JP2006337806A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】小型ズームレンズを提供すること。
【解決手段】物体側から順に、負の屈折力を有し像側が凹面の１枚の第１レンズ群Ｇ１と、屈折力が正、正、負の３枚のレンズを有し最も像側のレンズの像側が凹面の第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有し像側が凸面の１枚の第３レンズ群Ｇ３からなり、次の（１）〜（５）式を満たす構成とした。
０．７＜ｆｗ／ｆ２＜０．９１ （１）
０．４４＜ｆｗ／ｆ３＜０．５５ （２）
１．３３＜ｒ２／ｆｗ＜３．６７ （３）
ｎｄ２＞１．７ （４）
ν２＜３０ （５）
但し、
ｆｗ：短焦点距離端におけるズームレンズ全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｒ２：第１レンズ群の像側の面の曲率半径
ｎｄ２：第２レンズ群の最も像側のレンズのｄ線での屈折率
ν２：第２レンズ群の最も像側のレンズのアッベ数
【選択図】図２

Description

本発明は固体撮像素子を用いた撮像装置のズームレンズに関するものである。

近年、デジタルスチルカメラや携帯電話用カメラ等のように、ＣＣＤやＣＭＯＳからなる固体撮像素子を用い、携帯性に優れたカメラが急速に普及してきているが、このようなカメラ用のレンズ機能として、特にズーム（変倍）が可能なレンズの需要が高まっている。従って、限られたスペースに搭載可能な小型のズームレンズが必要とされてきている。

このような小型ズームレンズの具現例として、たとえば特許文献１や特許文献２が知られている。これらのズームレンズは３群からなり、レンズ各群の屈折率が物体側から負、正、正のものが提案されている。すなわち、レンズ群を物体側から第１群、第２群、第３群とした場合、第１群は広画角からの光の取り込み、第２群は変倍、第３群は合焦作用を有するものである。

このうち、特許文献１に示されたズームレンズはレンズ総枚数が６枚で、広角端での半画角が約２５度、ズーム比２倍弱のものである。また、特許文献１に記載されている小型化の目安（レンズ全長と広角端での焦点距離の比であり、前者÷後者が小さいほど小型）は４倍程度である。

特許文献２に示されたズームレンズはレンズ総枚数が５枚で、広角端での半画角が約３２度、ズーム比２倍弱、レンズ全長と広角端での焦点距離の比が６倍弱の広角ズームレンズの例である。
特開平１１−２１１９８４号公報 特開２００４−５３７５１号公報

しかしながら、上記特許文献１のズームレンズは、確かに特許文献２のズームレンズに比べ小型であるが、レンズ総数６枚の内、ズームのために移動する第２群に４枚も用いているため、多数のレンズを動かす機構が大きくなり、今後ますます軽薄短小化が予測されるデジタルスチルカメラや携帯電話用ズームレンズには機構部分を含めた全体の小型化という点で改善の余地がある。

さらに、広角端での半画角が約２５度では広範囲を撮像するには小さく、ズーム比も２倍以下であるため、広角ズームレンズとしては十分満足できるものではなかった。

また、上記特許文献２のズームレンズは、確かにレンズ総枚数を５枚にして小型化を目指しつつ広角端での半画角として３２度を確保しているので、広角という点では十分である。

しかし、ズームレンズの大きさの点ではレンズ総枚数を５枚にしたにもかかわらず半画角を広く確保するために広角端でのレンズ全長が広角端での焦点距離の６倍近くと、特許文献１のズームレンズに比べかえって大きくなってしまい、小型化に対しては十分満足できるものではなかった。

さらにズーム比も特許文献１のズームレンズと同様に２倍以下で不十分であった。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、デジタルスチルカメラや携帯電話用カメラに十分内蔵できる固体撮像素子用の広角、高ズーム比の小型ズームレンズを提供することを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明のズームレンズは、物体側から像側へ向かって順に、負の屈折力を有し像側が凹面である１枚の第１レンズ群と、屈折力が正、正、負の３枚のレンズから構成され最も像側のレンズの像側が凹面である第２レンズ群と、正の屈折力を有し像側が凸面である１枚の固定された第３レンズ群からなり、短焦点距離端から長焦点距離端への移動時に前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の光軸上の間隔が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の光軸上の間隔が増大するように移動するとともに、以下の条件式（１）〜（５）を満足する構成としたものである。

０．７＜ｆｗ／ｆ２＜０．９１……（１）
０．４４＜ｆｗ／ｆ３＜０．５５……（２）
１．３３＜ｒ２／ｆｗ＜３．６７……（３）
ｎｄ２＞１．７……（４）
ν２＜３０……（５）
但し、
ｆｗ：短焦点距離端におけるズームレンズ全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｒ２：第１レンズ群の像側の面の曲率半径
ｎｄ２：第２レンズ群の最も像側のレンズのｄ線での屈折率
ν２：第２レンズ群の最も像側のレンズのアッベ数
本構成によって、レンズ総枚数を５枚とした場合の最適条件のレンズ構成が得られる。その結果、前記目的を達成することが可能となる。

本発明のズームレンズによれば、レンズ総枚数を５枚とした場合の構成において広角、高ズーム比、小型化を同時に達成するズームレンズを実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるズームレンズの概略配置図である。図１において、ズームレンズ１は物体側から像側へ向かって順に以下のレンズ構成を有する。

まず、負の屈折力を有し、像側が凹面である１枚の第１レンズＬ１からなる第１レンズ群Ｇ１が配される。これにより広角からの光の取り込みを行う。

次に、開口絞りＳ１と、屈折力が正の第２レンズＬ２、屈折力が正の第３レンズＬ３、屈折力が負で像側が凹面の第４レンズＬ４の３枚のレンズから構成される第２レンズ群Ｇ２が配される。これにより変倍を行う。

次に、正の屈折力を有し、像側が凸面である１枚の固定された第５レンズＬ５からなる第３レンズ群Ｇ３が配される。これにより合焦を行う。

次に、光学フィルタとして平板ガラスＬ６が配される。

最後に、像面Ｉに図示しない固体撮像素子が配される構造となっている。

なお、第２レンズ群Ｇ２を上記３枚のレンズ構成とし、第４レンズＬ４の像側面に凹面を有する構成としたが、これにより大きな屈折力を実現すると同時に収差補正を良好に行うことが可能となるため、レンズ光学長の短縮が可能となる。

また、第４レンズＬ４の像側面を凹面としたのは以下の理由による。

固体撮像素子を用いたレンズ光学系では、光の像面、すなわち固体撮像素子面への入射角は小さいほうが望ましい。これは、前記入射角が大きいと固体撮像素子の感度が低下するためである。

本実施の形態１では第４レンズＬ４の像側面を凹面、すなわち発散面にすることにより、第３レンズ群Ｇ３に到達する段階までに光を光軸から離れた位置にまで持ち上げることが可能となる。その状態で第３レンズ群Ｇ３により合焦を行うことで、前記入射角を小さくすることが可能となる。

以上のことから第４レンズＬ４の像側面を凹面とした。

次に、ズームレンズ１の動作について説明する。

ズームレンズ１がズーム動作を行う際は、第３レンズ群Ｇ３が固定されているので、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２のみが図示しない駆動部によって移動する簡易な構造となっている。

各レンズ群は図１の下部に矢印で示した方向に動く。すなわち、短焦点距離端から長焦点距離端への移動時には、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の光軸上の間隔が減少する方向に移動する。従って、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の光軸上の間隔は増大する。

長焦点距離端から短焦点距離端への第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の移動は上記と逆の方向となる。

なお、本実施の形態１では第２レンズ群Ｇ２の物体側に開口絞りＳ１を設けているが、これは光学設計上の絞り位置とは異なる。これは以下の理由による。

本来、レンズの明るさを示すＦ値ＦＮＯが一定の場合、光学絞りＳ２の位置では変倍に応じて焦点距離ｆが変化するので、それに応じて、その開口径（入射瞳径Ｄに相当）を変動させる必要がある。これはＦＮＯが（８）式で定義されることから明らかである。

ＦＮＯ＝ｆ／Ｄ……（８）
本実施の形態１では変倍時にも光束幅の変化が少ない位置を選択して開口絞りＳ１を設置し、その位置で像面Ｉの中心に到達する光束の上下端光線が遮光されない開口絞り径を設定している。これにより変倍に応じて、本来第４レンズＬ４の内部もしくはその近傍に位置する光学設計上の光学絞りＳ２の径を変更する必要がなくなり変倍機構を簡略化できる。その結果、小型化が可能となる。

以上の理由により、開口絞りＳ１を第２レンズ群Ｇ２の物体側に設けた。

このようにしてズーム動作が達成されている。

なお、本実施の形態１で述べたズームレンズは以下に順次説明する各条件式を満足するように構成されている。

０．７＜ｆｗ／ｆ２＜０．９１……（１）
０．４４＜ｆｗ／ｆ３＜０．５５……（２）
但し、
ｆｗ：短焦点距離端におけるズームレンズ全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群Ｇ２の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群Ｇ３の焦点距離
条件式（１）の範囲を満たすことによって、レンズ光学長を縮小することが可能となる。すなわち、パラメータｆｗ／ｆ２が大きいほど第２レンズ群Ｇ２の屈折力が大きいことを表すが、この場合、変倍に際して第２レンズ群Ｇ２が光軸上を移動するのに必要な距離が短縮されるため、レンズ光学長が短くなり、ズームレンズ全体の小型化が可能となる。

条件式（２）の範囲を満たすことによって、最適なバックフォーカス（最も像側の第５レンズＬ５の像側面と固体撮像素子間の距離）を確保することができるため、小型化と、固体撮像素子用レンズに必要な赤外光カットフィルタあるいはローパスフィルタの挿入を両立することが可能となる。

なお、条件式（１）の下限を下回った場合には第２レンズ群Ｇ２の屈折力が十分でなくなり、レンズ光学長の短縮が困難となる。

条件式（１）の上限を上回った場合には第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力が強くなりすぎる。この場合、以下の理由で不都合が生じる。

変倍の際に第２レンズ群Ｇ２を通過した光が第３レンズ群Ｇ３に至るまでの光束の減少量は小さくなければならない。なぜなら、第２レンズ群Ｇ２がどの位置に移動しても、第３レンズ群Ｇ３に光が到達した時点で同程度の光束でないと、第３レンズ群Ｇ３を通過した光の合焦点が第２レンズ群Ｇ２の位置に依存してしまうためである。その結果、変倍に伴って像面Ｉを移動させなければならなくなる。

これを回避するためには第１レンズ群Ｇ１で第２レンズ群Ｇ２に対応した大きな負の屈折力を持たせればよいが、その場合、単レンズから構成される第１レンズＬ１での収差発生量が大きくなり、良好な光学特性が得られなくなる。

従って、条件式（１）の上限を上回らないように構成しなければならない。

一方、条件式（２）では、パラメータｆｗ／ｆ３が大きいほど、第３群の屈折力が大きくなることを表しているので、条件式（２）の下限を下回った場合には第３群の屈折力が弱くなりすぎ、バックフォーカスが長くなりすぎてしまう。従って、レンズ全長の小型化を実現することが困難となる。

条件式（２）の上限を上回った場合には第３レンズ群Ｇ３の屈折力が強くなりすぎ、バックフォーカスが短くなるため、前記のフィルタ類を挿入することが困難となる。

また、本実施の形態１におけるズームレンズ１は以下の条件式（３）を満足している。

１．３３＜ｒ２／ｆｗ＜３．６７……（３）
但し、
ｒ２：第１レンズ群Ｇ１の像側の面の曲率半径
ｆｗ：短焦点距離端におけるズームレンズ全系の焦点距離
条件式（３）の範囲を満たすことで、第２レンズ群Ｇ２以降での収斂群による像面への結像が最適な距離となるので、小型化が可能となる。

条件式（３）の下限を下回った場合は、第１レンズＬ１の像側凹面の発散力が強すぎるため、第２レンズ群Ｇ２以降での収斂群による像面への結像に距離を有するようになり、レンズ光学長の短縮化が困難になる。

条件式（３）の上限を上回った場合は、第１レンズＬ１の像側凹面の発散力が弱すぎるため、それに応じて第２レンズ群Ｇ２以降での収斂力を低下させる必要があるが、その場合、収差補正を十分に行ないながら、第２レンズ群Ｇ２の移動による変倍比を同時に確保することが困難になる。

また、本実施の形態１におけるズームレンズ１は以下の条件式（４）、（５）を満足している。

ｎｄ２＞１．７……（４）
ν２＜３０……（５）
但し、
ｎｄ２：第４レンズＬ４（第２レンズ群の最も像側のレンズ）のｄ線での屈折率
ν２：第４レンズＬ４のアッベ数
条件式（４）、（５）の範囲を満たすには、第４レンズＬ４に高屈折率かつ高分散の材料を用いることになる。これにより、小さな曲率のレンズ面で光線を屈折させ、十分光軸から離れた位置まで持ち上げることが可能となるので、収差発生を低減できると同時に、レンズの小型化も可能となる。

また、高分散材料であることから、第２レンズ群Ｇ２を構成する他の２枚の正の第２レンズＬ２、第３レンズＬ３との間で色収差補正を良好に行うことが可能となる。

従って、条件式（４）、（５）の範囲を同時に満たす材料を第４レンズＬ４に用いることで、小型化と同時に諸収差も低減することが可能となる。

なお、条件式（４）、（５）の範囲を逸脱すると、第４レンズＬ４で光線を十分に屈折させられず、ズームレンズ１の全体が大型化するとともに、諸収差も十分に補正されず良好な画像が得られなくなる。

また、本実施の形態１におけるズームレンズ１は以下の条件式（６）を満足している。

ν１＞５２……（６）
但し、
ν１：第１レンズ群Ｇ１のアッベ数
条件式（６）の範囲を満たす、すなわち、低分散材料を用いることによって負の屈折力を有する１枚の第１レンズＬ１でも色収差発生を抑制することが可能となる。

従って、一般的には色収差除去は低分散、すなわち屈折率の波長依存性が小さい材料からなる凸レンズと高分散材料からなる凹レンズを用い、両者のレンズ形状を適切に選択することで行われているのに対し、本実施の形態１では１枚の第１レンズＬ１で色収差発生を抑制できるため、小型化が可能となる。

条件式（６）の範囲を逸脱すると、アッベ数が小さくなるため色収差が発生し、良好な画像が得られなくなる。

また、本実施の形態１におけるズームレンズ１は以下の条件式（７）を満足している。

０．５１＜ｒ８／ｆｗ＜０．８……（７）
但し、
ｒ８：第４レンズＬ４（第２レンズ群の最も像側のレンズ）の像側面の曲率半径
ｆｗ：短焦点距離端におけるズームレンズ全系の焦点距離
条件式（７）の範囲を満たすことで、第４レンズＬ４の像側面の発散力が好適となるため、固体撮像素子の感度を低下させることなく良好な光学性能を確保できる。

条件式（７）の下限を下回った場合は、第４レンズＬ４の像側面の発散力が強くなりすぎるため、第３レンズ群Ｇ３の集光力を強くする必要がある。その場合、第３レンズ群Ｇ３を構成する正レンズのレンズ面曲率を大きくする必要が生じるが、これにより収差が発生してしまう。

条件式（７）の上限を上回った場合は、第４レンズＬ４の像側面の発散力が弱くなりすぎるため、光を十分に光軸から離れた高さまで持ち上げることが困難になる。その結果、第３レンズ群Ｇ３を通過した後で光の像面Ｉへの入射角が増加するため好ましくない。

なお、本実施の形態１では第４レンズＬ４の像側面に非球面を形成している。これは以下の理由による。

第４レンズＬ４の像側面は強い発散力を有するため、球面レンズでは周辺部で収差発生が大きくなるが、非球面を導入することで前記収差発生を低減することが可能となる。

さらに、本実施の形態１では第５レンズＬ５の像側面にも非球面が形成され、前記非球面の曲率は第５レンズＬ５の中心から離れるにしたがって増加するように構成している。これは以下の理由による。

第５レンズＬ５の像側面は光が通過する最終レンズ面になるが、この面に非球面を形成し、レンズ周辺部の面形状を最適にすることにより、主に歪曲収差を低減することが可能となる。

加えて、前記非球面の曲率を中心から離れるにしたがって増加させることにより、非球面周辺部での光線の屈折効果を増加させ、像面Ｉでの最大像高付近で最大となる光線入射角を低減させることが可能となる。

このように第４レンズＬ４と第５レンズＬ５に非球面を構成したことで、良好な収差補正ができる高画質のズームレンズを得ることができる。

以上の構成、動作により、広角、高ズーム比で小型化が可能なズームレンズが実現できた。

なお、本実施の形態１に基づいた具体的なズームレンズの構成、および従来と比べた具体的な効果については後述する実施例１で説明する。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２のズームレンズのレンズ構成図である。

図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。

本実施の形態２の本実施の形態１とは異なる特徴部分は以下の通りである。

・第１レンズＬ１を両凹レンズとし、像側を非球面とした
・前記非球面の曲率は第１レンズＬ１の中心から離れるに従って減少するように構成した
・第２レンズＬ２を両凸レンズとした
・第３レンズＬ３、第５レンズＬ５を凸メニスカスレンズとした
・第４レンズＬ４を凹メニスカスレンズとした
・光学絞りＳ２の位置を変更した（具体的な位置は実施例中で述べる）
以上のズームレンズ１は実施の形態１と同様に条件式（１）〜（７）を満たすように構成した。

なお、第１レンズＬ１は少なくとも一方の面（本実施の形態２では像側面）に非球面が形成され、前記非球面の曲率は中心から離れるにしたがって減少するように構成しているが、これは以下の理由による。

一般に球面レンズでは近軸曲率半径でレンズ周辺部の形状も規定されるので、本実施の形態１の第１レンズＬ１のように球面レンズで構成すると、その直径が小さくなり、周辺部でレンズ面と光軸に垂直な方向がなす傾きが大きくなる。その結果、レンズ周辺部を通過する光線に起因する収差発生が大きくなってしまい、これを補正するにはレンズ光学長が長くなってしまう。

そこで、非球面を用いることによって、前記レンズ周辺部の傾きをコントロールすることが可能となり、レンズ光学長が短くても収差発生を低減できるようになる。

上記のようにレンズ構成を実施の形態１と異なるものにすることで、後述する実施例２〜７の具体的効果に示したように、特により小型化が可能な広角、高ズーム比のズームレンズが実現できた。

以下、本発明に係る７つの実施例について説明する。

ここで、各実施例の表中に使用する記号の意味は下記の通りである。

ｒ：近軸曲率半径（ｍｍ）
ｄ：光軸におけるレンズ厚またはレンズ間隔（ｍｍ）
ｎ_d：ｄ線の屈折率
ν_d：ｄ線のアッベ数
Ｌ：ズームレンズ全系の軸方向の光学長（ｍｍ）
Ｔ２：広角端から望遠端に至る場合の第２レンズ群Ｇ２のレンズ移動量（ｍｍ）
ｂｆ：バックフォーカス（第３レンズ群Ｇ３の像側面から像面Ｉまでの距離：ｍｍ）
また、各実施例においてレンズの非球面の形状は、光軸方向にｚ軸、光軸と直交する方向にｘ軸、ｙ軸をそれぞれとる直交座標系を用いると、（９）式で表される。

ｚ＝（ｈ²／ｒ）／「１＋√｛１−（１＋Ｋ）（ｈ／ｒ）²｝」＋Ａ₄・ｈ⁴＋Ａ₆・ｈ⁶＋Ａ₈・ｈ⁸＋Ａ₁₀・ｈ¹⁰＋Ａ₁₂・ｈ¹²……（９）
但し、
ｈ＝√（ｘ²＋ｙ²）
ｋ＝コニカル定数
Ａ_p（ｐ＝４，６，８，１０，１２）：高次の非球面係数
なお、後述する表中のＫおよびＡ_pの表記については、例えば「６．０２３４５６Ｅ−０４」は６．０２３４５６×１０^-4を表すと定義する。これらの数値によって非球面形状が特徴付けられる。

（実施例１）
実施例１は実施の形態１に係るズームレンズ１において、第１レンズＬ１の像側の凹面が球面レンズの場合の一例であり、そのデータを（表１）〜（表４）に示す。

ここで、（表１）、（表２）は各レンズの数値データ（仕様）表を、（表３）は非球面係数表を、（表４）はズームレンズ１の全体諸元表をそれぞれ示す。

（表４）より、実施例１におけるズームレンズ１の焦点距離はズーム動作に応じて３．８０ｍｍから９．５０ｍｍまで変化する小型のものとした。また、明るさを示すＦ値は３．４とした。

以上の２種類の数値は以下に示す全ての実施例において同一とした。

なお、（表１）のｄ欄に記載されたｄ２およびｄ１０の値はズーム動作によって変わるため、ズームによる焦点距離の最短時、中間時、最長時のｄ２，ｄ１０の値を（表２）に示した。この標記方法も以下の全実施例に共通である。

また、条件式（１）〜（７）に示したパラメータの計算結果は（表２９）に他の実施例とともにまとめて示してある。

実施例１におけるズームレンズ１の概略配置は図１に示したものと同一であるため、詳細な説明は省略する。

次に、実施例１のパラメータ条件をまとめる。

まず、ズームレンズ１の大きさ（ズームレンズ全系の軸方向の光学長Ｌ）は（表１）のｄ欄のうち物体面からの距離５００ｍｍを除く全ての値を合計することで得られるが、ｄ２，ｄ１０は前記の通りズーム動作で変化するので、最長の組合せ（広角端）となるｄ２，ｄ１０を選定した。その結果Ｌは１６ｍｍとなり、最長の組合せでもデジタルスチルカメラ等に内蔵できるほどの小型であることがわかる。

ここで、特許文献１に記載された小型化の目安を求めると、Ｌと広角端での焦点距離（（表４）の焦点距離の最小値参照）の比は約４．２で特許文献２の値（約６）より十分小さく、特許文献１の値（約４）とほぼ同等の小ささのズームレンズであることがわかる。

また、（表３）の非球面係数表より、第１０面（第４レンズＬ４の像側面）と、第１２面（第５レンズＬ５の像側面）の計２面に非球面を設けた。なお、第２面（第１レンズＬ１の像側面）は本実施例１では球面としたが、それでもＬ＝１６ｍｍの小型化が達成できる。

なお、広角端の半画角は（表４）の画角のうち最大値を半分にした値であるので、ここでは約３４度となる。また、ズーム比は焦点距離の最大値と最小値の比であるので、（表４）より２．５倍となる。

これらの値は特許文献１の値（半画角約２５度、ズーム比２倍弱）や特許文献２の値（半画角約３２度、ズーム比２倍弱）をいずれも上回り、高性能ズームレンズが得られることがわかる。

ここで本実施例では、（表２９）より、条件式（１）〜（７）に示したパラメータのうち、条件式（１），（２），（３）に対しては最小近傍、条件式（６），（７）に対しては最大近傍、その他が各条件式の範囲内の場合とした。

このようなレンズの収差図を図３に示す。図３はズームレンズ１の諸収差図であり、図３（ａ−１）は広角端での球面収差図を、（ａ−２）は広角端での歪曲収差図を、（ａ−３）は広角端での非点収差図を、（ｂ−１）は中間焦点距離での球面収差図を、（ｂ−２）は中間焦点距離での歪曲収差図を、（ｂ−３）は中間焦点距離での非点収差図を、（ｃ−１）は望遠端での球面収差図を、（ｃ−２）は望遠端での歪曲収差図を、（ｃ−３）は望遠端での非点収差図を、それぞれ示している。

図３より、これらの範囲において小型でありながら良好な収差補正ができるズームレンズが実現できた。

（実施例２）
実施例２は実施の形態２に係るズームレンズ１の一例であり、そのデータを（表５）〜（表８）に示す。

ここで、（表５）〜（表８）は（表１）〜（表４）と同様の内容をそれぞれ示す。

また、条件式（１）〜（７）に示したパラメータの計算結果は（表２９）に他の実施例とともにまとめて示してある。

実施例２におけるズームレンズ１の概略配置は図２に示したものと同一であるため、詳細な説明は省略する。

次に、実施例２のパラメータ条件をまとめる。

まず、ズームレンズ全系の軸方向の光学長Ｌは実施例１と同様の方法で求めた結果Ｌ＝１４ｍｍとなり、Ｌと広角端での焦点距離（（表８）の焦点距離の最小値）の比は約３．７と、特許文献１のズームレンズや実施例１のものより小型であることがわかる。

また、（表７）の非球面係数表より、第２面（第１レンズＬ１の像側面）と、第９面（第４レンズＬ４の像側面）と、第１２面（第５レンズＬ５の像側面）の計３面に非球面を設けた。

このように、各パラメータを実施例１と異なるものに変えるとともに第２面を球面から非球面に変更することによる相乗効果でＬ＝１４ｍｍと、さらなる小型化が達成できる。非球面による小型化達成の理由については最後に述べる。

なお、実施例１と同様に本実施例でも半画角は約３４度、ズーム比は２．５倍であるので、特許文献１や特許文献２の値を上回り、高性能ズームレンズが得られることがわかる。

ここで本実施例では、（表２９）より、条件式（１）〜（７）に示したパラメータのうち、条件式（７）に対しては最小近傍、条件式（６）に対しては最大近傍、その他が各条件式の範囲内の場合とした。

このようなレンズの収差図を図４に示す。図４はズームレンズ１の諸収差図であり、各図の内容は図３と同様である。

図４より、これらの範囲において小型でありながら良好な収差補正ができるズームレンズが実現できた。

（実施例３）
実施例３は実施の形態２に係るズームレンズ１の一例であり、そのデータを（表９）〜（表１２）に示す。

ここで、（表９）〜（表１２）は（表１）〜（表４）と同様の内容をそれぞれ示す。

また、条件式（１）〜（７）に示したパラメータの計算結果は（表２９）に他の実施例とともにまとめて示してある。

実施例３におけるズームレンズ１の概略配置は図２に示したものとほぼ同一であるが、光学絞りＳ２を実施例１と同様に第４レンズＬ４内に配する構成とした点が異なる。これにより、第９面と第１０面が入れ替わり、第９面が光学絞りＳ２に、第１０面が第４レンズＬ４の像側面に相当する。

次に、実施例３のパラメータ条件をまとめる。

まず、ズームレンズ全系の軸方向の光学長Ｌは実施例１と同様の方法で求めた結果Ｌ＝１２．７ｍｍとなり、Ｌと広角端での焦点距離（（表１２）の焦点距離の最小値）の比は約３．３と、実施例２よりさらに小型なものであることがわかる。

また、（表１１）の非球面係数表より、第２面（第１レンズＬ１の像側面）と、第１０面（第４レンズＬ４の像側面）と、第１２面（第５レンズＬ５の像側面）の計３面に非球面を設けた。

なお、実施例１と同様に本実施例でも半画角は約３４度、ズーム比は２．５倍であるので、特許文献１や特許文献２の値を上回り、高性能ズームレンズが得られることがわかる。

ここで本実施例では、（表２９）より、条件式（１）〜（７）に示したパラメータのうち、その全てが各条件式の範囲内の場合とした。

このようなレンズの収差図を図５に示す。図５はズームレンズ１の諸収差図であり、各図の内容は図３と同様である。

図５より、これらの範囲において小型でありながら良好な収差補正ができるズームレンズが実現できた。

（実施例４）
実施例４は実施の形態２に係るズームレンズ１の一例であり、そのデータを（表１３）〜（表１６）に示す。

ここで、（表１３）〜（表１６）は（表１）〜（表４）と同様の内容をそれぞれ示す。

また、条件式（１）〜（７）に示したパラメータの計算結果は（表２９）に他の実施例とともにまとめて示してある。

実施例４におけるズームレンズ１の概略配置は図２に示したものとほぼ同一であるが、光学絞りＳ２を第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間に配する構成とした点が異なる。これにより、第６面が光学絞りＳ２となり、第９面までの面番号が１つずつずれる。

次に、実施例４のパラメータ条件をまとめる。

まず、ズームレンズ全系の軸方向の光学長Ｌは実施例１と同様の方法で求めた結果Ｌ＝１１．８ｍｍとなり、Ｌと広角端での焦点距離（（表１６）の焦点距離の最小値）の比は約３．１と、光学絞りＳ２の位置を変えることにより実施例３より小型化が可能であることがわかる。

また、（表１５）の非球面係数表より、実施例３と同じ面に計３面の非球面を設けた。

なお、実施例１と同様に本実施例でも半画角は約３４度、ズーム比は２．５倍であるので、特許文献１や特許文献２の値を上回り、高性能ズームレンズが得られることがわかる。

ここで本実施例では、（表２９）より、条件式（１）〜（７）に示したパラメータのうち、条件式（６）に対しては最小近傍、条件式（１），（２），（３）に対しては最大近傍、その他が各条件式の範囲内の場合とした。

このようなレンズの収差図を図６に示す。図６はズームレンズ１の諸収差図であり、各図の内容は図３と同様である。

図６より、これらの範囲において小型でありながら良好な収差補正ができるズームレンズが実現できた。

（実施例５）
実施例５は実施の形態２に係るズームレンズ１の一例であり、そのデータを（表１７）〜（表２０）に示す。

ここで、（表１７）〜（表２０）は（表１）〜（表４）と同様の内容をそれぞれ示す。

また、条件式（１）〜（７）に示したパラメータの計算結果は（表２９）に他の実施例とともにまとめて示してある。

実施例５におけるズームレンズ１の概略配置は実施例３に示したものと同一であるため、詳細な説明は省略する。

このようなレンズの収差図を図７に示す。図７はズームレンズ１の諸収差図であり、各図の内容は図３と同様である。

次に、実施例５のパラメータ条件をまとめる。

まず、ズームレンズ全系の軸方向の光学長Ｌは実施例１と同様の方法で求めた結果Ｌ＝１４ｍｍとなり、Ｌと広角端での焦点距離（（表２０）の焦点距離の最小値）の比は約３．７と、特許文献１のズームレンズや実施例１のものより小型なものであることがわかる。

また、（表１９）の非球面係数表より、実施例３と同じ面に計３面の非球面を設けた。

なお、実施例１と同様に本実施例でも半画角は約３４度、ズーム比は２．５倍であるので、特許文献１や特許文献２の値を上回り、高性能ズームレンズが得られることがわかる。

ここで本実施例では、（表２９）より、条件式（１）〜（７）に示したパラメータのうち、条件式（６）に対しては最大近傍、その他が各条件式の範囲内の場合とした。

このようなレンズの収差図を図７に示す。図７はズームレンズ１の諸収差図であり、各図の内容は図３と同様である。

図７より、これらの範囲において小型でありながら良好な収差補正ができるズームレンズが実現できた。

（実施例６）
実施例６は実施の形態２に係るズームレンズ１の一例であり、そのデータを（表２１）〜（表２４）に示す。

ここで、（表２１）〜（表２４）は（表１）〜（表４）と同様の内容をそれぞれ示す。

また、条件式（１）〜（７）に示したパラメータの計算結果は（表２９）に他の実施例とともにまとめて示してある。

実施例６におけるズームレンズ１の概略配置は実施例３に示したものと同一であるため、詳細な説明は省略する。

次に、実施例６のパラメータ条件をまとめる。

まず、ズームレンズ全系の軸方向の光学長Ｌは実施例１と同様の方法で求めた結果Ｌ＝１４ｍｍとなり、Ｌと広角端での焦点距離（（表２４）の焦点距離の最小値）の比は約３．７と、特許文献１のズームレンズや実施例１のものより小型なものであることがわかる。

また、（表２３）の非球面係数表より、実施例３と同じ面に計３面の非球面を設けた。

なお、実施例１と同様に本実施例でも半画角は約３４度、ズーム比は２．５倍であるので、特許文献１や特許文献２の値を上回り、高性能ズームレンズが得られることがわかる。

ここで本実施例では、（表２９）より、条件式（１）〜（７）に示したパラメータのうち、条件式（４）に対しては最小近傍、条件式（５），（６）に対しては最大近傍、その他が各条件式の範囲内の場合とした。

このようなレンズの収差図を図８に示す。図８はズームレンズ１の諸収差図であり、各図の内容は図３と同様である。

図８より、これらの範囲において小型でありながら良好な収差補正ができるズームレンズが実現できた。

（実施例７）
実施例７は実施の形態２に係るズームレンズ１の一例であり、そのデータを（表２５）〜（表２８）に示す。

ここで、（表２５）〜（表２８）は（表１）〜（表４）と同様の内容をそれぞれ示す。

また、条件式（１）〜（７）に示したパラメータの計算結果は（表２９）に他の実施例とともにまとめて示してある。

実施例７におけるズームレンズ１の概略配置は実施例３に示したものと同一であるため、詳細な説明は省略する。

次に、実施例７のパラメータ条件をまとめる。

まず、ズームレンズ全系の軸方向の光学長Ｌは実施例１と同様の方法で求めた結果Ｌ＝１４．５ｍｍとなり、Ｌと広角端での焦点距離（（表２８）の焦点距離の最小値）の比は約３．８と、特許文献１のズームレンズや実施例１のものより小型なものであることがわかる。

また、（表２７）の非球面係数表より、実施例３と同じ面に計３面の非球面を設けた。

なお、実施例１と同様に本実施例でも半画角は約３４度、ズーム比は２．５倍であるので、特許文献１や特許文献２の値を上回り、高性能ズームレンズが得られることがわかる。

ここで本実施例では、（表２９）より、条件式（１）〜（７）に示したパラメータのうち、最大最小近傍値は実施例６と同様とし、その他が実施例６と異なりつつ各条件式の範囲内の場合とした。

このようなレンズの収差図を図９に示す。図９はズームレンズ１の諸収差図であり、各図の内容は図３と同様である。

図９より、これらの範囲において小型でありながら良好な収差補正ができるズームレンズが実現できた。

以上説明した実施例１〜７のデータを基に、条件式（１），（３），（４）の各パラメータに対してズームレンズ１の大きさがどのような相関を有するかについて、（表２９）の結果をグラフにまとめたものを以下に順次説明する。

図１０はｆｗ／ｆ２とＬ／ｆｗとの相関図を示す。図１１はｆｗ／ｆ２とＴ２／ｆｗ（Ｔ２：広角端から望遠端に至る場合の第２レンズ群Ｇ２のレンズ移動量）との相関図を示す。図１２はｒ２／ｆｗ（ｒ２：第１レンズ群Ｇ１の像側面の近軸曲率半径）とＬ／ｆｗとの相関図を示す。図１３はｎｄ２とＬ／ｆｗとの相関図を示す。

図１０において、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が大きくなるほどｆ２は小さくなるので、ｆｗ／ｆ２は大きくなる。その結果、Ｌ／ｆｗが小さくなり、レンズ全系の軸方向の光学長Ｌが小さくなる傾向にあることがわかる。

従って、条件式（１）におけるパラメータｆｗ／ｆ２の範囲の中でも大きい方がズームレンズの小型化には有利なことがわかる。

同様に、図１１においても、ｆｗ／ｆ２が大きくなると、Ｔ２／ｆｗが小さくなり、広角端から望遠端に至る場合の第２レンズ群のレンズ移動量Ｔ２を小さくすることができる。

この結果、小さなＴ２で必要なズームが得られることになり、図１１からも条件式（１）におけるパラメータｆｗ／ｆ２は範囲内で大きい方がズームレンズの小型化には有利なことがわかる。

次に図１２において、ｒ２が大きいほどｒ２／ｆｗが大きくなり、それに対応してＬ／ｆｗが小さくなる傾向にあることがわかる。

従って、条件式（３）におけるパラメータｒ２／ｆｗの範囲の中でも大きい方がズームレンズの小型化には有利なことがわかる。

また図１３において、ｎｄ２が大きいほど、ばらつきはあるもののＬ／ｆｗが小さくなる傾向が見られる。ｎｄ２は第２レンズ群Ｇ２の屈折率であるので、これを大きくするには第２レンズ群Ｇ２に高屈折率材料を用いればよいことがわかる。

従って、条件式（４）におけるパラメータｎｄ２の範囲以上のできるだけ高屈折率の材料を用いることがズームレンズの小型化には有利となる。

なお、（表２９）の下段に示したように、実施例１だけは第１レンズＬ１の像側の凹面を球面とし、非球面を形成していない。この場合のＬは前記の通り１６ｍｍで、第１レンズＬ１の像側の凹面に非球面を形成したその他の実施例と比較するとレンズ全長が大きいことがわかる。

この理由は以下の通りである。

一般にレンズ全系の軸方向の光学長と光学性能とはトレードオフの関係にあり、光学性能を向上させるにはレンズ光学長が長くなる傾向にある。従って、第１レンズＬ１に非球面を持たない実施例１は良好な光学特性を得るためにズームレンズ１の全長が大きくなっている。

しかし、レンズを非球面化することにより、より短いレンズ光学長で球面の場合（実施例１）と同等以上の光学性能を実現できる。その結果、他の実施例に示したように第１レンズＬ１の像側の凹面に非球面を形成することによって、さらなるレンズ全長の小型化が可能となる。

また、以上説明した実施例１〜７において、各パラメータをまとめた（表２９）の点線丸印は最小値を、実線丸印は最大値を表している。

実施例１〜７で説明したように、これらのパラメータを様々に振った結果、各パラメータの最大値、最小値から（表２９）の右端に示したような範囲条件内であれば、すなわち、条件式（１）〜（５）を同時に満たせば本願の目的である広角、高ズーム比の小型ズームレンズが得られる。

さらに条件式（６），（７）も満たすことで良好な収差補正が可能なズームレンズを同時に実現できる。

本発明にかかるズームレンズは、レンズ総枚数を５枚としたズームレンズ構成において、広角、高ズーム比の小型ズームレンズを実現できるので、デジタルスチルカメラや携帯電話用カメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置用等として有用である。

本発明の実施の形態１におけるズームレンズの概略配置図 本発明の実施の形態２におけるズームレンズの概略配置図 本発明の実施例１におけるズームレンズの諸収差図 本発明の実施例２におけるズームレンズの諸収差図 本発明の実施例３におけるズームレンズの諸収差図 本発明の実施例４におけるズームレンズの諸収差図 本発明の実施例５におけるズームレンズの諸収差図 本発明の実施例６におけるズームレンズの諸収差図 本発明の実施例７におけるズームレンズの諸収差図 ｆｗ／ｆ２とＬ／ｆｗとの相関図 ｆｗ／ｆ２とＴ２／ｆｗとの相関図 ｒ２／ｆｗとＬ／ｆｗとの相関図 ｎｄ２とＬ／ｆｗとの相関図

符号の説明

１ ズームレンズ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｌ６ 平板ガラス
Ｓ１ 開口絞り
Ｓ２ 光学絞り
Ｉ 像面

Claims (6)

1. 物体側から像側へ向かって順に、負の屈折力を有し、像側が凹面である１枚の第１レンズ群と、屈折力が正、正、負の３枚のレンズから構成され、最も像側のレンズの像側が凹面である第２レンズ群と、正の屈折力を有し、像側が凸面である１枚の固定された第３レンズ群からなり、短焦点距離端から長焦点距離端への移動時に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の光軸上の間隔が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の光軸上の間隔が増大するように移動するとともに、以下の条件式（１）〜（５）を満足するズームレンズ。
   ０．７＜ｆｗ／ｆ２＜０．９１……（１）
   ０．４４＜ｆｗ／ｆ３＜０．５５……（２）
   １．３３＜ｒ２／ｆｗ＜３．６７……（３）
   ｎｄ２＞１．７……（４）
   ν２＜３０……（５）
   但し、
   ｆｗ：短焦点距離端におけるズームレンズ全系の焦点距離
   ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
   ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
   ｒ２：第１レンズ群の像側の面の曲率半径
   ｎｄ２：第２レンズ群の最も像側のレンズのｄ線での屈折率
   ν２：第２レンズ群の最も像側のレンズのアッベ数
2. 前記ズームレンズにおいて、以下の条件式（６）を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
   ν１＞５２……（６）
   但し、
   ν１：第１レンズ群のアッベ数
3. 前記ズームレンズにおいて、以下の条件式（７）を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
   ０．５１＜ｒ８／ｆｗ＜０．８……（７）
   但し、
   ｒ８：第２レンズ群の最も像側のレンズの像側面の曲率半径
4. 第１レンズ群の少なくとも一方の面に非球面が形成され、前記非球面の曲率は中心から離れるに従って減少する請求項１に記載のズームレンズ。
5. 第２レンズ群の最も像側のレンズの像側面に非球面が形成された請求項１に記載のズームレンズ。
6. 第３レンズ群の像側面に非球面が形成され、前記非球面の曲率は中心から離れるに従って増加する請求項１に記載のズームレンズ。

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