JP2007264600A - ズームレンズ及びそれを有する光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ズーミングの際の倍率色収差の変動を抑えた光学系を得ること。
【解決手段】 複数のレンズ群Ｌａ，Ｌｂと開口絞りＳＰを有するズームレンズにおいて、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦが、
θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．７５５）＞０
なる条件を満足する固体材料で構成された屈折光学素子ＧＩＴを、ズーミングに際し開口絞りからの距離の変動が大きいレンズ群に配置すること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ズームレンズ及びそれを有する光学機器に関する。本発明のズームレンズは、例えば、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、望遠鏡、双眼鏡、液晶プロジェクタ、複写機等の光学系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影レンズには、高ズーム比のズームレンズであることが要望されている。

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良く行なわれていることが要望されている。
また、比較的高分散で、かつ異常部分分散な特性を示す液体材料が知られており、この液体材料を用いた色消し光学系も知られている（特許文献３，４）。
特開平４−１６３４１５号公報 特開２００２−６２４７８号公報 米国特許第５７３１９０７号 米国特許第５６３８２１５号

近年、撮像装置に用いるズームレンズには、所定のズーム比を有し、かつ明るい（Ｆナンバーの小さい）ことが要望されている。
ズームレンズの高性能化や、高画角化、高ズーム比化を行うためには、レンズ構成を最適に設定する必要がある。
一般にズームレンズにおいて各レンズ群の屈折力を強めると、各レンズ群のズーミング時における移動量を少なくすることができ、レンズ全長の短縮化が容易となる。

しかしながら、単に各レンズ群の屈折力を高めるとズーミングに伴う収差変動が大きくなる。特に、高ズーム比になるに従い、倍率色収差の変動が大きくなる。
例えば、ネガティブリード型の光学系では、ｇ線の倍率色収差が広角端でオーバー側に、望遠端でアンダー側に発生する。この結果、画面の周辺部において色の滲みが生じ、画質の低下を起こすことがある。

従来の蛍石等の異常部分分散材料を光路中に配置して色収差の発生を低減する方法においては、適切な屈折力でかつ適切な位置に配置しないと、広角端と望遠端の一方では色収差を補正できても、他方で大幅に悪化することがある。
また、特許文献３，４に開示された材料は、液体であるために、温度による屈折率、分散特性などの特性変化が大きいという問題があり、耐環境性が十分でない。

本発明は、耐環境性に優れ、ズーム位置に依らず高い光学性能が得られるズームレンズ及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。

本発明の一例は、複数のレンズ群と開口絞りを有し、ズーミングに際し隣接するレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦが、
θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．７５５）＞０
なる条件を満足する固体材料で構成された屈折光学素子を有している。そして、開口絞りから屈折光学素子までの広角端及び望遠端での光軸上の距離を各々ｄｗ，ｄｔとするとき、その屈折光学素子を
ｄｔ／ｄｗ＞１．１
又は、
ｄｗ／ｄｔ＞１．１
なる条件を満足する位置に配置することを特徴としている。

また、本発明の別の例は、負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）のレンズ群と、その後方に配置された正の屈折力のレンズ群と、開口絞りとを有し、２つのレンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群が光軸上移動することによりズーミングを行うズームレンズにおいて、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦが、
θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．７００）＜０
なる条件を満足する固体材料で構成された屈折光学素子を有している。そして、開口絞りから屈折光学素子までの広角端及び望遠端での光軸上の距離を各々ｄｗ，ｄｔとするとき、その屈折光学素子を
ｄｔ／ｄｗ＞１．１
又は、
ｄｗ／ｄｔ＞１．１
なる条件を満足する位置に配置していることを特徴としている。

なお、本発明において、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦ，θｇｄの定義は一般に用いられるものと同じである。すなわち、フラウンホーフェル線のｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ，ＮＦ，Ｎｄ，ＮＣとするとき、それぞれ次式で表される。
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇｄ＝（Ｎｇ−Ｎｄ）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
また、本発明における固体材料とは、光学系を使用する状態で固体の材料を指し、製造時などの光学系を使用する前での状態を言及したものではない。例えば、製造時には液体材料であっても、それを硬化させて固体材料としたものは、本発明でいう固体材料に該当する。

本発明によれば、耐環境特性に優れ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光学機器の実施例について説明する。

図１、図２は、実施例１のズームレンズの近軸屈折力配置の説明図である。図１、図２において（Ｗ）は広角端（短焦点距離端）、（Ｔ）は望遠端（長焦点距離端）の近軸屈折力配置を示している。

図１、図２において、左方は前方（拡大共役側）であり、右方は後方（縮小共役側）である。この位置関係は他の実施例でも同様である。なお、前方は、カメラ等の撮影光学系では物体側に相当し、液晶プロジェクタ等の投影光学系では投影像側（スクリーン側）に相当する。後方は、カメラ等の撮影光学系では像側に相当し、液晶プロジェクタ等の投影光学系では原画側（液晶パネル側）に相当する。

Ｌａ、Ｌｂは各々レンズ群、ＳＰは開口絞り、ＩＰは縮小側共役面（撮影光学系の場合は像面）である。図１、図２では２つのレンズ群Ｌａ、Ｌｂを示しているが、このレンズ群の前後に他のレンズ群を有していても良い。矢印は、広角端から望遠端へのズーミングにおける各レンズ群の移動軌跡を示している。なお、開口絞りＳＰはズーミングに際して固定されていても移動しても良い。

本実施例のズームレンズは、複数のレンズ群と開口絞りＳＰとを有し、ズーミングに際し、複数のレンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群が光軸上移動することにより、隣接するレンズ群の間隔が変化する。

図１、図２のズームレンズは、アッベ数νｄと部分分散比θｇＦが、
θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．７５５）＞０ ・・・（１）
なる条件を満足する固体材料で構成された屈折光学素子ＧＩＴを少なくとも１つ有している。
ここで、広角端と望遠端において、開口絞りＳＰから屈折光学素子ＧＩＴまでの光軸上の距離を各々ｄｗ，ｄｔとする。

図１は、屈折光学素子ＧＩＴを、
ｄｔ／ｄｗ＞１．１ ・・・（２）
なる条件を満足する光軸上の位置に設けた例である。

図２は、屈折光学素子ＧＩＴを、
ｄｗ／ｄｔ＞１．１ ・・・（３）
なる条件を満足する光軸上の位置に設けた例である。

なお、図１、図２においては、レンズ群Ｌａ、Ｌｂが共に屈折光学素子ＧＩＴを有しているように描いているが、光学系中に屈折光学素子ＧＩＴを少なくとも１つ有していれば良い。これは他の実施例でも同様である。

実施例１において、屈折光学素子ＧＩＴが、開口絞り（光軸と瞳近軸光線の交わる点Ｐ）よりも前方であって、かつ、条件式（２）を満足する位置に配置されるときは、屈折光学素子ＧＩＴの屈折力は正である。また、開口絞りよりも後方であって、且つ条件式（２）を満足する位置に配置されるときは、屈折光学素子ＧＩＴの屈折力は負である。

一方、屈折光学素子ＧＩＴが、開口絞り（光軸と瞳近軸光線の交わる点Ｐ）よりも前方であって、且つ条件式（３）を満足する位置に配置されるときは、屈折光学素子ＧＩＴの屈折力は負である。また、開口絞りより後方であって、且つ条件式（３）を満足する位置に配置されるときは、屈折光学素子ＧＩＴの屈折力は正である。

更に、実施例１では、屈折光学素子ＧＩＴを構成する固体材料の部分分散比θｇｄが、
θｇｄ−（−１．６８７×１０^−７・νｄ^３＋５．７０２×１０^−５・νｄ^２−６．６０３×１０^−３・νｄ＋１．５００）＞０ ・・・（４）
なる条件を満足している。

また、固体材料のアッベ数νｄが、
νｄ＜６０ ・・・（５）
なる条件を満足している。

図３、図４は、実施例２のズームレンズの近軸屈折力配置の説明図である。
図３、図４において（Ｗ）は広角端、（Ｔ）は望遠端の近軸屈折力配置を示している。
実施例２のズームレンズは、レンズ群を複数有している。図３，図４では、便宜上２つのレンズ群のみで構成される場合を表現しているが他のレンズ群を有していても良い。

図３、図４において、２つのレンズ群Ｌｘ、Ｌｙを示しているが、このレンズ群の前後に他のレンズ群を有していても良い。ＳＰは開口絞り、ＩＰは縮小側共役面（撮影光学系の場合は像面）である。

矢印は、広角端から望遠端のズーム位置へのズーミングにおける各レンズ群の移動軌跡を示している。なお、開口絞りＳＰはズーミングに際して固定されていても移動しても良い。
ズーミングに際し、複数のレンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群が光軸上移動することにより、隣接するレンズ群の間隔が変化する。

図３、図４のズームレンズは、アッベ数νｄと部分分散比θｇＦが
θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．７００）＜０ ・・・（６）
なる条件を満足する固体材料で構成された屈折光学素子ＧＩＴを少なくとも１つ有している。

図３は、屈折光学素子ＧＩＴを、条件式（２）を満足する光軸上の位置に設けた例である。図４は、屈折光学素子ＧＩＴを、条件式（３）を満足する光軸上の位置に設けた例である。

実施例２において、屈折光学素子ＧＩＴが、開口絞り（光軸と瞳近軸光線の交わる点Ｐ）よりも前方であって、且つ条件式（２）を満足する位置に配置されるときは、屈折光学素子ＧＩＴの屈折力は負である。また、開口絞り（光軸と瞳近軸光線の交わる点Ｐ）よりも後方であって、且つ条件式（２）を満足する位置に配置されるときは、屈折光学素子ＧＩＴの屈折力は正である。

一方、開口絞り（光軸と瞳近軸光線の交わる点Ｐ）よりも前方であって、且つ条件式（３）を満足する位置に配置されるときは、屈折光学素子ＧＩＴの屈折力は正である。また、開口絞り（光軸と瞳近軸光線の交わる点Ｐ）よりも後方であって、且つ条件式（３）を満足する位置に配置されるときは、屈折光学素子ＧＩＴの屈折力は負である。

一般に、撮影光学系では２波長での色消し（色収差の補正）のみならず、ｇ線からＣ線までの広い波長帯域にわたって色収差の補正を良好に行う必要がある。このためには、瞳近軸光線の通過する高さ（光軸からの距離）が比較的高くなる位置に、異常部分分散性を持つ材料で構成されたレンズを適切な屈折力を与えて配置するのが良い。

しかしながら、ズームタイプによっては、望遠端と広角端で倍率色収差が逆向きに発生するものが存在する。このようなタイプのズームレンズでは、広角端で倍率色収差の補正を行うと、望遠端での倍率色収差が悪化し、逆に望遠端で倍率色収差の補正を行うと、広角端での倍率色収差が悪化する。したがって、ズーミングに際して変動する倍率色収差を良好に補正するのは非常に困難であった。このようなタイプのズームレンズとしては、例えば、物体側より、負、正、負、正の屈折力の第１〜第４レンズ群で構成される、所謂ネガティブリード型のズームレンズがある。

このズームレンズでは、広角端では、第１レンズ群が負の屈折力の前群、第２〜第４レンズ群が全体として正の屈折力の後群を構成し、所謂レトロフォーカスタイプの構成となっている。一方、望遠端では、第１レンズ群と第２レンズ群とが全体として正の屈折力の前群、第３レンズ群と第４レンズ群とが全体として負の屈折力の後群を構成し、所謂テレフォトタイプの構成となっている。このため、倍率色収差の変動としては、ｇ線の倍率色収差が広角端でオーバー側に、望遠端でアンダー側に発生する。

このようなズームレンズの倍率色収差の変動を低減するためには、異常部分分散性を持つ光学素子（レンズ）を光学系中の適切な位置に、かつ適切な屈折力を持たせ、配置する必要がある。

そこで、本発明の各実施例では、次のようにしてズーミング時の倍率色収差の変動を補正している。

図５は、ネガティブリード型のズームレンズの光学作用の説明図である。図５（Ｗ），（Ｔ）は、それぞれ広角端と望遠端における近軸屈折力配置を示している。

図５において、Ｌ１は負の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は負の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。図５では、便宜上４つのレンズ群で構成されるズームレンズを示しているが、他のレンズ群を有していても良い。

ＳＰは開口絞りである。開口絞りＳＰは、第３レンズ群Ｌ３の物体側に位置しており、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３と共に移動する。ＩＰは縮小側共役面である。

広角端から望遠端へのズーミングに際しては、矢印のように第２，第３，第４レンズ群Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が移動する。

図５のズームレンズでは、広角端でレトロフォーカスタイプのレンズ構成をとり、望遠端でテレフォトタイプのレンズ構成をとる。このため、ｇ線の倍率色収差が広角端でオーバー側に、望遠端でアンダー側に発生する。ここで、各レンズ群へ瞳近軸光線ＬＨが入射するときの光軸からの距離（高さ）Ｈについて図５を用いて説明する。

第２レンズ群Ｌ２は、広角端では開口絞りＳＰの近くに配置されているのに対し、望遠端では、物体側へ大きく移動して、開口絞りＳＰから比較的離れた位置に配置される。そのため、瞳近軸光線ＬＨの高さは、広角端では光軸に非常に近く、小さい値Ｈ２ｗであるのに対し、望遠端では光軸から大きく離れて、大きい値Ｈ２ｔをとる。

このような配置をとるレンズ群において、望遠端でのｇ線の倍率色収差を補正するには、一般のガラス材料に比べ部分分散比の高い異常部分分散性を持つ材料で正の屈折力のレンズを構成すれば良い。または、一般のガラス材料に比べ部分分散比の低い異常部分分散性を持つ材料で負の屈折力のレンズを構成すれば良い。これによれば、広角端での倍率色収差を悪化させることなく、望遠端での倍率色収差の補正ができる。この結果として、ズーム領域全体で高い光学性能が得られる。

また、第４レンズ群Ｌ４は、望遠端では開口絞りＳＰ近辺に配置されているのに対し、広角端では開口絞りＳＰから比較的離れた位置に配置される。そのため、瞳近軸光線ＬＨの高さは、望遠端では小さい値Ｈ４ｔであるのに対し、広角端では大きい値Ｈ４ｗをとる。

このような配置をとるレンズ群において、広角端でのｇ線の倍率色収差を補正するには、一般のガラス材料に比べ部分分散比の高い異常部分分散性を持つ材料で正の屈折力のレンズを構成すれば良い。または、一般のガラス材料に比べ部分分散比の低い異常部分分散性を持つ材料で負の屈折力のレンズ構成すれば良い。これによれば、望遠端での倍率色収差を悪化させることなく、広角端での倍率色収差の補正ができる。この結果として、ズーム領域全体で高い光学性能が得られる。

このように、開口絞りＳＰからの距離が広角端と望遠端とで大きく変化する位置に、異常部分分散性の高い光学素子（レンズ）を配置すれば、ズーミングに伴う倍率色収差の変動を抑えることができる。

図１〜図４は、以上の説明に基づいて異常部分分散性の高い光学素子ＧＩＴを配置した場合を示したものである。

なお、図５では物体側より像側へ順に負、正、負、正の屈折力のレンズ群を有する光学系で説明したが、本発明は、これに限らずどのズームタイプのズームレンズにおいても適用できる。

図１〜図４に示すように、条件式（２），（３）を満足する位置に、異常部分分散性の大きな固体材料で形成し、適切な屈折力を与えた光学素子ＧＩＴを配置すれば良い。これによればズーミング時の倍率色収差の変動を低減することができる。
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（２），（３）は、上記理由を鑑みて設定されたものであり、ズーミング時の倍率色収差の変動を良好に補正するための屈折光学素子ＧＩＴの位置を設定するためのものである。

条件式（２），（３）の下限値を超えた位置に屈折光学素子ＧＩＴを配置すると、広角端と望遠端での開口絞りから屈折光学素子ＧＩＴを配置する位置までの差が小さくなる。この結果、広角端と望遠端の一方のズーム位置で倍率色収差を補正すると、他方のズーム位置で倍率色収差が大きく発生し、ズーム領域全体で高い光学性能を得ることが困難となる。

なお、条件式（２），（３）の数値範囲は、以下の範囲とすることで、さらに良好な色収差の補正効果が期待できる。
ｄｔ／ｄｗ＞１．４ ・・・（２ａ）
ｄｗ／ｄｔ＞１．４ ・・・（３ａ）
さらに望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
ｄｔ／ｄｗ＞１．７ ・・・（２ｂ）
ｄｗ／ｄｔ＞１．７ ・・・（３ｂ）
従来、色収差の補正のために使用されている蛍石等の異常部分分散材料は、アッベ数の大きな低分散ガラスであるため、レンズ面のパワーを大きく変化させないと色収差が変化しない。

このため、色収差の補正と、球面収差、コマ収差、非点収差などの諸収差の補正との両立が困難となる。そのため、比較的高分散で、異常部分分散性の強い固体材料より成るレンズにより、倍率色収差の補正を行う必要がある。

条件式（１），（４）〜（６）は、上記理由を鑑みて設定されたものであり、倍率色収差を良好に補正するためのアッベ数νｄと部分分散比θｇＦ，θｇｄの関係を表したものである。

なお、条件式（１）の数値範囲は、以下の範囲とすることで更に良好な色収差補正効果が期待できる。
θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．７６２）＞０ ・・・（１ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．８７０）＜０ ・・・（７）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．８２５）＜０ ・・・（７ａ）
条件式（４）の数値範囲は、以下の範囲とすることで更に良好な色収差補正効果が期待できる。
θｇｄ−（−１．６８７×１０^−７・νｄ^３＋５．７０２×１０^−５・νｄ^２−６．６０３×１０^−３・νｄ＋１．５１３）＞０ ・・・（４ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
θｇｄ−（−１．６８７×１０^−７・νｄ^３＋５．７０２×１０^−５・νｄ^２−６．６０３×１０^−３・νｄ＋１．８０９）＜０ ・・・（８）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
θｇｄ−（−１．６８７×１０^−７・νｄ^３＋５．７０２×１０^−５・νｄ^２−６．６０３×１０^−３・νｄ＋１．５８０）＜０ ・・・（８ａ）
条件式（５）の数値範囲は、以下の範囲とすることで更に良好な色収差補正効果が期待できる。
νｄ＜４５ ・・・（５ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
νｄ＜３０ ・・・（５ｂ）
条件式（６）の数値範囲は、以下に示す範囲とすると、更に良好な光学性能が得られる。

すなわち、
θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．６７５）＜０ ・・・（６ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．６００）＜０ ・・・（６ｂ）
以上、屈折光学素子ＧＩＴを形成する光学材料が満足すべき条件について説明した。

条件式（１），（４），（５）を満足する固体材料（以下「光学材料」ともいう。）の具体例としては、例えば樹脂がある。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、条件式（１），（４），（５）を満足する光学材料である。

なお、条件式（１），（４），（５）を満足する樹脂であれば、これらの種類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光学材料として、下記の無機酸化物ナノ微粒子を合成樹脂（透明媒体）中に分散させた混合体がある。

すなわち、ＴｉＯ_２（Ｎｄ＝２．３０４，νｄ＝１３．８），Ｎｂ_２Ｏ_５（Ｎｄ＝２．３６７，νｄ＝１４．０），ＩＴＯ（Ｎｄ＝１．８５８１，νｄ＝５．５３），Ｃｒ_２Ｏ_３（Ｎｄ＝２．２１７８，νｄ＝１３．４），ＢａＴｉＯ_３（Ｎｄ＝２．４３６２，νｄ＝１１．３）等がある。

これらの無機酸化物の中では、ＴｉＯ_２（Ｎｄ＝２．３０４，νｄ＝１３．８，θｇＦ＝０．８７）微粒子を合成樹脂中に適切なる体積比で分散させた場合、上記条件式（１），（４），（５）を満足する光学材料が得られる。

ＴｉＯ_２は様々な用途で使われる材料であり、光学分野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ＴｉＯ_２微粒子は化粧品材料として用いられている。

各実施例において樹脂に分散させるＴｉＯ_２微粒子の平均径は、散乱などの影響を考えると２ｎｍ〜５０ｎｍ程度がよく、凝集を抑えるために分散剤などを添加しても良い。

ＴｉＯ_２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、アッベ数が比較的小さいポリマー、あるいは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）、などが適用できる。後述する実施例ではＴｉＯ_２微粒子を分散させるホストポリマーとしてＵＶ硬化樹脂、Ｎ−ポリビニルカルバゾールを用いているが、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る次式によって簡単に計算することができる。即ち、波長λにおける屈折率Ｎ（λ）は、
Ｎ（λ）＝［１＋Ｖ｛Ｎ_ＩＮＯ ^２（λ）−１｝＋（１−Ｖ）｛Ｎ_Ｐ ^２（λ）−１｝］^１／２である。

ここで、λは任意の波長、Ｎ_ＩＮＯはナノ微粒子の屈折率、Ｎ_Ｐはポリマーの屈折率、Ｖはポリマー体積に対するナノ微粒子の総体積の分率である。

また、上記条件式（６）を満足する固体の光学材料の具体例としては、下記の無機酸化物微粒子を合成樹脂中に分散させた混合体がある。

すなわち、ＴｉＯ_２（ｎｄ＝２．２６５２，νｄ＝１１．８），Ｎｂ_２Ｏ_５（ｎｄ＝２．３６７，νｄ＝１４．０），ＩＴＯ（ｎｄ＝１．８５８１，νｄ＝５．５３），Ｃｒ_２Ｏ_３（ｎｄ＝２．２１７８，νｄ＝１３．４），ＢａＴｉＯ_３（ｎｄ＝２．４３６２，νｄ＝１１．３）等を挙げることができる。

この中でも、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）は他の物質と比較して、特に小さなアッベ数を示すので好ましい。ＩＴＯは、通常の物質と異なり導電性によるフリーキャリアが屈折率に影響を与えている。

ＩＴＯの分散特性（図２０（ｃ））は、通常の電子遷移による短波長域での屈折率の変化（図２０（ａ））に、フリーキャリアによる赤外域の屈折率分散（図２０（ｂ））が加わって形成される。このことによりアッベ数が５．５３という異常に大きな傾きを持った分散特性波長依存性を示す。

また、電子遷移による屈折率分散（図２０（ａ））は、可視域においては短波長側で急激に変化する。それに対し、フリーキャリアによる屈折率分散（図２０（ｂ））は、可視域においては長波長側でその変化が急激となる。その二つの影響が組み合わさることにより、部分分散比は通常に較べ小さなものとなる。

なお、透明でフリーキャリアの影響が予想される材料として、ＳｎＯ_２及びＡＴＯ（アンチモンをドーピングしたＳｎＯ_２）及びＺｎＯ等もその候補として挙げられる。

ＩＴＯは透明電極を構成する材料として知られており、通常、液晶表示素子、ＥＬ素子等に用いられている。また、他の用途として赤外線遮蔽素子、紫外線遮断素子に用いられている。

従来知られたＩＴＯの用途では、厚みが５０〜５００ｎｍの範囲に限られ、微粒子の混合体として光学系の色収差補正に用いた例は存在しない。

本実施形態では、条件式（１），（４）〜（６）を満足する固体材料を光学系中のレンズやレンズ表面に設けられた層に適用することができる。そして、この材料で構成された屈折面を非球面とすれば、色の球面収差などの色収差フレアを補正することができる。

また、この材料と空気などの雰囲気とで界面を形成したり、比較的低屈折率な材料とで界面を形成したりすれば、界面の僅かな曲率変化で色収差を比較的大きく変化させることができるため好ましい。

また条件式（１），（４）〜（６）を満足する材料を光学系中のレンズやレンズ表面に設けられた層に複数枚用いれば、それぞれのパワーを小さくでき、収差補正上有利である。

また、条件式（１），（４）〜（６）を満足する光学材料としては、０℃〜４０℃におけるｄ線の屈折率の温度変化の絶対値を｜ｄｎ／ｄＴ｜とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。すなわち、
｜ｄｎ／ｄＴ｜＜２．５×１０^−４（１／℃） ・・・（９）
条件式（９）の範囲をはずれると、０℃〜４０℃の温度範囲で良好な光学性能を維持することが困難になる。
次に本発明の各数値実施例のズームレンズについて説明する。

図６（Ｗ），（Ｍ），（Ｔ）は、数値実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図７は、それぞれ数値実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図８（Ｗ），（Ｍ），（Ｔ）は、数値実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図９は、数値実施例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。

図１０（Ｗ），（Ｍ），（Ｔ）は、数値実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図１１は、数値実施例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。

図１２（Ｗ），（Ｍ），（Ｔ）は、数値実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図１３は、数値実施例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。

図１４（Ｗ），（Ｍ），（Ｔ）は、数値実施例５のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図１５は、数値実施例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。

図１６（Ｗ），（Ｍ），（Ｔ）は、数値実施例６のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図１７は、数値実施例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。

図１８（Ｗ），（Ｍ），（Ｔ）は、数値実施例７のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図１９は、数値実施例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。

各数値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。したがって、レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。

図５で示した要素と同一要素には、同符号を付している。ＳＳＰは開放Ｆナンバーを規制する開放Ｆｎｏ絞りである。ＩＰは像面であり、ＣＣＤ等の固体撮像素子が配置されている。ＧＩＴは前述したのと同様の屈折光学素子、実線の矢印は広角端から望遠端のズーム位置へのズーミングにおける各レンズ群の移動軌跡を示している。

尚、各数値実施例において広角端と望遠端は変倍用のレンズ群（各実施例では第２レンズ群Ｌ２）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。

収差図において、ｄ，ｇは各々ｄ線及びｇ線、Ｓ．Ｃは正弦条件、ΔＭ，ΔＳ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。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角、ｆは焦点距離である。

図６、図８、図１０、図１２、図１４、図１８に示した数値実施例１〜５、数値実施例７は、広角端から望遠端へのズーミングに際して、各レンズ群は次のように移動する。

第１レンズ群Ｌ１は、像側に凸状の軌跡の一部に沿って移動する。第２レンズ群Ｌ２及び第４レンズ群Ｌ４は、物体側へ移動する。第３レンズ群Ｌ３は、像側に凸状の軌跡の一部又は物体側へ移動する。このとき、広角端に比べ望遠端で、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔が小さく、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が大きく、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔が小さくなっている。

図１６に示した数値実施例６において、第１レンズ群Ｌ１から第４レンズ群Ｌ４までは他の数値実施例と同じである。Ｌ５は負の屈折力の第５レンズ群、Ｌ６は正の屈折力の第６レンズ群である。

数値実施例６では、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は非直線的に像側へ移動している。第２レンズ群Ｌ２、第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５は、物体側へ移動している。第３レンズ群Ｌ３は、物体側に凸状の軌跡の一部に沿って移動している。第６レンズ群Ｌ６は移動しない。このとき、広角端に比べ望遠端で、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔が小さく、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が大きく、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔が小さく、第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５の間隔が大きくなっている。

以下、数値実施例１〜７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順序を示す。Ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の軸上間隔、Ｎｄ，νｄはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目（樹脂や微粒子分散材料で形成されたレンズ（層）は除く）の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。

樹脂や微粒子分散材料で形成された屈折光学素子ＧＮＬのｄ線に対する屈折率、アッベ数は、それぞれＮＧＮＬ，νＧＮＬで示している。

ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。

また、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、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、非球面形状は、

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。

数値実施例１では、物体側より第６面、第９面、第２６面に、屈折光学素子ＧＩＴとして、それぞれＵＶ硬化樹脂１を単体で用いている。数値実施例２では、物体側より第９面、第２５面に屈折光学素子ＧＩＴとして、それぞれＵＶ硬化樹脂１を単体で用いている。数値実施例３では、物体側より、第２６面に屈折光学素子ＧＩＴとして、それぞれＵＶ硬化樹脂１を単体で用いている。また、第６面、第７面に屈折光学素子ＧＩＴとして、ＵＶ硬化樹脂１と、ＩＴＯをホストポリマーに分散させた状態のものを用いている。ＩＴＯ微粒子分散材料の屈折率は、前述のＤｒｕｄｅの式を用いて算出している。ホストポリマーは、Ｃ００１（ＵＶ効果樹脂２）を用いている。ＩＴＯの体積分率は１５％である。数値実施例４では、物体側より第１０面、第２３面、第２７面に、屈折光学素子ＧＩＴとして、それぞれＵＶ硬化樹脂１を単体で用いている。数値実施例５では、物体側より第２６面に、屈折光学素子ＧＩＴとして、ＵＶ硬化樹脂１を単体で用いている。また、第１０面に屈折光学素子ＧＩＴとして、ＵＶ硬化樹脂１と、ＩＴＯをホストポリマーに分散させた状態のものを用いている。数値実施例６では、物体側より第６面、第９面、第２４面に、屈折光学素子ＧＩＴとして、それぞれＵＶ硬化樹脂１を単体で用いている。数値実施例７では、物体側より第６面、第９面に、屈折光学素子ＧＩＴとして、それぞれＵＶ硬化樹脂１を単体で用いている。また、第２５面に屈折光学素子ＧＩＴとして、ＵＶ硬化樹脂１と、ＩＴＯをホストポリマーに分散させた状態のものを用いている。

いずれの数値実施例も光軸上の絞りからの距離が広角端、望遠端で大きく変化する位置に屈折光学素子ＧＩＴを配置することによりズーミングの際の倍率色収差の変動を低減し、全ズーム域で良好な光学性能を実現している。

また、数値実施例４では、広角端から望遠端への移動に際し、変化の小さな第１群に、屈折光学素子ＧＩＴとして、ＵＶ硬化樹脂１を単体で用いている。また、数値実施例５では、広角端から望遠端への移動に際し、変化の小さな第１群に、屈折光学素子ＧＩＴとして、ＵＶ硬化樹脂１と、ＩＴＯをホストポリマーに分散させた状態のものを用いている。これらは、本発明の目的であるズーム変動時の倍率色収差変動を小さくするために使用しているわけではなく、第１群内での倍率色収差補正のために使用している。

ＵＶ硬化樹脂１、ＵＶ硬化樹脂２、Ｎ−ポリビニルカルバゾールとＴｉＯ_２単体のｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線に対する屈折率及びアッベ数、部分分散比を表１に示す。また、ＩＴＯ単体とＩＴＯ微粒子をＵＶ硬化樹脂２に体積比率１５％で混合した混合体のｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線に対する屈折率及びアッベ数、部分分散比を表２に示す。

また、各数値実施例において、ズーム変動時の倍率色収差変動を小さくするために使用されている屈折光学素子ＧＩＴの各条件式に対応する数値を表３に示す。

次に数値実施例１〜７に示したズームレンズを撮像装置に適用した実施例を図２１を用いて説明する。

図２１は一眼レフカメラの要部概略図である。図２１において、１０は数値実施例１〜７のズームレンズ１を有する撮影レンズである。ズームレンズ１は保持部材である鏡筒２に保持されている。２０はカメラ本体である。カメラ本体２０は、クイックリターンミラー３、焦点板４、ペンタダハプリズム５、接眼レンズ６等によって構成されている。クイックリターンミラー３は、撮影レンズ１０からの光束を上方に反射する。焦点板４は、撮影レンズ１０の像形成位置に配置されている。ペンタダハプリズム５は、焦点板４に形成された逆像を正立像に変換する。接眼レンズは、その正立像を観察者が観察するためのものである。７は感光面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）や銀塩フィルムが配置される。撮影時にはクイックリターンミラー３が光路から退避して、感光面７上に撮影レンズ１０によって像が形成される。

数値実施例１〜７のズームレンズを撮像装置のような光学機器に適用することにより、良好な光学性能の光学機器が実現できる。

実施例１のズームレンズの近軸屈折力配置の説明図 実施例１のズームレンズの近軸屈折力配置の説明図 実施例２のズームレンズの近軸屈折力配置の説明図 実施例２のズームレンズの近軸屈折力配置の説明図 本発明のズームレンズの光学的作用の説明図 数値実施例１のズームレンズのレンズ断面図 数値実施例１のズームレンズの収差図 数値実施例２のズームレンズのレンズ断面図 数値実施例２のズームレンズの収差図 数値実施例３のズームレンズのレンズ断面図 数値実施例３のズームレンズの収差図 数値実施例４のズームレンズのレンズ断面図 数値実施例４のズームレンズの収差図 数値実施例５のズームレンズのレンズ断面図 数値実施例５のズームレンズの収差図 数値実施例６のズームレンズのレンズ断面図 数値実施例６のズームレンズの収差図 数値実施例７のズームレンズのレンズ断面図 数値実施例７のズームレンズの収差図 ＩＴＯの分散特性の説明図 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
Ｌ４ 第４レンズ群
Ｌ５ 第５レンズ群
Ｌ６ 第６レンズ群
ＳＰ 開口絞り
ＳＳＰ Ｆナンバー決定部材（開口絞り
ｄ ｄ線
ｄ ｇ線
Ｓ．Ｃ 正弦条件
ΔＭ サジタル像面
ΔＳ メリディオナル像面

Claims (17)

1. 複数のレンズ群と開口絞りを有し、ズーミングに際し隣接するレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦが、
   θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．７５５）＞０
   なる条件を満足する固体材料で構成された屈折光学素子を有し、該屈折光学素子は、該開口絞りから該屈折光学素子までの広角端及び望遠端での光軸上の距離を各々ｄｗ，ｄｔとするとき、
   ｄｔ／ｄｗ＞１．１
   なる位置に配置されていることを特徴とするズームレンズ。
2. 前記屈折光学素子は正の屈折力であり、前記開口絞りよりも前方に配置されることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
3. 前記屈折光学素子は負の屈折力であり、前記開口絞りよりも後方に配置されることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
4. 複数のレンズ群と開口絞りを有し、ズーミングに際し隣接するレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦが、
   θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．７５５）＞０
   なる条件を満足する固体材料で構成された屈折光学素子を有し、該屈折光学素子は、該開口絞りから該屈折光学素子までの広角端及び望遠端での光軸上の距離を各々ｄｗ，ｄｔとするとき、
   ｄｗ／ｄｔ＞１．１
   なる位置に配置されていることを特徴とするズームレンズ。
5. 前記屈折光学素子は負の屈折力であり、前記開口絞りよりも前方に配置されることを特徴とする請求項４のズームレンズ。
6. 前記屈折光学素子は正の屈折力であり、前記開口絞りよりも後方に配置されることを特徴とする請求項４のズームレンズ。
7. 前記固体材料の部分分散比θｇｄが、
   θｇｄ−（−１．６８７×１０^−７・νｄ^３＋５．７０２×１０^−５・νｄ^２−６．６０３×１０^−３・νｄ＋１．５００）＞０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項のズームレンズ。
8. 前記固体材料のアッベ数νｄが、
   νｄ＜６０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜７いずれか１項のズームレンズ。
9. 負の屈折力のレンズ群と、その後方に配置された正の屈折力のレンズ群と、開口絞りとを有し、該２つのレンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群が光軸上移動することによりズーミングを行うズームレンズにおいて、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦが、
   θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．７００）＜０
   なる条件を満足する固体材料で構成された屈折光学素子を有し、該屈折光学素子は、該開口絞りから該屈折光学素子までの広角端及び望遠端での光軸上の距離を各々ｄｗ，ｄｔとするとき、
   ｄｔ／ｄｗ＞１．１
   なる位置に配置されていることを特徴とするズームレンズ。
10. 前記屈折光学素子は負の屈折力であり、前記開口絞りよりも前方に配置されることを特徴とする請求項９のズームレンズ。
11. 前記屈折光学素子は正の屈折力であり、前記開口絞りよりも後方に配置されることを特徴とする請求項９のズームレンズ。
12. 負の屈折力のレンズ群と、その後方に配置された正の屈折力のレンズ群と、開口絞りとを有し、該２つのレンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群が光軸上移動することによりズーミングを行うズームレンズにおいて、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦが、
    θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．７００）＜０
    なる条件を満足する固体材料で構成された屈折光学素子を有し、該屈折光学素子は、該開口絞りから該屈折光学素子までの広角端及び望遠端での光軸上の距離を各々ｄｗ，ｄｔとするとき、
    ｄｗ／ｄｔ＞１．１
    なる位置に配置されていることを特徴とするズームレンズ。
13. 前記屈折光学素子の正の屈折力であり、前記開口絞りよりも前方に配置されることを特徴とする請求項１２のズームレンズ。
14. 前記屈折光学素子の負の屈折力であり、前記開口絞りよりも後方に配置されることを特徴とする請求項１２のズームレンズ。
15. 前記固体材料の０℃以上４０℃以下におけるｄ線の屈折率の温度に対する変化率の絶対値を｜ｄｎ／ｄＴ｜とするとき、
    ｜ｄｎ／ｄＴ｜＜２．５×１０^−４／℃
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項のズームレンズ。
16. 光電変換素子上に像を形成することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
17. 請求項１〜１６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とを備えることを特徴とする光学機器。

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