JP4030743B2 - ズームレンズ系 - Google Patents
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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、短焦点距離端での口径比１：２．８以上の明るさと、３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りケラれを生じてしまうため、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。また、近距離の被写体を撮影する時にはレンズ径の大きい第１レンズ群でフォーカシングを行なう必要があり、フォーカシング駆動系の大型化をともない好ましくない。
【０００５】
これを解決する為に、特開平６−９４９９６号公報、特開平１０−３９２１４号公報、特開平１１−１９４２７４号公報に示されるような２群ズームレンズ系の第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３群ズームレンズ系が提案されている。
【０００６】
しかしながら、前記特開平６−９４９９６号公報は、３群ズーム構成としてテレセントリック特性は良くなっているが、変倍比が２倍程度と小さく、高変倍化の要求がまだ満たされていないという欠点がある。
【０００７】
また、前記特開平１０−３９２１４号公報は、特開平６−９４９９６号公報と同じレンズ構成でありながら、変倍比は３倍を達成しているが、構成枚数も多いだけでなく焦点距離に対する全長が長く、低コスト性及びレンズ収納時のコンパクト性という点でまだ満足できるものではない。
【０００８】
また、前記特開平１１−１９４２７４号公報は、第１レンズ群を非球面を含む２枚のレンズで構成して、３倍ズームを７枚で達成し小型化は達成しているが、高度な加工精度を要する非球面レンズを複数枚使用している為、低コスト化という点でも改善の余地がある。
【０００９】
【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、３倍程度の変倍比と短焦点距離端で口径比１：２．８以上の明るさと有し、短焦点距離端で半画角３０゜以上の画角を包括可能で、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、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。
【００１０】
【発明の概要】
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、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レンズ群は、少なくとも１枚の像側に凸面を向けた非球面を有する正レンズを含み、前記第２レンズ群は、物体側から順に、両凸形状の正レンズと、正レンズと負レンズの接合レンズとからなる３枚のレンズからなり、前記第２レンズ群の最も像側の面は、強い発散面を有し、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際し、前記第３レンズ群は固定したまま、前記第１レンズ群と第２レンズ群を移動させる。さらに、次の条件式（１）、（２）、（３）を満足する。
（１）１．２＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．６
（２）０．８＜ｆ３／ｆ２＜１．３
（３）０．０５＜Ｒ２／ＴＬ＜０．１５
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離、
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２レンズ群中の最も像側の面の曲率半径、
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。
【００１１】
第１レンズ群は、例えば、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズと、像側に凸面を向けた正レンズとの２枚のレンズより構成する。そして、この正レンズの物体側の面と像側の面の少なくとも像側の面には近軸球面に比較して光軸から離れるに従って正のパワーが強くなるような非球面を有し、次の条件式（４）を満足する。
（４）０．０２＜（Δａ１−Δａ２）／ｆｗ＜０．０８
但し、
Δａ１：正レンズの物体側の面に非球面が設けられた場合の該非球面の最大有効半径における非球面量（Δａ１＝０を含む）、
Δａ２：正レンズの像側の面に設けられた非球面の最大有効半径における非球面量（Δａ２≠０）、
ｆｗ：短焦点距離端におけるレンズ全系の焦点距離、
である。
但し非球面量は、近軸球面から像側に離れる方向を正とする。
【００１３】
第３レンズ群は、例えば両面を凸面とする１枚の正レンズから構成することができ、次の条件式（５）を満足することが好ましい。
（５）０．７＜Ｒ３／ｆ３＜１．３
但し、
Ｒ３：第３レンズ群中の正レンズの物体側の面の曲率半径、
である。
【００１４】
【発明の実施形態】
図１、図５、図９、図１３及び図１７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。短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際しては、第３レンズ群３０は固定で、第１レンズ群と第２レンズ群を移動させる。より具体的には、図２１の簡易移動図に示すように、第１レンズ群１０は、短焦点距離端（Ｗ、広角端）から中間焦点距離（Ｍ）にかけて像側に移動した後、反転して長焦点距離端（Ｔ、望遠端）まで物体側に移動する。第２レンズ群２０は、広角端から望遠端への変倍に際して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、変倍の際第２レンズ群２０と一体に移動する。第１レンズ群１０は、少なくとも１枚の像側に凸面を向けた非球面を有する正レンズを含んでいる。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。
【００１５】
以下、各条件式について説明する。
条件式（１）は、第１レンズ群と第２レンズ群のパワーの比に関する条件であり、第１レンズ群の負のパワーと第２レンズ群の正のパワーを適切に配分し、変倍時の収差変化を良好に補正すると同時に小型化を達成するための条件である。条件式（１）の上限を超えて、第２レンズ群の正のパワーが強くなりすぎると、球面収差を始めとする諸収差をバランス良く補正することが困難になるとともに、各種フィルター類等を配置する為の、十分なバックフォーカスを確保することができない。逆に、条件式（１）の下限を超えて、第２レンズ群の正のパワーが弱くなりすぎると、変倍時の第２レンズ群の変倍作用が小さくなって移動量が増加し、レンズ系全体が大きくなり好ましくない。
【００１６】
本実施形態のズームレンズ系では、フォーカシングは、第１レンズ群または第３レンズ群で行なうことが可能である。第１レンズ群でフォーカシングを行なう場合は、変倍時の焦点移動が無いという利点があるが、収納時の小型化等を考えると、レンズ駆動装置の小型化が可能な第３レンズ群でフォーカシングを行なうことが好ましい。
【００１７】
条件式（２）は、第２レンズ群と第３レンズ群のパワーの比に関する条件であり、良好なテレセントリック特性と、特に第３レンズ群でフォーカシングを行なったとき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（２）の上限を超えて第３レンズ群のパワーが弱くなりすぎると、テレセントリック特性が悪化すると共に、第３レンズ群の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を小さくすることが困難になる。逆に、条件式（２）の下限を超えて第３レンズ群のパワーが過大となると、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性は良くなるが、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。
【００１８】
前記第２レンズ群の最も像側の面は、条件式（３）を満足するような強い発散面とする。第２レンズ群の最終面を発散面とすることにより、第２レンズ群から射出した光束を、第２レンズ群と第３レンズ群間の距離を広げることなく光軸から離すことが可能になり、第３レンズ群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り、またレンズ全体の小型化の条件となる。
条件式（３）の上限を超えて、第２レンズ群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レンズ群と第３レンズ群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。
【００１９】
第１レンズ群は、物体側から順に像側に凹面を向けた負レンズと、像側に凸面を向けた正レンズとからなる２枚のレンズより構成することができる。このとき、前記正レンズは、物体側の面と像側の面の少なくとも像側の面に、近軸球面に比較して少なくとも像側の面に光軸から離れるに従って正の屈折力が強くなるような非球面を有し、条件式（４）を満足することが好ましい。
【００２０】
第１レンズ群の最も像側の面を像側に凸面形状とすることと、さらにレンズ外周部で正の屈折力が強くなるような非球面を設けることにより、第１レンズ群の第１レンズである負レンズの径を小さくすることが可能となり、加えて条件式（４）を満足するような非球面形状とすることにより、短焦点距離端における歪曲収差、非点収差をバランスよく補正することが可能になる。
【００２１】
条件式（４）の上限を超えて、非球面量が大きくなりすぎると、画面周辺部でのコマ収差を補正することが困難になり、また成型時の周辺部における形状誤差の増加や歪などを生じる可能性が大きくなり好ましくない。逆に条件式（４）の下限を超えて非球面量が小さくなりすぎると、特に短焦点距離端における負の歪曲収差を小さくすることか困難になり、また画面周辺部の像面湾曲、非点格差を小さく抑えることが困難になる。
【００２２】
また、第２レンズ群は、物体側から順に、両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズからなる３枚のレンズから構成することが可能であるが、第２レンズ群は変倍レンズ群である為、各レンズは強いパワーを有する。この第２レンズ群中の第２、第３レンズは、接合レンズとすることが好ましく、そうすることにより、加工上の誤差に起因する光学性能を低下させることなく、組立性を向上させることが可能となる。
【００２３】
さらに、第３レンズ群は、両凸形状の正レンズ１枚のレンズから構成することが可能である。条件式（５）は、第３レンズ群を構成する正レンズの形状を規制する条件であり、良好なテレセントリック特性と、特に長焦点距離側での性能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、正レンズの物体側の面が緩くなりすぎると、特に長焦点距離端における球面収差量を小さくすることが困難になり、また第３レンズ群で近距離物体にフォーカシングしたときの収差変動が大きくなる。逆に、条件式（５）の下限を超えて、正レンズの物体側の面がきつくなりすぎると長焦点距離端における像面湾曲がオーバーになりすぎ好ましくない。
【００２４】
さらに第１レンズ群中の非球面を設けた正レンズは、材料を樹脂とすることにより安価な構成とすることが可能であるが、材料を樹脂とした場合、温度や湿度などの環境変化に影響されやすくピントズレなどの原因となりやすい。そのため、条件式（６）を満足しておくことが好ましい。
（６）３．０＜ｆｐ／ｆｗ＜７．０
但し、
ｆｐ：第１レンズ群中の正レンズの焦点距離、
である。
条件式（６）の上限を超えて正レンズのパワーが弱くなりすぎると、特に長焦点端における色収差を良好に補正することが困難になる。逆に条件式（６）の下限を超えて正レンズのパワーが強くなり過ぎると、温度変化等の環境変化によるピントズレなどの影響が大きくなり好ましくない。
【００２５】
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（第３レンズ群の最も像側の面から撮像面までの空気換算距離）、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、νはアッベ数を示す。また、回転対称非球面は次式で定義される。
x=cy2/[1+[1-(1+K)c2y2]1/2]+A4y4+A6y6+A8y8
（但し、cは曲率（１／ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８は各次数の非球面係数）
【００２６】
［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と、両面ともに近軸球面に比較して光軸からの距離が離れるに従って正のパワーが強くなる非球面を有する両凸正レンズとの２枚のレンズからなり、第２レンズ群２０は、物体側から順に、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズを接合した接合レンズとの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１枚から構成されている。また、絞りは第５面の物体側０．７０の位置に設けられている。
【００２７】
【表１】
【００２８】
［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。レンズ構成は、数値実施例1と同じであるが、第２レンズ群の最も像側の面の曲率半径を比較的緩くすることにより、非点収差量を低減し特に広角端における周辺性能を向上した例である。また、絞りは第５面の物体側２．０９の位置に設けられている。
【００２９】
【表２】
【００３０】
［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、中間焦点距離及び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の正レンズを、像側にのみ光軸からの距離が離れるに従って正のパワーが強くなる非球面を有する両凸形状の正レンズとで構成した点が数値実施例１と異なり、その他は、数値実施例１と同じレンズ構成である。また、絞りは第５面の物体側０．６０の位置に設けられている。
【００３１】
【表３】
【００３２】
［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、中間焦点距離及び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。レンズ構成は、数値実施例1と同じであるが、第１レンズ群１０の正レンズをガラスモールド用の硝材に相当する屈折率およびアッベ数にした例である。樹脂レンズは安価であるが、成型精度、内部屈折率変化、環境変化などの問題が比較的おきやすく性能への影響が少なくない。材料を硝子に置き換えることによりこうした欠点を少なくすることが可能になる。また、絞りは第５面の物体側０．６０の位置に設けられている。
【００３３】
【表４】
【００３４】
［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。レンズ構成は数値実施例５と同じで、第１レンズ群１０の正レンズの非球面を像側の面だけの片面非球面にしたものである。片面非球面としても充分両面非球面のものと同等の性能が得られている。また、絞りは第５面の物体側０．６０の位置に設けられている。
【００３５】
【表５】
【００３６】
各数値実施例の各条件式に対する値を表８に示す。
【表６】
実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５
条件式（１） 1.349 1.332 1.530 1.407 1.463
条件式（２） 1.087 1.012 1.093 1.149 1.019
条件式（３） 0.108 0.113 0.098 0.103 0.103
条件式（４） 0.026 0.040 0.062 0.043 0.034
条件式（５） 0.980 0.891 0.961 1.179 0.917
条件式（６） 5.516 5.089 4.585 4.498 4.539
各数値実施例は、各条件式を満足しており、諸収差も十分良く補正されている。
【００３７】
【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、変倍比３倍程度、短焦点距離端での半画角３０゜以上の画角を持ち、高解像度の撮像素子に適した結像性能を有し、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
【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簡易移動図である。
【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、短焦点距離端での口径比１：２．８以上の明るさと、３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りケラれを生じてしまうため、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。また、近距離の被写体を撮影する時にはレンズ径の大きい第１レンズ群でフォーカシングを行なう必要があり、フォーカシング駆動系の大型化をともない好ましくない。
【０００５】
これを解決する為に、特開平６−９４９９６号公報、特開平１０−３９２１４号公報、特開平１１−１９４２７４号公報に示されるような２群ズームレンズ系の第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３群ズームレンズ系が提案されている。
【０００６】
しかしながら、前記特開平６−９４９９６号公報は、３群ズーム構成としてテレセントリック特性は良くなっているが、変倍比が２倍程度と小さく、高変倍化の要求がまだ満たされていないという欠点がある。
【０００７】
また、前記特開平１０−３９２１４号公報は、特開平６−９４９９６号公報と同じレンズ構成でありながら、変倍比は３倍を達成しているが、構成枚数も多いだけでなく焦点距離に対する全長が長く、低コスト性及びレンズ収納時のコンパクト性という点でまだ満足できるものではない。
【０００８】
また、前記特開平１１−１９４２７４号公報は、第１レンズ群を非球面を含む２枚のレンズで構成して、３倍ズームを７枚で達成し小型化は達成しているが、高度な加工精度を要する非球面レンズを複数枚使用している為、低コスト化という点でも改善の余地がある。
【０００９】
【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、３倍程度の変倍比と短焦点距離端で口径比１：２．８以上の明るさと有し、短焦点距離端で半画角３０゜以上の画角を包括可能で、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、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。
【００１０】
【発明の概要】
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、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レンズ群は、少なくとも１枚の像側に凸面を向けた非球面を有する正レンズを含み、前記第２レンズ群は、物体側から順に、両凸形状の正レンズと、正レンズと負レンズの接合レンズとからなる３枚のレンズからなり、前記第２レンズ群の最も像側の面は、強い発散面を有し、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際し、前記第３レンズ群は固定したまま、前記第１レンズ群と第２レンズ群を移動させる。さらに、次の条件式（１）、（２）、（３）を満足する。
（１）１．２＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．６
（２）０．８＜ｆ３／ｆ２＜１．３
（３）０．０５＜Ｒ２／ＴＬ＜０．１５
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離、
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２レンズ群中の最も像側の面の曲率半径、
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。
【００１１】
第１レンズ群は、例えば、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズと、像側に凸面を向けた正レンズとの２枚のレンズより構成する。そして、この正レンズの物体側の面と像側の面の少なくとも像側の面には近軸球面に比較して光軸から離れるに従って正のパワーが強くなるような非球面を有し、次の条件式（４）を満足する。
（４）０．０２＜（Δａ１−Δａ２）／ｆｗ＜０．０８
但し、
Δａ１：正レンズの物体側の面に非球面が設けられた場合の該非球面の最大有効半径における非球面量（Δａ１＝０を含む）、
Δａ２：正レンズの像側の面に設けられた非球面の最大有効半径における非球面量（Δａ２≠０）、
ｆｗ：短焦点距離端におけるレンズ全系の焦点距離、
である。
但し非球面量は、近軸球面から像側に離れる方向を正とする。
【００１３】
第３レンズ群は、例えば両面を凸面とする１枚の正レンズから構成することができ、次の条件式（５）を満足することが好ましい。
（５）０．７＜Ｒ３／ｆ３＜１．３
但し、
Ｒ３：第３レンズ群中の正レンズの物体側の面の曲率半径、
である。
【００１４】
【発明の実施形態】
図１、図５、図９、図１３及び図１７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。短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際しては、第３レンズ群３０は固定で、第１レンズ群と第２レンズ群を移動させる。より具体的には、図２１の簡易移動図に示すように、第１レンズ群１０は、短焦点距離端（Ｗ、広角端）から中間焦点距離（Ｍ）にかけて像側に移動した後、反転して長焦点距離端（Ｔ、望遠端）まで物体側に移動する。第２レンズ群２０は、広角端から望遠端への変倍に際して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、変倍の際第２レンズ群２０と一体に移動する。第１レンズ群１０は、少なくとも１枚の像側に凸面を向けた非球面を有する正レンズを含んでいる。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。
【００１５】
以下、各条件式について説明する。
条件式（１）は、第１レンズ群と第２レンズ群のパワーの比に関する条件であり、第１レンズ群の負のパワーと第２レンズ群の正のパワーを適切に配分し、変倍時の収差変化を良好に補正すると同時に小型化を達成するための条件である。条件式（１）の上限を超えて、第２レンズ群の正のパワーが強くなりすぎると、球面収差を始めとする諸収差をバランス良く補正することが困難になるとともに、各種フィルター類等を配置する為の、十分なバックフォーカスを確保することができない。逆に、条件式（１）の下限を超えて、第２レンズ群の正のパワーが弱くなりすぎると、変倍時の第２レンズ群の変倍作用が小さくなって移動量が増加し、レンズ系全体が大きくなり好ましくない。
【００１６】
本実施形態のズームレンズ系では、フォーカシングは、第１レンズ群または第３レンズ群で行なうことが可能である。第１レンズ群でフォーカシングを行なう場合は、変倍時の焦点移動が無いという利点があるが、収納時の小型化等を考えると、レンズ駆動装置の小型化が可能な第３レンズ群でフォーカシングを行なうことが好ましい。
【００１７】
条件式（２）は、第２レンズ群と第３レンズ群のパワーの比に関する条件であり、良好なテレセントリック特性と、特に第３レンズ群でフォーカシングを行なったとき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（２）の上限を超えて第３レンズ群のパワーが弱くなりすぎると、テレセントリック特性が悪化すると共に、第３レンズ群の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を小さくすることが困難になる。逆に、条件式（２）の下限を超えて第３レンズ群のパワーが過大となると、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性は良くなるが、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。
【００１８】
前記第２レンズ群の最も像側の面は、条件式（３）を満足するような強い発散面とする。第２レンズ群の最終面を発散面とすることにより、第２レンズ群から射出した光束を、第２レンズ群と第３レンズ群間の距離を広げることなく光軸から離すことが可能になり、第３レンズ群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り、またレンズ全体の小型化の条件となる。
条件式（３）の上限を超えて、第２レンズ群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レンズ群と第３レンズ群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。
【００１９】
第１レンズ群は、物体側から順に像側に凹面を向けた負レンズと、像側に凸面を向けた正レンズとからなる２枚のレンズより構成することができる。このとき、前記正レンズは、物体側の面と像側の面の少なくとも像側の面に、近軸球面に比較して少なくとも像側の面に光軸から離れるに従って正の屈折力が強くなるような非球面を有し、条件式（４）を満足することが好ましい。
【００２０】
第１レンズ群の最も像側の面を像側に凸面形状とすることと、さらにレンズ外周部で正の屈折力が強くなるような非球面を設けることにより、第１レンズ群の第１レンズである負レンズの径を小さくすることが可能となり、加えて条件式（４）を満足するような非球面形状とすることにより、短焦点距離端における歪曲収差、非点収差をバランスよく補正することが可能になる。
【００２１】
条件式（４）の上限を超えて、非球面量が大きくなりすぎると、画面周辺部でのコマ収差を補正することが困難になり、また成型時の周辺部における形状誤差の増加や歪などを生じる可能性が大きくなり好ましくない。逆に条件式（４）の下限を超えて非球面量が小さくなりすぎると、特に短焦点距離端における負の歪曲収差を小さくすることか困難になり、また画面周辺部の像面湾曲、非点格差を小さく抑えることが困難になる。
【００２２】
また、第２レンズ群は、物体側から順に、両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズからなる３枚のレンズから構成することが可能であるが、第２レンズ群は変倍レンズ群である為、各レンズは強いパワーを有する。この第２レンズ群中の第２、第３レンズは、接合レンズとすることが好ましく、そうすることにより、加工上の誤差に起因する光学性能を低下させることなく、組立性を向上させることが可能となる。
【００２３】
さらに、第３レンズ群は、両凸形状の正レンズ１枚のレンズから構成することが可能である。条件式（５）は、第３レンズ群を構成する正レンズの形状を規制する条件であり、良好なテレセントリック特性と、特に長焦点距離側での性能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、正レンズの物体側の面が緩くなりすぎると、特に長焦点距離端における球面収差量を小さくすることが困難になり、また第３レンズ群で近距離物体にフォーカシングしたときの収差変動が大きくなる。逆に、条件式（５）の下限を超えて、正レンズの物体側の面がきつくなりすぎると長焦点距離端における像面湾曲がオーバーになりすぎ好ましくない。
【００２４】
さらに第１レンズ群中の非球面を設けた正レンズは、材料を樹脂とすることにより安価な構成とすることが可能であるが、材料を樹脂とした場合、温度や湿度などの環境変化に影響されやすくピントズレなどの原因となりやすい。そのため、条件式（６）を満足しておくことが好ましい。
（６）３．０＜ｆｐ／ｆｗ＜７．０
但し、
ｆｐ：第１レンズ群中の正レンズの焦点距離、
である。
条件式（６）の上限を超えて正レンズのパワーが弱くなりすぎると、特に長焦点端における色収差を良好に補正することが困難になる。逆に条件式（６）の下限を超えて正レンズのパワーが強くなり過ぎると、温度変化等の環境変化によるピントズレなどの影響が大きくなり好ましくない。
【００２５】
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（第３レンズ群の最も像側の面から撮像面までの空気換算距離）、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、νはアッベ数を示す。また、回転対称非球面は次式で定義される。
x=cy2/[1+[1-(1+K)c2y2]1/2]+A4y4+A6y6+A8y8
（但し、cは曲率（１／ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８は各次数の非球面係数）
【００２６】
［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と、両面ともに近軸球面に比較して光軸からの距離が離れるに従って正のパワーが強くなる非球面を有する両凸正レンズとの２枚のレンズからなり、第２レンズ群２０は、物体側から順に、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズを接合した接合レンズとの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１枚から構成されている。また、絞りは第５面の物体側０．７０の位置に設けられている。
【００２７】
【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。レンズ構成は、数値実施例1と同じであるが、第２レンズ群の最も像側の面の曲率半径を比較的緩くすることにより、非点収差量を低減し特に広角端における周辺性能を向上した例である。また、絞りは第５面の物体側２．０９の位置に設けられている。
【００２９】
【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、中間焦点距離及び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の正レンズを、像側にのみ光軸からの距離が離れるに従って正のパワーが強くなる非球面を有する両凸形状の正レンズとで構成した点が数値実施例１と異なり、その他は、数値実施例１と同じレンズ構成である。また、絞りは第５面の物体側０．６０の位置に設けられている。
【００３１】
【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、中間焦点距離及び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。レンズ構成は、数値実施例1と同じであるが、第１レンズ群１０の正レンズをガラスモールド用の硝材に相当する屈折率およびアッベ数にした例である。樹脂レンズは安価であるが、成型精度、内部屈折率変化、環境変化などの問題が比較的おきやすく性能への影響が少なくない。材料を硝子に置き換えることによりこうした欠点を少なくすることが可能になる。また、絞りは第５面の物体側０．６０の位置に設けられている。
【００３３】
【表４】
［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。レンズ構成は数値実施例５と同じで、第１レンズ群１０の正レンズの非球面を像側の面だけの片面非球面にしたものである。片面非球面としても充分両面非球面のものと同等の性能が得られている。また、絞りは第５面の物体側０．６０の位置に設けられている。
【００３５】
【表５】
各数値実施例の各条件式に対する値を表８に示す。
【表６】
実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５
条件式（１） 1.349 1.332 1.530 1.407 1.463
条件式（２） 1.087 1.012 1.093 1.149 1.019
条件式（３） 0.108 0.113 0.098 0.103 0.103
条件式（４） 0.026 0.040 0.062 0.043 0.034
条件式（５） 0.980 0.891 0.961 1.179 0.917
条件式（６） 5.516 5.089 4.585 4.498 4.539
各数値実施例は、各条件式を満足しており、諸収差も十分良く補正されている。
【００３７】
【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、変倍比３倍程度、短焦点距離端での半画角３０゜以上の画角を持ち、高解像度の撮像素子に適した結像性能を有し、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
【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簡易移動図である。
Claims (3)
- 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、
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３レンズ群は固定したまま、前記第１レンズ群と第２レンズ群を移動させ、
前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の像側に凸面を向けた非球面を有する正レンズを含み、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、両凸形状の正レンズと、正レンズと負レンズの接合レンズとからなる３枚のレンズからなり、前記第２レンズ群の最も像側の面は、強い発散面を有し、
次の条件式（１）、（２）、（３）を満足することを特徴とするズームレンズ系。
（１）１．２＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．６
（２）０．８＜ｆ３／ｆ２＜１．３
（３）０．０５＜Ｒ２／ＴＬ＜０．１５
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離、
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２レンズ群中の最も像側の面の曲率半径、
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１レンズ群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズと、像側に凸面を向けた正レンズとの２枚のレンズより構成され、前記正レンズの物体側の面と像側の面の少なくとも像側の面には近軸球面に比較して光軸から離れるに従って正のパワーが強くなるような非球面を有し、次の条件式（４）を満足する請求項１記載のズームレンズ系。
（４）０．０２＜（Δａ１−Δａ２）／ｆｗ＜０．０８
但し、
Δａ１：正レンズの物体側の面に非球面が設けられた場合の該非球面の最大有効半径における非球面量（Δａ１＝０を含む）、
Δａ２：正レンズの像側の面に設けられた非球面の最大有効半径における非球面量（Δａ２≠０）、
ｆｗ：短焦点距離端におけるレンズ全系の焦点距離、
但し、非球面量は、近軸球面から像側に離れる方向を正とする。 - 前記第３レンズ群は、両面を凸面とする１枚の正レンズから構成され、次の条件式（５）を満足する請求項１または２に記載のズームレンズ系。
（５）０．７＜Ｒ３／ｆ３＜１．３
但し、
Ｒ３：第３レンズ群中の正レンズの物体側の面の曲率半径。
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