JP2010186010A - 広角ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】広画角でありながら、諸収差が良好に補正され、長いバックフォーカスとテレセントリック性を確保した、コンパクトな広角ズームレンズを提供する。
【解決手段】物体側から順に、負、正の屈折力を有する第１レンズ群、第２レンズ群、と第３レンズ群から構成され、変倍に際し、前記第１レンズ群と第２レンズ群との間隔は減少し、前記第２レンズ群と第３レンズ群との間隔は増大し、第３レンズ群は固定であり、前記第１、第２レンズ群は少なくとも正と負レンズ各々１枚を有し、前記第３レンズ群は像面側に凸面を向けた正又は負のメニスカスレンズ１枚から構成され、以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする。１．４≦｜ｆ１｜／ｆｗ≦１．８・・・（１）１．７≦ｆ２／ｆｗ≦２．１・・・（２）ここで、ｆ１は、第１レンズ群の焦点距離、ｆ２は、第２レンズ群の焦点距離、ｆｗは、広角端における全系の焦点距離、である。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置等に用いられるズームレンズに関し、主にデジタル一眼カメラ等に使用される交換型広角ズームレンズに関する。
デジタルカメラの広角ズームレンズにおいては、広い画角を確保しながら電子撮像面の直前方にフィルターなどの光学素子を挿入するスペースを設けるため、バックフォーカスの長い光学系が要求される。このような光学系としては、負屈折力の前群と正屈折力の後群を持つ、レトロフォーカスタイプの光学系が広く採用されている。また、光学系を透過した光束が電子撮像面に入射する際、入射光束が光軸に対し傾いて入射するいわゆる斜入射の状態になると、周辺光量が低下しシェーディングや色ずれが発生するため、入射光束のテレセントリック性を保持した光学系が提案されている。このようなタイプの技術としては、以下の特許文献１〜４が存在する。
特開平４−２１７２１９号公報 特開平６−９４９９６号公報 特開平１１−５２２４６号公報 特開２００５−３７７２７号公報
近年のデジタルカメラの広角ズームレンズでは、高変倍でありながらレンズ全長を短くしたコンパクトな構成のものが求められている。小型化を達成するために構成枚数の少ないレンズでは、広角を確保しながら、諸収差の発生を抑え、かつテレセントリック性を保った光学系を設計する事が困難である。しかし近年の電子撮像素子の技術的進歩により、ディストーションを電気信号によりある程度補正する技術なども提案されており、収差補正においてはディストーション補正に強い顧慮を払う必要が無くなってきている。
本発明はこのような状況を鑑み考案されたものであって、広角端での画角７５°程度と広画角でありながら、ある程度ディストーション補正を行いつつ、色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、長いバックフォーカスとテレセントリック性を確保した、コンパクトな広角ズームレンズを提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の広角ズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、第３レンズ群から構成され、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔は減少し、前記第２レンズ群と第３レンズ群との間隔は増大するように、前記第１、第２レンズ群が移動し、第３レンズ群は固定させて変倍を行い、前記第１、第２レンズ群は少なくとも正と負レンズ各々１枚を有し、前記第３レンズ群は像面側に凸面を向けた正又は負のメニスカスレンズの１枚による構成とした。
物体側から順に負の第１レンズ群，正の第２レンズ群、第３レンズ群を配置したズームレンズは、広角端における撮影画角が広めで、長いバックフォーカスを確保しやすく、更に変倍時に移動する群が第１、第２レンズ群のみと少ないため、鏡枠構造も簡単で小型化しやすく、また一般的な正先行ズームレンズと比較しても少ないレンズ枚数で光学系を構成できるためコストダウンしやすいという特長がある。
また、第１、第２レンズ群において，正と負レンズを組合せて使用することで色収差をはじめとする諸収差を補正し、第３レンズ群において、像面側に凸面を向けたメニスカスレンズを使用することで主に像面湾曲の補正を行いつつ製造時の偏心による性能低下を軽減することができる。
さらに、本願発明の広角ズームレンズは、以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足する構成としている。
１．４≦｜ｆ１｜／ｆｗ≦１．８ ・・・（１）
１．７≦ｆ２／ｆｗ≦２．１ ・・・（２）
ここで、ｆ１は、前記ズームレンズの第１レンズ群の焦点距離、
ｆ２は、前記ズームレンズの第２レンズ群の焦点距離、
ｆｗは、前記ズームレンズの広角端における全系の焦点距離、
である。
条件式（１）は、前記第１レンズ群の焦点距離に関する規定で、広角端における焦点距離で規格化したものである。条件式（１）の上限を上回ると、前記第１レンズ群の負の屈折力が弱くなるため、諸収差の補正は容易であるが、レトロフォーカスタイプの効果が弱まり十分なバックフォーカスを確保することが困難となる。条件式（１）の下限を下回ると、前記第１レンズ群の負の屈折力が強くなるため、諸収差の補正が困難となる。
また、条件式（２）は、前記第２レンズ群の焦点距離に関する規定で、広角端における焦点距離で規格化したものである。条件式（２）の上限を上回ると、前記第２レンズ群の正の屈折力が弱くなるため、諸収差の補正は容易であるが、同じ変倍比を確保するための移動量が増加し光学系全体が大型化するため実用上好ましくない。条件式（２）の下限を下回ると、前記第２レンズ群の正の屈折力が強くなるため、諸収差の補正が困難となる。
さらには、上述の発明にて、以下のいずれかの構成を有する事がより好ましい。
本願発明の広角ズームレンズにおいて、前記第３レンズ群は、像面側に凸面を向けた弱い正の屈折力を有する正メニスカスレンズの１枚から構成されることが好ましい。
上記構成にすることにより、像面湾曲等の補正を行いつつ，射出瞳位置を像面から離すことが可能となるため、テレセントリックな光学系を確保しやすくなり、シェーディングにも有利となる。
また、本願発明の広角ズームレンズは、遠距離物点から近距離物点へのフォーカシングの際には、前記第１レンズ群のみを物体側に繰り出す構成とすることが好ましい。
遠距離物点から近距離物点へのフォーカシングの際に、前記第１レンズ群を物体側へ繰り出すことにより、像面湾曲等の変動を極力少なく保てるため、遠距離物点から近距離物点まで高い光学性能を確保することが容易であり、また簡単な枠構造で構成できるため、小型かつ安価な機構で実現することができる。
前記第２レンズ群の像側は、２枚の正レンズを有し、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
１．５≦ｆ2rp／ｆｗ≦２．０ ・・・（３）
ここで、ｆ2rpは、前記第２レンズ群の像側にある２枚の正レンズの合成焦点距離である。
条件式（３）は、前記第２レンズ群の像側にある２枚の正レンズの合成焦点距離に関する規定で、広角端における焦点距離で規格化したものである。条件式（３）の上限を上回ると、前記第２レンズ群の像側にある２枚の正レンズにおける正の屈折力が弱くなるため、広角端において画面周辺の光線の射出角が大きくなりテレセントリック性を確保することが困難となる。条件式（３）の下限を下回ると、前記第２レンズ群の像側にある２枚の正レンズにおける正の屈折力が強くなるため、像面湾曲がマイナス側に大きく発生し補正が困難となる。
また、本願発明の広角ズームレンズは、前記第２レンズ群が、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、開口絞り、両凸レンズと両凹レンズの２枚の貼り合せからなる負の屈折力を有する接合レンズ、正レンズ、正レンズ、から構成され、全てのレンズ面が球面であることが好ましい。
第２レンズ群は変倍の大部分を担うため、屈折力も大きく生産時の部品バラツキによる収差も発生しやすい。非球面を使用することによって、収差補正は有利になるが、プラスチック非球面レンズの場合は温湿度変化による収差変動が問題となり、ガラス非球面レンズの場合は撮像素子が大きくなるにつれてレンズ径も大きくなりコストアップが問題となる。そこでガラス球面レンズのみで上記構成にすることにより、生産時における光学性能も安定し、少ないレンズ枚数での諸収差の補正が容易となり、安価で高い光学性能を確保することができる。
また、本願発明の広角ズームレンズは、前記第１レンズ群は少なくとも１面が非球面を有することが好ましい。
上記構成にすることにより、広角端でのレトロフォーカスタイプの光学系を小型化する際に発生しやすい像面湾曲、樽型の歪曲収差の補正が容易となり、小型で高い光学性能を確保することができる。
また、本願発明の広角ズームレンズは、前記第１レンズ群はプラスチック非球面レンズを有し、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
｜φ１２｜≦０．０４ ・・・（４）
ここで、φ１２は前記プラスチック非球面レンズの屈折力である。
条件式（４）は、前記第１レンズ群に存在する非球面のプラスチックレンズの屈折力を規定したものである。
一般的に、プラスチック非球面レンズは安価であるが、環境変化で性能変化が起きやすい等の問題がある。条件式（４）を満足することで、温度や湿度変化による性能低下への影響を軽減するため、高い光学性能を確保することができる。
さらには
｜φ１２｜≦０．０２ ・・・（４）’
であるとより好ましい。
また、本願発明の広角ズームレンズでは、前記第１レンズ群は、ガラスレンズの表面に薄い樹脂層塗布し、その表面を非球面に成型するハイブリッド非球面レンズを有することが好ましい。
一般的にハイブリッド非球面レンズは安価で、樹脂層も薄いため環境変化による性能変化が起きにくく、高い光学性能を確保することができる。
また、本願発明の広角ズームレンズでは、前記第１レンズ群は、ガラス成型非球面レンズを有することが好ましい。
一般的に、ガラス成型非球面レンズは、プラスチックよりも屈折率が高く、偏肉比などの非球面形状も比較的自由度が高いため、レンズ枚数の削減や高い光学性能を確保することができる。
また、本願発明の広角ズームレンズでは、前記第３レンズ群の像面側に凸面を向けたメニスカスレンズの少なくとも一方の面は、光軸から離れるにしたがって屈折力が弱くなる非球面形状を有する構成であることが好ましい。
上記構成にすることにより、広角端でのレトロフォーカスタイプの光学系を小型化する際に発生しやすい像面湾曲、樽型の歪曲収差の補正が容易となり、小型で高い光学性能を確保することができる。
また、本願発明の広角ズームレンズは、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
２０≦｜（Ｌ３１ｆ＋Ｌ３１ｒ）／（Ｌ３１ｆ−Ｌ３１ｒ）｜≦５０・・・（５）
ここで、Ｌ３１ｆは前記メニスカスレンズの物体側レンズ面の曲率半径、
Ｌ３１ｒは前記メニスカスレンズの像側レンズ面の曲率半径
である。
条件式（５）は、前記第３レンズ群を構成する前記メニスカスレンズの形状について規定する式である。条件式（５）の上限を上回ると、像面湾曲がプラス側に大きく発生するため、補正が困難となる。条件式（５）の下限を下回ると、像面湾曲がマイナス側に大きく発生するため補正が困難となる。
また、本願発明の広角ズームレンズは、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
０．８≦Ｄt2-3／ｆｔ≦１．２ ・・・（６）
ここで、Ｄt2-3は、前記第２レンズ群の最も像側のレンズ面から前記第３レンズ群の最も物体側のレンズ面までの望遠端における光軸上の空気間隔である。
条件式（６）は、前記第２レンズ群の最も像側のレンズ面から、前記第３レンズ群の最も物体側のレンズ面までの、望遠端における光軸上の空気間隔と、前記ズームレンズの望遠端における全系の焦点距離との比を規定するものである。条件式（６）の上限を上回ると、望遠端における全系の焦点距離に対して、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が長くなるため、望遠端における撮影時のレンズ全長も長くなり、小型化に不利となる。 条件式（６）の下限を下回ると、望遠端における全系の焦点距離に対して、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が短くなるため、望遠端における撮影時のレンズ全長は短くなり小型化には有利であるが、広角端から望遠端に変倍するときの第２レンズ群の移動量も減るため、同じ変倍比を確保するために第２レンズ群の正の屈折力が強くなりすぎ諸収差の補正が困難となる。
また、本願発明の広角ズームレンズは、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
１．０≦（ＳＤ１＋ＳＤ２＋ＳＤ３）／ｆｗ≦２．８ ・・・（７）
ここで、ＳＤ１は、前記第１レンズ群の最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離、
ＳＤ２は、前記第２レンズ群の最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離、
ＳＤ３は、前記第３レンズ群の最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離、
である。
条件式（７）は、前記第１レンズ群〜第３レンズ群の光軸上の距離の和を広角端における焦点距離で規格化したものである。条件式（７）の上限を上回ると、前記第１レンズ群〜第３レンズ群の光軸上の厚みが増大し、非撮影状態において、広角端から望遠端までの撮影状態における位置よりも各レンズ群を像側に移動させてズームレンズの全長を短く（所謂沈胴状態）する場合に、ズームレンズ全系の沈胴時全長が長くなるため携帯性の点で好ましくない。条件式（７）の下限を下回ると、前記第１〜３レンズ群の光軸上の厚みが薄くなり、各レンズ群内に収差補正に必要なレンズ枚数を確保することが困難となる。
また、本願発明の広角ズームレンズを搭載した撮像装置において、ズームレンズを構成する前記第１、第２、第３レンズ群を光軸方向に移動させる駆動手段と、そして前記光学系の結像面近傍に設けた撮像素子と、を有する撮像装置であって、前記ズームレンズの前記第１、第２、第３レンズ群の少なくとも１つの群は、広角端から望遠端までの撮影状態における位置よりも光軸に沿って前記撮像素子側に移動可能であり、非撮影状態においては広角端から望遠端までの撮影状態における位置よりも前記撮像素子側で停止している撮像装置とする事が好ましい。
本発明のズームレンズの変倍調節は、第１、第２レンズ群を光軸方向に移動させる機械補正方式であり、撮影状態においても各レンズ群の全長を極力短くしており、非撮影状態においては上記ズーミング機構を利用して、第１、第２レンズ群を広角端から望遠端までの撮影状態における位置よりも撮像素子側に移動させることにより更なる全長の短縮化（所謂沈胴状態）を可能としている。
また、本願発明の広角ズームレンズを搭載した撮像装置において、非撮影状態時、前記ズームレンズを構成する前記第１、第２、第３レンズ群は、広角端から望遠端までの撮影状態における位置よりも光軸に沿って前記撮像素子側に移動できるよう前記第３レンズ群の最も像側のレンズ面と前記撮像素子との間隔をあらかじめ空けておき、レンズ鏡枠全体が沈胴した状態でも撮像素子側の規制領域を確保した撮像装置とすることが好ましい。
撮像素子側の空間を極力狭めた設計をすると、ズームレンズ全系の全長は短縮化し、最も像側にあるレンズ径の増大や射出瞳が像面に近くなることで、シェーディングへの悪影響も与えてしまう。
そこで、本発明のズームレンズでは、撮影状態においては、全長は多少長くはなるが射出瞳を像面から十分離してテレセントリック性を確保し、非撮影状態において各レンズ群を像側に移動させた場合でも撮像素子前にあるローパスフィルター類と干渉しないよう、最も像側のレンズと撮像素子との空間をあらかじめ広く空けておくことで、非撮影時の小型化と撮影時の光学性能の両立を実現することができる。
以上のように、本発明によれば、広角端での画角７５°程度と広画角でありながら、ある程度ディストーション補正を行いつつ、特に色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、長いバックフォーカスとテレセントリック性を確保した、コンパクトな広角ズームレンズを提供することが可能となる。
実施例１の光学系の断面図である。 実施例２の光学系の断面図である。 実施例３の光学系の断面図である。 実施例１の光学系の無限遠合焦状態の諸収差図である。 実施例２の光学系の無限遠合焦状態の諸収差図である。 実施例３の光学系の無限遠合焦状態の諸収差図である。 本発明の広角ズームレンズを交換レンズとして用いたレンズ交換式カメラの断面図である。 本発明によるデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。 図８のデジタルカメラの背面図である。 図８のデジタルカメラの横断面図である。 図８のデジタルカメラの主要部の内部回路の構成ブロック図である。
本発明の実施例１〜３の広角ズームレンズについて説明する。
図１は実施例１の広角ズームレンズの断面図である。
実施例１の広角ズームレンズは、図１に示すように、物体側から順に、負屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３から構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた平凸正レンズＬ２１と、開口絞りＳと、両凸正レンズＬ２２と両凹負レンズＬ２３の接合レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２４と、両凸正レンズＬ２５と、からなる。
第３レンズ群Ｇ３は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３の１枚からなる。
Ｃはカバーガラス、Ｉは像面である。
非球面は、第１レンズ群Ｇ１の像側の負メニスカスレンズＬ１２の両面と、第３レンズ群Ｇ３の正メニスカスレンズＬ３の両面の４面に用いている。
図２は実施例２の広角ズームレンズの断面図である。
実施例２の広角ズームレンズは、図２に示すように、物体側から順に、負屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３から構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２の接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１３と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた平凸正レンズＬ２１と、開口絞りＳと、両凸正レンズＬ２２と両凹負レンズＬ２３の接合レンズと、両凸正レンズＬ２４と、両凸正レンズＬ２５と、からなる。
第３レンズ群Ｇ３は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３の１枚からなる。
Ｃはカバーガラス、Ｉは像面である。
非球面は、第１レンズ群Ｇ１の接合レンズの最も像側の面と、第３レンズ群Ｇ３の正メニスカスレンズＬ３の両面の３面に用いている。
図３は実施例３の広角ズームレンズの断面図である。
実施例３の広角ズームレンズは、図３に示すように、物体側から順に、負屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３から構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２とからなる。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた平凸正レンズＬ２１と、開口絞りＳと、両凸正レンズＬ２２と両凹負レンズＬ２３の接合レンズと、両凸正レンズＬ２４と、両凸正レンズＬ２５と、からなる。
第３レンズ群Ｇ３は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３の１枚からなる。
Ｃはカバーガラス、Ｉは像面である。
非球面は、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１１の像側の面と、第３レンズ群Ｇ３の正メニスカスレンズＬ３の両面の３面に用いている。
以下に、実施例１〜３の数値データを示す。実施例１〜３の数値データにおいて、ｒはレンズ面の曲率半径，ｄはレンズ肉厚および空気間隔，Ｎｄおよびνｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率およびアッべ数，ｆは焦点距離，ＦnoはＦナンバー，ωは半画角（°）である。
実施例の説明の諸元表中、（非球面）を付した面は非球面形状の面である。非球面形状を表す式は、光軸に垂直な高さをＨ，面頂を原点としたときの高さＨにおける光軸方向の変位量をＸ（Ｈ），近軸曲率半径をｒ，円錐係数をＫ，２次，４次，６次，８次，１０次の非球面係数をそれぞれA2，A4，A6，A8，A10としたとき次の（ａ）式で表される。
Ｘ（Ｈ）＝（Ｈ2／ｒ）／｛１＋［１−（１＋Ｋ）・（Ｈ2／ｒ2）］1/2｝
＋A4Ｈ4＋A6Ｈ6＋A8Ｈ8＋A10Ｈ10 ・・・（ａ）
数値実施例１
単位 ｍｍ

面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 622.057 1.950 1.77250 49.60
2 16.257 1.163
3（非球面） 24.068 2.000 1.52542 55.78
4（非球面） 13.129 5.260
5 20.929 3.122 1.84666 23.78
6 35.453 可変
7 21.231 2.719 1.83481 42.71
8 ∞ 3.245
9（絞り） ∞ 0.900
10 19.264 3.390 1.49700 81.54
11 -19.264 1.615 1.90366 31.32
12 19.264 3.564
13 -357.683 2.113 1.70154 41.24
14 -29.309 1.672
15 88.348 2.652 1.51823 58.90
16 -41.868 可変
17（非球面） -25.613 2.200 1.52542 55.78
18（非球面） -23.984 11.300
19 ∞ 4.082 1.51633 64.14
20 ∞ 0.745
像面 ∞

非球面データ
第３面
K=2.0761,A4=9.4881E-05,A6=-1.0061E-06,A8=5.5441E-09,A10=-1.5976E-11
第４面
K=0.0000,A4=6.6885E-05,A6=-1.3641E-06,A8=7.5439E-09,A10=-3.0175E-11
第１７面
K=-3.3181,A4=5.1432E-05,A6=-6.3896E-08,A8=-1.7711E-10
第１８面
K=-1.9200,A4=8.7907E-05,A6=-8.3092E-08,A8=-1.11376E-10,A10=2.4384E-13

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 14.29 24.24 41.19
Ｆナンバー 3.63 4.48 5.76
半画角(°) 41.6 25.1 14.9
像高 11.45 11.45 11.45

d6 30.536 12.468 1.810
d16 12.365 24.006 43.987

ＢＦ 16.13 16.13 16.13
レンズ全長 96.59 90.17 99.49

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -23.16
2 7 27.14
3 17 489.93
数値実施例２
単位 ｍｍ

面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 146.182 1.950 1.77250 49.60
2 14.997 0.200 1.51940 51.94
3（非球面） 12.346 6.068
4 63.423 1.500 1.69680 55.53
5 36.384 1.051
6 22.408 3.147 1.84666 23.78
7 40.445 可変
8 22.598 2.635 1.83481 42.71
9 ∞ 3.257
10（絞り） ∞ 0.900
11 18.271 4.300 1.49700 81.54
12 -20.672 1.147 1.90366 31.32
13 18.683 4.903
14 253.605 1.966 1.69680 55.53
15 -32.861 0.199
16 150.067 2.122 1.58144 40.75
17 -51.731 可変
18（非球面） -28.645 2.200 1.52542 55.78
19（非球面） -26.458 11.300
20 ∞ 4.082 1.51633 64.14
21 ∞ 0.745
像面 ∞

非球面データ
第３面
K=-0.4661,A4=-1.1971E-05,A6=-8.1617E-08,A8=2.2803E-10,A10=-1.8905E-12
第１８面
K=-6.7655,A4=6.2372E-05,A6=2.9966E-07,A8=-1.9333E-09
第１９面
K=-4.9999,A4=8.7669E-05,A6=3.2082E-07,A8=-1.5923E-09,A10=-6.2892E-13

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 14.24 24.42 41.25
Ｆナンバー 3.64 4.49 5.77
半画角(°) 41.6 25.0 14.9
像高 11.45 11.45 11.45

d7 32.663 13.035 1.832
d17 12.807 24.506 43.973

ＢＦ 16.13 16.13 16.13
レンズ全長 99.14 91.21 99.48

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -24.24
2 8 27.78
3 18 489.93
数値実施例３
単位 ｍｍ

面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 270.688 1.951 1.77250 49.60
2（非球面） 11.214 4.795
3 18.737 3.672 1.84666 23.78
4 31.007 可変
5 21.110 2.618 1.83481 42.71
6 ∞ 3.246
7（絞り） ∞ 0.900
8 17.073 3.840 1.49700 81.54
9 -19.664 0.907 1.90366 31.32
10 17.527 4.416
11 120.767 2.100 1.69680 55.53
12 -29.574 2.145
13 101.163 2.059 1.62004 36.26
14 -79.934 可変
15（非球面） -23.233 2.200 1.58313 59.38
16（非球面） -22.235 11.300
17 ∞ 4.082 1.51633 64.14
18 ∞ 0.745
像面 ∞

非球面データ
第２面
K=-0.4735,A4=-8.1098E-06,A6=-7.8008E-08,A8=3.0281E-10,A10=-3.2616E-12
第１５面
K=-0.5651,A4=3.9089E-05,A6=6.4383E-07,A8=-1.9877E-09
第１６面
K=0.0398,A4=6.9134E-05,A6=5.3315E-07,A8=-6.7037E-10,A10=-1.1823E-12

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 14.28 24.25 41.22
Ｆナンバー 3.64 4.49 5.77
半画角(°) 41.6 25.2 14.9
像高 11.45 11.45 11.45

d4 29.769 12.196 1.834
d14 9.781 20.766 39.603

ＢＦ 16.13 16.13 16.13
レンズ全長 90.52 83.94 92.41

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -23.42
2 5 25.95
3 15 489.88
図４〜図６は実施例１〜３の光学系の広角端（W-INF）、中間状態（S-INF）、望遠端（T-INF）の無限遠合焦状態の諸収差図である。球面収差と倍率色収差は、５８７．６ｎｍ（ｄ線：実線），４３５．８ｎｍ（ｇ線：点線），４８６．１ｎｍ（Ｆ線：一点鎖線），６５６．３ｎｍ（Ｃ線：二点鎖線）の各波長における数値を示してある。また、非点収差は、実線がサジタル像面、点線がメリジオナル像面を示している。なお、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、ＤＴはディストーション、ＣＣは倍率色収差、ＦＮＯはＦナンバー、ＦＩＹは像高を示す。
次に、上記各実施例における条件式（１）〜（７）の値を示す。
条件式 実施例１ 実施例２ 実施例３
（１） 1.622 1.702 1.640
（２） 1.900 1.950 1.817
（３） 1.793 1.825 1.678
（４） 0.017 - -
（５） 30.455 25.203 45.555
（６） 1.068 1.066 0.961
（７） 2.630 2.636 2.440
図７は、本発明の広角ズームレンズを用い、撮像素子として小型のＣＣＤ又はＣＭＯＳ等を用いた電子撮像装置としてのレンズ交換式カメラの断面図である。図７において、１はレンズ交換式カメラ、２は鏡筒内に配置された撮影レンズ系、３は撮影レンズ系２をレンズ交換式カメラ１に着脱可能とする鏡筒のマウント部であり、スクリュータイプのマウントやバヨネットタイプのマウント等が用いられる。この例では、バヨネットタイプのマウントを用いている。また、４は撮像素子面、５はバックモニタ、６はファインダー用画像表示素子，７はファインダー光学系である。
このような構成のレンズ交換式カメラ１の撮影レンズ系２として、例えば上記実施例１〜３に示した本発明の広角ズームレンズが用いられる。
以上の本発明によれば、レンズ交換式タイプのデジタルカメラに適した交換レンズとして、ある程度ディストーション補正を行いつつ、特に色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数のコンパクトな広角光学系を提供することが可能となる。
図８〜図１１は、広角ズームレンズを撮影光学系４１に組み込んだ本発明に係る撮像装置の構成の概念図を示す。図８はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図９は同背面図、図１０はデジタルカメラ４０の構成を示す模式的な横断面図である。ただし、図８と図１０においては、撮影光学系４１の撮影状態（非沈胴時）を示し，図１０においては，撮影光学系４１の非撮影状態（沈胴時）を示している。
デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２上に位置する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４上に位置するファインダー光学系４３、シャッターボタン４５、ポップアップストロボ４６、液晶表示モニター４７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッターボタン４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１のレンズを通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、カバーガラスＣを介して結像面近傍に設けた撮像素子としてのＣＣＤ４９の撮像面（光電変換面）上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７や、ファインダー用画像表示素子５４に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。
撮影が終了し、非撮影状態とすると、撮影光学系４１全体は無限遠物体合焦位置よりもＣＣＤ４９側で停止する。なお、非撮影状態において、撮影光学系４１全体は光軸に沿って無限遠物体合焦位置よりもＣＣＤ４９側に移動できるよう撮影光学系４１の最も像側のレンズとＣＣＤ４９との間隔をあらかじめ空けておき、レンズ鏡枠全体が沈胴した状態でもＣＣＤ４９側の規制領域を確保する。
なお、この記録手段５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、フレキシブルディスクやメモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
さらに、ファインダー用光路４４上にはファインダー用接眼レンズ５９が配置してある。ファインダー用画像表示素子５４に表示された物体像が、このファインダー用接眼レンズ５９によって拡大および観察者が見やすい視度に調整され、観察者眼球Ｅに導かれている。なお、ファインダー用接眼レンズ５９の射出側にカバー部材５０が配置されている。
図１１は、上記デジタルカメラ４０の主要部の内部回路の構成ブロック図である。なお、以下の説明では、上記の処理手段５１は例えばＣＤＳ／ＡＤＣ部２４、一次記憶メモリ１７、画像処理部１８等からなり、記憶手段５２は例えば記憶媒体部１９等からなる。
図１１に示すように、デジタルカメラ４０は、操作部１２と、この操作部１２に接続された制御部１３と、この制御部１３の制御信号出力ポートにバス１４及び１５を介して接続された撮像駆動回路１６並びに一次記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１を備えている。
上記の一次記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１はバス２２を介して相互にデータの入力又は出力が可能なように構成され、また、撮像駆動回路１６には、ＣＣＤ４９とＣＤＳ／ＡＤＣ部２４が接続されている。
操作部１２は各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらの入力ボタンやスイッチを介して外部（カメラ使用者）から入力されるイベント情報を制御部に通知する回路である。制御部１３は、例えばＣＰＵ等からなる中央演算処理装置であり、不図示のプログラムメモリを内蔵し、そのプログラムメモリに格納されているプログラムにしたがって、操作部１２を介してカメラ使用者から入力される指示命令を受けてデジタルカメラ４０全体を制御する回路である。
ＣＣＤ４９は、本発明による撮影光学系４１を介して形成された物体像を受光する。ＣＣＤ４９は、撮影駆動回路１６により駆動制御され、その物体像の各画素ごとの光量を電気信号に変換してＣＤＳ／ＡＤＣ部２４に出力する撮像素子である。
ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４は、ＣＣＤ４９から入力する電気信号を増幅しかつアナログ／デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ（ベイヤーデータ、以下ＲＡＷデータという。）を一時メモリ１７に出力する回路である。
一次記憶メモリ１７は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４から出力される上記ＲＡＷデータを一時的に記憶するメモリ装置である。画像処理部１８は、一次記憶メモリ１７に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶媒体部１９に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部１３から指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。
記憶媒体部１９は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記録媒体を着脱自在に装着して、それらカード型又はスティック型のフラッシュメモリに、一次記憶メモリ１７から転送されるＲＡＷデータや画像処理部１８で画像処理された画像データを記録して保持する装置の制御回路である。
表示部２０は、液晶表示モニター４７及びファインダー用画像表示素子５４を備え、その液晶表示モニター４７及びファインダー用画像表示素子５４に画像や操作メニュー等を表示する回路である。設定情報記憶メモリ部２１には、予め各種の画質パラメータが格納されているＲＯＭ部と、そのＲＯＭ部から読み出された画質パラメータの中から操作部１２の入力操作によって選択された画質パラメータを記憶するＲＡＭ部が備えられている。設定情報記憶メモリ部２１は、それらのメモリへの入出力を制御する回路である。
このように構成されたデジタルカメラ４０は、本発明により、ある程度ディストーション補正を行いつつ、特に色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数のコンパクトな広角光学系を用いた撮像装置を提供することが可能となる。
本発明は、以上のような一般的な被写体を撮影する所謂コンパクトデジタルカメラだけではなく、広い画角が必要な監視カメラ等に適用してもよい。
Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｇ３…第３レンズ群
Ｓ…開口絞り
Ｃ…カバーガラス
１…レンズ交換式カメラ
２…撮影レンズ系
３…マウント部
４…撮像素子面
５…バックモニタ
６…ファインダー用画像表示素子
７…ファインダー光学系
１２…操作部
１３…制御部
１４、１５…バス
１６…撮像駆動回路
１７…一次記憶メモリ
１８…画像処理部
１９…記憶媒体部
２０…表示部
２１…設定情報記憶メモリ部
２２…バス
２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッターボタン
４６…ポップアップストロボ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５４…ファインダー用画像表示素子
５９…ファインダー用接眼レンズ

Claims (15)

  1. 物体側から順に、
    負の屈折力を有する第１レンズ群、
    正の屈折力を有する第２レンズ群、
    第３レンズ群
    から構成され、
    広角端から望遠端への変倍に際し、
    前記第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔は減少し、
    前記第２レンズ群と第３レンズ群との間隔は増大するように、
    前記第１、第２レンズ群が移動し、
    第３レンズ群は固定させて変倍を行い、
    前記第１、第２レンズ群は少なくとも正と負レンズ各々１枚を有し、
    前記第３レンズ群は像面側に凸面を向けた正又は負のメニスカスレンズ１枚から構成され、
    以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする広角ズームレンズ。
    １．４≦｜ｆ１｜／ｆｗ≦１．８ ・・・（１）
    １．７≦ｆ２／ｆｗ≦２．１ ・・・（２）
    ここで、ｆ１は、前記広角ズームレンズの第１レンズ群の焦点距離、
    ｆ２は、前記広角ズームレンズの第２レンズ群の焦点距離、
    ｆｗは、前記広角ズームレンズの広角端における全系の焦点距離、
    である。
  2. 前記第３レンズ群は、像面側に凸面を向けた弱い正の屈折力を有する正メニスカスレンズの１枚から構成されることを特徴とする請求項１に記載の広角ズームレンズ。
  3. 遠距離物点から近距離物点へのフォーカシングの際には、前記第１レンズ群のみを物体側に繰り出すことを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の広角ズームレンズ。
  4. 前記第２レンズ群の像側は、２枚の正レンズを有し、
    以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の広角ズームレンズ。
    １．５≦ｆ2rp／ｆｗ≦２．０ ・・・（３）
    ここで、ｆ2rpは、前記第２レンズ群の像側にある２枚の正レンズの合成焦点距離である。
  5. 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、
    開口絞り、
    両凸レンズと両凹レンズの２枚の貼り合せからなる負の屈折力を有する接合レンズ、
    正レンズ、
    正レンズ、
    から構成され、
    全てのレンズ面が球面であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の広角ズームレンズ。
  6. 前記第１レンズ群は、少なくとも１面が非球面を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の広角ズームレンズ。
  7. 前記第１レンズ群は、プラスチック非球面レンズを有し、
    以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項６に記載の広角ズームレンズ。
    ｜φ１２｜≦０．０４ ・・・（４）
    ここで、φ１２は前記プラスチック非球面レンズの屈折力である。
  8. 前記第１レンズ群は、ガラスレンズの表面に薄い樹脂層塗布し、その表面を非球面に成型するハイブリッド非球面レンズを有することを特徴とする請求項６に記載の広角ズームレンズ。
  9. 前記第１レンズ群は、ガラス成型非球面レンズを有することを特徴とする請求項６に記載の広角ズームレンズ。
  10. 前記第３レンズ群の像面側に凸面を向けたメニスカスレンズの少なくとも一方の面は、光軸から離れるにしたがって屈折力が弱くなる非球面形状を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の広角ズームレンズ
  11. 以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の広角ズームレンズ。
    ２０≦｜（Ｌ３１ｆ＋Ｌ３１ｒ）／（Ｌ３１ｆ−Ｌ３１ｒ）｜≦５０・・・（５）
    ここで、Ｌ３１ｆは前記メニスカスレンズの物体側レンズ面の曲率半径、
    Ｌ３１ｒは前記メニスカスレンズの像側レンズ面の曲率半径、
    である。
  12. 以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の広角ズームレンズ。
    ０．８≦Ｄt2-3／ｆｔ≦１．２ ・・・（６）
    ここで、Ｄt2-3は、前記第２レンズ群の最も像側のレンズ面から前記第３レンズ群の最も物体側のレンズ面までの望遠端における光軸上の空気間隔である。
  13. 以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の広角ズームレンズ。
    １．０≦（ＳＤ１＋ＳＤ２＋ＳＤ３）／ｆｗ≦２．８ ・・・（７）
    ここで、ＳＤ１は、前記第１レンズ群の最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離、
    ＳＤ２は、前記第２レンズ群の最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離、
    ＳＤ３は、前記第３レンズ群の最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離、
    である。
  14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の広角ズームレンズと、
    前記広角ズームレンズを構成する前記第１、第２、第３レンズ群を光軸方向に移動させる駆動手段と、
    前記広角ズームレンズの結像面近傍に設けた撮像素子と、
    を有する撮像装置であって、
    前記広角ズームレンズの前記第１、第２、第３レンズ群の少なくとも１つの群は、広角端から望遠端までの撮影状態における位置よりも光軸に沿って前記撮像素子側に移動可能であり、非撮影状態においては広角端から望遠端までの撮影状態における位置よりも前記撮像素子側で停止していることを特徴とする撮像装置。
  15. 前記非撮影状態において、前記広角ズームレンズを構成する前記第１、第２、第３レンズ群は、広角端から望遠端までの撮影状態における位置よりも光軸に沿って前記撮像素子側に移動できるよう前記第３レンズ群の最も像側のレンズ面と前記撮像素子との間隔をあらかじめ空けておき、レンズ鏡枠全体が沈胴した状態でも撮像素子側の規制領域を確保したことを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
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