JP3862520B2 - ズームレンズ及びそれを用いた光学機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、フィルム用カメラ等に好適な小型で広画角のズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特に撮影画角の広角化を図ると共に、レンズ全長の短縮化を図った携帯性に優れたズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルカメラ、電子スチルカメラ等のカメラ（光学機器）の高機能化に伴い、それに用いる光学系には高い光学性能と小型化の両立が求められている。
【０００３】
この種のカメラには、レンズ最後部と撮像素子との間に、ローパスフィルターや色補正フィルターなどの各種光学部材を配置する必要があるため、それに用いる光学系には比較的バックフォーカスの長いレンズ系が要求されている。さらに、カラーの撮像素子を用いたカメラの場合、色シェーディングを避けるため、それに用いる光学系には射出瞳位置が遠い像側のテレセントリック特性の良いものが望まれている。
【０００４】
これらの要求を達成する１つの手段として、従来より負の屈折力の第１群と正の屈折力の第２群の２つのレンズ群より成り、双方のレンズ間隔を変えて変倍を行う所謂ネガティブリードタイプの２群ズームレンズが種々提案されている。これらのネガティブリードタイプのズーム光学系では、正の屈折力の第２群を移動することで変倍を行い、負の屈折力の第１群を移動することで変倍に伴う像点位置の補正を行っている。これらの２つのレンズ群よりなるレンズ構成においては、ズーム倍率は２倍程度である。
【０００５】
又、ビデオカメラ等のＣＣＤを用いた撮影装置（光学機器）に、使用されるズームレンズとして、最も物体側のレンズ群がズーミング中固定された、正、負、正の屈折力のレンズ群で始まる３〜５群のレンズタイプがある。
【０００６】
例えば特開昭６３−８１３１３号公報では正、負、正、正の屈折力のレンズ群の４群を有し、３倍程度の変倍比のズームレンズが提案されている。又、高変倍化のズームレンズとして、例えば特開平３−２９６７０６号公報では正、負、正、正の屈折力のレンズ群の４群を有し１０倍程度の変倍比を持つズームレンズが提案されている。
【０００７】
一方、ＣＣＤを用いて静止画を撮影する、電子スチルカメラ用のズームレンズとしては、レンズ全長の極めて短く、又、静止画の特性上、広画角であり、更には動画のビデオカメラに用いるズームレンズよりも高い光学性能を有する光学系が要望されている。
【０００８】
この様に変倍比２．５〜３倍程度の比較的低倍率の変倍比であっても、広角域を含み、明るく、高性能が得られるレンズとして特公平６−６６００８号公報等では負、正の屈折力のレンズ群の２群を有し各レンズ群の空気間隔の変化によって変倍するズームレンズが提案されている。
【０００９】
さらに２倍以上の高い変倍比を有しつつレンズ全体をコンパクトな形状にまとめるため、例えば特公平７−３５０７号公報や、特公平６−４０１７０号公報等には２群ズームレンズの像側に負または正の屈折力の第３群を配置し、高倍化に伴って発生する諸収差の補正を行う、所謂、３群ズームレンズが提案されている。
【００１０】
特開平７−５２２５６号公報では負、正、正の屈折力のレンズ群の３群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中、第２群と第３群の間隔が広がるズームレンズが提案されている。
【００１１】
米国特許第５４３４７１０号では負、正、正の屈折力のレンズ群の３群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中、第２群と第３群の間隔が減少するズームレンズが開示されている。
【００１２】
特開昭６０−３１１１０号公報では負、正、正、正の屈折力のレンズ群の４群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中、第２群と第３群の間隔が減少し、第４群がズーム中固定されたズームレンズが提案されている。
【００１３】
特開平１０−１０４５２０号公報では負、正、正の屈折力のレンズ群の３群又は負、正，正、正の屈折力のレンズ群の４群構成のズームレンズが開示されている。
【００１４】
特開平１１−２３９６７号公報では負、正、正の屈折力のレンズ群の３群を有し、第２群を第２ａ群と第２ｂ群の２つのレンズ群に分け、双方の空気間隔を隔てた３倍程度の変倍比のズームレンズが開示されている。特開平１１−８４２４３号公報では負、正、正、正、の屈折力のレンズ群の４群を有し、第２群の後方に絞りを配置した４群ズームレンズが開示されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
近年の固体撮像素子は多画素化が進んでおり、特定のイメージサイズにおける画素サイズは小さくなる傾向にある。これに伴い撮影レンズには同じイメージサイズの従来のものに比べてより高い光学性能を有したものが求められている。
【００１６】
したがって、レンズ系の後方にフィルター等を挿入するのに必要なレンズバック（バックフォーカス）の確保と、射出側のテレセントリック特性（射出瞳位置が遠方（無限遠）に位置すること）を両立するという設計上の制約の中で、レンズ全長を短縮しコンパクトで高変倍比のズームレンズを実現することはより困難になってきている。
【００１７】
本発明は、従来のレンズ系を考慮した上で、構成レンズ枚数が少なく、コンパクトで優れた光学性能を有し、射出側テレセントリック性の良いズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、物体側より順に、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レンズ群にて構成され、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔及び第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を変えてズーミングを行うズームレンズにおいて、第２レンズ群は、その群中で最も大きな間隔を境に、正の屈折力の第２ａレンズ群と、その像側に配置された正の屈折力の第２ｂレンズ群より構成され、第２ａレンズ群は、物体側より順に、物体側の面が非球面である非球面正レンズＧ２ａ１、像側の面が非球面である非球面負レンズＧ２ａ２の２つの単レンズにて構成され、第２ｂレンズ群は、両凸形状の１枚の正レンズのみにて構成されると共に、広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第２ａレンズ群と第２ｂレンズ群の間隔が変化し、無限遠物体に合焦しているときの広角端における前記第２ａレンズ群と第２ｂレンズ群の間隔をｄ２ａｂｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第２レンズ群中の非球面正レンズＧ２ａ１の像側の面から前記非球面負レンズＧ２ａ２の像側の面までの軸上距離をＤ２ａとするとき、
０．２＜ｄ２ａｂｗ／ｆｗ＜１．０
０．１＜Ｄ２ａ／ｆｗ＜０．３
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第１レンズ群は、物体側より順に、物体側に比べ像側の面の屈折力の絶対値が大きい形状の非球面負レンズＧ１１、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＧ１２より構成されることを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記第２ａレンズ群の物体側に絞りを有することを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２ｂレンズ群の焦点距離をｆ２ｂとするとき、
−２．５＜ｆ１／ｆｗ＜−１．５
２．５＜ｆ２ｂ／ｆｗ＜６．５
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２２】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記第２レンズ群中の非球面正レンズＧ２ａ１と非球面負レンズＧ２ａ２の材料のアッベ数を各々νｐ、νｎとするとき、
１５＜νｐ−νｎ
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２３】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記第２レンズ群中の非球面負レンズＧ２ａ２の材料の屈折率をＮｎとするとき、
１．７５＜Ｎｎ＜１．９５
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２４】
請求項７の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記第２レンズ群中の非球面負レンズＧ２ａ２の物体側と像側の面の曲率半径を各々Ｒｎ１，Ｒｎ２とするとき、
０．５＜（Ｒｎ１＋Ｒｎ２）／（Ｒｎ１−Ｒｎ２）＜１．８
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２５】
請求項８の発明は請求項１乃至７のいずれか１項の発明において、前記第２レンズ群中の非球面正レンズＧ２ａ１と非球面負レンズＧ２ａ２の焦点距離を各々ｆ２Ｐ，ｆ２ｎとするとき、
−１．０＜ｆ２Ｐ／ｆ２ｎ＜−０．６
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２６】
請求項９の発明は請求項１乃至８のいずれか１項の発明において、広角端に対し望遠端で前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が小さく、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が大きくなるようにレンズ群を移動させてズーミングを行うことを特徴としている。
【００２７】
請求項１０の発明は請求項９の発明において、前記第３レンズ群は、像側に比べ物体側の面の屈折力の絶対値が大きい単レンズより成ることを特徴としている。
【００２８】
請求項１１の発明は請求項９又は１０の発明において、前記第３レンズ群は、ズーミングのために移動しないことを特徴としている。
【００２９】
請求項１２の発明は請求項１乃至１１のいずれか１項の発明において、光電変換素子上に像を形成することを特徴としている。
【００３０】
請求項１３の発明の光学機器は、請求項１乃至１２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有することを特徴としている。
【００３１】
請求項１４の発明は請求項１３の発明において、前記光学機器はデジタルカメラであることを特徴としている。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
【００４１】
図１は本発明の後述する数値実施例１のズームレンズのレンズ断面図である。図２〜図４は本発明の数値実施例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。
【００４２】
図５は本発明の後述する数値実施例２のズームレンズのレンズ断面図である。図６〜図８は本発明の数値実施例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。
【００４３】
図９は本発明の参考例１のズームレンズのレンズ断面図である。図１０〜図１２は本発明の参考例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。
【００４４】
図１３は本発明の後述する数値実施例３のズームレンズのレンズ断面図である。図１４〜図１６は本発明の数値実施例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。
【００４５】
図１，５，１３に示した各数値実施例及び図９に示した参考例１の数値実施例のズームレンズのレンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力の第１群（第１レンズ群）、Ｌ２は正の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ３は正の屈折力の第３群（第３レンズ群）、ＳＰは開口絞り、ＩＰはＣＣＤやＭＯＳ等の撮像素子（光電変換素子）が配置されるべき像面である。Ｇはフィルターや色分解プリズム等に相当するガラスブロックである。
【００４６】
第１群Ｌ１は、物体側より順に、物体側に比べ像側に面の屈折力の絶対値が大きい（曲率の絶対値が大きい）正レンズＧ１１、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＧ１２より構成されている。正レンズＧ１１は非球面を含む非球面レンズである。
【００４７】
第２群Ｌ２は、その群中で最も大きな空気間隔を境に正の屈折力の第２ａ群（第２ａレンズ群）Ｌ２ａと正の屈折力の第２ｂ群Ｌ２ｂ（第２ｂレンズ群）より成っている。第２ａ群Ｌ２ａは、物体側より順に、非球面を含む正レンズＧ２ａ１、非球面を含む負レンズＧ２ａ２より構成されている。第２ｂレンズ群は、各数値実施例においては１つの正レンズより構成されているが、正の屈折力の接合レンズで構成しても良く、単一のレンズ成分であれば良い。
【００４８】
第２ａ群Ｌ２ａは、正レンズＧ２ａ１に高屈折率低分散の材料、負レンズＧ２ａ２に高屈折率高分散の材料を使用して、全ズーム域における軸上色収差を良好に補正している。
【００４９】
また、本実施形態では、第２ｂ群Ｌ２ｂを光軸方向に移動して無限遠物体から有限距離物体へのフォーカシング動作を行なっている。このように、小型軽量の第２ｂ群Ｌ２ｂを移動させてフォーカシングを行なう、所謂インナーフォーカス式を採用することにより、迅速なるフォーカスを容易にしている。そして、レンズ構成を適切に設定することにより、フォーカスの際の収差変動が少なくなるようにしている。
【００５０】
本実施形態のズームレンズは、物体側より順に配置された第１群Ｌ１、第２群Ｌ２、第３群Ｌ３を、広角端に対し望遠端での第１群Ｌ１と第２群Ｌ２の間隔が小さく、第２群Ｌ２と第３群Ｌ３の間隔が大きくなるように、移動させてズーミングを行なっている。ズーミングに際しては、第２群Ｌ２を物体側へ移動させることにより主な変倍を行い、第１群Ｌ２を像側に凸状の軌跡でほぼ往復移動させることにより変倍に伴う像点の移動を補正している。そして、第２群Ｌ２が、共に非球面を含んだ正レンズＧ２ａ１と負レンズＧ２ａ２を有するようにして、変倍に伴う収差変動を良好に補正している。
【００５１】
本実施形態の数値実施例１，２，３のズームレンズでは、ズーミングに際し、第２群Ｌ２を構成する第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔をわずかに変化させながら双方を物体側へ移動させており、参考例１のズームレンズでは、第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂを一体的に、間隔を変化させずに物体側へ移動させている。数値実施例１，２，３のように、ズーミングに際し第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔が変化するものは、４つのレンズ群より成る４群ズームレンズとしてみなすこともできる。
【００５２】
本実施形態においては、ズーミングに際して第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔が変化するタイプであっても、第２ｂ群Ｌ２ｂを第２ａ群Ｌ２ａと同一カム上に載せて、第２ａ群Ｌ２ａとの各物体距離における差分変化を第２群Ｌ２とズーム中連動するアクチュエーターで駆動する構造をとる事によりメカ構造の簡素化を図っている。
【００５３】
なお、第３群Ｌ３は、本実施形態ではズーミングに際し移動させておらず、変倍には寄与していない。しかし、撮像素子の小型化に伴って増大する全系の屈折力の一部を分担し、第１、第２群で構成されるショートズーム系の屈折力を減らすことで、特に第１群Ｌ１を構成する各レンズでの収差の発生を抑え、良好な光学性能を達成している。また、特に固体撮像素子等を用いた撮影装置に必要な像側のテレセントリックな結像を第３群Ｌ３にフィールドレンズの役割を持たせることで容易に実現している。但し、像側テレセントリックな光学系を構成する上で難易度は増すが、本発明の目的とするズームレンズを実現することは不可能ではないので、設計条件によっては第３群Ｌ３を省略することもあり得る。
【００５４】
第３群Ｌ３をズーミング及びフォーカシングに際して固定とし、鏡筒構造の簡易化を図っている。本実施形態のズームレンズの全ての数値実施例において、第３群Ｌ３をズーミング中固定としているが、移動させても良い。これによれば、鏡筒構造は複雑化することになるが、ズーミングにおける収差変動をより少なくすることが容易となる。
【００５５】
また、絞りＳＰを第２群Ｌ２の最も物体側（物体側直前）に配置し、広角側での入射瞳と第１群Ｌ１との距離を縮めることで第１群Ｌ１を構成するレンズの外径の増大を抑えている。絞りＳＰはズーミングに際し、第２群Ｌ２と一体で移動する。
【００５７】
次に本実施形態のズームレンズが満足している条件について説明する。本発明においては、次の条件のうちの少なくとも１つ以上を満足することが光学性能上好ましい。
（ア−１） 第２ａ群Ｌ２ａ中の非球面負レンズＧ２ａ２の屈折率をＮｎとするとき、
１．７５ ＜ Ｎｎ ＜ １．９５ ・・・（１）
の条件を満足している。
【００５８】
条件式（１）は、この条件式で屈折率を規定した非球面負レンズＧ２ａ２と、その物体側に配置された非球面正レンズＧ２ａ１とで、非球面の効果を高めてコマ収差をバランス良く補正するためのものである。
【００５９】
条件式（１）の下限値を超えると非球面の補正効果が不足するため良くない。一方、上限値を超えような高屈折率の材料では非球面に加工するので困難となるので好ましくない。
【００６０】
なお、更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を、
１．８２＜Ｎｎ＜１．８５ ・・・（１ａ）
の如く設定するのが良い。
（ア−２） 第２ａ群Ｌ２ａ中の正レンズＧ２ａ１と負レンズＧ２ａ２のアッベ数を各々νｐ，νｎとするとき、
１５＜νｐ−νｎ ・・・（２）
を満足している。
【００６１】
条件式（２）は、主に変倍に伴う色収差の変動を少なくするための条件である。 条件式（２）の下限値を超えると、全ズーム域において色収差を良好に補正するのが難しくなってくる。
【００６２】
なお、更に好ましくは条件式（２）の数値範囲を、
２０＜νｐ−νｎ ・・・（２ａ）
とするのが良い。
（ア−３）第２ａ群Ｌ２ａ中の正レンズＧ２ａ１の像側の面から負レンズＧ２ａ２の像側の面までの軸上距離をＤ２ａとするとき、
０．１＜Ｄ２ａ／ｆｗ＜０．３ ・・・（３）
なる条件を満足している。
【００６３】
条件式（３）は、第２ａ群Ｌ２ａを構成する正レンズＧ２ａ１と負レンズＧ２ａ２の間隔、及び負レンズＧ２ａ２自身の厚みに関するものである。
【００６４】
条件式（３）の下限値を超えて距離が小さくなり過ぎると、広角域における画面周辺のコマ収差の補正が困難になってくる。条件式（３）の上限値を超えて距離が大きくなり過ぎると、第２ａ群Ｌ２全体の軸上厚が大きくなるので、沈胴長が大きくなってしまうので良くない。
【００６５】
なお、更に好ましくは条件式（３）の数値範囲を、
０．１５ ＜ Ｄ２ａ／ｆｗ ＜ ０．２１ ・・・（３ａ）
の如く設定するのが良い。
（ア−４） 第２群Ｌ２ａ中の非球面負レンズＧ２ａ２の物体側と像側の面の曲率半径を各々Rn1，Rn2とするとき、 ０．５ ＜ （Rn1＋Rn2）／（Rn1−Rn2） ＜ １．８ ・・・（４）
の条件を満足している。
【００６６】
条件式（４）は、非球面負レンズＧ２ａ２のシェープファクター（レンズ形状）に関するもので、第２群Ｌ２中の２つの非球面の収差補正効果と合わせて、更に良好に収差補正を行うための条件である。
【００６７】
条件式（４）の上限値又は下限値を超えると、広角域におけるコマフレアーの補正が困難となってしまうので良くない。
【００６８】
なお、更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を、
０．６ ＜ （Rn1＋Rn2）／（Rn1−Rn2） ＜ １．４ ・・・（４ａ）
とするのが良い。
（ア−５） 第２群Ｌ２ａ中の非球面正レンズＧ２ａ１の焦点距離をｆ２Ｐ、非球面負レンズＧ２ａ２の焦点距離をｆ２ｎとするとき、
−１．０ ＜ ｆ２Ｐ／ｆ２ｎ ＜ −０．６ ・・・（５）
の条件を満足している。
【００６９】
条件式（５）は、第２群Ｌ２中で物体側に配置される正レンズＧ２ａ１と負レンズＧ２ａ２の焦点距離の比に関するもので、少ないレンズ枚数で軸上色収差を良好に補正するための条件である。
【００７０】
第２ａ群Ｌ２ａが有する各々のレンズの非球面によって、色収差以外の収差は少ないレンズ枚数でも良好に補正することができるが、更に軸上色収差を良好に補正する為には、条件式（５）を満足する必要がある。条件式（５）の上限値又は下限値を超えて、正レンズＧ２ａ１と負レンズＧ２ａ２のパワー比（屈折力比）のバランスが崩れると特に望遠域において軸上色収差の補正が困難になる。
【００７１】
なお、更に好ましくは条件式（５）の数値範囲を、
−０．９ ＜ｆ２Ｐ ／ｆ２ｎ ＜ −０．７ ・・・（５ａ）
とするのが良い。
（ア−６）無限遠物体に合焦しているときの広角端における第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔をｄ２ａｂｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
０．２ ＜ d2abw／ｆｗ ＜ １．０ ・・・（６）
なる条件を満足している。
【００７２】
条件式（６）は、広角端における第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔を広角端の焦点距離で規格化したものである。
【００７３】
条件式（６）の上限値を超えて第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔が大きくなりすぎると第２ｂ群２ｂを駆動するときの駆動機構が大型化してくるので良くない。条件式（６）の下限値を超えて第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔が小さくなりすぎると、広角端において射出瞳位置が短くなり過ぎ、シェーディングの影響が大きくなるので良くない。
【００７４】
なお、更に好ましくは条件式（６）の数値範囲を、
０．３ ＜ ｄ２ａｂｗ／ｆｗ ＜ ０．６ ・・・（６ａ）
の如く設定するのが良い。
【００７５】
本願第２発明は、前述の基本構成に加え、この条件式（６）を同時に満足することを特定したものである。
（ア−７） 第１群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第２ｂ群Ｌ２ｂの焦点距離をｆ２ｂとするとき、
−２．５ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ −１．５ ・・・（７）
２．５ ＜ ｆ２ｂ／ｆｗ ＜ ６．５ ・・・（８）
なる条件を満足している。
【００７６】
条件式（７）は第１群Ｌ１の焦点距離を広角端の焦点距離で規格化したものである。条件式（７）の上限値を超えて第１群Ｌ１のパワー（屈折力）が強くなりすぎると、広角域において画面周辺のコマ収差を補正するのが困難になってくる。条件式（７）の下限値を超えて第１群Ｌ１のパワーが弱くなり過ぎると、レンズ全長が増大してくるので良くない。
【００７７】
条件式（８）は第２ｂ群Ｌ２ｂの焦点距離を広角端の焦点距離で規格化したものである。条件式（８）の上限値を超えて第２ｂ群Ｌ２ｂのパワーが弱くなると、広角域における所定の長さの射出瞳を確保しようとすると、レンズ全長が増大してくる傾向がある。一方、条件式（８）の下限値を超えて第２ｂ群Ｌ２ｂのパワーが強くなりすぎると、望遠域において諸収差の補正が困難となってくる。
【００７８】
更に好ましくは条件式（７），（８）の数値範囲を、
−２．２ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ −１．７ ・・・（７ａ）
３．１ ＜ ｆ２ｂ／ｆｗ ＜ ５．７ ・・・（８ａ）
の如く設定するのが良い。
【００７９】
次に数値実施例１〜３のズームレンズの特徴について詳細に説明する。
【００８０】
数値実施例１〜３において、第１群Ｌ１は、物体側が凸面で像側に非球面を有する負メニスカスレンズ、物体側が凸面の正メニスカスレンズの２枚の単レンズにて構成されている。
【００８１】
数値実施例１〜３において、第２ａ群Ｌ２ａは、像側に比べて物体側の面の屈折力の絶対値が大きく（曲率の絶対値が大きく）、物体側の面に非球面を有する両面が凸面の正レンズ、物体側に比べ像側の面の屈折力の絶対値が大きく（曲率の絶対値が大きく）、像側に非球面を有する負レンズの２枚の単レンズにて構成されている。第２ａ群Ｌ２ａが有する非球面負レンズは、数値実施例１，２においては物体側が凸面のメニスカス負レンズであり、数値実施例３，４においては両面が凹面の負レンズである。
【００８２】
数値実施例１〜３において、第２ｂ群Ｌ２ｂは、両面が凸面の１枚の正レンズにより構成されている。なお、第２ｂ群Ｌ２ｂは、前述したように正レンズと負レンズとの接合レンズより構成しても良い。
【００８３】
数値実施例１〜３において、第３群Ｌ３は、像側に比べて物体側の面の屈折力の絶対値が大きい（曲率の絶対値が大きい）１枚の正レンズにて構成されている。
【００８４】
数値実施例１〜３において、第２ｂ群Ｌ２ｂは両面が凸面の１枚の正レンズにより構成されている。なお、第２ｂ群Ｌ２ｂは、前述したように正レンズと負レンズとの接合レンズより構成しても良い。
【００８５】
数値実施例１〜３において、第３群Ｌ３は、像側に比べて物体側の面の屈折力の絶対値が大きい（曲率の絶対値が大きい）１枚の正レンズにて構成されている。
【００８６】
ズーミングに際し第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔は、数値実施例１では広角端に比べて望遠端で減少している。数値実施例２，３では広角端から望遠端へ向けていったん減少し、その後増大している。このとき広角端に比べ望遠端のほうが空気間隔が若干大きくなっている。参考例１では変化しない。
【００８７】
数値実施例１〜３において、フォーカスは第２ｂ群Ｌ２ｂで行なっているが、他のレンズ群（第２ａ群Ｌ２ａや第３群Ｌ３）で行っても良い。以下に、数値実施例１〜３と参考例１の数値データを示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順番を示し、Ｒｉは各面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の部材肉厚又は空気間隔、Ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、最も像側の２つの面は水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当するガラスブロックＧである。非球面形状は光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてＸとするとき、
【００８８】
【数１】
【００８９】
で表される。但しＲは曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数である。
【００９０】
又、[ｅ−Ｘ]は「×１０-X」を意味している。
【００９１】
又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表１に示す。
【００９２】
【外１】
【００９３】
【外２】
【００９４】
【外３】
【００９５】
【外４】
【００９６】
【表１】
【００９７】
以上説明した本実施形態のズームレンズによれば、各レンズ群のレンズ構成、ズーミングにおける各レンズ群の移動方法を適切に設定することにより、全系のレンズ枚数の削減を図ってレンズ全長の短縮化を達成しつつ、変倍比２〜２．５倍程度で、明るく、高い光学性能を有し、変倍範囲として広角域を含んだ、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像素子を使用するカメラの撮影光学系に好適なズームレンズが実現できる。
【００９８】
次に本実施形態のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルカメラの実施形態を図１７を用いて説明する。
【００９９】
図１７において、１０はカメラ本体、１１は本実施形態のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２はカメラ本体に内蔵されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシャッターボタンである。 このように本実施形態のズームレンズをデジタルカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、構成レンズ枚数の少ない、コンパクトで優れた光学性能を有し、テレセントリック性の良いズームレンズ及びそれを用いた光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のズームレンズの数値実施例１の光学断面図。
【図２】 数値実施例１の広角端での収差図。
【図３】 数値実施例１の中間のズーム位置での収差図。
【図４】 数値実施例１の望遠端での収差図。
【図５】 本発明のズームレンズの数値実施例２の光学断面図。
【図６】 数値実施例２の広角端での収差図。
【図７】 数値実施例２の中間のズーム位置での収差図。
【図８】 数値実施例２の望遠端での収差図。
【図９】 参考例１のズームレンズの数値実施例の光学断面図。
【図１０】 参考例１の広角端での収差図。
【図１１】 参考例１の中間のズーム位置での収差図。
【図１２】 参考例１の望遠端での収差図。
【図１３】 本発明のズームレンズの数値実施例３の光学断面図。
【図１４】 数値実施例３の広角端での収差図。
【図１５】 数値実施例３の中間のズーム位置での収差図。
【図１６】 数値実施例３の望遠端での収差図。
【図１７】 本発明の光学機器の概略図。
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、フィルム用カメラ等に好適な小型で広画角のズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特に撮影画角の広角化を図ると共に、レンズ全長の短縮化を図った携帯性に優れたズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルカメラ、電子スチルカメラ等のカメラ（光学機器）の高機能化に伴い、それに用いる光学系には高い光学性能と小型化の両立が求められている。
【０００３】
この種のカメラには、レンズ最後部と撮像素子との間に、ローパスフィルターや色補正フィルターなどの各種光学部材を配置する必要があるため、それに用いる光学系には比較的バックフォーカスの長いレンズ系が要求されている。さらに、カラーの撮像素子を用いたカメラの場合、色シェーディングを避けるため、それに用いる光学系には射出瞳位置が遠い像側のテレセントリック特性の良いものが望まれている。
【０００４】
これらの要求を達成する１つの手段として、従来より負の屈折力の第１群と正の屈折力の第２群の２つのレンズ群より成り、双方のレンズ間隔を変えて変倍を行う所謂ネガティブリードタイプの２群ズームレンズが種々提案されている。これらのネガティブリードタイプのズーム光学系では、正の屈折力の第２群を移動することで変倍を行い、負の屈折力の第１群を移動することで変倍に伴う像点位置の補正を行っている。これらの２つのレンズ群よりなるレンズ構成においては、ズーム倍率は２倍程度である。
【０００５】
又、ビデオカメラ等のＣＣＤを用いた撮影装置（光学機器）に、使用されるズームレンズとして、最も物体側のレンズ群がズーミング中固定された、正、負、正の屈折力のレンズ群で始まる３〜５群のレンズタイプがある。
【０００６】
例えば特開昭６３−８１３１３号公報では正、負、正、正の屈折力のレンズ群の４群を有し、３倍程度の変倍比のズームレンズが提案されている。又、高変倍化のズームレンズとして、例えば特開平３−２９６７０６号公報では正、負、正、正の屈折力のレンズ群の４群を有し１０倍程度の変倍比を持つズームレンズが提案されている。
【０００７】
一方、ＣＣＤを用いて静止画を撮影する、電子スチルカメラ用のズームレンズとしては、レンズ全長の極めて短く、又、静止画の特性上、広画角であり、更には動画のビデオカメラに用いるズームレンズよりも高い光学性能を有する光学系が要望されている。
【０００８】
この様に変倍比２．５〜３倍程度の比較的低倍率の変倍比であっても、広角域を含み、明るく、高性能が得られるレンズとして特公平６−６６００８号公報等では負、正の屈折力のレンズ群の２群を有し各レンズ群の空気間隔の変化によって変倍するズームレンズが提案されている。
【０００９】
さらに２倍以上の高い変倍比を有しつつレンズ全体をコンパクトな形状にまとめるため、例えば特公平７−３５０７号公報や、特公平６−４０１７０号公報等には２群ズームレンズの像側に負または正の屈折力の第３群を配置し、高倍化に伴って発生する諸収差の補正を行う、所謂、３群ズームレンズが提案されている。
【００１０】
特開平７−５２２５６号公報では負、正、正の屈折力のレンズ群の３群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中、第２群と第３群の間隔が広がるズームレンズが提案されている。
【００１１】
米国特許第５４３４７１０号では負、正、正の屈折力のレンズ群の３群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中、第２群と第３群の間隔が減少するズームレンズが開示されている。
【００１２】
特開昭６０−３１１１０号公報では負、正、正、正の屈折力のレンズ群の４群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中、第２群と第３群の間隔が減少し、第４群がズーム中固定されたズームレンズが提案されている。
【００１３】
特開平１０−１０４５２０号公報では負、正、正の屈折力のレンズ群の３群又は負、正，正、正の屈折力のレンズ群の４群構成のズームレンズが開示されている。
【００１４】
特開平１１−２３９６７号公報では負、正、正の屈折力のレンズ群の３群を有し、第２群を第２ａ群と第２ｂ群の２つのレンズ群に分け、双方の空気間隔を隔てた３倍程度の変倍比のズームレンズが開示されている。特開平１１−８４２４３号公報では負、正、正、正、の屈折力のレンズ群の４群を有し、第２群の後方に絞りを配置した４群ズームレンズが開示されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
近年の固体撮像素子は多画素化が進んでおり、特定のイメージサイズにおける画素サイズは小さくなる傾向にある。これに伴い撮影レンズには同じイメージサイズの従来のものに比べてより高い光学性能を有したものが求められている。
【００１６】
したがって、レンズ系の後方にフィルター等を挿入するのに必要なレンズバック（バックフォーカス）の確保と、射出側のテレセントリック特性（射出瞳位置が遠方（無限遠）に位置すること）を両立するという設計上の制約の中で、レンズ全長を短縮しコンパクトで高変倍比のズームレンズを実現することはより困難になってきている。
【００１７】
本発明は、従来のレンズ系を考慮した上で、構成レンズ枚数が少なく、コンパクトで優れた光学性能を有し、射出側テレセントリック性の良いズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、物体側より順に、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レンズ群にて構成され、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔及び第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を変えてズーミングを行うズームレンズにおいて、第２レンズ群は、その群中で最も大きな間隔を境に、正の屈折力の第２ａレンズ群と、その像側に配置された正の屈折力の第２ｂレンズ群より構成され、第２ａレンズ群は、物体側より順に、物体側の面が非球面である非球面正レンズＧ２ａ１、像側の面が非球面である非球面負レンズＧ２ａ２の２つの単レンズにて構成され、第２ｂレンズ群は、両凸形状の１枚の正レンズのみにて構成されると共に、広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第２ａレンズ群と第２ｂレンズ群の間隔が変化し、無限遠物体に合焦しているときの広角端における前記第２ａレンズ群と第２ｂレンズ群の間隔をｄ２ａｂｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第２レンズ群中の非球面正レンズＧ２ａ１の像側の面から前記非球面負レンズＧ２ａ２の像側の面までの軸上距離をＤ２ａとするとき、
０．２＜ｄ２ａｂｗ／ｆｗ＜１．０
０．１＜Ｄ２ａ／ｆｗ＜０．３
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第１レンズ群は、物体側より順に、物体側に比べ像側の面の屈折力の絶対値が大きい形状の非球面負レンズＧ１１、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＧ１２より構成されることを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記第２ａレンズ群の物体側に絞りを有することを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２ｂレンズ群の焦点距離をｆ２ｂとするとき、
−２．５＜ｆ１／ｆｗ＜−１．５
２．５＜ｆ２ｂ／ｆｗ＜６．５
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２２】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記第２レンズ群中の非球面正レンズＧ２ａ１と非球面負レンズＧ２ａ２の材料のアッベ数を各々νｐ、νｎとするとき、
１５＜νｐ−νｎ
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２３】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記第２レンズ群中の非球面負レンズＧ２ａ２の材料の屈折率をＮｎとするとき、
１．７５＜Ｎｎ＜１．９５
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２４】
請求項７の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記第２レンズ群中の非球面負レンズＧ２ａ２の物体側と像側の面の曲率半径を各々Ｒｎ１，Ｒｎ２とするとき、
０．５＜（Ｒｎ１＋Ｒｎ２）／（Ｒｎ１−Ｒｎ２）＜１．８
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２５】
請求項８の発明は請求項１乃至７のいずれか１項の発明において、前記第２レンズ群中の非球面正レンズＧ２ａ１と非球面負レンズＧ２ａ２の焦点距離を各々ｆ２Ｐ，ｆ２ｎとするとき、
−１．０＜ｆ２Ｐ／ｆ２ｎ＜−０．６
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２６】
請求項９の発明は請求項１乃至８のいずれか１項の発明において、広角端に対し望遠端で前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が小さく、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が大きくなるようにレンズ群を移動させてズーミングを行うことを特徴としている。
【００２７】
請求項１０の発明は請求項９の発明において、前記第３レンズ群は、像側に比べ物体側の面の屈折力の絶対値が大きい単レンズより成ることを特徴としている。
【００２８】
請求項１１の発明は請求項９又は１０の発明において、前記第３レンズ群は、ズーミングのために移動しないことを特徴としている。
【００２９】
請求項１２の発明は請求項１乃至１１のいずれか１項の発明において、光電変換素子上に像を形成することを特徴としている。
【００３０】
請求項１３の発明の光学機器は、請求項１乃至１２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有することを特徴としている。
【００３１】
請求項１４の発明は請求項１３の発明において、前記光学機器はデジタルカメラであることを特徴としている。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
【００４１】
図１は本発明の後述する数値実施例１のズームレンズのレンズ断面図である。図２〜図４は本発明の数値実施例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。
【００４２】
図５は本発明の後述する数値実施例２のズームレンズのレンズ断面図である。図６〜図８は本発明の数値実施例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。
【００４３】
図９は本発明の参考例１のズームレンズのレンズ断面図である。図１０〜図１２は本発明の参考例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。
【００４４】
図１３は本発明の後述する数値実施例３のズームレンズのレンズ断面図である。図１４〜図１６は本発明の数値実施例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。
【００４５】
図１，５，１３に示した各数値実施例及び図９に示した参考例１の数値実施例のズームレンズのレンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力の第１群（第１レンズ群）、Ｌ２は正の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ３は正の屈折力の第３群（第３レンズ群）、ＳＰは開口絞り、ＩＰはＣＣＤやＭＯＳ等の撮像素子（光電変換素子）が配置されるべき像面である。Ｇはフィルターや色分解プリズム等に相当するガラスブロックである。
【００４６】
第１群Ｌ１は、物体側より順に、物体側に比べ像側に面の屈折力の絶対値が大きい（曲率の絶対値が大きい）正レンズＧ１１、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＧ１２より構成されている。正レンズＧ１１は非球面を含む非球面レンズである。
【００４７】
第２群Ｌ２は、その群中で最も大きな空気間隔を境に正の屈折力の第２ａ群（第２ａレンズ群）Ｌ２ａと正の屈折力の第２ｂ群Ｌ２ｂ（第２ｂレンズ群）より成っている。第２ａ群Ｌ２ａは、物体側より順に、非球面を含む正レンズＧ２ａ１、非球面を含む負レンズＧ２ａ２より構成されている。第２ｂレンズ群は、各数値実施例においては１つの正レンズより構成されているが、正の屈折力の接合レンズで構成しても良く、単一のレンズ成分であれば良い。
【００４８】
第２ａ群Ｌ２ａは、正レンズＧ２ａ１に高屈折率低分散の材料、負レンズＧ２ａ２に高屈折率高分散の材料を使用して、全ズーム域における軸上色収差を良好に補正している。
【００４９】
また、本実施形態では、第２ｂ群Ｌ２ｂを光軸方向に移動して無限遠物体から有限距離物体へのフォーカシング動作を行なっている。このように、小型軽量の第２ｂ群Ｌ２ｂを移動させてフォーカシングを行なう、所謂インナーフォーカス式を採用することにより、迅速なるフォーカスを容易にしている。そして、レンズ構成を適切に設定することにより、フォーカスの際の収差変動が少なくなるようにしている。
【００５０】
本実施形態のズームレンズは、物体側より順に配置された第１群Ｌ１、第２群Ｌ２、第３群Ｌ３を、広角端に対し望遠端での第１群Ｌ１と第２群Ｌ２の間隔が小さく、第２群Ｌ２と第３群Ｌ３の間隔が大きくなるように、移動させてズーミングを行なっている。ズーミングに際しては、第２群Ｌ２を物体側へ移動させることにより主な変倍を行い、第１群Ｌ２を像側に凸状の軌跡でほぼ往復移動させることにより変倍に伴う像点の移動を補正している。そして、第２群Ｌ２が、共に非球面を含んだ正レンズＧ２ａ１と負レンズＧ２ａ２を有するようにして、変倍に伴う収差変動を良好に補正している。
【００５１】
本実施形態の数値実施例１，２，３のズームレンズでは、ズーミングに際し、第２群Ｌ２を構成する第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔をわずかに変化させながら双方を物体側へ移動させており、参考例１のズームレンズでは、第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂを一体的に、間隔を変化させずに物体側へ移動させている。数値実施例１，２，３のように、ズーミングに際し第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔が変化するものは、４つのレンズ群より成る４群ズームレンズとしてみなすこともできる。
【００５２】
本実施形態においては、ズーミングに際して第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔が変化するタイプであっても、第２ｂ群Ｌ２ｂを第２ａ群Ｌ２ａと同一カム上に載せて、第２ａ群Ｌ２ａとの各物体距離における差分変化を第２群Ｌ２とズーム中連動するアクチュエーターで駆動する構造をとる事によりメカ構造の簡素化を図っている。
【００５３】
なお、第３群Ｌ３は、本実施形態ではズーミングに際し移動させておらず、変倍には寄与していない。しかし、撮像素子の小型化に伴って増大する全系の屈折力の一部を分担し、第１、第２群で構成されるショートズーム系の屈折力を減らすことで、特に第１群Ｌ１を構成する各レンズでの収差の発生を抑え、良好な光学性能を達成している。また、特に固体撮像素子等を用いた撮影装置に必要な像側のテレセントリックな結像を第３群Ｌ３にフィールドレンズの役割を持たせることで容易に実現している。但し、像側テレセントリックな光学系を構成する上で難易度は増すが、本発明の目的とするズームレンズを実現することは不可能ではないので、設計条件によっては第３群Ｌ３を省略することもあり得る。
【００５４】
第３群Ｌ３をズーミング及びフォーカシングに際して固定とし、鏡筒構造の簡易化を図っている。本実施形態のズームレンズの全ての数値実施例において、第３群Ｌ３をズーミング中固定としているが、移動させても良い。これによれば、鏡筒構造は複雑化することになるが、ズーミングにおける収差変動をより少なくすることが容易となる。
【００５５】
また、絞りＳＰを第２群Ｌ２の最も物体側（物体側直前）に配置し、広角側での入射瞳と第１群Ｌ１との距離を縮めることで第１群Ｌ１を構成するレンズの外径の増大を抑えている。絞りＳＰはズーミングに際し、第２群Ｌ２と一体で移動する。
【００５７】
次に本実施形態のズームレンズが満足している条件について説明する。本発明においては、次の条件のうちの少なくとも１つ以上を満足することが光学性能上好ましい。
（ア−１） 第２ａ群Ｌ２ａ中の非球面負レンズＧ２ａ２の屈折率をＮｎとするとき、
１．７５ ＜ Ｎｎ ＜ １．９５ ・・・（１）
の条件を満足している。
【００５８】
条件式（１）は、この条件式で屈折率を規定した非球面負レンズＧ２ａ２と、その物体側に配置された非球面正レンズＧ２ａ１とで、非球面の効果を高めてコマ収差をバランス良く補正するためのものである。
【００５９】
条件式（１）の下限値を超えると非球面の補正効果が不足するため良くない。一方、上限値を超えような高屈折率の材料では非球面に加工するので困難となるので好ましくない。
【００６０】
なお、更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を、
１．８２＜Ｎｎ＜１．８５ ・・・（１ａ）
の如く設定するのが良い。
（ア−２） 第２ａ群Ｌ２ａ中の正レンズＧ２ａ１と負レンズＧ２ａ２のアッベ数を各々νｐ，νｎとするとき、
１５＜νｐ−νｎ ・・・（２）
を満足している。
【００６１】
条件式（２）は、主に変倍に伴う色収差の変動を少なくするための条件である。 条件式（２）の下限値を超えると、全ズーム域において色収差を良好に補正するのが難しくなってくる。
【００６２】
なお、更に好ましくは条件式（２）の数値範囲を、
２０＜νｐ−νｎ ・・・（２ａ）
とするのが良い。
（ア−３）第２ａ群Ｌ２ａ中の正レンズＧ２ａ１の像側の面から負レンズＧ２ａ２の像側の面までの軸上距離をＤ２ａとするとき、
０．１＜Ｄ２ａ／ｆｗ＜０．３ ・・・（３）
なる条件を満足している。
【００６３】
条件式（３）は、第２ａ群Ｌ２ａを構成する正レンズＧ２ａ１と負レンズＧ２ａ２の間隔、及び負レンズＧ２ａ２自身の厚みに関するものである。
【００６４】
条件式（３）の下限値を超えて距離が小さくなり過ぎると、広角域における画面周辺のコマ収差の補正が困難になってくる。条件式（３）の上限値を超えて距離が大きくなり過ぎると、第２ａ群Ｌ２全体の軸上厚が大きくなるので、沈胴長が大きくなってしまうので良くない。
【００６５】
なお、更に好ましくは条件式（３）の数値範囲を、
０．１５ ＜ Ｄ２ａ／ｆｗ ＜ ０．２１ ・・・（３ａ）
の如く設定するのが良い。
（ア−４） 第２群Ｌ２ａ中の非球面負レンズＧ２ａ２の物体側と像側の面の曲率半径を各々Rn1，Rn2とするとき、 ０．５ ＜ （Rn1＋Rn2）／（Rn1−Rn2） ＜ １．８ ・・・（４）
の条件を満足している。
【００６６】
条件式（４）は、非球面負レンズＧ２ａ２のシェープファクター（レンズ形状）に関するもので、第２群Ｌ２中の２つの非球面の収差補正効果と合わせて、更に良好に収差補正を行うための条件である。
【００６７】
条件式（４）の上限値又は下限値を超えると、広角域におけるコマフレアーの補正が困難となってしまうので良くない。
【００６８】
なお、更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を、
０．６ ＜ （Rn1＋Rn2）／（Rn1−Rn2） ＜ １．４ ・・・（４ａ）
とするのが良い。
（ア−５） 第２群Ｌ２ａ中の非球面正レンズＧ２ａ１の焦点距離をｆ２Ｐ、非球面負レンズＧ２ａ２の焦点距離をｆ２ｎとするとき、
−１．０ ＜ ｆ２Ｐ／ｆ２ｎ ＜ −０．６ ・・・（５）
の条件を満足している。
【００６９】
条件式（５）は、第２群Ｌ２中で物体側に配置される正レンズＧ２ａ１と負レンズＧ２ａ２の焦点距離の比に関するもので、少ないレンズ枚数で軸上色収差を良好に補正するための条件である。
【００７０】
第２ａ群Ｌ２ａが有する各々のレンズの非球面によって、色収差以外の収差は少ないレンズ枚数でも良好に補正することができるが、更に軸上色収差を良好に補正する為には、条件式（５）を満足する必要がある。条件式（５）の上限値又は下限値を超えて、正レンズＧ２ａ１と負レンズＧ２ａ２のパワー比（屈折力比）のバランスが崩れると特に望遠域において軸上色収差の補正が困難になる。
【００７１】
なお、更に好ましくは条件式（５）の数値範囲を、
−０．９ ＜ｆ２Ｐ ／ｆ２ｎ ＜ −０．７ ・・・（５ａ）
とするのが良い。
（ア−６）無限遠物体に合焦しているときの広角端における第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔をｄ２ａｂｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
０．２ ＜ d2abw／ｆｗ ＜ １．０ ・・・（６）
なる条件を満足している。
【００７２】
条件式（６）は、広角端における第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔を広角端の焦点距離で規格化したものである。
【００７３】
条件式（６）の上限値を超えて第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔が大きくなりすぎると第２ｂ群２ｂを駆動するときの駆動機構が大型化してくるので良くない。条件式（６）の下限値を超えて第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔が小さくなりすぎると、広角端において射出瞳位置が短くなり過ぎ、シェーディングの影響が大きくなるので良くない。
【００７４】
なお、更に好ましくは条件式（６）の数値範囲を、
０．３ ＜ ｄ２ａｂｗ／ｆｗ ＜ ０．６ ・・・（６ａ）
の如く設定するのが良い。
【００７５】
本願第２発明は、前述の基本構成に加え、この条件式（６）を同時に満足することを特定したものである。
（ア−７） 第１群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第２ｂ群Ｌ２ｂの焦点距離をｆ２ｂとするとき、
−２．５ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ −１．５ ・・・（７）
２．５ ＜ ｆ２ｂ／ｆｗ ＜ ６．５ ・・・（８）
なる条件を満足している。
【００７６】
条件式（７）は第１群Ｌ１の焦点距離を広角端の焦点距離で規格化したものである。条件式（７）の上限値を超えて第１群Ｌ１のパワー（屈折力）が強くなりすぎると、広角域において画面周辺のコマ収差を補正するのが困難になってくる。条件式（７）の下限値を超えて第１群Ｌ１のパワーが弱くなり過ぎると、レンズ全長が増大してくるので良くない。
【００７７】
条件式（８）は第２ｂ群Ｌ２ｂの焦点距離を広角端の焦点距離で規格化したものである。条件式（８）の上限値を超えて第２ｂ群Ｌ２ｂのパワーが弱くなると、広角域における所定の長さの射出瞳を確保しようとすると、レンズ全長が増大してくる傾向がある。一方、条件式（８）の下限値を超えて第２ｂ群Ｌ２ｂのパワーが強くなりすぎると、望遠域において諸収差の補正が困難となってくる。
【００７８】
更に好ましくは条件式（７），（８）の数値範囲を、
−２．２ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ −１．７ ・・・（７ａ）
３．１ ＜ ｆ２ｂ／ｆｗ ＜ ５．７ ・・・（８ａ）
の如く設定するのが良い。
【００７９】
次に数値実施例１〜３のズームレンズの特徴について詳細に説明する。
【００８０】
数値実施例１〜３において、第１群Ｌ１は、物体側が凸面で像側に非球面を有する負メニスカスレンズ、物体側が凸面の正メニスカスレンズの２枚の単レンズにて構成されている。
【００８１】
数値実施例１〜３において、第２ａ群Ｌ２ａは、像側に比べて物体側の面の屈折力の絶対値が大きく（曲率の絶対値が大きく）、物体側の面に非球面を有する両面が凸面の正レンズ、物体側に比べ像側の面の屈折力の絶対値が大きく（曲率の絶対値が大きく）、像側に非球面を有する負レンズの２枚の単レンズにて構成されている。第２ａ群Ｌ２ａが有する非球面負レンズは、数値実施例１，２においては物体側が凸面のメニスカス負レンズであり、数値実施例３，４においては両面が凹面の負レンズである。
【００８２】
数値実施例１〜３において、第２ｂ群Ｌ２ｂは、両面が凸面の１枚の正レンズにより構成されている。なお、第２ｂ群Ｌ２ｂは、前述したように正レンズと負レンズとの接合レンズより構成しても良い。
【００８３】
数値実施例１〜３において、第３群Ｌ３は、像側に比べて物体側の面の屈折力の絶対値が大きい（曲率の絶対値が大きい）１枚の正レンズにて構成されている。
【００８４】
数値実施例１〜３において、第２ｂ群Ｌ２ｂは両面が凸面の１枚の正レンズにより構成されている。なお、第２ｂ群Ｌ２ｂは、前述したように正レンズと負レンズとの接合レンズより構成しても良い。
【００８５】
数値実施例１〜３において、第３群Ｌ３は、像側に比べて物体側の面の屈折力の絶対値が大きい（曲率の絶対値が大きい）１枚の正レンズにて構成されている。
【００８６】
ズーミングに際し第２ａ群Ｌ２ａと第２ｂ群Ｌ２ｂの間隔は、数値実施例１では広角端に比べて望遠端で減少している。数値実施例２，３では広角端から望遠端へ向けていったん減少し、その後増大している。このとき広角端に比べ望遠端のほうが空気間隔が若干大きくなっている。参考例１では変化しない。
【００８７】
数値実施例１〜３において、フォーカスは第２ｂ群Ｌ２ｂで行なっているが、他のレンズ群（第２ａ群Ｌ２ａや第３群Ｌ３）で行っても良い。以下に、数値実施例１〜３と参考例１の数値データを示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順番を示し、Ｒｉは各面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の部材肉厚又は空気間隔、Ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、最も像側の２つの面は水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当するガラスブロックＧである。非球面形状は光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてＸとするとき、
【００８８】
【数１】
【００８９】
で表される。但しＲは曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数である。
【００９０】
又、[ｅ−Ｘ]は「×１０-X」を意味している。
【００９１】
又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表１に示す。
【００９２】
【外１】
【００９３】
【外２】
【００９４】
【外３】
【００９５】
【外４】
【００９６】
【表１】
【００９７】
以上説明した本実施形態のズームレンズによれば、各レンズ群のレンズ構成、ズーミングにおける各レンズ群の移動方法を適切に設定することにより、全系のレンズ枚数の削減を図ってレンズ全長の短縮化を達成しつつ、変倍比２〜２．５倍程度で、明るく、高い光学性能を有し、変倍範囲として広角域を含んだ、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像素子を使用するカメラの撮影光学系に好適なズームレンズが実現できる。
【００９８】
次に本実施形態のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルカメラの実施形態を図１７を用いて説明する。
【００９９】
図１７において、１０はカメラ本体、１１は本実施形態のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２はカメラ本体に内蔵されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシャッターボタンである。 このように本実施形態のズームレンズをデジタルカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、構成レンズ枚数の少ない、コンパクトで優れた光学性能を有し、テレセントリック性の良いズームレンズ及びそれを用いた光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のズームレンズの数値実施例１の光学断面図。
【図２】 数値実施例１の広角端での収差図。
【図３】 数値実施例１の中間のズーム位置での収差図。
【図４】 数値実施例１の望遠端での収差図。
【図５】 本発明のズームレンズの数値実施例２の光学断面図。
【図６】 数値実施例２の広角端での収差図。
【図７】 数値実施例２の中間のズーム位置での収差図。
【図８】 数値実施例２の望遠端での収差図。
【図９】 参考例１のズームレンズの数値実施例の光学断面図。
【図１０】 参考例１の広角端での収差図。
【図１１】 参考例１の中間のズーム位置での収差図。
【図１２】 参考例１の望遠端での収差図。
【図１３】 本発明のズームレンズの数値実施例３の光学断面図。
【図１４】 数値実施例３の広角端での収差図。
【図１５】 数値実施例３の中間のズーム位置での収差図。
【図１６】 数値実施例３の望遠端での収差図。
【図１７】 本発明の光学機器の概略図。
Claims (14)
- 物体側より順に、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レンズ群にて構成され、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔及び第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を変えてズーミングを行うズームレンズにおいて、第２レンズ群は、その群中で最も大きな間隔を境に、正の屈折力の第２ａレンズ群と、その像側に配置された正の屈折力の第２ｂレンズ群より構成され、第２ａレンズ群は、物体側より順に、物体側の面が非球面である非球面正レンズＧ２ａ１、像側の面が非球面である非球面負レンズＧ２ａ２の２つの単レンズにて構成され、第２ｂレンズ群は、両凸形状の１枚の正レンズのみにて構成されると共に、広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第２ａレンズ群と第２ｂレンズ群の間隔が変化し、無限遠物体に合焦しているときの広角端における前記第２ａレンズ群と第２ｂレンズ群の間隔をｄ２ａｂｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第２レンズ群中の非球面正レンズＧ２ａ１の像側の面から前記非球面負レンズＧ２ａ２の像側の面までの軸上距離をＤ２ａとするとき、
０．２＜ｄ２ａｂｗ／ｆｗ＜１．０
０．１＜Ｄ２ａ／ｆｗ＜０．３
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第１レンズ群は、物体側より順に、物体側に比べ像側の面の屈折力の絶対値が大きい形状の非球面負レンズＧ１１、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＧ１２より構成されることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
- 前記第２ａレンズ群の物体側に絞りを有することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２ｂレンズ群の焦点距離をｆ２ｂとするとき、
−２．５＜ｆ１／ｆｗ＜−１．５
２．５＜ｆ２ｂ／ｆｗ＜６．５
なる条件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１項に記載のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群中の非球面正レンズＧ２ａ１と非球面負レンズＧ２ａ２の材料のアッベ数を各々νｐ、νｎとするとき、
１５＜νｐ−νｎ
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群中の非球面負レンズＧ２ａ２の材料の屈折率をＮｎとするとき、
１．７５＜Ｎｎ＜１．９５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群中の非球面負レンズＧ２ａ２の物体側と像側の面の曲率半径を各々Ｒｎ１，Ｒｎ２とするとき、
０．５＜（Ｒｎ１＋Ｒｎ２）／（Ｒｎ１−Ｒｎ２）＜１．８
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群中の非球面正レンズＧ２ａ１と非球面負レンズＧ２ａ２の焦点距離を各々ｆ２Ｐ，ｆ２ｎとするとき、
−１．０＜ｆ２Ｐ／ｆ２ｎ＜−０．６
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズ。 - 広角端に対し望遠端で前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が小さく、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が大きくなるようにレンズ群を移動させてズーミングを行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群は、像側に比べ物体側の面の屈折力の絶対値が大きい単レンズより成ることを特徴とする請求項９に記載のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群は、ズーミングのために移動しないことを特徴とする請求項９又は１０に記載のズームレンズ。
- 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乃至１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 請求項１乃至１２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有することを特徴とする光学機器。
- 前記光学機器はデジタルカメラであることを特徴とする請求項１３に記載の光学機器。
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