JP4191416B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子を備えたデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に適用されるズームレンズに関し、特に画素数の多い撮像素子を備えたデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適な小型のズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のズームレンズとしては、例えば、特開平５−１７３０７３号公報、特開平６−２０１９９３号公報等に記載されたものが知られている。これらの公報に記載のズームレンズは、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、正の屈折力を有する第３レンズ群により構成されている。そして、三つのレンズ群全体は、光軸方向に配列された７枚以上のレンズにより構成されるものである。
【０００３】
一方、近年においては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に用いられるＣＣＤ等の個体撮像素子の著しい技術進歩により、その高密度化、高画素化等が進み、それに伴なって、使用される光学系としても光学性能の高いレンズが要望されている。
また、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の小型化に伴ない、それらに搭載されるズームレンズに対しても、当然ながら小型化、薄型化、軽量化等が要望されている。特に、小型化、薄型化に関しては、撮影時はもちろんのこと、撮影しない状態においても、ズームレンズをカメラの本体に収納したときのサイズ、特に全長のサイズが短いことが強く要望されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のズームレンズにおいては、レンズの枚数が７枚以上であるため、光軸方向における全長が長くなり、近年におけるデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の小型化、薄型化等の要求と必ずしも合致しなくなってきている。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、諸収差が効率良く補正されると共に、小型化、薄型化、軽量化等が図れ、光学性能の高いズームレンズを提供することにあり、より具体的には、２倍程度のズーム倍率を有し、撮影時のレンズ全長が３４ｍｍ以下、各レンズ群の光軸方向における厚みの合計寸法が１２ｍｍ以下、ローパスフィルター等の配置のためにバックフォーカスが３ｍｍ以上、ケラレ現象を防止するために射出瞳位置が│２０ｍｍ│以上、広角端でのレンズの明るさ（Ｆナンバー）が２．８程度、歪曲収差（ＴＶディストーション）が│１．５％│以下等の条件を満足し、特に収納時の薄型化等が図れ、高画素撮像素子に好適なズームレンズを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは、物体側から像面側に向けて順に、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群とを備え、上記第１レンズ群は、お互いに接合されて負の屈折力を有する第１レンズ及び第２レンズからなり、上記第２レンズ群は、正の屈折力を有する第３レンズと、お互いに接合されて負の屈折力を有する第４レンズ及び第５レンズとからなり、上記第３レンズ群は、正の屈折力を有する第６レンズからなり、広角端から望遠端への変倍動作に際して、第１レンズ群、第２レンズ群、及び第３レンズ群の全てが、光軸方向に移動すると共に、第３レンズ群は、光軸方向において、先ず物体側に移動し、途中から像面側に移動する、ことを特徴としている。
この構成によれば、全体が６枚のレンズでかつ４つのレンズ成分により構成されているため、それぞれのレンズ群内での光軸のずれ（偏芯）に対する感度が下がり、又、レンズの全長及び収納時（沈胴時）の全長が短くなり、小型化、薄型化等が達成される。
特に、広角端から望遠端への変倍動作に際して、第１レンズ群、第２レンズ群、及び第３レンズ群の全てが光軸方向に移動すると共に、第３レンズ群が光軸方向において先ず物体側に移動し途中から像面側に移動するため、広角端と望遠端との間の中間における中間焦点距離での諸収差、特に非点収差が容易に補正される。
【０００７】
上記構成において、第１レンズは、物体側に配置され正の屈折力を有する両凸レンズであり、第２レンズは、像面側に配置され負の屈折力を有する両凹レンズであり、かつ、次の条件式（１），
（１） ν２−ν１＞２０、
ただし、ν１：第１レンズのアッベ数、ν２：第２レンズのアッベ数、を満足する構成を採用してもよい。
この構成によれば、全域での色収差を良好に補正でき、良好な光学性能が得られると共に小型化等が達成される。
【０００８】
上記構成において、第３レンズは、両面が非球面に形成された両凸レンズである、構成を採用してもよい。
この構成によれば、広角端でのレンズの明るさ（ＦＮｏ）を２．８程度に明るくできると共に、球面収差をはじめ諸収差が良好に補正される。
【０００９】
上記構成において、第３レンズは、次の条件式（２），
（２） Ｒ５＞│Ｒ６│、
ただし、Ｒ５：第３レンズの物体側の曲率半径、Ｒ６：第３レンズの像面側の曲率半径、を満足する構成を採用してもよい。
この構成によれば、さらに諸収差が良好に補正される。
【００１０】
上記構成において、第４レンズは、物体側に配置され正の屈折力を有する両凸レンズであり、第５レンズは、像面側に配置され負の屈折力を有する両凹レンズである、構成を採用してもよい。
この構成によれば、球面収差、コマ収差が良好に補正され、又、第２レンズ群を二つのレンズ成分に形成でき、レンズの占有空間を短くできる。
【００１１】
上記構成において、第６レンズは、両面が非球面に形成された両凸レンズである、構成を採用してもよい。
この構成によれば、レンズ全長を短くすることによる収差の増大が抑えられ、特に、望遠端でのコマ収差が良好に補正される。
【００１２】
上記構成において、次の条件式（３），（４），
（３） ０．４＜ｆ２／│ｆ１│＜０．８、
（４） １．５＜ｆ３／ｆｗ＜２．１、
ただし、ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜３）、ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の焦点距離、を満足する構成を採用してもよい。
この構成によれば、約２倍の変倍比、良好な光学特性等が得られると共に、小型化でき、又、適切な射出瞳位置を設定できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係るズームレンズの一実施形態を示す基本構成図である。この実施形態に係るズームレンズにおいては、図１に示すように、物体側から像面側に向けて、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群（Ｉ）と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群（ＩＩ）と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群（ＩＩＩ）とが、順次に配列されている。
【００１６】
第１レンズ群（Ｉ）は、図１に示すように、お互いに接合されて負の屈折力を有する第１レンズ１及び第２レンズ２により形成されている。第１レンズ１は、物体側に配置され正の屈折力を有する両凸レンズであり、第２レンズ２は、像面側に配置され負の屈折力を有する両凹レンズである。
【００１７】
第２レンズ群（ＩＩ）は、図１に示すように、正の屈折力を有する第３レンズ３と、お互いに接合されて負の屈折力を有する第４レンズ４及び第５レンズ５と、により形成されている。第３レンズ３は、物体側及び像面側の両面が非球面に形成された両凸レンズである。第４レンズ４は、物体側に配置され正の屈折力を有する両凸レンズであり、第５レンズは、像面側に配置され負の屈折力を有する両凹レンズである。
【００１８】
第３レンズ群（ＩＩＩ）は、図１に示すように、正の屈折力を有する第６レンズ６により形成されている。第６レンズ６は、物体側及び像面側の両面が非球面に形成された両凸レンズである。
この配列構成において、第３レンズ群（ＩＩＩ）よりも像面側寄りには、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタ等のガラスフィルタ７が配置され、第１レンズ群（Ｉ）と第２レンズ群（ＩＩ）との間、すなわち、第２レンズ２と第３レンズ３との間には、開口絞り８が配置されている。
【００１９】
上記構成において、第１レンズ群（Ｉ）、第２レンズ群（ＩＩ）、第３レンズ群（ＩＩＩ）は、光軸Ｘ方向においてそれぞれ個別に移動して、広角から望遠までの変倍動作を行なうと共に変倍動作に伴なう像面の補正動作を行なうようになっている。また、図１に示すように、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍動作において、第１レンズ群（Ｉ）は、先ず像面側に移動しその後途中から物体側に移動し、第２レンズ群（ＩＩ）は像面側から物体側に直線的に移動し、第３レンズ群（ＩＩＩ）は、先ず物体側に移動しその後途中から像面側に移動するようになっている。
【００２０】
ここで、第１レンズ群（Ｉ）の焦点距離はｆ１であり、第２レンズ群（ＩＩ）の焦点距離はｆ２、第３レンズ群（ＩＩＩ）の焦点距離はｆ３であり、広角端におけるレンズ全系の焦点距離はｆｗ、望遠端におけるレンズ全系の焦点距離はｆｔ、中間領域におけるレンズ全系の焦点距離はｆｍで表す。
また、第１レンズ１ないし第６レンズ６においては、図１に示すように、レンズの面をＳｉ（ｉ＝１〜３，５〜１１）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜３，５〜１１）、ｄ線に対する第ｉレンズの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜６）で表す。
【００２１】
また、ガラスフィルタ７においては、面をＳｉ（ｉ＝１２，１３）、面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１２，１３）、ｄ線に対する屈折率をＮ７、アッベ数をν７で表す。さらに、第１レンズ１からガラスフィルタ７までのそれぞれの光軸Ｘ方向における間隔（厚さ、空気間隔）は、図１に示すように、Ｄｉ（ｉ＝１〜１２）で表す。
【００２２】
第１レンズ群（Ｉ）を形成する第１レンズ１及び第２レンズ２と、第２レンズ群（ＩＩ）の一部を形成する第４レンズ４及び第５レンズ５とは、それぞれ同一の曲率半径Ｒ２，Ｒ８をなす面Ｓ２，Ｓ８にて一体的に接合され（貼り合わされ）ている。仮に、これらを一つのレンズで代用すると、色収差の補正が困難であり、又、レンズの両面での曲率半径が非常に近い値であることから自動芯取りが困難となるが、このように第１レンズ１及び第２レンズ２と第４レンズ４及び第５レンズ５とを別々に製造し、その後接合して一体化することにより、高解像度に影響を及ぼす色収差を容易に補正することができ、又、それぞれ別々に芯取りが行なえるためレンズの加工性が向上する。
さらに、別々に分離して配置した場合に比べてレンズ成分が少なくなるため、第１レンズ群（Ｉ）及び第２レンズ群（ＩＩ）内での光軸Ｘのずれ（偏芯）に対する感度を下げることができ、又、レンズ全長及び収納時の全長を短くできる。
【００２３】
第２レンズ群（ＩＩ）において、第３レンズ３の両面Ｓ５，Ｓ６は、両凸形状をなしかつ非球面に形成されている。これにより、広角端でのＦナンバーが２．８程度の明るさを確保し、又、球面収差その他の諸収差を良好に補正することができる。仮に、この構成を採用しなければ、諸収差を補正するために、Ｆナンバーを３．５程度にし、レンズの枚数を増やす必要があるが、この構成を採用することで、諸収差を良好に補正できる。
【００２４】
第３レンズ群（ＩＩＩ）において、第６レンズ６の両面Ｓ１０，Ｓ１１は、両凸形状をなしかつ非球面に形成されている。これにより、諸収差の増加を抑えつつ、レンズ全長を短くできると共に、特に、望遠端でのコマ収差を良好に補正することができる。
【００２５】
ここで、第３レンズ３及び第６レンズ６に形成される非球面を表す式は、次式で規定される。
Ｚ＝Ｃｙ２／［１＋（１−εＣ２ｙ２）１／２］＋Ｄｙ４＋Ｅｙ６＋Ｆｙ８＋Ｇｙ１０、ただし、Ｚ：非球面の頂点における接平面から、光軸Ｘからの高さがｙの非球面上の点までの距離、ｙ：光軸Ｘからの高さ、Ｃ：非球面の頂点における曲率（１／Ｒ）、ε：円錐定数、Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ：非球面係数である。
【００２６】
また、第１レンズ群（Ｉ）において、第１レンズ１及び第２レンズ２は、正の屈折力を有する両凸レンズ及び負の屈折力を有する両凹レンズであると共に、
（１） ν２−ν１＞２０、
（ただし、ν１：第１レンズ１のアッベ数、ν２：第２レンズ２のアッベ数）を満足するように構成されている。
式（１）は、第１レンズ１と第２レンズ２とのアッベ数に関するものであり、この条件から外れると、軸上色収差と倍率色収差とを同時に補正することが困難になる。すなわち、この条件を満たすことにより、全域での色収差を良好に補正しつつ、良好な光学性能及び小型化を達成することができる。
【００２７】
また、第２レンズ群（ＩＩ）において、第３レンズ３は、
（２） Ｒ５＞│Ｒ６│、
（ただし、Ｒ５：物体側の曲率半径、Ｒ６：像面側の曲率半径）を満足するように構成されている。この条件を満たすことにより、諸収差をさらに良好に補正することができる。
【００２８】
さらに、第１レンズ群（Ｉ）ないし第３レンズ群（ＩＩＩ）は、
（３） ０．４＜ｆ２／│ｆ１│＜０．８、
（４） １．５＜ｆ３／ｆｗ＜２．１、
（ただし、ｆ１，ｆ２，ｆ３は第１レンズ群（Ｉ），第２レンズ群（ＩＩ），第３レンズ群（ＩＩＩ）の焦点距離、ｆｗは広角端におけるレンズ全系の焦点距離）の二つの式を満足するように構成されている。
【００２９】
式（３）は、第１レンズ群（Ｉ）と第２レンズ群（ＩＩ）との適切な焦点距離の比を定めたものであり、上限値を超えると、特に歪曲収差、倍率色収差が大きくなって補正が困難になり、一方、下限値を超えると、約２倍の変倍比を達成するのが困難になる。すなわち、この条件式（３）を満たすことにより、約２倍の変倍比を達成しつつ、良好な光学性能及び小型化を達成することができる。
【００３０】
式（４）は、第３レンズ群（ＩＩＩ）の適切な焦点距離の範囲を定めたものであり、上限値を超えると、射出瞳位置が像面に近づき、テレセントリック性を得るのが困難になり、一方、下限値を超えると、ズームレンズ全体の小型化が困難になる。すなわち、この条件式（４）を満たすことにより、小型化を達成しつつ、適切な射出瞳位置を設定してテレセントリック性を確保することで、高画素の撮像素子に好適なズームレンズを得ることができる。
【００３１】
上記構成からなる実施形態の具体的な数値による実施例を、実施例１として以下に示す。実施例１における主な仕様諸元は表１に、種々の数値データ（設定値）は表２に、非球面に関する数値データは表３に、広角端，中間位置，望遠端におけるそれぞれのレンズ全系の焦点距離ｆ（広角端における全系の焦点距離はｆｗ）、軸上面間隔Ｄ３，Ｄ９，Ｄ１１に関する数値データは表４にそれぞれ示される。この実施例において、条件式（１），（２），（３），（４）の数値データは、ν２−ν１＝２５．４、Ｒ５−│Ｒ６│＝３４．５１８、ｆ２／│ｆ１│＝０．６８２、ｆ３／ｆｗ＝１．９７１、となる。
【００３２】
また、広角端、中間位置、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディスト−ション）、倍率色収差に関する収差線図は、図２、図３、図４に示されるような結果となる。尚、図２ないし図４、並びに後述する図６ないし図８において、ｄはｄ線による収差、ＦはＦ線による収差、ｃはｃ線による収差をそれぞれ示し、又、ＳＣは正弦条件の不満足量を示し、さらに、ＤＳはサジタル平面での収差、ＤＴはメリジオナル平面での収差を示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】
【表３】
【００３６】
【表４】
【００３７】
上記実施例１では、広角〜中間〜望遠の撮影位置において、レンズの全長（第１レンズ１の前面Ｓ１〜第６レンズ６の後面Ｓ１１）が２８．９４１ｍｍ〜２６．５６１ｍｍ〜２７．３６６ｍｍ、レンズ全系長（第１レンズ１の前面Ｓ１〜像面、ＣＣＤにおけるカバーガラスを含む）が３１．７３７ｍｍ〜３０．０８８ｍｍ〜３０．６９３ｍｍ、バックフォーカス（空気換算）が３．３２７ｍｍ〜３．５２７ｍｍ〜３．３２７ｍｍ、射出瞳位置が−２５．５ｍｍ〜−７７．８ｍｍ〜＋１１２．１ｍｍ、Ｆナンバーが２．９３〜３．５４〜４．２２となる。
尚、ズーム倍率が１．９のとき、撮影時の全長が３２．８４７ｍｍ、光軸上間隔が１０．９ｍｍ、バックフォーカスが３．３２７ｍｍ、射出瞳位置が−２５．３２２ｍｍ、ＴＶディストーションが−１．３２％である。
このように、レンズ全長が短く薄型で、諸収差が良好に補正され、高密度、高画素の撮像素子に好適な光学性能の高いズームレンズが得られる。
【００３８】
図５は、本発明に係るズームレンズの他の実施形態を示す基本構成図である。このズームレンズにおいては、それぞれのレンズの仕様を変更した以外は、前述の実施形態と同様の構成をなすものである。
【００３９】
上記構成からなる実施形態の具体的な数値による実施例を、実施例２として以下に示す。実施例２における主な仕様諸元は表５に、種々の数値データ（設定値）は表６に、非球面に関する数値データは表７に、広角端，中間位置，望遠端におけるそれぞれのレンズ全系の焦点距離ｆ（広角端における全系の焦点距離はｆｗ）、軸上面間隔Ｄ３，Ｄ９，Ｄ１１に関する数値データは表８にそれぞれ示される。この実施例において、条件式（１），（２），（３），（４）の数値データは、ν２−ν１＝２５．４、Ｒ５−│Ｒ６│＝４．０１７、ｆ２／│ｆ１│＝０．６８２、ｆ３／ｆｗ＝１．９７１、となる。
また、広角端、中間位置、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディスト−ション）、倍率色収差に関する収差線図は、図６、図７、図８に示されるような結果となる。
【００４０】
【表５】
【００４１】
【表６】
【００４２】
【表７】
【００４３】
【表８】
【００４４】
上記実施例２では、広角〜中間〜望遠の撮影位置において、レンズの全長（第１レンズ１の前面Ｓ１〜第６レンズ６の後面Ｓ１１）が２９．４５１ｍｍ〜２６．９５８ｍｍ〜２７．６７７ｍｍ、レンズ全系長（第１レンズ１の前面Ｓ１〜像面、ＣＣＤにおけるカバーガラスを含む）が３２．８４７ｍｍ〜３０．５４４ｍｍ〜３１．０７３ｍｍ、バックフォーカス（空気換算）が３．３９６ｍｍ〜３．５９６ｍｍ〜３．３９６ｍｍ、射出瞳位置が−２６．４ｍｍ〜−９８．４ｍｍ〜＋１１５．３ｍｍ、Ｆナンバーが２．９５〜３．６３〜４．２４となる。
尚、ズーム倍率が１．８８のとき、撮影時の全長が３３．４２６ｍｍ、光軸上間隔が１１．３ｍｍ、バックフォーカスが３．３９６ｍｍ、射出瞳位置が−２６．４３７ｍｍ、ＴＶディストーションが−０．９１％である。
このように、レンズ全長が短く薄型で、諸収差が良好に補正され、高密度、高画素の撮像素子に好適な光学性能の高いズームレンズが得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のズームレンズによれば、小型化、薄型化、軽量化、低コスト化等が行なえ、諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
特に、約２倍程度のズーム倍率をもち、撮影時のレンズの全長が３４ｍｍ以下故に小型化が行なえ、各レンズ群の光軸上間隔の合計寸法が１２ｍｍ以下故に収納時の小型化、薄型化が行なえ、バックフォーカスが３ｍｍ以上故にローパスフィルター等の配置が行なえ、広角端のレンズ明るさ（Ｆナンバー）が２．８程度と明るく、歪曲収差（ＴＶディストーション）が│１．５％│以下という、小型、薄型で、光学性能が高く、高画素撮像素子に好適なズームレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るズームレンズの一実施形態を示す構成図である。
【図２】実施例１に係るズームレンズにおいて、広角端での球面収差、非点収差、ディスト−ション、倍率色収差の各収差図を示す。
【図３】実施例１に係るズームレンズにおいて、中間位置での球面収差、非点収差、ディスト−ション、倍率色収差の各収差図を示す。
【図４】実施例１に係るズームレンズにおいて、望遠端での球面収差、非点収差、ディスト−ション、倍率色収差の各収差図を示す。
【図５】本発明に係るズームレンズの他の実施形態を示す構成図である。
【図６】実施例２に係るズームレンズにおいて、広角端での球面収差、非点収差、ディスト−ション、倍率色収差の各収差図を示す。
【図７】実施例２に係るズームレンズにおいて、中間位置での球面収差、非点収差、ディスト−ション、倍率色収差の各収差図を示す。
【図８】実施例２に係るズームレンズにおいて、望遠端での球面収差、非点収差、ディスト−ション、倍率色収差の各収差図を示す。
【符号の説明】
Ｉ 第１レンズ群
ＩＩ 第２レンズ群
ＩＩＩ 第３レンズ群
１ 第１レンズ（両凸レンズ）
２ 第２レンズ（両凹レンズ）
３ 第３レンズ（両凸レンズ）
４ 第４レンズ（両凸レンズ）
５ 第５レンズ（両凹レンズ）
６ 第６レンズ（両凸レンズ）
７ ガラスフィルタ
８ 開口絞り
Ｄ１〜Ｄ１２ 光軸上の面間隔
Ｒ１〜Ｒ１３ 曲率半径
Ｓ１〜Ｓ１３ 面
Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１０，Ｓ１１ 非球面
Ｘ 光軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子を備えたデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に適用されるズームレンズに関し、特に画素数の多い撮像素子を備えたデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適な小型のズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のズームレンズとしては、例えば、特開平５−１７３０７３号公報、特開平６−２０１９９３号公報等に記載されたものが知られている。これらの公報に記載のズームレンズは、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、正の屈折力を有する第３レンズ群により構成されている。そして、三つのレンズ群全体は、光軸方向に配列された７枚以上のレンズにより構成されるものである。
【０００３】
一方、近年においては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に用いられるＣＣＤ等の個体撮像素子の著しい技術進歩により、その高密度化、高画素化等が進み、それに伴なって、使用される光学系としても光学性能の高いレンズが要望されている。
また、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の小型化に伴ない、それらに搭載されるズームレンズに対しても、当然ながら小型化、薄型化、軽量化等が要望されている。特に、小型化、薄型化に関しては、撮影時はもちろんのこと、撮影しない状態においても、ズームレンズをカメラの本体に収納したときのサイズ、特に全長のサイズが短いことが強く要望されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のズームレンズにおいては、レンズの枚数が７枚以上であるため、光軸方向における全長が長くなり、近年におけるデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の小型化、薄型化等の要求と必ずしも合致しなくなってきている。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、諸収差が効率良く補正されると共に、小型化、薄型化、軽量化等が図れ、光学性能の高いズームレンズを提供することにあり、より具体的には、２倍程度のズーム倍率を有し、撮影時のレンズ全長が３４ｍｍ以下、各レンズ群の光軸方向における厚みの合計寸法が１２ｍｍ以下、ローパスフィルター等の配置のためにバックフォーカスが３ｍｍ以上、ケラレ現象を防止するために射出瞳位置が│２０ｍｍ│以上、広角端でのレンズの明るさ（Ｆナンバー）が２．８程度、歪曲収差（ＴＶディストーション）が│１．５％│以下等の条件を満足し、特に収納時の薄型化等が図れ、高画素撮像素子に好適なズームレンズを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは、物体側から像面側に向けて順に、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群とを備え、上記第１レンズ群は、お互いに接合されて負の屈折力を有する第１レンズ及び第２レンズからなり、上記第２レンズ群は、正の屈折力を有する第３レンズと、お互いに接合されて負の屈折力を有する第４レンズ及び第５レンズとからなり、上記第３レンズ群は、正の屈折力を有する第６レンズからなり、広角端から望遠端への変倍動作に際して、第１レンズ群、第２レンズ群、及び第３レンズ群の全てが、光軸方向に移動すると共に、第３レンズ群は、光軸方向において、先ず物体側に移動し、途中から像面側に移動する、ことを特徴としている。
この構成によれば、全体が６枚のレンズでかつ４つのレンズ成分により構成されているため、それぞれのレンズ群内での光軸のずれ（偏芯）に対する感度が下がり、又、レンズの全長及び収納時（沈胴時）の全長が短くなり、小型化、薄型化等が達成される。
特に、広角端から望遠端への変倍動作に際して、第１レンズ群、第２レンズ群、及び第３レンズ群の全てが光軸方向に移動すると共に、第３レンズ群が光軸方向において先ず物体側に移動し途中から像面側に移動するため、広角端と望遠端との間の中間における中間焦点距離での諸収差、特に非点収差が容易に補正される。
【０００７】
上記構成において、第１レンズは、物体側に配置され正の屈折力を有する両凸レンズであり、第２レンズは、像面側に配置され負の屈折力を有する両凹レンズであり、かつ、次の条件式（１），
（１） ν２−ν１＞２０、
ただし、ν１：第１レンズのアッベ数、ν２：第２レンズのアッベ数、を満足する構成を採用してもよい。
この構成によれば、全域での色収差を良好に補正でき、良好な光学性能が得られると共に小型化等が達成される。
【０００８】
上記構成において、第３レンズは、両面が非球面に形成された両凸レンズである、構成を採用してもよい。
この構成によれば、広角端でのレンズの明るさ（ＦＮｏ）を２．８程度に明るくできると共に、球面収差をはじめ諸収差が良好に補正される。
【０００９】
上記構成において、第３レンズは、次の条件式（２），
（２） Ｒ５＞│Ｒ６│、
ただし、Ｒ５：第３レンズの物体側の曲率半径、Ｒ６：第３レンズの像面側の曲率半径、を満足する構成を採用してもよい。
この構成によれば、さらに諸収差が良好に補正される。
【００１０】
上記構成において、第４レンズは、物体側に配置され正の屈折力を有する両凸レンズであり、第５レンズは、像面側に配置され負の屈折力を有する両凹レンズである、構成を採用してもよい。
この構成によれば、球面収差、コマ収差が良好に補正され、又、第２レンズ群を二つのレンズ成分に形成でき、レンズの占有空間を短くできる。
【００１１】
上記構成において、第６レンズは、両面が非球面に形成された両凸レンズである、構成を採用してもよい。
この構成によれば、レンズ全長を短くすることによる収差の増大が抑えられ、特に、望遠端でのコマ収差が良好に補正される。
【００１２】
上記構成において、次の条件式（３），（４），
（３） ０．４＜ｆ２／│ｆ１│＜０．８、
（４） １．５＜ｆ３／ｆｗ＜２．１、
ただし、ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜３）、ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の焦点距離、を満足する構成を採用してもよい。
この構成によれば、約２倍の変倍比、良好な光学特性等が得られると共に、小型化でき、又、適切な射出瞳位置を設定できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係るズームレンズの一実施形態を示す基本構成図である。この実施形態に係るズームレンズにおいては、図１に示すように、物体側から像面側に向けて、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群（Ｉ）と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群（ＩＩ）と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群（ＩＩＩ）とが、順次に配列されている。
【００１６】
第１レンズ群（Ｉ）は、図１に示すように、お互いに接合されて負の屈折力を有する第１レンズ１及び第２レンズ２により形成されている。第１レンズ１は、物体側に配置され正の屈折力を有する両凸レンズであり、第２レンズ２は、像面側に配置され負の屈折力を有する両凹レンズである。
【００１７】
第２レンズ群（ＩＩ）は、図１に示すように、正の屈折力を有する第３レンズ３と、お互いに接合されて負の屈折力を有する第４レンズ４及び第５レンズ５と、により形成されている。第３レンズ３は、物体側及び像面側の両面が非球面に形成された両凸レンズである。第４レンズ４は、物体側に配置され正の屈折力を有する両凸レンズであり、第５レンズは、像面側に配置され負の屈折力を有する両凹レンズである。
【００１８】
第３レンズ群（ＩＩＩ）は、図１に示すように、正の屈折力を有する第６レンズ６により形成されている。第６レンズ６は、物体側及び像面側の両面が非球面に形成された両凸レンズである。
この配列構成において、第３レンズ群（ＩＩＩ）よりも像面側寄りには、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタ等のガラスフィルタ７が配置され、第１レンズ群（Ｉ）と第２レンズ群（ＩＩ）との間、すなわち、第２レンズ２と第３レンズ３との間には、開口絞り８が配置されている。
【００１９】
上記構成において、第１レンズ群（Ｉ）、第２レンズ群（ＩＩ）、第３レンズ群（ＩＩＩ）は、光軸Ｘ方向においてそれぞれ個別に移動して、広角から望遠までの変倍動作を行なうと共に変倍動作に伴なう像面の補正動作を行なうようになっている。また、図１に示すように、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍動作において、第１レンズ群（Ｉ）は、先ず像面側に移動しその後途中から物体側に移動し、第２レンズ群（ＩＩ）は像面側から物体側に直線的に移動し、第３レンズ群（ＩＩＩ）は、先ず物体側に移動しその後途中から像面側に移動するようになっている。
【００２０】
ここで、第１レンズ群（Ｉ）の焦点距離はｆ１であり、第２レンズ群（ＩＩ）の焦点距離はｆ２、第３レンズ群（ＩＩＩ）の焦点距離はｆ３であり、広角端におけるレンズ全系の焦点距離はｆｗ、望遠端におけるレンズ全系の焦点距離はｆｔ、中間領域におけるレンズ全系の焦点距離はｆｍで表す。
また、第１レンズ１ないし第６レンズ６においては、図１に示すように、レンズの面をＳｉ（ｉ＝１〜３，５〜１１）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜３，５〜１１）、ｄ線に対する第ｉレンズの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜６）で表す。
【００２１】
また、ガラスフィルタ７においては、面をＳｉ（ｉ＝１２，１３）、面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１２，１３）、ｄ線に対する屈折率をＮ７、アッベ数をν７で表す。さらに、第１レンズ１からガラスフィルタ７までのそれぞれの光軸Ｘ方向における間隔（厚さ、空気間隔）は、図１に示すように、Ｄｉ（ｉ＝１〜１２）で表す。
【００２２】
第１レンズ群（Ｉ）を形成する第１レンズ１及び第２レンズ２と、第２レンズ群（ＩＩ）の一部を形成する第４レンズ４及び第５レンズ５とは、それぞれ同一の曲率半径Ｒ２，Ｒ８をなす面Ｓ２，Ｓ８にて一体的に接合され（貼り合わされ）ている。仮に、これらを一つのレンズで代用すると、色収差の補正が困難であり、又、レンズの両面での曲率半径が非常に近い値であることから自動芯取りが困難となるが、このように第１レンズ１及び第２レンズ２と第４レンズ４及び第５レンズ５とを別々に製造し、その後接合して一体化することにより、高解像度に影響を及ぼす色収差を容易に補正することができ、又、それぞれ別々に芯取りが行なえるためレンズの加工性が向上する。
さらに、別々に分離して配置した場合に比べてレンズ成分が少なくなるため、第１レンズ群（Ｉ）及び第２レンズ群（ＩＩ）内での光軸Ｘのずれ（偏芯）に対する感度を下げることができ、又、レンズ全長及び収納時の全長を短くできる。
【００２３】
第２レンズ群（ＩＩ）において、第３レンズ３の両面Ｓ５，Ｓ６は、両凸形状をなしかつ非球面に形成されている。これにより、広角端でのＦナンバーが２．８程度の明るさを確保し、又、球面収差その他の諸収差を良好に補正することができる。仮に、この構成を採用しなければ、諸収差を補正するために、Ｆナンバーを３．５程度にし、レンズの枚数を増やす必要があるが、この構成を採用することで、諸収差を良好に補正できる。
【００２４】
第３レンズ群（ＩＩＩ）において、第６レンズ６の両面Ｓ１０，Ｓ１１は、両凸形状をなしかつ非球面に形成されている。これにより、諸収差の増加を抑えつつ、レンズ全長を短くできると共に、特に、望遠端でのコマ収差を良好に補正することができる。
【００２５】
ここで、第３レンズ３及び第６レンズ６に形成される非球面を表す式は、次式で規定される。
Ｚ＝Ｃｙ２／［１＋（１−εＣ２ｙ２）１／２］＋Ｄｙ４＋Ｅｙ６＋Ｆｙ８＋Ｇｙ１０、ただし、Ｚ：非球面の頂点における接平面から、光軸Ｘからの高さがｙの非球面上の点までの距離、ｙ：光軸Ｘからの高さ、Ｃ：非球面の頂点における曲率（１／Ｒ）、ε：円錐定数、Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ：非球面係数である。
【００２６】
また、第１レンズ群（Ｉ）において、第１レンズ１及び第２レンズ２は、正の屈折力を有する両凸レンズ及び負の屈折力を有する両凹レンズであると共に、
（１） ν２−ν１＞２０、
（ただし、ν１：第１レンズ１のアッベ数、ν２：第２レンズ２のアッベ数）を満足するように構成されている。
式（１）は、第１レンズ１と第２レンズ２とのアッベ数に関するものであり、この条件から外れると、軸上色収差と倍率色収差とを同時に補正することが困難になる。すなわち、この条件を満たすことにより、全域での色収差を良好に補正しつつ、良好な光学性能及び小型化を達成することができる。
【００２７】
また、第２レンズ群（ＩＩ）において、第３レンズ３は、
（２） Ｒ５＞│Ｒ６│、
（ただし、Ｒ５：物体側の曲率半径、Ｒ６：像面側の曲率半径）を満足するように構成されている。この条件を満たすことにより、諸収差をさらに良好に補正することができる。
【００２８】
さらに、第１レンズ群（Ｉ）ないし第３レンズ群（ＩＩＩ）は、
（３） ０．４＜ｆ２／│ｆ１│＜０．８、
（４） １．５＜ｆ３／ｆｗ＜２．１、
（ただし、ｆ１，ｆ２，ｆ３は第１レンズ群（Ｉ），第２レンズ群（ＩＩ），第３レンズ群（ＩＩＩ）の焦点距離、ｆｗは広角端におけるレンズ全系の焦点距離）の二つの式を満足するように構成されている。
【００２９】
式（３）は、第１レンズ群（Ｉ）と第２レンズ群（ＩＩ）との適切な焦点距離の比を定めたものであり、上限値を超えると、特に歪曲収差、倍率色収差が大きくなって補正が困難になり、一方、下限値を超えると、約２倍の変倍比を達成するのが困難になる。すなわち、この条件式（３）を満たすことにより、約２倍の変倍比を達成しつつ、良好な光学性能及び小型化を達成することができる。
【００３０】
式（４）は、第３レンズ群（ＩＩＩ）の適切な焦点距離の範囲を定めたものであり、上限値を超えると、射出瞳位置が像面に近づき、テレセントリック性を得るのが困難になり、一方、下限値を超えると、ズームレンズ全体の小型化が困難になる。すなわち、この条件式（４）を満たすことにより、小型化を達成しつつ、適切な射出瞳位置を設定してテレセントリック性を確保することで、高画素の撮像素子に好適なズームレンズを得ることができる。
【００３１】
上記構成からなる実施形態の具体的な数値による実施例を、実施例１として以下に示す。実施例１における主な仕様諸元は表１に、種々の数値データ（設定値）は表２に、非球面に関する数値データは表３に、広角端，中間位置，望遠端におけるそれぞれのレンズ全系の焦点距離ｆ（広角端における全系の焦点距離はｆｗ）、軸上面間隔Ｄ３，Ｄ９，Ｄ１１に関する数値データは表４にそれぞれ示される。この実施例において、条件式（１），（２），（３），（４）の数値データは、ν２−ν１＝２５．４、Ｒ５−│Ｒ６│＝３４．５１８、ｆ２／│ｆ１│＝０．６８２、ｆ３／ｆｗ＝１．９７１、となる。
【００３２】
また、広角端、中間位置、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディスト−ション）、倍率色収差に関する収差線図は、図２、図３、図４に示されるような結果となる。尚、図２ないし図４、並びに後述する図６ないし図８において、ｄはｄ線による収差、ＦはＦ線による収差、ｃはｃ線による収差をそれぞれ示し、又、ＳＣは正弦条件の不満足量を示し、さらに、ＤＳはサジタル平面での収差、ＤＴはメリジオナル平面での収差を示す。
【００３３】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
上記実施例１では、広角〜中間〜望遠の撮影位置において、レンズの全長（第１レンズ１の前面Ｓ１〜第６レンズ６の後面Ｓ１１）が２８．９４１ｍｍ〜２６．５６１ｍｍ〜２７．３６６ｍｍ、レンズ全系長（第１レンズ１の前面Ｓ１〜像面、ＣＣＤにおけるカバーガラスを含む）が３１．７３７ｍｍ〜３０．０８８ｍｍ〜３０．６９３ｍｍ、バックフォーカス（空気換算）が３．３２７ｍｍ〜３．５２７ｍｍ〜３．３２７ｍｍ、射出瞳位置が−２５．５ｍｍ〜−７７．８ｍｍ〜＋１１２．１ｍｍ、Ｆナンバーが２．９３〜３．５４〜４．２２となる。
尚、ズーム倍率が１．９のとき、撮影時の全長が３２．８４７ｍｍ、光軸上間隔が１０．９ｍｍ、バックフォーカスが３．３２７ｍｍ、射出瞳位置が−２５．３２２ｍｍ、ＴＶディストーションが−１．３２％である。
このように、レンズ全長が短く薄型で、諸収差が良好に補正され、高密度、高画素の撮像素子に好適な光学性能の高いズームレンズが得られる。
【００３８】
図５は、本発明に係るズームレンズの他の実施形態を示す基本構成図である。このズームレンズにおいては、それぞれのレンズの仕様を変更した以外は、前述の実施形態と同様の構成をなすものである。
【００３９】
上記構成からなる実施形態の具体的な数値による実施例を、実施例２として以下に示す。実施例２における主な仕様諸元は表５に、種々の数値データ（設定値）は表６に、非球面に関する数値データは表７に、広角端，中間位置，望遠端におけるそれぞれのレンズ全系の焦点距離ｆ（広角端における全系の焦点距離はｆｗ）、軸上面間隔Ｄ３，Ｄ９，Ｄ１１に関する数値データは表８にそれぞれ示される。この実施例において、条件式（１），（２），（３），（４）の数値データは、ν２−ν１＝２５．４、Ｒ５−│Ｒ６│＝４．０１７、ｆ２／│ｆ１│＝０．６８２、ｆ３／ｆｗ＝１．９７１、となる。
また、広角端、中間位置、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディスト−ション）、倍率色収差に関する収差線図は、図６、図７、図８に示されるような結果となる。
【００４０】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
上記実施例２では、広角〜中間〜望遠の撮影位置において、レンズの全長（第１レンズ１の前面Ｓ１〜第６レンズ６の後面Ｓ１１）が２９．４５１ｍｍ〜２６．９５８ｍｍ〜２７．６７７ｍｍ、レンズ全系長（第１レンズ１の前面Ｓ１〜像面、ＣＣＤにおけるカバーガラスを含む）が３２．８４７ｍｍ〜３０．５４４ｍｍ〜３１．０７３ｍｍ、バックフォーカス（空気換算）が３．３９６ｍｍ〜３．５９６ｍｍ〜３．３９６ｍｍ、射出瞳位置が−２６．４ｍｍ〜−９８．４ｍｍ〜＋１１５．３ｍｍ、Ｆナンバーが２．９５〜３．６３〜４．２４となる。
尚、ズーム倍率が１．８８のとき、撮影時の全長が３３．４２６ｍｍ、光軸上間隔が１１．３ｍｍ、バックフォーカスが３．３９６ｍｍ、射出瞳位置が−２６．４３７ｍｍ、ＴＶディストーションが−０．９１％である。
このように、レンズ全長が短く薄型で、諸収差が良好に補正され、高密度、高画素の撮像素子に好適な光学性能の高いズームレンズが得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のズームレンズによれば、小型化、薄型化、軽量化、低コスト化等が行なえ、諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
特に、約２倍程度のズーム倍率をもち、撮影時のレンズの全長が３４ｍｍ以下故に小型化が行なえ、各レンズ群の光軸上間隔の合計寸法が１２ｍｍ以下故に収納時の小型化、薄型化が行なえ、バックフォーカスが３ｍｍ以上故にローパスフィルター等の配置が行なえ、広角端のレンズ明るさ（Ｆナンバー）が２．８程度と明るく、歪曲収差（ＴＶディストーション）が│１．５％│以下という、小型、薄型で、光学性能が高く、高画素撮像素子に好適なズームレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るズームレンズの一実施形態を示す構成図である。
【図２】実施例１に係るズームレンズにおいて、広角端での球面収差、非点収差、ディスト−ション、倍率色収差の各収差図を示す。
【図３】実施例１に係るズームレンズにおいて、中間位置での球面収差、非点収差、ディスト−ション、倍率色収差の各収差図を示す。
【図４】実施例１に係るズームレンズにおいて、望遠端での球面収差、非点収差、ディスト−ション、倍率色収差の各収差図を示す。
【図５】本発明に係るズームレンズの他の実施形態を示す構成図である。
【図６】実施例２に係るズームレンズにおいて、広角端での球面収差、非点収差、ディスト−ション、倍率色収差の各収差図を示す。
【図７】実施例２に係るズームレンズにおいて、中間位置での球面収差、非点収差、ディスト−ション、倍率色収差の各収差図を示す。
【図８】実施例２に係るズームレンズにおいて、望遠端での球面収差、非点収差、ディスト−ション、倍率色収差の各収差図を示す。
【符号の説明】
Ｉ 第１レンズ群
ＩＩ 第２レンズ群
ＩＩＩ 第３レンズ群
１ 第１レンズ（両凸レンズ）
２ 第２レンズ（両凹レンズ）
３ 第３レンズ（両凸レンズ）
４ 第４レンズ（両凸レンズ）
５ 第５レンズ（両凹レンズ）
６ 第６レンズ（両凸レンズ）
７ ガラスフィルタ
８ 開口絞り
Ｄ１〜Ｄ１２ 光軸上の面間隔
Ｒ１〜Ｒ１３ 曲率半径
Ｓ１〜Ｓ１３ 面
Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１０，Ｓ１１ 非球面
Ｘ 光軸
Claims (7)
- 物体側から像面側に向けて順に、
全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群と、を備え、
前記第１レンズ群は、お互いに接合されて負の屈折力を有する第１レンズ及び第２レンズ、からなり、
前記第２レンズ群は、正の屈折力を有する第３レンズと、お互いに接合されて負の屈折力を有する第４レンズ及び第５レンズと、からなり、
前記第３レンズ群は、正の屈折力を有する第６レンズ、からなり、
広角端から望遠端への変倍動作に際して、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、及び前記第３レンズ群の全てが、光軸方向に移動すると共に、前記第３レンズ群は、光軸方向において、先ず物体側に移動し、途中から像面側に移動する、
ことを特徴とするズームレンズ。 - 前記第１レンズは、物体側に配置され正の屈折力を有する両凸レンズであり、前記第２レンズは、像面側に配置され負の屈折力を有する両凹レンズであり、かつ、次の条件式（１），
（１） ν２−ν１＞２０、
ただし、ν１：第１レンズのアッベ数、
ν２：第２レンズのアッベ数、
を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。 - 前記第３レンズは、両面が非球面に形成された両凸レンズである、
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。 - 前記第３レンズは、次の条件式（２），
（２） Ｒ５＞│Ｒ６│、
ただし、Ｒ５：第３レンズの物体側の曲率半径、
Ｒ６：第３レンズの像面側の曲率半径、
を満足することを特徴とする請求項３記載のズームレンズ。 - 前記第４レンズは、物体側に配置され正の屈折力を有する両凸レンズであり、前記第５レンズは、像面側に配置され負の屈折力を有する両凹レンズである、
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第６レンズは、両面が非球面に形成された両凸レンズである、
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載のズームレンズ。 - 次の条件式（３），（４），
（３） ０．４＜ｆ２／│ｆ１│＜０．８、
（４） １．５＜ｆ３／ｆｗ＜２．１、
ただし、ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜３）、
ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の焦点距離、
を満足することを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載のズームレンズ。
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