JP2004053751A - ズームレンズ系 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型のビデオカメラ、デジタルカメラ等に用いられ、２倍程度の変倍比と、短焦点距離端で口径比１：３．５程度の明るさと、短焦点距離端での３０°以上の半画角とを有し、高解像度の撮像素子にも十分対応可能な結像性能を有し、簡単な構成で、非球面等の特殊な面を採用することなく安価でコンパクトなズームレンズ系を提供する。
【解決手段】物体側から順に、負の第１レンズ群、正の第２レンズ群、及び正の第３レンズ群からなり、第１レンズ郡は物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズのみから構成され、第３レンズ群は両凸正レンズのみから構成され、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、少なくとも第１レンズ群と第２レンズ群を移動させて変倍を行い、開口絞りは第２レンズ群の物体側に配置されたズームレンズ系。
【選択図】 図１
【解決手段】物体側から順に、負の第１レンズ群、正の第２レンズ群、及び正の第３レンズ群からなり、第１レンズ郡は物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズのみから構成され、第３レンズ群は両凸正レンズのみから構成され、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、少なくとも第１レンズ群と第２レンズ群を移動させて変倍を行い、開口絞りは第２レンズ群の物体側に配置されたズームレンズ系。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、小型軽量なビデオカメラ、デジタルカメラ等に用いられる、短焦点距離端で半画角３０°以上の広画角と２倍程度の変倍比（ズーム比）を有し、簡単な構成で、安価なズームレンズ系に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
近年、ＣＣＤ等の小型撮像素子の小型化、高密度化にともない、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等で用いられるズームレンズ系も、小型化、高性能化が要求されている。また、この種のビデオカメラや電子スチルカメラに用いられている固体撮像素子は、受光面近傍に色分解フィルターを配置しているため、受光面に対してレンズからの光束が斜めに入射すると光がフィルターによってケラれてしまう。ケラレが生じると、周辺光量低下の原因となったり、色フィルターと画素の位置関係がずれることにより色むらを生じたりする。そのため、受光面に対してできるだけ垂直に近い状態で光束が入射するような、いわゆる良好なテレセントリック特性を得る為に、射出瞳が像面から遠く離れたような光学系が要求される。
【０００３】
また、近年のズームコンパクトカメラとしては、撮影状態での小型化も重要であるが、それに加えて、レンズを収納して携帯するときのカメラのコンパクト性が重要な小型化の要素となってきている。つまり、この種のズームレンズ系には、レンズ収納時、すなわちレンズの沈胴時の薄型化も望まれる。この薄型化を実現する為に、ズームレンズ系を構成する各レンズ群のレンズ全長の薄型化や、機械的な負担を少なくする為にズーム時の各群の移動量を小さく抑えることが必要とされる。
【０００４】
従来の小型ズームレンズ系としては、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群からなる２群ズームレンズ系が知られている。しかしながら、これらの２群ズームレンズ系の多くは、射出瞳位置が比較的像面に近く、ＣＣＤなどの固体撮像素子用としては好ましくない。
【０００５】
これを解決する為の構成枚数が少なく安価な光学系として既に、例えば、特開平１０−２０６７３２号公報、特開平１１−２１１９８４号公報に示されるように、第２レンズ群と撮像素子の間に固定あるいは移動可能な比較的強い屈折力を有する正レンズ群を配置して、テレセントリック特性を向上させた構成の２群ズームレンズ系が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特開平１０−２０６７３２号公報の２群ズームレンズ系は、５枚のレンズからなる簡単な構成で変倍光学系を構成しているが、短焦点距離端での口径比が４以上と大きく、また変倍が不連続で連続変倍可能なズームレンズ系として構成されていないという欠点がある。
【０００７】
また、特開平１１−２１１９８４号公報の２群ズームレンズ系は、３群構成の６枚のレンズからなる簡単なレンズ系でズーム比２倍程度のズームレンズ系を達成しているが、短焦点距離端での半画角が２５°程度と狭く、第１レンズ群、第３レンズ群に高度な加工技術を有する非球面レンズを採用するなど、広角化、低コスト化という点ではまだ満足できるものではなく改善の余地があった。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、小型のビデオカメラ、デジタルカメラ等に用いられ、２倍程度の変倍比と、短焦点距離端で口径比１：３．５程度の明るさと、短焦点距離端での３０°以上の半画角とを有し、高解像度の撮像素子にも十分対応可能な結像性能を有し、簡単な構成で、非球面等の特殊な面を採用することなく安価でコンパクトなズームレンズ系を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】
本発明のズームレンズ系は、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群、正のパワーを有する第２レンズ群、及び正のパワーを有する第３レンズ群の３つのレンズ群からなり、前記第１レンズ郡は１枚の物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズのみから構成され、前記第３レンズ群は１枚の両凸正レンズのみから構成され、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、少なくとも前記第１レンズ群と前記第２レンズ群を移動させて変倍を行い、開口絞りは第２レンズ群の物体側に配置され、第２レンズ群と一体で移動するように構成され、次の条件式（１）、（２）を満足することを特徴としている。
（１）０．２５＜Ｒ１／Ｄ１＜０．５５
（２）０．２５＜ｆ２／ＴＬ＜０．４５
但し、
Ｒ１：第１レンズ群を構成する負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径、
Ｄ１：短焦点距離端における第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、
ＴＬ：短焦点距離端における第１レンズ群の物体側の面から第３レンズ群の像側の面までの光軸に沿った距離、
である。
【００１０】
第２レンズ群は、例えば、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズと、正レンズと負レンズの接合レンズからなる３つのレンズから構成して、その最も像側の面を発散面とし、次の条件式（３）を満足させるのが好ましい。
（３）０．５＜Ｒ２／ｆｗ＜１．０
但し、
ｆｗ：短焦点距離端におけるレンズ全系の焦点距離、
Ｒ２：第２レンズ群の最も像側の面の曲率半径、
である。
【００１１】
本発明のズームレンズ系は、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、第１レンズ群は像面側に単調に移動し、第２レンズ群は物体側に単調に移動し、第３レンズ群は第２レンズ群と一緒に移動することにより変倍を行わせる第１の態様、または第１レンズ群は像面側に単調に移動し、第２レンズ群は物体側に単調に移動し、第３レンズ群は像面に対して固定したままで変倍を行う第２の態様が可能である。
第１の態様では、次の条件式（４）、（５）を満足するのが好ましい。
（４）２．２＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜３．０
（５）１．０＜ｆ３／ｆｗ＜１．９
【００１２】
また第２の態様では、次の条件式（６）、（７）を満足するのが好ましい。
（６）２．７＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜３．３
（７）１．７＜ｆ３／ｆｗ＜２．３
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離、
である。
【００１３】
【発明の実施形態】
図１、図５、図９、図１３、図１７及び図２１の各数値実施例のレンズ構成図に示すように、本発明によるズームレンズ系は、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群１０、正のパワーを有する第２レンズ群２０、及び正のパワーを有する第３レンズ群３０の３つのレンズ群からなっている。各レンズ構成図は、デジタルカメラ用のズームレンズ系に本発明を適用したもので、Ｇは、ローパスフィルター、赤外線カットフィルター、ＣＣＤカバーガラス等の各種フィルター類を１枚の平行平面板で表したものである。
【００１４】
図２５と図２６は、本発明によるズームレンズ系の２つのタイプの簡易移動図である。図２５のタイプは、第２レンズ群と第３レンズ群を一緒に移動させる２群タイプの移動態様であり、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、第１レンズ群１０は、短焦点距離端（短焦点距離端）Ｗから中間焦点距離Ｍを経て長焦点距離端（長焦点距離端）Ｔに単調に像面側に移動し、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０は一緒に物体側に単調に移動する。開口絞りＳは、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０の間に位置し、変倍に伴って第２レンズ群２０と一体となって移動する。
【００１５】
図２６のタイプは、第３レンズ群を固定し、第１レンズ群と第２レンズ群だけで変倍する移動態様であり、短焦点距離端Ｗから長焦点距離端Ｔへの変倍に際して、第１レンズ群は、像面側に単調に移動し、第２レンズ群は、物体側に単調に移動する。第３レンズ群は、像面に対して固定で第１レンズ群と第２レンズ群の移動で変倍を行なう。開口絞りＳは、第１レンズ群と第２レンズ群の間に位置し、変倍に伴って第２レンズ群と一体となって移動する。
【００１６】
以下、各条件式について説明する。
条件式（１）は、第１レンズ群１０を１枚の負メニスカスレンズで構成したことから、第２レンズ群２０の近傍に配置された開口絞りに対して負メニスカスレンズの距離と曲率半径を適切に配置することにより、諸収差を良好に補正するための条件である。
条件式（１）の上限を超えて、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０の間隔に対して第１レンズ群１０の負メニスカスレンズの凹面の曲率半径が緩くなりすぎると、特に短焦点距離端における歪曲収差を小さくすることが困難になるとともに、全長を小さくすることが困難になる。逆に、条件式（１）の下限を超えて、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０の間隔に対して負メニスカスレンズの凹面の曲率半径が強くなりすぎると、第１レンズ群１０のパワーが増大し過ぎコマ収差が悪化するとともに、短焦点距離端と長焦点距離端での像面湾曲をバランス良く補正することが困難となる。
【００１７】
条件式（２）は、第２レンズ群２０の焦点距離と、短焦点距離端における第１レンズ群１０の物体側の面から第３レンズ群３０の像側の面までの光軸に沿った距離、すなわちレンズ全長とに関する条件である。この条件式（２）のように第２レンズ群２０の正のパワーを適切に配分することにより、小型化と収差補正のバランスをとることができる。
条件式（２）の下限を超えてレンズ全長に対して第２レンズ群２０のパワーが強くなりすぎると、像面がアンダーになり過ぎる。逆に、条件式（２）の上限を超えてレンズ全長に対して第２レンズ群２０のパワーが弱くなりすぎると、全長を短く保ったまま、球面収差、像面湾曲とのバランスをとることが困難になる。
【００１８】
第２レンズ群２０は、図１、図５、図９及び図１３の各数値実施例では、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、両凸形状の正レンズ、及び両凹形状の負レンズの３枚のレンズからなっていて、両凸形状の正レンズ、及び両凹形状の負レンズは接合されている。本実施形態のズームレンズ系では、第２レンズ群２０は変倍レンズ群である為、強いパワーを有する。このため、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、両凸形状の正レンズ、及び両凹形状の負レンズの３枚のレンズから構成する場合においては、第２レンズ群２０中の第２、第３レンズ２２、２３は接合レンズとすることが好ましい。接合レンズとすることにより、加工上の誤差に起因する光学性能の低下を抑制でき、組立時の簡素化を図ることが可能になる。
【００１９】
さらに、第２レンズ群２０の最も像側の面は、条件式（３）を満足するような、強い発散面とするのが好ましい。第２レンズ群２０の最終面を発散面とすることにより、第２レンズ群２０から射出した光束を、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０間の比較的小さなレンズ間隔で光軸から離すことが可能になり、第３レンズ群３０で効率よく屈折させることにより良好なテレセントリック特性を得ることが可能となる。
【００２０】
条件式（３）の上限を超えて、第２レンズ群２０の最終面の曲率半径がゆるくなり発散のパワーが小さくなりすぎると、良好なテレセントリック特性を得る為には、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０の間隔を広げる必要が生じ、レンズ全長のコンパクト化という点で好ましくない。逆に、条件式（３）の下限を超えて、発散のパワーが強くなりすぎると、同時に第３レンズ群３０の正のパワーも増大しすぎて、球面収差、コマ収差を小さく補正することが困難になる。
【００２１】
条件式（４）、（５）は、図２４の簡易移動図のように、第３レンズ群３０を第２レンズ群２０と一緒に移動させて、いわゆる２群ズームとして変倍するときに良好な性能を得るための条件である。
条件式（４）は、第１レンズ群１０の屈折力に関する条件であり、小型化と変倍時の収差変化を良好に補正するための条件である。
条件式（４）の上限を超えて第１レンズ群１０の負の屈折力が過少になると、収差補正上は有利であるが、レンズ全長が長くなり、またそれに伴いレンズ径も増大するので小型化という点で好ましくない。逆に条件式（４）の下限を超えて第１レンズ群の負の屈折力が強くなりすぎると、それに伴い第２レンズ群２０の正の屈折力が増大し、変倍時の非点収差、歪曲収差をバランスよく補正することが困難になる。
【００２２】
条件式（５）は、第３レンズ群３０のパワーに関する条件であり、短焦点距離端での良好なテレセントリック特性と変倍時の収差変化のバランスを良好に補正するための条件である。
条件式（５）の上限を超えて第３レンズ群３０の屈折力が弱くなりすぎると、同時に第２レンズ群２０の屈折力が強くなりすぎ、短焦点距離から長焦点距離に変倍するときの収差変化が大きくなり好ましくない。逆に、条件式（５）の下限を超えると、第３レンズ群３０の屈折力が過大となり、短焦点距離端における射出瞳位置がそれにともない像面から離れテレセントリック特性はよくなるが、十分なバックフォーカスを確保したまま、球面収差や、像面の平坦性を良好に補正することが困難になる。
【００２３】
条件式（６）、（７）は、図２５の簡易移動図に示すように、第３レンズ群３０を像面に対して固定させて第１レンズ群１０と第２レンズ群２０だけで変倍するときに良好な性能を得るための条件である。第３レンズ群３０が像面近くにあるので、特に第３レンズ群３０でフォーカシングを行う場合には、駆動系の小型化などが可能になる。
【００２４】
条件式（６）は、第１レンズ群１０の屈折力に関する条件であり、条件式（４）と同様に小型化と変倍時の収差変化を良好に補正するための条件である。
条件式（６）の上限を超えて第１レンズ群１０の負の屈折力が過少になると、収差補正上は有利であるが、レンズ全長が長くなり、またそれに伴いレンズ径も増大するので、小型化という点で好ましくない。逆に、条件式（６）の下限を超えて第１レンズ群１０の負の屈折力が強くなりすぎると、それに伴い第２レンズ群２０の正の屈折力が増大し、非点収差、歪曲収差をバランスよく補正することが困難になる。
【００２５】
条件式（７）は、第３レンズ群３０の屈折力に関する条件であり、第３レンズ群３０を像面に対して固定して変倍する場合に良好なテレセントリック特性と、特に第３レンズ群３０でフォーカシングを行った時の無限遠物体から近距離物体までの収差変化を小さく抑える為の条件である。
条件式（７）の上限を超えて第３レンズ群３０の屈折力が弱くなりすぎると、短焦点距離端でのテレセントリック特性が悪化するとともに、フォーカシング時の移動量が大きくなり過ぎ、特に長焦点側における収差変化は小さくすることが困難になる。逆に、条件式（７）の下限を超えて第３レンズ群３０の屈折力が過大となると、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍時の射出瞳位置の変化が大きくなり過ぎ好ましくない。また、十分なバックフォーカスを確保したまま、良好に非点収差を補正することが困難になる。
【００２６】
次に具体的な数値実施例を示す。諸収差図中、球面収差で表される色収差（軸上色収差）図及び倍率色収差図中のｄ線、ｇ線、ｃ線はそれぞれの波長に対する収差であり、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。また、表中のＦＮｏはＦナンバー、ｆは全系の焦点距離、Ｗは半画角（゜）、ｆＢ はバックフォーカス（カバーガラスＧの最も像側の面から撮像面までの距離）、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔（空気間隔）、Ｎｄ はｄ線（波長５８８ｎｍ）の屈折率、νｄはアッベ数を示す。
【００２７】
［数値実施例１］
図１は、数値実施例１のレンズ構成を示し、図２、図３及び図４はそれぞれ、短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸収差を示す。表１はその数値データである。第１レンズ群１０は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１枚のみからなり、第２レンズ群２０は、物体側から順に、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズの２群３枚のレンズからなり、第３レンズ群３０は、両凸正レンズ１枚のみから構成されている。この数値実施例１は、ズーミングに際し、図２４の簡易移動図に示すように、各レンズ群が移動する。
【００２８】
【表１】
【００２９】
［数値実施例２］
図５は、数値実施例２のレンズ構成を示し、図６、図７及び図８はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸収差を示す。表２はその数値データである。基本的なレンズ構成、変倍時の各レンズ群の簡易移動軌跡は、数値実施例１と同じである。
【００３０】
【表２】
【００３１】
［数値実施例３］
図９は、数値実施例３のレンズ構成を示し、図１０、図１１及び図１２はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差を示す。表３はその数値データである。第１レンズ群１０は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１枚のレンズからなり、第２レンズ群２０は、物体側から順に、両凸正レンズ、両凸正レンズと両凹負レンズからなる接合レンズの２群３枚のレンズからなり、第３レンズ群３０は、両凸レンズから構成される。この数値実施例３は、ズーミングに際し、図２５の簡易移動図に示すように、各レンズ群が移動する。
【００３２】
【表３】
【００３３】
［数値実施例４］
図１３は、数値実施例４のレンズ構成を示し、図１４、図１５及び図１６はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差を示す。表４はその数値データである。基本的なレンズ構成、変倍時の各レンズ群の簡易移動軌跡は数値実施例３と同じである。
【００３４】
【表４】
【００３５】［数値実施例５］
図１７は、数値実施例５のレンズ構成を示し、図１８、図１９及び図２０はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸収差を示す。表５はその数値データである。基本的なレンズ構成、変倍時の各レンズ群の簡易移動軌跡は、数値実施例１と同じである。
【００３６】
【表５】
【００３７】
［数値実施例６］
図２１は、数値実施例６のレンズ構成を示し、図２２、図２３及び図２４はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸収差を示す。表６はその数値データである。基本的なレンズ構成、変倍時の各レンズ群の簡易移動軌跡は、数値実施例３と同じである。
【００３８】
【表６】
【００３９】
各数値実施例の各条件式に対する値を表７に示す。
【表７】
【００４０】
表７からも明らかなように、実施例１ないし実施例６の数値は条件式（１）ないし（７）を満足しており、かつ収差図に示すように各焦点距離での諸収差もよく補正されている。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、小型のビデオカメラ、デジタルカメラ等に用いられるズームレンズ系であって、２倍程度の変倍比と、短焦点距離端で口径比１：３．５程度の明るさと、短焦点距離端での３０°以上の半画角とを有し、簡単なレンズ構成で安価なズームレンズ系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるズームレンズ系の数値実施例１のレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ構成の短焦点距離端での諸収差図である。
【図３】図１のレンズ構成の中間焦点距離での諸収差図である。
【図４】図１のレンズ構成の長焦点距離端での諸収差図である。
【図５】本発明によるズームレンズ系の数値実施例２のレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ構成の短焦点距離端での諸収差図である。
【図７】図５のレンズ構成の中間焦点距離での諸収差図である。
【図８】図５のレンズ構成の長焦点距離端での諸収差図である。
【図９】本発明によるズームレンズ系の数値実施例３のレンズ構成図である。
【図１０】図９のレンズ構成の短焦点距離端での諸収差図である。
【図１１】図９のレンズ構成の中間焦点距離での諸収差図である。
【図１２】図９のレンズ構成の長焦点距離端での諸収差図である。
【図１３】本発明によるズームレンズ系の数値実施例４のレンズ構成図である。
【図１４】図１３のレンズ構成の短焦点距離端での諸収差図である。
【図１５】図１３のレンズ構成の中間焦点距離での諸収差図である。
【図１６】図１３のレンズ構成の長焦点距離端での諸収差図である。
【図１７】本発明によるズームレンズ系の数値実施例５のレンズ構成図である。
【図１８】図１７のレンズ構成の短焦点距離端での諸収差図である。
【図１９】図１７のレンズ構成の中間焦点距離での諸収差図である。
【図２０】図１７のレンズ構成の長焦点距離端での諸収差図である。
【図２１】本発明によるズームレンズ系の数値実施例６のレンズ構成図である。
【図２２】図２１のレンズ構成の短焦点距離端での諸収差図である。
【図２３】図２１のレンズ構成の中間焦点距離での諸収差図である。
【図２４】図２１のレンズ構成の長焦点距離端での諸収差図である。
【図２５】本発明による数値実施例１、数値実施例２及び数値実施例５のズームレンズ系の簡易移動図である。
【図２６】本発明による数値実施例３、数値実施例４及び数値実施例６のズームレンズ系の簡易移動図である。
【符号の説明】
１０ 第１レンズ群
２０ 第２レンズ群
２１ 正レンズ
２２ 正レンズ
２３ 負レンズ
３０ 第３レンズ群
【技術分野】
本発明は、小型軽量なビデオカメラ、デジタルカメラ等に用いられる、短焦点距離端で半画角３０°以上の広画角と２倍程度の変倍比（ズーム比）を有し、簡単な構成で、安価なズームレンズ系に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
近年、ＣＣＤ等の小型撮像素子の小型化、高密度化にともない、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等で用いられるズームレンズ系も、小型化、高性能化が要求されている。また、この種のビデオカメラや電子スチルカメラに用いられている固体撮像素子は、受光面近傍に色分解フィルターを配置しているため、受光面に対してレンズからの光束が斜めに入射すると光がフィルターによってケラれてしまう。ケラレが生じると、周辺光量低下の原因となったり、色フィルターと画素の位置関係がずれることにより色むらを生じたりする。そのため、受光面に対してできるだけ垂直に近い状態で光束が入射するような、いわゆる良好なテレセントリック特性を得る為に、射出瞳が像面から遠く離れたような光学系が要求される。
【０００３】
また、近年のズームコンパクトカメラとしては、撮影状態での小型化も重要であるが、それに加えて、レンズを収納して携帯するときのカメラのコンパクト性が重要な小型化の要素となってきている。つまり、この種のズームレンズ系には、レンズ収納時、すなわちレンズの沈胴時の薄型化も望まれる。この薄型化を実現する為に、ズームレンズ系を構成する各レンズ群のレンズ全長の薄型化や、機械的な負担を少なくする為にズーム時の各群の移動量を小さく抑えることが必要とされる。
【０００４】
従来の小型ズームレンズ系としては、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群からなる２群ズームレンズ系が知られている。しかしながら、これらの２群ズームレンズ系の多くは、射出瞳位置が比較的像面に近く、ＣＣＤなどの固体撮像素子用としては好ましくない。
【０００５】
これを解決する為の構成枚数が少なく安価な光学系として既に、例えば、特開平１０−２０６７３２号公報、特開平１１−２１１９８４号公報に示されるように、第２レンズ群と撮像素子の間に固定あるいは移動可能な比較的強い屈折力を有する正レンズ群を配置して、テレセントリック特性を向上させた構成の２群ズームレンズ系が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特開平１０−２０６７３２号公報の２群ズームレンズ系は、５枚のレンズからなる簡単な構成で変倍光学系を構成しているが、短焦点距離端での口径比が４以上と大きく、また変倍が不連続で連続変倍可能なズームレンズ系として構成されていないという欠点がある。
【０００７】
また、特開平１１−２１１９８４号公報の２群ズームレンズ系は、３群構成の６枚のレンズからなる簡単なレンズ系でズーム比２倍程度のズームレンズ系を達成しているが、短焦点距離端での半画角が２５°程度と狭く、第１レンズ群、第３レンズ群に高度な加工技術を有する非球面レンズを採用するなど、広角化、低コスト化という点ではまだ満足できるものではなく改善の余地があった。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、小型のビデオカメラ、デジタルカメラ等に用いられ、２倍程度の変倍比と、短焦点距離端で口径比１：３．５程度の明るさと、短焦点距離端での３０°以上の半画角とを有し、高解像度の撮像素子にも十分対応可能な結像性能を有し、簡単な構成で、非球面等の特殊な面を採用することなく安価でコンパクトなズームレンズ系を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】
本発明のズームレンズ系は、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群、正のパワーを有する第２レンズ群、及び正のパワーを有する第３レンズ群の３つのレンズ群からなり、前記第１レンズ郡は１枚の物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズのみから構成され、前記第３レンズ群は１枚の両凸正レンズのみから構成され、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、少なくとも前記第１レンズ群と前記第２レンズ群を移動させて変倍を行い、開口絞りは第２レンズ群の物体側に配置され、第２レンズ群と一体で移動するように構成され、次の条件式（１）、（２）を満足することを特徴としている。
（１）０．２５＜Ｒ１／Ｄ１＜０．５５
（２）０．２５＜ｆ２／ＴＬ＜０．４５
但し、
Ｒ１：第１レンズ群を構成する負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径、
Ｄ１：短焦点距離端における第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、
ＴＬ：短焦点距離端における第１レンズ群の物体側の面から第３レンズ群の像側の面までの光軸に沿った距離、
である。
【００１０】
第２レンズ群は、例えば、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズと、正レンズと負レンズの接合レンズからなる３つのレンズから構成して、その最も像側の面を発散面とし、次の条件式（３）を満足させるのが好ましい。
（３）０．５＜Ｒ２／ｆｗ＜１．０
但し、
ｆｗ：短焦点距離端におけるレンズ全系の焦点距離、
Ｒ２：第２レンズ群の最も像側の面の曲率半径、
である。
【００１１】
本発明のズームレンズ系は、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、第１レンズ群は像面側に単調に移動し、第２レンズ群は物体側に単調に移動し、第３レンズ群は第２レンズ群と一緒に移動することにより変倍を行わせる第１の態様、または第１レンズ群は像面側に単調に移動し、第２レンズ群は物体側に単調に移動し、第３レンズ群は像面に対して固定したままで変倍を行う第２の態様が可能である。
第１の態様では、次の条件式（４）、（５）を満足するのが好ましい。
（４）２．２＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜３．０
（５）１．０＜ｆ３／ｆｗ＜１．９
【００１２】
また第２の態様では、次の条件式（６）、（７）を満足するのが好ましい。
（６）２．７＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜３．３
（７）１．７＜ｆ３／ｆｗ＜２．３
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離、
である。
【００１３】
【発明の実施形態】
図１、図５、図９、図１３、図１７及び図２１の各数値実施例のレンズ構成図に示すように、本発明によるズームレンズ系は、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群１０、正のパワーを有する第２レンズ群２０、及び正のパワーを有する第３レンズ群３０の３つのレンズ群からなっている。各レンズ構成図は、デジタルカメラ用のズームレンズ系に本発明を適用したもので、Ｇは、ローパスフィルター、赤外線カットフィルター、ＣＣＤカバーガラス等の各種フィルター類を１枚の平行平面板で表したものである。
【００１４】
図２５と図２６は、本発明によるズームレンズ系の２つのタイプの簡易移動図である。図２５のタイプは、第２レンズ群と第３レンズ群を一緒に移動させる２群タイプの移動態様であり、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、第１レンズ群１０は、短焦点距離端（短焦点距離端）Ｗから中間焦点距離Ｍを経て長焦点距離端（長焦点距離端）Ｔに単調に像面側に移動し、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０は一緒に物体側に単調に移動する。開口絞りＳは、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０の間に位置し、変倍に伴って第２レンズ群２０と一体となって移動する。
【００１５】
図２６のタイプは、第３レンズ群を固定し、第１レンズ群と第２レンズ群だけで変倍する移動態様であり、短焦点距離端Ｗから長焦点距離端Ｔへの変倍に際して、第１レンズ群は、像面側に単調に移動し、第２レンズ群は、物体側に単調に移動する。第３レンズ群は、像面に対して固定で第１レンズ群と第２レンズ群の移動で変倍を行なう。開口絞りＳは、第１レンズ群と第２レンズ群の間に位置し、変倍に伴って第２レンズ群と一体となって移動する。
【００１６】
以下、各条件式について説明する。
条件式（１）は、第１レンズ群１０を１枚の負メニスカスレンズで構成したことから、第２レンズ群２０の近傍に配置された開口絞りに対して負メニスカスレンズの距離と曲率半径を適切に配置することにより、諸収差を良好に補正するための条件である。
条件式（１）の上限を超えて、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０の間隔に対して第１レンズ群１０の負メニスカスレンズの凹面の曲率半径が緩くなりすぎると、特に短焦点距離端における歪曲収差を小さくすることが困難になるとともに、全長を小さくすることが困難になる。逆に、条件式（１）の下限を超えて、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０の間隔に対して負メニスカスレンズの凹面の曲率半径が強くなりすぎると、第１レンズ群１０のパワーが増大し過ぎコマ収差が悪化するとともに、短焦点距離端と長焦点距離端での像面湾曲をバランス良く補正することが困難となる。
【００１７】
条件式（２）は、第２レンズ群２０の焦点距離と、短焦点距離端における第１レンズ群１０の物体側の面から第３レンズ群３０の像側の面までの光軸に沿った距離、すなわちレンズ全長とに関する条件である。この条件式（２）のように第２レンズ群２０の正のパワーを適切に配分することにより、小型化と収差補正のバランスをとることができる。
条件式（２）の下限を超えてレンズ全長に対して第２レンズ群２０のパワーが強くなりすぎると、像面がアンダーになり過ぎる。逆に、条件式（２）の上限を超えてレンズ全長に対して第２レンズ群２０のパワーが弱くなりすぎると、全長を短く保ったまま、球面収差、像面湾曲とのバランスをとることが困難になる。
【００１８】
第２レンズ群２０は、図１、図５、図９及び図１３の各数値実施例では、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、両凸形状の正レンズ、及び両凹形状の負レンズの３枚のレンズからなっていて、両凸形状の正レンズ、及び両凹形状の負レンズは接合されている。本実施形態のズームレンズ系では、第２レンズ群２０は変倍レンズ群である為、強いパワーを有する。このため、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、両凸形状の正レンズ、及び両凹形状の負レンズの３枚のレンズから構成する場合においては、第２レンズ群２０中の第２、第３レンズ２２、２３は接合レンズとすることが好ましい。接合レンズとすることにより、加工上の誤差に起因する光学性能の低下を抑制でき、組立時の簡素化を図ることが可能になる。
【００１９】
さらに、第２レンズ群２０の最も像側の面は、条件式（３）を満足するような、強い発散面とするのが好ましい。第２レンズ群２０の最終面を発散面とすることにより、第２レンズ群２０から射出した光束を、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０間の比較的小さなレンズ間隔で光軸から離すことが可能になり、第３レンズ群３０で効率よく屈折させることにより良好なテレセントリック特性を得ることが可能となる。
【００２０】
条件式（３）の上限を超えて、第２レンズ群２０の最終面の曲率半径がゆるくなり発散のパワーが小さくなりすぎると、良好なテレセントリック特性を得る為には、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０の間隔を広げる必要が生じ、レンズ全長のコンパクト化という点で好ましくない。逆に、条件式（３）の下限を超えて、発散のパワーが強くなりすぎると、同時に第３レンズ群３０の正のパワーも増大しすぎて、球面収差、コマ収差を小さく補正することが困難になる。
【００２１】
条件式（４）、（５）は、図２４の簡易移動図のように、第３レンズ群３０を第２レンズ群２０と一緒に移動させて、いわゆる２群ズームとして変倍するときに良好な性能を得るための条件である。
条件式（４）は、第１レンズ群１０の屈折力に関する条件であり、小型化と変倍時の収差変化を良好に補正するための条件である。
条件式（４）の上限を超えて第１レンズ群１０の負の屈折力が過少になると、収差補正上は有利であるが、レンズ全長が長くなり、またそれに伴いレンズ径も増大するので小型化という点で好ましくない。逆に条件式（４）の下限を超えて第１レンズ群の負の屈折力が強くなりすぎると、それに伴い第２レンズ群２０の正の屈折力が増大し、変倍時の非点収差、歪曲収差をバランスよく補正することが困難になる。
【００２２】
条件式（５）は、第３レンズ群３０のパワーに関する条件であり、短焦点距離端での良好なテレセントリック特性と変倍時の収差変化のバランスを良好に補正するための条件である。
条件式（５）の上限を超えて第３レンズ群３０の屈折力が弱くなりすぎると、同時に第２レンズ群２０の屈折力が強くなりすぎ、短焦点距離から長焦点距離に変倍するときの収差変化が大きくなり好ましくない。逆に、条件式（５）の下限を超えると、第３レンズ群３０の屈折力が過大となり、短焦点距離端における射出瞳位置がそれにともない像面から離れテレセントリック特性はよくなるが、十分なバックフォーカスを確保したまま、球面収差や、像面の平坦性を良好に補正することが困難になる。
【００２３】
条件式（６）、（７）は、図２５の簡易移動図に示すように、第３レンズ群３０を像面に対して固定させて第１レンズ群１０と第２レンズ群２０だけで変倍するときに良好な性能を得るための条件である。第３レンズ群３０が像面近くにあるので、特に第３レンズ群３０でフォーカシングを行う場合には、駆動系の小型化などが可能になる。
【００２４】
条件式（６）は、第１レンズ群１０の屈折力に関する条件であり、条件式（４）と同様に小型化と変倍時の収差変化を良好に補正するための条件である。
条件式（６）の上限を超えて第１レンズ群１０の負の屈折力が過少になると、収差補正上は有利であるが、レンズ全長が長くなり、またそれに伴いレンズ径も増大するので、小型化という点で好ましくない。逆に、条件式（６）の下限を超えて第１レンズ群１０の負の屈折力が強くなりすぎると、それに伴い第２レンズ群２０の正の屈折力が増大し、非点収差、歪曲収差をバランスよく補正することが困難になる。
【００２５】
条件式（７）は、第３レンズ群３０の屈折力に関する条件であり、第３レンズ群３０を像面に対して固定して変倍する場合に良好なテレセントリック特性と、特に第３レンズ群３０でフォーカシングを行った時の無限遠物体から近距離物体までの収差変化を小さく抑える為の条件である。
条件式（７）の上限を超えて第３レンズ群３０の屈折力が弱くなりすぎると、短焦点距離端でのテレセントリック特性が悪化するとともに、フォーカシング時の移動量が大きくなり過ぎ、特に長焦点側における収差変化は小さくすることが困難になる。逆に、条件式（７）の下限を超えて第３レンズ群３０の屈折力が過大となると、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍時の射出瞳位置の変化が大きくなり過ぎ好ましくない。また、十分なバックフォーカスを確保したまま、良好に非点収差を補正することが困難になる。
【００２６】
次に具体的な数値実施例を示す。諸収差図中、球面収差で表される色収差（軸上色収差）図及び倍率色収差図中のｄ線、ｇ線、ｃ線はそれぞれの波長に対する収差であり、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。また、表中のＦＮｏはＦナンバー、ｆは全系の焦点距離、Ｗは半画角（゜）、ｆＢ はバックフォーカス（カバーガラスＧの最も像側の面から撮像面までの距離）、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔（空気間隔）、Ｎｄ はｄ線（波長５８８ｎｍ）の屈折率、νｄはアッベ数を示す。
【００２７】
［数値実施例１］
図１は、数値実施例１のレンズ構成を示し、図２、図３及び図４はそれぞれ、短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸収差を示す。表１はその数値データである。第１レンズ群１０は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１枚のみからなり、第２レンズ群２０は、物体側から順に、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズの２群３枚のレンズからなり、第３レンズ群３０は、両凸正レンズ１枚のみから構成されている。この数値実施例１は、ズーミングに際し、図２４の簡易移動図に示すように、各レンズ群が移動する。
【００２８】
【表１】
［数値実施例２］
図５は、数値実施例２のレンズ構成を示し、図６、図７及び図８はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸収差を示す。表２はその数値データである。基本的なレンズ構成、変倍時の各レンズ群の簡易移動軌跡は、数値実施例１と同じである。
【００３０】
【表２】
［数値実施例３］
図９は、数値実施例３のレンズ構成を示し、図１０、図１１及び図１２はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差を示す。表３はその数値データである。第１レンズ群１０は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１枚のレンズからなり、第２レンズ群２０は、物体側から順に、両凸正レンズ、両凸正レンズと両凹負レンズからなる接合レンズの２群３枚のレンズからなり、第３レンズ群３０は、両凸レンズから構成される。この数値実施例３は、ズーミングに際し、図２５の簡易移動図に示すように、各レンズ群が移動する。
【００３２】
【表３】
［数値実施例４］
図１３は、数値実施例４のレンズ構成を示し、図１４、図１５及び図１６はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差を示す。表４はその数値データである。基本的なレンズ構成、変倍時の各レンズ群の簡易移動軌跡は数値実施例３と同じである。
【００３４】
【表４】
図１７は、数値実施例５のレンズ構成を示し、図１８、図１９及び図２０はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸収差を示す。表５はその数値データである。基本的なレンズ構成、変倍時の各レンズ群の簡易移動軌跡は、数値実施例１と同じである。
【００３６】
【表５】
［数値実施例６］
図２１は、数値実施例６のレンズ構成を示し、図２２、図２３及び図２４はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸収差を示す。表６はその数値データである。基本的なレンズ構成、変倍時の各レンズ群の簡易移動軌跡は、数値実施例３と同じである。
【００３８】
【表６】
各数値実施例の各条件式に対する値を表７に示す。
【表７】
表７からも明らかなように、実施例１ないし実施例６の数値は条件式（１）ないし（７）を満足しており、かつ収差図に示すように各焦点距離での諸収差もよく補正されている。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、小型のビデオカメラ、デジタルカメラ等に用いられるズームレンズ系であって、２倍程度の変倍比と、短焦点距離端で口径比１：３．５程度の明るさと、短焦点距離端での３０°以上の半画角とを有し、簡単なレンズ構成で安価なズームレンズ系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるズームレンズ系の数値実施例１のレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ構成の短焦点距離端での諸収差図である。
【図３】図１のレンズ構成の中間焦点距離での諸収差図である。
【図４】図１のレンズ構成の長焦点距離端での諸収差図である。
【図５】本発明によるズームレンズ系の数値実施例２のレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ構成の短焦点距離端での諸収差図である。
【図７】図５のレンズ構成の中間焦点距離での諸収差図である。
【図８】図５のレンズ構成の長焦点距離端での諸収差図である。
【図９】本発明によるズームレンズ系の数値実施例３のレンズ構成図である。
【図１０】図９のレンズ構成の短焦点距離端での諸収差図である。
【図１１】図９のレンズ構成の中間焦点距離での諸収差図である。
【図１２】図９のレンズ構成の長焦点距離端での諸収差図である。
【図１３】本発明によるズームレンズ系の数値実施例４のレンズ構成図である。
【図１４】図１３のレンズ構成の短焦点距離端での諸収差図である。
【図１５】図１３のレンズ構成の中間焦点距離での諸収差図である。
【図１６】図１３のレンズ構成の長焦点距離端での諸収差図である。
【図１７】本発明によるズームレンズ系の数値実施例５のレンズ構成図である。
【図１８】図１７のレンズ構成の短焦点距離端での諸収差図である。
【図１９】図１７のレンズ構成の中間焦点距離での諸収差図である。
【図２０】図１７のレンズ構成の長焦点距離端での諸収差図である。
【図２１】本発明によるズームレンズ系の数値実施例６のレンズ構成図である。
【図２２】図２１のレンズ構成の短焦点距離端での諸収差図である。
【図２３】図２１のレンズ構成の中間焦点距離での諸収差図である。
【図２４】図２１のレンズ構成の長焦点距離端での諸収差図である。
【図２５】本発明による数値実施例１、数値実施例２及び数値実施例５のズームレンズ系の簡易移動図である。
【図２６】本発明による数値実施例３、数値実施例４及び数値実施例６のズームレンズ系の簡易移動図である。
【符号の説明】
１０ 第１レンズ群
２０ 第２レンズ群
２１ 正レンズ
２２ 正レンズ
２３ 負レンズ
３０ 第３レンズ群
Claims (4)
- 物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群、正のパワーを有する第２レンズ群、及び正のパワーを有する第３レンズ群の３つのレンズ群からなり、
前記第１レンズ郡は物体側に凸面を向けた１枚の負メニスカスレンズのみから構成され、前記第３レンズ群は１枚の両凸正レンズのみから構成され、
短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、少なくとも前記第１レンズ群と前記第２レンズ群を移動させて変倍を行い、開口絞りは第２レンズ群の物体側に配置され、第２レンズ群と一体で移動するように構成され、
次の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とするズームレンズ系。
（１）０．２５＜Ｒ１／Ｄ１＜０．５５
（２）０．２５＜ｆ２／ＴＬ＜０．４５
但し、
Ｒ１：第１レンズ群を構成する負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径、
Ｄ１：短焦点距離端における第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、
ＴＬ：短焦点距離端における第１レンズ群の物体側の面から第３レンズ群の像側の面までの光軸に沿った距離。 - 前記第２レンズ群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズと、正レンズと負レンズの接合レンズからなる３枚のレンズからなり、その最も像側の面は発散面を有し、次の条件式（３）を満足する請求項１記載のズームレンズ系。
（３）０．５＜Ｒ２／ｆｗ＜１．０
但し、
ｆｗ：短焦点距離端における全系の焦点距離、
Ｒ２：第２レンズ群の最も像側の面の曲率半径。 - 短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、前記第１レンズ群は像面側に単調に移動し、前記第２レンズ群は物体側に単調に移動し、前記第３レンズ群は第２レンズ群と一緒に移動することにより変倍を行い、次の条件式（４）、（５）を満足する請求項１または２記載のズームレンズ系。
（４）２．２＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜３．０
（５）１．０＜ｆ３／ｆｗ＜１．９
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離。 - 短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、前記第１レンズ群は像面側に単調に移動し、前記第２レンズ群は物体側に単調に移動し、前記第３レンズ群は像面に対して固定したままで変倍を行い、次の条件式（６）、（７）を満足する請求項１または２記載のズームレンズ系。
（６）２．７＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜３．３
（７）１．７＜ｆ３／ｆｗ＜２．３
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