板は、ローパスフィルターや赤外
カットフィルターやＣＣＤ保護ガラス等を想定したもの
である。

【００８２】この実施例１の収差状況は、図６、図７に
示す通りである。実施例２は、第２図に示す構成であ
り、物体側より順に、正の第１レンズ群と、負の第２レ
ンズ群と、正の第３レンズ群とよりなる３群ズームレン
ズである。この実施例の第１レンズ群は、均質凸レンズ
１枚よりなり、第２レンズ群は均質凹レンズ１枚よりな
り、第３レンズ群は両平面のラジアル型屈折率分布レン
ズからなる変倍レンズ系である。

【００８３】この実施例は、ワイド端からテレ端への変
倍の際第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が広くなるよ
うに又第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が狭くなるよ
うに第１レンズ群と第２レンズ群とが光軸上を移動す
る。又第３レンズ群は固定である。

【００８４】この実施例のレンズ系の像側の平板ガラス
（ｒ₇ 〜ｒ₈ ）は、ローパスフィルターや赤外吸収フィ
ルターやＣＣＤ保護ガラス等を想定したものである。

【００８５】実施例３は、図３に示す通りの構成で、物
体側より順に、均質凸レンズ１枚の正の第１レンズ群
と、均質凹レンズ１枚の負の第２レンズ群と、両平面ラ
ジアル型屈折率分布レンズ１枚の正の第３レンズ群より
なり、全体で３枚のレンズよりなっている。

【００８６】この実施例３も実施例２と同様に、ワイド
端からテレ端への変倍の際に、第１レンズ群と第２レン
ズ群の間隔が広くなり、第２レンズ群と第３レンズ群の
間隔が狭くなるように第１レンズ群と第２レンズ群が光
軸上を移動する。又第３レンズ群は変倍時移動しない。

【００８７】この実施例３は、第３レンズ群のラジアル
型屈折率分布レンズの像側の面上に像が形成されるよう
にしている。しかも前記のように第３レンズ群は変倍中
移動せず、変倍中常にラジアル型屈折率分布レンズの像
側の面上に像が形成されている。そのため、撮像素子を
ラジアル型屈折率分布レンズの像側面に貼りつけて一体
化することが可能である。又、この実施例は、ワイド端
とテレ端とにおいて、第１レンズ群が同じ位置にくるよ
うに設定されている。したがって第１レンズ群を固定に
し、第２レンズ群のみワイド端とテレ端の間を移動する
ようにして、ワイド端とテレ端を用いての２焦点切り換
え変倍レンズにすることができる。

【００８８】実施例４は、図４に示すように、物体側よ
り順に、正の第１レンズ群と負の第２レンズ群と正の第
３レンズ群とよりなる３群ズームレンズタイプの変倍レ
ンズ系である。

【００８９】この実施例４は、第１レンズ群と第２レン
ズ群がいずれも３枚の均質レンズよりなり、又第３レン
ズ群が両平面のラジアル型屈折率分布レンズ１枚よりな
っている。

【００９０】この実施例は、ワイド端からテレ端への変
倍時、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が広くな
り、又第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が狭くなるよ
うに第２レンズ群と第３レンズ群が光軸上を移動する。
又第１レンズ群は変倍時移動しない。

【００９１】実施例５は、図５に示すように両平面のラ
ジアル型屈折率分布レンズ１枚よりなり、このラジアル
型屈折率分布レンズの像側の面が結像面である。

【００９２】この実施例５は、超小型レンズの例で有効
径が１．６４mmと極めて小である。又このレンズの有効
径は条件（１１）および条件（１１−１）を満足する。

【００９３】又、実施例１乃至実施例４のデータを1/3
に係数倍することにより超小型レンズ系にすることがで
きる。これら実施例を1/3 に係数倍したレンズ系の有効
径Ｄ_R の値は下記の通りである。 実施例１ １．２mm 実施例２ １．３３mm 実施例３ １．３３mm 実施例４ １．２mm

【００９４】以上のように実施例１〜４のレンズ系を超
小型レンズ系にしたものは、いずれも条件（１１−１）
を満足するものである。

【００９５】本発明のレンズ系において、特許請求の範
囲の請求項に記載するもののほか、下記の各項に記載す
るものも発明の目的を達成し得るものである。

【００９６】（１）物体側より順に、正の屈折力を持ち
変倍時に固定の第１レンズ群と、負の屈折力を持ち変倍
時移動する第２レンズ群と、正の屈折力を持ち変倍時に
固定の第３レンズ群とよりなり、第２レンズ群の移動に
より像位置を変化させることなしに二つの状態に焦点距
離を切り替えることができる変倍レンズで、第３レンズ
群が媒質が正のパワーを持つラジアル型屈折率分布レン
ズ１枚にて構成されることを特徴とするレンズ系。

【００９７】（２）特許請求の範囲の請求項１又は２に
記載するレンズ系で、第１レンズ群が均質レンズ１枚に
て構成されていることを特徴とするレンズ系。

【００９８】（３）特許請求の範囲の請求項２に記載す
るレンズ系で、第２レンズ群が均質負レンズ１枚よりな
ることを特徴とするレンズ系。

【００９９】（４）特許請求の範囲の請求項１又は２あ
るいは前記の（１）に記載するレンズ系で、ラジアル型
屈折率分布レンズが下記条件（１）、（２）を満足する
ことを特徴とするレンズ系。 （１） −０．２＜Ｎ₂×Ｒ ² _E／Ｎ₁＜０．２ （２） Ｖ₀＜Ｖ₁

【０１００】（５）特許請求の範囲の請求項１又は２あ
るいは前記の（１）又は（４）に記載するレンズ系で、
明るさ絞りがラジアル型屈折率分布レンズの近くに配置
され下記条件を満足することを特徴とするレンズ系。 −０．５＜φ_n・Ｄ_Ｓ＜０．５（ｎは２または３）

【０１０１】（６）特許請求の範囲の請求項１又は２に
記載するレンズ系で、変倍時明るさ絞りとラジアル型屈
折率分布レンズが一体に移動することを特徴とするレン
ズ系。

【０１０２】（７）特許請求の範囲の請求項２に記載す
るレンズ系で、第１レンズ群が変倍時固定であることを
特徴とするレンズ系。

【０１０３】（８）特許請求の範囲の請求項２に記載す
るレンズ系で、第３レンズ群が変倍時固定であることを
特徴とするレンズ系。

【０１０４】（９）前記の（８）の項に記載するレンズ
系で、第３レンズ群と撮像素子とが一体化されているこ
とを特徴とするレンズ系。

【０１０５】（１０）特許請求の範囲の請求項１又は２
あるいは前記の（１）の項に記載するレンズ系で、前記
ラジアル型屈折率分布レンズが両平面であることを特徴
とするレンズ系。

【０１０６】（１１）特許請求の範囲の請求項３に記載
するレンズ系で、物体側より順に、負の屈折力を持つ第
１レンズ群と正の屈折力を持つ第２レンズ群とを有する
ことを特徴とするレンズ系。

【０１０７】（１２）特許請求の範囲の請求項３に記載
するレンズ系で、物体側より順に、正の屈折力を持つ第
１レンズ群と負の屈折力を持つ第２レンズ群を有するこ
とを特徴とするレンズ系。

【０１０８】（１３）特許請求の範囲の請求項１、２又
は３あるいは前記の（１）の項に記載するレンズ系を用
いた撮像装置。

【０１０９】（１４）前記の（１３）の項に記載する撮
像装置で、レンズ系にて発生する歪曲収差を電気的に補
正するようにしたことを特徴とする撮像装置。

【０１１０】（１５）レンズ系と撮像素子とよりなり、
レンズ系中の撮像素子に最も近いレンズ群に下記条件
（１１）を満足するラジアル型屈折率分布レンズを含む
ことを特徴とする撮像装置。 （１１） ０．５mm＜Ｄ_R ＜４mm

【０１１１】（１６）レンズ系と撮像素子とよりなり、
レンズ系中の撮像素子に最も近いレンズ群に下記条件
（１１−１）を満足するラジアル型屈折率分布レンズを
含むことを特徴とする撮像装置。 （１１−１） ０．５mm＜Ｄ_R ＜２mm

【０１１２】（１７）前記の（１５）又は（１６）の項
に記載する撮像装置で、レンズ系中のラジアル型屈折率
分布レンズが両平面であることを特徴とする撮像装置。

【０１１３】

【発明の効果】本発明のレンズ系は、撮像素子に最も近
いレンズを正のパワーのラジアル型屈折率分布レンズに
し、電子撮像光学系に適した少ない枚数で低コストなレ
ンズ系である。又前記レンズ系を用いた小型な撮像装置
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の断面図

【図２】本発明の実施例２の断面図

【図３】本発明の実施例３の断面図

【図４】本発明の実施例４の断面図

【図５】本発明の実施例５の断面図

【図６】本発明の実施例１の広角端における収差曲線図

【図７】本発明の実施例１の望遠端における収差曲線図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体側より順に、負の屈折力を持つ第１レ
   ンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群とよりなり、
   両レンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距
   離を変化させる変倍レンズ系で、第１レンズ群が均質レ
   ンズのみよりなり、第２レンズ群が媒質が正のパワーを
   持つラジアル型屈折率分布レンズ１枚にて構成されたこ
   とを特徴とするレンズ系。
2. 【請求項２】物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レ
   ンズ群と、負の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折
   力を持つ第３レンズ群とよりなり、隣り合うレンズ群間
   の間隔を変化させて全系の焦点距離を変化させる変倍レ
   ンズ系で、第１レンズ群と第２レンズ群が均質レンズの
   みよりなり、第３レンズ群が媒質が正のパワーを持つラ
   ジアル型屈折率分布レンズ１枚にて構成されたことを特
   徴とするレンズ系。
3. 【請求項３】複数のレンズ群よりなり、隣り合うレンズ
   群間の間隔を変化させて全系の焦点距離を変化させる変
   倍レンズ系で、最も像側のレンズ群が媒質が正のパワー
   を持つ両面が平面のラジアル型屈折率分布レンズ１枚に
   て構成されたことを特徴とするレンズ系。
4. 【請求項４】少なくとも一つのレンズ群よりなり、撮像
   素子に最も近いレンズ群に下記条件を満足するラジアル
   型屈折率分布レンズを含む光学系を備えた撮像装置。 ０．５mm＜Ｄ_R ＜４mm ただしＤ_R はラジアル型屈折率分布レンズの有効径であ
   る。