JPWO2008032447A1

JPWO2008032447A1 - 撮影レンズ及びカメラ

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Publication number: JPWO2008032447A1
Application number: JP2008534242A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　憲三郎; 憲三郎鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2010-01-21
Also published as: CN101512410A; TW200825447A; US20100007957A1; WO2008032447A1; TWI413795B; CN101512410B; US8194321B2

Abstract

本発明の目的は、高い光学性能を有し、かつ量産に適した小型の撮影レンズを提供することにある。そのために、本発明の撮影レンズは、物体側から順に少なくとも３つのレンズ群（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）を有し、物体面から結像面までの何れかの面に密着複層型回折光学素子が形成され、最大像高Ｙ、全長Ｌは、０．１＜Ｙ／Ｌ＜３．０ …（１）を満たす。このように撮影レンズに複層型回折光学素子を使用すれば、広帯域に亘り回折効率を高め、フレアを抑制することができる。特に、複層型回折光学素子は、製造や組み立てが容易という利点もある。さらに、条件式（１）によれば、撮影レンズの結像性能を保ちながら小型化を図ることができる。

Description

本発明は、携帯電話、ノート型コンピュータなどのモバイルに搭載される小型カメラに好適な撮影レンズ及びカメラに関する。

現在、携帯電話などの小型カメラには、レンズ枚数を３〜４枚に抑えた小型の撮影レンズが用いられている。近年、レンズ枚数を抑えながら結像性能を向上させるため（特に色収差を補正するため）、撮影レンズに回折光学素子を組み合わせる技術も提案された（特許文献１などを参照）。
特開２００５−３０１０４８号公報

しかし、特許文献１に記載の撮影レンズでは、色収差は良好に補正されるものの、回折格子で発生した不要な回折光がフレアとなって画像にヘイズを生じさせる。

そこで本発明の目的は、光学性能が高く量産に適した小型の撮影レンズ及びカメラを提供することにある。

本発明の第１形態では、物体側から順に少なくとも３つのレンズ群を有し、物体面から結像面までの何れかの面に密着複層型回折光学素子が形成され、最大像高Ｙ、全長Ｌは、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする撮影レンズを提供する。

０．１＜Ｙ／Ｌ＜３．０ …（１）
本発明の第２形態では、物体側から順に少なくとも３つのレンズ群を有し、物体面から結像面までの何れかの面に密着複層型回折光学素子が形成され、前記密着複層型回折光学素子の互いに密着する２つの層の一方の光軸上の厚さｄ１、他方の光軸上の厚さｄ２、前記密着複層側回折光学素子の形成先となったレンズ群の光軸上の総厚ｄ（ｄ１，ｄ２含む）は、以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする撮影レンズを提供する。

０．０２＜（ｄ１＋ｄ２）／ｄ＜１．０・・・（２）
本発明の第３形態では、物体側から順に少なくとも３つのレンズ群を有し、物体面から結像面までの何れかの面に密着複層型回折光学素子が形成され、前記密着複層型回折光学素子の回折光学面から開口絞りまでの光軸上の距離Ｚ、前記密着複層型回折光学素子が形成されるベース面の近軸曲率半径Ｒは、以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする撮影レンズを提供する。

−２．０＜Ｚ／Ｒ＜−０．３・・・（３）
本発明の第４形態では、物体側から順に少なくとも３つのレンズ群を有し、物体面から結像面までの何れかの面に密着複層型回折光学素子が形成され、前記密着複層型回折光学素子の互いに密着する２つの層の一方の光軸上の厚さｄ１、他方の光軸上の厚さｄ２、前記密着複層型回折光学素子の回折光学面の最小格子ピッチｐは、以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする撮影レンズを提供する。

０．００１＜ｐ／（ｄ１＋ｄ２）＜１．０・・・（４）
なお、前記密着複層型回折光学素子の互いに密着する２つの層の一方は高屈折率低分散の材料、他方は低屈折率高分散の材料からなり、前記２つの層のアッベ数差Δνｄ、前記２つの層の屈折率差ΔＮｄは、以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。

５０＜Δνｄ／ΔＮｄ＜２０００ …（５）
また、前記密着複層型回折光学素子のｄ線に対する回折効率Ｅｄ、ｇ線に対する回折効率Ｅｇ、Ｃ線に対する回折効率ＥＣは、以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。

（Ｅｇ＋ＥＣ）／２＞０．９×Ｅｄ …（６）
また、前記撮影レンズを通過する最大像高の光束の主光線が前記密着複層型回折光学素子へ入射する角度θは、以下の条件式（７）を満たすことが望ましい。

θ＜１０° …（７）
また、前記密着複層型回折光学素子の有効径Ｃ、前記撮影レンズの全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（８）を満たすことが望ましい。

０．１＜Ｃ／ｆ＜３．０ …（８）
また、前記３つのレンズ群の各々は、正の屈折力を有してもよい。

また、前記密着複層型回折光学素子が形成されるベース面の曲率半径Ｒ、前記撮影レンズの全長Ｌは、以下の条件式（９）を満たすことが望ましい。

０．０５＜｜Ｒ／Ｌ｜ …（９）
また、本発明の第５形態では、第１形態から第４形態の何れかの撮影レンズと、前記撮影レンズの前記結像面の近傍に配置された撮像素子とを備えたことを特徴とするカメラを提供する。

本発明によれば、光学性能が高く量産に適した小型の撮影レンズ及びカメラが実現する。

実施形態の撮影レンズ及びそれを備えたカメラの模式図である。密着複層型回折光学素子の構成例を示す模式図である。密着複層型回折光学素子の構成例を示す模式図である。密着複層型回折光学素子の構成例を示す模式図である。密着複層型回折光学素子の構成例を示す模式図である。第１実施例の撮影レンズの光路図である。実施例の密着複層型回折光学素子ＤＯＥの回折効率の波長依存性を示す図である。第１実施例の諸収差図である。第２実施例の撮影レンズの光路図である。第２実施例の諸収差図である。第３実施例の撮影レンズの光路図である。第３実施例の諸収差図である。

先ず、回折光学素子を簡単に説明する。

レンズが光の屈折現象を利用し、ミラーが光の反射現象を利用するの対し、回折光学素子は光の回折現象を利用する。この回折光学素子において回折現象が生じる面（以下、「回折光学面」という。）は、正の屈折力を有する場合に負の分散値を持つので、特殊ガラスでしか達し得なかったような良好な色収差補正を可能とする。

特に、複数の回折光学面を積み重ねてなる複層型回折光学素子は、広帯域に亘り回折効率が高いのでフレアの抑制に有利である。その中でも、２つの回折光学面を密着させた密着複層型回折光学素子は、製造や組み立てが容易という利点もある。密着複層型回折光学素子の詳細は、オプトロニクス社から発行された「回折光学素子入門増補改訂版（平成１８年１２月８日発発行）」や「光技術コンタクト２００４年９月号」などに詳しく説明されている。なお、本明細書では、密着複層型フレネル回折光学素子を単に「密着複層型回折光学素子」と称す。

次に、撮影レンズ及びそれを備えたカメラの実施形態を説明する。

図１は、本実施形態の撮影レンズ及びそれを備えたカメラの模式図である。

図１に示すとおり、本実施形態の撮影レンズは、物体側から順に少なくとも３つのレンズ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３を有する。符号１１で示すのは、撮影レンズの像面近傍に配置された撮像素子であり、符号Ｓで示すのは開口絞りである。この撮影レンズの何れかの面には、密着複層型回折光学素子が形成されている。その形成先は、レンズ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の何れかの表面、レンズ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３とは別に配置された平行平板Ｐの表面、撮像素子１１の前面に設けられたフィルタＦの表面などである。因みに、フィルタＦは、撮像素子１１の防塵フィルタやローパスフィルタ等である。

このように、撮影レンズの何れかの面に複層型回折格子を形成すれば、撮影レンズの色収差とフレアとの双方を抑えることが可能となる。

ここで、撮影レンズの最大像高Ｙと全長Ｌとは、以下の条件式（１）を満たす。

０．１＜Ｙ／Ｌ＜３．０ …（１）
本条件式（１）は、撮影レンズの全長Ｌの適切なる範囲を最大像高Ｙとの比で規定するものである。条件式（１）の下限値をＹ／Ｌが下回ると、撮影レンズの小型化を損なうと共にレンズ径が過大となる。また、撮影レンズの軸外収差も大きくなり、良好な結像性能が得られ難くなる。条件式（１）の上限値をＹ／Ｌが上回ると、撮影レンズの射出瞳が像面に近づき、像面に向かう結像光束をテレセントリックに近づけることが難しくなる。また、撮影レンズの歪曲収差（特に＋側の歪曲収差）が発生し易くなる。なお、条件式（１）の上限値を０．７とし、下限値を０．１５とすれば、小型化及び結像性能向上の効果をより十分に得ることができる。

また、この撮影レンズにおいて、色収差補正の機能を密着複層型回折光学素子に割り振れば、３つのレンズ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の各々の屈折力の符号を全て正とすることも可能である。３つのレンズ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の屈折力の符号が一致する場合、レンズ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の各々のカーブを緩やかにすることができるので、個々のレンズ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の偏心に対する誤差感度が小さくなり、撮影レンズの組み立てが容易となる。

図２，図３，図４，図５は、密着複層型回折光学素子の構成例を示す模式図である。

図２，図３，図４，図５において符号ＤＯＥで示すのが密着複層型回折光学素子であり、符号Ｂで示すのが密着複層型回折光学素子ＤＯＥの形成先となった光学部材である。光学部材Ｂは、図１におけるレンズ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、フィルタＦ、平行平板Ｐの何れかに相当する。これらの図では密着複層型回折光学素子ＤＯＥの形成面（ベース面）を平面で描き、回折光学面ＤＯＳの形状を実際よりも粗く描いた。

図２に示す例では、光学部材Ｂの表面に２つの層１４ａ，１４ｂが積層され、層１４ａ，１４ｂの各々の境界面が回折光学面ＤＯＳとなっている。これらの互いに密着した回折光学面ＤＯＳが密着複層型回折光学素子ＤＯＥを構成する。

図３に示す例では、光学部材Ｂの表面にレリーフパターンが刻まれ、その上に１つの層１４ｂが密着して形成されている。光学部材Ｂ，層１４ｂの各々の境界面が回折光学面ＤＯＳとなっている。これらの互いに密着した回折光学面ＤＯＳが密着複層型回折光学素子ＤＯＥを構成する。

図４に示す例では、光学部材Ｂの表面に３つの層１４ａ，１４ｂ，１４ｃが積層され、層１４ａ，１４ｂ，１４ｃの各々の境界面が回折光学面ＤＯＳとなっている。これらの互いに密着した回折光学面ＤＯＳが密着複層型回折光学素子ＤＯＥを構成する。

図５に示す例では、光学部材Ｂの表面にレリーフパターンが刻まれ、その上に１つの層１４ｂが密着して形成されている。光学部材Ｂ，層１４ｂの各々の境界面が回折光学面ＤＯＳとなっている。これらの互いに密着した回折光学面ＤＯＳが密着複層型回折光学素子ＤＯＥを構成する。また、図５に示す例では、層１４ｂの表面にもレリーフパターンが形成されており、その上に光学部材Ｂ’が微小間隔を空けて配置される。光学部材Ｂ’の間隙側にもレリーフパターンが形成されており、層１４ｂの表面のレリーフパターンと、間隙と、光学部材Ｂ’のレリーフパターンとは、分離複層型回折光学素子ＤＯＥ’を構成する。つまり、図５に示す例では、密着複層型回折光学素子ＤＯＥと分離複層型回折光学素子ＤＯＥ’とが組み合わされている。

以上の密着複層型回折光学素子ＤＯＥにおいて、互いに密着する２つの層（図２の例では層１４ａ，１４ｂ）のうち、一方の層の光軸上の厚さｄ１、他方の層の光軸上の厚さｄ２、光学部材Ｂの光軸上の総厚ｄ（ｄ１，ｄ２を含む）は、以下の条件式（２）を満たす。

０．０２＜（ｄ１＋ｄ２）／ｄ＜１．０・・・（２）
本条件式は、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの適正な光軸上の厚さを規定する。本条件式の上限値を（ｄ１＋ｄ２）／ｄが上回ると、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの厚さが過大となり、回折光学面ＤＯＳの成形が困難になり易く、成形時間も長くなるのでコストアップに繋がる。さらには、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの材料（樹脂）による光吸収が大となり、特に短波長の透過率が低下する。

一方、本条件式の下限値を（ｄ１＋ｄ２）／ｄが下回ると、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの光軸上の厚さが過小となり、やはり回折光学面ＤＯＳの成形が困難になる（例えば、表面の面粗さが大きくなり易い。）。更には、各格子で回折した光が干渉する前に次の光学部材へ入射してしまい、所定の回折光が得られなくなるばかりか、回折角度の大きな回折光が得られなくなる虞もある。なお、効果を十分に得るためには、条件式（２）の上限値を０．８、下限値を０．０５とすることが望ましい。

また、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの回折光学面ＤＯＳから開口絞りＳまでの光軸上の距離Ｚ、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの形成先であるベース面の曲率半径（非球面の場合は近軸曲率半径）Ｒは、以下の条件式（３）を満たす。

−２．０＜Ｚ／Ｒ＜−０．３・・・（３）
本条件式は、回折光学面ＤＯＳの位置（開口絞りＳからの光軸上の距離）と、ベース面の曲率半径（非球面の場合は近軸曲率半径）Ｒとの適正な割合を規定する。この条件式を満たせば、フレアの発生量が小さくなる。特に、Ｚ／Ｒ＝−１である場合は、ベース面の曲率中心が瞳位置に一致し、ベース面が球面である場合は主光線が垂直入射となるので、フレアの発生量が最小となる。

因みに、本条件式の上限値をＺ／Ｒが上回ると、Ｒが過大となるので、回折光学面ＤＯＳへの入射角度が大き過ぎてフレアの発生量が多くなる。また、主光線より上側の光線のコマ収差が大きくなり、結像性能が劣化する。

一方、本条件式の下限値をＺ／Ｒが下回ると、Ｒが過小となるので、ベース面の加工が困難になるばかりか、回折光学面ＤＯＳへの入射角度が大きくなり、フレアの発生量が多くなる。なお、効果を十分に得るためには、条件式（３）の上限値を−０．５、下限値を−１．５とすることが望ましい。

但し、ベース面が平面である場合に条件式（３）を満たそうとすると、Ｒが無限大となって発散してしまうため、条件式（３）で規定する代わりに、条件式（７）〜（７”）で規定する（つまり最大像高の主光線が格子に入射する角度で規定する）方が好ましい。

また、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの互いに密着する２つの層の一方（例えば、物体側の層）の光軸上の厚さｄ１、他方（例えば、像側の層）の光軸上の厚さｄ２、回折光学面ＤＯＳの最小格子ピッチｐは、以下の条件式（４）を満たす。

０．００１＜ｐ／（ｄ１＋ｄ２）＜１．０・・・（４）
本条件式は、回折光学面ＤＯＳの最小格子ピッチと、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの厚さとの適正な関係を規定する。本条件式の上限値をｐ／（ｄ１＋ｄ２）が上回ると、回折光学面ＤＯＳの最小格子ピッチが過大となり、機械加工上精度良く作ることが困難となる。また、回折角度が小さくなり、色収差の補正が不足し易くなる。特に、倍率色収差の補正が不足傾向となる。

一方、本条件式の下限値をｐ／（ｄ１＋ｄ２）が下回ると、回折光学面ＤＯＳの最小格子ピッチが過小になり回折光学面ＤＯＳのアスペクト比が大きくなり、格子そのものの製作が困難となるばかりか、フレアの発生量も多くなり画質を損ね易い。なお、効果を十分に得るためには、本条件式の上限値を０．５、下限値を０．００２とすることが望ましい。

また、以上の密着複層型回折光学素子ＤＯＥにおいて、互いに密着する２つの層（図２の例では層１４ａ，１４ｂ）の一方には高屈折率低分散の材料が使用され、他方には低屈折率高分散の材料が使用される。そして、それら２つの層のアッベ数差Δνｄ、屈折率差ΔＮｄは、以下の条件式（５）を満たす。

５０＜Δνｄ／ΔＮｄ＜２０００ …（５）
条件式（５）の上限値をΔνｄ／ΔＮｄが上回ると、高い回折効率を広波長域に亘って得ることが難しくなる。また、条件式（５）の下限値をΔνｄ／ΔＮｄが下回っても、高い回折効率を広波長域に亘って得ることが難しくなる。なお、条件式（５）の上限値を１０００、下限値を２００として条件を厳しくすれば、広波長域に亘る高い回折効率を十分に得ることができる。

また、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの形成先となる光学部材Ｂの材料には、例えば光学ガラスが適用され、その加工には精研削やガラスモールド成形が適用される。また、密着複層型回折光学素子ＤＯＥを構成する層１４ａ，１４ｂ，１４ｃの材料には、例えば光学樹脂が適用され、その加工には樹脂モールド成形が適用される。また、生産性を重視するならば、光学樹脂の種類としては光硬化性樹脂（ＵＶ硬化性樹脂）が好適である。光硬化性樹脂を使用すれば、工程数を削減し、コストダウンを図ることができる。

さらに生産性を重視するならば、互いに密着する２つの層（図２の例では層１４ａ，１４ｂ）に使用される光硬化性樹脂の特性は、次の関係にあることが望ましい。すなわち、２つの層の一方に使用される光硬化性樹脂の未硬化状態での粘度は、４０ｃＰ以上であり、他方に使用される光硬化性樹脂の未硬化状態での粘度は、２０００ｃＰ以上である。

また、生産性を重視するならば、回折光学面ＤＯＳの格子ピッチｐ、格子高さｈは、ｐ／ｈ＞０．１５を満たすことが望ましい。また、密着複層型回折光学素子ＤＯＥを構成する各層（図２の例では層１４ａ，１４ｂ）の厚さ（光軸上の厚さ）は、それぞれ５０μｍ以下に抑えられることが好ましい。

また、フレアを抑えるために、回折光学面ＤＯＳの格子高さｈは３０μｍ以下であることが好ましい。格子高さｈが３０μｍ以下であれば、回折光学面ＤＯＳへ０°以外の入射角度で入射する光の回折効率を十分に高くし、回折光学面ＤＯＳの段差部分での光量ロス及び散乱を抑えることができるからである。

また、密着複層型回折光学素子ＤＯＥのｄ線に対する回折効率Ｅｄ、ｇ線に対する回折効率Ｅｇ、Ｃ線に対する回折効率ＥＣは、以下の条件式（６）を満たす。

（Ｅｇ＋ＥＣ）／２＞０．９×Ｅｄ …（６）
条件式（６）が満たされないと、フレアが大きくなる虞がある。なお、条件式（６）の代わりに条件式（３’）を用いれば、フレアが確実に抑制される。

（Ｅｇ＋ＥＣ）／２＞０．９７×Ｅｄ …（３’）
また、撮影レンズを通過する最大像高の光束の主光線が密着複層型回折光学素子ＤＯＥへ入射する角度θは、以下の条件式（７）を満たす。

θ＜１０° …（７）
条件式（７）が満たされれば、密着複層型回折光学素子ＤＯＥへ入射する光線の角度が全体的に小さくなるので、フレアが抑えられる。但し、実用的には以下の条件式（７’）を満たすことが望ましく、効果を十分に得るためには条件式（７”）を満たすことが望ましい。

θ＜７°…（７’）
θ＜５°…（７”）
これら条件式（７）〜（７”）を満たすため、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの形成先は、図１に示した第１レンズ群Ｇ１よりも第２レンズ群Ｇ２又は第３レンズ群Ｇ３の方が適している。例えば、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの形成先を、瞳（開口絞りＳ）とコンセントリックに近い関係を持つ面（瞳近傍に曲率中心を有した面）、すなわち第２レンズ群Ｇ２の表面などとすれば、光線の入射角度が小さくなるので、条件式（７）〜（７”）を満たし易い。その中でも、第２レンズ群Ｇ２の物体側の面を選定すれば、像面へ入射する光束をテレセントリックに近づけ易くなり、好ましい。なお、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの形成面は、凹面であっても凸面であっても構わない。

また、色収差補正を重視するならば、第２レンズ群Ｇ２は、凹又は凸のメニスカスレンズであることが望ましい。特に、凹のメニスカスレンズである場合、レンズ群Ｇ１，Ｇ３を凸レンズとし、レンズ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の全体で色収差補正を図ることができるので、密着複層型回折光学素子ＤＯＥに対する色収差補正の負担を軽減することができる。

また、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの有効径Ｃ、撮影レンズの全系の焦点距離ｆは、以下の条件式（８）を満たす。

０．１＜Ｃ／ｆ＜３．０ …（８）
条件式（８）は、有効径Ｃの適切なる範囲を焦点距離ｆとの比で規定するものである。条件式（８）の上限値をＣ／ｆが上回ると、有効径が大き過ぎるので密着複層型回折光学素子ＤＯＥの製作が困難となる。また、有効径が大きいと、回折光学面ＤＯＳに外部からの有害光が入りや易いので、画質が低下し易い。その反対に条件式（８）の下限値をＣ／ｆが下回ると、有効径が小さ過ぎるので回折光学面ＤＯＳの格子ピッチも極めて小さくなり、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの製作が困難となる。また、格子ピッチが小さ過ぎると、フレアが発生し易くなる。なお、条件式（８）の上限値を２．０とし、下限値を０．２とすれば、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの製造に関する効果と画質に関する効果とをより十分に得ることができる。

また、密着複層型回折光学素子ＤＯＥが形成されるベース面の曲率半径Ｒ、撮影レンズの全長Ｌは、以下の条件式（９）を満たす。

０．０５＜｜Ｒ／Ｌ｜ …（９）
条件式（９）は、ベース面の曲率半径Ｒの適切なる範囲を全長Ｌとの比で規定するものである。条件式（９）が満たされないと、ベース面のカーブが急峻になるので、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの創成が困難となる。また、ベース面のカーブが急峻になると、＋側の歪曲収差が発生し易くなるという問題もある。なお、条件式（９）の下限値を０．１５とすれば、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの製造に関する効果と画質に関する効果とをより十分に得ることができる。

さらに、撮影レンズのｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線の軸上色収差の最大広がり幅Δ、焦点距離ｆは、以下の条件式（１０）を満たすことが望ましい。

Δ／ｆ＜０．１ …（１０）
条件式（１０）は、軸上色収差の適切なる補正範囲を規定するものである。条件式（１０）の上限値をΔ／ｆが上回ると、色収差が大きくなり画像の色付きが生じる。なお、軸上収差を完全にゼロとすることはできないので、この条件式（１０）は実際には条件式（１０’）のとおり表される。

０．００１＜Δ／ｆ＜０．１ …（１０’）
なお、条件式（１０’）の上限値を０．０３とし、下限値を０．００２とすれば、画像の色付きを確実に抑えることができる。因みに撮影レンズが条件式（１０），（１０’）を満たせるのは、密着複層型回折光学素子ＤＯＥを使用したからである。

また、回折光学面ＤＯＳの最小格子ピッチｐ、撮影レンズの焦点距離ｆは、以下の条件式（１１）を満たすことが望ましい。

０．００１＜ｐ／ｆ＜０．１ …（１１）
条件式（１１）は、最小格子ピッチの適切なる範囲を焦点距離ｆとの比で規定するものである。条件式（１１）の下限値をｐ／ｆが下回ると、格子ピッチが小さ過ぎるので、密着複層型回折光学素子ＤＯＥの製作が困難となる。また、フレア発生の虞がある。条件式（１１）の上限値をｐ／ｆが上回ると、格子ピッチが大き過ぎるので、やはり密着複層型回折光学素子ＤＯＥの製作が困難となる。また、色収差補正が不足する可能性もある。なお、条件式（１１）の上限値を０．０２とし、下限値を０．００３とすれば、製造に関する効果と画質に関する効果とをより十分に得ることができる。

以上説明したとおり、各種の条件式を満たす本実施形態の撮影レンズは、小型化され、極めて小さな実装スペースに収まる。また、本実施家形態の撮影レンズは、優れた結像性能を持ち、しかも量産にも適している。したがって、本実施形態の撮影レンズは、モバイル、例えば、携帯電話やノート型コンピュータなどの小型カメラに好適である。また、本実施形態の撮影レンズは、その他のディジタルカメラやビデオカメラを小型化するときにも有効である。

なお、本実施形態の撮影レンズには、レンズ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の何れかに屈折率分布レンズを使用し、結像性能のさらなる向上を図ってもよい。

また、本実施形態の撮影レンズには、次のようなフォーカシング技術が適用されてもよい。本実施形態の撮影レンズにおいて、近距離物体へのフォーカシング（合焦）には、撮影レンズの全体を被写体側へ繰り出す所謂全体繰り出し方式、図１の第１レンズ群Ｇ１のみを物体側へ繰り出す所謂フロントフォーカス方式の何れを適用することもできる。但し、フォーカシング時に主光線を下げずに周辺光量を確保するためには、第３レンズ群Ｇ３を光軸方向に移動させる所謂リアフォーカス方式が望ましい。

また、本実施形態の撮影レンズには、次のような防振技術が適用されてもよい。通常、小型カメラは発光量の大きいストロボを搭載しないことが多いが、暗所で手持ち撮影する機会も多いので、手ブレが生じやすく画質劣化の原因となっているので、本実施形態の撮影レンズに防振機能を搭載すると便利である。その場合、撮影レンズには、撮影レンズの一部のレンズ群（又はレンズ）を光軸方向へシフトさせる機構と、撮像素子上に形成される像のズレ量を検出するセンサと、そのズレ量が小さくなる方向へ機構を駆動する制御部とが備えられる。

なお、撮影レンズの一部を移動させる代わりに、カメラの撮像素子を移動させることによって同様の防振機能を得てもよい。つまり、本実施形態のカメラ又は撮影レンズには、公知の様々な防振機能の何れかを搭載することが可能である。

撮影レンズの第１実施例を説明する。

図６は、本実施例の撮影レンズの光路図である。図６に示すとおり、本実施例の撮影レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＧ１と、正の屈折力を有する第２レンズＧ２と、正の屈折力を有する第３レンズＧ３と、平行平板Ｐと有し、第２レンズＧ２の像側の面に、図２に示したタイプの密着複層型回折光学素子ＤＯＥが形成されている。

表１は、本実施例の撮影レンズのレンズデータである。表１において、ｍは面番号、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎ（ｄ）はｄ線に対する屈折率、ｎ（ｇ）はｇ線に対する屈折率、ｎ（Ｃ）はＣ線に対する屈折率、ｍ（Ｆ）はＦ線に対する屈折率である。

表１において、非球面又は回折光学面の面番号には＊を付し、回折光学面の形状は、超高屈折率法により非球面に換算した。超高屈折率法の詳細は、オプトロニクス社から発行された「回折光学素子入門増補改訂版（平成１８年１２月８日発発行）」などに記載されている。換算に当たっては、回折光学面のｄ線の屈折率を１００１、ｇ線の屈折率を７４１８．６８５３とおいた。また、ｄ線の波長λ_ｄ、ｇ線の波長λ_ｇ、Ｃ線の波長λ_Ｃ、Ｆ線の波長λ_Ｆをそれぞれ次のとおり選定した。

λ_ｄ＝５８７．５６２ｎｍ
λ_ｇ＝４３５．８３５ｎｍ
λ_Ｃ＝６５６．２７３ｎｍ
λ_Ｆ＝４８６．１３３ｎｍ

なお、第５面と第６面との間の媒質（＝密着複層型回折光学素子ＤＯＥを構成する一方の層）の未硬化状態での粘度は１００ｃＰであり、ｄ線に対する屈折率が１．５２８である。また、第７面と第８面との間の媒質（＝密着複層型回折光学素子ＤＯＥを構成する他方の層）の未硬化状態での粘度は４８００ｃＰであり、ｄ線に対する屈折率が１．５５７である。

表２は、非球面（回折光学面を含む）のデータである。各非球面（回折光学面を含む）の形状は、非球面を多項式（１２）で表したときの各項の係数（非球面係数）で表した。

Ｓ（ｙ）＝（ｙ^２／ｒ）／｛１＋（１−Ｋ・ｙ^２／ｒ^２）^１／２｝＋Ｃ_２・ｙ^２
＋Ｃ_４・ｙ^４＋Ｃ_６・ｙ^６＋Ｃ_８・ｙ^８＋Ｃ_１０・ｙ^１０ …（１２）
但し、ｙは光軸に垂直な方向の高さであり、Ｓ（ｙ）は高さｙにおけるサグ量（＝非球面頂点における接平面からの光軸方向の距離）であり、ｒは非球面頂点における曲率半径であり、Ｋは円錐係数であり、Ｃ_ｎはｎ次の非球面係数である。

図７は、本実施例の密着複層型回折光学素子ＤＯＥの回折効率の波長依存性を示す図である。図７では、ｇ線の回折効率を基準とした各波長の回折効率の割合を表した。また、図７には比較のため、単層型回折光学素子の回折効率の波長依存性も示した。図７に示すとおり、本実施例の密着複層型回折光学素子ＤＯＥは、ｇ線からＣ線までの広波長域に亘り０．９７以上の回折効率が得られる。この効果は、後述する第２実施例、第３実施例においても同様である。

本実施例の条件対応値は、以下のとおりである。
Ｙ＝１．２，
Ｌ＝５．５７９，
Δνｄ＝１５．４６，
ΔＮｄ＝０．０２９３，
Ｅｇ＝９８．２２１，
ＥＣ＝９８．２３３，
Ｅｄ＝９９．９９９，
Ｃ＝１．６９，
ｆ＝３．３６７，
Ｒ＝−１．１０６４，
Δ＝０．０１４７，
ｐ＝０．０２４８，
ｄ１＝０．０５，
ｄ２＝０．０５，
ｄ＝０．８，
Ｚ＝１．３３４５
条件式（１）のＹ／Ｌ＝０．２１５１，
条件式（２）の（ｄ１＋ｄ２）＝０．１２５，
条件式（３）のＺ／Ｒ＝−１．２０６１５，
条件式（４）のｐ／（ｄ１＋ｄ２）＝０．２４８，
条件式（５）のΔνｄ／ΔＮｄ＝５２７．６４５，
条件式（６）の（Ｅｇ＋ＥＣ）／２＝９８．２２７，
条件式（６）の０．９×Ｅｄ＝８９．９９９，
条件式（７）のθ＝１．００４°，
条件式（８）のＣ／ｆ＝０．５０２，
条件式（９）の｜Ｒ／Ｌ｜＝０．１９８３，
条件式（１０）のΔ／ｆ＝０．００４４，
条件式（１１）のｐ／ｆ＝０．００７４，
すなわち、本実施例の撮影レンズは、条件式（１）〜（１１）の全てを満たす。

図８は、本実施例の諸収差図である。図８においてＦＮＯはＦナンバーを、Ｙは像高を示している。図８においてｄはｄ線に関するカーブであり、ｇはｇ線に関するカーブであり、ＣはＣ線に関するカーブであり、ＦはＦ線に関するカーブである。図８に示すとおり、本実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が得られる。

撮影レンズの第２実施例を説明する。

図９は、本実施例の撮影レンズの光路図である。図９に示すとおり、撮影レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＧ１と、負の屈折力を有する第２レンズＧ２と、正の屈折力を有する第３レンズＧ３と、平行平板Ｐとを有し、第２レンズＧ２の像側の面に、図２に示したタイプの密着複層型回折光学素子ＤＯＥが形成されている。

表３は、本実施例の撮影レンズのレンズデータである。表３の表記方法は、表１のそれと同じである。また、超高屈折率法による換算方法も、第１実施例のそれと同じである。

表４は、非球面（回折光学面を含む）のデータである。表４の表記方法は、表２のそれと同じである。

本実施例の条件対応値は、以下のとおりである。
Ｙ＝１．８，
Ｌ＝４．８６１，
Δνｄ＝１５．４６，
ΔＮｄ＝０．０２９３，
Ｅｇ＝９８．２２１，
ＥＣ＝９８．２３３，
Ｅｄ＝９９．９９９，
Ｃ＝１．２，
ｆ＝３．３２０，
Ｒ＝−１．０７５２６，
Δ＝０．０１９４，
ｐ＝０．００３５４，
ｄ１＝０．０２，
ｄ２＝０．０２，
ｄ＝０．３９，
Ｚ＝０．７５，
条件式（１）のＹ／Ｌ＝０．３７０３，
条件式（２）の（ｄ１＋ｄ２）／ｄ＝０．１０３，
条件式（３）のＺ／Ｒ＝−０．６９７５１，
条件式（４）のｐ／（ｄ１＋ｄ２）＝０．０８８５，
条件式（５）のΔνｄ／ΔＮｄ＝５２７．６４５，
条件式（６）の（Ｅｇ＋ＥＣ）／２＝９８．２２７，
条件式（６）の０．９×Ｅｄ＝８９．９９９，
条件式（７）のθ＝６．４３１°，
条件式（８）のＣ／ｆ＝０．３６１，
条件式（９）の｜Ｒ／Ｌ｜＝０．２２１２，
条件式（１０）のΔ／ｆ＝０．００５８，
条件式（１１）のｐ／ｆ＝０．００１１，
すなわち、本実施例の撮影レンズは、条件式（１）〜（１１）の全てを満たす。

図１０は、本実施例の諸収差図である。図１０の表記方法は、図８のそれと同じである。図１０に示すとおり、本実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が得られる。

撮影レンズの第３実施例を説明する。

図１１は、本実施例の撮影レンズの光路図である。図１１に示すとおり、撮影レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＧ１と、負の屈折力を有する第２レンズＧ２と、正の屈折力を有する第３レンズＧ３と、平行平板Ｐとを有する。このうち、平行平板Ｐの物体側の面に、図２に示したタイプの密着複層型回折光学素子ＤＯＥが形成されている。

表５は、本実施例の撮影レンズのレンズデータである。図５の表記方法は、表１のそれと同じである。また、超高屈折率法による換算方法も、第１実施例のそれと同じである。

なお、第８面と第９面との間の媒質（＝密着複層型回折光学素子ＤＯＥを構成する一方の層）の粘度は１００ｃＰであり、ｄ線に対する屈折率が１．５２８である。また、第１０面と第１１面との間の媒質（＝密着複層型回折光学素子ＤＯＥを構成する他方の層）の粘度は４８００ｃＰであり、ｄ線に対する屈折率が１．５５７である。

表６は、非球面（回折光学面を含む）のデータである。表６の表記方法は、表２のそれと同じである。

本実施例の条件対応値は、以下のとおりである。
Ｙ＝１．８，
Ｌ＝５．００６，
Δνｄ＝１５．４６，
ΔＮｄ＝０．０２９３，
Ｅｇ＝９８．２２１，
ＥＣ＝９８．２３３，
Ｅｄ＝９９．９９９，
Ｃ＝３．０６，
ｆ＝３．１０９，
Ｒ＝無限大，
Δ＝０．０１９９，
ｐ＝０．０１５３，
ｄ１＝０．１５，
ｄ２＝０．１５，
ｄ＝０．３８，
Ｚ＝２．７６
条件式（１）のＹ／Ｌ＝０．３５９６，
条件式（２）の（ｄ１＋ｄ２）／ｄ＝０．４６２，
条件式（３）のＺ／Ｒ＝０，
条件式（４）のｐ／（ｄ１＋ｄ２）＝０．０５１，
条件式（５）のΔνｄ／ΔＮｄ＝５２７．６４５，
条件式（６）の（Ｅｇ＋ＥＣ）／２＝９８．２２７，
条件式（６）の０．９×Ｅｄ＝８９．９９９，
条件式（７）のθ＝０．００１５°，
条件式（８）のＣ／ｆ＝０．９８４，
条件式（９）の｜Ｒ／Ｌ｜＝無限大，
条件式（１０）のΔ／ｆ＝０．００６５，
条件式（１１）のｐ／ｆ＝０．００５０，
すなわち、本実施例の撮影レンズは、条件式（３）を満たさないものの、条件式（１），（２），（４）〜（１１）を満たす。

図１２は、本実施例の諸収差図である。図１２の表記方法は、図８のそれと同じである。図１２に示すとおり、本実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が得られる。

Claims

物体側から順に少なくとも３つのレンズ群を有し、
物体面から結像面までの何れかの面に密着複層型回折光学素子が形成され、
最大像高Ｙ、全長Ｌは、
以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする撮影レンズ。
０．１＜Ｙ／Ｌ＜３．０ …（１）
物体側から順に少なくとも３つのレンズ群を有し、
物体面から結像面までの何れかの面に密着複層型回折光学素子が形成され、
前記密着複層型回折光学素子の互いに密着する２つの層の一方の光軸上の厚さｄ１、他方の光軸上の厚さｄ２、前記密着複層側回折光学素子の形成先となったレンズ群の光軸上の総厚ｄ（ｄ１，ｄ２含む）は、
以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする撮影レンズ。
０．０２＜（ｄ１＋ｄ２）／ｄ＜１．０・・・（２）
物体側から順に少なくとも３つのレンズ群を有し、
物体面から結像面までの何れかの面に密着複層型回折光学素子が形成され、
前記密着複層型回折光学素子の回折光学面から開口絞りまでの光軸上の距離Ｚ、前記密着複層型回折光学素子の形成されるベース面の近軸曲率半径Ｒは、
以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする撮影レンズ。
−２．０＜Ｚ／Ｒ＜−０．３・・・（３）
物体側から順に少なくとも３つのレンズ群を有し、
物体面から結像面までの何れかの面に密着複層型回折光学素子が形成され、
前記密着複層型回折光学素子の互いに密着する２つの層の一方の光軸上の厚さｄ１、他方の光軸上の厚さｄ２、前記密着複層型回折光学素子の回折光学面の最小格子ピッチｐは、
以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする撮影レンズ。
０．００１＜ｐ／（ｄ１＋ｄ２）＜１．０・・・（４）
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の撮影レンズにおいて、
前記密着複層型回折光学素子の互いに密着する２つの層の一方は高屈折率低分散の材料、他方は低屈折率高分散の材料からなり、
前記２つの層のアッベ数差Δνｄ、前記２つの層の屈折率差ΔＮｄは、
以下の条件式（５）を満たすことを特徴とする撮影レンズ。
５０＜Δνｄ／ΔＮｄ＜２０００ …（５）
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の撮影レンズにおいて、
前記密着複層型回折光学素子のｄ線に対する回折効率Ｅｄ、ｇ線に対する回折効率Ｅｇ、Ｃ線に対する回折効率ＥＣは、
以下の条件式（６）を満たすことを特徴とする撮影レンズ。
（Ｅｇ＋ＥＣ）／２＞０．９×Ｅｄ …（６）
請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の撮影レンズにおいて、
前記撮影レンズを通過する最大像高の光束の主光線が前記密着複層型回折光学素子へ入射する角度θは、
以下の条件式（７）を満たすことを特徴とする撮影レンズ。
θ＜１０° …（７）
請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の撮影レンズにおいて、
前記密着複層型回折光学素子の有効径Ｃ、前記撮影レンズの全系の焦点距離ｆは、
以下の条件式（８）を満たすことを特徴とする撮影レンズ。
０．１＜Ｃ／ｆ＜３．０ …（８）
請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の撮影レンズにおいて、
前記３つのレンズ群の各々は、
正の屈折力を有する
ことを特徴とする撮影レンズ。
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の撮影レンズにおいて、
前記密着複層型回折光学素子が形成されるベース面の曲率半径Ｒ、前記撮影レンズの全長Ｌは、
以下の条件式（９）を満たすことを特徴とする撮影レンズ。
０．０５＜｜Ｒ／Ｌ｜ …（９）
請求項１〜請求項１０の何れか一項に記載の撮影レンズと、
前記撮影レンズの前記結像面の近傍に配置された撮像素子と
を備えたことを特徴とするカメラ。