JP3832935B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に写真用やビデオカメラやデジタルカメラ等に使用され、画角が広く、良好な色収差を確保しながらも、全体としてコンパクトなネガティブリードのズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ホームビデオカメラ等の小型軽量化に伴い、撮像用ズームレンズの小型化、高画質化に目覚ましい進歩が見られ、特に全長の短縮化や解像力の上昇、構成の簡略化に力が注がれている。
【０００３】
これらの目的を達成する１つの手段として、光学系としては物体側の第１レンズ群を負の屈折力で構成し、この第２レンズ群を移動させてズーミングを行う所謂レトロフォーカス式のズームレンズが知られている。
【０００４】
一般にレトロフォーカス式のズームレンズは、第１レンズ群を固定してズーミングを行うズームレンズに比べて、第２レンズ群以後の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易になる。また、第１レンズ群でフォーカスを行えば、近接撮影時のズーミングによるフォーカス変動がない撮影が可能となり、更に簡略なレンズ群構成を採用することができる。また、第３レンズ群でフォーカスを行えば、レンズ径が小さい軽いレンズ群なので、駆動力が小さく駆動するストロークも短く、迅速な焦点合わせができる。
【０００５】
このようなレトロフォーカス式のズームレンズとして、例えば特開平１−１９１８２０号公報、特開平３−２０３７０９号公報、特開平３−２４００１１号公報等では、物体側から順に負の第１レンズ群、正の第２レンズ群、正の第３レンズ群を有し、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第１レンズ群で変倍に伴う像面変動を補正するズームレンズを開示している。このような構成によれば、前玉径も比較的に小型化でき、コンパクトなズームレンズが達成できる。
【０００６】
しかしながら、近年ではＣＣＤの素子数増加による高度の色収差補正を達成するズームレンズへの要求が大きく、良好な性能を維持しながら更なる小型化を達成することが難しくなってきている。
【０００７】
即ち、色収差補正のためには各レンズ群の収差の発生を小さくするのに、各レンズ群を構成するレンズ枚数を多くして、各レンズの収差分担を小さくする傾向があり、小型化には逆行する。
【０００８】
また、諸収差の補正とレンズ枚数の減少のためには、従来から非球面を用いることが知られている。この非球面を用いると、レンズ枚数の削減と球面では得られない収差補正効果が期待でき有効である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高画質対応のレンズにおいては諸収差の除去も重要であるが、色収差の補正が重要である。非球面では色収差の補正は難しい。特に、可動群の物体側にある第１レンズ群は、色収差の発生を小さく抑えなければ、主変倍群である第２レンズ群等の移動によって色収差のズーミングに伴う変動が大きくなる傾向がある。
【００１０】
そのために、従来では第１レンズ群を構成するレンズは、高分散の負レンズと低分散の正レンズをそれぞれ１枚又は２枚を使って色消しを行っている。更に、負レンズと正レンズを貼合わせることもあり、そのため第１レンズ群を構成するレンズ枚数が多くなり適当ではない。
【００１１】
一方、色収差の発生、変動を小さく抑える方法として、最近では回折光学面を撮像光学系に応用する提案が、例えば特開平４−２１３４２１号公報、特開平６−３２４２６２号公報等でなされている。これらの従来例は単レンズに回折光学素子を応用したものであり、色収差に対する言及はされているが、ズームレンズ特有の色収差のズーミングによる変動の除去等の考察、記載はなく、ズームレンズへの応用は行われていない。
【００１２】
ズームレンズへの応用に関しては、米国特許５２６８７９０号公報に記載があり、この従来例は主変倍群である第２レンズ群又は補正群である第３レンズ群に回折光学素子を用いることを提案しており、第１レンズ群については従来通りの構成である。この構成では、第１レンズ群で発生する色収差はそのままであり、ズーミングに伴いその色収差は第２レンズ群等の変倍群の移動により、増倍或いは変動することになり効果的ではない。また、実施例として約１０倍のズームレンズを記載しているが、この公報で公知としているものよりも高倍化を同一寸法で達成したとの記載があり、またレンズ枚数の減少を実行しているが、未だレンズ枚数が多く小型化には余裕がある。
【００１３】
本発明の目的は、上記の従来例の欠点を改善し、高画素ＣＣＤ対応の高度な色収差補正を達成すると共に、良好な性能を維持しながら更なる小型化を達成し得るズームレンズを提供することである。
【００１４】
即ち、高度な色収差補正であっても構成するレンズの枚数を少なくして、かつ非球面では得られない色収差の補正を第１レンズ群、変倍部、第３レンズ群に施したズームレンズを提供することである。
【００１５】
特に前玉の第１レンズ群の小型化を行い、更に広角・高変倍を確保し、機構を含めた簡略化、小型軽量化を図りながら、全ズーム域・全物体距離に渡って良好な性能・色収差を意図したレトロフォーカス式のズームレンズの提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るズ−ムレンズは、物体側から順に、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レンズ群により構成し、広角端から望遠端へのズーミングに際して前記第１レンズ群、第２レンズ群を移動させるズームレンズにおいて、前記第１レンズ群を１枚の正レンズと１枚の負レンズで構成し、前記第１レンズ群は光軸に対して回転対称な少なくとも１枚の回折光学面を有し、前記回折光学面の位相φ（ｈ）を、
φ（ｈ）＝２π／λ（C1・ｈ2＋C2・ｈ4＋C3・ｈ6＋…＋Ci・ｈ2 ・ i）
λ：波長
Ci：係数
ｈ：光軸からの高さ
とし、前記第１レンズ群の焦点距離をF1、広角端及び望遠端での全系の焦点距離をそれぞれＦｗ、Ｆｔとするとき、
１・１０-4＜｜C2／C1｜＜１
１・１０-7＜｜C3／C1｜＜１・１０-1
−２．０＜F1／（Ｆｗ・Ｆｔ）1/2 ≦−１．２５９
なる条件を満足することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１、図３、図４は本発明の参考例のレンズ断面図、図２は実施例のレンズ断面図を示し、物体側から順にズーミング中に可動の負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、ズーミング中に可動の正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２から成る変倍群、全体で正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、光学フィルタ、フェースプレートＦが配列されている。広角端から望遠端への変倍に際して、第２レンズ群Ｌ２を物体側に移動させると共に、第１レンズ群Ｌ１で変倍に伴う像面変動を補正するズームレンズであり、第１レンズ群Ｌ１又は第２レンズ群Ｌ２又は第３レンズ群Ｌ３の少なくとも１つのレンズ群には、光軸に対して回転対称な少なくとも１枚の回折光学面を有している。
【００１８】
特に、第３レンズ群Ｌ３はズーミング中に固定或いは可動の何れの動きでもよい正又は負のレンズ群であり、距離合わせをこの第３レンズ群Ｌ３により行うことも可能である。また、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間に絞りＳが設けられており、特に第２レンズ群Ｌ２の近傍に配置することが好ましい。
【００１９】
第１レンズ群Ｌ１内に回折光学面を配置し、適当に回折光学素子の位相を選択することにより、第１レンズ群Ｌ１で発生する倍率色収差、例えばｄ線とｇ線といった２波長の倍率色収差は小さく抑えられ、全体としての倍率色収差のズーミングによる変動を小さく抑えられ、しかも望遠端の軸上色収差（２次スペクトル）の幅自体は悪化しない。
【００２０】
また、第２レンズ群Ｌ２内に回折光学面を配置して、適当に回折光学素子の位相を選択することにより、第２レンズ群Ｌ２で発生する倍率色収差、例えばｄ線とｇ線といった２波長の倍率色収差は小さく抑えられ、全体としての倍率色収差のズーミングによる変動を小さく抑えられ、しかも望遠端の軸上色収差（２次スペクトル）の幅自体は悪化することはない。
【００２１】
第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズは、高分散の負レンズと低分散の正レンズをそれぞれ１枚又は２枚を有し、更に負レンズと正レンズを貼合わせたり複数のレンズで分担して色消しを行っていたものを、回折光学素子によって色収差の補正に使うレンズ枚数が減少し、構成レンズの枚数を削減できる。また、第２レンズ群Ｌ２を構成するレンズも、低分散の負レンズと高分散の正レンズをそれぞれ２枚或いは１枚を有し、更に負レンズと正レンズを貼合わせたり、複数のレンズで分担して色消しを行っていたが、回折光学素子によって色収差の補正に使うレンズ枚数が減少し、構成レンズの枚数を削減できることになる。
【００２２】
これにより、高度な色収差補正を達成するズームレンズにおいても、良好な性能を維持しながら、更なる小型化を達成できるようになる。
【００２３】
上述の実施例における非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆをそれぞれ非球面係数としたとき、
Ｘ＝（Ｈ2／Ｒ）／［１＋｛１＋（１＋Ｋ）(Ｈ／Ｒ)2｝1/2］＋ＢＨ4
＋ＣＨ6＋ＤＨ8＋ＥＨ10＋ＦＨ12 …(1)
なる式で表している。
【００２４】
回折光学面は、φ（ｈ）を位相、λを波長、Cｉを位相を表す係数、ｈを光軸からの高さとすると、次式となる。
φ（ｈ）＝２π／λ（C1・ｈ2 ＋C2・ｈ4＋C3・ｈ6＋…＋Ci・ｈ2 ・ i）
…(2)
【００２５】
この(2)式において分かることは、光軸からの距離ｈによって位相を調節できることである。レンズ径が大きければ大きい程、高次の係数の影響が大きくなる。本実施例で述べている民生用のズ−ムレンズ、特にビデオ用のズームレンズにおいては小型化が進められており、余り大きなレンズつまりｈが大きいレンズはこのましくない。その上で、小さなレンズにおいても効率的に係数を生かして、有効な収差補正を達成するには、次の条件式を満足することが好ましい。
１・１０-4＜｜C2i／C1i｜＜１ …(3)
１・１０-7＜｜C3i／C1i｜＜１・１０-1 …(4)
【００２６】
これらの式は前述したように、小さい径において有効に収差補正をするためのものである。これらの条件式を外れると、収差補正が難しくなるだけでなく、回折光学面を製作し難くなり、適当でない。
【００２７】
具体的な第１レンズ群Ｌ１の構成としては、実施例、参考例１、２のように第１レンズ群Ｌ１を正レンズ、負レンズで構成し、或いは実施例４のように正レンズ、２枚の負レンズで構成し、何れかの面に回折光学面を有することである。このとき、正レンズと負レンズは貼合わせでもよい。その際に、色収差はこの貼合わせ面と共働で補正し、回折光学素子は正の屈折力を強める必要がある。
【００２８】
具体的な第２レンズ群Ｌ２の構成としては、第２レンズ群Ｌ２を２枚の正レンズ、１枚の負レンズの計３枚で構成し、その前後或いは中間に少なくとも１枚の回折光学面を有するプレートを有することもできる。
【００２９】
また、別な第２レンズ群Ｌ２の構成としては、第２レンズ群Ｌ２を正レンズ、負レンズの２枚又は負レンズ、正レンズの２枚で構成し、何れかの面に回折光学面を有することもできる。
【００３０】
何れの場合も、最も物体側の面には収差補正上やむを得ない等の特別な場合を除いて、回折光学面を配置しない方がよい。回折光学素子はかなり狭い幅、例えば数μｍ或いはサブμｍのオーダの溝で構成されており、塵埃等からレンズ表面を保護するには、最も物体側に配置しない方が好ましい。
【００３１】
実施例、参考例１、２において、第１レンズ群Ｌ１の物体側レンズの像面側レンズ面、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側レンズ面と最も像面側レンズ面が非球面とされている。また、実施例４の第１レンズ群Ｌ１の中間レンズの像面側レンズ面、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側レンズ面が非球面とされている。
【００３２】
更に、回折光学面は参考例１においては第２レンズ群Ｌ２の最も物体側レンズ面、実施例においては第１レンズ群Ｌ１の物体側のレンズの像面側レンズ面、参考例２においては第３レンズ群Ｌ３の最も物体側レンズ面、参考例３においては第２レンズ群Ｌ２の最も物体側レンズ面に施されている。
【００３３】
このように、第１レンズ群Ｌ１内又は第２レンズ群Ｌ２内又は第３レンズ群Ｌ３に配置された回折光学面により、それぞれの群で発生する色収差（２次スペクトル）を共働して小さく抑え、第２レンズ群Ｌ２の移動による色収差のズーミングによる変動も小さく抑えられる。この回折光学面の屈折力を強くすると、中心と周辺の鋸状のピッチの差が大きくなり製作が難しくなり、また完成品の回折効率も良くない。従って、第１レンズ群Ｌ１又は第２レンズ群Ｌ２又は第３レンズ群Ｌ３の貼合わせ等の色消しの代りの色収差補正を回折光学面で行う場合には、屈折力は余り必要ではない。
【００３４】
また、回折格子素子を有する第１レンズ群Ｌ１は次の範囲にあることが好ましい。
−２．０＜F1／（Ｆｗ・Ｆｔ）1/2 ≦−１．２５９ …(6)
【００３５】
ただし、F1は第１レンズ群Ｌ１の焦点距離、Ｆｗ、Ｆｔはそれぞれ広角端、望遠端の全系の焦点距離である。この範囲内にあれば、回折光学素子の働きを有効に引き出すことができる。この(6) 式の上限値を逸脱すると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強過ぎて色収差を回折光学系で補正しきれなくなり、製作についても難しくなる。また、下限値を超えると回折光学素子を使用しなくとも色収差の除去は容易になる。また、所望の焦点距離のレンズを得るために特に第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなり、第２レンズ群Ｌ２で発生する収差量が大きくなり適当でない。即ち、ペッツバール和が負に大きくなり、像面湾曲が補正過剰になる。
【００３６】
一般に、回折光学面は通常の屈折により発生する色収差と反対の色収差が発生する。例えば、従来の貼合わせ面等により色消しを行っていたレンズを除去し、レンズ枚数の削減をする場合は、その貼合わせ面で発生していた色収差分担と反対の色収差分担を有する面を回折光学面とすることがよい。かくすることにより、通常の屈折により発生する色収差と反対の色収差が回折光学面上で発生し、その方向は元々あった貼合わせ面での色収差発生方向と同じものとなり、貼合わせ等の色消しが単レンズにより可能となる。
【００３７】
色収差係数（共立出版株発行、松居吉哉著「レンズ設計法」第８９頁）といった視点から見ると、絞りよりも物体側の面では、軸上色収差係数Ｌと倍率色収差係数Ｔが同一符号の面に回折光学面を配置し、絞りよりも像面側の面では双方が逆符号の面に回折光学面を配置することが好ましい。
【００３８】
次に、実施例の数値実施例、参考例１〜３の数値参考例１〜３を示す。これらの数値実施例、数値参考例において、riは物体側から順に第１番目のレンズ面の曲率半径、diは第１番目のレンズ厚又は空気間隔、niとνiはそれぞれ第１番目のレンズの屈折率とアッべ数である。
【００３９】
数値参考例１
f=3.74977 fno=1:2.85 2ω=63.0
r1= 18.838 d1= 1.00 n1=1.77250 ν1=49.6
＊ r2= 2.842 d2= 1.45
r3= 5.109 d3= 1.70 n2=1.80518 ν2=25.4
r4= 10.190 d4= 可変
r5= 0.000(絞り) d5= 可変
＊ r6= 4.339(回折面) d6= 3.25 n3=1.67790 ν3=55.3
r7= -8.490 d7= 0.13
r8= -8.701 d8= 2.00 n4=1.80518 ν4=25.4
＊ r9= 26.030 d9= 可変
r10= 31.840 d10= 1.10 n5=1.51633 ν5=64.1
r11=-24.514 d11= 1.00
r12= 0.000 d12= 3.10 n6=1.51633 ν6=64.2
r13= 0.000 d13=-32.57
r14= 0.000
【００４０】
焦点距離
3.75 7.38 11.00
d4 5.94 1.36 1.04
d5 4.78 2.89 1.00
d9 2.00 5.89 9.77
【００４１】
非球面係数
2面 r=2.84235・100 k=-3.28517・10-1 B=-2.63180・10-4
C=2.63180・10-4 D= 3.67708・10-5 E=-4.60653・10-6
6面 r=4.33890・100 k=-2.13355・10-1 B=-8.90957・10-5
C=4.05938・10-5 D=-2.74445・10-5 E= 0.00000・100
9面 r=2.60299・101 k=-2.32563・101 B= 4.09405・10-3
C=4.25310・10-4 D=-3.66683・10-5 E= 9.71881・10-6
【００４２】
位相係数
6面 C1=-1.38576・10-3 C2=-5.51769・10-5 C3= 4.66871・10-5
C4=-6.04382・10-6 C5= 2.92159・10-7
【００４３】
数値実施例
f=3.74786 fno=1:2.85 2ω=63.0
r1= 16.518 d1=1.00 n1=1.77250 ν1=49.6
＊ r2= 2.812(回折面) d2=1.52
r3= 5.072 d3=1.70 n2=1.80518 ν2=25.4
r4= 9.180 d4=可変
r5= 0.000(絞り) d5=可変
＊ r6= 4.374 d6=3.25 n3=1.67790 ν3=55.3
r7= -8.279 d7=0.13
r8= -8.827 d8=2.00 n4=1.80518 ν4=25.4
＊ r9= 20.374 d9=可変
r10= 18.507 d10=1.10 n5=1.51633 ν5=64.1
r11=1586.291 d11=1.00
r12= 0.000 d12=3.10 n6=1.51633 ν6=64.2
r13= 0.000
【００４４】
焦点距離
3.75 7.37 11.00
d4 7.64 2.55 2.10
d5 4.88 2.94 1.00
d9 2.43 6.37 10.32
【００４５】
非球面係数
2面 r= 2.81245・100 k=-2.82491・10-1 B=-2.09075・10-3
C=-2.58187・10-4 D= 3.72765・10-5 E=-4.99400・10-6
6面 r= 4.37416・100 k=-2.03479・10-1 B=-2.16103・10-4
C= 2.32139・10-5 D=-2.69331・10-6 E= 0.00000・100
9面 r= 2.03739・101 k=-3.45356・101 B= 3.96398・10-3
C= 4.44621・10-4 D=-4.41524・10-5 E= 8.49502・10-6
【００４６】
位相係数
2面 C1=-2.73173・10-3 C2= 4.79617・10-4 C3=-3.11298・10-5
C4= 5.39271・10-7
【００４７】
数値参考例２
f=3.75009 fno=1:2.8 2ω=62.9 °
r1= 19.911 d1=1.00 n1=1.77250 ν1=49.6
＊ r2= 2.924 d2=1.50
r3= 5.199 d3=1.70 n2=1.80518 ν2=25.4
r4= 9.470 d4=可変
r5= 0.000(絞り) d5=可変
＊ r6= 4.177 d6=3.25 n3=1.67790 ν3=55.3
r7= -7.319 d7=0.13
r8= -8.095 d8=2.00 n4=1.84666 ν4=23.8
＊ r9= 23.672 d9=可変
r10=-23.522(回折面) d10=1.10 n5=1.51633 ν5=64.1
r11=-10.465 d11=1.00
r12= 0.000 d12=3.10 n6=1.51633 ν6=64.2
r13= 0.000
【００４８】
焦点距離
3.75 7.38 11.00
d4 6.71 1.98 1.52
d5 4.50 2.75 1.00
d9 2.20 5.96 9.71
【００４９】
非球面係数
2面 r= 2.92356・100 k=-2.13294・10-1 B=-1.66532・10-3
C=-2.65729・10-4 D= 2.78451・10-5 E=-4.22498・10-6
6面 r= 4.17748・100 k=-3.38936・10-1 B=-1.38841・10-4
C= 3.51215・10-5 D=-4.26335・10-6 E= 0.00000・100
9面 r= 2.36717・101 k=-3.79872・101 B= 4.11618・10-3
C= 4.71814・10-4 D=-2.22596・10-5 E= 7.02493・10-6
【００５０】
位相係数
10面 C1=-4.96638・10-4 C2= 4.28021・10-4 C3=-2.67732・10-5
C4=-1.43091・10-6
【００５１】
数値参考例３
f=6.00006 fno=1:2.84 2ω=54.9 °
r1= 13.483 d1=1.20 n1=1.69680 ν1=55.5
r2= 6.036 d2=2.00
r3= 36.212 d3=1.20 n2=1.69350 ν2=53.2
＊ r4= 7.600 d4=1.72
r5= 9.515 d5=1.30 n3=1.80518 ν3=25.4
r6= 20.705 d6=可変
r7= 0.000(絞り) d7=1.50
＊ r8= 6.489(回折面) d8=2.30 n4=1.58313 ν4=59.4
r9=-2149.780 d9=1.32
r10= 24.069 d10=1.00 n5=1.69895 ν5=30.1
r11= 5.466 d11=0.32
r12= 11.081 d12=1.40 n6=1.77250 ν6=49.6
r13=-116.517 d13=可変
r14= 55.036 d14=1.50 n7=1.51633 ν7=64.1
r15=-28.037 d15=1.00
r16= 0.000 d16=4.13 n8=1.51633 ν8=64.2
r17= 0.000
【００５２】
焦点距離
6.00 13.92 18.00
d6 16.35 3.97 1.85
d15 5.99 15.89 20.99
【００５３】
非球面係数
4面 r= 7.60014・100 k=-5.05839・10-1 B=-9.16037・10-5
C=-4.12196・10-6 D= 0.00000・100 E= 0.00000・100
8面 r= 6.48883・100 k=-7.13274・10-1 B= 1.19802・10-4
C=-2.22194・10-6 D=-5.49430・10-7 E= 2.44790・10-8
【００５４】
位相係数
8面 C1=-1.26069・10-3 C2= 4.67730・10-5 C3=-3.98604・10-6
C4= 1.11279・10-5
【００５５】
ここで、条件式(3)、(4)、(6)の数値実施例、数値参考例における数値を次に示す。
【００５６】
数値参考例１ 数値実施例 数値参考例２ 数値参考例３
(3) ｜C2/C1｜ 0.040 -0.176 -0.862 -0.037
(4) ｜C3/C1｜ -0.034 0.011 0.054 0.003
(6) F1／(Fw・Ft)1/2 -1.260 -1.259 -1.230 -1.217
【００５７】
図５〜図１６は参考例１、実施例、参考例２、３の広角状態、中間状態、望遠状態の収差図を順次に示している。
【００５８】
回折光学素子はホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）の製作手法であるリソグラフィック手法によって、２値的に製作した光学素子であるバイナリオプティクス（BINARY OPTICS ）で製作してもよい。この場合に更に回折効率を上げるためにキノフォームと呼ばれる鋸状の形状にしてもよい。また、これらの方法で作成した型によって成形によって製造することもできる。
【００５９】
回折光学面は光学面の上に施されるのであるが、そのベースは球面又は平面又は非球面でも支障はない。また、それらの光学面にプラスチック等の膜を回折光学面として添付する方法、所謂レプリカ非球面で作成してもよい。
【００６０】
前述の実施例、参考例における回折光学素子の回折格子形状は、図１７に示すキノフォーム形状をしている。この回折格子は基材１の表面に紫外線硬化樹脂を塗布し、この樹脂部２に波長５３０ｎｍで１次回折効率が１００％となるような格子厚ｄの回折格子３を形成している。図１８はこの回折光学素子の１次回折効率の波長依存特性を示し、設計次数での回折効率は最適化した波長５３０ｎｍから離れるに従って低下し、一方で設計次数近傍の次数０次、２次回折光が増大している。この設計次数以外の回折光の増加はフレアとなり、光学系の解像度の低下につながる。
【００６１】
図１９は図１７の格子形状を用いた場合の数値参考例１の空間周波数に対するＭＴＦ(Modulation transfer function ）特性を示し、低周波数領域のＭＴＦが所望の値より低下していることが分かる。
【００６２】
そこで、図２０に示す積層型の回折格子により格子形状と形成することが考えられる。基材１上に紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９９、νｄ＝５４）から成る第１の回折格子４を形成し、その上に別の紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝ｌ．５９８、νｄ＝２８）から成る第２の回折格子５を形成している。この材質の組み合わせでは、第１の回折格子４の格子はｄｌはｄｌ＝１８．８μｍ、第２の回折格子５の格子はｄ２はｄ＝１０．５μｍとしている。
【００６３】
図２１はこの構成の回折光学素子の１次回折効率の波長依存特性であり、この図２１から分かるように積層構造の回折格子にすることで、設計次数の回折効率は、使用波長城全域で９５％以上の高い回折効率を有している。図２２はこの場合の空間周波数に対する数値参考例１のＭＴＦ特性を示し、積層構造の回折格子を用いることで、低周波数のＭＴＦは改善され、所望のＭＴＦ特性が得られている。このように、本発明の実施例、参考例の回折光学素子として積層構造の回折格子を用いることで、光学性能は更に改善される。
【００６４】
なお、前述の積層構造の回折光学素子として、材質を紫外線硬化樹脂に限定するものではなく、他のプラスチック材なども使用できるし、基材によっては第１の回折格子４を直接基材１に形成してもよい。また、各格子の厚さが異なる必要はなく、材料の組み合わせによっては図２３に示すように２つの格子の厚みを等しくできる。この場合には、回折光学素子の表面に格子形状が形成されないので、防塵性に優れ、回折光学素子の組み立て作業性が向上し、より安価な光学系が得られる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るズームレンズは、前玉径が小型で、画角が広く、高変倍比を確保しながら、機構を含めた簡略化、小型軽量化を図った全ズ−ム域、全物体距離に渡って良好な性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例１のレンズ構成図である。
【図２】 実施例のレンズ構成図である。
【図３】 参考例２のレンズ構成図でである。
【図４】 参考例３のレンズ構成図である。
【図５】 参考例１の広角状態の収差図である。
【図６】 参考例１の中間状態の収差図である。
【図７】 参考例１の望遠状態の収差図である。
【図８】 実施例の広角状態の収差図である。
【図９】 実施例の中間状態の収差図である。
【図１０】 実施例の望遠状態の収差図である。
【図１１】 参考例２の広角状態の収差図である。
【図１２】 参考例２の中間状態の収差図である。
【図１３】 参考例２の望遠状態の収差図である。
【図１４】 参考例３の広角状態の収差図である。
【図１５】 参考例３の中間状態の収差図である。
【図１６】 参考例３の望遠状態の収差図である。
【図１７】 回折光学素子の断面図である。
【図１８】 波長依存特性のグラフ図である。
【図１９】 ＭＴＦ特性のグラフ図である。
【図２０】 積層構造の回折光学素子の断面図である。
【図２１】 波長依存特性のグラフ図である。
【図２２】 ＭＴＦ特性のグラフ図である。
【図２３】 他の積層構造の回折素子の断面図である。
【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
１ 基材
２ 樹脂部
３、４、５ 回折格子
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に写真用やビデオカメラやデジタルカメラ等に使用され、画角が広く、良好な色収差を確保しながらも、全体としてコンパクトなネガティブリードのズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ホームビデオカメラ等の小型軽量化に伴い、撮像用ズームレンズの小型化、高画質化に目覚ましい進歩が見られ、特に全長の短縮化や解像力の上昇、構成の簡略化に力が注がれている。
【０００３】
これらの目的を達成する１つの手段として、光学系としては物体側の第１レンズ群を負の屈折力で構成し、この第２レンズ群を移動させてズーミングを行う所謂レトロフォーカス式のズームレンズが知られている。
【０００４】
一般にレトロフォーカス式のズームレンズは、第１レンズ群を固定してズーミングを行うズームレンズに比べて、第２レンズ群以後の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易になる。また、第１レンズ群でフォーカスを行えば、近接撮影時のズーミングによるフォーカス変動がない撮影が可能となり、更に簡略なレンズ群構成を採用することができる。また、第３レンズ群でフォーカスを行えば、レンズ径が小さい軽いレンズ群なので、駆動力が小さく駆動するストロークも短く、迅速な焦点合わせができる。
【０００５】
このようなレトロフォーカス式のズームレンズとして、例えば特開平１−１９１８２０号公報、特開平３−２０３７０９号公報、特開平３−２４００１１号公報等では、物体側から順に負の第１レンズ群、正の第２レンズ群、正の第３レンズ群を有し、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第１レンズ群で変倍に伴う像面変動を補正するズームレンズを開示している。このような構成によれば、前玉径も比較的に小型化でき、コンパクトなズームレンズが達成できる。
【０００６】
しかしながら、近年ではＣＣＤの素子数増加による高度の色収差補正を達成するズームレンズへの要求が大きく、良好な性能を維持しながら更なる小型化を達成することが難しくなってきている。
【０００７】
即ち、色収差補正のためには各レンズ群の収差の発生を小さくするのに、各レンズ群を構成するレンズ枚数を多くして、各レンズの収差分担を小さくする傾向があり、小型化には逆行する。
【０００８】
また、諸収差の補正とレンズ枚数の減少のためには、従来から非球面を用いることが知られている。この非球面を用いると、レンズ枚数の削減と球面では得られない収差補正効果が期待でき有効である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高画質対応のレンズにおいては諸収差の除去も重要であるが、色収差の補正が重要である。非球面では色収差の補正は難しい。特に、可動群の物体側にある第１レンズ群は、色収差の発生を小さく抑えなければ、主変倍群である第２レンズ群等の移動によって色収差のズーミングに伴う変動が大きくなる傾向がある。
【００１０】
そのために、従来では第１レンズ群を構成するレンズは、高分散の負レンズと低分散の正レンズをそれぞれ１枚又は２枚を使って色消しを行っている。更に、負レンズと正レンズを貼合わせることもあり、そのため第１レンズ群を構成するレンズ枚数が多くなり適当ではない。
【００１１】
一方、色収差の発生、変動を小さく抑える方法として、最近では回折光学面を撮像光学系に応用する提案が、例えば特開平４−２１３４２１号公報、特開平６−３２４２６２号公報等でなされている。これらの従来例は単レンズに回折光学素子を応用したものであり、色収差に対する言及はされているが、ズームレンズ特有の色収差のズーミングによる変動の除去等の考察、記載はなく、ズームレンズへの応用は行われていない。
【００１２】
ズームレンズへの応用に関しては、米国特許５２６８７９０号公報に記載があり、この従来例は主変倍群である第２レンズ群又は補正群である第３レンズ群に回折光学素子を用いることを提案しており、第１レンズ群については従来通りの構成である。この構成では、第１レンズ群で発生する色収差はそのままであり、ズーミングに伴いその色収差は第２レンズ群等の変倍群の移動により、増倍或いは変動することになり効果的ではない。また、実施例として約１０倍のズームレンズを記載しているが、この公報で公知としているものよりも高倍化を同一寸法で達成したとの記載があり、またレンズ枚数の減少を実行しているが、未だレンズ枚数が多く小型化には余裕がある。
【００１３】
本発明の目的は、上記の従来例の欠点を改善し、高画素ＣＣＤ対応の高度な色収差補正を達成すると共に、良好な性能を維持しながら更なる小型化を達成し得るズームレンズを提供することである。
【００１４】
即ち、高度な色収差補正であっても構成するレンズの枚数を少なくして、かつ非球面では得られない色収差の補正を第１レンズ群、変倍部、第３レンズ群に施したズームレンズを提供することである。
【００１５】
特に前玉の第１レンズ群の小型化を行い、更に広角・高変倍を確保し、機構を含めた簡略化、小型軽量化を図りながら、全ズーム域・全物体距離に渡って良好な性能・色収差を意図したレトロフォーカス式のズームレンズの提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るズ−ムレンズは、物体側から順に、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レンズ群により構成し、広角端から望遠端へのズーミングに際して前記第１レンズ群、第２レンズ群を移動させるズームレンズにおいて、前記第１レンズ群を１枚の正レンズと１枚の負レンズで構成し、前記第１レンズ群は光軸に対して回転対称な少なくとも１枚の回折光学面を有し、前記回折光学面の位相φ（ｈ）を、
φ（ｈ）＝２π／λ（C1・ｈ2＋C2・ｈ4＋C3・ｈ6＋…＋Ci・ｈ2 ・ i）
λ：波長
Ci：係数
ｈ：光軸からの高さ
とし、前記第１レンズ群の焦点距離をF1、広角端及び望遠端での全系の焦点距離をそれぞれＦｗ、Ｆｔとするとき、
１・１０-4＜｜C2／C1｜＜１
１・１０-7＜｜C3／C1｜＜１・１０-1
−２．０＜F1／（Ｆｗ・Ｆｔ）1/2 ≦−１．２５９
なる条件を満足することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１、図３、図４は本発明の参考例のレンズ断面図、図２は実施例のレンズ断面図を示し、物体側から順にズーミング中に可動の負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、ズーミング中に可動の正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２から成る変倍群、全体で正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、光学フィルタ、フェースプレートＦが配列されている。広角端から望遠端への変倍に際して、第２レンズ群Ｌ２を物体側に移動させると共に、第１レンズ群Ｌ１で変倍に伴う像面変動を補正するズームレンズであり、第１レンズ群Ｌ１又は第２レンズ群Ｌ２又は第３レンズ群Ｌ３の少なくとも１つのレンズ群には、光軸に対して回転対称な少なくとも１枚の回折光学面を有している。
【００１８】
特に、第３レンズ群Ｌ３はズーミング中に固定或いは可動の何れの動きでもよい正又は負のレンズ群であり、距離合わせをこの第３レンズ群Ｌ３により行うことも可能である。また、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間に絞りＳが設けられており、特に第２レンズ群Ｌ２の近傍に配置することが好ましい。
【００１９】
第１レンズ群Ｌ１内に回折光学面を配置し、適当に回折光学素子の位相を選択することにより、第１レンズ群Ｌ１で発生する倍率色収差、例えばｄ線とｇ線といった２波長の倍率色収差は小さく抑えられ、全体としての倍率色収差のズーミングによる変動を小さく抑えられ、しかも望遠端の軸上色収差（２次スペクトル）の幅自体は悪化しない。
【００２０】
また、第２レンズ群Ｌ２内に回折光学面を配置して、適当に回折光学素子の位相を選択することにより、第２レンズ群Ｌ２で発生する倍率色収差、例えばｄ線とｇ線といった２波長の倍率色収差は小さく抑えられ、全体としての倍率色収差のズーミングによる変動を小さく抑えられ、しかも望遠端の軸上色収差（２次スペクトル）の幅自体は悪化することはない。
【００２１】
第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズは、高分散の負レンズと低分散の正レンズをそれぞれ１枚又は２枚を有し、更に負レンズと正レンズを貼合わせたり複数のレンズで分担して色消しを行っていたものを、回折光学素子によって色収差の補正に使うレンズ枚数が減少し、構成レンズの枚数を削減できる。また、第２レンズ群Ｌ２を構成するレンズも、低分散の負レンズと高分散の正レンズをそれぞれ２枚或いは１枚を有し、更に負レンズと正レンズを貼合わせたり、複数のレンズで分担して色消しを行っていたが、回折光学素子によって色収差の補正に使うレンズ枚数が減少し、構成レンズの枚数を削減できることになる。
【００２２】
これにより、高度な色収差補正を達成するズームレンズにおいても、良好な性能を維持しながら、更なる小型化を達成できるようになる。
【００２３】
上述の実施例における非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆをそれぞれ非球面係数としたとき、
Ｘ＝（Ｈ2／Ｒ）／［１＋｛１＋（１＋Ｋ）(Ｈ／Ｒ)2｝1/2］＋ＢＨ4
＋ＣＨ6＋ＤＨ8＋ＥＨ10＋ＦＨ12 …(1)
なる式で表している。
【００２４】
回折光学面は、φ（ｈ）を位相、λを波長、Cｉを位相を表す係数、ｈを光軸からの高さとすると、次式となる。
φ（ｈ）＝２π／λ（C1・ｈ2 ＋C2・ｈ4＋C3・ｈ6＋…＋Ci・ｈ2 ・ i）
…(2)
【００２５】
この(2)式において分かることは、光軸からの距離ｈによって位相を調節できることである。レンズ径が大きければ大きい程、高次の係数の影響が大きくなる。本実施例で述べている民生用のズ−ムレンズ、特にビデオ用のズームレンズにおいては小型化が進められており、余り大きなレンズつまりｈが大きいレンズはこのましくない。その上で、小さなレンズにおいても効率的に係数を生かして、有効な収差補正を達成するには、次の条件式を満足することが好ましい。
１・１０-4＜｜C2i／C1i｜＜１ …(3)
１・１０-7＜｜C3i／C1i｜＜１・１０-1 …(4)
【００２６】
これらの式は前述したように、小さい径において有効に収差補正をするためのものである。これらの条件式を外れると、収差補正が難しくなるだけでなく、回折光学面を製作し難くなり、適当でない。
【００２７】
具体的な第１レンズ群Ｌ１の構成としては、実施例、参考例１、２のように第１レンズ群Ｌ１を正レンズ、負レンズで構成し、或いは実施例４のように正レンズ、２枚の負レンズで構成し、何れかの面に回折光学面を有することである。このとき、正レンズと負レンズは貼合わせでもよい。その際に、色収差はこの貼合わせ面と共働で補正し、回折光学素子は正の屈折力を強める必要がある。
【００２８】
具体的な第２レンズ群Ｌ２の構成としては、第２レンズ群Ｌ２を２枚の正レンズ、１枚の負レンズの計３枚で構成し、その前後或いは中間に少なくとも１枚の回折光学面を有するプレートを有することもできる。
【００２９】
また、別な第２レンズ群Ｌ２の構成としては、第２レンズ群Ｌ２を正レンズ、負レンズの２枚又は負レンズ、正レンズの２枚で構成し、何れかの面に回折光学面を有することもできる。
【００３０】
何れの場合も、最も物体側の面には収差補正上やむを得ない等の特別な場合を除いて、回折光学面を配置しない方がよい。回折光学素子はかなり狭い幅、例えば数μｍ或いはサブμｍのオーダの溝で構成されており、塵埃等からレンズ表面を保護するには、最も物体側に配置しない方が好ましい。
【００３１】
実施例、参考例１、２において、第１レンズ群Ｌ１の物体側レンズの像面側レンズ面、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側レンズ面と最も像面側レンズ面が非球面とされている。また、実施例４の第１レンズ群Ｌ１の中間レンズの像面側レンズ面、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側レンズ面が非球面とされている。
【００３２】
更に、回折光学面は参考例１においては第２レンズ群Ｌ２の最も物体側レンズ面、実施例においては第１レンズ群Ｌ１の物体側のレンズの像面側レンズ面、参考例２においては第３レンズ群Ｌ３の最も物体側レンズ面、参考例３においては第２レンズ群Ｌ２の最も物体側レンズ面に施されている。
【００３３】
このように、第１レンズ群Ｌ１内又は第２レンズ群Ｌ２内又は第３レンズ群Ｌ３に配置された回折光学面により、それぞれの群で発生する色収差（２次スペクトル）を共働して小さく抑え、第２レンズ群Ｌ２の移動による色収差のズーミングによる変動も小さく抑えられる。この回折光学面の屈折力を強くすると、中心と周辺の鋸状のピッチの差が大きくなり製作が難しくなり、また完成品の回折効率も良くない。従って、第１レンズ群Ｌ１又は第２レンズ群Ｌ２又は第３レンズ群Ｌ３の貼合わせ等の色消しの代りの色収差補正を回折光学面で行う場合には、屈折力は余り必要ではない。
【００３４】
また、回折格子素子を有する第１レンズ群Ｌ１は次の範囲にあることが好ましい。
−２．０＜F1／（Ｆｗ・Ｆｔ）1/2 ≦−１．２５９ …(6)
【００３５】
ただし、F1は第１レンズ群Ｌ１の焦点距離、Ｆｗ、Ｆｔはそれぞれ広角端、望遠端の全系の焦点距離である。この範囲内にあれば、回折光学素子の働きを有効に引き出すことができる。この(6) 式の上限値を逸脱すると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強過ぎて色収差を回折光学系で補正しきれなくなり、製作についても難しくなる。また、下限値を超えると回折光学素子を使用しなくとも色収差の除去は容易になる。また、所望の焦点距離のレンズを得るために特に第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなり、第２レンズ群Ｌ２で発生する収差量が大きくなり適当でない。即ち、ペッツバール和が負に大きくなり、像面湾曲が補正過剰になる。
【００３６】
一般に、回折光学面は通常の屈折により発生する色収差と反対の色収差が発生する。例えば、従来の貼合わせ面等により色消しを行っていたレンズを除去し、レンズ枚数の削減をする場合は、その貼合わせ面で発生していた色収差分担と反対の色収差分担を有する面を回折光学面とすることがよい。かくすることにより、通常の屈折により発生する色収差と反対の色収差が回折光学面上で発生し、その方向は元々あった貼合わせ面での色収差発生方向と同じものとなり、貼合わせ等の色消しが単レンズにより可能となる。
【００３７】
色収差係数（共立出版株発行、松居吉哉著「レンズ設計法」第８９頁）といった視点から見ると、絞りよりも物体側の面では、軸上色収差係数Ｌと倍率色収差係数Ｔが同一符号の面に回折光学面を配置し、絞りよりも像面側の面では双方が逆符号の面に回折光学面を配置することが好ましい。
【００３８】
次に、実施例の数値実施例、参考例１〜３の数値参考例１〜３を示す。これらの数値実施例、数値参考例において、riは物体側から順に第１番目のレンズ面の曲率半径、diは第１番目のレンズ厚又は空気間隔、niとνiはそれぞれ第１番目のレンズの屈折率とアッべ数である。
【００３９】
数値参考例１
f=3.74977 fno=1:2.85 2ω=63.0
r1= 18.838 d1= 1.00 n1=1.77250 ν1=49.6
＊ r2= 2.842 d2= 1.45
r3= 5.109 d3= 1.70 n2=1.80518 ν2=25.4
r4= 10.190 d4= 可変
r5= 0.000(絞り) d5= 可変
＊ r6= 4.339(回折面) d6= 3.25 n3=1.67790 ν3=55.3
r7= -8.490 d7= 0.13
r8= -8.701 d8= 2.00 n4=1.80518 ν4=25.4
＊ r9= 26.030 d9= 可変
r10= 31.840 d10= 1.10 n5=1.51633 ν5=64.1
r11=-24.514 d11= 1.00
r12= 0.000 d12= 3.10 n6=1.51633 ν6=64.2
r13= 0.000 d13=-32.57
r14= 0.000
【００４０】
焦点距離
3.75 7.38 11.00
d4 5.94 1.36 1.04
d5 4.78 2.89 1.00
d9 2.00 5.89 9.77
【００４１】
非球面係数
2面 r=2.84235・100 k=-3.28517・10-1 B=-2.63180・10-4
C=2.63180・10-4 D= 3.67708・10-5 E=-4.60653・10-6
6面 r=4.33890・100 k=-2.13355・10-1 B=-8.90957・10-5
C=4.05938・10-5 D=-2.74445・10-5 E= 0.00000・100
9面 r=2.60299・101 k=-2.32563・101 B= 4.09405・10-3
C=4.25310・10-4 D=-3.66683・10-5 E= 9.71881・10-6
【００４２】
位相係数
6面 C1=-1.38576・10-3 C2=-5.51769・10-5 C3= 4.66871・10-5
C4=-6.04382・10-6 C5= 2.92159・10-7
【００４３】
数値実施例
f=3.74786 fno=1:2.85 2ω=63.0
r1= 16.518 d1=1.00 n1=1.77250 ν1=49.6
＊ r2= 2.812(回折面) d2=1.52
r3= 5.072 d3=1.70 n2=1.80518 ν2=25.4
r4= 9.180 d4=可変
r5= 0.000(絞り) d5=可変
＊ r6= 4.374 d6=3.25 n3=1.67790 ν3=55.3
r7= -8.279 d7=0.13
r8= -8.827 d8=2.00 n4=1.80518 ν4=25.4
＊ r9= 20.374 d9=可変
r10= 18.507 d10=1.10 n5=1.51633 ν5=64.1
r11=1586.291 d11=1.00
r12= 0.000 d12=3.10 n6=1.51633 ν6=64.2
r13= 0.000
【００４４】
焦点距離
3.75 7.37 11.00
d4 7.64 2.55 2.10
d5 4.88 2.94 1.00
d9 2.43 6.37 10.32
【００４５】
非球面係数
2面 r= 2.81245・100 k=-2.82491・10-1 B=-2.09075・10-3
C=-2.58187・10-4 D= 3.72765・10-5 E=-4.99400・10-6
6面 r= 4.37416・100 k=-2.03479・10-1 B=-2.16103・10-4
C= 2.32139・10-5 D=-2.69331・10-6 E= 0.00000・100
9面 r= 2.03739・101 k=-3.45356・101 B= 3.96398・10-3
C= 4.44621・10-4 D=-4.41524・10-5 E= 8.49502・10-6
【００４６】
位相係数
2面 C1=-2.73173・10-3 C2= 4.79617・10-4 C3=-3.11298・10-5
C4= 5.39271・10-7
【００４７】
数値参考例２
f=3.75009 fno=1:2.8 2ω=62.9 °
r1= 19.911 d1=1.00 n1=1.77250 ν1=49.6
＊ r2= 2.924 d2=1.50
r3= 5.199 d3=1.70 n2=1.80518 ν2=25.4
r4= 9.470 d4=可変
r5= 0.000(絞り) d5=可変
＊ r6= 4.177 d6=3.25 n3=1.67790 ν3=55.3
r7= -7.319 d7=0.13
r8= -8.095 d8=2.00 n4=1.84666 ν4=23.8
＊ r9= 23.672 d9=可変
r10=-23.522(回折面) d10=1.10 n5=1.51633 ν5=64.1
r11=-10.465 d11=1.00
r12= 0.000 d12=3.10 n6=1.51633 ν6=64.2
r13= 0.000
【００４８】
焦点距離
3.75 7.38 11.00
d4 6.71 1.98 1.52
d5 4.50 2.75 1.00
d9 2.20 5.96 9.71
【００４９】
非球面係数
2面 r= 2.92356・100 k=-2.13294・10-1 B=-1.66532・10-3
C=-2.65729・10-4 D= 2.78451・10-5 E=-4.22498・10-6
6面 r= 4.17748・100 k=-3.38936・10-1 B=-1.38841・10-4
C= 3.51215・10-5 D=-4.26335・10-6 E= 0.00000・100
9面 r= 2.36717・101 k=-3.79872・101 B= 4.11618・10-3
C= 4.71814・10-4 D=-2.22596・10-5 E= 7.02493・10-6
【００５０】
位相係数
10面 C1=-4.96638・10-4 C2= 4.28021・10-4 C3=-2.67732・10-5
C4=-1.43091・10-6
【００５１】
数値参考例３
f=6.00006 fno=1:2.84 2ω=54.9 °
r1= 13.483 d1=1.20 n1=1.69680 ν1=55.5
r2= 6.036 d2=2.00
r3= 36.212 d3=1.20 n2=1.69350 ν2=53.2
＊ r4= 7.600 d4=1.72
r5= 9.515 d5=1.30 n3=1.80518 ν3=25.4
r6= 20.705 d6=可変
r7= 0.000(絞り) d7=1.50
＊ r8= 6.489(回折面) d8=2.30 n4=1.58313 ν4=59.4
r9=-2149.780 d9=1.32
r10= 24.069 d10=1.00 n5=1.69895 ν5=30.1
r11= 5.466 d11=0.32
r12= 11.081 d12=1.40 n6=1.77250 ν6=49.6
r13=-116.517 d13=可変
r14= 55.036 d14=1.50 n7=1.51633 ν7=64.1
r15=-28.037 d15=1.00
r16= 0.000 d16=4.13 n8=1.51633 ν8=64.2
r17= 0.000
【００５２】
焦点距離
6.00 13.92 18.00
d6 16.35 3.97 1.85
d15 5.99 15.89 20.99
【００５３】
非球面係数
4面 r= 7.60014・100 k=-5.05839・10-1 B=-9.16037・10-5
C=-4.12196・10-6 D= 0.00000・100 E= 0.00000・100
8面 r= 6.48883・100 k=-7.13274・10-1 B= 1.19802・10-4
C=-2.22194・10-6 D=-5.49430・10-7 E= 2.44790・10-8
【００５４】
位相係数
8面 C1=-1.26069・10-3 C2= 4.67730・10-5 C3=-3.98604・10-6
C4= 1.11279・10-5
【００５５】
ここで、条件式(3)、(4)、(6)の数値実施例、数値参考例における数値を次に示す。
【００５６】
数値参考例１ 数値実施例 数値参考例２ 数値参考例３
(3) ｜C2/C1｜ 0.040 -0.176 -0.862 -0.037
(4) ｜C3/C1｜ -0.034 0.011 0.054 0.003
(6) F1／(Fw・Ft)1/2 -1.260 -1.259 -1.230 -1.217
【００５７】
図５〜図１６は参考例１、実施例、参考例２、３の広角状態、中間状態、望遠状態の収差図を順次に示している。
【００５８】
回折光学素子はホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）の製作手法であるリソグラフィック手法によって、２値的に製作した光学素子であるバイナリオプティクス（BINARY OPTICS ）で製作してもよい。この場合に更に回折効率を上げるためにキノフォームと呼ばれる鋸状の形状にしてもよい。また、これらの方法で作成した型によって成形によって製造することもできる。
【００５９】
回折光学面は光学面の上に施されるのであるが、そのベースは球面又は平面又は非球面でも支障はない。また、それらの光学面にプラスチック等の膜を回折光学面として添付する方法、所謂レプリカ非球面で作成してもよい。
【００６０】
前述の実施例、参考例における回折光学素子の回折格子形状は、図１７に示すキノフォーム形状をしている。この回折格子は基材１の表面に紫外線硬化樹脂を塗布し、この樹脂部２に波長５３０ｎｍで１次回折効率が１００％となるような格子厚ｄの回折格子３を形成している。図１８はこの回折光学素子の１次回折効率の波長依存特性を示し、設計次数での回折効率は最適化した波長５３０ｎｍから離れるに従って低下し、一方で設計次数近傍の次数０次、２次回折光が増大している。この設計次数以外の回折光の増加はフレアとなり、光学系の解像度の低下につながる。
【００６１】
図１９は図１７の格子形状を用いた場合の数値参考例１の空間周波数に対するＭＴＦ(Modulation transfer function ）特性を示し、低周波数領域のＭＴＦが所望の値より低下していることが分かる。
【００６２】
そこで、図２０に示す積層型の回折格子により格子形状と形成することが考えられる。基材１上に紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９９、νｄ＝５４）から成る第１の回折格子４を形成し、その上に別の紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝ｌ．５９８、νｄ＝２８）から成る第２の回折格子５を形成している。この材質の組み合わせでは、第１の回折格子４の格子はｄｌはｄｌ＝１８．８μｍ、第２の回折格子５の格子はｄ２はｄ＝１０．５μｍとしている。
【００６３】
図２１はこの構成の回折光学素子の１次回折効率の波長依存特性であり、この図２１から分かるように積層構造の回折格子にすることで、設計次数の回折効率は、使用波長城全域で９５％以上の高い回折効率を有している。図２２はこの場合の空間周波数に対する数値参考例１のＭＴＦ特性を示し、積層構造の回折格子を用いることで、低周波数のＭＴＦは改善され、所望のＭＴＦ特性が得られている。このように、本発明の実施例、参考例の回折光学素子として積層構造の回折格子を用いることで、光学性能は更に改善される。
【００６４】
なお、前述の積層構造の回折光学素子として、材質を紫外線硬化樹脂に限定するものではなく、他のプラスチック材なども使用できるし、基材によっては第１の回折格子４を直接基材１に形成してもよい。また、各格子の厚さが異なる必要はなく、材料の組み合わせによっては図２３に示すように２つの格子の厚みを等しくできる。この場合には、回折光学素子の表面に格子形状が形成されないので、防塵性に優れ、回折光学素子の組み立て作業性が向上し、より安価な光学系が得られる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るズームレンズは、前玉径が小型で、画角が広く、高変倍比を確保しながら、機構を含めた簡略化、小型軽量化を図った全ズ−ム域、全物体距離に渡って良好な性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例１のレンズ構成図である。
【図２】 実施例のレンズ構成図である。
【図３】 参考例２のレンズ構成図でである。
【図４】 参考例３のレンズ構成図である。
【図５】 参考例１の広角状態の収差図である。
【図６】 参考例１の中間状態の収差図である。
【図７】 参考例１の望遠状態の収差図である。
【図８】 実施例の広角状態の収差図である。
【図９】 実施例の中間状態の収差図である。
【図１０】 実施例の望遠状態の収差図である。
【図１１】 参考例２の広角状態の収差図である。
【図１２】 参考例２の中間状態の収差図である。
【図１３】 参考例２の望遠状態の収差図である。
【図１４】 参考例３の広角状態の収差図である。
【図１５】 参考例３の中間状態の収差図である。
【図１６】 参考例３の望遠状態の収差図である。
【図１７】 回折光学素子の断面図である。
【図１８】 波長依存特性のグラフ図である。
【図１９】 ＭＴＦ特性のグラフ図である。
【図２０】 積層構造の回折光学素子の断面図である。
【図２１】 波長依存特性のグラフ図である。
【図２２】 ＭＴＦ特性のグラフ図である。
【図２３】 他の積層構造の回折素子の断面図である。
【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
１ 基材
２ 樹脂部
３、４、５ 回折格子
Claims (2)
- 物体側から順に、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レンズ群により構成し、広角端から望遠端へのズーミングに際して前記第１レンズ群、第２レンズ群を移動させるズームレンズにおいて、前記第１レンズ群を１枚の正レンズと１枚の負レンズで構成し、前記第１レンズ群は光軸に対して回転対称な少なくとも１枚の回折光学面を有し、前記回折光学面の位相φ（ｈ）を、
φ（ｈ）＝２π／λ（C1・ｈ2＋C2・ｈ4＋C3・ｈ6＋…＋Ci・ｈ2 ・ i）
λ：波長
Ci：係数
ｈ：光軸からの高さ
とし、前記第１レンズ群の焦点距離をF1、広角端及び望遠端での全系の焦点距離をそれぞれＦｗ、Ｆｔとするとき、
１・１０-4＜｜C2／C1｜＜１
１・１０-7＜｜C3／C1｜＜１・１０-1
−２．０＜F1／（Ｆｗ・Ｆｔ）1/2 ≦−１．２５９
なる条件を満足することを特徴とするズ−ムレンズ。 - 請求項１に記載のズームレンズを有することを特徴とするカメラ。
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