JP4106881B2 - ズームレンズ - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にデジタルスチルカメラのようなＣＣＤ（charged coupled device）等のイメージセンサを使用した小型の撮像装置に用いられる高性能なズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルスチルカメラは、撮影レンズによって結像された静止画像をＣＣＤ等により電気的に取り込み、内蔵メモリや着脱可能なメモリカードなどに記録する撮像装置であるが、画像の取り込みに使用しているＣＣＤ等の撮像素子（以下ＣＣＤ等）の画素数の多いものが安価に供給されるなどして、民生品であっても鮮鋭な画像を提供することが可能となったため、ここ数年で急速に普及してきた。現在では、普及判のプリントサイズなどの制限の範囲では銀塩カメラの解像力と同等の性能を有するものが既に製品化されている。
【０００３】
デジタルスチルカメラの撮影レンズに注目してみる。ＣＣＤを使用した光学系としてＶＴＲカメラの撮影レンズがあるが、デジタルスチルカメラとＶＴＲカメラの撮影レンズの特徴を比較して見ると、イメージサークルの大きさがほぼ同等であると考えてよく、また詳しくは後述するようにテレセントリック性を要求されるなどの点で、これらの必要がない銀塩カメラよりもＶＴＲカメラ用の撮影レンズのほうがデジタルスチルカメラの撮影レンズに類似している。従って、ＶＴＲカメラ用の撮影レンズをデジタルスチルカメラに利用することは、普及の当初では行われていた。ＶＴＲカメラも開発が進められ最近ではデジタル処理をして高画質を特徴とするものも製品化されているが、再生画像をテレビジョンあるいはモニターで見るという性質上要求される解像度についてはデジタルスチルカメラで使用されるＣＣＤより１桁小さい３５万画素クラスで十分とされている。このクラスのＣＣＤの画素ピッチは約５．６μ程度である。従って、このようなＶＴＲカメラ用の撮影レンズを100万画素を越えるＣＣＤさらには200万画素クラスのＣＣＤを使用しているデジタルスチルカメラに利用するには解像力不足で、改善の余地があり、撮影レンズの歪曲収差の量についても動画と静止画の違いから要求されるレベルが異なり、デジタルスチルカメラではさらに厳しく収差補正の必要がある。
【０００４】
デジタルスチルカメラやＶＴＲカメラのように、ＣＣＤ等のイメージセンサを用いた光学系ではテレセントリック性を良好に設計しなければならない。テレセントリック性とは、各像点に対する光線束の主光線が、光学系の最終面を射出した後、光軸とほぼ平行になる、すなわち、像面とはほぼ垂直に交わることを言う。言い換えると、光学系の射出瞳位置が像面から十分離れることが要求されるのである。これは、ＣＣＤ上の色フィルターが撮像面からやや離れた位置にあるために、光線が、斜めから入射した場合、実質的な開口効率が減少する（シェーディングという）ためであり、特に最近の高感度型のＣＣＤでは、撮像面の直前にマイクロレンズアレーを配しているものが多いが、この場合も同様に、射出瞳が十分離れていないと、周辺で開口効率がで低下してしまう。また、ＣＣＤの周期構造に起因して発生するモアレ現象等を防止するために光学系とＣＣＤの間に挿入される水晶フィルター（オプチカルローパスフィルター）やＣＣＤの赤外波長域での感度を低下させて人の目の比視感度に近づける目的で、やはり光学系とＣＣＤの間に挿入される赤外吸収フィルターの実効厚さが、光軸上と周辺であまり変動しないことが求められ、この点でもデジタルスチルカメラ用の撮影レンズにおいてはテレセントリック性を良好に設計する必要が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、デジタルスチルカメラ用の撮影レンズは、現在では、銀塩カメラの約４倍以上の解像力が求められていると同時にテレセントッリック性を良好にし、光学系と像面の間に水晶フィルターや赤外吸収フィルター等を挿入しなければならず、十分なバックフォーカスを得ることを要求される。また、ズームレンズなどの機能も一般的に要求される一方で、さらなるコンパクト化も要求されるため、これらの要求を満たす撮影レンズを供給するためには非球面レンズの効果的な導入なしには不可能なのであるが、ガラス材料を使用した非球面レンズは高価であるために、コストの面を考えると多用することは出来ない。
【０００６】
本発明は、前述した事情に鑑み樹脂材料による非球面レンズを効果的に配することにより、高解像でかつ歪曲収差が小さく、バックフォーカスが長く、またテレセントリック性も良好なコンパクトで構成枚数の少ない安価なズームレンズを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは物体側より順に、第１レンズ群、第２レンズ群及び第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、メニスカス形状で負の屈折力を有するレンズである第１レンズ、小さい正または負の屈折力を有しメニスカス形状である第２レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、正の屈折力を有するレンズである第３レンズ、小さい正または負の屈折力を有しメニスカス形状である第４レンズ、両凹で負の屈折力を有するレンズである第５レンズ、正の屈折力を有するレンズである第６レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は正の屈折力を有し、正の屈折力を有するレンズである第７レンズのみ配して構成され、ズーミングに際して、前記第１レンズ群，及び前記第２レンズ群の位置を移動することにより変倍を実現しているズームレンズにおいて、レンズ全系の光軸方向の寸法に関して下記条件式（１）を満足しており、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（２）を満足しており、また前記第３レンズ群のパワーに関して下記条件式（３）を満足していることを特徴とする。（請求項１）
【０００８】
（１） ６．０＜ＴＬ／ｆｗ ＜９．０
（２） ２．８＜｜ｆI ｜／ｆｗ ＜４．０ （絶対値はｆI ＜０のため）
（３） ２．２＜ｆIII ／ｆｗ ＜２．８
ただし、
ＴＬ：広角端における第１レンズの物体側面から像面までの距離
（ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離）
ｆｗ ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆI ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆIII：第３レンズ群の合成焦点距離
【０００９】
条件式（１）は、広角端におけるレンズ全長を規定するものである。広角端でのレンズ全長が、他のどの焦点距離の場合よりも大きくなるので、すなわち本発明のレンズの小型化に関する条件である。上限を越えると収差補正という面では有利である反面、本発明の特徴である小型化と相反することとなる。また、逆に下限を越えると、各レンズのパワーを大きくしなければならず、諸収差の悪化、敏感度の悪化を招き、実状に適さない。
【００１０】
条件式（２）は、負の屈折力を有する第１レンズ群へのパワーの適切な配分に関するものである。光学系全体の大きさと諸収差を適正に補正するための条件のバランスとなる。下限を越えると、第１レンズ群の負のパワーが大きいことになり、これに伴い第２レンズ群、第３レンズ群の正のパワーを強めなければならず諸収差のバランスを取るのが困難となり性能が低下する。逆に上限を越えると、第２群との空気間隔を大きくとらねばならず光学系全体の大きさが大型化する事となりコンパクトなデジタルスチルカメラの用途に適さない。
【００１１】
条件式（３）は、前記第３レンズ群のパワーに関するものである。デジタルスチルカメラ等の用途で使用される撮影レンズでは前述したように像側のテレセントリック性の制約、及び水晶光学フィルタや赤外吸収のためのフィルタをＣＣＤ直前に配置するための大きなバックフォーカスが要求を満たす必要があるが、前記第３レンズ群は歪曲収差に関する影響とともにこれらの要求に対しての負担を持たせることとなる。従って、他の各レンズ群よりも優先して適正なパワーの選択をしなければならないが、その範囲が条件式（３）で示される範囲である。条件式（３）の下限を越えると、歪曲収差の悪化を招くと同時に適切なバックフォーカスをとることが出来ず、デジタルスチルカメラの用途では成立しなくなる。逆に上限を越えると良好なテレセントリック性を得る事が出来ずシェーディング等の影響で周辺部での減光が問題となる。
【００１２】
また、請求項１に記載のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群を構成する前記第２レンズのパワーに関して下記条件式（４）を満足し、また前記第２レンズ群を構成する前記第４レンズのパワーに関して下記条件式（５）を満足していることが好ましい。（請求項２）
（４） ｆｗ ／｜ｆ２ ｜＜０．１０（ただし絶対値はｆ２ ＜０の場合があるため）
（５） ｆｗ ／｜ｆ４ ｜＜０．０５（ただし絶対値はｆ４ ＜０の場合があるため）
ただし、
ｆ２ ：第２レンズの焦点距離
ｆ４ ：第４レンズの焦点距離
【００１３】
本発明のズームレンズでは、高解像を実現するために、前記第２レンズと前記第４レンズに非球面を採用しているが、ガラス材料を使用しての非球面レンズはコストの面で不利となるため、前記第２レンズ及び前記第４レンズを樹脂材料により製作するための設計的配慮をしている。具体的には各々のレンズのパワーをほぼ０とすることであり、このことによって、樹脂材料を採用しても、使用環境の温度や湿度が変動したとしても、樹脂材料の屈折率の変化や、形状の変化の画質への影響を最小限に押さえることができる。また、樹脂材料の成形性においても、均肉性が向上するため好ましい結果となる。条件式（４）及び条件式（５）はそのための条件式であり、条件式（４）は、前記第２レンズにおける条件で、条件式で示された範囲では、前記第２レンズに樹脂材料を使用しても問題ないが、範囲を越えると、使用環境が変わることによる特性変化が問題となり、成形性も悪化する。同様に、条件式（５）の範囲を越えると、前記第４レンズでの使用環境が変わることによる特性変化が問題となり、成形性も悪化する。
【００１４】
また、請求項１又は２に記載のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズの形状に関して下記条件式（６）を満足し、また前記第１レンズの材質に関して下記条件式（７）を満足していることが好ましい。（請求項３）
（６） ０．９＜ｒ２ ／ｆｗ ＜１．５
（７） ８０＜ｎ１ ・ν１
ただし、
ｒ２ ：第１レンズの像側の面の曲率半径
ｎ１ ：第１レンズの屈折率
ν１ ：第１レンズのアッベ数
【００１５】
条件式（６）は、曲率の大きい凹面である前記第１レンズの像側面の形状に関する条件式である。条件式（６）の範囲で曲率を与える事によって、入射瞳に対して同心的形状とすることにより諸収差の発生を基本的に小さくしている。下限を越えると、前記第１レンズの像側面の曲率半径が小さくなり加工が困難となると共に、負のパワーが過大になりすぎ、ペッツバール和が過小となってしまう。逆に上限を越えると、加工上は有利となるが、同心性が悪化し、歪曲収差や像面湾曲の補正が困難となる。
【００１６】
条件式（７）は、前記第１レンズに使用されている硝材の特性についての条件である。前記第１レンズ群は前記第２レンズのパワーを条件式（４）の如く小さくしているため、前記第１レンズが前記第１レンズ群の負のパワーのほぼ全部を負担していると考えられる。従って、変倍したときの性能を考慮すると、条件式（７）を満たしていることが必要でとなる。条件式（７）の下限を越えると、例えば前記第１レンズのアッベ数が小さくなった場合、変倍時の色収差変動が大きくなり、また前記第１レンズの屈折率が小さくなった場合にはペッツバール和が小さくなりすぎてしまう。
【００１７】
さらに、請求項１〜３の何れか１項に記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのパワーに関して下記条件式（８）を満足し、また前記第２レンズ群を構成する各レンズのアッベ数の配分に関して下記条件式（９）を満足し、前記第５レンズの形状に関して下記条件式（１０）を満足し、さらに前記第３レンズ群を構成する前記第７レンズの形状に関して下記条件式（１１）を満足していることが好ましい。（請求項４）
（８） ０．６５＜｜ｆ５ ｜／ｆｗ ＜０．９５ （絶対値はｆ５ ＜０のため）
（９） ２０＜（ν３ ＋ν６ ）／２−ν５
（１０） ０．９５＜ｒ５ ／ｆｗ ＜１．１５
（１１） ０．７＜ｒ７ ／ｆｗ ＜２．５
ただし、
ｆ５ ：第５レンズの焦点距離
ν３ ：第３レンズのアッベ数
ν５ ：第５レンズのアッベ数
ν６ ：第６レンズのアッベ数
ｒ５ ：第３レンズの物体側の面の曲率半径
ｒ７ ：第４レンズの物体側の面の曲率半径
【００１８】
条件式（８）は、第５レンズのパワーに関してのもので、ペッツバール和すなわち像面湾曲及び色収差に対して重要な役割を持っている。下限を越えると、すなわち第５レンズのパワーが大きいと像面湾曲及び色収差に対しては有利な条件となるが、球面収差及びコマ収差に対しては不利な条件となる。逆に上限をこえると、すなわち第５レンズのパワーが小さいと球面収差やコマ収差に対しては有利となるが、像面湾曲及び色収差に対しては不利な条件となる。
【００１９】
条件式（９）は、第２レンズ群に使用されている正レンズと負レンズのアッベ数の配分に関するものである。第４レンズはほとんどパワーを持たないので、項としては取り上げていない。従って、色収差を良好に補正しつつ各収差とのバランスを保持するための条件となる。上限を越えると、すなわち第２レンズ群の各正レンズのアッベ数が大きくなった場合には、それぞれの屈折率は逆に低くなりペッツバール和が大きくなってしまい像面湾曲の補正が不利となる。逆に下限を越えると、色収差の補正のため各レンズのパワーが大きくなり、球面収差およびコマ収差の補正に不利となる。
【００２０】
条件式（１０）は、第３レンズ物体側面の形状に関する条件式である。第３レンズ物体側面は開口絞りの直後に配置されるため、球面収差の補正に関して重要な役割を受け持つ。第１レンズ群の負のパワーとも関連しているが、球面収差を良好に補正するための条件となる。条件式（１０）で上限を越えると、コマ収差や非点収差などの軸外の収差に関しては補正し易くなるが、球面収差が補正過剰となる。逆に下限を越えると、球面収差は補正不足となり、同時に軸外の収差も良好な補正が困難となる。
【００２１】
条件式（１１）は、第４レンズ物体側面の形状に関する条件式である。第４レンズ物体側面は第３レンズの直後に配置されており、また第４レンズそのものにはほとんどパワーがないため、第３レンズの役割に対して、非球面形状の効果をもって補強する形となっている。すなわち、やはり球面収差を良好に補正するための条件となる。条件式（１１）の上限を越えると、コマ収差などの軸外の収差に関しては補正し易くなるが、球面収差が補正過剰となり、逆に下限を越えると、球面収差は補正不足、軸外の収差も良好な補正は出来ない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な数値実施例について、本発明を説明する。以下の実施例１から実施例７では、いずれも物体側より順に、第１レンズ群ＬＧ１、第２レンズ群ＬＧ２及び第３レンズ群ＬＧ３から構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１は物体側から順にメニスカス形状で負レンズである第１レンズＬ１、小さい正または負の屈折力を有しメニスカス形状である第２レンズＬ２を配して構成される。前記第２レンズ群ＬＧ２は最も物体側に開口絞りＳを有し、以下物体側から順に、正レンズである第３レンズＬ３、小さい正または負の屈折力を有しメニスカス形状である第４レンズＬ４、両凹負レンズである第５レンズＬ５及び正レンズである第６レンズＬ６を配して構成される。前記第３レンズ群ＬＧ３は正レンズである第７レンズＬ７のみ配して構成される。また、前記第３レンズ群ＬＧ３と像面との間には空気間隔をおいて平行平面ガラスＬＰが配されている。前記平行平面ガラスＬＰは詳細にはＣＣＤのカバーガラス、水晶フィルター、及び赤外吸収フィルターから構成されるのであるが、光学的には何ら問題はないのでこれらの総厚に等しい１枚の平行平面ガラスで表現している。
【００２３】
各実施例において使用している非球面については、周知のごとく、光軸方向にＺ軸、光軸と直交する方向にＹ軸をとるとき、非球面式：
Ｚ＝（Ｙ２／ｒ）〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／ｒ）２｝〕＋Ａ・Ｙ４＋Ｂ・Ｙ６＋Ｃ・Ｙ８＋Ｄ・Ｙ１０＋‥‥
で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面で、近軸曲率半径：ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを与えて形状を定義する。尚表中の円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Ｅとそれに続く数字」は「１０の累乗」を表している。例えば、「Ｅ−４」は１０−４を意味し、この数値が直前の数値に掛かるのある。
【００２４】
［実施例１］ 本発明の非球面レンズの第１実施例について数値例を表１に示す。また図１は、そのレンズ構成図、図２はその諸収差図である。
表及び図面中、ｆはレンズ全系の焦点距離、ＦnoはＦナンバー、２ωはレンズの全画角、ｂｆ はバックフォーカスを表す。バックフォーカスｂｆ は第３レンズ群を構成する第７レンズ像側面から像面までの距離の空気換算距離である。また、Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎｄ はｄ線の屈折率、νｄ はｄ線のアッベ数を示す。諸収差図中のｄ、ｇ、Ｃはそれぞれの波長における収差曲線である。またＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。
【００２５】
【表 １】
【００２６】
［実施例２］ 第２実施例について数値例を表２に示す。また、図３はそのレンズ構成図、図４はその諸収差図である。
【表 ２】
【００２７】
［実施例３］ 第３実施例について数値例を表３に示す。また、図５はそのレンズ構成図、図６はその諸収差図である。
【表 ３】
【００２８】
［実施例４］ 第４実施例について数値例を表４に示す。また、図７はそのレンズ構成図、図８はその諸収差図である。
【表 ４】
【００２９】
［実施例５］ 第５実施例について数値例を表５に示す。また、図９はそのレンズ構成図、図１０はその諸収差図である。
【表 ５】
【００３０】
［実施例６］ 第６実施例について数値例を表６に示す。また、図１１はそのレンズ構成図、図１２はその諸収差図である。
【表 ６】
【００３１】
［実施例７］ 第７実施例について数値例を表７に示す。また、図１３はそのレンズ構成図、図１４はその諸収差図である。
【表 ７】
【００３２】
次に実施例１から実施例７に関して条件式（１）から条件式（１１）に対応する値を、まとめて表８に示す。
【表 ８】
表８から明らかなように、実施例１から実施例７の各実施例に関する数値は条件式（１）から（１１）を満足しているとともに、各実施例における収差図からも明らかなように、各収差とも良好に補正されている。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、非球面レンズを効果的に配することにより、高解像でかつ歪曲収差が小さく、バックフォーカスが長く、またテレセントリック性も良好なコンパクトで構成枚数の少ない安価なズームレンズを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるズームレンズの第１実施例のレンズ構成図
【図２】第１実施例のレンズの諸収差図
【図３】本発明によるズームレンズの第２実施例のレンズ構成図
【図４】第２実施例のレンズの諸収差図
【図５】本発明によるズームレンズの第３実施例のレンズ構成図
【図６】第３実施例のレンズの諸収差図
【図７】本発明によるズームレンズの第４実施例のレンズ構成図
【図８】第４実施例のレンズの諸収差図
【図９】本発明によるズームレンズの第５実施例のレンズ構成図
【図１０】第５実施例のレンズの諸収差図
【図１１】本発明によるズームレンズの第６実施例のレンズ構成図
【図１２】第６実施例のレンズの諸収差図
【図１３】本発明によるズームレンズの第７実施例のレンズ構成図
【図１４】第７実施例のレンズの諸収差図
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にデジタルスチルカメラのようなＣＣＤ（charged coupled device）等のイメージセンサを使用した小型の撮像装置に用いられる高性能なズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルスチルカメラは、撮影レンズによって結像された静止画像をＣＣＤ等により電気的に取り込み、内蔵メモリや着脱可能なメモリカードなどに記録する撮像装置であるが、画像の取り込みに使用しているＣＣＤ等の撮像素子（以下ＣＣＤ等）の画素数の多いものが安価に供給されるなどして、民生品であっても鮮鋭な画像を提供することが可能となったため、ここ数年で急速に普及してきた。現在では、普及判のプリントサイズなどの制限の範囲では銀塩カメラの解像力と同等の性能を有するものが既に製品化されている。
【０００３】
デジタルスチルカメラの撮影レンズに注目してみる。ＣＣＤを使用した光学系としてＶＴＲカメラの撮影レンズがあるが、デジタルスチルカメラとＶＴＲカメラの撮影レンズの特徴を比較して見ると、イメージサークルの大きさがほぼ同等であると考えてよく、また詳しくは後述するようにテレセントリック性を要求されるなどの点で、これらの必要がない銀塩カメラよりもＶＴＲカメラ用の撮影レンズのほうがデジタルスチルカメラの撮影レンズに類似している。従って、ＶＴＲカメラ用の撮影レンズをデジタルスチルカメラに利用することは、普及の当初では行われていた。ＶＴＲカメラも開発が進められ最近ではデジタル処理をして高画質を特徴とするものも製品化されているが、再生画像をテレビジョンあるいはモニターで見るという性質上要求される解像度についてはデジタルスチルカメラで使用されるＣＣＤより１桁小さい３５万画素クラスで十分とされている。このクラスのＣＣＤの画素ピッチは約５．６μ程度である。従って、このようなＶＴＲカメラ用の撮影レンズを100万画素を越えるＣＣＤさらには200万画素クラスのＣＣＤを使用しているデジタルスチルカメラに利用するには解像力不足で、改善の余地があり、撮影レンズの歪曲収差の量についても動画と静止画の違いから要求されるレベルが異なり、デジタルスチルカメラではさらに厳しく収差補正の必要がある。
【０００４】
デジタルスチルカメラやＶＴＲカメラのように、ＣＣＤ等のイメージセンサを用いた光学系ではテレセントリック性を良好に設計しなければならない。テレセントリック性とは、各像点に対する光線束の主光線が、光学系の最終面を射出した後、光軸とほぼ平行になる、すなわち、像面とはほぼ垂直に交わることを言う。言い換えると、光学系の射出瞳位置が像面から十分離れることが要求されるのである。これは、ＣＣＤ上の色フィルターが撮像面からやや離れた位置にあるために、光線が、斜めから入射した場合、実質的な開口効率が減少する（シェーディングという）ためであり、特に最近の高感度型のＣＣＤでは、撮像面の直前にマイクロレンズアレーを配しているものが多いが、この場合も同様に、射出瞳が十分離れていないと、周辺で開口効率がで低下してしまう。また、ＣＣＤの周期構造に起因して発生するモアレ現象等を防止するために光学系とＣＣＤの間に挿入される水晶フィルター（オプチカルローパスフィルター）やＣＣＤの赤外波長域での感度を低下させて人の目の比視感度に近づける目的で、やはり光学系とＣＣＤの間に挿入される赤外吸収フィルターの実効厚さが、光軸上と周辺であまり変動しないことが求められ、この点でもデジタルスチルカメラ用の撮影レンズにおいてはテレセントリック性を良好に設計する必要が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、デジタルスチルカメラ用の撮影レンズは、現在では、銀塩カメラの約４倍以上の解像力が求められていると同時にテレセントッリック性を良好にし、光学系と像面の間に水晶フィルターや赤外吸収フィルター等を挿入しなければならず、十分なバックフォーカスを得ることを要求される。また、ズームレンズなどの機能も一般的に要求される一方で、さらなるコンパクト化も要求されるため、これらの要求を満たす撮影レンズを供給するためには非球面レンズの効果的な導入なしには不可能なのであるが、ガラス材料を使用した非球面レンズは高価であるために、コストの面を考えると多用することは出来ない。
【０００６】
本発明は、前述した事情に鑑み樹脂材料による非球面レンズを効果的に配することにより、高解像でかつ歪曲収差が小さく、バックフォーカスが長く、またテレセントリック性も良好なコンパクトで構成枚数の少ない安価なズームレンズを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは物体側より順に、第１レンズ群、第２レンズ群及び第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、メニスカス形状で負の屈折力を有するレンズである第１レンズ、小さい正または負の屈折力を有しメニスカス形状である第２レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、正の屈折力を有するレンズである第３レンズ、小さい正または負の屈折力を有しメニスカス形状である第４レンズ、両凹で負の屈折力を有するレンズである第５レンズ、正の屈折力を有するレンズである第６レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は正の屈折力を有し、正の屈折力を有するレンズである第７レンズのみ配して構成され、ズーミングに際して、前記第１レンズ群，及び前記第２レンズ群の位置を移動することにより変倍を実現しているズームレンズにおいて、レンズ全系の光軸方向の寸法に関して下記条件式（１）を満足しており、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（２）を満足しており、また前記第３レンズ群のパワーに関して下記条件式（３）を満足していることを特徴とする。（請求項１）
【０００８】
（１） ６．０＜ＴＬ／ｆｗ ＜９．０
（２） ２．８＜｜ｆI ｜／ｆｗ ＜４．０ （絶対値はｆI ＜０のため）
（３） ２．２＜ｆIII ／ｆｗ ＜２．８
ただし、
ＴＬ：広角端における第１レンズの物体側面から像面までの距離
（ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離）
ｆｗ ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆI ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆIII：第３レンズ群の合成焦点距離
【０００９】
条件式（１）は、広角端におけるレンズ全長を規定するものである。広角端でのレンズ全長が、他のどの焦点距離の場合よりも大きくなるので、すなわち本発明のレンズの小型化に関する条件である。上限を越えると収差補正という面では有利である反面、本発明の特徴である小型化と相反することとなる。また、逆に下限を越えると、各レンズのパワーを大きくしなければならず、諸収差の悪化、敏感度の悪化を招き、実状に適さない。
【００１０】
条件式（２）は、負の屈折力を有する第１レンズ群へのパワーの適切な配分に関するものである。光学系全体の大きさと諸収差を適正に補正するための条件のバランスとなる。下限を越えると、第１レンズ群の負のパワーが大きいことになり、これに伴い第２レンズ群、第３レンズ群の正のパワーを強めなければならず諸収差のバランスを取るのが困難となり性能が低下する。逆に上限を越えると、第２群との空気間隔を大きくとらねばならず光学系全体の大きさが大型化する事となりコンパクトなデジタルスチルカメラの用途に適さない。
【００１１】
条件式（３）は、前記第３レンズ群のパワーに関するものである。デジタルスチルカメラ等の用途で使用される撮影レンズでは前述したように像側のテレセントリック性の制約、及び水晶光学フィルタや赤外吸収のためのフィルタをＣＣＤ直前に配置するための大きなバックフォーカスが要求を満たす必要があるが、前記第３レンズ群は歪曲収差に関する影響とともにこれらの要求に対しての負担を持たせることとなる。従って、他の各レンズ群よりも優先して適正なパワーの選択をしなければならないが、その範囲が条件式（３）で示される範囲である。条件式（３）の下限を越えると、歪曲収差の悪化を招くと同時に適切なバックフォーカスをとることが出来ず、デジタルスチルカメラの用途では成立しなくなる。逆に上限を越えると良好なテレセントリック性を得る事が出来ずシェーディング等の影響で周辺部での減光が問題となる。
【００１２】
また、請求項１に記載のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群を構成する前記第２レンズのパワーに関して下記条件式（４）を満足し、また前記第２レンズ群を構成する前記第４レンズのパワーに関して下記条件式（５）を満足していることが好ましい。（請求項２）
（４） ｆｗ ／｜ｆ２ ｜＜０．１０（ただし絶対値はｆ２ ＜０の場合があるため）
（５） ｆｗ ／｜ｆ４ ｜＜０．０５（ただし絶対値はｆ４ ＜０の場合があるため）
ただし、
ｆ２ ：第２レンズの焦点距離
ｆ４ ：第４レンズの焦点距離
【００１３】
本発明のズームレンズでは、高解像を実現するために、前記第２レンズと前記第４レンズに非球面を採用しているが、ガラス材料を使用しての非球面レンズはコストの面で不利となるため、前記第２レンズ及び前記第４レンズを樹脂材料により製作するための設計的配慮をしている。具体的には各々のレンズのパワーをほぼ０とすることであり、このことによって、樹脂材料を採用しても、使用環境の温度や湿度が変動したとしても、樹脂材料の屈折率の変化や、形状の変化の画質への影響を最小限に押さえることができる。また、樹脂材料の成形性においても、均肉性が向上するため好ましい結果となる。条件式（４）及び条件式（５）はそのための条件式であり、条件式（４）は、前記第２レンズにおける条件で、条件式で示された範囲では、前記第２レンズに樹脂材料を使用しても問題ないが、範囲を越えると、使用環境が変わることによる特性変化が問題となり、成形性も悪化する。同様に、条件式（５）の範囲を越えると、前記第４レンズでの使用環境が変わることによる特性変化が問題となり、成形性も悪化する。
【００１４】
また、請求項１又は２に記載のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズの形状に関して下記条件式（６）を満足し、また前記第１レンズの材質に関して下記条件式（７）を満足していることが好ましい。（請求項３）
（６） ０．９＜ｒ２ ／ｆｗ ＜１．５
（７） ８０＜ｎ１ ・ν１
ただし、
ｒ２ ：第１レンズの像側の面の曲率半径
ｎ１ ：第１レンズの屈折率
ν１ ：第１レンズのアッベ数
【００１５】
条件式（６）は、曲率の大きい凹面である前記第１レンズの像側面の形状に関する条件式である。条件式（６）の範囲で曲率を与える事によって、入射瞳に対して同心的形状とすることにより諸収差の発生を基本的に小さくしている。下限を越えると、前記第１レンズの像側面の曲率半径が小さくなり加工が困難となると共に、負のパワーが過大になりすぎ、ペッツバール和が過小となってしまう。逆に上限を越えると、加工上は有利となるが、同心性が悪化し、歪曲収差や像面湾曲の補正が困難となる。
【００１６】
条件式（７）は、前記第１レンズに使用されている硝材の特性についての条件である。前記第１レンズ群は前記第２レンズのパワーを条件式（４）の如く小さくしているため、前記第１レンズが前記第１レンズ群の負のパワーのほぼ全部を負担していると考えられる。従って、変倍したときの性能を考慮すると、条件式（７）を満たしていることが必要でとなる。条件式（７）の下限を越えると、例えば前記第１レンズのアッベ数が小さくなった場合、変倍時の色収差変動が大きくなり、また前記第１レンズの屈折率が小さくなった場合にはペッツバール和が小さくなりすぎてしまう。
【００１７】
さらに、請求項１〜３の何れか１項に記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのパワーに関して下記条件式（８）を満足し、また前記第２レンズ群を構成する各レンズのアッベ数の配分に関して下記条件式（９）を満足し、前記第５レンズの形状に関して下記条件式（１０）を満足し、さらに前記第３レンズ群を構成する前記第７レンズの形状に関して下記条件式（１１）を満足していることが好ましい。（請求項４）
（８） ０．６５＜｜ｆ５ ｜／ｆｗ ＜０．９５ （絶対値はｆ５ ＜０のため）
（９） ２０＜（ν３ ＋ν６ ）／２−ν５
（１０） ０．９５＜ｒ５ ／ｆｗ ＜１．１５
（１１） ０．７＜ｒ７ ／ｆｗ ＜２．５
ただし、
ｆ５ ：第５レンズの焦点距離
ν３ ：第３レンズのアッベ数
ν５ ：第５レンズのアッベ数
ν６ ：第６レンズのアッベ数
ｒ５ ：第３レンズの物体側の面の曲率半径
ｒ７ ：第４レンズの物体側の面の曲率半径
【００１８】
条件式（８）は、第５レンズのパワーに関してのもので、ペッツバール和すなわち像面湾曲及び色収差に対して重要な役割を持っている。下限を越えると、すなわち第５レンズのパワーが大きいと像面湾曲及び色収差に対しては有利な条件となるが、球面収差及びコマ収差に対しては不利な条件となる。逆に上限をこえると、すなわち第５レンズのパワーが小さいと球面収差やコマ収差に対しては有利となるが、像面湾曲及び色収差に対しては不利な条件となる。
【００１９】
条件式（９）は、第２レンズ群に使用されている正レンズと負レンズのアッベ数の配分に関するものである。第４レンズはほとんどパワーを持たないので、項としては取り上げていない。従って、色収差を良好に補正しつつ各収差とのバランスを保持するための条件となる。上限を越えると、すなわち第２レンズ群の各正レンズのアッベ数が大きくなった場合には、それぞれの屈折率は逆に低くなりペッツバール和が大きくなってしまい像面湾曲の補正が不利となる。逆に下限を越えると、色収差の補正のため各レンズのパワーが大きくなり、球面収差およびコマ収差の補正に不利となる。
【００２０】
条件式（１０）は、第３レンズ物体側面の形状に関する条件式である。第３レンズ物体側面は開口絞りの直後に配置されるため、球面収差の補正に関して重要な役割を受け持つ。第１レンズ群の負のパワーとも関連しているが、球面収差を良好に補正するための条件となる。条件式（１０）で上限を越えると、コマ収差や非点収差などの軸外の収差に関しては補正し易くなるが、球面収差が補正過剰となる。逆に下限を越えると、球面収差は補正不足となり、同時に軸外の収差も良好な補正が困難となる。
【００２１】
条件式（１１）は、第４レンズ物体側面の形状に関する条件式である。第４レンズ物体側面は第３レンズの直後に配置されており、また第４レンズそのものにはほとんどパワーがないため、第３レンズの役割に対して、非球面形状の効果をもって補強する形となっている。すなわち、やはり球面収差を良好に補正するための条件となる。条件式（１１）の上限を越えると、コマ収差などの軸外の収差に関しては補正し易くなるが、球面収差が補正過剰となり、逆に下限を越えると、球面収差は補正不足、軸外の収差も良好な補正は出来ない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な数値実施例について、本発明を説明する。以下の実施例１から実施例７では、いずれも物体側より順に、第１レンズ群ＬＧ１、第２レンズ群ＬＧ２及び第３レンズ群ＬＧ３から構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１は物体側から順にメニスカス形状で負レンズである第１レンズＬ１、小さい正または負の屈折力を有しメニスカス形状である第２レンズＬ２を配して構成される。前記第２レンズ群ＬＧ２は最も物体側に開口絞りＳを有し、以下物体側から順に、正レンズである第３レンズＬ３、小さい正または負の屈折力を有しメニスカス形状である第４レンズＬ４、両凹負レンズである第５レンズＬ５及び正レンズである第６レンズＬ６を配して構成される。前記第３レンズ群ＬＧ３は正レンズである第７レンズＬ７のみ配して構成される。また、前記第３レンズ群ＬＧ３と像面との間には空気間隔をおいて平行平面ガラスＬＰが配されている。前記平行平面ガラスＬＰは詳細にはＣＣＤのカバーガラス、水晶フィルター、及び赤外吸収フィルターから構成されるのであるが、光学的には何ら問題はないのでこれらの総厚に等しい１枚の平行平面ガラスで表現している。
【００２３】
各実施例において使用している非球面については、周知のごとく、光軸方向にＺ軸、光軸と直交する方向にＹ軸をとるとき、非球面式：
Ｚ＝（Ｙ２／ｒ）〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／ｒ）２｝〕＋Ａ・Ｙ４＋Ｂ・Ｙ６＋Ｃ・Ｙ８＋Ｄ・Ｙ１０＋‥‥
で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面で、近軸曲率半径：ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを与えて形状を定義する。尚表中の円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Ｅとそれに続く数字」は「１０の累乗」を表している。例えば、「Ｅ−４」は１０−４を意味し、この数値が直前の数値に掛かるのある。
【００２４】
［実施例１］ 本発明の非球面レンズの第１実施例について数値例を表１に示す。また図１は、そのレンズ構成図、図２はその諸収差図である。
表及び図面中、ｆはレンズ全系の焦点距離、ＦnoはＦナンバー、２ωはレンズの全画角、ｂｆ はバックフォーカスを表す。バックフォーカスｂｆ は第３レンズ群を構成する第７レンズ像側面から像面までの距離の空気換算距離である。また、Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎｄ はｄ線の屈折率、νｄ はｄ線のアッベ数を示す。諸収差図中のｄ、ｇ、Ｃはそれぞれの波長における収差曲線である。またＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。
【００２５】
【表 １】
［実施例２］ 第２実施例について数値例を表２に示す。また、図３はそのレンズ構成図、図４はその諸収差図である。
【表 ２】
［実施例３］ 第３実施例について数値例を表３に示す。また、図５はそのレンズ構成図、図６はその諸収差図である。
【表 ３】
［実施例４］ 第４実施例について数値例を表４に示す。また、図７はそのレンズ構成図、図８はその諸収差図である。
【表 ４】
［実施例５］ 第５実施例について数値例を表５に示す。また、図９はそのレンズ構成図、図１０はその諸収差図である。
【表 ５】
［実施例６］ 第６実施例について数値例を表６に示す。また、図１１はそのレンズ構成図、図１２はその諸収差図である。
【表 ６】
［実施例７］ 第７実施例について数値例を表７に示す。また、図１３はそのレンズ構成図、図１４はその諸収差図である。
【表 ７】
次に実施例１から実施例７に関して条件式（１）から条件式（１１）に対応する値を、まとめて表８に示す。
【表 ８】
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、非球面レンズを効果的に配することにより、高解像でかつ歪曲収差が小さく、バックフォーカスが長く、またテレセントリック性も良好なコンパクトで構成枚数の少ない安価なズームレンズを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるズームレンズの第１実施例のレンズ構成図
【図２】第１実施例のレンズの諸収差図
【図３】本発明によるズームレンズの第２実施例のレンズ構成図
【図４】第２実施例のレンズの諸収差図
【図５】本発明によるズームレンズの第３実施例のレンズ構成図
【図６】第３実施例のレンズの諸収差図
【図７】本発明によるズームレンズの第４実施例のレンズ構成図
【図８】第４実施例のレンズの諸収差図
【図９】本発明によるズームレンズの第５実施例のレンズ構成図
【図１０】第５実施例のレンズの諸収差図
【図１１】本発明によるズームレンズの第６実施例のレンズ構成図
【図１２】第６実施例のレンズの諸収差図
【図１３】本発明によるズームレンズの第７実施例のレンズ構成図
【図１４】第７実施例のレンズの諸収差図
Claims (4)
- 物体側より順に、第１レンズ群、第２レンズ群及び第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、メニスカス形状で負の屈折力を有するレンズである第１レンズ、小さい正または負の屈折力を有しメニスカス形状である第２レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、正の屈折力を有するレンズである第３レンズ、小さい正または負の屈折力を有しメニスカス形状である第４レンズ、両凹で負の屈折力を有するレンズである第５レンズ、正の屈折力を有するレンズである第６レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は正の屈折力を有し、正の屈折力を有するレンズである第７レンズのみ配して構成され、ズーミングに際して、前記第１レンズ群，及び前記第２レンズ群の位置を移動することにより変倍を実現しているズームレンズにおいて、
レンズ全系の光軸方向の寸法に関して下記条件式（１）を満足しており、
前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（２）を満足しており、
また前記第３レンズ群のパワーに関して下記条件式（３）を満足していることを特徴とするズームレンズ。
（１） ６．０＜ＴＬ／ｆｗ ＜９．０
（２） ２．８＜｜ｆI ｜／ｆｗ ＜４．０ （絶対値はｆI ＜０のため）
（３） ２．２＜ｆIII ／ｆｗ ＜２．８
ただし、
ＴＬ：広角端における第１レンズの物体側面から像面までの距離
（ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離）
ｆｗ ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆI ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆIII：第３レンズ群の合成焦点距離 - 前記第１レンズ群を構成する前記第２レンズのパワーに関して下記条件式（４）を満足し、
前記第２レンズ群を構成する前記第４レンズのパワーに関して下記条件式（５）を満足していることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
（４） ｆｗ ／｜ｆ２ ｜＜０．１０（ただし絶対値はｆ２ ＜０の場合があるため）
（５） ｆｗ ／｜ｆ４ ｜＜０．０５（ただし絶対値はｆ４ ＜０の場合があるため）
ただし、
ｆ２ ：第２レンズの焦点距離
ｆ４ ：第４レンズの焦点距離 - 前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズの形状に関して下記条件式（６）を満足し、
前記第１レンズの材質に関して下記条件式（７）を満足していることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
（６） ０．９＜ｒ２ ／ｆｗ ＜１．５
（７） ８０＜ｎ１ ・ν１
ただし、
ｒ２ ：第１レンズの像側の面の曲率半径
ｎ１ ：第１レンズの屈折率
ν１ ：第１レンズのアッベ数 - 前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのパワーに関して下記条件式（８）を満足し、
前記第２レンズ群を構成する各レンズのアッベ数の配分に関して下記条件式（９）を満足し、
前記第５レンズの形状に関して下記条件式（１０）を満足し、
前記第３レンズ群を構成する前記第７レンズの形状に関して下記条件式（１１）を満足していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のズームレンズ。
（８） ０．６５＜｜ｆ５ ｜／ｆｗ ＜０．９５ （絶対値はｆ５ ＜０のため）
（９） ２０＜（ν３ ＋ν６ ）／２−ν５
（１０） ０．９５＜ｒ５ ／ｆｗ ＜１．１５
（１１） ０．７＜ｒ７ ／ｆｗ ＜２．５
ただし、
ｆ５ ：第５レンズの焦点距離
ν３ ：第３レンズのアッベ数
ν５ ：第５レンズのアッベ数
ν６ ：第６レンズのアッベ数
ｒ５ ：第３レンズの物体側の面の曲率半径
ｒ７ ：第４レンズの物体側の面の曲率半径
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